JP2018074739A - Electric power unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力装置に関する。 The present invention relates to a power device.
従来、この種の電力装置としては、インバータと、バッテリと、昇降圧コンバータと、コンデンサ(平滑キャパシタ)と、を備え、インバータと昇降圧コンバータとを制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。インバータは、モータ(モータジェネレータ)を駆動する。昇降圧コンバータは、第1スイッチング素子と、第2スイッチング素子と、リアクトルと、を備えている。第1スイッチング素子は、インバータが接続された第1電力ラインにおける正極側のラインに接続されている。第2スイッチング素子は、第1スイッチング素子と第1電力ラインにおける負極側のラインとに接続されている。リアクトルは、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との接続点とバッテリが接続された第2電力ラインにおける正極側のラインとに接続されている。この制御装置では、インバータの停止要求があったときには、インバータを停止すると共に第1電力ラインに接続されているリレーをオフとし、昇降圧コンバータの第1,第2スイッチング素子のスイッチング制御におけるデューティ比が所定値となるように第1,第2スイッチング素子の第1,第2トランジスタをオンオフする。これにより、コンデンサを放電している。 Conventionally, as this type of power device, an inverter that includes an inverter, a battery, a buck-boost converter, and a capacitor (smoothing capacitor) and controls the inverter and the buck-boost converter has been proposed (for example, a patent) Reference 1). The inverter drives a motor (motor generator). The step-up / step-down converter includes a first switching element, a second switching element, and a reactor. The first switching element is connected to a positive line in the first power line to which the inverter is connected. The second switching element is connected to the first switching element and the negative electrode side line in the first power line. The reactor is connected to a connection point between the first switching element and the second switching element and a positive line in the second power line to which the battery is connected. In this control device, when there is a request to stop the inverter, the inverter is stopped and the relay connected to the first power line is turned off, and the duty ratio in the switching control of the first and second switching elements of the buck-boost converter The first and second transistors of the first and second switching elements are turned on and off so that becomes a predetermined value. This discharges the capacitor.
しかしながら、上述の電力装置では、第1,第2スイッチング素子の第1,第2トランジスタのオンオフにより、第1,第2スイッチング素子の温度が上昇する場合がある。第1,第2スイッチング素子の温度上昇は、第1,第2スイッチング素子の保護の観点から望ましくないため、抑制されることが望まれている。特に、第1,第2スイッチング素子として、同一の半導体基板に絶縁ゲートバイポーラトランジスタとフリーホイールダイオードとが形成された逆導通型絶縁ゲートバイポーラトランジスタを用いているものにおいては、オンしているフリーホイールダイオードに接続されている絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオンオフさせると、フリーホイールダイオードの損失が増加し、第1,第2スイッチング素子の損失が増加する。そのため、第1,第2スイッチング素子の温度上昇が特に大きくなってしまう。 However, in the above-described power device, the temperature of the first and second switching elements may rise due to on / off of the first and second transistors of the first and second switching elements. Since the temperature rise of the first and second switching elements is not desirable from the viewpoint of protection of the first and second switching elements, it is desired to be suppressed. In particular, in the case of using reverse conduction type insulated gate bipolar transistors in which insulated gate bipolar transistors and freewheel diodes are formed on the same semiconductor substrate as the first and second switching elements, the freewheel that is turned on When the insulated gate bipolar transistor connected to the diode is turned on / off, the loss of the free wheel diode increases and the loss of the first and second switching elements increases. For this reason, the temperature rise of the first and second switching elements becomes particularly large.
本発明の電力装置は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタとフリホイールダイオードとが同一の半導体基板に形成された第1,第2スイッチング素子を有する昇降圧コンバータにおいて、第1,第2スイッチング素子の温度上昇を抑制することを主目的とする。 The power device according to the present invention is a buck-boost converter having first and second switching elements in which an insulated gate bipolar transistor and a freewheeling diode are formed on the same semiconductor substrate. The main purpose is to suppress.
本発明の電力装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The power device of the present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.
本発明の電力装置は、
モータを駆動するインバータと、
蓄電装置と、
同一の半導体基板に形成された絶縁ゲートバイポーラトランジスタとフリホイールダイオードとを含み前記インバータが接続された第1電力ラインにおける正極側のラインに接続された第1スイッチング素子と、同一の半導体基板に形成された絶縁ゲートバイポーラトランジスタとフリホイールダイオードとを含み前記第1スイッチング素子と前記第1電力ラインにおける負極側のラインとに接続された第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点と前記蓄電装置が接続された第2電力ラインにおける正極側のラインとに接続されたリアクトルと、を有する昇降圧コンバータと、
前記第1電力ラインに取り付けられたコンデンサと、
前記インバータと昇降圧コンバータの第1,第2スイッチング素子の絶縁ゲートバイポーラトランジスタを制御する制御装置と、
を備える電力装置であって、
前記制御装置は、前記コンデンサの電荷を放電するときには、前記第1スイッチング素子の絶縁ゲートバイポーラトランジスタと前記第2スイッチング素子の絶縁ゲートバイポーラトランジスタとを逆相でオンオフする両素子制御を実行し、
更に、前記制御装置は、前記両素子制御を実行しているときに前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の少なくとも一方の温度が所定温度を超えたときには、前記第1,第2スイッチング素子の絶縁ゲートバイポーラトランジスタのうちの一方の絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオフに固定して他方の絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオンオフする方素子制御を実行する、
ことを要旨とする。
The power device of the present invention is
An inverter that drives the motor;
A power storage device;
Formed on the same semiconductor substrate as the first switching element connected to the positive line in the first power line including the insulated gate bipolar transistor and the freewheel diode formed on the same semiconductor substrate and connected to the inverter A second switching element including an insulated gate bipolar transistor and a freewheeling diode connected to the first switching element and a negative-side line of the first power line; the first switching element and the second switching element; A step-up / down converter having a connection point with an element and a reactor connected to a positive-side line in the second power line to which the power storage device is connected;
A capacitor attached to the first power line;
A control device for controlling the insulated gate bipolar transistors of the first and second switching elements of the inverter and the buck-boost converter;
A power device comprising:
The control device executes both element control to turn on and off the insulated gate bipolar transistor of the first switching element and the insulated gate bipolar transistor of the second switching element in opposite phases when discharging the electric charge of the capacitor,
Further, when the temperature of at least one of the first switching element and the second switching element exceeds a predetermined temperature when the control of both elements is being performed, the control device is configured to perform the first and second switching elements. One of the insulated gate bipolar transistors is fixed off, and the other element gate bipolar transistor is turned on / off.
This is the gist.
この本発明の電力装置では、コンデンサの電荷を放電するときには、第1スイッチング素子の絶縁ゲートバイポーラトランジスタと第2スイッチング素子の絶縁ゲートバイポーラトランジスタとを逆相でオンオフする両素子制御を実行する。そして、更に、両素子制御を実行しているときに第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の少なくとも一方の温度が所定温度を超えたときには、第1,第2スイッチング素子の絶縁ゲートバイポーラトランジスタのうちの一方の絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオフに固定して他方の絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオンオフする方素子制御を実行する。同一の半導体基板に形成された絶縁ゲートバイポーラトランジスタとフリホイールダイオードとを有するスイッチング素子では、オンしているフリーホイールダイオードに接続されている絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートをオフに固定すると、ゲートをオンオフする場合に比して、フリーホイールダイオードの損失が小さくなる。したがって、両素子制御を実行しているときに第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の少なくとも一方の温度が所定温度を超えたときには、第1,第2スイッチング素子の絶縁ゲートバイポーラトランジスタのうちの一方の絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオフに固定して他方の絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオンオフする方素子制御を実行することにより、両素子制御を実行するものに比して、第1,第2スイッチング素子の損失を低減することができる。よって、第1,第2スイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。ここで、「所定温度」は、第1スイッチング素子および第2スイッチング素子の上限温度や上限温度より若干低い温度としてもよく、好ましくは、第1スイッチング素子および第2スイッチング素子のフリーホイールダイオードの上限温度や上限温度より若干低い温度としてもよい。 In the power device of the present invention, when discharging the electric charge of the capacitor, both element control is performed to turn on and off the insulated gate bipolar transistor of the first switching element and the insulated gate bipolar transistor of the second switching element in opposite phases. Further, when the temperature of at least one of the first switching element and the second switching element exceeds a predetermined temperature while performing both-element control, the insulated gate bipolar transistors of the first and second switching elements One element control is performed to fix one insulated gate bipolar transistor to off and to turn on and off the other insulated gate bipolar transistor. In a switching element having an insulated gate bipolar transistor and a freewheel diode formed on the same semiconductor substrate, the gate is turned on and off when the gate of the insulated gate bipolar transistor connected to the freewheel diode that is turned on is fixed off. Compared with the case, the loss of the freewheel diode is reduced. Therefore, when the temperature of at least one of the first switching element and the second switching element exceeds a predetermined temperature when performing both element control, one of the insulated gate bipolar transistors of the first and second switching elements. The first and second switching elements are lost compared to the case where both elements are controlled by executing element control to fix one insulated gate bipolar transistor off and to turn on and off the other insulated gate bipolar transistor. Can be reduced. Therefore, the temperature rise of the first and second switching elements can be suppressed. Here, the “predetermined temperature” may be a temperature slightly lower than the upper limit temperature or the upper limit temperature of the first switching element and the second switching element, and preferably the upper limit of the free wheel diodes of the first switching element and the second switching element. The temperature may be slightly lower than the temperature or the upper limit temperature.
こうした本発明の電力装置において、前記電力装置は、前記第2電力ラインに取り付けられたリレーを備え、前記制御装置は、衝突が検知されて、前記リレーがオフされた状態で前記コンデンサの電荷を放電するときに、前記両素子制御を実行してもよい。 In such a power device of the present invention, the power device includes a relay attached to the second power line, and the control device detects the collision and charges the capacitor in a state where the relay is turned off. The two-element control may be executed when discharging.
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.
図1は、本発明の実施例としての電力装置を搭載したハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2は、モータMG1,MG2を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図1に示すように、エンジン22と、プラネタリギヤ30と、モータMG1,MG2と、インバータ41,42と、バッテリ50と、昇降圧コンバータ55と、システムメインリレー56と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、「HVECU」という)70と、を備える。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of a
エンジン22は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、「エンジンECU」という)24によって運転制御されている。
The
エンジンECU24は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。 Although not shown, the engine ECU 24 is configured as a microprocessor centered on a CPU, and includes, in addition to the CPU, a ROM that stores a processing program, a RAM that temporarily stores data, an input / output port, and a communication port. .
エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、エンジン22のクランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ23からのクランク角θcrなどが入力ポートから入力されている。
The engine ECU 24 receives signals from various sensors necessary for controlling the operation of the
エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。エンジンECU24は、クランクポジションセンサ23からのクランク角θcrに基づいてエンジン22の回転数Neを演算している。
Various control signals for controlling the operation of the
プラネタリギヤ30は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ30のサンギヤには、モータMG1の回転子が接続されている。プラネタリギヤ30のリングギヤには、モータMG2の回転子が接続されている。プラネタリギヤ30のキャリヤには、ダンパ28を介してエンジン22のクランクシャフト26が接続されている。
The
モータMG1は、例えば同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されている。モータMG2は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸36に接続されている。インバータ41,42は、モータMG1,MG2と接続されると共に高電圧側電力ライン54aに接続されている。モータMG1,MG2は、モータ用電子制御ユニット(以下、「モータECU」という)40によって、インバータ41,42の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
The motor MG1 is configured as, for example, a synchronous generator motor, and the rotor is connected to the sun gear of the
昇降圧コンバータ55は、インバータ41,42が接続された高電圧側電力ライン54aと、バッテリ50が接続された低電圧側電力ライン54bと、に接続されている。この昇降圧コンバータ55は、2つのスイッチング素子S1,S2と、リアクトルLと、を有する。スイッチング素子S1は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、「IGBT」という)であるトランジスタT31とトランジスタT31に逆方向に並列接続されたフリーホイールダイオード(以下、「FWD」という)であるダイオードD31とを有し、トランジスタT31とダイオードD31が同一の半導体基板に形成された逆導通型ゲートバイポーラトランジスタ(以下、「RCIGBT」という)として構成されている。スイッチング素子S1は、高電圧側電力ライン54aの正極側ラインに接続されている。スイッチング素子S2は、IGBTであるトランジスタT32とトランジスタT32に逆方向に並列接続されたFWDであるダイオードD32とを有し、トランジスタT32とダイオードD32が同一の半導体基板に形成されたRCIGBTとして構成されている。スイッチング素子S2は、スイッチング素子S1と、高電圧側電力ライン54aおよび低電圧側電力ライン54bの負極側ラインと、に接続されている。リアクトルLは、スイッチング素子S1,S2同士の接続点と、低電圧側電力ライン54bの正極側ラインと、に接続されている。昇降圧コンバータ55は、モータECU40によってトランジスタT31,T32のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン54bの電力を昇圧して高電圧側電力ライン54aに供給したり、高電圧側電力ライン54aの電力を降圧して低電圧側電力ライン54bに供給したりする。高電圧側電力ライン54aの正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ57が取り付けられており、低電圧側電力ライン54bの正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ58が取り付けられている。
The step-up / down
モータECU40は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。
Although not shown, the
モータECU40には、モータMG1,MG2や昇降圧コンバータ55を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。モータECU40に入力される信号としては、例えば、モータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの回転位置θm1,θm2を挙げることができる。また、コンデンサ57の端子間に取り付けられた電圧センサ57aからのコンデンサ57の電圧(高電圧側電力ライン54aの電圧)VHやコンデンサ58の端子間に取り付けられた電圧センサ58aからのコンデンサ58の電圧(低電圧側電力ライン54bの電圧)VLも挙げることができる。更に、昇降圧コンバータ55のスイッチング素子S1,S2の温度を検出する温度センサ55a,55bからの素子温度TS1,TS2も挙げることができる。
Signals from various sensors necessary for driving and controlling the motors MG1, MG2 and the step-up / down
モータECU40からは、インバータ41,42の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号や昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータECU40は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からのモータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2を演算している。
From the
バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧側電力ライン54bに接続されている。このバッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、「バッテリECU」という)52によって管理されている。
The
バッテリECU52は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリECU52に入力される信号としては、例えば、バッテリ50の端子間に設置された電圧センサからの電池電圧Vbやバッテリ50の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流Ib,バッテリ50に取り付けられた温度センサからの電池温度Tbを挙げることができる。バッテリECU52は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。バッテリECU52は、電流センサからの電池電流Ibの積算値に基づいて蓄電割合SOCを演算している。蓄電割合SOCは、バッテリ50の全容量に対するバッテリ50から放電可能な電力の容量の割合である。
Although not shown, the
システムメインリレー56は、低電圧側電力ライン54bにおけるコンデンサ58よりもバッテリ50側に設けられている。このシステムメインリレー56は、HVECU70によってオンオフ制御されることにより、バッテリ50と昇降圧コンバータ55側との接続および接続の解除を行なう。
The system
HVECU70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。
Although not shown, the
HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。HVECU70に入力される信号としては、例えば、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号や、シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSPを挙げることができる。また、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vも挙げることができる。更に、車体前側の中央部や両側部などに取り付けられた加速度センサ89からの車体加速度αも挙げることができる。
Signals from various sensors are input to the
HVECU70は、上述したように、エンジンECU24,モータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されている。
As described above, the
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、ハイブリッド走行モード(HV走行モード),電動走行モード(EV走行モード)などの走行モードで走行する。HV走行モードは、エンジン22の運転とモータMG1,MG2の駆動とを伴って走行する走行モードである。EV走行モードは、エンジン22を運転停止すると共にモータMG2を駆動して走行する走行モードである。
In the
HV走行モードでは、HVECU70は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accと車速センサ88からの車速Vとに基づいて、駆動軸36に出力すべき要求トルクTr*を設定する。続いて、要求トルクTr*に駆動軸36の回転数Npを乗じて、走行に要求される走行用パワーPdrv*を計算する。ここで、駆動軸36の回転数Npとしては、モータMG2の回転数Nm2,車速Vに換算係数を乗じて得られる回転数などを用いることができる。そして、走行用パワーPdrv*からバッテリ50の充放電要求パワーPb*(バッテリ50から放電するときが正の値)を減じて、車両に要求される要求パワーPe*を計算する。次に、要求パワーPe*がエンジン22から出力されると共に要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるように、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定し、モータMG1,MG2を回転数Nm1,Nm2およびトルク指令Tm1*,Tm2*からなる目標駆動点で駆動できるように高電圧側電力ライン54aの目標電圧(電圧指令)VH*を設定してエンジンECU24やモータECU40に送信する。具体的には、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*をエンジンECU24に送信すると共に、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*,高電圧側電力ライン54aの目標電圧VH*をモータECU40に送信する。エンジンECU24は、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*を受信すると、受信した目標回転数Ne*および目標トルクTe*に基づいてエンジン22が運転されるように、エンジン22の吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを行なう。モータECU40は、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*および高電圧側電力ライン54aの目標電圧VH*を受信すると、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なうと共に高電圧側電力ライン54aの電圧VHが目標電圧VH*となるよう昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32のスイッチング制御を行なう。このHV走行モードでは、要求パワーPe*が停止用閾値Pstop以下に至ったときなどに、エンジン22の停止条件が成立したと判断し、エンジン22の運転を停止して、EV走行モードに移行する。
In the HV traveling mode, the
EV走行モードでは、HVECU70は、まず、HV走行モードと同様に、要求トルクTr*を設定する。続いて、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定する。そして、要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるように、モータMG2のトルク指令Tm2*を設定し、HV走行モードでの走行時と同様に高電圧側電力ライン54aの目標電圧VH*を設定してモータECU40に送信する。そして、トルク指令Tm1*,Tm2*および高電圧側電力ライン54aの目標電圧VH*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なうと共に高電圧側電力ライン54aの電圧VHが目標電圧VH*となるよう昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32のスイッチング制御を行なう。このEV走行モードでの走行時には、HV走行モードでの走行時と同様に計算した要求パワーPe*が始動用閾値Pstart以上に至ったときなどエンジン22の始動条件が成立したときに、エンジン22を始動してHV走行モードでの走行に移行する。
In the EV travel mode, the
実施例のハイブリッド自動車20では、車両の衝突を検知したときには、システムメインリレー56をオフとし、エンジン22が運転されているときには、エンジン22の運転を停止する。なお、車両の衝突は、実施例では、加速度センサ89により検出された車体加速度αが衝突判定用の閾値αrefを超えたときに検知する。
In the
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20における昇降圧コンバータ55のスイッチング制御について説明する。図3は、HVECU70により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、所定時間毎(例えば、数msec毎)に繰り返し実行される。
Next, switching control of the step-up / down
本ルーチンが実行されると、HVECU70は、衝突制御フラグFを入力する処理を実行する(ステップS100)。衝突制御フラグFは、衝突が検知されたときに値1に設定されるフラグであり、初期値として値0に設定されている。
When this routine is executed, the
続いて、入力した衝突制御フラグFが値0か否かを調べる(ステップS110)。衝突制御フラグFが値0であるときには、続いて、車両の衝突が検知されているか否かを判定する(ステップS120)。車両の衝突は、上述したように、加速度センサ89により検出された車体加速度αが衝突判定用の閾値αrefを超えたときに検知する。 Subsequently, it is checked whether or not the input collision control flag F is 0 (step S110). When the collision control flag F is 0, it is subsequently determined whether or not a vehicle collision has been detected (step S120). As described above, the collision of the vehicle is detected when the vehicle body acceleration α detected by the acceleration sensor 89 exceeds the threshold value αref for collision determination.
ステップS120の処理で衝突が検知されていないときには、トランジスタT31,T32のうちの一方をオフに固定して他方をオンオフする方素子駆動の実行要求をモータECU40に送信して(ステップS120)、本ルーチンを終了する。方素子駆動の実行要求を受信したモータECU40は、昇降圧コンバータ55の制御において、リアクトルLに流れる電流ILの方向に応じてトランジスタT31,T32の一方をオフに固定して、他方をオンオフするようにトランジスタT31,T32を制御する方素子制御を実行する。図4は、電流ILがバッテリ50からインバータ41,42の方向の流れる電流または電流ILが値0であるときにおけるトランジスタT31,T32のオンオフの時間変化の一例を示す説明図である。図5は、電流ILがインバータ41,42からバッテリ50の方向へ流れる電流であるときにおけるトランジスタT31,T32のオンオフの時間変化の一例を示す説明図である。電流ILがバッテリ50からインバータ41,42の方向へ流れる電流であるときまたは電流ILが値0であるときには、図3に示すように、トランジスタT31をオフに固定して、トランジスタT32をオンオフする。このとき、スイッチング素子S31では、ダイオードD31を介してバッテリ50からインバータ41,42へ電流が流れる。電流ILがインバータ41,42からバッテリ50の方向へ流れる電流であるときには、図4に示すように、トランジスタT32をオフに固定して、トランジスタT31をオンオフする。このように、トランジスタT31,T32の一方をオフに固定して、他方をオンオフすることにより、スイッチング素子S1,S2の損失の低減を図ることができる。
If no collision is detected in the process of step S120, an element drive execution request for fixing one of the transistors T31 and T32 to be turned off and the other to be turned on and off is transmitted to the motor ECU 40 (step S120). End the routine. The
ステップS120の処理で衝突が検知されたと判定されたときには、衝突フラグFを値1に設定し(ステップS140)、スイッチング素子S1,S2が比較的高い温度となる素子加熱が発生しているか否かを判定する(ステップS150)。この判定は、スイッチング素子S1,S2の温度を検出する温度センサ55a,55bの素子温度TS1,TS2をモータECU40を介して入力し、素子温度TS1,TS2の少なくとも一方が所定温度Trefを超えているときに、素子加熱が発生していると判定する。ここで、所定温度Trefは、スイッチング素子S1,S2の上限温度や上限温度より若干低い温度として予め定められた値や、スイッチング素子S2,S2のダイオードD31,D32の上限温度や上限温度より若干低い温度としてもよく、例えば、80℃,85℃,90℃である。
When it is determined in step S120 that a collision has been detected, the collision flag F is set to a value 1 (step S140), and whether or not element heating at which the switching elements S1 and S2 have a relatively high temperature has occurred. Is determined (step S150). In this determination, the element temperatures TS1 and TS2 of the
ステップS150の処理で素子加熱が発生していないと判定されたときには、トランジスタT31とトランジスタT32とを逆相でオンオフする両素子駆動の実行要求を送信して(ステップS160)、本ルーチンを終了する。両素子制御の実行要求を受信したモータECU40は、逆相でオンオフするようにトランジスタT31,T32を制御する両素子制御を実行する。図6は、トランジスタT31,T32のオンオフの時間変化の一例を示す説明図である。両素子制御では、トランジスタT31,T32をオンオフするから、方素子制御に比して、スイッチング素子S1,S2の損失が大きくなる。また、スイッチング素子S1,S2はRCIGBTとして構成されているから、トランジスタT31,T32をオンオフすることによるスイッチング素子S1,S2の損失が、IGBTとFWDとが同一の半導体基板に形成されていないIGBTに比して大きくなる。図7は、RCIGBTにおけるFWDの電圧(V)−電流(I)の特性の一例を示す説明図である。図中、実線は、IGBTのゲートをオンしているときにおけるFWDの電圧−電流特性である。破線は、IGBTのゲートをオフしているときにおけるFWDの電圧−電流特性である。RCIGBTでは、図示するように、IGBTのゲートをオンしているときには、オフしているときより、同一の電流を流すためにFWDに印加する電圧が大きくなり、FWDの損失が大きくなる。したがって、トランジスタT31,T32をオンオフする両素子制御は、一方のトランジスタをオフに固定する方素子制御に比して、損失が大きくなる。このように、両素子制御を実行することにより、スイッチング素子S1,S2の損失がより大きくなるから、コンデンサ57,58の電荷をより迅速に放電することができる。
When it is determined in step S150 that element heating has not occurred, a request to execute both element driving for turning on and off the transistors T31 and T32 in opposite phases is transmitted (step S160), and this routine is terminated. . The
ステップS150の処理で素子加熱が発生していると判定されたときには、ステップS120の処理に進み、方素子駆動の実行要求を送信して(ステップS120)、本ルーチンを終了する。方素子駆動の実行要求を受信したモータECU40は、リアクトルLに流れる電流ILの方向に応じてトランジスタT31,T32の一方をオフに固定して、他方をオンオフするようにトランジスタT31,T32を制御する方素子制御を実行する。方素子制御では、両素子制御に比して、スイッチング素子S1,S2の損失が小さくなる。したがって、素子加熱が発生していると判定されたときに、方素子制御を実行することにより、スイッチング素子S1,S2の損失を低減することができ、スイッチング素子S1,S2の温度の上昇を抑制することができる。
If it is determined in step S150 that element heating has occurred, the process proceeds to step S120, a direction element drive execution request is transmitted (step S120), and this routine ends. The
ステップS110の処理で衝突制御フラグFが値1であると判定されたときには、既に衝突が検知されていると判断して、ステップS150の処理に進み、素子加熱が発生していないときには両素子駆動の実行要求をモータECU40に送信し(ステップS160),素子加熱が発生しているときには方素子駆動の実行要求をモータECU40に送信して(ステップS120)、本ルーチンを終了する。 When it is determined in step S110 that the collision control flag F has a value of 1, it is determined that a collision has already been detected, and the process proceeds to step S150. When element heating has not occurred, both elements are driven. Is sent to the motor ECU 40 (step S160), and when element heating is occurring, a request to execute element driving is sent to the motor ECU 40 (step S120), and this routine is terminated.
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、衝突が検知されてコンデンサ57,58の電荷を放電するときには、両素子制御を実行し、両素子制御を実行しているときに素子加熱が発生したときには、方素子制御を実行することにより、スイッチング素子S1,S2の温度の上昇を抑制することができる。
According to the
実施例では、衝突が検知されてコンデンサ57の電荷を放電する際の昇降圧コンバータ55の制御について例示しているが、衝突と検知とは異なる要件でコンデンサ57の電荷を放電する際の昇降圧コンバータ55の制御に適用してもよい。
In the embodiment, the control of the step-up / down
実施例では、本発明を、エンジン22,プラネタリギヤ30,モータMG1,MG2を有するハイブリッド自動車20に適用する場合を例示しているが、モータと、モータを駆動するインバータと、バッテリと、バッテリが接続された第2電力ラインとインバータが接続された第1電力ラインとの間で電圧の変更を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧コンバータと、第1電力ラインに取り付けられたコンデンサとを備える電気自動車に適用してもよい。また、こうしたハイブリッド自動車や電気自動車に適用するものに限定されず、モータと、インバータと、バッテリと、コンデンサと、を備える電力装置であればいかなるものに適用してもよい。更に、バッテリは、電荷を蓄電可能な蓄電装置であればよく、例えば、キャパシタとしてもよい。
In the embodiment, the case where the present invention is applied to the
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、インバータ41が「インバータ」に相当し、バッテリ50が「蓄電装置」に相当し、昇降圧コンバータ55が「昇降圧コンバータ」に相当し、コンデンサ57が「コンデンサ」に相当し、モータECU40とHVECU70とが「制御装置」に相当する。
The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. Therefore, the elements of the invention described in the column of means for solving the problems are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problems should be made based on the description of the column, and the examples are those of the invention described in the column of means for solving the problems. It is only a specific example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.
本発明は、電力装置の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the power device manufacturing industry.
20 ハイブリッド自動車、22 エンジン、23 クランクポジションセンサ、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 プラネタリギヤ、36 駆動軸、38 デファレンシャルギヤ、39a,39b 駆動輪、39c,39d 車輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54a 高電圧側電力ライン、54b 低電圧側電力ライン、55 昇降圧コンバータ、56 システムメインリレー、57,58 コンデンサ、57a,58a 電圧センサ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、89 加速度センサ、D31,D32 ダイオード、L リアクトル、MG1,MG2,モータ、T31,T32 トランジスタ。 20 hybrid vehicle, 22 engine, 23 crank position sensor, 24 engine electronic control unit (engine ECU), 26 crankshaft, 28 damper, 30 planetary gear, 36 drive shaft, 38 differential gear, 39a, 39b drive wheel, 39c, 39d Wheel, 40 Electronic control unit for motor (motor ECU), 41, 42 Inverter, 43, 44 Rotation position detection sensor, 50 battery, 52 Electronic control unit for battery (battery ECU), 54a High voltage side power line, 54b Low voltage Side power line, 55 Buck-boost converter, 56 System main relay, 57, 58 capacitor, 57a, 58a Voltage sensor, 70 Electronic control unit for hybrid (HVECU), 80 Ignition switch , 81 shift lever, 82 shift position sensor, 83 accelerator pedal, 84 accelerator pedal position sensor, 85 brake pedal, 86 brake pedal position sensor, 88 vehicle speed sensor, 89 acceleration sensor, D31, D32 diode, L reactor, MG1, MG2, motor, T31, T32 transistor.
Claims (1)
蓄電装置と、
前記インバータが接続された第1電力ラインにおける正極側のラインに接続され絶縁ゲートバイポーラトランジスタとフリホイールダイオードとが同一の半導体基板に形成された第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子と前記第1電力ラインにおける負極側のラインとに接続された絶縁ゲートバイポーラトランジスタとフリホイールダイオードとが同一の基板に形成された第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点と前記蓄電装置が接続された第2電力ラインにおける正極側のラインとに接続されたリアクトルと、を有する昇降圧コンバータと、
前記第1電力ラインに取り付けられたコンデンサと、
前記インバータと前記第1,第2スイッチング素子を制御する制御装置と、
を備える電力装置であって、
前記制御装置は、前記コンデンサの電荷を放電するときには、前記第1スイッチング素子の絶縁ゲートバイポーラトランジスタと前記第2スイッチング素子の絶縁ゲートバイポーラトランジスタとを逆相でオンオフする両素子制御を実行し、
更に、前記制御装置は、前記両素子制御を実行しているときに前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の少なくとも一方の温度が所定温度を超えたときには、前記第1,第2スイッチング素子の絶縁ゲートバイポーラトランジスタのうちの一方の絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオフとして他方の絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオンオフする方素子制御を実行する、
電力装置。 An inverter that drives the motor;
A power storage device;
A first switching element connected to a positive-side line in a first power line to which the inverter is connected and having an insulated gate bipolar transistor and a freewheel diode formed on the same semiconductor substrate; the first switching element; A second switching element having an insulated gate bipolar transistor and a freewheeling diode connected to a negative-side line in one power line formed on the same substrate; and a connection between the first switching element and the second switching element. A step-up / down converter having a point and a reactor connected to a positive-side line in the second power line to which the power storage device is connected;
A capacitor attached to the first power line;
A control device for controlling the inverter and the first and second switching elements;
A power device comprising:
The control device executes both element control to turn on and off the insulated gate bipolar transistor of the first switching element and the insulated gate bipolar transistor of the second switching element in opposite phases when discharging the electric charge of the capacitor,
Further, when the temperature of at least one of the first switching element and the second switching element exceeds a predetermined temperature when the control of both elements is being performed, the control device is configured to perform the first and second switching elements. One of the insulated gate bipolar transistors is turned off and the other insulated gate bipolar transistor is turned on / off.
Power equipment.
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