JP2011050227A - Bidirectional converter and electric vehicle controller using the same - Google Patents
Bidirectional converter and electric vehicle controller using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011050227A JP2011050227A JP2009198843A JP2009198843A JP2011050227A JP 2011050227 A JP2011050227 A JP 2011050227A JP 2009198843 A JP2009198843 A JP 2009198843A JP 2009198843 A JP2009198843 A JP 2009198843A JP 2011050227 A JP2011050227 A JP 2011050227A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switching circuit
- bidirectional converter
- coil
- power
- voltage battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 title claims abstract description 70
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 44
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 24
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Abstract
Description
本発明は、順方向送電状態と逆方向送電状態とに作動する双方向コンバータ、及びこれを用いた電気自動車の制御装置に関する。 The present invention relates to a bidirectional converter that operates between a forward power transmission state and a reverse power transmission state, and an electric vehicle control device using the same.
一方から他方に電圧を変換しながら電力を送る順方向送電状態と、他方から一方に電圧を変換しながら電力を送る逆方向送電状態とに作動する双方向コンバータが開発されている。この双方向コンバータが適用される機器としては、高電圧系統と低電圧系統とを備える電気自動車が挙げられる。電気自動車は、駆動系に電力を供給する高電圧バッテリ(高電圧系統)、制御系に電力を供給する低電圧バッテリ(低電圧系統)、商用電源(例えばAC200V)が接続される充電口(低電圧系統)を備えている。このような電気自動車には双方向コンバータが組み込まれており、双方向コンバータを介して高電圧バッテリから低電圧バッテリに電力が供給され、双方向コンバータを介して充電口(商用電源)から高電圧バッテリに電力が供給されている。また、ハイブリッド型の電気自動車に搭載される双方向コンバータとして、高電圧バッテリから低電圧バッテリに電力を供給する機能と、高電圧バッテリが枯渇した場合に低電圧バッテリからモータジェネレータ(高電圧系統)に電力を供給する機能とを備えた双方向コンバータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Bidirectional converters have been developed that operate in a forward power transmission state in which power is transmitted while converting voltage from one to the other and in a reverse power transmission state in which power is transmitted while converting voltage from the other to the other. As an apparatus to which the bidirectional converter is applied, there is an electric vehicle including a high voltage system and a low voltage system. An electric vehicle has a high-voltage battery (high-voltage system) that supplies power to a drive system, a low-voltage battery (low-voltage system) that supplies power to a control system, and a charging port (low voltage) to which a commercial power supply (for example, AC 200 V) is connected. Voltage system). Such an electric vehicle incorporates a bidirectional converter, and power is supplied from the high voltage battery to the low voltage battery via the bidirectional converter, and the high voltage is supplied from the charging port (commercial power supply) via the bidirectional converter. Power is being supplied to the battery. In addition, as a bidirectional converter installed in hybrid electric vehicles, a function to supply power from a high voltage battery to a low voltage battery and a motor generator (high voltage system) from a low voltage battery when the high voltage battery is depleted There has been proposed a bidirectional converter having a function of supplying power to (see, for example, Patent Document 1).
ところで、高電圧系統から低電圧系統に電力を供給する場合と、低電圧系統から高電圧系統に電力を供給する場合とでは、双方向コンバータ内のトランスに要求される変圧比が異なることが多く、特許文献1に示されるように、トランスとは別に昇圧回路や降圧回路を組み込む必要がある。しかしながら、昇圧回路や降圧回路を別に組み込むことは、回路構成の複雑化を招くことになるため、双方向コンバータの低コスト化を阻害する要因となっていた。さらに、双方向コンバータが組み込まれる電気自動車の制御装置の低コスト化を阻害する要因となっていた。
By the way, when a power is supplied from a high voltage system to a low voltage system, and when a power is supplied from a low voltage system to a high voltage system, the transformation ratio required for the transformer in the bidirectional converter is often different. As shown in
本発明の目的は、双方向コンバータ及びこれを用いた電気自動車の制御装置の低コスト化を達成することにある。 An object of the present invention is to achieve cost reduction of a bidirectional converter and a control device for an electric vehicle using the bidirectional converter.
本発明の双方向コンバータは、第1スイッチング回路から第2スイッチング回路に電力を送る順方向送電状態と、前記第2スイッチング回路から前記第1スイッチング回路に電力を送る逆方向送電状態とに作動する双方向コンバータであって、前記第1スイッチング回路に接続される第1コイルと、前記第2スイッチング回路に接続されるとともにセンタータップを備える第2コイルとが磁気結合されるトランスを有し、前記第2スイッチング回路は、前記第2コイルの両端で通電を行う全コイル通電状態と、前記第2コイルの一端と前記センタータップとで通電を行う半コイル通電状態とに切り換えられることを特徴とする。 The bidirectional converter of the present invention operates in a forward power transmission state in which power is transmitted from the first switching circuit to the second switching circuit and in a reverse power transmission state in which power is transmitted from the second switching circuit to the first switching circuit. A bidirectional converter comprising a transformer in which a first coil connected to the first switching circuit and a second coil connected to the second switching circuit and including a center tap are magnetically coupled; The second switching circuit is switched between a full-coil energization state where energization is performed at both ends of the second coil and a half-coil energization state where energization is performed between one end of the second coil and the center tap. .
本発明の双方向コンバータは、前記第2スイッチング回路は、前記センタータップと正極ラインとの間に設けられる第1スイッチ手段と、前記第2コイルの両端と前記正極ラインとの間に設けられる第2スイッチ手段とを有し、前記第1スイッチ手段を開放して前記第2スイッチ手段を接続することにより、前記第2スイッチング回路を全コイル通電状態に切り換える一方、前記第1スイッチ手段を接続して前記第2スイッチ手段を開放することにより、前記第2スイッチング回路を半コイル通電状態に切り換えることを特徴とする。 In the bidirectional converter according to the present invention, the second switching circuit includes a first switch means provided between the center tap and the positive line, and a second switch provided between both ends of the second coil and the positive line. And switching the second switching circuit to an all-coil energized state by opening the first switch means and connecting the second switch means, while connecting the first switch means. The second switching circuit is opened to switch the second switching circuit to a half-coil energized state.
本発明の電気自動車の制御装置は、走行用モータに電力を供給する高電圧バッテリと、制御系に電力を供給する低電圧バッテリと、商用電源が接続される電源接続部とを備える電気自動車の制御装置であって、請求項1または2記載の双方向コンバータを有し、前記第1スイッチング回路に前記高電圧バッテリを接続し、前記第2スイッチング回路に前記低電圧バッテリ及び前記電源接続部を接続し、前記双方向コンバータを順方向送電状態に制御することにより、前記高電圧バッテリによって前記低電圧バッテリを充電する一方、前記双方向コンバータを逆方向送電状態に制御することにより、前記電源接続部に接続される商用電源によって前記高電圧バッテリを充電することを特徴とする。
An electric vehicle control apparatus according to the present invention is an electric vehicle including a high voltage battery that supplies electric power to a traveling motor, a low voltage battery that supplies electric power to a control system, and a power supply connection unit to which a commercial power supply is connected. A control device comprising the bidirectional converter according to
本発明の電気自動車の制御装置は、前記双方向コンバータを順方向送電状態に制御する際には、前記第2スイッチング回路は全コイル通電状態に切り換えられることを特徴とする。 The control device for an electric vehicle according to the present invention is characterized in that when the bidirectional converter is controlled to a forward power transmission state, the second switching circuit is switched to an all-coil energization state.
本発明の電気自動車の制御装置は、前記双方向コンバータを逆方向送電状態に制御する際には、前記第2スイッチング回路は半コイル通電状態に切り換えられることを特徴とする。 The control device for an electric vehicle according to the present invention is characterized in that when the bidirectional converter is controlled to be in a reverse power transmission state, the second switching circuit is switched to a half-coil energization state.
本発明の双方向コンバータによれば、第2スイッチング回路を全コイル通電状態と半コイル通電状態とに切り換えるようにしたので、第1コイルと第2コイルとの巻数比を切り換えることが可能となる。これにより、トランスの変圧比を切り換えることができるため、昇圧回路や降圧回路を削減することが可能となり、双方向コンバータの低コスト化を達成することが可能となる。 According to the bidirectional converter of the present invention, since the second switching circuit is switched between the full-coil energization state and the half-coil energization state, the turn ratio between the first coil and the second coil can be switched. . Thereby, since the transformer transformation ratio can be switched, it is possible to reduce the step-up circuit and the step-down circuit, and it is possible to reduce the cost of the bidirectional converter.
本発明の電気自動車の制御装置によれば、変圧比の切り換えが可能な双方向コンバータを組み込むようにしたので、1つの双方向コンバータを用いて、高電圧バッテリから低電圧バッテリに電力を供給することが可能となり、商用電源から高電圧バッテリに電力を供給することが可能となる。これにより、高電圧バッテリから低電圧バッテリに電力を供給するDC/DCコンバータや、商用電源から高電圧バッテリに電力を供給する車載充電器の共用化を図ることができ、電気自動車の制御装置の低コスト化を達成することが可能となる。 According to the control apparatus for an electric vehicle of the present invention, since the bidirectional converter capable of switching the transformation ratio is incorporated, power is supplied from the high voltage battery to the low voltage battery using one bidirectional converter. It becomes possible to supply power to the high voltage battery from the commercial power source. This makes it possible to share a DC / DC converter that supplies power from a high-voltage battery to a low-voltage battery and an in-vehicle charger that supplies power to a high-voltage battery from a commercial power source. Cost reduction can be achieved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は電気自動車10の構成を示す概略図である。この電気自動車10には本発明の一実施の形態である電気自動車の制御装置が適用されている。図1に示すように、電気自動車10は走行用モータ11を有している。走行用モータ11には歯車列12を介して駆動軸13が連結され、この駆動軸13には車輪14が連結されている。また、電気自動車10には走行用モータ11の電源として機能する高電圧バッテリ15が設けられている。この高電圧バッテリ15としては、例えば、電圧制御範囲が280V〜380Vとなるリチウムイオン二次電池が用いられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the
走行用モータ11にはインバータ20が接続されており、このインバータ20には通電ケーブル21,22を介して高電圧バッテリ15が接続されている。走行用モータ11を電動機として駆動する際には、インバータ20によって高電圧バッテリ15からの直流電流が交流電流に変換され、この交流電流が走行用モータ11に対して供給される。一方、走行用モータ11を発電機として駆動する際には、インバータ20によって走行用モータ11からの交流電流が直流電流に変換され、この直流電流が高電圧バッテリ15に対して供給される。なお、高電圧バッテリ15に接続される通電ケーブル21,22にはメインリレー23が設けられている。
An
高電圧バッテリ15には、電力変換ユニット24を介して低電圧バッテリ25が接続されている。低電圧バッテリ25としては、例えば、電圧制御範囲が10V〜14Vとなる鉛蓄電池が用いられる。低電圧バッテリ25は、インバータ20、電力変換ユニット24、後述する各種制御ユニット30,31の電源として機能するとともに、図示しない空調機器やヘッドライト等の電源として機能している。このように、低電圧バッテリ25から電気自動車10の制御系や補機類に対して電力が供給されるようになっている。また、電力変換ユニット24はDC/DCコンバータの機能を有しており、電力変換ユニット24を介して高電圧バッテリ15から低電圧バッテリ25に電力を供給することが可能となっている。
A
また、電気自動車10を統括的に制御するため、電気自動車10には車両制御ユニット30が設けられている。車両制御ユニット30には各種車両情報が入力されており、車両制御ユニット30は車両情報に基づき電力変換ユニット24やインバータ20等に対して制御信号を出力する。また、高電圧バッテリ15の充放電を制御するため、電気自動車10にはバッテリ制御ユニット(BCU)31が設けられている。このバッテリ制御ユニット31は、高電圧バッテリ15の電圧や電流を制御するとともに、電圧、電流、温度等に基づき高電圧バッテリ15の充電状態SOCを算出する。さらに、電気自動車10内には通信ネットワーク32が構築されており、この通信ネットワーク32を介して、車両制御ユニット30、バッテリ制御ユニット31、電力変換ユニット24、インバータ20等は相互に接続されている。
Further, in order to control the
また、商用電源33(例えばAC200V)を用いて高電圧バッテリ15を充電するため、電気自動車10には電源接続部としての充電口34が設けられている。この充電口34は接続端子35を備えており、接続端子35は電力変換ユニット24に接続されている。さらに、商用電源33に接続して使用される充電ケーブル36にはコネクタ37が設けられており、このコネクタ37には充電口34の接続端子35に対応する接続端子38が設けられている。そして、充電口34に対してコネクタ37を接続することにより、電力変換ユニット24を介して商用電源33から高電圧バッテリ15に電力を供給することが可能となる。すなわち、電力変換ユニット24は、DC/DCコンバータとしての機能を有するだけでなく、車載充電器としての機能をも有している。なお、商用電源33から高電圧バッテリ15を充電する際には、電力変換ユニット24を介して低電圧バッテリ25にも充電が施されている。
Moreover, in order to charge the
以下、電力変換ユニット24の構成について説明する。図2は電力変換ユニット24の構成を示す概略図である。図2に示すように、電力変換ユニット24は、高電圧バッテリ15が接続される高電圧部40と、低電圧バッテリ25が接続される低電圧部41と、充電口34が接続される交流電源部42とを有している。低電圧部41と交流電源部42との間には、絶縁型の力率改善回路(絶縁PFC)43が設けられている。交流電源部42に入力される商用電源33からの交流電流は、力率改善回路43を介して低電圧部41に対応する直流電流に変換される。また、高電圧部40と低電圧部41との間には、本発明の一実施の形態である双方向コンバータ44が設けられている。この双方向コンバータ44は低電圧部41の直流電流を昇圧させる機能を有しており、双方向コンバータ44を介して低電圧部41から高電圧部40に電力を送ることが可能となっている。また、双方向コンバータ44は高電圧部40の直流電流を降圧させる機能を有しており、双方向コンバータ44を介して高電圧部40から低電圧部41に電力を送ることが可能となっている。なお、双方向コンバータ44はフォワード方式のコンバータとなっている。
Hereinafter, the configuration of the
このように、電力変換ユニット24は力率改善回路43と双方向コンバータ44とを有することから、交流電源部42から低電圧部41を介して高電圧部40に電力を供給することができ、商用電源33を用いて高電圧バッテリ15を充電することが可能となる。また、電力変換ユニット24は双方向コンバータ44を有することから、高電圧部40から低電圧部41に電力を供給することができ、高電圧バッテリ15を用いて低電圧バッテリ25を充電することが可能となる。さらに、電力変換ユニット24は、高電圧部40と交流電源部42との間に低電圧部41を挟み込む構成であるため、緊急時においては、低電圧部41から高電圧部40に電力を供給することが可能となる。例えば、高電圧バッテリ15の電力が枯渇した場合であっても、低電圧バッテリ25の電力を用いて走行用モータ11を緊急的に動かすことができ、電気自動車10を安全な場所に移動させることが可能となる。また、高電圧バッテリ15の電力が枯渇した場合に、低電圧バッテリ25の低電圧系統に接続された電源(例えば、他の自動車のオルタネータ)によって高電圧バッテリ15を充電することが可能となる。
Thus, since the
また、電力変換ユニット24の低電圧部41には、双方向コンバータ44の駆動信号を生成する駆動回路45、力率改善回路43の駆動信号を生成する駆動回路46、これらの駆動回路45,46に対する制御信号を演算するCPU47が設けられている。さらに、低電圧部41にはCPU47や駆動回路45,46の制御電源として機能するフライバック方式の制御電源部48,49が設けられている。このように、電力変換ユニット24の制御系回路を低電圧部41に集約させることにより、制御系回路の簡素化や低コスト化が図られている。なお、一方の制御電源部48は高電圧部40からの電力を制御電源として利用し、他方の制御電源部49は交流電源部42からの電力を制御電源として利用している。これにより、高電圧バッテリ15の電力が枯渇した場合であっても、充電ケーブル36を充電口34に接続することで電力変換ユニット24を作動させることができ、商用電源33から高電圧バッテリ15に対して確実に電力を供給することが可能となる。
The
図3は双方向コンバータ44の構成を示す回路図である。図3に示すように、双方向コンバータ44は、電力変換ユニット24の高電圧部40に接続される第1スイッチング回路50と、電力変換ユニット24の低電圧部41及び交流電源部42に接続される第2スイッチング回路51とを有している。また、第1スイッチング回路50と第2スイッチング回路51との間にはトランス53が設けられており、このトランス53には第1スイッチング回路50に接続される第1コイルとしての一次コイル54と、第2スイッチング回路51に接続される第2コイルとしての二次コイル55とを有している。一次コイル54と二次コイル55とは共通の磁気回路に巻かれて磁気結合されており、二次コイル55にはセンタータップ56が設けられている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the
第1スイッチング回路50は4つのスイッチング素子S1〜S4を有している。これらのスイッチング素子S1〜S4としては、トランジスタ、IGBT、MOSFET等が用いられる。正極ライン60側のスイッチング素子S1と負極ライン61側のスイッチング素子S2とは直列接続されており、素子S1,S2の接続点は一次コイル54の一端62に接続されている。また、正極ライン60側のスイッチング素子S3と負極ライン61側のスイッチング素子S4とは直列接続されており、素子S3,S4の接続点は一次コイル54の他端63に接続されている。
The
第2スイッチング回路51は4つのスイッチング素子S5〜S8を有している。これらのスイッチング素子S5〜S8としては、トランジスタ、IGBT、MOSFET等が用いられる。正極ライン64側のスイッチング素子(第1スイッチ手段)S5は、二次コイル55のセンタータップ56に接続されている。また、正極ライン64側のスイッチング素子(第2スイッチ手段)S6は、整流素子65を介して負極ライン66側のスイッチング素子S7に直列接続されている。この整流素子65とスイッチング素子S7との接続点は、二次コイル55の一端67に接続されている。さらに、正極ライン64側のスイッチング素子S6は、整流素子68を介して負極ライン66側のスイッチング素子S8に直列接続されている。この整流素子68とスイッチング素子S8との接続点は、二次コイル55の他端69に接続されている。
The
ここで、図4(A)及び(B)はスイッチング素子S1〜S8の動作を示すタイミングチャートである。図4(A)には高電圧部40側の第1スイッチング回路50から低電圧部41側の第2スイッチング回路51に電力を供給する順方向送電状態が示され、図4(B)には低電圧部41側の第2スイッチング回路51から高電圧部40側の第1スイッチング回路50に電力を供給する逆方向送電状態が示されている。なお、図4(A)及び(B)においては、塗り潰した箇所がスイッチング素子のオン状態を示している。また、図5(A)及び(B)は順方向送電状態における双方向コンバータ44の通電径路を示す回路図である。また、図6(A)及び(B)は逆方向送電状態における双方向コンバータ44の通電径路を示す回路図である。
Here, FIGS. 4A and 4B are timing charts showing operations of the switching elements S1 to S8. 4A shows a forward power transmission state in which power is supplied from the
図4(A)に示すように、双方向コンバータ44の順方向送電時には、第1スイッチング回路50において、スイッチング素子S1,S4をオン状態に制御してスイッチング素子S2,S3をオフ状態に制御する第1モードと、スイッチング素子S1,S4をオフ状態に制御してスイッチング素子S2,S3をオン状態に制御する第2モードとが所定周期で交互に繰り返される。また、第2スイッチング回路51においては、スイッチング素子S6をオン状態に保持したまま、第1スイッチング回路50の第1及び第2モードに同期させるように、スイッチング素子S7をオン状態に制御してスイッチング素子S8をオフ状態に制御する第1モードと、スイッチング素子S7をオフ状態に制御してスイッチング素子S8をオン状態に制御する第2モードとが所定周期で交互に繰り返される。なお、図4(A)に示すように、順方向送電時においては、同期整流方式と位相シフト方式とを組み合わせてスイッチング制御が実行されている。
As shown in FIG. 4A, when the
このように、第1及び第2スイッチング回路50,51を制御することにより、図5(A)及び(B)に示す通電状態が交互に繰り返され、トランス53の電磁誘導作用によって第1スイッチング回路50から第2スイッチング回路51に電力が供給される。このとき、スイッチング素子S6がオン状態に保持されるため、スイッチング素子S7,S8を交互にオンオフ制御することにより、二次コイル55の両端67,69で通電が行われるようになっている。すなわち、スイッチング素子S5をオフ状態(開放状態)に切り換え、スイッチング素子S6をオン状態(接続状態)に切り換えることにより、二次コイル55の全体に通電を行う全コイル通電状態に第2スイッチング回路51が切り換えられることになる。
In this way, by controlling the first and
また、図4(B)に示すように、双方向コンバータ44の逆方向送電時には、第2スイッチング回路51において、スイッチング素子S5をオン状態に保持したまま、スイッチング素子S7をオン状態に制御してスイッチング素子S8をオフ状態に制御する第1モードと、スイッチング素子S7をオフ状態に制御してスイッチング素子S8をオン状態に制御する第2モードとが所定周期で交互に繰り返される。また、第1スイッチング回路50においては、第2スイッチング回路51の第1及び第2モードに同期させるように、スイッチング素子S1,S4をオン状態に制御してスイッチング素子S2,S3をオフ状態に制御する第1モードと、スイッチング素子S1,S4をオフ状態に制御してスイッチング素子S2,S3をオン状態に制御する第2モードとが所定周期で交互に繰り返される。なお、図4(B)に示すように、逆方向送電時においては、同期整流方式を用いてスイッチング制御が実行されている。
Further, as shown in FIG. 4B, when the
このように、第1及び第2スイッチング回路50,51を制御することにより、図6(A)及び(B)に示す通電状態が交互に繰り返され、トランス53の電磁誘導作用によって第2スイッチング回路51から第1スイッチング回路50に電力が供給される。このとき、スイッチング素子S5がオン状態に保持されるため、スイッチング素子S7,S8を交互にオンオフ制御することにより、二次コイル55の一端67,69とセンタータップ56とで通電が行われるようになっている。すなわち、スイッチング素子S5をオン状態に切り換え、スイッチング素子S6をオフ状態に切り換えることにより、二次コイル55の半分に通電を行う半コイル通電状態に第2スイッチング回路51が切り換えられることになる。
As described above, by controlling the first and
前述したように、順方向送電時には第2スイッチング回路51が全コイル通電状態に切り換えられる一方、逆方向送電時には第2スイッチング回路51が半コイル通電状態に切り換えられる。このように、全コイル通電状態と半コイル通電状態とを切り換えることにより、一次コイル54と二次コイル55との巻数比を切り換えることが可能となる。これにより、トランス53の変圧比を切り換えることができるため、一対のコイル54,55を備えたトランス53を用いながら、高電圧部40から低電圧部41に電力を供給する際の変圧比と、低電圧部41から高電圧部40に電力を供給する際の変圧比とを変えることが可能となる。
As described above, the
ここで、高電圧バッテリ15が接続される高電圧部40の電圧変動範囲は280V〜400Vであり、低電圧バッテリ25が接続される低電圧部41の電圧変動範囲は10V〜14Vである。このため、高電圧部40から低電圧部41に電力を供給する際には、高電圧部40の低電圧レベルである280Vから低電圧部41の高電圧レベルである14Vに降圧させる変圧能力が、双方向コンバータ44に対して要求されることになる。一方、低電圧部41から高電圧部40に電力を供給する際には、低電圧部41の低電圧レベルである10Vから高電圧部40の高電圧レベルである400Vに昇圧させる変圧能力が、双方向コンバータ44に対して要求されることになる。
Here, the voltage fluctuation range of the
このように、双方向コンバータ44を順方向送電状態に制御する際にトランス53に対して要求される変圧比と、双方向コンバータ44を逆方向送電状態に制御する際にトランス53に対して要求される変圧比とが異なるため、従来は何れかの変圧比に合わせてトランスを構成するとともに、昇圧回路や降圧回路を別に組み込む等の対策が必要となっていた。これに対し、本発明の双方向コンバータ44においては、第2スイッチング回路51を全コイル通電状態と半コイル通電状態とを切り換えることにより、トランス53の変圧比を切り換えることが可能となっている。これにより、昇圧回路や降圧回路を削減することができるため、双方向コンバータ44の回路構成の簡素化を図ることが可能となる。
Thus, the transformation ratio required for the
図7(A)は順方向送電時における変圧状況を示す説明図であり、図7(B)は逆方向送電時における変圧状況を示す説明図である。まず、図7(A)に示すように、図示するトランス53においては、一次コイル54の巻数が40となっており、二次コイル55の巻数が2となっている。高電圧部40から低電圧部41に電力を供給する順方向送電時には、第2スイッチング回路51が全コイル通電状態に切り換えられるため、トランス53の巻数比は40:2に設定される。これにより、高電圧部40の電圧レベルが280Vである場合には、トランス53を介して14Vまで電圧を引き下げることが可能となる。一方、図7(B)に示すように、低電圧部41から高電圧部40に電力を供給する逆方向送電時には、第2スイッチング回路51が半コイル通電状態に切り換えられるため、トランス53の巻数比は40:1に設定される。これにより、低電圧部41の電圧レベルが10Vである場合には、トランス53を介して400Vまで電圧を引き上げることが可能となる。
FIG. 7 (A) is an explanatory diagram showing a transformation state during forward power transmission, and FIG. 7 (B) is an explanatory diagram showing a transformation situation during reverse power transmission. First, as shown in FIG. 7A, in the illustrated
なお、トランス53を介して得られる出力電圧Voutは、以下の式(1)に示すように、入力電圧Vin及び巻数比mによって決定されるだけでなく、スイッチング素子S1〜S4,S7,S8を駆動する際のデューティ比Dによって決定されている。このため、双方向コンバータ44を用いて送電する際には、送電方向に応じてトランス53の巻数比mを切り換えた上で、必要な出力電圧Voutが得られるように入力電圧Vinに応じてデューティ比Dが調整されることになる。
Vout=m×D×Vin …(1)
The output voltage V out which is obtained through the
V out = m × D × V in (1)
これまで説明したように、本発明の双方向コンバータ44においては、二次コイル55の通電状態を切り換えることにより、トランス53の変圧比を切り換えるようにしている。これにより、複数の出力電圧レベルが要求される場合であっても、双方向コンバータ44から昇圧回路や降圧回路を省くことができるため、双方向コンバータ44の低コスト化を図ることが可能となる。また、変圧比の切り換えが可能な双方向コンバータ44を電気自動車の制御装置に組み込むことにより、複数の電力変換機器を組み込むことなく、高電圧バッテリ15から低電圧バッテリ25に電力を供給することができ、商用電源33から高電圧バッテリ15に電力を供給することが可能となる。すなわち、従来の電気自動車の制御装置においては、高電圧バッテリ15から低電圧バッテリ25に電力を供給するためのDC/DCコンバータと、商用電源33から高電圧バッテリ15に電力を供給するための車載充電器を備えていたが、本発明の電気自動車の制御装置においては、DC/DCコンバータ及び車載充電器の共用化を図ることが可能となる。
As described so far, in the
ここで、図8は従来の電気自動車100の構成を示す概略図であり、図9はDC/DCコンバータ101及び車載充電器102の構成を示す概略図である。なお、図8において、図2に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図8に示すように、高電圧バッテリ15から低電圧バッテリ25を充電するため、高電圧バッテリ15と低電圧バッテリ25との間にはDC/DCコンバータ101が設けられている。また、商用電源33から高電圧バッテリ15に電力を供給するため、充電口34と高電圧バッテリ15との間には車載充電器102が設けられている。図9に示すように、DC/DCコンバータ101には、降圧用のフォワードコンバータ103、制御信号を演算するCPU104、フォワードコンバータ103等の制御電源として機能する制御電源部105等が設けられている。また、車載充電器102には、交流電流を直流電流に変換する力率改善回路106、高電圧バッテリ15用のフォワードコンバータ107、低電圧バッテリ25用のフライバックコンバータ108、制御信号を演算するCPU109、フォワードコンバータ107等の制御電源として機能する制御電源部110等が設けられている。
Here, FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional
このように、DC/DCコンバータ101及び車載充電器102は多数の部品や回路によって構成されているが、本発明の電気自動車の制御装置においては、DC/DCコンバータ101及び車載充電器102の共用化を図ることができる。これにより、図2に示すように、重複回路部品(パワー部品,保護素子等)の削減、構造部品(筐体,カバー,ボルト,冷却構造部品等)の削減、周辺部品(ハーネス,ブラケット等)の削減を図ることができ、電気自動車の制御装置の製造コストや開発コストを大幅に引き下げることが可能となる。
As described above, the DC /
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、本発明の双方向コンバータ44を電気自動車の制御装置に適用しているが、これに限られることはなく、他の電気機器に対して本発明の双方向コンバータ44を適用しても良い。また、図示する電気自動車10は、駆動源として走行用モータ11のみを備えた電気自動車であるが、駆動源として走行用モータ11及びエンジンを備えたハイブリッド型の電気自動車であっても良い。さらに、図示する電気自動車10には、電源接続部として充電口34が設けられているが、電気自動車10側に電源接続部としての充電ケーブルを設けるようにしても良い。さらに、図示する電気自動車10には、商用電源33(例えばAC200V)から伸びる充電ケーブル36を接続するための充電口34が設けられているが、この充電口34に加えて急速充電用の充電口を設けるようにしても良い。この場合、急速充電用の充電口は電力変換ユニット24の高電圧部40に接続されることになる。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. In the above description, the
また、前述の説明では、高電圧バッテリ15、低電圧バッテリ25、商用電源33間での充放電を制御するため、順方向送電時には出力電圧を引き下げる一方、逆方向送電時には出力電圧を引き上げるようにしているが、これに限られることはなく、双方向で出力電圧を引き上げるようにしても良く、双方向で出力電圧を引き下げるようにしても良い。例えば、一次コイル54の巻数を3に設定し、センタータップ56付き二次コイル55の巻数を4に設定した場合には、第2スイッチング回路51を全コイル通電状態と半コイル通電状態とを切り換えることにより、一次コイル54の巻数と二次コイル55の巻数との大小関係を逆転させることが可能となる。このように、コイル54,55の巻数を設定することにより、双方向で出力電圧を引き上げることや、双方向で出力電圧を引き下げることが可能となる。
In the above description, in order to control charging / discharging among the
また、前述の説明では、順方向送電時に第2スイッチング回路51を全コイル通電状態に制御する一方、逆方向送電時に第2スイッチング回路51を半コイル通電状態に制御しているが、本発明の双方向コンバータ44を他の電気機器に対して適用する場合には、順方向送電時に第2スイッチング回路51を半コイル通電状態に制御しても良く、逆方向送電時に第2スイッチング回路51を全コイル通電状態に制御しても良い。すなわち、図5に示す順方向送電状態において、スイッチング素子S6をオフ状態に切り換えてスイッチング素子S5をオン状態に切り換えても良く、図6に示す逆方向送電状態において、スイッチング素子S5をオフ状態に切り換えてスイッチング素子S6をオン状態に切り換えても良い。
In the above description, the
10 電気自動車
11 走行用モータ
15 高電圧バッテリ
25 低電圧バッテリ
33 商用電源
34 充電口(電源接続部)
44 双方向コンバータ
50 第1スイッチング回路
51 第2スイッチング回路
53 トランス
54 一次コイル(第1コイル)
55 二次コイル(第2コイル)
56 センタータップ
64 正極ライン
S5 スイッチング素子(第1スイッチ手段)
S6 スイッチング素子(第2スイッチ手段)
DESCRIPTION OF
44
55 Secondary coil (second coil)
56
S6 Switching element (second switch means)
Claims (5)
前記第1スイッチング回路に接続される第1コイルと、前記第2スイッチング回路に接続されるとともにセンタータップを備える第2コイルとが磁気結合されるトランスを有し、
前記第2スイッチング回路は、前記第2コイルの両端で通電を行う全コイル通電状態と、前記第2コイルの一端と前記センタータップとで通電を行う半コイル通電状態とに切り換えられることを特徴とする双方向コンバータ。 A bidirectional converter operating in a forward power transmission state in which power is transmitted from the first switching circuit to the second switching circuit and in a reverse power transmission state in which power is transmitted from the second switching circuit to the first switching circuit;
A transformer in which a first coil connected to the first switching circuit and a second coil connected to the second switching circuit and having a center tap are magnetically coupled;
The second switching circuit is switched between a full-coil energization state where energization is performed at both ends of the second coil and a half-coil energization state where energization is performed between one end of the second coil and the center tap. Bidirectional converter.
前記第2スイッチング回路は、前記センタータップと正極ラインとの間に設けられる第1スイッチ手段と、前記第2コイルの両端と前記正極ラインとの間に設けられる第2スイッチ手段とを有し、
前記第1スイッチ手段を開放して前記第2スイッチ手段を接続することにより、前記第2スイッチング回路を全コイル通電状態に切り換える一方、
前記第1スイッチ手段を接続して前記第2スイッチ手段を開放することにより、前記第2スイッチング回路を半コイル通電状態に切り換えることを特徴とする双方向コンバータ。 The bidirectional converter according to claim 1, wherein
The second switching circuit includes first switch means provided between the center tap and a positive line, and second switch means provided between both ends of the second coil and the positive line.
While opening the first switch means and connecting the second switch means, the second switching circuit is switched to an all-coil energization state,
A bidirectional converter characterized in that the second switching circuit is switched to a half-coil energized state by connecting the first switch means and opening the second switch means.
請求項1または2記載の双方向コンバータを有し、
前記第1スイッチング回路に前記高電圧バッテリを接続し、前記第2スイッチング回路に前記低電圧バッテリ及び前記電源接続部を接続し、
前記双方向コンバータを順方向送電状態に制御することにより、前記高電圧バッテリによって前記低電圧バッテリを充電する一方、
前記双方向コンバータを逆方向送電状態に制御することにより、前記電源接続部に接続される商用電源によって前記高電圧バッテリを充電することを特徴とする電気自動車の制御装置。 A control device for an electric vehicle comprising a high-voltage battery that supplies power to a traveling motor, a low-voltage battery that supplies power to a control system, and a power supply connection unit to which a commercial power supply is connected,
A bidirectional converter according to claim 1 or 2,
Connecting the high voltage battery to the first switching circuit, connecting the low voltage battery and the power source connection to the second switching circuit;
While charging the low voltage battery with the high voltage battery by controlling the bidirectional converter to a forward power transmission state,
A control apparatus for an electric vehicle, wherein the high-voltage battery is charged by a commercial power source connected to the power source connection unit by controlling the bidirectional converter to a reverse power transmission state.
前記双方向コンバータを順方向送電状態に制御する際には、前記第2スイッチング回路は全コイル通電状態に切り換えられることを特徴とする電気自動車の制御装置。 The control apparatus for an electric vehicle according to claim 3,
When controlling the bidirectional converter to a forward power transmission state, the second switching circuit is switched to an all-coil energization state.
前記双方向コンバータを逆方向送電状態に制御する際には、前記第2スイッチング回路は半コイル通電状態に切り換えられることを特徴とする電気自動車の制御装置。 In the control apparatus of the electric vehicle according to claim 3 or 4,
When controlling the bidirectional converter to a reverse power transmission state, the second switching circuit is switched to a half-coil energization state.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009198843A JP5461113B2 (en) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | Bi-directional converter and electric vehicle control apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009198843A JP5461113B2 (en) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | Bi-directional converter and electric vehicle control apparatus using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011050227A true JP2011050227A (en) | 2011-03-10 |
JP5461113B2 JP5461113B2 (en) | 2014-04-02 |
Family
ID=43835980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009198843A Active JP5461113B2 (en) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | Bi-directional converter and electric vehicle control apparatus using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5461113B2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012169023A1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-13 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle power-supply system, and vehicle |
WO2013035801A1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | 三洋電機株式会社 | Charge storage system, charging/discharging circuit, and utility interconnection device |
WO2013186996A1 (en) * | 2012-06-14 | 2013-12-19 | パナソニック株式会社 | Electric power conversion device |
JP2014525728A (en) * | 2011-08-29 | 2014-09-29 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Converter circuit and method for transferring electrical energy |
WO2015163035A1 (en) * | 2014-04-23 | 2015-10-29 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Power supply device |
CN114454746A (en) * | 2020-11-09 | 2022-05-10 | 沃尔沃汽车公司 | On-board charger for battery of electric vehicle |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH099417A (en) * | 1995-06-14 | 1997-01-10 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Charger for electric car |
JP2007174784A (en) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Hitachi Ltd | Bi-directional dc-dc converter and control method therefor |
-
2009
- 2009-08-28 JP JP2009198843A patent/JP5461113B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH099417A (en) * | 1995-06-14 | 1997-01-10 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Charger for electric car |
JP2007174784A (en) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Hitachi Ltd | Bi-directional dc-dc converter and control method therefor |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012169023A1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-13 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle power-supply system, and vehicle |
JP2014525728A (en) * | 2011-08-29 | 2014-09-29 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Converter circuit and method for transferring electrical energy |
WO2013035801A1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | 三洋電機株式会社 | Charge storage system, charging/discharging circuit, and utility interconnection device |
JPWO2013035801A1 (en) * | 2011-09-09 | 2015-03-23 | 三洋電機株式会社 | Power storage system, charge / discharge circuit, and grid interconnection device |
EP2755294A4 (en) * | 2011-09-09 | 2015-09-09 | Sanyo Electric Co | Charge storage system, charging/discharging circuit, and utility interconnection device |
WO2013186996A1 (en) * | 2012-06-14 | 2013-12-19 | パナソニック株式会社 | Electric power conversion device |
JP2013258883A (en) * | 2012-06-14 | 2013-12-26 | Panasonic Corp | Power conversion device |
US9209698B2 (en) | 2012-06-14 | 2015-12-08 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Electric power conversion device |
WO2015163035A1 (en) * | 2014-04-23 | 2015-10-29 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Power supply device |
JP2015208171A (en) * | 2014-04-23 | 2015-11-19 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Power supply unit |
US10461553B2 (en) | 2014-04-23 | 2019-10-29 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Power source device |
CN114454746A (en) * | 2020-11-09 | 2022-05-10 | 沃尔沃汽车公司 | On-board charger for battery of electric vehicle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5461113B2 (en) | 2014-04-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8963482B2 (en) | Power supply apparatus for electrically powered vehicle and method for controlling the same | |
US10763690B2 (en) | Vehicle-side charging circuit for a vehicle with electric drive, and method for operating a vehicle-side current converter, and use of at least one winding of a vehicle-side electric machine for intermediate storagectrical machine for buffer | |
CN102412604B (en) | Power source device | |
JP5348334B2 (en) | Power supply device for electric vehicle and control method thereof | |
US8242627B2 (en) | Electrically powered vehicle | |
JP4770798B2 (en) | Power supply | |
JP4438887B1 (en) | Electric vehicle and charging control method for electric vehicle | |
KR20190010786A (en) | Electric vehicle | |
JP5461113B2 (en) | Bi-directional converter and electric vehicle control apparatus using the same | |
KR20160050953A (en) | Apparatus for converting power of electric vehicle | |
JP6973669B2 (en) | Power supply system and vehicles equipped with it | |
JP2008312394A (en) | Voltage conversion device | |
JP2019004544A (en) | Control system | |
JP5099344B2 (en) | Power converter | |
US11305655B2 (en) | Electric power conversion system for vehicle and control method thereof | |
JP2006081263A (en) | Bidirectional dc-dc converter | |
JP2013150524A (en) | Electric vehicle | |
JP2009225647A (en) | Power converter | |
JP6369509B2 (en) | Power conversion circuit | |
CN113043869A (en) | Battery system for vehicle and method for operating the same | |
JP2012175819A (en) | Vehicular electric power supply system | |
JP2000358305A (en) | Power device for hybrid electric vehicle | |
WO2011036784A1 (en) | Power supply system for vehicle | |
KR20200123889A (en) | System and method for controlling charging power of ec0-friendly vehicle | |
JP2005073443A (en) | Electric automobile system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120330 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130628 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130702 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130830 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140107 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140115 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5461113 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |