JP2010057288A - Power supplying device and method of controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の蓄電手段を直列接続又は並列接続に切り換え可能な電力供給装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a power supply device capable of switching a plurality of power storage means to serial connection or parallel connection and a control method thereof.
車両駆動用のモータに電気的に接続される複数の蓄電池を有する電力供給装置が組み込まれた電動自動車が記載されている(特許文献1参照)。特許文献1に開示された電力供給装置は、複数の蓄電池を直列接続又は並列接続に切り換え可能に構成されている。そして、アクセルペダルの踏込量、電動機の出力、ブレーキペダルの踏込量等から算出される要求充放電電圧の大きいときに直列接続に、小さいときに並列接続にすることで、低電圧運転(充放電)時にインバータへの入力電圧を抑制し、インバータにおけるスイッチング損失を低減させていた。
しかしながら、従来技術では要求充放電電圧の大小のみに基づき直並列を切り換えており、実際の各接続状態における電力供給装置の供給可能電力の違いについては何ら検討されておらず、実際の負荷装置(インバータ及び該インバータで駆動されるモータジェネレータ、或いはモータジェネレータの何れか一方を備えたもの)のあらゆる使用状態を考慮すると、結果的に不望な供給電力低下や損失の増大を招く恐れがあるという問題点があった。 However, in the prior art, the series-parallel switching is performed based only on the magnitude of the required charge / discharge voltage, and the difference in the suppliable power of the power supply device in each actual connection state is not studied at all, and the actual load device ( In consideration of all usage conditions of an inverter and a motor generator driven by the inverter, or a motor generator), there is a risk that an undesired decrease in power supply and an increase in loss may result. There was a problem.
本発明は上記問題点に鑑み、負荷装置のあらゆる使用状態において、要求駆動電力を可能な限り実現するとともに、総損失を低減して総合効率を向上させることができる電力供給装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a power supply device that can achieve the required drive power as much as possible in any use state of the load device and can reduce the total loss and improve the overall efficiency. Objective.
上記問題点を解決するために本発明は、負荷装置に電力を供給する複数の蓄電手段と、該複数の蓄電手段の直列接続状態と並列接続状態とを切り換える切換制御手段と、を有する電力供給装置において、前記切換制御手段は、負荷装置の要求駆動電力を演算し、複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における最大供給電力をそれぞれ推定し、複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における負荷装置の総損失をそれぞれ推定し、要求駆動電力と、各接続状態における最大供給電力と総損失との差と、総損失とに基づいて、複数の蓄電手段を直列接続状態または並列接続状態に切り換えるようにした。 In order to solve the above problems, the present invention provides a power supply having a plurality of power storage means for supplying power to a load device, and a switching control means for switching between a series connection state and a parallel connection state of the plurality of power storage means. In the apparatus, the switching control means calculates a required drive power of the load device, estimates a maximum supply power in a series connection state and a parallel connection state of the plurality of power storage means, respectively, and connects a plurality of power storage means in a series connection state and a parallel connection state. Estimate the total loss of the load device in the connected state, and connect a plurality of power storage means in a serially connected state or in parallel based on the required drive power, the difference between the maximum supply power and the total loss in each connected state, and the total loss. Changed to connected state.
本発明によれば、負荷装置のあらゆる使用状態において、要求駆動電力を可能な限り実現するとともに、総損失を低減して総合効率を向上させることができる電力供給装置を提供できるという効果がある。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, there is an effect that it is possible to provide a power supply device that can achieve the required drive power as much as possible in all use states of the load device and can reduce the total loss and improve the overall efficiency.
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る電力供給装置の実施例1の構成を説明するシステム構成図であり、電力供給装置を車両駆動用電源として用いた例である。図1において、電力供給装置1は、蓄電装置2と切換制御部3から構成される。
FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating the configuration of a first embodiment of a power supply apparatus according to the present invention, which is an example in which the power supply apparatus is used as a vehicle driving power source. In FIG. 1, the power supply device 1 includes a
蓄電装置2は、第1蓄電ユニット11と、第2蓄電ユニット12と、第1スイッチ13と、第2スイッチ14と、第3スイッチ15と、端子16と、端子17とを備える。
The
蓄電装置2の内部接続は、以下の通りである。第1蓄電ユニット11の正極は、第1スイッチ13の一端子および第3スイッチ15の一端子に接続されている。第1スイッチ13の他端子は、第2蓄電ユニット12の正極および端子16に接続されている。第1蓄電ユニット11の負極は、第2スイッチ14の一端子および端子17に接続されている。第2スイッチ14の他端子は、第3スイッチ15の他端子および第2蓄電ユニット12の負極に接続されている。
The internal connections of the
端子16,17には、インバータ4が接続されている。またインバータ4には、最終的な負荷であるモータジェネレータ5が接続されている。蓄電装置2は、モータジェネレータ5が力行運転する際、電力を供給するとともに、モータジェネレータ5が回生発電する際に充電される。インバータ4は入力端に図示しない平滑コンデンサを含むものとする。尚、インバータ4を介することなく、蓄電装置2の端子16,17に直接モータジェネレータ5を接続してもよい。
The inverter 4 is connected to the
切換制御部3は、第1スイッチ13、第2スイッチ14、第3スイッチ15のオン/オフを制御することにより、第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12との直列接続状態と並列接続状態とを切り換える制御部である。
The
切換制御部3は、インバータ4およびモータジェネレータ5の要求駆動電力を演算する要求駆動電力演算部21と、第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12との直列接続状態および並列接続状態における最大供給電力をそれぞれ推定する最大供給電力推定部22と、直列接続状態および並列接続状態におけるインバータ4およびモータジェネレータ5の損失を合計した総損失をそれぞれ推定する総損失推定部23と、第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12の残存容量を推定する残存容量推定部24とを備える。
The
そして、切換制御部3は、前記要求駆動電力と、各接続状態における前記最大供給電力と前記総損失との差と、前記総損失とに基づいて、第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12との状態を直列接続状態または並列接続状態に切り換える制御を行う。
Then, the
要求駆動電力演算部21は、例えば、車両の速度およびアクセルペダルの操作量から要求駆動電力を算出する。
The required drive
最大供給電力推定部22は、直列接続状態における最大供給電力、および並列接続状態における最大供給電力をそれぞれ推定する。
The maximum supply
総損失推定部23は、直列接続状態における、インバータ4の損失およびモータジェネレータ5の損失をそれぞれ推定し、これらの損失を加算して、直列接続状態における総損失を推定する。また、総損失推定部23は、並列接続状態における、インバータ4の損失およびモータジェネレータ5の損失をそれぞれ推定し、これらの損失を加算して、並列接続状態における総損失を推定する。
残存容量推定部24は、後述する電流計33,34,後述する電圧計35,36の検出値に基づいて、第1蓄電ユニット11の残存容量SOC1と、第2蓄電ユニット12の残存容量SOC2とを推定する。
Based on detection values of
尚、特に限定されないが本実施例では、切換制御部3は中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。切換制御部3を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。
Although not particularly limited, in this embodiment, the
図2は、第1蓄電ユニット11,第2蓄電ユニット12の詳細を説明する回路図である。図2に示すように、第1蓄電ユニット11は、第1蓄電モジュール31と、電流計33と、電圧計35とを備えている。同様に、第2蓄電ユニット12は、第2蓄電モジュール32と、電流計34と、電圧計36とを備えている。電流計33,34と、電圧計35,36とは、何れか一方、或いは両方を備えてもよい。電流計33,34と、電圧計35,36とは、切換制御部3に接続され、第1蓄電ユニット11および第2蓄電ユニット12のそれぞれの残存容量の推定、最大供給電力の推定、内部抵抗の推定に用いられる。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating details of the first
次に、図3を参照して、第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12との直列接続状態を説明する。第1スイッチ13および第2スイッチ14がオフで、第3スイッチ15がオンのときに、直列接続状態となる。このとき、端子16,端子17間には、第1蓄電ユニット11の電圧V1と、第2蓄電ユニット12の電圧V2との和であるV1+V2が出力される。また出力電流は、第1蓄電ユニット11の電流I1=第2蓄電ユニット12の電流I2となる。
Next, with reference to FIG. 3, the serial connection state of the 1st
次に、図4を参照して、第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12との並列接続状態を説明する。第1スイッチ13および第2スイッチ14がオンで、第3スイッチ15がオフのときに、並列接続状態となる。このとき、端子16,端子17間には、第1蓄電ユニット11の電圧V1=第2蓄電ユニット12の電圧V2が出力される。また出力電流は、第1蓄電ユニット11の電流I1と、第2蓄電ユニット12の電流I2との和であるI1+I2となる。
Next, with reference to FIG. 4, the parallel connection state of the 1st
ここで、直並列切替可能な電力供給装置において、直並列を切り換えることによるシステム効率を検討する。以下に、損失低減を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方と、容量バラツキを補正することによる高出力化を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方とを順に記載する。 Here, in a power supply apparatus capable of switching in series and parallel, the system efficiency by switching between series and parallel is examined. Below, the basic idea of serial / parallel switching when loss reduction is taken into account and the basic idea of serial / parallel switching when higher output by correcting capacity variation are described in turn.
まず、このようなシステムにおける主な損失は、オン損、スイッチング損、銅損、鉄損などがある。 First, main losses in such a system include on-loss, switching loss, copper loss, and iron loss.
モータジェネレータ5が低回転で要求電圧が低く直列接続でも並列接続でも力行可能な状態のとき、即ち、モータの誘起電圧は低いので弱め界磁制御が不要のときは、インバータ4への印加電圧を低電圧化することで、スイッチング損や鉄損を低減する。そこで電力供給装置1は、第1蓄電ユニット11、第2蓄電ユニット12を並列接続することにより、インバータ4への印加電圧を低電圧化する。
When the
図5はモータジェネレータ5のトルク−回転数(T−N)特性図上に誘起電圧の分布を示した概略図である。図5からは、モータジェネレータ5が高回転で要求電圧が高い力行状態のときは誘起電圧が高くなることが判る。モータジェネレータ5において所望の出力を得るためには、弱め界磁制御をして誘起電圧を低減させるか、弱め界磁をせずに誘起電圧以上の電圧を印加する必要がある。そこで直並列切り換え可能な電力供給装置1では、第1蓄電ユニット11、第2蓄電ユニット12を直列接続することにより、インバータ4への印加電圧を高電圧化する。このように高電圧化することにより、高回転運転時のモータ制御の一つである弱め界磁制御を低減することができるため、インバータ4、モータジェネレータ5での発生損失を低減することができる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the distribution of the induced voltage on the torque-rotational speed (TN) characteristic diagram of the
なお、このとき、印加電圧によるインバータ4、モータジェネレータ5における発生損失は、電動車両のテストベンチにおける実験結果や、可変直流電源装置によるインバータ4およびモータジェネレータ5の駆動試験結果、或いはインバータ4、モータジェネレータ5の設計パラメータ等から推定することができる。さらに、ここで得られた印加電圧によるインバータ4、モータジェネレータ5における発生損失を切換制御部3のメモリに保持することにより、電力供給装置1において、第1蓄電ユニット11、第2蓄電ユニット12を直列接続にするか並列接続にするかを決定する。
At this time, the loss generated in the inverter 4 and the
以上が、損失低減を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方である。これを実現する制御フローチャートは後述する。 The above is the basic idea of serial / parallel switching when loss reduction is considered. A control flowchart for realizing this will be described later.
次に、第1蓄電ユニット11と、第2蓄電ユニット12との容量バラツキを補正することによる高出力化を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方を説明する。
Next, the basic concept of serial / parallel switching in consideration of higher output by correcting the capacity variation between the first
電力供給装置1は、第1蓄電ユニット11、第2蓄電ユニット12の残存容量(以下、SOCと略す)と接続状態によって最大供給出力が異なるという特徴がある。
The power supply device 1 is characterized in that the maximum supply output varies depending on the remaining capacity (hereinafter abbreviated as SOC) of the first
第1蓄電ユニット11、第2蓄電ユニット12のSOCが等しい場合、開放電圧および最大供給電流が共に等しいため、直並列接続状態によらず電力供給装置1の最大供給電力は一定である。
When the SOCs of the first
一方、第1蓄電ユニット11が第2蓄電ユニット12よりSOCが少ない場合、SOCの少ない第1蓄電ユニット11は第2蓄電ユニット12と比較して最大供給電流が小さい。そのため、図3のように直列接続状態では、SOCの小さい第1蓄電ユニット11の供給電流によりSOCの多い第2蓄電ユニット12の供給電流が制限されるため、第2蓄電モジュールは最大供給電力を出力できない。
On the other hand, when the first
また、図4のように並列接続状態では、SOCの小さい第1蓄電ユニット11の供給電流によりSOCの多い第2蓄電ユニット12の供給電流が制限されないため、各蓄電モジュールが最大供給電力を出力可能である。これは第2蓄電ユニット12が第1蓄電ユニット11よりSOCが少ない場合も同様である。
Further, in the parallel connection state as shown in FIG. 4, the supply current of the second
このように第1蓄電ユニット11、第2蓄電ユニット12の接続状態に応じて最大供給電力が出力できない場合の対策として、第1スイッチ13、第2スイッチ14をオンし、第3スイッチをオフして、第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12を並列接続することにより各蓄電ユニット間で電力の授受が行なわれる。この結果、SOCの差が低減し、直列接続時の最大供給電力の低減を抑えることができる。つまり、SOCのバラツキ補正のみを考慮すると、バラつきが生じる度に、第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12を並列接続することで、SOCの差をできるだけ低減することができる。
Thus, as a countermeasure when the maximum power supply cannot be output according to the connection state of the first
以上が、容量バラツキを補正することによる高出力化を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方であるが、実際のシステム効率(損失面)を考慮すると、バラつきが生じる度に第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12を並列接続すると、直列接続することによる出力向上と弱め界磁時の損失削減の効果が低減してしまい、かえって、弱め界磁による損失が増大し、出力効率が悪化する可能性がある。
The above is the basic concept of series / parallel switching when high output by correcting the capacity variation is taken into consideration. However, when actual system efficiency (loss side) is taken into consideration, the first power storage If the
本発明は、上述した、損失低減を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方と、容量バラツキを補正することによる高出力化を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方の双方を考慮し、要求駆動電力を満たすような場合に加え、さらに直列接続しても要求電圧を満たさないような場合においても損失低減を図りつつ、高出力化を実現するものである。 The present invention includes both the above-described basic series-parallel switching concept when loss reduction is taken into account and the basic series-parallel switching concept when considering high output by correcting capacity variation. Considering this, in addition to the case where the required drive power is satisfied, even in the case where the required voltage is not satisfied even when connected in series, a high output is realized while reducing the loss.
要求駆動電力を満たすような場合には、実際に供給可能な最大供給電力と総損失との関係を判断し、直並列の切換を適正化すると共に、要求駆動電力を満たさない場合には、第1蓄電ユニット11のSOC1と、第2蓄電ユニット12のSOC2とのバラつきに応じて、直並列の接続を切換を最適化することにより、全てのシーンにおいて損失低減を図りつつ、高効率化を実現する。
When the required drive power is satisfied, the relationship between the maximum supply power that can be actually supplied and the total loss is determined, and the series-parallel switching is optimized, and when the required drive power is not satisfied, Realizing high efficiency while reducing loss in all scenes by optimizing switching of series-parallel connection according to the variation of SOC1 of 1
図6は、実施例1における接続切換部3に制御内容を説明するフローチャートである。制御の要点1は、直列接続状態と並列接続状態における、最大供給電力と総損失との差がいずれも要求駆動電力以上のときは、総損失が小さい方の接続状態となるように第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12との接続状態を切り換えることである。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the control contents of the
制御の要点2は、直列接続状態と並列接続状態における、最大供給電力と総損失との差のうち、いずれか一方の差のみが要求駆動電力以上のときは、要求駆動電力以上の差を有する接続状態となるように第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12との接続状態を切り換えることである。
The main point of
制御の要点3は、直列接続状態と並列接続状態における、最大供給電力と総損失との差がいずれも要求駆動電力よりも小さいときは、第1蓄電ユニット11のSOC1と第2蓄電ユニット12のSOC2とに差がなければ直列接続状態とし、SOC1とSOC2とに差があれば、最大供給電力と総損失との差が大きい方の接続状態となるように第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12との接続状態を切り換えることである。
The
図6において、まずステップ(以下、ステップをSと略す)10において、切換制御部3の要求駆動電力演算部21により、現在の車両運転状態からモータジェネレータ5の要求駆動電力Pmを算出する。要求駆動電力Pmは、例えば車両速度とアクセルペダルの操作量から算出される。
In FIG. 6, first, in step (hereinafter abbreviated as “S”) 10, the required drive
次いでS12で、切換制御部3の最大供給電力推定部22により、直列接続状態における最大供給電力Psを算出する。次いでS14で、切換制御部3の最大供給電力推定部22により、並列接続状態における最大供給電力Ppを推定する。これらの最大供給電力Ps、Ppの具体的な推定方法の一例を以下に示す。
Next, in S12, the maximum supply
バッテリやキャパシタを用いた蓄電ユニット11,12の単体の最大電流(Imax )および最大供給電力(Pmax )は、一般的に下限電圧(Vmin )と開放電圧(Vo )、内部抵抗(R)から下記の(1)式、(2)式によって推定できる。
The maximum current (Imax) and maximum supply power (Pmax) of the
Imax =(Vo−Vmin)/R …(1)
Pmax =Vmin×Imax …(2)
但し、第1蓄電ユニット11,第2蓄電ユニット12は、残存容量に応じて開放電圧および内部抵抗が変化するため、事前に残存容量毎に開放電圧および内部抵抗の情報を切換制御部3内のメモリに保持しておき、残存容量推定部24により推定した第1蓄電ユニット11,第2蓄電ユニット12の残存容量に基づきメモリから各蓄電ユニットの開放電圧および内部抵抗を参照することで各蓄電ユニットの最大供給電力を求める。
Imax = (Vo-Vmin) / R (1)
Pmax = Vmin × Imax (2)
However, since the open circuit voltage and the internal resistance of the first
このとき第1蓄電ユニット11と、第1蓄電ユニット11より残存容量が小さい第2蓄電ユニット12が並列接続されている場合の最大供給電力(Pp)は(2)式に基づき求めた各蓄電ユニットの最大供給電力の和から求まる。
At this time, the maximum power supply (Pp) in the case where the first
一方、第1蓄電ユニット11,第2蓄電ユニット12が直列接続されている場合の最大供給電力(Ps)は、(1)式に基づき求めた各蓄電モジュールの最大電流(I1max、I2max)のうち小さい方のI2max に基づき、次式で求まる。
On the other hand, the maximum power supply (Ps) in the case where the first
I2max=(V2o−Vmin)/R2 …(3)
P1 =(V1o−I2max×R1)×I2max …(4)
P2 =(V2o−I2max×R2)×I2max …(5)
Ps=P1+P2 …(6)
このとき、Rn、Vno、Pn(但しn =1,2 )は、各蓄電ユニット11,12の内部抵抗、開放電圧、出力を表す。
I2max = (V2o-Vmin) / R2 (3)
P1 = (V1o-I2max × R1) × I2max (4)
P2 = (V2o-I2max × R2) × I2max (5)
Ps = P1 + P2 (6)
At this time, Rn, Vno, and Pn (where n = 1, 2) represent the internal resistance, open-circuit voltage, and output of each
次いでS16で、切換制御部3の総損失推定部23により、直列接続状態の総損失Lsを推定する。次いでS18で、切換制御部3の総損失推定部23により、並列接続状態の総損失Lpを推定する。
Next, in S16, the total loss Ls in the serial connection state is estimated by the total
これらの総損失Ls、Lpは、それぞれの印加電圧におけるインバータ4における発生損失と、モータジェネレータ5における発生損失との和で算出される。これらインバータ4、モータジェネレータ5における個別の発生損失は、電動車両のテストベンチにおける実験結果や、可変直流電源装置によるインバータ4およびモータジェネレータ5の駆動試験結果、或いはインバータ4、モータジェネレータ5の設計パラメータ等から推定した結果を予め切換制御部3の総損失推定部23に記憶したものを読み出すことで推定することができる。尚、インバータ4を用いないシステムでは、総損失はモータジェネレータ5の損失のみとなる。
These total losses Ls and Lp are calculated as the sum of the generated loss in the inverter 4 and the generated loss in the
次いでS20において、直列接続状態の最大供給電力Psと直列接続状態の総損失Lsとの差がモータの要求駆動電力Pm以上であるか否かを判定する。S20の判定がYESであれば、即ち(Ps−Ls)≧Pmであれば、S22進む。S20の判定がNOであれば、即ち直列接続状態の最大供給電力Psと直列接続状態の総損失Lsとの差がモータの要求駆動電力Pm未満であれば、S26へ進む。 Next, at S20, it is determined whether or not the difference between the maximum supply power Ps in the series connection state and the total loss Ls in the series connection state is equal to or greater than the required drive power Pm of the motor. If the determination in S20 is YES, that is, if (Ps−Ls) ≧ Pm, the process proceeds to S22. If the determination in S20 is NO, that is, if the difference between the maximum supply power Ps in the series connection state and the total loss Ls in the series connection state is less than the required drive power Pm of the motor, the process proceeds to S26.
S22では、並列接続状態の最大供給電力Ppと並列接続状態の総損失Lpとの差がモータの要求駆動電力Pm以上であるか否かを判定する。S22の判定がYESであれば、即ち(Pp−Lp)≧Pmであれば、直列接続状態と並列接続状態における、最大供給電力と総損失との差がいずれも要求駆動電力以上であるので、総損失が小さい方の接続状態を選択するために、S24へ進む。S24では、直列接続状態の総損失Lsが並列接続状態の総損失Lp以上であるか否かを判定する。 In S22, it is determined whether or not the difference between the maximum supply power Pp in the parallel connection state and the total loss Lp in the parallel connection state is equal to or greater than the required drive power Pm of the motor. If the determination in S22 is YES, that is, if (Pp−Lp) ≧ Pm, the difference between the maximum supply power and the total loss in the series connection state and the parallel connection state is equal to or greater than the required drive power. To select the connection state with the smaller total loss, the process proceeds to S24. In S24, it is determined whether or not the total loss Ls in the serial connection state is equal to or greater than the total loss Lp in the parallel connection state.
S24の判定で、直列接続状態の総損失Lsが並列接続状態の総損失Lp以上であれば、総損失の小さい方の並列接続状態とするために、S38へ進む。S38では、切換制御部3は、蓄電装置2のスイッチ13、14、15を図4に示した並列接続状態として、リターンする。
If it is determined in S24 that the total loss Ls in the series connection state is equal to or greater than the total loss Lp in the parallel connection state, the process proceeds to S38 in order to obtain a parallel connection state with a smaller total loss. In S38, the switching
S24の判定で、直列接続状態の総損失Lsが並列接続状態の総損失Lp未満であれば、総損失の小さい方の直列接続状態とするために、S36へ進む。S36では、切換制御部3は、蓄電装置2のスイッチ13、14、15を図3に示した直列接続状態として、リターンする。
If it is determined in S24 that the total loss Ls in the series connection state is less than the total loss Lp in the parallel connection state, the process proceeds to S36 in order to obtain a series connection state with a smaller total loss. In S36, the switching
S22の判定がNOであれば、直列接続状態における最大供給電力と総損失との差が要求駆動電力以上、且つ並列接続状態における最大供給電力と総損失との差が要求駆動電力未満であるので、直列接続状態とするために、S36へ進む。 If the determination in S22 is NO, the difference between the maximum supply power and the total loss in the series connection state is equal to or greater than the required drive power, and the difference between the maximum supply power and the total loss in the parallel connection state is less than the request drive power. In order to obtain a serial connection state, the process proceeds to S36.
S26では、並列接続状態の最大供給電力Ppと並列接続状態の総損失Lpとの差がモータの要求駆動電力Pm以上であるか否かを判定する。S26の判定がYESであれば、即ち(Pp−Lp)≧Pmであれば、直列接続状態における最大供給電力と総損失との差が要求駆動電力未満、且つ並列接続状態における最大供給電力と総損失との差が要求駆動電力以上であるので、並列接続状態とするために、S38へ進む。 In S26, it is determined whether or not the difference between the maximum supply power Pp in the parallel connection state and the total loss Lp in the parallel connection state is equal to or greater than the required drive power Pm of the motor. If the determination in S26 is YES, that is, if (Pp−Lp) ≧ Pm, the difference between the maximum supply power in the serial connection state and the total loss is less than the required drive power, and the maximum supply power and total in the parallel connection state Since the difference from the loss is equal to or greater than the required drive power, the process proceeds to S38 to establish a parallel connection state.
S26の判定がNOであれば、即ち、直列接続状態および並列接続状態のいずれの接続状態でも最大供給電力と総損失との差が要求駆動電力未満であれば、第1蓄電ユニット11および第2蓄電ユニット12のSOCを判定するために、S28以下の処理を行う。
If the determination in S26 is NO, that is, if the difference between the maximum supply power and the total loss is less than the required drive power in both the series connection state and the parallel connection state, the first
S28では、第1蓄電ユニット11の残存容量であるSOC1を推定し、S30では、第2蓄電ユニット12の残存容量であるSOC2を推定する。これらSOC1、SOC2の推定は、各蓄電ユニット11,12の電流計33,34,電圧計35,36の各検出値に基づいて、切換制御部3の残存容量推定部24が行う。
In S28, SOC1 that is the remaining capacity of the first
次いでS32では、SOC1とSOC2とが等しいか否かを判定する。S32の判定で、SOC1とSOC2とが等しければ、直列接続状態とするために、S36へ進む。ここで、SOC1とSOC2とが等しければ、第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12の開放電圧および最大供給電流が共に等しいため、直並列接続状態によらず電力供給装置1の最大供給電力は一定である。しかし、本実施例では、蓄電装置2とインバータ4間の電流による損失を低減するために、直列接続を選択することとした。
Next, in S32, it is determined whether SOC1 and SOC2 are equal. If it is determined in S32 that SOC1 and SOC2 are equal, the process proceeds to S36 in order to establish a serial connection state. Here, if SOC1 and SOC2 are equal, since the open circuit voltage and the maximum supply current of both the first
S32の判定で、SOC1とSOC2とが等しくなければ、S34へ進む。S34では、直列接続状態と並列接続状態とで、実際に駆動力に変換される電力の大小を比較する。このため、S34では、直列接続状態における最大供給電力と総損失との差(Ps−Ls)が並列接続状態における最大供給電力と総損失との差(Pp−Lp)より小さいか否かを判定する。(Ps−Ls)が(Pp−Lp)より小さければ、負荷装置の有効電力が直列状態よりも並列接続状態の方が大きくなるので、並列接続状態とするために、S38へ進む。(Ps−Ls)が(Pp−Lp)より小さくなければ、負荷装置の有効電力が並列状態よりも直列接続状態の方が大きいか、等しいので、直列接続状態とするために、S36へ進む。 If it is determined in S32 that SOC1 and SOC2 are not equal, the process proceeds to S34. In S34, the magnitude of the electric power actually converted into the driving force is compared between the series connection state and the parallel connection state. Therefore, in S34, it is determined whether or not the difference (Ps−Ls) between the maximum supply power and the total loss in the series connection state is smaller than the difference (Pp−Lp) between the maximum supply power and the total loss in the parallel connection state. To do. If (Ps−Ls) is smaller than (Pp−Lp), the active power of the load device is larger in the parallel connection state than in the series state. If (Ps−Ls) is not smaller than (Pp−Lp), the active power of the load device is greater or equal in the series connection state than in the parallel state, and thus the process proceeds to S36 in order to set the series connection state.
以上説明した本実施例によれば、電気自動車の要求駆動電力を可能な限り実現するとともに、総損失を低減して総合効率を向上させることができる電力供給装置を提供できるという効果がある。 According to the present embodiment described above, there is an effect that it is possible to provide a power supply device that can realize the required drive power of the electric vehicle as much as possible and reduce the total loss and improve the overall efficiency.
従来技術においては、要求駆動電力を必ず満たせることを前提とした場合においての、インバータ損失低減切換手法が提案されているが、実際の電気自動車に想定される種々の状態を考慮すると、必ずしも要求駆動電力を満たせるとは限らない。本発明によれば、従来技術にように、要求駆動電力を必ず満たせることを前提とするシーンに限定されることなく、要求電力を満たせる場合、満たせない場合、それぞれに対し最適な切換を可能とし、総合的に要求駆動電力を可能な限り実現しつつ、総損失を低減して全体の効率向上を図ることができるという効果がある。 In the prior art, an inverter loss reduction switching method has been proposed on the assumption that the required drive power can always be satisfied. However, in consideration of various states assumed in an actual electric vehicle, the required drive is not necessarily required. It is not always possible to satisfy power. According to the present invention, as in the prior art, the present invention is not limited to a scene on the premise that the required drive power can always be satisfied. Thus, there is an effect that the total drive efficiency can be improved by reducing the total loss while comprehensively realizing the required drive power as much as possible.
また本実施例によれば、要求駆動電力と、各接続状態で出力可能な最大供給電力とに応じて、出力向上を優先するのか(要求駆動電力と各接続状態で出力可能な電力との差を優先)、総損失低減を優先するのか(総損失を優先)を判断した上で、優先された値を基準に直列接続と並列接続とを切り換えることで、電気自動車に想定される種々の状態に最も適した切換を実現し、それにより電気自動車の要求駆動電力を可能な限り実現するとともに、総損失を低減し、全体の効率向上を実現することができるという効果がある。 Further, according to the present embodiment, priority is given to improving the output according to the required drive power and the maximum supply power that can be output in each connection state (the difference between the required drive power and the power that can be output in each connection state). And prioritize the reduction of total loss (priority of total loss) and then switch between series connection and parallel connection based on the prioritized values, and various states assumed for electric vehicles The most suitable switching can be realized, thereby achieving the required drive power of the electric vehicle as much as possible, reducing the total loss and improving the overall efficiency.
また本実施例によれば、直列接続/並列接続の何れでも要求駆動電力を供給できるような場合に、要求駆動電力を満たしつつインバータおよびモータジェネレータの総損失を低減することを可能とし、電気自動車の全体の効率向上を実現することができる。 Further, according to the present embodiment, when the required drive power can be supplied by either serial connection or parallel connection, it is possible to reduce the total loss of the inverter and the motor generator while satisfying the required drive power. It is possible to achieve an improvement in overall efficiency.
また本実施例によれば、各接続状態における最大供給電力と総損失との差のうち、いずれか一方の差のみが要求駆動電力よりも大きいときは、要求駆動電力よりも大きい差を有する接続状態となるように複数の蓄電ユニットの接続状態を切り換えるので、要求駆動電力を確実に得ることができるという効果がある。 Further, according to the present embodiment, when only one of the differences between the maximum supply power and the total loss in each connection state is greater than the required drive power, the connection having a difference greater than the required drive power. Since the connection state of the plurality of power storage units is switched so as to be in the state, there is an effect that the required drive power can be obtained with certainty.
また本実施例によれば、各接続状態における最大供給電力と総損失との差がいずれも要求駆動電力よりも小さく、かつ各残存容量に容量差があるときは、最大供給電力と総損失との差が大きいほうの接続状態となるように複数の蓄電ユニットの接続状態を切り換えているので、いずれの接続状態をもってしても要求駆動電力を満たせないような場合に、残存容量のバラツキ補正を頻繁に行う場合の直並列切替による損失低減を図りつつ、最も高出力で負荷に電力を印加することを可能とし、電気自動車の要求駆動電力を可能な限り実現するとともに、全体の効率向上を実現することができるという効果がある。 Further, according to the present embodiment, when the difference between the maximum supply power and the total loss in each connection state is smaller than the required drive power and there is a capacity difference in each remaining capacity, the maximum supply power and the total loss are Since the connection states of the plurality of power storage units are switched so that the connection state with the larger difference is established, if the required drive power cannot be satisfied with any of the connection states, the variation in the remaining capacity is corrected. While reducing loss by switching the series and parallel when frequently performed, it is possible to apply power to the load with the highest output, realizing the required drive power of the electric vehicle as much as possible and improving the overall efficiency There is an effect that can be done.
次に、本発明に係る電力供給装置の実施例2を説明する。実施例2の構成は、図1に示した実施例1の構成と同様である。実施例2の特徴は、実施例1における第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12との残存容量が等しいか否かの比較判定を緩和している点にある。実施例1のS32においては、第1蓄電ユニット11、第2蓄電ユニット12の残存容量(SOC1、SOC2)に差があるか否かを判断していた。図2に電流計33,34、電圧計35,36が測定誤差等がない理想的な装置であれば、両者の残存容量差を判定する残存容量基準値はゼロでよい。しかし、実際の装置においてはセンサの精度や量子化誤差等の影響により、各蓄電ユニット11,12の残存容量を正確に推定することは難しい。そこで本実施例では、残存容量基準値(ΔSOC)をセンサの精度や量子化誤差による測定誤差の値以上に設定することで測定誤差による影響を低減できる。
Next, a second embodiment of the power supply apparatus according to the present invention will be described. The configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. The feature of the second embodiment is that the determination of whether or not the remaining capacities of the first
図7は、本実施例における切換制御部3の制御フローチャートである。図6に対してS32とS34との間にS40が追加されている。その他のステップは、実施例1の図6と同様であり、同じステップには、同じステップ番号を付与して、重複する説明を省略する。
FIG. 7 is a control flowchart of the switching
図7においてS32の判定がNOの場合、S40へ進む。S40では、第1蓄電ユニット11のSOC1と、第2蓄電ユニット12のSOC2と間に残存容量差がある場合、残存容量差(|SOC1−SOC2|)が許容差基準値(ΔSOC)より大きいか否かを判断する。残存容量差(|SOC1−SOC2|)が許容差基準値(ΔSOC)より大きければ、S34へ進む。残存容量差(|SOC1−SOC2|)が許容差基準値(ΔSOC)より大きくなければ、S36へ進む。
In FIG. 7, when the determination in S32 is NO, the process proceeds to S40. In S40, if there is a remaining capacity difference between SOC1 of the first
以上説明した本実施例によれば、実施例1の効果に加えて、残存容量推定のための測定誤差による影響を低減し、精度良く容量バラツキを補正できるという効果がある。 According to the present embodiment described above, in addition to the effects of the first embodiment, there is an effect that the influence of the measurement error for estimating the remaining capacity can be reduced and the capacity variation can be accurately corrected.
次に、本発明に係る電力供給装置の実施例3を説明する。実施例3は、第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12との劣化の進み方が異なる場合、両者の内部抵抗が異なってくることに対処したものである。実施例3の構成は、切換制御部3の残存容量推定部24が内部抵抗推定の機能を備えていることである。この内部抵抗推定機能は、第1蓄電ユニット11の電流計33,電圧計35と、第2蓄電ユニット12の電流計34,電圧計35の各検出値に基づいて第1蓄電ユニット11の内部抵抗R1と、第2蓄電ユニット12の内部抵抗R2とをそれぞれ推定する。内部抵抗R1,R2の推定方法は、各蓄電ユニットの電流がΔI変化したときに、各蓄電ユニットの電圧がΔV変化したとすると、内部抵抗R=−ΔV/ΔIにより推定することができる。その他の構成は、図1に示した実施例1の構成と同様である。
Next, a third embodiment of the power supply apparatus according to the present invention will be described. In the third embodiment, when the progress of deterioration of the first
実施例3における制御フローの特徴は、実施例1における残存容量が等しいか否かの比較判定を緩和するとともに、第1蓄電ユニット11の内部抵抗R1と、第2蓄電ユニット12の内部抵抗R2との差が許容差基準値(ΔR)より大きければ、残存容量の許容差基準値(ΔSOC)を増大補正する点にある。
The feature of the control flow in the third embodiment is that the comparison determination of whether or not the remaining capacities in the first embodiment are equal is eased, and the internal resistance R1 of the first
図8は、本実施例における切換制御部3の制御フローチャートである。図7に対してS32とS40との間に、S42〜S48が追加されている。その他のステップは、実施例2の図7と同様であり、同じステップには、同じステップ番号を付与して、重複する説明を省略する。
FIG. 8 is a control flowchart of the switching
図8において、S32の判定がNOの場合、S42へ進む。S42では、第1蓄電ユニット11の内部抵抗R1を推定する。次いでS44で、第2蓄電ユニット12の内部抵抗R2を推定する。内部抵抗の推定方法は、上記の方法による。
In FIG. 8, when the determination in S32 is NO, the process proceeds to S42. In S42, the internal resistance R1 of the first
次いでS46で、第1蓄電ユニット11の内部抵抗R1と、第2蓄電ユニット12の内部抵抗R2との抵抗差(|R1−R2|)が抵抗差基準値(ΔR)より大きいか否かを判定する。抵抗差(|R1−R2|)が抵抗差基準値(ΔR)より大きければ、S48で容量差基準値(ΔSOC)を増大補正してS40へ進む。S46の判定で、抵抗差(|R1−R2|)が抵抗差基準値(ΔR)以下であれば、S48の増大補正を行うことなくS40へ進む。
Next, in S46, it is determined whether or not the resistance difference (| R1-R2 |) between the internal resistance R1 of the first
以上説明した本実施例によれば、実施例1,2の効果に加えて、第1蓄電ユニット11と第2蓄電ユニット12との劣化の進み方が異なる場合、両者の内部抵抗が異なってくるが、第1蓄電ユニット11の内部抵抗R1と第2蓄電ユニット12の内部抵抗R2との差が抵抗差基準値(ΔR)を超えた場合に、容量差基準値(ΔSOC)を増大補正しているので、複数の蓄電手段が並列接続状態で動作する時間が長くなるため、内部抵抗の小さい方の蓄電手段からより大きい電流が取り出せるようになり、複数の蓄電ユニット間の内部抵抗のバラつきを低減させることができるという効果がある。
According to the present embodiment described above, in addition to the effects of the first and second embodiments, when the progress of deterioration differs between the first
なお、上記実施例1〜3においては、電気自動車に搭載される負荷装置と電力供給装置を前提に説明をしたが、これに限定されるものではない。 In addition, in the said Examples 1-3, although demonstrated on the assumption of the load apparatus and electric power supply apparatus which are mounted in an electric vehicle, it is not limited to this.
1…電力供給装置、2…蓄電装置、3…切換制御部、4…インバータ、5…モータジェネレータ、11…第1蓄電ユニット、12…第2蓄電ユニット、13…第1スイッチ、14…第2スイッチ、15…第3スイッチ、16…+端子、17…−端子、21…要求駆動電力演算部、22…最大供給電力推定部、23…総損失推定部、24…残存容量推定部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric power supply apparatus, 2 ... Power storage apparatus, 3 ... Switching control part, 4 ... Inverter, 5 ... Motor generator, 11 ... 1st electrical storage unit, 12 ... 2nd electrical storage unit, 13 ... 1st switch, 14 ... 2nd Switch ... 15 ... 3rd switch, 16 ... + terminal, 17 ...-terminal, 21 ... Required drive power calculation part, 22 ... Maximum supply power estimation part, 23 ... Total loss estimation part, 24 ... Remaining capacity estimation part.
Claims (8)
該複数の蓄電手段の直列接続状態と並列接続状態とを切り換える切換制御手段と、
を有する電力供給装置において、
前記切換制御手段は、
前記負荷装置の要求駆動電力を演算する要求駆動電力演算手段と、
前記複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における最大供給電力をそれぞれ推定する最大供給電力推定手段と、
前記複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における前記負荷装置の総損失をそれぞれ推定する総損失推定手段と、
を備え、
前記要求駆動電力と、各接続状態における前記最大供給電力と前記総損失との差と、前記総損失とに基づいて、前記複数の蓄電手段の状態を直列接続状態または並列接続状態に切り換えることを特徴とする電力供給装置。 A plurality of power storage means for supplying electric power to an inverter and a load generator including any one of a motor generator driven by the inverter or the motor generator;
Switching control means for switching between the series connection state and the parallel connection state of the plurality of power storage means;
In the power supply device having
The switching control means includes
Required drive power calculating means for calculating the required drive power of the load device;
Maximum supply power estimation means for estimating the maximum supply power in a series connection state and a parallel connection state of the plurality of power storage means, respectively;
A total loss estimating means for estimating a total loss of the load device in a series connection state and a parallel connection state of the plurality of power storage means;
With
Based on the required driving power, the difference between the maximum supply power and the total loss in each connection state, and the total loss, switching the state of the plurality of power storage means to a serial connection state or a parallel connection state A power supply device.
前記差がいずれも前記要求駆動電力よりも小さく、かつ前記各残存容量に容量差がないときは、直列接続状態となるように接続状態を切り換え、
前記差がいずれも前記要求駆動電力よりも小さく、かつ前記各残存容量に容量差があるときは、
前記差が大きい方の接続状態となるように前記複数の蓄電手段の接続状態を切り換えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力供給装置。 The switching control means further includes a remaining capacity estimating means for estimating each remaining capacity of the plurality of power storage means,
When the difference is less than the required drive power and there is no capacity difference between the remaining capacities, the connection state is switched to be in a series connection state,
When the difference is less than the required drive power and there is a capacity difference between the remaining capacities,
The power supply device according to claim 1 or 2, wherein the connection state of the plurality of power storage units is switched so that the connection state with the larger difference is achieved.
該複数の蓄電手段の直列接続状態と並列接続状態とを切り換える切換制御手段と、
を有する電力供給装置の制御方法において、
前記負荷装置の要求駆動電力を演算する要求駆動電力演算過程と、
前記複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における最大供給電力をそれぞれ推定する最大供給電力推定過程と、
前記複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における前記負荷装置の総損失をそれぞれ推定する総損失推定過程と、
を備え、
前記要求駆動電力と、各接続状態における前記最大供給電力と前記総損失との差と、前記総損失とに基づいて、前記複数の蓄電手段の状態を直列接続状態または並列接続状態に切り換えることを特徴とする電力供給装置の制御方法。 A plurality of power storage means for supplying electric power to an inverter and a load generator including any one of a motor generator driven by the inverter or the motor generator;
Switching control means for switching between the series connection state and the parallel connection state of the plurality of power storage means;
In the control method of the power supply device having
A required drive power calculation process for calculating the required drive power of the load device;
A maximum supply power estimation process for estimating a maximum supply power in a serial connection state and a parallel connection state of the plurality of power storage means, respectively;
A total loss estimation process for estimating a total loss of the load device in a series connection state and a parallel connection state of the plurality of power storage units, and
With
Based on the required driving power, the difference between the maximum supply power and the total loss in each connection state, and the total loss, switching the state of the plurality of power storage means to a serial connection state or a parallel connection state A control method for a power supply apparatus.
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