JP2013059164A - Power supply control device of electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動車両の電源制御装置に関し、より特定的には、複数の蓄電装置を搭載した電動車両の電源制御装置に関する。 The present invention relates to a power supply control device for an electric vehicle, and more particularly to a power supply control device for an electric vehicle equipped with a plurality of power storage devices.
電動車両に適用される電源制御装置として、たとえば特開２００７−２０９１１４号公報（特許文献１）には、高電圧の走行用バッテリと、走行用バッテリより低電圧で充放電される補機バッテリと、走行用バッテリからの電圧が開閉スイッチを介して入力されるインバータ回路と、走行用バッテリとインバータ回路との間に並列に設けられた平滑コンデンサと、補機バッテリの出力電圧を昇圧してインバータ回路の入力電圧とするＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた構成が開示される。 As a power supply control device applied to an electric vehicle, for example, Japanese Patent Laying-Open No. 2007-209114 (Patent Document 1) discloses a high-voltage traveling battery and an auxiliary battery that is charged and discharged at a lower voltage than the traveling battery. An inverter circuit in which the voltage from the traveling battery is input via the open / close switch, a smoothing capacitor provided in parallel between the traveling battery and the inverter circuit, and an output voltage of the auxiliary battery are boosted to an inverter A configuration including a DC / DC converter as an input voltage of a circuit is disclosed.
この特許文献１では、走行用バッテリからインバータ回路への通電を開始する前に、ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧を制御して平滑コンデンサをプリチャージする。そして、平滑コンデンサのプリチャージ後に開閉スイッチを閉じることにより、走行用バッテリとインバータ回路とを電気的に接続する。 In this patent document 1, before starting the energization from the running battery to the inverter circuit, the output voltage from the DC / DC converter is controlled to precharge the smoothing capacitor. Then, the battery for traveling and the inverter circuit are electrically connected by closing the open / close switch after precharging the smoothing capacitor.
上記の特許文献１では、平滑コンデンサのプリチャージ後に開閉スイッチを閉じることにより、開閉スイッチの接点の損傷を防止している。しかしながら、特許文献１の構成では、開閉スイッチを閉じた後は、インバータ回路の直流側電圧は、走行用バッテリの出力電圧に固定される。したがって、インバータ回路の直流側電圧を可変制御することができない。さらに、インバータ回路に常時接続される走行用バッテリのみを使用して走行用モータから駆動力を発生させる構成となっているため、電動車両の航続距離が制限されてしまう問題がある。 In the above-mentioned Patent Document 1, damage to the contacts of the open / close switch is prevented by closing the open / close switch after precharging the smoothing capacitor. However, in the configuration of Patent Document 1, after the open / close switch is closed, the DC side voltage of the inverter circuit is fixed to the output voltage of the traveling battery. Therefore, the DC side voltage of the inverter circuit cannot be variably controlled. Furthermore, since the driving force is generated from the traveling motor using only the traveling battery that is always connected to the inverter circuit, there is a problem that the cruising distance of the electric vehicle is limited.
電動車両の航続距離を拡大するための１つの解決策は、インバータ回路に対して複数の走行用バッテリを並列接続して、複数の走行用バッテリを使用することである。しかしながら、この構成において、インバータ回路の直流側電圧を可変制御するためには、各走行用バッテリに対応付けてコンバータを設けることが必要となり、電力損失を増大させるとともに、電源システムの大型化およびコスト上昇を招いてしまう。したがって、コンバータによる直流電圧の可変制御機能を確保しつつ、複数の走行用バッテリを有効に活用するための仕組みを簡素かつ効率的に構築する必要がある。 One solution for increasing the cruising distance of an electric vehicle is to use a plurality of traveling batteries by connecting a plurality of traveling batteries in parallel to the inverter circuit. However, in this configuration, in order to variably control the DC side voltage of the inverter circuit, it is necessary to provide a converter in association with each traveling battery, which increases power loss and increases the size and cost of the power supply system. Invite to rise. Therefore, it is necessary to simply and efficiently construct a mechanism for effectively using a plurality of traveling batteries while ensuring a variable control function of DC voltage by a converter.
また、複数の走行用バッテリの各々からインバータ回路への電力供給開始時に流れる突入電流を抑制する必要がある。 In addition, it is necessary to suppress the inrush current that flows from each of the plurality of traveling batteries at the start of power supply to the inverter circuit.
それゆえ、この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車載される複数の蓄電装置からの電力供給開始時に流れる突入電流を抑制でき、かつ、複数の蓄電装置に蓄えられた電力を有効活用することができる電動車両の電源制御装置を提供することである。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to suppress an inrush current flowing at the start of power supply from a plurality of on-vehicle power storage devices, and to a plurality of power storage devices. An object of the present invention is to provide a power supply control device for an electric vehicle that can effectively use the stored electric power.
この発明のある局面では、車両駆動力を発生するための電動機を搭載した電動車両の電源制御装置であって、第１の蓄電装置と、第２の蓄電装置と、電動機に対して入出力される電力を伝達するための電力線と、第１の蓄電装置と電力線との間で双方向の直流電圧変換を実行するためのコンバータと、第２の蓄電装置と電力線との間に接続された開閉器と、電動機の動作状態に応じて、開閉器をオンオフするためのオンオフ指令を出力する制御装置と、第２の蓄電装置の出力電圧と電力線の電圧との電圧差がしきい値以下であるときに、開閉器のオンを許可するオン許可指令を出力する比較器と、電動車両の異常発生を検知するための異常検知部と、制御装置からのオンオフ指令、比較器からのオン許可指令、および、異常検知部からの電動車両の正常または異常を示す検知信号の論理積を演算し、その演算結果に応じて開閉器をオンオフする論理積回路とを備える。
好ましくは、論理積回路は、制御装置からのオン指令、比較器からのオン許可指令、および異常検知部からの電動車両の正常を示す検知信号の論理積の演算結果に基づいて、開閉器をオンする。
好ましくは、論理積回路は、制御装置からのオフ指令、および異常検知部からの電動車両の異常を示す検知信号の論理和の演算結果に基づいて、開閉器をオフする。
好ましくは、制御装置は、開閉器のオン指令を出力すると、電力線の電圧と第２の蓄電装置の出力電圧との電圧差がしきい値以下となるように、コンバータの直流電圧変換を制御する。
好ましくは、制御装置は、論理積回路により開閉器がオフされたときには、電力線の電圧が下降するように、コンバータの直流電圧変換を制御するとともに、電力線の電圧の下降を検出することによって開閉器の溶着の有無を判定する。
好ましくは、電源制御装置は、第２の蓄電装置の出力電圧の分圧電圧を基準電圧として出力する分圧回路をさらに備える。比較器は、基準電圧と電力線の電圧との比較結果に基づいて、オン許可指令を出力する。
好ましくは、比較器は、オン許可指令を保持するとともに、開閉器がオフされたときにはオン許可指令をリセットする。
好ましくは、第１の蓄電装置の出力電圧の定格値は、第２の蓄電装置の出力電圧の定格値よりも低い。
In one aspect of the present invention, there is provided a power supply control device for an electric vehicle equipped with an electric motor for generating a vehicle driving force, which is input to and output from the first power storage device, the second power storage device, and the motor. A power line for transmitting electric power, a converter for performing bidirectional DC voltage conversion between the first power storage device and the power line, and an open / close connected between the second power storage device and the power line And the voltage difference between the output voltage of the second power storage device and the voltage of the power line is less than or equal to the threshold value, according to the operating state of the battery, the control device that outputs an on / off command for turning on / off the switch Sometimes, a comparator that outputs an on-permission command for permitting the switch to turn on, an abnormality detection unit for detecting the occurrence of an abnormality in the electric vehicle, an on-off command from the control device, an on-permission command from the comparator, And electric from the abnormality detector Calculates a logical product of the detection signal indicating the normal or abnormal both, and a logical product circuit that turns on and off the switch in accordance with the calculation result.
Preferably, the logical product circuit sets the switch based on a calculation result of a logical product of an ON command from the control device, an ON permission command from the comparator, and a detection signal indicating normality of the electric vehicle from the abnormality detection unit. Turn on.
Preferably, the logical product circuit turns off the switch based on a turn-off command from the control device and a logical sum of detection signals indicating abnormality of the electric vehicle from the abnormality detection unit.
Preferably, when the control device outputs a switch ON command, the control device controls the DC voltage conversion of the converter so that a voltage difference between the voltage of the power line and the output voltage of the second power storage device is equal to or less than a threshold value. .
Preferably, the control device controls the DC voltage conversion of the converter so that the voltage of the power line is lowered when the switch is turned off by the logical product circuit, and detects the drop of the voltage of the power line. The presence or absence of welding is determined.
Preferably, the power supply control device further includes a voltage dividing circuit that outputs a divided voltage of the output voltage of the second power storage device as a reference voltage. The comparator outputs an ON permission command based on a comparison result between the reference voltage and the power line voltage.
Preferably, the comparator holds the ON permission command and resets the ON permission command when the switch is turned off.
Preferably, the rated value of the output voltage of the first power storage device is lower than the rated value of the output voltage of the second power storage device.
この発明によれば、複数の蓄電装置を搭載した電動車両において、各蓄電装置からの電力供給開始時における突入電流を抑制しつつ、複数の蓄電装置に蓄えられた電力を有効活用することができる。 According to the present invention, in an electric vehicle equipped with a plurality of power storage devices, it is possible to effectively utilize the power stored in the plurality of power storage devices while suppressing inrush current at the start of power supply from each power storage device. .
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明を繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図１は、本発明の実施の形態に従う電源制御装置を搭載した電動車両５の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
図１を参照して、電動車両５は、代表的にハイブリッド車両であり、内燃機関（エンジン）２２０と電動機（ＭＧ：Motor Generator）とを搭載し、それぞれからの駆動力を最適な比率に制御して走行する。電動車両５は、このモータジェネレータに電力を供給するための複数（たとえば２個）の蓄電装置を搭載する。これらの蓄電装置は、電動車両５のシステム起動状態において、エンジン２２０の作動により生じる動力を受けて充電可能であるとともに、電動車両５のシステム停止中において、図示しない接続部を介して車両外部の電源と電気的に接続されて充電可能である。
Referring to FIG. 1,
なお、本実施の形態においては、電動車両５が２つのモータジェネレータおよびそれに対応するインバータを備える例について説明するが、１つのモータジェネレータおよびインバータを備える場合でも、３つ以上のモータジェネレータおよびインバータを備える場合でも本発明を適用可能である。
In the present embodiment, an example in which
電動車両５は、負荷１０と、電源システム２０と、制御装置３００とを備える。負荷１０は、インバータ１２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構２５０と、エンジン２２０と、駆動輪２６０とを含む。
The
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータと中性点でＹ結線された三相コイルを有するステータとを備える永久磁石型同期電動機である。 Motor generators MG1 and MG2 are AC rotating electric machines, for example, permanent magnet type synchronous motors including a rotor having a permanent magnet embedded therein and a stator having a three-phase coil Y-connected at a neutral point.
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクは、動力分割機構２５０を介して駆動輪２６０に伝達されて、電動車両５を走行させる。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、電動車両５の回生制動時には、駆動輪２６０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、コンバータ１１０およびインバータ１２０によって蓄電装置１００および／または１５０の充電電力に変換される。
Output torques of motor generators MG1 and MG2 are transmitted to drive
また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構２５０を介してエンジン２２０とも結合される。そして、制御装置３００により、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン２２０が協働的に運転されて必要な車両駆動力が発生される。さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、エンジン２２０の回転により発電が可能であり、この発電電力を用いて蓄電装置１００および／または１５０を充電することができる。なお、本実施の形態においては、モータジェネレータＭＧ２を主として駆動輪２６０を駆動するための電動機として用い、モータジェネレータＭＧ１を主としてエンジン２２０により駆動される発電機として用いるものとする。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、車両駆動力を発生するための「電動機」に対応する。
Motor generators MG 1 and MG 2 are also coupled to
動力分割機構２５０は、エンジン２２０の動力を、駆動輪２６０とモータジェネレータＭＧ１とに振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリギヤ）を含んで構成される。
電流センサ２３０，２４０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ流れるモータ電流（すなわち、インバータ出力電流）ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２をそれぞれ検出し、その検出したモータ電流を制御装置３００へ出力する。なお、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、電流センサ２３０，２４０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のうちの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すれば足りる。
回転角センサ（たとえば、レゾルバ）２７０，２８０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２をそれぞれ検出し、その検出した回転角θ１，θ２を制御装置３００へ送出する。制御装置３００では、回転角θ１，θ２に基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度および角速度が算出できる。なお、回転角センサ２７０，２８０については、回転角θ１，θ２を制御装置３００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。
Rotation angle sensors (for example, resolvers) 270 and 280 detect rotation angles θ1 and θ2 of motor generators MG1 and MG2, respectively, and send the detected rotation angles θ1 and θ2 to control
インバータ１２０は、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１間の直流電力と、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２に入出力される交流電力との間で双方向の電力変換を実行する。すなわち、電源ラインＨＰＬは、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２に対して入出力される電力を伝達するための「電力線」に対応する。
インバータ１２０は、図示は省略するが、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための第１インバータと、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための第２インバータとを含む。主として、第１インバータは、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、エンジン２２０の出力によってモータジェネレータＭＧ１が発生する交流電力を直流電力に変換し、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１へ供給する。このとき、コンバータ１１０は、降圧回路として動作するように制御装置３００によって制御される。これにより、車両走行中も、エンジン２２０の出力によって蓄電装置１００および／または蓄電装置１５０を能動的に充電できる。
Although not shown,
また、第１インバータは、エンジン２２０の始動時には、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、蓄電装置１００および蓄電装置１５０からの直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータＭＧ１へ供給する。これにより、エンジン２２０は、モータジェネレータＭＧ１をスタータとして始動することができる。
In addition, when starting
第２インバータは、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１を介して供給される直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータＭＧ２へ供給する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、電動車両５の駆動力を発生する。
The second inverter converts DC power supplied via power supply line HPL and ground line NL1 into AC power in accordance with control signal PWI from
一方、電動車両５の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪２６０の減速に伴なって交流電力を発電する。このとき、第２インバータは、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、モータジェネレータＭＧ２が発生する交流電力を直流電力に変換し、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１へ供給する。これにより、減速時や降坂走行時に蓄電装置１００および／または蓄電装置１５０が充電される。
On the other hand, at the time of regenerative braking of
電源システム２０は、「第１の蓄電装置」に対応する蓄電装置１００と、「第２の蓄電装置」に対応する蓄電装置１５０と、システムメインリレー１９０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０と、コンバータ１１０と、リレーＲＬ１，Ｒ２と、リレー駆動回路２００と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。
蓄電装置１００，１５０は、再充電可能な電力貯蔵要素であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池が適用される。したがって、以下では、蓄電装置１００および蓄電装置１５０を、それぞれバッテリ１００およびバッテリ１５０とも称する。ただし、電気二重層キャパシタなどの電池以外の電力貯蔵要素、あるいは電池以外の電力貯蔵要素とバッテリとの組合せによって、蓄電装置１００，１５０を構成してもよい。
The
また、蓄電装置１００および１５０は、同一種類の蓄電装置によって構成されてもよく、異なる種類の蓄電装置によって構成されてもよい。
In addition,
バッテリ１００および１５０の各々は、直列接続された複数の電池セルによって構成される。すなわち、バッテリ１００および１５０のそれぞれの出力電圧の定格値は、直列接続される電池セルの個数に依存する。
Each of the
バッテリ１００には、バッテリ電圧ＶＢ１、バッテリ電流ＩＢ１を検出するための電池センサ１０５が設けられる。同様に、バッテリ１５０には、バッテリ電圧ＶＢ２、バッテリ電流ＩＢ２を検出するための電池センサ１５５が設けられる。電池センサ１０５，１５５による検出値は、制御装置３００へ伝達される。
システムメインリレー１９０は、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３および抵抗Ｒ１を含む。リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３は、電源ラインＰＬ１および接地ラインＮＬ１にそれぞれ介挿される。リレーＳＭＲ２は、リレーＳＭＲ１に対して並列に、かつ抵抗Ｒ１に対して直列に接続される。すなわち、リレーＳＭＲ２と抵抗Ｒ１とが直列に接続された回路が、リレーＳＭＲ１に対して並列に接続される。リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置３００から与えられるリレー制御信号ＳＥ１〜ＳＥ３に応じてオン（閉成）／オフ（開放）が制御される。
System
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、蓄電装置１００とコンバータ１１０との間において、コンバータ１１０と並列に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、直流電圧を降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０から出力される電力は、図示しない補機バッテリに充電される。なお、補機バッテリに充電された電力は、空調装置の電動コンプレッサ等の補機負荷および制御装置３００に供給される。
DC /
リレーＲＬ１は、電源ラインＨＰＬと蓄電装置１５０の正極端子との間に接続される。リレーＲＬ２は、蓄電装置１５０の負極端子と接地ラインＮＬ１との間に接続される。リレーＲＬ２は、制御装置３００から与えられるリレー制御信号ＳＲ２に応じてオン（閉成）／オフ（開放）が制御される。
Relay RL <b> 1 is connected between power supply line HPL and the positive terminal of
リレーＲＬ１は、蓄電装置１５０と電源ラインＨＰＬとの電気的接続を遮断可能な「開閉器」の代表例として用いられる。すなわち、任意の形式の開閉器をリレーＲＬ１に代えて適用することができる。リレー駆動回路２００は、リレーＲＬ１を駆動するための駆動信号を出力する。リレー駆動回路２００は、制御装置３００から出力されるリレー制御信号ＳＲ１を受けるとともに、図示しない異常検知部から出力される異常検知信号ＤＥＴを受ける。そして、リレー駆動回路２００は、これらの入力信号に基づいて、後述する方法によって、駆動信号を生成する。リレーＲＬ１は、リレー駆動回路２００からのＬ（論理ロー）レベルの駆動信号によってオフされ、リレー駆動回路２００からのＨ（論理ハイ）レベルの駆動信号によってオンされる。
Relay RL1 is used as a representative example of a “switch” that can cut off electrical connection between
なお、本実施の形態に示される各リレーは、代表的には、通電時に接点間を接続することによってオン（閉成）される一方で、非通電時には接点間を非接続とすることによってオフ（開放）される電磁リレーによって構成される。ただし、閉成（オン）および開放(オフ）を制御可能な構成であれば、半導体リレーを始めとして、任意の開閉器を適用することができる。 Each relay shown in the present embodiment is typically turned on (closed) by connecting the contacts when energized, and turned off by disconnecting the contacts when de-energized. It is composed of an electromagnetic relay that is opened. However, any switch including a semiconductor relay can be applied as long as it can control closing (on) and opening (off).
コンバータ１１０は、蓄電装置１００とインバータ１２０の直流リンク電圧を伝達する電源ラインＨＰＬとの間で、双方向の直流電圧変換を実行するように構成される。すなわち、蓄電装置１００の入出力電圧と、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１間の直流電圧とは、双方向に昇圧または降圧される。
具体的には、コンバータ１１０は、一方端が電源ラインＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１の間に直列に接続されるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子は、代表的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、もしくはＧＴＯ（Gate Turn Off Thyristor）などが用いられる。なお、本実施の形態においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴを使用した場合を例として説明する。
Specifically,
リアクトルＬ１の他方端はスイッチング素子Ｑ１のエミッタおよびスイッチング素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはスイッチング素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはスイッチング素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはスイッチング素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはスイッチング素子Ｑ２のエミッタと接続される。 Reactor L1 has the other end connected to the emitter of switching element Q1 and the collector of switching element Q2. The cathode of diode D1 is connected to the collector of switching element Q1, and the anode of diode D1 is connected to the emitter of switching element Q1. The cathode of diode D2 is connected to the collector of switching element Q2, and the anode of diode D2 is connected to the emitter of switching element Q2.
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、制御装置３００からの制御信号ＰＷＣによってオンまたはオフに制御される。
Switching elements Q1, Q2 are controlled to be turned on or off by a control signal PWC from
平滑コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１および接地ラインＮＬ１の間に接続され、電源ラインＰＬ１および接地ラインＮＬ１間の電圧変動を減少させる。電圧センサ１７０は、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＬを検出して制御装置３００に対して出力する。コンバータ１１０は、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。
Smoothing capacitor C1 is connected between power supply line PL1 and ground line NL1, and reduces voltage fluctuation between power supply line PL1 and ground line NL1. The
平滑コンデンサＣ２は、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１の間に接続され、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１間の電圧変動を減少させる。すなわち、平滑コンデンサＣ２は、コンバータ１１０によって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１８０は、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨを検出して制御装置３００に対して出力する。以下では、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨ（すなわち、インバータ１２０の直流側電圧）を「システム電圧ＶＨ」とも称する。
Smoothing capacitor C2 is connected between power supply line HPL and ground line NL1, and reduces voltage fluctuation between power supply line HPL and ground line NL1. That is, the smoothing capacitor C2 smoothes the voltage boosted by the
制御装置３００は、いずれも図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、コンバータ１１０およびインバータ１２０を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。
Although not shown,
制御装置３００は、電流センサ２３０，２４０によって検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれに流れるモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２の検出値を受ける。制御装置３００は、回転角センサ２７０，２８０によって検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２の検出値を受ける。また、制御装置３００は、電圧センサ１７０，１８０によって検出された平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧ＶＬ，ＶＨの検出値を受ける。さらに、制御装置３００は、図示しないイグニッションスイッチのオン／オフ状態を示すイグニッション信号ＩＧを受ける。
制御装置３００は、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧ＶＬ，ＶＨに基づいて、コンバータ１１０の制御信号ＰＷＣを生成する。そして、制御装置３００は、制御信号ＰＷＣによりコンバータ１１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動することによって、コンバータ１１０に昇圧動作または降圧動作を行なわせる。
また、制御装置３００は、電流センサ２３０，２４０によって検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれに流れるモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２、および回転角センサ２７０，２８０によって検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２に基づいて、インバータ１２０を駆動するための制御信号ＰＷＩを生成する。そして、制御装置３００は、制御信号ＰＷＩによりインバータ１２０のスイッチング素子を駆動することによって、コンバータ１１０から供給された直流電力を、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するための交流電力に変換する。
制御装置３００は、イグニッション信号ＩＧに基づいてリレー制御信号ＳＥ１〜ＳＥ３を生成する。そして、制御装置３００は、リレー制御信号ＳＥ１〜ＳＥ３によりシステムメインリレー１９０のリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３のオンオフを制御する。具体的には、運転者がイグニッションスイッチをオンすることによりイグニッション信号ＩＧがオフ状態からオン状態に切替わると、制御装置３００は、まず、リレーＳＭＲ１をオフ状態のまま、リレーＳＭＲ２，ＳＭＲ３をオンする。このとき、抵抗Ｒ１により一部の電流が消費されて、平滑コンデンサＣ１に流れ込む電流を小さくできるので、平滑コンデンサＣ１への突入電流を防止することができる。その後、平滑コンデンサＣ１のプリチャージが完了すると、リレーＳＭＲ１がオンされ、それに引き続いてリレーＳＭＲ２がオフされる。
制御装置３００は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態および各センサの検出値に基づいて、リレーＲＬ１，ＲＬ２のオンオフを制御するためのリレー制御信号ＳＲ１，ＳＲ２を生成する。このリレー制御信号ＳＲ１，ＳＲ２は、リレーＲＬ１，ＲＬ２の「オンオフ指令」に相当する。具体的には、Ｈレベルのリレー制御信号ＳＲ１，ＳＲ２はリレーＲＬ１，ＲＬ２をオンさせるためのオン指令に相当し、Ｌレベルのリレー制御信号ＳＲ１，ＳＲ２はリレーＲＬ１，ＲＬ２をオフさせるためのオフ指令に相当する。
このように、本発明の実施の形態による電源システム２０は、複数の蓄電装置１００および１５０を含んで構成される。そして、蓄電装置１５０は、コンバータ１１０を介することなく、直接、電源ラインＨＰＬに対して電気的に接続される。したがって、リレーＲＬ１，ＲＬ２のオン時には、システム電圧ＶＨをバッテリ電圧ＶＢ２によりも高くすることができない。
Thus,
一方、蓄電装置１００は、コンバータ１１０を介して電源ラインＨＰＬに接続される。したがって、バッテリ電圧ＶＢ１がシステム電圧ＶＨよりも低い状態でも、蓄電装置１００から電源ラインＨＰＬへ電力を供給できるとともに、電源ラインＨＰＬの電力によって蓄電装置１００を充電することができる。
On the other hand,
このため、蓄電装置１００の出力電圧の定格値は、蓄電装置１５０の出力電圧の定格値よりも低くすることが好ましい。このようにすると、蓄電装置１００での直列接続される電池セル数を少なくしても、蓄電装置１００および１５０を並列に使用することができる。
For this reason, it is preferable that the rated value of the output voltage of
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態と、システム電圧ＶＨとの関係について詳細に説明する。 Next, the relationship between the operating state of motor generators MG1 and MG2 and system voltage VH will be described in detail.
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を円滑に駆動するためには、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作点、具体的には、回転数およびトルクに応じて、システム電圧ＶＨを適切に設定する必要がある。第１に、インバータ１２０における電力変換の変調率には一定の限界があるため、システム電圧ＶＨに対して、出力可能な上限トルクが存在する。
In order to smoothly drive motor generators MG1 and MG2, it is necessary to appropriately set system voltage VH according to the operating point of motor generators MG1 and MG2, specifically, the rotational speed and torque. First, since the modulation rate of power conversion in the
図２は、システム電圧とモータジェネレータの動作可能領域との関係を示す概念図である。 FIG. 2 is a conceptual diagram showing the relationship between the system voltage and the operable region of the motor generator.
図２を参照して、モータジェネレータの動作可能領域および動作点は、回転数およびトルクの組合せによって示される。最大出力線ｋ１は、システム電圧ＶＨ＝Ｖｍａｘ（上限電圧）であるときの動作可能領域の限界を示すものである。最大出力線ｋ１は、トルクＴ＜Ｔｍａｘ（最大トルク）かつ回転数Ｎ＜Ｎｍａｘ（最高回転数）であっても、出力電力に相当するＴ×Ｎによって制限される部分を有する。システム電圧ＶＨが低下すると、動作可能領域は狭くなっていく。 Referring to FIG. 2, the operable range and operating point of the motor generator are indicated by a combination of the rotational speed and torque. The maximum output line k1 indicates the limit of the operable region when the system voltage VH = Vmax (upper limit voltage). The maximum output line k1 has a portion limited by T × N corresponding to the output power even if the torque T <Tmax (maximum torque) and the rotation speed N <Nmax (maximum rotation speed). As the system voltage VH decreases, the operable area becomes narrower.
たとえば、動作点Ｐ１は、システム電圧ＶＨ＝Ｖａで実現可能である。この状態から、ユーザのアクセル操作によって、電動車両５が加速する場合には、車両駆動力の要求値が高くなる。これにより、モータジェネレータＭＧ２の出力トルクが増加するので、動作点はＰ２に変化する。しかしながら、動作点Ｐ２には、システム電圧ＶＨをＶｂ（Ｖｂ＞Ｖａ）に上昇させなければ対応することができない。
For example, the operating point P1 can be realized with the system voltage VH = Va. From this state, when the
図２に示した、システム電圧ＶＨと動作領域の限界線との関係に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各動作点（回転数、トルク）における、システム電圧ＶＨの下限値（必要最低電圧ＶＨｍｉｎ）を求めることができる。 Based on the relationship between the system voltage VH and the limit line of the operating region shown in FIG. 2, the lower limit value (required minimum voltage VHmin) of the system voltage VH at each operating point (rotation speed, torque) of the motor generators MG1, MG2. ).
また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２には、回転数に応じた誘起電圧が発生する。この誘起電圧がシステム電圧ＶＨよりも高くなると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の電流を制御できなくなる。したがって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数が高くなる電動車両５の高速走行時には、システム電圧ＶＨの必要最低電圧ＶＨｍｉｎが上昇する。
Motor generators MG1 and MG2 generate an induced voltage corresponding to the rotational speed. When this induced voltage becomes higher than system voltage VH, the currents of motor generators MG1 and MG2 cannot be controlled. Therefore, the required minimum voltage VHmin of system voltage VH rises at the time of
これらの観点から、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作点に対応させて、当該動作点に従った出力を確保するための必要最低電圧ＶＨｍｉｎを予め算出可能であることが理解される。 From these viewpoints, it is understood that the minimum required voltage VHmin for securing the output according to the operating point can be calculated in advance in correspondence with the operating point of motor generators MG1, MG2.
図３は、本発明の実施の形態による電源制御装置の制御処理の一例を説明するフローチャートである。図３に示すフローチャートの各ステップの処理は、制御装置３００によるソフトウェア処理またはハードウェア処理によって実行される。また、図３に示すフローチャートの各々による一連の制御処理は、制御装置３００によって所定の制御周期毎に実行される。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of control processing of the power supply control device according to the embodiment of the present invention. The processing of each step in the flowchart shown in FIG. 3 is executed by software processing or hardware processing by the
図３を参照して、制御装置３００は、ステップＳ０１において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態より、上述の必要電圧マップを用いて必要最低電圧ＶＨｍｉｎを算出する。さらに、制御装置３００は、必要最低電圧ＶＨｍｉｎを考慮して電圧指令値ＶＨ＊を設定する。電圧指令値ＶＨ＊は、必要最低電圧ＶＨｍｉｎ以上となるように設定される。たとえば、ＶＨ＞ＶＨｍｉｎのときよりも、電源システム２０および負荷１０での損失が最小となる電圧が存在するときには、燃費優先の観点から、電圧指令値ＶＨ＊を当該電圧に設定することが好ましい。一方、蓄電装置１５０を積極的に使用したい場合には、電圧指令値ＶＨ＊が低いほうが好ましいので、電圧指令値ＶＨ＊＝ＶＨｍｉｎに設定してもよい。
Referring to FIG. 3, in step S01,
このように、電圧指令値ＶＨ＊は、必要最低電圧ＶＨｍｉｎを考慮したうえで、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作点に対応して算出できる。このため、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作点に対応させて、当該動作点に従った電圧指令値ＶＨ＊を算出するためのマップ（電圧指令値マップ）を予め作成することができる。電圧指令値マップは、制御装置３００の図示しないメモリに記憶される。このように、本実施の形態による電動車両では、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を円滑かつ効率的に駆動するために、システム電圧ＶＨを可変制御している。すなわち、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ印加される電圧振幅（パルス電圧振幅）が、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態（回転数およびトルク）に応じて可変制御される。
Thus, voltage command value VH * can be calculated corresponding to the operating points of motor generators MG1 and MG2 in consideration of the necessary minimum voltage VHmin. Therefore, a map (voltage command value map) for calculating voltage command value VH * in accordance with the operating points of motor generators MG1 and MG2 can be created in advance. The voltage command value map is stored in a memory (not shown) of the
制御装置３００は、ステップＳ０２では、図１に示した電池センサ１０５，１５５の検出値に基づいて、バッテリ情報を読み込む。バッテリ情報には、バッテリ電圧ＶＢ２が少なくとも含まれる。
In step S02,
制御装置３００は、ステップＳ０３により、バッテリ電圧ＶＢ２と、ステップＳ０１で設定された電圧指令値ＶＨ＊とを比較する。バッテリ電圧ＶＢ２が電圧指令値ＶＨ＊以上となるとき（ステップＳ０３のＹＥＳ判定時）には、制御装置３００は、ステップＳ０４に処理を進めて、リレーＲＬ１，ＲＬ２のオン指令であるＨレベルのリレー制御信号ＳＲ１，ＳＲ２を出力する。リレーＲＬ２は、制御装置３００からのオン指令に従ってオンされる。リレーＲＬ１は、制御装置３００からのオン指令を受けてリレー駆動回路２００が出力する駆動信号に応答してオンされる。これにより、蓄電装置１５０が電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１に接続される。
In step S03,
コンバータ１１０は、システム電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨ＊に一致させるように、蓄電装置１００の充放電を制御する。これにより、蓄電装置１００，１５０を並列に用いて、負荷１０に対する充放電を制御することができる。この状態で電動車両５が回生制動を行なうと、蓄電装置１００，１５０を並列に充電することができる。
一方、バッテリ電圧ＶＢ２が電圧指令値ＶＨ＊を下回るとき（ステップＳ０３のＮＯ判定時）には、制御装置３００は、ステップＳ０５に処理を進めて、リレーＲＬ１，ＲＬ２のオフ指令であるＬレベルのリレー制御信号ＳＲ１，ＳＲ２を出力する。リレーＲＬ２は、制御装置３００からのオフ指令に従ってオフされる。リレーＲＬ１は、制御装置３００からのオフ指令を受けてリレー駆動回路２００が出力する駆動信号に応答してオフされる。これにより、蓄電装置１５０は電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１から切り離される。上述のように、電圧指令値ＶＨ＊≧ＶＨｍｉｎであるから、少なくとも、ＶＢ２＜ＶＨｍｉｎのときにはリレーＲＬ１，ＲＬ２は確実にオフされる。
On the other hand, when battery voltage VB2 is lower than voltage command value VH * (NO determination in step S03),
このときには、コンバータ１１０を介して、蓄電装置１００のみを用いて負荷１０に対する充放電が制御される。この状態で、電動車両５が回生制動を行なうと、蓄電装置１００のみが充電される。
At this time, charging / discharging with respect to the
このように、本実施の形態による電源車両では、複数の蓄電装置１００，１５０を備えた電源制御装置において、蓄電装置１００のみにコンバータを設ける構成としても、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態に応じたシステム電圧ＶＨの可変制御を実現することができる。この結果、複数の蓄電装置１００，１５０の電力によりモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力による航続距離を拡大できる電源システムを、簡素かつ効率的に構成できる。
As described above, in the power supply vehicle according to the present embodiment, in the power supply control device provided with a plurality of
特に、車両加速時等に対応したシステム電圧ＶＨの高電圧領域に対しては、電圧指令値（必要最低電圧）よりも出力電圧が低い蓄電装置１５０を電源ラインＨＰＬから切り離すとともに、蓄電装置１００の出力電圧をコンバータ１１０によって昇圧することで対応できる。また、蓄電装置１５０の出力電圧が、電圧指令値（必要最低電圧）よりも高く、蓄電装置１５０が使用可能であるときには、蓄電装置１００，１５０を並列に使用することができる。このように、複数の蓄電装置１００，１５０を有効に活用して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給することができるので、電源システムを小型化かつ低コストで効率的に構成することが可能となる。
In particular, for a high voltage region of system voltage VH corresponding to vehicle acceleration, etc.,
以上のように、本発明の実施の形態による電源システム２０では、蓄電装置１５０が使用される第１のモードと、蓄電装置１５０が不使用とされる第２のモードとが選択される。第２のモードから第１のモードへの切替え時には、リレーＲＬ１，ＲＬ２をオンすることによって、蓄電装置１５０が電源ラインＨＰＬに接続される。
As described above, in
なお、リレーＲＬ２については、蓄電装置１５０の負極端子を蓄電装置１００の負極端子と電気的に接続することによって、配置を省略することも可能である。このようにすると、リレーの個数削減により、小型化および低コスト化が図られる。一方で、図１のようにリレーＲＬ２を配置すると、蓄電装置１５０を完全に電源システム２０から電気的に切離すことができるので、安全上好ましい構成とすることができる。
Note that the relay RL <b> 2 can be omitted by electrically connecting the negative electrode terminal of the
ここで、システム電圧ＶＨとバッテリ電圧ＶＢ２との電圧差ΔＶ（ΔＶ＝ＶＢ２−ＶＨ）が大きいと、蓄電装置１５０と電源ラインＨＰＬとの接続時において、蓄電装置１５０（または、平滑コンデンサＣ２）に対して大きな突入電流が流れ込む虞がある。リレーＲＬ１，ＲＬ２では、この突入電流によってアークが発生することにより、接点が溶着してしまう虞がある。
Here, if the voltage difference ΔV (ΔV = VB2−VH) between system voltage VH and battery voltage VB2 is large, power storage device 150 (or smoothing capacitor C2) is connected to
蓄電装置１５０（または平滑コンデンサＣ２）に突入電流が流れるのを抑制するためには、上述したシステムメインリレー１９０の構成と同様に、リレーＲＬ１，ＲＬ２のいずれか一方に対して並列に、プリチャージ用リレーと制限抵抗とが直列に接続された回路を接続する構成とすることができる。このような構成において、リレーＲＬ１，ＲＬ２およびプリチャージ用リレーのオンオフは、まず、リレーＲＬ１をオフ状態のまま、リレーＲＬ２およびプリチャージ用リレーをオンするように制御される。これにより、制限抵抗により一部の電流が消費されて、蓄電装置１５０（または平滑コンデンサＣ２）に流れ込む電流を小さくできるので、蓄電装置１５０（または平滑コンデンサＣ２）への突入電流を防止することができる。その後、平滑コンデンサＣ２のプリチャージが完了すると、リレーＲＬ１がオンされ、それに引き続いてプリチャージ用リレーがオフされる。
In order to suppress the inrush current from flowing to the power storage device 150 (or the smoothing capacitor C2), in the same way as the configuration of the system
しかしながら、本実施の形態による電源システム２０においては、このようなプリチャージ用リレーおよび制限抵抗からなる回路を用いた構成では、蓄電装置１５０（または平滑コンデンサＣ２）への突入電流を制限することが困難である。電源システム２０では、コンバータ１１０による可変制御によってシステム電圧ＶＨがダイナミックに変化することに加えて、蓄電装置１００よりも高い出力電圧定格値を有する蓄電装置１５０の出力電圧ＶＢ２もダイナミックに変化するため、システム電圧ＶＨとバッテリ電圧ＶＢ２との電圧差ΔＶの変化に対して、プリチャージ用リレーおよび制限抵抗によるプリチャージ処理では、十分に対応することができないためである。
However, in
本発明の実施の形態では、リレーＲＬ１については、図１に示すように専用のハードウェア回路（電子回路）を構築して、そのオンオフを制御することにより、蓄電装置１５０と電源ラインＨＰＬとの接続時における突入電流を防止する。このように、ハードウェア処理によってリレーＲＬを制御する構成としたことにより、ＣＰＵが予め記憶されたプログラムを実行することによるソフトウェア処理によってリレーＲＬ１を制御する構成と比較して、リレーＲＬ１のオンオフを高速に行なうことが可能となる。
In the embodiment of the present invention, for relay RL1, a dedicated hardware circuit (electronic circuit) is constructed as shown in FIG. 1, and on / off control is performed, so that
たとえば、電動車両５の衝突などの異常発生が検知された場合には、高電圧の電力の漏電を防止するために、直ちに蓄電装置１５０を電源システム２０から遮断する必要がある。本発明の実施の形態では、ハードウェア回路によりリレーＲＬ１を高速にオフできるため、異常発生の検知後、速やかに高電圧の蓄電装置１５０を遮断することができる。これにより、平滑コンデンサＣ２に蓄えられている残留電荷の放電処理を速やかに開始することが可能となる。
For example, when an abnormality such as a collision of the
図１を参照して、リレー駆動回路２００は、比較器２１０と、フリップフロップ回路（Ｆ／Ｆ回路）２１５と、ＮＯＴ回路２２５と、ＡＮＤ回路２３５と、分圧回路とを含む。
Referring to FIG. 1,
分圧回路は、蓄電装置１５０と並列に接続される。分圧回路は、蓄電装置１５０の正極端子と接地ラインＮＬ１との間に直列に接続された複数の抵抗ｒ１〜ｒ４から構成されている。分圧回路は、蓄電装置１５０の電圧（バッテリ電圧）ＶＢ２を分圧し、バッテリ電圧ＶＢ２に比例した基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。基準電圧Ｖｒｅｆは、比較器２１０に入力される。
The voltage dividing circuit is connected in parallel with
比較器２１０には、基準電圧Ｖｒｅｆとともに、電源ラインＨＰＬの電圧（すなわち、システム電圧ＶＨ）が入力される。比較器２１０は、基準電圧Ｖｒｅｆとシステム電圧ＶＨとを比較し、その比較結果に応じた出力信号を生成する。
The voltage of the power supply line HPL (that is, the system voltage VH) is input to the
基準電圧Ｖｒｅｆは、バッテリ電圧ＶＢ２との電圧差がしきい値以下となるように設定される。このしきい値は、基準電圧Ｖｒｅｆとバッテリ電圧ＶＢ２との電圧差がこれ以上大きくなると、蓄電装置１５０と電源ラインＨＰＬとの接続時に許容値を超える突入電流が流れる虞があるような、スペック上の限界値に相当する。すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆは、蓄電装置１５０の接続時の突入電流を防止する観点から、リレーＲＬ１のオンを許可するか否かを判別するための判定値である。
Reference voltage Vref is set such that the voltage difference with battery voltage VB2 is equal to or less than a threshold value. This threshold is based on specifications such that if the voltage difference between the reference voltage Vref and the battery voltage VB2 becomes larger than this, an inrush current exceeding the allowable value may flow when the
比較器２１０は、システム電圧ＶＨが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いときにはＨ（論理ハイ）レベルの出力信号を生成する。一方、比較器２１０は、システム電圧ＶＨが基準電圧Ｖｒｅｆ以下のときには、Ｌ（論理ロー）レベルの出力信号を生成する。そして、比較器２１０は、生成した出力信号を、フリップフロップ回路２１５に出力する。
フリップフロップ回路２１５は、比較器２１０の出力信号を保持する。フリップフロップ回路２１５の出力端子は、ＡＮＤ（論理積）回路の入力端子の１つと接続される。フリップフロップ回路２１５は、制御装置３００から与えられるリセット信号ＲＳＴによりリセットされる。なお、フリップフロップ回路２１５は、フィルタ回路を内蔵することにより、ノイズによる誤動作を防止することが可能に構成されている。
The flip-
ＡＮＤ（論理積）回路２３５は、フリップフロップ回路２１５の出力信号（比較器２１０の出力信号）を受けるとともに、制御装置３００からリレー制御信号ＳＲ１を受ける。さらに、ＡＮＤ回路２３５は、図示しない異常検知部から異常検知信号ＤＥＴを受ける。
An AND (logical product)
異常検知部は、電動車両５の異常発生を検知する。異常検知部は、たとえば電動車両５の衝突時など、高電圧系統が衝撃を受けて高電圧の電力が漏電する可能性が懸念されるような異常の発生を検知する。異常検知部は、電動車両５の異常が検知されたときには、Ｈレベルに活性化された異常検知信号ＤＥＴを出力する。異常検知部から出力された異常検知信号ＤＥＴは、制御装置３００へ出力されるとともに、ＮＯＴ（反転）回路２２５を介して、直接的にＡＮＤ回路２３５に入力される。
The abnormality detection unit detects an abnormality in the
高電圧の電源を搭載した電動車両では、通常、車両衝突時には、速やかに高電圧電源を電源システムから遮断するために、車両の衝突を検出するための衝突検出センサから出力される検出信号を制御装置が受け、制御装置が高電圧電源を遮断するための処理を実行するように構成されている。このとき、制御装置は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することにより、ソフトウェア処理により電源システムを制御する。 In an electric vehicle equipped with a high-voltage power supply, the detection signal output from a collision detection sensor for detecting a vehicle collision is usually controlled in order to quickly shut off the high-voltage power supply from the power supply system in the event of a vehicle collision. The device is configured to receive and the control device is configured to execute processing for shutting off the high voltage power supply. At this time, the control device controls the power supply system by software processing by executing a program stored in advance by the CPU.
これに対して、本実施の形態では、異常検知部として機能する衝突検出センサから出力される検出信号ＤＥＴが直接的にＡＮＤ回路２３５に入力される。そして、ＡＮＤ回路２３５によるハードウェア処理によってリレーＲＬ１をオフし、蓄電装置１５０を遮断する。したがって、蓄電装置１５０を電源システム２０から遮断するための処理を高速に行なうことができる。
On the other hand, in the present embodiment, the detection signal DET output from the collision detection sensor that functions as the abnormality detection unit is directly input to the AND
ＡＮＤ回路２３５は、異常検知信号ＤＥＴを反転させた反転信号、リレー制御信号ＳＲ１および比較器２１０の出力信号の論理積を演算し、その演算結果として、リレーＲＬ１の駆動信号を生成する。異常検知信号ＤＥＴの反転信号、リレー制御信号ＳＲ１、比較器２１０の出力信号のいずれもがＨレベルのときには、ＡＮＤ回路２３５は、Ｈレベルの駆動信号を生成する。リレーＲＬ１は、このＨレベルの駆動信号を受けてオンされる。すなわち、電動車両５の異常が検知されない（すなわち、電動車両５が正常である）という第１の条件、制御装置３００からリレーＲＬ１のオン指令が出力されているという第２の条件、および、システム電圧ＶＨが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いという第３の条件が全て成立した場合に、リレーＲＬ１がオンされる。このとき、上記第３の条件の成立によって、システム電圧ＶＨとバッテリ電圧ＶＢ２との電圧差ΔＶがしきい値以下に低下していることから、蓄電装置１５０と電源ラインＨＰＬとの接続時において、蓄電装置１５０（または、平滑コンデンサＣ２）に対して大きな突入電流が流れ込むのを防止することができる。
The AND
図４は、蓄電装置１５０を電源ラインＨＰＬに接続する際のリレーＲＬ１，ＲＬ２の制御処理を説明するためのタイミングチャートである。
FIG. 4 is a timing chart for explaining control processing of relays RL1 and RL2 when
図４を参照して、時刻ｔ０において、蓄電装置１５０を不使用とする第２のモードが選択されているものとする。この時刻ｔ０では、リレーＲＬ１，ＲＬ２はオフされている。
Referring to FIG. 4, it is assumed that the second mode in which
ここで、蓄電装置１５０を使用する第１のモードが選択されると、まず、時刻ｔ１において、制御装置３００は、リレーＲＬ２のオン指令であるＨレベルのリレー制御信号ＳＲ２をリレーＲＬ２へ出力することにより、リレーＲＬ２をオンする。蓄電装置１５０の負極端子と接地ラインＮＬ１とを最初に接続することによって、接地ラインＮＬ１の電位を安定させることができる。
Here, when the first mode using
さらに、制御装置３００は、時刻ｔ２において、リレーＲＬ１のオン指令であるＨレベルのリレー制御信号ＳＲ１をリレー駆動回路２００へ出力する。Ｈレベルのリレー制御信号ＳＲ１は、ＡＮＤ回路２３５の入力端子の１つに入力される。
Furthermore, at time t2,
制御装置３００は、電圧センサ１８０により検出されるシステム電圧ＶＨと、基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。そして、システム電圧ＶＨが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合には、制御装置３００は、システム電圧ＶＨを上昇させるように、コンバータ１１０の電圧変換動作を制御する。具体的には、制御装置３００は、コンバータ１１０のスイッチング素子Ｑ２のオン・デューティを規定する制御デューティを徐々に大きくする。制御デューティに従ってスイッチング素子Ｑ２のオンデューティを大きくすることによって、電源ラインＰＬ１から電源ラインＨＰＬへ電流を流すことができるため、システム電圧ＶＨを上昇させることができる。
コンバータ１１０の電圧変換動作によって、システム電圧ＶＨが基準電圧Ｖｒｅｆに達すると（時刻ｔ３）、リレー駆動回路２００では、比較器２１０の出力信号がＨレベルに活性化される。ＡＮＤ回路２３５は、このＨレベルの出力信号と、Ｈレベルのリレー制御信号ＳＲ１およびＨレベルの異常検知信号ＤＥＴの反転信号との論理積の演算結果として、Ｈレベルの駆動信号を出力する。これにより、リレーＲＬ１がオンされ、蓄電装置１５０が電源ラインＨＰＬに接続される。
When system voltage VH reaches reference voltage Vref due to voltage conversion operation of converter 110 (time t3), in
図５は、蓄電装置１５０を電源ラインＨＰＬに接続する際のリレーＲＬ１，ＲＬ２の制御処理手順を示したフローチャートである。図５のフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。また、図５に示すフローチャートは、制御装置３００によるソフトウェア処理と、リレー駆動回路２００によるハードウェア処理とによって実行される。
FIG. 5 is a flowchart showing a control processing procedure of relays RL1 and RL2 when
図５を参照して、ステップＳ１１において、制御装置３００は、電動車両５が走行可能状態（ＲＥＡＤＹ ＯＮ状態）であるか否かを判定する。ユーザによる電動車両の始動操作（ＩＧスイッチのオン操作）によって電源システム２０が起動されると、走行可能状態であると判定される。そして、電動車両５が走行可能状態であると判定されると、ステップＳ１２により、制御装置３００は、昇圧条件が成立しているか否かを判定する。図３のフローチャートのステップＳ０３の処理によって、バッテリ電圧ＶＢ２が電圧指令値ＶＨ＊となるときには、昇圧条件が成立したものと判定される。
Referring to FIG. 5, in step S <b> 11,
昇圧条件が成立しているものと判定されると（ステップＳ１２のＹＥＳ判定時）、制御装置３００は、ステップＳ１３に処理を進めて、リレーＲＬ２のオン指令であるＨレベルのリレー制御信号ＳＲ２を出力する。リレーＲＬ２は、制御装置３００からのオン指令に従ってオンされる。
If it is determined that the boosting condition is satisfied (YES in step S12),
ステップＳ１４では、制御装置３００は、電圧センサ１８０により検出されるシステム電圧ＶＨと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、システム電圧ＶＨが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合には、制御装置３００は、システム電圧ＶＨを上昇させるように、コンバータ１１０の電圧変換動作を制御する。上記のように、制御装置３００は、コンバータ１１０のスイッチング素子Ｑ２の制御デューティを徐々に大きくすることによって、システム電圧ＶＨを徐々に上昇させる。
In step S14, the
制御装置３００は、さらにステップＳ１５により、リレーＲＬ１のオン指令であるＨレベルのリレー制御信号ＳＲ１をリレー駆動回路２００へ出力する。
In step S15,
リレー駆動回路２００は、ステップＳ１６において、比較器２１０により、基準電圧Ｖｒｅｆとシステム電圧ＶＨとが比較される。システム電圧ＶＨが基準電圧Ｖｒｅｆ以上と判定された場合（ステップＳ１６のＹＥＳ判定時）には、続いてステップＳ１７により、異常検知部からの異常検知信号に基づいて、電動車両５が正常であるか否かを判定する。なお、ステップＳ１６およびＳ１７の処理は、ＡＮＤ回路２３５によるハードウェア処理によって実行される。
In step S16, the
電動車両５が正常であると判定された場合（ステップＳ１７のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１８により、ＡＮＤ回路２３５は、Ｈレベルの駆動信号を生成する。リレーＲＬ１は、このＨレベルの駆動信号を受けてオンされる。
If it is determined that
図６は、蓄電装置１５０を電源ラインＨＰＬから切り離す際のリレーＲＬ１，ＲＬ２の制御処理を説明するためのタイミングチャートである。
FIG. 6 is a timing chart for explaining control processing of relays RL1 and RL2 when
図６を参照して、時刻ｔ０において、蓄電装置１５０を使用する第１のモードが選択されているものとする。この時刻ｔ０では、リレーＲＬ１，ＲＬ２はオンされている。
Referring to FIG. 6, it is assumed that the first mode using
ここで、蓄電装置１５０を不使用とする第２のモードが選択されると、まず、時刻ｔ１において、制御装置３００は、リレーＲＬ１のオフ指令であるＬレベルのリレー制御信号ＳＲ１をリレー駆動回路２００のＡＮＤ回路２３５へ出力する。ＡＮＤ回路２３５は、このＬレベルのリレー制御信号ＳＲ１と、Ｈレベルの比較器２１０の出力信号およびＨレベルの異常検知信号ＤＥＴの反転信号との論理積の演算結果として、Ｌレベルの駆動信号を出力する。これにより、リレーＲＬ１がオフされ、蓄電装置１５０が電源ラインＨＰＬから切り離される。
Here, when the second mode in which
さらに、制御装置３００は、システム電圧を下降させるように、コンバータ１１０の電圧変換動作を制御する。具体的には、制御装置３００は、コンバータ１１０のスイッチング素子Ｑ１のオン・デューティを規定する制御デューティを徐々に大きくする。制御デューティに従ってスイッチング素子Ｑ１のオン・デューティを大きくすることによって、電源ラインＨＰＬから電源ラインＰＬ１へ電流を流すことができるため、システム電圧ＶＨを下降させることができる。
Furthermore,
時刻ｔ１以降においてシステム電圧が徐々に下降すると、制御装置３００は、電圧センサ１８０の検出値に基づいて、リレーＲＬ１の溶着の有無を判定する。具体的には、制御装置３００は、電圧センサ１８０の検出値に基づいてシステム電圧ＶＨの下降を検出することによって、リレーＲＬ１が溶着していないものと判定する。一方、電圧センサ１８０の検出値が変化せず、システム電圧ＶＨの下降を検出できないときには、制御装置３００は、リレーＲＬ１が溶着しているものと判定する。
When the system voltage gradually decreases after time t1,
制御装置３００は、時刻ｔ２において、リレーＲＬ２のオフ指令であるＬレベルのリレー制御信号ＳＲ２をリレーＲＬ２へ出力することにより、リレーＲＬ２をオフする。さらに、リセット信号ＲＳＴをフリップフロップ回路２１５へ出力することにより、フリップフロップ回路２１５をリセットさせる。
At time t2,
以上説明したように、この発明の実施の形態によれば、蓄電装置１００の出力電圧を昇圧可能なコンバータの出力側に蓄電装置１５０を設けた電源システムにおいて、蓄電装置１５０を電力線に接続するためのリレーを、専用のハードウェア回路によりオンオフすることにより、蓄電装置１５０の接続時における突入電流を防止する。これにより、ＣＰＵが予め記憶されたプログラムを実行することによるソフトウェア処理によってリレーを制御する構成と比較して、リレーのオンオフを高速に行なうことが可能となる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, in power supply system in which
したがって、高電圧の電力の漏電を防止するために、直ちに蓄電装置１５０を電源システム２０から遮断する必要がある場合においても、リレーを高速にオフできるため、異常発生の検知後、速やかに高電圧の蓄電装置１５０を遮断することができる。これにより、平滑コンデンサＣ２に蓄えられている残留電荷の放電処理を速やかに開始することが可能となる。
Therefore, even when it is necessary to immediately shut off the
なお、図１に示した電動車両５の負荷１０（すなわち、駆動系）の構成は、図示された構成に限定されるものではない。すなわち、電気自動車、燃料電池自動車等、走行用電動機を搭載した電動車両に対して、本発明は共通に適用することができる。さらに、負荷１０としては、車両の駆動力を発生する駆動系に限定されず、電力消費を行なう装置に適用することができることを確認的に記載する。
The configuration of the load 10 (that is, the drive system) of the
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、上記した実施の形態の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 shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
５ 電動車両、１０ 負荷、２０ 電源システム、１００，１５０ 蓄電装置、１０５，１５５ 電池センサ、１１０ コンバータ、１２０ インバータ、１３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１７０，１８０ 電圧センサ、１９０ システムメインリレー、２００ リレー駆動回路、２１０ 比較器、２１５ フリップフロップ回路、２２０ エンジン、２２５ ＮＯＴ回路、２３０，２４０ 電流センサ、２３５ ＡＮＤ回路、２５０ 動力分割機構、２６０ 駆動輪、２７０，２８０ 回転角センサ、３００ 制御装置、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＲＬ１，ＲＬ２，ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３ リレー。 5 electric vehicle, 10 load, 20 power supply system, 100, 150 power storage device, 105, 155 battery sensor, 110 converter, 120 inverter, 130 DC / DC converter, 170, 180 voltage sensor, 190 system main relay, 200 relay drive circuit , 210 comparator, 215 flip-flop circuit, 220 engine, 225 NOT circuit, 230, 240 current sensor, 235 AND circuit, 250 power split mechanism, 260 driving wheel, 270, 280 rotation angle sensor, 300 control device, MG1, MG2 Motor generator, RL1, RL2, SMR1-SMR3 relay.
Claims (8)
第１の蓄電装置と、
第２の蓄電装置と、
前記電動機に対して入出力される電力を伝達するための電力線と、
前記第１の蓄電装置と前記電力線との間で双方向の直流電圧変換を実行するためのコンバータと、
前記第２の蓄電装置と前記電力線との間に接続された開閉器と、
前記電動機の動作状態に応じて、開閉器をオンオフするためのオンオフ指令を出力する制御装置と、
前記第２の蓄電装置の出力電圧と前記電力線の電圧との電圧差がしきい値以下であるときに、前記開閉器のオンを許可するオン許可指令を出力する比較器と、
前記電動車両の異常発生を検知するための異常検知部と、
前記制御装置からのオンオフ指令、前記比較器からのオン許可指令、および、前記異常検知部からの前記電動車両の正常または異常を示す検知信号の論理積を演算し、その演算結果に応じて前記開閉器をオンオフする論理積回路とを備える、電動車両の電源制御装置。 A power supply control device for an electric vehicle equipped with an electric motor for generating vehicle driving force,
A first power storage device;
A second power storage device;
A power line for transmitting power to and from the motor;
A converter for performing bidirectional DC voltage conversion between the first power storage device and the power line;
A switch connected between the second power storage device and the power line;
A control device that outputs an on / off command for turning on / off the switch according to the operating state of the electric motor;
A comparator that outputs an on permission command for permitting the switch to be turned on when a voltage difference between an output voltage of the second power storage device and a voltage of the power line is equal to or less than a threshold;
An abnormality detection unit for detecting occurrence of an abnormality in the electric vehicle;
An ON / OFF command from the control device, an ON permission command from the comparator, and a logical product of detection signals indicating normality or abnormality of the electric vehicle from the abnormality detection unit are calculated, and according to the calculation result, A power supply control device for an electric vehicle, comprising: an AND circuit that turns on and off the switch.
前記比較器は、前記基準電圧と前記電力線の電圧との比較結果に基づいて、前記オン許可指令を出力する、請求項１〜３のいずれかに記載の電動車両の電源制御装置。 A voltage dividing circuit that outputs a divided voltage of the output voltage of the second power storage device as a reference voltage;
The power supply control device for an electric vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the comparator outputs the ON permission command based on a comparison result between the reference voltage and the voltage of the power line.
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-
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