JP2008289326A - Power system and vehicle including the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、少なくとも2つの電圧系を有する電力システムおよびそれを備える車両に関し、特に一方の電圧系の電力を用いて他方の電圧系をプリチャージする際の制御方法に関する。 The present invention relates to a power system having at least two voltage systems and a vehicle including the same, and more particularly to a control method for precharging the other voltage system using the power of one voltage system.
近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)や電気自動車(Electric Vehicle)などの電動車両が大きく注目されている。このような電動車両は、二次電池などからなる電源装置と、当該電源装置からの供給電力を受けて車両駆動力を発生可能な電動機とを備えている。ところで、車両駆動力を発生させるために必要な電力は比較的大きいので、当該電源装置の出力電圧は、内燃機関のみを搭載した従来の自動車において使用されていた電圧(たとえば、12Vもしくは24V)に比較して高く設計される。一例として、現在実用化されているハイブリッド車両の出力電圧は288Vに設計されている。 In recent years, electric vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles have attracted a great deal of attention as environmentally friendly vehicles. Such an electric vehicle includes a power supply device made of a secondary battery and the like, and an electric motor that can generate vehicle driving force by receiving power supplied from the power supply device. By the way, since the electric power required to generate the vehicle driving force is relatively large, the output voltage of the power supply apparatus is set to a voltage (for example, 12V or 24V) used in a conventional automobile equipped with only an internal combustion engine. Highly designed compared to. As an example, the output voltage of a hybrid vehicle currently in practical use is designed to be 288V.
一方で、上記のような電動車両であっても、ライトやカーナビゲーション装置などの補機類には、従来の自動車と同様の電圧で作動する装置が用いられている。そのため、電動車両には、車両駆動力の発生に用いられる電力を供給する高圧系の電源装置に加えて、補機類に電力を供給する低圧系の電源装置が搭載されている。 On the other hand, even in an electric vehicle as described above, devices that operate at the same voltage as that of conventional automobiles are used for auxiliary machines such as lights and car navigation devices. Therefore, an electric vehicle is equipped with a low-voltage power supply device that supplies electric power to auxiliary machinery in addition to a high-voltage power supply device that supplies electric power used to generate vehicle driving force.
さらに、特開2003−061209号公報(特許文献1)、特開2002−176704号公報(特許文献2)および特開2006−246564号公報(特許文献3)などには、コンバータなどを介して、高圧系の電源装置と低圧系の電源装置との間を電気的に接続する構成も開示されている。 Furthermore, JP 2003-061209 A (Patent Document 1), JP 2002-176704 A (Patent Document 2), JP 2006-246564 A (Patent Document 3), etc. A configuration for electrically connecting a high-voltage power supply device and a low-voltage power supply device is also disclosed.
ところで、高圧系の負荷に電力を供給する際には、負荷を停止させた状態で当該負荷に並列接続された容量成分(コンデンサ)を予め充電するプリチャージが実行される。このプリチャージでは、高圧系の電源装置に制限抵抗を直列接続して、過大な電流(突入電流)が流れないように制限しつつコンデンサを充電することが一般的であった。これに対して、特開2003−061209号公報(特許文献1)に開示される電源装置では、DC−DCコンバータ(双方向コンバータ)を制御して、低圧系の電源装置からの供給電力によりコンデンサを充電する構成が開示されている。この発明によれば、突入電流制限用の制限抵抗およびスイッチなどを削減できる。
一方、負荷の短絡故障についても考慮しておく必要がある。すなわち、高圧系に接続された負荷に短絡故障が生じていれば、安全上の観点から、当該負荷へ電力を供給することは許されない。 On the other hand, it is necessary to consider the short circuit failure of the load. That is, if a short-circuit failure has occurred in the load connected to the high-voltage system, it is not allowed to supply power to the load from the viewpoint of safety.
上述の特開2003−061209号公報(特許文献1)に開示される電源装置では、コンデンサの電圧が主バッテリ(高圧系の電源装置)の蓄電電圧から所定の許容電圧範囲の電圧に到達すると、プリチャージ動作の完了と判断され、主バッテリが供給経路に電気的に接続される。ところで、負荷における短絡故障の態様もさまざまであり、たとえば比較的大きな抵抗値をもって短絡故障が生じていると、DC−DCコンバータからの充電電流が短絡故障部位を流れることで、見かけ上、電圧条件が満足されることも想定される。そのため、負荷に短絡故障が生じているにもかかわらず、プリチャージ動作の完了と判断され、短絡故障が生じている負荷に主バッテリから電力が供給されてしまうおそれがあった。 In the power supply device disclosed in the above-mentioned JP-A-2003-061209 (Patent Document 1), when the voltage of the capacitor reaches a voltage within a predetermined allowable voltage range from the stored voltage of the main battery (high-voltage power supply device), It is determined that the precharge operation is completed, and the main battery is electrically connected to the supply path. By the way, there are various modes of short-circuit faults in the load. For example, when a short-circuit fault occurs with a relatively large resistance value, the charging current from the DC-DC converter flows through the short-circuit fault site, so that apparent voltage conditions Is also expected to be satisfied. For this reason, it is determined that the precharge operation is completed despite the occurrence of a short-circuit failure in the load, and there is a possibility that power is supplied from the main battery to the load in which the short-circuit failure has occurred.
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、より確実かつ安全にプリチャージを実行可能な電力システムおよびそれを備える車両を提供することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an electric power system capable of performing precharge more reliably and safely and a vehicle including the same.
この発明のある局面に従う電力システムは、第1の直流電源と、第1の負荷群に直流電力を供給するための電源線対と、電源線対の線間に接続されるコンデンサと、第1の直流電源と電源線対との間に接続されるリレー部と、第2の直流電源と、第2の直流電源と電源線対との間に接続され、双方向の電力変換が可能な双方向コンバータと、コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、双方向コンバータを流れる電流を検出する電流検出手段と、リレー部により第1の直流電源と電源線対とを電気的に切離した状態で、第2の直流電源からの供給電力を用いてコンデンサを充電するプリチャージ手段とを備える。そして、プリチャージ手段は、電圧検出手段によって検出される充電電圧値および電流検出手段によって検出される電流値に基づいて、プリチャージ動作を制御する。 A power system according to an aspect of the present invention includes a first DC power supply, a power supply line pair for supplying DC power to the first load group, a capacitor connected between the power supply line pairs, The relay unit connected between the DC power source and the power line pair, the second DC power source, both connected between the second DC power source and the power line pair and capable of bidirectional power conversion Direction converter, voltage detection means for detecting the charging voltage of the capacitor, current detection means for detecting the current flowing in the bidirectional converter, and a state in which the first DC power supply and the power line pair are electrically disconnected by the relay unit And a precharge means for charging the capacitor using the power supplied from the second DC power supply. Then, the precharge means controls the precharge operation based on the charging voltage value detected by the voltage detection means and the current value detected by the current detection means.
この発明によれば、電源線対の線間に接続されるコンデンサの充電に際して、コンデンサの充電電圧に基づいて充電状態を判断するとともに、双方向コンバータから電源線対へ供給される電流に基づいて、本来コンデンサに供給される電流であるか否かを判断できる。そのため、たとえば第1の負荷群に短絡故障などが生じている場合には、本来コンデンサに供給される電流値に比較して、当該短絡故障に起因する短絡電流分だけ電流値が増加するので、短絡故障などの異常発生を検出することができる。よって、より確実かつ安全にプリチャージを実行できる。 According to the present invention, when charging a capacitor connected between lines of a power line pair, the charging state is determined based on the charging voltage of the capacitor, and based on the current supplied from the bidirectional converter to the power line pair. Whether or not the current is originally supplied to the capacitor can be determined. Therefore, for example, when a short-circuit fault or the like occurs in the first load group, the current value increases by an amount corresponding to the short-circuit current due to the short-circuit fault compared to the current value originally supplied to the capacitor. Abnormalities such as short-circuit faults can be detected. Therefore, precharge can be executed more reliably and safely.
好ましくは、プリチャージ手段は、電圧検出手段によって検出される充電電圧値と第1のしきい値とを比較する第1の比較手段と、電流検出手段によって検出される電流値と第2のしきい値とを比較する第2の比較手段と、充電電圧値が第1のしきい値より大きく、かつ電流値が第2のしきい値より小さいと、プリチャージ動作の完了と判断する第1の判断手段と、第1の判断手段によってプリチャージ動作の完了と判断されると、双方向コンバータによるコンデンサの充電を停止する停止手段とを含む。 Preferably, the precharge means includes a first comparison means for comparing a charging voltage value detected by the voltage detection means with a first threshold value, a current value detected by the current detection means and a second value. A second comparing means for comparing the threshold value and a first comparing means for determining that the precharge operation is completed when the charging voltage value is larger than the first threshold value and the current value is smaller than the second threshold value; And a stopping means for stopping charging of the capacitor by the bidirectional converter when it is determined by the first determining means that the precharge operation is completed.
また好ましくは、プリチャージ手段は、電流検出手段によって検出される電流値と第3のしきい値とを比較する第3の比較手段と、電流値が第3のしきい値より大きい状態の継続時間を計測し、当該継続時間が第4のしきい値より長くなると、電源線対と電気的に接続された部位における異常発生と判断する第2の判断手段とをさらに含む。 Further preferably, the precharge means continues with the third comparison means for comparing the current value detected by the current detection means with the third threshold value, and the state where the current value is larger than the third threshold value. And a second determination means for measuring time and determining that an abnormality has occurred in a portion electrically connected to the power supply line pair when the duration is longer than a fourth threshold value.
さらに好ましくは、プリチャージ手段は、第2の判断手段において異常発生と判断されると、双方向コンバータにおける電力変換動作を停止するとともに、第1の直流電源と電源線対との電気的な接続を禁止する異常処置手段をさらに含む。 More preferably, the precharge means stops the power conversion operation in the bidirectional converter and determines the electrical connection between the first DC power source and the power line pair when the second determination means determines that an abnormality has occurred. Further included is an abnormality treatment means for prohibiting.
また好ましくは、プリチャージ手段は、電圧検出手段によって検出される充電電圧が第1の直流電源の出力電圧と略一致するように、双方向コンバータの電力変換動作を制御する第1の制御手段をさらに含む。 Preferably, the precharge means includes first control means for controlling the power conversion operation of the bidirectional converter so that the charging voltage detected by the voltage detection means substantially matches the output voltage of the first DC power supply. In addition.
また好ましくは、第1の負荷群は、第1の直流電源からの供給電力をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換するインバータ装置を含み、インバータ装置は、プリチャージ中において、停止状態に維持される。 Preferably, the first load group includes an inverter device that converts supply power from the first DC power source into AC power by a switching operation of the switching element, and the inverter device is maintained in a stopped state during precharging. Is done.
また好ましくは、この局面に従う電力システムは、プリチャージ動作の完了後において、リレー部により第1の直流電源と電源線対とを電気的に接続する接続手段と、接続手段によって第1の直流電源と電源線対とが電気的に接続された後に、第1の直流電源からの供給電力で第2の直流電源を充電するように、双方向コンバータの電力変換動作を制御する第2の制御手段と、電流検出手段によって検出される電流値と第5のしきい値とを比較する第4の比較手段と、電流値が第5のしきい値より小さいと、双方向コンバータにおける異常発生と判断する第3の判断手段とをさらに備える。 Preferably, in the power system according to this aspect, after the completion of the precharge operation, the relay unit electrically connects the first DC power supply and the power line pair, and the connection means first DC power supply. And a second control means for controlling the power conversion operation of the bidirectional converter so that the second DC power supply is charged with the power supplied from the first DC power supply after the power supply line pair is electrically connected. And a fourth comparison means for comparing the current value detected by the current detection means with the fifth threshold value, and if the current value is smaller than the fifth threshold value, it is determined that an abnormality has occurred in the bidirectional converter. And a third determination means.
また好ましくは、この局面に従う電力システムは、第2の直流電源と電気的に接続された第2の負荷群と、双方向コンバータの定格値に対する電流検出手段によって検出される電流値との間の余裕量を算出する算出手段と、算出手段によって算出される余裕量に基づいて、第2の負荷群での消費電力を制限する制限手段とをさらに備える。 Also preferably, the power system according to this aspect is provided between the second load group electrically connected to the second DC power source and a current value detected by the current detection means for the rated value of the bidirectional converter. The apparatus further includes a calculating unit that calculates a margin amount and a limiting unit that limits power consumption in the second load group based on the margin amount calculated by the calculating unit.
この発明の別の局面に従えば、上記に記載の電力システムを備える車両であって、第1の負荷群は、第1の直流電源からの供給電力により車両駆動力を発生可能に構成された駆動力発生機構を含む。 According to another aspect of the present invention, the vehicle includes the above-described power system, and the first load group is configured to be able to generate a vehicle driving force by power supplied from the first DC power supply. Includes a driving force generation mechanism.
この発明によれば、より確実かつ安全にプリチャージを実行可能な電力システムおよびそれを備える車両を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize an electric power system capable of performing precharge more securely and safely and a vehicle including the same.
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、この発明の実施の形態に従う電力システムを備えた車両100の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
図1を参照して、この発明の実施の形態に従う車両100は、一例として、モータジェネレータが発生する車両駆動力により走行可能に構成された電動車両である。
Referring to FIG. 1, a
車両100は、主バッテリMBと、正電源線PLと、負電源線NLと、コンデンサC1,C2と、システムリレーSMR1,SMR2と、昇圧コンバータ12と、正供給線MPLと、負供給線MNLと、三相インバータ14,16と、双方向コンバータ42と、補機バッテリSBと、補機類44と、エアコン用インバータ46と、エアコン用コンプレッサ48と、表示部50と、制御装置2とを備える。
主バッテリMBは、直流電力を充放電可能に構成された直流電源であり、一例として、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池、もしくは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子が直列に複数接続されて構成される。そして、本実施例では、主バッテリMBの出力電圧は288V(公称値)である。また、主バッテリMBの出力電圧を検出するために、主バッテリMBの両極間に接続された電圧検出部10が設けられる。そして、電圧検出部10は、検出した主バッテリMBの出力電圧VbHを制御装置2へ送出する。
The main battery MB is a direct current power source configured to be able to charge and discharge direct current power. For example, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, or a plurality of power storage elements such as an electric double layer capacitor are connected in series. Configured. In this embodiment, the output voltage of the main battery MB is 288 V (nominal value). Further, in order to detect the output voltage of the main battery MB, a
正電源線PLの一端は、システムリレーSMR1に接続され、システムリレーSMR1を介して主バッテリMBの正極側と電気的に接続可能に構成される。同様に、負電源線NLの一端は、システムリレーSMR2に接続され、システムリレーSMR2を介して主バッテリMBの負極側と電気的に接続可能に構成される。そして、正電源線PLおよび負電源線NLは一対となって、主バッテリMBからの電力を昇圧コンバータ12、双方向コンバータ42およびエアコン用インバータ46へ供給する。また、負電源線NLには、主バッテリから供給される出力電流を検出するために、電流検出部11が設けられる。そして、電流検出部11は、検出した出力電流Ibを制御装置2へ送出する。なお、以下の説明においては、正電源線PLおよび負電源線NLを一対として、単に「電源線対PL,NL」とも称す。
One end of positive power supply line PL is connected to system relay SMR1, and is configured to be electrically connectable to the positive electrode side of main battery MB via system relay SMR1. Similarly, one end of negative power supply line NL is connected to system relay SMR2, and is configured to be electrically connectable to the negative electrode side of main battery MB via system relay SMR2. Positive power supply line PL and negative power supply line NL are paired to supply power from main battery MB to boost
システムリレーSMR1は、制御装置2からのシステムイネーブル信号SEに応答して、主バッテリMBの正極側と正電源線PLとを電気的に接続または遮断する。同様に、システムリレーSMR2は、制御装置2からのシステムイネーブル信号SEに応答して、主バッテリMBの負極側と負電源線NLとを電気的に接続または遮断する。
System relay SMR1 electrically connects or disconnects the positive side of main battery MB and positive power supply line PL in response to system enable signal SE from
コンデンサC1は、正電源線PLと負電源線NLとの間に接続され、両電源線間の電圧に応じた電荷を蓄えることにより、当該線間電圧を平滑化し安定化する。なお、コンデンサC1は、後述するように、プリチャージ動作において充電対象となるコンデンサである。また、コンデンサC1の充電電圧を検出するために、コンデンサC1の両端に接続された電圧検出部18が設けられる。そして、電圧検出部18は、検出したコンデンサC1の充電電圧VLを制御装置2へ送出する。
Capacitor C1 is connected between positive power supply line PL and negative power supply line NL, and stores electric charge according to the voltage between both power supply lines, thereby smoothing and stabilizing the line voltage. The capacitor C1 is a capacitor to be charged in the precharge operation, as will be described later. Further, in order to detect the charging voltage of the capacitor C1, a
昇圧コンバータ12は、主バッテリMBから供給される直流電力を昇圧して三相インバータ14および16へ供給可能に構成されるとともに、三相インバータ14または16から回生される直流電力を降圧して主バッテリMBへ返還可能にも構成される。具体的には、昇圧コンバータ12は、トランジスタQ1,Q2と、ダイオードD1,D2と、インダクタL1とからなるチョッパ回路で構成される。そして、昇圧コンバータ12では、制御装置2からのスイッチング指令PWCHに従って、トランジスタQ1およびQ2のスイッチング動作が行なわれる。
トランジスタQ1およびQ2は、正供給線MPLと負供給線MNLとの間に直列に接続され、両者の接続点にはインダクタL1の一端が接続される。トランジスタQ1,Q2は、パワー半導体デバイスで構成され、一例として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)からなる。代替的に、バイポーラトランジスタ、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、もしくはGTO(Gate Turn Off thyristor)を用いてもよい。 The transistors Q1 and Q2 are connected in series between the positive supply line MPL and the negative supply line MNL, and one end of the inductor L1 is connected to the connection point between them. The transistors Q1 and Q2 are configured by a power semiconductor device, and include, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Alternatively, a bipolar transistor, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), or a GTO (Gate Turn Off thyristor) may be used.
ダイオードD1は、トランジスタQ1のエミッタ側からコレクタ側に帰還電流を流すことができるように、トランジスタQ1のエミッタとコレクタとの間に接続される。同様に、ダイオードD2は、トランジスタQ2のエミッタ側からコレクタ側に帰還電流を流すことができるように、トランジスタQ2のエミッタとコレクタとの間に接続される。 The diode D1 is connected between the emitter and the collector of the transistor Q1 so that a feedback current can flow from the emitter side to the collector side of the transistor Q1. Similarly, the diode D2 is connected between the emitter and collector of the transistor Q2 so that a feedback current can flow from the emitter side to the collector side of the transistor Q2.
インダクタL1は、トランジスタQ1とトランジスタQ2との接続点と、正電源線PLとの間に接続され、トランジスタQ1およびQ2のスイッチング動作に応じて生じる電流によって、電磁エネルギーの蓄積および放出を繰返す。すなわち、このようなインダクタL1における電磁エネルギーの蓄積および放出の繰返しによって、昇圧コンバータ12は、昇圧動作または降圧動作を実現する。
Inductor L1 is connected between a connection point between transistor Q1 and transistor Q2 and positive power supply line PL, and repeatedly accumulates and releases electromagnetic energy by a current generated according to the switching operation of transistors Q1 and Q2. That is, the
三相インバータ14は、正供給線MPLおよび負供給線MNLを介して昇圧コンバータ12と接続され、昇圧コンバータ12とモータジェネレータMG1との間で電力変換を行なう。すなわち、三相インバータ14は、昇圧コンバータ12によって昇圧された直流電力を三相交流電力に変換可能であるとともに、モータジェネレータMG1から供給される三相交流電力を直流電力にも逆変換可能に構成される。
Three-
そして、三相インバータ14は、トランジスタQ3〜Q8およびダイオードD3〜D8を含んで構成され、制御装置2からのスイッチング指令PWM1に従って、トランジスタQ3〜Q8の各々についてのスイッチング動作が実行される。このようなスイッチング動作により、3個の相電圧(U相電圧、V相電圧、W相電圧)からなる三相交流電力が生成される。また、トランジスタQ3〜Q8についても、パワー半導体デバイスで構成され、一例として、IGBTからなる。代替的に、バイポーラトランジスタ、MOSFETもしくはGTOを用いてもよい。
Three-
同様に、三相インバータ16についても、正供給線MPLおよび負供給線MNLを介して昇圧コンバータ12と接続され、制御装置2からのスイッチング指令PWM2に従ってスイッチング動作を実行することで、昇圧コンバータ12とモータジェネレータMG2との間で電力変換を行なう。
Similarly, the three-
コンデンサC2は、正供給線MPLと負供給線MNLとの間に接続され、昇圧コンバータ12と三相インバータ14および16との間で授受される直流電力を平滑化する。すなわち、コンデンサC2は、電力バッファとして機能する。また、コンデンサC2の充電電圧を検出するために、コンデンサC2の両端に接続された電圧検出部13が設けられる。そして、電圧検出部13は、検出したコンデンサC2の充電電圧VHを制御装置2へ送出する。
Capacitor C2 is connected between positive supply line MPL and negative supply line MNL, and smoothes DC power transferred between
モータジェネレータMG1は、三相インバータ14で生成される三相交流電力を供給されて回転駆動し、車両駆動力を発生し得る。モータジェネレータMG2についても同様に、三相インバータ16で生成される三相交流電力を供給されて回転駆動し、車両駆動力を発生し得る。また、モータジェネレータMG1およびMG2は、一例として、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機からなる。さらに、モータジェネレータMG1およびMG2は、遊星歯車機構などにより構成された動力分割機構(図示しない)を介して駆動輪と機械的に連結され、発生する車両駆動力が適切に分配される。
Motor generator MG1 is supplied with the three-phase AC power generated by three-
補機バッテリSBは、直流電力を充放電可能に構成された直流電源であり、一例として鉛蓄電池からなり、その出力電圧は12V(公称値)に設計される。また、補機バッテリSBの充放電電圧を検出するために、補機バッテリSBの両極間に接続された電圧検出部20が設けられる。そして、電圧検出部20は、検出した補機バッテリSBの出力電圧VbLを制御装置2へ送出する。
The auxiliary battery SB is a DC power source configured to be able to charge and discharge DC power, and is composed of a lead storage battery as an example, and its output voltage is designed to be 12 V (nominal value). Further, in order to detect the charge / discharge voltage of the auxiliary battery SB, a
なお、以下の説明においては、主バッテリMBと電気的に接続され得る電力経路を「高圧系」とも称し、補機バッテリSBと電気的に接続された電力経路を「低圧系」とも称す。 In the following description, a power path that can be electrically connected to main battery MB is also referred to as a “high voltage system”, and a power path that is electrically connected to auxiliary battery SB is also referred to as a “low voltage system”.
補機類44は、補機バッテリSBと電気的に接続され、双方向コンバータ42および補機バッテリSBの少なくとも一方から供給される低圧系の直流電力により作動する装置の総称である。一例として、補機類44には、前照灯、ウィンカー、ワイパー、パワーウィンドウ装置、送風ファン、カーナビゲーション装置などの車両に搭載される多くの電気機器が含まれる。なお、補機類44に含まれる少なくとも一部の装置は、後述するように、制御装置2からの制限信号LIMに応答して、作動を停止する。
The
双方向コンバータ42は、補機バッテリSBと電源線対PL,NLとの間に接続され、制御装置2からのスイッチング指令PWCLに応じて、双方向の電力変換が可能に構成される。すなわち、双方向コンバータ42は、主バッテリMBから電源線対PL,NLを介して供給される高圧系の直流電力を降圧して低圧系の直流電力を生成可能であるとともに、補機バッテリSBから供給される低圧系の直流電力を昇圧して高圧系の直流電力に生成可能に構成される。さらに、双方向コンバータ42は、電力変換動作(昇圧動作または降圧動作)に伴って自身を流れるコンバータ電流IDHを制御装置2へ送出する。双方向コンバータ42のより詳細な構成について以下に説明する。
図2は、双方向コンバータ42の構成の一態様を示す概略構成図である。
図2を参照して、この発明の実施の形態に従う双方向コンバータ42は、フィルタ部62,64と、高圧系インバータ部70と、低圧系インバータ部72と、トランス66とからなる。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an aspect of the configuration of the
Referring to FIG. 2,
フィルタ部62は、電源線対PL,NL(図1)と高圧系インバータ部70との間に接続され、主として、高圧系インバータ部70から電源線対PL,NLに向かう直流電力に含まれる高調波成分を低減する。一例として、フィルタ部62は、任意の低域通過フィルタからなる。
The
高圧系インバータ部70は、フィルタ部62とトランス66の高圧側との間に接続され、スイッチング動作を行なうことで、高圧系からフィルタ部62を介して供給される直流電力から単相交流電力を生成する。また、高圧系インバータ部70のスイッチング動作が停止された状態では、トランス66から高圧系インバータ部70に流入する単相交流電力は、全波整流されて直流電力に変換された後、フィルタ部62を介して高圧系へ出力する。
The high-
具体的には、高圧系インバータ部70は、トランジスタQ11,Q12,Q13,Q14と、ダイオードD11,D12,D13,D14とからなる。そして、直列接続されたトランジスタQ11およびQ12が第1のアーム回路を構成し、直列接続されたトランジスタQ13およびQ14が第2のアーム回路を構成する。第1および第2のアーム回路の各々は、対応の相電位を出力する。また、ダイオードD11,D12,D13,D14は、それぞれトランジスタQ11,Q12,Q13,Q14と逆並列に接続され、トランス66からフィルタ部62に向かう電流を通過させ、その逆方向の電流を遮断する。なお、トランジスタQ11〜Q14は、一例としてバイポーラトランジスタが用いられる。
Specifically, the high-
同様に、フィルタ部64は、補機バッテリSB(図1)と低圧系インバータ部72との間に接続され、主として、低圧系インバータ部72から補機バッテリSBに向かう直流電力に含まれる高調波成分を低減する。一例として、フィルタ部64は、任意の低域通過フィルタからなる。
Similarly,
低圧系インバータ部72は、フィルタ部64とトランス66の低圧側との間に接続され、スイッチング動作を行なうことで、低圧系からフィルタ部64を介して供給される直流電力から単相交流電力を生成する。また、低圧系インバータ部72のスイッチング動作が停止された状態では、トランス66から低圧系インバータ部72に流入する単相交流電力は、全波整流されて直流電力に変換された後、フィルタ部64を介して低圧系へ出力する。
The low-voltage
具体的には、低圧系インバータ部72は、トランジスタQ21,Q22,Q23,Q24と、ダイオードD21,D22,D23,D24とからなる。素子間の接続構成については、上述の高圧系インバータ部70と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
Specifically, the low-
トランス66は、一方に入力された交流電力をその巻数比に応じた変圧比で変圧(昇圧もしくは降圧)し、他方から出力する。本実施例では、トランス66の巻数比は、高圧系の電圧(288V)と、低圧系の電圧(12V)との電圧比に略一致するように決定される。
The
また、双方向コンバータ42は、電力変換動作(昇圧動作または降圧動作)に伴って自身を流れるコンバータ電流IDHを検出する電流検出部68をさらに備える。電流検出部68は、双方向コンバータ42を流れる電流経路の電流値を検出できれば、いずれの位置に設けてもよいが、本実施例では、トランス66の高圧側に設けられる。そして、電流検出部68は、検出したコンバータ電流IDHを制御装置2(図1)へ送出する。
双方向コンバータ42の動作について詳述すると、昇圧動作時には、低圧系インバータ部72がスイッチング指令PWCH(図1)に従ってスイッチング動作を行ない、交流電力を生成するとともに、高圧系インバータ部70ではスイッチング動作が停止される。これにより、低圧系から流入した直流電力は、低圧系インバータ部72で交流電力に変換された後、トランス66で昇圧される。そして、トランス66で昇圧された交流電力は、高圧系インバータ部70で全波整流された後、フィルタ部62でその高調波成分が低減されて、高圧系へ送出される。
The operation of
一方、降圧動作時には、上記の動作と逆の動作が実行される。すなわち、高圧系インバータ部70がスイッチング指令PWCH(図1)に従ってスイッチング動作を行ない、交流電力を生成するとともに、低圧系インバータ部72ではスイッチング動作が停止される。これにより、高圧系から流入した直流電力は、高圧系インバータ部70で交流電力に変換された後、トランス66で降圧される。そして、トランス66で降圧された交流電力は、低圧系インバータ部72で全波整流された後、フィルタ部64でその高調波成分が低減されて、低圧系へ送出される。
On the other hand, during the step-down operation, an operation opposite to the above operation is performed. That is, the high voltage
以上のように、双方向コンバータ42は、双方向の電力変換を可能に構成される。
再度、図1を参照して、エアコン用インバータ46は、エアコン用コンプレッサ48と電源線対PL,NLとの間に接続され、主バッテリMBから電源線対PL,NLを介して供給される直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により交流電力に変換する。そして、エアコン用インバータ46は、当該交流電力をエアコン用コンプレッサ48へ供給する。
As described above, the
Referring to FIG. 1 again,
エアコン用コンプレッサ48は、車両100の車室内を空調(エアーコンディション)するための冷凍サイクルを駆動するための圧縮機である。そして、エアコン用コンプレッサ48は、エアコン用インバータ46から供給される交流電力を受けて回転駆動し、圧縮動作を実行する。
The air-
表示部50は、運転席の前方に位置するインストルメントパネルなどに配置され、制御装置2からの各種情報を点灯または表示する。特に、表示部50は、後述する異常発生を運転者に知らせる。
The
制御装置2は、運転者の操作によって与えられる車両100の起動指令であるイグニッションオンIGONに応答して活性化し、車両100の走行に係る演算処理を実行する。特に、制御装置2は、イグニッションオンIGONが与えられると、主バッテリMBと電源線対PL,NLとを切離した状態で、補機バッテリSBからの供給電力を用いてコンデンサC1を充電するプリチャージを実行する。このプリチャージにおいて、車両100は、電圧検出部18によって検出されるコンデンサC1の充電電圧VL、および電流検出部68(図2)によって検出されるコンバータ電流IDHに基づいて、プリチャージ動作を実行する。以下、プリチャージ動作および制御装置2における制御構造について詳述する。
The
(プリチャージ動作)
図3は、この発明の実施の形態に従うプリチャージ動作を説明するための図である。
(Precharge operation)
FIG. 3 is a diagram for illustrating the precharge operation according to the embodiment of the present invention.
図3(a)は、正常時のプリチャージ動作を示す。一方、図3(b)は、異常発生時のプリチャージ動作を示す。 FIG. 3A shows a precharge operation in a normal state. On the other hand, FIG. 3B shows a precharge operation when an abnormality occurs.
図3(a)を参照して、制御装置2は、システムイネーブル信号SEを非活性化してシステムリレーSMR1,SMR2をオフ状態に維持するとともに、昇圧動作を実行させるように双方向コンバータ42を制御する。すると、双方向コンバータ42から直流電流が高圧系へ供給される。双方向コンバータ42から出力されたプリチャージ電流Iprは、正電源線PL、コンデンサC1および負電源線NLの経路で流れ、コンデンサC1を充電する。そして、コンデンサC1の充電電圧VLが主バッテリMBの出力電圧VbHと略一致するまで、コンデンサC1の充電は継続される。従来の技術では、コンデンサC1の充電電圧が主バッテリMBの出力電圧VbHと略一致すると、プリチャージ動作の完了と判断されていた。このプリチャージ動作の完了判定に対応して、双方向コンバータ42の電圧変換動作は停止される。続いて、制御装置2は、システムイネーブル信号SEを活性化することで、システムリレーSMR1,SMR2をオン状態に設定し、主バッテリMBを電源線対PL,NLと電気的に接続する。この時点で、主バッテリMBから昇圧コンバータ12および三相インバータ14,16(図1)に直流電力を供給できる状態、すなわち車両100が走行可能な状態が形成される。
Referring to FIG. 3A,
なお、プリチャージ動作中では、昇圧コンバータ12おおびエアコン用インバータ46は、停止状態に維持されるため、プリチャージ電流が昇圧コンバータ12もしくはエアコン用インバータ46へ流れることはない。
During the precharge operation, the
一方、図3(b)を参照して、昇圧コンバータ12を構成するトランジスタQ2に短絡故障が発生していると、プリチャージ動作中において、図3(a)と同様のプリチャージ電流Iprに加えて、短絡故障の発生しているトランジスタQ2を含む経路を流れる短絡電流Isが生じる。ここで、トランジスタQ2の短絡故障の態様(故障モード)として、比較的大きな抵抗値をもって導通状態になっている場合を想定すると、コンデンサC1の充電電圧VLは、短絡電流Isと短絡故障したトランジスタQ2の抵抗値との積に応じた電圧値まで上昇する。
On the other hand, referring to FIG. 3B, when a short-circuit failure occurs in transistor Q2 constituting
しかしながら、たとえ、コンデンサC1の充電電圧VLが主バッテリMBの出力電圧VbHと略一致するまで上昇したとしても、トランジスタQ2に短絡故障が発生している状態では、プリチャージ動作の完了と判断して、主バッテリMBを電源線対PL,NLと電気的に接続することはできない。主バッテリMBを電源線対PL,NLと電気的に接続してしまうと、主バッテリMBからトランジスタQ2へ大きな短絡電流が生じ、主バッテリMB、システムリレーSMR1,SMR2および電源線対PL,NLなどが損傷するおそれがあるからである。 However, even if the charging voltage VL of the capacitor C1 increases until it substantially matches the output voltage VbH of the main battery MB, it is determined that the precharge operation is completed in a state where a short-circuit fault has occurred in the transistor Q2. The main battery MB cannot be electrically connected to the power line pair PL, NL. When main battery MB is electrically connected to power supply line pair PL, NL, a large short-circuit current is generated from main battery MB to transistor Q2, and main battery MB, system relays SMR1, SMR2, power supply line pair PL, NL, etc. This is because there is a risk of damage.
そこで、本実施例においては、制御装置2は、コンデンサC1の充電電圧VLに加えて、双方向コンバータ42を流れるコンバータ電流IDHに基づいて、プリチャージ動作の完了を判断する。すなわち、正常時には、コンデンサC1が十分に充電されると、コンバータ電流IDHがほぼゼロとなるのに対して、短絡故障などの異常発生時には、コンデンサC1が十分に充電された後であっても、短絡電流Isが流れ続けるため、コンバータ電流IDHはゼロにはならない。
Therefore, in the present embodiment, the
具体的な一例として、制御装置2は、コンデンサC1の充電電圧VLが主バッテリMBの出力電圧VbHに近い所定の電圧値より大きく、かつ双方向コンバータ42のコンバータ電流IDHがゼロに近い所定の電流値より小さいときに限って、プリチャージ動作の完了と判断する。また、制御装置2は、双方向コンバータ42のコンバータ電流IDHが短絡電流に相当する所定の電流値より大きい状態がプリチャージ動作が完了すべき時間以上継続すると、高圧系に接続された装置に異常が発生したと判断する。
As a specific example, the
このような条件を採用することで、プリチャージ動作の完了を高い精度で判定することができ、かつ短絡故障などの発生時に、プリチャージ動作が完了したと誤って判断することを回避できる。 By adopting such a condition, it is possible to determine the completion of the precharge operation with high accuracy and to avoid erroneously determining that the precharge operation is completed when a short circuit failure occurs.
(制御構造)
図4は、この発明の実施の形態に従うプリチャージ動作に係る機能ブロック図である。なお、図4に示す機能ブロックは、各ブロックに相当する回路を制御装置2内に組込むことにより実現することもできるが、多くの場合、記録媒体などに格納されたプログラムを読込んで、当該プログラムに従って処理を実行することでも実現される。以下の機能ブロックについても同様である。
(Control structure)
FIG. 4 is a functional block diagram relating to the precharge operation according to the embodiment of the present invention. Note that the functional blocks shown in FIG. 4 can be realized by incorporating a circuit corresponding to each block in the
図4を参照して、制御装置2の制御構造は、比較部202,204,208と、論理積部206と、タイマー210と、遮断部212とを含む。なお、図4に示す制御構造は、イグニッションオンIGONが発せられた後に活性化し、処理が開始される。
Referring to FIG. 4, the control structure of
比較部202は、電圧検出部18によって検出されるコンデンサC1の充電電圧VLと、しきい値α1とを比較する。そして、比較部202は、コンデンサC1の充電電圧VLがしきい値α1より大きいと、出力信号SG1を高電圧レベル(以下、単に「H」レベルとも称す)に活性化する。
比較部204は、電流検出部68によって検出されるコンバータ電流IDHと、しきい値α2とを比較する。そして、比較部204は、コンバータ電流IDHがしきい値α2より小さいと、出力信号SG2を「H」レベルに活性化する。
Comparing
論理積部206は、出力信号SG1およびSG2の論理積を演算し、その結果に応じてシステムイネーブル信号SEを発する。すなわち、出力信号SG1およびSG2がいずれも「L」レベルに維持される処理開始時点では、システムイネーブル信号SEも非活性状態に維持され、システムリレーSMR1およびSMR2(図1)はオフ状態となっている。続いて、出力信号SG1およびSG2のいずれもが「H」レベルに活性化されると、論理積部206は、プリチャージ動作が完了したと判断し、システムイネーブル信号SEを活性化する。すると、システムリレーSMR1およびSMR2がオン状態に駆動される。なお、本実施例では、瞬間的なノイズなどによる誤判定を防止するために、論理積部206はタイマー206aを含む。タイマー206aは、出力信号SG1およびSG2のいずれもが「H」レベルである状態が所定時間だけ継続するとシステムイネーブル信号SEを活性化する。
The
一方、比較部208は、電流検出部68によって検出されるコンバータ電流IDHと、しきい値α3とを比較する。そして、比較部208は、コンバータ電流IDHがしきい値α3より大きいと、出力信号SG3を「H」レベルに活性化する。
On the other hand,
タイマー210は、出力信号SG3が「H」レベルに活性化されると継続時間の計測を開始するとともに、当該計測した継続時間がしきい値α4より長くなると、高圧系に接続された装置に異常が発生したと判断する。異常が発生したと判断すると、タイマー210は、異常信号FAL1を発する。
When the output signal SG3 is activated to the “H” level, the
遮断部212は、論理積部206の出力経路に介挿され、異常信号FAL1に応答して、当該出力経路を電気的に遮断可能に構成される。すなわち、遮断部212は、異常信号FAL1が発せられると、論理積部206から出力されるシステムイネーブル信号SEを遮断し、論理積部206の出力にかかわらず、システムリレーSMR1およびSMR2をオフ状態に維持する。
The blocking
また、制御装置2の制御構造は、減算部220,222と、PI演算部224,226と、変調部(MOD)228,230と、選択部232と、遮断部234とをさらに含む。これらの機能ブロックは、双方向コンバータ42(図1)の電力変換動作を制御するために機能する。すなわち、双方向コンバータ42は、プリチャージ動作中に低圧系から高圧系に向けて電力変換動作(昇圧動作)を行なう一方、プリチャージ動作の完了後には高圧系から低圧系に向けて電力変換動作(降圧動作)を行なう必要がある。そこで、減算部220、PI演算部224および変調部228が昇圧動作を指示するためのスイッチング指令を生成し、減算部222、PI演算部226および変調部230が降圧動作を指示するためのスイッチング指令を生成する。そして、選択部232が、状況に応じて出力を選択的に切換える。以下、その詳細について説明する。
Further, the control structure of the
減算部220は、主バッテリMBの出力電圧VbHからコンデンサC1の充電電圧VLを減じ、その偏差をPI演算部224へ出力する。すなわち、減算部220は、コンデンサC1の充電電圧VLの電圧目標を主バッテリMBの出力電圧VbHに設定した場合の電圧偏差を出力する。
PI演算部224は、少なくとも比例要素(Proportional Element)および積分要素(Integral Element)を含み、減算部220から出力される偏差に応じた値を変調部228へ出力する。
The
変調部228は、双方向コンバータ42を昇圧動作させるためのスイッチング指令PWCLを生成する。より詳細には、双方向コンバータ42の低圧系インバータ部72(図2)をスイッチング動作させるためのスイッチング指令PWCLを生成する。
一方、減算部222は、補機バッテリSBの出力電圧目標VbL*から補機バッテリSBの出力電圧VbLを減じ、その偏差をPI演算部226へ出力する。
On the other hand,
PI演算部226は、PI演算部224と同様に、少なくとも比例要素および積分要素を含み、減算部222から出力される偏差に応じた値を変調部(MOD)230へ出力する。
Similar to the
変調部230は、双方向コンバータ42を降圧動作させるためのスイッチング指令PWCLを生成する。より詳細には、双方向コンバータ42の高圧系インバータ部70(図2)をスイッチング動作させるためのスイッチング指令PWCLを生成する。
選択部232は、システムイネーブル信号SEに応じて、変調部228および変調部230からそれぞれ出力されるスイッチング指令PWCLのいずれか一方を選択して、双方向コンバータ42へ与える。詳細には、選択部232は、プリチャージ動作中、すなわちシステムイネーブル信号SEが発せられていない状態では、変調部228からのスイッチング指令PWCLを双方向コンバータ42へ与える。また、選択部232は、プリチャージ動作の完了後、すなわちシステムイネーブル信号SEが発せられている状態では、変調部230からのスイッチング指令PWCLを双方向コンバータ42へ与える。
The
遮断部234は、選択部232の出力経路に介挿され、異常信号FAL1に応答して、当該出力経路を電気的に遮断可能に構成される。すなわち、遮断部234は、異常信号FAL1が発せられると、選択部232から出力されるスイッチング指令PWCLを遮断し、選択部232からの出力にかかわらず、双方向コンバータ42の電力変換動作を停止状態に維持する。
The blocking
(プリチャージ動作の一例)
図5は、正常時におけるプリチャージ動作の各部の時間変化を模式的に示すグラフである。
(Example of precharge operation)
FIG. 5 is a graph schematically showing a time change of each part of the precharge operation at the normal time.
図6は、異常発生時におけるプリチャージ動作の各部の時間変化を模式的に示すグラフである。 FIG. 6 is a graph schematically showing a time change of each part of the precharge operation when an abnormality occurs.
図5(a)および図6(a)は、双方向コンバータ42の電力変換動作を示す。図5(b)および図6(b)は、コンデンサC1の充電電圧VLを示す。図5(c)および図6(c)は、コンバータ電流IDHを示す。図5(d)および図6(d)は、システムイネーブル信号SEを示す。
FIG. 5A and FIG. 6A show the power conversion operation of the
図5(a)を参照して、イグニッションオンIGONが発せられると、制御装置2は、双方向コンバータ42に対して昇圧動作を実行させる。すると、図5(b)および図5(c)に示すように、コンデンサC1は双方向コンバータ42から出力されるコンバータ電流IDHにより充電され、コンデンサC1の充電電圧VLは上昇を開始する。プリチャージ動作が進み、時刻t11において、コンデンサC1の充電電圧VLが主バッテリMBの出力電圧VbH(≒しきい値α1)に達し、コンバータ電流IDHがゼロ(≒しきい値α2)に達する。本実施例では、論理積部206がタイマー206a(図4)を含むので、この状態がタイマー206aの動作時間(時刻t11〜時刻t12の間)だけ継続すると、プリチャージ動作の完了と判定される。
Referring to FIG. 5A, when ignition-on IGON is issued,
すると、図5(d)に示すように、システムイネーブル信号SEが活性化されて、主バッテリMBが高圧系に電気的に接続されるとともに、図5(a)に示すように、双方向コンバータ42の昇圧動作が停止され、補機バッテリSBを充電するために降圧動作に切換えられる。 Then, as shown in FIG. 5 (d), the system enable signal SE is activated to electrically connect the main battery MB to the high voltage system, and as shown in FIG. 5 (a), the bidirectional converter. The step-up operation of 42 is stopped, and the operation is switched to the step-down operation in order to charge the auxiliary battery SB.
一方、図6を参照して、異常発生時におけるプリチャージ動作を以下に説明する。
図6(a)に参照して、イグニッションオンIGONが発せられると、制御装置2は、双方向コンバータ42に対して昇圧動作を実行させる。すると、図6(b)および図6(c)に示すように、コンデンサC1は双方向コンバータ42から出力されるコンバータ電流IDHにより充電され、コンデンサC1の充電電圧VLは上昇を開始する。しかしながら、たとえば、昇圧コンバータ12のトランジスタQ2(図1)に短絡故障が生じていれば、コンバータ電流IDHの一部は短絡電流として消費されるので、図5(b)の場合に比較して、コンデンサC1の充電電圧VLの上昇速度は抑制される。
On the other hand, referring to FIG. 6, the precharge operation when an abnormality occurs will be described below.
Referring to FIG. 6A, when ignition-on IGON is issued,
また、図6(c)に示すように、コンデンサC1の充電電圧VLが主バッテリMBの出力電圧VbHと略一致するまで上昇したとしても、コンバータ電流IDHは流れ続ける。このように、コンバータ電流IDHがしきい値α3より大きな状態がしきい値α4より長く継続すると、制御装置2は、異常発生と判断し、双方向コンバータ42によるコンデンサC1の充電を停止するとともに、プリチャージ動作を中止する。なお、制御装置2は、異常発生と判断すると、表示部50(図1)を介して、運転者などへ当該異常発生を知らせる。
Further, as shown in FIG. 6C, the converter current IDH continues to flow even if the charging voltage VL of the capacitor C1 increases until it substantially matches the output voltage VbH of the main battery MB. As described above, when the state where converter current IDH is larger than threshold value α3 continues longer than threshold value α4,
(プリチャージ動作の処理手順)
図7は、この発明の実施の形態に従うプリチャージ動作に係る処理手順を示すフローチャートである。
(Precharge operation procedure)
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure related to the precharge operation according to the embodiment of the present invention.
図7を参照して、制御装置2は、イグニッションオンIGONが発せられると、以下の処理を実行する。
Referring to FIG. 7,
制御装置2は、システムイネーブル信号SEを非活性状態に維持したまま、双方向コンバータ42に対して昇圧動作を指示するためのスイッチング指令PWCLを生成する(ステップS100)。そして、制御装置2は、電圧検出部18によって検出されるコンデンサC1の充電電圧VLがしきい値α1より大きいか否かを判断する(ステップS102)。
コンデンサC1の充電電圧VLがしきい値α1より大きい場合(ステップS102においてYESの場合)には、制御装置2は、電流検出部68によって検出されるコンバータ電流IDHがしきい値α2より小さいか否かを判断する(ステップS104)。コンバータ電流IDHがしきい値α2より小さい場合(ステップS104においてYESの場合)には、制御装置2は、プリチャージ動作の完了と判断する(ステップS106)。なお、ステップS102およびS104のいずれもがYESの状態が所定時間だけ継続した場合に限って、プリチャージ動作の完了と判断するようにしてもよい。
When charging voltage VL of capacitor C1 is greater than threshold value α1 (YES in step S102),
その後、制御装置2は、双方向コンバータ42での昇圧動作を停止し、コンデンサC1の充電を停止する(ステップS108)。そして、制御装置2は、プリチャージ処理を終了する。
Thereafter,
一方、コンデンサC1の充電電圧VLがしきい値α1より大きくない場合(ステップS102においてNOの場合)、もしくはコンバータ電流IDHがしきい値α2より小さくない場合(ステップS104においてNOの場合)には、制御装置2は、電流検出部68によって検出されるコンバータ電流IDHがしきい値α3より大きいか否かを判断する(ステップS110)。そして、電流検出部68によって検出されるコンバータ電流IDHがしきい値α3より大きい場合(ステップS110においてYESの場合)には、制御装置2は、当該状態がしきい値α4より長く継続しているか否かを判断する(ステップS112)。しきい値α4より長く継続している場合(ステップS112においてYESの場合)には、制御装置2は、高圧系に電気的に接続された装置に異常が発生したと判断する(ステップS114)。そして、双方向コンバータ42での電力変換動作を停止するとともに、主バッテリMBの高圧系への接続を禁止する(ステップS116)。そして、制御装置2は、プリチャージ処理を終了する。
On the other hand, when charging voltage VL of capacitor C1 is not larger than threshold value α1 (in the case of NO in step S102) or converter current IDH is not smaller than threshold value α2 (in the case of NO in step S104),
電流検出部68によって検出されるコンバータ電流IDHがしきい値α3より大きくない場合(ステップS110においてNOの場合)、もしくはしきい値α4より長く継続していない場合(ステップS112においてNOの場合)には、制御装置2は、ステップS102以下の処理を再度繰返す。
When converter current IDH detected by
(双方向コンバータにおける異常発生の監視機能)
上述した処理手順に従って、プリチャージ動作が完了すると、制御装置2は、システムイネーブル信号SEを活性化して、システムリレーSMR1およびSMR2をオン状態に駆動し、主バッテリMBと電源線対PL,NLとを電気的に接続する。そして、制御装置2は、主バッテリMBからの供給電力で補機バッテリSBを充電するように、双方向コンバータ42に降圧動作を実行させる。
(Abnormality monitoring function in bidirectional converter)
When the precharge operation is completed according to the above-described processing procedure,
ここで、双方向コンバータ42に何らかの故障が発生し、電力変換動作が不能になることも想定される。このような双方向コンバータ42の異常発生時において、電圧検出部20(図1)により検出される補機バッテリSBの出力電圧VbLの監視だけでは、早期に当該異常発生を検出することができない。すなわち、補機バッテリSBは、蓄電素子であるため、双方向コンバータ42による充電が中断したとしても、即座に出力電圧VbLが低下するわけではない。そのため、双方向コンバータ42からの充電電力が途絶えた後、出力電圧VbLが所定の下限電圧値を下回った時点では、補機バッテリSBに残存している充電電力は非常に少なくなっていると考えられる。
Here, it is assumed that some failure occurs in the
図8は、双方向コンバータ42における電力変換動作が不能となった場合の時間変化を模式的に示すグラフである。
FIG. 8 is a graph schematically showing a time change when the power conversion operation in the
図8(a)は、コンバータ電流IDHを示す。図8(b)は、補機バッテリSBの出力電圧VbLを示す。 FIG. 8A shows the converter current IDH. FIG. 8B shows the output voltage VbL of the auxiliary battery SB.
図8(a)を参照して、一例として、時刻t21で双方向コンバータ42に異常が発生すると、双方向コンバータ42から電流を出力することができなくなり、コンバータ電流IDHはゼロとなる。一方、補機バッテリSBは予め蓄電されているので、出力電圧VbLは急激に低下することなく、所定の時定数をもって低下する。そのため、出力電圧VbLが電圧V2より低くなるか否かに基づいて、双方向コンバータ42の異常発生を判断するような構成では、時刻t22になるまで双方向コンバータ42の異常発生を検出できない。その結果、双方向コンバータ42の異常発生が検出された時点では、補機バッテリSBに残存している充電電力は非常に少なくなっており、退避運転すらできないおそれもある。そこで、本実施例では、双方向コンバータ42が補機バッテリSBを充電する際に、コンバータ電流IDHに基づいて、双方向コンバータ42における異常発生を検出する。
Referring to FIG. 8A, as an example, when an abnormality occurs in
図9は、この発明の実施の形態に従う双方向コンバータ42における異常発生の監視に係る機能ブロック図である。
FIG. 9 is a functional block diagram relating to monitoring of occurrence of abnormality in
図9を参照して、制御装置2の制御構造は、比較部240を含む。なお、図9に示す制御構造は、システムイネーブル信号SEが発せられた後に活性化し、処理が開始される。
Referring to FIG. 9, the control structure of
比較部240は、電流検出部68(図2)によって検出されるコンバータ電流IDHとしきい値α5とを比較する。そして、比較部240は、コンバータ電流IDHがしきい値α5より小さいと、双方向コンバータ42における異常発生と判断し、異常信号FAL2を発する。異常信号FAL2に応答して、たとえば表示部50(図1)では、双方向コンバータ42の「故障」発生を示すランプなどが点灯する。さらに、当該異常発生を示すダイアグコードを発してもよい。
なお、しきい値α5は、予め定められた固定値でもよく、もしくは補機類44で消費される電力に応じた可変値でもよい。
The threshold value α5 may be a predetermined fixed value or a variable value corresponding to the power consumed by the
図10は、この発明の実施の形態に従う双方向コンバータ42における異常発生の監視に係る処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure relating to monitoring of occurrence of abnormality in
図10を参照して、制御装置2は、プリチャージ動作が完了したと判定すると、以下の処理を実行する。
Referring to FIG. 10, when determining that the precharge operation is completed,
制御装置2は、システムイネーブル信号SEを活性化し、システムリレーSMR1およびSMR2をオン状態に駆動する(ステップS200)。すると、主バッテリMBが電源線対PL,NLと電気的に接続される。そして、制御装置2は、主バッテリMBからの供給電力で補機バッテリSBを充電するように、双方向コンバータ42に対して降圧動作を指示するためのスイッチング指令PWCLを生成する(ステップS202)。
続いて、制御装置2は、電流検出部68によって検出されるコンバータ電流IDHがしきい値α5より小さいか否かを判断する(ステップS204)。コンバータ電流IDHがしきい値α5より小さくない場合(ステップS204においてNOの場合)には、制御装置2は、上記のステップS202およびS204を繰返す。
Subsequently,
一方、コンバータ電流IDHがしきい値α5より小さい場合(ステップS204においてYESの場合)には、制御装置2は、双方向コンバータ42において異常が発生していると判断する(ステップS206)。そして、制御装置2は、異常信号FAL2を発し(ステップS208)、処理を終了する。
On the other hand, if converter current IDH is smaller than threshold value α5 (YES in step S204),
(補機類についての電力マネジメント機能)
上述のような双方向コンバータ42における異常発生を監視する機能に加えて、双方向コンバータ42の過負荷状態を回避し、故障を未然に防止するように構成してもよい。
(Power management function for auxiliary equipment)
In addition to the function of monitoring the occurrence of an abnormality in the
車両のユーザは、車両購入後にさまざまな車載装置(たとえば、カーナビゲーション装置など)を付加することも多い。このような車載装置は、補機類44の電力を使用するため、設計時において相当の余裕量をもって双方向コンバータ42の定格値を設計しているにもかかわらず、後発的に付加された車載装置による消費電力の増加分がその余裕量を超過することもあり得る。そこで、本実施例では、コンバータ電流IDHに基づいて、双方向コンバータ42から補機類44へ供給される電力が定格値を超過しないように、補機類44についての電力マネジメントを行なう。
A vehicle user often adds various in-vehicle devices (for example, a car navigation device) after purchasing the vehicle. Since such an in-vehicle device uses the electric power of the
図11は、この発明の実施の形態に従う補機類44についての電力マネジメントに係る機能ブロック図である。
FIG. 11 is a functional block diagram relating to power management for
図11を参照して、制御装置2の制御構造は、減算部250と、負荷制限部252とを含む。なお、図11に示す制御構造は、システムイネーブル信号SEが発せられた後に活性化し、処理が開始される。
Referring to FIG. 11, the control structure of
減算部250は、双方向コンバータ42の定格値(定格電流)から電流検出部68によって検出されるコンバータ電流IDHを減じて、余裕量を算出する。そして、減算部250は、当該算出した余裕量を負荷制限部252へ出力する。
The
負荷制限部252は、減算部250から受けた余裕量に基づいて、補機類44での消費電力を制限するための制限信号LIMを発する。なお、制限信号LIMは、補機類44での消費電力を制限できるものであればどのような信号でもよいが、一例として、制限信号LIMが発せられた後には、さらなる電力を供給しないように構成してもよい。また、補機類44への供給経路を重要度に応じて区分けし、制限信号LIMにより、比較的重要度の低い供給経路に対する電力供給が遮断されるように構成してもよい。
The
なお、双方向コンバータ42から補機バッテリSBに供給される直流電力の電圧値はほぼ一定であるので、コンバータ電流IDHは双方向コンバータ42から供給される直流電力に比例した値を示す。そのため、コンバータ電流IDHに基づいて、電力マネジメントが可能となる。
Since the voltage value of the DC power supplied from
図12は、補機類44についての電力マネジメント機能における時間変化を模式的に示すグラフである。
FIG. 12 is a graph schematically showing a time change in the power management function for the
図12(a)は、コンバータ電流IDHを示す。図12(b)は、双方向コンバータ42における余裕量を示す。図12(c)は、制限信号LIMを示す。
FIG. 12A shows the converter current IDH. FIG. 12B shows a margin in the
図12(a)を参照して、一例として、車両100の作動中に補機類44での消費電力が漸増し、コンバータ電流IDHが双方向コンバータ42の定格値に近付いていくと、図12(b)に示すように、余裕量は漸減していく。そこで、負荷制限部252は、一例として、余裕量がしきい値α6を下回ると、図12(c)に示すように制限信号LIMを発し、補機類44での消費電力を制限する。
Referring to FIG. 12A, as an example, when the power consumption in
このような処理を実行することで、双方向コンバータ42が過負荷状態になることを回避し、故障を未然に防止することができる。
By executing such processing, it is possible to prevent the
図13は、この発明の実施の形態に従う補機類44についての電力マネジメントに係る処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing a processing procedure related to power management for
図13を参照して、制御装置2は、システムイネーブル信号SEが活性化されている場合において以下の処理を実行する。
Referring to FIG. 13,
まず、制御装置2は、主バッテリMBからの供給電力で補機バッテリSBを充電するように、双方向コンバータ42が降圧動作中か否かを判断する(ステップS300)。双方向コンバータ42が降圧動作中でない場合(ステップS300においてNOの場合)には、制御装置2は、本フローチャートの最初の処理に戻る。
First,
双方向コンバータ42が降圧動作中である場合(ステップS300においてYESの場合)には、制御装置2は、双方向コンバータ42の定格値に対する電流検出部68によって検出されるコンバータ電流IDHとの間の余裕量を算出する(ステップS302)。そして、制御装置2は、算出された余流量が所定のしきい値α6より小さいか否かを判断する(ステップS304)。算出された余裕量がしきい値α6より小さい場合(ステップS304においてYESの場合)には、制御装置2は、補機類44での消費電力を制限すべきであると判断する(ステップS306)。そして、制御装置2は、制限信号LIMを発する(ステップS308)。
When
一方、コンバータ電流IDHがしきい値α6より小さくない場合(ステップS304においてNOの場合)には、制御装置2は、制限信号LIMを解除する(ステップS310)。
On the other hand, when converter current IDH is not smaller than threshold value α6 (NO in step S304),
そして、制御装置2は、本フローチャートの最初の処理に戻る。
この発明の実施の形態では、主バッテリMBが「第1の直流電源」に相当し、昇圧コンバータ12、モータジェネレータMG1,MG2およびエアコン用インバータ46が「第1の負荷群」に相当し、コンデンサC1が「コンデンサ」に相当し、システムリレーSMR1およびSMR2が「リレー部」に相当し、補機バッテリSBが「第2の直流電源」に相当し、双方向コンバータ42が「双方向コンバータ」に相当し、エアコン用インバータ46が「インバータ装置」に相当し、補機類44が「第2の負荷群」に相当し、三相インバータ14,16およびモータジェネレータMG1,MG2が「駆動力発生機構」に相当する。また、電圧検出部18が「電圧検出手段」を実現し、電流検出部68が「電流検出手段」を実現し、制御装置2が「プリチャージ手段」を実現する。さらに、比較部202が「第1の比較手段」を実現し、比較部204が「第2の比較手段」を実現し、比較部208が「第3の比較手段」を実現し、比較部240が「第4の比較手段」および「第3の判断手段」を実現し、論理積部206が「第1の判断手段」を実現し、タイマー210が「第2の判断手段」を実現し、選択部232が「停止手段」を実現し、遮断部212および234が「異常処置手段」を実現し、減算部220、PI演算部224および変調部228が「第1の制御手段」を実現し、減算部222、PI演算部226および変調部230が「第2の制御手段」を実現し、減算部250が「算出手段」を実現し、負荷制限部252が「制限手段」を実現する。
And the
In the embodiment of the present invention, main battery MB corresponds to “first DC power supply”,
この発明の実施の形態によれば、電源線対PL,NLの線間に接続されるコンデンサC1のプリチャージに際して、コンデンサC1の充電電圧VLに基づいて充電状態を判断するとともに、双方向コンバータ42から電源線対PL,NLへ供給されるコンバータ電流IDHに基づいて、本来コンデンサC1に供給されるべき電流が供給されているか否かを判断できる。そのため、たとえば昇圧コンバータ12内で短絡故障などが生じている場合には、本来コンデンサC1に供給される電流値に比較して、当該短絡故障に起因する短絡電流分だけ電流値が増加するので、短絡故障などの異常発生を検出することができる。よって、より確実かつ安全にプリチャージを実行を実現できる。
According to the embodiment of the present invention, when the capacitor C1 connected between the power supply line pair PL, NL is precharged, the charging state is determined based on the charging voltage VL of the capacitor C1, and the
また、この発明の実施の形態によれば、双方向コンバータ42から補機バッテリSBに充電電力が供給されているときに、コンバータ電流IDHに基づいて、双方向コンバータ42における異常発生を監視する。これにより、その出力側には蓄電素子である補機バッテリSBが接続されている双方向コンバータ42であっても、電力変換動作が不能となるような異常が発生すれば、即座に検出することができる。そのため、補機バッテリSBの充電量が十分存在する間に、退避運転などのしかるべき対処を実行できる。
In addition, according to the embodiment of the present invention, when charging power is supplied from
さらに、この発明の実施の形態によれば、双方向コンバータ42から補機類44へ供給される電流が増加し、定格値に対する余裕量が減少すると、補機類44での消費電力を制限する。これにより、双方向コンバータ42の過負荷状態を回避し、故障を未然に防止することができる。
Furthermore, according to the embodiment of the present invention, when the current supplied from
なお、上述の実施例では、プリチャージ動作に係る処理、双方向コンバータにおける異常発生の監視処理、および補機類についての電力マネジメント処理を含む構成について例示したが、各処理は互いに独立して組込まれ実行されることが可能である。 In the above-described embodiment, the configuration including the processing related to the precharge operation, the monitoring processing for occurrence of abnormality in the bidirectional converter, and the power management processing for the auxiliary devices is illustrated, but each processing is incorporated independently of each other. Can be executed.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
2 制御装置、10,18,20 電圧検出部、11,68 電流検出部、12 昇圧コンバータ、13 電圧検出部、14,16 三相インバータ、42 双方向コンバータ、44 補機類、46 エアコン用インバータ、48 エアコン用コンプレッサ、50 表示部、62,64 フィルタ部、66 トランス、70 高圧系インバータ部、72 低圧系インバータ部、100 車両、202,204,208,240 比較部、206 論理積部、206a,210 タイマー、212,234 遮断部、220,222,250 減算部、224,226 PI演算部、228,230 変調部、232 選択部、252 負荷制限部、C1,C2 コンデンサ、D1〜D8,D11〜D14,D21〜D24 ダイオード、L1 インダクタ、MB 主バッテリ、MG1,MG2 モータジェネレータ、MNL 負供給線、MPL 正供給線、NL 負電源線、PL 正電源線、Q1〜Q8,Q11〜Q14,Q21〜Q24 トランジスタ、SB 補機バッテリ、SMR1,SMR2 システムリレー。
2
Claims (9)
第1の負荷群に直流電力を供給するための電源線対と、
前記電源線対の線間に接続されるコンデンサと、
前記第1の直流電源と前記電源線対との間に接続されるリレー部と、
第2の直流電源と、
前記第2の直流電源と前記電源線対との間に接続され、双方向の電力変換が可能な双方向コンバータと、
前記コンデンサの充電電圧を検出する電圧検出手段と、
前記双方向コンバータを流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記リレー部により前記第1の直流電源と前記電源線対とを電気的に切離した状態で、前記第2の直流電源からの供給電力を用いて前記コンデンサを充電するプリチャージ手段とを備え、
前記プリチャージ手段は、前記電圧検出手段によって検出される充電電圧値および前記電流検出手段によって検出される電流値に基づいて、プリチャージ動作を制御する、電力システム。 A first DC power supply;
A pair of power lines for supplying DC power to the first load group;
A capacitor connected between the power supply line pair;
A relay unit connected between the first DC power source and the power line pair;
A second DC power source;
A bidirectional converter connected between the second DC power source and the power line pair and capable of bidirectional power conversion;
Voltage detecting means for detecting a charging voltage of the capacitor;
Current detecting means for detecting a current flowing through the bidirectional converter;
Precharge means for charging the capacitor using power supplied from the second DC power supply in a state where the first DC power supply and the power supply line pair are electrically disconnected by the relay unit;
The precharge unit controls a precharge operation based on a charging voltage value detected by the voltage detection unit and a current value detected by the current detection unit.
前記電圧検出手段によって検出される充電電圧値と第1のしきい値とを比較する第1の比較手段と、
前記電流検出手段によって検出される電流値と第2のしきい値とを比較する第2の比較手段と、
前記充電電圧値が前記第1のしきい値より大きく、かつ前記電流値が前記第2のしきい値より小さいと、プリチャージ動作の完了と判断する第1の判断手段と、
前記第1の判断手段によってプリチャージ動作の完了と判断されると、前記双方向コンバータによる前記コンデンサの充電を停止する停止手段とを含む、請求項1に記載の電力システム。 The precharge means includes
First comparison means for comparing a charging voltage value detected by the voltage detection means with a first threshold value;
Second comparison means for comparing a current value detected by the current detection means with a second threshold value;
First determination means for determining that the precharge operation is completed when the charging voltage value is larger than the first threshold value and the current value is smaller than the second threshold value;
2. The power system according to claim 1, further comprising: a stopping unit that stops charging of the capacitor by the bidirectional converter when the first determining unit determines that the precharge operation is completed.
前記電流検出手段によって検出される電流値と第3のしきい値とを比較する第3の比較手段と、
前記電流値が前記第3のしきい値より大きい状態の継続時間を計測し、当該継続時間が第4のしきい値より長くなると、前記電源線対と電気的に接続された部位における異常発生と判断する第2の判断手段とをさらに含む、請求項1または2に記載の電力システム。 The precharge means includes
Third comparison means for comparing a current value detected by the current detection means with a third threshold value;
When the duration of the state where the current value is larger than the third threshold is measured and the duration is longer than the fourth threshold, an abnormality occurs in a portion electrically connected to the power line pair The power system according to claim 1, further comprising: a second determination unit that determines
前記インバータ装置は、前記プリチャージ中において、停止状態に維持される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力システム。 The first load group includes an inverter device that converts supply power from the first DC power source into AC power by a switching operation of a switching element;
The power system according to claim 1, wherein the inverter device is maintained in a stopped state during the precharge.
前記プリチャージ動作の完了後において、前記リレー部により前記第1の直流電源と前記電源線対とを電気的に接続する接続手段と、
前記接続手段によって前記第1の直流電源と前記電源線対とが電気的に接続された後に、前記第1の直流電源からの供給電力で前記第2の直流電源を充電するように、前記双方向コンバータの電力変換動作を制御する第2の制御手段と、
前記電流検出手段によって検出される電流値と第5のしきい値とを比較する第4の比較手段と、
前記電流値が前記第5のしきい値より小さいと、前記双方向コンバータにおける異常発生と判断する第3の判断手段とをさらに備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力システム。 The power system is
After the completion of the precharge operation, connection means for electrically connecting the first DC power supply and the power supply line pair by the relay unit;
After both the first DC power supply and the power supply line pair are electrically connected by the connecting means, the both DC power supplies are charged with the power supplied from the first DC power supply. Second control means for controlling the power conversion operation of the bidirectional converter;
Fourth comparison means for comparing a current value detected by the current detection means with a fifth threshold value;
The electric power system according to any one of claims 1 to 6, further comprising third determination means for determining that an abnormality has occurred in the bidirectional converter when the current value is smaller than the fifth threshold value. .
前記第2の直流電源と電気的に接続された第2の負荷群と、
前記双方向コンバータの定格値に対する前記電流検出手段によって検出される電流値との間の余裕量を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出される余裕量に基づいて、前記第2の負荷群での消費電力を制限する制限手段とをさらに備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力システム。 The power system is
A second load group electrically connected to the second DC power source;
Calculating means for calculating a margin between the current value detected by the current detecting means with respect to the rated value of the bidirectional converter;
The power system according to any one of claims 1 to 7, further comprising a limiting unit that limits power consumption in the second load group based on a margin amount calculated by the calculation unit.
前記第1の負荷群は、前記第1の直流電源からの供給電力により車両駆動力を発生可能に構成された駆動力発生機構を含む、車両。 A vehicle comprising the power system according to any one of claims 1 to 8,
The first load group includes a driving force generation mechanism configured to generate a vehicle driving force by electric power supplied from the first DC power source.
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