JP2024034847A - Power conversion device and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a power conversion device and a program.
従来、特許文献1に記載されているように、蓄電池を昇温させる電力変換装置が知られている。特許文献1に記載の電力変換装置は、2つの蓄電池の間の中性点と回転電機の巻線の中性点とを接続し、2つの蓄電池の間にリプル電流が流れるようにインバータのスイッチング制御を行う。これにより、2つの蓄電池の間で無効電力のやり取りが行われ、蓄電池の昇温が実現する。
BACKGROUND ART Conventionally, as described in
特許文献1に記載の電力変換装置では、蓄電池の昇温制御において、蓄電池の中性点に電流を流すためにインバータのスイッチング制御を行う際に3相のゲート信号を同期させている。この場合、3相におけるスイッチのスイッチング状態の切り替えが同期することになり、ノイズ電流が増加し、コモンモード電圧の変動が大きくなる。これにより、対地に流れるコモンモード電流、及び中性点に流れる電流の高調波成分が大きくなってしまう。この対策にはフィルタ回路を大型化することが考えられるが、そうすると電力変換装置が大型化してしまう。なお、このような問題は、蓄電池の昇温制御に限らず、2つの蓄電部の間に電流を流すためにインバータのスイッチング制御が行われる電力変換装置であれば同様に生じ得る。
In the power conversion device described in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、スイッチング制御に伴うノイズ電流を低減することが可能な電力変換装置及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power conversion device and a program that can reduce noise current accompanying switching control.
本発明は、
星形結線された巻線を有する回転電機と、
前記巻線に電気的に接続され、複数の相を有するインバータと、
直列接続された第1蓄電部及び第2蓄電部において前記第1蓄電部の負極側及び前記第2蓄電部の正極側と前記巻線の中性点とを電気的に接続する接続経路と、を備える電力変換装置において、
前記インバータにおいて相毎に設けられたスイッチをスイッチングすることにより、前記接続経路を介して前記第1蓄電部と前記第2蓄電部との間に電流を流す電力伝達制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、前記電力伝達制御において、各相のうち、いずれか1相における前記スイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相における前記スイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとの時間差を、前記スイッチにおける1スイッチング周期の1/2以下の所定期間内に収める、ことを特徴とする。
The present invention
A rotating electrical machine having star-connected windings;
an inverter electrically connected to the winding and having a plurality of phases;
a connection path that electrically connects the negative electrode side of the first power storage unit and the positive electrode side of the second power storage unit to a neutral point of the winding in a first power storage unit and a second power storage unit that are connected in series; In a power conversion device comprising:
a control unit that performs power transfer control to flow a current between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path by switching a switch provided for each phase in the inverter;
In the power transfer control, the control unit determines a timing for switching the switching state of the switch in one of the phases from on to off, and a timing for switching the switching state of the switch in any one of the remaining phases to off. It is characterized in that the time difference between the switching timing and the timing of switching on is kept within a predetermined period of 1/2 or less of one switching cycle of the switch.
従来技術では3相が同時にスイッチングするのに対し、上記の構成によれば、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流が、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流によって抑制される。これにより、スイッチング制御に伴うノイズ電流を低減することが可能となる。 In the conventional technology, three phases switch simultaneously, but according to the above configuration, the noise current that changes as the switching state of the switch in any one phase is switched from on to off is transferred to one of the remaining phases. This is suppressed by the noise current that changes as the switching state of the switch in one phase is changed from off to on. This makes it possible to reduce noise current associated with switching control.
本発明は、
巻線を有する回転電機と、
相毎に設けられたスイッチを有し、前記巻線と蓄電部とを電気的に接続するインバータと、を備える電力変換装置において、
前記巻線と前記蓄電部の負極端子とに外部の充電器が接続可能になっており、
前記巻線と前記蓄電部の負極端子とに前記充電器に接続されている状態において、各相のうち、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相における前記スイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとの時間差を、前記スイッチにおける1スイッチング周期の1/2以下の所定期間内に収める制御部、を備えることを特徴とする。
The present invention
A rotating electric machine having windings;
A power conversion device comprising an inverter having a switch provided for each phase and electrically connecting the winding and a power storage unit,
An external charger can be connected to the winding and the negative terminal of the power storage unit,
In a state where the winding and the negative terminal of the power storage unit are connected to the charger, the timing of switching the switching state of the switch in one of the phases from on to off, and any of the remaining ones. The present invention is characterized by comprising a control unit that keeps the time difference between the timing of switching the switching state of the switch from off to on in one phase within a predetermined period of 1/2 or less of one switching cycle of the switch.
従来技術では3相が同時にスイッチングするのに対し、上記の構成によれば、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流が、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流によって抑制される。これにより、スイッチング制御に伴うノイズ電流を低減することが可能となる。 In the conventional technology, three phases switch simultaneously, but according to the above configuration, the noise current that changes as the switching state of the switch in any one phase is switched from on to off is transferred to one of the remaining phases. This is suppressed by the noise current that changes as the switching state of the switch in one phase is changed from off to on. This makes it possible to reduce noise current associated with switching control.
本発明は、
星形結線された巻線を有する回転電機と、
前記巻線に電気的に接続され、複数の相を有するインバータと、
直列接続された第1蓄電部及び第2蓄電部において前記第1蓄電部の負極側及び前記第2蓄電部の正極側と前記巻線の中性点とを電気的に接続する接続経路と、
前記インバータにおいて相毎に設けられたスイッチをスイッチングすることにより、前記接続経路を介して前記第1蓄電部と前記第2蓄電部との間に電流を流す電力伝達制御を行う制御部と、を備える電力変換装置に適用され、
前記制御部に、
前記電力伝達制御において、各相のうち、いずれか1相における前記スイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相における前記スイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとの時間差を、前記スイッチにおける1スイッチング周期の1/2以下の所定期間内に収めさせる、ことを特徴とする。
The present invention
A rotating electrical machine having star-connected windings;
an inverter electrically connected to the winding and having a plurality of phases;
a connection path that electrically connects the negative electrode side of the first power storage unit and the positive electrode side of the second power storage unit to a neutral point of the winding in a first power storage unit and a second power storage unit that are connected in series;
a control unit that performs power transfer control to flow a current between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path by switching a switch provided for each phase in the inverter; applied to a power converter equipped with
In the control section,
In the power transfer control, a timing for switching the switching state of the switch in any one of the phases from on to off, and a timing for switching the switching state of the switch in any one of the remaining phases from off to on. The time difference between the switch and the switch is kept within a predetermined period of 1/2 or less of one switching cycle of the switch.
従来技術では3相が同時にスイッチングするのに対し、上記の構成によれば、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流が、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流によって抑制される。これにより、スイッチング制御に伴うノイズ電流を低減することが可能となる。 In the conventional technology, three phases switch simultaneously, but according to the above configuration, the noise current that changes as the switching state of the switch in any one phase is switched from on to off is transferred to one of the remaining phases. This is suppressed by the noise current that changes as the switching state of the switch in one phase is changed from off to on. This makes it possible to reduce noise current associated with switching control.
本発明は、
巻線を有する回転電機と、
相毎に設けられたスイッチを有し、前記巻線と蓄電部とを電気的に接続するインバータと、を備える電力変換装置に適用され、
前記巻線と前記蓄電部の負極端子とに外部の充電器が接続可能になっており、
制御部に、
前記巻線と前記蓄電部の負極端子とに前記充電器に接続されている状態において、各相のうち、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相における前記スイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとの時間差を、前記スイッチにおける1スイッチング周期の1/2以下の所定期間内に収めさせる、ことを特徴とする。
The present invention
A rotating electric machine having windings;
Applied to a power converter device including an inverter having a switch provided for each phase and electrically connecting the winding and the power storage unit,
An external charger can be connected to the winding and the negative terminal of the power storage unit,
In the control section,
In a state in which the winding and the negative terminal of the power storage unit are connected to the charger, the timing of switching the switching state of the switch in one of the phases from on to off, and any of the remaining ones. The time difference between the timing at which the switching state of the switch in one phase is switched from off to on is kept within a predetermined period of 1/2 or less of one switching cycle of the switch.
従来技術では3相が同時にスイッチングするのに対し、上記の構成によれば、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流が、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流によって抑制される。これにより、スイッチング制御に伴うノイズ電流を低減することが可能となる。 In the conventional technology, three phases switch simultaneously, but according to the above configuration, the noise current that changes as the switching state of the switch in any one phase is switched from on to off is transferred to one of the remaining phases. This is suppressed by the noise current that changes as the switching state of the switch in one phase is changed from off to on. This makes it possible to reduce noise current associated with switching control.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
(第1実施形態)
図1を参照して、第1実施形態に係る電力変換装置10の構成例を説明する。図1に示すように、電力変換装置10は、インバータ30と、回転電機40と、監視ユニット50と、接続経路60と、接続スイッチ61と、相電流センサ62と、中性点電流センサ63と、制御装置70とを備えている。回転電機40は、3相の同期機であり、ステータ巻線として星形結線されたU,V,W相巻線41U,41V,41Wを備えている。各相巻線41U,41V,41Wは、電気角で120°ずつずれて配置されている。回転電機40は、例えば永久磁石同期機である。電力変換装置10は、例えば電気自動車、ハイブリッド車などに搭載される。電力変換装置10が電気自動車、ハイブリッド車などに搭載される場合、回転電機40は車載主機であり、車両の走行動力源となる。
(First embodiment)
With reference to FIG. 1, a configuration example of a
インバータ30は、U,V,W相上アームスイッチQUH,QVH,QWHとU,V,W相下アームスイッチQUL,QVL,QWLとの直列接続体を3相分備えている。本実施形態では、各スイッチQUH,QVH,QWH,QUL,QVL,QWLとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、具体的にはIGBTが用いられている。このため、各スイッチQUH,QVH,QWH,QUL,QVL,QWLの高電位側端子はコレクタであり、低電位側端子はエミッタである。各スイッチQUH,QVH,QWH,QUL,QVL,QWLには、フリーホイールダイオードとしての各ダイオードDUH,DVH,DWH,DUL,DVL,DWLが逆並列に接続されている。
The
U相上アームスイッチQUHのエミッタと、U相下アームスイッチQULのコレクタとには、バスバーなどのU相導電部材32Uを介して、U相巻線41Uの第1端が接続されている。V相上アームスイッチQVHのエミッタと、V相下アームスイッチQVLのコレクタとには、バスバーなどのV相導電部材32Vを介して、V相巻線41Vの第1端が接続されている。W相上アームスイッチQWHのエミッタと、W相下アームスイッチQWLのコレクタとには、バスバーなどのW相導電部材32Wを介して、W相巻線41Wの第1端が接続されている。U,V,W相巻線41U,41V,41Wの第2端同士は、中性点Oで接続されている。
A first end of a U-phase winding 41U is connected to the emitter of the U-phase upper arm switch QUH and the collector of the U-phase lower arm switch QUL via a U-phase
各上アームスイッチQUH,QVH,QWHのコレクタと、組電池20の正極端子とは、バスバーなどの正極側母線Lpにより接続されている。各下アームスイッチQUL,QVL,QWLのエミッタと、組電池20の負極端子とは、バスバーなどの負極側母線Lnにより接続されている。
The collectors of the upper arm switches QUH, QVH, QWH and the positive terminal of the
インバータ30は、正極側母線Lpと負極側母線Lnとを接続するコンデンサ31を有する。本実施形態ではコンデンサ31はインバータ30に内蔵されるものとして説明するが、これに限定されない。例えばコンデンサ31はインバータ30の外部に設けられてもよい。
The
図1に示すように、組電池20は、単電池としての電池セルの直列接続体として構成されており、端子電圧が例えば数百Vとなるものである。本実施形態では、組電池20を構成する各電池セルの端子電圧(例えば定格電圧)が互いに同じに設定されている。電池セルとしては、例えば、リチウムイオン電池などの2次電池を用いることができる。本実施形態では、組電池20は電力変換装置10の外部に設けられているものとして説明するが、これに限定されない。例えば組電池20は電力変換装置10と一体化されて構成されてもよい。
As shown in FIG. 1, the assembled
組電池20を構成する電池セルのうち、高電位側の複数の電池セルの直列接続体が第1蓄電池21を構成し、低電位側の複数の電池セルの直列接続体が第2蓄電池22を構成している。つまり、組電池20が2つのブロックに分けられている。本実施形態では、第1蓄電池21を構成する電池セル数と、第2蓄電池22を構成する電池セル数とが同じである。このため、第1蓄電池21の端子電圧(例えば定格電圧)と、第2蓄電池22の端子電圧(例えば定格電圧)とが同じである。なお、第1蓄電池21は「第1蓄電部」に相当し、第2蓄電池22は「第2蓄電部」に相当する。
Among the battery cells constituting the assembled
組電池20において、第1蓄電池21の負極端子と第2蓄電池22の正極端子とには中間端子Bが接続されている。
In the assembled
監視ユニット50は、組電池20を構成する各電池セルの端子電圧、温度などを監視する。監視ユニット50は、制御装置70との通信が可能となるように構成されており、制御装置70の命令にしたがって端子電圧、温度などのデータを制御装置70に出力する。
The
接続経路60は、組電池20の中間端子Bと中性点Oとを電気的に接続する。接続スイッチ61は、接続経路60上に設けられている。本実施形態では、接続スイッチ61としてリレーが用いられている。接続スイッチ61がオンされることにより、中間端子Bと中性点Oとが電気的に接続される。一方、接続スイッチ61がオフされることにより、中間端子Bと中性点Oとの間が電気的に遮断される。
The
相電流センサ62は、各導電部材32U~32Wに流れる各相電流Iu,Iv,Iwを検出する。中性点電流センサ63は、中性点Oに流れる電流(以下、中性点電流を称する)を検出する。相電流センサ62及び中性点電流センサ63の検出値は、制御装置70に入力される。
The phase
制御装置70は、CPU、ROM、RAM、各種信号を入出力するための入出力ポートなどを含むマイコンとして構成される。制御装置70は、回転電機40の制御量をその指令値にフィードバック制御すべく、インバータ30を構成する各スイッチのスイッチング制御を行う。制御量は、例えばトルクである。各相において、上,下アームスイッチは交互にオンされる。なお、制御装置70が「制御部」に相当する。
The
また、制御装置70は、接続スイッチ61のオンオフを切り替えて中性点電流を制御し、組電池20の温度を上昇させる。組電池20を昇温させる理由の一つとして、低温下では組電池20の性能が低下するおそれがあるからである。
Further, the
ここで、組電池20の温度を上昇させる方法の一例を説明する。制御装置70は、監視ユニット50から取得した組電池20の現在の温度と、目標温度とを比較する。現在の温度が目標温度未満であるとき、制御装置70は、接続スイッチ61をオンする。これにより、中間端子Bと中性点Oとが接続経路60を介して電気的に接続される。続いて制御装置70は、組電池20の温度を上昇させるために電力伝達制御を行う。電力伝達制御では、各スイッチQUH~QWLのスイッチング制御が行われる。これにより、インバータ30、各相巻線41U,41V,41W及び接続経路60を介して、第1蓄電池21と第2蓄電池22との間に電流が流れ、第1蓄電池21及び第2蓄電池22の温度は上昇する。
Here, an example of a method for increasing the temperature of the assembled
次に、図2を参照して、制御装置70の詳細を説明する。図2は、制御装置70の機能構成を示すブロック図である。
Next, details of the
図2に示すように、制御装置70は、その機能構成としてPI制御部71,74と、変換部72と、信号制御部73と、を有する。
As shown in FIG. 2, the
制御装置70は、トルク指令値に基づくd軸電流指令値id*,及びq軸電流指令値iq*から、回転電機40に流れているd軸電流id,及びq軸電流iqをそれぞれ減算して偏差を算出し、算出した偏差をPI制御部71に出力する。
The
PI制御部71は、入力された偏差がなくなるようにPI制御を用いてd軸電圧指令値Vd,及びq軸電圧指令値Vqを生成し、変換部72に出力する。
The
変換部72は、d軸電圧指令値Vd,及びq軸電圧指令値Vqを座標変換して、三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を生成し、生成した指令値を信号制御部73に出力する。なお、Vu*はU相電圧指令値であり、Vv*はV相電圧指令値であり、Vw*はW相電圧指令値である。
The
制御装置70は、中性点電流指令値IMG*,及び回転電機40に流れている中性点電流IMGとの偏差を算出し、算出した偏差をPI制御部74に出力する。PI制御部74は、入力された偏差がなくなるようにPI制御を用いて中性点電圧指令値V0を生成し、生成した指令値を信号制御部73に出力する。
The
信号制御部73は、キャリアを生成し、生成したキャリアを用いて三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*をそれぞれパルス幅変調し、インバータ30の動作を制御するためのゲート信号を生成する。本実施形態のキャリアは、漸増速度及び漸減速度が等しい三角波信号である。信号制御部73は、三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*と、キャリアとの比較結果に基づき、U相、V相、W相の各相に対してパルス状の電圧を生成する。信号制御部73は、生成したパルス状の電圧に基づき、インバータ30の各相のスイッチに対するパルス状のゲート信号を生成する。
The
すでに述べたように、従来技術では、中性点電流を制御する際に3相のゲート信号を同期させている。これにより、ノイズ電流が増加し、コモンモード電圧の変動が大きくなる。発明者らは、U相,V相,W相のうち、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとを同期させることにより、コモンモード電圧の変動が低減することを見出した。詳細について図3を参照して説明する。 As already mentioned, in the prior art, three-phase gate signals are synchronized when controlling the neutral point current. This increases the noise current and increases the fluctuation of the common mode voltage. The inventors determined the timing of switching the switching state of the switch in any one of the U-phase, V-phase, and W-phase from on to off, and the timing of switching the switching state of the switch in any one of the remaining phases from off to on. It has been found that by synchronizing the switching timing with the switching timing, fluctuations in the common mode voltage can be reduced. Details will be explained with reference to FIG. 3.
図3(A)は、比較例に係る各相のスイッチング状態のオンオフとコモンモード電圧の変動を示す図である。図3におけるTswは、スイッチの1スイッチング周期を示す。図3(A)に示すように比較例では、時刻T11~T16の間で、各相のスイッチング状態のオンオフが切り替わり、コモンモード電圧が1/2Vdcから-1/2Vdcまで変動する。これに対し、本実施形態では、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとを同期させる。以下、図3(B)を参照して詳細を説明する。 FIG. 3A is a diagram illustrating on/off switching states of each phase and fluctuations in common mode voltage according to a comparative example. Tsw in FIG. 3 indicates one switching period of the switch. As shown in FIG. 3A, in the comparative example, the switching state of each phase is switched on and off between times T11 and T16, and the common mode voltage varies from 1/2 Vdc to -1/2 Vdc. In contrast, in the present embodiment, the timing of switching the switching state of the switch in any one phase from on to off is synchronized with the timing of switching the switching state of the switch in any one of the remaining phases from off to on. . Details will be described below with reference to FIG. 3(B).
まず最初に、信号制御部73は、三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*のうち電圧指令値の絶対値が最も大きい相を基準相とする。ここでは一例としてU相を基準相とする。次に、信号制御部73は、三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*のうち電圧指令値の絶対値が次に大きい相を打ち消しのための反転相とする。ここでは一例としてW相を反転相とする。次に、信号制御部73は、反転相の電圧指令値の絶対値を基準相の電圧指令値の絶対値と等しくする。
First, the
次に、信号制御部73は、基準相に対するキャリア80を反転させたキャリア81を生成する。ここでいうキャリアを反転させる、とは、キャリアを逆位相に制御することを意味する。したがって、図3(B)におけるキャリア80とキャリア81との位相差は180度となる。キャリア80とキャリア81の周期は、同じである。信号制御部73は、基準相とV相に対してはキャリア80との比較を行い、比較結果に基づいて基準相とV相におけるスイッチのスイッチング制御を行う。その一方で、信号制御部73は、反転相に対してはキャリア81との比較を行い、比較結果に基づいて反転相におけるスイッチのスイッチング制御を行う。キャリア80が第1キャリアに対応し、キャリア81が第2キャリアに対応する。
Next, the
図3(B)の時刻T22において、U相電圧指令値Vu*がキャリア80より小さくなり、信号制御部73はU相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオンからオフに切り替える。その一方で、時刻T22において、W相電圧指令値Vw*がキャリア81より大きくなり、信号制御部73はW相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオフからオンに切り替える。同様に、時刻T23において、U相電圧指令値Vu*がキャリア80より大きくなり、信号制御部73はU相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオフからオンに切り替える。また、時刻T23において、W相電圧指令値Vw*がキャリア81より小さくなり、信号制御部73はW相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオンからオフに切り替える。
At time T22 in FIG. 3B, the U-phase voltage command value Vu* becomes smaller than the
このように反転相であるW相に対しては、キャリア80を反転させたキャリア81との比較を行うことにより、U相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、W相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとを同期させることが可能となる。同様に、U相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングと、W相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングとを同期させることが可能となる。
In this way, for the W phase, which is an inverted phase, by comparing the
この同期により、U相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオンからオフに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流が、W相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオフからオンに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流によって抑制される。同様に、U相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオフからオンに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流が、W相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオンからオフに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流によって抑制される。これにより、コモンモード電圧の変動を低減させることが可能となる。具体的には、図3(B)の時刻T21~T24の間において、コモンモード電圧の変動は1/6Vdcから-1/6Vdcとなっており、図3(A)の比較例よりコモンモード電圧の変動が低減していることが分かる。 Due to this synchronization, the noise current that changes as the switching state of the switch QUH in the U phase is changed from on to off is changed from the noise current that changes as the switching state of the switch QWH in the W phase is changed from off to on. suppressed by Similarly, the noise current that changes as the switching state of the switch QUH in the U phase is changed from off to on is caused by the noise current that changes as the switching state of the switch QWH in the W phase is changed from on to off. suppressed. This makes it possible to reduce fluctuations in common mode voltage. Specifically, between times T21 and T24 in FIG. 3(B), the common mode voltage fluctuates from 1/6 Vdc to -1/6 Vdc, and from the comparative example in FIG. 3(A), the common mode voltage It can be seen that the fluctuation of is reduced.
また、中性点電流を制御するため、制御装置70は、基準相及び反転相以外の相に対する電圧指令値に、電力伝達制御を行うための中性点電圧指令値V0を反映させる。本実施形態において、基準相及び反転相以外の相は、V相である。すなわち、制御装置70は、V相については、V相電圧指令値Vv*に中性点電圧指令値V0を反映させる。反映の一例は、加算することである。
Furthermore, in order to control the neutral point current, the
以上、詳述した第1実施形態によれば、以下の効果が得られる。 According to the first embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
制御装置70は、U相,V相,W相のうち、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとを同期させる。具体的には、制御装置70は、電圧指令値の絶対値に基づいて基準相(例えばU相)と反転相(例えばW相)を選択する。制御装置70は、基準相に対してはキャリア80との比較を行う一方で、反転相に対してはキャリア80を反転させたキャリア81との比較を行う。すなわち、制御装置70は、キャリア81がキャリア80の逆位相となるようにキャリア81を制御して比較を行う。これにより、制御装置70は、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとを同期させることが可能となる。
The
これにより、図4に示すように、比較例では3相が同時にスイッチングするのに対し、本実施形態ではいずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングが同期する。この同期により、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流が、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えたことに伴い変化するノイズ電流によって抑制される。これにより、スイッチング制御に伴うノイズ電流を低減させ、コモンモード電圧の変動を低減させることが可能となる。そして、コモンモード電圧の変動を低減させることにより、コモンモード電流も低減させることができる。具体的には、図5に示すように、100kHz~1MHzまでの範囲において、コモンモード電流を比較例と比較して大きく減衰させる(例えば6dB以上)ことが可能となる。 As a result, as shown in FIG. 4, three phases are switched simultaneously in the comparative example, whereas in the present embodiment, the timing for switching the switching state of the switch in any one phase from on to off and the timing to switch the switching state of the switch in any one phase from on to off are determined. The timing of switching the switching state of the switches in the phase from off to on is synchronized. With this synchronization, the noise current that changes due to switching the switching state of the switch in any one phase from on to off can be caused by changing the switching state of the switch in any one of the remaining phases from off to on. It is suppressed by the noise current that changes accordingly. This makes it possible to reduce noise current associated with switching control and to reduce fluctuations in common mode voltage. By reducing fluctuations in common mode voltage, common mode current can also be reduced. Specifically, as shown in FIG. 5, in the range from 100 kHz to 1 MHz, it is possible to significantly attenuate the common mode current (for example, by 6 dB or more) compared to the comparative example.
また、制御装置70は、各相のスイッチのうち、同期させられるスイッチとは異なるスイッチ(例えばV相)における巻線に対する電圧指令値に中性点電圧指令値V0を加算し、電力伝達制御を行う。これにより、コモンモード電圧の変動の低減、及び中性点電流の制御を両立させることが可能となる。
Further, the
また、制御装置70は、組電池20の温度を上昇させるため、接続経路60を介して第1蓄電池21と第2蓄電池22との間に流す中性点電流を制御する。この際、コモンモード電圧の変動を低減させることにより、図6に示すように、比較例と比較して中性点電流の高調波成分が低減されていることが確認できる。高調波成分が低減されたことにより、中性点部に必要となるフィルタコンデンサを低減可能である。なお、本実施形態では、組電池20の昇温制御時にコモンモード電圧の変動を低減させるための制御を実施することを想定するが、これに限定されず、充電時または走行時における第1蓄電池21と第2蓄電池22の間での電力授受の際にも適用可能である。
Further, the
なお、図3に示す例では、U相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、W相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングを同期させ、かつ、U相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングと、W相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングを同期させた。しかし、必ずしも両方の同期は必要ではなく、どちらか一方を同期させた場合でも同様の効果を奏しうる。 In the example shown in FIG. 3, the timing of switching the switching state of the switch QUH from on to off in the U phase is synchronized with the timing of switching the switching state of the switch QWH in the W phase from off to on, and The timing of switching the switching state of the switch QUH from off to on and the timing of switching the switching state of the switch QWH in the W phase from on to off were synchronized. However, it is not always necessary to synchronize both, and the same effect can be achieved even when either one is synchronized.
(変形例)
次に、図7を参照して、第1実施形態の変形例について説明する。
(Modified example)
Next, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. 7.
第1実施形態では、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとを同期させる方法として、キャリアを反転させる方法を説明した。変形例では他の方法を説明する。 In the first embodiment, as a method of synchronizing the timing of switching the switching state of a switch in any one phase from on to off and the timing of switching the switching state of a switch in any one of the remaining phases from off to on, Explained how to flip your career. In the modified example, other methods will be explained.
まず最初に、信号制御部73は、三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*のうち電圧指令値の絶対値が最も大きい相を基準相とする。ここでは一例としてU相を基準相とする。次に、信号制御部73は、電圧指令値の絶対値が次に大きい相を打ち消しのための反転相とする。ここでは一例としてW相を反転相とする。次に、信号制御部73は、反転相の電圧指令値の絶対値を基準相の電圧指令値の絶対値と等しくする。ここまでの処理は、第1実施形態と同じである。
First, the
次に、信号制御部73は、反転相の電圧指令値の符号を反転する。これにより、図7に示すように、W相電圧指令値Vw*はU相電圧指令値Vu*と同じ大きさ及び同じ符号を有することになる。次に、信号制御部73は、各相について電圧指令値とキャリア80との比較を行う。この際、信号制御部73は、W相電圧指令値Vw*に対してはキャリア比較時における正負論理を反転させる。ここで、電圧指令値とキャリアとの比較において、電圧指令値がキャリアより小さくなり、スイッチング状態をオンからオフに切り替えることを正論理と定義し、電圧指令値がキャリアより小さくなり、スイッチング状態をオフからオンに切り替えることを負論理と定義する。
Next, the
変形例において、信号制御部73は、U相に対しては正論理を用い、W相に対しては正論理を反転させた負論理を用いる。すなわち、図7の時刻T22において、U相電圧指令値Vu*がキャリア80より小さくなり、信号制御部73はU相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオンからオフに切り替える。その一方で、W相のキャリア比較時では正論理を反転させた負論理を用いる。すなわち、時刻T22において、W相電圧指令値Vw*がキャリア80より小さくなり、信号制御部73はW相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオフからオンに切り替える。同様に、時刻T23において、U相電圧指令値Vu*がキャリア80より大きくなり、信号制御部73はU相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオフからオンに切り替える。時刻T23において、W相電圧指令値Vw*がキャリア80より大きくなり、信号制御部73はW相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオンからオフに切り替える。なお、この制御は、反転相における電圧指令値とキャリア80との大小比較に基づくスイッチのスイッチング状態を、基準相における電圧指令値とキャリア80との大小比較に基づくスイッチのスイッチング状態に対して反転させる、と表現されてもよい。
In a modified example, the
このような方法であっても、図7に示すように第1実施形態と同様に、U相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、W相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとを同期させることが可能となる。また、U相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングと、W相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングとを同期させることが可能となる。効果についても、第1実施形態と同様の効果が得られる。なお、V相に対して中性点電流を制御するための中性点電圧指令値V0がV相電圧指令値Vv*に加算される点も第1実施形態と同様である。 Even with this method, as shown in FIG. 7, as in the first embodiment, the timing of switching the switching state of switch QUH from on to off in the U phase and the switching state of switch QWH in the W phase are changed. It becomes possible to synchronize the timing of switching from to on. Further, it is possible to synchronize the timing of switching the switching state of the switch QUH in the U phase from off to on and the timing of switching the switching state of the switch QWH in the W phase from on to off. Regarding the effects, the same effects as in the first embodiment can be obtained. Note that, similarly to the first embodiment, the neutral point voltage command value V0 for controlling the neutral point current for the V phase is added to the V phase voltage command value Vv*.
(第2実施形態)
次に、図8~10を参照して第2実施形態について説明する。第2実施形態が第1実施形態と異なるのは、スイッチングパターンの生成に空間ベクトル変調を用いる点である。第1実施形態と重複する構成については符号を引用してその説明は省略する。以下、相違点を中心に説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 10. The second embodiment differs from the first embodiment in that space vector modulation is used to generate the switching pattern. For configurations that overlap with those of the first embodiment, reference numerals will be cited and explanations thereof will be omitted. The differences will be mainly explained below.
図8は、図2と同様に制御装置70の機能構成を示すブロック図である。図8に示す変換部72は、d軸電圧指令値Vd,及びq軸電圧指令値Vqを座標変換して、αβ座標系の電圧指令値Vα,電圧指令値Vβを生成し、生成した指令値を空間ベクトル制御部75に出力する。
FIG. 8 is a block diagram showing the functional configuration of the
次に、図9を参照して、空間ベクトル変調を用いたスイッチングパターンの生成について説明する。三相インバータの場合、インバータを構成するスイッチのスイッチング状態のオンオフの取り得るパターンは8パターンとなるため、図9に示すように、V1からV6まで6つの基本ベクトルとV0,V7の零ベクトルを持つ。各ベクトルの添え字(100),(110)などは、上下アームスイッチのスイッチング状態を示している。具体的には、「1」はアームの上側がオン、下側がオフであることを示し、「0」はアームの上側がオフ、下側がオンであることを示している。すなわち、V1ベクトルの添え字(100)はU相にアーム上側が接続され、V相,W相にはアーム下側が接続されているスイッチング状態のベクトルであることを示している。 Next, generation of a switching pattern using space vector modulation will be described with reference to FIG. In the case of a three-phase inverter, there are eight possible patterns for the on/off switching states of the switches that make up the inverter, so as shown in Figure 9, six fundamental vectors from V1 to V6 and zero vectors for V0 and V7 are used. have Subscripts (100), (110), etc. of each vector indicate the switching states of the upper and lower arm switches. Specifically, "1" indicates that the upper side of the arm is on and the lower side is off, and "0" indicates that the upper side of the arm is off and the lower side is on. That is, the subscript (100) of the V1 vector indicates that it is a vector in a switching state in which the upper side of the arm is connected to the U phase and the lower side of the arm is connected to the V and W phases.
図9に示す空間ベクトル図は、8種類のベクトル、すなわち、有効電圧ベクトルである基本ベクトルV1~V6及び無効電圧ベクトルである零ベクトルV0,V7で定義される。空間ベクトル制御部75は、これらのベクトルV0~V7の選択とその発生時間を制御する。
The space vector diagram shown in FIG. 9 is defined by eight types of vectors, that is, basic vectors V1 to V6, which are effective voltage vectors, and zero vectors V0 and V7, which are reactive voltage vectors. The space
まず、変換部72Aは、2相回転座標(dq座標)系におけるd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqを、2相固定座標(αβ座標)系におけるα軸電圧指令値Vα及びβ軸電圧指令値Vβに変換する。空間ベクトル制御部75は、α軸電圧指令値Vα及びβ軸電圧指令値Vβを用いて電圧指令値ベクトルVrefを生成する。電圧指令値ベクトルVrefのα軸成分がα軸電圧指令値Vαであり、電圧指令値ベクトルVrefのβ軸成分がβ軸電圧指令値Vβである。空間ベクトル変調では電気角で60度の角度差を有する第1~第6基本ベクトルV1~V6により、空間ベクトルを6つのセクタに分割する。電圧指令値ベクトルVrefは、零ベクトルV0,V7以外の2つの基本ベクトルに挟まれる角度に位置する。図9では、電圧指令値ベクトルVrefは第1,第2基本ベクトルV1,V2に挟まれる角度に位置する。空間ベクトル制御部75は、電圧指令値ベクトルVrefに隣り合う2つの第1,第2基本ベクトルV1,V2を選択し、電圧指令値ベクトルVrefに基づいて第1,第2基本ベクトルV1,V2を出力する時間比率を設定する。
First, the
次に、空間ベクトル制御部75は、1スイッチング周期Tswのうち、第1,第2基本ベクトルV1,V2の出力時間以外の残りの時間を第3,第6基本ベクトルV3,V6に均等に分配する。第3基本ベクトルV3は、第2基本ベクトルV2に対し反時計回り方向で隣り合い、第2基本ベクトルV2との角度差は60度である。第6基本ベクトルV6は、第1基本ベクトルV1に対し時計回り方向で隣り合い、第2基本ベクトルV2との角度差は60度である。すなわち、第3基本ベクトルV3と第6基本ベクトルV6との角度差は180度である。一般的に、空間ベクトル変調では電圧指令値ベクトルVrefを挟む2つの基本ベクトルと、1つ若しくは2つの零ベクトルを用いて電圧指令値ベクトルVrefと等価の時間比率が設定されるが、本実施形態では、零ベクトルを用いずに4つの基本ベクトルを用いて時間比率が電圧指令値ベクトルVrefと等価となるように時間比率を設定する。これにより、零ベクトルV0,V7を用いることがなくなり、コモンモード電圧の変動を低減させることができる。
Next, the space
次に、空間ベクトル制御部75は、中性点電圧指令値V0に基づく零相電圧指令値ベクトルV0refを用いて第1~第3,第6基本ベクトルV1,V2,V3,V6の時間比率を調整する。中性点電圧指令値V0を零相電圧指令値ベクトルV0refとして用いてもよい。調整方法は以下の通りである。空間ベクトル制御部75は、第2,第4基本ベクトルV2,V4に対しては零相電圧指令値ベクトルV0refの符号を反転して加算し、第1,第3基本ベクトルV1,V3に対しては零相電圧指令値ベクトルV0refの符号を保持して加算する。この際、αβ座標の電圧ベクトルに影響を与えないように電圧指令値ベクトルVrefに関連する基本ベクトルに対しては、零相電圧指令値ベクトルV0refがそのまま加算され、電圧指令値ベクトルVrefに関連しない基本ベクトルに対しては零相電圧指令値ベクトルV0refの1/2が加算される。
Next, the space
具体的には、図9に示すように、第1基本ベクトルV1については、符号90で示される電圧ベクトルに符号91で示される「+V0ref」が加算される。第2基本ベクトルV2については、符号91で示される電圧ベクトルに符号93で示される「-V0ref」が加算される。第3基本ベクトルV3については、符号94で示される電圧ベクトルに符号95で示される「+1/2V0ref」が加算される。第6基本ベクトルV6については、符号96で示される電圧ベクトルに符号97で示される「-1/2V0ref」が加算される。なお、符号90,92,94,96で示される電圧ベクトルの長さは時間比率に相当する。これらの加算により、第1,第3基本ベクトルV1,V3の時間比率は増加し、第2,第6基本ベクトルV2,V6の時間比率は減少する。したがって、図9に示すように、零相電圧指令値ベクトルV0refが零ベクトルV7の方向(マイナス方向)にて0ではない大きさの値を持つことができる。このように時間比率を調整することにより、本実施形態では、零ベクトルV0,V7を用いることなく、零相電圧指令値ベクトルV0refを制御することが可能となる。
Specifically, as shown in FIG. 9, for the first fundamental vector V1, "+V0ref" indicated by 91 is added to the voltage vector indicated by 90. Regarding the second fundamental vector V2, "-V0ref" indicated by the
次に、空間ベクトル制御部75は、選択した第1~第3,第6基本ベクトルを出力する順番として、1スイッチング周期において少なくとも1回、順番が連続する2つの基本ベクトルの位相差が120度となるように基本ベクトルを出力する。基本ベクトルの出力順の一例について図9を参照して説明する。まず最初に、空間ベクトル制御部75は、第1基本ベクトル1を出力する。次に、符号85に示すように、空間ベクトル制御部75は、第1基本ベクトル1に対して位相差が120度となる第3基本ベクトル3を出力する。次に、符号86に示すように、空間ベクトル制御部75は、第3基本ベクトル3に隣り合う第2基本ベクトル2を出力する。次に、符号87に示すように、空間ベクトル制御部75は、第2基本ベクトル2に対して位相差が120度となる第6基本ベクトル6出力する。この例では、1スイッチング周期Tswの半分の周期において、連続する2つの基本ベクトルの位相差が120度となる組み合わせは、2つ存在する。
Next, the space
この出力順によるスイッチのスイッチング状態のオンオフの切り替えタイミングを図10に示す。図10には、1スイッチング周期Tswの半分におけるスイッチング状態の推移の一例を示す。図10に示すように、基本ベクトル1から基本ベクトル3に移行する際、U相におけるスイッチQUHのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、V相におけるスイッチQVHのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとを同期させることが可能となる。同様に、基本ベクトル2から基本ベクトル6に移行する際、V相におけるスイッチQVHのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、W相におけるスイッチQWHのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとを同期させることが可能となる。これにより、スイッチング制御に伴うノイズ電流が発生する頻度を低減させることができる。
FIG. 10 shows the on/off switching timing of the switching states of the switches according to this output order. FIG. 10 shows an example of the transition of the switching state in half of one switching period Tsw. As shown in FIG. 10, when transitioning from
なお、図10には1スイッチング周期Tswの半分におけるスイッチング状態の推移を示したが、1スイッチング周期Tswにおけるスイッチング状態として、空間ベクトル制御部75は、例えば、V1→V3→V2→V6→V2→V3→V1の順で基本ベクトルを出力させることができる。また、基本ベクトルの出力順は、図10に示したように、1スイッチング周期Tswの半分においてV1→V3→V2→V6の順に限定されず、空間ベクトル制御部75は、例えばV1→V6→V2→V3の順で基本ベクトルを出力させることもできる。
Although FIG. 10 shows the transition of the switching state in half of one switching period Tsw, the space
このように空間ベクトル変調を用いた場合であっても、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとを同期させることが可能となる。第2実施形態によれば、零ベクトルV0,V7を使用しないためコモンモード電圧の変動を低減させることができる。また、回転電機40の駆動を制御しつつ中性点電流を制御することができる。
Even when space vector modulation is used in this way, the timing of switching the switching state of the switch in any one phase from on to off, and the timing of switching the switching state of the switch in any one of the remaining phases from off to on. It becomes possible to synchronize the switching timing. According to the second embodiment, since zero vectors V0 and V7 are not used, fluctuations in common mode voltage can be reduced. Moreover, the neutral point current can be controlled while controlling the drive of the rotating
図9に示す例では、電圧指令値ベクトルVrefが第1,第2基本ベクトルV1,V2の間に存在する場合について説明したが、電圧指令値ベクトルVrefがその他のセクタに存在する場合についても本発明は適用可能である。例えば、電圧指令値ベクトルVrefが第1,第6基本ベクトルV1,V6の間に存在する場合、選択されるベクトルは、電圧指令値ベクトルVrefに隣り合う2つの第1,第6基本ベクトルV1,V6、及び、第1,第6基本ベクトルに対しそれぞれ60度の位相差を有する第2,第5基本ベクトルV2,V5となる。これらの基本ベクトルを出力させる順番として、1スイッチング周期において少なくとも1回、順番が連続する2つの基本ベクトルの位相差が120度となるように出力すれば足りるため、例えば、V1→V5→V6→V2などの順番が挙げられる。 In the example shown in FIG. 9, the case where the voltage command value vector Vref exists between the first and second basic vectors V1 and V2 has been described, but this also applies to the case where the voltage command value vector Vref exists in other sectors. The invention is applicable. For example, if the voltage command value vector Vref exists between the first and sixth basic vectors V1 and V6, the selected vectors are the two first and sixth basic vectors V1 and V6 adjacent to the voltage command value vector Vref, V6, and second and fifth fundamental vectors V2 and V5 having a phase difference of 60 degrees with respect to the first and sixth fundamental vectors, respectively. As for the order in which these fundamental vectors are output, it is sufficient to output them at least once in one switching period so that the phase difference between two consecutive fundamental vectors is 120 degrees, so for example, V1→V5→V6→ Examples include orders such as V2.
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとを同期させると説明したが、これに限られない。シミュレーションなどにおいてオンオフの切り替えタイミングを完全に一致させることが可能だとしても、現実では様々な要因により完全な一致は難しい。そこで、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとに時間差があってもよい。この時間差は、所定期間内に収まるように制御されればよい。所定期間は、1スイッチング周期Tswの1/2以下の期間(例えば2μ秒)であり、例えば1スイッチング周期Tswの1/10以下又は1スイッチング周期Tswの1/20以下の期間である。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the timing of switching the switching state of the switch in any one phase from on to off is synchronized with the timing of switching the switching state of the switch in any one of the remaining phases from off to on. However, it is not limited to this. Even if it is possible to perfectly match the on/off switching timing in a simulation or the like, in reality it is difficult to perfectly match the timing due to various factors. Therefore, there may be a time difference between the timing of switching the switching state of the switch in any one phase from on to off and the timing of switching the switching state of the switch in any one of the remaining phases from off to on. This time difference may be controlled so that it falls within a predetermined period. The predetermined period is a period of 1/2 or less of one switching period Tsw (for example, 2 μsec), for example, a period of 1/10 or less of one switching period Tsw or 1/20 or less of one switching period Tsw.
上述の実施形態では、キャリア80とキャリア81との位相差は180度であると説明したが、これに限定されず、位相差は例えば179度や181度であっても、上述した効果と同様の効果を成し得る。よって、制御装置70は、オンオフの切り替えタイミングの時間差を所定期間内に収めるように、キャリア80とキャリア81との位相差を設定してもよい。
In the above-described embodiment, the phase difference between the
オンオフの切り替えタイミングの完全な一致は難しいが、デッドタイムなどに起因するオンオフの切り替えタイミングのずれ(すなわち、ターンオン時間とターンオフ時間に生じる時間差)については、補正して低減することが可能である。以下、補正方法の一例を説明する。 Although it is difficult to perfectly match the on/off switching timing, it is possible to correct and reduce the deviation in the on/off switching timing due to dead time or the like (i.e., the time difference between the turn-on time and the turn-off time). An example of the correction method will be described below.
ターンオン時間は、ターンオン遅延時間と、オンからオフへの切り替え時間との和で表される。また、ターンオフ時間は、ターンオフ遅延時間と、オフからオンへの切り替え時間との和で表される。ターンオン遅延時間は、各スイッチQUH,QVH,QWH,QUL,QVL,QWLの入力容量を充電し、各スイッチQUH,QVH,QWH,QUL,QVL,QWLのゲート電圧が閾値電圧まで上昇するまでに要する時間である。また、オンからオフへの切り替え時間は、出力電圧が立ち下がるまでに要する時間である。ターンオフ遅延時間は、各スイッチQUH,QVH,QWH,QUL,QVL,QWLの入力容量を放電し、各スイッチQUH,QVH,QWH,QUL,QVL,QWLのゲート電圧が下降するまでに要する時間である。オフからオンへの切り替え時間は、出力電圧が立ち上がるまでに要する時間である。 The turn-on time is expressed as the sum of the turn-on delay time and the on-to-off switching time. Further, the turn-off time is expressed as the sum of the turn-off delay time and the off-to-on switching time. The turn-on delay time is required to charge the input capacitance of each switch QUH, QVH, QWH, QUL, QVL, and QWL until the gate voltage of each switch QUH, QVH, QWH, QUL, QVL, and QWL rises to the threshold voltage. It's time. Moreover, the switching time from on to off is the time required until the output voltage falls. The turn-off delay time is the time required for the input capacitance of each switch QUH, QVH, QWH, QUL, QVL, and QWL to be discharged and for the gate voltage of each switch QUH, QVH, QWH, QUL, QVL, and QWL to fall. . The off-to-on switching time is the time required for the output voltage to rise.
ここでは、U相のターンオン時間とW相のターンオフ時間に時間差が生じているケースについて説明する。最初に、制御装置70は、U相の電圧に基づいてU相のターンオン時間を取得し、W相の電圧に基づいてW相のターンオフ時間を取得する。次に、制御装置70は、取得したターンオン時間とターンオフ時間との時間差であるオンオフ時間差を算出する。制御装置70は、算出したオンオフ時間差に基づいてU相及びW相のどちらか一方の電圧指令値にオンオフ時間差を低減するための所定のオフセットを設定し、オンオフの切り替えタイミングのずれを補正する。
Here, a case will be described in which there is a time difference between the U-phase turn-on time and the W-phase turn-off time. First, the
電圧指令値に設定するオフセットについて説明する。このオフセットは、キャリアの傾きに関連する。キャリアの傾きは次のように求まる。キャリアの半周期は、スイッチング周波数fswの逆数を1/2で除算したものである。キャリアの振幅は、-1から1で設定される。よって、キャリアの傾きは、±4fswとなる。符号は、谷から山がプラスであり、山から谷がマイナスである。この傾き4fswに対しt補正分を掛けた「4fsw×t」分だけ電圧指令値にオフセットを加える。これにより、t補正分だけスイッチング時間を変化させることが可能となり、オンオフの切り替えタイミングのずれを低減することが可能となる。 The offset to be set to the voltage command value will be explained. This offset is related to the carrier tilt. The career slope is calculated as follows. The half period of the carrier is the reciprocal of the switching frequency fsw divided by 1/2. The carrier amplitude is set from -1 to 1. Therefore, the slope of the carrier is ±4fsw. The sign is positive from the valley to the peak, and negative from the peak to the valley. An offset is added to the voltage command value by "4fsw x t", which is the slope 4fsw multiplied by the t correction. Thereby, it becomes possible to change the switching time by the amount of t correction, and it becomes possible to reduce the deviation in the on/off switching timing.
t補正分には、(1)デッドタイム、(2)ゲート信号に基づいてスイッチが実際にオンまたはオフし始めるまでの遅延時間、(3)スイッチの寄生容量Cdsの充放電に起因する、オンからオフまたはオフからオンに切り替わるまでに要する時間Tが含まれる。特に、(3)の時間に関しては、寄生容量Cds,電源電圧Vdc,電流Iに応じて補正することにより、オンタイムでの補正が可能となる。時間Tを数式に表すと、T=Cds×2×Vdc/Iとなる。 The t correction includes (1) dead time, (2) delay time until the switch actually starts to turn on or off based on the gate signal, and (3) on-off time due to charging and discharging of the parasitic capacitance Cds of the switch. This includes the time T required to switch from off to on or from off to on. In particular, regarding the time (3), on-time correction is possible by correcting according to the parasitic capacitance Cds, power supply voltage Vdc, and current I. When the time T is expressed mathematically, it becomes T=Cds×2×Vdc/I.
本発明は、図11に示すように、第1外部充電器である急速充電器88(例えば400V)、あるいは急速充電器88よりも充電電圧が高い第2外部充電器である超急速充電器89(例えば800V)を用いて組電池20を充電する行う場合にも適用可能である。
As shown in FIG. 11, the present invention provides a quick charger 88 (for example, 400V) that is a first external charger, or an
本発明は、図12に示すように、回転電機40に急速充電器88を接続し、回転電機40を介して組電池20を充電する場合にも適用可能である。図12の場合、回転電機40は星形結線ではなく、デルタ結線で構成されてもよい。また、図12の場合、回転電機40の制御は行われないため、電圧指令値ベクトルVrefは0となる。よって、図12の場合、図9で説明した電圧指令値ベクトルVrefを0として扱えばよい。図12の場合、零相電圧指令値ベクトルV0refは、急速充電器88から回転電機40の中性点Oに流れる電流が目標電流になるよう制御するために用いられる。なお、図12において、組電池20に中間端子Bが設けられておらず、組電池20が第1蓄電池21及び第2蓄電池32に分割されていなくてもよい。
The present invention is also applicable to a case where a
制御装置70は、U相,V相,W相のうち、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとが所定期間内に収まるようにスイッチング状態を制御する第1制御と、U相,V相,W相のそれぞれが同時にスイッチングするようにスイッチング状態を制御する第2制御とを所定のノイズ量に基づいて切り替えてもよい。ここでいうノイズ量とは例えば全部または一部のスイッチをスイッチングすることにより発生するノイズ電流、全部または一部のスイッチをスイッチングすることにより発生するサージ電圧などである。ノイズ電流やサージ電圧は図示しない検出器によって検出される。制御装置70は、ノイズ電流やサージ電圧が相対的に大きい第1領域では第1制御を実施し、ノイズ電流が第1領域よりも相対的に小さい第2領域では第2制御を実施してもよい。すなわち、制御装置70は、全部または一部のスイッチをスイッチングすることにより発生するノイズ量が所定量より大きい場合に、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相におけるスイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとが所定期間内に収まるようにスイッチング状態を制御してもよい。これにより、ノイズ電流やサージ電圧に応じた適切な制御が可能となる。
The
上述の実施形態では、インバータ30及び回転電機40の相数として3相のものを説明したが、相数はこれに限定されない。例えば図13に示すように相数は5相でもよいし、7相でもよい。図13では、インバータ30において、X相上,下アームスイッチQXH,QXL及び各ダイオードDXH,DXLが追加され、Y相上,下アームスイッチQYH,QYL及び各ダイオードDYH,DYLが追加されている。また、回転電機40において、X相巻線41XとY相巻線41Yとが追加されている。また、電力変換装置10において、X相導電部材32XとY相導電部材32Yとが追加されている。
In the above-described embodiment, the
第1蓄電池21及び第2蓄電池22は、2次電池で構成されるものと説明したがこれに限定されず、キャパシタで構成されてもよい。
Although the
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The control unit and the method described in the present disclosure are implemented by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. may be done. Alternatively, the controller and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by a processor configured with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the control unit and the method described in the present disclosure may be implemented using a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor configured by one or more hardware logic circuits. It may be implemented by one or more dedicated computers configured. The computer program may also be stored as instructions executed by a computer on a computer-readable non-transitory tangible storage medium.
10…電力変換装置、21…第1蓄電池、22…第2蓄電池、30…インバータ、U,V,W相上アームスイッチ…QUH,QVH,QWH、U,V,W相下アームスイッチ…QUL,QVL,QWL、40…回転電機、U,V,W相巻線…41U,41V,41W、60…接続経路、70…制御装置、O…中性点
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記巻線に電気的に接続され、複数の相を有するインバータ(30)と、
直列接続された第1蓄電部(21)及び第2蓄電部(22)において前記第1蓄電部の負極側及び前記第2蓄電部の正極側と前記巻線の中性点(O)とを電気的に接続する接続経路(60)と、を備える電力変換装置(10)において、
前記インバータにおいて相毎に設けられたスイッチ(QUH,QVH,QWH,QUL,QVL,QWL)をスイッチングすることにより、前記接続経路を介して前記第1蓄電部と前記第2蓄電部との間に電流を流す電力伝達制御を行う制御部(70)を備え、
前記制御部は、前記電力伝達制御において、各相のうち、いずれか1相における前記スイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相における前記スイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとの時間差を、前記スイッチにおける1スイッチング周期の1/2以下の所定期間内に収める、電力変換装置。 a rotating electrical machine (40) having star-connected windings (41U, 41V, 41W);
an inverter (30) electrically connected to the winding and having a plurality of phases;
In a first power storage unit (21) and a second power storage unit (22) connected in series, the negative electrode side of the first power storage unit and the positive electrode side of the second power storage unit are connected to the neutral point (O) of the winding. A power conversion device (10) comprising a connection path (60) for electrical connection,
By switching the switches (QUH, QVH, QWH, QUL, QVL, QWL) provided for each phase in the inverter, a voltage is generated between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path. A control unit (70) that performs power transfer control to flow current,
In the power transfer control, the control unit determines a timing for switching a switching state of the switch in one of the phases from on to off, and a timing for switching a switching state of the switch in any one of the remaining phases to off. A power converter device in which a time difference from a timing when the switch is turned on is kept within a predetermined period of 1/2 or less of one switching period in the switch.
各相のうち、前記巻線に対する電圧指令値の絶対値が最も大きい相を基準相として選択し、前記巻線に対する電圧指令値の絶対値が次に大きい相を反転相として選択し、
前記基準相における前記電圧指令値と第1キャリアとの比較に基づいて、前記基準相における前記スイッチのスイッチング制御を行い、
前記反転相における前記電圧指令値と、前記第1キャリアと同じ周期を有する第2キャリアとの比較に基づいて、前記反転相における前記スイッチのスイッチング制御を行い、
前記時間差を前記所定期間内に収めるように、前記第1キャリアと前記第2キャリアとの位相差を設定する、請求項1に記載の電力変換装置。 The control unit includes:
Of each phase, the phase with the largest absolute value of the voltage command value for the winding is selected as the reference phase, and the phase with the next largest absolute value of the voltage command value for the winding is selected as the inversion phase,
Performing switching control of the switch in the reference phase based on a comparison between the voltage command value in the reference phase and a first carrier,
Performing switching control of the switch in the inversion phase based on a comparison between the voltage command value in the inversion phase and a second carrier having the same period as the first carrier,
The power conversion device according to claim 1, wherein a phase difference between the first carrier and the second carrier is set so that the time difference is within the predetermined period.
各相において、前記巻線に対する電圧指令値とキャリアとの比較に基づいて、前記スイッチのスイッチング制御を行い、
各相のうち、前記巻線に対する電圧指令値の絶対値が最も大きい相を基準相として選択し、前記巻線に対する電圧指令値の絶対値が次に大きい相を反転相として選択し、
前記反転相における前記電圧指令値の符号と前記基準相における前記電圧指令値の符号とを一致させ、
前記反転相における前記電圧指令値と前記キャリアとの大小比較に基づく前記スイッチのスイッチング状態を、前記基準相における前記電圧指令値と前記キャリアとの大小比較に基づく前記スイッチのスイッチング状態に対して反転させる、請求項1に記載の電力変換装置。 The control unit includes:
In each phase, controlling the switching of the switch based on a comparison between the voltage command value for the winding and the carrier;
Of each phase, the phase with the largest absolute value of the voltage command value for the winding is selected as the reference phase, and the phase with the next largest absolute value of the voltage command value for the winding is selected as the inversion phase,
Matching the sign of the voltage command value in the inversion phase and the sign of the voltage command value in the reference phase,
The switching state of the switch based on the magnitude comparison between the voltage command value and the carrier in the inversion phase is reversed with respect to the switching state of the switch based on the magnitude comparison between the voltage command value and the carrier in the reference phase. The power conversion device according to claim 1.
前記基準相の電圧に基づいて前記基準相における前記スイッチのターンオン時間を取得し、
前記反転相の電圧に基づいて前記反転相における前記スイッチのターンオフ時間を取得し、
前記ターンオン時間と前記ターンオフ時間との時間差であるオンオフ時間差を算出し、
前記オンオフ時間差に基づいて、前記基準相及び前記反転相のどちらか一方の電圧指令値に、前記オンオフ時間差を低減するための所定のオフセットを設定する、請求項2~4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The control unit includes:
obtaining a turn-on time of the switch in the reference phase based on the voltage of the reference phase;
obtaining a turn-off time of the switch in the inversion phase based on the voltage of the inversion phase;
Calculating an on-off time difference that is a time difference between the turn-on time and the turn-off time,
According to any one of claims 2 to 4, a predetermined offset for reducing the on-off time difference is set in the voltage command value of either the reference phase or the inverted phase based on the on-off time difference. The power conversion device described.
前記回転電機を制御するためのαβ座標における電圧指令値ベクトルに隣り合う2つの第1,第2基本ベクトル(V1,V2)、及び、前記第1,第2基本ベクトルに対しそれぞれ60度の位相差を有する2つの第3,第4基本ベクトル(V3,V6)を選択し、
前記第1~第4基本ベクトルの前記1スイッチング周期に対する出力時間の比率を前記電圧指令値ベクトルと、前記第1蓄電部と前記第2蓄電部との間に流す電流を制御するための零相電圧指令値ベクトルとに基づいて設定し、
選択した前記第1~第4基本ベクトルを出力する順番として、前記1スイッチング周期において少なくとも1回、前記順番が連続する2つの基本ベクトルの位相差が120度となるように前記第1~第4基本ベクトルを出力する
請求項1に記載の電力変換装置。 The control unit includes:
Two first and second basic vectors (V1, V2) adjacent to the voltage command value vector in αβ coordinates for controlling the rotating electrical machine, and positions at 60 degrees with respect to the first and second basic vectors, respectively. Select two third and fourth fundamental vectors (V3, V6) having a phase difference,
A zero phase for controlling the ratio of the output time of the first to fourth basic vectors to the one switching period to the voltage command value vector and the current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit. Set based on the voltage command value vector,
The selected first to fourth fundamental vectors are output at least once in one switching period so that the phase difference between two consecutive fundamental vectors is 120 degrees. The power conversion device according to claim 1, which outputs a fundamental vector.
相毎に設けられたスイッチ(QUH,QVH,QWH,QUL,QVL,QWL)を有し、前記巻線と蓄電部(20)とを電気的に接続するインバータ(30)と、を備える電力変換装置(10)において、
前記巻線と前記蓄電部の負極端子とに外部の充電器が接続可能になっており、
前記巻線と前記蓄電部の負極端子とに前記充電器に接続されている状態において、各相のうち、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相における前記スイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとの時間差を、前記スイッチにおける1スイッチング周期の1/2以下の所定期間内に収める制御部(70)を備える電力変換装置。 A rotating electric machine (40) having windings (41U, 41V, 41W),
A power converter comprising an inverter (30) having switches (QUH, QVH, QWH, QUL, QVL, QWL) provided for each phase and electrically connecting the winding and the power storage unit (20). In the device (10),
An external charger can be connected to the winding and the negative terminal of the power storage unit,
In a state in which the winding and the negative terminal of the power storage unit are connected to the charger, the timing of switching the switching state of the switch in one of the phases from on to off, and any of the remaining ones. A power conversion device comprising a control unit (70) that keeps a time difference between a timing of switching the switching state of the switch from off to on in one phase within a predetermined period of 1/2 or less of one switching cycle of the switch.
前記巻線に電気的に接続され、複数の相を有するインバータ(30)と、
直列接続された第1蓄電部(21)及び第2蓄電部(22)において前記第1蓄電部の負極側及び前記第2蓄電部の正極側と前記巻線の中性点(O)とを電気的に接続する接続経路(60)と、
前記インバータにおいて相毎に設けられたスイッチ(QUH,QVH,QWH,QUL,QVL,QWL)をスイッチングすることにより、前記接続経路を介して前記第1蓄電部と前記第2蓄電部との間に電流を流す電力伝達制御を行う制御部(70)と、を備える電力変換装置(10)に適用され、
前記制御部(70)に、
前記電力伝達制御において、各相のうち、いずれか1相における前記スイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相における前記スイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとの時間差を、前記スイッチにおける1スイッチング周期の1/2以下の所定期間内に収めさせる、プログラム。 a rotating electrical machine (40) having star-connected windings (41U, 41V, 41W);
an inverter (30) electrically connected to the winding and having a plurality of phases;
In a first power storage unit (21) and a second power storage unit (22) connected in series, the negative electrode side of the first power storage unit and the positive electrode side of the second power storage unit are connected to the neutral point (O) of the winding. a connection path (60) for electrical connection;
By switching the switches (QUH, QVH, QWH, QUL, QVL, QWL) provided for each phase in the inverter, a voltage is generated between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path. Applied to a power conversion device (10) comprising a control unit (70) that performs power transfer control to flow current,
The control unit (70) includes:
In the power transfer control, a timing for switching the switching state of the switch in any one of the phases from on to off, and a timing for switching the switching state of the switch in any one of the remaining phases from off to on. A program that causes a time difference between the switch and the switch to be within a predetermined period of 1/2 or less of one switching cycle of the switch.
相毎に設けられたスイッチ(QUH,QVH,QWH,QUL,QVL,QWL)を有し、前記巻線と蓄電部(20)とを電気的に接続するインバータ(30)と、を備える電力変換装置(10)に適用され、
前記巻線と前記蓄電部の負極端子とに外部の充電器が接続可能になっており、
制御部(70)に、
前記巻線と前記蓄電部の負極端子とに前記充電器に接続されている状態において、各相のうち、いずれか1相におけるスイッチのスイッチング状態をオンからオフに切り替えるタイミングと、残りのいずれかの1相における前記スイッチのスイッチング状態をオフからオンに切り替えるタイミングとの時間差を、前記スイッチにおける1スイッチング周期の1/2以下の所定期間内に収めさせる、プログラム。 A rotating electric machine (40) having windings (41U, 41V, 41W),
A power converter comprising an inverter (30) having switches (QUH, QVH, QWH, QUL, QVL, QWL) provided for each phase and electrically connecting the winding and the power storage unit (20). applied to the device (10);
An external charger can be connected to the winding and the negative terminal of the power storage unit,
In the control section (70),
In a state where the winding and the negative terminal of the power storage unit are connected to the charger, the timing of switching the switching state of the switch in one of the phases from on to off, and any of the remaining ones. A program that causes a time difference between a timing of switching a switching state of the switch from off to on in one phase of the switch to be within a predetermined period of 1/2 or less of one switching period of the switch.
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