JP5304423B2 - Power output system, control method therefor, and vehicle equipped with power output system - Google Patents

Power output system, control method therefor, and vehicle equipped with power output system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress an energy loss associated with the temperature-rise control of a power supply. <P>SOLUTION: Whether a temperature of the power supply should be raised is determined by comparing an operation value Vm of a converter output voltage minimally required for the rotation drive of an electric motor and a temperature-rise control voltage Vr (S114). When the operation value Vm is equal to or lower than the temperature-rise control voltage Vr, the converter output voltage is set to the temperature-rise control voltage Vr (S116), and then a converter carrier frequency is set to a boosting control carrier frequency fr (S118), thus raising the temperature of the power supply. When the operation value Vm exceeds the temperature-rise control voltage Vr, the converter carrier frequency is set to a normal control carrier frequency fn (S122), and then the converter output voltage is set to the operation value Vm (S124), thus avoiding the temperature-rise control. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、車両に搭載することの可能な動力出力システムおよびその制御方法に関する。   The present invention relates to a power output system that can be mounted on a vehicle and a control method thereof.

電源の電源電圧を昇降圧して出力するコンバータと、該コンバータの直流電力を交流電力に変換して走行用モータに供給するインバータとを備える動力出力システムは、一般に、例えば電動車両に搭載して利用することができる。なお、本明細書において、「電動車両」とは、エンジンによる駆動や回生により発電を行う発電機と、バッテリからの電力により作動し駆動輪を駆動するモータとを有するハイブリッド電気自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や、いわゆる電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、燃料電池車（ＦＣＥＶ：Fuel Cell Electric Vehicle）を含む意である。   BACKGROUND ART A power output system including a converter that raises and lowers the power supply voltage of a power supply and an inverter that converts the DC power of the converter into AC power and supplies it to a traveling motor is generally mounted and used, for example, in an electric vehicle can do. In the present specification, an “electric vehicle” refers to a hybrid electric vehicle (HV: Hybrid) having a generator that generates electric power by driving or regenerating by an engine and a motor that is driven by electric power from a battery and drives driving wheels. Vehicle), what is called an electric vehicle (EV), and a fuel cell vehicle (FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle).

このような動力出力システムにおいて、例えば低温環境下（環境温度が、例えば−３０℃以下）での起動時など、電源の温度が低い（例えば−３０℃以下）場合に、コンバータのキャリア周波数を通常運転時の値よりも低下させた状態にすることにより、この動力出力装置を流れる電流のリプルを増加させて、該電源の温度を上昇させる方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。   In such a power output system, when the power source temperature is low (for example, −30 ° C. or lower), such as when starting in a low temperature environment (environment temperature is −30 ° C. or lower, for example), the carrier frequency of the converter is normally set. There has been proposed a method of increasing the temperature of the power supply by increasing the ripple of the current flowing through the power output device by making the state lower than the value during operation (for example, Patent Documents 1 and 2). reference).

特開２００６−００６０７３号公報JP 2006-006073 A 特許第３７３２８２８号公報Japanese Patent No. 3732828

しかしながら、コンバータのキャリア周波数の低下に伴い、コンバータに対する制御間隔が大きくなるため、コンバータへの出力電圧の制御指令に対する追従性が低下する。したがって、コンバータのキャリア周波数を低下させると、コンバータ出力電圧が急激に変動する場合があり得た。また、キャリア周波数を低下させて電源の昇温制御をする際、コンバータ出力電圧の程度によっては、コンバータにおけるスイッチング動作や発電機でのエネルギ損失の増大に繋がることもあり得た。   However, as the carrier frequency of the converter decreases, the control interval for the converter increases, and the followability to the control command of the output voltage to the converter decreases. Therefore, when the carrier frequency of the converter is lowered, the converter output voltage may fluctuate rapidly. Further, when controlling the temperature rise of the power source by lowering the carrier frequency, depending on the level of the converter output voltage, the switching operation in the converter and the energy loss in the generator may be increased.

本発明は、電源の昇温制御に付随するエネルギ損失を抑制することを目的とする。   An object of this invention is to suppress the energy loss accompanying the temperature rising control of a power supply.

本発明の他の目的は、電源の昇温制御に付随するコンバータ出力電圧の急激な変動を抑制することである。   Another object of the present invention is to suppress rapid fluctuations in the converter output voltage associated with power supply temperature rise control.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システム及びこれを備えた車両は以下の特徴を有する。   In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention and a vehicle equipped with the same have the following characteristics.

（１）電源と、前記電源からの電源電圧を昇降圧して出力するコンバータと、前記コンバータの出力電圧を変更するコンバータ出力電圧制御手段と、前記コンバータのキャリア周波数を変更するコンバータキャリア周波数制御手段と、前記コンバータからの直流電力を多相交流電力に変換して出力するインバータと、前記インバータから出力される多相交流電力により回転駆動する電動機と、前記電源の昇温制御の要求を取得する昇温要求取得手段と、前記昇温制御の要求の取得に応じて、前記電動機の回転駆動に最低限必要なコンバータの出力電圧を演算するコンバータ出力電圧演算手段と、前記最低限必要なコンバータ出力電圧と前記電源の昇温制御のための昇温制御電圧とを比較して、前記電源を昇温させるか否かを判定する昇温判定手段と、前記昇温判定手段の結果に基づいて電源の昇温指令／昇温回避指令を行う昇温指令手段と、を備える、動力出力システム。 (1) a power source, a converter that outputs a boosted voltage from the power source, a converter output voltage control unit that changes the output voltage of the converter, and a converter carrier frequency control unit that changes a carrier frequency of the converter an inverter for converting the DC power from the converter to the multi-phase AC power, a motor for rotating the multi-phase AC power output from the inverter, the temperature for obtaining the required temperature increase control of the power supply A temperature request acquisition means, a converter output voltage calculation means for calculating a minimum output voltage of the converter required for rotational driving of the electric motor in response to acquisition of the temperature increase control request, and the minimum required converter output voltage. And a temperature rise control voltage for temperature rise control of the power source, and determine whether to raise the temperature of the power source Comprising stages and, and a temperature increase instruction means for performing the temperature increase instruction / heating avoidance command power based on a result of the Atsushi Nobori judgment means, a power output system.

（２）上記（１）に記載の動力出力システムにおいて、前記最低限必要なコンバータの出力電圧が前記昇温制御電圧以下の場合には、前記昇温指令手段が、前記コンバータ出力電圧制御手段に対し、前記コンバータの出力電圧を昇圧して昇温制御電圧に変更する制御指令を行い、次いで、前記コンバータキャリア周波数制御手段に対し、前記コンバータのキャリア周波数を低下させて前記電源を昇温させる制御指令を行う、動力出力システム。 (2) In the power output system according to the above (1), when the output voltage before SL minimum required converter is less than the Atsushi Nobori control voltage, the Atsushi Nobori command means, the converter output voltage control means In response, a control command for boosting the output voltage of the converter and changing it to a temperature rise control voltage is issued, and then the carrier frequency of the converter is lowered to raise the power supply to the converter carrier frequency control means. Power output system that gives control commands.

（３）上記（２）に記載の動力出力システムにおいて、前記最低限必要なコンバータ出力電圧が前記昇温制御電圧を超える場合には、前記昇温指令手段が、前記コンバータキャリア周波数制御手段に対し、前記コンバータキャリア周波数を通常運転時の値にする制御指令を行い、次いで、前記コンバータ出力電圧制御手段に対し、前記コンバータ出力電圧を前記電動機の回転駆動に最低限必要なコンバータ出力電圧にする制御指令を行う、動力出力システム。 (3) In the power output system described in (2) above, when the minimum required converter output voltage exceeds the temperature increase control voltage , the temperature increase command means controls the converter carrier frequency control means. , Giving a control command for setting the converter carrier frequency to a value during normal operation, and then controlling the converter output voltage control means so that the converter output voltage is the minimum converter output voltage required for rotational driving of the motor. Power output system that gives commands.

（４）電源と、前記電源からの電源電圧を昇降圧して出力するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を多相交流電力に変換して出力するインバータと、前記インバータから出力される多相交流電力により回転駆動する電動機と、を備える動力出力システムの制御方法であって、前記電源の昇温制御の要求を取得する工程と、前記昇温制御の要求の取得に応じて、前記電動機の回転駆動に最低限必要なコンバータ出力電圧を演算する工程と、前記最低限必要なコンバータ出力電圧と前記電源の昇温制御のための昇温制御電圧とを比較して、前記電源を昇温させるか否かを判定する昇温判定工程と、前記昇温判定手段の結果に基づいて電源の昇温指令／昇温回避指令を行う昇温指令工程と、を有する、動力出力システムの制御方法。
(4) A power source, a converter that boosts and outputs a power source voltage from the power source, an inverter that converts DC power from the converter into multi-phase AC power, and a multi-phase AC output from the inverter A power output system control method comprising: an electric motor that is rotationally driven by electric power, the step of acquiring a request for temperature rise control of the power source; and the rotation of the electric motor in response to acquisition of the request for temperature rise control Whether the step of calculating the minimum converter output voltage required for driving is compared with the minimum required converter output voltage and the temperature rise control voltage for temperature rise control of the power A power output system control method comprising: a temperature increase determination step for determining whether or not, and a temperature increase instruction step for issuing a temperature increase instruction / temperature increase avoidance instruction for a power source based on a result of the temperature increase determination means .

（５）上記（４）に記載の制御方法において、前記最低限必要なコンバータ出力電圧が前記昇温制御電圧以下である場合には、前記コンバータ出力電圧を昇圧して前記昇温制御電圧に変更する工程と、前記コンバータキャリア周波数を低下させて前記電源を昇温させる工程と、をさらに有する、動力出力システムの制御方法。   (5) In the control method described in (4) above, when the minimum required converter output voltage is equal to or lower than the temperature rise control voltage, the converter output voltage is boosted and changed to the temperature rise control voltage. And a method of controlling the power output system, further comprising: reducing the converter carrier frequency and raising the temperature of the power supply.

（６）上記（４）または（５）に記載の制御方法において、前記最低限必要なコンバータ出力電圧が前記昇温制御電圧を超える場合には、前記コンバータキャリア周波数を通常運転時の値に変更する工程と、前記コンバータ出力電圧を最低限必要なコンバータ出力電圧に変更する工程と、をさらに有する、動力出力システムの制御方法。   (6) In the control method described in (4) or (5) above, when the minimum required converter output voltage exceeds the temperature increase control voltage, the converter carrier frequency is changed to a value during normal operation. And a method of controlling the power output system, further comprising: changing the converter output voltage to a minimum required converter output voltage.

（７）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の動力出力システムを搭載する車両。   (7) A vehicle equipped with the power output system according to any one of (1) to (3) above.

本発明によれば、動力出力システムにおいて、電源の昇温制御に付随するエネルギ損失を抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the energy loss accompanying the temperature rising control of a power supply can be suppressed in a motive power output system.

また、別の態様では、電源の昇温制御に付随するコンバータ出力電圧の急激な変動を抑制することができる。   In another aspect, it is possible to suppress a rapid change in the converter output voltage accompanying the temperature rise control of the power source.

本発明の実施形態における動力出力システムの構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a structure of the power output system in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における動力出力システムの電源昇温制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the power supply temperature increase control of the motive power output system in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における動力出力システムの動作または制御のタイミングを時系列で例示するタイミングチャートである。It is a timing chart which illustrates operation or control timing of a power output system in an embodiment of the present invention in time series.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１に示すように、電動車両２００に搭載することができる動力出力システム１００は、電源１２と、コンバータ１４と、インバータ１６と、回転駆動する電動機１８と、を備えている。また、実施形態では、コンバータ１４とインバータ１６との間に、平滑コンデンサ２０を設けることができ、他の実施形態では、電源１２と、コンバータ１４との間に、図示しないコンデンサを設けることもできる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a power output system 100 that can be mounted on an electric vehicle 200 includes a power source 12, a converter 14, an inverter 16, and a motor 18 that is rotationally driven. In the embodiment, a smoothing capacitor 20 can be provided between the converter 14 and the inverter 16. In other embodiments, a capacitor (not shown) can be provided between the power supply 12 and the converter 14. .

本発明の実施形態において、電源１２は一般に直流電源であり、その電圧は電動機１８の駆動電圧よりも低い電圧であるが、同等又は高い電圧であっても良い。例えば電動車両２００の駆動用モータとして利用することができる電動機１８からの回生エネルギを蓄えるために、電源１２は一般にリチウムイオン電池など、充放電可能な二次電池によって構成することができる。   In the embodiment of the present invention, the power source 12 is generally a DC power source, and the voltage thereof is lower than the drive voltage of the electric motor 18, but may be equal or higher. For example, in order to store regenerative energy from the electric motor 18 that can be used as a drive motor for the electric vehicle 200, the power source 12 can be generally constituted by a rechargeable secondary battery such as a lithium ion battery.

図１に示すコンバータ１４は、複数のスイッチング素子を備え、スイッチング素子のオンオフ動作によって電源１２から供給された電源電圧を走行用モータ駆動用の電圧に昇降圧して出力するいわゆるＤＣ−ＤＣコンバータである。また、インバータ１６は、電動機１８を回転駆動させるために、コンバータ１４の直流電力を多相交流電力に変換して出力するよう構成されている。図１において、電動機１８は、インバータ１６から出力される３相交流電力により回転駆動するものとして例示しているが、これに限定されるものではない。また、図１に示す動力出力システム１００では、一組の電動機１８およびインバータ１６が示されているが、これに限定されるものではなく、例えば複数の電動機およびインバータの組を並列に設けることも可能であり、また図１に示す電動車両２００に複数の動力出力システム１００を搭載することも可能である。   The converter 14 shown in FIG. 1 is a so-called DC-DC converter that includes a plurality of switching elements and outputs the power supply voltage supplied from the power supply 12 by stepping up and down to a voltage for driving the motor for traveling. . Further, the inverter 16 is configured to convert the DC power of the converter 14 into multiphase AC power and output it in order to rotationally drive the electric motor 18. In FIG. 1, the electric motor 18 is illustrated as being driven to rotate by the three-phase AC power output from the inverter 16, but is not limited thereto. Further, in the power output system 100 shown in FIG. 1, a set of the electric motor 18 and the inverter 16 is shown. However, the present invention is not limited to this. It is possible to mount a plurality of power output systems 100 on the electric vehicle 200 shown in FIG.

図１に示す制御部３０は、内部に信号処理を行うＣＰＵ３２と、処理プログラムを記憶するＲＯＭ３４と、制御データを一時的に記憶するＲＡＭ３６と、を備えるコンピュータである。コンバータ１４、インバータ１６、電動機１８はそれぞれ制御部３０に接続され、制御部３０の指令によって動作するよう構成されている。さらに、電源１２および／またはその近傍の温度を検出する温度センサ２２と、電動機１８の回転数（速度）を検出する回転数（速度）センサ２４と、図示しない電圧センサおよび電流センサもまた制御部３０にそれぞれ接続され、各センサの検出信号が制御部３０に入力されるよう構成されている。   The control unit 30 shown in FIG. 1 is a computer that includes a CPU 32 that performs signal processing therein, a ROM 34 that stores a processing program, and a RAM 36 that temporarily stores control data. The converter 14, the inverter 16, and the electric motor 18 are each connected to the control unit 30 and are configured to operate according to commands from the control unit 30. Further, the temperature sensor 22 for detecting the temperature of the power supply 12 and / or the vicinity thereof, the rotation speed (speed) sensor 24 for detecting the rotation speed (speed) of the electric motor 18, a voltage sensor and a current sensor (not shown) are also included in the control unit. The detection signals from the sensors are input to the control unit 30.

本発明の実施形態では、図１に示す制御部３０内に、電源１２の昇温制御の要求を取得する昇温要求取得手段（図示せず）と、昇温制御の要求の取得に応じて、電動機１８の回転駆動に最低限必要なコンバータ１４の出力電圧Ｖｍを演算するコンバータ出力電圧演算手段（図示せず）と、電源１２を昇温させるか否かを判定する昇温判定手段（図示せず）と、昇温判定の結果に基づいて、電源１２の昇温指令／昇温回避指令を行う昇温指令手段（図示せず）と、を備えている。図１に示す制御部３０はさらに、昇温指令手段による制御指令に応じて、コンバータ１４のキャリア周波数を変更するコンバータキャリア周波数制御手段（図示せず）と、昇温指令手段による制御指令に応じて、コンバータ１４の出力電圧を変更するコンバータ出力電圧制御手段（図示せず）を備えることができる。   In the embodiment of the present invention, in the control unit 30 shown in FIG. 1, a temperature increase request acquisition unit (not shown) that acquires a request for temperature increase control of the power supply 12, and in response to acquisition of a request for temperature increase control , Converter output voltage calculation means (not shown) for calculating the output voltage Vm of the converter 14 that is minimum required for rotational driving of the electric motor 18, and temperature increase determination means for determining whether or not the power source 12 is heated (FIG. And a temperature increase command means (not shown) for issuing a temperature increase instruction / temperature increase avoidance instruction for the power supply 12 based on the result of the temperature increase determination. 1 further includes a converter carrier frequency control means (not shown) for changing the carrier frequency of the converter 14 in response to a control command from the temperature raising command means, and a control command from the temperature raising command means. Thus, converter output voltage control means (not shown) for changing the output voltage of the converter 14 can be provided.

実施形態において、昇温要求取得手段は、温度センサ２２からの電源１２の温度データや動力出力システム１００の起動または停止からの経過時間等の電源１２の温度に関する情報に基づいて、電源１２の昇温制御の要求の有無を所定の時間間隔で確認している。電源１２の昇温制御の要求を取得しない場合には、電源１２の昇温制御を実施せず、通常制御を継続する。   In the embodiment, the temperature increase request acquisition unit is configured to increase the power supply 12 on the basis of the temperature data of the power supply 12 from the temperature sensor 22 and information on the temperature of the power supply 12 such as the elapsed time since the power output system 100 is started or stopped. Whether there is a request for temperature control is confirmed at predetermined time intervals. When the request for the temperature increase control of the power source 12 is not acquired, the temperature increase control of the power source 12 is not performed and the normal control is continued.

実施形態において、コンバータ出力電圧演算手段は、電動機１８の回転数（回転速度）に応じて発生する逆起電力を考慮し、電動機１８から弱め界磁電流が最小となるように電動機１８を制御するのに最低限必要なコンバータ１４の出力電圧Ｖｍを演算する。実施形態では、この出力電圧Ｖｍの値を、通常運転時におけるコンバータ１４の出力電圧とすることができる。   In the embodiment, the converter output voltage calculation means controls the electric motor 18 so that the field weakening current is minimized from the electric motor 18 in consideration of the counter electromotive force generated according to the rotation speed (rotational speed) of the electric motor 18. The minimum output voltage Vm of the converter 14 is calculated. In the embodiment, the value of the output voltage Vm can be used as the output voltage of the converter 14 during normal operation.

実施形態において、昇温判定手段は、予め設定し、制御部３０内のＲＯＭ３４またはＲＡＭ３６に記憶させておいた昇温制御電圧Ｖｒを参照し、この値Ｖｒと、コンバータ出力電圧演算手段で演算した、電動機１８の回転駆動に最低限必要なコンバータ１４の出力電圧の値Ｖｍとを比較して、昇温制御の要否を判定する。昇温制御電圧の値Ｖｒは例えば、予め実施した実機試験やシミュレーションに基づいて設定することができる。このとき、電動機１８の回転駆動に最低限必要なコンバータ１４の出力電圧Ｖｍが昇温制御電圧Ｖｒ以下の場合には、コンバータキャリア周波数制御手段およびコンバータ出力電圧制御手段に対し、電源１２の昇温指令を行う。コンバータ１４の出力電圧が急激に変動することを回避するために、まず、コンバータ出力電圧制御手段によりコンバータ１４の出力電圧を昇温制御電圧Ｖｒに昇圧する制御を行い、次いで、コンバータキャリア周波数制御手段によりコンバータ１４のキャリア周波数を、予め設定しておいた所定の昇温制御キャリア周波数ｆｒまで低下させる手順により電源１２の昇温制御を行うことが好適である。昇温制御キャリア周波数ｆｒは例えば、予め実施した実機試験やシミュレーションに基づいて、コンバータ１４の制御に不具合を生じない程度の値に設定することができる。また、他の実施形態では、例えば電源１２の温度に基づいて、予め作製しておいたマップ等を参照することにより、昇温制御の都度、昇温制御キャリア周波数ｆｒの値を可変とすることも可能である。   In the embodiment, the temperature rise determination means refers to the temperature rise control voltage Vr that is preset and stored in the ROM 34 or the RAM 36 in the control unit 30 and is calculated by this value Vr and the converter output voltage calculation means. Then, the output voltage value Vm of the converter 14 necessary for the rotational drive of the electric motor 18 is compared to determine whether the temperature raising control is necessary. The value Vr of the temperature rise control voltage can be set based on, for example, an actual machine test or simulation performed in advance. At this time, when the output voltage Vm of the converter 14 that is the minimum required for the rotational drive of the electric motor 18 is equal to or lower than the temperature increase control voltage Vr, the temperature increase of the power source 12 is performed with respect to the converter carrier frequency control means and the converter output voltage control means. Make a command. In order to avoid the output voltage of the converter 14 from fluctuating rapidly, first, the converter output voltage control means performs control to increase the output voltage of the converter 14 to the temperature rise control voltage Vr, and then the converter carrier frequency control means. Thus, it is preferable to perform the temperature rise control of the power source 12 by the procedure of lowering the carrier frequency of the converter 14 to a predetermined temperature rise control carrier frequency fr set in advance. The temperature increase control carrier frequency fr can be set to a value that does not cause a problem in the control of the converter 14 based on, for example, an actual machine test or simulation performed in advance. In another embodiment, the value of the temperature rise control carrier frequency fr is made variable every time the temperature rise control is performed by referring to a map or the like prepared in advance based on the temperature of the power source 12, for example. Is also possible.

また、実施形態において、電動機１８の回転速度の上昇に伴い、上述した昇温判定手段による昇温制御の要否判定の際に、電動機１８の回転駆動に最低限必要なコンバータ１４の出力電圧Ｖｍが昇温制御電圧Ｖｒを超えた状態となった場合には、コンバータキャリア周波数制御手段およびコンバータ出力電圧制御手段に対し、電源１２の昇温制御の回避または終了の指令を行う。このとき、コンバータキャリア周波数制御手段によりコンバータ１４のキャリア周波数を、昇温制御時のキャリア周波数ｆｒから通常制御時のキャリア周波数ｆｎに変更する制御を行い、次いでコンバータ出力電圧制御手段によりコンバータ１４の出力電圧を昇温制御時の出力電圧Ｖｎから電動機１８の回転駆動に最低限必要なコンバータ１４の出力電圧Ｖｍに変更する手順により、昇温制御を終了し、通常制御に戻ることが好適である。本手順により電源１２の昇温回避または終了制御を行うことにより、昇温制御の継続に伴うエネルギ損失の増大を抑制するとともにコンバータ１４の出力電圧が急激に変動することを回避することができる。   In the embodiment, as the rotation speed of the electric motor 18 increases, the output voltage Vm of the converter 14 that is the minimum required for the rotational drive of the electric motor 18 when determining whether or not the temperature increase control is required by the above-described temperature increase determination means. Is over the temperature rise control voltage Vr, a command to avoid or end the temperature rise control of the power supply 12 is issued to the converter carrier frequency control means and the converter output voltage control means. At this time, the converter carrier frequency control means performs control to change the carrier frequency of the converter 14 from the carrier frequency fr at the temperature rise control to the carrier frequency fn at the normal control, and then the converter output voltage control means outputs the output of the converter 14. It is preferable to end the temperature increase control and return to the normal control by the procedure of changing the voltage from the output voltage Vn at the time of the temperature increase control to the output voltage Vm of the converter 14 that is the minimum required for the rotational drive of the electric motor 18. By performing the temperature increase avoidance or termination control of the power source 12 according to this procedure, it is possible to suppress an increase in energy loss due to the continuation of the temperature increase control and to avoid the output voltage of the converter 14 from fluctuating rapidly.

以上のように構成された動力出力システム１００の動作について、図１，２を用いて以下に説明する。   The operation of the power output system 100 configured as described above will be described below with reference to FIGS.

まず、昇温要求取得手段において、電源１２の昇温制御の要求の有無を確認する（Ｓ１１０）。昇温要求取得手段において、電源１２の昇温制御の要求を取得した場合には、Ｓ１１２に進む。一方、昇温要求取得手段において、電源１２の昇温制御の要求を取得しない場合、あるいは昇温制御不可の要求を取得した場合には、制御部３０による動力出力システム１００の制御は、通常時のままである（Ｓ１２６）。   First, in the temperature increase request acquisition means, it is confirmed whether there is a request for temperature increase control of the power supply 12 (S110). When the temperature increase request acquisition means acquires a request for temperature increase control of the power supply 12, the process proceeds to S112. On the other hand, when the temperature increase request acquisition means does not acquire the request for the temperature increase control of the power supply 12 or when the request for the temperature increase control impossible is acquired, the control of the power output system 100 by the control unit 30 is performed in the normal time. (S126).

Ｓ１１２では、コンバータ出力電圧演算手段において、電動機１８を制御するのに最低限必要なコンバータ１４の出力電圧Ｖｍを演算し、次いで、昇温判定手段において、Ｓ１１２において演算したコンバータ１４の出力電圧Ｖｍと、昇温制御電圧Ｖｒとを比較する（Ｓ１１４）。Ｓ１１２において演算したコンバータ１４の出力電圧Ｖｍが、所定の昇温制御電圧Ｖｒ以下の場合には、Ｓ１１６に進み、電源１２の昇温制御を開始する。一方、未だ昇温制御を実行していないにもかかわらず、コンバータ１４の出力電圧Ｖｍが、所定の昇温制御電圧Ｖｒを上回る場合には、昇温制御を回避する（Ｓ１２０）。このとき、コンバータ出力電圧およびキャリア周波数は変更されていないため、以下の制御は実質的には不要であり、速やかに通常制御に移行することができる。   In S112, the converter output voltage calculation unit calculates the minimum output voltage Vm of the converter 14 required to control the electric motor 18, and then the temperature rise determination unit calculates the output voltage Vm of the converter 14 calculated in S112. Then, the temperature rise control voltage Vr is compared (S114). When the output voltage Vm of the converter 14 calculated in S112 is equal to or lower than the predetermined temperature increase control voltage Vr, the process proceeds to S116 and the temperature increase control of the power source 12 is started. On the other hand, if the output voltage Vm of the converter 14 exceeds the predetermined temperature increase control voltage Vr even though the temperature increase control has not yet been executed, the temperature increase control is avoided (S120). At this time, since the converter output voltage and the carrier frequency are not changed, the following control is substantially unnecessary, and the normal control can be promptly shifted.

Ｓ１１６では、コンバータ出力電圧制御手段において、コンバータ１４の出力電圧を昇温制御電圧Ｖｒに変更する指令を行う。コンバータ１４の出力電圧が昇温制御電圧Ｖｒに変更したら、コンバータキャリア周波数制御手段において、コンバータ１４のキャリア周波数を、昇温制御キャリア周波数ｆｒまで低下させる（Ｓ１１８）。コンバータ１４のキャリア周波数の低下により、電流のリプルが発生し、電源１２を昇温させることができる。Ｓ１１６におけるコンバータの出力電圧の変更終了時刻と、Ｓ１１８におけるコンバータのキャリア周波数の変更開始時刻との間に、例えば数ミリ秒程度の所定のタイムラグを設けることにより、本制御システムの安定化を図ることができるが、別の態様では同時刻とすることもできる。   In S116, the converter output voltage control means issues a command to change the output voltage of the converter 14 to the temperature increase control voltage Vr. When the output voltage of the converter 14 is changed to the temperature rise control voltage Vr, the carrier frequency of the converter 14 is lowered to the temperature rise control carrier frequency fr in the converter carrier frequency control means (S118). Due to the decrease in the carrier frequency of the converter 14, current ripple occurs and the power supply 12 can be raised in temperature. Stabilize the control system by providing a predetermined time lag of, for example, several milliseconds between the change output end time of the converter output voltage in S116 and the change start time of the carrier frequency of the converter in S118. However, in another embodiment, it can be the same time.

図２に示すＳ１１２〜Ｓ１１８の各動作は、Ｓ１１４において、電動機１８の回転数（速度）の上昇に伴い、コンバータ１４の出力電圧の演算値Ｖｍが昇温制御電圧Ｖｒを超えるまで繰り返される。そして、コンバータ１４の出力電圧の演算値Ｖｍが昇温制御電圧Ｖｒを超えると、電源１２の昇温回避（終了）の制御を開始する（Ｓ１２０）。   Each operation of S112 to S118 shown in FIG. 2 is repeated until the calculated value Vm of the output voltage of the converter 14 exceeds the temperature increase control voltage Vr as the rotation speed (speed) of the electric motor 18 increases in S114. Then, when the calculated value Vm of the output voltage of the converter 14 exceeds the temperature rise control voltage Vr, the control of the temperature rise avoidance (end) of the power source 12 is started (S120).

次に、コンバータキャリア周波数制御手段において、コンバータ１４のキャリア周波数を、通常制御時のキャリア周波数ｆｎに変更する（Ｓ１２２）。コンバータ１４のキャリア周波数が通常制御時のキャリア周波数ｆｎに変更したら、コンバータ出力電圧制御手段において、コンバータ１４の出力電圧をＳ１１２において演算したコンバータ１４の出力電圧Ｖｍに変更し（Ｓ１２４）、一連の昇温制御を終了する。実施形態では、電源１２の温度は例えばマイナス３０℃を超えるまで、他の実施形態ではマイナス１０℃程度まで、昇温させることができる。なお、Ｓ１２２におけるコンバータのキャリア周波数の変更終了時刻と、Ｓ１２４におけるコンバータの出力電圧の変更開始時刻との間に、例えば数ミリ秒程度の所定のタイムラグを設けることにより、本制御システムの安定化を図ることができるが、別の態様では同時刻とすることもできる。このように、コンバータ１４のキャリア周波数を上昇させた後で出力電圧を変更することにより、昇温制御の終了時に急激な出力電圧の変動を伴うことなく、円滑に通常制御に移行することができる。   Next, the converter carrier frequency control means changes the carrier frequency of the converter 14 to the carrier frequency fn during normal control (S122). When the carrier frequency of the converter 14 is changed to the carrier frequency fn at the time of normal control, the converter output voltage control means changes the output voltage of the converter 14 to the output voltage Vm of the converter 14 calculated in S112 (S124). End temperature control. In the embodiment, the temperature of the power source 12 can be raised to, for example, about minus 30 ° C., and in other embodiments to about minus 10 ° C. The control system is stabilized by providing a predetermined time lag of, for example, several milliseconds between the change end time of the converter carrier frequency in S122 and the change start time of the converter output voltage in S124. Although it can be achieved, in another aspect, the same time can be used. In this way, by changing the output voltage after increasing the carrier frequency of the converter 14, the normal control can be smoothly performed without accompanying a sudden change in the output voltage at the end of the temperature raising control. .

図３は、本発明の実施形態における動力出力システムの動作または制御のタイミングを時系列で例示するタイミングチャートである。本実施形態において、図３に示す時刻ｔ１からｔ１１までの時間は、例えば１００ミリ秒程度であり得るが、これに限定されるものではなく、例えば数十ミリ秒程度、他の実施形態では数秒程度、更に別の実施形態では数十秒程度とすることも可能である。 FIG. 3 is a timing chart illustrating the operation or control timing of the power output system in the embodiment of the present invention in time series. In the present embodiment, the time from time t 1 to time t 11 shown in FIG. 3 may be, for example, about 100 milliseconds, but is not limited to this, for example, about several tens of milliseconds. Then, it is possible to set it to about several seconds, and in another embodiment, about several tens of seconds.

時刻ｔ１において、昇温要求取得手段が電源（バッテリ）の昇温制御の要求を取得すると、昇温制御のトリガーとなる昇温制御フラグ（Ａ）がオフ（通常制御モード）からオン（昇温制御モード）に切り替わる。このとき、電動機の回転駆動に最低限必要なコンバータの出力電圧Ｖｍ（Ｃ）は、所定の昇温制御電圧Ｖｒ以下なので、時刻ｔ２からｔ３にかけて、コンバータの出力電圧（Ｄ）を上昇させて昇温制御電圧Ｖｒに移行させ、次いで、コンバータのキャリア周波数（Ｅ）を、時刻ｔ４からｔ５にかけて、昇温制御時のキャリア周波数ｆｒまで低下させる。コンバータのキャリア周波数の低下により、バッテリ電流（Ｆ）のリプルが発生し、これに応じてバッテリ温度（Ｇ）が上昇する。 When the temperature increase request acquisition means acquires a request for temperature increase control of the power source (battery) at time t 1 , the temperature increase control flag (A) that triggers the temperature increase control is changed from off (normal control mode) to on (increase). Switch to temperature control mode. In this case, the minimum required converter output voltage Vm (C) to the rotary drive of the motor, so below a predetermined Atsushi Nobori control voltage Vr, and from time t 2 to t 3, increases the converter output voltage (D) Te is shifted to the Atsushi Nobori control voltage Vr, then the converter carrier frequency (E), over a period from time t 4 to t 5, is reduced to a carrier frequency fr during the temperature increase control. The decrease in the carrier frequency of the converter causes a ripple in the battery current (F), and the battery temperature (G) rises accordingly.

時刻ｔ６からｔ８にかけて、ユーザの操作等により電動機の回転数（速度）（Ｂ）が上昇すると、これに連動して電動機の回転駆動に最低限必要なコンバータの出力電圧Ｖｍ（Ｃ）も増加する。このとき、時刻ｔ７において、電動機の回転駆動に最低限必要なコンバータの出力電圧Ｖｍ（Ｃ）の値が昇温制御電圧Ｖｒを上回ると、昇温制御フラグ（Ａ）がオン（昇温制御モード）からオフ（通常制御モード）に切り替わり、昇温制御を終了する動作に移行する。まず、時刻ｔ７からｔ９にかけて、コンバータのキャリア周波数（Ｅ）を通常制御時のキャリア周波数ｆｎまで戻し、次いで、時刻ｔ１０からｔ１１にかけて、コンバータの出力電圧（Ｄ）を電動機の回転駆動に最低限必要なコンバータの出力電圧Ｖｍ（Ｃ）に変更する。これにより、バッテリ電流（Ｆ）のリプルはコンバータのキャリア周波数（Ｅ）がｆｎまで上昇したところで、電動機の回転数（速度）（Ｂ）の程度に対応する、電動機の回転駆動に最低限必要なコンバータの出力電圧Ｖｍ（Ｃ）まで上昇させ、通常制御に移行する。 Period from the time t 6 to t 8, the rotational speed of the electric motor by user operation or the like (speed) (B) is increased, this minimum required converter output voltage Vm (C) also in conjunction with the rotation of the electric motor To increase. In this case, at time t 7, when the value of the output voltage Vm of minimum required converter to a rotary drive of the motor (C) exceeds the Atsushi Nobori control voltage Vr, Atsushi Nobori control flag (A) is on (heating control Mode) is switched off (normal control mode), and the operation proceeds to end the temperature increase control. First, from time t 7 to t 9, return the converter carrier frequency (E) to the carrier frequency fn of the normal control, then, over a period from time t 10 to t 11, the rotational driving of the electric motor the output voltage of the converter (D) The output voltage Vm (C) of the converter is at least required. Thereby, the ripple of the battery current (F) is the minimum necessary for the rotational drive of the electric motor corresponding to the degree of the rotational speed (speed) (B) of the electric motor when the carrier frequency (E) of the converter rises to fn. The output voltage Vm (C) of the converter is raised and the control shifts to normal control.

本発明は、種々の動力出力システムに利用可能であるが、例えば車両に搭載可能な動力出力システムなどに利用可能である。   The present invention can be used for various power output systems. For example, the present invention can be used for a power output system that can be mounted on a vehicle.

１２ 電源（バッテリ）、１４ コンバータ、１６ インバータ、１８ 電動機、２０ 平滑コンデンサ、２２ 温度センサ、２４ 回転数（速度）センサ、３０ 制御部、１００ 動力出力システム、２００ 電動車両。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Power supply (battery), 14 Converter, 16 Inverter, 18 Electric motor, 20 Smoothing capacitor, 22 Temperature sensor, 24 Rotation speed (speed) sensor, 30 Control part, 100 Power output system, 200 Electric vehicle.

Claims (5)

電源と、
前記電源からの電源電圧を昇降圧して出力するコンバータと、
前記コンバータの出力電圧を変更するコンバータ出力電圧制御手段と、
前記コンバータのキャリア周波数を変更するコンバータキャリア周波数制御手段と、
前記コンバータからの直流電力を多相交流電力に変換して出力するインバータと、
前記インバータから出力される多相交流電力により回転駆動する電動機と、
前記電源の昇温制御の要求を取得する昇温要求取得手段と、
前記昇温制御の要求の取得に応じて、前記電動機の回転駆動に最低限必要なコンバータの出力電圧を演算するコンバータ出力電圧演算手段と、
前記最低限必要なコンバータ出力電圧と前記電源の昇温制御のための昇温制御電圧とを比較して、前記電源を昇温させるか否かを判定する昇温判定手段と、
前記昇温判定手段の結果に基づいて電源の昇温指令／昇温回避指令を行う昇温指令手段と、
を備え、
前記昇温指令手段は、
前記最低限必要なコンバータの出力電圧が前記昇温制御電圧以下の場合には、前記コンバータ出力電圧制御手段に対し、前記コンバータの出力電圧を昇圧して昇温制御電圧に変更する制御指令を行い、次いで、前記コンバータキャリア周波数制御手段に対し、前記コンバータのキャリア周波数を低下させて前記電源を昇温させる制御指令を行い、
前記最低限必要なコンバータの出力電圧が前記昇温制御電圧を超える場合には、前記電源の昇温制御を回避する指令を行う、動力出力システム。 Power supply,
A converter for stepping up and down the power supply voltage from the power supply and outputting it,
Converter output voltage control means for changing the output voltage of the converter;
Converter carrier frequency control means for changing the carrier frequency of the converter;
An inverter that converts the DC power from the converter into multi-phase AC power and outputs it;
An electric motor that is rotationally driven by the polyphase AC power output from the inverter;
A temperature increase request acquisition means for acquiring a request for temperature increase control of the power source;
A converter output voltage calculating means for calculating a minimum output voltage of the converter required for rotational driving of the electric motor according to the acquisition of the temperature raising control request;
A temperature rise determination means for comparing the minimum required converter output voltage with a temperature rise control voltage for temperature rise control of the power supply to determine whether to raise the temperature of the power supply;
A temperature increase command means for performing a temperature increase instruction / temperature increase avoidance instruction of the power source based on the result of the temperature increase determination means ;
Bei to give a,
The temperature raising command means includes
When the minimum required converter output voltage is equal to or lower than the temperature rise control voltage, a control command is given to the converter output voltage control means for boosting the converter output voltage and changing it to the temperature rise control voltage. then, with respect to said converter carrier frequency control means, have rows a control command for raising the temperature of said power supply lowers the carrier frequency of said converter,
A power output system that issues a command to avoid temperature rise control of the power supply when the minimum required converter output voltage exceeds the temperature rise control voltage . 請求項１に記載の動力出力システムにおいて、
前記最低限必要なコンバータ出力電圧が前記昇温制御電圧を超える場合には、
前記コンバータキャリア周波数制御手段に対し、前記コンバータキャリア周波数を通常運転時の値にする制御指令を行い、次いで、前記コンバータ出力電圧制御手段に対し、前記コンバータ出力電圧を前記電動機の回転駆動に最低限必要なコンバータ出力電圧にする制御指令を行う、動力出力システム。 The power output system according to claim 1 , wherein
When the minimum required converter output voltage exceeds the temperature rise control voltage ,
From over the previous SL converter carrier frequency control means performs a control command for the converter carrier frequency to the value at the normal operation, then, to the converter output voltage control means, the converter output voltage to the rotation driving of the motor A power output system that gives control commands to the limited converter output voltage. 電源と、前記電源からの電源電圧を昇降圧して出力するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を多相交流電力に変換して出力するインバータと、前記インバータから出力される多相交流電力により回転駆動する電動機と、を備える動力出力システムの制御方法であって、
前記電源の昇温制御の要求を取得する工程と、
前記昇温制御の要求の取得に応じて、前記電動機の回転駆動に最低限必要なコンバータ出力電圧を演算する工程と、
前記最低限必要なコンバータ出力電圧と前記電源の昇温制御のための昇温制御電圧とを比較して、前記電源を昇温させるか否かを判定する昇温判定工程と、
前記昇温判定手段の結果に基づいて電源の昇温指令／昇温回避指令を行う昇温指令工程と、
を有し、
前記昇温指令工程において、
前記最低限必要なコンバータの出力電圧が前記昇温制御電圧以下の場合には、前記コンバータの出力電圧を昇圧して昇温制御電圧に変更する工程と、前記コンバータのキャリア周波数を低下させて前記電源を昇温させる工程とをさらに有し、
前記最低限必要なコンバータの出力電圧が前記昇温制御電圧を超える場合には、前記電源の昇温制御を回避する、動力出力システムの制御方法。 A power supply, a converter that boosts and outputs a power supply voltage from the power supply, an inverter that converts DC power from the converter into multiphase AC power and outputs, and a multiphase AC power output from the inverter A power output system control method comprising:
Obtaining a request for temperature rise control of the power source;
Calculating a minimum converter output voltage required for rotational driving of the electric motor in response to acquisition of the temperature increase control request; and
A temperature rise determination step of comparing the minimum required converter output voltage with a temperature rise control voltage for temperature rise control of the power supply to determine whether to raise the temperature of the power supply,
A temperature raising command step of performing a temperature raising command / temperature raising avoidance command of the power source based on the result of the temperature raising determination means;
Have
In the temperature raising instruction step,
When the minimum required converter output voltage is equal to or lower than the temperature rise control voltage, the step of boosting the converter output voltage to change to the temperature rise control voltage, the carrier frequency of the converter is lowered and the converter A step of raising the temperature of the power source,
A method for controlling a power output system, wherein when the minimum required converter output voltage exceeds the temperature rise control voltage, temperature rise control of the power source is avoided. 請求項３に記載の制御方法において、
前記最低限必要なコンバータ出力電圧が前記昇温制御電圧を超える場合には、
前記コンバータキャリア周波数を通常運転時の値に変更する工程と、
前記コンバータ出力電圧を最低限必要なコンバータ出力電圧に変更する工程と、
をさらに有する、動力出力システムの制御方法。 The control method according to claim 3 , wherein
When the minimum required converter output voltage exceeds the temperature rise control voltage,
Changing the converter carrier frequency to a value during normal operation;
Changing the converter output voltage to a minimum required converter output voltage;
A method for controlling a power output system, further comprising: 請求項１または２に記載の動力出力システムを搭載する車両。 Vehicle equipped with the power output system according to claim 1 or 2.
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