JP2014042410A

JP2014042410A - Polyphase converter system

Info

Publication number: JP2014042410A
Application number: JP2012183783A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Iwata; 秀一岩田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-03-06

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for suppressing an increase in ripple components included in an output in a polyphase converter system in which a circuit is connected to an output of a polyphase converter via a cable.SOLUTION: A disclosed polyphase converter system 2 turns a changeover switch of a cable attachment 40 over to add a reactor in series (or in parallel) to a power cable 70 if the number of driving phases of a converter circuit of a polyphase converter 20 is a predetermined number. Even when the power cable 70 serves as a parasitic inductance 71 and cooperates with a capacitor existing on an output side of the polyphase converter 20 and a capacitor existing on an input side of an inverter 50 to form an LC resonance circuit, a resonance frequency thereof becomes lower (higher). This makes the frequency of a ripple component included in an output of the polyphase converter 20 away from the resonance frequency changed by the connection of the reactor to whereby suppress an increase in ripple components due to a resonance phenomenon.

Description

本明細書が開示する技術は、多相コンバータとこれにケーブルを介して接続される他の回路を有する多相コンバータシステムに関する。 The technology disclosed in the present specification relates to a polyphase converter system having a polyphase converter and other circuits connected to the polyphase converter via a cable.

多相コンバータに関する技術として、例えば、特許文献１に開示されるものがある。この技術では、ＤＣ−ＤＣコンバータの指令電圧値の時間変化率が急変した場合には、駆動相数を所定値以下にすることを禁止することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子に過大な電流が流れることを抑制する。 As a technique related to the polyphase converter, for example, there is one disclosed in Patent Document 1. In this technique, when the time change rate of the command voltage value of the DC-DC converter suddenly changes, an excessive current is applied to the switching element of the DC-DC converter by prohibiting the number of drive phases from being equal to or less than a predetermined value. Is suppressed from flowing.

特開２０１０−２２６８５２号公報JP 2010-226852 A

ところで、多相コンバータは、一般に、スイッチング素子を高周波でスイッチングして電圧の変換をしているため、その出力にはスイッチングによるリップル成分が含まれる。そのため、多相コンバータの出力側には、リップル成分を除去する目的でコンデンサが設けられている。また、出力先のユニットも入力に含まれるこのようなリップル成分を除去するため、入力側にコンデンサ（寄生容量によるキャパシタンス成分も含む）を有することが多い。他方、多相コンバータとその出力先のユニット（例えばインバータ）はケーブルで接続されるが、ケーブルなどのワイヤハーネスは、それに流れる信号の周波数が高くなると、インダクタンスとして作用する。ケーブルの物理的特性に起因して不可避的に発生するインダクタンスは寄生インダクタンスと呼ばれる。 By the way, since the multi-phase converter generally performs switching of the voltage by switching the switching element at a high frequency, the output includes a ripple component due to switching. Therefore, a capacitor is provided on the output side of the multiphase converter for the purpose of removing ripple components. Further, in order to remove such a ripple component included in the input of the output destination unit, a capacitor (including a capacitance component due to parasitic capacitance) is often provided on the input side. On the other hand, the multi-phase converter and its output destination unit (for example, an inverter) are connected by a cable, but a wire harness such as a cable acts as an inductance when the frequency of a signal flowing through it is increased. Inductance inevitably generated due to the physical characteristics of the cable is called parasitic inductance.

したがって、多相コンバータと出力先のユニットを繋ぐケーブルがインダクタンスとして作用する場合には、上記の２つのコンデンサとともに共振回路（ＬＣ回路）が形成されて特定の周波数（共振周波数）で共振する。そのため、多相コンバータの出力に含まれるリップル成分の周波数がこのような共振回路の共振周波数に近づくと、共振を生じてリップル成分が増加する虞がある。本明細書は、多相コンバータの出力にケーブルを介して他の回路が接続される多相コンバータシステムにおいて、出力に含まれるリップル成分の増加を抑制する技術を提供する。 Therefore, when the cable connecting the multiphase converter and the output destination unit acts as an inductance, a resonance circuit (LC circuit) is formed together with the two capacitors and resonates at a specific frequency (resonance frequency). Therefore, when the frequency of the ripple component included in the output of the multiphase converter approaches the resonance frequency of such a resonance circuit, resonance may occur and the ripple component may increase. The present specification provides a technique for suppressing an increase in a ripple component included in an output in a polyphase converter system in which another circuit is connected to the output of the multiphase converter via a cable.

本明細書が開示する多相コンバータシステムは、多相コンバータと他の回路の間にケーブルが接続されており、ケーブルの前もしくは後、又はケーブルの途中に切換スイッチを接続し、切換スイッチに接続されて切換スイッチの切り換えにより多相コンバータと他の回路を接続するケーブルに対して直列又は並列に接続されるインダクタンス素子を有する。そして、コントローラにより、多相コンバータのコンバータ回路の相数が所定数の場合、切換スイッチをインダクタンス素子の接続に切り換える。これにより、コンバータ回路の相数が所定数の場合には、ケーブルがインダクタンスとして作用しても、別のインダクタンス素子が直列又は並列に加わるため、たとえ多相コンバータの出力側に存在するキャパシタンスや他の回路の入力側に存在するキャパシタンスと協働して共振回路が形成されたとしても、その共振周波数がインダクタンス素子の接続前後で変化する。多相コンバータが所定数のコンバータ回路で動作しているときのリップル成分の周波数が、インダクタンス素子接続前の共振回路の共振周波数に近かったとしても、インダクタンス素子の接続により共振周波数が変化し、リップル成分の周波数から離れるので、共振現象によるリップル成分の増加が抑制される。 In the polyphase converter system disclosed in this specification, a cable is connected between the polyphase converter and another circuit, and a changeover switch is connected before or after the cable or in the middle of the cable and connected to the changeover switch. In addition, an inductance element connected in series or in parallel to a cable connecting the multiphase converter and another circuit by switching the changeover switch is provided. Then, when the number of phases of the converter circuit of the multiphase converter is a predetermined number, the controller switches the changeover switch to the connection of the inductance element. As a result, when the number of phases of the converter circuit is a predetermined number, even if the cable acts as an inductance, another inductance element is added in series or in parallel. Even if a resonance circuit is formed in cooperation with the capacitance existing on the input side of the circuit, the resonance frequency changes before and after connection of the inductance element. Even if the frequency of the ripple component when the polyphase converter is operating with a predetermined number of converter circuits is close to the resonance frequency of the resonance circuit before the inductance element is connected, the resonance frequency changes due to the connection of the inductance element, and the ripple Since the frequency is away from the component frequency, an increase in the ripple component due to the resonance phenomenon is suppressed.

「所定数」は、多相コンバータの出力側に並列に存在する第１のキャパシタンス、ケーブルの寄生インダクタンス、及び他の回路の入力側に並列に存在する第２のキャパシタンスにより定まるＬＣ回路の共振周波数が、多相コンバータの出力に含まれるリップル成分の周波数と一致する場合における駆動中のコンバータ回路の相数である。ここで、「共振周波数がリップル成分の周波数と一致する」とは、厳密に一致する場合に限られない。ここでいう「一致」とは、上記のＬＣ回路とリップル成分が共振を生ずる程度に近いことを意味する。「他の回路」は、例えば、インバータや電圧コンバータである。 The “predetermined number” is the resonance frequency of the LC circuit determined by the first capacitance existing in parallel on the output side of the polyphase converter, the parasitic inductance of the cable, and the second capacitance existing in parallel on the input side of another circuit. Is the number of phases of the converter circuit that is being driven when it matches the frequency of the ripple component contained in the output of the multiphase converter. Here, “the resonance frequency matches the frequency of the ripple component” is not limited to the case where they exactly match. Here, “match” means that the above-described LC circuit and the ripple component are close to the extent of causing resonance. The “other circuit” is, for example, an inverter or a voltage converter.

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。 Details of the technology disclosed in this specification and further improvements will be described in the embodiments of the present invention.

実施例の多相コンバータシステムのブロック図である。It is a block diagram of the polyphase converter system of an Example. 多相コンバータの回路図である。It is a circuit diagram of a polyphase converter. ケーブルアタッチメント及びインバータの回路図である。It is a circuit diagram of a cable attachment and an inverter. インバータコントローラが実行する切換処理のフローチャートである。It is a flowchart of the switching process which an inverter controller performs. 多相コンバータシステムで構成される共振回路の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the resonance circuit comprised with a polyphase converter system. リップル成分（リップル電流）の周波数分布特性図である。It is a frequency distribution characteristic view of a ripple component (ripple current).

図面を参照して実施例の多相コンバータシステムを説明する。まず、多相コンバータシステムの構成を図１−３を参照して説明する。図１に多相コンバータシステム２のブロック図を示す。図２に多相コンバータの回路図を示す。図３にケーブルアタッチメントとインバータの回路図を示す。 A multiphase converter system according to an embodiment will be described with reference to the drawings. First, the configuration of the multiphase converter system will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a block diagram of the polyphase converter system 2. FIG. 2 shows a circuit diagram of the multiphase converter. FIG. 3 shows a circuit diagram of the cable attachment and the inverter.

多相コンバータシステム２は、走行用モータ９０を駆動させる電気自動車の電力系統を構成するもので、主に、多相コンバータ２０、コンバータコントローラ３０、ケーブルアタッチメント４０、インバータ５０、インバータコントローラ６０、及び電力ケーブル７０を備える。 The polyphase converter system 2 constitutes an electric power system of an electric vehicle that drives the traveling motor 90. The multiphase converter system 2 mainly includes a polyphase converter 20, a converter controller 30, a cable attachment 40, an inverter 50, an inverter controller 60, and electric power. A cable 70 is provided.

多相コンバータ２０は、燃料電池１０の出力電圧を走行用モータ９０の駆動電圧に昇圧する。燃料電池１０の出力電圧は、例えば、３００ボルトから４００ボルトの間で変化する。多相コンバータ２０は、４つのコンバータ回路２１、２２、２３、２４を並列に接続した構成を備えており、変動する入力電圧に応じて、駆動するコンバータ回路の数を変える、つまり駆動相数を制御する。駆動相数の決定と制御はコンバータコントローラ３０により行われる。 Multiphase converter 20 boosts the output voltage of fuel cell 10 to the drive voltage of travel motor 90. The output voltage of the fuel cell 10 varies between 300 volts and 400 volts, for example. The polyphase converter 20 has a configuration in which four converter circuits 21, 22, 23, and 24 are connected in parallel, and the number of converter circuits to be driven is changed according to the changing input voltage, that is, the number of drive phases is changed. Control. The determination and control of the number of drive phases is performed by the converter controller 30.

コンバータ回路２１−２４は並列に接続されており、いずれも同様の構成を有する。そのため、ここではコンバータ回路２１の構成を代表して説明し、他のコンバータ回路２２−２４については回路の図示及び説明を省略する。コンバータ回路２１は、リアクトル２１ａ、スイッチング素子２１ｂ、ダイオード２１ｃ、２１ｄにより構成されている。 The converter circuits 21-24 are connected in parallel and all have the same configuration. Therefore, here, the configuration of the converter circuit 21 will be described as a representative, and illustration and description of the other converter circuits 22-24 will be omitted. The converter circuit 21 includes a reactor 21a, a switching element 21b, and diodes 21c and 21d.

リアクトル２１ａは、一端側が多相コンバータ２０の入力側（低圧側）に接続され、他端側がスイッチング素子２１ｂのコレクタ（入力端子）、ダイオード２１ｃのカソード、及びダイオード２１ｄのアノードに接続されている。スイッチング素子２１ｂのエミッタ（出力端子）は、ダイオード２１ｃのアノードと多相コンバータ２０のコモン端子（接地端子）に接続されている。スイッチング素子２１ｂのゲート（制御端子）はコンバータコントローラ３０のＰＷＭ制御端子に接続されている。ダイオード２１ｄのカソードは多相コンバータ２０の出力側（高圧側）に接続されている。 Reactor 21a has one end connected to the input side (low voltage side) of multiphase converter 20, and the other end connected to the collector (input terminal) of switching element 21b, the cathode of diode 21c, and the anode of diode 21d. The emitter (output terminal) of the switching element 21 b is connected to the anode of the diode 21 c and the common terminal (ground terminal) of the multiphase converter 20. The gate (control terminal) of the switching element 21 b is connected to the PWM control terminal of the converter controller 30. The cathode of the diode 21d is connected to the output side (high voltage side) of the multiphase converter 20.

スイッチング素子２１ｂは、例えばＩＧＢＴである。スイッチング素子２１ｂのコレクタ−エミッタ間に逆並列に接続されるダイオード２１ｃは、オフ動作移行時のスイッチング素子２１ｂにコモン端子側から流れ込み得る逆方向電流をバイパスしてリアクトル２１ａに逃がす還流ダイオードである（フリーホイールダイオードとも称される）。コンバータ２０の出力側（高圧側）とコモン端子（接地端子）の間には、静電容量が比較的大きな大容量のコンデンサ２５が接続されている。このように構成される各コンバータ回路２１−２４は、コンバータコントローラ３０からスイッチング素子２１ｂのゲートに入力されるＰＷＭ信号によってオンオフ制御されてリアクトル２１ａとコンデンサ２５に蓄えられた電気エネルギにより昇圧される。 The switching element 21b is, for example, an IGBT. The diode 21c connected in reverse parallel between the collector and the emitter of the switching element 21b is a free-wheeling diode that bypasses the reverse current that can flow from the common terminal side to the switching element 21b during the transition to the off operation and releases it to the reactor 21a ( Also called freewheeling diode). A large-capacitance capacitor 25 having a relatively large capacitance is connected between the output side (high voltage side) of the converter 20 and the common terminal (ground terminal). Each of the converter circuits 21-24 configured as described above is turned on / off by a PWM signal input from the converter controller 30 to the gate of the switching element 21b and boosted by the electric energy stored in the reactor 21a and the capacitor 25.

各コンバータ回路２１−２４は位相を変えて駆動される。燃料電池１０から入力される入力電力により、例えば、２つのコンバータ回路２１、２２を駆動する場合には相互に位相が１８０度ずれるように、また３つのコンバータ回路２１−２３を駆動する場合には相互に位相が１２０度ずれるように、コンバータコントローラ３０は、ＰＷＭ信号のタイミングをコンバータ回路ごとに変えて出力する。これにより、入力電力に応じた出力が可能となるとともに、出力電力に含まれるリップル成分の一部が相殺されてリップル成分が低減される。但し、リップル成分が常に完全に相殺されるわけではない。また、駆動する相数に応じてＰＷＭ信号の位相をずらすので、多相コンバータ２０の出力信号に重畳されるリップル成分の主たる周波数はコンバータ回路２１−２４の駆動数に応じて変化する。 Each converter circuit 21-24 is driven by changing the phase. For example, when the two converter circuits 21 and 22 are driven by the input power input from the fuel cell 10, the phases are shifted from each other by 180 degrees, and when the three converter circuits 21 to 23 are driven. Converter controller 30 changes the timing of the PWM signal for each converter circuit and outputs it so that the phases are shifted from each other by 120 degrees. As a result, output according to the input power is possible, and a part of the ripple component included in the output power is canceled out to reduce the ripple component. However, the ripple component is not always completely canceled out. In addition, since the phase of the PWM signal is shifted according to the number of phases to be driven, the main frequency of the ripple component superimposed on the output signal of the multiphase converter 20 changes according to the number of drives of the converter circuit 21-24.

コンバータコントローラ３０は、燃料電池１０に接続される電流センサ１１及び電圧センサ１２によるセンサ信号によって、燃料電池１０から出力される電流情報や電圧情報を取得して多相コンバータ２０に入力される電流、電圧又は電力の各値を把握する。 The converter controller 30 acquires current information and voltage information output from the fuel cell 10 based on sensor signals from the current sensor 11 and the voltage sensor 12 connected to the fuel cell 10, and a current input to the multiphase converter 20, Know each value of voltage or power.

インバータ５０は、多相コンバータ２０から出力される直流電力を交流電力に変換する。直流電力を走行用モータ９０の目標回転数に応じた周波数の交流電力に変換して走行用モータ９０に供給する。インバータ５０は、多相コンバータ２０の出力側に電力ケーブル７０を介して接続されている。 Inverter 50 converts the DC power output from multiphase converter 20 into AC power. The DC power is converted into AC power having a frequency corresponding to the target rotational speed of the traveling motor 90 and supplied to the traveling motor 90. Inverter 50 is connected to the output side of multiphase converter 20 via power cable 70.

インバータ５０の入力側には、コンデンサ５１がコモン端子（接地端子）との間で並列に接続されている。このコンデンサ５１は、電力ケーブル７０を介して入力される入力電力（入力電流）に含まれるリップル成分（リップル電流）を除去するため、静電容量が大容量に設定されている。インバータ５０は、３相モータの走行用モータ９０に対応して３つのスイッチング回路５２、５３、５４を備えている。スイッチング回路５２−５４は、それぞれ並列に接続されており、いずれも同様に構成されるため、ここではスイッチング回路５２の構成を代表して説明する。スイッチング回路５２は、スイッチング素子５２ａ、５２ｂ、ダイオード５２ｃ、５２ｄにより構成されている。 A capacitor 51 is connected in parallel with the common terminal (ground terminal) on the input side of the inverter 50. The capacitor 51 has a large capacitance so as to remove a ripple component (ripple current) included in input power (input current) input via the power cable 70. The inverter 50 includes three switching circuits 52, 53, and 54 corresponding to the traveling motor 90 of the three-phase motor. Since the switching circuits 52-54 are connected in parallel and are configured in the same manner, the configuration of the switching circuit 52 will be described here as a representative. The switching circuit 52 includes switching elements 52a and 52b and diodes 52c and 52d.

スイッチング素子５２ａとスイッチング素子５２ｂは、インバータ５０の入力側とコモン端子の間に直列に接続されている。即ち、スイッチング素子５２ａのコレクタ（入力端子）はインバータ５０の入力側、スイッチング素子５２ｂのエミッタ（出力端子）はインバータ５０のコモン端子、にそれぞれ接続されている。これらのスイッチング素子５２ａ、５２ｂには、コレクタ−エミッタ間にフリーホイールダイオードとして機能するダイオード５２ｃ、５２ｄがそれぞれ逆並列に接続されている。そして、スイッチング素子５２ａとスイッチング素子５２ｂの接続点は、走行用モータ９０のＵ相に対応するインバータ５０の出力側に接続されている。スイッチング素子５２ａ、５２ｂのゲート（制御端子）はコンバータコントローラ６０のＰＷＭ制御端子に接続されている。スイッチング素子５２ａ、５２ｂは、例えばＩＧＢＴである。 The switching element 52a and the switching element 52b are connected in series between the input side of the inverter 50 and the common terminal. That is, the collector (input terminal) of the switching element 52 a is connected to the input side of the inverter 50, and the emitter (output terminal) of the switching element 52 b is connected to the common terminal of the inverter 50. These switching elements 52a and 52b are connected in antiparallel with diodes 52c and 52d that function as freewheeling diodes between the collector and the emitter, respectively. A connection point between the switching element 52 a and the switching element 52 b is connected to the output side of the inverter 50 corresponding to the U phase of the traveling motor 90. The gates (control terminals) of the switching elements 52 a and 52 b are connected to the PWM control terminal of the converter controller 60. The switching elements 52a and 52b are, for example, IGBTs.

このように構成される各スイッチング回路５２−５４は、インバータコントローラ６０からスイッチング素子５２ａ、５２ｂのゲートに入力されるＰＷＭ信号によって、各回路ごとに異なるタイミングでオンオフ制御されて１２０度ずつ位相のずれた３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力を走行用モータ９０に供給する。 Each of the switching circuits 52-54 configured as described above is on / off controlled at different timings for each circuit by a PWM signal input from the inverter controller 60 to the gates of the switching elements 52a and 52b, and shifted in phase by 120 degrees. The three-phase (U phase, V phase, W phase) AC power is supplied to the traveling motor 90.

インバータ５０と電力ケーブル７０の間にケーブルアタッチメント４０が接続されている。ケーブルアタッチメント４０は、切換スイッチ４１とリアクトル４３を備えている。 A cable attachment 40 is connected between the inverter 50 and the power cable 70. The cable attachment 40 includes a changeover switch 41 and a reactor 43.

切換スイッチ４１は、入力を一方の出力と他方の出力のいずれかに切り換えるスイッチであり、外部から入力される制御信号によって切換制御を可能にする制御端子を備えている。切換スイッチ４１の入力端子はケーブルアタッチメント４０の入力側に接続されており、切換スイッチ４１の一方の出力端子Ｐ１はケーブルアタッチメント４０の出力側、また他方の出力端子Ｐ２はリアクトル４３、にそれぞれ接続されている。切換スイッチ４１の制御端子はインバータコントローラ６０の切換制御端子に接続されている。切換スイッチ４１は、例えば、排他的にオンオフ制御可能な２素子型のＩＧＢＴモジュールで具現化される。 The changeover switch 41 is a switch for changing the input to one of the outputs and the other, and includes a control terminal that enables the changeover control by a control signal input from the outside. The input terminal of the changeover switch 41 is connected to the input side of the cable attachment 40, one output terminal P1 of the changeover switch 41 is connected to the output side of the cable attachment 40, and the other output terminal P2 is connected to the reactor 43. ing. The control terminal of the changeover switch 41 is connected to the changeover control terminal of the inverter controller 60. The changeover switch 41 is embodied by, for example, a two-element type IGBT module that can be controlled exclusively on and off.

一端が切換スイッチ４１に接続されるリアクトル４３は、その他端がケーブルアタッチメント４０の出力側に接続されている。このリアクトル４３は、後述するように、例えば、電力ケーブル７０の寄生インダクタンス７１と同等又は２倍程度の値に設定される。ケーブルアタッチメント４０のコモン端子はその入出力間が直接接続されている。このようにケーブルアタッチメント４０を構成することにより、切換スイッチ４１が一方の出力端子Ｐ１から他方の出力端子Ｐ２に切り換えられることで、電力ケーブル７０にリアクトル４３が直列に接続されて電力ケーブル７０とインバータ５０の間にリアクトル４３が介在する。電力ケーブル７０には寄生インダクタンス７１が存在するので、電力ケーブル７０とインバータ５０の間にリアクトル４３が介在する場合には、トータルのインダクタンスは、電力ケーブル７０の寄生インダクタンス７１のインダクタンスＬｓ（以下、単に「寄生インダクタンスＬｓ」と称することある）とリアクトル４３のインダクタンスＬａの和になる。なお、電力ケーブル７０の寄生インダクタンス７１は、電力ケーブル７０の物理的特性に起因して不可避的に発生するインダクタンスのことであり、ケーブルの長さが長い場合や、ケーブルを通る信号の周波数が高い場合にその影響が顕著となる。切換スイッチ４１の切換処理はインバータコントローラ６０により行われる。 The reactor 43 whose one end is connected to the changeover switch 41 is connected to the output side of the cable attachment 40 at the other end. As will be described later, for example, the reactor 43 is set to a value equivalent to or about twice the parasitic inductance 71 of the power cable 70. The common terminal of the cable attachment 40 is directly connected between its input and output. By configuring the cable attachment 40 in this way, the selector switch 41 is switched from one output terminal P1 to the other output terminal P2, so that the reactor 43 is connected in series to the power cable 70, and the power cable 70 and the inverter 50, the reactor 43 is interposed. Since the power cable 70 has a parasitic inductance 71, when the reactor 43 is interposed between the power cable 70 and the inverter 50, the total inductance is an inductance Ls of the parasitic inductance 71 of the power cable 70 (hereinafter, simply referred to as “reactor 43”). (Sometimes referred to as “parasitic inductance Ls”) and the inductance La of the reactor 43. The parasitic inductance 71 of the power cable 70 is an inductance that is inevitably generated due to the physical characteristics of the power cable 70, and the frequency of a signal passing through the cable is high when the cable is long. In some cases, the effect becomes significant. Switching processing of the selector switch 41 is performed by the inverter controller 60.

コンバータコントローラ３０及びインバータコントローラ６０は、マイクロコンピュータを中心にメモリ、入出力インタフェースなどにより構成されており、車載ＬＡＮを介して相互に情報交換可能に構成されている。コンバータコントローラ３０は、電流センサ１１及び電圧センサ１２から入力されるセンサ信号に基づいて入力電力に応じた駆動相数の決定をするとともに駆動させるコンバータ回路２１−２４にＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御端子を備えている。他方、インバータコントローラ６０は、走行用モータ９０の回転数を図略のセンサから取得して目標回転数に近づけ得る周波数のＰＷＭ信号をスイッチング回路５２−５４に出力するＰＷＭ制御端子を備えているとともに、次に説明するように、ケーブルアタッチメント４０の切換スイッチ４１を切り換える切換制御信号を出力する切換制御端子も備えている。 The converter controller 30 and the inverter controller 60 are configured by a memory, an input / output interface, and the like centering on a microcomputer, and are configured to be able to exchange information with each other via an in-vehicle LAN. The converter controller 30 determines the number of drive phases according to the input power based on the sensor signals input from the current sensor 11 and the voltage sensor 12, and outputs a PWM signal to the converter circuit 21-24 that drives the converter controller 30-24. It has. On the other hand, the inverter controller 60 includes a PWM control terminal that outputs a PWM signal having a frequency that can be approximated to the target rotation speed by acquiring the rotation speed of the traveling motor 90 from a sensor (not shown) to the switching circuits 52-54. As will be described next, a switch control terminal for outputting a switch control signal for switching the switch 41 of the cable attachment 40 is also provided.

次に、インバータコントローラ６０が実行するケーブルアタッチメント４０の切換処理を説明する。図４に切換処理のフローチャートを示す。また、図５に多相コンバータシステム２で構成される共振回路の等価回路図を示し、図６にリップル成分の周波数分布特性図を示す。インバータコントローラ６０による切換処理は、インバータ５０のＰＷＭ制御と同様に、逐次繰り返し実行される。インバータコントローラ６０が起動された直後に実行される初期化処理においては、ケーブルアタッチメント４０に対して切換スイッチ４１をＰ１側に切り換える切換制御信号を出力する。 Next, the switching process of the cable attachment 40 performed by the inverter controller 60 will be described. FIG. 4 shows a flowchart of the switching process. FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram of a resonance circuit composed of the polyphase converter system 2, and FIG. 6 shows a frequency distribution characteristic diagram of the ripple component. The switching process by the inverter controller 60 is sequentially and repeatedly executed similarly to the PWM control of the inverter 50. In the initialization process executed immediately after the inverter controller 60 is activated, a switching control signal for switching the switch 41 to the P1 side is output to the cable attachment 40.

インバータコントローラ６０は、まずステップＳ１０により多相コンバータ２０の駆動相数を取得する。多相コンバータ２０の駆動相数は、多相コンバータ２０を制御するコンバータコントローラ３０が決定することから、例えば、車載ＬＡＮを介してコンバータコントローラ３０から取得する。次にインバータコントローラ６０は、ステップＳ１２により多相コンバータ２０の駆動相数が所定数であるか否かを判断する。即ち、ステップＳ１０により取得した駆動相数が予め設定されている所定数であるか否かをステップＳ１２により判断する。この所定数は、例えば次のように決められる。 The inverter controller 60 first acquires the number of drive phases of the multiphase converter 20 in step S10. Since the converter controller 30 that controls the multiphase converter 20 determines the number of drive phases of the multiphase converter 20, it is acquired from the converter controller 30 via the in-vehicle LAN, for example. Next, inverter controller 60 determines whether or not the number of drive phases of multiphase converter 20 is a predetermined number in step S12. That is, it is determined in step S12 whether or not the number of drive phases acquired in step S10 is a predetermined number set in advance. This predetermined number is determined as follows, for example.

前述したように、多相コンバータ２０の出力に重畳されるリップル成分の周波数は、多相コンバータ２０における複数のコンバータ回路２１−２４の駆動数に応じて変化する。駆動数が特定の数の場合のリップル成分の周波数ｆｒｘが、多相コンバータ２０の出力側に並列に存在するコンデンサ２５のキャパシタンスＣ１、電力ケーブル７０の寄生インダクタンスＬｓ、及びインバータ５０の入力側に並列に存在するコンデンサ５１のキャパシタンスＣ２により定まるＬＣ回路の共振周波数ｆｑ１に一致する状況が起こり得る。リップル成分の周波数ｆｒｘが共振周波数ｆｑ１と一致するときのコンバータ回路の数、つまり駆動相数が「所定数」として設定される。コンデンサ２５のキャパシタンスＣ１、電力ケーブル７０の寄生インダクタンスＬｓ、及びコンデンサ５１のキャパシタンスＣ２により定まるＬＣ回路の共振周波数ｆｑ１は、図５に示す等価回路の切換スイッチ４１をＰ１に切り換えた状態の回路から、キャパシタンスＣ１、Ｃ２の単位をファラド［Ｆ］、インダクタンスＬｓの単位をヘンリ［Ｈ］、とすると、等価的に、１／（２π√（（Ｌｓ×Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１×Ｃ２）））［Ｈｚ］（ヘルツ）で求められる。なお、「一致」とは、上記のＬＣ回路とリップル成分が共振を生ずる程度に近いことを意味し、厳密な周波数の一致に限られない。 As described above, the frequency of the ripple component superimposed on the output of the multiphase converter 20 changes according to the number of drives of the plurality of converter circuits 21-24 in the multiphase converter 20. The frequency frx of the ripple component when the number of drives is a specific number is parallel to the capacitance C1 of the capacitor 25 existing in parallel on the output side of the multiphase converter 20, the parasitic inductance Ls of the power cable 70, and the input side of the inverter 50. There may be a situation that coincides with the resonance frequency fq1 of the LC circuit determined by the capacitance C2 of the capacitor 51 existing in FIG. The number of converter circuits when the frequency frx of the ripple component coincides with the resonance frequency fq1, that is, the number of drive phases is set as a “predetermined number”. The resonance frequency fq1 of the LC circuit determined by the capacitance C1 of the capacitor 25, the parasitic inductance Ls of the power cable 70, and the capacitance C2 of the capacitor 51 is obtained from the circuit in which the changeover switch 41 of the equivalent circuit shown in FIG. If the units of the capacitances C1 and C2 are Farad [F] and the unit of the inductance Ls is Henry [H], equivalently, 1 / (2π√ ((Ls × C1 × C2) / (C1 × C2))) It is obtained in [Hz] (Hertz). Note that “match” means that the above-described LC circuit and the ripple component are close to the extent of causing resonance, and is not limited to exact frequency matching.

例えば、図６（Ａ）に示すように、共振周波数ｆｑ１が、駆動相数「３」、つまり３相で駆動されている多相コンバータ２０の出力に含まれるリップル電流の周波数ｆｒ３と一致する場合には、上記のＬＣ回路による共振現象によってリップル電流が著しく増加する。共振周波数ｆｑ１と一致しない駆動相数「１」、「２」、「４」の場合には、多相コンバータ２０の出力に含まれるリップル電流は、それぞれ周波数ｆｒ１、ｆｒ２、ｆｒ４となり、上記のＬＣ回路による共振の影響が少ないため、リップル電流の増加はないか、増加があっても少ない。 For example, as shown in FIG. 6A, the resonance frequency fq1 matches the number of driving phases “3”, that is, the frequency fr3 of the ripple current included in the output of the multiphase converter 20 driven in three phases. The ripple current increases significantly due to the resonance phenomenon caused by the LC circuit. In the case of the number of drive phases “1”, “2”, and “4” that do not match the resonance frequency fq1, the ripple currents included in the output of the multiphase converter 20 are the frequencies fr1, fr2, and fr4, respectively. Since the effect of resonance by the circuit is small, there is little or no increase in ripple current.

ここでは図６（Ａ）に示す例から、所定数が「３」に設定されているとすると、ステップＳ１２により多相コンバータ２０の駆動相数が「３」である場合には（Ｓ１２；ＹＥＳ）、続くステップＳ１４によってインバータコントローラ６０からケーブルアタッチメント４０に切換スイッチ４１の切換信号を出力する処理が行われる。 Here, from the example shown in FIG. 6A, if the predetermined number is set to “3”, if the number of driving phases of the multiphase converter 20 is “3” in step S12 (S12; YES) In step S14, the inverter controller 60 outputs a changeover signal for the changeover switch 41 to the cable attachment 40.

即ち、切換スイッチ４１をＰ１側からＰ２側に切り換える切換制御信号をケーブルアタッチメント４０に出力する。これにより、ケーブルアタッチメント４０は、切換スイッチ４１がＰ２側に切り換えられて電力ケーブル７０とインバータ５０の間にリアクトル４３が接続される。そのため、図５に示す等価回路の切換スイッチ４１をＰ２に切り換えた状態の回路から、この場合の共振周波数ｆｑ２は、電力ケーブル７０の寄生インダクタンスＬｓにリアクトル４３のインダクタンスＬａが加わることから、等価的に、１／（２π√（（（Ｌｓ＋Ｌａ）×Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１×Ｃ２）））［Ｈｚ］（ヘルツ）となり、リアクトル４３が接続されていない場合の共振周波数ｆｑ１よりも低くなる（ｆｑ２＜ｆｑ１）。したがって、図６（Ｂ）に示すように、ＬＣ回路の共振周波数は、ピークが周波数ｆｑ１から周波数ｆｑ２に移行して、３相駆動時のリップル電流の周波数ｆｒ３と一致しなくなる。 That is, a switching control signal for switching the changeover switch 41 from the P1 side to the P2 side is output to the cable attachment 40. Thus, in the cable attachment 40, the changeover switch 41 is switched to the P2 side, and the reactor 43 is connected between the power cable 70 and the inverter 50. Therefore, from the circuit in which the changeover switch 41 of the equivalent circuit shown in FIG. 5 is switched to P2, the resonance frequency fq2 in this case is equivalent to the fact that the inductance La of the reactor 43 is added to the parasitic inductance Ls of the power cable 70. 1 / (2π√ (((Ls + La) × C1 × C2) / (C1 × C2))) [Hz] (Hertz), which is lower than the resonance frequency fq1 when the reactor 43 is not connected ( fq2 <fq1). Accordingly, as shown in FIG. 6B, the resonance frequency of the LC circuit shifts from the peak frequency fq1 to the frequency fq2, and does not coincide with the ripple current frequency fr3 during three-phase driving.

一方、所定数と多相コンバータ２０の駆動相数が一致しない場合には（Ｓ１２；ＮＯ）、ケーブルアタッチメント４０の切換スイッチ４１を切り換える必要がないため、ステップＳ１４をスキップして戻る（リターン）。 On the other hand, when the predetermined number and the number of driving phases of the multiphase converter 20 do not match (S12; NO), it is not necessary to switch the changeover switch 41 of the cable attachment 40, so the process skips step S14 and returns (return).

このように多相コンバータシステム２では、多相コンバータ２０のコンバータ回路の駆動相数が所定数の場合には、ケーブルアタッチメント４０の切換スイッチ４１が切り換えられてリアクトル４３が電力ケーブル７０に直列に加わる。そのため、電力ケーブル７０が寄生インダクタンス７１として作用し、多相コンバータ２０の出力側に存在するコンデンサやインバータ５０の入力側に存在するコンデンサと協働してＬＣ共振回路を形成しても、その共振周波数ｆｑｘは低くなる。これにより、多相コンバータ２０の出力に含まれるリップル成分の周波数ｆｒｘは、リアクトル４３の接続により低下した共振周波数ｆｑ２から離れるので、共振現象によるリップル成分の増加が抑制される。 Thus, in the multiphase converter system 2, when the number of drive phases of the converter circuit of the multiphase converter 20 is a predetermined number, the changeover switch 41 of the cable attachment 40 is switched and the reactor 43 is added in series to the power cable 70. . Therefore, even if the power cable 70 acts as a parasitic inductance 71 and forms an LC resonance circuit in cooperation with a capacitor present on the output side of the multiphase converter 20 or a capacitor present on the input side of the inverter 50, the resonance The frequency fqx is lowered. As a result, the frequency frx of the ripple component included in the output of the multiphase converter 20 is separated from the resonance frequency fq2 that has decreased due to the connection of the reactor 43, so that an increase in the ripple component due to the resonance phenomenon is suppressed.

なお、上記実施形態では、「他の回路」として、インバータ５０を例示して説明した。「他の回路」は、電圧コンバータでもよい。また、「他の回路の入力側に並列に存在する第２のキャパシタ」として、平滑用のコンデンサ５１を例示して説明した。この「第２のキャパシタ」は、「他の回路の入力側」に不可避的に存在する寄生静電容量でもよい。 In the above embodiment, the inverter 50 is described as an example of “another circuit”. The “other circuit” may be a voltage converter. In addition, as the “second capacitor existing in parallel on the input side of another circuit”, the smoothing capacitor 51 has been described as an example. The “second capacitor” may be a parasitic capacitance that inevitably exists on the “input side of another circuit”.

また、上記実施形態では、ケーブルアタッチメント４０をインバータ５０とは別体に設けたが、ケーブルアタッチメント４０をインバータ５０に内蔵させてもよい。これにより、部品点数や配線本数が減る。さらに、上記実施形態では、電力ケーブル７０とインバータ５０の間にケーブルアタッチメント４０を設けた。多相コンバータ２０と電力ケーブル７０の間にケーブルアタッチメント４０を設けてもよい。この場合、ケーブルアタッチメント４０に対して、多相コンバータ２０を制御するコンバータコントローラ３０の方がインバータコントローラ６０よりも物理的に距離が近いため、コンバータコントローラ３０がケーブルアタッチメント４０の切換制御を行い得るように構成する。また、電力ケーブル７０の途中にケーブルアタッチメント４０を介在させてもよい。この場合、距離の近いコントローラ（コンバータコントローラ３０又はインバータコントローラ６０）がケーブルアタッチメント４０の切換制御を行うように構成してもよいし、又はこれらのコントローラ３０、６０とは別にケーブルアタッチメント４０の切換制御を行う専用のコントローラをケーブルアタッチメント４０の近傍もしくはケーブルアタッチメント４０の内部に設けてもよい。 In the above embodiment, the cable attachment 40 is provided separately from the inverter 50, but the cable attachment 40 may be built in the inverter 50. Thereby, the number of parts and the number of wirings are reduced. Further, in the above embodiment, the cable attachment 40 is provided between the power cable 70 and the inverter 50. A cable attachment 40 may be provided between the multiphase converter 20 and the power cable 70. In this case, the converter controller 30 that controls the multiphase converter 20 is physically closer to the cable attachment 40 than the inverter controller 60, so that the converter controller 30 can perform switching control of the cable attachment 40. Configure. Further, the cable attachment 40 may be interposed in the middle of the power cable 70. In this case, a controller (converter controller 30 or inverter controller 60) having a short distance may be configured to perform switching control of the cable attachment 40, or switching control of the cable attachment 40 separately from these controllers 30 and 60. A dedicated controller for performing the above may be provided in the vicinity of the cable attachment 40 or in the cable attachment 40.

さらに、上記実施形態では、「切換スイッチ」と「インダクタンス素子」として、電力ケーブル７０に対して、リアクトル４３を直列に接続し得る切換スイッチ４１を例示して説明した。電力ケーブル７０の全部又は一部に対して、リアクトル４３を並列に接続し得るように切換スイッチを構成してもよい。これにより、リアクトル４３の並列接続時においては、ＬＣ回路の共振周波数が上がる（上昇する）。そのため、このような構成によっても、多相コンバータ２０の出力に含まれるリップル成分の周波数からＬＣ回路の共振周波数を離すことが可能となり、共振現象によるリップル成分の増加が抑制される。 Furthermore, in the said embodiment, the changeover switch 41 which can connect the reactor 43 in series with respect to the power cable 70 was demonstrated and illustrated as a "changeover switch" and an "inductance element." The changeover switch may be configured so that the reactor 43 can be connected in parallel to all or part of the power cable 70. Thereby, when the reactor 43 is connected in parallel, the resonance frequency of the LC circuit is increased (increased). Therefore, even with such a configuration, the resonance frequency of the LC circuit can be separated from the frequency of the ripple component included in the output of the multiphase converter 20, and an increase in the ripple component due to the resonance phenomenon is suppressed.

実施例技術に関する留意点を述べる。電力ケーブル７０がケーブルの一例に相当する。リアクトル４３がインダクタンス素子の一例に相当する。インバータ５０が他の回路の一例に相当する。インバータコントローラ６０がコントローラの一例に相当する。コンデンサ２５が第１のキャパシタンスの一例に相当し、コンデンサ５１が第２のキャパシタンスの一例に相当する。 Points to be noted regarding the example technology will be described. The power cable 70 corresponds to an example of a cable. The reactor 43 corresponds to an example of an inductance element. The inverter 50 corresponds to an example of another circuit. The inverter controller 60 corresponds to an example of a controller. The capacitor 25 corresponds to an example of a first capacitance, and the capacitor 51 corresponds to an example of a second capacitance.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. Further, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Moreover, the technique illustrated in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

２：多相コンバータシステム
１０：燃料電池
２０：多相コンバータ
２１、２２、２３、２４：コンバータ回路
２５、５１：コンデンサ
３０：コンバータコントローラ
４０：ケーブルアタッチメント
４１：切換スイッチ
４３：リアクトル
５０：インバータ
５２、５３、５４：スイッチング回路
６０：インバータコントローラ
７０：電力ケーブル
７１：寄生インダクタンス
９０：走行用モータ 2: Multiphase converter system 10: Fuel cell 20: Multiphase converters 21, 22, 23, 24: Converter circuit 25, 51: Capacitor 30: Converter controller 40: Cable attachment 41: Changeover switch 43: Reactor 50: Inverter 52, 53, 54: Switching circuit 60: Inverter controller 70: Power cable 71: Parasitic inductance 90: Motor for traveling

Claims

A multi-phase converter that changes the number of phases of the converter circuit driven according to the input power; and
Other circuits connected to the output side of the polyphase converter via a cable,
A changeover switch connected before or after the cable or in the middle of the cable;
An inductance element connected to the changeover switch and connected in series or in parallel with the cable by the changeover of the changeover switch;
When the number of phases of the converter circuit is a predetermined number, a controller that switches the changeover switch to the connection of the inductance element,
A multiphase converter system comprising:

The predetermined number is such that the resonance frequency determined by the first capacitance existing in parallel on the output side of the polyphase converter, the parasitic inductance of the cable, and the second capacitance existing in parallel on the input side of another circuit is the polyphase converter. The multiphase converter system according to claim 1, wherein the number of phases of the converter circuit corresponds to the frequency of the ripple component included in the output of the converter circuit.