JP2016171637A - Power supply system - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a power supply system that includes two DC power supplies and can selectively connect these DC power supplies in series or in parallel to a load circuit.
充放電が可能な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特定の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つの直流電源の端子間電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を負荷回路に印加することができる。即ち、従来装置は、特定のスイッチング素子を昇圧チョッパ回路の下アーム素子として作動させることができる。 In addition, the conventional device switches a specific switching element that is not maintained in a conductive state among the four switching elements between a conductive state and a cut-off state (off state), and thus energy stored in the reactor. By controlling the voltage, the voltage between the terminals of the two DC power supplies can be boosted, and the boosted voltage can be applied to the load circuit. In other words, the conventional device can operate a specific switching element as the lower arm element of the step-up chopper circuit.
或いは、従来装置は、負荷回路が直流電圧(出力電圧)を発生させるとき、他の特定のスイッチング素子を導通状態と遮断状態との間で切り替え、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出力電圧を降圧し、その降圧した電圧を2つの直流電源に印加することができる。即ち、従来装置は、特定のスイッチング素子を降圧チョッパ回路の上アーム素子として作動させることができる。 Alternatively, when the load circuit generates a DC voltage (output voltage), the conventional device switches the other specific switching element between the conductive state and the cut-off state, and controls the energy stored in the reactor to output The voltage can be stepped down and the stepped down voltage can be applied to two DC power supplies. In other words, the conventional device can operate a specific switching element as the upper arm element of the step-down chopper circuit.
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。 For example, the conventional apparatus executes the parallel connection mode when the voltage required by the load circuit (required voltage) is low, and executes the series connection mode when the required voltage is high. More specifically, if the required voltage is lower than the sum of the voltages between the terminals of the two DC power supplies, the conventional device executes the parallel connection mode. On the other hand, if the required voltage is higher than the sum of the voltages between the terminals of the two DC power supplies, the conventional device executes the series connection mode.
しかしながら、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、パラレル接続モード及び/又はシリーズ接続モードの実行が不可能となり得る。加えて、スイッチング素子の短絡故障が発生すると、直流電源の端子間電圧を昇圧することが不可能となり得る。即ち、スイッチング素子の短絡故障によって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。 However, when the switching element is in a conductive state and cannot be switched (hereinafter also referred to as “short-circuit failure”), the parallel connection mode and / or the series connection mode cannot be executed. In addition, when a short circuit failure of the switching element occurs, it may be impossible to boost the voltage between the terminals of the DC power supply. That is, there is a risk that it is difficult for the conventional device to stably supply power to the load circuit due to a short circuit failure of the switching element.
そこで、本発明の目的の一つは、特定のスイッチング素子の短絡故障の発生を検出することが可能な電源システムを提供することである。 Accordingly, one of the objects of the present invention is to provide a power supply system that can detect the occurrence of a short-circuit fault in a specific switching element.
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、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4半導体スイッチと、高圧側コンデンサと、高圧側電圧センサ及び低圧側電圧センサと、制御部と、を備えている。 A power supply system for achieving the above object (hereinafter also referred to as “the device of the present invention”) is connected to a load circuit and used to supply DC power to the load circuit, A negative electrode connection point, a feed line, a first DC power source, and a second DC power source are provided. The device of the present invention further includes first to fourth semiconductor switches, a high-voltage side capacitor, a high-voltage side voltage sensor and a low-voltage side voltage sensor, and a control unit.
前記給電線は、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。 The power supply line connects the positive electrode connection point and the negative electrode connection point, a first connection point between the positive electrode connection point and the negative electrode connection point, and the first connection point and the negative electrode connection point A second connection point in between, a third connection point between the second connection point and the negative connection point, and a fourth connection point between the third connection point and the negative connection point .
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直流電源及び前記第2直流電源のそれぞれは、充放電が可能である。 A positive electrode of the first DC power supply is connected to the first connection point, and a negative electrode of the first DC power supply is connected to the third connection point. A positive electrode of the second DC power supply is connected to the second connection point, and a negative electrode of the second DC power supply is connected to the fourth connection point. Each of the first DC power supply and the second DC power supply can be charged and discharged.
前記第1半導体スイッチは、前記給電線の前記正極接続点と前記第1接続点との間の部分に介装され、同正極接続点から同第1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3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4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。 The first semiconductor switch is interposed between the positive electrode connection point and the first connection point of the power supply line, and cuts off only a current flowing from the positive electrode connection point to the first connection point. it can. The second semiconductor switch is interposed in a portion between the first connection point and the second connection point of the feeder line, and cuts off only a current flowing from the first connection point to the second connection point. be able to. The third semiconductor switch is interposed between the second connection point and the third connection point of the power supply line, and cuts off only a current flowing from the second connection point to the third connection point. be able to. The fourth semiconductor switch is interposed in a portion between the third connection point and the fourth connection point of the feeder line, and cuts off only a current flowing from the third connection point to the fourth connection point. be able to.
前記第1半導体スイッチ乃至第4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4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4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。 Each of the first to fourth semiconductor switches is configured by combining, for example, a switching element such as an IGBT and a MOSFET and a diode connected in reverse parallel to the switching element. Each of the first semiconductor switch to the fourth semiconductor switch cuts off only one-way current when the included switching element is in a cut-off state, and the state of the semiconductor switch at this time is also referred to as a “cut-off state”. On the other hand, each of the first to fourth semiconductor switches conducts current in both directions when the enclosing switching element is in a conducting state, and the state of the semiconductor switch at this time is also referred to as a “conducting state”.
前記高圧側コンデンサは、一端が前記正極接続点に接続され、他端が前記負極接続点に接続されている。即ち、高圧側コンデンサは、前記正極接続点と前記負極接続点との間に接続されている。前記高圧側電圧センサは、前記正極接続点と前記負極接続点との間の電圧(即ち、前記高圧側コンデンサの端子間電圧)である高圧側電圧を検出する。前記低圧側電圧センサは、前記第2直流電源の端子間電圧である低圧側電圧を検出する。 The high-voltage side capacitor has one end connected to the positive electrode connection point and the other end connected to the negative electrode connection point. That is, the high-voltage side capacitor is connected between the positive electrode connection point and the negative electrode connection point. The high voltage side voltage sensor detects a high voltage side voltage that is a voltage between the positive electrode connection point and the negative electrode connection point (that is, a voltage across terminals of the high voltage side capacitor). The low voltage side voltage sensor detects a low voltage side voltage which is a voltage between terminals of the second DC power supply.
前記制御部は、前記第1半導体スイッチ乃至前記第4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(即ち、各半導体スイッチの状態を導通状態と遮断状態との間で切り替えることによって)、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。 The control unit controls the conduction state of each of the first semiconductor switch to the fourth semiconductor switch (that is, by switching the state of each semiconductor switch between a conduction state and a cutoff state), A parallel connection mode in which the first DC power source and the second DC power source are connected in parallel to the load circuit, and the first DC power source and the second DC power source are connected in series to the load circuit. The series connection mode is selectively executed.
加えて、前記制御部は、前記第1半導体スイッチ乃至前記第4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直流電源及び/又は前記第2直流電源の端子間電圧を昇圧して前記正極接続点及び前記負極接続点の間に印加し或いは同正極接続点及び同負極接続点の間の電圧を降圧して同第1直流電源及び/又は同第2直流電源に印加する。 In addition, the control unit boosts a voltage between the terminals of the first DC power source and / or the second DC power source by controlling a conduction state of each of the first to fourth semiconductor switches. The voltage is applied between the positive electrode connection point and the negative electrode connection point, or the voltage between the positive electrode connection point and the negative electrode connection point is stepped down and applied to the first DC power source and / or the second DC power source.
更に、前記制御部は、前記高圧側コンデンサに蓄積された電荷によって前記高圧側電圧が前記低圧側電圧よりも高くなっているときに前記第1半導体スイッチを遮断状態から導通状態に制御した場合、前記高圧側電圧が前記低圧側電圧と等しくなれば、前記第2半導体スイッチに短絡故障が発生していると判定する。 Further, when the high-voltage side voltage is higher than the low-voltage side voltage by the charge accumulated in the high-voltage side capacitor, the control unit controls the first semiconductor switch from the cut-off state to the conductive state, If the high-voltage side voltage is equal to the low-voltage side voltage, it is determined that a short circuit fault has occurred in the second semiconductor switch.
第1半導体スイッチ及び第2半導体スイッチが共に導通状態であれば、高圧側コンデンサと第2直流電源とを含む閉回路が形成される(図8の太線B1を参照。)。高圧側コンデンサに電荷が蓄積されることによって同コンデンサの端子間電圧(即ち、高圧側電圧)が第2直流電源の端子間電圧(即ち、低圧側電圧)よりも高ければ、この閉回路が形成されたとき、電荷が高圧側コンデンサから第2直流電源に移動する。即ち、第2直流電源が充電される。その結果、高圧側電圧と低圧側電圧とが互いに等しくなる。 If both the first semiconductor switch and the second semiconductor switch are in a conductive state, a closed circuit including a high-voltage side capacitor and a second DC power supply is formed (see a thick line B1 in FIG. 8). If a charge is accumulated in the high-voltage side capacitor, the closed circuit is formed if the voltage between the terminals of the capacitor (ie, the high-voltage side voltage) is higher than the voltage between the terminals of the second DC power supply (ie, the low-voltage side voltage). When this is done, the charge moves from the high voltage side capacitor to the second DC power source. That is, the second DC power supply is charged. As a result, the high voltage and the low voltage are equal to each other.
例えば、低圧側電圧を平滑化するため、コンデンサ(便宜上、「低圧側コンデンサ」とも称呼される。)が第2接続点及び第4接続点に対して第2直流電源と並列に接続されている場合がある。この場合であっても、高圧側電圧が低圧側電圧よりも高ければ、上記閉回路が形成されたとき、電荷が高圧側コンデンサから第2直流電源及び低圧側コンデンサに移動する。即ち、高圧側電圧と低圧側電圧とが互いに等しくなる。 For example, in order to smooth the low-voltage side voltage, a capacitor (also referred to as “low-voltage side capacitor” for convenience) is connected in parallel with the second DC power supply to the second connection point and the fourth connection point. There is a case. Even in this case, if the high-voltage side voltage is higher than the low-voltage side voltage, when the closed circuit is formed, the charge moves from the high-voltage side capacitor to the second DC power source and the low-voltage side capacitor. That is, the high-voltage side voltage and the low-voltage side voltage are equal to each other.
従って、高圧側電圧が低圧側電圧よりも高い場合、制御部が、第1半導体スイッチのみを遮断状態から導通状態に制御したときに高圧側電圧が低圧側電圧と等しくなれば、上記閉回路が形成されており、以て、第2半導体スイッチに短絡故障が発生していると判定できる。 Therefore, when the high-voltage side voltage is higher than the low-voltage side voltage, if the high-voltage side voltage becomes equal to the low-voltage side voltage when the control unit controls only the first semiconductor switch from the cutoff state to the conductive state, the closed circuit is Thus, it can be determined that a short-circuit fault has occurred in the second semiconductor switch.
従って、本発明装置によれば、第2半導体スイッチの短絡故障の発生を検出することができる。 Therefore, according to the device of the present invention, it is possible to detect the occurrence of a short circuit fault in the second semiconductor switch.
<第1実施形態>
以下、図面を参照しながら本発明の第1実施形態に係る電源システム10(以下、「第1システム」とも称呼される。)について説明する。第1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。
<First Embodiment>
Hereinafter, a power supply system 10 (hereinafter also referred to as “first system”) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The first system is mounted on a
第1システムは、第1給電部20、第2給電部30、スイッチ部40、高圧側コンデンサ51及びECU(電子制御ユニット)60を含んでいる。車両1は、更に、インバータ70及び電動機80を備えている。
The first system includes a first power supply unit 20, a second
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24(SMR1)を含んでいる。
The first power supply unit 20 includes a
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。
The
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。
The
The
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。
The first system
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34(SMR2)を含んでいる。
The 2nd electric
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。
The
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。
The
The
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。
The second system
スイッチ部40は、第1ダイオード41a〜第4ダイオード44a、第1IGBT41b(SW1)〜第4IGBT44b(SW4)及び給電線(FR)を含んでいる。
The
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。 The feeder line (FR) includes a connection point C0 to a connection point C4. The connection point C0 to the connection point C4 are arranged in the order of the connection point C0, the connection point C1, the connection point C2, the connection point C3, and the connection point C4. A connection point C0 at one end of the feeder line (FR) is connected to one end of the feeder line (PH). A connection point C4 at the other end of the power supply line (FR) is connected to one end of the power supply line (NH).
第1ダイオード41a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。第1IGBT41bは、第1ダイオード41aに逆並列接続されている。第1IGBT41bと第1ダイオード41a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。
The
第2ダイオード42a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2IGBT42bは、第2ダイオード42aに逆並列接続されている。第2IGBT42bと第2ダイオード42a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。
The
第3ダイオード43a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3IGBT43bは、第3ダイオード43aに逆並列接続されている。第3IGBT43bと第3ダイオード43a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。
The
第4ダイオード44a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4IGBT44bは、第4ダイオード44aに逆並列接続されている。第4IGBT44bと第4ダイオード44aとの組合せは、便宜上「第4半導体スイッチ」とも称呼される。
The
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。
A power supply line (PL1) of the first power supply unit 20 is connected to the connection point C1. A power supply line (PL2) of the second
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70に接続されている。
The other end of the feed line (PH) is connected to the positive electrode connection point (P3). The other end of the power supply line (NH) is connected to the negative electrode connection point (N3). Each of the positive electrode connection point (P3) and the negative electrode connection point (N3) is connected to an
スイッチ部40は、後述する第1IGBT41b〜第4IGBT44b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70に印加する。
The
高圧側コンデンサ51は、給電線(PH)と給電線(NH)との間に接続されている。高圧側コンデンサ51は、正極接続点(P3)と負極接続点(N3)との間の電圧である高圧側電圧VHを平滑化する。
The high
ECU60は、CPU62、CPU62が実行するプログラム及びマップ等を記憶するROM63並びにデータを一時的に記憶するRAM64を含むマイクロコンピュータである。ECU60は、第1IGBT41b〜第4IGBT44b、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70を制御する。ECU60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、第2電圧センサ84及び高圧側電圧センサ85と接続されている。
The
インバータ70は、図示しない複数のスイッチング素子(本例において、IGBT)を備え、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80に出力する。便宜上、インバータ70は「負荷回路」とも称呼される。
The
インバータ70は、電動機80が発電機として動作するとき、電動機80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4IGBT44b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。
When the
電動機80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80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80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。
The
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。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。
The first
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、電圧V2は「低圧側電圧」とも称呼される。高圧側電圧センサ85は、高圧側電圧VHを表す信号を発生させる。
The
(作動)
ECU60のCPU62(以下、単に「CPU」とも称呼される。)は、車両1の始動時(即ち、ECU60の起動時)に第2IGBT42b〜第4IGBT44bの短絡故障を検出するため、後述する短絡故障検出処理を実行する。短絡故障の発生時、CPUは、第2蓄電池31が発生させる電力のみによって車両1走行させる縮退運転を実行する。
(Operation)
The
先ず、CPUが実行する第1IGBT41b〜第4IGBT44b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。
First, control of the states (conducting state and blocking state) of the
CPUは、第2IGBT42b及び第4IGBT44b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70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。
The CPU executes a parallel connection mode in which power is supplied to the
或いは、CPUは、第3IGBT43b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70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。
Or CPU performs the series connection mode which supplies electric power to the
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4IGBT44b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。
The CPU selectively executes the parallel connection mode and the series connection mode. FIG. 2 shows the connection mode determined based on the magnitude relationship among the voltage V1 and the voltage V2 and the target high-voltage side voltage VH * and the presence or absence of the boost operation. FIG. 3 shows the states (conductive state and cut-off state) of the
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第1システムの作動状態を切り替える。
1 Parallel connection mode When there is a request to execute the parallel connection mode, the CPU operates the first system according to the magnitude relationship between the terminal voltage V1 of the
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70に対して並列に接続される。この場合における第1システムの等価回路を図4に示す。第2IGBT42b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。
1-1 When Voltage V1 <Voltage V2 When there is a request to execute the parallel connection mode, if the voltage V1 is lower than the voltage V2, the CPU maintains the
(1a)この状態において、第3IGBT43bが導通状態にあり且つ第4IGBT44b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3IGBT43b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70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70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。
(1a) In this state, when the
下アーム素子(即ち、第3IGBT43b)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。
Assuming that the duty ratio of the lower arm element (that is, the
Vpa1 = {1 / (1-Dpa1)} · V1 (1)
Here, the duty ratio (conduction ratio) is the time from the time when the switching element is switched from the cut-off state to the conductive state until the time when the switching element is switched from the cut-off state to the conductive state again (that is, the switching cycle). It is the ratio of the time during which the switching element is in a conducting state.
(1b)一方、第3IGBT43b及び第4IGBT44b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3IGBT43b及び第4IGBT44b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70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70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3IGBT43b及び第4IGBT44b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。
(1b) On the other hand, when the
下アーム素子(即ち、第3IGBT43b及び第4IGBT44b)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)
Assuming that the duty ratio of the lower arm elements (that is, the
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が大きいほど高くなる。
As understood from the above formulas (1) and (2), the boost rate Rv1 (boost rate Rv1 = post-boost voltage Vpa1 / inter-terminal voltage V1) of the
第3IGBT43b及び第4IGBT44bが共に導通状態である時間は、第3IGBT43b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。
Since the time during which both the
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。 On the other hand, the boosted voltage Vpa1 and the boosted voltage Vpa2 are both equal to the high voltage VH (that is, Vpa1 = Vpa2 = VH). Since the step-up rate Rv1 ≧ the step-up rate Rv2, it is necessary that the voltage V1 ≦ the voltage V2 in order to boost both the voltage V1 and the voltage V2 to the high voltage VH. In other words, when the execution request for the parallel connection mode is generated, the CPU selects the first parallel connection mode if the voltage V1 is lower than the voltage V2 (that is, V1 <V2). On the other hand, when the execution request for the parallel connection mode is generated, the CPU selects the second parallel connection mode described later if the voltage V1 is higher than the voltage V2 (that is, V1> V2).
(2a)インバータ70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、第1IGBT41bが制御される。より具体的に述べると、第1IGBT41bが導通状態にあり且つ第4IGBT44bが遮断状態にあるとき、インバータ70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、第1IGBT41b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70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、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。
(2a) When the
(2b)第1IGBT41b及び第4IGBT44bが共に導通状態にあるとき、インバータ70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4IGBT44b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70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、第1IGBT41b及び第4IGBT44b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) When both the
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4IGBT44b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70に対して並列に接続される。この場合における第1システムの等価回路を図5に示す。第4IGBT44b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。
1-2 When Voltage V1> Voltage V2 As described above, when there is a request to execute the parallel connection mode, if the voltage V1 is higher than the voltage V2, the CPU maintains the
(1a)この状態において、第3IGBT43bが導通状態にあり且つ第2IGBT42b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解放され、インバータ70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70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。
(1a) In this state, when the
下アーム素子(即ち、第3IGBT43b)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)
Assuming that the duty ratio of the lower arm element (that is, the
Vpb2 = {1 / (1-Dpb2)} · V2 (3)
(1b)一方、第2IGBT42b及び第3IGBT43b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70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70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。
(1b) On the other hand, when both the
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)
Assuming that the duty ratio of the lower arm elements (that is, the
Vpb1 = {1 / (1-Dpb1)} · V1 (4)
(2a)インバータ70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、第1IGBT41bが制御される。より具体的に述べると、第1IGBT41bが導通状態にあり且つ第2IGBT42bが遮断状態にあるとき、インバータ70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、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解放される。即ち、この場合、インバータ70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、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。
(2a) When the
(2b)第1IGBT41b及び第2IGBT42bが共に導通状態にあるとき、インバータ70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、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70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、第1IGBT41b及び第2IGBT42b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) When both the
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70に対して直列に接続される。この場合における第1システムの等価回路を図6に示す。
2 Series Connection Mode When there is a request to execute the series connection mode, the CPU maintains the
(1a)この状態において、第2IGBT42b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開放され、インバータ70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。
(1a) In this state, when the
下アーム素子(即ち、第2IGBT42b)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)
When the duty ratio of the lower arm element (that is, the
Vs1 = {1 / (1-Ds1)} · V1 (5)
(1b)一方、第4IGBT44b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4IGBT44b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70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4IGBT44b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。
(1b) On the other hand, when the
下アーム素子(即ち、第4IGBT44b)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)
Assuming that the duty ratio of the lower arm element (that is, the
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70に印加される。
When the series connection mode is executed, the high-voltage side voltage VH is equal to the sum of the boosted voltage Vs1 and the boosted voltage Vs2 (that is, VH = Vs1 + Vs2). That is, a voltage equal to the sum of the boosted voltage Vs1 and the boosted voltage Vs2 is applied to the
(2)インバータ70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、第1IGBT41bが制御される。より具体的に述べると、第1IGBT41bが導通状態にあるとき、インバータ70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、第1IGBT41b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。
(2) When the
或いは、第1IGBT41b及び第4IGBT44b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、第1IGBT41b及び第2IGBT42b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。
Alternatively, energy is accumulated only in the
その後、第1IGBT41b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70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、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。
Thereafter, when the
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80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。
3. Selection of Parallel Connection Mode and Series Connection Mode The CPU selects either the parallel connection mode or the series connection mode as the connection mode according to the target high voltage VH * which is the target value of the high voltage VH. The CPU sets the target high-voltage side voltage VH * to a higher value as the required output of the
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。 When the target high-voltage side voltage VH * is low, the CPU selects a parallel connection mode (specifically, one of the first parallel connection mode and the second parallel connection mode). When there is a request to execute the parallel connection mode, if the voltage V1 and / or the voltage V2 is lower than the target high-side voltage VH * (that is, if V1 <VH * and / or V2 <VH * is satisfied). ), The boosting process in the parallel connection mode described above is executed.
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。
The CPU sets the duty ratio Dpa1 and the duty ratio Dpa2 or the duty ratio Dpb1 and the duty ratio Dpb2 to higher values as the target high-voltage side voltage VH * becomes higher. As the duty ratio increases, the energy stored in the
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。
On the other hand, if the duty ratio is the same, the shorter the switching period is, the shorter the time during which the switching element (in this example, the lower arm element) is in the conductive state, the maximum amount of energy accumulated in the reactor is Get smaller. Therefore, when the duty ratio is high, it is necessary to shorten the switching cycle of the switching element in order to reduce the maximum value of the energy amount accumulated in the
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。 However, if the duty ratio is the same, the shorter the switching cycle, the greater the number of times the switching element switches between the conductive state and the cutoff state per unit time. growing. In other words, the switching loss can increase as the duty ratio increases. Therefore, when the target high-voltage side voltage VH * becomes higher than the sum of the voltage V1 and the voltage V2 (that is, if voltage V1 + voltage V2 <target high-voltage side voltage VH * is established), the CPU selects the series connection mode.
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。 When the boosting process in the series connection mode is executed, the duty ratio becomes smaller as compared with the case where the boosting process is executed in the parallel connection mode if the target high-voltage side voltage VH * is the same. As a result, an increase in switching loss can be avoided even when the target high-voltage side voltage VH * increases.
(電池間短絡検出処理の概要)
次に、CPUが実行する短絡故障検出処理について図7に示したタイムチャートを参照しながら説明する。CPUは、ECU60の起動後、少なくとも短絡故障検出処理が終了するまではインバータ70が備えるスイッチング素子を遮断状態に維持する。そのため、短絡故障検出処理の実行中、第1蓄電池21及び/又は第2蓄電池31からインバータ70に流入する電流は発生しない。
(Overview of battery short-circuit detection processing)
Next, short-circuit fault detection processing executed by the CPU will be described with reference to the time chart shown in FIG. The CPU maintains the switching element included in the
ECU60の起動後、CPUは、時刻t0にて第2システムメインリレー34を導通状態に制御する。その後、時刻t1になると、CPUは、第4IGBT44bを遮断状態から導通状態に切り替えるオン制御と、第4IGBT44bを導通状態から遮断状態に切り替えるオフ制御と、を交互に時刻t1aに至るまで複数回実行する。
After the
仮に、第3IGBT43bに短絡故障が発生していれば、第4IGBT44bが導通状態にあるとき、第2蓄電池31の正極から第3IGBT43b及び第4IGBT44bを経て第2蓄電池31の負極へ流れる電流が発生する。加えて、この場合、第2蓄電池31の正極から流入する電流によって第2リアクトル33に自己誘導起電力が発生する。
If a short circuit failure has occurred in the
従って、第3IGBT43bに短絡故障が発生している場合、第4IGBT44bに対してオン制御が実行されたときに電流A2が増加し始め、第4IGBT44bに対してオフ制御が実行されたときに電流A2が減少し始める。そこで、CPUは、時刻t1から時刻t1aの間に電流A2が所定の電流閾値Ath(ただし、Ath>0)を超えた場合、第3IGBT43bに短絡故障が発生していると判定する。
Therefore, when a short-circuit failure occurs in the
時刻t2になると、CPUは、第3IGBT43bに対してオン制御とオフ制御とを交互に時刻t2aに至るまで複数回実行する。仮に、第4IGBT44bに短絡故障が発生していれば、第3IGBT43bが導通状態にあるとき、第2蓄電池31の正極から第3IGBT43b及び第4IGBT44bを経て第2蓄電池31の負極へ流れる電流が発生する。
At time t2, the CPU executes ON control and OFF control alternately for the
従って、第4IGBT44bに短絡故障が発生している場合、第3IGBT43bに対してオン制御が実行されたときに電流A2が増加し始め、第3IGBT43bに対してオフ制御が実行されたときに電流A2が減少し始める。そこで、CPUは、時刻t2から時刻t2aの間に電流A2が電流閾値Athを超えた場合、第4IGBT44bに短絡故障が発生していると判定する。
Therefore, when a short-circuit failure has occurred in the
時刻t3になると、CPUは、第3IGBT43b及び第4IGBT44bに対してオン制御とオフ制御とを交互に時刻t3aに至るまで同時に複数回実行することによって電圧V2を昇圧し、その昇圧された電圧を高圧側コンデンサ51に印加する。即ち、CPUは、第3IGBT43b及び第4IGBT44bを「第2リアクトル33にエネルギーが蓄積する昇圧チョッパ回路」の下アーム素子として作動させる。
At time t3, the CPU boosts the voltage V2 by performing ON control and OFF control alternately on the
その昇圧された電圧が高圧側コンデンサ51に印加された結果、高圧側コンデンサ51に電荷が蓄積され、やがて、高圧側電圧VHがその昇圧された電圧と等しくなる。換言すれば、このとき、高圧側電圧VHは電圧V2よりも高くなっている(即ち、電圧VH>電圧V2)。
As a result of the boosted voltage being applied to the high-
時刻t4になると、CPUは、第1IGBT41bに対してオン制御を実行する。仮に、第2IGBT42bに短絡故障が発生していれば、図8の太線B1に示されるように、第2蓄電池31及び第2コンデンサ32が高圧側コンデンサ51に対して並列に接続される閉回路が形成される。
At time t4, the CPU performs on control on the
この閉回路が形成されると、高圧側電圧VHが電圧V2よりも高いので、高圧側コンデンサ51に蓄積された電荷の一部が第2蓄電池31に流入し、他の一部が第2コンデンサ32に流入する。即ち、電流A2が負の値となる時間が発生し、その結果、第2蓄電池31が充電され且つ第2コンデンサ32に蓄積される電荷が増加する。電荷の移動が完了すると、高圧側電圧VHと電圧V2とが互いに等しくなる(即ち、電圧VH=電圧V2)。
When this closed circuit is formed, since the high-voltage side voltage VH is higher than the voltage V2, a part of the charge accumulated in the high-
一方、第2IGBT42bに短絡故障が発生していなければ、図8の太線B1に示される閉回路は形成されないので、高圧側電圧VHが電圧V2よりも高い状態が維持される(即ち、電圧VH>電圧V2)。
On the other hand, if no short-circuit failure has occurred in the
そこで、CPUは、時刻t4から「高圧側コンデンサ51から第2蓄電池31及び第2コンデンサ32への電荷が移動するのに要する時間」が経過した時刻t4aにおいて第2IGBT42bの短絡故障の有無を判定する。具体的には、CPUは、高圧側電圧VHと電圧V2とが互いに等しければ、第2IGBT42bに短絡故障が発生していると判定し、高圧側電圧VHが電圧V2よりも高ければ第2IGBT42bに短絡故障が発生していないと判定する。
Therefore, the CPU determines whether or not there is a short-circuit failure in the
CPUは、第2IGBT42bの短絡故障の有無を判定すると、第1IGBT41bに対してオフ制御を実行する。このオフ制御によって短絡故障検出処理が終了する。
When the CPU determines whether or not there is a short circuit failure in the
第2IGBT42b〜第4IGBT44bの何れにおいても短絡故障が発生していなければ、CPUは、第2システムメインリレー34に加えて第1システムメインリレー24を導通状態に制御し、車両1の通常運転を開始する。
If no short-circuit failure has occurred in any of the
一方、第2IGBT42b〜第4IGBT44bのうちの少なくとも1つに短絡故障が発生していれば、CPUは、図7の時刻t5から車両1の縮退運転を開始する。より具体的に述べると、CPUは、第1システムメインリレー24を遮断状態に維持する。加えて、CPUは、第1IGBT41b及び第2IGBT42bを導通状態に維持する。その結果、第2蓄電池31の端子間電圧V2が昇圧されることなくインバータ70に印加される。従って、車両1は、第2蓄電池31の出力する電力のみによって走行する。
On the other hand, if a short circuit failure has occurred in at least one of the
(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「短絡故障検出処理ルーチン」を参照しながら説明する。CPUは、ECU60の起動が完了したときに本ルーチンを実行する。
(Specific operation)
A specific operation of the CPU at the time of execution of the inter-battery short-circuit detection process will be described with reference to a “short-circuit fault detection process routine” represented by a flowchart in FIG. 9. The CPU executes this routine when the activation of the
即ち、適当なタイミング(上述した図7の時刻t0)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2システムメインリレー34を遮断状態から導通状態に制御する。
That is, at an appropriate timing (time t0 in FIG. 7 described above), the CPU starts the process from
次いで、CPUは、ステップ910に進み、時刻t1から時刻t1aまでの間、第4IGBT44bに対してオン制御とオフ制御とを所定の時間間隔にて交互に実行する。更に、CPUは、ステップ915に進んで時刻t1から時刻t1aまでの間に電流A2が電流閾値Athを越えた時間が存在したか否かを判定する。
Next, the CPU proceeds to step 910, and during the period from time t1 to time t1a, the
電流A2が電流閾値Athを越えた時間が存在していれば、CPUは、ステップ915にて「Yes」と判定してステップ920に進み、第3IGBT43bに短絡故障が発生していると判定したうえでステップ925に進む。一方、電流A2が電流閾値Athを越えた時間が存在していなければ、CPUは、ステップ915にて「No」と判定してステップ925に直接進む。
If there is a time during which the current A2 exceeds the current threshold Ath, the CPU makes a “Yes” determination at
ステップ925にてCPUは、時刻t2から時刻t2aまでの間、第3IGBT43bに対してオン制御とオフ制御とを所定の時間間隔にて交互に実行する。次いで、CPUは、ステップ930に進んで時刻t2から時刻t2aまでの間に電流A2が電流閾値Athを越えた時間が存在したか否かを判定する。
In
電流A2が電流閾値Athを越えた時間が存在していれば、CPUは、ステップ930にて「Yes」と判定してステップ935に進み、第4IGBT44bに短絡故障が発生していると判定したうえでステップ940に進む。一方、電流A2が電流閾値Athを越えた時間が存在していなければ、CPUは、ステップ930にて「No」と判定してステップ940に直接進む。
If there is a time during which the current A2 exceeds the current threshold Ath, the CPU makes a “Yes” determination at
ステップ940にてCPUは、時刻t3から時刻t3aまでの間、第3IGBT43b及び第4IGBT44bの両方に対してオン制御とオフ制御とを所定の時間間隔にて交互に実行する。その結果、電圧V2が昇圧され、その昇圧された電圧が高圧側コンデンサ51に印加される。
In
次いで、CPUは、ステップ945に進み、時刻t4となったタイミングにて第1IGBT41bに対してオン制御を実行する。更に、CPUは、時刻t4aとなったタイミングにて第1IGBT41bに対してオフ制御を実行する。
Next, the CPU proceeds to step 945 to execute on-control for the
次いで、CPUは、ステップ950に進み、第1IGBT41bに対してオフ制御を実行する直前のタイミングにて電圧VHと電圧V2とが互いに等しかったか否かを判定する。電圧VHと電圧V2とが互いに等しければ、CPUは、ステップ950にて「Yes」と判定してステップ955に進み、第2IGBT42bに短絡故障が発生していると判定したうえでステップ960に進む。一方、電圧VHと電圧V2とが互いに等しくなければ(即ち、電圧VH>電圧V2であれば)、CPUは、ステップ950にて「No」と判定してステップ960に直接進む。
Next, the CPU proceeds to step 950 to determine whether or not the voltage VH and the voltage V2 are equal to each other at a timing immediately before the off control is performed on the
ステップ960にてCPUは、第2IGBT42b〜第4IGBT44bの内の少なくとも1つに短絡故障が発生しているか否か、即ち、ステップ920、ステップ935及びステップ955の何れかが実行された否かを判定する。
In
何れかのスイッチング素子(IGBT)に短絡故障が発生していれば、CPUは、ステップ960にて「Yes」と判定してステップ965に進み、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。次いで、CPUは、ステップ970に進んで車両1の縮退運転を開始する。
If a short circuit failure has occurred in any of the switching elements (IGBTs), the CPU makes a “Yes” determination at
より具体的に述べると、CPUは、第1IGBT41b及び第2IGBT42bに対してオン制御を実行する。第1IGBT41bが導通状態に維持されることによって、電動機80が発電機として作動するときに正極接続点(P3)と負極接続点(N3)との間に発生する直流電圧により第2蓄電池31を充電することができる。加えて、第2IGBT42bが導通状態に制御されることによって、仮に、第2IGBT42bの短絡故障が間欠的に発生していても、安定して第2蓄電池31を充電することができる。車両1の縮退運転の開始後、CPUは、ステップ995に進んで本ルーチンを終了する。
More specifically, the CPU performs on control on the
一方、第2IGBT42b〜第4IGBT44bの何れにも短絡故障が発生していなければ、CPUは、ステップ960にて「No」と判定してステップ975に進み、第1システムメインリレー24を導通状態に制御する。更に、CPUは、ステップ980に進んで車両1の通常運転を開始する。
On the other hand, if no short-circuit failure has occurred in any of the
より具体的に述べると、CPUは、上述したパラレル接続モード及びシリーズ接続モードの何れか一方を実行し、更に、必要であれば昇圧動作を実行し、高圧側電圧VHを目標高圧側電圧VH*に等しくする。加えて、CPUは、インバータ70が備えるスイッチング素子を制御し、車両1の運転者が要求するトルクを電動機80に発生させる。次いで、CPUは、ステップ995に進む。
More specifically, the CPU executes one of the parallel connection mode and the series connection mode described above, and further performs a boosting operation if necessary, and converts the high-voltage side voltage VH to the target high-voltage side voltage VH *. Equal to In addition, the CPU controls the switching element included in the
以上、説明したように、第1システム(電源システム10)は、
負荷回路(インバータ70)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ある第4接続点(C4)を有する給電線(FR)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、充放電が可能な第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、充放電が可能な第2直流電源(31)と、
前記給電線の前記正極接続点と前記第1接続点との間の部分に介装され、同正極接続点から同第1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3半導体スイッチ(第3ダイオード43a及び第3IGBT43b)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4半導体スイッチ(第4ダイオード44a及び第4IGBT44b)と、
前記第1半導体スイッチ乃至前記第4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(図4及び図5)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(図6)と、を選択的に実行し、加えて、前記第1直流電源及び/又は前記第2直流電源の端子間電圧を昇圧して前記正極接続点及び前記負極接続点の間に印加し或いは同正極接続点及び同負極接続点の間の電圧を降圧して同第1直流電源及び/又は同第2直流電源に印加する制御部(ECU60)と、
を備える電源システムであって、
前記正極接続点と前記負極接続点との間に接続された高圧側コンデンサ(51)と、
前記高圧側コンデンサの端子間電圧である高圧側電圧を検出する高圧側電圧センサ(85)と、
前記第2直流電源の端子間電圧である低圧側電圧を検出する低圧側電圧センサ(84)と、
を備え、
前記制御部は、
前記高圧側コンデンサに蓄積された電荷によって前記高圧側電圧が前記低圧側電圧よりも高くなっているとき(図9のステップ940)に前記第1半導体スイッチを遮断状態から導通状態に制御した場合(図9のステップ945における第1IGBT41bに対するオン制御)、前記高圧側電圧が前記低圧側電圧と等しくなれば(図9のステップ950にて「Yes」と判定)、前記第2半導体スイッチに短絡故障が発生していると判定する(図9のステップ955)ように構成されている。
As described above, the first system (power supply system 10) is
A positive connection point (P3) and a negative connection point (N3) connected to the load circuit (inverter 70) and used to supply DC power to the load circuit;
A first connection point (C1) between the positive connection point and the negative connection point, and between the positive connection point and the negative connection point, between the first connection point and the negative connection point. A second connection point (C2), a third connection point (C3) between the second connection point and the negative connection point, and a third connection point between the third connection point and the negative connection point. A feeder line (FR) having four connection points (C4);
A first DC power source (21) capable of charging and discharging, wherein a positive electrode is connected to the first connection point and a negative electrode is connected to the third connection point;
A second DC power source (31) capable of charging and discharging, wherein a positive electrode is connected to the second connection point and a negative electrode is connected to the fourth connection point;
A first semiconductor switch (first semiconductor switch) interposed between the positive electrode connection point and the first connection point of the power supply line and capable of interrupting only a current flowing from the positive electrode connection point to the first connection point. 1
A second semiconductor switch that is interposed in a portion between the first connection point and the second connection point of the power supply line and that can cut off only a current flowing from the first connection point to the second connection point. (
A third semiconductor switch that is interposed in a portion between the second connection point and the third connection point of the power supply line and can cut off only a current flowing from the second connection point to the third connection point. (
A fourth semiconductor switch interposed between the third connection point and the fourth connection point of the power supply line and capable of interrupting only a current flowing from the third connection point to the fourth connection point; (
A parallel connection mode in which the first DC power supply and the second DC power supply are connected in parallel to the load circuit by controlling the conduction states of the first semiconductor switch to the fourth semiconductor switch (see FIG. 4 and FIG. 5) and a series connection mode (FIG. 6) in which the first DC power source and the second DC power source are connected in series to the load circuit are selectively executed. A voltage between terminals of the first DC power source and / or the second DC power source is boosted and applied between the positive electrode connection point and the negative electrode connection point, or a voltage between the positive electrode connection point and the negative electrode connection point is decreased. And a control unit (ECU 60) for applying the first DC power source and / or the second DC power source,
A power supply system comprising:
A high voltage side capacitor (51) connected between the positive electrode connection point and the negative electrode connection point;
A high-voltage side voltage sensor (85) for detecting a high-voltage side voltage that is a voltage between terminals of the high-voltage side capacitor;
A low voltage side voltage sensor (84) for detecting a low voltage side voltage which is a voltage between terminals of the second DC power supply;
With
The controller is
When the first semiconductor switch is controlled from the cut-off state to the conductive state when the high-voltage side voltage is higher than the low-voltage side voltage due to the electric charge accumulated in the high-voltage side capacitor (
第1システムによれば、第2IGBT42b〜第4IGBT44b(特に、第2IGBT42b)の短絡故障の発生を検出することができる。更に、第1システムは、短絡故障の発生時、縮退運転を実行することによってインバータ70への電力供給を継続することができる。
According to the first system, it is possible to detect the occurrence of a short circuit failure in the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る電源システム(以下、「第2システム」とも称呼される。)について説明する。第1システムは、短絡故障検出処理の実行時、第2IGBT42bに短絡故障が発生していれば、第2蓄電池31及び第2コンデンサ32並びに高圧側コンデンサ51を含む閉回路が形成されるように各スイッチング素子(IGBT)を制御していた。加えて、第1システムは、縮退運転の実行時、第2蓄電池の出力する電力のみをインバータ70に供給していた。
Second Embodiment
Next, a power supply system according to a second embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as “second system”) will be described. In the first system, when a short circuit fault has occurred in the
これに対し、第2システムは、短絡故障検出処理の実行時、第2IGBT42bに短絡故障が発生していれば、第2蓄電池31及び第2コンデンサ32並びに高圧側コンデンサ51に加えて第1コンデンサ22を含む閉回路が形成されるように各スイッチング素子(IGBT)を制御する。加えて、第2システムは、縮退運転の実行時、第2蓄電池31の出力する電力に加えて第1蓄電池21の出力する電力もインバータ70に供給する。以下、この相違点を中心に説明する。
On the other hand, in the second system, if a short-circuit fault has occurred in the
第2システムのECU61のCPU62(以下、単に「CPU」とも称呼される。)が実行する短絡故障検出処理について図10に示したタイムチャートを参照しながら説明する。短絡故障検出処理の実行時、第1システムメインリレー24は遮断状態にあるので、少なくとも時刻t0から時刻t4までの期間、第1コンデンサ22に電荷は蓄積されておらず、従って、電圧V1は「0」である。
The short-circuit fault detection process executed by the CPU 62 (hereinafter also simply referred to as “CPU”) of the
CPUは、時刻t4にて第1IGBT41b及び第4IGBT44bに対してオン制御を実行する。この場合、第2IGBT42bに短絡故障が発生していなければ、図11の太線B2に示されるように、高圧側コンデンサ51と第1コンデンサ22とが接続される閉回路が形成される。閉回路が形成されることによって、高圧側コンデンサ51に蓄積された電荷が第1コンデンサ22に移動する。即ち、電流A1が負の値となる時間が発生し、やがて、高圧側電圧VHと電圧V1とが互いに等しくなる。
The CPU executes ON control on the
このとき、高圧側電圧VHは時刻t3aのときと比較して低下しているが、電圧V2よりは高くなっている(即ち、V2<VH=V1)。仮に、電圧V2が高圧側電圧VHよりも高くなれば(即ち、V2>VH=V1となれば)、第2ダイオード42aを経由して第2蓄電池31から第1コンデンサ22へ電荷が移動し、その結果、電圧V1及び電圧V2は互いに等しくなる。換言すれば、閉回路が形成されたときに電荷が高圧側コンデンサ51から第1コンデンサ22に移動してもなお電圧VHが電圧V2よりも高くなるように、時刻t3から時刻t3aまでの間に実行される昇圧処理によって十分な電荷が高圧側コンデンサ51に蓄積される。
At this time, the high-voltage side voltage VH is lower than that at time t3a, but is higher than the voltage V2 (that is, V2 <VH = V1). If the voltage V2 becomes higher than the high-voltage side voltage VH (that is, if V2> VH = V1), the charge moves from the
一方、第2IGBT42bに短絡故障が発生していれば、図12の太線B3に示されるように、第2蓄電池31及び第2コンデンサ32並びに第1コンデンサ22が、高圧側コンデンサ51に対して並列に接続される閉回路が形成される。閉回路が形成されることによって、高圧側コンデンサ51に蓄積された電荷が、第2蓄電池31及び第2コンデンサ32並びに第1コンデンサ22に移動し、やがて、高圧側電圧VH、電圧V1及び電圧V2が互いに等しくなる(即ち、V1=V2=VH)。
On the other hand, if a short circuit failure has occurred in the
そこで、CPUは、時刻t4aにおいて、高圧側電圧VHと電圧V2とが互いに等しければ第2IGBT42bに短絡故障が発生していると判定し、高圧側電圧VHが電圧V2よりも高ければ第2IGBT42bに短絡故障が発生していないと判定する。
Therefore, at time t4a, the CPU determines that a short-circuit fault has occurred in the
(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13のフローチャートを参照しながら説明する。図13のフローチャートであって図9に示したステップと同様の処理が実行されるステップには、図9と同一のステップ符号が付されている。CPUは、ECU61の起動が完了し、適当なタイミング(図10の時刻t0)となるとステップ1300から処理を開始してステップ905に進む。
(Specific operation)
A specific operation of the CPU during the execution of the inter-battery short-circuit detection process will be described with reference to the flowchart of FIG. In the flowchart of FIG. 13, steps in which the same processing as the steps shown in FIG. 9 is executed are denoted by the same step symbols as in FIG. 9. The CPU starts the process from
CPUは、ステップ940の処理を終了したとき、ステップ1345に進み、時刻t4となったタイミングにて第1IGBT41b及び第4IGBT44bに対してオン制御を実行する。更に、CPUは、時刻t4aとなったタイミングにて第1IGBT41b及び第4IGBT44bに対してオフ制御を実行する。次いで、CPUは、ステップ1350に進み、第1IGBT41b及び第4IGBT44bに対してオフ制御を実行する直前のタイミングにて電圧VHと電圧V2とが互いに等しかったか否かを判定する。
When the CPU completes the process of
電圧VHと電圧V2とが互いに等しければ、CPUは、ステップ1350にて「Yes」と判定してステップ955に進み、第2IGBT42bに短絡故障が発生していると判定したうえでステップ1357に進む。一方、電圧VHと電圧V2とが互いに等しくなければ(即ち、電圧VH>電圧V2であれば)、CPUは、ステップ1350にて「No」と判定してステップ1357に直接進む。ステップ1357にてCPUは、第1システムメインリレー24を導通状態に制御する。次いで、CPUは、ステップ960に進む。
If the voltage VH and the voltage V2 are equal to each other, the CPU makes a “Yes” determination at
更に、CPUは、ステップ960にて「No」と判定したとき、ステップ980に進む。加えて、CPUは、ステップ965の処理を終了したとき、ステップ1370に進み、車両1の縮退運転を開始する。より具体的に述べると、CPUは、第1IGBT41b、第2IGBT42b及び第4IGBT44bに対してオン制御を実行する。その結果、第1蓄電池21及び第2蓄電池31がインバータ70に対して並列に接続されるので、第1蓄電池21及び第2蓄電池31の出力する電力が昇圧されることなくインバータ70に供給される。車両1の縮退運転の開始後、CPUは、ステップ1395に進んで本ルーチンを終了する。
Further, when the CPU makes a “No” determination at
或いは、CPUは、ステップ980の処理が終了したとき、ステップ1395に進む。
Alternatively, the CPU proceeds to step 1395 when the process of
第2システムによれば、第2IGBT42b〜第4IGBT44b(特に、第2IGBT42b)の短絡故障の発生を検出することができる。更に、第2システムは、短絡故障の発生時であっても第1蓄電池21及び第2蓄電池31の両方の電力をインバータ70へ供給することができる。
According to the second system, it is possible to detect the occurrence of a short circuit failure in the
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。 As mentioned above, although embodiment of the power supply system which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible unless it deviates from the objective of this invention. For example, the present invention is applied not only to a vehicle power supply system applied to a vehicle equipped with an electric motor as a driving power source, but also to a power supply system applied to a vehicle further equipped with an internal combustion engine as a driving power source (ie, a hybrid vehicle). It also extends.
加えて、第1実施形態に係るECU60は、縮退運転の実行時、第2蓄電池31が出力する電力のみをインバータ70へ供給していた。しかし、ECU60は、縮退運転の実行時、第2実施形態に係るECU61のように、第2蓄電池31及び第2蓄電池31の双方が出力する電力をインバータ70へ供給しても良い。或いは、ECU60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との差分が所定値よりも小さいときのみ、ECU61のように、第2蓄電池31及び第2蓄電池31の双方が出力する電力をインバータ70へ供給しても良い。
In addition, the
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。
In addition, in the present embodiment, the
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4IGBT44b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。
In addition, in the present embodiment, the
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、高圧側コンデンサ…51、ECU…60、インバータ…70、電動機…80。
Claims (1)
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、充放電が可能な第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、充放電が可能な第2直流電源と、
前記給電線の前記正極接続点と前記第1接続点との間の部分に介装され、同正極接続点から同第1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2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3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4半導体スイッチと、
前記第1半導体スイッチ乃至前記第4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、を選択的に実行し、加えて、前記第1直流電源及び/又は前記第2直流電源の端子間電圧を昇圧して前記正極接続点及び前記負極接続点の間に印加し或いは同正極接続点及び同負極接続点の間の電圧を降圧して同第1直流電源及び/又は同第2直流電源に印加する制御部と、
を備える電源システムであって、
前記正極接続点と前記負極接続点との間に接続された高圧側コンデンサと、
前記高圧側コンデンサの端子間電圧である高圧側電圧を検出する高圧側電圧センサと、
前記第2直流電源の端子間電圧である低圧側電圧を検出する低圧側電圧センサと、
を備え、
前記制御部は、
前記高圧側コンデンサに蓄積された電荷によって前記高圧側電圧が前記低圧側電圧よりも高くなっているときに前記第1半導体スイッチを遮断状態から導通状態に制御した場合、前記高圧側電圧が前記低圧側電圧と等しくなれば、前記第2半導体スイッチに短絡故障が発生していると判定するように構成された、
電源システム。 A positive electrode connection point and a negative electrode connection point connected to the load circuit and used to supply DC power to the load circuit;
A first connection point between the positive connection point and the negative connection point, a first connection point between the positive connection point and the negative connection point, and a second between the first connection point and the negative connection point. A feed line having a connection point, a third connection point between the second connection point and the negative connection point, and a fourth connection point between the third connection point and the negative connection point;
A first DC power source capable of charging and discharging, wherein a positive electrode is connected to the first connection point and a negative electrode is connected to the third connection point;
A second DC power source capable of charging and discharging, wherein a positive electrode is connected to the second connection point and a negative electrode is connected to the fourth connection point;
A first semiconductor switch interposed between the positive electrode connection point and the first connection point of the power supply line, and capable of cutting off only a current flowing from the positive electrode connection point to the first connection point;
A second semiconductor switch that is interposed in a portion between the first connection point and the second connection point of the power supply line and that can cut off only a current flowing from the first connection point to the second connection point. When,
A third semiconductor switch that is interposed in a portion between the second connection point and the third connection point of the power supply line and can cut off only a current flowing from the second connection point to the third connection point. When,
A fourth semiconductor switch interposed between the third connection point and the fourth connection point of the power supply line and capable of interrupting only a current flowing from the third connection point to the fourth connection point; When,
A parallel connection mode in which the first DC power supply and the second DC power supply are connected in parallel to the load circuit by controlling the conduction state of each of the first semiconductor switch to the fourth semiconductor switch; A series connection mode in which the first DC power source and the second DC power source are connected in series to the load circuit, and in addition, the first DC power source and / or the second DC power source. The voltage between the terminals of the power supply is boosted and applied between the positive electrode connection point and the negative electrode connection point, or the voltage between the positive electrode connection point and the negative electrode connection point is reduced and the first DC power supply and / or the same voltage is applied. A control unit for applying to the second DC power supply;
A power supply system comprising:
A high voltage side capacitor connected between the positive electrode connection point and the negative electrode connection point;
A high voltage side voltage sensor for detecting a high voltage side voltage which is a voltage between terminals of the high voltage side capacitor;
A low-voltage side voltage sensor that detects a low-voltage side voltage that is a voltage between terminals of the second DC power supply;
With
The controller is
When the first semiconductor switch is controlled from the cut-off state to the conductive state when the high-voltage side voltage is higher than the low-voltage side voltage due to the electric charge accumulated in the high-voltage side capacitor, the high-voltage side voltage is Configured to determine that a short-circuit fault has occurred in the second semiconductor switch if equal to a side voltage;
Power system.
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