JP2016158430A - 電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】スイッチング素子の故障によって、2つの直流電源が互いに直列に接続され、且つ負荷回路が含まれない閉回路が発生したときであっても、負荷回路への電力供給を継続できる電源システムを提供する。
【解決手段】2つの直流電源21、31が互いに並列に接続された状態で、負荷回路(インバータ)60に電力を供給するパラレル接続モードと、互いに直列に接続された状態で、負荷回路に電力を供給するシリーズ接続モードと、を選択的に実行する電源システム10において、電源システムは、2つの直流電源21、31のそれぞれの端子間電圧の大小関係に基づいて閉回路発生を検出するための判定条件を使い分け、更に、判定条件が成立したときは2つの直流電源のうちの一方に流れる電流を遮断する。
【選択図】図1
【解決手段】2つの直流電源21、31が互いに並列に接続された状態で、負荷回路(インバータ)60に電力を供給するパラレル接続モードと、互いに直列に接続された状態で、負荷回路に電力を供給するシリーズ接続モードと、を選択的に実行する電源システム10において、電源システムは、2つの直流電源21、31のそれぞれの端子間電圧の大小関係に基づいて閉回路発生を検出するための判定条件を使い分け、更に、判定条件が成立したときは2つの直流電源のうちの一方に流れる電流を遮断する。
【選択図】図1
Description
本発明は、2つの直流電源を備え、これらの直流電源を負荷回路に対し直列又は並列に選択的に接続可能な電源システムに関する。
2つの直流電源、4つのスイッチング素子及び2つのリアクトルを含む電源システム(以下、「従来装置」とも称呼される。)が特許文献1に記載されている。従来装置においては、4つのスイッチング素子のうち、特定のスイッチング素子を導通状態(オン状態)に維持することによって2つの直流電源が互いに並列に接続された状態にて負荷回路に電力を供給するパラレル接続モードが実行される。更に、従来装置においては、4つのスイッチング素子のうち、別のスイッチング素子を導通状態に維持することによって2つの直流電源が互いに直列に接続された状態にて負荷回路に電力を供給するシリーズ接続モードが実行される。
加えて、従来装置は、4つのスイッチング素子のうち、導通状態に維持されていないスイッチング素子を導通状態と遮断状態(オフ状態)との間で切り替え、以て、リアクトルに蓄積されるエネルギーを制御することによって2つの直流電源の出力電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を負荷回路に印加することができる。
従来装置は、例えば、負荷回路が要求する電圧(要求電圧)が低いときにはパラレル接続モードを実行し、要求電圧が高いときにはシリーズ接続モードを実行する。より具体的に述べると、要求電圧が2つの直流電源の端子間電圧の和よりも低ければ、従来装置は、パラレル接続モードを実行する。一方、要求電圧が2つの直流電源の端子間電圧の和よりも高ければ、従来装置は、シリーズ接続モードを実行する。
ところで、スイッチング素子が導通した状態でスイッチング不能に故障(以下、「短絡故障」とも称呼される。)したとき、2つの直流電源が互いに直列に接続され且つ負荷回路が含まれない閉回路が形成される場合がある。この閉回路が形成される現象は「電池間短絡」とも称呼される。電池間短絡が発生したとき、2つの直流電源の電圧差が大きければ、この閉回路に過剰な電流が流れ得る。その場合、従来装置は負荷回路に対して安定して電力を供給することが困難となる虞がある。
そこで、本発明の目的の一つは、スイッチング素子の短絡故障に起因する電池間短絡の発生を検出し、電池間短絡の発生時であっても負荷回路に対する電力の供給を継続することが可能な電源システムを提供することである。
上記目的を達成するための電源システム(以下、「本発明装置」とも称呼される。)は、負荷回路が接続され、同負荷回路に対して直流電力を供給するために用いられる正極接続点及び負極接続点と、特定給電線と、第1直流電源及び第2直流電源と、を備えている。更に、本発明装置は、第1半導体スイッチ乃至第3半導体スイッチと、第1電圧センサ及び第2電圧センサと、第1電流センサ及び第2電流センサと、システムメインリレーと、制御部と、を備えている。
前記特定給電線は、前記正極接続点と前記負極接続点とを接続し、同正極接続点と同負極接続点との間にある第1接続点、同第1接続点と同負極接続点との間にある第2接続点、同第2接続点と同負極接続点との間にある第3接続点、及び、同第3接続点と同負極接続点との間に第4接続点を有する。
前記第1直流電源の正極は前記第1接続点に接続され、前記第1直流電源の負極は前記第3接続点に接続されている。前記第2直流電源の正極は前記第2接続点に接続され、前記第2直流電源の負極は前記第4接続点に接続されている。
前記第1半導体スイッチは、前記給電線の前記第1接続点と前記第2接続点との間の部分に介装され、同第1接続点から同第2接続点へ流れる電流のみを遮断することができる。前記第2半導体スイッチは、前記給電線の前記第2接続点と前記第3接続点との間の部分に介装され、同第2接続点から同第3接続点へ流れる電流のみを遮断することができる。前記第3半導体スイッチは、前記給電線の前記第3接続点と前記第4接続点との間の部分に介装され、同第3接続点から同第4接続点へ流れる電流のみを遮断することができる。
前記第1半導体スイッチ乃至第3半導体スイッチのそれぞれは、例えば、IGBT及びMOSFET等のスイッチング素子と、同スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードと、を組み合わせることによって構成される。第1半導体スイッチ乃至第3半導体スイッチのそれぞれは、内包するスイッチング素子が遮断状態にあるときに片方向の電流のみを遮断し、このときの半導体スイッチの状態は「遮断状態」とも称呼される。一方、第1半導体スイッチ乃至第3半導体スイッチのそれぞれは、内包するスイッチング素子が導通状態にあるときに両方向の電流を導通し、このときの半導体スイッチの状態は「導通状態」とも称呼される。
例えば、第1半導体スイッチ乃至第3半導体スイッチのそれぞれが内包するスイッチング素子のいずれかに短絡故障が発生すると、その半導体スイッチは何れの方向に流れる電流も遮断できなくなる。このときの半導体スイッチの状態は「短絡故障」とも称呼される。
前記第1電圧センサは、前記第1直流電源の端子間電圧である第1電圧を検出する。
前記第2電圧センサは、前記第2直流電源の端子間電圧である第2電圧を検出する。
前記第1電流センサは、前記第1直流電源の正極と前記第1接続点とを結ぶ給電線から前記第1接続点に流入する電流である第1電流を検出する。
前記第2電流センサは、前記第2直流電源の正極と前記第2接続点とを結ぶ給電線から前記第2接続点に流入する電流である第2電流を検出する。
前記第2電圧センサは、前記第2直流電源の端子間電圧である第2電圧を検出する。
前記第1電流センサは、前記第1直流電源の正極と前記第1接続点とを結ぶ給電線から前記第1接続点に流入する電流である第1電流を検出する。
前記第2電流センサは、前記第2直流電源の正極と前記第2接続点とを結ぶ給電線から前記第2接続点に流入する電流である第2電流を検出する。
前記システムメインリレーは、前記第1直流電源及び前記第2直流電源のいずれか一方に流れる電流を遮断することができる。
前記制御部は、前記第1半導体スイッチ乃至前記第3半導体スイッチのそれぞれの導通状態を制御することによって、前記第1直流電源と前記第2直流電源とを前記負荷回路に対して並列に接続するパラレル接続モードと、同第1直流電源と同第2直流電源とを同負荷回路に対して直列に接続するシリーズ接続モードと、を選択的に実行する。
加えて、前記制御部は、前記第1半導体スイッチ乃至第3半導体スイッチを遮断状態に制御しているときに電池間短絡発生の有無を判定する。前記制御部は、電池間短絡が発生していると判定したとき、前記システムメインリレーを遮断する。即ち、前記制御部は、前記第1直流電源及び前記第2直流電源のいずれか一方に流れる電流を遮断する。
前記制御部による電池間短絡発生の有無の判定方法について説明する。第1電圧が第2電圧よりも高い場合、第1半導体スイッチに短絡故障が発生すれば、第1直流電源が出力する電力によって第2直流電源が充電される電池間短絡が発生する(図7の太線B1を参照。)。この場合、第1直流電源から前記給電線を介して第2直流電源へ流入する電流が発生するので、第1電流は正の値となり、第2電流は負の値となる。
一方、第1電圧が第2電圧よりも低い場合、第3半導体スイッチに短絡故障が発生すれば、第2直流電源が出力する電力によって第1直流電源が充電される電池間短絡が発生する(図8の太線B2を参照。)。この場合、第2直流電源から前記給電線を介して第1直流電源へ流入する電流が発生するので、第2電流は正の値となり、第1電流は負の値となる。
いずれの場合であっても電池間短絡が発生すれば、第1直流電源及び第2直流電源の両方が電力を負荷回路へ正常に供給している場合と比較して、第1直流電源と第2直流電源とのうち端子間電圧の高い直流電源から端子間電圧の低い直流電源へ流入する電流が増加する。その結果、第1電流の大きさと第2電流の大きさとの差分の大きさは小さくなる。
従って、前記制御部は、以下の第1条件及び第2条件のいずれか一方の条件が成立しているとき、電池間短絡が発生していると判定することができる。
(第1条件)前記第1電圧が前記第2電圧より高い場合
前記第1電流が所定の正の第1電流閾値より大きく、
前記第2電流が所定の負の第2電流閾値より小さく、且つ、
同第1電流の大きさと同第2電流の大きさとの差分の大きさが所定の第3電流閾値より小さい。
(第2条件)前記第1電圧が前記第2電圧より小さい場合
前記第2電流が所定の正の第4電流閾値より大きく、
前記第1電流が所定の負の第5電流閾値より小さく、且つ、
同第1電流の大きさと同第2電流の大きさとの差分の大きさが所定の第6電流閾値より小さい。
(第1条件)前記第1電圧が前記第2電圧より高い場合
前記第1電流が所定の正の第1電流閾値より大きく、
前記第2電流が所定の負の第2電流閾値より小さく、且つ、
同第1電流の大きさと同第2電流の大きさとの差分の大きさが所定の第3電流閾値より小さい。
(第2条件)前記第1電圧が前記第2電圧より小さい場合
前記第2電流が所定の正の第4電流閾値より大きく、
前記第1電流が所定の負の第5電流閾値より小さく、且つ、
同第1電流の大きさと同第2電流の大きさとの差分の大きさが所定の第6電流閾値より小さい。
電池間短絡発生の有無の判定に用いられる上記判定条件は「短絡判定条件」とも称呼される。例えば、第1直流電源及び/又は第2直流電源に対して並列に接続されたコンデンサが存在していても、電池間短絡が発生したとき、コンデンサの端子間電圧が直流電源の端子間電圧と等しくなれば短絡判定条件が成立する。同様に、第1直流電源と第1接続点と間に介装されたリアクトル及び/又は第2直流電源と第2接続点と間に介装されたリアクトルが存在していても、電池間短絡が発生したとき、リアクトルに発生する自己誘導起電力が「0」となれば短絡判定条件が成立する。
このように、本システムは、短絡判定条件に基づいて電池間短絡の発生を検出することができる。本システムは、電池間短絡の発生を検出したとき、システムメインリレーを遮断することによって第1直流電源及び第2直流電源のいずれか一方に流れる電流を遮断する。その結果、第1直流電源及び第2直流電源のうちの他方の直流電源が出力する電力を上記負荷回路に供給することができる。
従って、本発明装置によれば、スイッチング素子の短絡故障に起因して電池間短絡が発生した場合であっても負荷回路への直流電力の供給を継続することが可能となる。
(構成)
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る電源システム10(以下、「本システム」とも称呼される。)について説明する。本システムは、図1に概略構成が表された車両1に搭載されている。車両1は、電気自動車である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る電源システム10(以下、「本システム」とも称呼される。)について説明する。本システムは、図1に概略構成が表された車両1に搭載されている。車両1は、電気自動車である。
本システムは、第1給電部20、第2給電部30、スイッチ部40及びECU(電子制御ユニット)50を含んでいる。車両1は、更に、インバータ60及び電動機70を備えている。
第1給電部20は、第1蓄電池21、第1コンデンサ22、第1リアクトル23、第1システムメインリレー(SMR)24を含んでいる。
第1蓄電池21は、充放電が可能なリチウムイオン電池である。第1蓄電池21の正極(P1)及び負極(N1)は、一対の給電線(PL1、NL1)のそれぞれの一端と接続されている。一対の給電線(PL1、NL1)のそれぞれの他端は、スイッチ部40に接続されている。
第1コンデンサ22は、一対の給電線(PL1、NL1)の間に接続されている。即ち、第1コンデンサ22は、第1蓄電池21と並列に接続されている。第1コンデンサ22は、第1蓄電池21の正極と負極との間の端子間電圧V1を平滑化する。
第1リアクトル23は、給電線(PL1)の第1コンデンサ22とスイッチ部40との間の部分に介装されている。
第1リアクトル23は、給電線(PL1)の第1コンデンサ22とスイッチ部40との間の部分に介装されている。
第1システムメインリレー24は、第1正極開閉器24a及び第1負極開閉器24bを含んでいる。第1正極開閉器24aは、給電線(PL1)の第1蓄電池21と第1コンデンサ22との間の部分に介装されている。第1負極開閉器24bは、給電線(NL1)の第1蓄電池21と第1コンデンサ22との間の部分に介装されている。第1システムメインリレー24は、第1蓄電池21に流れる電流を遮断することができる。
第2給電部30は、第2蓄電池31、第2コンデンサ32、第2リアクトル33、第2システムメインリレー(SMR)34を含んでいる。
第2蓄電池31は、充放電が可能なリチウムイオン電池である。第2蓄電池31の正極(P2)及び負極(N2)は、一対の給電線(PL2、NL2)のそれぞれの一端と接続されている。一対の給電線(PL2、NL2)のそれぞれの他端は、スイッチ部40に接続されている。
第2コンデンサ32は、一対の給電線(PL2、NL2)の間に接続されている。即ち、第2コンデンサ32は、第2蓄電池31と並列に接続されている。第2コンデンサ32は、第2蓄電池31の正極と負極との間の端子間電圧V2を平滑化する。
第2リアクトル33は、給電線(PL2)の第2コンデンサ32とスイッチ部40との間の部分に介装されている。
第2リアクトル33は、給電線(PL2)の第2コンデンサ32とスイッチ部40との間の部分に介装されている。
第2システムメインリレー34は、第2正極開閉器34a及び第2負極開閉器34bを含んでいる。第2正極開閉器34aは、給電線(PL2)の第2蓄電池31と第2コンデンサ32との間の部分に介装されている。第2負極開閉器34bは、給電線(NL2)の第2蓄電池31と第2コンデンサ32との間の部分に介装されている。第2システムメインリレー34は、第2蓄電池31に流れる電流を遮断することができる。
スイッチ部40は、第1ダイオード41a〜第3ダイオード43a及び上端ダイオード44a、第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44b並びに給電線(FR)を含んでいる。第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bのそれぞれは、図示しない過電流検出装置を備えている。即ち、第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bのそれぞれに所定の閾値を超える電流が流れたとき、後述するECU50に対して過電流の発生が通知される。
給電線(FR)は、接続点C0〜接続点C4を含んでいる。接続点C0〜接続点C4は、接続点C0、接続点C1、接続点C2、接続点C3及び接続点C4の順に並んでいる。給電線(FR)の一端にある接続点C0は、給電線(PH)の一端と接続されている。給電線(FR)の他端にある接続点C4は、給電線(NH)の一端と接続されている。
第1ダイオード41a(便宜上、「第1ダイオードD1」とも称呼される。)は、給電線(FR)の接続点C1と接続点C2との間の部分に介装され、カソードが接続点C1側にあり且つアノードが接続点C2側にある。第1IGBT41b(便宜上、「第1スイッチング素子SW1」とも称呼される。)は、第1ダイオード41aに逆並列接続されている。第1ダイオード41aと第1IGBT41bとの組合せは、便宜上「第1半導体スイッチ」とも称呼される。
第2ダイオード42a(便宜上、「第2ダイオードD2」とも称呼される。)は、給電線(FR)の接続点C2と接続点C3との間の部分に介装され、カソードが接続点C2側にあり且つアノードが接続点C3側にある。第2IGBT42b(便宜上、「第2スイッチング素子SW2」とも称呼される。)は、第2ダイオード42aに逆並列接続されている。第2ダイオード42aと第2IGBT42bとの組合せは、便宜上「第2半導体スイッチ」とも称呼される。
第3ダイオード43a(便宜上、「第3ダイオードD3」とも称呼される。)は、給電線(FR)の接続点C3と接続点C4との間の部分に介装され、カソードが接続点C3側にあり且つアノードが接続点C4側にある。第3IGBT43b(便宜上、「第3スイッチング素子SW3」とも称呼される。)は、第3ダイオード43aに逆並列接続されている。第3ダイオード43aと第3IGBT43bとの組合せは、便宜上「第3半導体スイッチ」とも称呼される。
上端ダイオード44aは、給電線(FR)の接続点C0と接続点C1との間の部分に介装され、カソードが接続点C0側にあり且つアノードが接続点C1側にある。上端IGBT44bは、上端ダイオード44aに逆並列接続されている。
接続点C1には第1給電部20の給電線(PL1)が接続されている。接続点C2には第2給電部30の給電線(PL2)が接続されている。接続点C3には第1給電部20の給電線(NL1)が接続されている。接続点C4には第2給電部30の給電線(NL2)が接続されている。
給電線(PH)の他端は正極接続点(P3)に接続されている。給電線(NH)の他端は負極接続点(N3)に接続されている。正極接続点(P3)及び負極接続点(N3)のそれぞれは、後述するインバータ60に接続されている。
スイッチ部40は、後述する第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bの導通状態の制御によって、第1蓄電池21及び/又は第2蓄電池31の出力する直流電圧を昇圧し、その昇圧された電圧をインバータ60に印加する。
ECU50は、CPU51、CPU51が実行するプログラム及びマップ等を記憶するROM52並びにデータを一時的に記憶するRAM53を含むマイクロコンピュータである。ECU50は、第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44b、第1システムメインリレー24及び第2システムメインリレー34の状態(導通状態及び遮断状態)並びにインバータ60を制御する。ECU50は、後述する第1電流センサ81、第2電流センサ82、第1電圧センサ83及び第2電圧センサ84と接続されている。
インバータ60は、スイッチ部40が正極接続点(P3)と負極接続点(N3)との間に出力した直流電力を、U相、V相及びW相の3相交流電力に変換して電動機70に出力する。便宜上、インバータ60は「負荷回路」とも称呼される。
インバータ60は、電動機70が発電機として動作するとき、電動機70が出力した交流電力を直流電力に変換して正極接続点(P3)と負極接続点(N3)との間、即ち、スイッチ部40に出力する。この場合、スイッチ部40は、後述する第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bの導通状態の制御によって、その直流電圧を降圧し、その降圧された電圧を第1蓄電池21及び/又は第2蓄電池31に印加する。その結果、第1蓄電池21及び/又は第2蓄電池31が充電される。
電動機70は、回転磁界を発生させる3相巻線(コイル)を備えるステータと、その回転磁界と吸引又は反発する磁気力によってトルクを発生させる永久磁石を備えるロータと、を含む。電動機70は、電動機として動作するとともに発電機として動作することも可能である。電動機70は、電動機として動作するとき、車両1の駆動力(車両を走行させるためのトルク)を発生させる。
第1電流センサ81は、第1リアクトル23に流れる電流A1を表す信号を発生させる。第1リアクトル23から接続点C1の方向に電流が流れているとき、電流A1は正の値となる。換言すれば、第1電流センサ81は、給電線(PL1)から接続点C1に流入する電流を検出する。便宜上、電流A1は「第1電流」とも称呼される。
第2電流センサ82は、第2リアクトル33に流れる電流A2を表す信号を発生させる。第2リアクトル33から接続点C2の方向に電流が流れているとき、電流A2は正の値となる。換言すれば、第2電流センサ82は、給電線(PL2)から接続点C2に流入する電流を検出する。便宜上、電流A2は「第2電流」とも称呼される。
第1電圧センサ83は、第1蓄電池21の端子間電圧V1を表す信号を発生させる。第2電圧センサ84は、第2蓄電池31の端子間電圧V2を表す信号を発生させる。便宜上、端子間電圧V1は「第1電圧」とも称呼され、端子間電圧V2は「第2電圧」とも称呼される。
(作動)
ECU50のCPU51(以下、単に「CPU」とも称呼される。)は、第1IGBT41b又は第3IGBT43bの短絡故障に起因する電池間短絡の発生を検出するため、後述する電池間短絡検出処理を実行する。電池間短絡の発生時、CPUは、第2蓄電池31の電力のみによって車両1を走行させる縮退運転を実行する。
ECU50のCPU51(以下、単に「CPU」とも称呼される。)は、第1IGBT41b又は第3IGBT43bの短絡故障に起因する電池間短絡の発生を検出するため、後述する電池間短絡検出処理を実行する。電池間短絡の発生時、CPUは、第2蓄電池31の電力のみによって車両1を走行させる縮退運転を実行する。
先ず、CPUが実行する第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bの状態(導通状態及び遮断状態)の制御について説明する。CPUは、車両1の作動中、第1システムメインリレー24及び第2システムメインリレー34を導通状態に維持する。
CPUは、第1IGBT41b及び第3IGBT43bのいずれか一方を導通状態に維持することによって第1蓄電池21及び第2蓄電池31が互いに並列接続された状態でインバータ60に電力を供給するパラレル接続モードを実行する。パラレル接続モードを実行する要求があるとき、第1蓄電池21の端子間電圧V1及び第2蓄電池31の端子間電圧V2のそれぞれが、高圧側電圧VHとなる(即ち、V1=V2=VH)。更に、電圧V1及び電圧V2が後述する昇圧動作によって昇圧される場合、昇圧後の電圧V1及び昇圧後の電圧V2のそれぞれが、高圧側電圧VHと等しくなる。
或いは、CPUは、第2IGBT42bを導通状態に維持することによって第1蓄電池21及び第2蓄電池31が互いに直列接続された状態でインバータ60に電力を供給するシリーズ接続モードを実行する。シリーズ接続モードを実行する要求があるとき、第1蓄電池21の端子間電圧V1と第2蓄電池31の端子間電圧V2との和が高圧側電圧VHとなる(即ち、V1+V2=VH)。更に、電圧V1及び電圧V2が後述する昇圧動作によって昇圧される場合、昇圧後の電圧V1及び昇圧後の電圧V2の和が、高圧側電圧VHと等しくなる。
CPUは、パラレル接続モードとシリーズ接続モードとを選択的に実行する。図2は、電圧V1及び電圧V2並びに目標高圧側電圧VH*の間の大小関係に基づいて決定される接続モード及び昇圧動作の有無を示している。図3は、接続モードのそれぞれに対する第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bの状態(導通状態及び遮断状態)を示している。パラレル接続モード及びシリーズ接続モードの詳細について以下に説明する。
1 パラレル接続モード
パラレル接続モードを実行する要求があるとき、CPUは、第1蓄電池21の端子間電圧V1と第2蓄電池31の端子間電圧V2との大小関係に応じて本システムの作動状態を切り替える。
パラレル接続モードを実行する要求があるとき、CPUは、第1蓄電池21の端子間電圧V1と第2蓄電池31の端子間電圧V2との大小関係に応じて本システムの作動状態を切り替える。
1−1 電圧V1<電圧V2の場合
パラレル接続モードを実行する要求があるとき、電圧V1が電圧V2よりも低ければ、CPUは、第1IGBT41bを導通状態に維持する。その結果、第1蓄電池21及び第2蓄電池31がインバータ60に対して並列に接続される。この場合における本システムの等価回路を図4に示す。第1IGBT41bを導通状態に維持することによって実現されるパラレル接続モードは「第1パラレル接続モード」とも称呼される。
パラレル接続モードを実行する要求があるとき、電圧V1が電圧V2よりも低ければ、CPUは、第1IGBT41bを導通状態に維持する。その結果、第1蓄電池21及び第2蓄電池31がインバータ60に対して並列に接続される。この場合における本システムの等価回路を図4に示す。第1IGBT41bを導通状態に維持することによって実現されるパラレル接続モードは「第1パラレル接続モード」とも称呼される。
(1a)この状態において、第2IGBT42bが導通状態にあり且つ第3IGBT43bが遮断状態にあるとき、第1蓄電池21の正極から第1リアクトル23を経て第1蓄電池21の負極へ電流が流れるので、第1リアクトル23にエネルギーが蓄積される。その後、第2IGBT42bが遮断状態に変化すると、第1リアクトル23に蓄積されたエネルギーが解放され、インバータ60に供給される。その結果、第1蓄電池21が発生させる電圧V1が昇圧後電圧Vpa1に昇圧され、昇圧後電圧Vpa1がインバータ60に印加される。即ち、この場合、第1給電部20及びスイッチ部40は、第2IGBT42bが下アーム素子として機能する昇圧チョッパ回路として作動する。
下アーム素子(即ち、第2IGBT42b)の通流率をデューティー比Dpa1とすると、昇圧後電圧Vpa1は下記式(1)により表される。
Vpa1={1/(1−Dpa1)}・V1 ……(1)
ここで、デューティー比(通流率)は、スイッチング素子が遮断状態から導通状態に切り替わった時点から、その後、遮断状態に切り替わり、再度、導通状態に切り替わる時点までの時間(即ち、スイッチング周期)に対してスイッチング素子が導通状態にある時間の比である。
Vpa1={1/(1−Dpa1)}・V1 ……(1)
ここで、デューティー比(通流率)は、スイッチング素子が遮断状態から導通状態に切り替わった時点から、その後、遮断状態に切り替わり、再度、導通状態に切り替わる時点までの時間(即ち、スイッチング周期)に対してスイッチング素子が導通状態にある時間の比である。
(1b)一方、第2IGBT42b及び第3IGBT43bが共に導通状態にあるとき、第2蓄電池31の正極から第2リアクトル33を経て第2蓄電池31の負極へ電流が流れるので、第1リアクトル23に加えて第2リアクトル33にもエネルギーが蓄積される。その後、第2IGBT42b及び第3IGBT43bの少なくとも一方が遮断状態に変化すると、第2リアクトル33に蓄積されたエネルギーが解放され、インバータ60に供給される。その結果、第2蓄電池31が発生させる電圧V2が昇圧後電圧Vpa2に昇圧され、昇圧後電圧Vpa2がインバータ60に印加される。即ち、この場合、第2給電部30及びスイッチ部40は、第2IGBT42b及び第3IGBT43bが下アーム素子として機能する昇圧チョッパ回路として作動する。
下アーム素子(即ち、第2IGBT42b及び第3IGBT43b)の通流率をデューティー比Dpa2とすると、昇圧後電圧Vpa2は下記式(2)により表される。
Vpa2={1/(1−Dpa2)}・V2 ……(2)
Vpa2={1/(1−Dpa2)}・V2 ……(2)
上記式(1)及び式(2)から理解されるように、第1蓄電池21の昇圧率Rv1(昇圧率Rv1=昇圧後電圧Vpa1/端子間電圧V1)は、デューティー比Dpa1が大きいほど大きくなる。更に、第2蓄電池31の昇圧率Rv2(昇圧率Rv2=昇圧後電圧Vpa2/端子間電圧V2)は、デューティー比Dpa2が大きいほど大きくなる。
第2IGBT42b及び第3IGBT43bが共に導通状態である時間は、第2IGBT42bのみが導通状態である時間よりも短い或いは等しいので、デューティー比Dpa2は、デューティー比Dpa1以下である(即ち、Dpa1≧Dpa2)。従って、昇圧率Rv1≧昇圧率Rv2である。
一方、昇圧後電圧Vpa1及び昇圧後電圧Vpa2は、いずれも高圧側電圧VHと等しい(即ち、Vpa1=Vpa2=VH)。昇圧率Rv1≧昇圧率Rv2であるので、電圧V1及び電圧V2を共に高圧側電圧VHまで昇圧させるためには電圧V1≦電圧V2である必要がある。換言すれば、CPUは、パラレル接続モードの実行要求が発生しているとき、電圧V1が電圧V2よりも低ければ(即ち、V1<V2)、第1パラレル接続モードを選択する。他方、CPUは、パラレル接続モードの実行要求が発生しているとき、電圧V1が電圧V2よりも高ければ(即ち、V1>V2)、後述する第2パラレル接続モードを選択する。
(2a)インバータ60の発生させる直流電圧によって第1蓄電池21及び/又は第2蓄電池31が充電されるとき、上端IGBT44bが制御される。より具体的に述べると、上端IGBT44bが導通状態にあり且つ第3IGBT43bが遮断状態にあるとき、インバータ60が発生させる直流電圧(即ち、高圧側電圧VH)によって正極接続点(P3)から第2リアクトル33を経て負極接続点(N3)に電流が流れるので、第2リアクトル33にエネルギーが蓄積される。その後、上端IGBT44bが遮断状態に変化すると、第2リアクトル33に蓄積されたエネルギーが解放される。即ち、この場合、インバータ60の発生させる電圧が降圧され、その降圧された電圧が第2蓄電池31に印加される。即ち、第2給電部30及びスイッチ部40は、上端IGBT44bが上アーム素子として機能する降圧チョッパ回路として作動する。
(2b)上端IGBT44b及び第3IGBT43bが共に導通状態にあるとき、インバータ60が発生させる直流電圧によって正極接続点(P3)から第1リアクトル23を経て負極接続点(N3)に電流が流れるので、第2リアクトル33に加えて第1リアクトル23にもエネルギーが蓄積される。その後、第1IGBT41b及び第3IGBT43bの少なくとも一方が遮断状態に変化すると、第1リアクトル23に蓄積されたエネルギーが解放される。即ち、この場合、インバータ60の発生させる電圧が降圧され、その降圧された電圧が第1蓄電池21に印加される。換言すれば、第1給電部20及びスイッチ部40は、上端IGBT44b及び第3IGBT43bが上アーム素子として機能する降圧チョッパ回路として作動する。
1−2 電圧V1>電圧V2の場合
前述したように、パラレル接続モードを実行する要求がある場合、電圧V1が電圧V2よりも高ければ、CPUは、第3IGBT43bを導通状態に維持する。その結果、第1蓄電池21及び第2蓄電池31がインバータ60に対して並列に接続される。この場合における本システムの等価回路を図5に示す。第3IGBT43bを導通状態に維持することによって実現されるパラレル接続モードは「第2パラレル接続モード」とも称呼される。
前述したように、パラレル接続モードを実行する要求がある場合、電圧V1が電圧V2よりも高ければ、CPUは、第3IGBT43bを導通状態に維持する。その結果、第1蓄電池21及び第2蓄電池31がインバータ60に対して並列に接続される。この場合における本システムの等価回路を図5に示す。第3IGBT43bを導通状態に維持することによって実現されるパラレル接続モードは「第2パラレル接続モード」とも称呼される。
(1a)この状態において、第2IGBT42bが導通状態にあり且つ第1IGBT41bが遮断状態にあるとき、第2蓄電池31の正極から第2リアクトル33を経て第2蓄電池31の負極へ電流が流れるので、第2リアクトル33にエネルギーが蓄積される。その後、第2IGBT42bが遮断状態に変化すると、第2リアクトル33に蓄積されたエネルギーが解放され、インバータ60に供給される。その結果、第2蓄電池31が発生させる電圧V2が昇圧後電圧Vpb2に昇圧され、昇圧後電圧Vpb2がインバータ60に印加される。即ち、この場合、第2給電部30及びスイッチ部40は、第2IGBT42bが下アーム素子として機能する昇圧チョッパ回路として作動する。
下アーム素子(即ち、第2IGBT42b)の通流率をデューティー比Dpb2とすると、昇圧後電圧Vpb2は下記式(3)により表される。
Vpb2={1/(1−Dpb2)}・V2 ……(3)
Vpb2={1/(1−Dpb2)}・V2 ……(3)
(1b)一方、第1IGBT41b及び第2IGBT42bが共に導通状態にあるとき、第1蓄電池21の正極から第1リアクトル23を経て第1蓄電池21の負極へ電流が流れるので、第2リアクトル33に加えて第1リアクトル23にもエネルギーが蓄積される。その後、第1IGBT41b及び第2IGBT42bの少なくとも一方が遮断状態に変化すると、第1リアクトル23に蓄積されたエネルギーが解放され、インバータ60に供給される。その結果、第1蓄電池21が発生させる電圧V1が昇圧後電圧Vpb1に昇圧され、昇圧後電圧Vpb1がインバータ60に印加される。即ち、この場合、第1給電部20及びスイッチ部40は、第1IGBT41b及び第2IGBT42bが下アーム素子として機能する昇圧チョッパ回路として作動する。
下アーム素子(即ち、第1IGBT41b及び第2IGBT42b)の通流率をデューティー比Dpb1とすると、昇圧後電圧Vpb1は下記式(4)により表される。
Vpb1={1/(1−Dpb1)}・V1 ……(4)
Vpb1={1/(1−Dpb1)}・V1 ……(4)
(2a)インバータ60の発生させる直流電圧によって第1蓄電池21及び/又は第2蓄電池31を充電されるとき、上端IGBT44bが制御される。より具体的に述べると、上端IGBT44bが導通状態にあり且つ第1IGBT41bが遮断状態にあるとき、インバータ60が発生させる直流電圧(高圧側電圧VH)によって正極接続点(P3)から第1リアクトル23を経て負極接続点(N3)に電流が流れるので、によって第1リアクトル23にエネルギーが蓄積される。その後、上端IGBT44bが遮断状態に変化すると、第1リアクトル23に蓄積されたエネルギーが解放される。即ち、この場合、インバータ60の発生させる電圧が降圧され、その降圧された電圧が第1蓄電池21に印加される。即ち、第1給電部20及びスイッチ部40は、上端IGBT44bが上アーム素子として機能する降圧チョッパ回路として作動する。
(2b)上端IGBT44b及び第1IGBT41bが共に導通状態にあるとき、インバータ60が発生させる直流電圧によって正極接続点(P3)から第2リアクトル33を経て負極接続点(N3)に電流が流れるので、第1リアクトル23に加えて第2リアクトル33にもエネルギーが蓄積される。その後、上端IGBT44b及び第1IGBT41bの少なくとも一方が遮断状態に変化すると、第2リアクトル33に蓄積されたエネルギーが解放される。即ち、この場合、インバータ60の発生させる電圧が降圧され、その降圧された電圧が第2蓄電池31に印加される。換言すれば、第2給電部30及びスイッチ部40は、上端IGBT44b及び第1IGBT41bが上アーム素子として機能する降圧チョッパ回路として作動する。
2 シリーズ接続モード
シリーズ接続モードを実行する要求があるとき、CPUは、第2IGBT42bを導通状態に維持する。その結果、第1蓄電池21及び第2蓄電池31がインバータ60に対して直列に接続される。この場合における本システムの等価回路を図6に示す。
シリーズ接続モードを実行する要求があるとき、CPUは、第2IGBT42bを導通状態に維持する。その結果、第1蓄電池21及び第2蓄電池31がインバータ60に対して直列に接続される。この場合における本システムの等価回路を図6に示す。
(1a)この状態において、第1IGBT41bが導通状態にあるとき、第1蓄電池21の正極から第1リアクトル23を経て第1蓄電池21の負極へ電流が流れるので、第1リアクトル23にエネルギーが蓄積される。その後、第1IGBT41bが遮断状態に変化すると、第1リアクトル23に蓄積されたエネルギーが開放され、インバータ60に供給される。その結果、第1蓄電池21が発生させる電圧V1が昇圧後電圧Vs1に昇圧される。即ち、この場合、第1給電部20及びスイッチ部40は、第1IGBT41bが下アーム素子として機能する昇圧チョッパ回路として作動する。
下アーム素子(即ち、第1IGBT41b)の通流率をデューティー比Ds1とすると、昇圧後電圧Vs1は下記式(5)により表される。
Vs1={1/(1−Ds1)}・V1 ……(5)
Vs1={1/(1−Ds1)}・V1 ……(5)
(1b)一方、第3IGBT43bが導通状態にあるとき、第2蓄電池31の正極から第2リアクトル33を経て第2蓄電池31の負極へ電流が流れるので、第2リアクトル33にエネルギーが蓄積される。その後、第3IGBT43bが遮断状態に変化すると、第2リアクトル33に蓄積されたエネルギーが開放され、インバータ60に供給される。その結果、第2蓄電池31が発生させる電圧V2が昇圧後電圧Vs2に昇圧される。即ち、この場合、第2給電部30及びスイッチ部40は、第3IGBT43bが下アーム素子として機能する昇圧チョッパ回路として作動する。
下アーム素子(即ち、第3IGBT43b)の通流率をデューティー比Ds2とすると、昇圧後電圧Vs2は下記式(6)により表される。
Vs2={1/(1−Ds2)}・V2 ……(6)
Vs2={1/(1−Ds2)}・V2 ……(6)
シリーズ接続モードの実行時、高圧側電圧VHは、昇圧後電圧Vs1及び昇圧後電圧Vs2の和に等しい(即ち、VH=Vs1+Vs2)。即ち、昇圧後電圧Vs1及び昇圧後電圧Vs2の和に等しい電圧がインバータ60に印加される。
(2)インバータ60の発生させる直流電圧によって第1蓄電池21及び/又は第2蓄電池31が充電されるとき、上端IGBT44bが制御される。より具体的に述べると、上端IGBT44bが導通状態にあるとき、インバータ60が発生させる直流電圧(高圧側電圧VH)によって正極接続点(P3)から第1リアクトル23を経て負極接続点(N3)に電流が流れるので、第1リアクトル23にエネルギーが蓄積される。同様に、上端IGBT44bが導通状態にあるとき、正極接続点(P3)から第2リアクトル33を経て負極接続点(N3)に電流が流れるので、第2リアクトル33にエネルギーが蓄積される。
或いは、上端IGBT44b及び第3IGBT43bが共に導通状態にあるとき、第1リアクトル23にのみエネルギーが蓄積される。一方、上端IGBT44b及び第1IGBT41bが共に導通状態にあるとき、第2リアクトル33にのみエネルギーが蓄積される。
その後、上端IGBT44bが遮断状態に変化すると、第1リアクトル23及び第2リアクトル33のそれぞれに蓄積されたエネルギーが解放される。この場合、インバータ60の発生させる電圧が降圧され、その降圧された電圧が第1蓄電池21及び第2蓄電池31のそれぞれに印加される。即ち、この場合、第1給電部20及び/又は第2給電部30並びにスイッチ部40は、上端IGBT44bが上アーム素子として機能する降圧チョッパ回路として作動する。
3 パラレル接続モード及びシリーズ接続モードの選択
CPUは、高圧側電圧VHの目標値である目標高圧側電圧VH*に応じてパラレル接続モード及びシリーズ接続モードのいずれか一方を接続モードとして選択する。CPUは、電動機70の要求出力が高くなるほど目標高圧側電圧VH*を高い値に設定する。
CPUは、高圧側電圧VHの目標値である目標高圧側電圧VH*に応じてパラレル接続モード及びシリーズ接続モードのいずれか一方を接続モードとして選択する。CPUは、電動機70の要求出力が高くなるほど目標高圧側電圧VH*を高い値に設定する。
CPUは、目標高圧側電圧VH*が低いとき、パラレル接続モード(具体的には、第1パラレル接続モード及び第2パラレル接続モードのいずれか一方)を選択する。CPUは、パラレル接続モードを実行する要求があるとき、電圧V1及び/又は電圧V2が目標高圧側電圧VH*よりも低ければ(即ち、V1<VH*及び/又はV2<VH*が成立すれば)、上述したパラレル接続モードにおける昇圧処理を実行する。
CPUは、目標高圧側電圧VH*が高くなるほど、デューティー比Dpa1及びデューティー比Dpa2、又は、デューティー比Dpb1及びデューティー比Dpb2を高い値に設定する。デューティー比が高くなるほど第1リアクトル23及び/又は第2リアクトル33に蓄積されるエネルギーが大きくなる。そのため、デューティー比が高いとき、蓄積されるエネルギーが第1リアクトル23及び/又は第2リアクトル33の容量(蓄積できるエネルギーの実質的な最大値)を越える可能性がある。
一方、デューティー比が同一であれば上記スイッチング周期が短くなるほどスイッチング素子(本例において、上記下アーム素子)の導通状態が継続する時間が短くなるので、リアクトルに蓄積されるエネルギー量の最大値が小さくなる。そのため、デューティー比が高いとき、第1リアクトル23及び/又は第2リアクトル33に蓄積されるエネルギー量の最大値を低下させるため、スイッチング素子のスイッチング周期を短くする必要がある。
しかし、デューティー比が同一であればスイッチング周期が短くなるほどスイッチング素子が導通状態と遮断状態との間で切り替わる単位時間当たりの回数が増加するので、スイッチング損失が、スイッチング周期が長い場合と比較して大きくなる。換言すれば、デューティー比が高くなるとスイッチング損失が増大し得る。そこで、目標高圧側電圧VH*が電圧V1及び電圧V2の和よりも高くなると(即ち、電圧V1+電圧V2<目標高圧側電圧VH*が成立すれば)、CPUは、シリーズ接続モードを選択する。
シリーズ接続モードにおける昇圧処理が実行されるとき、デューティー比は、目標高圧側電圧VH*が同一であれば、パラレル接続モードにおいて昇圧処理を実行される場合と比較して小さくなる。その結果、目標高圧側電圧VH*が上昇した場合であっても、スイッチング損失の増大を回避することができる。
(電池間短絡検出処理の概要)
次に、CPUが実行する電池間短絡検出処理について説明する。
次に、CPUが実行する電池間短絡検出処理について説明する。
第1IGBT41bが常に導通した状態となる短絡故障が発生した場合、電圧V1が電圧V2よりも高ければ(即ち、電圧V1>電圧V2であれば)、第3IGBT43bが導通状態であるか遮断状態であるかに拘わらず第3ダイオード43aが導通する。そのため、図7の太線B1によって表されるように、第1蓄電池21及び第2蓄電池31が互いに直列に接続される閉回路が形成される電池間短絡が発生する。このとき、第1蓄電池21が出力する電力によって第2蓄電池31が充電される。更に、上述した第1IGBT41bのスイッチング(導通状態と遮断状態との間の切り替え)に基づく昇圧動作及び降圧動作並びに第1パラレル接続モードの実行が不可能となる。
或いは、第3IGBT43bに短絡故障が発生した場合、電圧V2が電圧V1よりも高ければ(即ち、電圧V1<電圧V2であれば)、第1IGBT41bが導通状態であるか遮断状態であるかに拘わらず第1ダイオード41aが導通する。そのため、図8の太線B1によって表されるように、第1蓄電池21及び第2蓄電池31が互いに直列に接続される閉回路が形成される電池間短絡が発生する。このとき、第2蓄電池31が出力する電力によって第1蓄電池21が充電される電池間短絡が発生する。更に、上述した第3IGBT43bのスイッチングに基づく昇圧動作及び降圧動作並びに第2パラレル接続モードの実行が不可能となる。
加えて、電池間短絡が発生したとき、第1蓄電池21及び第2蓄電池31の電圧差が大きければ、この閉回路に流れる電流が過大となる。そこで、CPUは、第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bのそれぞれが備える過電流検出装置のいずれかが、過電流(所定値を上回る大きさの電流)を検出したとき、電池間短絡検出処理を実行する。
より具体的に述べると、CPUは、過電流の検出時、第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bのそれぞれを遮断状態に制御する。更に、CPUは、電池間短絡発生の有無を判定する。
電池間短絡の有無を判定するための条件は「短絡判定条件」とも称呼される。電圧V1>電圧V2である場合、短絡判定条件は、
(a1)電流A1が正の定数αより大きく(即ち、0<α<A1)、
(b1)電流A2が「定数αの符号が反転した値」より小さく(即ち、A2<−α<0)、且つ、
(c)電流A1の大きさと電流A2の大きさとの差分が正の定数βより小さい(即ち、−β<|A1|−|A2|<β)、
ときに成立する。即ち、V1>V2、A1>α、A2<−α且つ|A1+A2|<βであるとき、短絡判定条件が成立する。この条件は便宜上「第1条件」とも称呼される。
(a1)電流A1が正の定数αより大きく(即ち、0<α<A1)、
(b1)電流A2が「定数αの符号が反転した値」より小さく(即ち、A2<−α<0)、且つ、
(c)電流A1の大きさと電流A2の大きさとの差分が正の定数βより小さい(即ち、−β<|A1|−|A2|<β)、
ときに成立する。即ち、V1>V2、A1>α、A2<−α且つ|A1+A2|<βであるとき、短絡判定条件が成立する。この条件は便宜上「第1条件」とも称呼される。
一方、電圧V1<電圧V2である場合、短絡判定条件は、
(a2)電流A2が正の定数αより大きく(即ち、0<α<A2)、
(b2)電流A1が「定数αの符号が反転した値」より小さく(即ち、A1<−α<0)、且つ、
(c)電流A1の大きさと電流A2の大きさとの間の差が正の定数βより小さい(即ち、−β<|A1|−|A2|<β)、
ときに成立する。即ち、V1<V2、A1<−α、A2>α且つ|A1+A2|<βであるとき、短絡判定条件が成立する。この条件は便宜上「第2条件」とも称呼される。
(a2)電流A2が正の定数αより大きく(即ち、0<α<A2)、
(b2)電流A1が「定数αの符号が反転した値」より小さく(即ち、A1<−α<0)、且つ、
(c)電流A1の大きさと電流A2の大きさとの間の差が正の定数βより小さい(即ち、−β<|A1|−|A2|<β)、
ときに成立する。即ち、V1<V2、A1<−α、A2>α且つ|A1+A2|<βであるとき、短絡判定条件が成立する。この条件は便宜上「第2条件」とも称呼される。
なお、定数αは便宜上「第1電流閾値」又は「第4電流閾値」とも称呼され、「定数αの符号が反転した値(即ち、−α)」は便宜上「第2電流閾値」又は「第5電流閾値」とも称呼される。定数βは便宜上「第3電流閾値」又は「第6電流閾値」とも称呼される。
CPUは、短絡判定条件が成立したとき、第1システムメインリレー24を遮断することによって第1蓄電池21を電源システム10から電気的に切り離す。車両1は、第2蓄電池31が出力する電力によって走行を継続することができる。即ち、CPUは、車両1の縮退運転を実行する。
短絡判定条件の成立時、第1IGBT41b又は第3IGBT43bが短絡故障によって常に導通状態となっているので、上述した昇圧動作及び降圧動作を正常に実行することができない虞がある。そのため、CPUは、縮退運転の実行中、第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bを遮断状態に制御する。従って、インバータ60には第2蓄電池31の端子間電圧V2が印加される(即ち、電圧VH=電圧V2となる)。
(具体的作動)
電池間短絡検出処理の実行時におけるCPUの具体的な作動を、図9にフローチャートにより表された「電池間短絡検出処理ルーチン」を参照しながら説明する。CPUは、本ルーチンを所定の時間が経過する毎に実行する。
電池間短絡検出処理の実行時におけるCPUの具体的な作動を、図9にフローチャートにより表された「電池間短絡検出処理ルーチン」を参照しながら説明する。CPUは、本ルーチンを所定の時間が経過する毎に実行する。
即ち、適当なタイミングになると、CPUはステップ900から処理を開始してステップ905に進み、第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bのいずれかが過電流を検出しているか否かを判定する。この時点で過電流が検出されていなければ、CPUは、ステップ905にて「No」と判定してステップ995に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
一方、過電流が検出されていれば、CPUは、ステップ905にて「Yes」と判定してステップ910に進み、第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bのそれぞれを遮断状態に制御する。次いで、CPUは、ステップ915に進み、電圧V1が電圧V2よりも高いか否かを判定する。
電圧V1が電圧V2よりも高ければ、CPUは、ステップ915にて「Yes」と判定してステップ920に進み、上記条件(a1)、(b1)及び(c)がすべて成立しているか否かを判定する。これらの条件が成立していれば、CPUは、ステップ920にて「Yes」と判定し、以下に述べるステップ925乃至ステップ940の処理を順に実行する。
ステップ925:CPUは、第1IGBT41bに短絡故障が発生していると判定する。
ステップ930:CPUは、第1システムメインリレー24(即ち、第1正極開閉器24a及び第1負極開閉器24b)を遮断する。
ステップ935:CPUは、車両1の運転席のダッシュボードに配設された警告灯(不図示)を点灯させる。
ステップ940:CPUは、第1蓄電池21に流れる電流を遮断した状態で上記縮退運転を開始する。
次いで、CPUは、ステップ995に進み本ルーチンを終了する。
ステップ930:CPUは、第1システムメインリレー24(即ち、第1正極開閉器24a及び第1負極開閉器24b)を遮断する。
ステップ935:CPUは、車両1の運転席のダッシュボードに配設された警告灯(不図示)を点灯させる。
ステップ940:CPUは、第1蓄電池21に流れる電流を遮断した状態で上記縮退運転を開始する。
次いで、CPUは、ステップ995に進み本ルーチンを終了する。
一方、電圧V1が電圧V2以下であれば、CPUは、ステップ915にて「No」と判定してステップ945に進み、上記条件(a2)、(b2)及び(c)がすべて成立しているか否かを判定する。これらの条件が成立していれば、CPUは、ステップ945にて「Yes」と判定し、ステップ950に進んで第3IGBT43bに短絡故障が発生していると判定する。次いで、CPUは、ステップ930に進む。
なお、短絡判定条件が成立していなければ、CPUは、ステップ920又はステップ945にて「No」と判定してステップ995に直接進む。
以上、説明したように、本システム(電源システム10)は、
負荷回路(インバータ60)が接続され、同負荷回路に対して直流電力を供給するために用いられる正極接続点(P3)及び負極接続点(N3)と、
前記正極接続点と前記負極接続点とを接続し、同正極接続点と同負極接続点との間にある第1接続点(C1)、同第1接続点と同負極接続点との間にある第2接続点(C2)、同第2接続点と同負極接続点との間にある第3接続点(C3)、及び、同第3接続点と同負極接続点との間に第4接続点(C4)を有する給電線と、
前記第1接続点に正極が接続され、前記第3接続点に負極が接続された第1直流電源(21)と、
前記第2接続点に正極が接続され、前記第4接続点に負極が接続された第2直流電源(31)と、
前記給電線の前記第1接続点と前記第2接続点との間の部分に介装され、同第1接続点から同第2接続点へ流れる電流のみを遮断することができる第1半導体スイッチ(第1ダイオード41a及び第1IGBT41b)と、
前記給電線の前記第2接続点と前記第3接続点との間の部分に介装され、同第2接続点から同第3接続点へ流れる電流のみを遮断することができる第2半導体スイッチ(第2ダイオード42a及び第2IGBT42b)と、
前記給電線の前記第3接続点と前記第4接続点との間の部分に介装され、同第3接続点から同第4接続点へ流れる電流のみを遮断することができる第3半導体スイッチ(第3ダイオード43a及び第3IGBT43b)と、
前記第1半導体スイッチ乃至前記第3半導体スイッチのそれぞれの導通状態を制御することによって、前記第1直流電源と前記第2直流電源とを前記負荷回路に対して並列に接続するパラレル接続モードと、同第1直流電源と同第2直流電源とを同負荷回路に対して直列に接続するシリーズ接続モードと、を選択的に実行する制御部(ECU50)と、
を備える電源システムであって、
前記第1直流電源の端子間電圧である第1電圧(電圧V1)を検出する第1電圧センサ(83)と、
前記第2直流電源の端子間電圧である第2電圧(電圧V2)を検出する第2電圧センサ(84)と、
前記第1直流電源の正極と前記第1接続点とを結ぶ給電線(PL1)から前記第1接続点に流入する電流である第1電流(電流A1)を検出する第1電流センサ(81)と、
前記第2直流電源の正極と前記第2接続点とを結ぶ給電線(PL2)から前記第2接続点に流入する電流である第2電流(電流A2)を検出する第2電流センサ(82)と、
前記第1直流電源及び前記第2直流電源のいずれか一方に流れる電流を遮断することができるシステムメインリレー(第1システムメインリレー24又は第2システムメインリレー34)
を備え、
前記制御部は、
前記第1半導体スイッチ乃至第3半導体スイッチを遮断状態に制御しているときであって(図9のステップ905)、前記第1電圧が前記第2電圧より高く(図9のステップ915にて「Yes」と判定)、前記第1電流が所定の正の第1電流閾値より大きく、前記第2電流が所定の負の第2電流閾値より小さく、且つ、同第1電流の大きさと同第2電流の大きさとの差分の大きさが所定の第3電流閾値より小さい(図9のステップ920にて「Yes」と判定)、及び、前記第1電圧が前記第2電圧より小さく(図9のステップ915にて「No」と判定)、前記第2電流が所定の正の第4電流閾値より大きく、前記第1電流が所定の負の第5電流閾値より小さく、且つ、同第1電流の大きさと同第2電流の大きさとの差分の大きさが所定の第6電流閾値より小さい(図9のステップ945にて「Yes」と判定)、のいずれか一方が成立するとき、前記システムメインリレーを遮断する(図9のステップ930)ように構成されている。
負荷回路(インバータ60)が接続され、同負荷回路に対して直流電力を供給するために用いられる正極接続点(P3)及び負極接続点(N3)と、
前記正極接続点と前記負極接続点とを接続し、同正極接続点と同負極接続点との間にある第1接続点(C1)、同第1接続点と同負極接続点との間にある第2接続点(C2)、同第2接続点と同負極接続点との間にある第3接続点(C3)、及び、同第3接続点と同負極接続点との間に第4接続点(C4)を有する給電線と、
前記第1接続点に正極が接続され、前記第3接続点に負極が接続された第1直流電源(21)と、
前記第2接続点に正極が接続され、前記第4接続点に負極が接続された第2直流電源(31)と、
前記給電線の前記第1接続点と前記第2接続点との間の部分に介装され、同第1接続点から同第2接続点へ流れる電流のみを遮断することができる第1半導体スイッチ(第1ダイオード41a及び第1IGBT41b)と、
前記給電線の前記第2接続点と前記第3接続点との間の部分に介装され、同第2接続点から同第3接続点へ流れる電流のみを遮断することができる第2半導体スイッチ(第2ダイオード42a及び第2IGBT42b)と、
前記給電線の前記第3接続点と前記第4接続点との間の部分に介装され、同第3接続点から同第4接続点へ流れる電流のみを遮断することができる第3半導体スイッチ(第3ダイオード43a及び第3IGBT43b)と、
前記第1半導体スイッチ乃至前記第3半導体スイッチのそれぞれの導通状態を制御することによって、前記第1直流電源と前記第2直流電源とを前記負荷回路に対して並列に接続するパラレル接続モードと、同第1直流電源と同第2直流電源とを同負荷回路に対して直列に接続するシリーズ接続モードと、を選択的に実行する制御部(ECU50)と、
を備える電源システムであって、
前記第1直流電源の端子間電圧である第1電圧(電圧V1)を検出する第1電圧センサ(83)と、
前記第2直流電源の端子間電圧である第2電圧(電圧V2)を検出する第2電圧センサ(84)と、
前記第1直流電源の正極と前記第1接続点とを結ぶ給電線(PL1)から前記第1接続点に流入する電流である第1電流(電流A1)を検出する第1電流センサ(81)と、
前記第2直流電源の正極と前記第2接続点とを結ぶ給電線(PL2)から前記第2接続点に流入する電流である第2電流(電流A2)を検出する第2電流センサ(82)と、
前記第1直流電源及び前記第2直流電源のいずれか一方に流れる電流を遮断することができるシステムメインリレー(第1システムメインリレー24又は第2システムメインリレー34)
を備え、
前記制御部は、
前記第1半導体スイッチ乃至第3半導体スイッチを遮断状態に制御しているときであって(図9のステップ905)、前記第1電圧が前記第2電圧より高く(図9のステップ915にて「Yes」と判定)、前記第1電流が所定の正の第1電流閾値より大きく、前記第2電流が所定の負の第2電流閾値より小さく、且つ、同第1電流の大きさと同第2電流の大きさとの差分の大きさが所定の第3電流閾値より小さい(図9のステップ920にて「Yes」と判定)、及び、前記第1電圧が前記第2電圧より小さく(図9のステップ915にて「No」と判定)、前記第2電流が所定の正の第4電流閾値より大きく、前記第1電流が所定の負の第5電流閾値より小さく、且つ、同第1電流の大きさと同第2電流の大きさとの差分の大きさが所定の第6電流閾値より小さい(図9のステップ945にて「Yes」と判定)、のいずれか一方が成立するとき、前記システムメインリレーを遮断する(図9のステップ930)ように構成されている。
本システムによれば、電池間短絡の発生を速やかに検出することができる。更に、本システムは、電池間短絡の発生時、その電池間短絡を解消しインバータ60への電力供給を継続することができる。
以上、本発明に係る電源システムの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、本発明は、駆動力源として電動機を搭載した車両に適用される車両の電源システムはもとより、駆動力源として更に内燃機関を搭載した車両(即ち、ハイブリッド車両)に適用される電源システムにも及ぶ。
加えて、本実施形態において、第1電流閾値及び第2電流閾値並びに第4電流閾値及び第5電流閾値のそれぞれは、絶対値が互いに等しい値(即ち、α)であった。しかし、これら4つの電流閾値の絶対値は互いに異なっていても良い。更に、本実施形態において、第3電流閾値及び第6電流閾値は、互いに等しい値(即ち、β)であった。しかし、これら2つの電流閾値は互いに異なっていても良い。
加えて、本実施形態に係るECU50は、過電流の検出時に電池間短絡発生の有無を判定していた。しかし、ECU50は、過電流の検出時以外のタイミング(例えば、車両1の始動時)にて電池間短絡発生の有無を判定しても良い。
加えて、ECU50は、電池間短絡の検出時、第1システムメインリレー24を遮断することによって車両1の縮退運転を実行していた。しかし、ECU50は、電池間短絡の検出時、第2システムメインリレー34を遮断することによって車両1の縮退運転を実行しても良い。
加えて、ECU50は、上記短絡判定条件が成立するとき、電池間短絡が発生していると判定していた。しかし、ECU50は、上記短絡判定条件が成立した状態が所定の期間継続したとき、電池間短絡が発生していると判定しても良い。
加えて、本実施形態において第1蓄電池21及び第2蓄電池31は、リチウムイオン電池であった。しかし、第1蓄電池21及び/又は第2蓄電池31は、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ及びリチウムイオンキャパシタ等のリチウムイオン電池とは異なる種類の充放電可能な直流電源であっても良い。
加えて、本実施形態においてスイッチ部40は、スイッチング素子として第1IGBT41b〜第3IGBT43b及び上端IGBT44bを備えていた。しかし、スイッチ部40は、スイッチング素子としてMOSFET及びGTOサイリスタ等を備えていても良い。
車両…1、電源システム…10、第1蓄電池…21、第1システムメインリレー…24、第2蓄電池…31、第2システムメインリレー…34、スイッチ部…40、ECU…50、インバータ…60、電動機…70。
Claims (1)
- 負荷回路が接続され、同負荷回路に対して直流電力を供給するために用いられる正極接続点及び負極接続点と、
前記正極接続点と前記負極接続点とを接続し、同正極接続点と同負極接続点との間にある第1接続点、同第1接続点と同負極接続点との間にある第2接続点、同第2接続点と同負極接続点との間にある第3接続点、及び、同第3接続点と同負極接続点との間にある第4接続点を有する特定給電線と、
前記第1接続点に正極が接続され、前記第3接続点に負極が接続された第1直流電源と、
前記第2接続点に正極が接続され、前記第4接続点に負極が接続された第2直流電源と、
前記給電線の前記第1接続点と前記第2接続点との間の部分に介装され、同第1接続点から同第2接続点へ流れる電流のみを遮断することができる第1半導体スイッチと、
前記給電線の前記第2接続点と前記第3接続点との間の部分に介装され、同第2接続点から同第3接続点へ流れる電流のみを遮断することができる第2半導体スイッチと、
前記給電線の前記第3接続点と前記第4接続点との間の部分に介装され、同第3接続点から同第4接続点へ流れる電流のみを遮断することができる第3半導体スイッチと、
前記第1半導体スイッチ乃至前記第3半導体スイッチのそれぞれの導通状態を制御することによって、前記第1直流電源と前記第2直流電源とを前記負荷回路に対して並列に接続するパラレル接続モードと、同第1直流電源と同第2直流電源とを同負荷回路に対して直列に接続するシリーズ接続モードと、を選択的に実行する制御部と、
を備える電源システムであって、
前記第1直流電源の端子間電圧である第1電圧を検出する第1電圧センサと、
前記第2直流電源の端子間電圧である第2電圧を検出する第2電圧センサと、
前記第1直流電源の正極と前記第1接続点とを結ぶ給電線から前記第1接続点に流入する電流である第1電流を検出する第1電流センサと、
前記第2直流電源の正極と前記第2接続点とを結ぶ給電線から前記第2接続点に流入する電流である第2電流を検出する第2電流センサと、
前記第1直流電源及び前記第2直流電源のいずれか一方に流れる電流を遮断することができるシステムメインリレーと、
を備え、
前記制御部は、
前記第1半導体スイッチ乃至第3半導体スイッチを遮断状態に制御しているときであって、前記第1電圧が前記第2電圧より高く、前記第1電流が所定の正の第1電流閾値より大きく、前記第2電流が所定の負の第2電流閾値より小さく、且つ、同第1電流の大きさと同第2電流の大きさとの差分の大きさが所定の第3電流閾値より小さいという第1条件、及び、前記第1電圧が前記第2電圧より小さく、前記第2電流が所定の正の第4電流閾値より大きく、前記第1電流が所定の負の第5電流閾値より小さく、且つ、同第1電流の大きさと同第2電流の大きさとの差分の大きさが所定の第6電流閾値より小さいという第2条件、のいずれか一方の条件が成立するとき、前記システムメインリレーを遮断するように構成された、
電源システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018170927A (ja) * | 2017-03-30 | 2018-11-01 | 株式会社豊田自動織機 | 電池パックの放電制御装置 |
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-
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WO2020184630A1 (ja) * | 2019-03-12 | 2020-09-17 | 株式会社デンソー | 蓄電システム |
JP7140007B2 (ja) | 2019-03-12 | 2022-09-21 | 株式会社デンソー | 蓄電システム |
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