DE112019000344T5 - Leistungswandlungseinrichtung - Google Patents

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Satoshi Hiranuma
Kouichi Yahata
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Hitachi Automotive Systems Ltd
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Abstract

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leistungswandlungseinrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Spannungsglättungskondensator auch dann zuverlässig zu entladen, wenn eine Schaltungseinheit, die ein Entladesteuersignal ausgibt, ausfällt. Die Leistungswandlungseinrichtung enthält einen Spannungsglättungskondensator 2, der zu einer Inverter-Schaltungseinheit elektrisch parallel geschaltet ist, einen Entladewiderstand 6, der zu dem Spannungsglättungskondensator 2 elektrisch parallel geschaltet ist, ein Schaltelement 7, das mit dem Entladewiderstand 6 in Reihe geschaltet ist, einen Motorcontroller 5, der selektiv ein High-Pegel-Signal und ein Low-Pegel-Signal als Entladesteuersignal IN_A ausgibt, eine Schaltsignal-Schaltungseinheit 16, die ein Rechteckwellensignal IN_B, das einen vorgegebenen Tastgrad D aufweist, ausgibt, und eine Logikschaltung 20, die ein MODUS1-Rechteckwellensignal, das denselben Tastgrad D wie der Tastgrad des Rechteckwellensignals IN_B aufweist, oder ein MODUS2-Rechteckwellensignal, das einen Tastgrad (1-D) aufweist, basierend auf dem Entladesteuersignal IN_A und dem Rechteckwellensignal IN_B an das Schaltelement 7 ausgibt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungswandlungseinrichtung.
  • Hintergrund
  • Auf dem zugehörigen Fachgebiet ist zum Beispiel eine in PTL 1 beschriebene Technologie als eine Technologie zum Entladen elektrischer Restladungen bekannt, die sich in einem Kondensator zur Zeit des Anhaltens der Ausgangssteuerung in einer Leistungswandlungseinrichtung angesammelt haben. Bei der in PTL 1 beschriebenen Technologie werden die elektrischen Ladungen des Kondensators durch Ein- und Ausschalten eines parallel zu dem Kondensator angeordneten Schaltelements durch einen Controller abgeleitet.
  • Zitierliste
  • Patent-Literatur
  • PTL 1: JP 2017-028873 A
  • Überblick über die Erfindung
  • Technisches Problem
  • Gemäß der in PTL 1 beschriebenen Technologie kann jedoch das Schaltelement, wenn in dem Controller ein Fehler auftritt, nicht normal gesteuert werden, und die elektrischen Ladungen des Kondensators werden möglicherweise nicht abgeleitet.
  • Lösung des Problems
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Leistungswandlungseinrichtung eine Inverter-Schaltungseinheit, die eine Umwandlung zwischen einer DC-Leistung und einer AC-Leistung durchführt, einen Glättungskondensator, der zu der Inverter-Schaltungseinheit elektrisch parallel geschaltet ist, ein Entladewiderstandselement, das zu dem Glättungskondensator elektrisch parallel geschaltet ist, ein Schaltelement, das zu dem Entladewiderstandselement in Reihe geschaltet ist, um einen durch das Entladewiderstandselement fließenden Entladungsstrom ein- und auszuschalten, eine Controllerschaltungseinheit, die selektiv ein High-Pegel-Signal und ein Low-Pegel-Signal als Entladesteuersignal, das anweist, dass eine Entladung unter Verwendung des Entladewiderstandselements durchgeführt wird, ausgibt, eine Signalerzeugungsschaltung, die ein erstes Rechteckwellensignal mit einem vorgegebenen Tastgrad D ausgibt, und eine Logikschaltung, die als Ein- und Aus-Steuersignal ein zweites Rechteckwellensignal mit demselben Tastgrad wie der Tastgrad des ersten Rechteckwellensignals oder ein drittes Rechteckwellensignal mit einem Tastgrad (1-D) an das Schaltelement ausgibt.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß dieser Erfindung kann die Entladung eines Spannungsglättungskondensators, selbst wenn eine Schaltungseinheit, die ein Entladesteuersignal ausgibt, ausfällt zuverlässig durchgeführt werden.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform einer Leistungswandlungseinrichtung veranschaulicht.
    • [2] 2 ist ein Diagramm zum Beschreiben von Details einer Entladungsgateansteuerschaltung.
    • [3] 3 ist ein Diagramm, das Wahrheitstabellen veranschaulicht, wenn exklusives ODER für eine Logikschaltung verwendet wird.
    • [4] 4 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Entladesteuerverfahrens des zugehörigen Fachgebiets.
    • [5] 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltsignal-Schaltungseinheit zeigt.
    • [6] 6 ist ein Diagramm zum Beschreiben von Signalwellenformen bei der Schaltsignal-Schaltungseinheit.
    • [7] 7 ist ein Diagramm zum Beschreiben von MODUS1 und MODUS2.
    • [8] 8 ist ein Diagramm, das ein Betriebsbeispiel eines MODUS1-Rechteckwellensignals und eines MODUS2-Rechteckwellensignals veranschaulicht.
    • [9] 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Entlademuster zeigt, wenn ein schneller Typ angenommen wird.
    • [10] 10 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform eines Ausgangssignals OUT und eine Wellenform einer Spannung Vc zeigt, wenn Entladung gemäß dem Steuerungsfluss von 9 durchgeführt wird.
    • [11] 11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Entlademuster zeigt, wenn ein ausgeglichener Typ angenommen wird.
    • [12] 12 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform eines Ausgangssignals OUT und eine Wellenform einer Spannung Vc zeigt, wenn eine Entladung gemäß dem Steuerungsfluss von 11 durchgeführt wird.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele zum Ausführen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform einer Leistungswandlungseinrichtung veranschaulicht. Eine in 1 dargestellte Leistungswandlungseinrichtung 100 enthält eine Dreiphasen-Invertereinrichtung 14 zum Antrieb eines Motors und wandelt eine DC-Leistung einer DC-Batterie 1 in eine AC-Leistung zum Antrieb eines Motors 11 um. Zur Zeit der Regeneration wird der Motor 11 als Generator betrieben, und die DC-Batterie 1 wird mit einer regenerativen Leistung geladen. Die Dreiphasen-Invertereinrichtung 14 zum Antrieb eines Motors enthält eine Inverter-Schaltungseinheit 90 mit mehreren Schaltelementen 3, eine Gate-Ansteuerschaltung 4 zum Ansteuern der Schaltelemente 3, einen Spannungsglättungskondensator 2 und eine Spannungsmessschaltung 13. Ein Schütz 12, das die Verbindung und Trennung zwischen der Dreiphasen-Invertereinrichtung 14 und der DC-Batterie 1 steuert, ist vorgesehen.
  • Ein Motorcontroller 5 führt einen von den Stromsensoren 9 und 10 erfassten Erregerstromwert des Motors 11 zurück und gibt ein Motor-PWM-Signal zum Steuern des Motors 11 auf ein gewünschtes Drehmoment und eine gewünschte Drehzahl an die Gate-Ansteuerschaltung 4 aus. Die Gate-Ansteuerschaltung 4 steuert das Schaltelement 3 basierend auf dem Motor-PWM-Signal von dem Motorcontroller 5. Der Spannungsglättungskondensator 2 glättet eine angelegte Spannung, die zur Zeit der Leistungswandlung schwankt. Eine Reihenschaltung aus einem Entladewiderstand 6 und einem Schaltelement 7 zur Entladesteuerung ist zu dem Spannungsglättungskondensator 2 parallelgeschaltet.
  • Der Motorcontroller 5 führt eine Entladesteuerung der in dem Spannungsglättungskondensator 2 akkumulierten Energie durch. Die Spannungsmessschaltung 13 misst eine Spannung Vc des Spannungsglättungskondensators 2. Der Motorcontroller 5 gibt ein Entladesteuersignal an eine Entladegateansteuerschaltung 8 aus und führt eine Steuerung derart durch, so dass das Schaltelement 7 entsprechend einem von der Entladegateansteuerschaltung 8 ausgegebenen Entladungsschaltsignal, wie nachfolgend beschrieben, ein- und ausgeschaltet wird. Infolgedessen wird die in dem Spannungsglättungskondensator 2 akkumulierte Energie durch den Entladewiderstand 6 verbraucht.
  • 2 ist ein Diagramm zum Beschreiben von Details der Entladegateansteuerschaltung 8. Die Entladegateansteuerschaltung 8 enthält eine Schaltsignal-Schaltungseinheit 16, einen Pull-down-Widerstand 18, einen Pull-up-Widerstand 19 und eine Logikschaltung 20. Ein Entladesteuersignal IN_A wird von dem Motorcontroller 5 in die Logikschaltung 20 eingespeist. Das Entladesteuersignal IN_A ist ein Signal zum Anweisen, welche von zwei Arten von Entladungsschaltsignalen (MODUS1-Rechteckwellensignal und MODUS2-Rechteckwellensignal) die Entladung durchführen soll, und besitzt zwei Spannungspegel High und Low. Ein Low-Signal wird als Entladesteuersignal IN_A ausgegeben, wenn die Entladesteuerung unter Verwendung des MODUS1-Rechteckwellensignals durchgeführt wird, und ein High-Signal wird als Entladesteuersignal IN_A ausgegeben, wenn die Entladesteuerung unter Verwendung des MODUS2-Rechteckwellensignals durchgeführt wird. Der Pull-up-Widerstand 19 ist mit einer Signalleitung des Entladesteuersignals IN_A verbunden.
  • Die Schaltsignal-Schaltungseinheit 16 ist eine Schaltung, die ein Rechteckwellensignal IN_B erzeugt, und das erzeugte Rechteckwellensignal IN_B wird in die Logikschaltung 20 einspeist. Die detaillierte Konfiguration der Schaltsignal-Schaltungseinheit 16 wird unten beschrieben. Der Pull-Down-Widerstand 18 ist mit einer Signalleitung des Rechteckwellensignals IN_B verbunden. Eines von dem MODUS1-Rechteckwellensignal und dem MODUS2-Rechteckwellensignal besitzt denselben Tastgrad wie das Rechteckwellensignal IN_B. Nachfolgend wird als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem der Tastgrad des Rechteckwellensignals IN_B und der Tastgrad des MODUS1-Rechteckwellensignals gleich sind.
  • Die Logikschaltung 20 empfängt das Entladesteuersignal IN_A und das Rechteckwellensignal IN_B und gibt irgendeines der beiden Rechteckwellensignale MODUS1 und MODUS2 aus. Hier wird als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem die Logikschaltung 20 eine Schaltung mit exklusiver ODER-Verknüpfung ist. 3 zeigt Wahrheitstabellen, wenn das Exklusiv-ODER verwendet wird, bei denen eine Wahrheitstabelle A eine Wahrheitstabelle der Signale IN_A und IN_B ist und eine Wahrheitstabelle B eine Wahrheitstabelle ist, die einem Fehlerzustand des Motorcontrollers 5 entspricht. Gemäß der Wahrheitstabelle A ist, wenn das Entladesteuersignal IN_A High ist, ein Ausgangssignal OUT der Logikschaltung 20 ein Inversionssignal des Rechteckwellensignals IN_B, und wenn das Entladesteuersignal IN_A Low ist, ist das Ausgangssignal OUT das Rechteckwellensignal IN_B.
  • Indes werden, wie in der Wahrheitstabelle B dargestellt, eine High-Fixierung, bei der das High-Signal ausgegeben wird, eine Low-Fixierung, bei der das Low-Signal ausgegeben wird, oder eine hohe Impedanz (als HI-Z-Zustand bezeichnet), bei der kein Signal ausgegeben wird, als Fehlerzustand des Motorcontrollers 5 betrachtet. Im Hi-Z-Zustand wird das Signal, das durch den Pull-up-Widerstand 19 nach oben gezogen wird und als Entladesteuersignal IN_A in die Logikschaltung 20 eingespeist wird, High.
  • Wenn der Fehlerzustand des Motorcontrollers 5 der HI-Z-Zustand ist, ist das von der Logikschaltung 20 ausgegebene Ausgangssignal OUT das MODUS2-Rechteckwellensignal. Wenn der Tastgrad des von der Schaltsignal-Schaltungseinheit 16 ausgegebenen Rechteckwellensignals IN_B D ist, ist das MODUS2-Rechteckwellensignal ein Rechteckwellensignal mit einem Tastgrad (1-D). Dasselbe gilt für einen Fall, in dem der Fehlerzustand die High-Fixierung ist, und das Ausgangssignal OUT ist das MODUS2-Rechteckwellensignal. Wenn indes der Fehlerzustand die Low-Fixierung ist, ist das von der Logikschaltung 20 ausgegebene Ausgangssignal OUT ein Rechteckwellensignal (im Folgenden als MODUS1-Rechteckwellensignal bezeichnet), das denselben Tastgrad D wie das Rechteckwellensignal IN_B aufweist.
  • Wie oben beschrieben, enthält die Leistungswandlungseinrichtung 100 bei der vorliegenden Ausführungsform den Inverter-Schaltungsteil 90, der die Umwandlung zwischen der DC-Leistung und der AC-Leistung durchführt, die Spannungsglättungseinrichtung 2, die zu der Inverter-Schaltungseinheit 90 elektrisch parallel geschaltet ist, den Entladewiderstand 6, der zu dem Spannungsglättungskondensator 2 elektrisch parallel geschaltet ist, das Schaltelement 7, das mit dem Entladewiderstand 6 in Reihe geschaltet ist und einen durch den Entladewiderstand 6 fließenden Entladestrom ein- und ausschaltet, den Motorcontroller 5, der das High-Pegel-Signal und das Low-Pegel-Signal als Entladesteuersignal IN_A selektiv ausgibt, um anzuweisen, dass die Entladung unter Verwendung des Entladewiderstands 6 durchgeführt wird, die Schaltsignal-Schaltungseinheit 16, die das Rechteckwellensignal IN_B, das den vorgegebenen Tastgrad D aufweist, ausgibt, und die Logikschaltung 20, die als Ein- und Aus-Steuersignal eines von dem MODUS1-Rechteckwellensignal, das denselben Tastgrad D wie das Rechteckwellensignal IN_B aufweist, und dem MODUS2-Rechteckwellensignal, das den Tastgrad (1-D) aufweist, basierend auf dem Entladesteuersignal IN_A und dem Rechteckwellensignal IN_B an das Schaltelement 7 ausgibt.
  • Wenn der Motorcontroller 5 ausfällt, wird, da der Fehlerzustand (Zustand High-Fixierung, Low-Fixierung und HI-Z) zum selben Signalzustand wie der des High-Signals oder des Low-Signal wird, von der Logikschaltung 20, unabhängig vom Fehlerzustand, das MODUS1-Rechteckwellensignal oder das MODUS2-Rechteckwellensignal ausgegeben. Daher können, auch wenn der Ausfall des Motorcontrollers 5 ein beliebiger Fehlerzustand ist, elektrische Ladungen, die sich im Spannungsglättungskondensator 2 angesammelt haben, entladen werden.
  • 4 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Entladesteuerverfahrens auf dem Fachgebiet. Der Motorcontroller 50 gibt ein PWM-Signal zum Ein- und Ausschalten des Schaltelements 7 aus. Eine Entladegateansteuerschaltung 80 gibt ein Gate-Ansteuersignal (das heißt ein Schaltsignal) basierend auf dem Eingangs-PWM-Signals an das Schaltelement 7 aus. Daher kann, wenn der Motorcontroller 50 ausfällt und wie oben beschrieben in irgendeinen der Fehlerzustände HI-Z-Zustand, High-Fixierung und Low-Fixierung geht, eine Ein- und Ausschaltsteuerung ähnlich einer auf dem PWM-Signal basierenden Schaltsteuerung an dem Schaltelement 7 nicht durchgeführt werden, und eine geeignete Entladesteuerung kann zur Zeit des Ausfalls nicht durchgeführt werden. Zum Beispiel besteht ein Problem, dass der Spannungsglättungskondensator 2 nicht entladen werden kann, wenn der Motorcontroller in den Fehlerzustand der Low-Fixierung geht.
  • Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltsignal-Schaltungseinheit 16, die das MODUS1-Rechteckwellensignal oder das MODUS2-Rechteckwellensignal erzeugt, wie in 2 dargestellt, aus einer Hardware besteht, die sich von der des Motorcontrollers 5 unterscheidet. 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Schaltsignal-Schaltungseinheit 16 zeigt. Die Schaltsignal-Schaltungseinheit 16 enthält eine Dreieckwellen-Erzeugungsschaltung 161 und einen Komparator 162. Ein Dreieckwellensignal Va von der Dreieckwellen-Erzeugungsschaltung 161 wird in einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 162 eingespeist und eine Spannung Vb, die durch Dividieren einer Spannung Vcc durch die Widerstände R1 und R2 erhalten wird, wird in den invertierenden Eingangsanschluss eingespeist. Ein Ausgangssignal Vout (das heißt das Rechteckwellensignal IN_B) des Komparators 162 wird zum High-Pegel, wenn Va ≧ Vb, und wird zum Low-Pegel, wenn Va < Vb.
  • 6 ist ein Diagramm, das die Wellenformen des Dreieckwellensignals Va, der Spannung Vb und des Ausgangssignals Vout darstellt. Wenn die Spannung Vb, wie in 6(a) dargestellt, erhöht wird, wird der Tastgrad (= ton/T) des Ausgangssignals Vout verringert, und wenn die Spannung Vb, wie in 6(b) dargestellt, verringert wird, wird der Tastgrad des Ausgangssignals Vout erhöht. Die Spannung Vb kann, zum Beispiel durch Ändern eines Wertes des Widerstandes R2, geändert werden.
  • Als nächstes wird ein Betrieb des MODUS1-Rechteckwellensignals und des MODUS2-Rechteckwellensignals in einem Entladebetrieb beschrieben. Wie in 6 dargestellt, können das MODUS1-Rechteckwellensignal und das MODUS2-Rechteckwellensignal, die die Ausgangssignale OUT darstellen, unterschiedlich eingestellt werden, indem der Tastgrad des durch die Schaltsignal-Schaltungseinheit 16 erzeugten Rechteckwellensignals IN_B (das heißt des MODUS1-Rechteckwellensignals) eingestellt wird. Hier werden ein schneller Typ und ein ausgeglichener Typ für eine Entladegeschwindigkeit beschrieben.
  • (Schneller Typ)
  • Beim schnellen Typ wird der Tastgrad des MODUS1-Rechteckwellensignals so eingestellt, dass die im Spannungsglättungskondensator 2 angesammelten elektrischen Ladungen durch die Entladung unter Verwendung des MODUS1-Rechteckwellensignals schnell abgeleitet werden können. Beim schnellen Typ wird der Tastgrad des MODUS1-Rechteckwellensignals so groß wie etwa 90% eingestellt. Wenn zum Beispiel der Tastgrad des MODUS1-Rechteckwellensignals auf 95% eingestellt wird, wird der Tastgrad des MODUS2-Rechteckwellensignals, das das Inversionssignal des MODUS1-Rechteckwellensignals ist, 5%.
  • 7 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Entladung unter Verwendung des MODUS1-Rechteckwellensignals (gekennzeichnet durch MODUS1) und der Entladung unter Verwendung des MODUS2-Rechteckwellensignals (gekennzeichnet durch MODUS2). Da die Entladung durchgeführt wird, wenn sich das Rechteckwellensignal auf dem High-Pegel befindet, ist eine Zeit, bis die Spannung des Spannungsglättungskondensators 2 eine sichere Spannung Vgoal erreicht, viel kürzer als eine Zeit im MODUS1. Wenn es zum Beispiel erforderlich ist, die Entladung wie zum Beispiel die Entladung beim Ausschalten eines Schlüssels des Fahrzeugs, schnell zu beenden, wird die Entladung von MODUS1 verwendet.
  • Indes ist im Fall der Entladung unter Verwendung des Rechteckwellensignals von MODUS2 eine Entladungsmenge pro Zyklus des Rechteckwellensignals sehr klein und die Zeit (Entladeendzeit), bis die Spannung des Spannungsglättungskondensators die Spannung Vgoal erreicht, ist lang, da der Tastgrad des MODUS2-Rechteckwellensignals klein ist. Es gibt jedoch die folgenden Vorteile, wenn eine solche Entladung zum Beispiel zur Entladung zur Zeit der Regeneration verwendet wird. Wenn der Spannungsglättungskondensator 2 zur Zeit der Regeneration fast vollständig geladen ist, wird durch den Entladewiderstand 6 eine Energie verbraucht, um einen Überspannungszustand zu verhindern. In diesem Fall kann in einem Fall, in dem die Entladung von MODUS2 unter Verwendung des MODUS2-Rechteckwellensignals durchgeführt wird, der unwirtschaftliche Energieverbrauch verringert werden, da die durch die Entladung verbrauchte Energie geringer ist als im Fall von MODUS1.
  • Allerdings wird, wenn das Muster vom schnellen Typ betätigt wird und die Entladung wie im Fall der High-Fixierung von 3 während des Controllerausfalls unter Verwendung des MODUS2-Rechteckwellensignals durchgeführt wird, wird eine Zeit, bis die Entladung endet, lang. Daher ist es bei der Entladung im MODUS2, bei der das MODUS2-Rechteckwellensignal von der Logikschaltung 20 ausgegeben wird, vorzuziehen, dass der Motorcontroller 5 die Entladung unter Verwendung einer Wicklung des Motors 11 durchführt. Entsprechend kann die Entladeendzeit im Falle der Entladung im MODUS2 verkürzt werden. In diesem Fall betätigt der Motorcontroller 5 das in der Inverter-Schaltungseinheit 90 vorgesehene Schaltelement 3 so, dass die Energie des Spannungsglättungskondensators 2 von der Motorwicklung verbraucht wird.
  • (Ausgeglichener Typ)
  • Der ausgeglichene Typ ist eine Einstellung, bei der der Tastgrad des MODUS1-Rechteckwellensignals auf etwa 60% eingestellt ist und es sowohl im MODUS1 als auch im MODUS2 keinen großen Unterschied in der Entladeendzeit gibt. Die Besonderheit des ausgeglichenen Typs besteht darin, dass wenn der Motorcontroller 5 ausfällt, ein Risiko einer sekundären Katastrophe aufgrund eines elektrischen Schlags verringert werden kann, da, obwohl die Entladung im MODUS1 oder MODUS2 durchgeführt wird, kein großer Unterschied in der Entladeendzeit besteht.
  • Es wird eine bestimmte Entladezeit, wenn die Entladung im MODUS1 und im MODUS2 durchgeführt wird, beschrieben. Dabei ist C eine Kapazität des zu entladenden Spannungsglättungskondensators 2, V1 ist eine Entladestartspannung, V2 ist eine Entladeschlussspannung (entsprechend Vgoal von 3), und R ist ein Widerstandswert des Entladewiderstandes 6. Eine Entladeendzeit t0, wenn die Entladung mit einem konstanten Widerstand R durchgeführt wird, wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt. Zu dieser Zeit wird eine Entladeendzeit t1 im MODUS1 durch Gleichung (2) ausgedrückt, und eine Entladeendzeit t2 im MODUS2 wird durch Gleichung (3) ausgedrückt. t0 = − RC × ln ( V2 / V1 )
    Figure DE112019000344T5_0001
     t1 = t0 ( ton / T )
    Figure DE112019000344T5_0002
     t2 = t / { ( T − ton ) / T }
    Figure DE112019000344T5_0003
  • Im Falle einer Einstellung, die eine schnelle Entladung betont, wird der Tastgrad so bestimmt, dass die durch Gleichung (2) berechnete Entladeendzeit t1 zu einer erforderlichen Zeit wird, und der Betrieb wird im schnellen Typ ausgeführt. Indes wird, wenn der Entladeendzeit zur Zeit des Ausfalls Priorität eingeräumt wird, das heißt, damit die Entladeendzeit selbst dann, wenn die Entladung während des Ausfalls im MODUS1 oder MODUS2 durchgeführt wird, innerhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, die Entladeendzeit t2 unter Verwendung von Gleichung (3) von MODUS2 mit einer längeren Entladeendzeit berechnet. Der Tastgrad wird so bestimmt, dass die Entladeendzeit t2 innerhalb des vorgegebenen Wertes liegt, und der Betrieb wird im ausgeglichenen Typ durchgeführt.
  • 8 ist ein Flussdiagramm zum Entscheiden, welcher von MODUS1 und MODUS2 die Entladung durchführen soll, wenn der Motorcontroller 5 nicht ausfällt. 8 veranschaulicht einen Fall, in dem der in 7 dargestellte schnelle Typ angenommen wird und der Betrieb basierend auf einem anormalen Zustand (Vorhandensein oder Fehlen eines ALM-Signals) und eines Fahrzeugschlüssel-aus-Zustands durchgeführt wird. Obwohl die Beschreibung weggelassen wird, wird der gleiche Vorgang auch ausgeführt, wenn der ausgeglichene Typ angenommen wird.
  • In Schritt S10 ermittelt der Motorcontroller 5, ob das ALM-Signal zur Zeit der Anomalie erzeugt wird oder nicht. Das ALM-Signal wird zum Beispiel erzeugt, wenn eine Fahrzeugkollision erkannt wird. Wenn der Motorcontroller 5 in Schritt S10 feststellt, dass das ALM-Signal vorhanden ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt S25 fort, und der MODUS1 wird für die Entladung betätigt. Das heißt, das Low-Signal wird als das Entladesteuersignal IN_A von dem Motorcontroller 5 ausgegeben. In der Wahrheitstabelle B von 3 wird, wenn das Entladesteuersignal IN_A Low ist, das MODUS1-Rechteckwellensignal als Ausgangssignal OUT ausgegeben und die schnelle Entladung wird unter Verwendung des MODUS1-Rechteckwellensignals durchgeführt, da das Rechteckwellensignal IN_B von der Logikschaltung 20 ausgegeben wird.
  • Indes geht die Verarbeitung in einem Fall, in dem in Schritt S10 festgestellt wird, dass kein ALM-Signal vorhanden ist, zu Schritt S20 über. In Schritt S20 ermittelt der Motorcontroller 5 den Fahrzeugschlüssel-ausZustand. In einem Fall, in dem in Schritt S20 festgestellt wird, dass der Schlüssel ausgeschaltet ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt S25 fort, und der Betrieb wird auf MODUS1 eingestellt. Das heißt, die schnelle Entladung unter Verwendung des MODUS1-Rechteckwellensignals wird durchgeführt. In einem Fall, in dem in Schritt S20 festgestellt wird, dass der Schlüssel nicht ausgeschaltet ist, das heißt, in einem Fall, in dem sich das Fahrzeug in einem Schlüssel-ein-Zustand befindet, fährt die Verarbeitung mit Schritt S30 fort, und der Betrieb wird auf MODUS2 eingestellt. Daher wird, wenn zur Zeit des regenerativen Ladens eine Überentladesituation auftritt, eine langsame Entladung durch das MODUS2-Rechteckwellensignal durchgeführt und ein unwirtschaftlicher Energieverbrauch wird verhindert.
  • Wenn das in 7 dargestellte Entladen im MODUS1 oder im MODUS2 durchgeführt wird und das schnelle Entladen zur Zeit von Schlüssel-aus durchgeführt wird, wird das Entladen des MODUS1 mit einer kurzen Entladeendzeit durchgeführt. Allerdings hat das schnelle Entladen von MODUS1 hat jedoch eine große Einschaltleistung, und eine Belastung, die an den Entladewiderstand 6 angelegt wird, ist groß. Daher wird, wenn eine solche Entladung wiederholt wird, der Einfluss auf eine Lebensdauer des Entladewiderstands 6 zu einem Problem.
  • Nachfolgend wird ein Entladungsmuster unter Berücksichtigung der Lebensdauer des Entladewiderstandes 6 unter Bezugnahme auf die 9 bis 12 beschrieben. Insbesondere wird eine durchschnittliche Entladeleistung durch Mischen der Entladung im MODUS1 und der Entladung im MODUS2 verringert. Die Einschaltleistungen im MODUS1 und im MODUS2 werden durch die folgenden Gleichungen (4) bzw. (5) ausgedrückt. In den Gleichungen (4) und (5) ist die Spannung V eine Spannung, die im Spannungsglättungskondensator 2 verbleibt, wenn der MODUS geschaltet ist. Pmode1 = ( V 2 / R ) × ( ton / T )
    Figure DE112019000344T5_0004
     Pmode2 = ( V 2 / R ) × { ( T − ton ) / T }
    Figure DE112019000344T5_0005
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Entlademuster zeigt, wenn der schnelle Typ angenommen wird. In Schritt S110 wird die Entladung im MODUS2, der eine lange Entladeendzeit aufweist, gestartet, und die Entladung im MODUS2 wird mit X Zyklen durchgeführt. In Schritt S120 wird der MODUS2 in den MODUS1, der eine kurze Entladeendzeit aufweist, und die Entladung im MODUS1 wird mit Y-Zyklen durchgeführt. In Schritt S130 wird festgestellt, ob die Spannung Vc des Spannungsglättungskondensators 2 abfällt, so dass sie gleich oder kleiner einem spezifizierten Spannungswert Vth ist, oder nicht. In einem Fall, in dem in Schritt S130 festgestellt wird, dass Vc ≤ Vth ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S140 über, und in einem Fall, in dem festgestellt wird, dass Vc > Vth ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S110 zurück. In Schritt S140 wird die Entladung im MODUS1 fortgesetzt, bis die Entladung endet.
  • Der X-Zyklus und der Y-Zyklus werden unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls des Spannungsglättungskondensators 2 (elektrostatische Kapazität C) pro einem Zyklus der Rechteckwelle (nach T Sekunden) festgelegt. Eine Spannung V4 nach einem Zyklus, wenn die Entladung mit dem konstanten Widerstand R durchgeführt wird, wird durch die folgende Gleichung (6) berechnet, eine Spannung V5 nach einem Zyklus, wenn die Entladung im MODUS1 durchgeführt wird, wird durch die folgende Gleichung (7) berechnet, und eine Spannung V6 nach einem Zyklus, wenn die Entladung im MODUS2 durchgeführt wird, wird durch die folgende Gleichung (8) berechnet. Eine Spannung V3 ist eine Spannung zur Zeit des Starts der Entladung. V4 = V3 × exp ( − T / RC )
    Figure DE112019000344T5_0006
     V5 = V4 × ( ton / T )
    Figure DE112019000344T5_0007
     V6 = V4 × { ( T − ton ) / T }
    Figure DE112019000344T5_0008
  • Die Einschaltleistung zur Zeit des Starts kann kleiner sein als die im Fall des Startens der Entladung im MODUS1, indem man die Entladung im MODUS2 wie in den Schritten S110 und S120 startet und dann die Entladung im MODUS1 durchführt. Da die Entladung im MODUS1 und die Entladung im MODUS2 abwechselnd in einem Spannungsbereich durchgeführt wird, der höher als der spezifizierte Spannungswert Vth ist, kann eine durchschnittliche Entladeleistung im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Entladung nur im MODUS1 durchgeführt wird, verringert werden. Dadurch kann der Einfluss auf die Lebensdauer des Entladewiderstands 6 in einem Entladungsstartbereich verringert werden. In einem Fall, in dem die Spannung Vc des Spannungsglättungskondensators 2 auf den spezifizierten Spannungswert Vth abfällt, ist der Einfluss auf die Lebensdauer des Entladewiderstands 6 klein, obwohl die Entladung in Schritt S140 nur im MODUS1 fortgesetzt wird, da die Entladeleistung auch im MODUS1 klein ist.
  • 10 ist ein Diagramm, das einen Signalwellenform des Ausgangssignals OUT der Logikschaltung 20 und eine Wellenform der Spannung Vc des Spannungsglättungskondensators 2 zeigt, wenn die Entladung gemäß dem Steuerungsfluss von 9 durchgeführt wird. Die Entladung im MODUS2 wird mit zehn Zyklen in einer Periode D1 durchgeführt (Schritt S110), die Entladung im MODUS1 wird mit zwei Zyklen in einer Periode D2 durchgeführt (Schritt S120), und die Spannung Vc des Spannungsglättungskondensators 2 liegt unter dem spezifizierten Spannungswert Vth der Entladung im MODUS2 in einer Periode D3. Als Ergebnis wird in Schritt S130 von 9 JA ermittelt, und die Entladung im MODUS1 wird in einer Periode D4 durchgeführt (Schritt S140).
  • 11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Entlademuster zeigt, wenn der ausgeglichene Typ angenommen wird. Im Falle des ausgeglichenen Typs ist ein Tastgradunterschied des Rechteckwellensignals zwischen MODUS1 und MODUS2 gering, und der Tastgrad des MODUS2 beträgt etwa 40%. Daher kann, obwohl die Entladung nur im MODUS2 gestartet wird, der Einfluss auf die Lebensdauer des Entladewiderstands 6 unterdrückt werden und eine ausreichende Entladerate kann erreicht werden, ohne wie beim schnellen Typ abwechselnd den MODUS2 und den MODUS1 zu wiederholen.
  • Daher wird in einem Fall, in dem in Schritt S210 die Entladung im MODUS2 gestartet wird, die Entladung im MODUS2 fortgesetzt, bis in Schritt S220 die Spannung Vc des Spannungsglättungskondensators 2 in Bezug auf den spezifizierten Spannungswert Vth als Vc ≤ Vth ermittelt wird. In einem Fall, in dem in Schritt S220 ermittelt wird, dass Vc ≤ Vth ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S230 über und die Entladung in den MODUS1 geschaltet. Die Entladung im MODUS1 wird fortgesetzt, bis die Entladung endet.
  • 12 ist ein Diagramm, das eine Signalwellenform des Ausgangssignals OUT der Logikschaltung 20 und eine Wellenform der Spannung Vc des Spannungsglättungskondensators 2 zeigt, wenn die Entladung gemäß dem Steuerungsfluss von 11 durchgeführt wird. Die Entladung im MODUS2 wird in einer Periode D5 durchgeführt (Schritt S210), und wenn die Spannung Vc des Spannungsglättungskondensators 2 gleich oder kleiner als der spezifizierte Spannungswert Vth ist, wird die Entladung im MODUS1 in einer Periode D6 gestartet (Schritt S230).
  • Es wurde beschrieben, dass der Tastgrad bei dem ausgeglichenen Typ für das MODUS1-Rechteckwellensignal auf etwa 60% eingestellt ist und für das MODUS2-Rechteckwellensignal auf etwa 40% eingestellt ist. Im Falle des ausgeglichenen Typs ist es vorzuziehen, dass eine Differenz zwischen dem Tastgrad des MODUS1-Rechteckwellensignals und dem Tastgrad des MODUS2-Rechteckwellensignals innerhalb eines Tastgrads von 20% liegt, so dass eine Differenz zwischen den !&Entladegeschwindigkeiten von MODUS1 und MODUS2 nicht zu groß wird.
  • Obwohl in den in 9 und 11 dargestellten Beispielen beschrieben wurde, dass die Entladung im MODUS2 gestartet wird, um den Einfluss der Einschaltleistung zu verringern, kann die Entladung im MODUS1 gestartet werden, wenn die Spannung Vc des Spannungsglättungskondensators 2 zur Zeit des Entladungsbeginns Vc ≤ V1 genügt.
  • Obwohl oben verschiedene Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Inhalte beschränkt. Andere Aspekte, die im Rahmen der technischen Idee der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden, sind ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung einbezogen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    DC-Batterie
    2
    Spannungsglättungskondensator
    3, 7
    Schaltelement
    5, 50
    Motorcontroller
    6
    Entladewiderstand
    8, 80
    Entladungsgateansteuerschaltung
    11
    Motor
    14
    Dreiphasen-Invertereinrichtung
    16
    Schaltsignal-Schaltungseinheit
    20
    Logikschaltung
    90
    Inverter-Schaltungseinheit
    100
    Leistungswandlungseinrichtung
    161
    Dreieckwellen-Erzeugungsschaltung
    162
    Komparator
  • 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 2017028873 A [0003]

Claims (7)

  1. Leistungswandlungseinrichtung, die aufweist: eine Inverter-Schaltungseinheit, die die Umwandlung zwischen einer DC-Leistung und einer AC-Leistung durchführt; einen Glättungskondensator, der zu der Inverter-Schaltungseinheit elektrisch parallel geschaltet ist; ein Entladewiderstandselement, das zu dem Glättungskondensator elektrisch parallel geschaltet ist; ein Schaltelement, das mit dem Entladewiderstandselement in Reihe geschaltet ist, um einen durch das Entladewiderstandselement fließenden Entladestrom ein- und auszuschalten; eine Controllerschaltungseinheit, die selektiv ein High-Pegel-Signal und ein Low-Pegel-Signal als Entladesteuersignal ausgibt, das anweist, dass eine Entladung unter Verwendung des Entladewiderstandselements durchgeführt wird; eine Signalerzeugungsschaltung, die ein erstes Rechteckwellensignal mit einem vorgegebenen Tastgrad D ausgibt; und eine Logikschaltung, die als Ein- und Aus-Steuersignal ein zweites Rechteckwellensignal, das denselben Tastgrad wie der Tastgrad des ersten Rechteckwellensignals aufweist, oder ein drittes Rechteckwellensignal, das einen Tastgrad (1-D) aufweist, an das Schaltelement ausgibt.
  2. Leistungswandlungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Differenz zwischen dem Tastgrad des zweiten Rechteckwellensignals und dem Tastgrad des dritten Rechteckwellensignals innerhalb eines Tastgrads von 20% liegt.
  3. Leistungswandlungseinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Tastgrad des zweiten Rechteckwellensignals höher als der Tastgrad des dritten Rechteckwellensignals ist, die AC-Leistung von der Inverter-Schaltungseinheit einer Motorwicklung zugeführt wird, und die Controllerschaltungseinheit eine Entladung unter Verwendung der Motorwicklung durchführt, wenn von der Logikschaltung das dritte Rechteckwellensignal ausgegeben wird.
  4. Leistungswandlungseinrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Controllerschaltungseinheit das Entladesteuersignal zum Anweisen ausgibt, dass ein Betrieb des Ausgebens des zweiten Rechteckwellensignals nur für eine zweite vorgegebene Zeit nach dem Ausgeben des dritten Rechteckwellensignals nur für eine erste vorgegebene Zeit wiederholt ausgeführt wird.
  5. Leistungswandlungseinrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die erste vorgegebene Zeit auf eine Zeit eingestellt ist, die mehreren Zyklen des dritten Rechteckwellensignals entspricht, und die zweite vorgegebene Zeit auf eine Zeit eingestellt ist, die mehreren Zyklen des zweiten Rechteckwellensignals entspricht.
  6. Leistungswandlungseinrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Controllerschaltungseinheit ein erstes Entladesteuersignal zum Anweisen, dass das dritte Rechteckwellensignal ausgegeben wird, ausgibt, und ein zweites Entladesteuersignal zum Anweisen, dass das zweite Rechteckwellensignal ausgegeben wird, ausgibt, wenn eine Spannung des Glättungskondensators gleich oder kleiner als eine vorgegebene Spannung ist, nachdem die Entladung gestartet wurde.
  7. Leistungswandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Controllerschaltungseinheit das Entladesteuersignal zum Anweisen, dass das zweite Rechteckwellensignal ausgegeben wird, wenn eine Spannung des Glättungskondensators gleich oder kleiner als eine vorgegebene Spannung ist, nachdem die Entladung gestartet wurde, ausgibt.
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