DE112008000189T5 - Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung, Fahrzeug und Steuerungsverfahren für eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung - Google Patents

Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung, Fahrzeug und Steuerungsverfahren für eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung, aufweisend:
eine Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33), die zwischen ersten und zweiten Knoten (N2, N1) parallel geschaltet sind, und wobei jeder Spannungswandler eine Spannungsumwandlung basierend auf einer Steuerperiodendauer ausführt, die aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Steuerperiodendauern ausgewählt ist; und
eine Steuerungsvorrichtung (30), die der Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33) die Steuerperiodendauer anzeigt, wobei
die Steuerungsvorrichtung (30) die Steuerperiodendauer für die Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33) in einer vorbestimmten Aktualisierungszeitspanne aktualisiert, die allgemein auf die Mehrzahl von Steuerperiodendauern bezogen ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung, ein Fahrzeug mit derselben und ein Steuerungsverfahren für die Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung.
  • Technischer Hintergrund
  • In der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2004-357388 ist ein Mehrphasen-Multiplex-Aufwärts-/Abwärts-Wandler mit einer Aufwärts- und Abwärtswandlungsfunktion offenbart. Dieser Aufwärts-/Abwärtswandler wird derart gesteuert, dass Ströme mit voneinander versetzten Phasen entsprechend den jeweiligen Phasen bzw. Strängen des Wandlers durchgeleitet bzw. durchgeführt werden.
  • 7 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Mehrphasen-(Dreiphasen-)Wandler veranschaulichen soll.
  • Bezugnehmend auf 7 weist ein Batteriestrom, der nicht mit einer Steuerperiodendauer von 100 μm geglättet worden ist, für eine einzelne Phase eine große Amplitude auf, und selbst nach dem Glättungsvorgang fließt ein Strom mit großer Welligkeit. Wenn umgekehrt ein Dreiphasenwandler mit der gleichen Steuerperiodendauer arbeitet, können die PWM-Signale der jeweiligen Phasen eine Phasendifferenz von 120 Grad aufweisen, und infolgedessen wird mit dem geglätteten Batteriestrom ein Welligkeitsstrom mit einer Periodendauer 33,3 μm und einer reduzierten Amplitude durchgeführt.
  • Somit bewirkt der Dreiphasenwandler, dass der Welligkeitsstrom eine kleinere Amplitude aufweist als beim Einzelphasenwandler.
  • Der vorstehend beschriebene Aufwärts-/Abwärtswandler ist im Allgemeinen als eine Zerhacker- bzw. Chopper-Schaltung mit Spulen und Schaltelementen ausgebildet.
  • Bei manchen Arten dieser Aufwärts-/Abwärtswandler wird das Wechseln oder Umschalten einer Schaltzeitspanne bzw. -periode der Schaltelemente basierend auf der durchgeführten Leistung gesteuert. Eine Inverse der Schaltzeitspanne wird als Trägerfrequenz bezeichnet. Wenn z. B. die durchgeführte Leistungsmenge hoch ist, kann die Steuerung ausgeführt werden, so dass die Schaltzeitspanne erhöht wird (d. h. um die Trägerfrequenz zu verringern), um einen Schaltverlust zu verringern.
  • 8 zeigt ein Beispiel, das diesbezüglich beachtet werden sollte und das Wechseln der Trägerfrequenz veranschaulicht.
  • Unter Bezugnahme auf 8 ist anhand der durch dreieckige Symbole dargestellten Portausgangssteuerzeitpunkte zu erkennen, dass für einen Dreiphasenwandler, d. h. eine Y-, V- und W-Phase, Steuerungsinformationen, die eine Trägerfrequenz und ein Tastverhältnis bzw. eine relative Einschaltdauer beinhalten, von einer zentralen Steuerungseinheit an eine Steuerungseinheit einer jeweiligen Phase bereitgestellt werden. Zu den Zeitpunkten t0, t9, 18, t27 und t36, die durch die dreieckigen Symbole dargestellt sind, werden die in der Steuerungseinheit einbehaltenen bzw. gespeicherten Einstellungen für die jeweiligen Phasen kollektiv umgeschrieben. Jede Steuerungseinheit führt die Schaltsteuerung der entsprechenden Phase basierend auf der durch sie gespeicherten bzw. einbehaltenen Einstellung aus.
  • In den jeweiligen U-, V- und W-Phasenstrom-Wellenformen ist zwischen einem Abwärtsspitzenpunkt der Wellenform und einem sich daran anschließenden Aufwärtsspitzenpunkt eine Einschaltdauer Ton des Schaltelements vorhanden, und zwischen dem Aufwärtsspitzenpunkt der Wellenform und dem sich daran anschließenden Abwärtsspitzenpunkt liegt eine Ausschaltdauer Toff des Schaltelements vor. Bei (Ton + Toff) handelt es sich um die Steuerperiodendauer bzw. Steuerzeitspanne.
  • Vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t18 liegt eine Zeitdifferenz (Phasendifferenz) von Ty zwischen der U-Phase und der V-Phase vor, und zwischen der V-Phase und der W-Phase liegt ebenfalls eine Zeitdifferenz (Phasendifferenz) von Ty vor.
  • Am Zeitpunkt T18 wird davon ausgegangen, dass eine Anweisung, durch die die Steuerperiodendauer mit dem auf 50% gehaltenen Tastverhältnis verdoppelt wird, an alle Phasensteuerungseinheiten gleichzeitig ausgegeben worden ist. Die Phasensteuerungseinheiten sind jedoch nicht in der Lage, die Steuerperiodendauer mitten während der Steuerperiodendauer wechseln.
  • Dementsprechend verdoppelt sich zum Zeitpunkt T18 die Steuerperiodendauer der U-Phasenstrom-Wellenform umgehend, wobei sich jedoch die Steuerperiodendauer der V-Phase zum Zeitpunkt t20 verdoppelt. Die Steuerperiodendauer der W-Phase verdoppelt sich dabei zum Zeitpunkt t 19.
  • Somit wechselt die Steuerperiodendauer einer jeweiligen Phase nur, wenn die aktuelle Steuerperiodendauer (d. h. am Abwärtsspitzenpunkt) verstrichen ist, nachdem die Anweisung empfangen worden ist.
  • In dem in 8 gezeigten Beispiel wechselt die Steuerperiodendauer der W-Phase früher als in der V-Phase. Folglich wird in der Stromwellenform zum oder nach dem Zeitpunkt t20 die Zeitdifferenz Ty zwischen den U- und V-Phasen-Wellenformen gehalten, doch tritt dabei eine Zeitdifferenz TyA, die sich von der vor dem Zeitpunkt t18 unterscheidet, zwischen den U- und W-Phasenstrom-Wellenformen auf. Dies führt zu dem Ergebnis, dass während des Umschaltens der Trägerfrequenz zwischen den Phasen nicht die gleiche Phasendifferenz beibehalten werden kann. Folglich kann es zu einer hohen Ausgangsspannungswelligkeit in der Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung kommen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung, die eine Ausgangsspannungswelligkeit unterdrücken kann, ein Fahrzeug, das mit derselben ausgestattet ist, und ein Steuerungsverfahren für eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung zu schaffen.
  • Zusammengefasst sieht die Erfindung eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung vor, die eine Mehrzahl von Spannungswandlern beinhaltet, die zwischen ersten und zweiten Knoten parallel geschaltet sind, und wobei ein jeder Spannungswandler eine Spannungswandlung basierend auf einer Steuerperiodendauer ausführt, die aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Steuerperiodendauern ausgewählt wird; und eine Steuerungsvorrichtung, die der Mehrzahl von Spannungswandlern die Steuerperiodendauer anzeigt. Die Steuerungsvorrichtung aktualisiert die Steuerperiodendauer für die Mehrzahl von Spannungswandlern in einer vorbestimmten Aktualisierungszeitspanne, die allgemein auf die Mehrzahl der Steuerperiodendauern bezogen ist.
  • Vorzugsweise ist die Aktualisierungszeitspanne ein kleinstes gemeinsames Vielfaches von der Mehrzahl der Steuerperiodendauern. Die Anzahl der Mehrzahl der Spannungswandler beträgt n. Die Steuerungsvorrichtung aktualisiert sukzessive die Steuerperiodendauern für die Mehrzahl der Spannungswandler mit einer Zeitdifferenz, die gleich 1/n der Aktualisierungszeitspanne ist.
  • Die Steuerungsvorrichtung beinhaltet vorzugsweise eine Hauptsteuerungseinheit, die die Steuerperiodendauer bestimmt; und eine Mehrzahl von Teilsteuerungseinheiten, die jeweils entsprechend der Mehrzahl von Spannungswandlern angeordnet sind. Die Mehrzahl der Teilsteuerungseinheiten beinhaltet Einstellungsinformations-Speichereinheiten, die Informationen über die Steuerperiodendauern speichern, die durch die entsprechenden Spannungswandler jeweils eingehalten bzw. befolgt werden. Die Inhalte der Einstellungsinformations-Speichereinheiten werden zum Aktualisieren der Steuerperiodendauern durch die Hauptsteuerungseinheit umgeschrieben.
  • Jeder von der Mehrzahl von Spannungswandlern beinhaltet vorzugsweise eine Spule, eine erste Stromsteuerungseinheit, die zwischen einem Ende der Spule und ei nem ersten Leistungsversorgungsknoten angeordnet ist und ein erstes Schaltelement beinhaltet, das in Reaktion auf ein erstes Aktivierungssignal eingeschaltet wird, und eine zweite Stromsteuerungseinheit, die zwischen einem zweiten Leistungsversorgungsknoten, dessen Potential sich vom dem ersten Leistungsversorgungsknoten unterscheidet, und dem einen Ende der Spule angeordnet ist und ein zweites Schaltelement beinhaltet, das in Reaktion auf ein zweites Aktivierungssignal eingeschaltet wird. Bei dem ersten Leistungsversorgungsknoten handelt es sich um den ersten Knoten. Zur Bestimmung der aktiven Zeitspanne des ersten und zweiten Aktivierungssignals zeigt die Steuerungsvorrichtung einem jeweiligen Spannungswandler ein Tastverhältnis in der Steuerperiodendauer an.
  • Noch mehr zu bevorzugen ist es, wenn die erste Stromsteuerungseinheit auch ein erstes Gleichrichterelement beinhaltet, das parallel mit dem ersten Schaltelement und zwischen dem einen Ende der Spule und dem ersten Leistungsversorgungsknoten angeordnet ist. Die zweite Stromsteuerungseinheit beinhaltet ferner ein zweites Gleichrichterelement, das parallel mit dem zweiten Schaltelement und zwischen dem einen Ende der Spule und dem zweiten Leistungsversorgungsknoten geschaltet ist.
  • Noch mehr zu bevorzugen ist es, wenn jeder von der Mehrzahl der Spannungswandler ferner eine dritte Stromsteuerungseinheit beinhaltet, die zwischen dem anderen Ende der Spule und einem dritten Leistungsversorgungsknoten angeordnet ist, und eine vierte Stromsteuerungseinheit, die zwischen dem zweiten Leistungsversorgungsknoten und dem anderen Ende der Spule angeordnet ist. Die Spannungswandlungsvorrichtung führt die Spannungsumwandlung zwischen dem ersten Leistungsversorgungsknoten und dem dritten Leistungsversorgungsknoten aus. Bei dem dritten Leistungsversorgungsknoten handelt es sich um den zweiten Knoten.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung sieht die Erfindung ein Fahrzeug vor, das eine der vorstehend beschriebenen Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung beinhaltet.
  • In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung sieht die Erfindung ein Steuerungsverfahren für eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung vor, die eine Mehrzahl von Spannungswandlern beinhaltet, die parallel zwischen einem ersten und einem zweiten Knoten geschaltet sind, und die jeweils eine Spannungsumwandlung basierend auf einer Steuerperiodendauer ausführt, die aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Steuerperiodendauern ausgewählt wird. Das Verfahren beinhaltet einen Schritt zum Bestimmen einer ersten Steuerperiodendauer aus der Mehrzahl von Steuerperiodendauern basierend auf einem Fahrzeugzustand; und einen Schritt zum Aktualisieren der Steuerperiodendauern für die Mehrzahl der Spannungswandler in einer vorbestimmten Aktualisierungszeitspanne, die allgemein auf die Steuerperiodendauern bezogen ist.
  • Bei der Aktualisierungszeitspanne handelt es sich um das kleinste gemeinsame Vielfache aus der Mehrzahl von Steuerperiodendauern. Die Anzahl der Mehrzahl der Spannungswandlern beträgt n. Der Aktualisierungsschritt beinhaltet einen Schritt zum sukzessiven Aktualisieren der Steuerperiodendauern für die Mehrzahl von Spannungswandlern mit einer Zeitdifferenz, die gleich 1/n der Aktualisierungszeitspanne ist.
  • Der Erfindung entsprechend kann die Ausgangsspannungswelligkeit der Spannungswandlungsvorrichtung auch dann unterdrückt werden, wenn ein Wechsel der Trägerfrequenz stattfindet.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine Struktur eines Fahrzeugs 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
  • 2 ist ein Funktionsblockdiagramm, dass Strukturen einer Steuerungsvorrichtung 30 und von Spannungswandlern 31–33 in 1 darstellt.
  • 3 zeigt eine allgemeine Struktur, die einen Computer als eine Steuerungsvorrichtung 30 verwendet.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, dass eine Steuerungsverarbeitung darstellt, die auf die Aktualisierung von Befehlswerten für die jeweiligen Phasensteuerungseinheiten bezogen ist und durch eine Steuerungsvorrichtung 30 ausgeführt wird.
  • 5 zeigt die Art und Weise, in der zwischen den Trägerfrequenzen geschaltet wird.
  • 6 ist ein Wellenformdiagramm, das Spulenströme der jeweiligen Phasen in dem Fall darstellt, in dem die in 4 gezeigte Steuerung angewendet wird.
  • 7 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Mehrphasen-(Dreiphasen-)Wandler darstellt.
  • 8 zeigt ein in diesem Zusammenhang zu berücksichtigendes Beispiel, das den Trägerfrequenzwechsel darstellen soll.
  • Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
  • Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine Erläuterung der Ausführungsformen der Erfindung. In der nachstehenden Beschreibung sind identische oder einander entsprechende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, und von einer Beschreibung derselben wird daher abgesehen.
  • 1 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine Struktur eines Fahrzeugs 100 gemäß der Ausführungsform darstellt. Bei dem Fahrzeug 100 handelt es sich um ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug, das als Beispiel für ein mit einem Elektromotor ausgestattetes Fahrzeug angeführt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das Fahrzeug 100 eine Batterie 2, die zwischen Knoten N2 und N3 verbunden ist, einen Glättungskondensator 8, der zwischen den Knoten N2 und N3 verbunden ist, und eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung 10, die zwischen den Knoten N2 und N3 verbunden ist und zwischen einer Spannung VB der Batterie und einer Spannung VINV eines Inverters eine wechselseitige Spannungsumwandlung durchführt.
  • Das Fahrzeug 100 beinhaltet einen Glättungskondensator 14, der zwischen den Knoten N1 und N3 verbunden ist, einen Inverter bzw. Wechselrichter 20, der zwischen den Knoten N1 und N3 verbunden ist, einen Motor bzw. Elektromotor 22, der durch den Inverter 20 angetrieben wird, und ein Brennstoffzellensystem 40. Das Brennstoffzellensystem 40 beinhaltet eine Diode 16 und eine Brennstoffzelle 18, die zwischen den Knoten N1 und N3 verbunden ist, eine Wasserstoffpumpe 42, eine Kühlwasserpumpe 44 und einen Luftkompressor 46.
  • Bei der Diode 16 handelt es sich um ein Schutzelement, das verhindern soll, das ein Strom in die Brennstoffzelle 18 fließt, und sie ist derart verbunden, dass die Richtung von der Brennstoffzelle zum Knoten N1 vorwärts verläuft. Bei der Brennstoffzelle 18 handelt es sich um eine Leistungszuführvorrichtung, die durch eine chemische Reaktion zwischen einem Wasserstoff und einem in der Luft enthaltenen Sauerstoff Elektrizität und Wasser erzeugt. Eine Wasserstoffpumpe 42 führt der Brennstoffzelle 18 aus einem Hochdrucktank (nicht gezeigt) den Wasserstoff zu. Der Luftkompressor 46 komprimiert die Luft und führt diese der Brennstoffzelle 18 zu. Die Kühlwasserpumpe 44 zirkuliert ein Kühlwasser, um die Brennstoffzelle 18 zu kühlen.
  • Die Wasserstoffpumpe 42, die Kühlwasserpumpe 44 und der Luftkompressor 46 sind mit den Knoten N2 und N3 verbunden, um von diesen eine elektrische Leistung aufzunehmen. Somit kann die Brennstoffzelle 18 die elektrische Leistung auch dann erzeugen, wenn sich die Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung 10 im Ruhezustand befindet.
  • Das Fahrzeug 100 beinhaltet ferner einen Spannungssensor 6, der eine Spannung VB der Batterie erfasst, einen Spannungssensor 12, der eine Inverterspannung VINV erfasst, und eine Steuerungsvorrichtung.
  • Die Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung 10 beinhaltet die Spannungswandler 31–33, die parallel zwischen den Knoten N1 und N2 verbunden sind. Die Spannungswandler 31–33 sind gemeinsam mit dem Knoten N3 verbunden, um an dieselben Referenzpotentiale für die Spannungen VB und VINV anzulegen.
  • Der Spannungswandler 31 weist einen ersten Arm A1, der zwischen den Knoten N2 und N3 verbunden ist, einen zweiten Arm A2, der zwischen den Knoten NI und N3 verbunden ist, und eine Spule L1 auf, die zwischen den Armen A1 und A2 verbunden ist.
  • Der erste Arm A1 beinhaltet IGBT-Elemente GA und GB, die zwischen den Knoten N2 und N3 in Reihe geschaltet sind, eine Diode DA, die mit einem IGBT-Element GA parallel geschaltet ist, und eine Diode DB, die mit einem IGBT-Element GB parallel geschaltet ist.
  • Das IGBT-Element GA weist einen Kollektor und einen Emitter auf, die jeweils mit den Knoten N2 und N4 verbunden sind. Die Diode DA ist derart verbunden, dass eine Richtung vom Knoten N4 zum Knoten N2 vorwärts verläuft.
  • Das IGBT-Element GB weist einen Kollektor und einen Emitter auf, die jeweils mit dem Knoten N2 und N4 verbunden sind. Die Diode DB ist derart verbunden, dass die Richtung vom Knoten N3 zum Knoten N4 vorwärts verläuft.
  • Der zweite Arm A2 beinhaltet IGBT-Elemente GC und GD, die zwischen den Knoten N1 und N3 seriell geschaltet sind, eine Diode DC, die mit dem IGBT-Element GC parallel geschaltet ist, und eine Diode DD, die mit dem IGBT-Element GD parallel geschaltet ist.
  • Das IGBT-Element GC weist einen Kollektor und einen Emitter auf, die jeweils mit dem Knoten N1 und N5 verbunden sind. Die Diode DS ist derart verbunden, dass eine Richtung vom Knoten N4 zum Knoten N1 vorwärts verläuft.
  • Das IGBT-Element GD weist einen Kollektor und einen Emitter auf, die jeweils mit dem Knoten N5 und N3 verbunden sind. Die Diode DD ist derart verbunden, dass eine Richtung vom Knoten N3 zum Knoten N5 vorwärts verläuft.
  • Die Spule L1 ist zwischen den Knoten N4 und N5 verbunden.
  • Die inneren Strukturen der Spannungswandler 32 und 33 sind mit denen des Spannungswandlers 31 identisch, und daher wird von einer wiederholten Beschreibung derselben abgesehen.
  • In 1 ist die Struktur gezeigt, in der die Emitter der IGBT-Element GB und GD im Inneren des Spannungswandlers 31 miteinander verbunden sind, und die Figur zeigt somit die Struktur, in der der Knoten N3 und ein negativer Anschluss der Brennstoffzelle 18 im Inneren eines jeweiligen der Mehrzahl der Spannungswandler miteinander verbunden sind. Die Struktur in 1 kann jedoch gegen eine Struktur ausgetauscht werden, in der die Emitter der IGBT-Elemente GB und GD im Inneren eines jeweiligen Spannungswandlers nicht miteinander verbunden sind, und eine Verbindung, die von den Spannungswandlern 31–33 gemeinsam verwendet wird, außerhalb der Spannungswandler angeordnet ist, um den Knoten N3 mit den negativen Anschluss der Brennstoffzelle zu verbinden.
  • Ein realisierbarer Bereich der Spannung VB der Batterie überlappt teilweise einen realisierbaren Bereich der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 18. Es wird davon ausgegangen, dass z. B. eine Nickelwasserstoffbatterie als die Vorgängerbatterie verwendet worden ist, und die Leistungszuführspannung derselben daher in einem Bereich von 200 V bis 300 V variabel ist. In diesem Fall ist die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 18 in einem Bereich von beispielsweise 240 V bis 400 V variabel.
  • Die Spannung der Batterie 2 übersteigt daher in manchen Fällen die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 18 und unterschreitet diese wiederum in anderen Fällen. Die Spannungswandler 31–33 weisen daher den ersten und den zweiten Arm auf, auf die in der Beschreibung oben bereits eingegangen wurde. Diese Struktur ermöglicht auf der Seite der Batterie 2 in Bezug auf die Seite des Inverters 20 eine Aufwärts- und Abwärtswandlung, und ermöglicht zudem eine Aufwärts- und Abwärtswandlung auf der Seite des Inverters 20 in Bezug auf die Seite der Batterie 2.
  • Nachstehend erfolgt eine Beschreibung des Betriebs der Steuerungsvorrichtung 30.
  • Die Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung 10 beinhaltet eine Mehrzahl von Spannungswandlern 31–33, die zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten N2 und N1 parallel verbunden sind, und wobei ein jeder Spannungswandler die Spannungsumwandlung basierend auf einer Steuerperiodendauer ausführt, die aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Steuerperiodendauern ausgewählt worden ist, und eine Steuerungsvorrichtung 30, die der Mehrzahl der Spannungswandler 31–33 die Steuerperiodendauer anzeigt. Die Steuerungsvorrichtung 30 aktualisiert die Steuerperiodendauer für die Mehrzahl von Spannungswandlern 31–33 in einer vorbestimmten Aktualisierungszeitspanne, die allgemein auf die Mehrzahl der vorbestimmten Steuerperiodendauern bezogen ist.
  • Jeder von der Mehrzahl von Spannungswandlern 31–33 beinhaltet vorzugsweise eine Spule L1, eine erste Stromsteuerungseinheit, die zwischen einem Ende (N4) der Spule L1 und einem ersten Leistungsversorgungsknoten (N2) angeordnet ist und ein erstes Schaltelement GA beinhaltet, das in Reaktion auf ein erstes Aktivierungssignal eingeschaltet wird, und eine zweite Stromsteuerungseinheit, die zwischen einem zweiten Leistungsversorgungsknoten (N3), dessen Potential sich vom dem ersten Leistungsversorgungsknoten unterscheidet, und dem einen Ende (N4) der Spule L1 angeordnet ist und ein zweites Schaltelement GB beinhaltet, das in Reaktion auf ein zweites Aktivierungssignal eingeschaltet wird. Bei dem ersten Leistungsversorgungsknoten handelt es sich um den vorstehend erwähnten ersten Knoten. Die Steuerungsvorrichtung 30 zeigt einem jeden der Spannungswandler 31–33 zur Bestimmung der aktiven Zeitspannen des ersten und zweiten Aktivierungssignals das Tastverhältnis in der Steuerperiodendauer an.
  • Noch mehr zu bevorzugen ist es, wenn die erste Stromsteuerungseinheit auch ein erstes Gleichrichterelement (DA) beinhaltet, das parallel mit dem ersten Schaltelement GA und zwischen einem Ende (N4) der Spule und dem ersten Leistungsversorgungsknoten (N2) angeordnet ist. Die zweite Stromsteuerungseinheit beinhaltet ferner ein zweites Gleichrichterelement (DB), das parallel mit dem zweiten Schaltelement GB und zwischen dem einen Ende (N4) der Spule und dem zweiten Leistungsversorgungsknoten (N3) angeordnet ist.
  • Noch mehr zu bevorzugen ist es, wenn jeder von der Mehrzahl der Spannungswandler 31–33 ferner dritte Stromsteuerungseinheiten (GC und DC) beinhaltet, die zwischen dem anderen Ende (N5) der Spule L1 und dem dritten Leistungsversorgungsknoten (N1) angeordnet ist, und eine vierte Stromsteuerungseinheit (GD und DD), die zwischen dem zweiten Leistungsversorgungsknoten (N3) und dem anderen Ende (N5) der Spule L1 angeordnet ist. Die Spannungswandlungsvorrichtung führt die Spannungsumwandlung zwischen dem ersten und dem dritten Leistungsversorgungsknoten (N2 und N1) aus. Bei dem dritten Leistungsversorgungsknoten handelt es sich um den vorstehend erwähnten zweiten Knoten.
  • 2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Strukturen der Steuerungsvorrichtung 30 und der Spannungswandler 31–33 in 1 darstellt. Die Steuerungsvorrichtung 30 kann entweder durch die Hardware oder die Software implementiert sein.
  • Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Steuerungsvorrichtung 30 eine Fahrzeugsteuerungseinheit 102, die einen Spannungsbefehlswert Vfcr basierend auf einem Fahrpedalverstellweg Acc ausgibt, der von einem Fahrpedalpositionssensor 48 bereitgestellt wird, und eine DC-CPU 104 für eine Spannungswandlersteuerung. Die DC-CPU 104 gibt U-, V- und W-Phasenbefehlssignale DUTY(U), DUTY(V) und DUTY(W) basierend auf einem Spannungsbefehlswert Vfcr aus.
  • Die U-, V- und W-Phasen-Befehlssignale DUTY (U), DUTY(V) und DUTY(W) beinhalten jeweils Informationen, wie z. B. eine Steuerperiodendauer (oder Trägerfrequenz) und ein Tastverhältnis. Anstelle der Steuerperiodendauer und des Tastverhältnis ses können diese Phasensignale eine Einschaltdauer Ton und eine Anschaltdauer Toff des Schaltelements beinhalten.
  • Die Steuerungsvorrichtung 30 beinhaltet ferner U-, V- und W-Phasensteuerungseinheiten 112, 114 und 116.
  • Die U-Phasensteuerungseinheit 112 beinhaltet eine Einstellungsspeicherungseinheit 122, die Informationen speichert, die durch ein U-Phasenbefehlssignal DUTY(U) übertragen werden. Die V-Phasensteuerungseinheit 114 beinhaltet eine Einstellungsspeicherungseinheit 124, die Informationen speichert, die durch ein V-Phasenbefehlssignal DUTY(V) übertragen werden. Die W-Phasensteuerungseinheit 116 beinhaltet eine Einstellungsspeichereinheit 126, die Informationen speichert, die durch ein V-Phasenbefehlssignal DUTY(V) übertragen werden.
  • Basierend auf den in der Einstellungsspeichereinheit 122 gespeicherten Informationen gibt die U-Phasensteuerungseinheit 112 Steuersignale (GA)U und GB(U) aus, die Gates von den korrespondierenden IGBT-Elementen GA und GB steuern, sowie Steuersignale GC(U) und GD(U), die Gates von den korrespondierenden IGBT-Elementen GC und GD steuern.
  • Basierend auf den in der Einstellungsspeichereinheit 124 gespeicherten Informationen gibt die V-Phasen-Steuerungseinheit 114 Steuersignale GA(V) und GB(V) aus, die die Gates von den korrespondierenden IGBT-Elementen GA und GB steuern, sowie Steuerungssignale GC(V) und GD(V), die die Gates von den korrespondierenden IGBT-Elementen GC und GD steuern.
  • Basierend auf den in der Einstellungsspeicherungseinheit 126 gespeicherten Informationen gibt die W-Phasensteuerungseinheit 116 Steuersignale GA(W) und GB(W) aus, die die Gates von den korrespondierenden IGBT-Elementen GA und GB steuern, sowie Steuersignale GC(W) und GD(W) aus, die die Gates von den korrespondierenden IGBT-Elementen GD und GD steuern.
  • Wie nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird, werden die in einer jeweiligen der Einstellungsspeichereinheiten 122, 124 und 126 gespeicherten Inhalte entsprechend einem zu den anderen Einheiten verschobenen Steuerzeitpunkt aktualisiert.
  • Die Steuerperiodendauer (Trägerfrequenz) einer jeweiligen Phasensteuerungseinheit wird vorzugsweise in einer Zeitspanne aktualisiert, die einem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Mehrzahl der Steuerperiodendauern entspricht. Die Anzahl der Mehrzahl der Spannungswandler beträgt n, und die Steuerperiodendauern für die Mehrzahl der Spannungswandler wird mit einer Zeitdifferenz, die gleich 1/n der Aktualisierungszeitspanne ist, sukzessive durch die Steuerungsvorrichtung 30 aktualisiert.
  • Da im Besonderen die Spannungswandler 31–33 verwendet werden, ist n gleich drei (n = 3). Wenn die Steuerperiodendauern zwei an der Zahl sind und 100 μs (Trägerfrequenz = fc = 10 Hz) bzw. 200 μs (Trägerfrequenz fc = 5 kHz) entsprechen, beträgt die Aktualisierungszeitspanne 200 μs, wobei es sich dabei um das kleinste gemeinsame Vielfache von 100 μs und 200 μs handelt, und die Zeitdifferenz ab dem Aktualisierungszeitpunkt der ersten Phasensteuerperiodendauer bis zum Aktualisierungszeitpunkt der zweiten Phasensteuerperiodendauer ist gleich 66,6 μs (= 200 × 1/3) ist. Die Trägerfrequenzen können drei oder mehr vorbestimmte Werte annehmen.
  • Die Steuerungsvorrichtung 30 beinhaltet vorzugsweise eine Hauptsteuerungseinheit DC-CPU 104, die die Steuerperiodendauer bestimmt, und eine Mehrzahl von Teilsteuerungseinheiten, d. h. U-, V- und W-Phasensteuerungseinheiten 112, 114 und 116, die jeweils entsprechend der Mehrzahl von Spannungswandlern angeordnet sind. Die U-, V- und W-Phasensteuerungseinheiten 112, 114 und 116 beinhalten Einstellungsinformations-Speichereinheiten 122, 124 und 126, die jeweils Informationen über die Steuerperiodendauern speichern, die durch die entsprechenden Spannungswandler jeweils eingehalten bzw. befolgt werden. Zum Aktualisieren der Steuerperiodendauern schreibt die Hauptsteuerungseinheit DC-CPU 104 die Inhalte der Einstellungsinformations-Speichereinheiten 122, 124 und 126 um.
  • Der Steuerzeitpunkt zum Umschreiben dieser Inhalte wird dermaßen bestimmt, dass der Umschreibvorgang für diese Phasen nicht gleichzeitig ausgeführt wird, sondern die Inhalte einer jeweiligen Einheit entsprechend dem Steuerzeitpunkt umgeschrieben werden, der von dem der anderen Einheiten um die vorstehend erwähnte Zeitdifferenz verschoben ist.
  • Die bereits unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Steuerungsvorrichtung 30 kann unter Verwendung eines Computers durch eine Software implementiert sein.
  • 3 zeigt eine allgemeine Struktur, die als die Steuerungsvorrichtung 30 einen Computer verwendet.
  • Unter Bezugnahme auf 3 beinhaltet die Steuerungsvorrichtung 30 eine CPU 180, einen A/D-Wandler 181, einen ROM 182, einen RAM 183 und eine Schnittstelleneinheit 184.
  • Der A/D-Wandler 181 wandelt die analogen Signale AIN, wie z. B. die Ausgangssignale der verschiedenen Sensoren, in digitale Signale um, um diese der CPU 180 bereitzustellen. Die CPU 180 ist mit dem ROM 182, RAM 183 und der Schnittstelleneinheit 184 durch Busse, wie z. B. einen Datenbus und einen Adressbus zum Ausführen einer Datenübertragung, verbunden.
  • Im ROM 182 ist ein Programm gespeichert, das durch die CPU 180 ausgeführt wird, sowie Daten, wie z. B. ein Kennfeld, das herangezogen werden kann. Der RAM 183 ist ein Arbeitsbereich, der z. B. zur Datenverarbeitung durch die CPU 180 verwendet wird und vorübergehend verschiedene Variablen speichert.
  • Die Funktion der Schnittstelleneinheit 184 ist z. B. die Ausführung von Datenübertragungen mit einer weiteren ECU, die Ausführung der Eingabe von Umschreibe-Daten und anderer Daten, wenn ein elektrisch umbeschreibbarer Flash-Speicher oder ähnliches als ROM 182 verwendet wird, und das Einlesen eines Datensignals SIG von einem computerlesbaren Speichermedium, wie z. B. einer Speicherkarte oder einem CD-ROM.
  • Die CPU 180 überträgt ein Dateneingangssignal DIN und ein Datenausgangssignal DOUT an den/von dem Eingangs-/Ausgangs-Port.
  • Die Steuerungsvorrichtung 30 ist nicht auf die vorstehenden Strukturen beschränkt und kann eine Mehrzahl von CPUs beinhalten.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerungsverarbeitung veranschaulichen soll, die durch die Steuerungsvorrichtung 30 ausgeführt wird, um die Befehlswerte zu aktualisieren, die den Phasensteuerungseinheiten bereitgestellt werden. Die Verarbeitung dieses Flussdiagramms wird von einer vorbestimmten Hauptroutine abgerufen und zu vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt oder wenn vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind.
  • Unter Bezugnahme auf 2 und 4 erfolgt nachstehend eine Beschreibung des Betriebs der Steuerungsvorrichtung 30, d. h. eines Teil der DC-CPU 104.
  • Bei Schritt S1 bestimmt zunächst die DC-CPU 104 ein Tastverhältnis DUTY anhand eines Spannungsbefehlswerts Vfcr, der von der Fahrzeugsteuerungseinheit 102 bereitgestellt wird. Das Tastverhältnis DUTY zeigt ein Verhältnis zwischen der Einschaltdauer des Schaltelements eines jeweiligen Phasenspannungswandlers und der Steuerperiodendauer an.
  • Anschließend bestimmt die DC-CPU 104 eine Trägerfrequenz (oder Steuerperiodendauer) anhand einer Arbeitsleistung und eines Zustands des Elektromotors.
  • 5 veranschaulicht einen Trägerfrequenzwechsel.
  • Wenn die durch den Spannungswandler durchgeführte Arbeitsleistung (oder Regnerativleistung) groß ist, wird unweigerlich ein stärkerer Strom durchgeführt. Dabei kann der Durchschnittsstromwert durch das Tastverhältnis DUTY verändert werden.
  • Wie der Wellenform A in 5 zu entnehmen ist, nähert sich ein Durchschnittsstromwert Iave einem Spitzenwert, wenn das Tastverhältnis einen hohen Wert von etwa 80% annimmt. Wenn die Steuerperiodendauer kurz ist (d. h. wenn die Trägerfrequenz hoch ist), steigt die Anzahl der Male, wenn das Schaltelement umgeschaltet wird, an, so dass zu einem Schaltverlustanstieg kommt. Wie durch eine Wellenform B gezeigt ist, kann durch die Verlängerung der Steuerperiodendauer, die dazu führt, dass die Häufigkeit der Schaltvorgänge abnimmt, der Schaltverlust wieder ausgeglichen werden, während der Strom mit dem gleichen Durchschnittsstromwert Iave durchgeführt wird.
  • Genauer gesagt ereignet sich gemäß der Wellenform A ein Ein-/Ausschaltvorgang des Schaltelements zweimal während einer Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t0 und t2. Gemäß der Wellenform B ereignet sich jedoch der Ein-/Ausschaltvorgang nur einmal während der selben Zeitspanne.
  • Wenn das Tastverhältnis z. B. 10% beträgt und der Durchschnittsstromwert Iave niedrig ist, ist es nicht zu bevorzugen, die Steuerperiodendauer zu erhöhen (so dass die Trägerfrequenz gesenkt wird), weil dadurch der Welligkeitsstrom verstärkt wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird die Trägerfrequenz fc basierend auf der Arbeitsleistung bestimmt. Im Elektromotor entsteht z. B. eine Regnerativleistung, wenn das Fahrzeug verlangsamt oder gebremst wird, um dementsprechend eine allzu starke Beschleunigung beim Bergabfahren zu verhindern, und durch diese Regenerativleistung wird die Arbeitsleistung variiert, so dass die Trägerfrequenz fc ebenfalls basierend auf dem Elektromotorzustand bestimmt wird.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 4 wird, nachdem die Trägerfrequenz fc in einem Schritt S2 bestimmt worden ist, in einem anschließenden Schritt S3 die Ein- und Ausschaltdauer Ton und Toff des Schaltelements bestimmt. Da es sich bei der Steuerpe riodendauer T um eine Inverse der Trägerfrequenz fc handelt, werden die nachstehenden Gleichungen aufgestellt. Ton = (1/fc) × DUTY (1) Toff = (1/fc) – Ton (2)
  • Anschließend aktualisiert die DC-CPU 104 in einem Schritt S4 die Steuerperiodendauer, in dem der Befehlswert DUTY(U), der Informationen über die Ein- und Ausschaltdauer Ton und Toff enthält, in die Einstellungsspeichereinheit 122 der U-Phasensteuerungseinheit 112 geschrieben wird. Die U-Phasensteuerungseinheit 112 gibt die Gate-Signale GA(U), GB(U), GC(U) und GD(U) basierend auf dem aktualisierten Inhalt der Einstellungsspeichereinheit 122 aus.
  • Die Wartezeit bzw. das „Time-Wait” für eine Phasendifferenz Tx wird in einem Schritt S5 ausgeführt. Die Phasendifferenz Tx ist ein kleinstes gemeinsames Vielfaches von 1/3 der Zeitspannen der Mehrzahl der vorbestimmten Trägerfrequenzen. Die nachstehende Beschreibung behandelt beispielsweise den Fall, in dem zwei Trägerfrequenzen (d. h. Träger von 10 kHz und Träger 2 von 5 kHz) vorbestimmt und selektiv verwendet werden. Der Träger 1 weist eine Zeitspanne T von 100 μs auf, und (1/3 × T) ist gleich 33,3 μs. Der Träger 2 weist eine Zeitspanne T von 200 μs auf, und (1/3 × T) ist gleich 66,6 μs. Folglich beträgt das kleinste gemeinsame Vielfache von 1/3 der Zeitspannen 66,6 μs, was der Phasendifferenz Tx entspricht.
  • Wenn die Dreiphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung in eine n-Phasenspannungs-Wandlungsvorrichtung modifiziert wird, kann die Phasendifferenz Tx das kleinste gemeinsame Vielfache von 1/n der Zeitspannen von der Mehrzahl von vorbestimmten Trägerfrequenzen sein.
  • Wenn die der Phasendifferenz Tx entsprechende Zeit verstrichen ist, wird das Verfahren bei Schritt S6 fortgesetzt, wo die DC-CPU 104 die Steuerperiodendauer aktualisiert, indem der Befehlswert DUTY(V), der Informationen über die Ein- und Ausschaltdauer Ton und Toff enthält, in eine Einstellungsspeichereinheit 124 der V-Phasen steuerungseinheit 114 geschrieben wird. Die V-Phasensteuerungseinheit 114 gibt danach die Gate-Signale GA(V), GB(V), GC(V) und GD(V) basierend auf den aktualisierten Inhalten der Einstellungsspeichereinheit 124 aus.
  • In einem Schritt S7 wird außerdem das „Time-Wait” für die Phasendifferenz Tx ausgeführt. Das Verfahren wird anschließend bei einem Schritt S8 fortgesetzt, wo die DC-CPU 104 die Steuerperiodendauer aktualisiert, indem der Befehlswert DUTY(W), der Informationen über die Ein- und Ausschaltdauer Ton und Toff enthält, in die Einstellungsspeichereinheit 126 der W-Phasensteuerungseinheit 116 geschrieben wird. Danach gibt die W-Phasensteuerungseinheit 116 die Gate-Signale GA(W), GB(W), GC(W) und GD(W) basierend auf den aktualisierten Inhalten der Einstellungsspeichereinheit 126 aus.
  • Das Steuerverfahren wird dann bei einer Hauptroutine in Schritt S9 fortgesetzt.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und 4 erfolgt nachstehend eine Beschreibung eines weiteren Aspekts der Ausführungsform. Bei dieser Erfindung handelt es sich um ein Steuerungsverfahren für die Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung 10, die die Mehrzahl der Spannungswandler 31–33 beinhaltet, die zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten (N2 und N1) parallel geschaltet sind und die jeweils die Spannungsumwandlung basierend auf der Steuerperiodendauer ausführen, die aus der Mehrzahl der vorbestimmten Steuerperiodendauern ausgewählt wird. Das Steuerungsverfahren beinhaltet den Schritt S2 zum Bestimmen einer ersten Steuerperiodendauer aus der Mehrzahl der Steuerperiodendauern basierend auf einem Fahrzeugzustand (z. B. einer Position, die durch den Fahrpedalpositionssensor 48 und einen Elektromotorregenerationszustand bereitgestellt wird), und die Schritte S4–S8 zum Aktualisieren der Steuerperiodendauern für die Mehrzahl der Spannungswandler 31–33 in einer vorbestimmten Aktualisierungszeitspanne, die sich allgemein auf die Steuerperiodendauern bezieht.
  • Die Aktualisierungszeitspanne ist vorzugsweise gleich einem kleinsten gemeinsamen Vielfachen aus der Mehrzahl der Steuerperiodendauern. Die Anzahl der Mehrzahl der Spannungswandler beträgt n, und der Aktualisierungsschritt beinhaltet die Schritte S5–S8 zum sukzessiven Aktualisieren der Steuerperiodendauern für die Mehrzahl von Spannungswandlern mit einer Zeitdifferenz, die gleich 1/n der Aktualisierungszeitspanne ist.
  • Eine eingehendere Beschreibung dieser Zeitdifferenz erfolgt unter Bezugnahme auf ein Wellenformdiagramm.
  • 6 ist ein Wellenformdiagramm, das Spulenströme der jeweiligen Phasen in dem Fall darstellt, wo die in 4 gezeigt Steuerung angewendet wird.
  • Wie unter Bezugnahme auf 6 anhand des durch dreieckige Symbole angezeigten Portausgangssteuerzeitpunkts zu ersehen ist, werden die die Trägerfrequenz und das Tastverhältnis beinhaltenden Steuerungsinformationen für die drei Wandler, d. h. die U-, V- und W-Phasenwandler, von der DC-CPU 104 in 2 jeweils an die U-, V- und W-Phasensteuerungseinheiten 112, 114 und 116 geliefert.
  • Zu den Steuerzeitpunkten t0, t6, t12, t18, t24, t30 und t36, die jeweils durch die dreieckigen Symbole angezeigt sind, wird die in der Einstellungsspeichereinheit 122 der U-Phasensteuerungseinheit 11 einbehaltene Einstellung umgeschrieben. Basierend auf der in der Einstellungsspeichereinheit 124 einbehaltenen Einstellung führt die U-Phasensteuerungseinheit 114 die Schaltsteuerung der V-Phase aus.
  • Zu den Zeitpunkten t2, t8, t14, t20, t26, t32 und t38, die jeweils um die Phasendifferenz Tx vom Aktualisierungszeitpunkt der V-Phase verschoben sind und jeweils durch die dreieckigen Symbole angezeigt sind, wird die in der Einstellungsspeichereinheit 124 der V-Phasensteuerungseinheit 114 einbehaltene Einstellung umgeschrieben. Basierend auf der in der Einstellungsspeichereinheit 124 einbehaltenen Einstellung führt die V-Phasensteuerungseinheit 114 die Schaltsteuerung der V-Phase aus.
  • Zu den Zeitpunkten t4, t10, t16, t22, t28, t34 und t40, die jeweils um die Phasendifferenz Tx vom Aktualisierungszeitpunkt der V-Phase verschoben sind und jeweils durch die dreieckigen Symbole angezeigt sind, wird die in der Einstellungsspeicherein heit 126 der W-Phasensteuerungseinheit 116 einbehaltene Einstellung umgeschrieben. Basierend auf der in der Einstellungsspeichereinheit 126 einbehaltenen Einstellung führt die W-Phasensteuerungseinheit 114 die Schaltsteuerung der W-Phase aus.
  • In der jeweiligen U-, V- und W-Phasenstrom-Wellenform liegt die Einschaltdauer Ton der Schaltelements zwischen dem Abwärtsspitzenpunkt der Wellenform und einem sich daran anschließenden Aufwärtsspitzenpunkt, und zwischen dem Aufwärtsspitzenpunkt der Wellenform und dem sich daran anschließenden Abwärtsspitzenpunkt liegt die Ausschaltdauer Toff des Schaltelements. Bei (Ton + Toff) handelt es sich um die Steuerperiodendauer.
  • Zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t18 ist die Zeitdifferenz (Phasendifferenz) von Tx zwischen der U-Phase und der V-Phase eingestellt, und zwischen der V-Phase und der W-Phase ist ebenfalls eine Zeitdifferenz (Phasendifferenz) von Tx eingestellt.
  • Während gleichzeitig das Tastverhältnis von 50% beibehalten wird, wird zum Zeitpunkt t18 ein Befehl zum Verdoppeln der Steuerperiodendauer an die U-Phasensteuerungseinheit 112 erteilt. Bei t18 weist die U-Phasenspulenstrom-Wellenform die Abwärtsspitze auf, so dass die Steuerperiodendauer in der U-Phasenstrom-Wellenform zum Zeitpunkt t18 umgehend verdoppelt wird.
  • Während das Tastverhältnis von 50% beibehalten wird, wird zum Zeitpunkt t20, der vom Zeitpunkt t18 um die Phasendifferenz Tx verschoben ist, ein Befehl zum Verdoppeln der Steuerperiodendauer an die V-Phasensteuerungseinheit 114 erteilt. Bei t20 weist die V-Phasenspulenstrom-Wellenform die Abwärtsspitze auf, so dass die Steuerperiodendauer umgehend gewechselt werden kann. Folglich wird die Steuerperiodendauer in der V-Phasenstromwellenform zum Zeitpunkt t20 umgehend verdoppelt.
  • Während das Tastverhältnis von 50% beibehalten wird, wird zum Zeitpunkt t22, der vom Zeitpunkt t20 um die Phasendifferenz Tx verschoben ist, ein Befehl zum Verdoppeln der Steuerperiodendauer an die W-Phasensteuerungseinheit 116 erteilt. Zum Zeitpunkt t22 weist die W-Phasenspulenstrom-Wellenform die Abwärtsspitze auf, so dass die Steuerperiodendauer umgehend gewechselt werden kann. Folglich wird die Steuerperiodendauer in der W-Phasenstromwellenform zum Zeitpunkt t22 umgehend verdoppelt.
  • Somit aktualisiert die Steuerungsvorrichtung 30 sukzessive die Steuerperiodendauern für die Mehrzahl der Spannungswandler 31–33, wobei die Zeitdifferenz (Phasendifferenz) gleich 1/n der Aktualisierungszeitspanne ist.
  • In einem spezifischen Beispiel werden die Spannungswandler 31–33 derart verwendet, dass n gleich 3 (n = 3) ist. Die Mehrzahl der Steuerperiodendauern beträgt 100 μs (Trägerfrequenz fc = 10 kHz) und 200 μs (Trägerfrequenz fc = 5 kHz) und sind somit zwei an der Zahl. In 6 wechselt die Steuerfrequenz von 100 μs in der ersten Hälfte zu 200 μs in der zweiten Hälfte. Die Aktualisierungszeitspanne, d. h. ein Intervall zwischen den benachbarten dreieckigen Symbolen für eine bestimmte Phase, beträgt 200 μs, was gleich dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen von 100 μs und 200 μs ist. Die Phasendifferenz Tx, d. h. die Zeitdifferenz vom Zeitpunkt der Aktualisierung der U-Phasen-Steuerperiodendauer bis zu der der V-Phasen-Steuerperiodendauer kann 66,6 μs sein, was gleich (200 × 1/3) μs ist.
  • Für die Trägerfrequenz (oder Steuerperiodendauer) werden die Wechsel- oder Schaltanweisungen an die jeweiligen Phasensteuerungseinheiten mit einer wie oben beschriebenen Phasendifferenz erteilt. Dadurch kann sogar nach dem Zeitpunkt 22 ein Zustand beibehalten werden, in dem eine Phasendifferenz Tx des V-Phasenstroms in Bezug auf den U-Phasenstrom sowie eine Phasendifferenz Tx des W-Phasenstroms in Bezug auf den V-Phasenstrom beibehalten wird. Daher kann der Welligkeitsstrom selbst bei einem Wechsel der Trägerfrequenz optimal unterdrückt werden.
  • Es ist nicht von Bedeutung, ob der Zeitpunkt der oben angeführten Anweisung zum Wechsel mit der Abwärtsspitze der Stromwellenform übereinstimmt, vorausgesetzt, dass zwischen den Zeitpunkten, wo diese Wechselanweisungen zugeführt werden, eine Phasendifferenz vorliegt. Indem die Phasendifferenz in einer jeweiligen Phase vor handen ist, treten in den jeweiligen Phasen ähnliche Verzögerungen auf, bis der Wechsel nach dem Empfang der Wechselanweisung tatsächlich stattfindet. Folglich bleiben die Phasendifferenzen zwischen den Spulenstrom-Wellenformen erhalten, und es kommt nicht zum Wechsel eines Trägers bzw. einer Trägerfrequenz in die W-Phase vor einem Wechsel in die V-Phase, wie in 8 gezeigt ist.
  • Indem die Trägerfrequenz so ausgeführt wird, dass die Aktualisierungszeitspanne und die Phasendifferenz wie oben beschrieben zwischen den Phasen angesetzt sind, kann die Phasendifferenz auch dann beibehalten werden, wenn zum Zeitpunkt des Trägerfrequenzwechsels keine spezifische Korrektur vorgenommen wird.
  • Das als die vorstehende Ausführungsform offenbarte Steuerungsverfahren kann unter Verwendung eines Computers durch eine Software implementiert werden. Programme, die bewirken sollen, dass der Computer das Steuerungsverfahren ausführt, können von einem Speichermedium (ROM, CD-ROM, Speicherkarte oder dergleichen) gelesen werden, das diese Programme in maschinenlesbarer Weise in den Computer in der Steuerungsvorrichtung leitet, oder die Programme können über eine Datenübertragungsleitung zugeführt werden.
  • Wenngleich die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben und veranschaulicht worden ist, wird unmissverständlich darauf hingewiesen, dass diese lediglich als veranschaulichend und beispielhaft und nicht einschränkend zu begreifen ist, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
  • Zusammenfassung
  • Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung, Fahrzeug und Steuerungsverfahren für eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung
  • Eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung (10) beinhaltet Spannungswandler (31–33), die jeweils eine Spannungsumwandlung basierend auf einer Steuerperiodendauer ausführen, die aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Steuerperiodendauern ausgewählt ist, und eine Steuerungsvorrichtung (30), die den Spannungswandlern (31–33) die Steuerperiodendauer anzeigt. Die Steuerungsvorrichtung (30) aktualisiert die Steuerperiodendauer der Spannungswandler (31–33) in einer vorbestimmten Zeitspanne, die allgemein auf die Mehrzahl von Steuerperiodendauern bezogen ist. Die Aktualisierungszeitspanne ist ein kleinstes gemeinsames Vielfaches aus der Mehrzahl von Steuerperiodendauern. Die Anzahl der Mehrzahl von Spannungswandlern beträgt n, und die Steuerungsvorrichtung (30) aktualisiert sukzessive die Steuerperiodendauern für die Mehrzahl von Spannungswandlern mit einer Zeitdifferenz, die gleich 1/n der Aktualisierungszeitspanne ist. Somit kann eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung geschaffen werden, die Ausgangsspannungswelligkeiten unterdrückt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2004-357388 [0002]

Claims (9)

  1. Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung, aufweisend: eine Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33), die zwischen ersten und zweiten Knoten (N2, N1) parallel geschaltet sind, und wobei jeder Spannungswandler eine Spannungsumwandlung basierend auf einer Steuerperiodendauer ausführt, die aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Steuerperiodendauern ausgewählt ist; und eine Steuerungsvorrichtung (30), die der Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33) die Steuerperiodendauer anzeigt, wobei die Steuerungsvorrichtung (30) die Steuerperiodendauer für die Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33) in einer vorbestimmten Aktualisierungszeitspanne aktualisiert, die allgemein auf die Mehrzahl von Steuerperiodendauern bezogen ist.
  2. Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Aktualisierungszeitspanne ein kleinstes gemeinsames Vielfaches aus der Mehrzahl von Steuerperiodendauern ist, die Anzahl der Mehrzahl der Spannungswandler (31–33) n beträgt, und die Steuerungsvorrichtung (30) die Steuerperiodendauern für die Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33) mit einer Zeitdifferenz, die gleich 1/n der Aktualisierungszeitspanne ist, sukzessive aktualisiert.
  3. Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung (30) beinhaltet: eine Hauptsteuerungseinheit (104), die die Steuerperiodendauer bestimmt, und eine Mehrzahl von Teilsteuerungseinheiten (112, 114, 116), die jeweils entsprechend der Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33) vorgesehen sind; wobei die Mehrzahl von Teilsteuerungseinheiten (112, 114, 116) Einstellungsinformationsspeichereinheiten (122, 124, 126) beinhalten, die Informationen über die Steuerperiodendauern speichern, die durch die entsprechenden Spannungswandler jeweils befolgt werden; und die Hauptsteuerungseinheit (104) Inhalte der Einstellungsinformationsspeichereinheiten (122, 124, 126) zum Aktualisieren der Steuerperiodendauern umschreibt.
  4. Multiphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder von der Mehrzahl der Spannungswandler (31–33) folgende Merkmale aufweist: eine Spule (L1), eine erste Stromsteuerungseinheit, die zwischen einem Ende (N4) der Spule (L1) und einem ersten Leistungsversorgungsknoten angeordnet ist und ein erstes Schaltelement (GA) beinhaltet, das in Reaktion auf ein erstes Aktivierungssignal eingeschaltet wird, und eine zweite Stromsteuerungseinheit, die zwischen einem zweiten Leistungsversorgungsknoten, der gegenüber dem ersten Leistungsversorgungsknoten ein anderes Potential aufweist, und dem einen Ende (N4) der Spule (L1) angeordnet ist und ein zweites Schaltelement (GB) aufweist, das in Reaktion auf ein zweites Aktivierungssignal eingeschaltet wird; wobei der erste Leistungsversorgungsknoten der erste Knoten (N2) ist; und die Steuerungsvorrichtung (30) einem jeweiligen der Spannungswandler (31–33) zum Bestimmen von aktiven Zeitspannen des ersten und zweiten Aktivierungssignals ein Tastverhältnis in der Steuerperiodendauer anzeigt.
  5. Multiphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste Stromsteuerungseinheit ferner ein erstes Gleichrichterelement (DA) beinhaltet, das parallel mit dem ersten Schaltelement (GA) und zwischen dem einem Ende (N4) der Spule (L1) und dem ersten Leistungsversorgungsknoten geschaltet ist, und die zweite Stromsteuerungseinheit ferner ein zweites Gleichrichterelement (DB) beinhaltet, das parallel mit dem zweiten Schaltelement (GB) und zwischen dem einen Ende (N4) der Spule (L1) und dem zweiten Leistungsversorgungsknoten geschaltet ist.
  6. Multiphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei jeder von der Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33) ferner aufweist: eine dritte Stromsteuerungseinheit (GC, DC), die zwischen dem anderen Ende (N5) der Spule (L1) und einem dritten Leistungsversorgungsknoten angeordnet ist, und eine vierte Stromsteuerungseinheit (GD, DD), die zwischen dem zweiten Leistungsversorgungsknoten und dem anderen Ende (N5) der Spule (L1) angeordnet ist; wobei die Spannungswandlungsvorrichtung die Spannungsumwandlung zwischen dem ersten Leistungsversorgungsknoten (N2) und dem dritten Leistungsversorgungsknoten (N1) ausführt; und der dritte Leistungsversorgungsknoten der zweite Knoten (N1) ist.
  7. Fahrzeug, das die Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
  8. Steuerungsverfahren für eine Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung (10), die eine Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33) beinhaltet, die parallel zwischen ersten und zweiten Knoten (N2 und N1) geschaltet sind, und die jeweils eine Spannungsumwandlung basierend auf einer Steuerperiodendauer ausführen, die aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Steuerperiodendauern ausgewählt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Bestimmen (S2) einer ersten Steuerperiodendauer aus der Mehrzahl von Steuerperiodendauern basierend auf einem Fahrzeugzustand; und Aktualisieren (S4–S8) der Steuerperiodendauern für die Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33) in einer vorbestimmten Aktualisierungszeitspanne, die allgemein auf die Mehrzahl von Steuerperiodendauern bezogen ist.
  9. Steuerungsverfahren für die Mehrphasenspannungs-Wandlungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Aktualisierungszeitspanne ein kleinstes gemeinsames Vielfaches aus der Mehrzahl von Steuerperiodendauern ist, die Anzahl der Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33) n beträgt, und der Schritt zum Aktualisieren einen Schritt (S5–S8) des sukzessiven Aktualisierens der Steuerperiodendauern für die Mehrzahl von Spannungswandlern (31–33) mit einer Zeitdifferenz beinhaltet, die gleich 1/n der Aktualisierungszeitspanne ist.
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