JP2010124586A - Dc-dc converter unit and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、1次側と2次側との間に、スイッチング素子を有し電圧変換を行う相アームが複数並列的に接続されたDC/DCコンバータ装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a DC / DC converter device in which a plurality of phase arms having a switching element and performing voltage conversion are connected in parallel between a primary side and a secondary side, and a control method thereof.
1次側に接続された直流電源の直流電圧を、2次側に接続された負荷の定格電圧に対応するよう電圧変換するDC/DCコンバータ装置では、負荷が重くなると1次側の直流電源からスイッチング素子を通じて2次側に通過する電流が増加する。 In the DC / DC converter device that converts the DC voltage of the DC power source connected to the primary side to correspond to the rated voltage of the load connected to the secondary side, when the load becomes heavy, the DC power source on the primary side The current passing through the switching element to the secondary side increases.
この電流の増加に応じて、スイッチング素子の発熱が大きくなる。スイッチング素子は、過発熱に至ると破壊するおそれがある。 As the current increases, the switching element generates more heat. The switching element may be destroyed if it overheats.
スイッチング素子の熱による破壊を防止するための技術が提案されている(特許文献1)。 A technique for preventing destruction of the switching element due to heat has been proposed (Patent Document 1).
この特許文献1に係る技術では、スイッチング素子の温度が所定温度に上昇したとき、DC/DCコンバータ装置を構成するスイッチング素子を通過する電流を絞る(抑制する)ように構成されている。
The technique according to
しかしながら、スイッチング素子の通過電流を絞ると、負荷の電力要求を満足することができなくなるため、負荷により実施される仕事がパワー不足に陥るおそれがある。 However, if the passing current of the switching element is reduced, the power requirement of the load cannot be satisfied, and the work performed by the load may fall short of power.
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、DC/DCコンバータ装置の通過電力を抑制することなく、スイッチング素子の温度上昇を抑制することを可能とするDC/DCコンバータ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, and a DC / DC converter device capable of suppressing a temperature rise of a switching element without suppressing power passing through the DC / DC converter device, and An object is to provide a control method thereof.
この発明に係るDC/DCコンバータ装置は、1次側と2次側との間に、スイッチング素子を有し電圧変換を行う相アームが複数並列的に接続されたDC/DCコンバータ装置であって、前記スイッチング素子の素子温度を検出する温度センサと、検出された前記素子温度の上昇に伴い、1相アームのみの駆動から複数の相アームの交替駆動に制御を切り替える制御部と、を備えることを特徴とする。 A DC / DC converter device according to the present invention is a DC / DC converter device in which a plurality of phase arms having a switching element and performing voltage conversion are connected in parallel between a primary side and a secondary side. A temperature sensor that detects an element temperature of the switching element; and a control unit that switches control from driving of only one phase arm to alternating driving of a plurality of phase arms as the detected element temperature increases. It is characterized by.
また、この発明に係るDC/DCコンバータ装置の制御方法は、1次側と2次側との間に、スイッチング素子を有し電圧変換を行う相アームが複数並列的に接続されたDC/DCコンバータ装置の制御方法であって、前記スイッチング素子の素子温度を検出し、検出された前記素子温度の上昇に伴い、1相アームのみの駆動から複数の相アームの交替駆動に制御を切り替えることを特徴とする。 The DC / DC converter apparatus control method according to the present invention is a DC / DC in which a plurality of phase arms having a switching element and performing voltage conversion are connected in parallel between a primary side and a secondary side. A method for controlling a converter device, comprising: detecting an element temperature of the switching element; and switching the control from driving only one phase arm to alternating driving of a plurality of phase arms as the detected element temperature increases. Features.
上述した各発明によれば、スイッチング素子の温度上昇に応じて、1相アームのみの駆動(運転)から相アーム交替駆動(運転)に切り替えることにより、DC/DCコンバータの通過電力を抑制することなく、スイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。 According to each invention described above, the passing power of the DC / DC converter is suppressed by switching from the driving (operation) of only the one-phase arm to the phase arm replacement driving (operation) according to the temperature rise of the switching element. Therefore, the temperature rise of the switching element can be suppressed.
この場合、前記制御部は、検出された前記素子温度の上昇に伴い、1相アームのみの駆動(運転)から2相アームの交替駆動(運転)、さらに3相アームの交替駆動(運転)に制御を切り替えるようにすることで、複数アームが3相アームである場合の制御の切り替え順が明確になる。 In this case, as the detected element temperature increases, the control unit changes from driving (operation) of only the one-phase arm to replacement driving (operation) of the two-phase arm, and further to replacement driving (operation) of the three-phase arm. By switching the control, the control switching order when the plurality of arms are three-phase arms is clarified.
なお、制御を切り替える際の温度閾値にヒステリシスを持たせることで、制御切り替え時の温度変動による切り替えチャタリングが発生することを防止し、切り替え制御を安定化させることができる。 It should be noted that by providing hysteresis to the temperature threshold when switching control, switching chattering due to temperature fluctuation at the time of control switching can be prevented, and switching control can be stabilized.
また、前記素子温度が上昇していないときに駆動される前記1相アームを固定の相アームとし、当該固定した相アームのスイッチング素子の電力定格を、他の相アームのスイッチング素子の電力定格よりも大きく設定することが好ましい。このように、最も頻繁に駆動される固定の1相アームのスイッチング素子の電力定格を、他の相アームのスイッチング素子の電力定格よりも大きく設定することで、DC/DCコンバータ装置の寿命(平均故障時間)を長くすることができる。 Further, the one-phase arm that is driven when the element temperature is not raised is a fixed phase arm, and the power rating of the switching element of the fixed phase arm is higher than the power rating of the switching element of the other phase arm. Is preferably set to a large value. Thus, by setting the power rating of the switching element of the fixed one-phase arm that is driven most frequently to be larger than the power rating of the switching element of the other phase arm, the life of the DC / DC converter device (average (Failure time) can be lengthened.
さらに、当該DC/DCコンバータ装置のメインスイッチがオン状態とされる毎に、素子温度が上昇していないときに駆動される前記1相アームを他の1相アームに切り替えて駆動するようにしてもよい。このように、1相アームのみ駆動される当該相アームを、メインスイッチ(電源スイッチ)がオン状態とされる毎に切り替えることで、DC/DCコンバータ装置の寿命(平均故障時間)を長くすることができる。 Further, each time the main switch of the DC / DC converter device is turned on, the one-phase arm that is driven when the element temperature is not increased is switched to another one-phase arm for driving. Also good. In this way, by switching the phase arm that is driven by only one phase arm each time the main switch (power switch) is turned on, the life (average failure time) of the DC / DC converter device is increased. Can do.
この発明によれば、DC/DCコンバータ装置の通過電力を抑制することなく、DC/DCコンバータ装置を構成するスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the temperature rise of the switching elements constituting the DC / DC converter device without suppressing the passing power of the DC / DC converter device.
以下、この発明に係るDC/DCコンバータ装置の駆動方法を実施するDC/DCコンバータ装置が適用された車両等の実施形態について図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a vehicle or the like to which a DC / DC converter device that implements a method for driving a DC / DC converter device according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
A.全体的な構成の説明
[全体構成]
図1は、この実施形態に係る燃料電池車両10の概略全体構成図を示している。
A. Explanation of overall configuration [Overall configuration]
FIG. 1 shows a schematic overall configuration diagram of a
この燃料電池車両10は、基本的には、1次側1Sに1次電圧V1を発生する第1直流電源装置としてのバッテリ12と2次側2Sに2次電圧V2を発生する第2直流電源装置としての燃料電池(Fuel Cell)14とから構成されるハイブリッド直流電源装置と、このハイブリッド直流電源装置から電力が供給される負荷である走行用のモータ16とから構成される。
The
[燃料電池とそのシステム]
燃料電池14は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池14には、反応ガス供給部18が配管を通じて接続されている。反応ガス供給部18は、一方の反応ガスである水素(燃料ガス)を貯留する水素タンクと、他方の反応ガスである空気(酸化剤ガス)を圧縮するコンプレッサを備えている。反応ガス供給部18から燃料電池14に供給された水素と空気の燃料電池14内での電気化学反応により生成された発電電流がモータ16とバッテリ12に供給される。
[Fuel cell and its system]
The
燃料電池システム11は、燃料電池14及び反応ガス供給部18とこれらを制御する燃料電池制御部(FC制御部)44とから構成される。
The
[DC/DCコンバータ]
DC/DCコンバータ20は、一方側が1次側1Sに接続されたバッテリ12に接続され、他方側が燃料電池14とモータ16との接続点である2次側2Sに接続されたチョッパ型の電圧変換装置である。
[DC / DC converter]
The DC /
DC/DCコンバータ20は、1次電圧V1を2次電圧V2(V1≦V2)に電圧変換(昇圧変換)するとともに、2次電圧V2を1次電圧V1に電圧変換(降圧変換)する昇降圧型の電圧変換装置である。
The DC /
[インバータとモータ及びドライブ系]
インバータ22は、3相フルブリッジ型の構成とされて、直流/交流変換を行い、直流を3相の交流に変換してモータ16に供給する一方、回生動作に伴う交流/直流変換後の直流を2次側2SからDC/DCコンバータ20を通じて1次側1Sに供給し、バッテリ12を充電等する。
[Inverter, motor and drive system]
The
モータ16は、トランスミッション24を通じて車輪26を回転する。なお、実際上、インバータ22とモータ16を併せて負荷23という。
The
[高圧バッテリ]
1次側1Sに接続される高圧(High Voltage)のバッテリ12は、蓄電装置(エネルギストレージ)であり、例えばリチウムイオン2次電池又はキャパシタ等を利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン2次電池を利用している。
[High voltage battery]
A
[各種センサ、メインスイッチ及び通信線]
メインスイッチ(電源スイッチ)34と各種センサ36が通信線38に接続される。メインスイッチ34は、燃料電池車両10及び燃料電池システム11をオン(起動又は始動)オフ(停止)するイグニッションスイッチとしての機能を有する。各種センサ36は、車両状態及び環境状態等の状態情報を検出する。通信線38としては、車内LANであるCAN(Controller Area Network)等が使用される。
[Various sensors, main switches and communication lines]
A main switch (power switch) 34 and
[制御部]
通信線38に対して、統合制御部40、FC制御部44、モータ制御部46、コンバータ制御部48、及びバッテリ制御部52が相互に接続される。DC/DCコンバータ20と、このDC/DCコンバータ20を制御するコンバータ制御部48とによりDC/DCコンバータ装置50が形成される。
[Control unit]
The
各制御部40、44、46、48、52は、それぞれマイクロコンピュータを含み、メインスイッチ34等の各種スイッチ及び各種センサ36の状態情報を検出するとともに制御部40、44、46、48、52同士で共有し、これらスイッチ及びセンサからの状態情報及び互いに他の制御部からの情報(指令等)を入力とし、各CPUがメモリ(ROM)に格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する機能実現部(機能実現手段)として動作する。制御部40、44、46、48、52は、CPU、メモリの他、必要に応じて、タイマ、A/D変換器、D/A変換器等の入出力インタフェースを有する。
Each
B.詳細な構成の説明
[DC/DCコンバータ装置]
図2は、DC/DCコンバータ20の詳細な構成を示している。DC/DCコンバータ20は、1次側1Sと2次側2Sとの間に配される3相の相アームUA、VA、WAと、リアクトル90とから構成される。
B. Detailed configuration description [DC / DC converter device]
FIG. 2 shows a detailed configuration of the DC /
U相アームUAは、上アーム素子(上アームスイッチング素子81uとダイオード83u)と下アーム素子(下アームスイッチング素子82uとダイオード84u)とで構成される。
The U-phase arm UA includes an upper arm element (upper
V相アームVAは、上アーム素子(上アームスイッチング素子81vとダイオード83v)と下アーム素子(下アームスイッチング素子82vとダイオード84v)とで構成される。
V-phase arm VA includes an upper arm element (upper
W相アームWAは、上アーム素子(上アームスイッチング素子81wとダイオード83w)と下アーム素子(下アームスイッチング素子82wとダイオード84w)とで構成される。
W-phase arm WA includes an upper arm element (upper
上アームスイッチング素子81u、81v、81wと下アームスイッチング素子82u、82v、82wには、それぞれ例えばMOSFET又はIGBT等が採用される。
As the upper
リアクトル90は、各相アームUA、VA、WAの中点(共通接続点)とバッテリ12の正極との間に挿入され、DC/DCコンバータ20により1次電圧V1と2次電圧V2との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する作用を有する。
上アームスイッチング素子81u、81v、81wは、コンバータ制御部48から出力されるゲート駆動信号(駆動電圧)UH、VH、WHのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子82u、82v、82wは、ゲートの駆動信号(駆動電圧)UL、VL、WLのハイレベルによりそれぞれオンにされる。なお、コンバータ制御部48は、1次側平滑コンデンサ94に並列に設けられた電圧センサ91により1次電圧V1を検出し、電流センサ101により1次電流I1を検出し、2次側平滑コンデンサ96に並列に設けられた電圧センサ92により2次電圧V2を検出し、電流センサ102により2次電流I2を検出する。
The upper
上アームスイッチング素子81u、81v、81wと下アームスイッチング素子82u、82v、82wには、それぞれ温度センサ69が取り付けられ、上アームスイッチング素子81u、81v、81wと下アームスイッチング素子82u、82v、82wのそれぞれの検出温度Tuh(81u)、Tvh(81v)、Twh(81w)、Tul(82u)、Tvl(82v)、Twl(82w)は、コンバータ制御部48により検出される。
A
[DC/DCコンバータ装置の動作]
(3相アーム交替駆動動作:3相運転ともいう。)
図3のタイムチャートは、DC/DCコンバータ装置50の3相アーム交替駆動動作の説明図である。
[Operation of DC / DC converter device]
(3-phase arm replacement drive operation: also called 3-phase operation)
The time chart of FIG. 3 is an explanatory diagram of the three-phase arm replacement drive operation of the DC /
降圧動作(回生動作)に係る降圧チョッパ制御では、負荷23や燃料電池14から流れ出す2次電流I2がDC/DCコンバータ20を通過して1次電流I1としてバッテリ12を充電等する。昇圧動作(力行動作)に係る昇圧チョッパ制御では、バッテリ12から流れ出す1次電流I1がDC/DCコンバータ20を通過し2次電流I2としてモータ16を含む負荷23が駆動される。
In the step-down chopper control related to the step-down operation (regeneration operation), the secondary current I2 flowing out from the
スイッチング周期を2π=T、上下アームスイッチング素子81、82に対してハイレベルの駆動信号が送信される期間をTonとすると、デッドタイムdtを無視すれば、降圧チョッパ制御での駆動デューティ(ONデューティ)は、(1)式で表され、昇圧チョッパ制御での駆動デューティは、(2)式で表される。
Ton/T=V1/V2 …(1)
Ton/T=(1−V1/V2) …(2)
Assuming that the switching period is 2π = T and the period during which a high-level drive signal is transmitted to the upper and lower arm switching elements 81 and 82 is Ton, the driving duty (ON duty) in the step-down chopper control is ignored if the dead time dt is ignored. ) Is expressed by equation (1), and the drive duty in boost chopper control is expressed by equation (2).
Ton / T = V1 / V2 (1)
Ton / T = (1−V1 / V2) (2)
駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLの波形中、ハッチングを付けた期間は、駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLが供給されているアームスイッチング素子(例えば、駆動信号UHに対応するアームスイッチング素子は上アームスイッチング素子81u)が通流している(電流が流れている)期間を示している。
Among the waveforms of the drive signals UH, UL, VH, VL, WH, WL, the hatched period is an arm switching element (for example, drive signal) to which the drive signals UH, UL, VH, VL, WH, WL are supplied. The arm switching element corresponding to UH indicates a period during which the upper
DC/DCコンバータ20の降圧チョッパ制御及び昇圧チョッパ制御のいずれの動作の場合にも、1スイッチング周期2π毎に、同じ相の上アームスイッチング素子81(81u〜81w)及び下アームスイッチング素子82(82u〜82w)にハイレベルの駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLを出力する。また、駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLは、UVW相を交替(ローテーション)して出力する。降圧チョッパ制御では、上アームスイッチング素子81(81u〜81w)を通流させ、昇圧チョッパ制御では、下アームスイッチング素子82(82u〜82w)を通流させる。
In any operation of the step-down chopper control and step-up chopper control of the DC /
この場合、上下アームスイッチング素子81、82間が同時に通流して2次電圧V2が短絡することを防止するために、各駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLは、それぞれデッドタイムdtを挟んでハイレベルとするようにしている。すなわち、デッドタイムdtを挟んで、いわゆる同期スイッチングを行っている。 In this case, in order to prevent the secondary voltage V2 from being short-circuited simultaneously between the upper and lower arm switching elements 81 and 82, each of the drive signals UH, UL, VH, VL, WH, WL has a dead time dt. It is trying to make it high level across. That is, so-called synchronous switching is performed with the dead time dt interposed therebetween.
降圧チョッパ制御では、まず、駆動信号UHにより上アームスイッチング素子81u(U相)のみが通流している期間には、2次電流I2が上アームスイッチング素子81uを通じてリアクトル90に1次電流I1として流れ、リアクトル90にエネルギが蓄積されるとともに、バッテリ12に充電される。
In the step-down chopper control, first, the secondary current I2 flows as the primary current I1 to the
次に、駆動信号ULのみがハイレベルとなっている期間には、当該下アームスイッチング素子82uは通流せず、ダイオード84u、84v、84wが導通してリアクトル90に蓄積されているエネルギが放出され、バッテリ12に充電される。以下、同様に、V相、W相と繰り返す。
Next, during a period in which only the drive signal UL is at a high level, the lower
昇圧チョッパ制御では、まず、駆動信号UL(U相)のみがハイレベルとされている期間(ハッチングで示す期間)には、バッテリ12からの1次電流I1によりリアクトル90にエネルギが蓄積される。なお、このとき、2次側平滑コンデンサ96から負荷23に電流が供給されている。
In the step-up chopper control, first, energy is accumulated in the
次に、駆動信号VH(V相)のみがハイレベルとされている期間には、当該上アームスイッチング素子81vは通流せず、ダイオード83u、83v、83wが導通してリアクトル90に蓄積されているエネルギが放出され、リアクトル90からの1次電流I1がDC/DCコンバータ20を通過し、2次電流I2として2次側平滑コンデンサ96を充電するとともに、負荷23に供給される。以下、同様にV相、W相と繰り返す。
Next, during a period in which only the drive signal VH (V phase) is at a high level, the upper
すなわち、3相アーム交替駆動動作では、U相アームUAと、V相アームVAと、W相アームWAとが交替してスイッチングする。 That is, in the three-phase arm replacement drive operation, the U-phase arm UA, the V-phase arm VA, and the W-phase arm WA are switched and switched.
(2相アーム交替駆動動作:2相運転ともいう。)
図4のタイムチャートは、DC/DCコンバータ装置50の2相アーム交替駆動動作の説明図である。
(Two-phase arm replacement drive operation: also called two-phase operation.)
The time chart of FIG. 4 is an explanatory diagram of the two-phase arm replacement drive operation of the DC /
図4から分かるように、2相アーム交替駆動動作では、U相アームUAとV相アームVAが交替してスイッチングする。W相アームWAは、オフ状態となっている。 As can be seen from FIG. 4, in the two-phase arm replacement drive operation, the U-phase arm UA and the V-phase arm VA are switched and switched. W-phase arm WA is in an off state.
(1相アーム駆動動作:通常運転ともいう。)
図5のタイムチャートは、DC/DCコンバータ装置50の1相アーム駆動動作の説明図である。
(One-phase arm drive operation: Also called normal operation.)
The time chart of FIG. 5 is an explanatory diagram of the one-phase arm driving operation of the DC /
図5から分かるように、1相アーム駆動動作では、U相アームUAのみがスイッチングする。V相アームVAとW相アームWAは、オフ状態となっている。 As can be seen from FIG. 5, in the one-phase arm driving operation, only the U-phase arm UA is switched. V-phase arm VA and W-phase arm WA are in an off state.
C.動作説明
次に、スイッチング素子の温度に応じたDC/DCコンバータ装置50のコンバータ制御部48による駆動方法について図6のフローチャート、図7の特性図(マップ、遷移図)、及び図8のフローチャートを参照しながら説明する。これらのフローチャート及び特性図は、コンバータ制御部48中のメモリに予め格納されている。
C. Description of Operation Next, a driving method by the
図7の特性図は、例として、通常時U相アームUAのみを使用した制御の相アームの切り替え方を示している。相アームを切り替える際には閾値温度Tth1〜Tth4(Tth1<Tth2<Tth3<Tth4)でヒステリシスを持たせている。横軸は、図2に示す他6個の温度センサ69による検出温度Tuh(81u)、Tvh(81v)、Twh(81w)、Tul(82u)、Tvl(82v)、Twl(82w)中の最大温度Tmaxの値が参照される。
The characteristic diagram of FIG. 7 shows, as an example, how to switch the control phase arm using only the normal U-phase arm UA. When the phase arms are switched, hysteresis is given at threshold temperatures Tth1 to Tth4 (Tth1 <Tth2 <Tth3 <Tth4). The horizontal axis represents the maximum of the detected temperatures Tuh (81u), Tvh (81v), Twh (81w), Tul (82u), Tvl (82v), and Twl (82w) detected by the other six
メインスイッチ34(図1参照)のオフからオンへの操作が通信線38を通じてコンバータ制御部48により検出されると、図6のステップS1の運転前確認処理において、通常運転フラグF1、2相運転フラグF2、及び3相運転フラグF3がいずれもオフになっているかどうかが判定される(F1=OFF、F2=OFF、F3=OFF)。
When the operation of the main switch 34 (see FIG. 1) from OFF to ON is detected by the
ステップS1の判定が否定的であるとき、1相運転中であると推定されるが、さらに、ステップS2において、通常運転フラグF1=ON、2相運転フラグF2=OFF、且つ3相運転フラグF3=OFFになっているかどうかが判定される。 When the determination in step S1 is negative, it is estimated that the one-phase operation is being performed. Further, in step S2, the normal operation flag F1 = ON, the two-phase operation flag F2 = OFF, and the three-phase operation flag F3. It is determined whether or not = OFF.
ステップS1及びステップS2の判定が肯定的であるとき、ステップS3において、第1最大温度Tmax1が算出される。第1最大温度Tmax1は、U相アームUAの検出温度Tuh(81u)又は検出温度Tul(82u)のいずれかの最大温度(大きい値の温度)である。 When the determinations in step S1 and step S2 are affirmative, in step S3, the first maximum temperature Tmax1 is calculated. The first maximum temperature Tmax1 is the maximum temperature (large value temperature) of the detection temperature Tuh (81u) or the detection temperature Tul (82u) of the U-phase arm UA.
次いで、ステップS4において、第1最大温度Tmax1が図7に示す閾値温度Tth2以下であるかどうかが判定され、以下である場合には、1相運転が確定され、ステップS5において、フラグの組み合わせが、通常運転フラグF1=ON、2相運転フラグF2=OFF、且つ3相運転フラグF3=OFFの組み合わせに設定される。 Next, in step S4, it is determined whether or not the first maximum temperature Tmax1 is equal to or lower than the threshold temperature Tth2 shown in FIG. 7, and if it is equal to or lower, the one-phase operation is confirmed. In step S5, the flag combination is determined. The normal operation flag F1 = ON, the two-phase operation flag F2 = OFF, and the three-phase operation flag F3 = OFF are set.
ステップS4において、第1最大温度Tmax1が閾値温度Tth2を上回っている場合には、2相運転が確定され、ステップS6において、フラグの組み合わせが、通常運転フラグF1=OFF、2相運転フラグF2=ON、且つ3相運転フラグF3=OFFに設定される。 If the first maximum temperature Tmax1 exceeds the threshold temperature Tth2 in step S4, the two-phase operation is confirmed, and in step S6, the combination of flags is the normal operation flag F1 = OFF, the two-phase operation flag F2 = ON and the three-phase operation flag F3 = OFF is set.
次いで、ステップS7において、設定されたフラグの組み合わせに基づいてコンバータ制御部48からDC/DCコンバータ20に対して出力される駆動信号の出力パターンが決定され、該出力パターンによりDC/DCコンバータ20の動作が制御される。このステップS7の制御処理については後述する。
Next, in step S7, an output pattern of a drive signal output from the
上述したステップS2の判定が否定的であるとき、2相運転中であると推定されるが、さらに、ステップS8において、通常運転フラグF1=OFF、2相運転フラグF2=ON、且つ3相運転フラグF3=OFFになっているかどうかが判定される。 When the determination in step S2 described above is negative, it is estimated that the two-phase operation is being performed. Further, in step S8, the normal operation flag F1 = OFF, the two-phase operation flag F2 = ON, and the three-phase operation. It is determined whether or not the flag F3 = OFF.
ステップS8の判定が肯定的であるとき、ステップS9において、第2最大温度Tmax2が算出される。第2最大温度Tmax2は、U相アームUAとV相アームVAのスイッチング素子の検出温度Tuh(81u)、検出温度Tul(82u)、検出温度Tvh(81v)、検出温度Tvl(82v)中の最大温度である。 When the determination in step S8 is affirmative, in step S9, the second maximum temperature Tmax2 is calculated. The second maximum temperature Tmax2 is the maximum of the detection temperature Tuh (81u), the detection temperature Tul (82u), the detection temperature Tvh (81v), and the detection temperature Tvl (82v) of the switching elements of the U-phase arm UA and the V-phase arm VA. Temperature.
次いで、ステップS10において、第2最大温度Tmax2が図7に示す閾値温度Tth4以下であるかどうかが判定され、以下である場合には、さらにステップS11において、前記の第2最大温度Tmax2が閾値温度Tth1以下であるかどうかが判定され、以下である場合には、ステップS12において、1相運転が確定され、フラグの組み合わせが、通常運転フラグF1=ON、2相運転フラグF2=OFF、且つ3相運転フラグF3=OFFの組み合わせに設定される。 Next, in step S10, it is determined whether or not the second maximum temperature Tmax2 is equal to or lower than the threshold temperature Tth4 shown in FIG. 7. If it is equal to or lower, the second maximum temperature Tmax2 is further determined to be the threshold temperature in step S11. It is determined whether or not it is equal to or less than Tth1, and if so, in step S12, the one-phase operation is confirmed, and the flag combination is the normal operation flag F1 = ON, the two-phase operation flag F2 = OFF, and 3 The phase operation flag F3 = OFF is set.
ステップS11において、第2最大温度Tmax2が閾値温度Th1を上回っている場合、ステップS8の2相運転中のフラグ設定の組み合わせ、通常運転フラグF1=OFF、2相運転フラグF2=ON、且つ3相運転フラグF3=OFFが確定する。 If the second maximum temperature Tmax2 is higher than the threshold temperature Th1 in step S11, the combination of flag settings during the two-phase operation in step S8, the normal operation flag F1 = OFF, the two-phase operation flag F2 = ON, and the three-phase The operation flag F3 = OFF is confirmed.
また、ステップS10において、第2最大温度Tmax2が閾値温度Tth4を上回っている場合には、ステップS13において、3相運転が確定され、フラグの組み合わせが、通常運転フラグF1=OFF、2相運転フラグF2=OFF、且つ3相運転フラグF3=ONに設定される。 If the second maximum temperature Tmax2 exceeds the threshold temperature Tth4 in step S10, the three-phase operation is confirmed in step S13, and the flag combination is the normal operation flag F1 = OFF and the two-phase operation flag. F2 = OFF and the three-phase operation flag F3 = ON are set.
次いで、ステップS7において、設定されたフラグの組み合わせに基づいてコンバータ制御部48からDC/DCコンバータ20に対して出力される駆動信号の出力パターンが決定され、該出力パターンによりDC/DCコンバータ20の動作が制御される。このステップS7の制御処理については後述する。
Next, in step S7, an output pattern of a drive signal output from the
上述したステップS8の判定が否定的であるとき、3相運転中であると推定されるが、さらに、ステップS14において、通常運転フラグF1=OFF、2相運転フラグF2=OFF、且つ3相運転フラグF3=ONになっているかどうかが判定される。 When the determination in step S8 described above is negative, it is estimated that the three-phase operation is being performed. Further, in step S14, the normal operation flag F1 = OFF, the two-phase operation flag F2 = OFF, and the three-phase operation. It is determined whether or not the flag F3 = ON.
ステップS14の判定が肯定的であるとき、ステップS15において、第3最大温度Tmax3が算出される。第3最大温度Tmax2は、U相アームUA、V相アームVA、及びW相アームWAの全てのスイッチング素子の検出温度Tuh(81u)、検出温度Tul(82u)、検出温度Tvh(81v)、検出温度Tvl(82v)、検出温度Twh(81w)、検出温度Twl(82w)中の最大温度である。 When the determination in step S14 is affirmative, a third maximum temperature Tmax3 is calculated in step S15. The third maximum temperature Tmax2 is the detection temperature Tuh (81u), detection temperature Tul (82u), detection temperature Tvh (81v), and detection of all switching elements of the U-phase arm UA, V-phase arm VA, and W-phase arm WA. The maximum temperature among the temperature Tvl (82v), the detection temperature Twh (81w), and the detection temperature Twl (82w).
次いで、ステップS15において、第3最大温度Tmax3が閾値温度Tth3以下であるかどうかが判定され、以下である場合には、ステップS16において、2相運転が確定され、フラグの組み合わせが、通常運転フラグF1=OFF、2相運転フラグF2=ON、且つ3相運転フラグF3=OFFの組み合わせに設定される。 Next, in step S15, it is determined whether or not the third maximum temperature Tmax3 is equal to or lower than the threshold temperature Tth3. If it is equal to or lower, the two-phase operation is confirmed in step S16, and the combination of the flags is the normal operation flag. A combination of F1 = OFF, two-phase operation flag F2 = ON, and three-phase operation flag F3 = OFF is set.
ステップS15において、第3最大温度Tmax3が閾値温度Th3を上回っている場合、ステップS14の3相運転中のフラグ設定の組み合わせである、通常運転フラグF1=OFF、2相運転フラグF2=OFF、且つ3相運転フラグF3=ONの組み合わせを確定する。 If the third maximum temperature Tmax3 exceeds the threshold temperature Th3 in step S15, the normal operation flag F1 = OFF, the two-phase operation flag F2 = OFF, which is a combination of flag settings during the three-phase operation in step S14, and The combination of the three-phase operation flag F3 = ON is determined.
ステップS14の判定が否定的であるときには、フラグ設定の組み合わせが不明のままステップS7の制御処理にすすむ。 If the determination in step S14 is negative, the control processing in step S7 is performed without knowing the combination of flag settings.
次いで、ステップS7において、上記のように設定されたフラグの組み合わせに基づいてコンバータ制御部48からDC/DCコンバータ20に対して出力される駆動信号の出力パターンが決定され、該出力パターンによりDC/DCコンバータ20の動作が、1相運転の場合には図5の1相アーム駆動動作、2相運転の場合には図4の2相アーム交替駆動動作、3相運転の場合には図3の3相アーム交替駆動動作のいずれかに制御される。
Next, in step S7, an output pattern of the drive signal output from the
図8のフローチャートは、ステップS7の出力パターン決定・制御処理の詳細フローを示している。 The flowchart of FIG. 8 shows a detailed flow of the output pattern determination / control processing in step S7.
ステップS7aにおいて、フラグ設定の組み合わせが、通常運転フラグF1=OFF、2相運転フラグF2=OFF、且つ3相運転フラグF3=OFFである場合には、不定であり、再度ステップS1にもどる。 In step S7a, if the combination of flag settings is the normal operation flag F1 = OFF, the two-phase operation flag F2 = OFF, and the three-phase operation flag F3 = OFF, it is indefinite and the process returns to step S1 again.
ステップS7aにおいて、フラグ設定の組み合わせが、通常運転フラグF1=OFF、2相運転フラグF2=OFF、且つ3相運転フラグF3=OFFでない場合には、1相運転中のフラグ設定の組み合わせ、通常運転フラグF1=ON、2相運転フラグF2=OFF、且つ3相運転フラグF3=OFFであるかどうかが判定され、1相運転フラグ設定の組み合わせであった場合には、ステップS7cにおいて、出力パターンが1相(U相)制御と決定され、上述した1相アーム駆動動作、すなわち通常運転動作でDC/DCコンバータ20が制御される(図5参照)。
In step S7a, if the combination of flag settings is a normal operation flag F1 = OFF, a two-phase operation flag F2 = OFF, and a three-phase operation flag F3 = OFF, a combination of flag settings during a one-phase operation, a normal operation It is determined whether the flag F1 = ON, the two-phase operation flag F2 = OFF, and the three-phase operation flag F3 = OFF. If the combination is a combination of the one-phase operation flag settings, the output pattern is determined in step S7c. The control is determined as one-phase (U-phase) control, and the DC /
ステップS7bの判定において、1相運転フラグ設定の組み合わせでない場合には、ステップS7dにおいて、フラグ設定の組み合わせが、通常運転フラグF1=OFF、2相運転フラグF2=ON、且つ3相運転フラグF3=OFFであるかどうかが判定され、2相運転フラグ設定の組み合わせであった場合には、ステップS7eにおいて、出力パターンが2相(U相とV相)交替駆動制御と決定され、上述した2相アーム交替駆動動作でDC/DCコンバータ20が制御される(図4参照)。
If it is determined in step S7b that the combination is not a one-phase operation flag setting combination, in step S7d, the flag setting combination is a normal operation flag F1 = OFF, a two-phase operation flag F2 = ON, and a three-phase operation flag F3 =. If it is determined whether or not it is a combination of two-phase operation flag settings, the output pattern is determined to be two-phase (U-phase and V-phase) alternating drive control in step S7e, and the two-phase described above The DC /
ステップS7dの判定において、2相運転フラグ設定の組み合わせでない場合には、ステップS7fにおいて、フラグ設定の組み合わせが、通常運転フラグF1=OFF、2相運転フラグF2=OFF、且つ3相運転フラグF3=ONであるかどうかが判定され、3相運転フラグ設定の組み合わせであった場合には、ステップS7gにおいて、出力パターンが3相(U相とV相とW相)交替駆動制御と決定され、上述した3相アーム交替駆動動作でDC/DCコンバータ20が制御される(図3参照)。
If it is determined in step S7d that the combination is not a two-phase operation flag setting combination, in step S7f, the flag setting combination is a normal operation flag F1 = OFF, a two-phase operation flag F2 = OFF, and a three-phase operation flag F3 =. If it is determined whether or not it is a combination of three-phase operation flag settings, in step S7g, the output pattern is determined as three-phase (U-phase, V-phase and W-phase) alternating drive control, and the above-mentioned The DC /
ステップS7fの判定が否定的である場合には、フラグ設定の組み合わせが、不明であるものとして、再度ステップS1から制御を繰り返す。 If the determination in step S7f is negative, the control is repeated again from step S1, assuming that the combination of flag settings is unknown.
D.まとめ
以上説明したように、DC/DCコンバータ20は、1次側1Sと2次側2Sとの間に、スイッチング素子81u、82u、81v、82v、81w、82wを有し電圧変換を行う相アームUA、VA、WAが3相並列的に接続されたDC/DCコンバータ20である。なお、2相、例えば相アームUAと相アームVAのみが並列的接続されたDC/DCコンバータであってもこの発明を適用することができる。
D. Summary As described above, the DC /
さらにDC/DCコンバータ装置50は、スイッチング素子81u、82u、81v、82v、81w、82wの素子温度を検出する温度センサ69と、検出された素子温度Tuh、Tul、Tvh、Tvl、Twh、Twlの上昇に伴い、1相アームUAのみの駆動から複数の相アーム(2相の場合には、相アームUAと相アームUV)の交替駆動に制御を切り替えるコンバータ制御部48と、を備える。
Further, the DC /
このように、スイッチング素子81u、82u、81v、82v、81w、82wの温度上昇に応じて、1相アームUAのみの駆動(運転)から相アーム交替駆動(運転)に切り替えることにより、DC/DCコンバータ20の通過電力を抑制することなく、スイッチング素子81u、82u、81v、82v、81w、82wの温度上昇を抑制することができる。
Thus, by switching from the driving (operation) of only the one-phase arm UA to the phase arm replacement driving (operation) in accordance with the temperature rise of the
この場合、コンバータ制御部48は、検出された素子温度Tuh、Tul、Tvh、Tvl、Twh、Twlの上昇に伴い、1相アームUAのみの駆動(運転)から2相アーム(UA/VA)の交替駆動(運転)、さらに3相アーム(UA/VA/WA)の交替駆動(運転)に制御を切り替えるようにすることで、3相アームである場合の制御の切り替え順が明確になる。
In this case, the
なお、制御を切り替える際の温度閾値Tth1、Tth2、Tth3、Tth4にヒステリシスを持たせているので、制御切り替え時の温度変動による切り替えチャタリングが発生することを防止し、切り替え制御を安定化させることができる。 Since the temperature threshold values Tth1, Tth2, Tth3, and Tth4 when switching control are provided with hysteresis, switching chattering due to temperature fluctuation at the time of control switching is prevented, and switching control is stabilized. it can.
また、素子温度Tuh、Tul、Tvh、Tvl、Twh、Twlが上昇していないとき(Tmax1≦Tth1)に駆動される前記1相アームUAを固定の相アームとし、当該固定した1相アームUAのスイッチング素子81u、82uの電力定格を、他の相アームVA、WAのスイッチング素子81v、82v、81w、82wの電力定格よりも大きく設定することが好ましい。このように、最も頻繁に駆動される固定の1相アームUAのスイッチング素子81u、82uの電力定格を、他の相アームUV、UWのスイッチング素子81v、82v、81w、82wの電力定格よりも大きく設定することで、DC/DCコンバータ20の寿命(平均故障時間)を長くすることができる。
Further, the one-phase arm UA that is driven when the element temperature Tuh, Tul, Tvh, Tvl, Twh, Twl is not increased (Tmax1 ≦ Tth1) is a fixed phase arm, and the fixed one-phase arm UA It is preferable to set the power rating of the
さらに、電力定格の同じスイッチング素子を使用する場合には、当該DC/DCコンバータ装置50のメインスイッチ34がオン状態とされる毎に、素子温度が上昇していないときに駆動される前記1相アームを他の1相アームに切り替えて駆動するようにしてもよい(前回相アームUAが通常相アームとして駆動されていた場合には、今回相アームUVを通常相アームとして駆動する等。)。このように、1相アームのみ駆動される当該相アームを、メインスイッチ34がオン状態とされる毎に切り替えることで、DC/DCコンバータ装置50の寿命(平均故障時間)を長くすることができる。
Further, when switching elements having the same power rating are used, each time the
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted based on the contents described in this specification.
例えば、図9の他の実施形態に示すように、上アームスイッチング素子81u、81v、81wと、下アームのダイオード84u、82v、82wを省略した昇圧型の3相同期スイッチング方式のDC/DCコンバータ装置50aにも同様に適用することができる。昇圧型の2相同期スイッチング方式のDC/DCコンバータ装置にも同様に適用することができ、降圧型の複数相同期スイッチング方式のDC/DCコンバータ装置にも適用できることはいうまでもない。
For example, as shown in another embodiment of FIG. 9, a step-up three-phase synchronous switching DC / DC converter in which the upper
10…燃料電池車両 11…燃料電池システム
12…バッテリ 14…燃料電池
16…モータ 20…DC/DCコンバータ
48…コンバータ制御部 50…DC/DCコンバータ装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記スイッチング素子の素子温度を検出する温度センサと、
検出された前記素子温度の上昇に伴い、1相アームのみの駆動から複数の相アームの交替駆動に制御を切り替える制御部と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ装置。 A DC / DC converter device in which a plurality of phase arms having a switching element and performing voltage conversion are connected in parallel between a primary side and a secondary side,
A temperature sensor for detecting an element temperature of the switching element;
A control unit that switches control from driving of only one phase arm to alternating driving of a plurality of phase arms as the detected element temperature rises;
A DC / DC converter device comprising:
前記制御部は、検出された前記素子温度の上昇に伴い、1相アームのみの駆動から2相アームの交替駆動、さらに3相アームの交替駆動に制御を切り替える
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。 The DC / DC converter device according to claim 1, wherein
The control unit switches the control from driving of only one phase arm to driving of two-phase arm, and further driving of three-phase arm as the detected element temperature rises. apparatus.
制御を切り替える際の温度閾値にヒステリシスを持たせる
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。 The DC / DC converter device according to claim 1 or 2,
A DC / DC converter device characterized in that a hysteresis is given to a temperature threshold when switching control.
前記素子温度が上昇していないときに駆動される前記1相アームを固定の相アームとし、当該固定した相アームのスイッチング素子の電力定格を、他の相アームのスイッチング素子の電力定格よりも大きく設定する
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。 In the DC / DC converter device according to any one of claims 1 to 3,
The one-phase arm driven when the element temperature is not raised is a fixed phase arm, and the power rating of the switching element of the fixed phase arm is larger than the power rating of the switching element of the other phase arm. A DC / DC converter device characterized by setting.
当該DC/DCコンバータ装置のメインスイッチがオン状態とされる毎に、素子温度が上昇していないときに駆動される前記1相アームを他の1相アームに切り替えて駆動する
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置。 The DC / DC converter device according to claim 1 or 2,
Each time the main switch of the DC / DC converter device is turned on, the one-phase arm that is driven when the element temperature has not risen is switched to another one-phase arm for driving. DC / DC converter device.
前記スイッチング素子の素子温度を検出し、
検出された前記素子温度の上昇に伴い、1相アームのみの駆動から複数の相アームの交替駆動に制御を切り替える
ことを特徴とするDC/DCコンバータ装置の制御方法。 A control method of a DC / DC converter device in which a plurality of phase arms having a switching element and performing voltage conversion are connected in parallel between a primary side and a secondary side,
Detecting the element temperature of the switching element;
A control method for a DC / DC converter device, wherein the control is switched from driving of only one phase arm to alternating driving of a plurality of phase arms as the detected element temperature rises.
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