DE112020004731T5

DE112020004731T5 - Leistungswandler

Info

Publication number: DE112020004731T5
Application number: DE112020004731.8T
Authority: DE
Inventors: Seiji Iyasu; Syusei Nishimura; Atsushi Fukaya
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2022-06-15
Also published as: JP7133103B2; WO2021065222A1; JPWO2021065222A1; US20220231619A1; CN114586273A

Abstract

Ein Leistungswandler (10) umfasst einen Verbindungspfad (60), der eine negative Seite einer ersten wiederaufladbaren Batterie (21), eine positive Seite einer zweiten wiederaufladbaren Batterie (22), die in Reihe mit der ersten wiederaufladbaren Batterie verbunden ist, und einen neutralen Punkt (O) der Wicklungen (41U, 41V, 41W, 41X, 41Y) einer rotierenden elektrischen Maschine (40) elektrisch verbindet. Der Leistungswandler umfasst weiterhin eine Steuerungseinheit (70), die dazu konfiguriert ist, eine Schaltsteuerung eines Schalters eines oberen Zweiges (QUH, QVH, QWH, QXH, QYH) und eines Schalters eines unteren Zweiges (QUL, QVL, QWL, QXL, QYL) für jede Phase durchzuführen, um eine Energie zwischen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie durch Leiten eines Stroms zwischen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie über einen Wechselrichter (30), die Wicklungen und den Verbindungspfad zu übertragen.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-183117 , eingereicht am 3. Oktober 2019, deren Inhalte hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen sind.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Leistungswandler.
Hintergrund
Konventionell ist eine Spannungsausgleichseinrichtung bekannt, die Anschlussspannungen zwischen Batteriezellen, die eine zusammengesetzte Batterie bilden, ausgleicht, wie in der PTL1 beschrieben ist. Speziell umfasst diese Spannungsausgleichseinrichtung zwei Schaltelemente, eines für jede von zwei nebeneinander liegenden Batteriezellen, und eine Drosselspule. Die Schaltelemente und die Drosselspule formen einen Abwärts-/Aufwärtswandler. Dieser Abwärts-/Aufwärtswandler arbeitet, um eine Energie zwischen den Batteriezellen zu übertragen, um die Anschlussspannungen zwischen den Batteriezellen auszugleichen.
Zitierliste
Patentliteratur
PTL1: JP 2013-247690 A
Kurzfassung der Erfindung
Die Spannungsausgleichseinrichtung, die in PTL1 beschrieben ist, benötigt dedizierte Schaltelemente und die Drosselspule, um eine Energie zwischen den Batteriezellen zu übertragen. Somit gibt es Bedenken, dass sich die Größe der Spannungsausgleichseinrichtung erhöhen könnte.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen Leistungswandler bereitzustellen, der verkleinert werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Leistungswandler eine rotierende elektrische Maschine mit Wicklungen, und einen Inverter beziehungsweise Wechselrichter mit einer Reihenschaltung eines Schalters eines oberen Zweiges und eines Schalters eines unteren Zweiges für jede Phase. Der Leistungswandler umfasst weiterhin einen Verbindungspfad, der eine negative Seite einer ersten wiederaufladbaren Batterie, eine positive Seite einer zweiten wiederaufladbaren Batterie, die mit der ersten wiederaufladbaren Batterie in Reihe verbunden ist, und einen neutralen Punkt der Wicklungen elektrisch miteinander verbindet, und eine Steuerungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Schaltsteuerung des Schalters des oberen Zweiges und des Schalters des unteren Zweiges für jede Phase durchzuführen, um eine Energie zwischen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie zu übertragen, durch Leiten von Strom zwischen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie über den Wechselrichter, die Wicklungen und den Verbindungspfad.
In der vorliegenden Offenbarung sind die negative Seite der ersten wiederaufladbaren Batterie und die positive Seite der zweiten wiederaufladbaren Batterie mit dem neutralen Punkt der Wicklungen durch den Verbindungspfad elektrisch verbunden. Deshalb ermöglicht die Schaltsteuerung der Schalter des oberen und unteren Zweiges, dass ein Strom zwischen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie über den Wechselrichter, die Wicklungen und den Verbindungspfad fließt, was eine Energieübertragung zwischen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie vorstehend beschrieben, kann eine Energie zwischen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie dadurch übertragen werden, dass die Wicklungen und der Wechselrichter der rotierenden elektrischen Maschine geteilt werden bzw. gemeinsam verwendet werden. Dies macht es möglich, die Größe des Wechselrichters zu reduzieren.
Figurenliste
Die vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die anhängigen Zeichnungen ersichtlicher. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein schematisches Diagramm eines Leistungswandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 ein Ablaufdiagramm von Prozessschritten, die durch eine Steuerungseinheit durchgeführt werden;
3 ein schematisches Diagramm einer Ersatzschaltung;
4 ein Blockdiagramm, das einen Prozess darstellt, der durch die Steuerungseinheit durchgeführt wird, wenn ein Fahrzeug stationär ist;
5 eine Darstellung eines Verfahrens des Einstellens eines Sollstroms;
6 ein Blockdiagramm, das einen Prozess darstellt, der durch die Steuerungseinheit durchgeführt wird, wenn die rotierende elektrische Maschine angetrieben wird;
7 ein Zeitdiagramm, das einen Übergang von jeder Modulationsrate während einer Leistungsübertragung von einer ersten wiederaufladbaren Batterie zu einer zweiten wiederaufladbaren Batterie darstellt;
8 ein Zeitdiagramm, das einen Übergang von jeder Modulationsrate während einer Leistungsübertragung von der zweiten wiederaufladbaren Batterie zu der ersten wiederaufladbaren Batterie darstellt;
9 ein Zeitdiagramm, das einen Übergang von jedem Phasenstrom oder Ähnlichem während einer Leistungsübertragung von der ersten wiederaufladbaren Batterie zu der zweiten wiederaufladbaren Batterie darstellt;
10 ein Zeitdiagramm, das einen Übergang von jedem Phasenstrom oder Ähnlichem während einer Leistungsübertragung von der zweiten wiederaufladbaren Batterie zu der ersten wiederaufladbaren Batterie darstellt;
11 ein schematisches Diagramm eines Leistungswandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
12 ein schematisches Diagramm eines Leistungswandlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
13 ein schematisches Diagramm eines Leistungswandlers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
14 ein schematisches Diagramm eines Leistungswandlers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
15 ein Ablaufdiagramm von Prozessschritten, die durch eine Steuerungseinheit durchgeführt werden;
16 ein Zeitdiagramm, das einen Übergang von jedem Phasenstrom oder Ähnlichem während eines Ladens von einem externen Ladegerät darstellt;
17 ein schematisches Diagramm eines Leistungswandlers gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
<Erstes Ausführungsbeispiel>
Ein Leistungswandler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung wird nun mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben. Der Leistungswandler des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist zum Beispiel an einem Elektrofahrzeug (EV, „electric vehicle“) oder einem Hybridfahrzeug (HV, „hybrid vehicle“) angebracht.
Wie in 1 dargestellt ist, umfasst der Leistungswandler 10 einen Wechselrichter bzw. Inverter 30 und eine rotierende elektrische Maschine 40. Die rotierende elektrische Maschine 40 ist eine Drei-Phasen-Synchronmaschine mit U-, V- und W-Phasen-Wicklungen 41U, 41V, 41W, die sternförmig verbunden sind, als Statorwicklungen. Die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen 41U, 41V, 41W sind um 120° elektrisch phasenverschoben. Die rotierende elektrische Maschine 40 ist zum Beispiel eine Permanentmagnet-Synchronmaschine. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die rotierende elektrische Maschine 40 eine am Fahrzeug angebrachte Hauptbewegungseinrichtung, die als eine Antriebsleistungsquelle des Fahrzeugs dient.
Der Wechselrichter 30 umfasst eine Reihenverbindung eines Schalters eines oberen Zweigs QUH und eines Schalters eines unteren Zweigs QUL der U-Phase, eines Schalters eines oberen Zweigs QVH und eines Schalters eines unteren Zweigs QVL der V-Phase und eines Schalters eines oberen Zweigs QWH und eines Schalters eines unteren Zweigs QWL der W-Phase. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder der Schalter QUH, QVH, QWH, QUL, QVL und QWL ein spannungsgesteuertes Halbleiterschaltelement, wie etwa ein Biopolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT,„insulated gate bipolar transistor‟). Deshalb ist der hochseitige („high-side“) Anschluss von jedem der Schalter QUH, QVH, QWH, QUL, QVL und QWL der Kollektor. Der niederseitige („low-side“) Anschluss von jedem der Schalter QUH, QVH, QWH, QUL, QVL und QWL ist der Emitter. Jeder der Schalter QUH, QVH, QWH, QUL, QVL und QWL ist mit einer Freilaufdiode, die antiparallel verbunden ist, bereitgestellt.
Der Emitter des Schalters des oberen Zweigs QUH der U-Phase und der Kollektor des Schalters des unteren Zweigs QUL der U-Phase sind mit einem ersten Ende der U-Phasen-Wicklung 41U über ein U-Phasen-Leiterelement 32U, wie etwa eine Stromschiene verbunden. Der Emitter des Schalters des oberen Zweigs QVH der V-Phase und der Kollektor des Schalters des unteren Zweigs QVL der V-Phase sind mit einem ersten Ende der V-Phasen-Wicklung 41V über ein V-Phasen-Leiterelement 32V, wie etwa eine Stromschiene verbunden. Der Emitter des Schalters des oberen Zweigs QWH der W-Phase und der Kollektor des Schalters des unteren Zweigs QWL der W-Phase sind mit einem ersten Ende der W-Phasen-Wicklung 41W über ein W-Phasen-Leiterelement 32W, wie etwa eine Stromschiene verbunden. Zweite Enden der U-, V- und W-Phasen-Wicklungen 41U, 41V, 41W sind miteinander an einem neutralen Punkt O verbunden. Dies bedeutet, dass die Phasenwicklungen 41U, 41V, 41W derart konfiguriert sind, dass sie die gleiche Induktivität aufweisen.
Der Kollektor von jedem der Schalter des oberen Zweiges QUH, QVH und QWH ist mit dem positiven Anschluss der zusammengesetzten Batterie 20 durch eine positive Schiene Lp, wie etwa eine Stromschiene, verbunden. Der Emitter von jedem der Schalter des unteren Zweiges QUL, QVL, QWL ist mit dem negativen Anschluss der zusammengesetzten Batterie 20 durch eine negative Schiene Ln, wie etwa eine Stromschiene, verbunden.
Der Leistungswandler 10 umfasst einen Kondensator 31, der die positive Schiene Lp und die negative Schiene Ln verbindet. Der Kondensator 31 kann in dem Inverter 30 umfasst sein oder kann außerhalb des Inverters 30 bereitgestellt sein.
Die zusammengesetzte Batterie 20 ist als eine Reihenverbindung von Batteriezellen als eine einzelne Batterie konfiguriert, mit einer Anschlussspannung von zum Beispiel mehreren 100 Volt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Anschlussspannungen (zum Beispiel die Nennspannung beziehungsweise Betriebsspannung) von entsprechenden der Batteriezellen, die die zusammengesetzte Batterie 20 bilden, eingestellt, so dass diese zueinander gleich sind. Zum Beispiel kann jede Batteriezelle eine Sekundärbatterie, wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie sein. Die zusammengesetzte Batterie 20 kann außerhalb des Leistungswandlers 10 bereitgestellt sein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, unter den Batteriezellen, die die zusammengesetzte Batterie 20 bilden, bildet eine Reihenverbindung einer Vielzahl von Batteriezellen auf der hohen Seite eine erste wiederaufladbare Batterie 21 und bildet eine Reihenverbindung einer Vielzahl von Batteriezellen auf der niedrigen Seite eine zweite wiederaufladbare Batterie 22. Das heißt, die zusammengesetzte Batterie 20 ist in zwei Blöcke aufgeteilt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anzahl von Batteriezellen, die die erste wiederaufladbare Batterie 21 bildet, und die Anzahl von Batteriezellen, die die zweite wiederaufladbare Batterie 22 bildet, zueinander gleich. Deshalb sind die Anschlussspannung (zum Beispiel Nennspannung beziehungsweise Betriebsspannung) der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und die Anschlussspannung (zum Beispiel Nennspannung beziehungsweise Betriebsspannung) der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 gleich zueinander.
In der zusammengesetzten Batterie sind der negative Anschluss der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der positive Anschluss der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 mit einem Zwischenanschluss B verbunden.
Der Leistungswandler 10 umfasst eine Überwachungseinheit 50. Die Überwachungseinheit 50 überwacht die Anschlussspannung, den Ladezustand (SOC, „state of charge“), den Gesundheitszustand (SOH, „state of health“), die Temperatur und ähnliches von jeder der Batteriezellen, die die zusammengesetzte Batterie bilden.
Der Leistungswandler 10 umfasst einen Verbindungspfad 60 und einen Verbindungsschalter 61. Der Verbindungspfad 60 verbindet den Zwischenanschluss B der zusammengesetzten Batterie 20 elektrisch mit dem neutralen Punkt O. Der Verbindungsschalter 61 ist auf dem Verbindungspfad 60 bereitgestellt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Relais als der Verbindungsschalter 61 verwendet. Wenn der Verbindungsschalter 61 eingeschaltet wird, sind der Zwischenanschluss B und der neutrale Punkt O elektrisch miteinander verbunden. Wenn der Verbindungsschalter 61 ausgeschaltet wird, sind der Zwischenanschluss B und der neutrale Punkt O elektrisch getrennt.
Der Leistungswandler 10 umfasst einen Stromsensor 62 und einen Phasenstromsensor 63. Der Stromsensor 62 umfasst einen Strom, der durch den Verbindungspfad 60 fließt. Der Phasenstromsensor 63 erfasst zumindest zwei der drei Phasenströme. Der Phasenstromsensor 63 erfasst zum Beispiel Ströme, die durch zumindest zwei der Leiterelemente 32U bis 32W fließen. Erfasste Werte von jedem der Stromsensoren 62, 63 werden an die Steuerungseinheit 70 (entsprechend einer Steuerungseinheit), die in dem Leistungswandler 10 umfasst ist, übertragen.
Die Steuerungseinheit 70 ist hauptsächlich als ein Mikrocomputer konfiguriert und führt eine Schaltsteuerung zum Steuern des Schaltens der Schaltelemente, die den Wechselrichter 3 bilden, durch, um eine geregelte Variable auf ihren Sollwert zu regeln. Die geregelte Variable ist zum Beispiel ein Drehmoment. In jeder Phase werden der Schalter des oberen Zweigs und der Schalter des unteren Zweigs abwechselnd eingeschaltet.
Die Steuerungseinheit 70 schaltet den Verbindungsschalter 61 an und aus und kann mit der Überwachungseinheit 50 kommunizieren. Die Steuerungseinheit 70 führt verschiedene Steuerungsfunktionen durch Ausführen von Programmen, die in einer Speichereinrichtung, die in der Steuerungseinheit 70 bereitgestellt ist, gespeichert sind, durch. Die verschiedenen Steuerungsfunktionen können durch elektronische Schaltungen als Hardware oder sowohl durch Hardware als auch Software implementiert werden.
Eine Ausgleichssteuerung, die durch die Steuerungseinheit 70 durchgeführt wird, wird nun beschrieben. 2 ist ein Ablaufdiagramm, das Prozessschritte eines Ausgleichssteuerungsprozesses darstellt. Dieser Ausgleichssteuerungsprozess wird durch die Steuerungseinheit 70 zum Beispiel zu jedem vordefinierten Steuerungszyklus wiederholt durchgeführt.
In Schritt S10 bestimmt die Steuerungseinheit 70, ob es eine Ausgleichsanforderung zum Ausgleichen der Anschlussspannungen der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 gibt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die Steuerungseinheit 70 bestimmt, dass ein Absolutwert einer Differenz zwischen der Anschlussspannung VBH der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der Anschlussspannung VBL der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 einen vordefinierten Wert ΔV überschreitet, bestimmt die Steuerungseinheit 70, dass es die Ausgleichsanforderung zum Ausgleichen der Anschlussspannungen der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 gibt. Die Anschlussspannung VBH der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und die Anschlussspannung VBL der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 können von der Überwachungseinheit 50 beschafft werden.
Wenn die Steuerungseinheit 70 in Schritt S10 bestimmt, dass es keine Ausgleichsanforderung gibt, geht der Prozess über zu Schritt S11, in dem die Steuerungseinheit 70 bestimmt, ob es eine Antriebsanforderung zum Antreiben der rotierenden elektrischen Maschine 40 gibt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst diese Antriebsanforderung eine Anforderung zum Antreiben des Fahrzeugs durch rotierendes Antreiben der rotierenden elektrischen Maschine 40.
Wenn die Steuerungseinheit 70 in Schritt S11 bestimmt, dass es keine Antriebsanforderung gibt, geht der Prozessablauf über zu Schritt S12. In Schritt S12 stellt die Steuerungseinheit 70 die Betriebsart der rotierenden elektrischen Maschine 40 auf eine Bereitschaftsbetriebsart ein. Ein Einstellen der Betriebsart auf die Bereitschaftsbetriebsart ermöglicht, dass jeder der Schalter des Wechselrichters 30, QUH bis QWL, ausgeschaltet wird. Dann schaltet die Steuerungseinheit 70 in Schritt S13 den Verbindungsschalter 61 aus. Dies trennt den Zwischenanschluss B elektrisch von dem neutralen Punkt O.
Wenn die Steuerungseinheit 70 in Schritt S11 bestimmt, dass es die Antriebsanforderung gibt, geht der Prozessablauf über zu Schritt S14. In Schritt S14 stellt die Steuerungseinheit 70 die Operationsbetriebsart der rotierenden elektrischen Maschine auf eine Antriebsbetriebsart ein. Dann schaltet die Steuerungseinheit 70 in Schritt S16 den Verbindungsschalter 61 ein. Dies verbindet den Zwischenanschluss B elektrisch mit dem neutralen Punkt O über den Verbindungspfad 60. Dann führt die Steuerungseinheit 70 in Schritt S16 eine Schaltsteuerung von jedem der Schalter des Wechselrichters 30, QUH bis QWL, durch, um die rotierende elektrische Maschine 40 rotierend anzutreiben. Dies veranlasst, dass sich Antriebsräder des Fahrzeugs 10 drehen, wodurch eine Bewegung des Fahrzeugs ermöglicht wird.
Wenn die Steuerungseinheit 70 in Schritt S10 bestimmt, dass es die Ausgleichsanforderung gibt, geht der Prozessablauf über zu Schritt S17. In Schritt S17 stellt die Steuerungseinheit 70 die Betriebsart der rotierenden elektrischen Maschine auf eine Ausgleichssteuerungsbetriebsart ein. Dann schaltet die Steuerungseinheit 70 in Schritt S18 den Verbindungsschalter 61 ein.
In Schritt S19 führt die Steuerungseinheit 40 die Ausgleichssteuerung durch, um die Anschlussspannungen der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 auszugleichen. Diese Ausgleichssteuerung wird nun beschrieben.
3(a) stellt eine Ersatzschaltung des Leistungswandlers 10 dar, der in der Ausgleichssteuerung verwendet wird. In 3(a), wird jede der Phasenwicklungen 41U bis 41W als eine Wicklung 41 bezeichnet, wird jeder der Schalter des oberen Zweigs QUH, QVH und QWH als ein Schalter des oberen Zweigs QH bezeichnet und wird jede der Dioden des oberen Zweigs DUH, DVH und DWH als eine Diode des oberen Zweigs DH bezeichnet. Jeder der Schalter des unteren Zweigs QL, QVL und QWL wird als ein Schalter des unteren Zweigs QL bezeichnet und jede der Dioden des unteren Zweigs DUL, DVL und DWL wird als eine Diode des unteren Zweigs DL bezeichnet.
Die Ersatzschaltung in 3(a) kann als eine Ersatzschaltung in 3(b) dargestellt werden. Die Schaltung in 3(b) ist eine Abwärts-/Aufwärts-Zerhackerschaltung bzw. „Buck-Boost-Chopper“-Schaltung, die eine Leistung zwischen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie 21 und 22 bidirektional übertragen kann. In 3(b) stellt IBH einen Strom dar, der durch die erste wiederaufladbare Batterie 21 fließt, und stellt IBL einen Strom dar, der durch die zweite wiederaufladbare Batterie 22 fließt. Wenn ein Ladestrom durch jede der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie 21, 22 fließt, nehmen IBH und IBL einen negativen Wert an. Wenn ein Entladestrom durch jede der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie 21, 22 fließt, nehmen IBH und IBL einen positiven Wert an. VR stellt eine Anschlussspannung über der Wicklung 41 dar und IR stellt einen Strom dar, der durch den neutralen Punkt O fließt. Wenn ein Strom durch den neutralen Punkt O in eine positive Richtung von der Wicklung 41 zu dem Zwischenanschluss B fließt, nimmt IR einen negativen Wert an. Wenn ein Strom durch den neutralen Punkt O in eine negative Richtung von dem Zwischenanschluss B zu der Wicklung 41 fließt, nimmt IR einen positiven Wert an.
Bezugnehmend auf 3(b), wenn der Schalter des oberen Zweigs QH eingeschaltet wird, wird die Anschlussspannung VR der Wicklung 41 gleich „VBH“. Wenn der Schalter des unteren Zweigs QL eingeschaltet wird, wird die Anschlussspannung VR der Wicklung 41 gleich „- VBL“. Das heißt, ein Einschalten des Schalters des oberen Zweigs QH kann verursachen, dass ein positiver Erregerstrom zu der Wicklung 41 fließt. Ein Einschalten des Schalters des unteren Zweigs QL kann verursachen, dass ein negativer Erregerstrom durch die Wicklung 41 fließt.
4 stellt ein Blockdiagramm der Ausgleichssteuerung dar. 4 ist ein Steuerungsblock einer Ausgleichssteuerung, die durchgeführt wird, während das Fahrzeug stationär ist, bevor die rotierende elektrische Maschine 40 angetrieben wird.
Die Steuerungseinheit 70 umfasst eine Ausgleichssteuerungseinheit 90. Die Ausgleichssteuerungseinheit 90 umfasst eine Sollwerteinstelleinheit 91, eine Neutralpunktabweichungsberechnungseinheit 92, eine Neutralpunktsteuerungseinheit 93 und U-, V- und W-Phasen-Überlagerungseinheiten 94U bis 94W.
Die Sollwerteinstelleinheit 91 stellt einen Neutralpunktsollstrom IM* ein. Speziell subtrahiert die Sollwerteinstelleinheit 91 die Anschlussspannung VBL der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 von der Anschlussspannung VBH der ersten wiederaufladbaren Batterie 21, um dadurch eine Beurteilungsspannung Vj (= VBH - VBL) zu berechnen. Wenn die berechnete Beurteilungsspannung Vj positiv ist, stellt die Sollwerteinstelleinheit 91 den Neutralpunktsollstrom IM* auf einen positiven Wert ein. Speziell, wie in 5 dargestellt ist, je höher die Beurteilungsspannung Vj ist, desto größer wird der Neutralpunktsollstrom IM* eingestellt.
Wenn die berechnete Beurteilungsspannung Vj negativ ist, stellt die Sollwerteinstelleinheit 91 den Neutralpunktsollstrom IM* auf einen negativen Wert ein. Speziell, wie in 5 dargestellt ist, je größer der Absolutwert der Beurteilungsspannung Vj ist, desto größer wird der Absolutwert des Neutralpunktsollstroms IM* eingestellt.
Die Neutralpunktabweichungsberechnungseinheit 92 subtrahiert einen Neutralpunktstrom IMr, der ein Strom ist, der durch den Stromsensor 62 erfasst wird, von dem Neutralpunktsollstrom IM*, um dadurch eine Neutralpunktstromabweichung ΔIM zu berechnen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Neutralpunktsollstrom IM* ein DC-Signal beziehungsweise Gleichstromsignal (DC, „direct-current“).
Die Neutralpunktsteuerungseinheit 93 berechnet einen Versatzkorrekturbetrag CF als eine manipulierte Variable zum Regeln der berechneten Neutralpunktstromabweichung ΔIM auf null. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Proportional-Integral-Regelung für diese Regelung verwendet. Die Regelung ist nicht auf die Proportional-Integral-Regelung begrenzt, sondern kann zum Beispiel eine Proportional-Integral-Differential-Regelung sein.
Die U-Phasen-Überlagerungseinheit 94U addiert den Versatzkorrekturbetrag CF zu einer U-Phasen-Sollspannung Vu, um eine finale U-Phasen-Sollspannung „Vu + CF“ zu berechnen. Die V-Phasen-Überlagerungseinheit 94V addiert den Versatzkorrekturbetrag CF zu einer V-Phasen-Sollspannung Vv, um eine finale V-Phasen-Sollspannung „Vv + CF“ zu berechnen. Die W-Phasen-Überlagerungseinheit 94W addiert den Versatzkorrekturbetrag CF zu einer W-Phasen-Sollspannung Vw, um eine finale W-Phasen-Sollspannung „Vw + CF“ zu berechnen. In dem Prozess, der in 4 dargestellt ist, wenn das Fahrzeug stationär ist, ist jede der U-, V- und W-Phasen-Sollspannungen Vu, Vv und Vw gleich null. Deshalb ist jede der finalen U-, V- und W-Phasen-Sollspannungen gleich dem Versatzkorrekturbetrag CF.
Die Steuerungseinheit 70 umfasst U-, V- und W-Phasen-Modulationseinheiten 95U, 95V, 95W. Die U-Phasen-Modulationseinheit 95U teilt die finale U-Phasen-Sollspannung durch eine Leistungsquellenspannung Vdc, um ein U-Phasen-Modulationsverhältnis Mu zu berechnen. Die Leistungsquellenspannung Vdc ist eine Summe der Anschlussspannung VBH der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der Anschlussspannung VBL der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22, die von der Überwachungseinheit 50 beschafft werden. Die V-Phasen-Modulationseinheit 95V teilt die finale V-Phasen-Sollspannung durch die Leistungsquellenspannung Vdc, um ein V-Phasen-Modulationsverhältnis Mv zu erhalten. Die W-Phasen-Modulationseinheit 95W teilt die finale W-Phasen-Sollspannung durch die Leistungsquellenspannung Vdc, um ein W-Phasen-Modulationsverhältnis Mw zu erhalten.
Basierend auf jedem der berechneten Modulationsverhältnisse Mu, Mv und Mw führt die Steuerungseinheit 70 eine Schaltsteuerung der Schalter QUH bis QWL der U-, V- und W-Phasen durch. Speziell zum Beispiel kann die Steuerungseinheit 70 eine Schaltsteuerung der Schalter QUH bis QWL der U-, V- und W-Phasen durch eine PWM-Regelung basierend auf einem Vergleich einer Größe zwischen einem Trägersignal (zum Beispiel Dreieck-Wellen Signalen) und jedem der Modulationsverhältnisse Mu, Mv und Mw durchführen.
Eine Ausgleichssteuerung kann nicht nur durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug stationär ist, sondern ebenso wenn sich das Fahrzeug durch Antreiben der rotierenden elektrischen Maschine 40 bewegt. 6 stellt einen Steuerungsblock einer Ausgleichssteuerung dar, wenn sich das Fahrzeug durch Antreiben der rotierenden elektrischen Maschine 40 bewegt. Zu Darstellungszwecken weisen in 6 die gleichen strukturellen Elemente wie in 4 die gleichen Bezugszeichen auf.
In der Steuerungseinheit 70 subtrahiert eine d-Achsen-Abweichungsberechnungseinheit 100d einen d-Achsen-Strom Idr von einem d-Achsen-Sollstrom Id*, um eine d-Achsen-Stromabweichung ΔId zu berechnen. Eine q-Achsen-Abweichungsberechnungseinheit 100q subtrahiert einen q-Achsen-Strom Iqr von einem q-Achsen-Sollstrom Iq*, um eine q-Achsen-Stromabweichung ΔIq zu berechnen. Der d-Achsen-Sollstrom Id* und der q-Achsen-Sollstrom Iq* werden basierend auf einem Solldrehmoment für die rotierende elektrische Maschine 40 eingestellt. Der d-Achsen-Strom Idr und der q-Achsen-Strom Iqr werden basierend auf erfassten Werten von dem Phasenstromsensor 63 und den elektrischen Winkeln der rotierenden elektrischen Maschine 40 eingestellt. Der elektrische Winkel kann ein erfasster Wert von einem Rotationswinkelsensor, wie etwa einem Drehgeber, sein oder kann ein geschätzter Wert sein, der in einer lagesensorlosen Steuerung geschätzt wird.
Eine d-Achsen-Steuerungseinheit 101d berechnet eine d-Achsen-Spannung Vd als eine manipulierte Variable, um die berechnete d-Achsen-Stromabweichung ΔId auf null zu regeln. Eine q-Achsen-Steuerungseinheit 101q berechnet eine q-Achsen-Spannung Vq als eine manipulierte Variable, um die berechnete q-Achsen-Stromabweichung ΔIq auf null zu regeln. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Proportional-Integral-Regelung als die Regelung von jeder der Steuerungseinheiten 101d, 101q verwendet. Die Regelung ist nicht auf die Proportional-Integral-Regelung begrenzt, sondern kann zum Beispiel eine Proportional-Integral-Differential-Regelung sein.
Eine Drei-Phasen-Wandlereinheit 102 berechnet U-, V- und W-Phasen-Sollspannungen Vu bis Vw in dem dreiphasigen festen Koordinatensystem basierend auf der d-Achsen-Spannung Vd, der q-Achsen-Spannung Vq und den vorstehenden elektrischen Winkeln. Die entsprechenden Phasensollspannungen Vu bis Vw sind Signale (speziell Sinussignale), die um einen elektrischen Winkel von 120° gegeneinander phasenverschoben sind.
Die U-, V- und W-Phasen-Überlagerungseinheiten 94U bis 94W addieren den Versatzkorrekturbetrag CF zu den U-, V- und W-Phasen-Sollspannungen, die durch die Drei-Phasen-Wandlereinheit 102 berechnet werden. Die finalen U-, V- und W-Phasen-Sollspannungen werden dadurch berechnet.
7 stellt einen Übergang von jeder der Phasenmodulationsraten Mu bis Mw in einem Fall dar, wenn der Sollstrom an dem neutralen Punkt bzw. der Neutralpunktsollstrom IM* positiv ist. In diesem Fall wird ein Strom von der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 an die zweite wiederaufladbare Batterie 22 zugeführt und werden die Anschlussspannungen der entsprechenden wiederaufladbaren Batterien 21, 22 ausgeglichen.
8 stellt einen Übergang von jeder der Phasenmodulationsraten Mu bis Mw in einem Fall dar, in dem der Neutralpunktsollstrom IM* negativ ist. In diesem Fall wird ein Strom von der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 an die erste wiederaufladbare Batterie 21 zugeführt und werden die Anschlussspannungen der entsprechenden wiederaufladbaren Batterien 21, 22 ausgeglichen.
9 stellt jede Wellenform in einem Fall dar, in dem der Neutralpunktsollstrom IM* auf einen positiven Wert eingestellt ist. 9(a) stellt einen Übergang von jedem der Phasenströme Iu, Iv und Iw dar. 9(b) stellt einen Übergang des Neutralpunktstroms IMr dar. 9(c) stellt einen Übergang des Stroms IBH, der durch die erste wiederaufladbare Batterie 21 fließt, dar. 9(d) stellt einen Übergang des Stroms IBL dar, der durch die zweite wiederaufladbare Batterie 22 fließt. 10 stellt jede Wellenform in einem Fall dar, in dem der Neutralpunktsollstrom IM* auf einen negativen Wert eingestellt ist. 10(a) bis (d) entsprechen 9(a) bis (d). Wie in 9(b) und 10(b) dargestellt ist, fließt ein Gleichstrom durch den Verbindungspfad 60.
Das vorstehend detailliert beschriebene vorliegende Ausführungsbeispiel kann die folgenden Vorteile bereitstellen.
Der Zwischenanschluss B und der Neutralpunkt O sind durch den Verbindungspfad 60 elektrisch verbunden. Deshalb, wenn bestimmt ist, dass es die Ausgleichsanforderung gibt, wird eine Schaltsteuerung der Schalter QUH bis QWL durchgeführt, um einen elektrischen Strom zwischen der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 über den Wechselrichter 30, die Wicklungen 41U bis 41W und den Verbindungspfad 60 zu leiten, was einen Ausgleich der Anschlussspannungen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie 21 und 22 ermöglicht. Dies ermöglicht, dass die Anschlussspannungen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie 21 und 22 unter Verwendung der vorhandenen Wicklungen 41U bis 41W und des Wechselrichters 30 ausgeglichen werden. Deshalb gibt es keine Notwendigkeit, eine dedizierte Drosselspule für einen Ausgleich bereitzustellen, was ermöglicht, dass der Leistungswandler 10 verkleinert wird.
Wenn bestimmt ist, dass es die Ausgleichsanforderung gibt, wird der Verbindungsschalter 61, der entlang dem Verbindungspfad 60 bereitgestellt ist, eingeschaltet. Wenn bestimmt ist, dass es keine Ausgleichsanforderung gibt, wird der Verbindungsschalter 61 ausgeschaltet. Dies kann verhindern, dass ein Strom zwischen dem Neutralpunkt O und dem Zwischenanschluss B fließt, wenn es keine Ausgleichsanforderung gibt.
Wenn bestimmt ist, dass es die Ausgleichsanforderung gibt, während die rotierende elektrische Maschine 40 angetrieben wird, wird eine Schaltsteuerung von jedem der Schalter QUH bis QWL durchgeführt, um die Anschlussspannung der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 auszugleichen, während die rotierende elektrische Maschine 40 angetrieben wird. Dies ermöglicht sowohl ein Durchführen einer Antriebssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine 40 als auch eine Durchführung der Ausgleichssteuerung.
In der Ausgleichssteuerung wird eine Schaltsteuerung der Schalter des oberen Zweigs QUH, QVH und QWH der U-, V- und W-Phasen synchronisiert und wird eine Schaltsteuerung der Schalter des unteren Zweigs QUL, QVL und QWL der U-, V- und W-Phasen synchronisiert. Dies ermöglicht, dass die Phasenwicklungen 41U, 41V, 41W als eine Ersatzschaltung betrachtet werden, in denen die Wicklungen parallel verbunden sind. Deshalb kann die Induktivität der Wicklungen während einer Ausgleichssteuerung reduziert werden. Dies kann einen Änderungsbetrag des Stroms, der durch den Neutralpunkt in einem Schaltzyklus von jedem der Schalter QUH bis QWL fließt, erhöhen, was ermöglicht, dass eine Ausgleichssteuerung mit einem großen Strom durchgeführt wird, wenn zum Beispiel das Fahrzeug stationär ist.
<Zweites Ausführungsbeispiel>
Ein zweites Ausführungsbeispiel wird nun mit Bezug auf die anhängigen Zeichnungen beschrieben, wobei ein Hauptaugenmerk auf Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gelegt wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das in 11 dargestellt ist, ist die zweite wiederaufladbare Batterie 22 parallel mit einem elektrischen Kompressor 110 und einem DC-DC-Wandler 111 verbunden. Zu Darstellungszwecken weisen in 11 die gleichen strukturellen Elemente wie in 1 die gleichen Bezugszeichen auf.
Der elektrische Kompressor 110 ist für eine Fahrgastraumklimatisierung bereitgestellt und wird angetrieben, um ein Kühlmittel in dem Kühlkreislauf zu zirkulieren. Der DC-DC-Wandler wird angetrieben, um die Ausgangsspannung der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 zu verringern beziehungsweise herabzusetzen, und diese an eine wiederaufladbare Batterie mit niedriger Spannung 120 zuzuführen. Die wiederaufladbare Batterie mit niedriger Spannung 120 ist zum Beispiel eine Bleisäurebatterie mit einer Nennspannung beziehungsweise Betriebsspannung von 12V.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, als Reaktion darauf, dass die Steuerungseinheit 70 bestimmt, dass zumindest einer des elektrischen Kompressors 110 und des DC-DC-Wandlers 111 angetrieben wird, bestimmt die Steuerungseinheit 70, dass es die Ausgleichsanforderung gibt. Als Reaktion darauf, dass bestimmt wird, dass es die Ausgleichsanforderung gibt, führt die Steuerungseinheit 70 eine Schaltsteuerung der entsprechenden Schalter QUH bis QWL durch, um einen Strom von der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 zu der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 über den Wechselrichter 30 und den Verbindungspfad 60 zu leiten, wodurch die Anschlussspannungen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterien 21 und 22 ausgeglichen werden.
Gemäß dem vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel, auch in Fällen, in denen eine elektrische Leistung aus der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 durch Antreiben von zumindest einem des elektrischen Kompressors 110 und des DC-DC-Wandlers 111 entnommen wird, ist es möglich, signifikante Variationen in dem Ladezustand (SOC) von jeder der wiederaufladbaren Batterien 21 und 22 zu unterdrücken.
<Drittes Ausführungsbeispiel>
Ein drittes Ausführungsbeispiel wird nun mit Bezug auf die anhängigen Zeichnungen beschrieben, wobei ein Hauptaugenmerk auf Unterschiede zu dem zweiten Ausführungsbeispiel liegt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das in 12 dargestellt ist, ist die erste wiederaufladbare Batterie 21 parallel mit dem elektrischen Kompressor 110 verbunden, und ist die zweite wiederaufladbare Batterie 22 parallel mit dem DC-DC-Wandler 111 verbunden. Zu Darstellungszwecken weisen in 12 die gleichen strukturellen Elemente wie in 11 die gleichen Bezugszeichen auf.
Als Reaktion darauf, dass die Steuerungseinheit 70 bestimmt, dass zumindest einer des elektrischen Kompressors 110 und des DC-DC-Wandlers 111 angetrieben wird, bestimmt die Steuerungseinheit 70, dass es die Ausgleichsanforderung gibt. Als Reaktion darauf, dass bestimmt wird, dass es die Ausgleichsanforderung gibt, führt die Steuerungseinheit 70 eine Schaltsteuerung der entsprechenden Schalter QUH bis QWL durch, um einen Strom zwischen der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 über den Wechselrichter 30 und den Verbindungspfad 60 zu leiten, um die Anschlussspannungen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterien 21 und 22 auszugleichen.
Zum Beispiel als Reaktion darauf, dass die Steuerungseinheit 70 bestimmt, dass eine elektrische Leistung, die aus der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 durch Antreiben des elektrischen Kompressors 110 entnommen wird, größer ist, als eine elektrische Leistung, die aus der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 durch Antreiben des DC-DC-Wandlers 111 entnommen wird, führt die Steuerungseinheit 70 eine Schaltsteuerung der entsprechenden Schalter QUH bis QWL durch, um einen Strom von der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 zu der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 über den Wechselrichter 30 und dem Verbindungspfad 60 zu leiten. Als Reaktion darauf, dass die Steuerungseinheit 70 bestimmt, dass die elektrische Leistung, die aus der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 durch Antreiben des DC-DC-Wandlers 111 entnommen wird, größer ist als die elektrische Leistung, die aus der ersten wiederaufladbaren Batterie durch Antreiben des elektrischen Kompressors 110 entnommen wird, führt die Steuerungseinheit eine Schaltsteuerung der entsprechenden Schalter QUH bis QWL durch, um einen Strom von der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 zu der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 über den Wechselrichter 30 und den Verbindungspfad 60 zu leiten.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, auch in Fällen, in denen eine elektrische Leistung, die durch den elektrischen Kompressor 110 und den DC-DC-Wandler 111 entsprechend aus den wiederaufladbaren Batterien 21 und 22 entnommen werden, die Ansteuerzeitpunkte oder die Betriebsraten des elektrischen Kompressors 110 und des DC-DC-Wandlers 111 signifikant verschieden sind, ist es möglich, signifikante Variationen in dem Ladezustand (SOC) von jeder der wiederaufladbaren Batterien 21 und 22 zu unterdrücken.
<Viertes Ausführungsbeispiel>
Ein viertes Ausführungsbeispiel wird nun mit Bezug auf die anhängigen Zeichnungen beschrieben, wobei ein Hauptaugenmerk auf Unterschiede zu dem zweiten Ausführungsbeispiel liegt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das in 13 dargestellt ist, ist die erste wiederaufladbare Batterie 21 parallel mit dem elektrischen Kompressor 110 und dem DC-DC-Wandler 111 verbunden. Zu Darstellungszwecken weisen in 13 die gleichen strukturellen Elemente wie in 11 die gleichen Bezugszeichen auf.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann ähnliche Vorteile wie die des zweiten Ausführungsbeispiels bereitstellen.
<Fünftes Ausführungsbeispiel>
Ein fünftes Ausführungsbeispiel wird nun mit Bezug auf 14 beschrieben, wobei ein Hauptaugenmerk auf Unterschieden zu dem ersten Ausführungsbeispiel liegt. Zu Darstellungszwecken weisen in 14 die gleichen strukturellen Elemente wie in 1 die gleichen Bezugszeichen auf.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Nennspannungen von jeder der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterien 21 und 22 gleich 400V. Deshalb ist die Nennspannung der zusammengesetzten Batterie 20 gleich 800V.
Die zweite wiederaufladbare Batterie 22 (entsprechend einer „Subjektbatterie“), kann mit einem ersten Ladegerät 121, das außerhalb des Fahrzeugs bereitgestellt ist, verbunden werden. Die Reihenverbindung der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 kann mit einem zweiten Ladegerät 122 außerhalb des Fahrzeugs verbunden werden. Die Ladespannung des zweiten Ladegeräts 122 ist höher als die des ersten Ladegeräts 121. Das erste Ladegerät 121 unterstützt schnelles Laden und das zweite Ladegerät 122 unterstützt ultraschnelles Laden.
Der Zwischenanschluss B kann mit der positiven Seite des ersten Ladegeräts 121 über den ersten Schalter SW1 verbunden werden. Die negative Seite der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 kann mit der negativen Seite des ersten Ladegeräts 121 und des zweiten Ladegeräts 122 über den Schalter SW2 verbunden werden. Die positive Seite der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 kann mit der positiven Seite des zweiten Ladegeräts 122 über den dritten Schalter SW3 verbunden werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die ersten bis dritten Schalter SW1 bis SW3 durch die Steuerungseinheit 70 ein- oder ausgeschaltet.
Prozessschritte des Ausgleichssteuerungsprozesses gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nun mit Bezug auf 15 beschrieben. Dieser Prozess wird durch die Steuerungseinheit 70 zum Beispiel zu jedem vordefinierten Steuerungszyklus wiederholt durchgeführt.
In Schritt S30 bestimmt die Steuerungseinheit 70, ob es eine Anforderung für ein schnelles Laden der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 mit dem ersten Ladegerät 121 gibt.
Wenn die Antwort in Schritt S30 JA ist, bestimmt die Steuerungseinheit 70, dass es die Ausgleichsanforderung gibt. Dann geht der Prozessablauf über zu Schritt S31. In Schritt S31 schaltet die Steuerungseinheit 70 die ersten und zweiten Schalter SW1 und SW2 an und schaltet den dritten Schalter SW3 aus. Die Steuerungseinheit 70 schaltet weiterhin den Verbindungsschalter 61 an.
In Schritt S32 führt die Steuerungseinheit 70 eine Schaltsteuerung der Schalter QUH bis QWL der U-, V- und W-Phasen durch, um einen Strom von der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 zu der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 über den Wechselrichter 30 und den Verbindungspfad 60 zu leiten. Auch in Abwesenheit des zweiten Ladegeräts 122 ermöglicht dies, dass die zusammengesetzte Batterie 20 durch das erste Ladegerät 121 auf geeignete Weise geladen wird, während die Anschlussspannungen der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 ausgeglichen werden. 16 stellt einen Übergang von jeder Wellenform während des Prozessschritts S32 dar. 16(a) bis (d) entsprechen jeweils 9(a) bis (d), wie vorstehend beschrieben.
Wenn die Antwort in Schritt S30 NEIN ist, geht der Prozessablauf über zu Schritt S33. In Schritt S33 bestimmt die Steuerungseinheit 70, ob es eine Anforderung für ein ultraschnelles Laden der zusammengesetzten Batterie 20 mit dem zweiten Ladegerät 122 gibt.
Wenn die Antwort in Schritt S32 JA ist, geht der Prozessablauf über zu Schritt S34. In Schritt S34 schaltet die Steuerungseinheit 70 die zweiten und dritten Schalter SW2 und SW3 an und schaltet den ersten Schalter SW1 aus. Die Steuerungseinheit 70 schaltet weiterhin den Verbindungsschalter 61 an. Dies ermöglicht, dass die zusammengesetzte Batterie 20 mit dem zweiten Ladegerät 122 geladen wird.
Wenn die Antwort in Schritt S33 NEIN ist, kann die Steuerungseinheit 70 die ersten bis dritten Schalter SW1 bis SW3 und den Verbindungsschalter 61 ausschalten.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, in einem System, das ein ultraschnelles Laden bei 800 V unterstützt, ermöglicht ein Durchführen einer Ausgleichssteuerung, dass die zusammengesetzte Batterie 20 bei 400 V schnell geladen wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann zum Beispiel die zweite wiederaufladbare Batterie 22 parallel mit dem elektrischen Kompressor 110 und dem DC-DC-Wandler 111 verbunden werden. In diesem Fall, in einem System, das ein ultraschnelles Laden bei 800 V unterstützt, kann eine elektrische Hochspannungslast verwendet werden. Das heißt, in dem System, das ein ultraschnelles Laden bei 800 V unterstützt, kann die Eingangsspannung der elektrischen Hochspannungslast halbiert werden.
<Andere Ausführungsbeispiele>
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele können wie folgt modifizierend implementiert werden.

• In der in 14 dargestellten Konfiguration des fünften Ausführungsbeispiels kann das erste Ladegerät 121 verwendet werden, um nicht die zweite wiederaufladbare Batterie 22 sondern die erste wiederaufladbare Batterie 21 zu laden.
• Die rotierende elektrische Maschine und der Wechselrichter sind nicht auf die dreiphasige rotierende elektrische Maschine und den Wechselrichter begrenzt, sondern können zum Beispiel eine fünfphasige oder siebenphasige rotierende elektrische Maschine und Inverter sein. 17 stellt einen fünfphasigen Leistungswandler dar. Zu Darstellungszwecken weisen in 17 die gleichen strukturellen Elemente wie in 1 die gleichen Bezugszeichen auf.

In 17 umfasst der Wechselrichter 30 weiterhin Schalter QXH, QXL und Dioden DXH, DXL des oberen und unteren Zweigs der X-Phase und Schalter QYH, QYL und Dioden DYH, DYL des oberen und unteren Zweigs der Y-Phase. Zusätzlich umfasst die rotierende elektrische Maschine 40 weiterhin eine X-Phasen-Wicklung 41X und eine Y-Phasen-Wicklung 41Y. Der Leistungswandler 10 umfasst weiterhin ein X-Phasen-Leiterelement 32X und ein Y-Phasen-Leiterelement 32Y.

• Die Installationsposition des Stromsensors, der den Strom, der durch den neutralen Punkt O fließt, erfasst, ist nicht auf die Position beschränkt, die in 1 dargestellt ist. Zum Beispiel kann der Stromsensor entlang jedem der leitenden Elemente 32U, 32V, 32W bereitgestellt sein. In solch einer Konfiguration, während der Ausgleichssteuerung, kann der Neutralpunktstrom IMr eine Summe von Strömen sein, die durch die entsprechenden Stromsensoren erfasst werden, die entlang den Leiterelementen 32U, 32V, 32W bereitgestellt sind.
• In der Ausgleichssteuerung könnte die Steuerungseinheit 70 eine Schaltsteuerung der Schalter QUH, QVH, und QWH des oberen Zweigs der U-, V- und W-Phasen nicht synchronisieren. In der Ausgleichssteuerung könnte die Steuerungseinheit 70 eine Schaltsteuerung der Schalter QUL, QVL und QWL des unteren Zweigs der U-, V- und W-Phasne nicht synchronisieren.

• Der Verbindungsschalter 61 ist nicht auf ein Relais beschränkt. Als der Verbindungsschalter 61 könnte zum Beispiel ein Paar von N-Kanal MOSFETs, deren Sources elektrisch verbunden sind, oder IGBTs, deren Sources elektrisch verbunden sind, verwendet werden.
• Der Verbindungsschalter 61 ist nicht unentbehrlich. In einer Konfiguration, in der der Verbindungsschalter 61 nicht vorhanden ist, könnten der Zwischenanschluss B und der neutrale Punkt O immer elektrisch verbunden sein.
• Die Schalter des oberen und unteren Zweigs, die den Wechselrichter bilden, sind nicht auf IGBTs beschränkt, sondern könnten N-Kanal MOSFETs sein.
• Die erste und zweite wiederaufladbare Batterie müssen keine zusammengesetzte Batterie bilden.
• In jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele wird eine Energie zwischen der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 und der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 übertragen, um die Anschlussspannungen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterien 21 und 22 auszugleichen. Alternativ könnte eine Energie zwischen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie 21 und 22 übertragen werden, unabhängig davon, ob die Anschlussspannungen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterien 21 und 22 auszugleichen sind.

In diesem Fall zum Beispiel, in einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels, anstelle des Vornehmens einer Bestimmung dahingehend, ob es eine Anforderung zum Ausgleichen der Anschlussspannungen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterien 21 und 22 gibt, könnte eine Bestimmung dahingehend vorgenommen werden, ob es eine Anforderung für eine Energieübertragung von einer der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterien 21 und 22 zu der anderen gibt. Als Reaktion darauf, dass bestimmt wird, dass es eine Anforderung für eine Energieübertragung gibt, könnte die Sollwerteinstelleinheit 91 einen Zielwert einer Energie, die von einer der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterien 21 und 22 zu der anderen zu übertragen ist, berechnen. Basierend auf dem berechneten Zielwert der Energie könnte die Sollwerteinstelleinheit 91 den Neutralpunktsollstrom IM* einstellen. Speziell, zum Beispiel, wenn eine Energie von der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 zu der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 übertragen wird, kann die Sollwerteinstelleinheit 91 einen positiven Zielwert einer Energie berechnen, so dass je größer der positive Zielwert der Energie ist, desto größer wird der Neutralpunktsollstrom IM* eingestellt. Wenn eine Energie von der zweiten wiederaufladbaren Batterie 22 zu der ersten wiederaufladbaren Batterie 21 übertragen wird, kann die Sollwerteinstelleinheit 91 einen negativen Zielwert der Energie berechnen, so dass je größer der Absolutwert des negativen Zielwerts der Energie wird, desto größer wird der Absolutwert des Neutralpunktsollstroms IM* eingestellt.

• In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und Modifikationen, können die Steuerungseinheit und deren Verfahren, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, durch einen dedizierten Computer mit einem Prozessor und einem Speicher implementiert werden, die dazu programmiert sind, eine oder mehrere Funktionen, die durch Computerprogramme verkörpert sind, auszuführen. Alternativ können die Steuerungseinheit und deren Verfahren, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, durch einen dedizierten Computer mit einem Prozessor implementiert werden, der aus einer oder mehreren dedizierten Hardwarelogikschaltungen gebildet ist, oder können durch einen oder mehrere dedizierte Computer implementiert werden, mit einer Kombination eines Prozessors und eines Speichers, die programmiert sind, um eine oder mehrere Funktionen auszuführen, und einem Prozessor, der von einer oder mehreren dedizierten Hardwarelogikschaltungen gebildet wird. Die Computerprogramme können zum Beispiel als Anweisungen, die durch einen Computer auszuführen sind, auf einem nichtflüchtigen greifbaren computerlesbarem Speichermedium gespeichert sein.

Obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiele und Konfigurationen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Variationen und Modifikationen innerhalb des Äquivalenzbereichs. Zusätzlich liegen verschiedene Kombinationen und Formen, wie etwa andere Kombinationen und Formen mit nur einem Element, mehreren oder wenigeren Elementen innerhalb des Umfangs und Geistes der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019183117 [0001]
JP 2013247690 A [0004]

Claims

Leistungswandler (10), mit: einer rotierenden elektrischen Maschine (40) mit Wicklungen (41U, 41V, 41W, 41X, 41Y), eine für jede Phase; einem Wechselrichter (30), der eine Reihenverbindung eines Schalters eines oberen Zweigs (QUH, QVH, QWH, QXH, QYH) und eines Schalters eines unteren Zweigs (QUL, QVL, QWL, QXL, QYL) für jede Phase umfasst; einem Verbindungspfad (60), der eine negative Seite einer ersten wiederaufladbaren Batterie (21), eine positive Seite einer zweiten wiederaufladbaren Batterie (22), die in Reihe mit der ersten wiederaufladbaren Batterie elektrisch verbunden ist, und einen neutralen Punkt (O) der Wicklungen elektrisch verbindet; und einer Steuerungseinheit (70), die dazu konfiguriert ist, eine Schaltsteuerung des Schalters des oberen Zweigs und des Schalters des unteren Zweigs für jede Phase durchzuführen, um eine Energie zwischen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie durch Leiten eines Stroms zwischen der ersten und zweiten wiederaufladbaren Batterie über den Wechselrichter, die Wicklungen und den Verbindungspfad zu übertragen.
Leistungswandler gemäß Anspruch 1, weiterhin mit einer Anforderungsbestimmungseinheit, die dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, ob es eine Anforderung für eine Energieübertragung zwischen der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie gibt, wobei die Steuerungseinheit dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass die Anforderungsbestimmungseinheit bestimmt, dass es die Anforderung für die Energieübertragung gibt, eine Schaltsteuerung des Schalters des oberen Zweigs und des Schalters des unteren Zweigs für jede Phase durchzuführen, um eine Energie zwischen der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie durch Leiten eines Stroms zwischen der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie über den Wechselrichter, die Wicklungen und den Verbindungspfad zu übertragen.
Leistungswandler gemäß Anspruch 2, weiterhin mit einem Verbindungsschalter (61), der entlang des Verbindungspfads bereitgestellt ist, wobei die Steuerungseinheit dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass die Anforderungsbestimmungseinheit bestimmt, dass es die Anforderung für die Energieübertragung gibt, den Verbindungsschalter einzuschalten und eine Schaltsteuerung des Schalters des oberen Zweiges und des Schalters des unteren Zweiges für jede Phase durchzuführen, während der Verbindungsschalter eingeschaltet beibehalten wird, und als Reaktion darauf, dass die Anforderungsbestimmungseinheit bestimmt, dass es keine Anforderung für eine Energieübertragung gibt, den Verbindungsschalter auszuschalten.
Leistungswandler gemäß Anspruch 2 oder 3, weiterhin mit einer elektrischen Last (110, 111), die parallel mit zumindest einer der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie verbunden ist.
Leistungswandler gemäß Anspruch 4, wobei die Anforderungsbestimmungseinheit dazu konfiguriert ist, wenn die elektrische Last angetrieben wird, zu bestimmen, dass es eine Anforderung für eine Energieübertragung gibt.
Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine Subjektbatterie (22), die eine der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie ist, durch ein erstes externes Ladegerät (121) aufgeladen werden kann, eine Reihenverbindung der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie durch ein zweites externes Ladegerät (122) aufgeladen werden kann, und eine Ladespannung des zweiten externen Ladegeräts höher eingestellt ist als eine Ladespannung des ersten externen Ladegeräts.
Leistungswandler gemäß Anspruch 6, wobei die Anforderungsbestimmungseinheit dazu konfiguriert ist, wenn die Subjektbatterie durch das erste externe Ladegerät geladen wird, zu bestimmen, dass es die Anforderung für die Energieübertragung gibt.
Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Steuerungseinheit dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass die Anforderungsbestimmungseinheit bestimmt, dass es die Anforderung für eine Energieübertragung gibt, während die rotierende elektrische Maschine angetrieben wird, eine Schaltsteuerung des Schalters des oberen Zweiges und des Schalters des unteren Zweiges für jede Phase durchzuführen, um eine Energie zwischen der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie zu übertragen, während die rotierende elektrische Maschine angetrieben wird.
Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Steuerungseinheit dazu konfiguriert ist, eine Schaltsteuerung der Schalter des oberen Zweiges für alle Phasen und der Schalter des unteren Zweiges für alle Phasen zu synchronisieren, um eine Energie zwischen der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie durch Leiten eines Stroms zwischen der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie über den Wechselrichter, die Wicklungen und den Verbindungspfad zu übertragen.
Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Anforderungsbestimmungseinheit dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, ob es eine Ausgleichsanforderung zum Ausgleichen der Anschlussspannungen der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie gibt, und die Steuerungseinheit dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass die Bestimmungseinheit bestimmt, dass es die Ausgleichsanforderung gibt, eine Schaltsteuerung des Schalters des oberen Zweiges und des Schalters des unteren Zweiges für jede Phase durchzuführen, um die Anschlussspannungen der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie durch Leiten eines Stroms zwischen der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie über den Wechselrichter, die Wicklungen und den Verbindungspfad auszugleichen.
Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuerungseinheit dazu konfiguriert ist, eine Schaltsteuerung des Schalters des oberen Zweiges und des Schalters des unteren Zweiges für jede Phase durchzuführen, so dass ein Gleichstrom durch den Verbindungspfad fließt, um eine Energie zwischen der ersten wiederaufladbaren Batterie und der zweiten wiederaufladbaren Batterie zu übertragen.