JP2009136111A - 電力システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力システムをより簡易な構成とすると共に電力システムの小型化を図る。
【解決手段】インバータ装置２２が過電圧信号出力回路２８を備えると共にＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１が過電圧信号出力回路を備えず、過電圧信号出力回路２８からのオンオフ信号に基づいてインバータ２４，２６およびＤＣ／ＤＣコンバータ３２の駆動制御やゲート遮断を行なう。これにより、インバータ装置２２とＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１とがそれぞれ過電圧信号出力回路を備えていてそれぞれ過電圧信号出力回路からの信号に基づいて駆動制御やゲート遮断を行なうものに比してシステムをより簡易な構成とすることができると共にシステムの小型化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力システムに関し、詳しくは、複数の装置と、該複数の装置が各々に備える機器と電力をやりとり可能な蓄電手段と、を備える電力システムに関する。

従来、この種の電力システムとしては、モータを駆動するインバータと、バッテリとインバータとに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、がそれぞれスイッチング回路部と過電圧判定部とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電力システムでは、インバータの過電圧判定部とＤＣ／ＤＣコンバータの過電圧判定部とのそれぞれにおいて、過電圧を検出したときに対応するスイッチング回路部の駆動を停止することにより、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータの自己保護機能を果たしている。
特開２００５−２２９６９９号公報

一般に、こうした電力システムでは、部品数を減らすなどより簡易な構成とすることが望まれる。また、こうした電力システムが自動車などに搭載される場合には、システム全体の小型化を図ることも望まれる。

本発明の電力システムは、より簡易な構成とすることや小型化を図ることを主目的とする。

本発明の電力システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電力システムは、
複数の装置と、該複数の装置が各々に備える機器と電力をやりとり可能な蓄電手段と、を備える電力システムであって、
前記複数の装置のうちいずれか一つが該複数の装置が各々に備える機器に入力される電圧が過電圧か否かを判定する過電圧判定手段を備え、
前記過電圧判定手段により前記複数の装置が各々に備える機器の少なくとも一つに入力される電圧が過電圧であると判定されたとき、該過電圧であると判定された機器である過電圧判定機器の駆動を制限する駆動制限手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の電力システムでは、複数の装置のうちいずれか一つがその複数の装置が各々に備える機器に入力される電圧が過電圧か否かを判定する過電圧判定手段を備え、その過電圧判定手段により複数の装置が各々に備える機器の少なくとも一つに入力される電圧が過電圧であると判定されたとき、その過電圧であると判定された機器である過電圧判定機器の駆動を制限する。したがって、複数の装置がそれぞれ過電圧判定手段を備えていてそれぞれに過電圧判定手段により電圧が過電圧であると判定された機器の駆動を制限するものに比して過電圧判定手段の数を減らして簡易な構成とすることができ、システム全体の小型化を図ることができる。

こうした本発明の電力システムにおいて、前記複数の装置は、前記蓄電手段に対して並列に接続され、前記過電圧判定手段は、前記複数の装置に入力される入力電圧を所定電圧と比較するコンパレータを備え、前記入力電圧が前記所定電圧より高いときに該入力電圧が過電圧であると判定する手段であり、前記駆動制限手段は、前記入力電圧が過電圧であると判定されたとき、前記複数の装置が各々に備える機器の全てを前記過電圧判定機器として駆動を制限する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、一つのコンパレータを用いて、入力電圧が所定電圧より高いときに複数の装置が各々に備える機器の全ての駆動を制限することができる。

また、本発明の電力システムにおいて、前記駆動制限手段は、前記過電圧判定機器を駆動停止する手段であるものとすることもできる。

さらに、本発明の電力システムにおいて、前記複数の装置は、電動機を駆動するインバータを有するインバータ装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータを有するＤＣ／ＤＣコンバータ装置と、を備えるものとすることもできる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電力システム２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電力システム２０は、図示するように、発電機および電動機として機能する同期発電電動機としての二つのモータＭＧ１，ＭＧ２と、この二つのモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ２４，２６を備えるインバータ装置２２と、二つのモータＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給したり二つのモータＭＧ１，ＭＧ２からの電力により充電する高圧バッテリ３０と、インバータ２４，２６と並列に接続され高圧バッテリ３０からの電力を変圧して低圧バッテリ３３に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ３２を備えるＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１と、高圧バッテリ３０をインバータ２４，２６やＤＣ／ＤＣコンバータ３２から切り離すリレー３４と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット４０と、を備える。実施例では、インバータ装置２２およびＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１は、それぞれワンチップとして構成されるものとした。

インバータ装置２２は、ゲート式のスイッチング素子（例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を有するインバータ２４，２６と、インバータ２４，２６の正極母線と負極母線とに取り付けられた平滑コンデンサ２７と、インバータ２４の入力電圧が過電圧であるか否かに応じた信号を出力する過電圧信号出力回路２８と、を備える。過電圧信号出力回路２８は、平滑コンデンサ２７の電圧Ｖｃと所定電圧Ｖｒｅｆとを入力端子から入力するコンパレータ２８ａと、コンパレータ２８ａの出力端子に抵抗２８ｂを介して接続されると共に接地に対してコンデンサ２８ｃを介して接続された出力端子２８ｄと、を備え、平滑コンデンサ２７の電圧Ｖｃが所定電圧Ｖｒｅｆ以下のときには電子制御ユニット４０にオフ信号を出力し、平滑コンデンサ２７の電圧Ｖｃが所定電圧Ｖｒｅｆより高いときには電子制御ユニット４０にオン信号を出力する。ここで、所定電圧Ｖｒｅｆは、平滑コンデンサ２７の電圧Ｖｃが過電圧か否かを判定するために用いられる電圧であり、インバータ２４，２６やＤＣ／ＤＣコンバータ３２を保護するために、インバータ２４，２６やＤＣ／ＤＣコンバータ３２の定格などに基づく電圧が用いられる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１は、ゲート式のスイッチング素子（例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を有するＤＣ／ＤＣコンバータ３２を備え、過電圧信号回路については備えないものとした。

電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ４２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ４４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ４６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ユニット４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２に取り付けられた回転位置センサ５１，５２からのロータの回転位置やインバータ２４，２６に取り付けられた電流センサからのモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット４０からは、インバータ２４，２６への駆動信号やＤＣ／ＤＣコンバータ３２への駆動信号，リレー３４への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された実施例の電力システム２０の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット４０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

駆動制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力が要求されるトルクとしての第１要求トルクＴ１＊，第２要求トルクＴ２＊や、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の目標駆動状態，過電圧判定フラグＦなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、第１要求トルクＴ１＊，第２要求トルクＴ２＊は、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力が要求されるトルクとして他のユニットなどから入力されるものであり、例えば、実施例の電力システム２０が車両に搭載されているときには、車両の走行をコントロールする制御ユニットによりアクセルペダルの踏み込み量などに基づいてモータＭＧ１やモータＭＧ２から出力すべきトルクとして設定されたものを入力するものとした。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の目標駆動状態は、低圧バッテリ３３の端子間電圧などに基づいて設定されたものを入力するものとした。さらに、過電圧判定フラグＦは、過電圧信号出力回路２８からの信号がオフ信号のとき即ち平滑コンデンサ２７の電圧Ｖｃが所定電圧Ｖｒｅｆ以下のときには値０が設定され、過電圧信号出力回路２８からの信号がオン信号のとき即ち平滑コンデンサ２７の電圧Ｖｃが所定電圧Ｖｒｅｆより高いときには値１が設定されるフラグである。

こうしてデータを入力すると、入力した過電圧判定フラグＦの値を調べ（ステップＳ１１０）、過電圧判定フラグＦが値０のときには、入力した第１要求トルクＴ１＊に基づくトルクがモータＭＧ１から出力されるようモータＭＧ１のインバータ２４を駆動制御すると共に第２要求トルクＴ２＊に基づくトルクがモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２のインバータ２６を駆動制御し（ステップＳ１２０）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２が目標駆動状態となるようＤＣ／ＤＣコンバータ３２を駆動制御し（ステップＳ１３０）、過電圧判定フラグＦが値１のときには、インバータ２４，２６をゲート遮断すると共に（ステップＳ１４０）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２をゲート遮断して（ステップＳ１５０）、駆動制御ルーチンを終了する。このように、実施例では、インバータ装置２２が過電圧信号出力回路２８を備えると共にＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１が過電圧信号出力回路を備えず、過電圧信号出力回路２８からのオンオフ信号を用いてインバータ２４，２６の駆動制御やゲート遮断だけでなくＤＣ／ＤＣコンバータ３２の駆動制御やゲート遮断も行なうから、インバータ装置２２とＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１とがそれぞれ過電圧信号出力回路を備えていてそれぞれ過電圧回路からの信号に基づいて駆動制御やゲート遮断を行なうものに比してＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１をより簡易な構成として小型化を図ることができる。この結果、システム全体としてもより簡易な構成として小型化を図ることができる。

以上説明した実施例の電力システム２０によれば、インバータ装置２２が過電圧信号出力回路２８を備えると共にＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１が過電圧信号出力回路を備えず、過電圧信号出力回路２８からのオンオフ信号に基づいてインバータ２４，２６およびＤＣ／ＤＣコンバータ３２の駆動制御やゲート遮断を行なうから、インバータ装置２２とＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１とがそれぞれ過電圧信号出力回路を備えていてそれぞれ過電圧信号出力回路からの信号に基づいて駆動制御やゲート遮断を行なうものに比してシステムをより簡易な構成とすることができると共にシステムの小型化を図ることができる。

実施例の電力システム２０では、インバータ装置２２が過電圧信号出力回路２８を備えていてＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１は過電圧信号出力回路を備えていないものとしたが、これに代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２が過電圧信号出力回路を備えていてインバータ装置２２は過電圧信号出力回路を備えていないものとしてもよい。

実施例の電力システム２０では、インバータ装置２２が過電圧信号出力回路２８を備えていてＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１は過電圧信号出力回路を備えていないものとしたが、インバータ２４とインバータ２６とがそれぞれワンチップとしてインバータ装置を構成する場合には、いずれか一方が過電圧信号出力回路を備え、他方は過電圧信号回路を備えないものとすればよい。

実施例の電力システム２０では、インバータ装置２２は、インバータ２４，２６を備えるものとしたが、一つだけインバータを備えるものとしてもよいし、３つ以上のインバータを備えるものとしてもよい。

実施例の電力システム２０では、過電圧信号出力回路２８は、コンパレータ２８ａを備え、平滑コンデンサ２７の電圧Ｖｃが所定電圧Ｖｒｅｆ以下のときには電子制御ユニット４０にオフ信号を出力し、平滑コンデンサ２７の電圧Ｖｃが所定電圧Ｖｒｅｆより高いときには電子制御ユニット４０にオン信号を出力するものとしたが、過電圧信号出力回路２８は、平滑コンデンサ２７の電圧Ｖｃが所定電圧Ｖｒｅｆより高いときに平滑コンデンサ２７の電圧Ｖｃが過電圧であることを示す信号を出力するものであれば、コンパレータ２８ａ以外のものを備えるものとしてもよい。ここで、過電圧信号出力回路２８が、インバータ２４，２６およびＤＣ／ＤＣコンバータ３２のいずれかの機器に対する過電圧が生じたときにどの機器に対する過電圧が生じているか判断可能な信号を出力できるものを用いる場合には、対応する機器だけをゲート遮断するものとしてもよい。この場合には、インバータ２４，２６，ＤＣ／ＤＣコンバータ３２において、それぞれ過電圧か否かの判定に用いる所定電圧が異なるものを用いることができる。

実施例の電力システム２０では、過電圧信号出力回路２８からオン信号が入力されたときには、インバータ２４，２６およびＤＣ／ＤＣコンバータ３２をゲート遮断して駆動停止するものとしたが、インバータ２４，２６およびＤＣ／ＤＣコンバータ３２の駆動を制限するものであれば、インバータ２４，２６およびＤＣ／ＤＣコンバータ３２の少なくとも一つについて完全に駆動停止しないものとしてもよい。

実施例の電力システム２０では、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ２４，２６を有するインバータ装置２２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を有するＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１と、を備えるものとしたが、これに代えて又は加えて、他の装置を備えるものとしてもよい。例えば、インバータ装置２２やＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１に加えて、二つのモータＭＧ１，ＭＧ２と高圧バッテリ３０との電力のやりとりを行なうために電圧を調整する昇圧コンバータを有する昇圧コンバータ装置や、車両などに搭載される場合における乗員室を空気調和する空調装置用のエアコンプレッサを駆動するインバータを有するエアコンプレッサ用インバータ装置などを備えるものとしてもよい。

ここで、実施例や変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、インバータ装置２２やＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１が「複数の装置」に相当し、高圧バッテリ３０が「蓄電手段」に相当し、過電圧信号出力回路２８が「過電圧判定手段」に相当し、過電圧信号出力回路２８からのオンオフ信号に基づく過電圧判定フラグＦに基づいてインバータ２４，２６およびＤＣ／ＤＣコンバータ３２の駆動制御やゲート遮断を行なう図２の駆動制御ルーチンを実行する電子制御ユニット４０が「駆動制限手段」に相当する。ここで、「複数の装置」としては、インバータ装置２２やＤＣ／ＤＣコンバータ装置３１に限定されるものではなく、昇圧コンバータ装置やエアコンプレッサ用インバータ装置など蓄電手段と電力をやりとり可能な機器を備えるものであれば如何なるものとしても構わない。「蓄電手段」としては、高圧バッテリ３０に限定されるものではなく、キャパシタなど、複数の装置が各々に備える機器と電力をやりとり可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「過電圧判定手段」としては、過電圧信号出力回路２８に限定されるものではなく、複数の装置のうちいずれか一つが複数の装置が各々に備える機器に入力される電圧が過電圧か否かを判定するものであれば如何なるものとしても構わない。「駆動制御手段」としては、過電圧信号出力回路２８からのオンオフ信号に基づく過電圧判定フラグＦに基づいてインバータ２４，２６およびＤＣ／ＤＣコンバータ３２の駆動制御やゲート遮断を行なうものに限定されるものではなく、過電圧判定手段により複数の装置が各々に備える機器の少なくとも一つに入力される電圧が過電圧であると判定されたとき、過電圧であると判定された機器である過電圧判定機器の駆動を制限するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例や変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電力システムの製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例としての電力システム２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット４０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

２０ 電力システム、２２ インバータ装置、２４ インバータ、２６ インバータ、２７ 平滑コンデンサ、２８ 過電圧信号出力回路、２８ａ コンパレータ、２８ｂ 抵抗、２８ｃ コンデンサ、２８ｄ 出力端子、３０ 高圧バッテリ、３１ ＤＣ／ＤＣコンバータ装置、３２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３３ 低圧バッテリ、３４ リレー、４０ 電子制御ユニット、４２ ＣＰＵ、４４ ＲＯＭ、４６ ＲＡＭ、５１，５２ 回転位置センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (4)

1. 複数の装置と、該複数の装置が各々に備える機器と電力をやりとり可能な蓄電手段と、を備える電力システムであって、
   前記複数の装置のうちいずれか一つが、該複数の装置が各々に備える機器に入力される電圧が過電圧か否かを判定する過電圧判定手段を備え、
   前記過電圧判定手段により前記複数の装置が各々に備える機器の少なくとも一つに入力される電圧が過電圧であると判定されたとき、該過電圧であると判定された機器である過電圧判定機器の駆動を制限する駆動制限手段と、
   を備える電力システム。
2. 請求項１記載の電力システムであって、
   前記複数の装置は、前記蓄電手段に対して並列に接続され、
   前記過電圧判定手段は、前記複数の装置に入力される入力電圧を所定電圧と比較するコンパレータを備え、前記入力電圧が前記所定電圧より高いときに該入力電圧が過電圧であると判定する手段であり、
   前記駆動制限手段は、前記入力電圧が過電圧であると判定されたとき、前記複数の装置が各々に備える機器の全てを前記過電圧判定機器として駆動を制限する手段である、
   電力システム。
3. 前記駆動制限手段は、前記過電圧判定機器を駆動停止する手段である請求項１または２記載の電力システム。
4. 前記複数の装置は、電動機を駆動するインバータを有するインバータ装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータを有するＤＣ／ＤＣコンバータ装置と、を備える請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載の電力システム。

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