JP5189521B2 - Vehicle power system - Google Patents

Vehicle power system Download PDF

Info

Publication number
JP5189521B2
JP5189521B2 JP2009033037A JP2009033037A JP5189521B2 JP 5189521 B2 JP5189521 B2 JP 5189521B2 JP 2009033037 A JP2009033037 A JP 2009033037A JP 2009033037 A JP2009033037 A JP 2009033037A JP 5189521 B2 JP5189521 B2 JP 5189521B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
converter
power
current
power supply
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009033037A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010193561A (en
Inventor
晃生 石下
大輔 黒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Toyota Motor Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2009033037A priority Critical patent/JP5189521B2/en
Publication of JP2010193561A publication Critical patent/JP2010193561A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5189521B2 publication Critical patent/JP5189521B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

この発明は、車両の電源システムに関し、より特定的には、車両駆動用電動機を含むメイン負荷への電力供給を制御するためのコンバータを含む電源システムにおけるリップル電流の抑制制御に関する。   The present invention relates to a power supply system for a vehicle, and more particularly to ripple current suppression control in a power supply system including a converter for controlling power supply to a main load including a vehicle drive motor.

バッテリ等の蓄電装置からの直流電圧を昇圧して負荷の駆動に用いる電源システムが提案されている。たとえば特開2006−101636号公報(特許文献1)には、バッテリから供給される直流電圧を昇圧する双方向DC/DCコンバータ(昇圧コンバータ)を設けた電源装置が記載されている。特に、特許文献1に記載の電源装置では、一時的な過負荷時に昇圧コンバータの保護機能により出力が遮断されるのを防止することによって、電力源の容量範囲内で最低限の出力を確保するようにしたコンバータ制御が記載されている。   A power supply system that boosts a DC voltage from a power storage device such as a battery and uses it to drive a load has been proposed. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2006-101636 (Patent Document 1) describes a power supply device provided with a bidirectional DC / DC converter (boost converter) that boosts a DC voltage supplied from a battery. In particular, in the power supply device described in Patent Document 1, a minimum output is ensured within the capacity range of the power source by preventing the output from being interrupted by the protection function of the boost converter during a temporary overload. Such converter control is described.

また、特開2007−318970号公報(特許文献2)では、その図26に昇圧コンバータを備えた電源システムの構成が記載される。そして、外部電源によってバッテリを充電する際に、バッテリ電流を目標電流に制御するための電流制御系をコンバータ制御部に付加することによって、電流の脈動(リップル電流)を抑制することにより、蓄電装置の劣化抑制にも寄与できることが記載されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2007-318970 (Patent Document 2) describes the configuration of a power supply system including a boost converter in FIG. And when charging a battery with an external power supply, by adding a current control system for controlling the battery current to the target current to the converter control unit, by suppressing current pulsation (ripple current), the power storage device It is described that it can also contribute to the suppression of deterioration of the resin.

また、特開2006−94588号公報(特許文献3)には、電動トルク使用型車両での走行負荷急変時にも、走行安定性の悪化とバッテリ消費電力の急変を抑制可能な、インバータのパルス幅変調(PWM)制御が記載されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2006-94588 (Patent Document 3) discloses a pulse width of an inverter that can suppress deterioration in running stability and sudden change in battery power consumption even when a running load suddenly changes in a vehicle using an electric torque. Modulation (PWM) control is described.

特開2006−101636号公報JP 2006-101636 A 特開2007−318970号公報JP 2007-318970 A 特開2006−94588号公報JP 2006-94588 A

特許文献2にも記載されるように、コンバータ(昇圧コンバータ)によって蓄電装置(バッテリ)から負荷への供給電力を制御する場合には、バッテリからの出力電流に含まれるリップル電流が大きくなると、バッテリ特性の劣化を招くおそれがある。   As described in Patent Document 2, when the power supplied from the power storage device (battery) to the load is controlled by the converter (boost converter), if the ripple current included in the output current from the battery increases, the battery There is a risk of deterioration of characteristics.

また、昇圧チョッパ型のコンバータには、一般的にエネルギ蓄積要素としてリアクトルが用いられるが、このリアクトルを流れる直流電流のリップル電流が大きいと振動が発生することによって騒音が発生する可能性がある。   Further, a booster chopper type converter generally uses a reactor as an energy storage element, but if a ripple current of a direct current flowing through the reactor is large, noise may be generated due to vibration.

したがって、直流電力変換を行うコンバータを含む電源システムでは、コンバータ制御におけるリップル電流の低減が課題となる。しかしながら、リップル電流の大きさは、リアクトルのインダクタンスおよびコンバータのスイッチング周波数によって主に決まる一方で、インダクタンスの確保はリアクトルの大型化を伴い、かつ、スイッチング周波数を高めるとスイッチング損失による効率低下が増大するため、設計面からリップル電流の抑制を図ることには自ずと限界がある。   Therefore, in a power supply system including a converter that performs DC power conversion, reduction of ripple current in converter control becomes an issue. However, while the magnitude of the ripple current is mainly determined by the inductance of the reactor and the switching frequency of the converter, securing the inductance is accompanied by an increase in the size of the reactor, and when the switching frequency is increased, efficiency reduction due to switching loss increases. Therefore, there is a limit to the suppression of ripple current from the design aspect.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、コンバータにおける損失増大および回路大型化を招くことなく、蓄電装置の入出力電流のリップル成分を抑制することである。   The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to reduce the ripple component of the input / output current of the power storage device without increasing the loss in the converter and increasing the circuit size. It is to suppress.

この発明による車両の電源システムは、車両駆動用電動機を含む負荷への電力供給を制御する車両の電源システムであって、充電可能な直流電源と、電流検出器と、第1のコンバータと、第2のコンバータと、リップル検出手段と、調整手段とを備える。電流検出器は、直流電源の入出力電流を検出するように構成される。第1のコンバータは、電力用半導体スイッチの周期的なオンオフ制御によって直流電源からの直流電力を変換して主負荷へ供給するように構成される。第2のコンバータは、第1のコンバータよりも高いスイッチング周波数の下での電力用半導体スイッチング素子の周期的なオンオフ制御によって、直流電源からの直流電力を変換して補機へ供給するように構成する。リップル検出手段は、電流検出器の出力に基づいて、入出力電流に含まれるリップル電流を検出する。調整手段は、検出されたリップル電流が所定レベルより大きいときに、リップル電流を同一周期かつ逆位相で第2のコンバータの出力電力が変化するような変動成分を第2のコンバータの動作指令値に重畳させる。   A power supply system for a vehicle according to the present invention is a power supply system for a vehicle that controls power supply to a load including an electric motor for driving a vehicle, and is a rechargeable DC power supply, a current detector, a first converter, 2 converters, ripple detecting means, and adjusting means. The current detector is configured to detect an input / output current of the DC power supply. The first converter is configured to convert DC power from a DC power source and supply it to the main load by periodic on / off control of the power semiconductor switch. The second converter is configured to convert DC power from a DC power source and supply it to the auxiliary machine by periodic on / off control of the power semiconductor switching element under a switching frequency higher than that of the first converter. To do. The ripple detection means detects a ripple current included in the input / output current based on the output of the current detector. When the detected ripple current is greater than a predetermined level, the adjusting means uses a fluctuation component such that the output power of the second converter changes in the same period and opposite phase as the ripple current as the operation command value of the second converter. Superimpose.

この発明によれば、コンバータにおける損失増大および回路大型化を招くことなく、蓄電装置の入出力電流のリップル成分を抑制することができる。   According to the present invention, the ripple component of the input / output current of the power storage device can be suppressed without increasing the loss in the converter and increasing the circuit size.

本実施の形態による車両の電源システムの構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the power supply system of the vehicle by this Embodiment. 本実施の形態による車両の電源システムでの昇圧コンバータおよびDC/DCコンバータの動作を説明する動作波形図である。FIG. 6 is an operation waveform diagram illustrating operations of a boost converter and a DC / DC converter in the vehicle power supply system according to the present embodiment. 本実施の形態による車両の電源システムでのリップル電流抑制制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the ripple current suppression control in the power supply system of the vehicle by this Embodiment.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.

図1は、本実施の形態による車両の電源システムの構成を説明するブロック図である。
図1を参照して、本発明の実施の形態による電源システム100は、直流電源10と、システムリレーSR1,SR2と、平滑コンデンサC1,C2と、昇圧コンバータ20と、制御装置30とを備える。
FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of a vehicle power supply system according to the present embodiment.
Referring to FIG. 1, a power supply system 100 according to an embodiment of the present invention includes a DC power supply 10, system relays SR <b> 1 and SR <b> 2, smoothing capacitors C <b> 1 and C <b> 2, a boost converter 20, and a control device 30.

直流電源10は、充電可能な電源である。すなわち、直流電源10としては、それ自体が化学変化等により電気を作り出す二次電池や、外部からの供給により電気を蓄えるキャパシタ等の蓄電装置が適用可能である。周知のように、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両では、代表的には、直流電源10として二次電池が適用されるので、以下では、直流電源10をバッテリ10とも称することとする。   The DC power source 10 is a rechargeable power source. That is, as the DC power source 10, a secondary battery that generates electricity by chemical change or the like, or a power storage device such as a capacitor that stores electricity when supplied from the outside can be applied. As is well known, in an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, a secondary battery is typically applied as the DC power source 10, and hence the DC power source 10 is also referred to as a battery 10 below.

バッテリ10には、その出力電圧Vb(バッテリ電圧)を検出するための電圧センサ11と、バッテリ温度Tbを検出するための温度センサ12と、バッテリ10からの出力電流Ibを検出するための電流センサ13とが配置されている。   The battery 10 includes a voltage sensor 11 for detecting the output voltage Vb (battery voltage), a temperature sensor 12 for detecting the battery temperature Tb, and a current sensor for detecting the output current Ib from the battery 10. 13 are arranged.

システムリレーSR1は、バッテリ10の正極端子および電力線6の間に接続され、システムリレーSR2は、バッテリ10の負極端子およびアース線5の間に接続される。システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からのリレー制御信号SEによりオン/オフされる。平滑コンデンサC1は、電力線6およびアース線5の間に接続される。   System relay SR 1 is connected between the positive terminal of battery 10 and power line 6, and system relay SR 2 is connected between the negative terminal of battery 10 and ground line 5. System relays SR1 and SR2 are turned on / off by a relay control signal SE from control device 30. Smoothing capacitor C <b> 1 is connected between power line 6 and ground line 5.

昇圧コンバータ20は、リアクトルLと、電力用半導体スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。   Boost converter 20 includes a reactor L, power semiconductor switching elements Q1, Q2, and diodes D1, D2.

電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線7およびアース線5の間に直列に接続される。この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタなどを用いることができる。スイッチング素子Q1,Q2に対しては、逆並列ダイオードD1,D2が配置されている。   Power semiconductor switching elements Q 1 and Q 2 are connected in series between power line 7 and ground line 5. In the embodiment of the present invention, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, or a power bipolar transistor is used as a power semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as “switching element”). Etc. can be used. Anti-parallel diodes D1, D2 are arranged for switching elements Q1, Q2.

電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2のオン・オフ(スイッチング動作)は、制御装置30からのスイッチング制御信号S1およびS2によって制御される。リアクトルLは、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと電力線6の間に接続される。また、平滑コンデンサC2は、電力線7およびアース線5の間に接続される。   On / off (switching operation) of power semiconductor switching elements Q 1 and Q 2 is controlled by switching control signals S 1 and S 2 from control device 30. Reactor L is connected between a connection node of switching elements Q 1 and Q 2 and power line 6. Further, the smoothing capacitor C <b> 2 is connected between the power line 7 and the ground line 5.

負荷40は、電力線7およびアース線5に接続されて、昇圧コンバータ20から直流電圧の供給を受ける。負荷40は、たとえば、電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載される車両駆動用電動機(図示せず)および、当該電動機(モータジェネレータを含む、以下同じ)を制御するインバータ(図示せず)を含む。電動機およびインバータについては、複数個ずつ並列に設けられてもよい。   Load 40 is connected to power line 7 and ground line 5 and receives a DC voltage supplied from boost converter 20. The load 40 includes, for example, a vehicle drive motor (not shown) mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, and the like, and an inverter (not shown) that controls the motor (including a motor generator, the same applies hereinafter). A plurality of electric motors and inverters may be provided in parallel.

また、負荷40の発電時には、負荷40からの直流電圧が昇圧コンバータ20によって電圧変換されて、直流電源(バッテリ)10の充電に用いられてもよい。また、負荷40以外の図示しない発電・給電機構により、直流電源(バッテリ)10を充電することも可能である。たとえば、上記電動機(モータジェネレータ)による回生発電電力を直流変換して、負荷40から昇圧コンバータ20へ与えることができる。   In addition, when the load 40 generates power, the DC voltage from the load 40 may be converted into a voltage by the boost converter 20 and used for charging the DC power supply (battery) 10. Further, the DC power source (battery) 10 can be charged by a power generation / feeding mechanism (not shown) other than the load 40. For example, the regenerative power generated by the electric motor (motor generator) can be converted into a direct current and supplied from the load 40 to the boost converter 20.

制御装置30は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵した電子制御ユニットにより構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、ECUの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。   The control device 30 includes a CPU (Central Processing Unit) (not shown) and an electronic control unit having a built-in memory, and performs arithmetic processing using detection values from each sensor based on a map and a program stored in the memory. Configured as follows. Alternatively, at least a part of the ECU may be configured to execute predetermined numerical / logical operation processing by hardware such as an electronic circuit.

制御装置30は、電源システム100の起動・停止指令に従ってシステムリレーSR1,SR2のオン・オフを制御するリレー制御信号SEを生成する。リレー制御信号SEは、電源システム100の起動に従ってシステムリレーSR1,SR2がオンされるように生成され、かつ、電源システム100の停止時にシステムリレーSR1,SR2がオフされるように制御される。   Control device 30 generates relay control signal SE for controlling on / off of system relays SR1 and SR2 in accordance with a start / stop command for power supply system 100. Relay control signal SE is generated such that system relays SR1 and SR2 are turned on in accordance with activation of power supply system 100, and controlled so that system relays SR1 and SR2 are turned off when power supply system 100 is stopped.

制御装置30には、電圧センサ11からのバッテリ電圧Vb、温度センサ12からのバッテリ温度Tb、電流センサ13からのバッテリ電流Ib、電圧センサ14からの入力電圧VLおよび電圧センサ15からの出力電圧VHの検出値が入力される。制御装置30は、電源システム100の作動時には、これらの検出値に基づき昇圧コンバータ20で所望の電圧変換が行なわれるように、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング動作(オン・オフ動作)を制御するスイッチング制御信号S1,S2を生成する。   The control device 30 includes a battery voltage Vb from the voltage sensor 11, a battery temperature Tb from the temperature sensor 12, a battery current Ib from the current sensor 13, an input voltage VL from the voltage sensor 14, and an output voltage VH from the voltage sensor 15. The detected value is input. Control device 30 controls switching operation (on / off operation) of switching elements Q1 and Q2 so that boost converter 20 performs desired voltage conversion based on these detected values when power supply system 100 operates. Control signals S1 and S2 are generated.

電源システム100は、副コンバータとしてのDC/DCコンバータ50と、補機バッテリ41と、補機45とをさらに含む。   Power supply system 100 further includes a DC / DC converter 50 as an auxiliary converter, an auxiliary battery 41, and an auxiliary machine 45.

DC/DCコンバータ50は、電力線6とアース線5との間に接続され、電力線6上の直流電圧VLを所定の直流電圧Voに降圧して、補機バッテリ41および補機45へ供給する。DC/DCコンバータ50については、直流電圧変換を実行する任意の形式のDC/DCコンバータを適用できるので、その回路構成は特に限定しない。ただし、以下の説明で明らかとなるように、DC/DCコンバータ50は電力用半導体スイッチング素子のスイッチング制御(デューティ制御)によって直流電圧VLを直流Voに変換する一方向の電圧変換器であり、かつ、電力用半導体スイッチング素子のスイッチング周波数は、昇圧コンバータ20と比較して相対的に高いことが必要とされる。   The DC / DC converter 50 is connected between the power line 6 and the ground line 5, and steps down the DC voltage VL on the power line 6 to a predetermined DC voltage Vo and supplies it to the auxiliary battery 41 and the auxiliary machine 45. As the DC / DC converter 50, any type of DC / DC converter that performs DC voltage conversion can be applied, and the circuit configuration is not particularly limited. However, as will be apparent from the following description, the DC / DC converter 50 is a one-way voltage converter that converts the DC voltage VL to DC Vo by switching control (duty control) of the power semiconductor switching element, and The switching frequency of the power semiconductor switching element is required to be relatively higher than that of the boost converter 20.

補機45は、バッテリ10の出力電圧に比較して低電圧で作動する機器類の総称であり、一例として、制御装置30などの車両の走行を制御するECU、灯火装置、点火装置、電動ポンプなどを含む。   The auxiliary machine 45 is a generic name for devices that operate at a lower voltage than the output voltage of the battery 10. As an example, an ECU, a lighting device, an ignition device, and an electric pump that control the traveling of the vehicle such as the control device 30. Etc.

補機バッテリ41は、一例として鉛蓄電池などからなり、DC/DCコンバータ50の出力側に接続される。補機バッテリ41は、DC/DCコンバータ50の出力電圧Voで充電される一方、補機45の動作電源電圧を供給する。すなわち、補機バッテリ41は、DC/DCコンバータ50の出力電力と補機45の需要電力とのアンバランスを補うための電力バッファとしても機能する。   The auxiliary battery 41 is made of a lead storage battery, for example, and is connected to the output side of the DC / DC converter 50. The auxiliary battery 41 is charged with the output voltage Vo of the DC / DC converter 50 and supplies the operating power supply voltage of the auxiliary machine 45. That is, the auxiliary battery 41 also functions as a power buffer for compensating for an imbalance between the output power of the DC / DC converter 50 and the demand power of the auxiliary machine 45.

次に、電源システム100の動作を説明する。
システムリレーSR1,SR2のオン期間において、バッテリ10からの出力電圧であるバッテリ電圧Vbが、アース線5および電力線6の間に印加される。昇圧コンバータ20へは、アース線5および電力線6に接続された平滑コンデンサC1の電圧VLが入力される。
Next, the operation of the power supply system 100 will be described.
The battery voltage Vb, which is the output voltage from the battery 10, is applied between the ground line 5 and the power line 6 while the system relays SR <b> 1 and SR <b> 2 are on. Voltage converter VL of smoothing capacitor C <b> 1 connected to ground line 5 and power line 6 is input to boost converter 20.

昇圧コンバータ20は、バッテリ10から入力された直流電圧VLを、制御装置30からのスイッチング制御信号S1,S2に従ったスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング動作によって昇圧して、アース線5および電力線7の間に直流電圧VHを発生することができる。直流電圧VHは平滑コンデンサC2によって平滑されて負荷40へ供給される。また、昇圧コンバータ20は、平滑コンデンサC2を介して負荷40から供給された直流電圧VHを、スイッチング制御信号S1,S2に従ったスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング動作によって降圧して、アース線5および電力線6の間に直流電圧VLを発生することができる。直流電圧VLは、平滑コンデンサC1によって平滑されて、バッテリ10の充電に用いられる。   Boost converter 20 boosts DC voltage VL input from battery 10 by the switching operation of switching elements Q1 and Q2 in accordance with switching control signals S1 and S2 from control device 30, so that ground line 5 and power line 7 A DC voltage VH can be generated between them. The DC voltage VH is smoothed by the smoothing capacitor C2 and supplied to the load 40. Boost converter 20 steps down DC voltage VH supplied from load 40 via smoothing capacitor C2 by the switching operation of switching elements Q1, Q2 in accordance with switching control signals S1, S2, and ground line 5 and A DC voltage VL can be generated between the power lines 6. The DC voltage VL is smoothed by the smoothing capacitor C <b> 1 and used for charging the battery 10.

このように、昇圧コンバータ20は、双方向に電力変換可能に構成されるので、電圧変換比VH/VLを制御しつつ、バッテリ10からの電力出力(放電)およびバッテリ10への電力入力(充電)の両方に対応できる。   As described above, the boost converter 20 is configured to be capable of bi-directional power conversion, so that the power output (discharge) from the battery 10 and the power input (charge) to the battery 10 are controlled while controlling the voltage conversion ratio VH / VL. ).

基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Q1およびQ2が相補的かつ交互にオンオフするように制御される。そして、スイッチング制御信号S1,S2によってスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周期に対するオン期間比率(デューティ)を制御することによって、直流電圧VHおよびVLの間の電圧変換比(VH/VL)が制御される。具体的には、直流電圧VHが電圧指令値に制御されるように、昇圧コンバータ20のデューティがフィードフォワードおよび/またはフィードバック制御される。なお、スイッチング素子Q1をオン固定することによって(スイッチング素子Q2はオフ固定)、VH=VLとすることもできる。   Basically, the switching elements Q1 and Q2 are controlled to be turned on and off in a complementary manner in each switching period. The voltage conversion ratio (VH / VL) between the DC voltages VH and VL is controlled by controlling the on-period ratio (duty) with respect to the switching period of the switching elements Q1 and Q2 by the switching control signals S1 and S2. . Specifically, the duty of boost converter 20 is feedforward and / or feedback controlled so that DC voltage VH is controlled to the voltage command value. Note that VH = VL can be obtained by fixing the switching element Q1 to ON (switching element Q2 is fixed to OFF).

次に図2を用いて、本実施の形態による車両の電源システムでの昇圧コンバータおよびDC/DCコンバータの動作を説明する。   Next, operations of the boost converter and the DC / DC converter in the vehicle power supply system according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図2を参照して、上述のような昇圧コンバータ20の各スイッチング周期Tにおけるスイッチング素子Q1,Q2のオンオフ動作に伴って、スイッチング素子Q1のオン期間中に直流電圧VHが上昇する一方で、スイッチング素子Q2のオン期間には直流電圧VHが低下する。そして、スイッチング素子Q2のオン期間には、リアクトルLに電磁エネルギを蓄積するためにバッテリ電流Ibが上昇する一方で、スイッチング素子Q1のオン期間では、バッテリ電流Ibが相対的に低下する。   Referring to FIG. 2, the DC voltage VH rises during the ON period of switching element Q1 in accordance with the ON / OFF operation of switching elements Q1 and Q2 in each switching period T of boost converter 20 as described above, while switching The DC voltage VH decreases during the ON period of the element Q2. In the ON period of the switching element Q2, the battery current Ib increases to accumulate electromagnetic energy in the reactor L, while the battery current Ib relatively decreases in the ON period of the switching element Q1.

このため、スイッチング素子Q1,Q2のオンオフに連動して、バッテリ電圧Vbおよびバッテリ電流Ibには交流変動成分であるリップルが発生する。特に、バッテリ電流Ib中のリップル成分(以下、単に「リップル電流」とも称する)が過大となると、バッテリ10の特性劣化を発生させるおそれがある。また、リップル電流は、リアクトルLのコイルも通過するので、リップル電流が大きくなるとリアクトルLでの振動が発生し、騒音の発生に繋がる可能性もある。   For this reason, a ripple which is an AC fluctuation component is generated in the battery voltage Vb and the battery current Ib in conjunction with the on / off of the switching elements Q1, Q2. In particular, if the ripple component in the battery current Ib (hereinafter, also simply referred to as “ripple current”) becomes excessive, there is a risk that the characteristics of the battery 10 will deteriorate. In addition, since the ripple current also passes through the coil of the reactor L, if the ripple current increases, vibration in the reactor L is generated, which may lead to generation of noise.

このため、リップル電流が所定レベル以上とならないように抑制する必要がある。しかしながら、リップル電流の振幅は、基本的には昇圧コンバータ20のスイッチング周期TおよびリアクトルLのインダクタンスで決まるため、回路設計によって対応すると、電力スイッチング周波数(1/T)や素子大型化を伴うインダクタンス増大が必要となってしまう。特に、車両駆動用電動機を含む負荷40への電力供給を制御する昇圧コンバータ20は、比較的大電流が流れるので、スイッチング周波数を高めると電力損失(スイッチング損失)の増大による、燃費悪化の問題が懸念される。   For this reason, it is necessary to suppress the ripple current from exceeding a predetermined level. However, since the amplitude of the ripple current is basically determined by the switching period T of the boost converter 20 and the inductance of the reactor L, the inductance increases with the power switching frequency (1 / T) and the increase in the size of the element when the circuit design is used. Will be necessary. In particular, the boost converter 20 that controls the power supply to the load 40 including the vehicle drive motor flows a relatively large current. Therefore, when the switching frequency is increased, there is a problem of deterioration in fuel consumption due to an increase in power loss (switching loss). Concerned.

したがって、本実施の形態による電源システム100では、バッテリ電流Ibのもう1つの消費先であるDC/DCコンバータ50を用いて、リップル電流を抑制するような制御を行なう。   Therefore, in power supply system 100 according to the present embodiment, control is performed to suppress ripple current using DC / DC converter 50, which is another consumer of battery current Ib.

具体的には、DC/DCコンバータ50の出力電圧Voの指令値(Vo指令値)について、本来の直流電圧指令Vorに対して、リップル電流を相殺させるような交流成分を重畳させる。具体的には、本来の電圧指令値Vor(直流)に対して、リップル電流と同一周期かつ逆位相で電力消費がなされるように、バッテリ電圧Vbの電圧変動を相殺するように、リップル電流と同一周期かつ同一位相(バッテリ電圧変動と逆位相)の交流成分ΔVorを重畳させる。DC/DCコンバータ50でのコンバータデューティは、Vo指令値に応じて制御される。   Specifically, for the command value (Vo command value) of the output voltage Vo of the DC / DC converter 50, an AC component that cancels the ripple current is superimposed on the original DC voltage command Vor. Specifically, with respect to the original voltage command value Vor (direct current), the ripple current and the ripple current are set so as to cancel out the voltage fluctuation of the battery voltage Vb so that the power consumption is performed in the same cycle and opposite phase as the ripple current. An AC component ΔVor having the same cycle and the same phase (the phase opposite to the battery voltage fluctuation) is superimposed. The converter duty in the DC / DC converter 50 is controlled according to the Vo command value.

上述のように、DC/DCコンバータ50として任意の形式の、DC/DCコンバータを適用できるが、DC/DCコンバータ50は、スイッチング素子のオンオフ制御によって直流電圧変換を実行するように構成され、そのスイッチング周波数は、昇圧コンバータ20のスイッチング周波数(1/T)よりも高いことが必要である。できれば、少なくともスイッング素子Q1,Q2のオン期間で独立に、DC/DCコンバータ50のVo指令値を設定できるようなスイッチング周波数であることが好ましい。すなわち、昇圧コンバータ20は「第1のコンバータ」に対応し、DC/DCコンバータ50は「第2のコンバータ」に対応する。   As described above, any type of DC / DC converter can be applied as the DC / DC converter 50. However, the DC / DC converter 50 is configured to perform direct-current voltage conversion by on / off control of the switching element. The switching frequency needs to be higher than the switching frequency (1 / T) of boost converter 20. If possible, it is preferable that the switching frequency be such that the Vo command value of the DC / DC converter 50 can be set independently at least during the ON period of the switching elements Q1 and Q2. That is, the boost converter 20 corresponds to a “first converter”, and the DC / DC converter 50 corresponds to a “second converter”.

図3には、本実施の形態による車両の電源システムでのリップル電流抑制制御を説明するフローチャートが示される。図3に示すフローチャートの各ステップは、制御装置30によるソフトウェアあるいはハードウェア処理によって実現されるものとする。   FIG. 3 shows a flowchart for explaining ripple current suppression control in the vehicle power supply system according to the present embodiment. Each step of the flowchart shown in FIG. 3 is realized by software or hardware processing by the control device 30.

図3を参照して、制御装置30は、ステップS100により、バッテリ電流変動、すなわちリップル電流を検出する。具体的には、電流センサ13によって検出されたバッテリ電流Ibに基づいて、リップル電流の振幅が検出される。たとえば、昇圧コンバータ20のスイッチング周波数に相当する周波数成分を抽出することによって、リップル電流の振幅は検出できる。すなわち、電流センサ13は「電流検出器」に対応し、ステップS100による処理は「リップル検出手段」に対応する。   Referring to FIG. 3, control device 30 detects a battery current fluctuation, that is, a ripple current in step S100. Specifically, the amplitude of the ripple current is detected based on the battery current Ib detected by the current sensor 13. For example, the amplitude of the ripple current can be detected by extracting a frequency component corresponding to the switching frequency of the boost converter 20. That is, the current sensor 13 corresponds to a “current detector”, and the process in step S100 corresponds to a “ripple detection unit”.

制御装置30は、ステップS110では、ステップS100で検出された電流変動(リップル電流振幅)が予め定められた判定値より大きいかどうかを判定する。   In step S110, control device 30 determines whether or not the current fluctuation (ripple current amplitude) detected in step S100 is greater than a predetermined determination value.

そして、リップル電流が判定値以下のとき(ステップS110のNO判定時)には、制御装置30は、ステップS140により、本来の電圧指令値Vor(直流)を維持してDC/DCコンバータ50のVo指令値を設定する。   When the ripple current is equal to or smaller than the determination value (NO determination in step S110), the control device 30 maintains the original voltage command value Vor (direct current) in step S140 and Vo of the DC / DC converter 50. Set the command value.

一方、リップル電流が判定値より大きいとき(ステップS110のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS120により、リップル電流を軽減するための、DC/DCコンバータ50のVo指令値に重畳される交流成分ΔVorを演算する。上述のように、交流成分ΔVorは、バッテリ電圧変動と逆位相に設定される。   On the other hand, when the ripple current is larger than the determination value (when YES is determined in step S110), control device 30 is superimposed on the Vo command value of DC / DC converter 50 for reducing the ripple current in step S120. AC component ΔVor is calculated. As described above, the AC component ΔVor is set in a phase opposite to the battery voltage fluctuation.

交流成分ΔVorについて、その振幅はステップS100で検出したリップル電流振幅またはバッテリ電圧変動(リップル電圧)に基づいて決定すればよく、その周波数(周期)および位相は、スイッチング素子Q1,Q2のオンオフ制御信号であるスイッチング制御信号S1,S2と同期させればよい。   The amplitude of the AC component ΔVor may be determined based on the ripple current amplitude or battery voltage fluctuation (ripple voltage) detected in step S100, and the frequency (period) and phase thereof are the on / off control signals of the switching elements Q1 and Q2. What is necessary is just to synchronize with the switching control signals S1 and S2.

そして、制御装置30は、ステップS130では、DC/DCコンバータ50の本来の電圧指令値Vor(直流)に、ステップS120で求められた交流成分ΔVorを加算することによって、DC/DCコンバータ50のVo指令値を設定する。すなわち、ステップS120による処理は「調整手段」に対応する。   In step S130, the control device 30 adds the AC component ΔVor obtained in step S120 to the original voltage command value Vor (direct current) of the DC / DC converter 50, so that the Vo of the DC / DC converter 50 is increased. Set the command value. That is, the processing in step S120 corresponds to “adjustment means”.

DC/DCコンバータ50のVo指令値に交流成分ΔVorを重畳することによって、リップル電流の増加時(交流成分が正の期間)にDC/DCコンバータ50の出力電力を増大させる一方で、リップル電流の減少時(交流成分が負の期間)にはDC/DCコンバータ50の出力電力を減少させることができる。この結果、昇圧コンバータ20のスイッチング動作によって生じるバッテリ電流Ib中のリップル電流を軽減させることができる。   By superimposing the AC component ΔVor on the Vo command value of the DC / DC converter 50, the output power of the DC / DC converter 50 is increased when the ripple current increases (the AC component is positive), while the ripple current At the time of reduction (period in which the AC component is negative), the output power of the DC / DC converter 50 can be reduced. As a result, the ripple current in battery current Ib generated by the switching operation of boost converter 20 can be reduced.

以上説明したように、こ本実施の形態による車両の電源システムでは、昇圧コンバータ20のスイッチング周波数を高めることなく、また回路素子(リアクトル)を大型化することなく、あるいは、昇圧コンバータの制御を複雑化させることなく、昇圧コンバータ20が生じさせるバッテリ電流変動(リップル電流)を軽減することができる。この結果、バッテリ10の保護を適切に図ることが可能となる。   As described above, in the vehicle power supply system according to the present embodiment, control of the boost converter is complicated without increasing the switching frequency of the boost converter 20, without increasing the size of the circuit element (reactor). The battery current fluctuation (ripple current) generated by the boost converter 20 can be reduced without causing the voltage to rise. As a result, it is possible to appropriately protect the battery 10.

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.

5 アース線、6,7 電力線、10 直流電源(バッテリ)、11,14,15 電圧センサ、12 温度センサ、13 電流センサ、20 昇圧コンバータ、30 制御装置(ECU)、40 負荷、41 補機バッテリ、45 補機、50 DC/DCコンバータ、100 電源システム、C1,C2 平滑コンデンサ、D1,D2 逆並列ダイオード、Ib バッテリ電流、L リアクトル、Q1,Q2 電力用半導体スイッチング素子、S1,S2 スイッチング制御信号、SE リレー制御信号、SR1,SR2 システムリレー、T スイッチング周期(昇圧コンバータ)、Tb バッテリ温度、Vb バッテリ電圧、VH 直流電圧(昇圧コンバータ)、VL 直流電圧、Vo 直流出力電圧(DC/DCコンバータ)、Vor 直流電圧指令値、ΔVor 交流成分。   5 Ground wire, 6, 7 Power line, 10 DC power supply (battery), 11, 14, 15 Voltage sensor, 12 Temperature sensor, 13 Current sensor, 20 Boost converter, 30 Control unit (ECU), 40 Load, 41 Auxiliary battery , 45 Auxiliary machine, 50 DC / DC converter, 100 power supply system, C1, C2 smoothing capacitor, D1, D2 antiparallel diode, Ib battery current, L reactor, Q1, Q2 power semiconductor switching element, S1, S2 switching control signal , SE relay control signal, SR1, SR2 system relay, T switching cycle (boost converter), Tb battery temperature, Vb battery voltage, VH DC voltage (boost converter), VL DC voltage, Vo DC output voltage (DC / DC converter) , Vor DC voltage command , ΔVor AC component.

Claims (1)

車両駆動用電動機を含む負荷への電力供給を制御する車両の電源システムであって、
充電可能な直流電源と、
前記直流電源の入出力電流を検出する電流検出器と、
電力用半導体スイッチの周期的なオンオフ制御によって前記直流電源からの直流電力を変換して前記主負荷へ供給する第1のコンバータと、
前記第1のコンバータよりも高いスイッチング周波数の下での電力用半導体スイッチング素子の周期的なオンオフ制御によって、前記直流電源からの直流電力を変換して補機へ供給する第2のコンバータと、
前記電流検出器の出力に基づいて、前記入出力電流に含まれるリップル電流を検出するリップル検出手段と、
検出された前記リップル電流が所定レベルより大きいときに、前記リップル電流を同一周期かつ逆位相で前記第2のコンバータの出力電力が変化するような変動成分を前記第2のコンバータの動作指令値に重畳させる調整手段とを備える、車両の電源システム。
A power supply system for a vehicle that controls power supply to a load including a vehicle driving motor,
Rechargeable DC power supply,
A current detector for detecting an input / output current of the DC power supply;
A first converter that converts DC power from the DC power source and supplies it to the main load by periodic on / off control of a power semiconductor switch;
A second converter that converts DC power from the DC power source and supplies it to the auxiliary machine by periodic on / off control of the power semiconductor switching element under a switching frequency higher than that of the first converter;
Ripple detection means for detecting a ripple current included in the input / output current based on the output of the current detector;
When the detected ripple current is larger than a predetermined level, a fluctuation component that causes the output power of the second converter to change in the same period and opposite phase is used as the operation command value of the second converter. A power supply system for a vehicle comprising adjustment means for superimposing.
JP2009033037A 2009-02-16 2009-02-16 Vehicle power system Active JP5189521B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009033037A JP5189521B2 (en) 2009-02-16 2009-02-16 Vehicle power system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009033037A JP5189521B2 (en) 2009-02-16 2009-02-16 Vehicle power system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010193561A JP2010193561A (en) 2010-09-02
JP5189521B2 true JP5189521B2 (en) 2013-04-24

Family

ID=42819012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009033037A Active JP5189521B2 (en) 2009-02-16 2009-02-16 Vehicle power system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5189521B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5143938B1 (en) * 2011-09-12 2013-02-13 シャープ株式会社 Charger
KR101299476B1 (en) * 2012-03-28 2013-08-29 주식회사 윌링스 Power conversion device
JP6268870B2 (en) * 2013-09-27 2018-01-31 日産自動車株式会社 Vehicle power supply device
JP6803537B2 (en) * 2014-03-31 2020-12-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Voltage control device and voltage control method
JP6344208B2 (en) * 2014-11-14 2018-06-20 株式会社豊田自動織機 Power conversion circuit and control method of power conversion circuit
WO2017104304A1 (en) * 2015-12-15 2017-06-22 日立オートモティブシステムズ株式会社 Power conversion device
JP6858444B2 (en) * 2016-12-05 2021-04-14 住友重機械工業株式会社 Work machinery and power converter
JP2020120551A (en) * 2019-01-28 2020-08-06 トヨタ自動車株式会社 Control system for vehicle

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63265562A (en) * 1986-12-24 1988-11-02 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Controller for dc/dc converter
JP2007300774A (en) * 2006-05-08 2007-11-15 Nissan Motor Co Ltd Controller of fuel cell vehicle
JP4491434B2 (en) * 2006-05-29 2010-06-30 トヨタ自動車株式会社 Power control device and vehicle equipped with the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010193561A (en) 2010-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5189521B2 (en) Vehicle power system
US8644045B2 (en) Temperature controlled voltage conversion device
JP5660025B2 (en) Voltage conversion circuit and voltage conversion system including the voltage conversion circuit
KR101284331B1 (en) Recharge systen for green car and method thereof
US7379313B2 (en) Voltage conversion device
US20120256571A1 (en) Power supply device
US20090033302A1 (en) Voltage conversion device
KR20140015583A (en) Power supply system
JP2007174784A (en) Bi-directional dc-dc converter and control method therefor
US9935548B2 (en) Power supply system having two DC power supplies
JP6185860B2 (en) Bidirectional converter
US9444380B2 (en) Power converter and control method for power converter
JP5617227B2 (en) DC-DC converter
JP6426775B2 (en) Motor drive
US20160190971A1 (en) Motor controller
US9941694B2 (en) Power supply system
KR20120022860A (en) Power converter circuit
JP2011182521A (en) Power supply system, and vehicle mounting the same
JP5857998B2 (en) DRIVE DEVICE AND VEHICLE HAVING DRIVE DEVICE
JP2007215381A (en) Voltage converter
JP2011155788A (en) Power supply system
US8634209B2 (en) Current-fed full-bridge DC-DC converter
JP2017011993A (en) Charger
JP2011109869A (en) Power supply
JP2010074913A (en) Power supply system, and vehicle mounted with same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110803

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121228

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130124

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160201

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5189521

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160201

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250