DE112005002531T5

DE112005002531T5 - Steuerungsvorrichtung und Steuerungsverfahren für eine Spannungsumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112005002531T5
Application number: DE112005002531T
Authority: DE
Inventors: Eiji Toyota Sato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2007-09-06
Also published as: AU2005292936A1; CN101040417B; RU2007112937A; US7405526B2; RU2348095C2; AU2005292936B9; JP4513494B2; CN101040417A; US20070195568A1; JP2006115635A; WO2006041065A1; AU2005292936B2

Abstract

Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltbetrieb eines Schaltelements umwandelt, wobei die Steuerungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Merkmale aufweist:
eine Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich zum Einstellen des zulässigen Bereichs des Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals basierend auf Leistungskennlinien der Speicherbatterie in Bezug auf das Tastverhältnis;
eine Tastverhältnisbegrenzungseinheit zum Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass das Tastverhältnis in den zulässigen Bereich fällt; und
eine Ladezustands-Erhalte-Einheit zum Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie,
wobei
die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich den zulässigen Bereich in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie ändert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren für eine Spannungsumwandlungsvorrichtung und insbesondere eine Steuerungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren für eine Spannungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen des Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das einem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern.
Technischer Hintergrund
Für ein herkömmliches Ansteuerungssystem mit einer Spannungsumwandlungsvorrichtung gibt es einen Vorschlag für ein System, das beispielsweise eine Batterie, die als eine Leistungsquelle des Ansteuerungssystems dient, einen Gleichspannungswandler zum Ausführen einer Gleichspannungsumwandlung in eine Eingangsspannung von der Batterie, einen Verbraucher, der eine Wechselrichterschaltung zum Umwandeln einer Abgabe von dem Gleichspannungswandler in eine mehrphasige, elektrische Wechselspannungsleistung und einen Elektromotor für einen Drehbewegungsantrieb, während die mehrphasige, elektrische Wechselspannungsleistung von der Wechselrichterschaltung aufgenommen wird, aufweist, und einen Kondensator aufweist, der zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Verbraucher angeordnet ist und mit den positiven und negativen Sammelschienen (Leitungen) der Wechselrichterschaltung verbunden ist (beispielsweise in der Patentdruckschrift JP-2004-112904).
Bei diesem System wird eine Eingangsspannung von der Batterie einer Gleichspannungsumwandlung durch den Gleichspannungswandler unterzogen und danach im Kondensator gespeichert, so dass ein Verbraucher unter Verwendung des Leistungsspeicherungskondensators angesteuert wird, der dann als eine Gleichspannungsleistungsquelle betrachtet wird. Das Spannungsumwandlungsverhältnis des Gleichspannungswandlers kann auch durch Anpassen des Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals gesteuert werden, das an ein Schaltelement innerhalb des Gleichspannungswandlers abgegeben werden soll.
Auch in der internationalen Druckschrift 03/61104 ist eine Steuerungsvorrichtung einer Spannungsumwandlungsvorrichtung offenbart.
Aus den vorstehend angeführten Gründen ist bei einem solchen System eine Steuerung erforderlich, um das Spannungsumwandlungsverhältnis des Gleichspannungswandlers zu begrenzen, indem das Tastverhältnis eines Schaltsteuerungssignals begrenzt wird. Im Allgemeinen ist eine typische Batterie so ausgelegt, dass sie in der Lager ist, eine elektrische Leistung von einem Betrag bereitzustellen, der dem Leistungsbedarf des Verbrauchers entspricht. Abhängig vom Zustand einer Batterie, ist eine Batterie eventuell nicht in der Lage, eine elektrische Leistung in Höhe eines Betrags, der dem Verbraucherleistungsbedarf entspricht, abzugeben, beispielsweise wenn der Innenwiderstand einer Batterie aufgrund eines Temperaturabfalls ansteigt.
Sollte in diesem Fall ein Gleichspannungswandler einfach so gesteuert werden, dass er derart angesteuert wird, dass dem Verbraucher eine elektrische Leistung in Höhe eines Betrags zugeführt, der dem Leistungsbedarf des Verbrauchers entspricht, wird eventuell ein erhöhter Betrag der elektrischen Leistung aufgrund des Innenwiderstands der Batterie verbraucht und kann dem Verbraucher folglich nur eine verringerter Betrag der elektrischen Leistung zugeführt werden. Um einen Abfall der elektrischen Leistung, die dem Verbraucher zugeführt wird, zu verhindern, ist für das Tastverhältnis eines Schaltsteuerungssignals eine Begrenzung notwendig.
Gemäß der internationalen Patentdruckschrift 03/61104 stellt die Steuerungsvorrichtung der Spannungsumwandlungsvorrichtung das Tastverhältnis, das zu der maxi malen Batterieleistung führt, als eine Untergrenze des optimalen Betriebsdauerbereichs, basierend auf der elektromotorischen Spannung (die als Konstante eingestellt ist) einer Batterie und einer Abgabespannung eines Gleichspannungswandlers ein, und das Tastverhältnis eines Schaltsteuerungssignals, dass dem Schaltelement zugeführt werden soll, wird so begrenzt, dass es innerhalb des optimalen Betriebsdauerbereichs liegt. Das heißt, dass die verwandte Steuerungsvorrichtung der Spannungsumwandlungsvorrichtung das Tastverhältnis begrenzt, um dadurch einen Abfall einer elektrischen Leistung zu unterdrücken, die dem Verbraucher zugeführt wird.
Bei diesem einschlägigen Stand der Technik kann jedoch, da die elektromotorische Spannung einer Batterie als eine Konstante eingestellt ist, wenn eine elektromotorische Spannung aufgrund einer Variation im Ladezustand (SOC) der Batterie variiert, auch die Untergrenze des optimalen Betriebsdauerbereichs unerwünschterweise aufgrund einer Variation im Ladezustand (SOC) der Batterie ebenfalls variieren. Dadurch wird es schwierig, eine optimale Steuerung zur Begrenzung eines Spannungsumwandlungsverhältnisses des Gleichspannungswandlers auszuführen.
Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise eine Steuerungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren für eine Spannungsumwandlungsvorrichtung bereitstellen, die in der Lage ist, eine passendere Steuerung zur Begrenzung des Spannungsumwandlungsverhältnisses der Spannungsumwandlungsvorrichtung auszuführen.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung geschaffen, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer auf- und entladbaren Speicherbatterie bereitgestellt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltvorgang eines Schaltelements umwandelt, wobei die Steuerungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis zu steuern, indem ein Tastverhältnis eines Schaltsteuerungssignals angepasst wird, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, folgende Merkmale aufweist:
eine Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich zum Einstellen des zulässigen Bereichs des Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals basierend auf Leistungskennlinien der Speicherbatterie in Bezug auf das Tastverhältnis;
eine Tastverhältnis-Begrenzungseinheit zum Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass das Tastverhältnis in den zulässigen Bereich fällt; und
eine Ladezustands-Erhalte-Einheit zum Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie,
wobei
die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich den zulässigen Bereich in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie ändert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung geschaffen, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltvorgang eines Schaltelements umwandelt, wobei die Steuerungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Merkmale aufweist:
eine Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich zum Einstellen eines zulässigen Bereichs des Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, derart, dass ein Strom der Speicherbatterie in einen vorbestimmten Bereich fällt;
eine Tastverhältnis-Begrenzungseinheit zum Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass das Tastverhältnis in den zulässigen Bereich fällt; und
eine Ladezustands-Erhalte-Einheit zum Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie,
wobei
die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich den zulässigen Bereich in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie ändert.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung geschaffen, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltvorgang eines Schaltelements umwandelt, wobei die Steuerungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Merkmale aufweist:
eine Stromerfassungseinheit zum Erfassen eines Stroms der Speicherbatterie;
eine Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich zum Einstellen eines zulässigen Bereichs des Stroms der Speicherbatterie basierend auf Leistungskennlinien für den Strom der Speicherbatterie;
eine Tastverhältnis-Begrenzungseinheit zum Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass der Strom der Speicherbatterie in den zulässigen Bereich fällt; und
eine Ladezustands-Erhalte-Einheit zum Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie,
wobei
die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich den zulässigen Bereich in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie ändert.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung geschaffen, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltvorgang eines Schaltelements umwandelt, wobei die Steuerungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Merkmale aufweist:
eine Spannungserfassungseinheit zum Erfassen einer Spannung der Speicherbatterie;
eine Tastverhältnis-Begrenzungseinheit zum Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass die Spannung der Speicherbatterie in den zulässigen Bereich fällt;
eine Ladezustands-Erhalte-Einheit zum Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie, und
eine Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich zum Ändern des zulässigen Bereichs in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungsverfahren zur Verwendung durch eine Spannungsumwandlungsvorrichtung geschaffen, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltvorgang eines Schaltelements umwandelt, wobei das Steuerungsverfahren, das in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Schritte aufweist:
Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie;
Einstellen des zulässigen Bereichs des Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals basierend auf Leistungskennlinien der Speicherbatterie in Bezug auf das Tastverhältnis eines Schaltsteuerungssignals, während der zulässige Bereich des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals in Bezug auf eine Variation in dem Ladezustand der Speicherbatterie geändert wird; und
Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass das Tastverhältnis in den zulässigen Bereich fällt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerungsverfahren zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung geschaffen, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltvorgang eines Schaltelements umwandelt, wobei das Steuerungsverfahren, das in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Merkmale aufweist:
Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie;
Einstellen eines zulässigen Bereichs des Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals derart, dass ein Strom einer Speicherbatterie in einen vorbestimmten Einstellungsbereich fällt, während der zulässige Bereich des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals in Bezug auf eine Variation im Ladezustand der Speicherbatterie geändert wird; und
Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass das Tastverhältnis in den zulässigen Bereich fällt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungsverfahren zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung geschaffen, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltvorgang eines Schaltelements umwandelt, wobei das Steuerungsverfahren, das in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Schritte aufweist:
Erfassen eines Stroms einer Speicherbatterie;
Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie;
Einstellen eines zulässigen Bereichs des Stroms der Speicherbatterie basierend auf Leistungskennlinien der Speicherbatterie in Bezug auf den Strom der Speicherbatterie, während der zulässige Bereich des Stroms der Speicherbatterie in Bezug auf eine Variation im Ladezustand der Speicherbatterie geändert wird; und
Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass der Strom der Speicherbatterie in den zulässigen Bereich fällt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungsverfahren zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung geschaffen, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltvorgang eines Schaltelements umwandelt, wobei das Steuerungsverfahren, das in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Schritte aufweist:
Erfassen einer Spannung der Speicherbatterie;
Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie;
Ändern eines zulässigen Bereichs der Spannung der Speicherbatterie in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie; und
Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass die Spannung der Speicherbatterie in den zulässigen Bereich fällt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Steuerung zum Begrenzen des Spannungsumwandlungsverhältnisses einer Spannungsumwandlungsvorrichtung durch Begrenzen des Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das einem Schaltelement zugeführt werden soll, passender ausgeführt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Struktur eines Ansteuerungssystems 20 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen dem SOC und einer elektromotorischen Spannung Vbo einer Batterie 22 darstellt;
3 ist eine Diagramm, das ein Beispiel eines Ansteuerungssystems 20 darstellt;
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer elektronischen Steuerungseinheit 40 darstellt;
5 ist ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen dem Innenwiderstand Rb und der Temperatur Tb der Batterie 22 darstellt;
6 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Gleichspannungswandler-Ansteuerungs-Steuerungsroutine, die durch die elektronische Steuerungseinheit 40 des Ansteuerungssystems 20 in dieser Ausführungsform ausgeführt wird;
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Leistungskennlinien der Batterie 22 darstellt;
8 ist ein Diagramm, das eine Variation der Leistungskennlinien der Batterie 22 gemäß dem SOC zeigt;
9 ist ein Diagramm, das eine Variation der Leistungskennlinien der Batterie 22 gemäß dem Innenwiderstand Rb darstellt;
10 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Struktur der elektronischen Steuerungseinheit 40 darstellt;
11 ist ein Flussdiagramm von einer beispielhaften Gleichspannungswandler-Ansteuerungs-Steuerungsroutine, die durch die elektronische Steuerungseinheit 40 des Ansteuerungssystems in einer modifizierten Ausführungsform ausgeführt wird;
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Leistungskennlinien der Batterie 22 darstellt;
13 ist eine Diagramm, das eine Variation der Leistungskennlinien der Batterie 22 gemäß dem SOC darstellt;
14 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Struktur der elektronischen Steuerungseinheit 40 darstellt und
15 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Gleichspannungswandler-Ansteuerungs-Steuerungsroutine, die durch die elektronische Steuerungseinheit 40 des Ansteuerungssystems in einer modifizierten Ausführungsform ausgeführt wird.
Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
Es erfolgt eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Struktur eines Ansteuerungssystems 20 mit einer Steuerungsvorrichtung für eine Spannungsumwandlungsvorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Ansteuerungssystem 20 in der Ausführungsform weist, wie gezeigt, eine Batterie 22 auf, die als eine auf- und entladbare Speicherbatterie dienen soll, einen Gleichspannungswandler 24, der als eine Spannungsumwandlungsvorrichtung zum Ausführen einer Gleichspannungsumwandlung bei einer Eingangsspannung von der Batterie 22 und Ausgabe eines Ergebnisses dienen soll, einen Kondensator 26, der in der Lage ist, eine elektrische Leistungsabgabe von dem Gleichspannungswandler 24 zu speichern, einen Verbraucher 28, der in der Lage ist, unter Verwendung einer elektrischen Leistung angesteuert zu werden, die in dem Kondensator 26 gespeichert ist, und eine elektronische Steuerungseinheit 40 zum Steuern der gesamten Vorrichtung.
Die Batterie 22 kann beispielsweise in der Form eine sekundären Batterie aus Blei- oder Lithium (Li)-Ionen gebildet sein. Die Batterie 22, von der hier die Rede ist, weist eine Kennlinie auf, so dass eine elektromotorische Spannung Vbo in Bezug auf eine Variation in einem SOC (Ladezustand), der in 2 gezeigt ist, variiert. Insbesondere nimmt die elektromotorische Spannung Vbo zu, während der SOC ansteigt oder zum vollen Ladezustand hin variiert.
Der Gleichspannungswandler 24 weist zwei in Reihe geschaltete Transistoren T1, T2, zwei Dioden D1, D2 und eine Reaktanz L auf. Die beiden Transistoren T1, T2 sind jeweils mit den positiven und negativen Leitungen bzw. auf der Source- und Senkenseite des Verbrauchers 28 verbunden. Die beiden Dioden D1, D2 sind jeweils umgekehrt parallel zu den Transistoren T1, T2 geschaltet, und die Reaktanz L ist an einem Ende mit einem Ende der Batterie 22 verbunden und am anderen Ende mit einem Punkt, an dem die Transistoren T1, T2 verbunden werden.
Der Transistor T1 ist zwischen dem anderen Ende der Reaktanz L und einem Ausgangsanschluss des Gleichspannungswandlers 24 angeordnet, während der Transistor T2 zwischen dem anderen Ende der Reaktanz L und dem anderen Ende der Batterie 22 verbunden ist.
In dem Gleichspannungswandler 24 entsteht, wenn der Transistor T2 eingeschaltet ist, ein Kurzschluss, der die Batterie 22, die Reaktanz L und den Transistor T2 verbindet, so dass eine Energie, die dem Gleichstrom von der Batterie 22 entspricht, in dem Reaktor L gespeichert wird. Wenn der Transistor T2 dann ausgeschaltet wird, wird die in der Reaktanz L gespeicherte Energie dann in dem Kondensator 26 über die Diode D1 gespeichert. Im Vorstehenden kann die Spannung des Kondensators 26 einen höheren Wert erreichen als eine Spannung, die durch die Batterie 22 zugeführt wird.
Bei diesem Gleichspannungswandler 24 ist es auch möglich, die Batterie 22 unter Verwendung der Ladung aufzuladen, die in dem Kondensator 26 gespeichert ist. In diesem Sinne bildet der Gleichspannungswandler 24 eine aufsteigende/absteigende Spannungs-Chopper- bzw. Zerhackerschaltung, die den Kondensator 26 durch Ein-/Aus-Schalten der Transistoren T1, T2 aufladen kann und die ferner die Batterie 22 unter Verwendung der in dem Kondensator 26 gespeicherten Ladung weiter aufladen kann. Bei dem Reaktor des Gleichspannungswandlers 25 kann eine Spule verwendet werden.
Der Verbraucher 28 kann eine Struktur, wie beispielsweise in 3 gezeigt ist, die einen Wechselrichter und einen Elektromotor oder Generator aufweist, wie er beispielsweise in einem Elektrofahrzeug und/oder Hybridfahrzeug (siehe 3(a)) montiert ist, oder eine Struktur aufweisen, die zwei parallel geschaltete Wechselrichter aufweist, die jeweils mit einem Elektromotor und einem Generator (siehe 3(b)) verbunden sind, obwohl ein Elektromotor oder ein Generator, wie er in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug montiert ist, kein ausschließliches Beispiel ist, und ein beliebiges elektrisches Gerät, das unter Verwendung einer Leistung von der Batterie 22 angesteuert wird, ebenfalls anwendbar ist.
Die elektronische Steuerungseinheit 40 ist in der Form eines Mikroprozessors ausgebildet, wie er in 1 gezeigt ist, der eine CPU 42 als eine Hauptkomponente, einen ROM 44 zum Speichern eines Prozessprogramms, einen RAM 46 zum temporären Speichern von Daten und Eingangs-/Ausgangsports (nicht gezeigt) aufweist. Die elektronische Steuerungseinheit 40 empfängt über die Eingangsports eine Batterie-(Zwischenklemmen-) spannung Vb von einem Spannungssensor 30, der an der Batterie 22 befestigt ist, einen Batteriestrom Ib von einem Stromsensor 32, der an einer Stromleitung befestigt ist, die die Batterie 22 und den Gleichspannungswandler 24 verbindet, eine Kondensatorspannung (Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 24) Vc von einem Spannungssensor 34, der am Kondensator 26 befestigt ist, eine Batterietemperatur Tb von einem Temperatursensor 36, der an der Batterie 22 befestigt ist, und einen Befehlswert betreffend einer Ansteuerung des Verbrauchers 28. Die elektronische Steuerungseinheit 40 gibt hingegen über die Ausgangsports ein Schaltsteuerungssignal an die Transistoren T1, T2 des Gleichspannungswandlers 24 und ein Ansteuerungs-Steuerungssignal an den Verbraucher 28 aus.
Hier kann die elektronische Steuerungseinheit 40 das Spannungsumwandlungsverhältnis des Gleichspannungswandlers 24 durch Anpassen des Tastverhältnisses D eines Schaltsteuerungssignals, das den Transistoren T1, T2 zugeführt werden soll, steuern. Bei dieser Ausführungsform wird das Tastverhältnis D, bei dem es sich um ein Verhältnis zwischen der Einschaltdauer (T1on) des oberen Transistors T1 und der Einschaltdauer (T2on) des unteren Transistors T2 handelt, als D = T1on/(T1on + T2on) ausgedrückt, und eine Verringerung des Tastverhältnisses D (= T1on/(T1on + T2on) führt zu einem Anstieg des Spannungsumwandlungsverhältnisses (= Vc/Vb) des Gleichspannungswandlers 24.
Die elektronische Steuerungseinheit 40 kann beispielsweise so konstruiert sein, wie in dem funktionellen Blockdiagramm von 4 gezeigt ist. Insbesondere weist die elektronische Steuerungseinheit 40 eine SOC-Bewertungseinheit 52, eine elektromotorische Spannungsberechnungseinheit 54, eine Innenwiderstands-Berechnungseinheit 56, eine Tastverhältnisgrenzwert-Berechnungseinheit 58, eine Tastverhältnis-Berechnungseinheit 60 und eine Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 auf, wie nachstehend beschrieben ist.
Die SOC-Bewertungseinheit 52 bewertet den SOC (Ladezustand) der Batterie 22 und gibt das Ergebnis an die elektromotorische Spannungsberechnungseinheit 54 aus. Da der SOC der Batterie 22 beispielsweise basierend auf den Kennlinien des Batteriestroms Ib und der Batteriespannung Vb erhalten werden kann, kann die SOC-Bewertungseinheit 52 den SOC basierend auf dem Eingangsbatteriestrom Ib und der Batteriespannung Vb bestimmen.
Die elektromotorische Spannungsberechnungseinheit 54 berechnet die elektromotorische Spannung Vbo der Batterie 22 und gibt das Ergebnis an die Tastverhältnisgrenzwert-Berechnungseinheit 58 aus. Bei dieser Ausführungsform stehen der SOC der Batterie 22 und eine elektromotorische Spannung Vbo in einer Korrelation zueinander, wie in 2 gezeigt ist. Daher kann die elektromotorische Spannungsberechnungsein heit 54 die elektromotorische Spannung Vbo der Batterie basierend auf dem eingegebenen SOC der Batterie 22 bestimmen.
Die Innenwiderstands-Berechnungseinheit 56 berechnet den Innenwiderstand Rb der Batterie 22 und gibt das Ergebnis an die Tastverhältnisgrenzwert-Berechnungseinheit 58 aus. Da die Temperatur Tb und der Innenwiderstand Rb der Batterie 22 in einer Korrelation zueinander stehen, wie z. B. in 5 gezeigt ist, kann die Innenwiderstands-Berechnungseinheit 56 den Innenwiderstand Rb der Batterie 22 basierend auf der eingegebenen Temperatur Tb der Batterie 22 bestimmen.
Die Tastverhältnisgrenzwert-Berechnungseinheit 58 berechnet den unteren Grenzwert DL und den oberen Grenzwert DH des Tastverhältnisses eines Schaltsignals basierend auf der eingegebenen elektromotorischen Spannung Vbo der Batterie, dem Batterieinnenwiderstand Rb und der Kondensatorspannung Vc und gibt das Ergebnis an die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 aus.
Der untere Grenzwert DL wird basierend auf der elektromotorischen Spannung Vbo der Batterie und der Kondensatorspannung Vc berechnet, während der obere Grenzwert DH basierend auf der elektromotorischen Spannung Vbo der Batterie, dem Innenwiderstand Rb der Batterie und der Kondensatorspannung Vc berechnet wird. Unter Verwendung der des unteren Grenzwerts DL und des oberen Grenzwerts DH wird der zulässige Bereich (zwischen dem unteren Grenzwert DL und dem oberen Grenzwert DH) des Tastverhältnisses D eingestellt. Es erfolgt an spätere Stelle eine ausführliche Beschreibung einer Berechnung des unteren Grenzwerts DL und des oberen Grenzwerts DH für ein Tastverhältnis D.
Die Tastverhältnis-Berechnungseinheit 60 berechnet das Tastverhältnis D eines Schaltsteuerungssignals, das den Transistoren T1, T2 zugeführt werden soll, basierend auf der eingegebenen Batteriespannung Vb, und gibt das Ergebnis an die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 aus. Eine ausführlichere Beschreibung der Berechnung des Tastverhältnisses D erfolgt an späterer Stelle.
Die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 begrenzt das Tastverhältnis D derart, dass das Tastverhältnis D eines Schaltsteuerungssignals, das durch die Tastverhältnis-Berechnungseinheit 60 berechnet wird, in den zulässigen Bereich (zwischen dem unteren Grenzwert DL und dem oberen Grenzwert DH) fällt, der durch die Tastverhältnisgrenzwert-Berechnungseinheit 58 eingestellt wird.
Genauer gesagt, wenn das Tastverhältnis D innerhalb des zulässigen Bereichs (zwischen den unteren Grenzwert DL und dem oberen Grenzwert DH) liegt, gibt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 eine Schaltsteuerungssignals von diesem Tastverhältnis D an die Transistoren T1, T2 des Gleichspannungswandlers 24 aus. Wenn das Tastverhältnis D kleiner ist als der untere Grenzwert DL gibt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 ein Schaltsteuerungssignal des Tastverhältnisses DL an die Transistoren T1, T2 aus. Wenn das Tastverhältnis D größer ist als der obere Grenzwert DH gibt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 ein Schaltsteuerungssignal des Tastverhältnisses DH an die Transistoren T1, T2 aus.
Es erfolgt eine Beschreibung des Betriebs des so strukturieren Ansteuerungssystems 20 der Ausführungsform, insbesondere der Ansteuerungs-Steuerung des Gleichspannungswandlers 24.
6 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Gleichspannungswandler-Ansteuerungs-Steuerungsroutine, die durch die elektronische Steuerungseinheit 40 des Ansteuerungssystems 20 in der Ausführungsform ausgeführt werden soll. Diese Routine wird bei einem vorbestimmten Zeitintervall (beispielsweise 0,2 msec) wiederholt ausgeführt.
Insbesondere liest die CPU 42 der elektronischen Steuerungseinheit 40 bei einem Start der Gleichspannungswandler-Ansteuerungs-Steuerungsroutine eine Kondensator-Sollspannung Vc*, eine Kondensatorspannung Vc, eine Batteriespannung Vb, einen Batteriestrom Ib und eine Batterietemperatur Tb (S100). Hier wird die Kondensator- Sollspannung Vc* basierend auf einer Soll-Leistung P eingestellt, die als ein Befehlswert zum Ansteuern eines Verbrauchers 28, in anderen Worten als ein Spannungswert des Kondensators 26 dient, der notwendig ist, um den Verbraucher 28 unter Verwendung der Soll-Leistung P anzusteuern.
Nachdem die Informationen bezüglich des Zustands der Batterie 22 eingelesen worden sind, berechnet die Tastverhältnis-Berechnungseinheit 60 ein Tastverhältnis D (T1on/(T1on + T2on)), bei dem es sich um ein Verhältnis zwischen einer Einschaltdauer (T1on) des oberen Transistors T1 und einer Einschaltdauer (T2on) des unteren Transistors T2 handelt, basierend auf der eingelesenen Kondensator-Sollspannung Vc* und der Batteriespannung Vb unter Verwendung des nachstehenden Ausdrucks (1), wobei α einer Korrektur des Tastverhältnis D entspricht (S102). D = VbNc* + α (1)
Anschließend berechnet die SOC-Bewertungseinheit 52 den SOC der Batterie 22 basierend auf der eingelesenen Batteriespannung Vb und dem Batteriestrom Ib (S104), und die elektromotorische Spannungsberechnungseinheit 54 berechnet eine elektromotorische Batteriespannung Vbo basierend auf dem SOC der Batterie 22 (S106). Die Innenwiderstandsberechnungseinheit 56 berechnet einen Batterie-Innenwiderstand Rb basierend auf der eingelesenen Batterietemperatur Tb (S108).
Anschließend stellt die Tastverhältnisgrenzwert-Berechnungseinheit 58 den optimalen Betriebsdauerbereich DR basierend auf der Kondensatorspannung Vc, der elektromotorischen Batteriespannung Vbo und dem Batterie-Innenwiderstand Rb ein (S110). Hier handelt es sich bei dem optimalen Betriebsdauerbereich DR um einen Bereich von Tastverhältnissen D, der einem Bereich einer Leistung entspricht, die einer Batterie durch Ansteuern des Gleichspannungswandlers 24 entnommen werden kann
Nachstehend erfolgt eine ausführliche Beschreibung eines optimalen Betriebsdauerbereichs DR.
Die Leistung BP wird bei Betrachtung des Ansteuerungssystems 20 vom Verbraucher 28 aus unter Verwendung des nachstehenden Ausdrucks (2), basierend auf dem Tastverhältnis D, der Kondensatorspannung Vc und dem Batteriestrom Ib ausgedrückt. BP = Vc × Ib × D (2)
Der Batteriestrom Ib wird unter Verwendung des nachstehenden Ausdrucks (3) ausgedrückt. Ib = (Vbo – D × Vc)/Rb (3)
Ein Einsetzen des Ausdrucks (3) in den Ausdruck (2) führt zum Ausdruck (4). BP = Vc2/Rb × (D – Vbo/2Vc)2 + Vbo2/4Rb (4)
Der Ausdruck (4) kann wie in 7 gezeigt als eine Leistungskennlinie der Batterie 22 für eine Korrelation der Leistung BP der Batterie 22 in Bezug auf ein Tastverhältnis D der Transistoren T1, T2 ausgedrückt werden. Wie in 7 gezeigt ist, sollte zum Entnehmen der maximalen Leistung Vbo²/4Rb aus der Batterie 22 der Gleichspannungswandler 24 so gesteuert werden, dass er angesteuert wird, dass ein Tastverhältnis D gleich einem Wert Vbo/2Vc ist. Sollte der Gleichspannungswandler 24 so gesteuert werden, dass er derart angesteuert wird, dass ein Tastverhältnis D kleiner wird als ein Wert Vb/2Vc (d. h. in der Richtung zur Erhöhung der Verstärkungsrate), nimmt somit die Leistung BP, die von der Batterie 22 entnommen wird, ab.
Daher kann durch Einstellen des unteren Grenzwerts DL des optimalen Betriebsdauerbereichs DR bei Vbo/2Vc die maximale Leistung BPmax der Batterie 22 zuverlässig entnommen werden, während der Verbraucher 28 auf stabile Weise ange steuert wird. Es ist zu beachten, dass die Leistung BP als positiv betrachtet wird, wenn sich die Batterie 22 entlädt, und als negativ, wenn sich die Batterie auflädt.
Bei dieser Ausführungsform, wie in 8 gezeigt ist, nimmt die elektromotorische Batteriespannung Vbo mit dem Anstieg des SOC der Batterie 22 zu oder variiert zu einer vollständigen Aufladung, und folglich steigt das Tastverhältnis D entsprechend der maximalen Leistung Bpmax an. Dann wird der untere Grenzwert DL (= Vbo/2Vc) abhängig von dem SOC der Batterie 22 geändert, um einen Zustand beizubehalten, in dem der untere Grenzwert DL im Wesentlichen gleich dem Tastverhältnis D entsprechend der maximalen Leistung Bpmax gehalten wird, auch wenn der SOC der Batterie 22 variiert. Insbesondere wird der untere Grenzwert DL (= Vbo/2Vc) erhöht, während der SOC der Batterie 22 ansteigt oder zum vollständigen Ladezustand variiert.
Es ist zu beachten, dass es nicht immer notwendig ist, den unteren Grenzwert DL der optimalen Betriebsdauerbereichs DR bei dem Tastverhältnis Vbo/2Vc entsprechend der maximalen Leistung BPmax in der Leistungskennlinie der Batterie 22 einzustellen. Alternativ kann ein Wert Vbo/2Vc + ΔD(ΔD > 0), der geringfügig größer ist als beispielsweise das Tastverhältnis Vbo/2Vc, das der maximalen Leistung BPmax entspricht, oder ein Wert Vbo/2Vc – ΔD, der geringfügig kleiner ist als das Tastverhältnis Vbo/2Vc, als der unter Grenzwert DL eingestellt werden.
Beim Aufladen der Batterie 22 (bei Regeneration und bei einer negativen Leistung BP) ist eine Begrenzung des Tastverhältnisses D derart, dass verhindert wird, dass eine übermäßig hohe elektrische Leistung in die Batterie 22 fließt, zu bevorzugen.
Hier kann bei Annahme eines auf der Ladungsseite befindlichen Grenzwerts der Batterieleistung BP als Pblim (einer negativen Konstante) ein Tastverhältnis D, wobei es sich bei der Batterieleistung BP um Pblim handelt, unter Verwendung des nachstehend angeführten Ausdrucks (5) basierend auf dem vorstehend erwähnten Ausdruck (4) ausgedrückt werden. D = (Vbo + (Vbo2 – 4Rb × Pblim)0,5)/2Vc (5)
Um zu verhindern, dass die Batterieleistung BP den Grenzwert Pblim unterschreitet (d. h. um zu verhindern, dass eine übermäßig hohe elektrische Leistung in die Batterie 22 fließt), ist es zu bevorzugen, den oberen Grenzwert DH des optimalen Betriebsdauerbereichs DR bei (Vbo + (Vbo² – 4Rb × Pblim)^0,5)/2Vc einzustellen.
Wie in 8 gezeigt ist, nimmt bei dieser Ausführungsform die elektromotorische Batteriespannung Vbo mit dem Anstieg des SOC der Batterie 22 zu oder variiert hin zu einer vollen Aufladung, und folglich nimmt das Tastverhältnis D, das der Leistung Pblim entspricht, zu.
Daher wird der obere Grenzwert DH (= (Vbo + (Vbo² – 4Rb × Pblim)^0,5)/2Vc) abhängig von dem SOC der Batterie 22 geändert, um einen Zustand beizubehalten, in dem der obere Grenzwert DH im Wesentlichen gleich dem Tastverhältnis D bleibt, das der Leistung Pblim entspricht, selbst wenn der SOC der Batterie 22 variiert. Insbesondere steigt der obere Grenzwert DH an, wenn der SOC der Batterie 22 zunimmt oder zum vollen Ladezustand hin variiert.
Ferner steigt bei dieser Ausführungsform, wie in 9 gezeigt ist, das Tastverhältnis D, das der Leistung Pblim entspricht, mit dem Anstieg des Batterie-Innenwiderstands Rb an (wobei die Batterietemperatur Tb abnimmt). Daher wird der obere Grenzwert DH abhängig von dem Batterie-Innenwiderstand Rb (Batterietemperatur Tb) geändert, um einen Zustand beizubehalten, in dem der obere Grenzwert DH im Wesentlichen gleich dem Tastverhältnis D bleibt, das der Leistung Pblim entspricht, selbst wenn der Batterie-Innenwiderstand Rb (Batterietemperatur Tb) variiert.
Insbesondere nimmt der obere Grenzwert DH mit dem Anstieg des Batterie-Innenwiderstands Rb, d. h. mit einem Abfall der Batterietemperatur Tb, zu.
Wenn der optimale Betriebsdauerbereich DR, d h. der untere Grenzwert DL und der obere Grenzwert DH, eingestellt ist, bestimmt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62, ob das Tastverhältnis D, das bei Schritt S102 berechnet wird, innerhalb des optimalen Betriebsdauerbereichs DR (zwischen dem unteren Grenzwert DL und dem oberen Grenzwert DH) liegt (S112).
Wenn bestimmt wird, dass das Tastverhältnis D, das bei Schritt S102 berechnet wird, innerhalb des optimalen Betriebsdauerbereichs DR liegt, nimmt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 unter Verwendung eines Schaltsteuerungssignals des Tastverhältnisses D eine Steuerung vor, um den Gleichspannungswandler 24 anzusteuern (Schritt S114). Dann wird als Hinweis auf die Tatsache, dass ein Tastverhältnis D keiner Begrenzung unterliegt, das Begrenzungs-Flag F versetzt (S116), woraufhin die Routine beendet wird.
Wenn hingegen bestimmt wird, dass das Tastverhältnis D, das bei Schritt S102 berechnet wird, außerhalb des optimalen Betriebsdauerbereichs DR liegt, nimmt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 eine Steuerung vor, um den Gleichspannungswandler 24 anzusteuern, während das Tastverhältnis D so begrenzt wird, dass es innerhalb des optimalen Betriebsdauerbereichs DR liegt (S118).
Das heißt, wenn das Tastverhältnis D geringer ist als der untere Grenzwert DL, nimmt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 unter Verwendung eines Schaltsteuerungssignals des Tastverhältnisses DL eine Steuerung vor, um den Gleichspannungswandler 24 anzusteuern. Wenn das Tastverhältnis D größer ist als der obere Grenzwert DH, nimmt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 unter Verwendung eines Schaltsteuerungssignals des Tastverhältnisses DH eine Steuerung vor, um den Gleichspannungswandler anzusteuern. Dann wird als Hinweis auf die Tatsache, dass das Tastverhältnis D begrenzt ist, das Begrenzungs-Flag auf EIN gesetzt (Schritt S120), woraufhin diese Routine beendet wird.
In dem vorstehend beschriebenen Vorgang wird der SOC der Batterie 22 erfasst, und die elektromotorische Batteriespannung Vbo wird jedes Mal berechnet, wenn das Tastverhältnis D eines Schaltsteuerungssignals, das an die Transistoren T1, T2 ausgegeben werden soll, bestimmt wird.
In dem Ansteuerungssystem 20 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der untere Grenzwert DL des Tastverhältnisses D in Bezug auf die Variation im SOC der Batterie 22 geändert. Dadurch kann ein Zustand sichergestellt werden, indem der unteren Grenzwert D1 im Wesentlichen gleich dem Tastverhältnis D bleibt, das der maximalen Leistung BPmax entspricht, selbst wenn der SOC der Batterie 22 variiert und folglich die elektromotorische Batteriespannung Vbo variiert. Folglich kann die maximale Leistung BPmax der Batterie 22 auf stabile Weise entnommen werden.
Selbst wenn daher eine elektrische Leistung eines Betrags, der der Leistung P entspricht, die durch den Verbraucher 28 angefordert wird, nicht der Batterie 22 entnommen werden kann, kann ein Abfall der Spannung des Kondensators 26 angemessener unterdrückt werden und der Verbraucher stabiler angesteuert werden.
Da der obere Grenzwert DH des Tastverhältnisses in Bezug auf die Variation des SOC der Batterie 22 geändert wird, kann ferner ein Zustand sichergestellt werden, in dem der obere Grenzwert DH im Wesentlichen gleich dem Tastverhältnis D bleibt, das der Leistung Pblim entspricht, selbst wenn der SOC der Batterie 22 und folglich die elektromotorische Batteriespannung Vbo variieren sollten.
Da der obere Grenzwert DH des Tastverhältnisses ferner in Bezug auf die Variation des Batterie-Innenwiderstands Rb geändert wird, kann ein Zustand sichergestellt werden, in dem der obere Grenzwert DH im Wesentlichen gleich dem Tastverhältnis D bleibt, das der Leistung Pblim entspricht, selbst wenn der Batterie-Innenwiderstand Rb variiert.
Folglich kann eine elektrische Leistung, die der Batterie 22 zugeführt werden soll, angemessen begrenzt werden, selbst wenn der SOC und/oder Innenwiderstand der Batterie 22 variiert.
Wie vorstehend beschrieben kann bei dem Ansteuerungssystem 20 in dieser Ausführungsform eine Steuerung zur Begrenzung des Spannungsumwandlungsverhältnisses (eines Verstärkungsverhältnisses) des Gleichspannungswandlers 24 durch Begrenzen des Tastverhältnisses D eines Schaltsteuerungssignals, das den Transistoren T1, T2 zugeführt werden soll, abhängig vom Ladezustand (SOC) der Batterie 22 angemessener ausgeführt werden.
Es ist zu beachten, dass der optimale Betriebsdauerbereich DR (zwischen dem unteren Grenzwert DL und dem oberen Grenzwert DH), der bei Schritt S110 in der Gleichspannungswandler-Ansteuerungs-Steuerungsroutine von 6 eingestellt wird, alternativ in dem nachstehend beschriebenen Verfahren eingestellt werden kann.
Anfänglich wird basierend auf zumindest einer der Stromkapazitäten der Transistoren T1, T2 des Gleichspannungswandlers 24 und der Batterie 22 der maximal zulässige Strom Ibmax bestimmt und in der elektronischen Steuerungseinheit 40 im ROM 44 im voraus gespeichert.
Das heißt, dass durch Auswählen von einer der beiden oder der größeren der Stromkapazitäten, die den Transistoren T1, T2 und der Batterie 22 zugeführt werden kann, der maximal zulässige Strom Ibmax bestimmt wird. Es ist zu beachten, dass der ROM 44 ein nichtflüchtiger Speicher ist, der vorzugsweise einen wiedereinschreibbaren EEPROM und einen Flash-Speicher beinhaltet.
Bei Schritt 110 in der Gleichspannungswandler-Ansteuerungs-Steuerungsroutine, die in 6 gezeigt ist, stellt die Tastverhältnisgrenzwert-Berechnungseinheit 58 den optimalen Betriebsdauerbereich DR (zwischen dem unteren Grenzwert DL und dem oberen Grenzwert DH) basierend auf dem maximal zulässigen Strom Ibmax, dem Batte rie-Innenwiderstand Rb, der elektromotorischen Batteriespannung Vbo und der Kondensatorspannung Vc ein.
Wie in dem vorstehend erwähnten Ausdruck (3) wird ein Batteriestrom Ib als Ib = (Vbo – D × Vc)/Rb ausgedrückt. Daher wird das Tastverhältnis D als D = (Vbo – Rb × Ib)/Vc ausgedrückt.
Dann stellt die Tastverhältnisgrenzwert-Berechnungseinheit 58 den unterer. Grenzwert DL des optimalen Betriebsdauerbereichs DR als (Vbo – Rb × Ibmax)/Vc und den oberen Grenzwert DH als (Vbo – Rb × (–Ibmax))/Vc, derart ein, dass der Batteriestrom Ib in den Bereich zwischen –Ibmax und Ibmax fällt (S110). Hier entspricht das an Ibmax angehängte positive Zeichen einer Entladungsrichtung von der Batterie 22, während das negative Zeichen der Aufladerichtung entspricht.
Bei dieser Ausführungsform steigt die elektromotorische Batteriespannung Vbo an, wenn der SOC der Batterie 22 ansteigt oder zum vollen Ladezustand variiert, und folglich nimmt das Tastverhältnis D entsprechend den Strömen Ibmax, –Ibmax zu.
Daher werden der untere Grenzwert DL (= Vbo – Rb × Ibmax/Vc) und der obere Grenzwert DH (= (Vbo – Rb × (–Ibmax))/Vc) gemäß dem SOC der Batterie 22 geändert, um einen Zustand beizubehalten, in dem der untere Grenzwert DL und der obere Grenzwert DH im Wesentlichen gleich den Tastverhältnissen D bleiben, die den Strömen Ibmax bzw. –Ibmax entsprechen, selbst wenn der SOC der Batterie 22 variieren sollte. Genauer gesagt nehmen der untere Grenzwert DL und der obere Grenzwert DH zu, wenn der SOC der Batterie 22 ansteigt oder zum vollen Ladezustand variiert. Danach wird durch Begrenzen des Tastverhältnisses D bei Schritt S112 und danach, um innerhalb des optimalen Betriebsdauerbereichs DR (zwischen dem unteren Grenzwert DL und dem oberen Grenzwert DH) zu fallen, der Batteriestrom Ib so begrenzt, dass er die maximal zulässigen Ströme der Transistoren T1, T2 des Gleichspannungswandlers 24 oder den maximal zulässigen Strom der Batterie 22 nicht überschreitet.
Bei dieser Ausführungsform kann, da der untere Grenzwert DL und der obere Grenzwert DH des Tastverhältnisses D in Bezug auf die Variation des SOC der Batterie 22 geändert werden, ein Zustand sichergestellt werden, in dem der untere Grenzwert DL und der obere Grenzwert DH im Wesentlichen gleich den Tastverhältnissen D beibehalten werden, die jeweils den Strömen Ibmax, –Ibmax entsprechen, selbst wenn der SOC der Batterie 22 variiert und folglich die elektromotorische Batteriespannung Vbom variiert.
Daher kann eine Steuerung zum Verhindern, dass der Batteriestrom Ib den maximal zulässigen Strom der Transistoren T1, T2 des Gleichspannungswandlers 24 oder den maximal zulässigen Strom der Batterie 22 überschreitet, in Abhängigkeit vom Ladezustand (SOC) der Batterie angemessener ausgeführt werden.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines Ansteuerungssystems in einer zweiten Ausführungsform.
Der Aufbau der Hardware des Ansteuerungssystems in der zweiten Ausführungsform ist mit dem des Ansteuerungssystems 20 in der ersten Ausführungsform identisch. Eine elektronische Steuerungseinheit 40 kann konstruiert sein, wie in dem funktionalen Blockdiagramm von 10 gezeigt ist.
Das funktionelle Blockdiagramm von 10 beinhaltet eine Stromgrenzwert-Berechnungseinheit 64, die nachstehend beschrieben werden soll, anstelle der Tastverhältnisgrenzwert-Berechnungseinheit 58 in 4.
Die Stromgrenzwert-Berechnungseinheit 64 berechnet den oberen Grenzwert IH eines Batteriestroms Ib basierend auf der eingegebenen elektromotorischen Spannung Vbo der Batterie und dem Batterie-Innenwiderstand Rb und gibt das Ergebnis an die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 aus. Unter Verwendung des oberen Grenzwerts IH wird der zulässige Bereich des Batteriestroms Ib definiert. Eine ausführliche Beschreibung der Berechnung des oberen Grenzwerts IH für einen Batteriestrom Ib erfolgt an späterer Stelle.
Die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 begrenzt das Tastverhältnis D eines Schaltsteuerungssignals, das durch die Tastverhältnis-Berechnungseinheit 60 berechnet wird, so dass der Batteriestrom Ib innerhalb des zulässigen Bereichs (kleiner oder gleich dem oberen Grenzwert IC) fallt, der durch die Stromgrenzwert-Berechnungseinheit 64 eingestellt wird.
Wenn sich genauer gesagt der Batteriestrom Ib innerhalb des zulässigen Bereichs (kleiner oder gleich dem oberen Grenzwert IH) befindet, gibt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 ein Schaltsteuerungssignal des Tastverhältnisses D an die Transistoren T1, T2 des Gleichspannungswandlers 24 aus. Wenn der Batteriestrom Ib größer ist als der obere Grenzwert IH, gibt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 ein Schaltsteuerungssignal eines Tastverhältnisses D, das derart begrenzt ist, dass der Batteriestrom Ib kleiner oder gleich dem oberen Grenzwert IH bleibt, an die Transistoren T1, T2 aus.
11 ist ein Flussdiagramm einer exemplarischen Gleichspannungswandler-Ansteuerungs-Steuerungsroutine, die durch die elektronische Steuerungseinheit 40 des Ansteuerungssystems 20 in der zweiten Ausführungsform ausgeführt werden soll. Diese Routine wird zu einem vorbestimmten Zeitintervall (beispielsweise 0,2 msec) wiederholt ausgeführt.
Insbesondere bei Start der Gleichspannungswandler-Ansteuerungs-Steuerungsroutine liest die CPU 42 der elektronischen Steuerungseinheit 40 eine Kondensator-Sollspannung V*, eine Batteriespannung Vb, einen Batteriestrom Ib und eine Batterietemperatur Tb (S200).
Dann berechnet die Tastverhältnis-Berechnungseinheit 60 ein Tastverhältnis D (= T1on/T1on + T2on)) basierend auf der eingelesenen Kondensator-Sollspannung Vc* und Batteriespannung Vb unter Verwendung des vorstehend erwähnten Ausdrucks (1) (S302).
Anschließend berechnet die SOC-Bewertungseinheit 52 den SOC der Batterie 22 basierend auf der eingelesenen Batteriespannung Vb und dem Batteriestrom Ib (S204) und die elektromotorische Spannungsberechnungseinheit 54 berechnet eine elektromotorische Batteriespannung Vbo basierend auf dem SOC der Batterie 22 (S206). Ferner berechnet die Innenwiderstands-Berechnungseinheit 56 einen Batterie-Innenwiderstand Rb basierend auf der eingelesenen Batterietemperatur Tb (S208) Dann stellt die Stromgrenzwert-Berechnungseinheit 64 einen optimalen Strombereich IR basierend auf der elektromotorischen Batteriespannung Vbo und dem Batterie-Innenwiderstand Rb ein (S210). Hier ist ein optimaler Strombereich IR ein Bereich eines Batteriestroms Ib, der dem Bereich einer Leistung entspricht, die einer Batterie 22 durch Ansteuern des Gleichspannungswandlers 24 entnommen werden kann, insbesondere ein Bereich mit einem oberen Grenzwert IH, der gleich dem Stromwert ist, der der maximalen Leistung BPmax entspricht, die der Batterie 22 entnommen werden kann.
Im nachstehenden erfolgt eine ausführliche Beschreibung eines optimalen Strombereichs IR.
Die Leistung BP, die der Batterie 22 entnommen werden kann, kann unter Verwendung des Ausdrucks (6) basierend auf der Batteriespannung Vb und dem Batteriestrom Ib ausgedrückt werden. BP = Vb × Ib (6)
Die Batteriespannung Vb kann unter Verwendung des nachstehend erwähnten Ausdrucks (7) basierend auf dem Innenwiderstand Rb und der elektromotorischen Spannung Vbo ausgedrückt werden. Vb = Vbo – Ib × Rb (7)
Das Einsetzen des Ausdrucks (6) in den Ausdruck (7) resultiert in den Ausdruck (8). BP = (Vbo – Ib × Rb) × Ib = Rb × (Ib – Vbo/2Rb) 2 + Vbo2/4Rb (8)
Der Ausdruck (8) kann wie in 12 gezeigt als eine Leistungskennlinie der Batterie 22 für eine Korrelation der Leistung BP der Batterie 22 in Bezug auf den Batteriestrom Ib ausgedrückt werden.
Um der Batterie 22 die maximale Leistung Vbo²/4Rb zu entnehmen, wie in 12 gezeigt ist, sollte der Gleichspannungswandler 24 so gesteuert werden, dass er angesteuert wird, dass ein Batteriestrom Ib gleich einem Wert Vbo/2Rb ist. Daher sollte der Gleichspannungswandler 24 so gesteuert werden, dass er derart angesteuert wird, dass der Batteriestrom Ib den Wert Vbo/2Rb überschreitet (d. h. in der Richtung zur Erhöhung der Verstärkungsrate), ein erhöhter Betrag einer elektrischen Leistung durch den Innenwiderstand Rb der Batterie 22 verbraucht wird und folglich nur ein reduzierter Betrag der Leistung BP der Batterie 22 entnommen werden kann.
Daher kann durch Einstellen des oberen Grenzwerts IH des optimalen Strombereichs IR bei einem Wert Vbo/2Rb die maximale Leistung BPmax aus der Batterie 22 sichergestellt werden, während der Verbraucher 28 stabil angesteuert werden kann.
Wie in 13 gezeigt ist, steigt bei dieser Ausführungsform die elektromotorische Batteriespannung Vbo mit dem SOC der Batterie 22 an oder variiert hin zur vollen Aufladung, und folglich erhöht sich der Batteriestrom Ib, der der maximalen Leistung BPmax entspricht. Dann wird der obere Grenzwert IH (= Vbo/2Rb) abhängig von dem SOC der Batterie 22 geändert, um einen Zustand beizubehalten, in dem der obere Grenzwert IH im Wesentlichen gleich dem Batteriestrom Ib beibehalten wird, der der maximalen Leistung BPmax entspricht, selbst wenn der SOC der Batterie 22 variiert.
Insbesondere nimmt der obere Grenzwert IH (= Vbo/2Rb) zu, während der SOC der Batterie 22 ansteigt oder hin zum vollen Ladezustand variiert.
Es ist zu beachten, dass es nicht immer notwendig ist, den oberen Grenzwert IH des optimalen Strombereichs IR beim Batteriestrom Vbo/2Rb, der der maximalen Leistung BPmax entspricht, in der Leistungskennlinie der Batterie 22 einzustellen. Alternativ kann ein Wert Vbo/2Rb + ΔI(ΔI > 0), der geringfügig größer ist als beispielsweise der Batteriestrom Vbo/2Rb, der der maximalen Leistung Bpmax entspricht, oder ein Wert Vbo/2Rb – ΔI, der geringfügig kleiner ist als der Batteriestrom Vbo/2Rb, als der obere Grenzwert IH eingestellt werden.
Wenn der optimale Strombereich IR, d. h. der obere Grenzwert IH, wie vorstehend beschrieben eingestellt wird, bestimmt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62, ob der Batteriestrom Ib in den optimalen Strombereich IR fällt oder nicht (ob er kleiner oder gleich dem oberen Grenzwert IH ist) (S212).
Wenn bestimmt wird, dass der Batteriestrom Ib innerhalb des optimalen Strombereichs IR liegt (kleiner oder gleich dem oberen Grenzwert ICH ist), nimmt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 unter Verwendung eines Schaltsteuerungssignals des Tastverhältnisses D, das bei Schritt S202 berechnet wird (S214), eine Steuerung vor, um den Gleichspannungswandler 24 anzusteuern. Dann wird als Hinweis auf die Tatsache, dass ein Tastverhältnis D nicht begrenzt ist, das Begrenzungs-Flag F versetzt (S116), woraufhin diese Routine beendet wird.
Wenn hingegen bestimmt wird, dass der Batteriestrom Ib außerhalb des optimalen Strombereichs IR liegt (größer ist als der obere Grenzwert), nimmt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 unter Verwendung eines Schaltsteuerungssignals eines Tastverhältnisses D, das derart begrenzt ist, dass der Batteriestrom Ib innerhalb des optimalen Einschaltdauerbereichs DR (kleiner oder gleich dem oberen Grenzwert IH) bleibt, eine Steuerung vor, um den Gleichspannungswandler 24 anzusteuern. (S218). Dann wird als Hinweis auf die Tatsache, dass ein begrenztes Tastverhältnis D vorliegt, das Begrenzungs-Flag F auf EIN gesetzt (S220), woraufhin diese Routine beendet wird.
In dem vorstehend beschriebenen Vorgang wird der SOC der Batterie 22 erfasst und die elektromotorische Batteriespannung Vbo jedes Mal berechnet, wenn das Tastverhältnis D eines Schaltsteuerungssignals, das an die Transistoren T1, T2 ausgegeben werden soll, bestimmt wird.
In dem vorstehend beschriebenen Ansteuerungssystem in der zweiten Ausführungsform wird der obere Grenzwert IH eines Batteriestroms Ib in Bezug auf die Variation des SOC der Batterie 22 geändert. Dadurch kann ein Zustand sichergestellt werden, in dem der obere Grenzwert IH im Wesentlichen gleich dem Batteriestrom Ib bleibt, der der maximalen Leistung BPmax entspricht, selbst wenn der SOC der Batterie 22 variiert und folglich die elektromotorische Batteriespannung Vbo variiert. Folglich kann die maximale Leistung BPmax der Batterie 22 in stabiler Weise entnommen werden.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines Ansteuerungssystems in einer dritten Ausführungsform.
Der Aufbau der Hardware des Ansteuerungssystems in der dritten Ausführungsform ist mit dem des Ansteuerungssystems 20 in der ersten Ausführungsform identisch. Die elektronische Steuerungseinheit 40 kann beispielsweise so konstruiert sein, wie in dem funktionellen Blockdiagramm von 14 gezeigt ist.
Das funktionelle Blockdiagramm von 14 zeigt keine Innenwiderstands-Berechnungseinheit 56, wie in 10 gezeigt ist, und beinhaltet, anstelle der Stromgrenzwert-Berechnungseinheit 44 in 10, eine Spannungsgrenzwert-Berechnungseinheit 66, die nachstehend beschrieben werden soll.
Die Spannungsgrenzwert-Berechnungseinheit 66 berechnet den unteren Grenzwert VL einer Batteriespannung Vb basierend auf der eingegebenen elektromotorischen Batteriespannung Vbo und gibt das Ergebnis an die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 aus. Unter Verwendung des unteren Grenzwerts VL wird der zulässige Bereich der Batteriespannung Vb definiert. Eine Berechnung des unteren Grenzwerts VL für eine Batteriespannung Vb wird nachstehend ausführlicher definiert.
Die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 begrenzt das Tastverhältnis D eines Schaltsteuerungssignals, das durch die Tastverhältnis-Berechnungseinheit 60 berechnet wird, derart, dass die Batteriespannung Vb in den zulässigen Bereich (der größer oder gleich dem unteren Grenzwert VL ist) fällt, der durch die Spannungsgrenzwert-Berechnungseinheit 66 eingestellt wird.
Genauer gesagt, wenn die Batteriespannung Vb innerhalb des zulässigen Bereichs (der größer oder gleich dem unteren Grenzwert VL ist) liegt, gibt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 ein Schaltsteuerungssignal des Tastverhältnisses D an die Transistoren T1, T2 des Gleichspannungswandlers 24 aus. Wenn die Batteriespannung Vb kleiner als der untere Grenzwert VL ist, gibt die Tastverhältnis-Begrenzungseinheit 62 ein Schaltsteuerungssignal eines Tastverhältnisses D, das derart begrenzt ist, dass die Batteriespannung Vb größer oder gleich dem unteren Grenzwert VL bleibt, an die Transistoren T1, T2 aus.
15 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Gleichspannungswandler-Ansteuerungs-Steuerungsroutine, die durch die elektronische Steuerungseinheit 40 des Ansteuerungssystems in der dritten Ausführungsform ausgeführt werden soll. Diese Routine wird zu vorbestimmten Intervallen (beispielsweise 0,2 msec) wiederholt ausgeführt.
Insbesondere beim Start der Gleichspannungswandler-Ansteuerungs-Steuerungsroutine liest die CPU 42 der elektronischen Steuerungseinheit eine Kondensator-Sollspannung Vc*, eine Batteriespannung Vb und einen Batteriestrom Ib (S300) ein.
Dann berechnet die Tastverhältnis-Berechnungseinheit 60 ein Tastverhältnis D (= T1on/(T1on + T2on)) basierend auf der eingelesenen Kondensator-Sollspannung Vc* und der Batteriespannung Vb unter Verwendung des vorstehend angeführten Ausdrucks (1) (S302).
Folglich berechnet die SOC-Bewertungseinheit 52 den SOC der Batterie 22 basierend auf der eingelesenen Batteriespannung Vb und dem Batteriestrom Ib (S304), und die elektromotorische Spannungsberechnungseinheit 54 berechnet eine elektromotorische Batteriespannung Vbo basierend auf dem SOC der Batterie 22 (S306).
Dann stellt die Spannungsgrenzwert-Berechnungseinheit 66 den optimalen Spannungsbereich VR basierend auf der elektromotorischen Batteriespannung Vbo ein (S308).
Hier handelt es sich bei dem optimalen Spannungsbereich VR um einen Bereich einer Batteriespannung Vb, der dem Bereich einer Leistung entspricht, die der Batterie durch Ansteuern des Gleichspannungswandlers 24 entnommen werden kann, insbesondere einen Bereich mit dem unteren Grenzwert VL, der gleich einem Spannungswert ist, der der maximalen Leistung BPmax entspricht, die der Batterie 22 entnommen werden kann.
Nachstehend erfolgt eine ausführliche Beschreibung des optimalen Spannungsbereichs VR.
Eine Batteriespannung Vb kann unter Verwendung des nachstehenden Ausdrucks (9) basierend auf der elektromotorischen Batteriespannung Vbo, dem Batteriestrom Tb und dem Innenwiderstand Rb berechnet werden. Vb = Vbo – Ib × Rb (9)
Ein Batteriestrom Ib weist hingegen, wenn die maximale Leistung BPmax einer Batterie entnommen wird, einen Wert Vbo/2Rb auf, wie in Verbindung mit dem Ansteuerungssystem in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, und die Batteriespannung Vb kann dabei als Ausdruck (10) ausgedrückt werden. Vb = Vbo/2 (10)
Um die maximale Leistung Vbo²/4Rb der Batterie 22 zu entnehmen, sollte eine Steuerung des Gleichspannungswandlers 24 vorgenommen werden, so dass dieser so angesteuert wird, dass die Batteriespannung Vb gleich dem Wert Vbo/2 wird. Daher sollte eine Steuerung des Gleichspannungswandlers 24 vorgenommen werden, so dass dieser derart angesteuert wird, dass die Batteriespannung Vb kleiner wird als ein Wert Vbo/2 (d. h. in der Richtung zur Erhöhung einer Verstärkungsrate), ein erhöhter Betrag einer elektrischen Leistung durch den Innenwiderstand Rb der Batterie 22 verbraucht wird und folglich nur ein reduzierter Betrag einer Leistung BP der Batterie 22 entnommen werden kann.
Daher kann durch Einstellen des unteren Grenzwerts VL des optimalen Spannungsbereichs VR bei einem Wert Vbo/2 die maximale Leistung BPmax zuverlässig der Batterie 22 entnommen werden, während der Verbraucher 28 stabil angesteuert werden kann.
Bei dieser Ausführungsform nimmt die elektromotorische Batteriespannung Vbo zu, während der SOC der Batterie 22 ansteigt oder zu einem vollen Aufladezustand hin variiert, und folglich wird die Batteriespannung Vb, die der maximalen Leistung BPmax entspricht, größer. Dann wird der untere Grenzwert VL (= Vbo/2) abhängig von dem SOC der Batterie 22 geändert, um einen Zustand beizubehalten, in dem der untere Grenzwert VL im Wesentlichen gleich der Batteriespannung Vb, die der maximalen Leistung BPmax entspricht, gehalten wird, selbst wenn der SOC der Batterie 22 variiert.
Insbesondere steigt der untere Grenzwert VL (= Vb/2) an, während der SOC der Batterie 22 zunimmt oder in Richtung des vollen Ladezustands variiert.
Es ist zu beachten, dass es nicht immer notewendig ist, den unteren Grenzwert VL des optimalen Strombereichs IR bei der Batteriespannung Vbo/2, die der maximalen Leistung BPmax entspricht, in der Leistungskennlinie der Batterie 22 einzustellen. Alternativ kann beispielsweise ein Wert Vbo/2 + ΔV/(ΔV > 0), der beispielsweise geringfügig größer ist als die Batteriespannung Vbo/2, die der maximalen Leistung Bpmax entspricht, oder ein Wert Vbo/2 – ΔV, der geringfügig kleiner ist als die Batteriespannung Vbo/2, als der untere Grenzwert VL eingestellt werden.
Wenn der optimale Spannungsbereich VR, d. h. der untere Grenzwert VL wie vorstehend beschreiben eingestellt wird, bestimmt die Tastverhältnis-Grenzeinheit 62, ob die Batteriespannung Vb in den optimalen Spannungsbereich VR fällt oder nicht (ob er größer oder gleich dem unteren Grenzwert VL = Vbo/2 ist oder nicht) (S310).
Wenn bestimmt wird, dass die Batteriespannung Vb innerhalb des optimalen Spannungsbereichs VR liegt (der größer oder gleich dem unteren Grenzwert VL ist), nimmt die Tastverhältnis-Grenzeinheit 62 eine Steuerung vor, um den Gleichspannungswandler 24 unter Verwendung eines Schaltsteuerungssignals des Tastverhältnisses D, das bei Schritt S302 berechnet wird, anzusteuern (S312). Dann wird als Hinweis auf die Tatsache, dass ein Tastverhältnis D nicht begrenzt ist, das Begrenzungs-Flag F auf AUS gesetzt (Schritt S314), woraufhin diese Routine beendet wird.
Wenn hingegen bestimmt wird, dass die Batteriespannung Vb außerhalb des optimalen Spannungsbereichs VR liegt (kleiner als der untere Grenzwert VL ist), nimmt die Tastverhältnis-Grenzeinheit 62 eine Steuerung vor, um den Gleichspannungswandler 24 unter Verwendung eines Schaltsteuerungssignals eines Tastverhältnisses D anzu steuern, das derart begrenzt ist, dass die Batteriespannung Vb in den optimalen Spannungsbereich VR fällt (der größer oder gleich dem unteren Grenzwert VL ist) (S316). Dann wird als Hinweis auf die Tatsache, dass ein Tastverhältnis D begrenzt ist, das Begrenzungs-Flag F auf EIN gesetzt (Schritt S318), woraufhin die Routine beendet wird.
In der vorstehend beschriebenen Bearbeitung wird der SOC der Batterie 22 erfasst, und die elektromotorische Batteriespannung Vbo wird jedes Mal berechnet, wenn das Tastverhältnis D eines Schaltsteuerungssignals, das an die Transistoren T1, T2 ausgegeben werden soll, bestimmt wird.
In dem Ansteuerungssystems in der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform wird der untere Grenzwert VL der Batteriespannung Vb in Bezug auf die Variation des SOC der Batterie 22 geändert. Dadurch kann ein Zustand sichergestellt werden, in dem ein unterer Grenzwert VL im Wesentlichen gleich der Batteriespannung Vb bleibt, die der maximalen Leistung BPmax entspricht, selbst wenn der SOC der Batterie 22 variiert und folglich die elektromotorische Batteriespannung Vbo variiert. Folglich kann die maximale Leistung BPmax der Batterie 22 stabil entnommen werden.
In den Ansteuerungssystemen in der ersten bis dritten Ausführungsform nimmt die elektronische Steuerungseinheit 40 eine Steuerung vor, um den Verbraucher 28 sowie den Gleichspannungswandler 24 anzusteuern. Die Ansteuerungssteuerung für den Gleichspannungswandler 24 und den Verbraucher 28 kann jedoch durch unterschiedliche elektronische Steuerungseinheiten durchgeführt werden, die über eine Kommunikationsverbindung Informationen austauschen.
Obwohl die Ansteuerungssysteme in der ersten bis dritten Ausführungsform jeweils einen Kondensator 26 aufweisen, der zwischen dem Gleichspannungswandler 24 und dem Verbraucher 28 angeordnet ist, kann auch ein Ansteuerungssystem mit keinem derartigen Kondensator verwendet werden.
Alternativ kann vorzugsweise ein Steuerungssystem für ein Ansteuerungssteuerung eines Gleichspannungswandlers 24 und/oder eines Verbrauchers 28 vorzugsweise ein Programm zum Bewirken, dass ein Computer arbeitet, und/oder ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium, wie z. B. ein CD-ROM, ein DVD-ROM, und eine flexible Disk sein, die dieses Programm speichert. Mit diesem in einen Computer installierten und auf demselben ausgeführten Programm kann der Vorteil der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Es ist zu beachten, dass, obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsformen beschrieben worden ist, die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, und dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen praktiziert werden kann, die vom wesentlichen Inhalt der vorliegenden Erfindung nicht abweichen.
Zusammenfassung
Steuerungsvorrichtung und Steuerungsverfahren für eine Spannungsumwand lungsvorrichtung
Der SOC einer Batterie wird basierend auf der Spannung Vb und dem Strom Ib einer Batterie berechnet, und eine elektromotorische Batteriespannung Vbo wird basierend auf dem SOC der Batterie berechnet. Basierend auf der elektromotorischen Batteriespannung Vbo und der Spannung Vc eines Kondensators, der an der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers verbunden ist, wird ein Tastverhältnis D (= Vbo/2Vc), das die maximale Batterieleistung erhält, als der untere Grenzwert DL des optimalen Betriebsdauerbereichs DR eingestellt, so dass der untere Grenzwert DL gemäß dem SOC der Batterie variiert wird. Das Tastverhältnis D wird so begrenzt, dass es innerhalb des optimalen Betriebsdauerbereichs DR fällt, und der Gleichspannungswandler wird so gesteuert, dass er unter Verwendung des begrenzten Tastverhältnisses D angesteuert wird.

Claims

Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltbetrieb eines Schaltelements umwandelt, wobei die Steuerungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Merkmale aufweist: eine Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich zum Einstellen des zulässigen Bereichs des Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals basierend auf Leistungskennlinien der Speicherbatterie in Bezug auf das Tastverhältnis; eine Tastverhältnisbegrenzungseinheit zum Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass das Tastverhältnis in den zulässigen Bereich fällt; und eine Ladezustands-Erhalte-Einheit zum Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie, wobei die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich den zulässigen Bereich in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie ändert.
Steuerungsvorrichtung der Spannungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich einen unteren Grenzwert des zulässigen Bereichs in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie ändert, und die Tastverhältnisbegrenzungseinheit das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals derart begrenzt, dass das Tastverhältnis größer oder gleich dem unteren Grenzwert wird.
Steuerungsvorrichtung der Spannungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich den unteren Grenzwert in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie zu einem vollen Ladezustand hin erhöht.
Steuerungsvorrichtung der Spannungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Spannungsumwandlungsvorrichtung das Spannungsumwandlungsverhältnis in Bezug auf eine Verringerung des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals erhöht, und der untere Grenzwert im Wesentlichen gleich einem Tastverhältnis ist, das einer maximalen Leistung der Leistungskennlinien der Speicherbatterie entspricht.
Steuerungsvorrichtung der Spannungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich einen oberen Grenzwert des zulässigen Bereichs in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie ändert, und die Tastverhältnisbegrenzungseinheit das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals derart begrenzt, dass das Tastverhältnis kleiner oder gleich dem oberen Grenzwert wird.
Steuerungsvorrichtung der Spannungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich den oberen Grenzwert in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie zu einem vollen Ladezustand hin erhöht.
Steuerungsvorrichtung der Spannungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner folgende Merkmale aufweist: eine Innenwiderstands-Erhalte-Einheit zum Erhalten von Informationen über einen Innenwiderstand der Speicherbatterie, wobei die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereichs den oberen Grenzwert des zulässigen Bereichs in Bezug auf eine Variation des Innenwiderstands der Speicherbatterie ändert.
Steuerungsvorrichtung der Spannungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich den oberen Grenzwert des zulässigen Bereichs in Bezug auf eine Erhöhung des Innenwiderstands der Speicherbatterie erhöht.
Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltbetrieb eines Schaltelements umwandelt, wobei die Steuerungsvorrichtung, die in der Lage ist ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Merkmale aufweist: eine Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich zum Einstellen eines zulässigen Bereichs des Tastverhältnisses eines Schaltsignals, derart, dass ein Strom der Speicherbatterie in einen vorbestimmten Bereich fällt; eine Tastverhältnisbegrenzungseinheit zum Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass das Tastverhältnis in den zulässigen Bereich fallt; und eine Ladezustands-Erhalte-Einheit zum Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie, wobei die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich den zulässigen Bereich in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie ändert.
Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltbetrieb eines Schaltelements umwandelt, wobei die Steuerungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Merkmale aufweist: eine Stromerfassungseinheit zum Erfassen eines Stroms der Speicherbatterie; eine Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich zum Einstellen eines zulässigen Bereichs des Stroms der Speicherbatterie basierend auf Leistungskennlinien für den Strom der Speicherbatterie; eine Tastverhältnisbegrenzungseinheit zum Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass der Strom der Speicherbatterie in den zulässigen Bereich fällt; und eine Ladezustands-Erhalte-Einheit zum Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie, wobei die Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich den zulässigen Bereich in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie ändert.
Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einer Spannungsumwandlungsvorrichtung, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltbetrieb eines Schaltelements umwandelt, wobei die Steuerungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Merkmale aufweist: eine Spannungserfassungseinheit zum Erfassen einer Spannung der Speicherbatterie; eine Tastverhältnisbegrenzungseinheit zum Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass die Spannung der Speicherbatterie in den zulässigen Bereich fällt; eine Ladezustands-Erhalte-Einheit zum Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie, und eine Einstellungseinheit für einen zulässigen Bereich zum Ändern des zulässigen Bereichs in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie.
Spannungsvorrichtung für die Spannungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Spannungsumwandlungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen Reaktor, bei dem ein Ende mit einem Ende der Speicherbatterie verbunden ist; ein erstes Schaltelement, das zwischen dem anderen Ende des Reaktors und einer Ausgangsklemme der Spannungsumwandlungsvorrichtung angeordnet ist; und ein zweites Schaltelement, das zwischen dem anderen Ende des Reaktors und dem anderen Ende der Speicherbatterie angeordnet ist, wobei das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals als T1on/(T1on + T2on) ausgedrückt wird, wobei T1on eine Einschaltdauer des ersten Schaltelements darstellt, und T2on eine Einschaltdauer des zweiten Schaltelements darstellt.
Steuerungsvorrichtung für die Spannungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Speicherbatterie eine sekundäre Lithiumionenbatterie ist.
Steuerungsverfahren zur Verwendung durch eine Spannungsumwandlungsvorrichtung, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltbetrieb eines Schaltelements umwandelt, wobei das Steuerungsverfahren, das in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Schritte aufweist: Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie; Einstellen eines zulässigen Bereichs des Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals basierend auf Leistungskennlinien der Speicherbatterie in Bezug auf das Tastverhältnis eines Schaltsteuerungssignals, während der zulässige Bereich des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie geändert wird; und Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass das Tastverhältnis in den zulässigen Bereich fällt.
Steuerungsverfahren zur Verwendung durch eine Spannungsumwandlungsvorrichtung, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltbetrieb eines Schaltelements umwandelt, wobei das Steue rungsverfahren, das in der Lage, ist ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Schritte aufweist: Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie; Einstellen eines zulässigen Bereichs des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass ein Strom der Speicherbatterie in einen vorbestimmten Einstellungsbereich fallt, während der zulässige Bereich des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie geändert wird; und Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass das Tastverhältnis in den zulässigen Bereich fällt.
Steuerungsverfahren zur Verwendung durch eine Spannungsumwandlungsvorrichtung, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltbetrieb eines Schaltelements umwandelt, wobei das Steuerungsverfahren, das in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Schritte aufweist: Erfassen eines Stroms einer Speicherbatterie; Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie; Einstellen eines zulässigen Bereichs des Stroms der Speicherbatterie basierend auf Leistungskennlinien in Bezug auf den Strom der Speicherbatterie, während der zulässige Bereich des Stroms der Speicherbatterie in Bezug auf eine Variation in dem Ladezustand der Speicherbatterie geändert wird; und Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass der Strom der Speicherbatterie in den zulässigen Bereich fällt.
Steuerungsverfahren zur Verwendung durch eine Spannungsumwandlungsvorrichtung, die, für eine Leistungsabgabe, eine Gleichspannung, die von einer aufladbaren und entladbaren Speicherbatterie zugeführt wird, in eine gewünschte Spannung durch einen Schaltbetrieb eines Schaltelements umwandelt, wobei das Steuerungsverfahren, das in der Lage ist, ein Spannungsumwandlungsverhältnis durch Anpassen eines Tastverhältnisses eines Schaltsteuerungssignals, das dem Schaltelement zugeführt werden soll, zu steuern, folgende Schritte aufweist: Erfassen einer Spannung der Speicherbatterie; Erhalten von Informationen über einen Ladezustand der Speicherbatterie; Ändern eines zulässigen Bereichs der Spannung der Speicherbatterie in Bezug auf eine Variation des Ladezustands der Speicherbatterie; und Begrenzen des Tastverhältnisses des Schaltsteuerungssignals derart, dass die Spannung der Speicherbatterie in den zulässigen Bereich fällt.
Steuerungsverfahren für die Spannungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Speicherbatterie eine sekundäre Lithiumionenbatterie ist.