СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
POWER SUPPLY SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLES

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к системе электропитания, которая подает электроэнергию на электродвигатель для обеспечения движения электрического транспортного средства. В описании «электрическое транспортное средство» включает в себя гибридное транспортное средство, содержащее как электродвигатель, так и двигатель.
2. Описание предшествующего уровня техники
[0002] Электрическое транспортное средство содержит систему электропитания, включающую в себя аккумулятор, а также инвертор, сконфигурированный для преобразования электрической энергии постоянного тока аккумулятора в электрическую энергию переменного тока для управления электродвигателем. В качестве примера описанной выше системы электропитания известна система электропитания, в которой предусмотрен преобразователь напряжения между аккумулятором и инвертором (публикация японской нерассмотренной патентной заявки №2009-159748 (JP 2009-159748 А), публикация японской нерассмотренной патентной заявки японская №2016-100936 (JP 2016-100936 А)). Во многих электрических транспортных средствах электрическая энергия генерируется электродвигателем с использованием энергии инерции транспортного средства при торможении, инвертор преобразует электроэнергию (рекуперативную электроэнергию) в постоянный ток, и аккумулятор заряжается. По этой причине преобразователь напряжения в системе электропитания должен иметь как повышающую функцию для повышения напряжения аккумулятора и выдачи напряжения на инвертор, так и понижающую функцию для понижения напряжения рекуперативной электроэнергии, подаваемой из инвертора и выдачи напряжения на аккумулятор. Преобразователь напряжения, описанный выше, называется двунаправленным преобразователем постоянного тока.
[0003] Типичный двунаправленный преобразователь постоянного тока включает в себя два переключающих элемента, два диода и реактивный элемент. Два переключающих элемента последовательно подсоединены между выводом положительного электрода и выводом отрицательного электрода инвертора. Диоды подсоединены обратно параллельно переключающим элементам, соответственно. Реактивный элемент подсоединен между выводом положительного электрода аккумулятора и средней точкой последовательного соединения двух переключающих элементов. Контроллер управляет переключающими элементами. В дальнейшем для удобства описания переключающий элемент на стороне положительного электрода двух переключающих элементов, соединенных последовательно, называется элементом верхнего плеча, а переключающий элемент на стороне отрицательного электрода именуется элементом нижнего плеча.
[0004] Преобразователь напряжения системы электропитания, раскрытый в каждом из JP 2009-159748 А и JP 2016-100936 А, также включает в себя вышеописанную конфигурацию схемы. Контроллер подает сигнал управления на каждый переключающий элемент. Сигнал управления обычно представляет собой сигнал с широтно-импульсной модуляцией (PWM) с заранее заданным коэффициентом заполнения (продолжительности включения). Преобразователь напряжения в системе электропитания JP 2009-159748 А ограничивает включение и выключение элемента нижнего плеча, когда температура реактивного элемента становится высокой и устраняет ток, протекающий в реактивном элементе. В системе электропитания JP 2016-100936 А для устранения нагрузки части преобразователя напряжения два преобразователя напряжения подсоединены параллельно друг с другом. В JP 2016-100936 А также описано, что существует случай, когда элемент верхнего плеча зафиксирован во включенном состоянии, а элемент нижнего плеча зафиксирован в выключенном состоянии. В этом случае преобразователь напряжения выводит напряжение аккумулятора на сторону инвертора, как есть. В дальнейшем для удобства описания управление фиксацией элемента верхнего плеча во включенном состоянии и фиксацией элемента нижнего плеча в выключенном состоянии, именуется управлением фиксацией включения верхнего плеча.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Для системы электропитания, в которой два преобразователя напряжения подсоединены параллельно друг другу между аккумулятором и инвертором, существует случай, когда температура первого преобразователя напряжения становится выше, чем температура второго преобразователя напряжения из-за индивидуальной разницы и пр. преобразователей напряжения. Примеры индивидуальной разницы преобразователей напряжения включают в себя разницу в характеристиках охладителей, подключенных к преобразователям напряжения, разницу в номинальном токе и тому подобное. В описании предложена технология, которая в системе электропитания, в которой пара преобразователей напряжения подсоединена параллельно друг другу, когда выполняется управление (управление фиксацией включения верхнего плеча) для фиксации элемента верхнего плеча во включенном состоянии и фиксации элемента нижнего плеча в выключенном состоянии, и температура одного преобразователя напряжения становится чрезмерно высокой, дополнительно предотвращает увеличение температуры преобразователя напряжения, не вызывая уменьшения электрической энергии, подаваемой на инвертор (двигатель), в наиболее возможной степени.
[0006] Объектом настоящего изобретения является система электропитания для электрического транспортного средства, содержащая аккумулятор, инвертор, первый преобразователь напряжения, второй преобразователь напряжения и контроллер. Инвертор сконфигурирован для подачи электроэнергии переменного тока на электродвигатель для создания движущей силы для электрического транспортного средства. Первый преобразователь напряжения расположен между аккумулятором и инвертором и подключен к аккумулятору и инвертору. Второй преобразователь напряжения расположен между аккумулятором и инвертором, второй преобразователь напряжения подключен к аккумулятору и инвертору, и второй преобразователь напряжения подключен параллельно первому преобразователю напряжения. Как первый преобразователь напряжения, так и второй преобразователь напряжения включают в себя пару из первого и второго переключающих элементов, два диода и реактивный элемент. Упомянутая пара из первого и второго переключающих элементов расположена между выводом положительного электрода и выводом отрицательного электрода инвертора, при этом первый переключающий элемент соединен с выводом положительного электрода инвертора, а второй переключающий элемент соединен с выводом отрицательного электрода инвертора. Два диода подсоединены обратно-параллельно переключающим элементам. Реактивный элемент соединен с выводом положительного электрода аккумулятора и точкой, в которой первый и второй переключающие элементы соединены друг с другом. Как описано выше, первый переключающий элемент, соединенный с выводом положительного электрода инвертора, соответствует элементу верхнего плеча, а второй переключающий элемент, соединенный с выводом отрицательного электрода инвертора, соответствует элементу нижнего плеча.
[0007] Согласно аспекту настоящего изобретения, система электропитания дополнительно включает в себя блок сбора данных о температуре, сконфигурированный для получения значения температуры первого преобразователя напряжения, и блок сбора данных о токе, сконфигурированный для получения значения тока, протекающего во втором преобразователе напряжения. Контроллер сконфигурирован, чтобы при выполнении управления фиксацией включения верхнего плеча контролировать температуру первого преобразователя напряжения и ток, протекающий во втором преобразователе напряжения, а также выполнять управление согласно нижеописанным (1) и (2). (1) Если температура первого преобразователя напряжения становится выше порогового значения температуры, а ток, протекающий во втором преобразователе напряжения, выше порогового значения тока, следует продолжать управление фиксацией включения верхнего плеча в первом и втором преобразователях напряжения и снизить выходную мощность аккумулятора. (2) Контроллер сконфигурирован так, чтобы если температура первого преобразователя напряжения становится выше порогового значения температуры, а ток, протекающий во втором преобразователе напряжения, ниже порогового значения тока, прекратить управление фиксацией включения верхнего плеча в первом преобразователе напряжения,. При этом контроллер сконфигурирован так, чтобы начать первое управление переключением для переключения второго переключающего элемента первого преобразователя напряжения с первым коэффициентом продолжительности включения и переключения первого переключающего элемента первого преобразователя напряжения так, что становится действием, обратным действию включения и выключения второго переключающего элемента первого преобразователя напряжения. Контроллер сконфигурирован, чтобы продолжить управление фиксацией включения верхнего плеча во втором преобразователе напряжения или прекратить управление фиксацией включения верхнего плеча во втором преобразователе напряжения и начать последующее второе управление переключением. Второе управление переключением представляет собой управление для переключения второго переключающего элемента второго преобразователя напряжения со вторым коэффициентом продолжительности включения, меньшим, чем первый коэффициент продолжительности включения, и переключения первого переключающего элемента второго преобразователя напряжения так, что становится действием, обратным действию включения и выключения второго переключающего элемента второго преобразователя напряжения. Первый переключающий элемент переключается таким образом, что это становится обратным действием по отношению к включению и выключению второго переключающего элемента, в результате чего, когда генерируется рекуперативная электрическая энергия, можно позволить преобразователю напряжения уменьшить напряжение рекуперативной электрической энергии, подаваемой от инвертора, и выдать напряжение на аккумулятор. Первый коэффициент продолжительности включения может быть произвольно выбран равным значению, отличному от нуля. Второй коэффициент продолжительности включения может быть выбран произвольно, с тем условием, чтобы его величина была меньше первого коэффициента продолжительности включения.
[0008] При выполнении (2) ток, текущий в первом преобразователе напряжения, уменьшается, а ток, текущий во втором преобразователе напряжения, увеличивается на величину этого уменьшения. Так как ток, текущий в первом преобразователе напряжения, уменьшается, можно дополнительно предотвратить повышение температуры первого преобразователя напряжения. Поскольку величина снижения выходной электрической энергии первого преобразователя напряжения компенсируется вторым преобразователем напряжения, электрическая энергия, подаваемая на инвертор (двигатель), не уменьшается, а дорожные характеристики транспортного средства не ухудшаются. Когда ток, текущий во втором преобразователе напряжения, равен пороговому значению тока возможно произвольное отнесение либо к (1), либо к (2).
[0009] Причина, по которой ток, текущий в первом преобразователе напряжения, уменьшается при выполнении (2), заключается в следующем. В случае, когда управление фиксацией включения верхнего плеча отключено и начинается первое управление переключением в первом преобразователе напряжения, направление тока изменяется при переключении, ток становится переменным током, и, в результате, ток уменьшается из-за самоиндукции реактивного элемента. Контроль тока без контроля температуры второго преобразователя напряжения заключается в том, чтобы мгновенно предотвратить перегрузку по току во втором преобразователе напряжения и знать нагрузку второго преобразователя напряжения. Это связано с тем, что в случае, когда имеется запас по нагрузке второго преобразователя напряжения (то есть, в случае, когда ток, текущий во втором преобразователе напряжения, меньше порогового значения тока), величина уменьшения выходного значения первого преобразователя напряжения компенсируется вторым преобразователем напряжения.
[0010] Когда ток, протекающий во втором преобразователе напряжения, выше порогового значения тока (то есть, когда нагрузка второго преобразователя напряжения велика), поскольку выходная электрическая энергия, которая уменьшается с первым преобразователем напряжения, не может компенсироваться вторым преобразователем напряжения, в этом случае выполняется (1), и токи, текущие в первом преобразователе напряжения и втором преобразователе напряжения, соответственно подавляются. В этом случае допускается снижение электрической энергии, подаваемой на инвертор (электродвигатель). В случае, когда первый преобразователь напряжения перегревается, система электропитания уменьшает ток, протекающий в первом преобразователе напряжения, по возможности компенсирует величину уменьшения выходной электрической энергии первого преобразователя напряжения посредством второго преобразователя напряжения и поддерживает общую выходную мощность двух преобразователей напряжения.
[0011] В системе электропитания в соответствии с объектом настоящего изобретения первый преобразователь напряжения может включать в себя блоки сбора данных о температуре элементов, сконфигурированные для получения значений температур множества элементов. В случае, когда температура одного из элементов становится выше порогового значения температуры этого элемента, контроллер может назначить температуру этого элемента в качестве температуры первого преобразователя напряжения. При такой конфигурации можно защитить множество элементов первого преобразователя напряжения от перегрева.
[0012] В системе электропитания в соответствии с объектом настоящего изобретения температура первого преобразователя напряжения, как правило, выше, чем температура второго преобразователя напряжения. Например, существует случай, когда первый преобразователь напряжения, вероятно, будет иметь более высокую температуру, чем второй преобразователь напряжения, из-за разницы в характеристиках охладителей, подключенных к преобразователям напряжения, разницы в номинальном токе и т.п.
[0013] Подробности и дальнейшие усовершенствования настоящего изобретения будут описаны в подробном описании примеров осуществления изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость примеров осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые цифры обозначают одинаковые элементы, и на которых:
Фиг. 1 представляет собой схему электрической системы электрического транспортного средства, включающей в себя систему электропитания согласно примеру;
Фиг. 2 представляет собой временной график состояний первого и второго преобразователей напряжения, когда температура реактивного элемента первого преобразователя напряжения превышает пороговое значение температуры;
Фиг. 3 представляет собой временной график состояний первого и второго преобразователей напряжения, когда температура реактивного элемента первого преобразователя напряжения превышает пороговое значение температуры (модифицированный пример); и
Фиг. 4 представляет собой схему преобразователя напряжения из модифицированного примера.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Система 100 электропитания согласно примеру будет описана со ссылкой на чертежи. Фиг. 1 представляет собой схему электрической системы электрического транспортного средства, включающей в себя систему 100 электропитания. Изображенная на фиг. 1 система, за исключением электродвигателя 30 для обеспечения движения, представляет собой систему 100 электропитания. Система 100 электропитания согласно примеру содержит аккумулятор 11, главное реле 13 системы, два преобразователя 10а, 10b напряжения и инвертор 20. Электродвигатель 30 приводится в действие электрической энергией аккумулятора 11, и электрическое транспортное средство движется. Инвертор 20 преобразует электрическую энергию постоянного тока аккумулятора 11 в электрическую энергию переменного тока и подает электрическую энергию переменного тока на электродвигатель 30.
[0016] Первый преобразователь 10а напряжения подсоединен между аккумулятором 11 и инвертором 20. Второй преобразователь напряжения 10b подсоединен между аккумулятором 11 и инвертором 20 параллельно с первым преобразователем 10а напряжения. Главное реле 13 системы подсоединено между первым и вторым преобразователями 10а, 10b напряжения и аккумулятором 11. Главное реле 13 системы, первый и второй преобразователи 10а, 10b напряжения и инвертор 20 управляются контроллером 19. Хотя на фиг. 1 контроллер 19 показан в виде одного прямоугольника, функции контроллера 19 могут быть реализованы посредством взаимодействия множества процессоров. Хотя на фиг. 1 стрелочные пунктирные линии представляют собой сигнальные линии, сигнальная линия между контроллером 19 и главным реле 13 системы и сигнальная линия между контроллером 19 и инвертором 20 не показаны. Контроллер 19 закрывает главное реле 13 системы в случае, когда главный выключатель (не показан) транспортного средства включен. Контроллер 19 открывает главное реле 13 системы в случае, когда главный выключатель транспортного средства выключен.
[0017] На выходе аккумулятора 11 расположен ограничитель 12 тока. Ограничитель 12 тока ограничивает выходной ток аккумулятора 11 таким образом, чтобы он был равен или меньше, чем заранее заданное значение, в соответствии с командой контроллера 19. Обычно контроллер 19 не регулирует ограничитель 12 тока, и аккумулятору 11 разрешено выдавать максимальный выходной ток. Ниже будет описан случай, когда используется ограничитель 12 тока.
[0018] Первый преобразователь 10а напряжения и второй преобразователь 10b напряжения подсоединены параллельно друг с другом, клемма как первого преобразователя 10а напряжения, так и второго преобразователя 10b напряжения на стороне аккумулятора именуется низковольтным выводом 17, а клемма каждого преобразователя напряжения на стороне инвертора называется высоковольтным выводом 18. Другими словами, низковольтный вывод 17 и высоковольтный вывод 18 являются общими для двух преобразователей 10а, 10b напряжения. Вывод 17b отрицательного электрода низковольтного вывода 17 и вывод 18b отрицательного электрода высоковольтного вывода 18 соединены непосредственно друг с другом.
[0019] Фильтрующий конденсатор 14 подсоединен между выводом 17а положительного электрода и выводом 17b отрицательного электрода низковольтного вывода 17, а сглаживающий конденсатор 15 подсоединен между выводом 18а положительного электрода и выводом 18b отрицательного электрода высоковольтного вывода 18.
[0020] Далее будет описана схема первого преобразователя 10а напряжения. Два транзистора 4а, 5а подсоединены последовательно друг с другом между выводом 18а положительного электрода и выводом 18b отрицательного электрода высоковольтного вывода 18. В целом два диода 6а, 7а подсоединены по одному обратно-параллельно транзисторам 4а, 5 а. Между средней точкой последовательного соединения двух транзисторов 4а, 5а и выводом 17а положительного электрода низковольтного вывода 17 подсоединен реактивный элемент 3а. Транзисторы 4а, 5а являются, например, биполярными транзисторами с изолированным затвором (БТИЗ). В дальнейшем транзистор 4а на стороне вывода 18а положительного электрода двух транзисторов 4а, 5а, соединенных последовательно друг с другом, может именоваться транзистором 4а верхнего плеча, и транзистор 5 а на стороне вывода 18b отрицательного электрода может именоваться транзистором 5а нижнего плеча.
[0021] Первый преобразователь 10а напряжения представляет собой двунаправленный преобразователь постоянного тока в постоянный, который имеет повышающую функцию для повышения напряжения электрической энергии, подаваемой на низковольтный вывод 17, и выдачи напряжения на высоковольтный вывод 18, а также понижающую функцию для понижения напряжения электрической энергии, подаваемой на высоковольтный вывод 17, и выдачи напряжения на низковольтный вывод 17. Действие понижения реализуется посредством действия включения и выключения транзистора 4а верхнего плеча, а действие повышения реализуется посредством действия включения и выключения транзистора 5а нижнего плеча. Отношение напряжения высоковольтного вывода 18 к напряжению низковольтного вывода 17 определяется коэффициентом продолжительности включения сигнала управления, подаваемого на каждый из транзисторов 4а, 5а. Транзисторы 4а, 5а управляются контроллером 19. Контроллер 19 заставляет транзистор 5 а нижнего плеча выполнять действия включения и выключения с заданным коэффициентом продолжительности включения на основе целевого отношения напряжения высоковольтного вывода 18 к напряжению низковольтного вывода 17. В это время контроллер 19 переключает транзисторы 4а, 5а так, что транзистор 4а верхнего плеча выключается, когда транзистор 5а нижнего плеча включается, а транзистор 4а верхнего плеча включается, когда транзистор 5а нижнего плеча выключен. Другими словами, контроллер 19 переключает транзистор 5а нижнего плеча с заранее заданным коэффициентом продолжительности включения и переключает транзистор 4а верхнего плеча так, чтобы выполнялось действие, обратное действию включения и выключения транзистора 5а нижнего плеча. Как описано выше, в электрическом транспортном средстве электродвигатель 30 может генерировать электрическую энергию с использованием энергии замедления транспортного средства. Контроллер 19 выполняет управление переключением двух транзисторов 4а, 5а таким образом, что второй транзистор выключается (включается), когда первый транзистор включается (выключается). С учетом приведенного выше описания, в случае отсутствия рекуперативной электрической энергии, напряжение электрической энергии аккумулятора 11 повышается и подается на инвертор 20, а в случае, когда генерируется рекуперативная электрическая энергия, рекуперативная электрическая энергия, подаваемая из инвертора 20, уменьшается и втекает в аккумулятор 11. Транзистор 4а верхнего плеча выполнен с возможностью выполнения действия, обратного действию транзистора 5 а нижнего плеча, а повышение и понижение переключаются пассивно в зависимости от наличия или отсутствия рекуперативной электрической энергии. Вышеприведенное описание отличается тем, что контроллер 19 может управлять преобразователями напряжения без различия между включением электропитания и регенерацией. Термин «электропитание» означает состояние, в котором двигатель приводится в действие электрической энергией аккумулятора, а термин «регенерация» означает состояние, в котором электродвигатель приводится в действие в обратном направлении вращения оси и генерирует электрическую энергию.
[0022] Первый преобразователь 10а напряжения снабжен датчиком 9а температуры и датчиком 8а тока. Датчик 9а температуры измеряет температуру реактивного элемента 3а. Датчик 8а тока измеряет ток, протекающий в реактивном элементе 3а, то есть величину тока, протекающего в первом преобразователе 10а напряжения.
[0023] Второй преобразователь 10b напряжения имеет такую же конфигурацию схемы, что и первый преобразователь 10а напряжения. Два транзистора 4b, 5b соединены последовательно друг с другом между выводом 18а положительного электрода и выводом 18b отрицательного электрода высоковольтного вывода 18. Два диода 6b, 7b в целом подсоединены обратно-параллельно двум транзисторам 4b, 5b последовательно. Реактивный элемент 3b подсоединен между средней точкой последовательного соединения двух транзисторов 4b, 5b и выводом 17а положительного электрода низковольтного вывода 17. Транзисторы 4b, 5b представляют собой, например, биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ). Транзистор 4b на стороне вывода 18а положительного электрода двух транзисторов 4b, 5b, соединенных последовательно друг с другом, может именоваться транзистором 4b верхнего плеча, а транзистор 5b на стороне вывода 18b отрицательного электрода может именоваться транзистором 5b нижнего плеча. Второй преобразователь напряжения 10b снабжен датчиком 9b температуры и датчиком 8b тока. Датчик 9b температуры измеряет температуру реактивного элемента 3b. Датчик 8b тока измеряет ток, протекающий в реактивном элементе 3b, то есть величину тока, протекающего во втором преобразователе 10b напряжения.
[0024] Аналогично первому преобразователю 10а напряжения, контроллер 19 выполняет управление переключением транзистора 4b верхнего плеча и транзистора 5b нижнего плеча второго преобразователя 10b напряжения таким образом, что второй транзистор выключается (включается), когда первый транзистор включается (выключается).
[0025] Обычно контроллер 19 переключает транзистор 5а нижнего плеча первого преобразователя 10а напряжения и транзистор 5b нижнего плеча второго преобразователя 10b напряжения с тем же коэффициентом продолжительности включения. Как описано выше, коэффициент продолжительности включения определяется на основе целевого отношения напряжения высоковольтного вывода 18 к напряжению низковольтного вывода 17. Так как транзистор верхнего плеча управляется так, чтобы выполнялось действие, обратное действию транзистора нижнего плеча, транзистор 4а верхнего плеча первого преобразователя 10а напряжения и транзистор 4b верхнего плеча второго преобразователя 10b напряжения переключаются одновременно.
[0026] Контроллер 19 определяет целевую выходную мощность электродвигателя 30, исходя из величины нажатия педали акселератора и скорости транспортного средства, и определяет целевое отношение напряжения как для первого, так и для второго преобразователей 10а, 10b напряжения, исходя из целевой выходной мощности. Контроллер 19 определяет коэффициент продолжительности включения для каждого из транзисторов 5а, 5b нижнего плеча первого и второго преобразователей 10а, 10b напряжения на основе соответствующего целевого отношения напряжений. Чем больше целевое отношение напряжений, тем больше становится коэффициент продолжительности включения каждого из транзисторов 5 а, 5b нижнего плеча.
[0027] На фиг. 1 ссылочная позиция А1 обозначает сигнал управления транзистором 4а верхнего плеча первого преобразователя 10а напряжения, а ссылочная позиция А2 обозначает сигнал управления транзистором 5а нижнего плеча первого преобразователя 10а напряжения. Ссылочная позиция В1 обозначает сигнал управления транзистором 4b верхнего плеча второго преобразователя 10b напряжения, а ссылочная позиция В2 обозначает сигнал управления транзистором 5b нижнего плеча второго преобразователя 10b напряжения.
[0028] Обычно транзисторы 5а, 5b нижнего плеча первого преобразователя 10а напряжения и второго преобразователя 10b напряжения подвергаются переключению с одинаковым коэффициентом продолжительности включения. Первый преобразователь 10а напряжения и второй преобразователь 10b напряжения имеют одинаковые характеристики, и в случае, когда целевое отношение напряжений идентично, первый преобразователь 10а напряжения и второй преобразователь 10b напряжения приводятся в действие с одинаковым коэффициентом продолжительности включения. Хотя подробности будут описаны ниже, когда температура одного преобразователя напряжения может стать чрезмерно высокой, два преобразователя 10а, 10b напряжения могут быть подвергнуты переключению с различными коэффициентами продолжительности включения.
[0029] В случае, когда целевая выходная мощность электродвигателя 30 является относительно небольшой, например, в случае, когда величина работы ускорителя относительно мала, контроллер 19 может управлять первым и вторым преобразователями 10а, 10b напряжения таким образом, что целевое отношение напряжений = 1. Целевое отношение напряжений = 1 означает фиксацию транзистора 4а (4b) верхнего плеча в положении включения и фиксацию транзистора 5а (5b) нижнего плеча в положении выключения. В дальнейшем управление, при котором контроллер 19 фиксирует транзистор 4а (4b) верхнего плеча в положении включения, и фиксирует транзистор 5 а (5b) нижнего плеча в положении выключения именуется управлением фиксацией включения верхнего плеча. В случае, когда целевая выходная мощность электродвигателя 30 является относительно небольшой, контроллер 19 выполняет управление фиксацией включения верхнего плеча в первом преобразователе 10а напряжения и втором преобразователе 10b напряжения.
[0030] Первый преобразователь 10а напряжения может с легкостью приобретать более высокую температуру, чем второй преобразователь 10b напряжения. Например, первый преобразователь 10а напряжения имеет тенденцию легко становиться имеющим более высокую температуру, чем второй преобразователь 10b напряжения, из-за разницы в характеристиках охладителей, соединенных с преобразователями, разности в номинальном токе и т.п. В случае с преобразователем напряжения согласно примеру, реактивный элемент имеет более жесткий тепловой режим, чем другие элементы, а температура реактивного элемента представляет собой температуру преобразователя напряжения. По этой причине первый преобразователь 10а напряжения включает в себя датчик 9а температуры, который измеряет температуру реактивного элемента 3а, а второй преобразователь 10b напряжения включает в себя датчик 9b температуры, который измеряет температуру реактивного элемента 3b. Значения, измеренные температурными датчиками 9а, 9b, направляются в контроллер 19. Теперь предположим ситуацию, при которой температура (температура реактивного элемента 3а) первого преобразователя 10а напряжения выше, чем температура (температура реактивного элемента 3b) второго преобразователя напряжения 10b. В случае, когда температура реактивного элемента 3а первого преобразователя 10а напряжения выше заранее заданного порогового значения температуры, контроллер 19 уменьшает ток, протекающий в реактивном элементе 3а, он становится меньше и дополнительно предотвращает повышение температуры реактивного элемента 3а. В это время контроллер 19 компенсирует величину уменьшения тока, протекающего в реактивном элементе 3а (величину уменьшения электрической энергии, поступающей из первого преобразователя 10а напряжения), когда это возможно, посредством второго преобразователя 10b напряжения. Величина уменьшения выходной мощности первого преобразователя 10а напряжения компенсируется вторым преобразователем 10b напряжения, что позволяет избежать ухудшения характеристик движения.
[0031] Когда управление фиксацией включения верхнего плеча выполняется в первом преобразователе 10а напряжения и втором преобразователе 10b напряжения, в случае, когда температура реактивного элемента 3а первого преобразователя 10а напряжения становится выше, чем заранее заданное пороговое значение температуры, контроллер 19 выполняет одну из процедур (1) или (2), описанных ниже. (1) В случае, когда температура (температура реактивного элемента 3а) первого преобразователя 10а напряжения становится выше порогового значения температуры, а ток, текущий во втором преобразователе 10b напряжения, выше порогового значения тока, управление фиксацией включения верхнего плеча в первом и втором преобразователях 10а, 10b напряжения продолжается, а выходная мощность аккумулятора 11 уменьшается. (2) В случае, когда температура (температура реактивного элемента 3а) первого преобразователя 10а напряжения становится выше порогового значения температуры, а ток, текущий во втором преобразователе 10b напряжения, ниже порогового значения тока, управление фиксацией включения верхнего плеча в первом преобразователе 10а напряжения прекращается, и управление переключением (первое управление переключением) для переключения транзистора 5а нижнего плеча первого преобразователя 10а напряжения с первым коэффициентом продолжительности включения и переключения транзистора 4а верхнего плеча первого преобразователя 10а напряжения, что становится действием, обратным действию включения и выключения транзистора 5а нижнего плеча. В это время контроллер 19 продолжает управление фиксацией включения верхнего плеча во втором преобразователе 10b напряжения. Ток, текущий во втором преобразователе 10b напряжения, измеряется датчиком 8b тока (см. фиг. 1). Выходная мощность аккумулятора И ограничивается ограничителем 12 тока (см. фиг. 1).
[0032] В процедуре (1), поскольку выходная мощность аккумулятора 11 надлежащим образом снижается, электрическая энергия, подаваемая на первый преобразователь 10а напряжения и второй преобразователь 10b напряжения, соответственно уменьшается. В результате дополнительно предотвращается повышение температуры первого преобразователя 10а напряжения. Однако в этом случае, поскольку суммарная выходная мощность первого преобразователя 10а напряжения и второго преобразователя 10b напряжения уменьшается, должно быть разрешено уменьшение электрической энергии, подаваемой на инвертор 20, то есть выходной мощности электродвигателя 30.
[0033] В процедуре (2), ток, текущий в первом преобразователе 10а напряжения, соответственно уменьшается, а электрическая энергия, протекающая во втором преобразователе 10b напряжения, увеличивается на величину этого уменьшения. В результате поддерживается общая выходная мощность первого преобразователя 10а напряжения и второго преобразователя 10b напряжения, и также поддерживается выходная мощность электродвигателя 30.
[0034] В процедуре (2) причина того, что ток, протекающий в реактивном элементе 3а, уменьшается в случае, когда начинается действие переключения первого преобразователя 10а напряжения, состоит в следующем. То есть в случае, когда управление фиксацией включения верхнего плеча прекращается и первое управление переключением начинается в первом преобразователе 10а напряжения, направление тока изменяется при переключении, а ток становится переменным током. В результате ток уменьшается из-за самоиндукции реактивного элемента. Первый коэффициент продолжительности включения транзистора 5а нижнего плеча может быть произвольным.
[0035] В процедуре (2) контроль тока IL2 без контроля температуры (температуры реактивного элемента 3b) второго преобразователя 10b напряжения служит для того, чтобы мгновенно предотвратить избыточный ток во втором преобразователе 10b напряжения и знать нагрузку второго преобразователя 10b напряжения. Это происходит потому, что в случае, когда имеется запас по нагрузке второго преобразователя 10b напряжения (то есть в случае, когда ток, текущий во втором преобразователе 10b напряжения, меньше порогового значения тока), величина уменьшения выходной мощности первого преобразователя 10а напряжения компенсируется вторым преобразователем 10b напряжения.
[0036] В процедуре (2) вместо продолжения управления фиксацией включения верхнего плеча во втором преобразователе 10b напряжения, контроллер 19 может отключить управление фиксацией включения верхнего плеча и может начать управление переключением (второе управление переключением) для переключения транзистора 5b нижнего плеча второго преобразователя 10b напряжения со вторым коэффициентом продолжительности включения, меньшим, чем первый коэффициент продолжительности включения, и переключения транзистора 4b верхнего плеча второго преобразователя 10b напряжения, что становится действием, обратным действию по включению и выключению транзистора 56 нижнего плеча. Это будет описано ниже.
[0037] Далее процедура (2) будет описана со ссылкой на фиг. 2 в сочетании с конкретным примером. Фиг. 2 представляет собой временной график состояний первого и второго преобразователей 10а, 10b напряжения, когда температура реактивного элемента 3а первого преобразователя 10а напряжения превышает пороговое значение температуры. Первый вид сверху на фиг. 2 иллюстрирует временной график состояний транзистора 4а верхнего плеча первого преобразователя 10а напряжения. Второй вид сверху на фиг. 2 показывает временной график состояний транзистора 5а нижнего плеча первого преобразователя 10а напряжения. Для второго преобразователя 10b напряжения, так как управление фиксацией включения верхнего плеча продолжается, временной график опущен.
[0038] Третий вид сверху на фиг. 2 показывает изменение напряжения VH высоковольтного вывода 18 (см. фиг. 1) первого преобразователя 10а напряжения и второго преобразователя 10b напряжения. Четвертый вид сверху на фиг. 2 показывает изменение во времени тока IL1, протекающего в реактивном элементе 3а первого преобразователя 10а напряжения. Третий вид снизу на фиг. 2 показывает изменение во времени температуры Т1 реактивного элемента 3а первого преобразователя 10а напряжения. Второй вид снизу на фиг. 2 показывает изменение во времени тока IL2, протекающего в реактивном элементе 3b второго преобразователя 10b напряжения. Первый вид снизу на фиг. 2 показывает изменение во времени электрической энергии нагрузки (электродвигателя). Горизонтальная ось обозначает время.
[0039] Кривая зависимости Gf, показанная толстой линией на первом виде снизу на фиг. 2, обозначает электрическую энергию нагрузки (выходную мощность электродвигателя 30). До момента t1 времени, так как электрическая энергия нагрузки сравнительно мала, контроллер 19 выполняет управление фиксацией включения верхнего плеча в первом преобразователе 10а напряжения и втором преобразователе 10b напряжения. Предполагается, что в момент t1 времени электрическая энергия нагрузки возрастает. Поскольку электрическая энергия нагрузки возрастает, ток IL1, протекающий в реактивном элементе 3а первого преобразователя 10а напряжения и ток IL2, протекающий в реактивном элементе 3b второго преобразователя 10b напряжения, увеличиваются вместе (см. четвертый вид сверху на фиг. 2 и второй вид снизу на фиг. 2). Кривая зависимости Ge на первом виде снизу на фиг. 2 показывает общую выходную электрическую энергию первого преобразователя 10а напряжения и второго преобразователя 10b напряжения, а кривая зависимости Gd показывает выходную электрическую энергию первого преобразователя 10а напряжения. То есть разница между кривой зависимости Ge и кривой зависимости Gd представляет собой выходную электрическую энергию второго преобразователя 10b напряжения. Общая выходная мощность (кривая зависимости Ge) первого и второго преобразователей 10а, 10b напряжения следует за электрической энергией нагрузки с задержкой на заданный промежуток времени и перегрузкой. Разность между общей выходной мощностью (кривая зависимости Ge) первого и второго преобразователей 10а, 10b напряжения и электрической энергией нагрузки (кривая зависимости Gf) регулируется посредством электрической энергии, заряженной в сглаживающем конденсаторе 15 (см. фиг. 1). Причина того, что напряжение VH (третий вид сверху на фиг. 2) высоковольтного вывода 18 двух преобразователей 10а, 10b напряжения временно уменьшается, состоит в том, что сглаживающий конденсатор 15 выдает электрическую энергию, компенсирующую недостаток общей выходной мощности (кривая зависимости Ge) первого и второго преобразователей 10а, 10b напряжения относительно электрической энергии нагрузки. Когда электрический заряд сглаживающего конденсатора 15 восстанавливается, напряжение VH возвращается к исходной величине.
[0040] Поскольку электрическая энергия нагрузки возрастает, и ток IL1, текущий в реактивном элементе 3а первого преобразователя 10а напряжения, увеличивается (четвертый вид сверху на фиг. 2), температура Т1 реактивного элемента 3а увеличивается (третий вид снизу на фиг. 2). В момент tx времени температура Т1 реактивного элемента 3а превышает пороговое значение температуры Th. В этот момент ток, текущий во втором преобразователе 10b напряжения, не превышает порогового значения тока Ih. Контроллер 19 выполняет процедуру (2), то есть процедуру для случая, когда температура (температура Т1 реактивного элемента 3а) первого преобразователя 10а напряжения становится выше порогового значения температуры Th, а ток, протекающий во втором преобразователе 10b напряжения (ток IL2, протекающий в реактивном элементе 3b) ниже порогового значения тока Ih. В это время контроллер 19 продолжает управление фиксацией включения верхнего плеча во втором преобразователе 10b напряжения и выключает управление фиксацией включения верхнего плеча в первом преобразователе 10а напряжения. Затем контроллер 19 начинает управление переключением (первое управление переключением) для переключения транзистора 5а нижнего плеча первого преобразователя 10а напряжения с первым коэффициентом продолжительности включения и переключения транзистора 4а верхнего плеча первого преобразователя 10а напряжения, что становится действием, обратным действию включения и выключения транзистора 5а нижнего плеча. Контроллер 19 начинает первое управление переключением в момент t2 времени. На фиг. 2 временной интервал tp представляет собой период времени управления сигналом возбуждения (ШИМ-сигнал) для каждого из транзисторов 4а, 5 а, а временной интервал td представляет собой промежуток времени включения транзистора 5а нижнего плеча. Соотношение td/tp соответствует первому коэффициенту продолжительности включения.
[0041] В период с момента t2 времени до момента t3 транзистор 5а нижнего плеча первого преобразователя 10а напряжения включен, и в течение этого промежутка времени ток, протекающий в реактивном элементе 3а первого преобразователя 10а напряжения, уменьшается, и температура Т1 реактивного элемента 3а уменьшается. В этот промежуток времени ток IL2, протекающий в реактивном элементе 3b второго преобразователя 10b напряжения, увеличивается на величину уменьшения тока в реактивном элементе 3а, а величина уменьшения выходной мощности первого преобразователя 10а напряжения компенсируется посредством второго преобразователя 10b напряжения. Далее то же самое относится также к промежутку времени с момента t4 времени до момента t5 времени и промежутку времени с момента t6 времени до момента t7 времени. В результате температура Т1 реактивного элемента 3а первого преобразователя 10а напряжения уменьшается, чтобы опуститься ниже порогового значения температуры Th. Таким образом, выполняется процедура (2), посредством которой можно дополнительно предотвращать повышение температуры реактивного элемента 3а первого преобразователя 10а напряжения при поддержании количества электрической энергии, подаваемой на нагрузку (электродвигатель 30).
[0042] На фиг. 2 кривой зависимости Ga показывает временное изменение во времени тока IL1 реактивного элемента 3а в случае, когда первое управление переключением не запускается, а управление фиксацией включения верхнего плеча продолжается в первом преобразователе 10а напряжения. Кривая зависимости Gb показывает ток IL2 реактивного элемента 3b в это время. Кривая зависимости Gc показывает выходную электрическую энергию первого преобразователя 10а напряжения в это время. Как следует из сравнения кривых зависимостей Ga, Gb, Gc и кривых зависимостей, выполненных толстыми линиями, выполняется управление (первое управление переключением) (2), в результате чего ток, текущий в первом преобразователе 10а напряжения, уменьшается, а ток, текущий во втором преобразователе 10b напряжения, увеличивается на величину этого уменьшения.
[0043] Как описано выше, в процедуре (2) контроллер 19 может выполнять нижеописанное второе управление переключением вместо того, чтобы продолжать управление фиксацией включения верхнего плеча во втором преобразователе 10b напряжения. Во втором управлении переключением контроллер 19 выключает управление фиксацией включения верхнего плеча во втором преобразователе 10b напряжения, переключает транзистор 5b нижнего плеча, при этом второй коэффициент продолжительности включения меньше, чем первый коэффициент продолжительности включения, и переключает транзистор 4b верхнего плеча, что становится действием, обратным действию включения и выключения транзистора 5b нижнего плеча. Первым коэффициентом продолжительности включения является коэффициент продолжительности включения транзистора 5а нижнего плеча при управлении переключением (первом управлении переключением) в первом преобразователе 10а напряжения. Временные графики состояний транзисторов 4а, 5а, 4b, 5b в это время показаны на фиг. 3.
[0044] Первый вид сверху на фиг. 3 представляет собой временной график работы транзистора 4а верхнего плеча первого преобразователя 10а напряжения. Второй вид сверху фиг. 3 представляет собой временной график работы транзистора 5а нижнего плеча первого преобразователя 10а напряжения. Второй вид снизу на фиг. 3 представляет собой временной график работы транзистора 4b верхнего плеча второго преобразователя 10b напряжения. Первый вид снизу на фиг. 3 представляет собой временной график работы транзистора 5b нижнего плеча второго преобразователя 10b напряжения. Все горизонтальные оси обозначают время. До момента t1 температура реактивного элемента 3а первого преобразователя 10а напряжения ниже порогового значения температуры. Предполагается, что в момент t1 времени температура реактивного элемента 3а превышает пороговое значение температуры. До момента t1 времени контроллер 19 выполняет управление фиксацией включения верхнего плеча в первом и втором преобразователях 10а, 10b напряжения. То есть до момента t1 времени контроллер 19 фиксирует транзисторы 4а, 4b верхнего плеча первого и второго преобразователей 10а, 10b напряжения во включенном состоянии и фиксирует транзисторы 5а, 5b нижнего плеча в выключенном состоянии. В момент t1 времени производится определение того, что температура реактивного элемента 3а первого преобразователя 10а напряжения превышает пороговое значение температуры. В это время производится определение того, что ток, протекающий в реактивном элементе 3b второго преобразователя 10b напряжения, не превышает порогового тока. То есть в момент t1 времени производится определение того, что температура (температура реактивного элемента 3а) первого преобразователя 10а напряжения становится выше порогового значения температуры, а ток, текущий во втором преобразователе 10b напряжения, ниже порогового значения тока. Соответственно, контроллер 19 выключает управление фиксацией включения верхнего плеча в первом преобразователе 10а напряжения и начинает управление (первое управление переключением) для переключения транзистора 5 а нижнего плеча первого преобразователя 10а напряжения с первым коэффициентом продолжительности включения и переключения транзистора верхнего плеча 4а так, чтобы выполнить действие, обратное действию включения и выключения транзистора 5а нижнего плеча. На фиг. 3 промежуток времени W обозначает период управления ШИМ транзистора. Промежуток времени D1 является временем включения транзистора 5а нижнего плеча. Первый коэффициент продолжительности включения равен D1/W. Контроллер 19 выключает управление фиксацией включения верхнего плеча во втором преобразователе 10b напряжения и начинает второе управление переключением. То есть контроллер 19 переключает транзистор 5b нижнего плеча со вторым коэффициентом продолжительности включения, меньшим, чем первый коэффициент продолжительности включения, и переключает транзистор 4b верхнего плеча, что становится действием, обратным действию включения и выключения транзистора 5b нижнего плеча. На фиг. 3 промежуток времени W обозначает период управления ШИМ транзистора. Промежуток времени D2 является временем включения транзистора 5b нижнего плеча. Второй коэффициент продолжительности включения равен D2/W. Так как D1>D2, соответственно, второй коэффициент продолжительности включения < первый коэффициент продолжительности включения. В случае, когда удовлетворяется вышеописанное соотношение коэффициентов продолжительности включения, ток, протекающий в реактивном элементе 3а первого преобразователя 10а напряжения, уменьшается до значения, которое ниже, чем до начала первого и второго управления переключением, и повышение температуры реактивного элемента 3а дополнительно предотвращается. Затем величина уменьшения выходной мощности первого преобразователя 10а напряжения компенсируется вторым преобразователем 10b напряжения. В результате можно поддерживать электрическую энергию, подаваемую на электродвигатель 30 в состоянии до начала первого и второго управления переключением.
[0045] Контроллер 19 может выключать управление фиксацией включения верхнего плеча и может начинать второе управление переключением вместо того, чтобы поддерживать управление фиксацией включением верхнего плеча во втором преобразователе 10b напряжения. Однако наиболее эффективно поддерживать управление фиксацией включения верхнего плеча во втором преобразователе 10b напряжения, дополнительно предотвращая повышение температуры реактивного элемента 3а первого преобразователя 10а напряжения.
[0046] Со ссылкой на фиг. 4 будет описан модифицированный пример преобразователя напряжения. Фиг. 4 представляет собой принципиальную схему первого преобразователя 110а напряжения и второго преобразователя 110b напряжения. Сторона аккумулятора от низковольтного вывода 17 и сторона инвертора от высоковольтного вывода 18 такие же, что и на фиг. 1, и, соответственно, они не показаны. Первый преобразователь 110а напряжения модифицированного примера включает в себя три датчика 9а, 109а, 119а температуры. Датчик 9а температуры измеряет температуру реактивного элемента 3а. Датчик 109а температуры измеряет температуру транзистора 4а верхнего плеча. Датчик 119а температуры измеряет температуру транзистора 5а нижнего плеча. Результаты измерений трех датчиков 9а, 109а, 119а температуры направляются в контроллер 219. В контроллере 219 сохраняются первое пороговое значение температуры, соответствующее реактивному элементу 3а, второе пороговое значение температуры, соответствующее транзистору 4а верхнего плеча, и третье пороговое значение температуры, соответствующее транзистору 5а нижнего плеча. Когда значение, измеренное одним из трех датчиков 9а, 109а, 119а температуры, превышает соответствующее пороговое значение температуры, контроллер 219 обрабатывает измеренное значение как температуру первого преобразователя 10а напряжения и выполняет либо процедуру (1), либо процедуру (2), описанные выше. Система электропитания, включающая в себя преобразователи 110а, 110b напряжения и контроллер 219 модифицированного примера, может дополнительно предотвратить перегрев множества элементов первого преобразователя 110а напряжения.
[0047] Второй преобразователь 110b напряжения также включает в себя три датчика 9b, 109b, 119b температуры. Датчик 9b температуры измеряет температуру реактивного элемента 3b. Датчик 109b температуры измеряет температуру транзистора 4b верхнего плеча. Датчик 119b температуры измеряет температуру транзистора 5b нижнего плеча. Результаты измерения трех датчиков 9b, 109b, 119b температуры направляются в контроллер 219. Контроллер 219 также выполняет во втором преобразователе 110b напряжения процедуру регулирования температуры в первом преобразователе 110а напряжения. На фиг. 4 сигнальные линии от трех датчиков 9b, 109b, 119b температуры к контроллеру 219 оборваны на середине.
[0048] Далее будут описаны моменты, касающиеся технологии, описанной в примере. Датчики 9а, 109а, 119а температуры согласно примеру являются примером блока сбора данных о температуре. Блок сбора данных о температуре обычно является термистором. Блок сбора данных о температуре может оценивать температуру первого преобразователя 10а напряжения, исходя из температуры хладагента, охлаждающего первый преобразователь 10а напряжения. Датчик 8а тока согласно примеру является примером блока сбора данных о токе. Транзисторы 4а, 4b верхнего плеча примера представляют собой пример элемента верхнего плеча. Транзисторы 5а, 5b нижнего плеча являются примером элемента нижнего плеча.
[0049] Хотя конкретные примеры изобретения были описаны выше подробно, они являются просто иллюстрацией и не предназначены для ограничения формулы изобретения. Способ, описанный в формуле изобретения, включает в себя различные модификации и изменения конкретных примеров, проиллюстрированных выше. Технические признаки, описанные в описании или чертежах, могут быть технически полезными отдельно или в различных комбинациях, и не ограничены изначально заявленными комбинациями. Способ, проиллюстрированный в описании или чертежах, может одновременно достигать множества целей, а его техническое значение заключается в достижении одной из целей.