DE102015116939A1 - Energieversorgungssystem - Google Patents

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Abstract

Ein Energieversorgungssystem umfasst: einen ersten Spannungswandler (20), der konfiguriert ist zum bidirektionalen Wandeln einer Spannung zwischen einer ersten Batterie (33) und einer Ausgangsleitung gemäß einer ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung; einen zweiten Spannungswandler (40), der parallel zu dem ersten Spannungswandler mit der Ausgangsleitung verbunden ist, wobei der zweite Spannungswandler konfiguriert ist zum bidirektionalen Wandeln einer Spannung zwischen einer zweiten Batterie (53) und der Ausgangsleitung gemäß einer zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung; und eine Steuereinheit (70), die konfiguriert ist zum Steuern des ersten und des zweiten Spannungswandlers durch Erzeugung eines ersten und eines zweiten Pulsbreitenmodulationssteuersignals, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, wenn eine oder beide von Temperaturen der ersten und der zweiten Batterie niedriger ist oder sind als eine vorbestimmte Temperatur, Phasen der Pulsbreitenmodulationssteuersignale derart zu ändern, dass das erste Pulsbreitenmodulationssteuersignal und das zweite Pulsbreitenmodulationssteuersignal von einem synchronen Zustand in einen asynchronen Zustand wechseln.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Energieversorgungssystem und insbesondere auf eine Steuerung über ein Energieversorgungssystem, das parallel geschaltete Gleichstromversorgungen umfasst, die jeweils eine Batterie und einen Aufwärtswandler umfassen.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • In den letzten Jahren wird das folgende Energieversorgungssystem als ein Energieversorgungssystem für ein elektromotorisches Fahrzeug verwendet. Das Energieversorgungssystem umfasst zwei parallel geschaltete Gleichstromversorgungen, die jeweils eine Batterie und einen Aufwärtswandler umfassen, und liefert den Gesamtausgangsstrom der zwei Aufwärtswandler an einen Wechselrichter. Jeder Aufwärtswandler dient dazu, die Spannung der entsprechenden Batterie über eine PWM-Steuerung zum Ein- oder Ausschalten von Schaltelementen zu erhöhen bzw. heraufzusetzen/-transformieren, und der Ausgangsstrom schwankt. Wenn Schwankungen in Ausgangsströmen von den zwei Aufwärtswandlern einander überlappen, nehmen daher Schwankungen im Ausgangsstrom von dem Energieversorgungssystem zu, mit dem Ergebnis, dass ein Kondensator, der einen Gleichstrom glättet, der an den Wechselrichter geliefert wird, größer werden kann oder Vibrationen und Rauschen zunehmen können. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, dass Schwankungen in Ausgangsströmen der zwei Aufwärtswandler aufgehoben werden, indem die Phasen von Trägerwellen, die in PWM-Steuerungen über die zwei Aufwärtswandler verwendet werden, um 180° verschoben werden, und als Folge hiervon Schwankungen im Ausgangsstrom von dem Energieversorgungssystem reduziert werden (siehe zum Beispiel japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2008-5625 ( JP 2008-5625 A )).
  • Im Übrigen vermindern sich die Ladung-Entladung-Eigenschaften, wenn die Temperaturen von Batterien niedrig sind. Zum Beispiel, wenn das elektromotorische Fahrzeug in einem Zustand niedriger Temperatur gestartet wird, müssen daher hinreichende Ladung-Entladung-Eigenschaften gewährleistet werden, indem die Temperaturen der Batterien schnell angehoben werden. Es besteht jedoch eine Schwierigkeit darin, dass es Zeit braucht, um die Temperaturen der Batterien durch Verwendung derartiger Stromschwankungen anzuheben, die in den Aufwärtswandlern durch PWM-Steuerungen auftreten, wie es in der JP 2008-5625 A beschrieben ist.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung stellt ein Energieversorgungssystem bereit, das parallel geschaltete Gleichstromversorgungen umfasst, die jeweils eine Batterie und einen Aufwärtswandler umfassen, und das zum Verringern einer Aufwärmzeit von jeder Batterie im Stande ist.
  • Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Energieversorgungssystem. Das Energieversorgungssystem umfasst: einen ersten Spannungswandler, der konfiguriert ist zum bidirektionalen Wandeln einer Spannung zwischen einer ersten Batterie und einer Ausgangsleitung gemäß einer ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung; einen zweiten Spannungswandler, der parallel zu dem ersten Spannungswandler mit der Ausgangsleitung verbunden ist, wobei der zweite Spannungswandler konfiguriert ist zum bidirektionalen Wandeln einer Spannung zwischen einer zweiten Batterie und der Ausgangsleitung gemäß einer zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Steuern des ersten und des zweiten Spannungswandlers durch Erzeugung eines ersten und eines zweiten Pulsbreitenmodulationssteuersignals, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, wenn eine oder beide von Temperaturen der ersten und der zweiten Batterie niedriger ist oder sind als eine vorbestimmte Temperatur, Phasen der Pulsbreitenmodulationssteuersignale derart zu ändern, dass das erste Pulsbreitenmodulationssteuersignal und das zweite Pulsbreitenmodulationssteuersignal von einem synchronen Zustand in einen asynchronen Zustand wechseln. Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, wenn eine oder beide der Temperaturen der ersten und der zweiten Batterie niedriger ist oder sind als die vorbestimmte Temperatur, die Phasen der Pulsbreitenmodulationssteuersignale derart zu ändern, dass das erste Pulsbreitenmodulationssteuersignal und das zweite Pulsbreitenmodulationssteuersignal periodisch zwischen dem synchronen Zustand und dem asynchronen Zustand alternieren.
  • Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, wenn der Absolutwert eines Gesamtstroms eines Ausgangsstroms des ersten Spannungswandlers und eines Ausgangsstroms des zweiten Spannungswandlers größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist, eine Änderungsperiode der Phasen der Pulsbreitenmodulationssteuersignale im Vergleich dazu zu reduzieren, wenn der Absolutwert des Gesamtstroms kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
  • Eine Änderung der Phasen kann mit Bezug auf die Zeit kontinuierlich sein.
  • Gemäß dem vorgenannten Aspekt der Erfindung ist es möglich, eine Aufwärmzeit von jeder Batterie in dem Energieversorgungssystem, das die parallel geschalteten Gleichstromversorgungen umfasst, die jeweils die Batterie und den Aufwärtswandler umfassen, auf vorteilhafte Weise zu reduzieren.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Merkmale, Vorteile und technische sowie gewerbliche Bedeutung von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen gilt:
  • 1 ist eine Systemdarstellung, die die Konfiguration eines Energieversorgungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 2 ist ein Steuerblockschaltbild des Energieversorgungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des Energieversorgungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 4 ist ein Zeitdiagramm, das zeitliche Änderungen von Induktorströmen IL1, IL2 von Spannungswandern, einer Hochspannung VH einer Ausgangsleitung und eines Gesamtstroms (IL1 + IL2) der Induktorströme IL1, IL2 der Spannungswandler in dem Energieversorgungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in dem Fall zeigt, in dem die Phase eines ersten Pulsbreitenmodulationssteuersignals und die Phase eines zweiten Pulsbreitenmodulationssteuersignals um 180° oder 90° verschoben sind oder die Pulsbreitenmodulationssteuersignale miteinander synchronisiert sind;
  • 5A und 5B sind Darstellungen, die den Stromfluss in dem Fall zeigen, in dem das Energieversorgungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben wird, während die Phase des ersten Pulsbreitenmodulationssteuersignals und die Phase des zweiten Pulsbreitenmodulationssteuersignals um 180° verschoben sind;
  • 6 ist eine Darstellung, die eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit, die das erste Pulsbreitenmodulationssteuersignal und das zweite Pulsbreitenmodulationssteuersignal erzeugt, die miteinander synchronisiert sind, in dem Energieversorgungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 7A und 7B sind Darstellungen, die den Stromfluss in dem Fall zeigen, in dem das Energieversorgungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben wird, während das erste Pulsbreitenmodulationssteuersignal und das zweite Pulsbreitenmodulationssteuersignal miteinander synchronisiert sind; und
  • 8 ist ein Graph, der Änderungen der Phase des ersten Pulsbreitenmodulationssteuersignals, Änderungen der Phase des zweiten Pulsbreitenmodulationssteuersignals und Änderungen des Absolutwerts (│IL1 + IL2│) des Gesamtstroms der Induktorströme IL1, IL2 der Spannungswandler in dem Energieversorgungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Nachstehend wird hierin unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen der Fall beschrieben, in dem ein Energieversorgungssystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf einem elektromotorischen Fahrzeug 200 installiert ist. Das elektromotorische Fahrzeug 200 ist nicht auf ein Fahrzeug beschränkt, das durch einen Motor oder einen Motorgenerator angetrieben wird. Das elektromotorische Fahrzeug 200 kann ein Hybridfahrzeug sein, das durch eine Brennkraftmaschine und einen Motorgenerator angetrieben wird. Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst das Energieversorgungssystem 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen ersten Spannungswandler 20, einen zweiten Spannungswandler 40 und eine Steuereinheit 70. Der erste Spannungswandler 20 wandelt eine Spannung bidirektional zwischen einer ersten Batterie 33 und einer Ausgangsleitung 13 (wobei, wie es nachstehend beschrieben wird, die Ausgangsleitung 13 eine Hochspannungsleitung 12 und eine Masseleitung 11 umfasst). Der zweite Spannungswandler 40 ist parallel zu dem ersten Spannungswandler 20 mit der Ausgangsleitung 13 verbunden und wandelt eine Spannung bidirektional zwischen einer zweiten Batterie 53 und der Ausgangsleitung 13. Die Steuereinheit 70 steuert den ersten Spannungswandler 20 und den zweiten Spannungswandler 40.
  • Der erste Spannungswandler 20 umfasst eine erste Masseleitung 21, eine erste Niederspannungsleitung 23 und eine erste Hochspannungsleitung 22. Die erste Masseleitung 21 ist mit der Minusseite der ersten Batterie 33 verbunden. Die erste Niederspannungsleitung 23 ist mit der Plusseite der ersten Batterie 33 verbunden. Die erste Hochspannungsleitung 22 ist ein pulsseitiges Ausgangsende des ersten Spannungswandlers 20. Der erste Spannungswandler 20 umfasst ein erstes Oberer-Arm-Schaltelement 25, ein erstes Unterer-Arm-Schaltelement 26, einen ersten Induktor bzw. eine erste Spule 29, einen ersten Induktor- bzw. Spulenstromsensor 31, einen ersten Filterkondensator 30 und einen ersten Niederspannungssensor 32. Das erste Oberer-Arm-Schaltelement 25 ist zwischen der ersten Niederspannungsleitung 23 und der ersten Hochspannungsleitung 22 angeordnet. Das erste Unterer-Arm-Schaltelement 26 ist zwischen der ersten Masseleitung 21 und der ersten Niederspannungsleitung 23 angeordnet. Der erste Induktor bzw. die erste Spule 29 ist mit der ersten Niederspannungsleitung 23 in Reihe geschaltet. Der erste Induktor- bzw. Spulenstromsensor 31 detektiert einen ersten Induktor- bzw. Spulenstrom IL1. Der erste Filterkondensator 30 ist zwischen der ersten Niederspannungsleitung 23 und der ersten Masseleitung 21 angeordnet. Der erste Niederspannungssensor 32 detektiert eine erste Niederspannung VL1 zwischen beiden Enden des ersten Filterkondensators 30. Dioden 27, 28 sind jeweils antiparallel zu den Schaltelementen 25, 26 geschaltet. Das erste Oberer-Arm-Schaltelement 25 und das erste Unterer-Arm-Schaltelement 26 sind mit der Steuereinheit 70 verbunden. Jedes des ersten Oberer-Arm-Schaltelements 25 und des ersten Unterer-Arm-Schaltelements 26 schaltet in Erwiderung auf einen Befehl von der Steuereinheit 70 ein oder aus. Der erste Induktor- bzw. Spulenstromsensor 31 und der erste Niederspannungssensor 32 sind ebenfalls mit der Steuereinheit 70 verbunden. Detektionssignale der Sensoren 31, 32 werden an die Steuereinheit 70 eingegeben.
  • Der zweite Spannungswandler 40, mit dem die zweite Batterie 53 verbunden ist, weist eine ähnliche Konfiguration zu derjenigen des ersten Spannungswandlers 20 auf. Der zweite Spannungswandler 40 umfasst eine zweite Masseleitung 41, eine zweite Niederspannungsleitung 43, eine zweite Hochspannungsleitung 42, ein zweites Oberer-Arm-Schaltelement 45, ein zweites Unterer-Arm-Schaltelement 46, einen zweiten Induktor bzw. eine zweite Spule 49, einen zweiten Induktor- bzw. Spulenstromsensor 51, einen zweiten Filterkondensator 50, einen zweiten Niederspannungssensor 52 und Dioden 47, 48. Der zweite Induktor- bzw. Spulenstromsensor 51 detektiert einen zweiten Induktor- bzw. Spulenstrom IL2. Der zweite Niederspannungssensor 52 detektiert eine zweite Niederspannung VL2 zwischen beiden Enden des zweiten Filterkondensators 50.
  • Die erste Masseleitung 21 des ersten Spannungswandlers 20 und die zweite Masseleitung 41 des zweiten Spannungswandlers 40 sind mit der Masseleitung 11 des Energieversorgungssystems 100 verbunden. Die erste Hochspannungsleitung 22 des ersten Spannungswandlers 20 und die zweite Hochspannungsleitung 42 des zweiten Spannungswandlers 40 sind mit der Hochspannungsleitung 12 des Energieversorgungssystems 100 verbunden. Die Masseleitung 11 und die Hochspannungsleitung 12 bilden die Ausgangsleitung 13 des Energieversorgungssystems 100. Auf diese Art und Weise sind der erste Spannungswandler 20 und der zweite Spannungswandler 40 parallel zueinander mit der Ausgangsleitung 13 verbunden.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, wird eine Gleichstromenergie, die von dem Energieversorgungssystem 100 ausgegeben wird, durch einen Wechselrichter 16 in eine Wechselstromenergie gewandelt, und wird die Wechselstromenergie an einen Motorgenerator 17 geliefert. Der Abtrieb des Motorgenerators 17 wird von einer Abtriebswelle 18 über ein Differenzialgetriebe 19 an Achsen 61 und Antriebsräder 62 des elektromotorischen Fahrzeugs 200 übertragen. Ein Glättungskondensator 14 und ein Hochspannungssensor 15 sind zwischen dem Energieversorgungssystem 100 und dem Wechselrichter 16 verbunden. Der Glättungskondensator 14 glättet eine Gleichstromenergie, die von dem Energieversorgungssystem 100 ausgegeben wird. Der Hochspannungssensor 15 detektiert eine Hochspannung VH der Ausgangsleitung 13. Ein erster Batterietemperatursensor 34 ist in/an der ersten Batterie 33 installiert. Der erste Batterietemperatursensor 34 detektiert die Temperatur T1 der ersten Batterie 33. Ein zweiter Batterietemperatursensor 54 ist in/an der zweiten Batterie 53 installiert. Der zweite Batterietemperatursensor 54 detektiert die Temperatur T2 der zweiten Batterie 53. Der Hochspannungssensor 15 und die Temperatursensoren 34, 54 sind mit der Steuereinheit 70 verbunden. Detektionssignale der Sensoren 15, 34, 54 werden an die Steuereinheit 70 eingegeben.
  • Die Steuereinheit 70 ist ein Computer, der im Inneren eine CPU und eine Speichereinheit umfasst. Wie es in 2 gezeigt ist, rückkoppelt/-führt die Steuereinheit 70 die aktuelle Hochspannung VH, die durch den Hochspannungssensor 15 detektiert wird, den ersten und den zweiten Induktorstrom IL1, IL2, die durch den ersten und den zweiten Induktorstromsensor 31, 51 detektiert werden, und die erste und die zweite Niederspannung VL1, VL2, die durch den ersten und den zweiten Niederspannungssensor 32, 52 detektiert werden, und dann erzeugt sie ein erstes Pulsbreitenmodulationssignal PWM1(83), ein Invertierungssignal /PWM1(84) von PWM1(83), ein zweites Pulsbreitenmodulationssignal PWM2(93) und ein Invertierungssignal /PWM2(94) von PWM2(93) und gibt diese aus. PWM1(83) und /PWM1(84) werden verwendet, um das erste Unterer-Arm- und das erste Oberer-Arm-Schaltelement 26, 25 des ersten Spannungswandlers 20 ein- oder auszuschalten. PWM2(93) und /PWM2(94) werden verwendet, um das zweite Unterer-Arm- und das zweite Oberer-Arm-Schaltelement 46, 45 des zweiten Spannungswandlers 40 ein- oder auszuschalten.
  • Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die Steuereinheit 70 einen Differenzierer bzw. Differenzerzeuger 71, eine Ausgangsverteilung-Berechnungseinheit 72, eine erste und eine zweite Tastverhältnis-Berechnungseinheit 73, 74 und eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit 75. Der Differenzierer bzw. Differenzerzeuger 71 berechnet eine Differenz zwischen einem Befehlswert VH* der Hochspannung VH und der durch den Hochspannungssensor 15 detektierten Hochspannung VH. Die Ausgangsverteilung-Berechnungseinheit 72 empfängt die durch den Differenzierer bzw. Differenzerzeuger 71 berechnete Differenz und gibt einen Ausgangsbefehlswert P1* des ersten Spannungswandlers 20 und einen Ausgangsbefehlswert P2* des zweiten Spannungswandlers 40 aus. Die erste Tastverhältnis-Berechnungseinheit 73 empfängt den Ausgangsbefehlswert P1* und gibt einen ersten Tastverhältniswert Tastverhältnis1 des ersten Spannungswandlers 20 aus. Die zweite Tastverhältnis-Berechnungseinheit 74 empfängt den Ausgangsbefehlswert P2* und gibt einen zweiten Tastverhältniswert Tastverhältnis2 des zweiten Spannungswandlers 40 aus. Die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 75 erzeugt das erste Pulsbreitenmodulationssignal PWM1(83), das Invertierungssignal /PWM1(84) von PWM1, das zweite Pulsbreitenmodulationssignal PWM2(93) und das Invertierungssignal /PWM2(94) von PWM2 aus einem ersten und einem zweiten Trägersignal (Rechtecksignal) bzw. einer ersten und einer zweiten Trägerwelle (Rechteckwelle) 82, 92 und geraden Linien 81, 91 von Vergleichsspannungen, die die Tastverhältniswerte Tastverhältnis1, Tastverhältnis2 bestimmen.
  • PWM1(83) erhält einen hohen Pegel H, wenn sich die Trägerwelle 82 auf der oberen Seite der geraden Linie 81 des Tastverhältniswerts Tastverhältnis1 befindet, und erhält einen niedrigen Pegel L, wenn sich die Trägerwelle 82 auf der unteren Seite der geraden Linie 81 des Tastverhältniswerts Tastverhältnis1 befindet. PWM2(93) erhält einen hohen Pegel H, wenn sich die Trägerwelle 93 auf der oberen Seite der geraden Linie 91 des Tastverhältniswerts Tastverhältnis2 befindet, und erhält einen niedrigen Pegel L, wenn sich die Trägerwelle 92 auf der unteren Seite der geraden Linie 91 des Tastverhältniswerts Tastverhältnis2 befindet. /PWM1(84) und /PWM2(94) stellen jeweils das invertierte Signal von PWM1 83) und PWM2(93) dar. /PWM1(84) erhält einen hohen Pegel H, wenn sich die Trägerwelle 82 auf der unteren Seite der geraden Linie 81 des Tastverhältniswerts Tastverhältnis1 befindet, und erhält einen niedrigen Pegel L, wenn sich die Trägerwelle 82 auf der oberen Seite der geraden Linie 81 des Tastverhältniswerts Tastverhältnis1 befindet. /PWM2(94) erhält einen hohen Pegel H, wenn sich die Trägerwelle 92 auf der unteren Seite der geraden Linie 91 des Tastverhältniswerts Tastverhältnis2 befindet, und erhält einen niedrigen Pegel L, wenn sich die Trägerwelle 92 auf der oberen Seite der geraden Linie 91 des Tastverhältniswerts Tastverhältnis2 befindet. PWM1(83) ist ein Signal zum Ein- oder Ausschalten des ersten Unterer-Arm-Schaltelements 26 des ersten Spannungswandlers 20. /PWM1(84) ist ein Signal zum Ein- oder Ausschalten des ersten Oberer-Arm-Schaltelements 25 des ersten Spannungswandlers 20. PWM2(93) ist ein Signal zum Ein- oder Ausschalten des zweiten Unterer-Arm-Schaltelements 46 des zweiten Spannungswandlers 40. /PWM2(94) ist ein Signal zum Ein- oder Ausschalten des zweiten Oberer-Arm-Schaltelements 45 des zweiten Spannungswandlers 40. Jedes der Signale schaltet ein entsprechendes der Schaltelemente 25, 26, 45, 46 ein, wenn das Signal auf dem hohen Pegel H ist, und schaltet ein entsprechendes der Schaltelemente 25, 26, 45, 46 aus, wenn das Signal auf dem niedrigen Pegel L ist.
  • Wie es in 2 gezeigt ist, ist die zweite Trägerwelle 92 gegenüber der ersten Trägerwelle 82 phasenmäßig um ∆φ verschoben, und ist PWM2(93) gegenüber PWM1(83) phasenmäßig um ∆φ verschoben. Das heißt, dass die Anstiegszeit t0 von PWM1(83) von dem niedrigen Pegel L auf den hohen Pegel H und die Anstiegszeit t'0 von PWM2(93) von dem niedrigen Pegel L auf den hohen Pegel H phasenmäßig um ∆φ verschoben sind. 2 zeigt den Fall, in dem die zweite Trägerwelle 92 gegenüber der ersten Trägerwelle 82 um 180° (eine halbe Periode des Arbeitszyklus von PWM1(83) und PWM2(93)) verschoben ist. In diesem Fall, wie es in 2 gezeigt ist, ist auch PWM2(93) gegenüber PWM1(83) um 180° verschoben, und ist gleichermaßen /PWM2(94) gegenüber /PWM1(84) um 180° (eine halbe Periode des Arbeitszyklus) verschoben.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 bis 7B der Betrieb des Energieversorgungssystems 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird auf das erste Oberer-Arm-Schaltelement 25, das erste Unterer-Arm-Schaltelement 26, die Dioden 27, 28, den ersten Induktor 29, den ersten Filterkondensator 30 und die erste Batterie 33 durch eine Kombination aus einer Abkürzung und einem Bezugszeichen als S11(25), S12(26), D11(27), D12(28), L1(29), C1(30), B1(33) Bezug genommen. Auf das zweite Oberer-Arm-Schaltelement 45, das zweite Unterer-Arm-Schaltelement 46, die Dioden 47, 48, den zweiten Induktor 49, den zweiten Filterkondensator 50 und die zweite Batterie 53 wird ebenfalls durch eine Kombination aus einer Abkürzung und einem Bezugszeichen als S21(45), S22(46), D21(47), D22(48), L2(49), C2(50), B2(53) Bezug genommen. In der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels wird angenommen, dass jedes der Tastverhältnisse von PWM1(83) und PWM2(93) niedriger als 50% ist.
  • Steuerungsablauf
  • In Schritt S101 von 3 veranlasst die Steuereinheit 70 den ersten und den zweiten Spannungswandler 20, 40 zum Arbeiten gemäß einer gewöhnlichen Steuerung, wenn die Steuereinheit 70 das Energieversorgungssystem 100 startet. Die gewöhnliche Steuerung besteht darin, den ersten und den zweiten Spannungswandler 20, 40 in einem Zustand zu steuern, in dem PWM1(83) und PWM2(93) phasenmäßig fest um 180° (eine halbe Periode des Arbeitszyklus) verschoben sind und /PWM1 und /PWM2 phasenmäßig fest um 180° verschoben sind. Wie es unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, besteht die gewöhnliche Steuerung darin, den ersten und den zweiten Spannungswandler 20, 40 durch Verschiebung der zweiten Trägerwelle 92, die PWM2(93) erzeugt, um 180° gegenüber der ersten Trägerwelle 82, die PWM1(83) erzeugt, zu steuern. Die Einzelheiten der gewöhnlichen Steuerung werden nachstehend beschrieben.
  • Nachfolgend detektiert die Steuereinheit 70 in Schritt S102 von 3 die Temperaturen T1, T2 von B1(33) und B2(53) durch den ersten und den zweiten Batterietemperatursensor 34, 54, und bestimmt sie in Schritt S103 von 3, ob eine oder beide der detektierten Temperaturen T1, T2 von B1(33) und B2(53) niedriger ist oder sind als eine vorbestimmte Temperatur, zum Beispiel 0°C, –5°C oder dergleichen. Wenn in Schritt S103 von 3 beide der Temperaturen T1, T2 höher oder gleich der vorbestimmten Temperatur (nicht niedriger als die vorbestimmte Temperatur) sind, kehrt die Steuereinheit 70 zu Schritt S102 von 3 zurück, und setzt sie eine Überwachung der Temperaturen T1, T2 von B1(33) und B2(53) fort. Wenn in Schritt S103 von 3 eine oder beide der Temperaturen T1, T2 niedriger ist oder sind als die vorbestimmte Temperatur, schreitet die Steuereinheit 70 zu Schritt S104 von 3 voran, und startet sie eine Batterieaufwärmsteuerung (Phasenperiodenänderungssteuerung). Die Batterieaufwärmsteuerung (Phasenperiodenänderungssteuerung) ist eine Steuerung zum Ändern der Phasen von PWM1(83) und PWM2(93), sodass PWM1(83) und PWM2(93) periodisch zwischen einem synchronen Zustand und einem asynchronen Zustand alternieren bzw. wechseln. Die Einzelheiten der Batterieaufwärmsteuerung werden nachstehend beschrieben.
  • Die Steuereinheit 70 detektiert in Schritt S104 von 3 den ersten Induktorstrom IL1 und den zweiten Induktorstrom IL2 durch Verwendung des ersten Induktorstromsensors 31 und des zweiten Induktorstromsensors 51, und sie bestimmt in Schritt S105 von Schritt 3, ob der Absolutwert (│IL1 + IL2│) des Gesamtstroms des ersten Induktorstroms IL1 und des zweiten Induktorstroms IL2 kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert ILS. Wenn die Steuereinheit 70 in Schritt S105 von 3 bestimmt, dass │IL1 + IL2│ kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert ILS, schreitet die Steuereinheit 70 zu Schritt 106 von 3 voran, und wärmt sie B1(33) und B2(53) durch Änderung der Phasen von PWM1 und PWM2 zwischen dem synchronen Zustand und dem asynchronen Zustand mit einer langen Periode T0 auf. Die Steuereinheit 70 detektiert in Schritt S107 von 3 die Temperaturen T1, T2 von B1(33) und B2(53), und sie setzt die Batterieaufwärmsteuerung in Schritt S108 von 3 fort, bis die Temperaturen T1, T2 von B1(33) und B2(53) eine Sollaufwärmtemperatur erreichen, zum Beispiel 10°C oder 20°C. Wenn die Steuereinheit 70 in Schritt S108 von 3 bestimmt, dass die Temperaturen von B1(33) und B2(53) die Sollaufwärmtemperatur überschreiten, schreitet die Steuereinheit 70 zu Schritt S109 von 3 voran, stoppt sie die Batterieaufwärmsteuerung, und kehrt sie zu der gewöhnlichen Steuerung zurück.
  • Wenn die Steuereinheit 70 in Schritt S105 von 3 bestimmt, dass │IL1 + IL2│ größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ILS (nicht kleiner als ILS) ist, schreitet die Steuereinheit 70 zu Schritt S110 von 3 voran, und wärmt sie B1(33) und B2(53) durch Änderung der Phasen von PWM1 und PWM2 zwischen dem synchronen Zustand und dem asynchronen Zustand mit einer kurzen Periode T3 auf. Wenn die Temperaturen T1, T2 von B1(33) und B2(53) in Schritt S111 oder Schritt S112 von 3 die Sollaufwärmtemperatur überschreiten, schreitet die Steuereinheit 70 zu Schritt S109 von 3 voran, stoppt sie die Batterieaufwärmsteuerung, und kehrt sie zu der gewöhnlichen Steuerung zurück.
  • Gewöhnliche Steuerung (180°-Festphasensteuerung)
  • Nachstehend wird hierin die gewöhnliche Steuerung (180°-Festphasensteuerung) ausführlich beschrieben. Wenn PWM1(83) und PWM2(93) phasenmäßig um 180°, nämlich eine halbe Periode des Arbeitszyklus, verschoben sind, sind die Anstiegszeit t0 von PWM1(83) von dem niedrigen Pegel L auf den hohen Pegel H und die Anstiegszeit t'0 von PWM2(93) von dem niedrigen Pegel L auf den hohen Pegel H phasenmäßig um 180° (eine halbe Periode des Arbeitszyklus) verschoben, wie es in 2 gezeigt ist. Wenn jedes der Tastverhältnisse von PWM1(83) und PWM2(93) niedriger ist als 50%, ist daher PWM2(93) während der Periode, in der PWM1(83) auf dem hohen Pegel H ist, auf dem niedrigen Pegel L; wohingegen PWM2(93) während der Periode, in der PWM1(83) auf dem niedrigen Pegel L ist, auf dem hohen Pegel H.
  • Unter Bezugnahme auf 5A und 5B werden die Betriebe der Schaltelemente 25, 26, 45, 46 und der Stromfluss in dem Fall beschrieben, in dem die vorstehend beschriebene Steuerung ausgeführt wird. 5A zeigt den Fall, in dem PWM1(83) auf dem hohen Pegel H ist (/PWM1(84) auf dem niedrigen Pegel L ist) und PWM2(93) auf dem niedrigen Pegel L ist (/PWM2(94) auf dem hohen Pegel H ist). In diesem Fall kommt S12(26), das durch PWM1(83) ein- oder ausgeschaltet wird, in den EIN-Zustand, und kommt S11(25), das durch /PWM1(84) ein- oder ausgeschaltet wird, in den AUS-Zustand. S22(46), das durch PWM2(93) ein- oder ausgeschaltet wird, kommt in den AUS-Zustand, und S21(45), das durch /PWM2(94) ein- oder ausgeschaltet wird, kommt in den EIN-Zustand.
  • Wie es in 5A gezeigt ist, ist in dem ersten Spannungswandler 20 S12(26) in dem EIN-Zustand und S11(25) in dem AUS-Zustand, wodurch in dem Fall eines Aufwärtswandlungsbetriebs ein Stromkreis R1 (der durch die durchgezogene Linie angedeutet ist) hergestellt wird, durch den Strom in der Reihenfolge B1(33), L1(29), S12(26) und B1(33) fließt, und die elektrische Energie von B1(33) in L1(29) geladen wird. In dem zweiten Spannungswandler 40 wird ein Stromkreis R7 (der durch die durchgezogene Linie angedeutet ist) hergestellt, durch den Strom in der Reihenfolge L2(49), D21(47), Hochspannungsleitung 12, Masseleitung 11, B2(53) und L2(49) fließt, und wird elektrische Energie, die in L2(49) geladen ist, auf die Hochspannung VH erhöht bzw. heraufgesetzt/-transformiert und an die Ausgangsleitung 13 ausgegeben. In dem Fall einer Regeneration von elektrischer Energie wird in dem ersten Spannungswandler 20 ein Stromkreis R2 (der durch die gestrichelte Linie angedeutet ist und einen Stromkreis darstellt, der einen ähnlichen Pfad zu demjenigen des Stromkreises R1 aufweist) hergestellt, durch den Strom in der entgegengesetzten Richtung in der Reihenfolge L1(29), B1(33), S12(26) und L1(29) fließt, und wird B1(33) mit in L1(29) angesammelter elektrischer Energie aufgeladen. In dem zweiten Spannungswandler 40 wird ein Stromkreis R8 (der durch die gestrichelte Linie angedeutet ist) hergestellt, durch den Strom in der Reihenfolge Hochspannungsleitung 12, S21(45), L2(49), B2(53), Masseleitung 11 und Hochspannungsleitung 12 fließt, und wird die Hochspannung VH der Ausgangsleitung 13 verringert bzw. heruntergesetzt/-transformiert und in B2(53) geladen.
  • Wenn ausgehend von dem in 5A gezeigten Zustand eine halbe Periode des Arbeitszyklus verstreicht, werden PWM1(83), /PWM1(93), PWM2(84) und /PWM2(94) invertiert, und werden die in dem ersten Spannungswandler 20 hergestellten Stromkreise und die in dem zweiten Spannungswandler 40 hergestellten Stromkreise vertauscht. Wie es in 5B gezeigt ist, schaltet S11(25) ein, schaltet S12(26) aus, schaltet S21(45) aus und schaltet S22(46) ein. Wie es in 5B gezeigt ist, wird in dem zweiten Spannungswandler 40 in dem Fall eines Aufwärtswandlungsbetriebs ein Stromkreis R3 (der durch die durchgezogene Linie angedeutet ist) hergestellt, durch den Strom in der Reihenfolge B2(53), L2(49), S22(46) und B2(53) fließt, und wird die elektrische Energie von B2(53) in L2(49) geladen. In dem ersten Spannungswandler 20 wird ein Stromkreis R5 (der durch die durchgezogene Linie angedeutet ist) hergestellt, durch den Strom in der Reihenfolge L1(29), D11(27), Hochspannungsleitung 12, Masseleitung 11, B1(33) und L1(29) fließt, und wird die elektrische Energie, die in L1(29) geladen ist, auf die Hochspannung VH erhöht bzw. heraufgesetzt/-transformiert und an die Ausgangsleitung 13 ausgegeben. In dem Fall einer Regeneration von elektrischer Energie wird in dem zweiten Spannungswandler 40 ein Stromkreis R4 (der durch die gestrichelte Linie angedeutet ist und einen Stromkreis darstellt, der einen ähnlichen Pfad zu demjenigen des Stromkreises R3 aufweist) hergestellt, durch den Strom in der Reihenfolge L2(49), B2(53), S22(46) und L2(49) fließt, und wird B2(53) mit im L2(49) angesammelter elektrischer Energie aufgeladen. In dem ersten Spannungswandler wird ein Stromkreis R6 (der durch die gestrichelte Linie angedeutet ist) hergestellt, durch den Strom in der Reihenfolge Hochspannungsleitung 12, S11(25), L1(29), B1(33), Masseleitung 11 und Hochspannungsleitung 12 fließt, und wird die Hochspannung VH der Ausgangsleitung 13 verringert bzw. heruntergesetzt/-transformiert und in B1(33) geladen.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, gibt das Energieversorgungssystem 100 bei der gewöhnlichen Steuerung heraufgesetzte bzw. -gewandelte elektrische Energie abwechselnd von dem ersten Spannungswandler 20 oder dem zweiten Spannungswandler 40 an die Ausgangsleitung 13 aus. In diesem Fall, wie von Zeit t0 bis zu Zeit t6 in 4, sind die Veränderungs- bzw. Verlaufskurve des ersten Induktorstroms IL1 des ersten Spannungswandlers 20 und die Veränderungs- bzw. Verlaufskurve des zweiten Induktorstroms IL2 des zweiten Spannungswandlers 40 umgekehrt zueinander, und fallen die Berge von einer der Veränderungs- bzw. Verlaufskurven mit den Tälern der anderen der Veränderungs- bzw. Verlaufskurven zusammen. Daher ändert sich der Gesamtstrom (IL1 + IL2) des ersten Induktorstroms IL1 und des zweiten Induktorstroms IL2 nicht viel, der einen Strom darstellt, der an die Ausgangsleitung 13 ausgegeben wird, und ändert sich auch die Hochspannung VH nicht viel. Wie es vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, steuert die Steuereinheit 70 die Spannungswandler 20, 40, durch Rückkopplung der durch den Hochspannungssensor 15 detektierten aktuellen Hochspannung VH. Daher wird, da Schwankungen in der aktuellen Hochspannung VH gering sind, die Differenz zwischen einem Befehlswert VH* der Hochspannung und der aktuellen Hochspannung VH kleiner, weshalb es möglich ist, eine stabile Steuerung auszuführen. Daher wird die aktuelle Hochspannung VH auf eine im Wesentlichen konstante Spannung gesteuert.
  • Synchronisation von PWM1 und PWM2 in Batterieaufwärmsteuerung (Phasenperiodenänderungssteuerung)
  • Als Nächstes wird die Batterieaufwärmsteuerung beschrieben. Wie es vorstehend beschrieben ist, ist die Batterieaufwärmsteuerung eine Steuerung zum Ändern der Phasen von PWM1(83) und PWM2(93), sodass die zwei Pulsbreitenmodulationssteuersignale PWM1(83), PWM2(93) periodisch zwischen dem synchronen Zustand und dem asynchronen Zustand alternieren bzw. wechseln. Der synchrone Zustand meint den Fall, in dem die zwei Signale phasenmäßig nicht verschoben sind (∆φ = 0), und der asynchrone Zustand meint den Fall, in dem die zwei Signale phasenmäßig verschoben sind, und zum Beispiel den Fall, in dem die zwei Signale phasenmäßig um 180° verschoben sind (∆φ = 180°), wie im Fall der gewöhnlichen Steuerung. In der folgenden Beschreibung wird der Fall beschrieben, in dem ∆φ innerhalb des Bereichs von 0 bis 180° periodisch geändert wird.
  • Der Betrieb in dem Fall, in dem die zwei Pulsbreitenmodulationssteuersignale phasenmäßig um 180° verschoben sind, ist ähnlich zu demjenigen der vorstehend beschriebenen gewöhnlichen Steuerung, weshalb die Beschreibung von diesem ausgelassen wird, und es wird der Betrieb in dem Fall beschrieben, in dem die Phasendifferenz ∆φ zwischen den zwei Pulsbreitenmodulationssteuersignale PWM1(83), PWM2(93) Null ist und die zwei Signale miteinander synchronisiert sind.
  • Wie es in 6 gezeigt ist, führt die Steuereinheit 70 den Prozess der PWM-Signal-Erzeugungseinheit 75 derart aus, dass die erste Trägerwelle 82 zur Erzeugung von PWM1(83) mit der zweiten Trägerwelle 92 zur Erzeugung von PWM2(93) synchronisiert ist und die Phasendifferenz ∆φ zwischen den Trägerwellen 82, 92 Null wird. Somit werden die Arbeitszyklen der zwei Pulsbreitenmodulationssteuersignale miteinander synchronisiert, und werden synchronisierte PWM1(83) und PWM2(93) erzeugt. In diesem Fall, wie es in 6 gezeigt ist, sind die Anstiegszeit von PWM1(83) von dem niedrigen Pegel L auf den hohen Pegel H und die Anstiegszeit von PWM2(93) von dem niedrigen Pegel L auf den hohen Pegel H miteinander synchronisiert, weshalb PWM1(83) und PWM2(93) zu der gleichen Zeit von dem niedrigen Pegel L auf den hohen Pegel H wechseln.
  • Unter Bezugnahme auf 7A und 7B werden die Betriebe der Schaltelemente 25, 26, 45, 46 und der Stromfluss in dem Fall beschrieben, in dem die vorstehend beschriebene Steuerung ausgeführt wird. 7A zeigt den Fall, in dem sowohl PWM1(83) als auch PWM2(93) auf dem hohen Pegel sind (sowohl /PWM1(84) als auch /PWM2(94) auf dem niedrigen Pegel L sind). 7B zeigt den Fall, in dem sowohl PWM1(83) als auch PWM2(93) auf dem niedrigen Pegel L sind (sowohl /PWM1(84) als auch /PWM2(94) auf dem hohen Pegel H sind). Der Betrieb des ersten Spannungswandlers 20 in dem in 7A gezeigten Zustand ist ähnlich zu dem Betrieb, der unter Bezugnahme auf 5A beschrieben ist. Der Betrieb des zweiten Spannungswandlers 40 ist ähnlich zu dem Betrieb, der unter Bezugnahme auf 5B beschrieben ist. Der erste Spannungswandler 20 lädt durch die Verwendung von B1(33) elektrische Energie in L1(29), und der zweite Spannungswandler 40 lädt elektrische Energie durch die Verwendung von B2(53) in L2(49). Der Betrieb des ersten Spannungswandlers 20 in dem in 7B gezeigten Zustand ist ähnlich zu dem Betrieb, der unter Bezugnahme auf 5B beschrieben ist. Der Betrieb des zweiten Spannungswandlers 40 ist ähnlich zu dem Betrieb, der unter Bezugnahme auf 5A beschrieben ist. Der erste Spannungswandler 20 setzt bzw. wandelt in L1(29) geladene elektrische Energie auf die Hochspannung VH herauf und gibt die Hochspannung VH an die Ausgangsleitung 13 aus. Der zweite Spannungswandler 40 setzt bzw. wandelt in L2(49) geladene elektrische Energie auf die Hochspannung VH herauf und gibt die Hochspannung VH an die Ausgangsleitung 13 aus. Auf diese Art und Weise laden der erste und der zweite Spannungswandler 20, 40, die entsprechenden Induktoren bzw. Spulen zu der gleichen Zeit auf und geben sie elektrische Energie zu der gleichen Zeit aus, wenn PWM1(83) und PWM2(93) miteinander synchronisiert sind. Wie es von Zeit t20 bis Zeit t26 in 4 gezeigt ist, sind daher Schwankungen im ersten Induktorstrom IL1 des ersten Spannungswandlers 20 und Schwankungen im zweiten Induktorstrom IL2 des zweiten Spannungswandlers 40 miteinander synchronisiert. Somit ändert sich der Gesamtstrom (IL1 + IL2) des ersten Induktorstroms IL1 und des zweiten Induktorstroms IL2 erheblich, der einen Strom darstellt, der an die Ausgangsleitung 13 ausgegeben wird, und ändert sich die Hochspannung ebenfalls erheblich.
  • Wie es unter Bezugnahme auf 2 vorstehend beschrieben ist, steuert die Steuereinheit 70 die Spannungswandler 20, 40, durch Rückkopplung der durch den Hochspannungssensor 15 detektierten tatsächlichen Hochspannung VH. Steuerungskonstanten für eine Rückkopplungssteuerung, eine PI-Steuerung oder eine PID-Steuerung in der Ausgangsverteilung-Berechnungseinheit 72 sowie der ersten und der zweiten Tastverhältnis-Berechnungseinheit 73, 74 in der Steuereinheit 70 werden derart bestimmt, dass in dem Fall der gewöhnlichen Steuerung (PWM1(83) und PWM2(93) sind phasenmäßig um 180° verschoben) ein optimales Ansprechverhalten ausgeübt wird, in der eine Änderung der vorstehend beschriebenen aktuellen Hochspannung VH gering ist. Wenn die aktuelle Hochspannung VH als Folge einer Synchronisation von PWM1(83) mit PWM2(93) erheblich schwankt, wird eine Steuerung daher instabil und divergent. Daher führt jeder des ersten Induktorstroms IL1 und des zweiten Induktorstroms IL2 eine selbsterregte Oszillation durch, und steigen deren Amplituden im Zeitverlauf. Andererseits, wenn der erste und der zweite Induktorstrom IL1, IL2 auf diese Art und Weise erheblich oszillieren, oszillieren auch Ausgangsströme von B1(33) und B2(53) erheblich, weshalb ein Anstieg der Temperaturen von B1(33) und B2(53) früher erfolgt.
  • Wie es von Zeit t7 bis Zeit t19 in 4 gezeigt ist, wenn die Phasendifferenz ∆φ zwischen den zwei Pulsbreitenmodulationssteuersignalen PWM1(83), PWM2(93) 90° beträgt, was zwischen Null und 180° liegt, schwankt die aktuelle Hochspannung VH; jedoch ist die Breite der Schwankungen geringer als diejenige in dem Fall, in dem PWM1(83) und PWM2(93) miteinander synchronisiert sind.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, wird eine Steuerung stabil, wenn PWM1(83) und PWM2(93) phasenmäßig um 180° verschoben sind, der erste und der zweite Induktorstrom IL1, IL2 lediglich als Folge eines Ein- oder Ausschaltens der Schaltelemente 25, 26, 45, 46 schwanken, und die Temperaturen der Batterien 33, 53 allmählich steigen. Andererseits wird eine Steuerung instabil, wenn PWM1(83) und PWM2(93) miteinander synchronisiert sind (die Phasendifferenz ∆φ Null ist), der erste und der zweite Induktorstrom IL1, IL2 aufgrund einer selbsterregten Oszillation um einen großen Betrag oszillieren, und die Amplituden mit der Zeit steigen. Daher steigen die Temperaturen der Batterien 33, 53 schnell. Eine Steuerung wird instabil, wenn eine Verschiebung zwischen den Phasen von PWM1(83) und PWM2(93) zwischen 180° und Null (zum Beispiel 90°) liegt, und der erste und der zweite Induktorstrom IL1, IL2 oszillieren, jedoch die Amplituden nicht so groß sind wie diejenigen in dem Fall, in dem PWM1(83) und PWM2(93) miteinander synchronisiert sind. Daher liegt ein Anstieg der Temperaturen der Batterien 33, 53 zwischen dem Fall, in dem die Signale phasenmäßig synchronisiert sind, und dem Fall, in dem die Signale phasenmäßig um 180° verschoben sind.
  • Wie es in 8 unten gezeigt ist, ändert die Steuereinheit 70 die Verschiebung zwischen den Phasen von PWM1(83) und PWM2(93) periodisch in einer Reihenfolge 180° (asynchron), Null (synchron) und 180° (asynchron). Somit ändert sich eine Steuerung über das Energieversorgungssystem 100 periodisch in einer Reihenfolge stabil (phasenasynchron), instabil (phasensynchron) und stabil (phasenasynchron), und ändert sich die Anstiegsrate der Temperaturen der Batterien in der Reihenfolge gewöhnlich (asynchron), schnell (synchron) und gewöhnlich (asynchron). Die Periode einer Phasenänderung wird auf Grundlage einer Zeit bestimmt, die es braucht, bis eine Stromoszillation auf einen zulässigen Strom von jedem Element zu der Zeit ansteigt, zu der eine Steuerung instabil wird. Das heißt, dass die Temperaturen der Batterien 33, 53 schnell angehoben werden, indem eine Steuerung durch Synchronisation der Phasen von PWM1(83) und PWM2(93) miteinander instabil gemacht wird, um Stromoszillationen zu erzeugen, und, wenn die Größe einer Stromoszillation auf einen Wert nahe des zulässigen Stroms von jedem Element angestiegen ist, eine Steuerung auf einen stabilen Zustand hin ausgerichtet wird, indem die Phasen von PWM1(83) und PWM2(93) asynchron gemacht werden, um einen kompletten Zusammenbruch der Steuerung zu verhindern. Wenn eine Steuerung stabil wird und die Stromoszillation verschwindet, wird eine Stromoszillation erzeugt, indem eine Steuerung erneut instabil gemacht wird, wodurch die Temperaturen der Batterien 33, 53 schnell angehoben werden. Wenn der Gesamtstrom (der Absolutwert des Gesamtstroms │IL1 + IL2│) des ersten und des zweiten Induktorstroms IL1, IL2 groß ist, das heißt, wenn die ausgegebene elektrische Energie oder die regenerierte elektrische Energie des Energieversorgungssystems 100 groß ist, wird der zulässige Strom von jedem Element innerhalb einer Zeit erreicht, die kürzer ist als diejenige in dem Fall, in dem die ausgegebene elektrische Energie oder die regenerierte elektrische Energie gering ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird daher, wenn der Gesamtstrom (der Absolutwert des Gesamtstroms │IL1 + IL2│) des ersten und des zweiten Induktorstroms IL1, IL2 größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ILS ist, die Periode einer Phasenänderung so gesteuert, dass sie kürzer ist als die Periode einer Phasenänderung in dem Fall, in dem der Gesamtstrom (der Absolutwert des Gesamtstroms) des ersten und des zweiten Induktorstroms IL1, IL2 kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert ILS.
  • Wie es in 8 oben und in der Mitte gezeigt ist, steuert die Steuereinheit 70 das Energieversorgungssystem 100 in einem Zustand, in dem die Phasendifferenz ∆φ zwischen PWM1(83) und PWM2(93) zu Zeit 0 180° beträgt, wenn der Gesamtstrom (│IL1 + IL2│, der Absolutwert des Gesamtstroms) des ersten und des zweiten Induktorstroms IL1, IL2 gleich IL0 ist, was kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert ILS. Daher ist zu Zeit 0│IL1 + IL2│ stabil bei IL0. Wie es in 8 unten gezeigt ist, ändert die Steuereinheit 70 die Phasendifferenz ∆φ zwischen PWM1(83) und PWM2(93) von Zeit 0 bis Zeit t32 von 180° (wobei PWM1(83) und PWM2(93) in dem asynchronen Zustand sind) auf Null (wobei PWM1(83) und PWM2(93) in dem synchronen Zustand sind). Wie es vorstehend beschrieben ist, wird eine Steuerung über das Energieversorgungssystem 100 instabil, und beginnt │IL1 + IL2│ zu oszillieren, wie es in 8 oben und in der Mitte gezeigt ist. Die Oszillation erhöht sich im Zeitverlauf, oder wenn die Phasendifferenz in die Nähe von Null gebracht wird. Auf diese Art und Weise treten, wenn │IL1 + IL2│ oszilliert, Stromoszillationen, die größer sind als Stromschwankungen, die aus einem Ein- oder Ausschalten der Schaltelemente in PWM-Steuerungen resultieren, auch in dem ersten und dem zweiten Induktorstrom IL1, IL2 auf, mit dem Ergebnis, dass der ausgegebene Strom oder der regenerierte Strom von jeder der Batterien 33, 53 ebenfalls erheblich oszilliert. Die Temperaturen der Batterien 33, 53 werden durch die Stromoszillationen schnell angehoben.
  • Wie es in 8 oben und in der Mitte gezeigt ist, erreicht die Amplitude der Oszillation von │IL1 + IL2│, die ausgehend von Zeit Null allmählich zunimmt, ∆L0 zu Zeit t32. Ströme, die durch die Schaltelemente 25, 26, 45, 46 und die Dioden 27, 28, 47, 48 fließen, werden erhalten, indem ein durch Oszillation erzeugter Strom zu den entsprechenden Strömen in dem Fall addiert wird, in dem │IL1 + IL2│ gleich IL0 ist, und ein momentaner Strom, der durch jedes Element fließt, ist zu Zeit t32 nahe dem zulässigen Strom des Elements. Die Steuereinheit 70 vergrößert die Phasendifferenz ∆φ zwischen PWM1(83) und PWM2(93) von Zeit t32 bis Zeit t34 von Null auf 180°. Somit, wie es in 8 oben und in der Mitte gezeigt ist, beginnt sich die Oszillation von │IL1 + IL2│ zu reduzieren. Die Oszillation reduziert sich im Zeitverlauf, oder wenn die Phasendifferenz in Richtung 180° erhöht wird. Wenn die Phasendifferenz ∆φ zwischen PWM1(83) und PWM2(93) zu Zeit t34 180° erreicht, kehrt eine Steuerung über das Energieversorgungssystem 100 in einen stabilen Zustand zurück, verschwindet die Oszillation von │IL1 + IL2│, und wird │IL1 + IL2│ auf IL0 konstant. Die Steuereinheit 70 verkleinert die Phasendifferenz ∆φ zwischen PWM1(83) und PWM2(93) ausgehend von Zeit t34 erneut von 180° in Richtung Null und erhöht allmählich die Oszillation von │IL1 + IL2│. Auf diese Art und Weise ändert die Steuereinheit 70 die Phasen von PWM1(83) und PWM2(93) zwischen 180° (asynchron) und Null (synchron) mit einer Periode, die auf eine Zeit T0 eingestellt ist, die von Zeit 0 bis Zeit t34 reicht. Somit wird Strom oszilliert, indem eine Steuerung periodisch instabil gemacht wird, und werden die Temperaturen der Batterien 33, 53 durch die Stromoszillation periodisch schnell angehoben.
  • Wie es in 8 oben und in der Mitte gezeigt ist, wenn der Gesamtstrom (│IL1 + IL2│, der Absolutwert des Gesamtstroms) des ersten und des zweiten Induktorstroms IL1, IL2 gleich IL3 ist, was größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ILS ist, ändert die Steuereinheit 70 die Phasendifferenz ∆φ zwischen PWM1(83) und PWM2(93) innerhalb des Bereichs zwischen 180° und Null mit einer Periode, die auf eine Zeit T3 (zwischen Zeit 0 und Zeit t32) eingestellt ist, wobei diese kürzer ist als die Zeit T0 in dem Fall, in dem der Gesamtstrom (│IL1 + IL2│, der Absolutwert des Gesamtstroms) des ersten und des zweiten Induktorstroms IL1, IL2 kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert ILS.
  • Auf diese Art und Weise wird, wenn die Phasendifferenz ∆φ zwischen PWM1(83) und PWM2(93) mit einer kurzen Periode geändert wird, eine Steuerung stabilisiert, bevor die Amplitude aufgrund eines instabilen Steuerzustands zu stark steigt, wie es in 8 oben und in der Mitte gezeigt ist, weshalb die Amplitude von │IL1 + IL2│ zu ∆L3 wird, was kleiner ist als ∆L0, wie es vorstehend beschrieben ist. In diesem Fall sind Ströme, die durch die Schaltelemente 25, 26, 45, 46 und die Dioden 27, 28, 47, 48 fließen, die Gesamtströme aus den Strömen, die dem Fall entsprechen, in dem │IL1 + IL2│ gleich IL3 ist, was größer ist als IL0, und ∆L3, wobei die Stromamplitude kleiner ist als ∆L0, weshalb ein momentaner Strom, der zu Zeit t31 durch jedes Element fließt, auf einen Wert in der Nähe des zulässigen Stroms des entsprechenden Elements niedergehalten wird, wie in dem vorstehend beschriebenen Fall. In diesem Fall ist jedoch die Amplitude ∆L3 der Stromoszillation kleiner als die Amplitude ∆L0 in dem vorstehend beschriebenen Fall, weshalb ein Anstieg der Temperaturen der Batterien 33, 53 nicht so schnell erfolgt wie in dem vorstehend beschriebenen Fall.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, bringt das Energieversorgungssystem 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Strom zum Oszillieren, indem eine Steuerung periodisch instabil gemacht wird, indem die Phasendifferenz zwischen PWM1(83) und PWM2(93) periodisch zwischen 180° (asynchron) und Null (synchron) geändert wird, und erhöht es die Temperaturen der Batterien 33, 53 schnell durch die periodische Stromoszillation, wodurch es möglich gemacht wird, eine Aufwärmzeit der Batterien 33, 53 zu reduzieren. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt das Energieversorgungssystem 100 eine Steuerung derart durch, dass die Phasen der zwei Signale in dem Fall, in dem der Absolutwert │IL1 + IL2│ des Gesamtstroms des ersten und des zweiten Induktorstroms IL1, IL2 kleiner ist als der Schwellenwert ILS, mit der langen Periode T0 geändert werden, und die Phasen der zwei Signale in dem Fall, in dem │IL1 + IL2│ größer oder gleich dem Schwellenwert ILS ist, mit der kurzen Periode T3 geändert werden. Selbst wenn eine Stromoszillation durch eine instabile Steuerung erzeugt wird, ist es daher möglich, die Aufwärmzeit der Batterien 33, 53 zu reduzieren, während ein momentaner Strom, der durch jedes Element fließt, den zulässigen Strom des entsprechenden Elements nicht überschreitet.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Phasendifferenz ∆φ zwischen den zwei Signalen zwischen 180° und Null in Proportionalität zu der Zeit kontinuierlich geändert; jedoch ist die Art und Weise der Änderung der Phasendifferenz ∆φ nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann die Phasendifferenz ∆φ von 180° auf Null zu Zeit 0 geändert werden, von Zeit 0 bis Zeit t32 auf Null gehalten werden, zu Zeit t32 von Null auf 180° zurückgebracht werden, und von Zeit t32 bis Zeit t34 auf 180° gehalten werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Änderungsperiode der Phasendifferenz ∆φ in dem Fall, in dem │IL1 + IL2│ kleiner ist als der Schwellenwert ILS, auf die lange Periode T0 eingestellt, und wird die Änderungsperiode der Phasendifferenz ∆φ in dem Fall, in dem │IL1 + IL2│ größer oder gleich dem Schwellenwert ILS ist, auf die kurze Periode T3 eingestellt; jedoch ist die Art und Weise der Einstellung der Änderungsperiode der Phasendifferenz ∆φ nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann die Änderungsperiode der Phasendifferenz ∆φ in dem Fall, in dem │IL1 + IL2│ der Schwellenwert ILS ist, auf eine Referenzperiode eingestellt werden, und kann die Änderungsperiode in dem Fall, in dem │IL1 + IL2│ den Schwellenwert ILS überschreitet, so eingestellt werden, dass sie in Reaktion auf (zum Beispiel in Proportionalität zu) einen Grad bzw. ein Ausmaß, in/um den bzw. das │IL1 + IL2│ den Schwellenwert ILS überschreitet, kürzer als die Referenzperiode; wohingegen die Änderungsperiode in dem Fall, in dem │IL1 + IL2│ kleiner ist als der Schwellenwert ILS, so eingestellt wird, dass sie in Reaktion auf (zum Beispiel in Proportionalität zu) einen Grad bzw. ein Ausmaß, in/um den bzw. das │IL1 + IL2│ kleiner ist als der Schwellenwert ILS, länger ist als die Referenzperiode.
  • Ein Energieversorgungssystem umfasst: einen ersten Spannungswandler (20), der konfiguriert ist zum bidirektionalen Wandeln einer Spannung zwischen einer ersten Batterie (33) und einer Ausgangsleitung gemäß einer ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung; einen zweiten Spannungswandler (40), der parallel zu dem ersten Spannungswandler mit der Ausgangsleitung verbunden ist, wobei der zweite Spannungswandler konfiguriert ist zum bidirektionalen Wandeln einer Spannung zwischen einer zweiten Batterie (53) und der Ausgangsleitung gemäß einer zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung; und eine Steuereinheit (70), die konfiguriert ist zum Steuern des ersten und des zweiten Spannungswandlers durch Erzeugung eines ersten und eines zweiten Pulsbreitenmodulationssteuersignals, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, wenn eine oder beide von Temperaturen der ersten und der zweiten Batterie niedriger ist oder sind als eine vorbestimmte Temperatur, Phasen der Pulsbreitenmodulationssteuersignale derart zu ändern, dass das erste Pulsbreitenmodulationssteuersignal und das zweite Pulsbreitenmodulationssteuersignal von einem synchronen Zustand in einen asynchronen Zustand wechseln.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2008-5625 A [0002]
    • JP 2008-5625 [0003]

Claims (4)

  1. Energieversorgungssystem, gekennzeichnet durch: einen ersten Spannungswandler (20), der konfiguriert ist zum bidirektionalen Wandeln einer Spannung zwischen einer ersten Batterie (33) und einer Ausgangsleitung gemäß einer ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung; einen zweiten Spannungswandler (40), der parallel zu dem ersten Spannungswandler mit der Ausgangsleitung verbunden ist, wobei der zweite Spannungswandler konfiguriert ist zum bidirektionalen Wandeln einer Spannung zwischen einer zweiten Batterie (53) und der Ausgangsleitung gemäß einer zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung; und eine Steuereinheit (70), die konfiguriert ist zum Steuern des ersten und des zweiten Spannungswandlers durch Erzeugung eines ersten und eines zweiten Pulsbreitenmodulationssteuersignals, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, wenn eine oder beide von Temperaturen der ersten und der zweiten Batterie niedriger ist oder sind als eine vorbestimmte Temperatur, Phasen der Pulsbreitenmodulationssteuersignale derart zu ändern, dass das erste Pulsbreitenmodulationssteuersignal und das zweite Pulsbreitenmodulationssteuersignal von einem synchronen Zustand in einen asynchronen Zustand wechseln.
  2. Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit konfiguriert ist, wenn eine oder beide der Temperaturen der ersten und der zweiten Batterie niedriger ist oder sind als die vorbestimmte Temperatur, die Phasen der Pulsbreitenmodulationssteuersignale derart zu ändern, dass das erste Pulsbreitenmodulationssteuersignal und das zweite Pulsbreitenmodulationssteuersignal periodisch zwischen dem synchronen Zustand und dem asynchronen Zustand alternieren.
  3. Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit konfiguriert ist, wenn der Absolutwert eines Gesamtstroms eines Ausgangsstroms des ersten Spannungswandlers und eines Ausgangsstroms des zweiten Spannungswandlers größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist, eine Änderungsperiode der Phasen der Pulsbreitenmodulationssteuersignale im Vergleich dazu zu reduzieren, wenn der Absolutwert des Gesamtstroms kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
  4. Energieversorgungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der Phasen mit Bezug auf die Zeit kontinuierlich ist.
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