DE112019004409T5

DE112019004409T5 - Energie-umwandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE112019004409T5
Application number: DE112019004409.5T
Authority: DE
Inventors: Hiroyasu Iwabuki; Tomokazu Sakashita; Ryota KONDO; Takaaki Takahara; Hiroto Mizutani; Takuya Nakanishi; Yusuke HIGAKI
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2021-05-20
Also published as: JP6896182B2; CN112585857A; US11527947B2; WO2020049801A1; US20210313870A1; CN112585857B; JPWO2020049801A1

Abstract

Ein Ausgangsanschluss (10out) einer Ladeeinrichtung (10) vom Kontakttyp, die mit einer AC-Energieversorgung (1) verbunden ist und zum Aufwärtswandeln oder Abwärtswandeln einer Eingangsspannung dient, und ein Ausgangsanschluss (20out) einer Ladeeinrichtung (20) vom kontaktlosen Typ zum Entgegennehmen von Leistung auf kontaktlose Weise, sind mit einem Eingangsanschluss (30in) eines DC/DC-Umsetzers (30) über einen integrierten Bus (7), verbunden; ein DC-Verbindungskondensator (4) ist zwischen einen AC/DC-Umsetzer (11) und einen DC/DC-Trennumsetzer (15) geschaltet, die in der Ladeeinrichtung (10) vom Kontakttyp enthalten sind; und ein integrierter Kondensator (5) ist mit dem integrierten Bus (7) verbunden, und eine Steuerungsschaltung (50) stellt eine Gleichspannung des DC-Verbindungskondensators (4) oder des integrierten Kondensators (5) so ein, dass zumindest eine von den Leistungsverlusten oder den Gesamt-Leistungsverlusten der Ladeeinrichtung (10) vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung (20) vom kontaktlosen Typ und des DC/DC-Umsetzers (30) verringert werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energie-Umwandlungseinrichtung.
Stand der Technik
Vor dem Hintergrund, die globale Umwelt zu schützen, werden in jüngster Zeit Elektrofahrzeuge, wie z. B. Plug-In-Hybridfahrzeuge (Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeuge) entwickelt, die durch Antreiben eines Motors mit elektrischer Energie fahren, die in einer Batterie gespeichert ist. Diese Elektrofahrzeuge sind mit einer Energieversorgungseinrichtung, wie z. B. mit der fangeschlossenen Energie-Umwandlungseinrichtung ausgestattet, die eine Energiezuführungsfunktion hat, bei welcher Energie aus einer externen Netzstromversorgung oder dergleichen der Batterie zugeführt wird.
Genauer gesagt, es weist die Energieversorgungseinrichtung Folgendes auf: einen AC/DC-Trennumsetzer, der mit einer AC-Energieversorgung verbunden ist und der eine Verbindungsspannung ausgibt, die von der AC-Energieversorgung getrennt ist; einen bidirektionalen DC/DC-Umsetzer, der die Verbindungsspannung entgegennimmt und eine Hauptbatterie lädt; und einen DC/DC-Trennumsetzer, der die Verbindungsspannung entgegennimmt und Energie einer Last zuführt. Wenn die Spannung der Hauptbatterie gleich groß wie oder niedriger ist als ein Schwellenwert, veranlasst eine Steuerungseinrichtung, dass der bidirektionale DC/DC-Umsetzer einen Schaltvorgang durchführt, so dass die Verbindungsspannung bei einer Verbindungsspannungs-Untergrenze gehalten wird.
Wenn die Spannung der Hauptbatterie gleich groß wie oder höher ist als der Schwellenwert, veranlasst die Steuerungseinrichtung, dass der bidirektionale DC/DC-Umsetzer einen Durchlassbetrieb durchführt, so dass die Verbindungsspannung im Wesentlichen gleich der Spannung der Hauptbatterie gemacht wird. Demzufolge bestimmt die Steuerungseinrichtung den Schwellenwert so, dass die Gesamtverluste in der Energieversorgungseinrichtung verringert werden (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Bei der oben beschriebenen Energie-Umwandlungseinrichtung ist der AC/DC-Trennumsetzer physisch mit der AC-Energieversorgung über eine Verbindungsleitung, wie z. B. ein Ladekabel verbunden, und die Leistungsverluste werden verringert, während die Hauptbatterie und die Last über das Ladekabel geladen werden. Ein drahtgebundenes Verfahren zum Durchführen des Ladens unter Verwendung einer Verbindungsleitung, wie z. B. eines Ladekabels hat jedoch das Problem, dass die Arbeitsfähigkeit verschlechtert wird, wenn das Ladekabel beispielsweise während des Ladens draußen in schlechtem Wetter gehandhabt wird.
Beispielsweise hat man daher eine fahrzeugseitige Einrichtung, wie etwa die folgende Energie-Umwandlungseinrichtung vorgeschlagen, die Energie zuführen kann, indem sie selektiv zumindest entweder ein drahtloses Verfahren (kontaktloses Verfahren) verwendet, bei welchem Energie auf kontaktlose Weise von einer Energie-Übertragungsspule einer Energieübertragungseinrichtung entgegengenommen wird, die unter einer Straße vergraben ist, oder das oben beschriebene drahtgebundene Verfahren (kontaktbehaftetes Verfahren) verwendet, und die die Leistungsverluste verringert.
Genauer gesagt: Die fahrzeugseitige Einrichtung dient dazu, Ladeenergie von Seiten der Infrastruktur über eine drahtgebundene Verbindung und/oder drahtlose Verbindung entgegenzunehmen. Die Fahrzeugseite weist einen drahtgebundenen Pfad inklusive eines Hauptfilters für elektromagnetische Störungen (elektromagnetic interference, EMI), eines Gleichrichters und einer Leistungsfaktor-Korrektureinheit auf. Die Fahrzeugseite weist ferner einen drahtlosen Pfad inklusive einer Fahrzeug-Plattform, einer Fahrzeug-Anpassungsschaltung, eines Entkopplungs-Gleichrichters für Fahrzeug-Plattform und eines Ausgangsfilters auf.
Die Fahrzeugseite weist ferner einen Kopplungspfad inklusive einer Stützkapazität oder Bulk-Kapazität, eines DC/DC/DC-Trennumsetzers und einer Batterie auf. Die Leistungsfaktor-Korrektureinheit verringert harmonische Komponenten im Strom einer AC-Versorgungsquelle. Das Verringern der harmonischen Wechselstromkomponenten kann Energieversorgern dabei helfen, übermäßige Leistungsverluste im Stromnetz zu verringern und die Hauptleitungsspannung im Wesentlichen sinusförmig zu halten. Die Leistungsfaktor-Korrektureinheit nimmt ein Signal vom Hauptfilter für elektromagnetische Störungen entgegen und stellt ein Leistungsfaktor-Verbesserungssignal für die Stützkapazität oder Bulk-Kapazität bereit. Das Ausgangsfilter nimmt ein Signal vom Entkopplungs-Gleichrichter für Fahrzeug-Plattform entgegen und stellt ein gefiltertes Ausgangssignal für die Stützkapazität oder Bulk-Kapazität bereit (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
Literaturverzeichnis
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2015-208171 A (Abs. [0020] bis [0040], 4 bis 6)
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2016-524890 A (Abs. [0136] bis [0146] und [0249], 10)

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Bei einer Energie-Umwandlungseinrichtung, die in dem Patentdokument 2 beschrieben ist, kann die Batterie zumindest entweder über den drahtgebundenen Pfad oder den drahtlosen Pfad geladen werden. Da die Leistungsfaktor-Korrektureinheit jedoch für gewöhnlich eine Aufwärtswandlungseinheit bzw. Hinaufsetzeinheit ist, gilt Folgendes: Wenn die Spannung der AC-Versorgungsquelle hoch ist, wird die Spannung der fahrzeugmontierten Stützkapazität oder Bulk-Kapazität sogar noch höher. In diesem Fall gilt Folgendes: Wenn die entgegengenommene Spannung auf Seiten des drahtlosen Verfahrens niedrig ist, muss die Energieversorgungsfunktion entweder auf Seiten des drahtgebundenen Verfahrens oder auf Seiten des drahtlosen Pfades unterbrochen werden.
Daher besteht beispielsweise Folgendes Problem: Selbst wenn es nötig ist, die Batterie gleichzeitig sowohl über den drahtgebundenen Pfad, als auch den drahtlosen Pfad zu laden, um die Ladezeit zu verkürzen, kann die Batterie in manchen Fällen nicht gleichzeitig über beide Pfade geladen werden, und zwar in Abhängigkeit von den Werten der entgegengenommenen Spannungen auf Seiten des drahtgebundenen Pfades und auf Seiten des drahtlosen Pfades.
Für die Energie-Umwandlungseinrichtung, die eine solche Energieversorgung durchführt, ist es außerdem nötig, den Wirkungsgrad der Energieversorgung zu verbessern, und zwar unter dem Gesichtspunkt, die Energiezufuhrzeit zu verkürzen, die Anzahl von Einrichtungen auf Seiten der Energieversorgungseinrichtung zu verringern usw.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das obige Problem zu lösen, und sie betrifft eine Energie-Umwandlungseinrichtung, die die Arbeitsfähigkeit verbessert, indem es ermöglicht wird, dass eine Energiezufuhr gleichzeitig mit einer Energieversorgungsfunktion mittels eines drahtgebundenen Verfahrens und einer Energieversorgungsfunktion mittels eines drahtlosen Verfahrens durchzuführen, und zwar ungeachtet der Werte der entgegengenommen Spannungen auf Seiten des drahtgebundenen Verfahrens und auf Seiten des drahtlosen Verfahrens, und die die Leistungsverluste wirksam verringern kann.
Lösung der Probleme
Eine Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Energie-Umwandlungseinrichtung, die Folgendes aufweist:

eine erste Energie-Umwandlungsschaltung, die an einem ersten Ende mit einer AC-Energieversorgung verbunden ist und eine erste Umsetzerschaltung zum Umsetzen einer Eingangsspannung aus der AC-Energieversorgung in eine Gleichspannung aufweist, und eine zweite Umsetzerschaltung zum Aufwärtswandeln oder Abwärtswandeln der Gleichspannung, die aus der Umsetzung mittels der ersten Umsetzerschaltung herrührt, und zum Ausgeben der Gleichspannung durch ein zweites Ende;
eine zweite Energie-Umwandlungsschaltung, die eine kontaktlose Energie-Empfangsspule als ein erstes Ende zum Entgegennehmen von Energie auf eine kontaktlose Art und Weise mittels magnetischer Kopplung mit einer Energie-Übertragungsspule einer Energie-Übertragungseinrichtung aufweist, und eine dritte Umsetzerschaltung zum Umsetzen einer Wechselspannung, die von der kontaktlosen Energie-Empfangsspule entgegengenommen wird, in eine Gleichspannung und zum Ausgeben der Gleichspannung durch ein zweites Ende;
eine dritte Energie-Umwandlungsschaltung, die an einem zweiten Ende mit einer Last verbunden ist, wobei die dritte Energie-Umwandlungsschaltung zum Aufwärtswandeln oder Abwärtswandeln einer Gleichspannung, die durch ein erstes Ende eingegeben wird, und zum Durchführen einer Energieversorgung an die Last dient;
einen ersten DC-Kondensator und einen zweiten DC-Kondensator, die jeweils zum Glätten einer Gleichspannung dienen; und
eine Steuerungsschaltung zum Steuern der ersten Energie-Umwandlungsschaltung, der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung und der dritten Energie-Umwandlungsschaltung, wobei
das zweite Ende der ersten Energie-Umwandlungsschaltung und das zweite Ende der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung mit dem ersten Ende der dritten Energie-Umwandlungsschaltung über einen integrierten Bus verbunden sind, wobei der erste DC-Kondensator zwischen die erste Umsetzerschaltung und die zweite Umsetzerschaltung geschaltet ist, und wobei der zweite DC-Kondensator mit dem integrierten Bus verbunden ist, so dass es ermöglicht wird, dass DC-Leistung, die zumindest aus entweder der ersten Energie-Umwandlungsschaltung oder der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung ausgegeben wird, der Last über die dritte Energie-Umwandlungsschaltung zugeführt wird, und
die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators oder die Gleichspannung des zweiten DC-Kondensators so einstellt, dass die Leistungsverluste von zumindest einer von der ersten Energie-Umwandlungsschaltung, der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung und der dritten Energie-Umwandlungsschaltung verringert werden.

Wirkung der Erfindung
Bei der Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes: Ungeachtet der Werte der entgegengenommenen Spannung auf Seiten des drahtgebundenen Verfahrens und auf Seiten des drahtlosen Verfahrens ist es möglich, gleichzeitig eine Energieversorgung mit einer Energieversorgungsfunktion mittels eines drahtgebunden Verfahrens und einer Energieversorgungsfunktion mittels eines drahtlosen Verfahrens durchzuführen, so dass die Arbeitsfähigkeit verbessert wird, und es ist auch möglich, die Leistungsverluste wirksam zu verringern.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das einen ersten Modus, der ein Betriebsmodus ist, zur Leistungsverlust-Verringerung zeigt, und zwar von einer Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das einen zweiten Modus, der ein Betriebsmodus ist, zur Leistungsverlust-Verringerung zeigt, und zwar von einer Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein erstes Beispiel eines dritten Modus, der ein Betriebsmodus ist, zur Leistungsverlust-Verringerung zeigt, und zwar von einer Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3.
5 ist ein Diagramm, das Verlustkennlinieninformationen einer Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
6 ist ein Diagramm, das Verlustkennlinieninformationen einer Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein zweites Beispiel des dritten Modus, der ein Betriebsmodus ist, zur Leistungsverlust-Verringerung zeigt, und zwar von einer Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3.
8 ist ein Diagramm, das Verlustkennlinieninformationen einer Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
9 ist ein Diagramm, das Verlustkennlinieninformationen einer Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein drittes Beispiel des dritten Modus, der ein Betriebsmodus ist, zur Leistungsverlust-Verringerung zeigt, und zwar von einer Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3.
11 ist ein Diagramm, das Verlustkennlinieninformationen einer Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
12 ist ein Diagramm, das Verlustkennlinieninformationen einer Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
13 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 4 zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsform 1
Nachfolgend wird eine Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Energie-Umwandlungseinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
Die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Energieversorgungssystem, das bei einer Ladeeinrichtung verwendet wird, die innerhalb eines Elektrofahrzeugs oder dergleichen montiert ist. Die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 führt Energie aus einem AC-Stromnetzsystem außerhalb des Elektrofahrzeugs, einem privaten Stromgenerator oder dergleichen einer Last 6, wie z. B. einer Hochspannungsbatterie innerhalb des Elektrofahrzeugs zu.
Die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 weist Folgendes auf: eine Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp als eine erste Energie-Umwandlungsschaltung, eine Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ als eine zweite Energie-Umwandlungsschaltung, einen DC/DC-Umsetzer 30 als eine dritte Energie-Umwandlungsschaltung und eine Steuerungsschaltung 50.
Die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp nimmt Energie aus einer AC-Energieversorgung 1, wie z. B. einem AC-Netzsystem oder einem privaten Stromgenerator entgegen, wenn sie physisch mit der AC-Energieversorgung 1 mittels einer Verbindungsleitung, wie z. B. eines Ladekabels 2 verbunden ist.
Die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ nimmt Energie auf kontaktlose Weise von einer nicht gezeigten externen Energie-Übertragungseinrichtung entgegen.
Der DC/DC-Umsetzer 30 führt die von der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ entgegengenommene Energie der Last 6 zu.
Die Steuerungsschaltung 50 steuert die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und den DC/DC-Umsetzer 30.
Ein Ausgangsanschluss 10out der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und ein Ausgangsanschluss 20out der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ sind mit einem Eingangsanschluss 30in des DC/DC-Umsetzers 30 über einen integrierten Bus 7 verbunden. Ein integrierter Kondensator 5 als ein zweiter DC-Kondensator ist mit dem integrierten Bus 7 verbunden und glättet die Gleichspannungen, die aus der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ ausgegeben werden. Die an den integrierten Bus 7 angelegte Spannung wird als eine Gleichspannung Vint bezeichnet.
In der folgenden Beschreibung werden die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und der DC/DC-Umsetzer 30 einfach als Energie-Umwandlungsschaltungen bezeichnet, wenn diese Komponenten nicht voneinander unterschieden zu werden brauchen.
Zunächst wird die detaillierte Konfiguration der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp beschrieben.
Die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp weist Folgendes auf: einen AC/DC-Umsetzer 11 als eine erste Umsetzerschaltung und einen DC/DC-Trennumsetzer 15 als eine zweite Umsetzerschaltung.
Die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp ist an einem Eingangsanschluss 10in als einem ersten Ende mit der AC-Energieversorgung 1 über das Ladekabel 2 verbunden, und sie ist am Ausgangsanschluss 10out als einem zweiten Ende mit dem integrierten Kondensator 5 über den integrierten Bus 7 verbunden. Die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp wandelt eine Wechselspannung Vacl aus der AC-Energieversorgung 1 in die Gleichspannung Vint um und gibt die Gleichspannung Vint an den integrierten Kondensator 5 aus.
Der Verbindungspunkt zwischen dem AC/DC-Umsetzer 11 und dem DC/DC-Trennumsetzer 15 ist als eine DC-Verbindung definiert, und die an die DC-Verbindung angelegte Gleichspannung wird als Gleichspannung Vlink bezeichnet.
Der AC/DC-Umsetzer 11 ist ein Umsetzer vom Aufwärtswandlungs-Typ, der Folgendes aufweist: eine Induktivität 12, die mit dem Eingangsanschluss 10in verbunden ist; und einen Vollbrücken-Umsetzer 13. Der AC/DC-Umsetzer 11 nimmt die Wechselspannung Vacl von der AC-Energieversorgung 1 entgegen und gibt die Gleichspannung Vlink aus.
Die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp weist einen DC-Verbindungskondensator 4 als einen ersten DC-Kondensator auf, der mit der DC-Verbindung verbunden ist, und der DC-Verbindungskondensator 4 glättet die Gleichspannung Vlink.
Der DC/DC-Trennumsetzer 15 ist ein Umsetzer, der Folgendes aufweist: einen Wechselrichter 16 als eine Wechselrichterschaltung, einen Trenntransformator 18 und einen Umsetzer 17 als eine vierte Umsetzerschaltung, und er fungiert sowohl als Aufwärtswandlungs-Typ, als auch als Abwärtswandlungs-Typ.
Der Wechselrichter 16 nimmt die Gleichspannung Vlink entgegen und gibt eine Wechselspannung an eine erste Wicklung 18a des Trenntransformators 18 aus. Der Trenntransformator 18 multipliziert die an die erste Wicklung 18a angelegte Wechselspannung mit dem Wicklungszahlverhältnis und gibt die Wechselspannung an eine zweite Wicklung 18b auf der Sekundärseite aus. Der Umsetzer 17 nimmt die Wechselspannung entgegen, die an die zweite Wicklung 18b des Trenntransformators 18 angelegt wird, und gibt die Gleichspannung Vint an den integrierten Kondensator 5 aus.
Als Nächstes wird die detaillierte Konfiguration der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ beschrieben.
Die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ weist Folgendes auf: eine kontaktlose Energie-Empfangsspule 20in als ein erstes Ende und einen Vollbrücken-Umsetzer 21 als eine dritte Umsetzerschaltung. Die kontaktlose Energie-Empfangsspule 20in ist magnetisch mit einer Energie-Übertragungsspule einer nicht gezeigten externen Energie-Übertragungseinrichtung durch magnetische Kraft gekoppelt, und sie nimmt Energie von dieser Energie-Übertragungsspule auf kontaktlose Weise entgegen. Außerdem ist die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ am Ausgangsanschluss 20out als ein zweites Ende mit dem integrierten Kondensator 5 über den integrierten Bus 7 verbunden.
Demzufolge nimmt die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ die Energie entgegen, die von der externen Energie-Übertragungseinrichtung übertragen wird, richtet die Energie mit dem Vollbrücken-Umsetzer 21 gleich und gibt die Gleichspannung Vint an den integrierten Kondensator 5 aus.
Als Nächstes wird die detaillierte Konfiguration des DC/DC-Umsetzers 30 beschrieben.
Der DC/DC-Umsetzer 30 ist ein Umsetzer vom Abwärtswandlungs-Typ, der eine Abwärtswandlungs-Umsetzung in der Richtung vom integrierten Kondensator 5 zur Last 6 durchführt. Der DC/DC-Umsetzer 30 ist am Eingangsanschluss 30in als einem ersten Ende mit dem integrierten Kondensator 5 über den integrierten Bus 7 verbunden, und er ist an einem Ausgangsanschluss 30out als einem zweiten Ende mit der Last 6 verbunden. Demzufolge nimmt der DC/DC-Umsetzer 30 die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 entgegen und gibt eine Gleichspannung Vbat an die Last 6 aus.
Wie oben beschrieben, ist die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 eine Einrichtung, bei welcher eine Energieversorgungsfunktion vom Kontakttyp mittels eines drahtgebundenen Verfahrens (Kontaktverfahrens) erfolgt, wobei Folgendes integriert ist: die Energie-Umwandlungseinrichtung 100, die physisch mit der AC-Energieversorgung 1 mittels des Ladekabels 2 verbunden ist, und eine kontaktlose Energieversorgungsfunktion mittels eines drahtlosen Verfahrens (kontaktlosen Verfahrens), bei welcher die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 mit einer externen Energie-Übertragungseinrichtung auf kontaktlose Weise verbunden ist.
Die Steuerungsschaltung 50 kann die Energieversorgung mit beiden Verfahren durchführen, wobei das Laden durchgeführt wird, indem sowohl das drahtgebundene Verfahren, als auch das drahtlose Verfahren verwendet werden, oder eine Energieversorgung mit einem einzelnen Verfahren, wobei das Laden durchgeführt wird, indem entweder das drahtgebundene Verfahren, oder das drahtlose Verfahren durchgeführt wird.
Die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 weist ferner Folgendes auf: einen Spannungsdetektor 70, der die Wechselspannung Vacl der AC-Energieversorgung 1 detektiert; einen Spannungsdetektor 71, der die Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 detektiert; einen Spannungsdetektor 72, der eine Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in detektiert; einen Spannungsdetektor 73, der die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 detektiert; einen Spannungsdetektor 74, der die Gleichspannung Vbat der Last 6 detektiert; einen Stromdetektor 75, der einen Gleichstrom Ibat detektiert, der an die Last 6 ausgegeben werden soll; und einen Leistungsdetektor 76, der AC-Leistung Pac aus der AC-Energieversorgung 1 detektiert.
Als Nächstes wird der Betriebsmodus der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 beschrieben, die wie oben beschrieben konfiguriert ist.
Die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform führt eine Auswahl aus zwei Lade-Betriebsmodi durch und lädt die Last 6, die eine Hochspannungsbatterie für eine Fahrzeugfahrt ist. Der erste ist ein Konstantstrom-Modus (CC-Modus), bei welchem die Last 6 mit konstantem Strom geladen wird. Der zweite ist ein Konstantleistungs-Modus (CP-Modus), bei welchem die Last 6 mit konstanter Leistung geladen wird.
Im Betriebsmodus verwendet die Steuerungsschaltung 50 Detektionswerte, die von den Spannungsdetektoren 70 bis 74, dem Stromdetektor 75 und dem Leistungsdetektor 76 erhalten werden, die oben beschrieben sind.
Zunächst wird der Konstantstrom-Modus beschrieben, der der erste Lade-Betriebsmodus ist.
Im Konstantstrom-Modus steuert der DC/DC-Umsetzer 30 den Gleichstrom Ibat, der an die Last 6 ausgegeben werden soll.
Das Verfahren zum Steuern des DC/DC-Umsetzers 30 mittels der Steuerungsschaltung 50 ist eine bekannte Regelung mit Rückführung. Die Steuerungsschaltung 50 bestimmt die Einschaltzeit DUTY CHOP von Schaltelementen des DC/DC-Umsetzers 30 auf der Basis eines Fehlers Ibat_err zwischen einem beliebigen Gleichstrom-Befehlswert Ibat_ref und einem Detektionswert des Gleichstroms Ibat.
Beispielsweise verstärkt die Steuerungsschaltung 50 den Fehler Ibat_err mit einem Kompensator, wie z. B. einem Proportional-Integrator und berechnet die Einschaltzeit DUTY_CHOP. Durch die Regelung mit Rückführung nimmt der DC/DC-Umsetzer 30 eine beliebige Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 als eine Eingangsspannung entgegen und steuert den Gleichstrom Ibat auf einen gewünschten Gleichstrom-Befehlswert Ibat_ref.
Im Konstantstrom-Modus steuert der DC/DC-Trennumsetzer 15 die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5.
Das Verfahren zum Steuern des DC/DC-Trennumsetzers 15 mittels der Steuerungsschaltung 50 als eine bekannte Regelung mit Rückführung. Die Steuerungsschaltung 50 bestimmt eine Zeit DUTY_DAB, für welche eine Spannung an den Trenntransformator 18 angelegt wird, und zwar auf der Basis eines Fehlers Vint_err zwischen einem beliebigen Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref und einem Detektionswert der Gleichspannung Vint.
Beispielsweise verstärkt die Steuerungsschaltung 50 den Fehler Vint_err mit einem Kompensator, wie z. B. einem Proportional-Integrator und berechnet die Zeit DUTY_DAB, für welche eine Spannung an den Trenntransformator 18 angelegt wird. Durch die Regelung mit Rückführung nimmt der DC/DC-Trennumsetzer 15 eine beliebige Gleichspannung Vlink als eine Eingangsspannung entgegen und steuert die Gleichspannung Vint auf einen gewünschten Gleichspannungs-Befehlswert Vint ref.
Im Konstantstrom-Modus steuert der AC/DC-Umsetzer 11 die Gleichspannung Vlink, die auf Seiten des DC/DC-Trennumsetzers 15 ausgegeben werden soll.
Das Verfahren zum Steuern des AC/DC-Umsetzers 11 mittels der Steuerungsschaltung 50 ist eine bekannte Regelung mit Rückführung. Die Steuerungsschaltung 50 bestimmt die Einschaltzeit DUTY _PFC von Schaltelementen des AC/DC-Umsetzers 11 auf der Basis eines Fehlers Vlink _err zwischen einem beliebigen Gleichspannungs-Befehlswert Vlink_ref und einen Detektionswert der Gleichspannung Vlink.
Beispielsweise verstärkt die Steuerungsschaltung 50 den Fehler Vlink_err mit einem Kompensator, wie z. B. einem Proportional-Integrator und berechnet die Einschaltzeit DUTY_PFC. Durch die Regelung mit Rückführung nimmt der AC/DC-Umsetzer 11 eine beliebige Wechselspannung Vacl der AC-Energieversorgung 1 als eine Eingangsspannung entgegen und steuert die Gleichspannung Vlink auf einen gewünschten Gleichspannungs-Befehlswert Vlink_ref.
Im Konstantstrom-Modus nimmt die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ Übertragungsenergie entgegen, die von einer Spule auf Seiten der Energieübertragung übertragen wird, die nicht gezeigt ist, und sie gibt DC-Leistung Pw an den integrierten Kondensator 5 aus, so dass sie als eine Energiequelle betrachtet werden kann. Dasselbe gilt auch für den später beschriebenen Konstantleistungs-Modus.
Auf diese Weise führt die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 ein Konstantstrom-Laden der Last 6 durch den oben beschriebenen Betrieb hinsichtlich des Konstantstrom-Modus durch.
Als Nächstes wird der Konstantleistungs-Modus beschrieben, der der zweite Lade-Betriebsmodus ist.
Im Konstantleistungs-Modus steuert der DC/DC-Umsetzer 30 die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5.
Das Verfahren zum Steuern des DC/DC-Umsetzers 30 mittels der Steuerungsschaltung 50 ist eine bekannte Regelung mit Rückführung. Die Steuerungsschaltung 50 bestimmt die Einschaltzeit DUTY CHOP der Schaltelemente des DC/DC-Umsetzers 30 auf der Basis eines Fehlers Vint_err zwischen einem beliebigen Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref und einem Detektionswert der Gleichspannung Vint.
Beispielsweise verstärkt die Steuerungsschaltung 50 den Fehler Vint_err mit einem Kompensator, wie z. B. einem Proportional-Integrator und berechnet die Einschaltzeit DUTY_CHOP. Durch die Regelung mit Rückführung gilt Folgendes: Selbst für eine beliebige Ausgangsleistung Pbat an die Last 6 steuert der DC/DC-Umsetzer 30 die Gleichspannung Vint auf einen gewünschten Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref.
Im Konstantleistungs-Modus steuert der DC/DC-Trennumsetzer 15 die Gleichspannung Vlink des Verbindungspunkts zwischen dem AC/DC-Umsetzer 11 und dem DC/DC-Trennumsetzer 15.
Das Verfahren zum Steuern des DC/DC-Trennumsetzers 15 mittels der Steuerungsschaltung 50 ist eine bekannte Regelung mit Rückführung. Die Steuerungsschaltung 50 bestimmt eine Zeit DUTY_DAB, für welche eine Spannung an den Trenntransformator 18 angelegt wird, und zwar auf der Basis eines Fehlers Vlink_err zwischen einem beliebigen Gleichspannungs-Befehlswert Vlink_ref und einem Detektionswert der Gleichspannung Vlink.
Beispielsweise verstärkt die Steuerungsschaltung 50 den Fehler Vlink_err mit einem Kompensator, wie z. B. einem Proportional-Integrator und berechnet die Zeit DUTY_DAB, für welche eine Spannung an den Trenntransformator 18 angelegt wird. Durch die Regelung mit Rückführung gibt der DC/DC-Trennumsetzer 15 eine beliebige Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 als eine Ausgangsspannung aus und steuert die Gleichspannung Vlink, die eine Eingangsspannung ist, auf einen gewünschten Gleichspannungs-Befehlswert Vlink_ref.
Im Konstantleistungs-Modus steuert der AC/DC-Umsetzer 11 die AC-Leistung Pac, die ihm aus der AC-Energieversorgung 1 zugeführt wird.
Das Verfahren zum Steuern des AC/DC-Umsetzers 11 mittels der Steuerungsschaltung 50 ist eine bekannte Regelung mit Rückführung. Die Steuerungsschaltung 50 bestimmt die Einschaltzeit DUTY PFC der Schaltelemente des AC/DC-Umsetzers 11 auf der Basis eines Fehlers Pac_err zwischen einem beliebigen AC-Leistungs-Befehlswert Pac_ref und einem Detektionswert der AC-Leistung Pac.
Beispielsweise verstärkt die Steuerungsschaltung 50 den Fehler Pac_err mit einem Kompensator, wie z. B. einem Proportional-Integrator und berechnet die Einschaltzeit DUTY_PFC. Durch die Regelung mit Rückführung gibt der AC/DC-Umsetzer 11 eine beliebige Gleichspannung Vlink als eine Ausgangsspannung aus und steuert die AC-Leistung Pac auf einen gewünschten AC-Leistungs-Befehlswert Pac_ref.
Im Konstantleistungs-Modus nimmt die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ die Übertragungsenergie entgegen, die von der nicht gezeigten Spule auf Seiten der Energieübertragung übertragen wird, und sie gibt die DC-Leistung Pw an den integrierten Kondensator 5 aus, so dass sie als eine Energiequelle betrachtet werden kann. Dies ist das gleiche wie im oben beschriebenen Konstantstrom-Modus.
Auf diese Weise lädt die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 die Last 6 mit der Gesamtleistung aus der DC-Leistung, die von der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp ausgegeben wird, und der DC-Leistung Pw, die von der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ ausgegeben wird, und zwar als die maximale Leistung durch den oben beschriebenen Betrieb in Hinblick auf den Konstantleistungs-Modus.
Wenn der oben beschriebene Konstantstrom-Modus, in welchem mit konstantem Strom geladen wird, und der Konstantleistungs-Modus, in welchem mit konstanter Leistung geladen wird, durchgeführt werden, dann führt die Steuerungsschaltung 50 der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 eine solche Steuerung durch, dass die Leistungsverluste verringert werden, die in der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 auftreten.
Nachfolgend wird der Betrieb zur Verringerung der Leistungsverluste mittels der Steuerungsschaltung 50 beschrieben.
Als Parameter, die die Betriebsbedingungen darstellen, hat die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 folgende: die Wechselspannung Vacl der AC-Energieversorgung 1, die Gleichspannung Vlink des Verbindungspunkts zwischen dem AC/DC-Umsetzer 11 und dem DC/DC-Trennumsetzer 15, die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5, die Gleichspannung Vbat der Last 6 und die Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in.
Da die Wechselspannung Vacl und die Wechselspannung Vac2 durch den Zustand der AC-System-Seite bestimmt werden und die Gleichspannung Vbat durch den Typ, die Lademenge usw. der Hochspannungsbatterie bestimmt wird, ist es für die Steuerungsschaltung 50 schwierig, die Wechselspannungen Vacl und Vac2 und die Gleichspannung Vbat beliebig einzustellen.
Da die Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 durch die Wechselspannung Vacl und das Auswärtswandlungs-Verhältnis des AC/DC-Umsetzers 11 bestimmt wird, ist es nur möglich, die Gleichspannung Vlink in einem Bereich einzustellen, der gleich hoch wie oder höher ist als die Wechselspannung Vacl. Da die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 durch die Gleichspannung Vbat der Last 6 und das Abwärtswandlungs-Verhältnis des DC/DC-Umsetzers 30 bestimmt wird, ist es außerdem nur möglich, die Gleichspannung Vint in einem Bereich einzustellen, der gleich hoch wie oder höher ist als die Gleichspannung Vbat.
Leistungsverluste, die in den Energie-Umwandlungsschaltungen, wie z. B. dem AC/DC-Umsetzer 11, dem DC/DC-Trennumsetzer 15 und dem DC/DC-Umsetzer 30 auftreten, können sich in Abhängigkeit der Eingangsspannungen und der Ausgangsspannungen ändern. In der Schaltungskonfiguration der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform werden daher die Eingangsspannungen oder die Ausgangsspannungen des AC/DC-Umsetzers 11, des DC/DC-Trennumsetzers 15 und des DC/DC-Umsetzers 30 verändert, indem die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint eingestellt werden.
Demzufolge ist es möglich, die Leistungsverluste in der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 einzustellen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird daher die Einstellung des Gleichspannungs-Befehlswerts Vlink_ref oder des Gleichspannungs-Befehlswerts Vint_ref als eine Steuerung der Steuerungsschaltung 50 zur Leistungsverlust-Verringerung der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 durchgeführt.
Bei der Steuerung zur Leistungsverlust-Verringerung weist die Steuerungsschaltung 50 Folgendes auf: einen ersten Modus, in welchem die Steuerungsschaltung 50 Leistungsverluste Ps der Energie-Umwandlungsschaltungen 10, 20 und 30 detektiert und eine Leistungsverlust-Verringerung auf der Basis der detektierten Leistungsverluste Ps durchführt; einen zweiten Modus, in welchem die Steuerungsschaltung 50 den Gleichstrom Ibat detektiert, der ein Ausgangsstrom ist, der aus dem DC/DC-Umsetzer 30 an die Last 6 ausgegeben wird, und eine Leistungsverlust-Verringerung auf der Basis des detektierten Gleichstroms Ibat durchführt; und einen dritten Modus, in welchem die Steuerungsschaltung 50 eine Leistungsverlust-Verringerung unter Verwendung von Verlustkennlinieninformationen J durchführt, wobei Leistungsverluste der Energie-Umwandlungsschaltungen 10, 20 und 30 im Voraus aufgezeichnet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Steuerung unter Verwendung des ersten Modus durch die Steuerungsschaltung 50 beschrieben.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das Prozesse zeigt, die im ersten Modus, der ein Betriebsmodus ist, zur Leistungsverlust-Verringerung durchgeführt werden, und zwar von der Steuerungseinrichtung 50 gemäß Ausführungsform 1.
Wie oben beschrieben, ist bei der Steuerung zur Leistungsverlust-Verringerung der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 eine Einstellung des Gleichspannungs-Befehlswerts Vlink oder des Gleichspannungs-Befehlswerts Vint denkbar. Im Folgenden wird jedoch die Steuerung zum Einstellen der Gleichspannung Vint beschrieben.
Wie detailliert unten beschrieben, hat die Steuerungsschaltung 50 außerdem die folgenden Funktionen: Berechnen der Leistungsverluste Ps, Aufzeichnen der Leistungsverluste Ps für mindestens zwei Zeiten bzw. mindestens zweimal, Hinzufügen eines vorgegebenen Korrekturwerts ΔVref zum Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref.
Wenn die Steuerungsschaltung 50 die Steuerung mittels des ersten Modus zur Leistungsverlust-Verringerung beginnt, führt die Steuerungsschaltung 50 wiederholt die Prozesse von „Start“ bis „Ende“ aus, die in 2 gezeigt sind. Die Wiederholungsbedingung ist das Verstreichen einer vorgegebenen ersten Zeit t1 durch Zeitmessung. Das bedeutet Folgendes: Während der Ausführung des ersten Modus führt die Steuerungsschaltung 50 die Abfolge von Prozessen von „Start“ bis „Ende“ zu jeder ersten vorgegebenen Zeit t1 durch.
Während des Betriebs der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 detektiert die Steuerungsschaltung 50 die Leistungsverluste Ps der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 (Schritt S1).
Im Schritt S1 detektiert die Steuerungsschaltung 50 die gesamten Leistungsverluste Ps der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und des DC/DC-Umsetzers 30 und zeichnet diese auf. Dann zeichnet die Steuerungsschaltung 50 ein Detektionsergebnis Ps_moni der jüngsten Leistungsverluste Ps als Ps_moni(n) auf, und sie zeichnet ein Detektionsergebnis Ps_moni der Leistungsverluste Ps, die zur ersten vorgegebenen Zeit t1 vorher detektiert worden sind, als Ps_moni(n-1) auf.
Was das Verfahren zum Detektieren der Leistungsverluste Ps anbelangt, ist beispielsweise ein (nicht gezeigter) Leistungsdetektor auf der Eingangsseite der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ bereitgestellt. Im Konstantleistungs-Modus kann die Steuerungsschaltung 50 die Leistungsverluste Ps berechnen, indem sie die gesamte Eingangsleistung des AC-Leistungs-Befehlswerts Pac ref der AC-Leistung Pac, die in die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp eingegeben wird, und der AC-Leistung, die in die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ eingegeben werden soll und die vom Leistungsdetektor detektiert wird, der nicht gezeigt ist, mit der Ausgangsleistung vergleicht, die aus der detektierten Gleichspannung Vbat der Last 6 und dem detektierten Gleichstrom Ibat an die Last 6 erhalten wird.
Außerdem kann im Konstantstrom-Modus die Steuerungsschaltung 50 die Leistungsverluste Ps berechnen, indem sie die gesamte Eingangsleistung mit der Ausgangsleistung vergleicht, die aus dem Gleichstrom-Befehlswert Ibat ref an die Last 6 und der detektierten Gleichspannung Vbat der Last 6 erhalten wird.
Außerdem ist beispielsweise ein Leistungsdetektor auf der Ausgangsseite des DC/DC-Umsetzers 30 bereitgestellt. Die Steuerungsschaltung 50 kann die Leistungsverluste Ps berechnen, indem sie die gesamte Eingangsleistung der Eingangsleistung, die vom Leistungsdetektor 76 auf der Eingangsseite der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp detektiert wird, und der Eingangsleistung, die vom Leistungsdetektor detektiert wird, der auf der Eingangsseite der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ bereitgestellt ist und nicht gezeigt ist, mit der Ausgangsleistung vergleicht, die vom Leistungsdetektor detektiert wird, der auf der Ausgangsseite des DC/DC-Umsetzers 30 bereitgestellt ist.
Als Nächstes berechnet die Steuerungsschaltung 50 eine Leistungsverlust-Änderung, die eine zeitliche Änderung der Leistungsverluste Ps_moni sind, die wie oben beschrieben detektiert werden. Das bedeutet Folgendes: Die Steuerungsschaltung 50 vergleicht Ps_moni(n) mit Ps_moni(n-1) und bestimmt, ob Ps_moni(n) im Vergleich zu Ps_moni(n-1) zugenommen oder abgenommen hat, d. h. ob Ps_moni zum Zunehmen oder Abnehmen tendiert (Schritt S2).
Wenn die jüngsten Leistungsverluste Ps_moni(n), die dieses Mal detektiert worden sind, kleiner sind als die Leistungsverluste Ps_moni(n-1), die beim letzten Mal detektiert worden sind (Schritt S2: JA), dann behält die Steuerungsschaltung 50 die vorgegebene Polarität des Korrekturwerts ΔVref bei (Schritt S3a), fügt den Korrekturwert ΔVref, der die vorgegebene Polarität hat, dem Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref des integrierten Kondensators 5 hinzu (Schritt S4) und beendet den Prozess.
Wenn andererseits die jüngsten Leistungsverluste Ps_moni(n), die dieses Mal detektiert werden, gleich groß wie oder größer sind als die Leistungsverluste Ps_moni(n-1), die das letzte Mal detektiert worden sind (Schritt S2: NEIN), dann multipliziert die Steuerungsschaltung 50 den vorgegebenen Korrekturwert ΔVref mit -1, so dass die Polarität des Korrekturwerts ΔVref invertiert ist (Schritt S3b), fügt den Korrekturwert ΔVref, der die Polarität hat, die erhalten wird, indem die vorgegebene Polarität invertiert wird, dem Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref des integrierten Kondensators 5 hinzu (Schritt S4) und beendet den Prozess.
Dann führt die Steuerungsschaltung 50 die Abfolge von Prozessen von „Start“ bis „Ende“ erneut durch. Wenn dann die jüngsten Leistungsverluste Ps_moni(n) kleiner sind als die Leistungsverluste Ps_moni(n-1) in Schritt S2 (Schritt S2: JA), dann behält die Steuerungsschaltung 50 die Polarität des Korrekturwerts ΔVref bei, die in der vorherigen Abfolge von Prozessen vorgegeben worden ist (Schritt S3a) und fügt den Korrekturwert ΔVref, der die Polarität hat, die das letzte Mal vorgegeben worden ist, dem Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref des integrierten Kondensators 5 hinzu (Schritt S4).
Wenn die jüngsten Leistungsverluste Ps_moni(n) wiederum gleich groß wie oder größer sind als die Leistungsverluste Ps_moni(n-1) (Schritt S2: NEIN), dann invertiert die Steuerungsschaltung 50 die Polarität des Korrekturwerts ΔVref, der in der vorherigen Abfolge von Prozessen vorgegeben worden ist (Schritt S3b) und fügt den Korrekturwert ΔVref, dessen Polarität erhalten wird, indem die Polarität invertiert wird, die das letzte Mal vorgegeben worden ist, dem Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref des integrierten Kondensators 5 hinzu (Schritt S4).
Wie oben beschrieben, detektiert die Steuerungsschaltung 50 im ersten Modus die Leistungsverluste Ps zu jedem ersten vorgegebenen Zeitpunkt t1, behält die vorherige Polarität des Korrekturwerts ΔVref bei (die vorgegebene Polarität zum Zeitpunkt der anfänglichen Berechnung), wenn die Leistungsverluste Ps abgenommen haben, invertiert die vorherige Polarität des Korrekturwerts ΔVref (die vorgegebene Polarität zum Zeitpunkt der anfänglichen Berechnung), wenn die Leistungsverluste Ps zugenommen haben, und fügt den Korrekturwert ΔVref zum Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref hinzu, so dass ein neuer Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref erhalten wird.
Indem diese Steuerung wiederholt wird, wird der Wert der Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 so gesteuert, dass die Leistungsverluste Ps minimiert werden.
Im Falle des Konstantstrom-Modus wird - wie oben beschrieben - die Zeit DUTY_DAB, für welche eine Spannung an den Trenntransformator 18 angelegt wird, der im DC/DC-Trennumsetzer 15 enthalten ist, auf der Basis des Fehlers Vint_err zwischen einem beliebigen Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref und dem Detektionswert der Gleichspannung Vint bestimmt. Dann wird die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 vom DC/DC-Trennumsetzer 15 gesteuert.
Im Falle des Konstantleistungs-Modus wird - wie oben beschrieben - die Einschaltzeit DUTY CHOP der Schaltelemente des DC/DC-Umsetzers 30 auf der Basis des Fehlers Vint err zwischen einem beliebigen Gleichspannungs-Befehlswert und dem Detektionswert der Gleichspannung Vint bestimmt. Dann wird die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 vom DC/DC-Umsetzer 30 gesteuert.
Demzufolge wird der DC/DC-Trennumsetzer 15 oder der DC/DC-Umsetzer 30 so gesteuert, dass die Gleichspannung Vint dem Gleichspannungs-Befehlswert Vint ref folgt, der von der Steuerungsschaltung 50 korrigiert wird. Im Ergebnis wird die Gleichspannung Vint so gesteuert, dass die Leistungsverluste der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 verringert werden.
Obwohl das Beispiel, in welchem die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 eingestellt wird, oben beschrieben ist, kann eine Steuerung ähnlich dem oben Beschriebenen auch mit der Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 durchgeführt werden.
Für den Fall, dass die Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 eingestellt wird, wird im Schritt S4 der Korrekturwert ΔVref dem Gleichspannungs-Befehlswert Vlink_ref für den DC-Verbindungskondensator 4 hinzugefügt.
Im Falle des Konstantstrom-Modus wird dann - wie oben beschrieben - die Einschaltzeit DUTY PFC der Schaltelemente des AC/DC-Umsetzers 11 auf der Basis des Fehlers Vlink_err zwischen einem beliebigen Gleichspannungs-Befehlswert Vlink_ref und dem Detektionswert der Gleichspannung Vlink bestimmt.
Dann wird die Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 vom AC/DC-Umsetzer 11 gesteuert.
Im Falle des Konstantleistungs-Modus wird - wie oben beschrieben - die Zeit DUTY_DAB, für welche eine Spannung an den Trenntransformator 18 des DC/DC-Trennumsetzers 15 angelegt wird, auf der Basis des Fehlers Vlink_err zwischen einem beliebigen Gleichspannungs-Befehlswert Vlink_ref und dem Detektionswert der Gleichspannung Vlink bestimmt. Dann wird die Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 vom DC/DC-Trennumsetzer 15 gesteuert.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren detektiert im Schritt S1 die Steuerungsschaltung 50 die gesamten Leistungsverluste Ps der drei Energie-Umwandlungsschaltungen inklusive der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und dem DC/DC-Umsetzer 30, d. h. die Leistungsverluste Ps in der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100. Dann stellt die Steuerungsschaltung 50 die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint so ein, dass die Leistungsverluste Ps in der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100 verringert sind.
Für den Fall, dass die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ gleichzeitig betrieben werden, wird die Möglichkeit angenommen, dass die Verluste der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ extrem zunehmen, wenn der Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref, mit welchem die Verluste minimiert werden, in der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp ausgewählt ist. In einem solchen Fall können die Leistungsverluste wirksam verringert werden, indem der Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref ausgewählt wird, der die Gesamtverluste der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und des DC/DC-Umsetzers 30 verringern, wie oben beschrieben.
Wenn der Einfluss der Leistungsverluste des DC/DC-Umsetzers 30 klein ist, kann im Schritt S1 die Steuerungsschaltung 50 die gesamten Leistungsverluste Ps von zwei Energie-Umwandlungsschaltungen detektieren, die die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ sind, und die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint so einstellen, dass die Leistungsverluste Ps der zwei Energie-Umwandlungsschaltungen, die die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ sind, verringert werden.
Für den Fall beispielsweise, in welchem ein Energieversorgungsbetrieb durchgeführt wird, in welchem die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp betrieben wird und die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ nicht betrieben wird, können die Leistungsverluste Ps nur von der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp detektiert werden. In diesem Fall stellt die Steuerungsschaltung 50 die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint so ein, dass die Leistungsverluste Ps der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp verringert werden.
Beispielsweise kann die Steuerungsschaltung 50 die Leistungsverluste Ps der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und die Leistungsverluste Ps des DC/DC-Umsetzers 30 detektieren und die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint so einstellen, dass die Leistungsverluste Ps der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und des DC/DC-Umsetzers 30 verringert werden.
Für den Fall beispielsweise, dass ein Energieversorgungsbetrieb durchgeführt wird, in welchem die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ betrieben wird und die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp nicht betrieben wird, können die Leistungsverluste Ps nur von der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ detektiert werden. In diesem Fall stellt die Steuerungsschaltung 50 die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint so ein, dass die Leistungsverluste Ps der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ verringert werden.
Beispielsweise kann die Steuerungsschaltung 50 die Leistungsverluste Ps der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und die Leistungsverluste Ps des DC/DC-Umsetzers 30 detektieren und die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint so einstellen, dass die Leistungsverluste Ps der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und des DC/DC-Umsetzers 30 verringert werden.
Wenn beispielsweise die Leistungsverluste infolge des DC/DC-Umsetzers 30 in den Leistungsverlusten in der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100 dominieren, können nur die Leistungsverluste Ps des DC/DC-Umsetzers 30 detektiert werden, und die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint können so eingestellt werden, dass die Leistungsverluste Ps des DC/DC-Umsetzers 30 verringert werden.
Mit anderen Worten: Die Steuerungsschaltung 50 stellt die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint so ein, dass die Leistungsverluste Ps von mindestens einer Energie-Umwandlungsschaltung unter den jeweiligen Energie-Umwandlungsschaltungen inklusive der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und dem DC/DC-Umsetzer 30 verringert werden.
Bei der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform, die, wie oben beschrieben, konfiguriert ist, sind der Ausgangsanschluss 10out der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und der Ausgangsanschluss 20out der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ mit dem Eingangsanschluss 30in des DC/DC-Umsetzers 30 über den integrierten Bus 7 verbunden, und der integrierte Kondensator 5 ist mit dem integrierten Bus 7 verbunden. Demzufolge ist die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ so konfiguriert, dass sie mit der Ausgangsseite des DC/DC-Trennumsetzers 15 der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp verbunden wird.
Demzufolge ist es möglich, gleichzeitig die Energieversorgung mit der Energieversorgungsfunktion mittels des drahtgebundenen Verfahrens und mit der Energieversorgungsfunktion mittels des drahtlosen Verfahrens durchzuführen, ungeachtet der Spannungswerte der Wechsel Spannung Vacl auf Seiten des drahtgebundenen Verfahrens und der Wechselspannung Vac2 auf Seiten des drahtlosen Verfahrens, so dass die Arbeitsfähigkeit verbessert wird.
Außerdem detektiert bei der Energie-Umwandlungseinrichtung 100, die eine solche Konfiguration aufweist, die Steuerungsschaltung 50 eine Zunahme/Abnahme der Leistungsverluste Ps der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und des DC/DC-Umsetzers 30, und sie steuert die Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 oder die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5, so dass die Leistungsverluste Ps verringert werden. Die Leistungsverluste werden wirksam verringert, indem die Eingangsspannungen oder die Ausgangsspannungen des AC/DC-Umsetzers 11, des DC/DC-Trennumsetzers 15, des DC/DC-Umsetzers 30 und des Vollbrücken-Umsetzers 21 in der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp eingestellt werden, wie oben beschrieben.
Für die Leistungsverluste Ps der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und des DC/DC-Umsetzers 30 bestimmt die Steuerungsschaltung 50 auch, ob die Leistungsverluste Ps, die zu jedem ersten vorgegebenen Zeitpunkt t1 detektiert werden, zum Zunehmen oder Abnehmen neigen, und sie steuert die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint auf der Basis dieser Bestimmung.
Indem die tatsächlichen Leistungsverluste Ps periodisch zu jedem ersten vorgegebenen Zeitpunkt t1 detektiert werden, wie oben beschrieben, ist es möglich, die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint gemäß dem tatsächlichen Verlustzustand der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 akkurat einzustellen. Demzufolge werden die Leistungsverluste noch weiter wirksam verringert.
Für den Fall, dass die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 eingestellt wird, steuert die Steuerungsschaltung 50 die Schaltelemente des DC/DC-Trennumsetzers 15 im Konstantstrom-Modus, und sie steuert die Schaltelemente des DC/DC-Umsetzers 30 im Konstantleistungs-Modus.
Für den Fall, dass die Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 eingestellt wird, steuert die Steuerungsschaltung 50 die Schaltelemente des AC/DC-Umsetzers 11 im Konstantstrom-Modus, und sie steuert die Schaltelemente des DC/DC-Trennumsetzers 15 im Konstantleistungs-Modus.
Wie oben beschrieben, ist es bei der Einstellung der Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 oder der Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 möglich, die Steuerung unter Verwendung der zwei Modi durchzuführen. Hierbei ist die Last 6 eine Batterie, und es ist möglich, den Fall zu handhaben, in welchem der Konstantstrom-Modus gebraucht wird, und zwar nahe dem vollen Ladezustand, und den Fall, in welchem der Konstantleistungs-Modus gebraucht wird, so dass die zugeführte Leistung die maximale Leistung anstatt nahe dem vollen Ladezustand wird.
Obwohl die Abwärtswandlungs-Schaltung als der DC/DC-Umsetzer 30 gezeigt ist, kann der DC/DC-Umsetzer 30 auch eine Aufwärtswandlungs-Schaltung sein.
Ausführungsform 2
Nachfolgend wird Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben, und zwar mit Fokus auf die Unterschiede zur Ausführungsform 1, die oben beschrieben ist, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Gleiche Komponenten wie diejenigen bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren erneute Beschreibung wird weggelassen.
Bei der Ausführungsform 1 ist der erste Modus beschrieben, in welchem die Leistungsverluste Ps der Energie-Umwandlungsschaltungen 10, 20 und 30 detektiert werden und die Leistungsverlust-Verringerung auf der Basis der detektierten Leistungsverluste Ps durchgeführt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der zweite Modus beschrieben, in welchem der Gleichstrom Ibat, der der Ausgangsstrom ist, der aus dem DC/DC-Umsetzer 30 an die Last 6 ausgegeben wird, detektiert wird und die Leistungsverlust-Verringerung auf der Basis des detektierten Gleichstroms Ibat durchgeführt wird.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das Prozesse zeigt, die im zweiten Modus, der ein Betriebsmodus ist, zur Leistungsverlust-Verringerung durchgeführt werden, und zwar von der Steuerungseinrichtung 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 2. Die folgende Beschreibung erfolgt mit einem Beispiel, in welchem die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 eingestellt wird.
Die Steuerungsschaltung 50 hat folgende Funktionen: den Gleichstrom Ibat detektieren, den Gleichstrom Ibat mindestens zweimal aufzeichnen, und den Korrekturwert ΔVref auf den Gleichspannungs-Befehlswert Vint ref vorgeben.
Wenn die Steuerungsschaltung 50 die Steuerung durch den zweiten Modus zur Leistungsverlust-Verringerung beginnt, führt die Steuerungsschaltung 50 eine Abfolge von Prozessen von „Start“ bis „Ende“ durch, wie in 3 gezeigt, und zwar zu jeder zweiten vorgegebenen Zeit t2 während der Ausführung des zweiten Modus, ähnlich den Prozessen, die in 2 gemäß Ausführungsform 1 gezeigt sind.
Die zeitliche Länge, die für die zweite Zeit t2 im zweiten Modus vorgegeben ist, kann die gleiche sein wie die zeitliche Länge, die für die erste Zeit t2 im ersten Modus vorgegeben ist.
Wie in 3 gezeigt, detektiert während des Betriebs der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 die Steuerungsschaltung 50 den Gleichstrom Ibat, der aus dem DC/DC-Umsetzer 30 an die Last 6 ausgegeben werden soll (Schritt S1).
Im Schritt S1 detektiert die Steuerungsschaltung 50 den Gleichstrom Ibat und zeichnet ihn auf. Dann zeichnet die Steuerungsschaltung 50 das Detektionsergebnis Ibat_moni des jüngsten Gleichstroms Ibat als Ibat moni(n) auf und zeichnet das Detektionsergebnis Ibat_moni des Gleichstroms Ibat, das zur zweiten vorgegebenen Zeit t2 vorher detektiert worden ist, als Ibat moni(n-1) auf.
Als Nächstes berechnet die Steuerungsschaltung 50 eine Gleichstrom-Veränderung, die die zeitliche Änderung des berechneten Gleichstroms Ibat ist. Das bedeutet, die Steuerungsschaltung 50 vergleicht Ibat_moni (n) mit Ibat moni(n-1) und bestimmt, ob Ibat_moni(n) von Ibat_moni(n-1) zugenommen oder abgenommen hat, d. h. ob Ibat_moni zum Zunehmen oder Abnehmen neigt (Schritt S2).
Wenn der detektierte jüngste Gleichstrom Ibat moni(n) gleich groß wie oder größer ist als der Gleichstrom Ibat_moni(n-1), der beim letzten Mal detektiert worden ist (Schritt S2: JA), dann behält die Steuerungsschaltung 50 die vorgegebene Polarität des Korrekturwerts ΔVref bei (Schritt S3a), fügt den Korrekturwert ΔVref, der die vorgegebene Polarität hat, dem Gleichspannungs-Befehlswert Vint ref des integrierten Kondensators 5 hinzu (Schritt S4) und beendet den Prozess.
Wenn wiederum der detektierte jüngste Gleichstrom Ibat_ moni(n) kleiner ist als der Gleichstrom Ibat_moni(n-1), der beim letzten Mal detektiert worden ist (Schritt S2: NEIN), dann multipliziert die Steuerungsschaltung 50 den vorgegebenen Korrekturwert ΔVref mit -1, so dass die Polarität des Korrekturwerts ΔVref invertiert ist (Schritt S3b), fügt den Korrekturwert ΔVref, der die Polarität hat, die erhalten wird, indem die vorgegebene Polarität invertiert wird, dem Gleichspannungs-Befehlswert Vint ref des integrierten Kondensators 5 hinzu (Schritt S4) und beendet den Prozess.
Dann führt die Steuerungsschaltung 50 die Abfolge von Prozessen von „Start“ bis „Ende“ erneut durch. Wenn dann der detektierte jüngste Gleichstrom Ibat moni(n) gleich groß wie oder größer ist als der detektierte Gleichstrom Ibat moni(n-1) in Schritt S2 (Schritt S2: JA), dann behält die Steuerungsschaltung 50 die Polarität des Korrekturwerts ΔVref bei, die in der vorherigen Abfolge von Prozessen vorgegeben worden ist (Schritt S3a) und fügt den Korrekturwert ΔVref, der die Polarität hat, die das letzte Mal vorgegeben worden ist, dem Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref des integrierten Kondensators 5 hinzu (Schritt S4).
Wenn wiederum der detektierte jüngste Gleichstrom Ibat_ moni(n) kleiner ist als der detektierte Gleichstrom Ibat_moni(n-1) (Schritt S2: NEIN), dann invertiert die Steuerungsschaltung 50 die Polarität des Korrekturwerts ΔVref, der in der vorherigen Abfolge von Prozessen vorgegeben worden ist (Schritt S3b) und fügt den Korrekturwert ΔVref, dessen Polarität erhalten wird, indem die Polarität invertiert wird, die das letzte Mal vorgegeben worden ist, dem Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref des integrierten Kondensators 5 hinzu (Schritt S4).
Wie oben beschrieben, detektiert die Steuerungsschaltung 50 im zweiten Modus den Gleichstrom Ibat zu jedem zweiten vorgegebenen Zeitpunkt t2, behält die vorherige Polarität des Korrekturwerts ΔVref bei (die vorgegebene Polarität zum Zeitpunkt der anfänglichen Berechnung), wenn der Gleichspannungs-Befehlswert Ibat zugenommen hat, invertiert die vorherige Polarität des Korrekturwerts ΔVref (die vorgegebene Polarität zum Zeitpunkt der anfänglichen Berechnung), wenn der Gleichstrom Ibat abgenommen hat, und fügt den Korrekturwert ΔVref zum Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref hinzu, so dass ein neuer Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref erhalten wird.
Die Last 6 ist eine Spannungsquelle, wie z. B. eine Hochspannungsbatterie, die zum Zuführen von Leistung zu jeder Einrichtung im Elektrofahrzeug imstande ist. Demzufolge behält die Last 6 eine im Wesentlichen konstante Spannung bei, und zwar ungeachtet des Gleichstroms Ibat, so dass es möglich ist, eine Steuerung durchzuführen, bei welcher der Wert der Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 beibehalten wird, so dass der Gleichstrom Ibat an die Last 6 maximiert wird, wie oben beschrieben. Demzufolge können die Leistungsverluste in der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100 minimiert werden.
Im Falle des Konstantstrom-Modus, wie oben beschrieben, steuert der DC/DC-Umsetzer 30 den Gleichstrom Ibat, der an die Last 6 ausgegeben werden soll. Die Steuerungsschaltung 50 bestimmt die Einschaltzeit DUTY_CHOP der Schaltelemente des DC/DC-Umsetzers 30 auf der Basis des Fehlers Ibat_err zwischen einem beliebigen Gleichstrom-Befehlswert Ibat_ref und dem Detektionswert des Gleichstroms Ibat. Selbst wenn die Funktion des Hinzufügens des Korrekturwerts ΔVref zum obigen Gleichspannungs-Befehlswert Vint ref ausgeführt wird, wird daher die Einschaltzeit DUTY_CHOP des DC/DC-Umsetzers 30 eingestellt, so dass der Gleichstrom Ibat dem Gleichspannungs-Befehlswert Ibat ref folgt. Demzufolge kann eine Veränderung des Gleichstrom Ibat nicht extrahiert werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist daher der Konstantstrom-Modus nicht anwendbar, und eine Einstellung des Gleichspannungs-Befehlswerts Vint ref mit dem Detektionswert des Gleichstroms Ibat im Konstantstrom-Modus ist nicht ausführbar.
Indessen steuert im Falle des Konstantleistungs-Modus - wie oben beschrieben - der DC/DC-Umsetzer 30, der mit der Last 6 verbunden ist, die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5. Der Gleichstrom Ibat der Last 6 wird nicht auf den Gleichstrom-Befehlswert Ibat_ref gesteuert. Demzufolge ist die Einstellung des Gleichspannungs-Befehlswerts Vlink_ref mit dem Detektionswert des Gleichstroms Ibat anwendbar, was bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben ist. Wie bereits beschrieben, wird die Übertragungsleistung an die Last 6 im Konstantleistungs-Modus durch die Übertragungsleistung bestimmt, die von der Spule auf Seiten der Energieübertragung, welche nicht gezeigt ist, an die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ übertragen wird, sowie durch die AC-Leistung Pac, die von der AC-Energieversorgung 1 an den AC/DC-Umsetzer 11 übertragen wird.
Obwohl die Last 6 eine Spannungsquelle ist und eine im Wesentlichen konstante Spannung beibehält, wie oben beschrieben, nimmt insbesondere dann, wenn die Last 6 mit konstanter Leistung im Konstantleistungs-Modus über eine lange Zeitspanne geladen wird, der Gleichstrom Ibat ab, wenn die Gleichspannung Vbat ansteigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist daher die zweite vorgegebene Zeit t2, die das Intervall darstellt, mit welchem die Steuerungsschaltung 50 den Gleichstrom Ibat detektiert, auf eine kurze Zeitspanne vorgegeben, die nicht von der Änderung des Gleichstroms Ibat infolge des Zustands der Ladung der Last 6 abhängt.
Beispielsweise kann die zweite vorgegebene Zeit t2 gemäß dem Schaltintervall der Schaltelemente des DC/DC-Umsetzers 30 vorgegeben sein, die mit einer hohen Frequenz betrieben werden. Außerdem kann genauer gesagt die zweite vorgegebene Zeit t2 ein ganzzahliges Vielfaches des Schaltintervalls der Schaltelemente sein. In diesem Fall kann eine zweite vorgegebene Zeit t2 entsprechend dem Schaltintervall der Schaltelemente erhalten werden, die mit einer hohen Frequenz betrieben werden, so dass es möglich ist, den Gleichstrom Ibat in einem kurzen Zeitraum zu detektieren.
Die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, bietet die gleichen Wirkungen wie die Ausführungsform 1, und sie kann gleichzeitig eine Energiezufuhr mit der Energieversorgungsfunktion mittels des drahtgebundenen Verfahrens und der Energieversorgungsfunktion mittels des drahtlosen Verfahrens durchführen, und zwar ungeachtet der Werte der entgegengenommen Spannungen auf Seiten des drahtgebundenen Verfahrens und auf Seiten des drahtlosen Verfahrens.
Außerdem steuert die Steuerungsschaltung 50 die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint derart, dass der Gleichstrom Ibat maximiert wird, der der detektierte Ausgangsstrom aus dem DC/DC-Umsetzer 30 ist. Da die jeweiligen Energie-Umwandlungsschaltungen 10, 20 und 30 so gesteuert werden, dass der Gleichstrom Ibat maximiert wird, wie oben beschrieben, d. h. die Ausgangsleistung maximiert wird, ist es möglich, die Leistungsverluste Ps in der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100 zu minimieren.
Die Steuerungsschaltung 50 detektiert den Gleichstrom Ibat zu jedem zweiten vorgegebenen Zeitpunkt t2, bestimmt, ob der detektierte Gleichstrom Ibat zum Zunehmen oder Abnehmen neigt und steuert die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint auf der Basis dieser Bestimmung.
Indem der tatsächliche Gleichstrom Ibat periodisch zu jedem zweiten vorgegebenen Zeitpunkt t2 detektiert wird, wie oben beschrieben, ist es möglich, die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint gemäß dem tatsächlichen Verlustzustand der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 akkurat einzustellen. Demzufolge werden die Leistungsverluste noch weiter wirksam verringert.
Außerdem ist die zweite vorgegebene Zeit t2, die das Detektionsintervall des Gleichstroms Ibat ist, gemäß dem Schaltintervall der Schaltelemente des DC/DC-Umsetzers 30 vorgegeben. Indem die zweite vorgegebene Zeit t2 mit einer kurzen Zeitspanne vorgegeben wird, wie oben beschrieben, kann eine Veränderung des Gleichstroms Ibat detektiert werden, ohne von der Änderung des Gleichstroms Ibat infolge des Zustands der Ladung der Last 6 abzuhängen, und die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint können akkurat eingestellt werden.
Ausführungsform 3
Nachfolgend wird Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung beschrieben, und zwar mit Fokus auf die Unterschiede zur Ausführungsform 1, die oben beschrieben ist, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Gleiche Teile wie diejenigen bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren erneute Beschreibung wird weggelassen.
Im ersten Modus und im zweiten Modus, die die Betriebsmodi zur Leistungsverlust-Verringerung der Energie-Umwandlungsschaltung 100 wie oben beschrieben darstellen, ist es nötig, die Leistungsverluste Ps der Energie-Umwandlungsschaltungen 10, 20 und 30 oder den Gleichstrom Ibat an die Last 6 zu detektieren. In jedem der Modi ist ein Leistungsdetektor oder ein Stromdetektor als Detektionseinrichtung nötig.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein dritter Modus beschrieben, der ein Betriebsmodus zur Leistungsverlust-Verringerung unter Verwendung von Verlustkennlinieninformationen J ist und der die Notwendigkeit eines Leistungsdetektors und eines Stromdetektors beseitigt.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein erstes Beispiel des dritten Modus, der ein Betriebsmodus ist, zur Leistungsverlust-Verringerung zeigt, und zwar von der Steuerungseinrichtung 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 3.
5 zeigt Verlustkennlinieninformationen J, in welchen die Leistungsverlustkennlinien des DC/DC-Umsetzers 30 aufgezeichnet sind, wenn die Gleichspannung Vbat der Last 6 einen Wert von 100 V hat, und zwar in der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 3.
6 zeigt Verlustkennlinieninformationen J, in welchen die Leistungsverlustkennlinien des DC/DC-Umsetzers 30 aufgezeichnet sind, wenn die Gleichspannung Vbat der Last 6 einen Wert von 300 V hat, und zwar in der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 3.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein zweites Beispiel des dritten Modus, der ein Betriebsmodus ist, zur Leistungsverlust-Verringerung zeigt, und zwar von der Steuerungseinrichtung 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 3.
8 zeigt Verlustkennlinieninformationen, in welchen die Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp aufgezeichnet sind, wenn die Wechselspannung Vacl einen Wert von 100 V hat, und zwar in der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 3.
9 zeigt Verlustkennlinieninformationen, in welchen die Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp aufgezeichnet sind, wenn die Wechselspannung Vacl einen Wert von 200 V hat, und zwar in der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 3.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein drittes Beispiel des dritten Modus, der ein Betriebsmodus ist, zur Leistungsverlust-Verringerung zeigt, und zwar von der Steuerungseinrichtung 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 3.
11 zeigt Verlustkennlinieninformationen, bei welchen die Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ aufgezeichnet werden, wenn die Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in niedrig ist, und zwar in der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 3.
12 zeigt Verlustkennlinieninformationen, bei welchen die Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ aufgezeichnet werden, wenn die Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in hoch ist, und zwar in der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 3.
4 bis 12 entsprechen der Steuerung in einem Fall, dass die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 eingestellt wird.
Die Steuerungsschaltung 50 hat die Verlustkennlinieninformationen J, in welchen die Leistungsverlustkennlinien des DC/DC-Umsetzers 30, der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ aufgezeichnet sind, wie in 5 und 6, 8 und 9 sowie 11 und 12 gezeigt.
Die Verlustkennlinieninformationen J werden im Voraus in einer Teststufe der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 oder dergleichen erfasst und in der Steuerungsschaltung 50 aufgezeichnet. Die horizontale Achse gibt die Übertragungsleistung jeder Energie-Umwandlungsschaltung an, und die vertikale Achse gibt die Verluste jeder Energie-Umwandlungsschaltung an.
Die Verlustkennlinieninformationen J weisen eine Mehrzahl von Verlustabbildungen (M1, M2 ... M17, M18) auf, die für jede Wert der Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 erfasst werden (hier: Vint = 100 V, 200 V, 300 V).
Obwohl die Verlustabbildung M für den Fall gezeigt ist, in welchem der Wert der Gleichspannung Vint auf drei Spannungswerte geändert wird, d. h. 100 V, 200 V und 300 V, können beispielsweise Verlustabbildungen M für den Fall aufgezeichnet sein, wo der Wert der Gleichspannung Vint feiner auf 100 V, 120 V, 140 V ... 280 V und 300 V geändert wird.
Wie in 5 gezeigt, wird jede der Verlustabbildungen M1, M2 und M3 des DC/DC-Umsetzers 30 aufgezeichnet, so dass sie einem Wert (100 V unter der Annahme der Zeit, wenn die Lastspannung niedrig ist) der Gleichspannung Vbat der Last 6 entspricht.
Wie in 6 gezeigt, ist jede der Verlustabbildungen M4, M5 und M6 des DC/DC-Umsetzers 30 aufgezeichnet, so dass sie einem Wert (300 V unter der Annahme der Zeit, wenn die Lastspannung hoch ist) der Gleichspannung Vbat der Last 6 entspricht.
Obwohl die Verlustabbildungen M entsprechend den zwei Werten 100 V und 300 V als dem Wert der Gleichspannung Vbat der Last 6 aufgezeichnet sind, können auch Verlustabbildungen M für den Fall aufgezeichnet sein, in welchem der Wert der Gleichspannung Vbat der Last 6 feiner geändert wird.
Zunächst wird die Steuerung zum Verringern der Leistungsverluste des DC/DC-Umsetzers 30 beschrieben, und unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm in 4 und die Verlustkennlinieninformationen J des DC/DC-Umsetzers 30, die in 5 und 6 gezeigt sind.
Wenn die Steuerungsschaltung 50 das erste Beispiel der Steuerung mittels des dritten Modus zur Leistungsverlust-Verringerung beginnt, detektiert die Steuerungsschaltung 50 die Gleichspannung Vbat der Last 6 (Schritt S1a).
Als Nächstes berechnet die Steuerungsschaltung 50 eine einstellbare Spanne S, in welcher der Gleichspannungs-Befehlswert Vint ref des integrierten Kondensators 5 vorgegeben werden kann (Schritt S2a).
Da der DC/DC-Umsetzer 30 eine Schaltungskonfiguration hat, um die Abwärtswandlungs-Umsetzung in Richtung der Last 6 durchzuführen, wird die einstellbare Spanne S für den Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref des integrierten Kondensators 5 aus der detektierten Gleichspannung Vbat und dem Abwärtswandlungs-Verhältnis des DC/DC-Umsetzers 30 erhalten, das erhalten wird aus der Gleichspannung Vbat ÷ Gleichspannung Vint.
Unter der Annahme, dass die detektierte Gleichspannung Vbat einen Wert von 100 V hat und das maximale Abwärtswandlungs-Verhältnis des DC/DC-Umsetzers 30 einen Wert von 7/10, ist die einstellbare Spanne S für die Gleichspannung Vint ref des integrierten Kondensators 5 ein Spannungsbereich oberhalb von 142,8 V.
Als Nächstes bezieht sich die Steuerungsschaltung 50 auf die Verlustabbildung M entsprechend dem Wert der detektierten Gleichspannung Vbat. Die Verlustabbildungen M des DC/DC-Umsetzers 30 der vorliegenden Ausführungsform sind diejenigen in zwei Fällen, d. h. einem Fall, der in 5 gezeigt ist, wo der Wert der Gleichspannung Vbat 100 V beträgt, und der Fall, der in 6 gezeigt ist, wo der Wert der Gleichspannung Vbat 300 V beträgt. Da der Wert der detektierten Gleichspannung Vbat einen Wert 100 V besitzt, bezieht sich die Steuerungsschaltung 50 auf die Verlustkennlinieninformationen J in 5 in einem Fall, in welchem die Gleichspannung Vbat einen Wert 100 V besitzt.
Dann wählt die Steuerungsschaltung 50 die Verlustabbildung M entsprechend einem Wert in der berechneten einstellbaren Spanne S des integrierten Kondensators 5 aus den Verlustabbildungen M1, M2 und M3 aus, die in 5 gezeigt sind.Das heißt, wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Da die einstellbare Spanne S für die Gleichspannung Vint_ref des integrierten Kondensators 5 ein Spannungsbereich oberhalb 142,8 V ist, wählt die Steuerungsschaltung 50 zwei Verlustabbildungen aus, die die Verlustabbildung M2 mit der Gleichspannung Vint = 200 V und die Verlustabbildung M3 mit der Gleichspannung Vint = 300 V sind (Schritt S3a).
Als Nächstes bezieht sich im Konstantstrom-Modus die Steuerungsschaltung 50 auf den Gleichstrom-Befehlswert Ibat_ref, der mit der Steuerung des DC/DC-Umsetzers 30 zusammenhängt, und berechnet die Übertragungsleistung des DC/DC-Umsetzers 30 aus dem Gleichstrom-Befehlswert Ibat_ref und der detektierten Gleichspannung Vbat.
Unter der Annahme, dass der Gleichstrom-Befehlswert Ibat_ref 8 A ist, ist die Übertragungsleistung der Gleichstrom-Befehlswert Ibat_ref (8 A) × die Gleichspannung Vbat (100 V) = 800 W.
In 5 gilt Folgendes. Wenn auf jede der Verlustabbildungen M2 und M3 bei einer Übertragungsleistung von 800 W Bezug genommen wird, sind die Verluste im Fall von M2 kleiner, bei welchem die Gleichspannung Vint auf 200 V gesteuert wird.
Demzufolge stellt die Steuerungsschaltung 50 die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 auf 200 V ein (Schritt S4a). Demzufolge können die Leistungsverluste des DC/DC-Umsetzers 30 verringert werden.
Obwohl die Verlustabbildungen M für den Fall gezeigt sind, in welchem der Wert der Gleichspannung Vint auf drei Spannungswerte 100 V, 200 V und 300 V geändert wird, können Verlustabbildungen M für den Fall aufgezeichnet werden, wo der Wert der Gleichspannung Vint feiner auf 100 V, 120 V, 140 V ... 280 V und 300 V geändert wird, wie oben beschrieben. In diesem Fall ist es möglich, die Gleichspannung Vint fein einzustellen.
Die Steuerungsschaltung 50 berechnet die Übertragungsleistung des DC/DC-Umsetzers 30 aus dem Gleichstrom-Befehlswert Ibat_ref und der detektierten Gleichspannung Vbat, vergleicht die Verlustabbildungen M2 und M3 bei der berechneten Übertragungsleistung und steuert die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5.
Wie in 5 gezeigt, sind mit der Gleichspannung Vbat = 100 V ungeachtet des Werts der Übertragungsleistung die Verluste kleiner, wenn die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 niedriger ist. Daher kann die Steuerungsschaltung 50 die oben beschriebene Berechnung der Übertragungsleistung auch weglassen.
Wie oben beschrieben, führt im dritten Modus unter Verwendung der Verlustkennlinieninformationen J die Steuerungsschaltung 50 die Steuerung zur Verlustverringerung mittels des ersten Beispiels unter Verwendung der Verlustkennlinieninformationen J des DC/DC-Umsetzers 30 durch.
Wenn beispielsweise die Leistungsverluste infolge des DC/DC-Umsetzers 30 in den Leistungsverlusten der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100 dominieren, können die Leistungsverluste Ps wirksam verringert werden, indem die Steuerung unter Verwendung nur der Verlustkennlinieninformationen J des DC/DC-Umsetzers 30 durchgeführt wird, und zwar mittels des ersten Beispiels, wie oben beschrieben.
Als Nächstes wird die Steuerung zum Verringern der Leistungsverluste der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm in 7 beschrieben, sowie die Verlustkennlinieninformationen J der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, die in 8 und 9 gezeigt sind.
Wie in 8 gezeigt, ist jede der Verlustabbildungen M7, M8 und M9 der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp aufgezeichnet, so dass sie einem Wert (100 V unter der Annahme der Zeit, wenn die entgegengenommene Spannung niedrig ist) der Wechselspannung Vacl der AC-Energieversorgung 1 entspricht.
Wie in 9 gezeigt, ist jede der Verlustabbildungen M10, M11 und M12 der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp aufgezeichnet, so dass sie einem Wert (200 V unter der Annahme der Zeit, wenn die entgegengenommene Spannung hoch ist) der Wechselspannung Vacl der AC-Energieversorgung 1 entspricht.
Obwohl die Verlustabbildungen M entsprechend den zwei Spannungswerten 100 V und 200 V als der Wert der Wechselspannung Vacl der AC-Energieversorgung 1 aufgezeichnet sind, können auch Verlustabbildungen M für den Fall aufgezeichnet sein, in welchem der Wert der Wechselspannung Vacl der AC-Energieversorgung 1 feiner aufgezeichnet wird.
Wie in 7 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn die Steuerungsschaltung 50 das zweite Beispiel der Steuerung durch den dritten Modus zur Leistungsverlust-Verringerung beginnt, detektiert die Steuerungsschaltung 50 die Wechselspannung Vacl der AC-Energieversorgung 1 (Schritt S1b).
Als Nächstes berechnet die Steuerungsschaltung 50 eine einstellbare Spanne S, in welcher der Gleichspannungs-Befehlswert Vint ref des integrierten Kondensators 5 vorgegeben werden kann (Schritt S2b).
Die Steuerungsschaltung 50 berechnet die einstellbare Spanne S für den Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref des integrierten Kondensators 5 auf der Basis der detektierten Wechselspannung Vacl der AC-Energieversorgung 1 und der Aufwärtswandlungs- und Abwärtswandlungs-Verhältnisse des AC/DC-Umsetzers 11 und des DC/DC-Trennumsetzers 15 in der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp.
Als Nächstes bezieht sich die Steuerungsschaltung 50 auf die Verlustabbildung M entsprechend dem Wert der detektierten Wechselspannung Vacl der AC-Energieversorgung 1. Genauer gesagt: Die Verlustabbildungen M der vorliegenden Ausführungsform sind diejenigen in zwei Fällen, d. h. dem Fall, der in 8 gezeigt ist, wo der Wert der Wechselspannung Vacl 100 V beträgt, und der Fall, der in 9 gezeigt ist, wo der Wert der Wechselspannung Vacl 200 V beträgt. Ähnlich wie im Schritt S3a, der in 4 gezeigt und oben beschrieben ist, wählt dann die Steuerungsschaltung 50 die Verlustabbildung M entsprechend einem Wert in der berechneten einstellbaren Spanne S für den integrierten Kondensator 5 aus, und zwar aus den Verlustabbildungen M entsprechend dem Wert der Wechselspannung Vacl (Schritt S3b).
Im Konstantleistungs-Modus bezieht sich dann die Steuerungsschaltung 50 auf den AC-Leistungs-Befehlswert Pac_ref, der mit der Steuerung des AC/DC-Umsetzers 11 zusammenhängt. Dann bezieht sich die Steuerungsschaltung 50 auf jede der ausgewählten Verlustabbildungen M beim AC-Leistungs-Befehlswert Pac ref (Übertragungsleistung) und stellt die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 ein (Schritt S4b), ähnlich wie im Schritt S4a, der in 4 gezeigt und oben beschrieben ist.
Ähnlich wie im Schritt S4a, der in 4 gezeigt und oben beschrieben ist, kann die Steuerungsschaltung 50 die Bezugnahme auf den AC-Leistungs-Befehlswert Pac_ref weglassen, d. h. die Berechnung der Übertragungsleistung.
Wie oben beschrieben, führt im dritten Modus unter Verwendung der Verlustkennlinieninformationen J die Steuerungsschaltung 50 die Steuerung zur Verlustverringerung mittels des zweiten Beispiels unter Verwendung der Verlustkennlinieninformationen J der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp durch.
In einem Fall beispielsweise, in welchem die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp aus der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ betrieben wird, kann die Steuerung in der Steuerungsschaltung 50 vereinfacht werden, und die Leistungsverluste Ps können wirksam verringert werden, indem die Steuerung nur unter Verwendung der Verlustkennlinieninformationen J der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp durchgeführt wird, und zwar mittels des zweiten Beispiels, wie oben beschrieben.
Als Nächstes wird die Steuerung zum Verringern der Leistungsverluste der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm in 10 beschrieben, sowie die Verlustkennlinieninformationen J der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ, die in 11 und 12 gezeigt sind.
Wie in 11 gezeigt, ist jede der Verlustabbildungen M13, M14 und M15 der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp aufgezeichnet, so dass sie einem Fall entspricht, in welchem der Wert der Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in niedrig ist.
Wie in 12, gezeigt, ist jede der Verlustabbildungen M16, M17, und M18 der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp aufgezeichnet, so dass sie einem Fall entspricht, in welchem der Wert der Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in niedrig ist.
Obwohl die Verlustabbildungen M entsprechend zwei Spannungswerten aufgezeichnet sind, d. h. einem Fall, in welchem der Wert der Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in hoch ist, und einem Fall, in welchem der Wert der Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in niedrig ist, können auch Verlustabbildungen M für den Fall aufgezeichnet sein, in welchem der Wert der Wechselspannung Vac2 feiner aufgezeichnet wird.
Wie in 10 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn die Steuerungsschaltung 50 das dritte Beispiel der Steuerung durch den dritten Modus zur Leistungsverlust-Verringerung beginnt, detektiert die Steuerungsschaltung 50 die Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in (Schritt S1c).
Als Nächstes berechnet die Steuerungsschaltung 50 eine einstellbare Spanne S, in welcher der Gleichspannungs-Befehlswert Vint ref des integrierten Kondensators 5 vorgegeben werden kann (Schritt S2c).
Hierbei berechnet die Steuerungsschaltung 50 die einstellbare Spanne S für den Gleichspannungs-Befehlswert Vint_ref des integrierten Kondensators 5 auf der Basis der detektierten Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in.
Als Nächstes bezieht sich die Steuerungsschaltung 50 auf die Verlustabbildung M entsprechend dem Wert der detektierten Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in. Genauer gesagt: Die Verlustabbildungen M der vorliegenden Ausführungsform sind diejenigen in zwei Fällen, d. h. dem Fall, der in 11 gezeigt ist, wo der Wert der Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in niedrig ist, und dem Fall, der in 12 gezeigt ist, in welchem der Wert der Wechselspannung Vac2 der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in hoch ist. Ähnlich wie im Schritt S3a, der in 4 gezeigt und oben beschrieben ist, wählt dann die Steuerungsschaltung 50 die Verlustabbildung M entsprechend einem Wert in der berechneten einstellbaren Spanne S für den integrierten Kondensator 5 aus, und zwar aus den Verlustabbildungen M entsprechend dem Wert der Wechselspannung Vac2 (Schritt S3c).
Als Nächstes bezieht sich die Steuerungsschaltung 50 auf jede der ausgewählten Verlustabbildungen M der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und stellt die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 ein (Schritt S4c), ähnlich wie im Schritt S4a, der in 4 gezeigt und oben beschrieben ist.
Wie oben beschrieben, führt im dritten Modus unter Verwendung der Verlustkennlinieninformationen J die Steuerungsschaltung 50 die Steuerung zur Verlustverringerung mittels des dritten Beispiels unter Verwendung der Verlustkennlinieninformationen J der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ durch.
In einem Fall beispielsweise, in welchem die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ aus der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ betrieben wird, kann die Steuerung in der Steuerungsschaltung 50 vereinfacht werden, und die Leistungsverluste Ps können wirksam verringert werden, indem die Steuerung nur unter Verwendung der Verlustkennlinieninformationen J der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ durchgeführt wird, und zwar mittels des dritten Beispiels, wie oben beschrieben.
In dem obigen Beispiel sind die Verlustabbildungen M der Verlustkennlinieninformationen J einzeln für jede Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 aufgezeichnet, aber sie können auch für jede Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 aufgezeichnet sein. In diesem Fall stellt die Steuerungsschaltung 50 die Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 auf der Basis der Verlustkennlinieninformationen J ein.
Die oben beschriebenen Verlustkennlinieninformationen J sind Informationen, bei welchen die Leistungsverlustkennlinien jedes von der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und dem DC/DC-Umsetzer 30 aufgezeichnet sind. Die Verlustkennlinieninformationen J sind jedoch nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt, und sie können auch Informationen sein, bei welchen die Gesamt-Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und des DC/DC-Umsetzers 30 aufgezeichnet sind.
Für den Fall beispielsweise, dass die Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und die Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ gleichzeitig betrieben werden, wird die Möglichkeit angenommen, dass die Verluste der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ extrem zunehmen, wenn der Gleichspannungs-Befehlswert Vint ref, mit welchem die Verluste minimiert werden, in der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp ausgewählt ist. Wie oben beschrieben, kann in einem solchen Fall der Gleichspannungs-Befehlswert Vint ref, der die gesamten Leistungsverluste in der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100 verringert, auf der Basis der Verlustkennlinieninformationen J ausgewählt werden, in welchen die gesamten Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und des DC/DC-Umsetzers 30 aufgezeichnet sind, die die Gesamtverluste verringern.
Im Konstantstrom-Modus gilt Folgendes: In einem Fall, in welchem die Verlustkennlinieninformationen J verwendet werden, in welchen die gesamten Leistungsverluste aufgezeichnet sind, wie oben beschrieben, führt die Steuerungsschaltung 50 eine Steuerung ähnlich derjenigen in dem in 4 gezeigten Ablaufdiagramm durch. In diesem Fall gilt Folgendes: Für den Fall, dass eine Verlustabbildung M unter Verwendung der Übertragungsleistung ausgewählt wird, berechnet im Konstantstrom-Modus im Schritt S4 in 4 die Steuerungsschaltung 50 die Übertragungsleistung der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100 aus dem Gleichstrom-Befehlswert Ibat_ref und der detektierten Gleichspannung Vbat. Dann wählt die Steuerungsschaltung 50 eine Verlustabbildung M auf der Basis der berechneten Übertragungsleistung der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100 aus.
Im Konstantleistungs-Modus gilt Folgendes: Für den Fall, dass die Verlustkennlinieninformationen J verwendet werden, in welchen die gesamten Leistungsverluste aufgezeichnet sind, wie oben beschrieben, und weiter eine Verlustabbildung M unter Verwendung der Übertragungsleistung ausgewählt wird, berechnet die Steuerungsschaltung 50 die Übertragungsleistung der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100 aus der Wechselspannung Vac2 und dem Wechselstrom der kontaktlosen Energie-Empfangsspule 20in und dem AC-Leistungs-Befehlswert Pac ref. Dann wählt die Steuerungsschaltung 50 eine Verlustabbildung M auf der Basis der berechneten Übertragungsleistung der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100 aus.
Obwohl das Beispiel, in welchem die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 eingestellt wird, oben beschrieben ist, kann eine ähnliche Steuerung auch für die Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 durchgeführt werden. In diesem Fall weisen die Verlustkennlinieninformationen J eine Mehrzahl von Verlustabbildungen M auf, die für jeden Wert der Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 erfasst werden.
Die Energie-Umwandlungseinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, bietet die gleichen Wirkungen wie die Ausführungsform 1, und sie kann gleichzeitig eine Energiezufuhr mit der Energieversorgungsfunktion mittels des drahtgebundenen Verfahrens und der Energieversorgungsfunktion mittels des drahtlosen Verfahrens durchführen, und zwar ungeachtet der Werte der entgegengenommen Spannungen auf Seiten des drahtgebundenen Verfahrens und auf Seiten des drahtlosen Verfahrens.
Außerdem hat die Steuerungsschaltung 50 die Verlustkennlinieninformationen J, in welchen die Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und des DC/DC-Umsetzers 30 aufgezeichnet sind, und sie hat den dritten Modus, in welchem die Steuerungsschaltung 50 die Gleichspannung Vlink des DC-Verbindungskondensators 4 oder die Gleichspannung Vint des integrierten Kondensators 5 einstellt, und zwar auf der Basis der Verlustkennlinieninformationen J. Da der Wert der Gleichspannung Vint, mit welcher die Leistungsverluste minimiert werden, in den Verlustkennlinieninformationen J aufgezeichnet ist, wie oben beschrieben, kann die Zeit vom Beginn der Verlustverringerung mittels des dritten Modus bis zum Vorgeben der Gleichspannung Vint signifikant verkürzt werden, so dass die Leistungsverluste schnell minimiert werden können.
Die Verlustkennlinieninformationen J sind Informationen, bei welchen die Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ entsprechend dem Wert der Eingangsspannung (der Wechselspannungen Vacl und Vac2) und die Leistungsverlustkennlinien des DC/DC-Umsetzers 30 entsprechend dem Wert der Ausgangsspannung (der Gleichspannung Vbat der Last 6) aufgezeichnet sind. Indem die Verlustkennlinieninformationen J auf der Basis der Kennlinien der Umsetzer konfiguriert werden, die sich in Abhängigkeit von den Eingangs- und Ausgangsspannungen ändern, wie oben beschrieben, können die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint weiter akkurat gesteuert werden.
Die Verlustkennlinieninformationen J weisen eine Mehrzahl von Verlustabbildungen M auf, in welchen die Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und des DC/DC-Umsetzers 30 aufgezeichnet sind, so dass sie der Gleichspannung Vlink oder der Gleichspannung Vint entsprechen. Die Steuerungsschaltung 50 wählt die Verlustabbildung M entsprechend einem Wert in der einstellbaren Spanne S für die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint aus der Mehrzahl von Verlustabbildungen M aus. Da die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint auf der Basis der einstellbaren Spanne S eingestellt werden, in welcher die tatsächliche Vorgabe möglich ist, wie oben beschrieben, kann der Betriebszustand der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 stabilisiert werden.
In einem Fall, in welchem DC-Leistung der Last 6 nur unter Verwendung der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp zugeführt wird, verwendet die Steuerungsschaltung 50 die Verlustkennlinieninformationen J, in welchen die Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp aufgezeichnet sind. In einem Fall, in welchem DC-Leistung der Last 6 nur unter Verwendung der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ zugeführt wird, verwendet die Steuerungsschaltung 50 die Verlustkennlinieninformationen J, in welchen die Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ aufgezeichnet sind.
Indem die Steuerung unter Verwendung der Verlustkennlinieninformationen J einer zu betreibenden Ladeeinrichtung aus der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp und der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ durchgeführt wird, wie oben beschrieben, kann die Steuerung in der Steuerungsschaltung 50 vereinfacht werden, und die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint kann schnell eingestellt werden.
Für den Fall, dass DC-Leistung sowohl von der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, als auch der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ der Last 6 zugeführt wird, können die Verlustkennlinieninformationen J verwendet werden, in welchen die gesamten Leistungsverlustkennlinien sowohl von der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, als auch der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ aufgezeichnet sind. Außerdem können auch die Verlustkennlinieninformationen J verwendet werden, in welchen die gesamten Leistungsverlustkennlinien der Ladeeinrichtung 10 vom Kontakttyp, der Ladeeinrichtung 20 vom kontaktlosen Typ und des DC/DC-Umsetzers 30 aufgezeichnet sind. Demzufolge können die Leistungsverluste in der gesamten Energie-Umwandlungseinrichtung 100 minimiert werden.
Ausführungsform 4
Nachfolgend wird Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung beschrieben, und zwar mit Fokus auf die Unterschiede zu den Ausführungsformen 1 bis 3, die oben beschrieben sind, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Gleiche Teile wie diejenigen bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren erneute Beschreibung wird weggelassen.
13 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Energie-Umwandlungseinrichtung 400 gemäß Ausführungsform 4 zeigt.
Wie in der Zeichnung gezeigt, weist die Energie-Umwandlungseinrichtung 400 einen Umgebungsinformations-Sensor 477 auf, der Umgebungsinformationen erfasst, wie z. B. Temperaturinformationen Ta der jeweiligen Energie-Umwandlungsschaltungen 10, 20 und 30 der Energie-Umwandlungseinrichtung 100.
Die Steuerungsschaltung 50 schaltet zwischen dem bei der Ausführungsform 1 beschriebenen ersten Modus, dem bei der Ausführungsform 2 beschriebenen zweiten Modus und dem bei der Ausführungsform 3 beschriebenen dritten Modus um, und zwar auf der Basis der erfassten Temperaturinformationen Ta.
Beispielsweise wird angenommen, dass die Steuerungsschaltung 50 die Steuerung zur Leistungsverlust-Verringerung durch den dritten Modus unter Verwendung der Verlustkennlinieninformationen J durchführt. Wenn jedoch ein Temperaturanstieg von jeder der Energie-Umwandlungsschaltungen 10, 20 und 30 auf der Basis der Temperaturinformationen detektiert wird, die vom Umgebungsinformations-Sensor 477 erfasst werden, schaltet die Steuerungsschaltung 50 in den ersten Modus um, in welchem die tatsächlichen Leistungsverluste Ps detektiert werden und die Gleichspannung Vlink oder die Gleichspannung Vint eingestellt werden.
Da die Verlustkennlinieninformationen J, die im dritten Modus verwendet werden sollen, auf den Leistungsverlustkennlinien basieren, die im Voraus in einer Teststufe oder dergleichen erfasst worden sind, gilt Folgendes: Wenn die Temperaturen der Energie-Umwandlungsschaltungen 10, 20 und 30 steigen, besteht die Möglichkeit, dass eine Abweichung zwischen den Leistungsverlustkennlinien, die in den Verlustkennlinieninformationen J aufgezeichnet sind, und den tatsächlichen Leistungsverlustkennlinien der Energie-Umwandlungsschaltungen 10, 20 und 30 auftritt.
Indem Umgebungsinformationen auf der Basis des tatsächlichen Betriebszustands der Energie-Umwandlungseinrichtung 100 erfasst werden und ein Modus entsprechend den Umgebungsinformationen ausgewählt wird, wie oben beschrieben, kann die Steuerungsschaltung 50 weiter die Leistungsverluste akkurat verringern.
Obwohl die obige Beschreibung anhand verschiedener beispielhafter Ausführungsformen und Implementierungen erfolgt ist, versteht es sich, dass die verschiedenen Merkmale, Aspekte und Funktionalitäten, die in einer oder mehreren der einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, in deren Anwendbarkeit nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt ist, mit welcher sie beschrieben sind, sondern stattdessen - allein oder in verschiedenen Kombinationen - bei einer oder mehreren der Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können.
Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen konfiguriert werden können, die nicht beispielhaft beschrieben sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann zumindest eine der Komponenten modifiziert, hinzugefügt oder weggelassen werden. Zumindest eine der Komponenten, die in zumindest einer der bevorzugten Ausführungsformen erwähnt ist, kann ausgewählt werden und mit den Komponenten kombiniert werden, die in einer anderen bevorzugten Ausführungsform erwähnt sind.
Bezugszeichenliste

1: AC-Energieversorgung
4: DC-Verbindungskondensator (erster DC-Kondensator)
5: integrierter Kondensator (zweiter DC-Kondensator)
10: Ladeeinrichtung vom Kontakttyp (erste Energie-Umwandlungsschaltung)
11: AC/DC-Umsetzer (erste Umsetzerschaltung)
15: DC/DC-Trennumsetzer (zweite Umsetzerschaltung)
20: Ladeeinrichtung vom kontaktlosen Typ (zweite Energie-Umwandlungsschaltung)
30: DC/DC-Umsetzer (dritte Energie-Umwandlungsschaltung)
50: Steuerungsschaltung
100: Energie-Umwandlungseinrichtung
400: Energie-Umwandlungseinrichtung
477: Umgebungsinformations-Sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015208171 A [0008]
JP 2016524890 A [0008]

Claims

Energie-Umwandlungseinrichtung, die Folgendes aufweist: - eine erste Energie-Umwandlungsschaltung, die an einem ersten Ende mit einer AC-Energieversorgung verbunden ist und eine erste Umsetzerschaltung zum Umsetzen einer Eingangsspannung aus der AC-Energieversorgung in eine Gleichspannung aufweist, und eine zweite Umsetzerschaltung zum Aufwärtswandeln oder Abwärtswandeln der Gleichspannung, die aus der Umsetzung mittels der ersten Umsetzerschaltung herrührt, und zum Ausgeben der Gleichspannung durch ein zweites Ende; - eine zweite Energie-Umwandlungsschaltung, die eine kontaktlose Energie-Empfangsspule als ein erstes Ende zum Entgegennehmen von Energie auf eine kontaktlose Art und Weise mittels magnetischer Kopplung mit einer Energie-Übertragungsspule einer Energie-Übertragungseinrichtung aufweist, und eine dritte Umsetzerschaltung zum Umsetzen einer Wechselspannung, die von der kontaktlosen Energie-Empfangsspule entgegengenommen wird, in eine Gleichspannung und zum Ausgeben der Gleichspannung durch ein zweites Ende; - eine dritte Energie-Umwandlungsschaltung, die an einem zweiten Ende mit einer Last verbunden ist, wobei die dritte Energie-Umwandlungsschaltung zum Aufwärtswandeln oder Abwärtswandeln einer Gleichspannung, die durch ein erstes Ende eingegeben wird, und zum Durchführen einer Energieversorgung an die Last dient; - einen ersten DC-Kondensator und einen zweiten DC-Kondensator, die jeweils zum Glätten einer Gleichspannung dienen; und - eine Steuerungsschaltung zum Steuern der ersten Energie-Umwandlungsschaltung, der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung und der dritten Energie-Umwandlungsschaltung, wobei das zweite Ende der ersten Energie-Umwandlungsschaltung und das zweite Ende der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung mit dem ersten Ende der dritten Energie-Umwandlungsschaltung über einen integrierten Bus verbunden sind, wobei der erste DC-Kondensator zwischen die erste Umsetzerschaltung und die zweite Umsetzerschaltung geschaltet ist, und wobei der zweite DC-Kondensator mit dem integrierten Bus verbunden ist, so dass es ermöglicht wird, dass DC-Leistung, die zumindest aus entweder der ersten Energie-Umwandlungsschaltung oder der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung ausgegeben wird, der Last über die dritte Energie-Umwandlungsschaltung zugeführt wird, und wobei die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators oder die Gleichspannung des zweiten DC-Kondensators so einstellt, dass die Leistungsverluste von zumindest einer von der ersten Energie-Umwandlungsschaltung, der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung und der dritten Energie-Umwandlungsschaltung verringert werden.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung einen ersten Modus aufweist, in welchem: die Steuerungsschaltung Leistungsverluste von zumindest einer aus der ersten Energie-Umwandlungsschaltung, der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung und der dritten Energie-Umwandlungsschaltung detektiert, und zwar zu jeder ersten vorgegebenen Zeit, wenn die detektierten jüngsten Leistungsverluste kleiner sind als die Leistungsverluste, die zu der ersten vorgegebenen Zeit vorher detektiert worden sind, die Steuerungsschaltung einen vorgegebenen Korrekturwert einem Spannungsbefehlswert des ersten DC-Kondensators oder des zweiten DC-Kondensators hinzufügt, wenn die detektierten jüngsten Leistungsverluste gleich groß wie oder größer sind als die Leistungsverluste, die zu der ersten vorgegebenen Zeit vorher detektiert worden sind, die Steuerungsschaltung den Korrekturwert, der eine invertierte Polarität hat, dem Spannungsbefehlswert des ersten DC-Kondensators oder des zweiten DC-Kondensators hinzufügt, und die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators oder des zweiten DC-Kondensators einstellt.
Energie-Umwandlungsschaltung nach Anspruch 1, die ferner einen Stromdetektor zum Detektieren eines Ausgangsstroms der dritten Energie-Umwandlungsschaltung aufweist, wobei die Steuerungsschaltung einen zweiten Modus hat, in welchem die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators oder des zweiten DC-Kondensators einstellt, so dass der detektierte Ausgangsstrom der dritten Energie-Umwandlungsschaltung maximiert ist.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei im zweiten Modus: die Steuerungsschaltung den Ausgangsstrom der dritten Energie-Umwandlungsschaltung detektiert, und zwar zu jeder zweiten vorgegebenen Zeit, wenn der detektierte jüngste Ausgangsstrom gleich groß wie oder größer ist als der Ausgangsstrom, der zu der zweiten vorgegebenen Zeit vorher detektiert worden ist, die Steuerungsschaltung einen vorgegebenen Korrekturwert einem Spannungsbefehlswert des ersten DC-Kondensators hinzufügt, wenn der detektierte jüngste Ausgangsstrom kleiner ist als der Ausgangsstrom, der zu der ersten vorgegebenen Zeit vorher detektiert worden ist, die Steuerungsschaltung den Korrekturwert, der eine invertierte Polarität hat, dem Spannungsbefehlswert des ersten DC-Kondensators oder des zweiten DC-Kondensators hinzufügt, und die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators oder des zweiten DC-Kondensators einstellt.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung Verlustkennlinieninformationen aufweist, in welchen eine Leistungsverlustkennlinie von zumindest einer aus der ersten Energie-Umwandlungsschaltung, der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung und der dritten Energie-Umwandlungsschaltung aufgezeichnet ist, und wobei die Steuerungsschaltung einen dritten Modus aufweist, in welchem die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators oder des zweiten DC-Kondensators einstellt, und zwar auf der Basis der Verlustkennlinieninformationen.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 5, wobei in den Verlustkennlinieninformationen: Leistungsverlustkennlinien der ersten Energie-Umwandlungsschaltung und der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung entsprechend den jeweiligen Eingangsspannungen der ersten Energie-Umwandlungsschaltung und der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung aufgezeichnet sind, und wobei eine Leistungsverlustkennlinie der dritten Energie-Umwandlungsschaltung entsprechend einer Spannung der Last aufgezeichnet ist.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 6, die ferner einen Spannungsdetektor zum Detektieren einer Gleichspannung der Last aufweist, wobei die Verlustkennlinieninformationen eine Mehrzahl von Verlustabbildungen aufweisen, in welchen Leistungsverlustkennlinien der ersten Energie-Umwandlungsschaltung, der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung und der dritten Energie-Umwandlungsschaltung aufgezeichnet sind, so dass sie jedem Gleichspannungswert des zweiten DC-Kondensators entsprechen, und wobei im dritten Modus: - die Steuerungsschaltung eine einstellbare Spanne für die Gleichspannung des zweiten DC-Kondensators auf der Basis der detektierten Gleichspannung der Last berechnet, - die Steuerungsschaltung die Verlustabbildung entsprechend einem Wert in der berechneten einstellbaren Spanne für den zweiten DC-Kondensators aus der Mehrzahl von Verlustabbildungen auswählt, und - die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des zweiten DC-Kondensators auf der Basis der ausgewählten Verlustabbildung einstellt.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 6, die ferner einen Spannungsdetektor zum Detektieren einer Spannung der AC-Energieversorgung aufweist, wobei die Verlustkennlinieninformationen eine Mehrzahl von Verlustabbildungen aufweisen, in welchen Leistungsverlustkennlinien der ersten Energie-Umwandlungsschaltung, der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung und der dritten Energie-Umwandlungsschaltung aufgezeichnet sind, so dass sie jedem Gleichspannungswert des ersten DC-Kondensators entsprechen, und wobei im dritten Modus: - die Steuerungsschaltung eine einstellbare Spanne für die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators auf der Basis der detektierten Spannung der AC-Energieversorgung berechnet, - die Steuerungsschaltung die Verlustabbildung entsprechend einem Wert in der berechneten einstellbaren Spanne für den ersten DC-Kondensator aus der Mehrzahl von Verlustabbildungen auswählt, und - die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators auf der Basis der ausgewählten Verlustabbildung einstellt.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei im dritten Modus: - die Steuerungsschaltung DC-Leistung der Last unter Verwendung nur der ersten Energie-Umwandlungsschaltung zuführt, und - die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators oder des zweiten DC-Kondensators einstellt, und zwar auf der Basis der Verlustkennlinieninformationen der ersten Energie-Umwandlungsschaltung.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei im dritten Modus: - die Steuerungsschaltung die DC-Leistung aus der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung der Last unter Verwendung nur der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung zuführt, und - die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des zweiten DC-Kondensators einstellt, und zwar auf der Basis der Verlustkennlinieninformationen der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Gesamt-Leistungsverlustkennlinie, die die Summe der Leistungsverlustkennlinie der ersten Energie-Umwandlungsschaltung, der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung und der dritten Energie-Umwandlungsschaltung ist, in den Verlustkennlinieninformationen aufgezeichnet ist, und wobei im dritten Modus: - die Steuerungsschaltung die gesamte DC-Leistung aus der ersten Energie-Umwandlungsschaltung und der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung der Last zuführt, und zwar unter Verwendung der ersten Energie-Umwandlungsschaltung und der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung, und - die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators oder des zweiten DC-Kondensators einstellt, und zwar auf der Basis der Verlustkennlinieninformationen, in welchen die gesamten Leistungsverlustkennlinien aufgezeichnet sind.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 bis 7 und 9 bis 11, wobei die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des zweiten DC-Kondensators einstellt, indem sie ein Schaltelement der zweiten Umsetzerschaltung steuert.
Energie-Umwandlungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9 bis 11, wobei die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des zweiten DC-Kondensators einstellt, indem sie ein Schaltelement der dritten Energie-Umwandlungsschaltung steuert.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 5, 6, 8, 9 und 11, wobei die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators einstellt, indem sie ein Schaltelement der ersten Umsetzerschaltung steuert.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 8, 9 und 11, wobei die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators einstellt, indem sie ein Schaltelement der zweiten Umsetzerschaltung steuert.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 2, die ferner Folgendes aufweist: - einen Stromdetektor zum Detektieren eines Ausgangsstroms der dritten Energie-Umwandlungsschaltung; und - einen Umgebungsinformations-Sensor zum Erfassen von Umgebungsinformationen der Energie-Umwandlungseinrichtung, wobei die Steuerungsschaltung Folgendes aufweist: den ersten Modus, einen zweiten Modus, in welchem die Steuerungsschaltung die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators oder des zweiten DC-Kondensators einstellt, so dass der detektierte Ausgangsstrom der dritten Energie-Umwandlungsschaltung maximiert wird, und einen dritten Modus, in welchem die Steuerungsschaltung Verlustkennlinieninformationen aufweist, in welchen Verlustkennlinien der ersten Energie-Umwandlungsschaltung, der zweiten Energie-Umwandlungsschaltung und der dritten Energie-Umwandlungsschaltung aufgezeichnet sind, und die Gleichspannung des ersten DC-Kondensators oder des zweiten DC-Kondensators auf der Basis der Verlustkennlinieninformationen einstellt, und die Steuerungsschaltung zwischen dem ersten Modus, dem zweiten Modus und dem dritten Modus auf der Basis der erfassten Umgebungsinformationen umschaltet.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite vorgegebene Zeit gemäß einem Schaltintervall eines Schaltelements der dritten Energie-Umwandlungsschaltung vorgegeben ist.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die zweite Umsetzerschaltung Folgendes aufweist: - eine Wechselrichterschaltung zum Umsetzen der Gleichspannung aus der Umwandlung mittels der ersten Umsetzerschaltung in eine Wechselspannung; - einen Trenntransformator zum Entgegennehmen und Trennen der Wechselspannung aus der Wechselrichterschaltung auf einer Primärseite und Zuführen der Wechselspannung auf einer Sekundärseite; und eine vierte Umsetzerschaltung zum Umsetzen der Wechselspannung, die von der Sekundärseite des Trenntransformators entgegengenommen worden ist, in eine Gleichspannung.