JP2007302129A - Power source device for hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド自動車用の電源装置に関し、特に補機バッテリより供給される直流電力を昇圧して平滑コンデンサをプリチャージするDC/DCコンバータを含むハイブリッド自動車用の電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device for a hybrid vehicle, and more particularly to a power supply device for a hybrid vehicle including a DC / DC converter that boosts DC power supplied from an auxiliary battery and precharges a smoothing capacitor.
電気自動車とエンジン駆動車との利点を有するハイブリッド自動車が、開発され実用に供されるようになった。最近のハイブリッド自動車では、電気自動車としての効率を高めるために主バッテリの電圧を数百ボルトの高電圧とし、モータの駆動と充電を効率よく制御するために高電圧で作動するインバータ回路とモータドライブ回路とを備えている。 Hybrid vehicles having the advantages of electric vehicles and engine-driven vehicles have been developed and put into practical use. In recent hybrid vehicles, the voltage of the main battery is set to a high voltage of several hundred volts to increase the efficiency as an electric vehicle, and the inverter circuit and the motor drive that operate at a high voltage to efficiently control the driving and charging of the motor Circuit.
通常、インバータ回路には平滑コンデンサが接続されている。この平滑コンデンサは電源投入時に突入電流がモータドライブ回路に流れるのを緩和するために設けられており、電源装置は平滑コンデンサを緩やかに充電するために抵抗器とスイッチとを備えている。この抵抗器およびスイッチには、高電圧・大電流が流れるため耐電圧・耐電流性能が要求される。その結果、抵抗器およびスイッチが高価になり、ひいては電源装置のコストアップとなる。 Usually, a smoothing capacitor is connected to the inverter circuit. The smoothing capacitor is provided to alleviate the flow of an inrush current to the motor drive circuit when the power is turned on, and the power supply device includes a resistor and a switch for slowly charging the smoothing capacitor. The resistor and the switch are required to have a withstand voltage / current resistance performance because a high voltage / large current flows. As a result, the resistor and the switch become expensive, which in turn increases the cost of the power supply device.
このような問題を解決するために、特許文献1には、インバータ回路への通電を開始する前に、双方向DC/DCコンバータを制御して補機バッテリの電圧を昇圧し、所定の電圧に達するまで平滑コンデンサをプリチャージしたのち、主バッテリからの高電圧を供給する制御装置を備え、従来の電源装置に用いられている突入電流抑制用の抵抗器およびスイッチを削減する技術が開示されている。 In order to solve such a problem, in Patent Document 1, before starting energization of the inverter circuit, the bidirectional DC / DC converter is controlled to boost the voltage of the auxiliary battery to a predetermined voltage. A technology is disclosed that includes a control device that precharges a smoothing capacitor until it reaches a high voltage and then supplies a high voltage from the main battery, and reduces the inrush current suppression resistors and switches used in conventional power supply devices. Yes.
しかし、特許文献1の技術では、突入電流抑制用の抵抗器およびスイッチを削減するために、双方向DC/DCコンバータに電力を供給する補機バッテリの充電状態を電圧センサでモニタしながら制御をおこなっていた。このため、補機バッテリの充電状態を判定することはできなかった。判定するためには電流センサの追加が必要となり、コストアップは必須であった。 However, in the technique of Patent Document 1, in order to reduce resistors and switches for inrush current suppression, control is performed while monitoring the charge state of the auxiliary battery that supplies power to the bidirectional DC / DC converter with a voltage sensor. I was doing it. For this reason, the charge state of the auxiliary battery could not be determined. In order to make a determination, it was necessary to add a current sensor, and an increase in cost was essential.
このような問題を解決するために、本発明に係るハイブリッド自動車用の電源装置は、エンジンにより駆動される発電機と、交流電力を直流電力にあるいは直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、発電機にて発電された電力を蓄積する主バッテリと、主バッテリで駆動されるモータと、インバータ回路と主バッテリとの間に並列に設けられた平滑コンデンサと、補機に直流電力を供給する補機バッテリと、を備え、補機バッテリより供給される直流電力を昇圧して平滑コンデンサをプリチャージするDC/DCコンバータ回路を含むハイブリッド自動車用の電源装置において、プリチャージにおける平滑コンデンサの直流電圧が所定電圧に達するまでの昇圧時間に基づいて補機バッテリの充電状態を判定する充電状態判定手段を有することを特徴とする。 In order to solve such problems, a power supply device for a hybrid vehicle according to the present invention includes a generator driven by an engine, an inverter circuit that converts AC power into DC power or DC power into AC power, DC power is supplied to the auxiliary machine, a main battery that stores the power generated by the generator, a motor driven by the main battery, a smoothing capacitor provided in parallel between the inverter circuit and the main battery, and A power supply device for a hybrid vehicle including a DC / DC converter circuit that boosts DC power supplied from the auxiliary battery and precharges the smoothing capacitor. Has a charging state determination means for determining the charging state of the auxiliary battery based on the boosting time until the voltage reaches a predetermined voltage. And wherein the Rukoto.
また、本発明に係るハイブリッド自動車用の電源装置において、DC/DCコンバータ回路は、さらに、主バッテリの電圧を補機バッテリの充電電圧まで降圧して補機バッテリの充電を行う充電手段を有し、充電状態判定手段にて補機バッテリの充電不足が検出された場合には、補機バッテリの充電状態に応じて主バッテリから補機バッテリに供給される充電電圧を上げることを特徴とする。 In the power supply apparatus for a hybrid vehicle according to the present invention, the DC / DC converter circuit further includes charging means for stepping down the voltage of the main battery to the charging voltage of the auxiliary battery to charge the auxiliary battery. When the charging state determination means detects that the auxiliary battery is insufficiently charged, the charging voltage supplied from the main battery to the auxiliary battery is increased according to the charging state of the auxiliary battery.
本発明を用いることにより、補機バッテリの充電状態を検出するための電圧・電流センサを削減することが可能となりコストダウンが実現できる。 By using the present invention, it is possible to reduce the voltage / current sensor for detecting the charging state of the auxiliary battery, and the cost can be reduced.
図1には、ハイブリッド自動車用の電源装置100の全体構成が示されている。ハイブリッド自動車用の電源装置100は、モータ・ジェネレータ22と、モータドライブ回路30と、主バッテリ24と、双方向DC/DCコンバータ40と、制御装置10と、を含んでいる。なお、モータ・ジェネレータ22はエンジン20から駆動されることで発電機として作動する。
FIG. 1 shows an overall configuration of a
モータドライブ回路30は、インバータ回路32と平滑コンデンサ36とを有し、インバータ回路32に供給される電圧(VL)を測定する電圧計34を備えている。また、主バッテリ24とモータドライブ回路30との間には、主バッテリの電圧(VB)を測定する電圧計26と、接続と分離を自在に行うコンタクタ25とが設けられている。なお、モータドライブ回路などには、例えば200ボルトの高電圧が主バッテリ24から印加される。
The
双方向DC/DCコンバータ40は二つのポートを有しており、一方のポートには例えば200ボルトが印加される電圧計34や平滑コンデンサ36などが接続され、他方のポートには例えば12ボルトが印加される補機バッテリ44や負荷42などが接続されている。
The bidirectional DC /
次に、制御装置10の概要を示す。制御装置10は、双方向DC/DCコンバータ40などを制御する昇降圧制御手段12と、補機バッテリの状態を判定する状態判定手段14とを備え、制御装置10には、二つの電圧計(26,34)と、双方向DC/DCコンバータ40と、コンタクタ25と、が接続されている。
Next, the outline | summary of the
制御装置10は、電圧計(26,34)からの情報に応じて双方向DC/DCコンバータ40と、コンタクタ25と、を制御する。これにより、補機バッテリ44の電力は、双方向DC/DCコンバータ40で昇圧され、双方向DC/DCコンバータ40は平滑コンデンサ36をプリチャージする。また、制御装置10の制御により双方向DC/DCコンバータ40は、主バッテリの高電圧を降圧して補機バッテリ44を充電する。
The
図2は、制御装置10における処理の概要を示すフローチャートであり、イグニッションONからインバータ作動までの初期処理の流れを示している。作動前の電源装置100は、コンタクタ25が“OFF”状態なので、主バッテリ24とモータドライブ回路30は電気的に切り離された状態である。
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of processing in the
最初に制御装置10が、ハイブリッド自動車を始動するための“イグニッションON”を検知する。すると、プリチャージのために制御装置10は、昇降圧制御手段12をもちいて昇圧を双方向DC/DCコンバータ40に指示する(S10)。双方向DC/DCコンバータ40が昇圧を開始すると、制御装置10は平滑コンデンサ36に接続された電圧計34により電圧(VL)と昇圧時間を測定する。
First, the
制御装置10は、電圧(VL)が主バッテリの電圧(VB)に達した時点で(S12)、双方向DC/DCコンバータ40の作動を停止し、コンタクタ25を“ON”状態とする(S14)。制御装置10は得られた昇圧時間により、補機バッテリ44の充電状態を状態判定手段14にて判定する。次に、昇降圧制御手段12を用いて補機バッテリ44の充電電圧を双方向DC/DCコンバータ40へ指示する(S16)。このような処理を経てインバータ回路32を始動(S18)し、初期処理が終了する。
When the voltage (VL) reaches the voltage (VB) of the main battery (S12), the
図3は補機バッテリ44の充電状態を判定する状態判定手段14の判定処理であり、図4は昇圧時間測定における時間−電圧のグラフである。図3と図4を用いて補機バッテリ44の状態判定処理を示す。
FIG. 3 is a determination process of the state determination means 14 for determining the charging state of the
制御装置10は、双方向DC/DCコンバータ40へ昇圧の指示を送信したのち、平滑コンデンサ36へのプリチャージ(充電)が始まったことを電圧計34の電圧(VL)で検出する(S20)。制御装置10は、昇圧時間測定を実行して昇圧開始から平滑コンデンサ36に充電される電圧が電圧しきい値(例えば、180V)を越えるまでの昇圧時間を測定する(S22)。
After transmitting the boost instruction to the bidirectional DC /
図4に示すように、制御装置10は、例えば昇圧時間が200msec以内であれば、“高SOC(State Of Charge:充電状態)”と判定し、プリチャージ後の充電モードに“通常充電”を設定する(S24)。また、例えば昇圧時間が200msecを越え400msec以内であれば、充電量が減少している“低SOC”と判定し、プリチャージ後の充電モードに“急速受電”を設定する(S29)。ここで、充電モードに“通常充電”または“急速充電”と設定された場合は“補機バッテリ:正常”であるので充電処理(S26)をおこなうために判定処理を終了する。なお、充電処理は、双方向DC/DCコンバータを用いて主バッテリの高電圧を補機バッテリの充電電圧に降圧して実行される。
As shown in FIG. 4, for example, if the boosting time is within 200 msec, the
昇圧時間が400msecを越える場合は、“低SOC”より低い“極低SOC”であり、なんらかの異常が発生している可能性があるので、電圧計34(VL)にて測定された電圧レベルから異常の種類を判定する(S30)。もし、電圧が0Vの場合は、制御装置10は双方向DC/DCコンバータ40の異常により昇圧が作動していないと判断する(S32)。また、電圧が検出された場合、制御装置10は後述する制限リミッタによる出力制限が作動した“補機バッテリ:劣化”と判断する(S34)。なお、これらの判断結果は表示器(図示せず)に表示される。
When the boosting time exceeds 400 msec, it is “very low SOC” lower than “low SOC”, and some abnormality may have occurred. Therefore, from the voltage level measured by the voltmeter 34 (VL) The type of abnormality is determined (S30). If the voltage is 0 V, the
なお、制御装置10は、状態判定結果の充電モードに応じて“通常充電”時には例えば14V、“急速充電”時には例えば14.4V、を双方向DC/DCコンバータ40に指示する。このような充電処理とすることで、補機バッテリ44の充電不足を急速に回復させることが可能となる。
Note that the
図5には、補機バッテリ44の電流−電圧特性図が示されており、図5を用いて双方向DC/DCコンバータ40の機能を説明する。双方向DC/DCコンバータ40には、双方向DC/DCコンバータ自身の保護を目的とした過電流制限リミッタと、補機バッテリ44に接続されている補機の電圧確保の目的とした低電圧制限リミッタと、が設けられている。したがって、プリチャージ時において双方向DC/DCコンバータ40は、低電圧制限リミッタ(例えば、8V)となるまで、かつ、補機バッテリから過電流制限リミッタ(例えば、120A)まで電力を引き抜く制御をおこなう。この仕組みは双方向DC/DCコンバータ40の電子回路で実現されている。なお、制限リミッタは公知の技術なので説明は省略する。
FIG. 5 is a current-voltage characteristic diagram of the
図5に示されるように、引き抜くことができる電流が大きいほど“高SOC状態”であり、電圧低下(例えば12V〜10V)が少ない。“低SOC状態”から“極低SOC状態”となると引き抜くことができる電流はさらに小さくなり、電圧低下(例えば12V〜8V)が大きくなる。特に、バッテリが“劣化”すると“極低SOC状態”となる場合が多く、結果としてプリチャージ時における昇圧時間が長くなる。 As shown in FIG. 5, the larger the current that can be extracted, the higher the “high SOC state”, and the lower the voltage drop (for example, 12V to 10V). When changing from the “low SOC state” to the “very low SOC state”, the current that can be drawn is further reduced, and the voltage drop (for example, 12V to 8V) is increased. In particular, when the battery “deteriorates”, the “ultra-low SOC state” is often obtained, and as a result, the boosting time during precharging becomes longer.
本実施形態では、プリチャージ時における昇圧時間が補機バッテリのSOCに応じて変化することを利用し、補機バッテリ44の充電状態を検出するための電圧・電流センサを設けることなく補機バッテリ44の充電状態を上述の時間−電圧のグラフから判定することが可能となる。
In the present embodiment, an auxiliary battery is provided without using a voltage / current sensor for detecting the charge state of the
以上、上述したように、本実施形態に係る電源装置100を用いることにより、補機バッテリ44の充電状態を検出するための電圧・電流センサを削減することが可能となりコストダウンが実現できるという効果がある。
As described above, by using the
なお、本実施形態では、電圧しきい値(180V),昇圧時間判定しきい値(200msec,400msec)や充電電圧として設定した電圧値(14V,14.4V)を用いた例を説明したが、これに限定するものではない。 In the present embodiment, the voltage threshold value (180 V), the boost time determination threshold value (200 msec, 400 msec) and the voltage value (14 V, 14.4 V) set as the charging voltage have been described. However, the present invention is not limited to this.
10 制御装置、12 昇降圧制御手段、14 状態判定手段、20 エンジン、22 モータ・ジェネレータ、24 主バッテリ、25 コンタクタ、26,34 電圧計、30 モータドライブ回路、32 インバータ回路、36 平滑コンデンサ、40 双方向DC/DCコンバータ、42 負荷、44 補機バッテリ、100 電源装置。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
プリチャージにおける平滑コンデンサの直流電圧が所定電圧に達するまでの昇圧時間に基づいて補機バッテリの充電状態を判定する充電状態判定手段を有することを特徴とするハイブリッド自動車用の電源装置。 A generator driven by an engine, an inverter circuit that converts AC power into DC power or DC power into AC power, a main battery that stores power generated by the generator, and a motor driven by the main battery And a smoothing capacitor provided in parallel between the inverter circuit and the main battery, and an auxiliary battery that supplies DC power to the auxiliary machine, and boosts and smoothes the DC power supplied from the auxiliary battery. In a power supply device for a hybrid vehicle including a DC / DC converter circuit for precharging a capacitor,
A power supply apparatus for a hybrid vehicle, comprising: a charging state determination unit that determines a charging state of the auxiliary battery based on a boosting time until the DC voltage of the smoothing capacitor in the precharge reaches a predetermined voltage.
DC/DCコンバータ回路は、さらに、
主バッテリの電圧を補機バッテリの充電電圧まで降圧して補機バッテリの充電を行う充電手段を有し、
充電状態判定手段にて補機バッテリの充電不足が検出された場合には、補機バッテリの充電状態に応じて主バッテリから補機バッテリに供給される充電電圧を上げることを特徴とするハイブリッド自動車用の電源装置。
In the hybrid vehicle power supply device according to claim 1,
The DC / DC converter circuit further includes:
Charging means for charging the auxiliary battery by lowering the voltage of the main battery to the charging voltage of the auxiliary battery,
A hybrid vehicle characterized by increasing a charging voltage supplied from the main battery to the auxiliary battery according to a charging state of the auxiliary battery when the charging state determining means detects that the auxiliary battery is insufficiently charged. Power supply.
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