JP4835383B2 - Control device and control method for power supply unit, program for causing computer to realize the method, and recording medium recording the program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力供給ユニットの制御技術に関し、特に、二次電池の定格電圧をコンバータにより昇圧した電力を負荷に供給する電力供給ユニットの制御技術に関する。 The present invention relates to a control technology for a power supply unit, and more particularly to a control technology for a power supply unit that supplies power obtained by boosting a rated voltage of a secondary battery by a converter to a load.
バッテリを動力源とするモータの出力により走行する電気自動車や、エンジンの出力とバッテリを動力源とするモータの出力とにより走行するハイブリッド自動車が知られている。モータの動力源であるバッテリは、温度が低いほど内部抵抗が大きくなり入出力特性が低下する。そのため、バッテリ温度が低い場合には、モータへの放電や回生エネルギの充電が十分に行なえなくなり、車両の動力性能や燃費性能が低下する。これらの性能の低下を回避するために、バッテリを早期に暖機して、バッテリの入出力特性を回復させる必要がある。バッテリ温度が低い場合にバッテリを暖機する技術に関して、たとえば、特開2001−268715号公報(特許文献1)に開示された技術がある。 There are known an electric vehicle that travels by the output of a motor that uses a battery as a power source, and a hybrid vehicle that travels by the output of an engine and the output of a motor that uses a battery as a power source. The battery, which is the power source of the motor, has a higher internal resistance and lower input / output characteristics as the temperature is lower. For this reason, when the battery temperature is low, the motor cannot be fully discharged or the regenerative energy can not be sufficiently charged, and the power performance and fuel consumption performance of the vehicle are reduced. In order to avoid such degradation in performance, it is necessary to warm up the battery early to restore the input / output characteristics of the battery. As a technique for warming up the battery when the battery temperature is low, for example, there is a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-268715 (Patent Document 1).
この公報に開示されたハイブリッド電気自動車は、エンジンの動力により走行するための手段と、バッテリを動力源としてモータの動力により走行するための手段と、バッテリの温度を検出するためのバッテリ温度検出手段と、バッテリ温度検出手段により検出されたバッテリ温度が予め定められた温度よりも低いときエンジンの動力により走行する駆動力を予め定められた値だけ減らした値を指令値とするためのエンジン出力指令手段と、モータの動力により走行する駆動力を予め定められた値だけ増やした値を指令値とするためのモータ出力指令手段と、エンジン出力指令値とモータ出力指令値に基づきバッテリに放電指令を与えるための放電指令手段とを含む。 The hybrid electric vehicle disclosed in this publication includes a means for traveling by the power of the engine, a means for traveling by the power of the motor using the battery as a power source, and a battery temperature detecting means for detecting the temperature of the battery. And an engine output command for setting a command value to a value obtained by reducing the driving force driven by the engine power by a predetermined value when the battery temperature detected by the battery temperature detecting means is lower than the predetermined temperature. Means, motor output command means for setting a value obtained by increasing a driving force driven by the power of the motor by a predetermined value as a command value, a discharge command to the battery based on the engine output command value and the motor output command value Discharge command means for providing.
この公報に開示されたハイブリッド電気自動車によると、バッテリ温度が予め定められた温度よりも低いと、モータ出力指令値が増やされる。そのため、バッテリ温度が予め定められた温度よりも高い場合に比べて、バッテリからの放電電力をより高くして、バッテリを暖機することができる。さらに、モータ出力指令値が増やされることに伴って、エンジン出力指令値が減らされる。そのため、車両の走行にはなんら影響を与えることなく、バッテリの入出力特性を改善することができる。
しかしながら、特許文献1に開示されたハイブリッド電気自動車において、バッテリ温度が低い場合、上述のように、バッテリの出力特性が低下する。そのため、実際には、バッテリ低温時においてバッテリの放電電力が制限され、バッテリを早期に暖機することができない場合がある。さらに、バッテリ低温時において放電が長時間継続されると、バッテリが過放電となり著しく劣化するおそれがある。
However, in the hybrid electric vehicle disclosed in
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、二次電池とコンバータとを備えた電力供給ユニットにおいて、二次電池の過放電による劣化を抑制しつつ、低温の二次電池を早期に暖機することができる電力供給ユニットの制御装置および制御方法、その方法をコンピュータに実現させるためのプログラム、そのプログラムを記録した記録媒体を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to suppress deterioration due to overdischarge of the secondary battery in the power supply unit including the secondary battery and the converter, It is an object to provide a control device and control method for a power supply unit that can warm up a low-temperature secondary battery at an early stage, a program for causing a computer to implement the method, and a recording medium on which the program is recorded.
第1の発明に係る制御装置は、負荷に電力を供給する二次電池と、負荷と二次電池との間に設けられ、スイッチング素子のオンオフにより入力電圧を変圧して出力するコンバータとを備えた電力供給ユニットを制御する。この制御装置は、負荷に要求される出力を算出するための手段と、要求される出力に基づいて、コンバータによる変圧が必要であるか否かを判断するための変圧判断手段と、二次電池の温度を検出するための手段と、二次電池の温度が予め定められた温度以下であるか否かを判断するための温度判断手段と、変圧判断手段により変圧が必要でないと判断され、かつ温度判断手段により二次電池の温度が予め定められた温度以下であると判断されると、コンバータを作動するように制御するための制御手段とを含む。第6の発明に係る制御方法は、第1の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。 A control device according to a first aspect of the present invention includes a secondary battery that supplies power to a load, and a converter that is provided between the load and the secondary battery and transforms and outputs an input voltage by turning on and off the switching element. Control the power supply unit. The control device includes a means for calculating an output required for the load, a transformation determination means for determining whether or not a transformation by the converter is necessary based on the requested output, and a secondary battery. A means for detecting the temperature of the battery, a temperature judging means for judging whether or not the temperature of the secondary battery is equal to or lower than a predetermined temperature, and the transformer judging means judges that no transformation is necessary, and And a control means for controlling the converter to operate when the temperature determination means determines that the temperature of the secondary battery is equal to or lower than a predetermined temperature. The control method according to the sixth invention has the same requirements as the control device according to the first invention.
第1または6の発明によると、二次電池の定格電圧がコンバータにより変圧されて負荷に供給される。二次電池は、低温の場合に出力特性が低下するため、負荷への電力供給を十分に行なえない場合がある。そのため、二次電池を早期に暖機して、二次電池の入出力特性を回復させる必要がある。そこで、負荷に要求される出力が低くコンバータによる変圧が必要ないと判断された場合であっても、二次電池が予め定められた温度以下の低温である場合には、コンバータが作動される。たとえば、二次電池の定格電圧を最大昇圧値に昇圧するようにコンバータが作動される。コンバータを作動すると、スイッチング素子のオンオフに起因して、直流成分に交流成分が重畳した電流(リプル電流)が発生し、二次電池には、直流成分に交流成分が重畳した充放電電流が流れる。そのため、充放電電流の直流成分が小さい場合であっても、交流成分によって二次電池内部での発熱を促進して、二次電池をより早期に暖機することができる。さらに、充放電電流の直流成分より交流成分が大きくなるようにコンバータが制御された場合には、スイッチング素子がオンオフされるたびに、充放電が繰返される。そのため、放電が長時間継続されることによる過放電を防止することができる。その結果、二次電池とコンバータとを備えた電力供給ユニットにおいて、二次電池の過放電による劣化を抑制しつつ、低温の二次電池を早期に暖機することができる電力供給ユニットの制御装置および制御方法を提供することができる。 According to the first or sixth invention, the rated voltage of the secondary battery is transformed by the converter and supplied to the load. Since the secondary battery has low output characteristics when the temperature is low, there are cases where the power supply to the load cannot be sufficiently performed. Therefore, it is necessary to warm up the secondary battery early to recover the input / output characteristics of the secondary battery. Therefore, even if it is determined that the output required for the load is low and that transformation by the converter is not necessary, the converter is operated when the secondary battery has a low temperature equal to or lower than a predetermined temperature. For example, the converter is operated so as to boost the rated voltage of the secondary battery to the maximum boost value. When the converter is operated, a current (ripple current) in which the AC component is superimposed on the DC component is generated due to ON / OFF of the switching element, and a charge / discharge current in which the AC component is superimposed on the DC component flows in the secondary battery. . Therefore, even when the direct current component of the charge / discharge current is small, heat generation inside the secondary battery can be promoted by the alternating current component, and the secondary battery can be warmed up earlier. Further, when the converter is controlled so that the AC component is larger than the DC component of the charge / discharge current, the charge / discharge is repeated each time the switching element is turned on / off. Therefore, it is possible to prevent overdischarge due to the discharge being continued for a long time. As a result, in the power supply unit including the secondary battery and the converter, the control device for the power supply unit that can quickly warm the low-temperature secondary battery while suppressing deterioration due to overdischarge of the secondary battery. And a control method can be provided.
第2の発明に係る制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、変圧判断手段は、コンバータによる昇圧が必要であるか否かを判断するための手段を含む。制御装置は、変圧判断手段により昇圧が必要であると判断されると、二次電池の定格電圧を要求される出力に応じた値に昇圧するように、コンバータを制御するための手段をさらに含む。制御手段は、定格電圧を予め定められた値に昇圧するように、コンバータを制御するための手段を含む。第7の発明に係る制御方法は、第2の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。 In the control device according to the second aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, the transformation determination means includes means for determining whether or not boosting by the converter is necessary. The control device further includes means for controlling the converter so as to boost the rated voltage of the secondary battery to a value corresponding to the required output when it is determined by the transformation determining means that boosting is necessary. . The control means includes means for controlling the converter so as to boost the rated voltage to a predetermined value. The control method according to the seventh invention has the same requirements as the control device according to the second invention.
第2または7の発明によると、変圧判断手段による昇圧が必要であると判断されると、二次電池の定格電圧は負荷から要求される出力に応じた値に昇圧される。一方、変圧判断手段による変圧が必要ないと判断され、かつ二次電池が低温である場合には、二次電池の定格電圧が予め定められた値に昇圧される。これにより、負荷に要求される出力の大きさに関わらず、二次電池からの放電電流の交流成分の大きさを予め定められた値にすることができる。そのため、たとえば、放電電流の交流成分の大きさが最大となるように、二次電池の定格電圧を最大昇圧値に昇圧して、二次電池をより早期に暖機することができる。 According to the second or seventh aspect of the invention, when it is determined that boosting by the transformation determining means is necessary, the rated voltage of the secondary battery is boosted to a value corresponding to the output required from the load. On the other hand, when it is determined that no voltage transformation is required by the voltage transformation judging means and the secondary battery is at a low temperature, the rated voltage of the secondary battery is boosted to a predetermined value. Thereby, irrespective of the magnitude | size of output requested | required of load, the magnitude | size of the alternating current component of the discharge current from a secondary battery can be made into a predetermined value. Therefore, for example, the secondary battery can be warmed up earlier by boosting the rated voltage of the secondary battery to the maximum boost value so that the magnitude of the AC component of the discharge current is maximized.
第3の発明に係る制御装置においては、第2の発明の構成に加えて、予め定められた値は、コンバータにおける最大昇圧値である。第8の発明に係る制御方法は、第3の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。 In the control device according to the third invention, in addition to the configuration of the second invention, the predetermined value is a maximum boost value in the converter. The control method according to the eighth invention has the same requirements as the control device according to the third invention.
第3または8の発明によると、二次電池の定格電圧は、コンバータにおける最大昇圧値に昇圧される。このとき、放電電流の交流成分の振幅は最大となり、二次電池内部で発生するジュール熱が最大となる。そのため、二次電池を最短時間で暖機させることができる。 According to the third or eighth invention, the rated voltage of the secondary battery is boosted to the maximum boost value in the converter. At this time, the amplitude of the alternating current component of the discharge current is maximized, and Joule heat generated inside the secondary battery is maximized. Therefore, the secondary battery can be warmed up in the shortest time.
第4の発明に係る制御装置においては、第1〜3のいずれかの発明の構成に加えて、電力供給ユニットは、コンバータと負荷との間に設けられ、入力電流を変換して出力するインバータをさらに含む。制御装置は、要求される出力に基づいて、負荷から要求される電力を算出するための手段と、コンバータの出力電圧を検出するための手段と、要求される電力と出力電圧とに基づいて、要求される電力が負荷に供給されるように、インバータにより変換される電流を制御するための手段とをさらに含む。第9の発明に係る制御方法は、第4の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。 In the control device according to the fourth invention, in addition to the configuration of any one of the first to third inventions, the power supply unit is provided between the converter and the load, and converts the input current and outputs it. Further included. The control device, based on the required output, based on the means for calculating the power required from the load, the means for detecting the output voltage of the converter, the required power and the output voltage, Means for controlling the current converted by the inverter so that the required power is supplied to the load. The control method according to the ninth aspect has the same requirements as the control device according to the fourth aspect.
第4または9の発明によると、たとえば、二次電池が低温でありコンバータにより最大昇圧されると、インバータで変換される電流値が小さくされる。そのため、バッテリを暖機するためにコンバータにより昇圧しつつ、要求に応じた電力を負荷に供給することができる。 According to the fourth or ninth invention, for example, when the secondary battery is at a low temperature and maximum boosted by the converter, the current value converted by the inverter is reduced. Therefore, it is possible to supply electric power according to demand to the load while boosting the voltage by the converter to warm up the battery.
第5の発明に係る制御装置においては、第1〜4のいずれかの発明の構成に加えて、電力供給ユニットは、車両に搭載される。負荷は、二次電池の電力により車両の駆動力を発生するとともに、車両の制動時に回生電力を発生する回転電機である。第10の発明に係る制御方法は、第5の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。 In the control device according to the fifth invention, in addition to the configuration of any one of the first to fourth inventions, the power supply unit is mounted on the vehicle. The load is a rotating electrical machine that generates a driving force of the vehicle by the power of the secondary battery and generates regenerative power when the vehicle is braked. The control method according to the tenth invention has the same requirements as the control device according to the fifth invention.
第5または10の発明によると、車両に要求される駆動力が低く回転電機から要求される電力が低い場合でも、二次電池が低温の場合には、コンバータの昇圧により二次電池が早期に暖機される。これにより、二次電池の入出力特性をより早期に回復させて、車両の駆動力を回転電機に十分に出力させるとともに、車両の制動時に回転電機が発生する回生電力をより多く回収することができる。 According to the fifth or tenth aspect of the invention, even when the driving force required for the vehicle is low and the electric power required from the rotating electrical machine is low, when the secondary battery is at a low temperature, the secondary battery is brought to an early stage by boosting the converter. Warmed up. As a result, the input / output characteristics of the secondary battery can be recovered earlier, the driving force of the vehicle can be sufficiently output to the rotating electrical machine, and more regenerative power generated by the rotating electrical machine can be recovered during braking of the vehicle. it can.
第11の発明に係るプログラムは、第6〜10のいずれかの発明に係る制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。第12の発明に係る記録媒体は、第6〜10のいずれかの発明に係る制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムをコンピュータ読み取り可能に記録した記録媒体である。 A program according to an eleventh invention is a program for causing a computer to execute the control method according to any of the sixth to tenth inventions. A recording medium according to a twelfth aspect of the invention is a recording medium in which a program for causing a computer to execute the control method according to any of the sixth to tenth aspects of the invention is recorded in a computer-readable manner.
第11または12の発明によると、コンピュータ(汎用でも専用でもよい)を用いて、第6〜10のいずれかの発明に係る制御方法を実現することができる。 According to the eleventh or twelfth invention, the control method according to any of the sixth to tenth inventions can be realized using a computer (which may be general purpose or dedicated).
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1を参照して、本実施の形態に係る電力供給ユニットの制御装置が搭載された車両について説明する。この車両は、バッテリ100と、インバータ200と、モータジェネレータ(MG)300と、平滑コンデンサ400と、ECU(Electronic Control Unit)600と、昇圧コンバータ800とを含む。なお、本発明の実施の形態に係る電力供給ユニットは、バッテリ100、昇圧コンバータ800、平滑コンデンサ400、およびインバータ200で構成され、MG300にバッテリ100の電力を供給する。
With reference to FIG. 1, a vehicle equipped with a control device for a power supply unit according to the present embodiment will be described. This vehicle includes a
バッテリ100は、複数のセルを直列に接続したモジュールをさらに複数直列に接続した組電池である。バッテリ100は、低温であるほど、内部抵抗が大きくなり入出力特性が低下する。
The
インバータ200は、6つのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と、IGBTのエミッタ側からコレクタ側に電流を流すように、各IGBTにそれぞれ並列に接続された6つのダイオードとを含む。インバータ200は、ECU600からの制御信号に基づいて、MG300をモータまたはジェネレータとして機能させる。
インバータ200は、MG300をモータとして機能させる場合、バッテリ100から供給された直流電力を交流電力に変換し、MG300に供給する。インバータ200は、各IGBTのゲートをオン/オフ(通電/遮断)してMG300に供給する電力(電流の大きさ)を制御することにより、MG300がECU600からの制御信号で要求される出力状態になるように制御する。
インバータ200は、MG300をジェネレータとして機能させる場合、MG300が発電した交流電力を直流電力に変換し、バッテリ100に充電する。インバータ200は、各IGBTのゲートをオン/オフしてMG300が発電する回生電力(回生電流の大きさ)を制御することにより、ECU600からの制御信号で要求される回生制動力(回生トルク)が車両に作用するように制御する。
MG300は、三相交流モータであるとともに、車両の回生制動時に発電するジェネレータである。MG300の回転軸は、最終的には車両のドライブシャフト(図示せず)に接続される。車両は、MG300からの駆動力により走行する。
平滑コンデンサ400は、インバータ200と並列に接続されている。平滑コンデンサ400は、バッテリ100から供給された電力、またはインバータ200から供給された電力を平滑化するため、電荷を一旦蓄積する。平滑化された電力は、インバータ200またはバッテリ100に供給される。
昇圧コンバータ800は、ECU600に接続され、バッテリ100と平滑コンデンサ400との間に設けられる。昇圧コンバータ800は、第1スイッチング素子(SW(1))810と、第2スイッチング素子(SW(2))820と、SW(1)810およびSW(2)820にそれぞれ並列に接続されるダイオード812および822と、電流変化を妨げるリアクトル830と、コンデンサ840とから構成される。
SW(1)810およびSW(2)820は、PWM(Pulse Width Modulation)制御によりオン/オフ(スイッチング)されるIGBTである。 SW (1) 810 and SW (2) 820 are IGBTs that are turned on / off (switched) by PWM (Pulse Width Modulation) control.
ECU600からの制御信号によりSW(1)810およびSW(2)820がオン/オフされると、昇圧コンバータ800の出力電圧値VHは、入力電圧値VL(通常はバッテリ100の定格電圧値VB)を昇圧させた値となる。
When SW (1) 810 and SW (2) 820 are turned on / off by a control signal from
ECU600からの制御信号が停止されてSW(1)810およびSW(2)820のオン/オフが停止されると、昇圧コンバータ800の出力電圧値VHは、入力電圧値VLのままとなる。
When the control signal from
ECU600には、バッテリ温度センサ102、第1電圧計802、第2電圧計804、車速センサ702、アクセル開度センサ704、およびブレーキ踏力センサ706が接続される。
バッテリ温度センサ102は、バッテリ100の温度を検出し、バッテリ温度を表わす信号をECU600に送信する。第1電圧計802は、昇圧コンバータ800の入力電圧値VLを検出し、入力電圧値VLを表わす信号をECU600に送信する。第2電圧計804は、昇圧コンバータ800の出力電圧値VHを検出し、出力電圧値VHを表わす信号をECU600に送信する。
車速センサ702は、車速を検出し、車速を表わす信号をECU600に送信する。アクセル開度センサ704は、車両の運転者によるアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検出し、アクセル開度を表わす信号をECU600に送信する。ブレーキ踏力センサ706は、車両の運転者によるブレーキ踏力を検出し、ブレーキ踏力を表わす信号をECU600に送信する。
ECU600は、車速センサ702、アクセル開度センサ704およびブレーキ踏力センサ706等の各センサから送信される信号などに基づいて、ROM(Read Only Memory)に記憶されたプログラムを実行する。このプログラムにより、インバータ200や昇圧コンバータ800等が制御されて、車両は所望の状態で走行するように制御される。このプログラムは記録媒体に記録されて市場を流通する場合もある。
また、ECU600は、バッテリ100の温度やSOC(State Of Charge)をパラメータとするマップなどに基づいて、バッテリ100への充電電力制限値(充電される電力の最大値)WINおよび放電電力制限値(放電される電力の最大値)WOUTを算出する。充電電力制限値WINおよび放電電力制限値WOUTは、バッテリ100が低温であるほど(すなわちバッテリ100の入出力特性が低下しているほど)小さな値となるように算出される。ECU600は、バッテリ100の充放電電力を充電電力制限値WINおよび放電電力制限値WOUTに制限するように、インバータ200および昇圧コンバータ800を制御する。これにより、バッテリ100の過放電や過充電が防止される。
Further,
図2を参照して、昇圧コンバータ800を流れる電流について説明する。SW(1)810およびSW(2)820は、ECU600からの制御信号により、たとえば10KHz程度の高周波数でスイッチングされ、図2に示すように、オン/オフが互いに異なるように制御される。
With reference to FIG. 2, the current flowing through
SW(2)820がオン(SW(1)810がオフ)されることより、バッテリ100からの電流がリアクトル830に充電され、リアクトル830内の電圧が上昇される。SW(2)820をオフ(SW(1)810がオン)されると、リアクトル830内に昇圧された電力がインバータ200に放電される。
When SW (2) 820 is turned on (SW (1) 810 is turned off), the current from
このようなリアクトル830の充電と放電とが繰返されることにより、リアクトル830を流れる電流I(L)は、図2に示すように、直流成分IL(DC)に交流成分IL(AC)が重畳した電流(電流)となる。交流成分IL(AC)の振幅値A(L)は、昇圧コンバータ800の出力電圧値VHが大きいほど大きな値となる。
By repeating such charging and discharging of the
図3を参照して、本実施の形態に係る電力供給ユニットの制御装置の機能ブロック図について説明する。図3に示すように、この制御装置は、要求トルク値算出部610と、要求電力値算出部620と、要求トルク値算出部610に接続される昇圧判断部630と、暖機判断部640と、昇圧判断部630と暖機判断部640とに接続されるコンバータ指令部650と、要求電力値算出部620とコンバータ指令部650とに接続されるインバータ指令部660とを含む。
With reference to FIG. 3, a functional block diagram of the control device for the power supply unit according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 3, the control device includes a required torque
要求トルク値算出部610は、車速センサ702、アクセル開度センサ704およびブレーキ踏力センサ706等の各センサから送信される信号やROMに記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、MG300に要求されるトルク値(要求トルク値)T(MG)を算出する。
The required torque
要求電力値算出部620は、車速センサ702、アクセル開度センサ704およびブレーキ踏力センサ706等の各センサから送信される信号やROMに記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、MG300から要求される電力値(要求電力値)P(MG)を算出する。
The required power
昇圧判断部630は、要求トルク値T(MG)に基づいて、バッテリ100の定格電圧VBを昇圧した電力をMG300に供給する必要があるか否かを判断する。
Boost
暖機判断部640は、バッテリ温度計102からの信号に基づいて、バッテリ100を暖機する必要があるか否かを判断する。
Warm-up
コンバータ指令部650は、要求トルク値T(MG)および暖機判断部630の判断結果に応じた出力電圧値VHとなるような指令(制御信号)を、昇圧コンバータ800に出力する。
インバータ指令部660は、要求電力値P(MG)および出力電圧値VHに基づいて、インバータ200に指令(制御信号)を出力する。
このような機能ブロックを有する本実施の形態に係る制御装置は、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、ECUに含まれるCPU(Central Processing Unit)およびメモリとメモリから読み出されてCPUで実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアで実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。以下においては、ソフトウェアとして制御装置を実現した場合を説明する。なお、このようなプログラムを記録した記録媒体についても本発明の一態様である。 The control device according to the present embodiment having such a functional block is read out from a CPU (Central Processing Unit) and a memory and a memory included in the ECU even in hardware mainly composed of a digital circuit or an analog circuit. It can also be realized by software mainly composed of programs executed by the CPU. In general, it is said that it is advantageous in terms of operation speed when realized by hardware, and advantageous in terms of design change when realized by software. Below, the case where a control apparatus is implement | achieved as software is demonstrated. Note that a recording medium on which such a program is recorded is also an embodiment of the present invention.
図4を参照して、本実施の形態に係る電力供給ユニットの制御装置であるECU600が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。
With reference to FIG. 4, a control structure of a program executed by
ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、ECU600は、車速センサ702、アクセル開度センサ704およびブレーキ踏力センサ706等の各センサから送信される信号などに基づいて、要求トルク値T(MG)を算出する。
In step (hereinafter, step is abbreviated as S) 100,
S102にて、ECU600は、車速センサ702、アクセル開度センサ704およびブレーキ踏力センサ706等の各センサから送信される信号などに基づいて、要求電力値P(MG)を算出する。なお、ECU600は、要求トルク値T(MG)に基づいて、要求電力値P(MG)を算出するようにしてもよい。
In S102,
S104にて、ECU600は、要求トルク値T(MG)に基づいて、バッテリ100の定格電圧値VBを昇圧した電力をMG300に供給する必要があるか否かを判断する。ECU600は、たとえば、要求トルク値T(MG)が予め定められたしきい値より大きい場合に、昇圧した電力を供給する必要があると判断する。なお、ECU600は、要求電力値P(MG)に基づいて、バッテリ100の定格電圧値VBを昇圧した電力をMG300に供給する必要があるか否かを判断するようにしてもよい。昇圧した電力を供給する必要があると(S104にてYES)、処理はS106に移される。そうでないと(S104にてNO)、処理はS108に移される。
In S104,
S106にて、ECU600は、出力電圧値VHが、要求トルク値T(MG)に応じた値VH(MG)となるように、昇圧コンバータ800に昇圧指令を出力する。
In S106,
S108にて、ECU600は、バッテリ100を暖機する必要があるか否かを判断する。ECU600は、たとえば、バッテリ温度計102から送信されるバッテリ温度が予め定められた温度以下である場合に、バッテリ100を暖機する必要があると判断する。暖機する必要があると(S108にてYES)、処理はS110に移される。そうでないと(S108にてNO)、処理はS112に移される。
In S108,
S110にて、ECU600は、出力電圧値VHが、最大電圧値VH(MAX)になるように、昇圧コンバータ800に昇圧指令を出力する。
In S110,
S112にて、ECU600は、出力電圧値VHが、バッテリ100の定格電圧値VBとなるように、昇圧コンバータ800への指令を停止する。
In S112,
S114にて、ECU600は、出力電圧値VHと要求電力値P(MG)とに基づいて、インバータ200で変換する電流値I(IN)を算出する。たとえば、ECU600は、要求電力値P(MG)を出力電圧値VHで除算した値を電流値I(IN)として算出する。
In S114,
S116にて、ECU600は、インバータ200で電流値I(IN)の大きさの電流が変換されるように、インバータ200に変換指令を出力する。
In S116,
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるECU600により制御される電力供給ユニットの動作について説明する。
An operation of the power supply unit controlled by
車両の運転が開始さると、MG300の要求トルク値T(MG)および要求電力値P(MG)が算出される(S100、S102)。
When the driving of the vehicle is started, a required torque value T (MG) and a required power value P (MG) of
ところで、バッテリ100の温度が低いと、バッテリ100に内部抵抗が大きくなり入出力特性が低下する。そのため、放電電力制限値WOUTが小さな値となる。これにより、要求トルク値T(MG)が高い場合であっても、バッテリ100からの放電を十分に行なえない場合がある。また、MG300が大きな回生電力を発生した場合であっても、バッテリ100への充電を十分に行なえない場合がある。
By the way, when the temperature of the
そこで、要求トルク値T(MG)が予め定められたしきい値より小さく、バッテリ100の定格電圧値VBを昇圧した電力を供給する必要がないと判断された場合(S104にてNO)であっても、バッテリ温度が予め定められた温度以下であると、バッテリ100を暖機する必要があると判断され(S108にてYES)、昇圧コンバータ800の出力電圧値VHが、最大電圧値VH(MAX)に制御される(S110)。
Therefore, the required torque value T (MG) is smaller than a predetermined threshold value, and it is determined that it is not necessary to supply power obtained by boosting the rated voltage value VB of the battery 100 (NO in S104). However, if battery temperature is equal to or lower than a predetermined temperature, it is determined that
これにより、リアクトル830を流れる電流I(L)は、上述したように、直流成分IL(DC)に交流成分IL(AC)が重畳した電流となる。このリアクトル830を流れる電流I(L)がコンデンサ840を経由してバッテリ100に流れる。その結果、バッテリ100を流れる電流I(B)は、図5に示すように、直流成分IB(DC)に交流成分IB(AC)が重畳した電流となる。
Thereby, the current I (L) flowing through the
直流成分IB(DC)に加えて交流成分IB(AC)によってバッテリ100内部での発熱が促進される。そのため、図6に示すように、直流成分IB(DC)のみの場合(すなわち昇圧コンバータ800による昇圧を行なわない場合)に比べて、バッテリ100をより早期に暖機することができる。
Heat generation inside the
これにより、その後に要求トルク値T(MG)が高くなった場合やMG300が大きな回生電力を発生した場合に備えて、バッテリ100の入出力特性をより早期に回復して、車両の動力性能や回生電力の回収率が低下することを抑制することができる。
As a result, the input / output characteristics of the
また、出力電圧値VHが最大電圧値VH(MAX)に昇圧されておりリアクトル830を流れる電流I(L)の振幅A(L)が最大となる。そのため、バッテリ100を流れる電流I(B)の交流成分IB(AC)の振幅A(B)も最大となり、バッテリ100内部で発生するジュール熱が最大となる。これにより、バッテリ100を最短時間で暖機させることができる。
Further, the output voltage value VH is boosted to the maximum voltage value VH (MAX), and the amplitude A (L) of the current I (L) flowing through the
さらに、図6に示すように、バッテリ100を流れる電流I(B)の直流成分IB(DC)よりも交流成分IB(AC)の振幅A(B)が大きいと、SW(1)810およびSW(2)820がオン/オフされるたびに、バッテリ100の充放電が繰返される。そのため、バッテリ100の低温時において、放電が長時間継続されることによる過放電を防止することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 6, when the amplitude A (B) of the AC component IB (AC) is larger than the DC component IB (DC) of the current I (B) flowing through the
インバータ200で変換される電流値I(IN)は、要求電力値P(MG)を出力電圧値VHで除算した値に制御される(S114、S116)。すなわち、出力電圧値VHが昇圧されたことに応じて、インバータ200で変換される電流値I(IN)が小さく制御される。そのため、MG300には、要求電力値P(MG)の電力が供給される。
The current value I (IN) converted by the
以上のように、本実施の形態に係る電力制御ユニットの制御装置によれば、モータジェネレータの要求トルクが小さく、バッテリの定格電圧を昇圧した電力をモータジェネレータに供給する必要がない場合であっても、バッテリ温度が低い場合には、最大昇圧値で昇圧するように昇圧コンバータが制御される。これにより、バッテリに交流成分を含む電流が流れるため、バッテリ内部での発熱がより促進される。さらに、バッテリを流れる電流の直流成分よりも交流成分の振幅が大きいと、昇圧コンバータのスイッチング素子がオン/オフされるたびに、バッテリの充放電が繰返される。そのため、放電が長時間継続されることによる過放電を防止することができる。これにより、バッテリの過放電による劣化を抑制しつつ、バッテリをより早期に暖機することができる。 As described above, according to the control device for the power control unit according to the present embodiment, the required torque of the motor generator is small, and it is not necessary to supply the motor generator with the electric power obtained by boosting the rated voltage of the battery. However, when the battery temperature is low, the boost converter is controlled so as to boost at the maximum boost value. Thereby, since the electric current containing an alternating current component flows through the battery, heat generation inside the battery is further promoted. Further, if the amplitude of the AC component is larger than the DC component of the current flowing through the battery, the battery is repeatedly charged and discharged each time the switching element of the boost converter is turned on / off. Therefore, it is possible to prevent overdischarge due to the discharge being continued for a long time. Thereby, the battery can be warmed up earlier while suppressing deterioration due to overdischarge of the battery.
なお、本実施の形態においては、交流成分がバッテリ100の放電電流に含まれる場合について説明したが、本発明に係る電力制御ユニットの制御装置において、交流成分が含まれる電流がバッテリ100の放電電流であることに限定されない。すなわち、交流成分がバッテリ100の充電電流に含まれる場合であっても、バッテリをより早期に暖機するこができる。
In the present embodiment, the case where the AC component is included in the discharge current of
<第1の変形例>
上述した実施の形態においては、バッテリ100からの電力のみをMG300に供給する電力供給ユニットについて説明したが、本発明に係る制御装置が適用できる電力供給ユニットはこれに限定されない。
<First Modification>
In the above-described embodiment, the power supply unit that supplies only the power from the
たとえば、図7に示すように、第1の実施の形態に係る電力供給ユニットと比べて、平滑コンデンサ400とインバータ200との間にバッテリ100と並列に接続され、水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電する燃料電池2010を含む電力供給ユニットにも、本発明に係る制御装置が適用できる。
For example, as shown in FIG. 7, as compared with the power supply unit according to the first embodiment, the
このような電力供給ユニットにおいては、バッテリ100の電力と燃料電池2010の電力とを、MG300の負荷に応じて最適に制御することが可能である。たとえば、MG300の要求トルク値T(MG)が低い場合には、燃料電池2010からの電力のみをMG300に供給し、MG300の要求トルク値T(MG)が高く燃料電池2010の電力だけでは不足する場合には、バッテリ100の電力が補充される。
In such a power supply unit, it is possible to optimally control the power of the
このようにバッテリ100の電力が必要になる場合に備えて、要求トルク値T(MG)が低い場合(S104にてYES)であっても、バッテリ温度が低温であると(S108にてYES)、昇圧するように昇圧コンバータ800が制御される(S110)。これにより、バッテリ100を早期に暖機して、MG300の要求トルク値T(MG)が高くなったときに、バッテリ100の電力を十分に補充することができる。
Thus, even when the required torque value T (MG) is low (YES in S104), if the battery temperature is low (YES in S108), in preparation for the case where the power of the
なお、燃料電池2010の代わりに、たとえば、バッテリ100よりも入出力特性が優れるキャパシタを備えてもよい。この場合であっても、バッテリ100を早期に暖機して、バッテリ100の入出力特性を早期に回復させることができる。
Instead of the
<第2の変形例>
上述した実施の形態においては、電力供給ユニットの制御装置が搭載される車両が、MG300からの駆動力のみにより走行する電気自動車として説明したが、本発明に係る電力供給ユニットが搭載される車両は、電気自動車に限定されない。たとえば、図8に示すように、ハイブリッド車両であってもよい。
<Second Modification>
In the above-described embodiment, the vehicle on which the control device for the power supply unit is mounted is described as an electric vehicle that travels only by the driving force from the
このハイブリッド車両は、第1の実施の形態に係る車両と比べて、インバータ200とMG300とに代えて、エンジン1000と、MG(1)1300と、MG(2)1310と、エンジン1000とMG(1)1300とMG(2)1310とに接続される動力分割機構1400と、MG(1)1300に接続されるインバータ(1)1200と、MG(2)1310に接続されるインバータ(2)1210と、減速機1040と、ドライブシャフト1050と、駆動輪1060とを含む。
Compared with the vehicle according to the first embodiment, this hybrid vehicle replaces
この車両は、エンジン1000およびMG(2)1310の少なくともいずれか一方からの動力が、減速機1040およびドライブシャフト1050を経由して駆動輪1060に伝達されることにより走行する。エンジン1000が発生する動力は、動力分割機構1400により2経路に分割される。一方は減速機1040およびドライブシャフト1050を介して駆動輪1060を駆動する経路である。もう一方は、MG(1)1300を駆動させて発電する経路である。
This vehicle travels when power from at least one of
このような車両において、MG(1)1300およびMG(2)1310の要求トルクが低い場合であっても、バッテリ温度が低温であると(S108にてYES)、昇圧するように昇圧コンバータ800が制御される(S110)。これにより、MG(1)1300およびMG(2)1310の要求トルクが高くなるときに備えて、バッテリ100を早期に暖機することができる。
In such a vehicle, even when the required torques of MG (1) 1300 and MG (2) 1310 are low, if battery temperature is low (YES in S108),
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 defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 バッテリ、102 バッテリ温度計、200 インバータ、300 モータジェネレータ、400 平滑コンデンサ、600 ECU、800 昇圧コンバータ、802 第1電圧計、804 第2電圧計、810 第1スイッチング素子、820 第2スイッチング素子、812,822 ダイオード、830 リアクトル、840 コンデンサ、702 車速センサ、704 アクセル開度センサ、706 ブレーキ踏力センサ、1000 エンジン、1300 MG(1)、1310 MG(2)、1400 動力分割機構、1200 インバータ(1)、1210 インバータ(2)、1040 減速機、1050 ドライブシャフト、1060 駆動輪、2010 燃料電池。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記負荷に要求される出力を算出するための手段と、
前記要求される出力に基づいて、前記コンバータによる変圧が必要であるか否かを判断するための変圧判断手段と、
前記二次電池の温度を検出するための手段と、
前記二次電池の温度が予め定められた温度以下であるか否かを判断するための温度判断手段と、
前記変圧判断手段により前記変圧が必要でないと判断され、かつ前記温度判断手段により前記二次電池の温度が予め定められた温度以下であると判断されると、前記コンバータを作動するように制御するための制御手段とを含む、電力供給ユニットの制御装置。 A control device for a power supply unit comprising: a secondary battery that supplies power to a load; and a converter that is provided between the load and the secondary battery and transforms and outputs an input voltage by turning on and off a switching element. There,
Means for calculating an output required for the load;
Transform determining means for determining whether or not the transformer needs to be transformed based on the required output;
Means for detecting the temperature of the secondary battery;
Temperature determining means for determining whether the temperature of the secondary battery is equal to or lower than a predetermined temperature;
When it is determined that the voltage transformation is not necessary by the voltage transformation judging means and the temperature judgment means judges that the temperature of the secondary battery is equal to or lower than a predetermined temperature, the converter is controlled to operate. And a control unit for the power supply unit.
前記制御装置は、前記変圧判断手段により前記昇圧が必要であると判断されると、前記二次電池の定格電圧を前記要求される出力に応じた値に昇圧するように、前記コンバータを制御するための手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記定格電圧を予め定められた値に昇圧するように、前記コンバータを制御するための手段を含む、請求項1に記載の電力供給ユニットの制御装置。 The transformer determining means includes means for determining whether or not boosting by the converter is necessary,
The control device controls the converter so as to boost the rated voltage of the secondary battery to a value corresponding to the required output when the boost determination means determines that the boost is necessary. Further comprising means for
The control device for a power supply unit according to claim 1, wherein the control means includes means for controlling the converter so as to boost the rated voltage to a predetermined value.
前記制御装置は、
前記要求される出力に基づいて、前記負荷から要求される電力を算出するための手段と、
前記コンバータの出力電圧を検出するための手段と、
前記要求される電力と前記出力電圧とに基づいて、前記要求される電力が前記負荷に供給されるように、前記インバータにより変換される電流を制御するための手段とをさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載の電力供給ユニットの制御装置。 The power supply unit further includes an inverter that is provided between the converter and the load, converts an input current, and outputs the converted current.
The controller is
Means for calculating power required from the load based on the required output;
Means for detecting the output voltage of the converter;
And a means for controlling a current converted by the inverter so that the required power is supplied to the load based on the required power and the output voltage. The control apparatus of the electric power supply unit in any one of -3.
前記負荷は、前記二次電池の電力により前記車両の駆動力を発生するとともに、前記車両の制動時に回生電力を発生する回転電機である、請求項1〜4のいずれかに記載の電力供給ユニットの制御装置。 The power supply unit is mounted on a vehicle,
5. The power supply unit according to claim 1, wherein the load is a rotating electrical machine that generates driving power of the vehicle by power of the secondary battery and generates regenerative power when braking the vehicle. Control device.
前記負荷に要求される出力を算出するステップと、
前記要求される出力に基づいて、前記コンバータによる変圧が必要であるか否かを判断する変圧判断ステップと、
前記二次電池の温度を検出するステップと、
前記二次電池の温度が予め定められた温度以下であるか否かを判断する温度判断ステップと、
前記変圧判断ステップにより前記変圧が必要でないと判断され、かつ前記温度判断ステップにより前記二次電池の温度が予め定められた温度以下であると判断されると、前記コンバータを作動するように制御する制御ステップとを含む、電力供給ユニットの制御方法。 A control method of a power supply unit comprising: a secondary battery that supplies power to a load; and a converter that is provided between the load and the secondary battery and transforms and outputs an input voltage by turning on and off a switching element. There,
Calculating an output required for the load;
Transform determination step of determining whether or not a transform by the converter is necessary based on the required output;
Detecting the temperature of the secondary battery;
A temperature determining step of determining whether the temperature of the secondary battery is equal to or lower than a predetermined temperature;
If it is determined that the voltage transformation is not necessary in the voltage transformation determination step, and the temperature determination step determines that the temperature of the secondary battery is equal to or lower than a predetermined temperature, the converter is controlled to operate. A method for controlling the power supply unit.
前記制御方法は、前記変圧判断ステップにより前記昇圧が必要であると判断されると、前記二次電池の定格電圧を前記要求される出力に応じた値に昇圧するように、前記コンバータを制御するステップをさらに含み、
前記制御ステップは、前記定格電圧を予め定められた値に昇圧するように、前記コンバータを制御するステップを含む、請求項6に記載の電力供給ユニットの制御方法。 The transformer determining step includes a step of determining whether or not boosting by the converter is necessary,
The control method controls the converter so as to boost the rated voltage of the secondary battery to a value corresponding to the required output when it is determined that the boost is necessary in the voltage transformation determining step. Further comprising steps,
The method of controlling a power supply unit according to claim 6, wherein the control step includes a step of controlling the converter so as to boost the rated voltage to a predetermined value.
前記制御方法は、
前記要求される出力に基づいて、前記負荷から要求される電力を算出するステップと、
前記コンバータの出力電圧を検出するステップと、
前記要求される電力と前記出力電圧とに基づいて、前記要求される電力が前記負荷に供給されるように、前記インバータにより変換される電流を制御するステップとをさらに含む、請求項6〜8のいずれかに記載の電力供給ユニットの制御方法。 The power supply unit further includes an inverter that is provided between the converter and the load, converts an input current, and outputs the converted current.
The control method is:
Calculating power required from the load based on the required output;
Detecting an output voltage of the converter;
The method further comprises: controlling a current converted by the inverter so that the required power is supplied to the load based on the required power and the output voltage. The control method of the electric power supply unit in any one of.
前記負荷は、前記二次電池の電力により前記車両の駆動力を発生するとともに、前記車両の制動時に回生電力を発生する回転電機である、請求項6〜9のいずれかに記載の電力供給ユニットの制御方法。 The power supply unit is mounted on a vehicle,
The power supply unit according to any one of claims 6 to 9, wherein the load is a rotating electrical machine that generates driving power of the vehicle by power of the secondary battery and generates regenerative power when braking the vehicle. Control method.
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