JP2017017948A - Power conversion device and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電力変換装置および車両に関する。 Embodiments described herein relate generally to a power conversion device and a vehicle.
インバータは、直流電力を供給する直流リンク(直流ライン)間に直列に接続したスイッチング素子対を備えている。インバータにおいて直列に接続したスイッチング素子間は交流ラインと電気的に接続している。直流電源の電圧を昇圧および降圧する機能を含む電力変換装置では、昇降圧機能部(コンバータ)とインバータとが直流リンクを共有している。コンバータは、直流リンク間に直列に接続したスイッチング素子対を備えている。コンバータにおいて直列に接続したスイッチング素子間は、直流電源の高電位側端子と電気的に接続している。 The inverter includes a pair of switching elements connected in series between DC links (DC lines) that supply DC power. The switching elements connected in series in the inverter are electrically connected to the AC line. In a power converter including a function of boosting and stepping down the voltage of a DC power supply, a step-up / step-down function unit (converter) and an inverter share a DC link. The converter includes a pair of switching elements connected in series between the DC links. The switching elements connected in series in the converter are electrically connected to the high potential side terminal of the DC power supply.
上記のようなコンバータの異常の有無は、従来、インバータおよびコンバータの動作中に、交流ラインに出力される電流が低下すること等に基づいて判断していた。また、従来、スイッチング素子のゲートコントロール信号が切り替わるタイミングと、スイッチング前後の電圧が変化するタイミングとを比較する方法が提案されている。 Conventionally, the presence / absence of an abnormality in the converter has been determined based on a decrease in the current output to the AC line during the operation of the inverter and the converter. Conventionally, a method for comparing the timing at which the gate control signal of the switching element is switched with the timing at which the voltage before and after switching is changed has been proposed.
しかしながら、インバータおよびコンバータを動作させてモータを駆動した状態でコンバータの異常を判断すると、故障箇所を特定することが困難であった。例えば、コンバータが複数のスイッチング素子対を有している場合、インバータおよびコンバータを動作させた状態では複数のスイッチング素子対は同期して動作しているため、個々のスイッチング素子の異常を判断することが困難であった。 However, when the abnormality of the converter is determined in a state where the inverter and the converter are operated and the motor is driven, it is difficult to specify the failure location. For example, when a converter has a plurality of switching element pairs, when the inverter and the converter are operated, the plurality of switching element pairs operate in synchronization with each other, so that an abnormality of each switching element is determined. It was difficult.
本発明の実施形態は、コンバータの故障箇所を特定可能とする信頼性の高い電力変換装置および車両を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a highly reliable power conversion device and vehicle that can identify a faulty part of a converter.
実施形態による電力変換装置は、リレーを介して直流電源が接続する端子間の電圧を検出するバッテリ電圧検出器と、直流リンク間において互いに直列に接続し、高電位側の前記直流リンクと接続した上段スイッチング素子および低電位側の前記直流リンクと接続した下段スイッチング素子と、前記上段スイッチング素子および前記下段スイッチング素子の動作を制御する昇降圧制御装置と、を備え、前記下段スイッチング素子の両端に前記直流電源の電圧が印加されるコンバータと、前記コンバータの出力する電圧を検出する直流リンク電圧検出器と、前記直流リンク間に直列に接続した少なくとも一対のスイッチング素子と、前記スイッチング素子の動作を制御する制御装置と、直列に接続したスイッチング素子間に接続した交流ラインに流れる電流を検出する電流検出器と、を備えたインバータと、を備え、前記昇降圧制御装置は、起動処理において、前記リレーがオン状態である通知を受信し、かつ、前記バッテリ電圧検出器と、前記直流リンク電圧検出器と、前記電流検出器と、のからの検出値に基づき故障を検出しないとき、前記下段スイッチング素子を切替えて昇圧制御をし、前記直流リンク電圧検出器で検出された電圧値に基づき前記下段スイッチング素子の異常判断をし、前記上段スイッチング素子を切替えて降圧制御をし、前記直流リンク電圧検出器で検出された電圧値に基づき前記上段スイッチング素子の異常判断をする。 The power conversion device according to the embodiment is connected in series between the battery voltage detector for detecting the voltage between the terminals connected to the DC power supply via the relay and the DC link, and connected to the DC link on the high potential side. A lower switching element connected to the upper switching element and the DC link on the low potential side, and a step-up / step-down control device for controlling the operation of the upper switching element and the lower switching element. A converter to which a voltage of a DC power supply is applied, a DC link voltage detector for detecting a voltage output from the converter, at least a pair of switching elements connected in series between the DC links, and controlling the operation of the switching elements AC line connected between the control device and the switching elements connected in series An inverter provided with a current detector for detecting a flowing current, wherein the step-up / step-down control device receives a notification that the relay is in an on state in the start-up process, and the battery voltage detector When no failure is detected based on the detection value from the DC link voltage detector and the current detector, the lower switching element is switched to perform boost control, and the DC link voltage detector detects the failure. The lower switching element is determined to be abnormal based on a voltage value, the upper switching element is switched to perform step-down control, and the upper switching element is determined to be abnormal based on the voltage value detected by the DC link voltage detector.
以下、一実施形態の電力変換装置および車両について、図面を参照して説明する。
図1は、実施形態の電力変換装置および車両の構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の車両は、バッテリBTと、リレー10と、電力変換装置と、モータMと、磁極位置検出器70と、車輪WLと、車両ECU100と、を備えている。電力変換装置は、昇降圧機能部(コンバータ)CONと、モータ制御機能部(インバータ)INVと、を備えている。
Hereinafter, a power conversion device and a vehicle according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
Drawing 1 is a figure showing roughly the example of composition of the power converter of an embodiment, and vehicles.
The vehicle of the present embodiment includes a battery BT, a relay 10, a power conversion device, a motor M, a magnetic pole position detector 70, wheels WL, and a vehicle ECU 100. The power converter includes a step-up / step-down function unit (converter) CON and a motor control function unit (inverter) INV.
バッテリBTは、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の蓄電池を含む。バッテリBTから出力された直流電力は電力変換装置へ供給される。また、バッテリBTは直流負荷であって、電力変換装置を介して接続されたモータMが発電する電気エネルギを充電可能である。
リレー10は、例えば電磁接触器であって、バッテリBTと電力変換装置との接続を切替える。リレー10の切替え動作を車両ECU100により制御され、リレー10によりコンバータCONに印加される電圧の立ち上がりを鈍らせることができる。
The battery BT includes a storage battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery. The DC power output from the battery BT is supplied to the power converter. The battery BT is a direct current load and can be charged with electric energy generated by the motor M connected via the power converter.
The relay 10 is an electromagnetic contactor, for example, and switches the connection between the battery BT and the power converter. The switching operation of relay 10 is controlled by vehicle ECU 100, and the rise of the voltage applied to converter CON by relay 10 can be blunted.
磁極位置検出器70は、例えばレゾルバであり、モータMの回転子の角度位置θを検出して、モータ制御装置50と昇降圧制御装置30とへ出力する。なお、磁極位置検出器70は、機械や磁気的なセンサでなく、電流検出器60の電流情報から磁極位置を推定するセンサレス磁極位置推定器でもよい。その場合には、磁極位置検出器70を省略することができる。 The magnetic pole position detector 70 is, for example, a resolver, detects the angular position θ of the rotor of the motor M, and outputs it to the motor control device 50 and the step-up / down pressure control device 30. The magnetic pole position detector 70 may be a sensorless magnetic pole position estimator that estimates the magnetic pole position from the current information of the current detector 60 instead of a mechanical or magnetic sensor. In that case, the magnetic pole position detector 70 can be omitted.
コンバータCONは、バッテリBTの電圧を昇圧又は降圧する。コンバータCONは、スイッチング素子Sa〜Sfと、インダクタンスL1〜L3と、高圧バッテリ電圧検出器20と、コンデンサC1と、昇降圧制御装置30と、を備えている。また、コンバータCONは、直流リンク電圧検出器40を後述するインバータINVと共有している。 Converter CON steps up or down the voltage of battery BT. The converter CON includes switching elements Sa to Sf, inductances L1 to L3, a high voltage battery voltage detector 20, a capacitor C1, and a step-up / down control device 30. The converter CON shares the DC link voltage detector 40 with an inverter INV described later.
高圧バッテリ電圧検出器20は、コンバータCONとバッテリBTとが接続する接続端子間に印加される電圧を検出する。高圧バッテリ電圧検出器20で検出した電圧値は、昇降圧制御装置30へ供給される。
コンデンサC1は、コンバータCONとバッテリとが接続する接続端子間の電圧が変動することを抑制する。
The high voltage battery voltage detector 20 detects a voltage applied between connection terminals to which the converter CON and the battery BT are connected. The voltage value detected by the high voltage battery voltage detector 20 is supplied to the step-up / step-down control device 30.
Capacitor C1 suppresses fluctuations in the voltage between connection terminals where converter CON and the battery are connected.
直流リンク電圧検出器40は、コンバータCONとインバータINVとの間において、高電位側の直流リンクLINK(H)と低電位側の直流リンクLINK(L)との間の電圧を検出する。直流リンク電圧検出器40で検出した電圧値は、昇降圧制御装置30と、後述するモータ制御装置50とに供給される。 The DC link voltage detector 40 detects a voltage between the high potential side DC link LINK (H) and the low potential side DC link LINK (L) between the converter CON and the inverter INV. The voltage value detected by the DC link voltage detector 40 is supplied to the step-up / step-down control device 30 and a motor control device 50 described later.
スイッチング素子Sa〜Sfは、例えばFET(Field-Effect Transistor)やIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ:Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体スイッチである。スイッチング素子Sa〜Sfは、並列に接続された3列のスイッチング素子対を構成する。スイッチング素子Sa〜Sfと、後述するインバータINVの複数のスイッチング素子Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Szとは、互いに並列に直流リンク間に接続している。 The switching elements Sa to Sf are semiconductor switches such as FET (Field-Effect Transistor) and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The switching elements Sa to Sf constitute three rows of switching element pairs connected in parallel. The switching elements Sa to Sf and a plurality of switching elements Su, Sx, Sv, Sy, Sw, and Sz of the inverter INV described later are connected in parallel with each other between the DC links.
第1列のスイッチング素子Saとスイッチング素子Sbとは互いに直列に接続し、上段(高電位側)にスイッチング素子(上段スイッチング素子)Saが位置し、下段(低電位側)にスイッチング素子(下段スイッチング素子)Sbが位置するように直流リンク間に接続している。スイッチング素子Saとスイッチング素子Sbとの接続部はインダクタンスL1を介してバッテリBTの正極端子と電気的に接続している。すなわち、スイッチング素子Sbの両端にバッテリBTの電圧が印加される。 The switching element Sa and the switching element Sb in the first row are connected in series, the switching element (upper switching element) Sa is located on the upper stage (high potential side), and the switching element (lower switching) on the lower stage (low potential side). Element) It is connected between the DC links so that Sb is located. A connection portion between the switching element Sa and the switching element Sb is electrically connected to the positive terminal of the battery BT via the inductance L1. That is, the voltage of the battery BT is applied across the switching element Sb.
第2列のスイッチング素子Scとスイッチング素子Sdとは互いに直列に接続し、上段にスイッチング素子(上段スイッチング素子)Scが位置し、下段にスイッチング素子(下段スイッチング素子)Sdが位置するように直流リンク間に接続している。スイッチング素子Scとスイッチング素子Sdとの接続部はインダクタンスL2を介してバッテリBTの正極端子と電気的に接続している。すなわち、スイッチング素子Sdの両端にバッテリBTの電圧が印加される。 The second row switching element Sc and the switching element Sd are connected in series with each other, and the DC link is such that the switching element (upper switching element) Sc is located in the upper stage and the switching element (lower switching element) Sd is located in the lower stage. Connected between. A connection portion between the switching element Sc and the switching element Sd is electrically connected to the positive terminal of the battery BT via the inductance L2. That is, the voltage of the battery BT is applied across the switching element Sd.
第3列のスイッチング素子Seとスイッチング素子Sfとは互いに直列に接続し、上段にスイッチング素子(上段スイッチング素子)Seが位置し、下段にスイッチング素子(下段スイッチング素子)Sfが位置するように直流リンク間に接続している。スイッチング素子Seとスイッチング素子Sfとの接続部はインダクタンスL3を介してバッテリBTの正極端子と電気的に接続している。すなわち、スイッチング素子Sfの両端にバッテリBTの電圧が印加される。 The third row switching element Se and the switching element Sf are connected in series with each other, and the DC link is such that the switching element (upper switching element) Se is positioned in the upper stage and the switching element (lower switching element) Sf is positioned in the lower stage. Connected between. A connection portion between the switching element Se and the switching element Sf is electrically connected to the positive terminal of the battery BT via the inductance L3. That is, the voltage of the battery BT is applied across the switching element Sf.
昇降圧制御装置30は、例えば、図示しないMPU(micro processing unit)等のプロセッサと、メモリと、を備え、車両ECU100との間でCANプロトコル等を利用した通信手段により接続している。昇降圧制御装置30は、高圧バッテリ電圧検出器20で検出された電圧値と、直流リンク電圧検出器40で検出された電圧値と、磁極位置検出器70で検出されたモータMの回転子の角度位置θと、を受信する。また、昇降圧制御装置30は、上位制御装置である車両ECU100から出力指令値を受信する。昇降圧制御装置30は、例えばメモリに記憶されたキャリア波を用いて、受信した出力指令値を実現するようにPWM信号を生成し、PWM信号に基づいてスイッチング素子Sa〜Sfのゲート信号を生成して出力する。 The step-up / down control device 30 includes, for example, a processor such as an MPU (micro processing unit) (not shown) and a memory, and is connected to the vehicle ECU 100 by communication means using a CAN protocol or the like. The step-up / step-down control device 30 detects the voltage value detected by the high voltage battery voltage detector 20, the voltage value detected by the DC link voltage detector 40, and the rotor of the motor M detected by the magnetic pole position detector 70. The angular position θ is received. Further, the step-up / step-down control device 30 receives an output command value from the vehicle ECU 100 which is a host control device. The step-up / step-down control device 30 generates a PWM signal so as to realize the received output command value using, for example, a carrier wave stored in a memory, and generates gate signals of the switching elements Sa to Sf based on the PWM signal. And output.
インバータINVは、スイッチング素子Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Szと、直流リンク電圧検出器40と、モータ制御装置50と、電流検出器60と、コンデンサC2と、を備えている。
インバータINVは、コンバータCONと交流負荷Mとの間に接続し、コンバータCONからの直流電力を供給する直流リンクLINK(H)、LINK(L)間に接続した一対のスイッチング素子を含むスイッチ回路を少なくとも1つ備えている。スイッチ回路それぞれは、直列に接続した2つのスイッチング素子を備えている。
The inverter INV includes switching elements Su, Sx, Sv, Sy, Sw, Sz, a DC link voltage detector 40, a motor control device 50, a current detector 60, and a capacitor C2.
The inverter INV is connected between the converter CON and the AC load M, and includes a switch circuit including a pair of switching elements connected between the DC links LINK (H) and LINK (L) that supply DC power from the converter CON. At least one is provided. Each switch circuit includes two switching elements connected in series.
本実施形態では、インバータINVは、コンバータCONから供給された直流電力を3相交流電力に変換する3相インバータである。インバータINVは、複数のスイッチング素子Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Szを備え、後述するモータ制御装置50からのゲート信号に従って、複数のスイッチング素子Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Szが開閉することによって、モータMへ3相交流電流を供給する。U相のスイッチ回路はスイッチング素子Su、Sxを含み、V相のスイッチ回路はスイッチング素子Sv、Syを含み、W相のスイッチ回路はスイッチング素子Sw、Szを含む。各相のスイッチ回路は互いに並列に接続している。 In the present embodiment, the inverter INV is a three-phase inverter that converts DC power supplied from the converter CON into three-phase AC power. The inverter INV includes a plurality of switching elements Su, Sx, Sv, Sy, Sw, Sz, and the plurality of switching elements Su, Sx, Sv, Sy, Sw, Sz are provided according to a gate signal from a motor control device 50 described later. By opening and closing, a three-phase alternating current is supplied to the motor M. The U-phase switch circuit includes switching elements Su and Sx, the V-phase switch circuit includes switching elements Sv and Sy, and the W-phase switch circuit includes switching elements Sw and Sz. The switch circuits for each phase are connected in parallel with each other.
各相のスイッチ回路ではスイッチング素子が直列に接続し、これらのスイッチング素子の間において交流負荷であるモータMと電気的に接続している。例えば、U相のスイッチ回路において、一対のスイッチング素子Su、Sxは直列に接続し、一対のスイッチング素子Su、Sx間においてモータMと電気的に接続している。スイッチング素子Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Szは、例えば、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ:Insulated Gate Bipolar Transistor)、FET(Field-Effect Transistor)、GTO(gate turn-off thyristor)、トランジスタなどの電気的に開閉制御することができるスイッチング素子である。本実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子Su、Sx、Sv、Sy、Sw、SzはIGBTである。 In each phase switch circuit, switching elements are connected in series, and the switching elements are electrically connected to a motor M that is an AC load. For example, in the U-phase switch circuit, the pair of switching elements Su and Sx are connected in series, and the motor M is electrically connected between the pair of switching elements Su and Sx. The switching elements Su, Sx, Sv, Sy, Sw, Sz are, for example, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), FET (Field-Effect Transistor), GTO (gate turn-off thyristor), transistor, etc. It is a switching element that can be electrically opened and closed. In the power conversion device of the present embodiment, the switching elements Su, Sx, Sv, Sy, Sw, and Sz are IGBTs.
コンデンサC2は、コンバータCONとインバータINVとの間において、複数のスイッチング素子Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Szと並列に接続している。コンデンサC2は、コンバータCONおよびインバータINVが運転することにより、インバータINVが接続する直流リンクLINK(H)、LINK(L)の電圧が変動することを抑制する。 The capacitor C2 is connected in parallel with the plurality of switching elements Su, Sx, Sv, Sy, Sw, and Sz between the converter CON and the inverter INV. Capacitor C2 suppresses fluctuations in the voltages of DC links LINK (H) and LINK (L) connected to inverter INV when converter CON and inverter INV are operated.
電流検出器60は、インバータINVから交流負荷であるモータMに供給される各相の電流を検出する。電流検出器60で検出された各相の電流値はモータ制御装置50へ提供される。 The current detector 60 detects the current of each phase supplied from the inverter INV to the motor M that is an AC load. The current value of each phase detected by the current detector 60 is provided to the motor control device 50.
モータ制御装置50は、例えば、図示しないMPU(micro processing unit)等のプロセッサと、メモリと、を備え、車両ECU100との間でCANプロトコル等を利用した通信手段により接続している。なお、モータ制御装置50と昇降圧制御装置30とは、MPUとメモリとを共有していてもよく、それぞれ複数のMPUおよびメモリを有していてもよい。 The motor control device 50 includes, for example, a processor such as an MPU (micro processing unit) (not shown) and a memory, and is connected to the vehicle ECU 100 by communication means using a CAN protocol or the like. The motor control device 50 and the step-up / step-down control device 30 may share the MPU and the memory, and may have a plurality of MPUs and memories, respectively.
モータ制御装置50は、直流リンク電圧検出器40で検出された電圧値と、電流検出器60で検出された各相電流値と、磁極位置検出器70で検出されたモータMの回転子の角度位置θと、を受信する。また、モータ制御装置50は、上位制御装置である車両ECU100から出力指令値を受信する。モータ制御装置50は、例えばメモリに記憶されたキャリア波を用いて、受信した出力指令値を実現するようにPWM信号を生成し、PWM信号に基づいてスイッチング素子Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Szのゲート信号を生成して出力する。 The motor controller 50 detects the voltage value detected by the DC link voltage detector 40, each phase current value detected by the current detector 60, and the angle of the rotor of the motor M detected by the magnetic pole position detector 70. The position θ is received. Further, the motor control device 50 receives an output command value from the vehicle ECU 100 which is a host control device. The motor control device 50 generates a PWM signal so as to realize the received output command value using, for example, a carrier wave stored in a memory, and the switching elements Su, Sx, Sv, Sy, Sw based on the PWM signal , Sz gate signals are generated and output.
図1に示すように、インバータINVの各相に上下2つのスイッチング素子が接続されている場合には、モータ制御装置50は、各相2つのゲート信号を生成する。モータ制御装置50は、各相の2つのゲート信号を生成する際に、例えば上段スイッチング素子のゲート信号を反転した信号を、下段スイッチング素子の開閉信号として用いることができる。なお、一般的にインバータINVの各相の上下段スイッチング素子が電気的に短絡することを防止するために、上下段スイッチング素子を両方オフするデッドタイム期間を設けることが望ましい。 As shown in FIG. 1, when two upper and lower switching elements are connected to each phase of the inverter INV, the motor control device 50 generates two gate signals for each phase. When generating two gate signals for each phase, the motor control device 50 can use, for example, a signal obtained by inverting the gate signal of the upper switching element as an open / close signal of the lower switching element. In general, it is desirable to provide a dead time period in which both the upper and lower switching elements are turned off in order to prevent the upper and lower switching elements of each phase of the inverter INV from being electrically short-circuited.
モータMは交流負荷であって、インバータINVから供給された電流によりトルクを発生する。モータMの出力軸には、負荷装置が接続されて発生したトルクが伝達される。また、モータMは、負荷装置の運動エネルギを電力に変換して回生運転する。モータMの回生運転による電力はインバータINVで直流電力へ変換されて、直流電源BTに充電される。本実施形態では、モータMの出力軸には、車軸が接続されて発生したトルクが車軸を介して車輪WLへ伝達される。また、モータMは、車軸を介して伝達された車輪WLの運動エネルギを電力に変換して回生運転する。 The motor M is an AC load, and generates torque by the current supplied from the inverter INV. Torque generated by connecting a load device is transmitted to the output shaft of the motor M. The motor M performs regenerative operation by converting the kinetic energy of the load device into electric power. The electric power generated by the regenerative operation of the motor M is converted into DC power by the inverter INV and charged to the DC power source BT. In the present embodiment, the torque generated when the axle is connected to the output shaft of the motor M is transmitted to the wheel WL via the axle. Further, the motor M performs a regenerative operation by converting the kinetic energy of the wheels WL transmitted through the axle to electric power.
図2は、実施形態の電力変換装置および車両の動作を説明するフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart illustrating the operation of the power conversion device and the vehicle according to the embodiment.
本実施形態の電力変換装置において、昇降圧制御装置30は、電力変換装置の起動時に昇降圧機能故障検出処理を行う。
まず、電力変換装置の起動する際に、昇降圧制御装置30およびモータ制御装置50は、センサ類が故障しているか否か検出する。このとき、昇降圧制御装置30およびモータ制御装置50は、電圧検出器や電流検出器で検出された値を取得し、短絡や断線の有無を判断する。ここで、昇降圧制御装置30およびモータ制御装置50は、上位制御装置である車両ECU100へ判断結果を通知する。なお、本実施形態では、センサ類の故障があった場合も電力変換装置は起動する。電力変換装置は、センサ類の故障検出中は制限運転を行う。制限運転中は、例えば、故障が検出された箇所に応じて上段/下段のスイッチング素子をオフ状態に固定とする場合と、上段のスイッチング素子をオンで固定し、下段のスイッチング素子をオフで固定とする場合などがある。(ステップS1)
In the power conversion device of this embodiment, the step-up / step-down control device 30 performs a step-up / step-down function failure detection process when the power conversion device is activated.
First, when the power converter is activated, the step-up / step-down control device 30 and the motor control device 50 detect whether or not the sensors are out of order. At this time, the step-up / step-down control device 30 and the motor control device 50 acquire values detected by the voltage detector and the current detector, and determine whether there is a short circuit or a disconnection. Here, the step-up / step-down control device 30 and the motor control device 50 notify the determination result to the vehicle ECU 100 that is the host control device. In the present embodiment, the power conversion device is activated even when a sensor failure occurs. The power conversion device performs a limited operation while detecting a failure of the sensors. During restricted operation, for example, when the upper / lower switching elements are fixed to the OFF state according to the location where the failure is detected, the upper switching element is fixed to ON, and the lower switching element is fixed to OFF. There are cases. (Step S1)
続いて、車両ECU100はリレー10をオンする。(ステップS2)
その後、昇降圧制御装置30は、車両ECU100からリレー10がオンされた状態であることの通知を受信する。(ステップS3)
Subsequently, the vehicle ECU 100 turns on the relay 10. (Step S2)
Thereafter, the step-up / step-down control device 30 receives a notification from the vehicle ECU 100 that the relay 10 is turned on. (Step S3)
続いて、昇降圧制御装置30は、昇降圧機能故障検出処理の実施条件が満たされているか否かを確認する。昇降圧機能故障検出処理の実施条件は、コンバータCONが正常起動完了し、かつ、リレー10がオン状態である通知を受信していることである。なお、本実施形態では、モータ制御装置50においてセンサ類の故障が検出されなかったことによりインバータINVの正常起動が完了したものとする。同様に、昇降圧制御装置30においてセンサ類の故障が検出されなかったことによりコンバータCONの正常起動が完了したものとする。なお、上記の条件が満たされていないときには、次のステップの昇降圧制御装置30は昇降圧機能故障検出処理を行わない。(ステップS4) Subsequently, the step-up / step-down control device 30 checks whether or not the conditions for performing the step-up / step-down function failure detection process are satisfied. The implementation condition of the step-up / down function failure detection process is that the converter CON has completed normal startup and has received a notification that the relay 10 is on. In the present embodiment, it is assumed that the normal startup of the inverter INV is completed because no failure of the sensors is detected in the motor control device 50. Similarly, it is assumed that normal startup of converter CON has been completed because no failure of the sensors has been detected in step-up / step-down control device 30. When the above condition is not satisfied, the step-up / step-down control device 30 in the next step does not perform the step-up / step-down function failure detection process. (Step S4)
上記の条件が満たされていることが確認できたときに、昇降圧制御装置30は昇降圧機能故障検出処理を行う。昇降圧機能故障検出処理が終了し、昇圧機能又は降圧機能(もしくは昇圧機能と降圧機能の両方)に異常があったときには、昇降圧制御装置30は、車両ECU100に異常を通知する。なお、本実施形態の電力変換装置では、昇降圧機能に異常があった場合、上段/下段のスイッチング素子をオフで固定として待機し、定常処理に遷移しないこととしている。また、電力変換装置は、異常のある箇所の機能を制限して動作を継続することも可能である。(ステップS5) When it is confirmed that the above condition is satisfied, the step-up / step-down control device 30 performs a step-up / step-down function failure detection process. When the step-up / step-down function failure detection process ends and there is an abnormality in the step-up function or the step-down function (or both the step-up function and the step-down function), the step-up / step-down control device 30 notifies the vehicle ECU 100 of the abnormality. In the power conversion device of this embodiment, when there is an abnormality in the step-up / step-down function, the upper / lower switching elements are turned off and fixed to stand by and do not transition to the steady process. In addition, the power conversion device can continue the operation by limiting the function of the part where there is an abnormality. (Step S5)
続いて、昇降圧制御装置30およびモータ制御装置50は、電力変換装置の定常処理を行う。このとき、昇降圧制御装置30は、コンバータCONの第1列のスイッチング素子と、第2列のスイッチング素子と、第3列のスイッチング素子と、を互いに位相をずらして同期させた状態で駆動する。(ステップS6)
昇降圧制御装置30およびモータ制御装置50は、車両ECU100からモータ停止の指令を受信すると、電力変換装置の定常処理を終了する。(ステップS7)
Subsequently, the step-up / step-down control device 30 and the motor control device 50 perform steady processing of the power conversion device. At this time, the step-up / step-down control device 30 drives the switching element in the first row, the switching element in the second row, and the switching element in the third row of the converter CON in a state where they are synchronized with their phases shifted from each other. . (Step S6)
When the step-up / step-down control device 30 and the motor control device 50 receive a motor stop command from the vehicle ECU 100, the steady-state processing of the power conversion device is terminated. (Step S7)
図3は、図2に示すフローチャートの昇降圧機能故障検出処理の動作を説明するフローチャートである。
図4は、図3に示す昇降圧機能故障検出処理における直流リンク電圧波形の一例を示す図である。本実施形態では、バッテリBTの電圧が288Vであるものとし、昇圧制御後の電圧を318V、降圧制御後の電圧を288Vとする。また、昇降圧機能故障検出処理中は、インバータINVのスイッチング素子Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Szは、非導通状態となっている。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the step-up / down function failure detection process of the flowchart shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a DC link voltage waveform in the step-up / down function failure detection process illustrated in FIG. 3. In the present embodiment, it is assumed that the voltage of the battery BT is 288V, the voltage after the boost control is 318V, and the voltage after the buck control is 288V. Further, during the step-up / step-down function failure detection process, the switching elements Su, Sx, Sv, Sy, Sw, and Sz of the inverter INV are in a non-conductive state.
昇降圧制御装置30は、第1列乃至第3列のスイッチング素子を順次動作させて、昇圧制御および降圧制御が正常であるか否かを判断する。 The step-up / step-down control device 30 sequentially operates the switching elements in the first column to the third column to determine whether or not the step-up control and the step-down control are normal.
まず、昇降圧制御装置30は、第1列のスイッチング素子Sa、Sbについて、上段のスイッチング素子Saをオフとした状態で下段のスイッチング素子Sbのオンおよびオフを繰り返して、一定期間、昇圧制御を行う。(ステップS51) First, the step-up / step-down control device 30 repeats on / off of the lower switching element Sb with the upper switching element Sa turned off for the first row switching elements Sa, Sb, and performs step-up control for a certain period. Do. (Step S51)
続いて、昇降圧制御装置30は、一定期間経過後に、直流リンク電圧検出器40から直流リンクの電圧を受信する。昇降圧制御装置30は、受信した直流リンク電圧と昇圧判定閾値とを比較して、下段のスイッチング素子Sbが正常に動作しているか否か判断する。なお、本実施形態では、昇圧判定閾値を308Vとしている。この昇圧判定閾値は、昇圧制御後の直流リンク電圧や昇降圧機能故障検出処理に要する時間に応じて適宜調整すべきである。(ステップS52) Subsequently, the step-up / step-down control device 30 receives the DC link voltage from the DC link voltage detector 40 after a certain period of time has elapsed. The step-up / step-down control device 30 compares the received DC link voltage with the step-up determination threshold value and determines whether or not the lower switching element Sb is operating normally. In this embodiment, the boost determination threshold is 308V. This boost determination threshold should be adjusted as appropriate according to the DC link voltage after boost control and the time required for the step-up / down function failure detection process. (Step S52)
昇降圧制御装置30は、受信した直流リンク電圧が昇圧判定閾値未満であれば、下段のスイッチング素子Sbに異常があると判断する。(ステップS53)
昇降圧制御装置30は、受信した直流リンク電圧が昇圧判定閾値以上であれば、下段のスイッチング素子Sbが正常に動作していると判断する。(ステップS54)
続いて、昇降圧制御装置30は、第1列のスイッチング素子Sa、Sbについて、下段のスイッチング素子Sbをオフとした状態で上段のスイッチング素子Saのオンおよびオフを繰り返して、一定期間、降圧制御を行う。(ステップS55)
The step-up / step-down control device 30 determines that there is an abnormality in the lower switching element Sb if the received DC link voltage is less than the boost determination threshold. (Step S53)
The step-up / step-down control device 30 determines that the lower switching element Sb is operating normally if the received DC link voltage is equal to or higher than the boost determination threshold. (Step S54)
Subsequently, the step-up / step-down control device 30 repeats step-down control of the first row switching elements Sa and Sb by repeatedly turning on and off the upper switching element Sa while the lower switching element Sb is turned off. I do. (Step S55)
続いて、昇降圧制御装置30は、一定期間経過後に、直流リンク電圧検出器40から直流リンクの電圧を受信する。昇降圧制御装置30は、受信した直流リンク電圧と降圧判定閾値とを比較して、上段のスイッチング素子Saが正常に動作しているか否か判断する。なお、本実施形態では、降圧判定閾値を298Vとしている。この降圧判定閾値は、降圧制御後の直流リンク電圧や昇降圧機能故障検出処理に要する時間に応じて適宜調整すべきである。(ステップS56) Subsequently, the step-up / step-down control device 30 receives the DC link voltage from the DC link voltage detector 40 after a certain period of time has elapsed. The step-up / step-down control device 30 compares the received DC link voltage with the step-down determination threshold value, and determines whether or not the upper switching element Sa is operating normally. In the present embodiment, the step-down determination threshold is 298V. This step-down determination threshold should be adjusted as appropriate according to the DC link voltage after step-down control and the time required for the step-up / down function failure detection process. (Step S56)
昇降圧制御装置30は、受信した直流リンク電圧が降圧判定閾値以上であれば、上段のスイッチング素子Saに異常があると判断する。(ステップS57)
昇降圧制御装置30は、受信した直流リンク電圧が昇圧判定閾値未満であれば、上段のスイッチング素子Saが正常に動作していると判断する。(ステップS58)
昇降圧制御装置30は、上記ステップS51〜ステップS58を、第2相のスイッチング素子Sc、Sdと第3相のスイッチング素子Se、Sfについても同様に行い、全てのスイッチング素子Sa〜Sfに故障があるか否かを判断する。(ステップS59)
The step-up / step-down control device 30 determines that the upper switching element Sa is abnormal if the received DC link voltage is equal to or higher than the step-down determination threshold. (Step S57)
The step-up / step-down control device 30 determines that the upper switching element Sa is operating normally if the received DC link voltage is less than the boost determination threshold. (Step S58)
The step-up / step-down control device 30 performs the above-described steps S51 to S58 in the same manner for the second-phase switching elements Sc and Sd and the third-phase switching elements Se and Sf, and all the switching elements Sa to Sf fail. Judge whether there is. (Step S59)
図5は、図3に示す昇降圧機能故障検出処理における直流リンク電圧波形の他の例を示す図である。
この例は、上記の昇降圧機能故障検出処理により、第1相から昇圧制御と降圧制御とを順次行ったところ、第3相の降圧機能に異常があったものである。すなわち、第2相について降圧制御が正常に行われた後に、第3相の下段のスイッチング素子Sfのオンとオフとを一定期間繰り返して昇圧制御を行い、一定期間経過後に、昇圧判定閾値と直流リンク電圧とを比較したところ、直流リンク電圧が昇圧判定閾値未満であった。この場合、第3相の下段のスイッチング素子Sfが異常であると判断される。
FIG. 5 is a diagram showing another example of the DC link voltage waveform in the step-up / down function failure detection process shown in FIG. 3.
In this example, when the step-up / step-down function failure detection process described above performs the step-up control and the step-down control sequentially from the first phase, there is an abnormality in the step-down function of the third phase. That is, after the step-down control is normally performed for the second phase, the step-up control is performed by repeatedly turning on and off the lower-stage switching element Sf of the third phase for a certain period. When the link voltage was compared, the DC link voltage was less than the boost determination threshold. In this case, it is determined that the lower switching element Sf of the third phase is abnormal.
図6は、図3に示す昇降圧機能故障検出処理における直流リンク電圧波形の他の例を示す図である。
この例は、上記の昇降圧機能故障検出処理により、第1相から昇圧制御と降圧制御とを順次行ったところ、第3相の降圧機能に異常があったものである。すなわち、第3相について昇圧制御が正常に行われた後に、第3相の上段のスイッチング素子Seのオンとオフとを一定期間繰り返して降圧制御を行い、一定期間経過後に、降圧判定閾値と直流リンク電圧とを比較したところ、直流リンク電圧が降圧判定閾値以上であった。この場合、第3相の上段のスイッチング素子Seが異常であると判断される。
FIG. 6 is a diagram showing another example of the DC link voltage waveform in the step-up / down function failure detection process shown in FIG. 3.
In this example, when the step-up / step-down function failure detection process described above performs the step-up control and the step-down control sequentially from the first phase, there is an abnormality in the step-down function of the third phase. That is, after the step-up control is normally performed for the third phase, the step-down control is performed by repeatedly turning on and off the upper switching element Se of the third phase for a certain period. When the link voltage was compared, the DC link voltage was greater than or equal to the step-down determination threshold. In this case, it is determined that the upper switching element Se of the third phase is abnormal.
上記のように、昇降圧機能故障検出処理において、コンバータCONは電力変換装置の通常運転時とは異なる動作をする。本実施形態では、電力変換装置の起動時に昇降圧機能故障検出処理において、第1列乃至第3列のスイッチング素子の動作を順次確認するため、個々のスイッチング素子の異常を判断することができる。すなわち、本実施形態によれば、コンバータの故障箇所を特定可能とする信頼性の高い電力変換装置および車両を提供することができる。 As described above, in the step-up / down function failure detection process, converter CON operates differently from the normal operation of the power converter. In this embodiment, since the operation of the switching elements in the first column to the third column is sequentially confirmed in the step-up / step-down function failure detection process when the power conversion device is activated, it is possible to determine the abnormality of each switching element. That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a highly reliable power conversion device and vehicle that can identify a faulty part of the converter.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、上記実施形態では、コンバータCONが複数列のスイッチング素子対を備えていたが、本実施形態の昇降圧機能故障検出処理は、1つのスイッチング素子対を含むコンバータにも適用可能である。その場合であっても上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。 For example, in the above-described embodiment, the converter CON includes a plurality of rows of switching element pairs. However, the step-up / down function failure detection process of the present embodiment is also applicable to a converter including one switching element pair. Even in that case, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.
10…リレー、20…高圧バッテリ電圧検出器、30…昇降圧制御装置、40…直流リンク電圧検出器、50…モータ制御装置、60…電流検出器、70…磁極位置検出器、C1、C2…コンデンサ、100…車両ECU、L1〜L3…インダクタンス、Sa〜Sf…スイッチング素子、Su〜Sz…スイッチング素子、CON…コンバータ(昇降圧機能部)、INV…インバータ(モータ制御機能部)、M…交流負荷(モータ)、BT…直流負荷(バッテリ)、LINK(H)、LINK(L)…直流リンク。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Relay, 20 ... High voltage battery voltage detector, 30 ... Buck-boost control device, 40 ... DC link voltage detector, 50 ... Motor control device, 60 ... Current detector, 70 ... Magnetic pole position detector, C1, C2 ... Capacitor, 100 ... Vehicle ECU, L1-L3 ... Inductance, Sa-Sf ... Switching element, Su-Sz ... Switching element, CON ... Converter (step-up / step-down function unit), INV ... Inverter (motor control function unit), M ... AC Load (motor), BT ... DC load (battery), LINK (H), LINK (L) ... DC link.
Claims (3)
前記コンバータの出力する電圧を検出する直流リンク電圧検出器と、前記直流リンク間に直列に接続した少なくとも一対のスイッチング素子と、前記スイッチング素子の動作を制御する制御装置と、直列に接続したスイッチング素子間に接続した交流ラインに流れる電流を検出する電流検出器と、を備えたインバータと、を備え、
前記昇降圧制御装置は、起動処理において、前記リレーがオン状態である通知を受信し、かつ、前記バッテリ電圧検出器と、前記直流リンク電圧検出器と、前記電流検出器と、のからの検出値に基づき故障を検出しないとき、
前記下段スイッチング素子を切替えて昇圧制御をし、前記直流リンク電圧検出器で検出された電圧値に基づき前記下段スイッチング素子の異常判断をし、
前記上段スイッチング素子を切替えて降圧制御をし、前記直流リンク電圧検出器で検出された電圧値に基づき前記上段スイッチング素子の異常判断をする
ことを特徴とする電力変換装置。 A battery voltage detector for detecting a voltage between terminals connected to a DC power source via a relay, and an upper switching element connected to the DC link on the high potential side and a low potential side connected to each other in series between the DC links A lower switching element connected to the DC link; and a step-up / step-down control device that controls operations of the upper switching element and the lower switching element, and a voltage of the DC power source is applied to both ends of the lower switching element. A converter,
DC link voltage detector for detecting the voltage output from the converter, at least a pair of switching elements connected in series between the DC links, a control device for controlling the operation of the switching elements, and switching elements connected in series A current detector for detecting a current flowing in an AC line connected between the inverter, and an inverter,
In the start-up process, the step-up / step-down control device receives a notification that the relay is on, and detects from the battery voltage detector, the DC link voltage detector, and the current detector. When no failure is detected based on the value,
The lower switching element is switched to perform step-up control, and the lower switching element is determined to be abnormal based on the voltage value detected by the DC link voltage detector.
The power conversion device, wherein the upper switching element is switched to perform step-down control, and abnormality of the upper switching element is determined based on a voltage value detected by the DC link voltage detector.
直流負荷としての前記直流電源と、
交流負荷としてのモータと、
前記リレーのオンとオフとを切替え、前記リレーをオンしたときに前記昇降圧制御装置へ通知する上位制御装置と、
前記モータの動力を車輪に伝達する車軸と、
を備えたことを特徴とする車両。 The power conversion device according to claim 1 or 2,
The DC power source as a DC load;
A motor as an AC load;
A host controller that switches between ON and OFF of the relay and notifies the step-up / step-down controller when the relay is turned ON;
An axle for transmitting the power of the motor to the wheels;
A vehicle characterized by comprising:
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2015
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