Система энергоснабжения и транспортное средство - RU2388130C1
Код документа: RU2388130C1
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе энергоснабжения, включающей в себя множество модулей аккумулирования энергии, и к транспортному средству, оборудованному энергетической системой. В частности, настоящее изобретение относится к технике подавления нежелательного сдвига электроэнергии между модулями аккумулирования энергии.
Предшествующий уровень техники
В последние годы, при рассматривании проблем состояния окружающей среды, было обращено внимание на транспортное средство, использующее в качестве источника движущей силы электродвигатель, такое как транспортное средство с электрическим приводом, гибридное транспортное средство и транспортное средство с топливным элементом. Такое транспортное средство оборудовано модулем аккумулирования энергии, реализованным, например, посредством аккумуляторной батареи для снабжения электродвигателя электроэнергией и преобразования кинетической энергии в электрическую энергию во время рекуперативного торможения.
В таком транспортном средстве, использующем электродвигатель в качестве источника движущей силы, желательно увеличить зарядную/разрядную емкость модуля аккумулирования энергии дополнительно, чтобы улучшить характеристику ускорения и характеристику движения, такую как максимальное проходимое расстояние. В качестве способа увеличения зарядной/разрядной емкости модуля аккумулирования энергии была предложена конфигурация, оборудованная множеством модулей аккумулирования энергии.
Например, патент США № 6608396 раскрывает систему управления энергией электродвигателя, обеспечивающую высоковольтную систему электротяги транспортного средства с требуемым высоким уровнем напряжения постоянного тока. Система управления энергией электродвигателя включает в себя множество энергетических каскадов, соединенных параллельно, где каждый имеет батарею и повышающий/понижающий преобразователь постоянного тока для снабжения энергией постоянного тока по меньшей мере одного инвертора, и контроллер, управляющий множеством энергетических каскадов так, что множество энергетических каскадов могут поддерживать выходное напряжение по меньшей мере для одного инвертора посредством равномерной зарядки/разрядки батарей из множества энергетических каскадов.
Там раскрыто, что в системе управления энергией электродвигателя каждая батарея активно поддерживается таким образом, чтобы она находилась в таком же SOC (состоянии зарядки), что и другие батареи в системе. Однако батареи в одном и том же SOC не всегда имеют одно и то же значение напряжения аккумулирования энергии (то есть, значение напряжения на разомкнутом конце), потому что значение напряжения каждой батареи значительно варьируется в зависимости от температуры батареи, степени износа и т.п., в дополнение к SOC.
С другой стороны, на фиг.1 в патенте США № 6608396 при запуске системы или подобном действии все понижающие переключатели 38 включаются, и, таким образом, батареи подсоединены параллельно к шине 48 идентичного высокого напряжения постоянного тока (к линии электропитания) через соответствующие повышающие/понижающие преобразователи 13 постоянного напряжения (модули преобразования напряжения). Поэтому, когда батареи имеют различные значения напряжения, ток, соответствующий разностям напряжений, протекает между батареями, вызывая нежелательный сдвиг электроэнергии между батареями и увеличенные потери.
Раскрытие сущности изобретения
Настоящее изобретение было сделано для того, чтобы решить такую проблему, и одна из целей настоящего изобретения заключается в обеспечении системы энергоснабжения и транспортного средства, подавляющего нежелательный сдвиг электроэнергии между модулями аккумулирования энергии и избегающего возникновения потерь.
Система энергоснабжения в соответствии с одним объектом настоящего изобретения имеет множество модулей аккумулирования энергии, причем каждый сконфигурирован так, что является заряжаемым/разряжаемым, и включает в себя: линию электропитания, сконфигурированную так, чтобы обеспечивать возможность снабжения/приема электроэнергии между устройством нагрузки и системой энергоснабжения; множество модулей преобразования напряжения, обеспеченных между множеством модулей аккумулирования энергии и линией электропитания соответственно, где каждый выполняет операцию преобразования напряжения между соответствующим модулем аккумулирования энергии и линией электропитания; средство получения значений напряжения аккумулирования энергии, получающее значение напряжения аккумулирования энергии для каждого из множества модулей аккумулирования энергии; и средство определения опорного значения напряжения, определяющее опорное значение напряжения электроэнергии, подлежащей подаче в устройство нагрузки в соответствии с состоянием работы устройства нагрузки. Каждый из множества модулей преобразования напряжения выполняет операцию преобразования напряжения в соответствии с опорным значением напряжения, определяемым средством определения опорного значения напряжения, а средство определения опорного значения напряжения ограничивает опорное значение напряжения так, чтобы оно не падало ниже максимального значения напряжения аккумулирования энергии из значений напряжения аккумулирования энергии, получаемых средством получения значений напряжения аккумулирования энергии.
Согласно системе энергоснабжения в соответствии с этим объектом опорное значение напряжения ограничивается таким образом, чтобы оно не падало ниже максимального значения напряжения аккумулирования энергии из значений напряжения аккумулирования энергии для множества модулей аккумулирования энергии, и каждый из множества модулей преобразования энергии выполняет операцию преобразования напряжения в соответствии с опорным значением напряжения. Поскольку опорное значение напряжения не меньше, чем значение напряжения линии электропитания, до которого может быть заряжен модуль аккумулирования энергии прежде, чем начато управление модулем преобразования напряжения, каждый модуль преобразования напряжения начинает операцию преобразования напряжения сразу после начала управления. В связи с этим, каждый модуль преобразования напряжения работает так, чтобы снабжать электроэнергией линию энергоснабжения от соответственного модуля аккумулирования энергии, и, таким образом, можно избегать подачи электроэнергии через линию электропитания от другого модуля аккумулирования энергии. Поэтому нежелательный сдвиг электроэнергии между модулями аккумулирования энергии может быть подавлен, даже когда между модулями аккумулирования энергии существует разность напряжений.
Предпочтительно, система энергоснабжения дополнительно включает в себя средство получения требуемого значения напряжения, получающее по меньшей мере одно требуемое значение напряжения для устройства нагрузки, и средство определения опорного значения напряжения, дополнительно определяющее опорное значение напряжения так, чтобы оно было не меньше максимального требуемого значения напряжения по меньшей мере из одного требуемого значения напряжения, получаемого средством получения требуемого значения напряжения.
Предпочтительно, система энергоснабжения дополнительно включает в себя средство выявления значения напряжения, выявляющее значение напряжения линии электропитания, и по меньшей мере один из множества модулей преобразования напряжения выполняет операцию преобразования напряжения в ответ на результат вычисления, включающий в себя управляющий элемент с обратной связью по напряжению, для согласования значения напряжения линии электропитания, выявленного средством выявления значения напряжения, с опорным значением напряжения.
Предпочтительно, по меньшей мере один из множества модулей преобразования напряжения выполняет операцию преобразования напряжения в ответ на результат вычисления, включающий в себя управляющий элемент с прямой связью по напряжению, отражающий значение, соответствующее отношению между значением напряжения аккумулирования энергии соответственного модуля аккумулирования энергии и опорным значением напряжения.
Предпочтительно, система энергоснабжения дополнительно включает в себя средство выявления значения тока батареи, выявляющее значение тока батареи, входящего/выходящего в/из по меньшей мере одного из множества модулей аккумулирования энергии, и по меньшей мере один модуль преобразования напряжения, выполняющий операцию преобразования напряжения в ответ на результат вычисления, включающий в себя управляющий элемент с прямой связью по напряжению, выполняет операцию преобразования напряжения в ответ на результат вычисления, включающий в себя управляющий элемент с обратной связью по току, для согласования значения тока батареи соответствующего модуля аккумулирования энергии, выявленного средством выявления значения тока батареи, с каждым опорным значением тока.
Предпочтительно, каждый из множества модулей преобразования напряжения включает в себя цепь прерывателя.
Система энергоснабжения в соответствии с другим объектом настоящего изобретения имеет множество модулей аккумулирования энергии, причем каждый сконфигурирован так, что является заряжаемым/разряжаемым, и включает в себя: линию электропитания, сконфигурированную так, чтобы обеспечивать возможность снабжения/приема электроэнергии между устройством нагрузки и системой энергоснабжения; множество модулей преобразования напряжения, обеспеченных между множеством модулей аккумулирования энергии и линией электропитания соответственно, где каждый выполняет операцию преобразования напряжения между соответствующим модулем аккумулирования энергии и линией электропитания; модуль выявления значения напряжения аккумулирования энергии, выявляющий значение напряжения аккумулирования энергии для каждого из множества модулей аккумулирования энергии; и модуль управления. Модуль управления определяет опорное значение напряжения электроэнергии, подлежащее подаче в устройство нагрузки в соответствии с состоянием работы устройства нагрузки. Каждый из множества модулей преобразования напряжения выполняет операцию преобразования напряжения в соответствии с опорным значением напряжения, определяемым средством определения опорного значения напряжения. Модуль управления ограничивает опорное значение напряжения так, чтобы оно не падало ниже максимального значения напряжения аккумулирования энергии из значений напряжения аккумулирования энергии, выявляемых модулем выявления значения напряжения аккумулирования энергии.
Транспортное средство в соответствии с еще одним объектом настоящего изобретения включает в себя: систему энергоснабжения, имеющую множество модулей аккумулирования энергии, причем каждый сконфигурирован так, что является заряжаемым/разряжаемым; и модуль генерирования движущей силы, принимающий электроэнергию, поставляемую от системы энергоснабжения, чтобы генерировать движущую силу. Система энергоснабжения включает в себя: линию электропитания, сконфигурированную так, чтобы обеспечивать возможность снабжения/приема электроэнергии между модулем генерирования движущей силы и системой энергоснабжения; множество модулей преобразования напряжения, обеспеченных между множеством модулей аккумулирования энергии и линией электропитания соответственно, причем каждый выполняет операцию преобразования напряжения между соответствующим модулем аккумулирования энергии и линией электропитания; средство получения значения напряжения аккумулирования энергии, получающее значение напряжения аккумулирования энергии для каждого из множества модулей аккумулирования энергии; и средство определения опорного значения напряжения, определяющее опорное значение напряжения электроэнергии, подлежащее подаче в модуль генерирования движущей силы в соответствии с состоянием работы модуля генерирования движущей силы. Дополнительно, каждый из множества модулей преобразования напряжения выполняет операцию преобразования напряжения в соответствии с опорным значением напряжения, определяемым средством определения опорного значения напряжения, и средство определения опорного значения напряжения ограничивает опорное значение напряжения так, чтобы оно не падало ниже максимального значения напряжения аккумулирования энергии из значений напряжения аккумулирования энергии, получаемых средством получения значений напряжения аккумулирования энергии.
Согласно транспортному средству в соответствии с этим объектом опорное значение напряжения ограничивается таким образом, чтобы оно не падало ниже максимального значения напряжения аккумулирования энергии из значений напряжения аккумулирования энергии для множества модулей аккумулирования энергии, и каждый из множества модулей преобразования энергии выполняет операцию преобразования напряжения в соответствии с опорным значением напряжения. Поскольку опорное значение напряжения не меньше, чем значение напряжения линии электропитания, до которого может быть заряжен модуль аккумулирования энергии прежде, чем начато управление модулем преобразования напряжения, каждый модуль преобразования напряжения начинает операцию преобразования напряжения сразу после начала управления. В связи с этим, каждый модуль преобразования напряжения работает так, чтобы снабжать электроэнергией линию энергоснабжения от соответственного модуля аккумулирования энергии, и таким образом может избегать подачи электроэнергии от другого модуля аккумулирования энергии через эту линию электропитания. Поэтому нежелательный сдвиг электроэнергии между модулями аккумулирования энергии может быть подавлен, даже когда существует разность напряжений между модулями аккумулирования энергии.
Предпочтительно, модуль генерирования движущей силы включает в себя по меньшей мере один модуль преобразования энергии, сконфигурированный так, что он способен преобразовывать электроэнергию, поставляемую от системы энергоснабжения, и по меньшей мере одну электрическую вращающуюся машину, подсоединенную к соответствующему модулю преобразования энергии и сконфигурированную так, что она способна генерировать движущую силу.
Предпочтительно, система энергоснабжения дополнительно включает в себя средство получения требуемого значения напряжения, получающее по меньшей мере одно требуемое значение напряжения для модуля генерирования движущей силы, и средство определения опорного значения напряжения, дополнительно определяющее опорное значение напряжения так, чтобы оно было не меньше максимального требуемого значения напряжения по меньшей мере из одного требуемого значения напряжения, получаемого средством получения требуемого значения напряжения.
Предпочтительно, система энергоснабжения дополнительно включает в себя средство выявления значения напряжения, выявляющее значение напряжения линии электропитания, и по меньшей мере один из множества модулей преобразования напряжения, выполняющий операцию преобразования напряжения в ответ на результат вычисления, включающий в себя управляющий элемент с обратной связью по напряжению для согласования значения напряжения линии электропитания, выявленного средством выявления значения напряжения, с опорным значением напряжения.
Предпочтительно, по меньшей мере один из множества модулей преобразования напряжения выполняет операцию преобразования напряжения в ответ на результат вычисления, включающий в себя управляющий элемент с прямой связью по напряжению, отражающий значение, соответствующее отношению между значением напряжения аккумулирования энергии соответственного модуля аккумулирования энергии и опорным значением напряжения.
Предпочтительно, система энергоснабжения дополнительно включает в себя средство выявления значения тока батареи, выявляющее значение тока батареи, входящего/выходящего в/из по меньшей мере одного из множества модулей аккумулирования энергии, и по меньшей мере один модуль преобразования напряжения, выполняющий операцию преобразования напряжения в ответ на результат вычисления, включающий в себя управляющий элемент с прямой связью по напряжению, который выполняет операцию преобразования напряжения в ответ на результат вычисления, включающий в себя управляющий элемент с обратной связью по току, для согласования значения тока батареи соответствующего модуля аккумулирования энергии, выявленного средством выявления значения тока батареи, с каждым опорным значением тока.
Предпочтительно, каждый из множества модулей преобразования напряжения включает в себя цепь прерывателя.
Транспортное средство в соответствии с еще одним объектом настоящего изобретения включает в себя: систему энергоснабжения, имеющую множество модулей аккумулирования энергии, причем каждый сконфигурирован так, что является заряжаемым/разряжаемым; и модуль генерирования движущей силы, принимающий электроэнергию, поставляемую от системы энергоснабжения, чтобы генерировать движущую силу. Система энергоснабжения включает в себя: линию электропитания, сконфигурированную так, чтобы обеспечивать возможность снабжения/приема электроэнергии между модулем генерирования движущей силы и системой энергоснабжения; множество модулей преобразования напряжения, обеспеченных между множеством модулей аккумулирования энергии и линией электропитания соответственно, где каждый выполняет операцию преобразования напряжения между соответствующим модулем аккумулирования энергии и линией электропитания; средство выявления значения напряжения аккумулирования энергии, выявляющее значение напряжения аккумулирования энергии для каждого из множества модулей аккумулирования энергии; и модуль управления. Модуль управления определяет опорное значение напряжения электроэнергии, подлежащее подаче в модуль генерирования движущей силы в соответствии с состоянием работы модуля генерирования движущей силы. Каждый из множества модулей преобразования напряжения выполняет операцию преобразования напряжения в соответствии с опорным значением напряжения, определяемым средством определения опорного значения напряжения. Модуль управления ограничивает опорное значение напряжения так, чтобы оно не падало ниже максимального значения напряжения аккумулирования энергии из значений напряжения аккумулирования энергии, получаемых средством получения значений напряжения аккумулирования энергии.
Согласно настоящему изобретению могут быть реализованы система энергоснабжения и транспортное средство, подавляющее нежелательный сдвиг электроэнергии между модулями аккумулирования энергии и избегающее возникновения потерь.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематическое представление конфигурации, показывающее существенную часть транспортного средства, которая включает в себя систему энергоснабжения в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - схематическое представление конфигурации преобразователя в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 - вид, иллюстрирующий состояния реле и транзисторов системы относительно операции преобразования напряжения преобразователя.
Фиг.4A и 4B - виды, иллюстрирующие сдвиг электроэнергии между модулями аккумулирования энергии, вызываемый при запуске управления операцией повышения напряжения.
Фиг.5 - вид, показывающий блок управления, предназначенный для управления преобразователем, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 - вид, показывающий блок управления, предназначенный для управления преобразователем, в соответствии с разновидностью первого варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 - схематическое представление конфигурации, показывающее существенную часть транспортного средства, которая включает в себя систему энергоснабжения в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 - вид, показывающий блок управления, предназначенный для управления преобразователем, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 - вид, показывающий блок управления, предназначенный для управления преобразователем, в соответствии с разновидностью второго варианта осуществления настоящего изобретения.
Лучшие способы выполнения изобретения
Теперь будут подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи, на которых идентичные или соответственные части будут обозначены одними и теми же ссылочными позициями, и их описание не будет повторяться.
[Первый вариант осуществления]
Транспортное средство 100, включающее в себя систему 1 энергоснабжения в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, будет описано со ссылкой на фиг.1. Первый вариант осуществления иллюстрирует случай, в котором в качестве примера устройства нагрузки используется модуль 3 генерирования движущей силы, генерирующий движущую силу для транспортного средства 100. Модуль 3 генерирования движущей силы принимает электроэнергию от системы 1 энергоснабжения, чтобы генерировать движущую силу, и снабжает движущей силой колеса (не показаны) транспортного средства 100, вызывая движение транспортного средства 100.
В первом варианте осуществления будет описана система 1 энергоснабжения, которая в качестве примера множества модулей аккумулирования энергии имеет два модуля аккумулирования энергии. Система 1 энергоснабжения сконфигурирована таким образом, что она способна снабжать модуль 3 генерирования движущей силы и принимать от него энергию постоянного тока через главную положительную электрическую шину MPL и главную отрицательную электрическую шину MNL.
Модуль 3 генерирования движущей силы включает в себя первый инвертор INV1, второй инвертор INV2, первый электродвигатель-генератор MG1 и второй электродвигатель-генератор MG2 и генерирует движущую силу в ответ на переключение команд PWM1, PWM2 от HV_ECU (модуля электронного управления гибридного транспортного средства) 4.
Инверторы INV1, INV2 подсоединены параллельно к главной положительной электрической шине MPL и главной отрицательной электрической шине MNL, снабжают систему 1 энергоснабжения и принимают от нее электроэнергию. В частности, инверторы INV1, INV2 преобразовывают энергию постоянного тока, принимаемую через главную положительную электрическую шину MPL и главную отрицательную электрическую шину MNL, в энергию переменного тока и снабжают энергией переменного тока электродвигатели-генераторы MG1, MG2 соответственно. Дополнительно, инверторы INV1, INV2 могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы преобразовывать энергию переменного тока, генерируемую электродвигателями-генераторами MG1, MG2, принимающими кинетическую энергию транспортного средства 100 во время рекуперативного торможения транспортного средства 100 или подобного действия, в энергию постоянного тока и снабжать систему 1 энергоснабжения энергией постоянного тока как регенеративной энергией. Например, инверторы INV1, INV2 сформированы в виде мостовой схемы, включающей в себя переключающие элементы для трех фаз, и генерируют энергию трехфазного переменного тока, выполняя операцию переключения (размыкания/замыкания цепи) в ответ на соответствующие команды PWM1, PWM2 переключения, принимаемые от HV_ECU 4.
Электродвигатели-генераторы MG1, MG2 сконфигурированы так, что способны генерировать вращательную движущую силу, принимая энергию переменного тока, поставляемую от инверторов INV1, INV2 соответственно, и генерировать энергию переменного тока, принимая внешнюю вращательную движущую силу. Например, электродвигатели-генераторы MG1, MG2 представляют собой электрическую вращающуюся машину трехфазного переменного тока, включающую в себя ротор, имеющий встроенные в него постоянные магниты. Электродвигатели-генераторы MG1, MG2 подсоединены к механизму 6 передачи мощности, расходуемой на движение, таким образом, чтобы передавать произведенную движущую силу колесам (не показаны) через приводной вал 8.
Если модуль 3 генерирования движущей силы применяют для гибридного транспортного средства, электродвигатели-генераторы MG1, MG2 также подсоединены к двигателю (не показан) через механизм 6 передачи мощности, расходуемой на движение, или приводной вал 8. Тогда, HV_ECU 4 выполняет управление так, чтобы получать оптимальное соотношение между движущей силой, генерируемой двигателем, и движущей силой, генерируемой электродвигателями-генераторами MG1, MG2. Если модуль 3 генерирования движущей силы применяют для такого гибридного транспортного средства, электродвигатель-генератор MG1 может служить исключительно как электродвигатель, а электродвигатель-генератор MG2 может служить исключительно как генератор.
HV_ECU 4 выполняет сохраненную заранее программу для вычисления опорного значения крутящего момента и опорного значения скорости вращения электродвигателей-генераторов MG1, MG2, основываясь на сигнале, передаваемом от каждого датчика (не показаны), ситуации движения, вариантах положения педали акселератора, хранящейся карты и т.п. Тогда HV_ECU 4 генерирует команды PWM1, PWM2 переключения и подает эти команды в модуль 3 генерирования движущей силы так, чтобы генерируемые крутящие моменты и скорости вращения электродвигателей-генераторов MG1, MG2 согласовывались с расчетными опорными значениями крутящего момента и опорными значениям скорости вращения.
Кроме того, HV_ECU 4 получает значения Vm1, Vm2 противодействующего напряжения электродвижущей силы, генерируемые в электродвигателях-генераторах MG1, MG2 соответственно, основанные на расчетных опорных значениях крутящего момента и опорных значениях скорости вращения или на фактических значениях крутящего момента и фактических значениях скорости вращения, выявляемых различными датчиками (не показаны), и выводит требуемые для системы 1 энергоснабжения значения Vm1*, Vm2* напряжения, определяемые на основании значений Vm1, Vm2 противодействующего напряжения электродвижущей силы. В частности, HV_ECU 4 определяет значения напряжения, которые выше, чем значения Vm1, Vm2 противодействующего напряжения электродвижущей силы, как требуемые значения Vm1*, Vm2* напряжения, таким образом, что система 1 энергоснабжения может снабжать электроэнергией электродвигатели-генераторы MG1, MG2. Дополнительно, HV_ECU 4 получает фактические значения P1, P2 электроэнергии, основанные на произведениях опорных значений крутящего момента и опорных значений скорости вращения или на произведениях фактических значений крутящего момента и фактических значений скорости вращения, и выводит фактические значения P1, P2 электроэнергии в систему 1 энергоснабжения. Следует отметить, что HV_ECU 4 информирует систему 1 энергоснабжения о состоянии снабжения/приема электроэнергии в модуле 3 генерирования движущей силы посредством изменения знаков фактических значений P1, P2 электроэнергии, например, таким образом, что потребление электроэнергии представлено положительным значением, а генерирование электроэнергии представлено отрицательным значением.
Кроме того, после получения сигнала о включении зажигания IGON, представляющего команду активизирования для транспортного средства 100, посредством действия водителя или подобного действия, HV_ECU 4 выводит сигнал IGON о включении зажигания в модуль 2 управления.
С другой стороны, система 1 энергоснабжения включает в себя сглаживающий конденсатор C, модуль 16 выявления значения тока питания, модуль 18 выявления значения напряжения питания, первый преобразователь CONV1, второй преобразователь CONV2, первый модуль BAT1 аккумулирования энергии, второй модуль BAT2 аккумулирования энергии, модули 10-1, 10-2 выявления значения тока батареи, модули 12-1, 12-2 выявления значения напряжения батарей, модули 14-1, 14-2 выявления температуры батарей, реле SR1, SR2 системы и модуль 2 управления.
Сглаживающий конденсатор C подсоединен между главной положительной электрической шиной MPL и главной отрицательной электрической шиной MNL и понижает компонент флуктуации, содержащийся в электроэнергии, поставляемой от преобразователей CONV1, CONV2.
Модуль 16 выявления значения тока питания расположен в главной положительной электрической шине MPL последовательно, он выявляет значение Ih тока питания электроэнергии, поставляемой в модуль 3 генерирования движущей силы, и выводит результат выявления в модуль 2 управления.
Модуль 18 выявления значения напряжения питания подсоединен между главной положительной электрической шиной MPL и главной отрицательной электрической шиной MNL, он выявляет значение Vh напряжения питания электроэнергии, поставляемой в модуль 3 генерирования движущей силы, и выводит результат выявления в модуль 2 управления.
Преобразователи CONV1, CONV2 подсоединены параллельно к главной положительной электрической шине MPL и главной отрицательной электрической шине MNL и выполняют операцию преобразования напряжения между соответствующими модулями BAT1, BAT2 аккумулирования энергии и главной положительной электрической шиной MPL и главной отрицательной электрической шиной MNL. Более конкретно, преобразователи CONV1, CONV2 повышают энергию разрядки от модулей BAT1, BAT2 аккумулирования энергии до опорного значения напряжения соответственно, чтобы генерировать энергию питания. Например, преобразователи CONV1, CONV2 включают в себя цепь прерывателя.
Модули BAT1, BAT2 аккумулирования энергии подсоединены параллельно к главной положительной электрической шине MPL и главной отрицательной электрической шине MNL через реле SR1, SR2 системы и преобразователи CONV1, CONV2 соответственно. Например, модули BAT1, BAT2 аккумулирования энергии реализованы посредством аккумуляторной батареи, сконфигурированной так, что она является заряжаемой/разряжаемой, такой как никелево-гидридная батарея или литиево-ионная батарея, или посредством емкостного элемента с относительно большой емкостью, такого как электрический двухслойный конденсатор.
Модули 10-1, 10-2 выявления значения тока батарей расположены в линиях электропитания, подсоединяющих модули BAT1, BAT2 аккумулирования энергии к преобразователям CONV1, CONV2 соответственно, выявляют значения Ib1, Ib2 тока батарей, связанные с входом-выводом модулей BAT1, BAT2 аккумулирования энергии соответственно, и выводят результат выявления в модуль 2 управления.
Модули 12-1, 12-2 выявления значения напряжения батарей подсоединены между линиями электропитания, подсоединяющими модули BAT1, BAT2 аккумулирования энергии к преобразователям CONV1, CONV2 соответственно, выявляют значения Vb1, Vb2 напряжения батарей модулей BAT1, BAT2 аккумулирования энергии соответственно и выводят результат выявления в модуль 2 управления.
Модули 14-1, 14-2 выявления температуры батарей выполнены поблизости от элементов батареи или подобных устройств, составляющих модули BAT1, BAT2 аккумулирования энергии соответственно, выявляют температуры Tb1, Tb2 батарей, представляющие внутренние температуры модулей BAT1, BAT2 аккумулирования энергии соответственно, и выводят результат выявления в модуль 2 управления. Следует отметить, что модули 14-1, 14-2 выявления температуры батарей также могут быть сконфигурированы так, чтобы выводить репрезентативные значения, получаемые, например, с помощью процесса усреднения, основанного на результате выявления множества элементов выявления, выполненных в соответствии с множеством элементов батареи, составляющих модули BAT1, BAT2 аккумулирования энергии соответственно.
Реле SR1, SR2 системы расположены между преобразователями CONV1, CONV2 и модулями BAT1, BAT2 аккумулирования энергии соответственно и электрически подсоединяют или отсоединяют преобразователи CONV1, CONV2 от модулей BAT1, BAT2 аккумулирования энергии в ответ на команды реле SRC1, SRC2, принимаемые от модуля 2 управления.
После приема сигнала IGON о включении зажигания от HV_ECU 4, модуль 2 управления активизирует команды SRC1, SRC2 реле, чтобы включить реле SR1, SR2 системы. Затем модуль 2 управления генерирует команды PWC1, PWC2 переключения в соответствии с управляющей структурой, описанной ниже, основываясь на требуемых значениях Vm1*, Vm2* напряжения и фактических значениях P1, P2 электроэнергии, принимаемых от HV_ECU 4, значении Ih тока питания, принимаемого от модуля 16 выявления значения тока питания, значении Vh напряжения питания, принимаемого от модуля 18 выявления значения напряжения питания, значениях Ib1, Ib2 тока батарей, принимаемых от модулей 10-1, 10-2 выявления значения тока батарей, значениях Vb1, Vb2 напряжения батарей, принимаемых от модулей 12-1, 12-2 выявления значения напряжения батарей, и температурах Tb1, Tb2 батарей, принимаемых от модулей 14-1, 14-2 выявления температуры батарей соответственно, и подает команды переключения преобразователям CONV1, CONV2 соответственно.
Более конкретно, модуль 2 управления определяет верхнее из требуемых значений Vm1*, Vm2* напряжения, принимаемых от HV_ECU 4, как опорное значение Vh* напряжения энергии питания, таким образом, что опорное значение Vh* напряжения не падает ниже максимального значения напряжения батарей из значений Vb1, Vb2 напряжения батарей, то есть, минимальное значение опорного значения Vh* напряжения ограничено максимальным значением напряжения батареи. Тогда, модуль 2 управления генерирует команды PWC1, PWC2 переключения таким образом, что преобразователи CONV1, CONV2 выполняют операцию преобразования напряжения в соответствии с опорным значением Vh* напряжения.
В частности, в первом варианте осуществления настоящего изобретения преобразователь CONV1 выполняет операцию преобразования напряжения в ответ на результат вычисления управляющих воздействий, включающий в себя управляющий элемент с обратной связью по напряжению для согласования значения Vh напряжения питания с опорным значением Vh* напряжения и управляющий элемент с прямой связью по напряжению, прибавляющий значение, соответствующее соотношению между значением Vb1 напряжения батареи модуля BAT1 аккумулирования энергии и опорным значением Vh* напряжения (коэффициент преобразования напряжения). С другой стороны, преобразователь CONV2 выполняет операцию преобразования напряжения в ответ на результат вычисления управляющих воздействий, включающий в себя управляющий элемент с обратной связью по току для согласования значения Ib2 тока батареи с опорным значением Ib2* тока и управляющий элемент с прямой связью по напряжению, прибавляя значение, соответствующее соотношению между значением Vb2 напряжения батареи модуля BAT2 аккумулирования энергии и опорным значением Vh* напряжения (коэффициент преобразования напряжения). Следует отметить, что опорное значение Ib2* тока определяется на основании состояния зарядки (в дальнейшем также упоминается просто как "SOC") модуля BAT2 аккумулирования энергии и требуемого значения электроэнергии модуля 3 генерирования движущей силы.
Поскольку опорное значение Vh* напряжения определяется как отражающее значения Vb1, Vb2 напряжения батарей, как описано выше, нежелательный сдвиг электроэнергии между модулями BAT1 и BAT2 аккумулирования энергии может быть подавлен. Дополнительно, поскольку значения, соответствующие соотношениям между значениями Vb1, Vb2 напряжения батарей и опорным значением Vh* напряжения (коэффициенты преобразования напряжения), выводятся управляющими элементами с прямой связью по напряжению как начальные значения, преобразователи CONV1, CONV2 начинают операцию преобразования напряжения сразу после начала управления. Таким образом, ток, циркулирующий между модулями BAT1 и BAT2 аккумулирования энергии, который может быть вызван сразу после начала управления, также может быть подавлен.
Модуль 2 управления вычисляет состояния зарядки SOC1, SOC2 в модулях BAT1, BAT2 аккумулирования энергии, основываясь на значениях Ib1, Ib2 тока батарей, значениях Vb1, Vb2 напряжения батарей и температурах Tb1, Tb2 батарей соответственно. Для вычисления SOC модулей BAT1, BAT2 аккумулирования энергии могут использоваться различные известные методы. Например, модуль 2 управления последовательно выявляет состояния зарядки SOC, прибавляя предварительные SOC, вычисленные из значений Vb1, Vb2 напряжения батарей в состоянии разомкнутой цепи (значения напряжения разомкнутой цепи), к корректирующим SOC, вычисленным на основании накопленных значений из значений Ib1, Ib2 тока батарей. Дополнительно, модуль 2 управления выводит допустимую энергию разрядки Wout1, Wout2, основанную на выявляемых SOC1, SOC2 модулей BAT1, BAT2 аккумулирования энергии. Допустимая энергия разрядки Wout1, Wout2 относится к значениям ограничения энергии зарядки и/или энергии разрядки в течение короткого периода времени в каждый момент времени, которые определены как предельные значения в условиях химической реакции. Например, модуль 2 управления хранит карту допустимой энергии, в которой экспериментально полученные заранее SOC и температура батареи определены как параметры, и выводит допустимую энергию разрядки Wout1, Wout2 в каждый момент времени в соответствии с выявленными SOC1, SOC2 и температурами Tb1, Tb2 батарей. Модуль 2 управления определяет опорное значение Ib2* тока модуля BAT2 аккумулирования энергии таким образом, чтобы не превышать допустимую энергию разрядки Wout2, выведенную, как описано выше.
Что касается соответствия между фиг.1 и изобретением настоящей патентной заявки, то модуль 3 генерирования движущей силы соответствует "устройству нагрузки", главная положительная электрическая шина MPL и главная отрицательная электрическая шина MNL соответствуют "линии электропитания", а преобразователи CONV1, CONV2 соответствуют "множеству модулей преобразования напряжения".
Рассмотрим фиг.2, на которой преобразователь CONV1 включает в себя цепь 40-1 прерывателя и сглаживающий конденсатор C1.
Цепь 40-1 прерывателя может поставлять электроэнергию двунаправленным образом. В частности, цепь 40-1 прерывателя может повышать энергию разрядки от модуля BAT1 аккумулирования энергии в ответ на команду PWC1 переключения от модуля 2 управления (фиг.1), чтобы снабжать повышенной энергией разрядки модуль 3 генерирования движущей силы (фиг.1), и может понижать регенеративную энергию, принимаемую от модуля 3 генерирования движущей силы, чтобы поставлять пониженную регенеративную энергию в модуль BAT1 аккумулирования энергии. Цепь 40-1 прерывателя включает в себя положительную электрическую шину LN1A, отрицательную электрическую шину LN1C, линию LN1B, транзисторы Q1A, Q1B, служащие в качестве переключающих элементов, диоды D1A, D1B и катушку L1 индуктивности.
У положительной электрической шины LN1A один конец подсоединен к коллектору транзистора Q1A, а другой конец подсоединен к главной положительной электрической шине MPL. У отрицательной электрической шины LN1C один конец подсоединен к отрицательной клемме модуля BAT1 аккумулирования энергии, а другой конец подсоединен к главной отрицательной электрической шине MNL.
Транзисторы Q1A и Q1B подсоединены последовательно между положительной электрической шиной LN1A и отрицательной электрической шиной LN1C. Коллектор транзистора Q1A подсоединен к положительной электрической шине LN1A, а эмиттер транзистора Q1B подсоединен к отрицательной электрической шине LN1C. Диоды D1A, D1B, обеспечивающие возможность току протекать со стороны эмиттера к стороне коллектора, подсоединены между коллектором и эмиттером транзисторов Q1A, Q1B соответственно. Дополнительно, к точке соединения транзистора Q1A и транзистора Q1B подсоединена катушка L1 индуктивности.
У линии LN1B один конец подсоединен к положительной клемме модуля BAT1 аккумулирования энергии, а другой конец подсоединен к катушке L1 индуктивности.
Сглаживающий конденсатор C1 подсоединен между линией LN1B и отрицательной электрической шиной LN1C и понижает компонент переменного тока, содержащийся в напряжении постоянного тока между линией LN1B и отрицательной электрической шиной LN1C.
Ниже будет описана операция преобразования напряжения преобразователя CONV1. В операции повышения напряжения модуль 2 управления (фиг.1) поддерживает транзистор Q1A в состоянии "открыт" и открывает/закрывает транзистор Q1B с заданным коэффициентом заполнения. В течение периода "открыт" транзистора Q1B разрядный ток течет от модуля BAT1 аккумулирования энергии в главную положительную электрическую шину MPL, последовательно через линию LN1B, катушку L1 индуктивности, транзистор Q1A и положительную электрическую шину LN1A. В то же время, ток накачки течет от модуля BAT1 аккумулирования энергии, последовательно через линию LN1B, катушку L1 индуктивности, транзистор Q1B и отрицательную электрическую шину LN1C. Катушка L1 индуктивности накапливает электромагнитную энергию посредством тока накачки. Впоследствии, когда транзистор Q1B делает переход от состояния "открыт" в состояние "закрыт", катушка L1 индуктивности накладывает накопленную электромагнитную энергию на разрядный ток. В результате, среднее напряжение энергии постоянного тока, поставляемой от преобразователя CONV1 в главную положительную электрическую шину MPL и главную отрицательную электрическую шину MNL, повышается благодаря напряжению, соответствующему электромагнитной энергии, накапливаемой в катушке L1 индуктивности в соответствии с коэффициентом заполнения.
Рассмотрим фиг.3, на которой после приема сигнала IGON о включении зажигания от HV_ECU 4 модуль 2 управления включает реле SR1 системы, чтобы достигнуть состояния готовности управления. В состоянии готовности управления разрядный ток течет от модуля BAT1 аккумулирования энергии, последовательно через линию LN1B, катушку L1 индуктивности, диод D1A и главную положительную электрическую шину MPL, заряжая сглаживающий конденсатор C.
Когда после этого запускается управление, модуль 2 управления активизирует транзистор Q1A для достижения состояния "открыт" и открывает/закрывает транзистор Q1B таким образом, чтобы значение Vh напряжения питания (фактическое значение) согласовывалось с опорным значением Vh* напряжения. В частности, если значение Vh напряжения питания ≤ опорного значения Vh* напряжения, модуль 2 управления открывает/закрывает транзистор Q1B с коэффициентом заполнения, соответствующим отклонению, а если значение Vh напряжения питания > опорного значения Vh* напряжения, модуль 2 управления определяет, что дальнейшая операция повышения напряжения не требуется, и поддерживает Q1B в состоянии "закрыт" (коэффициент заполнения = 0). Таким образом, в течение операции повышения напряжения преобразователя CONV1 транзистор Q1A всегда поддерживается в состоянии "открыт".
Поскольку конфигурация и функционирование преобразователя CONV2 также подобны описанным выше конфигурации и функционированию преобразователя CONV1, их детальное описание повторяться не будет.
Рассмотрим фиг.4A и 4B, со ссылкой на которые будет описан сдвиг электроэнергии между модулями BAT1 и BAT2 аккумулирования энергии, вызываемый при запуске управления операцией повышения напряжения. На фиг.4A показан образ действий преобразователей CONV1, CONV2 от начала подготовки к управлению до достижения состояния готовности управления, а фиг.4B показывает образ действий преобразователей CONV1, CONV2 непосредственно после начала управления.
Рассмотрим фиг.4A, на которой, поскольку модуль 2 управления включает реле SR1, SR2 системы после приема сигнала о включении зажигания IGON, сглаживающий конденсатор C заряжается разрядным током от модулей BAT1, BAT2 аккумулирования энергии. Например, если значение Vb1 напряжения батареи < значения Vb2 напряжения батареи, сглаживающий конденсатор C заряжается разрядным током от модулей BAT1 и BAT2 аккумулирования энергии до тех пор, пока его зарядное напряжение не согласуется со значением Vb1 напряжения батареи. Тогда, если зарядное напряжение превышает значение Vb1 напряжения батареи, сглаживающий конденсатор C заряжается зарядным напряжением Ic от модуля BAT2 аккумулирования энергии, и его конечное зарядное напряжение (значение Vh напряжения питания) по существу согласуется со значением Vb2 напряжения батареи модуля BAT2 аккумулирования энергии.
Рассмотрим фиг.4B, на которой, если опорное значение Vh* напряжения определено таким образом, что значение Vh напряжения питания > опорного значения Vh* напряжения сразу после начала управления операцией повышения напряжения, преобразователи CONV1, CONV2 не выполняют операцию повышения напряжения. В результате, возникает циркулирующий ток Is от модуля BAT2 аккумулирования энергии к модулю BAT1 аккумулирования энергии через главную положительную электрическую шину MPL и транзистор Q1A, поддерживаемый в состоянии "открыт". Такой циркулирующий ток Is вызывает нежелательный сдвиг электроэнергии между модулями аккумулирования энергии. Дополнительно, поскольку величина циркулирующего тока Is определяется в соответствии с разностью напряжений между значением Vb1 напряжения батареи и значением Vb2 напряжения батареи, тогда как электрическое сопротивление между модулями BAT1 и BAT2 аккумулирования энергии спроектировано малым, когда разность напряжений является относительно большой (например, около 50 В), может возникать чрезвычайно большой циркулирующий ток Is, приводящий к повреждению модулей BAT1 и BAT2 аккумулирования энергии.
Поэтому в первом варианте осуществления настоящего изобретения опорное значение Vh* напряжения ограничивается таким образом, чтобы оно не падало ниже максимального значения напряжения батареи из значений Vb1, Vb2 напряжения батарей.
Рассмотрим фиг.5, со ссылкой на которую будет описан блок 200 управления, предназначенный для управления преобразователями CONV1, CONV2, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Блок 200 управления включает в себя модули 50, 52 выбора максимального значения, модуль 54 ограничения нижнего предельного значения, модуль (REF) 80 определения опорного значения тока, модули 56, 62, 66, 72 вычитания, модули (PI) 58, 68 пропорционального интегрирования, модули 60, 70 деления и модули (MOD) 64, 74 модуляции.
Модуль 50 выбора максимального значения принимает значения Vb1 и Vb2 напряжения батарей и выводит их максимальное значение в модуль 54 ограничения нижнего предельного значения. Модуль 52 выбора максимального значения принимает требуемые значения Vm1* и Vm2* напряжения и выводит их максимальное значение в модуль 54 ограничения нижнего предельного значения.
Модуль 54 ограничения нижнего предельного значения принимает выходное значение от модуля 52 выбора максимального значения в качестве входных данных и принимает выходное значение от модуля 50 выбора максимального значения в качестве нижнего предельного значения. Затем модуль 54 ограничения нижнего предельного значения ограничивает значение, принятое в качестве входного значения, таким образом, чтобы оно не падало ниже нижнего предельного значения, и выводит ограниченное значение как опорное значение Vh* напряжения. В частности, когда выходное значение от модуля 52 выбора максимального значения меньше, чем выходное значение от модуля 50 выбора максимального значения, выходное значение от модуля 50 выбора максимального значения выводится как опорное значение Vh* напряжения, а когда выходное значение от модуля 50 выбора максимального значения меньше, чем выходное значение от модуля 52 выбора максимального значения, выходное значение от модуля 52 выбора максимального значения выводится как опорное значение Vh* напряжения.
Модуль 56 вычитания вычисляет отклонение напряжения на основании разности между опорным значением Vh* напряжения и значением Vh напряжения питания и выводит отклонение напряжения в модуль (PI) 58 пропорционального интегрирования. Модуль 58 пропорционального интегрирования включает в себя по меньшей мере один пропорциональный элемент (P) и один интегральный элемент (I) и выводит в модуль 62 вычитания операционный сигнал в соответствии с отклонением входного напряжения. Модуль 56 вычитания и модуль 58 пропорционального интегрирования составляют управляющий элемент с обратной связью по напряжению.
Модуль 62 вычитания инвертирует знак операционного сигнала, выдаваемого модулем 58 пропорционального интегрирования, прибавляет значение Vb1 напряжения батареи модуля BAT1 аккумулирования энергии/опорное значение Vh* напряжения, вычисленное в модуле 60 деления, и выводит команду Ton1 рабочего цикла. Значение Vb1 напряжения батареи/опорное значение Vh* напряжения является обратной величиной теоретического коэффициента повышения напряжения в преобразователе CONV1. Модуль 60 деления и модуль 62 вычитания составляют управляющий элемент с прямой связью по напряжению. Даже если сразу после начала управления выходное значение от модуля 58 пропорционального интегрирования является нулевым, значение, получаемое управляющим элементом с прямой связью по напряжению, выводится как команда Ton1 рабочего цикла. Команда Ton1 рабочего цикла представляет собой команду управления, определяющую время включенного состояния транзистора Q1B (фиг.2) преобразователя CONV1.
Модуль 64 модуляции сравнивает несущую, генерируемую модулем колебания (не показан), с командой Ton1 рабочего цикла, генерирует команду PWC1 переключения и поставляет команду PWC1 переключения преобразователю CONV1.
С другой стороны, модуль 80 определения опорного значения тока определяет опорное значение Ib2* тока посредством определения энергии разрядки, подлежащей выделению модулю BAT2 аккумулирования энергии, таким образом, чтобы не превышать допустимую энергию Wout2 разрядки, основываясь на фактических значениях P1, P2 электроэнергии, принимаемых от HV_ECU 4, и посредством деления энергии разрядки на значение Vb2 напряжения батареи. Энергия разрядки, подлежащая выделению модулю BAT2 аккумулирования энергии, может определяться произвольно до тех пор, пока она не превышает допустимую энергию Wout2 разрядки.
Модуль 66 вычитания вычисляет отклонение тока, основываясь на разности между опорным значением Ib2* тока и значением Ib2 тока батареи, и выводит отклонение тока в модуль (PI) 68 пропорционального интегрирования. Модуль 68 пропорционального интегрирования включает в себя по меньшей мере один пропорциональный элемент и один интегральный элемент, как у описанного выше модуля 58 пропорционального интегрирования, и выводит в модуль 72 вычитания операционный сигнал в соответствии с входным отклонением тока. Модуль 66 вычитания и модуль 68 пропорционального интегрирования составляют управляющий элемент с обратной связью по току.
Модуль 72 вычитания инвертирует знак операционного сигнала, выходящего из модуля 68 пропорционального интегрирования, прибавляет значение Vb2 напряжения батареи модуля BAT2 аккумулирования энергии/опорное значение Vh* напряжения, вычисленное в модуле 70 деления, и выводит команду Ton2 рабочего цикла. Значение Vb2 напряжения батареи/опорное значение Vh* напряжения является обратной величиной теоретического коэффициента повышения напряжения в преобразователе CONV2. Модуль 70 деления и модуль 72 вычитания составляют управляющий элемент с прямой связью по напряжению. Даже если сразу после начала управления выходное значение от модуля 68 пропорционального интегрирования является нулевым, значение, получаемое управляющим элементом с прямой связью по напряжению, выводится как команда Ton2 рабочего цикла. Команда Ton2 рабочего цикла представляет собой команду управления, определяющую время включенного состояния транзистора Q2A (фиг.3) преобразователя CONV2.
Как описано выше, команда PWC1 переключения для управления преобразователем CONV1 генерируется посредством вычисления управляющих воздействий, включающего в себя управляющий элемент с обратной связью по напряжению и управляющий элемент с прямой связью по напряжению, а команда PWC2 переключения для управления преобразователем CONV2 генерируется посредством вычисления управляющих воздействий, включающего в себя управляющий элемент с обратной связью по току и управляющий элемент с прямой связью по напряжению.
Следует отметить, что хотя блок 200 управления, показанный на фиг.5, также может быть реализован посредством конфигурирования модуля 2 управления так, чтобы он включал в себя цепь, соответствующую каждому блоку, во многих случаях блок 200 управления реализован посредством модуля 2 управления, выполняющего последовательность команд процесса в соответствии с предварительно установленной программой.
Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, опорное значение напряжения ограничивается таким образом, чтобы оно не падало ниже максимального значения напряжения батареи из значений напряжения батарей первого и второго модулей аккумулирования энергии, и каждый из первого и второго преобразователей выполняет операцию преобразования напряжения в соответствии с этим опорным значением. Поскольку опорное значение напряжения не меньше, чем значение напряжения линии электропитания, которая может быть заряжена с помощью модуля аккумулирования энергии до начала управления преобразователем, каждый преобразователь начинает операцию преобразования напряжения сразу после начала управления. Таким образом, каждый преобразователь работает так, чтобы поставлять электроэнергию в линию энергоснабжения от подсоединенного модуля аккумулирования энергии, и, таким образом, может избегать подачи электроэнергии от другого модуля аккумулирования энергии через линию электропитания. Поэтому нежелательный сдвиг электроэнергии между модулями аккумулирования энергии может быть подавлен, даже когда существует разность напряжений между модулями аккумулирования энергии.
Дополнительно, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, поскольку каждая из команд переключения для управления первым и вторым преобразователями генерируется посредством вычисления управляющих воздействий, включающего в себя управляющий элемент с прямой связью по напряжению, значение, получаемое управляющим элементом с прямой связью по напряжению, выводится сразу после начала управления. В результате, даже если возникает временная задержка вследствие интегрального элемента модуля пропорционального интегрирования, составляющего управляющий элемент с обратной связью, каждый преобразователь выполняет операцию преобразования напряжения сразу после начала управления. Таким образом, в частности, может быть подавлен циркулирующий ток, протекающий в переходном режиме между модулями аккумулирования энергии.
Помимо этого согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, поскольку второй преобразователь управляется посредством вычисления управляющих воздействий, включающего в себя управляющий элемент с обратной связью по току, можно управлять снабжением/приемом электроэнергии между вторым преобразователем и вторым модулем аккумулирования энергии, то есть энергией, которая будет выделена второму модулю аккумулирования энергии. Следовательно, также можно управлять энергией, которая будет выделена первому блоку аккумулирования энергии. Таким образом, также может быть выполнено управление режимом электропитания первого и второго модулей аккумулирования энергии.
[Разновидность]
В первом варианте осуществления настоящего изобретения было дано описание конфигурации, в которой преобразователи CONV1 и CONV2 управляются посредством вычисления управляющих воздействий, включающего в себя управляющий элемент с обратной связью по напряжению, и вычисления управляющих воздействий, включающего в себя управляющий элемент с обратной связью по току, соответственно. В разновидности первого варианта осуществления настоящего изобретения будет дано описание конфигурации, в которой каждый из преобразователей CONV1 и CONV2 управляется посредством вычисления управляющих воздействий, включающего в себя элемент управления с обратной связью по напряжению.
Поскольку целевая система энергоснабжения является такой же, как и система 1 энергоснабжения, показанная на фиг.1, ее детальное описание повторяться не будет.
Блок 202 управления, предназначенный для управления преобразователями CONV1, CONV2, в соответствии с разновидностью первого варианта осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на фиг.6. Блок 202 управления включает в себя модули 50, 52 выбора максимального значения, модуль 54 ограничения нижнего предельного значения, модули 56-1, 56-2, 62-1, 62-2 вычитания, модули (PI) 58-1, 58-2 пропорционального интегрирования, модули 60-1, 60-2 деления и модули 64-1, 64-2 модуляции.
Поскольку модули 50, 52 выбора максимального значения и модуль 54 ограничения нижнего предельного значения являются такими же, как и в описанном выше варианте осуществления настоящего изобретения, их детальное описание повторяться не будет.
Дополнительно, модули 56-1, 56-2 вычитания, модули 58-1, 58-2 пропорционального интегрирования, модули 60-1, 60-2 деления, модули 62-1, 62-2 вычитания и модули 64-1, 64-2 модуляции являются такими же, как и модуль 56 вычитания, модуль 58 пропорционального интегрирования, модуль 60 деления, модуль 62 вычитания и модуль 64 модуляции в описанном выше варианте осуществления настоящего изобретения соответственно.
В частности, блок 202 управления выводит команды Ton1, Ton2 рабочего цикла в соответствии с вычислениями управляющих воздействий, включающими в себя управляющие элементы с обратной связью по напряжению для согласования значения Vh напряжения питания с опорным значением Vh* напряжения, и управляющие элементы с прямой связью по напряжению, прибавляя значения, соответствующие отношениям между значениями Vb1, Vb2 напряжения батарей и опорным значением Vh* напряжения (коэффициенты преобразования напряжения) соответственно.
Что касается остального, разновидность является такой же, как и первый вариант осуществления настоящего изобретения, описанный выше, и, таким образом, его детальное описание повторяться не будет.
Согласно разновидности первого варианта осуществления настоящего изобретения в дополнение к эффекту, получаемому с помощью первого варианта осуществления настоящего изобретения, команды переключения для преобразователей генерируются через подобные вычисления управляющих воздействий. Поэтому управляющая структура может быть упрощена, и регулирование, такое как усиление управляющих воздействий, может выполняться относительно легко.
[Второй вариант осуществления]
Настоящее изобретение применимо к системе энергоснабжения, имеющей три или больше модулей аккумулирования энергии, в дополнение к описанной выше системе энергоснабжения, имеющей два модуля аккумулирования энергии.
Теперь со ссылкой на фиг.7 будет описано транспортное средство 100#, включающее в себя систему 1# энергоснабжения в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Поскольку транспортное средство 100# включает в себя систему 1# энергоснабжения, выполненную вместо системы 1 энергоснабжения в транспортном средстве 100, показанном на фиг.1, детальное описание модуля 3 генерирования движущей силы и HV_ECU 4 повторяться не будет. Во втором варианте осуществления настоящего изобретения будет описана система 1# энергоснабжения, включающая в себя N модулей аккумулирования энергии.
Система 1# энергоснабжения включает в себя преобразователи CONV1, CONV2,..., CONVN, модули BAT1, BAT2,..., BATN аккумулирования энергии, реле SR1, SR2,..., SRN системы, модули 10-1, 10-2,..., 10-N выявления значений тока батарей, модули 12-1, 12-2,..., 12-N выявления значений напряжения батарей и модули 14-1, 14-2,..., 14-N выявления температуры батарей, выполненные вместо преобразователей CONV1, CONV2, модулей BAT1, BAT2 аккумулирования энергии, реле SR1, SR2 системы, модулей 10-1, 10-2 выявления значений тока батарей, модулей 12-1, 12-2 выявления значений напряжения батарей и модулей 14-1, 14-2 выявления температуры батарей в системе 1 энергоснабжения, показанной на фиг.1, соответственно. Дополнительно, система 1# энергоснабжения включает в себя модуль 2# управления, выполненный вместо модуля 2 управления в системе 1 энергоснабжения, показанной на фиг.1.
Преобразователи CONV1-CONVN подсоединены параллельно к главной положительной электрической шине MPL и главной отрицательной электрической шине MNL и выполняют операцию преобразования напряжения между соответствующими модулями BAT1-BATN аккумулирования энергии и главной положительной электрической шиной MPL и главной отрицательной электрической шиной MNL.
Модули BAT1-BATN аккумулирования энергии подсоединены параллельно к главной положительной электрической шине MPL и главной отрицательной электрической шине MNL через реле SR1-SRN системы и преобразователи CONV1-CONVN соответственно. Модули 10-1-10-N выявления значений тока батарей, модули 12-1-12-N выявления значений напряжения батарей и модули 14-1-14-N выявления температуры батарей выполнены в соответствии с модулями BAT1-BATN аккумулирования энергии соответственно.
После приема сигнала о включении зажигания IGON от HV_ECU 4 модуль 2# управления активизирует команды SRC1-SRCN реле для включения реле SR1-SRN системы. Затем модуль 2# управления определяет максимальное значение из требуемых значений Vm1*-VmN* напряжения, принятых от HV_ECU 4, как опорное значение Vh* напряжения энергии питания, таким образом, чтобы опорное значение Vh* напряжения не падало ниже максимального значения напряжения батарей из значений Vb1-VbN напряжения батарей, то есть, минимальное значение опорного значения Vh* напряжения ограничено максимальным значением напряжения батарей. После этого модуль 2# управления генерирует команды PWC1-PWCN переключения таким образом, что преобразователи CONV1-CONVN выполняют операцию преобразования напряжения в соответствии с опорным значением Vh* напряжения.
В частности, во втором варианте осуществления настоящего изобретения преобразователь CONV1 выполняет операцию преобразования напряжения в ответ на результат вычисления управляющих воздействий, включающий в себя управляющий элемент с обратной связью по напряжению для согласования значения Vh напряжения питания с опорным значением Vh* напряжения и управляющий элемент с прямой связью по напряжению, прибавляющий значение, соответствующее отношению между значением Vb1 напряжения батареи модуля BAT1 аккумулирования энергии и опорным значением Vh* напряжения (коэффициент преобразования напряжения). С другой стороны, преобразователи CONV2-CONVN выполняют операцию преобразования напряжения в ответ на результаты вычислений управляющих воздействий, включающих в себя управляющие элементы с обратной связью по току, для согласования значений Ib2-IbN тока батарей с опорными значениями Ib2*-IbN* тока, и управляющие элементы с прямой связью по напряжению, прибавляющие значения, соответствующие отношениям между значениями Vb2-VbN напряжения батарей модулей BAT2-BATN аккумулирования энергии и опорным значением Vh* напряжения (коэффициенты преобразования напряжения), соответственно. Следует отметить, что опорные значения Ib2*-IbN* тока определяются в соответствии с SOC модулей BAT2-BATN аккумулирования энергии и требуемым значением электроэнергии для модуля 3 генерирования движущей силы.
Поскольку опорное значение Vh* напряжения определяется как отражающее значения Vb1-VbN напряжения батарей, как описано выше, нежелательный сдвиг электроэнергии среди модулей BAT1-BATN аккумулирования энергии может быть подавлен. Дополнительно, поскольку значения, соответствующие отношениям между значениями Vb1-VbN напряжения батарей и опорным значением Vh* напряжения (коэффициенты преобразования напряжения) выводятся в качестве начальных значений управляющими элементами с прямой связью по напряжению, преобразователи CONV1-CONVN могут выполнять операцию преобразования напряжения сразу после начала управления. Таким образом, циркулирующий ток среди модулей BAT1-BATN аккумулирования энергии, который может быть вызван сразу после начала управляющих воздействий, может быть подавлен.
Дополнительно, модуль 2# управления вычисляет состояния зарядки SOC1-SOCN в модулях BAT1-BATN аккумулирования энергии, основываясь на значениях Ib1-IbN тока батарей, значениях Vb1-VbN напряжения батарей и температурах Tb1-TbN батарей соответственно.
Что касается остального, то система 1# энергоснабжения является такой же, как и в описанном выше первом варианте осуществления настоящего изобретения, и, таким образом, ее детальное описание повторяться не будет.
Относительно соответствия между фиг.7 и изобретением настоящей патентной заявки, модуль 3 генерирования движущей силы соответствует "устройству нагрузки", главная положительная электрическая шина MPL и главная отрицательная электрическая шина MNL соответствуют "линии электропитания", а преобразователи CONV1-CONVN соответствуют "множеству модулей преобразования напряжения".
Рассмотрим фиг.8, со ссылкой на которую будет описан блок 200# управления, предназначенный для управления преобразователями CONV1-CONVN, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Блок 200# управления включает в себя модули 66-2,..., 66-N, 72-2,..., 72-N вычитания, модули 68-2,..., 68-N пропорционального интегрирования, модули 70-2,..., 70-N деления и модули 74-2,..., 74-N модуляции, выполненные вместо модулей 66, 72 вычитания, модуля 68 пропорционального интегрирования, модуля 70 деления и модуля 74 модуляции в блоке 200 управления, показанном на фиг.5, соответственно. Дополнительно, блок 200# управления включает в себя модуль (REF) 80# определения опорного значения тока, выполненный вместо модуля (REF) 80 определения опорного значения тока в блоке 200 управления, показанном на фиг.5.
Модуль 80# определения опорного значения тока определяет энергию разрядки, которая будет выделена модулям BAT2-BATN аккумулирования энергии, таким образом, чтобы не превышать допустимую энергию Wout2-WoutN разрядки соответственно, основанную на фактических значениях P1, P2 электроэнергии, получаемых от HV_ECU 4. Дополнительно, модуль 80# определения опорного значения тока определяет опорные значения Ib2*-IbN* тока посредством деления соответствующей энергии разрядки на значения Vb2-VbN напряжения батарей соответственно.
Модули 66-2-66-N вычитания вычисляют отклонения тока, основываясь на разностях между опорными значениями Ib2*-IbN* тока и значениями Ib2-IbN тока батарей соответственно, и выводят отклонения тока в модули 68-2-68-N пропорционального интегрирования соответственно. Каждый из модулей 68-2-68-N пропорционального интегрирования включает в себя по меньшей мере один пропорциональный элемент и один интегральный элемент и выводит в модули 72-2-72-N вычитания операционные сигналы в соответствии с входными отклонениями тока соответственно. Модули 66-2-66-N вычитания и модули 68-2-68-N пропорционального интегрирования составляют управляющие элементы с обратной связью по току соответственно.
Модули 72-2-72-N вычитания инвертируют знаки операционных сигналов, поступающих от модулей 68-2-68-N пропорционального интегрирования, прибавляют значение Vb2 напряжения батареи/опорное значение Vh* напряжения - значение VbN напряжения батареи/опорное значение Vh* напряжения, вычисленные в модулях 70-2-70-N деления, и выводят команды Ton2-TonN рабочего цикла соответственно. Значение Vb2 напряжения батареи/опорное значение Vh* напряжения - значение VbN напряжения батареи/опорное значение Vh* напряжения являются обратными величинами теоретических коэффициентов повышения напряжения в преобразователях CONV2-CONVN соответственно. Модули 70-2-70-N деления и модули 72-2-72-N вычитания составляют управляющие элементы с прямой связью по напряжению соответственно.
Что касается остального, то блок 200# управления является таким же, как блок управления в описанном выше первом варианте осуществления настоящего изобретения, и, таким образом, его детальное описание повторяться не будет.
Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, может быть получен эффект, подобный эффекту в первом варианте осуществления настоящего изобретения, даже когда система энергоснабжения включает в себя три или больше преобразователей и модулей аккумулирования энергии. Таким образом, количество преобразователей и модулей аккумулирования энергии может проектироваться относительно свободно, в соответствии со значением требуемой электроэнергии устройства нагрузки. Поэтому могут быть реализованы система энергоснабжения, способная снабжать электроэнергией устройства нагрузки различных размеров и типов, и транспортное средство, включающее в себя такую систему энергоснабжения.
[Разновидность]
Как и в разновидности первого варианта осуществления настоящего изобретения, будет дано описание конфигурации, в которой каждый из преобразователей CONV1-CONVN управляется посредством вычисления управляющих воздействий, включающего в себя элемент системы управления с обратной связью по напряжению.
Поскольку целевая система энергоснабжения является такой же, как и система 1# энергоснабжения, показанная на фиг.7, ее детальное описание повторяться не будет.
Рассмотрим фиг.9, со ссылкой на которую будет описан блок 202# управления, предназначенный для управления преобразователями CONV1-CONVN, в соответствии с разновидностью второго варианта осуществления настоящего изобретения. Блок 200# управления является расширенной версией блока 202 управления, показанного на фиг.6, и включает в себя модули 56-1-56-N, 62-1-62-N вычитания, модули 58-1-58-N пропорционального интегрирования, модули 60-1-60-N деления и модули 64-1-64-N модуляции, выполненные вместо модулей 56-1, 56-2, 62-1, 62-2 вычитания, модулей 58-1, 58-2 пропорционального интегрирования, модулей 60-1, 60-2 деления и модулей 64-1, 64-2 модуляции в блоке 202 управления соответственно. Что касается остального, то блок 202# управления является таким же, как и блок 202 управления, и, таким образом, его детальное описание повторяться не будет.
Блок 202# управления выводит команды Ton1-TonN рабочего цикла, в соответствии с вычислениями управляющих воздействий, включающими в себя элементы системы управления с обратной связью по напряжению для согласования значения Vh напряжения питания с опорным значением Vh* напряжения и управляющие элементы с прямой связью по напряжению, прибавляющие значения, соответствующие отношениям между значениями Vb1-VbN напряжения батарей и опорным значением Vh* напряжения (коэффициенты преобразования напряжения) соответственно.
Что касается остального, эта разновидность является такой же, как и описанная выше разновидность первого варианта осуществления настоящего изобретения, и, таким образом, ее детальное описание повторяться не будет.
Согласно разновидности второго варианта осуществления настоящего изобретения в дополнение к эффекту, получаемому вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, команды переключения для преобразователей генерируются через подобные вычисления управляющих воздействий. Поэтому, даже когда система энергоснабжения включает в себя множество преобразователей, управляющая структура может быть упрощена, и регулирование, такое как усиление управляющих воздействий, может выполняться относительно легко.
В первом и втором вариантах осуществления настоящего изобретения и их разновидностях было дано описание конфигурации, управляющей каждым преобразователем на основании вычисления управляющих воздействий с использованием комбинации управляющего элемента с обратной связью по напряжению и управляющего элемента с прямой связью по напряжению или на основании вычисления управляющих воздействий с использованием комбинации управляющего элемента с обратной связью по току и управляющего элемента с прямой связью по напряжению. Однако можно использовать любое вычисление управляющих воздействий до тех пор, пока оно сконфигурировано таким образом, что операция преобразования напряжения выполняется в соответствии с опорным значением напряжения. Например, может использоваться вычисление управляющих воздействий, включающее в себя только управляющий элемент с обратной связью по напряжению, или вычисление управляющих воздействий, включающее в себя только управляющий элемент с прямой связью по напряжению.
Дополнительно, в первом и втором вариантах осуществления настоящего изобретения и их разновидностях было дано описание конфигурации, использующей модуль генерирования движущей силы, который в качестве примера устройства нагрузки включает в себя два электродвигателя-генератора. Однако количество электродвигателей-генераторов не ограничено. Кроме того, устройство нагрузки не ограничено модулем генерирования движущей силы, генерирующим движущую силу для транспортного средства, а настоящее изобретение можно применять как к устройству, только потребляющему электроэнергию, так и к устройству, способному потреблять и генерировать электроэнергию.
Должно быть понятно, что раскрытые в данном описании варианты осуществления во всех отношениях являются иллюстративными, а не ограничительными. Объем настоящего изобретения определен скорее условиями формулы изобретения, чем приведенным выше описанием, и предназначен для того, чтобы включать в себя любые видоизменения в пределах объема и значащего эквивалента выражений формулы изобретения.
Реферат
Использование: в области энергоснабжения. Технический результат заключается в подавлении сдвига электроэнергии между модулями аккумулирования энергии и снижении потерь электроэнергии. Система содержит множество модулей аккумулирования энергии, множество модулей преобразования напряжения и модуль управления, в котором модуль (50) выбора максимального значения принимает значения (Vb1, Vb2) напряжения батарей и выводит их максимальное значение в модуль (54) ограничения нижнего предельного значения. Модуль (52) выбора максимального значения принимает требуемые значения (Vm1*, Vm2*) напряжения и выводит их максимальное значение в модуль (54) ограничения нижнего предельного значения. Модуль (54) ограничения нижнего предельного значения выводит опорное значение (Vh*) напряжения, ограничивая значение таким образом, чтобы оно не падало ниже выходного значения модуля (50) выбора максимального значения. Команды (PWC1, PWC2) переключения модулей преобразования напряжения генерируются на основании вычисления управляющих воздействий с использованием комбинации управляющего элемента с обратной связью по напряжению и управляющего элемента с прямой связью по напряжению и вычисления управляющих воздействий с использованием комбинации управляющего элемента с обратной связью по току и управляющего элемента с прямой связью по напряжению соответственно. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил.
