JP4704417B2 - Vehicle equipped with a DC / DC converter device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、直流電圧を昇降圧するDC/DCコンバータ装置を搭載した車両に関する。 This invention relates to a vehicle equipped with a D C / DC converter apparatus that push elevating the DC voltage.
従来から、MOSFETあるいはIGBT等のスイッチング素子を用いたスイッチング電源であるDC/DCコンバータ装置が広汎に利用されている。 Conventionally, DC / DC converter devices, which are switching power supplies using switching elements such as MOSFETs or IGBTs, have been widely used.
例えば、走行駆動源としてモータを用いる車両の一形態として、蓄電装置とインバータ駆動モータとの間に直流電圧を昇降圧するDC/DCコンバータ装置が介装された車両(ここでは、電気自動車という。)が提案されている。この電気自動車では、モータの駆動時に、DC/DCコンバータ装置により蓄電装置の電圧を昇圧してインバータに印加し、モータの回生時には、インバータに発生する回生電圧をDC/DCコンバータ装置により降圧して蓄電装置側に印加して充電等する。 For example, as one form of a vehicle using a motor as a travel drive source, a vehicle (herein referred to as an electric vehicle) in which a DC / DC converter device for stepping up / down a DC voltage is interposed between a power storage device and an inverter drive motor. Has been proposed. In this electric vehicle, when the motor is driven, the voltage of the power storage device is boosted by the DC / DC converter device and applied to the inverter, and during regeneration of the motor, the regenerative voltage generated in the inverter is stepped down by the DC / DC converter device. The battery is charged by being applied to the power storage device side.
また、走行駆動源としてモータを用いる車両の他の形態として、燃料電池とインバータ駆動モータとを直接接続し、この接続点と蓄電装置との間に直流電圧を昇降圧するDC/DCコンバータ装置が介装され、燃料電池を主電源装置とし、蓄電装置を前記主電源装置をアシストする従電源装置とした車両(ここでは、燃料電池車両という。)も提案されている。 Further, as another form of vehicle using a motor as a travel drive source, a DC / DC converter device that directly connects a fuel cell and an inverter drive motor and steps up / down a DC voltage between the connection point and the power storage device is provided. There has also been proposed a vehicle (herein referred to as a fuel cell vehicle) in which a fuel cell is used as a main power supply device and a power storage device is a sub power supply device that assists the main power supply device.
この燃料電池車両では、モータの駆動時に、燃料電池の電圧とDC/DCコンバータ装置により昇圧した蓄電装置の電圧とを併合してインバータに印加し、モータの回生時には、インバータに発生する回生電圧をDC/DCコンバータ装置により降圧して蓄電装置側に印加して充電等する。また、燃料電池の発生電力に余剰分があるとき、降圧して蓄電装置側に印加して充電等する。 In this fuel cell vehicle, when the motor is driven, the voltage of the fuel cell and the voltage of the power storage device boosted by the DC / DC converter device are combined and applied to the inverter, and when the motor is regenerated, the regenerative voltage generated in the inverter is applied. The voltage is stepped down by the DC / DC converter device, applied to the power storage device side, and charged. Further, when there is a surplus in the generated power of the fuel cell, it is stepped down, applied to the power storage device side, and charged.
図13は、電気自動車に適用される特許文献1に開示されたDC/DCコンバータ装置16を示している。このDC/DCコンバータ装置16は、基本的には、リアクトル2A、2B、2C(2A〜2C)と、ダイオード7A、7B、7C(7A〜7C)、8A、8B、8C(8A〜8C)がトランジスタ3A、3B、3C(3A〜3C)、4A、4B、4C(4A〜4C)に逆並列接続されたスイッチング部とからなるDC/DCコンバータ6と、DC/DCコンバータ6を駆動制御する制御手段5とから構成される。
FIG. 13 shows a DC /
DC/DCコンバータ装置16は、低圧側TLの直流電源1の電圧をm倍昇圧して高圧側THの負荷11に印加する電圧に変換する機能と、逆に高圧側THの電圧をm分の1に降圧して低圧側TLの直流電源1に印加する機能を合わせ持つ。
The DC /
このDC/DCコンバータ装置16は、図14に示すように、昇圧時に、スイッチング周期2π中、例えば、デューティが1/3で駆動されると、3相アーム中、下アームスイッチング素子の各トランジスタ4A〜4Cが制御手段5からの駆動信号ULA、ULB、ULC(ULA〜ULC)によって位相が2π/3ずれた状態でオンされる。
As shown in FIG. 14, when the DC /
各トランジスタ4A〜4Cがオンされているときには、各リアクトル2A〜2Cの各トランジスタ4A〜4C側が接地されることになるので、各リアクトル2A〜2Cには直流電源1から電流が接地に向かって流れる。このとき各リアクトル2A〜2Cには、流れる電流の2乗と各リアクトル2A〜2Cのインダクタンスの積に比例するエネルギが蓄えられる。
When the
次に、各トランジスタ4A〜4CがオンからOFFになると、リアクトル2A〜2Cに蓄えられたエネルギに応じた電流がダイオード7A〜7Cを通じて高圧側THに流れる。このとき高圧側THの電圧は電圧検出回路6aによって監視されている。
Next, when each of the
一方、降圧時には、3相アーム中、上アームスイッチング素子の各トランジスタ3A〜3Cが制御手段5からの駆動信号UHA、UHB、UHC(UHA〜UHC)によって位相が2π/3ずれた状態で順次オンされる。各トランジスタ3A〜3Cがオンされることにより高圧側THからトランジスタ3A〜3C及びリアクトル2A〜2Cを通って低圧側TLの直流電源1へと電流が流れ、リアクトル2A〜2Cにエネルギが蓄えられる。
On the other hand, at the time of step-down, in the three-phase arm, the
次に、各トランジスタ3A〜3Cが順次OFFとされると、ダイオード8A〜8Cが対応して順次オンされ、接地からダイオード8A〜8C及びリアクトル2A〜2Cを通じて直流電源1に電流が流れる降圧回路として動作する。
Next, when each of the
昇降圧型のDC/DCコンバータ装置において、MOSFETあるいはIGBT等のスイッチング素子の電流定格を上回る出力電流値が必要とされる場合、1相アームではなく、上述したような多相アームのDC/DCコンバータ装置16の構成とされ、各相アームに出力電流値が分配される。そのため、従来技術に係る多相アームのDC/DCコンバータ装置では、その相数分の、図13例では、3相分の3個のリアクトル2A〜2Cが必要になる。
In a step-up / step-down DC / DC converter device, when an output current value exceeding the current rating of a switching element such as a MOSFET or an IGBT is required, a DC / DC converter having a multi-phase arm as described above instead of a single-phase arm The output current value is distributed to each phase arm. Therefore, in the DC / DC converter device of the multiphase arm according to the conventional technique, three
ところで、リアクトルは、インピーダンスが周波数に比例して大きくなるので、同一出力電流値では周波数が低いほどインダクタンス値の大きなリアクトルが必要とされる。また、抵抗損失を少なくするためにQの小さなリアクトルが好ましいが、Qの小さなリアクトルを作るためには太い導線が必要になる。 By the way, since the impedance of the reactor increases in proportion to the frequency, a reactor having a larger inductance value is required as the frequency is lower at the same output current value. In order to reduce resistance loss, a reactor having a small Q is preferable, but a thick conductor is required to make a reactor having a small Q.
DC/DCコンバータ装置は、できるだけ小型・軽量であることが望ましいが、その多相アームの相数に対応した数のリアクトルがDC/DCコンバータ装置の小型・軽量化を図る際の障害の1つになっている。 The DC / DC converter device is desirably as small and light as possible. However, the number of reactors corresponding to the number of phases of the multiphase arm is one of the obstacles to reducing the size and weight of the DC / DC converter device. It has become.
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、多相アームのDC/DCコンバータ装置の小型・軽量化を図ることを可能とするDC/DCコンバータ装置を搭載した車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, a vehicle equipped with a D C / DC converter device you allow to reduce the size and weight of the DC / DC converter of the multi-phase arm The purpose is to provide.
この発明では、それぞれ逆方向に並列にダイオードが接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との直列回路からなる3相以上の相アームが蓄電装置(以下、第1電力装置ともいう。)と、走行用モータ又は走行用モータ及び燃料電池(以下、第2電力装置ともいう。)と、の間に並列に接続された多相アームと、前記多相アームの各相アームの中点を共通接続し、共通接続した中点と前記第1電力装置又は前記第2電力装置のいずれか一方との間に挿入配置されたリアクトルと、を有する昇降圧可能なDC/DCコンバータと、該DC/DCコンバータを駆動制御する制御部と、備えるDC/DCコンバータ装置を搭載し、前記蓄電装置から前記DC/DCコンバータを通じて前記走行用モータに電力が供給されるとともに、前記走行用モータの回生電力が前記DC/DCコンバータを通じて前記蓄電装置側に供給される。 In the present invention, a phase arm of three or more phases comprising a series circuit of an upper arm switching element and a lower arm switching element each having a diode connected in parallel in the opposite direction is a power storage device (hereinafter also referred to as a first power device). A multiphase arm connected in parallel between the traveling motor or the traveling motor and a fuel cell (hereinafter also referred to as a second electric power device), and a midpoint of each phase arm of the multiphase arm. A DC / DC converter capable of step-up / step-down , having a common connection, a commonly connected midpoint, and a reactor inserted and disposed between either the first power device or the second power device ; and the DC A DC / DC converter device equipped with a control unit for driving / controlling the DC / DC converter is mounted, and electric power is supplied from the power storage device to the traveling motor through the DC / DC converter. Both regenerative power of the traction motor is supplied to said power storage device side through the DC / DC converter.
この発明によれば、多相アームの各相アームの中点を共通接続し、共通接続した中点と第1電力装置又は第2電力装置のいずれか一方との間にリアクトルを挿入配置するという特徴的な構成を採用したことにより、多相アームで昇降圧可能なDC/DCコンバータを1個のリアクトルで実現することができる。 According to the present invention, the midpoints of the respective phase arms of the multiphase arm are commonly connected, and the reactor is inserted and disposed between the commonly connected midpoint and either the first power device or the second power device. By adopting a characteristic configuration, a DC / DC converter that can be stepped up and down with a polyphase arm can be realized with a single reactor.
この発明では、リアクトルが1つでよいので、小型・軽量化を図れる。 In this invention , since only one reactor is required, the size and weight can be reduced.
また、リアクトルの数を1個にすることができるので、多相アームの相数が増加すればするほど、従来技術に係る多相アームのDC/DCコンバータに比較して小型・軽量化を図れる。 Further, since the number of reactors can be reduced to one, the smaller the number of phases of the multiphase arm, the smaller and lighter the weight can be achieved as compared with the DC / DC converter of the multiphase arm according to the prior art. .
前記DC/DCコンバータを駆動制御する制御部により、前記3相以上の相アームを1スイッチング周期毎に交替してオンするとともに、前記相アームをオンするとき、降圧動作させる時には該相アームを構成する前記上アームスイッチング素子を1スイッチング周期内毎にオンし、昇圧動作させる時には前記下アームスイッチング素子を1スイッチング周期内毎にオンし、降圧動作と昇圧動作の遷移時には1スイッチング周期内毎に前記上下アームスイッチング素子を交互にオンする駆動信号を出力して前記DC/DCコンバータを駆動することにより、1個のリアクトルで昇降圧動作可能なDC/DCコンバータ装置が実現できる。
By the DC / DC converter driving control to that control part, as well as turned on replacement before
従来技術に係る多相アーム(理解の容易化のために3相アームとする。)のDC/DCコンバータは、1スイッチング周期2πの中で、3相上アーム(又は3相下アーム)の各リアクトルに1回通電されるが(図14参照)、この発明では、昇圧動作時又は降圧動作時には、1スイッチング周期2πの中で、3相上アームスイッチング素子(又は)3相下アームスイッチング素子でリアクトルに1回しか通電されない(図5、図6参照)。1スイッチング周期2πの中で、3相上アームスイッチング素子及び3相下アームスイッチング素子で交互にリアクトルに1回通電することもこの発明に含まれる(図7参照)。 A DC / DC converter of a polyphase arm according to the prior art (a three-phase arm for ease of understanding) is provided for each of the three-phase upper arm (or the three-phase lower arm) in one switching cycle 2π. Although the reactor is energized once (see FIG. 14), in the present invention, during the step-up operation or step-down operation, the three-phase upper arm switching element (or) the three-phase lower arm switching element in one switching cycle 2π. The reactor is energized only once (see FIGS. 5 and 6). It is also included in the present invention that the reactor is energized once alternately by the three-phase upper arm switching element and the three-phase lower arm switching element within one switching period 2π (see FIG. 7).
この発明では、リアクトルが1個であるので、リアクトルの動作周波数が実質的に3倍になる。動作周波数が3倍になると、インダクタンス値を1/3にすればよいので、その分リアクトルの大きさを小型化できる。 In this invention, since there is one reactor, the operating frequency of the reactor is substantially tripled. When the operating frequency is tripled, the inductance value may be reduced to 1/3, and the size of the reactor can be reduced accordingly.
この発明では、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が同時にオンされることがなく、かつ異なる相アームが同時にオンされることがない。したがって、常時、多くても1つのスイッチング素子がオン状態とされるのみである。よって、放熱性に優れる(放熱設計が容易である)。結果として、DC/DCコンバータ装置の大きさを小型化し、かつ重量を軽量化することができる。 In the present invention , the upper arm switching element and the lower arm switching element are not simultaneously turned on, and different phase arms are not simultaneously turned on. Therefore, at most one switching element is always turned on. Therefore, it has excellent heat dissipation (heat dissipation design is easy). As a result, the size of the DC / DC converter device can be reduced and the weight can be reduced.
この場合、前記制御部は、前記相アームを構成する前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子を交互にオンするときデッドタイムを挟んで交互にオンし、かつ前記多相アームを構成する前記相アームをデッドタイムを挟んで交替してオンするようにすることで、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との短絡及び相アーム間の短絡を防止することができる。 In this case, when the upper arm switching element or the lower arm switching element constituting the phase arm is alternately turned on, the control unit is alternately turned on with a dead time interposed therebetween, and the polyphase arm is constituted. By turning on the phase arm with the dead time interleaved, a short circuit between the upper arm switching element and the lower arm switching element and a short circuit between the phase arms can be prevented.
なお、言うまでもないが、放熱設計が若干困難になることを許容すれば、スイッチング素子の定格電流以内(許容素子温度以内)の使用であることを条件として、上アームスイッチング素子を複数相同時にオンした後、デッドタイムを挟んで下アームスイッチング素子を複数相同時にオンすることもこの発明に含まれる。さらに、上アームスイッチング素子を複数同時にオンした後、デッドタイムを挟んで上アームスイッチング素子を複数同時にオンすること、あるいは下アームスイッチング素子を複数同時にオンした後、デッドタイムを挟んで下アームスイッチング素子を同時にオンすることもこの発明に含まれる(図12参照)。この場合においても、リアクトルの数は1個であるので、その分、小型・軽量化を図ることができる。 Needless to say, if it is allowed that the heat radiation design is slightly difficult, the upper arm switching element is turned on at the same time on the condition that it is used within the rated current of the switching element (within the allowable element temperature). Thereafter, the present invention includes turning on the lower arm switching elements simultaneously for a plurality of phases with a dead time interposed therebetween. Furthermore, after turning on a plurality of upper arm switching elements at the same time, turning on a plurality of upper arm switching elements at the same time with a dead time interposed therebetween, or turning on a plurality of lower arm switching elements at the same time and then turning on a plurality of lower arm switching elements at the same time with a lower arm switching element interposed therebetween. It is also included in the present invention to turn on simultaneously (see FIG. 12). Even in this case, since the number of reactors is one, the size and weight can be reduced accordingly.
この発明によれば、多相アームの各相アームの中点を共通接続し、共通接続した中点と第1電力装置又は第2電力装置のいずれか一方との間にリアクトルを挿入配置するという特徴的な構成を採用したことにより、多相アームで昇降圧可能なDC/DCコンバータを1個のリアクトルで実現することができる。 According to the present invention, the midpoints of the respective phase arms of the multiphase arm are commonly connected, and the reactor is inserted and disposed between the commonly connected midpoint and either the first power device or the second power device. By adopting a characteristic configuration, a DC / DC converter that can be stepped up and down with a polyphase arm can be realized with a single reactor.
この発明では、リアクトルが1つでよいので、小型・軽量化を図れる。 In this invention , since only one reactor is required, the size and weight can be reduced.
以下、この発明に係るDC/DCコンバータ装置の駆動方法を実施するDC/DCコンバータ装置が適用された車両等の実施形態について図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a vehicle or the like to which a DC / DC converter device that implements a method for driving a DC / DC converter device according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
図1に示すこの実施形態に係る燃料電池車両20は、基本的には、燃料電池22とエネルギストレージである蓄電装置(バッテリという。)24とから構成されるハイブリッド型の電源装置と、このハイブリッド型の電源装置から電流(電力)がインバータ34を通じて供給される走行用のモータ26と、バッテリ24が接続される1次側1Sと燃料電池22とモータ26(インバータ34)とが接続される2次側2Sとの間で電圧変換を行うDC/DCコンバータ装置{VCU(Voltage Control Unit)という。}23とから構成される。
A
VCU23は、DC/DCコンバータ36と、これを駆動制御するコンバータ制御部54とから構成される。
The
燃料電池22は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池22には、水素タンク28とエアコンプレッサ30が配管により接続されている。燃料電池22内で反応ガスである水素(燃料ガス)と空気(酸化剤ガス)の電気化学反応により生成された発電電流Ifは、電流センサ32及びダイオード(ディスコネクトダイオードともいう。)33を介して、インバータ34及び(又は)DC/DCコンバータ36に供給される。
The
インバータ34は、直流/交流変換を行い、モータ電流Imをモータ26に供給する一方、回生動作に伴う交流/直流変換後のモータ電流Imを2次側2SからDC/DCコンバータ36を通じて1次側1Sに供給する。
The
この場合、回生電圧又は発電電圧Vfである2次電圧V2がDC/DCコンバータ36により低電圧に変換された1次電圧V1は、ダウンバータ42により降圧されてさらに低電圧とされ、ランプ等の補機44に補機電流Iauとして供給されるとともに、余剰分があればバッテリ電流Ibatとしてバッテリ24を充電する。
In this case, the primary voltage V1 obtained by converting the secondary voltage V2 which is the regenerative voltage or the generated voltage Vf into a low voltage by the DC /
1次側1Sに接続されるバッテリ24は、例えばリチウムイオン2次電池又はキャパシタを利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン2次電池を利用している。
As the battery 24 connected to the
バッテリ24は、ダウンバータ42を通じて補機44に補機電流Iauを供給するとともに、DC/DCコンバータ36を通じてインバータ34にモータ電流Imを供給する。
The battery 24 supplies the auxiliary machine current Iau to the
1次側1S及び2次側2Sには、それぞれ平滑用のコンデンサ38、39が設けられている。2次側2Sのコンデンサ39には、並列に、すなわち燃料電池22に対しても並列に、抵抗器40が接続されている。
燃料電池22を含むシステムはFC制御部50により制御され、インバータ34とモータ26を含むシステムはインバータ駆動部を含むモータ制御部52により制御され、DC/DCコンバータ36を含むシステムはコンバータ駆動部を含むコンバータ制御部54により、それぞれ基本的に制御される。
The system including the
そして、これらFC制御部50、モータ制御部52、及びコンバータ制御部54は、上位の制御部であり燃料電池22の総負荷量Lt等を決定する統括制御部56により制御される。
The
統括制御部56、FC制御部50、モータ制御部52、及びコンバータ制御部54は、それぞれCPU、ROM、RAM、タイマの他、A/D変換器、D/A変換器等の入出力インタフェース、並びに、必要に応じてDSP(Digital Signal Processor)等を有している。
The
統括制御部56、FC制御部50、モータ制御部52、及びコンバータ制御部54は、車内LANであるCAN(Controller Area Network)等の通信線70を通じて相互に接続され、各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を共有し、これら各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各CPUが各ROMに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。
The
ここで、車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、発電電流Ifを検出する電流センサ32の他、1次電圧V1(バッテリ電圧Vbatに等しい。)を検出する電圧センサ61、1次電流I1を検出する電流センサ62、2次電圧V2(ディスコネクトダイオード33が導通しているとき、略燃料電池22の発電電圧Vfに等しい。)を検出する電圧センサ63、2次電流I2を検出する電流センサ64、通信線70に接続されるイグニッションスイッチ65、アクセルセンサ66,ブレーキセンサ67、車速センサ68、並びにコンバータ制御部54に接続される温度センサ69等がある。
Here, as various switches and various sensors for detecting the vehicle state, in addition to the
統括制御部56は、燃料電池22の状態、バッテリ24の状態、モータ26の状態、及び補機44の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力(負荷要求)に基づき決定した燃料電池車両20の総負荷要求量Ltから、燃料電池22が負担すべき燃料電池分担負荷量(要求出力)Lfと、バッテリ24が負担すべきバッテリ分担負荷量(要求出力)Lbと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Lrの配分(分担)を調停しながら決定し、FC制御部50、モータ制御部52及びコンバータ制御部54に指令を送出する。
The
DC/DCコンバータ36は、バッテリ24(第1電力装置)と第2電力装置{燃料電池22又は回生電源(インバータ34とモータ26)}との間に、それぞれIGBT等のスイッチング素子からなる上アームスイッチング素子81{81u、81v、81w(81u〜81w)}と、下アームスイッチング素子82{82u、82v、82w(82u〜82w)}とからなる3つの相アーム{U相アームUA(81u、82u)、V相アームVA(81v、82v)、W相アームWA(81w、82w)}が並列的に接続された3相アームとして構成されている。
The DC /
各アームスイッチング素子81u、81v、81w、82u、82v、82wには、それぞれ、逆方向にダイオード83u、83v、83w、84u、84v、84wが接続されている。
DC/DCコンバータ36により1次電圧V1と2次電圧V2との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する1個のリアクトル90が、3相アームの各相のアーム(U相アームUA、V相アームVA、W相アームWA)の中点の共通接続点とバッテリ24との間に挿入されている。
When the voltage is converted between the primary voltage V1 and the secondary voltage V2 by the DC /
上アームスイッチング素子81(81u〜81w)は、コンバータ制御部54から出力されるゲートの駆動信号(駆動電圧)UH、VH、WH(のハイレベル)によりそれぞれオンにされ、下アームスイッチング素子82(82u〜82w)は、ゲートの駆動信号(駆動電圧)UL、VL、WL(のハイレベル)によりそれぞれオンにされる。
The upper arm switching elements 81 (81u to 81w) are turned on by gate drive signals (drive voltages) UH, VH, and WH (high levels thereof) output from the
1次電圧V1、代表的には、負荷が接続されていないときのバッテリ24の開放電圧OCV(Open Circuit Voltage)は、図2の燃料電池出力特性(電流電圧特性)91上に示すように、この燃料電池22の発電電圧Vfの最低電圧Vfminより高い電圧に設定されている。なお、図2において、OCV≒V1としている。
The primary voltage V1, typically the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) of the battery 24 when no load is connected, as shown on the fuel cell output characteristics (current voltage characteristics) 91 of FIG. The
2次電圧V2は、燃料電池22が発電動作しているときには燃料電池22の発電電圧Vfに等しい電圧にされる。
The secondary voltage V2 is set to a voltage equal to the power generation voltage Vf of the
ただし、燃料電池22の発電電圧Vfがバッテリ24の電圧Vbat(=V1)に等しくなったときには、図2に一点鎖線の太線で示す直結状態とされる。直結状態では、上アームスイッチング素子81(81u〜81w)に供給される駆動信号UH、VH、WHのデューティが100[%]にされ、2次側2Sから1次側1Sへ電流が流れる場合には上アームスイッチング素子81(81u〜81w)がオンにされて該上アームスイッチング素子81(81u〜81w)を通じて電流が流れ、1次側1Sから2次側2Sへ電流が流れる場合にはダイオード83u〜83wが導通して該ダイオード83u〜83wを通じて電流が流れる。高出力時にDC/DCコンバータ36の2次側2Sから2次電流I2をインバータ34側に供給する{ソース(source)するという。}直結状態(高出力時直結状態又は第1直結状態という。)では、2次電圧V2がV2=V1−Vd(Vdは、ダイオード83u、83v、83wの順方向電圧降下)になる。
However, when the power generation voltage Vf of the
なお、直結状態は、高出力領域に限らず、制御上必要な場合に利用される。例えば、燃料電池車両20の停車時に直結状態を利用できる。燃料電池車両20の停車時(信号待ち等)には、燃費節約のために、エアコンプレッサ30の駆動が停止され、水素タンク28からの燃料ガスの供給も停止される。この場合、燃料電池22の発電電圧Vf(発電電流If)は抵抗器40等によるディスチャージ及びエアコンディショナ等の補機44への供給により燃料電池22内の残留燃料ガスが消尽するとゼロ値となるが、補機44への補機電流Iauの供給はバッテリ24により継続される。
The direct connection state is used not only in the high output area but also when necessary for control. For example, the direct connection state can be used when the
このような燃料電池車両20を停車時、いわゆるアイドル停止時からブレーキペダル操作の解除、アクセルペダル操作等により燃料電池22を発電状態へ復帰させるときに、VCU23による燃料電池22の出力制御を円滑に再開するために、DC/DCコンバータ36の2次側2Sの電圧を直結状態の電圧に保持しておく。この直結状態(アイドル停止直結状態又は第2直結状態という。)においては、負荷が抵抗器40とされ、DC/DCコンバータ36の2次側2Sの電圧V2がV2=V1−Vdに保持される。
When the
ここで、VCU23による燃料電池22の出力制御について説明する。
Here, output control of the
水素タンク28からの燃料ガス及びエアコンプレッサ30からの圧縮空気が供給されている発電時に、燃料電池22の発電電流Ifは、図2に示した特性91{関数F(Vf)という。}上で2次電圧V2、すなわち発電電圧Vfをコンバータ制御部54によりDC/DCコンバータ36を通じて設定することにより決定される。つまり、発電電流Ifは、発電電圧Vfの関数F(Vf)値として決定される。If=F(Vf)であり、例えば発電電圧VfをVf=Vfa=V2と設定すれば、その発電電圧Vfa(V2)の関数値としての発電電流Ifaが決定される。{Ifa=F(Vfa)=F(V2)}。
During power generation in which fuel gas from the
このように燃料電池22は二次電圧V2(発電電圧Vf)を決定することにより発電電流Ifが決定されるので、燃料電池車両20を駆動制御する際には、2次電圧V2(発電電圧Vf)が目標電圧(目標値)に設定される。ただし、ダウンバータ42とバッテリ24間の配線の断線故障等によりバッテリ24が開放状態にされる等、バッテリ24(第1電力装置)が故障とみなされる特殊な場合には、1次電圧V1が目標電圧とされる。
Since the
燃料電池車両20等燃料電池22を含むシステムでは、DC/DCコンバータ36の2次側2Sの2次電圧V2が目標電圧となるようにVCU23が制御され、このVCU23により燃料電池22の出力(発電電流If)が制御される。以上が、VCU23による燃料電池22の出力制御の説明である。
In the system including the
次に、コンバータ制御部54により駆動制御されるDC/DCコンバータ36の基本動作について図3のフローチャートを参照して説明する。
Next, the basic operation of the DC /
上述したように、統括制御部56は、燃料電池22の状態、バッテリ24の状態、モータ26の状態、及び補機44の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力(負荷要求)に基づき決定した燃料電池車両20の総負荷要求量Ltから、燃料電池22が負担すべき燃料電池分担負荷量(要求出力)Lfと、バッテリ24が負担すべきバッテリ分担負荷量(要求出力)Lbと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Lrの配分(分担)を調停しながら決定し、FC制御部50、モータ制御部52及びコンバータ制御部54に指令を送出する。
As described above, the
ステップS1において、統括制御部56により、それぞれが負荷要求であるモータ26の電力要求と補機44の電力要求とエアコンプレッサ30の電力要求から総負荷要求量Ltが決定(算出)されると、ステップS2において、統括制御部56は、決定した総負荷要求量Ltを出力するための燃料電池分担負荷量Lfと、バッテリ分担負荷量Lbと、回生電源分担負荷量Lrの配分を決定する。ここで、燃料電池分担負荷量Lfを決定する場合、燃料電池22の効率ηが考慮される。
In step S1, when the total load request amount Lt is determined (calculated) from the power request of the
次いで、ステップS3において、コンバータ制御部54により、燃料電池分担負荷量Lfに応じて燃料電池22の発電電圧Vf、ここでは、2次電圧V2が決定される。
Next, in step S3, the
2次電圧V2が決定されると、ステップS4において、コンバータ制御部54は、決定した2次電圧V2となるようにDC/DCコンバータ36を駆動制御する。
When the secondary voltage V2 is determined, in step S4, the
この場合、コンバータ制御部54は、決定した2次電圧V2に応じて、DC/DCコンバータ36を昇圧動作、降圧動作又は直結動作で駆動する。
In this case, the
ステップS4において、DC/DCコンバータ36の2次側2Sからインバータ34側へ2次電流I2をソースする昇圧動作では、コンバータ制御部54は、下アームスイッチング素子82uオン(リアクタンス90にバッテリ電流Ibatから補機電流Iauを差し引いた1次電流I1によりエネルギを蓄積すると同時に、コンデンサ39から2次電流I2をインバータ34へソースする。以下同様)→ダイオード83u〜83w導通(リアクタンス90からエネルギ放出しコンデンサ39にエネルギを蓄積するとともに、2次電流I2としてインバータ34へソースする。以下同様)→下アームスイッチング素子82vオン→ダイオード83u〜83w導通→下アームスイッチング素子82wオン→ダイオード83u〜83w導通→下アームスイッチング素子82uオン…の順でDC/DCコンバータ36をローテーションスイッチングする。
In step S4, in the step-up operation in which the secondary current I2 is sourced from the
なお、上アームスイッチング素子81u〜81w及び下アームスイッチング素子82u〜82wのオンデューティは、出力電圧V2が保持されるように決定される。
The on-duty of the upper
また、ステップS4において、DC/DCコンバータ36の2次側2Sからインバータ34側へ2次電流I2をソースする高出力直結動作では、ダイオード83u〜83wが導通状態となって2次電圧V2がV2=V1−Vdとなる。
In step S4, in the high output direct connection operation in which the secondary current I2 is sourced from the
さらに、ステップS4において、DC/DCコンバータ36の2次側2Sから1次側1Sの補機44やバッテリ24に2次電流I2を供給する(2次側2Sでは、シンク(sink)するという。)降圧動作では、上アームスイッチング素子81uオン(リアクタンス90にコンデンサ39から出力される2次電流I2によりエネルギを蓄積するとともにコンデンサ38から補機44及び要求に応じてバッテリ24に1次電流I1を供給する。以下同様)→ダイオード84u〜84w導通(ダイオード84u〜84wはフライホイールダイオードとして導通し、リアクタンス90からエネルギ放出され、コンデンサ38にエネルギを蓄積するとともに補機44及び要求に応じてバッテリ24に1次電流I1を供給する。以下同様)→上アームスイッチング素子81vオン→ダイオード84u〜84w導通→上アームスイッチング素子81wオン→ダイオード84u〜84w導通→上アームスイッチング素子81uオン…の順でDC/DCコンバータ36をローテーションスイッチングする。
Further, in step S4, the secondary current I2 is supplied from the
回生電圧が存在する場合、この降圧動作時に回生電源分担負荷量Lrがシンクされる2次電流に加算される。この降圧動作における上アームスイッチング素子81u〜81w及び下アームスイッチング素子82u〜82wのオンデューティも、決定された出力電圧V2に応じて制御される。
When a regenerative voltage is present, the regenerative power source shared load Lr is added to the sinked secondary current during the step-down operation. The on-duty of the upper
2次電圧V2及び1次電圧V1は、コンバータ制御部54によりDC/DCコンバータ36をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせたPID制御により制御される。
The secondary voltage V <b> 2 and the primary voltage V <b> 1 are controlled by the
以上が、コンバータ制御部54により駆動制御されるDC/DCコンバータ36の基本動作の説明である。
The above is the description of the basic operation of the DC /
図4A、図4Bに示すように、各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wは、金属製の放熱板(ヒートスプレッダ)12上に固定された、いわゆる6in1モジュール13とされている。各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wには、温度センサ69が取り付けられ、各温度センサ69及び各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wのゲート端子は、コンバータ制御部54に接続されている。なお、各アームスイッチング素子81u〜81w、82u〜82wと対になっているダイオード83u〜83w、84u〜84wについては図示を省略している。
As shown in FIGS. 4A and 4B, each of the
この実施形態に係る燃料電池車両20は、モータ26を駆動するインバータ34として、DC/DCコンバータ36と同一構成の前記6in1モジュール13を利用しているので、コスト削減が可能である。
Since the
ただし、インバータ34によりモータ26を駆動する際、インバータ34の3相アームの各中点は共通接続されず、各中点がモータ26のU相コイル、V相コイル、W相コイルに接続されたフルブリッジの構成にされる。
However, when the
この実施形態に係る燃料電池車両20は、基本的には以上のように構成されかつ動作するものであり、次に、DC/DCコンバータ36を含むVCU23によるローテーションスイッチングの動作についてより詳しく説明する。
The
図5にVCU23の降圧動作時(2次電流I2のシンク時)のタイムチャート、図6にVCU23の昇圧動作時(2次電流I2のソース時)のタイムチャートを示す。 FIG. 5 shows a time chart during the step-down operation of the VCU 23 (when sinking the secondary current I2), and FIG. 6 shows a time chart during the step-up operation of the VCU 23 (when the secondary current I2 is sourced).
図5及び図6において、リアクトル90に流れる1次電流I1の符号は、1次側1Sから2次側2Sへ流れる昇圧時電流(DC/DCコンバータ23の2次側2Sからインバータ34へ流れ出すソース電流)を正(+)、2次側2Sから1次側1Sへ流れる降圧時電流(燃料電池22又はインバータ34から2次側2Sへ流れ込むシンク電流)を負(−)に取っている。
5 and 6, the sign of the primary current I1 flowing through the
また、コンバータ制御部54から出力される駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLの波形中、ハッチングを付けた期間は、駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLが供給されているアームスイッチング素子(例えば、駆動信号UHに対応するアームスイッチング素子は上アームスイッチング素子81u)が実際にオンしている(電流が流れている)期間を示している。つまり、駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLが供給されていても、該当する並列ダイオード83u〜83w、84u〜84wがOFFになっていなければ該当するアームスイッチング素子に電流が流れないことに留意する。
Further, in the waveforms of the drive signals UH, UL, VH, VL, WH, WL output from the
図5及び図6に示すように、DC/DCコンバータ36の降圧動作及び昇圧動作のいずれの場合にも、コンバータ制御部54から出力される駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLの波形から理解されるように、3相アームを構成するUVW各相アームUA、VA、WA(UA〜WA)を1スイッチング周期2π毎に、駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLをU相、V相、W相、U相、…と交替(ローテーション)してオンするとともに、UVW各相アームUA〜WAをオンするとき、駆動信号UH、VH、WHによりUVW各相アームUA〜WAを構成する上アームスイッチング素子81(81u〜81w)をオン(図5)又は駆動信号UL、VL、WLによりUVW各相アームUA〜WAを構成する下アームスイッチング素子82(82u〜82w)をオン(図6)している。
As shown in FIGS. 5 and 6, the drive signals UH, UL, VH, VL, WH, WL output from the
この場合、図5、図6及び後述する図7から分かるように、上下アームスイッチング素子81、82間が同時にオンして電圧V2が短絡することを防止するために、上アームスイッチング素子81u〜81w又は下アームスイッチング素子82u〜82wを交互にオンするための駆動信号UHと駆動信号UL、駆動信号VHと駆動信号VL、及び駆動信号WHと駆動信号WLとの間でそれぞれデッドタイムdtを挟んでオンし、かつ多相アームを構成する相アームUA〜UWを交替してオンするとき駆動信号ULと駆動信号VHとの間、駆動信号VLと駆動信号WHとの間、及び駆動信号WLと駆動信号UHとの間にそれぞれデッドタイムdtを挟んでオンするようにしている。すなわち、デッドタイムdtを挟んで、いわゆる同期スイッチングを行っている。
In this case, as can be seen from FIGS. 5 and 6 and FIG. 7 to be described later, the upper
降圧動作を説明する図5において、例えば、時点t1〜t2の間で駆動信号UHにより上アームスイッチング素子81uがオンしている期間には、燃料電池22及び(又は)回生電源による2次電流I2により上アームスイッチング素子81uを通じてリアクトル90にエネルギが蓄積される。時点t2〜t5までのデッドタイムdt、駆動信号ULがオン(ただし、下アームスイッチング素子82uには電流は流れない)及びデッドタイムdtの期間では、リアクトル90に蓄積されたエネルギが、フライホイールダイオードとして機能しオンとなっているダイオード84u〜84wを通じて1次側1Sに1次電流I1として放出される。時点t5以降、順次、上アームスイッチング素子81v、81w、81u、…がオンし、同様の動作を繰り返す。
In FIG. 5 for explaining the step-down operation, for example, during the period in which the upper
昇圧動作を説明する図6において、例えば、時点t13〜t14の間で駆動信号ULにより下アームスイッチング素子82uがオンしている期間には、バッテリ24からの1次電流I1によりリアクトル90にエネルギが蓄積される。時点t14〜t17までのデッドタイムdt、駆動信号VHがオン(ただし、上アームスイッチング素子81vには電流が流れない)及びデッドタイムdtの期間では、リアクトル90に蓄積されたエネルギが、整流ダイオードとして機能しオンとなったダイオード83u〜83wを通じて2次側1Sに放出される。時点t17以降、順次、下アームスイッチング素子82v、82w、82u、…がオンし、同様の動作を繰り返す。
In FIG. 6 for explaining the step-up operation, for example, during the period in which the lower
なお、昇圧動作と降圧動作の移り変わり(遷移)時の動作を説明する図7において、例えば、時点t20〜t21の間で駆動信号UHにより上アームスイッチング素子81uがオンしている期間(ハッチングで示す期間)には、燃料電池22及び(又は)回生電源による2次電流I2により上アームスイッチング素子81uを通じてリアクトル90にエネルギが蓄積される。
In FIG. 7 for explaining the operation at the time of transition between the step-up operation and the step-down operation, for example, a period during which the upper
時点t21から電流の流れる向きが反転する(符号が負から正に反転する)時点t22までの期間では、リアクトル90に蓄積されたエネルギが、オンとなったフライホイールダイオードとして機能するダイオード84u〜84wを通じて1次側1Sに放出される。
During the period from time t21 to the time t22 when the direction of current flow is reversed (the sign is reversed from negative to positive), the energy stored in the
時点t22〜t23の間で駆動信号ULにより下アームスイッチング素子82uがオンしている期間では、バッテリ24からの1次電流I1によりリアクトル90にエネルギが蓄積される。時点t23から電流の流れる向きが反転する(符号が正から負に反転する)時点t24までの期間では、リアクトル90に蓄積されたエネルギが、オンとなったダイオード83u〜83wを通じて2次側2Sに放出される。以下、同様の動作を繰り返す。このように、この実施形態に係る3相ローテーションスイッチングでは、昇圧動作と降圧動作との間で動作が滑らかに移り変わる。
During a period in which the lower
以上説明したように上述した実施形態によれば、DC/DCコンバータ36は、それぞれ逆方向に並列にダイオード83u〜83w、84u〜84wが接続された上アームスイッチング素子81u〜81wと下アームスイッチング素子82u〜82wとの直列回路からなる3個の相アームUA〜WAが第1電力装置としてのバッテリ24と第2電力装置としての燃料電池22及び(又は)インバータ34とモータ26との間に並列に接続された3相アームと、3相アームの各相アームUA〜WAの共通接続中点と前記第1電力装置としてのバッテリ24(又は前記第2電力装置)との間に挿入配置された1個のリアクトル90とを備える。
As described above, according to the embodiment described above, the DC /
この構成により、3相アームで昇降圧可能なDC/DCコンバータ36を1個のリアクトル90で実現することができる。
With this configuration, the DC /
すなわち、このDC/DCコンバータ36を駆動制御するコンバータ制御部54を備え、このコンバータ制御部54により、相アームUA〜WAを交替してオンするとともに、相アームUA〜WAをオンするとき、例えば、相アームUAをオンするとき、相アームUAを構成する上アームスイッチング素子81u又は下アームスイッチング素子82uの一方をオンする(図5、図6)か交互にオンする(図7)駆動信号UH、ULを出力してDC/DCコンバータ36を駆動することにより、1個のリアクトル90で昇降圧動作可能なVCU(DC/DCコンバータ装置)23が実現できる。
That is, a
DC/DCコンバータ36及びVCU23は、リアクトル90が1つでよいので、小型・軽量化を図れる。
Since the DC /
また、図13、図14に示した従来技術に係る多相アーム(理解の容易化のために3相アームとする。)のDC/DCコンバータ6は、1スイッチング周期2πの中で、3相アームの各リアクトル2A〜2Cに1回通電されるが、この発明では、昇圧動作時(図6)又は降圧動作時(図5)には、1スイッチング周期2πの中で、3相アームUA〜WAの1個のリアクトル90に1回しか通電されない。よって、原理的には、この発明では、リアクトル90の動作周波数が実質的に3倍になる。
Further, the DC / DC converter 6 of the polyphase arm according to the prior art shown in FIGS. 13 and 14 (referred to as a three-phase arm for ease of understanding) has three phases in one switching cycle 2π. Each of the
動作周波数が3倍になると、インダクタンス値を1/3にすればよいので、その分リアクトル90の大きさを小型化できる。また、リアクトル90の数を1個にすることができるので、多相アームの相数が増加すればするほど、従来技術に係る多相アームのDC/DCコンバータに比較して小型・軽量化ができる。
When the operating frequency is tripled, the inductance value may be reduced to 1/3, so that the size of the
この発明によれば、上アームスイッチング素子81及び下アームスイッチング素子82が同時にオンされることがなく、かつ異なる相アームが同時にオンされることがない。したがって、常時、多くても1つのスイッチング素子がオン状態とされるのみである。よって、放熱性に優れる(放熱設計が容易である)。結果として、VCU23の大きさを小型化し、かつ重量を軽量化することができる。
According to the present invention, the upper arm switching element 81 and the lower arm switching element 82 are not simultaneously turned on, and different phase arms are not simultaneously turned on. Therefore, at most one switching element is always turned on. Therefore, it has excellent heat dissipation (heat dissipation design is easy). As a result, the size of the
この場合、コンバータ制御部54は、3相アームからなるDC/DCコンバータ36の相アームUA〜WAをオンする際、図5〜図7を参照して説明したように、3相アームを構成するUVW相アームUA〜WAを交替してオンし、交替してオンする際、ある相アーム、例えばU相アームUAの上アームスイッチング素子81uをオンした(図5〜図7)後、デッドタイムdtを挟んでU相アームUAの下アームスイッチング素子82uをオンし(図7)、その後、デッドタイムdtを挟んで次の相であるV相アームVAの上アームスイッチング素子81vをオンした後(図5〜図7)、デッドタイムdtを挟んでV相アームVAの下アームスイッチング素子82vの順にオンする(図7)というように、スイッチングタイミングをローテーションしている。
In this case, the
このように、コンバータ制御部54は、相アームUA〜WAを構成する上アームスイッチング素子81又は下アームスイッチング素子82を交互にオンするときデッドタイムdtを挟んで交互にオンし、かつ多相アームを構成する相アームUA〜WAをデッドタイムを挟んで交替してオンするようにすることで、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との短絡及び相アーム間の短絡を防止することができる。
Thus, the
図8は、3相ローテーションの他の実施形態に係る駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLのタイムチャートを示す。 FIG. 8 shows a time chart of drive signals UH, UL, VH, VL, WH, WL according to another embodiment of three-phase rotation.
この他の実施形態では、全駆動信号UH、UL、VH、VL、WH、WLをローテーションしないで駆動信号VLを休止したローテーションスイッチングとしている。図4Aに示したように全アームスイッチング素子81u、81v、81w、82u、82v、82wの素子温度を測定する温度センサ69を備えているので、素子温度が閾値温度より高い下アームスイッチング素子82vの駆動を一時的に休止し、残りのアームスイッチング素子81u、81v、81w、82u、82wでローテーションスイッチングを継続する。素子温度が閾値温度より低くなり正常範囲に復帰したところで全アームスイッチング素子81u、81v、81w、82u、82v、82wによる3相ローテーションスイッチング駆動を再び行う。休止する駆動信号は1アームに限定されない。例えば、駆動信号UH、VH、VLを休止させてもよい。
In this other embodiment, rotation switching is performed in which the drive signal VL is stopped without rotating all the drive signals UH, UL, VH, VL, WH, and WL. As shown in FIG. 4A, since the
図8例に示した間欠的なローテーションスイッチングは、ある相アームに開放等の故障を発生したとき、その故障した相アームを動作させずに、他の相アームだけでスイッチングを継続する用途に適用することができる。この動作を持つことで、VCU23、ひいては燃料電池車両20の信頼度を上げることができる。
The intermittent rotation switching shown in the example in Fig. 8 is applied to the application in which switching is continued only with another phase arm without operating the failed phase arm when a failure such as opening occurs in a certain phase arm. can do. By having this operation, the reliability of the
このように、この発明では、相アームUA〜WAを交替してオンするが、相アームUA〜WAを交替してオンするとき、相アームUA〜WAを構成する上アームスイッチング素子81(81u、81v、81wのいずれか)又は下アームスイッチング素子82(82u、82v、82wのいずれか)のいずれか一方をオンするように制御する。 As described above, in the present invention, the phase arms UA to WA are switched on and turned on. However, when the phase arms UA to WA are switched on, the upper arm switching elements 81 (81u, 81u constituting the phase arms UA to WA) are switched on. 81v, 81w) or the lower arm switching element 82 (any one of 82u, 82v, 82w) is controlled to be turned on.
なお、多相アームを構成する相アームUA〜WAを交替してオンする際、ある相の上アームスイッチング素子81u〜81wと下アームスイッチング素子82u〜82wとを順序を問わずに交互にオンした後、次の相アームの上アームスイッチング素子81u〜81wと下アームスイッチング素子82u〜82wとを順序を問わずに交互にオンすることができる。また相アームUA〜WAを交替でオンする際、1スイッチング周期2π毎に交替してオンするように制御することで制御が容易になる。2スイッチング周期4π以上の周期毎に相アームUA〜WAを交替でオンするように制御してもよい。
When the phase arms UA to WA constituting the multi-phase arm are switched on, the upper
なお、この発明は、3相のDC/DCコンバータ36ではなく、図9に示すように、2相のDC/DCコンバータ36Aとした燃料電池車両20Aにも適用することができる。2相以上であれば、4相以上であっても、この発明を適用することができる。
The present invention can be applied not to the three-phase DC /
また、燃料電池車両20、20Aではなく、図10に示すように、バッテリ駆動車両(電気自動車)21に適用することもできる。もちろん、エンジンとバッテリとモータを搭載した、いわゆるパラレル方式又はシリーズパラレル方式のハイブリッド自動車にも適用することもできる。
Further, the present invention can be applied not to the
さらに、モータ26は、車両用に限らない。例えばエレベータ昇降用等のモータにも適用することもできる。
Furthermore, the
さらにまた、図11に示すように、インバータ34を単相の負荷35に代替する他、モータ制御部52を負荷制御部53に代替し、イグニッションスイッチ65を電源スイッチ65aに代替し、各種センサ66a、67a、68aに代替した燃料電池システム20Bに適用することもできる。統括制御部56は、コンバータ制御部54を通じてVCU23を制御し、結果として負荷電流ILを制御する。
Furthermore, as shown in FIG. 11, the
なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、例えば、図5に対応して描いた図12の降圧動作の波形図に示すように、スイッチング素子の定格電流以内(許容素子温度以内)の使用であれば、時点t31以降で上アームスイッチング素子81u、81v、81wを駆動信号UH、UV、UWにより3相同時にオンした後、デッドタイムdtを挟んで上アームスイッチング素子81u、81v、81wを駆動信号UH、UV、UWにより3相同時にオンする等、種々の構成を採りうることができる。時点t41以降では、デッドタイムdtを挟んで2相の上アームスイッチング素子81u、81wを同時にオンするようにしている。図6の昇圧動作、図7の昇降圧交互動作でも同様にデッドタイムdtを挟んだ同時スイッチングが可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and based on the description in this specification, for example, as shown in the waveform diagram of the step-down operation of FIG. 12 drawn corresponding to FIG. If it is used within the current (within the allowable element temperature), the upper
20…燃料電池車両 22…燃料電池
23…DC/DCコンバータ装置(VCU)
24…蓄電装置(バッテリ) 26…モータ
34…インバータ 36…DC/DCコンバータ
54…コンバータ制御部
81(81u〜81w)…上アームスイッチング素子
82(82u〜82w)…下アームスイッチング素子
83u、83v、83w、84u、84v、84w…ダイオード
90…リアクトル
91…燃料電池出力特性(電流電圧特性)
UA…U相アーム VA…V相アーム WA…W相アーム
UH、UL、VH、VL、WH、WL…駆動信号
20 ...
24 ... Power storage device (battery) 26 ...
UA ... U-phase arm VA ... V-phase arm WA ... W-phase arm UH, UL, VH, VL, WH, WL ... Drive signal
Claims (3)
走行用モータと、
それぞれ逆方向に並列にダイオードが接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との直列回路からなる3相以上の相アームが前記蓄電装置と前記走行用モータとの間に並列に接続された多相アームと、前記多相アームの各相アームの中点を共通接続し、共通接続した中点と前記蓄電装置又は前記走行用モータのいずれか一方との間に挿入配置されたリアクトルと、を有する昇降圧可能なDC/DCコンバータと、該DC/DCコンバータを駆動制御する制御部と、を備えるDC/DCコンバータ装置と、
を搭載し、前記蓄電装置から前記DC/DCコンバータを通じて前記走行用モータに電力が供給されるとともに、前記走行用モータの回生電力が前記DC/DCコンバータを通じて前記蓄電装置側に供給される車両であって、
前記制御部は、
前記3相以上の相アームを1スイッチング周期毎に交替してオンするとともに、前記相アームをオンするとき、降圧動作させる時には該相アームを構成する前記上アームスイッチング素子を1スイッチング周期内毎にオンし、昇圧動作させる時には前記下アームスイッチング素子を1スイッチング周期内毎にオンし、降圧動作と昇圧動作の遷移時には1スイッチング周期内毎に前記上下アームスイッチング素子を交互にオンする駆動信号を出力する
ことを特徴とする車両。 A power storage device;
A traveling motor;
Three or more phase arms composed of a series circuit of an upper arm switching element and a lower arm switching element, each having a diode connected in parallel in the opposite direction, are connected in parallel between the power storage device and the traveling motor. A multi-phase arm and a central point of each phase arm of the multi-phase arm are connected in common, and a reactor that is inserted and arranged between the commonly connected mid-point and either the power storage device or the traveling motor; A DC / DC converter device comprising: a DC / DC converter capable of step-up / step-down and a control unit that drives and controls the DC / DC converter;
A vehicle in which electric power is supplied from the power storage device to the travel motor through the DC / DC converter, and regenerative power of the travel motor is supplied to the power storage device side through the DC / DC converter. There,
The controller is
While turned on alternating pre Symbol least three phases arms every switching period, the phase arm when checked, each within one switching period of the upper arm switching element constituting said phase arm when the stepping down operation turned on, turned on alternately the upper and lower arm switching element the lower arm switching element is turned on every inside one switching cycle, the each inside one switching period during the transition of the step-down operation and the step-up operation when the boosting operation drive signal A vehicle characterized by output of.
さらに、
前記走行用モータに並列に接続される燃料電池を備える
ことを特徴とする車両。 The vehicle according to claim 1,
further,
A vehicle comprising: a fuel cell connected in parallel to the traveling motor.
前記制御部は、
前記相アームを構成する前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子を交互にオンするとき、デッドタイムを挟んで交互にオンし、かつ前記多相アームを構成する前記相アームを、デッドタイムを挟んで交替してオンする
ことを特徴とする車両。 The vehicle according to claim 1 or 2,
The controller is
When alternately turning on the upper arm switching element or the lower arm switching element constituting the phase arm, the phase arm constituting the polyphase arm is turned on alternately with the dead time between the dead time. A vehicle characterized in that it is switched on and turned on.
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