JP4702333B2 - Power supply system and electric vehicle equipped with the same - Google Patents
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Description
この発明は、電源システムおよびそれを備えた電動車両に関し、特に、並列接続される複数の電圧変換装置を備える電源システムの制御に関する。 The present invention relates to a power supply system and an electric vehicle including the same, and more particularly to control of a power supply system including a plurality of voltage converters connected in parallel.
特許第3797361号公報は、直流電源の出力をインバータを介してモータへ供給し、モータの駆動を制御するモータ駆動制御装置を開示する。このモータ駆動制御装置は、直流電源からの出力電圧を電圧変換してインバータへ供給するコンバータと、インバータをPWM制御してモータへの供給電流を制御する制御部とを備える。制御部は、モータの回転数および目標出力トルクに基づいて、モータの要求パワーを実現可能な最適なインバータ入力電圧目標値を算出し、この入力電圧目標値となるようにコンバータを制御する。 Japanese Patent No. 3797361 discloses a motor drive control device that controls the drive of a motor by supplying the output of a DC power source to the motor via an inverter. The motor drive control device includes a converter that converts an output voltage from a DC power supply and supplies the converted voltage to an inverter, and a control unit that performs PWM control on the inverter and controls a supply current to the motor. The control unit calculates an optimal inverter input voltage target value that can realize the required power of the motor based on the rotation speed of the motor and the target output torque, and controls the converter so that the input voltage target value is obtained.
このモータ駆動制御装置によれば、モータの動作状態に基づいて、最適な電圧の印加によるモータの効率的な運転を実現できる(特許文献1参照)。
上記のようなモータ駆動制御装置を搭載した電動車両において、近年、加速性能や走行持続距離などの走行性能を高めるために、直流電源の大容量化が進んでいる。そして、直流電源を大容量化するための手段として、複数の蓄電装置を並列接続した構成が提案されている。 In an electric vehicle equipped with the motor drive control device as described above, in recent years, the capacity of a direct current power source has been increased in order to improve traveling performance such as acceleration performance and traveling distance. As a means for increasing the capacity of the DC power supply, a configuration in which a plurality of power storage devices are connected in parallel has been proposed.
複数の蓄電装置を並列接続する場合、各蓄電装置の入出力を制御するためには、各蓄電装置ごとにコンバータを設ける必要がある。そして、このような構成の場合、蓄電装置の並列接続に伴ない追加されるコンバータをできる限り低コストで搭載可能とすることが課題となるところ、上記特許第3797361号公報では、このような課題およびその解決手段について何ら開示されていない。 When a plurality of power storage devices are connected in parallel, it is necessary to provide a converter for each power storage device in order to control input / output of each power storage device. And in such a structure, it becomes a subject to be able to mount the converter added accompanying parallel connection of an electrical storage apparatus as low as possible in the said patent 397361, Such a subject No information is disclosed about the solution.
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低コストで直流電源の大容量化が可能な電源システムおよびそれを備えた電動車両を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a power supply system capable of increasing the capacity of a DC power supply at low cost and an electric vehicle equipped with the power supply system. .
この発明によれば、電源システムは、負荷装置と電力を授受可能な電源システムであって、当該電源システムと負荷装置との間で電力を授受するための電力線と、充放電可能な第1および第2の蓄電装置と、水冷式の第1の電圧変換装置と、空冷式の第2の電圧変換装置と、制御装置とを備える。第1の電圧変換装置は、第1の蓄電装置に対応して設けられ、第1の蓄電装置と電力線との間で電圧変換可能に構成される。第2の電圧変換装置は、第2の蓄電装置に対応して設けられ、第2の蓄電装置と電力線との間で電圧変換可能に構成される。制御装置は、当該電源システムに対する要求パワーが基準値以下のとき、第1の電圧変換装置が負担する要求パワーの分担比率が第2の電圧変換装置の分担比率よりも大きくなるように第1および第2の電圧変換装置を制御する。そして、制御装置は、要求パワーが基準値を超えると、要求パワーの増加に従って第2の電圧変換装置の分担比率が増加するように第1および第2の電圧変換装置を制御する。 According to this invention, the power supply system is a power supply system capable of transferring power to and from the load device, the power line for transferring power between the power supply system and the load device, the first and the chargeable / dischargeable first and A second power storage device, a water-cooled first voltage converter, an air-cooled second voltage converter, and a control device are provided. The first voltage conversion device is provided corresponding to the first power storage device, and is configured to be capable of voltage conversion between the first power storage device and the power line. The second voltage conversion device is provided corresponding to the second power storage device, and is configured to be capable of voltage conversion between the second power storage device and the power line. When the required power for the power supply system is less than or equal to the reference value, the control device includes the first and the second voltage converters such that the share ratio of the required power borne by the first voltage converter is greater than the share ratio of the second voltage converter. The second voltage converter is controlled. Then, when the required power exceeds the reference value, the control device controls the first and second voltage converters so that the sharing ratio of the second voltage converter increases as the required power increases.
好ましくは、基準値は、第1の電圧変換装置が通電可能な最大パワー値である。
好ましくは、制御装置は、要求パワーが基準値以下のとき、第2の電圧変換装置を停止させる。
Preferably, the reference value is a maximum power value at which the first voltage conversion device can be energized.
Preferably, the control device stops the second voltage conversion device when the required power is equal to or less than a reference value.
好ましくは、電源システムは、第2の電圧変換装置に供給される冷却風の温度を検出する温度検出装置をさらに備える。制御装置は、温度の低下に応じて第2の電圧変換装置の分担比率が増加するように第1および第2の電圧変換装置を制御する。 Preferably, the power supply system further includes a temperature detection device that detects the temperature of the cooling air supplied to the second voltage conversion device. The control device controls the first and second voltage conversion devices such that the sharing ratio of the second voltage conversion device increases with a decrease in temperature.
また、好ましくは、電源システムは、第2の電圧変換装置の温度を検出する温度検出装置をさらに備える。制御装置は、温度の低下に応じて第2の電圧変換装置の分担比率が増加するように第1および第2の電圧変換装置を制御する。 Preferably, the power supply system further includes a temperature detection device that detects the temperature of the second voltage conversion device. The control device controls the first and second voltage conversion devices such that the sharing ratio of the second voltage conversion device increases with a decrease in temperature.
また、この発明によれば、電動車両は、上述したいずれかの電源システムと、駆動力発生部と、ラジエータと、空冷装置とを備える。駆動力発生部は、電源システムから電力の供給を受けて車両の駆動力を発生する。ラジエータは、電源システムに含まれる第1の電圧変換装置の冷媒を冷却する。空冷装置は、電源システムに含まれる第2の電圧変換装置を空冷する。そして、ラジエータは、車両最前部に配設され、第1の電圧変換装置は、車両前方に配設され、第2の電圧変換装置および空冷装置は、車両後方に配設される。 In addition, according to the present invention, an electric vehicle includes any one of the power supply systems described above, a driving force generation unit, a radiator, and an air cooling device. The driving force generation unit receives the supply of electric power from the power supply system and generates the driving force of the vehicle. The radiator cools the refrigerant of the first voltage conversion device included in the power supply system. The air cooling device cools the second voltage conversion device included in the power supply system. The radiator is disposed at the forefront of the vehicle, the first voltage conversion device is disposed at the front of the vehicle, and the second voltage conversion device and the air cooling device are disposed at the rear of the vehicle.
この発明においては、第1の蓄電装置および第1の電圧変換装置に並列して、第2の蓄電装置および第2の電圧変換装置が設けられる。ここで、第2の電圧変換装置は、空冷式であるので低コストで追加可能であるけれども、水冷式の第1の電圧変換装置と比べて相対的に冷却性能が劣る。そこで、制御装置は、当該電源システムに対する要求パワーが基準値以下のとき、第1の電圧変換装置が負担する要求パワーの分担比率が第2の電圧変換装置の分担比率よりも大きくなるように第1および第2の電圧変換装置を制御する。これにより、第2の電圧変換装置の通電量が抑えられ、第2の電圧変換装置の温度上昇が抑えられる。そして、制御装置は、要求パワーが基準値を超えると、要求パワーの増加に従って第2の電圧変換装置の分担比率が増加するように第1および第2の電圧変換装置を制御する。これにより、第1の電圧変換装置では不足するパワーが第2の電圧変換装置によってアシストされる。 In the present invention, the second power storage device and the second voltage conversion device are provided in parallel with the first power storage device and the first voltage conversion device. Here, since the second voltage conversion device is air-cooled and can be added at low cost, the cooling performance is relatively inferior to that of the water-cooled first voltage conversion device. Therefore, when the required power for the power supply system is less than or equal to the reference value, the control device sets the share ratio of the required power borne by the first voltage converter to be greater than the share ratio of the second voltage converter. Control the first and second voltage converters. Thereby, the energization amount of the 2nd voltage converter is controlled, and the temperature rise of the 2nd voltage converter is controlled. Then, when the required power exceeds the reference value, the control device controls the first and second voltage converters so that the sharing ratio of the second voltage converter increases as the required power increases. As a result, power that is insufficient in the first voltage converter is assisted by the second voltage converter.
したがって、この発明によれば、空冷式の第2の電圧変換装置を採用することにより、直流電源の大容量化を低コストで実現することができる。 Therefore, according to the present invention, by adopting the air-cooled second voltage converter, it is possible to increase the capacity of the DC power supply at a low cost.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による電源システムを搭載した電動車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図1を参照して、このハイブリッド車両100は、電源システム1と、インバータ20,22と、モータジェネレータMG1,MG2と、エンジン2と、動力分割機構4と、車輪6とを備える。
[Embodiment 1]
1 is an overall block diagram of a hybrid vehicle shown as an example of an electric vehicle equipped with a power supply system according to
このハイブリッド車両100は、エンジン2およびモータジェネレータMG2を動力源として走行する。動力分割機構4は、エンジン2とモータジェネレータMG1,MG2とに結合されてこれらの間で動力を分配する。動力分割機構4は、たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの3つの回転軸を有する遊星歯車機構から成り、この3つの回転軸がエンジン2およびモータジェネレータMG1,MG2の回転軸にそれぞれ接続される。なお、モータジェネレータMG1のロータを中空にしてその中心にエンジン2のクランク軸を通すことにより、エンジン2およびモータジェネレータMG1,MG2を動力分割機構4に機械的に接続することができる。また、モータジェネレータMG2の回転軸は、図示されない減速ギヤや差動ギヤによって車輪6に結合される。
This
そして、モータジェネレータMG1は、エンジン2によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン2の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド車両100に組込まれ、モータジェネレータMG2は、車輪6を駆動する電動機としてハイブリッド車両100に組込まれる。
Motor generator MG1 operates as a generator driven by
電源システム1は、蓄電装置B1,B2と、コンバータ10,12と、コンデンサCと、ECU(Electronic Control Unit)30と、電圧センサ42,44,46と、電流センサ52,54と、外気温センサ62とを含む。
The
蓄電装置B1,B2は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置B1は、コンバータ10へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ10によって充電される。蓄電装置B2は、コンバータ12へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ12によって充電される。
The power storage devices B1 and B2 are DC power sources that can be charged and discharged, and include, for example, secondary batteries such as nickel metal hydride and lithium ions. Power storage device B1 supplies power to converter 10 and is charged by
なお、たとえば、蓄電装置B1には、蓄電装置B2よりも出力可能最大電力が大きい二次電池を用いることができ、蓄電装置B2には、蓄電装置B1よりも蓄電容量が大きい二次電池を用いることができる。これにより、2つの蓄電装置B1,B2を用いてハイパワーかつ大容量の直流電源を構成することができる。また、蓄電装置B1,B2の少なくとも一方に大容量のキャパシタを用いてもよい。 For example, a secondary battery having a maximum outputable power larger than that of power storage device B2 can be used for power storage device B1, and a secondary battery having a larger storage capacity than power storage device B1 can be used for power storage device B2. be able to. Thus, a high-power and large-capacity DC power source can be configured using the two power storage devices B1 and B2. Further, a large-capacity capacitor may be used for at least one of the power storage devices B1 and B2.
コンバータ10は、水冷式の電圧変換装置である。そして、コンバータ10は、ECU30からの信号PWC1に基づいて、蓄電装置B1と正極ラインPL3および負極ラインNLから成る電力線対との間で電圧変換を行なう。
コンバータ12は、空冷式の電圧変換装置であり、コンバータ10に並列して正極ラインPL3および負極ラインNLに接続される。そして、コンバータ12は、ECU30からの信号PWC2に基づいて、蓄電装置B2と正極ラインPL3および負極ラインNLから成る電力線対との間で電圧変換を行なう。なお、コンバータ12は、空冷式であるが故、水冷式のコンバータ10よりも低コストであるが冷却性能が劣る。なお、コンバータ10,12の回路構成については、後ほど詳しく説明する。
コンデンサCは、正極ラインPL3と負極ラインNLとの間に接続され、正極ラインPL3と負極ラインNLとの間の電圧変動を平滑化する。 Capacitor C is connected between positive electrode line PL3 and negative electrode line NL, and smoothes voltage fluctuations between positive electrode line PL3 and negative electrode line NL.
インバータ20は、ECU30からの信号PWI1に基づいて正極ラインPL3からの直流電圧を3相交流電圧に変換し、その変換した3相交流電圧をモータジェネレータMG1へ出力する。また、インバータ20は、エンジン2の動力を用いてモータジェネレータMG1が発電した3相交流電圧を信号PWI1に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインPL3へ出力する。
インバータ22は、ECU30からの信号PWI2に基づいて正極ラインPL3からの直流電圧を3相交流電圧に変換し、その変換した3相交流電圧をモータジェネレータMG2へ出力する。また、インバータ22は、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時、車輪6からの回転力を受けてモータジェネレータMG2が発電した3相交流電圧を信号PWI2に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインPL3へ出力する。
なお、各インバータ20,22は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路から成る。そして、インバータ20,22は、それぞれECU30からの信号PWI1,PWI2に応じてスイッチング動作を行なうことにより、対応のモータジェネレータを駆動する。
In addition, each
モータジェネレータMG1,MG2の各々は、3相交流回転電機であり、たとえば3相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータMG1は、インバータ20によって回生駆動され、エンジン2の動力を用いて発電した3相交流電圧をインバータ20へ出力する。また、モータジェネレータMG1は、エンジン2の始動時、インバータ20によって力行駆動され、エンジン2をクランキングする。モータジェネレータMG2は、インバータ22によって力行駆動され、車輪6を駆動するための駆動力を発生する。また、モータジェネレータMG2は、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時、インバータ22によって回生駆動され、車輪6から受ける回転力を用いて発電した3相交流電圧をインバータ22へ出力する。
Each of motor generators MG1 and MG2 is a three-phase AC rotating electric machine, for example, a three-phase AC synchronous motor generator. Motor generator MG1 is regeneratively driven by
電圧センサ42は、蓄電装置B1の電圧VB1を検出し、その検出値をECU30へ出力する。電圧センサ44は、蓄電装置B2の電圧VB2を検出し、その検出値をECU30へ出力する。電流センサ52は、蓄電装置B1に入出力される電流I1を検出し、その検出値をECU30へ出力する。電流センサ54は、蓄電装置B2に入出力される電流I2を検出し、その検出値をECU30へ出力する。電圧センサ46は、コンデンサCの端子間電圧、すなわち負極ラインNLに対する正極ラインPL3の電圧VHを検出し、その検出値をECU30へ出力する。
外気温センサ62は、車両周囲の外気の温度Tを検出し、その検出値をECU30へ出力する。この外気温センサ62は、空冷式のコンバータ12を冷却するために車両外部から吸気される冷却風の温度を検出するものである。
The outside
ECU30は、コンバータ10,12をそれぞれ駆動するための信号PWC1,PWC2を生成し、その生成した信号PWC1,PWC2をそれぞれコンバータ10,12へ出力する。ここで、ECU30は、電源システム1に対して要求されるパワー(以下、単に「要求パワー」と称する。)Pに応じてコンバータ10,12の分担比率を後述の方法に従って決定し、要求パワーPおよびその決定された分担比率に従って信号PWC1,PWC2を生成する。なお、要求パワーPは、アクセルペダルの開度や車両速度などに基づいて、図示されない車両ECUによって算出される。
また、ECU30は、インバータ20,22をそれぞれ駆動するための信号PWI1,PWI2を生成し、その生成した信号PWI1,PWI2をそれぞれインバータ20,22へ出力する。
図2は、図1に示したコンバータ10,12の配置構成を説明するためのハイブリッド車両100の概略平面図である。なお、この図2では、コンバータ10,12の配置構成を説明するのに必要な部分のみが示され、その他の構成については図示を省略している。
FIG. 2 is a schematic plan view of
図2を参照して、ハイブリッド車両100は、前輪FR,FLと、後輪RR,RLと、蓄電パック70と、コンバータ10と、ラジエータ72と、冷却水路74と、コンバータ12と、吸気ダクト78と、冷却ファン80と、排気ダクト82とを備える。
Referring to FIG. 2,
コンバータ10は、図示されないエンジン2やインバータ20,22、モータジェネレータMG1,MG2などとともに、車両前方のエンジンルーム内に配設される。そして、車両最前部にはラジエータ72が設けられ、冷却水路74を介してコンバータ10とラジエータ72との間で冷却水が循環する。
コンバータ12は、たとえば図示されないリヤシート後方に配設される。そして、車両側方に設けられた吸気口76から吸気ダクト78に取込まれた外気が冷却ファン80によってコンバータ12へ供給され、コンバータ12と熱交換を行なった冷却風は、排気ダクト82を介して車両後方に設けられた排気口84から車外へ放出される。
なお、蓄電パック70は、蓄電装置B1,B2(図示せず)を含み、たとえばリヤシート後方やリヤシート下部に配設される。そして、コンバータ10は、蓄電パック70内の蓄電装置B1と電力の授受を行ない、コンバータ12は、蓄電パック70内の蓄電装置B2と電力の授受を行なう。
図3は、図1に示したコンバータ10,12の回路図である。図3を参照して、コンバータ10(12)は、トランジスタQ1,Q2と、ダイオードD1,D2と、コイルCLとを含む。トランジスタQ1,Q2は、正極ラインPL3と負極ラインNLとの間に直列に接続される。ダイオードD1,D2は、それぞれトランジスタQ1,Q2に逆並列に接続される。コイルCLの一方端は、トランジスタQ1,Q2の接続ノードに接続され、その他方端は、正極ラインPL1(PL2)に接続される。なお、上記のトランジスタとして、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の電力スイッチング素子を用いることができる。
FIG. 3 is a circuit diagram of
このコンバータ10(12)は、チョッパ回路から成る。そして、コンバータ10(12)は、ECU30(図示せず)からの信号PWC1(PWC2)に基づいて、正極ラインPL1(PL2)の電圧をコイルCLを用いて昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインPL3へ出力する。 This converter 10 (12) comprises a chopper circuit. Converter 10 (12) boosts the voltage of positive line PL1 (PL2) using coil CL based on signal PWC1 (PWC2) from ECU 30 (not shown), and the boosted voltage is positive line. Output to PL3.
具体的には、コンバータ10(12)は、トランジスタQ2のオン時に流れる電流をコイルCLに磁場エネルギーとして蓄積し、トランジスタQ2がオフされたタイミングに同期して、その蓄積されたエネルギーをダイオードD1を介して正極ラインPL3へ放出することによって、正極ラインPL3の電圧を正極ラインPL1以上の電圧に昇圧する。 Specifically, converter 10 (12) accumulates the current that flows when transistor Q2 is turned on as magnetic field energy in coil CL, and the accumulated energy is transferred to diode D1 in synchronization with the timing when transistor Q2 is turned off. To the positive electrode line PL3, the voltage of the positive electrode line PL3 is boosted to a voltage higher than that of the positive electrode line PL1.
なお、正極ラインPL1と正極ラインPL3との間で授受される電流量は、トランジスタQ1,Q2のデューティー比によって決まる。すなわち、トランジスタQ2のオンデューティー比が大きくなると、コイルCLに蓄積されるエネルギーが大きくなるので、正極ラインPL1から正極ラインPL3へ流れる電流が大きくなる。一方、トランジスタQ1のオンデューティー比が大きくなると、高圧側の正極ラインPL3から低圧側の正極ラインPL1へ流れる電流が大きくなる。 The amount of current exchanged between positive electrode line PL1 and positive electrode line PL3 is determined by the duty ratio of transistors Q1 and Q2. That is, as the on-duty ratio of transistor Q2 increases, the energy stored in coil CL increases, so the current flowing from positive line PL1 to positive line PL3 increases. On the other hand, when the on-duty ratio of the transistor Q1 increases, the current flowing from the high-voltage side positive line PL3 to the low-voltage side positive line PL1 increases.
図4は、図1に示したECU30の機能ブロック図である。図4を参照して、ECU30は、コンバータ制御部32と、インバータ制御部34,36とを含む。
FIG. 4 is a functional block diagram of
コンバータ制御部32は、電圧VB1,VB2,VH、電流I1,I2および温度Tの各検出値、ならびに要求パワーPに基づいて、コンバータ10,12の各々のトランジスタQ1,Q2をオン/オフするためのPWM(Pulse Width Modulation)信号を後述の制御構造に従って生成し、その生成したPWM信号を信号PWC1,PWC2としてそれぞれコンバータ10,12へ出力する。
インバータ制御部34は、モータジェネレータMG1のトルク指令値TR1、モータジェネレータMG1のモータ電流MCRT1およびロータ回転角θ1の各検出値、ならびに電圧VHの検出値に基づいて、インバータ20に含まれるトランジスタをオン/オフするためのPWM信号を生成し、その生成したPWM信号を信号PWI1としてインバータ20へ出力する。
インバータ制御部36は、モータジェネレータMG2のトルク指令値TR2、モータジェネレータMG2のモータ電流MCRT2およびロータ回転角θ2の各検出値、ならびに電圧VHの検出値に基づいて、インバータ22に含まれるトランジスタをオン/オフするためのPWM信号を生成し、その生成したPWM信号を信号PWI2としてインバータ22へ出力する。
なお、トルク指令値TR1,TR2は、たとえば、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度などに基づいて、図示されない車両ECUによって算出される。また、モータ電流MCRT1,MCRT2およびロータ回転角θ1,θ2の各々は、図示されないセンサによって検出される。 Torque command values TR1 and TR2 are calculated by a vehicle ECU (not shown) based on, for example, the accelerator opening, the brake depression amount, the vehicle speed, and the like. Motor currents MCRT1 and MCRT2 and rotor rotation angles θ1 and θ2 are detected by sensors (not shown).
図5は、図4に示したコンバータ制御部32の詳細な機能ブロック図である。図5を参照して、コンバータ制御部32は、パワー配分設定部102と、目標値設定部104と、信号生成部106−1,106−2とを含む。
FIG. 5 is a detailed functional block diagram of
パワー配分設定部102は、要求パワーP、および温度Tの検出値に基づいて、要求パワーPに対するコンバータ10,12の分担比率を設定する。
Based on the required power P and the detected value of temperature T, power
図6は、図5に示したパワー配分設定部102により設定されるコンバータ10,12の分担比率を示した図である。図6を参照して、横軸は、要求パワーPを示し、縦軸は、要求パワーPに対するコンバータ10の分担比率r(%)を示す。すなわち、コンバータ12の分担比率は(100−r)%となる。
FIG. 6 is a diagram showing the sharing ratio of
要求パワーPのしきい値Pth1は、たとえばコンバータ10が通電可能な最大パワー値に設定される。しきい値Pth2は、しきい値Pth1よりも大きな値に設定され、たとえば、コンバータ10が通電可能な最大パワーにコンバータ12が通電可能な最大パワーを足し合わせた値に設定される。そして、要求パワーPがしきい値Pth1以下のとき、分担比率rは(100−α)%に設定され(αについては後述)、要求パワーPがしきい値Pth1を超えると、要求パワーPの増加に従って分担比率rが減少する(すなわち、要求パワーPの増加に従ってコンバータ12の分担比率は増加する。)。そして、要求パワーPがしきい値Pth2を超えると、分担比率rは50%に設定される。
The threshold value Pth1 of the required power P is set to, for example, the maximum power value that can be applied to the
このように、要求パワーPが相対的に小さい領域では、コンバータ10の分担比率を高くするとともにコンバータ12の分担比率を低くし、要求パワーPが相対的に大きい領域では、要求パワーPの増加に従ってコンバータ10の分担比率を低下させるとともにコンバータ12の分担比率を増加させるのは、以下の理由による。
As described above, in the region where the required power P is relatively small, the sharing ratio of the
すなわち、上述のように、空冷式のコンバータ12は、水冷式のコンバータ10よりも冷却性能が劣り、コンバータ10に比べて温度上昇による出力制限にかかりやすい。そこで、要求パワーPが相対的に小さい領域では、コンバータ12の分担比率を低くすることによってコンバータ12に熱的な余裕を持たせ、要求パワーPが増大してコンバータ12の負担が増加したときにコンバータ12において温度上昇による出力制限がかかるのをできる限り回避することとしたものである。
That is, as described above, the air-cooled
ここで、上記の分担比率rは、温度Tに応じて変化する補正値αによって補正される。
図7は、温度Tと補正値αとの関係を示した図である。図7を参照して、温度Tが低下するほど、補正値αは大きな値となる。また、温度Tがしきい値Tth1を超えると、補正値αは0となる。
Here, the above-described sharing ratio r is corrected by a correction value α that changes according to the temperature T.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the temperature T and the correction value α. Referring to FIG. 7, the correction value α increases as the temperature T decreases. When the temperature T exceeds the threshold value Tth1, the correction value α becomes 0.
したがって、再び図6を参照して、温度Tが低いほど、補正値αは大きくなるので、分担比率rは低くなる。このように温度Tに応じて分担比率rを補正するのは、以下の理由による。すなわち、蓄電装置B1,B2の蓄電状態(以下「SOC(State of Charge)」と称する。)はできるだけバランスさせるのが好ましい。そこで、温度Tが低くコンバータ12の冷却性が高いときは、コンバータ12において温度上昇による出力制限にかかる可能性は低いので、分担比率rを低下させて、すなわちコンバータ10,12の分担比率を均等方向に近づけることによって、蓄電装置B1,B2のSOCをできるだけバランスさせることとしたものである。
Therefore, referring again to FIG. 6, the lower the temperature T, the larger the correction value α, and the lower the sharing ratio r. The reason why the sharing ratio r is corrected according to the temperature T is as follows. That is, it is preferable to balance the power storage states of power storage devices B1 and B2 (hereinafter referred to as “SOC (State of Charge)”) as much as possible. Therefore, when the temperature T is low and the cooling performance of the
再び図5を参照して、パワー配分設定部102は、図6,図7に示した関係に従って分担比率rを設定すると、その設定された分担比率rを目標値設定部104へ出力する。
Referring to FIG. 5 again, power
目標値設定部104は、要求パワーP、パワー配分設定部102によって設定された分担比率r、および電圧VB1,VB2の検出値に基づいて、電圧VHの目標値VRおよび電流I2の目標値IRを設定する。具体的には、目標値設定部104は、電圧VB1,VB2よりも高い規定の電圧を目標値VRとして設定する。また、目標値設定部104は、コンバータ12の分担比率(100−r)を要求パワーPに乗算することによってコンバータ12のパワー目標値を算出し、その算出されたパワー目標値を電圧VB2で除算することによって目標値IRを算出する。
The target
信号生成部106−1は、減算部108−1,112−1と、比例積分制御部110−1と、変調部114−1とを含む。減算部108−1は、目標値設定部104によって設定された目標値VRから電圧VHを減算し、その演算結果を比例積分制御部110−1へ出力する。比例積分制御部110−1は、目標値VRと電圧VHとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部112−1へ出力する。この減算部108−1および比例積分制御部110−1は、電圧フィードバック制御要素を構成する。
Signal generation unit 106-1 includes subtraction units 108-1, 112-1, a proportional integration control unit 110-1, and a modulation unit 114-1. Subtraction unit 108-1 subtracts voltage VH from target value VR set by target
減算部112−1は、電圧値VB1/目標値VRで示されるコンバータ10の理論昇圧比の逆数から比例積分制御部110−1の出力を減算し、その演算結果をデューティー指令Ton1として変調部114−1へ出力する。
The subtracting unit 112-1 subtracts the output of the proportional-integral control unit 110-1 from the inverse of the theoretical boost ratio of the
そして、変調部114−1は、デューティー指令Ton1と図示されない発振部により生成される搬送波(キャリア波)とに基づいて信号PWC1を生成し、その生成した信号PWC1をコンバータ10のトランジスタQ1,Q2へ出力する。
Modulation section 114-1 generates
なお、変調部114−1に入力されるデューティー指令Ton1は、コンバータ10の上アームを構成するトランジスタQ1のオンデューティー比に相当し、0から1までの値をとる。そして、コンバータ10は、デューティー指令Ton1が大きいほど昇圧比が低くなるように制御され、デューティー指令Ton1が小さいほど昇圧比が高くなるように制御される。
Duty command Ton1 input to modulation unit 114-1 corresponds to the on-duty ratio of transistor Q1 constituting the upper arm of
信号生成部106−2は、減算部108−2,112−2と、比例積分制御部110−2と、変調部114−2とを含む。減算部108−2は、目標値設定部104によって設定された目標値IRから電流I2を減算し、その演算結果を比例積分制御部110−2へ出力する。比例積分制御部110−2は、目標値IRと電流I2との偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部112−2へ出力する。この減算部108−2および比例積分制御部110−2は、電流フィードバック制御要素を構成する。
Signal generation unit 106-2 includes subtraction units 108-2 and 112-2, proportional-integral control unit 110-2, and modulation unit 114-2. Subtraction unit 108-2 subtracts current I2 from target value IR set by target
減算部112−2は、電圧値VB2/目標値VRで示されるコンバータ12の理論昇圧比の逆数から比例積分制御部110−2の出力を減算し、その演算結果をデューティー指令Ton2として変調部114−2へ出力する。
Subtraction unit 112-2 subtracts the output of proportional-integral control unit 110-2 from the inverse of the theoretical boost ratio of
そして、変調部114−2は、デューティー指令Ton2と図示されない発振部により生成される搬送波(キャリア波)とに基づいて信号PWC2を生成し、その生成した信号PWC2をコンバータ12のトランジスタQ1,Q2へ出力する。
Modulation section 114-2 generates
なお、変調部114−2に入力されるデューティー指令Ton2は、コンバータ12の上アームを構成するトランジスタQ1のオンデューティー比に相当し、0から1までの値をとる。
The duty command Ton2 input to the modulation unit 114-2 corresponds to the on-duty ratio of the transistor Q1 constituting the upper arm of the
このコンバータ制御部32においては、パワー配分設定部102によってコンバータ10,12の分担比率が設定され、目標値設定部104によって電圧VHの目標値VRおよび電流I2の目標値IRが設定される。そして、信号生成部106−1によって、電圧VHを目標値VRに制御するための信号PWC1が生成され、信号生成部106−2によって、設定された分担比率に従うパワーをコンバータ12が出力するための信号PWC2が生成される。なお、コンバータ10ではパワーは積極的に制御されないけれども、コンバータ12のパワーを制御し、かつ、コンバータ10により電圧VHを目標値VRに制御することによって、コンバータ10の出力パワーは結果的に分担比率rに従う。
In
なお、上記において、補正値αを常時0とし、要求パワーPがしきい値Pth1以下のときはコンバータ12をシャットダウンするようにしてもよい。この場合、パワー配分設定部102は、要求パワーPがしきい値Pth1以下のとき、コンバータ12のシャットダウンを要求する信号SDを生成してコンバータ12へ出力し、コンバータ12は、信号SDを受けるとシャットダウンするようにすればよい。
In the above description, the correction value α may always be 0, and the
また、上記においては、しきい値Pth1は、コンバータ10が通電可能な最大パワー値に設定されるものとしたが、コンバータ10が通電可能な最大パワーよりも小さな値にに設定してもよい。また、しきい値Pth2は、コンバータ10が通電可能な最大パワーにコンバータ12が通電可能な最大パワーを足し合わせた値に設定されるものとしたが、しきい値Pth1よりも大きい範囲で、コンバータ10,12の最大パワーの合計値よりも小さな値に設定してもよい。
In the above description, threshold value Pth1 is set to the maximum power value at which
以上のように、この実施の形態1においては、電源システム1は、蓄電装置B1およびコンバータ10に加えて、蓄電装置B2およびコンバータ12を含む。コンバータ12は、空冷式であり、低コストであるけれども、水冷式のコンバータ10と比べて相対的に冷却性能が劣る。そこで、ECU30は、電源システム1に対する要求パワーPがしきい値Pth1以下のとき、コンバータ10の分担比率がコンバータ12の分担比率よりも大きくなるようにコンバータ10,12を制御する。これにより、コンバータ12の通電量が抑えられ、コンバータ12の温度上昇が抑えられる。そして、ECU30は、要求パワーPがしきい値Pth1を超えると、要求パワーPの増加に従ってコンバータ12の分担比率が増加するようにコンバータ10,12を制御する。これにより、コンバータ10では不足するパワーがコンバータ12によってアシストされる。したがって、この実施の形態1によれば、空冷式のコンバータ12を採用することにより、電源システム1の大容量化を低コストで実現することができる。
As described above, in the first embodiment,
また、この実施の形態1によれば、コンバータ12は、車両後方に配設されるので、エンジンルーム内の装置レイアウトを変更することなく、コンバータ12を容易に追加搭載することができる。
In addition, according to the first embodiment,
さらに、この実施の形態1によれば、温度Tにより変化する補正値αによってコンバータ10,12の分担比率を補正するようにしたので、蓄電装置B1,B2のSOCのバランスも考慮しつつ、車外の環境に応じてコンバータ10,12の分担比率を適切に設定することができる。
Further, according to the first embodiment, since the sharing ratio of
なお、補正値αを常時0とし、要求パワーPがしきい値Pth1以下のときはコンバータ12をシャットダウンするようにすれば、コンバータ12における損失を低減可能である。
If the correction value α is always 0 and the
[変形例1]
上述のように、蓄電装置B1,B2のSOCはできるだけバランスさせるのが好ましいので、コンバータ10,12の分担比率を補正値αによって補正するのとは別に、コンバータ12の発熱が大きくならない範囲でコンバータ12にパワーを分担させるようにしてもよい。
[Modification 1]
As described above, it is preferable to balance the SOCs of power storage devices B1 and B2 as much as possible. Therefore, in addition to correcting the sharing ratio of
図8は、この変形例1におけるコンバータ10,12の分担比率を示した図である。図8を参照して、要求パワーPがしきい値Pth1以下のとき、分担比率rは(100−α−Δr)%に設定される。ここで、オフセット値Δrは、蓄電装置B1,B2のSOCのバランスを考慮したうえで、コンバータ12に熱的な余裕を持たせることが可能な適当な値に設定される。
FIG. 8 is a diagram showing the sharing ratio of
なお、要求パワーPがしきい値Pth1を超えると、要求パワーPの増加に従って分担比率rが減少し(すなわち、要求パワーPの増加に従ってコンバータ12の分担比率は増加する。)、要求パワーPがしきい値Pth2を超えると、分担比率rが50%に設定されるのは、上記の実施の形態1と同様である。
If required power P exceeds threshold value Pth1, share ratio r decreases as request power P increases (that is, the share ratio of
[変形例2]
図9は、変形例2におけるコンバータ10,12の分担比率を示した図である。図9を参照して、要求パワーPが0のとき分担比率rが100%に設定され、要求パワーPの増加に従って分担比率rが減少する。すなわち、要求パワーPが0のとき、コンバータ12の分担比率は0であり、要求パワーPの増加に従ってコンバータ12の分担比率が増加する。そして、要求パワーPがしきい値Pth2を超えると、分担比率rは50%に設定される。
[Modification 2]
FIG. 9 is a diagram showing the sharing ratio of
この変形例2によっても、蓄電装置B1,B2のSOCのバランスを考慮しつつ、コンバータ12に熱的な余裕を持たせることが可能である。
Also according to the second modification, it is possible to allow the
[実施の形態2]
実施の形態2では、外気温センサ62に代えて、コンバータ10,12の温度が検出され、その検出温度に応じて補正値αが設定される。
[Embodiment 2]
In
図10は、実施の形態2による電源システムを搭載した電動車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図10を参照して、このハイブリッド車両100Aは、図1に示した実施の形態1におけるハイブリッド車両100の構成において、電源システム1に代えて電源システム1Aを備える。電源システム1Aは、電源システム1の構成において、外気温センサ62に代えて温度センサ64,66を含む。
FIG. 10 is an overall block diagram of a hybrid vehicle shown as an example of an electric vehicle equipped with the power supply system according to the second embodiment. Referring to FIG. 10,
温度センサ64は、コンバータ10の温度T1を検出し、その検出値をECU30へ出力する。温度センサ66は、コンバータ12の温度T2を検出し、その検出値をECU30へ出力する。
なお、ハイブリッド車両100Aのその他の構成は、ハイブリッド車両100と同じである。
The other configuration of
図11は、この実施の形態2における補正値αを示した図である。図11を参照して、コンバータ12の温度T2が低下するほど、補正値αは大きな値となる。なお、温度T2がしきい値Tth2以上のときは、補正値αは0となる。
FIG. 11 is a diagram showing the correction value α in the second embodiment. Referring to FIG. 11, the correction value α increases as the temperature T2 of the
この実施の形態2では、コンバータ12の温度T2が低いほど、コンバータ12において温度上昇による出力制限にかかる可能性は低いので、分担比率rを低下させて、すなわちコンバータ10,12の分担比率を均等方向に近づけることによって、蓄電装置B1,B2のSOCをできるだけバランスさせることとしたものである。
In the second embodiment, the lower the temperature T2 of the
なお、コンバータ10の温度T1を補正値αに反映させてもよい。
図12は、コンバータ10の温度T1と補正値αを示した図である。図12を参照して、コンバータ10の温度T1がしきい値Tth3を超えると、温度T1が上昇するほど補正値αは大きな値となる。
Note that the temperature T1 of the
FIG. 12 is a diagram showing the temperature T1 of the
したがって、コンバータ10の温度T1が高くなるほど、補正値αは大きくなるので、コンバータ10の分担比率rの最大値は低くなる。すなわち、コンバータ10の負担が軽減され、コンバータ10において温度上昇による出力制限がかかるのをできる限り回避することが可能となる。
Therefore, as the temperature T1 of the
なお、コンバータ10の温度T1とコンバータ12の温度T2とに適当な重み付けを付して、温度T1,T2に応じて補正値αを決定するようにしてもよい。
Note that the correction value α may be determined according to the temperatures T1 and T2 by appropriately weighting the temperature T1 of the
以上のように、この実施の形態2によっても、実施の形態1と同様の効果を得ることが可能である。 As described above, according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
なお、上記の各実施の形態においては、要求パワーPがしきい値Pth2を超えると、コンバータ10,12の分担比率は50%に設定されるものとしたが、この設定値は50%以外であってもよい。たとえば、蓄電装置B1,B2の容量に応じた値に設定してもよい。
In each of the above embodiments, when required power P exceeds threshold value Pth2, the sharing ratio of
また、上記の各実施の形態においては、水冷式のコンバータ10は、電圧VHに基づく電圧フィードバック制御とし、空冷式のコンバータ12は、電流I2に基づく電流フィードバック制御(電力フィードバック制御)としたが、コンバータ10,12の制御は、これらの制御に限定されるものではない。但し、コンバータ10,12の少なくとも一方において、電力制御または電流制御を行なう必要がある。
In each of the above embodiments, the water-cooled
また、上記の各実施の形態においては、動力分割機構4を用いてエンジン2の動力がモータジェネレータMG1と車輪6とに分配される、いわゆるシリーズ/パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、エンジン2の動力をモータジェネレータMG1による発電のみに用い、モータジェネレータMG2のみを用いて車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両にも、この発明は適用可能である。
In each of the above embodiments, a so-called series / parallel type hybrid vehicle in which the power of the
また、この発明は、エンジン2を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、電源として燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。
Further, the present invention can be applied to an electric vehicle that does not include the
なお、上記において、インバータ20,22およびモータジェネレータMG1,MG2は、この発明における「負荷装置」および「駆動力発生部」の一実施例を形成し、正極ラインPL3および負極ラインNLは、この発明における「電力線」の一実施例に対応する。また、蓄電装置B1,B2は、それぞれこの発明における「第1の蓄電装置」および「第2の蓄電装置」の一実施例に対応し、コンバータ10,12は、それぞれこの発明における「第1の電圧変換装置」および「第2の電圧変換装置」の一実施例に対応する。
In the above,
さらに、ECU30のコンバータ制御部32は、この発明における「制御部」の一実施例に対応し、温度センサ62,66の各々は、この発明における「温度検出装置」の一実施例に対応する。また、さらに、吸気ダクト78、冷却ファン80および排気ダクト82は、この発明における「空冷装置」の一実施例を形成する。
Further,
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
2 エンジン、4 動力分割機構、6 車輪、10,12 コンバータ、20,22 インバータ、30 ECU、32 コンバータ制御部、34,36 インバータ制御部、42,44,46 電圧センサ、52,54 電流センサ、62 外気温センサ、64,66 温度センサ、70 蓄電パック、72 ラジエータ、74 冷却水路、76 吸気口、78 吸気ダクト、80 冷却ファン、82 排気ダクト、84 排気口、100 ハイブリッド車両、102 パワー配分設定部、104 目標値設定部、106−1 信号生成部、108−1,108−2,112−1,112−2 減算部、110−1,110−2 非成績分制御部、114−1,114−2 変調部、B1,B2 蓄電装置、C コンデンサ、MG1,MG2 モータジェネレータ、PL1〜PL3 正極ライン、NL 負極ライン、Q1,Q2 トランジスタ、D1,D2 ダイオード、CL コイル、FR,FL 前輪、RR,RL 後輪。 2 engine, 4 power split mechanism, 6 wheels, 10, 12 converter, 20, 22 inverter, 30 ECU, 32 converter control unit, 34, 36 inverter control unit, 42, 44, 46 voltage sensor, 52, 54 current sensor, 62 Outside air temperature sensor, 64, 66 Temperature sensor, 70 Power storage pack, 72 Radiator, 74 Cooling water channel, 76 Inlet port, 78 Inlet duct, 80 Cooling fan, 82 Exhaust duct, 84 Exhaust port, 100 Hybrid vehicle, 102 Power distribution setting Part, 104 target value setting part, 106-1 signal generation part, 108-1, 108-2, 112-1, 112-2 subtraction part, 110-1, 110-2 non-results control part, 114-1, 114-2 Modulation unit, B1, B2 power storage device, C capacitor, MG1, MG2 Motor generator , PL1 to PL3 positive line, NL negative line, Q1, Q2 transistors, D1, D2 diode, CL coils, FR, FL wheel, RR, RL rear wheel.
Claims (6)
当該電源システムと前記負荷装置との間で電力を授受するための電力線と、
充放電可能な第1および第2の蓄電装置と、
前記第1の蓄電装置に対応して設けられ、前記第1の蓄電装置と前記電力線との間で電圧変換可能に構成された水冷式の第1の電圧変換装置と、
前記第2の蓄電装置に対応して設けられ、前記第2の蓄電装置と前記電力線との間で電圧変換可能に構成された空冷式の第2の電圧変換装置と、
当該電源システムに対する要求パワーが基準値以下のとき、前記第1の電圧変換装置が負担する前記要求パワーの分担比率が前記第2の電圧変換装置の分担比率よりも大きくなるように前記第1および第2の電圧変換装置を制御し、前記要求パワーが前記基準値を超えると、前記要求パワーの増加に従って前記第2の電圧変換装置の分担比率が増加するように前記第1および第2の電圧変換装置を制御する制御装置とを備える電源システム。 A power supply system capable of transferring power to and from a load device,
A power line for transferring power between the power supply system and the load device;
Chargeable and dischargeable first and second power storage devices;
A water-cooled first voltage conversion device provided corresponding to the first power storage device and configured to be capable of voltage conversion between the first power storage device and the power line;
An air-cooled second voltage converter configured to correspond to the second power storage device and configured to be capable of voltage conversion between the second power storage device and the power line;
When the required power for the power supply system is less than or equal to a reference value, the first and second voltage converters share a ratio of the required power that is borne by the first voltage converter so that the first and second voltage converters When the second voltage conversion device is controlled and the required power exceeds the reference value, the first voltage and the second voltage are increased so that the sharing ratio of the second voltage conversion device increases as the required power increases. A power supply system comprising a control device that controls the conversion device.
前記制御装置は、前記温度の低下に応じて前記第2の電圧変換装置の分担比率が増加するように前記第1および第2の電圧変換装置を制御する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源システム。 A temperature detecting device for detecting the temperature of the cooling air supplied to the second voltage converter;
4. The control device according to claim 1, wherein the control device controls the first voltage conversion device and the second voltage conversion device so that a sharing ratio of the second voltage conversion device increases in accordance with a decrease in the temperature. 5. The power supply system according to claim 1.
前記制御装置は、前記温度の低下に応じて前記第2の電圧変換装置の分担比率が増加するように前記第1および第2の電圧変換装置を制御する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源システム。 A temperature detection device for detecting the temperature of the second voltage conversion device;
4. The control device according to claim 1, wherein the control device controls the first voltage conversion device and the second voltage conversion device so that a sharing ratio of the second voltage conversion device increases in accordance with a decrease in the temperature. 5. The power supply system according to claim 1.
前記電源システムから電力の供給を受けて車両の駆動力を発生する駆動力発生部と、
前記電源システムに含まれる前記第1の電圧変換装置の冷媒を冷却するラジエータと、
前記電源システムに含まれる前記第2の電圧変換装置を空冷する空冷装置とを備え、
前記ラジエータは、車両最前部に配設され、
前記第1の電圧変換装置は、車両前方に配設され、
前記第2の電圧変換装置および前記空冷装置は、車両後方に配設される、電動車両。 The power supply system according to any one of claims 1 to 5,
A driving force generator that receives power from the power supply system and generates a driving force of the vehicle;
A radiator that cools the refrigerant of the first voltage converter included in the power supply system;
An air cooling device for air-cooling the second voltage conversion device included in the power supply system,
The radiator is disposed at the front of the vehicle,
The first voltage converter is disposed in front of the vehicle,
The second voltage conversion device and the air-cooling device are electrically powered vehicles disposed at the rear of the vehicle.
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