電壓轉換設備、動力輸出設備以及電壓轉換器的控制方法

專利名稱：電壓轉換設備、動力輸出設備以及電壓轉換器的控制方法
技術領域：
本發明涉及電壓轉換設備、動力輸出設備和電壓轉換器的控制方法。特別地，本發明涉及在驅動裝置與DC(直流)電源之間轉換電壓的電壓轉換器的控制，該驅動裝置以動力運行模式或再生模式驅動電機。
背景技術：
近來，人們的關注集中在作為考慮到環境問題的車輛的混合動力車和電氣車輛上。
除傳統的發動機之外，混合動力車包括DC電源、變換器以及由作為電源的變換器驅動的電機。除了通過驅動發動機獲取動力以外，來自DC電源的電壓被變換器轉換為AC(交流)電壓，且轉換得到的AC電壓被用于驅動電機以獲得動力。電氣車輛包含DC電源、變換器以及由作為電源的變換器驅動的電機。
某些混合動力車和電氣車輛采用通過升壓轉換器對來自DC電源的電壓進行升壓并將之提供給變換器的方法。日本專利公開No.2004-229399公開了包括這種升壓轉換器的電壓轉換設備。這種電壓轉換沒備對驅動AC電機的變換器供電，使得即使是在升壓轉換器的電壓指令值急劇上升的情況下過電流不會流到進行升壓操作的電路元件。
然而，日本專利公開No.2004-229399沒有記載當AC電機的功率平衡(power balance)持續處于再生側時變換器電壓(升壓轉換器和變換器之間的電壓)達到過電壓等級的問題。
由于再生電壓被布置在升壓轉換器與變換器之間的電容器吸收，即使AC電機的功率平衡暫時達到再生側，變換器電壓不會變得過大。然而，在變換器電壓被升壓轉換器控制在上限值附近時，當AC電機的功率平衡持續處于再生側時，升壓轉換器的控制不能跟隨變換器電壓的上升，導致變換器電壓過大的可能性。

發明內容
鑒于上述情況，本發明的目標在于提供一種電壓轉換設備、動力輸出設備以及電壓轉換器的控制方法，其目的在于當電機的功率平衡持續處于再生側時防止驅動電機的驅動裝置接收過電壓。
根據本發明的一個實施形態，電壓轉換設備包含電壓轉換器、控制裝置和傳感器裝置。電壓轉換器被設置在DC電源和驅動裝置之間，其中，驅動裝置以動力運行模式和再生模式中的一種驅動至少一個電機。控制裝置被配置為通過控制電壓轉換器，在不超過上限值的范圍內對來自DC電源的電壓進行升壓。傳感器裝置對向DC電源輸入的以及從DC電源輸出的電力進行檢測。在當電力被從DC電源輸出時電力的符號為正的情況下，當電力的變化對于第一預定時間段的累積值變得低于負的第一閾值時，控制裝置降低上限值優選為當電力從基準值的變化對于第一預定時間段的累積值變得低于第一閾值時，控制裝置降低上限值。基準值對應于在第一預定時間段的時間起點上的所述電力。
優選為當電力從第二預定時間段的時間起點的變化至少為第二閾值時，控制裝置停止降低上限值，其中，第二預定時間段短于第一預定時間段，第二閾值為負。
優選為第一預定時間段為被規定的時間段，其能夠判定至少一個電機的功率平衡是否持續處于再生側。
根據本發明的另一實施形態，動力輸出設備包含至少一個電機、驅動裝置、DC電源、電壓轉換器、控制裝置和傳感器裝置。驅動裝置以動力運行模式和再生模式中的一種驅動至少一個電機。DC電源是可再充電的。電壓轉換器在DC電源與驅動裝置之間轉換電壓。控制裝置被配置為通過控制電壓轉換器，在不超過上限值的范圍內對來自DC電源的電壓進行升壓。傳感器裝置對向DC電源輸入的以及從DC電源輸出的電力進行檢測。在當電力被從DC電源輸出時電力的符號為正的情況下，當電力的變化對于第一預定時間段的累積值變得低于負的第一閾值時，控制裝置降低上限值。
優選為所述至少一個電機包括第一與第二AC電機。驅動裝置包括第一與第二變換器。第一變換器以動力運行模式和再生模式中的一種對第一AC電機進行驅動。第二變換器以動力運行模式與再生模式中的一種對第二AC電機進行驅動。動力輸出設備包括內燃機和驅動輪。內燃機被機械耦合到第一AC電機的旋轉軸。驅動輪被機械耦合到第二AC電機的旋轉軸。
根據本發明進一步的實施形態，電壓轉換器的控制方法包括第一到第四步驟，其中，電壓轉換器設置在DC電源與驅動裝置之間，驅動裝置以動力運行模式與再生模式中的一種對至少一個電機進行驅動。在第一步驟中，對向DC電源輸入的以及從DC電源輸出的電力進行檢測。在第二步驟中，計算電力的變化對于第一預定時間段的累積值。在第三步驟中，在當電力被從DC電源輸出時電力的符號為正的情況下，當計算得到的累積值變得低于負的第一閾值時，降低從電壓轉換器向驅動裝置輸出的電壓的上限值。在第四步驟中，通過控制電壓轉換器，在不超過上限值的范圍內對來自DC電源的電壓進行升壓。
優選為在第二步驟中，計算電力從基準值的變化在第一預定時間段中的累積值。基準值對應于在第一預定時間段的時間起點上的電力。
優選為電壓轉換器的控制方法還包括第五步驟。在第五步驟中，當電力從第二預定時間段的時間起點的變化至少為第二閾值時，停止降低上限值，其中，第二預定時間段短于第一預定時間段，第二閾值為負。
根據本發明，對電壓轉換器進行控制，使得來自DC電源的電壓在不超過上限值的范圍內被升壓。在當電力被從DC電源輸出時電力的符號為正的情況下，當電力變化對于第一預定時間段的累積值變得低于負的第一閾值時，降低上限值。一般存在這樣的情況僅通過電力從某個時間點的變化不能正確地做出至少一個電機的功率平衡是否持續處于再生側的判定。在本發明中，由于使用了電力變化對于第一預定時間段的累積值，能夠正確地做出至少一個電機的功率平衡是否持續位于再生側的判定。進一步地，當計算得到的累積值變得低于第一閾值(負值)時，由于上限值被降低，電壓轉換器進行的電壓升壓受到抑制。
借助本發明，在至少一個電機的功率平衡持續位于再生側的情況下，可防止驅動裝置上的過電壓。
結合附圖，通過閱讀下面對本發明的詳細介紹，可以明了本發明的前述以及其他目標、特征、實施形態和優點。


圖1為電機驅動裝置的電路圖，該裝置包含根據本發明一實施例的電壓轉換設備；圖2為圖1所示控制裝置的功能性框圖；圖3為圖2所示上限值設置單元的控制流程圖；圖4示出了由圖2所示上限值設置單元執行的處理；圖5示出了電池功率變化的實例；圖6示出了電池功率另一變化的實例；圖7示出了電池功率又一變化的實例；圖8示出了對混合動力車的應用。
具體實施例方式
下面將參照附圖介紹本發明的實施例。在附圖中，為相同或對應的元件分配同樣的參考標號，且不重復對其進行介紹。
圖1為電機驅動裝置的電路圖，該裝置包含根據本發明的實施例的電壓轉換設備。參照圖1，電機驅動裝置100包括DC電源B、電壓傳感器10與13、系統繼電器SR1與SR2、電容器C1與C2、升壓轉換器12、變換器14、電流傳感器11與24以及控制裝置30。
電機驅動裝置100被裝在例如為混合動力車、電氣車輛等等的機動車中。AC電機M1被機械耦合到驅動輪，并產生轉矩以驅動車輛。或者，AC電機M1可被機械耦合到發動機，并作為采用發動機的驅動動力發電的發電機以及作為用于發動機起動的電機被裝在混合動力車中。
升壓轉換器12包括電抗器L、NPN晶體管Q1與Q2以及二極管D1與D2。電抗器L一端經由電源線PL1與系統繼電器SR1連接到DC電源B的正電極，另一端連接到NPN晶體管Q1與NPN晶體管Q2之間的中間點，即NPN晶體管Q1的發射極與NPN晶體管Q2的集電極的連接節點。NPN晶體管Q1與Q2串聯連接在電源線PL2與接地線SL之間。NPN晶體管Q1的集電極連接到電源線PL2，NPN晶體管Q2的發射極連接到接地線SL。從發射極側向集電極側傳導電流的二極管D1與D2分別連接在NPN晶體管Q1與Q2的集電極與發射極之間。
變換器14包含U相臂15、V相臂16與W相臂17。U相臂15、V相臂16與W相臂17并聯連接在電源線PL2與接地線SL之間。
U相臂15包括串聯連接的NPN晶體管Q3與Q4。V相臂16包括串聯連接的NPN晶體管Q5與Q6。W相臂17包括串聯連接的NPN晶體管Q7與Q8。從發射極側向集電極側傳導電流的二極管D3-D8分別連接在NPN晶體管Q3-Q8的集電極與發射極之間。
各相臂的中間點被連接到AC電機M1的各相線圈的各相末端。換言之，AC電機M1為三相永磁電機，U、V、W相三個線圈的一端共同連接到中性點。U相線圈另一端連接到NPN晶體管Q3與Q4的中間點。V相線圈另一端連接到NPN晶體管Q5與Q6的中間點。W相線圈另一端連接到NPN晶體管Q7與Q8的中間點。
可采用例如IGBT(絕緣柵型雙極晶體管)或功率MOSFET等其他功率開關元件代替NPN晶體管Q1-Q8等等。
DC電源B包括例如鎳氫電池或鋰離子電池等二次電池。電壓傳感器10檢測DC電源B的電壓Vb，并將檢測得到的電壓Vb提供給控制裝置30。電流傳感器11檢測向DC電源B輸入或從DC電源B輸出的電流Ib，并將檢測得到的電流Ib提供給控制裝置30。系統繼電器SR1與SR2由來自控制裝置30的信號SE開通/關斷。
電容器C1對供自DC電源B的電壓進行平滑，并將平滑后的電壓提供給升壓轉換器12。
升壓轉換器12對供自電容器C1的電壓進行升壓，并將升壓后的電壓提供給電容器C2。具體而言，升壓轉換器12對來自控制裝置30的信號PWMU做出響應，按照NPN晶體管Q2的開通周期將DC電壓升壓并提供給電容器C2。在這種情況下，NPN晶體管Q1被信號PWMU關斷。升壓轉換器12還對來自控制裝置30的信號PWMD做出響應，對經由電容器C2供自變換器14的DC電壓進行降壓，以便對DC電源B進行充電。
電容器C2對來自升壓轉換器12的電壓進行平滑，并將平滑后的電壓提供給變換器14。電壓傳感器13檢測電容器C2兩端的電壓，即升壓轉換器12的輸出電壓Vm(對應于變換器14的輸入電壓，下面同樣適用)，并將檢測得到的電壓Vm提供給控制裝置30。
基于來自控制裝置30的信號PWMI，變換器14將供自電容器C2的DC電壓轉換為AC電壓，以便驅動AC電機M1。因此，AC電機M1被驅動以產生由轉矩指令值TR指定的轉矩。當裝有電機驅動裝置100的混合動力車或電氣車輛處于再生制動模式時，基于來自控制裝置30的信號PWMC，變換器14將AC電機M1產生的AC電壓轉換為DC電壓，并將轉換得到的DC電壓經由電容器C2提供給升壓轉換器12。
如這里所用的，“再生制動”包括當混合動力車或電氣車輛的駕駛者操作足剎時與再生發電相聯系的制動，以及在不操作足剎的情況下通過在行駛中關閉加速器踏板在進行再生發電的同時降低車速(或停止加速)。
電流傳感器24檢測流向AC電機M1的電機電流MCRT，并將檢測得到的電機電流MCRT提供給控制裝置30。
基于由外部設置的ECU(電子控制單元)施加的電機轉速MRN和轉矩指令值TR、來自電壓傳感器10的電壓Vb、來自電壓傳感器13的電壓Vm以及來自電流傳感器24的電機電流MCRT，控制裝置30產生驅動升壓轉換器12的信號PWMU和驅動變換器14的信號PWMI，并分別將所產生的信號PWMU和PWMI提供給升壓轉換器12和變換器14。
當升壓轉換器12將來自電容器C1的電壓轉換為電壓Vm時，信號PWMU用于驅動升壓轉換器12。當升壓轉換器12將來自電容器C1的電壓轉換為電壓Vm時，控制裝置30反饋控制電壓Vm并產生信號PWMU，使得電壓Vm達到電壓指令Vdc_com的等級。
在接收到來自外部ECU的、表示混合動力車或電氣車輛已進入再生制動模式的信號時，控制裝置30產生信號PWMC以便將AC電機M1上產生的AC電壓轉換為DC電壓，并將所產生的信號PWMC提供給變換器14。在這種情況下，變換器14的NPN晶體管Q3-Q8在信號PWMC的開關控制下。因此，變換器14將在AC電機M1上產生的AC電壓轉換為DC電壓，該DC電壓被提供給升壓轉換器12。
在接收到來自外部ECU的、表示混合動力車或電氣車輛已進入再生制動模式的信號時，控制裝置30產生信號PWMD以降低供自變換器14的電壓，并將所產生的電壓PWMD提供給升壓轉換器12。因此，AC電機M1所產生的AC電壓由變換器14轉換為DC電壓、由電壓轉換器12進行降壓，并被提供給DC電源B。
控制裝置30還計算電池功率Pb。電池功率Pb表示向DC電源B輸入的或從DC電源B輸出的電力。正值的電池功率Pb表示電力從DC電源輸出(放電)。負值的電池功率Pb表示向DC電源輸入電力(充電)。可基于來自電流傳感器11的電流Ib和來自電壓傳感器10的電壓Vb計算電池功率Pb。還可采用AC電機M1的功率獲得電池功率Pb，AC電機M1的功率可基于來自電流傳感器24的電機電流MCRT和由未示出的電壓傳感器檢測得到的、AC電機M1的電機電壓進行計算。
基于通過下面介紹的方法計算得到的電池功率Pb，控制裝置30判定AC電機M1的功率平衡是否持續位于再生側。當做出功率平衡持續位于再生側的判定時，控制裝置30將電壓指令Vdc_com的上限值設置為與正常情況下的相比較低的值，其中，電壓指令Vdc_com作為升壓轉換器12的輸出電壓Vm的目標電壓。
另外，控制裝置30產生信號SE以開通/關斷系統繼電器SR1與SR2，并將所產生的信號提供給系統繼電器SR1與SR2。
參照與圖1中的控制裝置30相對應的圖2中的功能性框圖，控制裝置30包括用于電機控制的相電壓計算單元40、PWM信號轉換單元42、變換器輸入電壓指令計算單元50、上限值設置單元52、反饋電壓指令計算單元54和占空比轉換單元56。
電機控制相電壓計算單元40接收來自電壓傳感器13的、升壓轉換器12的輸出電壓Vm——即變換器14的輸入電壓，接收來自電流傳感器24的、流經AC電機M1各相的電機電流MCRT，并接收來自外部ECU的轉矩指令值TR。基于這些信號，電機控制相電壓計算單元40計算將被施加到AC電機M1各相線圈的電壓，并將計算得到的結果提供給PWM信號轉換單元42。
基于由電機控制相電壓計算單元40計算得到的各相電壓指令，PWM信號轉換單元42產生用于開通/關斷變換器14的各個NPN晶體管Q3-Q8的信號PWMI與PWMC，并將所產生的信號PWMI與PWMC提供給變換器14的各個NPN晶體管Q3-Q8。
因此，各個NPN晶體管Q3-Q8受到開關控制，并控制流到AC電機M1各相的電流，使得AC電機M1輸出所指定的轉矩。因此，電機驅動電流得到控制，使得輸出對應于轉矩指令值TR的電機轉矩。
基于轉矩指令值TR與電機轉速MRN，變換器輸入電壓指令計算單元50計算變換器輸入電壓的最優值(目標值)，即電壓指令Vdc_com。變換器輸入電壓指令計算單元50將計算得到的電壓指令Vdc_com與由上限值設置單元52設置的上限值進行比較，當計算得到的電壓指令Vdc_com超過上限值時，將電壓指令Vdc_com限制到上限值，并將被限制的電壓指令提供給反饋電壓指令計算單元54。
上限值設置單元52計算電池功率Pb，并通過下面介紹的方法判定AC電機M1的功率平衡是否持續處于再生側。當做出AC電機M1的功率平衡并非持續處于再生側的判定時，上限值設置單元52將Vup1作為電壓指令Vdc_com的上限值輸出到變換器輸入電壓指令計算單元50。當做出AC電機M1的功率平衡持續處于再生側的判定時，上限值設置單元52將Vup2作為電壓指令Vdc_com的上限值輸出到變換器輸入電壓指令計算單元50，其中，Vup2低于Vup1。
基于來自電壓傳感器13的電壓Vm和來自變換器輸入電壓指令計算單元50的電壓指令Vdc_com，反饋電壓指令計算單元54計算反饋電壓指令，并將計算得到的反饋電壓指令提供給占空比轉換單元56。
基于來自電壓傳感器10的電壓Vb和來自反饋電壓指令計算單元54的反饋電壓指令，占空比轉換單元56計算占空比，以便將電壓Vm控制在反饋電壓指令的等級，并基于計算得到的占空比產生信號PWMU和PWMD，以便開通/關斷升壓轉換器12的NPN晶體管Q1與Q2。占空比轉換單元56將所產生的信號PWMU和PWMD提供給升壓轉換器12的NPN晶體管Q1與Q2。
由于通過增加位于升壓轉換器12接地線SL側的NPN晶體管Q2的導通周期(ON-duty)，電抗器L處的電力蓄積變得較大，可獲得較高的電壓輸出。通過增加位于電源線PL2側的NPN晶體管Q1的導通周期，電源線PL2上的電壓被降低。通過控制NPN晶體管Q1與Q2的占空比，電源線PL1與PL2之間的電壓可被控制為任意的正電壓。
圖3為圖2所示上限值設置單元52的控制流程圖。以預先設置的固定周期執行本流程圖中的處理。參照圖3，上限值設置單元52計算電池功率Pb(步驟S10)。具體而言，通過計算電流Ib與電壓Vb的乘積，上限值設置單元52獲取電池功率Pb。還可采用通過計算AC電機M1的電機電流與電機電壓的乘積得到的、AC電機M1的功率獲得電池功率Pb。
于是，上限值設置單元52將存有6個周期前計算得到的電池功率的Pb(t5)的值移動到Pb(t6)，并接著將存有5個周期前計算得到的電池功率的Pb(t4)的值移動到Pb(t5)。于是，上限值設置單元52將存有4個周期前計算得到的電池功率的Pb(t3)的值移動到Pb(t4)，并將存有3個周期前計算得到的電池功率的Pb(t2)的值移動到Pb(t3)。進一步地，上限值設置單元52將存有2個周期前計算得到的電池功率的Pb(t1)的值移動到Pb(t2)，并將存有1個周期前計算得到的電池功率的Pb(t0)的值移動到Pb(t1)。接著，上限值設置單元52將步驟S10中當前計算得到的電池功率Pb插入Pb(t0)(步驟S20)。
下面將存儲在Pb(tn)中的、n個周期以前的電池功率的值稱為電池功率Pb(tn)。
上限值設置單元52計算各個電池功率Pb(tn)(n為0-5的整數)與6個周期以前的電池功率Pb(t6)的差值，并進行對各個計算所得值的累積。換言之，上限值設置單元52將6個周期以前的電池功率Pb(t6)作為基準，在時刻t5-t0上計算電池功率Pb的變化的累積。于是，上限值設置單元52判定電池功率Pb的變化的累積值是否低于預設的閾值A(閾值A為負)(步驟S30)。
當上限值設置單元52判定電池功率Pb的變化的累積值等于或高于閾值A時(步驟S30中的否)，控制進行到步驟S60，在步驟S60中，Vup1在變換器輸入電壓指令計算單元50中被設置為由變換器輸入電壓指令計算單元50計算得到的電壓指令Vdc_com的上限值(步驟S60)。
當步驟S30中做出電池功率Pb的變化的累積值低于閾值A的判定時(步驟S30中的是)，上限值設置單元52計算當前計算得到的電池功率Pb(t0)與3個周期以前的電池功率Pb(t3)之間的差值，并判定計算得到的電池功率差值是否低于預設的閾值ΔPkW(閾值ΔP為負值)(步驟S40)。
當上限值設置單元52判定為電池功率差值低于閾值ΔPkW時(步驟S40中的是)，在變換器輸入電壓指令計算單元50中，將低于Vup1的Vup2設置為由變換器輸入電壓指令計算單元50計算得到的電壓指令Vdc_com的上限值(步驟S50)。當步驟S40中做出電池功率差值等于或高于閾值ΔPkW的判定時(步驟S40中的否)，控制進行到步驟S60，在步驟S60中，上限值設置單元52在變換器輸入電壓指令計算單元50中將Vup1設置為電壓指令Vdc_com的上限值。
圖4示出了由圖2所示上限值設置單元52執行的處理。在圖4中，沿著水平軸繪制時間，沿著垂直軸繪制電池功率Pb。時刻t0對應于當前時刻。時刻tm(m為1-6的整數)表示對應于時刻t0之前m個周期的時間起點的時刻，即m個周期以前的時刻。正的電池功率Pb表示電力從DC電源B輸出(放電)。負的電池功率Pb表示電力向DC電源B輸入(充電)。
對應于電池功率Pb變化的曲線的負傾斜表示AC電機M1的功率平衡處于再生側。電池功率Pb負向變化的原因(DC電源B輸出電力減小或DC電源B的輸入電力增加)是因為電壓Vm由于AC電機M1的功率平衡處于再生側而傾向于增大，由此，從DC電源B經由升壓轉換器12提供到電容器C2的電力減小，或者，從電容器C2經由升壓轉換器12提供到DC電源B的電力增大。
為了檢測出AC電機M1的功率平衡持續處于再生側，即為了檢測出對應于電池功率Pb變化的曲線的傾斜持續為負，上限值設置單元52進行電池功率Pb的變化對于預定時間段的累積(在本實施例中，從對應于6個周期以前的時刻t6一直到當前時刻t0)，并基于累積值做出AC電機M1的功率平衡是否持續處于再生側的判定。
采用電池功率Pb變化的累積值的原因是可能存在這樣的情況采用某些時刻之間電池功率Pb的變化(電池功率差值)不能做出AC電機M1的功率平衡持續處于再生側的判定。下面將介紹這種情況。
圖5表示電池功率Pb的變化的實例。參照圖5，考慮僅基于在當前時刻t0的電池功率Pb(t0)與時刻t7的電池功率Pb(t7)之間的差值做出AC電機M1的功率平衡是否處于再生側的判定的情況，其中，時刻t7對應于從當前時刻t0ΔTS以前的時刻。AC電機M1的功率平衡在時刻t7前處于動力運行側(電力消耗)。即使是在功率平衡在時刻t7后達到再生模式的情況下，電壓Vm不會立刻變得過大。然而，如果電池功率Pb(t7)與電池功率Pb(t0)之間的變化量超過閾值，在這種情況下，電壓指令Vdc_com——即電壓Vm的控制目標——的上限值將被從Vup1降低到Vup2。
這意味著，即使是在AC電機M1的功率平衡沒有持續處于再生側且不會產生過電壓的狀態下，電壓指令Vdc_com的上限值將被不必要地降低。這可能導致來自升壓轉換器12的輸出電壓Vm被不必要地降低的可能性。升壓轉換器12的輸出電壓Vm將根據AC電機M1的所需要的電力判定，其中，AC電機M1的所需要的電力是基于AC電機M1的轉矩指令值TR與電機轉速MRN的。不必要地降低電壓Vm是不可取的。
圖6示出了電池功率Pb的另一變化的實例。參照圖6，一種可能的考慮是將圖5所示的時間ΔTS增大到較長的時間ΔTL，以便判定AC電機M1的功率平衡是否持續處于再生側。注意，電池功率Pb可在時刻t8到時刻t0的時間段內變化，如圖6所示。因此，存在這樣的可能與圖5中的情況一樣，即使是在AC電機M1的功率平衡并非持續處于再生側且不會產生過電壓的狀態下，電壓指令Vdc_com的上限值被不必要地降低。因此，電壓Vm可能被不必要地降低。
鑒于僅由從某個時間點的電池功率差值不能正確做出AC電機M1的功率平衡是否持續處于再生側的判定的可能性，當前實施例的目的在于使用電池功率Pb變化的累積值，以便使正確的判定成為可能。
再次參照圖4，當電池功率Pb的變化的累積值低于閾值A(A為負值)且當前時刻t0的電池功率Pb(t0)與3個周期以前的電池功率Pb(t3)之間的差值低于閾值ΔPkW(ΔP為負值)時，上限值設置單元52將電壓指令Vdc_com的上限值從Vup1降低到Vup2。換言之，在電池功率Pb(t0)與電池功率Pb(t3)之間的差值等于或高于閾值ΔPkW時，上限值設置單元52不將電壓指令Vdc_com的上限值從Vup1降低到Vup2。除通過電池功率Pb變化的累積值的判定以外做出基于電池功率差值的判定，下面給出這樣做的原因。
圖7示出了電池功率Pb的另一種變化的實例。參照圖7，考慮到電池功率Pb在時刻t6-t5附近急劇下降并在之后變得穩定的情況。在這種情況下，以時刻t6的電池功率Pb(t6)為基準的、電池功率Pb變化的累積值將呈現低于閾值A的相當可觀的值。
然而，在這種情況下，不能說AC電機M1的功率平衡持續處于再生側，且電壓Vm不會持續過大。為了消除這種情況，考慮當前時刻t0時的電池功率Pb(t0)與時刻t3時的電池功率Pb(t3)之間的差值，時刻t3與時刻t6相比較近，時刻t6對應于用于計算電池功率Pb變化的累積值的基準。
具體而言，當與時刻t3的電池功率差值小時，即使電池勸率Pb的變化的累積值低于閾值A，做出AC電機M1的功率平衡并非持續處于再生側的判定。因此，電壓指令Vdc_com的上限值被設置為Vup1的一般等級。
根據上述的當前實施例，由于采用電池功率Pb的變化對于預定時間段(時刻t6-t0)的累積值做出AC電機M1的功率平衡是否持續處于再生側的判定，做出了正確的判定。當計算得到的累積值低于閾值A時，對應于升壓轉換器12的目標電壓的電壓指令Vdc_com的上限值從Vup1被降低到Vup2。因此，升壓轉換器12對電壓Vm進行控制，以便抑制輸出電壓Vm。由此，在AC電機M1的功率平衡持續處于再生側的情況下，可防止過大的變換器電壓。
進一步地，當與預定時刻(時刻t3)的電池功率差值小時，做出AC電機M1的功率平衡并非持續位于再生側的判定。因此，可保證使用電池功率Pb變化的累積值的判定方法的準確性。
電機驅動設備100被裝在例如混合動力車之中。圖8示出了對混合動力車的應用。在這種情況下，圖1所示的AC電機M1由兩個電動發電機MG1與MG2組成，且變換器14由兩個變換器組成。具體而言，分別對應于兩個電動發電機MG1與MG2地設置兩個變換器14A與14B，如圖8所示。變換器14A與14B被并聯連接到電源線PL2與接地線SL，電源線PL2與接地線SL被連接到電容器C2的相應末端。
電動發電機MG1經由動力分配機構(未示出)被耦合到發動機。電動發電機MG2經由動力分配機構被耦合到驅動輪。
變換器14A將來自升壓轉換器12的DC電壓轉換為AC電壓以驅動電動發電機MG1，另外將由電動發電機MG1采用發動機的動力產生的AC電壓轉換為DC電壓、以便供到升壓轉換器12。變換器4B將來自升壓轉換器12的DC電壓轉換為AC電壓以驅動電動發電機MG2，另外對由電動發電機MG2通過驅動輪的旋轉力產生的AC電壓進行轉換、以便供給升壓轉換器12。
當電動發電機MG1產生的電力大于電動發電機MG2消耗的電力時，電動發電機MG1與MG2的功率平衡達到再生側。當電池功率Pb的變化的累積值變為低于閾值A且電池功率Pb的變化變為低于閾值ΔPkW時，基于電動發電機MG1與MG2的功率平衡持續處于再生側的判定，控制裝置30的上限值設置單元52將電壓指令Vdc_com——其對應于升壓轉換器12的目標電壓——的上限值從Vup1降低到較低的Vup2。因此，可防止升壓轉換器12的輸出電壓Vm達到過電壓等級。
關于電池功率Pb的計算，可通過計算電流Ib與電壓Vb的乘積獲得電池功率Pb。還可采用電動發電機MG1與MG2的功率——其可基于電動發電機MG1與MG2各自的電機電流和電機電壓計算得出——獲得電池功率Pb。
盡管介紹了對電池功率Pb的變化從6個周期以前進行累積以獲得累積值的上述實施例，進行電池功率Pb變化的累積的時間段不限于這種時間段，其可以更短或更長。進一步地，盡管圖3中的步驟S40基于采用電池功率Pb從3個周期前的變化，該時間段不限于3個周期之前。
在上文中，AC電機M1對應于本發明中的“至少一個電機”。變換器14對應于本發明中的“驅動裝置”。進一步地，升壓轉換器12與控制裝置30分別對應于本發明中的“電壓轉換器”和“控制裝置”。電壓傳感器10、電流傳感器11和控制裝置30組成本發明的“傳感器裝置”。
進一步地，步驟S10、S30與S50分別對應于本發明的“第一步驟”、“第二步驟”與“第三步驟”。變換器輸入電壓指令計算單元50、反饋電壓指令計算單元54以及占空比轉換單元56所執行的處理對應于本發明中由“第四步驟”執行的處理。步驟S60對應于本發明中的“第五步驟”。
盡管詳細介紹和示出了本發明，可以明了，其僅是為了說明和示例，不是為了限制。本發明的精神和范圍僅由所附權利要求的條款限定。
權利要求
1.一種電壓轉換設備，該設備包含設置在DC電源(B)與驅動裝置(14)之間的電壓轉換器(12)，其中，所述驅動裝置(14)以動力運行模式和再生模式中的一種驅動至少一個電機(M1)，控制裝置(30)，其被配置為通過控制所述電壓轉換器(12)在不超過上限值的范圍內對來自所述DC電源(B)的電壓進行升壓，傳感器裝置(10，11，30)，其對向所述DC電源(B)輸入的以及從所述DC電源(B)輸出的電力進行檢測，且在當所述電力被從所述DC電源(B)輸出時所述電力的符號為正的情況下，當所述電力的變化對于第一預定時間段的累積值變得低于為負的第一閾值時，所述控制裝置(30)降低所述上限值。
2.根據權利要求1的電壓轉換設備，其中，當所述電力從基準值的變化對于所述第一預定時間段的所述累積值變得低于所述第一閾值時，所述控制裝置(30)降低所述上限值，所述基準值對應于在所述第一預定時間段的時間起點上的所述電力。
3.根據權利要求1的電壓轉換設備，其中，當所述電力從第二預定時間段的時間起點的變化至少為第二閾值時，所述控制裝置(30)停止降低所述上限值，其中，所述第二預定時間段短于所述第一預定時間段，所述第二閾值為負。
4.根據權利要求1-3中任意一項的電壓轉換設備，其中，所述第一預定時間段為被規定的時間段，其能夠判定所述至少一個電機(MI)的功率平衡是否持續處于再生側。
5.一種動力輸出設備，該設備包含至少一個電機(M1)，驅動裝置(14)，其以動力運行模式和再生模式中的一種驅動所述至少一個電機(M1)，可再充電的DC電源(B)，在所述DC電源(B)與所述驅動裝置(14)之間轉換電壓的電壓轉換器(12)，控制裝置(30)，其被配置為通過控制所述電壓轉換器(12)在不超過上限值的范圍內對來自所述DC電源(B)的電壓進行升壓，傳感器裝置(10，11，30)，其對向所述DC電源(B)輸入的以及從所述DC電源(B)輸出的電力進行檢測，且在當所述電力被從所述DC電源(B)輸出時所述電力的符號為正的情況下，當所述電力的變化對于第一預定時間段的累積值變得低于為負的第一閾值時，所述控制裝置(30)降低所述上限值。
6.根據權利要求5的動力輸出設備，其中，當所述電力從基準值的變化對于所述第一預定時間段的所述累積值變得低于所述第一閾值時，所述控制裝置(30)降低所述上限值，所述基準值對應于在所述第一預定時間段的時間起點上的所述電力。
7.根據權利要求5的動力輸出設備，其中，當所述電力從第二預定時間段的時間起點的變化至少為第二閾值時，所述控制裝置(30)停止降低所述上限值，其中，所述第二預定時間段短于所述第一預定時間段，所述第二閾值為負。
8.根據權利要求5-7中任意一項的動力輸出設備，其中，所述第一預定時間段為被規定的時間段，其能夠判定所述至少一個電機(M1)的功率平衡是否持續處于再生側。
9.根據權利要求5-7中任意一項的動力輸出設備，其中，所述至少一個電機(M1)包含第一與第二AC電機(MG1，MG2)，所述驅動裝置(14)包含第一變換器(14A)，其以動力運行模式與再生模式中的一種驅動所述第一AC電機(MG1)，第二變換器(14B)，其以動力運行模式與再生模式中的一種驅動所述第二AC電機(MG2)，所述動力輸出設備還包含內燃機，其被機械地耦合到所述第一AC電機(MG1)的旋轉軸，以及驅動輪，其被機械地耦合到所述第二AC電機(MG2)的旋轉軸。
10.電壓轉換器(12)的一種控制方法，其中，所述電壓轉換器(12)設置在DC電源(B)與驅動裝置(14)之間，所述驅動裝置(14)以動力運行模式和再生模式中的一種驅動至少一個電機(M1)，所述控制方法包含第一步驟，檢測向所述DC電源(B)輸入的以及從所述DC電源(B)輸出的電力，第二步驟，計算所述電力的變化對于第一預定時間段的累積值，第三步驟，在當所述電力被從所述DC電源(B)輸出時所述電力的符號為正的情況下，當所述計算得到的累積值變得低于為負的第一閾值時，降低從所述電壓轉換器(12)向所述驅動裝置(14)輸出的電壓的上限值，以及第四步驟，通過控制所述電壓轉換器(12)，在不超過所述上限值的范圍內對來自所述DC電源(B)的電壓進行升壓。
11.根據權利要求10的、電壓轉換器(12)的控制方法，其中，在所述第二步驟中，計算所述電力從基準值的變化對于所述第一預定時間段的所述累積值，所述基準值對應于在所述第一預定時間段的時間起點上的所述電力。
12.根據權利要求10的、電壓轉換器(12)的控制方法，其還包含第五步驟當所述電力從第二預定時間段的時間起點的變化至少為第二閾值時，停止降低所述上限值，其中，所述第二預定時間段短于所述第一預定時間段，所述第二閾值為負。
13.根據權利要求10-12中任意一項的、電壓轉換器(12)的控制方法，其中，所述第一預定時間段為被規定的時間段，其能夠判定所述至少一個電機(M1)的功率平衡是否持續處于再生側。
14.根據權利要求10-12中任意一項的、電壓轉換器(12)的控制方法，其中，所述至少一個電機(M1)包含第一與第二AC電機(MG1，MG2)，所述驅動裝置(14)包含第一變換器(14A)以及第二變換器(14B)，所述第一變換器(14A)以動力運行模式與再生模式中的一種驅動所述第一AC電機(MG1)，所述第二變換器(14B)以動力運行模式與再生模式中的一種驅動所述第二AC電機(MG2)，所述第一AC電機(MG1)的旋轉軸被機械地耦合到內燃機，且所述第二AC電機(MG2)的旋轉軸被機械地耦合到驅動輪。
全文摘要
控制裝置(30)的上限值設置單元(52)進行電池功率(Pb)的變化的累積，并判定該累積值是否低于預先設置的第一閾值(A)(負值)(步驟S30)。當做出累積值低于第一閾值(A)且電池功率差值低于第二閾值(ΔP kW)(負值)的判定時(步驟S40)，上限值設置單元(52)將Vup2設置為變換器輸入電壓指令的上限值(步驟S50)，其中，Vup2低于一般的Vup1。
文檔編號H02P27/00GK101018008SQ20071000706
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月8日 優先權日2006年2月10日
發明者落合清惠, 小柳博之 申請人:豐田自動車株式會社