阅读说明：本技术 功率转换装置及使用了该功率转换装置的电动化车辆 (Power conversion device and electric vehicle using same ) 是由 市川贵文 家泽雅宏 和田典之 中野晃太郎 于 2020-04-10 设计创作，主要内容包括：现有技术存在以下缺点：需要设定与功率转换装置的电流指令单元的效率相对应的电流指令值,工序数变多。本发明的功率转换装置连接在三相交流旋转电机与直流电源之间,并将直流电转换成交流电,其基于效率指标来校正输入至功率转换装置的电流指令单元的直流电源的直流电压值,基于该校正后的直流电压值和转矩指令值来使电流指令单元所输出的电流指令值变化,从而对功率转换装置和三相交流旋转电机的效率进行控制。(The prior art has the following defects: the current command value corresponding to the efficiency of the current command unit of the power conversion device needs to be set, and the number of processes increases. The power conversion device of the present invention is connected between a three-phase ac rotating electrical machine and a dc power supply, and converts dc power into ac power, corrects a dc voltage value of the dc power supply input to a current command unit of the power conversion device based on an efficiency index, and changes a current command value output by the current command unit based on the corrected dc voltage value and a torque command value, thereby controlling the efficiency of the power conversion device and the three-phase ac rotating electrical machine.)

功率转换装置及使用了该功率转换装置的电动化车辆

技术领域

本申请涉及功率转换装置及使用了该功率转换装置的电动化车辆。

背景技术

已知将三相交流旋转电机(以下，在本文中称为交流电动机)作为驱动力源的电动车或混合动力车等电动化车辆。该电动化车辆中，在行驶时使交流电动机进行动力运行来产生行驶驱动转矩，在制动时进行再生运行来产生再生制动转矩。

此处，电动化车辆的驱动系统由直流电源、功率转换装置及交流电动机构成，上述直流电源由锂离子电池等充电电池构成，上述功率转换装置与直流电源相连接，上述交流电动机作为负载与功率转换装置相连接。

功率转换装置由电容器、多个半导体开关、以及控制半导体开关的控制单元构成。通过以规定的开关频率使多个半导体开关导通或截止，从而将直流电源的直流电转换成交流电，并调节交流电动机的转矩和转速。此外，交流电动机根据动作状况作为发电机进行动作，并将通过发电而产生的再生功率充电至直流电源。

当利用功率转换装置将来自交流电动机的再生功率转换成直流电压并用于直流电源的充电时，交流电动机有可能发电并超过在直流电源侧所能接收的功率，从而产生剩余功率，并有可能因再生功率过大而导致在电动机驱动系统内部产生过电压。因此，需要根据需要增大交流电动机中的再生能量的消耗，以抑制针对直流电源侧的再生功率。已知在该情况下，针对相同的转矩指令值，设定效率较高的电流指令值和效率较低的电流指令值，并任意设定用于消耗剩余功率的消耗动作(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007－151336号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在专利文献1所提出的功率转换装置中，需要对电流指令单元设定与效率相对应的电流指令值。该情况下，需要基于相同的转矩指令值，对电流指令单元设定高效率时的电流指令值和低效率时的电流指令值，从而导致存在如下缺点：工序数变多，设定较为花费时间。

本申请的目的在于，省去对电流指令单元预先设定与效率相对应的电流指令值来抑制工序数，并且使功率转换装置与三相交流旋转电机的效率降低、使损耗增加。

解决技术问题所采用的技术方案

本申请所公开的功率转换装置

连接在三相交流旋转电机与直流电源之间，将直流电转换成交流电，其包括：

直流电压值获取单元，该直流电压值获取单元将直流电源的直流电压值作为第1直流电压值进行输出；

直流电压值校正单元，该直流电压值校正单元基于第1直流电压值和效率指标来输出第2直流电压值；

电流指令单元，该电流指令单元基于第2直流电压值和转矩指令值来输出电流指令值；

电流控制单元，该电流控制单元基于电流指令值和三相交流旋转电机的相电流值来输出相电压指令值；以及

电压施加单元，该电压施加单元基于相电压指令值，将直流电源的直流电转换成交流电，并将电压施加至三相交流旋转电机。

发明效果

根据本申请所公开的功率转换装置，不对电流指令单元设定与效率指标相对应的电流指令值，而基于转矩指令值和效率指标来使电流指令值变化，从而控制功率转换装置和三相交流旋转电机的效率。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的功率转换装置和三相交流旋转电机的简要结构图。

图2是实施方式1所涉及的直流电压值校正单元的简要结构图。

图3是实施方式1所涉及的第2运算部的简要结构图。

图4是实施方式1所涉及的功率转换装置的硬件结构图。

图5是说明实施方式1所涉及的基于第1直流电压值的电压限制椭圆与第2直流电压值的电压限制椭圆的等转矩线上的电流动作点的转移的图。

图6是实施方式2所涉及的功率转换装置和三相交流旋转电机的简要结构图。

图7是实施方式3所涉及的电动化车辆的简要结构图。

具体实施方式

下面，参照附图对本申请所涉及的功率转换装置的优选实施方式进行说明。另外，对相同内容及相当部分配置相同标号，并省略其详细说明。在以后的实施方式中也同样地对标注了相同标号的结构省略重复的说明。

实施方式1.

图1是实施方式1所涉及的功率转换装置1、以及与功率转换装置1相连接的三相交流旋转电机2和直流电源3的简要结构图。

功率转换装置1包括：直流电压值生成单元4，该直流电压值生成单元4生成直流电源3的直流电压值；直流电压值获取单元5，该直流电压值获取单元5从直流电压值生成单元4获取直流电压值，并输出第1直流电压值51；直流电压值校正单元6，该直流电压值校正单元6基于来自外部的效率指标100将第1直流电压值51校正为第2直流电压值61；电流指令单元7，该电流指令单元7基于来自外部的转矩指令值200来输出电流指令值71；电流控制单元8，该电流控制单元8根据从电流指令单元7输出的电流指令值71和输入至三相交流旋转电机2的相电流值91来输出相电压指令值81；以及电压施加单元9，该电压施加单元9通过控制开关元件将外部的直流电源3的直流电压值31转换成交流电压，并施加至三相交流旋转电机2。

在这样构成的功率转换装置1中，在直流电压值31和转矩指令值200的基础上，对电流指令单元7仅设定功率转换装置1和三相交流旋转电机2的效率变得最高的电流指令值71，根据效率指标100仅校正输入至电流指令单元7的第2直流电压值61，并基于相同的转矩指令值200来使电流指令值71变化。

根据图1的结构，能不预先设定与效率指标相对应的电流指令单元7的电流指令值，而由直流电压值校正单元6基于效率指标100将第1直流电压值51校正为第2直流电压值61，来使电流指令单元7所输出的电流指令值71变化，从而能对功率转换装置1和三相交流旋转电机2的效率进行操作。

此外，图2是直流电压值校正单元6的简要结构图。直流电压值校正单元6由基于效率指标100来输出电压校正值60的第1运算部601、以及基于第1直流电压值51和电压校正值60来输出第2直流电压值61的第2运算部602所构成。

在如图2那样构成的直流电压值校正单元6中，第1运算部601基于效率指标100来输出电压校正值60，第2运算部602基于电压校正值60和第1直流电压值51来输出第2直流电压值61。因而，根据图2的结构，能基于效率指标100容易地将第1直流电压值51校正为第2直流电压值61。

此外，图3是第2运算部602的简要结构图。第2运算部602由减法部621构成，该减法部621在第1直流电压值51与电压校正值60之间实施减法，并输出第2直流电压值。

图4中示出功率转换装置的硬件的一个示例。硬件由处理器300及存储装置400构成，虽未图示，但存储装置具备随机存取存储器等易失性存储装置、以及闪存等非易失性辅助存储装置。此外，也可具备硬盘这样的辅助存储装置以代替闪存。处理器300通过执行从存储装置400输入的程序来使电流指令值71变化，从而控制电压施加单元9的开关元件。该情况下，从辅助存储装置经由易失性存储装置向处理器300输入程序。另外，处理器300可以将运算结果等数据输出至储存装置400的易失性储存装置，也可以经由易失性储存装置将数据保存至辅助储存装置。此外，效率指标100、转矩指令值200可以从外部被输入，也可以存储于存储装置400。此外，虽然在后文中阐述，但在效率指标100为2个值等切换的值较少的情况下，也可以用模拟电路或逻辑电路来构成直流电压值校正单元6等一部分单元。

图5是从直流电压值获取单元5所输出的第1直流电压值51的电压限制椭圆校正为直流电压值校正单元6所输出的第2直流电压值61的电压限制椭圆时的等转矩曲线上的电流动作点的转移图。根据第2直流电压值61和转矩指令值200，对电流指令单元7设定功率转换装置1和三相交流旋转电机2的效率变为最高的电流指令值。然而，在如图2和图3那样构成的第2运算部602中，利用减法部621、基于效率指标100使第1直流电压值51减少为第2直流电压值61。因此，如图5所示，第2直流电压值61的电压限制椭圆小于第1直流电压值51的电压限制椭圆，等转矩曲线上的电流动作点可取的范围变小，并且等转矩曲线上的电流动作点转移。由此，在相同的转矩指令值的情况下，对电流指令单元7设定的电流指令值增加。

这里，效率指标100可以以导通、截止的切换或者效率指令值中的任意一个来给出。此外，对于第1运算部601，可以设定固定值，也可以根据表来设定值。

下面，对将效率指标100作为导通、截止的切换来给出的情况进行说明。在效率指标100的输出为截止时，第1运算部601输出电压校正值＝0，第1直流电压值51与第2直流电压值61相等。另一方面，在效率指标100的输出为导通时，第1运算部601输出电压校正值≠0，如图5所示，第2直流电压值61变得小于第1直流电压值51，因此，电流指令单元7所输出的电流指令值71在相同的转矩指令值200、即等转矩线上转移。由此，使电流指令值可变。

在用效率指令值来给出效率指标100的情况下，该效率指令值表示将功率转换装置1和三相交流旋转电机2组合后的系统效率(％)。第1运算部601根据该效率指令对输入至电流指令单元7的直流电压值进行操作，由此来使图5所示的第2直流电压值61的电压限制椭圆变化。由此，在效率指标100为效率指令值的情况下，也如图5所示，电流指令单元7所输出的电流指令值71在相同的转矩指令值200、即等转矩线上转移。由此，使电流指令值可变。

因此，根据图1至图4的结构，能不预先设定与效率相对应的电流指令值，而利用对输入至电流指令单元7的直流电压值进行操作的简单的结构，并基于转矩指令值和效率指标来使电流指令值变化，从而能对功率转换装置1和三相交流旋转电机2的效率进行操作。即，基于效率指标使输入至电流指令单元7的第1直流电压值减少，并使电流指令单元7所输出的电流指令值增加，由此，能在功率转换装置1和三相交流旋转电机2中使效率降低，并使损耗增加。另外，用导通、截止2个值来给出上述的效率指标100可使工序数减少，结构也变得简单，但用2个值以上的效率指令值来给出效率指标则能进行更精细的控制。

实施方式2

另外，上述实施方式1中，构成为将直流电源3的直流电压直接施加至电压施加单元9，但也可以构成为经由升压单元11将直流电源3的直流电压施加至电压施加单元9。

图6是实施方式2的功率转换装置1a、三相交流旋转电机2及直流电源3的简要结构图。功率转换装置1a包括：直流电压值生成单元4，该直流电压值生成单元4生成直流电源3的直流电压值；直流电压值获取单元5，该直流电压值获取单元5获取并输出第1直流电压值；直流电压值校正单元6，该直流电压值校正单元6基于效率指标100将第1直流电压值51校正为第2直流电压值61；电流指令单元7，该电流指令单元7基于转矩指令值200来输出电流指令值71；电流控制单元8，该电流控制单元8基于电流指令值71和相电流值91来输出相电压指令值81；电压施加单元9，该电压施加单元9将直流电源3的直流电压值31转换成交流电压并将交流电压施加至三相交流旋转电机2；开关频率运算单元10，该开关频率运算单元10基于效率指标100来输出开关频率；以及升压单元11，该升压单元11基于开关频率使直流电源3的直流电压值31升压，并将其施加至电压施加单元9。

在如图6那样构成的功率转换装置1a中，不仅使实施方式1中所说明的电流指令值71增加，还使升压单元11的开关频率增加。由此，每单位时间的升压单元11的开关的次数增加，因此升压单元11的开关损耗增加。

因此，根据图6的结构，能通过使开关频率增加来降低升压单元11的效率。由此，能使损耗增加，因而除了上述实施方式1的电流指令值增加以外，还能进一步增加损耗。另外，用于基于效率指标100来运算开关频率并控制升压单元11的结构与实施方式1的图4所示的结构相同，可以通过由处理器300执行从存储装置400输入的程序来实现。另外，升压单元11也可以如专利文献1所记载的升降压转换器那样，由电抗器和开关元件构成。

由此，对于升压单元，也能基于效率指标使增加损耗，从而能使功率转换装置的损耗进一步增加。

实施方式3

图7是电动化车辆12的简要结构图。电动化车辆12由驱动轮13、实施方式1中所说明的功率转换装置1或实施方式2中所说明的功率转换装置1a、三相交流旋转电机2以及直流电源3构成。

在如图7那样构成的电动化车辆12中，使功率转换装置1和三相交流旋转电机2、或使功率转换装置1a和三相交流旋转电机2的效率降低，并使损耗增加。因此，根据图7的结构，在需要消耗三相交流旋转电机2的再生能量时，使三相交流旋转电机和功率转换装置的损耗增加，来防止三相交流旋转电机2的转速增加，从而能降低对于电动化车辆乘客的不适感。

本申请虽然记载了各种示例性的实施方式以及实施例，但1个或多个实施方式所记载的各种特征、方式及功能并不仅限于适用特定的实施方式，也可以单独适用于实施方式，或者进行各种组合来适用于实施方式。

因此，可在本申请说明书所公开的技术范围内设想未举例示出的无数变形例。例如，设为也包含对至少1个结构要素进行变形、追加或者省略的情况、以及提取至少1个结构要素并与其它实施方式的结构要素进行组合的情况。

标号说明

1、1a：功率转换装置

2：三相交流旋转电机

3：直流电源

4：直流电压值生成单元

5：直流电压值获取单元

6：直流电压值校正单元

7：电流指令单元

8：电流控制单元

9：电压施加单元

10：开关频率运算单元

11：升压单元

12：电动化车辆

13：驱动轮

300：处理器

400：存储装置

601：第1运算部

602：第2运算部。