JP2019531684A

JP2019531684A - 自動車用バッテリ充電器の電流設定値を求めるための方法

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Publication number: JP2019531684A
Application number: JP2019511561A
Authority: JP
Inventors: モハメッドコテイッチ，; アブデルマーレクマルーム，; エドゥアールネーグル，
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: CN110049895B; FR3056851B1; KR20190040321A; FR3056851A1; KR102262414B1; WO2018060632A1; CN110049895A; JP6941671B2; EP3520211B1; EP3520211A1

Abstract

整流器（６）からの少なくとも１つの電圧測定値（Ｕａｂ、Ｕｂｃ、Ｕｃａ）と、少なくとも１つの瞬時有効電力設定値（Ｐｒｅｑ）とから、少なくとも１つの電流設定値（Ｉ＊ａ、Ｉ＊ｂ、Ｉ＊ｃ）を求めるためのこの方法は、少なくとも１つの電流設定値（Ｉ＊ａ、Ｉ＊ｂ、Ｉ＊ｃ）の第１の計算ステップ（Ｉ）と、少なくとも１つの電流設定値の適応フィルタリングの第２のステップ（ＩＩ）と、少なくとも１つの電流設定値（Ｉ＊ａ、Ｉ＊ｂ、Ｉ＊ｃ）の変動率を制限する第３のステップ（ＩＩＩ）とを含む。本発明は、電気自動車またはハイブリッド車用のバッテリ充電器に適用される。【選択図】図２

Description

本発明は、概して、電気自動車およびハイブリッド車に関し、より具体的には、再充電可能である電気自動車およびハイブリッド車のバッテリを充電するためのデバイスに関する。

本発明は、より具体的には、電気回路網に直接にまたはインピーダンス変換器を用いて接続された整流器によってもたらされる電圧測定値からの電流設定値として、瞬時有効電力設定値を提供することを可能にする方法、および、このような方法を実行するように構成された電気自動車またはハイブリッド車用バッテリ充電器に言及する。

非限定的なやり方において、提案された解決策は、すべての整流器に対して共通である。

充電器が連結される電気回路網は、一般に三相である。それらは車両用充電器などの三相負荷に電力供給するが、多くの他の単相負荷にも電力供給する。したがって、三相上で消費される電流は、実質的に異なる振幅であり、局所的に、電圧不平衡の原因である、振幅および位相のほぼ瞬間的な変動を示す。

これらの不平衡の問題は、特に文献ＣＮ１０３１８７８８７Ｂにより周知であり、文献ＣＮ１０３１８７８８７Ｂは、正弦波設定値を使用するＶｉｅｎｎａ（ビエナ）整流器用の制御器を説明しているが、これらの問題に対して何ら解決策を示していない。

文献米国特許第８９７１０６８（Ｂ２）号は、交流の入力電圧と高電圧三相一方向整流器によってもたらされる電流の入力電圧との間の位相差の絶対値の所定の閾値に従うまたは近づくために一方向整流器によってもたらされる様々な高調波を抑制する手段を説明している。

しかし、この文献米国特許第８９７１０６８（Ｂ２）号は、瞬時有効電力の具体的な設定値を提供する可能性を説明していない。

同様に、ＣＮ１０４８１１０６１Ａ、ＣＮ１０３２２７５７５Ａ、およびＫＲ１０１２５０４５４Ｂ１などの他の文献は、力率補正整流器を説明しているが、それでも電流設定値を開示していない。

文献ＥＰ２４６１４６９Ａ３は、回転座標系において直流設定値を生成することができるシステムを提案している。しかし、それは出力信号を生成するための整流器に命令するために回転座標系の位相のように追加数量に訴えることの不利点を有する。

本発明が解決するべく提示する課題は、電気回路網の不平衡を解消するために十分に信頼性の高いやり方で、三相電気回路網の有効電力および電圧の設定値に基づいて車両用バッテリ充電器に電力供給するためにフィルタリングした電流設定値を生成することにある。

したがって、本発明は、整流器によってもたらされる少なくとも１つの電圧測定値と、少なくとも１つの瞬時有効電力設定値とから、少なくとも１つの電流設定値を求めるための方法に関する。この方法は、前記少なくとも１つの電流設定値を計算するための第１のステップと、前記少なくとも１つの電流設定値の適応フィルタリングのための第２のステップと、前記少なくとも１つの電流設定値の変動率を制限するための第３のステップとを含む。

特に、整流器によってもたらされる前記少なくとも１つの電圧測定値は、３線−中性点間の三相電圧の線形結合である３つの電圧測定値を含む。

方法を実行する態様によれば、第１の計算ステップは、式

による、少なくとも１つの電流設定値、特に、フィルタリングしていない電流設定値の計算を含み、
ここで、
Ｐ^ｒｅｑは駆動バッテリの充電を制御するためのユニットによって提供される瞬時有効電力設定値であり、

はフィルタリングしていない電流設定値であり、Ｕ_ａｂ、Ｕ_ｂｃ、Ｕ_ｃａは整流器によってもたらされる電圧測定値である。

方法の別の特徴によれば、適応フィルタリングのための第２のステップは、式

による、前記少なくとも１つのフィルタリングしていない電流設定値からの、
少なくとも１つの電流設定値、特に、フィルタリングした電流設定値の計算を含み、
ここで、

はフィルタリングした電流設定値であり、
ｓはラプラス演算子であり、
ｆは電気回路網の周波数であり、
ｆ_ｌｐは一次低域通過フィルタのカットオフ周波数である。

実行形態の第１の態様において、前記少なくとも１つの電流設定値の変動率を制限するための第３のステップは、式
ｘ_ｋ＋１＝ｍａｘ（ｍｉｎ（ｘ_ｋ＋αＴ_ｓ，ｘ_ｋ），ｘ_ｋ−αＴ_ｓ）
により離散化された前記少なくとも１つのフィルタリングした電流設定値からの前記少なくとも１つの電流設定値の計算を含み、
ここで、
αは最大変動率であり、
Ｔ_ｓはサンプリング間隔であり、
｛ｘ_ｋ｝_ｋ∈Ｎは離散化しフィルタリングした電流設定値である。

本発明は、整流器からの線間電圧出力の少なくとも１つの測定値と、少なくとも１つの瞬時有効電力設定値とから、少なくとも１つの電流設定値を求めるための方法を実行するための電気自動車またはハイブリッド車用バッテリ充電器にも関する。

充電器は、整流器と、前記整流器に連結された入力フィルタと、前記整流器におよび少なくとも１つのバッテリに連結されたＤＣ／ＤＣ電圧変換器とを備える。

充電器の入力フィルタは、前記少なくとも１つの電流設定値の適応フィルタリングのためのステップを実行するように構成される。

充電器の整流器は、力率補正（ＰＦＣ：ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）整流器、特に、出力において２つのコンデンサを備えるＶｉｅｎｎａ整流器である。

充電器のＤＣ／ＤＣ電圧変換器は、４００Ｖの電圧を前記少なくとも１つのバッテリに供給するのに適切である。

本発明の他の目的、利点および特徴は、本発明の実施形態の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。その実施形態は、非限定的であり、添付の図面に示される。

電気自動車またはハイブリッド車用バッテリ充電器の構造を概略的に示す図である。本発明による少なくとも１つの電流設定値を求めるための方法の様々なステップを示す図である。

図１は、電気自動車またはハイブリッド車用バッテリ２の充電器１を示し、その充電器は、インピーダンス変換器３を用いて三相電気回路網４に連結される。バッテリ２の充電器１は、入力フィルタ５を備え、その入力は、インピーダンス変換器３の３つの出力電圧に連結され、その出力は、力率補正（ＰＦＣ）整流器６に連結される。バッテリ２の充電器１は、ＤＣ／ＤＣ電圧変換器７をさらに備え、その入力は、整流器６に連結され、その出力は、バッテリ２に連結される。

非限定的なやり方において、バッテリ２は、この場合、４００Ｖの電圧を供給するのに適切である。バッテリ２は、整流器６の出力における２つのコンデンサの電圧によって電力供給され、２つのコンデンサは、ＤＣ／ＤＣ電圧変換器７によって独立してサーボ制御される。

当然ながら、それが異なる容量を有するバッテリを充電する問題であるとき、本発明からの逸脱はない。

充電器は、整流器６および変換器７のスイッチング素子のスイッチングを駆動するのに適切な、例えば、充電器に組み込まれた、または充電器とは別個の、コンピュータ（図示せず）に関連付けられる。

コンピュータは、さらに、有効電力設定値を提供するために線間電圧の測定値から整流器６の入力における電流設定値を生成するために正当にプログラムされる。

図２は、整流器６の入力における３つの電流設定値

を求めるための方法の様々なステップを示す。この方法は、電流設定値を計算するための第１のステップＩと、適応フィルタリングのための第２のステップＩＩと、電流設定値の変動率を制限するための第３のステップＩＩＩとを含む。

第１のステップＩは、線−中性点間の電圧を計算するための第１のフェーズ８と、フィルタリングしていない電流設定値を計算するための第２のフェーズ９を含む。

本発明の実施形態において、以下の線−中性点間の三相電圧が定義される。すなわち、中性電圧点Ｎに対して定義されるＵ_ａ、Ｕ_ｂ、Ｕ_ｃ。整流器６の出力における線間電圧Ｕ_ａｂ、Ｕ_ｂｃ、Ｕ_ｃａは、以下の関係

を用いて測定される。

この線形システムは、Ｕ＝ＡＶの形をとることができ、ここで、

であり、

であり、および

である。

それはＡの行列式がゼロであるとき可逆ではない。

線間電圧なしで済ませるために電圧センサを中性電圧点に導入することが可能である。

しかし、フォーテスキュー対称成分の理論によれば、この「不平衡」システムを

のように線間電圧の正極成分Ｕ_ｄと、負極成分Ｕ_ｉと、等極成分Ｕ_０とを含む、「平衡」システムとして書き換えることは可能であり、
ここで、

である。

方程式系（２）の最後の等極成分Ｕ_０は、等極有効電力が生成されないとき、無視される。

この書き換えにより、線−中性点間の電圧の正極Ｖ_ｄおよび負極Ｖ_ｉ成分を

のように数学的に推測することが可能になる。

したがって、線−中性点間の電圧ｖ_１、ｖ_２、ｖ_３の三相システムは、関係

を用いて得られる。

整流器６の出力において測定された相間の差動電圧に対応するＵ_ａｂ、Ｕ_ｂｃ、Ｕ_ｃａから線−中性点間の三相電圧Ｕ_ａ、Ｕ_ｂ、Ｕ_ｃへの、第１のステップＩの第１のフェーズ８の間における、計算に達するためにこの理論を使用することは可能である。

第１のステップＩの第２のフェーズ９は、瞬時有効電力設定値を与える電流設定値

の計算を含む。システムの次数を３から２に低減するために二相基準系においてこれらの電流設定値を計算することは可能である。

システムの次数を低減するために２つの新たな電圧ｖ_α、ｖ_βを導入することができ、

ならびに、瞬時無効および有効電力の新たな式
ｐ＋ｊｑ＝（ｖ_α−ｊｖ_β）（ｉ_α＋ｊｉ_β）（６）
を導入することができ、
ここで、
ｊはｊ^２＝−１となる純虚数演算子であり、
ｐは瞬時有効電力であり、
ｑは無効電力の形で損失を表し、
ｉ_αおよびｉ_βは電力ｐにおよび電圧ｖ_αおよびｖ_βに関連付けられた２つの強度量を表す。

虚部と実部とを分離することによって、瞬時無効および有効電力の式（６）は、

となる。

特に、系は、ｐ＝Ｐ^ｒｅｑおよびｑ＝０について解かれる。次いで、これにより、

が与えられる。

第一に、適用すべき電流設定値

は、

のように計算される。

第二に、

である。

第２のフェーズ９の終わりに得た電流設定値は、以下の関係

から計算することができ、
ここで、
Ｐ^ｒｅｑは駆動バッテリの充電を制御するためのユニットによって提供される瞬時有効電力設定値であり、バッテリを充電するための電力設定値に対応し、

は、フィルタリングしていない電流設定値であり、
Ｕ_ａｂ、Ｕ_ｂｃ、Ｕ_ｃａは整流器６によってもたらされる電圧測定値である。

次いで、一次低域通過フィルタを用いてフィルタリングするための第２のステップＩＩは、式

により実行され、
ここで、
ｆ_ｌｐは、一次低域通過フィルタのカットオフ周波数であり、
ｓはラプラス微分演算子である。

次いで、これは結果として以下のフィルタリングした電流設定値

となる。

非限定的なやり方において、このステップは、充電器１の入力フィルタ５を用いて実行することができる。

フィルタリングした電流設定値

のそれぞれは、反復して繰り返され得る第３のステップＩＩＩの間に、フィルタリングした電流設定値

の変動を制限するための以下の式
ｘ_ｋ＋１＝ｍａｘ（ｍｉｎ（ｘ_ｋ＋αＴ_ｓ，ｘ_ｋ），ｘ_ｋ−αＴ_ｓ）
を用いて電流設定値

を計算するために離散化される。
ここで、
αは最大変動率であり、
Ｔ_ｓはサンプリング間隔であり、
｛ｘ_ｋ｝_ｋ∈Ｎは離散化しフィルタリングした電流設定値である。

このステップは、充電器１のＤＣ／ＤＣ電圧変換器７を用いて、または外部コンピュータを用いて実行することができる。

Claims

整流器（６）によってもたらされる少なくとも１つの電圧測定値（Ｕ_ａｂ、Ｕ_ｂｃ、Ｕ_ｃａ）と、少なくとも１つの瞬時有効電力設定値（Ｐ^ｒｅｑ）とから、少なくとも１つの電流設定値

を求めるための方法であって、前記少なくとも１つの電流設定値

を計算するための第１のステップ（Ｉ）と、前記少なくとも１つの電流設定値の適応フィルタリングのための第２のステップ（ＩＩ）と、前記少なくとも１つの電流設定値

の変動率を制限するための第３のステップ（ＩＩＩ）とを含み、前記第１の計算ステップ（Ｉ）が、式

による少なくとも１つのフィルタリングしていない電流設定値

の計算を含み、
ここで、
ｐ^ｒｅｑは駆動バッテリの充電を制御するためのユニットによって提供される前記瞬時有効電力設定値であり、

は前記フィルタリングしていない電流設定値であり、（Ｕ_ａｂ、Ｕ_ｂｃ、Ｕ_ｃａ）は前記整流器（６）によってもたらされる前記電圧測定値であることを特徴とする方法。
適応フィルタリングのための前記第２のステップ（ＩＩ）が、式

による前記少なくとも１つのフィルタリングしていない電流設定値

からの少なくとも１つの電流設定値、特に、フィルタリングした電流設定値

の前記計算を含み、
ここで、

は前記フィルタリングした電流設定値であり、
ｓはラプラス演算子であり、
ｆは電気回路網（４）の周波数であり、
ｆ_ｌｐは一次低域通過フィルタのカットオフ周波数である、請求項１に記載の方法。
前記少なくとも１つの電流設定値の変動率を制限するための前記第３のステップ（ＩＩＩ）が、式
ｘ_ｋ＋１＝ｍａｘ（ｍｉｎ（ｘ_ｋ＋αＴ_ｓ，ｘ_ｋ），ｘ_ｋ−αＴ_ｓ）
により離散化された前記少なくとも１つのフィルタリングした電流設定値

からの前記少なくとも１つの電流設定値

の計算を含み、
ここで、
αは最大変動率であり、
Ｔ_ｓはサンプリング間隔であり、
｛ｘ_ｋ｝_ｋ∈Ｎは、離散化しフィルタリングした電流設定値である、請求項２に記載の方法。
請求項１から３のいずれか一項に記載の、整流器から出力された線間電圧（Ｕ_ａｂ、Ｕ_ｂｃ、Ｕ_ｃａ）の少なくとも１つの測定値と、少なくとも１つの瞬時有効電力設定値（Ｐ^ｒｅｑ）とから、少なくとも１つの電流設定値

を求めるための方法を実行するための電気自動車またはハイブリッド車用バッテリ充電器であって、整流器（６）と、前記整流器（６）に連結された入力フィルタ（５）と、前記整流器（６）におよび少なくとも１つのバッテリ（２）に連結されたＤＣ／ＤＣ電圧変換器（７）とを備える、バッテリ充電器。
前記入力フィルタ（５）が、前記少なくとも１つの電流設定値の適応フィルタリングのためのステップ（ＩＩ）を実行するように構成される、請求項４に記載のバッテリ充電器。
前記整流器（６）が、力率補正（ＰＦＣ）整流器、特に、前記出力において２つのコンデンサを備えるＶｉｅｎｎａ整流器である、請求項４または５に記載のバッテリ充電器。
前記ＤＣ／ＤＣ電圧変換器（７）が、４００Ｖの電圧を前記少なくとも１つのバッテリ（２）に供給するのに適切である、請求項４から６のいずれか一項に記載のバッテリ充電器。