JP2010074885A - Power supply system and control method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電源システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、蓄電装置および電力変換装置の組を複数個備える電源システムの制御技術に関する。 The present invention relates to a power supply system and a control method thereof, and more particularly to a control technique for a power supply system including a plurality of sets of power storage devices and power conversion devices.
近年、走行駆動力源として電動機を搭載するハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両において、加速性能や走行持続距離などの走行性能を高めるために、蓄電機構の大容量化が進んでいる。そして、蓄電機構を大容量化するための一手法として、複数個の蓄電装置を並列に配置する構成が提案されている。 In recent years, in an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle equipped with an electric motor as a driving force source, the capacity of the power storage mechanism has been increased in order to improve the driving performance such as acceleration performance and driving distance. As a technique for increasing the capacity of the power storage mechanism, a configuration in which a plurality of power storage devices are arranged in parallel has been proposed.
たとえば、特開2008−17661号公報(特許文献1)には、蓄電装置およびコンバータの2つの組が並列接続された構成において、要求パワーが基準値よりも小さいときにはコンバータのいずれか一方が動作し、かつ他方が停止するように制御することが記載されている。上記文献によれば、このような制御により、要求パワーが小さい動作時においてコンバータでの電力損失を抑制することが可能になると説明されている。
上記のように蓄電装置および電力変換装置の組を複数個備えた電源システムでは、負荷装置の要求パワーに従った電力が入出力されるように、複数の電力変換装置が制御される。この際に、要求パワーが低いときには、当該要求パワーに制御するための電力変換装置の動作によって生じる電力損失が無視できなくなる状況が生じる。すなわち、要求パワーが小さい領域では、コンバータの損失が相対的に大きくなりやすい。特開2008−17661号公報(特許文献1)に記載の技術によれば、要求パワーが小さい場合にも複数(具体的には2つ)のコンバータのうちの少なくとも1つが動作するので、コンバータの損失が相対的に大きくなる可能性が考えられる。また、要求パワーが小さい一方でコンバータの損失が大きくなると、たとえば負荷装置からの電力(たとえば電動車両に含まれる電動機の回生動作により生じた電力)を蓄電装置が受け入れる際に蓄電装置に入力される電力がより小さくなる。 As described above, in a power supply system including a plurality of sets of power storage devices and power conversion devices, the plurality of power conversion devices are controlled so that power according to the required power of the load device is input and output. At this time, when the required power is low, a situation occurs in which the power loss caused by the operation of the power converter for controlling the required power cannot be ignored. That is, in a region where the required power is small, the converter loss tends to be relatively large. According to the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-17661 (Patent Document 1), even when the required power is small, at least one of a plurality (specifically, two) converters operates. The loss may be relatively large. Further, when the required power is small but the converter loss becomes large, for example, the power from the load device (for example, the power generated by the regenerative operation of the electric motor included in the electric vehicle) is input to the power storage device when the power storage device accepts it. The power becomes smaller.
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、蓄電装置および電源電力変換装置の組を複数個備える電源システムにおいて、負荷装置の状態に応じて損失を適切に抑制することが可能な電源システムの構成および制御を提供することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a power supply system including a plurality of sets of power storage devices and power supply power conversion devices according to the state of the load device. It is another object of the present invention to provide a power supply system configuration and control capable of appropriately suppressing loss.
また、この発明の別の目的は、要求パワーが低い状態においても、できるだけ多くの電力を蓄電装置に入力可能な電源システムの構成および制御を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a configuration and control of a power supply system that can input as much power as possible into the power storage device even when the required power is low.
本発明は、要約すれば電源配線に接続された負荷装置への電力の入出力を制御する電源システムである。電源システムは、複数の蓄電装置と、複数の蓄電装置に対応してそれぞれ設けられ、複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と電源配線との間で双方向の直流電力変換を行なうための複数の電力変換装置と、複数の電力変換装置の各々の動作を制御する制御装置とを備える。複数の電力変換装置の各々は、対応する蓄電装置および電源配線の間の電流経路に介挿接続される電力用半導体スイッチング素子と、対応する蓄電装置から電源配線へ向かう方向を順方向として、電力用半導体スイッチング素子と並列に接続されるダイオード素子とを含む。制御装置は、複数の蓄電装置の中に、出力電圧が互いに等しい少なくとも2つの蓄電装置が存在するか否かを判定する電圧判定部と、負荷装置の状態に応じて、電源配線の電圧目標値を設定する目標値設定部と、モード判定部とを含む。モード判定部は、負荷装置からの要求パワーが基準値より低く、かつ、設定された電圧目標値が各電力変換装置による昇圧動作を不要とする値であるときに、複数の電力変換装置のうち少なくとも1つの電力変換装置に含まれる電力用半導体スイッチング素子をオン状態に固定する第1の動作モードを選択する。モード判定部は、少なくとも2つの蓄電装置が存在すると電圧判定部により判定された場合には、少なくとも2つの蓄電装置の各々に対応する電力変換装置に含まれる電力用半導体スイッチング素子をオン固定する動作モードを第1の動作モードとして選択する。モード判定部は、少なくとも2つの蓄電装置が存在しないと電圧判定部により判定された場合には、1つの電力変換装置に含まれる電力用半導体スイッチング素子をオン固定し、残余の電力変換装置を停止する動作モードを第1の動作モードとして選択する、電源システム。 In summary, the present invention is a power supply system that controls input / output of power to / from a load device connected to a power supply wiring. The power supply system is provided corresponding to each of the plurality of power storage devices and the plurality of power storage devices, and performs bidirectional DC power conversion between the corresponding power storage device of the plurality of power storage devices and the power supply wiring. A plurality of power conversion devices and a control device that controls the operation of each of the plurality of power conversion devices. Each of the plurality of power conversion devices includes a power semiconductor switching element inserted and connected to a current path between the corresponding power storage device and the power supply wiring, and a direction from the corresponding power storage device to the power supply wiring as a forward direction. A semiconductor switching element for use and a diode element connected in parallel. The control device includes a voltage determination unit that determines whether or not at least two power storage devices having the same output voltage are present among the plurality of power storage devices, and a voltage target value of the power supply wiring according to the state of the load device A target value setting unit for setting the mode and a mode determination unit. When the required power from the load device is lower than the reference value and the set voltage target value is a value that does not require the boosting operation by each power conversion device, the mode determination unit includes a plurality of power conversion devices. The first operation mode for fixing the power semiconductor switching element included in at least one power conversion device to the on state is selected. When the voltage determination unit determines that there are at least two power storage devices, the mode determination unit is configured to turn on the power semiconductor switching element included in the power conversion device corresponding to each of the at least two power storage devices. The mode is selected as the first operation mode. When the voltage determination unit determines that at least two power storage devices do not exist, the mode determination unit fixes the power semiconductor switching element included in one power conversion device on and stops the remaining power conversion devices A power supply system that selects an operation mode to be performed as a first operation mode.
好ましくは、電圧判定部は、複数の蓄電装置の各々の出力電流に基づいて、少なくとも2つの蓄電装置が存在するか否かを判定する。 Preferably, the voltage determination unit determines whether there are at least two power storage devices based on output currents of the plurality of power storage devices.
好ましくは、電圧判定部は、1つの電力変換装置に含まれる電力用半導体スイッチング素子がオン固定され、かつ残余の電力変換装置が停止した状態において、少なくとも2つの蓄電装置が存在するか否かを判定する。 Preferably, the voltage determination unit determines whether or not there are at least two power storage devices in a state in which the power semiconductor switching element included in one power conversion device is fixed on and the remaining power conversion devices are stopped. judge.
好ましくは、モード判定部は、要求パワーが基準値以上であるときには、複数の電力変換装置のうちの1つによって電源配線の電圧を目標電圧とするための電圧制御を実行するとともに、残余の電力変換装置では、対応する蓄電装置の入出力電流を制御する電流制御を実行する第2の動作モードを選択する。 Preferably, when the required power is equal to or higher than the reference value, the mode determination unit executes voltage control for setting the voltage of the power supply wiring to the target voltage by one of the plurality of power conversion devices, and the remaining power In the conversion device, the second operation mode for executing the current control for controlling the input / output current of the corresponding power storage device is selected.
好ましくは、モード判定部は、要求パワーが基準値より低く、かつ、電圧目標値が複数の電力変換装置のいずれか1つによる昇圧動作を必要とする値であるときに、複数の電力変換装置のうちの1つによって電源配線の電圧を目標電圧とするための電圧制御を実行するとともに、残余の電力変換装置の動作を停止させる第3の動作モードを選択する。 Preferably, the mode determination unit includes a plurality of power conversion devices when the required power is lower than the reference value and the voltage target value is a value that requires a boost operation by any one of the plurality of power conversion devices. One of these is used to execute voltage control for setting the voltage of the power supply wiring to the target voltage, and the third operation mode for stopping the operation of the remaining power conversion device is selected.
好ましくは、電源システムは車両に搭載される。負荷装置は、車両の駆動力を発生させる交流回転電機と、交流回転電機と電源配線との間で、交流回転電機が指令値に従って動作するように双方向の電力変換を行なうように構成されたインバータとを含む。目標値設定部は、交流回転電機の回転速度およびトルクに応じて、目標電圧を設定する。 Preferably, the power supply system is mounted on a vehicle. The load device is configured to perform bidirectional power conversion so that the AC rotating electric machine operates according to the command value between the AC rotating electric machine that generates the driving force of the vehicle and the AC rotating electric machine and the power supply wiring. Including an inverter. The target value setting unit sets a target voltage according to the rotational speed and torque of the AC rotating electric machine.
本発明の他の局面に従うと、電源配線に接続された負荷装置への電力の入出力を制御する電源システムの制御方法である。電源システムは、複数の蓄電装置と、複数の蓄電装置に対応してそれぞれ設けられ、複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と電源配線との間で双方向の直流電力変換を行なうための複数の電力変換装置とを備える。複数の電力変換装置の各々は、対応する蓄電装置および電源配線の間の電流経路に介挿接続される電力用半導体スイッチング素子と、対応する蓄電装置から電源配線へ向かう方向を順方向として、電力用半導体スイッチング素子と並列に接続されるダイオード素子とを含む。制御方法は、複数の蓄電装置の中に、出力電圧が互いに等しい少なくとも2つの蓄電装置が存在するか否かを判定するステップと、負荷装置の状態に応じて、電源配線の電圧目標値を設定するステップと、負荷装置からの要求パワーが基準値より低く、かつ、設定された電圧目標値が各電力変換装置による昇圧動作を不要とする値であるときに、複数の電力変換装置のうち少なくとも1つの電力変換装置に含まれる電力用半導体スイッチング素子をオン状態に固定する動作モードを選択するステップとを含む。動作モードを選択するステップは、少なくとも2つの蓄電装置が存在すると判定された場合には、少なくとも2つの蓄電装置の各々に対応する電力変換装置に含まれる電力用半導体スイッチング素子をオン固定するモードを、動作モードとして選択するステップと、少なくとも2つの蓄電装置が存在しないと判定された場合には、1つの電力変換装置に含まれる電力用半導体スイッチング素子をオン固定し、残余の電力変換装置を停止するモードを、動作モードとして選択するステップとを含む。 According to another aspect of the present invention, there is provided a control method for a power supply system that controls power input / output to / from a load device connected to a power supply wiring. The power supply system is provided corresponding to each of the plurality of power storage devices and the plurality of power storage devices, and performs bidirectional DC power conversion between the corresponding power storage device of the plurality of power storage devices and the power supply wiring. A plurality of power conversion devices. Each of the plurality of power conversion devices includes a power semiconductor switching element inserted and connected to a current path between the corresponding power storage device and the power supply wiring, and a direction from the corresponding power storage device to the power supply wiring as a forward direction. A semiconductor switching element for use and a diode element connected in parallel. In the control method, a step of determining whether or not there are at least two power storage devices having the same output voltage among the plurality of power storage devices, and setting a voltage target value of the power supply wiring according to the state of the load device And when the required power from the load device is lower than the reference value and the set voltage target value is a value that does not require the boost operation by each power converter, at least of the plurality of power converters Selecting an operation mode for fixing a power semiconductor switching element included in one power converter to an ON state. In the step of selecting the operation mode, when it is determined that there are at least two power storage devices, a mode in which the power semiconductor switching element included in the power conversion device corresponding to each of the at least two power storage devices is fixed on is set. When the operation mode is selected and when it is determined that at least two power storage devices do not exist, the power semiconductor switching element included in one power conversion device is fixed on and the remaining power conversion devices are stopped. Selecting a mode to be performed as an operation mode.
この発明によれば、蓄電装置および電源電力変換装置の組を複数個備える電源システムにおいて、負荷装置の状態に応じて損失を適切に抑制することが可能である。 According to the present invention, in a power supply system including a plurality of sets of power storage devices and power supply power conversion devices, it is possible to appropriately suppress loss according to the state of the load device.
また、この発明によれば、上記構成を有する電源システムにおいて、要求パワーが低い状態においても、より多くの電力を蓄電装置に入力することが可能である。 Further, according to the present invention, in the power supply system having the above-described configuration, it is possible to input more power to the power storage device even when the required power is low.
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中における同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図1を参照して、このハイブリッド車両1000は、エンジン2と、モータジェネレータMG1,MG2と、動力分割機構4と、車輪6とを備える。また、ハイブリッド車両1000は、蓄電装置B1,B2と、コンバータ10,12と、コンデンサCと、インバータ20,22と、ECU(Electronic Control Unit)100とをさらに備える。
FIG. 1 is an overall block diagram of a hybrid vehicle shown as an example of a vehicle equipped with a power supply system according to the present invention. Referring to FIG. 1,
なお、蓄電装置B1,B2は、本発明における「複数の蓄電装置」に対応し、コンバータ10,12は、本発明における「複数の電圧変換装置」に対応する。また、インバータ20,22およびモータジェネレータMG1,MG2は、この発明における「負荷装置」を構成する。また、蓄電装置B1,B2およびコンバータ10,12、ならびに、これらに付随するセンサ、制御要素によって、本発明の「電源システム」が構成される。
Power storage devices B1 and B2 correspond to “a plurality of power storage devices” in the present invention, and
ハイブリッド車両1000は、エンジン2およびモータジェネレータMG2を動力源として走行する。動力分割機構4は、エンジン2とモータジェネレータMG1,MG2とに結合されてこれらの間で動力を分配する。動力分割機構4は、たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの3つの回転軸を有する遊星歯車機構から成り、この3つの回転軸がエンジン2およびモータジェネレータMG1,MG2の回転軸にそれぞれ接続される。なお、モータジェネレータMG1のロータを中空にしてその中心にエンジン2のクランク軸を通すことにより、エンジン2およびモータジェネレータMG1,MG2を動力分割機構4に機械的に接続することができる。また、モータジェネレータMG2の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪6に結合される。
そして、モータジェネレータMG1は、エンジン2によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン2の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド車両1000に組込まれる。モータジェネレータMG2は、車輪6を駆動する電動機としてハイブリッド車両1000に組込まれる。
Motor generator MG1 is incorporated in
蓄電装置B1,B2は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置B1は、コンバータ10へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ10によって充電される。蓄電装置B2は、コンバータ12へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ12によって充電される。
The power storage devices B1 and B2 are DC power sources that can be charged and discharged, and include, for example, secondary batteries such as nickel metal hydride and lithium ions. Power storage device B1 supplies power to
なお、たとえば、蓄電装置B1には、蓄電装置B2よりも出力可能最大電力が大きい二次電池を用いることができ、蓄電装置B2には、蓄電装置B1よりも蓄電容量が大きい二次電池を用いることができる。これにより、2つの蓄電装置B1,B2を用いてハイパワーかつ大容量の直流電源を構成することができる。また、蓄電装置B1,B2の少なくとも一方に大容量のキャパシタを用いてもよい。 For example, a secondary battery having a maximum outputable power larger than that of power storage device B2 can be used for power storage device B1, and a secondary battery having a larger storage capacity than power storage device B1 can be used for power storage device B2. be able to. Thus, a high-power and large-capacity DC power source can be configured using the two power storage devices B1 and B2. Further, a large-capacity capacitor may be used for at least one of the power storage devices B1 and B2.
コンバータ10は、ECU100からの信号PWC1に基づいて蓄電装置B1からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインPLMへ出力する。また、コンバータ10は、インバータ20,22から正極ラインPLMを介して供給される回生電力を信号PWC1に基づいて蓄電装置B1の電圧レベルに降圧し、蓄電装置B1を充電する。さらに、コンバータ10は、ECU100からシャットダウン信号SD1を受けるとスイッチング動作を停止する。
コンバータ12は、コンバータ10に並列して正極ラインPLMおよび負極ラインNLに接続される。そして、コンバータ12は、ECU100からの信号PWC2に基づいて蓄電装置B2からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインPLMへ出力する。また、コンバータ12は、インバータ20,22から正極ラインPLMを介して供給される回生電力を信号PWC2に基づいて蓄電装置B2の電圧レベルに降圧し、蓄電装置B2を充電する。さらに、コンバータ12は、ECU100からシャットダウン信号SD2を受けるとスイッチング動作を停止する。
コンデンサCは、正極ラインPLMと負極ラインNLとの間に接続され、正極ラインPLMと負極ラインNLとの間の電圧変動を平滑化する。正極ラインPLMおよび負極ラインNLの間の直流電圧VHは、蓄電装置B1,B2およびコンバータ10,12によって構成される「電源システム」から、インバータ20,22およびモータジェネレータMG1,MG2による「負荷装置」への出力電圧に相当する。この直流電圧VHについて、以下では、システム電圧VHとも称する。また、正極ラインPLMは、本発明での「電源配線」に対応する。
The capacitor C is connected between the positive electrode line PLM and the negative electrode line NL, and smoothes voltage fluctuation between the positive electrode line PLM and the negative electrode line NL. DC voltage VH between positive electrode line PLM and negative electrode line NL is changed from “power supply system” constituted by power storage devices B1 and B2 and
インバータ20は、ECU100からの信号PWI1に基づいて正極ラインPLMからの直流電圧を三相交流電圧に変換し、その変換した三相交流電圧をモータジェネレータMG1へ出力する。また、インバータ20は、エンジン2の動力を用いてモータジェネレータMG1が発電した三相交流電圧を信号PWI1に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインPLMへ出力する。
インバータ22は、ECU100からの信号PWI2に基づいて正極ラインPLMからの直流電圧を三相交流電圧に変換し、その変換した三相交流電圧をモータジェネレータMG2へ出力する。また、インバータ22は、車両の回生制動時、車輪6からの回転力を受けてモータジェネレータMG2が発電した三相交流電圧を信号PWI2に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインPLMへ出力する。
モータジェネレータMG1,MG2の各々は、三相交流回転電機であり、たとえば三相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータMG1は、インバータ20によって回生駆動され、エンジン2の動力を用いて発電した三相交流電圧をインバータ20へ出力する。また、モータジェネレータMG1は、エンジン2の始動時、インバータ20によって力行駆動され、エンジン2をクランキングする。モータジェネレータMG2は、インバータ22によって力行駆動され、車輪6を駆動するための駆動力を発生する。また、モータジェネレータMG2は、車両の回生制動時、インバータ22によって回生駆動され、車輪6から受ける回転力を用いて発電した三相交流電圧をインバータ22へ出力する。
Each of motor generators MG1 and MG2 is a three-phase AC rotating electric machine, and is composed of, for example, a three-phase AC synchronous motor generator. Motor generator MG <b> 1 is regeneratively driven by
上記電源システムには、蓄電装置B1に対して配置される、電圧センサ42、電流センサ52、および温度センサ62と、蓄電装置B2に対して配置される、電圧センサ44、電流センサ54、および温度センサ64が設けられる。
In the power supply system, the
電圧センサ42は、蓄電装置B1の電圧VB1を検出してECU100へ出力する。温度センサ62は、蓄電装置B1の温度T1を検出してECU100へ出力する。電流センサ52は、蓄電装置B1からコンバータ10へ入出力される電流I1を検出してECU100へ出力する。
電圧センサ44は、蓄電装置B2の電圧VB2を検出してECU100へ出力する。温度センサ64は、蓄電装置B2の温度T2を検出してECU100へ出力する。電流センサ54は、蓄電装置B2からコンバータ12へ入出力される電流I2を検出してECU100へ出力する。
さらに、コンデンサCの端子間電圧、すなわちシステム電圧VHを検出するための電圧センサ46が配置される。電圧センサ46による検出値は、ECU100へ出力される。
Furthermore, a
ECU100は、コンバータ10を制御するための信号PWC1,SD1,UA1を生成し、負荷装置の状態に応じて選択されたいずれかの信号をコンバータ10へ出力する。また、ECU100は、コンバータ12を制御するための信号PWC2,SD2,UA2を生成し、いずれかの信号をコンバータ12へ出力する。
また、ECU100は、負荷装置の駆動のために電源システムに対して要求されるパワー(以下では「要求パワー」と称する。)PRを受ける。たとえば、要求パワーPRは、アクセルペダルの開度や車両速度などに基づいて、ハイブリッド車両1000の全体を統合制御する車両ECU(図示せず)によって演算される。
Further,
さらに、ECU100は、インバータ20,22をそれぞれ駆動するための信号PWI1,PWI2を生成し、その生成した信号PWI1,PWI2をそれぞれインバータ20,22へ出力する。
Further,
図2は、図1に示したコンバータ10,12の構成を示す回路図である。
図2を参照して、コンバータ10は、電力用半導体スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2と、リアクトルL1とを含む。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of
Referring to FIG. 2,
本実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」とも称する)としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が適用されるものとするが、制御信号によってオン・オフを制御可能であれば任意のスイッチング素子を適用可能である。たとえば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やバイポーラトランジスタ等についても用いることができる。 In the present embodiment, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is applied as a power semiconductor switching element (hereinafter also simply referred to as “switching element”), but can be controlled on / off by a control signal. Any switching element can be applied. For example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or a bipolar transistor can be used.
スイッチング素子Q1,Q2は、正極ラインPLMと負極ラインNLとの間に直列に接続される。ダイオードD1,D2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2に逆並列に接続される。リアクトルL1の一方端は、スイッチング素子Q1,Q2の接続ノードに接続され、その他方端は、正極ラインPL1に接続される。 Switching elements Q1, Q2 are connected in series between positive electrode line PLM and negative electrode line NL. Diodes D1 and D2 are connected in antiparallel to switching elements Q1 and Q2, respectively. Reactor L1 has one end connected to a connection node of switching elements Q1 and Q2, and the other end connected to positive line PL1.
コンバータ12は、コンバータ10と同様の構成を有する。コンバータ10の構成において、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング素子Q3,Q4にそれぞれ置き換え、ダイオードD1,D2をダイオードD3,D4にそれぞれ置き換え、リアクトルL1、正極ラインPL1をリアクトルL2、正極ラインPL2にそれぞれ置き換えた構成がコンバータ12の構成に対応する。
コンバータ10,12は、チョッパ回路から成る。そして、コンバータ10(12)は、ECU100(図1)からの信号PWC1(PWC2)に基づいて、正極ラインPL1(PL2)の電圧をリアクトルL1(L2)を用いて昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインPLMへ出力する。具体的には、スイッチング素子Q1(Q3)および/またはスイッチング素子Q2(Q4)のオン・オフ期間比(デューティ)を制御することによって、蓄電装置B1,B2からの出力電圧の昇圧比を制御できる。
一方、コンバータ10(12)は、ECU100(図示せず)からの信号PWC1(PWC2)に基づいて、正極ラインPLMの電圧を降圧し、その降圧した電圧を正極ラインPL1(PL2)へ出力する。具体的には、スイッチング素子Q1(Q3)および/またはスイッチング素子Q2(Q4)のオン・オフ期間比(デューティ)を制御することによって、正極ラインPLMの電圧の降圧比を制御できる。 On the other hand, converter 10 (12) steps down the voltage of positive line PLM based on signal PWC1 (PWC2) from ECU 100 (not shown), and outputs the reduced voltage to positive line PL1 (PL2). Specifically, the voltage step-down ratio of the positive line PLM can be controlled by controlling the on / off period ratio (duty) of the switching element Q1 (Q3) and / or the switching element Q2 (Q4).
図3は、図1に示したECU100の機能ブロック図である。図3を参照して、ECU100は、コンバータ制御部200と、インバータ制御部110,120とを含む。
FIG. 3 is a functional block diagram of
コンバータ制御部200は、電圧センサ42によって検出された電圧VB1、電圧センサ46によって検出された電圧VH、および電流センサ52によって検出された電流I1に基づいて、コンバータ10のスイッチング素子Q1,Q2をオン・オフするためのPWM(Pulse Width Modulation)信号PWC1を生成する。また、コンバータ10を停止するためのシャットダウン信号SD1および、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上アームオン信号UA1を生成する。
そして、コンバータ制御部200は、負荷装置の状態に応じて選択される動作モードに従って、PWM信号PWC1、シャットダウン信号SD1および上アームオン信号UA1のうちの1つを選択的にコンバータ10へ出力する。動作モードの選択については、後程詳細に説明する。
コンバータ制御部200は、同様に、電圧センサ44によって検出された電圧VB2、電圧VH、および電流センサ54によって検出された電流I2に基づいて、コンバータ12のスイッチング素子Q3,Q4をオン・オフするためのPWM信号PWC2を生成する。また、コンバータ12を停止するためのシャットダウン信号SD2および、スイッチング素子Q3およびQ4をオンおよびオフにそれぞれ固定する上アームオン信号UA2を生成する。
Similarly,
そして、コンバータ制御部200は、負荷装置の状態に応じて選択される動作モードに従って、PWM信号PWC2、シャットダウン信号SD2および上アームオン信号UA2のうちの1つを選択的にコンバータ10へ出力する。
コンバータ制御部200は、さらに、蓄電装置B1,B2のそれぞれの残存容量(SOC(State of Charge)とも呼ばれる)である残存容量SOC1,SOC2を受ける。この残存容量は、たとえば蓄電装置が満充電状態であるときに100%であると定義され、蓄電装置が完全に放電した状態であるときに0%であると定義される。残存容量SOC1(SOC2)は、電圧VB1(VB2)や電流I1(またはI2)、温度T1(またはT2)などを用いて、種々の公知の手法により算出することができる。
インバータ制御部110は、モータジェネレータMG1のトルク指令値TR1、モータ電流MCRT1およびロータ回転角θ1、ならびに電圧VHに基づいて、インバータ20に含まれるパワートランジスタをオン/オフするためのPWM信号を生成し、その生成したPWM信号を信号PWI1としてインバータ20へ出力する。
インバータ制御部120は、モータジェネレータMG2のトルク指令値TR2、モータ電流MCRT2およびロータ回転角θ2、ならびに電圧VHに基づいて、インバータ22に含まれるパワートランジスタをオン・オフするためのPWM信号を生成し、その生成したPWM信号を信号PWI2としてインバータ22へ出力する。
なお、トルク指令値TR1,TR2は、たとえば、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度などに基づいて、図示されない車両ECUによって算出される。また、モータ電流MCRT1,MCRT2およびロータ回転角θ1,θ2の各々は、図示されないセンサによって検出される。 Torque command values TR1 and TR2 are calculated by a vehicle ECU (not shown) based on, for example, the accelerator opening, the brake depression amount, the vehicle speed, and the like. Motor currents MCRT1 and MCRT2 and rotor rotation angles θ1 and θ2 are detected by sensors (not shown).
次に、コンバータ10,12の制御について詳細に説明する。まず、図4および図5を用いて、PWM信号を生成するコンバータ制御について説明する。
Next, control of
図4は、コンバータ10,12の通常制御(電圧/電流制御)を説明する機能ブロック図である。
FIG. 4 is a functional block diagram illustrating normal control (voltage / current control) of
図4を参照して、コンバータ制御部200(図3)は、目標値設定部210と、電圧制御部215−1と、電流制御部215−2とを含む。図4の例では、通常制御時には、コンバータ10が電圧制御されてシステム電圧VHを目標電圧VRに制御する一方で、コンバータ12が電流制御されて、対応の蓄電装置B2の充放電電流を目標電流IRに制御するものとする。
Referring to FIG. 4, converter control unit 200 (FIG. 3) includes a target
目標値設定部210は、モータジェネレータMG1,MG2のトルク(代表的には、トルク指令値TR1,TR2)および回転速度MRN1,MRN2(指令値あるいは、回転角θ1,θ2の検出に基づく検出値)、ならびに蓄電装置B1,B2の残存容量SOC1,SOC2に基づいて、電圧制御されるコンバータの目標電圧VRおよび、電流制御されるコンバータの目標電流IRを生成する。
Target
目標値設定部210は、モータジェネレータMG1および/またはMG2の力行動作時および回生制動時においては、モータジェネレータMG1,MG2のトルク指令値TR1,TR2および回転速度MRN1,MRN2に応じて、システム電圧VHが適切なレベルとなるように目標電圧VRを設定する。たとえば、図5に示すマップMP0に従って、目標電圧VRは設定される。
Target
図5を参照して、マップMP0は、回転速度MRN(MRN1,MRN2を総括的に示すもの、以下同じ)およびトルク指令値TR(TR1,TR2を総括的に示すもの、以下同じ)の組合わせによって示されるモータ動作点毎に、マップ値として目標電圧VRを有する。マップMP0の参照により、回転速度MRNおよびトルク(トルク指令値TR)に基づいて、モータジェネレータMG1,MG2に応じて適切な目標電圧VRを設定できる。 Referring to FIG. 5, map MP0 is a combination of rotational speed MRN (generically indicating MRN1, MRN2, the same applies hereinafter) and torque command value TR (generically indicating TR1, TR2, the same applies hereinafter). For each motor operating point indicated by, the target voltage VR is provided as a map value. By referring to map MP0, an appropriate target voltage VR can be set according to motor generators MG1 and MG2 based on rotational speed MRN and torque (torque command value TR).
基本的には、モータジェネレータMG(MG1,MG2を総括的に示すもの、以下同じ)による誘起電圧よりも高い電圧にシステム電圧VHを設定して、モータ電流の制御が可能となるように、目標電圧VRが設定される。また、システム電圧VHに応じて、モータジェネレータMG1,MG2での損失(銅損、鉄損)、インバータ20,22での損失(オン損失、スイッチング損失)、コンバータ10,12での損失(オン損失、スイッチング損失)、リアクトルL1,L2での損失(銅損、鉄損)等が変化するので、これらの損失特性についても考慮した上で、各モータ動作点でのマップ値(目標電圧VR)を設定することが好ましい。
Basically, the system voltage VH is set to a voltage higher than the induced voltage generated by the motor generator MG (generally indicating MG1 and MG2), so that the motor current can be controlled. The voltage VR is set. Further, in accordance with system voltage VH, losses at motor generators MG1, MG2 (copper loss, iron loss), losses at
具体的には、モータジェネレータMG1,MG2のそれぞれに対してマップMP0が別個に設定され、かつ、回転速度MRN1,MRN2およびトルク(トルク指令値TR1,TR2)に基づいたマップMP0の参照により求められた、モータジェネレータMG1,MG2のそれぞれの目標電圧の最大値が、電源システム全体での目標電圧VRに設定される。また、目標電流IRは、蓄電装置B1,B2間の充電レベル(SOC)が均衡するように考慮して設定される。 Specifically, map MP0 is separately set for each of motor generators MG1 and MG2, and is obtained by referring to map MP0 based on rotation speeds MRN1 and MRN2 and torque (torque command values TR1 and TR2). In addition, the maximum value of each target voltage of motor generators MG1 and MG2 is set to target voltage VR in the entire power supply system. Target current IR is set in consideration so that the charge level (SOC) between power storage devices B1 and B2 is balanced.
なお、トルク指令値TR1,TR2の算出は、ユーザによるペダル操作を反映したハイブリッド車両1000全体での要求パワーに基づいて実行される。特に、ハイブリッド自動車では、エンジンの出力パワーとモータジェネレータMG1,MG2の発生パワーとの配分が最適なものとなるように、トルク指令値TR1,TR2が算出される。また、一般的に、トルク指令値TR1,TR2は、蓄電装置B1,B2の入出力可能電力の制限値や、モータジェネレータMG1,MG2あるいはインバータ20,22等の温度上昇度合を反映して、必要に応じて制限される。
The calculation of the torque command values TR1 and TR2 is executed based on the required power in the
再び図4を参照して、電圧制御部215−1は、減算部222−1,226−1と、PI制御部224−1と、変調部228−1とを含む。減算部222−1は、目標電圧VRからシステム電圧VHを減算し、その演算結果をPI制御部224−1へ出力する。PI制御部224−1は、目標電圧VRとシステム電圧VHとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部226−1へ出力する。 Referring to FIG. 4 again, voltage control unit 215-1 includes subtraction units 222-1 and 226-1, PI control unit 224-1 and modulation unit 228-1. Subtraction unit 222-1 subtracts system voltage VH from target voltage VR and outputs the calculation result to PI control unit 224-1. The PI control unit 224-1 performs a proportional integration calculation with the deviation between the target voltage VR and the system voltage VH as an input, and outputs the calculation result to the subtraction unit 226-1.
減算部226−1は、電圧VB1/目標電圧VRで示されるコンバータ10の理論昇圧比の逆数からPI制御部224−1の出力を減算し、その演算結果をデューティ指令Ton1として変調部228−1へ出力する。変調部228−1は、デューティ指令Ton1と図示しない発振部により生成される搬送波(キャリア波)とに基づいてPWM信号PWC1を生成する。
Subtraction unit 226-1 subtracts the output of PI control unit 224-1 from the reciprocal of the theoretical boost ratio of
電流制御部215−2は、減算部222−2,226−2と、PI制御部224−2と、変調部228−2とを含む。減算部222−2は、目標電流IRから電流I2を減算し、その演算結果をPI制御部224−2へ出力する。PI制御部224−2は、目標電流IRと電流I2との偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部226−2へ出力する。 Current control unit 215-2 includes subtraction units 222-2 and 226-2, PI control unit 224-2, and modulation unit 228-2. Subtraction unit 222-2 subtracts current I2 from target current IR, and outputs the calculation result to PI control unit 224-2. The PI control unit 224-2 performs a proportional integration calculation with the deviation between the target current IR and the current I2 as an input, and outputs the calculation result to the subtraction unit 226-2.
減算部226−2は、VB2/VRで示されるコンバータ12の理論昇圧比の逆数からPI制御部224−2の出力を減算し、その演算結果をデューティ指令Ton2として変調部228−2へ出力する。変調部228−2は、デューティ指令Ton2と図示されない発振部により生成される搬送波(キャリア波)とに基づいてPWM信号PWC2を生成する。
Subtraction unit 226-2 subtracts the output of PI control unit 224-2 from the inverse of the theoretical boost ratio of
電圧制御部215−1は、目標電圧VRに対してシステム電圧VHが低い場合、および理論昇圧比の逆数(VB1/VR)が低下した場合には、下アーム素子(Q2)のオン期間比が上昇(または、上アーム素子(Q1)のオフ期間比が上昇)するように、PWM信号PWC1を生成する。 When the system voltage VH is lower than the target voltage VR and when the reciprocal of the theoretical boost ratio (VB1 / VR) is reduced, the voltage control unit 215-1 sets the on-period ratio of the lower arm element (Q2). The PWM signal PWC1 is generated so as to increase (or the OFF period ratio of the upper arm element (Q1) increases).
一方、電流制御部215−2は、蓄電装置B2から出力される電流I2が目標電流IRよりも低いとき、および理論昇圧比の逆数(VB2/VR)が上昇した場合には、下アーム素子(Q4)のオン期間比が上昇するようにPWM信号PWC2を生成する。 On the other hand, when current I2 output from power storage device B2 is lower than target current IR and when the reciprocal of the theoretical boost ratio (VB2 / VR) increases, current control unit 215-2 lowers the lower arm element ( The PWM signal PWC2 is generated so that the on period ratio of Q4) increases.
なお、電流制御部215−2は、蓄電装置B2の充電時、すなわち目標電流IRが負値(IR<0)に設定される場合には、目標電流IRよりも電流I2(I2<0)が低いときに(|IR|<|I2|、すなわち充電電流過大時)、上アーム素子(Q3)のオン期間比が低下するようにPWM信号PWC2を生成する。反対に、充電電流不足時(IR<I2、すなわち|IR|>|I2|のとき)には、上アーム素子(Q3)のオン期間比が上昇するようにPWM信号PWC2が生成される。 Note that the current control unit 215-2 charges the current I2 (I2 <0) more than the target current IR when the power storage device B2 is charged, that is, when the target current IR is set to a negative value (IR <0). When low (| IR | <| I2 |, that is, when the charging current is excessive), the PWM signal PWC2 is generated so that the on-period ratio of the upper arm element (Q3) decreases. On the contrary, when the charging current is insufficient (when IR <I2, that is, when | IR |> | I2 |), the PWM signal PWC2 is generated so that the ON period ratio of the upper arm element (Q3) increases.
図4に示した制御構成によって、スイッチング素子Q1および/またはQ2ならびにスイッチングQ3および/またはQ4のスイッチング(オン・オフ)動作による、コンバータ10の電圧制御およびコンバータ12の電流制御によって、システム電圧VHおよび蓄電装置B1,B2の充放電バランスを制御することができる。
With the control configuration shown in FIG. 4, the voltage control of
これにより、本実施の形態の電源システムでは、力行動作時には、蓄電装置B1,B2から放電された電力を、負荷装置の入力電圧としてのシステム電圧VHに変換して、電源配線(正極ラインPLM)に出力するように電力変換動作が実行される。一方、回生制動動作時には、電源配線(正極ラインPLM)上の充電電力により、蓄電装置B1,B2を充電するように電力変換動作が実行される。 Thereby, in the power supply system of the present embodiment, during the power running operation, the electric power discharged from power storage devices B1 and B2 is converted into system voltage VH as the input voltage of the load device, and the power supply wiring (positive line PLM) The power conversion operation is executed so as to output to On the other hand, during the regenerative braking operation, the power conversion operation is performed so as to charge the power storage devices B1 and B2 with the charging power on the power supply wiring (positive electrode line PLM).
なお、図4では、コンバータ10によって電圧制御が実行される一方で、コンバータ12によって電流制御が実行される構成例が示されるが、電圧制御および電流制御をいずれのコンバータで実行するかについては切換可能である。たとえば、蓄電装置B1,B2のSOC等に応じて、電圧制御/電流制御を行なうコンバータを切換えることが可能である。
FIG. 4 shows a configuration example in which voltage control is executed by the
(本実施の形態によるコンバータの動作モード制御)
図6は、図3に示したコンバータ制御部200によるコンバータ10,12の動作モード制御の構成を説明する機能ブロック図である。
(Operation mode control of converter according to this embodiment)
FIG. 6 is a functional block diagram illustrating the configuration of the operation mode control of
図6を参照して、コンバータ制御部200(図3)は、コンバータ10を制御するための、電圧/電流制御部220−1、上アームON指示部230−1、シャットダウン指示部235−1および指示選択部240−1を含む。
Referring to FIG. 6, converter control unit 200 (FIG. 3) includes voltage / current control unit 220-1, upper arm ON instruction unit 230-1, shutdown instruction unit 235-1, and the like for controlling
さらに、コンバータ制御部200(図3)は、コンバータ12を制御するための、電圧/電流制御部220−2、上アームON指示部230−2、シャットダウン指示部235−2および指示選択部240−2と、電圧判定部250と、モード判定部260とを含む。
Further, the converter control unit 200 (FIG. 3) controls the
電圧/電流制御部220−1は、たとえば、図4に示した電圧制御部215−1および電流制御部215−2の一方によって構成され、目標電圧VRに従った電圧制御または目標電流IRに従った電流制御のためのPWM信号PWC1を発生する。上アームON指示部230−1は、コンバータ10を上アームオン固定するための上アームオン信号UA1を発生する。上アームオン信号UA1に従えば、コンバータ10において、上アームのスイッチング素子Q1がオンに固定される一方で、下アームのスイッチング素子Q2はオフに固定される。
The voltage / current control unit 220-1 is configured by, for example, one of the voltage control unit 215-1 and the current control unit 215-2 shown in FIG. 4, and performs voltage control according to the target voltage VR or the target current IR. PWM signal PWC1 for current control is generated. Upper arm ON instructing unit 230-1 generates an upper arm on signal UA1 for fixing
シャットダウン指示部235−1は、コンバータ10の動作を停止するためのシャットダウン信号SD1を出力する。シャットダウン信号SD1に従えば、コンバータ10において、スイッチング素子Q1,Q2はいずれもオフに固定される。
Shutdown instruction unit 235-1 outputs a shutdown signal SD1 for stopping the operation of
指示選択部240−1は、モード判定部260からのモード制御信号MS1に従って、PWM信号PWC1、上アームオン信号UA1およびシャットダウン信号SD1のうちの1つをコンバータ10へ出力する。
In accordance with mode control signal MS1 from
同様に、電圧/電流制御部220−2は、たとえば、図4に示した電圧制御部215−1および電流制御部215−2の他方によって構成され、目標電流IRに従った電流制御または目標電圧VRに従った電圧制御のためのPWM信号PWC2を発生する。上アームON指示部230−2は、コンバータ12を上アームオン固定するための上アームオン信号UA2を発生する。上アームオン信号UA2に従えば、コンバータ12において、上アームのスイッチング素子Q3がオンに固定される一方で、下アームのスイッチング素子Q4はオフに固定される。
Similarly, voltage / current control unit 220-2 is configured by, for example, the other of voltage control unit 215-1 and current control unit 215-2 shown in FIG. 4, and performs current control or target voltage according to target current IR. A PWM signal PWC2 for voltage control according to VR is generated. Upper arm ON instructing unit 230-2 generates upper arm on signal UA2 for fixing
シャットダウン指示部235−2は、コンバータ12の動作を停止するためのシャットダウン信号SD2を出力する。シャットダウン信号SD2に従えば、コンバータ12において、スイッチング素子Q3,Q4はいずれもオフに固定される。
Shutdown instruction unit 235-2 outputs a shutdown signal SD2 for stopping the operation of
指示選択部240−2は、モード判定部260からのモード制御信号MS2に従って、PWM信号PWC2、上アームオン信号UA2およびシャットダウン信号SD2のうちの1つをコンバータ10へ出力する。
In response to mode control signal MS2 from
電圧判定部250は、電流センサ52,54によって検出された電流I1,I2に基づいて、蓄電装置B1およびB2のいずれの出力電圧が高いかを判定して、その判定結果を示す信号FV、および、蓄電装置B1およびB2の出力電圧が互いに等しいか否かを示す判定フラグFLGを出力する。すなわち信号FVによって、複数の蓄電装置B1,B2のうちの、出力電圧が最高である蓄電装置(以下、「最高電圧蓄電装置」とも称する)が示されることとなる。また判定フラグFLGによって、出力電圧が互いに等しい2つの蓄電装置が存在するか否かが示されることとなる。
Based on currents I1 and I2 detected by
電圧判定部250は、電流I1,I2が略等しい場合に蓄電装置B1およびB2の出力電圧が互いに等しいと判定して判定フラグFLGをオンする。電圧判定部250は、電流I1が電流I2より大きい場合に、判定フラグFLGをオフするとともに最高電圧蓄電装置が蓄電装置B1であることを示す信号FVを出力する。さらに、電圧判定部250は、電流I2が電流I1より大きい場合に、判定フラグFLGをオフするとともに最高電圧蓄電装置が蓄電装置B2であることを示す信号FVを出力する。
なお、「判定フラグFLGのオン状態」および「判定フラグFLGのオフ状態」とは、たとえば判定フラグFLGの値がそれぞれ1および0である状態である。ただし判定フラグFLGの制御は上記制御に限定されるものではなく、たとえば判定フラグFLGの値が0および1である状態がそれぞれ「判定フラグFLGのオン状態」および「判定フラグFLGのオフ状態」であってもよい。また電流I1,I2が異なる場合(すなわち蓄電装置B1およびB2の出力電圧が異なると判定された場合)に判定フラグFLGがオンし、電流I1,I2が等しい場合(すなわち蓄電装置B1およびB2の出力電圧が等しいと判定された場合)に判定フラグがオフしてもよい。 The “determination flag FLG on state” and the “determination flag FLG off state” are, for example, states in which the value of the determination flag FLG is 1 and 0, respectively. However, control of determination flag FLG is not limited to the above control. For example, the states where determination flag FLG is 0 and 1 are “determination flag FLG on state” and “determination flag FLG off state”, respectively. There may be. When currents I1 and I2 are different (that is, when it is determined that the output voltages of power storage devices B1 and B2 are different), determination flag FLG is turned on and currents I1 and I2 are equal (that is, the outputs of power storage devices B1 and B2). The determination flag may be turned off when it is determined that the voltages are equal.
モード判定部260は、負荷装置(インバータ20,22およびモータジェネレータMG1,MG2)の駆動のために、電源システムに対して要求される要求パワーPRと、目標値設定部210によって設定された目標電圧VRとに基づいて、コンバータ10,12の動作モードを判定する。具体的には、モード判定部260は、コンバータ10,12の双方を動作させる「2CNVモード」、コンバータ10,12の一方のみを動作させて電圧制御を実行する「1CNVモード」、コンバータ10,12の両方の上アームのうち少なくとも1つの上アームに含まれるスイッチング素子をオンに固定する「上アームONモード」のいずれかを選択する。
より詳細には、モード判定部260は、2CNVモードの選択時には、指示選択部240−1,240−2が、PWM信号PWC1,PWC2を選択してコンバータ10,12へ出力するように、モード制御信号MS1,MS2を設定する。また、モード判定部260は、1CNVモードの選択時には、電圧制御を実行させるコンバータ10,12の一方において、PWM信号PWC(PWC1およびPWC2を総括的に表記するもの)が選択され、他方のコンバータにおいて、シャットダウン信号SD(SD1およびSD2を総括的に表記するもの)が選択されるように、モード制御信号MS1,MS2を設定する。なお、1CNVモードにおいて電圧制御を実行させるコンバータについては、コンバータ10,12の所定の一方を固定的に選択するようにしてもよく、そのときの出力電圧やSOCに応じて、電圧制御を実行させるコンバータを都度選択するようにしてもよい。
More specifically,
モード判定部260は、上アームONモードの選択時には、電圧判定部250からの判定フラグFLGおよび信号FVに従って、1つの上アームに含まれるスイッチング素子をオンに固定するモード(ステージ1)と、2つの上アームの各々に含まれるスイッチング素子をオンに固定するモード(ステージ2)とのいずれかを上アームONモードとして選択する。詳細には、モード判定部260は、判定フラグFLGがオフである場合には、上アームONモードとして「ステージ1」を選択する。この場合、モード判定部260は、信号FVによって示される最高電圧蓄電装置(蓄電装置B1,B2のいずれか)に対応するコンバータに対して上アームオン信号UA(UA1,UA2を総括的に表記するもの)が出力され、他方のコンバータに対して、シャットダウン信号SDが出力されるように、モード制御信号MS1,MS2を設定する。一方、モード判定部260は、判定フラグFLGがオンの場合には、上アームONモードとして「ステージ2」を選択する。この場合、モード判定部260は、上アームON指示部230−1,230−2が上アームオン信号UA1,UA2をそれぞれ出力するように、モード制御信号MS1,MS2を設定する。
When the upper arm ON mode is selected,
図7は、モード判定部260による動作モード選択の制御処理を説明するフローチャートである。図7に示したフローチャートは、ECU100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。
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation mode selection control processing by the
図7を参照して、ECU100は、負荷装置の状態に応じて、より具体的には、モータジェネレータMG1,MG2のトルクおよび回転数に応じて、システム電圧VHの目標電圧VRを設定する(ステップS100)。そして、ECU100は、ステップS110により、負荷装置(インバータ20,22およびモータジェネレータMG1,MG2)の駆動のために、電源システムに対して要求される要求パワーPRを取得する。この要求パワーPRは、上位の車両ECU(図示せず)によって車両状態に基づいて決定される。あるいは、ECU100によって、モータジェネレータMG1,MG2のトルク指令値および回転数の積に基づく演算が実行されてもよい。
Referring to FIG. 7,
さらに、ECU100は、ステップS120により、ステップS110で取得された要求パワーPRが、基準値Pthよりも高いかどうかを判定する。この基準値Pthは、一方のコンバータを停止させても、すなわち一方の蓄電装置B1,B2の一方によって、要求パワーPRを供給可能な範囲に合わせて設定される。基準値Pthは、蓄電装置B1,B2のスペックに応じた固定値であってもよく、SOC1、SOC2によって可変な値としてもよい。
Further, in step S120,
要求パワーPRが基準値Pthよりも高い場合(ステップS120のYES判定時)には、ECU100は、ステップS140により、動作モードを2CNVモードに設定する。2CNVモードでは、コンバータ10,12の一方が電圧制御され、他方が電流制御される。すなわち、2CNVモードは、本発明での「第2の動作モード」に対応する。
When required power PR is higher than reference value Pth (when YES is determined in step S120),
なお、上述のように、電圧制御および電流制御の分担は予め固定されてもよく、そのときの蓄電装置B1,B2の状態に応じて、適宜選択するようにしてもよい。 As described above, the sharing of voltage control and current control may be fixed in advance, and may be appropriately selected according to the state of power storage devices B1 and B2.
一方、要求パワーPRが基準値Pth以下のとき(S120のNO判定時)には、ECU100は、ステップS130に処理を進めて、目標電圧VRに照らしてコンバータ10,12による昇圧動作が必要であるかどうかを判断する。
On the other hand, when required power PR is equal to or lower than reference value Pth (NO in S120),
そして、ECU100は、昇圧動作が必要であるとき(S130のYES判定時)には、ステップS150により、動作モードを1CNVモードに設定する。1CNVモードでは、コンバータ10,12の一方で電圧制御が実行され、他方のコンバータがシャットダウン、すなわち動作を停止するように制御される。すなわち、1CNVモードは、本発明での「第3の動作モード」に対応する。なお、電圧制御を実行するコンバータは、コンバータ10,12のうちの一方を固定的に指定してもよく、蓄電装置B1,B2の状態(代表的には出力電圧あるいはSOCの高・低)に応じて都度選択するようにしてもよい。
Then,
これに対して、ステップS130がNO判定時のとき、すなわち要求パワーPRが一方の蓄電装置によって供給可能な範囲であり、かつ、コンバータ10,12による昇圧が不要であるときには、ECU100は、コンバータ10,12全体での損失をできるだけ抑制するために、ステップS160により上アームONモードを選択する。この上アームONモードは、本発明での「第1の動作モード」に対応する。上アームONモードが動作モードとして選択された場合、上記「ステージ1」および「ステージ2」のいずれかに従う制御が実行される。
On the other hand, when step S130 is NO, that is, when required power PR is in a range that can be supplied by one power storage device and boosting by
なお、モード判定部260は、上アームONモードの選択時(たとえば1CNVモードから上アームONモードへの移行時)には、まず動作モードとして「ステージ1」を選択する。そして、モード判定部260は「ステージ1」に従う制御が実行されている間に2つの蓄電装置の出力電圧が等しいか否かを判定する。2つの蓄電装置の出力電圧が等しいと判定された場合には、動作モードは「ステージ1」から「ステージ2」に移行する。上アームONモードの選択時においては、2つの蓄電装置の出力電圧が異なる可能性が考えられる。したがって「ステージ2」に従う制御が最初に実行されると、2つの蓄電装置間に短絡電流が流れる可能性がある。モード判定部260が「ステージ1」を最初に選択することにより、このような短絡電流の発生を防止できる。
Note that
ステップS140,S150,S200のいずれかの処理が終了すると、全体の処理はメインルーチンに戻される。 When any one of steps S140, S150, and S200 is completed, the entire process is returned to the main routine.
図8は、ステップS200における上アームONモードでの処理を詳細に説明するフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart illustrating in detail the processing in the upper arm ON mode in step S200.
図8を参照して、ECU100(モード判定部260)は、ステップS210により、判定フラグFLGがオンしているか否かを判定する。これにより蓄電装置B1,B2のそれぞれの出力電圧VB1,VB2が等しいか否かが判断される。言い換えると、モード判定部260により、出力電圧が互いに等しい2つの蓄電装置が存在するか否かが判定され、その判定結果が判定フラグFLGとしてモード判定部260より出力される。
Referring to FIG. 8, ECU 100 (mode determination unit 260) determines whether or not determination flag FLG is on in step S210. Thereby, it is determined whether or not output voltages VB1 and VB2 of power storage devices B1 and B2 are equal. In other words,
ECU100は、判定フラグFLGがオフ状態であると判断したとき(ステップS210のNO判定時)には、「ステージ1」の制御を実行する(ステップS220)。すなわち、ECU100は、信号FVに応じて蓄電装置B1,B2の中から最高電圧蓄電装置を特定する。そしてECU100は、その最高電圧蓄電装置に特定するコンバータ(コンバータ10,12のいずれか)を上アームON固定とする一方で、他方のコンバータをシャットダウンする。すなわち、最高電圧蓄電装置に対応するコンバータが上アームON固定の対象とされ、残余のコンバータは動作を停止される。
When
一方、ECU100は、判定フラグFLGがオン状態であると判断したとき(ステップS210のYES判定時)には、「ステージ2」の制御を実行する(ステップS230)。この場合、ECU100は、蓄電装置B1,B2にそれぞれ対応するコンバータ10,12の両方を上アームON固定とする。すなわちECU100は、互いに出力電圧が等しい2つの蓄電装置(B1,B2)の各々に対応するコンバータ(10,12)を上アームON固定とする。
On the other hand, when
ステージ1またはステージ2の制御が実行された後に、ECU100(電圧判定部250)は、フラグ設定処理を実行する(ステップS240)。フラグ設定処理が終了するとステップS200における上アームONモードでの処理が終了する。
After control of
図9は、ステップS240におけるフラグ設定処理を詳細に説明するフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart for explaining in detail the flag setting process in step S240.
図9を参照して、ECU100は、ステップS241により、モータジェネレータMG1および/またはMG2が現時点において力行動作中か否か、すなわち蓄電装置B1,B2の少なくとも一方から電流が出力されているか否かを判定する。モータジェネレータMG1,MG2のいずれも力行中ではない場合(ステップS241のNO判定時)、フラグ設定処理は終了する。したがって判定フラグFLGの状態は図9に示す処理が実行される前の状態に維持される。
Referring to FIG. 9, in step S241,
なお、コンバータ10,12の制御が「ステージ1」に従う制御である場合、モータジェネレータMG1および/またはMG2の力行動作中に最高電圧蓄電装置から電流が出力される結果、2つの蓄電装置の出力電圧がほぼ等しくなったとする。最高電圧蓄電装置であった蓄電装置に対応するコンバータの上アームはON固定されているので、その蓄電装置から上アームのスイッチング素子を経由して電流が出力される。一方、残りの蓄電装置に対応するコンバータの上アームのスイッチング素子はオフしているものの、そのスイッチング素子に逆並列接続されたダイオードを介して蓄電装置から電流が出力される。この結果、2つの蓄電装置から出力される電流は略等しくなる。
When control of
ハイブリッド車両1000が力行中である場合(ステップS241のYES判定時)、ECU210(電圧判定部250)は、電流I1,I2の差の絶対値(=|I1−I2|)が所定値Xよりも小さいか否かを判定する(ステップS242)。電流I1,I2の差の絶対値(=|I1−I2|)が所定値Xよりも小さい場合に、電圧判定部250は蓄電装置B1,B2の出力電圧が互いに等しいと判定する。所定値Xは理想的には0であるが、たとえば電流センサの検出誤差等を考慮した値に定められる。
When
電流I1,I2の差の絶対値(=|I1−I2|)が所定値Xよりも小さい場合(ステップS242のYES判定時)、電圧判定部250は判定フラグFLGをオン状態に設定する(ステップS243)。一方、電流I1,I2の差の絶対値(=|I1−I2|)が所定値X以上である場合(ステップS242のNO判定時)、電圧判定部250は判定フラグFLGをオフ状態に設定する(ステップS244)。ステップS243またはS244の処理が終了した場合には、フラグ設定処理が終了する。
When the absolute value (= | I1-I2 |) of the difference between currents I1 and I2 is smaller than predetermined value X (when YES is determined in step S242),
ステップS242での判定処理は、ステージ1からステージ2への移行の可否を判定する処理に相当する。判定フラグFLGがオン状態であるということはステージ1からステージ2への移行を許可するという判定結果(OK)が得られたことを意味している。したがって、ステップS243の処理により判定フラグFLGがオン状態に設定され、その後に図8に示す処理が実行された場合、上アームONモードはステージ1からステージ2に移行する。
The determination process in step S242 corresponds to a process for determining whether or not the transition from
判定フラグFLGがオフ状態であるということはステージ1からステージ2への移行を許可しないという判定結果(NG)が得られたことを意味している。したがって、ステップS244の処理により判定フラグFLGがオン状態に設定され、その後に図8に示す処理が実行された場合、上アームONモードはステージ1の状態に維持される。
The fact that the judgment flag FLG is in an off state means that a judgment result (NG) indicating that the transition from the
このように図7〜図9に従った制御処理を行なうことにより、電源システムへの要求パワーが単一の蓄電装置によって供給可能な範囲であり、かつ、コンバータ10、12による昇圧動作が不要な目標電圧VRが設定されているときには、上アームONモードを選択して、コンバータ10,12での損失を抑制した上で、電源システムおよび負荷装置間の電力授受を実行できる。
By performing the control processing according to FIGS. 7 to 9 as described above, the required power to the power supply system is in a range that can be supplied by a single power storage device, and the boosting operation by
さらに、上アームONモードでは、出力電力の等しい2つの蓄電装置が存在しない場合、最高電圧蓄電装置に対応したコンバータが上アームON固定のコンバータに指定される(ステージ1)。これにより、蓄電装置間での短絡電流を生じさせることなく、上アームONモードを開始できる。すなわち、蓄電装置およびコンバータ間を都度リレー等で遮断することなく、他の動作モードから上アームONモードへの移行を実現できる。 Further, in the upper arm ON mode, when two power storage devices having the same output power do not exist, the converter corresponding to the highest voltage power storage device is designated as the upper arm ON fixed converter (stage 1). Thus, the upper arm ON mode can be started without causing a short-circuit current between the power storage devices. That is, the transition from the other operation mode to the upper arm ON mode can be realized without interrupting the power storage device and the converter each time with a relay or the like.
ここで蓄電装置B1,B2の出力電圧の大小を判別する方法としては、電圧センサ42,44によりそれぞれ検出された蓄電装置B1の電圧VB1および蓄電装置B2の電圧VB2を比較する方法が考えられる。しかしこの方法では、電圧センサ42,44の精度がその比較結果に影響を与える可能性が考えられる。すなわち検出精度の低い電圧センサの出力値に基づいて、図9に示すフラグ設定処理を実行すれば、本来、1つの上アームのみON固定とすべきである状態であっても、2つのコンバータの上アームがともにON固定されることにより2つの蓄電装置間に短絡電流が生じるおそれがある。その一方で、電圧センサ42,44の高精度化を図れば、コストアップを招いてしまう。本実施の形態では、電流センサにより検出された蓄電装置の電流に基づいて、出力電圧の等しい2つの蓄電装置が存在するか否かを判定する。これにより電圧センサの検出精度を考慮することなく2つの蓄電装置の出力電圧の大小を判別できるとともに、その判別処理を簡素化できる。
Here, as a method for determining the magnitude of the output voltage of the power storage devices B1 and B2, a method of comparing the voltage VB1 of the power storage device B1 and the voltage VB2 of the power storage device B2 detected by the
さらに、本実施の形態では、上アームONモードにおいて、出力電力が等しい2つの蓄電装置が存在する場合には2つの蓄電装置の各々に対応するコンバータが上アームON固定のコンバータに指定される(ステージ2)。この場合、出力電圧が等しい蓄電装置間では短絡電流が生じなく、かつ、2つの蓄電装置の各々が電力を入出力可能な状態となる。これにより、回生時において回収可能な電力量を、1つの蓄電装置のみにより電力を受け入れる場合よりも増やすことができる。 Furthermore, in the present embodiment, in the upper arm ON mode, when there are two power storage devices having the same output power, converters corresponding to each of the two power storage devices are designated as the upper arm ON fixed converter ( Stage 2). In this case, a short-circuit current does not occur between power storage devices having the same output voltage, and each of the two power storage devices can enter and output power. As a result, the amount of power that can be recovered during regeneration can be increased as compared with the case where power is received by only one power storage device.
また、ハイブリッド車両1000が滑りやすい路面を走行している時、あるいは段差を乗り越えている時などに車輪がスリップし、その後に車輪が路面にグリップすることが考えられる。この場合、スリップ時に持ち出される蓄電装置からのエネルギーが、グリップ時のモータ回転数の急変により蓄電装置に逆流する可能性がある。本実施の形態によれば、その逆流するエネルギーを2つの蓄電装置により受け入れることができる。
In addition, it is conceivable that the wheel slips when the
図10は、スリップ発生後のグリップ時のエネルギーの流れを示した図である。
図10を参照して、スリップで車輪が空転してその後車輪が路面をグリップすると、モータ回転数の急減によって、図10に示した経路に沿って電流I1,I2が流れる。モータジェネレータのエネルギーは、トルク×回転数で表わされるが、グリップ時には回転数が急減する一方、トルクは急には変えることができないので、蓄電装置B1,B2の少なくとも一方から供給されていたエネルギーがグリップ時に余剰となり、蓄電装置B1あるいはB2に電流が逆流する。
FIG. 10 is a diagram showing the flow of energy during gripping after the occurrence of slip.
Referring to FIG. 10, when the wheel slips due to slip and the wheel grips the road surface thereafter, currents I1 and I2 flow along the path shown in FIG. The energy of the motor generator is represented by torque × number of rotations, but the number of rotations decreases rapidly during gripping, but the torque cannot be changed suddenly. Therefore, the energy supplied from at least one of the power storage devices B1 and B2 is reduced. It becomes surplus at the time of grip, and the current flows backward to the power storage device B1 or B2.
本実施の形態では、2つの上アームの両方をオン固定することによって、蓄電装置B1,B2の両方に電流を受け入れることができる。これにより蓄電装置B1,B2の一方のみ電流を受け入れる構成に比較して、蓄電装置B1,B2の各々に逆流する電流を小さくできる。たとえば電池の発熱量は、直流電流を印加した場合の電圧降下によって求められる電池の内部抵抗により支配され、この内部抵抗値と電流値の二乗との積(RI2)によって表されるので、蓄電装置B1,B2の各々に逆流する電流を小さくすることで電池の発熱量を抑制できる。また、蓄電装置B1,B2の各々に電流を受け入れることができるので、スリップ発生後のグリップ時において、蓄電装置に逆流するエネルギーを受け入れる能力を高めることができる。これによりスリップ発生後のグリップといった外乱に対する緩衝作用を高めることができる。 In the present embodiment, current can be received by both power storage devices B1 and B2 by fixing both of the two upper arms on. Thus, the current flowing back to each of power storage devices B1 and B2 can be reduced as compared with a configuration in which only one of power storage devices B1 and B2 receives current. For example, the calorific value of the battery is governed by the internal resistance of the battery determined by the voltage drop when a direct current is applied, and is expressed by the product (RI 2 ) of this internal resistance value and the square of the current value. The amount of heat generated by the battery can be suppressed by reducing the current flowing back to each of the devices B1 and B2. In addition, since current can be received in each of power storage devices B1 and B2, the ability to receive backflow energy to the power storage device during grip after the occurrence of slip can be enhanced. Thereby, the buffering effect with respect to disturbances, such as a grip after slip generation, can be enhanced.
以上説明したように、本実施の形態による電源システムによれば、負荷装置(モータジェネレータMG1,MG2)の状態に応じて、コンバータ10,12による昇圧動作の要否および要求パワーPRのレベルに応じて、1つまたは2つのコンバータで上アームのスイッチング素子をオン状態に固定する動作モード(上アームONモード)を選択することができる。したがって、スイッチング損失を抑制するための上アームONモードを、負荷装置の状態に応じて適切に選択できる。
As described above, according to the power supply system of the present embodiment, depending on the state of load devices (motor generators MG1, MG2), depending on the necessity of boost operation by
さらに、本実施の形態による電源システムによれば、出力電圧の等しい2つの蓄電装置が存在しない場合には、最高電圧蓄電装置に対応するコンバータで上アームのスイッチング素子をオン状態に固定するとともに、他のコンバータをシャットダウンさせる動作モード(ステージ1)を選択することができる。したがって、上アーム素子のオンによって蓄電装置間に短絡電流が発生することを防止できる上に、スイッチング損失を抑制するための上アームONモードを、負荷装置の状態に応じて適切に選択できる。 Furthermore, according to the power supply system according to the present embodiment, when there are no two power storage devices having the same output voltage, the switching element of the upper arm is fixed to the on state by the converter corresponding to the highest voltage power storage device, An operation mode (stage 1) for shutting down other converters can be selected. Therefore, it is possible to prevent a short-circuit current from being generated between the power storage devices when the upper arm element is turned on, and to appropriately select the upper arm ON mode for suppressing the switching loss according to the state of the load device.
さらに、本実施の形態による電源システムによれば、上アームONモードにおいて出力電圧の等しい2つの蓄電装置が存在する場合には、その2つの蓄電装置の各々に対応するコンバータで上アームのスイッチング素子をオン状態に固定する動作モード(ステージ2)を選択することができる。2つの蓄電装置の出力電圧が等しいため、各上アーム素子がオンしても2つの蓄電装置間に短絡電流が発生することを防止できる上に、スイッチング損失を抑制するための上アームONモードを、負荷装置の状態に応じて適切に選択できる。さらに、その2つの蓄電装置の各々が電力を入出力できるため、回生時に回収可能な電力量を大きくすることができる。また、スリップ発生後のグリップといった外乱に対する緩衝作用を高めることができる。 Furthermore, according to the power supply system of the present embodiment, when there are two power storage devices having the same output voltage in the upper arm ON mode, the switching element of the upper arm is converted by a converter corresponding to each of the two power storage devices. The operation mode (stage 2) for fixing the signal to the ON state can be selected. Since the output voltages of the two power storage devices are equal, it is possible to prevent a short-circuit current from being generated between the two power storage devices even when each upper arm element is turned on, and an upper arm ON mode for suppressing switching loss. It can be selected appropriately according to the state of the load device. Furthermore, since each of the two power storage devices can input and output power, the amount of power that can be recovered during regeneration can be increased. Further, it is possible to enhance a buffering action against disturbance such as a grip after occurrence of slip.
(変形例)
以上説明した実施の形態では、蓄電装置B1、B2およびそれぞれに対応するコンバータ10,12が備えられる、すなわち、蓄電装置およびコンバータの組が2個備えられる電源システムについて説明したが、本発明の適用はこのような構成に限定されるものではない。
(Modification)
In the above-described embodiment, the power storage system including the power storage devices B1 and B2 and the
すなわち、図11に示すように、蓄電装置および対応のコンバータの組が3以上の複数個並列接続される構成の電源システムにおいても、本実施の形態による動作モード制御を適用できる。 That is, as shown in FIG. 11, the operation mode control according to the present embodiment can also be applied to a power supply system having a configuration in which a plurality of pairs of power storage devices and corresponding converters are connected in parallel.
なお、蓄電装置が3個以上の場合には、負荷装置からの要求パワーPRに応じて、動作させるコンバータの個数をさらに細分化して設定することができる。そして、2個以上の蓄電装置によって電力を供給する場合には、これらの蓄電装置に対応する2個以上の電力変換装置について、いずれか1個によって電圧制御を実行するとともに、残余のコンバータには電流制御を実行させればよい。 When there are three or more power storage devices, the number of converters to be operated can be further subdivided and set according to the required power PR from the load device. When power is supplied by two or more power storage devices, voltage control is executed by any one of two or more power conversion devices corresponding to these power storage devices, and the remaining converters What is necessary is just to perform current control.
そして、1個の蓄電装置によって要求パワーPRがカバー可能であり、かつ、各コンバータによる昇圧が不要であるときに、上アームONモードを選択すればよい。 When the required power PR can be covered by one power storage device and boosting by each converter is unnecessary, the upper arm ON mode may be selected.
蓄電装置が3個以上存在するときも、各蓄電装置の出力電流に基づいて複数の蓄電装置から最高電圧蓄電装置を判別したり、その複数の蓄電装置の中に、出力電圧が等しい少なくとも2個の蓄電装置が存在するか否かを判定できる。そして「出力電圧が等しい少なくとも2個の蓄電装置が存在しない場合」、すなわち各蓄電装置の出力電圧が互いに異なることによって最高電圧蓄電装置が存在する場合には、その最高電圧蓄電装置に対応するコンバータの上アームをオン固定するとともに、残余のコンバータを停止すればよい。 Even when there are three or more power storage devices, the highest voltage power storage device is determined from the plurality of power storage devices based on the output current of each power storage device, or at least two output voltages having the same output voltage are included in the plurality of power storage devices. It can be determined whether or not there is a power storage device. And, “when there is no at least two power storage devices having the same output voltage”, that is, when the highest voltage power storage device exists due to the output voltages of the power storage devices being different from each other, the converter corresponding to the highest voltage power storage device It is only necessary to fix the upper arm on and to stop the remaining converter.
たとえば蓄電装置の総数が3個である場合には、「出力電圧が互いに等しい少なくとも2個の蓄電装置が存在する場合」として、2個の蓄電装置の出力電圧が等しい場合、あるいは3個の蓄電装置の出力電圧がすべて等しい場合がある。これらの場合には、出力電圧が等しい蓄電装置に対応するコンバータの上アームをオン固定すればよい。 For example, when the total number of power storage devices is three, “when there are at least two power storage devices having the same output voltage”, the output voltages of the two power storage devices are equal, or three power storage devices. The device output voltages may all be equal. In these cases, the upper arm of the converter corresponding to the power storage devices having the same output voltage may be fixed on.
なお、ハイブリッド車両1000に代えて、内燃機関を搭載しない電気自動車、燃料を用いて電気エネルギーを発生する燃料電池(Fuel Cell)をさらに搭載した燃料電池車にも本発明を適用できる。また、負荷装置を車両駆動力発生用の電動機(モータジェネレータ)に限定することなく、その他の負荷装置に適用される電源システムについても、蓄電装置およびコンバータ(電力変換装置)の組を複数個備える構成であれば、本願発明の適用が可能である。
Instead of the
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.
2 エンジン、4 動力分割機構、6 車輪、10,12 コンバータ、20,22 インバータ、42,44,46 電圧センサ、52,54 電流センサ、62,64 温度センサ、110,120 インバータ制御部、200 コンバータ制御部、210 目標値設定部、215−1 電圧制御部、215−2 電流制御部、220−1 電圧/電流制御部、222−1,222−2,226−1,226−2 減算部、224−1,224−2 PI制御部、228−1,228−2 変調部、230−1,230−2 上アームON指示部、235−1,235−1 シャットダウン指示部、240−1,240−2 指示選択部、250 電圧判定部、260 モード判定部、1000 ハイブリッド車両、B1,B2 蓄電装置、C コンデンサ、D1〜D4 ダイオード、L1,L2 リアクトル、MG1,MG2 モータジェネレータ、MP0 マップ、NL 負極ライン、PL1,PL2,PLM 正極ライン、Q1〜Q4 電力用半導体スイッチング素子。
2 engine, 4 power split mechanism, 6 wheels, 10, 12 converter, 20, 22 inverter, 42, 44, 46 voltage sensor, 52, 54 current sensor, 62, 64 temperature sensor, 110, 120 inverter control unit, 200 converter Control unit, 210 target value setting unit, 215-1 voltage control unit, 215-2 current control unit, 220-1 voltage / current control unit, 222-1, 222-2, 226-1, 226-2 subtraction unit, 224-1, 244-2 PI control unit, 228-1, 228-2 modulation unit, 230-1, 230-2 Upper arm ON instruction unit, 235-1, 235-1 Shutdown instruction unit, 240-1, 240 -2 instruction selection unit, 250 voltage determination unit, 260 mode determination unit, 1000 hybrid vehicle, B1, B2 power storage device, C condenser , D1 to D4 diodes, L1, L2 reactor, MG1, MG2 motor generator,
Claims (7)
複数の蓄電装置と、
前記複数の蓄電装置に対応してそれぞれ設けられ、前記複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と前記電源配線との間で双方向の直流電力変換を行なうための複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置の各々の動作を制御する制御装置とを備え、
前記複数の電力変換装置の各々は、
前記対応する蓄電装置および前記電源配線の間の電流経路に介挿接続される電力用半導体スイッチング素子と、
前記対応する蓄電装置から前記電源配線へ向かう方向を順方向として、前記電力用半導体スイッチング素子と並列に接続されるダイオード素子とを含み、
前記制御装置は、
前記複数の蓄電装置の中に、出力電圧が互いに等しい少なくとも2つの蓄電装置が存在するか否かを判定する電圧判定部と、
前記負荷装置の状態に応じて、前記電源配線の電圧目標値を設定する目標値設定部と、
前記負荷装置からの要求パワーが基準値より低く、かつ、設定された前記電圧目標値が各前記電力変換装置による昇圧動作を不要とする値であるときに、前記複数の電力変換装置のうち少なくとも1つの電力変換装置に含まれる前記電力用半導体スイッチング素子をオン状態に固定する第1の動作モードを選択するモード判定部とを含み、
前記モード判定部は、前記少なくとも2つの蓄電装置が存在すると前記電圧判定部により判定された場合には、前記少なくとも2つの蓄電装置の各々に対応する電力変換装置に含まれる前記電力用半導体スイッチング素子をオン固定する動作モードを前記第1の動作モードとして選択し、前記少なくとも2つの蓄電装置が存在しないと前記電圧判定部により判定された場合には、1つの電力変換装置に含まれる前記電力用半導体スイッチング素子をオン固定し、残余の電力変換装置を停止する動作モードを前記第1の動作モードとして選択する、電源システム。 A power supply system for controlling power input / output to / from a load device connected to a power supply wiring,
A plurality of power storage devices;
A plurality of power conversion devices, each provided corresponding to the plurality of power storage devices, for performing bidirectional DC power conversion between the corresponding power storage device of the plurality of power storage devices and the power supply wiring;
A control device for controlling the operation of each of the plurality of power conversion devices,
Each of the plurality of power conversion devices
A power semiconductor switching element inserted and connected to a current path between the corresponding power storage device and the power supply wiring;
A direction from the corresponding power storage device to the power supply wiring as a forward direction, including a diode element connected in parallel with the power semiconductor switching element,
The control device includes:
A voltage determination unit that determines whether or not there are at least two power storage devices having the same output voltage among the plurality of power storage devices;
A target value setting unit for setting a voltage target value of the power supply wiring according to the state of the load device;
When the required power from the load device is lower than a reference value, and the set voltage target value is a value that does not require the step-up operation by each power converter, at least of the plurality of power converters A mode determination unit that selects a first operation mode for fixing the power semiconductor switching element included in one power conversion device to an on state;
When the voltage determination unit determines that the at least two power storage devices exist, the mode determination unit includes the power semiconductor switching element included in a power conversion device corresponding to each of the at least two power storage devices. Is selected as the first operation mode, and when the voltage determination unit determines that the at least two power storage devices do not exist, the power mode included in one power conversion device A power supply system, wherein an operation mode in which a semiconductor switching element is fixed on and a remaining power converter is stopped is selected as the first operation mode.
前記負荷装置は、
前記車両の駆動力を発生させる交流回転電機と、
前記交流回転電機と前記電源配線との間で、前記交流回転電機が指令値に従って動作するように双方向の電力変換を行なうように構成されたインバータとを含み、
前記目標値設定部は、前記交流回転電機の回転速度およびトルクに応じて、前記目標電圧を設定する、請求項1から5のいずれか1項に記載の電源システム。 The power supply system is mounted on a vehicle,
The load device is:
An AC rotating electric machine that generates the driving force of the vehicle;
An inverter configured to perform bidirectional power conversion so that the AC rotating electrical machine operates in accordance with a command value between the AC rotating electrical machine and the power supply wiring;
The power supply system according to any one of claims 1 to 5, wherein the target value setting unit sets the target voltage in accordance with a rotational speed and torque of the AC rotating electric machine.
前記電源システムは、複数の蓄電装置と、前記複数の蓄電装置に対応してそれぞれ設けられ、前記複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と前記電源配線との間で双方向の直流電力変換を行なうための複数の電力変換装置とを備え、
前記複数の電力変換装置の各々は、
前記対応する蓄電装置および前記電源配線の間の電流経路に介挿接続される電力用半導体スイッチング素子と、
前記対応する蓄電装置から前記電源配線へ向かう方向を順方向として、前記電力用半導体スイッチング素子と並列に接続されるダイオード素子とを含み、
前記制御方法は、
前記複数の蓄電装置の中に、出力電圧が互いに等しい少なくとも2つの蓄電装置が存在するか否かを判定するステップと、
前記負荷装置の状態に応じて、前記電源配線の電圧目標値を設定するステップと、
前記負荷装置からの要求パワーが基準値より低く、かつ、設定された前記電圧目標値が各前記電力変換装置による昇圧動作を不要とする値であるときに、前記複数の電力変換装置のうち少なくとも1つの電力変換装置に含まれる前記電力用半導体スイッチング素子をオン状態に固定する動作モードを選択するステップとを含み、
前記動作モードを選択するステップは、
前記少なくとも2つの蓄電装置が存在すると判定された場合には、前記少なくとも2つの蓄電装置の各々に対応する電力変換装置に含まれる前記電力用半導体スイッチング素子をオン固定するモードを、前記動作モードとして選択するステップと、
前記少なくとも2つの蓄電装置が存在しないと判定された場合には、1つの電力変換装置に含まれる前記電力用半導体スイッチング素子をオン固定し、残余の電力変換装置を停止するモードを、前記動作モードとして選択するステップとを含む、電源システムの制御方法。 A control method of a power supply system that controls input / output of power to a load device connected to a power supply wiring,
The power supply system is provided corresponding to each of the plurality of power storage devices and the plurality of power storage devices, and bidirectional DC power conversion is performed between the corresponding power storage device of the plurality of power storage devices and the power supply wiring. A plurality of power conversion devices for performing
Each of the plurality of power conversion devices
A power semiconductor switching element inserted and connected to a current path between the corresponding power storage device and the power supply wiring;
A direction from the corresponding power storage device to the power supply wiring as a forward direction, including a diode element connected in parallel with the power semiconductor switching element,
The control method is:
Determining whether there are at least two power storage devices having the same output voltage among the plurality of power storage devices; and
Setting a voltage target value of the power supply wiring according to the state of the load device;
When the required power from the load device is lower than a reference value, and the set voltage target value is a value that does not require the step-up operation by each power converter, at least of the plurality of power converters Selecting an operation mode for fixing the power semiconductor switching element included in one power conversion device to an on state,
The step of selecting the operation mode includes:
When it is determined that the at least two power storage devices are present, a mode in which the power semiconductor switching element included in a power conversion device corresponding to each of the at least two power storage devices is fixed on is set as the operation mode. A step to choose;
When it is determined that the at least two power storage devices do not exist, a mode in which the power semiconductor switching element included in one power conversion device is fixed on and the remaining power conversion devices are stopped is the operation mode. And a step of selecting as a method for controlling a power supply system.
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