电源系统以及具备该电源系统的车辆的制作方法

专利名称：电源系统以及具备该电源系统的车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有多个蓄电部的电源系统以及具备该电源系统的车辆， 特别涉及用于兼顾高效率性以及过渡稳定性的技术。
背景技术：
近几年，考虑到环境问题，像电动汽车、混合动力汽车、燃料电池车 等以电动机为驱动力源的车辆受到瞩目。为了向电动机供给电力、在再生 制动时将运动能转换成电能来储存，这样的车辆搭载有由二次电池、电容 器等构成的蓄电部。
在这样的以电动机为驱动力源的车辆中，为了提高加速性能、行驶持 续距离等行驶性能，希望使蓄电部的充放电容量变得更大。作为加大蓄电 部的充放电容量的方法，提出了搭载多个蓄电部的构成。
例如，在美国专利第6608396号说明书中公开了对高电压车辆牵引系 统提供所期望的直流高电压水平的电动马达电源管理系统。该电动马达电 源管理系统具备多个电源级(stage)和控制器，上述多个电源级分别具有 电池和升压/降压直流-直流转换器(converter)且并联连接、向至少一个 变换器(inverter)提供直流电力；上述控制器控制多个电源级，使得多个 电源级的电池均等地进行充放电，从而多个电源级维持对至少一个变换器 的输出电压。
另一方面，在搭载多个蓄电部的情况下，需要与各蓄电部对应的相同 数量的电压变换部(相当于上述的升压/降压直流-直流转换器)。在这样 的电压变换部中，由于产生与电压变换动作有关的损耗，因此希望尽量减 少这样的损耗。
作为减少与电压变换动作有关的损耗的方法，在日本特开平09-219968号公报中公开了在轻负载的情况下能够减少消耗电力的升压型电 源装置。根据该升压型电源装置，具备在负载轻时显示出较大的电感值而 在负栽重时显示出较小的电感值的电感器切换单元。
通常，像搭载在车辆上的电感器，由芯(磁心)和巻绕在芯上的线圏 构成，体积以及重量比较大，该芯由层叠的硅钢板等形成。因此，在搭载 如美国专利第6608396号说明书中公开的多个蓄电部的车辆中，从配置空 间以及搭载重量等的观点来看，不优选对多个电压变换部的各个，配置 根据负载进行切换的至少两个电感器。再有，由于搭载重量的增加，即使 与电压变换动作有关的损耗减少，也可以想到其效果被抵消掉。
另一方面，为了减少与电压变换动作有关的损耗，也可以考虑使用高 效率的电感器。但是，这种高效率的电感器，由于被设计成减少产生于芯 上的磁滞损耗等，因此即使流向电感器的电流较少，在芯中也会出现磁饱 和。这种磁饱和的结果是，电感器的电感值变动，从而有可能出现过渡稳 定性下降这样的其它问题。

发明内容
本发明是为了解决这样的问题而做出的，其目的在于提供兼顾高效 率性以及过渡稳定性的、具有多个蓄电部的电源系统以及具备该系统的车 辆。
根据本发明的一种观点，本发明是具有各自被构成为能够充放电的多 个蓄电部的电源系统。该电源系统具备电力线，其被构成为能够在负载 装置和电源系统之间授受电力；和多个电压变换部，其各自被设置在多个 蓄电部和电力线之间，在对应的蓄电部和电力线之间进行电压变换动作。 多个电压变换部的各个，具有电感器；和开关电路，其被构成为能够控 制从对应的蓄电部流向电感器的电流，通过电感器中的电力的积蓄/释放的 反复进行，实现电压变换动作。多个电压变换部，由包括至少一个电压变 换部的第一组电压变换部和包括至少一个电压变换部的第二组电压变换部 构成。再有，包含在第一组以及第二组电压变换部中的电感器的各个，包
7括随着电力的积蓄/释放而被磁化的芯，包含在第 一组电压变换部中的芯的
各个，在流过该电感器的电流的范围内变成非磁饱和以及磁饱和的任一种； 包含在笫二组电压变换部中的芯的各个，在流过该电感器的电流的范围内
能够维持非磁饱和。第一组以及第二组电压变换部，被构成为以相互分担 的方式向负载装置供给电力，
根据本发明的一种观点，包含在第一组电压变换部中的芯的各个，在 流过电感器的电流的范围内成为非磁饱和以及磁饱和的任一种。另一方面， 包含在第二组电压变换部中的芯的各个，在流过电感器的电流的范围内能 够维持非磁饱和。
因此，在第一组电压变换部的各个中，允许出现使电感器的使芯达到 磁饱和的电流，所以能够使用高效率且在较小的电流磁场内出现磁饱和的 电感器。因而，能够减少第一组电压变换部的各个中的与电压变换动作有 关的损耗。另一方面，在第二组电压变换部的各个中，由于电感器的芯维 持非磁饱和，因此电感器的电感值稳定。由此，能够维持第二组电压变换 部的各个中的电压变换动作的过渡稳定性。因而，能够减少电压变换部中 的与电压变换动作有关的损耗的同时，能够抑制过渡稳定性的下降。
根据本发明的另 一种观点，本发明是具有各自被构成为能够充放电的 多个蓄电部的电源系统。该电源系统具备电力线，其被构成为能够在负
载装置和电源系统之间授受电力；和多个电压变换部，其各自被设置在多 个蓄电部和电力线之间，在对应的蓄电部和电力线之间进行电压变换动作。 多个电压变换部的各个，具有电感器；和开关电路，其被构成为能够控 制从对应的蓄电部流向电感器的电流，通过电感器中的电力的积蓄/释放的 反复进行，实现电压变换动作。多个电压变换部，由包括至少一个电压变 换部的第一组电压变换部和包括至少一个电压变换部的第二组电压变换部 构成，包含在第一组以及第二组电压变换部中的电感器的各个，包括随着 电力的积蓄/释放而被磁化的芯；包含在第 一组电压变换部中的芯的各个， 与包含在第二组电压变换部中的芯相比，每单位体积的磁滞损耗小。第一 组以及第二组电压变换部，以相互分担的方式向负载装置供给电力。 根据本发明的另 一种观点，包含在第一组电压变换部中的芯的各个，
8与包含在第二组电压变换部中的芯相比，每单位体积的磁滞损耗小。为此， 第一组电压变换部的各个能够减少与电压变换动作有关的损耗。另一方面， 第二组电压变换部的各个，与包含在第一组电压变换部中的芯相比，每单 位体积的磁滞损耗大，因此，难以在使芯磁饱和。由此，能够维持第二组 电压变换部的各个中的电压变换动作的过渡稳定性。因而，能够减少电压 变换部中的与电压变换动作有关的损耗的同时，抑制过渡稳定性的下降。
优选的是，电源系统还具有用于使第一组电压变换部分担来自负载装 置的电力要求的稳定成分，并且使第二组电压变换部分担电力要求的变动 成分的分担电力决定部。
更加优选的是，分担电力决定部，包括稳定成分提取部，其从电力 要求提取稳定成分；变动成分提取部，其从电力要求提取变动成分；第一 控制信号生成部，其根据由稳定成分提取部所提取的稳定成分，生成用于 控制第一组电压变换部中的开关电路的各个的控制信号；和第二控制信号
生成部，其根据由变动成分提取部所提取的变动成分，生成用于控制第二 组电压变换部中的开关电路的各个的控制信号。
更加优选的是，分担电力决定部还包括判定由变动成分提取部所提取 的变动成分的大小的变动成分判定部，若由变动成分判定部判定为变动成 分的大小在预定的阈值以下，则第一控制信号生成部生成用于使第一组电 压变换部负担电力要求的全部的控制信号，另一方面，第二控制信号生成 部生成用于使第二组电压变换部的各个中的电压变换动作停止的控制信 号。
另夕卜，优选的是，第一组以及第二组电压变换部的各个包括斩波电路， 该斩波电路被构成为含有电感器。
根据本发明的另一种观点，本发明是一种车辆，该车辆具备具有各 自被构成为能够充放电的多个蓄电部的电源系统和接受从电源系统供给的 电力而产生驱动力的驱动力产生部。
根据本发明，能够兼顾高效率性以及过渡稳定性。


图1是表示具备本发明的实施方式所涉及的电源系统的车辆的重要部 分的概略构成图。
图2是图1所示的转换器的概略构成图。 图3是表示芯的磁化特性的一例的图。
图4表示本发明的实施方式所涉及的电感器的直流重叠特性。 图5A、图5B是用于说明转换器中的电力的分担的概略的图。 图6是表示控制部中的控制结构的框图。 图7是表示控制部中的处理顺序的流程图。
图8是表示具备本发明的实施方式的变形例所涉及的电源系统的车辆 的重要部分的概略构成图。
具体实施例方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。此外，对图中 的相同或者相当部分标上相同符号，不重复其说明。
参照图1，对具备本发明的实施方式所涉及的电源系统1的车辆100 的构成进行说明。在本实施方式中，作为负载装置的一例，对在驱动力产 生部3和电源系统1之间进行电力授受的构成进行例示，上述驱动力产生 部3用于产生车辆100的驱动力。而且，车辆100，通过驱动力产生部3 将接受从电源系统l供给的电力而产生的驱动力传递给车轮(未图示)来 行驶。
在本实施方式中，对具有两个蓄电部的电源系统l进行说明。电源系 统1经由主正母线MPL以及主负母线MNL在与驱动力产生部3之间进 行直流电力的授受。
驱动力产生部3具备第一变换器INV1、笫二变换器INV2、第一电动 发电机MG1 、和第二电动发电机MG2，根据来自HV—ECU( Hybrid Vehicle Electronic Control Unit:混合动力车辆的电子控制单元)4的开关指令 PWM1、 PWM2而产生驱动力。
变换器INV1、 INV2并联连接在主正母线MPL以及主负母线MNL上，并分别在与电源系统l之间进行电力的授受。即，变换器INV1、 INV2 将分别经由主正母线MPL以及主负母线MNL接受的直流电力变换成交 流电力而供给至电动发电机MG1、 MG2。再有，变换器INV1、 INV2也 可以构成为在车辆100的再生制动时等，将电动发电机MG1、 MG2接 受车辆100的运动能而发电产生的交流电力变换成直流电力，并作为再生 电力返还给电源系统l。作为一例，变换器INV1、 INV2由包括三相的开 关元件的桥式电路构成，分别根据从HV一ECU4接收的开关指令PWM1、 PWM2进行开关(电路开闭)动作，以此产生三相交流电力。
电动发电机MG1、 MG2被构成为分别接受从变换器INV1、 INV2 供给的交流电力而能够产生旋转驱动力，并且接受来自外部的旋转驱动力 而能够发电产生交流电力。作为一例，电动发电机MG1、 MG2是具备埋 设有永》兹体的三相交流旋转电机。而且，电动发电机MG1、 MG2分别与 动力传递机构6连结，通过驱动轴8将所产生的驱动力传递给车轮(未图 示)。
此外，在驱动力产生部3适用于混合动力车辆的情况下，电动发电机 MG1、 MG2经由动力传递机构6或驱动轴8也与发动机(未图示)机械 地连结。而且，通过HV—ECU4，以使得发动机产生的驱动力和电动发电 机MG1、 MG2产生的驱动力成为最适比例的方式执行控制。在适用于这 种混合动力车辆的情况下，也可以构成为使一方的电动发电机专作电动机 来发挥作用，使另一方的电动发电机专作发电机来发挥作用。
HV一ECU4，通过执行预先存储的程序，基于从未图示的各传感器发 送过来的信号、行驶状况、油门开度的变化率以及所存储的映射图(map) 等，计算出电动发电机MG1、 MG2的转矩目标值以及转速目标值。然后， HV—ECU4以使得电动发电机MG1、 MG2产生的转矩以及转速分别成为 该计算出的转矩目标值以及转速目标值的方式生成开关指令PWM1 、 PWM2，并输出给驱动力产生部3。
另外，HV一ECU4基于该计算出的转矩目标值以及转速目标值，或者 由未图示的各种传感器所检测出的转矩实际值以及转速实际值，取得产生于电动发电机MG1、 MG2各个中的反电动势Vml、 Vm2,将基于该反电 动势Vml、 Vm2决定的电压要求Vi^向电源系统l输出。即，HV一ECU4 以使得能够从电源系统l向电动发电机MG1、 MG2供给电力的方式，将 大于反电动势Vml、 Vm2的电压决定为电压要求VL*。
再有，HV一ECU4基于上述的转矩目标值和转速目标值的乘积，或者 转矩实际值和转速实际值的乘积，计算出电力要求PJ，并向电源系统1 输出。此外，HV一ECU4使电力要求PJ的符号发生变化，以此将电力消 耗(正值)以及电力再生(负值)这样的驱动力产生部3中的电力供需状 态通知给电源系统l。
另一方面，电源系统1具备平滑电动器C、供给电流检测部16、供给 电压检测部18、第一转换器CONVl、第二转换器CONV2、第一蓄电部 BAT1、第二蓄电部BAT2、输出电流检测部10-1、 10-2、输出电压检测 部12-1、 12-2、和控制部2。
平滑电容器C连接在主正母线MPL和主负母线MNL之间，降低包 含在来自转换器CONVl、 CONV2的供给电力中的交流成分。
供给电流检测部16串联插置在主正母线MPL上，检测从电源系统1 向驱动力产生部3的供给电流Ih，将其检测结果向控制部2输出。
供给电压检测部18连接在主正母线MPL和主负母线MNL之间，检 测出从电源系统1向驱动力产生部3供给的供给电压Vh，将其检测结果 向控制部2输出。
蓄电部BAT1、 BAT2分别经由转换器CONVl、 CONV2并联连接在 主正母线MPL以及主负母线MNL上。作为一例，蓄电部BAT1、 BAT2 由镍氢电池、锂离子电池等被构成为能够充放电的二次电池、双电层电容 器等蓄电元件构成。
转换器CONVl、 CONV2并联连接在主正母线MPL以及主负母线 MNL上，并分别在对应的蓄电部BAT1、 BAT2与主正母线MPL以及主 负母线MNL之间进行电压变换动作。具体而言，转换器CONVl、 CONV2 分别能够将来自蓄电部BAT1、 BAT2的放电电流升压至目标电压，从而生
12成供给电力。对于转换器CONVl、 CONV2的更加详细的构成，将在后面 进行叙述。
输出电流检测部10-1、 10-2,分别插置在连接蓄电部BAT1、 BAT2 和转换器CONVl、 CONV2的两条电力线中的一方，检测出与蓄电部 BAT1、 BAT2的输入输出有关的输出电流Ibl、 Ib2，将其检测结果向控制 部2输出。
输出电压检测部12-1、 12-2,分别连接在连接蓄电部BAT1、 BAT2 和转换器CONVl、 CONV2的两条电力线的线之间，检测出蓄电部BAT1、 BAT2的输出电压Vbl、 Vb2,将其检测结果向控制部2输出。
控制部2基于从HV一ECU4接收的电压要求V^以及电力要求PL*、 从供给电流检测部16接收的供给电流Ih、从供给电压检测部18接收的供 给电压Vh、从输出电流检测部10-1、 10-2接收的输出电流Ibl、 Ib2、 从输出电压检测部12-1、 12-2接收的电压Vbl、 Vb2，按照后述的控制 结构分别生成开关指令PWC1、 PWC2，控制转换器CONVl、 CONV2中 的电压变换动作。尤其是，控制部2使转换器CONVl分担来自驱动力产 生部3的电力要求P^的稳定成分，并且使CONV2分担电力要求PJ的变 动成分。
在本发明的实施方式中，驱动力产生部3相当于"负载装置"，主正母 线MPL以及主负母线MNL相当于"电力线"，转换器CONV1相当于"第 一组电压变换部"，CONV2相当于"第二组电压变换部"。另夕卜，控制部2 实现"分担电力决定部"。 (转换器的构成)
参照图2，转换器CONVl是升降压型的斩波电路，包括电感器L1、 开关电路SW1 、平滑电容器Cl、正母线LN1A、负母线LN1C和配线LN1B。 另外，开关电路SW1包括作为开关元件的晶体管Q1A、 Q1B、和二极管 D1A、 D1B。
正母线LN1A的一端连接在主正母线MPL上。另外，负母线LN1C 的一端连接在蓄电部BAT1的负侧上，另一端连接在主负母线MNL上。晶体管Q1A以及Q1B串联连接在正母线LN1A和负母线LN1C之间。而 且，晶体管Q1A的集电极连接在正母线LN1A上，晶体管Q1B的发射极 连接在负母线LN1C上。另外，在各晶体管Q1A、 QlB的集电极-发射 极之间分别连接有使电流从发射极侧流向集电极侧的二极管D1A、 D1B。
再有，电感器Ll的一端连接在晶体管Q1A和晶体管Q1B的连接点 上，另一端连接在配线LN1B上。配线LN1B电连接电感器Ll和蓄电部 BAT1的正侧。
平滑电容器Cl连接在配线LN1B和负母线LN1C之间，降低包含在 配线LN1B和负母线LN1C之间的直流电压中的交流成分。
开关电路SW1被构成为能够根据来自控制部2 (图1)的开关指令 PWC1,控制从蓄电部BAT1流向电感器L1的电流。即，在升压动作时， 晶体管Q1A维持导通状态，另一方面，晶体管Q1B根据开关指令PWC1 而导通/截止。
在晶体管Q1B的导通期间，从蓄电部BAT1开始按配线LN1B、电感 器L1、晶体管Q1B以及负母线LN1C的顺序，泵电流(pump current) Ip从蓄电部BATl流向电感器L1。电感器Ll通过该泵电流Ip将电力作 为电f兹能储存。接着，若晶体管Q1B从导通迁移到截止，则流过晶体管 Q1B的泵电流Ip被切断。这样一来，因电感器中的电流的连续性，电感 器L1就会维持晶体管Q1B变成截止之前所流过的电流值。其结果是，电 感器Ll经由晶体管Q1A，向主正母线MPL放出通过泵电流Ip储存的电 力(电磁能)。之后，反复同样的动作。
这样，开关电路SW1通过电感器L1中的电力的积蓄/释放的反复，实 现变换器CONVl中的电压变换动作。此外，与转换器CONV1的电压变 换动作有关的升压比(主正母线MPL-主负母线MNL之间的电压/配线 LN1B-负母线LN1C之间的电压)根据开关指令PWC1的占空比而决定。
此外，本发明的实施方式所涉及的转换器CONV1是双向型的斩波电 路，也能够将从驱动力产生部3 (图1)侧供给的电力进行降压而对蓄电部 BAT1进行充电。在这种降压动作时，晶体管Q1A根据开关指令PWC1而导通/截止，另一方面，晶体管Q1B维持截止状态。即，电感器L1根据 晶体管QlA的导通/截止而反复进行电力的积蓄/释放，其结果是实现降压 动作。此外，关于与转换器CONVl的电压变换动作有关的降压比(配线 LN1B -负母线LN1C之间的电压/主正母线MPL -主负母线MNL之间的 电压)，也根据开关指令PWC1的占空比而决定。
转换器CONV2的构成以及动作与上述的转换器CONV1相同，因此， 不重复详细说明。
(电感器的构成)
电感器Ll包括芯(磁心)CR1、和巻绕在芯CR1上的线圏WD1。线 圏WD1形成为螺旋状，对芯CR1施加与流向电感器Ll的电流相对应的 磁场(电流磁场)。芯CR1由层叠的硅钢板等磁性体构成，与电感器Ll 中积蓄/释放的电力相应地被磁化。即，芯CR1与由流向线圏WD1的电流 所产生的磁场相对应地，在内部产生与磁导率成比例的磁通。
关于电感器L2，与上述的电感器L1一样，包括芯CR2、和巻绕在芯 上的线圏WD2。
通常，根据形状方面的特性(层叠方向、层叠数等)以及磁性体的物 理方面的特性(方向性/无方向性等)，能够比较自由地选定芯的磁化特性。 作为表示芯的磁化特性的一个指标，磁滞(磁化履历)被人熟知。磁滞是 表示在对无磁化状态的芯沿着预定的轴方向交互地施加了相反方向的磁场 的情况下产生的磁化的量的特性。此外，电感器L1、 L2中的预定的轴方 向与由于伴随着电力的积蓄/释放流过的电流而使线圏WD1、 WD2产生的 磁场方向相对应。
图3中示出芯CR1、 CR2的磁化特性的一例。此夕卜，图3表示芯CR1、 CR2的每单位体积的特性。
参照图3，磁化特性用二维曲线图表示，该曲线图将所施加的磁场的 大小以及方向表示在横轴上，将产生于芯CR1、 CR2中的每单位体积的磁 化的量以及方向表示在纵轴上。如图3所示，芯CR1、 CR2中产生的磁化 根据所施加的磁场的履历(大小以及方向)而决定。即，施加磁场而使芯CR1、 CR2—旦被磁化，即使所施加的磁场变成零，也会留下预定的剩余 磁化。起因于这样的剩余磁化，在芯CR1、 CR2中产生磁滞。这样，在磁 4匕特小生的坐才示上，规定磁滞的曲线(曲线井P1-P2- #P3- #P4-P5 — #P6- #P1以及曲线P1-P2-P3-P4-P5-P6-P1)称之为磁滞回线。
再有，由这样的磁滞回线包围的面积相当于在电感器Ll、 L2中的电 力的积蓄/释放的每一个周期的磁滞损耗。磁滞损耗是电感器中的所谓铁损 的主要因素。因此，磁滞回线所包围的面积越小，磁滞损耗就越小，从而 能够减少与电压变换动作有关的损耗。
如后面所述，在本发明的实施方式中，芯CR1被选定为与芯CR2相 比每单位体积的磁滞损耗更小。
另一方面，可以认为芯CR1、 CR2由有限个的磁区构成，在这样的有 限个的磁区中，磁化量根据被磁化的数量而决定。为此，芯CR1、 CR2被 磁化的量也有限。于是，将磁化的量随着施加的磁场而增加的状态称为非 磁饱和，另一方面，将即使增大所施加的磁场，磁化的量也不再增加的状 态称为磁饱和。即，点弁P1以及并P4或者点P1以及P4相当于非磁饱和 和磁饱和的边界。而且，分别与点弁P1、井P4以及点P1、 P4对应的磁场 称为饱和磁场弁Hs以及Hs。
尤其是，对于芯CR1以及CR2，如果磁饱和时的磁化的量为相同的 饱和磁化量Bs,那么由于芯CR1 :帔选定为与芯CR2相比每单位体积的磁 滞损耗小，因此饱和磁场# Hs〈饱和磁场Hs的关系成立。
一般而言，具有芯的电感器在能够将芯维持为非磁饱和的电流范围内 进行电力的积蓄/释放。这是为了避免因芯到ii/磁饱和而使电感值逐渐减 小，从而使转换器的过渡稳定性下降。即，在因流过电感器的电感器电流 而使芯磁饱和的情况下，与该电流值相应地，电感器的电感值产生变动， 因此，电压变换能力变得不稳定。
于是，在本发明的实施方式中，以使得在各电感器电流的最大值时超 过饱和磁场# Hs且在饱和磁场Hs以下的磁场施加给芯CR1 、 CR2的方式， 选定线圏WD1、 WD2的匝数等。即，包含在电感器Ll中的芯CR1，在
16电感器电流的范围内成为非磁饱和以及磁饱和中的任一种，另一方面，包
含在电感器L2中的芯CR2，在电感器电流的范围内能够维持非磁饱和。
参照图4，对本发明的实施方式所涉及的电感器L1以及L2的直流重 叠特性进行说明。直流重叠特性是表示电感值与电感器电流(绝对值)的 关系的曲线图。此外，实际的电感器电流的流向与电感器中的电力积蓄/ 释放相应地进行交互切换，但在直流重叠特性中只着眼于电感器电流的绝 对值。
在没有电感器电流流过的状态下，即，在对芯CR1、 CR2没有施加任 何磁场的状态下，电感器Ll的电感值为Zl，电感器L2的电感值为Z2 (<Z1 )。
而且，电感器Ll在达到使芯CRl产生饱和磁场弁Hs (图3)的电感 器电流弁Is之前，维持非磁饱和，因此维持电感值Z1。若电感器电流增加 而超过并Is,则电感器L1达到磁饱和，其电感值减小。另一方面，电感器 L2在达到使芯CR2产生饱和磁场Hs (图3 )的电感器电流Is之前，维持 非磁饱和，因此维持电感值Z2。
如图4所示，电感器L1与电感器L2相比，磁滞损耗减少而实现高效 率化，而在电感器电流为弁Is以上的区域，电感值减少，过渡稳定性下降。 另一方面，电感器L2与电感器L1相比磁滞损耗大，但由于对任一电感器 电流都能够维持电感值，因此无论转换器中的电压变换动作的状态如何， 都能够维持较高的过渡稳定性。
由此，通过分别包含电感器Ll以及L2的转换器CONV1以及CONV2 相互分担着对驱动力产生部3供给电力，从而能够减少与电压变换动作有 关的损耗，并且能够维持过渡稳定性。另外，着眼于电感器L1以及L2的 动作特性，控制部2(图1)根据来自驱动力产生部3的电力要求，将使转 换器CONV1以及CONV2的各个分担的电力进行最优化。
此外，转换器CONVl、 CONV2的额定值不一定需要相同。在转换器 中，根据其额定电力(或者额定电流)决定所需要的芯的量，因此，电感 器中的损耗相对于额定电力的比例，与额定电力无关，几乎取固定值。而且，该值依存于芯的每单位体积的磁滞损耗。在本发明的实施方式中，通 过每单位体积的磁滞损耗的大小关系而确定芯。为此，若以相对于额定值
的损耗来进行比较，则在任一额定值下，转换器CONVl与转换器CONV2 相比更加高效。即，才艮据转换器CONVl和转换器CONV2的额定值比， 得到的效果量会产生差异，但即使是任意额定值，也能够得到高效率化的 效果。
另外，在转换器的额定值不同的情况下，电感器电流的最大值以及因 其产生的磁场也不同。为此，为了实现如上所述的使芯CR1成为非磁饱和 和磁饱和的任一种的电感器电流的范围以及使芯CR2能够维持为非磁饱 和的电感器电流的范围，根据转换器的额定值，最优地设计线圏WD1、 WD2的匪数等。
(转换器中的电力的分担)
基于如上所述的转换器CONV1以及CONV2的特性，根据各种规则， 能够将电力的分担进行最优化。在本发明的实施方式中，作为一例，对使 转换器CONV1分担来自驱动力产生部3的电力要求的稳定成分并且使转 换器CONV2分担来自驱动力产生部3的电力要求的变动成分的构成进行 例示。即，使高效率的转换器CONVl分担恒定量的电力，并且使具有高 过渡稳定性的转换器CONV2分担变动的电力，以此能够兼顾高效率性以 及过渡稳定性。
另外，在作为负载装置使用驱动力产生部3的本发明的实施方式中， 根据车辆100的行驶状况不同，电力要求PJ随时间变化。再有，其变化 的大小也根据车辆100的行驶状况不同而变化。
参照图5A以及图5B，对各转换器中的电力的分担的概略进行说明。 图5A是表示电力要求PJ的变动成分比较大的情况。图5B是表示电力要 求PJ的变动成分比较小的情况。
参照图5A,来自驱动力产生部3的电力要求PJ能够被分成随着车辆 100的4亍驶状" 分。因此，控制部2使转换器CONVl分担电力要求PJ的稳定成分，并 且使转换器CONV2分担电力要求PJ的变动成分。具体而言，控制部2 从电力要求PJ提取稳定成分以及变动成分。而且，控制部2根据所提取 的稳定成分，生成用于控制转换器CONV1的开关电路SW1的开关指令 PWC1，另一方面，根据所提取的变动成分，生成用于控制转换器CONV2 的开关电路SW2的开关指令PWC2。
参照图5B，在车辆100行驶于平坦的道路等的情况等下，电力要求 PJ的变动成分变得比较小。因此，在电力要求PJ中变动成分所占的部分 小的情况下，也可以使转换器CONVl负担全部的电力要求PL*。具体而 言，控制部2判定从电力要求PJ提取的变动成分的大小。然后，当判定 为变动成分的大小在预定的阈值以下时，控制部2生成用于使转换器 CONV1负担电力要求PJ的开关指令PWC1，另一方面，生成用于使转 换器CONV2的电压变换动作停止的开关指令PWC2 (零信号)。 (控制结构)
参照图6，控制部2的控制结构包括稳定成分提取部30、变动成分 提取部40、第一控制信号生成部32、第二控制信号生成部42、和变动成 分判定部50。
稳定成分提取部30，从来自驱动力产生部3的电力要求PJ提取稳定 成分Pst、向第一控制信号生成部32以及变动成分提取部40输出。作为 一例，稳定成分提取部30，将在时间上变动的电力要求P^的每个预定期 间的最小值作为稳定成分Ps^来提取。此外，作为其他的方法，也可以将 每个预定期间的电力要求PJ的平均值作为稳定成分Ps"来提取。
变动成分提取部40从来自驱动力产生部3的电力要求P^提取变动成 分Pvar*，向第二控制信号生成部42以及变动成分判定部50输出。作为 一例，变动成分提取部40从电力要求P^减去由稳定成分提取部30提取 的稳定成分Pst、以此提取变动成分Pvar气另外，作为其他的方法，也 可以使用只提取预定频率以上的成分的高通滤波器等提取变动成分
19第一控制信号生成部32，根据由稳定成分提取部30提取的稳定成分 Pst*,生成用于控制转换器CONV1的开关电路SW1的开关指令PWC1。 具体而言，第一控制信号生成部32包括电力控制器34、电压控制器36、 和调制部(MOD) 32。
电力控制器34，基于蓄电部BAT1的输出电流Ibl和输出电压Vbl 的乘积，计算出转换器CONVl的输出电力。然后，电力控制器34以使得 所计算出的转换器CONVl的输出电力与从稳定成分提取部30收到的稳定 成分PsP—致的方式决定控制输出(占空比)，并向电压控制器36输出。 另外，如后面所述，电力控制器34具备用于接收来自变动成分判定部50 的输出的中断输入(INT)。
电压控制器36,以使得主正母线MPL和主负母线MNL之间的供给 电压Vh与从驱动力产生部3收到的电压要求VJ—致的方式，对从电力 控制器34收到的控制输出(占空比)进行补偿，向调制部(MOD) 38输 出。
调制部38比较从电压控制器36收到的控制输出(占空比)和未图示 的振荡部产生的载波(carrierwave),生成开关指令PWC1。
第二控制信号生成部42，根据由变动成分提取部40提取的变动成分 Pvar*，生成用于控制转换器CONV2的开关电路SW2的开关指令PWC2。 具体而言，第二控制信号生成部48包括电力控制器44、电压控制器46、 调制部(MOD) 42。
电力控制器44与在上述的电力控制器34中代替蓄电部BAT1的输出 电流Ibl以及输出电压Vbl而使用BAT2的输出电流Ib2以及输出电压 Vb2的控制器相同。另外，如后面所述，电力控制器44具备用于接收来 自变动成分判定部50的输出的中断输入(INT )。
电压控制器46以及调制部48分别与电压控制器36以及调制部38相 同，因此不重复详细说明。
变动成分判定部50判定由变动成分提取部40提取的变动成分Pvar* 的大小。具体而言，变动成分判定部50判定变动成分Pvai^的大小是否在预定的阈值以下。然后，若判定为变动成分Pva"的大小在预定的阈值以 下，则变动成分判定部50生成用于使转换器CONVl负担所有的电力要求 PJ的开关指令PWC1,另一方面，生成用于使转换器CONV2中的电压 变换动作停止的开关指令PWC2。
具体而言，变动成分判定部50，向电力控制器34输出电力要求PJ, 并且向电力控制器44输出"0"值(零)。然后，电力控制器34,作为中 断输入，若从变动成分判定部50被输入电力要求PL*，则以使得转换器 CONVl的输出电力与电力要求PJ—致的方式决定控制输出，并向电压控 制器36输出。另外，电力控制器44，作为中断输入，若被输入"0"值， 则以使得转换器CONV2的输出电力变成"0"值的方式决定控制输出，并 向电压控制器46输出。
此外，变动成分判定部50也可以基于车辆100的行驶状况等，预测电 压要求VJ的变动，并才艮据该预测，停止转换器CONV2的电压变换动作。
参照图7，对控制部2中的处理顺序进行说明。
首先，控制部2从驱动力产生部3取得电力要求PL* (步骤S100 )。 然后，控制部2从所取得的电力要求PJ提取稳定成分(步骤S102 )，并 且从所取得的电力要求PJ提取变动成分(步骤S104 )。
然后，控制部2判定所提取的电力要求P^的变动成分的大小是否在 预定的阈值以下(步骤S106)。
在所提取的电力要求PJ的变动成分的大小不在预定的阈值以下的情 况(在步骤S106中为"否，，的情况)下，控制部2将电力要求PJ的稳定 成分决定为转换器CONV1的分担电力，并且将电力要求PJ的变动成分 决定为转换器CONV2的分担电力(步骤S108)。
在所提取的电力要求P^的变动成分的大小在预定的阈值以下的情况 (在步骤S106中为"是"的情况)下，控制部2将所有的电力要求PL* 决定为转换器CONVl的分担电力，并且将转换器CONV2的分担电力决 定为零(步骤S110)。
之后，控制部2根据在上述的步骤S108或者步骤S110中决定的转换
21器CONVl的分担电力，生成对转换器CONVl的开关指令PWC1 (步骤 S112)。同时，控制部2根据在上述的步骤S108或者步骤S110中决定的 转换器CONV2的分担电力，生成对转换器CONV2的开关指令PWC2(步 骤S114 )。
之后，控制部2重复上述的步骤S100~步骤S104的处理直到电力要 求Pl"皮切断，即车辆100的动作停止为止。
根据本发明的实施方式，包含在转换器CONVl中的芯CR1在电感器 电流的范围内变成非磁饱和以及磁饱和的任一种。另一方面，包含在转换 器CONV2中的芯CR2在电感器电流的范围内能够维持非磁饱和以及磁饱 和。为此，在转换器CONVl中，允许出现使芯CR1达到磁饱和的电感器 电流，所以可以使用高效率且在较少的电流磁场中出现磁饱和的电感器。 因而，能够减少与转换器CONVl中的电压变换动作有关的损耗。另一方 面，在转换器CONV2中，芯CR2维持非磁饱和，所以电感器L2的电感 值稳定。因此，能够维持电感器CONV2中的电压变换动作的过渡稳定性。 因而，能够实现兼顾高效率性以及过渡稳定性的电源系统以及具备该电源 系统的车辆。
另夕卜，根据本发明的实施方式，包含在转换器CONVl中的电感器L1 中的芯CR1与包含在转换器CONV2中的电感器L2中的芯CR2相比，每 单位体积的磁滞损耗小。因此，转换器CONVl能够减少与电压变换动作 有关的损耗。另一方面，转换器CONV2的芯CR2与转换器CONVl的芯 CR1相比，每单位体积的磁滞损耗大，所以难以产生磁饱和。因此，能够 维持在转换器CONV2中的电压变换动作的过渡稳定性。因而，能够实现 兼顾高效率性以及过渡稳定性的电源系统以及具备该电源系统的车辆。
另外，根据本发明的实施方式，要求电力的分担被决定成由转换器 CONV1分担来自驱动力产生部3的电力要求的稳定成分，并且由转换器 CONV2分担变动成分。由此，通过使高效率的转换器CONV1分担恒定 量的电力来实现高效率化，并且通过使具有高过渡稳定性的转换器 CONV2分担变动的电力来实现过渡稳定性。另外，根据本发明的实施方式，在电力要求的变动成分小的情况下，
转换器CONV2的电压变换动作停止，并且由转换器CONV1负担所有的 电力要求。由此，能够提高高效率的转换器CONVl的运转率，从而能够 进一步提高作为电源系统整体的效率。 (变形例)
若保持上述的电感器Ll和电感器L2的关系，则本发明也可适用于进 一步具备多个蓄电部以及转换器的电源系统。
参照图8，对具备本发明的实施方式的变形例所涉及的电源系统1#的 车辆100#的构成进行说明。车辆100#是在图1所示的车辆100中代替电 源系统1而配置有电源系统1#的车辆，关于驱动力产生部3以及 HV一ECU4，由于相同，因此不重复详细说明。
电源系统1# ，包括在图1所示的电源系统1中将转换器CONV1 以及对应的蓄电部BAT1扩大到N组的第一组电源部200A,和将转换器 CONV2以及对应的蓄电部BAT2扩大到M组的第二组电源部200B。另 外，电源系统1#与图l所示的电源系统l同样地，包括与各转换器相 对应的输出电流检测部和输出电压检测部、以及平滑电容器C、供给电流 检测部16以及供给电压检测部18 (都未图示)。
第 一组电源部200 A包括转换器CONVl - 1 ~ CONV1 - N以及对应的 蓄电部BAT1 - 1 BAT1 - N。另外，第二组电源部200B包括转换器 CONV2 - 1 ~ CONV2 一 M以及对应的蓄电部BAT2 - 1 ~ BAT2 一 M。
转换器CONV1 - 1 ~ CONV1 - N的各个，不一定需要使额定值等相 互相同，转换器CONV2 - 1 ~ CONV2 - M的各个，不一定需要使额定值 等相互相同。但是，转换器CONV1 - 1 ~ CONVl - N的各个和转换器 CONV2 — 1 ~ CONV2 — M的各个以维持转换器CONV1和转换器CONV2 的关系的方式进行选定。
即，包含在构成CONV1 - 1 ~ CONV1 - N的电感器中的芯的各个被 选定成与包含在构成CONV2 - 1 ~ CONV2 - M的电感器中的芯相比，每 单位体积的磁滞回线的面积小。
23另外，从另一观点来看，包含在CONV1 - 1 ~ CONV1 - N中的芯的 各个，在该电感器电流的范围内成为非磁饱和以及磁饱和的任一种。另一 方面，包含在转换器CONV2-l~CONV2-M中的芯的各个，在该电感 器电流的范围内，能够维持非磁饱和。
此外，在上述的本发明的实施方式中也提及过，基本上对各转换器的 额定值没有限制。为此，关于分别包含在第一组电源部200A以及第二组 电源部200B中的各转换器的额定值，不一定需要一致。因此，根据各转 换器的额定值，以实现上述的芯CR1或者CR2的特性的方式最优选定各 电感器的线圏的匝数等。
然后，控制部2#基于第一组电源部200A以及第二组电源部200B的 特性，决定分担电力。作为一例，控制部2弁使第一组电源部200A的转换 器分担来自驱动力产生部3的电力要求的稳定成分，并且使第二组电源部 200B的转换器分担来自驱动力产生部3的电力要求的变动成分。
即，使高效率的第一组电源部200A的各转换器分担恒定量的电力， 并且使具有高过渡稳定性的第二组电源部200B的各转换器分担变动的电 力，以此能够兼顾高效率性以及过渡稳定性。
对于其他，与上述的本发明的实施方式相同，因此，不重复详细说明。
在本发明的实施方式的变形例中，驱动力产生部3相当于"负载装置"， 主正母线MPL以及主负母线MNL相当于"电力线"，转换器CONV1 - 1 ~ l-N相当于"第一组电压变换部"，CONV2-1~2-M相当于"第二组 电压变换部"。另外，控制部2#实现"分担电力决定部"。
根据本发明的实施方式的变形例，即使是具备三台以上的转换器以及 蓄电部的构成，也能够发挥与上述的本发明的实施方式中的效果相同的效 果。由此，根据驱动力产生部等的负载装置的电力要求，能够比较自由地 选定转换器以及蓄电部的数量。因此，能够实现能够对各种大小以及种类 的负载装置供给电力的电源系统以及具备该电源系统的车辆。
此外，在本发明的实施方式以及其变形例中，作为负载装置的一例， 对使用包括两个电动发电机的驱动力产生部的构成，进行了说明，但电动
24发电机的数量没有限制。再有，作为负载装置，不局限于产生车辆的驱动 力的驱动力产生部，也能够适用于只进行电力消耗的装置以及能够进行电 力消耗和发电的双方的装置中的任一种。
应该认为，本次所公开的实施方式在所有方面是例示，而不是限制性 的。本发明的范围不由上述的说明而由权利要求表示，包括与权利要求相 同的意思以及范围内的所有变更。
权利要求
1. 一种电源系统，该电源系统具有各自被构成为能够充放电的多个蓄电部，具备电力线，其被构成为能够在负载装置和所述电源系统之间授受电力；和多个电压变换部，其各自被设置在所述多个蓄电部和所述电力线之间，在对应的所述蓄电部和所述电力线之间进行电压变换动作，所述多个电压变换部的各个，包括电感器；和开关电路，其被构成为能够控制从对应的所述蓄电部流向所述电感器的电流，通过所述电感器中的电力的积蓄/释放的反复进行，实现电压变换动作，所述多个电压变换部，由包括至少一个电压变换部的第一组电压变换部和包括至少一个电压变换部的第二组电压变换部构成，包含在所述第一组以及第二组电压变换部中的所述电感器的各个，包括随着电力的积蓄/释放而被磁化的芯，包含在所述第一组电压变换部中的所述芯的各个，在流过所述电感器的电流的范围内成为非磁饱和以及磁饱和的任一种，包含在所述第二组电压变换部中的所述芯的各个，在流过所述电感器的电流的范围内能够维持非磁饱和，所述第一组以及所述第二组电压变换部，以相互分担的方式向所述负载装置供给电力。
2. —种电源系统，该电源系统具有各自被构成为能够充放电的多个蓄 电部，具备电力线，其被构成为能够在负载装置和所述电源系统之间授受电力；和多个电压变换部，其各自被设置在所述多个蓄电部和所述电力线之间， 在对应的所述蓄电部和所述电力线之间进行电压变换动作，所述多个电压变换部的各个，包括 电感器；和开关电路，其被构成为能够控制从对应的所述蓄电部流向所述电感器 的电流，通过所述电感器中的电力的积蓄/释放的反复进行，实现电压变换 动作，所述多个电压变换部，由包括至少一个电压变换部的第一组电压变换 部和包括至少一个电压变换部的第二组电压变换部构成，包含在所述第一组以及第二组电压变换部中的所述电感器的各个，包 括随着电力的积蓄/释放而被磁化的芯，包含在所述第一组电压变换部中的所述芯的各个，与包含在所述第二 组电压变换部中的所述芯相比，每单位体积的磁滞损耗小，所述第一组以及所述第二组电压变换部，以相互分担的方式向所述负 载装置供给电力。
3. 如权利要求1或2所述的电源系统，还具备分担电力决定部，该分 担电力决定部用于使所述第一组电压变换部分担来自所述负载装置的电力 要求的稳定成分，并且使所述第二组电压变换部分担所述电力要求的变动 成分。
4. 如权利要求3所述的电源系统，其中， 所述分担电力决定部，包括稳定成分提取部，其从所述电力要求提取所述稳定成分； 变动成分提取部，其从所述电力要求提取所述变动成分； 第一控制信号生成部，其根据由所述稳定成分提取部所提取的所述稳定成分，生成用于控制所述第一组电压变换部中的所述开关电路的各个的控制信号；和第二控制信号生成部，其根据由所述变动成分提取部所提取的所述变 动成分，生成用于控制所述第二组电压变换部中的所述开关电路的各个的 控制信号。
5. 如权利要求4所述的电源系统，其中，变动成分的大小的变动成分判定部，若由所述变动成分判定部判定为所述变动成分的大小在预定的阈值以 下，则所述第 一控制信号生成部生成用于使所述第 一组电压变换部负担所 述电力要求的全部的控制信号，另一方面，所述第二控制信号生成部生成 用于使所述第二组电压变换部的各个中的电压变换动作停止的控制信号。
6. 如权利要求1所述的电源系统，所述第一组以及第二组电压变换部 的各个包括斩波电路，该斩波电路被构成为含有所述电感器。
7. —种车辆，该车辆具备具有各自被构成为能够充放电的多个蓄电 部的电源系统；和接受从所述电源系统供给的电力而产生驱动力的驱动力 产生部，所述电源系统，具备电力线，其被构成为能够在所述驱动力产生部和所述电源系统之间授 受电力；和多个电压变换部，其各自被设置在所述多个蓄电部和所述电力线之间， 在对应的所述蓄电部和所述电力线之间进行电压变换动作， 所述多个电压变换部的各个，包括 电感器；和开关电路，其被构成为能够控制从对应的所述蓄电部流向所述电感器 的电流，通过所述电感器中的电力的积蓄/释放的反复进行，实现电压变换 动作，所述多个电压变换部，由包括至少一个电压变换部的第一组电压变换 部和包括至少一个电压变换部的第二组电压变换部构成，包含在所述第一组以及第二组电压变换部中的所述电感器的各个，包 括随着电力的积蓄/释放而被磁化的芯，包含在所述第一组电压变换部中的所述芯的各个，在流过所述电感器 的电流的范围内成为非磁饱和以及磁饱和的任一种，包含在所述第二组电压变换部中的所述芯的各个，在流过所述电感器 的电流的范围内能够维持非磁饱和，所述第一组以及所述第二组电压变换部，以相互分担的方式向所述驱动力产生部供给电力。
8. —种车辆，该车辆具备具有各自被构成为能够充放电的多个蓄电 部的电源系统；和接受从所述电源系统供给的电力而产生驱动力的驱动力 产生部，所述电源系统，具备电力线，其被构成为能够在所述驱动力产生部和所述电源系统之间授 受电力；和多个电压变换部，其各自被设置在所述多个蓄电部和所述电力线之间， 在对应的所述蓄电部和所述电力线之间进行电压变换动作， 所述多个电压变换部的各个，包括 电感器；和开关电路，其被构成为能够控制从对应的所述蓄电部流向所述电感器 的电流，通过所述电感器中的电力的积蓄/释放的反复进行，实现电压变换 动作，所述多个电压变换部，由包括至少一个电压变换部的第一组电压变换 部和包括至少一个电压变换部的第二组电压变换部构成，包含在所述第一组以及第二组电压变换部中的所述电感器的各个，包 括随着电力的积蓄/释放而被磁化的芯，包含在所述第一组电压变换部中的所述芯的各个，与包含在所述第二 组电压变换部中的所述芯相比，每单位体积的磁滞损耗小，所述第一組以及所述第二组电压变换部，以相互分担的方式向所述驱 动力产生部供给电力。
9. 如权利要求7或8所述的车辆，还具备分担电力决定部，该分担电 力决定部用于使所述第一组电压变换部分担来自所述驱动力产生部的电力 要求的稳定成分，并且使所述第二组电压变换部分担所述电力要求的变动 成分。
全文摘要
由于电感器(L1)维持非磁饱和直到达到使芯(CR1)磁饱和的电感器电流#Is为止，因此维持电感值Z1。若电感器电流增加而超过#Is，则电感器(L1)的电感值减小。另一方面，由于电感器(L2)维持非磁饱和直到电感器电流Is为止，因此维持电感值Z2。分别包含电感器(L1)以及电感器(L2)的转换器相互分担着向负载装置供给电力，以此减少与电压变换动作有关的损耗，并且维持过渡稳定性。
文档编号H02M3/155GK101512884SQ20078003289
公开日2009年8月19日 申请日期2007年6月29日 优先权日2006年7月6日
发明者市川真士, 石川哲浩 申请人:丰田自动车株式会社