JP5971183B2

JP5971183B2 - Booster control device

Info

Publication number: JP5971183B2
Application number: JP2013089094A
Authority: JP
Inventors: 貴也相馬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: JP2014212670A

Description

本発明は、電動車両に搭載され、蓄電装置からの電圧を昇圧する昇圧装置の駆動を制御する制御装置であって、前記昇圧装置の上アームおよび下アームに設けられたスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置に関する。 The present invention is a control device that controls driving of a booster that is mounted on an electric vehicle and boosts a voltage from a power storage device, and performs switching operations of switching elements provided in an upper arm and a lower arm of the booster. The present invention relates to a control device for controlling.

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が注目されている。電気自動車は、蓄電装置とインバータとインバータによって駆動される電動機とを走行用の動力源として搭載する。ハイブリッド自動車は、従来の内燃機関に加え、蓄電装置とインバータと電動機とを走行用の動力源として搭載する。 Electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles are attracting attention as environmentally friendly vehicles. An electric vehicle includes a power storage device, an inverter, and an electric motor driven by the inverter as a driving power source. In addition to a conventional internal combustion engine, a hybrid vehicle includes a power storage device, an inverter, and an electric motor as a driving power source.

上記のような電動車両においては、電動機の高出力化の要求に伴なって駆動電圧の高電圧化が要求される。そして、走行用の電力を蓄える蓄電装置とインバータとの間に、インバータに供給する電圧を蓄電装置の電圧以上に昇圧する昇圧装置を備えた電動車両が知られている。かかる昇圧装置は、上アーム、下アーム、および、当該上下アームの接続点に接続されたリアクトル等を備えており、上アームおよび下アームに設けられたスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで蓄電装置からの電力を昇圧する。 In the electric vehicle as described above, the drive voltage is required to be increased in accordance with the demand for higher output of the electric motor. An electric vehicle including a booster that boosts a voltage supplied to the inverter to a voltage higher than that of the power storage device between the power storage device that stores power for traveling and the inverter is known. Such a booster device includes an upper arm, a lower arm, a reactor connected to a connection point of the upper and lower arms, and stores power by switching ON / OFF of switching elements provided in the upper arm and the lower arm. Boost the power from the device.

国際公開第０７／０６４０２０号International Publication No. 07/0664020 特開２００７−２２８４３６号公報JP 2007-228436 A 特開２００４−１８０４６６号公報JP 2004-180466 A

ところで、電気自動車の運行状況によっては、蓄電装置からの電圧を、昇圧せずに、あるいは、僅かに昇圧して、出力することがある。このように、昇圧しない、あるいは、昇圧量が小さい微昇圧の場合、上アームのスイッチング素子がほぼ継続してＯＮ状態のままとなり、上アームのダイオードには、ほぼ継続して電流が流れることになる。この場合、導通損失やリカバリ損失により、ダイオードの発熱量が多くなり、場合によっては、ダイオードが設計値以上の高温になる恐れがあった。特に、近年では、昇圧装置の小型化のために素子自体を小型化しているため、各素子の熱容量が低減し、上記損失（発熱）による問題が生じやすい。 By the way, depending on the operation status of the electric vehicle, the voltage from the power storage device may be output without being boosted or slightly boosted. As described above, when the voltage is not boosted or is slightly boosted with a small boost amount, the switching element of the upper arm remains almost on and the current flows through the diode of the upper arm almost continuously. Become. In this case, due to conduction loss and recovery loss, the amount of heat generated by the diode increases, and in some cases, the diode may have a higher temperature than the design value. In particular, in recent years, the elements themselves have been downsized to reduce the size of the booster device, so that the heat capacity of each element is reduced, and problems due to the loss (heat generation) are likely to occur.

ここで、特許文献１−３には、昇圧装置の素子を熱から保護するための技術が開示されている。例えば、特許文献１には、昇圧回路を構成するスイッチング素子の過熱を防止するために、スイッチング素子の温度を監視し、温度が制限値を超えた場合には、当該スイッチング素子への通電を実質的に禁止する技術が開示されている。また、特許文献２，３には、昇圧回路を構成するスイッチング素子の温度を検出または推定し、スイッチング素子が過熱状態と判断した場合には、スイッチング素子に印加する電圧や流れる電流、電動機の負荷を調整する技術が開示されている。しかしながら、従来の技術は、いずれも過熱状態の場合に、印加電圧や電流、負荷側の制御内容に制限をかけて素子の保護を図っている。換言すれば、従来の技術の多くは、昇圧装置の能力に制限をかけるものであったため、電圧を十分に昇圧できず、ひいては、車両の動力性の低下を招く恐れがあった。 Here, Patent Documents 1-3 disclose a technique for protecting elements of the booster device from heat. For example, in Patent Document 1, the temperature of a switching element is monitored in order to prevent overheating of the switching element constituting the booster circuit, and if the temperature exceeds a limit value, the energization to the switching element is substantially not performed. The technology to prohibit is disclosed. In Patent Documents 2 and 3, the temperature of the switching element constituting the booster circuit is detected or estimated, and when it is determined that the switching element is overheated, the voltage applied to the switching element, the flowing current, the load on the motor A technique for adjusting the above is disclosed. However, all of the conventional techniques attempt to protect the element by limiting the applied voltage, current, and control content on the load side in the case of an overheated state. In other words, since many of the conventional techniques limit the capacity of the booster, the voltage cannot be boosted sufficiently, and there is a risk that the power of the vehicle will be lowered.

そこで、本発明では、電動車両の動力性を損なうことなく、昇圧装置のダイオードを保護できる昇圧装置の制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a control device for a booster device that can protect the diode of the booster device without impairing the power performance of the electric vehicle.

本発明の昇圧装置の制御装置は、電動車両に搭載され、蓄電装置からの電圧を昇圧する昇圧装置の駆動を制御する制御装置であって、前記昇圧装置の上アームおよび下アームに設けられたスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置において、車両の駆動状況に応じて、前記昇圧装置の目標昇圧電圧を第一目標昇圧電圧として算出する第一目標昇圧電圧算出手段と、少なくとも、前記第一目標昇圧電圧が一定値未満となる非昇圧時に、前記上アームの温度状態を示すパラメータをモニタリングし、前記モニタリング結果に応じた目標昇圧電圧を、第二目標昇圧電圧として算出する第二目標昇圧電圧算出手段と、前記蓄電装置からの電圧を、少なくとも前記第二目標昇圧電圧以上に昇圧するべく前記昇圧装置の駆動を制御する駆動制御手段と、を備え、前記駆動制御手段は、前記第一目標昇圧電圧および第二目標昇圧電圧のうち、より高い昇圧電圧まで昇圧するべく、前記昇圧装置の駆動を制御する。 A booster control device according to the present invention is a control device that is mounted on an electric vehicle and controls driving of a booster that boosts a voltage from a power storage device, and is provided on an upper arm and a lower arm of the booster. In the control device for controlling the switching operation of the switching element, first target boosted voltage calculating means for calculating a target boosted voltage of the boosting device as a first target boosted voltage according to a driving situation of the vehicle, and at least the first A second target boost voltage that monitors a parameter indicating the temperature state of the upper arm and calculates a target boost voltage according to the monitoring result as a second target boost voltage during non-boosting when the target boost voltage is less than a certain value Calculation means and driving for controlling the driving of the boosting device so as to boost the voltage from the power storage device to at least the second target boosted voltage or higher Comprising a control means, wherein the drive control means of said first target boosted voltage and the second target boost voltage, in order to boost up a higher boost voltage, and controls the driving of the booster.

他の好適な態様では、第二目標昇圧電圧算出手段は、前記上アームの温度状態を示すパラメータとして、前記昇圧装置を冷却する冷媒の温度と、リアクトル電流または蓄電装置から流れる蓄電電流と、の少なくとも一つをモニタリングし、前記冷媒温度、リアクトル電流、蓄電電流が高いほど、前記第二目標昇圧電圧を高くする。この場合、第二目標昇圧電圧算出手段は、前記上アームの温度状態を示すパラメータとして、さらに、前記リアクトルにかかる電圧であるリアクトル電圧もモニタリングし、前記リアクトル電圧が低いほど、前記第二目標昇圧電圧を低くする、ことが望ましい。 In another preferred aspect, the second target boost voltage calculation means includes, as a parameter indicating the temperature state of the upper arm, a temperature of a refrigerant that cools the boost device, and a reactor current or a storage current flowing from the storage device. At least one is monitored, and the higher the refrigerant temperature, the reactor current, and the stored current, the higher the second target boost voltage. In this case, the second target boost voltage calculation means also monitors a reactor voltage, which is a voltage applied to the reactor, as a parameter indicating the temperature state of the upper arm, and the lower the reactor voltage, the second target boost voltage It is desirable to reduce the voltage.

本発明によれば、上アームの温度状態に応じた第二目標昇圧電圧以上に昇圧するべく昇圧装置の駆動を制御するため、車両の動力性を確保しつつ、上アームのダイオードを効果的に保護できる。 According to the present invention, the drive of the booster device is controlled so as to boost the voltage to a second target boosted voltage or higher according to the temperature state of the upper arm. Can protect.

本発明の実施形態である電動車両の電気システムを示す図である。It is a figure which shows the electric system of the electric vehicle which is embodiment of this invention. 下アームオンデューティと上アームのダイオードの損失量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a lower arm on duty and the loss amount of the diode of an upper arm. 制御装置によるコンバータの制御フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control flow of the converter by a control apparatus. 冷媒温度と第二目標昇圧電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between refrigerant | coolant temperature and a 2nd target boost voltage. 第二目標昇圧電圧の算出マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the calculation map of a 2nd target boost voltage.

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は、本実施の形態に係る制御装置５０を含む電動車両１の概略構成を示す図である。電動車両１は、蓄電装置１０の電力を用いて走行用モータ４０を駆動して車両を駆動する自動車である。電動車両１は、例えば、ハイブリッド自動車（ＨＶ：ＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）、いわゆる電動車両（ＥＶ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）、燃料電池車（ＦＣＥＶ：ＦｕｅｌｃｅｌｌＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）などであり、そのタイプは特に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle 1 including a control device 50 according to the present embodiment. The electric vehicle 1 is an automobile that drives the vehicle by driving the traveling motor 40 using the electric power of the power storage device 10. The electric vehicle 1 is, for example, a hybrid vehicle (HV: Hybrid Vehicle), a so-called electric vehicle (EV), a fuel cell vehicle (FCEV: Fuel cell Electric Vehicle), and the type is not particularly limited.

図１において、電動車両１は、蓄電装置１０、コンバータ２０、インバータ３０、走行用モータ４０、および制御装置５０を含んで構成されている。 In FIG. 1, electric vehicle 1 includes power storage device 10, converter 20, inverter 30, traveling motor 40, and control device 50.

蓄電装置１０は、電力を蓄積して直流電圧を出力するものであり、ここではニッケル水素やリチウムイオン等のバッテリである。ただし、蓄電装置１０は、大容量コンデンサ等であってもよい。 The power storage device 10 stores electric power and outputs a DC voltage, and is a battery such as nickel metal hydride or lithium ion here. However, the power storage device 10 may be a large-capacity capacitor or the like.

コンバータ２０は、蓄電装置１０の電力を昇圧してインバータ３０に供給する昇圧装置として機能するとともに、モータ４０の回生動作で発生した電力を降圧して蓄電装置１０に供給する降圧装置としても機能する。コンバータ２０は、スイッチング素子（ここではＩＧＢＴ）Ｑ１，Ｑ２、ダイオードＤ１，Ｄ２、リアクトルＬ１を含むチョッパ回路で構成される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、インバータ３０の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。上アームのスイッチング素子Ｑ１のコレクタは電源ラインに接続され、下アームのスイッチング素子Ｑ２のエミッタはアースラインに接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の中間点、すなわちスイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタの接続点にはリアクトルＬ１の一方端が接続されている。このリアクトルＬ１の他方端は、蓄電装置１０の正極に接続される。また、スイッチング素子Ｑ２のエミッタは、蓄電装置１０の負極に接続される。また、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクターエミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２が配置される。上記リアクトルＬ１の他方端とアースラインとの間には平滑用コンデンサＣ１が接続され、スイッチング素子Ｑ１のコレクタとアースラインとの間には平滑用コンデンサＣ２が接続される。なお、リアクトルに流れる電流（以下「リアクトル電流ＩＬ」という）や、リアクトルに印加される電圧（換言すれば、昇圧前電圧、以下「リアクトル電圧ＶＬ」という）等は、図示しないセンサで検知され、制御装置５０に送られる。 Converter 20 functions as a booster that boosts the power of power storage device 10 and supplies it to inverter 30, and also functions as a step-down device that steps down the power generated by the regenerative operation of motor 40 and supplies it to power storage device 10. . Converter 20 includes a chopper circuit including switching elements (IGBTs here) Q1 and Q2, diodes D1 and D2, and reactor L1. Switching elements Q1, Q2 are connected in series between the power supply line of inverter 30 and the ground line. The collector of the switching element Q1 in the upper arm is connected to the power supply line, and the emitter of the switching element Q2 in the lower arm is connected to the ground line. One end of reactor L1 is connected to the intermediate point of switching elements Q1, Q2, that is, the connection point between the emitter of switching element Q1 and the collector of switching element Q2. The other end of reactor L1 is connected to the positive electrode of power storage device 10. In addition, the emitter of switching element Q <b> 2 is connected to the negative electrode of power storage device 10. In addition, diodes D1 and D2 are arranged between the collector and emitter of each switching element Q1 and Q2 so that current flows from the emitter side to the collector side. A smoothing capacitor C1 is connected between the other end of the reactor L1 and the earth line, and a smoothing capacitor C2 is connected between the collector of the switching element Q1 and the earth line. The current flowing through the reactor (hereinafter referred to as “reactor current IL”), the voltage applied to the reactor (in other words, the voltage before boosting, hereinafter referred to as “reactor voltage VL”) and the like are detected by a sensor (not shown), It is sent to the control device 50.

インバータ３０は、電源ラインとアースラインとの間に互いに並列に配置されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各アームから構成される。Ｕ相アームはスイッチング素子（ここではＩＧＢＴ）Ｑ３，Ｑ４の直列接続からなり、Ｖ相アームはスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列接続からなり、Ｗ相アームはスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の直列接続からなる。また、各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクターエミッタ間には、それぞれ、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８が配置されている。 Inverter 30 includes U-phase, V-phase, and W-phase arms arranged in parallel with each other between a power supply line and an earth line. The U-phase arm consists of a series connection of switching elements (IGBTs) Q3 and Q4, the V-phase arm consists of a series connection of switching elements Q5 and Q6, and the W-phase arm consists of a series connection of switching elements Q7 and Q8. In addition, diodes D3 to D8 that allow current to flow from the emitter side to the collector side are arranged between the collectors and emitters of the switching elements Q3 to Q8, respectively.

電気システムには、このインバータ３０やコンバータ等を冷却するための冷媒（例えば水等）が循環する冷媒路（図示せず）が形成されている。冷媒の温度は、温度センサ等で検知され、制御装置５０に出力される。 In the electric system, a refrigerant path (not shown) through which a refrigerant (for example, water) for cooling the inverter 30 and the converter circulates is formed. The temperature of the refrigerant is detected by a temperature sensor or the like and output to the control device 50.

走行用モータ４０は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点で共通接続されて構成されており、Ｕ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中間点、Ｖ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中間点、Ｗ相コイルの他端がスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の中間点に接続されている。 The traveling motor 40 is a three-phase permanent magnet motor, and is configured such that one end of three coils of U, V, and W phases are commonly connected at a midpoint, and the other end of the U-phase coil is the switching element Q3. , Q4, the other end of the V-phase coil is connected to the intermediate point of the switching elements Q5, Q6, and the other end of the W-phase coil is connected to the intermediate point of the switching elements Q7, Q8.

制御装置５０は、コンバータ２０およびインバータ３０を制御するものであるが、以下では、主にコンバータ２０の駆動制御についてのみ詳説する。制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、メインメモリなどを含み、制御装置５０の各種機能は、ＲＯＭ等の記録媒体に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現される。ただし、制御装置５０の機能の一部または全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置５０は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。この制御装置５０は、後述するように、車両の駆動状況に応じた第一目標昇圧電圧を算出する第一目標昇圧電圧算出手段や、上アームの温度状態に応じた第二目標昇圧電圧を算出する第二目標昇圧電圧算出手段、昇圧装置の駆動を制御する駆動制御手段などとして機能する。 The control device 50 controls the converter 20 and the inverter 30. Hereinafter, only the drive control of the converter 20 will be described in detail. The control device 50 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a main memory, and the like. Various functions of the control device 50 include a control program recorded in a recording medium such as a ROM in the main memory. This is realized by being read and executed by the CPU. However, some or all of the functions of the control device 50 may be realized only by hardware. Further, the control device 50 may be physically configured by a plurality of devices. As will be described later, the control device 50 calculates first target boosted voltage calculation means for calculating a first target boosted voltage according to the driving state of the vehicle, and calculates a second target boosted voltage according to the temperature state of the upper arm. Functions as a second target boost voltage calculating means, a drive control means for controlling the drive of the boost device, and the like.

次に、制御装置５０によるコンバータ２０の制御動作について、力行動作時と回生動作時とに分けて説明する。 Next, the control operation of converter 20 by control device 50 will be described separately for a power running operation and a regenerative operation.

はじめに回生動作について説明する。電動車両１の制動時や減速時において、走行用モータ４０は、発電機として動作し、交流電力を発生してインバータ３０に出力する。インバータ３０は、制御装置５０に制御されて、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をオン・オフすることにより、走行用モータ４０で発電された交流電力を直流電力に変換し、得られた直流電力をコンバータ２０に供給する。 First, the regenerative operation will be described. When the electric vehicle 1 is braked or decelerated, the traveling motor 40 operates as a generator, generates AC power, and outputs it to the inverter 30. The inverter 30 is controlled by the control device 50 to turn on and off the switching elements Q3 to Q8, thereby converting AC power generated by the traveling motor 40 into DC power, and converting the obtained DC power into the converter 20. To supply.

コンバータ２０は、制御装置５０に制御されて、インバータ３０からの直流電力を降圧して蓄電装置１０を充電する。具体的には、コンバータ２０は、上アームのスイッチング素子Ｑ１および下アームのスイッチング素子Ｑ２を交互にオン・オフ切り替えすることにより、インバータ３０の出力電圧を降圧して蓄電装置１０に供給する。より具体的に説明すると、スイッチング素子Ｑ１がオン／スイッチング素子Ｑ２がオフになると、スイッチング素子Ｑ１を介してリアクトルＬ１に電流が流れ、インバータ３０からの直流電力がリアクトルＬ１に蓄積される。そして、スイッチング素子Ｑ１がオフ／スイッチング素子Ｑ２がオンになると、リアクトルＬ１の起電力によりダイオードＤ２を介して電流が還流し、これによりリアクトルＬ１に蓄積された直流電力が蓄電装置１０に供給される。これにより、蓄電装置１０が充電される。 Converter 20 is controlled by control device 50 to step down DC power from inverter 30 and charge power storage device 10. Specifically, converter 20 alternately switches on / off switching element Q1 of the upper arm and switching element Q2 of the lower arm to step down the output voltage of inverter 30 and supply it to power storage device 10. More specifically, when switching element Q1 is turned on / switching element Q2 is turned off, a current flows through reactor L1 via switching element Q1, and DC power from inverter 30 is accumulated in reactor L1. When switching element Q1 is turned off / switching element Q2 is turned on, current flows back through diode D2 due to the electromotive force of reactor L1, whereby the DC power accumulated in reactor L1 is supplied to power storage device 10. . Thereby, the electrical storage apparatus 10 is charged.

一方、力行動作の際、コンバータ２０は、制御装置５０により制御されて、蓄電装置１０の電力を昇圧してインバータ３０に供給する。具体的には、コンバータ２０は、上アームのスイッチング素子Ｑ１および下アームのスイッチング素子Ｑ２を交互にオン・オフ切り替えすることにより、蓄電装置１０の出力電圧を昇圧してインバータ３０に供給する。より具体的に説明すると、スイッチング素子Ｑ２がオン／スイッチング素子Ｑ１がオフになると、スイッチング素子Ｑ２を介してリアクトルＬ１に電流が流れ、蓄電装置１０からの直流電力がリアクトルＬ１に蓄積される。そして、スイッチング素子Ｑ２がオフ／スイッチング素子Ｑ１がオンになると、リアクトルＬ１に蓄積された直流電力がダイオードＤ１を介してインバータ３０側に出力される。 On the other hand, during the power running operation, converter 20 is controlled by control device 50 to boost the power of power storage device 10 and supply it to inverter 30. Specifically, converter 20 boosts the output voltage of power storage device 10 and supplies it to inverter 30 by alternately switching on and off switching element Q1 of the upper arm and switching element Q2 of the lower arm. More specifically, when switching element Q2 is turned on / switching element Q1 is turned off, a current flows through reactor L1 via switching element Q2, and DC power from power storage device 10 is accumulated in reactor L1. When switching element Q2 is turned off / switching element Q1 is turned on, DC power stored in reactor L1 is output to inverter 30 via diode D1.

インバータ３０は、制御装置５０により制御されて、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をオン・オフすることにより、コンバータ２０から供給される直流電力を交流電力に変換し、得られた交流電力を走行用モータ４０に供給する。これにより、走行用モータ４０が回転駆動される。 The inverter 30 is controlled by the control device 50 to turn on and off the switching elements Q3 to Q8, thereby converting the DC power supplied from the converter 20 into AC power, and the obtained AC power is converted into the traveling motor 40. To supply. As a result, the traveling motor 40 is rotationally driven.

ところで、従来技術では、力行動作の際、車両の駆動状況等によっては、コンバータ２０による昇圧を殆ど行わず、蓄電装置１０の電力を、インバータ３０に供給することがあった。この場合、ダイオードＤ１の発熱が過多となり、ダイオードＤ１が設計値以上に高温になる場合があった。これについて図２を参照して説明する。図２は、下アームオンデューティと、ダイオードＤ１の損失との関係を示す図である。コンバータ２０による昇圧率が一定値以下となる非昇圧の場合、上アームのスイッチング素子Ｑ１が、完全に継続して、または、ほぼ継続してオン状態となり、下アームのスイッチング素子Ｑ２のオンデューティは低くなる。したがって非昇圧の場合、上アームのダイオードＤ１には、完全に、または、ほぼ継続して電流が流れ続けることになる。この導通に伴い、ダイオードＤ１には、導通損失やリカバリ損失が生じる。この損失は、図２に示す通り、下アームオンデューティがゼロから僅かに上昇する間に、急激に上昇し、所定のデューティｄ１において、ピークとなる。その後、デューティの上昇に伴い、ダイオードＤ１の損失は、徐々に低下していき、所定のデューティｄ２において、デューティ０の段階の損失よりも小さくなる。つまり、ダイオードＤ１の損失は、下アームオンデューティが低くなる（昇圧率が低くなる）非昇圧の際に、特に高いといえる。かかる非昇圧の際に生じる大きな損失によりダイオードＤ１が発熱するが、ダイオードＤ１には、サーミスタ等が設けられておらず、自己保護ができない。その結果、非昇圧状態が継続すると、ダイオードＤ１が、設計値以上に高温になる場合があった。 By the way, in the conventional technology, depending on the driving condition of the vehicle, the boosting by the converter 20 is hardly performed and the electric power of the power storage device 10 is supplied to the inverter 30 during the power running operation. In this case, the heat generation of the diode D1 becomes excessive, and the diode D1 sometimes becomes higher in temperature than the design value. This will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the lower arm on-duty and the loss of the diode D1. In the case of non-boosting in which the boosting rate by the converter 20 is a certain value or less, the switching element Q1 of the upper arm is turned on completely or almost continuously, and the on-duty of the switching element Q2 of the lower arm is Lower. Therefore, in the case of non-boosting, current continues to flow completely or almost continuously in the upper arm diode D1. Along with this conduction, conduction loss and recovery loss occur in the diode D1. As shown in FIG. 2, this loss rapidly increases while the lower arm on-duty slightly increases from zero, and reaches a peak at a predetermined duty d1. Thereafter, as the duty increases, the loss of the diode D1 gradually decreases, and becomes smaller than the loss at the duty 0 stage at the predetermined duty d2. That is, it can be said that the loss of the diode D1 is particularly high at the time of non-boosting when the lower arm on-duty becomes low (boosting rate becomes low). Although the diode D1 generates heat due to a large loss generated during such non-boosting, the diode D1 is not provided with a thermistor or the like and cannot be self-protected. As a result, when the non-boosted state continues, the diode D1 may become hotter than the design value.

かかるダイオードＤ１の過熱は、素子小型化により、より生じやすくなっている。すなわち、近年では、装置の小型化のために、コンバータ２０を構成する各種素子の小型化が図られている。その結果、各素子のもつ熱容量が小さくなり、比較的、低めの熱であっても、素子が設計値以上に高温になるという問題があった。 Such overheating of the diode D1 is more likely to occur due to element miniaturization. That is, in recent years, in order to reduce the size of the device, various elements constituting the converter 20 have been reduced in size. As a result, the heat capacity of each element is reduced, and there is a problem that the element becomes hotter than the design value even with relatively low heat.

そこで、本実施形態では、ダイオードＤ１の損失をより低減するために、コンバータの制御に関して特殊な処理を行っている。以下、これについて説明する。 Therefore, in the present embodiment, special processing is performed with respect to control of the converter in order to further reduce the loss of the diode D1. This will be described below.

力行動作時、制御装置５０は、一般には、車両の駆動状況に応じて、必要な電圧を目標昇圧電圧として算出し、当該目標昇圧電圧が供給されるべく、コンバータ２０の駆動を制御する。既述した通り、車両の駆動状況によっては、非昇圧となることもあり、車両駆動状況に応じて算出される目標昇圧電圧は、蓄電装置１０の電圧（蓄電電圧ＶＢ）とほぼ同じとなる場合もある。かかる場合には、ダイオードＤ１が設計値以上に高温になる恐れがあるため、本実施形態では、車両の駆動状況に応じた目標昇圧電圧の他に、ダイオードＤ１の温度状況に応じた目標昇圧電圧も算出し、両電圧値の比較結果に応じて、コンバータ２０の駆動を制御する。 During the power running operation, control device 50 generally calculates a necessary voltage as a target boost voltage according to the driving situation of the vehicle, and controls the drive of converter 20 so that the target boost voltage is supplied. As described above, the boosted voltage may not be boosted depending on the driving condition of the vehicle, and the target boosted voltage calculated in accordance with the driving condition of the vehicle is almost the same as the voltage of the power storage device 10 (the stored voltage VB). There is also. In such a case, since the diode D1 may become higher in temperature than the design value, in the present embodiment, in addition to the target boost voltage corresponding to the driving condition of the vehicle, the target boost voltage corresponding to the temperature condition of the diode D1 Is also calculated, and the drive of the converter 20 is controlled according to the comparison result of the two voltage values.

このときの制御フローを、図３を参照して説明する。図３は、力行動作時における制御装置５０によるコンバータ２０の制御フローを示す図である。制御装置５０は、まず、車両の駆動状況に応じた目標昇圧電圧を、第一目標昇圧電圧Ｖｅ１として算出する（Ｓ１０）。なお、この第一目標昇圧電圧Ｖｅ１の算出技術については、公知の周知技術を利用できるため、ここでの詳説は省略する。 The control flow at this time will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a control flow of converter 20 by control device 50 during the power running operation. First, the control device 50 calculates a target boost voltage corresponding to the driving condition of the vehicle as the first target boost voltage Ve1 (S10). In addition, since the well-known well-known technique can be utilized about the calculation technique of this 1st target step-up voltage Ve1, detailed description here is abbreviate | omitted.

また、制御装置５０は、第一目標昇圧電圧Ｖｅ１の算出と並行して、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２も算出する。第二目標昇圧電圧Ｖｅ２は、ダイオードＤ１の温度状態に基づいて算出される目標昇圧電圧である。この第二目標昇圧電圧Ｖｅ２の算出のため、制御装置５０は、ダイオードＤ１（上アーム）の温度状態を示すパラメータをモニタリングし（Ｓ１２）、検出されたパラメータ値に基づいて第二目標昇圧電圧Ｖｅ２を算出する（Ｓ１４）。上アームの温度状態を示すパラメータとしては、例えば、コンバータ２０やインバータ３０を冷却する冷媒の温度Ｔｃや、リアクトルＬ１に流れる電流（以下「リアクトル電流ＩＬ」という）、リアクトルＬ１に印加される電圧（昇圧前の電圧、以下「リアクトル電圧ＶＬ」という）等がある。制御装置５０は、センサ等により、これらパラメータを継続的にモニタリングし、モニタリングの結果、ダイオードＤ１が高温の可能性が高い場合には、ダイオードＤ１の損失が一定以下になるような目標昇圧電圧Ｖｅ２を設定する。 Further, the control device 50 calculates the second target boost voltage Ve2 in parallel with the calculation of the first target boost voltage Ve1. The second target boost voltage Ve2 is a target boost voltage calculated based on the temperature state of the diode D1. In order to calculate the second target boost voltage Ve2, the control device 50 monitors a parameter indicating the temperature state of the diode D1 (upper arm) (S12), and based on the detected parameter value, the second target boost voltage Ve2 is monitored. Is calculated (S14). The parameters indicating the temperature state of the upper arm include, for example, the temperature Tc of the refrigerant that cools the converter 20 and the inverter 30, the current flowing through the reactor L1 (hereinafter referred to as “reactor current IL”), and the voltage applied to the reactor L1 ( Voltage before boosting, hereinafter referred to as “reactor voltage VL”). The control device 50 continuously monitors these parameters using a sensor or the like, and if the result of monitoring indicates that there is a high possibility that the diode D1 is hot, the target boost voltage Ve2 that causes the loss of the diode D1 to be below a certain level. Set.

例えば、冷媒温度Ｔｃに基づいて、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２を設定する場合について図４を参照して説明する。図４において、横軸は、冷媒温度Ｔｃであり、縦軸は、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２である。冷媒温度Ｔｃが、所定の基準温度ａ℃未満の場合には、ダイオードＤ１等が十分に冷却されている可能性が高く、ダイオードＤ１は、低温に保たれている可能性が高い。この場合は、ダイオードＤ１の発熱が多くても効果的に冷却されるため、損失低減のための昇圧を行う必要はなく、非昇圧の状態（ダイオードＤ１の損失が大きい状態）を維持しても問題ない。一方、冷媒温度Ｔｃが、所定の基準温度ａ℃以上の場合には、ダイオードＤ１が十分に冷却されず、ダイオードＤ１が高温になっている可能性が高い。 For example, a case where the second target boosted voltage Ve2 is set based on the refrigerant temperature Tc will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the horizontal axis is the refrigerant temperature Tc, and the vertical axis is the second target boost voltage Ve2. When the refrigerant temperature Tc is lower than the predetermined reference temperature a ° C., there is a high possibility that the diode D1 and the like are sufficiently cooled, and the diode D1 is highly likely to be kept at a low temperature. In this case, since the diode D1 generates a large amount of heat and is effectively cooled, it is not necessary to perform boosting to reduce the loss, and even if a non-boosted state (a state where the loss of the diode D1 is large) is maintained. no problem. On the other hand, when the refrigerant temperature Tc is equal to or higher than the predetermined reference temperature a ° C., the diode D1 is not sufficiently cooled, and there is a high possibility that the diode D1 is at a high temperature.

そこで、冷媒温度Ｔｃに基づいて、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２を設定する場合は、図４に示すように、冷媒温度Ｔｃが、所定の基準温度ａ℃未満の場合は、昇圧を行なわないこととし、蓄電電圧ＶＢを第二目標昇圧電圧Ｖｅ２として設定する。一方、冷媒温度Ｔｃが所定の基準温度ａ℃以上の場合、冷媒温度Ｔｃが高くなるにつれ、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２も高く設定することが望ましい。 Therefore, when the second target boost voltage Ve2 is set based on the refrigerant temperature Tc, as shown in FIG. 4, when the refrigerant temperature Tc is lower than a predetermined reference temperature a ° C., no boost is performed. The storage voltage VB is set as the second target boost voltage Ve2. On the other hand, when the refrigerant temperature Tc is equal to or higher than the predetermined reference temperature a ° C., it is desirable to set the second target boosted voltage Ve2 higher as the refrigerant temperature Tc increases.

また、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２は、一つのパラメータの値から決定する必要はなく、複数のパラメータの値を複合的に考慮して決定してもよい。例えば、図５に示すように、リアクトル電流ＩＬおよび冷媒温度Ｔｃと、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２と、の関係を示すマップを予め記憶しておき、検出されたリアクトル電流ＩＬおよび冷媒温度Ｔｃの値を当該マップに照らし合わせて第二目標昇圧電圧Ｖｅ２を算出するようにしてもよい。図５の例では、検出されたリアクトル電流ＩＬがＩ１、冷媒温度ＴｃがＴ１の場合、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２は、ｖ３となる。なお、この場合、リアクトル電流ＩＬが高いほど、また、冷媒温度Ｔｃが高いほど、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２が大きくなるように設定することが望ましい。すなわち、図５の例では、ｖ１＞ｖ２＞ｖ３＞ｖ４＞ｖ５とすることが望ましい。また、ダイオードＤ１に流れる電流値に相関性のあるパラメータであれば、リアクトル電流ＩＬに替えて、別のパラメータ、例えば、蓄電電流ＩＢ等を用いてもよい。 The second target boosted voltage Ve2 need not be determined from the value of one parameter, and may be determined in consideration of a plurality of parameter values. For example, as shown in FIG. 5, a map indicating the relationship between the reactor current IL and the refrigerant temperature Tc and the second target boosted voltage Ve2 is stored in advance, and the detected values of the reactor current IL and the refrigerant temperature Tc are stored. The second target boosted voltage Ve2 may be calculated by comparing with the map. In the example of FIG. 5, when the detected reactor current IL is I1 and the refrigerant temperature Tc is T1, the second target boost voltage Ve2 is v3. In this case, it is desirable to set the second target boosted voltage Ve2 to be higher as the reactor current IL is higher and as the refrigerant temperature Tc is higher. That is, in the example of FIG. 5, it is desirable that v1> v2> v3> v4> v5. In addition, as long as the parameter correlates with the value of the current flowing through the diode D1, another parameter such as the storage current IB may be used instead of the reactor current IL.

いずれにしても、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２および第一目標昇圧電圧Ｖｅ１の両方が算出できれば、制御装置５０は、両者を比較する（Ｓ１６）。比較の結果、第一目標昇圧電圧Ｖｅ１が、第二目標昇圧電圧以上となれば、第一目標昇圧電圧Ｖｅ１まで昇圧できるように、コンバータ２０の駆動を制御する（Ｓ１８）。また、比較の結果、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２が、第一目標昇圧電圧を超えれば、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２まで昇圧できるように、コンバータ２０の駆動を制御する（Ｓ２０）。移行は、同様のステップを一定時間ごとに繰り返す。 In any case, if both the second target boost voltage Ve2 and the first target boost voltage Ve1 can be calculated, the control device 50 compares the two (S16). As a result of the comparison, if the first target boosted voltage Ve1 is equal to or higher than the second target boosted voltage, the drive of the converter 20 is controlled so that the first target boosted voltage Ve1 can be boosted (S18). Further, as a result of the comparison, if the second target boosted voltage Ve2 exceeds the first target boosted voltage, the drive of the converter 20 is controlled so that it can be boosted to the second target boosted voltage Ve2 (S20). The transition repeats the same steps at regular intervals.

以上の説明から明らかな通り、本実施形態では、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２および第一目標昇圧電圧Ｖｅ１のうち、より高い電圧まで昇圧する。別の言い方をすれば、本実施形態においてコンバータ２０による昇圧電圧は、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２および第一目標昇圧電圧Ｖｅ１を下回ることはない。ここで、第一目標昇圧電圧Ｖｅ１は、車両の駆動に必要な電圧値である。本実施形態では、コンバータ２０の昇圧電圧が、この第一目標昇圧電圧Ｖｅ１を下回ることがないため、車両の動力性を常に十分に確保できる。また、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２は、ダイオードＤ１の過熱を防止し得る電圧値である。コンバータ２０の昇圧電圧が、常に、この第二目標昇圧電圧Ｖｅ２以上に設定されることにより、ダイオードＤ１が設計値以上に高温になることを効果的に防止できる。つまり、本実施形態によれば、車両の動力性を確保しつつ、ダイオードＤ１をより確実に保護できる。 As is apparent from the above description, in the present embodiment, the voltage is boosted to a higher one of the second target boost voltage Ve2 and the first target boost voltage Ve1. In other words, in this embodiment, the boosted voltage by the converter 20 does not fall below the second target boosted voltage Ve2 and the first target boosted voltage Ve1. Here, the first target boosted voltage Ve1 is a voltage value necessary for driving the vehicle. In the present embodiment, since the boosted voltage of the converter 20 does not fall below the first target boosted voltage Ve1, it is possible to always ensure sufficient vehicle power. The second target boost voltage Ve2 is a voltage value that can prevent overheating of the diode D1. By always setting the boosted voltage of the converter 20 to be equal to or higher than the second target boosted voltage Ve2, it is possible to effectively prevent the diode D1 from becoming higher than the design value. That is, according to the present embodiment, the diode D1 can be more reliably protected while securing the vehicle power.

ところで、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２が第一目標昇圧電圧を上回る状況下で、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２まで昇圧した場合（図３のステップＳ２０の場合）、車両の動力性確保に必要な電圧以上に目標昇圧電圧を上げることになるため、ダイオードＤ１は保護できる一方で、システム全体の損失は悪化し、燃費が悪化する。そこで、かかる燃費悪化を低減するために、リアクトル電流ＩＬおよび冷媒温度Ｔｃだけでなく、リアクトルＬ１にかかる電圧であるリアクトル電圧ＶＬ（換言すれば昇圧前電圧）も考慮して第二目標昇圧電圧Ｖｅ２を算出することが望ましい。すなわち、リアクトル電圧ＶＬが高いほど、ダイオードＤ１の温度も高くなりがちであることが知られている。そこで、リアクトル電圧ＶＬが高いほど、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２を高く、また、リアクトル電圧ＶＬが低いほど、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２を低くしてもよい。リアクトル電圧ＶＬも考慮した第二目標昇圧電圧Ｖｅ２の算出方法としては、種々の形態が考えられる。例えば、リアクトル電圧ＶＬが高いほど、高くなる係数を予め設定しておき、図５のマップを用いて算出した電圧値に、検出されたリアクトル電圧ＶＬに応じた係数を乗じた値を、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２として算出してもよい。また、別の形式として、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２の算出マップとして、リアクトル電流ＩＬ（または蓄電電流ＩＢ）、冷媒温度Ｔｃ、リアクトル電圧ＶＬそれぞれを要素とする第二目標昇圧電圧Ｖｅ２の三次元マップを予め作成しておいてもよい。 By the way, when the second target boosted voltage Ve2 exceeds the first target boosted voltage and the voltage is boosted to the second target boosted voltage Ve2 (in the case of step S20 in FIG. 3), it is equal to or higher than the voltage necessary for securing the vehicle power. Therefore, the diode D1 can be protected, while the loss of the entire system is deteriorated and the fuel consumption is deteriorated. Therefore, in order to reduce such fuel consumption deterioration, not only the reactor current IL and the refrigerant temperature Tc, but also the reactor voltage VL (in other words, the voltage before boosting) that is the voltage applied to the reactor L1, is considered to be the second target boosted voltage Ve2. It is desirable to calculate That is, it is known that the temperature of the diode D1 tends to increase as the reactor voltage VL increases. Therefore, the higher the reactor voltage VL, the higher the second target boosted voltage Ve2, and the lower the reactor voltage VL, the lower the second target boosted voltage Ve2. As a method for calculating the second target boosted voltage Ve2 in consideration of the reactor voltage VL, various forms are conceivable. For example, a higher coefficient is set in advance as the reactor voltage VL is higher, and a value obtained by multiplying the voltage value calculated using the map of FIG. 5 by the coefficient corresponding to the detected reactor voltage VL is set to the second value. The target boosted voltage Ve2 may be calculated. As another format, as a calculation map of the second target boost voltage Ve2, a three-dimensional map of the second target boost voltage Ve2 including the reactor current IL (or the storage current IB), the refrigerant temperature Tc, and the reactor voltage VL as elements. May be created in advance.

いずれにしても、リアクトル電流ＩＬ（または蓄電電流ＩＢ）および冷媒温度Ｔｃだけでなく、リアクトル電圧ＶＬも考慮して第二目標昇圧電圧Ｖｅ２を算出することにより、リアクトル電圧ＶＬが低い場合には、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２を低く抑えることができる。その結果、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２が第一目標昇圧電圧Ｖｅ１を上回る状況、換言すれば、燃費悪化となる状況が減り、システム全体としての燃費を向上できる。 In any case, by calculating the second target boosted voltage Ve2 in consideration of the reactor voltage VL as well as the reactor current IL (or the storage current IB) and the refrigerant temperature Tc, when the reactor voltage VL is low, The second target boost voltage Ve2 can be kept low. As a result, the situation where the second target boost voltage Ve2 exceeds the first target boost voltage Ve1, in other words, the situation where the fuel efficiency deteriorates is reduced, and the fuel efficiency of the entire system can be improved.

また、これまでの説明では、冷媒温度Ｔｃ等のパラメータのモニタリング（図３のステップＳ１２）や、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２の算出（図３のステップＳ２０）を常時、行う場合のみを例示したが、これらの処理は、第一目標昇圧電圧Ｖｅ１が一定値未満となる非昇圧時のみに行い、第一目標昇圧電圧Ｖｅ１が一定値以上となる通常昇圧時には、第二目標昇圧電圧Ｖｅ２の算出等は省略してもよい。いずれにしても、本実施形態のように、上アームの温度状態を示すパラメータに応じた第二目標昇圧電圧Ｖｅ２以上に昇圧することで、車両の動力性を損なうことなく、ダイオードＤ１の過熱を効果的に防止できる。 In the description so far, only the case where the monitoring of parameters such as the refrigerant temperature Tc (step S12 in FIG. 3) and the calculation of the second target boost voltage Ve2 (step S20 in FIG. 3) are always performed is illustrated. These processes are performed only at the time of non-boosting when the first target boosted voltage Ve1 is less than a certain value, and at the time of normal boosting when the first target boosted voltage Ve1 is greater than or equal to a certain value, the second target boosted voltage Ve2 is calculated. May be omitted. In any case, as in this embodiment, by boosting the voltage to the second target boosted voltage Ve2 or more according to the parameter indicating the temperature state of the upper arm, the diode D1 can be overheated without impairing the power of the vehicle. It can be effectively prevented.

１０蓄電装置、２０コンバータ、３０インバータ、４０走行用モータ、５０制御装置、Ｃ１，Ｃ２平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ダイオード、ＩＢ蓄電電流、ＩＬリアクトル電流、Ｌ１リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８スイッチング素子、Ｔｃ冷媒温度、ＶＢ蓄電電圧、Ｖｅ１第一目標昇圧電圧、Ｖｅ２第二目標昇圧電圧、ＶＬリアクトル電圧。 10 power storage device, 20 converter, 30 inverter, 40 travel motor, 50 control device, C1, C2 smoothing capacitor, D1-D8 diode, IB storage current, IL reactor current, L1 reactor, Q1-Q8 switching element, Tc refrigerant Temperature, VB storage voltage, Ve1 first target boost voltage, Ve2 second target boost voltage, VL reactor voltage.

Claims

A control device that controls driving of a booster device that is mounted on an electric vehicle and boosts a voltage from a power storage device, and controls a switching operation of switching elements provided in an upper arm and a lower arm of the booster device In
First target boosted voltage calculating means for calculating a target boosted voltage of the boosting device as a first target boosted voltage according to a driving situation of the vehicle;
At least during non-boosting when the first target boost voltage is less than a certain value, the parameter indicating the temperature state of the upper arm is monitored, and the target boost voltage according to the monitoring result is calculated as the second target boost voltage A second target boost voltage calculating means;
A voltage from said power storage device, and a driving control means for controlling the driving of the booster in order to boost at least the second target boosted voltage higher,
The drive control unit controls the drive of the booster so as to boost the booster to a higher boosted voltage of the first target boosted voltage and the second target boosted voltage .

A control device for a booster device according to claim 1 ,
The second target boost voltage calculating means monitors at least one of a temperature of a refrigerant that cools the boost device and a reactor current or a storage current flowing from the power storage device as a parameter indicating a temperature state of the upper arm. A control device for a booster, wherein the second target boost voltage is increased as the refrigerant temperature, the reactor current, and the stored current are higher.

A control device for a booster device according to claim 2 ,
The second target boost voltage calculating means further monitors a reactor voltage, which is a voltage applied to the reactor, as a parameter indicating the temperature state of the upper arm, and the lower the reactor voltage, the lower the second target boost voltage. A control device for a boosting device, characterized in that it is lowered.