JP2021097507A

JP2021097507A - Power supply system of electric vehicle

Info

Publication number: JP2021097507A
Application number: JP2019227712A
Authority: JP
Inventors: 尭志野澤; Takashi Nozawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-06-24

Abstract

To provide a power supply system that precharges a capacitor of a power converter before closing a main relay, and prevents a host controller from erroneously determining that a failure has occurred even when a time to boost the voltage of the sub-battery and precharge the capacitor is prolonged.SOLUTION: A controller monitors the presence or absence of abnormalities in a voltage converter that performs precharge. The controller issues a start command to the voltage converter to precharge the capacitor prior to closing a relay. The voltage converter stops precharging when the voltage of the sub-battery falls below a predetermined first voltage, and resumes precharging when the voltage recovers to a second voltage higher than the first voltage. The controller stops monitoring the voltage converter when the voltage of the sub-battery becomes equal to or lower than a predetermined monitoring lower limit voltage of the second voltage or higher.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本明細書が開示する技術は、電気自動車用の電源システムに関する。本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車と、モータ用の電源として燃料電池を搭載する車が含まれる。 The technology disclosed herein relates to a power supply system for an electric vehicle. The "electric vehicle" in the present specification includes a hybrid vehicle equipped with both a motor and an engine, and a vehicle equipped with a fuel cell as a power source for the motor.

電気自動車の電源システムは、主電源と、主電源の電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器を備える。特許文献１に、そのような電源システムの例が開示されている。電力変換器は、メインリレーを介して主電源と接続されており、車両のメインスイッチが入れられると、メインリレーが閉じられ、主電源が電力変換器に接続され、走行可能な状態になる。電力変換器には、主電源と接続されるコンデンサが備えられている。メインリレーを閉じる際、コンデンサの蓄電量が少ないと、主電源からコンデンサへ大きな電流が流れ得る。コンデンサへの大電流の流入を抑えるべく、特許文献１の電源システムでは、メインリレーを閉じるのに先立って、コンデンサを充電する。メインリレーを閉じるのに先立って電力変換器内のコンデンサを充電することを本明細書ではプリチャージと称する。 The power supply system of an electric vehicle includes a main power source and a power converter that converts the electric power of the main power source into the driving power of a traveling motor. Patent Document 1 discloses an example of such a power supply system. The power converter is connected to the main power supply via the main relay, and when the main switch of the vehicle is turned on, the main relay is closed and the main power supply is connected to the power converter so that the vehicle can run. The power converter is equipped with a capacitor that is connected to the main power supply. When closing the main relay, if the amount of electricity stored in the capacitor is small, a large current can flow from the main power supply to the capacitor. In order to suppress the inflow of a large current into the capacitor, in the power supply system of Patent Document 1, the capacitor is charged prior to closing the main relay. Charging the capacitor in the power converter prior to closing the main relay is referred to herein as precharging.

特許文献１の電源システムは、主電源と副電源との間に電圧コンバータが接続されている。電圧コンバータは双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、主電源の電力の電圧を降圧して副電源を充電する降圧動作と、副電源の電力の電圧を昇圧してコンデンサをプリチャージする昇圧動作を行うことができる。特許文献１の電源システムは、メインリレーを閉じるのに先立って電圧コンバータと副電源を使ってコンデンサをプリチャージする。 In the power supply system of Patent Document 1, a voltage converter is connected between the main power supply and the sub power supply. The voltage converter is a bidirectional DC-DC converter, and performs a step-down operation of stepping down the voltage of the main power supply to charge the sub-power supply and a step-up operation of stepping up the voltage of the power of the sub-power supply to precharge the capacitor. be able to. The power supply system of Patent Document 1 uses a voltage converter and an auxiliary power supply to precharge a capacitor prior to closing the main relay.

特開２０１７−０８５８６９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-085869

電気自動車は、電圧コンバータに指令を出すとともに電圧コンバータの異常の有無を監視する上位コントローラを備えることが多い。上位コントローラが、メインリレーを閉じるのに先立って電圧コンバータを起動し、プリチャージする。一方、電圧コンバータ自身も副電源の電力で動作する。プリチャージ中に副電源の電圧が下がると電圧コンバータが停止する。電圧コンバータは、副電源の電圧が回復するとプリチャージを再開する。電圧コンバータが停止と再開を繰り返すとプリチャージに要する時間が長引き、上位コントローラは電圧コンバータで異常が発生したと誤判断するおそれがある。 Electric vehicles are often equipped with a host controller that issues a command to the voltage converter and monitors the presence or absence of an abnormality in the voltage converter. The host controller activates and precharges the voltage converter prior to closing the main relay. On the other hand, the voltage converter itself operates with the power of the auxiliary power supply. If the voltage of the auxiliary power supply drops during precharging, the voltage converter will stop. The voltage converter resumes precharging when the voltage of the auxiliary power supply recovers. If the voltage converter repeatedly stops and restarts, the time required for precharging becomes long, and the host controller may mistakenly determine that an error has occurred in the voltage converter.

本明細書が開示する電源システムは、主電源、副電源、電力変換器、リレー、電圧コンバータ、コントローラを備える。副電源は、その出力電圧が主電源よりも低い。電力変換器は、主電源の電力を走行用のモータの駆動電力に変換する。電力変換器は、主電源と接続されるコンデンサを備えている。リレーは、主電源と電力変換器の接続と遮断を切り替える。電圧コンバータは、副電源の電力で動作し、副電源の電圧を昇圧してコンデンサを充電する。コントローラは、電圧コンバータに指令を出すとともに電圧コンバータの異常の有無を監視する。コントローラは、リレーを閉じるのに先立って、電圧コンバータに起動指令を出してコンデンサをプリチャージする。電圧コンバータは、副電源の電圧が所定の第１電圧を下回るとプリチャージ（コンデンサの充電）を停止し、第１電圧よりも高い第２電圧まで回復したらプリチャージを再開する。コントローラは、副電源の電圧が第２電圧以上の所定の監視下限電圧以下になると、電圧コンバータの監視を停止する。 The power supply system disclosed herein includes a main power supply, an auxiliary power supply, a power converter, a relay, a voltage converter, and a controller. The output voltage of the auxiliary power supply is lower than that of the main power supply. The power converter converts the power of the main power source into the driving power of the traveling motor. The power converter has a capacitor connected to the main power supply. The relay switches between connecting and disconnecting the main power supply and the power converter. The voltage converter operates on the power of the secondary power supply and boosts the voltage of the secondary power supply to charge the capacitor. The controller issues a command to the voltage converter and monitors the voltage converter for abnormalities. The controller issues a start command to the voltage converter to precharge the capacitor prior to closing the relay. The voltage converter stops precharging (charging the capacitor) when the voltage of the auxiliary power supply falls below a predetermined first voltage, and restarts precharging when the voltage recovers to a second voltage higher than the first voltage. The controller stops monitoring of the voltage converter when the voltage of the auxiliary power supply becomes equal to or lower than a predetermined monitoring lower limit voltage of the second voltage or higher.

上記の電源システムは、プリチャージ中に副電源の電圧が第１電圧を下回ると、電圧コンバータは、第１電圧と第２電圧の間で停止と再開を繰り返してプリチャージを継続する。それゆえ、プリチャージに時間を要する。一方、コントローラは、プリチャージ中に副電源の電圧が監視下限電圧（≧第２電圧）を下回ると、電圧コンバータの監視を停止する。プリチャージに要する時間が長引いてもコントローラは電圧コンバータを異常と判定しなくなる。 In the above power supply system, when the voltage of the auxiliary power supply falls below the first voltage during precharging, the voltage converter repeatedly stops and restarts between the first voltage and the second voltage to continue precharging. Therefore, it takes time to precharge. On the other hand, the controller stops monitoring the voltage converter when the voltage of the auxiliary power supply falls below the monitoring lower limit voltage (≧ second voltage) during precharging. Even if the time required for precharging is prolonged, the controller will not determine the voltage converter as abnormal.

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details of the techniques disclosed herein and further improvements will be described in the "Modes for Carrying Out the Invention" below.

実施例の電源システムを含む電気自動車のブロック図である。It is a block diagram of the electric vehicle including the power supply system of an Example. プリチャージ処理のフローチャートである。It is a flowchart of a precharge process. 電圧コンバータの動作とコンデンサ電圧とサブバッテリの電圧のタイムチャートである。It is a time chart of the operation of the voltage converter, the capacitor voltage, and the voltage of the sub-battery.

図面を参照して実施例の電源システム３を説明する。電源システム３は、電気自動車２に搭載されている。図１に、電源システム３を含む電気自動車２の電力系のブロック図を示す。実施例の電気自動車２は、走行用のモータ７を有する。電源システム３から、モータ７へ、駆動電力が供給される。図１の矢印破線は信号の流れを表している。 The power supply system 3 of the embodiment will be described with reference to the drawings. The power supply system 3 is mounted on the electric vehicle 2. FIG. 1 shows a block diagram of an electric power system of an electric vehicle 2 including a power supply system 3. The electric vehicle 2 of the embodiment has a traveling motor 7. Drive power is supplied from the power supply system 3 to the motor 7. The dashed arrow in FIG. 1 represents the signal flow.

電源システム３は、メインバッテリ４、サブバッテリ５、システムメインリレー６、電力変換器２０、電圧コンバータ３０、車両コントローラ４０を備えている。 The power supply system 3 includes a main battery 4, a sub-battery 5, a system main relay 6, a power converter 20, a voltage converter 30, and a vehicle controller 40.

メインバッテリ４は、走行用のモータ７のための電力を蓄える直流電源であり、その出力電圧は例えば２００ボルトである。メインバッテリ４は、具体的にはリチウムイオンバッテリである。サブバッテリ５は、モータ７の駆動電力よりも小さい小電力機器のための直流電源であり、その出力電圧は、メインバッテリ４の出力電圧よりも低く、例えば１２ボルトである。サブバッテリ５は、例えば鉛バッテリである。 The main battery 4 is a DC power source that stores electric power for the traveling motor 7, and its output voltage is, for example, 200 volts. Specifically, the main battery 4 is a lithium ion battery. The sub-battery 5 is a DC power source for low power devices that is smaller than the drive power of the motor 7, and its output voltage is lower than the output voltage of the main battery 4, for example, 12 volts. The sub-battery 5 is, for example, a lead battery.

メインバッテリ４には電圧センサ１１が備えられている。電圧センサ１１は、メインバッテリ４の出力電圧を計測する。電圧センサ１１の計測値は車両コントローラ４０に送られる。車両コントローラ４０については後述する。 The main battery 4 is provided with a voltage sensor 11. The voltage sensor 11 measures the output voltage of the main battery 4. The measured value of the voltage sensor 11 is sent to the vehicle controller 40. The vehicle controller 40 will be described later.

メインバッテリ４は、システムメインリレー６を介して電力変換器２０に接続されている。システムメインリレー６は、車両コントローラ４０によって制御される。電力変換器２０は、メインバッテリ４の出力電力をモータ７の駆動電力に変換するデバイスである。 The main battery 4 is connected to the power converter 20 via the system main relay 6. The system main relay 6 is controlled by the vehicle controller 40. The power converter 20 is a device that converts the output power of the main battery 4 into the drive power of the motor 7.

電力変換器２０は、電圧コンバータ２１と、インバータ２８を含んでいる。電圧コンバータ２１は、フィルタコンデンサ２５ａ、リアクトル２２、２個のスイッチング素子２３ａ、２３ｂ、２個のダイオード２４ａ、２４ｂを備える。電圧コンバータ２１は、低電圧端２０ａ、２０ｂに印加された電圧を昇圧して高電圧端２０ｃ、２０ｄから出力する昇圧機能と、高電圧端２０ｃ、２０ｄに印加された電圧を降圧して低電圧端２０ａ、２０ｂから出力する降圧機能を備える双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。図１の電圧コンバータ２１の回路構成とその機能は良く知られているので詳しい説明は割愛する。 The power converter 20 includes a voltage converter 21 and an inverter 28. The voltage converter 21 includes a filter capacitor 25a, a reactor 22, two switching elements 23a and 23b, and two diodes 24a and 24b. The voltage converter 21 has a boosting function that boosts the voltage applied to the low voltage ends 20a and 20b and outputs the voltage from the high voltage ends 20c and 20d, and lowers the voltage applied to the high voltage ends 20c and 20d to a low voltage. It is a bidirectional DC-DC converter having a step-down function that outputs from the ends 20a and 20b. Since the circuit configuration and its function of the voltage converter 21 of FIG. 1 are well known, detailed description thereof will be omitted.

電圧コンバータ２１の高電圧端２０ｃ、２０ｄにインバータ２８が接続されている。電力変換器２０は、メインバッテリ４の出力電力を昇圧し、さらに直流電力を交流電力に変換してモータ７に供給する機能を備える。インバータ２８が、電圧コンバータ２１によって昇圧された直流電力を交流電力（モータ７の駆動電力）に変換する。電力変換器２０は、減速時にモータ７が逆駆動されて生じた電力（回生電力）を交流から直流に変換し、さらに降圧してメインバッテリ４に供給する機能も備えている。 The inverter 28 is connected to the high voltage ends 20c and 20d of the voltage converter 21. The power converter 20 has a function of boosting the output power of the main battery 4 and further converting DC power into AC power to supply to the motor 7. The inverter 28 converts the DC power boosted by the voltage converter 21 into AC power (driving power of the motor 7). The power converter 20 also has a function of converting the electric power (regenerated electric power) generated by the reverse drive of the motor 7 during deceleration from alternating current to direct current, further stepping down the voltage, and supplying the electric power to the main battery 4.

電圧コンバータ２１のスイッチング素子２３ａ、２３ｂとインバータ２８はモータコントローラ２９によって制御される。モータコントローラ２９は、車両コントローラ４０からの指令に基づいてスイッチング素子２３ａ、２３ｂ、インバータ２８を制御する。 The switching elements 23a and 23b of the voltage converter 21 and the inverter 28 are controlled by the motor controller 29. The motor controller 29 controls the switching elements 23a and 23b and the inverter 28 based on a command from the vehicle controller 40.

電力変換器２０の低電圧端２０ａ、２０ｂの間にフィルタコンデンサ２５ａが接続されており、高電圧端２０ｃ、２０ｄの間に平滑コンデンサ２５ｂが接続されている。低電圧端の正極２０ａと高電圧端の正極２０ｃの間にはダイオード２４ａが接続されている。ダイオード２４ａは、低電圧端の正極２０ａから高電圧端の正極２０ｃへ向けて電流を通す。それゆえ、システムメインリレー６を閉じると、フィルタコンデンサ２５ａと平滑コンデンサ２５ｂはメインバッテリ４に接続され、メインバッテリ４の電流がそれらのコンデンサに流れる。以下では、フィルタコンデンサ２５ａと平滑コンデンサ２５ｂを合わせてコンデンサ２５と表記する場合がある。 A filter capacitor 25a is connected between the low voltage ends 20a and 20b of the power converter 20, and a smoothing capacitor 25b is connected between the high voltage ends 20c and 20d. A diode 24a is connected between the positive electrode 20a at the low voltage end and the positive electrode 20c at the high voltage end. The diode 24a passes a current from the positive electrode 20a at the low voltage end to the positive electrode 20c at the high voltage end. Therefore, when the system main relay 6 is closed, the filter capacitor 25a and the smoothing capacitor 25b are connected to the main battery 4, and the current of the main battery 4 flows through these capacitors. In the following, the filter capacitor 25a and the smoothing capacitor 25b may be collectively referred to as a capacitor 25.

電力変換器２０には、フィルタコンデンサ２５ａの電圧を計測する電圧センサ１２が備えられている。電圧センサ１２の計測値はモータコントローラ２９に送られ、さらに、ネットワーク４１を介して車両コントローラ４０へ送られる。詳しくは後述するが、車両コントローラ４０は、システムメインリレー６を閉じるのに先立ってコンデンサ２５を充電（プリチャージ）する。車両コントローラ４０は、プリチャージの際に電圧センサ１２の計測値を用いる。 The power converter 20 is provided with a voltage sensor 12 that measures the voltage of the filter capacitor 25a. The measured value of the voltage sensor 12 is sent to the motor controller 29, and further sent to the vehicle controller 40 via the network 41. As will be described in detail later, the vehicle controller 40 charges (precharges) the capacitor 25 prior to closing the system main relay 6. The vehicle controller 40 uses the measured value of the voltage sensor 12 at the time of precharging.

車内にはＣＡＮ（Control Area Network）などのネットワーク４１が張り巡らされており、様々な機器がネットワーク４１を介して相互に通信可能に接続されている。先の車両コントローラ４０、モータコントローラ２９、後述するコンバータコントローラ３２などがネットワーク４１を介して相互に通信可能に接続されている。 A network 41 such as CAN (Control Area Network) is laid in the vehicle, and various devices are connected to each other via the network 41 so as to be able to communicate with each other. The vehicle controller 40, the motor controller 29, the converter controller 32 described later, and the like are connected to each other via the network 41 so as to be able to communicate with each other.

電力変換器２０の低電圧端２０ａ、２０ｂに電圧コンバータ３０が接続されている。電圧コンバータ３０も双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。電力変換器２０は、電圧コンバータ３０の高電圧端３０ａに接続されている。電圧コンバータ３０の低電圧端３０ｂは、サブバッテリ５に接続されている。サブバッテリ５には、補機電力線４２を介して様々な補機が接続される。「補機」とは、サブバッテリ５の供給電力で動作する電気機器の総称であり、その一例はカーナビゲーション４３である。電力変換器２０のモータコントローラ２９、車両コントローラ４０、電圧コンバータ３０のコンバータコントローラ３２（後述）にも、補機電力線４２がつながっており、それらのコントローラもサブバッテリ５の電力で動作する。 The voltage converter 30 is connected to the low voltage ends 20a and 20b of the power converter 20. The voltage converter 30 is also a bidirectional DC-DC converter. The power converter 20 is connected to the high voltage end 30a of the voltage converter 30. The low voltage end 30b of the voltage converter 30 is connected to the sub-battery 5. Various auxiliary machines are connected to the sub-battery 5 via the auxiliary power line 42. The "auxiliary machine" is a general term for electric devices that operate on the power supplied by the sub-battery 5, and an example thereof is a car navigation system 43. Auxiliary power lines 42 are also connected to the motor controller 29 of the power converter 20, the vehicle controller 40, and the converter controller 32 (described later) of the voltage converter 30, and these controllers also operate with the power of the sub battery 5.

電圧コンバータ３０は、主回路３１と、主回路３１を制御するコンバータコントローラ３２を含む。主回路３１は、電力変換用のスイッチング素子で構成される電圧変換回路である。コンバータコントローラ３２は、主回路３１に含まれるスイッチング素子を制御する。コンバータコントローラ３２も、サブバッテリ５から電力供給を受けて動作する。すなわち、電圧コンバータ３０も補機の一種である。 The voltage converter 30 includes a main circuit 31 and a converter controller 32 that controls the main circuit 31. The main circuit 31 is a voltage conversion circuit composed of switching elements for power conversion. The converter controller 32 controls the switching element included in the main circuit 31. The converter controller 32 also operates by receiving power from the sub-battery 5. That is, the voltage converter 30 is also a kind of auxiliary machine.

電圧コンバータ３０には電圧センサ１３も備えられている。電圧センサ１３は、電圧コンバータ３０に供給される電力（すなわち、コンバータコントローラ３２に供給される電力）の電圧を計測する。コンバータコントローラ３２は、電圧センサ１３の計測値を参照して主回路３１を制御する。電圧センサ１３の計測値は、サブバッテリ５の出力電圧に等しい。コンバータコントローラ３２は、電圧センサ１３の計測値（すなわちサブバッテリ５の出力電圧）が所定の閾値電圧を下回ると、主回路３１に降圧動作を行わせる。主回路３１の降圧動作により、メインバッテリ４の電力が降圧されてサブバッテリ５へ供給され、サブバッテリ５が充電される。電圧センサ１３の計測値が所定の上限値に達すると、コンバータコントローラ３２は主回路３１を停止する。電圧コンバータ３０は、車両コントローラ４０によっても制御される。 The voltage converter 30 is also provided with a voltage sensor 13. The voltage sensor 13 measures the voltage of the electric power supplied to the voltage converter 30 (that is, the electric power supplied to the converter controller 32). The converter controller 32 controls the main circuit 31 with reference to the measured value of the voltage sensor 13. The measured value of the voltage sensor 13 is equal to the output voltage of the sub-battery 5. When the measured value of the voltage sensor 13 (that is, the output voltage of the sub-battery 5) falls below a predetermined threshold voltage, the converter controller 32 causes the main circuit 31 to perform a step-down operation. By the step-down operation of the main circuit 31, the power of the main battery 4 is stepped down and supplied to the sub-battery 5, and the sub-battery 5 is charged. When the measured value of the voltage sensor 13 reaches a predetermined upper limit value, the converter controller 32 stops the main circuit 31. The voltage converter 30 is also controlled by the vehicle controller 40.

車両コントローラ４０は、ネットワーク４１を介してモータコントローラ２９、コンバータコントローラ３２と相互に通信することができる。車両コントローラ４０は、不図示のアクセルペダルの開度と車速からモータ７の目標出力を決定し、決定した目標出力をモータコントローラ２９へ送信する。モータコントローラ２９は、与えられた目標出力が実現するように、電圧コンバータ２１とインバータ２８を制御する。 The vehicle controller 40 can communicate with the motor controller 29 and the converter controller 32 via the network 41. The vehicle controller 40 determines the target output of the motor 7 from the opening degree of the accelerator pedal (not shown) and the vehicle speed, and transmits the determined target output to the motor controller 29. The motor controller 29 controls the voltage converter 21 and the inverter 28 so that a given target output is achieved.

先に述べたように、車両コントローラ４０は、システムメインリレー６を閉じるのに先立ってコンデンサ２５を充電（プリチャージ）する。車両コントローラ４０は、不図示のメインスイッチが入れられると、電圧コンバータ３０へ指令（起動指令）を出し、昇圧動作を開始させる。電圧コンバータ３０が昇圧動作を開始すると、サブバッテリ５の出力電力の電圧が昇圧されてコンデンサ２５へ供給される。コンデンサ２５はサブバッテリ５の電力で充電(プリチャージ)される。 As described above, the vehicle controller 40 charges (precharges) the capacitor 25 prior to closing the system main relay 6. When the main switch (not shown) is turned on, the vehicle controller 40 issues a command (starting command) to the voltage converter 30 to start the boosting operation. When the voltage converter 30 starts the boosting operation, the voltage of the output power of the sub-battery 5 is boosted and supplied to the capacitor 25. The capacitor 25 is charged (precharged) by the electric power of the sub-battery 5.

先に述べたように、メインバッテリ４には電圧センサ１１が取り付けられており、メインバッテリ４の出力電圧を計測する。電圧センサ１１の計測値は車両コントローラ４０に送られる。車両コントローラ４０は、モータコントローラ２９を介して電圧センサ１２の計測値（すなわち、コンデンサ２５の電圧）も取得する。車両コントローラ４０は、電圧センサ１１の計測値（すなわちメインバッテリ４の出力電圧）と電圧センサ１２の計測値（すなわちコンデンサ２５の電圧）との差が所定の許容電圧差に達すると、電圧コンバータ３０に指令を出し、電圧コンバータ３０を停止する。 As described above, the voltage sensor 11 is attached to the main battery 4, and measures the output voltage of the main battery 4. The measured value of the voltage sensor 11 is sent to the vehicle controller 40. The vehicle controller 40 also acquires the measured value of the voltage sensor 12 (that is, the voltage of the capacitor 25) via the motor controller 29. When the difference between the measured value of the voltage sensor 11 (that is, the output voltage of the main battery 4) and the measured value of the voltage sensor 12 (that is, the voltage of the capacitor 25) reaches a predetermined allowable voltage difference, the vehicle controller 40 determines the voltage converter 30. Is issued to, and the voltage converter 30 is stopped.

一方、電圧コンバータ３０は、プリチャージ中に自身に供給される電圧（すなわちサブバッテリ５の電圧）が所定の第１電圧Ｖ１を下回ると、コンバータコントローラ３２自身が動作を継続できなくなるとして主回路３１を停止する。すなわち、プリチャージを停止する。プリチャージを停止すると、サブバッテリ５の電圧が回復する。サブバッテリ５の電圧が所定の第２電圧Ｖ２（＞第１電圧Ｖ１）まで回復すると、コンバータコントローラ３２は主回路３１を駆動し、プリチャージを再開する。 On the other hand, if the voltage supplied to the voltage converter 30 during precharging (that is, the voltage of the sub-battery 5) falls below the predetermined first voltage V1, the converter controller 32 itself cannot continue to operate, and the main circuit 31 To stop. That is, the precharge is stopped. When the precharge is stopped, the voltage of the sub-battery 5 is restored. When the voltage of the sub-battery 5 recovers to a predetermined second voltage V2 (> first voltage V1), the converter controller 32 drives the main circuit 31 and restarts precharging.

車両コントローラ４０と電圧コンバータ３０によるプリッチャージ処理のフローチャートを図２に示す。図２のフローチャートでは、車両コントローラ４０による処理と、電圧コンバータ３０の処理が混在する。ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４が車両コントローラ４０の処理であり、ステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５が電圧コンバータ３０の処理である。もちろん、すべての処理を車両コントローラ４０で実施するように構成してもよい。 FIG. 2 shows a flowchart of the precharge process by the vehicle controller 40 and the voltage converter 30. In the flowchart of FIG. 2, the processing by the vehicle controller 40 and the processing by the voltage converter 30 are mixed. Steps S2, S3, and S4 are processes of the vehicle controller 40, and steps S12, S13, S14, and S15 are processes of the voltage converter 30. Of course, all the processes may be configured to be performed by the vehicle controller 40.

車両コントローラ４０は、車両のメインスイッチが入れられると、電圧コンバータ３０に指令を出し、電圧コンバータ３０を起動する（ステップＳ２）。車両コントローラ４０からの指令により電圧コンバータ３０は昇圧動作を開始する。車両コントローラ４０は、電圧センサ１１の計測値（メインバッテリ４の電圧ＶＢ）と、電圧センサ１２の計測値（コンデンサ２５の電圧ＶＬ）を取得し、両電圧の差（｜ＶＢ−ＶＬ｜）が所定の許容電圧差Ｖｘ以内になると、電圧コンバータ３０を停止し（ステップＳ３：ＹＥＳ、Ｓ４）、プリチャージを終了する。車両コントローラ４０は、電圧差（｜ＶＢ−ＶＬ｜）が許容電圧差Ｖｘ以内になるまで待つ（ステップＳ３：ＮＯ）。 When the main switch of the vehicle is turned on, the vehicle controller 40 issues a command to the voltage converter 30 to activate the voltage converter 30 (step S2). The voltage converter 30 starts the boosting operation in response to a command from the vehicle controller 40. The vehicle controller 40 acquires the measured value of the voltage sensor 11 (voltage VB of the main battery 4) and the measured value of the voltage sensor 12 (voltage VL of the capacitor 25), and the difference between the two voltages (| VB-VL |) is When the predetermined allowable voltage difference Vx or less is reached, the voltage converter 30 is stopped (steps S3: YES, S4), and precharging is completed. The vehicle controller 40 waits until the voltage difference (| VB-VL |) is within the allowable voltage difference Vx (step S3: NO).

一方、電圧コンバータ３０のコンバータコントローラ３２は、電圧センサ１３により自身に供給される電圧（すなわちサブバッテリ５の出力電圧）をモニタしており、その電圧が第１電圧Ｖ１を下回ると（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、供給電力不足により動作を継続できなくなるので主回路３１を停止する。すなわち、電圧コンバータ３０を停止する（ステップＳ１３）。主回路３１を停止すると、サブバッテリ５の負荷が減るのでサブバッテリ５の出力電圧が回復してくる。サブバッテリ５の出力電圧が所定の第２電圧Ｖ２（＞第１電圧Ｖ１）まで回復すると（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、コンバータコントローラ３２は主回路３１を再開する。すなわち、電圧コンバータ３０を再開する（ステップＳ１５）。電圧コンバータ３０は、サブバッテリ５の出力電圧が再び第１電圧Ｖ１を下回ると、ステップＳ１２からＳ１５の処理を繰り返す。 On the other hand, the converter controller 32 of the voltage converter 30 monitors the voltage supplied to itself by the voltage sensor 13 (that is, the output voltage of the sub-battery 5), and when the voltage falls below the first voltage V1 (step S12: YES), the main circuit 31 is stopped because the operation cannot be continued due to insufficient power supply. That is, the voltage converter 30 is stopped (step S13). When the main circuit 31 is stopped, the load on the sub-battery 5 is reduced, so that the output voltage of the sub-battery 5 is restored. When the output voltage of the sub-battery 5 recovers to a predetermined second voltage V2 (> first voltage V1) (step S14: YES), the converter controller 32 restarts the main circuit 31. That is, the voltage converter 30 is restarted (step S15). When the output voltage of the sub-battery 5 falls below the first voltage V1 again, the voltage converter 30 repeats the processes of steps S12 to S15.

図３に、電圧コンバータ３０の動作とコンデンサ２５の電圧とサブバッテリ５の出力電圧のタイムチャートを示す。図３のグラフＧ１がサブバッテリ５の出力電圧を示しており、グラフＧ２がコンデンサ２５の電圧を示している。グラフＧ３は電圧コンバータ３０の昇圧機能の作動／停止を示している。グラフＧ３において「ＯＮ」が、電圧コンバータ３０の作動中を表し、「ＯＦＦ」が停止中を表す。 FIG. 3 shows a time chart of the operation of the voltage converter 30, the voltage of the capacitor 25, and the output voltage of the sub-battery 5. Graph G1 of FIG. 3 shows the output voltage of the sub-battery 5, and graph G2 shows the voltage of the capacitor 25. Graph G3 shows the operation / stop of the boosting function of the voltage converter 30. In the graph G3, "ON" indicates that the voltage converter 30 is operating, and "OFF" indicates that the voltage converter 30 is stopped.

時刻Ｔ１までサブバッテリ５の電圧（グラフＧ１）は第１電圧Ｖ１を上回っているので電圧コンバータ３０は動作し（グラフＧ２＝ＯＮ）、コンデンサ２５の電圧が上昇する（グラフＧ３）。時刻Ｔ１でサブバッテリ５の電圧が第１電圧Ｖ１に達するので電圧コンバータ３０が動作を停止する（時刻Ｔ１でグラフＧ２がＯＮ→ＯＦＦ）。 Since the voltage of the sub-battery 5 (graph G1) exceeds the first voltage V1 until time T1, the voltage converter 30 operates (graph G2 = ON), and the voltage of the capacitor 25 rises (graph G3). Since the voltage of the sub-battery 5 reaches the first voltage V1 at time T1, the voltage converter 30 stops operating (graph G2 turns ON → OFF at time T1).

電圧コンバータ３０が停止すると、サブバッテリ５の出力電圧が徐々に回復する（時刻Ｔ１からＴ２でグラフＧ１が上昇）。時刻Ｔ１からＴ２の間、電圧コンバータ３０が停止するのでコンデンサ２５の電圧は一定のままである（グラフＧ３）。時刻Ｔ２にサブバッテリ５の出力電圧が第２電圧Ｖ２に達するので電圧コンバータ３０が再開する（時刻Ｔ２でグラフＧ２がＯＦＦ→ＯＮ）。時刻Ｔ２からＴ３まで、電圧コンバータ３０が動作するのでコンデンサ２５の電圧が再び上昇する（時刻Ｔ２からＴ３でグラフＧ２：ＯＮ、グラフＧ３が上昇）。一方、電圧コンバータ３０が再開するのでサブバッテリ５の出力電圧は再び下降する（時刻Ｔ２からＴ３でグラフＧ１が下降）。 When the voltage converter 30 is stopped, the output voltage of the sub-battery 5 is gradually recovered (graph G1 rises from time T1 to T2). Since the voltage converter 30 is stopped between the times T1 and T2, the voltage of the capacitor 25 remains constant (graph G3). Since the output voltage of the sub-battery 5 reaches the second voltage V2 at time T2, the voltage converter 30 restarts (graph G2 turns from OFF to ON at time T2). Since the voltage converter 30 operates from time T2 to T3, the voltage of the capacitor 25 rises again (graph G2: ON, graph G3 rises from time T2 to T3). On the other hand, since the voltage converter 30 is restarted, the output voltage of the sub-battery 5 drops again (graph G1 drops from time T2 to T3).

時刻Ｔ１からＴ５の間、電圧コンバータ３０は動作と停止を繰り返し、サブバッテリ５の電圧は第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の間で変動する。その間、コンデンサ２５の電圧は徐々に上昇する。 From time T1 to T5, the voltage converter 30 repeatedly operates and stops, and the voltage of the sub-battery 5 fluctuates between the first voltage V1 and the second voltage V2. Meanwhile, the voltage of the capacitor 25 gradually rises.

図３に示すように、サブバッテリ５の出力電圧が低いと、プリチャージに時間を要する。他方、車両コントローラ４０は、電圧コンバータ３０を起動してからの経過時間が許容時間を超えても電圧差（｜ＶＢ−ＶＬ｜）が許容電圧差Ｖｘ以内にならない場合、電圧コンバータ３０で異常が生じていると判断し、所定の異常時対応処理に移行する。すなわち、車両コントローラ４０は、電圧コンバータ３０によるプリチャージ処理を監視する。 As shown in FIG. 3, when the output voltage of the sub-battery 5 is low, it takes time to precharge. On the other hand, in the vehicle controller 40, if the voltage difference (| VB-VL |) does not fall within the allowable voltage difference Vx even if the elapsed time after starting the voltage converter 30 exceeds the allowable time, the voltage converter 30 has an abnormality. Judge that it has occurred, and shift to the predetermined error response processing. That is, the vehicle controller 40 monitors the precharge process by the voltage converter 30.

サブバッテリ５の電圧が低い場合、電圧コンバータ３０が正常であるにもかかわらず、プリチャージに時間を要する。それゆえ、サブバッテリ５の電圧が低い場合、電圧コンバータ３０が正常であるにもかかわらず、車両コントローラ４０は電圧コンバータ３０で異常が生じていると誤判定するおそれがある。 When the voltage of the sub-battery 5 is low, it takes time to precharge even though the voltage converter 30 is normal. Therefore, when the voltage of the sub-battery 5 is low, the vehicle controller 40 may erroneously determine that an abnormality has occurred in the voltage converter 30 even though the voltage converter 30 is normal.

一方、先に述べたように車両コントローラ４０自体もサブバッテリ５から電力供給を受けて動作する。車両コントローラ４０は、サブバッテリ５の出力電圧が所定の監視下限電圧以下になると、省電力モードに移行する。省電力モードでは、車両コントローラ４０の負荷を軽減するために、電力変換器２０と電圧コンバータ３０の監視を停止する。サブバッテリ５には電圧センサ１４が備えられており、車両コントローラ４０は、電圧センサ１４の計測値によりサブバッテリ５の出力電圧を得る。 On the other hand, as described above, the vehicle controller 40 itself also operates by receiving electric power from the sub-battery 5. When the output voltage of the sub-battery 5 becomes equal to or less than a predetermined monitoring lower limit voltage, the vehicle controller 40 shifts to the power saving mode. In the power saving mode, the monitoring of the power converter 20 and the voltage converter 30 is stopped in order to reduce the load on the vehicle controller 40. The sub-battery 5 is provided with a voltage sensor 14, and the vehicle controller 40 obtains the output voltage of the sub-battery 5 from the measured value of the voltage sensor 14.

そこで、監視下限電圧を先に述べた第２電圧Ｖ２以上に設定する。図３に、監視下限電圧と第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の関係も示されている。監視下限電圧を第２電圧以上にすることで、プリチャージ中にサブバッテリ５の電圧が上下する間、車両コントローラ４０による電圧コンバータ３０の監視が停止する。それゆえ、プリチャージに時間を要しても車両コントローラ４０による誤判定が発生しないようになる。 Therefore, the monitoring lower limit voltage is set to the second voltage V2 or higher described above. FIG. 3 also shows the relationship between the monitoring lower limit voltage, the first voltage V1, and the second voltage V2. By setting the monitoring lower limit voltage to the second voltage or higher, the monitoring of the voltage converter 30 by the vehicle controller 40 is stopped while the voltage of the sub-battery 5 fluctuates during precharging. Therefore, even if it takes time to precharge, the vehicle controller 40 does not make an erroneous determination.

なお、図３のタイムチャートにおいて、グラフＧ２は電圧コンバータ３０の昇圧動作を示している。時刻Ｔ１からＴ２の間、および、時刻Ｔ３からＴ４の間は、サブバッテリ５の出力電圧が低く、昇圧動作は停止している。これらの時刻の間は、電圧コンバータ３０に降圧動作を行わせ、メインバッテリ４の電力でサブバッテリ５を充電するようにしてもよい。 In the time chart of FIG. 3, graph G2 shows the boosting operation of the voltage converter 30. During the time T1 to T2 and the time T3 to T4, the output voltage of the sub-battery 5 is low and the boosting operation is stopped. During these times, the voltage converter 30 may be made to perform a step-down operation, and the sub-battery 5 may be charged by the power of the main battery 4.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示する技術は、エンジンとモータを備えたハイブリッド車、および、モータ用の電源として燃料電池を備える燃料電池車に適用することも可能である。 The points to be noted regarding the technique described in the examples will be described. The techniques disclosed herein can also be applied to hybrid vehicles equipped with an engine and a motor, and fuel cell vehicles equipped with a fuel cell as a power source for the motor.

実施例のメインバッテリ４が主電源の一例に相当する。主電源は燃料電池であってもよい。実施例のサブバッテリ５が副電源の一例に相当する。実施例の車両コントローラ４０が、電圧コンバータ３０に指令を出すとともに電圧コンバータ３０の異常の有無を監視するコントローラの一例に相当する。 The main battery 4 of the embodiment corresponds to an example of the main power source. The main power source may be a fuel cell. The sub-battery 5 of the embodiment corresponds to an example of the sub-power supply. The vehicle controller 40 of the embodiment corresponds to an example of a controller that issues a command to the voltage converter 30 and monitors the presence or absence of an abnormality in the voltage converter 30.

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

２：電気自動車３：電源システム４：メインバッテリ５：サブバッテリ６：システムメインリレー７：モータ１１、１２、１３、１４：電圧センサ２０：電力変換器２１：電圧コンバータ２５：コンデンサ２８：インバータ２９：モータコントローラ３０：電圧コンバータ３１：主回路３２：コンバータコントローラ４０：車両コントローラ 2: Electric vehicle 3: Power supply system 4: Main battery 5: Sub battery 6: System main relay 7: Motor 11, 12, 13, 14: Voltage sensor 20: Power converter 21: Voltage converter 25: Condenser 28: Inverter 29 : Motor controller 30: Voltage converter 31: Main circuit 32: Converter controller 40: Vehicle controller

Claims

Main power supply and
An auxiliary power supply whose output voltage is lower than that of the main power supply,
A power converter that converts the power of the main power supply into the driving power of a traveling motor, and includes a capacitor that is connected to the main power supply.
A relay that cuts off between the main power supply and the power converter,
A voltage converter that operates on the power of the sub-power supply and boosts the voltage of the sub-power supply to charge the capacitor.
A controller that issues a command to the voltage converter and monitors the presence or absence of an abnormality in the voltage converter.
Is equipped with
Prior to closing the relay, the controller activates the voltage converter to precharge the capacitor, and stops monitoring the voltage converter when the voltage of the auxiliary power supply becomes equal to or lower than a predetermined monitoring lower limit voltage. ,
The voltage converter stops the precharging when the voltage of the auxiliary power supply falls below the first voltage lower than the monitoring lower limit voltage, and recovers to a second voltage higher than the first voltage and equal to or lower than the monitoring lower limit voltage. A power supply system for an electric vehicle that resumes the precharging.