DE112014001669T5 - Leistungsversorgungssystem - Google Patents

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DE112014001669T5
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Shuji Tomura
Masaki Okamura
Masanori Ishigaki
Naoki Yanagizawa
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Toyota Motor Corp
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Abstract

Eine Betriebsmodus-Auswahleinheit (160) wählt einen Effizienzprioritätsmodus zur Minimierung des Gesamtverlustes in einem Leistungsversorgungssystem auf Basis einer von einem Verbraucher geforderten Spannung (VHrq), die gemäß der Bedingung eines Verbrauchers ermittelt wird, und Bedingungen von DC-Leistungsquellen aus und erzeugt ein Modusauswahlsignal (MD1) gemäß dem Wahlergebnis. Wenn der SOC und/oder die Ausgangsleistung in einer DC-Leistungsquelle Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht hat/haben, erzeugt eine Betriebsmodus-Modifikationseinheit (170) ein endgültiges Modusauswahlbefehlssignal (MD*), um die Auswahl des Effizienzprioritätsmodus durch das Modusauswahlsignal (MD1) zu modifizieren, um einen Betriebsmodus auszuwählen, in dem die Leistungsverteilung zwischen den DC-Leistungsquellen gesteuert werden kann.

Description

  • GEBIET DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsversorgungssystem, und insbesondere eine Steuerung eines Leistungsversorgungssystems, das so gestaltet ist, dass es einen Leistungswandler beinhaltet, der mit einer Mehrzahl von Gleichstromquellen verbunden ist, und eine elektrische Stromleitung, die der Mehrzahl von Gleichstromquellen gemeinsam ist.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Die japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 7-240212 (PTD 1) und 2004-199911 (PTD 2) beschreiben jeweils ein Hybrid-Leistungsversorgungssystem, in dem eine Mehrzahl von Leistungsquellen kombiniert sind, um einem Verbraucher unter Verwendung eines Leistungswandlers, der mit den mehreren Leistungsquellen und dem Verbraucher verbunden ist, Leistung zuzuführen. PTD 1 beschreibt, dass in der Hybrid-Leistungsversorgungsvorrichtung, in der eine Brennstoffzelle und eine Sekundärbatterie kombiniert sind, Eigenschaften einer Gesamteffizienz des Systems in Bezug auf eine Brennstoffzellenausgangsleistung vorab berechnet werden und dem Ausgang der Brennstoffzelle befohlen wird, die Sekundärbatterie so zu laden, dass ein Bereich, wo die Gesamteffizienz des Systems hoch ist, abhängig von der verbliebenen Leistung der Sekundärbatterie ausgewählt wird.
  • PTD 2 beschreibt, dass in einem Brennstoffzellensystem mit einer Sekundärbatterie eine Steuerung bzw. Regelung zur Steigerung einer Effizienz in einem bestimmten Steuerungsmodus, in dem eine Brennstoffzelle von einem Hybrid-Leistungsversorgungssystem getrennt ist, durch Verbinden der Sekundärbatterie und eines Verbrauchers ohne eine Schaltoperation im Steuerungsmodus erreicht wird.
  • Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2012-70514 (PTD 3) beschreibt eine Gestaltung eines Leistungswandlers, der in der Lage ist, mittels einer Steuerung einer Mehrzahl von Schaltelementen zwischen einem Betriebsmodus, in dem eine Gleichspannungswandlung mit zwei in Reihe verbundenen DC-Leistungsquellen durchgeführt wird, (Reihenverbindungsmodus) und einem Betriebsmodus, in dem eine Gleichspannungswandlung mit zwei parallel verwendeten DC-Leistungsquellen durchgeführt wird, (Parallelverbindungsmodus) umzuschalten.
  • LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
  • PATENTDOKUMENT
    • PTD 1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 7-240212
    • PTD 2: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-199911
    • PTD 3: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2012-70514
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • PTD 3 beschreibt, dass der Leistungswandler eine Mehrzahl von Betriebsmodi aufweist, beschreibt aber keine bestimmte Verarbeitung zur Auswahl dieser Betriebsmodi im Detail. PTD 1 und PTD 2 beschreiben jeweils eine Steuerung, mit der das gesamte System veranlasst werden soll, mit hoher Effizienz zu arbeiten, behandelt aber nicht eigens die Beziehung zwischen einer Auswahl des Betriebsmodus und einer Steigerung der Effizienz unter der Bedingung, wo eine Mehrzahl von Betriebsmodi auswählbar sind. Darüber hinaus ist es in einem System, das eine Mehrzahl von Leistungsquellen aufweist, auch wichtig, auf einen Schutz vor Überleistung zu achten, um eine Überladung und eine zu tiefe Entladung der einzelnen Leistungsquellen zu verhindern.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um diese Probleme zu lösen, und ein Ziel der Erfindung besteht darin, in einem Leistungsversorgungssystem, das einen Leistungswandler aufweist, der mit einer Mehrzahl von DC-Leistungsquellen und einer Stromleitung verbunden ist, die der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen gemeinsam ist, den Betriebsmodus des Leistungswandlers so auszuwählen, dass gleichzeitig eine Verbesserung der Gesamteffizienz des Systems und ein Schutz der einzelnen DC-Leistungsquellen vor Überladung und zu tiefer Entladung erreicht werden können.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Leistungsversorgungssystem einen Verbraucher, eine Stromleitung, die mit dem Verbraucher verbunden ist, und eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung auf, die so gestaltet ist, dass sie einen Betrieb bzw. eine Operation des Leistungswandlers steuert. Der Leistungswandler ist mit der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen und der Stromleitung verbunden. Der Leistungswandler ist so gestaltet, dass er eine Mehrzahl von Schaltelementen aufweist und in einer Mehrzahl von Betriebsmodi arbeitet, wobei ein Betriebsmodus aus der Mehrzahl von Betriebsmodi angewendet wird, wobei die Leistungswandlung zwischen der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen und der Stromleitung auf verschiedene Weise durchgeführt wird. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung weist eine Einstelleinheit für eine geforderte Spannung, eine Betriebsmodus-Auswahleinheit und eine Betriebsmodus-Modifikationseinheit auf. Die Einstelleinheit für die geforderte Spannung ist so gestaltet, dass sie eine geforderte Spannung für eine Ausgangsspannung, die vom Leistungswandler an die Stromleitung ausgegeben wird, gemäß einem Betriebszustand des Verbrauchers einstellt. Die Betriebsmodus-Auswahleinheit ist so gestaltet, dass sie einen ersten Betriebsmodus, in dem ein Leistungsverlust im Leistungsversorgungssystem minimiert ist, aus einer Gruppe von Betriebsmodi, in denen der Leistungswandler eine Ausgangsspannung ausgeben kann, die mindestens so hoch ist wie die geforderte Spannung, unter der Mehrzahl von Betriebsmodi auswählt. Die Betriebsmodus-Modifikationseinheit ist so gestaltet, dass sie, wenn ein SOC und/oder eine Eingangs-/Ausgangsleistung einer DC-Leistungsquelle von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen einen Beschränkungswert erreicht hat, aus der Gruppe von Betriebsmodi einen zweiten Betriebsmodus, in dem eine Leistungsverteilung zwischen der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen gesteuert werden kann, anstelle des ersten Betriebsmodus auswählt.
  • Vorzugsweise ist der erste Betriebsmodus, wenn die Betriebsmodus-Modifikationseinheit den zweiten Betriebsmodus ausgewählt hat, ein Betriebsmodus, in dem eine Leistungsverteilung zwischen der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen nicht frei gesteuert werden kann.
  • Stärker bevorzugt beinhaltet der erste Betriebsmodus einen Betriebsmodus von der Mehrzahl von Betriebsmodi, in dem ein Ein- und Ausschalten der Mehrzahl von Schaltelementen so gesteuert wird, dass eine Gleichspannungswandlung zwischen einer DC-Leistungsquelle von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen und der Stromleitung durchgeführt wird, und die andere DC-Leistungsquelle in einem Zustand gehalten wird, in dem sie von der Stromleitung getrennt ist. Der zweite Betriebsmodus beinhaltet einen Betriebsmodus von der Mehrzahl von Betriebsmodi, in dem das Ein- und Ausschalten der Mehrzahl von Schaltelementen so gesteuert wird, dass eine Gleichspannungswandlung zwischen mindestens zwei DC-Leistungsquellen von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen und der Stromleitung parallel durchgeführt wird.
  • Vorzugsweise wird die Mehrzahl von DC-Leistungsquellen von der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle gebildet. Die Stromleitung weist eine erste Stromleitung auf einer Seite, wo die Spannung höher ist, und eine zweite Stromleitung auf einer Seite, wo die Spannung niedriger ist, auf. Die Mehrzahl von Schaltelementen beinhaltet erste bis vierte Schaltelemente. Das erste Schaltelement ist elektrisch mit einem ersten Knoten und der ersten Stromleitung verbunden. Das zweite Schaltelement ist elektrisch mit einem zweiten Knoten und dem ersten Knoten verbunden. Das dritte Schaltelement ist elektrisch mit einem dritten Knoten verbunden, der elektrisch mit einer Minuselektrodenklemme der zweiten DC-Leistungsquelle und dem zweiten Knoten verbunden ist. Das vierte Schaltelement ist elektrisch mit dem dritten Knoten und der zweiten Stromleitung verbunden, die elektrisch mit einer Minuselektrodenklemme der ersten DC-Leistungsquelle verbunden ist. Der Leistungswandler weist ferner erste und zweite Drosseln auf. Die erste Drossel ist über den zweiten Knoten und die zweite Stromleitung elektrisch mit der ersten DC-Leistungsquelle in Reihe verbunden. Die zweite Drossel ist über den ersten Knoten und den dritten Knoten elektrisch mit der zweiten DC-Leistungsquelle in Reihe verbunden.
  • Stärker bevorzugt beinhaltet die Mehrzahl von Betriebsmodi erste und zweite Modi. Im ersten Modus führt der Leistungswandler eine Gleichspannungswandlung zwischen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle und der ersten und der zweiten Stromleitung auf parallele Weise durch, indem er die ersten bis vierten Schaltelemente ein/aus steuert. Im zweiten Modus führt der Leistungswandler eine Gleichspannungswandlung zwischen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle, die in Reihe geschaltet sind, und der ersten und der zweiten Stromleitung durch, indem er das dritte Schaltelement eingeschaltet lässt und das erste, zweite und vierte Schaltelement ein/aus steuert. Wenn die geforderte Spannung höher ist als die Summe der Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle, ist der erste Betriebsmodus der zweite Modus und der zweite Betriebsmodus ist der erste Modus.
  • Darüber hinaus beinhaltet die Mehrzahl von Betriebsmodi erste bis dritte Modi. Im ersten Modus führt der Leistungswandler eine Gleichspannungswandlung zwischen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle und der ersten und der zweiten Stromleitung auf parallele Weise durch, indem er die ersten bis vierten Schaltelemente ein/aus steuert. Im zweiten Modus führt der Leistungswandler eine Gleichspannungswandlung zwischen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle, die in Reihe geschaltet sind, und der ersten und der zweiten Stromleitung durch, indem er das dritte Schaltelement eingeschaltet lässt und das erste, zweite und vierte Schaltelement ein/aus steuert. Im dritten Modus hält der Leistungswandler den Zustand aufrecht, wo die erste und die zweite DC-Leistungsquelle mit den ersten und zweiten Stromleitungen in Reihe geschaltet sind, indem er die ersten bis vierten Schaltelemente ein-/ausgeschaltet hält. Wenn die geforderte Spannung niedriger ist als die Summe der Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle, ist der erste Betriebsmodus der dritte Modus und der zweite Betriebsmodus ist der erste Modus.
  • Stärker bevorzugt beinhaltet die Mehrzahl von Betriebsmodi ferner einen vierten Modus. Im vierten Modus führt der Leistungswandler eine Gleichspannungswandlung zwischen der ersten oder der zweiten DC-Leistungsquelle und den Stromleitungen durch, indem er die ersten bis vierten Schaltelemente ein/aus steuert. Wenn die geforderte Spannung höher ist als eine höhere von den Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle, ist der erste Betriebsmodus der vierte Modus und der zweite Betriebsmodus ist der erste Modus.
  • Noch stärker bevorzugt beinhaltet die Mehrzahl von Betriebsmodi ferner fünfte und sechste Modi. Im fünften Modus hält der Leistungswandler den Zustand aufrecht, wo entweder die erste oder die zweite DC-Leistungsquelle elektrisch mit der ersten und der zweiten Stromleitung verbunden ist und die andere von der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle elektrisch von der ersten und der zweiten Stromleitung getrennt ist, indem er die ersten bis vierten Schaltelemente ein-/ausgeschaltet hält. Im sechsten Modus hält der Leistungswandler den Zustand aufrecht, wo die erste und die zweite DC-Leistungsquelle mit der ersten und der zweiten Stromleitung in Reihe geschaltet sind, indem er die ersten bis vierten Schaltelemente ein-/ausgeschaltet hält. Wenn die geforderte Spannung niedriger ist als eine höhere von den Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle, ist der erste Betriebsmodus entweder der fünfte oder der sechste Modus und der zweite Betriebsmodus ist der erste Modus.
  • Alternativ dazu und noch stärker bevorzugt berechnet die Steuer- bzw. Regelvorrichtung ein erstes Tastverhältnis zum Regeln der Ausgabe von der ersten DC-Leistungsquelle und ein zweites Tastverhältnis zum Regeln der Ausgabe von der zweiten DC-Leistungsquelle und erzeugt Signale zum Ein/Aus-Steuern der ersten bis vierten Schaltelemente auf Basis von ersten und zweiten Steuerimpulssignalen, die jeweils gemäß Pulsweitenmodulationen erhalten werden, durch Vergleichen einer ersten Trägerwelle mit dem ersten Tastverhältnis und durch Vergleichen einer zweiten Trägerwelle mit dem zweiten Tastverhältnis. Ferner wird ein Phasenunterschied zwischen der ersten Trägerwelle und der zweiten Trägerwelle so geregelt, dass er gemäß dem ersten und dem zweiten Tastverhältnis variabel ist, so dass ein Übergangszeitpunkt eines Impulses des ersten Steuerimpulssignals mit dem Übergangszeitpunkt eines Impulses des zweiten Steuerimpulssignals zusammenfällt.
  • Vorzugsweise ist das Leistungsversorgungssystem an einem Hybridfahrzeug angebaut, das einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor aufweist, um eine Fahrzeugantriebskraft zu erzeugen. Das Hybridfahrzeug ist so gestaltet, dass es einem Anwender die Möglichkeit gibt, einen vorgegebenen Antriebsmodus zu wählen, in dem einem sparsamen Verbrauch akkumulierter Energie in der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen Priorität eingeräumt wird. Der Verbraucher beinhaltet den Elektromotor, der elektrisch mit der Stromleitung verbunden ist. Wenn die Eingangs-/Ausgangsleistung einer von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen in einem Zustand, wo von der Betriebsmodus-Auswahleinheit der zweite oder der dritte Modus als erster Betriebsmodus ausgewählt worden ist und der vorgegebene Antriebsmodus ausgewählt worden ist, hält die Steuer- bzw. Regelvorrichtung die Auswahl des ersten Betriebsmodus aufrecht und beschränkt die Ausgangsleistung des Elektromotors, so dass die Eingangs-/Ausgangsleistung der einzelnen DC-Leistungsquellen kleiner wird als der Beschränkungswert.
  • Stärker bevorzugt ist die Betriebsmodus-Modifikationseinheit so gestaltet, dass sie, wenn der SOC und die Eingangs-/Ausgangsleistung der einzelnen DC-Leistungsquellen während der Auswahl des zweiten Betriebsmodus kleiner werden als der Beschränkungswert, und einen kalkulierten Wert der Eingangs-/Ausgangsleistung der einzelnen DC-Leistungsquellen für den Fall berechnet, dass der erste Betriebsmodus statt des zweiten Betriebsmodus angewendet wird. Die Betriebsmodus-Modifikationseinheit ist ferner so gestaltet, dass sie eine Rückkehr zum ersten Betriebsmodus befiehlt, wenn der kalkulierte Wert der einzelnen DC-Leistungsquellen den Beschränkungswert nicht erreicht hat, und dass sie eine Auswahl des zweiten Betriebsmodus aufrechterhält, wenn der kalkulierte Wert den Beschränkungswert in irgendeiner von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen erreicht hat.
  • Alternativ dazu und ebenfalls bevorzugt steuert die Steuer- bzw. Regelvorrichtung in dem Fall, wo der zweite Betriebsmodus von der Betriebsmodus-Modifikationseinheit ausgewählt worden ist, wenn der SOC von irgendeiner von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen den Beschränkungswert erreicht, den Leistungswandler so, dass dieser die DC-Leistungsquelle lädt, und zwar durch Einstellen der Summe der Ausgangsleistung von den DC-Leistungsquellen außer der DC-Leistungsquelle, deren SOC den Beschränkungswert erreicht hat, höher als die geforderte Leistung des Verbrauchers.
  • Vorzugsweise berechnet die Steuer- bzw. Regelvorrichtung eine Gesamt-Eingangs-/Ausgangsleistung aus der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle, die insgesamt an die Stromleitung ausgegeben wird, auf Basis einer Abweichung zwischen einem Spannungserfassungswert der Stromleitung und einem Spannungssollwert und schaltet ein Leistungsverteilungsverhältnis zwischen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle gemäß einer Änderung des Betriebsmodus um. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung stellt ferner einen ersten Leistungssollwert für die erste DC-Leistungsquelle und einen zweiten Leistungssollwert für die zweite DC-Leistungsquelle gemäß der Gesamt-Eingangs-/Ausgangsleistung und dem Leistungsverteilungsverhältnis ein, berechnet ein erstes Tastverhältnis zum Steuern des Ausgangs von der ersten DC-Leistungsquelle auf Basis einer Abweichung eines Stromerfassungswerts der ersten DC-Leistungsquelle in Bezug auf einen ersten Stromsollwert, die durch Teilen des ersten Leistungssollwerts durch die Ausgangsspannung der ersten DC-Leistungsquelle erhalten wird, und berechnet ein zweites Tastverhältnis zum Steuern des Ausgangs von der zweiten DC-Leistungsquelle auf Basis einer Abweichung eines Stromerfassungswerts der zweiten DC-Leistungsquelle in Bezug auf einen zweiten Stromsollwert, die durch Teilen des zweiten Leistungssollwerts durch die Ausgangsspannung der zweiten DC-Leistungsquelle erhalten wird. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung erzeugt ferner Signale zum Ein/Aus-Steuern der ersten bis vierten Schaltelemente auf Basis von ersten und zweiten Steuerimpulssignalen, die jeweils gemäß Pulsweitenmodulationen erhalten werden, durch Vergleichen einer ersten Trägerwelle mit dem ersten Tastverhältnis und durch Vergleichen einer zweiten Trägerwelle mit dem zweiten Tastverhältnis.
  • Stärker bevorzugt wird das Leistungsverteilungsverhältnis im ersten Modus so eingestellt, dass es gemäß Betriebszuständen der ersten und zweiten DC-Leistungsquellen variabel ist, und wird im zweiten Modus auf ein Verhältnis festgelegt, das auf Spannungen der ersten und zweiten DC-Leistungsquellen basiert.
  • Stärker bevorzugt berechnet die Steuer- bzw. Regelvorrichtung im ersten Modus das erste und das zweite Tastverhältnis für die erste und die zweite DC-Leistungsquelle durch eine Stromrückwärtsregelung auf Basis des ersten Stromsollwerts und berechnet im zweiten Modus das erste und das zweite Tastverhältnis durch Ausführen einer Stromrückwärtsregelung auf Basis des zweiten Stromsollwerts in der ersten oder der zweiten DC-Leistungsquelle, während sie in der anderen von der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle eine Vorwärtsregelung auf Basis der Ausgangsspannung der DC-Leistungsquelle und des Spannungssollwerts durchführt, ohne die Stromrückwärtsregelung durchzuführen. Im ersten und im zweiten Modus erzeugt die Steuer- bzw. Regelvorrichtung ferner die Signale zum Ein/Aus-Steuern der ersten bis vierten Schaltelemente auf Basis eines ersten Steuerimpulssignals, das durch Vergleichen des ersten Tastverhältnisses mit der ersten Trägerwelle und eines zweiten Steuerimpulssignals, das durch Vergleichen des zweiten Tastverhältnisses mit der zweiten Trägerwelle erhalten wird. Ferner wird sowohl im ersten als auch im zweiten Modus ein Phasenunterschied zwischen der ersten Trägerwelle und der zweiten Trägerwelle so geregelt, dass er gemäß dem ersten und dem zweiten Tastverhältnis variabel ist, die so berechnet worden sind, dass ein Übergangszeitpunkt eines Impulses des ersten Steuerimpulssignals mit dem Übergangszeitpunkt eines Impulses des zweiten Steuerimpulssignals zusammenfällt.
  • Alternativ dazu und stärker bevorzugt beinhaltet die Mehrzahl von Betriebsmodi ferner einen vierten Modus. Im vierten Modus führt der Leistungswandler durch Ein/Aus-Steuern der ersten bis vierten Schaltelemente eine Gleichspannungswandlung zwischen der ersten oder der zweiten DC-Leistungsquelle und den Stromleitungen durch und hält den Zustand aufrecht, wo die andere von der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle elektrisch von der ersten und der zweiten Stromleitung getrennt ist. Wenn die geforderte Spannung niedriger ist als die Summe der Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle, ist der erste Betriebsmodus der vierte Modus und der zweite Betriebsmodus ist der erste Modus. Das Leistungsverteilungsverhältnis wird im ersten Modus so eingestellt, dass es gemäß Betriebszuständen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle variabel ist, und wird im vierten Modus so eingestellt, dass eine Gesamt-Eingangs-/Ausgangsleistung mit dem Ausgabe von nur einer von den DC-Leistungsquellen gewährleistet ist.
  • Stärker bevorzugt stellt die Steuer- bzw. Regelvorrichtung im ersten Modus einen Zirkulationsleistungswert zum Laden/Entladen zwischen der ersten DC-Leistungsquelle und der zweiten DC-Leistungsquelle ein. Der erste Leistungssollwert wird so eingestellt, dass er auf einen Leistungsbereich beschränkt wird, der abhängig vom Betriebszustand der ersten DC-Leistungsquelle gemäß der Gesamt-Eingangs-/Ausgangsleistung und dem Leistungsverteilungsverhältnis ebenso wie dem Zirkulationsleistungswert eingestellt wird. Der zweite Leistungssollwert wird durch Subtrahieren des ersten Leistungssollwerts von der Gesamt-Eingangs-/Ausgangsleistung eingestellt.
  • VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem Leistungsversorgungssystem, das einen Leistungswandler aufweist, der mit einer Mehrzahl von DC-Leistungsquellen und einer Stromleitung verbunden ist, die der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen gemeinsam ist, ein Betriebsmodus des Leistungswandlers so ausgewählt werden, dass gleichzeitig eine Verbesserung der Gesamteffizienz des Systems und ein Schutz der einzelnen DC-Leistungsquellen vor Überladung und zu tiefer Entladung erreicht werden können.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Schaltplan, der eine Gestaltung eines Leistungsversorgungssystems, das einen Leistungswandler aufweist, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Gestaltung eines in 1 dargestellten Verbrauchers zeigt.
  • 3 ist eine Tabelle, die eine Mehrzahl von Betriebsmodi zeigt, über die der in 1 dargestellte Leistungswandler verfügt.
  • 4 ist eine Konzeptskizze, die ein Beispiel für Eigenschaften von zwei in 1 dargestellten DC-Leistungsquellen zeigt, wenn diese durch Leistungsquellen unterschiedlicher Arten implementiert werden.
  • 5A ist ein erster Schaltplan, der eine erste Schaltkreisoperation in einem PB-Modus beschreibt.
  • 5B ist ein zweiter Schaltplan, der die erste Schaltkreisoperation im PB-Modus beschreibt.
  • 6A ist ein erster Schaltplan, der eine zweite Schaltkreisoperation im PB-Modus beschreibt.
  • 6B ist ein zweiter Schaltplan, der die zweite Schaltkreisoperation im PB-Modus beschreibt.
  • 7A ist ein erster Schaltplan, der eine Gleichspannungswandlung (eine Boost- bzw. Verstärkungsoperation) für eine erste DC-Leistungsquelle im PB-Modus beschreibt.
  • 7B ist ein zweiter Schaltplan, der eine Gleichspannungswandlung (eine Boost-Operation) für die erste DC-Leistungsquelle im PB-Modus beschreibt.
  • 8A ist ein erster Schaltplan, der eine Gleichspannungswandlung (eine Boost-Operation) für eine zweite DC-Leistungsquelle im PB-Modus beschreibt.
  • 8B ist ein zweiter Schaltplan, der eine Gleichspannungswandlung (eine Boost-Operation) für die zweite DC-Leistungsquelle im PB-Modus beschreibt.
  • 9 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für eine Steuerungsoperation für Schaltelemente des Leistungswandlers im PB-Modus zeigt.
  • 10 ist eine Tabelle zur Beschreibung von logischen Rechenausdrücken zum Einstellen eines Steuersignals für die einzelnen Schaltelemente im PB-Modus.
  • 11A ist ein erster Schaltplan, der eine Schaltkreisoperation im SB-Modus beschreibt.
  • 11B ist ein zweiter Schaltplan, der eine Schaltkreisoperation im SB-Modus beschreibt.
  • 12A ist ein erster Schaltplan, der eine Gleichspannungswandlung (eine Boost-Operation) im SB-Modus beschreibt.
  • 12B ist ein zweiter Schaltplan, der eine Gleichspannungswandlung (ein Boost-Operation) im SB-Modus beschreibt.
  • 13 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für eine Steuerungsoperation für Schaltelemente des Leistungswandlers im SB-Modus zeigt.
  • 14 ist eine Tabelle zur Beschreibung von logischen Rechenausdrücken zum Einstellen eines Steuersignals für die einzelnen Schaltelemente im SB-Modus.
  • 15 ist eine Tabelle zum Vergleichen der Anwendbarkeit der Steuerung eines Leistungsverteilungsverhältnisses zwischen den DC-Leistungsquellen in den einzelnen Betriebsmodi, die in 3 dargestellt sind, und einstellbaren Ausgangsspannungsbereichen.
  • 16 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung der Definition eines Spannungsbereichs einer vom Verbraucher geforderten Spannung.
  • 17 ist eine Tabelle zur Beschreibung der Auswahl eines Betriebsmodus in den einzelnen Spannungsbereichen.
  • 18 ist ein Funktionsblockschema, das eine Steuerungsgestaltung für die Auswahl eines Betriebsmodus im Leistungswandler im Leistungsversorgungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 19 ist ein Funktionsblockschema zur Beschreibung von Funktionen einer Betriebsmodus-Auswahleinheit.
  • 20 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines Vergleichs von Wandlerverlusten zwischen den Betriebsmodi, die durch die Gestaltung von 19 kalkuliert werden.
  • 21 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines Vergleichs von Gesamtsystemverlusten zwischen den Betriebsmodi, die durch die Gestaltung von 19 kalkuliert werden.
  • 22 ist ein Wellenformdiagramm zur Beschreibung eines Beispiels für eine Operation bzw. Funktionsweise einer Betriebsmodus-Modifikationseinheit, die in 18 dargestellt ist.
  • 23 ist eine Tabelle, die eine Modifikation einer Betriebsmodusauswahl zeigt, die durch die Betriebsmodus-Modifikationseinheit in den einzelnen Spannungsbereichen durchgeführt wird.
  • 24 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines ersten Beispiels für eine Modifikation der Betriebsmodusauswahl, die von der Betriebsmodus-Modifikationseinheit durchgeführt wird.
  • 25 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines zweiten Beispiels für eine Modifikation der Betriebsmodusauswahl, die von der Betriebsmodus-Modifikationseinheit durchgeführt wird.
  • 26 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für eine Steuer- bzw. Regeloperation im PB-Modus zeigt, wenn eine Trägerphasenregelung mittels einer Leistungswandlersteuerung gemäß einer Variante der vorliegenden ersten Ausführungsform angewendet wird.
  • 27 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Stromphase beschreibt, die ein Ergebnis einer Trägerphasenregelung im PB-Modus ist.
  • 28A ist ein erster Schaltplan, der einen Stromweg in einer vorgegebenen Periode von 27 zeigt.
  • 28B ist ein zweiter Schaltplan, der einen Stromweg in der vorgegebenen Periode von 27 zeigt.
  • 29A ist ein erstes Wellenformdiagramm eines elektrischen Stroms eines Schaltelements unter der in 27 dargestellten Stromphase.
  • 29B ist ein zweites Wellenformdiagramm eines elektrischen Stroms eines Schaltelements unter der in 27 dargestellten Stromphase.
  • 30 ist ein Wellenformdiagramm einer Stromphase, wenn ein Phasenunterschied zwischen Trägerwellen gleich null ist.
  • 31A ist ein erstes Wellenformdiagramm eines elektrischen Stroms eines Schaltelements unter der in 30 dargestellten Stromphase.
  • 31B ist ein zweites Wellenformdiagramm eines elektrischen Stroms eines Schaltelements unter der in 30 dargestellten Stromphase.
  • 32 ist eine Tabelle, die eine Trägerphasenregelung im PB-Modus unter den jeweiligen Betriebszuständen der DC-Leistungsquellen beschreibt.
  • 33 beschreibt die Zustände von zwei DC-Leistungsquellen im SB-Modus.
  • 34 ist ein Wellenformdiagramm, das Steuerimpulssignale im SB-Modus bei der Anwendung einer Trägerphasenregelung zeigt.
  • 35 ist eine Tabelle zur Beschreibung der Einstellung von Steuersignalen im SB-Modus.
  • 36 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für eine Funktionsweise bzw. Operation im PB-Modus und im SB-Modus in der Leistungswandlersteuerung gemäß der Variante der vorliegenden ersten Ausführungsform zeigt.
  • 37 ist eine Konzeptskizze, die ein grundlegendes Konzept einer Leistungswandlersteuerung gemäß einer vorliegenden zweiten Ausführungsform beschreibt.
  • 38 ist ein erstes Blockschema, das die Leistungswandlersteuerung gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform beschreibt.
  • 39 ist ein zweites Blockschema, das die Leistungswandlersteuerung gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform beschreibt.
  • 40 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines Leistungsflusses im Leistungsversorgungssystem im PB-Modus mittels der Leistungswandlersteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • 41 ist eine Tabelle, die Einstellungen von Steuersignalen und Steuer- bzw.
  • Regelungsdaten in den einzelnen Betriebsmodi zeigt, die zu einem Boost- bzw. Verstärkungsmodus gehören.
  • 42 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines Leistungsflusses im Leistungsversorgungssystem im aB-Modus, der durch die Leistungswandlersteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform erreicht wird.
  • 43 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines Leistungsflusses im Leistungsversorgungssystem im bB-Modus, der durch die Leistungswandlersteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform erreicht wird.
  • 44 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines Leistungsflusses im Leistungsversorgungssystem im SB-Modus, der durch die Leistungswandlersteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform erreicht wird.
  • 45 ist ein Schaltplan, der eine Gestaltung eines Leistungsversorgungssystems, das einen Leistungswandler aufweist, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 46 ist eine Tabelle, die eine Mehrzahl von Betriebsmodi, über die der in 45 gezeigte Leistungswandler verfügt, und Einstellungen von Steuersignalen und Steuer- bzw. Regelungsdaten in den einzelnen Betriebsmodi beschreibt.
  • 47 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung der Definition von Spannungsbereichen einer vom Verbraucher geforderten Spannung im Leistungsversorgungssystem gemäß der dritten Ausführungsform.
  • 48 ist eine Tabelle zur Beschreibung der Auswahl eines Betriebsmodus in den einzelnen Spannungsbereichen im Leistungsversorgungssystem gemäß der dritten Ausführungsform.
  • 49 ist eine Tabelle, die Modifikationen einer Betriebsmodusauswahl durch die Betriebsmodus-Modifikationseinheit in den einzelnen Spannungsbereichen im Leistungsversorgungssystem gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
  • 50 ist ein zweites Funktionsblockschema zur Beschreibung von Funktionen der Betriebsmodus-Auswahleinheit.
  • 51 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerungs- bzw. Regelungsverarbeitung zeigt, wenn eine Modifikation der Betriebsmodusauswahl beendet wird.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Nachstehend wird eine Mehrzahl von Ausführungsformen beschrieben. Geeignete Kombinationen von Merkmalen, die in den jeweiligen Ausführungsformen beschrieben werden, sind ursprünglich eingeschlossen. Gleichen oder entsprechenden Abschnitten in den Zeichnungen sind gleiche Bezugszeichnen zugewiesen, und sie werden grundsätzlich nur einmal ausführlich beschrieben.
  • [Erste Ausführungsform]
  • (Gestaltung des Schaltkreises eines Leistungswandlers)
  • 1 ist ein Schaltplan, der eine Gestaltung eines Leistungsversorgungssystems, das einen Leistungswandler aufweist, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in 1 dargestellt ist, weist ein Leistungsversorgungssystem 5 eine Mehrzahl von DC-Leistungsquellen 10a und 10b, einen Verbraucher 30 und einen Leistungswandler 50 auf.
  • In der vorliegenden Ausführungsform werden die DC-Leistungsquellen 10a und 10b jeweils von einer Sekundärbatterie, wie einer Lithiumionen-Sekundärbatterie oder einer Nickel-Metallhydrid-Batterie oder einem Gleichspannungsversorgungselement mit ausgezeichneten Ausgangsleistungskennwerten, beispielsweise einem Doppelschichtkondensator oder einem Lithiumionenkondensator, implementiert. Die DC-Leistungsquellen 10a und 10b entsprechen einer „ersten DC-Leistungsquelle” bzw. einer „zweiten DC-Leistungsquelle”.
  • Die DC-Leistungsquellen 10a und 10b können durch DC-Leistungsquellen der gleichen Art und der gleichen Kapazität implementiert werden oder sie können durch DC-Leistungsquellen mit unterschiedlichen Eigenschaften und/oder unterschiedlicher Kapazität implementiert werden.
  • Der Leistungswandler 50 ist mit den DC-Leistungsquellen 10a, 10b und einer Stromleitung 20 verbunden. Der Leistungswandler 50 regelt eine Gleichspannung (im Folgenden auch als Ausgangsspannung VH bezeichnet) auf der Stromleitung 20, die mit dem Verbraucher 30 verbunden ist, gemäß einem Spannungssollwert VH*. Das heißt, die Stromleitung 20 steht den DC-Leistungsquellen 10a und 10b gemeinsam zur Verfügung.
  • Der Verbraucher 30 arbeitet, sobald er eine Ausgangsspannung VH des Leistungswandlers 50 empfängt. Der Spannungssollwert VH* wird auf eine Spannung eingestellt, die für einen Betrieb des Verbrauchers 30 geeignet ist. Der Spannungssollwert VH* kann abhängig vom Betriebszustand des Verbrauchers 30 variabel eingestellt werden. Ferner kann der Verbraucher 30 so gestaltet sein, dass er in der Lage ist, elektrische Leistung zum Laden der DC-Leistungsquellen 10a und 10b durch regenerative Leistungserzeugung oder dergleichen zu erzeugen.
  • Der Leistungswandler 50 weist Schaltelemente S1 bis S4 und Drosseln L1 und L2 auf. In der vorliegenden Ausführungsform können als Schaltelemente IGBTs (Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode), MOS(Metalloxidhalbleiter)-Leistungstransistoren, bipolare Leistungstransistoren oder dergleichen verwendet werden. Für die Schaltelemente S1 bis S4 sind jeweils antiparallele Dioden D1 bis D4 angeordnet. Das Ein-/Ausschalten der Schaltelemente S1 bis S4 kann jeweils als Antwort auf Steuersignale SG1 bis SG4 erfolgen. Das heißt, die Schaltelemente S1 bis S4 werden jeweils eingeschaltet, wenn die Steuersignale SG1 bis SG4 einen hohen Pegel aufweisen (im Folgenden als H-Pegel bezeichnet), und werden ausgeschaltet, wenn sie einen niedrigen Pegel aufweisen (im Folgenden als L-Pegel bezeichnet).
  • Das Schaltelement S1 ist elektrisch mit der Stromleitung 20 und einem Knoten N1 verbunden. Das Schaltelement S2 ist elektrisch mit den Knoten N1 und N2 verbunden. Das Schaltelement S3 ist elektrisch mit den Knoten N2 und N3 verbunden. Das Schaltelement S4 ist elektrisch mit dem Knoten N3 und einer Masseleitung 21 verbunden.
  • Der Knoten N3 ist elektrisch mit einer Minuselektrodenklemme der DC-Leistungsquelle 10b verbunden. Die Masseleitung 21 ist elektrisch mit dem Verbraucher 30 und einer Minuselektrodenklemme der DC-Leistungsquelle 10a verbunden. Die Drossel L1 ist über den Knoten N2 und die Masseleitung 21 in Reihe mit der DC-Leistungsquelle 10a verbunden. Die Drossel L2 ist über die Knoten N1 und N3 in Reihe mit der DC-Leistungsquelle 10b verbunden.
  • Wie aus 1 hervorgeht, ist der Leistungswandler 50 so gestaltet, dass er einen Hochsetz-Chopper-Schaltkreis aufweist, der den einzelnen DC-Leistungsquellen 10a und 10b entspricht. Das heißt, für die DC-Leistungsquelle 10a ist ein erster Hochsetz-Chopper-Schaltkreis für bidirektionalen Strom ausgebildet, in dem Schaltelemente S1 und S2 als oberes Zweigelement dienen und Schaltelemente S3 und S4 als unteres Zweigelement dienen. Ebenso ist für die DC-Leistungsquelle 10b ein zweiter Hochsetz-Chopper-Schaltkreis für bidirektionalen Strom ausgebildet, in dem Schaltelemente S1 und S4 als oberes Zweigelement dienen und Schaltelemente S2 und S3 als unteres Zweigelement dienen.
  • Die Schaltelemente S1 bis S4 sind sowohl in einem Leistungswandlungsweg, der vom ersten Hochsetz-Chopper-Schaltkreis über die DC-Leistungsquelle 10a und die Stromleitung 20 gebildet wird, und einem Leistungswandlungsweg, der vom zweiten Hochsetz-Chopper-Schaltkreis über die DC-Leistungsquelle 10b und die Stromleitung 20 gebildet wird, enthalten.
  • Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 40 erzeugt Steuersignale SG1 bis SG4 zum Ein/Aus-Steuern der jeweiligen Schaltelemente S1 bis S4, um die Ausgangsspannung VH zum Verbraucher 30 zu regeln. Man beachte, dass Detektoren (Spannungssensor, Stromsensor) für die Spannung (im Folgenden als Va bezeichnet) und den Strom (im Folgenden als Ia bezeichnet) der DC-Leistungsquelle 10a, für die Spannung (im Folgenden als Vb bezeichnet) und den Strom (im Folgenden als Ib bezeichnet) der DC-Leistungsquelle 10b ebenso wie für die Ausgangsspannung VH bereitgestellt sind, auch wenn sie in 1 nicht dargestellt sind. Ferner sind vorzugsweise auch Detektoren (Temperatursensoren) für die Temperaturen (im Folgenden als Ta und Tb bezeichnet) der DC-Leistungsquellen 10a und 10b bereitgestellt. Die Ausgaben dieser Detektoren werden in die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 40 eingegeben.
  • In der Gestaltung von 1 entsprechen die Schaltelemente S1 bis S4 „einem ersten Schaltelement” bis „einem vierten Schaltelement” und die Drosseln L1 und L2 entsprechen „einer ersten Drossel” und „einer zweiten Drossel”.
  • 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Gestaltung des Verbrauchers 30 zeigt.
  • Wie in 2 dargestellt ist, ist der Verbraucher 30 so gestaltet, dass er beispielsweise einen Fahrmotor für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug beinhaltet. Der Verbraucher 30 weist einen Glättungskondensator CH, einen Umrichter 32, einen Motor-Generator 35, ein Antriebsleistungsübersetzungsgetriebe 36 und ein Antriebsrad 37 auf.
  • Der Motor-Generator 35 ist ein Fahrmotor zur Erzeugung einer Fahrzeugantriebskraft und wird beispielsweise durch einen mehrphasigen Dauermagnet-Synchronmotor implementiert. Ein Ausgangsdrehmoment des Motor-Generators 35 wird anhand des Antriebsleistungsübersetzungsgetriebes 36, das von einem Untersetzungsgetriebe und einer Leistungsverzweigungsvorrichtung gebildet wird, auf das Antriebsrad 37 übertragen. Das elektrisch angetriebene Fahrzeug fährt mit dem Drehmoment, das auf das Antriebsrad 37 übertragen wird. Der Motor-Generator 35 erzeugt während eines regenerativen Bremsens des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs elektrische Leistung mit einer Drehkraft des Antriebsrads 37. Diese erzeugte Leistung wird einer Gleichrichtung durch den Umrichter 32 unterzogen. Diese Gleichspannung kann als elektrische Leistung zum Laden der im Leistungsversorgungssystem 5 enthaltenen DC-Leistungsquellen 10a und 10b verwendet werden.
  • In einem Hybridfahrzeug, das zusätzlich zum Motor-Generator mit einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor ausgestattet ist, wird eine Antriebskraft, die für das elektrisch angetriebene Fahrzeug benötigt wird, durch einen zusammenwirkenden Betrieb dieses Verbrennungsmotors und des Motor-Generators 35 erzeugt. Dabei ist es auch möglich, die DC-Leistungsquellen 10a und 10b mit elektrischer Leistung zu laden, die durch die Drehung des Verbrennungsmotors erzeugt wird.
  • Auf diese Weise stellt das elektrisch angetriebene Fahrzeug einen Oberbegriff dar für ein Fahrzeug, das mit einem Fahrmotor ausgestattet ist und beinhaltet sowohl ein Hybridfahrzeug, das eine Fahrzeugantriebskraft durch einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor erzeugt, als auch ein Elektrofahrzeug und ein Brennstoffzellenfahrzeug, die nicht mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet sind.
  • (Betriebsmodus im Leistungswandler)
  • Der Leistungswandler 50 weist einem Mehrzahl von Betriebsmodi auf, die sich in der Art der Gleichspannungswandlung zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b und der Stromleitung 20 unterscheiden.
  • 3 zeigt eine Mehrzahl von Betriebsmodi, über die der Leistungswandler 50 verfügt.
  • Wie in 3 dargestellt ist, sind die Betriebsmodi grob in einen „Boost- bzw. Verstärkungsmodus (B)”, in dem die Ausgangsspannung(en) der DC-Leistungsquelle 10a und/oder der DC-Leistungsquelle 10b im Anschluss an eine periodische Ein/Aus-Steuerung der Schaltelemente S1 bis S4 verstärkt wird (werden), und einen „Direktverbindungsmodus (D)”, in dem die DC-Leistungsquelle 10a und/oder die DC-Leistungsquelle 10b mit der Stromleitung 20 verbunden ist/sind, während die Schaltelemente S1 bis S4 ausgeschaltet bleiben, eingeteilt.
  • Der Boost-Modus beinhaltet einen „parallelen Boost-Modus (im Folgenden als PB-Modus bezeichnet)”, in dem eine parallele Gleichspannungswandlung zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b und der Stromleitung 20 durchgeführt wird, und einen „seriellen Boost-Modus (im Folgenden als SB-Modus bezeichnet)”, in dem eine Gleichspannungswandlung zwischen den in Reihe geschalteten DC-Leistungsquellen 10a und 10b und der Stromleitung 20 durchgeführt wird. Der PB-Modus entspricht dem „parallelen Verbindungsmodus” in PTD 3, und der SB-Modus entspricht dem „seriellen Verbindungsmodus” in PTD 3.
  • Der Boost-Modus beinhaltet ferner einen „unabhängigen Modus mit der DC-Leistungsquelle 10a (im Folgenden als aB-Modus bezeichnet)”, in dem eine Gleichspannungswandlung nur zwischen der DC-Leistungsquelle 10a und der Stromleitung 20 durchgeführt wird, und einen „unabhängigen Modus mit der DC-Leistungsquelle 10b (im Folgenden als bB-Modus bezeichnet)”, in dem die Gleichspannungswandlung nur zwischen der DC-Leistungsquelle 10b und der Stromleitung 20 durchgeführt wird. Im aB-Modus wird die DC-Leistungsquelle 10b nicht verwendet, wobei sie in dem Zustand gehalten wird, in dem sie elektrisch von der Stromleitung 20 getrennt ist, solange die Ausgangsspannung VH so geregelt wird, dass sie höher ist als die Spannung Vb der DC-Leistungsquelle 10b. Auf ähnliche Weise wird im bB-Modus die DC-Leistungsquelle 10a nicht verwendet, wobei sie in dem Zustand gehalten wird, in dem sie elektrisch von der Stromleitung 20 getrennt ist, solange die Ausgangsspannung VH so geregelt wird, dass sie höher ist als die Spannung Va der DC-Leistungsquelle 10a.
  • Sowohl im PB-Modus, als auch im SB-Modus, aB-Modus und bB-Modus, die im Boost-Modus enthalten sind, wird die Ausgangsspannung VH der Stromleitung 20 gemäß einem Spannungssollwert VH* geregelt. Die Steuerung der Schaltelemente S1 bis S4 in jedem dieser Modi wird weiter unten beschrieben. Der Direktverbindungsmodus beinhaltet einen „parallelen Direktverbindungsmodus (im Folgenden als PD-Modus bezeichnet)”, in dem der Zustand, in dem die DC-Leistungsquellen 10a und 10b parallel mit der Stromleitung 20 verbunden sind, aufrechterhalten wird, und einen „seriellen Direktverbindungsmodus (im Folgenden als SD-Modus bezeichnet)”, in dem der Zustand, in dem die DC-Leistungsquellen 10a und 10b seriell mit der Stromleitung 20 verbunden sind, aufrechterhalten wird.
  • Im PD-Modus werden die Schaltelemente 51, S2 und S4 eingeschaltet gehalten, während das Schaltelement S3 ausgeschaltet bleibt. Somit wird die Ausgangsspannung VH den Ausgangsspannungen Va und Vb der DC-Leistungsquellen 10a und 10b (genau genommen einer höheren von Va und Vb) gleichwertig. Da der Spannungsunterschied zwischen Va und Vb einen Kurzschlussstrom an den DC-Leistungsquellen 10a und 10b erzeugt, kann der PD-Modus auf begrenzte Weise angewendet werden, wenn der Spannungsunterschied klein ist.
  • Im SD-Modus werden die Schaltelemente S2 und S4 ausgeschaltet gehalten, während die Schaltelement S1 und S3 eingeschaltet bleiben. Somit wird die Ausgangsspannung VH der Summe der Ausgangsspannungen Va und Vb der DC-Leistungsquellen 10a und 10b gleichwertig (VH = Va + Vb).
  • Ferner beinhaltet der Direktverbindungsmodus einen „Direktverbindungsmodus der DC-Leistungsquelle 10a (im Folgenden als aD-Modus bezeichnet)”, in dem nur die DC-Leistungsquelle 10a mit der Stromleitung 20 verbunden ist, und einen „Direktverbindungsmodus der DC-Leistungsquelle 10b (im Folgenden als bD-Modus bezeichnet)”, in dem nur die DC-Leistungsquelle 10b mit der Stromleitung 20 verbunden ist.
  • Im aD-Modus werden die Schaltelemente S1 und S2 eingeschaltet gehalten, während die Schaltelemente S3 und S4 ausgeschaltet bleiben. Somit wird die DC-Leistungsquelle 10b in den Zustand gebracht, in dem sie von der Stromleitung 20 getrennt ist, und die Ausgangsspannung VH wird der Spannung Va der DC-Leistungsquelle 10a gleichwertig (VH = Va). Im aD-Modus wird die DC-Leistungsquelle 10b nicht verwendet, wobei sie in dem Zustand gehalten wird, in dem sie von der Stromleitung 20 getrennt ist. Man beachte, dass bei Anwendung des aD-Modus, wenn Vb > Va gilt, über das Schaltelement S2 ein Kurzschlussstrom von der DC-Leistungsquelle 10b zu 10a fließt. Somit ist Va > Vb eine notwendige Bedingung für die Anwendung des aD-Modus.
  • Ebenso werden im bD-Modus die Schaltelemente S1 und S4 eingeschaltet gehalten, während die Schaltelemente S2 und S3 ausgeschaltet bleiben. Somit wird die DC-Leistungsquelle 10a in den Zustand gebracht, in dem sie von der Stromleitung 20 getrennt ist, und die Ausgangsspannung VH wird der Spannung Vb der DC-Leistungsquelle 10b gleichwertig (VH = Vb). Im bD-Modus wird die DC-Leistungsquelle 10a nicht verwendet, wobei sie in dem Zustand gehalten wird, in dem sie von der Stromleitung 20 getrennt ist. Man beachte, dass bei Anwendung des bD-Modus, wenn Va > Vb gilt, über eine Diode D2 ein Kurzschlussstrom von der DC-Leistungsquelle 10a zu 10b fließt. Somit ist Vb > Va eine notwendige Bedingung für die Anwendung des bD-Modus.
  • Sowohl im PD-Modus als auch im SD-Modus, im aD-Modus und im bD-Modus, die im Direktverbindungsmodus enthalten sind, wird die Ausgangsspannung VH der Stromleitung 20 abhängig von den Spannungen Va und Vb der DC-Leistungsquellen 10a und 10b bestimmt und kann daher nicht direkt gesteuert werden. Somit kann in jedem Modus, der im Direktverbindungsmodus enthalten ist, die Ausgangsspannung VH nicht mehr auf eine Spannung eingestellt werden, die für den Betrieb des Verbrauchers 30 geeignet ist, so dass ein Leistungsverlust im Verbraucher 30 verstärkt werden kann.
  • Andererseits wird im Direktverbindungsmodus ein Leistungsverlust im Leistungswandler 50 deutlich beschränkt, da die Schaltelemente S1 bis S4 nicht ein-/ausgeschaltet werden. Daher besteht abhängig vom Betriebszustand des Verbrauchers 30 die Möglichkeit dafür, dass der Leistungsverlust im Leistungsversorgungssystem 5 als Ganzes beschränkt werden kann, da im Direktverbindungsmodus der Grad der Verringerung des Leistungsverlustes im Leistungswandler 50 größer wird als der Grad der Zunahme des Leistungsverlustes im Verbraucher 30.
  • In 3 entspricht der PB-Modus einem „ersten Modus”, der SB-Modus entspricht einem „zweiten Modus” und der PD-Modus entspricht einem „dritten Modus”. Darüber hinaus entsprechen der aB-Modus und der bB-Modus einem „vierten Modus”, der aD-Modus und der bD-Modus entsprechen einem „fünften Modus” und der SD-Modus entspricht einem „sechsten Modus”.
  • 4 ist eine Konzeptskizze, die ein Beispiel für Eigenschaften der DC-Leistungsquellen 10a und 10b zeigt, wenn diese durch Leistungsquellen unterschiedlicher Arten implementiert werden. 4 zeigt einen sogenannten Ragone-Plot, in dem Energie auf der horizontalen Achse eingezeichnet ist und elektrische Leistung auf der vertikalen Achse eingezeichnet ist. Im Allgemeinen weisen Ausgangsleistung und gespeicherte Energie einer DC-Leistungsquelle eine Konkurrenzbeziehung auf. Daher ist eine hohe Ausgangsleistung mit einer Batterie mit hoher Kapazität nur schwer zu erhalten, während gespeicherte Energie mit einer Batterie mit hoher Ausgangsleistung nur schwer zu steigern ist.
  • Daher wird vorzugsweise eine von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b von einer sogenannten Hochkapazitäts-Leistungsquelle, die eine große Menge an gespeicherter Energie aufweist, implementiert, und die andere von ihnen wird durch eine sogenannte Hochleistungs-Leistungsquelle implementiert, die eine hohe Ausgangsleistung liefert. Dann wird Energie, die in der Hochkapazitäts-Leistungsquelle gespeichert ist, über eine lange Zeit als konstante Quelle verwendet, und die Hochleistungs-Leistungsquelle kann als Zwischenspeicher bei einer Knappheit der von der Hochkapazitäts-Leistungsquelle ausgegebenen Leistung verwendet werden.
  • In dem Beispiel von 4 wird die DC-Leistungsquelle 10a von einer Hochkapazitäts-Leistungsquelle implementiert, während die DC-Leistungsquelle 10b von einer Hochleistungs-Leistungsquelle implementiert wird. Daher weist eine aktive Region 110 der DC-Leistungsquelle 10a einen engeren Bereich an elektrischer Leistung, die ausgegeben werden kann, auf als eine aktive Region 120 der DC-Leistungsquelle 10b. Dagegen weist die aktive Region 120 einen engeren Bereich an Energie auf, die gespeichert werden kann, als die aktive Region 110.
  • An einem Betriebspunkt 101 des Verbrauchers 30 wird für kurze Zeit eine hohe Leistung gefordert. Zum Beispiel entspricht in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug der Betriebspunkt 101 einer abrupten Beschleunigung, die durch eine Gaspedalbetätigung durch einen Fahrer verursacht wird. Im Gegensatz dazu wird an einem Betriebspunkt 102 des Verbrauchers 30 für lange Zeit eine niedrige Leistung gefordert. Zum Beispiel entspricht in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug der Betriebspunkt 102 einem stetigen Fahren mit kontinuierlich hoher Geschwindigkeit.
  • Für den Betriebspunkt 101 kann hauptsächlich die Ausgangsleistung von der Hochleistungs-Leistungsquelle 10b angewendet werden. Dagegen kann für den Betriebspunkt 102 hauptsächlich die Ausgangsleistung von der Hochkapazitäts-Leistungsquelle 10a angewendet werden. Somit kann in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug die Reichweite mit elektrischer Energie durch die Verwendung von Energie, die in der Hochkapazitätsbatterie gespeichert ist, über eine lange Zeit vergrößert werden, und die Beschleunigungsleistung, die einer Beschleunigerbetätigung durch den Fahrer entspricht, kann umgehend sichergestellt werden.
  • Wenn die DC-Leistungsquellen durch Batterien implementiert werden, besteht die Möglichkeit, dass Ausgangsleistungskennwerte bei einer niedrigen Temperatur sinken und dass die Ladung/Entladung bei einer hohen Temperatur beschränkt wird, um ein Fortschreiten einer Verschlechterung zu unterdrücken. Insbesondere kann es in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug der Fall sein, dass wegen unterschiedlicher Einbaupositionen ein Temperaturunterschied zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b auftritt. Daher kann es in einem Leistungsversorgungssystem 5 der Fall sein, dass es effektiver ist, gemäß dem Betriebszustand (insbesondere der Temperatur) der DC-Leistungsquellen 10a und 10b oder gemäß dem Bedarf des Verbrauchers 30 nur eine von den DC-Leistungsquellen wie oben beschrieben zu verwenden. Dieser Fall kann dadurch bewältigt werden, dass Modi geschaffen werden, in denen nur eine von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b verwendet wird (aB-Modus, bB-Modus, aD-Modus und bD-Modus), wie oben beschrieben.
  • Das heißt, im Leistungswandler 50 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform wird irgendein Betriebsmodus aus der Mehrzahl von Betriebsmodi, die in 3 dargestellt ist, abhängig von den Betriebszuständen der DC-Leistungsquellen 10a und 10b und/oder des Verbrauchers 30 ausgewählt. Einzelheiten zur Auswahl eines Betriebsmodus werden weiter unten beschrieben.
  • (Schaltkreisoperation in den einzelnen Betriebsmodi)
  • Nun wird die Schaltkreisoperation des Leistungswandlers 50 in den einzelnen Betriebsmodi beschrieben. Zunächst wird eine Schaltkreisoperation im PB-Modus, in dem eine parallele Gleichspannungswandlung zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b und der Stromleitung 20 durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf 5A bis 8B beschrieben.
  • (Schaltkreisoperation im PB-Modus)
  • Wie in 5A bis 6B dargestellt ist, können die DC-Leistungsquellen 10a und 10b durch Einschalten des Schaltelements S4 oder S2 parallel mit der Stromleitung 20 verbunden werden. Im Parallelverbindungsmodus wird eine Ersatzschaltung gemäß der Größenbeziehung zwischen der Spannung Va der DC-Leistungsquelle 10a und der Spannung Vb der DC-Leistungsquelle 10b auf verschiedene Weise gebildet.
  • Wie in 5A dargestellt ist, werden die DC-Leistungsquellen 10a und 10b durch Einschalten des Schaltelements S4 über die Schaltelemente S2 und S3 parallel verbunden, wenn Vb > Va gilt. Die Ersatzschaltung für diesen Fall ist in 5B dargestellt.
  • Wie in 5B dargestellt ist, ist es möglich, durch Ein/Aus-Steuern des Schaltelements S3 eine Ein-Periode und eine Aus-Periode des unteren Zweigelements zwischen der DC-Leistungsquelle 10a und der Stromleitung 20 abwechselnd zu erreichen. Ebenso ist es möglich, durch gemeinsames Ein/Aus-Steuern der Schaltelemente S2 und S3 eine Ein-Periode und eine Aus-Periode des unteren Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises zwischen der DC-Leistungsquelle 10b und der Stromleitung 20 abwechselnd zu erreichen. Das Schaltelement S1 dient als Schalter zum Steuern einer Regenerierung vom Verbraucher 30.
  • Wie in 6A dargestellt ist, ist es indes möglich, durch Einschalten des Schaltelements S2 die DC-Leistungsquellen 10a und 10b über die Schaltelemente S3 und S4 parallel zu verbinden, wenn Va > Vb gilt. Die Ersatzschaltung für diesen Fall ist in 6B dargestellt.
  • Wie in 6B dargestellt ist, ist es möglich, durch Ein/Aus-Steuern des Schaltelements S3 eine Ein-Periode und eine Aus-Periode des unteren Zweigelements zwischen der DC-Leistungsquelle 10b und der Stromleitung 20 abwechselnd zu erreichen. Ebenso ist es möglich, durch gemeinsames Ein/Aus-Steuern der Schaltelemente S3 und S4 eine Ein-Periode und eine Aus-Periode des unteren Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises zwischen der DC-Leistungsquelle 10a und der Stromleitung 20 abwechselnd zu erreichen. Das Schaltelement S1 dient als Schalter zum Steuern einer Regenerierung vom Verbraucher 30.
  • Nun wird die Boost-Operation des Leistungswandlers 50 im PB-Modus des Leistungswandlers 50 ausführlich unter Bezugnahme auf 7A bis 8B beschrieben.
  • 7A und 7B zeigen eine Gleichspannungswandlung (eine Boost-Operation) für die DC-Leistungsquelle 10a im PB-Modus.
  • Wie in 7A dargestellt ist, wird ein Stromweg 350 zum Akkumulieren von Energie in der Drossel L1 durch Einschalten der beiden Schaltelemente S3 und S4, während die beiden Schaltelemente S1 und S2 ausgeschaltet werden, gebildet, wodurch der Ein-Zustand des unteren Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises erreicht wird.
  • Indessen wird, wie in 7B dargestellt ist, ein Stromweg 351 zum Ausgeben der akkumulierten Energie der Drossel L1 zusammen mit der Energie der DC-Leistungsquelle 10a durch Ausschalten der beiden Schaltelemente S3 und S4, während die beiden Schaltelemente S1 und S2 eingeschaltet werden, gebildet, wodurch der Ein-Zustand des oberen Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises erreicht wird.
  • Der in 7A gezeigte Stromweg 350 und der in 7B gezeigte Stromweg 351 werden durch alternierendes Wiederholen einer ersten Periode, in der die beiden Schaltelemente S3 und S4 eingeschaltet sind, während mindestens eines von den Schaltelementen S1 und S2 ausgeschaltet ist, und einer zweiten Periode, in der die beiden Schaltelemente S1 und S2 eingeschaltet sind, während mindestens eines von den Schaltelementen S3 und S4 ausgeschaltet ist, gebildet.
  • Infolgedessen wird der Boost-Chopper-Schaltkreis, der die beiden Schaltelemente S1 und S2, die auf äquivalente Weise als oberes Zweigelement dienen, und die beiden Schaltelemente S3 und S4 beinhaltet, die auf äquivalente Weise als unteres Zweigelement dienen, für die DC-Leistungsquelle 10a gebildet. Bei der Gleichspannungswandlungsoperation, die in 7A und 7B dargestellt ist, stören die DC-Leistungsquellen 10a und 10b einander nicht, da kein Weg vorhanden ist, auf dem der Strom zur DC-Leistungsquelle 10b fließen kann. Das heißt, die Eingabe/Ausgabe von elektrischer Leistung in/aus den DC-Leistungsquellen 10a und 10b kann individuell gesteuert werden.
  • Bei einer solchen Gleichspannungswandlung gilt die durch den nachstehenden Ausdruck (1) dargestellte Beziehung zwischen der Spannung Va der DC-Leistungsquelle 10a und der Ausgangsspannung VH der Stromleitung 20. Im Ausdruck (1) stellt Da ein Tastverhältnis einer Periode dar, in der die beiden Schaltelemente S3 und S4 eingeschaltet sind. VH = 1/(1 – Da)·Va (1)
  • 8A und 8B zeigen eine Gleichspannungswandlung (eine Boost-Operation) für die DC-Leistungsquelle 10b im PB-Modus.
  • Wie in 8A dargestellt ist, wird ein Stromweg 360 zum Akkumulieren von Energie in der Drossel L2 durch Einschalten der beiden Schaltelemente S2 und S3, während die beiden Schaltelemente S1 und S4 ausgeschaltet werden, gebildet, wodurch der Ein-Zustand des unteren Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises erreicht wird.
  • Wie in 8B dargestellt ist, wird indessen ein Stromweg 361 zum Ausgeben der in der Drossel L2 akkumulierten Energie zusammen mit der Energie der DC-Leistungsquelle 10b durch Ausschalten der beiden Schaltelemente S2 und S3, während die beiden Schaltelemente S1 und S4 eingeschaltet werden, gebildet, wodurch der Ein-Zustand des oberen Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises erreicht wird.
  • Der in 8A gezeigte Stromweg 360 und der in 8B gezeigte Stromweg 361 werden durch alternierendes Wiederholen der ersten Periode, in der die beiden Schaltelemente S2 und S3 eingeschaltet sind, während mindestens eines von den Schaltelementen S1 und S4 ausgeschaltet ist, und einer zweiten Periode, in der die beiden Schaltelemente S1 und S4 eingeschaltet sind, während mindestens eines von den Schaltelementen S2 und S3 ausgeschaltet ist, gebildet.
  • Infolgedessen wird der Boost-Chopper-Schaltkreis, der die beiden Schaltelemente S1 und S4, die auf äquivalente Weise als oberes Zweigelement dienen, und die beiden Schaltelemente S2 und S3 beinhaltet, die auf äquivalente Weise als unteres Zweigelement dienen, für die DC-Leistungsquelle 10b gebildet. Bei der Gleichspannungswandlungsoperation, die in 8A und 8B dargestellt ist, stören die DC-Leistungsquellen 10a und 10b einander nicht, da kein Weg vorhanden ist, auf dem Strom zur DC-Leistungsquelle 10a fließen kann. Das heißt, die Eingabe/Ausgabe von elektrischer Leistung in/aus den DC-Leistungsquellen 10a und 10b kann individuell gesteuert werden.
  • Bei einer solchen Gleichspannungswandlung gilt die durch den nachstehenden Ausdruck (2) dargestellte Beziehung zwischen der Spannung Vb der DC-Leistungsquelle 10b und der Ausgangsspannung VH der Stromleitung 20. Im Ausdruck (2) stellt Db ein Tastverhältnis einer Periode dar, während der die beiden Schaltelemente S2 und S3 eingeschaltet sind. VH = 1/(1 – Db)·Vb(2)
  • Wie aus 7A bis 8B hervorgeht, fließen ein Strom, der durch die Gleichspannungswandlung zwischen der DC-Leistungsquelle 10a und der Stromleitung 20 erhalten wird, ebenso wie ein Strom, der durch die Gleichspannungswandlung zwischen der DC-Leistungsquelle 10b und der Stromleitung 20 erhalten wird, beide durch die Schaltelemente S1 bis S4.
  • Falls die Ströme, die als Ergebnis beider Leistungswandlungen fließen, in den einzelnen Schaltelementen eine unterschiedliche Richtung haben, beispielsweise falls der Stromweg 350 in 7A und der Stromweg 360 in 8A gleichzeitig ausgebildet werden, wirken die Ströme in den beiden Stromwegen einander daher entgegen. Daher wird der elektrische Strom, der durch das Schaltelement S3 fließt, schwächer. Mit einem solchen Phänomen kann es möglich sein, die Verluste in den Schaltelementen S1 bis S4 im PB-Modus kleiner zu halten als im aB-Modus oder im bB-Modus, in dem die Gleichspannungswandlung unter Verwendung einer unabhängigen DC-Leistungsquelle durchgeführt wird. Eine Technik zur Minimierung der Verluste in den Schaltelementen S1 bis S4 im PB-Modus wird weiter unten als Variante ausführlich beschrieben.
  • 9 zeigt ein Wellenformdiagramm zur Beschreibung eines Beispiels für eine Steuerungsoperation für Schaltelemente im PB-Modus. In 9 ist ein Beispiel dafür gezeigt, dass eine Trägerwelle CWa, die in der PWM-Steuerung der DC-Leistungsquelle 10a verwendet wird, die gleiche Frequenz und die gleiche Phase aufweist wie eine Trägerwelle CWb, die in der PWM-Steuerung der DC-Leistungsquelle 10b verwendet wird.
  • Wie in 9 dargestellt ist, ist es im PB-Modus beispielsweise möglich, die Ausgabe von einer der DC-Leistungsquellen 10a und 10b zu regeln, um eine Spannungsabweichung ΔVH (ΔVH = VH* – VH) der Ausgangsspannung VH zu kompensieren (Spannungsregelung), und die Ausgabe der anderen von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b zu regeln, um eine Stromabweichung zwischen den elektrischen Strömen Ia und Ib zu kompensieren (Stromregelung), wie in PTD 3 beschrieben. Dabei kann der Sollwert für die Stromregelung (Ia* oder Ib*) so eingestellt werden, dass die Ausgangsleistung einer betroffenen Leistungsquelle geregelt wird.
  • Wenn beispielsweise die Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10b einer Spannungsregelung unterzogen wird, wird das Tastverhältnis auf Basis einer Stromabweichung ΔIa (ΔIa = Ia* – Ia) berechnet, während das Tastverhältnis Db auf Basis einer Spannungsabweichung ΔVH (ΔVH = VH* – VH) berechnet wird.
  • Ein Steuerimpulssignal SDa wird auf Basis des Spannungsvergleichs zwischen dem Tastverhältnis Da zum Regeln der Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10a und der Trägerwelle CWa erzeugt. Ebenso wird ein Steuerimpulssignal SDb auf Basis des Vergleichs zwischen dem Tastverhältnis Db zum Regeln der Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10b und der Trägerwelle CWb erzeugt. Die Steuerimpulssignale/SDa und /SDb sind Inversionssignale der Steuerimpulssignale SDa bzw. SDb.
  • Wie in 10 dargestellt, werden die Steuersignale SG1 bis SG4 auf Basis der logischen Operation von Steuerimpulssignalen SDa(/SDa) und SDb(/SDb) eingestellt.
  • Das Schaltelement S1 bildet das obere Zweigelement in jedem der in 7A bis 8B dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreise. Daher wird das Steuersignal SG1 zum Ein/Aus-Steuern des Schaltelements S1 durch die logische Summe der Steuerimpulssignale/SDa und /SDb erzeugt. Infolgedessen wird das Ein- und Ausschalten des Schaltelements S1 so gesteuert, dass sowohl eine Funktion des oberen Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises (DC-Leistungsquelle 10a), der in 7A und 7B dargestellt ist, als auch des oberen Zweigelements des in 8A und 8B dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreises (DC-Leistungsquelle 10b) erreicht werden.
  • Das Schaltelement S2 bildet das obere Zweigelement in dem in 7A und 7B dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreis und das untere Zweigelement in dem in 8A und 8B dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreis. Daher wird das Steuersignal SG2 zum Ein/Aus-Steuern des Schaltelements S2 gemäß der logischen Summe der Steuerimpulssignale/SDa und /SDb erzeugt. Demgemäß wird das Ein- und Ausschalten des Schaltelements S2 so gesteuert, dass sowohl eine Funktion des oberen Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises (DC-Leistungsquelle 10a), der in 7A und 7B dargestellt ist, als auch des unteren Zweigelements des in 8A und 8B dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreises (DC-Leistungsquelle 10b) erreicht werden.
  • Ebenso wird das Steuersignal SG3 zum Ein/Ausschalten des Schaltelements S3 gemäß der logischen Summe der Steuerimpulssignale SDa und SDb erzeugt. Demgemäß wird das Ein- und Ausschalten des Schaltelements S3 so gesteuert, dass sowohl eine Funktion des unteren Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises (DC-Leistungsquelle 10a), der in 7A und 7B dargestellt ist, als auch des unteren Zweigelements des in 8A und 8B dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreises (DC-Leistungsquelle 10b) erreicht werden.
  • Außerdem wird das Steuersignal SG4 zum Ein/Ausschalten des Schaltelements S4 gemäß der logischen Summe der Steuerimpulssignale/SDa und /SDb erzeugt. Demgemäß wird das Ein- und Ausschalten des Schaltelements S4 so gesteuert, dass sowohl eine Funktion des unteren Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises (DC-Leistungsquelle 10a), der in 7A und 7B dargestellt ist, als auch des unteren Zweigelements des in 8A und 8B dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreises (DC-Leistungsquelle 10b) erreicht werden.
  • Im PB-Modus werden die Steuersignale SG2 und SG4 auf einen komplementären Pegel eingestellt, und daher werden die Schaltelemente S2 und S4 komplementär ein- und ausgeschaltet. Somit ist es möglich, auf natürliche Weise zwischen dem Betrieb, in dem Vb > Va gilt, wie in 5A und 5B dargestellt, und dem Betrieb, in dem Va > Vb gilt, wie in 6A und 6B dargestellt, umzuschalten. Außerdem ist es möglich, eine Gleichspannungswandlung gemäß den Tastverhältnissen Da und Db für die DC-Leistungsquellen 10a und 10b durch komplementäres Ein- und Ausschalten der Schaltelemente S1 und S3 durchzuführen.
  • Es wird erneut auf 9 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass die Steuersignale SG1 bis SG4 auf Basis der Steuerimpulssignale SDa(/SDa) und SDb(/SDb) gemäß logischen Rechenausdrücken, die in 10 gezeigt sind, eingestellt werden. Der elektrische Strom I(L1), der durch die Drossel L1 fließt, und der elektrische Strom I(L2), der durch die Drossel L2 fließt, werden durch Ein- und Ausschalten der Schaltelemente S1 bis S4 gemäß den Steuersignalen SG1 bis SG4 geregelt. Der elektrische Strom I(L1) entspricht dem elektrischen Strom Ia der DC-Leistungsquelle 10a, während der elektrische Strom I(L2) dem elektrischen Strom Ib der DC-Leistungsquelle 10b entspricht.
  • Auf diese Weise kann im PB-Modus bei der Durchführung der Gleichspannungswandlung, bei der die Gleichspannungsleistung parallel zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b und der Stromleitung 20 ein und ausgegeben wird, die Ausgangsspannung VH auf den Spannungssollwert VH* geregelt werden. Ferner kann gemäß dem Stromsollwert für eine DC-Leistungsquelle, die einer Stromregelung unterzogen wird, eine Eingangs-/Ausgangsleistung zu/von der DC-Leistungsquelle geregelt werden.
  • Im PB-Modus wird eine unzureichende Ausgangsleistung von der DC-Leistungsquelle, die der Stromregelung unterzogen wird, in Bezug auf die Eingangs-/Ausgangsleistung zum/vom Verbraucher 30 (im Folgenden auch als Verbraucherleistung PL bezeichnet) durch die DC-Leistungsquelle kompensiert, die der Spannungsregelung unterzogen wird. Daher kann das Leistungsverteilungsverhältnis zwischen den DC-Leistungsquellen durch Einstellen des Stromsollwerts in der Stromregelung indirekt gesteuert werden. Infolgedessen kann im PB-Modus die Leistungsverteilung zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b in Bezug auf die gesamte elektrische Leistung PH (PH = Pa + Pb), die von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b insgesamt von/zu der Stromleitung 20 empfangen/ausgegeben wird, gesteuert werden. Durch Einstellen des Stromsollwerts ist es auch möglich, eine Operation durchzuführen, bei der eine von den DC-Leistungsquellen mit Ausgangsleistung von der anderen DC-Leistungsquelle geladen wird. Im Folgenden werden, was die Ausgangsleistung Pa, die Ausgangsleistung Pb, die gesamte elektrische Leistung PH und die Verbraucherleistung PL betrifft, Werte für die elektrische Leistung während einer Entladung der einzelnen DC-Leistungsquellen 10a, 10b und während der Verbraucher 30 unter Leistungsaufnahme arbeitet, mit positiven Werten bezeichnet, und Werte für die elektrische Leistung während eines Ladens der DC-Leistungsquellen 10a und 10b und im Regenerationsbetrieb des Verbrauchers 30 werden mit negativen Werten bezeichnet.
  • (Schaltkreisoperation im aB-Modus und im bB-Modus)
  • Die Schaltkreisoperationen in den Boost-Modi (im aB-Modus und im bB-Modus), in denen nur eine von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b verwendet wird, sind den in 7A bis 8B dargestellten Schaltkreisoperationen gleich.
  • Im aB-Modus wird durch die in 7A und 7B dargestellte Schaltoperation eine bidirektionale Gleichspannungswandlung zwischen der DC-Leistungsquelle 10a und der Stromleitung 20 (dem Verbraucher 30) durchgeführt, ohne die DC-Leistungsquelle 10b zu verwenden. Daher werden im aB-Modus die Schaltelemente S1 bis S4 gemäß dem Steuerimpulssignal SDa auf Basis des Tastverhältnisses Da gesteuert, um die Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10a zu regeln.
  • Genauer werden das Ein- und das Ausschalten der Schaltelemente S3 und S4, aus denen das untere Zweigelement des in 7A und 7B dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreises besteht, gemeinsam gemäß dem Steuerimpulssignal SDa gesteuert. Ebenso werden das Ein- und das Ausschalten der Schaltelemente S1 und S2, aus denen das obere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises besteht, gemeinsam gemäß dem Steuerimpulssignal/SDa gesteuert.
  • Ebenso wird im bB-Modus durch die in 8A und 8B dargestellte Schaltoperation eine bidirektionale Gleichspannungswandlung zwischen der DC-Leistungsquelle 10b und der Stromleitung 20 (dem Verbraucher 30) durchgeführt, ohne die DC-Leistungsquelle 10a zu verwenden. Daher werden im bB-Modus die Schaltelemente S1 bis S4 gemäß dem Steuerimpulssignal SDb auf Basis des Tastverhältnisses Db gesteuert, um die Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10b zu steuern.
  • Genauer werden das Ein- und das Ausschalten der Schaltelemente S2 und S3, aus denen das untere Zweigelement des in 8A und 8B dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreises besteht, gemeinsam gemäß dem Steuerimpulssignal SDb gesteuert. Ebenso werden das Ein- und das Ausschalten der Schaltelemente S1 und S4, aus denen das obere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises besteht, gemeinsam gemäß dem Steuerimpulssignal/SDb gesteuert.
  • (Schaltkreisoperation im Direktverbindungsmodus)
  • Man beachte, dass im Direktverbindungsmodus der PD-Modus, der SD-Modus, der aD-Modus oder der bD-Modus dadurch erreicht wird, dass die Schaltelemente S1 bis S4 gemäß 3 ein-/ausgeschaltet gehalten werden.
  • (Schaltkreisoperation im SB-Modus)
  • Nun wird die Schaltkreisoperation im SB-Modus unter Bezugnahme auf 11A bis 12B beschrieben.
  • Wie in 11A dargestellt ist, können die DC-Leistungsquellen 10a und 10b in Reihe mit der Stromleitung 20 verbunden werden, indem das Schaltelement S3 eingeschaltet gehalten wird. 11B zeigt die Ersatzschaltung in diesem Zustand.
  • Wie in 11B dargestellt ist, ist es im SB-Modus möglich, die Ein-Periode und die Aus-Periode des unteren Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises durch gemeinsames Ein/Aus-Steuern der Schaltelemente S1 und S4 alternierend zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b und der Stromleitung 20, die in Reihe verbunden sind, zu erreichen. Das Schaltelement S1 dient dadurch, dass es während der Ausschaltperiode der Schaltelemente S2 und S4 eingeschaltet wird, als Schalter zum Steuern der Regenerierung vom Verbraucher 30. Dadurch, dass das Schaltelement S3 eingeschaltet gehalten wird, ist es in der Lage, eine Leitung 15 zu bilden, welche die Drossel L1 mit dem Schaltelement S4 verbindet.
  • Nun wird die Gleichspannungswandlungsoperation (Boost-Operation) im SB-Modus unter Bezugnahme auf 12A und 12B beschrieben.
  • Wie in 12A dargestellt ist, wird das Schaltelement S3 eingeschaltet gehalten, um die DC-Leistungsquellen 10a und 10b in Reihe zu verbinden, während die beiden Schaltelemente S2, S4 eingeschaltet werden und das Schaltelement S1 ausgeschaltet wird. Somit werden Stromwege 370 und 371 zum Akkumulieren von Energie in den Drosseln L1 und L2 gebildet. Infolgedessen kann ein Ein-Zustand des unteren Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises für die in Reihe verbundenen DC-Leistungsquellen 10a und 10b erreicht werden.
  • Indessen ist in 12B dargestellt, dass im Gegensatz zu 12A die beiden Schaltelemente S2 und S4 ausgeschaltet werden und das Schaltelement S1 eingeschaltet wird, während das Schaltelement S3 eingeschaltet gehalten wird. Somit ist es möglich, einen Stromweg 372 zu bilden. Der Stromweg 372 ermöglicht eine Ausgabe der Energie von den in Reihe verbundenen DC-Leistungsquellen 10a und 10b und der Energie, die in den Drosseln L1 und L2 akkumuliert worden ist, insgesamt an die Stromleitung 20. Infolgedessen kann der Ein-Zustand des oberen Zweigelements des Boost-Chopper-Schaltkreises für die in Reihe verbundenen DC-Leistungsquellen 10a und 10b erreicht werden.
  • Durch alternierendes Wiederholen der ersten Periode, in der die beiden Schaltelemente S2 und S4 eingeschaltet sind, während das Schaltelement S1 ausgeschaltet ist, und der zweiten Periode, in der das Schaltelement S1 eingeschaltet ist, während die beiden Schaltelemente S2 und S4 ausgeschaltet sind, während das Schaltelement eingeschaltet gehalten wird, ist es möglich, die Stromwege 370 und 371, die in 12A dargestellt sind, und den in 12B dargestellten Stromweg 372 alternierend zu bilden Bei der Gleichspannungswandlung im SB-Modus gilt die durch den nachstehenden Ausdruck (3) dargestellte Beziehung zwischen der Spannung Va der DC-Leistungsquelle 10a, der Spannung Vb der DC-Leistungsquelle 10b und der Ausgangsspannung VH der Stromleitung 20. Im Ausdruck (3) stellt Dc ein Tastverhältnis in der ersten Periode dar, in der die beiden Schaltelemente S2 und S4 eingeschaltet sind. VH = 1/(1 – Dc)·(Va + Vb) (3)
  • Jedoch unterscheiden sich die Stromwerte der Drosseln L1 und L2 am Ende der in 12A dargestellten Operation, falls Va und Vb verschieden sind und/oder falls Induktanzen der Drosseln L1 und L2 verschieden sind. Somit fließt unmittelbar nach dem Übergang auf die in 12B dargestellte Operation ein Differenzstrom auf einem Stromweg 373, falls der Strom der Drossel L1 stärker ist. Indessen fließt ein Differenzstrom auf einem Stromweg 374, falls der Strom der Drossel L2 stärker ist.
  • 13 zeigt ein Wellenformdiagramm zur Beschreibung eines Beispiels für eine Steuerungsoperation für Schaltelemente im SB-Modus.
  • Im SB-Modus wird, wie in PTD 3 beschrieben, ein Tastverhältnis Dc im Ausdruck (3) so berechnet, dass eine Spannungsabweichung ΔVH (ΔVH = VH* – VH) der Ausgangsspannung VH kompensiert wird. Dann wird ein Steuerimpulssignal SDc auf Basis eines Spannungsvergleichs zwischen der Trägerwelle CW und dem Tastverhältnis Dc erzeugt. Das Steuerimpulssignal/SDc ist ein Umkehrsignal des Steuerimpulssignals SDc. Im SB-Modus wird eine Gleichspannungswandlung zwischen der Gleichspannung (Va + Vb) und der Ausgangsspannung VH von dem in 10 dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreis ausgeführt.
  • Wie in 14 dargestellt, können Steuersignale SG1 bis SG4 auf Basis der logischen Berechnung des Steuerimpulssignals SDc(/SDc) eingestellt werden.
  • Das Steuerimpulssignal SDc dient als die Steuersignale SG2 und SG4 für die beiden Schaltelemente S2 und S4, die das untere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises bilden. Ebenso wird ein Steuersignal SG1 für das Schaltelement S1, welches das obere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises bildet, vom Steuerimpulssignal/SDc erhalten. Infolgedessen sind die Periode, in der die beiden Schaltelemente S2 und S4, die das untere Zweigelement bilden, eingeschaltet sind, und die Periode, in der das Schaltelement S1, welches das obere Zweigelement bildet, eingeschaltet ist, komplementär vorgesehen.
  • Im SB-Modus wird eine bidirektionale Gleichspannungswandlung mit der Stromleitung 20 (dem Verbraucher 30) mit den in Reihe verbundenen DC-Leistungsquellen 10a und 10b ausgeführt. Daher können die Ausgangsleistung Pa der DC-Leistungsquelle 10a und die Ausgangsleistung Pb der DC-Leistungsquelle 10b nicht direkt gesteuert werden. Das heißt, das Verhältnis zwischen der Ausgangsleistung Pa und der Ausgangsleistung Pb der DC-Leistungsquellen 10a und 10b wird automatisch durch das Verhältnis zwischen den Spannungen Va und Vb gemäß dem nachstehenden Ausdruck (4) bestimmt. Pa:Pb = Va:Vb (4)
  • Die Summe der Ausgangsleistung von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b (Pa + Pb) wird ähnlich wie im PB-Modus in den/aus dem Verbraucher 30 eingegeben/ausgegeben.
  • (Verarbeitung für die Auswahl des Steuermodus)
  • Nun wird eine Verarbeitung für die Auswahl eines Steuermodus in der Leistungswandlersteuerung gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform ausführlich beschrieben.
  • 15 zeigt die Anwendbarkeit der Steuerung eines Leistungsverteilungsverhältnisses (k) zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b in den einzelnen Betriebsmodi, die in 3 dargestellt sind, und einstellbare Bereiche der Ausgangsspannung VH.
  • Wie in 15 dargestellt ist, kann im PB-Modus das Leistungsverteilungsverhältnis k zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b durch Einstellen des Stromsollwerts für eine DC-Leistungsquelle, die einer Stromregelung unterzogen wird, gesteuert werden. Das Leistungsverteilungsverhältnis k ist definiert als das Verhältnis der Ausgangsleistung Pa der DC-Leistungsquelle 10a zur gesamten elektrischen Leistung PH (PH = Pa + Pb) (k = Pa/PH). Das heißt, im PB-Modus kann das Leistungsverteilungsverhältnis k auf jeden Wert im Bereich von 0 bis 1,0 eingestellt werden. Im PB-Modus kann die Ausgangsspannung VH im Bereich von max (Va, Vb), wobei es sich um den Höchstwert der Spannungen Va und Vb handelt, bis zur Spannungsobergrenze VHmax, wobei es sich um den oberen Steuerungsgrenzwert für die Ausgangsspannung VH (max (Va, Vb≤< VH ≤ VHmax) handelt, geregelt werden. Was max (Va, Vb) betrifft, so gilt max (Va, Vb) = Va, wenn Va > Vb gilt, und max (Va, Vb) = Vb gilt, wenn Vb > Va gilt. Die Spannungsobergrenze VHmax ist der obere Grenzwert, der unter Berücksichtigung der Stehspannungen von Komponenten und dergleichen bestimmt wird.
  • Im SB-Modus wird das Leistungsverteilungsverhältnis k automatisch durch die Spannungen Va und Vb bestimmt, wie im Ausdruck (4) dargestellt. Somit können die Ausgangsleistung Pa und die Ausgangsleistung Pb der DC-Leistungsquellen 10a und 10b nicht unabhängig gesteuert werden. Die Ausgangsspannung VH kann nicht niedriger eingestellt werden als (Va + Vb). Im SB-Modus kann die Ausgangsspannung VH innerhalb des Bereichs von (Va + Vb) bis zur Spannungsobergrenze VHmax geregelt werden (Va + Vb < VH ≤ VHmax).
  • Da im aB-Modus nur die DC-Leistungsquelle 10a verwendet wird, ist das Leistungsverteilungsverhältnis k auf 1,0 festgelegt. Dann kann durch Steuern des Boost-Chopper-Schaltkreises, der in 8A und 8B dargestellt ist, auf Basis des Tastverhältnisses Da im Ausdruck (1) die Ausgangsspannung VH innerhalb eines Bereichs von max (Va, Vb) bis zur Spannungsobergrenze VHmax geregelt werden (max (Va, Vb) < VH ≤ VHmax).
  • Da im bB-Modus nur die DC-Leistungsquelle 10b verwendet wird, ist das Leistungsverteilungsverhältnis k auf 0 festgelegt. Dann kann durch Steuern des Boost-Chopper-Schaltkreises, der in 8A und 8B dargestellt ist, auf Basis des Tastverhältnisses Db im Ausdruck (2) die Ausgangsspannung VH innerhalb eines Bereichs von max (Va, Vb) bis zur Spannungsobergrenze VHmax geregelt werden (max (Va, Vb) < VH ≤ VHmax).
  • Im PD-Modus sind die DC-Leistungsquellen 10a und 10b parallel mit der Stromleitung 20 verbunden. Somit wird das Leistungsverteilungsverhältnis k eindeutig und abhängig von den Innenwiderständen der DC-Leistungsquellen 10a und 10b bestimmt. Daher können die Ausgangsleistung Pa und die Ausgangsleistung Pb der DC-Leistungsquellen 10a und 10b nicht unabhängig geregelt werden. Genauer gilt unter Verwendung eines Innenwiderstandswerts Ra der DC-Leistungsquelle 10a und eines Innenwiderstandswerts Rb der DC-Leistungsquelle 10b k = Rb/(Ra + Rb). Da VH festgelegt ist, so dass VH = Va (VH = Vb) gilt, kann die Ausgangsspannung VH nicht abhängig vom Spannungssollwert VH* geregelt werden. Wie oben beschrieben, kann der PD-Modus begrenzt angewendet werden, wenn der Spannungsunterschied zwischen den Spannungen Va und Vb klein ist.
  • Im SD-Modus sind die DC-Leistungsquellen 10a und 10b elektrisch in Reihe mit der Stromleitung 20 verbunden. Daher ist die Ausgangsspannung VH auf Va + Vb festgelegt. Das heißt, die Ausgangsspannung VH kann nicht abhängig vom Spannungssollwert VH* geregelt werden. Das Leistungsverteilungsverhältnis k kann nicht frei gesteuert werden, da es ähnlich wie im SB-Modus automatisch gemäß den Spannungen Va und Vb bestimmt wird.
  • Da das Verhältnis Va > Vb erfüllt sein muss, wie oben beschrieben, wenn ein aD-Modus angewendet wird, wird die DC-Leistungsquelle 10b von der Stromleitung 20 getrennt, während die DC-Leistungsquelle 10a mit der Stromleitung 20 verbunden wird. Daher ist die Ausgangsspannung VH auf Va festgelegt. Da die Zufuhr elektrischer Leistung nur durch die DC-Leistungsquelle 10a ausgeführt wird, ist das Leistungsverteilungsverhältnis k auf 1,0 festgelegt.
  • Da das Verhältnis Vb > Va erfüllt sein muss, wie oben beschrieben, wenn der bD-Modus angewendet wird, wird die DC-Leistungsquelle 10a von der Stromleitung 20 getrennt, während die DC-Leistungsquelle 10b mit der Stromleitung 20 verbunden wird. Daher ist die Ausgangsspannung VH auf Vb festgelegt. Da die Zufuhr elektrischer Leistung nur durch die DC-Leistungsquelle 10b ausgeführt wird, ist das Leistungsverteilungsverhältnis k auf 0 festgelegt.
  • Wie aus 15 hervorgeht, weist die Ausgangsspannung VH, die vom Leistungswandler 50 ausgegeben werden kann, in den einzelnen Betriebsmodi jeweils verschiedene Bereiche auf. Im PB-Modus kann die Leistungsverteilung zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b gesteuert werden, während im SB-Modus, im SD-Modus, im aB-Modus, im bB-Modus, im bD-Modus und im PD-Modus die Leistungsverteilung zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b nicht frei gesteuert werden kann.
  • Hierbei ist es nötig, die Ausgangsspannung VH, die zum Verbraucher 30 geliefert wird, auf mindestens eine bestimmte Spannung zu regeln, die vom Betriebszustand des Verbrauchers 30 abhängt. In dem Fall, wo der Verbraucher 30 so gestaltet ist, dass er den Motor-Generator 35 einschließt, wie in 2 dargestellt ist, muss die Ausgangsspannung VH, die einer zwischenkreisseitigen Spannung des Umrichters 32 entspricht, mindestens so hoch sein wie eine induzierte Spannung, die in einer (nicht dargestellten) Spulenwicklung des Motor-Generators 35 erzeugt wird.
  • Der Bereich des Drehmoments, das vom Motor-Generator 35 ausgegeben werden kann, variiert gemäß der Ausgangsspannung VH. Genauer wird das Drehmoment, das ausgegeben werden kann, höher, wenn die Ausgangsspannung VH steigt. Daher muss beispielsweise die Ausgangsspannung VH in einem Spannungsbereich liegen, in dem der Motor-Generator 35 ein Drehmoment ausgeben kann, das einem Drehmomentsollwert entspricht, der durch eine Fahrsteuerung des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bestimmt wird.
  • Unter diesen Gesichtspunkten kann eine Verbrauchermindestspannung VHmin, die dem kleinsten Wert der Ausgangsspannung VH zum Betätigen des Verbrauchers 30 entspricht, zuvor gemäß dem Betriebszustand des Verbrauchers 30 (in der Beispielsgestaltung von 2 dem Drehmoment und der Drehzahl des Motor-Generators 35) bestimmt werden. Daher kann eine vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq entsprechend einer Verbrauchermindestspannung VHmin bestimmt werden.
  • Wenn das Drehmoment des Motor-Generators 35 geregelt wird, variiert die Stromphase zum Ausgeben des gleichen Drehmoments mit der Zwischenkreisspannung (der Ausgangsspannung VH) des Umrichters 32. Das Verhältnis des Ausgangsdrehmoments zur Stromamplitude im Motor-Generator 35, das heißt der Wirkungsgrad des Motors, variiert mit der Stromphase. Sobald der Drehmomentsollwert des Motor-Generators 35 eingestellt worden ist, können daher die optimale Stromphase, bei welcher der Wirkungsgrad im Motor-Generator 35 maximiert ist, das heißt der Leistungsverlust im Motor-Generator 35 minimiert ist, ebenso wie die Ausgangsspannung VH zur Erreichung dieser optimalen Stromphase entsprechend dem Drehmomentsollwert bestimmt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist es bevorzugt, eine vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq auch unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads 30 einzustellen.
  • Unter Berücksichtigung dieser Elemente wird eine vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq in Bezug auf die Ausgangsspannung VH gemäß dem Betriebszustand des Verbrauchers 30 (z. B. des Drehmoments und der Drehzahl) eingestellt. Unter Berücksichtigung der induzierten Spannung des Motor-Generators 35 wie oben beschrieben, muss VH zumindest in dem Bereich liegen, wo VH ≥ VHrq für die Steuerung des Verbrauchers 30 gilt. Ferner kann bei einer Einstellung, wo VH = VHrq gilt, der Verlust im Verbraucher 30 unterdrückt werden. Was den Betriebszustand des Verbrauchers 30 betrifft, ist es auch möglich, die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq unter Verwendung des Betriebszustand des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, an dem der Motor-Generator 35 angebaut ist (der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Position des Gaspedals usw.) einzustellen.
  • Daher leuchtet es ein, dass die Beziehung VH ≥ Hrq abhängig vom Bereich der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq gemäß dem Betriebszustand des Verbrauchers 30 eingestellt werden kann, das heißt, dass der anwendbare Betriebsmodus unterschiedlich sein kann.
  • 16 zeigt die Definition der Spannungsbereiche VR1 bis VR3 der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq. 17 ist eine Tabelle zur Beschreibung der Auswahl eines Betriebsmodus in den einzelnen Spannungsbereichen.
  • Wie in 16 dargestellt ist, wird die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq so eingestellt, dass sie in einem der Spannungsbereiche VR1 (VHrq ≤ max (Va, Vb)), VR2 (max (Va, Vb) < VHrq ≤ Va + Vb) und VR3 (Va + Vb < VHrq ≤ VHmax) liegt.
  • Wie in 17 dargestellt ist, ist es nicht möglich, die Ausgangsspannung VH mit der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq in Übereinstimmung zu bringen, wenn die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq im Spannungsbereich VR1 liegt, da der Leistungswandler 50 keine Spannung ausgeben kann, die unter max (Va, Vb) liegt. Daher werden im Spannungsbereich VR1 der aD-Modus, der bD-Modus und der PD-Modus als „Gruppe anwendbarer Betriebsmodi” ausgewählt, um VH in dem Bereich, wo VH ≥ VHrq gilt, so nahe wie möglich an VHrq zu bringen.
  • Der anwendbare Betriebsmodus ist auch je nach der Beziehung zwischen den Spannungen Va und Vb verschieden, wie oben beschrieben. Das heißt, wenn Va > Vb gilt, ist nur der aD-Modus anwendbar, während der bD-Modus und der PD-Modus nicht anwendbar sind. Ebenso ist nur der bD-Modus anwendbar, während der aD-Modus und der PD-Modus nicht anwendbar sind, wenn Vb > Va gilt. In dem Fall, wo der Spannungsunterschied zwischen Va und Vb klein ist, so dass davon ausgegangen werden kann, dass Va = Vb gilt, können dagegen der aD-Modus, der bD-Modus und der PD-Modus angewendet werden.
  • Im aB-Modus, im bB-Modus und im PB-Modus, die zum Boost-Modus gehören, kann die Ausgangsspannung VH gemäß dem Spannungssollwert VH* innerhalb des Bereichs von max (Va, Vb) bis VHmax geregelt werden. Dagegen kann die Ausgangsspannung VH im SB-Modus nicht auf unter (Va + Vb) geregelt werden. Das heißt, im Bereich von (Va + Vb) bis VHmax kann die Ausgangsspannung VH gemäß dem Spannungssollwert VH* geregelt werden.
  • Im Spannungsbereich VR2 werden der aB-Modus, der bB-Modus und der PB-Modus angesichts des regelbaren Bereichs der Ausgangsspannung VH in jedem der oben beschriebenen Betriebsmodi als Gruppe anwendbarer Betriebsmodi ausgewählt. Wenn diese Betriebsmodi angewendet werden, ist es möglich, die Ausgangsspannung VH durch Einstellen von VH* auf VHrq mit der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq in Übereinstimmung zu bringen. Dagegen sind der aD-Modus, der bD-Modus und der PD-Modus nicht anwendbar.
  • Ferner ist der SD-Modus im Spannungsbereich VR2 anwendbar, da die Forderung VH ≥ VHrq erfüllt ist. Im SD-Modus wird der Verlust im Leistungswandler 50 weitgehend unterdrückt, obwohl es nicht möglich ist, die Ausgangsspannung VH (VH = Va + Vb) mit der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq in Übereinstimmung zu bringen. Daher kann es möglich sein, den Gesamtverlust im Leistungsversorgungssystem 5 besser zu unterdrücken als in dem Fall, wo der aB-Modus, der bB-Modus und der PB-Modus angewendet werden. Daher kann auch der SD-Modus in der Gruppe anwendbarer Betriebsmodi im Spannungsbereich VR2 enthalten sein. Umgekehrt ausgedrückt ist der SB-Modus im Spannungsbereich VR2 aus der Gruppe anwendbarer Betriebsmodi ausgeschlossen, da der Unterschied zwischen der Ausgangsspannung VH und der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq ebenso wie der Verlust im Leistungswandler 50 im SB-Modus größer sind als im SD-Modus.
  • Im Spannungsbereich VR3 werden der PB-Modus, der SB-Modus, der aB-Modus, der bB-Modus und der PB-Modus angesichts des regelbaren Bereichs der Ausgangsspannung VH in jedem der oben beschriebenen Betriebsmodi als Gruppe anwendbarer Betriebsmodi ausgewählt. Wenn diese Betriebsmodi angewendet werden, ist es möglich, die Ausgangsspannung VH durch Einstellen von VH* auf VHrq mit der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq in Übereinstimmung zu bringen. Dagegen ist keiner der direkten Verbindungsmodi (aD-Modus, bD-Modus, PD-Modus und SB-Modus) anwendbar.
  • 18 ist ein Funktionsblockschema, das eine Steuerungsgestaltung für die Auswahl eines Betriebsmodus im Leistungswandler 50 im Leistungsversorgungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die Funktionen der einzelnen Blöcke, die in den Funktionsblockschemata einschließlich 18 gezeigt sind und nachstehend beschrieben werden, werden durch Software-Verarbeitung durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 40, die ein vorgegebenes Programm ausführt, und/oder durch Hardware-Verarbeitung, die durch den Betrieb einer exklusiven elektronischen Schaltung erreicht wird, implementiert.
  • Wie in 18 dargestellt ist, beinhaltet eine Betriebsmodus-Steuereinheit 150 zum Steuern der Betriebsmodusauswahl im Leistungswandler 50 eine Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 und eine Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170.
  • Die Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 wählt einen Betriebsmodus zur Minimierung des Gesamtverlustes im Leistungsversorgungssystem 5 (im Folgenden „Effizienzprioritätsmodus”) auf Basis einer vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq, die gemäß dem Betriebszustand des Verbrauchers 30 ermittelt wird, und auf Basis der Betriebszustände der DC-Leistungsquellen 10a und 10b (Leistungsquellenzustand) aus und erzeugt ein Modusauswahlsignal MD1 gemäß dem Auswahlergebnis. Das heißt, das Modusauswahlsignal MD1 ist ein Signal, das anzeigt, welcher von den acht in 15 dargestellten Modi als „Effizienzprioritätsmodus” ausgewählt worden ist. Der Leistungsquellenzustand beinhaltet beispielsweise die Spannungen Va und Vb, die elektrischen Ströme Ia, Ib, die Temperaturen Ta, Tb und dergleichen. Die Ausgangsleistung Pa und die Ausgangsleistung Pb der DC-Leistungsquellen 10a und 10b können aus der gesamten elektrischen Leistung PH und dem Leistungsverteilungsverhältnis k ermittelt werden. Auf diese Weise entspricht der Effizienzprioritätsmodus einem „ersten Betriebsmodus”.
  • Die gesamte elektrische Leistung PH kann gemäß der elektrischen Leistung zum Verstärken/Herabsetzen berechnet werden, die abhängig vom Spannungsunterschied zwischen der Ausgangsspannung VH der Stromleitung 20 und dem Spannungssollwert VH* bestimmt wird. Alternativ dazu ist es auch möglich, die gesamte elektrische Leistung PH dadurch zu berechnen, dass außerdem eine Verbraucherleistung PL addiert wird, die vom Verbraucher 30 verbraucht wird. In der Beispielsgestaltung von 2 kann die Verbraucherleistung PL auf Basis des Betriebszustands (der Drehzahl und des Drehmoments) des Motor-Generators 35 kalkuliert werden. Während einer Leistungserzeugung durch den Verbraucher 30 (während einer Regenerierung des Motor-Generators 35) wird PL < 0 angezeigt.
  • Die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 erzeugt ein Modusauswahlbefehlssignal MD*, das ein Auswahlergebnis eines endgültigen Betriebsmodus auf Basis von sowohl eines von der Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 empfangenen Modusauswahlsignals MD1 als auch der Betriebszustände der DC-Leistungsquellen 10a und 10b und von deren Grenzwerten anzeigt. Das Modusauswahlbefehlssignal MD* ist ein Signal, das anzeigt, welcher von den acht in 15 dargestellten Modi als endgültiger Betrieb ausgewählt worden ist. Wenn der Betriebsmodus gemäß dem Modusauswahlbefehlssignal MD* angewendet wird, führt der Leistungswandler 50 eine Gleichspannungswandlung zwischen der DC-Leistungsquelle 10a und/oder der DC-Leistungsquelle 10b und der Stromleitung 20 durch.
  • Die Beschränkungswerte (Leistungsquellenbeschränkungswerte) für die DC-Leistungsquellen 10a und 10b beinhalten einen oberen Leistungsgrenzwert Pamax und einen unteren Leistungsgrenzwert Pamin für die DC-Leistungsquelle 10a, einen oberen Leistungsgrenzwert Pbmax und einen unteren Leistungsgrenzwert Pbmin für die DC-Leistungsquelle 10b ebenso wie SOCmax, der obere SOC-Grenzwerte und SOCmin, der untere SOC-Grenzwerte für die DC-Leistungsquellen 10a und 10b anzeigt. Obwohl SOCmax und SOCmin nachstehend jeweils als Wert beschrieben werden, der den DC-Leistungsquellen 10a und 10b gemeinsam ist, können die oberen und unteren SOC-Grenzwerte einzeln für jede DC-Leistungsquelle bestimmt werden. Jeder obere Leistungsgrenzwert zeigt den oberen Grenzwert für die Entladeleistung an und ist auf 0 oder einen positiven Wert eingestellt. Wenn der obere Leistungsgrenzwert auf 0 eingestellt ist, bedeutet dies, dass eine Entladung aus der DC-Leistungsquelle nicht zugelassen ist. Ebenso zeigt jeder untere Leistungsgrenzwert den unteren Grenzwert für die Ladeleistung an und ist auf 0 oder einen negativen Wert eingestellt. Wenn der untere Leistungsgrenzwert auf 0 eingestellt ist, bedeutet dies, dass eine Aufladung der DC-Leistungsquelle nicht zugelassen ist.
  • Zum Beispiel werden der obere Leistungsgrenzwert Pamax und der untere Leistungsgrenzwert Pamin auf Basis des SOC (des Ladungszustands) und/oder der Temperatur Ta der DC-Leistungsquelle 10a oder dergleichen eingestellt. Für die DC-Leistungsquelle 10b können der obere Leistungsgrenzwert Pbmax und der untere Leistungsgrenzwert Pbmin auch auf ähnliche Weise eingestellt werden.
  • Ferner können der obere Leistungsgrenzwert PHmax und der untere Leistungsgrenzwert PHmin der DC-Leistungsquellen 10a und 10b insgesamt eingestellt werden. Zum Beispiel kann eine Einstellung vorgenommen werden, dass PHmax = Pamax + Pbmax und PHmin = Pbmin + Pbmin gelten. Die Ladeleistung PL muss auch so beschränkt werden, dass sie im Bereich von PHmax bis PHmin liegt. Das heißt, ein Betriebssollwert für den Verbraucher 30, damit dieser einen Regenerationsbetrieb durchführt oder unter Leistungsaufnahme arbeitet, wird auf den Bereich beschränkt, wo die Ladeleistung PL die Beziehung PHmin ≤ PL ≤ PHmax erfüllt. Zum Beispiel wird in der Beispielsgestaltung von 2 die Ladeleistung PL, die vom Motor-Generator 35 erzeugt wird, von dem Produkt aus Drehmoment und Drehzahl bestimmt, und daher wird der Drehmomentsollwert nötigenfalls beschränkt.
  • Wenn der SOC und/oder die Ausgangsleistung in mindestens einer von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b die Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht hat/haben, tilgt die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 die Auswahl des Betriebsmodus gemäß einem Modusauswahlsignal MD1 (Effizienzprioritätsmodus) und erzeugt ein Modusauswahlbefehlssignal MD*, um einen Betriebsmodus (PB-Modus) auszuwählen, in dem eine Leistungsverteilung zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b gesteuert werden kann. Das heißt, es wird eine Einstellung vorgenommen, mit der MD* ≠ MD1 gilt.
  • Wenn andererseits der SOC und die Ausgangsleistung in beiden DC-Leistungsquellen 10a und 10b nicht die Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht haben, hält die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 die Auswahl des Betriebsmodus gemäß einem Modusauswahlsignal MD1 (Effizienzprioritätsmodus) aufrecht und erzeugt ein Modusauswahlbefehlssignal MD*. Das heißt, es wird eine Einstellung vorgenommen, mit der MD* = MD1 gilt. Der Betriebsmodus, der von der Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 anstelle des Effizienzprioritätsmodus gewählt wird, entspricht einem „zweiten Betriebsmodus”.
  • Nun wird eine Auswahl des Effizienzprioritätsmodus in jedem der Spannungsbereiche VR1 bis VR3 beschrieben.
  • 19 zeigt ein Funktionsblockschema zur Beschreibung der Funktionen der Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 im Spannungsbereich VR2.
  • Wie in 19 dargestellt ist, beinhaltet die Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 Verbraucherverlust-Kalkulationseinheiten 161, 165, Wandlerverlust-Kalkulationseinheiten 162 bis 164, 166, Innenwiderstands-Kalkulationseinheiten 171a, 171b, Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheiten 172 bis 174, 76 und eine Verlustvergleichseinheit 168.
  • Eine VHrq-Einstelleinheit 190 stellt die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq gemäß dem Betriebszustand des Verbrauchers 30 ein. Wenn der Verbraucher 30 den Motor-Generator 35 beinhaltet, wie in der Beispielsgestaltung von 2, kann die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq auf Basis der Drehzahl und des Drehmoments des Motor-Generators 35 bestimmt werden. Wie oben beschrieben; muss im Leistungsversorgungssystem 5 die Ausgangsspannung VH auf mindestens die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq geregelt werden. Die VHrq-Einstelleinheit 190 entspricht einer „Einstelleinheit für die geforderte Spannung”.
  • Wie in 17 dargestellt ist, sind im Spannungsbereich VR2 der aB-Modus, der bB-Modus, der PB-Modus und der SD-Modus in der Gruppe anwendbarer Betriebsmodi enthalten. Die Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 wählt den Effizienzprioritätsmodus aus dieser Gruppe von Betriebsmodi aus. Im aB-Modus, im bB-Modus und im PB-Modus dieser Gruppe von Betriebsmodi kann die Ausgangsspannung VH durch Einstellen von VH* auf VHrq so gesteuert werden, dass sie die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq ist. Andererseits wird im SD-Modus die Ausgangsspannung VH zu (Va + Vb), was höher ist als die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq.
  • Die Wandlerverlust-Kalkulationseinheitl 62 kalkuliert einen Wandlerverlust Plcv im Leistungswandler 50, wenn der aB-Modus angewendet wird. Die Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 163 kalkuliert einen Wandlerverlust Plcv im Leistungswandler 50, wenn der bB-Modus angewendet wird.
  • Die Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 162 berechnet einen kalkulierten Wert für den Wandlerverlust Plcv im aB-Modus als Funktion der Spannung Va der DC-Leistungsquelle 10a, der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq (VHrq = VH im aB-Modus) und der gesamten elektrischen Leistung PH (PH = Pa im aB-Modus) gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck.
  • Ebenso berechnet die Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 163 einen kalkulierten Wert für den Wandlerverlust Plcv im bB-Modus als Funktion der Spannung Vb der DC-Leistungsquelle 10b, der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq (VHrq = VH im bB-Modus) und der gesamten elektrischen Leistung PH (PH = Pb im bB-Modus) gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck.
  • Die Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 164 kalkuliert einen Wandlerverlust Plcv im Leistungswandler 50, wenn der PB-Modus angewendet wird. Ein kalkulierter Wert des Wandlerverlustes Plcv im PB-Modus kann als Funktion einer vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq (VHrq = VH im PB-Modus) ebenso wie der Spannungen Va und Vb und der Ausgangsleistung Pa, der Ausgangsleistung Pb der DC-Leistungsquellen 10a und 10b gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck berechnet werden. Die Ausgangsleistung Pa und die Ausgangsleistung Pb können aus der gesamten elektrischen Leistung PH und dem Leistungsverteilungsverhältnis k ermittelt werden. Das Leistungsverteilungsverhältnis k kann dabei unter anderem unter Bezugnahme auf ein Kennfeld, das zuvor erzeugt worden ist, beispielsweise auf Basis der Zustände der DC-Leistungsquellen 10a und 10b (z. B. der Bilanz zwischen SOCs oder der Bilanz zwischen oberer Leistungsgrenze und unterer Leistungsgrenze), des Ausgangsleistungspegels (PH) oder dergleichen bestimmt werden.
  • Die Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 166 kalkuliert einen Wandlerverlust Plcv im Leistungswandler 50, wenn der SD-Modus angewendet wird. Da im SD-Modus keine Ein-/Ausschaltverluste auftreten, ist der Wandlerverlust Plcv proportional zum elektrischen Strom, der durch den Leistungswandler 50 fließt. Daher kann die Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 166 den Wandlerverlust als Funktion der gesamten elektrischen Leistung PH (PH = Pa + Pb) und der Spannung (Va + Vb) entsprechend der Ausgangsspannung VH gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck berechnen. Das Kennfeld oder der Rechenausdruck, das bzw. der in den einzelnen Verbraucherverlust-Kalkulationseinheiten 161, 165 und Wandlerverlust-Kalkulationseinheiten 162 bis 164 verwendet wird, kann zuvor auf Basis von Versuchsergebnissen, Simulationsergebnissen oder dergleichen ermittelt werden.
  • 20 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines Vergleichs von Wandlerverlusten zwischen den Betriebsmodi. In 20 werden die Wandlerverluste im Spannungsbereich VR2, die durch die Gestaltung von 19 kalkuliert werden, verglichen.
  • In 20 zeigt die horizontale Achse die gesamte elektrische Leistung PH an und die vertikale Achse zeigt den Wandlerverlust Plcv an. In dem Beispiel von 20 wird das Leistungsverteilungsverhältnis k im PB-Modus auf 0,5 (Pa = Pb) eingestellt, und Va, Vb (Va = Vb) und VHrq werden in jedem Betriebsmodus auf vorgegebene konstante Werte eingestellt. Der Vergleich zwischen den Betriebsmodi wird durch eine Einstellung durchgeführt, wo Va + Vb > VHrq > Va (Vb) gilt. Das heißt, die Ausgangsspannung (VH = Va + Vb) ist im aB-Modus, im bB-Modus und im PB-Modus höher als die Ausgangsspannung VH (VH = VHrq). Das heißt, in 20 ist der Wandlerverlust Plcv im aB-Modus und im bB-Modus gleichwertig.
  • Wie in 20 dargestellt ist, steigt der Wandlerverlust Plcv mit einer Zunahme der gesamten elektrischen Leistung PH, unterscheidet sich aber in seinen Eigenschaften zwischen den Betriebsmodi. Kennlinien 111 bis 113 zeigten jeweils Änderungen im Wandlerverlust Plcv im SD-Modus, im PB-Modus und im aB- oder bB-Modus mit Bezug auf Änderungen der gesamten elektrischen Leistung PH.
  • Aus dem Vergleich zwischen den Kennlinien 111 bis 113 geht hervor, dass der Wandlerverlust Plcv im SD-Modus, in dem keine Ein-/Ausschaltverluste in den Schaltelementen stattfinden, gegenüber den anderen Betriebsmodi unterdrückt wird. Dagegen nimmt im PB-Modus und im aB/bB-Modus der Leistungsverlust durch Ein-/Ausschalten der Schaltelemente S1 bis S4 zu.
  • Zwischen dem PB-Modus und dem aB/bB-Modus ändert sich der absolute Wert des Wandlerverlustes Plcv gemäß dem Pegel der gesamten elektrischen Leistung PH. Der Wandlerverlust Plcv ist im PB-Modus wahrscheinlich kleiner als im aB/bB-Modus und zwar wegen des Effekts, dass außer in einer Niedriglastregion (der Region in 20, wo PH < Pt gilt) elektrische Ströme bei der Gleichspannungswandlung, die von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b durchgeführt wird, einander entgegenwirken, wie auch unter Bezugnahme auf 7A bis 8B beschrieben worden ist. Dagegen treten im PB-Modus Eisenverluste in beiden Drosseln L1 und L2 auf, während im aB/bB-Modus ein Eisenverlust nur in einer von den Drosseln L1 und L2 auftritt. Da der Einfluss auf die gesamte elektrische Leistung PH, der von den Eisenverlusten in den Drosseln bewirkt wird, größer ist als in der Niedriglastregion, ist der Wandlerverlust Plcv im aB-/im bB-Modus wahrscheinlich kleiner als im PB-Modus.
  • Auf diese Weise kann der Wandlerverlust Plcv in den einzelnen Betriebsmodi auf Basis der Spannungen Va, Vb der DC-Leistungsquellen 10a, 10b, der Ausgangsspannung VH (VHrq) und der gesamten elektrischen Leistung PH kalkuliert werden.
  • Es wird erneut auf 19 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass die Verbraucherverlust-Kalkulationseinheit 161 einen Verbraucherverlust Plld kalkuliert, wenn der aB-Modus, der bB-Modus und der PB-Modus ausgewählt worden sind. In diesen Betriebsmodi kann die Ausgangsspannung VH durch Einstellen von VH* auf VHrq auf die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq geregelt werden. Daher berechnet die Verbraucherverlust-Kalkulationseinheit 161 einen kalkulierten Wert für den Verbraucherverlust Plld, wenn VH = VHrq gilt, als Funktion der Betriebszustand des Verbrauchers 30 einschließlich der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck.
  • Die Verbraucherverlust-Kalkulationseinheit 165 kalkuliert den Verbraucherverlust Plld, wenn der SD-Modus ausgewählt worden ist. Im SD-Modus wird die Ausgangsspannung VH zu (Va + Vb), was höher ist als die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq. Daher berechnet die Verbraucherverlust-Kalkulationseinheit 165 einen kalkulierten Wert für den Verbraucherverlust Plld, wenn VH = Va + Vb gilt, als Funktion der Betriebszustand des Verbrauchers 30 und der Spannung (Va + Vb) gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck.
  • 21 ist ein Schema zum Vergleichen der Summe aus Wandlerverlust und Verbraucherverlust zwischen den Betriebsmodi. In 21 wird ein Gesamtverlust Ptl, wenn PH = Px im Spannungsbereich VR2 in 20 gilt, zwischen den Betriebsmodi verglichen.
  • Da im Spannungsbereich VR2 Va + Vb > VHrq gilt, steigt der Verlust im Verbraucher 30, wenn der SD-Modus angewendet wird, im Vergleich zu den Fällen, wo der aB/bB-Modus und der PB-Modus angewendet werden. Ein Inkrement ΔPlld des Verbraucherverlustes Plld im SD-Modus nimmt zu, wenn der Spannungsunterschied zwischen der Spannung (Va + Vb) und der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq zunimmt.
  • Dagegen wird der Wandlerverlust Plcv im SD-Modus minimiert, wie in 20 dargestellt ist. Falls das Dekrement des Wandlerverlustes Plcv das Inkrement ΔPlld des Verbraucherverlustes durch Anwenden des SD-Modus übersteigt, ist daher die Summe aus Wandlerverlust Plcv und Verbraucherverlust Plld im SD-Modus minimiert. Infolgedessen ist in dem Beispiel von 21 der SD-Modus als Effizienzprioritätsmodus vorherrschend.
  • Da sich der Wandlerverlust Plcv und der Verbraucherverlust Plld mit Änderungen der Betriebszustände des Verbrauchers 30 und der DC-Leistungsquellen 10, 10b ändern, liegt es auf der Hand, dass sich der effiziente Betriebsmodus, in dem die Summe dieser Verluste minimiert ist, auch ändert. Um den Effizienzprioritätsmodus exakter auswählen zu können, werden daher vorzugsweise der Wandlerverlust Plcv und der Verbraucherverlust Plld für jeden Betriebsmodus gemäß den aktuellen Betriebszuständen kalkuliert, wie in 19 dargestellt ist. Auch wenn die gesamte elektrische Leistung PH gleich ist, ändern sich Verluste, die in den DC-Leistungsquellen 10a und 10b aufgrund von Innenwiderständen produziert werden (Leistungsquellenverluste), abhängig von der Auswahl des Betriebsmodus. Insbesondere kann erwartet werden, dass im PB-Modus die Leistungsquellenverluste durch die Wirkung der Verteilung der elektrischen Ströme Ia und Ib verringert sind. Daher ist es auch bevorzugt, den Leistungsquellenverlust Plps für jeden Betriebsmodus gemäß den aktuellen Betriebszuständen zu kalkulieren.
  • Es wird erneut auf 19 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass die Innenwiderstands-Kalkulationseinheit 171a den Innenwiderstandswert Ra der DC-Leistungsquelle 10a gemäß der Temperatur Ta und dem SOCa kalkuliert, welche den Zustand der DC-Leistungsquelle 10a anzeigen. Ebenso kalkuliert die Innenwiderstands-Kalkulationseinheit 171b den Innenwiderstandswert Rb der DC-Leistungsquelle 10b gemäß der Temperatur Tb und dem SOCb, welche den Zustand der DC-Leistungsquelle 10b anzeigen. Die Funktionen der Innenwiderstands-Kalkulationseinheiten 171a und 171b können durch Voraberzeugung eines Kennfelds erreicht werden, das die Eigenschaftsbeziehung der Temperatur und des SOC zu den Innenwiderstandswerten wiedergibt und das beispielsweise durch Prototypentests oder dergleichen ermittelt wird.
  • Die Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 176 kalkuliert den Leistungsquellenverlust Plps wenn der SD-Modus angewendet wird. Der kalkulierte Wert des Leistungsquellenverlusts Plps im SD-Modus kann als Funktion der kalkulierten Innenwiderstandswerte Ra, Rb (Ra + Rb), der gesamten elektrischen Leistung PH und der Spannung (Va + Vb) gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck berechnet werden. Die Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 172 kalkuliert den Leistungsquellenverlust Plps wenn der aB-Modus angewendet wird. Der kalkulierte Wert des Leistungsquellenverlusts Plps im aB-Modus kann als Funktion des kalkulierten Innenwiderstandswerts Ra und der Ausgangsleistung Pa (Pa = PH·k) gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck berechnet werden. Ebenso kalkuliert die Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 173 den Leistungsquellenverlust Plps wenn der bB-Modus angewendet wird. Der kalkulierte Wert des Leistungsquellenverlusts Plps im bB-Modus kann als Funktion des kalkulierten Innenwiderstandswerts Rb und der Ausgangsleistung Pb (Pb = PH·k)) gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck berechnet werden. Die Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 174 kalkuliert den Leistungsquellenverlust Plps wenn der PB-Modus angewendet wird. Der kalkulierte Wert des Leistungsquellenverlusts Plps im PB-Modus kann als Funktion der kalkulierten Innenwiderstandswerte Ra, Rb ebenso wie der aus PH und k errechneten Ausgangsleistung Pa und Ausgangsleistung Pb gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck berechnet werden.
  • Der Gesamtverlust Ptl, wenn die aB-Modusauswahl ausgewählt worden ist, wird gemäß der Summe des Verbraucherverlusts Plld, der von der Verbraucherverlust-Kalkulationseinheit 161 kalkuliert wird, des Wandlerverlustes Plcv, der von der Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 162 berechnet wird, und des Leistungsquellenverlusts Plps, der von der Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 172 berechnet wird, kalkuliert. Ebenso wird der Gesamtverlust Ptl, wenn der bB-Modus ausgewählt worden ist, gemäß der Summe des Verbraucherverlusts Plld, der von der Verbraucherverlust-Kalkulationseinheit 161 berechnet wird, des Wandlerverlustes Plcv, der von der Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 163 kalkuliert wird, und des Leistungsquellenverlusts Plps, der von der Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 173 berechnet wird, kalkuliert.
  • Der Gesamtverlust Ptl, wenn der PB-Modus ausgewählt worden ist, wird gemäß der Summe des Verbraucherverlusts Plld, der von der Verbraucherverlust-Kalkulationseinheit 161 kalkuliert wird, des Wandlerverlustes Plcv, der von der Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 164 kalkuliert wird, und des Leistungsquellenverlusts Plps, der von der Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 174 berechnet wird, berechnet. Ferner wird der Gesamtverlust Ptl, wenn der SD-Modus ausgewählt worden ist, wird gemäß der Summe des Verbraucherverlusts Plld, der von der Verbraucherverlust-Kalkulationseinheit 165 kalkuliert wird, des Wandlerverlustes Plcv, der von der Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 166 kalkuliert wird, und des Leistungsquellenverlusts Plps, der von der Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 176 berechnet wird, berechnet.
  • Die Verlustvergleichseinheit 168 vergleicht den Gesamtverlust Ptl in jedem vom ab-Modus, bB-Modus, PB-Modus und SD-Modus, der wie oben bestimmt worden ist, um dadurch einen Betriebsmodus, in dem der Gesamtverlust Ptl minimiert ist, als Effizienzprioritätsmodus auszuwählen. Ferner erzeugt die Verlustvergleichseinheit 168 ein Modusauswahlsignal MD1, um den Effizienzprioritätsmodus anzuzeigen.
  • Es wird erneut auf 17 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass im Spannungsbereich VR2 die Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 den Effizienzprioritätsmodus gemäß einer Evaluierung des Gesamtverlusts mit der in 19 dargestellten Gestaltung auswählt.
  • Im Spannungsbereich VR1 wählt die Betriebsmodus-Steuereinheit 150 einen Betriebsmodus aus dem aD-Modus, dem bD-Modus und dem PD-Modus aus, die in der Gruppe anwendbarer Betriebsmodi enthalten sind. Falls der Spannungsunterschied zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b groß ist, wie oben beschrieben, wird jedoch automatisch der aD-Modus (wenn Va > Vb gilt) oder der bD-Modus (wenn Vb > Va gilt) als Betriebsmodus ausgewählt. Dabei besteht nicht die Möglichkeit, den Effizienzprioritätsmodus auszuwählen, sondern der aD-Modus oder der bD-Modus wird durch das Modusauswahlbefehlssignal MD* benannt.
  • Wenn der Spannungsunterschied zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b kleiner ist als ein vorgegebener Wert (wenn Va = Vb gilt), wählt die Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 den Effizienzprioritätsmodus aus dem aD-Modus, dem bD-Modus und dem PD-Modus aus, die in der Gruppe anwendbarer Betriebsmodi enthalten sind. Grundsätzlich ist der Wandlerverlust Plcv im PD-Modus wegen des Effekts der Verteilung der elektrischen Ströme minimiert, wenn im Direktverbindungsmodus eine gleiche gesamte elektrische Leistung PH von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b geliefert wird. Daher wird im Spannungsbereich VR1 der PD-Modus als Effizienzprioritätsmodus ausgewählt, wenn Va = Vb gilt.
  • Da im Spannungsbereich VR3 VHrq > Va + Vb gilt, können elektrische Ströme in Bezug auf gleiche Verbraucherleistung durch Anwenden des SB-Modus unterdrückt werden, nachdem VH auf VHrq eingestellt worden ist. Daher kann grundsätzlich der SB-Modus als Effizienzprioritätsmodus aus dem PB-Modus, dem SB-Modus, dem aB-Modus und dem bB-Modus ausgewählt werden, die in der Gruppe anwendbarer Betriebsmodi enthalten sind.
  • Wenn dagegen der PB-Modus angewendet wird, kann wegen des Effekts der Verteilung der elektrischen Ströme Ia und Ib der Leistungsquellenverlust Plps über den vom SB-Modus erreichten Stromreduzierungseffekt hinaus unterdrückt werden. Daher ist es im Spannungsbereich VR3 auch bevorzugt, den Gesamtverlust Ptl für jeden Betriebsmodus gemäß den aktuellen Betriebszuständen zu bestimmen. Im Spannungsbereich VR3 kann die Ausgangsspannung VH durch Einstellen von VH* auf VHrq im PB-Modus, im SB-Modus, im aB-Modus und im bB-Modus, die in der Gruppe anwendbarer Betriebsmodi enthalten sind, auf die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq geregelt werden. Daher kann im Spannungsbereich VR3 die Summe des Wandlerverlustes Plcv und des Leistungsquellenverlusts Plps als Gesamtverlust Ptl zwischen den verglichen werden
  • 50 zeigt ein Funktionsblockschema zur Beschreibung von Funktionen der Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 im Spannungsbereich VR3.
  • Wie in 50 dargestellt ist, beinhaltet die Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 Wandlerverlust-Kalkulationseinheiten 162 bis 164, 167, Innenwiderstands-Kalkulationseinheiten 171a, 171b, Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheiten 172 bis 174, 177 und eine Verlustvergleichseinheit 168.
  • Der Wandlerverlust Plcv, wenn der aB-Modus, der bB-Modus und der PB-Modus angewendet werden, wird durch die Wandlerverlust-Kalkulationseinheiten 162 bis 164, die denen ähnlich sind, die in 19 dargestellt sind, auf Basis der aktuellen Betriebszustände gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck kalkuliert. Die Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 167 berechnet einen kalkulierten Wert für den Wandlerverlust Plcv im SB-Modus als Funktion der Spannung Va + Vb, der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq und der gesamten elektrischen Leistung PH gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck.
  • Der Leistungsquellenverlust Plps, wenn der aB-Modus, der bB-Modus und der PB-Modus angewendet werden, wird durch Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheiten 172 bis 174, die denen ähnlich sind, die in 19 dargestellt sind, auf Basis der aktuellen Betriebszustände gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck kalkuliert. Die Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 177 berechnet einen kalkulierten Wert für den Wandlerverlust Plcv im SB-Modus als Funktion der geschätzten Innenwiderstandswerte Ra, Rb (Ra + Rb), der Spannung Va + Vb und der gesamten elektrischen Leistung PH gemäß einem voreingestellten Kennfeld oder einem Rechenausdruck.
  • Infolgedessen wird der Gesamtverlust Ptl, wenn der aB-Modus ausgewählt worden ist, gemäß der Summe des Wandlerverlustes Plcv, der von der Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 162 berechnet wird, und des Leistungsquellenverlusts Plps, der von der Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 172 berechnet wird, kalkuliert. Ebenso wird der Gesamtverlust Ptl, wenn der bB-Modus ausgewählt worden ist, gemäß der Summe des Wandlerverlustes Plcv, der von der Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 163 kalkuliert wird, und des Leistungsquellenverlusts Plps, der von der Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 173 berechnet wird, kalkuliert. Der Gesamtverlust Ptl, wenn der PB-Modus ausgewählt worden ist, wird gemäß der Summe des Wandlerverlustes Plcv, der von der Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 164 kalkuliert wird, und des Leistungsquellenverlusts Plps, der von der Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 174 berechnet wird, berechnet. Der Gesamtverlust Ptl, wenn der SB-Modus ausgewählt worden ist, wird gemäß der Summe des Wandlerverlustes Plcv, der von der Wandlerverlust-Kalkulationseinheit 167 kalkuliert wird, und des Leistungsquellenverlusts Plps, der von der Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit 177 berechnet wird, berechnet.
  • Die Verlustvergleichseinheit 168 vergleicht den Gesamtverlust Ptl in jedem vom ab-Modus, bB-Modus, PB-Modus und SB-Modus, der wie oben bestimmt worden ist, um dadurch einen Betriebsmodus, in dem der Gesamtverlust Ptl minimiert ist, als Effizienzprioritätsmodus auszuwählen, und erzeugt ein Modusauswahlsignal MD1, um den ausgewählten Effizienzprioritätsmodus anzuzeigen.
  • Nun werden die Funktionen, die von der Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 ausgeübt werden, unter Bezugnahme auf 22 bis 25 beschrieben.
  • 22 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für eine Funktionsweise der Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 zeigt. 22 zeigt ein Beispiel für den Betrieb im Spannungsbereich VR3.
  • Wie in 22 dargestellt ist, wird vor einem Zeitpunkt t1 der SB-Modus, der als der Effizienzprioritätsmodus im Spannungsbereich VR3 ausgewählt worden ist, angewendet, und der Leistungswandler 50 arbeitet. Daher werden von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b elektrische Leistung Pa und elektrische Leistung Pb (Pa > 0, Pb > 0) mit einem konstanten Verhältnis gemäß einem Leistungsverteilungsverhältnis k, das durch die Spannungen Va und Vb eindeutig bestimmt wird, ausgegeben, so dass elektrische Leistung zum Verbraucher 30 geliefert wird. Die Ausgangsleistung Pa der DC-Leistungsquelle 10a reicht in Bezug auf den oberen Leistungsgrenzwert Pamax aus.
  • 22 zeigt einen Betrieb, wenn die volle Ladungskapazität der DC-Leistungsquelle 10b kleiner ist als die volle Ladungskapazität der DC-Leistungsquelle 10b. Daher sinkt der SOC (SOCb) der DC-Leistungsquelle 10b mit einer höheren Rate als der SOC (SOC) der DC-Leistungsquelle 10a, während die Ausgangsleistung Pa und die Ausgangsleistung Pb im Wesentlichen gleichwertig sind.
  • Zum Zeitpunkt t1 erreicht der SOCb dann einen unteren SOC-Grenzwert SOCmin, der einer der Leistungsquellenbeschränkungswerte ist. Unter dem Gesichtspunkt des Schutzes der Leistungsquellen ist es somit nötig, eine Entladung aus der DC-Leistungsquelle 10b zu unterbrechen. Im SB-Modus kann die Ausgangsleistung der Leistungsquelle 10b jedoch nicht geregelt werden, auch wenn der Verlust im Leistungsversorgungssystem 5 unterdrückt ist. Daher stellt die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 das Modusauswahlbefehlssignal MD* so ein, dass anstelle des SB-Modus als Effizienzprioritätsmodus der PB-Modus ausgewählt wird, in dem die Leistungsverteilung zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b gesteuert werden kann.
  • Nach dem Zeitpunkt t1 wird der PB-Modus angewendet und der Leistungswandler 50 arbeitet. Somit steigt die Ausgangsleistung Pa der DC-Leistungsquelle 10a und die Ausgangsleistung Pb der DC-Leistungsquelle 10b sinkt. Auch wenn die Leistungsverteilung modifiziert ist, kann die gesamte elektrische Leistung PH, die notwendigerweise zum Verbraucher 30 geliefert werden soll, dadurch gewährleistet werden, dass PH bei Pa + Pb gehalten wird.
  • Ferner kann durch eine solche Erhöhung der Ausgangsleistung Pa, dass in dem Bereich, wo Pa ≤ Pamax gilt, Pa > PL gilt, die DC-Leistungsquelle 10b, deren SOC den Leistungsquellenbeschränkungswert erreicht hat, mit dem Überschuss von Pa in Bezug auf die Ladeleistung PL (Pb > 0) geladen werden. Ein solcher Betrieb kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Stromsollwert für eine DC-Leistungsquelle einer Stromregelung unterworfen wird. Somit beginnt der SOCb zu steigen, während der SOCa fortgesetzt allmählich abnimmt.
  • Zu einem Zeitpunkt t2 ändert sich der Betriebszustand des Verbrauchers 30, und regenerative Leistung vom Verbraucher 30 wird zur Stromleitung 20 geliefert. In der Beispielsgestaltung des Verbrauchers 30, der in 2 dargestellt ist, wird die Erzeugung regenerativer Leistung durch die Betätigung eines Bremspedals im elektrisch angetriebenen Fahrzeug, an dem der Motor-Generator 35 angebaut ist, gestartet. Als Ergebnis davon werden die DC-Leistungsquellen 10a und 10b beide aufgeladen. Die Verteilung der Ladeleistung für die DC-Leistungsquellen 10a und 10b kann dabei auch im PB-Modus geregelt werden.
  • Da der SOCb weiterhin wiederhergestellt wird, wird die Modifikation der Auswahl des Betriebsmodus durch die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 zu einem Zeitpunkt t3 beendet. Infolgedessen wird zum Zeitpunkt t3 der SB-Modus als der Effizienzprioritätsmodus erneut ausgewählt, und der Leistungswandler 50 arbeitet.
  • Wenn die Auswahl des Betriebsmodus beendet wird, wird vorzugsweise ein sogenanntes Flattern verhindert, durch welches der Betriebsmodus unmittelbar nach der Rückkehr zum Effizienzprioritätsmodus wieder in den PB-Modus umgeschaltet wird. Falls beispielsweise die Ausgangsleistung in mindestens einer von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b unmittelbar nach der Rückkehr zum Effizienzprioritätsmodus (SB-Modus) den Leistungsquellenbeschränkungswert erreicht, wird erneut der PB-Modus ausgewählt, um die Leistungsquellen zu schützen, was ein Flattern zum Ergebnis hätte.
  • 51 ist ein Ablaufschema, das eine Regelungsverarbeitung zeigt, wenn eine Modifikation der Betriebsmodusauswahl beendet wird. Zum Beispiel wird eine sequenzielle Regelungsverarbeitung gemäß dem Ablaufschema von der Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 für jede Steuerperiode dadurch durchgeführt, dass die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 40 zuvor gespeichertes Programm ausführt.
  • Wie in 51 dargestellt ist, führt die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 40 (die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170) Operationen in den Schritten S110 bis S150 aus, die nachstehend beschrieben werden, um ein Flattern während einer Modifikation der Betriebsmodusauswahl zu verhindern (Ja in S100).
  • Im Schritt S110 bestimmt die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170, ob oder ob nicht der SOC und die Ausgangsleistung in jeder von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b mit dem aktuellen Betriebsmodus die Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht hat, nachdem die Modifikation angewendet wurde. In dem Fall, wo die DC-Leistungsquellen 10a und 10b aus dem Zustand, wo sie unter den Leistungsquellenbeschränkungswerten liegen (Ja in S110), zurückgekehrt sind und eine Rückkehr zum Effizienzprioritätsmodus möglich ist, berechnet die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 in Schritt S120 kalkulierte Werte der Leistungssollwerte Pa* und Pb*, wenn der vom Modusauswahlsignal MD1 angegebene Effizienzprioritätsmodus angewendet wird. Wenn zum Beispiel der Effizienzprioritätsmodus der SB-Modus ist, können die Leistungssollwerte Pa* und Pb*, wenn der Effizienzprioritätsmodus angewendet wird, aus dem Leistungsverteilungsverhältnis k, das eindeutig von den Spannungen Va und Vb bestimmt wird, ebenso wie aus der gesamten aktuellen elektrischen Leistung PH (PH*) kalkuliert werden.
  • Ferner vergleicht die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 in Schritt S130 kalkulierte Leistungssollwerte Pa* und Pb* mit den Leistungsquellenbeschränkungswerten (Pamax, Pbmax, Pamin und Pbmin). Nur wenn die kalkulierten Leistungssollwerte Pa* und Pb* die Leistungsquellenbeschränkungswerte nicht erreicht haben (Ja in S130) lässt die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 den Prozess zu Schritt S140 weitergehen, um die Modifikation der Betriebsmodusauswahl zu beenden. Somit wird der Effizienzprioritätsmodus das nächste Mal aus der folgenden Steuerperiode ausgewählt.
  • Wenn andererseits die DC-Leistungsquellen 10a und 10b nicht aus dem Zustand zurückgekehrt sind, wo sie unter den Leistungsquellenbeschränkungswerten liegen (NEIN in S110), hält die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 in Schritt S150 die Modifikation des Betriebsmodus aufrecht und wählt den PB-Modus aus. Auch wenn die DC-Leistungsquellen 10a und 10b aus dem Zustand, in dem sie unter den Leistungsquellenbeschränkungswerten liegen (Ja in S110), zurückgekehrt sind, lässt die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 den Prozess zu Schritt S150 weitergehen, wenn Proberechenwerte der Leistungssollwerte Pa* und Pb*, wenn der Effizienzprioritätsmodus angewendet wird, die Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht haben (NEIN in S130), um die Modifikation des Betriebsmodus aufrechtzuerhalten. Der Grund dafür ist, dass in diesem Fall, wenn die Modifikation des Betriebsmodus beendet wird und der Effizienzprioritätsmodus angewendet wird, der Betriebsmodus zum Schutz der Leistungsquellen erneut modifiziert werden muss, was ein Flattern bewirken würde.
  • Auf diese Weise kann durch Steuern, ob oder nicht die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 die Modifikation des Betriebsmodus beendet oder nicht, um gemäß dem in 51 dargestellten Ablaufschema zum Effizienzprioritätsmodus zurückzukehren, verhindert werden, dass der Betriebsmodus flattert, wenn die Modifikation des Betriebsmodus beendet wird.
  • 22 zeigt den Betrieb in dem Fall, wo der SOC durch Entladen der DC-Leistungsquelle SOCmin erreicht. In dem Fall, dass der SOC durch Laden einer DC-Leistungsquelle SOCmax erreicht, kann die SOC-Steigerung dieser DC-Leistungsquelle auf ähnliche Weise durch Auswählen des PB-Modus unterdrückt werden.
  • 23 zeigt eine Liste der Modifikationen von Betriebsmodi, die durch die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 in den einzelnen Spannungsbereichen durchgeführt werden.
  • Wie in 23 gezeigt, muss VH > VHrq im Spannungsbereich VR1 gelten, und daher wird gemäß der Beziehung zwischen den Spannungen Va und Vb der aD-Modus, der bD-Modus oder der PD-Modus als der Effizienzprioritätsmodus ausgewählt, um den Spannungsunterschied zur vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq zu verringern. In diesen Effizienzprioritätsmodi kann jedoch selbst dann, wenn der SOC und/oder die Ausgangsleistung die Leistungsquellenbeschränkungswerte in einer der DC-Leistungsquellen erreicht/erreichen, diese DC-Leistungsquelle nicht geschützt werden. Daher erzeugt die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 ein Modusauswahlbefehlssignal MD*, um den PB-Modus auszuwählen.
  • Dabei ist es notwendig, den Spannungssollwert VH* zumindest höher einzustellen als max (VA, Vb). Dadurch soll verhindert werden, dass ein Kurzschlussstrom zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b fließt.
  • Im Spannungsbereich VR2 wird der Effizienzprioritätsmodus gemäß der Evaluation des Gesamtverlustes, die mit Bezug auf 19 bis 21 beschrieben worden ist, ausgewählt. Falls der SOC und/oder die Eingangs-/Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10a die Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht/erreichen, wenn der aB-Modus ausgewählt worden ist, oder falls der SOC und/oder die Eingangs-/Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10b die Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht/erreichen, wenn der bB-Modus ausgewählt worden ist, erzeugt die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 das Modusauswahlbefehlssignal MD*, um den PB-Modus auszuwählen.
  • Falls der SOC und/oder die Ausgangsleistung von einer der DC-Leistungsquellen 10a und 10b im Reihenverbindungszustand die Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht/erreichen, wenn der SD-Modus ausgewählt worden ist, erzeugt die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 das Modusauswahlbefehlssignal MD*, um den BP-Modus auszuwählen.
  • Im Spannungsbereich VR3 wird der SB-Modus als der Effizienzprioritätsmodus ausgewählt wie oben beschrieben. Falls der SOC und/oder die Ausgangsleistung von einer der DC-Leistungsquellen 10a und 10b die Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht/erreichen, wenn der SD-Modus ausgewählt worden ist, erzeugt die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 dann ein Modusauswahlbefehlssignal MD*, um den PB-Modus auszuwählen.
  • Falls der SOC oder die Ausgangsleistung von einer der DC-Leistungsquellen den Beschränkungswert erreicht, wenn der SB-Modus ausgewählt worden ist, in dem die Leistungsverteilung nicht frei gesteuert werden kann, kann der Betriebsmodus demgemäß in den PB-Modus geändert werden, in dem die Ausgangsleistung der DC-Leistungsquellen 10a und 10b geregelt werden kann, wodurch die einzelnen Leistungsquellen geschützt werden.
  • 24 zeigt ein Beispiel für eine Modifikation aus dem SB-Modus oder dem SD-Modus in den PB-Modus als Beispiel für eine Operation, die von der Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 ausgeführt wird.
  • Es wird auf 24 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass, wenn der SD-Modus als der Effizienzprioritätsmodus im Spannungsbereich VR2 ausgewählt worden ist oder wenn der SB-Modus als der Effizienzprioritätsmodus im Spannungsbereich VR3 ausgewählt worden ist, die Ausgangsleistung Pa und die Ausgangsleistung Pb jeweils mit einem konstanten Verhältnis gemäß dem Spannungsverhältnis steigen, wenn die gesamte elektrische Leistung PH zunimmt, Da Pamax < Pbmax gilt, wie in 24 dargestellt ist, erreicht Pa Pamax in einem Stadium, wo PH gleich P1 wird. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Leistungsverteilung zwischen der Ausgangsleistung Pa und der Ausgangsleistung Pb zu steuern, um eine weitere Steigerung der gesamten elektrischen Leistung PH bewältigen zu können. Daher modifiziert die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 die Betriebsmodusauswahl, um den PB-Modus als Ersatz für den Effizienzprioritätsmodus auszuwählen. Infolgedessen kann die gesamte elektrische Leistung PH auch in dem Bereich zugeführt werden, wo PH > P1 gilt, während die Beziehung Pa ≤ Pamax aufrechterhalten wird, das heißt, während die DC-Leistungsquelle 10a vor einer Überleistung geschützt wird.
  • 25 zeigt ein Beispiel für eine Modifikation aus dem aB-Modus oder dem aD-Modus in den PB-Modus als weiteres Beispiel für eine Operation, die von der Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 ausgeführt wird.
  • In 25 ist gezeigt, dass elektrische Leistung nur mit der Ausgabe der DC-Leistungsquelle 10a an die Stromleitung 20 ausgegeben wird, falls der aB-Modus als der Effizienzprioritätsmodus im Spannungsbereich VR2 ausgewählt worden ist oder falls der aD-Modus als der Effizienzprioritätsmodus im Spannungsbereich VR1 ausgewählt worden ist. Daher steigt nur die Ausgangsleistung Pa, wenn die gesamte elektrische Leistung PH steigt.
  • Wenn die Ausgangsleistung Pa Pamax erreicht, ist es deshalb notwendig, elektrische Leistung auch von der DC-Leistungsquelle 10b auszugeben, um die Leistungsverteilung zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b zu steuern, um eine weitere Zunahme der gesamten elektrischen Leistung PH zu bewältigen.
  • Daher modifiziert die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 die Betriebsmodusauswahl, um den PB-Modus als Ersatz für den Effizienzprioritätsmodus auszuwählen. Infolgedessen kann die gesamte elektrische Leistung PH auch in dem Bereich zugeführt werden, wo PH > Pamax gilt, während die Beziehung Pa ≤ Pamax aufrechterhalten wird, das heißt, während die DC-Leistungsquelle 10a vor einer Überleistung geschützt wird.
  • Wie oben beschrieben kann durch die Steuerung, die vom Leistungsversorgungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, der Betriebsmodus gemäß den aktuellen Betriebszuständen so ausgewählt werden, dass der Gesamtverlust Ptl minimiert ist. Wenn der SOC und/oder die Ausgangsleistung einer DC-Leistungsquelle die Beschränkungswerte erreicht/erreichen, kann ferner der Betriebsmodus so modifiziert werden, dass eine weitere Aufladung/Entladung der DC-Leistungsquelle vermieden wird. Infolgedessen kann der Betriebsmodus im Leistungswandler 50 passend ausgewählt werden, um gleichzeitig eine Verbesserung der Gesamteffizienz des Systems und einen Schutz der einzelnen DC-Leistungsquellen vor Überladung und zu tiefer Entladung zu erreichen.
  • Die Auswahl des Effizienzprioritätsmodus, die durch die Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 vorgenommen wird, kann mit einer beliebigen Technik erreicht werden, vorausgesetzt, dass ein Betriebsmodus, in dem der Gesamtverlust im Leistungsversorgungssystem unter den aktuellen Betriebszuständen minimiert ist, ausgewählt wird. Zum Beispiel ist es auch möglich, die Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 so zu gestalten, dass der Effizienzprioritätsmodus direkt auf Basis der Betriebszustände des Verbrauchers 30 und der DC-Leistungsquellen 10a, 10b bestimmt wird, statt jedes Mal eine Kalkulation des Gesamtverlustes Plt durchzuführen wie in 19 dargestellt.
  • Wenn der in 2 gezeigte Verbraucher 30 an einem Hybridfahrzeug angebaut wird, das einen Verbrennungsmotor zur Erzeugung von Fahrzeugantriebskraft aufweist, kann die Fahrzeugantriebskraft durch die Ausgabe des Verbrennungsmotors sichergestellt werden, auch wenn die Ausgabe des Verbrauchers 30 (des Motor-Generators 35) verringert ist. Wenn das Leistungsversorgungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform an einem Hybridfahrzeug angebaut wird, kann in dem Zustand, wo eine der DC-Leistungsquellen 10a und 10b während der Anwendung des seriellen Modus (SB-Modus oder SD-Modus) unter die Leistungsquellenbeschränkungswerte fällt, der Schutz der DC-Leistungsquellen 10a und 10b neben der Alternative der Modifizierung des Betriebsmodus in den PB-Modus auch durch Verringerung der Verbraucherleistung PL bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung des seriellen Modus erreicht werden. Der Grund dafür ist, dass in einem Hybridfahrzeug die Fahrantriebskraft in dem Fahrzeug insgesamt durch Erhöhen der Ausgabe des Verbrennungsmotors gewährleistet werden kann, auch wenn die Ausgabe vom Motor-Generator 35 verringert ist.
  • Daher kann in einem Hybridfahrzeug, in dem es zulässig ist, dass ein Nutzer einen Antriebsmodus auswählt, in dem einer Leistungseffizienz (Kraftstoffeffizienz) erste Priorität eingeräumt wird, wenn dieser Antriebsmodus ausgewählt worden ist, statt der Modifizierung des Betriebsmodus, die durch die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 durchgeführt wird, auch eine Steuerung ausgeführt werden, um im seriellen Modus die Verbraucherleistung PL zu beschränken. In diesem Fall wird die Ausgabe (stellvertretend das Drehmoment) des Motor-Generators 35 so beschränkt, dass die Verbraucherleistung PL in dem Bereich liegt, wo min(Pamin/k, PLminb/(1 – k)) ≤ PL ≤ max(Pamax/k, Pbmax/(1 – k)) gilt, während der serielle Modus beibehalten wird. Dann kann das Leistungsversorgungssystem so gesteuert werden, dass die Verbesserung der Systemeffizienz entsprechend der Auswahl des Antriebsmodus, die durch einen Nutzer vorgenommen wird, Priorität vor der Gewährleistung der Verbraucherleistung erhält. Anders ausgedrückt kann man sagen, dass unter dem Gesichtspunkt der effektiven Nutzung der DC-Leistungsquellen 10a und 10b zur Gewährleistung der Verbraucherleistung die Modifizierung des Betriebsmodus, die von der Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 durchgeführt wird, vorteilhaft ist.
  • [Variante der ersten Ausführungsform]
  • In einer Variante der erste Ausführungsform wird eine Phasenregelung von Trägerwellen (im Folgenden: Trägerphasenregelung) in einer Impulsbreitenmodulationsregelung im PB-Modus und im SB-Modus, in denen beide DC-Leistungsquellen 10a und 10b verwendet werden, beschrieben.
  • 26 zeigt ein Beispiel für eine Steueroperation im PB-Modus, wenn bewusst für einen Phasenunterschied zwischen den Trägerwellen CWa und CWb gesorgt wird.
  • Wie in 26 gezeigt, weisen die Trägerwelle CWa und die Trägerwelle CWb die gleiche Frequenz auf, aber zwischen ihnen ist für einen Phasenunterschied φ gesorgt. In dem Beispiel von 26 beträgt der Phasenunterschied φ 180 Grad.
  • Ähnlich wie in dem Fall, wo φ = 0 gilt, wie in 9 dargestellt, wird ein Steuerimpulssignal SDa auf Basis des Vergleichs zwischen der Trägerwelle CWa und dem Tastverhältnis Da erzeugt, während ein Steuerimpulssignal SDb auf Basis des Vergleichs zwischen der Trägerwelle CWb und dem Tastverhältnis Db erzeugt wird.
  • Die in 26 gezeigten Tastverhältnisse Da und Db weisen Werte auf, die denen gleich sind, die in 9 gezeigt sind. Somit weist das Steuerimpulssignal SDa, das in 26 gezeigt ist, die gleiche Länge einer H-Pegel-Periode auf wie das in 9 gezeigte Steuerimpulssignal SDa, trotz unterschiedlicher Phasen zwischen diesen Signalen. Ebenso weist das Steuerimpulssignal SDb, das in 26 gezeigt ist, die gleiche Länge einer H-Pegel-Periode auf wie das in 9 gezeigte Steuerimpulssignal SDb, trotz unterschiedlicher Phasen zwischen diesen Signalen.
  • Somit ist es dadurch, dass für einen Phasenunterschied φ zwischen den Trägerwellen CWa und CWb gesorgt wird, möglich, Steuersignale SG1 bis SG4, die in 26 gezeigt sind, mit Wellenformen zu erreichen, die sich von denen der in 9 gezeigten Steuersignale SGI bis SG4 unterscheiden. Aus dem Vergleich zwischen 9 und 26 geht hervor, dass die Phasenbeziehung (die Stromphase) zwischen dem elektrischen Strom I(L1) und dem elektrischen Strom I(L2) durch Variieren des Phasenunterschieds φ zwischen den Trägerwellen CWa und CWb geändert wird.
  • Indessen sei klargestellt, dass die Durchschnittswerte der elektrischen Ströme I(L1) und I(L2) in 9 und 26 in Bezug auf die gleichen Tastverhältnisse Da und Db gleichwertig sind. Das heißt, die Ausgaben der DC-Leistungsquellen 10a und 10b werden gemäß den Tastverhältnissen Da, Db gesteuert bzw. geregelt und nicht durch eine Variation des Phasenunterschieds φ zwischen den Trägerwellen CWa und CWb beeinflusst.
  • Somit wird in der Variante der ersten Ausführungsform eine Trägerphasenregelung zur geeigneten Anpassung des Phasenunterschieds φ zwischen den Trägerwellen CWa und CWb im PB-Modus durchgeführt, wodurch es möglich ist, Schaltverluste in den Schaltelementen S1 bis S4 zu verringern.
  • Nun wird ein typisches Beispiel für eine Steuerung bzw. Regelung unter der Bedingung beschrieben, dass beide DC-Leistungsquellen 10a und 10b in einem Leistungsabgabezustand sind, das heißt in einem Zustand, in dem die Beziehungen des elektrischen Stroms I(L1) > 0 und des elektrischen Stroms I(L2) > 0 erfüllt sind.
  • 27 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Stromphase beschreibt, die ein Ergebnis einer Trägerphasenregelung im Leistungswandler 50 im PB-Modus ist.
  • Wie in 27 dargestellt ist, werden die Schaltelemente S2 bis S4 bis zu einem Zeitpunkt Ta eingeschaltet. Somit wird das untere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises für beide DC-Leistungsquellen 10a und 10b eingeschaltet. Dadurch werden beide elektrischen Ströme I(L1) und I(L2) stärker.
  • Das Schaltelement S2 wird zum Zeitpunkt Ta ausgeschaltet, wodurch es möglich wird, einen Zustand zu erreichen, in dem das untere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises für die DC-Leistungsquelle 10b ausgeschaltet ist, und dann das Verringern des elektrischen Stroms I(L2) zu beginnen. Während das Schaltelement S2 ausgeschaltet wird, wird das Schaltelement S1 eingeschaltet.
  • Nach dem Zeitpunkt Ta wird das untere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises für die DC-Leistungsquelle 10a eingeschaltet, während das untere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises für die DC-Leistungsquelle 10b ausgeschaltet wird. Das heißt, der elektrische Strom I(L2) wird schwächer, während der elektrische Strom I(L1) stärker wird. Für diesen Fall ist der Stromweg des Leistungswandlers 50 in 28A dargestellt.
  • Wie aus 28A ersichtlich ist, fließt nach dem Zeitpunkt Ta ein Differenzstrom zwischen den elektrischen Strömen I(L1) und (IL2) durch das Schaltelement S4. Das heißt, der elektrische Strom, der durch das Schaltelement S4 fließt, wird schwacher.
  • Es wird erneut auf 27 Bezug genommen, wo zu sehen ist, dass das untere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises für die DC-Leistungsquelle 10a ausgeschaltet wird, wenn das Schaltelement S4 nach dem Zeitpunkt Ta ausgeschaltet wird, wodurch der elektrische Strom I(L1) beginnen kann, schwacher zu werden. Wenn das Schaltelement S2 eingeschaltet wird, wird das untere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises für die DC-Leistungsquelle 10b eingeschaltet, wodurch der elektrische Strom I(L2) beginnen kann, wieder stärker zu werden. Das heißt, der Stromweg im Leistungswandler 50 geht von dem in 28A gezeigten Zustand in den in 28B gezeigten Zustand über. In dem in 28B gezeigten Zustand fließt der Differenzstrom zwischen den elektrischen Strömen I(L1) und I(L2) durch das Schaltelement S2, so dass der elektrische Strom, der durch das Schaltelement S2 fließt, schwacher wird.
  • Es ist möglich, einen elektrischen Strom während der Ausschaltperiode des Schaltelements S4, das heißt den Schaltverlust durch Ausschalten des Schaltelements S4, in dem in 28A dargestellten Zustand zu verringern. Außerdem ist es möglich, einen elektrischen Strom während der Einschaltperiode des Schaltelements S2, das heißt den Schaltverlust durch Einschalten des Schaltelements S2, in dem in 28B dargestellten Zustand zu verringern.
  • Somit kann die Stromphase, das heißt der Phasenunterschied φ zwischen den Trägerwellen CWa und CWb so angepasst werden, dass der Zeitpunkt, zu dem der elektrische Stroms I(L1) abzufallen beginnt (lokales Maximum) mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, zu dem der elektrische Strom I(L2) zu steigen beginnt (lokales Minimum). Somit wird zu dem in 27 dargestellten Zeitpunkt Tb das Schaltelement S2 eingeschaltet, während das Schaltelement S4 ausgeschaltet wird.
  • Es wird erneut auf 27 Bezug genommen, wo zum Zeitpunkt Tc das Schaltelement S1 ausgeschaltet wird, während das Schaltelement S4 eingeschaltet wird. Dadurch kann das untere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises für jede von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b eingeschaltet werden, wodurch der oben genannte Zustand vor dem Zeitpunkt Ta reproduziert wird, wodurch beide elektrischen Ströme I(L1) und I(L2) verstärkt werden.
  • 29A und 29B zeigen Stromwellenformen der Schaltelemente S2 und S4, welche die in 27 dargestellte Stromphase aufweisen. 29A zeigt eine Wellenform des elektrischen Stroms I(S2) des Schaltelements S2. 29B zeigt eine Wellenform des elektrischen Stroms I(S4) des Schaltelements S4.
  • Wie in 29A dargestellt ist, erfüllt der elektrische Strom I(S2) eine Beziehung I(S2) = I(L2) in der Periode vor dem Zeitpunkt Ta und nach dem Zeitpunkt Tc. Da das Schaltelement S2 in der Periode vom Zeitpunkt Ta bis Tb ausgeschaltet ist, gilt I(S2) = 0. In der Periode vom Zeitpunkt Tb bis Tc gilt I(S2) = –(I(L1) – I(L2)), wie in 28B dargestellt ist.
  • Wie in 29B dargestellt ist, erfüllt der elektrische Strom I(S4) eine Beziehung I(S4) = I(L1) in der Periode vor dem Zeitpunkt Ta und nach dem Zeitpunkt Tc. In der Periode vom Zeitpunkt Ta bis Tb gilt I(S4) = –(I(L2) – I(L1)), wie in 28A dargestellt ist. Da das Schaltelement S4 in der Periode vom Zeitpunkt Tb bis Tc ausgeschaltet ist, gilt I(S4) = 0.
  • 30 zeigt eine Stromphase, wenn der Phasenunterschied φ zwischen den Trägerwellen unter Tastverhältnissen, die denen gleichwertig sind, die in 27 dargestellt sind, auf 0 eingestellt sind, zum Vergleich mit 27.
  • Wie in 30 dargestellt ist, unterscheidet sich der elektrische Strom I(L1) vom elektrischen Strom I(L2) im Anstiegs-/Abfallzeitpunkt (Tx, Ty, Tz, Tw), wenn der Phasenunterschied φ zwischen den Trägerwellen CWa und CWb gleich 0 ist. Tx, Ty, Tz und Tw sind unterschiedliche Werte.
  • Genauer werden vor dem Zeitpunkt Tx, wenn das Schaltelement S1 ausgeschaltet ist, während die Schaltelemente S2 bis S4 eingeschaltet sind, beide elektrische Ströme I(L1) und (IL2) stärker. Wenn dann das Schaltelement S4 zum Zeitpunkt Tx ausgeschaltet wird, beginnt der elektrische Strom I(L1) schwächer zu werden. Das Schaltelement S1 wird eingeschaltet, wenn das Schaltelement S4 ausgeschaltet wird.
  • Wenn dann das Schaltelement S3 zum Zeitpunkt Ty ausgeschaltet wird, beginnt der elektrische Strom I(L2) schwächer zu werden. Das Schaltelement S4 wird eingeschaltet, wenn das Schaltelement S3 ausgeschaltet wird. Somit werden beide elektrischen Ströme I(L1) und I(L2) schwacher.
  • Zum Zeitpunkt Tz wird das Schaltelement S2 ausgeschaltet, während das Schaltelement S3 eingeschaltet wird. Somit wird das untere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises für die DC-Leistungsquelle 10a eingeschaltet, so dass der elektrische Strom I(L1) wieder stärker wird. Ferner wird zum Zeitpunkt Tw das Schaltelement S1 ausgeschaltet, während das Schaltelement S2 eingeschaltet wird. Somit wird der Zustand vor dem Zeitpunkt Tx reproduziert, um beide elektrischen Ströme I(L1) und I(L2) zu verstärken.
  • 31A und 31B zeigen die Stromwellenformen der Schaltelemente S2 und S4 unter der in 30 dargestellten Stromphase. 31A zeigt eine Wellenform des elektrischen Stroms I(S2) des Schaltelements S2. 31B zeigt eine Wellenform des elektrischen Stroms I(S4) des Schaltelements S4.
  • Wie in 31A dargestellt ist, erfüllt der elektrische Strom I(S2) die Beziehung I(S2) = I(L2) in der Periode vor dem Zeitpunkt Tx und nach dem Zeitpunkt Tw. In der Periode vom Zeitpunkt Tx bis Ty wird ein Stromweg gebildet, der dem ähnlich ist, der in 28B ausgebildet ist, so dass I(S2) = –(I(L1) – I(L2)) gilt. In der Periode vom Zeitpunkt Ty bis Tz fungiert das Schaltelement S2 als das obere Zweigelement für die DC-Leistungsquelle 10a, so dass I(S2) = –I(L1) gilt. In der Periode vom Zeitpunkt Ty bis Tz, in der beide elektrischen Ströme I(L1) und I(L2) schwächer werden, fungiert das Schaltelement S2 als das obere Zweigelement für die DC-Leistungsquelle 10a, so dass I(S2) = –I(L1) gilt. In der Periode vom Zeitpunkt Tz bis Tw ist das Schaltelement S2 ausgeschaltet, so dass I(S2) = 0 gilt.
  • Wie in 31B dargestellt ist, erfüllt der elektrische Strom I(S4) die Beziehung I(S4) = I(L1) in der Periode vor dem Zeitpunkt Tx und nach dem Zeitpunkt Tw. In der Periode vom Zeitpunkt Tx bis Ty ist das Schaltelement S4 ausgeschaltet, so dass I(S4) = 0 gilt. In der Periode vom Zeitpunkt Ty bis Tz, in der beide elektrischen Ströme I(L1) und I(L2) schwacher werden, fungiert das Schaltelement S4 als das obere Zweigelement für die DC-Leistungsquelle 10b, so dass I(S4) = –I(L2) gilt. In der Periode vom Zeitpunkt Tz bis Tw wird ein Stromweg gebildet, der dem ähnlich ist, der in 28A ausgebildet ist, so dass I(S2) = –(I(L2) – I(L1)) gilt.
  • Aus dem Vergleich des elektrischen Stroms I(S2), der zum Zeitpunkt Tb erzeugt wird, der in 31A dargestellt ist, mit den elektrischen Strom I(S2), der zum Zeitpunkt Tw erzeugt wird, der in 31A dargestellt ist, geht hervor, dass der elektrische Einschaltstrom des Schaltelements S2, das heißt der Schaltverlust während der Einschaltperiode, durch Anpassen des Phasenunterschieds φ verringert ist, um die in 29A und 29B dargestellte Stromphase zu erhalten. Aus dem Vergleich des elektrischen Stroms I(S2) während der Periode vom Zeitpunkt Tb bis Tc, die in 29A dargestellt ist, mit elektrischem Strom I(S2) während der Periode vom Zeitpunkt Ty bis Tz, die in 31A dargestellt ist, geht hervor, dass der Leitungsverlust im Schaltelement S2 auch verringert ist.
  • Ebenso geht aus dem Vergleich des elektrischen Stroms I(S4), der zum Zeitpunkt Tb erzeugt wird, der in 29B dargestellt ist, mit den elektrischen Strom I(S4), der zum Zeitpunkt Tx erzeugt wird, der in 31B dargestellt ist, hervor, dass der elektrische Ausschaltstrom des Schaltelements S4, das heißt der Schaltverlust während der Ausschaltperiode durch Anpassen des Phasenunterschieds φ verringert ist, um die in 27 dargestellte Stromphase zu erhalten. Aus dem Vergleich des elektrischen Stroms I(S4) während der Periode vom Zeitpunkt Ta bis Tb, die in 29B dargestellt ist, mit elektrischem Strom I(S4) während der Periode vom Zeitpunkt Ty bis Tz, die in 31B dargestellt ist, geht hervor, dass der Leitungsverlust im Schaltelement S4 auch verringert ist.
  • Mit dem Phasenunterschied φ, der zwischen den Trägerwellen CWa und CWb bereitgestellt ist, ist es möglich, die Verluste in den Schaltelementen S1 bis S4 zu verringern. Wenn beide DC-Leistungsquellen 10a und 10b im Leistungsabgabezustand sind, ist es möglich, wie in 27 dargestellt ist, die Verluste in den Schaltelementen S1 bis S4 zu unterdrücken, und zwar durch Einstellen des Phasenunterschieds φ auf solche Weise, dass der Zeitpunkt, zu dem der elektrische Strom I(L1) zu fallen beginnt, mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, zu dem der elektrische Strom I(L2) zu steigen beginnt, das heißt so, dass der Einschaltzeitpunkt des Schaltelements S2 mit dem Ausschaltzeitpunkt des Schaltelements S4 zusammenfällt.
  • Infolgedessen ist es möglich, die Gleichspannungswandlung zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b und der Stromleitung 20 (dem Verbraucher 30) mit hoher Effizienz durchzuführen. Ein solcher Phasenunterschied φ macht es möglich, dass der Zeitpunkt, zu dem das Steuerimpulssignal SDa zu fallen beginnt (oder der Anstiegszeitpunkt) mit dem Anstiegszeitpunkt (oder dem Abfallzeitpunkt) des Steuerimpulssignals SDb zusammenfällt. Anders ausgedrückt ist es nötig, den Phasenunterschied φ so anzupassen, dass der Übergangszeitpunkt des Steuerimpulssignals SDa mit dem Übergangszeitpunkt des Pulses des Steuerimpulssignals SDb übereinstimmt. Der Übergangszeitpunkt gibt den Zeitpunkt an, wenn der H-Pegel/L-Pegel des Impulses.
  • Wie aus 9 und 26 hervorgeht, variieren die Steuerimpulssignale SDa und SDb gemäß den Tastverhältnissen Da und Db. Daraus geht auch hervor, dass der Phasenunterschied φ, der die in 27 dargestellte Stromphase erreichen kann, das heißt der Phasenunterschied φ, der durch eine Trägerphasenregelung erhalten wird, auch gemäß den Tastverhältnissen Da und Db bestimmt wird. Somit ist es möglich, die Beziehung zwischen den Tastverhältnissen Da, Db und dem Phasenunterschied φ, der durch Trägerphasenregelung erhalten wird, vorab zu ermitteln und die Beziehung vorab in einem Kennfeld (das im Folgenden auch als „Phasenunterschiedskennfeld” bezeichnet wird) oder einer Funktion (im Folgenden auch als „Phasenunterschiedsberechnungsformel” bezeichnet) in der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 40 zu speichern.
  • Es ist möglich, den Phasenunterschied φ für die Durchführung der Trägerphasenregelung auf Basis der errechneten Tastverhältnisse Da und Db unter der PWM-Steuerung durchzuführen, um die Stromregelung der DC-Leistungsquellen 10a und 10b im PB-Modus durchzuführen. Dann ist es möglich, durch Erzeugen von Trägerwellen CWa und CWb auf solche Weise, dass ein Phasenunterschied φ erhalten wird wie berechnet, eine Gleichspannungswandlung mit hohem Wirkungsgrad mit verringertem Verlust im Schaltelement S1 bis S4 zu erreichen.
  • Es wurde eine Beschreibung im Hinblick auf den Zustand, in dem die DC-Leistungsquellen 10a und 10b beide im Leistungsabgabezustand sind, unter Bezugnahme auf 27 bis 31B abgegeben. Eine ähnliche Trägerphasenregelung kann auch unter anderen Bedingungen durchgeführt werden.
  • 32 ist eine Tabelle, welche die Trägerphasenregelung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im jeweiligen Betriebszustand der DC-Leistungsquellen beschreibt.
  • Wie in 32 dargestellt ist, sind im Zustand A beide DC-Leistungsquellen 10a und 10b im oben beschriebenen Leistungsabgabezustand. Wie in 27 dargestellt ist, wird der Phasenunterschied φ der Trägerwellen angepasst, um eine solche Stromphase zu erreichen, dass der Zeitpunkt des Abfallens (das lokale Maximum) des elektrischen Stroms I(L1) mit dem Zeitpunkt des Ansteigens (dem lokalen Minimum) des elektrischen Stroms I(L2) bei Tb zusammenfällt, der in der Zeichnung dargestellt ist. Somit ist es möglich, den Einschaltverlust im Schaltelement S2 ebenso wie den Ausschaltverlust im Schaltelement S4 bei Tb zu verringern. Wie oben beschrieben, ist es außerdem möglich, den Leitungsverlust im Schaltelement S4 in der Periode von Ta bis Tb ebenso wie den Leitungsverlust im Schaltelement S2 in der Periode von Tb bis Tc zu verringern.
  • Im Zustand B sind beide DC-Leistungsquellen 10a und 10b im oben beschriebenen regenerativen Zustand. In diesem Zustand wird der Phasenunterschied φ der Trägerwellen angepasst, um eine solche Stromphase zu erreichen, dass der Zeitpunkt des Ansteigens (das lokale Minimum) des elektrischen Stroms I(L1) mit dem Zeitpunkt des Abfallens (dem lokalen Maximum) des elektrischen Stroms I(L2) bei Tb zusammenfällt, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Somit ist es möglich, den Einschaltverlust im Schaltelement S4 ebenso wie den Ausschaltverlust im Schaltelement S2 bei Tb zu verringern. Darüber hinaus ist es möglich, den Leitungsverlust im Schaltelement S2 in der Periode von Ta bis Tb ebenso wie den Leitungsverlust im Schaltelement S4 in der Periode von Tb bis Tc zu verringern.
  • In einem Zustand C ist die DC-Leistungsquelle 10a in einem regenerativen Zustand, während die DC-Leistungsquelle 10b im Leistungsabgabezustand ist. In diesem Zustand wird der Phasenunterschied φ der Trägerwellen angepasst, um eine solche Stromphase zu erreichen, dass der Zeitpunkt des Abfallens (das lokale Maximum) des elektrischen Stroms I(L1) mit dem Zeitpunkt des Abfallens (dem lokalen Maximum) des elektrischen Stroms I(L2) bei Ta zusammenfällt, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Somit ist es möglich, den Einschaltverlust im Schaltelement S3 ebenso wie den Ausschaltverlust im Schaltelement S1 bei Ta zu verringern. Darüber hinaus ist es möglich, den Leitungsverlust im Schaltelement S1 in der Periode von Ta bis Tb ebenso wie den Leitungsverlust im Schaltelement S3 in der Periode von Tc bis Ta zu verringern.
  • In einem Zustand D ist die DC-Leistungsquelle 10a in einem Leistungsabgabezustand, während die DC-Leistungsquelle 10b im regenerativen Zustand ist. In diesem Zustand wird der Phasenunterschied φ der Trägerwellen angepasst, um eine solche Stromphase zu erreichen, dass der Zeitpunkt des Ansteigens (das lokale Minimum) des elektrischen Stroms I(L1) mit dem Zeitpunkt des Ansteigens (dem lokalen Minimum) des elektrischen Stroms I(L2) bei Tc zusammenfällt, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Somit ist es möglich, den Einschaltverlust im Schaltelement S1 ebenso wie den Ausschaltverlust im Schaltelement S3 bei Tc zu verringern. Darüber hinaus ist es wie oben beschrieben möglich, den Leitungsverlust im Schaltelement S1 in der Periode von Tb bis Tc ebenso wie den Leitungsverlust im Schaltelement S3 in der Periode von Tc bis Ta zu verringern.
  • Wie oben beschrieben, können die Verluste in den Schaltelementen S1 bis S4 dadurch verringert werden, dass die Wendepunkte (das lokale Maximum und das lokale Minimum) der elektrischen Ströme I(L1) und I(L2) so eingestellt werden, dass sie gleichzeitig auftreten. Jedoch variiert der Phasenunterschied φ für die Verringerung der Verluste in den Schaltelementen S1 bis S4 gemäß der Kombination aus Leistungsabgabe-/regenerativen Bedingungen der DC-Leistungsquellen 10a und 10b. Deswegen ist es bevorzugt, dass das oben genannte Phasenunterschiedskennfeld oder die oben genannte Phasenunterschiedsberechnungsformel für jede von den Kombinationen aus Leistungsabgabe-/regenerativen Bedingungen (Bedingungen A bis D in 32) eingestellt wird.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß der Variante der ersten Ausführungsform die oben beschriebene Trägerphasenregelung in einer Gleichspannungswandlung im PB-Modus kombiniert werden, um die Ausgangsspannung VH auf den Spannungssollwert VH* zu regeln. Durch die volle Ausnutzung des Effekts, dass die elektrischen Ströme bei der Gleichspannungswandlung, die durch die jeweiligen DC-Leistungsquellen 10a und 10b durchgeführt wird, einander entgegenwirken, wie auch unter Bezugnahme auf 7A bis 8B beschrieben worden ist, ist es daher möglich, eine hocheffiziente Gleichspannungswandlung mit verringerten Verlusten in den Schaltelementen S1 bis S4 durchzuführen.
  • Nun wird eine Trägerphasenregelung im SB-Modus beschrieben.
  • Die DC-Leistungsquellen 10a und 10b sind im SB-Modus in Reihe verbunden, wie in 33 dargestellt ist, wodurch entweder der Zustand, wo beide DC-Leistungsquellen 10a und 10b im Leistungsabgabezustand (Zustand A in 32) sind, oder der Zustand, wo beide DC-Leistungsquellen 10a und 10b im regenerativen Zustand (Zustand B in 32) sind, erzeugt wird.
  • Somit wird bei der Regelungsoperation im SB-Modus der Phasenunterschied φ zwischen den Trägerwellen so eingestellt, dass das Einschalten des Schaltelements S2 mit dem Ausschalten des Schaltelements S4 zusammenfällt, oder so, dass das Einschalten des Schaltelements S4 mit dem Ausschalten des Schaltelements S2 zusammenfällt, wie bei den Zuständen A und B in 32 gezeigt ist.
  • Das heißt, durch Einstellen des Phasenunterschieds φ zwischen den Trägerwellen CWa und CWb auf solche Weise, dass der Zeitpunkt des Abfallens des Steuerimpulssignals SDa mit dem Zeitpunkt des Ansteigens des Steuerimpulssignals SDb zusammenfällt, oder so, dass der Zeitpunkt des Ansteigens des Steuerimpulssignals SDa und der Zeitpunkt des Abfallens des Steuerimpulssignals SDb, wird die Stromphase erreicht, die von den Zuständen A und B in 32 angezeigt wird, wo der Zeitpunkt des Ansteigens (das lokale Minimum) mit dem Zeitpunkt des Abfallens (dem lokalen Maximum) zwischen dem elektrischen Strom I(L1) und dem elektrischen Strom I(L2) gleichzeitig auftritt.
  • In diesem Zustand werden die Tastverhältnisse Da und Db berücksichtigt. Da wird durch den folgenden Ausdruck (5) durch Umformen des Ausdrucks (1) ausgedrückt. Da = (VH – Va)/VH (5)
  • Ebenso wird Db durch den folgenden Ausdruck (6) durch Umformen des Ausdrucks (2) ausgedrückt. Db = (VH – Vb)/VH (6)
  • Wie in 10 dargestellt, wird das Steuersignal SG3 im PB-Modus auf Basis der logischen Summe der Steuerimpulssignale SDa und SDb erzeugt. Daher sei klargestellt, dass, wenn der Phasenunterschied φ so eingestellt wird, dass der Zeitpunkt des Abfallens (oder Ansteigens) des Steuerimpulssignals SDa mit dem Zeitpunkt des Ansteigens (oder Abfallens) des Steuerimpulssignals SDb zusammenfällt, der Anteil der H-Pegel-Periode des Steuersignals SG3 im PB-Modus über 1,0 liegt, falls Vo > (Va + Vb) gilt. Das heißt, wenn Vo > (Va + Vb) gilt, wird das Steuersignal SG3 auch durch die PWM-Steuerung, die für den PB-Modus mit Tastverhältnissen Da und Db üblich ist, auf den H-Pegel festgelegt.
  • 34 ist ein Wellenformdiagramm, das Steuerimpulssignale im SB-Modus bei der Anwendung einer Trägerphasenregelung zeigt.
  • Wie in 34 dargestellt, wird das Steuersignal SG1 im PB-Modus auf Basis der logischen Summe der Steuerimpulssignale/SDa und /SDb erzeugt. Wenn der Phasenunterschied φ eingestellt ist wie oben beschrieben, fällt der Zeitpunkt des Ansteigens des Steuerimpulssignals/SDa mit dem Zeitpunkt des Abfallens des Steuerimpulssignals/SDb zusammen. Dadurch wird ein Tastverhältnis DSG1 des Steuersignals SG1 durch DSG1 = (1 – Da) + (1 – Db) ausgedrückt. Das heißt, DSG1 wird durch den folgenden Ausdruck (7) ausgedrückt. DSG1 = (Va + Vb)/VH (7)
  • Indessen wird das Tastverhältnis Dc durch den folgenden Ausdruck (8) durch Umformen des Ausdrucks (3) ausgedrückt. Dc = 1 – (Va + Vb)/VH (8)
  • Wenn SG1 = /SGc gemäß einer logischen Berechnung im SB-Modus von 35 gilt, wird das Tastverhältnis DSG1 des Steuersignals SG1 somit durch den folgenden Ausdruck (9) ausgedrückt. DSG1 = 1 – Dc = (Va + Vb)/VH (9)
  • Wenn, wie oben beschrieben, der Phasenunterschied φ gemäß der oben beschriebenen Trägerphasenregelung eingestellt wird, ist es möglich, auf Basis des Tastverhältnisses Dc Signale mit einem Tastverhältnis zu erzeugen, das dem des Steuerimpulssignals/SDc gleich ist, und zwar durch Durchführen einer logischen Berechnung auf Basis der Steuerimpulssignale SDa und SDb mit den Tastverhältnissen Da und Db, konkret der logischen Summe von /SDa und /SDb. Das heißt, es ist möglich, Steuersignale SG1 im SB-Modus auf Basis der Steuerimpulssignale SDa und SDb zu erzeugen.
  • Wie in 35 dargestellt ist, sind die Steuersignale SG2 und SG4 im SB-Modus Umkehrsignale des Steuersignals SG1. Das Ergebnis der logischen Berechnung von nicht (/SDb oder /SDa) ist das logische Produkt von SDa und SDb (SDb und SDa). Somit können die Steuersignale SG2 und SG4, die auch gemäß dem Steuerimpulssignal SDc eingestellt werden sollen, auch auf Basis der logischen Berechnung der Steuerimpulssignale SDa und SDb erzeugt werden.
  • Wie oben beschrieben, wird im SB-Modus eine Trägerphasenregelung angewendet, um den Phasenunterschied φ so einzustellen, dass der Übergangszeitpunkt des Impulses zwischen dem Steuerimpulssignal SDa(/SDa) und dem Steuerimpulssignal SDb(/SDb) zusammenfällt. Durch Erzeugen der Trägerwellen CWa und CWb auf solche Weise, dass diese einen Phasenunterschied φ aufweisen, können die Steuersignale SG1 bis SG4, die auf Basis des Tastverhältnisses Dc im SB-Modus eingestellt werden sollen, gemäß den Steuerimpulssignalen SDa und SDb auf Basis der Tastverhältnisse Da und Db erzeugt werden, wie in 35 dargestellt ist.
  • Konkret ist das Steuersignal SG3, wie oben beschrieben, ein Signal, das durch die logische Summe der Steuerimpulssignale SDa und SDb auf den H-Pegel festgelegt ist. Daneben kann das Steuersignal SG1 durch die logische Summe der Steuerimpulssignale/SDa und /SDb so erzeugt werden, dass es ein Tastung aufweist, die derjenigen der PWM-Steuerung auf Basis des Tastverhältnisses Dc gleichwertig ist. Außerdem können im SB-Modus die Steuersignale SG2, SG4, die so eingestellt sind, dass sie komplementär sind zum Steuersignal SG1, auch auf Basis der logischen Summe der Steuerimpulssignale SDa und SDb erzeugt werden.
  • Der Phasenunterschied φ im SB-Modus kann auch auf Basis der Tastverhältnisse Da und Db, die im SB-Modus erzeugt werden, gemäß einem voreingestellten Kennfeld, in dem die Beziehung zwischen den Tastverhältnissen Da und Db und dem Phasenunterschied φ gespeichert ist, oder der Phasenunterschiedsberechnungsformel berechnet werden, ebenso wie bei der Trägerphasenregelung im PB-Modus.
  • 36 zeigt ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für eine Funktionsweise bzw. Operation im PB-Modus und im SB-Modus in der Leistungswandlersteuerung gemäß einer Variante der vorliegenden ersten Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 36 dargestellt ist, wird an einem Peak der Trägerwelle CWa ein Befehl zum Umschalten vom PB-Modus auf SB ausgegeben. Vor der Erzeugung des Umschaltbefehls werden die Steuersignale SG1 bis SG4 auf Basis der Tastverhältnisse Da und Db, die durch die Stromregelung der einzelnen DC-Leistungsquellen 10a und 10b berechnet werden, erzeugt.
  • Wenn der Umschaltbefehl ausgegeben wird, können die Steuersignale SG1 bis SG4 im SB-Modus sofort auf Basis der Steuerimpulssignale SDa und SDb zu diesem Zeitpunkt gemäß den in 35 dargestellten logischen Rechenausdrücken erzeugt werden, ohne das Tastverhältnis DC neu zu berechnen.
  • Daher können die Steuersignale SG1 bis SG4 im SB-Modus unter Verwendung der Tastverhältnisse Da und Db, die den anderen zum Verstärkungsmodus gehörenden Betriebsmodi einschließlich des PB-Modus gemeinsam sind, erzeugt werden. Insbesondere beim Umschalten der Betriebsmodi kann eine Umschaltungsverarbeitung zwischen dem PB-Modus und dem SB-Modus ausgeführt werden, ohne einer Verzögerung der Steuerung zu bewirken.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • In der zweiten Ausführungsform werden Beschreibungen der Leistungswandlersteuerung zum Steuern der Ausgaben der DC-Leistungsquellen 10a und 10b abgegeben. Wie aus den folgenden Beschreibungen in der zweiten Ausführungsform hervorgeht, liegt ein Merkmal der Leistungswandlersteuerung gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform darin, dass die gleiche Regelungsberechnung auf jeden Betriebsmodus angewendet wird.
  • 37 ist ein Diagramm, das ein grundlegendes Konzept einer Leistungswandlersteuerung gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform beschreibt.
  • Wie in 37 dargestellt ist, steigt die Ausgangsspannung VH in dem Zustand an, wo die gesamte elektrische Leistung PH größer ist als die Verbraucherleistung PL (PH > PL), nimmt aber in dem Zustand ab, wo PH < PL gilt. Daher wird in der Leistungswandlersteuerung gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform der Sollwert für die gesamte elektrische Leistung PH gemäß einer Spannungsabweichung ΔVH der Ausgangsleistung VH in Bezug auf den Spannungssollwert VH* eingestellt. Ferner werden durch Verteilen der gesamten elektrischen Leistung PH zwischen der Ausgangsleistung Pa und der Ausgangsleistung Pb die Ausgaben der einzelnen DC-Leistungsquellen 10a und 10b einer Leistungsregelung (Stromregelung) unterzogen.
  • (Regelungsoperation im PB-Modus)
  • Zunächst wird die Regelungsoperation im PB-Modus beschrieben.
  • 38 und 39 sind Blockschemata zur Beschreibung einer Leistungswandlersteuerung gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform. 38 zeigt eine Gestaltung für eine Regelungsberechnung zum Einstellen von Leistungsbefehlswerten für die einzelnen Gleichspannungsquellen und 39 zeigt eine Gestaltung für eine Regelungsberechnung zum Regeln der Ausgaben der einzelnen Gleichspannungsquellen gemäß dem eingestellten Leistungsbefehlswert.
  • Wie in 38 dargestellt ist, weist die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 40 eine Spannungsregelungseinheit 200 und eine Leistungsverwaltungseinheit 290 auf.
  • Die Leistungsverwaltungseinheit 290 stellt einen oberen Leistungsgrenzwert PHmax und einen unteren Leistungsgrenzwert PHmin für die gesamte elektrische Leistung PH, einen oberen Leistungsgrenzwert Pamax und einen unteren Leistungsgrenzwert Pamin für die DC-Leistungsquelle 10a ebenso wie ein Leistungsverteilungsverhältnis k zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b auf Basis der Betriebszustände der DC-Leistungsquellen 10a, 10b und/oder des Verbrauchers 30 ein. Der obere Leistungsgrenzwert PHmax und der untere Leistungsgrenzwert PHmin können auch für die gesamte elektrische Leistung PH der DC-Leistungsquellen 10a und 10b insgesamt eingestellt werden. Zum Beispiel kann eine Einstellung vorgenommen werden, dass PHmax = Pamax + PHmax und PHmin = Pamin + PHmin gelten.
  • Wie auch in der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, kann im PB-Modus das Leistungsverteilungsverhältnis k auf jeden Wert eingestellt werden, mit dem 0 ≤ k ≤ 1,0 gilt. Wie oben beschrieben, kann das Leistungsverteilungsverhältnis k auf Basis der Bedingungen der DC-Leistungsquellen 10a und 10b (z. B. der Bilanz zwischen den SOCs oder der Bilanz zwischen oberer Leistungsgrenze und unterer Leistungsgrenze), des Ausgangsleistungspegels (PH) oder dergleichen bestimmt werden. Wie weiter unten ausführlich beschrieben wird, wird das Leistungsverteilungsverhältnis k gemäß dem Betriebsmodus umgeschaltet.
  • Die Leistungsverwaltungseinheit 290 stellt ferner einen Zirkulationsleistungswert Pr für die Durchführung des Aufladens/Entladens zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b ein.
  • Der Zirkulationsleistungswert Pr entspricht der Ausgangsleistung von der DC-Leistungsquelle 10a zum Aufladen der DC-Leistungsquelle 10b. Zum Beispiel kann in einem Betrieb unter Leistungsaufnahme bei einer Einstellung, mit der Pr > 0 gilt, nachdem k auf 1 eingestellt worden ist, die DC-Leistungsquelle 10b aufgeladen werden, während die gesamte elektrische Leistung PH mit der Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10a zur Stromleitung 20 geliefert wird. Dagegen kann bei einer Einstellung, mit der Pr < 0 gilt, nachdem k auf 0 eingestellt worden ist, die DC-Leistungsquelle 10a aufgeladen werden, während die gesamte elektrische Leistung PH mit der Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10b zur Stromleitung 20 geliefert wird.
  • In einem Regenerationsbetrieb (PH < 0) kann bei einer Einstellung, mit der Pr > 0 gilt, nachdem k auf 0 eingestellt worden ist, die DC-Leistungsquelle 10b sowohl mit der regenerativen Leistung vom Verbraucher 30 als auch mit der Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10a aufgeladen werden. Im Gegensatz dazu kann bei einer Einstellung, mit der Pr < 0 gilt, nachdem k auf 1 eingestellt worden ist, die DC-Leistungsquelle 10a sowohl mit der regenerativen Leistung vom Verbraucher 30 als auch mit der Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10b aufgeladen werden.
  • Wenn der Zirkulationsleistungswert Pr nicht eingestellt wird (Pr = 0), wird kein Aufladen/Entladen zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b durchgeführt. Wenn die DC-Leistungsquellen 10a und 10b unausgeglichene SOCs aufweisen, stellt beispielsweise die Leistungsverwaltungseinheit 290 den Zirkulationsleistungswert Pr so ein, dass eine Aufladung einer DC-Leistungsquelle, deren SOC niedriger ist, begünstigt wird.
  • Die Spannungsregelungseinheit 200 stellt Leistungssollwerte Pa* und Pb* für die DC-Leistungsquellen 10a und 10b auf Basis der Spannungsabweichung der Ausgangsspannung VH ein. Die Spannungsregelungseinheit 200 weist eine Abweichungsarithmetikeinheit 210, eine Regelungsarithmetikeinheit 220, einen Begrenzer 230, eine Leistungsverteilungseinheit 240, eine Zirkulationsleistungsadditionseinheit 250, einen Begrenzer 260 und eine Subtraktionseinheit 270 auf.
  • Die Abweichungsarithmetikeinheit 210 berechnet eine Spannungsabweichung ΔVH (ΔVH = VH* – VH) gemäß der Differenz zwischen dem Spannungssollwert VH* und einem erfassten Wert der Ausgangsspannung VH. Die Regelungsarithmetikeinheit 220 berechnet die gesamte elektrische Leistung PHr, die für die Spannungssteuerung erforderlich ist, auf Basis der Spannungsabweichung ΔVH. Zum Beispiel stellt die Regelungsarithmetikeinheit 220 PHr durch eine PI-Operation gemäß dem nachstehenden Ausdruck (10) ein. PHr = Kp·ΔVH + Σ(Ki·ΔVH) (10)
  • Im Ausdruck (10) ist Kp eine proportionale Regelungsverstärkung und Ki ist eine integrale Regelungsverstärkung. Ein Kapazitätswert des Glättungskondensators CH schlägt sich in diesen Regelungsverstärkungen ebenfalls nieder. Durch Einstellen der gesamten elektrischen Leistung PHr gemäß dem Ausdruck (10) kann eine Rückwärtsregelung zur Verringerung der Spannungsabweichung ΔVH erreicht werden.
  • Wenn die Verbraucherleistung PL aus den Betriebszustand des Verbrauchers 30 kalkuliert werden kann, ist es alternativ dazu auch möglich, die notwendige gesamte elektrische Leistung PHr gemäß dem Ausdruck (11) einzustellen, der diesen kalkulierten Wert PL* ebenfalls reflektiert. Dann kann die Ausgangsspannung VH auf solche Weise gesteuert werden, dass eine Vorwärtsregelung des Leistungsverbrauchs im Verbraucher 30 geleistet wird. PHr = Kp·ΔVH + Σ(Ki·ΔVH) + PL* (11)
  • Der Begrenzer 230 beschränkt den Leistungssollwert PH* so, dass dieser im Bereich von PHmax bis PHmin liegt, der von der Leistungsverwaltungseinheit 290 eingestellt wird. Falls PHr > PHmax gilt, stellt der Begrenzer 230 PH* auf PHmax ein. Ebenso stellt der Begrenzer 230 PH* auf PHmin ein, wenn PHr < PHmin gilt. Wenn PHmax ≥ PHr ≥ PHmin gilt, wird PH* einfach auf PHr eingestellt. Dadurch wird der Stromsollwert PH* erledigt.
  • Die Leistungsverteilungseinheit 240 berechnet die Ausgangsleistung k·PH*, die auch für die DC-Leistungsquelle 10a gelten sollte, auf Basis des Sollwerts für die gesamte elektrische Leistung PH* und des Leistungsverteilungsverhältnisses k. Die Zirkulationsleistungsadditionseinheit 250 addiert k·Pa*, der von der Leistungsverteilung 240 berechnet wird, und den Zirkulationsleistungswert Pr, der von der Leistungsverwaltungseinheit 290 eingestellt wird, um dadurch die elektrische Leistung Par zu berechnen, die von der DC-Leistungsquelle 10a benötigt wird (Par = k·Pa* + Pr).
  • Der Begrenzer 260 beschränkt den Leistungssollwert Pa* für die DC-Leistungsquelle 10a so, dass dieser im Bereich von Pamax bis Pamin liegt, der von der Leistungsverwaltungseinheit 290 eingestellt wird. Falls Par > Pamax gilt, modifiziert der Begrenzer 260 Pa* in Pamax. Ebenso modifiziert der Begrenzer 260 Pa* in Pamin, wenn PHa < Pamim gilt. Wenn Pamax > Par > Pamin gilt, wird Pa* einfach auf Par eingestellt. Dadurch wird der Leistungssollwert Pa* für die Gleichspannung 10a erledigt.
  • Die Subtraktionseinheit 270 subtrahiert den Leistungssollwert Pa* vom Sollwert für die gesamte elektrische Leistung PH*, wodurch der Leistungssollwert Pb* für die DC-Leistungsquelle 10b eingestellt wird (Pb* = PH* – Pa*).
  • 40 ist eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines Leistungsflusses im Leistungsversorgungssystem mittels der Leistungssollwerte, die gemäß 38 eingestellt werden.
  • Wie in 40 dargestellt ist, wird der Sollwert für die gesamte elektrische Leistung PH*, die nötig ist, um die Ausgangsspannung VH auf den Spannungssollwert VH* zu steuern, zwischen den Leistungssollwerten Pa* und Pb* gemäß dem Leistungsverteilungsverhältnis k aufgeteilt. Das heißt, es wird im Grunde eine solche Einstellung vorgenommen, dass Pa* = k·PH und Pb* = (1 – k)·PH* gelten. Somit kann nach dem Steuern des Leistungsverhältnisses zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b elektrische Leistung gemäß dem Sollwert für die gesamte elektrische Leistung PH* zum Steuern der Ausgangsspannung VH in die/aus der Stromleitung 20 eingegeben/ausgegeben werden.
  • Ferner kann durch Einstellen des Zirkulationsleistungswerts Pr die DC-Leistungsquelle 10b mit Ausgangsleistung von der DC-Leistungsquelle 10a geladen werden (Pr > 0), oder die DC-Leistungsquelle 10a kann mit Ausgangsleistung von der DC-Leistungsquelle 10b geladen werden (Pr < 0).
  • Da der Leistungssollwert Pa* vom Begrenzer 260 zuverlässig so beschränkt wird, dass er im Bereich von Pamax bis Pamin liegt, kann die DC-Leistungsquelle 10a gegen eine Überleistung geschützt werden. Das heißt, die Überladung und die zu tiefe Entladung der DC-Leistungsquelle 10a können verhindert werden.
  • Darüber hinaus kann durch Beschränken der Verbraucherleistung PL auf den Bereich von PHmin bis PHmax bei gleichzeitiger zuverlässiger Beschränkung des Sollwerts für die gesamte elektrische Leistung PH*, so dass dieser im Bereich von PHmax bis PHmin liegt, durch den Begrenzer 230 die DC-Leistungsquelle 10b auch vor einer Überleistung geschützt werden. Das heißt, die Überladung und die zu tiefe Entladung der DC-Leistungsquelle 10b können auch verhindert werden.
  • Wie in 39 dargestellt ist, weist die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 40 Stromregelungseinheiten 300, 310 zum Regeln der Ausgaben der DC-Leistungsquellen 10a und 10b gemäß den Leistungssollwerten Pa* und Pb*, eine PWM-(Pulsweitenmodulations-)Steuereinheit 400 und eine Trägerwellenerzeugungseinheit 410 auf. Die Stromregelungseinheit 300 steuert die Ausgabe von der DC-Leistungsquelle 10a durch eine Stromregelung. Die Stromregelungseinheit 310 steuert die Ausgabe von der DC-Leistungsquelle 10a durch eine Stromregelung.
  • Die Stromregelungseinheit 300 weist eine Strombefehlserzeugungseinheit 302, eine Abweichungsarithmetikeinheit 304, eine Regelungsarithmetikeinheit 306 und eine FF-Additionseinheit 308 auf.
  • Die Strombefehlserzeugungseinheit 302 stellt einen Stromsollwert Ia* für die DC-Leistungsquelle 10a auf Basis des Leistungssollwerts Pa* und eines erfassten Wertes der Spannung Va ein (Ia* = Pa*/Va). Die Abweichungsarithmetikeinheit 304 berechnet die Stromabweichung ΔIa gemäß der Differenz zwischen dem Stromsollwert Ia* und einem erfassten Wert des elektrischen Stroms Ia (ΔIa = Ia* – Ia). Die Regelungsarithmetikeinheit 306 berechnet einen Regelungsbetrag Dfba für eine Stromrückwärtsregelung auf Basis der Stromabweichung ΔIa. Zum Beispiel berechnet die Regelungsarithmetikeinheit 306 den Regelungsbetrag Dfba durch eine PI-Operation gemäß dem nachstehenden Ausdruck (12). Dfba = Kp·ΔIa + Σ(Ki·ΔIa) (12)
  • Im Ausdruck (12) ist Kp eine proportionale Regelungsverstärkung und Ki ist eine integrale Regelungsverstärkung. Diese Regelungsverstärkungen werden unabhängig vom Ausdruck (10) eingestellt.
  • Andererseits wird ein FF-Regelungsbetrag Dffa für eine Spannungsvorwärtsregelung gemäß dem Ausdruck (13) in Übereinstimmung mit Da = (VH – Va)/VH eingestellt, der durch Auflösen des Ausdrucks (1) für Da erhalten wird. Dffa = (VH* – Va)/VH* (13)
  • Die FF-Additionseinheit 308 addiert einen FB-Regelungsbetrag Dfba und einen FF-Regelungsbetrag Dffa, wodurch sie das Tastverhältnis Da für die Leistungsregelung der DC-Leistungsquelle 10a berechnet. Das Tastverhältnis Da entspricht dem Tastverhältnis einer Periode, in der das untere Zweigelement (die Schaltelemente S3 und S4) der Boost-Chopper-Schaltkreis (7A und 7B) eingeschaltet ist, wenn eine Gleichspannungswandlung zwischen der Spannung Va der DC-Leistungsquelle 10a und der Ausgangsspannung VH durchgeführt wird, ähnlich wie im Ausdruck (1).
  • Ebenso weist die Stromregelungseinheit 310, die der DC-Leistungsquelle 10b entspricht, eine Strombefehlserzeugungseinheit 312, eine Abweichungsarithmetikeinheit 314, eine Regelungsarithmetikeinheit 316 und eine FF-Additionseinheit 318 auf.
  • Die Strombefehlserzeugungseinheit 312 stellt einen Stromsollwert Ib* für die DC-Leistungsquelle 10b auf Basis des Leistungssollwerts Pb* und eines erfassten Wertes der Spannung Vb ein (Ib* = Pb*/Vb). Die Abweichungsarithmetikeinheit 314 berechnet eine Stromabweichung ΔIb (ΔIb = Ib* – Ib) gemäß der Differenz zwischen dem Stromsollwert Ia* und einem erfassten Wert des elektrischen Stroms Ia. Die Regelungsarithmetikeinheit 316 berechnet einen Regelungsbetrag Dfbb für eine Stromrückwärtsregelung auf Basis der Stromabweichung ΔIb. Zum Beispiel berechnet die Regelungsarithmetikeinheit 316 den Regelungsbetrag Dfbb durch eine PI-Operation gemäß dem nachstehenden Ausdruck (14). Dfbb = Kp·ΔIb + Σ(Ki·ΔIb) (14)
  • Im Ausdruck (8) ist Kp eine proportionale Regelungsverstärkung und Ki ist eine integrale Regelungsverstärkung. Diese Regelungsverstärkungen werden unabhängig von den Ausdrücken (10) und (12) eingestellt.
  • Andererseits wird ein FF-Regelungsbetrag Dffb für eine Spannungsvorwärtsregelung gemäß dem Ausdruck (15) in Übereinstimmung mit Db = (VH – Vb)/VH eingestellt, der durch Auflösen des Ausdrucks (2) für Db erhalten wird. Im Ausdruck (15) kann der Spannungssollwert VH* ein erfasster Wert der Ausgangsspannung VH sein. Dffb = (VH* – Vb)NH* (15)
  • Die FF-Additionseinheit 318 addiert einen FB-Regelungsbetrag Dfbb und einen FF-Regelungsbetrag Dffb, wodurch sie das Tastverhältnis Db für die Leistungsregelung der DC-Leistungsquelle 10b berechnet. Das Tastverhältnis Db entspricht dem Tastverhältnis einer Periode, in der das untere Zweigelement (die Schaltelemente S2 und S3) der Boost-Chopper-Schaltkreis (8A und 8B) eingeschaltet ist, ähnlich wie im Ausdruck (2).
  • Die PWM-Steuereinheit 400 erzeugt Steuersignale SG1 bis SG4 für die Schaltelemente S1 bis S4 durch eine Pulsweitenmodulationssteuerung auf Basis der Tastverhältnisse Da und Db, die von den Stromregelungseinheiten 300 und 310 eingestellt werden, ebenso wie der Trägerwellen CWa und CWb, die von der Trägerwellenerzeugungseinheit 410 empfangen werden. Da die Pulsweitenmodulationssteuerung und die Erzeugung von Steuersignalen SG1 bis SG4, die von der PWM-Steuereinheit 400 durchgeführt werden, auf ähnliche Weise durchgeführt werden wie oben unter Bezugnahme auf 9 und 10 beschrieben, wird ihre ausführliche Beschreibung nicht wiederholt. Die Trägerwellenerzeugungseinheit 410 erzeugt vorzugsweise die Trägerwellen CWa und CWb durch Anwenden einer Trägerphasenregelung, die in der Variante der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist.
  • Mit der Leistungswandlersteuerung gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform wird bei der Gleichspannungswandlung im PB-Modus die Spannungsabweichung der Ausgangsspannung VH in Leistungssollwerte umgewandelt, um eine Stromregelung an den Ausgaben der jeweiligen DC-Leistungsquellen 10a und 10b durchzuführen, so dass die Ausgangsspannung VH durch den Spannungssollwert VH* geregelt werden kann. Somit ist es möglich, die einzelnen DC-Leistungsquellen 10a und 10b zuverlässig vor einer Überleistung auf einer Ausgangsleistungsbasis zu schützen. Es ist auch möglich, das Leistungsverteilungsverhältnis k und den Zirkulationsleistungswert Pr zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b auf einfache Weise zu steuern.
  • Insbesondere kann für eine von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b der Leistungssollwert direkt beschränkt werden. In der in 12A und 12B dargestellten Beispielsgestaltung kann der Begrenzer 260 den Leistungssollwert Pa* für die DC-Leistungsquelle 10a auf den Bereich beschränken, wo Pamin ≤ Pa* ≤ Pamax gilt. Somit kann eine Überleistung der DC-Leistungsquelle 10a strikt verhindert werden.
  • Durch Beschränken des Stromsollwerts PH* auf den Bereich von PHmin bis PHmax, um den Leistungssollwert Pb* für die DC-Leistungsquelle 10b einzustellen, und durch Beschränken der Verbraucherleistung PL auf den Bereich von PHmin bis PHmax kann auch die DC-Leistungsquelle 10b indirekt vor einer Überleistung geschützt werden.
  • In der in 38 dargestellten Beispielsgestaltung wird jedoch die DC-Leistungsquelle 10a, für die der Leistungssollwert Pa* vom Begrenzer 260 direkt beschränkt wird, strikter vor einer Überleistung geschützt als die DC-Leistungsquelle 10b. Daher ist es bevorzugt, eine Gestaltung zu schaffen, bei der der Leistungssollwert für eine DC-Leistungsquelle, die gegen eine Überleistung geschützt werden muss, strikter direkt durch den Begrenzer 260 beschränkt wird.
  • (Regelungsoperation in anderen Betriebsmodi)
  • Wie in 3 dargestellt ist, beinhaltet der Verstärkungsmodus, in dem die Ausgangsspannung VH auf den Spannungssollwert VH* gesteuert wird, zusätzlich zum PB-Modus den aB-Modus, den bB-Modus und den SB-Modus. Für den aB-Modus, den bB-Modus und den SB-Modus wird die Ausgangsspannung VH auch unter Verwendung der gleichen Steuerungsgestaltung gemäß 38 und 39 auf den Spannungssollwert VH* gesteuert.
  • 41 ist eine Tabelle, die Einstellungen von Steuersignalen und Steuerdaten in den einzelnen Betriebsmodi zeigt, die zum Verstärkungsmodus gehören.
  • In 41 ist gezeigt, dass die in 38 und 39 dargestellten Steuerungsgestaltungen für die jeweiligen Betriebsmodi im Verstärkungsmodus gleich sind. Der Unterschied zwischen den Betriebsmodi wird durch Ändern des Leistungsverteilungsverhältnisses k, einer DC-Leistungsquelle, für die eine Stromrückwärtsregelung ausgeführt werden soll, und der Operationslogik der Steuersignale SG1 bis SG4 bewältigt.
  • Wie bereits beschrieben, kann im PB-Modus das Leistungsverteilungsverhältnis k frei auf den Bereich eingestellt werden, in dem 0 ≤ k ≤ 1,0 gilt, und der Zirkulationsleistungswert Pr kann auch auf einer Steuerungsbasis auf jeden Wert eingestellt werden. Wie oben beschrieben, werden im PB-Modus die elektrischen Ströme Ia und Ib der beiden DC-Leistungsquellen 10a und 10b gemäß den Stromsollwerten Ia* und Ib* gesteuert, die auf Basis des Leistungssollwerts zur Steuerung der Ausgangsleistung VH eingestellt worden sind.
  • Im aB-Modus wird eine bidirektionale Gleichspannungswandlung zwischen der DC-Leistungsquelle 10a und der Stromleitung 20 (dem Verbraucher 30) vom Boost-Chopper-Schaltkreis, der von den Schaltelementen S1 bis S4 durch die in 7A und 7B dargestellte Schaltoperation gebildet wird, ohne Verwendung der DC-Leistungsquelle 10b ausgeführt. Daher werden im aB-Modus die Schaltelemente S1 bis S4 gemäß einem Steuerimpulssignal SDa auf Basis des Tastverhältnisses Da gesteuert, um die Ausgangsleistung von der DC-Leistungsquelle 10a zu steuern. Genauer werden das Ein- und das Ausschalten der Schaltelemente S3 und S4, aus denen das untere Zweigelement des in 7A und 7B dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreises besteht, gemeinsam gemäß dem Steuerimpulssignal SDa gesteuert. Ebenso werden das Ein- und das Ausschalten der Schaltelemente S1 und S2, aus denen das obere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises besteht, gemeinsam gemäß dem Steuerimpulssignal/SDa gesteuert.
  • Wie in 41 und 38 dargestellt ist, wird auch im aB-Modus der Sollwert für die gesamte elektrische Leistung PH* durch die Abweichungsarithmetikeinheit 210, die Regelungsarithmetikeinheit 220 und den Begrenzer 230 auf Basis der Spannungsabweichung ΔVH der Ausgangsspannung VH eingestellt, ähnlich wie im PB-Modus. Da die DC-Leistungsquelle 10b nicht verwendet wird, können der obere Leistungsgrenzwert PHmax und der untere Leistungsgrenzwert PHmin, die zum Begrenzer 230 geschickt werden, so eingestellt werden, dass sie einem oberen Leistungsgrenzwert Pamax und einem unteren Leistungsgrenzwert Pamin der DC-Leistungsquelle 10a gleichwertig sind. Somit wird im aB-Modus der Operationssollwert für den Verbraucher 30 begrenzt innerhalb des Bereichs erzeugt, wo Pamin ≤ PL ≤ Pamax gilt.
  • Da die DC-Leistungsquelle 10b im aB-Modus nicht verwendet wird (um eine Aufladung/Entladung zu vermeiden) ist der Zirkulationsleistungswert Pr auf 0 festgelegt. Ferner wird durch Festlegen des Leistungsverteilungsverhältnisses k auf 1,0 der Leistungssollwert Pa* auf PH* eingestellt, während der Leistungssollwert Pb* auf 0 eingestellt wird. Dabei ist es auch möglich, den Leistungssollwert Pa* durch den Begrenzer 260 vor einer Abweichung vom Bereich Pamax bis Pamin zu schützen, das heißt, die DC-Leistungsquelle 10a vor einer Überleistung zu schützen. Daher ist es im aB-Modus auch möglich, zu bewirken, dass einer von den Begrenzern 230 und 260 nicht arbeitet.
  • Ferner wird in der Gestaltung von 39 die Stromrückwärtsregelung nur für die DC-Leistungsquelle 10a ausgeführt. Das heißt, ähnlich wie im PB-Modus berechnet die Stromregelungseinheit 300 das Tastverhältnis Da durch die Rückwärtsregelung, die vom Ausdruck (12) angegeben wird, der auf der Stromabweichung zwischen dem Stromsollwert Ia*, der gemäß dem Leistungssollwert Pa* eingestellt wird, und einem erfassten Wert des elektrischen Stroms Ia, basiert, ebenso wie durch die Vorwärtsregelung, die vom Ausdruck (13) angegeben wird, auf Basis des Spannungsverhältnisses (Da = Dfba + Dfba).
  • Andererseits ist das Steuerimpulssignal SDb im aB-Modus unnötig, wie oben beschrieben, und daher kann der Betrieb der Stromregelungseinheit 310 angehalten werden. Das heißt, die Berechnung des Tastverhältnisses Db wird angehalten.
  • 42 zeigt eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines Leistungsflusses im Leistungsversorgungssystem im aB-Modus.
  • Wie in 42 dargestellt ist, wird im aB-Modus ein Leistungssollwert PH* zum Regeln der Ausgangsspannung VH auf den Spannungssollwert VH* ganz auf die DC-Leistungsquelle 10a verteilt. Das heißt, die Verbraucherleistung PL wird nur von der DC-Leistungsquelle 10a erbracht. Da der Zirkulationsleistungswert Pr auf 0 festgelegt ist, wird kein Aufladen/Entladen zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b durchgeführt.
  • Außerdem wird im aB-Modus der Leistungssollwert Pa* vom Begrenzer 260 und/oder 290 zuverlässig auf den Bereich von Pamax bis Pamin beschränkt. Somit kann die DC-Leistungsquelle 10a, die alleine verwendet wird, vor einer Überleistung geschützt werden. Durch Berechnen des Tastverhältnisses Da durch die Rückwärtsregelung des elektrischen Stromes Ia der DC-Leistungsquelle 10a im aB-Modus kann die Spannungsabweichung ΔVH im Gegensatz zu der Steuerung zur Berechnung des Tastverhältnisses Da durch die Rückwärtsregelung der Ausgangsleistung VH umgehend getilgt werden.
  • Im bB-Modus wird eine bidirektionale Gleichspannungswandlung zwischen der DC-Leistungsquelle 10b und der Stromleitung 20 (dem Verbraucher 30) von der Boost-Chopper-Schaltkreis, die von den Schaltelementen S1 bis S4 durch die in 8A und 8B dargestellte Schaltoperation gebildet wird, ohne Verwendung der DC-Leistungsquelle 10a ausgeführt. Daher werden im bB-Modus die Schaltelemente S1 bis S4 gemäß einem Steuerimpulssignal SDb auf Basis des Tastverhältnisses Db gesteuert, um die Ausgabe von der DC-Leistungsquelle 10b zu steuern. Genauer werden das Ein- und das Ausschalten der Schaltelemente S2 und S3, aus denen das untere Zweigelement des in 8A und 8B dargestellten Boost-Chopper-Schaltkreises besteht, gemeinsam gemäß dem Steuerimpulssignal SDb gesteuert. Ebenso werden das Ein- und das Ausschalten der Schaltelemente S1 und S4, aus denen das obere Zweigelement des Boost-Chopper-Schaltkreises besteht, gemeinsam gemäß dem Steuerimpulssignal/SDb gesteuert.
  • Wie in 41 und 38 dargestellt ist, wird auch im bB-Modus der Sollwert für die gesamte elektrische Leistung PH* auf Basis der Spannungsabweichung ΔVH der Ausgangsspannung VH eingestellt, ähnlich wie im PB-Modus und im aB-Modus. Da die DC-Leistungsquelle 10a im bB-Modus nicht verwendet wird, können der obere Leistungsgrenzwert PHmax und der untere Leistungsgrenzwert PHmin, die zum Begrenzer 230 geschickt werden, so eingestellt werden, dass sie einem oberen Leistungsgrenzwert Pbmax und einem unteren Leistungsgrenzwert Pbmin der DC-Leistungsquelle 10b gleichwertig sind. Ebenso wird der Zirkulationsleistungswert Pr auf 0 festgelegt.
  • Ferner wird durch Festlegen des Leistungsverteilungsverhältnisses k auf 0 der Leistungssollwert Pb* auf PH* eingestellt, während der Leistungssollwert Pa* auf 0 eingestellt wird. In diesem Fall ist die Beschränkung durch den Begrenzer 260 unnötig. Das heißt, im bB-Modus kann die DC-Leistungsquelle 10b vom Begrenzer 230 direkt vor einer Überleistung geschützt werden.
  • Ferner wird in der Gestaltung von 39 die Stromrückwärtsregelung nur für die DC-Leistungsquelle 10b ausgeführt. Das heißt, ähnlich wie im PB-Modus berechnet die Stromregelungseinheit 310 das Tastverhältnis Db durch die Rückwärtsregelung, die vom Ausdruck (14) angegeben wird, der auf der Stromabweichung zwischen dem Stromsollwert Ib*, der gemäß dem Leistungssollwert Pb* eingestellt wird, und einem erfassten Wert des elektrischen Stroms Ib, basiert, ebenso wie durch die Vorwärtsregelung, die vom Ausdruck (15) angegeben wird, auf Basis des Spannungsverhältnisses (Db = Dfbb + Dfbb).
  • Andererseits ist das Steuerimpulssignal SDa im bB-Modus unnötig, wie oben beschrieben, und daher kann der Betrieb der Stromregelungseinheit 300 angehalten werden. Das heißt, die Berechnung des Tastverhältnisses Da wird angehalten.
  • 43 zeigt eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines Leistungsflusses im Leistungsversorgungssystem im bB-Modus.
  • Wie in 43 dargestellt ist, wird im bB-Modus ein Leistungssollwert pH* zum Regeln der Ausgangsspannung VH auf den Spannungssollwert VH* ganz auf die DC-Leistungsquelle 10b verteilt. Das heißt, die Verbraucherleistung PL wird nur von der DC-Leistungsquelle 10b erbracht. Da der Zirkulationsleistungswert Pr auf 0 festgelegt ist, wird kein Aufladen/Entladen zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b durchgeführt.
  • Außerdem können im bB-Modus der obere Leistungsgrenzwert PHmax und der untere Leistungsgrenzwert PHmin, die zum Begrenzer 230 geschickt werden, so eingestellt werden, dass sie einem oberen Leistungsgrenzwert Pbmax und einem unteren Leistungsgrenzwert Pbmin der DC-Leistungsquelle 10b gleichwertig sind. Somit wird der Leistungssollwert Pb* zuverlässig so beschränkt, dass er im Bereich von Pbmax bis Pbmin liegt. Im bB-Modus wird der Operationssollwert für den Verbraucher 30 begrenzt innerhalb des Bereichs erzeugt, wo Pbmin ≤ PL ≤ Pbmax gilt. Infolgedessen kann die DC-Leistungsquelle 10b, die alleine verwendet wird, vor einer Überleistung geschützt werden. Durch die Durchführung der Rückwärtsregelung des elektrischen Stroms Ib der DC-Leistungsquelle 10b im bB-Modus kann das Auftreten einer Spannungsabweichung ΔVH im Gegensatz zu der Steuerung zur direkten Tilgung der Gleichspannung VH durch die Rückwärtsregelung umgehend getilgt werden.
  • Nun wird eine Regelungsoperation im SB-Modus beschrieben.
  • 44 zeigt eine Konzeptskizze zur Beschreibung eines Leistungsflusses im Leistungsversorgungssystem im SB-Modus.
  • Wie in 44 dargestellt ist, wird im SB-Modus eine bidirektionale Gleichspannungswandlung zwischen den in Reihe verbundenen DC-Leistungsquellen 10a und 10b und der Stromleitung 20 (dem Verbraucher 30) durchgeführt. Daher fließt ein gemeinsamer elektrischer Strom durch die DC-Leistungsquelle 10a und die DC-Leistungsquelle 10b (Ia = Ib). Aus diesem Grund können die Ausgangsleistung Pa der DC-Leistungsquelle 10a und die Ausgangsleistung Pb der DC-Leistungsquelle 10b nicht direkt gesteuert werden. Das heißt, das Verhältnis zwischen der Ausgangsleistung Pa im SB-Modus wird automatisch durch das Verhältnis zwischen den Spannungen Va und Vb gemäß dem obigen Ausdruck (4) bestimmt.
  • Es wird erneut auf 41 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass im SB-Modus das Leistungsverteilungsverhältnis k auf Basis der aktuellen Werte (der erfassten Werte) der Spannungen Va und Vb der DC-Leistungsquellen 10a und 10b gemäß dem Ausdruck (16) eingestellt wird, der in Übereinstimmung mit dem Ausdruck (4) erhalten wird. k = Va/(Va + Vb) (16)
  • Da das Aufladen/Entladen zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b im SB-Modus nicht durchgeführt werden kann, wird der Zirkulationsleistungswert Pr auf 0 eingestellt.
  • Demgemäß wird bei der Gestaltung von 38 der Sollwert für die gesamte elektrische Leistung PH* auf eine Spannungsabweichung ΔVH der Ausgangsspannung VH eingestellt, ähnlich wie im SB-Modus. Der Sollwert für die gesamte elektrische Leistung PH* kann vom Begrenzer 230 so eingestellt werden, dass er im Bereich von PHmax bis PHmin liegt. Ferner wird gemäß dem Ausdruck (11) der Sollwert für die gesamte elektrische Leistung PH* zwischen den Leistungssollwerten Pa* und Pb* gemäß dem Leistungsverteilungsverhältnis k zwischen den in Reihe verbundenen DC-Leistungsquellen 10a und 10b auf Basis der aktuellen Spannungen Va und Vb verteilt. Dabei wird der Leistungssollwert Pa* vom Begrenzer 260 so beschränkt, dass er im Bereich von Pamax bis Pamin liegt.
  • Da im SB-Modus Ia = Ib gilt, wie in 44 dargestellt ist, wird eine Stromrückwärtsregelung für nur eine von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b durchgeführt. Zum Beispiel wird die Stromrückwärtsregelung für die DC-Leistungsquelle 10a durchgeführt, für die der Leistungssollwert direkt beschränkt werden kann, das heißt, die strikt vor einer Überleistung geschützt wird.
  • Es wird erneut auf 39 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass die Stromregelungseinheit 300 das Tastverhältnis Da durch die Rückwärtsregelung, die vom Ausdruck (12) angegeben wird, der auf der Stromabweichung zwischen dem Stromsollwert Ia*, der gemäß dem Leistungssollwert Pa* eingestellt wird, und einem erfassten Wert des elektrischen Stroms Ia, basiert, ebenso wie durch die Vorwärtsregelung, die vom Ausdruck (13) angegeben wird, auf Basis des Spannungsverhältnisses (Da = Dfba + Dfba) berechnet.
  • Andererseits wird keine Stromrückwärtsregelung in der Stromregelungseinheit 310 durchgeführt, wenn die Regelungsverstärkungen in der Regelungsarithmetikeinheit 316, genauer Kp und Ki im Ausdruck (14), auf null eingestellt werden. Daher berechnet die Stromregelungseinheit 310 das Tastverhältnis Db nur durch die Vorwärtsregelung auf Basis der Spannung Vb (Db = Dffb). Der FF-Regelungsbetrag Dffb kann gemäß dem Ausdruck (15) eingestellt werden.
  • Die PWM-Steuereinheit 400 erzeugt Steuersignale SG1 bis SG4 für die Schaltelemente S1 bis S4 durch die Pulsweitenmodulationssteuerung auf Basis der Tastverhältnisse Da und Db, die von den Stromregelungseinheiten 300 und 310 eingestellt werden, ebenso wie der Trägerwellen CWa und CWb, die von der Trägerwellenerzeugungseinheit 410 empfangen werden. Wie oben beschrieben, können auch im SB-Modus durch Kombinieren der Regelung des Trägerphasenunterschieds, die in der Variante der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, die Steuersignale SG1 bis SG4 im SB-Modus unter Verwendung von Steuerimpulssignalen SDa(/SDa) und SDb(/SDb) erzeugt werden (35).
  • Wie oben beschrieben, können mit der Leistungswandlersteuerung gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform für die Regelungsoperation des Leistungswandlers 50, die in 1 dargestellt ist, die Regelungsgestaltungen, die in 38 und 39 dargestellt sind, zwischen den jeweiligen Betriebsmodi, die zum Verstärkungsmodus gehören, in dem die Ausgangsspannung VH auf den Spannungssollwert VH* geregelt wird, gleich sein.
  • Genauer kann durch Umschalten des Leistungsverteilungsverhältnisses k ebenso wie der Regelungsverstärkungen für die Stromregelungseinheiten 300 und 310 zwischen den Betriebsmodi die gemeinsame Regelungsberechnung gemäß 12A, 12B und 13 auf die jeweiligen Betriebsmodi angewendet werden. Daher ist es möglich, eine Regelungsrechenlast bei der Steuerung des Leistungswandlers 50, bei der eine Mehrzahl von Betriebsmodi selektiv angewendet werden, zu verringern.
  • Da das Tastverhältnis Da durch die Stromrückwärtsregelung für die DC-Leistungsquelle 10a berechnet werden kann, kann ferner die Spannungsabweichung ΔVH im SB-Modus im Gegensatz zu der Steuerung zur Berechnung des Tastverhältnisses (Dc) durch die Spannungsrückwärtssteuerung für die Ausgangsspannung VH umgehend getilgt werden. Da darüber hinaus die Betriebsmodi aufgrund der gemeinsamen Regelungsberechnung zwischen den jeweiligen Betriebsmodi problemlos umgeschaltet werden können, kann die Regelbarkeit weiter verbessert sein.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • In einer dritten Ausführungsform werden Beschreibungen der Anwendung der Leistungswandlersteuerung auf einen Leistungswandler mit einer anderen Gestaltung als in 1 abgegeben.
  • 45 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel für die Gestaltung eines Leistungsversorgungssystems 5# gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in 45 dargestellt ist, unterscheidet sich das Leistungsversorgungssystem 5# gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vom Leistungsversorgungssystem 5 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass das Leistungsversorgungssystem 5# einen Umrichter 50# anstelle des Leistungswandlers 50 aufweist. Da die übrige Gestaltung des Leistungsversorgungssystems 5# der des Leistungsversorgungssystems 5 ähnlich ist, wird ihre ausführliche Beschreibung nicht wiederholt.
  • Der Leistungswandler 50# gemäß der dritten Ausführungsform weist Boost-Chopper-Schaltkreise 6 und 7 auf. Die Boost-Chopper-Schaltkreis 6 führt eine bidirektionale Gleichspannungswandlung zwischen der DC-Leistungsquelle 10a und der mit dem Verbraucher 30 verbundenen Stromleitung 20 durch. Der Boost-Chopper-Schaltkreis 6 weist Schaltelemente S5, S6 und eine Drossel L1 auf.
  • Der Boost-Chopper-Schaltkreis 7 führt eine bidirektionale Gleichspannungswandlung zwischen der DC-Leistungsquelle 10b und der gleichen Stromleitung 20 wie die DC-Leistungsquelle 10a durch. Die Boost-Chopper-Schaltkreis 7 weist Schaltelemente S7, S8 und eine Drossel L2 auf.
  • Für die Schaltelemente S5 bis S8 sind jeweils antiparallele Dioden D5 bis D8 angeordnet. Das Ein-/Ausschalten der Schaltelemente S5 bis S8 kann jeweils als Antwort auf Steuersignale SG5 bis SG8 von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 40 erfolgen.
  • Auf diese Weise ist der Leistungswandler 50# so gestaltet, dass die Boost-Chopper-Schaltkreise 6 und 7 für die DC-Leistungsquellen 10a und 10b unabhängig vorgesehen sind, anders als beim Leistungswandler 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Boost-Chopper-Schaltkreisen 6 und 7 können unabhängig voneinander gesteuert werden.
  • Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 40 erzeugt Steuersignale SG5 bis SG8 zum Ein/Aus-Steuern der Schaltelemente S5 bis S8, um die Ausgangsspannung VH zu regeln.
  • 46 zeigt eine Mehrzahl von Betriebsmodi, über die der in 45 gezeigte Leistungswandler 50# verfügt.
  • Wie in 46 dargestellt ist, können im Leistungswandler 50# andere Verstärkungsmodi und die Direktverbindungsmodi außer dem SB-Modus und dem SD-Modus im Leistungswandler 50 ausgewählt werden. Das heißt, der Betriebsmodus im Leistungswandler 50# beinhaltet den PB-Modus, den aB-Modus und den bB-Modus, die zum Verstärkungsmodus gehören, ebenso wie den PD-Modus, den aD-Modus und den bD-Modus, die zum Direktverbindungsmodus gehören.
  • Im PB-Modus kann durch unabhängiges Steuern der Boost-Chopper-Schaltkreise 6 und 7 eine Regelung durchgeführt werden, die der des PB-Modus in der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Das heißt, gemäß den Gestaltungen, die in 38 und 39 dargestellt sind, können das Leistungsverteilungsverhältnis k (0 ≤ k ≤ 1.0) und der Zirkulationsleistungswert Pr gemäß den Betriebszuständen der DC-Leistungsquellen 10a und 10b eingestellt werden. Demgemäß können mit der Gestaltung von 38 Leistungssollwerte Pa* und Pb* für die DC-Leistungsquellen 10a und 10b vom Sollwert für die gesamte elektrische Leistung PH* zum Regeln der Ausgangsspannung VH auf den Spannungssollwert VH* eingestellt werden, der das Leistungsverteilungsverhältnis k und den Zirkulationsleistungswert Pr widerspiegelt.
  • Ferner können gemäß der Gestaltung von 39 die Leistungsverhältnisse Da und Db so berechnet werden, dass beide elektrischen Ströme Ia und Ib der DC-Leistungsquellen 10a und 10b gemäß den Stromsollwerten Ia* und Ib*, die auf Basis der Leistungssollwerte zum Steuern der Ausgangsspannung VH eingestellt sind, geregelt werden. Da die Boost-Chopper-Schaltkreise 6 und 7 unabhängig gesteuert werden, werden Steuersignale SG5 und SG6 für die Schaltelemente S5 und S6 des Boost-Chopper-Schaltkreises 6 auf Basis des Steuerimpulssignals SDa erzeugt. Genauer wird das Steuersignal SG6 für das Schaltelement S6, welches das untere Zweigelement darstellt, /SGa gleich, und das Steuersignal SG5 für das Schaltelement S5, welches das obere Zweigelement darstellt, wird SGa gleich.
  • Ebenso werden die Steuersignale SG7 und SG8 für die Schaltelemente S7 und S8 der Boost-Chopper-Schaltkreis 7 auf Basis des Steuerimpulssignals SDb erzeugt. Genauer wird das Steuersignal SG8 für das Schaltelement 58, welches das untere Zweigelement darstellt, /SGb gleich, und das Steuersignal SG7 für das Schaltelement S7, welches das obere Zweigelement darstellt, wird SGb gleich.
  • Ebenso können im PB-Modus im Leistungswandler 50# die Ausgaben der jeweiligen DC-Leistungsquellen 10a und 10b einer Stromregelung unterzogen werden, durch Umwandeln der Spannungsabweichung der Ausgangsspannung VH in Leistungssollwerte, um die Leistungssollwerte Pa* und Pb* gemäß den in 38 und 39 dargestellten Steuerungsgestaltungen einzustellen. Ferner ermöglichen die Begrenzer 230 und 260 einen zuverlässigen Schutz gegen eine Überleistung auf Ausgangsleistungsbasis. Darüber hinaus können das Leistungsverteilungsverhältnis k und der Zirkulationsleistungswert Pr zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b auf einfache Weise geregelt werden.
  • Im PB-Modus im Leistungswandler 50# können die Schaltverluste in den Schaltelementen S5 bis S8 auch dann nicht verringert werden, wenn die Trägerphasenregelung angewendet wird, da der Stromweg der Schaltelemente 55 und S6 den Stromweg der Schaltelemente S7 und S8 nicht überlappt. Daher ist es nicht nötig, die Trägerphasenregelung anzuwenden, und der Phasenunterschied φ kann festgelegt werden (beziehungsweise ist φ auf 0 festgelegt).
  • Im aB-Modus kann die Ausgangsspannung VH durch eine bidirektionale Gleichspannungswandlung zwischen der DC-Leistungsquelle 10a und der Stromleitung 20 durch den Betrieb nur der Boost-Chopper-Schaltkreis 6, ohne die Verwendung der DC-Leistungsquelle 10b auf den Spannungssollwert VH* geregelt werden. Das heißt, ähnlich wie im aB-Modus im Leistungswandler 50 (erste Ausführungsform) kann durch Einstellen des Leistungsverteilungsverhältnisses k auf 1,0 und des Zirkulationsleistungswerts Pr auf 0 der Leistungssollwert Pa* für die verwendete DC-Leistungsquelle 10a nach Durchführen des elektrischen Leistungsschutzes durch den Begrenzer 230 oder 260, so dass Pamin ≤ Pa* ≤ Pamax gilt, auf (Pa* = PH*) eingestellt werden.
  • Ferner funktioniert in der Gestaltung von 39 die Stromregelungseinheit 300, die der DC-Leistungsquelle 10a entspricht, auf ähnliche Weise wie der PB-Modus im Leistungswandler 50, um das Tastverhältnis Da durch eine Stromrückwärtsregelung (Stromsollwert Ia*) und eine Vorwärtsregelung auf Basis des Spannungsverhältnisses (Da = Dfba + Dfba) zu berechnen. Dagegen ist im aB-Modus eine Berechnung des Steuerimpulssignals SDb unnötig, und daher kann der Betrieb der Stromregelungseinheit 310 angehalten werden.
  • Im aB-Modus werden die Schaltelemente S7 und S8, aus denen die Boost-Chopper-Schaltkreis 7 besteht, ausgeschaltet gehalten. Dagegen werden die Schaltelemente S5 und S6, aus denen die Boost-Chopper-Schaltkreis 6 besteht, gemäß dem Steuerimpulssignal SDa(/SDa), das von der Pulsweitenmodulationssteuerung auf Basis des Tastverhältnisses Da erzeugt wird, ein-/ausgeschaltet.
  • Im bB-Modus kann die Ausgangsspannung VH durch eine bidirektionale Gleichspannungswandlung zwischen der DC-Leistungsquelle 10b und der Stromleitung 20 durch den Betrieb nur der Boost-Chopper-Schaltkreis 7, ohne die Verwendung der DC-Leistungsquelle 10A, auf den Spannungssollwert VH* gesteuert werden. Somit kann, ähnlich wie im bB-Modus im Leistungswandler 50 (erste Ausführungsform), durch Einstellen des Leistungsverteilungsverhältnisses k auf 0 und des Zirkulationsleistungswerts Pr auf 0 der Leistungssollwert Pb* für die verwendete DC-Leistungsquelle 10b nach Durchführen des elektrischen Leistungsschutzes durch den Begrenzer 230, so dass Pbmin ≤ Pb* ≤ Pbmax gilt, auf (Pb* = PH*) eingestellt werden.
  • In der Gestaltung von 39 funktioniert die Stromregelungseinheit 310, die der DC-Leistungsquelle 10b entspricht, auf ähnliche Weise wie der PB-Modus im Leistungswandler 50, um das Tastverhältnis Db durch eine Stromrückwärtsregelung (Stromsollwert Ib*) und eine Vorwärtsregelung auf Basis des Spannungsverhältnisses (Db = Dfbb + Dfbb) zu berechnen. Dagegen ist im bB-Modus eine Berechnung des Steuerimpulssignals SDa unnötig, und daher kann der Betrieb der Stromregelungseinheit 300 angehalten werden.
  • Im bB-Modus werden die Schaltelemente S5 und S6, aus denen die Boost-Chopper-Schaltkreis 6 besteht, ausgeschaltet gehalten. Dagegen werden die Schaltelemente S7 und S8, aus denen die Boost-Chopper-Schaltkreis 7 besteht, gemäß dem Steuerimpulssignal SDb(/SDb), das von der Pulsweitenmodulationssteuerung auf Basis des Tastverhältnisses Db erzeugt wird, ein-/ausgeschaltet.
  • Im PD-Modus werden die Schaltelemente S5 und S7 eingeschaltet gehalten, während die Schaltelemente S6 und S8 ausgeschaltet bleiben. Somit wird die Ausgangsspannung VH den Ausgangsspannungen Va und Vb der DC-Leistungsquellen 10a und 10b (genau genommen einer höheren von Va und Vb) gleichwertig, ähnlich wie im SD-Modus im Leistungswandler 50. Ähnlich wie im Leistungswandler 50 erzeugt der Spannungsunterschied zwischen Va und Vb einen Kurzschlussstrom an den DC-Leistungsquellen 10a und 10b, und daher kann der PD-Modus begrenzt angewendet werden, wenn der Spannungsunterschied klein ist.
  • Im aD-Modus wird das Schaltelement S5 eingeschaltet gehalten, während die Schaltelemente S5, S6 bis S8 ausgeschaltet bleiben. Demgemäß wird ähnlich wie im aD-Modus im Leistungswandler 50 die DC-Leistungsquelle 10b in den Zustand gebracht, in dem sie von der Stromleitung 20 getrennt ist, und die Ausgangsspannung VH wird der Spannung Va der DC-Leistungsquelle 10a gleichwertig (VH = Va). Wie oben beschrieben, ist Va > Vb eine notwendige Bedingung für die Anwendung des aD-Modus.
  • Im bD-Modus wird das Schaltelement S7 eingeschaltet gehalten, während die Schaltelemente S6 bis S8 ausgeschaltet bleiben. Demgemäß wird ähnlich wie im bD-Modus im Leistungswandler 50 die DC-Leistungsquelle 10a in den Zustand gebracht, in dem sie von der Stromleitung 20 getrennt ist, und die Ausgangsspannung VH wird der Spannung Vb der DC-Leistungsquelle 10b gleichwertig (VH = Vb). Wie oben beschrieben, ist Vb > Va eine notwendige Bedingung für die Anwendung des bD-Modus.
  • Auf diese Weise können auch im Leistungswandler 50# gemäß der dritten Ausführungsform die in 38 und 39 gezeigten Steuerungsgestaltungen zwischen der Mehrzahl von Betriebsmodi (PB-Modus, aB-Modus, bB-Modus), die zum Verstärkungsmodus gehören, in dem die Ausgangsspannung VH auf den Spannungssollwert VH* gesteuert wird, die gleichen sein, ähnlich wie im Leistungswandler 50, der in der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist. Außerdem können im PD-Modus der aD-Modus und der bD-Modus als Direktverbindungsmodi erreicht werden, ähnlich wie im Leistungswandler 50.
  • Genauer kann durch Umschalten des Leistungsverteilungsverhältnisses k und dergleichen zwischen den Betriebsmodi die gleiche Regelungsberechnung gemäß 38 und 39 auf die jeweiligen Betriebsmodi angewendet werden. Daher ist es möglich, eine Regelungsrechenlast bei der Steuerung des Leistungswandlers 50#, bei der die Mehrzahl von Betriebsmodi selektiv angewendet werden, zu verringern. Ferner können die Tastverhältnisse Da und Db der Boost-Chopper-Schaltkreisen 6 und 7 durch eine Rückwärtsregelung der elektrischen Ströme Ia und Ib berechnet werden, und daher kann eine auftretende Spannungsabweichung ΔVH umgehend getilgt werden, anders als bei der Steuerung, in der eine Berechnung durch eine Rückwärtsregelung der Ausgangsspannung VH durchgeführt wird.
  • Alternativ dazu ist es im PB-Modus auch möglich, die Ausgabe von einer der DC-Leistungsquellen 10a und 10b einer Regelung (Spannungsregelung) zu unterziehen, um eine Spannungsabweichung ΔVH (ΔVH = VH* – VH) der Ausgangsspannung VH zu kompensieren, und die Ausgabe der anderen von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b einer Regelung (Stromregelung) zu unterziehen, um die Stromabweichung zwischen den elektrischen Strömen Ia und Ib zu kompensieren, wie in PTD 3 beschrieben.
  • Im PB-Modus im Leistungswandler 50# tritt der Effekt der Tilgung des elektrischen Stromes nicht auf wie im PB-Modus im Leistungswandler 50, daher ist es wahrscheinlicher, dass der Wandlerverlust Plcv im PB-Modus etwas stärker ansteigt als im Leistungswandler 50, insbesondere dann, wenn die Verbraucherleistung groß ist.
  • Auch im Leistungsversorgungssystem 5# gemäß der dritten Ausführungsform wird die Auswahl des Betriebsmodus durch die in 18 dargestellte Gestaltung gesteuert, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform.
  • 47 zeigt die Definition der Spannungsbereiche VR1 und VR2 der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq im Leistungsversorgungssystem 5#.
  • Wie in 47 dargestellt ist, gibt es im Leistungsversorgungssystem 5# keinen seriellen Modus (SD-Modus und SB-Modus), und daher ist es nicht nötig, (Va + Vb) als Grenze zu beachten wie in 16. Infolgedessen wird die vom Verbraucher geforderte Spannung entweder auf den Spannungsbereich VR1 (VHrq ≤ max (Va, Vb), ähnlich wie in 16, oder auf VR2 (max (Va, Vb) < VHreq ≤ VHmax) eingestellt.
  • 48 ist eine Tabelle zur Beschreibung der Auswahl eines Betriebsmodus in den einzelnen Spannungsbereichen.
  • Wie in 48 dargestellt ist, kann die Ausgangsspannung VH auch im Leistungswandler 50# nicht auf eine Spannung geregelt werden, die unter max (Va, Vb) liegt, ähnlich wie im Leistungswandler 50. Wenn die vom Verbraucher geforderte Spannung VHrq im Spannungsbereich VR1 liegt, ist es somit nicht möglich, die Ausgangsspannung VH mit der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq in Einklang zu bringen.
  • Daher ist die Auswahl des Betriebsmodus im Spannungsbereich VR1 derjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich. Das heißt, der aD-Modus, der BD-Modus und der PD-Modus werden als „Gruppe anwendbarer Betriebsmodi” ausgewählt. Das heißt, wenn Va > Vb gilt, ist nur der aD-Modus anwendbar, während der bD-Modus und der PD-Modus nicht anwendbar sind. Ebenso ist nur der bD-Modus anwendbar, während der aD-Modus und der PD-Modus nicht anwendbar sind, wenn Vb > Va gilt. Falls der Spannungsunterschied zwischen den DC-Leistungsquellen 10a und 10b groß ist, besteht somit keine Wahlmöglichkeit, um den Effizienzprioritätsmodus auszuwählen, und der aD-Modus oder der bD-Modus werden vom Modusauswahlbefehlssignal MD* benannt.
  • Andererseits wählt die Betriebsmodus-Steuereinheit 150 in dem Fall, wo der Spannungsunterschied zwischen Va und Vb klein ist, so dass davon ausgegangen werden kann, dass Va = Vb gilt, einen Betriebsmodus aus dem aD-Modus, dem bD-Modus und dem PD-Modus aus, die in der Gruppe anwendbarer Betriebsmodi enthalten sind. Grundsätzlich ist der Wandlerverlust Plcv im Leistungswandler 50# im PD-Modus wegen der Wirkung der Verteilung der elektrischen Ströme minimiert, wenn durch den Direktverbindungsmodus die gleiche gesamte elektrische Leistung PH von den DC-Leistungsquellen 10a und 10b geliefert wird. Daher wird im Spannungsbereich VR1 der PD-Modus als Effizienzprioritätsmodus ausgewählt, wenn Va = Vb gilt.
  • Im Spannungsbereich VR2 (VHrq > max (Va, Vb)) ist eine Verstärkung mittels des Leistungswandlers 50# nötig. Daher werden der aB-Modus, der bB-Modus und der PB-Modus, die zum Verstärkungsmodus gehören, als Gruppe anwendbarer Betriebsmodi ausgewählt. Dagegen sind der aD-Modus, der bD-Modus und der PD-Modus nicht anwendbar.
  • Wenn die Betriebsmodi angewendet werden, die zum Verstärkungsmodus gehören, ist es möglich, die Ausgangsspannung VH durch Einstellen von VH* auf VHrq mit der vom Verbraucher geforderten Spannung VHrq in Übereinstimmung zu bringen. Daher ist es nicht nötig, den Verbraucherverlust Plld zwischen dem aB-Modus, dem bB-Modus und dem PB-Modus zu vergleichen. Daher kann die Betriebsmodus-Auswahleinheit 160 die Auswahl des Effizienzprioritätsmodus abhängig vom Betriebszustand des Verbrauchers 30 gemäß dem Vergleich des Wandlerverlustes Plcv im Leistungswandler 50# ausführen. Zum Beispiel kann durch Gestalten der Wandlerverlust-Kalkulationseinheiten 162 bis 164 gemäß den Eigenschaften des Leistungswandlers 50# in der Gestaltung von 19 die Verlustvergleichseinheit 168 kalkulierte Werte der Wandlerverluste Plcv, die von den Wandlerverlust-Kalkulationseinheiten 162 bis 164 berechnet werden, jeweils vergleichen.
  • In jedem von den Spannungsbereichen VR1 und VR2 und unter Berücksichtigung auch der Leistungsverluste in den DC-Leistungsquellen 10a und 10b kann die Summe des Wandlerverlustes Plcv und der Leistungsquellenverluste auch zwischen den Betriebsmodi verglichen werden.
  • 49 zeigt eine Liste einer Modifikation des Betriebsmodus in den einzelnen Spannungsbereichen im Leistungsversorgungssystem 5#.
  • Wie in 49 gezeigt, wird im Spannungsbereich VR1 der aD-Modus, der bD-Modus oder der PD-Modus gemäß der Beziehung zwischen den Spannungen Va und Vb als der Effizienzprioritätsmodus ausgewählt, wie oben beschrieben, ähnlich wie im Leistungsversorgungssystem 5. In diesen Effizienzprioritätsmodi kann jedoch selbst dann, wenn der SOC und/oder die Ausgangsleistung die Leistungsquellenbeschränkungswerte in einer der DC-Leistungsquellen erreicht/erreichen, diese DC-Leistungsquelle nicht geschützt werden. Falls der SOC und/oder die Ausgangsleistung in einer der DC-Leistungsquellen die Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht/erreichen, erzeugt die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 daher ein Modusauswahlbefehlssignal MD*, um den PB-Modus auszuwählen. Dabei wird der Spannungssollwert VH* so eingestellt, dass er zumindest höher ist als max (Va, Vb), wie oben beschrieben.
  • Im Spannungsbereich VR2 wird der Effizienzprioritätsmodus gemäß der Evaluation des Gesamtverlustes Ptl ausgewählt. Falls der SOC und/oder die Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10a die Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht/erreichen, wenn der aB-Modus ausgewählt worden ist, oder falls der SOC und/oder die Ausgangsleistung der DC-Leistungsquelle 10b die Leistungsquellenbeschränkungswerte erreicht/erreichen, wenn der bB-Modus ausgewählt worden ist, erzeugt die Betriebsmodus-Modifikationseinheit 170 dann das Modusauswahlbefehlssignal MD*, um den PB-Modus auszuwählen.
  • Auf diese Weise wird auch im Leistungsversorgungssystem 5# gemäß der dritten Ausführungsform der Betriebsmodus abhängig vom Betriebszustand des Verbrauchers 30 grundsätzlich so ausgewählt, dass der Gesamtverlust Ptl minimiert ist, und wenn der SOC und/oder die Ausgangsleistung einer DC-Leistungsquelle die Beschränkungswerte erreicht/erreichen, kann der Betriebsmodus so modifiziert werden, dass eine weitere Aufladung/Entladung dieser DC-Leistungsquelle vermieden wird. Infolgedessen kann der Betriebsmodus im Leistungswandler 50# passend ausgewählt werden, um gleichzeitig eine Verbesserung der Gesamteffizienz des Systems und einen Schutz der einzelnen DC-Leistungsquellen vor Überladung und zu tiefer Entladung zu erreichen.
  • Obwohl die vorliegenden Ausführungsformen Leistungswandler 50 und 50# dargestellt haben, die eine Gleichspannungswandlung zwischen zwei DC-Leistungsquellen 10a, 10b und der Stromleitung 20 durchführen, ist es auch möglich, die Betriebsmodusauswahl auf ähnliche Weise in einer Gestaltung zu steuern, in der drei oder mehr DC-Leistungsquellen vorgesehen sind. Zum Beispiel kann der Leistungswandler 50# so erweitert werden, dass Boost-Chopper-Schaltkreise jeweils entsprechend n DC-Leistungsquellen (n ≥ 3) parallel vorgesehen sind. Insbesondere ist es im Hinblick auf die Regelungsgestaltung (38 und 39), die in der zweiten Ausführungsform beschrieben worden ist, möglich, das Leistungsverteilungsverhältnis zwischen den n DC-Leistungsquellen (n ≥ 3) einzustellen und eine Beschränkung der Leistungssollwerte für (n – 1) DC-Leistungsquellen auszuführen, die derjenigen gleichwertig ist, die durch den Begrenzer 260 (39) erhalten wird. Der Leistungsschutz für die andere von den DC-Leistungsquellen wird zu dieser Zeit indirekt durch die Beschränkung des Sollwerts für die gesamte elektrische Leistung PH*, die vom Begrenzer 230 (39) und einem (nicht dargestellten) Begrenzer für die Verbraucherleistung auferlegt wird, gewährleistet. Mit der Gestaltung des Leistungswandlers 50# ist es im Hinblick auf parallel angeordnete Wandler auch möglich, nicht nur die Boost-Chopper wie dargestellt sondern auch einen Verstärkungs-/Herabsetzungswandler für mindestens eine von den DC-Leistungsquellen anstelle der Boost-Chopper anzuwenden.
  • Ferner wird zur Bestätigung beschrieben, dass der Verbraucher 30 durch jede Vorrichtung implementiert werden kann, die mit Gleichspannung VH arbeiten kann. Das heißt, obwohl in den vorliegenden Ausführungsformen das Beispiel beschrieben worden ist, in dem der Verbraucher 30 so gestaltet ist, dass er einen Fahrmotor für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug beinhaltet, ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf solch einen Fall beschränkt.
  • Es sei klargestellt, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen der Erläuterung dienen, aber in keiner Hinsicht eine Beschränkung darstellen sollen. Der Bereich der vorliegenden Erfindung wird durch die Ansprüche und nicht durch die obige Beschreibung definiert und soll alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Bereichs einschließen, die den Formulierungen der Ansprüche äquivalent sind.
  • LISTE DER BEZUGSZEICHEN
    • 5, 5# Leistungsversorgungssystem; 6, 7 Boost-Chopper-Schaltkreis; 10a, 10b DC-Leistungsquelle; 15 Leitung; 20 Stromleitung; 21 Masseleitung; 30 Verbraucher; 32 Umrichter; 35 Motor-Generator; 36 Antriebsleistungsübersetzungsgetriebe; 37 Antriebsrad; 40 Steuer- bzw. Regelvorrichtung; 50, 50# Leistungswandler; 101, 102 Betriebspunkt; 110, 120 aktive Region; 111–113 Kennlinie; 150 Betriebsmodus-Steuereinheit; 160 Betriebsmodus-Auswahleinheit; 161, 165 Verbraucherverlust-Kalkulationseinheit; 162–164, 166, 167 Wandlerverlust-Kalkulationseinheit; 168 Verlustvergleichseinheit; 170 Betriebsmodus-Modifikationseinheit; 171a, 171b Innenwiderstands-Kalkulationseinheit; 172–174, 176, 177 Leistungsquellenverlust-Kalkulationseinheit; 190 VHrq-Einstelleinheit; 200 Spannungsregelungseinheit; 210, 304, 314 Abweichungsarithmetikeinheit; 220, 306, 316 Regelungsarithmetikeinheit; 230, 230, 260, 260 Begrenzer; 240 Leistungsverteilungseinheit; 250 Zirkulationsleistungsadditionseinheit; 270 Subtraktionseinheit; 290 Leistungsverwaltungseinheit; 300, 310 Stromregelungseinheit; 302, 312 Strombefehlserzeugungseinheit; 308, 318 Additionseinheit; 350, 351, 360, 361, 370–374 Stromweg; 400 PWM-Steuereinheit; 410 Trägerwellenerzeugungseinheit; CH Glättungskondensator; CW, CWa, CWb Trägerwelle; D1–D8 antiparallele Diode; Da, Db Dc Tastverhältnis; Dfba, Dfbb FB-Regelungsbetrag; Dffa, Dffb FF-Regelungsbetrag; Ia, Ib Strom (DC-Leistungsquelle); Ia*, Ib* Stromsollwert; L1, L2 Drossel; MD Modusauswahlsignal; MD1 Modusauswahlsignal; N1–N3 Knoten; PH gesamte elektrische Leistung; PH* Sollwert für die gesamte elektrische Leistung; PHmax, Pamax, Pbmax obere Leistungsgrenzwert (Entladung); PHmin, Pamin, Pbmin oberer Leistungsgrenzwert (Aufladung); PL Verbraucherleistung; Pa, Pb Ausgangsleistung (DC-Leistungsquelle); Plcv Wandlerverlust; Plld Verbraucherverlust; Pr Zirkulationsleistungswert; Ptl Gesamtverlust; S1–S8 Schaltelement; SDa, SDb, SDc Steuerimpulssignal; SG1–SG8 Steuersignal (Schaltelement); Ta, Tb Temperatur (DC-Leistungsquelle); VH Ausgangsspannung; VH* Spannungssollwert (Ausgangsspannung); VHmax Spannungsobergrenze (Ausgangsspannung); VHrq vom Verbraucher geforderte Spannung; VR1–VR3 Spannungsbereich; Va, Vb Spannung (DC-Leistungsquelle); k Leistungsverteilungsverhältnis.

Claims (17)

  1. Leistungsversorgungssystem, aufweisend: einen Verbraucher; eine Stromleitung, die mit dem Verbraucher verbunden ist; eine Mehrzahl von DC-Leistungsquellen; einen Leistungswandler, der mit der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen und der Stromleitung verbunden ist; und eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung, die so gestaltet ist, dass sie einen Betrieb des Leistungswandlers steuert, wobei der Leistungswandler so gestaltet ist, dass er eine Mehrzahl von Schaltelementen aufweist und in einer Mehrzahl von Betriebsmodi arbeitet, wobei er einen Betriebsmodus aus der Mehrzahl von Betriebsmodi anwendet, wobei die Leistungswandlung zwischen der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen und der Stromleitung auf verschiedene Weise durchgeführt wird, wobei die Steuer- bzw. Regelvorrichtung aufweist: eine Sollspannungs-Einstelleinheit, die so gestaltet ist, dass sie eine Sollspannung für eine Ausgangsspannung, die vom Leistungswandler an die Stromleitung ausgegeben wird, gemäß einem Betriebszustand des Verbrauchers einstellt, eine Betriebsmodus-Auswahleinheit, die so gestaltet ist, dass sie einen ersten Betriebsmodus, in dem ein Leistungsverlust im Leistungsversorgungssystem minimiert ist, aus einer Gruppe von Betriebsmodi, in denen der Leistungswandler eine Ausgangsspannung ausgeben kann, die mindestens so hoch ist wie die Sollspannung, unter der Mehrzahl von Betriebsmodi auswählt, und eine Betriebsmodus-Modifikationseinheit, die so gestaltet ist, dass sie, wenn ein SOC und/oder eine Eingangs-/Ausgangsleistung einer DC-Leistungsquelle von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen einen Beschränkungswert erreicht hat/haben, aus der Gruppe von Betriebsmodi einen zweiten Betriebsmodus, in dem eine Leistungsverteilung zwischen der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen geregelt werden kann, anstelle des ersten Betriebsmodus auswählt.
  2. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Betriebsmodus, wenn die Betriebsmodus-Modifikationseinheit den zweiten Betriebsmodus ausgewählt hat, ein Betriebsmodus ist, in dem eine Leistungsverteilung zwischen der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen nicht frei gesteuert werden kann.
  3. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Betriebsmodus aus der Mehrzahl von Betriebsmodi einen Betriebsmodus beinhaltet, in dem ein Ein- und Ausschalten der Mehrzahl von Schaltelementen so gesteuert wird, dass eine Gleichspannungswandlung zwischen einer DC-Leistungsquelle von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen und der Stromleitung durchgeführt wird, und die andere DC-Leistungsquelle in einem Zustand gehalten wird, in dem sie von der Stromleitung getrennt ist, und der zweite Betriebsmodus aus der Mehrzahl von Betriebsmodi einen Betriebsmodus beinhaltet, in dem das Ein- und Ausschalten der Mehrzahl von Schaltelementen so gesteuert wird, dass eine Gleichspannungswandlung zwischen mindestens zwei DC-Leistungsquellen von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen und der Stromleitung parallel durchgeführt wird.
  4. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von DC-Leistungsquellen von einer ersten und einer zweiten DC-Leistungsquelle gebildet wird, die Stromleitung eine erste Stromleitung auf einer Seite, wo die Spannung höher ist, und eine zweite Stromleitung auf einer Seite, wo die Spannung niedriger ist, aufweist, die Mehrzahl von Schaltelementen beinhaltet: ein erstes Schaltelement, das elektrisch mit einem ersten Knoten und der ersten Stromleitung verbunden ist, ein zweites Schaltelement, das elektrisch mit einem zweiten Knoten und dem ersten Knoten verbunden ist, ein drittes Schaltelement, das elektrisch mit einem dritten Knoten verbunden ist, der elektrisch mit einer Minuselektrodenklemme der zweiten DC-Leistungsquelle und dem zweiten Knoten verbunden ist, und ein viertes Schaltelement, das elektrisch mit dem dritten Knoten und der zweiten Stromleitung verbunden ist, die elektrisch mit einer Minuselektrodenklemme der ersten DC-Leistungsquelle verbunden ist, und wobei der Leistungswandler ferner aufweist: eine erste Drossel, die über den zweiten Knoten und die zweite Stromleitung elektrisch mit der ersten DC-Leistungsquelle in Reihe verbunden ist, und eine zweite Drossel, die über den ersten Knoten und den dritten Knoten elektrisch mit der zweiten DC-Leistungsquelle in Reihe verbunden ist.
  5. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl von Betriebsmodi beinhaltet: einen ersten Modus, in dem durch Ein-/Aus-Steuern der ersten bis vierten Schaltelemente eine Gleichspannungswandlung zwischen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle und der ersten und der zweiten Stromleitung auf parallele Weise durchgeführt wird, und einen zweiten Modus, in dem dadurch, dass das dritte Schaltelement eingeschaltet gehalten wird und das erste, das zweite und das vierte Schaltelement Ein/Aus gesteuert werden, eine Gleichspannungswandlung zwischen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle, die in Reihe geschaltet sind, und der ersten und der zweiten Stromleitung durchgeführt wird, und der erste Betriebsmodus der zweite Modus ist und der zweite Betriebsmodus der erste Modus ist, wenn die Sollspannung höher ist als die Summe der Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle.
  6. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl von Betriebsmodi beinhaltet: einen ersten Modus, in dem durch Ein-/Aus-Steuern der ersten bis vierten Schaltelemente eine Gleichspannungswandlung zwischen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle und der ersten und der zweiten Stromleitung auf parallele Weise durchgeführt wird, einen zweiten Modus, in dem dadurch, dass das dritte Schaltelement eingeschaltet gehalten wird und das erste, das zweite und das vierte Schaltelement Ein/Aus gesteuert werden, eine Gleichspannungswandlung zwischen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle, die in Reihe geschaltet sind, und der ersten und der zweiten Stromleitung durchgeführt wird, und einen dritten Modus, in dem der Zustand aufrechterhalten wird, wo die erste und die zweite DC-Leistungsquelle mit den ersten und zweiten Stromleitungen in Reihe geschaltet sind, indem die ersten bis vierten Schaltelemente ein-/ausgeschaltet gehalten werden, und der erste Betriebsmodus der dritte Modus ist und der zweite Betriebsmodus der erste Modus ist, wenn die Sollspannung höchstens so hoch ist wie die Summe der Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle.
  7. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 6, wobei die Mehrzahl von Betriebsmodi ferner einen vierten Modus beinhaltet, in dem eine Gleichspannungswandlung zwischen der ersten oder der zweiten DC-Leistungsquelle und den Stromleitungen durch Ein/Aus-Steuern der ersten bis vierten Schaltelemente durchgeführt wird, und der erste Betriebsmodus der vierte Modus ist und der zweite Betriebsmodus der erste Modus ist, wenn die Sollspannung höher ist als die die höhere von den Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle.
  8. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 7, wobei die Mehrzahl von Betriebsmodi ferner beinhaltet: einen fünften Modus, in dem dadurch, dass die ersten bis vierten Schaltelemente ein-/ausgeschaltet gehalten werden, der Zustand aufrechterhalten wird, wo entweder die erste oder die zweite DC-Leistungsquelle elektrisch mit der ersten und der zweiten Stromleitung verbunden ist und die andere von der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle elektrisch von der ersten und der zweiten Stromleitung getrennt ist; und einen sechsten Modus, in dem dadurch, dass die ersten bis vierten Schaltelemente ein-/ausgeschaltet gehalten werden, der Zustand aufrechterhalten wird, wo die erste und die zweite DC-Leistungsquelle mit den ersten und zweiten Stromleitungen parallel geschaltet sind, und wenn die Sollspannung niedriger ist als eine höhere von den Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle, der erste Betriebsmodus entweder der fünfte oder der sechste Modus ist und der zweite Betriebsmodus der erste Modus ist.
  9. Leistungsversorgungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Steuer- bzw. Regelvorrichtung: ein erstes Tastverhältnis zum Steuern der Ausgabe von der ersten DC-Leistungsquelle und ein zweites Tastverhältnis zum Steuern der Ausgabe von der zweiten DC-Leistungsquelle berechnet und Signale erzeugt zum Ein/Aus-Steuern der ersten bis vierten Schaltelemente auf Basis von ersten und zweiten Steuerimpulssignalen, die jeweils gemäß Pulsweitenmodulationen erhalten werden, durch Vergleichen einer ersten Trägerwelle mit dem ersten Tastverhältnis und durch Vergleichen einer zweiten Trägerwelle mit dem zweiten Tastverhältnis, und ein Phasenunterschied zwischen der ersten Trägerwelle und der zweiten Trägerwelle so gesteuert wird, dass er gemäß dem ersten und dem zweiten Tastverhältnis variabel ist, so dass ein Übergangszeitpunkt eines Impulses des ersten Steuerimpulssignals mit dem Übergangszeitpunkt eines Impulses des zweiten Steuerimpulssignals zusammenfällt.
  10. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 5, wobei das Leistungsversorgungssystem an einem Hybridfahrzeug angebaut ist, das einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor aufweist, um eine Fahrzeugantriebskraft zu erzeugen, wobei das Hybridfahrzeug so gestaltet ist, dass es einem Anwender die Möglichkeit gibt, einen vorgegebenen Antriebsmodus zu wählen, in dem einem sparsamen Verbrauch akkumulierter Energie in der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen Priorität eingeräumt wird, wobei der Verbraucher den Elektromotor beinhaltet, der elektrisch mit der Stromleitung verbunden ist, und wenn die Eingangs-/Ausgangsleistung einer von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen in einem Zustand, wo von der Betriebsmodus-Auswahleinheit der zweite Modus als erster Betriebsmodus ausgewählt worden ist und der vorgegebene Antriebsmodus ausgewählt worden ist, die Steuer- bzw. Regelvorrichtung die Auswahl des ersten Betriebsmodus aufrecht hält und die Ausgangsleistung des Elektromotors beschränkt, so dass die Eingangs-/Ausgangsleistung der einzelnen DC-Leistungsquellen kleiner wird als der Beschränkungswert
  11. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 6, wobei das Leistungsversorgungssystem an einem Hybridfahrzeug angebaut ist, das einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor aufweist, um eine Fahrzeugantriebskraft zu erzeugen, wobei das Hybridfahrzeug so gestaltet ist, dass es einem Anwender die Möglichkeit gibt, einen vorgegebenen Antriebsmodus zu wählen, in dem einem sparsamen Verbrauch akkumulierter Energie in der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen Priorität eingeräumt wird, wobei der Verbraucher den Elektromotor beinhaltet, der elektrisch mit der Stromleitung verbunden ist, und wenn die Eingangs-/Ausgangsleistung einer von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen in einem Zustand, wo von der Betriebsmodus-Auswahleinheit der dritte Modus als erster Betriebsmodus ausgewählt worden ist und der vorgegebene Antriebsmodus ausgewählt worden ist, die Steuer- bzw. Regelvorrichtung die Auswahl des ersten Betriebsmodus aufrecht hält und die Ausgangsleistung des Elektromotors beschränkt, so dass die Eingangs-/Ausgangsleistung der einzelnen DC-Leistungsquellen kleiner wird als der Beschränkungswert.
  12. Leistungsversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 8, wobei die Betriebsmodus-Modifikationseinheit so gestaltet ist, dass sie, wenn der SOC und die Eingangs-/Ausgangsleistung der einzelnen DC-Leistungsquellen kleiner werden als der Beschränkungswert, während der zweite Betriebsmodus ausgewählt wird, einen kalkulierten Wert der Eingangs-/Ausgangsleistung von den einzelnen DC-Leistungsquellen für den Fall berechnet, dass der erste Betriebsmodus anstelle des zweiten Betriebsmodus angewendet wird, und eine Rückkehr zum ersten Betriebsmodus befiehlt, wenn der kalkulierte Wert für die einzelnen DC-Leistungsquellen den Beschränkungswert nicht erreicht hat, und die Auswahl des zweiten Betriebsmodus aufrechterhält, wenn der kalkulierte Wert den Beschränkungswert in einer aus der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen erreicht hat.
  13. Leistungsversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 8, wobei in dem Fall, wo der zweite Betriebsmodus von der Betriebsmodus-Modifikationseinheit ausgewählt worden ist, wenn der SOC von irgendeiner von der Mehrzahl von DC-Leistungsquellen den Beschränkungswert erreicht, die Steuer- bzw. Regelvorrichtung durch Einstellen der Summe der Ausgangsleistung von den DC-Leistungsquellen außer der DC-Leistungsquelle, deren SOC den Beschränkungswert erreicht hat, höher als die Sollleistung des Verbrauchers, den Leistungswandler so steuert, dass dieser die DC-Leistungsquelle lädt.
  14. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuer- bzw. Regelvorrichtung auf Basis einer Abweichung zwischen einem erfassten Spannungswert der Stromleitung und einem Spannungssollwert eine Gesamt-Eingangs-/Ausgangsleistung von der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle insgesamt an die Stromleitung liefert, ein Leistungsverteilungsverhältnis zwischen der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle gemäß einer Änderung des Betriebsmodus umschaltet und einen ersten Leistungssollwert für die erste DC-Leistungsquelle und einen zweiten Leistungssollwert für die zweite DC-Leistungsquelle gemäß der Gesamt-Eingangs-/Ausgangsleistung und dem Leistungsverteilungsverhältnis einstellt, ein erstes Tastverhältnis zur Steuerung der Ausgabe von der ersten DC-Leistungsquelle auf Basis einer Abweichung eines erfassten Stromwerts der ersten DC-Leistungsquelle in Bezug auf einen ersten Stromsollwert, die durch Teilen des ersten Stromsollwerts durch die Ausgangsspannung der ersten DC-Leistungsquelle erhalten wird, berechnet, ein zweites Tastverhältnis zur Steuerung der Ausgabe von der zweiten DC-Leistungsquelle auf Basis einer Abweichung eines erfassten Stromwerts der zweiten DC-Leistungsquelle in Bezug auf einen zweiten Stromsollwert, die durch Teilen des zweiten Stromsollwerts durch die Ausgangsspannung der zweiten DC-Leistungsquelle erhalten wird, berechnet und Signale erzeugt zum Ein/Aus-Steuern der ersten bis vierten Schaltelemente auf Basis von ersten und zweiten Steuerimpulssignalen, die jeweils gemäß Pulsweitenmodulationen erhalten werden, durch Vergleichen einer ersten Trägerwelle mit dem ersten Tastverhältnis und durch Vergleichen einer zweiten Trägerwelle mit dem zweiten Tastverhältnis.
  15. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 14, wobei das Leistungsverteilungsverhältnis im ersten Modus so eingestellt wird, dass es gemäß Betriebszuständen der ersten und zweiten DC-Leistungsquellen variabel ist, und im zweiten Modus auf ein Verhältnis festgelegt wird, das auf Spannungen der ersten und zweiten DC-Leistungsquellen basiert.
  16. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 14, wobei die Steuer- bzw. Regelvorrichtung: im ersten Modus das erste und das zweite Tastverhältnis für die erste und die zweite DC-Leistungsquelle durch eine Stromrückwärtsregelung auf Basis des ersten Stromsollwerts berechnet, im zweiten Modus das erste und das zweite Tastverhältnis durch Ausführen einer Stromrückwärtsregelung auf Basis des zweiten Stromsollwerts in der ersten oder der zweiten DC-Leistungsquelle berechnet, während sie in der anderen von der ersten und der zweiten DC-Leistungsquelle eine Vorwärtsregelung auf Basis der Ausgangsspannung der DC-Leistungsquelle und des Spannungssollwerts durchführt, ohne die Stromrückwärtsregelung durchzuführen, und sowohl im ersten als auch im zweiten Modus die Signale zum Ein/Aus-Steuern der ersten bis vierten Schaltelemente auf Basis eines ersten Steuerimpulssignals, das durch Vergleichen des ersten Tastverhältnisses mit der ersten Trägerwelle und eines zweiten Steuerimpulssignals, das durch Vergleichen des zweiten Tastverhältnisses mit der zweiten Trägerwelle erhalten wird, erzeugt, und wobei sowohl im ersten als auch im zweiten Modus ein Phasenunterschied zwischen der ersten Trägerwelle und der zweiten Trägerwelle so geregelt wird, dass er gemäß dem ersten und dem zweiten Tastverhältnis variabel ist, die so berechnet worden sind, dass ein Übergangszeitpunkt eines Impulses des ersten Steuerimpulssignals mit dem Übergangszeitpunkt eines Impulses des zweiten Steuerimpulssignals zusammenfällt.
  17. Leistungsversorgungssystem nach Anspruch 14, wobei die Steuer- bzw. Regelvorrichtung im ersten Modus ferner einen Zirkulationsleistungswert zum Laden/Entladen zwischen der ersten DC-Leistungsquelle und der zweiten DC-Leistungsquelle einstellt, und den ersten Stromsollwert so beschränkt, dass er in einem Leistungsbereich liegt, der abhängig vom Betriebszustand der ersten DC-Leistungsquelle gemäß der Gesamt-Eingangs-/Ausgangsleistung und dem Leistungsverteilungsverhältnis ebenso wie dem Zirkulationsleistungswert eingestellt wird, und den zweiten Stromsollwert durch Subtrahieren des ersten Leistungssollwerts von der Gesamt-Eingangs-/Ausgangsleistung einstellt.
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