


本発明は、電源システムおよびそれを搭載した車両に関し、より特定的には、複数の蓄電装置を備えた電源システムの制御に関する。 The present invention relates to a power supply system and a vehicle equipped with the power supply system, and more particularly to control of a power supply system including a plurality of power storage devices.
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置(たとえば二次電池やコンデンサなど)を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて、モータによって発生する駆動力により走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。 2. Description of the Related Art In recent years, as an environmentally friendly vehicle, a vehicle that is mounted with a power storage device (for example, a secondary battery or a capacitor) and that travels by driving force generated by a motor using electric power stored in the power storage device has attracted attention. . Such vehicles include, for example, electric vehicles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and the like.
このような車両において、電力による走行距離をさらに延ばすために、複数の蓄電装置が駆動装置などの負荷に並列に設けられる構成を有する場合がある。さらに、走行性能および電力効率を向上させるために、複数の蓄電装置として低電圧・高出力型蓄電装置と高電圧・大容量型蓄電装置とを備え、車両の走行状態に応じてこれらの蓄電装置を切換えたり、併用したりする技術が開発されている。 Such a vehicle may have a configuration in which a plurality of power storage devices are provided in parallel with a load such as a drive device in order to further extend the travel distance by electric power. Furthermore, in order to improve driving performance and power efficiency, a plurality of power storage devices include a low voltage / high output power storage device and a high voltage / large capacity power storage device, and these power storage devices according to the traveling state of the vehicle Technology to switch between and use them together has been developed.
特開2011−199934号公報(特許文献1)は、モータジェネレータを駆動するインバータに昇圧コンバータを介して接続された第1の蓄電装置と、インバータに対して第1の蓄電装置と並列に接続された第2の蓄電装置とを有する電源装置を備える電動車両を開示する。 Japanese Patent Laying-Open No. 2011-199934 (Patent Document 1) includes a first power storage device connected via a boost converter to an inverter that drives a motor generator, and the inverter connected in parallel to the first power storage device. An electric vehicle including a power supply device having a second power storage device is disclosed.
特開2011−199934号公報(特許文献1)においては、低電圧・高出力型の第1の蓄電装置からの出力電圧を昇圧コンバータにより昇圧した電力と、高電圧・大容量型の第2の蓄電装置からの電力とを、要求電力に応じて適宜選択する。一般的に、蓄電装置の高容量化と高出力化は、その特性が背反することから、一種類の蓄電装置でこの2つの要求を満足することは困難である。しかし、特開2011−199934号公報(特許文献1)のような構成とすることによって、通常走行においては、第1の蓄電装置と第2の蓄電装置とを併用することによって大容量化が実現され、急激な加速などの高い駆動力が必要となるときには、第1の蓄電装置からの出力電圧を昇圧してインバータに供給することによって高出力化が実現される。このような電源装置の構成とすることによって、電源装置全体として高容量かつ高出力を達成することができる。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-199934 (Patent Document 1), a power obtained by boosting an output voltage from a low-voltage / high-output first power storage device by a boost converter and a high-voltage / large-capacity second The power from the power storage device is appropriately selected according to the required power. In general, since the characteristics of the increase in capacity and output of the power storage device are contradictory, it is difficult to satisfy these two requirements with one type of power storage device. However, by adopting a configuration such as that disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-199934 (Patent Document 1), a large capacity can be realized by using both the first power storage device and the second power storage device in normal traveling. When a high driving force such as rapid acceleration is required, a high output is realized by boosting the output voltage from the first power storage device and supplying it to the inverter. By adopting such a configuration of the power supply device, the entire power supply device can achieve high capacity and high output.
特開2011−199934号公報(特許文献1)に開示された構成において、第1の蓄電装置と第2の蓄電装置とを併用する場合には、基本的には第2の蓄電装置からの電力が優先的に駆動装置に供給され、駆動装置の目標要求電力に対して不足する電力が第1の蓄電装置から供給されるようにコンバータの電力制御(電流制御)が行なわれる。 In the configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-199934 (Patent Document 1), when the first power storage device and the second power storage device are used in combination, the power from the second power storage device is basically used. Is preferentially supplied to the drive device, and power control (current control) of the converter is performed such that power shortage with respect to the target required power of the drive device is supplied from the first power storage device.
このようなコンバータの制御において、センサのバラつきや駆動装置の異常などによって、実際に消費される電力が目標要求電力よりも少なくなった場合には、駆動装置において消費されなかった電力により過電圧が生じる可能性がある。しかしながら、特開2011−199934号公報(特許文献1)においては、このような状態に対する対応が十分に考慮されていなかった。 In such control of the converter, when the actual power consumed is less than the target required power due to sensor variation or drive device abnormality, an overvoltage is generated due to the power not consumed in the drive device. there is a possibility. However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-199934 (Patent Document 1) does not fully consider the response to such a state.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の蓄電装置を備える電源システムにおいて、システムの過電圧を適切に防止することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to appropriately prevent an overvoltage of a system in a power supply system including a plurality of power storage devices.
本発明による電源システムは、第1および第2の蓄電装置と、電圧変換装置と、制御装置とを備え、駆動装置に電力を供給する。電圧変換装置は、第1の蓄電装置の電圧を昇圧して駆動装置に供給する。第2の蓄電装置は、駆動装置に対して電圧変換装置と並列に接続され、駆動装置に電力を供給する。制御装置は、第1の蓄電装置から駆動装置へ供給される電力が目標要求電力となるように制御する電力制御モード、および駆動装置に印加される電圧が目標電圧となるように制御する電圧制御モードのいずれかを用いて電圧変換装置を制御する。制御装置は、電圧変換装置が電力制御モードで動作している間に、駆動装置の異常状態を検出した場合には、制御モードを電力制御モードから電圧制御モードに切換える。 The power supply system according to the present invention includes first and second power storage devices, a voltage conversion device, and a control device, and supplies power to the drive device. The voltage conversion device boosts the voltage of the first power storage device and supplies the boosted voltage to the drive device. The second power storage device is connected to the drive device in parallel with the voltage conversion device, and supplies power to the drive device. The control device includes a power control mode for controlling the power supplied from the first power storage device to the drive device to be the target required power, and a voltage control for controlling the voltage applied to the drive device to be the target voltage. The voltage converter is controlled using one of the modes. The control device switches the control mode from the power control mode to the voltage control mode when an abnormal state of the drive device is detected while the voltage conversion device is operating in the power control mode.
好ましくは、駆動装置は、回転電機と、回転電機を駆動するためのインバータとを含む。制御装置は、回転電機およびインバータの少なくともいずれか一方についての故障を示す信号を受けた場合に、異常状態であると判断する。 Preferably, the drive device includes a rotating electric machine and an inverter for driving the rotating electric machine. The control device determines that it is in an abnormal state when it receives a signal indicating a failure of at least one of the rotating electrical machine and the inverter.
好ましくは、制御装置は、駆動装置に印加される電圧が予め定められた基準電圧を上回る場合に、異常状態であると判断する。 Preferably, the control device determines that the state is abnormal when the voltage applied to the drive device exceeds a predetermined reference voltage.
好ましくは、制御装置は、駆動装置に印加される電圧の増加率が所定のしきい値を上回る場合に、異常状態であると判断する。 Preferably, the control device determines that the state is abnormal when the increasing rate of the voltage applied to the driving device exceeds a predetermined threshold value.
好ましくは、電源システムは、第2の蓄電装置の正極端子と、電圧変換装置および駆動装置を結ぶ正極側の電力経路との間に設けられ、第2の蓄電装置から駆動装置に向かう方向を順方向として接続されたダイオードをさらに備える。 Preferably, the power supply system is provided between a positive electrode terminal of the second power storage device and a positive power path connecting the voltage conversion device and the drive device, and the direction from the second power storage device to the drive device is in order. It further comprises a diode connected as a direction.
本発明による車両は、上記のいずれかに記載の電源システムを搭載している。 A vehicle according to the present invention is equipped with any one of the power supply systems described above.
本発明によれば、複数の蓄電装置を備える電源システムにおいて、システムの過電圧を防止することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a power supply system provided with a some electrical storage apparatus, the overvoltage of a system can be prevented.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[電源システムの基本構成]
図1は、本実施の形態に従う電源システム110を搭載した車両100の全体ブロック図である。[Basic configuration of power supply system]
FIG. 1 is an overall block diagram of a
図1を参照して、車両100は、電源システム110と、駆動装置105とを備える。電源システム110は、蓄電装置B1,B2と、システムメインリレーSMR1,SMR2と、電圧変換装置であるコンバータ120と、コンデンサC1,C2とダイオードD10と、制御装置であるECU300(Electronic Control Unit)とを含む。 Referring to FIG. 1,
駆動装置105は、インバータ130,135と、モータジェネレータ140,145と、動力伝達ギヤ150と、エンジン160と、駆動輪170とを含む。
蓄電装置B1,B2は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置B1,B2は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層コンデンサなどの蓄電素子を含んで構成される。 The power storage devices B1 and B2 are power storage elements configured to be chargeable / dischargeable. The power storage devices B1 and B2 include, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery, a nickel hydride battery or a lead storage battery, and a power storage element such as an electric double layer capacitor.
蓄電装置B1は、SMR1および電力線PL1,NL1を介してコンバータ120に接続される。蓄電装置B1からの電力は、コンバータ120で所望の電圧に昇圧されて駆動装置105に供給される。また、蓄電装置B1は、モータジェネレータ140,145で発電された電力を蓄電する。蓄電装置B1の出力はたとえば200V程度である。なお、蓄電装置B1は、蓄電装置B2に比べて電流容量が大きく設計されており、高出力の電力を供給することができる。 Power storage device B1 is connected to converter 120 via SMR1 and power lines PL1, NL1. The electric power from power storage device B1 is boosted to a desired voltage by
蓄電装置B1には、図示しない電圧センサおよび電流センサが設けられる。電圧センサは、蓄電装置B1の電圧を検出し、その検出値VB1をECU300へ出力する。電流センサは、蓄電装置B1に入出力される電流を検出し、その検出値IB1をECU300へ出力する。 The power storage device B1 is provided with a voltage sensor and a current sensor (not shown). The voltage sensor detects the voltage of power storage device B1 and outputs detected value VB1 to
一方、蓄電装置B2は、駆動装置105に対して、コンバータ120と並列に接続される。蓄電装置B2の正極端子は、電力線PL3を介して電力線PL2に接続される。蓄電装置B2の負極端子は、電力線NL3を介して電力線NL1に接続される。蓄電装置B2は、蓄電装置B1に比べて高電圧かつ大容量であり、たとえば、その出力電圧は400V程度である。 On the other hand, power storage device B2 is connected to drive
蓄電装置B2には、図示しない電圧センサおよび電流センサが設けられる。電圧センサは、蓄電装置B2の電圧を検出し、その検出値VB2をECU300へ出力する。電流センサは、蓄電装置B2に入出力される電流を検出し、その検出値IB2をECU300へ出力する。 The power storage device B2 is provided with a voltage sensor and a current sensor (not shown). The voltage sensor detects the voltage of power storage device B2, and outputs detected value VB2 to
蓄電装置B2は、モータジェネレータからの駆動力のみを用いた走行(以下、EV(Electric Vehicle)走行とも称する。)による走行可能距離を拡大するために設けられるものである。上記のように、蓄電装置B2は、ダイオードD10のみを介して駆動装置105に接続されるので、コンバータ120のような電圧変換装置を用いる場合よりも構成が比較的シンプルになるとともに電力伝達効率がよくなる。また、このようなシンプルな構成であるので、蓄電装置B1のみを有する従来の車両へ追加的に適用することも容易となる。 The power storage device B2 is provided to increase the travelable distance by traveling using only the driving force from the motor generator (hereinafter also referred to as EV (Electric Vehicle) traveling). As described above, since the power storage device B2 is connected to the
SMR1は、蓄電装置B1の正極端子と電力線PL1とに接続されるリレーSMR1Bと、蓄電装置B1の負極端子と電力線NL1とに接続されるリレーSMR1Gとを含む。さらに、電流制限用の抵抗R1と直列接続されたリレーSMR1Pが、リレーSMR1Gに並列に接続される。SMR1に含まれる各リレーは、ECU300からの制御信号SE1によって個別に制御することができ、蓄電装置B1と駆動装置105との間における電力の供給と遮断とを切換える。 SMR1 includes a relay SMR1B connected to the positive terminal of power storage device B1 and power line PL1, and a relay SMR1G connected to the negative terminal of power storage device B1 and power line NL1. Further, relay SMR1P connected in series with current limiting resistor R1 is connected in parallel to relay SMR1G. Each relay included in SMR1 can be individually controlled by a control signal SE1 from
直列接続された抵抗R1およびリレーSMR1Pは、蓄電装置B1を電力線PL1,NL1に接続する際に、コンデンサC1,C2、コンバータ120およびインバータ130,135などに突入電流が流れることを防止するためのものである。すなわち、蓄電装置B1を電力線PL1,NL1に接続する際には、まずリレーSMR1BおよびSMR1Pが閉成され、抵抗R1によって低減された電流を用いて、コンデンサC1,C2の充電(以下、「プリチャージ」とも称する。)が実行される。そして、コンデンサC1,C2の充電完了後、リレーSMR1Gが閉成されるとともにSMR1Pが開放される。 Resistor R1 and relay SMR1P connected in series are for preventing inrush current from flowing through capacitors C1, C2,
SMR2は、蓄電装置B2の正極端子と電力線PL3とに接続されるリレーSMR2Bと、蓄電装置B2の負極端子と電力線NL3とに接続されるリレーSMR2Gとを含む。さらに、電流制限用の抵抗R2と直列接続されたリレーSMR2Pが、リレーSMR2Gに並列に接続される。SMR2に含まれる各リレーは、ECU300からの制御信号SE2によって個別に制御することができ、蓄電装置B2と駆動装置105との間における電力の供給と遮断とを切換える。 SMR2 includes a relay SMR2B connected to the positive terminal of power storage device B2 and power line PL3, and a relay SMR2G connected to the negative terminal of power storage device B2 and power line NL3. Further, relay SMR2P connected in series with current limiting resistor R2 is connected in parallel to relay SMR2G. Each relay included in
電力線PL3には、蓄電装置B2から電力線PL2へ向かう方向を順方向として接続されたダイオードD10が設けられる。ダイオードD10は、電力線PL2,NL1間の電圧VH(以下、「システム電圧」とも称する。)が蓄電装置B2の出力電圧VB2よりも高くされたときに、電力線PL2から蓄電装置B2へ電流が流れることを防止するために設けられる。そのため、電力線PL2から蓄電装置B2への電流を防止することができれば、図1のダイオードD10に代えて、電力用トランジスタやリレーなどに代表されるスイッチを採用することも可能である。 Power line PL3 is provided with a diode D10 connected with the direction from power storage device B2 toward power line PL2 as the forward direction. Diode D10 has a current flowing from power line PL2 to power storage device B2 when voltage VH (hereinafter also referred to as “system voltage”) between power lines PL2 and NL1 is set higher than output voltage VB2 of power storage device B2. It is provided to prevent Therefore, if current from power line PL2 to power storage device B2 can be prevented, a switch typified by a power transistor or a relay can be employed instead of diode D10 in FIG.
コンデンサC1は、電力線PL1と電力線NL1との間に接続される。コンデンサC1は、電力線PL1と電力線NL1との間の電圧変動を低減する。電圧センサ180は、コンデンサC1にかかる電圧VLを検出し、その検出値をECU300へ出力する。 Capacitor C1 is connected between power line PL1 and power line NL1. Capacitor C1 reduces voltage fluctuation between power line PL1 and power line NL1.
コンバータ120は、スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2と、リアクトルL1とを含む。
スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線PL2と電力線NL1との間に、電力線PL2から電力線NL1に向かう方向を順方向として直列に接続される。なお、本実施の形態において、スイッチング素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。 Switching elements Q1 and Q2 are connected in series between power line PL2 and power line NL1, with the direction from power line PL2 toward power line NL1 as the forward direction. In this embodiment, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, a power bipolar transistor, or the like can be used as the switching element.
スイッチング素子Q1,Q2に対して、逆並列ダイオードD1,D2がそれぞれ接続される。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと、電力線PL1との間に設けられる。すなわち、コンバータ120は、昇降圧型のチョッパ回路を形成する。 Antiparallel diodes D1 and D2 are connected to switching elements Q1 and Q2, respectively. Reactor L1 is provided between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and power line PL1. That is,
スイッチング素子Q1,Q2は、ECU300からの制御信号PWCによって制御され、電力線PL1および電力線NL1と、電力線PL2および電力線NL1との間で電圧変換動作を行なう。 Switching elements Q1, Q2 are controlled by control signal PWC from
コンバータ120は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Q1およびQ2が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ120は、昇圧動作時には、直流電圧VLを直流電圧VHに昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Q2のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q1および逆並列ダイオードD1を介して、電力線PL2へ供給することにより行なわれる。
また、コンバータ120は、降圧動作時には、直流電圧VHを直流電圧VLに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Q1のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q2および逆並列ダイオードD2を介して、電力線NL1へ供給することにより行なわれる。
これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比(VHおよびVLの比)は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Q1,Q2のオン期間比(デューティ比)により制御される。なお、昇圧動作および降圧動作が不要の場合(すなわち、VH=VL)には、スイッチング素子Q1およびQ2をオンおよびオフにそれぞれ固定するように制御信号PWCを設定することで、電圧変換比=1.0(デューティ比=100%)とすることもできる。 The voltage conversion ratio (the ratio of VH and VL) in these step-up and step-down operations is controlled by the on-period ratio (duty ratio) of the switching elements Q1 and Q2 in the switching period. When the step-up operation and the step-down operation are not required (that is, VH = VL), the voltage conversion ratio = 1 by setting the control signal PWC to fix the switching elements Q1 and Q2 to ON and OFF, respectively. 0.0 (duty ratio = 100%).
なお、蓄電装置B1,B2が併用して用いられる場合には、デューティ比を変更することによって、駆動装置105へ供給する全体の電力のうち、各蓄電装置に分担する電力の割合を制御することができる。 When power storage devices B1 and B2 are used in combination, the ratio of the power shared by each power storage device in the total power supplied to drive
電力線PL1には、電流センサ190が設けられる。電流センサ190は、リアクトルL1に流れる電流を検出し、その検出値ILをECU300へ出力する。
コンデンサC2は、コンバータ120とインバータ130,135とを結ぶ電力線PL2と電力線NL1との間に接続される。コンデンサC2は、電力線PL2と電力線NL1との間の電圧変動を低減する。電圧センサ185は、コンデンサC2にかかる電圧VHを検出し、その検出値をECU300へ出力する。 Capacitor C2 is connected between power line
インバータ130,135は、電力線PL2および電力線NL1によって、コンバータ120に対して並列に接続される。インバータ130,135は、ECU300からの制御指令PWI1,PWI2によりそれぞれ制御され、コンバータ120から出力される直流電力を、モータジェネレータ140,145をそれぞれ駆動するための交流電力に電力変換する。インバータ130,135は、たとえば、U相,V相,W相の上下アームを有する三相フルブリッジタイプのインバータである。なお、以下の説明において、インバータ130,135を総称して単に「インバータ」と称する場合がある。
モータジェネレータ140,145は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。
モータジェネレータ140,145の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ150を介して駆動輪170に伝達されて、車両100を走行させる。また、モータジェネレータ140,145は動力伝達ギヤ150を介してエンジン160とも結合される。そして、ECU300により、モータジェネレータ140,145およびエンジン160が協調的に動作されて必要な車両駆動力を発生することができる。さらに、モータジェネレータ140,145は、エンジン160の回転または駆動輪170の回転により発電が可能であり、その発電電力は、インバータ130,135およびコンバータ120によって蓄電装置B1の充電電力に変換される。 The output torque of
本実施の形態においては、モータジェネレータ145(以下、「MG2」とも称する。)を、専ら駆動輪170を駆動するための電動機として用い、モータジェネレータ140(以下、「MG1」とも称する。)を専らエンジン160により駆動される発電機として用いるものとする。また、モータジェネレータ140は、エンジン160を始動する際には、エンジン160のクランク軸をクランキングするために用いられる。 In the present embodiment, motor generator 145 (hereinafter also referred to as “MG2”) is used exclusively as an electric motor for driving
モータジェネレータ140の出力軸は、動力伝達ギヤ150に含まれるプラネタリギヤ(図示せず)のサンギヤに結合される。モータジェネレータ145の出力軸はプラネタリギヤのリングギヤに結合されるとともに、減速機を介して駆動輪170にも結合される。また、エンジン160の出力軸はプラネタリギヤのプラネタリキャリアに結合される。 The output shaft of
なお、本実施の形態においては、車両100は、駆動源としてモータジェネレータ140,145およびエンジン160を有するハイブリッド(Hybrid Vehicle:HV)車両を例として説明するが、本発明は複数の蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両であればHV車両に限られない。車両の他の例としては、たとえば電気自動車や、燃料電池を搭載した燃料電池自動車などが含まれる。 In the present embodiment,
インバータ130とモータジェネレータ140とを結ぶ経路、および、インバータ135とモータジェネレータ145とを結ぶ経路には、電流センサ200,205が設けられる。電流センサ200,205は、モータジェネレータ140,145に流れる電流をそれぞれ検出し、その検出値MCRT1,MCRT2をECU300へ出力する。
ECU300は、いずれも図1には図示しないがCPU(Central Processing Unit)、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両100および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
ECU300は、蓄電装置B1,B2からの電圧VB1,VB2および電流IB1,IB2の検出値を受ける。ECU300は、これらの電圧および電流に基づいて、蓄電装置B1,B2のそれぞれの充電状態(以下、SOC(State of Charge)とも称する。)を演算する。
また、ECU300は、駆動装置105から、駆動装置105に含まれる機器の故障情報FLTを受ける。 In addition,
なお、図1においては、ECU300として1つの制御装置を設ける構成としているが、たとえば、駆動装置105用の制御装置や蓄電装置B1,B2用の制御装置などのように、機能ごとまたは制御対象機器ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。 In FIG. 1, a single control device is provided as the
[コンバータ駆動制御の説明]
図1のような蓄電装置B1,B2を備える電源システムにおいて、蓄電装置B1,B2のSOCが十分にあり、これらを併用してEV走行が実行されている場合には、モータジェネレータ145(MG2)の出力電力PMは、蓄電装置B2から供給される電力をPB2とし、コンバータ120を介して蓄電装置B1から供給される電力をPcvとすると、以下の式(1)のように表わすことができる。[Description of converter drive control]
In the power supply system including the power storage devices B1 and B2 as shown in FIG. 1, when the SOCs of the power storage devices B1 and B2 are sufficient and the EV traveling is executed using these together, the motor generator 145 (MG2) Output power PM can be expressed as the following formula (1), where PB2 is the power supplied from power storage device B2 and Pcv is the power supplied from power storage device B1 via
PM=Pcv+PB2 … (1)
加速時や登坂路走行時などのように高出力が必要な場合でなければ、基本的には蓄電装置B2からの電力が優先的に用いられる。これは、蓄電装置B2にはコンバータが設けられていないため、コンバータの電圧変換動作に伴う電力損失がなく、蓄電装置B1からの電力を用いるよりも電力効率が良いためである。ただし、この場合には、蓄電装置B2の電圧を変換することができないので、インバータ130,135に印加される電圧VHは、蓄電装置B2の出力電圧VB2よりも高く設定することはできない。PM = Pcv + PB2 (1)
Unless high output is required, such as when accelerating or traveling on an uphill road, basically, the power from the power storage device B2 is preferentially used. This is because the power storage device B2 is not provided with a converter, so there is no power loss associated with the voltage conversion operation of the converter, and power efficiency is better than using the power from the power storage device B1. However, in this case, since the voltage of power storage device B2 cannot be converted, voltage VH applied to
モータジェネレータ145の要求電力PMが蓄電装置B2の出力電力PB2で賄える場合には、Pcvはゼロに設定される。一方、モータジェネレータ145の要求電力PMが蓄電装置B2の出力電力PB2よりも大きい場合には、蓄電装置B2からの出力電力PB2が蓄電装置B2の出力可能電力を超えないようにPcvが設定される。このとき、蓄電装置B2からは、結果としてPM−Pcvに相当する電力が出力される。このように、蓄電装置B1,B2が併用される場合には、コンバータ120は必要とされる電力Pcvを達成するように電力制御モードで駆動される。 When the required power PM of
一方、加速時や登坂路走行時などで高出力が必要となる場合には、電圧VHが蓄電装置B2の出力電圧VB2よりも高く設定され、その電圧VHが達成されるようにコンバータ120により昇圧動作が実行される(すなわち、電圧制御モード)。この場合には、電圧VHと電圧VB2との電圧差およびダイオードD10のために蓄電装置B2からの電力は供給されず(PB2=0)、蓄電装置B1からの電力Pcvのみが駆動装置105へ供給される。 On the other hand, when high output is required during acceleration or traveling on an uphill road, voltage VH is set higher than output voltage VB2 of power storage device B2, and boosted by
ここで、蓄電装置B1,B2を併用したEV走行において、コンバータ120が電力制御モードで動作している際に、たとえば、異常の発生等によってモータジェネレータ145(MG2)が停止され消費電力が急激に減少した場合を考える。 Here, in EV traveling using both power storage devices B1 and B2, when
この場合、もともと予定されていた要求電力PMがモータジェネレータ145によって消費されない。このとき、蓄電装置B2からの電力PB2は、モータジェネレータ145の消費電力が減少したことに応じて結果的に減少する。しかしながら、電力制御によってコンバータ120から積極的に供給される電力Pcvは、電力制御の応答遅れのために即座にゼロとすることができない。さらに、ダイオードD10のために蓄電装置B2を用いてコンバータ120からの供給電力Pcvを吸収することはできないので、コンバータ120から供給された余分の電力(エネルギ)はコンデンサC2に蓄えられることになる。これによって電圧VHが上昇する。 In this case, originally required power PM is not consumed by
この電圧VHの上昇量が大きく、コンデンサC2やインバータ130,135などの電気機器の定格電圧を超えるような過電圧状態となると、これらの機器の破損や劣化の要因となり得る。 If the amount of increase in the voltage VH is large and an overvoltage state that exceeds the rated voltage of the electric device such as the capacitor C2 or the
そこで、本実施の形態においては、図1のような構成の電源システムにおいて蓄電装置B1,B2を併用した電力供給によるEV走行がなされている場合に、電圧VHの過電圧が生じ得る状態が検出されたことに応答して、コンバータ120の制御モードを、電力制御モードから電圧制御モードに切換えるように制御する。このようにすることによって、上記のような余剰電力が生じた場合には、コンバータ120により降圧動作が行なわれて余分な電力(エネルギ)が蓄電装置B1によって吸収されるので、電圧VHの過電圧を抑制することができる。以下、本実施の形態におけるコンバータ駆動制御の詳細を説明する。 Therefore, in the present embodiment, a state in which an overvoltage of voltage VH can occur is detected when EV running is performed by power supply using power storage devices B1 and B2 in the power supply system configured as shown in FIG. In response to this, the control mode of
図2は、本実施の形態において、ECU300で実行されるコンバータ駆動制御を説明するための機能ブロック図である。図2で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ECU300によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。 FIG. 2 is a functional block diagram for illustrating converter drive control executed by
図2を参照して、ECU300は、VH変動検出部310と、異常判定部320と、モード選択部330と、コンバータ制御部340と、インバータ制御部350とを含む。 Referring to FIG. 2,
VH変動検出部310は、電圧センサ195で検出された電圧VHを受ける。VH変動検出部310は、受信した電圧VHに基づいて、過電圧に陥るおそれがあるか否かを判定し、その判定信号FLGをモード選択部330へ出力する。VH変動検出部310は、たとえば、電圧VHが許容電圧内の予め定められた基準電圧を超えるような高電圧状態となった場合、あるいは、電圧VHの時間的変動量(変化率)が所定のしきい値を超えるような場合に、過電圧に陥るおそれがあると判定する。
異常判定部320は、蓄電装置B1,B2、コンバータ120、インバータ130,135およびモータジェネレータ140,145などの各機器からの電流,電圧,温度,回転速度などの車両情報、および、駆動装置105から出力される故障情報FLTを受ける。異常判定部320は、これらの情報に基づいて各機器の異常を判定する。異常判定部320は、異常の発生により、駆動装置105を停止する必要があると判断した場合には、駆動装置105を停止するための停止信号STPを、モード選択部330およびインバータ制御部350へ出力する。
モード選択部330は、VH変動検出部310からの判定信号FLGと、異常判定部320からの停止信号STPとを受ける。また、モード選択部330は、任意的に駆動装置105から出力される故障情報FLTをさらに受ける。モード選択部330は、これらの情報に基づいて、コンバータ120を電力制御モードで運転するか、電圧制御モードで運転するかを判定する。より具体的には、VH変動検出部310からの判定信号FLGにより過電圧が生じる可能性がある場合、異常判定部320からの停止信号STPによりモータジェネレータが停止される場合、あるいは、故障により駆動装置が停止してしまった場合には、電圧VHが過電圧とならないように、コンバータ120を電圧制御モードに切換える。
なお、上述のような過電圧が生じ得る状態ではなく正常に運転されている場合であっても、たとえば、加速時や登坂路走行時などの高出力が必要な場合であって、電圧VHの目標値を蓄電装置B2の電圧VB2よりも高く設定する場合などには、電力制御モードから電圧制御モードに切換えられる場合がある。 Even when the vehicle is operating normally rather than in a state where overvoltage can occur as described above, for example, when high output is required during acceleration or traveling on an uphill road, the target of voltage VH When the value is set higher than the voltage VB2 of the power storage device B2, the power control mode may be switched to the voltage control mode.
モード選択部330は、選択された制御モードを示す信号MODをコンバータ制御部340へ出力する。
コンバータ制御部340は、モード選択部330から制御モードを示す信号MODを受ける。コンバータ制御部340は、この信号MODと目標要求電力または目標電圧とに基づいて制御信号PWIを生成し、コンバータ120を制御する。
インバータ制御部350は、異常判定部320からの停止信号STPを受ける。停止信号STPにより駆動装置105の停止が指令されていない場合には、インバータ制御部350は、ユーザのアクセル操作に基づいて設定される要求トルクおよびモータジェネレータ140,145の回転速度に基づいて制御信号PWI1,PWI2を生成して、インバータ130,135を制御する。一方、停止信号STPにより駆動装置105の停止が指示されている場合には、モータジェネレータ140,145を停止するような制御信号PWI1,PWI2を生成する。
図3は、本実施の形態において、ECU300で実行されるコンバータ駆動制御処理を説明するためのフローチャートである。図3に示されるフローチャート中の各ステップについては、ECU300に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。 FIG. 3 is a flowchart for illustrating converter drive control processing executed by
図1および図3を参照して、ECU300は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、SMR2が閉成されて蓄電装置B2が使用されて、かつEV走行が実行されている状態において、コンバータ120の現在の制御モードが電力制御モードであるか否かを判定する。制御モードが電力制御モードではない場合、すなわち電圧制御モードである場合(S100にてNO)は、モータジェネレータの停止等が生じても、電圧VHが所定の電圧に制御されるので過電圧は生じない。そのため、ECU300は、以降の処理をスキップして、処理をメインルーチンに戻す。 Referring to FIGS. 1 and 3, at step 100 (hereinafter, step is abbreviated as S) 100,
制御モードが電力制御モードの場合(S100にてYES)は、処理がS110に進められて、ECU300は、次に、駆動装置105におけるインバータおよび/またはモータジェネレータに故障が生じているか否かを判定する。 If the control mode is the power control mode (YES in S100), the process proceeds to S110, and
インバータおよび/またはモータジェネレータに故障が生じている場合(S110にてYES)は、処理がS115に進められ、ECU300は、故障状態によりモータジェネレータの停止が必要である場合には、必要に応じてモータジェネレータによる駆動力および発電電力を停止するためにインバータを停止させる。その後、ECU300は、S140に処理を進めて、電圧VHの過電圧が生じないようにコンバータ120を電圧制御モードに切換える。 If a failure has occurred in the inverter and / or the motor generator (YES in S110), the process proceeds to S115, and
インバータおよび/またはモータジェネレータに故障が生じていない場合(S110にてNO)は、処理がS120に進められ、ECU300は、電圧VHの変動をモニタする。そして、ECU300は、S130にて、電圧VHが基準電圧Vthよりも大きいか否か、および/または、電圧VHの変化率がしきい値αよりも大きいか否かを判定する。すなわち、ECU300は、電圧VHの過電圧が生じるおそれがあるか否かを判定する。 If there is no failure in the inverter and / or motor generator (NO in S110), the process proceeds to S120, and
電圧VHが基準電圧Vth以下であり、かつ、電圧VHの変化率がしきい値α以下である場合(S130にてNO)は、電圧VHが過電圧となる可能性は少ないため、以降の処理がスキップされて、処理がメインルーチンに戻される。 If voltage VH is equal to or lower than reference voltage Vth and the rate of change of voltage VH is equal to or lower than threshold value α (NO in S130), voltage VH is unlikely to become an overvoltage, so the subsequent processing is performed. Skipped and processing returns to the main routine.
電圧VHが基準電圧Vthよりも大きい状態、および電圧VHの変化率がしきい値αよりも大きい状態の少なくとも一方が生じている場合(S130にてYES)は、処理がS140に進められて、ECU300は、コンバータ120の制御モードを電圧制御モードに切換える。 If at least one of the state in which voltage VH is greater than reference voltage Vth and the state in which change rate of voltage VH is greater than threshold value α occurs (YES in S130), the process proceeds to S140.
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、駆動装置の故障や電圧VHの変動によって過電圧が生じる可能性がある場合には、コンバータの制御モードが電力制御モードから電圧制御モードに切換えられる。これによって、電圧VHが所定の目標値に維持されるので、電力制御モードにおける応答遅れによって電気回路が過電圧となってしまうことを抑制することが可能となる。 By performing control according to the above processing, when there is a possibility that an overvoltage may occur due to a failure of the drive device or a change in voltage VH, the control mode of the converter is switched from the power control mode to the voltage control mode. As a result, the voltage VH is maintained at a predetermined target value, so that it is possible to prevent the electric circuit from becoming overvoltage due to a response delay in the power control mode.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 車両、105 駆動装置、110 電源システム、120 コンバータ、130,135 インバータ、140,145 モータジェネレータ、150 動力伝達ギヤ、160 エンジン、170 駆動輪、180,185,195 電圧センサ、190,200,205 電流センサ、300 ECU、310 変動検出部、320 異常判定部、330 モード選択部、340 コンバータ制御部、350 インバータ制御部、B1,B2 蓄電装置、C1,C2 コンデンサ、D1,D2 ダイオード、L1 リアクトル、NL1,NL3,PL1〜PL3 電力線、Q1,Q2 スイッチング素子、R1,R2 抵抗、SMR1P,SMR1B,SMR1G,SMR2B,SMR2G,SMR2P リレー、SMR1,SMR2 システムメインリレー。 DESCRIPTION OF
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1023673A (en)* | 1996-07-03 | 1998-01-23 | Omron Corp | Power conditioner and dispersed power supplying system |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1023673A (en)* | 1996-07-03 | 1998-01-23 | Omron Corp | Power conditioner and dispersed power supplying system |
| JP2007135375A (en)* | 2005-11-14 | 2007-05-31 | Nissan Motor Co Ltd | Control device for DC / DC converter |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| Publication | Publication Date | Title |
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| JP5660102B2 (en) | Vehicle power supply | |
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| CN104487280B (en) | The control method of vehicle, power-supply system and power-supply system | |
| JP5333573B2 (en) | Vehicle control apparatus and control method | |
| JP5228824B2 (en) | Vehicle power supply system and vehicle | |
| JP5227230B2 (en) | Electric vehicle | |
| WO2010050038A1 (en) | Power supply system for electric vehicle and control method for the same | |
| JP5928326B2 (en) | Electric vehicle and control method of electric vehicle | |
| JP2013051831A (en) | Power source control device of electric vehicle | |
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