Устройство и способ управления для использования в блоке преобразования напряжения

Устройство и способ управления для использования в блоке преобразования напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к управляющим устройствам и способам управления для преобразователей напряжения, в частности к управляющему устройству и способу управления для преобразователя напряжения с возможностью управления коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент.

Уровень техники

В качестве стандартной системы питания привода транспортного средства (в дальнейшем «системы питания»), имеющей в своем составе преобразователь напряжения, предложена, например, система, содержащая батарею, которая служит в качестве источника питания системы питания, преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока (в дальнейшем «преобразователь DC/DC») для осуществления преобразования напряжения, поступающего от батареи на его вход, нагрузку, содержащую схему инвертора для преобразования выходного напряжения преобразователя DC/DC в многофазное напряжение переменного тока и электродвигатель для вращения привода при поступлении на него многофазного напряжения переменного тока от схемы инвертора, а также конденсатор, установленный между преобразователем DC/DC и подключенный к положительной и отрицательной шинам (линиям) схемы инвертора (см., например, выложенную патентную заявку Японии 2004-112904).

В указанной системе входное напряжение постоянного тока от батареи подвергается преобразованию в напряжение постоянного тока посредством преобразователя DC/DC, после чего аккумулируется в конденсаторе, так что питание нагрузки осуществляется от накопительного конденсатора, который далее считается источником энергии постоянного тока. Кроме того, коэффициентом преобразования напряжения преобразователя DC/DC можно управлять путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, который подается на переключающий элемент в преобразователе DC/DC.

Управляющее устройство преобразователя напряжения также описано в международной публикации 03/61104.

По причинам, которые объясняются ниже, в такой системе требуется управление для ограничения коэффициента преобразования напряжения преобразователя DC/DC путем ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением. В общем случае, типовая батарея рассчитана на отдачу мощности, которая соответствует мощности, потребляемой нагрузкой. Однако в зависимости от состояния батареи батарея может оказаться не в состоянии отдавать электрическую мощность, необходимую для питания нагрузки, например, когда из-за понижения температуры возрастает внутреннее сопротивление батареи.

В этом случае, если принцип управления преобразователем DC/DC предусматривает упрощенное питание с соответствием выдаваемой электрической мощности той мощности, которая требуется для питания нагрузки, то из-за внутреннего сопротивления батареи может возникать увеличение потребляемой мощности и, как следствие, в нагрузку будет передаваться пониженная мощность. Чтобы компенсировать падение электрической мощности, передаваемой в нагрузку, требуется вводить ограничение коэффициента заполнения сигнала управления переключением.

В соответствии с международной публикацией 03/61104 управляющее устройство преобразователя напряжения исходя из электродвижущей силы (ЭДС) батареи (которая задается в виде константы) и выходного напряжения преобразователя DC/DC задает коэффициент заполнения, который приводит к получению от батареи максимальной мощности. Коэффициент заполнения задается в виде нижнего предельного значения диапазона оптимальных значений коэффициента заполнения, при этом коэффициент заполнения сигнала управления переключением, который должен подаваться на переключающий элемент, подвергается ограничению, так чтобы оставаться в указанном диапазоне оптимальных значений. То есть соответствующее управляющее устройство преобразователя напряжения осуществляет ограничение коэффициента заполнения и тем самым компенсирует падение электрической мощности, передаваемой в нагрузку.

Однако в данном техническом решении, в котором ЭДС батареи считается константой, при фактическом изменении ЭДС из-за изменения степени заряженности (СЗ) батареи нижнее предельное значение диапазона оптимальных значений коэффициента заполнения может также изменяться из-за вариации СЗ батареи, что является нежелательным. Это затрудняет осуществление оптимального управления, направленного на ограничение коэффициента преобразования напряжения преобразователя DC/DC.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение предлагает управляющее устройство и способ управления для преобразователя напряжения, которые обеспечивают возможность осуществления более адекватного управления коэффициентом преобразования преобразователя напряжения.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается управляющее устройство для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем управляющее устройство выполнено с возможностью управления коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом управляющее устройство содержит;

блок задания диапазона допустимых значений для установки диапазона допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением на основе зависимости характеристики мощности накопительной батареи от коэффициента заполнения;

блок ограничения коэффициента заполнения для ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы коэффициент заполнения попадал в диапазон допустимых значений; и

блок определения степени заряженности для получения информации о состоянии заряженности накопительной батареи, при этом

блок задания диапазона допустимых значений выполнен с возможностью изменения диапазона допустимых значений при изменении степени заряженности накопительной батареи.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается управляющее устройство для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем управляющее устройство выполнено с возможностью управления коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом управляющее устройство содержит:

блок задания диапазона допустимых значений для установки диапазона допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы ток накопительной батареи находился в пределах заданного диапазона значений;

блок ограничения коэффициента заполнения для ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы коэффициент заполнения попадал в диапазон допустимых значений; и

блок определения степени заряженности для получения информации о состоянии заряженности накопительной батареи, при этом

блок задания диапазона допустимых значений выполнен с возможностью изменения диапазона допустимых значений при изменении степени заряженности накопительной батареи.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается управляющее устройство для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем управляющее устройство выполнено с возможностью управления коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом управляющее устройство содержит:

блок измерения тока для определения тока накопительной батареи;

блок задания диапазона допустимых значений для установки диапазона допустимых значений тока накопительной батареи на основе зависимости характеристики мощности накопительной батареи от тока накопительной батареи;

блок ограничения коэффициента заполнения для ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы ток накопительной батареи попадал в диапазон допустимых значений; и

блок определения степени заряженности для получения информации о состоянии заряженности накопительной батареи, при этом

блок задания диапазона допустимых значений выполнен с возможностью изменения диапазона допустимых значений при изменении степени заряженности накопительной батареи.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается управляющее устройство для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем управляющее устройство выполнено с возможностью управления коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом управляющее устройство содержит:

блок измерения напряжения для определения напряжения накопительной батареи;

блок ограничения коэффициента заполнения для ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы напряжение накопительной батареи попадало в диапазон допустимых значений;

блок определения степени заряженности для получения информации о состоянии заряженности накопительной батареи, и

блок задания диапазона допустимых значений для изменения диапазона допустимых значений при изменении степени заряженности накопительной батареи.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ управления для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем указанный способ обеспечивает управление коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом указанный способ управления содержит следующие операции, при которых;

получают информацию о состоянии заряженности накопительной батареи;

задают диапазон допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением на основе зависимости характеристики мощности накопительной батареи от коэффициента заполнения сигнала управления переключением и осуществляют изменение диапазона допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением при изменении состояния заряженности накопительной батареи; и

ограничивают коэффициент заполнения сигнала управления переключением, так чтобы коэффициент заполнения попадал в указанный диапазон допустимых значений.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ управления для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем указанный способ обеспечивает управление коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом указанный способ управления содержит следующие операции, при которых:

получают информацию о состоянии заряженности накопительной батареи;

задают диапазон допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением, так чтобы ток накопительной батареи попадал в заданный диапазон значений, и осуществляют изменение диапазона допустимых значений коэффициента заполнения сигнала управления переключением при изменении состояния заряженности накопительной батареи; и

ограничивают коэффициент заполнения сигнала управления переключением, так чтобы коэффициент заполнения попадал в указанный диапазон допустимых значений.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ управления для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем указанный способ обеспечивает управление коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом указанный способ управления содержит следующие операции, при которых:

измеряют ток накопительной батареи;

получают информацию о состоянии заряженности накопительной батареи;

задают диапазон допустимых значений тока накопительной батареи на основе зависимости характеристики мощности накопительной батареи от тока накопительной батареи и осуществляют изменение диапазона допустимых значений тока накопительной батареи при изменении состояния заряженности накопительной батареи; и

ограничивают коэффициент заполнения сигнала управления переключением, так чтобы ток накопительной батареи попадал в указанный диапазон допустимых значений.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ управления для использования в преобразователе напряжения, выполненном с возможностью преобразования напряжения постоянного тока, подаваемого от заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, в напряжение требуемой величины на выходе посредством переключения переключающего элемента, причем указанный способ обеспечивает управление коэффициентом преобразования напряжения путем регулирования коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент, при этом указанный способ управления содержит следующие операции, при которых:

измеряют напряжение накопительной батареи;

получают информацию о состоянии заряженности накопительной батареи;

изменяют диапазон допустимых значений напряжения накопительной батареи при изменении состояния заряженности накопительной батареи; и

ограничивают коэффициент заполнения сигнала управления переключением, так чтобы напряжение накопительной батареи попадало в указанный диапазон допустимых значений.

В соответствии с настоящим изобретением может быть реализовано более адекватное управление ограничением коэффициента преобразования преобразователя напряжения путем ограничения коэффициента заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на переключающий элемент.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображена схема, демонстрирующая структуру системы 20 питания, соответствующую одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 изображен график зависимости электродвижущей силы (ЭДС) Vbo батареи 22 от степени заряженности (СЗ) указанной батареи.

На фиг.3 изображена схема, демонстрирующая пример системы 20 питания привода.

Фиг.4 представляет собой блок-схему, демонстрирующую структуру электронного блока 40 управления.

На фиг.5 изображен график зависимости внутреннего сопротивления Rb батареи 22 от температуры Tb указанной батареи.

Фиг.6 представляет собой пример схемы алгоритма работы программы управления преобразователем DC/DC, исполняемой электронным блоком 40 системы 20 питания, в данном варианте осуществления.

Фиг.7 представляет собой пример графика характеристики мощности батареи 22.

На фиг.8 изображены графики, демонстрирующие изменение характеристик мощности батареи 22 в зависимости от СЗ.

На фиг.9 изображены графики, демонстрирующие изменение характеристик мощности батареи 22 в зависимости от внутреннего сопротивления Rb.

Фиг.10 представляет собой блок-схему, демонстрирующую другую структуру электронного блока 40 управления.

Фиг.11 представляет собой пример схемы алгоритма работы программы управления преобразователем DC/DC, исполняемой электронным блоком 40 системы питания, при измененном варианте осуществления.

Фиг.12 представляет собой пример графика характеристики мощности батареи 22.

На фиг.13 изображены графики, демонстрирующие изменение характеристик мощности батареи 22 в зависимости от СЗ.

Фиг.14 представляет собой блок-схему, демонстрирующую еще одну структуру электронного блока 40 управления.

Фиг.15 представляет собой пример схемы алгоритма работы программы управления преобразователем DC/DC, исполняемой электронным блоком 40 системы питания, при измененном варианте осуществления.

Осуществление изобретения

Ниже приведено описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг.1 приведена схема, демонстрирующая структуру системы 20 питания, содержащей устройство управления для преобразователя напряжения, соответствующее варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано, система 20 питания содержит аккумуляторную батарею 22, которая служит в качестве заряжаемой и разряжаемой накопительной батареи, преобразователь 24 DC/DC - в качестве преобразователя напряжения для осуществления преобразования DC/DC входного напряжения от батареи 22 и получения на выходе результирующего напряжения, конденсатор 26 для накопления электрической энергии, получаемой с выхода преобразователя 24 DC/DC, нагрузку 28, питание которой может осуществляться электрической энергией, накопленной в конденсаторе 26, и электронный блок 40 управления для осуществления управления всем устройством.

Батарея 22 является вторичным источником электропитания и может быть представлена, например, свинцовой или литиевой (LI) ионной батареей. Батарея 22 характеризуется электродвижущей силой (ЭДС) Vbo, которая изменяется в зависимости от степени заряженности (СЗ) батареи, как, например, показано на фиг.2. Точнее, ЭДС Vbo увеличивается по мере увеличения СЗ в направлении состояния полной заряженности.

Преобразователь 24 DC/DC содержит два последовательно соединенных транзистора Т1 и Т2, два диода D1 и D2 и реактивное сопротивление L. Два транзистора Т1 и Т2 соответственно подключены к положительной и отрицательной шинам, а также к стороне источника и стороне обратного провода нагрузки 28. Два диода D1, D2 встречно-параллельно подключены соответственно к транзисторам Т1, Т2, а реактивное сопротивление L одним концом подключено к одной стороне батареи 22, а другим концом - к точке соединения транзисторов Т1, Т2.

Транзистор Т1 подключен между указанным другим концом реактивного сопротивления L и выходной клеммой преобразователя 24 DC/DC, в то время как транзистор Т2 подключен между указанным другим концом реактивного сопротивления L и другой клеммой батареи 22.

В преобразователе 24 DC/DC, когда транзистор Т2 открыт, образуется короткозамкнутая цепь, которая соединяет батарею 22, реактивное сопротивление L и транзистор Т2, так что энергия постоянного тока от батареи 22 запасается в реактивном сопротивлении L. Когда затем транзистор Т2 выключается, энергия, накопленная в реактивном сопротивлении L, аккумулируется в конденсаторе 26 через диод D1. При таком процессе напряжение на конденсаторе 26 может оказаться выше, чем напряжение, подаваемое от батареи 22.

В рассматриваемом преобразователе 24 DC/DC также можно осуществлять заряд батареи 22, используя заряд, накопленный в конденсаторе 26. В указанном смысле схема преобразователя 24 DC/DC представляет собой повышающий/понижающий напряжение прерыватель, который путем отпирания/запирания транзисторов Т1, Т2 может заряжать конденсатор 26 и который может дополнительно заряжать батарею 22, используя заряд, накопленный в конденсаторе 26. В качестве реактивного сопротивления в преобразователе 24 DC/DC может быть использована катушка индуктивности.

Нагрузка 28 может иметь структуру, показанную на фиг.3, которая, например, содержит инвертор и двигатель или генератор, такой какие устанавливаются на электрических и/или гибридных транспортных средствах (см. фиг.3а), или структуру, содержащую два параллельно соединенных инвертора, соответственно подключенных к двигателю и генератору (см. фиг.3b), хотя двигатель или генератор, устанавливаемые на электрических или гибридных транспортных средствах, не являются исключительным примером, и все вышесказанное применимо к любому электрическому устройству, питание которого осуществляется энергией от батареи 22.

Электронный блок 40 управления построен на основе микропроцессора и, как показано на фиг.1, содержит в качестве основного элемента центральное процессорное устройство (CPU) 42, постоянное запоминающее устройство (ROM) 44 для хранения программы обработки, оперативное запоминающее устройство (RAM) 46 для временного хранения данных и порты ввода/вывода (не показаны). Электронный блок 40 управления через порты ввода принимает напряжение Vb батареи (напряжение между клеммами) от датчика 30 напряжения, установленного на батарее 22, ток батареи Ib от датчика 32 тока, установленного в линии питания, соединяющей батарею 22 и преобразователь 24 DC/DC, напряжение Vc на конденсаторе (напряжение на выходе преобразователя 24 DC/DC) от датчика 34 напряжения, установленного на конденсаторе 26, температуру Tb батареи от датчика 36 температуры, установленного на батарее 22, и заданное значение (Command Value), относящееся к управлению нагрузкой 28. При этом электронный блок 40 управления через порты вывода выдает сигнал управления переключением на транзисторы Т1, Т2 преобразователя 24 DC/DC и сигнал управления на нагрузку 28.

В рассматриваемом случае электронный блок 40 управления может управлять коэффициентом преобразования напряжения преобразователя 24 DC/DC, регулируя коэффициент D заполнения сигнала управления переключением, подаваемого на транзисторы Т1, Т2. В рассматриваемом варианте осуществления коэффициент D заполнения, который представляет собой соотношение между временем (Т1оn) включенного состояния верхнего транзистора Т1 и временем (Т2оn) включенного состояния нижнего транзистора Т2, выражается формулой D=T1on/(T1on+T2on), при этом уменьшение коэффициента D (=Т1оn/(Т1оn+Т2оn)) заполнения приводит к увеличению коэффициента (=Vc/Vb) преобразования напряжения преобразователя 24 DC/DC.

Электронный блок 40 управления может быть построен, например, так, как показано на функциональной схеме фиг.4. Более конкретно, электронный блок 40 управления содержит устройство 52 оценивания СЗ, устройство 54 вычисления ЭДС, устройство 56 вычисления внутреннего сопротивления, устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения, устройство 60 вычисления коэффициента заполнения и устройство 62 ограничения коэффициента заполнения. Все упомянутые устройства описываются ниже.

Устройство 52 оценивания СЗ осуществляет оценку СЗ (степени заряженности) батареи 22 и выдает результат в устройство 54 вычисления ЭДС. Поскольку данные о СЗ батареи 22 можно получить на основе характеристик тока Ib батареи и напряжения Vb батареи, устройство 52 оценивания СЗ может определить СЗ исходя из сигналов тока Ib батареи и напряжения Vb батареи, которые поступают на вход устройства.

Устройство 54 вычисления ЭДС рассчитывает электродвижущую силу Vbo батареи 22 и выдает результат в устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения между СЗ батареи 22 и ЭДС Vbo имеется зависимость, например, такая как показана на фиг.2. Следовательно, устройство 54 вычисления ЭДС может определить ЭДС Vbo батареи исходя из сигнала СЗ батареи 22, поступающего на вход устройства.

Устройство 56 вычисления внутреннего сопротивления рассчитывает внутреннее сопротивление Rb батареи 22 и выдает результат в устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения. Поскольку между температурой Tb и внутренним сопротивлением Rb батареи 22 существует зависимость, например, такая как показана на фиг.5, устройство 56 вычисления внутреннего сопротивления может определить внутреннее сопротивление Rb батареи 22 на основе сигнала температуры Tb батареи 22.

Устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения рассчитывает нижнее предельное значение DL и верхнее предельное значение DH коэффициента заполнения сигнала управления переключением исходя из сигнала ЭДС Vbo батареи, внутреннего сопротивления Rb батареи и напряжения Vc на конденсаторе, после чего выдает результат в устройство 62 ограничения коэффициента заполнения.

Нижнее предельное значение DL рассчитывается исходя из ЭДС Vbo батареи и напряжения Vc на конденсаторе, в то время как верхнее предельное значение DH вычисляется на основе ЭДС Vbo батареи, внутреннего сопротивления Rb батареи и напряжения Vc на конденсаторе. На основе данных нижнего предельного значения DL и верхнего предельного значения DH задается диапазон допустимых значений коэффициента D заполнения (от нижнего предельного значения DL до верхнего предельного значения DH). Более подробно, вычисление нижнего предельного значения DL и верхнего предельного значения DH для коэффициента D заполнения будет описано ниже.

Устройство 60 вычисления коэффициента заполнения рассчитывает коэффициент D заполнения сигнала управления переключением, который должен быть подан на транзисторы Т1, Т2 исходя из сигнала напряжения Vb батареи, и выдает результат на устройство 62 ограничения коэффициента заполнения. Расчет коэффициента D заполнения будет более подробно описан ниже.

Устройство 62 ограничения коэффициента заполнения осуществляет ограничение коэффициента D заполнения таким образом, чтобы коэффициент D заполнения сигнала управления переключением, который рассчитан устройством 60 вычисления коэффициента заполнения, попал в диапазон допустимых значений коэффициента D заполнения (между нижним предельным значением DL и верхним предельным значением DH), который устанавливается устройством 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения.

Точнее, когда коэффициент D заполнения находится в пределах диапазона допустимых значений (между нижним предельным значением DL и верхним предельным значением DH), устройство 62 ограничения коэффициента заполнения выдает на транзисторы Т1, Т2 преобразователя 24 DC/DC сигнал управления переключением с неизмененным коэффициентом D заполнения. Если коэффициент D заполнения меньше, чем нижнее предельное значение DL, то устройство 62 ограничения коэффициента заполнения выдает на транзисторы Т1, Т2 сигнал управления переключением с коэффициентом заполнения, равным DL. Когда коэффициент D заполнения больше, чем верхнее предельное значение DH, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения выдает на транзисторы Т1, Т2 сигнал управления переключением с коэффициентом заполнения, равным DH.

Далее будет описана работа системы 20 питания рассматриваемой структуры, соответствующей варианту осуществления настоящего изобретения, и, в частности, управление преобразователем 24 DC/DC.

На фиг.6 изображен пример алгоритма работы программы управления преобразователем DC/DC, которая должна исполняться электронным блоком 40 управления, входящим в состав системы 20 питания, соответствующей варианту осуществления изобретения. Исполнение данной программы повторяется через определенный временной интервал (например, через 0,2 мс).

Если рассмотреть работу алгоритма конкретнее, то при пуске программы управления преобразователем DC/DC процессор CPU 42, входящий в состав электронного блока 40 управления, производит считывание значений: целевого напряжения Vc* на конденсаторе, фактического напряжения Vc на конденсаторе, напряжения Vb батареи, тока Ib батареи и температуры Tb батареи (S100). При этом целевое напряжение Vc* на конденсаторе задается исходя из требуемой мощности Р. Значение Vc* служит командной величиной для питания нагрузки 28, другими словами, величиной напряжения на конденсаторе 26, которая необходима для питания нагрузки 28 при требуемой мощности Р.

После считывания информации, касающейся состояния батареи 22, устройство 60 вычисления коэффициента заполнения производит расчет коэффициента D (=Т1оn/(Т1оn+Т2оn)) заполнения, который представляет собой соотношение между временем (Т1оn) включенного состояния верхнего транзистора Т1 и временем (Т2оn) включенного состояния нижнего транзистора Т2. Расчет выполняется на основе считанных значений целевого напряжения Vc* на конденсаторе и напряжения Vb батареи по нижеприведенной формуле (1), где α - соответствует поправке коэффициента D заполнения (S102).

Далее, на основе считанных значений напряжения Vb и тока Ib батареи устройство 52 оценивания СЗ производит вычисление СЗ батареи 22 (S104), а устройство 54 вычисления ЭДС исходя из данных СЗ батареи 22 вычисляет ЭДС Vbo батареи (S106). Устройство 56 вычисления внутреннего сопротивления на основе считанного значения температуры Tb батареи производит вычисление внутреннего сопротивления Rb батареи (S108).

Далее, устройство 58 вычисления предельного значения коэффициента заполнения на основе данных напряжения Vc конденсатора, ЭДС Vbo батареи и внутреннего сопротивления Rb батареи задает диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения (S110). В данном случае диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения представляет собой диапазон значений коэффициента заполнения D, который соответствует диапазону мощностей, которые будут отбираться у батареи при управлении преобразователем 24 DC/DC.

Ниже диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения будет рассмотрен более подробно.

Если рассмотреть нагрузку 28 системы 20 питания, то мощность ВР выражается нижеприведенной формулой (2), в которой участвуют: коэффициент заполнения D, напряжение Vc на конденсаторе и ток Ib батареи.

Ток Ib батареи получается из нижеприведенного выражения (3)

Подстановка выражения (3) в выражение (2) дает выражение (4)

Выражение (4) может быть представлено, как показано на фиг.7, в виде характеристики мощности батареи 22, которая показывает зависимость мощности ВР батареи 22 от коэффициента D заполнения для транзисторов Т1, Т2. Как показано на фиг.7, чтобы извлечь из батареи 22 максимальную мощность Vbo²/4Rb, управление преобразователем 24 DC/DC должно осуществляться так, чтобы коэффициент D заполнения был равен Vbo/2Vc. Если управление преобразователем 24 DC/DC будет таково, что коэффициент D заполнения окажется меньше, чем величина Vbo/2Vc (т.е. изменится в сторону форсирования питания), мощность ВР, отбираемая от батареи 22, будет снижена.

Поэтому, задавая нижнее предельное значение DL диапазона оптимальных значений коэффициента заполнения равным Vbo/2Vc, можно надежным образом отбирать от батареи 22 максимальную мощность, осуществляя стабильное питание нагрузки 28. Необходимо отметить, что мощность ВР считается положительной, когда происходит разряд батареи 22, и отрицательной, когда батарея заряжается.

В рассматриваемом варианте осуществления изобретения, как показано на фиг.8, ЭДС Vbo батареи 22 возрастает по мере того, как увеличивается СЗ батареи (изменяется в направлении полного заряда), и, следовательно, коэффициент D заполнения, соответствующий максимальной мощности BPmax, увеличивается. Тогда с целью сохранения состояния, при котором нижнее предельное значение DL поддерживается по существу равным коэффициенту D заполнения, обеспечивающему максимальную мощность BPmax, несмотря на то, что СЗ батареи 22 изменяется, осуществляется изменение нижнего предельного значения DL (=Vbo/2Vc) в зависимости от СЗ батареи 22. Точнее, производится увеличение нижнего предельного значения DL (=Vbo/2Vc) по мере увеличения СЗ батареи 22 (изменения СЗ в направлении состояния полной заряженности).

Следует отметить, что не всегда необходимо задавать нижнее предельное значение DL диапазона DR оптимальных значений коэффициента заполнения равным величине Vbo/2Vc, что соответствует максимальной мощности BPmax на характеристике мощности батареи 22. Как вариант, в качестве нижнего предельного значения DL может быть задана, например, величина Vbo/2Vc+AD (ΔD>0), которая немного больше коэффициента заполнения Vbo/2Vc, соответствующего максимальной мощности BPmax, или величина Vbo/2Vc-ΔD, которая немного меньше коэффициента заполнения Vbo/2Vc.

При заряде батареи 22 (регенерация с отрицательным значением мощности) желательно ограничить коэффициент D заполнения таким образом, чтобы предотвратить поступление в батарею 22 избыточной электрической мощности.

В рассматриваемом случае, полагая предельную величину мощности ВР при заряде батареи равной Pblim (отрицательная константа), коэффициент D заполнения при мощности ВР батареи, равной Pblim, можно выразить нижеприведенной формулой (5), полученной на основе вышеупомянутого выражения (4).

Следовательно, чтобы не дать мощности ВР батареи упасть ниже предельного значения Pblim (т.е. воспрепятствовать поступлению в батарею 22 избыточной электрической мощности), желательно задать верхнее предельное значение DH диапазона DR оптимальных значений коэффициента заполнения равным (Vbo+(Vbo²-4Rb×Pblim)^0,5)/2Vc.

В рассматриваемом варианте осуществления изобретения, как показано на фиг.8, ЭДС Vbo батареи 22 увеличивается по мере увеличения СЗ батареи (в направлении состояния полной заряженности) и вслед за этим увеличивается и коэффициент D заполнения, соответствующий мощности Pblim.

Поэтому для поддержания состояния, при котором верхнее предельное значение DH даже при изменении СЗ батареи 22 будет оставаться по существу равным коэффициенту D заполнения, соответствующему мощности Pblim, осуществляется изменение верхнего предельного значения DH (=(Vbo+(Vbo²-4Rb×Pblim)^0,5)/2Vc) в зависимости от СЗ батареи 22. Точнее, верхнее предельное значение DH увеличивается по мере увеличения СЗ батареи 22 (в направлении состояния полной заряженности).

Кроме того, в данном варианте осуществления, как показано на фиг.9, при увеличении внутреннего сопротивления Rb батареи (уменьшении температуры Tb батареи) производится увеличение коэффициента D заполнения, соответствующего мощности Pblim. Следовательно, для поддержания состояния, при котором верхнее предельное значение DH даже при изменении внутреннего сопротивления Rb батареи (температуры Tb батареи) будет оставаться по существу равным коэффициенту D заполнения, соответствующему мощности Pblim, осуществляется изменение верхнего предельного значения DH в зависимости от внутреннего сопротивления Rb батареи (температуры Tb батареи).

Точнее, осуществляется увеличение верхнего предельного значения DH по мере увеличения внутреннего сопротивления Rb батареи, то есть при падении температуры Tb.

Когда диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения (т.е нижнее предельное значение DL и верхнее предельное значение DH) задан, устройство 62 ограничения коэффициента заполнения определяет, попадает ли коэффициент D заполнения, вычисленный во время шага S102, в диапазон DR оптимальных значений коэффициента заполнения (т.е в интервал между нижним предельным значением DL и верхним предельным значением DH) (S112).

Ког