JP2017123723A - Voltage converter - Google Patents

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Abstract

【課題】RC−IGBTを備える電圧コンバータにおいて、発熱を抑える技術を提供する。【解決手段】電圧コンバータ12は、互いに直列に接続されている2個のRC−IGBTと、2個のRC−IGBTの直列接続の中点に一端が接続されており、他端がバッテリ81側の高電位端に接続されているリアクトル7と、2個のRC−IGBTのそれぞれのIGBTの導通と非導通とを切り替えるコントローラ10と、を備える。コントローラは、降圧動作において、インバータから送られる回生電力の制限値が第1制限値に設定されている場合に、IGBTの導通と非導通とを第1周波数で切り替え、降圧動作において、インバータから送られる回生電力の制限値の絶対値が第1制限値の絶対値よりも大きい第2制限値に設定されている場合に、IGBTの導通と非導通とを前記第1周波数よりも小さい第2周波数で切り替える。【選択図】図1A technology for suppressing heat generation in a voltage converter including an RC-IGBT is provided. A voltage converter has two RC-IGBTs connected in series with each other, and one end connected to the midpoint of the series connection of the two RC-IGBTs, and the other end connected to a battery 81 side. And a controller 10 that switches between conduction and non-conduction of the IGBTs of the two RC-IGBTs. In the step-down operation, the controller switches the IGBT between conduction and non-conduction at the first frequency when the limit value of the regenerative power sent from the inverter is set to the first limit value. When the absolute value of the limit value of the regenerative power to be generated is set to a second limit value that is larger than the absolute value of the first limit value, the conduction and non-conduction of the IGBT is a second frequency smaller than the first frequency. Switch with. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、自動車に搭載される電圧コンバータに関する。特に、バッテリの電圧を昇圧してインバータに供給する昇圧動作と走行用モータが発電してインバータから送られる回生電力を降圧してバッテリに供給する降圧動作を行う電圧コンバータに関する。本明細書における「自動車」には、走行用にモータを備えるがエンジンは備えない電気自動車、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車や、燃料電池車を含む。   The present invention relates to a voltage converter mounted on an automobile. In particular, the present invention relates to a voltage converter that performs a step-up operation that boosts the voltage of a battery and supplies it to an inverter, and a step-down operation that generates a voltage from a traveling motor and steps down the regenerative power sent from the inverter. The “automobile” in this specification includes an electric vehicle that includes a motor for traveling but does not include an engine, a hybrid vehicle that includes both a motor and an engine, and a fuel cell vehicle.

自動車はバッテリの直流電圧を交流電力に変換して走行用モータに供給するインバータを備える。自動車の中には、バッテリとインバータとを接続する電圧コンバータを備えるタイプがある。即ち、バッテリとモータの間に電圧コンバータとインバータが直列に接続されている自動車が知られている。電圧コンバータは、バッテリの電圧を昇圧してインバータに供給する昇圧動作と、走行用モータが発電してインバータから送られる回生電力を降圧してバッテリに供給する降圧動作を行う。   The automobile includes an inverter that converts the DC voltage of the battery into AC power and supplies the AC power to the traveling motor. Some automobiles include a voltage converter that connects a battery and an inverter. That is, an automobile in which a voltage converter and an inverter are connected in series between a battery and a motor is known. The voltage converter performs a step-up operation for boosting the voltage of the battery and supplying the boosted voltage to the inverter, and a step-down operation for stepping down the regenerative power generated by the traveling motor and supplied from the inverter to the battery.

電圧コンバータ(昇降圧コンバータとも言う)は、2個のスイッチング素子と、2個のダイオードと、リアクトルとを備える。2個のスイッチング素子は、直列に接続されている。2個のスイッチング素子のうち一方のスイッチング素子は、2個のダイオードのうち一方のスイッチング素子と逆並列に接続されている。同様に、他方のスイッチング素子は、他方のスイッチング素子と逆並列に接続されている。リアクトルの一端は2個のスイッチング素子の直列接続の中点に接続されており、リアクトルの他端はバッテリ側の高電位端に接続されている。この構成では、昇圧動作では、一方のスイッチング素子と他方のダイオードに電流が流れる。従って、昇圧動作では、一方のスイッチング素子と他方のダイオードが発熱する。降圧動作では、他方のスイッチング素子と一方のダイオードに電流が流れる。従って、降圧動作では、一方のスイッチング素子と他方のダイオードが発熱する。   The voltage converter (also referred to as a step-up / down converter) includes two switching elements, two diodes, and a reactor. The two switching elements are connected in series. One of the two switching elements is connected in antiparallel with one of the two diodes. Similarly, the other switching element is connected in antiparallel with the other switching element. One end of the reactor is connected to the midpoint of two switching elements connected in series, and the other end of the reactor is connected to a high potential end on the battery side. In this configuration, a current flows through one switching element and the other diode in the boosting operation. Therefore, in the boosting operation, one switching element and the other diode generate heat. In the step-down operation, current flows through the other switching element and one diode. Therefore, in the step-down operation, one switching element and the other diode generate heat.

特許文献1には、スイッチング素子及びダイオードとして、RC−IGBT(逆導通ダイオードIGBT、Reverse Conduction diode IGBTの略)なお、IGBTは、Insulated Gate Bipolar Transistorの略である。を備える電圧コンバータが開示されている。RC−IGBTは、スイッチング素子であるIGBTとダイオードとが一つの基板上に実装されているとともにそれらが逆並列に接続されている。   In Patent Document 1, as a switching element and a diode, an RC-IGBT (abbreviation of reverse conducting diode IGBT), IGBT is an abbreviation of Insulated Gate Bipolar Transistor. A voltage converter is disclosed. In the RC-IGBT, an IGBT, which is a switching element, and a diode are mounted on one substrate and are connected in antiparallel.

特開2015−177635号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-177635

自動車の走行用モータは大出力であるため、電圧コンバータは発熱量が大きい。特に、RC−IGBTを備える電圧コンバータでは、昇圧動作においてRC−IGBTのIGBTとダイオードの一方が発熱し、降圧動作においてRC−IGBTのIGBTとダイオードの他方が発熱する。即ち、RC−IGBTは、昇圧動作でも降圧動作でも発熱するため、IGBTとダイオードが別体で配置されている場合と比較して、発熱と放熱のサイクルが増加する。この結果、RC−IGBTに用いられる半田や放熱用のグリスが劣化しやすくなる。   Since a motor for driving an automobile has a high output, the voltage converter generates a large amount of heat. In particular, in a voltage converter including an RC-IGBT, one of the IGBT and the diode of the RC-IGBT generates heat during the step-up operation, and the other of the IGBT and the diode of the RC-IGBT generates heat during the step-down operation. That is, since the RC-IGBT generates heat in both the step-up operation and the step-down operation, the cycle of heat generation and heat dissipation increases as compared with the case where the IGBT and the diode are arranged separately. As a result, solder used for RC-IGBT and grease for heat dissipation are likely to deteriorate.

特に、例えばバッテリの残量が低下している等、積極的に回生電力をバッテリに供給すべき状況において、一時的に回生電力の制限値を通常の制限値から拡大する自動車では、制限値拡大中にRC−IGBTに流れる電流が大きくなる。これにより、RC−IGBTの発熱が増大する。   In particular, in a situation where the regenerative power is to be actively supplied to the battery, for example, when the remaining battery level is low, the limit value is increased in an automobile that temporarily expands the regenerative power limit value from the normal limit value. The current flowing through the RC-IGBT increases. Thereby, heat_generation | fever of RC-IGBT increases.

本明細書は、RC−IGBTを備える電圧コンバータにおいて、発熱を抑える技術を提供する。   The present specification provides a technique for suppressing heat generation in a voltage converter including an RC-IGBT.

本明細書では、電圧コンバータを開示する。電圧コンバータは、バッテリの電圧を昇圧してインバータに供給する昇圧動作と走行用モータが発電してインバータから送られる回生電力を降圧してバッテリに供給する降圧動作を行う。電圧コンバータは、互いに直列に接続されている2個のRC−IGBTと、2個のRC−IGBTの直列接続の中点に一端が接続されており、他端がバッテリ側の高電位端に接続されているリアクトルと、2個のRC−IGBTのそれぞれのIGBTの導通と非導通とを切り替えるコントローラと、を備える。コントローラは、降圧動作において、インバータから送られる回生電力の制限値が第1制限値に設定されている場合に、IGBTの導通と非導通とを第1周波数で切り替え、降圧動作において、インバータから送られる回生電力の制限値の絶対値が第1制限値の絶対値よりも大きい第2制限値に設定されている場合に、IGBTの導通と非導通とを前記第1周波数よりも小さい第2周波数で切り替える。   The present specification discloses a voltage converter. The voltage converter performs a step-up operation for boosting the voltage of the battery and supplying the boosted voltage to the inverter, and a step-down operation for stepping down the regenerative power generated by the traveling motor and supplied from the inverter to the battery. The voltage converter has two RC-IGBTs connected in series with each other and one end connected to the midpoint of the series connection of the two RC-IGBTs, and the other end connected to the high potential end on the battery side. And a controller that switches between conduction and non-conduction of each IGBT of the two RC-IGBTs. In the step-down operation, the controller switches the IGBT between conduction and non-conduction at the first frequency when the limit value of the regenerative power sent from the inverter is set to the first limit value. When the absolute value of the limit value of the regenerative power to be generated is set to a second limit value that is larger than the absolute value of the first limit value, the conduction and non-conduction of the IGBT is a second frequency smaller than the first frequency. Switch with.

この構成では、降圧動作中に電力の制限値が拡大される場合において、IGBTのスイッチング周波数を、制限値が拡大されていない場合のスイッチング周波数よりも小さくされている。この構成によれば、電力の制限値が拡大されている間のRC−IGBTの発熱量を抑制することができる。   In this configuration, when the power limit value is increased during the step-down operation, the IGBT switching frequency is set lower than the switching frequency when the limit value is not increased. According to this configuration, the amount of heat generated by the RC-IGBT while the power limit value is expanded can be suppressed.

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。   Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

実施例の電力変換装置を含む自動車の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the motor vehicle containing the power converter device of an Example. 回生電力制限の通常時と拡大時のRC−IGBT素子のスイッチング周波数と温度との関係を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the relationship between the switching frequency of RC-IGBT element at the time of the normal time of regenerative power restriction | limiting, and expansion, and temperature.

図1に自動車100の電力系のブロック図を示す。自動車100は、2個のモータ83a、83bと、電力変換装置2を備える。なお、2個のモータ83a、83bの出力は、動力分配機構85で合成/分配されて車軸86(即ち駆動輪)へと伝達される。即ち、自動車100は、2個のモータ83a、83bによって駆動される。なお、自動車100は、モータ以外に駆動用のエンジンを有していてもよい。   FIG. 1 shows a block diagram of a power system of the automobile 100. The automobile 100 includes two motors 83 a and 83 b and the power conversion device 2. The outputs of the two motors 83a and 83b are combined / distributed by the power distribution mechanism 85 and transmitted to the axle 86 (that is, drive wheels). That is, the automobile 100 is driven by the two motors 83a and 83b. Note that the automobile 100 may have a driving engine in addition to the motor.

電力変換装置2は、システムメインリレー82を介してバッテリ81と接続されている。電力変換装置2は、電圧コンバータ12と、2セットのインバータ13a、13bを含む。   The power conversion device 2 is connected to a battery 81 via a system main relay 82. The power conversion device 2 includes a voltage converter 12 and two sets of inverters 13a and 13b.

電圧コンバータ12は、バッテリ81の電圧を昇圧してインバータ13a,13bに供給する昇圧動作と、83a,83bが発電して13a,13bから送られる回生電力を降圧してバッテリ81に供給する降圧動作を行う昇降圧電圧コンバータである。電圧コンバータ12の回路は、2個のスイッチング素子8a、9a、2個のダイオード8b、9b、リアクトル7、コンデンサ5で構成される。2個のスイッチング素子8a、9aは直列に接続されている。各スイッチング素子にダイオード8b、9bが夫々逆並列に接続されている。リアクトル7は、その一端が2個のスイッチング素子8a、9aの直列接続の中点に接続されており、他端がバッテリ側の高電位端に接続されている。コンデンサ5は、バッテリ側の入力端に並列に接続されている。   The voltage converter 12 boosts the voltage of the battery 81 and supplies the boosted voltage to the inverters 13a and 13b. The voltage converter 12 steps down the regenerative power generated by the 83a and 83b and sent from the power generators 13a and 13b. Is a step-up / step-down voltage converter. The circuit of the voltage converter 12 includes two switching elements 8a and 9a, two diodes 8b and 9b, a reactor 7, and a capacitor 5. The two switching elements 8a and 9a are connected in series. Diodes 8b and 9b are connected to each switching element in antiparallel. Reactor 7 has one end connected to the midpoint of series connection of two switching elements 8a and 9a, and the other end connected to a high potential end on the battery side. The capacitor 5 is connected in parallel to the input end on the battery side.

スイッチング素子8a、9aとダイオード8b、9bのハードウエア構成について説明する。スイッチング素子8a、9aは、IGBTである。逆並列に接続されているスイッチング素子8aとダイオード8bは、一枚の基板上に実装され、ワンチップ化されており、RC−IGBT8を構成する。同様に、逆並列に接続されているスイッチング素子9aとダイオード9bは、一枚の基板上に実装され、ワンチップ化されて、RC−IGBT9を構成する。RC−IGBT8、9では、各素子の取り付けに半田が用いられている。また、RC−IGBT8、9は、放熱グリスを介して冷却装置に配置されている。なお、それぞれのチップの基板には温度センサも実装されている。それらの温度センサは、チップの温度(基板の温度)を計測する。RC−IGBT8、9の直列回路は、高電位側Pの電極と接続されている端子と、低電位側Nの電極と接続されている端子を有する。   A hardware configuration of the switching elements 8a and 9a and the diodes 8b and 9b will be described. The switching elements 8a and 9a are IGBTs. The switching element 8a and the diode 8b connected in antiparallel are mounted on a single substrate and formed into one chip, and constitute an RC-IGBT8. Similarly, the switching element 9a and the diode 9b connected in antiparallel are mounted on a single substrate and formed into one chip to constitute the RC-IGBT 9. In RC-IGBTs 8 and 9, solder is used to attach each element. Moreover, RC-IGBT8, 9 is arrange | positioned at the cooling device through the thermal radiation grease. A temperature sensor is also mounted on the substrate of each chip. These temperature sensors measure the temperature of the chip (the temperature of the substrate). The series circuit of RC-IGBTs 8 and 9 has a terminal connected to the high potential side P electrode and a terminal connected to the low potential side N electrode.

インバータ13aは、2個のスイッチング素子の直列回路が3セット並列に接続された構成を有している(T1とT4、T2とT5、T3とT6)。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。図1では、2個のスイッチング素子と各スイッチング素子のダイオードのセットごとに破線で囲っている。3セットの直列回路の高電位側は電圧コンバータ12の高電位側Pの出力端に接続されており、3セットの直列回路の低電位側Nは電圧コンバータ12の低電位側の出力端に接続されている。3セットの直列回路の中点から3相交流(U相、V相、W相)が出力される。   The inverter 13a has a configuration in which three sets of series circuits of two switching elements are connected in parallel (T1 and T4, T2 and T5, T3 and T6). A diode is connected in antiparallel to each switching element. In FIG. 1, each set of two switching elements and diodes of each switching element is surrounded by a broken line. The high potential side of the three sets of series circuits is connected to the output terminal on the high potential side P of the voltage converter 12, and the low potential side N of the three sets of series circuits is connected to the output terminal on the low potential side of the voltage converter 12. Has been. Three-phase alternating current (U-phase, V-phase, W-phase) is output from the midpoint of the three sets of series circuits.

インバータ13bの構成はインバータ13aと同じであるため、図1では具体的な回路の図示を省略し、インバータ13aと同様に2個のスイッチング素子の直列回路と各スイッチング素子のダイオードのセットを破線で示す。インバータ13bもインバータ13aと同様に、2個のスイッチング素子の直列回路が3セット並列に接続された構成を有している。   Since the configuration of the inverter 13b is the same as that of the inverter 13a, a specific circuit is not shown in FIG. 1. Like the inverter 13a, a series circuit of two switching elements and a set of diodes of each switching element are indicated by broken lines. Show. Similarly to the inverter 13a, the inverter 13b has a configuration in which three sets of series circuits of switching elements are connected in parallel.

インバータ13a、13bの入力端に平滑化コンデンサ6が並列に接続されている。平滑化コンデンサ6は、別言すれば、電圧コンバータ12の出力端に並列に接続されている。平滑化コンデンサ6は、電圧コンバータ12の出力電流に重畳しているノイズ(スイッチング動作に伴う電流の脈動)を除去する。   The smoothing capacitor 6 is connected in parallel to the input terminals of the inverters 13a and 13b. In other words, the smoothing capacitor 6 is connected in parallel to the output terminal of the voltage converter 12. Smoothing capacitor 6 removes noise (current pulsation associated with switching operation) superimposed on the output current of voltage converter 12.

スイッチング素子T1−T6は、トランジスタであり、典型的にはIGBTであるが、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の他のトランジスタであってもよい。なお、インバータ13a、13bでも、1個のスイッチング素子とそれに逆並列に接続されるダイオードとがRC−IGBTであってもよい。   The switching elements T1 to T6 are transistors, typically IGBTs, but may be other transistors such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). Note that in the inverters 13a and 13b, one switching element and a diode connected in reverse parallel thereto may be an RC-IGBT.

自動車100は、バッテリ81の電力をモータ83a、83bに供給して、モータ83a、83bによって車軸86を回転させる力行状態とモータ83a、83bによって発電された電力をバッテリ81に供給する回生状態とに移行可能である。力行状態では、電圧コンバータ12は、バッテリ81の電圧を昇圧してインバータ13a、13bに供給する。インバータ13a、13bは、昇圧された直流電力を交流電力に変換し、走行用のモータ83a、83bに供給する。これにより、バッテリ81の電力によってモータ83a、83bが駆動して、車軸86を回転させる。一方、回生状態では、自動車100は、運動エネルギを利用してモータ83a、83bを回転させる。モータ83a、83bが回転すると、モータ83a、83bが発電し、その交流電力はインバータ13a、13bによって直流電力に変換される。変換後の直流電力は電圧コンバータ12によって降圧され、バッテリ81に供給される。   The automobile 100 supplies the power of the battery 81 to the motors 83a and 83b, the power running state in which the axle 86 is rotated by the motors 83a and 83b, and the regenerative state in which the power generated by the motors 83a and 83b is supplied to the battery 81. Can be migrated. In the power running state, voltage converter 12 boosts the voltage of battery 81 and supplies it to inverters 13a and 13b. The inverters 13a and 13b convert the boosted DC power into AC power and supply it to the traveling motors 83a and 83b. Thereby, the motors 83a and 83b are driven by the electric power of the battery 81 to rotate the axle 86. On the other hand, in the regenerative state, the automobile 100 rotates the motors 83a and 83b using kinetic energy. When the motors 83a and 83b rotate, the motors 83a and 83b generate electric power, and the AC power is converted into DC power by the inverters 13a and 13b. The converted DC power is stepped down by the voltage converter 12 and supplied to the battery 81.

電圧コンバータ12とインバータ13a、13bとは、コントローラ10によって制御される。コントローラ10は、CPU及びROM,RAM等のメモリを含む。コントローラ10は、車速、アクセル開度、バッテリの残量などからモータ83a、83bの目標出力を決定する上位コントローラから指令を受けて、インバータ13a、13bの目標出力を決定する。コントローラ10は、その目標出力が実現されるように、インバータ13a、13bの各スイッチング素子に与えるPWM信号と、電圧コンバータ12の各スイッチング素子8a、9aに与えるPWM信号を生成して供給する。   The voltage converter 12 and the inverters 13a and 13b are controlled by the controller 10. The controller 10 includes a CPU and a memory such as a ROM and a RAM. The controller 10 receives a command from a host controller that determines the target output of the motors 83a and 83b from the vehicle speed, the accelerator opening, the remaining battery level, and the like, and determines the target output of the inverters 13a and 13b. The controller 10 generates and supplies a PWM signal to be given to each switching element of the inverters 13a and 13b and a PWM signal to be given to each switching element 8a and 9a of the voltage converter 12 so that the target output is realized.

コントローラ10には、回生状態におけるバッテリ81に供給される回生電力の制限値として、第1制限値と第2制限値の2種類の制限値が予め格納されている。なお、本実施例では、回線電力は、負の値として表されている。第2制限値の絶対値は、第1制限値の絶対値よりも大きい。後述するが、コントローラ10は、バッテリ81の残量に応じて、第1制限値と第2制限値のいずれかの制限値を設定する。コントローラ10は、回生状態において設定済みの制限値を超えないように、インバータ13a、13bの目標出力を決定し、インバータ13a、13b及び電圧コンバータ12のスイッチング素子を制御する。   The controller 10 stores in advance two types of limit values, a first limit value and a second limit value, as limit values for the regenerative power supplied to the battery 81 in the regenerative state. In this embodiment, the line power is expressed as a negative value. The absolute value of the second limit value is greater than the absolute value of the first limit value. As will be described later, the controller 10 sets one of the first limit value and the second limit value according to the remaining amount of the battery 81. The controller 10 determines the target output of the inverters 13a and 13b so as not to exceed the set limit value in the regenerative state, and controls the inverters 13a and 13b and the switching elements of the voltage converter 12.

初期状態では、比較的に絶対値が小さい第1制限値に設定されている。コントローラ10は、バッテリ81の残量が予め決められた閾値未満である場合に、回生電力の制限値を、通常時の第1制限値から第2制限値に変更し、回線電力の制限値を一時的に拡大する。これにより、バッテリ81の残量が少ない場合に、早期にバッテリ81に充電することができる。図2は、(a)回生電力制限値の変化と、(b)実回生電力の変化と、(c)電圧コンバータ12のスイッチング素子8a、9aのスイッチング周波数の変化と、(d)電圧コンバータ12のRC−IGBT8、9の温度の変化を示すタイムチャートを示す。   In the initial state, the first limit value having a relatively small absolute value is set. When the remaining amount of the battery 81 is less than a predetermined threshold, the controller 10 changes the limit value of the regenerative power from the first limit value at the normal time to the second limit value, and sets the limit value of the line power. Enlarge temporarily. Thereby, when the remaining amount of the battery 81 is small, the battery 81 can be charged early. FIG. 2 shows (a) a change in the regenerative power limit value, (b) a change in the actual regenerative power, (c) a change in the switching frequency of the switching elements 8 a and 9 a of the voltage converter 12, and (d) the voltage converter 12. The time chart which shows the change of the temperature of RC-IGBT8 of 9 is shown.

コントローラ10は、バッテリ81の残量が閾値未満になると、拡大フラグをセットする。そして、コントローラ10は、拡大フラグがセットされると、例えばアクセルペダルが操作されているか否かによって、自動車100が回生状態に移行されるか否かを判断する。拡大フラグがセットされ、例えばアクセルペダルが操作されておらず自動車100が回生状態に移行されると判断されると(図2の時刻T1)、コントローラ10は、回生電力の制限値を、第1制限値から第2制限値に変更し、通常時から拡大する。実際には、コントローラ10は、インバータ13a、13bの各スイッチング素子の周波数を増加する。また、時刻T1では、コントローラ10は、電圧コンバータ12が降圧動作を実行する場合に、電圧コンバータ12のスイッチング素子8a、9aのスイッチング周波数を第1周波数から第2周波数に減少させる。なお、図2(a)、(b)では、回生電力が負の値で表されているため、下に向かうほど回生電力の絶対値が大きいことを表す。   When the remaining amount of the battery 81 becomes less than the threshold, the controller 10 sets an enlargement flag. Then, when the enlargement flag is set, the controller 10 determines whether or not the automobile 100 is shifted to the regenerative state depending on, for example, whether or not the accelerator pedal is operated. When the expansion flag is set, for example, when it is determined that the accelerator pedal is not operated and the automobile 100 is shifted to the regenerative state (time T1 in FIG. 2), the controller 10 sets the limit value of the regenerative power to the first value. The limit value is changed to the second limit value and enlarged from the normal time. Actually, the controller 10 increases the frequency of each switching element of the inverters 13a and 13b. Further, at time T1, the controller 10 decreases the switching frequency of the switching elements 8a and 9a of the voltage converter 12 from the first frequency to the second frequency when the voltage converter 12 performs the step-down operation. In FIGS. 2A and 2B, since the regenerative power is expressed as a negative value, the absolute value of the regenerative power is larger as it goes downward.

コントローラ10は、バッテリ81の残量が閾値以上になるか、例えばアクセルペダルが操作され、自動車100が力行状態に移行される場合に(図2の時刻T2)、コントローラ10は、回生電力の制限値を、第2制限値から第1制限値に戻す。実際には、コントローラ10は、インバータ13a、13bの各スイッチング素子の周波数を増加する前の値に戻す。また、時刻T2では、コントローラ10は、電圧コンバータ12のスイッチング素子8a、9aのスイッチング周波数を第2周波数から第1周波数に増加させる。なお、変形例では、回生電力の制限値を変更するタイミング及びスイッチング素子8a、9aのスイッチング周波数を変更するタイミングは同一のタイミングでなくてもよく、例えば、回生電力の制限値が変更された後所定のタイミングで、スイッチング周波数が変更されてもよい。また、変形例では、回生電力の制限値及びスイッチング素子8a、9aのスイッチング周波数は、例えば、バッテリ81の残量に応じて切り替えてもよく、アクセルペダルによる判断はなくてもよい。   The controller 10 controls the regenerative power when the remaining amount of the battery 81 is equal to or greater than the threshold value, or when, for example, the accelerator pedal is operated and the automobile 100 is shifted to the power running state (time T2 in FIG. 2). The value is returned from the second limit value to the first limit value. Actually, the controller 10 returns the frequency of each switching element of the inverters 13a and 13b to the value before increasing. Further, at time T2, the controller 10 increases the switching frequency of the switching elements 8a and 9a of the voltage converter 12 from the second frequency to the first frequency. In the modification, the timing for changing the limit value of the regenerative power and the timing for changing the switching frequency of the switching elements 8a and 9a may not be the same timing, for example, after the limit value of the regenerative power is changed. The switching frequency may be changed at a predetermined timing. In the modification, the limit value of the regenerative power and the switching frequency of the switching elements 8a and 9a may be switched according to the remaining amount of the battery 81, for example, and may not be determined by the accelerator pedal.

コントローラ10は、時刻T3に示すように、バッテリ81の残量が閾値以上である場合、自動車100が回生状態に移行されても、コントローラ10は、回生電力の制限値を第1制限値に維持して、電圧コンバータ12のスイッチング素子8a、9aのスイッチング周波数を第1周波数から変化させない。そして、コントローラ10は、時刻T4に示すように、自動車100が回生状態から力行状態に移行されても、回生電力の制限値及び電圧コンバータ12のスイッチング素子8a、9aのスイッチング周波数を第1周波数から変化させない。   As shown at time T3, when the remaining amount of the battery 81 is equal to or greater than the threshold, the controller 10 maintains the regenerative power limit value at the first limit value even when the automobile 100 is shifted to the regenerative state. Thus, the switching frequency of the switching elements 8a and 9a of the voltage converter 12 is not changed from the first frequency. Then, as shown at time T4, the controller 10 sets the regenerative power limit value and the switching frequency of the switching elements 8a and 9a of the voltage converter 12 from the first frequency even when the automobile 100 is shifted from the regenerative state to the power running state. Do not change.

コントローラ10は、バッテリ81の残量が閾値未満であり、回生状態である時刻T5〜T6の期間も、バッテリ81の残量が閾値未満であり、回生状態に移行されるために、回生電力の制限値を拡大し、電圧コンバータ12のスイッチング素子8a、9aのスイッチング周波数を減少させる。   Since the remaining amount of the battery 81 is less than the threshold and the remaining amount of the battery 81 is less than the threshold during the period from time T5 to T6 in which the controller 81 is in the regenerative state, the controller 10 shifts to the regenerative state. The limit value is expanded and the switching frequency of the switching elements 8a and 9a of the voltage converter 12 is decreased.

自動車100のモータ83a、83bは大出力であるため、電圧コンバータ12に流れる電流は大きく、RC−IGBT8、9の発熱量が大きい。RC−IGBT8では、昇圧動作においてダイオード8bに電流が流れて発熱し、降圧動作においてIGBT8aに電流が流れて発熱する。なお、昇圧動作においてIGBT8aをスイッチングすることによってIGBT8aに電流を流す場合、昇圧動作においてIGBT8aも発熱する。RC−IGBT9では、逆に昇圧動作においてIGBT9aに電流が流れて発熱し、降圧動作においてダイオード9bに電流が流れて発熱する。即ち、RC−IGBT8、9は、昇圧動作においても降圧動作においても発熱する。   Since the motors 83a and 83b of the automobile 100 have high output, the current flowing through the voltage converter 12 is large and the amount of heat generated by the RC-IGBTs 8 and 9 is large. In the RC-IGBT 8, current flows through the diode 8b in the step-up operation to generate heat, and current flows through the IGBT 8a in the step-down operation to generate heat. When a current is passed through the IGBT 8a by switching the IGBT 8a in the boost operation, the IGBT 8a also generates heat in the boost operation. In the RC-IGBT 9, on the contrary, current flows through the IGBT 9a in the step-up operation to generate heat, and current flows through the diode 9b in the step-down operation to generate heat. That is, the RC-IGBTs 8 and 9 generate heat in both the step-up operation and the step-down operation.

電圧コンバータ12では、回生電力の制限値を通常の制限値から拡大する回生状態では、RC−IGBT8、9に流れる電流が大きくなる。このとき、IGBT8a、9aのスイッチング周波数を、制限値が拡大されていない場合のスイッチング周波数よりも小さくする。この構成によれば、図2(d)の温度変化線L1に示すように、スイッチング周波数を小さくしない場合(図2(d)の温度変化線L2に示される場合)と比較して、RC−IGBT8、9の発熱量を抑制することができる。これにより、熱サイクルによって、RC−IGBTに利用される半田や放熱グリスの劣化を抑制することができる。   In voltage converter 12, in the regenerative state in which the limit value of regenerative power is expanded from the normal limit value, the current flowing through RC-IGBTs 8 and 9 increases. At this time, the switching frequency of the IGBTs 8a and 9a is made smaller than the switching frequency when the limit value is not expanded. According to this configuration, as shown by the temperature change line L1 in FIG. 2D, compared to the case where the switching frequency is not reduced (in the case indicated by the temperature change line L2 in FIG. 2D), the RC− The amount of heat generated by the IGBTs 8 and 9 can be suppressed. Thereby, deterioration of the solder used for RC-IGBT and the thermal radiation grease can be suppressed by the thermal cycle.

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

2 :電力変換装置
8 :RC−IGBT
8a :スイッチング素子
8b :ダイオード
9 :RC−IGBT
9a :スイッチング素子
9b :ダイオード
10 :コントローラ
12 :電圧コンバータ
13a :インバータ
13b :インバータ
81 :バッテリ
83a :モータ
83b :モータ
2: Power converter 8: RC-IGBT
8a: Switching element 8b: Diode 9: RC-IGBT
9a: Switching element 9b: Diode 10: Controller 12: Voltage converter 13a: Inverter 13b: Inverter 81: Battery 83a: Motor 83b: Motor

Claims (1)

バッテリの電圧を昇圧してインバータに供給する昇圧動作と走行用モータが発電して前記インバータから送られる回生電力を降圧して前記バッテリに供給する降圧動作を行う電圧コンバータであって、
互いに直列に接続されている2個のRC−IGBTと、
前記2個のRC−IGBTの直列接続の中点に一端が接続されており、他端がバッテリ側の高電位端に接続されているリアクトルと、
前記2個のRC−IGBTのそれぞれのIGBTの導通と非導通とを切り替えるコントローラと、を備え、
コントローラは、
前記降圧動作において、前記インバータから送られる前記回生電力の制限値が第1制限値に設定されている場合に、前記IGBTの導通と非導通とを第1周波数で切り替え、
前記降圧動作において、前記インバータから送られる前記回生電力の制限値の絶対値が前記第1制限値よりも絶対値が大きい第2制限値に設定されている場合に、前記IGBTの導通と非導通とを前記第1周波数よりも小さい第2周波数で切り替える、電圧コンバータ。
A voltage converter that performs a step-up operation that boosts the voltage of the battery and supplies the same to the inverter, and a step-down operation that generates power by the traveling motor and steps down the regenerative power sent from the inverter and supplies the battery to the battery,
Two RC-IGBTs connected in series with each other;
A reactor having one end connected to the midpoint of the series connection of the two RC-IGBTs and the other end connected to a high potential end on the battery side;
A controller that switches between conduction and non-conduction of each IGBT of the two RC-IGBTs,
The controller
In the step-down operation, when the limit value of the regenerative power sent from the inverter is set to the first limit value, the IGBT is switched between conduction and non-conduction at the first frequency,
In the step-down operation, when the absolute value of the limit value of the regenerative power sent from the inverter is set to a second limit value that is larger than the first limit value, the IGBT is turned on and off. Is switched at a second frequency smaller than the first frequency.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110053519A (en) * 2019-04-24 2019-07-26 中通客车控股股份有限公司 A kind of fuel battery passenger car insulating monitoring control system, method and vehicle

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