JP6673046B2 - Power supply system for electric vehicles - Google Patents
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Description
本明細書は、電気自動車用の電源システムを開示する。本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車が含まれる。 The present specification discloses a power supply system for an electric vehicle. The “electric vehicle” in this specification includes a hybrid vehicle having both a motor and an engine.
電気自動車は、走行用のモータと、走行用モータの駆動電圧よりも低い電圧で作動する低電圧機器を備える。それゆえ、電気自動車の電源システムは、走行用モータを駆動する回路に高電圧の電力を供給するとともに、低電圧機器に低電圧の電力を供給する能力が要求される。そのような電源システムの一例が特許文献1に開示されている。特許文献1の電源システムは、メインバッテリ、メイン電力線、サブ電力線、システムスイッチ、2個のDC−DCコンバータ(第1及び第2DC−DCコンバータ)、コントローラを備えている。電気自動車は、メインバッテリから供給される電力を走行モータ駆動用の電力に変換する電力制御ユニットを備えており、その電力制御ユニットとメインバッテリがメイン電力線で接続されている。システムスイッチは、メイン電源線に備えられており、メインバッテリと電力制御ユニットの間の導通と非導通を切り換える。なお、メイン電力線を導通状態にすることを「システムスイッチを閉じる」と表記し、メイン電力線を非導通状態にすることを「システムスイッチを開放する」と表記する場合がある。 An electric vehicle includes a driving motor and a low-voltage device that operates at a voltage lower than a driving voltage of the driving motor. Therefore, a power supply system for an electric vehicle is required to supply high-voltage power to a circuit for driving a traveling motor and to supply low-voltage power to low-voltage equipment. An example of such a power supply system is disclosed in Patent Document 1. The power supply system of Patent Document 1 includes a main battery, a main power line, a sub power line, a system switch, two DC-DC converters (first and second DC-DC converters), and a controller. An electric vehicle includes a power control unit that converts power supplied from a main battery into power for driving a traveling motor, and the power control unit and the main battery are connected by a main power line. The system switch is provided on the main power supply line, and switches between conduction and non-conduction between the main battery and the power control unit. Making the main power line conductive may be referred to as "close the system switch", and making the main power line nonconductive may be referred to as "opening the system switch".
サブ電力線は、低電圧機器へ駆動電力を伝送する。第1DC−DCコンバータは、システムスイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続されており、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。第2DC−DCコンバータは、システムスイッチよりもメインバッテリ側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続されており、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。コントローラは、第1及び第2DC−DCコンバータを制御する。 The sub power line transmits driving power to the low-voltage equipment. The first DC-DC converter is connected between the main power line and the sub power line closer to the power control unit than the system switch, and is capable of stepping down the power of the main power line and supplying it to the sub power line. The second DC-DC converter is connected between the main power line and the sub power line closer to the main battery than the system switch, and is capable of performing a step-down operation of stepping down the power of the main power line and supplying it to the sub power line. The controller controls the first and second DC-DC converters.
システムスイッチは、ユーザが操作する車両メインスイッチ(スタートスイッチ)のON/OFFに応じて開閉される。車両メインスイッチがOFFの間、システムスイッチが開放され、高電圧系(走行用モータと電力制御ユニット)がメインバッテリから完全に切り離され、車両の確実な安全性が確保される。 The system switch is opened and closed according to ON / OFF of a vehicle main switch (start switch) operated by a user. While the vehicle main switch is OFF, the system switch is opened, and the high-voltage system (the traveling motor and the power control unit) is completely disconnected from the main battery, thereby ensuring the safety of the vehicle.
システムスイッチが閉じられるまでは、コントローラは第2DC−DCコンバータを制御し、サブ電力線を介して低電圧機器に電力が供給される。システムスイッチが閉じられた後、コントローラは、第1及び第2DC−DCコンバータを適宜に制御し、低電圧機器全体の消費電力を賄う。 Until the system switch is closed, the controller controls the second DC-DC converter, and power is supplied to the low-voltage device via the sub power line. After the system switch is closed, the controller appropriately controls the first and second DC-DC converters to cover the power consumption of the entire low-voltage device.
特許文献1の図5に例示されているように、車両メインスイッチがONからOFFに切り換えられたとき、コントローラは、第1DC−DCコンバータを停止させ、その後、システムスイッチを開放する。第1DC−DCコンバータが動作中、即ち、システムスイッチに電流が流れている状態でシステムスイッチを開放すると、スパイク状のノイズ電流が発生し、システムスイッチやシステムスイッチに導通している機器がダメージを受ける虞があるからである。 As illustrated in FIG. 5 of Patent Document 1, when the vehicle main switch is switched from ON to OFF, the controller stops the first DC-DC converter, and then opens the system switch. If the system switch is opened while the first DC-DC converter is operating, that is, in a state where current is flowing to the system switch, a spike-like noise current is generated, and the system switch and devices connected to the system switch are damaged. This is because there is a risk of receiving it.
近年の電気自動車は電気系が複雑化しており、複数のコントローラが互いに通信しながら様々なデバイスを制御している。典型的には、上記した第1及び第2DC−DCコンバータを制御するコントローラとは別に、車両メインスイッチの動作を監視するとともにシステムスイッチを制御するコントローラが備えられている場合がある。説明の便宜上、前者のコントローラをDDCコントローラと称し、後者のコントローラをメインコントローラと称する。メインコントローラは、車両メインスイッチがONからOFFに切り換えられると、DDCコントローラに第1DC−DCコンバータの停止を指令し、次いで、システムスイッチを開放する。 In recent years, the electric system of an electric vehicle has become complicated, and a plurality of controllers control various devices while communicating with each other. Typically, a controller that monitors the operation of a vehicle main switch and controls a system switch may be provided separately from the controller that controls the first and second DC-DC converters. For convenience of explanation, the former controller is referred to as a DDC controller, and the latter controller is referred to as a main controller. When the vehicle main switch is switched from ON to OFF, the main controller instructs the DDC controller to stop the first DC-DC converter, and then opens the system switch.
メインコントローラとDDCコントローラが上記した協調関係にあるとき、メインコントローラとDDCコントローラの間で通信不良が生じた場合、次の問題が生じる。先に述べたように、システムスイッチを開放するのに先立って第1DC−DCコンバータを停止することが望ましい。しかし、通信不良が生じた場合、DDCコントローラはメインコントローラからの指令を受けられないため、メインコントローラは、第1DC−DCコンバータの動作中にシステムスイッチを開放しなければならなくなる。システムスイッチに電流が流れている間にシステムスイッチを開放すると、先に述べたようにスパイク状のノイズ電流が発生する虞がある。システムスイッチ開放時のノイズ電流発生を避けるため、通信不良が生じたときに第1DC−DCコンバータを停止させることが考えられる。しかし、通信不良が生じた後も、車両メインスイッチがOFFされるまでは、走行可能であることが望ましい。第1DC−DCコンバータを停止してしまうと、低電圧機器に供給する電力が不足する可能性があり、その場合、走行に支障を来す虞がある。 When a communication failure occurs between the main controller and the DDC controller when the main controller and the DDC controller are in the above-described cooperative relationship, the following problem occurs. As described above, it is desirable to stop the first DC-DC converter before opening the system switch. However, when a communication failure occurs, the DDC controller cannot receive a command from the main controller, so that the main controller must open the system switch during the operation of the first DC-DC converter. If the system switch is opened while the current is flowing through the system switch, there is a possibility that a spike-shaped noise current is generated as described above. In order to avoid generation of noise current when the system switch is opened, it is conceivable to stop the first DC-DC converter when a communication failure occurs. However, it is desirable that the vehicle can travel even after the communication failure occurs until the vehicle main switch is turned off. If the first DC-DC converter is stopped, the power supplied to the low-voltage device may be insufficient, and in that case, running may be hindered.
本明細書は、DDCコントローラとメインコントローラの間で通信不良が生じた場合であっても、走行中は低電圧機器に十分な電力を供給できるとともに、車両メインスイッチがOFFされたときにシステムスイッチを安全に開放することのできる技術を提供する。 The present specification describes that even when a communication failure occurs between the DDC controller and the main controller, it is possible to supply sufficient power to the low-voltage equipment while the vehicle is running and to switch the system switch when the vehicle main switch is turned off. Provide technology that can safely open
本明細書が開示する電源システムは、メインバッテリ、メイン電力線、サブ電力線、システムスイッチ、第1及び第2DC−DCコンバータ、DDCコントローラ、メインコントローラを備える。メイン電力線は、電力制御ユニットとメインバッテリを接続している。電力制御ユニットは、メインバッテリから供給される電力を走行モータ駆動用の電力に変換するデバイスである。サブ電力線は、メインバッテリよりも低い電圧で動作する低電圧機器に電力を伝送する。システムスイッチは、メイン電力線に備えられており、メインバッテリと電力制御ユニットの間の導通と非導通を切り換える。第1DC−DCコンバータは、システムスイッチよりも電力制御ユニット側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続されており、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。第2DC−DCコンバータは、システムスイッチよりもメインバッテリ側のメイン電力線とサブ電力線の間に接続されており、メイン電力線の電力を降圧してサブ電力線へ供給する降圧動作が可能である。DDCコントローラは、第1及び第2DC−DCコンバータを制御する。メインコントローラは、車両メインスイッチがONからOFFに切り換えられたときに、第1DC−DCコンバータを停止させる停止指令信号をDDCコントローラへ送信し、次いで、システムスイッチを開放する。DDCコントローラは、メインコントローラとの間で通信不良が生じた場合、第1DC−DCコンバータの出力目標電圧を第1電圧に設定して第1DC−DCコンバータを制御するとともに、第2DC−DCコンバータの出力目標電圧を第1電圧よりも高い第2電圧に設定して第2DC−DCコンバータを制御する。メインコントローラは、通信不良が生じている間に車両メインスイッチがONからOFFに切り換えられたとき、停止指令信号を送信することなく、複数の低電圧機器の総消費電力が第2DC−DCコンバータの最大出力電力を越えないように低電圧機器を制御するとともに、システムスイッチを開放する。 The power supply system disclosed in this specification includes a main battery, a main power line, a sub power line, a system switch, first and second DC-DC converters, a DDC controller, and a main controller. The main power line connects the power control unit and the main battery. The power control unit is a device that converts power supplied from the main battery into power for driving the traveling motor. The sub power line transmits power to a low voltage device that operates at a lower voltage than the main battery. The system switch is provided on the main power line, and switches between conduction and non-conduction between the main battery and the power control unit. The first DC-DC converter is connected between the main power line and the sub power line closer to the power control unit than the system switch, and is capable of stepping down the power of the main power line and supplying it to the sub power line. The second DC-DC converter is connected between the main power line and the sub power line closer to the main battery than the system switch, and is capable of performing a step-down operation of stepping down the power of the main power line and supplying it to the sub power line. The DDC controller controls the first and second DC-DC converters. When the vehicle main switch is switched from ON to OFF, the main controller transmits a stop command signal for stopping the first DC-DC converter to the DDC controller, and then opens the system switch. When a communication failure occurs with the main controller, the DDC controller sets the output target voltage of the first DC-DC converter to the first voltage, controls the first DC-DC converter, and controls the second DC-DC converter. The second DC-DC converter is controlled by setting the output target voltage to a second voltage higher than the first voltage. When the vehicle main switch is switched from ON to OFF while the communication failure is occurring, the main controller does not transmit the stop command signal and reduces the total power consumption of the plurality of low-voltage devices to the second DC-DC converter. Control the low-voltage equipment so that the maximum output power is not exceeded, and open the system switch.
第1及び第2DC−DCコンバータはともにサブ電力線に接続されている。従って、第2電圧が第1電圧よりも高いので、第1DC−DCコンバータは動作していても事実上電力は出力されず、第2DC−DCコンバータだけが低電圧機器へ電力を供給することになる。第2DC−DCコンバータの出力電力には限界があり、低電圧機器の総消費電力が第2DC−DCコンバータの最大出力電力を越えると、第2DC−DCコンバータの出力電圧が下がる。第2DC−DCコンバータの出力電圧が第1電圧を下回ると、第1DC−DCコンバータからも電力供給が始まる。こうして、低電圧機器に十分な電力を供給することができる。 The first and second DC-DC converters are both connected to the sub power line. Therefore, since the second voltage is higher than the first voltage, the first DC-DC converter operates, but practically does not output power, and only the second DC-DC converter supplies power to the low-voltage device. Become. The output power of the second DC-DC converter has a limit. When the total power consumption of the low-voltage device exceeds the maximum output power of the second DC-DC converter, the output voltage of the second DC-DC converter decreases. When the output voltage of the second DC-DC converter falls below the first voltage, power supply also starts from the first DC-DC converter. Thus, sufficient power can be supplied to the low-voltage device.
一方、メインコントローラは、通信不良が生じている間に車両メインスイッチがONからOFFに切り換わると、低電圧機器の総消費電力が第2DC−DCコンバータの最大出力電力を越えないように低電圧機器を制御する。低電圧機器の総消費電力が最大出力電圧を越えなければ、第2DC−DCコンバータはその出力目標電圧である第2電圧を保持することができ、第1DC−DCコンバータは電力を出力しない。このとき、システムスイッチには電流が流れない。そのような状態でメインコントローラはシステムスイッチを開放する。従って、スパイク状のノイズ電流が発生することもなく、安全にシステムスイッチを開放することができる。 On the other hand, when the vehicle main switch is switched from ON to OFF while a communication failure occurs, the main controller controls the low voltage so that the total power consumption of the low voltage device does not exceed the maximum output power of the second DC-DC converter. Control the equipment. If the total power consumption of the low-voltage device does not exceed the maximum output voltage, the second DC-DC converter can hold the second voltage, which is its output target voltage, and the first DC-DC converter does not output power. At this time, no current flows through the system switch. In such a state, the main controller opens the system switch. Therefore, it is possible to safely open the system switch without generating a spike-like noise current.
本明細書が開示する電気自動車用の電源システムは、DDCコントローラとメインコントローラの間に通信不良が発生し、両コントローラの協調が出来なくなった場合でも、走行中は低電圧機器に十分な電力を供給できるとともに、車両メインスイッチがOFFされたときにシステムスイッチを安全に開放することができる。 The power supply system for an electric vehicle disclosed in this specification can supply sufficient power to low-voltage equipment during traveling even when communication failure occurs between the DDC controller and the main controller and coordination between the two controllers becomes impossible. In addition to the supply, the system switch can be safely opened when the vehicle main switch is turned off.
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 The details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “Detailed description of the invention”.
図面を参照して実施例の電源システム2を説明する。電源システム2は、ハイブリッド車100に搭載されている。図1に電源システム2を含むハイブリッド車100の電気系統のブロック図を示す。ハイブリッド車100は、エンジン61の動力、及び/又は、第1モータ6、第2モータ8の動力により走行することができる。モータを利用する場合、ハイブリッド車100は、メインバッテリ4から供給される電力により第2モータ8を駆動し、第2モータ8の動力によって駆動輪(図示せず)を回転させる。エンジン61を利用して走行する場合には、ハイブリッド車100は、第1モータ6をセルモータとして使用しエンジン61を始動させる。そして、ハイブリッド車100は、動力分配機構62によって、エンジン61が発生させた動力の一部を駆動輪に伝達する一方で、残りの動力を第1モータ6に伝達させて第1モータ6で発電する。第1モータ6で発電した電力は、第2モータ8に供給して駆動輪の回転に利用したり、メインバッテリ4の充電に利用したりすることができる。
A
なお、エンジン61を利用して走行している際、メインバッテリ4から第2モータ8に電力を供給して、駆動力を増大させることも可能である。一方、走行中のハイブリッド車100が減速する際には、第2モータ8で回生発電し、第2モータ8で発電した電力でメインバッテリ4を充電することができる。このように、第1モータ6と第2モータ8は、発電機としても機能する。その意味で、第1モータ6と第2モータ8は、「モータジェネレータ」と称することができる。図1の「MG1」が第1モータ6(第1モータジェネレータ)を表し、「MG2」が第2モータ8(第2モータジェネレータ)を表す。第1モータ6と第2モータ8は、「走行モータ」と称することもできる。図1の「PCU」は、後述する電力制御ユニット12を示す。
When the vehicle is running using the
電源システム2は、メインバッテリ4、サブバッテリ22、システムメインリレー20、第1DC−DCコンバータ28、第2DC−DCコンバータ30、DDC制御ユニット43、HV制御ユニット45を備えている。以下では説明を簡単にするため、便宜上、システムメインリレー20をSMR20と表記し、DDC制御ユニット43をDDC−ECU43と表記し、HV制御ユニット45をHV−ECU45する。さらに、第1DC−DCコンバータ28を第1DDC28と表記し、第2DC−DCコンバータ30を第2DDC30と表記する。図1では、第1DDC28は「DDC1」と表記されており、第2DDC30は「DDC2」と表記されている。また、後述する電力制御ユニット12をPCU12と表記する。
The
DDC−ECU43は、第1DDC28、第2DDC30、PCU12等と通信線47で接続されており、それらを制御する。PCU12(電力制御ユニット12)とは、メインバッテリ4から供給される電力を走行モータ駆動用の電力に変換するデバイスである。DDC−ECU43とHV−ECU45は、通信線44で接続されている。HV−ECU45とSMR20は通信線48で接続されている。HV−ECU45は、通信線49を介して車両メインスイッチ46に接続されている。車両メインスイッチ46は、車両の運転席に備えられているスイッチであり、車両全体システムを起動するスイッチである。車両メインスイッチ46は、イグニッションスイッチと呼ばれることがあり、電気自動車(ハイブリッド車)では、スタートスイッチと呼ばれることもある。
The DDC-
メインバッテリ4は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池(充電可能電池)である。本実施例では、メインバッテリ4の電圧は約300V(ボルト)である。メインバッテリ4は、メイン電力線10を介してPCU12に接続されている。メイン電力線10には、SMR20が備えられている。SMR20は、メインバッテリ4とPCU12の間の導通と非導通を切り換える。なお、「非導通」は、「遮断」と表現する場合もある。また、メインバッテリ4とPCU12の間を導通させることを、「SMR20を閉じる」と表現し、メインバッテリ4とPCU12の間を遮断することを、「SMR20」を開く、と表現する場合がある。
The main battery 4 is a secondary battery (rechargeable battery) such as a nickel hydrogen battery or a lithium ion battery. In this embodiment, the voltage of the main battery 4 is about 300 V (volt). Main battery 4 is connected to
PCU12は、メインバッテリ4と、第1モータ6及び第2モータ8との間に設けられている。PCU12は、平滑コンデンサ14、15、コンバータ16及びインバータ17を備えている。平滑コンデンサ14は、メイン電力線10の電流を平滑化する。より詳しく表現すると、平滑コンデンサ14は、メインバッテリ4から供給される電力の電流を平滑化する。平滑コンデンサ15は、コンバータ16とインバータ17の間に流れる電力の電流を平滑化する。
The
PCU12は、メインバッテリ4から供給される電力を第1モータ6及び第2モータ8(走行モータ)の駆動用電力に変換する。コンバータ16は、メインバッテリ4から供給される電力の電圧を、必要に応じて第1モータ6や第2モータ8の駆動に適した電圧まで昇圧する。またコンバータ16は、第1モータ6や第2モータ8が発電した電力の電圧を、メインバッテリ4の充電に適した電圧まで降圧させたりもする。即ち、コンバータ16は、双方向DC−DCコンバータである。コンバータ16には、メインバッテリ4からの電流が流れる複数のパワー素子が実装されている。双方向DC−DCコンバータの回路構成は良く知られているので詳しい説明は省略する。本実施例では、第1モータ6や第2モータ8の駆動に用いる電圧は約600Vである。
The
インバータ17は、2個のモータ(第1モータ6と第2モータ8)の夫々に対応して、2組のインバータ回路を備えている。インバータ17は、コンバータ16から供給される直流電力をU相、V相、W相の交流電力に変換して第1モータ6や第2モータ8を駆動する三相交流電力を供給したり、第1モータ6や第2モータ8が発電した三相交流電力を直流電力に変換してコンバータ16へ供給したりする。また、インバータ17は、第1モータ6及び第2モータ8の一方が発電した三相交流電力を、一旦、直流電力に変換しさらに三相交流電力に変換して、第1モータ6及び第2モータ8の他方に供給したりもする。インバータ17にも、メインバッテリ4からの電流が流れる複数のパワー素子が実装されている。インバータ回路の構成もよく知られているので詳しい説明は省略する。
The
SMR20よりもPCU12の側のメイン電力線10aには、エアコン50も接続されている。エアコン50は消費電力が大きいので、サブ電力線24(後述)ではなく、メイン電力線10に接続されており、メインバッテリ4から電力供給を受けるようになっている。
An
サブバッテリ22について説明する。サブバッテリ22の出力電圧は、メインバッテリ4の出力電圧よりも低い。サブバッテリ22は、典型的には、鉛蓄電池で構成される二次電池(充電可能電池)である。本実施例では、サブバッテリ22の電圧は約13Vである。サブバッテリ22は、サブ電力線24を介して、低電圧機器41に接続されている。低電圧機器41とは、サブバッテリ22の電圧(別言すればメインバッテリ4の電圧よりも低い電圧)で動作する機器の総称である。サブ電力線24が、サブバッテリ22から(あるいは、後述する第1DDC28、第2DDC30から)低電圧機器41に電力を伝送する。低電圧機器41には、例えば、ブレーキランプ41a、ヘッドライト41bなどがある。低電圧機器41にはその他、ルームランプ、ナビゲーション装置、オーディオ装置などもある。DDC−ECU43やHV−ECU45も低電圧機器の一つとして、サブバッテリ22から電力供給を受ける。なお、DDC−ECU43やHV−ECU45など、走行能力にとって重要な制御ユニットは、独自のバッテリを備えており、所定の期間は、サブ電力線24からの電力供給がなくとも動作することができる。車両の導電性のボデーが、サブ電力線24の負極線を兼ねる場合がある。負極線の電位は接地電位(基準電位)と呼ばれることがある。
The
SMR20よりもPCU12側のメイン電力線10aとサブ電力線24との間に、第1DDC28(第1DC−DCコンバータ)が接続されている。第1DDC28は、メイン電力線10を流れる電力を降圧してサブ電力線24へ供給する降圧動作と、サブ電力線24を流れる電力を昇圧してメイン電力線10へ供給する昇圧動作を行うことができる。典型的には、降圧動作は、メインバッテリ4の電力を降圧してサブ電力線24に供給することである。第1DDC28も、先のコンバータ16と同様に、双方向DC−DCコンバータである。ハイブリッド車100では、第1DDC28が降圧動作を行うことで、SMR20が非導通のときであっても、第1モータ6や第2モータ8が発電した回生電力でサブバッテリ22を充電することができる。また、ハイブリッド車100では、第1DDC28が昇圧動作を行うことで、SMR20が非導通のときでも、サブバッテリ22の電力を利用して第1モータ6や第2モータ8を駆動することができる。さらに、後述する第2DDC30が降圧動作を行い、第1DDC28が昇圧動作を行うと、SMR20が非導通のときでもメインバッテリ4の電力をPCU12に供給し、第1モータ6と第2モータ8を駆動することもできる。
A first DDC 28 (first DC-DC converter) is connected between the
SMR20よりもメインバッテリ4側のメイン電力線10bとサブ電力線24の間に、第2DDC30(第2DC−DCコンバータ)が接続されている。第2DDC30は、メイン電力線10を流れる電力を降圧してサブ電力線24へ供給する降圧動作を行うことができる。第2DDC30は、いわゆる降圧コンバータである。ハイブリッド車100では、SMR20の導通時に、第1DDC28が降圧動作を行い、かつ第2DDC30が降圧動作を行う。これにより、メインバッテリ4からの電力や、第1モータ6や第2モータ8が発電した電力を、第1DDC28と第2DDC30の両方を介して、サブバッテリ22に充電することができる。この場合、第1DDC28と第2DDC30のいずれか一方を介してサブバッテリ22に充電する場合に比べて、サブバッテリ22に供給される電流が大きくなる。そのため、サブバッテリ22の充電に要する時間が短くなる。
A second DDC 30 (second DC-DC converter) is connected between the
SMR20は、車両メインスイッチ46がOFFの間は開かれており、メインバッテリ4とPCU12の間を遮断している。HV−ECU45は、車両メインスイッチ46の状態をモニタしており、車両メインスイッチ46がOFFからONに切り換えられると、SMR20を閉じ、メインバッテリ4とPCU12を接続する。メインバッテリ4とPCU12が接続されると、第1モータ6と第2モータ8に電力を供給可能な状態、即ち、走行可能な状態になる。
The
平滑コンデンサ14が放電された状態、即ち、平滑コンデンサ14の両端電圧が低い状態でSMR20を接続すると、メインバッテリ4からPCU12(コンバータ16とインバータ17)に突入電流が流れる。突入電流は、コンバータ16やインバータ17のパワー素子にダメージを与える可能性がある。そこで、HV−ECU45は、SMR20を閉じるのに先立って、DDC−ECU43に指令を送り、第1DDC28と第2DDC30を使って平滑コンデンサ14を充電する(プリチャージする)。より具体的には、DDC−ECU43は、第2DDC30に降圧動作を行わせてメインバッテリ4の電力をサブ電力線24に供給するとともに、第1DDC28に昇圧動作を行わせ、メインバッテリ4の電力を、サブ電力線24を介して、SMR20よりもPCU12の側のメイン電力線10aに供給する。SMR20よりもPCU12の側のメイン電力線10aには、平滑コンデンサ14が並列に接続されているため、上記の処理により、メインバッテリ4の電力で平滑コンデンサ14がプリチャージされる。プリチャージが完了すると、HV−ECU45は、SMR20を閉じる。プリチャージ後は、SMR20のメインバッテリ4の側の電圧と、PCU12の側の電圧がほぼ等しいので突入電流は流れない。
When the
SMR20が閉じられた後は、DDC−ECU43は、第1DDC28の動作を昇圧動作から降圧動作に切り換える。即ち、DDC−ECU43は、メイン電力線10の電力を降圧してサブ電力線24に供給するように第1DDC28を制御する。SMR20が閉じられた後、DDC−ECU43は、複数の低電圧機器41の総消費電力に応じて、第1DDC28と第2DDC30の出力を調整する。
After the
HV−ECU45とDDC−ECU43は、通信線44で通信可能に接続されている。DDC−ECU43は、PCU12、第1DDC28、第2DDC30を制御する電源系のコントローラである。これに対してHV−ECU45は、車両メインスイッチ46などユーザが操作するスイッチ類の状態をモニタしたり、アクセル開度と車速とメインバッテリ4の残量などから、車に要求される駆動トルクをエンジン61の目標駆動トルクとモータ6、8の目標駆動トルクに分配したりする。HV−ECU45は、車両全体を統括する司令塔のコントローラである。
The HV-
車両メインスイッチ46がONからOFFに切り換えられたときのHV−ECU45とDDC−ECU43の処理を説明する。HV−ECU45は、車両メインスイッチ46がONからOFFに切り換えられると、DDC−ECU43に対して第1DDC28を停止させる停止指令信号を、通信線44を介して送信する。停止指令信号を受信したDDC−ECU43は、第1DDC28を停止する。なお、このとき、第2DDC30は、降圧動作を継続しており、第2DDC30を通じてメインバッテリ4からサブ電力線24へ電力供給が続けられる。それゆえ、車両メインスイッチ46がOFFに切り換えられても低電圧機器41を使用し続けることができる。
The processing of the HV-
第1DDC28が停止した後、HV−ECU45は、SRM20を開く。こうして、車両メインスイッチ46がOFFに切り換えられた後、SMR20が開放され、PCU12からメインバッテリ4が完全に切り離される。なお、車両メインスイッチ46は、正確には3段階に切り換え可能であり、それらは、Ready−ON、Ready−OFF、OFFと呼ばれる。「Ready−ON」は、走行可能な状態を意味し、本実施例のこれまでの説明における「ON」に相当する。「Ready−OFF」は、SMR20は開放された状態にあり、走行することはできないが、低電圧機器41は利用可能である状態を意味する。本実施例のこれまでの説明における「OFF」が、この「Ready−OFF」に相当する。「OFF」は、システム起動のためのデバイス(HV−ECU45など)を除き、他の低電圧機器41の利用ができない状態を意味する。車両メインスイッチ46がReay−OFFからOFFに切り換わったとき、HV−ECU45はDDC−ECU43に指令し、第2DDC30を停止させる。
After the
本明細書では、SMR20の切換時の処理に着目するので、車両メインスイッチ46の3段階(Ready−ON/Ready−OFF/OFF)のうち、実施例のこれまでの説明と同様に、「Ready−ON」を「ON」と称し、「Ready−OFF」を「OFF」と称して説明を続ける。
In this specification, since attention is paid to the process at the time of switching of the
HV−ECU45とDDC−ECU43の間に通信不良が生じると、DDC−ECU43は、HV−ECU45から停止指令信号を受け取ることができなくなる。HV−ECU45は、車両メインスイッチ46がONからOFFに切り換えられたことを検知すると、SMR20を開放しなければならないが、SMR20の開放に先立って第1DDC28を停止することができなくなる。第1DDC28が動作しておりSMR20に電流が流れている状態でSMR20を開放すると、SMR20の接点にアーク放電が生じたり、メイン電力線10にスパイク状のノイズ電流が生じたりしてSMR20や他のデバイスがダメージを受ける虞がある。通信不良が発生した時点で第1DDC28を停止することも考えられるが、そうすると、低電圧機器41にはサブバッテリ22と第2DDC30からは電力が供給されるが、第1DDC28からの電力供給がなくなるため、走行に支障が生じる虞がある。そこで、電源システム2は、DDC−ECU43とHV−ECU45との間に通信不良が生じると、図2のフローチャートの処理を行い、走行中の低電圧機器41への十分な電力供給を確保しつつ、車両メインスイッチ46がOFFに切り換えられたときにSMR20を安全に開放する。
If a communication failure occurs between the HV-
なお、通信不良の検知は、例えば次の手法による。通信線44は、例えばCAN(Control Area Network)である。DDC−ECU43とHV−ECU45の間の通信線44がCAN(Control Area Network)の場合は、データのやり取りにハンドシェイクプロトコルが実行されるため、そのハンドシェイクプロトコルで通信不良を検知し得る。DDC−ECU43とHV−ECU45の間の通信が他のプロトコルで行われる場合は、例えばCRCなどのチェック機能で通信不良を検知し得る。
The detection of the communication failure is performed by, for example, the following method. The
図2(A)は、通信不良を検知したときのDDC−ECU43の処理を示す。図2(B)は、通信不良を検知した後、車両メインスイッチ46がONからOFFに切り換えられたときのHV−ECU45の処理を示す。DDC−ECU43は、通信不良を検知すると、第1DDC28に対して、出力電圧を電圧V1に保持する定電圧制御を実行する(S2)。また、DDC−ECU43は、第2DDC30に対して、出力電圧を電圧V2に保持する定電圧制御を実行する(S2)。別言すれば、DDC−ECU43は、第1DDC28の出力目標電圧を電圧V1に設定して第1DDC28を定電圧制御するとともに、第2DDC30の出力目標電圧を電圧V2に設定して第2DDC30を定電圧制御する。ここで、電圧V2は、電圧V1よりも大きい値に設定されている。また、電圧V1と電圧V2は、低電圧機器41の作動電圧以上に設定される。さらに、電圧V1と電圧V2は、サブバッテリ22の出力電圧よりも高い値に設定されている。ステップS2を実行すると、複数の低電圧機器41への電力供給は、次のようになる。複数の低電圧機器41の総消費電力が第2DDC30の最大出力電圧よりも小さい場合、第2DDC30は、出力目標電圧である電圧V2を保持できる。第1DDC28の出力目標電圧V1は電圧V2よりも低いから、第1DDC28は動作していても、実質的には出力はゼロである。すなわち、低電圧機器41へは、第2DDC30のみから電力が供給される。また、電圧V1と電圧V2はともにサブバッテリ22の出力電圧よりも高いので、第1DDC28または第2DDC30の出力電圧が電圧V1より大きい場合、サブバッテリ22からは電力が出力されない。
FIG. 2A shows a process of the DDC-
走行中は、様々な低電圧機器41が起動したり停止したり、出力を変更したりする。すなわち、走行中は、複数の低電圧機器41の総消費電力が変化する。第2DDC30が出力できる電力には限界があり、総消費電力が第2DDC30の最大出力電圧を越えると、第2DDC30は出力電圧を電圧V2に保持できなくなり、その出力電圧は低下する。第2DDC30の出力電圧が電圧V1以下になると、出力目標電圧が電圧V1に設定されている第1DDC28から電力が出力される。低電圧機器41には、第1DDC28と第2DDC30の双方から電力が供給されることになり、十分な電力を低電圧機器41に供給し得る。走行中にHV−ECU45とDDC−ECU43の間に通信不良が発生しても、低電圧機器41に十分な電力を供給し続けることができる。なお、第1DDC28と第2DDC30の合計出力でも電力が不足する場合、第1DDC28の出力電圧と第2DDC30の出力電圧は共に低下していく、第1DDC28、第2DDC30の出力電圧がサブバッテリ22の出力電圧よりも低くなると、サブバッテリ22からも低電圧機器41へ電力が供給される。
During traveling, various low-
一方、HV−ECU45は、通信不良の発生後に車両メインスイッチ46のONからOFFへの切換を検知したら、図2(B)の処理を実行する。なお、HV−ECU45は、夫々の低電圧機器41の動作をモニタしており、動作中の全ての低電圧機器41の総消費電力を把握している。HV−ECU45は、低電圧機器41の総消費電力が第2DDC30の最大出力電力以上であるか否かをチェックする(S3)。HV−ECU45には、予め、第2DDC30の最大出力電力の値が記憶されている。低電圧機器41の総消費電力が第2DDC30の最大出力電力以上である場合(S3:YES)、HV−ECU45は、動作中の低電圧機器41の特定の一つの出力を下げる(S4)。例えば、HV−ECU45は、低電圧機器41の一つであるヒータの設定温度を下げ、ヒータの出力を下げる。そうすると、ヒータの消費電力が下がる。従って低電圧機器41の総消費電力が下がる。ステップS4を実行すると、処理はステップS3に戻り、HV−ECU45は、再度、総消費電力が第2DDC30の最大出力電力以上であるか否かをチェックする(S3)。
On the other hand, when the HV-
低電圧機器41の総消費電力が依然第2DDC30の最大出力電力以上である場合(S3:YES)、HV−ECU45は、動作中の低電圧機器41の別の一つの出力を下げる(S4)。例えば、HV−ECU45は、オーディオの出力を下げる。そうすると、オーディオの消費電力が下がり、低電圧機器41の総消費電力が下がる。HV−ECU45は、総消費電力が第2DDC30の最大出力電力を下回るまで、ステップS4の処理を繰り返す。なお、HV−ECU45には、出力を下げる低電圧機器41の順番が設定されており、その順番に沿って低電圧機器41を選定し、その出力を下げていく。
If the total power consumption of the low-
総消費電力が第2DDC30の最大出力電力を下回ると(S3:NO)、HV−ECU45は、SMR20を開放する(S5)。総消費電力が第2DDC30の最大出力電力を下回っている場合、図2(A)の説明のときに述べたように、第2DDC30の出力電圧は電圧V2に保持され、第1DDC28からは電力が出力されない。即ち、ステップS5においてHV−ECU45がSMR20を開放するとき、SMR20には電流が流れていない。SMR20を開放するときにアーク放電が発生したり、スパイク状のノイズ電流が発生したりしないので、SMR20とその周辺のデバイスにダメージを与えることがない。即ち、電源システム2は、安全にSMR20を開放することができる。
When the total power consumption falls below the maximum output power of the second DDC 30 (S3: NO), the HV-
図2(A)の処理は、DDC−ECU43が実行し、図2(B)の処理はHV−ECU45が実行する。DDC−ECU43とHV−ECU45の間で通信不良が発生しているため、DDC−ECU43とHV−ECU45は相互に協調することができず、図2(A)の処理と図2(B)の処理は、それぞれ独立に実行される。実施例の電源システム2は、DDC−ECU43とHV−ECU45が連携して動作することができずとも、走行中に低電圧機器41に十分な電力を供給することができるとともに、車両メインスイッチ46がOFFされたときにSMR20を安全に開放することができる。
The process in FIG. 2A is executed by the DDC-
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のSMR20が請求項の「システムスイッチ」の一例に相当する。第1DDC28が請求項の「第1DC−DCコンバータ」の一例に相当する。第2DDC30が請求項の「第2DC−DCコンバータ」の一例に相当する。実施例のDDC−ECU43が請求項の「DDCコントローラ」の一例に相当する、実施例のHV−ECU45が、請求項の「メインコントローラ」の一例に相当する。
Points to keep in mind regarding the technology described in the embodiment will be described. The
第2DDC30は、メイン電力線10の電力を降圧してサブ電力線24へ供給する降圧動作の他に、サブ電力線24の電力を昇圧してメイン電力線10に供給する昇圧動作が可能な双方向DC−DCコンバータであってもよい。実施例の電源システム2は、走行用にエンジンとモータの双方を備えるハイブリッド車に適用されている。本明細書が開示する電源システムは、エンジンを備えない電気自動車に適用することも可能である。
The
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 As described above, specific examples of the present invention have been described in detail, but these are merely examples, and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of objects, and has technical utility by achieving one of the objects.
2:電源システム
4:メインバッテリ
6:第1モータ
8:第2モータ
10:メイン電力線
12:電力制御ユニット(PCU)
14、15:平滑コンデンサ
16:コンバータ
17:インバータ
20:システムメインリレー(SMR)
22:サブバッテリ
24:サブ電力線
28:第1DC−DCコンバータ(第1DDC)
30:第2DC−DCコンバータ(第2DDC)
41:低電圧機器
43:DDC制御ユニット(DDC−ECU)
45:HV制御ユニット(HV−ECU)
46:車両メインスイッチ
50:エアコン
61:エンジン
62:動力分配機構
100:ハイブリッド車
2: Power supply system 4: Main battery 6: First motor 8: Second motor 10: Main power line 12: Power control unit (PCU)
14, 15: Smoothing capacitor 16: Converter 17: Inverter 20: System main relay (SMR)
22: sub-battery 24: sub-power line 28: first DC-DC converter (first DDC)
30: 2nd DC-DC converter (2nd DDC)
41: Low voltage equipment 43: DDC control unit (DDC-ECU)
45: HV control unit (HV-ECU)
46: Vehicle main switch 50: Air conditioner 61: Engine 62: Power distribution mechanism 100: Hybrid vehicle
Claims (1)
前記メインバッテリから供給される電力を走行モータ駆動用の電力に変換する電力制御ユニットと前記メインバッテリを接続するメイン電力線と、
前記メイン電力線に備えられており、前記メインバッテリと前記電力制御ユニットの間の導通と非導通を切り換えるシステムスイッチと、
前記メインバッテリよりも低い電圧で動作する低電圧機器へ電力を伝送するサブ電力線と、
前記システムスイッチよりも前記電力制御ユニット側の前記メイン電力線と前記サブ電力線の間に接続されており、前記メイン電力線の電力を降圧して前記サブ電力線へ供給する降圧動作が可能な第1DC−DCコンバータと、
前記システムスイッチよりも前記メインバッテリ側の前記メイン電力線と前記サブ電力線の間に接続されており、前記メイン電力線の電力を降圧して前記サブ電力線へ供給する降圧動作が可能な第2DC−DCコンバータと、
前記第1及び第2DC−DCコンバータを制御するDDCコントローラと、
車両メインスイッチがONからOFFに切り換えられたときに、前記第1DC−DCコンバータを停止させる停止指令信号を前記DDCコントローラへ送信し、次いで、前記システムスイッチを開放するメインコントローラと、
を備えており、
前記DDCコントローラは、前記メインコントローラとの間で通信不良が生じた場合、前記第1DC−DCコンバータの出力目標電圧を第1電圧に設定して前記第1DC−DCコンバータを制御するとともに、前記第2DC−DCコンバータの出力目標電圧を前記第1電圧よりも高い第2電圧に設定して前記第2DC−DCコンバータを制御し、
前記メインコントローラは、前記通信不良が生じている間に前記車両メインスイッチがONからOFFに切り換えられたとき、前記停止指令信号を送信することなく、複数の前記低電圧機器の総消費電力が前記第2DC−DCコンバータの最大出力電力を越えないように前記低電圧機器を制御するとともに、前記システムスイッチを開放する、電気自動車用の電源システム。 A main battery,
A power control unit that converts power supplied from the main battery into power for driving a traveling motor, and a main power line that connects the main battery;
A system switch that is provided on the main power line and switches conduction and non-conduction between the main battery and the power control unit,
A sub-power line that transmits power to a low-voltage device that operates at a lower voltage than the main battery;
A first DC-DC that is connected between the main power line and the sub power line on the power control unit side of the system switch and that is capable of stepping down the power of the main power line and supplying the power to the sub power line; A converter and
A second DC-DC converter connected between the main power line and the sub power line on the main battery side of the system switch and capable of stepping down the power of the main power line and supplying the power to the sub power line; When,
A DDC controller for controlling the first and second DC-DC converters,
A main controller for transmitting a stop command signal for stopping the first DC-DC converter to the DDC controller when the vehicle main switch is switched from ON to OFF, and then opening the system switch;
With
The DDC controller controls the first DC-DC converter by setting an output target voltage of the first DC-DC converter to a first voltage when a communication failure occurs with the main controller. Controlling the second DC-DC converter by setting an output target voltage of the 2DC-DC converter to a second voltage higher than the first voltage;
The main controller, when the vehicle main switch is switched from ON to OFF while the communication failure occurs, without transmitting the stop command signal, the total power consumption of the plurality of low-voltage devices, A power supply system for an electric vehicle, wherein the low-voltage device is controlled so as not to exceed a maximum output power of a second DC-DC converter, and the system switch is opened.
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