Патент на изобретение №2397592

(54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ СИСТЕМУ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах питания транспортных средств. Технический результат состоит в повышении эффективности управления температурой модулей накопления энергии. Система электропитания, имеющая множество модулей накопления энергии, каждый из которых является перезаряжаемым, содержит шину питания, электрически соединяющую нагрузочное устройство и систему электропитания. Множество модулей преобразователей расположены между множеством модулей накопления энергии и шиной питания соответственно. Каждый из них выполнен с возможностью управления зарядом/разрядом соответствующего модуля накопления энергии. Имеется средство получения температуры из множества модулей накопления энергии. Средство определения целевого значения мощности определяет целевое значение мощности для каждого из множества модулей накопления энергии посредством распределения требуемого значения мощности от нагрузочного устройства в соответствии с температурами множества модулей накопления энергии, полученными средством получения температуры. Средство управления преобразователями управляет множеством модулей преобразователей в соответствии с целевым значением мощности, определяемым средством определения целевого значения мощности. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе электропитания, имеющей множество модулей накопления энергии, к транспортному средству, оснащенному такой системой, и к способу управления системой электропитания. В частности, настоящее изобретение относится к методике управления зарядом/разрядом электроэнергии в каждом из модулей накопления энергии с учетом перепада температур между модулями накопления энергии.

Уровень техники

В последнее время, с учетом вопросов защиты окружающей среды, транспортные средства, использующие электродвигатели в качестве источников приведения в движение, такие как электромобили, гибридные транспортные средства и транспортные средства на топливных элементах, привлекают повышенное внимание. Такое транспортное средство оснащено перезаряжаемым модулем накопления энергии для подачи мощности в электродвигатель и для преобразования кинетической энергии в электроэнергию и накопления ее во время рекуперативного торможения.

В транспортном средстве, имеющем электродвигатель в качестве источника приведения в движение, как описано выше, источник питания большей емкости желателен для того, чтобы улучшать рабочие характеристики, такие как характеристика приемистости и пробег в милях на одной зарядке. В качестве способа повышения емкости источника питания предложено использование множества модулей накопления энергии.

Например, в патенте США 6608396 раскрыта система управления мощностью электродвигателя, обеспечивающая требуемый высокий уровень постоянного напряжения в высоковольтной системе электротяги транспортного средства. Система управления мощностью электродвигателя включает в себя множество силовых каскадов для обеспечения мощности постоянного тока в, по меньшей мере, одном инверторе, при этом каждый каскад включает в себя аккумулятор и входной регулировочный преобразователь постоянного напряжения и разведен параллельно; и контроллер, управляющий множеством силовых каскадов таким образом, что аккумуляторы множества силовых каскадов равномерно заряжаются/разряжаются, посредством чего напряжение аккумулятора в, по меньшей мере, одном инверторе поддерживается посредством множества силовых каскадов.

С другой стороны, модуль накопления энергии, реализованный, например, посредством химического аккумулятора, накапливает электроэнергию с помощью электрохимической реакции и, как следствие, его характеристика заряда/разряда очень сильно подвержена влиянию температуры. В общем, характеристика заряда/разряда имеет тенденцию понижаться при более низкой температуре, тогда как износ аккумулятора протекает быстрее при более высокой температуре. Следовательно, необходимо управлять температурой модуля накопления энергии, установленного на транспортном средстве, таким образом, чтобы она поддерживалась в пределах заданного диапазона температур. Следовательно, модуль накопления энергии, установленный на транспортном средстве, зачастую подготавливается как сборка, включающая в себя охлаждающий вентилятор.

Когда множество модулей накопления энергии должны быть установлены на транспортном средстве, тем не менее структура такой сборки может приводить к варьированию эффективности охлаждения между модулями накопления энергии. Как результат, даже если модули накопления энергии изготовлены так, чтобы иметь одинаковое номинальное значение и мощность заряда/разряда друг с другом, температура по-прежнему может варьироваться между модулями накопления энергии. В частности, охлаждение одного модуля накопления энергии может быть относительно чрезмерным и температура модуля может снижаться, или охлаждение одного модуля накопления энергии может быть относительно недостаточным и температура модуля может повышаться.

Система управления мощностью электродвигателя, раскрытая в патенте США 6608396, вообще не рассматривает температуры аккумуляторов (модулей накопления энергии) и, следовательно, изменение температуры среди множества модулей накопления энергии не может быть исключено.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение разработано для решения вышеописанной проблемы, и его задачей является создание системы электропитания, обеспечивающей эффективное управление температурой модулей накопления энергии как единого целого посредством выравнивания температуры модулей накопления энергии при удовлетворении требуемому значению мощности от нагрузочного устройства, транспортного средства, оснащенного системой, и способа управления такой системой.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения создана система электропитания, имеющая множество модулей накопления энергии, каждый из которых является перезаряжаемым. Система электропитания включает в себя шину питания, электрически соединяющую нагрузочное устройство и систему электропитания; множество модулей преобразователей, расположенных между множеством модулей накопления энергии и шиной питания соответственно, каждый из которых выполнен с возможностью управления зарядом/разрядом соответствующего модуля накопления энергии; средство получения температуры для получения температуры каждого из множества модулей накопления энергии; средство определения целевого значения мощности для определения целевого значения мощности для каждого из множества модулей накопления энергии посредством распределения требуемого значения мощности от нагрузочного устройства в соответствии с температурами множества модулей накопления энергии, полученными средством получения температуры; и средство управления преобразователями для управления множеством модулей преобразователей в соответствии с целевым значением мощности, определяемым средством определения целевого значения мощности.

Согласно настоящему изобретению целевое значение мощности для каждого из множества модулей накопления энергии определяется как требуемое значение мощности от нагрузочного устройства, распределяемой в соответствии с температурой множества модулей накопления энергии. Множество модулей преобразователей управляются таким образом, что заряд/разряд осуществляется в каждом из множества модулей накопления энергии в соответствии с надлежащим целевым значением мощности. Следовательно, из этого вытекает, что целевое значение мощности представляет собой дистрибутивную долю требуемого значения мощности. Соответственно, когда система рассматривается как единое целое, требуемое значение мощности от нагрузочного устройства удовлетворяется. В то же самое время, посредством надлежащего распределения целевого значения мощности, неравномерность температуры между модулями накопления энергии может быть исключена, используя резистивное тепловыделение, ассоциативно связанное с зарядом/разрядом. Как результат, требуемое значение мощности от нагрузочного устройства может быть удовлетворено при достижении равномерной температуры между модулями накопления энергии, посредством чего реализуется эффективное управление температурой модулей накопления энергии как единого целого.

Предпочтительно, средство определения целевого значения мощности определяет целевое значение мощности таким образом, что коэффициент распределения требуемого значения мощности становится меньшим для модуля накопления энергии, температура которого относительно высокая по сравнению с другим модулем накопления энергии.

Предпочтительно, средство определения целевого значения определяет для модуля накопления энергии с высокой температурой, перепад температуры которого относительно другого модуля накопления энергии не ниже заданного порогового значения, соответствующее целевое значение мощности как практически нулевое.

Предпочтительно, система электропитания в соответствии с настоящим аспектом дополнительно включает в себя средство получения оценки состояния для получения оценки состояния, представляющей состояние заряда каждого из множества модулей накопления энергии. Средство определения целевого значения мощности определяет целевое значение мощности для каждого из множества модулей накопления энергии в соответствии с оценками состояния множества модулей накопления энергии, полученными посредством средства получения оценки состояния, в дополнение к температурам множества модулей накопления энергии.

Предпочтительно, средство определения целевого значения мощности определяет для модуля накопления энергии, имеющего относительно высокое состояние заряда по сравнению с другим модулем накопления энергии, целевое значение мощности таким образом, что коэффициент распределения требуемого значения мощности становится большим, когда мощность подается из системы электропитания в нагрузочное устройство, и коэффициент распределения требуемого значения мощности становится меньшим, когда мощность подается из нагрузочного устройства в систему электропитания.

Более предпочтительно, каждый из множества модулей накопления энергии реализован посредством ионно-литиевого аккумулятора.

Предпочтительно, множество модулей накопления энергии размещаются в одном корпусе.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения создана система электропитания, имеющая множество модулей накопления энергии, каждый из которых является перезаряжаемым. Система электропитания включает в себя шину питания, электрически соединяющую нагрузочное устройство и систему электропитания; множество модулей преобразователей, расположенных между множеством модулей накопления энергии и шиной питания соответственно, каждый из которых выполнен с возможностью управления зарядом/разрядом соответствующего модуля накопления энергии; модуль определения температуры аккумулятора для получения температуры каждого из множества модулей накопления энергии; и модуль управления для управления множеством модулей преобразователей. Модуль управления распределяет требуемое значение мощности от нагрузочного устройства в соответствии с температурами множества модулей накопления энергии, полученными модулем определения температуры аккумулятора, определяет целевое значение мощности для каждого из множества модулей накопления энергии и управляет множеством модулей преобразователей в соответствии с определяемыми целевыми значениями мощности.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения создано транспортное средство, которое включает в себя систему электропитания, описанную выше, и модуль генерирования движущей силы, принимающий электропитание от системы электропитания и генерирующий движущую силу.

Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения создан способ управления системой электропитания, имеющей множество модулей накопления энергии, каждый из которых является перезаряжаемым. Система электропитания включает в себя шину питания, электрически соединяющую нагрузочное устройство и систему электропитания, и множество модулей преобразователей, расположенных между множеством модулей накопления энергии и шиной питания соответственно, каждый из которых выполнен с возможностью управления зарядом/разрядом соответствующего модуля накопления энергии. Способ управления включает в себя этап получения температуры для получения температуры каждого из множества модулей накопления энергии; этап определения целевого значения мощности для определения целевого значения мощности для каждого из множества модулей накопления энергии посредством распределения требуемого значения мощности от нагрузочного устройства в соответствии с температурами множества модулей накопления энергии, полученными на этапе получения температуры; и этап управления преобразователями для управления множеством модулей преобразователей в соответствии с целевым значением мощности, определяемым на этапе определения.

Согласно настоящему изобретению может быть реализована система электропитания, обеспечивающая эффективное управление температурой модулей накопления энергии как единого целого посредством выравнивания температуры модулей накопления энергии при удовлетворении требуемому значению мощности от нагрузочного устройства, транспортное средство, оснащенное системой, и способ управления такой системой.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 – схематичный вид конфигурации основной части транспортного средства, оснащенного системой электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 – схематичный вид модуля преобразователя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.3 – иллюстрация, схематично показывающая структуру сборки модуля накопления энергии в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 – блок-схема, показывающая управляющую структуру в электронном блоке управления (ЭБУ) преобразователя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг 5A-5D – блок-схемы, показывающие логику определения в модуле определения целевого значения мощности, показанном на фиг.4;

фиг.6 – график, иллюстрирующий соотношение распределения целевых значений мощности в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.7 – блок-схема последовательности операций, показывающая этапы способа управления в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.8 – основная часть управляющей структуры ЭБУ преобразователя в соответствии с первой модификацией варианта осуществления настоящего изобретения;

фиг.9 – основная часть управляющей структуры ЭБУ преобразователя в соответствии со второй модификацией варианта осуществления настоящего изобретения; и

фиг.10 – основная часть управляющей структуры ЭБУ преобразователя в соответствии с третьей модификацией варианта осуществления настоящего изобретения.

Наилучший способ осуществления изобретения

Далее подробно описывается предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи. На чертежах одинаковые или соответствующие части обозначаются одинаковыми ссылочными позициями, и их описание не повторяется.

На фиг.1 схематично показана конфигурация основной части транспортного средства 100, оснащенного системой 1 электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Со ссылкой на фиг.1, в настоящем варианте осуществления описывается конфигурация, в которой происходит обмен мощностью в/от модуля 3 генерирования движущей силы для генерирования силы для приведения транспортного средства 10 как примера нагрузочного устройства. Транспортное средство 100 движется по мере того, как движущая сила, генерируемая посредством модуля 3 генерирования движущей силы, принимающего электроэнергию, подаваемую из системы 1 электропитания, передается на колеса (не показаны).

В настоящем варианте осуществления описывается система 1 электропитания, имеющая два модуля накопления энергии в качестве примера множества модулей накопления энергии. Система 1 электропитания обменивается мощностью постоянного тока с модулем 3 генерирования движущей силы через главную положительную шину MPL и главную отрицательную шину MNL.

Модуль 3 генерирования движущей силы включает в себя инверторы (INV) 30-1 и 30-2, первый электродвигатель-генератор (MG1) 34-1 и второй электродвигатель-генератор (MG2) 34-2 и генерирует движущую силу в ответ на команды PWM1 и PWM2 на переключение от управляющего электронного блока управления (ЭБУ) 32 в качестве модуля управления.

Электродвигатели-генераторы 34-1 и 34-2 генерируют вращательную движущую силу при приеме мощности переменного тока, подаваемой из модулей 30-1 и 30-2 преобразователя соответственно, и генерируют мощность переменного тока при приеме внешней вращательной движущей силы. В качестве примера, электродвигатели-генераторы 34-1 и 34-2 являются трехфазными вращающимися электрическими машинами переменного тока, имеющими ротор с встроенным постоянным магнитом. Электродвигатели-генераторы 34-1 и 34-2 соединены с механизмом передачи энергии 36 соответственно и передают генерируемую движущую силу на колеса (не показаны) через ведущий вал 38.

Модули 30-1 и 30-2 преобразователя соединены параллельно с главной положительной шиной MPL и главной отрицательной шиной MNL и выполняют преобразование мощности между системой 1 электропитания и электродвигателями-генераторами 34-1 и 34-2 соответственно. В качестве примера, модули 30-1 и 30-2 преобразования реализованы посредством мостовой схемы, включающей в себя переключающие элементы трех фаз, и выполняют операции переключения (операции размыкания и замыкания цепи) в соответствии с командами PWM1 и PWM2 на переключение, принимаемыми от управляющего ЭБУ 32 соответственно, чтобы генерировать мощность трехфазного переменного тока.

Когда модуль 3 генерирования движущей силы применяется к гибридному транспортному средству, электродвигатели-генераторы 34-1 и 34-2 также механически соединены с двигателем (не показан) посредством механизма 36 передачи энергии или ведущего вала 38. Управляющий ЭБУ 32 выполняет управление таким образом, что движущая сила, генерируемая посредством двигателя, и движущая сила, генерируемая посредством электродвигателей-генераторов 34-1 и 34-2, достигает оптимального отношения. При использовании на гибридном транспортном средстве можно применять электродвигатель-генератор, выступающий исключительно в качестве электродвигателя, и другой электродвигатель-генератор, выступающий исключительно в качестве генератора.

Управляющий ЭБУ 32 выполняет программу, сохраненную заранее, посредством которой целевые крутящие моменты и целевые скорости вращения электродвигателей-генераторов 34-1 и 34-2 вычисляются на основе сигналов, передаваемых от различных датчиков, состояния движения, соотношения изменения положения педали акселератора, сохраненной карты и т.п. Затем управляющий ЭБУ 32 генерирует и применяет к модулю 3 генерирования движущей силы команды PWM1 и PWM2 на переключение таким образом, что крутящие моменты и скорости вращения электродвигателей-генераторов 34-1 и 34-2 достигают вычисленных целевых крутящих моментов и целевых скоростей вращения соответственно.

Дополнительно, управляющий ЭБУ 32 вычисляет и выводит в систему 1 электропитания требуемое значение Ps* мощности, которое должно быть потреблено или генерировано посредством модуля 3 генерирования движущей силы, на основе вычисленных целевых крутящих моментов и целевых скоростей вращения. Управляющий ЭБУ 32 переключается между инструкциями, чтобы подавать мощность (положительное значение) из системы 1 электропитания в модуль 3 генерирования движущей силы, и инструкциями, чтобы подавать мощность (отрицательное значение) из модуля 3 генерирования движущей силы в систему 1 электропитания посредством изменения знака требуемого значения Ps* мощности.

Система 1 электропитания включает в себя сглаживающий конденсатор C, модуль 18 определения напряжения питания, модули преобразователей (CONV) 8-1 и 8-2, модули 6-1 и 6-2 накопления энергии, модули 10-1 и 10-2 определения тока аккумулятора, модули 12-1 и 12-2 определения напряжения аккумулятора, модули 14-1 и 14-2 определения температуры аккумулятора, ЭБУ 14 аккумулятора и ЭБУ 2 преобразователя.

Сглаживающий конденсатор C подключен между главной положительной шиной MPL и главной отрицательной шиной MNL и уменьшает пульсирующий компонент (компонент переменного тока), включенный в мощность, подаваемую из модулей 8-1 и 8-2 преобразователя.

Модуль 18 определения напряжения питания подключен между главной положительной шиной MPL и главной отрицательной шиной MNL, определяет напряжение Vh питания в модуле 3 генерирования движущей силы и выводит определенный результат в ЭБУ 2 преобразователя.

Модули 8-1 и 8-2 преобразователей обеспечивают управление зарядом/разрядом соответствующего модуля 6-1 и 6-2 накопления энергии, соответственно. В частности, модули 8-1 и 8-2 преобразователей выполняют операцию преобразования напряжения (операцию ступенчатого повышения/понижения) между соответствующими модулями 6-1, 6-2 накопления энергии и главной положительной и отрицательной шинами MPL и MNL соответственно, посредством чего управляют зарядом/разрядом модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии. В частности, когда модули 6-1 и 6-2 накопления энергии должны быть заряжены, модули 8-1 и 8-2 преобразователей понижают напряжение между главной положительной шиной MPL и главной отрицательной шиной MNL и подают мощность заряда в модули 6-1 и 6-2 накопления энергии соответственно. Когда модули 6-1 и 6-2 накопления энергии должны быть разряжены, модули 8-1 и 8-2 преобразователей повышают напряжение аккумуляторов модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии соответственно и подают мощность разряда через главную положительную шину MPL и главную отрицательную шину MNL.

На фиг.2 схематично показана конфигурация модулей 8-1 и 8-2 преобразователей в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Согласно фиг.2 в качестве примера, модуль 8-1 преобразователя сгенерирован так, чтобы включать в себя двунаправленную цепь прерывателя, и он реализован посредством цепи 40-1 прерывателя и сглаживающего конденсатора C1.

Цепь 40-1 прерывателя выборочно выполняет операцию ступенчатого повышения и операцию ступенчатого понижения в соответствии с командой PWC1A переключения на нижнюю ветвь и командой PWC1B переключения на верхнюю ветвь, включенную в команду PWC1 на переключение. Цепь 40-1 прерывателя включает в себя положительную шину LN1A, отрицательную шину LN1C, шину LN1B, транзисторы Q1A и Q1B в качестве переключающих элементов, диоды D1A и D1B и индуктор L1.

Положительная шина LN1A имеет один конец, подключенный к коллектору транзистора Q1B, и другой конец, подключенный к главной положительной шине MPL.

Дополнительно, отрицательная шина LN1C имеет один конец, подключенный к отрицательной клемме модуля 6-1 накопления энергии (см. фиг.1), и другой конец, подключенный к главной отрицательной шине MNL.

Транзисторы Q1A и Q1B подключены последовательно между положительной шиной LN1A и отрицательной шиной LN1C. Транзистор Q1B имеет коллектор, подключенный к положительной шине LN1A, и транзистор Q1B имеет эмиттер, подключенный к отрицательной шине LN1C. Между коллектором и эмиттером каждого из транзисторов Q1A и Q1B подключены диоды D1A и D1B для того, чтобы ток протекал со стороны эмиттера к стороне коллектора соответственно. Дополнительно, индуктор L1 подключен к узлу между транзисторами Q1A и Q1B.

Шина LN1B имеет один конец, подключенный к положительной клемме модуля 6-1 накопления мощности, и другой конец, подключенный к индуктору L1.

Сглаживающий конденсатор C1 подключен между шиной LN1B и отрицательной шиной LN1C и уменьшает компонент переменного тока, включенный в постоянное напряжение между шиной LN1B и отрицательной шиной LN1C.

Преобразователь 8-2 имеет аналогичную структуру и работает способом, аналогичным модулю 8-1 преобразователя, описанному выше, и поэтому его подробное описание не повторяется.

Как показано на фиг.1, модули 6-1 и 6-2 накопления энергии сгенерированы так, чтобы быть заряжаемыми/разряжаемыми посредством модулей 8-1 и 8-2 преобразователя соответственно. В качестве примера, в качестве модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии в соответствии с настоящим вариантом осуществления может использоваться химический аккумулятор, такой как ионно-литиевый аккумулятор, никель-гидридный аккумулятор или свинцовый аккумулятор, или может использоваться элемент накопления энергии, такой как электрический двухслойный конденсатор. Модули 6-1 и 6-2 накопления энергии объединены в комплект и установлены на транспортном средстве 100.

Фиг.3 схематично показывает структуру сборки модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Согласно фиг.3 модули 6-1 и 6-2 накопления энергии размещены так, чтобы перекрываться в вертикальном направлении в аккумуляторном пакете 20 в качестве общего корпуса. Дополнительно, на одной боковой поверхности аккумуляторного пакета 20 сгенерированы впускное отверстие 22 для впуска охлаждающего воздуха 24 для охлаждения модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии и выпускное отверстие 28 для выпуска отработанного воздуха 26, использованного для охлаждения модуля 6-1 и 6-2 накопления энергии. Посредством механизма нагнетательного вентилятора (не показан) поток охлаждающего воздуха генерируется из впускного отверстия 22 через модули 6-1 и 6-2 накопления энергии к выпускному отверстию 28. Модули 6-1 и 6-2 накопления энергии охлаждаются за счет теплообмена между ними и охлаждающим воздухом.

В аккумуляторном пакете 20, показанном на фиг.3, два модуля накопления энергии размещены вертикально перекрывающимся способом, и, как следствие, свободное пространство может быть сохранено, но при этом эффективность охлаждения модулей накопления энергии имеет тенденцию отличаться. В частности, охлаждающий воздух, который охладил модуль 6-1 накопления энергии, после этого подается в модуль 6-2 накопления энергии, и, следовательно, если температура аккумулятора модуля 6-1 накопления энергии является относительно высокой или если объем охлаждающего воздуха является небольшим, температура охлаждающего воздуха, подаваемого к модулю 6-2 накопления энергии, имеет тенденцию увеличиваться. Как результат, эффективность охлаждения для модуля 6-2 накопления энергии может быть ниже, чем эффективность охлаждения для модуля 6-1 накопления энергии. Такая неравномерность в температуре между модулями 6-1 и 6-2 накопления энергии исключается посредством способа в соответствии с вариантом осуществления, который описан далее.

Как показано на фиг.1, модули 10-1 и 10-2 определения тока аккумулятора вставлены на одной шине с парой линий питания, соединяющих модули 6-1 и 6-2 накопления энергии с модулями 8-1 и 8-2 преобразователя соответственно, обнаруживают токи Ib1 и Ib2 аккумулятора, связанные с вводом-выводом модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии, и выводят результаты обнаружения в ЭБУ 2 преобразователя и ЭБУ 4 аккумулятора.

Модули 12-1 и 12-2 определения напряжения аккумулятора подключены между парой линий питания, соединяющих модули 6-1 и 6-2 накопления энергии с модулями 8-1 и 8-2 преобразователя, обнаруживают напряжения Vb1 и Vb2 аккумулятора модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии и выводят результаты обнаружения в ЭБУ 2 преобразователя и ЭБУ 4 аккумулятора.

Модули 14-1 и 14-2 определения температуры аккумулятора размещены рядом с элементами аккумуляторной батареи, составляющими модули 6-1 и 6-2 накопления энергии соответственно, обнаруживают температуры Tb1 и Tb2 аккумулятора как температуры в модулях 6-1 и 6-2 накопления энергии соответственно и выводят обнаруженные результаты в ЭБУ 4 аккумулятора. Модули 14-1 и 14-2 определения температуры аккумулятора могут быть сгенерированы так, чтобы выводить на основе результатов обнаружения посредством множества чувствительных элементов, размещенных в соответствии с множеством элементов аккумуляторной батареи, формирующих модули 6-1 и 6-2 накопления энергии, репрезентативные значения, получаемые, например, путем усреднения.

ЭБУ 4 аккумулятора представляет собой контроллер, который отслеживает состояние заряда модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии. В частности, ЭБУ 4 аккумулятора принимает ток Ib1 аккумулятора, напряжение Vb1 аккумулятора и температуру Tb1 аккумулятора от модуля 10-1 определения тока аккумулятора, модуля 12-1 определения напряжения аккумулятора и модуля 14-1 определения температуры аккумулятора соответственно и вычисляет значение, представляющее состояние заряда модуля 6-1 накопления энергии (в дальнейшем также называемое “SOC (состояние заряда) 1”). Аналогично, ЭБУ 4 аккумулятора принимает ток Ib2 аккумулятора, напряжение Vb2 аккумулятора и температуру Tb2 аккумулятора и вычисляет значение, представляющее состояние заряда модуля 6-2 накопления энергии (в дальнейшем также называемое “SOC2”). Дополнительно, ЭБУ 4 аккумулятора выводит температуры Tb1 и Tb2 аккумулятора в дополнение к вычисленным SOC1 и SOC2 в ЭБУ 2 преобразователя.

Различные известные способы могут использоваться для вычисления SOC1 и SOC2. В качестве примера, значение может быть вычислено с использованием предварительного SOC, вычисленного из значения напряжения холостого хода, и скорректированного SOC, вычисленного из интегрируемых значений токов Ib1 или Ib2 аккумулятора. В частности, на основе токов Ib1 и Ib2 аккумулятора и напряжений Vb1 и Vb2 аккумулятора в этой временной точке получаются значения напряжения холостого хода модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии, а затем предварительные SOC модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии определяются из значений, соответствующих значениям напряжения холостого хода для стандартной характеристике заряда/разряда, которая измерена экспериментально заранее. Дополнительно, из интегрируемых значений токов Ib1 и Ib2 аккумулятора получаются скорректированные SOC и посредством сложения скорректированных SOC и предварительных SOC вычисляются SOC1 и SOC2.

ЭБУ 2 преобразователя представляет собой контроллер, управляющий операцией преобразования напряжения модулей 8-1 и 8-2 преобразователей так, чтобы удовлетворялось требуемое значение Ps* мощности, применяемое из модуля 3 генерирования движущей силы. В частности, ЭБУ 2 преобразователя регулирует продолжительности действия команд PWC1 и PWC2 на переключение так, чтобы значения входной/выходной мощности модулей 8-1 и 8-2 преобразователей соответствовали соответствующим целевым значениям мощности.

В частности, в настоящем варианте осуществления, чтобы подавлять неравномерность (изменение температуры) температуры аккумулятора между модулями 6-1 и 6-2 накопления энергии, ЭБУ 2 преобразователя распределяет требуемое значение Ps* мощности в соответствии с температурами Tb1 и Tb2 аккумулятора и определяет целевое значение мощности каждого из модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии. В частности, больший резистивный нагрев создается по мере того, как возрастает мощность заряда/разряда в модулях накопления энергии. Следовательно, целевая мощность определяется таким образом, что для устройства накопления энергии, необходимое возрастание температуры которого является относительно небольшим, т.е. для модуля накопления энергии, имеющего относительно высокую температуру аккумулятора по сравнению с другим модулем или модулями накопления энергии, распределение требуемого значения Ps* мощности становится меньшим. С другой стороны, целевое значение определяется таким образом, что для модуля накопления энергии, необходимое возрастание температуры которого является большим, т.е. для модуля накопления энергии, имеющего относительно низкую температуру аккумулятора по сравнению с другим модулем или модулями накопления, распределение требуемого значения Ps* мощности становится большим.

Поскольку целевые значения мощности для соответствующих модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии определяются посредством распределения требуемого значения Ps* мощности в соответствии с температурами Tb1 и Tb2 аккумулятора, требуемое значение мощности от нагрузочного устройства может быть удовлетворено. В то же самое время, для модуля накопления энергии, имеющего относительно высокую температуру аккумулятора, целевое значение мощности сделано относительно небольшим для того, чтобы можно было исключить износ, вызываемый вследствие нерегулярного увеличения температуры аккумулятора, а для модуля накопления энергии, имеющего относительно низкую температуру аккумулятора, целевое значение мощности сделано относительно большим для того, чтобы можно было исключить ухудшение рабочих характеристик заряда/разряда, вызываемое вследствие более низкой температуры аккумулятора.

Фиг.4 представляет собой блок-схему, показывающую управляющую структуру ЭБУ 2 преобразователя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг.4, управляющая структура ЭБУ 2 преобразователя включает в себя модуль 50 определения режима, модуль 52 определения целевого значения мощности, модули 62 и 72 умножения, модули 60 и 70 вычитания, модули управления PI (PI) 64 и 74 и модули модуляции (MOD) 66 и 76.

Модуль 50 определения режима определяет и инструктирует режим определения для модуля 52 определения целевого значения мощности, который описывается позже, в соответствии с температурами Tb1 и Tb2 аккумулятора модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии.

Модуль 52 определения целевого значения мощности распределяет требуемое значение Ps* мощности из модуля 3 генерирования движущей силы в соответствии с температурами Tb1 и Tb2 аккумулятора и определяет и выводит целевые значения P₁* и P₂* мощности для модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии соответственно. Модуль 52 определения целевого значения мощности определяет целевые значения P₁* и P₂* мощности в соответствии с логикой определения (которая описывается позже), выбранной в соответствии с режимом определения, инструктированным от модуля 50 определения режима.

Модуль 62 умножения умножает ток Ib1 аккумулятора и напряжение Vb1 аккумулятора и вычисляет значение P₁ фактической мощности, которая является мощностью, фактически заряженной или разряженной посредством модуля 6-1 накопления энергии.

Модуль 60 вычитания и модуль 64 управления PI составляют систему управления с обратной связью, чтобы иметь мощность заряда/разряда модуля 6-1 накопления энергии согласованной с целевым значением P₁* мощности. В частности, модуль 60 вычитания вычисляет отклонение мощности посредством вычитания значения фактической мощности P₁, выводимого из модуля 62 умножения, из целевого значения P₁* мощности, выводимого из модуля 52 определения целевого значения мощности. Модуль 64 управления PI сгенерирован так, чтобы включать в себя, по меньшей мере, пропорциональный элемент (P) и интегральный элемент (I), принимает отклонение мощности, выводимое из модуля 60 вычитания, и генерирует продолжительность Dty1 действия в соответствии с заданным пропорциональным усилением и временем интегрирования.

Модуль 66 модуляции сравнивает несущую волну, генерируемую посредством модуля колебаний (не показан), с продолжительностью Dty1 действия от модуля 64 управления PI и генерирует команду PWC1 на переключение. В соответствии с командой PWC1 на переключение, модуль 8-1 преобразователя выполняет операцию преобразования напряжения таким образом, что мощность заряда/разряда модуля 6-1 накопления энергии соответствует целевому значению P₁* мощности.

Дополнительно, модуль умножения 72 умножает ток Ib2 аккумулятора и напряжение Vb2 аккумулятора и вычисляет значение P₂ фактической мощности, которая является мощностью, фактически заряженной или разряженной посредством модуля 6-2 накопления энергии.

Модуль 70 вычитания и модуль 74 управления PI составляют систему управления с обратной связью, чтобы иметь мощность заряда/разряда модуля 6-2 накопления энергии согласованной с целевым значением P₂* мощности. В частности, модуль 70 вычитания вычисляет отклонение мощности посредством вычитания значения фактической мощности P₂, выводимого из модуля 72 умножения, из целевого значения P₂* мощности, выводимого из модуля 52 определения целевого значения мощности. Модуль 74 управления PI сгенерирован так, чтобы включать в себя, по меньшей мере, пропорциональный элемент и интегральный элемент, принимает отклонение мощности, выводимое из модуля 70 вычитания, и генерирует продолжительность Dty2 действия в соответствии с заданным пропорциональным усилением и временем интегрирования.

Модуль 76 модуляции сравнивает несущую волну, генерируемую посредством модуля колебаний (не показан), с продолжительностью Dty2 действия от модуля 74 управления PI и генерирует команду PWC2 на переключение. В соответствии с командой PWC2 на переключение, модуль 8-2 преобразователя выполняет операцию преобразования напряжения таким образом, что мощность заряда/разряда модуля 6-2 накопления энергии соответствует целевому значению P₂* мощности.

Фиг. 5A-5D являются блок-схемами, показывающими логику определения в модуле определения целевого значения мощности, показанном на фиг.4.

Фиг.5A показывает логику определения, выбираемую, когда температура Tb1 аккумулятора >> температура Tb2 аккумулятора. Фиг.5B показывает логику определения, выбираемую, когда температура Tb1 аккумулятора > температура Tb2 аккумулятора. Фиг.5C показывает логику определения, выбираемую, когда температура Tb1 аккумулятора < температура Tb2 аккумулятора. Фиг.5D показывает логику определения, выбираемую, когда температура Tb1 аккумулятора << температура Tb2 аккумулятора.

Модуль 50 определения режима (см. фиг.4) инструктирует модулю 52 определения целевого значения мощности выбирать любую из логик определения, показанных на фиг.5A-5D, согласно соотношению относительной величины между температурами Tb1 и Tb2 аккумулятора.

Согласно фиг.5A, когда соотношение температура Tb1 аккумулятора >> температура Tb2 аккумулятора удовлетворяется, т.е. когда модуль 6-1 накопления энергии имеет высокую температуру с перепадом температур, равным или превышающим заданное пороговое значение, от модуля 6-2 накопления энергии, целевое значение P₁* мощности для модуля 6-1 накопления энергии задается равным нулю (0), а целевое значение P₂* мощности для модуля 6-2 накопления энергии задается равным требуемому значению Ps* мощности. Далее, мощность заряда/разряда в модуле 6-1 накопления энергии достигает нуля, и поэтому резистивный нагрев не генерируется в модуле 6-1 накопления энергии. Следовательно, возрастание температуры может быть предотвращено. С другой стороны, требуемое значение Ps* мощности полностью протекает в модуль 6-2 накопления энергии, и поэтому максимальный резистивный нагрев может быть сгенерирован в пределах диапазона, который удовлетворяет требуемому значению Ps* мощности модуля 3 генерирования движущей силы, и, следовательно, температура модуля 6-2 накопления энергии может быть значительно увеличена.

Как показано на фиг.5B, когда соотношение температура Tb1 аккумулятора > температура Tb2 аккумулятора удовлетворяется, требуемое возрастание температуры для модуля 6-2 накопления энергии становится относительно большим. Следовательно, целевое значение P₂* мощности для модуля 6-2 накопления энергии определяется с приоритетом.

В частности, логика определения, показанная на фиг.5B, включает в себя модули 80 и 83 вычитания, модуль управления PID (PID) 81 и модуль 82 умножения. Модуль 80 вычитания вычисляет отклонение температуры между температурой Tb1 аккумулятора и температурой Tb2 аккумулятора (температура Tb1 аккумулятора – температура Tb2 аккумулятора). Модуль 81 управления PID сгенерирован так, чтобы включать в себя пропорциональный элемент (P), интегральный элемент (I) и дифференциальный элемент (D), принимает отклонение температуры, выводимое из модуля 80 вычитания, и вычисляет коэффициент Pr2 распределения в соответствии с заданным пропорциональным усилением, временем интегрирования и временем взятия производной.

Модуль 82 умножения умножает требуемое значение Ps* мощности на коэффициент Pr2 распределения из модуля 81 управления PID и определяет результат как целевое значение P₂* мощности для модуля 6-2 накопления энергии. Дополнительно, модуль 83 вычитания вычитает целевое значение P₂* мощности, определенное посредством модуля 82 умножения, из требуемого значения Ps* мощности и определяет результат как целевое значение P₁* мощности для модуля 6-1 накопления энергии.

Согласно фиг.5C, когда соотношение температура Tb1 аккумулятора < температура Tb2 аккумулятора удовлетворяется, требуемое возрастание температуры для модуля 6-1 накопления энергии становится относительно большим. Следовательно, целевое значение P₁* мощности для модуля 6-1 накопления энергии определяется с приоритетом.

В частности, логика определения, показанная на фиг.5С, включает в себя модули 84 и 87 вычитания, модуль управления PID (PID) 85 и модуль 86 умножения. Модуль 84 вычитания вычисляет отклонение температуры между температурой Tb2 аккумулятора и температурой Tb1 аккумулятора (температура Tb2 аккумулятора – температура Tb1 аккумулятора). Модуль 85 управления PID сгенерирован так, чтобы включать в себя пропорциональный элемент (P), интегральный элемент (I) и дифференциальный элемент (D), принимает отклонение температуры, выводимое из модуля 84 вычитания, и вычисляет коэффициент Pr1 распределения в соответствии с заданным пропорциональным усилением, временем интегрирования и временем взятия производной.

Модуль 86 умножения умножает требуемое значение Ps* мощности на коэффициент Pr1 распределения из модуля 85 управления PID и определяет результат как целевое значение P₁* мощности для модуля 6-1 накопления энергии. Дополнительно, модуль 87 вычитания вычитает целевое значение P₁* мощности, определенное посредством модуля 86 умножения, из требуемого значения Ps* мощности и определяет результат как целевое значение P₂* мощности для модуля 6-2 накопления энергии.

Как показано на фиг.5D, когда соотношение температура Tb1 аккумулятора << температура Tb2 аккумулятора удовлетворяется, т.е. когда модуль 6-2 накопления энергии имеет высокую температуру с перепадом температур, равным или превышающим заданное пороговое значение, от модуля 6-1 накопления энергии, целевое значение P₂* мощности для модуля 6-2 накопления энергии задается равным нулю (0), а целевое значение P₁* мощности для модуля 6-1 накопления энергии задается равным требуемому значению Ps* мощности. Затем, как описано со ссылкой на фиг.5A, возрастание температуры в модуле 6-2 накопления энергии предотвращается, а температура модуля 6-1 накопления энергии может значительно быть увеличена.

Когда соотношение температура Tb1 аккумулятора температура Tb2 аккумулятора удовлетворяется, целевые значения P₁* и P₂* мощности определены как 50% от требуемого значения Ps* мощности.

Фиг.6 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение распределения целевых значений P₁* и P₂* мощности в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Когда логика определения выбрана так, как показано на фиг.5B или фиг.5C, модуль 52 определения целевого значения мощности включает в себя модули 81 или 85 управления PID, и, следовательно, фактические целевые значения P₁* и P₂* мощности изменяются в неустановившемся режиме. Фиг.6, тем не менее, показывает типичные целевые значения P₁* и P₂* мощности в установившемся режиме.

Согласно фиг.6, если абсолютное значение отклонения Tb температуры (= температура Tb1 аккумулятора – температура Tb2 аккумулятора) находится в пределах диапазона порогового значения A, т.е. если соотношение -A перепад Tb температур A удовлетворяется, целевые значения P₁* и P₂* мощности определяются таким образом, что коэффициент распределения модуля накопления энергии с более высокой температурой аккумулятора становится меньшим. С другой стороны, если абсолютное значение отклонения Tb температуры (= температура Tb1 аккумулятора – температура Tb2 аккумулятора) находится вне диапазона порогового значения A, т.е. если соотношение перепад Tb температур < -A или A < перепад b температур удовлетворяется, одно из целевых значений P₁* и P₂* мощности определяется как нуль, а другое определяется как Ps*.

Как показано на фиг.6, целевые значения P₁* и P₂* мощности определяются посредством распределения требуемого значения Ps* мощности, и, как следствие, сумма целевых значений P₁* и P₂* мощности всегда равна требуемому значению Ps* мощности. Следовательно, в системе 1 электропитания в соответствии с настоящим вариантом осуществления требуемое значение Ps* мощности от модуля 3 генерирования движущей силы может быть удовлетворено независимо от разности в температурах аккумулятора модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии.

Фиг.7 иллюстрирует блок-схему последовательности операций, показывающую этапы способа управления в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Блок-схема последовательности операций способа, показанная на фиг.7, реализуется посредством ЭБУ 2 преобразователя, выполняющего программу.

Согласно фиг.7, когда команда IGON зажигания транспортного средства 100 выдается водителем, ЭБУ 2 преобразователя получает температуры Tb1 и Tb2 аккумулятора модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии (этап S100). Дополнительно, ЭБУ 2 преобразователя получает требуемое значение Ps* мощности от модуля 3 генерирования движущей силы (этап S102).

После этого ЭБУ 2 преобразователя выбирает логику определения, которая должна быть использована, в соответствии с полученными температурами Tb1 и Tb2 аккумулятора (этап S104). Затем ЭБУ 2 преобразователя распределяет требуемое значение Ps* мощности в соответствии с температурами Tb1 и Tb2 аккумулятора посредством выбранной логики определения и определяет целевые значения P₁* и P₂* мощности для модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии соответственно (этап S106). Дополнительно ЭБУ 2 преобразователя управляет операцией преобразования напряжения модулей 8-1 и 8-2 преобразователей таким образом, что значения фактической мощности модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии соответствуют определенным целевым значениям P₁* и P₂* мощности соответственно (этап S108).

Затем ЭБУ 2 преобразователя определяет то, выдавалась ли команда IGON зажигания непрерывно или нет (этап S110). Если команда IGON зажигания непрерывно выдавалась (ДА на этапе S110), ЭБУ 2 преобразователя многократно выполняет этапы S102-S110, описанные выше. Если выдача команды IGON зажигания прерывалась (НЕТ на этапе S110), ЭБУ 2 преобразователя заканчивает процесс.

Соответствие между настоящим вариантом осуществления и изобретением следующее: модуль 3 генерирования движущей силы соответствует “нагрузочному устройству”, главная положительная шина MPL и главная отрицательная шина MNL соответствуют “шине питания”, а преобразователи 8-1 и 8-2 соответствуют “множеству модулей преобразователей”. Дополнительно, ЭБУ 2 преобразователя оснащен “средством определения целевого значения мощности” и “средством управления преобразователями”, модули 14-1 и 14-2 определения температуры аккумулятора оснащены “средством получения температуры”, а ЭБУ 4 аккумулятора оснащен “средством получения оценки состояния”.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения целевые значения P₁* и P₂* мощности для соответствующих модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии определяются посредством распределения требуемого значения Ps* мощности из модуля 3 генерирования движущей силы в соответствии с температурами Tb1 и Tb2 аккумулятора. Далее, модули 8-1 и 8-2 преобразователей управляются таким образом, что заряд/разряд осуществляется в каждом из модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии в соответствии с надлежащими целевыми значениями мощности. Поскольку удовлетворяется соотношение требуемое значение Ps* мощности = целевое значение P₁* мощности + целевое значение P₂* мощности, требуемое значение Ps* мощности из модуля 3 генерирования движущей силы всегда удовлетворяется, когда система электропитания рассматривается как единое целое.

Дополнительно, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, посредством задания целевого значения мощности равным относительно небольшому значению или нулю для модуля накопления энергии, имеющего относительно высокую температуру аккумулятора, можно не допустить износа устройства накопления энергии, вызываемого посредством чрезмерного увеличения температуры аккумулятора.

Дополнительно, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, посредством задания целевого значения мощности равным относительно высокому значению для модуля накопления энергии, имеющего относительно низкую температуру аккумулятора, можно не допустить ухудшения рабочих характеристик заряда/разряда модуля накопления энергии из-за низкой температуры аккумулятора.

В системе 1 электропитания по варианту осуществления настоящего изобретения, описанной выше, вместо логики определения, используемой для определения целевых значений P₁* и P₂* мощности, может использоваться другая логика определения. Ниже описана конфигурация в соответствии с первой модификацией настоящего варианта осуществления, в которой целевые значения P₁* и P₂* мощности определяются посредством распределения требуемого значения Ps* мощности в соответствии с температурами Tb1 и Tb2 аккумулятора.

Конфигурация системы электропитания в соответствии с первой модификацией варианта осуществления изобретения соответствует системе электропитания согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.1, при этом ЭБУ 2 преобразователя заменен на ЭБУ 2A преобразователя, содержимое обработки которого является другим, и за исключением этого момента, она является такой же, как и конфигурация по фиг.1. Следовательно, ее подробное описание не повторяется.

Фиг.8 показывает основную часть управляющей структуры в ЭБУ 2A преобразователя в соответствии с первой модификацией варианта осуществления настоящего изобретения. В первой модификации необязательно использовать модуль 50 определения режима, такой как показанный на фиг.4, в ЭБУ 2A преобразователя.

Как показано на фиг.8, ЭБУ 2A преобразователя изменяет коэффициент распределения требуемого значения Ps* мощности в соответствии с отклонением Tb температуры между температурами Tb1 и Tb2 аккумулятора модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии (см. фиг.1), и целевые значения P₁* и P₂* мощности для соответствующих модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии определяются соответствующим образом. Более конкретно, управляющая структура ЭБУ 2A преобразователя включает в себя модули 88 и 90 вычитания, модуль 92 сложения и модули 89, 91 и 93 умножения.

Модуль 88 вычитания вычитает температуру Tb2 аккумулятора из температуры Tb1 аккумулятора, чтобы вычислять отклонение Tb температуры (температура Tb1 аккумулятора – температура Tb2 аккумулятора). Модуль 89 умножения выводит значение корректировки, полученное посредством умножения отклонения Tb температуры, вычисленного посредством модуля 88 вычитания, на коэффициент .

Модуль 90 вычитания вычисляет коэффициент распределения требуемого значения Ps* мощности, чтобы определять целевое значение P₁* мощности, тогда как модуль 92 сложения вычисляет коэффициент распределения требуемого значения Ps* мощности, чтобы определять целевое значение P₂* мощности.

В частности, модуль 90 вычитания вычитает значение корректировки (·Tb), вычисленное посредством модуля 89 умножения, из 0,5 (50%) и выводит результат как коэффициент распределения для целевого значения P₁* мощности. Затем модуль 91 умножения выводит значение, полученное посредством умножения требуемого значения Ps* мощности на коэффициент распределения, вычисленный в модуле 90 вычитания, как целевое значение P₁* мощности. Следовательно, целевое значение P₁* мощности задается как P₁*=(0,5-·(Tb1-Tb2))×Ps*.

Дополнительно, модуль 92 сложения прибавляет значение корректировки (·Tb), вычисленное посредством модуля 89 умножения, к 0,5 (50%) и выводит результат как коэффициент распределения для целевого значения P₂* мощности. Затем модуль 93 умножения выводит значение, полученное посредством умножения требуемого значения Ps* мощности на коэффициент распределения, вычисленный в модуле 92 сложения, как целевое значение P₂* мощности. Следовательно, целевое значение P₂* мощности задается как P₂*=(0,5+·(Tb1-Tb2))×Ps*.

Между целевыми значениями P₁* и P₂* мощности, вычисленными посредством управляющей структуры таким образом, и требуемым значением Ps* мощности поддерживается соотношение P₁*+P₂*=Ps*. Следовательно, требуемое значение Ps* мощности из модуля 3 генерирования движущей силы всегда удовлетворяется независимо от разности температур Tb1 и Tb2 аккумулятора модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии.

Дополнительно, как в варианте осуществления настоящего изобретения, описанном выше, когда температура Tb1 аккумулятора > температура Tb2 аккумулятора, удовлетворяются соотношения целевое значение P₁* мощности <0,5Ps* и целевое значение P₂* мощности >0,5Ps*. Дополнительно, когда температура Tb1 аккумулятора < температура Tb2 аккумулятора, удовлетворяются соотношения целевое значение P₁* мощности >0,5Ps* и целевое значение P₂* мощности <0,5Ps*. В частности, для модуля накопления энергии, имеющего более высокую температуру аккумулятора по сравнению с другим модулем или модулями накопления энергии, целевое значение мощности определяется таким образом, чтобы коэффициент распределения требуемого значения Ps* мощности уменьшался, а для модуля накопления энергии, имеющего более низкую температуру аккумулятора по сравнению с другим модулем или модулями накопления энергии, целевое значение мощности определяется таким образом, чтобы увеличивался коэффициент распределения требуемого значения Ps* мощности.

Согласно первой модификации варианта осуществления настоящего изобретения могут быть достигнуты результаты, аналогичные результатам из варианта осуществления, описанного выше, и, помимо этого, может быть упрощен процесс определения целевых значений P₁* и P₂* мощности.

В варианте осуществления настоящего изобретения и его первой модификации, описанных выше, описаны конфигурации определения целевых значений P₁* и P₂* мощности посредством распределения требуемого значения Ps* мощности в соответствии с температурами Tb1 и Tb2 аккумулятора. В зависимости от типа аккумулятора, формирующего модуль накопления энергии, желательно определять целевые значения P₁* и P₂* мощности в соответствии с состоянием заряда.

Конфигурация системы электропитания в соответствии со второй модификацией варианта осуществления изобретения соответствует системе электропитания в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг.1, при этом ЭБУ 2 преобразователя заменен на ЭБУ 2B преобразователя, содержимое обработки которого другое, и за исключением этого момента, она является такой же, как и конфигурация по фиг.1. Следовательно, ее подробное описание не повторяется.

В частности, во второй модификации и третьей модификации, которая описана далее, модули 6-1 и 6-2 накопления энергии реализованы посредством ионно-литиевых аккумуляторов. Ионно-литиевый аккумулятор имеет такую характеристику, что он быстро изнашивается, если продолжается долго почти полностью заряженное состояние, т.е. высокое SOC. Следовательно, модули 6-1 и 6-2 накопления энергии, реализованные посредством ионно-литиевых аккумуляторов, должны поддерживаться при надлежащем SOC.

В системе электропитания, имеющей множество модулей накопления энергии, не всегда соблюдается то, что модули накопления энергии имеют примерно одинаковое SOC. Например, если один модуль накопления энергии имеет SOC выше, чем другой модуль накопления энергии, и задано одинаковое целевое значение мощности, модуль накопления энергии, первоначально имеющий высокое SOC, продолжает иметь более высокий SOC из-за заряда, и износ модуля накопления энергии может происходить быстрее. Следовательно, желательно поддерживать модули накопления энергии как единое целое при соответствующем SOC посредством снижения неравномерности между модулями накопления энергии.

Следовательно, в системе электропитания в соответствии со второй модификацией варианта осуществления настоящего изобретения для модуля накопления энергии, имеющего более высокое SOC по сравнению с другим модулем или модулями накопления энергии, большее целевое значение мощности определяется так, чтобы положительно понижать SOC во время подачи питания из системы электропитания в модуль 3 генерирования движущей силы, и увеличение SOC не допускается посредством определения меньшего целевого значения мощности во время подачи мощности из модуля 3 генерирования движущей силы в систему электропитания.

Фиг.9 показывает основную часть управляющей структуры в ЭБУ 2B преобразователя в соответствии со второй модификацией варианта осуществления настоящего изобретения. Во второй модификации не обязательно использовать модуль 50 определения режима, такой как показанный на фиг.4, в ЭБУ 2B преобразователя.

Согласно фиг.9 в ЭБУ 2B преобразователя, в соответствии с отклонением SOC состояния между SOC1 и SOC2, представляющими состояния заряда модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии (см. фиг.1), коэффициент распределения требуемого значения Ps* мощности изменяется, и целевые значения P₁* и P₂* мощности для модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии определяются соответственно. Более конкретно, управляющая структура ЭБУ 2B преобразователя включает в себя модуль 94 вычитания, модули 95, 97 и 99 умножения и модули 96 и 98 сложения/вычитания.

Модуль 94 вычитания вычитает SOC2 модуля 6-2 накопления энергии из SOC1 модуля 6-1 накопления энергии, полученного из ЭБУ 4 аккумулятора (см. фиг.1), чтобы вычислять отклонение SOC состояния (SOC1-SOC2). Модуль 95 умножения умножает отклонение SOC состояния, вычисленное посредством модуля 94 вычитания, на коэффициент , выводит результирующее значение корректировки.

Модуль 96 сложения/вычитания вычисляет коэффициент распределения требуемого значения Ps* мощности, чтобы определять целевое значение P₁* мощности, и модуль 96 сложения/вычитания вычисляет коэффициент распределения требуемого значения Ps* мощности, чтобы определять целевое значение P₂* мощности. Модули 96 и 98 сложения/вычитания оба являются рабочими модулями, выборочно выполняющими сложение или вычитание в зависимости знака требуемого значения Ps* мощности. Более конкретно, модуль 96 сложения/вычитания выступает в качестве “сумматора”, когда требуемое значение Ps* мощности является положительным значением, т.е. когда мощность подается из системы электропитания в модуль 3 генерирования движущей силы. С другой стороны, модуль 96 сложения/вычитания выступает в качестве “вычитателя”, когда требуемое значение Ps* мощности является отрицательным значением, т.е. когда мощность подается из модуля 3 генерирования движущей силы в систему электропитания. Модуль 98 сложения/вычитания выступает в качестве “сумматора”, когда требуемое значение Ps* мощности является отрицательным значением, и выступает в качестве “вычитателя”, когда требуемое значение Ps* мощности является положительным значением. Ниже описаны операции в зависимости от знака требуемого значения Ps* мощности.

(i) Когда мощность подается из системы электропитания в модуль 3 генерирования движущей силы (требуемое значение мощности: Ps*>0)

Модуль 96 сложения/вычитания прибавляет значение корректировки (·SOC), вычисленное посредством модуля 95 умножения, к 0,5 (50%) и выводит результат как коэффициент распределения для целевого значения P₁* мощности. Дополнительно модуль 98 сложения/вычитания вычитает значение корректировки (·SOC), вычисленное посредством модуля 95 умножения, из 0,5 (50%) и выводит результат как коэффициент распределения для целевого значения P₂* мощности. Модуль 97 умножения выводит значение, полученное посредством умножения требуемого значения Ps* мощности на коэффициент распределения, вычисленный посредством модуля 96 сложения/вычитания, в качестве целевого значения P₁* мощности, и модуль 99 умножения выводит значение, полученное посредством умножения требуемого значения Ps* мощности на коэффициент распределения, вычисленный посредством модуля 98 сложения/вычитания, в качестве целевого значения P₂* мощности.

Следовательно, целевые значения мощности предоставляются следующим образом: P₁*=(0,5+·(SOC1-SOC2))×Ps*, и P₂*=(0,5-·(SOC1-SOC2))×Ps*.

(ii) Когда мощность подается из модуля 3 генерирования движущей силы в систему электропитания (требуемое значение мощности: Ps*<0)

Модуль 96 сложения/вычитания вычитает значение корректировки (·SOC), вычисленное посредством модуля 95 умножения, из 0,5 (50%) и выводит результат как коэффициент распределения для целевого значения P₁* мощности. Дополнительно модуль 98 сложения/вычитания прибавляет значение корректировки (·SOC), вычисленное посредством модуля 95 умножения, к 0,5 (50%) и выводит результат как коэффициент распределения для целевого значения P₂* мощности. Процессы в модулях 97 и 99 умножения являются такими же, как описанные выше.

Следовательно, целевые значения мощности предоставляются следующим образом: P₁*=(0,5-·(SOC1-SOC2))×Ps*, и P₂*=(0,5+·(SOC1-SOC2))×Ps*.

Как описано выше, в ситуациях (i) и (ii) сохраняется соотношение P₁*+P₂*=Ps*. Следовательно, требуемое значение Ps* мощности из модуля 3 генерирования движущей силы всегда удовлетворяется независимо от неравномерности SOC1 и SOC2 модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии.

Согласно второй модификации варианта осуществления настоящего изобретения целевые значения P₁* и P₂* мощности для модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии определяются посредством распределения требуемого значения Ps* мощности из модуля 3 генерирования движущей силы в соответствии с SOC1 и SOC2 соответственно. Поскольку удовлетворяется соотношение требуемое значение Ps* мощности = целевое значение P₁* мощности + целевое значение P₂* мощности, всегда удовлетворяется требуемое значение Ps* мощности из модуля 3 генерирования движущей силы, когда система электропитания рассматривается как единое целое.

Дополнительно, согласно второй модификации варианта осуществления для модуля накопления энергии, SOC которого является относительно высоким, задается большее целевое значение мощности, когда требуется разряд из устройства накопления энергии, чтобы положительно понижать SOC, и в то время, когда требуется заряд модуля накопления, задается меньшее целевое значение мощности, чтобы не допустить увеличения SOC. Таким образом, можно не допустить быстрого износа модуля накопления энергии, вызываемого посредством чрезмерного увеличения SOC.

Дополнительно, может быть приспособлена логика определения, имеющая отличительные конфигурации первой и второй модификаций варианта осуществления, описанных выше.

Конфигурация системы электропитания в соответствии с третьей модификацией варианта осуществления изобретения соответствует системе электропитания в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг.1, при этом ЭБУ 2 преобразователя заменен на ЭБУ 2C преобразователя, содержимое обработки которого другое, и за исключением этого момента, она является такой же, как и конфигурация по фиг.1. Следовательно, ее подробное описание не повторяется.

Фиг.10 показывает основную часть управляющей структуры в ЭБУ 2C преобразователя в соответствии с третьей модификацией варианта осуществления настоящего изобретения. В третьей модификации не обязательно использовать модуль 50 определения режима, такой как показанный на фиг.4, в ЭБУ 2С преобразователя.

Как показано на фиг.10, управляющая структура ЭБУ 2C преобразователя эквивалентна управляющей структуре ЭБУ 2B преобразователя, показанной на фиг.9, дополнительно имея модули 88 и 90 вычитания, модуль 89 умножения и модуль 92 сложения из управляющей структуры ЭБУ 2A преобразователя, показанной на фиг.8. В частности, целевые значения P₁* и P₂* мощности, вычисляемые посредством управляющей структуры ЭБУ 2C преобразователя, представлены следующим образом.

(i) Когда мощность подается из системы электропитания в модуль 3 генерирования движущей силы (требуемое значение мощности: Ps*>0)

Целевое значение мощности: P₁*=(0,5-·(Tb1-Tb2)+·(SOC1-SOC2))×Ps*.

Целевое значение мощности: P₂*=(0,5+·(Tb1-Tb2)-·(SOC1-SOC2))×Ps*.

(ii) Когда мощность подается из модуля 3 генерирования движущей силы в систему электропитания (требуемое значение мощности: Ps*<0)

Целевое значение мощности: P₁*=(0,5-·(Tb1-Tb2)-·(SOC1-SOC2))×Ps*.

Целевое значение мощности: P₂*=(0,5+·(Tb1-Tb2)+·(SOC1-SOC2))×Ps*.

Дополнительно, в ситуациях (i) и (ii) сохраняется соотношение P₁*+P₂*=Ps*. Следовательно, требуемое значение Ps* мощности из модуля 3 генерирования движущей силы всегда удовлетворяется независимо от неравномерности SOC1 и SOC2 модулей 6-1 и 6-2 накопления энергии.

Согласно третьей модификации варианта осуществления настоящего изобретения могут быть одновременно достигнуты результаты первой модификации и результаты второй модификации варианта осуществления настоящего изобретения.

Хотя система электропитания, имеющая два модуля накопления энергии, описана в варианте осуществления настоящего изобретения и ее модификациях, настоящее изобретение может быть расширено до системы электропитания, имеющей три или более модулей накопления энергии.

Дополнительно, хотя в качестве примера нагрузочного устройства в варианте осуществления настоящего изобретения и его модификациях описана конфигурация с использованием модуля генерирования движущей силы, включающего в себя два электродвигателя-генератора, число электродвигателей-генераторов не ограничено. Нагрузочное устройство не ограничено модулем генерирования движущей силы, генерирующим силу для приведения транспортного средства, и это может быть устройство, которое потребляет только мощность, или устройство, допускающее потребление энергии и выработку энергии.

Хотя настоящее изобретение подробно описано и иллюстрировано, очевидно, что оно является только способом иллюстрации и примером и не должно восприниматься как ограничение, при этом объем настоящего изобретения определяется только посредством прилагаемой формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Система электропитания, имеющая множество модулей накопления энергии, каждый из которых является перезаряжаемым, содержащая:
шину питания, электрически соединяющую нагрузочное устройство и систему электропитания;
множество модулей преобразователей, расположенных между множеством модулей накопления энергии и шиной питания, соответственно, каждый из которых выполнен с возможностью управления зарядом/разрядом соответствующего модуля накопления энергии;
средство получения температуры для получения температуры каждого из множества модулей накопления энергии;
средство определения целевого значения мощности для определения целевого значения мощности для каждого из множества модулей накопления энергии посредством распределения требуемого значения мощности от нагрузочного устройства в соответствии с температурами множества модулей накопления энергии, полученными средством получения температуры; и
средство управления преобразователями для управления множеством модулей преобразователей в соответствии с целевым значением мощности, определяемым средством определения целевого значения мощности.

2. Система электропитания по п.1, в которой средство определения целевого значения мощности определяет целевое значение мощности таким образом, что коэффициент распределения требуемого значения мощности становится меньшим для модуля накопления энергии, температура которого является относительно высокой по сравнению с другим модулем накопления энергии.

3. Система электропитания по п.1, в которой средство определения целевого значения определяет для модуля накопления энергии с высокой температурой перепад температуры которого относительно другого модуля накопления энергии не ниже заданного порогового значения, соответствующее целевое значение мощности как практически нулевое.

4. Система электропитания по п.1, дополнительно содержащая средство получения оценки состояния для получения оценки состояния, представляющей состояние заряда каждого из множества модулей накопления энергии; при этом средство определения целевого значения мощности определяет целевое значение мощности для каждого из множества модулей накопления энергии в соответствии с оценками состояния множества модулей накопления энергии, полученными средством получения оценки состояния, в дополнение к температурам множества модулей накопления энергии.

5. Система электропитания по п.1, в которой средство определения целевого значения мощности определяет для модуля накопления энергии, имеющего относительно высокое состояние заряда по сравнению с другим модулем накопления энергии, целевое значение мощности таким образом, что коэффициент распределения требуемого значения мощности становится большим, когда мощность подается из системы электропитания в нагрузочное устройство, и коэффициент распределения требуемого значения мощности становится меньшим, когда мощность подается из нагрузочного устройства в систему электропитания.

6. Система электропитания по п.4 или 5, в которой каждый из множества модулей накопления энергии реализован посредством ионно-литиевого аккумулятора.

7. Система электропитания по п.1, в которой множество модулей накопления энергии размещено в одном корпусе.

8. Система электропитания, имеющая множество модулей накопления энергии, каждый из которых является перезаряжаемым, содержащая:
шину питания, электрически соединяющую нагрузочное устройство и систему электропитания;
множество модулей преобразователей, расположенных между множеством модулей накопления энергии и шиной питания, соответственно, каждый из которых выполнен с возможностью управления зарядом/разрядом соответствующего модуля накопления энергии;
модуль определения температуры аккумулятора для получения температуры каждого из множества модулей накопления энергии; и модуль управления для управления множеством модулей преобразователей;
при этом модуль управления распределяет требуемое значение мощности от нагрузочного устройства в соответствии с температурами множества модулей накопления энергии, полученными посредством модуля определения температуры аккумулятора, определяет целевое значение мощности для каждого из множества модулей накопления энергии и управляет множеством модулей преобразователей в соответствии с определяемыми целевыми значениями мощности.

9. Транспортное средство, содержащее:
систему электропитания; и
модуль генерирования движущей силы, принимающий электропитание из системы электропитания и генерирующий движущую силу,
при этом система электропитания включает в себя:
шину питания, электрически соединяющую модуль генерирования движущей силы и систему электропитания;
множество модулей преобразователей, расположенных между множеством модулей накопления энергии и шиной питания, соответственно, каждый из которых выполнен с возможностью управления зарядом/разрядом соответствующего модуля накопления энергии;
средство получения температуры для получения температуры каждого из множества модулей накопления энергии;
средство определения целевого значения мощности для определения целевого значения мощности для каждого из множества модулей накопления энергии посредством распределения требуемого значения мощности от модуля генерирования движущей силы в соответствии с температурами множества модулей накопления энергии, полученными средством получения температуры; и
средство управления преобразователями для управления множеством модулей преобразователей в соответствии с целевым значением мощности, определяемым средством определения целевого значения мощности.

10. Способ управления системой электропитания, имеющей множество модулей накопления энергии, каждый из которых является перезаряжаемым,
при этом система электропитания включает в себя:
шину питания, электрически соединяющую нагрузочное устройство и систему электропитания; и
множество модулей преобразователей, расположенных между множеством модулей накопления энергии и шиной питания, соответственно, каждый из которых выполнен с возможностью управления зарядом/разрядом соответствующего модуля накопления энергии;
при этом способ включает:
этап получения температуры, на котором получают температуру каждого из множества модулей накопления энергии;
этап определения целевого значения мощности, на котором определяют целевое значение мощности для каждого из множества модулей накопления энергии посредством распределения требуемого значения мощности из нагрузочного устройства в соответствии с температурами множества модулей накопления энергии, полученными на этапе получения температуры; и
этап управления преобразователями, на котором управляют множеством модулей преобразователей в соответствии с целевым значением мощности, определяемым на этапе определения.

РИСУНКИ