电压控制装置及电压控制方法

专利名称：电压控制装置及电压控制方法
技术领域：
本发明涉及一种进行将作为蓄电池的电容器的电压变换了的直 流电压的控制的电压控制装置及电压控制方法。
背景技术：
作为驱动源搭载有发动机及马达的混合动力车辆包括除了向马 达供给电源之外还将由马达发出的电力进行蓄电的电池等的蓄电池。 具有这种结构的混合动力车辆通常着眼于驱动马达的逆变器的效率
而进行马达的电压控制(例如，参照专利文献1 6)。 专利文献1:特许第3746334号公报 专利文献2:特开2001—275367号公报 专利文献3:国际公开第03 / 056694号小册子 专利文献4:特开2005—341698号公报 专利文献5:特开2005 — 168140号公报 专利文献6:特开2002 — 171606号公报
然而，在作为蓄电池应用双电荷层电容器等的大容量电容器的情 况下，有时电容器的电压因蓄电能量而大幅变动。举个例子，在混合 动力车辆为还具备回旋用的马达的建筑机械的情况下，已知的是动作 时的负载大，则电容器电压的变动幅度变大。在这种情况下，在进行 着眼于逆变器的效率的电压控制的现有技术中，无法提高作为系统整 体的效率。

发明内容
本发明鉴于上述情况而实现，目的在于提供一种在作为蓄电池的 电容器的电压的变动大的情况下也能够提高系统整体的效率的电压 控制装置及电压控制方法。为了解决上述问题并达到目的，本发明的电压控制装置的特征在 于，包括电容器，其向规定的负载供给电力；逆变器，其与所述负
载连接；AC耦合双向DC-DC转换器，其包括直流端子被加极性串 联连接的两个电压型逆变器、及将所述两个电压型逆变器的交流端子 AC耦合且具有规定的泄漏电感的变压器，所述两个电压型逆变器之 一与所述电容器并联连接，并向所述逆变器输出将所述电容器的电容 器电压升压后的直流电压；控制机构，其基于具有与所述电容器电压 相对应的值的所述AC耦合双向DC-DC转换器的效率，生成并输出 所述直流电压的指令值。
另外，本发明的电压控制装置，根据上述发明，其特征在于，在 所述电容器电压取规定的范围的值时，所述控制机构使所述直流电压 的指令值不依赖于所述电容器电压而设为恒定，在所述电容器电压取 所述范围外的值时，所述控制机构将所述直流电压的指令值设为与所 述恒定值相比使所述AC耦合双向DC-DC转换器的效率变好的值。
另外，本发明的电压控制装置，根据上述发明，其特征在于，所 述控制机构使所述直流电压的值根据所述电容器电压在规定的范围 内变化。
另外，本发明的电压控制装置，根据上述发明，其特征在于，所 述控制机构在生成所述直流电压的指令值时，使用与所述AC耦合双 向DC-DC转换器的内部温度相对应地确定的候补值。
另外，本发明的电压控制装置，根据上述发明，其特征在于，对 于所述控制机构而言，所述电压型逆变器具有多个开关元件，所述 AC耦合双向DC-DC转换器的内部温度是所述多个开关元件中的任 一个的温度及/或所述变压器的温度。
另外，本发明的电压控制装置，根据上述发明，其特征在于，所 述控制机构将无负载状态下的所述直流电压的指令值设为与所述电 容器电压成比例的电压。
另外，本发明的电压控制装置，根据上述发明，其特征在于，所 述负载为马达。
本发明的电压控制方法，是包括如下装置的系统的电压控制方法，所述装置为电容器，其向规定的负载供给电力；逆变器，其与
所述负载连接；AC耦合双向DC-DC转换器，其包括直流端子被加 极性串联连接的两个电压型逆变器、及将所述两个电压型逆变器的交 流端子AC耦合且具有规定的泄漏电感的变压器，所述两个电压型逆 变器之一与所述电容器并联连接，并向所述逆变器输出将所述电容器 的电容器电压升压后的直流电压，所述电压控制方法的特征在于，基 于具有与所述电容器电压相对应的值的所述AC耦合双向DC-DC转 换器的效率，生成并输出所述直流电压的指令值。
另外，本发明的电压控制方法，根据上述发明，其特征在于，在 所述电容器电压取规定的范围的值时，使所述直流电压的指令值不依 赖于所述电容器电压而为恒定，在所述电容器电压取所述范围外的值 时，将所述直流电压的指令值设为与所述恒定值相比使所述AC耦合 双向DC-DC转换器的效率变好的值。
另外，本发明的电压控制方法，根据上述发明，其特征在于，使 所述直流电压的指令值根据所述电容器电压在规定的范围内变化。
另外，本发明的电压控制方法，根据上述发明，其特征在于，在 生成所述直流电压的指令值时，使用与所述AC耦合双向DC-DC转 换器的内部温度相对应地确定的候补值。
发明效果
根据本发明，在作为蓄电池的电容器与逆变器之间，设置将电容 器电压升压并向逆变器输出的AC耦合双向DC-DC转换器，基于根 据电容器电压变化的AC耦合双向DC-DC转换器的效率进行确定直 流电压的控制，所以即使作为负载侧的蓄电池利用大容量电容器，也 能够以根据电容器电压使AC耦合双向DC-DC转换器的效率达到最 佳的方式确定输出电压。因而，即使在与逆变器连接的负载大且电容 器电压的变动大的情况下，也能够提高系统整体的效率。


图1是表示本发明的一实施方式的电压控制装置的结构的图。 图2是表示应用本发明的一实施方式的电压控制装置的液压挖掘机的结构的图。
图3是表示电压变换器的结构的图。 图4是表示控制器的控制的控制框图。
图5是电压变换器控制部输出的直流电压指令的计算流程。
图6是表示作为电压变换器应用了 AC耦合双向DC-DC转换器
时的与电容器电压相对应的电压变换器的输出和器件总损失的关系的图。
图7是表示电容器电压和输出电压的候补值(第一辅助候补值) 的关系的图。
图8是表示电容器电压和电压变换器的最大输出的关系的图。 图9是表示IGBT温度和输出电压的最小值的关系的图。 图IO是表示变压器温度和输出电压的最小值的关系的图。 图11是表示电容器电压和输出电压的候补值(第二辅助候补值) 的关系的图。
图12是表示电容器电压和输出电压的候补值(第一辅助候补值) 的关系的第二例的图。
图13是表示输出电压为550 (V)时的与电容器电压对应的电压 变换器的输出和效率的关系的图。
图中l一电压控制装置；2 —SR马达；3 —发动机；4一PM马
达；5 —电容器；6 — SR驱动器；7 — SR电容器；8—电压变换器；9
—接触器；IO —励磁电源；ll一二极管；12 —继电器；13—PM逆变
器；14一PM电容器；15、 16—电流传感器；17、 18、 19、 89、 90 —
电压计；20 —绝缘传感器；21—控制器；22 —车体控制部；23 — SR 马达控制部；24—PM马达控制部；25—电压变换器控制部；26 —接 触器控制部；81—AC耦合双向DC-DC转换器；82 —下侧逆变器； 83 —上侧逆变器；84 —变压器；84a、 84b —线圈；85、 86—电容器； 87 — IGBT温度传感器；88 —变压器温度传感器；IOO—液压挖掘机； 101a—自行部；101b —回旋部；221 —动力管理部；222 —回旋操作部； 821a、 821b、 821c、 821d、 831a、 831b、 831c、 831d—IGBT; 822a、 822b、 822c、 822d、 832a、 832b、 832c、 832d—二极管；Lv—操作杆。
具体实施例方式
以下，参照附图，说明用于实施本发明的最佳方式(以后，称作 "实施方式")。
图1是表示本发明的一实施方式的电压控制装置的结构的图。该 图所示的电压控制装置1构成搭载在混合动力型车辆上的电源系统。
本实施方式中，搭载电压控制装置1的混合动力型车辆是图2所示的 液压挖掘机100。液压挖掘机100包括通过履带的旋转等自行的自行 部101a和回旋部101b，该回旋部101b具有铲斗、动臂、斗杆等工 作设备和驾驶室，并且能够相对于自行部101a围绕指向规定方向的 回旋轴回旋。具有这种结构的液压挖掘机100所搭载的电压控制装置 1包括驱动轴与发动机的驱动轴连接的发电机，并且包括具有与回旋 部101b的回旋轴一致的驱动轴的回旋用的马达。
以下，说明电压控制装置1的详细结构。电压控制装置1包括转 子为4极且定子为6极的3相励磁型的SR (Switched Reluctance) 马达2作为发电机。SR马达2的驱动轴与发动机3的驱动轴连接。 另外，电压控制装置1包括PM (Permanent' Magnet)马达4作为回 旋用的马达。SR马达2及PM马达4分别设有检测转速的旋转传感 器(未图示)。
SR马达2及PM马达4从由双电荷层电容器构成的大容量的电 容器5接受电源供给。电容器5也具有对由SR马达2及PM马达4 发出的电力进行蓄电的功能。
SR马达2与作为SR马达用的逆变器的SR驱动器6连接。SR驱动器 6与由适用于波形成形及电涌吸收的薄膜电容器构成的SR电容器7并 联连接。SR电容器7并联连接有将电容器5的电压升压并输出的电压 变换器8。
图3是表示电压变换器8的结构的图。该图所示的电压变换器8 使用将两个电压型逆变器AC耦合后的加极性的AC耦合双向DC-DC 转换器81来实现。AC耦合双向DC-DC转换器81具有两个电压型 逆变器即下侧逆变器82及上侧逆变器83，并且具有将下侧逆变器82及上侧逆变器83的交流侧AC耦合的变压器84。
对于下侧逆变器82而言，作为通电切换用的开关元件在上下桥 臂上桥接各2个总计4个IGBT (绝缘栅双极性晶体管)821a、 821b、 821c、 821d而成。在IGBT821a、 821b、 821c、 821d上分别并联连接 有通电切换时产生的回流电流所流经的二极管822a、 822b、 822c、 822d。另一方面，上侧逆变器83作为开关元件具有4个IGBT831a、 831b、 831c、 831d。在IGBT831a、 831b、 831c、 831d上分别并联连 接有二极管832a、 832b、 832c、 832d。
对于下侧逆变器82和上侧逆变器83而言，下侧逆变器82的正 极直流端子和上侧逆变器83的负极直流端子被加极性串联连接。从 外部向AC耦合双向DC-DC转换器81施加的电压由下侧逆变器82 和上侧逆变器83分压。
在下侧逆变器82上并联连接有以电涌吸收为主要目的的电容器 85。该电容器85的容量与电容器5的容量相比显著小。在上侧逆变 器83上也与下侧逆变器82同样，并联连接有电涌吸收用的小容量的 电容器86。电容器85的容量优选大于电容器86的容量。这是因为， 与伸出到电压变换器8的外侧的布线连接的一侧的电容器85上产生 的电涌的量大于在电容器86上产生的电涌的量。另外，通过抑制电 容器86的容量，不会使电容器86的容积达到所需程度以上，所以还
具有能够实现节省空间的优点。
下侧逆变器82与变压器84的线圈84a连接，而上侧逆变器83 与变压器84的线圈84b连接。在下侧逆变器82及上侧逆变器83的 直流电压的额定电压大致相等的情况下，优选线圈84a与线圈84b的 绕组比为1比1。本实施方式中，尽管使线圈84a与线圈84b的绕组 比为1比1，但绕组比能够适当变更。
变压器84具有恒定的泄漏电感(设为L)。对于电压变换器8而 言，泄漏电感被等分割成在线圈84a侧为L / 2、在线圈84b侧为L / 2。变压器84将泄漏电感中暂时蓄积的电力通过下侧逆变器82及 上侧逆变器83的高速开关控制向电容器5等传送。通常已知的是， 对于变压器而言，若一次线圈与二次线圈的间隙变宽则泄漏电感增加。因此，在形成变压器时，大多使一次线圈与二次线圈紧贴来形成。 与此相对，本实施方式中，通过调节一次线圈与二次线圈的间隙即线
圈84a与线圈84b的间隙，主动地制作期望的泄漏电感。此外，也可 以在变压器84的外部附加电感。
电压变换器8具有对下侧逆变器82及上侧逆变器83分别具有的 IGBT中的规定的IGBT的温度进行测定的IGBT温度传感器87和对 变压器84的温度进行测定的变压器温度传感器88。
具有以上结构的电压变换器8的电容器85与电容器5并联连接， 在电容器5与电容器85之间串联连接有接触器9。若接通接触器9， 则电压变换器8将电容器5的电压(一次侧电压)升压并将该升压后 的电压(二次侧电压)向SR马达2及PM马达4供给。
电压变换器8在二次侧与对SR马达2进行励磁的励磁电源10 串联连接。在此，对在电压控制装置1中设置励磁电源10的理由进 行说明。通常，SR马达2具有在供给电能时生成大的再生能量的特 性，在只是内部的转子被旋转驱动时不作为发电机动作。为了使具有 这种特性的SR马达2作为发电机动作，需要对SR马达2内的线圈 预先进行励磁。不过，在发动机3启动时，SR电容器7的电荷为零， 所以无法在发动机3的启动时接通接触器9而通过电容器5对SR马 达2进行励磁。为此，本实施方式中，为了在发动机3启动时对SR 马达2进行励磁而设有励磁电源10。
在电压变换器8与励磁电源IO之间串联连接有二极管11及继电 器12。 二极管11在SR电容器7的电压变得大于励磁电源10的电压 时切断励磁电源IO。另外，继电器12通过接通或断开动作控制励磁 电源10的接入或切断。
PM马达4与PM逆变器13连接。PM逆变器13与由薄膜电容 器构成的PM电容器14并联连接。在PM电容器14上并联连接有电 压变换器8。
在SR马达2与SR驱动器6之间串联连接有电流传感器15。另 外，在PM马达4与PM逆变器13之间串联连接有电流传感器16。 在电容器5、 SR电容器7、 PM电容器14、电容器85及86上分别并联连接有作为电压传感器的电压计17、 18、 19、 89及卯。在电 容器5上连接有绝缘传感器20。
电压控制装置1包括作为控制机构的控制器21。控制器21具有: 进行液压挖掘机100的车体控制的车体控制部22、通过控制SR驱动 器6来对SR马达2的速度及扭矩进行控制的SR马达控制部23、通 过控制PM逆变器13来对PM马达4的速度进行控制的PM马达控 制部24、进行电压变换器8的控制的电压变换器控制部25、控制接 触器9的接通或断开的接触器控制部26。
图4是表示控制器21的控制的框线图。控制器21的车体控制部22 具有生成发动机3及SR马达2的动作指令的动力管理部221和生成PM 马达4的动作指令的回旋操作部222，进行基于电容器5的电压和操作 员对操作杆Lv的操作的车体控制。动力管理部221根据电容器5的电 压、操作杆Lv的操作状态及从回旋操作部222送来的回旋动作状态生 成发动机转速指令并向发动机3输出，另一方面，生成SR马达2的速 度指令及扭矩指令并向SR马达控制部23输出。另外，回旋操作部222 根据电容器5的电压和杆操作状态生成PM马达4的速度指令并向PM 马达控制部24输出。
SR马达控制部23利用从车体控制部22输出的速度指令及扭矩指 令、SR马达2的转速及电压变换器8输出的直流电压生成SR马达2的动 作指令并向SR驱动器6输出。
PM马达控制部24利用从车体控制部22输出的PM马达4的速度指 令、PM马达4的转速及电压变换器8输出的直流电压生成PM马达4的 动作指令并向PM逆变器13输出。
电压变换器控制部25基于电压变换器8输出的直流电压、SR马达 控制部23输出的SR马达2的动作指令、PM马达控制部24输出的PM马 达4的动作指令、电压变换器8内部的变压器温度及IGBT温度生成直 流电压指令并向电压变换器8输出。
图5是电压变换器控制部25输出的直流电压指令的计算流程。电 压变换器控制部25基于从SR马达控制部23输出的SR马达动作指令和 从PM马达控制部24输出的PM马达动作指令生成直流电压指令V0、在以下的说明中，设SR马达2及PM马达4的额定电压为550 (V)。 另外，电容器5的容量被选定为电容器电压Vcap的变动范围在标准的 动作时为150 300 (V)。此外，该电容器电压Vcap的变动范围及以 下所示的数值终究只是一例，本实施方式并不由上述数值限定。
首先，电压变换器控制部25将获取的电容器电压Vcap的2倍的量 (2Vcap)作为直流电压指令的第一候补值V(^(0)而算出(步骤S1)。 该第一候补值V(^(0)二2Vcap是在无负载状态下AC耦合双向DC-DC 转换器81的器件总损失为最小的电压、即在无负载状态下AC耦合双 向DC-DC转换器的效率为最大的电压。在此所说的"器件总损失"包 括各IGBT的导通损失、变压器84的电阻(包括直流电阻、集肤效应、 涡电流损等的交流电阻)，与流经变压器84的电流的大小成比例。
图6是表示作为电压变换器8应用上述的AC耦合双向DC-DC转换 器且SR马达2及PM马达4的额定电力为550 (V)时的与电容器电压 Vcap相对应的电压变换器8的输出V0与器件总损失的关系图。在图6 中可知，以相同输出作比较时，电容器电压Vcap为275 (=550 / 2) (V)时器件总损失最小。这是因为，在直流电压V0为V0二2Vcap的 情况下，与V0^2Vcap的情况相比流经变压器84的电流变小，且器件 总损失变小(在没有进行SR马达2与电容器5的电力交换时，流经变 压器84的电流理想情况下为零)。此外，本实施方式中，由于将变压 器84的线圈84a与84b的绕组比设成了l比l，所以在满足V(^二2Vcap 的情况下AC耦合双向DC-DC转换器81的效率为最大，不过，在更一 般的绕组比的情况下，AC耦合双向DC-DC转换器81的损失达到最小 的电压V(^与电容器电压Vcap成比例，其比例系数根据绕组比来确 定。
电压变换器控制部25利用获取的电容器电压Vcap还进行上述步 骤S1以外的运算。具体而言，电压变换器控制部25通过两个不同的 计算方法分别求出用于确定输出电压的候补值的两个辅助候补值 V0*(1)、 V0^(2)后，将其中的最小值作为V(^(3)输出。
首先，对第一计算方法进行说明。电压变换器控制部25根据电容 器电压Vcap的值计算用于确定直流电压指令的第一辅助候补值V0*(1)(步骤S2)。图7是表示该计算中参照的电容器电压Vcap与第一 辅助候补值VC^(1)的关系的图。该图所示的曲线Ll在Vcap为180 (V) 以上时作为第一辅助候补值V0V1)取额定电压550 (V)，但在Vcap低 于180 (V)时，第一辅助候补值V0Y1)逐渐降低。
图8是表示电容器电压Vcap与电压变换器8的最大输出P0max的 关系的图。该图所示的曲线L2 (由实线表示)表示不依赖于电容器电 压Vcap而将第一辅助候补值V(^(1)以550 (V)设定成恒定时的电容 器电压Vcap与电压变换器8的最大输出P0max的关系。曲线L2中，随 着电容器电压Vcap的降低，最大输出POmax逐渐降低。
与此相对，图8的曲线L3 (由虚线表示)是表示在Vcap《180 (V)的范围内使第一辅助候补值V(^(1)如图7所示的曲线L1那样 变化时的电容器电压Vcap与电压变换器8的最大输出POmax的关系 的曲线。此外，曲线L3在Vcap》180 (V)的范围内与曲线L2—致。 从图8明确可知，对于曲线U而言，在Vcap《180 (V)的范围内， 最大输出POmax的降低相比曲线L2受到抑制。因此，电容器电压 Vcap即便是通常动作的电压变动范围(150 300 (V))中的最小值 附近的电压值，作为最大输出POmax也能够得到一定程度的大小。
对于电压控制装置l而言，在高负载运转时等情况下，若电容器 电压Vcap降低则电压变换器8的内部温度上升。为此，本实施方式中， 通过抑制电压变换器8的输出电压，产生保护下侧逆变器82及上侧逆 变器83且负载少的电压指令。这样一来，通过在电容器电压Vcap低的 区域内使电压变换器8的效率最优先，结果使电压控制装置l整体能够 提高效率。
图8中，作为电容器电压Vcap，使用的是实际的测量值中通过 了 100 (msec)左右的滤波器的值。这是为了防止在电容器电压Vcap 的变动急剧的情况下AC耦合双向DC-DC转换器81输出的直流电压 VO的变动变大、电压控制发生振荡。
此外，图8所示的电容器电压Vcap与最大输出POmax的关系终 究只是一例，还会因电压控制装置1的负载的性能(挙動)、SR马达 2及PM马达4的额定电压等条件而不同。接着，对第二计算方法进行说明(步骤S3 S4)。电压变换器控
制部25基于电压变换器8的内部温度和电容器电压Vcap计算用于确 定直流电压指令的第二辅助候补值V012)。本实施方式中，作为电压 变换器8的内部温度，IGBT温度传感器87及变压器温度传感器88 分别测定规定的IGBT的温度Tigbt及变压器84的温度Ttr。此外， IGBT及变压器84的温度是通过将温度传感器安装在适当的位置而 测定的。
步骤S3中，电压变换器控制部25计算与获取的IGBT温度Tigbt 对应的输出电压的最小值Vlo(igbt)(步骤S3)。图9是表示电压变换 器控制部25参照的IGBT温度Tigbt与输出电压的最小值Vlo(igbt) 的关系的图。对于该图所示的曲线L4而言，在IGBT温度Tigbt为 70 (°C)以下的情况下，最小值Vlo(igbt)为马达额定电压550 (V)， 但若IGBT温度Tigbt超过70 (°C )，则最小值Vlo(igbt)开始减小， 在IGBT温度为90。C时达到最小值300 (V)。此外，IGBT温度Tigbt 与输出电压的最小值Vlo(igbt)的关系作为能够防止过热对IGBT的元 件破坏的关系，根据IGBT的元件的额定性能(定格)等的条件来确 定，图9所示的曲线L4只不过是一例。
电压变换器控制部25还计算与获取的变压器温度Ttr对应的输出 电压的最小值Vlo(tr)(步骤S4)。图10是表示电压变换器控制部25所 参照的变压器温度Ttr与输出电压的最小值Vlo(tr)的关系的图。该图所 示的曲线L5在变压器温度Ttr为100rC)以下的情况下，最小值Vlo(tr) 为马达额定电压550 (V)，但在变压器温度Ttr超过lOO (°C)时，最 小值Vlo(tr)开始减小，在变压器温度为130rC)时达到最小值300(V)。 此外，变压器温度Ttr与输出电压的最小值Vlo(tr)的关系作为能够防止 变压器84的过热所造成的绝缘破坏的关系，根据变压器84的绕组的绝 缘种类等条件来确定，图10所示的曲线L5只不过是一例。
接着，电压变换器控制部25将在步骤S3、 S4中分别求出的 Vlo(igbt)、 Vlo(tr)中的最小值作为Vlo (步骤S5)。
此外，本实施方式中，说明了作为电压变换器8的内部温度使用 IGBT温度Tigbt和变压器温度Ttr的情况，不过，也可以仅使用上述温度中的任一个来求出Vlo。
然后，电压变换器控制部25使用在步骤S5中设定的最小值Vlo 计算第二辅助候补值V0*(2)(步骤S6)。图11是表示电压变换器控 制部25所参照的电容器电压Vcap与第二辅助候补值V(^(2)的关系 的图。该图所示的直线L6在电容器电压Vcap为150(V)时为V0*(2) =Vlo。另外，第二辅助候补值丫0*(2)随着电容器电压Vcap变大而 线性增加，在Vcap二275 (V)时达到最大值550 (V)。特别是，在 Vlo = 300 (V)时，直线L6满足V(^(2)二2Vcap。通常，直线L6为 Vlo》300 (V)，所以始终满足V0515(2)》2Vcap。
电压变换器控制部25将在步骤S2中求出的第一辅助候补值V011) 与在步骤S6中求出的第二辅助候补值V(^(2)作比较，并将小的一方确 定为输出电压的直流电压指令的第二候补值VC^(3)(步骤S7)。
电压变换器控制部25根据SR马达2及PM马达4的驱动状况选择 第一候补值V0，)及第二候补值V0V3)中的任一个，并将该选择的候 补值作为直流电压指令V(^向电压变换器8输出(步骤S8)。具体而言， 电压变换器控制部25在SR马达2及PM马达4停止过程中即无负载状 态的情况下，将第一候补值VO、0)作为直流电压指令VO、而在SR马 达2及PM马达4中的至少一方处于驱动中的情况下，将第二候补值 V(^(3)作为直流电压指令V0、图5中示出了SR马达2及PM马达4中的 至少一方处于驱动中，第二候补值V0气3)被选择作为直流电压指令 V(^的情况。
对于例如斩波式DC-DC转换器那样以往的电压变换器而言，公 知的是一次侧电压(相当于电容器电压Vcap)越大电压变换器的效 率越高。另外，对于以往的电压变换器而言，与一次侧电压的变化相 对应的电压变换器的效率的变化不如AC耦合双向DC-DC转换器那 样大。因此，即便想要控制电压变换器的效率，在效率提高方面也存 在限度。与之相对，本实施方式中应用的AC耦合双向DC-DC转换 器81的效率根据一次侧电压的变化而显著变化，所以通过进行设定 最佳值的控制，能够显著提高系统的效率。
根据以上说明的本发明的一实施方式，在作为蓄电池的电容器与逆变器之间设置将电容器电压升压并向逆变器输出的AC耦合双向
DC-DC转换器，基于具有与电容器电压相对应的值的AC耦合双向 DC-DC转换器的效率进行确定直流电压的控制，所以即使作为负载 侧的蓄电池利用大容量电容器，也能够以使AC耦合双向DC-DC转 换器的效率达到最佳的方式确定直流电压。因而，即使在与逆变器连 接的负载大且电容器电压的变动大的情况下，也能够提高系统整体的 效率。
另外，根据本实施方式，电压变换器自身的损失少，所以能够抑 制电压变换器内部的温度上升，防止因温度上升而造成的IGBT的元 件破坏及变压器的绝缘破坏，并保护内部部件。因而，不会破坏基于 电压变换器的电力交换，能够实现系统的顺畅的持续动作。
进而，根据本实施方式，根据电容器电压使用电压变换器的效率 高的动作区域，由此能够减少损失，改善燃料消耗率。 (变形例)
本实施方式的电压控制方法中，电压变换器控制部25在步骤S2 中所参照的电容器电压Vcap与第一辅助候补值V(^(l)的关系不应限 定于图7所示的曲线Ll。图12是表示在步骤S2中参照的电容器电 压Vcap与第一辅助候补值VO，l)的关系的图。图U所示的曲线L7 以第一辅助候补值V(^(l)根据电容器电压Vcap在规定的范围(图12 中为500 550 (V))内变化的方式设定。该范围的选取方式基于马 达额定电压来确定，以根据电容器电压Vcap的变化电压变换器8的 效率达到基本恒定、或电压变换器8的效率变高的方式设定。
以下，说明曲线L7的设定方法的一例。图13是表示输出电压V(^ 为550 (V)时的电压变换器8的输出与效率的关系的图。电压变换器 8如上所述，输出电压V(^为电容器电压的2倍时效率最高。为此，在 将第一辅助候补值V0、1)在500 550 (V)的范围内进行设定时，任 意的电容器电压Vcap与输出电压V(^的关系视作大体上与图13所示 的关系相似。例如，V0* = 500 (V)时，图13所示的275 (V)的曲 线视作Vcap二V(^ / 2=250 (V)的线。另外，V0* = 520 (V)时， 图13所示的275 (V)的曲线视作Vcap二VOV 2 = 260 (V)的线。这样一来，生成输出电压V(^处于500 550 (V)的范围时的电 压变换器8的输出与效率的全部关系，并按照规定的规则生成根据电 容器电压Vcap的变化(150 300 (V))电压变换器8的效率达到基 本恒定、或相对于电压的变动电压变换器8的效率始终良好这样的曲 线，由此得到曲线L7。
至此，详述了用于实施本发明的最佳方式，不过，本发明并不由 上述一实施方式限定。例如，本发明中，与发动机连接的马达也可以 是SR马达以外的马达，例如可以是PM马达。该情况下，不需要励磁 电源。
另外，本发明当然也能够应用在液压挖掘机以外的建筑机械中， 还能够应用在建筑机械以外的各种类型的混合动力车辆中。
此外，本发明中，与电压变换器连接的负载也可以是马达以外的 装置。
这样，本发明还包括此处未记载的各种实施方式等，能够在不脱 离由权利要求确定的技术思想的范围内实施各种设计变更等。 产业上的可利用性
如上所述，本发明在驱动轴相互连接的发动机及马达作为驱动源 的混合动力车辆中有效，特别适合于负载变动大的混合动力建筑机
权利要求
1.一种电压控制装置，其特征在于，包括电容器，其向规定的负载供给电力；逆变器，其与所述负载连接；AC耦合双向DC-DC转换器，其包括直流端子被加极性串联连接的两个电压型逆变器、及将所述两个电压型逆变器的交流端子AC耦合且具有规定的泄漏电感的变压器，所述两个电压型逆变器之一与所述电容器并联连接，并向所述逆变器输出将所述电容器的电容器电压升压后的直流电压；控制机构，其基于具有与所述电容器电压相对应的值的所述AC耦合双向DC-DC转换器的效率，生成并输出所述直流电压的指令值。
2. 根据权利要求l所述的电压控制装置，其特征在于，在所述电容器电压取规定的范围的值时，所述控制机构使所述直流电 压的指令值不依赖于所述电容器电压而设为恒定，在所述电容器电压取所述范围外的值时，所述控制机构将所述直流电 压的指令值设为与所述恒定值相比使所述AC耦合双向DC-DC转换器的效 率变好的值。
3. 根据权利要求l所述的电压控制装置，其特征在于， 所述控制机构使所述直流电压的指令值根据所述电容器电压在规定的范围内变化。
4. 根据权利要求1 3中任一项所述的电压控制装置，其特征在于， 所述控制机构在生成所述直流电压的指令值时，使用与所述AC耦合双向DC-DC转换器的内部温度相对应地确定的候补值。
5. 根据权利要求4所述的电压控制装置，其特征在于， 所述电压型逆变器具有多个开关元件，所述AC耦合双向DC-DC转换器的内部温度是所述多个开关元件中的 任一个的温度及/或所述变压器的温度。
6. 根据权利要求1 5中任一项所述的电压控制装置，其特征在于， 所述控制机构将无负载状态下的所述直流电压的指令值设为与所述电容器电压成比例的电压。
7. 根据权利要求6所述的电压控制装置，其特征在于， 所述负载为马达。
8. —种电压控制方法，是包括如下装置的系统的电压控制方法，所 述装置为电容器，其向规定的负载供给电力；逆变器，其与所述负载连接；AC耦合双向DC-DC转换器，其包括直流端子被加极性串联连接的两 个电压型逆变器、及将所述两个电压型逆变器的交流端子AC耦合且具有规定的泄漏电感的变压器，所述两个电压型逆变器之一与所述电容器并联 连接，并向所述逆变器输出将所述电容器的电容器电压升压后的直流电 压，所述电压控制方法的特征在于，基于具有与所述电容器电压相对应的值的所述AC耦合双向DC-DC转 换器的效率，生成并输出所述直流电压的指令值。
9. 根据权利要求8所述的电压控制方法，其特征在于， 在所述电容器电压取规定的范围的值时，使所述直流电压的指令值不依赖于所述电容器电压而为恒定，在所述电容器电压取所述范围外的值时，将所述直流电压的指令值设 为与所述恒定值相比使所述AC耦合双向DC-DC转换器的效率变好的值。
10. 根据权利要求8所述的电压控制方法，其特征在于， 使所述直流电压的指令值根据所述电容器电压在规定的范围内变化。
11. 根据权利要求8 10中任一项所述的电压控制方法，其特征在于， 在生成所述直流电压的指令值时，使用与所述AC耦合双向DC-DC转换器的内部温度相对应地确定的候补值。
全文摘要
本发明提供一种在作为蓄电池的电容器的电压变动大的情况下也能够提高系统整体的效率的电压控制装置及电压控制方法。所述电压控制装置包括向规定的负载供给电力的电容器；与负载连接的逆变器；包括直流端子被加极性串联连接的两个电压型逆变器及将两个电压型逆变器的交流端子AC耦合且具有规定的泄漏电感的变压器，并且两个电压型逆变器之一与电容器并联连接，向逆变器输出将电容器的电容器电压升高了的直流电压的AC耦合双向DC-DC转换器；基于具有与电容器电压相对应的值的AC耦合双向DC-DC转换器的效率，生成并输出直流电压的指令值的控制机构。
文档编号H02P9/14GK101606309SQ20088000472
公开日2009年12月16日 申请日期2008年2月14日 优先权日2007年2月16日
发明者佐藤知久 申请人:株式会社小松制作所