JP2019110697A - Drive device of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機の駆動装置に関し、特に、スイッチング素子を含むインバータを備えた駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device for a rotating electrical machine, and more particularly to a drive device provided with an inverter including a switching element.
従来、回転電機を駆動力源として用いる電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が知られている。このような電動車両には、回転電機を駆動するための駆動装置が搭載される。駆動装置は、バッテリと、スイッチング素子を含むインバータとを含んで構成される。スイッチング素子がスイッチング動作することにより、インバータにおいて直流と交流との間で電力が変換される。これにより、バッテリからの直流電流を交流電流に変換して回転電機に供給すると共に、回転電機からの交流電流を直流電流に変換してバッテリに供給することができる。 BACKGROUND Conventionally, electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles that use a rotating electric machine as a driving force source are known. In such an electric vehicle, a drive device for driving a rotating electrical machine is mounted. The drive device is configured to include a battery and an inverter including a switching element. The switching operation of the switching element converts power between direct current and alternating current in the inverter. Thus, the direct current from the battery can be converted into alternating current and supplied to the rotating electrical machine, and the alternating current from the rotating electrical machine can be converted into direct current and supplied to the battery.
インバータに含まれるスイッチング素子がスイッチング動作することにより、直流電流に電流リプルが生じる。電流リプルは、スイッチング素子のスイッチング周波数に応じた周波数を有する脈動である。バッテリとインバータとの間に昇圧コンバータを持たない駆動装置においては、インバータからの電流リプルが直接バッテリに印加され、これによりバッテリの劣化などの問題が生じ得る。 The switching operation of the switching element included in the inverter causes current ripple in the direct current. The current ripple is a pulsation having a frequency according to the switching frequency of the switching element. In a drive device that does not have a boost converter between the battery and the inverter, current ripple from the inverter is directly applied to the battery, which may cause problems such as battery deterioration.
通常、インバータの直流側の正極と負極との間には、電流リプルを抑制するための平滑コンデンサが設けられている。しかしながら、近年、スイッチング損失の低減あるいは発熱量の低減などの観点から、インバータのスイッチング周波数を低下させられる場合があり、インバータのスイッチング周波数の低下に伴って電流リプルの周波数が低下し、それにより平滑コンデンサでは電流リプルを抑制しきれない場合があった。 Usually, a smoothing capacitor for suppressing current ripple is provided between the positive electrode and the negative electrode on the DC side of the inverter. However, in recent years, the switching frequency of the inverter may be lowered from the viewpoint of reducing switching loss or reducing the amount of heat generation, etc., and the frequency of current ripple decreases with the reduction of switching frequency of the inverter. There was a case where the capacitor could not suppress the current ripple.
従来、インバータにおいて生じる電流リプルを抑制するための技術が提案されている。例えば、特許文献１には、平滑コンデンサの静電容量と、バッテリ内部のインダクタンスあるいはバッテリとインバータ間の配線が有するインダクタンスとの共振が、電流リプルを増幅させる主要因であることを挙げ、電流リプル周波数が当該共振の共振周波数と重ならないように、インバータのスイッチング周波数を設定する技術が開示されている。 Conventionally, techniques for suppressing current ripple generated in an inverter have been proposed. For example, Patent Document 1 mentions that the resonance between the capacitance of the smoothing capacitor and the inductance inside the battery or the inductance of the wiring between the battery and the inverter is the main factor that amplifies the current ripple, and the current ripple A technique is disclosed for setting the switching frequency of the inverter so that the frequency does not overlap with the resonance frequency of the resonance.
電流リプルを抑制するためにインバータのスイッチング周波数を増加させた場合、インバータにおける発熱量が増加するという問題が生じる。これにより、インバータを冷却すべくラジエータなどの冷却回路が必要になり、コストが増加することになる。また、スイッチング周波数の増加により、スイッチング損失が増加するという問題も指摘できる。 When the switching frequency of the inverter is increased to suppress current ripple, a problem arises that the amount of heat generation in the inverter increases. As a result, a cooling circuit such as a radiator is required to cool the inverter, resulting in an increase in cost. It can also be pointed out that the increase in switching frequency causes an increase in switching loss.
一方、電流リプルをより抑制するために、平滑コンデンサの静電容量を増加させるという方法がある。しかしながら、平滑コンデンサは、スペースが限られたエンジンルームに設けられることが一般的であり、平滑コンデンサの静電容量を増加させると平滑コンデンサの体格が大きくなることから、平滑コンデンサの静電容量を増加させることは困難であるという事情がある。 On the other hand, there is a method of increasing the capacitance of the smoothing capacitor in order to further suppress current ripple. However, the smoothing capacitor is generally provided in an engine room with limited space, and increasing the capacitance of the smoothing capacitor increases the size of the smoothing capacitor. There is a circumstance that it is difficult to increase.
本発明の目的は、平滑コンデンサの静電容量及びインバータのスイッチング周波数を増加させることなく、バッテリに入力される電流リプルを抑制することにある。 An object of the present invention is to suppress current ripple input to a battery without increasing the capacitance of the smoothing capacitor and the switching frequency of the inverter.
本発明は、回転電機の駆動装置であって、バッテリと、前記バッテリと前記回転電機との間に設けられ、スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチング動作によって直流と交流との間で電力を変換するインバータと、前記インバータの直流側の正極と負極との間に接続された平滑コンデンサと、前記バッテリに取り付けられ、前記バッテリの正極と負極との間に接続されたバッテリ側コンデンサと、を備えることを特徴とする回転電機の駆動装置である。 The present invention is a drive device for a rotating electrical machine, which is provided between a battery, the battery, and the rotating electrical machine, includes a switching element, and switches between direct current and alternating current by the switching operation of the switching element. An inverter for converting, a smoothing capacitor connected between a positive electrode and a negative electrode on the DC side of the inverter, and a battery side capacitor attached to the battery and connected between the positive electrode and the negative electrode of the battery; It is a drive device of the rotary electric machine characterized by having.
上記構成によれば、バッテリに印加されるインバータからの電流リプルは、バッテリ側コンデンサの平滑効果あるいは分流効果によって抑制される。 According to the above configuration, the current ripple from the inverter applied to the battery is suppressed by the smoothing effect or the diversion effect of the battery side capacitor.
本発明によれば、平滑コンデンサの静電容量及びインバータのスイッチング周波数を増加させることなく、バッテリに入力される電流リプルを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress current ripple input to the battery without increasing the capacitance of the smoothing capacitor and the switching frequency of the inverter.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
図１には、回転電機ＭＧと、回転電機ＭＧを駆動するための本実施形態に係る駆動装置との構成概略図が示されている。本実施形態においては、回転電機ＭＧ及び駆動装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に設けられる。 FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a rotary electric machine MG and a drive device according to the present embodiment for driving the rotary electric machine MG. In the present embodiment, the rotary electric machine MG and the drive device are provided in an electric vehicle such as a hybrid car or an electric car.
電動車両の駆動力源である回転電機ＭＧは、複数相（本実施形態では３相）の交流により動作する交流回転電機であり、電動機としても発電機としても機能することができる。本実施形態における回転電機ＭＧは、エンジンルーム内に配置される。 The rotary electric machine MG, which is a driving force source of the electric vehicle, is an AC rotary electric machine that operates with a plurality of phases (three phases in this embodiment) AC, and can function as a motor or a generator. The rotating electrical machine MG in the present embodiment is disposed in the engine room.
駆動装置は、バッテリ１０、インバータ１２、正極電力線Ｐ、負極電力線Ｎ、制御装置１４、ドライブ回路１６、平滑コンデンサ１８、及びバッテリ側コンデンサ２０を含んで構成される。 The driving device is configured to include a battery 10, an inverter 12, a positive power line P, a negative power line N, a control device 14, a drive circuit 16, a smoothing capacitor 18, and a battery side capacitor 20.
バッテリ１０は、直流電流を出力する二次電池であり、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などである。バッテリ１０は、複数の電池セル２２、バッテリ１０内部の配線であるバスバ、正極側出力端子１０ｐ、及び負極側出力端子１０ｎを含んで構成されている。バッテリ１０は、２００〜４００［Ｖ］程度の高電圧を出力可能となっている。また、バッテリ１０は、電動車両の航続距離を伸ばすべく、バッテリ容量が大容量となっている。 The battery 10 is a secondary battery that outputs a direct current, and is, for example, a nickel hydrogen battery, a lithium ion battery, or the like. The battery 10 is configured to include a plurality of battery cells 22, a bus bar which is a wire in the battery 10, a positive output terminal 10p, and a negative output terminal 10n. The battery 10 can output a high voltage of about 200 to 400 [V]. Further, the battery 10 has a large battery capacity to extend the cruising distance of the electric vehicle.
バッテリ１０には、内部抵抗（抵抗成分）２４や内部インダクタンス（誘導成分）２６を含む内部インピーダンスが存在する。内部抵抗２４には、電池セル２２に起因して生じる抵抗と、バスバに起因して生じる抵抗がある。電池セル２２に起因する抵抗としては、例えば複数の電池セル２２を直列に接続したことにより生じる抵抗（電池セル２２間の接触抵抗）などがある。バスバに起因して生じる抵抗とは、例えばバスバ自体の電気抵抗がある。内部インダクタンス２６も、内部抵抗２４と同様に、電池セル２２に起因して生じるインダクタンスと、バスバに起因して生じるインダクタンスがある。図１では、これらをまとめて内部抵抗２４及び内部インダクタンス２６として示している。 The battery 10 has an internal impedance including an internal resistance (resistance component) 24 and an internal inductance (induction component) 26. The internal resistance 24 includes a resistance caused by the battery cell 22 and a resistance caused by the bus bar. The resistance resulting from the battery cell 22 includes, for example, a resistance (contact resistance between the battery cells 22) and the like generated by connecting a plurality of battery cells 22 in series. The resistance caused by the bus bar is, for example, the electrical resistance of the bus bar itself. Similar to the internal resistance 24, the internal inductance 26 also has an inductance generated due to the battery cell 22 and an inductance generated due to the bus bar. In FIG. 1, these are collectively shown as an internal resistance 24 and an internal inductance 26.
本実施形態においては、バッテリ１０は、電動車両の前後方向中央（例えばフロア下）あるいは後方（後部座席の下やラゲッジルームの下）に配置される。 In the present embodiment, the battery 10 is disposed at the center in the front-rear direction (for example, below the floor) or at the rear (under the rear seat or under the luggage room) of the electric vehicle.
正極電力線Ｐは、バッテリ１０の正極側出力端子１０ｐとインバータ１２の正極とを接続するラインである。また、負極電力線Ｎは、バッテリ１０の負極側出力端子１０ｎとインバータ１２の負極とを接続するラインである。正極電力線Ｐ及び負極電力線Ｎは、電力線抵抗２８及び電力線インダクタンス３０を有している。なお、図１においては、電力線抵抗２８が、正極電力線Ｐの抵抗と負極電力線Ｎの抵抗の双方を表し、電力線インダクタンス３０が、正極電力線Ｐのインダクタンスと負極電力線Ｎのインダクタンスの双方を表している。 The positive electrode power line P is a line connecting the positive electrode side output terminal 10 p of the battery 10 and the positive electrode of the inverter 12. The negative power line N is a line connecting the negative output terminal 10 n of the battery 10 and the negative terminal of the inverter 12. The positive power line P and the negative power line N have a power line resistance 28 and a power line inductance 30. In FIG. 1, power line resistance 28 represents both the resistance of positive power line P and the resistance of negative power line N, and power line inductance 30 represents both the inductance of positive power line P and the inductance of negative power line N. .
本実施形態では、バッテリ１０が大容量であるために、バッテリ１０のバスバが複雑化あるいは大規模化している。これにより、バッテリ１０の内部抵抗２４は電力線抵抗２８よりも大きくなり、内部インダクタンス２６も電力線インダクタンス３０よりも大きくなっている。特に、内部インダクタンス２６は電力線インダクタンス３０の数倍となっている。 In the present embodiment, since the battery 10 has a large capacity, the bus bar of the battery 10 is complicated or enlarged. Thus, the internal resistance 24 of the battery 10 is larger than the power line resistance 28, and the internal inductance 26 is also larger than the power line inductance 30. In particular, the internal inductance 26 is several times the power line inductance 30.
インバータ１２は、バッテリ１０と回転電機ＭＧとの間に設けられる。インバータ１２は、複数のスイッチング素子３２を含んで構成される。スイッチング素子３２としては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などのパワー半導体素子が用いられる。複数のスイッチング素子３２により、回転電機ＭＧの各相に対応する複数のアームが構成される。図１に示すように、直流側の正極である正極電力線Ｐと、直流側の負極である負極電力線Ｎとの間に２つのスイッチング素子３２が直列に接続されて１つのアームが構成され、そのようなアームが３つ構成される。なお、各スイッチング素子３２に対してはフリーホイールダイオード（回生ダイオード）３４が並列に接続される。 Inverter 12 is provided between battery 10 and rotary electric machine MG. The inverter 12 is configured to include a plurality of switching elements 32. As the switching element 32, for example, a power semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is used. The plurality of switching elements 32 constitute a plurality of arms corresponding to the respective phases of the rotary electric machine MG. As shown in FIG. 1, two switching elements 32 are connected in series between the positive electrode power line P, which is the positive electrode on the DC side, and the negative electrode power line N, which is the negative electrode on the DC side, to form one arm. Three such arms are configured. A free wheeling diode (regenerative diode) 34 is connected in parallel to each switching element 32.
複数のスイッチング素子３２がスイッチング動作することによって、バッテリ１０からの直流電流が３相の交流電流に変換されて回転電機ＭＧに供給される。また、複数のスイッチング素子３２がスイッチング動作することによって、回転電機ＭＧが発電した交流電流が直流電流に変換されてバッテリ１０に供給される。 The switching operation of the plurality of switching elements 32 converts the direct current from the battery 10 into a three-phase alternating current and supplies it to the rotating electrical machine MG. Further, the switching operation of the plurality of switching elements 32 converts the alternating current generated by the rotary electric machine MG into a direct current and supplies the direct current to the battery 10.
インバータ１２は、回転電機ＭＧと共に電動車両のエンジンルームに配置される。 Inverter 12 is arranged in the engine room of the electric vehicle together with rotary electric machine MG.
制御装置１４は、マイクロコンピュータなどから構築されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）を含んで構成されている。制御装置１４は、複数のスイッチング素子３２をオンあるいはオフさせるための制御信号を生成してインバータ１２に供給することで複数のスイッチング素子３２のスイッチング制御を行う。制御装置１４は、上位の制御部（不図示）からの要求信号(例えば回転電機ＭＧの動作指示)とキャリア信号（例えば三角波）とに基づいて、制御信号を生成する。ちなみに、複数のスイッチング素子３２のスイッチング周波数は、キャリア信号の周波数に応じて決定される。 The control device 14 is configured to include an ECU (Electronic Control Unit) constructed from a microcomputer or the like. The control device 14 controls the switching of the plurality of switching elements 32 by generating a control signal for turning on or off the plurality of switching elements 32 and supplying the control signal to the inverter 12. The control device 14 generates a control signal based on a request signal (for example, an operation instruction of the rotary electric machine MG) from a higher control unit (not shown) and a carrier signal (for example, triangular wave). Incidentally, the switching frequency of the plurality of switching elements 32 is determined according to the frequency of the carrier signal.
ドライブ回路１６は、例えば増幅回路、及びフォトカプラあるいはトランスなどの絶縁素子を含んで構成される。ドライブ回路１６は、低電圧系の制御装置１４からの制御信号を高電圧系の制御信号に変換して各スイッチング素子３２に供給する。 The drive circuit 16 includes, for example, an amplification circuit and an isolation element such as a photocoupler or a transformer. The drive circuit 16 converts a control signal from the low voltage control device 14 into a high voltage control signal and supplies the control signal to each switching element 32.
複数のスイッチング素子３２がスイッチング動作することで、正極電力線Ｐに電流リプルが発生する。電流リプルは、スイッチング素子３２のスイッチング周波数に応じた周波数を有する脈動である。 The switching operation of the plurality of switching elements 32 generates a current ripple on the positive electrode power line P. The current ripple is a pulsation having a frequency corresponding to the switching frequency of the switching element 32.
平滑コンデンサ１８は、インバータ１２の直流側の正極（すなわち正極電力線Ｐ）と、負極（すなわち負極電力線Ｎ）との間に接続される。平滑コンデンサ１８は複数のスイッチング素子３２のスイッチング動作により生じた電流リプルを抑制する効果を発揮する。しかしながら、特に、複数のスイッチング素子３２のスイッチング周波数が低い場合には、インバータ１２により生じた電流リプルは平滑コンデンサ１８では吸収しきれずバッテリ１０側へ伝播する場合がある。 The smoothing capacitor 18 is connected between the positive electrode (that is, the positive electrode power line P) on the DC side of the inverter 12 and the negative electrode (that is, the negative electrode power line N). The smoothing capacitor 18 exerts an effect of suppressing the current ripple generated by the switching operation of the plurality of switching elements 32. However, particularly when the switching frequency of the plurality of switching elements 32 is low, the current ripple generated by the inverter 12 may not be absorbed by the smoothing capacitor 18 and may propagate to the battery 10 side.
平滑コンデンサ１８は、回転電機ＭＧ及びインバータ１２と共に、電動車両のエンジンルームに配置される。 Smoothing capacitor 18 is arranged in the engine room of the electric vehicle together with rotary electric machine MG and inverter 12.
平滑コンデンサ１８が設けられたことで、電池セル２２の負極→負極電力線Ｎ→平滑コンデンサ１８→正極電力線Ｐ→電池セル２２の正極の直列回路Ｃが形成される。直列回路Ｃは、平滑コンデンサ１８、内部インダクタンス２６、及び電力線インダクタンス３０を有していることから、電流リプルの周波数によっては、直列回路Ｃは直列共振回路となり得る。上述の通り、内部インダクタンス２６の大きさは電力線インダクタンス３０の大きさよりも数倍大きくなっているために、直列回路Ｃにおける平滑コンデンサ１８との共振の主要因は内部インダクタンス２６となる。つまり、電流リプルの周波数が平滑コンデンサ１８と内部インダクタンス２６との共振周波数に近い場合、共振によって電流リプルが増幅されてしまい、増幅された電流リプルがバッテリ１０（特に電池セル２２）に印加されることになる。 By providing the smoothing capacitor 18, a series circuit C of the negative electrode of the battery cell 22 → the negative electrode power line N → the smoothing capacitor 18 → the positive electrode power line P → the positive electrode of the battery cell 22 is formed. Since the series circuit C has the smoothing capacitor 18, the internal inductance 26, and the power line inductance 30, the series circuit C can be a series resonant circuit depending on the frequency of the current ripple. As described above, since the magnitude of the internal inductance 26 is several times larger than the magnitude of the power line inductance 30, the main factor of the resonance with the smoothing capacitor 18 in the series circuit C is the internal inductance 26. That is, when the frequency of the current ripple is close to the resonance frequency of the smoothing capacitor 18 and the internal inductance 26, the current ripple is amplified by resonance, and the amplified current ripple is applied to the battery 10 (particularly the battery cell 22). It will be.
バッテリ１０に印加されるインバータ１２からの電流リプルを抑制するために、バッテリ側コンデンサ２０が設けられる。バッテリ側コンデンサ２０は、バッテリ１０に取り付けられ、バッテリ１０の正極と負極との間に接続される。詳しくは後述するように、好適には、バッテリ側コンデンサ２０は正極側出力端子１０ｐと負極側出力端子１０ｎに接続される。 In order to suppress the current ripple from the inverter 12 applied to the battery 10, a battery side capacitor 20 is provided. The battery-side capacitor 20 is attached to the battery 10 and is connected between the positive electrode and the negative electrode of the battery 10. As described in detail later, preferably, the battery side capacitor 20 is connected to the positive electrode side output terminal 10p and the negative electrode side output terminal 10n.
図２には、バッテリ１０に印加されるインバータ１２からの電流リプルが抑制される様子が示されている。図２においては、インバータ１２からバッテリ１０側へ流れる電流に重畳した電流リプルがＩｉｎｖで示され、その波形４０が示されている。また、バッテリ１０を流れる電流に重畳した電流リプルがＩｂａｔで示され、その波形４２が示されている。 FIG. 2 shows how current ripple from the inverter 12 applied to the battery 10 is suppressed. In FIG. 2, a current ripple superimposed on the current flowing from the inverter 12 to the battery 10 is indicated by Iinv, and its waveform 40 is shown. Also, a current ripple superimposed on the current flowing through the battery 10 is shown by Ibat, and its waveform 42 is shown.
バッテリ側コンデンサ２０が設けられることにより、Ｉｉｎｖの少なくとも一部がバッテリ側コンデンサ２０に吸収される。図２には、バッテリ側コンデンサ２０に吸収された電流リプルがＩｃａｐで示され、その波形４４が示されている。これにより、バッテリ１０に流れる電流に重畳するＩｂａｔが抑制される。このように、バッテリ側コンデンサ２０の平滑効果あるいは分流効果によって、バッテリ１０に印加されるインバータ１２からの電流リプルＩｂａｔが抑制される。 By providing the battery side capacitor 20, at least a portion of Iinv is absorbed by the battery side capacitor 20. In FIG. 2, the current ripple absorbed by the battery side capacitor 20 is shown by Icap, and its waveform 44 is shown. Thereby, Ibat superimposed on the current flowing to the battery 10 is suppressed. As described above, the current ripple Ibat from the inverter 12 applied to the battery 10 is suppressed by the smoothing effect or the diversion effect of the battery-side capacitor 20.
バッテリ側コンデンサ２０は、上述の通りバッテリ１０に取り付けられることから、バッテリ１０と共に、電動車両の前後方向中央あるいは後方に配置される。これらの位置は、平滑コンデンサ１８が配置されるエンジンルームに比してスペースに余裕がある。したがって、平滑コンデンサ１８に比して、バッテリ側コンデンサ２０は、その静電容量を大きくする場合にスペース的な制約が少ないといえる。バッテリ側コンデンサ２０の静電容量をより大きくすることによってＩｂａｔがより低減される。また、スペース的に制約が少ないことから、静電容量が小さい小容量コンデンサを並列に接続したものをバッテリ側コンデンサ２０として利用することができる。この場合、小容量コンデンサの量産効果によってバッテリ側コンデンサ２０のコストを低減することができる。 Since the battery-side capacitor 20 is attached to the battery 10 as described above, the battery-side capacitor 20 is disposed together with the battery 10 at the center or rear of the electric vehicle in the front-rear direction. These positions have room in space relative to the engine room in which the smoothing condenser 18 is disposed. Therefore, it can be said that the battery side capacitor 20 has less space restrictions when increasing its capacitance, as compared to the smoothing capacitor 18. By increasing the capacitance of the battery-side capacitor 20, Ibat is further reduced. In addition, since there are few restrictions in space, it is possible to use as the battery-side capacitor 20 a parallel connection of small-capacitance capacitors with small electrostatic capacitance. In this case, the cost of the battery side capacitor 20 can be reduced by the mass production effect of the small capacity capacitor.
図３には、バッテリ側コンデンサ２０を設けた場合とそうでない場合との間で、電流リプルの増幅率（Ｉｂａｔ／Ｉｉｎｖ）を比較したシミュレーション結果が示されている。図３のグラフは横軸が電流リプルの周波数を示し、縦軸が電流リプルの増幅率を示している。電流リプルの増幅率は、グラフの縦方向中央が１となっており、すなわちＩｂａｔ＝Ｉｉｎｖを意味している。それよりも上側はＩｂａｔがＩｉｎｖに対して増幅していることを意味し、それよりも下側はＩｂａｔがＩｉｎｖに対して減衰していることを意味する。特に、電流リプルの周波数が直列回路Ｃ（図１参照）の共振周波数に近い周波数である場合には、電流リプルの増幅率が大きくなっている。 FIG. 3 shows simulation results comparing the amplification factor (Ibat / Iinv) of the current ripple between the case where the battery side capacitor 20 is provided and the case where the battery side capacitor 20 is not provided. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis indicates the frequency of current ripple, and the vertical axis indicates the amplification factor of current ripple. The amplification factor of the current ripple is 1 at the longitudinal center of the graph, that is, Ibat = Iinv. The upper side means that Ibat is amplified to Iinv, and the lower side means that Ibat is attenuated to Iinv. In particular, when the frequency of the current ripple is close to the resonance frequency of the series circuit C (see FIG. 1), the amplification factor of the current ripple is large.
図３に示される通り、バッテリ側コンデンサ２０を設けたことにより、電流リプルの増幅率が低減されている。すなわち、バッテリ１０に印加される電流リプルが抑制されている。 As shown in FIG. 3, by providing the battery-side capacitor 20, the amplification factor of the current ripple is reduced. That is, the current ripple applied to the battery 10 is suppressed.
図４には、バッテリ１０の内部抵抗２４及び内部インダクタンス２６（共に図１参照）の詳細が示された図である。具体的には、内部抵抗２４は、電池セル２２に起因して生じる抵抗である電池セル抵抗２４ａとバスバに起因して生じる抵抗であるバスバ抵抗２４ｂに分けて表現されている。同様に、内部インダクタンス２６は、電池セル２２に起因して生じるインダクタンスである電池セルインダクタンス２６ａとバスバに起因して生じるインダクタンスであるバスバインダクタンス２６ｂに分けて表現されている。 FIG. 4 is a view showing details of the internal resistance 24 and the internal inductance 26 (both shown in FIG. 1) of the battery 10. Specifically, the internal resistance 24 is divided into a battery cell resistance 24 a which is a resistance generated due to the battery cell 22 and a bus bar resistance 24 b which is a resistance generated due to the bus bar. Similarly, the internal inductance 26 is separately expressed as a battery cell inductance 26 a which is an inductance generated due to the battery cell 22 and a bus bar inductance 26 b which is an inductance generated due to the bus bar.
仮に、電池セル２２の正極端子２２ｐと負極端子２２ｎとの間にバッテリ側コンデンサ２０（図４においてはバッテリ側コンデンサ２０ａで示されている）を接続したと考えると、バッテリ側コンデンサ２０ａよりもインバータ１２側にバスバインダクタンス２６ｂと平滑コンデンサ１８が位置することになる。これにより、インバータ１２からの電流リプルは、バッテリ側コンデンサ２０ａにより低減される前に、平滑コンデンサ１８とバスバインダクタンス２６ｂとによる共振により増幅されることになる。すなわち、バッテリ側コンデンサ２０ａと平滑コンデンサ１８との間にインダクタンスが存在すると、当該インダクタンスと平滑コンデンサ１８の共振により電流リプルが増幅されてしまうことになる。 Assuming that the battery-side capacitor 20 (shown by the battery-side capacitor 20a in FIG. 4) is connected between the positive electrode terminal 22p and the negative electrode terminal 22n of the battery cell 22, the inverter rather than the battery-side capacitor 20a The bus bar inductance 26 b and the smoothing capacitor 18 are located on the 12 side. Thereby, the current ripple from the inverter 12 is amplified by the resonance by the smoothing capacitor 18 and the bus bar inductance 26 b before being reduced by the battery side capacitor 20 a. That is, when an inductance is present between the battery side capacitor 20 a and the smoothing capacitor 18, the current ripple is amplified by the resonance of the inductance and the smoothing capacitor 18.
したがって、平滑コンデンサ１８とバッテリ側コンデンサ２０との間のインダクタンスをより小さくするために、バッテリ側コンデンサ２０は、電気的に見てできるだけ平滑コンデンサ１８側（インバータ１２側）に設けられるのが好ましい。一方で、物理的に見れば、バッテリ側コンデンサ２０の静電容量をより大きくするために、バッテリ側コンデンサ２０は、電動車両の中央あるいは後方にバッテリ１０と共に配置するのが好ましい。この両者の観点から、バッテリ側コンデンサ２０は、バッテリ１０に取り付けられ、電気的に見て少なくともバスバよりも平滑コンデンサ１８側（インバータ１２側）に設けられるのが好ましい。より好適には、図１に示すように、バッテリ側コンデンサ２０は、正極側出力端子１０ｐと負極側出力端子１０ｎに接続される。 Therefore, in order to further reduce the inductance between the smoothing capacitor 18 and the battery-side capacitor 20, the battery-side capacitor 20 is preferably provided on the smoothing capacitor 18 side (inverter 12 side) as electrically as possible. On the other hand, physically, in order to further increase the capacitance of the battery-side capacitor 20, the battery-side capacitor 20 is preferably disposed together with the battery 10 at the center or the rear of the electric vehicle. From these two viewpoints, the battery-side capacitor 20 is preferably attached to the battery 10 and provided electrically closer to the smoothing capacitor 18 side (inverter 12 side) than the bus bar at least. More preferably, as shown in FIG. 1, the battery side capacitor 20 is connected to the positive electrode side output terminal 10p and the negative electrode side output terminal 10n.
図５には、バッテリがシステムメインリレーを含む場合の回転電機ＭＧの駆動装置の構成外略図が示されている。図５の例では、バッテリ１０−２は、システムメインリレー５０を有している。また、バッテリ１０−２は、システムメインリレー５０と並列に接続されたプリチャージリレー５２及びプリチャージ抵抗５４を有している。プリチャージリレー５２及びプリチャージ抵抗５４は、平滑コンデンサ１８及びバッテリ側コンデンサ２０をプリチャージするためのものである。 FIG. 5 shows a schematic diagram out of the configuration of the drive device of the rotary electric machine MG when the battery includes the system main relay. In the example of FIG. 5, the battery 10-2 includes a system main relay 50. Battery 10-2 also has a precharge relay 52 and a precharge resistor 54 connected in parallel to system main relay 50. The precharge relay 52 and the precharge resistor 54 are for precharging the smoothing capacitor 18 and the battery side capacitor 20.
バッテリ１０−２がシステムメインリレー５０を有する場合、バッテリ側コンデンサ２０は、システムメインリレー５０よりも電気的にインバータ１２側に設けられるのが好ましい。これにより、システムメインリレー５０がオフとなった場合に、バッテリ側コンデンサ２０に蓄えられた電力を正極電力線Ｐ及び負極電力線Ｎを介して速やかに放電することができ、電動車両の安全を確保することができる。 When battery 10-2 includes system main relay 50, battery-side capacitor 20 is preferably provided closer to inverter 12 than system main relay 50. Thereby, when system main relay 50 is turned off, the power stored in battery side capacitor 20 can be discharged quickly via positive electrode power line P and negative electrode power line N, thereby securing the safety of the electrically powered vehicle. be able to.
上述のように、本実施形態においては、バッテリ側コンデンサ２０によって、バッテリ１０に印加されるインバータ１２からの電流リプルが抑制される。すなわち、本実施形態によれば、平滑コンデンサ１８の静電容量を増加させることなく、あるいは、複数のスイッチング素子３２のスイッチング周波数を増加させることなく、バッテリ１０に印加されるインバータ１２からの電流リプルを抑制することができる。 As described above, in the present embodiment, the battery side capacitor 20 suppresses the current ripple from the inverter 12 applied to the battery 10. That is, according to the present embodiment, the current ripple from the inverter 12 applied to the battery 10 without increasing the capacitance of the smoothing capacitor 18 or without increasing the switching frequency of the plurality of switching elements 32. Can be suppressed.
以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment 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 meaning of this invention.
１０，１０−２ バッテリ、１０ｐ 正極側出力端子、１０ｎ 負極側出力端子、１２ インバータ、１４ 制御装置、１６ ドライブ回路、１８ 平滑コンデンサ、２０ バッテリ側コンデンサ、２２ 電池セル、２２ｐ 正極端子、２２ｎ 負極端子、２４ 内部抵抗、２４ａ 電池セル抵抗、２４ｂ バスバ抵抗、２６ 内部インダクタンス、２６ａ 電池セルインダクタンス、２６ｂ バスバインダクタンス、２８ 電力線抵抗、３０ 電力線インダクタンス、３２ スイッチング素子、３４ フリーホイールダイオード、４０，４２，４４ 波形、ＭＧ 回転電機、Ｐ 正極電力線、Ｎ 負極電力線。 10, 10-2 Battery, 10p Positive Output Terminal, 10n Negative Output Terminal, 12 Inverter, 14 Control Unit, 16 Drive Circuits, 18 Smoothing Capacitor, 20 Battery Capacitor, 22 Battery Cells, 22p Positive Terminal, 22n Negative Terminal , 24 internal resistance, 24a battery cell resistance, 24b busbar resistance, 26 internal inductance, 26a battery cell inductance, 26b busbar inductance, 28 power line resistance, 30 power line inductance, 32 switching elements, 34 freewheeling diodes, 40, 42, 44 waveforms , MG rotating electric machine, P positive power line, N negative power line.
Claims (1)
バッテリと、
前記バッテリと前記回転電機との間に設けられ、スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチング動作によって直流と交流との間で電力を変換するインバータと、
前記インバータの直流側の正極と負極との間に接続された平滑コンデンサと、
前記バッテリに取り付けられ、前記バッテリの正極と負極との間に接続されたバッテリ側コンデンサと、
を備えることを特徴とする回転電機の駆動装置。
A drive device for a rotating electrical machine,
With the battery,
An inverter, which is provided between the battery and the rotating electrical machine, includes a switching element, and converts power between direct current and alternating current by switching operation of the switching element;
A smoothing capacitor connected between the positive electrode and the negative electrode on the DC side of the inverter;
A battery-side capacitor attached to the battery and connected between the positive electrode and the negative electrode of the battery;
And a driving device for a rotating electrical machine.
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