專利名稱：轉(zhuǎn)換器控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換器控制裝置，特別是，包括并聯(lián)連接的多個(gè) 轉(zhuǎn)換器并根據(jù)轉(zhuǎn)換器的通過電力而改變驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的相數(shù)的轉(zhuǎn)換器
控制裝置，所述轉(zhuǎn)換器連接在第1電源和第2電源之間，具備多個(gè)開
關(guān)元件和電抗器，向雙方向進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
在利用燃料電池的電源系統(tǒng)中，為了應(yīng)付超過燃料電池的發(fā)電能 力的負(fù)荷變動(dòng)，提高系統(tǒng)效率，或者作為負(fù)荷利用可再生的電動(dòng)機(jī)時(shí) 回收再生電力，設(shè)置用于對(duì)二次電池的輸出進(jìn)行升壓或降壓的電壓轉(zhuǎn) 換器并與燃料電池的輸出端子連接而提供電力。其中，電壓轉(zhuǎn)換器是
具有轉(zhuǎn)換直流電壓功能的轉(zhuǎn)換器，有時(shí)叫做DC/DC轉(zhuǎn)換器，例如，使 用包括開關(guān)元件和電抗器的轉(zhuǎn)換器。并且考慮到減小開關(guān)元件的額定 容量等，并聯(lián)連接多個(gè)轉(zhuǎn)換器而使用。
例如，日本特開2006-33934號(hào)公報(bào)中公開了以下內(nèi)容，為了應(yīng)付 超過燃料電池充電能力的急劇的負(fù)荷量變化，將多相動(dòng)作的電壓轉(zhuǎn)換 器連接在燃料電池和蓄電池之間，預(yù)測(cè)負(fù)荷量的變化而改變電壓轉(zhuǎn)換 器的相數(shù)和占空比(duty)。并且， 一般，在包括多相的電壓轉(zhuǎn)換器中， 根據(jù)與輸入輸出轉(zhuǎn)換能量或動(dòng)作工作量對(duì)應(yīng)的通過電力的值，在轉(zhuǎn)換 器中所損失的損失電力發(fā)生變動(dòng)，當(dāng)通過電力多時(shí)，相數(shù)多的三相運(yùn) 轉(zhuǎn)比單相運(yùn)轉(zhuǎn)損失少，當(dāng)通過電力少時(shí)，單相運(yùn)轉(zhuǎn)比三相運(yùn)轉(zhuǎn)損失少。 也就是說，這是因?yàn)椋谌鄻蚴睫D(zhuǎn)換器中的損失有由于電抗器的線 圈而損失的電抗器銅損、由于開關(guān)元件的動(dòng)作而損失的模塊損失以及 由于電抗器磁性體而損失的電抗器鐵損，其中，電抗器銅損和模塊損 失隨著通過電力增大而增大，單相運(yùn)轉(zhuǎn)比三相運(yùn)轉(zhuǎn)大，而電抗器鐵損幾乎不受通過電力影響，三相運(yùn)轉(zhuǎn)比單相運(yùn)轉(zhuǎn)大。并且，在通過電力 少的區(qū)域進(jìn)行單相運(yùn)轉(zhuǎn)，而在通過電力大的區(qū)域進(jìn)行三相運(yùn)轉(zhuǎn)，從三 相運(yùn)轉(zhuǎn)切換成單相運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于電壓轉(zhuǎn)換所涉及的交流電流的實(shí)效值 變動(dòng)，在PID控制中電壓、電流和電力暫時(shí)發(fā)生變動(dòng)，因此使占空比 暫時(shí)上升而補(bǔ)充不足的電力。
另外，日本特開2003-235252號(hào)公報(bào)中公開了以下方法，在多個(gè) DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)置在逆變器和蓄電池之間時(shí)使轉(zhuǎn)換效率最大化。其中， 使用主從式DC/DC轉(zhuǎn)換器，多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器中一個(gè)作為主DC/DC 轉(zhuǎn)換器，將主DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電力或輸出電力作為參考電力，確 定包括主DC/DC轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作的DC/DC轉(zhuǎn)換器的數(shù)量，然后在不超 過蓄電池的最大允許充電電壓和最大允許充電電流的范圍內(nèi)，增減所 述主從式DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓而計(jì)算其轉(zhuǎn)換效率，調(diào)整輸出電壓 使得轉(zhuǎn)換效率與最大轉(zhuǎn)換效率大概一致。另外，DC/DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換 效率有一次側(cè)的開關(guān)損失和由于二次側(cè)的整流二極管的正方向電壓下 降引起的損失，高輸入電力時(shí)一次側(cè)的損失增大，低輸入電力時(shí)一次 側(cè)的損失減少而二次側(cè)的損失占主導(dǎo)。
日本特開2003-111384號(hào)公報(bào)中公開了以下方法，在通過并聯(lián)連 接的多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換主電源的電力的電壓并提供給輔助蓄電池 的情況下，避免特定的DC/DC轉(zhuǎn)換器的使用頻率變高。其中，按照預(yù) 定的規(guī)定順序改變多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器的各啟動(dòng)順序，作為預(yù)定的規(guī)定 順序，測(cè)定各DC/DC轉(zhuǎn)換器的電壓一電流特性，并根據(jù)其內(nèi)容設(shè)定等。
這樣，在并聯(lián)連接多個(gè)轉(zhuǎn)換器而使用的結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行以下控制， 根據(jù)其通過電力改變驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的相數(shù)。其中，例如可以利用映射 等通過運(yùn)算而求得通過電力。舉一個(gè)例子，從二次電池的輸出電壓和 輸出電流的測(cè)定值求得對(duì)于二次電池的轉(zhuǎn)換器的輸出電力，從中減去 負(fù)荷損失，對(duì)此乘以轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率，從而求得轉(zhuǎn)換器的通過電力。 但是，這種運(yùn)算存在運(yùn)算延遲或運(yùn)算誤差，因此不能確切地求得轉(zhuǎn)換器的通過電力，還不足以使轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)相數(shù)的變更確切地跟隨于負(fù) 荷的變動(dòng)。并且，在多相驅(qū)動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)各相的通過電力不均勻的情況 是不理想的。
本發(fā)明的目的在于提供一種轉(zhuǎn)換器控制裝置，能夠確切地求得轉(zhuǎn) 換器的通過電力。另外目的在于提供一種轉(zhuǎn)換器控制裝置，對(duì)于由多 相驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器，能夠使各相的通過電力均勻化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)換器控制裝置，包括并聯(lián)連接多相轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)， 所述轉(zhuǎn)換器連接在第1電源和第2電源之間，所述轉(zhuǎn)換器具備多個(gè)開 關(guān)元件和電抗器并向雙方向進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置根據(jù) 轉(zhuǎn)換器的通過電力改變被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的相數(shù)，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置 的特征在于，包括電流檢測(cè)裝置，檢測(cè)流過電抗器的電流，以及根 據(jù)檢測(cè)出的電流求得通過驅(qū)動(dòng)中的轉(zhuǎn)換器的電力的裝置。
另外，本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)換器控制裝置，包括并聯(lián)連接三相轉(zhuǎn)換器 的結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)換器連接在第1電源和第2電源之間，所述轉(zhuǎn)換器具 備多個(gè)開關(guān)元件和電抗器并向雙方向進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，所述轉(zhuǎn)換器控制 裝置根據(jù)轉(zhuǎn)換器的通過電力改變被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的相數(shù)，所述轉(zhuǎn)換器 控制裝置的特征在于，包括第一差動(dòng)電流計(jì)，設(shè)置在與三相對(duì)應(yīng)的 三個(gè)電抗器中的一個(gè)共用電抗器和另兩個(gè)電抗器中的一個(gè)電抗器之 間，檢測(cè)流過共用電抗器的電流和流過所述一個(gè)電抗器的電流之差； 第二差動(dòng)電流計(jì)，設(shè)置在共用電抗器和另兩個(gè)電抗器中的另一個(gè)電抗 器之間，檢測(cè)流過共用電抗器的電流和流過所述另一個(gè)電抗器的電流 之差；以及根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值和第二差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值 求得通過驅(qū)動(dòng)中的電抗器的電力的裝置。
另外，在本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)換器控制裝置中，當(dāng)被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的 相數(shù)是單相時(shí)，根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)和第二差動(dòng)電流計(jì)中的設(shè)置在驅(qū)
6動(dòng)中的電抗器上的差動(dòng)電流計(jì)的檢側(cè)值求得通過驅(qū)動(dòng)中的電抗器的電 力。
另外，在本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)換器控制裝置中，當(dāng)被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的 相數(shù)是兩相時(shí)，停止相當(dāng)于共用電抗器的相，根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)的 檢測(cè)值和第二差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值求得通過驅(qū)動(dòng)中的電抗器的電力。
另外，在本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)換器控制裝置中，優(yōu)選包括電力均勻化 裝置，求得多個(gè)被驅(qū)動(dòng)時(shí)的平均通過電力，使各相的電力均勻化。
并且，電力均勻化裝置，優(yōu)選包括平均通過電流計(jì)算裝置，根據(jù) 第一差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值和第二差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值，求得流過多個(gè) 相的通過電流之和并計(jì)算每個(gè)相的平均通過電流，以及驅(qū)動(dòng)占空比計(jì) 算裝置，根據(jù)平均通過電流與流過各相的通過電流之差求得使各相的 電力均勻化的各相驅(qū)動(dòng)占空比。
并且，電力均勻化裝置，優(yōu)選在每個(gè)驅(qū)動(dòng)占空比的計(jì)算周期執(zhí)行 使各相的電力均勻化的處理。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的至少之一，轉(zhuǎn)換器控制裝置，包括并聯(lián)連接三相 轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換器具備多個(gè)開關(guān)元件和電抗器并向雙方向進(jìn)行電 壓轉(zhuǎn)換，并且所述轉(zhuǎn)換器控制裝置在根據(jù)轉(zhuǎn)換器的通過電壓改變被驅(qū) 動(dòng)的轉(zhuǎn)換器相數(shù)時(shí)，檢測(cè)流過電抗器的電流，根據(jù)其檢測(cè)出的電流求 得通過被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的電力。能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)流過電抗器的電流，通 過對(duì)此乘以電壓，能夠?qū)崟r(shí)取得通過轉(zhuǎn)換器的電力。因此，與利用映 射等的運(yùn)算相比，運(yùn)算延遲或運(yùn)算誤差等少，能夠確切地求得轉(zhuǎn)換器 的通過電力。
另外，由于將兩個(gè)差動(dòng)電流計(jì)設(shè)置在與三相轉(zhuǎn)換器分別對(duì)應(yīng)的三 個(gè)電抗器之間，根據(jù)這兩個(gè)差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值求得通過被驅(qū)動(dòng)的電抗器的電力，因此，與對(duì)三個(gè)電抗器都分別設(shè)置電流檢測(cè)計(jì)相比，能 夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
另外，如果被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的相數(shù)是單相時(shí)，從第一差動(dòng)電流計(jì) 和第二差動(dòng)電流計(jì)中，根據(jù)設(shè)置在被驅(qū)動(dòng)的電抗器上的差動(dòng)電流計(jì)的 檢側(cè)值求得通過被驅(qū)動(dòng)的電抗器的電力。另外，如果被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器 的相數(shù)是兩相時(shí)，停止相當(dāng)于共用電抗器的相，根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì) 的檢測(cè)值和第二差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值求得通過被驅(qū)動(dòng)的電抗器的電 力。這樣，即使轉(zhuǎn)換器的相數(shù)變更，也能夠根據(jù)兩個(gè)差動(dòng)電流計(jì)的檢 測(cè)值求得通過被驅(qū)動(dòng)的電抗器的電力。
另外，由于求得在多相驅(qū)動(dòng)時(shí)的平均通過電力，使各相的電力均 勻化，因此，對(duì)于設(shè)置多個(gè)的各轉(zhuǎn)換器，能夠使各個(gè)負(fù)荷均勻化。
另外，由于根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值和第二差動(dòng)電流計(jì)的檢 測(cè)值求得流過多相的通過電流之和并計(jì)算每個(gè)相的平均通過電流，并 根據(jù)平均通過電流和流過各相的通過電流之差求得使各相的電力均勻 化的各相驅(qū)動(dòng)占空比，因此，對(duì)于與各相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換器，能夠使各個(gè) 負(fù)荷均勻化。
另外，由于按照計(jì)算驅(qū)動(dòng)占空比的周期執(zhí)行使各相的電力均勻化 的處理，因此，對(duì)于設(shè)置多個(gè)的各轉(zhuǎn)換器，在時(shí)問上能夠仔細(xì)地使各 個(gè)負(fù)荷均勻化。


圖1是表示包括本發(fā)明實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器控制裝置的車輛用電源 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是在本發(fā)明的實(shí)施方式中，將轉(zhuǎn)換器裝置的驅(qū)動(dòng)相數(shù)作為參 數(shù)，示意性地說明通過轉(zhuǎn)換器的電力和轉(zhuǎn)換器裝置的損失之間的關(guān)系 的圖。圖3是在本發(fā)明的實(shí)施方式中，按照轉(zhuǎn)換器裝置的各驅(qū)動(dòng)相數(shù)分 別表示利用兩個(gè)差動(dòng)電流計(jì)求得通過電流的情況的圖。
圖4是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式中，根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè) 值和第二差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值，求得流過三相的通過電流之和并計(jì)算 每個(gè)相的平均通過電流的情況的圖。
圖5是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式中，求得每個(gè)相的平均通過電流 值和流過各相的電流值之間的偏差的情況的圖。
圖6是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式中，為了使由各相通過電流值的
平均通過電流值的偏差接近于零，改變各相位的驅(qū)動(dòng)占空比的情況的 圖。
具體實(shí)施例方式
下面使用附圖詳細(xì)說明本發(fā)明涉及的實(shí)施方式。下面，作為適用 轉(zhuǎn)換器控制裝置的電源系統(tǒng)，對(duì)連接在車輛驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)上的 車輛搭載用電源系統(tǒng)進(jìn)行說明，但也可以是適用于車輛以外的電源系 統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器控制裝置。例如，建筑內(nèi)固定的電源系統(tǒng)等。另外，作為 適用轉(zhuǎn)換器控制裝置的電源系統(tǒng)，對(duì)第一電源為鎳氫型二次電池，第 二電源為固體高分子膜型燃料電池的情況進(jìn)行說明，但也可以是這些 種類之外的電源。例如，作為二次電池，可以使用鋰離子型電池，作 為燃料電池，可以使用固體電解質(zhì)型以外的電池。另外，下面，作為 轉(zhuǎn)換器，對(duì)并聯(lián)連接三個(gè)轉(zhuǎn)換器電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，但構(gòu)成轉(zhuǎn)換器 裝置的轉(zhuǎn)換器電路的數(shù)量可以是三以外的多個(gè)。
圖1是表示包括轉(zhuǎn)換器控制裝置20的車輛用電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖。 其中，作為連接在車輛用電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)16上的電源系統(tǒng)，表示了作為 第一電源的二次電池10、作為第二電源的燃料電池12以及設(shè)置在其之 間的轉(zhuǎn)換器裝置30。通過控制部40控制轉(zhuǎn)換器裝置30的動(dòng)作。因此， 包括轉(zhuǎn)換器裝置30和控制部40而構(gòu)成了轉(zhuǎn)換器控制裝置20。
另外，所述電源系統(tǒng)經(jīng)由逆變器14連接在電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)16上。
9逆變器14具有以下功能，將所述電源系統(tǒng)的直流電力轉(zhuǎn)換成三相交流 電力，并提供給電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)16，作為車輛驅(qū)動(dòng)源起作用，另外，在
制動(dòng)車輛時(shí)，將由電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)16所回收的再生能量轉(zhuǎn)換成直流電
力，并作為充電電力提供給所述電源系統(tǒng)。
二次電池IO是可充放電高電壓電源組，組合如鎳氫單電池或鋰離 子單電池等多個(gè)單電池，具有所希望的高電壓。例如，可以將200V 400V左右的高電壓提供給正極母線和負(fù)極母線之間。
燃料電池12是一種組合多個(gè)燃料電池單元而能夠取出所希望的 高電壓的發(fā)電電力的組電池，叫做燃料電池堆。其中，各燃料電池單 元具有以下功能，向陽極側(cè)提供作為燃料氣體的氫，向陰極側(cè)提供作 為氧化氣體的空氣，通過經(jīng)由作為固體高分子膜的電解質(zhì)膜的電池化 學(xué)反應(yīng)而取出所需要的電力。例如，燃料電池12可以將200V 400 V左右的高電壓提供給正極母線和負(fù)極母線之間。
轉(zhuǎn)換器裝置30是包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器電路的裝置。轉(zhuǎn)換器電路是具有 在作為第一電源的二次電池10和作為第二電源的燃料電池12之間進(jìn) 行電壓轉(zhuǎn)換的功能的直流電壓轉(zhuǎn)換電路。使用多個(gè)轉(zhuǎn)換器電路是為了 不增大構(gòu)成轉(zhuǎn)換器電路的電子元件的額定容量而應(yīng)付大的負(fù)荷。圖1 的例子中，并聯(lián)連接三個(gè)轉(zhuǎn)換器電路而構(gòu)成了一個(gè)轉(zhuǎn)換器裝置30。例 如，通過將三個(gè)轉(zhuǎn)換器電路的相位相互錯(cuò)開120°，并進(jìn)行所謂的三相 驅(qū)動(dòng)，從而能夠減輕各個(gè)轉(zhuǎn)換器電路的負(fù)荷。
轉(zhuǎn)換器裝置30具有以下功能，例如，在燃料電池12的發(fā)電能力 不能夠應(yīng)付電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)16等的負(fù)荷變動(dòng)時(shí)等，對(duì)二次電池10的電 力進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，提供給燃料電池12側(cè)，作為電源系統(tǒng)整體應(yīng)付電動(dòng) 機(jī)/發(fā)電機(jī)16等的負(fù)荷。
構(gòu)成轉(zhuǎn)換器裝置30的轉(zhuǎn)換器電路包括包括設(shè)置在第一電源側(cè)的多個(gè)開關(guān)元件和多個(gè)整流器的一次側(cè)開關(guān)電路、同樣包括設(shè)置在第二 電源側(cè)的多個(gè)開關(guān)元件和多個(gè)整流器的二次側(cè)開關(guān)電路、以及設(shè)置在 一次側(cè)開關(guān)電路和二次側(cè)開關(guān)電路之間的電抗器。
一次側(cè)開關(guān)電路可以包括，串聯(lián)連接在高電壓線的正極母線和負(fù) 極母線之間的兩個(gè)開關(guān)元件和分別與各開關(guān)元件并聯(lián)連接的兩個(gè)整流 器。有時(shí)會(huì)將連接在正極母線側(cè)的開關(guān)元件等叫做上側(cè)臂，將連接在 負(fù)極母線側(cè)的開關(guān)元件等叫做下側(cè)臂。二次側(cè)開關(guān)電路也可以同樣構(gòu)
成。作為開關(guān)元件，例如可以使用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵極型功率管)等高電壓大功率用開關(guān)元件，作為整 流器可以使用大功率用二極管。
電抗器是具有能夠蓄積或放出磁能量的功能的元件，使用空心線
圈或具有磁心的線圈。電抗器設(shè)置成連接一次側(cè)開關(guān)電路的兩個(gè)開關(guān) 元件的連接點(diǎn)與二次側(cè)開關(guān)電路的兩個(gè)開關(guān)元件的連接點(diǎn)。
轉(zhuǎn)換器電路，能夠以適當(dāng)?shù)臅r(shí)序，對(duì)于構(gòu)成一次側(cè)開關(guān)電路的上 側(cè)臂和下側(cè)臂以及構(gòu)成二次側(cè)開關(guān)電路的上側(cè)臂和下側(cè)臂的每一個(gè)進(jìn) 行ON/OFF控制，從而將第一電源側(cè)的電力轉(zhuǎn)換成交流能量并作為磁 能量暫時(shí)蓄積在電抗器中，再將該蓄積的磁能量轉(zhuǎn)換成交流能量并作 為電力提供給第二電源側(cè)。通過改變其開關(guān)的ON/OFF比，即占空比 (duty)，能夠使第一電源側(cè)的電壓升壓而提供給第二電源側(cè)，或者也 能夠使第一電源側(cè)的電壓降壓而提供給第二電源側(cè)。同樣，也能夠?qū)?第二電源側(cè)的電力進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換而提供給第一電源側(cè)。
設(shè)置在電抗器的兩個(gè)差動(dòng)電流計(jì)54、 56具有檢測(cè)流過電抗器的電 流的功能。為了檢測(cè)流過電抗器的電流，在各電抗器上分別設(shè)置電流 探測(cè)器等電流檢測(cè)元件即可。因此，在這里采用了以下結(jié)構(gòu)，將第一 差動(dòng)電流計(jì)54設(shè)置在與三相對(duì)應(yīng)的三個(gè)電抗器中的一個(gè)共用電抗器和 另外兩個(gè)電抗器中的一個(gè)電抗器之間，而將第二差動(dòng)電流計(jì)56設(shè)置在共用電抗器和另外兩個(gè)電抗器中的另一個(gè)電抗器之間，通過這兩個(gè)差 動(dòng)電流計(jì)檢測(cè)流過轉(zhuǎn)換器裝置30的電流。作為差動(dòng)電流計(jì)，可以使用 具有檢測(cè)由電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的線圈的磁場(chǎng)檢測(cè)型電流探測(cè)器等。
控制部40與轉(zhuǎn)換器裝置30 —起構(gòu)成轉(zhuǎn)換器控制裝置20，具體說， 具有對(duì)應(yīng)于負(fù)荷而控制轉(zhuǎn)換器裝置30的電壓轉(zhuǎn)換動(dòng)作的功能?？刂撇?40可以由車輛搭載用的計(jì)算機(jī)來構(gòu)成?？刂撇?0可以由獨(dú)立的計(jì)算機(jī) 來構(gòu)成，但是也可以使其他車載用計(jì)算機(jī)具有控制部40的功能。例如， 如果車輛設(shè)有混合CPU等，則可以使混合CPU具有控制器40的功能。
控制部40包括通過電力計(jì)算模塊42，計(jì)算通過轉(zhuǎn)換器裝置30的 電力；電力均勻化模塊44，在構(gòu)成轉(zhuǎn)換器裝置30的各轉(zhuǎn)換器電路之間 進(jìn)行通過電力的均勻化；驅(qū)動(dòng)相數(shù)變更模塊46，根據(jù)通過電力改變轉(zhuǎn) 換器裝置30的驅(qū)動(dòng)相數(shù)；以及電壓轉(zhuǎn)換控制模塊48，控制轉(zhuǎn)換器裝置 30而執(zhí)行所希望的電壓轉(zhuǎn)換?？梢酝ㄟ^軟件來實(shí)現(xiàn)這些功能，具體的 說，通過執(zhí)行對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換器控制程序來實(shí)現(xiàn)。另外，也可以通過硬件 來實(shí)現(xiàn)部分功能。
控制部40中的電壓轉(zhuǎn)換控制模塊48具有以下功能，對(duì)構(gòu)成轉(zhuǎn)換 器裝置30的各開關(guān)元件的ON/OFF的時(shí)序和ON/OFF的占空比等進(jìn)行 控制，在二次電池10和燃料電池12之間執(zhí)行所希望的電壓轉(zhuǎn)換。例 如，可以通過增大占空比使二次電池10的電壓升壓并提供給燃料電池 12側(cè)，通過減少占空比使二次電池10的電壓降壓并提供給燃料電池 12側(cè)。
驅(qū)動(dòng)相數(shù)變更模塊46具有以下功能，根據(jù)通過轉(zhuǎn)換器裝置30的 電力，改變構(gòu)成轉(zhuǎn)換器裝置30的三個(gè)轉(zhuǎn)換器電路中驅(qū)動(dòng)的數(shù)量。圖2 是將轉(zhuǎn)換器裝置30的驅(qū)動(dòng)相數(shù)作為參數(shù)，示意地說明通過轉(zhuǎn)換器裝置 30的電力和轉(zhuǎn)換器裝置30的損失之間關(guān)系的圖。圖2中，橫軸是轉(zhuǎn)換 器通過電力，縱軸是轉(zhuǎn)換器裝置30的損失。關(guān)于轉(zhuǎn)換器通過電力的符號(hào)，電流從二次電池側(cè)流到燃料電池側(cè)時(shí)使用+來表示，電流從燃料電 池側(cè)流到二次電池側(cè)時(shí)使用-來表示。其中，損失特性曲線51表示在轉(zhuǎn)
換器裝置30中僅驅(qū)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)換器電路的單相驅(qū)動(dòng)的情況、損失特性曲 線52表示驅(qū)動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)換器電路的兩相驅(qū)動(dòng)的情況，損失特性曲線53 表示驅(qū)動(dòng)三個(gè)轉(zhuǎn)換器電路的三相驅(qū)動(dòng)的情況。
如上述日本特開2006-33934號(hào)公報(bào)中所述，使用開關(guān)元件和電抗
器的轉(zhuǎn)換器的損失，有由于電抗器的線圈而損失的電抗器銅損、由于
開關(guān)元件的動(dòng)作而損失的模塊損失以及由于電抗器磁性體而損失的電 抗器鐵損。其中，電抗器銅損和模塊損失隨著通過電力增大而增大，
單相運(yùn)轉(zhuǎn)比三相運(yùn)轉(zhuǎn)大，而電抗器鐵損幾乎不受通過電力影響，三相 運(yùn)轉(zhuǎn)比單相運(yùn)轉(zhuǎn)大。圖2中表示了這樣的情況。也就是說，通過電力 小而處于A范圍時(shí)，單相驅(qū)動(dòng)的損失特性曲線51損失最少。然后，通 過電流增大而處于B范圍時(shí)，兩相驅(qū)動(dòng)的損失特性曲線52損失最少。 進(jìn)一步，通過電力增大而處于C范圍時(shí)，三相驅(qū)動(dòng)的損失特性曲線53 損失最少。
基于圖2的結(jié)果，控制部40的驅(qū)動(dòng)相數(shù)變更模塊46根據(jù)轉(zhuǎn)換器 裝置30的通過電力，通過電力處于A范圍時(shí)指示單相驅(qū)動(dòng)，通過電力 處于B范圍時(shí)指示兩相驅(qū)動(dòng)，通過電力處于C范圍時(shí)指示三相驅(qū)動(dòng)。
在此，單相驅(qū)動(dòng)時(shí)的損失特性曲線51和兩相驅(qū)動(dòng)時(shí)損失特性曲線 52的交點(diǎn)是A范圍和B范圍的分歧點(diǎn)，而兩相驅(qū)動(dòng)時(shí)的損失特性曲線 52和三相驅(qū)動(dòng)時(shí)損失特性曲線53的交點(diǎn)是B范圍和C范圍的分歧點(diǎn)。 由于可以預(yù)先求得各損失特性曲線，因此可以分別預(yù)先設(shè)定成為A范 圍和B范圍的分歧點(diǎn)的單相驅(qū)動(dòng)-兩相驅(qū)動(dòng)變更的通過電力的值，以及 成為B范圍和C范圍的分歧點(diǎn)的兩相驅(qū)動(dòng)-三相驅(qū)動(dòng)變更的通過電力的 值。假如將前者的絕對(duì)值作為單相-兩相變更閾值Pu，將后者的絕對(duì)值 作為兩相-三相變更閾值P23，那么求得轉(zhuǎn)換器裝置30的通過電力的絕
對(duì)值P，可以當(dāng)P《P,2時(shí)指示單相驅(qū)動(dòng)，當(dāng)Pi2〈P〈P23時(shí)指示兩相驅(qū)動(dòng)，當(dāng)P》P23時(shí)指示三相驅(qū)動(dòng)。
再回到圖1，控制部40的通過電力計(jì)算模塊42具有以下功能， 根據(jù)設(shè)置在電抗器上的兩個(gè)差動(dòng)電流計(jì)54、 56的檢測(cè)值，實(shí)時(shí)計(jì)算通 過轉(zhuǎn)換器裝置30的電力。
圖3是表示按照轉(zhuǎn)換器的各驅(qū)動(dòng)相數(shù)分別表示利用兩個(gè)差動(dòng)電流 計(jì)54、 56求得通過電流的情況的圖。另外，使用在圖l中的符號(hào)來說 明。圖3 (a)是三相驅(qū)動(dòng)，即電流分別流過與三個(gè)轉(zhuǎn)換器電路對(duì)應(yīng)的 三個(gè)電抗器的情況。如圖3 (a)所示，流過與三相對(duì)應(yīng)的三個(gè)電抗器 的電流分別為U、 IB、 Ic， lB所流過的電抗器作為共用電抗器。兩個(gè)差 動(dòng)電流計(jì)54、 56是檢測(cè)流過電抗器的電流的裝置。第一差動(dòng)電流計(jì)54 設(shè)置在共用電抗器和另外兩個(gè)電抗器中U所流過的一個(gè)電抗器之間。 因此，第一差動(dòng)電流計(jì)54可以檢測(cè)差動(dòng)電流X二lA-lB。第二差動(dòng)電流 計(jì)56設(shè)置在共用電抗器和另外兩個(gè)電抗器中Ic所流過的另一個(gè)電抗器 之間。因此，第二差動(dòng)電流計(jì)56可以檢測(cè)差動(dòng)電流Y = IC-IB?；谶@ 些檢測(cè)值，可以分別求得流過各電抗器的電流U、 IB、 Ic。
圖3 (b)是兩相驅(qū)動(dòng)，即電流分別流過與三個(gè)轉(zhuǎn)換器電路中的兩 個(gè)電路對(duì)應(yīng)的兩個(gè)電抗器的情況。在這種情況下，將與未驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換 器電路對(duì)應(yīng)的電抗器作為共用電抗器，設(shè)置兩個(gè)差動(dòng)電流計(jì)54、 56。 也就是說，如圖3 (b)所示，第一差動(dòng)電流計(jì)54設(shè)置在未流過電流的 共用電抗器和電流IA所流過的電抗器之間，第二差動(dòng)電流計(jì)56設(shè)置在 未流過電流的共用電抗器和電流Ic所流過的電抗器之間。因此，第一 差動(dòng)電流計(jì)54可以檢測(cè)差動(dòng)電流X二U，而第二差動(dòng)電流計(jì)56可以檢 測(cè)差動(dòng)電流Y = IC。
換句話說，從三相驅(qū)動(dòng)改變成兩相驅(qū)動(dòng)時(shí)，只要停止與兩個(gè)差動(dòng) 電流計(jì)54、 56共用的共用電抗器對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換器電路的驅(qū)動(dòng)即可。這樣， 即使不一一改變兩個(gè)差動(dòng)電流計(jì)54、 56的連接，也可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換器裝
14置30的驅(qū)動(dòng)相數(shù)的變更，從而直接檢測(cè)流過被驅(qū)動(dòng)的電抗器的電流。
圖3 (C)是單相驅(qū)動(dòng)，即電流只流過與三個(gè)轉(zhuǎn)換器電路中的一個(gè) 轉(zhuǎn)換器電路對(duì)應(yīng)的一個(gè)電抗器的情況。在這種情況下，可以利用連接 在與被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器電路對(duì)應(yīng)的電抗器上的差動(dòng)電流計(jì)，檢測(cè)流過電 抗器的電流。圖3 (C)中表示，假定電流lA所流過的電抗器被驅(qū)動(dòng)，
利用第一差動(dòng)電流計(jì)54檢測(cè)差動(dòng)電流X二U的情況。在其他的情況下， 例如，與圖3 (a)中說明的電流Ic所流過的電抗器對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換器電路 被驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以利用第二差動(dòng)電流計(jì)56檢測(cè)差動(dòng)電流X = IC。如果與 共用電抗器對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換器電路被驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以利用第一差動(dòng)電流計(jì)54 或者第二差動(dòng)電流計(jì)56檢測(cè)差動(dòng)電流X二-lB或者差動(dòng)電流Y=-IB。
這樣，根據(jù)兩個(gè)差動(dòng)電流計(jì)54、 56的檢測(cè)值，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)與被 驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器電路對(duì)應(yīng)的電抗器中流過的電流。因此，根據(jù)這樣檢測(cè) 出的各電流值以及對(duì)轉(zhuǎn)換器裝置30施加的電壓，即二次電池10或燃 料電池12的電壓，可以實(shí)時(shí)計(jì)算通過轉(zhuǎn)換器裝置30的電力。另外， 當(dāng)構(gòu)成轉(zhuǎn)換器裝置30的轉(zhuǎn)換器電路的數(shù)量為三以外的多個(gè)吋，也可以 通過利用合適數(shù)量的電流檢測(cè)裝置而檢測(cè)流過各電抗器的電流，從而 實(shí)時(shí)求得轉(zhuǎn)換器的通過電力。另外，如上所述，通過利用差動(dòng)電流計(jì)， 可以利用比電抗器數(shù)量少的電流檢測(cè)裝置而求得轉(zhuǎn)換器的通過電力。
再回到圖1，控制部40的電力均勻化模塊44具有以下功能，使 構(gòu)成轉(zhuǎn)換器裝置30的各轉(zhuǎn)換器電路中分別流過的電流均勻化。也就是 說，具有在各轉(zhuǎn)換器電路之間使各通過電力均勻的功能。具體說具有 以下功能，求得三相驅(qū)動(dòng)時(shí)的平均通過電力，以及執(zhí)行各相中的開關(guān) 的占空比的變更，以使各相的電力成為所述平均通過電力的1/3的值。 優(yōu)選按照在電壓轉(zhuǎn)換時(shí)執(zhí)行的計(jì)算驅(qū)動(dòng)占空比的周期進(jìn)行這些功能。 這樣，在時(shí)間上能夠仔細(xì)地使通過各轉(zhuǎn)換器電路的電力均勻化。
圖4是表示根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)54的檢測(cè)值X和第二差動(dòng)電流計(jì)56的檢測(cè)值Y，求得流過三個(gè)相的通過電流之和并計(jì)算每個(gè)相的平均
通過電流的情況的圖。如圖3 (a)中說明，假定流過三個(gè)電抗器的電 流分別為U、 IB、 Ic，第一差動(dòng)電流計(jì)54的檢測(cè)值X =IA-IB，第二差 動(dòng)電流計(jì)56的檢測(cè)值Y=IC-IB。因此，流過三個(gè)相的通過電流之總和 是Ia+Ib+Ic二3Ib+X+Y。其中，如上所述，lB是流過共用電抗器的電流。 由此，三相驅(qū)動(dòng)時(shí)的每個(gè)相的平均通過電流是Iave = IB+(X+Y)/3，對(duì)此 乘以二次電池或燃料電池的輸出電壓V，從而可以求得每個(gè)相的平均 通過電力。
圖5是表示求得每個(gè)相的平均通過電流值和流過各相的電流值之 間的偏差的情況的圖。例如，流過共用電抗器的電流值lB與平均通過 電流值Iave的偏差A(yù)lB為AIB = Iave-IB = IB+{ (X+Y) /3}-IB= (X+Y)
/3，因此，可以根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)54的檢測(cè)值X和第二差動(dòng)電流計(jì) 56的檢測(cè)值Y求得。如圖5所示，流過其他電抗器的電流值與平均通 過電流值的偏差也可以根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)54的檢測(cè)值X和第二差動(dòng) 電流計(jì)56的檢測(cè)值Y求得。
圖6是表示為了使圖5中求得的各相通過電流值與平均通過電流 值的偏差接近于零而改變各相的驅(qū)動(dòng)占空比的情況的圖。例如，為了 使流過共用電抗器的電流值IB與平均通過電流值Iave的偏差(X +Y) /3 接近于零，對(duì)該偏差相對(duì)于額定通過電流的比例乘以預(yù)定的系數(shù)，校 正之前的占空比。圖6中，假定現(xiàn)在的前一個(gè)驅(qū)動(dòng)占空比為Duty-B (old)，額定的通過電力為P， 二次電池或燃料電池的電壓為V，由 于每一個(gè)的額定通過電流可以為P/3V，因此對(duì)偏差(X+Y) /3相對(duì)于 該額定通過電流的比例乘以系數(shù)KB，對(duì)Duty-B (old)進(jìn)行校正，而作 為下一個(gè)占空比Duty-B。也就是說，通過Duty-B = Duty- B (old) + KB[{ (X+Y) /3}/{P/3V}]，可以使與流過共用電抗器的電流值IB的平 均通過電流值Ue的偏差(X +Y) /3接近于零。同樣，對(duì)于其他相的 通過電流值也可以求得用于盡可能接近于平均通過電流值Iave的占空 比變更值。這樣，可以利用差動(dòng)電流計(jì)檢測(cè)流過電抗器的電流，根據(jù)該檢測(cè) 值實(shí)時(shí)計(jì)算通過轉(zhuǎn)換器裝置的通過電力，并且即使流過各相的電流相 互有差異，也可以計(jì)算每一個(gè)相的平均通過電流或平均通過電力，并 且，可以求得用于在各相之間使通過電流或通過電力均勻化的各相的 驅(qū)動(dòng)占空比的校正量。由此，可以對(duì)應(yīng)于負(fù)荷變動(dòng)等確切地改變轉(zhuǎn)換 器的驅(qū)動(dòng)相數(shù)，并且可以使各相的動(dòng)作狀態(tài)均勻化。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性
本發(fā)明應(yīng)用于轉(zhuǎn)換器控制裝置中。特別是，應(yīng)用于以下結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn) 換器控制裝置，包括并聯(lián)連接的多個(gè)轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器連接在第1 電源和第2電源之間，所述轉(zhuǎn)換器具備多個(gè)開關(guān)元件和電抗器并向雙 方向進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置根據(jù)轉(zhuǎn)換器通過電力改變驅(qū) 動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的相數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)換器控制裝置，包括并聯(lián)連接多相轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)換器連接在第1電源和第2電源之間，所述轉(zhuǎn)換器具備多個(gè)開關(guān)元件和電抗器并向雙方向進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置根據(jù)轉(zhuǎn)換器的通過電力改變被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的相數(shù)，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置的特征在于，包括電流檢測(cè)裝置，檢測(cè)流過電抗器的電流，以及根據(jù)檢測(cè)出的電流求得通過驅(qū)動(dòng)中的轉(zhuǎn)換器的電力的裝置。
2. —種轉(zhuǎn)換器控制裝置，包括并聯(lián)連接三相轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)，所述 轉(zhuǎn)換器連接在第1電源和第2電源之間，所述轉(zhuǎn)換器具備多個(gè)開關(guān)元 件和電抗器并向雙方向進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置根據(jù)轉(zhuǎn)換 器的通過電力改變被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的相數(shù)，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置的特征在于，包括第 一 差動(dòng)電流計(jì)設(shè)置在與三相對(duì)應(yīng)的三個(gè)電抗器中的 一 個(gè)共用電 抗器和另兩個(gè)電抗器中的 一 個(gè)電抗器之間，檢測(cè)流過共用電抗器的電流和流過所述一個(gè)電抗器的電流之差；第二差動(dòng)電流計(jì)設(shè)置在共用電抗器和另兩個(gè)電抗器中的另一個(gè)電 抗器之間，檢測(cè)流過共用電抗器的電流和流過所述另一個(gè)電抗器的電流之差；以及根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值和第二差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值求得通 過驅(qū)動(dòng)中的電抗器的電力的裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器控制裝置，其特征在于，當(dāng)被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的相數(shù)是單相時(shí)，根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)和第二 差動(dòng)電流計(jì)中的設(shè)置在驅(qū)動(dòng)中的電抗器上的差動(dòng)電流計(jì)的檢側(cè)值求得 通過驅(qū)動(dòng)中的電抗器的電力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器控制裝置，其特征在于，當(dāng)被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換器的相數(shù)是兩相時(shí)，停止相當(dāng)于共用電抗器的相， 根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值和第二差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值求得通過驅(qū) 動(dòng)中的電抗器的電力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)換器控制裝置，其特征在于，包括電力均勻化裝置求得多個(gè)被驅(qū)動(dòng)時(shí)的平均通過電力，使各相的電 力均勻化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)換器控制裝置，其特征在于， 所述電力均勻化裝置包括平均通過電流計(jì)算裝置，根據(jù)第一差動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值和第二差 動(dòng)電流計(jì)的檢測(cè)值，求得流過多個(gè)相的通過電流之和并計(jì)算每個(gè)相的 平均通過電流，以及驅(qū)動(dòng)占空比計(jì)算裝置，根據(jù)平均通過電流與流過各相的通過電流 之差求得使各相的電力均勻化的各相驅(qū)動(dòng)占空比。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)換器控制裝置，其特征在于，所述電力均勻化裝置在每個(gè)驅(qū)動(dòng)占空比的計(jì)算周期執(zhí)行使各相的 電力均勻化的處理。
全文摘要
由并聯(lián)連接三個(gè)轉(zhuǎn)換器電路而構(gòu)成的轉(zhuǎn)換器裝置(30)被設(shè)置在作為第一電源的二次電池(10)和作為第二次電源的燃料電池(12)之間。兩個(gè)差動(dòng)電流計(jì)(54，56)被設(shè)置在對(duì)與三個(gè)轉(zhuǎn)換器電路對(duì)應(yīng)的三個(gè)電抗器上?？刂撇?40)包括通過電力計(jì)算模塊(42)，根據(jù)兩個(gè)差動(dòng)電流計(jì)(54，56)的檢測(cè)值計(jì)算通過轉(zhuǎn)換器裝置(30)的電力；電力均勻化模塊(44)，在構(gòu)成轉(zhuǎn)換器裝置(30)的各轉(zhuǎn)換器電路之間進(jìn)行通過電力的均勻化；驅(qū)動(dòng)相數(shù)變更模塊(46)，根據(jù)通過電力改變轉(zhuǎn)換器裝置(30)的驅(qū)動(dòng)相數(shù)；以及電壓轉(zhuǎn)換控制模塊(48)，控制轉(zhuǎn)換器裝置而執(zhí)行所希望的電壓轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)H02M3/155GK101529703SQ20078003872
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2007年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者今西啟之, 真鍋晃太, 長(zhǎng)谷川貴彥 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社