JP5118913B2 - 電源システムおよびそれを備えた電動車両ならびに電源システムの制御方法 - Google Patents
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Description
このような構成とすることにより、非充電対象の蓄電装置から充電対象の蓄電装置へ流れる電流の発生を防止することができる。
(電源システムの全体構成)
図1は、本発明の実施の形態による電源システムを搭載した電動車両100の全体ブロック図である。
図2を参照して、インバータ30−1は、電力用半導体スイッチング素子Q11〜Q16および逆並列ダイオードD11〜D16からなる一般的な三相インバータである。電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「半導体スイッチング素子」と称する)としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が代表的に適用されるが、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)等のパワースイッチング素子を適用することも可能である。同様に、インバータ30−2は、スイッチング素子Q21〜Q26および逆並列ダイオードD21〜D26からなる通常の三相インバータである。
電池ECU4は、電圧センサ12−1,12−2および電流センサ10−1,10−2からの各検出値に基づいて、二次電池6−1、6−2の充電レベルを推定する。代表的には、充電レベルを示す状態量として、SOC(State of Charge)が推定される。ここでは、SOCは、満充電レベルを示す100(%)〜完放電レベルを示す0(%)の間の値を示す。
図3は、図1に示した本発明の実施の形態による電源システム101の構成を詳細に説明する回路図である。
図5は、本発明の実施の形態1による電源システムにおける効率充電モードでのコンバータ制御を説明する概念図である。
図8は、本発明の実施の形態1の変形例による電源システムにおける効率充電モードの制御動作を説明する概念図である。
以下、実施の形態2以降において、実施の形態1に説明したのと同様の構成の電源システムにおける、コンバータ8−1,8−2の効率充電モードのバリエーションについて順次説明していく。したがって、電源システム101およびそれを搭載する電動車両100の構成や、その基本動作については実施の形態1と同様であるので、その説明は繰返さない。すなわち、実施の形態2以降では、コンバータ8−1,8−2の効率充電モードにおける制御動作について説明する。
実施の形態3では、コンバータによる電力損失をさらに抑制するために、各コンバータにおいてスイッチング動作を非実行とする効率充電モードについて説明する。
実施の形態3の変形例では、実施の形態3と同様に、コンバータにおけるスイッチング動作を非実行とするとともに、各二次電池(蓄電装置)を順次充電することによって、充電前の充電差調整動作を不要とした効率充電モードについて説明する。
Claims (24)
- 電力線上の電力を用いて走行駆動力を発生可能な電動車両に搭載される電源システムであって、
充放電可能な複数の蓄電装置と、
前記電力線と前記複数の蓄電装置との間にそれぞれ接続され、各々が、前記複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と前記電力線との間で双方向に電力変換を行なうための、複数の電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された複数のコンバータと、
各前記コンバータの各前記電力用半導体スイッチング素子のオンおよびオフを制御するための制御装置とを備え、
前記複数の電力用半導体スイッチング素子は、前記電力線と前記対応する蓄電装置との間に電気的に接続された第1のスイッチング素子を含み、
前記制御装置は、前記電力線に供給された電力により前記複数の蓄電装置を充電する所定モードにおいて、前記複数の蓄電装置のうちの少なくとも一部の蓄電装置を充電対象に選択するとともに、前記充電対象に選択された蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて、前記電力線の電圧および前記選択された蓄電装置の充電電流を制御することなく前記第1のスイッチング素子をオンに固定する一方で、前記充電対象以外の残余の蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて、前記第1のスイッチング素子をオフに固定することによって、前記複数の蓄電装置を充電する、電源システム。 - 前記制御装置は、前記所定モードにおいて、前記前記複数の蓄電装置の各々を並列に充電対象に選択するとともに、充電開始時における前記蓄電装置間の突入電流防止のための調整動作を実行した後に、各前記コンバータにおいて前記第1のスイッチング素子をオンに固定する、請求項1記載の電源システム。
- 前記制御装置は、前記所定モードにおいて、前記調整動作として、前記複数のコンバータのうちの少なくとも1つによる、前記複数の電力用半導体スイッチング素子の少なくとも1つのオンオフ制御によって、前記電力線の電圧を前記複数の蓄電装置の出力電圧のうちの最高電圧と同等に制御した後に、各前記コンバータにおいて前記第1のスイッチング素子をオンに固定する、請求項2記載の電源システム。
- 前記制御装置は、前記所定モードの開始時点において、前記複数の蓄電装置の間の充電レベル差が所定より大きいときには、前記調整動作として、前記充電レベル差が前記所定以下となるように前記複数の蓄電装置を充放電させるために前記複数のコンバータを制御した後に、各前記コンバータにおいて前記第1のスイッチング素子をオンに固定する、請求項2記載の電源システム。
- 前記複数のコンバータと前記複数の蓄電装置との間にそれぞれ設けられた複数の開閉装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記所定モードにおいて、前記複数の蓄電装置のうちの一部の蓄電装置を充電対象に順次選択するとともに、前記充電対象に選択された蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて前記第1のスイッチング素子をオンに固定する一方で、前記充電対象以外の残余の蓄電装置に対応する、前記第1のスイッチング素子をオフに固定するとともに前記開閉装置をオフする、請求項1記載の電源システム。 - 電力線上の電力を用いて走行駆動力を発生可能な電動車両に搭載される電源システムであって、
充放電可能な複数の蓄電装置と、
前記電力線と前記複数の蓄電装置との間にそれぞれ接続され、各々が、前記複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と前記電力線との間で双方向に電力変換を行なうための、複数の電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された複数のコンバータと、
各前記コンバータの各前記電力用半導体スイッチング素子のオンおよびオフを制御する
ための制御装置とを備え、
前記複数の電力用半導体スイッチング素子は、前記電力線と前記対応する蓄電装置との間に電気的に接続された第1のスイッチング素子を含み、
前記制御装置は、前記電力線に供給された電力により前記複数の蓄電装置を充電する所定モードにおいて、前記複数の蓄電装置のうちの一部の蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて、前記対応の蓄電装置の充電電流を目標電流に制御するように前記複数の電力用半導体スイッチング素子の少なくとも1つをオンオフさせる一方で、前記一部の蓄電装置以外の残余の蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて、電圧制御および電流制御を行なうことなく前記第1のスイッチング素子をオンに固定することによって、前記複数の蓄電装置を充電する、電源システム。 - 前記制御装置は、前記複数の蓄電装置の間の充電レベルの差に従って、前記目標電流を設定する、請求項6記載の電源システム。
- 電力線上の電力を用いて走行駆動力を発生可能な電動車両に搭載される電源システムであって、
充放電可能な複数の蓄電装置と、
前記電力線と前記複数の蓄電装置との間にそれぞれ接続され、各々が、前記複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と前記電力線との間で双方向に電力変換を行なうための、複数の電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された複数のコンバータと、
前記複数のコンバータと前記複数の蓄電装置との間にそれぞれ設けられた複数の開閉装置と、
各前記コンバータの各前記電力用半導体スイッチング素子のオンおよびオフを制御するための制御装置とを備え、
前記複数の電力用半導体スイッチング素子は、前記電力線と前記対応する蓄電装置との間に電気的に接続された第1のスイッチング素子を含み、
前記制御装置は、前記電力線に供給された電力により前記複数の蓄電装置を充電する所定モードにおいて、前記複数の蓄電装置のうちの一部の蓄電装置を充電対象に順次選択するとともに、前記充電対象に選択された蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて、前記電力線の電圧を目標電圧に制御するように前記複数の電力用半導体スイッチング素子の少なくとも1つをオンオフさせる一方で、前記充電対象以外の残余の蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて、前記第1のスイッチング素子をオフに固定することによって、前記複数の蓄電装置を充電し、さらに、
前記制御装置は、前記所定モードにおいて、前記充電対象以外の蓄電装置に対応する各前記開閉装置をオフする、電源システム。 - 前記制御装置は、前記目標電圧を、前記複数の蓄電装置の出力電圧のうちの最高電圧よりも高く設定する、請求項8記載の電源システム。
- 前記制御装置は、前記充電対象の蓄電装置が目標レベルまで充電されるのに応答して前記充電対象の選択を切換え、
前記目標レベルは、各前記蓄電装置が満充電レベルまで充電される迄に複数回ずつ前記充電対象に選択されるように設定される、請求項5または8記載の電源システム。 - 前記所定モードにおいて、前記電動車両の外部電源からの電力が前記電力線へ供給される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の電源システム。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の電源システムと、
星形結線された第1の多相巻線を固定子巻線として含む第1の交流回転電機と、
星形結線された第2の多相巻線を固定子巻線として含む第2の交流回転電機と、
前記第1の多相巻線に接続され、前記第1の交流回転電機と前記電力線との間で電力変換を行なう第1のインバータと、
前記第2の多相巻線に接続され、前記第2の交流回転電機と前記電力線との間で電力変換を行なう第2のインバータと、
前記所定モードにおいて、前記第1の多相巻線の第1の中性点および前記第2の多相巻線の第2の中性点と、電動車両の外部の交流電源との間を電気的に接続するためのコネクタ部と、
前記第1および第2のインバータの電力用半導体スイッチング素子のオンおよびオフを制御するインバータ制御装置とをさらに備え、
前記第1および第2の交流回転電機の少なくとも一方は、前記走行駆動力の発生に用いられ、
前記インバータ制御装置は、前記所定モードにおいて、前記コネクタ部を経由して前記第1および第2の中性点へ供給された前記交流電源からの交流電圧を、直流電圧に変換して前記電力線に出力するように、前記第1および第2のインバータの各々を制御する、電動車両。 - 電力線上の電力を用いて走行駆動力を発生可能な電動車両に搭載される電源システムの制御方法であって、
前記電源システムは、
充放電可能な複数の蓄電装置と、
前記電力線と前記複数の蓄電装置との間にそれぞれ接続され、各々が、前記複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と前記電力線との間で双方向に電力変換を行なうための、複数の電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された複数のコンバータと、
各前記コンバータの各前記電力用半導体スイッチング素子のオンおよびオフを制御するための制御装置とを備え、
前記複数の電力用半導体スイッチング素子は、前記電力線と前記対応する蓄電装置との間に電気的に接続された第1のスイッチング素子を含み、
前記制御方法は、
前記電力線に供給された電力により前記複数の蓄電装置を充電する所定モードにおいて、前記複数の蓄電装置のうちの少なくとも一部の蓄電装置を充電対象に選択するステップと、
前記充電対象に選択された蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて、前記第1のスイッチング素子をオンに固定する一方で、前記充電対象以外の残余の蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて、電圧制御および電流制御を行なうことなく前記第1のスイッチング素子をオフに固定することによって充電動作を行なうステップとを備える、電源システムの制御方法。 - 前記選択するステップは、前記所定モードにおいて、前記複数の蓄電装置の各々を並列に充電対象に選択し、
前記制御方法は、
前記充電動作に先立って、充電開始時における前記複数の蓄電装置間での突入電流防止のための調整動作を実行するステップをさらに備え、
前記充電動作を実行するステップは、前記調整動作の後に、各前記コンバータにおいて前記第1のスイッチング素子をオンに固定する、請求項13記載の電源システムの制御方法。 - 前記調整動作を実行するステップは、前記複数のコンバータのうちの少なくとも1つによる、前記複数の電力用半導体スイッチング素子の少なくとも1つのオンオフ制御によって、前記電力線の電圧を前記複数の蓄電装置の出力電圧のうちの最高電圧と同等に制御するステップを含む、請求項14記載の電源システムの制御方法。
- 前記調整動作を実行するステップは、前記複数の蓄電装置の間の充電レベル差が所定より大きいときには、前記充電レベル差が前記所定以下となるように前記複数の蓄電装置を充放電させるために前記複数のコンバータを制御するステップを含む、請求項14記載の電源システムの制御方法。
- 前記電源システムは、
複数のコンバータと前記複数の蓄電装置との間にそれぞれ設けられた複数の開閉装置をさらに備え、
前記選択するステップは、前記所定モードにおいて、前記複数の蓄電装置のうちの一部の蓄電装置を充電対象に順次選択し、
前記充電動作を実行するステップは、前記充電対象に選択された蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて前記第1のスイッチング素子をオンに固定する一方で、前記充電対象以外の残余の蓄電装置に対応する、前記第1のスイッチング素子をオフに固定するとともに前記開閉装置をオフする、請求項13記載の電源システムの制御方法。 - 電力線上の電力を用いて走行駆動力を発生可能な電動車両に搭載される電源システムの制御方法であって、
前記電源システムは、
充放電可能な複数の蓄電装置と、
前記電力線と前記複数の蓄電装置との間にそれぞれ接続され、各々が、前記複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と前記電力線との間で双方向に電力変換を行なうための、複数の電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された複数のコンバータと、
各前記コンバータの各前記電力用半導体スイッチング素子のオンおよびオフを制御するための制御装置とを備え、
前記複数の電力用半導体スイッチング素子は、前記電力線と前記対応する蓄電装置との間に電気的に接続された第1のスイッチング素子を含み、
前記制御方法は、
前記電力線に供給された電力により前記複数の蓄電装置を充電する所定モードにおいて、前記複数の蓄電装置のうちの一部の蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて、前記対応の蓄電装置の充電電流を目標電流に制御するように前記複数の電力用半導体スイッチング素子の少なくとも1つをオンオフさせる一方で、前記一部の蓄電装置以外の残余の蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて、電圧制御および電流制御を行なうことなく前記第1のスイッチング素子をオンに固定することによって充電動作を行なうステップを備える、電源システムの制御方法。 - 前記複数の蓄電装置の間の充電レベルの差に従って、前記充電動作における前記目標電流を設定するステップをさらに備える、請求項18記載の電源システムの制御方法。
- 電力線上の電力を用いて走行駆動力を発生可能な電動車両に搭載される電源システムの制御方法であって、
前記電源システムは、
充放電可能な複数の蓄電装置と、
前記電力線と前記複数の蓄電装置との間にそれぞれ接続され、各々が、前記複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と前記電力線との間で双方向に電力変換を行なうための、複数の電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された複数のコンバータと、
前記複数のコンバータと前記複数の蓄電装置との間にそれぞれ設けられた複数の開閉装置と、
各前記コンバータの各前記電力用半導体スイッチング素子のオンおよびオフを制御するための制御装置とを備え、
前記複数の電力用半導体スイッチング素子は、前記電力線と前記対応する蓄電装置との間に電気的に接続された第1のスイッチング素子を含み、
前記制御方法は、
前記電力線に供給された電力により前記複数の蓄電装置を充電する所定モードにおいて、前記複数の蓄電装置のうちの一部の蓄電装置を充電対象に順次選択するステップと、
前記充電対象に選択された蓄電装置に対応する前記コンバータにおいて、前記電力線の電圧を目標電圧に制御するように前記複数の電力用半導体スイッチング素子の少なくとも1つをオンオフさせる一方で、前記充電対象以外の残余の蓄電装置に対応する前記コンバ
ータにおいて、少なくとも前記第1のスイッチング素子をオフに固定することによって充電動作を実行するステップと、
前記充電動作を実行するステップに先立って、前記残余の蓄電装置に対応する前記開閉装置を開放するステップとを備える、電源システムの制御方法。 - 前記充電動作を実行するステップにおいて、前記目標電圧は、前記複数の蓄電装置の出力電圧のうちの最高電圧よりも高く設定される、請求項20記載の電源システムの制御方法。
- 前記充電対象の蓄電装置が目標レベルまで充電されたことを検知するステップと、
前記検知するステップでの検知に応答して前記充電対象の選択を切換えるステップとをさらに備え、
前記検知するステップにおいて、前記目標レベルは、各前記蓄電装置が満充電レベルまで充電される迄に複数回ずつ前記充電対象に選択されるように設定される、請求項17または20記載の電源システムの制御方法。 - 前記所定モードにおいて、前記電動車両の外部電源からの電力が前記電力線へ供給される、請求項13〜22のいずれか1項に記載の電源システムの制御方法。
- 前記電動車両は、
星形結線された第1の多相巻線を固定子巻線として含む第1の交流回転電機と、
星形結線された第2の多相巻線を固定子巻線として含む第2の交流回転電機と、
前記第1の多相巻線に接続され、前記第1の交流回転電機と前記電力線との間で電力変換を行なう第1のインバータと、
前記第2の多相巻線に接続され、前記第2の交流回転電機と前記電力線との間で電力変換を行なう第2のインバータと、
前記所定モードにおいて、前記第1の多相巻線の第1の中性点および前記第2の多相巻線の第2の中性点と、前記電動車両の外部の交流電源との間を電気的に接続するためのコネクタ部と、
前記第1および第2のインバータの電力用半導体スイッチング素子のオンおよびオフを制御するインバータ制御装置とをさらに備え、
前記第1および第2の交流回転電機の少なくとも一方は、前記走行駆動力の発生に用いられ、
前記インバータ制御装置は、前記所定モードにおいて、前記コネクタ部を経由して前記第1および第2の中性点へ供給された前記交流電源からの交流電圧を、直流電圧に変換して前記電力線に出力するように、前記第1および第2のインバータの各々を制御する、請求項13〜23のいずれか1項に記載の電源システムの制御方法。
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