JP2019047554A - Power supply system for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system for a vehicle.
例えば、下記特許文献1には、車両の走行用モータを駆動するインバータ回路に電力を供給する車両用電源システムが記載されている。この車両用電源システムは、主電源としてのバッテリ(化学電池(例えば、リチウムイオン電池))と、補助電源としてのキャパシタ(物理電池(例えば、電気2重層キャパシタ))とを備えている。特許文献1では、バッテリとキャパシタとが直流電力変換器を介して並列接続されている。直流電力変換器によってキャパシタの出力電圧がバッテリの出力電圧と同等に昇圧される。このように、バッテリの電力とキャパシタの電力とを同時にインバータ回路に供給可能である。 For example, Patent Document 1 below describes a vehicle power supply system that supplies power to an inverter circuit that drives a traveling motor of a vehicle. The vehicle power supply system includes a battery (chemical battery (for example, lithium ion battery)) as a main power supply and a capacitor (for example, a physical battery (for example, an electric double layer capacitor)) as an auxiliary power supply. In Patent Document 1, a battery and a capacitor are connected in parallel via a DC power converter. The DC power converter boosts the output voltage of the capacitor to be equal to the output voltage of the battery. Thus, battery power and capacitor power can be simultaneously supplied to the inverter circuit.
また、例えば、下記特許文献2にも、主電源としてのバッテリと、補助電源としてのキャパシタとを備えた車両用電源システムが記載されている。特許文献2においては、キャパシタの蓄電量が充分であるとき、バッテリとキャパシタとが直接的に直列接続される。そして、バッテリとキャパシタとが直列接続されて形成された蓄電装置からインバータ回路へ電力が供給される。 Further, for example, the following Patent Document 2 also describes a vehicle power supply system including a battery as a main power supply and a capacitor as an auxiliary power supply. In Patent Document 2, when the storage amount of the capacitor is sufficient, the battery and the capacitor are directly connected in series. Then, power is supplied to the inverter circuit from the power storage device formed by connecting the battery and the capacitor in series.
一般に、インバータ回路の電源端子に所定の電圧(定格電源電圧)が印加されているとき、最も効率よく走行用モータを駆動できる。また、一般に、バッテリは、放電時間の経過に従って出力電圧(端子間電圧)が徐々に低下するがその変化幅は比較的小さい(図2参照)。これに対し、放電時間に対するキャパシタの出力電圧(端子間電圧)の変化幅は比較的大きい(図3参照)。 Generally, when a predetermined voltage (rated power supply voltage) is applied to the power supply terminal of the inverter circuit, the traveling motor can be driven most efficiently. Also, in general, in the battery, the output voltage (voltage between terminals) gradually decreases with the passage of discharge time, but the change width is relatively small (see FIG. 2). On the other hand, the change width of the output voltage (voltage between terminals) of the capacitor with respect to the discharge time is relatively large (see FIG. 3).
特許文献1においては、キャパシタの出力電圧がバッテリの出力電圧と同等に昇圧される。したがって、バッテリの出力電圧の低下分(図2において網点を付した部分)を、キャパシタの電力を用いて補うことができない。すなわち、特許文献1の構成では、インバータ回路の電源電圧を前記所定の値に保つことができない。よって、車両の走行用モータを効率よく駆動し続けることができない。 In Patent Document 1, the output voltage of the capacitor is boosted equal to the output voltage of the battery. Therefore, the reduction in the output voltage of the battery (the portion with the halftone dots in FIG. 2) can not be compensated using the power of the capacitor. That is, in the configuration of Patent Document 1, the power supply voltage of the inverter circuit can not be maintained at the predetermined value. Therefore, it is not possible to drive the traveling motor of the vehicle efficiently.
一方、特許文献2においては、バッテリとキャパシタとが直列接続されているので、バッテリの出力電圧とキャパシタの出力電圧とを加算した電圧がインバータ回路の電源端子に印加される。ただし、特許文献2の構成において、バッテリ及びキャパシタの電力がインバータ回路にて消費されていくに従ってバッテリ及びキャパシタの出力電圧が低下していく。とくに、キャパシタの出力電圧が大きく低下する。このように、特許文献2の構成では、インバータ回路の電源電圧を前記所定の値に保つことができない。よって、車両の走行用モータを効率よく駆動し続けることができない。 On the other hand, in Patent Document 2, since the battery and the capacitor are connected in series, a voltage obtained by adding the output voltage of the battery and the output voltage of the capacitor is applied to the power supply terminal of the inverter circuit. However, in the configuration of Patent Document 2, as the power of the battery and the capacitor is consumed by the inverter circuit, the output voltage of the battery and the capacitor decreases. In particular, the output voltage of the capacitor is greatly reduced. As described above, in the configuration of Patent Document 2, the power supply voltage of the inverter circuit can not be maintained at the predetermined value. Therefore, it is not possible to drive the traveling motor of the vehicle efficiently.
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、車両の走行用モータを効率良く駆動できる車両用電源システムを提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。 The present invention has been made to address the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a power supply system for a vehicle capable of efficiently driving a traveling motor of the vehicle. In the following description of each component of the present invention, the reference numerals of corresponding parts of the embodiment are described in parentheses in order to facilitate understanding of the present invention, but each component of the present invention is It should not be construed as limited to the configuration of the corresponding portion indicated by the reference numerals of the embodiment.
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両の走行用モータ(MT)を駆動する機能と回生電力を出力する機能を備えたインバータ回路(IV)及び前記車両の補機(AC)に供給される電力を蓄える第1蓄電装置(10)及び第2蓄電装置(20)と、前記第1蓄電装置及び前記インバータ回路に接続される第1入出力部(31)及び前記第2蓄電装置及び前記補機に接続される第2入出力部(32)を有し、出力電圧値を設定する設定信号(CS30)に従って、一方の入出力部に供給された直流電力の電圧を変更して他方の入出力部から出力する双方向絶縁型直流電力変換器(30)と、前記第1入出力部、前記第1蓄電装置、及び前記インバータ回路の接続関係を切り替える複数のスイッチ(51,52,53)と、前記双方向絶縁型電力変換器に入力される電力の電圧(V10,V20,VIV)に応じて、前記設定信号を生成して出力するとともに、前記複数のスイッチのオン・オフ状態をそれぞれ所定の状態に設定することにより、前記第1蓄電装置と前記第1入出力部とが並列接続された状態、前記インバータ回路と前記第1入出力部とが並列接続された状態、又は前記第1蓄電装置と前記第1入出力部とが直列接続され、且つ前記第1蓄電装置と前記第1入出力部とが直列接続されて形成された回路が前記インバータ回路に並列接続された状態に設定する制御装置(60)と、を備えた車両用電源システム(1)としたことにある。なお、双方向絶縁型直流電力変換器とは、前記第1入出力部に供給された直流電力の電圧を設定信号に従って変換した直流電力を前記第2入出力部から出力する動作モードと、前記第2入出力部に供給された直流電力の電圧を設定信号に従って変換した直流電力を前記第1入出力部から出力する動作モードとを備え、前記第1入出力部側の回路と前記第2入出力部側の回路とが電気的に絶縁されている装置を意味する。 In order to achieve the above object, the features of the present invention include an inverter circuit (IV) having a function of driving a traveling motor (MT) of a vehicle and a function of outputting regenerative power, and an accessory (AC) of the vehicle Power storage device (10) and second power storage device (20) for storing power supplied to the first power storage device, a first input / output unit (31) connected to the first power storage device and the inverter circuit, and the second power storage device The device and the second input / output unit (32) connected to the auxiliary device, and changing the voltage of the DC power supplied to one of the input / output units according to the setting signal (CS 30 ) for setting the output voltage value And a plurality of switches (51) for switching the connection of the first input / output unit, the first power storage device, and the inverter circuit. , 52, 53), In accordance with the voltage of the power input to the counter isolated power converter (V 10, V 20, V IV), with generating and outputting the setting signal, the plurality of switches on and off states respectively predetermined Setting the first power storage device and the first input / output unit in parallel, setting the inverter circuit and the first input / output unit in parallel, or A circuit formed by connecting a power storage device and the first input / output unit in series and connecting the first power storage device and the first input / output unit in series is connected in parallel to the inverter circuit And a control device (60) for the vehicle power supply system (1). The bidirectional insulation type DC power converter is an operation mode in which DC power obtained by converting a voltage of DC power supplied to the first input / output unit according to a setting signal is output from the second input / output unit, and An operation mode for outputting, from the first input / output unit, DC power obtained by converting a voltage of the DC power supplied to the second input / output unit according to a setting signal, and a circuit on the first input / output unit side and the second It means a device in which the circuit on the input / output side is electrically isolated.
この場合、前記第1蓄電装置は、電気的エネルギーを化学的エネルギーに変換して蓄え、前記蓄えた化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換して放出する装置であり、前記第2蓄電装置は、電気的エネルギーをそのまま蓄え、前記蓄えた電気的エネルギーをそのまま放出する装置であると良い。なお、第2蓄電装置は、第1蓄電装置に比べて内部抵抗が小さく、且つ充放電を繰り返すことによる劣化が少ない装置であると良い。 In this case, the first power storage device is a device that converts electrical energy into chemical energy and stores it, converts the stored chemical energy into electrical energy and releases it, and the second power storage device It is preferable that the device be a device that stores electrical energy as it is and discharges the stored electrical energy as it is. The second power storage device preferably has a smaller internal resistance than the first power storage device, and is a device with less deterioration due to repeated charging and discharging.
また、この場合、前記第2蓄電装置はキャパシタであるとよい。 In this case, the second power storage device may be a capacitor.
一般に、車両の走行用モータを駆動するインバータ回路の電源電圧と補機の電源電圧は異なる。本発明に係る車両用電源システムの第1蓄電装置を主にインバータ回路の電源として用い、第2蓄電装置を主に補機の電源として用いることができる。 In general, the power supply voltage of an inverter circuit for driving a traveling motor of a vehicle is different from the power supply voltage of an accessory. The first power storage device of the power supply system for a vehicle according to the present invention can be mainly used as a power source of the inverter circuit, and the second power storage device can be mainly used as a power source of an accessory.
また、本発明に係る車両用電源システムにおいては、第1蓄電装置とインバータ回路とが並列接続された状態に設定しておけば、インバータ回路から出力された回生電力を用いて第1蓄電装置を充電できる。すなわち、回電電力を第1蓄電装置に回収できる。この場合、双方向絶縁型直流電力変換器を停止させておけばよい。 Further, in the vehicle power supply system according to the present invention, when the first power storage device and the inverter circuit are set in parallel, the first power storage device is generated using the regenerative power output from the inverter circuit. It can be charged. That is, the regenerative power can be recovered to the first power storage device. In this case, the bidirectional isolated DC power converter may be stopped.
また、本発明に係る車両用電源システムにおいては、次のようにして第2蓄電装置を充電可能である。まず、第1蓄電装置と第1入出力部とが並列接続された状態に設定する。そして、第1入出力部に第1蓄電装置の電力を供給し、その電圧を補機の電源電圧と同一の電圧に変換して第2入出力部から出力する。これにより、第2蓄電装置を補機の電源電圧と同一の電圧で充電できる。また、次のようにして第2蓄電装置を充電することもできる。まず、インバータ回路と第1入出力部とが並列接続された状態に設定する。つぎに、インバータ回路から出力された回生電力を第1入出力部に第1蓄電装置の電力を供給し、その電圧を補機の電源電圧と同一の電圧に変換して第2入出力部から出力する。これによっても、第2蓄電装置を補機の電源電圧と同一の電圧で充電できる。 Further, in the vehicle power supply system according to the present invention, the second power storage device can be charged as follows. First, the first power storage device and the first input / output unit are set in parallel. Then, the power of the first power storage device is supplied to the first input / output unit, and the voltage is converted to the same voltage as the power supply voltage of the accessory and output from the second input / output unit. Thus, the second power storage device can be charged with the same voltage as the power supply voltage of the accessory. In addition, the second power storage device can also be charged as follows. First, the inverter circuit and the first input / output unit are set in parallel. Next, the regenerative power output from the inverter circuit is supplied to the first input / output unit of the power of the first power storage device, and the voltage is converted to the same voltage as the power supply voltage of the accessory to be supplied from the second input / output unit. Output. Also by this, it is possible to charge the second power storage device with the same voltage as the power supply voltage of the accessory.
また、次のようにしてインバータ回路を駆動可能である。まず、第1蓄電装置と第1入出力部とが直列接続された状態に設定し、さらに、前記第1蓄電装置と第1入出力部とが直列接続されて形成された回路をインバータ回路に並列接続された状態に設定する。そして、第2蓄電装置の電力を第2入出力部に供給し、その電圧を次のように変換して第1入出力部から出力する。具体的には、第1蓄電装置の出力電圧と第1入出力部の出力電圧との和がインバータ回路の定格電源電圧に等しくなるように、第2入出力部に入力された電力の電圧を変換する。これにより、インバータ回路の電源電圧を定格電源電圧に保つことができる。したがって、本発明によれば、車両の走行用モータを常に効率良く駆動できる。 Also, the inverter circuit can be driven as follows. First, a circuit formed by connecting the first power storage device and the first input / output unit in series and further connecting the first power storage device and the first input / output unit in series is used as an inverter circuit. Set in parallel connection. Then, the power of the second power storage device is supplied to the second input / output unit, and the voltage is converted as follows and output from the first input / output unit. Specifically, the voltage of the power input to the second input / output unit is set so that the sum of the output voltage of the first power storage device and the output voltage of the first input / output unit is equal to the rated power supply voltage of the inverter circuit. Convert. Thus, the power supply voltage of the inverter circuit can be maintained at the rated power supply voltage. Therefore, according to the present invention, the traveling motor of the vehicle can always be driven efficiently.
また、本発明の他の特徴は、前記制御装置は、前記インバータ回路と前記第1入出力部とが並列接続された状態において、前記第1蓄電装置が前記第1入出力部及び前記インバータ回路から切り離された状態に設定する、車両用電源システムとしたことにある。 Further, another feature of the present invention is that in the control device, the first power storage device is the first input / output unit and the inverter circuit in a state where the inverter circuit and the first input / output unit are connected in parallel. It is set as the power supply system for vehicles set to the state separated from.
本発明によれば、インバータ回路から出力された回生電力を用いて、第2蓄電装置を優先的に充電できる。これによれば、第1蓄電装置の劣化を抑制できる。ここで、一般に、キャパシタ(物理電池(例えば、電気2重層キャパシタ))は、バッテリ(化学電池(例えば、リチウムイオン電池))と比べて劣化し難い。そのため、例えば、第1蓄電池としてリチウムイオン電池を採用し、第2蓄電装置として電気2重層キャパシタを採用した場合に、回生電力を用いて電気2重層キャパシタを優先的に充電すれば、リチウムイオン電池の充放電回数を低減でき、リチウムイオン電池の劣化を抑制できる。 According to the present invention, the second power storage device can be charged preferentially using the regenerative power output from the inverter circuit. According to this, the deterioration of the first power storage device can be suppressed. Here, in general, a capacitor (physical battery (for example, an electric double layer capacitor)) is less likely to deteriorate than a battery (for example, a chemical battery (for example, lithium ion battery)). Therefore, for example, when a lithium ion battery is adopted as the first storage battery and an electric double layer capacitor is adopted as the second power storage device, the lithium ion battery is charged if the electric double layer capacitor is preferentially charged using regenerative electric power. The number of charge and discharge cycles can be reduced, and deterioration of the lithium ion battery can be suppressed.
本発明の一実施形態に係る車両用電源システム1について説明する。まず、車両用電源システム1が適用された車両の概略について説明する。車両用電源システム1は、図1に示すように、車両(電気自動車又はハイブリッド車)の推進装置DD及び補機ACに接続されている。車両用電源システム1は、推進装置DD及び補機ACに直流電力を供給する。推進装置DDは、走行用モータMT及びインバータ回路IVを備える。走行用モータMTは、三相交流電動機である。インバータ回路IVは、車両用電源システム1から供給された直流電力を三相交流電力(U相、V相及びW相)に変換して走行用モータMTに供給する。インバータ回路IVの定格電源電圧は、例えば200Vである。また、インバータ回路IVは、車両の制動時の回生電力を車両用電源システム1に供給する。車両用電源システム1は、インバータ回路IVから供給された回生電力を蓄える。なお、補機ACは、エアコン、オーディオ装置、照明装置などを含む。補機ACの電源電圧は、例えば15Vである。 A vehicle power supply system 1 according to an embodiment of the present invention will be described. First, an outline of a vehicle to which the vehicle power supply system 1 is applied will be described. The vehicle power supply system 1 is connected to a propulsion device DD and an accessory AC of a vehicle (electric vehicle or hybrid vehicle) as shown in FIG. The vehicle power supply system 1 supplies DC power to the propulsion device DD and the accessory AC. The propulsion device DD includes a traveling motor MT and an inverter circuit IV. The traveling motor MT is a three-phase alternating current motor. The inverter circuit IV converts DC power supplied from the vehicle power supply system 1 into three-phase AC power (U-phase, V-phase and W-phase), and supplies it to the traveling motor MT. The rated power supply voltage of the inverter circuit IV is, for example, 200V. Further, the inverter circuit IV supplies the regenerative power during braking of the vehicle to the vehicle power supply system 1. Vehicle power supply system 1 stores regenerative power supplied from inverter circuit IV. The accessory AC includes an air conditioner, an audio device, a lighting device, and the like. The power supply voltage of the accessory AC is, for example, 15V.
つぎに、車両用電源システム1の構成について説明する。車両用電源システム1は、バッテリ10、キャパシタ20、直流電力変換器30、直流電力変換器40、スイッチ装置50及び制御装置60を備える。
Below, the structure of the power supply system 1 for vehicles is demonstrated. The vehicle power supply system 1 includes a
バッテリ10は、電気化学反応を利用した充放電可能な電池(化学電池)である。つまり、バッテリ10は、充電時には、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄え、放電時には、化学エネルギーを電気エネルギーに変換して放出する。例えば、バッテリ10として、リチウムイオン電池が用いられる。バッテリ10の容量は、例えば、6.5Ahである。バッテリ10の定格出力電圧は、例えば200Vである。図2に例示するように、バッテリ10の放電時間t10に対する、出力電圧V10(正極端子TP10と負極端子TN10との間の電圧)の変化は比較的小さい。なお、バッテリ10は、充放電に際し電気化学反応を伴うため、急速な充放電(比較的大きな電流の入出力)には適さない。また、充放電を繰り返すことにより、バッテリ10は次第に劣化する。例えば、容量が減少する。
The
キャパシタ20は、バッテリ10とは異なり、電気エネルギーをそのまま蓄える。キャパシタ20として、例えば、電気二重層キャパシタが用いられる。キャパシタ20の容量は、例えば、0.8Ahである。図3に例示するように、キャパシタ20の放電時間t20に対する、出力電圧V20(正極端子TP20と負極端子TN20との間の電圧)の変化は比較的大きい。キャパシタ20は、充放電に際し電気化学反応を伴わないため、急速な充放電(比較的大きな電流の入出力)が可能である。また、バッテリ10に比べて、耐久性が高い(劣化し難い)。ただし、上記のように、バッテリ10に比べて容量が小さい。なお、図2及び図3に示すグラフの縦軸と横軸のスケール(倍率)は無関係である。また、図2及び図3に示すグラフは一例である。また、出力電圧V10及び出力電圧V20の変化特性は、負荷の変動の影響も受ける。
Unlike the
直流電力変換器30は、周知の双方向絶縁型直流電力変換機である。すなわち、直流電力変換器30は、入力された電力の電圧を降下させる機能と、電圧を上昇させる機能を有する。図1に示すように、直流電力変換器30は、コイル、キャパシタ及び複数のトランジスタなどから構成されたスイッチング回路(ブリッジ回路)SC1、スイッチング回路(ブリッジ回路)SC2及びトランスTを備える。スイッチング回路SC1とスイッチング回路SC2とがトランスTを介して接続されている。したがって、スイッチング回路SC1とスイッチング回路SC2とは電気的には絶縁されているが、電磁気的には接続されている。なお、図1においては、前記複数のトランジスタを簡易的にスイッチとして記載している。
The
直流電力変換器30は、入出力部31(正極端子TP31と負極端子TN31)と入出力部32(正極端子TP32と負極端子TN32)とを備える。入出力部31(正極端子TP31と負極端子TN31)は、スイッチング回路SC1の端子部であって、トランスTとは反対側の端子部に相当する。また、入出力部32(正極端子TP32と負極端子TN32)は、スイッチング回路SC2の端子部であって、トランスTとは反対側の端子部に相当する。直流電力変換器30は、入出力部31(正極端子TP31と負極端子TN31との間)に入力された直流電力を変換して、入出力部32(正極端子TP32と負極端子TN32との間)に直流電力を出力する。この動作モードを第1変換モードと呼ぶ。また、直流電力変換器30は、入出力部32に入力された直流電力を変換して、入出力部31に直流電力を出力する。この動作モードを第2変換モードと呼ぶ。前記複数のトランジスタのオン・オフ状態の切り替え周期及びデューティ比が後述する制御装置60によって制御される。これにより、直流電力変換器30の動作モード(第1変換モード又は第2変換モード)が決定されるとともに、第1変換モードにおける入出力部32からの出力電圧値(正極端子TP32と負極端子TN32との間の電圧値)、及び第2変換モードにおける入出力部31からの出力電圧値(正極端子TP31と負極端子TN31との間の電圧値)が制御される。なお、前記複数のトランジスタのオン・オフ状態の切り替え周期及びデューティ比が、本発明の設定信号CS30に相当する。
The
直流電力変換器40は、周知の降圧型直流電力変換器である。すなわち、直流電力変換器40は、入力された電力の電圧を降下させる機能を有する。直流電力変換器40は、例えば、降圧型チョッパ回路から構成されている。直流電力変換器40は、入力部41(正極端子TP41と負極端子TN41)と出力部42(正極端子TP42と負極端子TN42)とを備える。入力部41(正極端子TP41と負極端子TN41)は、降圧型チョッパ回路の入力側(高電圧側)の端子部に相当する。また、出力部42(正極端子TP42と負極端子TN42)は、降圧型チョッパ回路の出力側(低電圧側)の端子部に相当する。直流電力変換器40は、入力部41(正極端子TP41と負極端子TN41との間)に入力された直流電力(高電圧)を変換して、出力部42(正極端子TP42と負極端子TN42との間)に直流電力(低電圧)を出力する。降圧型チョッパ回路を構成する複数のトランジスタのオン・オフ状態の切り替え周期及びデューティ比(設定信号CS40)が後述する制御装置60によって制御される。これにより、出力部42からの出力電圧値(正極端子TP42と負極端子TN42との間の電圧値)が制御される。
The
スイッチ装置50は、スイッチ51乃至スイッチ53から構成されている。スイッチ51は、バッテリ10の正極端子TP10と直流電力変換器30の正極端子TP31との間に設けられている。スイッチ52は、バッテリ10の正極端子TP10と直流電力変換器30の負極端子TN31との間に設けられている。スイッチ53は、直流電力変換器30の負極端子TN31とグランド(基準電位)GNDとの間に設けられている。
The
バッテリ10の負極端子TN10、キャパシタ20の負極端子TN20、直流電力変換器30の負極端子TN32、直流電力変換器40の負極端子TN41,TN42、補機ACの電源端子の負極端子TNAC、インバータ回路IVの電源端子の負極端子TNIVがグランドGNDに接続されている。直流電力変換器30の正極端子TP31がインバータ回路IVの電源端子の正極端子TPIVに接続されている。バッテリ10の正極端子TP10がスイッチ51を介して直流電力変換器30の正極端子TP31に接続されている。また、バッテリ10の正極端子TP10がスイッチ52を介して直流電力変換器30の負極端子TN31に接続されている。直流電力変換器30の負極端子TN31がスイッチ53を介してグランドGNDに接続されている。直流電力変換器30の正極端子TP32がキャパシタ20の正極端子TP20に接続されている。キャパシタ20の正極端子TP20が直流電力変換器40の正極端子TP41に接続されている。直流電力変換器40の正極端子TP42が補機ACの電源端子の正極端子TPACに接続されている。
The negative terminal TN 10 of the
スイッチ51がオン状態に設定され、スイッチ52がオフ状態に設定され、且つスイッチ53がオン状態に設定された状態(図4参照)は、入出力部31が、バッテリ10に並列接続された状態に相当する。スイッチ51がオフ状態に設定され、スイッチ52がオン状態に設定され、且つスイッチ53がオフ状態に設定された状態(図5参照)は、入出力部31が、バッテリ10に直列接続された状態に相当する。スイッチ51がオフ状態に設定され、スイッチ52がオフ状態に設定され、且つスイッチ53がオン状態に設定された状態(図6参照)は、入出力部31がインバータ回路IVに並列接続された状態に相当する。この状態では、バッテリ10は、入出力部31及びインバータ回路IVから切り離されている。スイッチ51がオン状態に設定され、スイッチ52がオフ状態に設定され、且つスイッチ53がオフ状態に設定された状態(図7参照)は、バッテリ10がインバータ回路IVに並列接続された状態に相当する。このとき、スイッチング回路SC1はフローティング状態である。
When the
制御装置60は、演算装置及び記憶装置を備える。演算装置は、記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムに従って動作する。演算装置は、車両の速度・加速度、アクセルペダルの踏み込み量、ブレーキペダルの踏み込み量などに基づいて、スイッチ装置50を構成するスイッチ51乃至スイッチ53のオン・オフ状態を切り替える。また、演算装置は、直流電力変換器30に入力される電力の電圧(バッテリ10の出力電圧V10、キャパシタ20の出力電圧V20、及び回生時におけるインバータ回路IVの出力電圧VIV)を検出する。演算装置は、その検出結果に基づいて設定信号CS30,CS40を生成して、直流電力変換器30,40に出力する。なお、車両の速度・加速度、アクセルペダルの踏み込み量、ブレーキペダルの踏み込み量などを、制御装置60が直接的に検出してもよいし、車両全体の動作を制御する他の制御装置(ECU)から、それらの検出結果を取得してもよい。
The
つぎに、車両用電源システム1の動作について具体的に説明する。運転者が車両に搭乗し、車両の制御システムが起動されると、制御装置60は、図8に示す始動プログラムを実行する。制御装置60は、ステップS10にて、始動処理を開始すると、次のステップS11にて、スイッチ装置50を初期化する。すなわち、スイッチ51乃至スイッチ53をオフ状態に設定する。つぎに、制御装置60は、ステップS12にて、キャパシタ20の出力電圧V20を検出する。つぎに、制御装置60は、ステップS13にて、キャパシタ20の蓄電量が充分であるか否かを判定する。具体的には、前記検出した出力電圧V20が所定の電圧VT20以上(図3参照(例えば、12V以上))であるか否かを判定する。前記検出した出力電圧V20が所定の電圧VT20以上であるとき、制御装置60は、「Yes」と判定して、後述するステップS14及びステップS15をスキップし、ステップS16にて始動処理を終了する。
Below, operation | movement of the power supply system 1 for vehicles is demonstrated concretely. When the driver gets on the vehicle and the control system of the vehicle is activated, the
一方、前記検出した出力電圧V20が所定の電圧VT20より小さいとき、制御装置60は、「No」と判定し、ステップS14及びステップS15の処理を実行して、バッテリ10の電力を用いて、キャパシタ20を充電する。具体的には、制御装置60は、ステップS14にて、バッテリ10と入出力部31とが並列接続されるように、スイッチ装置50を操作する。すなわち、スイッチ51がオン状態に設定され、スイッチ52がオフ状態に設定され、且つスイッチ53がオン状態に設定される(図4参照)。つぎに、制御装置60は、ステップS15にて、直流電力変換器30が第1変換モードで機能し、且つ直流電力変換器30の入出力部32の出力電圧V32が所定の電圧(補機ACの電源電圧(例えば15V))になるような設定信号CS30を生成して出力する。これにより、バッテリ10の電力を用いて、キャパシタ20が充電される。そして、制御装置60は、ステップS16にて、始動処理を終了する。なお、始動処理において、走行用モータMTは停止している。
On the other hand, when the output voltage V 20 where the detected is less than a predetermined voltage VT 20, the
つぎに、制御装置60は、直流電力変換器40の出力部42の出力電圧V42が補機ACの電源電圧(例えば15V))になるような設定信号CS40を生成して出力する。すなわち、キャパシタ20の出力電圧V20が変動したとしても、補機ACの電源電圧が一定に保たれる。
Next,
つぎに、制御装置60は、車両の速度・加速度、アクセルペダルの踏み込み量及びブレーキペダルの踏み込み量などに基づいて、走行用モータMTの制御状態(回転駆動状態又は回生制動状態)を検出する。制御装置60は、走行用モータMTを回転駆動状態に移行させることを検出すると、図9に示す、放電プログラムを実行して、バッテリ10及びキャパシタ20の電力をインバータ回路IVへ供給する。制御装置60は、ステップS20にて、放電処理を開始する。つぎに、制御装置60は、ステップS21にて、バッテリ10と入出力部31とが直列接続されるように、スイッチ装置50を操作する。すなわち、スイッチ51がオフ状態に設定され、スイッチ52がオン状態に設定され、且つスイッチ53がオフ状態に設定される(図5参照)。つぎに、制御装置60は、ステップS22にて、バッテリ10の出力電圧V10を検出する。つぎに、制御装置60は、ステップS23にて、直流電力変換器30が第2変換モードで機能し、且つ前記検出した出力電圧V10と直流電力変換器30の入出力部31の出力電圧V31との和(V10+V31)がインバータ回路IVの定格電源電圧に等しくなるような設定信号CS30を生成して出力する。そして、制御装置60は、ステップS22に処理を進める。制御装置60は、ステップS22及びステップS23からなる一連の処理を繰り返し実行する。図2に示すように、バッテリ10の出力電圧V10は、放電時間t10の経過(蓄電量の減少)に従って低下していくが、その低下分(図2において斜線を付した部分)が、直流電力変換器30を用いてキャパシタ20の出力電圧V20を昇圧又は降圧することにより補われる。制御装置60は、放電処理中に、走行用モータMTを回生制動状態に移行させることを検出すると、放電処理を終了し、次に説明する充電処理に移行する。
Next, the
制御装置60は、走行用モータMTを回生制動状態に移行させることを検出すると、制御装置60は、図10に示す、充電プログラムを実行して、回生電力を用いてキャパシタ20又はバッテリ10を充電する。制御装置60は、ステップS30にて、充電処理を開始する。つぎに、制御装置60は、ステップS31にて、キャパシタ20の出力電圧V20を検出する。つぎに、制御装置60は、ステップS32にて、インバータ回路IVから出力された回生電力を用いてキャパシタ20を充電可能か否かを判定する。具体的には、前記検出した出力電圧V20が、所定の電圧VT20以上であるか否かを判定する。前記検出した出力電圧V20が、所定の電圧VT20より小さいとき、制御装置60は、「Yes」(つまり、キャパシタ20を充電可能)と判定し、ステップS33に処理を進める。
When
つぎに、制御装置60は、ステップS33にて、インバータ回路IVと入出力部31とが並列接続されるように、スイッチ装置50を操作する。すなわち、スイッチ51がオン状態に設定され、スイッチ52がオフ状態に設定され、且つスイッチ53がオン状態に設定される(図6参照)。つぎに、制御装置60は、ステップS34にて、直流電力変換器30が第1変換モードで動作し、且つ直流電力変換器30の入出力部32の出力電圧V32が所定の電圧(補機ACの電源電圧(例えば15V))になるような設定信号CS30を生成して出力する。これにより、インバータ回路IVから出力された回生電力を用いてキャパシタ20が充電される。なお、回生電力は、補機ACの駆動にも利用される。そして、制御装置60は、ステップS32に処理を進める。
Next, in step S33,
一方、ステップS32において、前記検出した出力電圧V20が、所定の電圧VT20以上であるとき、制御装置60は、「No」(つまり、キャパシタ20を充電不能)と判定する。つまり、制御装置60は、キャパシタ20の蓄電量は充分であると判定する。この場合、制御装置60は、制御装置60は、インバータ回路IVから出力された回生電力を用いてバッテリ10を充電する。
On the other hand, in step S32, the output voltage V 20 described above detects, when the predetermined voltage VT 20 above, the
制御装置60は、ステップS35にて、制御装置60は、インバータ回路IVとバッテリ10とが並列接続されるように、スイッチ装置50を操作する。すなわち、スイッチ51がオン状態に設定され、スイッチ52がオフ状態に設定され、且つスイッチ53がオフ状態に設定される(図7参照)。この状態では、直流電力変換器30は停止され、補機ACは、キャパシタ20の電力を用いて駆動される。そして、制御装置60は、ステップS32に処理を進める。
At step S35,
上記のように、本実施形態では、走行用モータMTの回生制動中においてインバータ回路IVから出力される回生電力を用いてキャパシタ20が優先的に充電される。なお、制御装置60は、走行用モータMTを回転駆動状態に移行させることを検出すると、充電処理を終了し、放電処理に移行する。このように、車両の走行中に、放電処理と充電処理が交互に実行される。
As described above, in the present embodiment, the
上記のように、車両用電源システム1では、キャパシタ20の電力が直流電力変換器30によって変換されて入出力部31から出力される。そして、バッテリ10と入出力部31とが直列接続される。この状態において、バッテリ10の出力電圧V10と直流電力変換器30の入出力部31の出力電圧V31との和(V10+V31)がインバータ回路IVの定格電源電圧に等しくなるように、直流電力変換器30が制御される。これにより、インバータ回路IVの電源電圧を定格電源電圧に保つことができる。よって、走行用モータMTを常に効率よく駆動できる。
As described above, in the vehicle power supply system 1, the power of the
また、比較的耐久性の高い(劣化し難い)キャパシタ20が回生電力を用いて優先的に充電される。したがって、バッテリ10の充放電回数を低減できる。よって、バッテリ10の劣化を抑制できる。
In addition,
さらに、本発明の実施にあたっては、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。 Furthermore, the implementation of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
上記実施形態においては、バッテリ10としてリチウムイオン電池を採用しているが、他の方式の二次電池を採用しても良い。また、キャパシタ20として、電気二重層キャパシタを採用しているが、他の方式のキャパシタを採用しても良い。また、直流電力変換器30として、スイッチング回路SC1とスイッチング回路SC2とトランスTを介して接続した装置を採用しているが、入出力部31と入出力部32との間で双方向に電力を変換でき、且つ入出力部31側の回路と入出力部32側の回路とが電気的に絶縁されている方式であれば、他の方式の装置を採用しても良い。
In the above embodiment, a lithium ion battery is adopted as the
また、補機ACを構成する装置(エアコン、オーディオ装置、照明装置など)の電源電圧値が異なる場合には、それらの装置ごとに、直流電力変換器40を設けてもよい。
If the power supply voltage values of the devices (air conditioner, audio device, lighting device, etc.) constituting the accessory AC are different, the
また、放電処理において、一時的(例えば高速走行時)に高い負荷に対応するため、出力電圧V10と出力電圧V31との和(V10+V31)がインバータ回路IVの定格電源電圧よりも少し高くなるように、直流電力変換器30を制御してもよい。
In addition, in discharge processing, the sum (V 10 + V 31 ) of output voltage V 10 and output voltage V 31 is higher than the rated power supply voltage of inverter circuit IV in order to correspond to a high load temporarily (for example, at high speed traveling). The
1・・・車両用電源システム、10・・・バッテリ、20・・・キャパシタ、30,40・・・直流電力変換器、31・・・入出力部、32・・・入出力部、41・・・入力部、42・・・出力部、51・・・スイッチ、52・・・スイッチ、53・・・スイッチ、60・・・制御装置、AC・・・補機、CS30,CS40・・・設定信号、DD・・・推進装置、GND・・・グランド、IV・・・インバータ回路、MT・・・走行用モータ、SC1・・・スイッチング回路、SC2・・・スイッチング回路、T・・・トランス、V10,V20,V31,V32,V42・・・出力電圧、t10・・・放電時間、t20・・・放電時間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply system for vehicles, 10 ... Battery, 20 ... Capacitor, 30, 40 ... DC power converter, 31 ... Input-output part, 32 ... Input-output part, 41 · · Input unit, 42 · · · Output unit, 51 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · control device, AC · · · auxiliary equipment, CS 30 , CS 40 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · Setting
Claims (4)
前記第1蓄電装置及び前記インバータ回路に接続される第1入出力部及び前記第2蓄電装置及び前記補機に接続される第2入出力部を有し、出力電圧値を設定する設定信号に従って、一方の入出力部に供給された直流電力の電圧を変更して他方の入出力部から出力する双方向絶縁型直流電力変換器と、
前記第1入出力部、前記第1蓄電装置、及び前記インバータ回路の接続関係を切り替える複数のスイッチと、
前記双方向絶縁型電力変換器に入力される電力の電圧に応じて、前記設定信号を生成して出力するとともに、前記複数のスイッチのオン・オフ状態をそれぞれ所定の状態に設定することにより、前記第1蓄電装置と前記第1入出力部とが並列接続された状態、前記インバータ回路と前記第1入出力部とが並列接続された状態、又は前記第1蓄電装置と前記第1入出力部とが直列接続され、且つ前記第1蓄電装置と前記第1入出力部とが直列接続されて形成された回路が前記インバータ回路に並列接続された状態に設定する制御装置と、
を備えた車両用電源システム。 An inverter circuit having a function of driving a traveling motor of a vehicle and a function of outputting regenerative power; and a first power storage device and a second power storage device for storing power supplied to an accessory of the vehicle;
A first input / output unit connected to the first power storage device and the inverter circuit, and a second input / output unit connected to the second power storage device and the auxiliary device, according to a setting signal for setting an output voltage value A bidirectional isolated DC power converter that changes a voltage of DC power supplied to one input / output unit and outputs the voltage from the other input / output unit;
A plurality of switches for switching the connection of the first input / output unit, the first power storage device, and the inverter circuit;
By generating and outputting the setting signal according to the voltage of the power input to the bidirectional isolated power converter, the on / off states of the plurality of switches are set to predetermined states, respectively. A state in which the first power storage device and the first input / output unit are connected in parallel, a state in which the inverter circuit and the first input / output portion are connected in parallel, or the first power storage device and the first input / output A control unit configured to set a state in which a circuit formed by connecting the first power storage device and the first input / output unit in series is connected in parallel to the inverter circuit;
Power supply system for vehicles equipped with.
前記第1蓄電装置は、電気的エネルギーを化学的エネルギーに変換して蓄え、前記蓄えた化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換して放出する装置であり、
前記第2蓄電装置は、電気的エネルギーをそのまま蓄え、前記蓄えた電気的エネルギーをそのまま放出する装置である、車両用電源システム。 In the vehicle power supply system according to claim 1,
The first power storage device is a device that converts electrical energy into chemical energy and stores it, and converts the stored chemical energy into electrical energy and releases it.
The second power storage device is a device for storing electric energy as it is and releasing the stored electric energy as it is.
前記第2蓄電装置はキャパシタである、車両用電源システム。 In the vehicle power supply system according to claim 2,
The vehicle power supply system, wherein the second power storage device is a capacitor.
前記制御装置は、前記インバータ回路と前記第1入出力部とが並列接続された状態において、前記第1蓄電装置が前記第1入出力部及び前記インバータ回路から切り離された状態に設定する、車両用電源システム。 The vehicle power supply system according to claim 1 or 2
The control device sets a state in which the first power storage device is disconnected from the first input / output unit and the inverter circuit in a state where the inverter circuit and the first input / output unit are connected in parallel. Power supply system.
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JP2017165356A JP2019047554A (en) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | Power supply system for vehicle |
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