СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ В СЕБЯ СИСТЕМУ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
POWER SUPPLY SYSTEM, VEHICLE, INCLUDING POWER SUPPLY SYSTEM, AND METHOD OF POWER SUPPLY SYSTEM CONTROL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе электропитания, имеющей множество модулей накопления энергии, и транспортному средству, включающему в себя систему электропитания, а также к способу управления системой электропитания, и, в частности, к технологии управления в случае, если модуль накопления энергии отключен от системы электропитания.
Уровень техники
В последнее время, с учетом экологических проблем, гибридное транспортное средство, которое управляется на основе эффективной комбинации мотора и электродвигателя, введено в практическое применение. Такое гибридное транспортное средство включает в себя модуль накопления энергии, который может заряжаться или разряжаться и генерирует движущую силу посредством подачи электрической энергии в электродвигатель во время пуска или ускорения, при этом он возвращает обратно кинетическую энергию транспортного средства в качестве электрической энергии во время движения под уклон или во время торможения. Следовательно, никель-металлогидридная батарея, ионно-литиевая батарея и т.п., приспособленная к высокой входной/выходной электрической мощности и зарядной/разрядной емкости, приспособлены в качестве модуля накопления энергии, включенного в гибридное транспортное средство.
Конфигурация с названием "подключаемая", обеспечивающая возможность зарядки/разрядки модуля накопления энергии посредством использования внешнего источника электропитания, такого как промышленный источник электропитания, предложена для такого гибридного транспортного средства. Подключаемая конфигурация нацелена на то, чтобы повышать общую эффективность расхода топлива посредством эксплуатации на относительно коротком расстоянии, например для ежедневных поездок на работу или посещения магазина, с помощью электрической мощности, накопленной заранее в модуле накопления энергии из внешнего источника электропитания, в то время как мотор поддерживается в нерабочем состоянии.
В режиме эксплуатации с использованием только электрической мощности из модуля накопления энергии, т.е. в режиме, который называется режим эксплуатации EV (электромобиля), требуется устойчивый вывод электрической мощности. Соответственно, в модуле накопления энергии в подключаемой конфигурации требуется зарядная/разрядная емкость, превышающая зарядную/разрядную емкость модуля накопления энергии, включенного в обычное гибридное транспортное средство, тогда как его входная/выходная электрическая мощность может быть относительно небольшой.
Таким образом, в гибридном транспортном средстве, выполненном с возможностью подключаемой конфигурации, необходимы модули накопления энергии, отличающиеся по рабочим характеристикам. Следовательно, желательна конфигурация, включающая в себя множество модулей накопления энергии, отличающихся по характеристике зарядки/разрядки. Что касается конфигурации, включающей множество модулей накопления энергии, например, Патент (США) номер 6608396 раскрывает систему управления мощностью, предоставляющую требуемые высокие уровни напряжения постоянного тока, необходимые для высоковольтной системы электротяги транспортного средства. Система управления мощностью включает в себя множество силовых каскадов для предоставления мощности постоянного тока, по меньшей мере, в один инвертор, причем каждый каскад включает в себя батарею и вольтодобавочный/компенсирующий преобразователь постоянного тока, при этом силовые каскады разведены параллельно, и контроллер, управляющий множеством силовых каскадов так, чтобы поддерживать выходное напряжение, по меньшей мере, в одном инверторе за счет обеспечения однородной зарядки/разрядки аккумуляторов множества силовых каскадов.
В общем, модуль накопления энергии накапливает относительно большой объем электрической энергии. Соответственно, с точки зрения безопасности, модуль накопления энергии всегда отслеживается на предмет неисправного состояния на основе значения состояния модуля накопления энергии. Например, степень износа определяется на основе значения внутреннего сопротивления модуля накопления энергии. Если выполнено определение неисправности, модуль накопления энергии должен быть электрически отключен от системы.
В системе регулирования мощности, раскрытой в Патенте (США) номер 6608396, описанной выше, не уделяется внимание случаю, когда в батарее (модуле накопления энергии) возникает неисправное состояние, и не раскрыта конфигурация для электрического отключения модуля накопления энергии, в котором возникает неисправное состояние. Следовательно, если только один из множества модулей накопления энергии находится в неисправном состоянии, вся система неизбежно должна быть остановлена.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение осуществлено для того, чтобы разрешать эти проблемы, и цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставлять систему электропитания, допускающую непрерывную подачу электрической энергии в нагрузочное устройство, даже когда любой модуль накопления энергии из множества модулей накопления энергии электрически отключен по какой-либо причине, и транспортное средство, включающее в себя систему электропитания, и способ управления системой электропитания.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предоставляется система электропитания для подачи электрической мощности в первое и второе нагрузочные устройства. Система электропитания включает в себя первую пару линий электропитания, электрически подключенную к первому нагрузочному устройству, множество перезаряжаемых модулей накопления энергии и множество модулей преобразования напряжения, размещенных согласно множеству модулей накопления энергии, соответственно. Множество модулей преобразования напряжения подключено параллельно к первой паре линий электропитания, и каждый из множества модулей преобразования напряжения выполнен с возможностью выполнять операцию преобразования напряжения между первой парой линий электропитания и соответствующим модулем накопления энергии. Система электропитания дополнительно включает в себя множество модулей отключения, размещенных согласно множеству модулей накопления энергии, соответственно, каждый для электрического отключения соответствующего модуля накопления энергии и соответствующего модуля преобразования напряжения друг от друга, вторую пару линий электропитания, имеющую один конец, электрически подключенный между первым модулем преобразования напряжения, представляющим один из множества модулей преобразования напряжения, и соответствующим модулем отключения, а другой конец, электрически подключенный ко второму нагрузочному устройству, и модуль управления. Модуль управления управляет множеством модулей преобразования напряжения, когда один модуль отключения из множества модулей отключения электрически отключает соответствующий модуль накопления энергии и соответствующий модуль преобразования напряжения друг от друга, таким образом, что подача электрической мощности в первое нагрузочное устройство и подача электрической мощности во второе нагрузочное устройство продолжается через первую пару линий электропитания и через вторую пару линий электропитания, соответственно, посредством использования электрической мощности из оставшегося модуля накопления энергии.
Предпочтительно, система электропитания дополнительно включает в себя модуль обнаружения неисправного состояния для обнаружения неисправного состояния каждого из множества модулей накопления энергии. Каждый из множества модулей отключения выполнен с возможностью электрически отключать соответствующий модуль накопления энергии и соответствующий модуль преобразования напряжения друг от друга в ответ на обнаружение неисправного состояния в соответствующем модуле накопления энергии посредством модуля обнаружения неисправного состояния.
Предпочтительно, модуль обнаружения неисправного состояния обнаруживает неисправное состояние каждого из множества модулей накопления энергии на основе, по меньшей мере, одного из температуры, значения напряжения, значения тока и значения внутреннего сопротивления соответствующего модуля накопления энергии.
Предпочтительно, модуль управления управляет модулем преобразования напряжения, соответствующим оставшемуся модулю накопления энергии, таким образом, что электрическая энергия из оставшегося модуля накопления энергии подается в первое нагрузочное устройство через первую пару линий электропитания, и управляет первым модулем преобразования напряжения таким образом, что электрическая энергия подается из первой пары линий электропитания через вторую пару линий электропитания во второе нагрузочное устройство, когда первый модуль преобразования напряжения и соответствующий модуль накопления энергии электрически отключены друг от друга посредством соответствующего модуля отключения.
Дополнительно предпочтительно, модуль управления останавливает операцию преобразования электрической энергии между первой парой линий электропитания и соответствующим модулем накопления энергии и, после того, устанавливает электропроводящее состояние между ними для каждого из множества модулей преобразования напряжения.
Дополнительно предпочтительно, каждый из множества модулей преобразования напряжения включает в себя переключающий элемент, подключенный последовательно к индуктору и размещенный между одной линией электропитания из первой пары линий электропитания и одним электродом соответствующего модуля накопления энергии, допускающий электрическое подключение и отключение одной линии электропитания и одного электрода соответствующего модуля накопления энергии друг от друга, и линией для электрического подключения другой линии электропитания из первой пары линий электропитания и другого электрода соответствующего модуля накопления энергии друг к другу. Модуль управления поддерживает проводящее состояние посредством перевода переключающего элемента во включенное состояние для каждого из множества модулей преобразования напряжения.
Помимо этого, предпочтительно, модуль управления управляет оставшимся модулем преобразования напряжения помимо первого модуля преобразования напряжения таким образом, что электрическая энергия из соответствующего модуля накопления энергии подается в первую пару линий электропитания после того, как ее напряжение повышено, и управляет первым модулем преобразования напряжения таким образом, что электрическая энергия из первой пары линий электропитания подается во второе нагрузочное устройство, после того, как ее напряжение преобразовано с понижением.
Дополнительно предпочтительно, модуль управления управляет первым модулем преобразования напряжения в соответствии с первым режимом управления для достижения значения, преобразованного с понижением напряжения, подаваемого во второе нагрузочное устройство, заранее заданного значения.
Дополнительно предпочтительно, модуль управления управляет, по меньшей мере, одним из оставшихся модулей преобразования напряжения в соответствии со вторым режимом управления для достижения значения, преобразованного с повышением напряжения, подаваемого в первую пару линий электропитания, заранее заданного значения.
Дополнительно предпочтительно, в то время как первый модуль преобразования напряжения и соответствующий модуль накопления энергии электрически подключены друг к другу, первый модуль преобразования напряжения переводится во второй режим управления, чтобы выполнять операцию преобразования напряжения, и каждый оставшийся модуль преобразования напряжения переводится в третий режим управления для достижения значения электрической энергии, подаваемой и принимаемой между первой парой линий электропитания и соответствующим модулем накопления энергии, заранее заданного значения, чтобы выполнять операцию преобразования напряжения. Модуль управления переключается между режимами управления, по меньшей мере, для одного из оставшихся модулей преобразования напряжения и первого модуля преобразования напряжения в ответ на электрическое отключение между первым модулем преобразования напряжения и соответствующим модулем накопления энергии посредством соответствующего модуля отключения.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляются транспортное средство, включающее в себя систему электропитания, описанную выше, и модуль формирования движущей силы для формирования движущей силы для работы в качестве первого нагрузочного устройства.
Предпочтительно, транспортное средство дополнительно включает в себя комплект дополнительного оборудования для транспортного средства в качестве второго нагрузочного устройства.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставляется способ управления системой электропитания для подачи электрической мощности в первое и второе нагрузочные устройства. Система электропитания включает в себя первую пару линий электропитания, электрически подключенную к первому нагрузочному устройству, множество перезаряжаемых модулей накопления энергии и множество модулей преобразования напряжения, размещенных согласно множеству модулей накопления энергии, соответственно. Множество модулей преобразования напряжения подключено параллельно к первой паре линий электропитания, и каждый из множества модулей преобразования напряжения выполнен с возможностью выполнять операцию преобразования напряжения между соответствующим модулем накопления энергии и первой парой линий электропитания. Система электропитания дополнительно включает в себя множество модулей отключения, размещенных согласно множеству модулей накопления энергии, соответственно, каждый из которых предназначен для электрического отключения соответствующего модуля накопления энергии и соответствующего модуля преобразования напряжения друг от друга, и вторую пару линий электропитания, имеющую один конец, электрически подключенный между первым модулем преобразования напряжения, представляющим один из множества модулей преобразования напряжения, и соответствующим модулем отключения, а другой конец, электрически подключенный ко второму нагрузочному устройству. Способ включает в себя этапы: обнаружения, присутствует ли неисправное состояние для каждого из множества модулей накопления энергии; электрического отключения, когда неисправное состояние любого модуля накопления энергии из множества модулей накопления энергии обнаружено, модуля накопления энергии, неисправное состояние которого обнаружено, и соответствующего модуля преобразования напряжения друг от друга посредством использования соответствующего модуля отключения; и управления множеством модулей преобразования напряжения таким образом, что подача электрической энергии в первое нагрузочное устройство и подача электрической энергии во второе нагрузочное устройство продолжается через первую пару линий электропитания и через вторую пару линий электропитания, соответственно, посредством использования электрической энергии из оставшегося модуля накопления энергии помимо отключенного модуля накопления энергии.
Согласно настоящему изобретению могут быть получены система электропитания, допускающая непрерывную подачу электрической энергии в нагрузочное устройство, даже когда любой модуль накопления энергии из множества модулей накопления энергии электрически отключен по каким-либо причинам, транспортное средство, включающее в себя ее, и способ управления системой электропитания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - это схематичное конфигурационное представление, показывающее основную часть транспортного средства, включающую в себя систему электропитания, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 - это схематичное конфигурационное представление преобразователя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3A и 3B являются схемами, показывающими схемы (случай 1) подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4A и 4B являются схемами, показывающими схемы (случай 2) подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5A и 5B являются схемами, показывающими схемы (случай 3) подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6A и 6B являются схемами, показывающими схемы (случай 4) подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 - это схема, показывающая состояние работы преобразователя в проводящем режиме, показанном на фиг. 3B и 4B.
Фиг. 8 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру в ECU батарее для обнаружения неисправного состояния модуля накопления энергии.
Фиг. 9 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру в ECU батарее для обнаружения неисправного состояния модуля накопления энергии.
Фиг. 10 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру, связанную с формированием инструкции переключения в ECU преобразователя.
Фиг. 11 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру системы управления (для нормального состояния), соответствующей фиг. 3A и 5A.
Фиг. 12 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру системы управления (для нормального состояния), соответствующей фиг. 4A и 6A.
Фиг. 13 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру системы управления (для неисправного состояния), соответствующей фиг. 3B и 4B.
Фиг. 14 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру системы управления (для неисправного состояния), соответствующей фиг. 5B и 6B.
Фиг. 15 - это блок-схема последовательности операций способа управления системой электропитания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 16 - это схема, показывающая схемы подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно разновидности первого варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 17 - это схема, показывающая состояние работы преобразователя в режиме управления напряжением (повышающее преобразование/понижающее преобразование), показанном на фиг. 3B и 4B.
Фиг. 18 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру системы управления (для неисправного состояния), соответствующей фиг. 3B и 4B.
Фиг. 19 - это схема, показывающая схемы подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно разновидности второго варианта осуществления настоящего изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Далее подробно описывается вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи. Следует отметить, что одинаковые или соответствующие элементы на чертежах имеют одинаковые назначенные номера ссылок, и поэтому их подробное описание не повторяется.
(Первый вариант осуществления)
(Конфигурация транспортного средства)
Фиг. 1 - это схема конфигурации схематического представления, показывающая основную часть транспортного средства 1, включающую в себя систему 100 электропитания, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Ссылаясь на фиг. 1, транспортное средство 1 включает в себя систему 100 электропитания, первый инвертор (INV1) 40, второй инвертор (INV2) 42, третий инвертор (INV3) 44, электродвигатели-генераторы (M/G) MG1, MG2, ECU (электронный модуль управления) 50 привода, кондиционер 70, низковольтное дополнительное оборудование 82, понижающий преобразователь 80 и дополнительный модуль SB накопления энергии.
В настоящем первом варианте осуществления система 1 электропитания, включающая в себя два модуля 10, 20 накопления энергии, описывается в качестве примера системы электропитания, включающей в себя множество модулей накопления энергии.
Инверторы 40, 42, электродвигатели-генераторы MG1, MG2 и ECU 50 привода составляют "модуль формирования движущей силы" для формирования движущей силы для приведения в движение транспортного средства 1. "Модуль формирования движущей силы" в данном документе иллюстрируется как "первое нагрузочное устройство". А именно транспортное средство 1 приводится в движение посредством передачи на колеса (не показаны) движущей силы, формируемой посредством электрической мощности, подаваемой в модуль формирования движущей силы из системы 100 электропитания.
Помимо этого, кондиционер 70, низковольтное дополнительное оборудование 82, понижающий преобразователь 80 и дополнительный модуль SB накопления энергии составляют "комплект дополнительного оборудования" для транспортного средства. "Комплект дополнительного оборудования" в данном документе иллюстрируется как "второе нагрузочное устройство".
Конфигурация, допускающая непрерывную подачу электрической энергии не только в "модуль формирования движущей силы", соответствующий "первому нагрузочному устройству", но также и в "комплект дополнительного оборудования", даже когда любой "модуль накопления энергии" электрически отключен от системы электропитания, иллюстрируется в данном документе. Предполагаются различные ситуации, когда "модуль накопления энергии" должен быть электрически отключен. В настоящих первом и втором вариантах осуществления и их разновидностях иллюстрируется пример, в котором определяется то, что модуль накопления энергии должен быть электрически отключен от системы электропитания, поскольку модуль накопления энергии находится в неисправном состоянии.
(Конфигурация модуля формирования движущей силы)
Инверторы 40, 42 подключены параллельно к главной положительной шине MPL и главной отрицательной шине MNL, формирующим первую пару линий электропитания, и подают/принимают электрическую энергию в/из системы 100 электропитания. Таким образом, инверторы 40, 42 преобразуют электрическую энергию (электрическую энергию постоянного тока), подаваемую через главную положительную шину MPL и главную отрицательную шину MNL, в энергию переменного тока и подают энергию переменного тока в электродвигатели-генераторы MG1, MG2, соответственно. Между тем, инверторы 40, 42 преобразуют энергию переменного тока, генерируемую посредством электродвигателей-генераторов MG1, MG2, в энергию постоянного тока и возвращают результирующую энергию постоянного тока как рекуперативную электрическую энергию в систему 100 электропитания. Например, инверторы 40, 42 состоят из мостовой схемы, включающей в себя переключающие элементы трех фаз, и выполняют преобразование электрической энергии посредством выполнения операции переключения (размыкания/замыкания цепи) в ответ на инструкции PWM1, PWM2 переключения, принимаемые от ECU 50 привода.
Электродвигатели-генераторы MG1, MG2 выполнены с возможностью формировать вращающую движущую силу посредством приема энергии переменного тока, подаваемой из инверторов 40, 42, соответственно, и формировать электрическую энергию посредством приема внешней вращающей движущей силы. Например, электродвигатели-генераторы MG1, MG2 выполнены трехфазной электрической вращающей машиной переменного тока, включающей в себя ротор, имеющий встроенные постоянные магниты. Электродвигатели-генераторы MG1, MG2 механически соединены с непоказанным мотором через устройство 46 деления мощности.
ECU 50 привода выполняет функциональную обработку таким образом, что достигается оптимальное соотношение между движущей силой, генерируемой посредством мотора, и движущей силой, генерируемой посредством электродвигателей-генераторов MG1, MG2. Более конкретно, ECU 50 привода выполняет программу, сохраненную заранее, для того чтобы определять движущую силу, которая должна быть сгенерирована в моторе и электродвигателях-генераторах MG1, MG2, на основе сигнала, передаваемого от каждого непоказанного датчика, режима эксплуатации, варьирования положения акселератора, сохраненной карты и т.п. Следует отметить, что электродвигатель-генератор MG1 может выступать исключительно в качестве генератора, тогда как электродвигатель-генератор MG2 может выступать исключительно в качестве электродвигателя.
(Конфигурация комплекта дополнительного оборудования)
Кондиционер 70 является устройством для кондиционирования, главным образом, пассажирской кабины в транспортном средстве и включает в себя инвертор 72, подключенный к низковольтной положительной линии LPL и низковольтной отрицательной линии LNL, формирующих вторую пару линий электропитания, и компрессор 74, приводимый в действие посредством инвертора 72. Инвертор 72 преобразует энергию постоянного тока, подаваемую из системы 100 электропитания, в энергию переменного тока, и подает энергию переменного тока в компрессор 74. Компрессор 74 является устройством для достижения кондиционирования посредством генерирования теплоты парообразования через цикл охлаждения (не показан), в котором повторяются сжатие и расширение хладагента (такого как хлорфторуглерод), и сжимает хладагент с помощью вращательной движущей силы, формируемой за счет энергии переменного тока, подаваемой из инвертора 72.
Низковольтное дополнительное оборудование 82 является коллективным обозначением дополнительного оборудования, которое приводится в действие при напряжении, ниже (например, 12 В или 24 В) значения напряжения (например, 288 В) для электрической энергии, подаваемой из системы 100 электропитания. Например, низковольтное дополнительное оборудование 82 включает в себя автомобильную навигационную систему, автомобильную звуковую систему, подсветку салона, индикатор в транспортном средстве и т.п. Помимо этого, низковольтное дополнительное оборудование 82 приводится в действие посредством энергии постоянного тока при низком напряжении, подаваемой из понижающего преобразователя 80 или дополнительного модуля SB накопления энергии.
Понижающий преобразователь 80 является устройством для понижающего преобразования электрической энергии, подаваемой из системы 100 электропитания. Понижающий преобразователь 80 подключен к низковольтной положительной линии LPL и низковольтной отрицательной линии LNL и подает преобразованную с понижением энергию постоянного тока в низковольтное дополнительное оборудование 82 и дополнительный модуль SB накопления энергии. Например, понижающий преобразователь 80 выполнен цепью трансформаторного типа, которая преобразует энергию постоянного тока в энергию переменного тока, выполняет преобразование напряжения посредством использования обмоточного трансформатора и снова преобразует преобразованную по напряжению энергию переменного тока в энергию постоянного тока.
Дополнительный модуль SB накопления энергии выполнен, например, посредством свинцовой батареи, подключенной к стороне вывода понижающего преобразователя 80 и заряжаемой с помощью выводимой энергии постоянного тока, при этом она подает заряжаемую электрическую энергию в низковольтное дополнительное оборудование 82. А именно дополнительный модуль SB накопления энергии также имеет функцию буфера электрической энергии для компенсации дисбаланса между выходной электрической энергией из понижающего преобразователя 80 и электрической энергией, требуемой посредством низковольтного дополнительного оборудования 82.
(Подключаемая конфигурация)
Помимо этого, в настоящем первом варианте осуществления, инвертор 44 подключен к главной положительной шине MPL и главной отрицательной шине MNL, параллельно с инверторами 40, 42. Инвертор 44 является зарядным устройством для зарядки модулей 10, 20 накопления мощности, включенных в систему 100 электропитания, посредством использования внешней электрической энергии извне транспортного средства. В частности, инвертор 44 электрически подключается к источнику промышленного электропитания (не показан) в доме и т.п. вне транспортного средства через разъем 60 для зарядки и линию ACL электропитания таким образом, что электрическая мощность может быть принята от внешнего источника электропитания. Далее инвертор 44 преобразует электрическую энергию от внешнего источника электропитания в энергию постоянного тока для подачи электрической энергии в систему 100 электропитания. Например, инвертор 44 типично реализован посредством однофазного инвертора, чтобы подходить для способа подачи электрической энергии из источника промышленного электропитания, используемого в доме (не показан), вне транспортного средства.
Подключаемая конфигурация не ограничена конфигурацией, показанной на фиг. 1, и конфигурация может быть такой, что электрическое соединение с внешним источником электропитания устанавливается через нейтральные точки электродвигателей-генераторов MG1 и MG2.
(Конфигурация системы электропитания)
Система 100 электропитания включает в себя сглаживающий конденсатор C, модули 10, 20 накопления энергии, преобразователи (CONV) 18, 28, модули 12, 22 обнаружения температуры, модули 14, 24, 52 обнаружения напряжения, модули 16, 26, 54 обнаружения тока, системные реле SMR1, SMR2, ECU 32 батареи и ECU 30 преобразователя.
Сглаживающий конденсатор C подключен между главной положительной шиной MPL и главной отрицательной шиной MNL и уменьшает пульсирующую составляющую, содержащуюся в электрической энергии, подаваемой или принимаемой между системой 100 электропитания и модулем формирования движущей силы.
Модуль 52 обнаружения напряжения подключен между главной положительной шиной MPL и главной отрицательной шиной MNL, обнаруживает значение Vc напряжения на шине, указывающее значение напряжения электрической энергии, подаваемой и принимаемой между системой 100 электропитания и модулем формирования движущей силы, и выводит результат обнаружения в ECU 30 преобразователя. Помимо этого, модуль 54 обнаружения тока вставлен в главную положительную шину MPL, обнаруживает значение Ic тока на шине, указывающее значение тока электрической энергии, подаваемой и принимаемой между системой 100 электропитания и модулем формирования движущей силы, и выводит результат обнаружения в ECU 30 преобразователя.
Модули 10, 20 накопления энергии являются элементами для накопления заряжаемой/разряжаемой электрической энергии постоянного тока, и, например, они выполнены посредством аккумуляторной батареи, такой как никель-металлогидридная батарея или ионно-литиевая батарея или посредством электрического двухслойного конденсатора.
Преобразователи 18 и 28 являются модулями преобразования напряжения, подключенными параллельно к главной положительной шине MPL и главной отрицательной шине MNL и выполненными с возможностью выполнять операцию преобразования электрической энергии между соответствующими модулями 10, 20 накопления энергии и главной положительной шиной MPL, главной отрицательной шиной MNL, соответственно. Более конкретно, преобразователи 18 и 28 преобразуют с повышением разряжаемую электрическую энергию из соответствующих модулей 10, 20 накопления энергии в заданное напряжение для подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы, при этом они преобразуют с понижением рекуперативную электрическую энергию, подаваемую из модуля формирования движущей силы, к заданному напряжению для зарядки соответствующих модулей 10, 20 накопления энергии. Например, оба преобразователя 18, 28 выполняются в виде цепи типа "прерыватель".
Модули 12, 22 обнаружения температуры размещены в непосредственной близости от элементов батареи и т.п., составляющих модули 10, 20 накопления энергии, соответственно, обнаруживают температуры Tb1, Tb2 модулей 10, 20 накопления энергии и выводят результат обнаружения в ECU 32 батареи. Следует отметить, что модули 12, 22 обнаружения температуры могут быть выполнены с возможностью выводить типичное значение, полученное на основе значений, обнаруженных посредством множества элементов обнаружения, размещенных в соответствии с множеством элементов батареи, составляющих модули 10, 20 накопления энергии.
Модуль 14 обнаружения напряжения подключен между положительной линией PL1 и отрицательной линией NL1, электрически подключающей модуль 10 накопления энергии к преобразователю 18, обнаруживает значение Vb1 напряжения, связанное с вводом и выводом в модуль 10 накопления энергии, и выводит результат обнаружения в ECU 32 батареи и ECU 30 преобразователя. Аналогично, модуль 24 обнаружения напряжения подключен между положительной линией PL2 и отрицательной линией NL2, электрически подключающей модуль 20 накопления энергии к преобразователю 28, обнаруживает значение Vb2 напряжения, связанное с вводом и выводом в модуль 20 накопления энергии, и выводит результат обнаружения в ECU 32 батареи и ECU 30 преобразователя.
Модули 16, 26 обнаружения тока вставлены в положительные линии PL1, PL2, подключающие модули 10, 20 накопления энергии к преобразователям 18, 28, соответственно, обнаруживают значения Ib1, Ib2 тока, связанные с зарядкой/разрядкой соответствующих модулей 10, 20 накопления энергии, соответственно, и выводят результат обнаружения в ECU 32 батареи и ECU 30 преобразователя.
Системное реле SMR1 вставлено в положительную линию PL1 и отрицательную линию NL1, электрически соединяющие модуль 10 накопления энергии и преобразователь 18 друг с другом, и электрически подключает или отключает модуль 10 накопления энергии и преобразователь 18 друг от друга в ответ на инструкцию SON1 включения системы от ECU 32 батареи, которая описывается позже. В описании ниже электрически подключенное состояние также упоминается как включенное состояние, а электрически отключенное состояние также упоминается как отключенное состояние.
Помимо этого, низковольтная положительная линия LPL и низковольтная отрицательная линия LNL подключены к положительной линии PL1 и отрицательной линии NL1 в позиции между системным реле SMR1 и преобразователем 18, соответственно. Таким образом, часть электрической энергии, которая протекает через положительную линию PL1 и отрицательную линию NL1, может подаваться в комплект дополнительного оборудования для транспортного средства. Если системное реле SMR1 находится в состоянии отключения, модуль 10 накопления энергии электрически отключен от модуля формирования движущей силы и комплекта дополнительного оборудования.
Аналогично, системное реле SMR2 вставлено в положительную линию PL2 и отрицательную линию NL2, электрически соединяющие модуль 20 накопления энергии и преобразователь 28 друг с другом, и электрически подключает или отключает модуль 20 накопления энергии и преобразователь 28 друг от друга в ответ на инструкцию SON2 включения системы от ECU 32 батареи, которая описана позже.
Таким образом, в настоящем первом варианте осуществления системные реле SMR1, SMR2 соответствуют "множеству модулей отключения".
ECU 32 батареи является устройством для отслеживания и управления модулями 10, 20 накопления энергии и поддерживает состояние зарядки (SOC; в дальнейшем также называемой "SOC") модулей 10, 20 накопления энергии в пределах заданного диапазона совместно с ECU 30 преобразователя, подключенным через линию LNK1 управления. В частности, ECU 32 батареи вычисляет SOC модулей 10, 20 накопления энергии на основе температур Tb1, Tb2, принимаемых из модулей 12, 22 обнаружения температуры, значений Vb1, Vb2 напряжения, принимаемых из модулей 14, 24 обнаружения напряжения, и значений Ib1, Ib2 тока, принимаемых из модулей 16, 26 обнаружения тока.
Помимо этого, ECU 32 батареи обнаруживает неисправное состояние для каждого из модулей 10, 20 накопления энергии на основе температур Tb1, Tb2, значений Vb1, Vb2 напряжения, значений Ib1, Ib2 тока, значения внутреннего сопротивления и т.п. модулей 10, 20 накопления энергии. Если модули 10, 20 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, ECU 32 батареи активирует инструкции SON1, SON2 включения системы в ответ на инструкцию включения зажигания (не показана), выдаваемую согласно действиям водителя, и приводит системные реле SMR1, SMR2 во включенное состояние. С другой стороны, если неисправное состояние возникло в любом из модулей 10 и 20 накопления энергии, ECU 32 батареи определяет то, что электрическое отключение необходимо, деактивирует соответствующую инструкцию SON1, SON2 включения системы и электрически отключает соответствующий модуль 10, 20 накопления энергии от системы 100 электропитания.
ECU 30 преобразователя управляет операцией преобразования электрической энергии в преобразователях 18, 28 таким образом, что значение электрической энергии, требуемое посредством модуля формирования движущей силы, может быть выделено для модулей 10 и 20 накопления энергии в заданном соотношении, совместно с ECU 32 батареи, подключенным через линию LNK1 управления, и ECU 50 привода, подключенным через линию LNK2 управления. В частности, ECU 30 преобразователя предоставляет инструкции PWC1, PWC2 переключения в соответствии с режимом управления, выбранным заранее из множества режимов управления, которые описываются позже, для соответствующих преобразователей 18, 28.
В частности, в системе 100 электропитания согласно настоящему первому варианту осуществления, когда модули 10, 20 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, любой из преобразователей 18 и 28 работает как "ведущий", а другой работает как "ведомый". Преобразователь, работающий как "ведущий", управляется в соответствии с "режимом управления напряжением (повышающее преобразование)" для задания значения напряжения электрической энергии, подаваемой из системы 100 электропитания в модуль формирования движущей силы (значения Vc напряжения шины на главной положительной шине MPL и главной отрицательной шине MNL), равным заранее заданному значению напряжения. С другой стороны, преобразователь, работающий как "ведомый", управляется в соответствии с "режимом управления электрической энергией" для задания электрической энергии, выделенной для соответствующего модуля накопления энергии (электрической энергии, подаваемой и принимаемой между этим модулем накопления энергии и главной положительной шиной MPL, главной отрицательной шиной MNL), из электрической энергии, подаваемой из системы 100 электропитания в модуль формирования движущей силы, равной заранее заданному значению электрической энергии. Здесь, часть электрической энергии, разряжаемой из модуля 10 накопления энергии, подается в комплект дополнительного оборудования.
Здесь, когда в модуле 10 накопления энергии возникает неисправное состояние, и модуль 10 накопления энергии электрически отключен от системы 100 электропитания, преобразователь 28 продолжает операцию преобразования напряжения таким образом, что подача электрической энергии из модуля 20 накопления энергии в модуль формирования движущей силы продолжается, тогда как преобразователь 18 выполняет операцию преобразования напряжения таким образом, что часть электрической мощности, которая протекает через главную положительную шину MPL, главную отрицательную шину MNL, подается в комплект дополнительного оборудования. Здесь, преобразователь 28, соответствующий модулю 20 накопления энергии, должен работать как "ведущий". Соответственно, если преобразователь 28 работает как "ведомый" непосредственно перед тем, как модуль 10 накопления энергии электрически отключается, переключение режима осуществляется таким образом, что преобразователь 28 работает как "ведущий", одновременно с электрическим отключением модуля 10 накопления энергии.
Напротив, если неисправное состояние возникает в модуле 20 накопления энергии и модуль 20 накопления энергии электрически отключен от системы 100 электропитания, преобразователь 18 выполняет операцию преобразования напряжения таким образом, что подача электрической энергии из модуля 10 накопления энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования продолжается, тогда как преобразователь 28 останавливает операцию преобразования напряжения. Здесь преобразователь 18, соответствующий модулю 10 накопления энергии, должен работать как "ведущий". Соответственно, если преобразователь 18 работает как "ведомый" непосредственно перед тем, как модуль 20 накопления энергии электрически отключается, переключение режима осуществляется таким образом, что преобразователь 18 работает как "ведущий", одновременно с электрическим отключением модуля 20 накопления энергии.
Как описано выше, в настоящем варианте осуществления, даже когда неисправное состояние возникает в любом из модулей 10 и 20 накопления энергии, подача электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования может быть продолжена.
В настоящем варианте осуществления, ECU 30 преобразователя соответствует "модулю управления", а ECU 32 батареи соответствует "модулю обнаружения неисправного состояния".
(Конфигурация преобразователя)
Ссылаясь на фиг. 2, преобразователь 18 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, в ходе разрядки модуля 10 накопления энергии, преобразует с повышением энергию постоянного тока, подаваемую из модуля 10 накопления энергии, тогда как преобразователь 18, в ходе зарядки в модуле 10 накопления энергии, преобразует с понижением энергию постоянного тока, подаваемую через главную положительную шину MPL и главную отрицательную шину MNL, в ответ на инструкцию PWC1 переключения от ECU 30 преобразователя (фиг. 1). Преобразователь 18 включает в себя транзисторы Q1A, Q1B, выступающие в качестве переключающего элемента, индуктор L1, линию LNC1, диоды D1A, D1B и сглаживающий конденсатор C1.
Транзистор Q1B подключен последовательно к индуктору L1 и размещен между положительной линией PL1 (стороной положительного электрода модуля 10 накопления энергии) и главной положительной шиной MPL. Транзистор Q1B имеет коллектор, подключенный к положительной шине MPL. Транзистор Q1B электрически подключает или отключает положительную линию PL1 и главную положительную шину MPL друг от друга в ответ на вторую инструкцию PWC1B переключения, заключенную в инструкцию PWC1 переключения. Линия LNC1 электрически соединяет отрицательную линию NL1 (сторону отрицательного электрода модуля 10 накопления энергии) и главную отрицательную шину MNL друг от друга. Транзистор Q1A дополнительно подключен между точкой соединения транзистора Q1B и индуктором L1 и линией LNC1. Транзистор Q1A имеет эмиттер, подключенный к линии LNC1. Транзистор Q1A электрически соединяет или разъединяет положительную линию PL1 и отрицательную линию NL1 в ответ на первую инструкцию PWC1A переключения, включенную в инструкцию PWC1 переключения.
Помимо этого, диоды D1A, D1B, позволяющие току протекать со стороны эмиттера на сторону коллектора, подключены между коллекторами и эмиттерами транзисторов Q1A, Q1B, соответственно. Кроме того, сглаживающий конденсатор C1 подключен между положительной линией PL1 и отрицательной линией NL1 (или линией LNC1) и уменьшает составляющую переменного тока, содержащуюся в электрической энергии, подаваемой и принимаемой между модулем 10 накопления энергии и преобразователем 18. Дополнительно, когда системное реле, SMR1 (фиг. 1), выполняет переход из отключенного состояния во включенное состояние, и модуль 10 накопления энергии и преобразователь 18 электрически подключены друг к другу, сглаживающий конденсатор C1 заряжается до тех пор, пока он практически не достигает значения напряжения модуля 10 накопления энергии. Таким образом, сглаживающий конденсатор C1 также обеспечивает такой эффект предотвращения выхода из строя транзистора Q1A, Q1B, диода D1A, D1B и т.п. вследствие пускового тока, который формируется в момент перехода системного реле SMR1 (фиг. 1) во включенное состояние.
Операция преобразования напряжения (операция повышающего преобразования и операция понижающего преобразования) преобразователя 18 описывается далее.
В ходе операции повышающего преобразования ECU 30 преобразователя (фиг. 1) поддерживает транзистор Q1B во включенном состоянии (продолжительность включения = 100%) и включает/отключает транзистор Q1A с заданной продолжительностью включения, ниже 100%. Далее продолжительность включения также означается как "Режим работы".
Пока транзистор Q1A находится во включенном состоянии (проводящем состоянии), формируются первый путь тока от стороны положительного электрода модуля 10 накопления энергии к главной положительной шине MPL и второй путь тока от стороны положительного электрода модуля 10 накопления энергии через индуктор L1 обратно к стороне отрицательного электрода. Здесь, ток накачки, который протекает через второй путь тока, накапливается как электромагнитная энергия в индукторе L1. Когда выполнен переход из включенного состояния в отключенное состояние (непроводящее состояние) транзистора Q1A, второй путь тока размыкается, и ток накачки отсекается. Затем, поскольку индуктор L1 должен поддерживать значение тока, который протекает через него, индуктор L1 высвобождает накопленную электромагнитную энергию. Высвобожденная электромагнитная энергия накладывается на ток, выводимый из преобразователя 18 в главную положительную шину MPL. Следовательно, электрическая мощность, подаваемая из модуля 10 накопления энергии, выводится после того, как ее напряжение преобразовано с повышением до значения напряжения, соответствующего электромагнитной энергии, накопленной в индукторе L1.
С другой стороны, в ходе операции понижающего преобразования, ECU 30 преобразователя (фиг. 1) включает/отключает транзистор Q1B с заданной продолжительностью включения и поддерживает транзистор Q1A в отключенном состоянии (Режим нагрузки = 0%).
Пока транзистор Q1B находится во включенном состоянии, формируется путь тока от главной положительной шины MPL к стороне положительного электрода модуля 10 накопления энергии. С другой стороны, когда транзистор Q1B выполняет переход из включенного состояния в отключенное состояние (непроводящее состояние), этот путь тока размыкается, и ток отсекается. Другими словами, поскольку только в период времени, когда транзистор Q1B находится во включенном состоянии, электрическая энергия подается из главной положительной шины MPL в модуль 10 накопления энергии, среднее напряжение энергии постоянного тока, подаваемое из преобразователя 18 в модуль 10 накопления энергии, равно значению, полученному посредством умножения значения напряжения через главную положительную шину MPL и главную отрицательную шину MNL (значения Vc напряжения на шине) на продолжительность включения.
Поскольку конфигурация и работы преобразователя 28 также аналогичны преобразователю 18, описанному выше, подробное описание не повторяется.
(Схема управления электрической мощностью)
Подача электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно настоящему первому варианту осуществления описывается далее со ссылкой на фиг. 3A-6B. Как описано выше, в настоящем первом варианте осуществления, преобразователь, который должен работать как "ведущий", может быть свободно выбран, и помимо этого, даже когда любой из модулей 10 и 20 накопления энергии отключен от системы 100 электропитания, подача электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования должна быть продолжена.
В описании ниже, отдельно описываются следующие четыре случая для каждого преобразователя, который должен работать как "ведущий", и для каждого модуля накопления энергии, отключенного от системы 100 электропитания:
(1) Случай, где модуль 10 накопления энергии отключен, тогда как преобразователь 18 работает как "ведущий";
(2) Случай, где модуль 10 накопления энергии отключен, тогда как преобразователь 28 работает как "ведущий";
(3) Случай, где модуль 20 накопления энергии отключен, тогда как преобразователь 18 работает как "ведущий"; и
(4) Случай, где модуль 20 накопления энергии отключен, тогда как преобразователь 28 работает как "ведущий".
<Случай 1>
Фиг. 3A и 3B являются схемами, показывающими схемы (случай 1) подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 3A показывает случай, где модули 10 и 20 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, тогда как фиг. 3B показывает случай, где возникает неисправное состояние в модуле 10 накопления энергии.
Ссылаясь на фиг. 3A, если модули 10 и 20 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, системные реле SMR1 и SMR2 поддерживаются во включенном состоянии. Таким образом, электрическая мощность Pb1 разрядки разряжается из модуля 10 накопления энергии, ее часть подается в комплект дополнительного оборудования, и оставшаяся ее часть подается в модуль формирования движущей силы. Помимо этого, электрическая мощность Pb2 разрядки полностью подается из модуля 20 накопления энергии в модуль формирования движущей силы. Следовательно, соотношение
электрическая мощность Pb1 разрядки + электрическая мощность Pb2 разрядки = электрическая мощность Pc электропитания + электрическая мощность Ps электропитания
электрическая мощность Pb1 разрядки > электрическая мощность Ps электропитания
удовлетворяется между электрической мощностью Pc и Ps электропитания, подаваемой в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования, соответственно, и электрической мощностью Pb1 и Pb2 разрядки, разряжаемой из модулей 10 и 20 накопления энергии.
Здесь, чтобы стабилизировать значение напряжения электрической мощности Pc электропитания, подаваемой посредством модуля формирования движущей силы, т.е. значение напряжения через главную положительную шину MPL и главную отрицательную шину MNL (значение Vc напряжения на шине), преобразователь 18, работающий как "ведущий", выполняет операцию преобразования напряжения в соответствии с режимом управления напряжением (повышающее преобразование). А именно преобразователь 18 управляется таким образом, что значение Vc напряжения на шине достигает заданного значения Vc* напряжения. С другой стороны, преобразователь 28, работающий как "ведомый", выполняет операцию повышающего преобразования в соответствии с режимом управления электрической энергией, чтобы достигать распределения электрической энергии между модулями 10 и 20 накопления энергии (управления электрической мощностью). А именно преобразователь 28 управляется таким образом, что значение электрической мощности, подаваемой и принимаемой между соответствующим модулем 20 накопления энергии и главной положительной шиной MPL, главной отрицательной шиной MNL достигает заданного значения Pb2* электрической мощности. Поскольку электрическая мощность Pb2 разрядки из модуля 20 накопления энергии может, таким образом, произвольно регулироваться, электрическая мощность Pb1 разрядки из модуля 10 накопления энергии также может косвенно управляться.
Здесь, значение напряжения электрической мощности Ps электропитания, подаваемой в комплект дополнительного оборудования через низковольтную положительную линию LPL и низковольтную отрицательную линию LNL, пульсирует в зависимости от SOC и т.п. модуля 10 накопления энергии. Инвертор 72 (фиг. 1), включенный в кондиционер 70 или понижающий преобразователь 80, тем не менее, имеет функцию регулировки напряжения. Следовательно, даже когда заранее заданные флуктуации напряжения возникают в модуле 10 накопления энергии, комплект дополнительного оборудования может работать в обычном режиме.
Здесь, если какое-либо неисправное состояние возникает в модуле 10 накопления энергии, системное реле SMR1 приводится в отключенное состояние, как показано на фиг. 3B, и модуль 10 накопления энергии электрически отключается от системы 100 электропитания. Когда модуль 10 накопления энергии электрически отключен, электрическая энергия не может подаваться из модуля 10 накопления энергии в комплект дополнительного оборудования. Следовательно, режим управления в преобразователях 18 и 28 должен быть переключен таким образом, что электрическая энергия может подаваться из модуля 20 накопления энергии в комплект дополнительного оборудования.
В настоящем первом варианте осуществления, например, описывается конфигурация для переключения преобразователей 18 и 28 в проводящий режим. В частности, когда модуль 10 накопления энергии отключен от системы 100 электропитания, преобразователи 18 и 28 останавливают операцию преобразования напряжения и поддерживают электропроводящее состояние между модулями 10, 20 накопления энергии и главной положительной шиной MPL, главной отрицательной шиной MNL, соответственно.
Затем электрическая мощность Pb2 разрядки из модуля 20 накопления энергии подается в главную положительную шину MPL, главную отрицательную шину MNL через соответствующий преобразователь 28. Часть электрической мощности Pb2 разрядки подается в модуль формирования движущей силы, а оставшаяся ее часть подается в комплект дополнительного оборудования через преобразователь 18 и низковольтную положительную линию LPL, низковольтную отрицательную линию LNL. Таким образом, даже после того, как модуль 10 накопления энергии электрически отключен от системы 100 электропитания, подача электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования продолжается. Здесь соотношение
электрическая мощность Pb2 разрядки = электрическая мощность Pc электропитания + электрическая мощность Ps электропитания
удовлетворяется между электрической мощностью Pb2 разрядки, разряжаемой из модуля 20 накопления энергии, и электрической мощностью Pc и Ps электропитания, подаваемой в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования, соответственно.
<Случай 2>
Фиг. 4A и 4B являются схемами, показывающими схемы (случай 2) подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 4A показывает случай, где модули 10 и 20 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, тогда как фиг. 4B показывает случай, где неисправное состояние возникает в модуле 10 накопления энергии.
Ссылаясь на фиг. 4A, как на фиг. 3A выше, если модули 10 и 20 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, системные реле SMR1 и SMR2 поддерживаются во включенном состоянии. Таким образом, электрическая мощность Pb1 разрядки разряжается из модуля 10 накопления энергии, ее часть подается в комплект дополнительного оборудования, и оставшаяся ее часть подается в модуль формирования движущей силы. Помимо этого, электрическая мощность Pb2 разрядки полностью подается из модуля 20 накопления энергии в модуль формирования движущей силы.
В случае, показанном на фиг. 4A, преобразователь 28 работает как "ведущий", а преобразователь 18 работает как "ведомый". А именно преобразователь 28, работающий как "ведущий", управляется таким образом, что значение Vc напряжения на шине достигает заданного значения Vc* напряжения. С другой стороны, преобразователь 18, работающий как "ведомый", управляется таким образом, что значение электрической энергии, подаваемой и принимаемой между соответствующим модулем 10 накопления энергии и главной положительной шиной MPL, главной отрицательной шиной MNL достигает заданного значения Pb1* электрической мощности.
Здесь, если какое-либо неисправное состояние возникает в модуле 10 накопления энергии, системное реле, SMR1 приводится в отключенное состояние, как показано на фиг. 4B, и модуль 10 накопления энергии электрически отключается от системы 100 электропитания. В этом случае, как на фиг. 3B, преобразователи 18 и 28 останавливают операцию преобразования напряжения и поддерживают электропроводящее состояние между модулями 10, 20 накопления энергии и главной положительной шиной MPL, главной отрицательной шиной MNL, соответственно.
Затем, электрическая мощность Pb2 разрядки из модуля 20 накопления энергии подается в главную положительную шину MPL, главную отрицательную шину MNL через преобразователь 28. Часть электрической мощности Pb2 разрядки подается в модуль формирования движущей силы, а оставшаяся ее часть подается в комплект дополнительного оборудования через преобразователь 18 и низковольтную положительную линию LPL, низковольтную отрицательную линию LNL. Таким образом, даже после того, как модуль 10 накопления энергии электрически отключен от системы 100 электропитания, подача электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования продолжается.
<Случай 3>
Фиг. 5A и 5B являются схемами, показывающими схемы (случай 3) подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 5A показывает случай, где модули 10 и 20 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, тогда как фиг. 5B показывает случай, где неисправное состояние возникает в модуле 20 накопления энергии.
Ссылаясь на фиг. 5A, как на фиг. 3A выше, если модули 10 и 20 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, системные реле SMR1 и SMR2 поддерживаются во включенном состоянии. Таким образом, электрическая мощность Pb1 разрядки разряжается из модуля 10 накопления энергии, ее часть подается в комплект дополнительного оборудования, и оставшаяся ее часть подается в модуль формирования движущей силы. Помимо этого, электрическая мощность Pb2 разрядки полностью подается из модуля 20 накопления энергии в модуль формирования движущей силы.
В случае, показанном на фиг. 5A, как на фиг. 3A, преобразователь 28 работает как "ведущий", а преобразователь 18 работает как "ведомый". А именно преобразователь 18, работающий как "ведущий", управляется таким образом, что значение Vc напряжения на шине достигает заданного значения Vc* напряжения. С другой стороны, преобразователь 28, работающий как "ведомый", управляется таким образом, что значение электрической мощности, подаваемой и принимаемой между соответствующим модулем 20 накопления энергии и главной положительной шиной MPL, главной отрицательной шиной MNL достигает заданного значения Pb2* электрической мощности.
Здесь, если какое-либо неисправное состояние возникает в модуле 20 накопления энергии, системное реле SMR2 приводится в отключенное состояние, как показано на фиг. 5B, и модуль 20 накопления энергии электрически отключается от системы 100 электропитания. В этом случае преобразователь 28 останавливает операцию преобразования напряжения и задает электрически разомкнутое состояние между системным реле SMR2 и главной положительной шиной MPL, главной отрицательной шиной MNL. А именно режим управления преобразователя 28 переключается из режима управления напряжением (повышающее преобразование) в разомкнутый режим.
С другой стороны, поскольку преобразователь 18, работающий как "ведущий", выполняет операцию преобразования напряжения в соответствии с режимом управления напряжением (повышающее преобразование), значение Vc напряжения на шине для главной положительной шины MPL и главной отрицательной шины MNL может быть непрерывно стабилизированным без влияния отключения модуля 20 накопления энергии из системы 100 электропитания или переключения режима управления преобразователя 28. Таким образом, даже после того, как модуль 20 накопления энергии электрически отключен от системы 100 электропитания, подача электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования продолжается посредством использования электрической энергии из модуля 10 накопления энергии.
<Случай 4>
Фиг. 6A и 6B являются схемами, показывающими схемы (случай 4) подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 6A показывает случай, где модули 10 и 20 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, тогда как фиг. 6B показывает случай, где неисправное состояние возникает в модуле 20 накопления энергии.
Ссылаясь на фиг. 6A, как на фиг. 3A выше, если модули 10 и 20 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, системные реле SMR1 и SMR2 поддерживаются во включенном состоянии. Таким образом, электрическая мощность Pb1 разрядки разряжается из модуля 10 накопления энергии, ее часть подается в комплект дополнительного оборудования, и оставшаяся ее часть подается в модуль формирования движущей силы. Помимо этого, электрическая мощность Pb2 разрядки полностью подается из модуля 20 накопления энергии в модуль формирования движущей силы.
В случае, показанном на фиг. 6A, как на фиг. 4A, преобразователь 28 работает как "ведущий", а преобразователь 18 работает как "ведомый". А именно преобразователь 28, работающий как "ведущий", управляется таким образом, что значение Vc напряжения на шине достигает заданного значения Vc* напряжения. С другой стороны, преобразователь 18, работающий как "ведомый", управляется таким образом, что значение электрической мощности, подаваемой и принимаемой между соответствующим модулем 10 накопления энергии и главной положительной шиной MPL, главной отрицательной шиной MNL достигает заданного значения Pb1* электрической мощности.
Здесь, если какое-либо неисправное состояние возникает в модуле 20 накопления энергии, системное реле SMR2 приводится в отключенное состояние, как показано на фиг. 6B, и модуль 20 накопления энергии электрически отключается от системы 100 электропитания. В этом случае, преобразователь 28 останавливает операцию преобразования напряжения и задает электрически разомкнутое состояние между системным реле SMR2 и главной положительной шиной MPL, главной отрицательной шиной MNL. А именно режим управления преобразователя 28 переключается из режима управления напряжением (повышающее преобразование) в разомкнутый режим.
Поскольку режим управления преобразователя 28 переключается, значение Vc напряжения на шине для главной положительной шины MPL и главной отрицательной шины MNL не может быть стабилизировано. Следовательно, преобразователь 18, работающий как "ведомый", переключается, чтобы работать как "ведущий". А именно режим управления преобразователя 18 переключается из режима управления электрической энергией в режим управления напряжением (повышающее преобразование). Таким образом, даже после того, как модуль 20 накопления энергии электрически отключен от системы 100 электропитания, подача электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования продолжается посредством использования электрической энергии из модуля 10 накопления энергии, тогда как значение Vc напряжения на шине для главной положительной шины MPL и главной отрицательной шины MNL стабилизировано.
(Состояние работы преобразователя в проводящем режиме)
Фиг. 7 - это схема, показывающая состояние работы преобразователей 18, 28 в проводящем режиме, показанном на фиг. 3B и 4B.
Ссылаясь на фиг. 7, транзисторы Q1B и Q2B, подключенные к главной положительной шине MPL в преобразователях 18 и 28, соответственно, поддерживаются во включенном состоянии. В частности, инструкция переключения, указывающая продолжительность включения в 100%, выводится из ECU 30 преобразователя (фиг. 1) в транзисторы Q1B и Q2B. С другой стороны, транзисторы Q1A и Q2A, подключенные к главной отрицательной шине MNL в преобразователях 18 и 28, соответственно, поддерживаются в отключенном состоянии. В частности, инструкция переключения, указывающая продолжительность включения 0%, выводится из ECU 30 преобразователя (фиг. 1) в транзисторы Q1A и Q2A.
Следовательно, положительная линия PL1 электрически подключается к главной положительной шине MPL через индуктор L1 и транзистор Q1B, а отрицательная линия NL1 напрямую подключается к главной отрицательной шине MNL. Помимо этого, положительная линия PL2 электрически подключается к главной положительной шине MPL через индуктор L2 и транзистор Q2B, а отрицательная линия NL2 напрямую подключается к главной отрицательной шине MNL.
Соответственно, с точки зрения модуля 20 накопления энергии (фиг. 1), формируются два пути тока, т.е. путь тока через преобразователь 28 в модуль формирования движущей силы и путь тока через преобразователь 28 и преобразователь 18 в комплект дополнительного оборудования.
Как описано выше, преобразователи 18 и 28 выполнены как схема типа "прерыватель". Следовательно, в отличие от схемы трансформаторного типа, может быть выполнен "проводящий режим". В частности, преобразователи 18 и 28 являются схемами преобразования напряжения без изоляции, и электропроводящее состояние между стороной ввода и стороной вывода может легко быть установлено посредством поддержания транзистора на пути тока во включенном состоянии. С другой стороны, в модуле преобразования напряжения, выполненном как схема трансформаторного типа, как в понижающем преобразователе 80 (фиг. 1), обмоточный трансформатор изолирует сторону ввода и сторону вывода друг от друга, и, следовательно, трудно выполнить "проводящий режим", как в настоящем варианте осуществления.
(Управляющая структура в ECU батареи)
Управляющая структура для выполнения переключения между режимами управления, как описано выше, подробно описывается ниже.
Фиг. 8 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру в ECU 32 батареи для обнаружения неисправного состояния модуля 10 накопления энергии. Фиг. 9 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру в ECU 32 батареи для обнаружения неисправного состояния модуля 20 накопления энергии.
Ссылаясь на фиг. 8, ECU 32 батареи обнаруживает неисправное состояние модуля 10 накопления энергии на основе температуры Tb1, значения Vb1 напряжения, значения Ib1 тока и значения внутреннего сопротивления. Необязательно использовать все четыре элемента определения, состоящие из температуры Tb1, значения Vb1 напряжения, значения Ib1 тока и значения внутреннего сопротивления. А именно, по меньшей мере, только один из этих элементов определения должен быть включен, а другой элемент определения может быть добавлен.
Управляющая структура ECU 32 батареи включает в себя модуль 320 логического суммирования, модуль 328 деактивации, модули 321, 322, 323, 325, 326 и 327 сравнения и модуль 324 деления.
Модуль 320 логического суммирования производит операцию логического суммирования результата определения на основе каждого элемента определения, который должен быть описан позже, и выдает сигнал FAL1 обнаружения неисправного состояния для уведомления о неисправном состоянии в модуле 10 накопления энергии. В частности, когда вывод из любого из модулей 321, 322, 323, 325, 326 и 327 сравнения, которые описываются ниже, активируется, модуль 320 логического суммирования выводит сигнал FAL1 обнаружения неисправного состояния вовне, а также в модуль 328 деактивации.
Модуль 328 деактивации задает инструкцию SON1 включения системы как деактивацию (отключение) в ответ на сигнал FAL1 обнаружения неисправного состояния. Затем системное реле SMR1 (фиг. 1) приводится в отключенное состояние, и модуль 10 накопления энергии электрически отключается от системы 100 электропитания.
Модули 321 и 322 сравнения являются модулями для отслеживания значения Vb1 напряжения модуля 10 накопления энергии и определяют то, находится значение Vb1 напряжения в пределах заданного диапазона значений напряжения или нет (пороговое значение α2 напряжения < Vb1 < пороговое значение α1 напряжения). В частности, модуль сравнения 321 активирует вывод, когда значение Vb1 напряжения превышает пороговое значение α1 напряжения. Альтернативно, модуль сравнения 322 активирует вывод, когда значение Vb1 напряжения ниже порогового значения α2 напряжения.
Модуль 323 сравнения является модулем для отслеживания значения Ib1 тока модуля 10 накопления энергии и определяет то, протекает или нет чрезмерный ток в модуле 10 накопления энергии. В частности, модуль 323 сравнения активирует вывод, когда значение Ib1 тока превышает пороговое значение α3 тока.
Модуль 324 деления и модуль 325 сравнения являются модулями для отслеживания значения внутреннего сопротивления модуля 10 накопления энергии и определяют то, увеличилось или нет чрезмерно значение внутреннего сопротивления вследствие износа. В частности, модуль 324 деления вычисляет значение Rb1 внутреннего сопротивления посредством деления значения Vb1 напряжения модуля 10 накопления энергии на его значение Ib1 тока, а модуль 325 сравнения определяет то, превысило или нет вычисленное значение Rb1 внутреннего сопротивления пороговое значение α4 сопротивления. Затем модуль 325 сравнения активирует вывод, когда значение внутреннего сопротивления превышает пороговое значение α4 сопротивления.
Модули 326 и 327 сравнения являются модулями для отслеживания температуры Tb1 модуля 10 накопления энергии и определяют то, находится или нет температура Tb1 в пределах заданного диапазона температур (пороговая температура α6 < Tb1 < пороговая температура α5). В частности, модуль 326 сравнения активирует вывод, когда температура Tb1 превышает пороговую температуру α5, а модуль 327 сравнения активирует вывод, когда температура Tb1 ниже пороговой температуры α6.
Ссылаясь на фиг. 9, ECU 32 батареи дополнительно обнаруживает неисправное состояние модуля 20 накопления энергии на основе температуры Tb2, значения Vb2 напряжения, значения Ib2 тока и значения внутреннего сопротивления. Необязательно использовать все четыре элемента определения, состоящие из температуры Tb2, значения Vb2 напряжения, значения Ib2 тока и значения внутреннего сопротивления. А именно, по меньшей мере, только один из этих элементов определения должен быть включен, и другой элемент определения может быть добавлен.
Управляющая структура ECU 32 батареи дополнительно включает в себя модуль 330 логического суммирования, модуль 338 деактивации, модули 331, 332, 333, 335, 336 и 337 сравнения и модуль 334 деления. Поскольку функция каждого из этих модулей является такой же, как функция модуля 320 логического суммирования, модуля 328 деактивации, модуля 321, 322, 323, 325, 326 и 327 сравнения и модуля 324 деления, подробное описание не повторяется.
Следует отметить, что пороговые значения α1-α6, показанные на фиг. 8 и 9, могут быть получены экспериментально заранее или они могут быть заданы на основе расчетного значения модулей 10, 20 накопления энергии. Если модуль 10 накопления энергии и модуль 20 накопления энергии отличаются друг от друга по характеристикам, пороговые значения α1-α6, показанные на фиг. 8 и 9, могут отличаться между собой.
(Управляющая структура в ECU преобразователя)
Фиг. 10 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру, связанную с формированием инструкций PWC1, PWC2 переключения в ECU 30 преобразователя.
Ссылаясь на фиг. 10, управляющая структура ECU 30 преобразователя включает в себя модуль 300 формирования инструкций переключения и модуль 302 распределения.
Модуль 300 формирования инструкций переключения формирует инструкции PWC1, PWC2 переключения для управления операцией преобразования напряжения преобразователей 18, 28 в соответствии с заданными значениями Pb1*, Pb2* электрической мощности, заданным значением Vh* напряжения и т.п. Помимо этого, модуль 300 формирования инструкций переключения включает в себя систему 304 управления (для нормального состояния) и систему 306 управления (для неисправного состояния) и активирует одну из них в ответ на сигналы FAL1 (фиг. 8), FAL2 (фиг. 9) обнаружения неисправного состояния от ECU 32 батареи. Каждая из системы 304 управления (для нормального состояния) и системы 306 управления (для неисправного состояния) формирует инструкции PWC1, PWC2 переключения в соответствии с заранее определенным режимом управления на основе значений Ib1, Ib2 тока, значений Vb1, Vb2 напряжения и т.п.
Модуль 302 распределения разделяет требуемую электрическую мощность Ps* от ECU 50 привода (фиг. 1) на заданные значения Pb1*, Pb2* электрической мощности, которые должны быть выделены модулям 10, 20 накопления энергии, соответственно, и предоставляет заданные значения в модуль 300 формирования инструкций переключения. Здесь модуль 302 распределения определяет соотношение разделения на основе SOC (не показан) и т.п. модулей 10, 20 накопления энергии, предоставляемого от ECU 32 батареи (фиг. 1).
Фиг. 11 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру системы 304 управления (для нормального состояния), соответствующей фиг. 3A и 5A.
В рабочем режиме, показанном на фиг. 3A и 5A, если модули 10 и 12 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, преобразователь 18 управляется в соответствии с "режимом управления напряжением (повышающее преобразование)", а преобразователь 28 управляется в соответствии с "режимом управления электрической мощностью".
Ссылаясь на фиг. 2 и 11, управляющая структура системы 304 управления (для нормального состояния) включает в себя модули 402, 404 модуляции (MOD), модуль 410 деления, модули 412, 416 вычитания и модуль 414 PI регулирования в качестве конфигурации для управления преобразователем 18 в соответствии с "режимом управления напряжением (повышающее преобразование)".
Модуль 402 модуляции формирует вторую инструкцию PWC1B переключения для приведения транзистора Q1B (фиг. 2) преобразователя 18 в соответствие с данной инструкцией продолжительности включения. В частности, модуль 402 модуляции формирует вторую инструкцию PWC1B переключения посредством сравнения инструкции продолжительности включения с несущей волной, формируемой посредством непоказанного модуля колебаний. Поскольку транзистор Q1B (фиг. 2) поддерживается во включенном состоянии, когда преобразователь 18 выполняет операцию преобразования напряжения в соответствии с "режимом управления напряжением (повышающее преобразование)", "1" (100%) вводится в модуль 402 модуляции.
Модуль 404 модуляции формирует первую инструкцию PWC1A переключения для приведения транзистора Q1A (фиг. 2) преобразователя 18 в соответствие с инструкцией продолжительности включения, предоставляемой из модуля 416 вычитания, как описано ниже.
Модуль 416 вычитания вычитает выходной сигнал PI из модуля 414 PI регулирования из теоретической продолжительности включения из модуля 410 деления и предоставляет результат как инструкцию продолжительности включения в модуль 404 модуляции.
Модуль 410 деления вычисляет теоретическую продолжительность включения (=Vb1/Vc*), соответствующую коэффициенту повышающего преобразования преобразователя 18, посредством деления значения Vb1 напряжения модуля 10 накопления энергии на заданное значение Vc* напряжения и выводит результат в модуль 416 вычитания. А именно модуль 410 деления формирует компонент прямой связи для выполнения "режима управления напряжением (повышающее преобразование)".
Модуль 412 вычитания вычисляет отклонение ΔVc напряжения для значения Vc напряжения на шине из заданного значения Vc* напряжения и предоставляет результат в модуль 414 PI регулирования. Модуль 414 PI регулирования формирует выходной сигнал PI в соответствии с отклонением ΔVc напряжения на основе заданного пропорционального коэффициента усиления и интегрального коэффициента усиления и выводит его в модуль 416 вычитания.
В частности, модуль 414 PI регулирования включает в себя пропорциональный элемент (P) 418, интегральный элемент (I) 420 и модуль 422 сложения. Пропорциональный элемент 418 умножает отклонение ΔVc напряжения на заданный пропорциональный коэффициент Kp1 усиления и выводит результат в модуль 422 сложения, а интегральный элемент 420 интегрирует отклонение ΔVc напряжения относительно заданного интегрального коэффициента Ki1 усиления (интегральное время: 1/Ki1) и выводит результат в модуль 422 сложения. Затем модуль 422 сложения суммирует выходные сигналы из пропорционального элемента 418 и интегрального элемента 420 и формирует выходной сигнал PI. Выходной сигнал PI соответствует компоненту обратной связи для реализации "режима управления напряжением (повышающее преобразование)".
Помимо этого, управляющая структура системы 304 управления (для нормального состояния) включает в себя модули 406, 408 модуляции (MOD), модуль 430 деления, модуль 434 умножения, модули 432, 438 вычитания и модуль 436 PI регулирования в качестве конфигурации для управления преобразователем 28 в соответствии с "режимом управления электрической мощностью".
Модуль 406 модуляции формирует вторую инструкцию переключения PWC2B для приведения в действие транзистора Q2B (фиг. 2) преобразователя 28. Поскольку модуль 406 модуляции является в иных отношениях таким же, как модуль 402 модуляции, описанный выше, подробное описание не повторяется.
Модуль 408 модуляции формирует первую инструкцию PWC2A переключения для управления транзистором Q2A (фиг. 2) преобразователя 18 в соответствии с инструкцией продолжительности включения, предоставляемой из модуля 438 вычитания, как описано ниже. Модуль 438 вычитания вычитает выходной сигнал PI из модуля 436 PI регулирования из теоретической продолжительности включения из модуля 430 деления и предоставляет результат как инструкцию продолжительности включения в модуль 408 модуляции.
Модуль 430 деления вычисляет теоретическую продолжительность включения (=Vb2/Vc*), соответствующую коэффициенту повышающего преобразования преобразователя 28, посредством деления значения Vb2 напряжения модуля 20 накопления энергии на заданное значение Vc* напряжения, как в модуле 410 деления, описанном выше, и выводит результат в модуль 438 вычитания.
Модуль 434 умножения вычисляет электрическую мощность Pb2 разрядки из модуля 20 накопления энергии посредством умножения значения Ib2 тока на значение Vb2 напряжения. Затем модуль вычитания 432 вычисляет отклонение ΔPb2 электрической мощности для электрической мощности Pb2 разрядки, вычисленной посредством модуля 434 умножения, от заданного значения Pb2* электрической мощности и предоставляет результат в модуль 436 PI регулирования. А именно конфигурация в "режиме управления напряжением (повышающее преобразование)", описанная выше, является такой, что отклонение напряжения предоставляется в модуль PI регулирования, тогда как конфигурация в "режиме управления электрической мощностью" является такой, что отклонение электрической мощности предоставляется в модуль PI регулирования.
Модуль 436 PI регулирования формирует выходной сигнал PI в соответствии с отклонением ΔPb1 электрической мощности на основе заданного коэффициента Kp2 пропорционального усиления и интегрального коэффициента Ki2 усиления и выводит его в модуль 438 вычитания. Помимо этого, модуль 436 PI регулирования включает в себя пропорциональный элемент 440, интегральный элемент 442 и модуль 444 сложения. Поскольку функции этих модулей являются такими же, как в модуле 414 PI регулирования, описанном выше, подробное описание не повторяется.
Фиг. 12 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру системы 304 управления (для нормального состояния), соответствующей фиг. 4A и 6A.
В рабочем режиме, показанном на фиг. 4A и 6A, если модули 10 и 12 накопления энергии находятся в нормальном состоянии, преобразователь 18 управляется в соответствии с "режимом управления электрической мощностью", а преобразователь 28 управляется в соответствии с "режимом управления напряжением (повышающее преобразование)".
Ссылаясь на фиг. 12, управляющая структура системы 304 управления (для нормального состояния) дополнительно включает в себя модули 402, 404 модуляции (MOD), модуль 410 деления, модуль 474 умножения, модули 472, 416 вычитания и модуль 414 PI регулирования в качестве конфигурации для управления преобразователем 18 в соответствии с "режимом управления электрической мощностью". Поскольку функция каждого из этих модулей является такой же, как функция модулей 406, 408 модуляции (MOD), модуля 430 деления, модуля 434 умножения, модулей 432, 438 вычитания и модуля 436 PI регулирования на фиг. 11 выше, подробное описание не повторяется.
Помимо этого, управляющая структура системы 304 управления (для нормального состояния) дополнительно включает в себя модули 406, 408 модуляции (MOD), модуль 430 деления, модули 482, 438 вычитания и модуль 436 PI регулирования в качестве конфигурации для управления преобразователем 28 в соответствии с "режимом управления напряжением (повышающее преобразование)". Поскольку функция каждого из этих модулей является такой же, как функция модулей 402, 404 модуляции (MOD), модуля 410 деления, модулей 412, 416 вычитания и модуль 414 PI регулирования на фиг. 11 выше, подробное описание не повторяется.
Фиг. 13 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру системы 306 управления (для неисправного состояния), соответствующей фиг. 3B и 4B.
Ссылаясь на фиг. 8 и 10, если неисправное состояние возникает в модуле 10 накопления энергии, и модуль 10 накопления энергии электрически отключается от системы 100 электропитания, система 306 управления (для неисправного состояния) активируется. Ссылаясь на фиг. 7 и 13, в системе 306 управления (для неисправного состояния), "1" (Режим нагрузки = 100%) предоставляется в оба из модулей 402 и 406 модуляции, а "0" (Режим нагрузки = 0%) предоставляется в оба из модулей 404 и 408 модуляции. Следовательно, в преобразователях 18 и 28 транзисторы Q1B и Q2B поддерживаются во включенном состоянии, а транзисторы Q1A и Q2A поддерживаются в отключенном состоянии.
Фиг. 14 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру системы 306 управления (для неисправного состояния), соответствующей фиг. 5B и 6B.
Как показано на фиг. 9 и 10, если неисправное состояние возникает в модуле 20 накопления энергии, и модуль 20 накопления энергии электрически отключается от системы 100 электропитания, система 306 управления (для неисправного состояния) активируется. В системе 306 управления (для неисправного состояния), преобразователь 18 управляется в соответствии с управляющей структурой, аналогичной структуре системы 304 управления (для нормального состояния), показанной на фиг. 11. А именно, ссылаясь на фиг. 14, управляющая структура системы 306 управления (для неисправного состояния) включает в себя модули 402, 404 модуляции (MOD), модуль 410 деления, модули 412, 416 вычитания и модуль 414 PI регулирования в качестве конфигурации для управления преобразователем 18 в соответствии с "режимом управления напряжением (повышающее преобразование)". Поскольку функция каждого из этих модулей описана выше, подробное описание не повторяется.
Напротив, преобразователь 28 управляется так, чтобы переходить в "разомкнутый режим". В частности, в системе 306 управления (для неисправного состояния), "0" (Режим нагрузки = 0%) предоставляется в модули 406 и 408 модуляции. Следовательно, транзисторы Q2A и Q2B преобразователя 28 поддерживаются в отключенном состоянии. Следовательно, преобразователь 28 устанавливает электрически разомкнутое состояние между системным реле SMR2 и главной положительной шиной MPL, главной отрицательной шиной MNL.
(Последовательность операций обработки)
Фиг. 15 - это блок-схема последовательности операций способа управления системой 100 электропитания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что блок-схема последовательности операций способа, показанная на фиг. 15, может быть реализована посредством выполнения одной или более программ, сохраненных заранее посредством ECU 30 преобразователя и ECU 32 батареи.
Ссылаясь на фиг. 15, ECU 32 батареи получает температуру Tb1, значение Vb1 напряжения и значение Ib1 тока модуля 10 накопления энергии (этап S100). Затем ECU 32 батареи вычисляет значение Rb1 внутреннего сопротивления модуля 10 накопления энергии из значения Vb1 напряжения и значения Ib1 тока и определяет, возникло ли неисправное состояние в модуле 10 накопления энергии или нет, на основе температуры Tb1, значения Vb1 напряжения, значения Ib1 тока, значения Rb1 внутреннего сопротивления и т.п. модуля 10 накопления энергии (этап S102). А именно определяется то, должен или нет модуль 10 накопления энергии быть электрически отключен.
Если неисправное состояние возникло в модуле 10 накопления энергии (ДА на этапе S102), т.е. если модуль 10 накопления энергии должен быть электрически отключен, ECU 32 батареи приводит системное реле SMR1 в отключенное состояние и электрически отключает модуль 10 накопления энергии от системы 100 электропитания (этап S104). Вместе с тем, ECU 32 батареи передает сигнал FAL1 обнаружения неисправного состояния в ECU 30 преобразователя (этап S106).
В ответ на сигнал FAL1 обнаружения неисправного состояния от ECU 32 батареи, ECU 30 преобразователя останавливает операцию преобразования напряжения в преобразователях 18 и 28 (этап S108) и переключает преобразователи 18 и 28 в проводящий режим (этап S110). Затем процесс завершается.
Напротив, если нет неисправного состояния в модуле 10 накопления энергии (НЕТ на этапе S102), ECU 32 батареи получает температуру Tb2, значение Vb2 напряжения и значение Ib2 тока модуля 20 накопления энергии (этап S112). Затем ECU 32 батареи вычисляет значение Rb2 внутреннего сопротивления модуля 20 накопления энергии из значения Vb2 напряжения и значения Ib2 тока и определяет, возникло ли неисправное состояние в модуле 20 накопления энергии или нет, на основе температуры Tb2, значения Vb2 напряжения, значения Ib2 тока, значения Rb2 внутреннего сопротивления и т.п. модуля 20 накопления энергии (этап S114). А именно определяется то, должен ли модуль 20 накопления энергии быть электрически отключен.
Если неисправное состояние возникло в модуле 20 накопления энергии (ДА на этапе S114), т.е. если модуль 20 накопления энергии должен быть электрически отключен, ECU 32 батареи приводит системное реле SMR1 в отключенное состояние и электрически отключает модуль 20 накопления энергии от системы 100 электропитания (этап S116). Вместе с тем, ECU 32 батареи передает сигнал FAL2 обнаружения неисправного состояния в ECU 30 преобразователя (этап S118).
В ответ на сигнал FAL2 обнаружения неисправного состояния от ECU 32 батареи, ECU 30 преобразователя определяет то, работает или нет преобразователь 18 как "ведущий" (этап S120). Если преобразователь 18 не работает как "ведущий" (НЕТ на этапе S120), преобразователь 18 переключается в режим управления напряжением (повышающее преобразование), чтобы работать как "ведущий" (этап S122).
Дополнительно, после того, как преобразователь 18 переключен в режим управления напряжением (повышающее преобразование) (после того, как этап S122 выполнен), или если преобразователь 18 работает как "ведущий" (ДА на этапе S120), ECU 30 преобразователя переключает преобразователь 28 в разомкнутый режим (этап S124). Затем процесс завершается.
Напротив, если нет неисправного состояния в модуле 20 накопления энергии (НЕТ на этапе S114), т.е. если необязательно электрически отключать модуль 20 накопления энергии, процесс возвращается к начальному этапу.
Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, когда неисправное состояние возникает в модуле 10 накопления энергии, и модуль 10 накопления энергии электрически отключается от системы 100 электропитания, оба преобразователя 18 и 28 переводятся в проводящий режим. Таким образом, электрическая энергия подается из модуля 20 накопления энергии через главную положительную шину MPL, главную отрицательную шину MNL в модуль формирования движущей силы, и часть электрической энергии, подаваемая в главную положительную шину MPL, главную отрицательную шину MNL, подается в комплект дополнительного оборудования.
Альтернативно, когда неисправное состояние возникает в модуле 20 накопления энергии и модуль 20 накопления энергии электрически отключается от системы 100 электропитания, преобразователь 18 переводится в режим управления напряжением (повышающее преобразование), а преобразователь 28 переводится в разомкнутый режим. Таким образом, электрическая мощность подается из модуля 10 накопления энергии через главную положительную шину MPL, главную отрицательную шину MNL в модуль формирования движущей силы, и электрическая энергия подается через низковольтную положительную линию LPL и низковольтную отрицательную линию LNL в комплект дополнительного оборудования.
Таким образом, даже если любой из модулей 10 и 20 накопления энергии электрически отключен от системы 100 электропитания, подача электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования может быть продолжена.
Помимо этого, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, когда любой из модулей 10 и 20 накопления энергии электрически отключен от системы 100 электропитания, оба преобразователя 18 и 28 останавливают операцию преобразования электрической энергией и, следовательно, потери на переключение, связанные с подачей электрической энергии из соответствующего модуля накопления энергии в главную положительную шину MPL, главную отрицательную шину MNL, могут быть уменьшены. Следовательно, даже если значение тока, который протекает через преобразователь 28, становится относительно высоким, наряду с подачей электрической энергии только из модуля 20 накопления энергии, излишнее формирование потерь может быть подавлено.
[Разновидность первого варианта осуществления]
В настоящем первом варианте осуществления описана система электропитания, включающая в себя два модуля накопления энергии, тем не менее, расширение системы электропитания, включающей в себя три или более модулей накопления энергии, также аналогично применимо.
Фиг. 16 - это схема, показывающая схемы подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно разновидности первого варианта осуществления настоящего изобретения.
Ссылаясь на фиг. 16, система электропитания согласно разновидности настоящего первого варианта осуществления типично включает в себя преобразователь 18, работающий как "ведущий", и преобразователи 28_1-28_N, работающие как "ведомые". В соответствии с преобразователями 28_1-28_N, предоставляются модули 20_1-20_N накопления энергии и системные реле SMR2_1-SMR2_N. Если все из модуля 10 накопления энергии и модулей 20_1-20_N накопления энергии находятся в нормальном состоянии, преобразователь 18 выполняет операцию повышающего преобразования в соответствии с режимом управления напряжением (повышающее преобразование), а преобразователи 28_1-28_N выполняют операцию повышающего преобразования в соответствии с режимом управления электрической энергией.
Здесь, если неисправное состояние возникает в модуле 10 накопления энергии, и модуль 10 накопления энергии отключается от системы электропитания, все преобразователи, т.е. преобразователь 18 и преобразователи 28_1-28_N, переключаются в проводящий режим. Следовательно, как в первом варианте осуществления, описанном выше, подача электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования продолжается.
Поскольку система электропитания в иных отношениях является такой же, как система 100 электропитания согласно первому варианту осуществления, подробное описание не повторяется.
Согласно разновидности первого варианта осуществления настоящего изобретения, поскольку число модулей накопления энергии, составляющих систему электропитания, не ограничено, может быть предоставлено соответствующее число модулей накопления энергии, в зависимости от величины емкости электрической энергии модуля формирования движущей силы и комплекта дополнительного оборудования. Следовательно, в дополнение к результату в первом варианте осуществления настоящего изобретения, описанном выше, может быть получена система электропитания, имеющая переменную гибко изменяемую емкость источника электропитания.
Второй вариант осуществления
В первом варианте осуществления, описанном выше, когда модуль 10 накопления энергии отключен от системы 100 электропитания, электрическая энергия, имеющая напряжение, практически равное значению напряжения Vb2 модуля 20 накопления энергии, подается в модуль формирования движущей силы. Между тем, чтобы иметь возможность подавать электрическую энергию, имеющую более высокое напряжение, операция преобразования напряжения в преобразователях 18 и 28 определенно может быть выполнена.
Поскольку общая конфигурация системы электропитания согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения является такой же, как в системе 100 электропитания согласно настоящему первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1, подробное описание не повторяется.
Обращаясь снова к фиг. 3B и 4B, в настоящем втором варианте осуществления, если определенное неисправное состояние возникает в модуле 10 накопления энергии, и модуль 10 накопления энергии электрически отключается от системы 100 электропитания, преобразователь 28 переключается в "режим управления напряжением (повышающее преобразование)", а преобразователь 18 переключается в "режим управления напряжением (понижающее преобразование)".
Фиг. 17 - это схема, показывающая режим работы преобразователей 18, 28 в режиме управления напряжением (повышающее преобразование/понижающее преобразование), показанном на фиг. 3B и 4B.
Ссылаясь на фиг. 17, преобразователь 28 подает электрическую энергию разрядки из соответствующего модуля 20 накопления энергии в главную положительную шину MPL, главную отрицательную шину MNL, после того, как ее напряжение преобразовано с повышением таким образом, что значение напряжения электрической энергии разрядки достигает заданного значения Vc* напряжения. С другой стороны, преобразователь 18 подает часть электрической энергии, которая протекает через главную положительную шину MPL, главную отрицательную шину MNL, в комплект дополнительного оборудования через положительную линию PL1, отрицательную линию NL1, после того, как ее напряжение преобразовано с повышением таким образом, что значение напряжения электрической энергии достигает заданного значения Vb* напряжения.
В результате этой операции электрическая энергия, имеющая значение напряжения, практически равное значению до отключения модуля 10 накопления энергии, может подаваться в модуль формирования движущей силы, и электрическая энергия, имеющая заданное значение Vb* напряжения, близкое к значению Vb1 напряжения модуля 10 накопления энергии, может подаваться в комплект дополнительного оборудования. Следовательно, модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования могут продолжать работу практически в том же режиме независимо от электрического отключения модуля 10 накопления энергии.
Более конкретно, в преобразователе 28, выполняющем операцию повышающего преобразования, транзистор Q2A выполняет операцию переключения с продолжительностью включения в соответствии с коэффициентом повышающего преобразования (=Vb2/Vc*), а транзистор Q2B поддерживается во включенном состоянии (продолжительность включения = 100%).
Помимо этого, в преобразователе 18, выполняющем операцию понижающего преобразования, транзистор Q1A поддерживается в отключенном состоянии (продолжительность включения = 0%), а транзистор Q2B выполняет операцию переключения с продолжительностью включения в соответствии с отношением понижающего преобразования (=Vb*/Vc).
(Управляющая структура в ECU преобразователя)
В управляющей структуре в ECU 30A преобразователя согласно настоящему второму варианту осуществления система 308 управления (для неисправного состояния) предоставляется вместо системы 306 управления (для неисправного состояния) в ECU 30 преобразователя согласно настоящему первому варианту осуществления, показанному на фиг. 10. Поскольку управляющая структура в иных отношениях является такой же, как в первом варианте осуществления, описанном выше, подробное описание не повторяется.
Фиг. 18 - это блок-схема, показывающая управляющую структуру системы 308 управления (для неисправного состояния), соответствующей фиг. 3B и 4B. Следует отметить, что система 308 управления (для неисправного состояния) активируется, когда неисправное состояние возникает в модуле 10 накопления энергии, и модуль 10 накопления энергии электрически отключается от системы электропитания.
Ссылаясь на фиг. 17 и 18, управляющая структура системы 308 управления (для неисправного состояния) включает в себя модули 402, 404 модуляции (MOD) и модуль 450 деления в качестве конфигурации для управления преобразователем 18 в соответствии с "режимом управления напряжением (понижающее преобразование)".
Модуль 450 деления вычисляет теоретическую продолжительность включения (=Vb*/Vc), соответствующую отношению понижающего преобразования в преобразователе 18, посредством деления заданного значения Vb* напряжения на значение Vc напряжения на шине и выводит продолжительность включения в модуль 402 модуляции. А именно модуль 450 деления формирует компонент прямой связи для реализации операции преобразования напряжения в соответствии с "режимом управления напряжением (понижающее преобразование)". Модуль 402 модуляции формирует вторую инструкцию PWC1B переключения для управления транзистором Q1B (фиг. 11) преобразователя 18 в соответствии с сигналом, выводимым из модуля 450 деления.
Помимо этого, поскольку "0" предоставляется в модуль 404 модуляции, продолжительность включения первой инструкции PWC1A переключения задается равной 0%, и транзистор Q1A (фиг. 11) преобразователя 18 поддерживается в отключенном состоянии.
Помимо этого, управляющая структура системы 308 управления (для неисправного состояния) включает в себя модули 406, 408 модуляции (MOD), модуль 452 деления, модули 454, 458 вычитания и модуль 456 PI регулирования в качестве конфигурации для управления преобразователем 28 в соответствии с "режимом управления напряжением (повышающее преобразование)".
Модуль 452 деления вычисляет теоретическую продолжительность включения (=Vb2/Vc*), соответствующую коэффициенту повышающего преобразования в преобразователе 28, посредством деления значения Vb2 напряжения модуля 20 накопления энергии на заданное значение Vc* напряжения и выводит продолжительность включения в модуль 458 вычитания. А именно модуль 452 деления формирует компонент прямой связи для реализации операции повышающего преобразования в соответствии с "режимом управления напряжением (повышающее преобразование)".
Модуль 456 PI регулирования формирует выходной сигнал PI, соответствующий отклонению ΔVc напряжения для значения Vc напряжения на шине от заданного значения Vc* напряжения, вычисленного посредством модуля 454 вычитания, на основе заданного пропорционального коэффициента Kp3 усиления и интегрального коэффициента Ki3 усиления, и выводит его в модуль 458 вычитания. Выходной сигнал PI соответствует компоненту обратной связи для реализации "режима управления напряжением (повышающее преобразование)". Помимо этого, модуль 456 PI регулирования включает в себя пропорциональный элемент 460, интегральный элемент 462 и модуль 464 сложения. Поскольку эти модули являются такими же, как в модуле 414 PI регулирования, описанном выше, подробное описание не повторяется.
Модуль 458 вычитания предоставляет значение, полученное посредством вычитания выходного сигнала PI из модуля 456 PI регулирования из теоретической продолжительности включения из модуля 452 деления, в модуль 408 модуляции в качестве инструкции продолжительности включения. Модуль 408 модуляции формирует первую инструкцию переключения PWC2A для приведения транзистора Q2A (фиг. 17) в преобразователе 28 в соответствии с выходным значением из модуля 458 вычитания.
Помимо этого, поскольку "1" предоставляется в модуль 406 модуляции, продолжительность включения второй инструкции PWC2B переключения задается равной 100%, и транзистор Q2B (фиг. 17) в преобразователе 28 поддерживается во включенном состоянии.
Как описано выше, переключение от системы 304 управления (для нормального состояния) на систему 308 управления (для неисправного состояния) осуществляется в ответ на возникновение неисправного состояния в модуле 10 накопления энергии, так что модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования могут бесперебойно работать даже после того, как модуль 10 накопления энергии электрически отключен от системы электропитания.
Поскольку конфигурация в иных отношениях является такой же, как в системе 100 электропитания согласно первому варианту осуществления, описанному выше, подробное описание не повторяется.
Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, после того как модуль 10 накопления энергии электрически отключается от системы электропитания, преобразователь 28 выполняет операцию повышающего преобразования, а преобразователь 18 выполняет операцию понижающего преобразования. Соответственно, электрическая энергия, разряжаемая из модуля 20 накопления энергии, подается в модуль формирования движущей силы после того, как напряжение преобразовано с повышением посредством преобразователя 28, и часть электрической энергии, повышающе преобразованной по напряжению посредством преобразователя 28, подается в комплект дополнительного оборудования после того, как ее напряжение преобразовано с повышением посредством преобразователя 18. Таким образом, диапазоны напряжения электрической энергии, подаваемой в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования, поддерживаются в тех же диапазонах, как и до того, как модуль 10 накопления энергии был электрически отключения. Следовательно, даже после того, как модуль 10 накопления энергии электрически отключен, может быть обеспечен рабочий диапазон (диапазон скоростей) электродвигателей-генераторов MG1 и MG2, составляющих модуль формирования движущей силы и, следовательно, могут поддерживаться рабочие характеристики и т.п. транспортного средства.
[Разновидность второго варианта осуществления]
В настоящем втором варианте осуществления описана система электропитания, включающая в себя два модуля накопления энергии, тем не менее, также аналогично применимо расширение системы электропитания, включающей в себя три или более модулей накопления энергии.
Фиг. 19 - это схема, показывающая схемы подачи электрической энергии в модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования согласно разновидности второго варианта осуществления настоящего изобретения.
Ссылаясь на фиг. 19, система электропитания согласно разновидности настоящего второго варианта осуществления включает в себя преобразователь 18, работающий как "ведущий", и преобразователи 28_1-28_N, работающие как "ведомые", как в системе электропитания согласно разновидности настоящего первого варианта осуществления, показанного на фиг. 16. В соответствии с преобразователями 28_1-28_N, предоставляются модули 20_1-20_N накопления энергии и системные реле SMR2_1-SMR2_N.
Если все из модуля 10 накопления энергии и модулей 20_1-20_N накопления энергии находятся в нормальном состоянии, преобразователь 18 выполняет операцию преобразования напряжения в соответствии с режимом управления напряжением (повышающее преобразование), а преобразователи 28_1-28_N выполняют операцию преобразования напряжения в соответствии с режимом управления электрической энергией.
Здесь, если неисправное состояние возникает в модуле 10 накопления энергии и модуль 10 накопления энергии отключается от системы электропитания, преобразователь 18 переключается в "режим управления напряжением (понижающее преобразование)", и, по меньшей мере, один из преобразователей 28_1-28_N переключается в "режим управления напряжением (повышающее преобразование)". Это сделано с тем, чтобы значение Vc напряжения на шине, подаваемого посредством модуля формирования движущей силы, было управляемым, и значение Vc напряжения на шине стабилизировалось, когда любой преобразователь выполняет операцию преобразования электрической энергии в соответствии с "режимом управления напряжением (повышающее преобразование)". Хотя все преобразователи 28_1-28_N могут быть переведены в "режим управления напряжением (повышающее преобразование)", с точки зрения управления электрической энергией во всей системе электропитания, число преобразователей, поддерживаемых в "режиме управления электрической мощностью", предпочтительно является большим.
Поскольку система электропитания в иных отношениях является такой же, как система электропитания согласно второму варианту осуществления, подробное описание не повторяется.
Согласно разновидности второго варианта осуществления настоящего изобретения, поскольку число модулей накопления энергии, составляющих систему электропитания, не ограничено, соответствующее число модулей накопления энергии может быть предоставлено, в зависимости от величины емкости электрической энергии модуля формирования движущей силы и комплекта дополнительного оборудования. Следовательно, в дополнение к результату во втором варианте осуществления настоящего изобретения, описанном выше, может быть получена система электропитания, имеющая переменную гибко изменяемую емкость источника электропитания.
В первом и втором вариантах осуществления настоящего изобретения и их разновидностях проиллюстрирована конфигурация, когда модуль 10 или 20 накопления энергии находится в неисправном состоянии, выполняется определение того, что модуль накопления энергии в неисправном состоянии должен быть электрически отключен от системы электропитания, тем не менее, настоящее изобретение не ограничено этим. Например, при таком способе использования один модуль накопления энергии последовательно выбирается из множества модулей накопления энергии, и каждый выбранный модуль накопления энергии разряжается до своего предела при использовании транспортного средства, включающего в себя систему электропитания согласно настоящему изобретению, в режиме эксплуатации EV, и модуль накопления энергии, разряженный до своего предела, должен быть отключен от системы электропитания. Система электропитания согласно изобретению по настоящей заявке также применима к такому способу использования.
Помимо этого, в первом и втором вариантах осуществления настоящего изобретения и их разновидностях конфигурация, включающая в себя модуль формирования движущей силы и комплект дополнительного оборудования, проиллюстрирована в качестве примера первого и второго нагрузочных устройств, тем не менее, нагрузочное устройство не ограничено этим. Кроме того, система электропитания согласно настоящему изобретению применима к устройству, имеющему два типа нагрузочных устройств, потребляющих электрическую энергию, в дополнение к примеру, где она установлена на транспортное средство.
В изобретении по настоящей заявке, даже когда "первая пара линий электропитания" альтернативно читается как "сглаживающий конденсатор, предоставляемый на входной стороне первого нагрузочного устройства", ее техническая идея по своей сущности является идентичной.
Следует понимать, что варианты осуществления, раскрытые в данном документе, являются иллюстративными, а не ограничивающими в каком-либо смысле. Объем настоящего изобретения задается посредством формулы изобретения, а не вышеприведенного описания, и имеет намерение включать в себя любые модификации в рамках объема и сущности, эквивалентные формуле изобретения.