JP2009254209A - Power supply control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電源制御システムに係り、特に、リアクトルを含み、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うことのできる電圧変換器を備える電源の作動を制御する電源制御システムに関する。 The present invention relates to a power supply control system, and more particularly, to a power supply control system that controls the operation of a power supply including a reactor and including a voltage converter that can step up and down between a low voltage and a high voltage.
回転電機を駆動する電源装置には、直交変換回路であるインバータと、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うコンバータが設けられるものがある。これらのインバータ、コンバータはスイッチング素子を用い大電力を扱うので、作動に伴って発熱し、温度が上昇する。そのために、温度が監視され、温度に応じて負荷への出力制限、コンバータの作動制限等が行なわれる。 Some power supply devices that drive rotating electrical machines are provided with an inverter that is an orthogonal transformation circuit and a converter that performs step-up / step-down between a low voltage and a high voltage. Since these inverters and converters use switching elements to handle large electric power, they generate heat and increase in temperature as they operate. For this purpose, the temperature is monitored, and output restriction to the load, operation restriction of the converter, and the like are performed according to the temperature.
例えば、特許文献1には、動力出力装置において、第2の実施形態として、昇降圧動作を行うDC/DCコンバータの温度管理を、リアクトルの温度に応じて、リアクトルを流れる電流のリップルを大きくして温度上昇させ、リップルを小さくして温度上昇を抑制することが開示されている。ここでは、DC/DCコンバータの昇圧側コンデンサの端子電圧を高く、スイッチング周波数を低く設定することでリップルを大きくし、その逆の設定でリップルを抑制することが述べられている。
For example, in
また、本発明に関連するコンバータの作動制御の技術として、特許文献2には、車両駆動装置において、昇圧コンバータの昇圧側電圧検出センサが故障したとき、昇圧側コンデンサから低圧直流電源側に急激なサージ電流が流れることを防止する構成が開示されている。ここでは、直流電源側に電流センサを設け、電流が直流電源から昇圧コンバータ側に流れるときに初めて昇圧コンバータの上アームをオンにすることが開示されている。 As a converter operation control technique related to the present invention, Patent Document 2 discloses that when a boost side voltage detection sensor of a boost converter fails in a vehicle drive device, the boost side capacitor suddenly moves to the low voltage DC power source side. A configuration for preventing a surge current from flowing is disclosed. Here, it is disclosed that a current sensor is provided on the DC power supply side, and the upper arm of the boost converter is turned on only when current flows from the DC power supply to the boost converter side.
また、特許文献3には、電圧変換装置において、昇圧コンバータの上アームをONにしたときの昇圧コンバータの昇圧側コンデンサにおいて周期的に振動する端子電圧を検出し、そのピーク電圧と周波数とから昇圧コンバータの故障を判定することが開示されている。ここでは、昇圧側コンデンサC2と、昇圧コンバータの上アームNPNトランジスタと、リアクトルLとで共振回路が構成されるので、そのピーク電圧の変化と周波数の変化の組合せから、C2の故障とLの故障を区別することができると述べられている。
Further, in
インバータとコンバータとを含む電源回路において、インバータの温度が上昇するときは、例えば、負荷である回転電機の駆動出力あるいは回生電力の制限等が行われ、インバータの作動電力を抑制することができる。また、これに伴って電圧変換器であるコンバータの温度が上昇するときは、低電圧蓄電装置である2次電池に対する電力の入出力を制限し、電圧変換器に流れる電力を制限することができる。 In a power supply circuit including an inverter and a converter, when the temperature of the inverter rises, for example, the drive output of a rotating electrical machine as a load or the regenerative power is limited, and the operating power of the inverter can be suppressed. Moreover, when the temperature of the converter which is a voltage converter rises in connection with this, the input / output of the electric power with respect to the secondary battery which is a low voltage electrical storage apparatus can be restrict | limited, and the electric power which flows into a voltage converter can be restrict | limited. .
ところで、低電圧蓄電装置と電圧変換器との間に低電圧で作動する補機等が接続されている場合、低電圧蓄電装置の電力の入出力を制限すると、補機への供給電力がその作動電力に不足することが生じ得る。このときには、不足電力を補うため、高電圧側から電圧変換器を介して電力が供給されることになる。すなわちインバータもその分の作動を行い、また、コンバータのリアクトルにも交流電流が流れる。このように、低電圧蓄電装置の電力の入出力を制限しているにもかかわらず、インバータの温度も上昇し、リアクトルも交流電流の周波数に応じて渦電流損失が発生して温度が上昇してしまう。このように、従来技術では、インバータ、電圧変換器の温度上昇抑制が不十分となる場合がある。 By the way, when an auxiliary machine that operates at a low voltage is connected between the low-voltage power storage device and the voltage converter, if the input / output of the power of the low-voltage power storage device is restricted, the power supplied to the auxiliary machine There may be a shortage of operating power. At this time, power is supplied from the high voltage side via the voltage converter in order to compensate for the insufficient power. That is, the inverter also performs the corresponding operation, and an alternating current also flows through the reactor of the converter. As described above, the inverter temperature also rises despite the restriction of power input / output of the low-voltage power storage device, and the reactor also rises in temperature due to eddy current loss depending on the frequency of the alternating current. End up. Thus, in the prior art, the temperature rise suppression of the inverter and the voltage converter may be insufficient.
本発明の目的は、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制することを可能とする電源制御システムを提供することである。他の目的は、補機への電力供給を確保しながら、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制することを可能とする電源制御システムを提供することである。 The objective of this invention is providing the power supply control system which makes it possible to suppress the temperature rise of a voltage converter effectively. Another object is to provide a power supply control system that can effectively suppress the temperature rise of the voltage converter while securing the power supply to the auxiliary machine.
本発明に係る電源制御システムは、高電圧側正極母線と負極母線との間に直列接続される上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子と、上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との間の接続点に一方側が接続され、低電圧側正極母線に他方端が接続されるリアクトルとを含み、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うことのできる電圧変換器と、リアクトルの温度を取得する手段と、上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子のON/OFFを制御する制御手段であって、リアクトルの温度に応じて、予め定めたリアクトルの温度範囲において上アーム側スイッチング素子をON状態のまま保持する制御手段と、を備えることを特徴とする。 A power supply control system according to the present invention includes an upper arm side switching element, a lower arm side switching element, an upper arm side switching element, and a lower arm side switching element connected in series between a high voltage side positive electrode bus and a negative electrode bus. A voltage converter capable of performing step-up / step-down between a low voltage and a high voltage, and a reactor including a reactor having one side connected to a connection point between the two and the other end connected to the low voltage side positive bus And a control means for controlling ON / OFF of the upper arm side switching element and the lower arm side switching element according to the temperature of the reactor in the predetermined temperature range of the reactor. And a control means for holding the switching element in the ON state.
また、本発明に係る電源制御システムにおいて、制御手段は、リアクトルが昇温するときの昇温側閾値温度と降温するときの降温側閾値温度とを予め定め、昇温側閾値温度と降温側閾値温度との間の温度範囲で上アーム側スイッチング素子をON状態のまま保持することが好ましい。 Further, in the power supply control system according to the present invention, the control means preliminarily sets a temperature rising side threshold temperature when the temperature of the reactor increases and a temperature decreasing side threshold temperature when the temperature decreases, and the temperature rising side threshold temperature and the temperature decreasing side threshold temperature are determined. It is preferable to keep the upper arm side switching element in the ON state in a temperature range between the temperature.
また、本発明に係る電源制御システムにおいて、リアクトルの温度に応じて、リアクトルの他方端に接続される低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行う蓄電装置入出力制限手段を備えることが好ましい。 The power supply control system according to the present invention may further include a power storage device input / output limiting unit that limits input power and output power to the low voltage power storage device connected to the other end of the reactor according to the temperature of the reactor. preferable.
また、本発明に係る電源制御システムにおいて、制御手段は、さらに、リアクトルの温度が昇温して予め定めた入出力制限閾値温度以上となるときに、リアクトルの他方端に接続される低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行う手段と、リアクトルの温度が入出力制限閾値温度を超えて昇温し、予め定めた昇温側閾値温度以上となるときに、上アーム側スイッチング素子をON状態のまま保持する手段と、上アーム側スイッチング素子がON状態のまま保持された後に状態で降温し、予め定めた降温側閾値温度を超えて低温側となるときに、上アーム側スイッチング素子のON状態の保持を解除する手段と、を含むことが好ましい。 Further, in the power supply control system according to the present invention, the control means further includes a low-voltage power storage connected to the other end of the reactor when the temperature of the reactor rises to be equal to or higher than a predetermined input / output limit threshold temperature. Means for limiting the input power and output power to the device, and when the temperature of the reactor exceeds the input / output limit threshold temperature and exceeds a predetermined temperature increase threshold temperature, the upper arm side switching element is Means for holding in the ON state, and the upper arm side switching element when the temperature is lowered in a state after the upper arm side switching element is held in the ON state, and the temperature is lower than a predetermined temperature drop side threshold temperature. And a means for releasing the holding of the ON state.
上記構成により、電源制御システムは、リアクトルの温度に応じて、予め定めたリアクトルの温度範囲において、リアクトルの上アーム側スイッチング素子をON状態のまま保持する。これによって、例えば、低電圧蓄電装置の電力の入出力が制限されているときでも、高電圧側からリアクトルを介して補機に必要な電力供給を行うことができ、また、リアクトルには交流電流でなく直流電流が流れるので、渦電流損失が抑制され、電圧変換器の温度上昇が抑制される。 With the above configuration, the power supply control system holds the reactor upper arm side switching element in the ON state in a predetermined reactor temperature range according to the temperature of the reactor. As a result, for example, even when the input / output of power of the low-voltage power storage device is restricted, it is possible to supply power necessary for the auxiliary machine from the high-voltage side via the reactor, and the reactor is supplied with an alternating current. Since direct current flows instead, eddy current loss is suppressed and the temperature rise of the voltage converter is suppressed.
また、電源制御システムにおいて、リアクトルの昇温側閾値温度と降温側閾値温度との間の温度範囲で上アーム側スイッチング素子をON状態のまま保持するので、リアクトルが低温のときは通常の制御を行うことができる。これにより、上アーム側スイッチング素子をON状態のまま保持することによる電圧の制御性低下を最小限に止めることができる。また、昇温側閾値温度と降温側閾値温度とを異なる温度とすることで、リアクトルの熱マスによる応答の遅れに対応でき、リアクトルの温度上昇を効果的に抑制できる。 Also, in the power supply control system, the upper arm side switching element is maintained in the ON state in the temperature range between the temperature increase side threshold temperature and the temperature decrease side threshold temperature, so that normal control is performed when the reactor is at a low temperature. It can be carried out. As a result, it is possible to minimize a decrease in voltage controllability due to holding the upper arm side switching element in the ON state. Further, by setting the temperature increase side threshold temperature and the temperature decrease side threshold temperature to different temperatures, it is possible to cope with a response delay due to the thermal mass of the reactor, and to effectively suppress the temperature increase of the reactor.
また、電源制御システムにおいて、リアクトルの温度に応じて、リアクトルの他方端に接続される低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行うので、リアクトルの温度上昇を抑制できる。 Further, in the power supply control system, the input power and the output power to the low voltage power storage device connected to the other end of the reactor are limited according to the temperature of the reactor, so that the temperature increase of the reactor can be suppressed.
また、電源制御システムにおいて、リアクトルの温度が昇温して入出力制限閾値温度以上となるときに、低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行い、さらに昇温して、昇温側閾値温度以上となるときに、上アーム側スイッチング素子をON状態のまま保持し、そこから降温して、降温側閾値温度を超えて低温側となるときに、上アーム側スイッチング素子のON状態の保持を解除する。このようなきめ細かい制御を行うことで、補機への電力供給を確保しながら、電圧変換器の温度上昇を効果的に抑制できる。 Also, in the power supply control system, when the temperature of the reactor rises and exceeds the input / output limit threshold temperature, the input power and output power to the low-voltage power storage device are limited, and the temperature is further increased. When the temperature is equal to or higher than the threshold temperature, the upper arm side switching element is kept in the ON state, the temperature is lowered from the temperature, and when the temperature is lower than the temperature lowering side threshold temperature, the upper arm side switching element is in the ON state. Release the hold. By performing such fine control, it is possible to effectively suppress the temperature rise of the voltage converter while securing the power supply to the auxiliary machine.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。なお以下では、回転電機として、車両に搭載されるモータ・ジェネレータを説明するが、車両は、インバータ、電圧変換器を含む電源回路を搭載する車両であれば、エンジンと回転電機とを搭載するハイブリッド車両の他、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池を搭載する車両等であってもよい。また、回転電機は、車両に搭載されるもの以外、例えば据置型のモータ・ジェネレータであってもよい。また、回転電機として、単にモータとしての機能を有するものでもよく、あるいは単に発電機としての機能を有するものであってもよい。また、以下では回転電機に対応して2つのインバータを備える電源回路の制御について説明するが、勿論1つの回転電機に対応して1つのインバータのみを備える場合であってもよく、それ以上のインバータを備えるものであってもよい。また、電源回路の構成として、蓄電装置、システムメインリレー、電圧変換器、平滑コンデンサ、放電抵抗、インバータ回路を有するものとして説明するが、これらの要素を適宜省略してもよく、またその他の要素を適宜付加するものとしてもよい。また、低電圧で作動する補機として、DC/DCコンバータ、空調用電気制御ユニット(A/C Electric Control Unit:A/C−ECU)、空調用インバータ(A/Cインバータ)、空調用のコンプレッサ(COMP)を説明するが、これら以外のもの、例えば、各種の低電圧作動モータ、ECU、ランプ、オーディオ機器等の各種車両搭載用電子機器等であってもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a motor / generator mounted on a vehicle will be described as a rotating electrical machine. However, if the vehicle is a vehicle mounted with a power circuit including an inverter and a voltage converter, a hybrid mounted with an engine and the rotating electrical machine. In addition to the vehicle, an electric vehicle not equipped with an engine, a vehicle equipped with a fuel cell, and the like may be used. The rotating electrical machine may be a stationary motor / generator, for example, other than the one mounted on the vehicle. In addition, the rotating electrical machine may simply have a function as a motor, or may simply have a function as a generator. In the following description, control of a power supply circuit including two inverters corresponding to a rotating electric machine will be described. Of course, only one inverter corresponding to one rotating electric machine may be provided. May be provided. The power supply circuit is described as having a power storage device, a system main relay, a voltage converter, a smoothing capacitor, a discharge resistor, and an inverter circuit, but these elements may be omitted as appropriate, and other elements May be added as appropriate. In addition, as auxiliary machines that operate at low voltage, a DC / DC converter, an electric control unit for air conditioning (A / C Electric Control Unit: A / C-ECU), an inverter for air conditioning (A / C inverter), a compressor for air conditioning (COMP) will be described, but other than these, for example, various low-voltage operation motors, ECUs, lamps, various on-vehicle electronic devices such as audio devices, and the like may be used.
なお、以下では、回転電機を作動制御するインバータの作動電圧である約600V程度の電圧を高電圧とし、蓄電装置の両端電圧である約200Vから約300V程度の電圧を低電圧として説明するが、これらの電圧値は説明のための例示であって、勿論これ以外の電圧値であっても構わない。また、低電圧で作動する補機とは、蓄電装置の両端電圧である約300V程度の電圧で直接作動する機器の他、この約200Vから約300V程度の電圧をさらに降圧して、例えば、約12Vの電圧で作動する各種電気機器も含む。その意味では、低電圧で作動する補機とは、電圧変換器の昇圧前の電圧で作動する機器全般を指すものである。 In the following description, a voltage of about 600 V, which is an operating voltage of an inverter that controls the rotating electrical machine, is assumed to be a high voltage, and a voltage of about 200 V to about 300 V, which is a voltage across the power storage device, is assumed to be a low voltage. These voltage values are illustrative examples, and of course other voltage values may be used. An auxiliary machine that operates at a low voltage is a device that operates directly at a voltage of about 300 V that is the voltage across the power storage device, and further reduces the voltage of about 200 V to about 300 V, for example, about Also includes various electrical devices that operate at a voltage of 12V. In that sense, an auxiliary machine that operates at a low voltage refers to all devices that operate at a voltage before boosting the voltage converter.
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。 In the following, similar elements are denoted by the same reference symbols in all the drawings, and redundant description is omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.
図1は、車両に搭載される回転電機等についての電源回路を制御する電源制御システム10の構成を示す図である。電源制御システム10は、車両の走行状態等に応じて、車両に搭載される電源回路の各構成要素の作動を制御する機能を有する。電源制御システム10は、電源回路12と制御部60とを含んで構成される。なお、図1には、電源制御システム10の構成要素ではないが、2つの回転電機6,8、空調用コンプレッサ4が図示されている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power
2つの回転電機6,8のうち、第1の回転電機(MG1)6は、例えば、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ(MG)であって、その場合には、図示されていないエンジンに接続され、エンジンの駆動力によって発電する機能を有する三相同期型回転電機である。第1の回転電機6は、例えば、約600Vの高電圧で作動する第1のインバータ(MG1インバータ)36によって作動制御される。 Of the two rotating electrical machines 6 and 8, the first rotating electrical machine (MG1) 6 is, for example, a motor / generator (MG) mounted on a vehicle, and in this case, connected to an engine (not shown). And a three-phase synchronous rotating electric machine having a function of generating electric power by the driving force of the engine. The operation of the first rotating electrical machine 6 is controlled by, for example, a first inverter (MG1 inverter) 36 that operates at a high voltage of about 600V.
第2の回転電機(MG2)8は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ(MG)であって、電力が供給されるときは電動機として機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。車両に搭載される第2の回転電機8は、図示されていない車両の車軸に伝達されるエンジンの動力を補助して、駆動力を高める機能を有する。第2の回転電機8も、第1の回転電機6と同様に、例えば、約600V程度の高電圧で作動する第2のインバータ(MG2インバータ)38によって作動制御される。 The second rotating electrical machine (MG2) 8 is a motor / generator (MG) mounted on the vehicle, which functions as an electric motor when electric power is supplied and functions as a generator during braking. Electric. The second rotating electrical machine 8 mounted on the vehicle has a function of assisting engine power transmitted to a vehicle axle (not shown) to increase driving force. Similarly to the first rotating electrical machine 6, the second rotating electrical machine 8 is also controlled by a second inverter (MG2 inverter) 38 that operates at a high voltage of about 600 V, for example.
空調用コンプレッサ(COMP)4は、車両に搭載される空調装置を構成する圧縮機である。空調用コンプレッサ4は、例えば、約200Vから約300V程度の低電圧で作動する空調用インバータ(A/Cインバータ)58によって作動制御される。 The air-conditioning compressor (COMP) 4 is a compressor constituting an air-conditioning device mounted on the vehicle. The air conditioning compressor 4 is controlled by an air conditioning inverter (A / C inverter) 58 that operates at a low voltage of about 200V to about 300V, for example.
電源回路12は、蓄電装置14、システムメインリレー16、蓄電装置側の平滑コンデンサ18、電圧変換器20、インバータ側の平滑コンデンサ30、インバータユニット34、インバータ冷却系40、低電圧作動補機50を含んで構成される。
The
蓄電装置14は、充放電可能な2次電池で、この蓄電装置14は、電圧変換器20の低電圧側に配置されるので、低電圧蓄電装置と呼ぶことができる。蓄電装置14としては、例えば、約200Vから約300Vの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
The
システムメインリレー16は、蓄電装置14の正極母線と負極母線にそれぞれ設けられる大電力用リレーを含んで構成される大電力用遮断装置である。システムメインリレー16は、電源回路12が作動状態に入るときに接続状態とされ、電源回路12が作動を終了すると遮断状態とされる。このように、システムメインリレー16は、電源回路12が作動していないときに蓄電装置14をその他の要素から電力的に遮断することができ、これによって、例えば、車両の車体を、約200Vから約300Vの電圧またはこれを昇圧した約600Vの電圧から安全に遮断する機能を有する。
The system
蓄電装置14と電圧変換器20との間に設けられる蓄電装置側の平滑コンデンサ18は、低電圧側の電圧変動を抑制する機能を有するコンデンサである。平滑コンデンサ18の両端電圧としてVLが図1に図示されているが、このVLが、電圧変換器20の低電圧側の電圧である。
The smoothing
電圧変換器20は、リアクトル22と、2つのスイッチング素子24,26とを含んで構成される昇降圧回路である。電圧変換器20は、蓄電装置14側の約200Vから約300V程度の低電圧を、リアクトル22のエネルギ蓄積作用を利用して、例えば約600Vの高電圧に昇圧する機能を有する回路で、昇圧コンバータとも呼ばれる。また、電圧変換器20は双方向機能を有し、インバータユニット34を構成する第1のインバータ36及び第2のインバータ38の側からの電力を蓄電装置14側に充電電力として供給するときには、第1のインバータ36、第2のインバータ38の側の高電圧を蓄電装置14に適した低電圧に降圧する作用も有する。
The
リアクトル22は、一方端が蓄電装置14の側の正極母線に接続され、他方端が2つのスイッチング素子24,26の間の接続点に接続され、磁気エネルギを蓄積できる装置である。リアクトル22は、磁性体であるコアにコイルを巻回し、コイルに高周波信号を流すことでインダクタンスとして利用するもので、スイッチング素子24,26と合わせて用いて、昇降圧回路を構成することができる。コイルに高周波信号を流すことでコア、コイルは発熱し、例えば、約100℃から約200℃程度に温度が上昇することがある。
リアクトル22の近傍に配置される温度センサ28は、リアクトル22の温度θ1を検出し、適当な信号線を介して制御部60にその検出結果を伝送する機能を有する温度検出素子である。
The
2つのスイッチング素子24,26は、互いに直列に接続されて、インバータユニット34の正極母線と負極母線の間に配置される大電力スイッチングトランジスタである。2つのスイッチング素子24,26の間の接続点は、上記のように、リアクトル22の他方端に接続される。スイッチング素子24,26としては、ゲート絶縁型バイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transister:IGBT)を用いることができる。図1では、スイッチング素子24,26をnチャネル型として示されているが、電圧の関係でこれをpチャネル型とすることもできる。2つのスイッチング素子24,26には、それぞれに並列に、ダイオードが接続される。
The two
2つのスイッチング素子24,26のうち、一方側のスイッチング素子24は、コレクタ端子がインバータユニット34の正極母線に接続され、エミッタ端子が他方側のスイッチング素子26のコレクタ端子に接続され、ゲート端子が制御端子として、制御部60からの制御信号線に接続される。他方側のスイッチング素子26は、上記のようにコレクタ端子が一方側のスイッチング素子24のエミッタ端子に接続され、エミッタ端子が蓄電装置14とインバータユニット34に共通の負極母線に接続され、ゲート端子が制御端子として、制御部60からの制御信号線に接続される。
Of the two switching
なお、この2つのスイッチング素子24,26を区別して、正極母線側に接続される一方側のスイッチング素子24を上アーム側のスイッチング素子、負極母線側に接続される他方側のスイッチング素子26を下アーム側のスイッチング素子と呼ぶことができる。
The two
電圧変換器20は、スイッチング素子24,26の制御によって次のように昇圧動作と降圧動作を行う。昇圧動作のときは、インバータユニット34の側から蓄電装置14の側に電力が供給され、降圧動作のときは、蓄電装置14の側からインバータユニット34の側に電力が供給される。
The
昇圧動作の場合は、スイッチング素子24がオフとされ、スイッチング素子26がオンとされる。これによって、インバータユニット34との間の接続が開放状態となる。一方で、リアクトル22の他方端が負極母線と接続状態となるので、蓄電装置14の正極母線からリアクトル22を介して負極母線に向かって電流が流れる。このように、リアクトル22には、蓄電装置14から電流が流れ込むので、その電流をIとし、リアクトルのインピーダンスをLとして、(LI2)/2のエネルギがリアクトル22に蓄積される。これによりリアクトル22の他方端の電圧が上昇し、スイッチング素子24に並列に接続されるダイオードの作用によって、インバータユニット34の側の電圧との差がある程度以上となると、そのエネルギがインバータユニット34の側に流れ込む。これによって、インバータ側の平滑コンデンサ30の電圧が次第に上昇する。このようにして、インバータユニット34の正極母線と負極母線との間の電圧が高められて昇圧が行われる。
In the case of the boosting operation, the switching
降圧動作の場合は、昇圧動作と逆で、スイッチング素子26がオフとされ、スイッチング素子24がオンとされる。これによって、リアクトル22と負極母線との間の接続が開放状態となる。一方で、インバータユニット34の正極母線がリアクトル22の他方端と接続状態となるので、インバータ側の平滑コンデンサ30に蓄積されたエネルギが、リアクトル22に流れ込み、蓄電装置14の側の平滑コンデンサ18に転送される。このようにして、インバータユニット34側の電力が降圧されて蓄電装置14の側に供給される。
In the case of the step-down operation, the switching
電圧変換器20は、上記のようにスイッチング素子24,26のスイッチング動作によって昇圧または降圧を行うものであるので、リアクトル22には、スイッチングによって流れる方向の変化する電流、すなわち交流電流が流れる。リアクトル22の電力損失としては、このスイッチング周波数fに依存する鉄損と、流れる電流の大きさに依存する銅損とがある。これらの電力損失によって、電圧変換器20の作動と共にリアクトル22は発熱し、その温度が上昇することになる。
Since the
電圧変換器20とインバータユニット34の間に設けられるインバータ側の平滑コンデンサ30は、高電圧側の電圧変動を抑制する機能を有するコンデンサである。平滑コンデンサ30の両端電圧としてVHが図1に図示されているが、このVHが、電圧変換器20の高電圧側の電圧である。なお、放電抵抗32は、電源回路12の作動が停止して、平滑コンデンサ30に蓄積されている電気エネルギを放電する必要のあるときに用いられる抵抗素子である。
The inverter-
インバータユニット34は、2つのインバータ36,38を含んで構成される。2つのインバータ36,38は、いずれも、高圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、それぞれに接続される回転電機に供給する機能と、逆にそれぞれの回転電機からの交流三相回生電力を高圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。2つのインバータ36,38のうち、第1の回転電機(MG1)6に接続され方を第1のインバータ(MG1インバータ)36、第2の回転電機(MG2)8に接続される方を第2のインバータ(MG2インバータ)38と呼ぶことができる。
The
インバータ36,38は、それぞれの基本構成は互いに同じで、複数のスイッチング素子と複数のダイオードとを含んで構成される。スイッチング素子は、電圧変換器20におけるスイッチング素子24,26と同様に、大電力用スイッチングトランジスタで、IGBT等を用いることができる。これらのスイッチング素子は、大電力のスイッチングを行うため、作動に伴って発熱し、温度が上昇する。
The
インバータ冷却系40は、インバータユニット34を冷却するための冷却システムである。図1では、インバータユニット34と共に電圧変換器20も冷却するシステムとして示されているが、これは、電圧変換器20からインバータユニット34までが高電圧系として、1つのPCU(Power Control Unit)としてまとめられ、1つのユニットケースに収納されていることが多いからである。その意味では、インバータ冷却系40は、インバータを含むパワーユニットの冷却系ということができる。
The
インバータ冷却系40は、冷却水等の冷媒を循環ポンプ42によって冷媒循環流路44に沿って循環させ、インバータ36,38と電圧変換器20から熱を運び出して適当なラジエータ46で外部に放熱する冷却システムである。
The
冷媒循環流路の近傍に配置される温度センサ48は、冷媒である冷却水の温度θ2を検出し、適当な信号線を介して制御部60にその検出結果を伝送する機能を有する温度検出素子である。
The
低電圧作動補機50は、電圧変換器20の低電圧側の電圧VLによって作動する電気機器等である。図1では、VLを有する低電圧電力を約12Vの直流電力に変換して12Vバッテリ54に供給するDC/DCコンバータ52と、12Vの電圧で作動する空調用ECU(A/C−ECU)56と、VLで作動し、空調用コンプレッサ(COMP)4を作動制御する空調用インバータ(A/Cインバータ)58が示されている。
The low voltage operation
制御部60は、電源回路12を構成する各要素の作動を全体として制御する機能を有する制御回路である。制御部60は、図示されていない車両の走行等を制御する統合制御部の指示の下で作動する。制御部60は、ここでは特に、電圧変換器20の温度上昇を抑制する制御を行う機能を有する。かかる制御部60は、車両の搭載に適したコンピュータで構成することができる。これを独立のコンピュータとしてもよく、車両に搭載される他の制御装置の機能の一部に制御部60の機能を含めるものとしてもよい。例えば、上記の統括制御部に制御部60の機能を含めるものとしてもよい。
The
制御部60は、リアクトル22の温度θ1を取得するリアクトル温度取得モジュール62と、リアクトル22の温度θ1に応じて、蓄電装置14に持ち込まれる入力電力であるWINと持ち出される出力電力であるWOUTを制限する蓄電装置WIN,WOUT制限モジュール64と、リアクトル22の温度θ1に応じて電圧変換器20のスイッチング素子24,26の作動を制限するスイッチング素子作動制限モジュール66を含んで構成される。これらの各機能は、ソフトウェアによって実現され、具体的には、電源制御プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。
上記構成の作用、特に制御部60の各機能について、図2から図4を用いて詳細に説明する。図2は電圧変換器20の温度上昇を抑制する処理手順を示すフローチャートであり、図3は、蓄電装置14の負荷率制限の様子を説明する図であり、図4はリアクトル22の温度θ1の変化に伴って上アームのスイッチング素子24等の作動の切替の様子を説明する図である。図2のフローチャートの各手順は、電源制御プログラムの処理手順のそれぞれに対応する。
The operation of the above configuration, in particular, each function of the
電源制御プログラムが立ち上がると、リアクトル22の温度θ1の取得が行われる(S10)。この工程は、制御部60のリアクトル温度取得モジュール62の機能によって実行される。具体的には、温度センサ28によってリアクトル22の温度θ1が検出され、その検出結果を制御部60が取得する。
When the power supply control program is started, the temperature θ 1 of the
そして、リアクトル22の温度θ1が予め定めた温度A℃以上か否かが判断される(S12)。温度A℃は、蓄電装置14に持ち込まれる入力電力であるWINと持ち出される出力電力であるWOUTを制限するために予め設定された温度で、これを入出力制限閾値温度と呼ぶことができる。
Then, it is determined whether or not the temperature θ 1 of the
S12で判断が肯定されると、リアクトル22の温度に応じて、蓄電装置14のWIN,WOUTの制限が行われる(S14)。この工程は、制御部60の蓄電装置のWIN,WOUT制限モジュール64の機能によって実行される。蓄電装置14とリアクトル22の間に電力を消費する他の装置がない場合、あるいはあってもその消費電力が少ない場合には、蓄電装置14のWIN,WOUTを制限することで、リアクトル22を流れる電流を効果的に抑制することができ、これによってリアクトル22発熱及び温度上昇を抑制することができる。
If the determination is affirmative in S12, W IN and W OUT of
蓄電装置14のWIN,WOUTの制限が行われる様子を図3に示す。図3は、横軸にリアクトル22の温度θ1をとり、縦軸に正規化した蓄電装置のWINまたはWOUTの量を取ってある。正規化したWINまたはWOUTの値は、リアクトル22の温度θ1が十分低い温度のときを1とし、任意の温度については、この1に対する割合を負荷率として示してある。図3に示されるように、リアクトル22の温度θ1がA℃未満のときは負荷率が1で、負荷率制限が行われていない。一方、リアクトル22の温度θ1がA℃以上となると、θ1が高温になるにつれて負荷率が1より次第に小さくなり、負荷率制限が次第に大きくなる。このように、入出力制限閾値温度であるA℃以上のθ1において、θ1に応じた蓄電装置14のWIN,WOUTの制限が行われる。なお、図3には、後述の温度B℃、C℃の関係も示されている。
FIG. 3 shows how W IN and W OUT of the
再び図2に戻り、次に、リアクトル22の温度θ1が予め定めた温度C℃以上か否かが判断される(S16)。温度C℃は、リアクトル22が昇温し続けたときに、電圧変換器20のスイッチング素子24,26が通常のスイッチング制御の状態から、上アーム側のスイッチング素子24をON状態のまま保持し、下アーム側のスイッチング素子26をOFF状態のまま保持する作動制限状態にするために設定された温度で、これを昇温側閾値温度と呼ぶことができる。
Returning to FIG. 2 again, it is next determined whether or not the temperature θ 1 of the
S16で判断が肯定されると、上記のように、上アーム側のスイッチング素子24がON状態のまま保持され、下アーム側のスイッチング素子26がOFF状態のまま保持される(S18)。この状態は、電圧変換器20の昇降圧動作がスイッチング素子24,26のスイッチングによって行われることと異なり、スイッチング素子24,26の作動状態が制限された状態である。このように、スイッチング素子24,26の作動状態を交互にONとOFFを繰り返すスイッチング制御状態から、ONまたはOFFのいずれかに固定して保持することで、電圧変換器20におけるスイッチング周波数fに依存する鉄損を抑制し、これに伴うリアクトル22の発熱及び温度上昇を抑制することができる。また、上アーム側のスイッチング素子24をON状態に保持するので、インバータ36,38側からリアクトル22の側に電力を供給でき、これによって低電圧作動補機50に必要な電力を供給できる。
If the determination is affirmative in S16, as described above, the switching
次に、リアクトル22の温度θ1が予め定めた温度DC℃未満か否かが判断される(S20)。温度D℃は、S18の状態からリアクトル22が降温したときに、電圧変換器20のスイッチング素子24,26がS18の作動制限状態から、通常のスイッチング制御状態に戻すために設定された温度で、これを降温側閾値温度と呼ぶことができる。
Next, it is determined whether or not the temperature θ 1 of the
S20で判断が肯定されると、上記のように、上アーム側のスイッチング素子24のON状態保持、下アーム側のスイッチング素子26のOFF状態保持が解除され、これらが再び通常のスイッチング制御状態に復帰する(S22)。S16,S18,S20,S22の工程は、制御部60のスイッチング素子作動制限モジュール66の機能によって実行される。S22の後は再びS10に戻り、上記の手順が繰り返される。S12,S16,S20において判断が否定された場合も同様にS10に戻り、上記の手順が繰り返される。
If the determination is affirmative in S20, as described above, the ON state holding of the upper arm
図4は、図2の手順を時系列の変化として説明する図である。図4は、横軸に時間をとり、縦軸にリアクトル22の温度θ1をとり、さらに、リアクトル22の温度範囲に対応付けて、上アーム側のスイッチング素子24と下アーム側のスイッチング素子26の作動状態を示した図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the procedure of FIG. 2 as a time-series change. In FIG. 4, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the temperature θ 1 of the
図4において、リアクトル22の温度θ1が次第に上昇して時刻t1においてA℃以上となると、S12,S14、図3で説明したように、蓄電装置14のWIN,WOUTの制限が行われる。このとき、スイッチング素子24,26は通常のスイッチング制御の状態にある。
In FIG. 4, when the temperature θ 1 of the
さらにリアクトル22の温度θ1が次第に上昇して、温度B℃も超え、時刻t2においてC℃以上となると、S16,S18で説明したように、上アーム側のスイッチング素子24がON状態のまま保持され、下アーム側のスイッチング素子26がOFF状態のまま保持される。これによって、リアクトル22における鉄損が減少し、しばらくの時間的遅れの後にリアクトル22の温度が下降し始める。
Further, when the temperature θ 1 of the
そして、リアクトル22の温度θ1が次第に下降して、時刻t3において温度B℃未満となると、S20,S22で説明したように、上アーム側のスイッチング素子24のON状態保持、及び下アーム側のスイッチング素子26のOFF状態の保持が解除される。これによって、スイッチング素子24,26は通常のスイッチング制御状態に復帰する。なお、さらに温度θ1が下降して時刻t4において温度A℃未満となると、蓄電装置14のWIN,WOUTの制限解除が行われる。
When the temperature θ 1 of the
上記のように、上アーム側のスイッチング素子24がON状態のまま保持され、下アーム側のスイッチング素子26がOFF状態のまま保持される期間は、リアクトル22の温度範囲で、温度上昇側の温度C℃以上、温度降下側の温度B℃以上の範囲である。図4の時間軸で言えば、時刻t2から時刻t3までの間である。このように、電圧変換器20において通常のスイッチング制御から外れる期間が限定されるので、電圧の制御性低下を最小限に止めることができる。
As described above, the period in which the
また、昇温側閾値温度と降温側閾値温度とを異なる温度とすることで、リアクトル22の熱マスによる応答の遅れに対応でき、リアクトル22の温度上昇を効果的に抑制できる。
In addition, by setting the temperature increase side threshold temperature and the temperature decrease side threshold temperature to different temperatures, it is possible to cope with a response delay due to the thermal mass of the
4 空調用コンプレッサ、6,8 回転電機、10 電源制御システム、12 電源回路、14 蓄電装置、16 システムメインリレー、18,30 平滑コンデンサ、20 電圧変換器、22 リアクトル、24,26 スイッチング素子、28,48 温度センサ、32 放電抵抗、34 インバータユニット、36,38 インバータ、40 インバータ冷却系、42 循環ポンプ、44 冷媒循環流路、46 ラジエータ、50 低電圧作動補機、52 DC/DCコンバータ、54 バッテリ、60 制御部、62 リアクトル温度取得モジュール、64 蓄電装置WIN,WOUT制限モジュール、66 スイッチング素子作動制限モジュール。 4 Air-conditioning compressor, 6, 8 Rotating electric machine, 10 Power supply control system, 12 Power supply circuit, 14 Power storage device, 16 System main relay, 18, 30 Smoothing capacitor, 20 Voltage converter, 22 Reactor, 24, 26 Switching element, 28 , 48 Temperature sensor, 32 Discharge resistance, 34 Inverter unit, 36, 38 Inverter, 40 Inverter cooling system, 42 Circulation pump, 44 Refrigerant circulation flow path, 46 Radiator, 50 Low voltage operation auxiliary machine, 52 DC / DC converter, 54 Battery, 60 control unit, 62 reactor temperature acquisition module, 64 power storage device W IN , W OUT limiting module, 66 switching element operation limiting module.
Claims (4)
リアクトルの温度を取得する手段と、
上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子のON/OFFを制御する制御手段であって、リアクトルの温度に応じて、予め定めたリアクトルの温度範囲において上アーム側スイッチング素子をON状態のまま保持する制御手段と、
を備えることを特徴とする電源制御システム。 One side is connected to the connection point between the upper arm side switching element and the lower arm side switching element, and the upper arm side switching element and the lower arm side switching element connected in series between the high voltage side positive electrode bus and the negative electrode bus A voltage converter capable of performing step-up / step-down between a low voltage and a high voltage, including a reactor whose other end is connected to the low-voltage-side positive bus.
Means for obtaining the temperature of the reactor;
Control means for controlling ON / OFF of the upper arm side switching element and the lower arm side switching element, and keeps the upper arm side switching element in the ON state in a predetermined reactor temperature range according to the temperature of the reactor. Control means to
A power supply control system comprising:
制御手段は、リアクトルが昇温するときの昇温側閾値温度と降温するときの降温側閾値温度とを予め定め、昇温側閾値温度と降温側閾値温度との間の温度範囲で上アーム側スイッチング素子をON状態のまま保持することを特徴とする電源制御システム。 The power supply control system according to claim 1,
The control means preliminarily sets a temperature increase side threshold temperature when the reactor heats up and a temperature decrease side threshold temperature when the reactor temperature decreases, and the upper arm side in the temperature range between the temperature increase side threshold temperature and the temperature decrease side threshold temperature. A power supply control system characterized by holding a switching element in an ON state.
リアクトルの温度に応じて、リアクトルの他方端に接続される低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行う蓄電装置入出力制限手段を備えることを特徴とする電源制御システム。 The power supply control system according to claim 1,
A power supply control system comprising power storage device input / output limiting means for limiting input power and output power to a low voltage power storage device connected to the other end of the reactor according to the temperature of the reactor.
制御手段は、さらに、
リアクトルの温度が昇温して予め定めた入出力制限閾値温度以上となるときに、リアクトルの他方端に接続される低電圧蓄電装置に対する入力電力と出力電力について制限を行う手段と、
リアクトルの温度が入出力制限閾値温度を超えて昇温し、予め定めた昇温側閾値温度以上となるときに、上アーム側スイッチング素子をON状態のまま保持する手段と、
上アーム側スイッチング素子がON状態のまま保持された後に状態で降温し、予め定めた降温側閾値温度を超えて低温側となるときに、上アーム側スイッチング素子のON状態の保持を解除する手段と、
を含むことを特徴とする電源制御システム。 The power supply control system according to claim 1,
The control means further includes
Means for limiting the input power and output power to the low-voltage power storage device connected to the other end of the reactor when the temperature of the reactor rises to a predetermined input / output limit threshold temperature or higher,
Means for holding the upper arm side switching element in an ON state when the temperature of the reactor exceeds the input / output limit threshold temperature and becomes equal to or higher than a predetermined temperature increase side threshold temperature;
Means for lowering the temperature in the state after the upper arm side switching element is maintained in the ON state, and releasing the ON state holding of the upper arm side switching element when the temperature is lower than the predetermined temperature decrease side threshold temperature When,
A power supply control system comprising:
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