DE112012005056T5

DE112012005056T5 - Steuer-/Regelschaltung sowie eine solche aufweisende Stromerzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012005056T5
Application number: DE201211005056
Authority: DE
Inventors: c/o Factory of Shindengen Inoguchi Yuta; c/o Factory of Shindengen Sugimoto Takeaki
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-10-02
Also published as: WO2013140694A1; US9401618B2; ITTO20130175A1; GB2512237B; JPWO2013140694A1; JP5405697B1; GB201411505D0; US20140306682A1; GB2512237A

Abstract

Es ist eine Steuer-/Regelschaltung bereitgestellt, die in der Lage ist, einem Verbraucher elektrische Energie von einem Wechselstromgenerator effizient bereitzustellen, sowie eine Stromerzeugungsvorrichtung, welche diese Steuer-/Regelschaltung aufweist. Eine Steuer-/Regelschaltung 1 zum Steuern/Regeln der von einem Stromerzeuger 5 an eine Batterie 6 gelieferten elektrischen Energie ist bereitgestellt, umfassend: eine Änderungsraten-Erlangungseinheit 11, die konfiguriert ist, eine Änderungsrate eines Sensorzyklus für ein mit einem Betrieb des Stromerzeugers 5 synchrones Sensorsignal zu beschaffen; eine Abschätzungseinheit 12, die konfiguriert ist, unter Verwendung der von der Änderungsraten-Erlangungseinheit beschafften Änderungsrate des Sensorzyklus, einen nächsten Sensorzyklus abzuschätzen; und eine Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit 13, die konfiguriert ist, unter Verwendung des von der Abschätzungseinheit 12 abgeschätzten nächsten Sensorzyklus eine PWM Steuerung der für eine Ansteuerungsschaltung 30 bereitgestellten Schaltelementen durchzuführen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuer-/Regelschaltung zum Steuern/Regeln der von einem Wechselstromgenerator an einen Verbraucher gelieferten elektrischen Energie sowie eine Stromerzeugungsvorrichtung, welche diese Steuer-/Regelschaltung aufweist.
STAND DER TECHNIK
Eine Steuer-/Regelschaltung zum Steuern/Regeln der von einem Wechselstromgenerator an einen Verbraucher gelieferten elektrischen Energie ist herkömmlich vorgeschlagen worden. Zum Beispiel offenbart PTL 1 einen von einem Viertaktmotor angetriebenen Wechselstromgenerator sowie eine Steuer-/Regelschaltung zum Steuern/Regeln der von diesem Wechselstromgenerator an einen Verbraucher gelieferten elektrischen Energie.
Liste der Zitate
Patentliteratur

PTL 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2010-74973

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Ein Output von einem Wechselstromgenerator ist Wechselstrom. Es ist daher nicht möglich, dem Verbraucher elektrische Energie in angemessener Weise bereitzustellen, sofern nicht das zeitliche Verhalten, mit dem dem Verbraucher der Output von dem Wechselstromgenerator bereitgestellt wird, entsprechend gesteuert/geregelt wird.
Während ein Viertaktmotor zudem vier Takte des Einlasses, der Verdichtung, der Zündung und des Ausstoßes in einem einzigen Zyklus beinhaltet, unterscheiden sich die Zeitdauern dieser Takte voneinander, wie in 11 und 12 gezeigt ist. Ein Unterschied zwischen den Zeitdauern der Takte nimmt mit einer abnehmenden Drehgeschwindigkeit des Motors zu.
11 ist ein Diagramm, das Zeitdauern der Takte in dem Viertaktmotor zeigt. In 11 zeigt die vertikale Achse einen Sensorzyklus an und die horizontale Achse zeigt die Nummer der Messung des Sensorzyklus an.
12 ist ein Diagramm, das Änderungsraten der Zeitdauern der Takte in dem Viertaktmotor zeigt. In 12 zeigt die vertikale Achse eine Änderungsrate des Sensorzyklus an und die horizontale Achse zeigt die Nummer der Messung des Sensorzyklus an.
In 11 und 12 bezieht sich der Sensorzyklus auf einen Zyklus eines Sensorsignals. Das Sensorsignal bezieht sich auf einen Einzelpuls, der jedes Mal erzeugt wird, wenn die vier Takte des Einlasses, der Verdichtung, der Zündung und des Auslasses wechseln. Dementsprechend ist es möglich, die Zeitdauern der vier Takte des Einlasses, der Verdichtung, der Zündung bzw. des Auslasses durch Messen des Sensorzyklus zu bestimmen. Zusätzlich kann aus 11 und 12 ersehen werden, dass die Zeitdauern der vier Takte des Einlasses, der Verdichtung, der Zündung und des Auslasses voneinander verschieden sind.
Entsprechend dem oben Gezeigten ändert sich das angemessene zeitliche Verhalten, mit dem ein Output von dem Wechselstromgenerator dem Verbraucher bereitgestellt werden muss. Allerdings nimmt die konventionelle Steuer-/Regelschaltung das zeitliche Verhalten, mit dem ein Output von dem Wechselstromgenerator dem Verbraucher bereitgestellt werden muss, im Wesentlichen konstant vor. Daher gibt es oft einen Fall, bei dem ein Output von dem Wechselstromgenerator nicht mit einem angemessenen zeitlichen Verhalten dem Verbraucher bereitgestellt werden kann, was einen Fall zur Folge hat, bei dem dem Verbraucher elektrische Energie nicht effizient bereitgestellt werden kann. Ferner ist, wie oben beschrieben, ein solcher Fall, in dem dem Verbraucher elektrische Energie nicht effizient bereitgestellt werden kann, insbesondere in einem Bereich bemerkbar, wo eine Drehgeschwindigkeit der Antriebseinheit, welche den Wechselstromgenerator antreibt, niedrig ist.
In Anbetracht des obigen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effiziente Bereitstellung von elektrischer Energie von einem Wechselstromgenerator an einen Verbraucher bereitzustellen.
Lösung des Problems
Zur Lösung des obigen Problems schlägt die vorliegende Erfindung folgendes vor:

(1) Die vorliegende Erfindung schlägt eine Steuer-/Regelschaltung vor (z. B. entsprechend einer Steuer-/Regelschaltung 1 in 1) zum Steuern/Regeln von elektrischer Energie, die von einem Wechselstromgenerator (z. B. entsprechend einem Stromerzeuger 5 in 1) an einen Verbraucher (z. B. entsprechend einer Batterie 6 in 1) geliefert wird. Diese Schaltung umfasst: eine Abschätzungseinheit (z. B. entsprechend einer Abschätzungseinheit 12 in 1), die konfiguriert ist, einen Betriebszustand (z. B. entsprechend einem Sensorzyklus für einen Zustand 8 in 5) des Wechselstromgenerators in einem Zyklus, der einem aktuellen Zyklus nachfolgt (z. B. entsprechend einem aktuellen Zyklus in 5), basierend auf einem Betriebszustand (z. B. entsprechend einem Sensorzyklus in 5) des Wechselstromgenerators in einem Zyklus, der dem aktuellen Zyklus vorhergeht (z. B. entsprechend einem unmittelbar vorausgegangenen Zyklus in 5), abzuschätzen; und eine Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit (z. B. entsprechend einer Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit 13 in 1), die konfiguriert ist, die Bereitstellung eines Outputs des Wechselstromgenerators an den Verbraucher unter Verwendung eines Ergebnisses der von der Abschätzungseinheit vorgenommenen Abschätzung zu steuern/regeln.

Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung sind die Abschätzungseinheit und die Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit für die Steuer-/Regelschaltung zum Steuern/Regeln der von dem Wechselstromgenerator an den Verbraucher gelieferten elektrischen Energie bereitgestellt. Ferner schätzt die Abschätzungseinheit den Betriebszustand des Wechselstromgenerators in dem dem aktuellen Zyklus nachfolgenden Zyklus basierend auf dem Betriebszustand des Wechselstromgenerators in dem dem aktuellen Zyklus vorhergehenden Zyklus. Darüber hinaus steuert/regelt die Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit die Bereitstellung des Outputs des Wechselstromgenerators an den Verbraucher unter Verwendung des Ergebnisses der von der Abschätzungseinheit vorgenommenen Abschätzung. Dementsprechend ist es möglich, einen von dem Wechselstromgenerator an den Verbraucher gelieferten Output basierend auf dem vorausgegangenen/früheren Betriebszustand des Wechselstromgenerators zu steuern/regeln.
Hierbei gibt es eine Verbindung zwischen dem aktuellen Betriebszustand des Stromerzeugers und dem vorausgegangenen/früheren Betriebszustand des Stromerzeugers. Es ist daher möglich, einen von dem Wechselstromgenerator an den Verbraucher gelieferten Output basierend auf dem aktuellen Betriebszustand des Wechselstromgenerators zu steuern/regeln, und somit elektrische Energie effizient von dem Wechselstromgenerator an den Verbraucher zu liefern.

(2) Die vorliegende Erfindung schlägt vor, dass die in (1) beschriebene Steuer-/Regelschaltung weiterhin umfasst: eine Änderungsraten-Erlangungseinheit (z. B. entsprechend einer Änderungsraten-Erlangungseinheit 11 in 1), die konfiguriert ist, eine Änderungsrate der Dauer eines ersten Zustands (z. B. entsprechend einem Zustand 4 in 5) in Bezug auf die Dauer eines zweiten Zustands (z. B. entsprechend einem Zustand 3 in 5) zu beschaffen, wenn ein Zustand des Wechselstromgenerators von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand wechselt, und die Abschätzungseinheit schätzt die Dauer des ersten Zustands (z. B. entsprechend dem Zustand 8 in 5) ab, wenn der Zustand des Wechselstromgenerators von dem zweiten Zustand (z. B. entsprechend einem Zustand 7 in 5) zu dem ersten Zustand (z. B. entsprechend dem Zustand 8 in 5) wechselt, basierend auf der Dauer des zweiten Zustands (z. B. entsprechend einem Sensorzyklus für den Zustand 7 in 5) und auf der von der Änderungsraten-Erlangungseinheit in einem vorausgegangenen Zyklus des Wechselstromgenerators beschafften Änderungsrate (z. B. entsprechend einer Änderungsrate eines Sensorzyklus für den Zustand 4 in Bezug auf einen Sensorzyklus für den Zustand 3 in 5).

Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist die in (1) beschriebene Steuer-/Regelschaltung mit der Änderungsraten-Erlangungseinheit ausgestattet, welche die Änderungsrate der Dauer des ersten Zustands in Bezug auf die Dauer des zweiten Zustands beschafft, wenn der Zustand des Wechselstromgenerators von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand wechselt. Des Weiteren schätzt die Abschätzungseinheit, wenn der Zustand des Wechselstromgenerators von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand wechselt, basierend auf der Dauer des zweiten Zustands und auf der von der Änderungsraten-Erlangungseinheit beschafften Änderungsrate in dem vorausgegangenen Zyklus des Wechselstromgenerators, die Dauer des ersten Zustands ab. Es ist daher möglich, den nachfolgenden Betriebszustand des Wechselstromgenerators basierend auf dem Betriebszustand des Wechselstromgenerators in dem vorausgegangenen Zyklus abzuschätzen, und so die gleiche Wirkung wie oben beschrieben bereitzustellen.

(3) Die vorliegende Erfindung schlägt vor, dass die in (2) beschriebene Steuer-/Regelschaltung so konfiguriert ist, dass die Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit die Bereitstellung des Outputs von dem Wechselstromgenerator an den Verbraucher unter Verwendung der von der Abschätzungseinheit geschätzten Dauer (z. B. entsprechend einem Sensorzyklus für den Zustand 8 in 5), einer dem Verbraucher in einem dritten Zustand (z. B. entsprechend einem Zustand 6 in 5), der vor dem zweiten Zustand (z. B. entsprechend dem Zustand 7 in 5) kommt, bereitgestellten Spannung (z. B. entsprechend einer Ausgangsspannung Vout(n – 1) der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100, die weiter unten beschrieben wird) und einer Sollspannung (z. B. entsprechend einer Sollspannung Vref, die weiter unten beschrieben wird) in dem dritten Zustand, und einer dem Verbraucher in dem zweiten Zustand bereitgestellten Spannung (z. B. entsprechend einer Ausgangsspannung Vout(n) der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100, die weiter unten beschrieben wird) und einer Sollspannung (z. B. entsprechend der Sollspannung Vref, die weiter unten beschrieben wird) in dem zweiten Zustand steuert/regelt.

Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist die in (2) beschriebene Steuer-/Regelschaltung so konfiguriert, dass die Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit unter Verwendung der von der Abschätzungseinheit geschätzten Dauer, der dem Verbraucher in einem dritten Zustand, der vor dem zweiten Zustand kommt, bereitgestellten Spannung und der Sollspannung in dem dritten Zustand, und der dem Verbraucher in dem zweiten Zustand bereitgestellten Spannung und einer Sollspannung in dem zweiten Zustand die Bereitstellung des Outputs von dem Wechselstromgenerator an den Verbraucher steuert/regelt. Dementsprechend ist es möglich, die Bereitstellung eines Outputs von dem Wechselstromgenerator an den Verbraucher unter Verwendung nicht nur des vorausgegangenen Betriebszustands des Stromerzeugers, sondern auch der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators und der Sollspannung zu steuern/regeln. Es ist daher möglich, dem Verbraucher elektrische Energie von dem Wechselstromgenerator effizienter bereitzustellen.

(4) Die vorliegende Erfindung schlägt eine Stromerzeugungsvorrichtung (z. B. entsprechend einem Batterieladegerät AA in 1) vor, umfassend die Steuer-/Regelschaltung wie in einer der Nummern (1) bis (3) definiert, und dass von dem Wechselstromgenerator ausgegebene elektrische Energie dem Verbraucher bereitgestellt wird.

Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist die Steuer-/Regelschaltung gemäß einer der Nummern (1) bis (3) für die Stromerzeugungsvorrichtung bereitgestellt, und von dem Wechselstromgenerator ausgegebene elektrische Energie wird dem Verbraucher bereitgestellt. Dementsprechend ist es möglich, die gleiche Wirkung wie oben beschrieben bereitzustellen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einem Verbraucher elektrische Energie von einem Wechselstromgenerator effizient bereitzustellen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Schaltdiagramm eines Batterieladegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb von Schaltelementen zeigt, die für eine Ansteuerungsschaltung einer für das Batterieladegerät bereitgestellten Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung bereitgestellt sind.
3 ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb von einem der Schaltelemente zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm eines von einer Steuer-/Regelschaltung der für das Batterieladegerät bereitgestellten Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung ausgeführten Sensorunterbrechungsprozesses.
5 ist ein Diagramm zur Illustration eines Betriebs der Steuer-/Regelschaltung.
6 ist ein Diagramm zur Illustration einer Wirkung des Batterieladegeräts.
7 ist ein Diagramm zur Illustration einer Wirkung des Batterieladegeräts.
8 ist ein Diagramm zur Illustration einer Wirkung des Batterieladegeräts.
9 ist ein Diagramm zur Illustration einer Wirkung des Batterieladegeräts.
10 ist ein Diagramm zur Illustration einer Wirkung des Batterieladegeräts.
11 ist ein Diagramm, das die Zeitdauern von Takten in einem Viertaktmotor zeigt.
12 ist ein Diagramm, das Änderungsraten der Zeitdauern der Takte in dem Viertaktmotor zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es ist anzumerken, dass Komponenten in dem unten beschriebenen Ausführungsbeispiel durch existierende Komponenten und dergleichen, soweit angemessen, ausgetauscht werden können oder in mehreren unterschiedlichen Arten, einschließlich Kombinationen mit anderen existierenden Komponenten, konfiguriert werden können. Der durch die anhängenden Ansprüche definierte Umfang der Erfindung darf daher nicht auf das folgende Ausführungsbeispiel eingeschränkt werden.
1 ist ein Schaltdiagramm eines Batterieladegeräts AA gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Batterieladegerät AA umfasst einen Stromerzeuger 5, eine Batterie 6, die von elektrischer Energie geladen wird, die von dem Stromerzeuger 5 ausgegeben wird, eine Detektionsschaltung 7 zum Ermitteln eines Betriebszustands des Stromerzeugers 5, eine Sicherung 8 und eine Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsschaltung 100 als einen Regulierer.
Der Stromerzeuger 5 ist ein Dreiphasen-Wechselstromgenerator mit drei Phasen AC1, AC2 und AC3, und ein einzelner Zyklus des Stromerzeugers 5 umfasst N Zustände (wobei N eine ganze Zahl ist, die einer Beziehung N ≥ 2 genügt). Wenn der Stromerzeuger 5 zum Beispiel von einem Viertaktmotor angetrieben wird, umfasst ein einzelner Zyklus des Stromerzeugers 5 vier Zustände, die jeweils vier Takten des Einlasses, der Verdichtung, der Zündung und des Auslasses entsprechen. Die Phasen AC1–AC3 sind jeweils mit Eingangsklemmen IN1–IN3 der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsschaltung 100 verbunden.
Die Detektionsschaltung 7 ermittelt einen Betriebszustand des Stromerzeugers 5 und gibt ein mit einem Betrieb des Stromerzeugers 5 synchrones Sensorsignal aus. Im Konkreten generiert die Detektionsschaltung 7 jedes Mal, wenn sie detektiert, dass der Zustand des Stromerzeugers 5 gewechselt hat, einen Einzelpuls und gibt den erzeugten Puls als das Sensorsignal aus. Wenn der Stromerzeuger 5 zum Beispiel von dem Viertaktmotor angetrieben wird, wird der Einzelpuls jedes Mal dann erzeugt, wenn die vier Takte des Einlasses, der Verdichtung, der Zündung und des Auslasses wechseln.
Mit einer positiven Elektrode der Batterie 6 ist eine Ausgangsklemme OUT der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsschaltung 100 über die Sicherung 8 verbunden. Mit einer negativen Elektrode der Batterie 6 ist eine mit einer Referenzpotentialquelle verbundene Erdungsklemme GND der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsschaltung 100 verbunden.
Die Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsschaltung 100 umfasst eine Steuer-/Regelschaltung 1, eine Nulldurchgangs-Signalerzeugungsschaltung 20 und eine Ansteuerungsschaltung 30.
Die Nulldurchgangs-Signalerzeugungsschaltung 20 ist mit den Eingangsklemmen IN1–IN3 und der Steuer-/Regelschaltung 1 verbunden. Die Nulldurchgangs-Signalerzeugungsschaltung 20 richtet von den Phasen AC1–AC3 des Stromerzeugers 5 jeweils ausgegebene Spannungen gleich und gibt die gleichgerichteten Spannungen als jeweilige Signale DC1–DC3 aus. Im Konkreten wird die Spannung des Signals DC1 als VH genommen, wenn die von der Phase AC1 des Stromerzeugers 5 ausgegebene Spannung nicht kleiner ist als eine vorgegebene Grenzwert-Spannung, und die Spannung des Signals DC1 wird als VL genommen, welche kleiner ist als VH, wenn die von der Phase AC1 ausgegebene Spannung kleiner ist als die Grenzwert-Spannung, und das resultierende Signal DC1 wird ausgegeben. Ähnlich der von der Phase AC1 ausgegebenen Spannung, gilt dies auch für die jeweils von den Phasen AC2 und AC3 des Stromerzeugers 5 ausgegebenen Spannungen, und die Spannungen der Signale DC2 und DC3 werden entsprechend den Ergebnissen des Vergleichs mit der Grenzwert-Spannung geändert und dann ausgegeben.
Die Ansteuerungsschaltung 30 ist mit den Eingangsklemmen IN1–IN3 und der Steuer-/Regelschaltung 1 verbunden und umfasst Schaltelemente Q1, Q2 und Q3 (nicht dargestellt). Jedes der Schaltelemente Q1–Q3 ist bereitgestellt, um mit jeder der Phasen AC1–AC3 des Stromerzeugers 5 gepaart zu werden. Die Ansteuerungsschaltung 30 steuert, dass jedes der Schaltelemente Q1–Q3 entsprechend einem von der Steuer-/Regelschaltung 1 ausgegebenen Steuersignal an- und ausgeschaltet wird, um der Batterie 6 über die Ausgangsklemme OUT und die Sicherung 8 von jeder der Phasen AC1–AC3 des Stromerzeugers 5 ausgegebene elektrische Energie bereitzustellen. Eine Beziehung zwischen der Steuerung der Schaltelemente Q1–Q3 und der der Batterie 6 bereitgestellten elektrischen Energie wird weiter unten unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben.
2 ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Schaltelemente Q1–Q3 zeigt. In 2 repräsentiert V_SNS eine Spannung des Sensorsignals. V_DC1 repräsentiert eine Spannung des Signals DC1, d. h. eine Spannung, die aus dem Gleichrichten der von der Phase AC1 des Stromerzeugers 5 ausgegebenen Spannung resultiert. V_DC2 repräsentiert eine Spannung des Signals DC2, d. h. eine Spannung, die aus dem Gleichrichten der von der Phase AC2 des Stromerzeugers 5 ausgegebenen Spannung resultiert. V_DC3 repräsentiert eine Spannung des Signals DC3, d. h. eine Spannung, die aus dem Gleichrichten der von der Phase AC3 des Stromerzeugers 5 ausgegebenen Spannung resultiert. ST_Q1 repräsentiert einen Zustand des Schaltelements Q1, ST_Q2 repräsentiert einen Zustand des Schaltelements Q2 und ST_Q3 repräsentiert einen Zustand des Schaltelements Q3.
Zu Zeitpunkten t0, t1, t2, t3 und t4 nimmt die Spannung V_SNS des Sensorsignals für eine vorgegebene Zeitdauer VL an. Dies repräsentiert den von der Detektionsschaltung 7 erzeugten Einzelpuls und zeigt an, dass der Zustand des Stromerzeugers 5 zu jedem der Zeitpunkte t0–t4 wechselt.
Ferner wird, bezugnehmend auf 2, das Schaltelement Q1 mit einem Timing, bei dem die Spannung V_DC1 von VL auf VH ansteigt, in einen AN Zustand geschaltet, und das Schaltelement Q1 wird mit einem Timing, bei dem die Spannung V_DC1 von VH auf VL abfällt, in einen AUS Zustand geschaltet. Ähnlich wie das Schaltelement Q1 werden auch die Schaltelemente Q2 und Q3 entsprechend den Spannungen V_DC2 und V_DC3 jeweils an- bzw. ausgeschaltet.
3 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des Schaltelements Q1 zeigt. Bezugnehmend auf 3 ändert sich, selbst wenn eine Schaltfrequenz des Schaltelements Q1 konstant ist, eine Zeitdauer, in der die Batterie 6 geladen wird, entsprechend einer Beziehung zwischen einer Zeitdauer, in der das Schaltelement Q1 in dem AN Zustand ist, und einer Zeitdauer, in der die Spannung V_DC1 VH beträgt, und demzufolge ändert sich auch ein Maß der von der Phase AC1 des Stromerzeugers 5 ausgegebenen elektrischen Energie, welche an die Batterie 6 geliefert wird. Dementsprechend ist es durch Steuerung der Schaltelemente Q1–Q3 möglich, die der Batterie 6 bereitgestellte elektrische Energie zu steuern/regeln und so das Laden der Batterie 6 zu steuern/regeln.
Rückverweisend auf 1 ist die Steuer-/Regelschaltung 1 mit der Eingangsklemme IN4, der Ausgangsklemme OUT, der Nulldurchgangs-Signalerzeugungsschaltung 20 und der Ansteuerungsschaltung 30 verbunden. Die Steuer-/Regelschaltung 1 umfasst eine Änderungsraten-Erlangungseinheit 11, eine Abschätzungseinheit 12 und eine Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit 13 und führt eine PWM Steuerung der Schaltelemente Q1–Q3 aus.
Wie weiter unten in Schritt S3 in 4 beschrieben wird, beschafft die Änderungsraten-Erlangungseinheit 11 eine Änderungsrate eines Sensorzyklus. Wie hier verwendet, bezieht sich der Sensorzyklus auf einen Zyklus, in dem ein Einzelpuls als das Sensorsignal erzeugt wird, d. h. eine Zeitdauer zwischen einer unmittelbar vorausgegangenen Eingabe des Einzelpulses an die Steuer-/Regelschaltung 1 und einer aktuellen Eingabe des Einzelpulses, und wird durch Ta, Tb, Tc und Td in 2 repräsentiert.
Wie weiter unten in Schritt S3 in 4 beschrieben wird, schätzt die Abschätzungseinheit 12 unter Verwendung der von der Änderungsraten-Erlangungseinheit 11 beschafften Änderungsrate des Sensorzyklus einen nächsten Sensorzyklus ab.
Wie weiter unten in Schritt S4 in 4 beschrieben wird, bestimmt die Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit 13 unter Verwendung des von der Abschätzungseinheit 12 abgeschätzten nächsten Sensorzyklus einen Betriebsumfang η der Schaltelemente Q1–Q3 in einem nächsten Zustand, und gibt ein Steuersignal an die Ansteuerungsschaltung 30 aus, und so werden die Schaltelemente Q1–Q3 PMW gesteuert.
4 ist ein Flussdiagramm eines von der Steuer-/Regelschaltung 1 ausgeführten Sensorunterbrechungsprozesses. Der Sensorunterbrechungsprozess wird mit jeder Eingabe des von der Detektionsschaltung 7 als das Sensorsignal erzeugten Einzelpulses an die Steuer-/Regelschaltung 1 ausgeführt.
In Schritt S1 misst die Änderungsraten-Erlangungseinheit 11 den Sensorzyklus und erfasst bzw. speichert das Messergebnis als Zyklusdaten, und der Prozess geht zu Schritt S2 über. Damit ist die Dauer einer Zeitperiode von jedem der N Zustände des Stromerzeugers 5 als Zyklusdaten erfasst bzw. gespeichert.
In Schritt S2 ermittelt die Änderungsraten-Erlangungseinheit 11, ob die Zyklusdaten für (N + 1) Male oder mehr erfasst bzw. gespeichert sind oder nicht. Wenn ermittelt wird, dass diese erfasst bzw. gespeichert sind, geht der Prozess danach zu Schritt S3 über; wenn ermittelt wird, dass diese nicht erfasst bzw. gespeichert sind, geht der Prozess zu Schritt S4 über.
In Schritt S3 wird die Dauer des nächsten Zustands, d. h. eines nächsten Sensorzyklus T(n + 1) (wobei n eine ganze Zahl ist) von der Änderungsraten-Erlangungseinheit 11 und der Abschätzungseinheit 12 abgeschätzt, und der Prozess geht zu Schritt S4 über. Der Prozess in Schritt S3 wird unten unter Bezugnahme auf 5 im Detail beschrieben.
5 illustriert beispielhaft einen Fall, in dem die Dauer eines Zustands 8, d. h. ein Sensorzyklus für den Zustand 8, geschätzt wird. Der Zustand 8 ist der nächste Zustand, und ein Zustand 7 ist ein aktueller Zustand. Bezugnehmend auf 5 umfasst ein einzelner Zyklus des Stromerzeugers 5 vier Zustände, und ein Zustand 1 und ein Zustand 5 repräsentieren denselben Zustand. Ferner repräsentieren, ähnlich dem Zustand 1 und dem Zustand 5, jeder der Zustände 2–4 und der korrespondierenden Zustände der Zustände 6–8 ebenfalls denselben Zustand.
Hier gibt es eine Verbindung zwischen dem aktuellen Betriebszustand des Stromerzeugers 5 und einem vorausgegangenen Betriebszustand des Stromerzeugers 5. Im Konkreten wird, wenn die Dauer des Zustands 4 länger ist als die Dauer des Zustands 3, die Dauer des Zustands 8, welcher ein Zustand ist, der einen Zyklus nach dem Zustand 4 kommt, länger als die Dauer des Zustands 7, welcher ein Zustand ist, der einen Zyklus nach dem Zustand 3 kommt. In ähnlicher Weise wird, wenn die Dauer des Zustands 4 kürzer ist als die Dauer des Zustands 3, die Dauer des Zustands 8, welcher der Zustand ist, der einen Zyklus nach dem Zustand 4 kommt, kürzer als die Dauer des Zustands 7, welcher der Zustand ist, der einen Zyklus nach dem Zustand 3 kommt. Ferner wird eine Änderungsrate der Dauer des Zustands 4 in Bezug auf die Dauer des Zustands 3 im Wesentlichen gleich einer Änderungsrate der Dauer des Zustands 8 in Bezug auf die Dauer des Zustands 7. Dementsprechend wird eine Änderungsrate des Sensorzyklus für den Zustand 4 in Bezug auf den Sensorzyklus für den Zustand 3 im Wesentlichen gleich einer Änderungsrate des Sensorzyklus für den Zustand 8 in Bezug auf den Sensorzyklus für den Zustand 7.
Bei der Abschätzung des Sensorzyklus für den Zustand 8 veranlasst die Steuer-/Regelschaltung 1 daher zuerst die Änderungsraten-Erlangungseinheit 11, die Änderungsrate des Sensorzyklus für den Zustand 4 in Bezug auf den Sensorzyklus für den Zustand 3 zu beschaffen. Bezugnehmend auf 5 beträgt die Änderungsrate des Sensorzyklus für den Zustand 4 in Bezug auf den Sensorzyklus für den Zustand 3 ist 135%, und der Sensorzyklus für den Zustand 4 ist 35% länger als der Sensorzyklus für den Zustand 3.
Als nächstes schätzt die Abschätzungseinheit 12, basierend auf dem Sensorzyklus für den Zustand 7 und auf der Änderungsrate des Sensorzyklus für den Zustand 4 in Bezug auf den Sensorzyklus für den Zustand 3, aus dem unten notierten Ausdruck (1) einen Sensorzyklus T8 für den Zustand 8 ab.
[Ausdruck (1)]

T8 = T7 × RC_T3-T4

In dem Ausdruck (1) repräsentiert T7 den Sensorzyklus für den Zustand 7. Ferner repräsentiert RC_T3-T4 die Änderungsrate des Sensorzyklus für den Zustand 4 in Bezug auf den Sensorzyklus für den Zustand 3. Mit dem Ausdruck (1) wird der Sensorzyklus T8 für den Zustand 8 auf einen Wert „112.75” berechnet.
Rückverweisend auf 4 bestimmt die Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit 13 in Schritt S4 den Betriebsumfang η der Schaltelemente Q1–Q3 in dem nächsten Zustand und gibt das Steuersignal an die Ansteuerungsschaltung 30 aus, und der in 4 gezeigte Sensorunterbrechungsprozess ist abgeschlossen. Der Prozess in Schritt S4 wird unten im Detail beschrieben.
Als erstes wird unten der Prozess in Schritt S4 beschrieben, wenn die Änderungsraten-Erlangungseinheit 11 ermittelt hat, dass die Zyklusdaten nicht für (N + 1) Male oder mehr erfasst bzw. gespeichert sind. In diesem Fall veranlasst die Steuer-/Regelschaltung 1 die Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit 13, zu bestimmen, dass der Betriebsumfang η der Schaltelemente Q1–Q3 in dem nächsten Zustand ein vorbestimmter Wert ist.
Als nächstes wird unten der Prozess in Schritt S4 beschrieben, wenn die Änderungsraten-Erlangungseinheit 11 ermittelt hat, dass die Zyklusdaten für (N + 1) Male oder mehr erfasst bzw. gespeichert sind.
Als erstes veranlasst die Steuer-/Regelschaltung 1 in diesem Fall die Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit 13, basierend auf einer Ausgangsspannung von der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 in einem Zustand vor dem Zustand, in welchem der nächste Sensorzyklus T(n + 1) in Schritt S3 geschätzt wird, d. h. in dem aktuellen Zustand, und basierend auf einer Sollspannung, aus einem unten notierten Ausdruck (2) eine Differenz Δdif(n) zwischen der Ausgangsspannung und der Sollspannung zu beschaffen.
[Ausdruck (2)]

Δdif(n) = Vref – Vout(n)

In dem Ausdruck (2) repräsentiert Vout(n) die Ausgangsspannung der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 in dem aktuellen Zustand. Ferner repräsentiert Vref die Sollspannung, die ein Sollwert der Ausgangsspannung Vout(n) von der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 ist. Wenn bspw. der Sensorzyklus für den Zustand 8 in 5 in Schritt S3 berechnet wird, repräsentiert Vout(n) die Ausgangsspannung von der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 in dem Zustand 7, und Δdif(n) repräsentiert die Differenz zwischen der Ausgangsspannung von der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 in dem Zustand 7 und der Sollspannung.
Ferner veranlasst die Steuer-/Regelschaltung 1 die Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit 13, basierend auf einer Ausgangsspannung von der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 in einem Zustand unmittelbar vor dem aktuellen Zustand und auf der Sollspannung, aus einem unten notierten Ausdruck (3) eine Differenz Δdif(n – 1) zwischen der Ausgangsspannung und der Sollspannung zu beschaffen.
[Ausdruck (3)]

Δdif(n – 1) = Vref – Vout(n – 1)

In dem Ausdruck (3) repräsentiert Vout(n – 1) die Ausgangsspannung der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 in dem Zustand unmittelbar vor dem aktuellen Zustand. Ferner repräsentiert Vref die Sollspannung, die ein Sollwert der Ausgangsspannung Vout(n – 1) von der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 ist. Wenn bspw. der Sensorzyklus für den Zustand 8 in 5 in Schritt S3 berechnet wird, repräsentiert Vout(n – 1) die Ausgangsspannung von der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 in dem Zustand 6, und Δdif(n – 1) repräsentiert die Differenz zwischen der Ausgangsspannung von der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 in dem Zustand 6 und der Sollspannung.
Sodann beschaftt die Steuer-/Regelschaltung 1, basierend auf der Differenz Δdif(n) zwischen der Ausgangsspannung von der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 in dem aktuellen Zustand und der Sollspannung und auf der Differenz Δdif(n – 1) zwischen der Ausgangsspannung von der Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 in dem unmittelbar vorausgegangenen Zustand und der Sollspannung, aus einem unten notierten Ausdruck (4) einen Steuerumfang θ(n + 1) in dem nächsten Zustand.
[Ausdruck (4)]

θ(n + 1) = K0 × Δdif(n) + K1 × Δdif(n – 1) + θ(n)

In dem Ausdruck (4) repräsentieren K0 und K1 eine PI Konstante. Ferner repräsentiert θ(n) den Steuerumfang in dem aktuellen Zustand und θ(n) ist, wenn bspw. der Sensorzyklus für den Zustand 8 in 5 in Schritt S3 abgeschätzt wird, der Steuerumfang in dem Zustand 7.
Anschließend ermittelt die Steuer-/Regelschaltung 1, basierend auf dem in Schritt S3 abgeschätzten nächsten Sensorzyklus und basierend auf dem Steuerumfang θ(n + 1) in dem nächsten Zustand, aus einem unten notierten Ausdruck (5) den Betriebsumfang η der Schaltelemente Q1–Q3 in dem nächsten Zustand.
[Ausdruck (5)]

η = T(n + 1) × θ(n + 1)

Bezugnehmend auf die 6 bis 10 werden nachfolgend von dem oben beschriebenen Batterieladegerät AA bereitgestellte Wirkungen beschrieben.
6 ist ein Diagramm zur Illustration eines Falls, bei dem die Steuer-/Regelschaltung 1 den nächsten Sensorzyklus in der oben beschriebenen Weise abschätzt. In diesem Fall kann, selbst wenn der Sensorzyklus nicht konstant ist, ein Fehler zwischen einem aktuellen Sensorzyklus und einem geschätzten Sensorzyklus aufgrund der Bearbeitung in S3 in 4 nicht auftreten, so wie bei dem Fall eines gemessenen Sensorzykluswerts T2d und eines geschätzten Sensorzykluswerts T2c'.
7 ist ein Diagramm zur Illustration eines Falls, bei dem anstelle der von der Steuer-/Regelschaltung 1 in der oben beschriebenen Weise ausgeführten Abschätzung angenommen wird, dass der nächste Sensorzyklus gleich dem aktuellen Sensorzyklus ist. In diesem Fall kann, wenn der Sensorzyklus nicht konstant ist, ein Fehler zwischen einem aktuellen Sensorzyklus und einem berechneten Sensorzyklus auftreten, so wie bei dem Fall des gemessenen Sensorzykluswerts T2d und des berechneten Sensorzykluswerts T2c'.
8 ist ein Diagramm, welches den Sensorzyklus illustriert. In 8 zeigt die vertikale Achse den Sensorzyklus an und die horizontale Achse zeigt die Nummer der Messung des Sensorzyklus an. Ferner zeigt eine durchgezogene Linie den Sensorzyklus für das von der Detektionsschaltung 7 ausgegebene Sensorsignal an, d. h. den gemessenen Wert des Sensorzyklus. Darüber hinaus zeigt eine gestrichelte Linie den von der Steuer-/Regelschaltung 1 in der oben unter Bezug auf 6 beschriebenen Weise abgeschätzten Sensorzyklus an. Des Weiteren zeigt eine Linie mit einem langen und zwei kurzen alternierenden Strichen den Sensorzyklus an, wenn wie oben unter Bezug auf 7 beschrieben angenommen wird, dass der nächste Sensorzyklus gleich dem aktuellen Sensorzyklus ist.
Wie in 8 gezeigt, ist die Steuer-/Regelschaltung 1 in der Lage, den Sensorzyklus, der im Vergleich zu dem Fall, bei dem angenommen wird, dass der nächste Sensorzyklus gleich dem aktuellen Sensorzyklus ist, enger an dem gemessenen Wert liegt, abzuschätzen.
9 ist ein Diagramm, das den der Batterie 6 bereitgestellten Ladestrom für einen Fall zeigt, bei dem die Ansteuerungsschaltung 30 entsprechend dem Ergebnis der wie oben unter Bezug auf 6 beschriebenen Abschätzung des Sensorzyklus durch die Steuer-/Regelschaltung 1 gesteuert wird. Auf der anderen Seite ist 10 ein Diagramm, das den der Batterie 6 bereitgestellten Ladestrom für einen Fall zeigt, bei dem die Ansteuerungsschaltung 30 unter der Annahme gesteuert wird, dass der nächste Sensorzyklus gleich dem aktuellen Sensorzyklus ist, wie unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Sowohl in 9 als auch in 10 zeigt die vertikale Achse den der Batterie 6 bereitgestellten Ladestrom und die horizontale Achse die Zeit an.
Wie in 9 und 10 gezeigt, ist die Steuer-/Regelschaltung 1, verglichen mit dem Fall, bei dem angenommen wird, dass der nächste Sensorzyklus gleich dem aktuellen Sensorzyklus ist, in der Lage, der Batterie 6 den Ladestrom stabiler bereitzustellen. Dementsprechend ist es mit der Energieerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 100 möglich, der Batterie 6 elektrische Energie von dem Stromerzeuger 5 effizient bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen und Abänderungen vorgenommen werden, ohne sich von dem Erfindungsgedanken zu entfernen.
In dem obigen Ausführungsbeispiel wird die Batterie 6 bspw. als ein Verbraucher verwendet, dem elektrische Energie von dem Stromerzeuger 5 bereitgestellt wird, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Ferner hat der Stromerzeuger 5 in dem obigen Ausführungsbeispiel, allerdings nicht beschränkt hierauf, die drei Phasen, und er kann bspw. eine einzige Phase oder vier Phasen haben.
Des Weiteren führt die Steuer-/Regelschaltung 1 in dem obigen Ausführungsbeispiel, allerdings nicht beschränkt hierauf, eine PWM Steuerung der für die Ansteuerungsschaltung 30 bereitgestellten Schaltelemente Q1–Q3 aus, und sie kann bspw. eine Phasenkontrolle ausführen.
Ferner erzeugt in dem obigen Ausführungsbeispiel die Detektionsschaltung 7 den Einzelpuls jedes Mal, wenn sie detektiert, dass der Zustand des Stromerzeugers 5 wechselt, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Bspw. kann die Detektionsschaltung 7 den Einzelpuls jedes Mal dann erzeugen, wenn ein Nulldurchgang für jede der Phasen AC1–AC3 des Stromerzeugers 5 detektiert wird. Zusätzlich kann der Einzelpuls, wenn der Stromerzeuger 5 von einem Motor angetrieben wird, z. B. jedes Mal dann erzeugt werden, wenn ein Drehwinkel des Motors einen vorbestimmten Winkel annimmt.
Ferner wird in dem obigen Ausführungsbeispiel, wenn der nächste Sensorzyklus in Schritt S3 in 4 abgeschätzt wird, der Sensorzyklus in einem Zyklus vorher in der unter Bezug auf 5 beschriebenen Weise verwendet, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Bspw. kann ein Sensorzyklus in zwei Zyklen vorher oder ein Sensorzyklus in drei Zyklen vorher verwendet werden, oder der Sensorzyklus in einem Zyklus vorher und der Sensorzyklus in zwei Zyklen vorher können in Kombination verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuer-/Regelschaltung
5: Stromerzeuger
6: Batterie
7: Detektionsschaltung
8: Sicherung
10: Steuer-/Regelschaltung
11: Änderungsraten-Erlangungseinheit
12: Abschätzungseinheit
13: Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit
20: Nulldurchgangs-Signalerzeugungsschaltung
30: Ansteuerungsschaltung
100: Stromerzeugungs-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung
Q1–Q3: Schaltelemente
AA: Batterieladegerät

Claims

Eine Steuer-/Regelschaltung zum Steuern/Regeln der von einem Wechselstromgenerator an einen Verbraucher bereitgestellten elektrischen Energie, wobei die Schaltung umfasst: eine Abschätzungseinheit, die konfiguriert ist, einen Betriebszustand des Wechselstromgenerators in einem einem aktuellen Zyklus nachfolgenden Zyklus basierend auf einem Betriebszustand des Wechselstromgenerators in einem dem aktuellen Zyklus vorhergehenden Zyklus zu berechnen, und eine Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit, die konfiguriert ist, unter Verwendung eines Ergebnisses der Abschätzung der Abschätzungseinheit die Bereitstellung eines Outputs von dem Wechselstromgenerator an den Verbraucher zu steuern/regeln.
Die Steuer-/Regelschaltung gemäß Anspruch 1, weiter umfassend: eine Änderungsraten-Erlangungseinheit, die konfiguriert ist, eine Änderungsrate der Dauer eines ersten Zustands in Bezug auf die Dauer eines zweiten Zustands zu beschaffen, wenn ein Zustand des Wechselstromgenerators von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand wechselt, und wobei die Abschätzungseinheit, basierend auf der Dauer des zweiten Zustands und auf der von der Änderungsraten-Erlangungseinheit beschafften Änderungsrate in einem vorausgegangenen/früheren Zyklus des Wechselstromgenerators, die Dauer des ersten Zustands abschätzt, wenn der Zustand des Wechselstromgenerators von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand wechselt.
Die Steuer-/Regelschaltung gemäß Anspruch 2, wobei die Output-Bereitstellungs-Steuerungs-/Regelungseinheit die Bereitstellung des Outputs von dem Wechselstromgenerator an den Verbraucher unter Verwendung der von der Abschätzungseinheit abgeschätzten Dauer, einer dem Verbraucher in einem dritten Zustand, der vor dem zweiten Zustand kommt, bereitgestellten Spannung und einer Sollspannung in dem dritten Zustand, sowie einer dem Verbraucher in dem zweiten Zustand bereitgestellten Spannung und einer Sollspannung in dem zweiten Zustand steuert/regelt.
Eine Stromerzeugungsvorrichtung, umfassend: die Steuer-/Regelschaltung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 definiert, wobei von dem Wechselstromgenerator ausgegebene elektrische Energie dem Verbraucher bereitgestellt wird.