JP2019165579A - Power system of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system for a vehicle.
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両は、電源システムを搭載しており、この電源システムから供給される電力を用いてモータを駆動することによって走行する。電源システムは、高電圧バッテリと、この高電圧バッテリの出力電圧を変換するDCDCコンバータと、DCDCコンバータの直流出力を交流に変換し、モータに供給するインバータと、を備える。またこれらDCDCコンバータやインバータ等によって構成される高電圧回路には、複数の大容量の平滑コンデンサが設けられる。 An electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle is equipped with a power supply system, and travels by driving a motor using electric power supplied from the power supply system. The power supply system includes a high-voltage battery, a DCDC converter that converts an output voltage of the high-voltage battery, and an inverter that converts a DC output of the DCDC converter into an AC and supplies the AC to a motor. Further, a plurality of large-capacity smoothing capacitors are provided in a high voltage circuit constituted by these DCDC converters, inverters and the like.
ところで車両の走行中は、電源システムの直流電力を安定化させるため、上記複数の平滑コンデンサには電荷を蓄積しておく必要があるが、例えば車両が衝突した場合には、これら平滑コンデンサに蓄積されている電荷は速やかに放電することが求められている。そこで多くの車両では、衝突時には平滑コンデンサに蓄積されている電荷を何らかの負荷に放電させ、高電圧回路の電圧を速やかに低下させる放電制御が実行される(例えば、特許文献1参照)。 Incidentally, while the vehicle is running, in order to stabilize the DC power of the power supply system, it is necessary to store electric charges in the plurality of smoothing capacitors. For example, when the vehicle collides, the electric charges are stored in these smoothing capacitors. The charged electric charge is required to be discharged quickly. Therefore, in many vehicles, discharge control is performed to discharge the electric charge accumulated in the smoothing capacitor to some load during a collision and quickly reduce the voltage of the high voltage circuit (for example, refer to Patent Document 1).
特許文献1には、DCDCコンバータの低電圧側及び高電圧側にそれぞれコンデンサが接続された高電圧回路において、これら高電圧側コンデンサ及び低電圧側コンデンサに蓄積されている電荷を放電させる際には、コンバータの下アームのスイッチング素子をオンにしかつ上アームのスイッチング素子をオフにする第1ステップと、コンバータの下アームのスイッチング素子をオフにしかつ上アームのスイッチング素子をオンにする第2ステップと、を交互に繰り返している。第1ステップでは、低電圧側コンデンサに蓄積されている電荷が放電され、下アームのスイッチング素子等で消費される。また第2ステップでは、高電圧側コンデンサに蓄積されている電荷は、上アームのスイッチング素子を介して低電圧側コンデンサに充電される。よって第1ステップと第2ステップとを交互に繰り返すことにより、これら低電圧側コンデンサ及び高電圧側コンデンサに蓄積されている電荷が放電される。
In
しかしながら特許文献1の電源システムでは、第1ステップと第2ステップとを繰り返し行っているため、高電圧側コンデンサに蓄えられている電荷が十分に放電されるまでに時間がかかるおそれがある。
However, in the power supply system of
本発明は、高電圧系に設けられるコンデンサの放電を速やかに終えることができる電源システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a power supply system that can quickly finish discharging a capacitor provided in a high voltage system.
(1)本発明の車両(例えば、後述の車両V)の電源システム(例えば、後述の電源システム1)は、電源(例えば、後述の高電圧バッテリ21)が設けられた第1回路(例えば、後述の第1電力線26p、26n)と、電動発電機(例えば、後述の駆動モータM)と電力の授受を行う電力変換器(例えば、後述の第1インバータ23)及び第2蓄電素子(例えば、後述の第2平滑コンデンサC2)が設けられた第2回路(例えば、後述の第2電力線27p,27n)と、上アーム(例えば、後述のハイアーム素子225H)及び下アーム(例えば、後述のローアーム素子225L)を有し、前記第1回路と前記第2回路との間で電圧を変換する電圧変換器(例えば、後述の高電圧DCDCコンバータ22)と、前記電力変換器及び前記電圧変換器を制御する制御装置(例えば、後述の制御装置8)と、前記制御装置に電力を供給する制御電力供給装置(例えば、後述のバックアップ電源5)と、を備えるものであって、前記制御電力供給装置は、前記第1回路に接続され、前記制御装置は、所定の放電開始条件が成立した場合には、前記上アームをオン状態で維持することを特徴とする。
(1) A power supply system (for example,
(2)この場合、前記制御装置は、前記放電開始条件が成立した場合には、前記第2蓄電素子から前記上アーム及び前記制御電力供給装置を介して供給される電力を用いることによって、前記電動発電機の回転が減速しかつ前記第2回路の電圧が低下するように前記電力変換器を駆動する放電制御を実行することが好ましい。 (2) In this case, when the discharge start condition is satisfied, the control device uses the power supplied from the second power storage element via the upper arm and the control power supply device, thereby It is preferable to execute discharge control for driving the power converter so that the rotation of the motor generator is decelerated and the voltage of the second circuit is decreased.
(3)この場合、前記電源よりも出力電圧が低い低電圧バッテリ(例えば、後述の低電圧バッテリ31)をさらに備え、前記制御装置は、前記低電圧バッテリに接続された制御用蓄電素子(例えば、後述のバックアップコンデンサC3)と、正常時には前記低電圧バッテリから供給される電力を用いて前記上アーム及び前記下アームを駆動するゲートドライブ回路(例えば、後述のゲートドライブシステム85)と、を備え、前記放電開始条件は、前記第1回路の電圧が所定の第1電圧(例えば、後述の第1判定電圧V1th)以下となりかつ前記低電圧バッテリの電圧が所定の第2電圧(例えば、後述の第2判定電圧VBth)以下となることを含み、前記ゲートドライブ回路は、前記放電開始条件が成立した場合には、前記制御用蓄電素子に蓄えられている電力を用いて前記上アームをオン状態で維持することが好ましい。
(3) In this case, the battery further includes a low-voltage battery (for example, a low-
(4)この場合、前記電圧変換器は、前記第1回路の電力を昇圧して前記第2回路に供給することが好ましい。 (4) In this case, it is preferable that the voltage converter boosts the power of the first circuit and supplies it to the second circuit.
(1)本発明の電源システムは、電源が設けられた第1回路と、電動発電機と電力の授受を行う電力変換器及び第2蓄電素子が設けられた第2回路と、これらの間で電圧を変換する電圧変換器と、電力変換器及び電圧変換器を制御する制御装置と、この制御装置に電力を供給する制御電力供給装置と、を備える。またこの電源システムでは、制御電力供給装置を第1回路に接続し、制御装置は、所定の放電開始条件が成立した場合には、上アームをオン状態で維持する。従ってこの電源システムでは、放電開始条件が成立した場合には、上アームがオン状態で維持されるので、第2蓄電素子に蓄えられた電荷は、上アーム、第1回路、及び制御電力供給装置を介して制御装置に供給され、この制御装置による電力変換器及び電圧変換器の制御に消費される。よって電源システムによれば、放電開始条件が成立した場合には、第2蓄電装置に蓄えられている電荷を速やかに放電し、制御装置において消費させることができる。 (1) A power supply system according to the present invention includes a first circuit provided with a power supply, a power converter that exchanges power with a motor generator, and a second circuit provided with a second power storage element. A voltage converter that converts a voltage, a control device that controls the power converter and the voltage converter, and a control power supply device that supplies power to the control device are provided. In this power supply system, the control power supply device is connected to the first circuit, and the control device maintains the upper arm in the on state when a predetermined discharge start condition is satisfied. Therefore, in this power supply system, when the discharge start condition is satisfied, the upper arm is maintained in the on state, so that the charge stored in the second power storage element is stored in the upper arm, the first circuit, and the control power supply device. And is consumed by the control device for controlling the power converter and the voltage converter. Therefore, according to the power supply system, when the discharge start condition is satisfied, the charge stored in the second power storage device can be quickly discharged and consumed by the control device.
(2)本発明の電源システムでは、制御装置は、放電開始条件が成立した場合には、上記のように上アームをオン状態で維持するとともに、第2蓄電素子から上アーム及び制御電力供給装置を介して放電される電力を用いることによって、電動発電機の回転が減速しかつ第2回路の電圧が低下するように電力変換器を駆動する放電制御を実行する。これにより、電源システムでは、第2蓄電素子に蓄積されている電荷を速やかに放電できるとともに、電動発電機で発生する誘起電圧による第2回路の電圧の上昇も抑制することができる。 (2) In the power supply system of the present invention, when the discharge start condition is satisfied, the control device maintains the upper arm in the ON state as described above, and from the second power storage element to the upper arm and the control power supply device. By using the electric power discharged through the electric motor, the discharge control for driving the electric power converter is executed so that the rotation of the motor generator is decelerated and the voltage of the second circuit is lowered. Thereby, in the power supply system, the electric charge accumulated in the second power storage element can be quickly discharged, and an increase in the voltage of the second circuit due to the induced voltage generated in the motor generator can be suppressed.
(3)本発明の電源システムにおいて、制御装置は、低電圧バッテリに接続された制御用蓄電素子と、正常時には低電圧バッテリから供給される電力を用いて上アーム及び下アームを駆動するゲートドライブ回路と、を備える。またこのゲートドライブ回路は、第1回路の電圧が第1電圧以下となりかつ低電圧バッテリの電圧が第2電圧以下となることを含む放電開始条件が成立した場合には、低電圧バッテリに接続されており、この低電圧バッテリによって正常時には常時充電されている制御用蓄電素子に蓄えられている電力を用いて、上アームをオン状態で維持する。これにより、低電圧バッテリからゲートドライブ回路に電力を供給できない事態が生じた場合であっても、上アームをオン状態で維持することができ、ひいては第2蓄電素子に蓄えられている電荷を放電することができる。 (3) In the power supply system of the present invention, the control device includes a control power storage element connected to the low voltage battery, and a gate drive that drives the upper arm and the lower arm using electric power supplied from the low voltage battery in normal operation. A circuit. Further, the gate drive circuit is connected to the low voltage battery when a discharge start condition including that the voltage of the first circuit is lower than the first voltage and the voltage of the low voltage battery is lower than the second voltage is satisfied. The upper arm is maintained in the ON state using the electric power stored in the control power storage element that is normally charged by the low voltage battery. As a result, even when a situation occurs in which power cannot be supplied from the low-voltage battery to the gate drive circuit, the upper arm can be maintained in the ON state, and the charge stored in the second power storage element is discharged. can do.
(4)本発明の電源システムでは、電圧変換器は、第1回路の電力を昇圧して第2回路に供給する。したがって電圧変換器がこの昇圧機能を発揮している間、第1回路の電圧は、第2回路の電圧よりも低く維持される。したがって本発明では、このように比較的低電圧に維持される第1回路に制御電力供給装置を接続することにより、比較的高電圧に維持される第2回路に制御電力供給装置を接続する場合よりも制御電力供給装置の耐圧を低く設計することができるので、制御電力供給装置を小型化かつ低コスト化できる。 (4) In the power supply system of the present invention, the voltage converter boosts the power of the first circuit and supplies it to the second circuit. Therefore, the voltage of the first circuit is kept lower than the voltage of the second circuit while the voltage converter performs this boosting function. Therefore, in the present invention, the control power supply device is connected to the second circuit maintained at a relatively high voltage by connecting the control power supply device to the first circuit maintained at a relatively low voltage in this way. Since the control power supply device can be designed to have a lower withstand voltage than the control power supply device, the control power supply device can be reduced in size and cost.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る電源システム1を搭載する電動車両V(以下、単に「車両」という)の構成を示す図である。なお本実施形態では、車両Vとして、エンジンEと駆動モータMと発電機Gとを備える所謂ハイブリッド車両を例に説明するが、本発明はこれに限るものではない。本発明に係る電源システムは、ハイブリッド車両に限らず、電気自動車や燃料電池自動車等、バッテリに蓄電された電力を用いて走行する車両であれば、どのような車両にも適用可能である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an electric vehicle V (hereinafter simply referred to as “vehicle”) equipped with a
車両Vは、電源システム1と、エンジンEと、電動発電機である駆動モータMと、発電機Gと、駆動輪Wと、を備える。駆動モータMは、主として車両Vが走行するための動力を発生する。駆動モータMの出力軸は、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Wに連結されている。電源システム1から駆動モータMに電力を供給することにより駆動モータMで発生させたトルクは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Wに伝達され、駆動輪Wを回転させ、車両Vを走行させる。また駆動モータMは、車両Vの減速回生時には発電機として作用する。駆動モータMによって発電された電力は、電源システム1が備える後述の高電圧バッテリ21に充電される。
The vehicle V includes a
エンジンEの出力軸であるクランクシャフトは、図示しない動力伝達機構を介して発電機Gに接続されている。発電機Gは、エンジンEの動力によって駆動され、電力を発生する。発電機Gによって発電された電力は、高電圧バッテリ21に充電される。なおエンジンEは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Wに接続されており、エンジンEの動力を用いて駆動輪Wを駆動させることも可能となっている。
A crankshaft that is an output shaft of the engine E is connected to the generator G through a power transmission mechanism (not shown). The generator G is driven by the power of the engine E and generates electric power. The electric power generated by the generator G is charged in the
電源システム1は、高電圧バッテリ21が設けられた高電圧回路2と、高電圧バッテリ21よりも低電圧の低電圧バッテリ31が設けられた低電圧回路3と、バックアップ電源5と、駆動モータM、発電機G、高電圧回路2、及び低電圧回路3を制御する制御装置8と、を備える。
The
高電圧回路2は、高電圧バッテリ21と、電圧変換器としての高電圧DCDCコンバータ22と、高電圧バッテリ21の正負両極と高電圧DCDCコンバータ22の低電圧側正極端子221及び低電圧側負極端子222とを接続する第1電力線26p,26nと、電力変換器としての第1インバータ23及び第2インバータ24と、高電圧DCDCコンバータ22の高電圧側正極端子223及び高電圧側負極端子224と各インバータ23,24の直流入出力側とを接続する第2電力線27p,27nと、第1電力線26p,26nに接続された低電圧DCDCコンバータ25と、第2電力線27p,27nに接続された第2平滑コンデンサC2と、第2電力線27p,27nに接続された放電抵抗R2と、第1電力線26p,26nの電圧を検出する1次側電圧センサ29と、を備える。
The
高電圧バッテリ21は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。以下では、この高電圧バッテリ21として、電極間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う所謂リチウムイオン蓄電池を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。
The
第1電力線26p,26nには、それぞれ正極コンタクタ28p及び負極コンタクタ28nが設けられている。これらコンタクタ28p,28nは、外部からの指令信号が入力されていない状態では開成して高電圧バッテリ21の両電極と第1電力線26p,26nとの導通を絶ち、指令信号が入力されている状態では閉成して高電圧バッテリ21と第1電力線26p,26nとを接続するノーマルオープン型である。これらコンタクタ28p,28nは、バッテリECU36から送信される指令信号に応じ、低電圧バッテリ31から供給される電力を用いて開閉する。なお正極コンタクタ28pは、高電圧回路2に設けられる複数の平滑コンデンサへの突入電流を緩和するためのプリチャージ抵抗を有するプリチャージコンタクタとなっている。
The
高電圧DCDCコンバータ22は、第1電力線26p,26nと第2電力線27p,27nとの間に設けられる。高電圧DCDCコンバータ22の低電圧側正極端子221及び低電圧側負極端子222は、それぞれ上述のように第1電力線26p,26nを介して高電圧バッテリ21に接続される。高電圧DCDCコンバータ22の高電圧側正極端子223及び高電圧側負極端子224は、それぞれ上述のように第2電力線27p,27nを介して第1インバータ23及び第2インバータ24に接続される。
The high
高電圧DCDCコンバータ22は、リアクトルLと、第1平滑コンデンサC1と、ハイアーム素子225Hと、ローアーム素子225Lと、負母線227と、を組み合わせて構成される双方向DCDCコンバータである。
High
負母線227は、低電圧側負極端子222と高電圧側負極端子224とを接続する配線である。第1平滑コンデンサC1は、その一端側が低電圧側正極端子221に接続され、その他端側が負母線227に接続される。リアクトルLは、その一端側が低電圧側正極端子221に接続され、その他端側がハイアーム素子225Hとローアーム素子225Lとの接続ノードに接続される。
The
ハイアーム素子225Hは、IGBTやMOSFET等の既知のパワースイッチング素子と、このパワースイッチング素子に並列に接続されたダイオードと、を備える。ローアーム素子225Lは、IGBTやMOSFET等の既知のパワースイッチング素子と、このパワースイッチング素子に並列に接続されたダイオードと、を備える。これらハイアーム素子225H、及びローアーム素子225Lは、高電圧側正極端子223と負母線227との間で、直列に、この順で接続される。
The
ハイアーム素子225Hのパワースイッチング素子のコレクタは高電圧側正極端子223に接続され、そのエミッタはローアーム素子225Lのコレクタに接続される。ローアーム素子225Lのパワースイッチング素子のエミッタは、負母線227に接続される。ハイアーム素子225Hに設けられるダイオードの順方向は、リアクトルLから高電圧側正極端子223へ向かう向きである。またローアーム素子225Lに設けられるダイオードの順方向は、負母線227からリアクトルLへ向かう向きである。
The collector of the power switching element of the
これらハイアーム素子225H及びローアーム素子225Lは、それぞれ制御装置8が備えるゲートドライブシステム85によって生成されるゲート駆動信号によってオン又はオフにされる。
The
高電圧DCDCコンバータ22は、ゲートドライブシステム85から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記素子225H,225Lをオン/オフ駆動することにより、昇圧機能と降圧機能を発揮する。昇圧機能とは、低電圧側の端子221,222に印加される電圧を昇圧して高電圧側の端子223,224に出力する機能をいい、これにより第1電力線26p,26nから第2電力線27p,27nへ電流が流れる。また降圧機能とは、高電圧側の端子223,224に印加される電圧を降圧して低電圧側の端子221,222に出力する機能をいい、これにより第2電力線27p,27nから第1電力線26p,26nへ電流が流れる。なお以下では、第1電力線26p,26nの間の電位差を1次側電圧V1という。また第2電力線27p,27nの間の電位差を2次側電圧V2という。
The high
1次側電圧センサ29は、この1次側電圧V1を検出し、検出値に応じた信号を制御装置8のシステムECU81へ送信する。
The primary
第1インバータ23及び第2インバータ24は、例えば、複数のスイッチング素子(例えば、IGBT)をブリッジ接続して構成されるブリッジ回路を備えた、パルス幅変調によるPWMインバータであり、直流電力と交流電力とを変換する機能を備える。第1インバータ23は、その直流入出力側において第2電力線27p,27nに接続され、交流入出力側において駆動モータMのU相、V相、W相の各コイルに接続されている。第2インバータ24は、その直流入出力側において第2電力線27p,27nに接続され、交流入出力側において発電機GのU相、V相、W相の各コイルに接続されている。
The
第1インバータ23は、駆動モータMのU相に接続されたハイ側U相スイッチング素子及びロー側U相スイッチング素子と、駆動モータMのV相に接続されたハイ側V相スイッチング素子及びロー側V相スイッチング素子と、駆動モータMのW相に接続されたハイ側W相スイッチング素子及びロー側W相スイッチング素子と、を相毎にブリッジ接続して構成される。
The
第1インバータ23は、制御装置8のゲートドライブシステム85から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記各相のスイッチング素子をオン/オフ駆動することにより、高電圧DCDCコンバータ22から供給される直流電力を交流電力に変換して駆動モータMに供給したり、駆動モータMから供給される交流電力を直流電力に変換して高電圧DCDCコンバータ22に供給したりする。
The
第2インバータ24は、発電機GのU相に接続されたハイ側U相スイッチング素子及びロー側U相スイッチング素子と、発電機GのV相に接続されたハイ側V相スイッチング素子及びロー側V相スイッチング素子と、発電機GのW相に接続されたハイ側W相スイッチング素子及びロー側W相スイッチング素子と、を相毎にブリッジ接続して構成される。
The
第2インバータ24は、システムECU81のゲートドライブシステム85から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記各相のスイッチング素子をオン/オフ駆動することにより、高電圧DCDCコンバータ22から供給される直流電力を交流電力に変換して発電機Gに供給したり、発電機Gから供給される交流電力を直流電力に変換して高電圧DCDCコンバータ22に供給したりする。
The
低電圧DCDCコンバータ25は、第1電力線26p,26nに対し、高電圧DCDCコンバータ22と並列に接続されている。図示しない駆動回路が低電圧DCDCコンバータ25のスイッチング素子をオン/オフ駆動することによって、第1電力線26p,26n間の電圧V1を降圧し、電力線33を介して低電圧バッテリ31に供給し、低電圧バッテリ31を充電する。
The low
低電圧回路3は、低電圧バッテリ31と、給電線34と、衝突検知部35と、バッテリECU36と、制御電圧センサ37と、を備える。
The
低電圧バッテリ31は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。本実施形態では、低電圧バッテリ31として、電極に鉛を用いた鉛バッテリを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。また以下では、低電圧バッテリ31として、その出力電圧は高電圧バッテリ21の出力電圧よりも低いものを用いた場合について説明する。なお以下では、この低電圧バッテリ31を、作業者によるメンテナンス性を考慮して、車両Vの図示しないエンジンルームのうち車両前方側に設けた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。
The
低電圧バッテリ31は、制御装置8と給電線34を介して接続されている。低電圧バッテリ31は、給電線34を介して制御装置8へ電力を供給する。制御電圧センサ37は、給電線34における電圧である制御電圧VBを検出し、検出値に応じた信号を制御装置8へ送信する。
The
衝突検知部35は、加速度センサ(図示せず)の検出信号を用いることによって、車両Vが衝突又は横転したか否かを判定し、衝突又は横転したと判定した場合には、バッテリECU36へ衝突検知信号を送信する。衝突検知部35は、低電圧バッテリ31から供給される電力を用いて作動する。
The
バッテリECU36は、コンタクタ28p,28nのオン/オフや高電圧バッテリ21及び低電圧バッテリ31の状態の監視等に関する制御を担うマイクロコンピュータである。バッテリECU36は、低電圧バッテリ31から供給される電力を用いて作動する。
The
バッテリECU36は、運転者によってスタートスイッチがオンにされると、低電圧バッテリ31から供給される電力の下で起動し、高電圧回路2に設けられている複数の平滑コンデンサC1〜C2のプリチャージを開始する。より具体的には、バッテリECU36は、コンタクタ28p,28nをオンにし、高電圧バッテリ21を第1電力線26p,26nに接続することによって平滑コンデンサC1〜C2のプリチャージを行う。なおバッテリECU36は、平滑コンデンサC1〜C2のプリチャージを行う際には、負極コンタクタ28nをオンにするとともに、正極コンタクタ28pのうちプリチャージ抵抗を有するコンタクタをオンにする。またバッテリECU36は、平滑コンデンサC1〜C2のプリチャージが完了した後、正極コンタクタ28pのうちプリチャージ抵抗を有さないコンタクタをオンにする。これにより、プリチャージの実行時における平滑コンデンサC1〜C2への突入電流を緩和することができる。
When the start switch is turned on by the driver, the
またバッテリECU36は、以上のようにしてコンタクタ28p,28nをオンにした後、運転者によって電源システム1を停止するためにスタートスイッチがオフにされた場合、又は衝突検知部35から衝突検知信号を受信した場合には、コンタクタ28p,28nをオフにし、高電圧バッテリ21を第1電力線26p,26nから切り離す。
Further, the
また、このバッテリECU36は、制御装置8の後述のシステムECU81とCANバス(図示せず)を介してCAN通信を行うことが可能となっている。そこでバッテリECU36は、衝突検知部35から衝突検知信号を受信した場合には、上記のようにコンタクタ28p、28nをオフにするとともに、CAN通信を介して放電許可信号をシステムECU81へ送信する。放電許可信号とは、後述の放電制御(図3のS4参照)の実行を許可する信号である。
The
バックアップ電源5は、高電圧回路2のうち第1電力線26p,26nに接続されており、この第1電力線26p,26nにおける電力を降圧し、制御装置8へ供給する。上述のように制御装置8には、基本的には低電圧バッテリ31から電力が供給されるようになっている。バックアップ電源5は、低電圧バッテリ31から制御装置8へ十分な電力を供給できなくなった場合に、第1電力線26p,26nにおける電力を制御装置8へ供給する。
The
制御装置8は、マイクロコンピュータであるシステムECU81と、このシステムECU81から送信される指令信号に応じて高電圧DCDCコンバータ22、第1インバータ23、及び第2インバータ24のスイッチング素子をオン/オフ駆動するゲートドライブシステム85と、を備える。
The
システムECU81は、高電圧DCDCコンバータ22、第1インバータ23、第2インバータ24、駆動モータM、及び発電機G等を操作することによって、運転者の要求に応じて車両Vを走行させる走行制御や、所定の放電開始条件が成立した場合に高電圧回路2における電荷を放電させる放電制御を担うマイクロコンピュータである。
The
図2は、ゲートドライブシステム85の構成を示す図である。図2には、ゲートドライブシステム85のうち、高電圧DCDCコンバータ22のハイアーム素子225H及びローアーム素子225Lの駆動に係る部分のみを図示する。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the
ゲートドライブシステム85は、ハイアーム側ゲートドライブ回路86と、ローアーム側ゲートドライブ回路87と、バックアップコンデンサC3とを備える。ハイアーム側ゲートドライブ回路86は、ハイアーム素子225Hの入力側端子に接続されている。ローアーム側ゲートドライブ回路87は、ローアーム素子225Lの入力端子側に接続されている。
The
ハイアーム側ゲートドライブ回路86は、バックアップコンデンサC3を介して低電圧バッテリ31の給電線34に接続されている。バックアップコンデンサC3は、給電線34に接続されており、低電圧バッテリ31又は給電線34が正常である場合には、常に満充電状態となっている。ハイアーム側ゲートドライブ回路86は、システムECU81から送信される指令信号に基づいて、低電圧バッテリ31又は給電線34が正常である時には、低電圧バッテリ31から給電線34を介して供給される電力を消費してハイアーム素子225Hを駆動するためのゲート駆動信号を生成し、ハイアーム素子225Hへ入力する。また何らかの事情によって低電圧バッテリ31から給電線34からハイアーム側ゲートドライブ回路86へ電力を供給できなくなった場合には、ハイアーム側ゲートドライブ回路86は、バックアップコンデンサC3に蓄えられている電力を消費してハイアーム素子225Hを駆動することが可能となっている。
The high arm side
ローアーム側ゲートドライブ回路87は、ハイアーム側ゲートドライブ回路86と異なり、バックアップコンデンサC3を介さずに低電圧バッテリ31の給電線34に接続されている。ローアーム側ゲートドライブ回路87は、システムECU81から送信される指令信号に基づいて、低電圧バッテリ31又は給電線34が正常である時には、低電圧バッテリ31から給電線34を介して供給される電力を消費してローアーム素子225Lを駆動するためのゲート駆動信号を生成し、ローアーム素子225Lへ入力する。
Unlike the high arm side
図3は、システムECU81による放電制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図3の処理は、運転者によって電源システム1を始動するためにスタートスイッチ(図示せず)がオンにされてから、運転者によって電源システム1を停止するためにスタートがオフにされるまでの間、システムECU81によって所定の制御周期で繰り返し実行される。
FIG. 3 is a flowchart showing a specific procedure of the discharge control process by the
S1では、システムECU81は、所定の第1放電開始条件が成立したか否かを判定する。この第1放電開始条件とは、例えば、システムECU81がバッテリECU36から送信される衝突検知信号を受信したこと、である。S1の判定結果がNOである場合、システムECU81は、S2に移る。
In S1, the
S2では、システムECU81は、所定の第2放電開始条件が成立したか否かを判定する。この第2放電開始条件とは、例えば、1次側電圧センサ29によって検出される1次側電圧V1が所定の第1判定電圧V1th以下となりかつ制御電圧センサ37によって検出される制御電圧VBが所定の第2判定電圧VBth以下となったこと、である。
In S2, the
S2の判定結果がNOである場合、すなわち第1放電開始条件及び第2放電開始条件が何れも成立していない場合には、システムECU81は、図3の処理を終了する。
If the determination result in S2 is NO, that is, if neither the first discharge start condition nor the second discharge start condition is satisfied, the
S1の判定結果がYESである場合又はS2の判定結果がYESである場合、すなわち第1放電開始条件及び第2放電開始条件の何れかが成立した場合には、システムECU81は、S3に移る。
When the determination result of S1 is YES or when the determination result of S2 is YES, that is, when either the first discharge start condition or the second discharge start condition is satisfied, the
S3では、システムECU81は、第1又は第2放電開始条件が成立したことに応じて、高電圧DCDCコンバータ22のハイアーム素子225Hをオン状態で維持しかつローアーム素子225Lをオフ状態で維持し、S4に移る。ここで第2放電開始条件が成立した場合、制御電圧VBが第2判定電圧VBth以下となっているため、ハイアーム側ゲートドライブ回路86は、低電圧バッテリ31から供給される電力でハイアーム素子225Hをオン状態で維持し続けられない場合がある。この場合、ハイアーム側ゲートドライブ回路86は、バックアップコンデンサC3に蓄えられている電力を用いてハイアーム素子225Hをオン状態で維持する。
In S3, the
図4は、ハイアーム素子225Hをオン状態で維持し、ローアーム素子225Lをオフ状態で維持した場合に、電源システム1において実現される電力の流れを模式的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the flow of power realized in the
先ず、図4に示すように、第1平滑コンデンサC1に蓄えられている電荷は、第1電力線26p,26nを介してバックアップ電源5に供給される。これにより1次側電圧V1が低下する。
First, as shown in FIG. 4, the charge stored in the first smoothing capacitor C1 is supplied to the
また第2平滑コンデンサC2に蓄えられている電荷は、図4に示すように、放電抵抗R2において消費される。これに加えて上述のようにハイアーム素子225Hをオン状態で維持し、ローアーム素子225Lをオフ状態で維持すると、第2平滑コンデンサC2に蓄えられている電荷は、オン状態で維持されているハイアーム素子225Hを介して、第2電力線27p,27nよりも低電圧となっている第1電力線26p,26nへ流れ、バックアップ電源5に供給される。
Further, the charge stored in the second smoothing capacitor C2 is consumed in the discharge resistor R2, as shown in FIG. In addition to this, if the
バックアップ電源5は、これら平滑コンデンサC1,C2から供給される電力を制御装置8のシステムECU81に供給する。これにより、システムECU81には、後述の放電制御を所定時間にわたって実行するための電力が供給され、また1次側電圧V1及び2次側電圧V2が低下する。
The
図3に戻り、S4では、システムECU81は、上述のようにしてバックアップ電源5から供給される電力を用いることによって、駆動モータM及び発電機Gの回転が減速しかつ2次側電圧V2が低下するように第1インバータ23及び第2インバータ24を駆動する放電制御を実行する。例えば車両Vが衝突したことによって第1放電開始条件又は第2放電開始条件が成立した場合、駆動モータMや発電機Gが慣性によって回転し続けてしまい、これら駆動モータMや発電機Gで発生する誘起電圧によって2次側電圧V2が上昇する場合がある。そこでシステムECU81は、駆動モータMや発電機Gの回転を減速させかつ2次側電圧V2を低下させるため、バックアップ電源5から供給される電力を用いて所定時間にわたり放電制御を実行する。この放電制御では、システムECU81は、例えば、第1インバータ23及び第2インバータ24の三相全てのローアーム又はハイアームのスイッチング素子を所定のキャリア周期の下で交互にオンにする三相短絡制御を行う。これにより、各スイッチング素子に短絡電流が流れることにより、駆動モータM及び発電機Gの回転が減速し、かつ平滑コンデンサC2に蓄えられている電荷が消費される。
Returning to FIG. 3, in S4, the
図5は、図3の放電制御処理によって実現される各所の電圧の変化を示すタイムチャートである。図5において縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示す。図5には、上段から下段に向かって順に、ハイアーム素子225Hに入力されるゲート駆動信号、ローアーム素子225Lに入力されるゲート駆動信号、1次側電圧V1、及び2次側電圧V2を示す。
FIG. 5 is a time chart showing changes in voltages at various places realized by the discharge control process of FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. FIG. 5 shows the gate drive signal input to the
また図5には、時刻t0において車両Vが衝突したことによって、高電圧バッテリ21が第1電力線26p,26nから切り離され、さらに給電線34が断線した場合を示す。この場合、1次側電圧V1及び制御電圧VBが低下し、時刻t1において第2放電開始条件が成立する(図3のS2参照)。
FIG. 5 shows a case where the
時刻t1において第2放電開始条件が成立すると、この時刻t1以降、システムECU81は、ハイアーム素子225Hをオン状態で維持しかつローアーム素子225Lをオフ状態で維持する(図3のS3参照)。これにより、図4を参照して説明したように、第2平滑コンデンサC2に蓄えられている電荷がオン状態で維持されているハイアーム素子225Hを介してバックアップ電源5に供給され、さらにシステムECU81に供給される。このため、時刻t2以降では、2次側電圧が徐々に低下する。
When the second discharge start condition is satisfied at time t1, after this time t1, the
また時刻t2以降では、システムECU81は、バックアップ電源5から供給される電力を用いることによって放電制御を実行することにより(図3のS4参照)、図5に示すように、2次側電圧V2の上昇が抑制される。
Further, after time t2, the
本実施形態に係る電源システム1によれば、以下の効果を奏する。
The
(1)電源システム1は、高電圧バッテリ21が設けられた第1電力線26p,26nと、駆動モータMと電力の授受を行う第1インバータ23及び第2平滑コンデンサC2が設けられた第2電力線27p,27nと、これらの間で電圧を変換する高電圧DCDCコンバータ22と、第1インバータ23及び高電圧DCDCコンバータ22を制御する制御装置8と、この制御装置8に電力を供給するバックアップ電源5と、を備える。またこの電源システム1では、バックアップ電源5を第1電力線26p,26nに接続し、制御装置8は、第1又は第2放電開始条件が成立した場合には、ハイアーム素子225Hをオン状態で維持する。従ってこの電源システム1では、第1又は第2放電開始条件が成立した場合には、ハイアーム素子225Hがオン状態で維持されるので、第2平滑コンデンサC2に蓄えられた電荷は、ハイアーム素子225H、第1電力線26p,26n、及びバックアップ電源5を介して制御装置8に供給され、この制御装置8による第1インバータ23及び高電圧DCDCコンバータ22の制御に消費される。よって電源システム1によれば、第1又は第2放電開始条件が成立した場合には、第2平滑コンデンサC2に蓄えられている電力を制御装置8に供給し、制御装置8において消費させることができる。
(1) The
(2)電源システム1では、制御装置8は、第1又は第2放電開始条件が成立した場合には、上記のようにハイアーム225Hをオン状態で維持するとともに、第2平滑コンデンサC2からハイアーム225H及びバックアップ電源5を介して放電される電力を用いることによって、駆動モータMの回転が減速しかつ第2電力線27p,27nの電圧が低下するように第1インバータ23を駆動する放電制御を実行する。これにより、電源システム1では、第2平滑コンデンサC2に蓄積されている電荷を速やかに放電できるとともに、駆動モータMで発生する誘起電圧による第2電力線27p,27nの電圧の上昇も抑制することができる。
(2) In the
(3)電源システム1において、制御装置8は、低電圧バッテリ31に接続されたバックアップコンデンサC3と、正常時には低電圧バッテリ31から供給される電力を用いてハイアーム225H及びローアーム225Lを駆動するゲートドライブシステム85と、を備える。またこのゲートドライブシステム85は、1次側電圧V1が第1判定電圧V1th以下となりかつ低電圧バッテリ31の制御電圧VBが第2判定電圧VBth以下となることを含む第2放電開始条件が成立した場合には、低電圧バッテリ31に接続されており、この低電圧バッテリ31によって正常時には常時充電されているバックアップコンデンサC3に蓄えられている電力を用いて、ハイアーム225Hをオン状態で維持する。これにより、低電圧バッテリ31からゲートドライブシステム85に電力を供給できない事態が生じた場合であっても、ハイアーム225Hをオン状態で維持することができ、ひいては第2平滑コンデンサC2に蓄えられている電荷を放電することができる。
(3) In the
(4)電源システム1では、高電圧DCDCコンバータ22は、第1電力線26p,26nの電力を昇圧して第2電力線27p,27nに供給する。したがって高電圧DCDCコンバータ22がこの昇圧機能を発揮している間、第1電力線26p,26nの電圧は、第2電力線27p,27nの電圧よりも低く維持される。したがって電源システム1では、このように比較的低電圧に維持される第1電力線26p,26nにバックアップ電源5を接続することにより、比較的高電圧に維持される第2電力線27p,27nにバックアップ電源5を接続する場合よりもバックアップ電源5の耐圧を低く設計することができるので、バックアップ電源5を小型化かつ低コスト化できる。
(4) In the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。例えば、高電圧DCDCコンバータ22、第1インバータ23、及び第2インバータ24の具体的な回路構成は、図1に示すものに限らない。特に高電圧DCDCコンバータ22としては、図1に示すものの他、マルチレベルチョッパ方式、インタリーブ方式、磁気結合を備えるもの等、既知の回路を用いてもよい。例えばマルチレベルチョッパ方式の回路は、第1平滑コンデンサC1とは別に、スイッチング素子やダイオード等の直列接続体に対し並列に設けられたコンデンサを備える。このコンデンサは、車両Vの衝突時には、第2平滑コンデンサC2と同様に残留する電荷を、第1電力線26p,26nを介して速やかにバックアップ電源5に供給し、システムECU81で消費させることができる。このためマルチレベルチョッパ方式の回路は、本発明に適用した場合の利点が多い。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this. Within the scope of the gist of the present invention, the detailed configuration may be changed as appropriate. For example, the specific circuit configurations of the high-
V…車両
M…駆動モータ(電動発電機)
1…電源システム
2…高電圧回路
21…高電圧バッテリ(電源)
22…高電圧DCDCコンバータ(電圧変換器)
23…第1インバータ(電力変換器)
26p,26n…第1電力線(第1回路)
27p,27n…第2電力線(第2回路)
C1…第1平滑コンデンサ
C2…第2平滑コンデンサ(第2蓄電素子)
R2…放電抵抗
3…低電圧回路
31…低電圧バッテリ
5…バックアップ電源(制御電力供給装置)
8…制御装置
81…システムECU
85…ゲートドライブシステム(ゲートドライブ回路)
C3…バックアップコンデンサ(制御用蓄電素子)
V ... Vehicle M ... Drive motor (motor generator)
DESCRIPTION OF
22 ... High voltage DCDC converter (voltage converter)
23 ... 1st inverter (power converter)
26p, 26n: first power line (first circuit)
27p, 27n, second power line (second circuit)
C1 ... 1st smoothing capacitor C2 ... 2nd smoothing capacitor (2nd electrical storage element)
R2 ...
8 ...
85 ... Gate drive system (gate drive circuit)
C3 ... Backup capacitor (control storage element)
Claims (4)
電動発電機と電力の授受を行う電力変換器及び第2蓄電素子が設けられた第2回路と、
上アーム及び下アームを有し、前記第1回路と前記第2回路との間で電圧を変換する電圧変換器と、
前記電力変換器及び前記電圧変換器を制御する制御装置と、
前記制御装置に電力を供給する制御電力供給装置と、を備える車両の電源システムであって、
前記制御電力供給装置は、前記第1回路に接続され、
前記制御装置は、所定の放電開始条件が成立した場合には、前記上アームをオン状態で維持することを特徴とする車両の電源システム。 A first circuit provided with a power source;
A second circuit provided with a power converter and a second power storage element for transferring power to and from the motor generator;
A voltage converter having an upper arm and a lower arm and converting a voltage between the first circuit and the second circuit;
A control device for controlling the power converter and the voltage converter;
A control power supply device for supplying power to the control device, and a vehicle power supply system comprising:
The control power supply device is connected to the first circuit,
The control device maintains the upper arm in an ON state when a predetermined discharge start condition is satisfied.
前記制御装置は、前記低電圧バッテリに接続された制御用蓄電素子と、正常時には前記低電圧バッテリから供給される電力を用いて前記上アーム及び前記下アームを駆動するゲートドライブ回路と、を備え、
前記放電開始条件は、前記第1回路の電圧が所定の第1電圧以下となりかつ前記低電圧バッテリの電圧が所定の第2電圧以下となることを含み、
前記ゲートドライブ回路は、前記放電開始条件が成立した場合には、前記制御用蓄電素子に蓄えられている電力を用いて前記上アームをオン状態で維持することを特徴とする請求項1又は2に記載の車両の電源システム。 Further comprising a low voltage battery having an output voltage lower than that of the power source;
The control device includes a storage element for control connected to the low voltage battery, and a gate drive circuit that drives the upper arm and the lower arm using electric power supplied from the low voltage battery in a normal state. ,
The discharge start condition includes that the voltage of the first circuit is equal to or lower than a predetermined first voltage and the voltage of the low-voltage battery is equal to or lower than a predetermined second voltage;
The gate drive circuit maintains the upper arm in an ON state using electric power stored in the control power storage element when the discharge start condition is satisfied. The vehicle power system described in 1.
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CN112600398A (en) * | 2019-10-02 | 2021-04-02 | 株式会社京滨 | Power conversion device |
CN112600412A (en) * | 2019-10-02 | 2021-04-02 | 株式会社京滨 | Power control device |
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2018
- 2018-03-20 JP JP2018052843A patent/JP2019165579A/en active Pending
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