JP2013017324A - Power-supply system and method of controlling the same - Google Patents
Power-supply system and method of controlling the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013017324A JP2013017324A JP2011149172A JP2011149172A JP2013017324A JP 2013017324 A JP2013017324 A JP 2013017324A JP 2011149172 A JP2011149172 A JP 2011149172A JP 2011149172 A JP2011149172 A JP 2011149172A JP 2013017324 A JP2013017324 A JP 2013017324A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- converter
- power
- storage device
- power line
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
Description
この発明は、電源システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、コンバータおよびインバータによって電動機を駆動制御する電源システムの制御に関する。 The present invention relates to a power supply system and a control method therefor, and more particularly to control of a power supply system that drives and controls an electric motor using a converter and an inverter.
インバータにより直流電圧を交流電圧に変換して電動機を駆動する電源システムが、特開2005−160284号公報(特許文献1)、特開2003−219688号公報(特許文献2)、特開2002−118987号公報公報(特許文献3)、特開2010−166790号公報(特許文献4)および特開2007−104778号公報(特許文献5)等に記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-160284 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-219688 (Patent Document 2), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-118987 are disclosed in which a DC voltage is converted into an AC voltage by an inverter to drive an electric motor. (Patent Document 3), JP-A 2010-166790 (Patent Document 4), JP-A 2007-104778 (Patent Document 5), and the like.
さらに、特開2005−160284号公報(特許文献1)および特開2010−166790号公報(特許文献4)では、コンバータによってインバータに入力される直流側電圧を昇圧可能な構成が提案されている。特に、特開2005−160284号公報(特許文献1)では、バッテリおよびインバータの間に配置された昇圧回路(コンバータ)のバイパス回路を設ける構成が記載されている。そして、昇圧回路が昇圧動作を行わないときには、バイパス回路をオンすることによって、電力損失を低減する制御が記載されている。 Furthermore, Japanese Patent Laying-Open No. 2005-160284 (Patent Document 1) and Japanese Patent Laying-Open No. 2010-166790 (Patent Document 4) propose a configuration capable of boosting a DC side voltage input to an inverter by a converter. In particular, Japanese Patent Laying-Open No. 2005-160284 (Patent Document 1) describes a configuration in which a bypass circuit of a booster circuit (converter) disposed between a battery and an inverter is provided. And, when the booster circuit does not perform the boosting operation, the control for reducing the power loss by turning on the bypass circuit is described.
特許文献1の構成では、昇圧回路(コンバータ)のバイパス時には、インバータによるスイッチングを介して、モータとバッテリとの間で電流が入出力される。したがって、バッテリを流れる電流(バッテリ電流)に、インバータでのスイッチング周波数に応じた高周波の電流が重畳される。すなわち、コンバータをバイパスすることにより、電力損失が低減する一方で、バッテリ電流のリップルが増大する。電流リップルが増大すると、同一電力(平均値)をバッテリに入出力する際の発熱量が増大する。これにより、バッテリの出力性能が低下したり、バッテリの劣化が進行したりする虞がある。
In the configuration of
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、コンバータおよびインバータを有する電源システムにおいて、コンバータでの電力損失低減と、蓄電装置(バッテリ)に入出力される電流のリップルの抑制とを両立することである。 The present invention has been made to solve such problems. An object of the present invention is to reduce power loss in a converter and to store a power storage device (battery) in a power supply system having a converter and an inverter. This is to achieve both suppression of ripples in the input / output current.
この発明のある局面では、電源システムは、蓄電装置と、コンバータと、インバータと、バイパス回路と、コンバータおよびバイパス回路を制御するための制御部とを含む。コンバータは、電力線および蓄電装置の間で直流電圧変換を行うように構成される。コンバータは、電力線および蓄電装置の間に電気的に接続されたスイッチング素子およびリアク
トルを含む。インバータは、電力線および交流電動機の間で、複数のスイッチング素子のオンオフ制御によって直流交流電力変換を行うように構成される。バイパス回路は、動作時に、コンバータをバイパスするように蓄電装置および電力線の間を電気的に接続するように構成される。制御部は、コンバータによる昇圧が不要な動作状態である場合に、コンバータを停止するとともにバイパス回路を動作させる第1のモードと、バイパス回路を停止するとともにリアクトルを介して電力線および蓄電装置を電気的に接続するようにコンバータを動作させる第2のモードとを、電力線でのリップル電流に応じて選択的に実行するように構成される。
In one aspect of the present invention, a power supply system includes a power storage device, a converter, an inverter, a bypass circuit, and a control unit for controlling the converter and the bypass circuit. The converter is configured to perform DC voltage conversion between the power line and the power storage device. The converter includes a switching element and a reactor electrically connected between the power line and the power storage device. The inverter is configured to perform DC / AC power conversion between the power line and the AC motor by on / off control of a plurality of switching elements. The bypass circuit is configured to electrically connect the power storage device and the power line so as to bypass the converter during operation. The control unit is configured to stop the converter and operate the bypass circuit when the boosting operation by the converter is unnecessary, and to electrically connect the power line and the power storage device via the reactor while stopping the bypass circuit. The second mode in which the converter is operated so as to be connected to the power supply is selectively executed according to the ripple current in the power line.
好ましくは、制御部は、少なくとも交流電動機の動作状態に応じて、第1のモードおよび第2のモードのいずれかを選択する。 Preferably, the control unit selects one of the first mode and the second mode according to at least the operating state of the AC motor.
また好ましくは、制御部は、交流電動機の動作状態およびインバータの複数のスイッチング素子のスイッチング周波数に応じて、第1のモードおよび第2のモードのいずれかを選択する。 Preferably, the control unit selects one of the first mode and the second mode according to the operating state of the AC motor and the switching frequency of the plurality of switching elements of the inverter.
この発明の他の局面では、電源システムの制御方法であって、電源システムは、蓄電装置と、電力線および蓄電装置との間で直流電圧変換を行うためのコンバータと、電力線および交流電動機の間で、複数のスイッチング素子のオンオフ制御によって直流交流電力変換を行うためのインバータと含む。制御方法は、コンバータによる昇圧動作が必要な動作状態であるか否かを判定する第1の判定ステップと、昇圧動作が不要な動作状態であるときに、電力線でのリップル電流が大きい動作状態であるか否かを判定する第2の判定ステップと、リップル電流が大きい動作状態ではないときに、コンバータを停止するとともに、コンバータをバイパスするように蓄電装置および電力線の間を電気的に接続するように構成されたバイパス回路を動作させるステップと、リップル電流が大きい動作状態であるときに、バイパス回路を停止するとともにコンバータ中のリアクトルを介して電力線および蓄電装置を電気的に接続するようにコンバータを動作させるステップとを含む。 In another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a power supply system, wherein the power supply system includes a power storage device, a converter for performing DC voltage conversion between the power line and the power storage device, and the power line and the AC motor. And an inverter for performing DC / AC power conversion by on / off control of a plurality of switching elements. The control method includes a first determination step for determining whether or not the boost operation by the converter is necessary, and an operation state in which the ripple current in the power line is large when the boost operation is unnecessary. A second determination step for determining whether or not there is an electrical connection between the power storage device and the power line so that the converter is stopped and the converter is bypassed when the ripple current is not in the large operating state When the operation of the bypass circuit configured as described above and the operation state where the ripple current is large, the bypass circuit is stopped and the converter is electrically connected to the power line and the power storage device via the reactor in the converter. Operating.
好ましくは、第2の判定ステップは、少なくとも交流電動機の動作状態に応じて、リップル電流が大きい動作状態であるか否かを判定する。 Preferably, in the second determination step, it is determined whether or not the ripple current is in an operating state depending on at least the operating state of the AC motor.
また好ましくは、第2の判定ステップは、交流電動機の動作状態およびインバータの複数のスイッチング素子のスイッチング周波数に応じて、リップル電流が大きい動作状態であるか否かを判定する。 Preferably, in the second determination step, it is determined whether or not the ripple current is in an operation state depending on an operation state of the AC motor and switching frequencies of the plurality of switching elements of the inverter.
この発明によれば、コンバータおよびインバータを有する電源システムにおいて、コンバータでの電力損失低減と、蓄電装置(バッテリ)に入出力される電流のリップルの抑制とを両立することができる。 According to the present invention, in a power supply system having a converter and an inverter, it is possible to achieve both reduction of power loss in the converter and suppression of ripple of current input to and output from the power storage device (battery).
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
図1は、本発明の実施の形態に従う電源システムの概略構成図である。図1には、交流電動機M1を駆動制御するための電源システムが例示される。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power supply system according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 illustrates a power supply system for driving and controlling the AC motor M1.
図1を参照して、電源システム100は、直流電圧発生部10♯と、平滑コンデンサC0と、インバータ14と、制御装置30とを備える。
Referring to FIG. 1,
電源システムの負荷である交流電動機M1は、たとえば、ハイブリッド自動車または電気自動車等の電動車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する駆動用電動機である。すなわち、本実施の形態では、電動車両は、エンジンを搭載しない電気自動車を含め、車輪駆動力発生用の電動機を搭載する車両全般を含むものである。なお、交流電動機M1は、一般的には、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。また、この交流電動機M1は、ハイブリッド自動車では、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよい。さらに、交流電動機M1は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。 AC motor M1, which is a load of the power supply system, is a driving motor that generates torque for driving the driving wheels of an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. In other words, in the present embodiment, the electric vehicle includes all vehicles equipped with a motor for generating wheel driving force, including an electric vehicle not equipped with an engine. Note that AC motor M1 is generally configured to have both functions of an electric motor and a generator. Further, this AC motor M1 may be configured to have a function of a generator driven by an engine in a hybrid vehicle. Further, AC electric motor M1 may operate as an electric motor for the engine, and may be incorporated in a hybrid vehicle as one that can start the engine, for example.
直流電圧発生部10♯は、蓄電装置Bと、システムリレーSR1,SR2と、平滑コンデンサC1と、コンバータ12と、バイパス回路40とを含む。
DC
蓄電装置Bは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ、あるいは、これらの組合せから成る。蓄電装置Bに設けられたセンサ10によって、蓄電装置Bの電圧(Vb)、電流および温度が検知される。センサ10による検出値は、制御装置30へ出力される。
The power storage device B includes a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion, an electric double layer capacitor, or a combination thereof. The voltage (Vb), current, and temperature of the power storage device B are detected by the
システムリレーSR1は、蓄電装置Bの正極端子および電力線6との間に接続され、システムリレーSR2は、蓄電装置Bの負極端子および電力線5の間に接続される。システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からの信号SEによりオン/オフされる。平滑コンデンサC1は、電力線6および電力線5の間に接続される。電力線6および電力線5の間の直流電圧VLは、電圧センサ11によって検出される。電圧センサ11による検出値は、制御装置30へ送出される。
System relay SR1 is connected between the positive terminal of power storage device B and
コンバータ12は、いわゆる昇圧チョッパの構成を有し、リアクトルL1と、電力用半導体スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。
電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線7および電力線5の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2のオン・オフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S1およびS2によって制御される。
Power semiconductor
この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Q1,Q2に対しては、逆並列ダイオードD1,D2が配置されている。 In the embodiment of the present invention, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, or a power bipolar transistor is used as a power semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as “switching element”). Etc. can be used. Anti-parallel diodes D1, D2 are arranged for switching elements Q1, Q2.
リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと電力線6の間に接続される。また、平滑コンデンサC0は、電力線7および電力線5の間に接続される。
Reactor L1 is connected between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and
インバータ14は、電力線7および電力線5の間に並列に設けられる、U相アーム15と、V相アーム16と、W相アーム17とから成る。各相アームは、電力線7および電力線5の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、U相アーム15は、スイッチング素子Q3,Q4から成り、V相アーム16は、スイッチング素子Q5,Q6から成り、W相アーム17は、スイッチング素子Q7,Q8から成る。また、スイッチング素子Q3〜Q8に対して、逆並列ダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q3〜Q8のオン・オフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8によって制御される。
各相アームの中間点は、交流電動機M1の各相コイルの各相端に接続されている。代表的には、交流電動機M1は、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相アーム15〜17のスイッチング素子の中間点と接続されている。 An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of AC electric motor M1. Typically, AC electric motor M1 is a three-phase permanent magnet motor, and is configured such that one end of three coils of U, V, and W phases are commonly connected to a midpoint. Furthermore, the other end of each phase coil is connected to the midpoint of the switching elements of each phase arm 15-17.
コンバータ12は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Q1およびQ2が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。以下では、スイッチング素子Q1および/またはQ2がオンオフ制御されるコンバータ12の動作を、「スイッチング動作」とも称する。
コンバータ12は、スイッチング動作時には、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周期に対するオン期間比(デューティ比)の制御によって、電圧変換比(VHおよびVLの比)を制御する。すなわち、電力線7の直流電圧VH(インバータ14への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する)を電圧指令値VHrに一致されるように、電圧変換比(VH/VL)を制御することができる。
コンバータ12の昇圧動作時には、VH>VL(Vb)として、すなわち、蓄電装置Bの出力電圧よりも高い電圧によって、交流電動機M1を駆動することができる。これにより、同一電力の出力に対するインバータ14の電流を低減できるので、交流電動機M1の動作可能領域を高出力方向に広げることができる。また、コンバータ12は、スイッチング素子Q1およびQ2を相補的かつ交互にスイッチング動作させることにより、回生および力行の電流方向の両方に対応させて、双方向の直流電圧変換を実行することができる。
During the boosting operation of
なお、交流電動機M1の出力が高くないときには、コンバータ12で昇圧することなく、直流電圧VL(Vb)によっても交流電動機M1を駆動することができる。この場合には、コンバータ12において、スイッチング素子Q1およびQ2をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、VH=VL(電圧変換比=1.0)とすることができる。以下では、このようなコンバータ12の動作モードを、「上アームONモード」とも称する。上アームONモードでは、スイッチング素子Q1,Q2でのスイッチング損失が発生しないので、通常のスイッチング動作よりも効率が上昇する。したがって、コンバータ12による昇圧動作が必要でないときには、コンバータ12は、上アームONモードで動作する。
When the output of AC motor M1 is not high, AC motor M1 can be driven by DC voltage VL (Vb) without being boosted by
平滑コンデンサC0は、電力線7上の直流電圧を平滑化する。電圧センサ13は、平滑コンデンサC0の両端の電圧、すなわち、システム電圧VHを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。
The smoothing capacitor C0 smoothes the DC voltage on the
バイパス回路40は、コンバータ12をバイパスして電力線6および電力線7の間を電気的に接続するための電力線8と、電力線8に介挿接続されたバイパスリレーBRLとを含む。バイパスリレーBRLのオンオフは、制御装置30からの信号SBEに応じてによりオン/オフされる。バイパス回路40は、動作時には、バイパスリレーBRLをオンすることにより、コンバータ12をバイパスした電流経路を、蓄電装置Bおよび電力線7の
間に形成する。一方、コンバータ40は、停止時には、バイパス回路40は、バイパスリレーBRLをオフする。これにより、コンバータ12を経由した電流経路が、蓄電装置Bおよび電力線7の間に形成される。
インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が正(Trqcom>0)の場合には、制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング動作によって、電力線7上の直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するように交流電動機M1を駆動する。また、インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が零の場合(Trqcom=0)には、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように交流電動機M1を駆動する。これにより、交流電動機M1は、トルク指令値Trqcomによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
When the torque command value of AC motor M1 is positive (Trqcom> 0),
さらに、電源システム100が搭載された電動車両の回生制動時には、交流電動機M1のトルク指令値Trqcomは負に設定される(Trqcom<0)。この場合には、インバータ14は、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、交流電動機M1が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧(システム電圧)を平滑コンデンサC0を介してコンバータ12へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。
Further, during regenerative braking of an electric vehicle equipped with
電流センサ24は、交流電動機M1に流れる電流(相電流)を検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。なお、三相電流iu,iv,iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示すように2相分のモータ電流(たとえば、V相電流ivおよびW相電流iw)を検出するように配置してもよい。
回転角センサ(レゾルバ)25は、交流電動機M1のロータ回転角ANGを検出し、その検出した回転角ANGを制御装置30へ送出する。制御装置30では、回転角ANGに基づき交流電動機M1の回転速度および回転周波数ωeを算出できる。なお、回転角センサ25については、回転角ANGを制御装置30にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。
The rotation angle sensor (resolver) 25 detects the rotor rotation angle ANG of the AC electric motor M1 and sends the detected rotation angle ANG to the
制御装置30は、電子制御ユニット(ECU)により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないCPU(Central Processing Unit)で実行することによるソフトウ
ェア処理および/または専用の電子回路によるハードウェア処理により、電源システム100の動作を制御する。
The
代表的な機能として、制御装置30は、センサ10による検出値、トルク指令値Trqcom、電圧センサ11によって検出された直流電圧VL、電圧センサ13によって検出されたシステム電圧VHおよび電流センサ24によって検出されるモータ電流iv,iw、回転角センサ25からの回転角ANG等に基づいて、コンバータ12およびインバータ14の動作を制御する。すなわち、コンバータ12およびインバータ14を上記のように制御するためのスイッチング制御信号S1〜S8を生成して、コンバータ12およびインバータ14へ出力する。
As a representative function, the
具体的には、制御装置30は、システム電圧VHをフィードバック制御し、システム電圧VHが電圧指令値VHrに一致するようにスイッチング制御信号S1,S2を生成する。なお、電圧指令値VHrについては、交流電動機M1の動作状態(たとえば、トルクおよび回転速度)に応じた最適値が設定される。一般的に、交流電動機M1の高出力時には
、電圧指令値VHrを高くする必要がある。すなわち、コンバータ12の昇圧が必要であるか否かについても、基本的には、交流電動機M1の動作状態に基づいて判断される。
Specifically,
また、制御装置30は、交流電動機M1がトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するように、スイッチング制御信号S3〜S8を生成してインバータ14へ出力する。さらに、制御装置30は、電源システム100の起動/停止に応答して、システムリレーSR1,SR2のオンオフを制御する。トルク制御の手法については、公知の任意の手法を適用可能である。
交流電動機M1を駆動制御する際に、電力線7には、交流電動機M1および蓄電装置Bの間で入出力される電力に応じた電流IHが流れる。直流電圧VHおよび直流電流IHの積が、交流電動機M1および蓄電装置Bの間で入出力される電力に相当する。
When the AC motor M1 is driven and controlled, a current IH corresponding to the power input / output between the AC motor M1 and the power storage device B flows through the
本実施の形態に従う電源システムでは、コンバータ12のバイパス回路40が設けられている。したがって、コンバータ12による昇圧動作が不要であるときには、コンバータ12を上アームONモードで制御する他に、バイパス回路40を動作させてコンバータ12を停止させる動作モード(以下、「バイパスモード」とも称する)が可能である。
In the power supply system according to the present embodiment, a
バイパスモードでは、コンバータ12の消費電力がカットされるので効率を向上することができる。これにより、電動車両では、蓄電装置Bの蓄積電力による走行距離を延ばすことができる。
In the bypass mode, the power consumption of the
図2は、バイパスモードにおける電流挙動を説明するための概念的な波形図である。
図2を参照して、電力線7を流れる電流IHは、直流成分である平均電流IHavにリップル成分Ir(以下、リップル電流Irとも称する)が重畳された波形となる。バイパスモードでは、コンバータ12を経由することなく電流IHが流れるので、インバータ14におけるスイッチング素子Q3〜Q8によるオンオフ制御(スイッチング)に伴う電流変動が、そのままリップル電流Irとして現れる。
FIG. 2 is a conceptual waveform diagram for explaining the current behavior in the bypass mode.
Referring to FIG. 2, current IH flowing through
リップル電流Irは、そのときの電流レベル(平均電流IHav)およびインバータ14でのスイッチング周波数に依存することになる。したがって、交流電動機M1の高出力状態、すなわち、高トルクおよび/または高回転速度の状態では、リップル電流Irが相対的に大きくなる。特に、高出力時にスイッチング損失を低減するためにインバータのキャリア周波数(すなわち、スイッチング周波数)を低くする制御が組み合わされている場合には、さらにリップル電流Irが大きくなる。そして、このリップル電流Irは、そのまま蓄電装置Bを流れる。蓄電装置Bの電流リップルが大きくなると、同一電力の入出力に対して発熱量が増加する。
The ripple current Ir depends on the current level (average current IHav) and the switching frequency in the
インバータ14がスイッチング動作しているとき、すなわち、直流電圧VHを電圧指令値VHrに従って制御している場合には、スイッチング素子Q1および/またはQ2のオンオフによって、電流IHもスイッチングされるためリップル電流Irは比較的小さくなる。
When the
また、コンバータ12が上アームONモードで動作しているときには、電力線7および蓄電装置Bの間の電流経路にリアクトルL1が含まれる。したがって、リップル電流Irは、バイパスモードよりも小さくなる。
When
コンバータ12の昇圧動作が不要であるときに、バイパスモードと上アームONモードとを比較すると、電力損失の面では、バイパスモードが有利である。一方で、バイパスモードでは、リップル電流Irが大きくなることにより蓄電装置Bの発熱が大きくなる虞が
ある。このため、蓄電装置Bの劣化を抑制するために、蓄電装置Bの充放電電力を制限することが必要になる可能性がある。
When the boosting operation of the
したがって、本実施の形態に従う電源システムでは、コンバータ昇圧が不要である動作状態において、リップル電流が過大となることがないように、バイパス回路40の動作を制御する。
Therefore, in the power supply system according to the present embodiment, the operation of
図3は、本発明の実施の形態に従う電源システムにおけるコンバータおよびバイパス回路の制御処理を示すフローチャートである。図3に示す制御処理は、制御装置30によって所定周期毎に繰返し実行される。すなわち、図3のフローチャートの各ステップの制御処理は、制御装置30によって実行される所定プログラムおよび/または制御装置30内の電子回路(ハードウェア)による制御演算処理によって実現されるものとする。
FIG. 3 is a flowchart showing control processing of the converter and the bypass circuit in the power supply system according to the embodiment of the present invention. The control process shown in FIG. 3 is repeatedly executed by the
制御装置30は、ステップS100では、昇圧不要な動作モードであるかどうかを判定する。たとえば、直流電圧VHの電圧指令値VHrに基づいて、ステップS100の判定が実施される。
In step S100,
昇圧が必要な動作状態のとき(S100のNO判定時)には、コンバータ12によるスイッチング動作が必要である。したがって、制御装置30は、ステップS120に処理を進めて、バイパス回路40をオフするとともに、コンバータ12をスイッチング動作させる。これにおり、直流電圧VHが電圧指令値VHrに一致するように、スイッチング素子Q1,Q2のオンオフが制御される。
When the operation state requires boosting (when NO is determined in S100), the switching operation by the
一方、昇圧不要の動作状態であるとき(S100のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS110に処理を進めて、バイパスモードの適用時にリップル電流が大きい動作状態であるかどうかを判定する。
On the other hand, when the operation state does not require boosting (when YES is determined in S100),
上述のように、バイパスモードにおけるリップル電流Irの大きさは、交流電動機M1の動作状態およびインバータ14でのスイッチング周波数(キャリア周波数)に依存する。
As described above, the magnitude of the ripple current Ir in the bypass mode depends on the operating state of the AC motor M1 and the switching frequency (carrier frequency) in the
図4には、昇圧動作なしで電源システムを動作させた場合における交流電動機M1の動作状態とリップル電流の大きさとの関係が概念的に示される。 FIG. 4 conceptually shows the relationship between the operating state of AC electric motor M1 and the magnitude of ripple current when the power supply system is operated without a boosting operation.
図4を参照して、昇圧動作なしでの最大出力線150よりも内側の動作領域で、交流電動機M1が動作する。トルクT0は、昇圧動作なしの下で交流電動機M1が発生できるトルクの最大値である。たとえば、スイッチング素子等の回路素子での最大許容電流に応じて、トルクT0が決まる。また、回転速度N0は、昇圧動作なしの下で交流電動機M1が動作したときの回転速度の最大値である。たとえば、交流電動機M1が発生する誘起電圧に応じて、回転速度N0が決まる。
Referring to FIG. 4, AC electric motor M1 operates in an operation region inside
図4に示した動作領域内において。リップル電流Irは、トルクおよび回転速度が大きいほど大きくなる。事前の実機実験等により、交流電動機M1のトルクおよび回転速度の組合せ(すなわち、動作状態)に対して、バイパスモードにおけるリップル電流Irの大きさを対応付けるマップを予め作成することができる
さらに、リップル電流Irにはインバータ14のスイッチング周波数も影響するので、交流電動機M1の動作状態およびインバータ14のスイッチング周波数に対してリップル電流Irの大きさを推定するマップを作成することができる。
Within the operating region shown in FIG. The ripple current Ir increases as the torque and the rotational speed increase. A map that associates the magnitude of the ripple current Ir in the bypass mode with the combination of the torque and the rotational speed of the AC motor M1 (ie, the operating state) can be created in advance by actual machine experiments or the like. Since the switching frequency of the
なお、高出力時にスイッチング損失の低減を図るために、交流電動機M1のトルクおよ
び回転速度の組合せ(すなわち、動作状態)に応じて、スイッチング周波数を可変に設定する制御が採用されている場合には、交流電動機M1の動作状態に対してリップル電流Irの大きさを推定するマップを統一的に作成することができる。
In addition, in order to reduce the switching loss at the time of high output, when the control that variably sets the switching frequency according to the combination of the torque and the rotational speed of the AC motor M1 (that is, the operating state) is adopted. The map for estimating the magnitude of the ripple current Ir with respect to the operating state of the AC motor M1 can be created uniformly.
ステップS110による判定は、たとえば、交流電動機M1の動作状態(あるいは、交流電動機M1の動作状態およびインバータのスイッチング周波数)に基づく上記マップの参照によって得られるリップル電流の推定値と、所定の判定値との比較によって実行することができる。 The determination in step S110 is, for example, an estimated value of ripple current obtained by referring to the map based on the operating state of AC motor M1 (or the operating state of AC motor M1 and the switching frequency of the inverter), and a predetermined determination value. Can be performed by comparison.
あるいは、バイパスモードの選択時におけるステップS110の判定、すなわち、バイパスモードから上アームONモードへの遷移の判定は、リップル電流Irの実測値に基づいて判定してもよい。たとえば、バイパスモードでは、蓄電装置Bの電流Ibの検出値に基づいて、リップル電流Irを検出することが可能である。 Alternatively, the determination in step S110 when the bypass mode is selected, that is, the determination of the transition from the bypass mode to the upper arm ON mode may be performed based on the actually measured value of the ripple current Ir. For example, in bypass mode, ripple current Ir can be detected based on the detected value of current Ib of power storage device B.
制御装置30は、昇圧不要の場合に、リップル電流が大きい動作状態であるとき(S110のYES判定時)には、ステップS130に処理を進めて、上アームONモードを選択する。これにより、制御装置30は、バイパス回路40を停止させるために、バイパスリレーBRLをオフするように信号SBEを生成する。さらに、コンバータ12に対して、スイッチング素子Q1をオンに固定し、スイッチング素子Q2をオフに固定するように制御指令を発する。これにより、リアクトルL1を経由した電流経路が形成されるため、リップル電流Ir、すなわち蓄電装置Bの電流リップルが抑制される。
一方、制御装置30は、昇圧不要の場合に、リップル電流が大きい動作状態ではないとき(S110のNO判定時)には、ステップS140に処理を進めて、バイパスモードを選択する。これにより、制御装置30は、バイパス回路40を動作させるために、バイパスリレーBRLをオンするように信号SBEを生成する。さらに、コンバータ12に対して停止指令を発する。これにより、コンバータ12のスイッチング素子Q1,Q2がオフに固定される。
On the other hand,
これにより、昇圧動作が不要である場合に、コンバータ12をバイパスしてもリップル電流Irが大きくならない動作状態では、バイパス回路40を動作させることにより、コンバータ12を停止することにより電源システムの効率を高めることができる。
As a result, when the boosting operation is unnecessary, in the operating state where the ripple current Ir does not increase even if the
一方で、コンバータ12をバイパスするとリップル電流Irが大きくなる動作状態では、コンバータ12を上アームONモードで動作させることにより、コンバータ12での損失電力を抑制しつつ、電流リップルを低減することができる。これにより、蓄電装置Bの温度上昇による充放電電力の制限を回避できるので、蓄電装置Bの電力を有効に使用できる。
On the other hand, in an operating state where the ripple current Ir increases when the
このように、本実施の形態に従う電源システムによれば、コンバータおよびインバータを有する構成において、コンバータでの電力損失低減と、蓄電装置に入出力される電流のリップルの抑制とを両立することができる。 Thus, according to the power supply system according to the present embodiment, in the configuration having the converter and the inverter, both reduction of power loss in the converter and suppression of ripple of current input to and output from the power storage device can be achieved. .
なお、本実施の形態に従う電源システムは、交流電動機M1の出力定格が異なるシステムに対しても共通に適用できる汎用化のメリットも有する。たとえば、交流電動機M1の出力定格が比較的高いバイブリッド自動車に対応して設計した電源システムを、交流電動機M1の出力定格が比較的低い電気自動車に適用することができる。 Note that the power supply system according to the present embodiment also has a general-purpose merit that can be commonly applied to systems having different output ratings of AC electric motor M1. For example, a power supply system designed for a hybrid vehicle having a relatively high output rating of the AC motor M1 can be applied to an electric vehicle having a relatively low output rating of the AC motor M1.
高出力のシステムに合わせて設定された電源システム(コンバータおよびインバータ)を、低出力のシステムに適用する場合には、負荷となる交流電動機M1の出力が低いので
、昇圧不要な動作状態となる頻度が高くなる。このため、仮にバイパス回路40が配置されていないと、この動作状態ではコンバータ12が連続的に上アームONモードで動作する。このとき、コンバータ12には同一の電流経路が継続的に形成されることになるので、スイッチング素子Q1(ダイオードD1)およびリアクトルL1等の回路素子が、連続的な通電によって発熱する。この結果、回路素子の過度の温度上昇を防止するために、電流制限、すなわち、蓄電装置Bの充放電電力の制限が必要となる虞がある。この制限は、交流電動機M1の出力制限につながる。
When a power supply system (converter and inverter) set in accordance with a high output system is applied to a low output system, the output of the AC motor M1 serving as a load is low, and therefore the frequency at which an operation state requiring no boost is required. Becomes higher. For this reason, if
これに対して、本実施の形態に従う電源システムでは、バイパス回路40を設けるとともに、リップル電流に応じてバイパスモードと上アームONモードとを選択的に適用できるので、昇圧動作が不要である場合にコンバータ12を常時動作させる必要がない。したがって、低出力のシステムに適用する場合に、リップル電流の増大を避けながら電力損失を低減させるとともに、コンバータ12の回路素子の温度上昇による出力制限を回避することが可能となる。すなわち、本実施の形態に従う電源システムでは汎用性が高められる。
On the other hand, in the power supply system according to the present embodiment, the
一方、高出力のシステムに適用する場合には、昇圧動作が不要である場合にバイパス回路40を用いることにより、リップル電流の増大を避けながらコンバータ12の消費電力を抑制することが可能となる。すなわち、バイパス回路40を設けない構成と比較して、電源システムの効率をさらに高めることができる。
On the other hand, when applied to a high output system, the power consumption of the
なお、図1では、コンバータ12を昇圧チョッパ回路として説明したが、コンバータ12は、昇圧動作なしの場合における電流リップルが、バイパス回路動作時よりも小さい限り、任意の回路構成とすることができる。
In FIG. 1, the
また、電源システムの負荷となる交流電動機についても、本実施の形態では、電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車等)に車両駆動用として搭載された永久磁石モータを想定したが、それ以外の機器に用いられる任意の交流電動機を負荷とする構成についても、本願発明を適用可能である。 Also, with regard to the AC motor serving as the load of the power supply system, in the present embodiment, a permanent magnet motor mounted for driving a vehicle in an electric vehicle (hybrid vehicle, electric vehicle, etc.) is assumed. The present invention can also be applied to a configuration in which an arbitrary AC motor used is a load.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、コンバータおよびインバータによって電動機を駆動制御する電源システムに適用することができる。 The present invention can be applied to a power supply system that drives and controls an electric motor using a converter and an inverter.
5〜8 電力線、10 センサ、10♯ 直流電圧発生部、11,13 電圧センサ、12 コンバータ、14 インバータ、15〜17 各相アーム、24 電流センサ、25 回転角センサ、30 制御装置、40 バイパス回路、100 電源システム、150 最大出力線(昇圧動作なし)、ANG ロータ回転角、B 蓄電装置、BRL バイパスリレー、C0,C1 平滑コンデンサ、D1,D2 ダイオード、D1 逆並列ダイオード、IH 直流電流、IHav 平均電流、Ir リップル電流、L1 リアクトル、M1 交流電動機、N0 回転速度、Q1〜Q8 電力用半導体スイッチング素子、S1〜S8 スイッチング制御信号、SBE,SE 信号(リレー)、SR1,SR2 システムリレー、Trqcom トルク指令値、VH 直流電圧(システム電圧)、iu,iv,iw 三相電流(モータ電流)。 5-8 power line, 10 sensor, 10 # DC voltage generator, 11, 13 voltage sensor, 12 converter, 14 inverter, 15-17 each phase arm, 24 current sensor, 25 rotation angle sensor, 30 control device, 40 bypass circuit , 100 power supply system, 150 maximum output line (no boost operation), ANG rotor rotation angle, B power storage device, BRL bypass relay, C0, C1 smoothing capacitor, D1, D2 diode, D1 antiparallel diode, IH DC current, IHav average Current, Ir ripple current, L1 reactor, M1 AC motor, N0 rotation speed, Q1-Q8 power semiconductor switching element, S1-S8 switching control signal, SBE, SE signal (relay), SR1, SR2 system relay, Trqcom torque command Value, VH Flow voltage (system voltage), iu, iv, iw three-phase currents (motor current).
Claims (6)
電力線および前記蓄電装置の間で直流電圧変換を行うためのコンバータとを備え、
前記コンバータは、前記電力線および前記蓄電装置の間に電気的に接続されたスイッチング素子およびリアクトルを含み、
前記電力線および交流電動機の間で、複数のスイッチング素子のオンオフ制御によって直流交流電力変換を行うためのインバータと、
動作時に、前記コンバータをバイパスするように前記蓄電装置および前記電力線の間を電気的に接続するためのバイパス回路と、
前記コンバータおよびバイパス回路を制御するための制御部とをさらに備え、
前記制御部は、
前記コンバータによる昇圧が不要な動作状態である場合に、前記コンバータを停止するとともに前記バイパス回路を動作させる第1のモードと、前記バイパス回路を停止するとともに前記リアクトルを介して前記電力線および前記蓄電装置を電気的に接続するように前記コンバータを動作させる第2のモードとを、前記電力線でのリップル電流に応じて選択的に実行するように構成される、電源システム。 A power storage device;
A converter for performing DC voltage conversion between a power line and the power storage device,
The converter includes a switching element and a reactor electrically connected between the power line and the power storage device,
An inverter for performing direct current alternating current power conversion by on / off control of a plurality of switching elements between the power line and the alternating current motor;
A bypass circuit for electrically connecting the power storage device and the power line so as to bypass the converter during operation;
A control unit for controlling the converter and the bypass circuit;
The controller is
A first mode in which the converter is stopped and the bypass circuit is operated when the converter does not require boosting; and the power line and the power storage device through the reactor while the bypass circuit is stopped. A power supply system configured to selectively execute a second mode in which the converter is operated so as to be electrically connected to each other according to a ripple current in the power line.
前記コンバータによる昇圧動作が必要な動作状態であるか否かを判定する第1の判定ステップと、
前記昇圧動作が不要な動作状態であるときに、前記電力線でのリップル電流が大きい動作状態であるか否かを判定する第2の判定ステップと、
前記リップル電流が大きい動作状態ではないときに、前記コンバータを停止するとともに、前記コンバータをバイパスするように前記蓄電装置および前記電力線の間を電気的に接続するように構成されたバイパス回路を動作させるステップと、
前記リップル電流が大きい動作状態であるときに、前記バイパス回路を停止するとともに前記コンバータ中のリアクトルを介して前記電力線および前記蓄電装置を電気的に接続するように前記コンバータを動作させるステップとを備える、電源システムの制御方法。 A power storage device, a converter for performing DC voltage conversion between the power line and the power storage device, and an inverter for performing DC AC power conversion by on / off control of a plurality of switching elements between the power line and the AC motor. A power supply system control method comprising:
A first determination step for determining whether or not the boost operation by the converter is in an operating state;
A second determination step of determining whether or not an operation state in which a ripple current in the power line is large when the boost operation is unnecessary is an operation state;
When the ripple current is not in an operating state, the converter is stopped, and a bypass circuit configured to electrically connect the power storage device and the power line so as to bypass the converter is operated. Steps,
Stopping the bypass circuit and operating the converter to electrically connect the power line and the power storage device via a reactor in the converter when the ripple current is in an operating state. , Power system control method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011149172A JP2013017324A (en) | 2011-07-05 | 2011-07-05 | Power-supply system and method of controlling the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011149172A JP2013017324A (en) | 2011-07-05 | 2011-07-05 | Power-supply system and method of controlling the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013017324A true JP2013017324A (en) | 2013-01-24 |
Family
ID=47689442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011149172A Withdrawn JP2013017324A (en) | 2011-07-05 | 2011-07-05 | Power-supply system and method of controlling the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013017324A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160081024A (en) * | 2014-12-30 | 2016-07-08 | 주식회사 엘지씨엔에스 | Voltage stabilizing device and voltage stabilizing method for battery discharging circuit, and battery discharging system including the voltage stabilizing device |
JP2016146681A (en) * | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device |
-
2011
- 2011-07-05 JP JP2011149172A patent/JP2013017324A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160081024A (en) * | 2014-12-30 | 2016-07-08 | 주식회사 엘지씨엔에스 | Voltage stabilizing device and voltage stabilizing method for battery discharging circuit, and battery discharging system including the voltage stabilizing device |
KR101695526B1 (en) | 2014-12-30 | 2017-01-13 | 주식회사 엘지씨엔에스 | Voltage stabilizing device and voltage stabilizing method for battery discharging circuit, and battery discharging system including the voltage stabilizing device |
JP2016146681A (en) * | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5454685B2 (en) | Motor drive device and vehicle equipped with the same | |
JP5133834B2 (en) | AC motor control device | |
JP4830462B2 (en) | Control device for electric vehicle | |
JP5109290B2 (en) | Electric motor drive control system and control method thereof | |
JP5375956B2 (en) | Voltage conversion device control device, vehicle equipped with the same, and voltage conversion device control method | |
JP5482574B2 (en) | AC motor control system | |
JP2007166874A (en) | Voltage converter | |
JP2009189181A (en) | Motor driving system, its control method, and electric vehicle | |
JPWO2011101959A1 (en) | Power supply | |
JP2013207914A (en) | Controller of voltage converter | |
JP5303030B2 (en) | Control device for voltage converter, vehicle equipped with the same, and control method for voltage converter | |
JP2011091962A (en) | Abnormality determination device of current sensor and abnormality determination method | |
JP2011109851A (en) | Device for controlling power supply system, and vehicle mounting the same | |
JP2010246207A (en) | Controller for alternating-current motor | |
JP2011223674A (en) | Converter control device and electric vehicle including the same | |
JP2011155788A (en) | Power supply system | |
JP2011091952A (en) | Power supply system | |
JP2011067010A (en) | Motor drive of vehicle | |
JP2011109849A (en) | Device for controlling power supply system, and vehicle mounting the same | |
JP2011101554A (en) | Controller converter | |
JP5352326B2 (en) | Motor drive control device | |
JP4784290B2 (en) | Motor drive device | |
JP2013017324A (en) | Power-supply system and method of controlling the same | |
JP6839687B2 (en) | Boost control device | |
JP2010220306A (en) | Motor control equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20141007 |