专利名称：电压转换设备、动力输出设备以及电压转换器的控制方法
技术领域：
本发明涉及电压转换设备、动力输出设备和电压转换器的控制方法。特别地，本发明涉及在驱动装置与DC(直流)电源之间转换电压的电压转换器的控制，该驱动装置以动力运行模式或再生模式驱动电机。
背景技术：
近来，人们的关注集中在作为考虑到环境问题的车辆的混合动力车和电气车辆上。
除传统的发动机之外，混合动力车包括DC电源、变换器以及由作为电源的变换器驱动的电机。除了通过驱动发动机获取动力以外，来自DC电源的电压被变换器转换为AC(交流)电压，且转换得到的AC电压被用于驱动电机以获得动力。电气车辆包含DC电源、变换器以及由作为电源的变换器驱动的电机。
某些混合动力车和电气车辆采用通过升压转换器对来自DC电源的电压进行升压并将之提供给变换器的方法。日本专利公开No.2004-229399公开了包括这种升压转换器的电压转换设备。这种电压转换没备对驱动AC电机的变换器供电，使得即使是在升压转换器的电压指令值急剧上升的情况下过电流不会流到进行升压操作的电路元件。
然而，日本专利公开No.2004-229399没有记载当AC电机的功率平衡(power balance)持续处于再生侧时变换器电压(升压转换器和变换器之间的电压)达到过电压等级的问题。
由于再生电压被布置在升压转换器与变换器之间的电容器吸收，即使AC电机的功率平衡暂时达到再生侧，变换器电压不会变得过大。然而，在变换器电压被升压转换器控制在上限值附近时，当AC电机的功率平衡持续处于再生侧时，升压转换器的控制不能跟随变换器电压的上升，导致变换器电压过大的可能性。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目标在于提供一种电压转换设备、动力输出设备以及电压转换器的控制方法，其目的在于当电机的功率平衡持续处于再生侧时防止驱动电机的驱动装置接收过电压。
根据本发明的一个实施形态，电压转换设备包含电压转换器、控制装置和传感器装置。电压转换器被设置在DC电源和驱动装置之间，其中，驱动装置以动力运行模式和再生模式中的一种驱动至少一个电机。控制装置被配置为通过控制电压转换器，在不超过上限值的范围内对来自DC电源的电压进行升压。传感器装置对向DC电源输入的以及从DC电源输出的电力进行检测。在当电力被从DC电源输出时电力的符号为正的情况下，当电力的变化对于第一预定时间段的累积值变得低于负的第一阈值时，控制装置降低上限值优选为当电力从基准值的变化对于第一预定时间段的累积值变得低于第一阈值时，控制装置降低上限值。基准值对应于在第一预定时间段的时间起点上的所述电力。
优选为当电力从第二预定时间段的时间起点的变化至少为第二阈值时，控制装置停止降低上限值，其中，第二预定时间段短于第一预定时间段，第二阈值为负。
优选为第一预定时间段为被规定的时间段，其能够判定至少一个电机的功率平衡是否持续处于再生侧。
根据本发明的另一实施形态，动力输出设备包含至少一个电机、驱动装置、DC电源、电压转换器、控制装置和传感器装置。驱动装置以动力运行模式和再生模式中的一种驱动至少一个电机。DC电源是可再充电的。电压转换器在DC电源与驱动装置之间转换电压。控制装置被配置为通过控制电压转换器，在不超过上限值的范围内对来自DC电源的电压进行升压。传感器装置对向DC电源输入的以及从DC电源输出的电力进行检测。在当电力被从DC电源输出时电力的符号为正的情况下，当电力的变化对于第一预定时间段的累积值变得低于负的第一阈值时，控制装置降低上限值。
优选为所述至少一个电机包括第一与第二AC电机。驱动装置包括第一与第二变换器。第一变换器以动力运行模式和再生模式中的一种对第一AC电机进行驱动。第二变换器以动力运行模式与再生模式中的一种对第二AC电机进行驱动。动力输出设备包括内燃机和驱动轮。内燃机被机械耦合到第一AC电机的旋转轴。驱动轮被机械耦合到第二AC电机的旋转轴。
根据本发明进一步的实施形态，电压转换器的控制方法包括第一到第四步骤，其中，电压转换器设置在DC电源与驱动装置之间，驱动装置以动力运行模式与再生模式中的一种对至少一个电机进行驱动。在第一步骤中，对向DC电源输入的以及从DC电源输出的电力进行检测。在第二步骤中，计算电力的变化对于第一预定时间段的累积值。在第三步骤中，在当电力被从DC电源输出时电力的符号为正的情况下，当计算得到的累积值变得低于负的第一阈值时，降低从电压转换器向驱动装置输出的电压的上限值。在第四步骤中，通过控制电压转换器，在不超过上限值的范围内对来自DC电源的电压进行升压。
优选为在第二步骤中，计算电力从基准值的变化在第一预定时间段中的累积值。基准值对应于在第一预定时间段的时间起点上的电力。
优选为电压转换器的控制方法还包括第五步骤。在第五步骤中，当电力从第二预定时间段的时间起点的变化至少为第二阈值时，停止降低上限值，其中，第二预定时间段短于第一预定时间段，第二阈值为负。
根据本发明，对电压转换器进行控制，使得来自DC电源的电压在不超过上限值的范围内被升压。在当电力被从DC电源输出时电力的符号为正的情况下，当电力变化对于第一预定时间段的累积值变得低于负的第一阈值时，降低上限值。一般存在这样的情况仅通过电力从某个时间点的变化不能正确地做出至少一个电机的功率平衡是否持续处于再生侧的判定。在本发明中，由于使用了电力变化对于第一预定时间段的累积值，能够正确地做出至少一个电机的功率平衡是否持续位于再生侧的判定。进一步地，当计算得到的累积值变得低于第一阈值(负值)时，由于上限值被降低，电压转换器进行的电压升压受到抑制。
借助本发明，在至少一个电机的功率平衡持续位于再生侧的情况下，可防止驱动装置上的过电压。
结合附图，通过阅读下面对本发明的详细介绍，可以明了本发明的前述以及其他目标、特征、实施形态和优点。
图1为电机驱动装置的电路图，该装置包含根据本发明一实施例的电压转换设备；图2为图1所示控制装置的功能性框图；图3为图2所示上限值设置单元的控制流程图；图4示出了由图2所示上限值设置单元执行的处理；图5示出了电池功率变化的实例；图6示出了电池功率另一变化的实例；图7示出了电池功率又一变化的实例；图8示出了对混合动力车的应用。
具体实施例方式
下面将参照附图介绍本发明的实施例。在附图中，为相同或对应的元件分配同样的参考标号，且不重复对其进行介绍。
图1为电机驱动装置的电路图，该装置包含根据本发明的实施例的电压转换设备。参照图1，电机驱动装置100包括DC电源B、电压传感器10与13、系统继电器SR1与SR2、电容器C1与C2、升压转换器12、变换器14、电流传感器11与24以及控制装置30。
电机驱动装置100被装在例如为混合动力车、电气车辆等等的机动车中。AC电机M1被机械耦合到驱动轮，并产生转矩以驱动车辆。或者，AC电机M1可被机械耦合到发动机，并作为采用发动机的驱动动力发电的发电机以及作为用于发动机起动的电机被装在混合动力车中。
升压转换器12包括电抗器L、NPN晶体管Q1与Q2以及二极管D1与D2。电抗器L一端经由电源线PL1与系统继电器SR1连接到DC电源B的正电极，另一端连接到NPN晶体管Q1与NPN晶体管Q2之间的中间点，即NPN晶体管Q1的发射极与NPN晶体管Q2的集电极的连接节点。NPN晶体管Q1与Q2串联连接在电源线PL2与接地线SL之间。NPN晶体管Q1的集电极连接到电源线PL2，NPN晶体管Q2的发射极连接到接地线SL。从发射极侧向集电极侧传导电流的二极管D1与D2分别连接在NPN晶体管Q1与Q2的集电极与发射极之间。
变换器14包含U相臂15、V相臂16与W相臂17。U相臂15、V相臂16与W相臂17并联连接在电源线PL2与接地线SL之间。
U相臂15包括串联连接的NPN晶体管Q3与Q4。V相臂16包括串联连接的NPN晶体管Q5与Q6。W相臂17包括串联连接的NPN晶体管Q7与Q8。从发射极侧向集电极侧传导电流的二极管D3-D8分别连接在NPN晶体管Q3-Q8的集电极与发射极之间。
各相臂的中间点被连接到AC电机M1的各相线圈的各相末端。换言之，AC电机M1为三相永磁电机，U、V、W相三个线圈的一端共同连接到中性点。U相线圈另一端连接到NPN晶体管Q3与Q4的中间点。V相线圈另一端连接到NPN晶体管Q5与Q6的中间点。W相线圈另一端连接到NPN晶体管Q7与Q8的中间点。
可采用例如IGBT(绝缘栅型双极晶体管)或功率MOSFET等其他功率开关元件代替NPN晶体管Q1-Q8等等。
DC电源B包括例如镍氢电池或锂离子电池等二次电池。电压传感器10检测DC电源B的电压Vb，并将检测得到的电压Vb提供给控制装置30。电流传感器11检测向DC电源B输入或从DC电源B输出的电流Ib，并将检测得到的电流Ib提供给控制装置30。系统继电器SR1与SR2由来自控制装置30的信号SE开通/关断。
电容器C1对供自DC电源B的电压进行平滑，并将平滑后的电压提供给升压转换器12。
升压转换器12对供自电容器C1的电压进行升压，并将升压后的电压提供给电容器C2。具体而言，升压转换器12对来自控制装置30的信号PWMU做出响应，按照NPN晶体管Q2的开通周期将DC电压升压并提供给电容器C2。在这种情况下，NPN晶体管Q1被信号PWMU关断。升压转换器12还对来自控制装置30的信号PWMD做出响应，对经由电容器C2供自变换器14的DC电压进行降压，以便对DC电源B进行充电。
电容器C2对来自升压转换器12的电压进行平滑，并将平滑后的电压提供给变换器14。电压传感器13检测电容器C2两端的电压，即升压转换器12的输出电压Vm(对应于变换器14的输入电压，下面同样适用)，并将检测得到的电压Vm提供给控制装置30。
基于来自控制装置30的信号PWMI，变换器14将供自电容器C2的DC电压转换为AC电压，以便驱动AC电机M1。因此，AC电机M1被驱动以产生由转矩指令值TR指定的转矩。当装有电机驱动装置100的混合动力车或电气车辆处于再生制动模式时，基于来自控制装置30的信号PWMC，变换器14将AC电机M1产生的AC电压转换为DC电压，并将转换得到的DC电压经由电容器C2提供给升压转换器12。
如这里所用的，“再生制动”包括当混合动力车或电气车辆的驾驶者操作足刹时与再生发电相联系的制动，以及在不操作足刹的情况下通过在行驶中关闭加速器踏板在进行再生发电的同时降低车速(或停止加速)。
电流传感器24检测流向AC电机M1的电机电流MCRT，并将检测得到的电机电流MCRT提供给控制装置30。
基于由外部设置的ECU(电子控制单元)施加的电机转速MRN和转矩指令值TR、来自电压传感器10的电压Vb、来自电压传感器13的电压Vm以及来自电流传感器24的电机电流MCRT，控制装置30产生驱动升压转换器12的信号PWMU和驱动变换器14的信号PWMI，并分别将所产生的信号PWMU和PWMI提供给升压转换器12和变换器14。
当升压转换器12将来自电容器C1的电压转换为电压Vm时，信号PWMU用于驱动升压转换器12。当升压转换器12将来自电容器C1的电压转换为电压Vm时，控制装置30反馈控制电压Vm并产生信号PWMU，使得电压Vm达到电压指令Vdc_com的等级。
在接收到来自外部ECU的、表示混合动力车或电气车辆已进入再生制动模式的信号时，控制装置30产生信号PWMC以便将AC电机M1上产生的AC电压转换为DC电压，并将所产生的信号PWMC提供给变换器14。在这种情况下，变换器14的NPN晶体管Q3-Q8在信号PWMC的开关控制下。因此，变换器14将在AC电机M1上产生的AC电压转换为DC电压，该DC电压被提供给升压转换器12。
在接收到来自外部ECU的、表示混合动力车或电气车辆已进入再生制动模式的信号时，控制装置30产生信号PWMD以降低供自变换器14的电压，并将所产生的电压PWMD提供给升压转换器12。因此，AC电机M1所产生的AC电压由变换器14转换为DC电压、由电压转换器12进行降压，并被提供给DC电源B。
控制装置30还计算电池功率Pb。电池功率Pb表示向DC电源B输入的或从DC电源B输出的电力。正值的电池功率Pb表示电力从DC电源输出(放电)。负值的电池功率Pb表示向DC电源输入电力(充电)。可基于来自电流传感器11的电流Ib和来自电压传感器10的电压Vb计算电池功率Pb。还可采用AC电机M1的功率获得电池功率Pb，AC电机M1的功率可基于来自电流传感器24的电机电流MCRT和由未示出的电压传感器检测得到的、AC电机M1的电机电压进行计算。
基于通过下面介绍的方法计算得到的电池功率Pb，控制装置30判定AC电机M1的功率平衡是否持续位于再生侧。当做出功率平衡持续位于再生侧的判定时，控制装置30将电压指令Vdc_com的上限值设置为与正常情况下的相比较低的值，其中，电压指令Vdc_com作为升压转换器12的输出电压Vm的目标电压。
另外，控制装置30产生信号SE以开通/关断系统继电器SR1与SR2，并将所产生的信号提供给系统继电器SR1与SR2。
参照与图1中的控制装置30相对应的图2中的功能性框图，控制装置30包括用于电机控制的相电压计算单元40、PWM信号转换单元42、变换器输入电压指令计算单元50、上限值设置单元52、反馈电压指令计算单元54和占空比转换单元56。
电机控制相电压计算单元40接收来自电压传感器13的、升压转换器12的输出电压Vm——即变换器14的输入电压，接收来自电流传感器24的、流经AC电机M1各相的电机电流MCRT，并接收来自外部ECU的转矩指令值TR。基于这些信号，电机控制相电压计算单元40计算将被施加到AC电机M1各相线圈的电压，并将计算得到的结果提供给PWM信号转换单元42。
基于由电机控制相电压计算单元40计算得到的各相电压指令，PWM信号转换单元42产生用于开通/关断变换器14的各个NPN晶体管Q3-Q8的信号PWMI与PWMC，并将所产生的信号PWMI与PWMC提供给变换器14的各个NPN晶体管Q3-Q8。
因此，各个NPN晶体管Q3-Q8受到开关控制，并控制流到AC电机M1各相的电流，使得AC电机M1输出所指定的转矩。因此，电机驱动电流得到控制，使得输出对应于转矩指令值TR的电机转矩。
基于转矩指令值TR与电机转速MRN，变换器输入电压指令计算单元50计算变换器输入电压的最优值(目标值)，即电压指令Vdc_com。变换器输入电压指令计算单元50将计算得到的电压指令Vdc_com与由上限值设置单元52设置的上限值进行比较，当计算得到的电压指令Vdc_com超过上限值时，将电压指令Vdc_com限制到上限值，并将被限制的电压指令提供给反馈电压指令计算单元54。
上限值设置单元52计算电池功率Pb，并通过下面介绍的方法判定AC电机M1的功率平衡是否持续处于再生侧。当做出AC电机M1的功率平衡并非持续处于再生侧的判定时，上限值设置单元52将Vup1作为电压指令Vdc_com的上限值输出到变换器输入电压指令计算单元50。当做出AC电机M1的功率平衡持续处于再生侧的判定时，上限值设置单元52将Vup2作为电压指令Vdc_com的上限值输出到变换器输入电压指令计算单元50，其中，Vup2低于Vup1。
基于来自电压传感器13的电压Vm和来自变换器输入电压指令计算单元50的电压指令Vdc_com，反馈电压指令计算单元54计算反馈电压指令，并将计算得到的反馈电压指令提供给占空比转换单元56。
基于来自电压传感器10的电压Vb和来自反馈电压指令计算单元54的反馈电压指令，占空比转换单元56计算占空比，以便将电压Vm控制在反馈电压指令的等级，并基于计算得到的占空比产生信号PWMU和PWMD，以便开通/关断升压转换器12的NPN晶体管Q1与Q2。占空比转换单元56将所产生的信号PWMU和PWMD提供给升压转换器12的NPN晶体管Q1与Q2。
由于通过增加位于升压转换器12接地线SL侧的NPN晶体管Q2的导通周期(ON-duty)，电抗器L处的电力蓄积变得较大，可获得较高的电压输出。通过增加位于电源线PL2侧的NPN晶体管Q1的导通周期，电源线PL2上的电压被降低。通过控制NPN晶体管Q1与Q2的占空比，电源线PL1与PL2之间的电压可被控制为任意的正电压。
图3为图2所示上限值设置单元52的控制流程图。以预先设置的固定周期执行本流程图中的处理。参照图3，上限值设置单元52计算电池功率Pb(步骤S10)。具体而言，通过计算电流Ib与电压Vb的乘积，上限值设置单元52获取电池功率Pb。还可采用通过计算AC电机M1的电机电流与电机电压的乘积得到的、AC电机M1的功率获得电池功率Pb。
于是，上限值设置单元52将存有6个周期前计算得到的电池功率的Pb(t5)的值移动到Pb(t6)，并接着将存有5个周期前计算得到的电池功率的Pb(t4)的值移动到Pb(t5)。于是，上限值设置单元52将存有4个周期前计算得到的电池功率的Pb(t3)的值移动到Pb(t4)，并将存有3个周期前计算得到的电池功率的Pb(t2)的值移动到Pb(t3)。进一步地，上限值设置单元52将存有2个周期前计算得到的电池功率的Pb(t1)的值移动到Pb(t2)，并将存有1个周期前计算得到的电池功率的Pb(t0)的值移动到Pb(t1)。接着，上限值设置单元52将步骤S10中当前计算得到的电池功率Pb插入Pb(t0)(步骤S20)。
下面将存储在Pb(tn)中的、n个周期以前的电池功率的值称为电池功率Pb(tn)。
上限值设置单元52计算各个电池功率Pb(tn)(n为0-5的整数)与6个周期以前的电池功率Pb(t6)的差值，并进行对各个计算所得值的累积。换言之，上限值设置单元52将6个周期以前的电池功率Pb(t6)作为基准，在时刻t5-t0上计算电池功率Pb的变化的累积。于是，上限值设置单元52判定电池功率Pb的变化的累积值是否低于预设的阈值A(阈值A为负)(步骤S30)。
当上限值设置单元52判定电池功率Pb的变化的累积值等于或高于阈值A时(步骤S30中的否)，控制进行到步骤S60，在步骤S60中，Vup1在变换器输入电压指令计算单元50中被设置为由变换器输入电压指令计算单元50计算得到的电压指令Vdc_com的上限值(步骤S60)。
当步骤S30中做出电池功率Pb的变化的累积值低于阈值A的判定时(步骤S30中的是)，上限值设置单元52计算当前计算得到的电池功率Pb(t0)与3个周期以前的电池功率Pb(t3)之间的差值，并判定计算得到的电池功率差值是否低于预设的阈值ΔPkW(阈值ΔP为负值)(步骤S40)。
当上限值设置单元52判定为电池功率差值低于阈值ΔPkW时(步骤S40中的是)，在变换器输入电压指令计算单元50中，将低于Vup1的Vup2设置为由变换器输入电压指令计算单元50计算得到的电压指令Vdc_com的上限值(步骤S50)。当步骤S40中做出电池功率差值等于或高于阈值ΔPkW的判定时(步骤S40中的否)，控制进行到步骤S60，在步骤S60中，上限值设置单元52在变换器输入电压指令计算单元50中将Vup1设置为电压指令Vdc_com的上限值。
图4示出了由图2所示上限值设置单元52执行的处理。在图4中，沿着水平轴绘制时间，沿着垂直轴绘制电池功率Pb。时刻t0对应于当前时刻。时刻tm(m为1-6的整数)表示对应于时刻t0之前m个周期的时间起点的时刻，即m个周期以前的时刻。正的电池功率Pb表示电力从DC电源B输出(放电)。负的电池功率Pb表示电力向DC电源B输入(充电)。
对应于电池功率Pb变化的曲线的负倾斜表示AC电机M1的功率平衡处于再生侧。电池功率Pb负向变化的原因(DC电源B输出电力减小或DC电源B的输入电力增加)是因为电压Vm由于AC电机M1的功率平衡处于再生侧而倾向于增大，由此，从DC电源B经由升压转换器12提供到电容器C2的电力减小，或者，从电容器C2经由升压转换器12提供到DC电源B的电力增大。
为了检测出AC电机M1的功率平衡持续处于再生侧，即为了检测出对应于电池功率Pb变化的曲线的倾斜持续为负，上限值设置单元52进行电池功率Pb的变化对于预定时间段的累积(在本实施例中，从对应于6个周期以前的时刻t6一直到当前时刻t0)，并基于累积值做出AC电机M1的功率平衡是否持续处于再生侧的判定。
采用电池功率Pb变化的累积值的原因是可能存在这样的情况采用某些时刻之间电池功率Pb的变化(电池功率差值)不能做出AC电机M1的功率平衡持续处于再生侧的判定。下面将介绍这种情况。
图5表示电池功率Pb的变化的实例。参照图5，考虑仅基于在当前时刻t0的电池功率Pb(t0)与时刻t7的电池功率Pb(t7)之间的差值做出AC电机M1的功率平衡是否处于再生侧的判定的情况，其中，时刻t7对应于从当前时刻t0ΔTS以前的时刻。AC电机M1的功率平衡在时刻t7前处于动力运行侧(电力消耗)。即使是在功率平衡在时刻t7后达到再生模式的情况下，电压Vm不会立刻变得过大。然而，如果电池功率Pb(t7)与电池功率Pb(t0)之间的变化量超过阈值，在这种情况下，电压指令Vdc_com——即电压Vm的控制目标——的上限值将被从Vup1降低到Vup2。
这意味着，即使是在AC电机M1的功率平衡没有持续处于再生侧且不会产生过电压的状态下，电压指令Vdc_com的上限值将被不必要地降低。这可能导致来自升压转换器12的输出电压Vm被不必要地降低的可能性。升压转换器12的输出电压Vm将根据AC电机M1的所需要的电力判定，其中，AC电机M1的所需要的电力是基于AC电机M1的转矩指令值TR与电机转速MRN的。不必要地降低电压Vm是不可取的。
图6示出了电池功率Pb的另一变化的实例。参照图6，一种可能的考虑是将图5所示的时间ΔTS增大到较长的时间ΔTL，以便判定AC电机M1的功率平衡是否持续处于再生侧。注意，电池功率Pb可在时刻t8到时刻t0的时间段内变化，如图6所示。因此，存在这样的可能与图5中的情况一样，即使是在AC电机M1的功率平衡并非持续处于再生侧且不会产生过电压的状态下，电压指令Vdc_com的上限值被不必要地降低。因此，电压Vm可能被不必要地降低。
鉴于仅由从某个时间点的电池功率差值不能正确做出AC电机M1的功率平衡是否持续处于再生侧的判定的可能性，当前实施例的目的在于使用电池功率Pb变化的累积值，以便使正确的判定成为可能。
再次参照图4，当电池功率Pb的变化的累积值低于阈值A(A为负值)且当前时刻t0的电池功率Pb(t0)与3个周期以前的电池功率Pb(t3)之间的差值低于阈值ΔPkW(ΔP为负值)时，上限值设置单元52将电压指令Vdc_com的上限值从Vup1降低到Vup2。换言之，在电池功率Pb(t0)与电池功率Pb(t3)之间的差值等于或高于阈值ΔPkW时，上限值设置单元52不将电压指令Vdc_com的上限值从Vup1降低到Vup2。除通过电池功率Pb变化的累积值的判定以外做出基于电池功率差值的判定，下面给出这样做的原因。
图7示出了电池功率Pb的另一种变化的实例。参照图7，考虑到电池功率Pb在时刻t6-t5附近急剧下降并在之后变得稳定的情况。在这种情况下，以时刻t6的电池功率Pb(t6)为基准的、电池功率Pb变化的累积值将呈现低于阈值A的相当可观的值。
然而，在这种情况下，不能说AC电机M1的功率平衡持续处于再生侧，且电压Vm不会持续过大。为了消除这种情况，考虑当前时刻t0时的电池功率Pb(t0)与时刻t3时的电池功率Pb(t3)之间的差值，时刻t3与时刻t6相比较近，时刻t6对应于用于计算电池功率Pb变化的累积值的基准。
具体而言，当与时刻t3的电池功率差值小时，即使电池劝率Pb的变化的累积值低于阈值A，做出AC电机M1的功率平衡并非持续处于再生侧的判定。因此，电压指令Vdc_com的上限值被设置为Vup1的一般等级。
根据上述的当前实施例，由于采用电池功率Pb的变化对于预定时间段(时刻t6-t0)的累积值做出AC电机M1的功率平衡是否持续处于再生侧的判定，做出了正确的判定。当计算得到的累积值低于阈值A时，对应于升压转换器12的目标电压的电压指令Vdc_com的上限值从Vup1被降低到Vup2。因此，升压转换器12对电压Vm进行控制，以便抑制输出电压Vm。由此，在AC电机M1的功率平衡持续处于再生侧的情况下，可防止过大的变换器电压。
进一步地，当与预定时刻(时刻t3)的电池功率差值小时，做出AC电机M1的功率平衡并非持续位于再生侧的判定。因此，可保证使用电池功率Pb变化的累积值的判定方法的准确性。
电机驱动设备100被装在例如混合动力车之中。图8示出了对混合动力车的应用。在这种情况下，图1所示的AC电机M1由两个电动发电机MG1与MG2组成，且变换器14由两个变换器组成。具体而言，分别对应于两个电动发电机MG1与MG2地设置两个变换器14A与14B，如图8所示。变换器14A与14B被并联连接到电源线PL2与接地线SL，电源线PL2与接地线SL被连接到电容器C2的相应末端。
电动发电机MG1经由动力分配机构(未示出)被耦合到发动机。电动发电机MG2经由动力分配机构被耦合到驱动轮。
变换器14A将来自升压转换器12的DC电压转换为AC电压以驱动电动发电机MG1，另外将由电动发电机MG1采用发动机的动力产生的AC电压转换为DC电压、以便供到升压转换器12。变换器4B将来自升压转换器12的DC电压转换为AC电压以驱动电动发电机MG2，另外对由电动发电机MG2通过驱动轮的旋转力产生的AC电压进行转换、以便供给升压转换器12。
当电动发电机MG1产生的电力大于电动发电机MG2消耗的电力时，电动发电机MG1与MG2的功率平衡达到再生侧。当电池功率Pb的变化的累积值变为低于阈值A且电池功率Pb的变化变为低于阈值ΔPkW时，基于电动发电机MG1与MG2的功率平衡持续处于再生侧的判定，控制装置30的上限值设置单元52将电压指令Vdc_com——其对应于升压转换器12的目标电压——的上限值从Vup1降低到较低的Vup2。因此，可防止升压转换器12的输出电压Vm达到过电压等级。
关于电池功率Pb的计算，可通过计算电流Ib与电压Vb的乘积获得电池功率Pb。还可采用电动发电机MG1与MG2的功率——其可基于电动发电机MG1与MG2各自的电机电流和电机电压计算得出——获得电池功率Pb。
尽管介绍了对电池功率Pb的变化从6个周期以前进行累积以获得累积值的上述实施例，进行电池功率Pb变化的累积的时间段不限于这种时间段，其可以更短或更长。进一步地，尽管图3中的步骤S40基于采用电池功率Pb从3个周期前的变化，该时间段不限于3个周期之前。
在上文中，AC电机M1对应于本发明中的“至少一个电机”。变换器14对应于本发明中的“驱动装置”。进一步地，升压转换器12与控制装置30分别对应于本发明中的“电压转换器”和“控制装置”。电压传感器10、电流传感器11和控制装置30组成本发明的“传感器装置”。
进一步地，步骤S10、S30与S50分别对应于本发明的“第一步骤”、“第二步骤”与“第三步骤”。变换器输入电压指令计算单元50、反馈电压指令计算单元54以及占空比转换单元56所执行的处理对应于本发明中由“第四步骤”执行的处理。步骤S60对应于本发明中的“第五步骤”。
尽管详细介绍和示出了本发明，可以明了，其仅是为了说明和示例，不是为了限制。本发明的精神和范围仅由所附权利要求的条款限定。
权利要求
1.一种电压转换设备，该设备包含设置在DC电源(B)与驱动装置(14)之间的电压转换器(12)，其中，所述驱动装置(14)以动力运行模式和再生模式中的一种驱动至少一个电机(M1)，控制装置(30)，其被配置为通过控制所述电压转换器(12)在不超过上限值的范围内对来自所述DC电源(B)的电压进行升压，传感器装置(10，11，30)，其对向所述DC电源(B)输入的以及从所述DC电源(B)输出的电力进行检测，且在当所述电力被从所述DC电源(B)输出时所述电力的符号为正的情况下，当所述电力的变化对于第一预定时间段的累积值变得低于为负的第一阈值时，所述控制装置(30)降低所述上限值。
2.根据权利要求1的电压转换设备，其中，当所述电力从基准值的变化对于所述第一预定时间段的所述累积值变得低于所述第一阈值时，所述控制装置(30)降低所述上限值，所述基准值对应于在所述第一预定时间段的时间起点上的所述电力。
3.根据权利要求1的电压转换设备，其中，当所述电力从第二预定时间段的时间起点的变化至少为第二阈值时，所述控制装置(30)停止降低所述上限值，其中，所述第二预定时间段短于所述第一预定时间段，所述第二阈值为负。
4.根据权利要求1-3中任意一项的电压转换设备，其中，所述第一预定时间段为被规定的时间段，其能够判定所述至少一个电机(MI)的功率平衡是否持续处于再生侧。
5.一种动力输出设备，该设备包含至少一个电机(M1)，驱动装置(14)，其以动力运行模式和再生模式中的一种驱动所述至少一个电机(M1)，可再充电的DC电源(B)，在所述DC电源(B)与所述驱动装置(14)之间转换电压的电压转换器(12)，控制装置(30)，其被配置为通过控制所述电压转换器(12)在不超过上限值的范围内对来自所述DC电源(B)的电压进行升压，传感器装置(10，11，30)，其对向所述DC电源(B)输入的以及从所述DC电源(B)输出的电力进行检测，且在当所述电力被从所述DC电源(B)输出时所述电力的符号为正的情况下，当所述电力的变化对于第一预定时间段的累积值变得低于为负的第一阈值时，所述控制装置(30)降低所述上限值。
6.根据权利要求5的动力输出设备，其中，当所述电力从基准值的变化对于所述第一预定时间段的所述累积值变得低于所述第一阈值时，所述控制装置(30)降低所述上限值，所述基准值对应于在所述第一预定时间段的时间起点上的所述电力。
7.根据权利要求5的动力输出设备，其中，当所述电力从第二预定时间段的时间起点的变化至少为第二阈值时，所述控制装置(30)停止降低所述上限值，其中，所述第二预定时间段短于所述第一预定时间段，所述第二阈值为负。
8.根据权利要求5-7中任意一项的动力输出设备，其中，所述第一预定时间段为被规定的时间段，其能够判定所述至少一个电机(M1)的功率平衡是否持续处于再生侧。
9.根据权利要求5-7中任意一项的动力输出设备，其中，所述至少一个电机(M1)包含第一与第二AC电机(MG1，MG2)，所述驱动装置(14)包含第一变换器(14A)，其以动力运行模式与再生模式中的一种驱动所述第一AC电机(MG1)，第二变换器(14B)，其以动力运行模式与再生模式中的一种驱动所述第二AC电机(MG2)，所述动力输出设备还包含内燃机，其被机械地耦合到所述第一AC电机(MG1)的旋转轴，以及驱动轮，其被机械地耦合到所述第二AC电机(MG2)的旋转轴。
10.电压转换器(12)的一种控制方法，其中，所述电压转换器(12)设置在DC电源(B)与驱动装置(14)之间，所述驱动装置(14)以动力运行模式和再生模式中的一种驱动至少一个电机(M1)，所述控制方法包含第一步骤，检测向所述DC电源(B)输入的以及从所述DC电源(B)输出的电力，第二步骤，计算所述电力的变化对于第一预定时间段的累积值，第三步骤，在当所述电力被从所述DC电源(B)输出时所述电力的符号为正的情况下，当所述计算得到的累积值变得低于为负的第一阈值时，降低从所述电压转换器(12)向所述驱动装置(14)输出的电压的上限值，以及第四步骤，通过控制所述电压转换器(12)，在不超过所述上限值的范围内对来自所述DC电源(B)的电压进行升压。
11.根据权利要求10的、电压转换器(12)的控制方法，其中，在所述第二步骤中，计算所述电力从基准值的变化对于所述第一预定时间段的所述累积值，所述基准值对应于在所述第一预定时间段的时间起点上的所述电力。
12.根据权利要求10的、电压转换器(12)的控制方法，其还包含第五步骤当所述电力从第二预定时间段的时间起点的变化至少为第二阈值时，停止降低所述上限值，其中，所述第二预定时间段短于所述第一预定时间段，所述第二阈值为负。
13.根据权利要求10-12中任意一项的、电压转换器(12)的控制方法，其中，所述第一预定时间段为被规定的时间段，其能够判定所述至少一个电机(M1)的功率平衡是否持续处于再生侧。
14.根据权利要求10-12中任意一项的、电压转换器(12)的控制方法，其中，所述至少一个电机(M1)包含第一与第二AC电机(MG1，MG2)，所述驱动装置(14)包含第一变换器(14A)以及第二变换器(14B)，所述第一变换器(14A)以动力运行模式与再生模式中的一种驱动所述第一AC电机(MG1)，所述第二变换器(14B)以动力运行模式与再生模式中的一种驱动所述第二AC电机(MG2)，所述第一AC电机(MG1)的旋转轴被机械地耦合到内燃机，且所述第二AC电机(MG2)的旋转轴被机械地耦合到驱动轮。
全文摘要
控制装置(30)的上限值设置单元(52)进行电池功率(Pb)的变化的累积，并判定该累积值是否低于预先设置的第一阈值(A)(负值)(步骤S30)。当做出累积值低于第一阈值(A)且电池功率差值低于第二阈值(ΔP kW)(负值)的判定时(步骤S40)，上限值设置单元(52)将Vup2设置为变换器输入电压指令的上限值(步骤S50)，其中，Vup2低于一般的Vup1。
文档编号H02P27/00GK101018008SQ20071000706
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月8日 优先权日2006年2月10日
发明者落合清惠, 小柳博之 申请人:丰田自动车株式会社