JP2016167939A - Power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二電源を備える電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system including dual power supplies.
従来、ハイブリッド自動車の主機を駆動するインバータ等の高圧負荷に直流電力を供給する電源システムにおいて、短時間に大電力を出力する出力型の電源と、長時間にわたって小電力を出力する容量型の電源との二電源を備えるものが知られている。例えば、特許文献1に記載の電源システム(電源装置)は、瞬発的に大電力を出力可能な瞬発性蓄電池と、持続的に一定の電圧を出力可能な持続性蓄電池とが並列に接続されている。
Conventionally, in a power supply system that supplies DC power to a high-voltage load such as an inverter that drives the main unit of a hybrid vehicle, an output type power supply that outputs high power in a short time and a capacity type power supply that outputs low power over a long period of time A device having two power sources is known. For example, in a power supply system (power supply device) described in
キャパシタに代表される瞬発性蓄電池は蓄電量による電圧の変化が大きい。特許文献1の電源システムは、持続性蓄電池と瞬発性蓄電池とから同等の電圧を共通の出力端子に印加する構成を前提としており、第2の実施の形態として、瞬発性電池の電圧変動を抑制するため、瞬発性蓄電池と出力端子との間に電流制御装置を設けている。
その結果、出力端子を介して負荷に供給される最大出力は電流制御装置の出力能力で規制されるため、瞬発性電池の応答性が低下することとなる。また、せっかく瞬発性電池が出力した大電力を負荷に供給しようとすると、電流制御装置の要求出力を大きくせざるを得ない。したがって、電流制御装置が大型化し、コストが上昇するという問題がある。
The instantaneous storage battery represented by the capacitor has a large voltage change depending on the amount of stored electricity. The power supply system of
As a result, since the maximum output supplied to the load via the output terminal is regulated by the output capability of the current control device, the responsiveness of the instantaneous battery is reduced. Further, if a large amount of power output from the instantaneous battery is to be supplied to the load, the required output of the current control device must be increased. Therefore, there is a problem that the current control device is enlarged and the cost is increased.
さらに特許文献1の電源システムでは、負荷に対する電流方向が入れ替わる場合、すなわち電流がゼロ点を跨ぐ高出力高周波電力を変圧する場合、電流制御装置の通過電流が大きくなり、電力効率が低下する。また、大出力の変電機を小出力で使用すると効率が低下する。
加えて、瞬発性蓄電池の容量が不足した場合の処置や、主機駆動装置等の高圧負荷側の制御装置に対し電源システム側の情報を通知する構成について、特許文献1には何ら言及されていない。したがって、高圧負荷の要求特性に応じて、各電源の能力を適切に反映した効率的な電力供給制御を十分に実行することができない。
Furthermore, in the power supply system of
In addition, there is no mention in
本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、二電源を備える電源システムにおいて、高圧負荷の要求特性に応じて、各電源の能力を適切に反映した効率的な電力供給制御を行う電源システムを提供することにある。 The present invention has been created in view of the above points, and an object of the present invention is to efficiently reflect the capability of each power supply according to the required characteristics of the high-voltage load in a power supply system including two power supplies. An object of the present invention is to provide a power supply system that performs power supply control.
本発明の電源システムは、複数の高圧モジュールが直列接続されて構成される高圧電源、少なくとも1つの低圧電源、複数の変電機、及び変電機制御装置を備える。
複数の高圧モジュールから構成される高圧電源は、主機としての回転機を駆動する回転機システムに直流電力を供給可能である。少なくとも1つの低圧電源は、主機以外の補機負荷に直流電力を供給可能である。複数の変電機は、複数の高圧モジュールに個別に対応して設けられ、複数の高圧モジュールと低圧電源とを双方向に変圧可能に接続する。
変電機制御装置は、低圧電源の容量または入出力が適正範囲から外れたとき、高圧モジュールにより補完し、複数の高圧モジュールの容量または入出力の合計が適正範囲から外れたとき、低圧電源により補完するように変電機を制御する。
ここで、「入出力が適正範囲から外れたとき」とは、出力が不足するとき、及び、入力が過剰となるときを含む。
A power supply system according to the present invention includes a high-voltage power source configured by connecting a plurality of high-voltage modules in series, at least one low-voltage power source, a plurality of transformers, and a transformer controller.
A high-voltage power source composed of a plurality of high-voltage modules can supply DC power to a rotating machine system that drives a rotating machine as a main machine. At least one low-voltage power supply can supply DC power to auxiliary loads other than the main engine. The plurality of transformers are provided individually corresponding to the plurality of high-voltage modules, and connect the plurality of high-voltage modules and the low-voltage power supply so as to be capable of bidirectional transformation.
When the capacity or input / output of the low-voltage power supply is out of the proper range, the substation controller is supplemented by the high-voltage module, and when the total capacity or input / output of multiple high-voltage modules is out of the proper range, it is supplemented by the low-voltage power supply. To control the transformer.
Here, “when input / output is out of the proper range” includes when output is insufficient and when input is excessive.
高圧負荷である回転機システムとしては、主機としての回転機を駆動するインバータ等が該当する。また、回転機システムの駆動対象である「主機」とは、ハイブリッド自動車の駆動力源として用いられる回転機に限らず、当該電源システムの主要な電力供給対象となる装置を指す。主機以外の補機についても、車両に搭載される装置に限らず、低圧電源が供給する電力で駆動される装置全般を指す。本明細書では、当該電源システムの負荷であることを明示するため、補機を「補機負荷」という。 As a rotating machine system that is a high-pressure load, an inverter that drives a rotating machine as a main machine is applicable. In addition, the “main machine” that is the driving target of the rotating machine system is not limited to the rotating machine used as the driving power source of the hybrid vehicle, but refers to a device that is a main power supply target of the power supply system. An auxiliary machine other than the main machine is not limited to a device mounted on a vehicle, but refers to all devices driven by electric power supplied from a low-voltage power source. In this specification, the auxiliary machine is referred to as “auxiliary machine load” in order to clearly indicate the load of the power supply system.
本発明では、低圧電源の容量または入出力が適正範囲から外れたとき、高圧モジュールにより補完し、複数の高圧モジュールの容量または入出力の合計が適正範囲から外れたとき、低圧電源により補完するように変電機を制御するため、各電源の長所を生かしつつ、短所を補うことができる。
また、高圧電源を複数の高圧モジュールに分割することで、変電機1台あたりの出力及び変圧比を低く設定することができる。したがって、電源仕様を過剰に大きくすることなく、高圧負荷の要求特性に応じて、出力と容量とのバランスを適正化することができる。よって、小型で低コストの電源システムを提供することができる。
In the present invention, when the capacity or input / output of the low-voltage power source is out of the proper range, it is supplemented by the high-voltage module, and when the total capacity or input / output of the plurality of high-voltage modules is out of the proper range, it is supplemented by the low-voltage power source. In addition, since the transformer is controlled, the disadvantages can be compensated while taking advantage of the advantages of each power source.
Further, by dividing the high-voltage power source into a plurality of high-voltage modules, the output and transformation ratio per transformer can be set low. Therefore, the balance between output and capacity can be optimized according to the required characteristics of the high-voltage load without excessively increasing the power supply specification. Therefore, a small and low-cost power supply system can be provided.
好ましくは、変電機制御装置は、複数の変電機の「1台あたりの目標電力」と「運転台数毎の変換効率」との関係に応じて、変換効率が最大となる変電機の台数が複数の変電機の台数未満の場合、当該台数の変電機を「交互運転」し、変換効率が最大となる変電機の台数が複数の変電機の全数である場合、全数の変電機を「同時運転」する。
このように、変電機1台あたりの目標電力に応じて、変電機の運転台数を随時選択することにより、変換効率を最大化することができる。
Preferably, the substation control device includes a plurality of substations having a maximum conversion efficiency in accordance with the relationship between the “target power per unit” and the “conversion efficiency for each number of operating units” of the plurality of substations. If the number of substations is less than the number of substations, the number of substations is “alternately operated”, and if the number of substations with the maximum conversion efficiency is the total number of substations, "
As described above, the conversion efficiency can be maximized by selecting the number of operating sub-machines as needed according to the target power per sub-machine.
電源システムの複数の高圧モジュールは、比較的大電力を出力可能な出力型電源で構成され、低圧電源は、比較的容量の大きい容量型電源で構成されることが好ましい。
これにより、ハイブリッド自動車等における高出力且つ低容量の要求仕様に対し最適な電源仕様を提供することができる。よって、電源への高頻度な入出力による充放電ロス低減、回転機との電力入出力向上による内燃機関の熱効率向上、回転機からの入力向上による回生効率の向上効果により、システム全体でのエネルギ効率が向上する。
The plurality of high-voltage modules of the power supply system are preferably configured by an output type power supply capable of outputting a relatively large amount of power, and the low-voltage power source is preferably configured by a capacity-type power supply having a relatively large capacity.
Thereby, it is possible to provide an optimum power supply specification for a required specification of high output and low capacity in a hybrid vehicle or the like. Therefore, energy consumption in the entire system is reduced by reducing charging / discharging loss due to frequent input / output to the power supply, improving the thermal efficiency of the internal combustion engine by improving the power input / output with the rotating machine, and improving the regeneration efficiency by improving the input from the rotating machine. Efficiency is improved.
以下、本発明の複数の実施形態による電源システムを図面に基づいて説明する。複数の実施形態、及び比較例の構成において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
以下の実施形態の電源システムは、内燃機関、及び、主機としての回転機(モータジェネレータ)を動力源とするハイブリッド自動車に搭載され、回転機を駆動する回転機システムに高圧の直流電力を供給し、且つ、各種の補機負荷に低圧の直流電力を供給する電源システムである。
Hereinafter, a power supply system according to a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the configurations of the plurality of embodiments and the comparative example, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The power supply system of the following embodiment is mounted on a hybrid vehicle that uses an internal combustion engine and a rotating machine (motor generator) as a main engine as a power source, and supplies high-voltage DC power to the rotating machine system that drives the rotating machine. The power supply system supplies low-voltage DC power to various auxiliary loads.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の電源システムについて、図1〜図17を参照して説明する。
最初に、電源システムの全体構成について図1を参照する。電源システム12は、高圧負荷としての回転機システム6と、低圧負荷としての補機負荷2との間に設けられる。
回転機システム6は、車両の動力源である主機としての回転機を駆動するシステムであり、典型的には、直流電力を交流電力に変換し回転機に供給するインバータが該当する。システムによっては、インバータの入力側に、更に昇圧コンバータが設けられてもよい。
補機負荷2は、電動パワーステアリング装置、パワーウインドウ装置、ブロワ、ファン等、主機以外の各種機能を担う装置である。
(First embodiment)
The power supply system of 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIGS.
First, FIG. 1 will be referred to regarding the overall configuration of the power supply system. The
The
The
電源システム12は、複数の高圧モジュール51、52が直列接続されて構成される高圧電源50、複数の低圧電源31、32、複数の変電機401、402、及び、変電機制御装置70(図2参照)を含む。図1の例では、高圧モジュール51、52及び変電機401、402の数は2つである。
以下、高圧モジュール及び変電機の台数を記号kで表す。つまり、図1は「k=2」の例を示す。また、k台の各個について1からkまでの値を取る変数「i」を用いて表す。例えば「k=2」のとき「i=1、2」、「k=3」のとき「i=1、2、3」、「k=n」のとき「i=1、2・・・n」を意味する。さらに、第1実施形態では低圧電源31、32の数も2つであるため、「k」及び「i」の記号を低圧電源31、32についても同様に援用する。
以下、説明の内容によっては、適宜「k≧3」の場合の例を挙げながら記載する。
The
Hereinafter, the number of high voltage modules and transformers is represented by the symbol k. That is, FIG. 1 shows an example of “k = 2”. Also, the variable “i” that takes a value from 1 to k for each of the k pieces is represented. For example, “i = 1, 2” when “k = 2”, “i = 1, 2, 3” when “k = 3”, “i = 1, 2,... N when“ k = n ” "Means. Furthermore, since the number of the low-
Hereinafter, depending on the content of the description, description will be made with an example of “k ≧ 3” as appropriate.
高圧電源50は、回転機システム6に直結され、回転機システム6に例えば100Vを超える高圧電力を供給可能である。低圧電源31、32は、補機負荷2に例えば14V程度の低圧電力を供給可能である。第1実施形態では、高圧モジュール51、52は、LiC(リチウムイオンキャパシタ)等の出力型電源で構成され、低圧電源31、32は、LiB(リチウムイオン二次電池)等の容量型電源で構成されている。
The high-
2台の変電機401、402は、2つの高圧モジュール51、52に個別に対応して設けられ、低圧電源31、32と高圧モジュール51、52とを双方向に変圧可能に接続する直流電力変換装置である。変電機401、402は、一般にDC−DCコンバータ(DDC)と呼ばれる。
各変電機401、402は、低圧部(LV)441、442と中圧部(MV)461、462との間に変圧器451、452が設けられている。低圧部441、442の電圧は例えば12〜14Vであり、これに相当する電圧が補機負荷2に供給される。中圧部461、462の電圧は、概ね24〜60Vの範囲である。また、高圧モジュール51、52が直列接続されて構成される高圧電源(スタック)50の電圧は、60Vを超え数百Vまでの範囲であり、典型的には100Vを超える。
The two
In each of the
以下、図1の構成における電力収支について言及するにあたり、各出力変数の符号を矢印の向きで定義する。図1に示すように、補機負荷2側から回転機システム6側に向かう電力の符号(=矢印の向き)を正とし、その逆向きの電力の符号を負とする。
各部における電力について、補機負荷2が入出力する電力をPo、低圧電源31、32が入出力する電力をPL_1、PL_2、高圧モジュール51、52が入出力する電力をPH_1、PH_2、変電機401、402が変電する目標電力をPDCtgt_1、PDCtgt_2、回転機システム6へ供給する目標電力をPItgtというように記す。以下の説明では、「*_1、*_2(*は各変数)」を包括し、「*_i」と記す。
Hereinafter, when referring to the power balance in the configuration of FIG. 1, the sign of each output variable is defined by the direction of the arrow. As shown in FIG. 1, the sign (= direction of the arrow) of power from the
Regarding the power in each part, the power input / output by the
回転機の力行動作時や低圧電源31、32への電力供給時に高圧モジュール51、52が放電するときの高圧出力PHout_i、及び、補機負荷2の駆動時や高圧モジュール51、52への電力供給のために低圧電源31、32が放電するときの低圧出力PLout_iは、0または正の値で表される(PHout_i≧0、PLout_i≧0)。
一方、回転機の回生動作時や低圧電源31、32からの電力供給時に高圧モジュール51、52が充電されるときの高圧入力PHin_i、及び、補機負荷2の出力や高圧モジュール51、52からの電力供給により低圧電源31、32が充電されるときの低圧出力PLin_iは、0または負の値で表される(PHin_i≦0、PLin_i≦0)。
High-voltage output PHout_i when the high-
On the other hand, the high-voltage input PHin_i when the high-
次に、電源システム12の制御構成について、図2を参照して説明する。出力変数の記載において、対となる出力及び入力を、適宜「*out/*in」のように記載する。
変電機制御装置70は、低圧電源31、32及び高圧モジュール51、52にそれぞれ対応する低圧演算装置731、732、高圧演算装置751、752、並びに、変電機401、402に対応する変電演算装置74を有している。
変電演算装置74は、低圧演算装置731、732から低圧電源31、32の入出力制限値PLout_i/PLin_iを取得し、高圧演算装置751、752から高圧モジュール51、52の入出力制限値PHout_i/PHin_iを取得する。
Next, the control configuration of the
The
The
回転機制御装置8は、回転機システム6のインバータの駆動を制御することにより回転機の通電を制御する制御装置であり、いわゆるMG−ECUに相当する。以下、回転機システム6の駆動電力を「高圧動力PI」という。回転機制御装置8は、高圧動力の要求電力PIreqを演算し、さらに、高圧動力への目標出力PItgtを演算する。
The rotating
電源システム12は、変電機制御装置70と回転機制御装置8との間で、下記のように演算値を相互に通信しつつ処理を実行することを特徴とする。ここでは処理の概要のみを記載し、各演算の詳細については後述する。
(I)変電機制御装置70から回転機制御装置8に対し、入出力制限値PLout_i/PLin_i、PHout_i/PHin_i、及び、補機出力Poに基づき、式(1.1)、(1.2)により算出した電源システム出力ガード値PSout、及び電源システム入力ガード値PSinを通知する。
The
(I) Based on the input / output limit values PLout_i / PLin_i, PHout_i / PHin_i, and the auxiliary machine output Po, the transformation
PSout=k×{min(PHout_i)+min(PLout_i)}+Po
・・・(1.1)
PSin =k×{max(PHin_i)+max(PLin_i)}+Po
・・・(1.2)
上記式では、確実に制限を行うという思想に基づき、出力制限値PLout_i、PHout_i(≧0)については最小値、入力制限値PLin_i、PHin_i(≦0)については最大値を用いて演算を簡略化している。ただし、k個の入出力制限値PLout_i/PLin_i、PHout_i/PHin_iを加算するようにしてもよい。
PSout = k × {min (PHout_i) + min (PLout_i)} + Po
... (1.1)
PSin = k × {max (PHin_i) + max (PLin_i)} + Po
... (1.2)
In the above formula, based on the idea of surely limiting, the calculation is simplified using the minimum value for the output limit values PLout_i and PHout_i (≧ 0) and the maximum value for the input limit values PLin_i and PHin_i (≦ 0). ing. However, k input / output limit values PLout_i / PLin_i and PHout_i / PHin_i may be added.
(II)回転機制御装置8は、高圧動力の要求電力PIreq、及び、通知されたガード値PSout/PSinに基づき、高圧動力の供給目標電力PItgtを演算する。
(III)変電機制御装置70は、高圧動力の供給目標電力PItgtを回転機制御装置8から取得し、変電機401、402の目標出力PDCtgt_iを演算する。そして、演算結果に基づき低圧電源31、32と高圧モジュール51、52との間で電力を変換する。
(II) The rotating
(III) The variable electrical
ここで、本発明の基本的な考え方について、図3を参照して説明する。
図3(a)は、電源として用いられるキャパシタまたは電池の容量密度と出力密度との関係を示すラゴンプロットである。短破線領域の電気二重層キャパシタ(EDLC)やLiCは、容量密度が低く出力密度が高い。長破線領域の出力型LiBやニッケル金属水素化物電池(NiMH)は、容量密度、出力密度が中程度である。一点鎖線領域の容量型LiBは、容量密度が高く出力密度が低い。
Here, the basic concept of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3A is a Ragon plot showing the relationship between the capacity density and the output density of a capacitor or battery used as a power source. The electric double layer capacitor (EDLC) and LiC in the short broken line region have a low capacitance density and a high output density. The output type LiB and the nickel metal hydride battery (NiMH) in the long broken line region have medium capacity density and output density. The capacitive LiB in the one-dot chain line region has a high capacity density and a low output density.
このように、電源種によって出力/容量の比が決まるため、要求される出力/容量比と一致するように電源特性を設定すれば、ムダのない電源仕様を実現することができ、電源システムの小型化やコスト低減につながる。そこで、本発明では、二電源協調による出力/容量比の適正化により、電源仕様の最小化を図る。
図3(b)は、本発明が目標とする電源仕様を説明する容量と出力との関係図である。ここでは、図1における低圧電源31、32が容量型LiBであり、高圧モジュール51、52がLiCである例を想定して説明する。
In this way, the output / capacity ratio is determined by the power supply type. Therefore, if the power supply characteristics are set so as to match the required output / capacity ratio, a wasteful power supply specification can be realized. This leads to downsizing and cost reduction. Therefore, in the present invention, the power supply specification is minimized by optimizing the output / capacity ratio by cooperation of two power supplies.
FIG. 3B is a relationship diagram between the capacity and the output for explaining the power supply specification targeted by the present invention. Here, description will be made assuming an example in which the low-
まず、本発明と対比する比較例の電源システムについて図4を参照する。比較例の電源システム19では、変電機409に、例えば14Vの補機用電池39に接続された低圧部(LV)44と、例えば100V超の高圧電源59に接続された高圧部(HV)48とが変圧器49を解して接続されている。高圧電源59は、出力型LiBにより構成されている。この電源システム19では、要求される出力/容量比を得るために長破線で示す仕様の電源を選定する必要があるため、容量が過剰(オーバースペック)となる。
First, a power supply system of a comparative example compared with the present invention will be described with reference to FIG. In the
それに対し本発明では、短破線で示すLiC、及び、一点鎖線で示す容量型LiBの二電源を、それぞれの長所を生かしつつ併用する。つまり、高出力を生成可能なLiCをベースとして回転機システム6に電力を供給しつつ、LiCの容量不足分を容量型LiBで補う。
On the other hand, in the present invention, two power sources of LiC indicated by a short broken line and a capacitive LiB indicated by a one-dot chain line are used in combination while taking advantage of each advantage. That is, while the electric power is supplied to the
ところで、特許文献1(特開平11−252711号公報)の従来技術では、瞬発性蓄電池と出力端子との間に電流制御装置を設けている。このように、LiCと回転機システム6との間に変電装置を介在させると、回転機システム6への供給可能な最大出力は変電装置の出力能力で規制されるため、LiCの長所である応答性を低下させることとなる。したがって、LiCの高圧モジュール51、52が直列接続されて構成される高圧電源50は、回転機システム6に直結されることが好ましい。
By the way, in the prior art of patent document 1 (Unexamined-Japanese-Patent No. 11-252711), the current control apparatus is provided between the instantaneous storage battery and the output terminal. Thus, when a transformer is interposed between the LiC and the
一方、高圧電源50を構成するLiCの高圧モジュール51、52の容量不足を解消するため、容量型LiBの低圧電源31、32から、変電機401、402を介してLiCに給電し、LiCの容量(SOC)を調整する。
図3(b)において、LiCの容量Ec、容量型LiBの容量Eb、及び要求容量Erの関係は、「Ec+Eb≧Er」となるように設定される。
On the other hand, in order to eliminate the shortage of capacity of the LiC
In FIG. 3B, the relationship among the LiC capacity Ec, the capacity type LiB capacity Eb, and the required capacity Er is set to satisfy “Ec + Eb ≧ Er”.
次に、変電機制御装置70及び回転機制御装置8において実行される通常処理について、図5のフローチャート、図6〜図10の特性図(マップ)、及び、その他の図11〜図13を参照して説明する。以下のフローチャートの説明で記号Sは「ステップ」を表す。
ここで、「通常処理」とは、後述の「失陥時処理」に対し、低圧電源31、32、及び高圧モジュール51、52がいずれも正常であるときの処理である。通常処理は、回転機システム6または補機負荷2の少なくとも一方が動作している間、所定の周期で繰り返される。本実施形態では、主に車両のアイドリング時または走行時に電源システム12から回転機システム6に効率的に電力を供給することを目的とする。
Next, referring to the flowchart of FIG. 5, the characteristic diagrams (maps) of FIGS. 6 to 10, and the other FIGS. 11 to 13 for normal processing executed in the
Here, the “normal processing” is processing when the low-
変電機制御装置70は、まず、現在の各低圧電源31、32の容量(以下、「低圧容量」という)EL_i、及び、各高圧モジュール51、52の容量(以下、「高圧容量」という)EH_iを推定し、入出力制限値PLout_i/PLin_i、PHout_i/PHin_iを演算する。ここで、容量EL_i、EH_iは、いわゆるSOC(蓄電量)に相当する。
各低圧電源31、32の入出力制限値PLout_i/PLin_iは、低圧容量EL_iに応じて変化し、各高圧モジュール51、52の入出力制限値PHout_i/PHin_iは、高圧容量EH_iに応じて変化する。以下、出力変数の依存関係について、適宜、変数記号の後の( )内に、その変数が依存する変数を関数の引数として記載することにより表す。
The
The input / output limit values PLout_i / PLin_i of the low-
S201では、低圧容量EL_iを推定する。また、別途、低圧電源31、32の温度Tの情報を取得する。
S202では、図6(a)のマップを用いて、低圧容量EL_iと温度Tとに依存する低圧電源31、32の入出力制限値PLout_i(EL_i、T)/PLin_i(EL_i、T)を演算する。入力制限値PLin_iは、いわゆる充電許容電力Winに相当し、出力制限値PLout_iは、いわゆる放電許容電力Woutに相当する。
図6(a)に示す通り、EL_i≧ELmax_iのとき、PLin_i=0とし、過充電を防止する。また、EL_i≦ELmin_iのとき、PLout_i=0とし、過放電を防止する。
In S201, the low voltage capacity EL_i is estimated. Separately, information on the temperature T of the low-
In S202, the input / output limit values PLout_i (EL_i, T) / PLin_i (EL_i, T) of the low-
As shown in FIG. 6A, when EL_i ≧ ELmax_i, PLin_i = 0 is set to prevent overcharge. Further, when EL_i ≦ ELmin_i, PLout_i = 0 is set to prevent overdischarge.
同様に、S401では、高圧容量EH_iを推定する。また、別途、高圧モジュール51、52の温度Tの情報を取得する。
S402では、図6(b)のマップを用いて、高圧容量EH_iと温度Tとに依存する高圧モジュール51、52の入出力制限値PHout_i(EH_i、T)/PHin_i(EH_i、T)を演算する。入力制限値PHin_iは、いわゆる充電許容電力Winに相当し、出力制限値PHout_iは、いわゆる放電許容電力Woutに相当する。
図6(b)に示す通り、EH_i≧EHmax_iのとき、PHin_i=0とし、過充電を防止する。また、EH_i≦EHmin_iのとき、PHout_i=0とし、過放電を防止する。
Similarly, in S401, the high voltage capacity EH_i is estimated. Separately, information on the temperature T of the high-
In S402, the input / output limit value PHout_i (EH_i, T) / PHin_i (EH_i, T) of the
As shown in FIG. 6B, when EH_i ≧ EHmax_i, PHin_i = 0 is set to prevent overcharge. Further, when EH_i ≦ EHmin_i, PHout_i = 0 is set to prevent overdischarge.
ところで、図7に示すように、高圧容量EH_iは、高圧モジュール51、52の開回路電圧OCV_H_iの関数として表され、開回路電圧OCV_H_iは、高圧モジュール51、52の電圧VH_i、内部抵抗RH_i、及び電流IH_iを用いて、「OCV_H_i=VH_i−RH_i×IH_i」と規定される。この関係から、高圧モジュール51、52の状態を、容量EH_iに代えて電圧VH_iに基づいて判断することもできる。
By the way, as shown in FIG. 7, the high voltage capacity EH_i is expressed as a function of the open circuit voltage OCV_H_i of the
続いて、S502では、低圧電力PL_iに依存する低圧電源要求電力PLreq_i(PL_i)を演算する。低圧電源要求電力PLreq_iは、電源システム12における最大蓄電装置である低圧電源31、32の容量EL_i(SOC)に応じた入出力要求を示す。
図8において、SOC=0%に相当する低圧容量EL_iをEL0、SOC=100%に相当する低圧容量EL_iをEL100とする。また、補機最大出力の絶対値をPomax、必要持続時間をTcLとする。
Subsequently, in S502, the low-voltage power requirement power PLreq_i (PL_i) that depends on the low-voltage power PL_i is calculated. The low-voltage power request power PLreq_i indicates an input / output request according to the capacity EL_i (SOC) of the low-
In FIG. 8, the low voltage capacity EL_i corresponding to SOC = 0% is EL 0 , and the low voltage capacity EL_i corresponding to SOC = 100% is EL 100 . Further, the absolute value of the auxiliary machine maximum output is Pomax, and the required duration is TcL.
補機負荷2の駆動を維持可能な低圧容量ELの最小値ELmin_Ld_i及び最大値ELmax_Ld_iは、式(2.1)、(2.2)で表される。
ELmin_Ld_i=EL0 +(Pomax/k)×TcL・・・(2.1)
ELmax_Ld_i=EL100−(Pomax/k)×TcL・・・(2.2)
変電機制御装置70は、低圧容量EL_iが最小値ELmin_Ld_iを下回る場合、低圧電源31、32への充電を要求し、低圧容量ELが最大値ELmax_Ld_iを上回る場合、低圧電源31、32からの放電を要求する。
The minimum value ELmin_Ld_i and the maximum value ELmax_Ld_i of the low-pressure capacity EL that can maintain the driving of the
ELmin_Ld_i = EL 0 + (Pomax / k) × TcL (2.1)
ELmax_Ld_i = EL 100 - (Pomax / k) × TcL ··· (2.2)
When the low voltage capacity EL_i is lower than the minimum value ELmin_Ld_i, the
S503では、変電機制御装置70は、回転機制御装置8に対し、「電源システム12の全電源の能力」に相当する「高圧モジュール51、52及び低圧電源31、32の入出力能力の合計値に補機出力Poを加えた値」を「高圧動力(回転機システム6)の電力制限」として通知する。すなわち、上述の式(1.1)により算出される電源システム出力ガード値PSoutを放電制限として通知し、式(1.2)により算出される電源システム入力ガード値PSinを充電制限として通知する。
In S <b> 503, the transformation
S504では、高圧容量EH_i及び低圧容量EL_iに依存する変電要求電力PDreq_i(EH_i、EL_i)を演算する。図9は、低圧容量EL_iに対する高圧容量EH_iの比である容量比X_i=(EH_i/EL_i)を横軸とし、変電要求電力PDreq_iを縦軸としたマップである。
変電機制御装置70は、容量比X_iが基準値Xref_iに近づくように変電目標電力PDCtgtを決定する。
In S504, the required transformation power PDreq_i (EH_i, EL_i) depending on the high voltage capacity EH_i and the low voltage capacity EL_i is calculated. FIG. 9 is a map in which the horizontal axis represents the capacity ratio X_i = (EH_i / EL_i), which is the ratio of the high voltage capacity EH_i to the low voltage capacity EL_i, and the vertical axis represents the required transformation power PDreq_i.
The
変電機制御装置70は、低圧容量EL_iに比べ高圧容量EH_iが小さく、容量比X_iが閾値Xmin_iよりも小さいとき、変電要求電力PDreq_iを正の値に設定し、低圧電源31、32から高圧モジュール51、52へ充電する。一方、高圧容量EH_iに比べ低圧容量EL_iが小さく、容量比X_iが閾値Xmax_iよりも大きいとき、変電要求電力PDreq_iを負の値に設定し、高圧モジュール51、52から低圧電源31、32へ充電する。閾値Xmin_i、Xmax_iは、設計や実験により規定される。
図8において、低圧容量EL_iが最小値ELmin_Ld_iを下回る領域では、低圧電源31、32を強制充電する。なお、容量比X_i=(EH_i/EL_i)に基づく図9に代えて、「EH_i対EL_i対PDreq_i」の三次元マップを使用してもよい。
When the high-voltage capacity EH_i is smaller than the low-voltage capacity EL_i and the capacity ratio X_i is smaller than the threshold value Xmin_i, the
In FIG. 8, the low
S505では、高圧電力PH_iに依存する高圧モジュール要求電力PHreq_i(PH_i)を演算する。図10に示す例では、高圧モジュール51、52の出力PH_i(>0)が時刻t1から時刻t2まで増加し、時刻t2から時刻t3まで減少するように山型に変化しており、時刻t2を跨ぐ期間に出力制限値PHout_iを上回っている。将来の要求電力を予測しない場合、高圧電力PH_iから出力制限値PHout_iを減じた差分である静的要求電力PHreq_s_iは、破線のハッチング領域で示される。
In S505, the high-voltage module required power PHreq_i (PH_i) depending on the high-voltage power PH_i is calculated. In the example shown in FIG. 10, the output PH_i (> 0) of the high-
これに対し本実施形態では、変電機制御装置70は、高圧モジュール51、52の電力変化、すなわち電力の時間微分値(dPH_i/dt)に基づいて将来の要求電力を予測し、高圧モジュール要求電力PHreq_iを演算する。図10において、電力変化(dPH_i/dt)に適合要素αを乗じた進み補償項「α×(dPH_i/dt)」は、時刻t1から時刻t2まで正、時刻t2から時刻t3まで負となる。
将来の要求電力PHreq_iは、静的要求電力PHreq_s_iに進み補償項を加算した式(3)により演算される。
PHreq_i=PH_i+α×(dPH_i/dt)−PHout_i
・・・(3)
On the other hand, in this embodiment, the
The future required power PHreq_i is calculated by the equation (3) obtained by adding the compensation term to the static required power PHreq_s_i.
PHreq_i = PH_i + α × (dPH_i / dt) −PHout_i
... (3)
実線のハッチング領域で示す通り、進み補償項を加算した要求電力PHreq_iは、静的要求電力PHreq_s_iに対し進み側にシフトする。
このように予測を行うことにより、例えば、高圧モジュール51、52の出力PH_iが出力制限値PHout_iを上回り、出力が不足すると予測されたとき、変電機制御装置70は、予め低圧電源31、32から高圧モジュール51、52に充電するように変電機401、402を制御する。同様に、高圧モジュール51、52の入力PH_i(<0)が入力制限値PHin_iを下回り、入力が過剰となると予測されたとき、変電機制御装置70は、予め高圧モジュール51、52から低圧電源31、32に放電するように変電機401、402を制御する。
As indicated by the hatched area of the solid line, the required power PHreq_i to which the advance compensation term is added shifts to the advance side with respect to the static required power PHreq_s_i.
By performing the prediction in this way, for example, when the output PH_i of the high-
S601及びS602は、回転機制御装置8にて実行される。
S601では、回転機制御装置8は、内燃機関の熱効率改善や回生電力等の駆動主機系からの要求が反映された高圧動力要求電力PIreqを演算する。
S602では、回転機制御装置8は、高圧動力(回転機システム6)への供給目標電力PItgtを式(4)により演算する。この演算では、高圧動力要求電力PIreqと、
「i=1からkまでの低圧電源要求電力PLreq_iの合計」との和に対し、正側の上限を電源システム出力ガード値PSoutで制限し、負側の下限を電源システム入力ガード値PSinで制限する。
In S <b> 601, the rotating
In S602, the rotating
The upper limit on the positive side is limited by the power supply system output guard value PSout, and the lower limit on the negative side is limited by the power supply system input guard value PSin with respect to the sum of “low voltage power supply required power PLreq_i from i = 1 to k” To do.
S700では、変電機制御装置70は、回転機制御装置8が演算した高圧動力要求電力PIreqに基づいて、変電目標電力PDCtgt_iを式(5)により演算する。
式(5)の第1項は、高圧動力要求電力PIreqに対する高圧電力PH_iの不足量の現在値(リアルタイム値)を意味する。第2項の変電要求電力PDreq_iは、S504で得られ、高圧モジュール51、52と低圧電源31、32との容量比X_i=(EH_i/EL_i)を一定範囲に維持する要求が反映されている。第3項の高圧モジュール要求電力PHreq_iは、S505で得られ、将来の電力予測を見込んだ値である。
The first term of the equation (5) means a current value (real-time value) of the shortage amount of the high-voltage power PH_i with respect to the high-voltage power demand power PIreq. The required transformation power PDreq_i of the second term is obtained in S504, and reflects a request to maintain the capacity ratio X_i = (EH_i / EL_i) between the
ここで、複数の高圧モジュール51、52における容量序列の判定について、図11を参照して説明する。複数の高圧モジュール51、52は、同等の仕様で製作されたとしても、蓄電池の内部抵抗や自己放電率のばらつきにより容量差が生じる。そのため、電源システム12をより効率的に動作させるためには、各高圧モジュール51、52の容量を比較し、序列に応じた制御をすることが好ましい。なお、複数の高圧モジュール51、52は、後述する交互運転ではなく、同時運転されている状況を想定する。
図11のS701では、各高圧モジュール51、52の容量EH_iの逆数比を演算する。つまり、容量EH_iが低い高圧モジュールほど、逆数比は大きくなる。
S702では、容量EH_iの逆数比に基づき、変電目標電力PDCtgt_iの合計値を按分する。
Here, determination of the capacity order in the plurality of high-
In S701 of FIG. 11, the reciprocal ratio of the capacity EH_i of each
In S702, the total value of the transformation target power PDCtgt_i is apportioned based on the reciprocal ratio of the capacity EH_i.
その結果、低圧電源31、32から複数の高圧モジュール51、52に充電するとき、容量EH_iが相対的に低い高圧モジュールが優先的に充電される。また、複数の高圧モジュール51、52から低圧電源31、32に放電するとき、容量EH_iが相対的に高い高圧モジュールから優先的に放電するようにする。
なお、按分後の変電目標電力PDCtgt_iが低圧電源の入出力能力を超える場合、不足分を他の低圧電源で補償するようにしてもよい。変電目標電力PDCtgt_iが変電機の最大能力を超える場合についても同様である。
As a result, when charging the plurality of high-
In addition, when the substation target power PDCtgt_i after apportionment exceeds the input / output capability of the low-voltage power supply, the shortage may be compensated by another low-voltage power supply. The same applies to the case where the transformation target power PDCtgt_i exceeds the maximum capacity of the transformer.
続いて、複数の変電機401、402の交互運転モードまたは同時運転モードの選択について、図12、図13を参照して説明する。
変電機の全数が2台(k=2)の場合、交互運転とは、変電機を所定周期毎に1台ずつ交互に運転することをいう。また、同時運転とは、2台の変電機を同時に運転することをいう。変電機の全数が3台(k=3)の場合、交互運転は、さらに1台での交互運転と2台での交互運転とに分けられる。変電機の全数がn台(k=n)の場合、1台での交互運転から(n−1)台での交互運転までの(n−1)通りの交互運転を選択可能である。
Next, selection of the alternating operation mode or the simultaneous operation mode of the plurality of
When the total number of transformers is two (k = 2), the alternating operation means that the transformers are alternately operated one by one at predetermined intervals. Simultaneous operation means that two transformers are operated simultaneously. When the total number of transformers is three (k = 3), the alternate operation is further divided into alternate operation with one unit and alternate operation with two units. When the total number of transformers is n (k = n), it is possible to select (n-1) alternating operations from alternating operation with one device to alternating operation with (n-1) devices.
図12は、変電機の全数が(a)2台の場合、及び、(b)3台の場合における、複数の変電機の「1台あたりの目標電力PDCtgt_i」と「変換効率(1台平均)」との関係を示す特性図である。効率特性曲線Eff1、Eff2、Eff3は、それぞれ、1台運転時、2台運転時、3台運転時の平均効率特性を示している。
横軸のPDC_EffTh1、PDC_EffTh2は、それぞれ、効率特性曲線Eff1とEff2との交点、効率特性曲線Eff2とEff3との交点に相当する「1台あたりの目標電力PDCtgt_i」であり、1台運転及び2台運転での効率閾値である。
FIG. 12 shows the “target power PDCtgt_i” and “conversion efficiency (average of one unit) of a plurality of substations when the total number of substations is (a) 2 and (b) 3 units. FIG. Efficiency characteristic curves Eff1, Eff2, and Eff3 represent average efficiency characteristics during one unit operation, two unit operation, and three unit operation, respectively.
PDC_EffTh1 and PDC_EffTh2 on the horizontal axis are “target power per unit PDCtgt_i” corresponding to the intersection of the efficiency characteristic curves Eff1 and Eff2, and the intersection of the efficiency characteristic curves Eff2 and Eff3, respectively. It is an efficiency threshold in operation.
図12に示すように、変換効率が最大となる変電機の台数は、変電機1台あたりの目標電力PDCtgt_iに応じて変化する。そのため、図13のフローチャートにより、最適な運転モードを選択する。図13では、変電機の全数をn台(n≧3)として記す。
S801では、式(6.1)の成否を判定する。
PDCtgt_i≦PDC_EffTh1 ・・・(6.1)
S801でYESのとき、S802にて「1台交互運転」を選択する。
S801でNOのとき、S803では、式(6.2)の成否を判定する。
PDC_EffTh1<PDCtgt_i≦PDC_EffTh2・・・(6.2)
S803でYESのとき、S804にて「2台交互運転」を選択する。
As shown in FIG. 12, the number of the substations with the maximum conversion efficiency changes according to the target power PDCtgt_i per substation. Therefore, the optimum operation mode is selected according to the flowchart of FIG. In FIG. 13, the total number of transformers is indicated as n (n ≧ 3).
In S801, the success or failure of Formula (6.1) is determined.
PDCtgt_i ≦ PDC_EffTh1 (6.1)
When YES in S801, “single unit alternate operation” is selected in S802.
When NO in S801, the success or failure of the formula (6.2) is determined in S803.
PDC_EffTh1 <PDCtgt_i ≦ PDC_EffTh2 (6.2)
When YES is determined in S803, “two-unit alternate operation” is selected in S804.
以下、同様の判定を繰り返し、S805では、式(6.3)の成否を判定する。
PDC_EffTh(n−2)<PDCtgt_i≦PDC_EffTh(n−1)
・・・(6.3)
S805でYESのとき、S806にて「(n−1)台交互運転」を選択する。S805でNOのとき、消去法により、式(6.4)が成立する。
PDC_EffTh(n−1)<PDCtgt_i ・・・(6.4)
よって、S807にて「n台同時運転」を選択する。
Thereafter, the same determination is repeated, and in S805, the success or failure of the formula (6.3) is determined.
PDC_EffTh (n−2) <PDCtgt_i ≦ PDC_EffTh (n−1)
... (6.3)
When YES in S805, “(n-1) vehicle alternate operation” is selected in S806. When NO in S805, Expression (6.4) is established by the erasing method.
PDC_EffTh (n−1) <PDCtgt_i (6.4)
Therefore, “n simultaneous operation” is selected in S807.
また、例えば変電機の全数が3台(k=3)で2台交互運転する場合の変電機の選定については、昇圧時には、高圧容量EH_iが大きい2つの高圧モジュールに対応する変電機を選定し、降圧時には、高圧容量EH_iが小さい2つの高圧モジュールに対応する変電機を選定するという方法がある。切替周期は、電源システム12の総容量等に基づいて設定すればよい。
In addition, for example, when the total number of substations is three (k = 3) and two units are operated alternately, substations corresponding to two high-voltage modules having a large high-voltage capacity EH_i are selected during boosting. There is a method of selecting a substation corresponding to two high voltage modules having a small high voltage capacity EH_i at the time of step-down. The switching cycle may be set based on the total capacity of the
図5に戻り、通常処理最後のステップであるS900では、変電機401、402の回路スイッチ動作を行う。このステップは周知技術であるため、詳細な説明を省略する。
以上で通常処理の説明を終了する。
Returning to FIG. 5, in S900, which is the final step of the normal processing, the circuit switching operation of the
This is the end of the description of the normal process.
次に、図14のシステム図、及び図15〜図17のフローチャートを参照し、低圧電源31、32のいずれか、または、高圧モジュール51、52のいずれかが失陥したときの処理について説明する。図15のメインフローチャートでは、図5の通常処理におけるステップ番号を援用する。
図14には、例として高圧モジュール52がオープン故障し、蓄電不能となった状態を示す。この場合、回転機の力行動作時には、変電機制御装置70は、実線矢印[H]で示すように、失陥した高圧モジュール52に対応する変電機402から回転機システム6に電力を供給するように変電機402を制御する。これにより、退避走行が可能となる。
また、回転機の回生動作時には、破線矢印[L]で示すように、正常な高圧モジュール51に対応する変電機401を経由して、低圧電源31、32に電力が回生される。
Next, with reference to the system diagram of FIG. 14 and the flowcharts of FIGS. 15 to 17, processing when one of the low
FIG. 14 shows a state where, as an example, the
Further, during the regenerative operation of the rotating machine, power is regenerated to the low-
図15に示すように、失陥時処理では、低圧電源31、32及び高圧モジュール51、52について、それぞれ内部抵抗判定(S100、S300)を行った後、変電機401、402が正常か否か(S501)に応じて、以下の処理を場合分けする。
As shown in FIG. 15, in the failure process, whether or not the
まず、図16のサブフローチャートに示す低圧内部抵抗判定では、低圧電流IL_i、電圧VL_iを測定し(S101)、低圧内部抵抗RL_i(=VL_i/IL_i)を演算する(S102)。
低圧内部抵抗RL_iが下限値RLmin_iから上限値RLmax_iまでの範囲内であれば(S103:YES、S104:YES)、「A」のルートでメインフローチャートに合流し、通常処理のS201〜S202を実行する。
First, in the low voltage internal resistance determination shown in the sub-flowchart of FIG. 16, the low voltage current IL_i and the voltage VL_i are measured (S101), and the low voltage internal resistance RL_i (= VL_i / IL_i) is calculated (S102).
If the low-voltage internal resistance RL_i is within the range from the lower limit value RLmin_i to the upper limit value RLmax_i (S103: YES, S104: YES), the main flowchart is joined through the route “A”, and S201 to S202 of normal processing are executed. .
低圧内部抵抗RL_iが下限値RLmin_iを下回っていれば(S103:NO)、その低圧電源が短絡していると判定し、ヒューズ、リレー、その他のブレーカにより故障箇所を遮断(S105)した後、S106に移行する。
低圧内部抵抗RL_iが上限値RLmax_iを上回っていれば(S104:NO)、その低圧電源が断線または劣化していると判定し、S106に移行する。S106では、低圧入出力制限値を「PLin_i=0、PLout_i=0」に設定し、「B」のルートでメインフローチャートに合流する。
If the low-voltage internal resistance RL_i is below the lower limit value RLmin_i (S103: NO), it is determined that the low-voltage power supply is short-circuited, and the failure location is shut off by a fuse, relay, or other breaker (S105), and then S106 Migrate to
If the low voltage internal resistance RL_i exceeds the upper limit value RLmax_i (S104: NO), it is determined that the low voltage power source is disconnected or deteriorated, and the process proceeds to S106. In S106, the low-pressure input / output limit value is set to “PLin_i = 0, PLout_i = 0”, and joins the main flowchart through the route “B”.
また、図17のサブフローチャートに示す高圧内部抵抗判定では、高圧電流IH_i、電圧VH_iを測定し(S301)、高圧内部抵抗RH_i(=VH_i/IH_i)を演算する(S302)。
高圧内部抵抗RH_iが下限値RHmin_iから上限値RHmax_iまでの範囲内であれば(S303:YES、S304:YES)、「C」のルートでメインフローチャートに合流し、通常処理のS401〜S402を実行する。
In the high-voltage internal resistance determination shown in the sub-flowchart of FIG. 17, the high-voltage current IH_i and the voltage VH_i are measured (S301), and the high-voltage internal resistance RH_i (= VH_i / IH_i) is calculated (S302).
If the high-voltage internal resistance RH_i is within the range from the lower limit value RHmin_i to the upper limit value RHmax_i (S303: YES, S304: YES), the main flow chart is joined through the route “C”, and the normal processes S401 to S402 are executed. .
高圧内部抵抗RH_iが下限値RHmin_iを下回っていれば(S303:NO)、その高圧モジュールが短絡していると判定し、ヒューズ、リレー、その他のブレーカにより故障箇所を遮断(S305)した後、S306に移行する。
高圧内部抵抗RH_iが上限値RHmax_iを上回っていれば(S304:NO)、その高圧モジュールが断線または劣化していると判定し、S306に移行する。S306では、高圧入出力制限値を「PHin_i=0、PHout_i=0」に設定し、「D」のルートでメインフローチャートに合流する。
If the high-voltage internal resistance RH_i is below the lower limit value RHmin_i (S303: NO), it is determined that the high-voltage module is short-circuited, and the failure location is blocked by a fuse, relay, or other breaker (S305), and then S306 Migrate to
If the high voltage internal resistance RH_i exceeds the upper limit value RHmax_i (S304: NO), it is determined that the high voltage module is disconnected or deteriorated, and the process proceeds to S306. In S306, the high-voltage input / output limit value is set to “PHin_i = 0, PHout_i = 0”, and joins the main flowchart through the route “D”.
次に、図15のS501で変電機401、402が正常か異常かを判定する。
変電機401及び変電機402がいずれも正常の場合(S501:YES)には、通常処理のS502〜S505、S601〜S602、S700を実施した後、回路SW動作(S900)を実行する。
変電機401または変電機402が異常の場合(S501:NO)には、運転者に警告を表示し、高圧電源50の許容範囲内で回転機システム6に電力供給しつつ、低圧電源31、32は、残容量の限り補機負荷2に電力供給する。
Next, in S501 of FIG. 15, it is determined whether the
When both the
When the
詳しくは、運転者に停止指示し(S506)、「低圧電源要求電力PLreq_i=0」に設定する(S507)。また、高圧動力の電力制限として、放電制限について「出力ガード値PSout=k×min(PHout_i)」、充電制限について「入力ガード値PSin=k×max(PHin_i)」を通知する(S508)。
さらに、「変電目標電力PDCtgt_i=0」、「高圧モジュール要求電力PHreq_i=0」に設定する(S509、S510)。その後、通常処理のS601〜S602以降のステップを実行する。
Specifically, the driver is instructed to stop (S506) and set to “low-voltage power requirement power PLreq_i = 0” (S507). Further, “output guard value PSout = k × min (PHout_i)” regarding discharge limitation and “input guard value PSin = k × max (PHin_i)” regarding charging limitation are notified as power limitation of high-voltage power (S508).
Furthermore, “transformation target power PDCtgt_i = 0” and “high-voltage module required power PHreq_i = 0” are set (S509, S510). Then, the steps after S601 to S602 of the normal process are executed.
(効果)
(1)本実施形態の電源システム12は、高圧負荷としての回転機システム6に大電力を供給可能な高圧電源50を構成する複数の高圧モジュール51、52と、補機負荷2に電力を供給する低圧電源31、32とを、複数の高圧モジュール51、52に個別に対応して設けられ双方向に変圧可能な変電機401、402で接続する。
変電機制御装置70は、低圧電源31、32の容量または入出力が適正範囲から外れたとき、高圧モジュール51、52により補完し、複数の高圧モジュール51、52の容量または入出力の合計が適正範囲から外れたとき、低圧電源31、32により補完するように変電機401、402を制御するため、各電源の長所を生かしつつ、短所を補うことができる。
これにより、電源仕様を過剰に大きくすることなく、回転機システム6(高圧負荷)の要求特性に応じて、出力と容量とのバランスを適正化することができる。よって、小型で低コストの電源システムを提供することができる。
(effect)
(1) The
When the capacity or input / output of the low
Thereby, the balance between the output and the capacity can be optimized according to the required characteristics of the rotating machine system 6 (high voltage load) without excessively increasing the power supply specification. Therefore, a small and low-cost power supply system can be provided.
また、変電機制御装置70は、回転機制御装置8に対し、複数の高圧モジュール51、52及び低圧電源31、32の入出力能力の合計値を通知する。そして回転機制御装置8は、通知された合計値をガード値PSout、PSinとして回転機システム6の要求電力PIreqを制限し、供給目標電力PItgtを演算する。さらに変電機制御装置70は、回転機制御装置8が演算した供給目標電力PItgtに基づいて変電目標電力PDCtgt_iを演算し、電力変換を実行する。
このように、変電機制御装置70と回転機制御装置8とが相互に情報を交換するため、特に車両のアイドリング時または走行時において、各電源の能力を適切に反映した効率的な電力供給制御を行うことができる。
In addition, the
As described above, since the electrical
(2)変電機制御装置70は、複数の変電機401、402の「1台あたりの目標電力」と「運転台数毎の変換効率」との関係に応じて、変換効率が最大となる変電機401、402の台数が複数の変電機の台数未満の場合、当該台数の変電機を「交互運転」する。また、変換効率が最大となる変電機の台数が複数の変電機401、402の全数である場合、全数の変電機を「同時運転」する。
このように、変電機1台あたりの目標電力に応じて、変電機の運転台数を随時選択することにより、変換効率を最大化することができる。
(2) The transformation
As described above, the conversion efficiency can be maximized by selecting the number of operating sub-machines as needed according to the target power per sub-machine.
(3)本実施形態では、複数の高圧モジュール51、52は、LiC等の高出力型電源で構成され、低圧電源31、32は、LiB等の高容量型電源で構成されている。これにより、ハイブリッド自動車等における高出力且つ低容量の要求仕様に対し最適な電源仕様を提供することができる。よって、電源への高頻度な入出力による充放電ロス低減、回転機との電力入出力向上による内燃機関の熱効率向上、回転機からの入力向上による回生効率の向上効果により、システム全体でのエネルギ効率が向上する。
(3) In the present embodiment, the plurality of high-
(4)変電機制御装置70は、複数の高圧モジュール51、52の容量EH_iまたは電圧VH_iの合計が所定値よりも低下したとき、低圧電源31、32から複数の高圧モジュール51、52に充電するように変電機401、402を制御する。
また、変電機制御装置70は、複数の高圧モジュール51、52の容量EH_iまたは電圧VH_iの合計が所定値よりも上昇したとき、複数の高圧モジュール51、52から低圧電源31、32に放電するように変電機401、402を制御する。
これにより、高圧電力要求に対し過放電または過充電となることを防止し、高圧電源5の容量EHを適正に維持することができる。
(4) When the total of the capacity EH_i or the voltage VH_i of the plurality of
Further, when the total of the capacity EH_i or the voltage VH_i of the plurality of
As a result, overdischarge or overcharge can be prevented in response to a high voltage power request, and the capacity EH of the high voltage power supply 5 can be maintained appropriately.
(5)変電機制御装置70は、複数の高圧モジュール51、52の容量EH_iの序列を判定する。そして、低圧電源31、32から複数の高圧モジュール51、52に充電するとき、容量EH_iが相対的に低い高圧モジュールに優先的に充電する。また、複数の高圧モジュール51、52から低圧電源31、32に放電するとき、容量EH_iが相対的に高い高圧モジュールから優先的に放電する。
これにより、複数の高圧モジュール間で発生した容量(蓄電量)の差を無くし、平均化することができる。
(5) The transformation
Thereby, the difference of the capacity | capacitance (electric storage amount) which generate | occur | produced between several high voltage modules can be eliminated, and it can average.
(6)変電機制御装置70は、高圧モジュール51、52の電力変化(dPH_i/dt)に基づいて将来の高圧モジュール要求電力PHreq_iを予測する。その結果、例えば高圧電力要求に対する不足分を低圧電源31、32から補うことができるため、高圧モジュール51、52の出力仕様を低減することができる。
(6) The variable electrical
(7)変電機制御装置70は、低圧電源31、32の容量EL_iが最小値ELmin_Ld_iを下回っているとき、回転機制御装置8に対し回転機による発電を要求する。これにより、補機負荷2への電力供給を適正に維持することができる。
(7) When the capacity EL_i of the low-
(8)変電機制御装置70は、複数の高圧モジュール51、52のうち例えば高圧モジュール52が失陥したとき、失陥した高圧モジュール52に対応する変電機402から回転機システム6に電力を供給するように変電機402を制御する。
これにより、非常時機能縮退運転が可能となる。特にハイブリッド自動車に適用される場合には、退避走行が可能となる。
(8) When the
Thereby, an emergency function degenerate operation is possible. In particular, when applied to a hybrid vehicle, retreat travel is possible.
(9)変電機制御装置70は、回転機制御装置8からの電力要求があり、且つ、複数の高圧モジュール51、52の少なくとも一部が失陥したとき、低圧電源から、失陥した高圧モジュールに対応する変電機を経由して回転機システム6に電力を供給するように変電機を制御する。これにより、高圧モジュール51、52の一部または全部が失陥しても、回転機のクランキングによる内燃機関の始動が可能となる。
(9) When the electric
(第2実施形態)
図18に示すように、本発明の第2実施形態の電源システム11は、低圧電源3が1つである点が図1に示す第1実施形態と異なる。各変電機401、402の低圧部441、442は、低圧電源3に対し並列に接続されている。また、低圧電源3が1つであることに対応し、図2の変電機制御装置70における低圧演算装置731、732は、1つのブロックに統合される。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 18, the
本発明の構成では、高圧モジュール及び変電機は、同数の複数であることが要件となっているが、低圧電源については高圧モジュール及び変電機の数と関係なく設定してよい。例えば、高圧モジュール及び変電機を各三つ設け、そのうち2つの変電機に接続される低圧電源と、残り1つの変電機に1対1に接続される低圧電源との2つの低圧電源を設けるという構成もあり得る。 In the configuration of the present invention, it is a requirement that the number of high-voltage modules and transformers be the same, but the low-voltage power supply may be set regardless of the number of high-voltage modules and transformers. For example, three high-voltage modules and transformers are provided, and two low-voltage power sources, one low-voltage power source connected to two transformers and one low-voltage power source connected to the remaining one transformer, are provided. There can also be a configuration.
(その他の実施形態)
出力型電源及び容量型電源の具体的な選定は上記実施形態に例示したものに限らない。高圧負荷(回転機システム)の要求仕様に応じて、適当な電源を選択すればよい。
また、補機負荷の駆動電圧が低圧電源の電圧よりも低い場合、低圧電源と補機負荷との間に更に降圧コンバータを設けてもよい。
(Other embodiments)
Specific selection of the output power source and the capacitive power source is not limited to those exemplified in the above embodiment. An appropriate power source may be selected according to the required specifications of the high-voltage load (rotary machine system).
Further, when the driving voltage of the auxiliary load is lower than the voltage of the low-voltage power supply, a step-down converter may be further provided between the low-voltage power supply and the auxiliary load.
本発明の電源システムは、ハイブリッド自動車に搭載される回転機システム及び補機負荷に限らず、他のいかなる用途の回転機システム及び補機負荷に直流電力を供給する電源システムに適用されてもよい。例えば重機の動力源のように、瞬発的に大電力を出力する要求と小電力を持続的に出力する要求とが併存するシステムにおいて、本発明は有効に適用される。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
The power supply system of the present invention is not limited to a rotating machine system and an auxiliary load mounted in a hybrid vehicle, and may be applied to a rotating machine system and an auxiliary load for supplying DC power to an auxiliary load for any other purpose. . For example, the present invention is effectively applied to a system in which a request for outputting high power instantaneously and a request for continuously outputting low power coexist, such as a power source of a heavy machine.
As mentioned above, this invention is not limited to the said embodiment at all, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement with a various form.
12、11・・・電源システム、
2 ・・・補機負荷、
31、32・・・低圧電源、
401、402・・・変電機、
50・・・高圧電源、
51、52・・・高圧モジュール、
6 ・・・回転機システム、
70・・・変電機制御装置、
8 ・・・回転機制御装置。
12, 11 ... power supply system,
2 ... Auxiliary load,
31, 32 ... low voltage power supply,
401, 402 ... transforming machine,
50 ... High voltage power supply,
51, 52 ... high pressure module,
6 ・ ・ ・ Rotary machine system,
70 ... Electric transformer control device,
8: Rotating machine control device.
Claims (12)
前記主機以外の補機負荷(2)に直流電力を供給可能な少なくとも1つの低圧電源(31、32)と、
前記複数の高圧モジュールに個別に対応して設けられ、前記複数の高圧モジュールと前記低圧電源とを双方向に変圧可能に接続する複数の変電機(401、402)と、
前記低圧電源の容量または入出力が適正範囲から外れたとき、前記高圧モジュールにより補完し、前記複数の高圧モジュールの容量または入出力の合計が適正範囲から外れたとき、前記低圧電源により補完するように前記変電機を制御する変電制御装置(70)と、
を備えることを特徴とする電源システム。 A high-voltage power source (50) configured by connecting a plurality of high-voltage modules (51, 52) in series and capable of supplying DC power to a rotating machine system (6) that drives a rotating machine as a main machine, and auxiliary equipment other than the main machine At least one low-voltage power supply (31, 32) capable of supplying DC power to the load (2);
A plurality of transformers (401, 402) provided individually corresponding to the plurality of high-voltage modules and connecting the plurality of high-voltage modules and the low-voltage power supply in a bidirectionally transformable manner;
When the capacity or input / output of the low-voltage power source is out of the proper range, the high-voltage module is supplemented. When the capacity or input / output of the plurality of high-voltage modules is out of the proper range, the low-voltage power source is supplemented. A substation control device (70) for controlling the substation;
A power supply system comprising:
前記低圧電源から前記複数の高圧モジュールに充電するとき、容量が相対的に低い前記高圧モジュールに優先的に充電することを特徴とする請求項4に記載の電源システム。 The transformer control device determines an order of capacities of the plurality of high-voltage modules;
5. The power supply system according to claim 4, wherein when charging the plurality of high-voltage modules from the low-voltage power supply, the high-voltage modules having a relatively low capacity are preferentially charged.
前記複数の高圧モジュールから前記低圧電源に放電するとき、容量が相対的に高い前記高圧モジュールから優先的に放電することを特徴とする請求項5に記載の電源システム。 The transformer control device determines an order of capacities of the plurality of high-voltage modules;
6. The power supply system according to claim 5, wherein when discharging from the plurality of high-voltage modules to the low-voltage power supply, the high-voltage modules having a relatively high capacity are preferentially discharged.
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