JP2010252604A - Controller of load driving system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンバータが動作中であっても外部負荷に電力を供給する負荷駆動システムの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a load drive system that supplies electric power to an external load even when a converter is operating.
ハイブリッド自動車、燃料電池車両や電動車両などでは、発電・電動機（以下、電動機又はモータと略す）により、駆動力が生成され、車軸に伝達される。車両の走行状態に応じた最適な駆動力を得るために、高圧バッテリの電圧をコンバータで所望の電圧に昇圧して、該昇圧電圧をインバータで３相交流に変換し、モータの駆動力を得ている。また、車軸から電動機に伝達された運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、インバータで３相交流／直流変換し、コンバータで降圧して高圧バッテリに回生している。また、降圧電圧や昇圧電圧を一定に維持するための平滑コンデンサが高圧バッテリやインバータ側にそれぞれ設けられている。一方、ＥＣＵ、ヘッドライト、カーオーディオ、ドアミラー、ヒータ、自動変速機の作動油の油圧を所望とするための電動オイルポンプ等の１２Ｖ負荷が１２Ｖバッテリ（補機バッテリ）から給電されて、作動する。 In a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle, and the like, a driving force is generated and transmitted to an axle by a generator / motor (hereinafter abbreviated as an electric motor or a motor). In order to obtain an optimum driving force according to the running state of the vehicle, the voltage of the high-voltage battery is boosted to a desired voltage by a converter, and the boosted voltage is converted into a three-phase alternating current by an inverter to obtain a driving force of the motor. ing. Also, the kinetic energy transmitted from the axle to the electric motor is converted into electric energy, converted into three-phase AC / DC by an inverter, stepped down by a converter, and regenerated to a high voltage battery. Further, smoothing capacitors for maintaining the step-down voltage and the step-up voltage constant are provided on the high-voltage battery and the inverter side, respectively. On the other hand, 12V load such as ECU, headlight, car audio, door mirror, heater, electric oil pump for making hydraulic oil pressure of automatic transmission desired is supplied from 12V battery (auxiliary battery) and operated .
負荷への給電に係る先行技術が特許文献１に記載されている。図９は、特許文献１に記載された交流電圧出力装置を示すブロック図である。特許文献１には、システムメインリレーＳＭＲをＯＦＦし、モータＭＧと高圧バッテリＢとの間の接続を遮断してから、モータＭＧにより発電された交流電力をインバータ２０により直流電力に変換してから、その直流電力を交流電力に変換し、変圧器４１の一次巻線４５にその交流電力を流し、二次巻線４６に発生した交流電力を整流して直流電力に変換してから、インバータ４３により交流に変換して、コネクタ５０を介して外部負荷に電力を供給することが記載されている。
Prior art relating to power feeding to a load is described in
特許文献１に記載の先行技術では、システムメインリレーＳＭＲをＯＦＦしてからモータＭＧの発電電力を外部負荷へ給電する必要がある。このため、システムメインリレーＳＭＲをＯＮした状態でモータＭＧの発電電力による高圧バッテリＢを充電している間は、外部負荷に給電することができない。また、システムメインリレーＳＭＲをＯＮした状態で高圧バッテリＢからモータＭＧを駆動する際にも、外部負荷に電力を供給することができない。
In the prior art described in
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、コンバータが動作中であっても外部負荷に電力を供給できる負荷駆動システムの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a control device for a load drive system that can supply power to an external load even when a converter is operating.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置は、直流電源（例えば、実施の形態での高圧バッテリ２）の出力電圧を昇圧して高電圧負荷（例えば、実施の形態でのインバータ１６及びモータ１８）に印加する第１のコンバータ（例えば、実施の形態での双方向コンバータ６）と、前記第１のコンバータに含まれるリアクトル（例えば、実施の形態での一次巻線８ａ）を一次巻線として利用した変圧部（例えば、実施の形態でのトランス８）を有し、前記変圧部の一次電圧を降圧して低電圧負荷（例えば、実施の形態での１２Ｖ負荷１４）に印加する第２のコンバータ（例えば、実施の形態での降圧コンバータ１７０）と、を備えた負荷駆動システムの制御装置（例えば、実施の形態でのＥＣＵ１７４）であって、前記低電圧負荷に電力を供給する蓄電器（例えば、実施の形態での１２Ｖバッテリ１３）の出力電圧又は残容量を導出する蓄電器状態導出部（例えば、実施の形態でのＥＣＵ１７４）と、当該制御装置に前記第１のコンバータの昇圧指令があった際、前記第２のコンバータの動作を制限する制御部（例えば、実施の形態でのＥＣＵ１７４）と、を備えたことを特徴としている。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a load drive system control device according to a first aspect of the present invention boosts the output voltage of a DC power supply (for example, the high-
さらに、請求項２に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置では、前記制御部は、前記第１のコンバータの昇圧指令があった際、前記蓄電器の出力電圧又は残容量がしきい値より大きいときは、前記第２のコンバータの動作を停止することを特徴としている。
Furthermore, in the control device for a load drive system according to
さらに、請求項３に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置では、前記第１のコンバータの昇圧指令は、前記第１のコンバータが最大電力を出力するよう要求する指令であることを特徴としている。 Furthermore, in the control device for a load drive system according to the third aspect of the present invention, the step-up command for the first converter is a command for requesting that the first converter output maximum power. .
さらに、請求項４に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置では、前記低電圧負荷の駆動状態に基づいて、前記低電圧負荷で消費される電力を導出する消費電力導出部（例えば、実施の形態でのＥＣＵ１７４）を備え、前記制御部は、前記蓄電器の出力電圧又は残容量がしきい値以下のときは、前記消費電力導出部が導出した電力を前記第２のコンバータが出力するよう前記第２のコンバータを制御することを特徴としている。 Furthermore, in the control device for a load drive system according to claim 4, a power consumption deriving unit (for example, an implementation) for deriving power consumed by the low voltage load based on a driving state of the low voltage load. ECU 174) in the form, and when the output voltage or remaining capacity of the battery is equal to or lower than a threshold value, the control unit outputs the power derived by the power consumption deriving unit so that the second converter outputs the power The second converter is controlled.
さらに、請求項５に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置では、前記第１のコンバータは、前記直流電源の出力可能電力から前記第２のコンバータの出力電力を引いた分の電力を出力することを特徴としている。 Furthermore, in the control device for a load drive system according to claim 5, the first converter outputs electric power that is obtained by subtracting the output power of the second converter from the output power of the DC power supply. It is characterized by that.
さらに、請求項６に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置では、前記負荷駆動システムは、前記直流電源（例えば、実施の形態での高圧バッテリ２）と、前記直流電源からの電力の供給を接断するメインスイッチ（例えば、実施の形態でのメインコンタクタ４）と、前記メインスイッチを通して前記直流電源の正極及び前記直流電源の負極に接続された第１の平滑コンデンサ（例えば、実施の形態での平滑コンデンサＣ１）と、一端が前記メインスイッチを通して前記直流電源の正極に接続された一次巻線（例えば、実施の形態での一次巻線８ａ）及び二次巻線（例えば、実施の形態での二次巻線８ｂ）からなるトランス（例えば、実施の形態でのトランス８）と、前記一次巻線の他端と前記直流電源の負極に接続された第１のスイッチング素子（例えば、実施の形態でのスイッチング素子Ｑ１）と、前記第１のスイッチング素子に逆並列に接続された第１のダイオード（例えば、実施の形態でのフリーホイールダイオードＤ１）と、前記一次巻線の他端及び正極ラインに接続された第２のスイッチング素子（例えば、実施の形態でのスイッチング素子Ｑ２）と、前記第２のスイッチング素子に逆並列に接続された第２のダイオード（例えば、実施の形態でのフリーホイールダイオードＤ２）と、前記正極ラインと前記直流電源の負極に接続された第２の平滑コンデンサ（例えば、実施の形態での平滑コンデンサＣ２）と、前記二次巻線に誘導される電圧を整流する整流回路（例えば、実施の形態での整流回路１７２）と、前記整流回路の出力を平滑化する平滑回路（例えば、実施の形態での平滑回路１２）と、前記メインスイッチをＯＦＦするとともに前記第１のスイッチング素子を所定のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦして、前記第１の平滑コンデンサの電荷が放電されるとともに、前記平滑回路から所望の電圧が出力されるように制御する第１の放電制御手段（例えば、実施の形態でのＥＣＵ１７４）と、を具備したことを特徴としている。
Furthermore, in the control apparatus for a load drive system according to claim 6, the load drive system is configured to supply power from the DC power source (for example, the
請求項１〜６に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置によれば、第１のコンバータの昇圧指令があった際、制御部が第２のコンバータの動作を制限するため、第１のコンバータは所望の電力を出力できる。なお、蓄電器の出力電圧又は残容量がしきい値より大きいときに第２のコンバータの動作を停止しても、低電圧負荷には蓄電器から電力が供給される。したがって、第１のコンバータが最大電力を出力するよう要求された場合には、低電圧負荷の駆動と共に、第１のコンバータは最大電力を出力できる。 According to the control device for a load drive system of the first to sixth aspects of the invention, when the boost command for the first converter is given, the control unit limits the operation of the second converter, so the first converter Can output the desired power. Even if the operation of the second converter is stopped when the output voltage or the remaining capacity of the capacitor is larger than the threshold value, power is supplied from the capacitor to the low voltage load. Therefore, when the first converter is requested to output the maximum power, the first converter can output the maximum power together with the driving of the low voltage load.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図である。図１に示すように、ハイブリッド車両は、高圧バッテリ（直流電源）２、電圧センサ１１、メインコンタクタ４、平滑コンデンサＣ１、双方向コンバータ６、平滑コンデンサＣ２、降圧コンバータ１７０、１２Ｖバッテリ（補機駆動用直流電源）１３、電圧センサ１９、１２Ｖ負荷（補機）１４、インバータ１６、発電電動機（モータ）１８、及びＥＣＵ１７４を具備する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the hybrid vehicle includes a high voltage battery (DC power supply) 2, a voltage sensor 11, a main contactor 4, a smoothing capacitor C1, a bidirectional converter 6, a smoothing capacitor C2, a step-
高圧バッテリ２は、モータ１８に双方向コンバータ６やインバータ１６を介して電力を供給するための蓄電装置であり、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などであり、複数の単電池がモジュール化された複数のバッテリブロックが直列接続されている。高圧バッテリ２の出力電圧は１００〜２００Ｖである。電圧センサ１１は、高圧バッテリ２の出力電圧を検出する。電圧センサ１１が検出した出力電圧を示す信号は、ＥＣＵ１７４に送られる。
The high-
メインコンタクタ（メインスイッチ）４は、高圧バッテリ２の正極と双方向コンバータ６のハイ側との接続を機械的にＯＮ／ＯＦＦする１ａ接点構成のリレーで構成され、高圧バッテリ２及び双方向コンバータ６への電力供給を実施又は遮断するためのものであり、一方の接点が高圧バッテリ２の正極に接続され、他方の接点が平滑コンデンサＣ１の正極に接続されている。平滑コンデンサＣ１は、高圧バッテリ２や双方向コンバータ６からの出力を平滑化するためのコンデンサである。
The main contactor (main switch) 4 is configured by a relay having a 1a contact configuration that mechanically turns on / off the connection between the positive electrode of the
双方向コンバータ６は、高圧バッテリ２の出力電圧を所定の昇圧電圧に昇圧及びインバータ１６の出力電圧を所定の降圧電圧に降圧するコンバータであり、図１に示すように、リアクトル及び変圧器としての一次巻線８ａ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及びフリーホイールダイオードＤ１，Ｄ２を備える。
The bidirectional converter 6 is a converter that boosts the output voltage of the high-
一次巻線８ａは、昇降圧のためのリアクトル及び変圧器の一次コイルとしての役割を果たすものであり、一方の端子がメインコンタクタ４の他方の接点に接続され、他方の端子がスイッチング素子Ｑ１のエミッタ、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ、フリーホイールダイオードＤ１のアノード、フリーホイールダイオードＤ２のカソードに接続されている。
The
スイッチング素子Ｑ１（第１のスイッチング素子）は、例えば、ＩＧＢＴ素子やＭＯＳＦＥＴであり、ＩＧＢＴ素子で構成すると、コレクタが一次巻線８ａの他方の端子に接続され、エミッタが高圧バッテリ２の負極に接続される。ゲートには、スイッチング素子Ｑ１をＯＮ／ＯＦＦするためのゲート信号がＥＣＵ１７４から入力される。
The switching element Q1 (first switching element) is, for example, an IGBT element or a MOSFET. When configured with an IGBT element, the collector is connected to the other terminal of the
スイッチング素子Ｑ２（第２のスイッチング素子）は、例えば、ＩＧＢＴ素子やＭＯＳＦＥＴであり、ＩＧＢＴ素子で構成すると、エミッタが一次巻線８ａの他方の端子に接続され、カソードが平滑コンデンサＣ２の正極に接続される。ゲートには、スイッチング素子Ｑ２をＯＮ／ＯＦＦするためのゲート信号がＥＣＵ１７４から入力される。
The switching element Q2 (second switching element) is, for example, an IGBT element or a MOSFET. When configured with an IGBT element, the emitter is connected to the other terminal of the primary winding 8a, and the cathode is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C2. Is done. A gate signal for turning on / off the switching element Q2 is input from the
フリーホイールダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１と逆並列に接続され、アノードがスイッチング素子Ｑ１のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ１のコレクタに接続されている。スイッチング素子Ｑ１のエミッタ及びフリーホイールダイオードＤ１のアノードは、高圧バッテリ２の負極に接続されている。尚、スイッチング素子Ｑ１及びフリーホイールダイオードＤ１に並列にスイッチング素子Ｑ１のソフトスイッチング実現のために共振コンデンサを設けてもよい。
The freewheel diode D1 is connected in antiparallel with the switching element Q1, and has an anode connected to the emitter of the switching element Q1 and a cathode connected to the collector of the switching element Q1. The emitter of the switching element Q1 and the anode of the freewheel diode D1 are connected to the negative electrode of the high-
フリーホイールダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑ２と逆並列に接続され、アノードがスイッチング素子Ｑ２のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ２のコレクタに接続されている。 The freewheel diode D2 is connected in antiparallel with the switching element Q2, the anode is connected to the emitter of the switching element Q2, and the cathode is connected to the collector of the switching element Q2.
スイッチング素子Ｑ２のコレクタ及びフリーホイールダイオードＤ２のアノードは，平滑コンデンサＣ２の正極に接続されている。尚、スイッチング素子Ｑ２及びフリーホイールダイオードＤ２と並列にスイッチング素子Ｑ２のソフトスイッチング実現のために共振コンデンサを設けてもよい。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をＭＯＳＦＥＴで構成する場合は、エミッタをソース、コレクタをドレインに置き換えれば良い。 The collector of the switching element Q2 and the anode of the freewheel diode D2 are connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C2. A resonance capacitor may be provided in parallel with the switching element Q2 and the freewheel diode D2 in order to realize soft switching of the switching element Q2. Further, when the switching elements Q1 and Q2 are constituted by MOSFETs, the emitter may be replaced with the source and the collector may be replaced with the drain.
平滑コンデンサＣ２は、双方向コンバータ６から出力される昇圧電圧やインバータ１６から出力される電圧を平滑化するコンデンサであり、正極がスイッチング素子Ｑ２のコレクタに接続され、負極が高圧バッテリ２の負極に接続されている。
The smoothing capacitor C2 is a capacitor that smoothes the boosted voltage output from the bidirectional converter 6 or the voltage output from the
降圧コンバータ１７０は、高圧バッテリ２の出力電圧やモータ１８が回生動作時のインバータ１６の直流出力電圧に基づいて、所定の電圧、例えば、１２Ｖの直流電圧を出力するコンバータであり、トランス８、整流回路１７２、スイッチング素子Ｑ３及び平滑回路１２を備える。なお、降圧コンバータ１７０の出力電力は、１２Ｖ負荷１４の駆動状態や１２Ｖバッテリ１３の充電要求に応じて異なる。トランス８は、一次巻線８ａ及び二次巻線８ｂから構成され、一次巻線８ａに流れる電流の変化による磁束の変化により二次巻線８ｂの両端に誘導電圧を発生する。
The step-down
二次巻線８ｂは、一端が整流ダイオードＤ３のアノードに接続され、他端がフリーホイールダイオードＤ４のアノード、平滑コンデンサＣ３の負極に接続されている。二次巻線８ｂは、一次巻線８ａの一端に正の電圧、例えば、メインコンタクタ４及びスイッチング素子Ｑ１をＯＮしたときに、二次巻線８ｂの整流ダイオードＤ３のアノードが接続される一端に正の電圧が誘導される極性となるようにコイルが巻かれている。また、一次巻線８ａと二次巻線８の巻線比ｎは、後述するように、メインコンタクタ４及びスイッチング素子Ｑ１がＯＮされたときに、バッテリ２の電圧Ｖ０とすると、二次巻線８ｂの両端に発生する電圧Ｖ０／ｎが所望の値となるようコイルが巻かれている。
The secondary winding 8b has one end connected to the anode of the rectifier diode D3 and the other end connected to the anode of the freewheel diode D4 and the negative electrode of the smoothing capacitor C3. The secondary winding 8b has a positive voltage at one end of the primary winding 8a, for example, one end to which the anode of the rectifier diode D3 of the secondary winding 8b is connected when the main contactor 4 and the switching element Q1 are turned on. The coil is wound to have a polarity that induces a positive voltage. As will be described later, when the main contactor 4 and the switching element Q1 are turned on, the winding ratio n between the primary winding 8a and the secondary winding 8 is the voltage V0 of the
スイッチング素子Ｑ３は、二次巻線８ｂの二次電流を通過又は遮断して、電力調整行うためのものであり、例えば、ＦＥＴであり、ソースは整流ダイオードＤ３のカソードに接続され、ドレインは、平滑リアクトルＬの一端及びフリーホイールダイオードＤ４のカソードに接続されている。ゲートには、スイッチング素子Ｑ３をＯＮ／ＯＦＦするためのゲート信号がＥＣＵ１７４より入力される。尚、スイッチング素子Ｑ３と整流ダイオードＤ３を入れ替えても良い。
The switching element Q3 is for adjusting the power by passing or blocking the secondary current of the secondary winding 8b, and is, for example, an FET, the source is connected to the cathode of the rectifier diode D3, and the drain is It is connected to one end of the smoothing reactor L and the cathode of the freewheel diode D4. A gate signal for turning ON / OFF the switching element Q3 is input from the
整流ダイオードＤ３がＯＮしている期間において、スイッチング素子Ｑ３に対して行われるスイッチング制御のデューティ比をαとすると、降圧コンバータ１７０の出力電圧は、二次巻線８ｂの両端に発生する電圧のα倍となる。
Assuming that the duty ratio of the switching control performed on the switching element Q3 during the period in which the rectifier diode D3 is ON is α, the output voltage of the step-down
整流回路１７２は、二次巻線８ｂに流れる二次電流を整流する回路であり、整流ダイオードＤ３を含む。整流ダイオードＤ３は、二次巻線８ｂの二次電流を半波整流するダイオードであり、アノードが二次巻線８ｂの一端に接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ３のソースに接続されている。
The
平滑回路１２は、フリーホイールダイオードＤ４、平滑リアクトルＬ及び平滑コンデンサＣ３を含む。フリーホイールダイオードＤ４は、整流ダイオードＤ３がＯＦＦしたときに、平滑リアクトルＬに蓄積された磁気エネルギーを還流させる還流ダイオードであり、アノードが二次巻線８ｂの他端に接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ３のドレイン及び平滑リアクトルＬの一端に接続されている。
The smoothing
平滑リアクトルＬは、整流ダイオードＤ３の出力電流を平滑化するものであり、一端がスイッチング素子Ｑ３のドレイン及びフリーホイールダイオードＤ４のカソードに接続され、他端が平滑コンデンサＣ３に接続されている。 The smoothing reactor L smoothes the output current of the rectifier diode D3, and one end is connected to the drain of the switching element Q3 and the cathode of the freewheel diode D4, and the other end is connected to the smoothing capacitor C3.
平滑コンデンサＣ３は、降圧コンバータ１７０の出力電圧を平滑化して、１２Ｖ負荷１４に印加する電圧のリプルを抑制するコンデンサであり、正極が平滑リアクトルＬの他端（降圧コンバータ１７０の出力）に接続され、負極がグラウンドに接続されている。
The smoothing capacitor C3 is a capacitor that smoothes the output voltage of the step-down
１２Ｖバッテリ１３は、１２Ｖ負荷（補機）１４に電圧（約１２Ｖ）を供給するバッテリであり、正極が平滑リアクトルＬの他端（降圧コンバータ１７０の出力）に接続され、負極がグラウンドに接続されている。なお、１２Ｖバッテリ１３は、降圧コンバータ１７０の出力電圧によって充電可能な二次電池である。電圧センサ１９は、１２Ｖバッテリ１３の出力電圧を検出する。電圧センサ１９が検出した出力電圧を示す信号は、ＥＣＵ１７４に送られる。
The
１２Ｖ負荷（補機）１４は、降圧コンバータ１７０や１２Ｖバッテリ１３より給電される負荷であり、例えば、電動オイルポンプ、電動パワーステアリング、エアコン、ライト、ＥＣＵ１７４等であり、１２Ｖバッテリ１３に並列に接続されている。尚、降圧コンバータ１７０より電力供給されると、１２Ｖ負荷１４が給電されるとともに、１２Ｖバッテリ１３が充電される場合もある。このとき、降圧コンバータ１７０からの電力供給については、１２Ｖバッテリ１３についても１２Ｖ負荷１４と同様の扱いをする。
The 12V load (auxiliary machine) 14 is a load fed from the step-down
インバータ１６は、モータ１８の駆動（モータ１８によるアシスト）時には、双方向コンバータ６により昇圧された昇圧電圧をＥＣＵ１７４による図示しないスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦのＰＷＭ制御により３相の交流電圧に変換して、モータ１８に出力する。また、インバータ１６は、モータ１８の回生時には、モータ１８で発電された３相交流電圧をＥＣＵ１７４の制御により図示しない全スイッチング素子のＯＦＦによる全波整流により直流電圧に変換する。
When the
モータ１８は、その出力軸は図示しないエンジンのクランク軸に連結され、例えば、３相のブラシレスモータが用いられて、駆動時には、インバータ１６により交流電力、例えば、三相交流電力が供給され、電動機として作動し、電動機が駆動されることによりエンジンの始動を行ったり、エンジンの駆動力をアシストする。また、回生時には、運動エネルギーが電力に変換され、該電力がインバータ１６で直流電圧に変換されて、高圧バッテリ２を充電するとともに、１２Ｖ負荷１４に給電する。図示しない自動変速機は、電動オイルポンプによる油圧の制御により、複数のシンクロクラッチが駆動されることにより変速動作が制御される。エンジン及びモータ１８の駆動力は、自動変速機の左右の駆動輪に伝達される。また、ハイブリッド車両の減速時に駆動輪からモータ１８側に駆動力が伝達されると、モータ１８は発電機として機能して回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。
The output shaft of the
ＥＣＵ１７４は、降圧コンバータ１７０に含まれるスイッチング素子Ｑ３のスイッチング制御、双方向コンバータ６に含まれるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング制御、及びインバータ１６に含まれるスイッチング素子のスイッチング制御を行う。また、ＥＣＵ１７４には、電圧センサ１９が検出した１２Ｖバッテリ１３の出力電圧を示す信号が入力される。ＥＣＵ１７４は、当該信号が示す出力電圧等に基づいて１２Ｖバッテリ１３の残容量を算出しても良い。さらに、ＥＣＵ１７４は、１２Ｖ負荷１４の駆動状態に基づいて、１２Ｖ負荷１４が消費する電力を演算又は推定によって導出する。
ＥＣＵ１７４は、モータ１８の駆動指令があった場合、モータトルク指令値に基づいて、双方向コンバータ６のスイッチング素子Ｑ１のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート信号を出力して、高圧バッテリ２の出力電圧を所定の出力電圧に昇圧するとともに、降圧コンバータ１７０を起動し、１２Ｖ負荷１４に電力を供給する。また、ＥＣＵ１７４は、モータ１８の回生指令があった場合、双方向コンバータ６のスイッチング素子Ｑ２のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート信号を出力して、インバータ１６の出力電圧を所定の電圧に降圧するとともに、降圧コンバータ１０を起動し、１２Ｖ負荷１４に電力を供給する。さらに、ＥＣＵ１７４は、双方向コンバータ６のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をＯＮ／ＯＦＦする周波数よりも高周波数で、降圧コンバータ１７０のスイッチング素子Ｑ３を所定のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦする。なお、デューティ比に応じて降圧コンバータ１７０の出力電圧が変化する。
The
ＥＣＵ１７４は、モータ１８の駆動指令があった場合は、メインコンタクタ４をＯＮし、平滑コンデンサＣ１を充電するとともに、昇圧比に対応するデューティ比で双方向コンバータ６のスイッチング素子Ｑ１のＯＮ／ＯＦＦを制御し、高圧バッテリ２の出力電圧Ｖ０を昇圧電圧Ｖ１に昇圧して、平滑コンデンサＣ２を充電するとともに、インバータ１６に昇圧電圧Ｖ１を出力する。メインコンタクタ４及びスイッチング素子Ｑ１がＯＮすると、一次巻線８ａの両端に電圧Ｖ０（一次電圧）が印加されて、整流ダイオードＤ３が接続される二次巻線８ｂの一端が正となる電圧Ｖ２（＝Ｖ０／ｎ）（二次電圧）が誘導される。
The
電圧Ｖ２が整流ダイオードＤ３のアノードに印加され、整流ダイオードＤ３がＯＮすると、平滑リアクトルＬを通して、１２Ｖバッテリ１３が充電されるとともに、１２Ｖ負荷１４に電流が流れて、１２Ｖ負荷１４に電力が供給される。
When the voltage V2 is applied to the anode of the rectifier diode D3 and the rectifier diode D3 is turned on, the
そして、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦすると、リアクトルとしても作用する一次巻線８ａに蓄積された磁気エネルギーにより一次巻線８ａのスイッチング素子Ｑ１のアノード側の端部を正とする電圧が誘導されて昇圧され、フリーホイールダイオードＤ１がＯＮして、昇圧電圧が平滑コンデンサＣ２を充電するとともに、インバータ１６に出力される。
When the switching element Q1 is turned off, a voltage having a positive polarity at the anode side end of the switching element Q1 of the primary winding 8a is induced and boosted by the magnetic energy accumulated in the primary winding 8a that also functions as a reactor. The free wheel diode D1 is turned ON, and the boosted voltage charges the smoothing capacitor C2 and is output to the
一方、一次巻線８ａに誘導された電圧により二次巻線８ｂのフリーホイールダイオードＤ４のアノード側の端部を正とする電圧が誘導され、整流ダイオードＤ３は逆バイアスされて、ＯＦＦする。整流ダイオードＤ３がＯＦＦすると、スイッチング素子Ｑ１がＯＮのときに、平滑リアクトルＬに蓄積された磁気エネルギーによりフリーホイールダイオードＤ４がＯＦＦして、平滑リアクトルＬを通して、平滑コンデンサＣ３、１２Ｖバッテリ１３が充電されるとともに、１２Ｖ負荷１４に電流が流れる。
On the other hand, the voltage induced in the primary winding 8a induces a positive voltage at the anode side end of the freewheel diode D4 of the secondary winding 8b, and the rectifier diode D3 is reverse-biased and turned off. When the rectifier diode D3 is turned off, when the switching element Q1 is turned on, the free wheel diode D4 is turned off by the magnetic energy accumulated in the smoothing reactor L, and the smoothing capacitor C3 and the
ＥＣＵ１７４は、モータ１８の回生指令があった場合は、メインコンタクタ４をＯＮし、平滑コンデンサＣ１を充電するとともに、降圧比に対応するデューティ比で双方向コンバータ６のスイッチング素子Ｑ２のＯＮ／ＯＦＦを制御し、インバータ１６の出力電圧Ｖ１を高圧バッテリ２の出力電圧Ｖ０に降圧する。このときメインコンタクタ４及びスイッチング素子Ｑ２がＯＮすると、一次巻線８ａの両端に電圧（Ｖ１−Ｖ０）（一次電圧）が印加されて、フリーホイールダイオードＤ４のアノードが接続される二次巻線８ｂの一端が正となる電圧（二次電圧）が誘導されるが、整流ダイオードＤ３は逆バイアスされるので、整流ダイオードＤ３はＯＦＦしたままである。
When there is a regeneration command for the
スイッチング素子Ｑ２がＯＦＦすると、リアクトルとしても作用する一次巻線８ａに蓄積された磁気エネルギーによりフリーホイールダイオードＤ１がＯＮして、一時巻線８ａのメインコンタクタ４が接続される端部を正とする電圧Ｖ０が印加されて、整流ダイオードＤ３のアノードが接続される二次巻線８ｂの一端が正となる電圧Ｖ２（＝Ｖ０／ｎ）が誘導されて、整流ダイオードＤ３がＯＮすると、平滑リアクトルＬを通して、１２Ｖバッテリ１３が充電されるとともに、１２Ｖ負荷１４に電流が流れて、１２Ｖ負荷１４に電力が供給される。
When the switching element Q2 is turned off, the free wheel diode D1 is turned on by the magnetic energy accumulated in the primary winding 8a that also acts as a reactor, and the end of the temporary winding 8a to which the main contactor 4 is connected is made positive. When the voltage V0 is applied to induce a voltage V2 (= V0 / n) at which one end of the secondary winding 8b to which the anode of the rectifier diode D3 is connected is positive and the rectifier diode D3 is turned on, the smoothing reactor L In addition, the
スイッチング素子Ｑ２がＯＮすると、整流ダイオードＤ３が逆バイアスされてＯＦＦし、スイッチング素子Ｑ２がＯＦＦのときに、平滑リアクトルＬに蓄積された磁気エネルギーによりフリーホイールダイオードＤ４がＯＮし、平滑リアクトルＬを通して、平滑コンデンサＣ１、１２Ｖバッテリ１３が充電されるとともに、１２Ｖ負荷１４に電流が流れる。
When the switching element Q2 is turned on, the rectifier diode D3 is reverse-biased and turned off. When the switching element Q2 is turned off, the free wheel diode D4 is turned on by the magnetic energy accumulated in the smoothing reactor L and passes through the smoothing reactor L. The smoothing capacitor C1 and the
上記説明した構成のハイブリッド車両において、モータ１８をフルパワーで駆動するために双方向コンバータ６が最大電力を出力するよう制御された場合であっても、降圧コンバータ１７０が動作していると、高圧バッテリ２の出力には制限があるため、双方向コンバータ６の出力電力は降圧コンバータ１７０の出力電力分だけ低下する。図２は、降圧コンバータ１７０が動作中にモータ１８をフルパワーで駆動するよう要求された場合の双方向コンバータ６の出力電力の一例を示すグラフである。
In the hybrid vehicle having the above-described configuration, even when the bidirectional converter 6 is controlled to output the maximum power in order to drive the
モータ１８がフルパワーで駆動するためには、双方向コンバータ６は最大電力Ｐｍａｘを出力する必要がある。しかし、高圧バッテリ２の出力の一部が降圧コンバータ１７０で消費されているため、双方向コンバータ６は最大電力Ｐｍａｘを出力できない。このとき双方向コンバータ６が出力可能な電力は、図２（ｃ）に示すように、最大電力Ｐｍａｘよりも降圧コンバータ１７０の出力電圧Ｐｃ分低い値Ｐｌｉｍである。その結果、モータ１８の出力トルクは、降圧コンバータ１７０の出力電力Ｐｃ分だけ低下する。このように、降圧コンバータ１７０の動作中は双方向コンバータ６が最大電力を出力できないため、このときは常にモータ１８をフルパワーで駆動することができない。
In order for the
したがって、本実施形態のハイブリッド車両では、図３及び図４に示すフローチャートのアルゴリズムに従ってＥＣＵ１７４が降圧コンバータ１７０の動作を制御する。図３及び図４は、ＥＣＵ１７４が降圧コンバータ１７０の動作を決定するためのアルゴリズムを示すフローチャートである。図３に示すように、ＥＣＵ１７４は、降圧コンバータ１７０に対する出力指令の有無を判断し（ステップＳ１０１）、当該出力指令が無い場合はステップＳ１０３に進み、有る場合はステップＳ１１１に進む。ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１７４は、降圧コンバータ１７０を駆動しない。続いて、ＥＣＵ１７４は、双方向コンバータ６に対する出力指令の有無を判断し（ステップＳ１０５）、当該出力指令が無い場合はステップＳ１０７に進み、有る場合はステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１７４は、双方向コンバータ６を駆動しない。一方、ステップＳ１０９では、ＥＣＵ１７４は、出力指令に応じて双方向コンバータ６を駆動する。
Therefore, in the hybrid vehicle of this embodiment,
ステップＳ１１１３では、ＥＣＵ１７４は、双方向コンバータ６に対する出力指令の有無を判断し（ステップＳ１１１）、当該出力指令が無い場合はステップＳ１１３に進み、有る場合はステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１３では、ＥＣＵ１７４は、出力指令に応じて降圧コンバータ１７０を駆動し、双方向コンバータ６の駆動は行わない。一方、ステップＳ１１５では、ＥＣＵ１７４は、１２Ｖバッテリ１３の出力電圧がしきい値以下か否かを判断し、当該出力電圧がしきい値より大きい場合はステップＳ１１７に進み、しきい値未満の場合はステップＳ１２３に進む。
In step S1113, the
ステップＳ１１７では、ＥＣＵ１７４は、双方向コンバータ６に対する出力指令がモータ１８の回生時における指令か駆動時における指令かを判断し、回生時における指令であればステップＳ１１９に進み、駆動時における指令であればステップＳ１２１に進む。ステップＳ１１９では、ＥＣＵ１７４は、出力指令に応じて降圧コンバータ１７０及び双方向コンバータ６を駆動する。一方、ステップＳ１２１では、ＥＣＵ１７４は、降圧コンバータ１７０に対する出力指令に従わずに降圧コンバータ１７０を駆動せず、かつ、出力指令に応じて双方向コンバータ６を駆動する。
In step S117, the
ステップＳ１２３では、ＥＣＵ１７１は、双方向コンバータ６に対する出力指令がモータ１８の回生時における指令か駆動時における指令かを判断し、回生時における指令であればステップＳ１２５に進み、駆動時における指令であればステップＳ１２７に進む。ステップＳ１２５では、ＥＣＵ１７４は、出力指令に応じて降圧コンバータ１７０及び双方向コンバータ６を駆動する。一方、ステップＳ１２７では、ＥＣＵ１７４は、双方向コンバータ６に対する出力指令が示す値（双方向コンバータ６に対する出力指令電力）と１２Ｖ負荷１４の消費電力（１２Ｖ負荷消費電力）の合計値が高圧バッテリの出力可能電力よりも大きいか否かを判断し、当該合計値が高圧バッテリ出力可能電力以下の場合はステップＳ１２９に進み、高圧バッテリ出力可能電力よりも大きい場合はステップＳ１３１に進む。
In step S123, the ECU 171 determines whether the output command for the bidirectional converter 6 is a command at the time of regeneration of the
ステップＳ１２９では、ＥＣＵ１７１は、出力指令に応じて降圧コンバータ１７０及び双方向コンバータ６を駆動する。一方、ステップＳ１３１では、ＥＣＵ１７４は、出力指令に応じて降圧コンバータ１７０及び双方向コンバータ６を駆動する。但し、当該出力指令に応じたＥＣＵ１７４による双方向コンバータ６の出力電力は、高圧バッテリ出力可能電力から１２Ｖ負荷消費電力を減算した値である。
In step S129, ECU 171 drives step-down
以上説明した本実施形態のハイブリッド車両では、モータ１８を駆動するための電力を双方向コンバータ６が出力するよう制御する場合、１２Ｖバッテリ１３の出力電圧がしきい値より大きければ、ＥＣＵ１７４は、降圧コンバータ１７０の動作を停止する。したがって、高圧バッテリ２の出力電力は全てモータ１８の駆動のために消費される。
In the hybrid vehicle of the present embodiment described above, when controlling the bidirectional converter 6 to output the electric power for driving the
図５は、降圧コンバータ１７０が動作中にモータ１８をフルパワーで駆動するために双方向コンバータ６が最大電力を出力するよう要求されたとき、図３及び図４に示したアルゴリズムに基づいて制御された降圧コンバータ１７０及び双方向コンバータ６の各出力電力の一例を示すグラフである。モータ１８がフルパワーで駆動するためには、双方向コンバータ６は最大電力Ｐｍａｘを出力する必要がある。本実施形態では、上述したように、１２Ｖバッテリ１３の出力電圧がしきい値より大きければＥＣＵ１７４が降圧コンバータ１７０の駆動を停止する。このため、双方向コンバータ６は最大電力Ｐｍａｘを出力できる。なお、このとき、１２Ｖ負荷１４には１２Ｖバッテリ１３から電力が供給される。
FIG. 5 shows control based on the algorithm shown in FIGS. 3 and 4 when the bidirectional converter 6 is required to output maximum power in order to drive the
但し、図５に示すように、１２Ｖバッテリ１３の出力電圧がしきい値以下に低下すると、ＥＣＵ１７４は、１２Ｖ負荷１４の動作に必要な電力Ｐｃｂを出力するよう降圧コンバータ１７０の駆動を再開する。その結果、双方向コンバータ６は、最大電力Ｐｍａｘよりも１２Ｖ負荷消費電力Ｐｃｂ分だけ低下した電力Ｐｌｉｍを出力する。但し、双方向コンバータ６に対する出力指令電力と１２Ｖ負荷消費電力Ｐｃｂの合計値が高圧バッテリ２の出力電力以下のときは、図５（ｄ）中の点線に示すように、降圧コンバータ１７０の駆動が再開されても双方向コンバータ６の出力電力は変化しない。
However, as shown in FIG. 5, when the output voltage of the
このように、本実施形態によれば、１２Ｖバッテリ１３の出力電圧がしきい値より大きいときには降圧コンバータ１７０の動作が停止されるため、双方向コンバータ６は最大電力を出力することができる。その結果、モータ１８はフルパワー駆動できる。なお、１２Ｖバッテリ１３の出力電圧がしきい値より大きいとき、最大電力よりも小さい電力の出力が双方向コンバータ６に要求されたときには、ＥＣＵ１７４は、降圧コンバータ１７０の動作を停止せずに出力電力を制限するよう降圧コンバータ１７０を制御しても良い。
Thus, according to the present embodiment, when the output voltage of the
図１に示した例は双方向コンバータ６を１つ設けた構成であるが、図６に示すように、複数の双方向コンバータ６を並列に設けても良い。このとき、双方向コンバータ６の数をｘとすると、降圧コンバータの相数ｎがｘ≧ｎとなる任意の整数をとる構成が可能である。 The example shown in FIG. 1 has a configuration in which one bidirectional converter 6 is provided, but a plurality of bidirectional converters 6 may be provided in parallel as shown in FIG. At this time, assuming that the number of bidirectional converters 6 is x, a configuration in which the number n of phases of the step-down converter takes an arbitrary integer satisfying x ≧ n is possible.
また、降圧コンバータ１７０の構成を図７に示す構成としても良い。図７に示す構成は、降圧コンバータ１７０の整流回路１７２に整流ダイオードＤ４及びスイッチング素子Ｑ４を追加した点が図１に示した構成と異なる。
Further, the configuration of step-down
また、上記説明した実施形態では、高圧バッテリ２からインバータ１６方向へは昇圧、インバータ１６から高圧バッテリ２方向へは降圧を行う双方向コンバータ６を例に説明した。双方向コンバータ６の代わりに、上記２方向のいずれであっても昇降圧可能な図８に示すコンバータ１６０であっても良い。
In the embodiment described above, the bidirectional converter 6 that performs step-up from the high-
２ 高圧バッテリ
１１，１９ 電圧センサ
４ メインコンタクタ
Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ
６ 双方向コンバータ
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２ フリーホイールダイオード
１７０ 降圧コンバータ
１３ 補機駆動用直流電源（１２Ｖバッテリ）
１４ １２Ｖ負荷
１６ インバータ
１８ 発電電動機（モータ）
１７４ ＥＣＵ
８ トランス
８ａ 一次巻線
８ｂ 二次巻線
Ｑ３ スイッチング素子
１７２ 整流回路
Ｄ３，Ｄ４ 整流ダイオード
１２ 平滑回路
2
14
174 ECU
8
Claims (6)
前記低電圧負荷に電力を供給する蓄電器の出力電圧又は残容量を導出する蓄電器状態導出部と、
当該制御装置に前記第１のコンバータの昇圧指令があった際、前記第２のコンバータの動作を制限する制御部と、
を備えたことを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。 A first converter that boosts an output voltage of a DC power source and applies it to a high-voltage load; and a transformer that uses a reactor included in the first converter as a primary winding, the primary voltage of the transformer being A second converter for stepping down and applying to a low voltage load, a control device for a load drive system comprising:
A capacitor state deriving unit for deriving an output voltage or remaining capacity of a capacitor that supplies power to the low voltage load;
A control unit that restricts the operation of the second converter when the control device has a boost command for the first converter;
A control device for a load drive system comprising:
前記制御部は、前記第１のコンバータの昇圧指令があった際、前記蓄電器の出力電圧又は残容量がしきい値より大きいときは、前記第２のコンバータの動作を停止することを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。 The load drive system control device according to claim 1,
The control unit stops the operation of the second converter when an output voltage or a remaining capacity of the capacitor is larger than a threshold value when a boost command is issued to the first converter. Control device for load drive system.
前記第１のコンバータの昇圧指令は、前記第１のコンバータが最大電力を出力するよう要求する指令であることを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。 A control device for a load drive system according to claim 2,
A control device for a load drive system, wherein the step-up command for the first converter is a command for requesting that the first converter output maximum power.
前記低電圧負荷の駆動状態に基づいて、前記低電圧負荷で消費される電力を導出する消費電力導出部を備え、
前記制御部は、前記第１のコンバータの昇圧指令があった際、前記蓄電器の出力電圧又は残容量がしきい値以下のときは、前記消費電力導出部が導出した電力を前記第２のコンバータが出力するよう前記第２のコンバータを制御することを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。 It is the control apparatus of the load drive system as described in any one of Claims 1-3,
A power consumption deriving unit for deriving power consumed by the low voltage load based on a driving state of the low voltage load;
When the output voltage or remaining capacity of the battery is equal to or less than a threshold value when the boosting command for the first converter is given, the control unit outputs the power derived by the power consumption deriving unit to the second converter And controlling the second converter so as to output the output of the load drive system.
前記第１のコンバータは、前記直流電源の出力可能電力から前記第２のコンバータの出力電力を引いた分の電力を出力することを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。 A control device for a load drive system according to claim 4,
The control device for a load driving system, wherein the first converter outputs power equivalent to subtracting the output power of the second converter from the output power of the DC power supply.
前記負荷駆動システムは、
前記直流電源と、
前記直流電源からの電力の供給を接断するメインスイッチと、
前記メインスイッチを通して前記直流電源の正極及び前記直流電源の負極に接続された第１の平滑コンデンサと、
一端が前記メインスイッチを通して前記直流電源の正極に接続された一次巻線及び二次巻線からなるトランスと、
前記一次巻線の他端と前記直流電源の負極に接続された第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子に逆並列に接続された第１のダイオードと、
前記一次巻線の他端及び正極ラインに接続された第２のスイッチング素子と、
前記第２のスイッチング素子に逆並列に接続された第２のダイオードと、
前記正極ラインと前記直流電源の負極に接続された第２の平滑コンデンサと、
前記二次巻線に誘導される電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑化する平滑回路と、
前記メインスイッチをＯＦＦするとともに前記第１のスイッチング素子を所定のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦして、前記第１の平滑コンデンサの電荷が放電されるとともに、前記平滑回路から所望の電圧が出力されるように制御する第１の放電制御手段と、
を具備したことを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。 A control device for a load drive system according to any one of claims 1 to 5,
The load drive system includes:
The DC power supply;
A main switch for connecting and disconnecting power supply from the DC power supply;
A first smoothing capacitor connected to the positive electrode of the DC power supply and the negative electrode of the DC power supply through the main switch;
A transformer comprising a primary winding and a secondary winding, one end of which is connected to the positive electrode of the DC power source through the main switch;
A first switching element connected to the other end of the primary winding and a negative electrode of the DC power source;
A first diode connected in anti-parallel to the first switching element;
A second switching element connected to the other end of the primary winding and the positive line;
A second diode connected in anti-parallel to the second switching element;
A second smoothing capacitor connected to the positive electrode line and the negative electrode of the DC power source;
A rectifier circuit for rectifying a voltage induced in the secondary winding;
A smoothing circuit for smoothing the output of the rectifier circuit;
The main switch is turned off and the first switching element is turned on / off at a predetermined duty ratio to discharge the charge of the first smoothing capacitor and output a desired voltage from the smoothing circuit. First discharge control means for controlling as follows:
A control device for a load drive system, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009102006A JP2010252604A (en) | 2009-04-20 | 2009-04-20 | Controller of load driving system |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022104199A (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-08 | 本田技研工業株式会社 | Power supply system and mobile body |
-
2009
- 2009-04-20 JP JP2009102006A patent/JP2010252604A/en not_active Withdrawn
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