Устройство и способ управления для использования в блоке преобразования напряжения - RU2348095C2
Код документа: RU2348095C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к управляющим устройствам и способам управления для преобразователей напряжения, в частности к управляющему устройству и способу управления для преобразователя напряжения с возможностью управления коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент.
Уровень техники
В качестве стандартной системы питания привода транспортного средства (в дальнейшем «системы питания»), имеющей в своем составе преобразователь напряжения, предложена, например, система, содержащая батарею, которая служит в качестве источника питания системы питания, преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока (в дальнейшем «преобразователь DC/DC») для осуществления преобразования напряжения, поступающего от батареи на его вход, нагрузку, содержащую схему инвертора для преобразования выходного напряжения преобразователя DC/DC в многофазное напряжение переменного тока и электродвигатель для вращения привода при поступлении на него многофазного напряжения переменного тока от схемы инвертора, а также конденсатор, установленный между преобразователем DC/DC и подключенный к положительной и отрицательной шинам (линиям) схемы инвертора (см., например, выложенную патентную заявку Японии 2004-112904).
В указанной системе входное напряжение постоянного тока от батареи подвергается преобразованию в напряжение постоянного тока посредством преобразователя DC/DC, после чего аккумулируется в конденсаторе, так что питание нагрузки осуществляется от накопительного конденсатора, который далее считается источником энергии постоянного тока. Кроме того, коэффициентом преобразования напряжения преобразователя DC/DC можно управлять путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, который подается на переключающий элемент в преобразователе DC/DC.
Управляющее устройство преобразователя напряжения также описано в международной публикации 03/61104.
По причинам, которые объясняются ниже, в такой системе требуется управление для ограничения коэффициента преобразования напряжения преобразователя DC/DC путем ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением. В общем случае, типовая батарея рассчитана на отдачу мощности, которая соответствует мощности, потребляемой нагрузкой. Однако в зависимости от состояния батареи батарея может оказаться не в состоянии отдавать электрическую мощность, необходимую для питания нагрузки, например, когда из-за понижения температуры возрастает внутреннее сопротивление батареи.
В этом случае, если принцип управления преобразователем DC/DC предусматривает упрощенное питание с соответствием выдаваемой электрической мощности той мощности, которая требуется для питания нагрузки, то из-за внутреннего сопротивления батареи может возникать увеличение потребляемой мощности и, как следствие, в нагрузку будет передаваться пониженная мощность. Чтобы компенсировать падение электрической мощности, передаваемой в нагрузку, требуется вводить ограничение коэффициента заполнения сигнала управления переключением.
В соответствии с международной публикацией 03/61104 управляющее устройство преобразователя напряжения исходя из электродвижущей силы (ЭДС) батареи (которая задается в виде константы) и выходного напряжения преобразователя DC/DC задает коэффициент заполнения, который приводит к получению от батареи максимальной мощности. Коэффициент заполнения задается в виде нижнего предельного значения диапазона оптимальных значений коэффициента заполнения, при этом коэффициент заполнения сигнала управления переключением, который должен подаваться на переключающий элемент, подвергается ограничению, так чтобы оставаться в указанном диапазоне оптимальных значений. То есть соответствующее управляющее устройство преобразователя напряжения осуществляет ограничение коэффициента заполнения и тем самым компенсирует падение электрической мощности, передаваемой в нагрузку.
Однако в данном техническом решении, в котором ЭДС батареи считается константой, при фактическом изменении ЭДС из-за изменения степени заряженности (СЗ) батареи нижнее предельное значение диапазона оптимальных значений коэффициента заполнения может также изменяться из-за вариации СЗ батареи, что является нежелательным. Это затрудняет осуществление оптимального управления, направленного на ограничение коэффициента преобразования напряжения преобразователя DC/DC.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение предлагает управляющее устройство и способ управления для преобразователя напряжения, которые обеспечивают возможность осуществления более адекватного управления коэффициентом преобразования преобразователя напряжения.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается управляющее устройство для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем управляющее устройство выполнено с возможностью управления коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом управляющее устройство содержит;
блок задания диапазона допустимых значений для установки диапазона допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением на основе зависимости характеристики мощности накопительной батареи от коэффициента заполнения;
блок ограничения коэффициента заполнения для ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы коэффициент заполнения попадал в диапазон допустимых значений; и
блок определения степени заряженности для получения информации о состоянии заряженности накопительной батареи, при этом
блок задания диапазона допустимых значений выполнен с возможностью изменения диапазона допустимых значений при изменении степени заряженности накопительной батареи.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается управляющее устройство для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем управляющее устройство выполнено с возможностью управления коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом управляющее устройство содержит:
блок задания диапазона допустимых значений для установки диапазона допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы ток накопительной батареи находился в пределах заданного диапазона значений;
блок ограничения коэффициента заполнения для ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы коэффициент заполнения попадал в диапазон допустимых значений; и
блок определения степени заряженности для получения информации о состоянии заряженности накопительной батареи, при этом
блок задания диапазона допустимых значений выполнен с возможностью изменения диапазона допустимых значений при изменении степени заряженности накопительной батареи.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается управляющее устройство для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем управляющее устройство выполнено с возможностью управления коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом управляющее устройство содержит:
блок измерения тока для определения тока накопительной батареи;
блок задания диапазона допустимых значений для установки диапазона допустимых значений тока накопительной батареи на основе зависимости характеристики мощности накопительной батареи от тока накопительной батареи;
блок ограничения коэффициента заполнения для ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы ток накопительной батареи попадал в диапазон допустимых значений; и
блок определения степени заряженности для получения информации о состоянии заряженности накопительной батареи, при этом
блок задания диапазона допустимых значений выполнен с возможностью изменения диапазона допустимых значений при изменении степени заряженности накопительной батареи.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается управляющее устройство для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем управляющее устройство выполнено с возможностью управления коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом управляющее устройство содержит:
блок измерения напряжения для определения напряжения накопительной батареи;
блок ограничения коэффициента заполнения для ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы напряжение накопительной батареи попадало в диапазон допустимых значений;
блок определения степени заряженности для получения информации о состоянии заряженности накопительной батареи, и
блок задания диапазона допустимых значений для изменения диапазона допустимых значений при изменении степени заряженности накопительной батареи.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ управления для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем указанный способ обеспечивает управление коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом указанный способ управления содержит следующие операции, при которых;
получают информацию о состоянии заряженности накопительной батареи;
задают диапазон допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением на основе зависимости характеристики мощности накопительной батареи от коэффициента заполнения сигнала управления переключением и осуществляют изменение диапазона допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением при изменении состояния заряженности накопительной батареи; и
ограничивают коэффициент заполнения сигнала управления переключением, так чтобы коэффициент заполнения попадал в указанный диапазон допустимых значений.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ управления для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем указанный способ обеспечивает управление коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом указанный способ управления содержит следующие операции, при которых:
получают информацию о состоянии заряженности накопительной батареи;
задают диапазон допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы ток накопительной батареи попадал в заданный диапазон значений, и осуществляют изменение диапазона допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением при изменении состояния заряженности накопительной батареи; и
ограничивают коэффициент заполнения сигнала управления переключением, так чтобы коэффициент заполнения попадал в указанный диапазон допустимых значений.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ управления для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем указанный способ обеспечивает управление коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом указанный способ управления содержит следующие операции, при которых:
измеряют ток накопительной батареи;
получают информацию о состоянии заряженности накопительной батареи;
задают диапазон допустимых значений тока накопительной батареи на основе зависимости характеристики мощности накопительной батареи от тока накопительной батареи и осуществляют изменение диапазона допустимых значений тока накопительной батареи при изменении состояния заряженности накопительной батареи; и
ограничивают коэффициент заполнения сигнала управления переключением, так чтобы ток накопительной батареи попадал в указанный диапазон допустимых значений.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ управления для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем указанный способ обеспечивает управление коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом указанный способ управления содержит следующие операции, при которых:
измеряют напряжение накопительной батареи;
получают информацию о состоянии заряженности накопительной батареи;
изменяют диапазон допустимых значений напряжения накопительной батареи при изменении состояния заряженности накопительной батареи; и
ограничивают коэффициент заполнения сигнала управления переключением, так чтобы напряжение накопительной батареи попадало в указанный диапазон допустимых значений.
В соответствии с настоящим изобретением может быть реализовано более адекватное управление ограничением коэффициента преобразования преобразователя напряжения путем ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображена схема, демонстрирующая структуру системы 20 питания, соответствующую одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 изображен график зависимости электродвижущей силы (ЭДС) Vbo батареи 22 от степени заряженности (СЗ) указанной батареи.
На фиг.3 изображена схема, демонстрирующая пример системы 20 питания привода.
Фиг.4 представляет собой блок-схему, демонстрирующую структуру электронного блока 40 управления.
На фиг.5 изображен график зависимости внутреннего сопротивления Rb батареи 22 от температуры Tb указанной батареи.
Фиг.6 представляет собой пример схемы алгоритма работы программы управления преобразователем DC/DC, исполняемой электронным блоком 40 системы 20 питания, в данном варианте осуществления.
Фиг.7 представляет собой пример графика характеристики мощности батареи 22.
На фиг.8 изображены графики, демонстрирующие изменение характеристик мощности батареи 22 в зависимости от СЗ.
На фиг.9 изображены графики, демонстрирующие изменение характеристик мощности батареи 22 в зависимости от внутреннего сопротивления Rb.
Фиг.10 представляет собой блок-схему, демонстрирующую другую структуру электронного блока 40 управления.
Фиг.11 представляет собой пример схемы алгоритма работы программы управления преобразователем DC/DC, исполняемой электронным блоком 40 системы питания, при измененном варианте осуществления.
Фиг.12 представляет собой пример графика характеристики мощности батареи 22.
На фиг.13 изображены графики, демонстрирующие изменение характеристик мощности батареи 22 в зависимости от СЗ.
Фиг.14 представляет собой блок-схему, демонстрирующую еще одну структуру электронного блока 40 управления.
Фиг.15 представляет собой пример схемы алгоритма работы программы управления преобразователем DC/DC, исполняемой электронным блоком 40 системы питания, при измененном варианте осуществления.
Осуществление изобретения
Ниже приведено описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг.1 приведена схема, демонстрирующая структуру системы 20 питания, содержащей устройство управления для преобразователя напряжения, соответствующее варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано, система 20 питания содержит аккумуляторную батарею 22, которая служит в качестве заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, преобразователь 24 DC/DC - в качестве преобразователя напряжения для осуществления преобразования DC/DC входного напряжения от батареи 22 и получения на выходе результирующего напряжения, конденсатор 26 для накопления электрической энергии, получаемой с выхода преобразователя 24 DC/DC, нагрузку 28, питание которой может осуществляться электрической энергией, накопленной в конденсаторе 26, и электронный блок 40 управления для осуществления управления всем устройством.
Батарея 22 является вторичным источником электропитания и может быть представлена, например, свинцовой или литиевой (LI) ионной батареей. Батарея 22 характеризуется электродвижущей силой (ЭДС) Vbo, которая изменяется в зависимости от степени заряженности (СЗ) батареи, как, например, показано на фиг.2. Точнее, ЭДС Vbo увеличивается по мере увеличения СЗ в направлении состояния полной заряженности.
Преобразователь 24 DC/DC содержит два последовательно соединенных транзистора Т1 и Т2, два диода D1 и D2 и реактивное сопротивление L. Два транзистора Т1 и Т2 соответственно подключены к положительной и отрицательной шинам, а также к стороне источника и стороне обратного провода нагрузки 28. Два диода D1, D2 встречно-параллельно подключены соответственно к транзисторам Т1, Т2, а реактивное сопротивление L одним концом подключено к одной стороне батареи 22, а другим концом - к точке соединения транзисторов Т1, Т2.
Транзистор Т1 подключен между указанным другим концом реактивного сопротивления L и выходной клеммой преобразователя 24 DC/DC, в то время как транзистор Т2 подключен между указанным другим концом реактивного сопротивления L и другой клеммой батареи 22.
В преобразователе 24 DC/DC, когда транзистор Т2 открыт, образуется короткозамкнутая цепь, которая соединяет батарею 22, реактивное сопротивление L и транзистор Т2, так что энергия постоянного тока от батареи 22 запасается в реактивном сопротивлении L. Когда затем транзистор Т2 выключается, энергия, накопленная в реактивном сопротивлении L, аккумулируется в конденсаторе 26 через диод D1. При таком процессе напряжение на конденсаторе 26 может оказаться выше, чем напряжение, подаваемое от батареи 22.
В рассматриваемом преобразователе 24 DC/DC также можно осуществлять заряд батареи 22, используя заряд, накопленный в конденсаторе 26. В указанном смысле схема преобразователя 24 DC/DC представляет собой повышающий/понижающий напряжение прерыватель, который путем отпирания/запирания транзисторов Т1, Т2 может заряжать конденсатор 26 и который может дополнительно заряжать батарею 22, используя заряд, накопленный в конденсаторе 26. В качестве реактивного сопротивления в преобразователе 24 DC/DC может быть использована катушка индуктивности.
Нагрузка 28 может иметь структуру, показанную на фиг.3, которая, например, содержит инвертор и двигатель или генератор, такой какие устанавливаются на электрических и/или гибридных транспортных средствах (см. фиг.3а), или структуру, содержащую два параллельно соединенных инвертора, соответственно подключенных к двигателю и генератору (см. фиг.3b), хотя двигатель или генератор, устанавливаемые на электрических или гибридных транспортных средствах, не являются исключительным примером, и все вышесказанное применимо к любому электрическому устройству, питание которого осуществляется энергией от батареи 22.
Электронный блок 40 управления построен на основе микропроцессора и, как показано на фиг.1, содержит в качестве основного элемента центральное процессорное устройство (CPU) 42, постоянное запоминающее устройство (ROM) 44 для хранения программы обработки, оперативное запоминающее устройство (RAM) 46 для временного хранения данных и порты ввода/вывода (не показаны). Электронный блок 40 управления через порты ввода принимает напряжение Vb батареи (напряжение между клеммами) от датчика 30 напряжения, установленного на батарее 22, ток батареи Ib от датчика 32 тока, установленного в линии питания, соединяющей батарею 22 и преобразователь 24 DC/DC, напряжение Vc на конденсаторе (напряжение на выходе преобразователя 24 DC/DC) от датчика 34 напряжения, установленного на конденсаторе 26, температуру Tb батареи от датчика 36 температуры, установленного на батарее 22, и заданное значение (Command Value), относящееся к управлению нагрузкой 28. При этом электронный блок 40 управления через порты вывода выдает сигнал управления переключением на транзисторы Т1, Т2 преобразователя 24 DC/DC и сигнал управления на нагрузку 28.
В рассматриваемом случае электронный блок 40 управления может управлять коэффициентом преобразования напряжения преобразователя 24 DC/DC, регулируя коэффициент D заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на транзисторы Т1, Т2. В рассматриваемом варианте осуществления коэффициент D заполнения, который представляет собой соотношение между временем (Т1оn) включенного состояния верхнего транзистора Т1 и временем (Т2оn) включенного состояния нижнего транзистора Т2, выражается формулой D=T1on/(T1on+T2on), при этом уменьшение коэффициента D (=Т1оn/(Т1оn+Т2оn)) заполнения приводит к увеличению коэффициента (=Vc/Vb) преобразования напряжения преобразователя 24 DC/DC.
Электронный блок 40 управления может быть построен, например, так, как показано на функциональной схеме фиг.4. Более конкретно, электронный блок 40 управления содержит устройство 52 оценивания СЗ, устройство 54 вычисления ЭДС, устройство 56 вычисления внутреннего сопротивления, устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения, устройство 60 вычисления коэффициента заполнения и устройство 62 ограничения коэффициента заполнения. Все упомянутые устройства описываются ниже.
Устройство 52 оценивания СЗ осуществляет оценку СЗ (степени заряженности) батареи 22 и выдает результат в устройство 54 вычисления ЭДС. Поскольку данные о СЗ батареи 22 можно получить на основе характеристик тока Ib батареи и напряжения Vb батареи, устройство 52 оценивания СЗ может определить СЗ исходя из сигналов тока Ib батареи и напряжения Vb батареи, которые поступают на вход устройства.
Устройство 54 вычисления ЭДС рассчитывает электродвижущую силу Vbo батареи 22 и выдает результат в устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения между СЗ батареи 22 и ЭДС Vbo имеется зависимость, например, такая как показана на фиг.2. Следовательно, устройство 54 вычисления ЭДС может определить ЭДС Vbo батареи исходя из сигнала СЗ батареи 22, поступающего на вход устройства.
Устройство 56 вычисления внутреннего сопротивления рассчитывает внутреннее сопротивление Rb батареи 22 и выдает результат в устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения. Поскольку между температурой Tb и внутренним сопротивлением Rb батареи 22 существует зависимость, например, такая как показана на фиг.5, устройство 56 вычисления внутреннего сопротивления может определить внутреннее сопротивление Rb батареи 22 на основе сигнала температуры Tb батареи 22.
Устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения рассчитывает нижнее предельное значение DL и верхнее предельное значение DH коэффициента заполнения сигнала управления переключением исходя из сигнала ЭДС Vbo батареи, внутреннего сопротивления Rb батареи и напряжения Vc на конденсаторе, после чего выдает результат в устройство 62 ограничения коэффициента заполнения.
Нижнее предельное значение DL рассчитывается исходя из ЭДС Vbo батареи и напряжения Vc на конденсаторе, в то время как верхнее предельное значение DH вычисляется на основе ЭДС Vbo батареи, внутреннего сопротивления Rb батареи и напряжения Vc на конденсаторе. На основе данных нижнего предельного значения DL и верхнего предельного значения DH задается диапазон допустимых значений коэффициента D заполнения (от нижнего предельного значения DL до верхнего предельного значения DH). Более подробно, вычисление нижнего предельного значения DL и верхнего предельного значения DH для коэффициента D заполнения будет описано ниже.
Устройство 60 вычисления коэффициента заполнения рассчитывает коэффициент D заполнения сигнала управления переключением, который должен быть подан на транзисторы Т1, Т2 исходя из сигнала напряжения Vb батареи, и выдает результат на устройство 62 ограничения коэффициента заполнения. Расчет коэффициента D заполнения будет более подробно описан ниже.
Устройство 62 ограничения коэффициента заполнения осуществляет ограничение коэффициента D заполнения таким образом, чтобы коэффициент D заполнения сигнала управления переключением, который рассчитан устройством 60 вычисления коэффициента заполнения, попал в диапазон допустимых значений коэффициента D заполнения (между нижним предельным значением DL и верхним предельным значением DH), который устанавливается устройством 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения.
Точнее, когда коэффициент D заполнения находится в пределах диапазона допустимых значений (между нижним предельным значением DL и верхним предельным значением DH), устройство 62 ограничения коэффициента заполнения выдает на транзисторы Т1, Т2 преобразователя 24 DC/DC сигнал управления переключением с неизмененным коэффициентом D заполнения. Если коэффициент D заполнения меньше, чем нижнее предельное значение DL, то устройство 62 ограничения коэффициента заполнения выдает на транзисторы Т1, Т2 сигнал управления переключением с коэффициентом заполнения, равным DL. Когда коэффициент D заполнения больше, чем верхнее предельное значение DH, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения выдает на транзисторы Т1, Т2 сигнал управления переключением с коэффициентом заполнения, равным DH.
Далее будет описана работа системы 20 питания рассматриваемой структуры, соответствующей варианту осуществления настоящего изобретения, и, в частности, управление преобразователем 24 DC/DC.
На фиг.6 изображен пример алгоритма работы программы управления преобразователем DC/DC, которая должна исполняться электронным блоком 40 управления, входящим в состав системы 20 питания, соответствующей варианту осуществления изобретения. Исполнение данной программы повторяется через определенный временной интервал (например, через 0,2 мс).
Если рассмотреть работу алгоритма конкретнее, то при пуске программы управления преобразователем DC/DC процессор CPU 42, входящий в состав электронного блока 40 управления, производит считывание значений: целевого напряжения Vc* на конденсаторе, фактического напряжения Vc на конденсаторе, напряжения Vb батареи, тока Ib батареи и температуры Tb батареи (S100). При этом целевое напряжение Vc* на конденсаторе задается исходя из требуемой мощности Р. Значение Vc* служит командной величиной для питания нагрузки 28, другими словами, величиной напряжения на конденсаторе 26, которая необходима для питания нагрузки 28 при требуемой мощности Р.
После считывания информации, касающейся состояния батареи 22, устройство 60 вычисления коэффициента заполнения производит расчет коэффициента D (=Т1оn/(Т1оn+Т2оn)) заполнения, который представляет собой соотношение между временем (Т1оn) включенного состояния верхнего транзистора Т1 и временем (Т2оn) включенного состояния нижнего транзистора Т2. Расчет выполняется на основе считанных значений целевого напряжения Vc* на конденсаторе и напряжения Vb батареи по нижеприведенной формуле (1), где α - соответствует поправке коэффициента D заполнения (S102).
Далее, на основе считанных значений напряжения Vb и тока Ib батареи устройство 52 оценивания СЗ производит вычисление СЗ батареи 22 (S104), а устройство 54 вычисления ЭДС исходя из данных СЗ батареи 22 вычисляет ЭДС Vbo батареи (S106). Устройство 56 вычисления внутреннего сопротивления на основе считанного значения температуры Tb батареи производит вычисление внутреннего сопротивления Rb батареи (S108).
Далее, устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения на основе данных напряжения Vc конденсатора, ЭДС Vbo батареи и внутреннего сопротивления Rb батареи задает диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения (S110). В данном случае диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения представляет собой диапазон значений коэффициента заполнения D, который соответствует диапазону мощностей, которые будут отбираться у батареи при управлении преобразователем 24 DC/DC.
Ниже диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения будет рассмотрен более подробно.
Если рассмотреть нагрузку 28 системы 20 питания, то мощность ВР выражается нижеприведенной формулой (2), в которой участвуют: коэффициент заполнения D, напряжение Vc на конденсаторе и ток Ib батареи.
Ток Ib батареи получается из нижеприведенного выражения (3)
Подстановка выражения (3) в выражение (2) дает выражение (4)
Выражение (4) может быть представлено, как показано на фиг.7, в виде характеристики мощности батареи 22, которая показывает зависимость мощности ВР батареи 22 от коэффициента D заполнения для транзисторов Т1, Т2. Как показано на фиг.7, чтобы извлечь из батареи 22 максимальную мощность Vbo2/4Rb, управление преобразователем 24 DC/DC должно осуществляться так, чтобы коэффициент D заполнения был равен Vbo/2Vc. Если управление преобразователем 24 DC/DC будет таково, что коэффициент D заполнения окажется меньше, чем величина Vbo/2Vc (т.е. изменится в сторону форсирования питания), мощность ВР, отбираемая от батареи 22, будет снижена.
Поэтому, задавая нижнее предельное значение DL диапазона оптимальных значений коэффициента заполнения равным Vbo/2Vc, можно надежным образом отбирать от батареи 22 максимальную мощность, осуществляя стабильное питание нагрузки 28. Необходимо отметить, что мощность ВР считается положительной, когда происходит разряд батареи 22, и отрицательной, когда батарея заряжается.
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения, как показано на фиг.8, ЭДС Vbo батареи 22 возрастает по мере того, как увеличивается СЗ батареи (изменяется в направлении полного заряда), и, следовательно, коэффициент D заполнения, соответствующий максимальной мощности BPmax, увеличивается. Тогда с целью сохранения состояния, при котором нижнее предельное значение DL поддерживается по существу равным коэффициенту D заполнения, обеспечивающему максимальную мощность BPmax, несмотря на то, что СЗ батареи 22 изменяется, осуществляется изменение нижнего предельного значения DL (=Vbo/2Vc) в зависимости от СЗ батареи 22. Точнее, производится увеличение нижнего предельного значения DL (=Vbo/2Vc) по мере увеличения СЗ батареи 22 (изменения СЗ в направлении состояния полной заряженности).
Следует отметить, что не всегда необходимо задавать нижнее предельное значение DL диапазона DR оптимальных значений коэффициента заполнения равным величине Vbo/2Vc, что соответствует максимальной мощности BPmax на характеристике мощности батареи 22. Как вариант, в качестве нижнего предельного значения DL может быть задана, например, величина Vbo/2Vc+AD (ΔD>0), которая немного больше коэффициента заполнения Vbo/2Vc, соответствующего максимальной мощности BPmax, или величина Vbo/2Vc-ΔD, которая немного меньше коэффициента заполнения Vbo/2Vc.
При заряде батареи 22 (регенерация с отрицательным значением мощности) желательно ограничить коэффициент D заполнения таким образом, чтобы предотвратить поступление в батарею 22 избыточной электрической мощности.
В рассматриваемом случае, полагая предельную величину мощности ВР при заряде батареи равной Pblim (отрицательная константа), коэффициент D заполнения при мощности ВР батареи, равной Pblim, можно выразить нижеприведенной формулой (5), полученной на основе вышеупомянутого выражения (4).
Следовательно, чтобы не дать мощности ВР батареи упасть ниже предельного значения Pblim (т.е. воспрепятствовать поступлению в батарею 22 избыточной электрической мощности), желательно задать верхнее предельное значение DH диапазона DR оптимальных значений коэффициента заполнения равным (Vbo+(Vbo2-4Rb×Pblim)0,5)/2Vc.
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения, как показано на фиг.8, ЭДС Vbo батареи 22 увеличивается по мере увеличения СЗ батареи (в направлении состояния полной заряженности) и вслед за этим увеличивается и коэффициент D заполнения, соответствующий мощности Pblim.
Поэтому для поддержания состояния, при котором верхнее предельное значение DH даже при изменении СЗ батареи 22 будет оставаться по существу равным коэффициенту D заполнения, соответствующему мощности Pblim, осуществляется изменение верхнего предельного значения DH (=(Vbo+(Vbo2-4Rb×Pblim)0,5)/2Vc) в зависимости от СЗ батареи 22. Точнее, верхнее предельное значение DH увеличивается по мере увеличения СЗ батареи 22 (в направлении состояния полной заряженности).
Кроме того, в данном варианте осуществления, как показано на фиг.9, при увеличении внутреннего сопротивления Rb батареи (уменьшении температуры Tb батареи) производится увеличение коэффициента D заполнения, соответствующего мощности Pblim. Следовательно, для поддержания состояния, при котором верхнее предельное значение DH даже при изменении внутреннего сопротивления Rb батареи (температуры Tb батареи) будет оставаться по существу равным коэффициенту D заполнения, соответствующему мощности Pblim, осуществляется изменение верхнего предельного значения DH в зависимости от внутреннего сопротивления Rb батареи (температуры Tb батареи).
Точнее, осуществляется увеличение верхнего предельного значения DH по мере увеличения внутреннего сопротивления Rb батареи, то есть при падении температуры Tb.
Когда диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения (т.е нижнее предельное значение DL и верхнее предельное значение DH) задан, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения определяет, попадает ли коэффициент D заполнения, вычисленный во время шага S102, в диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения (т.е в интервал между нижним предельным значением DL и верхним предельным значением DH) (S112).
Когда обнаруживается, что коэффициент D заполнения, вычисленный во время шага S102, попал в диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения управляет преобразователем 24 DC/DC, используя сигнал управления переключением с коэффициентом заполнения, равным D (шаг S114). Тогда в качестве признака отсутствия ограничения по коэффициенту D заполнения производится сброс флага F (S116), на чем данная процедура завершается.
Между тем, если будет установлено, что коэффициент D заполнения, вычисленный во время шага S102, находится вне диапазона DR оптимальных значений коэффициента заполнения, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения будет управлять преобразователем 24 DC/DC, ограничивая величину коэффициента D заполнения, так чтобы оставаться в пределах диапазона DR оптимальных значений коэффициента заполнения (S118).
То есть, когда коэффициент D заполнения меньше нижнего предельного значения DL, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения осуществляет управление преобразователем 24 DC/DC, используя сигнал управления переключением с коэффициентом заполнения, равным DL. Когда коэффициент D заполнения больше верхнего предельного значения DH, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения осуществляет управление преобразователем 24 DC/DC, используя сигнал управления переключением с коэффициентом заполнения, равным DH. Тогда в качестве признака наличия ограничения по коэффициенту D заполнения производится установка флага F (шаг S120), на чем данная процедура завершается.
В вышеописанном процессе определение СЗ батареи 22 и вычисление ЭДС Vbo батареи осуществляется всякий раз, когда производится определение коэффициента D заполнения сигнала управления переключением, который должен подаваться на транзисторы Т1, Т2.
В вышеописанном варианте осуществления системы 20 питания нижнее предельное значение DL коэффициента D заполнения изменяется в зависимости от изменения СЗ батареи 22. Тем самым гарантируется такое состояние, при котором нижнее предельное значение DL остается по существу равным коэффициенту D заполнения, соответствующему максимальной мощности BPmax, даже если происходит изменение СЗ батареи 22 и, как следствие, ЭДС Vbo батареи. Следовательно, может производиться стабильный отбор максимальной мощности Врmax от батареи 22.
Поэтому, даже когда от батареи 22 нельзя произвести отбор мощности Р, соответствующей потребности нагрузки 28, имеется возможность более адекватного подавления провала напряжения на конденсаторе 26 и более стабильного питания нагрузки 28.
Кроме того, поскольку при изменении СЗ батареи 22 верхнее предельное значение DH коэффициента заполнения можно изменять, то можно гарантировать состояние, при котором верхнее предельное значение DH будет оставаться по существу равным коэффициенту D заполнения, соответствующему мощности Pblim, даже если будут происходить изменения СЗ батареи и, как следствие, ЭДС Vbo батареи.
И более того, поскольку при изменении внутреннего сопротивления Rb батареи верхнее предельное значение DH коэффициента заполнения можно изменять, можно гарантировать состояние, при котором верхнее предельное значение DH будет оставаться по существу равным коэффициенту D заполнения, соответствующему мощности Pblim, даже если будут происходить изменения внутреннего сопротивления Rb батареи.
Как следствие, может осуществляться и соответствующее ограничение электрической мощности, подаваемой в батарею 22, даже когда имеют место изменения СЗ и/или внутреннего сопротивления Rb батареи 22.
Как уже описывалось выше, в рассматриваемом варианте осуществления системы 20 питания управление ограничением коэффициента преобразования напряжения (кратностью преобразования) преобразователя 24 DC/DC путем ограничения коэффициента D заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на транзисторы Т1, Т2, может быть реализовано более адекватно в зависимости от степени заряженности (СЗ) батареи 22.
Следует отметить, что диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения (интервал между нижним предельным значением DL и верхним предельным значением DH), который устанавливается на шаге S110 алгоритма программы управления преобразователем 24 DC/DC, фиг.6, может быть установлен иным образом по нижеописанной процедуре.
Вначале на основе данных предельно допустимого тока, по меньшей мере, одного из устройств: транзисторов Т1, Т2 преобразователя 24 DC/DC и батареи 22 определяется максимально допустимый ток Ibmax и заранее запоминается, например, в ROM 44 электронного блока 40 управления.
То есть производится определение максимально допустимого тока Ibmax путем выбора любого или наибольшего из значений предельно допустимого тока, который может быть подан в транзисторы Т1, Т2 и в батарею 22. Следует заметить, что ROM 44 должно быть энергонезависимым запоминающим устройством, желательно на основе перезаписываемых элементов EEPROM и флэш-памяти.
На шаге S110 программы управления преобразователем DC/DC, показанным на фиг.6, устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения задает диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения (интервал между нижним предельным значением DL и верхним предельным значением DH) исходя из данных максимально допустимого тока Ibmax, внутреннего сопротивления Rb батареи, ЭДС Vbo батареи и напряжения на конденсаторе Vc.
Как видно из вышеприведенного выражения (3), ток Ib батареи Ib=(Vbo-D×Vc)/Rb. Следовательно, коэффициент D заполнения может быть выражен следующим образом D=(Vbo-Rb×Ib)/Vc.
Тогда для диапазона DR оптимальных значений коэффициента заполнения устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения задает нижнее предельное значение DL равным (Vbo-Rb×Ibmax)/Vc, а верхнее предельное значение DH равным (Vbo-Rb×(-Ibmax))/Vc, так что ток Ib батареи попадает в интервал между -Ibmax и Ibmax (S110). Здесь знак «плюс» у Ibmax соответствует разряду батареи 22, а знак «минус» - заряду батареи.
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения ЭДС Vbo батареи 22 увеличивается при увеличении СЗ батареи (приближении к состоянию полной заряженности) и вследствие этого увеличивается коэффициент D заполнения, соответствующий токам Ibmax, - Ibmax.
Поэтому для поддержания состояния, при котором нижнее предельное значение DL и верхнее предельное значение DH даже при изменении СЗ батареи 22 будут оставаться по существу равными коэффициентам D заполнения, соответствующим токам Ibmax, -Ibmax, осуществляется изменение нижнего предельного значения DL (=(Vbo-Rb×Ibmax)/Vc) и верхнего предельного значения DH (=(Vbo-Rb×(-Ibmax))/Vc) в зависимости от СЗ батареи 22. Точнее, нижнее предельное значение DL и верхнее предельное значение DH увеличиваются по мере увеличения СЗ батареи 22 (в направлении состояния полной заряженности). Затем за счет ограничения коэффициента D заполнения на шаге S112 таким образом, чтобы коэффициент D находился в диапазоне DR оптимальных значений коэффициента заполнения (т.е. в интервале между нижним предельным значением DL и верхним предельным значением DH), осуществляется ограничение тока Ib батареи, так чтобы он не превышал максимально допустимых токов транзисторов Т1, Т2 преобразователя 24 DC/DC или максимально допустимого тока батареи 22.
В данном варианте осуществления изобретения, поскольку при изменении СЗ батареи 22 нижнее предельное значение DL и верхнее предельное значение DH коэффициента D заполнения можно изменять, можно гарантировать состояние, при котором нижнее предельное значение DL и верхнее предельное значение DH будут поддерживаться по существу равными коэффициентам D заполнения, соответствующим токам Ibmax, -Ibmax, даже если будут происходить изменения СЗ батареи и, как следствие, ЭДС Vbo батареи.
Следовательно, в зависимости от состояния заряженности (СЗ) батареи 22 имеется возможность осуществлять более адекватное управление с целью предотвращения превышения током Ib батареи максимально допустимого тока транзисторов Т1, Т2 преобразователя 24 DC/DC или максимально допустимого тока батареи 22.
Далее будет описан второй вариант осуществления системы питания.
Аппаратная структура системы питания по второму варианту аналогична системе 20 питания первого варианта осуществления изобретения. Электронный блок 40 управления может быть построен, например, как показано на функциональной схеме фиг.10.
Функциональная схема на фиг.10 включает в себя устройство 64 вычисления предельного значения тока (которое будет описано ниже) вместо устройства 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения на фиг.4.
Устройство 64 вычисления предельного значения тока на основе данных ЭДС Vbo батареи и внутреннего сопротивления Rb батареи производит расчет верхнего предельного значения IH тока Ib батареи и выдает результат в устройство 62 ограничения коэффициента заполнения. На основе данных верхнего предельного значения IH тока определяется диапазон допустимых значений тока Ib батареи. Более подробно, процедура вычисления верхнего предельного значения IH для тока Ib батареи будет описана ниже.
Устройство 62 ограничения коэффициента заполнения осуществляет ограничение коэффициента D заполнения сигнала управления переключением, который рассчитан устройством 60 вычисления коэффициента заполнения, так чтобы ток Ib батареи попал в диапазон допустимых значений (был равен верхнему предельному значению IH или был меньше него), который задается устройством 64 вычисления предельного значения тока.
Точнее, когда ток Ib батареи находится в диапазоне допустимых значений (равен верхнему предельному значению IH или меньше него), устройство 62 ограничения коэффициента заполнения выдает сигнал управления переключением транзисторов Т1, Т2 преобразователя 24 DC/DC с коэффициентом заполнения, равным D. Когда ток батареи становится больше верхнего предельного значения IH, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения выдает сигнал управления переключением транзисторов Т1, Т2, коэффициент D заполнения которого ограничен так, что ток Ib батареи остается равным верхнему предельному значению IH или меньше него.
На фиг.11 приведен пример второго варианта осуществления алгоритма работы программы управления преобразователем DC/DC, которая предназначена для исполнения электронным блоком 40 управления, входящим в состав системы 20 питания. Исполнение данной программы периодически повторяется через заданный интервал времени (например, 0,2 мс).
Если рассмотреть работу алгоритма конкретнее, то при пуске программы управления преобразователем DC/DC процессор CPU 42, входящий в состав электронного блока 40 управления, производит считывание значений: целевого напряжения Vc* на конденсаторе, напряжения Vb батареи, тока Ib батареи и температуры Tb батареи (S200).
Затем устройство 60 вычисления коэффициента заполнения производит расчет коэффициента D (=Т1оn/(Т1оn+Т2оn)) заполнения на основе считанных значений целевого напряжения Vc* на конденсаторе и напряжения Vb батареи по вышеупомянутой формуле (1) (S202).
Далее, на основе считанных значений напряжения Vb батареи и тока Ib батареи устройство 52 оценивания СЗ производит вычисление СЗ батареи 22 (S204), а устройство 54 вычисления ЭДС исходя из данных СЗ батареи 22 вычисляет ЭДС Vbo батареи (S206). После чего устройство 56 вычисления внутреннего сопротивления на основе считанного значения температуры Tb батареи производит вычисление внутреннего сопротивления Rb батареи (S208).
Затем устройство 64 вычисления предельного значения тока на основе данных ЭДС Vbo батареи и внутреннего сопротивления Rb батареи устанавливает диапазон IR оптимальных значений тока (S210). В данном случае диапазон IR оптимальных значений тока представляет собой диапазон значений тока Ib батареи, который соответствует диапазону мощностей, которые будут отбираться от батареи 22 при управлении преобразователем 24 DC/DC, точнее, диапазон с верхним предельным значением IH, равным величине тока, которая соответствует максимальной мощности BPmax, которая будет отбираться от батареи 22.
Далее, диапазон IR оптимальных значений тока будет описан более подробно.
Мощность ВР, которая может быть отобрана от батареи 22, можно выразить формулой (6) исходя из напряжения Vb батареи и тока Ib батареи
Напряжение Vb батареи можно описать нижеприведенным выражением (7) исходя из внутреннего сопротивления Rb и ЭДС Vbo батареи
Подставляя выражение (7) в формулу (6), можно в результате получить выражение (8)
Выражение (8) можно представить, как показано на фиг.12, в виде характеристики мощности батареи 22 - зависимости мощности ВР батареи от тока Ib батареи.
Как показано на фиг.12, чтобы извлечь из батареи 22 максимальную мощность Vbo2/4Rb, управление преобразователем 24 DC/DC должно осуществляться так, чтобы ток Ib батареи был равен Vbo/2Rb. Поэтому, если управление преобразователем 24 DC/DC будет таково, что ток 1b батареи окажется больше, чем величина Vbo/2Rb (т.е. изменится в сторону форсирования питания), увеличится доля мощности, потребляемой внутренним сопротивлением Rb батареи 22, следовательно, меньше мощности ВР можно будет отобрать от батареи 22.
Следовательно, задавая верхнее предельное значение 1Н диапазона IR оптимальных значений тока равным Vbo/2Rb, можно гарантировать отбор максимальной мощности BPmax от батареи 22 и стабильное питание нагрузки 28.
В данном варианте осуществления, как показано на фиг.13, при увеличении СЗ батареи 22 (приближении к состоянию полной эаряженности) ЭДС Vbo батареи возрастает и, как следствие, ток Ib батареи, соответствующий максимальной мощности BPmax, увеличивается. Тогда, чтобы сохранить состояние, при котором верхнее предельное значение IH поддерживается по существу равным току Ib батареи, соответствующему максимальной мощности Pbmax, даже если происходит изменение СЗ батареи 22, осуществляется изменение верхнего предельного значения IH (=Vbo/2Rb) в зависимости от СЗ батареи 22.
Точнее, по мере увеличения СЗ батареи 22 (приближения к состоянию полной заряженности) верхнее предельное значение IH (=Vbo/2Rb) увеличивается.
Следует отметить, что не всегда необходимо задавать верхнее предельное значение IH диапазона IR оптимальных значений тока равным величине Vbo/2Rb, что соответствует максимальной мощности BPmax на характеристике мощности батареи 22. Как вариант, в качестве верхнего предельного значения IH может быть задана, например, величина Vbo/2Rb+Al (ΔI>0), которая немного больше тока Vbo/2Rb, соответствующего максимальной мощности BPmax, или величина Vbo/2Rb-ΔI, которая немного меньше, чем ток Vbo/2Rb батареи.
Когда диапазон IR оптимальных значений тока (т.е верхнее предельное значение IH) будет задан, как описано выше, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения определяет, попадает ли ток Ib батареи в диапазон IR оптимальных значений тока (ток равен верхнему предельному значению IH или меньше него) (S212).
Когда обнаруживается, что ток Ib батареи попал в диапазон IR оптимальных значений тока (ток равен верхнему предельному значению IH или меньше него), устройство 62 ограничения коэффициента заполнения управляет преобразователем 24 DC/DC, используя сигнал управления переключением с коэффициентом заполнения, равным D, вычисленным на шаге (S202) (шаг S214). Тогда в качестве признака отсутствия ограничения по коэффициенту D заполнения производится сброс флага F (S216), на чем данная процедура завершается.
Между тем, если будет установлено, что ток Ib батареи находится вне диапазона IR оптимальных значений тока (ток больше, чем верхнее предельное значение IH), устройство 62 ограничения коэффициента заполнения будет управлять преобразователем 24 DC/DC, используя сигнал управления переключением с коэффициентом D заполнения, который ограничен так, что ток Ib батареи остается в пределах диапазона DR оптимальных значений коэффициента заполнения (ток равен верхнему предельному значению IH или меньше него) (S218). Тогда в качестве признака наличия ограничения по коэффициенту D заполнения производится установка флага F (шаг S220), на чем данная процедура завершается.
В вышеописанном процессе определение СЗ батареи 22 и вычисление ЭДС Vbo батареи осуществляется всякий раз, когда производится определение коэффициента D заполнения сигнала управления переключением, который должен подаваться на транзисторы Т1, Т2.
В вышеописанном втором варианте осуществления системы питания при изменении СЗ батареи 22 осуществляется изменение верхнего предельного значения IH тока Ib батареи. Этими действиями можно гарантировать состояние, при котором верхнее предельное значение IH остается по существу равным току Ib батареи, соответствующему максимальной мощности РВmax, даже если происходит изменение СЗ батареи 22 и, как следствие, изменение ЭДС Vbo батареи. В силу этого от батареи 22 может быть осуществлен стабильный отбор максимальной мощности РВmax.
Далее будет описан третий вариант осуществления системы питания.
Аппаратная структура системы питания по третьему варианту идентична системе 20 питания первого варианта осуществления изобретения. Электронный блок 40 управления может быть построен, например, как показано на функциональной схеме фиг.14.
Функциональная схема фиг.14 не содержит устройства 56 вычисления внутреннего сопротивления, которое показано на фиг.10, и вместо устройства 64 вычисления предельного значения тока, представленного на фиг.10, включает в себя устройство 66 вычисления предельного значения напряжения.
Устройство 66 вычисления предельного значения напряжения исходя из данных ЭДС Vbo батареи рассчитывает нижнее предельное значение VL напряжения Vb батареи и выдает результат в устройство 62 ограничения коэффициента заполнения. Исходя из нижнего предельного значения VL напряжения производится определение диапазона допустимых значений напряжения Vb батареи. Более подробно вычисление нижнего предельного значения VL напряжения Vb батареи будет описано ниже.
Устройство 62 ограничения коэффициента заполнения ограничивает коэффициент D заполнения сигнала управления переключением (расчет которого производится устройством 60 вычисления коэффициента заполнения), так чтобы напряжение Vb батареи попадало в диапазон допустимых значений (было равно нижнему предельному значению VL или превышало его), который задается устройством 66 вычисления предельного значения напряжения.
Точнее, когда напряжение Vb батареи находится в диапазоне допустимых значений (равно нижнему предельному значению VL или превышает его), устройство 62 ограничения коэффициента заполнения выдает на транзисторы Т1, Т2 преобразователя 24 DC/DC сигнал управления переключением с коэффициентом заполнения, равным D. Когда напряжение Vb батареи меньше нижнего предельного значения VL, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения выдает на транзисторы Т1, Т2 сигнал управления переключением с ограниченным коэффициентом D заполнения, так что напряжение Vb батареи остается равным нижнему предельному значению VL или большим, чем VL.
На фиг.15 представлен пример третьего варианта осуществления алгоритма работы программы управления преобразователем DC/DC, которая должна исполняться электронным блоком 40 управления, входящим в состав системы питания. Исполнение данной программы повторяется периодически с заданным интервалом времени (например, 0,2 мс).
Если рассмотреть работу алгоритма конкретнее, то при пуске программы управления преобразователем DC/DC процессор CPU 42, входящий в состав электронного блока 40 управления, производит считывание значений: целевого напряжения Vc* на конденсаторе, напряжения Vb батареи и тока Ib батареи (S300).
Затем устройство 60 вычисления коэффициента заполнения производит расчет коэффициента D (=Т1on/(Т1on+Т2on)) заполнения на основе считанных значений целевого напряжения Vc* на конденсаторе и напряжения Vb батареи по вышеупомянутой формуле (1) (S302).
Далее, на основе считанных значений напряжения Vb батареи и тока Ib батареи устройство 52 оценивания СЗ производит вычисление СЗ батареи 22 (S304), а устройство 54 вычисления ЭДС исходя из данных СЗ батареи 22 вычисляет ЭДС Vbo батареи (S306).
После этого устройство 66 вычисления предельного значения напряжения на основе данных ЭДС Vbo батареи задает диапазон VR оптимальных значений напряжения (S308).
В данном случае диапазон VR оптимальных значений напряжения представляет собой диапазон значений напряжения Vb батареи, соответствующий диапазону значений мощности, которую можно отобрать от батареи, осуществляя управление преобразователем DC/DC; точнее, диапазон с нижним предельным значением VL напряжения, которое равно напряжению, соответствующему максимальной мощности, которая может быть отобрана от батареи 22.
Далее диапазон VR оптимальных значений напряжения будет описан более подробно.
Напряжение Vb батареи может быть рассчитано по нижеприведенной формуле (9) исходя из данных ЭДС Vbo батареи, тока 1b батареи и внутреннего сопротивления Rb
Между тем, как уже говорилось в связи со вторым вариантом осуществления системы питания, при отборе от батареи максимальной мощности BPmax ток 1b батареи имеет величину Vbo/2Rb, а напряжение Vb батареи в этот момент времени может быть выражено следующей формулой (10)
Следовательно, чтобы извлечь из батареи 22 максимальную мощность Vbo2/4Rb, управление преобразователем 24 DC/DC должно осуществляться так, чтобы напряжение Vb батареи было равно Vbo/2. Поэтому, если управление преобразователем 24 DC/DC будет таково, что напряжение Vb батареи окажется меньше, чем величина Vbo/2 (т.е. изменится в сторону форсирования питания), увеличится доля мощности, потребляемой внутренним сопротивлением Rb батареи 22, следовательно, от батареи 22 можно будет отобрать меньшую мощность ВР.
Следовательно, задавая нижнее предельное значение VL диапазона VR оптимальных значений напряжения равным Vbo/2, можно гарантировать надежный отбор максимальной мощности BPmax от батареи 22 и стабильное питание нагрузки 28.
В данном варианте осуществления при увеличении СЗ батареи 22 (приближении к состоянию полной заряженности) ЭДС Vbo батареи возрастает и, как следствие, напряжение Vb батареи, соответствующее максимальной мощности BPmax, увеличивается. Тогда, чтобы сохранить состояние, при котором нижнее предельное значение VL поддерживается по существу равным напряжению Vb батареи, соответствующему максимальной мощности Pbmax, даже если происходит изменение СЗ батареи 22, осуществляется изменение нижнего предельного значения VL (=Vbo/2) в зависимости от СЗ батареи 22.
Точнее, по мере увеличения СЗ батареи 22 (приближения к состоянию полной заряженности) нижнее предельное значение VL (=Vbo/2) увеличивается.
Следует отметить, что не всегда необходимо задавать нижнее предельное значение VL диапазона VR оптимальных значений напряжения равным величине Vbo/2, что соответствует максимальной мощности BPmax на характеристике мощности батареи 22. Как вариант, в качестве нижнего предельного значения VL может быть задана, например, величина Vbo/2+ΔV (ΔV>0), которая немного больше напряжения Vbo/2 батареи, соответствующего максимальной мощности BPmax, или величина Vbo/2-ΔV, которая немного меньше, чем напряжение Vbo/2 батареи.
Когда диапазон VR оптимальных значений напряжения (т.е нижнее предельное значение VL) будет задан, как описано выше, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения определяет, попадает ли напряжение Vb батареи в диапазон VR оптимальных значений напряжения (напряжение равно нижнему предельному значению VL=Vbo/2 или превышает его) (S310).
Когда обнаруживается, что напряжение Vb батареи попало в диапазон VR оптимальных значений напряжения (напряжение равно нижнему предельному значению VL или превышает его), устройство 62 ограничения коэффициента заполнения управляет преобразователем 24 DC/DC, используя сигнал управления переключением с коэффициентом заполнения, равным D, вычисленным на шаге (S302) (шаг S312). Тогда в качестве признака отсутствия ограничения по коэффициенту D заполнения производится сброс флага F (S314), на чем данная процедура завершается.
Между тем, если будет установлено, что напряжение Vb батареи находится вне диапазона VR оптимальных значений напряжения (меньше, чем нижнее предельное значение VL), устройство 62 ограничения коэффициента заполнения будет управлять преобразователем 24 DC/DC, используя сигнал управления переключением с коэффициентом D заполнения, который ограничен так, чтобы напряжение Vb батареи оставалось в пределах диапазона VR оптимальных значений напряжения (было равно нижнему предельному значению VL или превышало его) (S316). Тогда в качестве признака наличия ограничения по коэффициенту D заполнения производится установка флага F (шаг S318), на чем данная процедура завершается.
В вышеописанном процессе определение СЗ батареи 22 и вычисление ЭДС Vbo батареи осуществляется всякий раз, когда производится определение коэффициента D заполнения сигнала управления переключением, который должен подаваться на транзисторы Т1, Т2.
В вышеописанном третьем варианте осуществления системы питания при изменении СЗ батареи 22 осуществляется изменение нижнего предельного значения VL напряжения Vb батареи. Этими действиями можно гарантировать состояние, при котором нижнее предельное значение VL остается по существу равным напряжению Vb батареи, соответствующему максимальной мощности РВmax, даже если происходит изменение СЗ батареи 22 и, как следствие, изменение ЭДС Vbo батареи. В силу этого от батареи 22 может быть осуществлен стабильный отбор максимальной мощности РВmax.
В первом, втором и третьем вариантах осуществления системы питания электронный блок 40 управления осуществляет управление как нагрузкой 28, так и преобразователем 24 DC/DC. Однако управление преобразователем 24 DC/DC и нагрузкой 28 может осуществляться различными электронными устройствами управления, которые обмениваются информацией по каналу связи.
Несмотря на то, что в первом, втором и третьем вариантах осуществления системы питания содержат конденсатор 26, установленный между преобразователем 24 DC/DC и нагрузкой 28, может быть также использована система питания, не содержащая такого конденсатора.
Как вариант, управляющая система, отвечающая за управление преобразователем DC/DC и/или нагрузкой, может представлять собой программу для управления компьютером и/или считываемый компьютером записывающий носитель (CD-ROM, DVD-ROM и гибкий диск), который хранит указанную программу. Преимущества настоящего изобретения могут быть реализованы при установке такой программы на компьютер и последующем исполнении.
Следует отметить, что, хотя настоящее изобретение было описано на примерах предпочтительных вариантов, оно данными вариантами не ограничивается и может быть осуществлено в различных формах, не выходящих за границы идеи и объема настоящего изобретения.
Реферат
Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике. На основе напряжения Vb и тока Ib батареи осуществляют определение степени заряженности (СЗ) батареи, а на основе данных СЗ батареи производят вычисление ЭДС Vbo батареи. На основе данных ЭДС Vbo батареи и напряжения Vc на конденсаторе, подключенном к выходу преобразователя DC/DC, задают коэффициент D (=Vbo/2Vc) заполнения, позволяющий получить от батареи максимальную мощность. При этом коэффициент заполнения задают в виде нижнего предельного значения DL диапазона DR оптимальных значений коэффициента заполнения таким образом, что в соответствии с СЗ батареи осуществляется изменение нижнего предельного значения DL. Производят ограничение коэффициента D заполнения, так чтобы он попадал в диапазон DR оптимальных значений, а управление преобразователем DC/DC осуществляют с использованием ограниченного значения коэффициента D заполнения. Технический результат - повышение точности управления преобразователем. 8 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.
