電力變換系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠?qū)⑴c兩個(gè)直流電源并聯(lián)的電力升壓或降壓的變換系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在使用旋轉(zhuǎn)電機(jī)作為驅(qū)動源的混合動力車輛或電動車輛中，通過從電池的直流電 力由逆變器變換的交流電力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機(jī)。此外，升壓/降壓變換器被設(shè)置在電池和逆變 器之間。升壓/降壓變換器升壓電池電壓或降壓通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)再生的電力。
[0003] 例如，電力變換器在日本專利申請公開2013-013234號（JP 2013-013234 A)中被 描述為擴(kuò)展了升壓/降壓變換器的功能。電力變換器包括四個(gè)切換元件，并且被連接到兩 個(gè)電池。電力變換器除升壓/降壓功能之外能夠?qū)蓚€(gè)電池在串聯(lián)連接和并聯(lián)連接之間切 換。
[0004] 上述電力變換器在并聯(lián)連接（并聯(lián)模式）時(shí)將與兩個(gè)電池并聯(lián)的電力升壓或降 壓。經(jīng)由向升壓/降壓電路中的每一個(gè)指示占空比的PWM信號來控制升壓/降壓操作。描 述在JP 2013-013234 A中的電力變換器具有這樣的電路配置，即在兩個(gè)升壓/降壓電路之 間共享切換元件，所以切換元件中的每一個(gè)根據(jù)二者的PWM信號的邏輯加而操作。
[0005] 通過利用切換元件的以上操作特性，在JP 2013-013234 A中PWM信號的相位被彼 此移位以減小在切換元件中產(chǎn)生的損失。即，如圖17C所示，邊緣對齊相位移位被實(shí)施。邊 緣對齊相位移位用于將PWM信號PWM1、PWM2的相位中的二者或一個(gè)移位使得PWM信號PWM1 的工作時(shí)段的下降邊緣與PWM信號PWM2的工作時(shí)段的上升邊緣一致（連接）。因此，切換 (通過虛線指示的）的次數(shù)的數(shù)目與圖17A所示的PWM信號相比被減小，結(jié)果是切換損失被 減小。由于如圖17B所示的PWM信號PWM1、PWM2的工作時(shí)段的重疊（陰影部分）消失，解 決了由于由重疊造成的電流增大的穩(wěn)態(tài)損失（重疊損失）。
[0006] 如圖18的上方所示，當(dāng)實(shí)施邊緣對齊相位移位時(shí)，僅僅只移位載波信號的上升時(shí) 序?qū)е?，如通過PWM2-2的陰影所示，PWM2的工作時(shí)段擴(kuò)展到第三控制周期中，所以在第二 周期中PWM2的工作時(shí)段變得比要求的值短。為了在相位移位時(shí)段內(nèi)補(bǔ)償這樣的縮短的工 作時(shí)段，如在圖18的下方所示，在現(xiàn)有技術(shù)中插入了具有與相位移位的量對應(yīng)的周期的輔 助載波。通過插入輔助載波，通過輔助脈沖提供的工作時(shí)段產(chǎn)生在第二時(shí)段內(nèi)的PWM2中， 結(jié)果是補(bǔ)償了上述縮短的工作時(shí)段。
[0007] 附帶地，在邊緣對齊相位移位之后的時(shí)段中，如果如圖19所示的PWM信號PWM1-3、 PWM2-3的情況PWM信號的工作時(shí)段變短，則PWM信號PWM2的工作時(shí)段的上升邊緣與如在圖 19所示的PWM信號PWMl-3、PWM2-3的情況下的PWM信號PWM1的工作時(shí)段的下降邊緣分離 (延遲）。
[0008] 當(dāng)如在圖20中的輔助載波2處所示再次執(zhí)行相位移位時(shí)，如通過圖20中的虛線 所包圍，基于輔助載波的輔助脈沖產(chǎn)生在PWM信號中，所以由于輔助脈沖的切換損失產(chǎn)生。 即，作為相位移位的執(zhí)行結(jié)果，由于輔助脈沖的切換損失產(chǎn)生。
[0009] 在PWM信號的工作時(shí)段在多個(gè)周期上變化的情況下，例如，在PWM信號的工作時(shí)段 被逐漸減小的情況下，如果通過每次工作時(shí)段被減小時(shí)插入輔助載波執(zhí)行相位移位，由于 輔助脈沖的切換損失頻繁產(chǎn)生。作為結(jié)果，通過增大由于輔助脈沖的損失抵消了通過連接 PWM信號PWMUPWM2的工作時(shí)段的損失的減小，并且存在擔(dān)心，即未充分獲得作為相位移位 的最初目的的損失的減小的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明提供了一種能夠?qū)⑴c兩個(gè)直流電源并聯(lián)的電力升壓或降壓并且能夠減小 由于相位移位的損失的電力變換系統(tǒng)。
[0011] 本發(fā)明的方面涉及電力變換系統(tǒng)。電力變換系統(tǒng)包括：第一電池；第二電池；包 括多個(gè)切換元件的電力變換器，電力變換器被配置為通過根據(jù)PWM信號接通或斷開多個(gè)切 換元件，來對在輸出線路與每個(gè)第一和第二電池之間的電力進(jìn)行雙向地升壓或降壓；和控 制器，控制器被配置為通過生成第一 PWM信號和第二PWM信號來控制第一升壓和降壓電路 和第二升壓和降壓電路，第一升壓和降壓電路被建立在第一電池和輸出線路之間，第一 PWM 信號是用于控制第一升壓和降壓電路的升壓和降壓操作的信號，第二升壓和降壓電路被建 立在第二電池和輸出線路之間，第二PWM信號是用于控制第二升壓和降壓電路的升壓和降 壓操作的信號，控制器被配置為，在通過移位第一和第二PWM信號中的至少一個(gè)的相位而 使第一和第二PWM信號這二者的工作時(shí)段彼此聯(lián)結(jié)時(shí)，執(zhí)行用于通過在PWM信號中的一個(gè) 下降之前提升PWM信號中的另一個(gè)使第一和第二PWM信號的工作時(shí)段部分地重疊的重疊相 位移位。
[0012] 在以上方面中，可與工作時(shí)段的波動預(yù)測相對應(yīng)地來設(shè)定用于重疊相位移位的相 位移位量，并且控制器可被配置為，當(dāng)基于波動預(yù)測的第一和第二PWM信號的工作時(shí)段的 總時(shí)段每周期變短一次時(shí)，將相位移位量設(shè)定成以使得在預(yù)定周期中的第一和第二PWM信 號中的一個(gè)的下降與在預(yù)定周期中第一和第二PWM信號中的另一個(gè)的上升一致。
[0013] 在以上方面中，控制器可被配置為，（i)對從相位移位的執(zhí)行周期到預(yù)定周期的工 作時(shí)段進(jìn)行波動預(yù)測，并且（ii)當(dāng)作為在第一損失和第二損失之間比較的結(jié)果，第一損失 小于第二損失時(shí)，執(zhí)行重疊相位移位。第一損失可包括當(dāng)執(zhí)行重疊相位移位時(shí)在從執(zhí)行周 期到預(yù)定周期的時(shí)段中切換元件中產(chǎn)生的損失。第二損失可包括當(dāng)執(zhí)行邊緣對齊相位移位 時(shí)在從執(zhí)行周期到預(yù)定周期的時(shí)段中切換元件中產(chǎn)生的損失。邊緣對齊相位移位可以是這 樣的相位移位：當(dāng)PWM信號中的一個(gè)的下降與PWM信號中的另一個(gè)的上升彼此不一致時(shí)，通 過相位移位，使下降和上升彼此一致。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的以上方面，能夠執(zhí)行與現(xiàn)有相位移位相比減小電力損失的相位移 位。
【附圖說明】
[0015] 下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)及工業(yè)意義，其 中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并且其中：
[0016] 圖1示出其上安裝有根據(jù)實(shí)施例的電力變換系統(tǒng)的車輛的電氣系統(tǒng)的配置示圖；
[0017] 圖2A和圖2B是示出根據(jù)實(shí)施例的電力變換器的配置的示圖；
[0018] 圖3是示出根據(jù)實(shí)施例的電力變換器的操作（CNV1和CNV2充電）的示圖；
[0019] 圖4是示出根據(jù)實(shí)施例的電力變換器的操作（CNV1和CNV2放電）的示圖；
[0020] 圖5是示出根據(jù)實(shí)施例的電力變換器的操作（CNV1充電、CNV2放電）的示圖；
[0021] 圖6是示出根據(jù)實(shí)施例的電力變換器的操作（CNV1放電、CNV2充電）的示圖；
[0022] 圖7是示出通過CNV控制器執(zhí)行反饋控制的示圖；
[0023] 圖8是示出邊緣對齊相位移位的示圖；
[0024] 圖9是示出重疊相位移位的示圖；
[0025] 圖10是示出重疊相位移位的示圖；
[0026] 圖11是示出在執(zhí)行邊緣對齊相位移位時(shí)的波形和在執(zhí)行重疊相位移位時(shí)的波形 的示圖；
[0027] 圖12是示出在執(zhí)行邊緣對齊相位移位時(shí)的損失的估計(jì)的示圖；
[0028] 圖13是示出在執(zhí)行重疊相位移位時(shí)的損失的估計(jì)的示圖；
[0029] 圖14是在通過CNV控制器執(zhí)行相位移位時(shí)的流程圖；
[0030] 圖15是示出根據(jù)以上實(shí)施例的替代實(shí)施例的電力變換器的配置的示圖；
[0031] 圖16是示出根據(jù)以上實(shí)施例的另一個(gè)替代實(shí)施例的電力變換器的配置的示圖；
[0032] 圖17A至圖17C是示出相位移位的概要的示圖；
[0033] 圖18是示出通過插入輔助載波的相位移位的示圖；
[0034] 圖19是示出在命令波被改變時(shí)PWM信號的波形中的改變的示圖；和
[0035] 圖20是示出在命令波被改變時(shí)的邊緣對齊相位移位的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1示出包括根據(jù)本實(shí)施例的電力 變換系統(tǒng)10的車輛的電氣系統(tǒng)的配置示圖。圖1中長短交替的虛線表示信號線路。圖1 中，為了容易理解，與電力變換無關(guān)的部件的部分未在附圖中示出。
[0037] 總體配置
[0038] 電力變換系統(tǒng)10包括第一電池 B1、第二電池 B2、電力變換器11 (變換器）和控制 電力變換器11的CNV控制器13。電力變換系統(tǒng)10被安裝在諸如混合動力車輛和電動車輛 的車輛上。除了電力變換系統(tǒng)10,逆變器18、旋轉(zhuǎn)電機(jī)20和控制器22被安裝在車輛上。
[0039] 如圖1所示，第一電池 B1和第二電池 B2中的每一個(gè)被分開地連接到電力變換器 11。電力變換器11升壓來自第一電池 B1和第二電池 B2的直流電壓VB1、VB2,并且將升壓 的直流電壓VB1、VB2輸出到逆變器18。
[0040] 逆變器18是三相逆變器，并且被連接到旋轉(zhuǎn)電機(jī)20。逆變器18將通過電力變換 器11升壓的直流電力變換成三相交流電力，并且將三相交流電力輸出到旋轉(zhuǎn)電機(jī)20。因 此，旋轉(zhuǎn)電機(jī)20被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。旋轉(zhuǎn)電機(jī)20的驅(qū)動力被傳送到驅(qū)動輪（未示出）。
[0041] 在車輛的制動期間，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)20實(shí)施再生制動。在此時(shí)獲得的再生電力通過 逆變器18從交流電力變換成直流電力，直流電力通過電力變換器11被降壓，并且降壓的直 流電力被供給到第一電池 B1和第二電池 B2。
[0042] CNV控制器13通過控制電力變換器11的切換元件S1至S