JP6690466B2 - Power system - Google Patents
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Description
本明細書では、電源システムを開示する。特に、直流電源とインバータの間に複数個の電圧変換用コンバータが並列に接続されており、そのインバータにモータを接続して走行するモータ車両(ハイブリッド車を含む)用の電源システムを開示する。 This specification discloses a power supply system. In particular, a plurality of voltage conversion converters are connected in parallel between a DC power supply and an inverter, and a power supply system for a motor vehicle (including a hybrid vehicle) that runs by connecting a motor to the inverter is disclosed.
モータ車両のなかには、直流電源の電圧を昇圧してインバータに供給するコンバータを備えるものがある。また、走行用モータが発電機となることがあるために、モータ車両のなかには、走行用モータで発生した電圧をコンバータで降圧して直流電源を充電するものがある。その種のモータ車両は、昇降圧コンバータを利用する。 Some motor vehicles include a converter that boosts the voltage of a DC power supply and supplies the voltage to an inverter. Further, since the traveling motor may function as a generator, some motor vehicles charge the DC power source by reducing the voltage generated by the traveling motor with a converter. Such a motor vehicle utilizes a buck-boost converter.
特許文献1に開示されているように、直流電源とインバータの間に複数個の昇降圧コンバータを並列に接続する技術が開発されている。一つの昇降圧コンバータで低出力から高出力までの範囲をカバーするよりも、モータに要求される電力の大きさに応じて、作動させる昇降圧コンバータの数を調整する方が、昇降圧コンバータによる電力変換効率が高い出力範囲を活用する機会が増える。あるいは、複数個の昇降圧コンバータの間で位相をずらすことによって、出力電圧の変動を抑制することができる。 As disclosed in Patent Document 1, a technique has been developed in which a plurality of step-up / down converters are connected in parallel between a DC power supply and an inverter. Rather than covering the range from low output to high output with one buck-boost converter, it is better to adjust the number of buck-boost converters to operate according to the amount of electric power required for the motor. Opportunities to utilize the output range with high power conversion efficiency increase. Alternatively, it is possible to suppress the fluctuation of the output voltage by shifting the phases among the plurality of buck-boost converters.
昇降圧コンバータは、直流電源の正極に接続されている電源側正極端と、直流電源の負極に接続されている電源側負極端と、インバータの正極に接続されているインバータ側正極端と、インバータの負極に接続されているインバータ側負極端と、インバータ側正極端とインバータ側負極端の間に直列に接続されている2個のスイッチング素子と、一端が電源側正極端に接続されているとともに他端が前記した2個のスイッチング素子の接続部に接続されているリアクトルを備えている。 The buck-boost converter is composed of a positive electrode end on the power source side connected to the positive electrode of the DC power source, a negative electrode end on the power source side connected to the negative electrode of the DC power source, an inverter side positive electrode end connected to the positive electrode of the inverter, and an inverter. The negative electrode end on the inverter side connected to the negative electrode, two switching elements connected in series between the positive electrode end on the inverter side and the negative electrode end on the inverter side, and one end connected to the positive electrode end on the power source side. The reactor has the other end connected to the connecting portion of the two switching elements described above.
上記した昇降圧コンバータでは、前記した2個のスイッチング素子のうち、インバータ側正極端側のスイッチング素子(本明細書では上アームスイッチング素子という。)をオンオフさせることによって、インバータから送られる高電圧を降圧して直流電源を充電する。逆に、インバータ側負極端側のスイッチング素子(本明細書では下アームスイッチング素子という。)をオンオフさせることによって、直流電源の電圧を昇圧してインバータに供給する。 In the above step-up / step-down converter, the high voltage sent from the inverter is switched by turning on / off the switching element on the positive electrode end side of the inverter (herein referred to as the upper arm switching element) of the two switching elements. Step down and charge the DC power supply. On the contrary, by turning on / off the switching element on the negative electrode end side of the inverter (hereinafter referred to as the lower arm switching element), the voltage of the DC power supply is boosted and supplied to the inverter.
複数個の昇降圧コンバータを並列に接続する電源システムの場合、いずれかの昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子がオン故障(常時にオンしてしまい、オフできない故障)することがある。その場合、その他の昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子がオンすると、直流電源とインバータの間を複数個のリアクトルで並列に接続する回路が形成されてしまう。リアクトルが並列に接続されると合計のインダクタンスが低下する。直流電源とインバータの間が一個のリアクトルで接続されている回路と、直流電源とインバータの間が複数個のリアクトルの並列回路で接続されている回路を比較すると、昇降圧コンバータが降圧動作する際には、前者の回路よりも後者の回路に依る場合に、直流電源側に大きな突入電流が流れ、直流電源側の電圧が過度に上昇し、二次的な故障が生じるという問題がある。 In the case of a power supply system in which a plurality of buck-boost converters are connected in parallel, the upper arm switching element of any of the buck-boost converters may fail on (fails to turn off at all times). In that case, when the other upper arm switching element of the step-up / down converter is turned on, a circuit for connecting the DC power supply and the inverter in parallel with a plurality of reactors is formed. The total inductance decreases when the reactors are connected in parallel. Comparing the circuit in which the DC power supply and the inverter are connected by a single reactor with the circuit in which the DC power supply and the inverter are connected by a parallel circuit of multiple reactors When using the latter circuit rather than the former circuit, a large inrush current flows to the DC power supply side, the voltage on the DC power supply side rises excessively, and a secondary failure occurs.
本明細書では、直流電源とインバータの間に複数個の昇降圧コンバータを並列に接続している電源システムにおいて、いずれかの昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子にオン故障が生じても、直流電源側に過度に大きな電圧が印加されない技術を開示する。 In the present specification, in a power supply system in which a plurality of buck-boost converters are connected in parallel between a DC power supply and an inverter, even if an ON failure occurs in the upper arm switching element of any of the buck-boost converters, the DC power supply A technique in which an excessively large voltage is not applied to the side is disclosed.
本明細書が開示する電源システムは、直流電源と、インバータと、直流電源とインバータの間に並列に接続されている複数個の昇降圧コンバータと、故障検出装置と、コントローラを備えている。
昇降圧コンバータの各々は、直流電源の正極に接続されている電源側正極端と、直流電源の負極に接続されている電源側負極端と、インバータの正極に接続されているインバータ側正極端と、インバータの負極に接続されているインバータ側負極端を備えている。ここでいうインバータの正極と負極は、高電位側と低電位側に対応し、高電位側を正極といい、低電位側を負極という。インバータ側正極端とインバータ側負極端の間には、2個のスイッチング素子が直列に接続されている。昇降圧コンバータの各々は、さらにリアクトルを備えている。リアクトルの一端は電源側正極端に接続されており、リアクトルの他端は2個のスイッチング素子の接続部に接続されている。
故障検出装置は、いずれかの昇降圧コンバータのインバータ側正極端側のスイッチング素子(上アームスイッチング素子)がオン故障したことを検出する。コントローラは、故障検出装置がいずれかの昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子のオン故障を検出した時に、その他の昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子を所定時間オフ状態に保持する。
The power supply system disclosed in this specification includes a DC power supply, an inverter, a plurality of step-up / down converters connected in parallel between the DC power supply and the inverter, a failure detection device, and a controller.
Each of the buck-boost converters has a power supply side positive end connected to the positive pole of the DC power supply, a power supply side negative end connected to the DC power supply negative pole, and an inverter side positive end connected to the inverter positive pole. , A negative electrode end on the inverter side connected to the negative electrode of the inverter. The positive electrode and the negative electrode of the inverter here correspond to the high potential side and the low potential side, the high potential side is called the positive electrode, and the low potential side is called the negative electrode. Two switching elements are connected in series between the inverter-side positive electrode end and the inverter-side negative electrode end. Each of the step-up / down converters further includes a reactor. One end of the reactor is connected to the positive electrode end on the power supply side, and the other end of the reactor is connected to the connecting portion of the two switching elements.
The failure detection device detects that the switching element (upper arm switching element) on the positive electrode end side of the inverter of one of the step-up / down converters has an on failure. The controller holds the upper arm switching elements of the other buck-boost converters in the off state for a predetermined time when the failure detection device detects an on-failure of the upper arm switching element of any of the buck-boost converters.
本明細書で開示する技術によれば、いずれかの昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子にオン故障が生じた場合には、他の昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子がオフ状態に保持される。この結果、直流電源とインバータの間を複数個のリアクトルで並列に接続する回路が形成されることがない。この結果、直流電源側に大きな突入電流が流れて、直流電源側の電圧が過度に上昇して二次的な故障が生じるのを防ぐことができる。
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。
According to the technique disclosed in the present specification, when an ON failure occurs in an upper arm switching element of any of the step-up / down converters, the upper arm switching element of another step-up / down converter is held in an OFF state. As a result, a circuit that connects the DC power supply and the inverter in parallel with a plurality of reactors is not formed. As a result, it is possible to prevent a large inrush current from flowing to the DC power supply side, which causes an excessive increase in the voltage on the DC power supply side to cause a secondary failure.
Details of the technology disclosed in the present specification and further improvements will be described in the following “Description of Embodiments”.
下記に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
(特徴1)オン故障した上アームスイッチング素子を特定し、それ以外の(オン故障していない)上アームスイッチング素子の制御手順を異常時用に切り換える。
(特徴2)いずれかの上アームスイッチング素子にオン故障が発生したことを検知するもののオン故障した上アームスイッチング素子を特定しない。全部の上アームスイッチング素子の制御手順を異常時用に切り換える。
(特徴3)並列接続されている複数個のコンバータを共通に制御する。
(特徴4)並列接続されている複数個のコンバータを個々に制御する。
(特徴5)並列接続されている複数個のコンバータのなかから、運転するコンバータを選択する。
The main features of the embodiments described below are listed.
(Characteristic 1) The upper arm switching element in which the ON failure has occurred is specified, and the control procedure of the other upper arm switching elements (which have not been in the ON failure) is switched to that for the abnormal time.
(Characteristic 2) Although it is detected that an ON failure has occurred in any one of the upper arm switching elements, the upper arm switching element having the ON failure is not specified. The control procedure of all the upper arm switching elements is switched to the one for abnormal times.
(Feature 3) A plurality of converters connected in parallel are commonly controlled.
(Feature 4) A plurality of converters connected in parallel are individually controlled.
(Characteristic 5) A converter to be operated is selected from a plurality of converters connected in parallel.
図1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から走行用モータ30に駆動電力を供給することによって、電気自動車100が走行する。電源システム2は、電気自動車100に搭載されている。
実施例の電気自動車100は、直流電源3、2個の昇降圧コンバータ10a,10b、インバータ20と、走行用モータ30等を有する。直流電源3から供給される直流電力をインバータ20で交流電力に変換し、その交流電力によって走行用モータ30が回転し、電気自動車100が走行する。運転者がブレーキを踏んだときは、モータ30が出力軸側から逆駆動され、モータ30が発電する。モータ30が発電した交流電力はインバータ20によって直流電力に変換され、直流電源3を充電する。モータ30がトルクを発生して車両が走行することを「力行」と称し、モータ30が発電機として機能して電力を作ることを「回生」と称する。回生により生成された電力は回生電力と称する。回生電力は直流電源3の充電に使われる。
A
The
電源システム2は、直流電源3とインバータ20の他に、2個の昇降圧コンバータ10a,10b、故障検出装置12、コントローラ9、システムメインリレー13、フィルタコンデンサ14、平滑コンデンサ15等を備える。電源システム2では、2個の昇降圧コンバータ10a,10bの夫々で、直流電源3から供給される直流電圧を昇圧し、インバータ20へ供給する。また、夫々の昇降圧コンバータ10a,10bは、インバータ20から送られる回生電力を降圧して直流電源3を充電することもできる。即ち、昇降圧コンバータ10a,10bは、双方向DC−DCコンバータである。以下では、昇降圧コンバータ10aを第1コンバータ10aと称し、昇降圧コンバータ10bを第2コンバータ10bと称する場合がある。
The
直流電源3は、例えばリチウムイオン電池であり、二次電池である。直流電源3とインバータ20の間に、2個の昇降圧コンバータ10a,10bが並列に接続されている。昇降圧コンバータ10a,10bから見て、直流電源3の側を電源側17と称し、インバータ20の側をインバータ側18と称する。直流電源3の正極に接続される端子を電源側正極端17aといい、直流電源3の負極に接続される端子を電源側負極端17bという。また、インバータ20の高電位極に接続される端子をインバータ側正極端18aといい、インバータ20の低電位極に接続される端子をインバータ側負極端18bという。前記した電源側正極端17a、電源側負極端17b、インバータ側正極端18a、インバータ側負極端18bは、第1コンバータ10aと第2コンバータ10bに共通する。
The DC power supply 3 is, for example, a lithium ion battery, and is a secondary battery. Two buck-
直流電源3と2個の昇降圧コンバータ10a,10bの間に、システムメインリレー13が接続されている。システムメインリレー13は、車両のメインスイッチ(不図示)と連動している。車両のメインスイッチ(不図示)がオンされるとシステムメインリレー13が閉じ、直流電源3と2個の昇降圧コンバータ10a,10bが接続される。メインスイッチがオフされるとシステムメインリレー13が開き、2個の昇降圧コンバータ10a,10bが直流電源3から遮断される。
A system
第1コンバータ10aと第2コンバータ10bは同じ回路構成を有する。第1コンバータ10aについて説明する。第1コンバータ10aは、リアクトル4a、2個のトランジスタ5a,6a、2個のダイオード7a,8aを備えている。2個のトランジスタ5a,6aはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。2個のトランジスタ5a,6aは直列に接続されている。2個のトランジスタ5a,6aの直列接続の高電位側がインバータ側正極端18aに接続されており、低電位側がインバータ側負極端18bに接続されている。説明の便宜上、高電位側のトランジスタを上アームトランジスタ5aと称し、低電位側のトランジスタを下アームトランジスタ6aと称する場合がある。ダイオード7aは、高電位側のトランジスタ5aに対して逆並列に接続されており、ダイオード8aは、低電位側のトランジスタ6aに対して逆並列に接続されている。リアクトル4aの一端は電源側正極端17aに接続されており、他端は2個のトランジスタ5a,6aの接続部に接続されている。インバータ側負極端18bと電源側負極端17bは直接に接続されている。
The
第2コンバータ10bは、2個のトランジスタ5b、6b、リアクトル4b、ダイオード7b、8bを備える。図1から理解されるように、第2コンバータ10bの回路構成は第1コンバータ10aの回路構成と同じである。それゆえ、詳しい説明は割愛する。説明の便宜上、2個のトランジスタ5b、6bのうち、高電位側のトランジスタを上アームトランジスタ5bと称し、低電位側のトランジスタを下アームトランジスタ6bと称する場合がある。
The
電源側正極端17aと電源側負極端17bの間にフィルタコンデンサ14が接続されている。フィルタコンデンサ14は、2個の昇降圧コンバータ10a,10bに対して共通のコンデンサであり、リアクトル4a、4bと連動して電気エネルギを一時的に蓄えたり放出したりする。インバータ側正極端18aとインバータ側負極端18bの間には平滑コンデンサ15が接続されている。平滑コンデンサ15も2個の昇降圧コンバータ10a,10bに対して共通のコンデンサであり、昇降圧コンバータ10a,10bからインバータ20へ供給される電流の脈動を抑えて平滑化する。
The
先に述べたように、昇降圧コンバータ10a,10bは、直流電源3の電圧を昇圧してインバータ20へ供給する昇圧動作と、インバータ20から送られる回生電力を降圧して直流電源3へ供給する降圧動作を行うことができる。第1コンバータ10aの下アームトランジスタ6aが昇圧動作に関与し、上アームトランジスタ5aが降圧動作に関与する。同様に、第2コンバータ10bの下アームトランジスタ6bが昇圧動作に関与し、上アームトランジスタ5bが降圧動作に関与する。トランジスタ5a,5b,6a,6bは、夫々、コントローラ9からゲートに与えられるPWM信号(駆動信号)によりオンとオフが切り換えられる。トランジスタ5a,5b,6a,6bを駆動するPWM信号は、コントローラ9が生成する。説明の便宜上、上アームトランジスタ5aへ供給する駆動信号をA1駆動信号と称し、下アームトランジスタ6aへ供給する駆動信号をA2駆動信号と称する。同様に、上アームトランジスタ5bへ供給する駆動信号をB1駆動信号と称し、下アームトランジスタ6bへ供給する駆動信号をB2駆動信号と称する。図中の「A1」、「A2」、「B1」、「B2」が夫々、A1駆動信号、A2駆動信号、B1駆動信号、B2駆動信号を意味する。
As described above, the step-up / step-down
電気自動車100では、アクセルペダルとブレーキペダルが頻繁に踏み替えられる。すなわち、電気自動車100では、力行と回生が頻繁に入れ替わる。すなわち、第1コンバータ10aにおける電流の向きが頻繁に入れ替わる。そこで、電源システム2のコントローラ9は、トランジスタ5aと6aに相補的な駆動信号(PWMパルス信号)を供給する。具体的には、昇圧動作に関与する下アームトランジスタ6aに供給するPWM信号(A2駆動信号)のHIGH電位とLOW電位を反転させたPWM信号をA1駆動信号として上アームトランジスタ5aに供給する。そうすると、第1コンバータ10aは、電流の向きに関わらずに、低圧側の電圧と高圧側の電圧の比を一定に保持するように動作する。第2コンバータ10bについても同様である。即ち、コントローラ9は、トランジスタ5bと6bに相補的な駆動信号(PWMパルス信号)を供給する。具体的には、昇圧動作に関与する下アームトランジスタ6bに供給するPWM信号(B2駆動信号)のHIGH電位とLOW電位を反転させたPWM信号をB1駆動信号として上アームトランジスタ5bに供給する。
In the
コントローラ9は、第1コンバータ10aと第2コンバータ10bが同じ動作を行うように、夫々の昇降圧コンバータの上アームトランジスタ5a、5bに同じ波形の駆動信号(A1駆動信号とB1駆動信号)を供給する。同様にコントローラ9は、夫々の昇降圧コンバータの下アームトランジスタ6a、6bに同じ波形の駆動信号(A2駆動信号とB2駆動信号)を供給する。ここで、同じ波形とは、同じデューティ比であることを意味する。コントローラ9は、不図示のアクセルペダルの踏込量等の車両状態(例えば直流電源3の充電量)に基づいて、モータ30の目標回転数と目標トルクを決定し、これらからコンバータ10a,10bの目標電圧を決定する。その目標電圧が実現するように、各トランジスタに与える駆動信号、即ち、PWM信号のデューティ比を決定する。先に述べたように、上アームトランジスタ5a、5bのデューティ比は同じであり、下アームトランジスタ6a、6bのデューティ比も同じである。
本実施例では、A1駆動信号とB1駆動信号が共通であり、A2駆動信号とB2駆動信号が共通である。並列接続されている2個のコンバータ10a,10bが共通に制御される。本実施例では、2個のインバータ10a,10bのうちの一方だけを運転できるようになっている。例えば、B1駆動信号とB2駆動信号をオフに固定し、コンバータ10aのみを運転することができる。インバータを通過する電力量が低い場合は、いずれか一方のインバータのみを利用し、他のインバータを休止させることができる。上記に代えて、A1駆動信号とB1駆動信号の間に位相差を持たせてもよい。位相をずらすことによって出力電圧等の脈動を低下させることができる。あるいは、A1駆動信号とB1駆動信号を独立に制御してもよい。
The
In this embodiment, the A1 drive signal and the B1 drive signal are common, and the A2 drive signal and the B2 drive signal are common. Two
なお、2個の昇降圧コンバータ10a,10bの目標電圧は、コントローラ9に記憶されている電圧マップを参照して決定される。電圧マップは、モータ30の目標回転数を横軸にとり、モータ30の目標トルクを縦軸にとった座標系を複数の領域に分けたマップである。モータ30の目標回転数と目標トルクの組が属する領域に割り当てられた電圧が目標電圧となる。
The target voltages of the two buck-
また、電源システム2は、第1の上アームスイッチング素子5aを流れる電流値iaを検出する第1電流計12aと、第2の上アームスイッチング素子5aを流れる電流値ibを検出する第2電流計12bを備えている。第1電流計12aと第2電流計12bは、故障検出装置12に接続されている。
Further, the
図2は、故障検出装置12による上アームトランジスタ5a,5bのオン故障監視処理を示している。ステップ1とステップ2では、第1の上アームトランジスタ5aのゲートにオフ電圧を印加しているにも関わらず、第1の上アームトランジスタ5aに電流が流れるか否かを監視する。第1の上アームトランジスタ5aにオン故障が発生すれば、ステップ2がYESとなる。その場合は、ステップ3で、第1の上アームトランジスタ5aにオン故障が発生したことを示す第1フラグをオンする。ステップ4とステップ5では、第2の上アームトランジスタ5bのゲートにオフ電圧を印加しているにも関わらず、第2の上アームトランジスタ5bに電流が流れるか否かを監視する。第2の上アームトランジスタ5bにオン故障が発生すれば、ステップ5がYESとなる。その場合は、ステップ6で、第2の上アームトランジスタ5bにオン故障が発生したことを示す第2フラグをオンする。図2の処理は単時間間隔で繰り返し実行する。オン故障が発生したときに、ステップ3,6が実施され、オン故障を示すフラグがオンする。なお、「フラグをオンする」とは、プログラム上の変数である「フラグ」に、所定の値(例えば「1」)を格納することを意味する。図2のサブルーチンとは別のサブルーチンである図3のサブルーチンにおいて、「フラグ」の値が参照され、オン故障が発生したか否かに応じて異なる処理が実行される。
FIG. 2 shows an on-failure monitoring process of the
コントローラ9では、故障検出装置12からの判定情報に基づき、各昇降圧コンバータ10a,10bの上アームトランジスタ5a、5bのスイッチング制御を実施する。
The
図3は、コントローラ9によって上アームトランジスタ5a,5bのスイッチング制御をする処理手順を示す。図3を参照しながら、上アームトランジスタのスイッチング制御のフローについて説明する。ステップ11では、第1フラグと第2フラグの少なくとも一方がオンしているか否かを判定する。両方ともオフであれば、異常時の処理をスキップして、その回の処理を終える。
いずれかの一方の上アームトランジスタがオン故障していれば、図3の処理を実行しているタイミングが、オン故障していない上アームトランジスタをオンさせる期間内か否かを判断する。オン期間内にあれば(S12がYESなら)、その上アームトランジスタ(オン故障していない正常なスイッチング素子)を強制的にオフしてしまう(S14)。オフ期間内にあれば(S12がNOなら)、その上アームトランジスタ(オン故障していない正常なスイッチング素子)が所定時間オフに維持されるようにする(S13)。これによって、オン故障した上アームトランジスタと、オン故障していない上アームトランジスタの双方がオンすることを防止する。オン故障してから所定時間は、双方がオンすることがないようにする。なおステップ13とステップ14は、異常時に実施する処理であり、正常時には実施されない。
FIG. 3 shows a processing procedure in which the
If one of the upper arm transistors has an on-failure, it is determined whether or not the timing at which the process of FIG. 3 is executed is within a period for turning on the upper arm transistor that has not been on-failure. If it is within the ON period (YES in S12), the upper arm transistor (normal switching element without ON failure) is forcibly turned OFF (S14). If it is within the OFF period (NO in S12), the upper arm transistor (normal switching element that has not failed to turn ON) is kept OFF for a predetermined time (S13). This prevents both the upper arm transistor that has failed to turn on and the upper arm transistor that has not failed to turn on from turning on. For a predetermined time after the ON failure, both are prevented from turning ON. Note that
図4は、第1コンバータ10aの上アームトランジスタ5aの状態と、第2コンバータ10bの上アームトランジスタ5bのスイッチング動作と、インバータ側電圧VHと電源側電圧VLの推移を示している。図4は、第1の上アームトランジスタ5aにオン故障が発生した場合を例示している。
FIG. 4 shows the state of the
図4の横軸は時間経過を示している。グラフAは第1コンバータ10aの第1上アームトランジスタ5aの状態を示す。図4は、時刻t1において、第1上アームトランジスタ5aがオン故障した場合を例示している。この場合、グラフBに示すように、第1フラグがオンとなることから、第1上アームトランジスタ5aがオン故障したことが分かる。
実線で示すグラフC1は、本技術に依らない場合の第2の上アームトランジスタ5bの状態変化を示し、上アームトランジスタ5aにオン故障が生じたことが判明した時刻t2以降も、一定のデューティ比で、オンオフの動作を繰り返す。それに対して、破線で示すグラフC2は、本技術(いずれかの上アームトランジスタがオン故障すれば、正常な上アームトランジスタを一定時間内はオフに維持する技術)に依る場合の第2の上アームトランジスタ5bの状態変化を示し、上アームトランジスタ5aにオン故障が生じたことが判明した時刻t2以降は、一定時間の間オフに維持される。
The horizontal axis of FIG. 4 indicates the passage of time. Graph A shows the state of the first
A graph C1 indicated by a solid line shows a state change of the second
時刻t1前は、第1の上アームトランジスタ5aと第2の上アームトランジスタ5bの双方が正常であり、一定のデューティ比でスイッチング動作している。この場合、インバータ側の電圧VHは、グラフDに示すように、昇圧された電圧値650Vを示している。また、電源側電圧VLは、グラフE1、E2に示すように、一定の電圧300Vに保持されている。
Before time t1, both the first
グラフE1は、本技術に依らない場合の電源電圧VLの変化を示す。オン故障した第1の上アームトランジスタ5aに加えて、正常に動作する第2の上アームトランジスタ5bまでオンするために、直流電源3と平滑コンデンサ15の間が、リアクトル4a,4bの並列回路によって接続されてしまう。このため、平滑コンデンサ15(650Vが印加されていた)から直流電源3(300Vに維持されている)に大きな突入電流が流れる。図4の実線のグラフE1が示すように、電源側電圧は一時的に大きな値にまで上昇する。
破線に示すグラフE2は、本技術に依る場合の電源電圧VLの変化を示す。オン故障した第1の上アームトランジスタ5aのみがオンし、正常に動作する第2の上アームトランジスタ5bはオフに維持されるために、直流電源3と平滑コンデンサ15の間が、リアクトル4aのみを介して接続される。このため、平滑コンデンサ15から直流電源3に大きな突入電流が流れることがない。図4の破線に示すグラフE2に示すように、電源側電圧は一時的に上昇するものの、そのピーク値は、グラフE1のピーク値よりも小さく抑えられる。
The graph E1 shows a change in the power supply voltage VL when the present technology is not used. In addition to the first
A graph E2 indicated by a broken line shows a change in the power supply voltage VL according to the present technology. Only the first
いずれの場合も、平滑コンデンサ15の電圧が直流電源3の電圧に等しくなれば、突入電流が流れなくなり、平滑コンデンサ15の電圧は直流電源3の電圧に等しくなる。図4の処理では、それまでの間は、正常に動作する上アームスイッチング素子をオフに維持する。
In any case, if the voltage of the smoothing
なお、上アームトランジスタ5aがオン故障してから、故障判定されるまでの時間、つまり時刻t1から時刻t2までの時間が短いほど、電源側電圧VL上昇を素早く抑えることができ、より効果的である。
It should be noted that the shorter the time from when the
上記では、第1コンバータ10aの上アームトランジスタ5aがオン故障した場合について説明したが、第2コンバータ10bの上アームトランジスタ5bがオン故障した場合にも、コントローラ9による同様の制御により、上アームトランジスタ5aが所定時間、オフ状態に保持される。このため、両方のコンバータの上アームトランジスタのオン状態が重なることがなく、突入電流による電源側の素子が破損するのを防ぐことができる。
In the above description, the case where the
オン故障の監視処理は図2のものに限られない。例えば、特開2007―068305号公報に記載の技術に利用してもよい。その場合は、直流電源の電源側電圧VLと、インバータ側の電圧VHを検出し、図5の処理を実施する。
ステップ21では、インバータ側電圧VHと電源側電圧VLとの電位差の絶対値ΔV1が閾値A以上であるか否かを判定する。Aの値には、コンバータ10a,10bが正常に昇降圧している場合の最少電位差を設定しておく。さらに、上述した目標電圧VPとインバータ側電圧VHとの電位差の絶対値ΔV2が閾値B以下であるか否かを判定する。Bの値には、コンバータ10a,10bが正常に動作している場合の最大誤差を設定しておく。ΔV1がA以上であり、かつΔV2がB以下であれば、コンバータ10a,10bが正常に動作していることが分かる。その場合はステップ25に進む。
ステップ21がNOとなる場合、すなわち、ΔV1<AであるかまたはΔV2>Bの場合は、その継続時間を閾値Cと比較する。オン故障が生じれば、閾値Cをこえることから、ステップ23に進む。閾値Cを超えないうちに正常条件が成立すれば、ステップ25を実行する。コンバータ10a,10bのいずれかでオン故障が発生すれば、ステップ23からステップ24に進み、故障判定フラグがオンされる。
The on-failure monitoring process is not limited to that shown in FIG. For example, it may be used in the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 2007-068305. In that case, the voltage VL on the power source side of the DC power source and the voltage VH on the inverter side are detected, and the processing of FIG. 5 is performed.
In step 21, it is determined whether or not the absolute value ΔV1 of the potential difference between the inverter side voltage VH and the power source side voltage VL is equal to or greater than the threshold value A. The value of A is set to the minimum potential difference when the
If step 21 is NO, that is, if ΔV1 <A or ΔV2> B, then the duration is compared with the threshold value C. If the on-failure occurs, the threshold value C is exceeded, and the process proceeds to step 23. If the normal condition is satisfied before the threshold value C is exceeded, step 25 is executed. If an ON failure occurs in any of the
図5の処理では、第1の上アームトランジスタ5aと第2の上アームトランジスタ5bのいずれにオン故障が生じたのかはわからない。本実施例では、第1コンバータ10aと第2コンバータ10bを同時に同じように制御する。この場合、第1の上アームトランジスタ5aと第2の上アームトランジスタ5bのいずれかにオン故障が生じれば、第1の上アームトランジスタ5aと第2の上アームトランジスタ5bの双方をオフする。第1の上アームトランジスタ5aと第2の上アームトランジスタ5bの双方を共通に制御する場合は、第1の上アームトランジスタ5aと第2の上アームトランジスタ5bのいずれかにオン故障が生じたのが分かればよく、どちらがオン故障したかは不明であってもよい。
In the process of FIG. 5, it is not known which of the first
上記実施例では、二つの昇降圧コンバータを並列に接続した電源システムにおける制御について説明した。しかし、本明細書が開示する技術は、3個以上の昇降圧コンバータを並列に接続した電源システムに適用することも可能である。その場合、3個以上の昇降圧コンバータのうち、1個の昇降圧コンバータについて、上アームトランジスタにオン故障が生じたと判定された場合に、他の2個以上の昇降圧コンバータの上アームトランジスタを一定時間オフ状態に保持することで、二次的故障を防ぐことができる。 In the above embodiment, the control in the power supply system in which two buck-boost converters are connected in parallel has been described. However, the technology disclosed in this specification can also be applied to a power supply system in which three or more buck-boost converters are connected in parallel. In that case, when it is determined that one of the three or more buck-boost converters has an ON failure in one buck-boost converter, the other two or more buck-boost converter upper-arm transistors are switched. By keeping the off state for a certain period of time, a secondary failure can be prevented.
上記実施例では、オン故障判定において、電源側電圧とインバータ側電圧の電位差、および出力側目標電圧と実測値の差によって、上アームトランジスタのオン故障を判定する構成とした。しかし、オン故障判定は、これに限定されず、周知のあらゆるオン故障判定が適用可能である。 In the above-described embodiment, in the on-failure determination, the on-failure of the upper arm transistor is determined based on the potential difference between the power supply side voltage and the inverter side voltage and the difference between the output side target voltage and the actually measured value. However, the on failure determination is not limited to this, and any known on failure determination can be applied.
実施例の電源システム2は、故障検出装置12がいずれかの昇降圧コンバータの上アームトランジスタのオン故障を検出したときに、コントローラ9がその他の昇降圧コンバータの上アームトランジスタを所定時間オフ状態に保持する。ここで、「所定時間」には、発生する突入電流が十分に小さくなるまでの時間が設定される。その時間は、リアクトル4a、4bの特性や、平滑コンデンサ15の特性に依存して定められる。
In the
なお、上記実施例のトランジスタ5a、6a、5b、6b、が請求項の「スイッチング素子」の一例に相当する。「スイッチング素子」はIGBTに限られない。請求項の「スイッチング素子」は、例えばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、その他の素子であってもよい。
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。 Specific examples of the present invention have been described above 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 changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technique illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of objects, and achieving the one object among them has technical utility.
2: 電源システム
3: 直流電源
4a,4b: リアクトル
5a,6a,5b,6b:トランジスタ
7a,8a,7b,8b:ダイオード
9: コントローラ
10a: 第1昇降圧コンバータ
10b: 第2昇降圧コンバータ
12: 故障検出装置
12a,12b: 電流計
13: システムメインリレー
14: フィルタコンデンサ
15: 平滑コンデンサ
17a: 電源側正極端
17b: 電源側負極端
18a: インバータ側正極端
18b: インバータ側負極端
20: インバータ
30: モータ
100: 電気自動車
2: Power supply system 3:
Claims (1)
前記昇降圧コンバータの各々は、前記直流電源の正極に接続される電源側正極端と、前記直流電源の負極に接続される電源側負極端と、前記インバータの正極に接続されるインバータ側正極端と、前記インバータの負極に接続されるインバータ側負極端と、前記インバータ側正極端と前記インバータ側負極端の間に直列に接続されている2個のスイッチング素子と、一端が前記電源側正極端に接続されているとともに他端が前記2個のスイッチング素子の接続部に接続されているリアクトルを備えており、
前記故障検出装置は、いずれかの前記昇降圧コンバータの前記インバータ側正極端側の前記スイッチング素子(上アームスイッチング素子)がオン故障したことを検出し、
前記故障検出装置がいずれかの前記昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子のオン故障を検出した時に、前記コントローラがその他の前記昇降圧コンバータの上アームスイッチング素子を所定時間オフ状態に保持する、電源システム。 A DC power supply, an inverter, a plurality of step-up / down converters connected in parallel between the DC power supply and the inverter, a failure detection device, and a controller,
Each of the step-up / down converters has a power supply side positive electrode end connected to the positive electrode of the DC power supply, a power supply side negative electrode end connected to the negative electrode of the DC power supply, and an inverter side positive electrode end connected to the positive electrode of the inverter. An inverter-side negative electrode end connected to the negative electrode of the inverter; two switching elements connected in series between the inverter-side positive electrode end and the inverter-side negative electrode end; And a reactor whose other end is connected to the connecting portion of the two switching elements,
The failure detection device detects that the switching element (upper arm switching element) on the inverter-side positive end of one of the step-up / down converters has an ON failure,
A power supply system in which the controller holds the upper arm switching elements of the other buck-boost converters in an off state for a predetermined time when the failure detection device detects an on-failure of one of the upper arm switching elements of the buck-boost converter. .
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