JP6825279B2

JP6825279B2 - Vehicle power supply

Info

Publication number: JP6825279B2
Application number: JP2016179791A
Authority: JP
Inventors: 悠樹城島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2036-09-14
Also published as: JP2018046661A

Description

本明細書は、走行用のモータと、他の負荷装置に電力を供給する車両用電源装置を開示する。 The present specification discloses a motor for traveling and a power supply device for a vehicle that supplies electric power to other load devices.

バッテリと、インバータと、バッテリとインバータの間に電圧コンバータが接続されている車両用電源装置が知られている。インバータは、バッテリの直流電力を交流に変換して走行用のモータに供給する。電圧コンバータは、バッテリの側に印加された電力の電圧を昇圧してインバータの側に出力する昇圧機能と、インバータの側に印加された電力の電圧を降圧してバッテリの側に出力する降圧機能の双方を有する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。インバータの側に印加される電力とは、制動時に走行用のモータが逆駆動して発電した交流電力をインバータが直流電力に変換したものである。典型的な双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、高電圧側（インバータ側）の正負の端子の間に直列に接続された２個のトランジスタ素子と、２個のトランジスタ素子の中点と低電圧側（バッテリ側）の正極端との間に接続されたリアクトルを備える。また、電圧コンバータとインバータの間に平滑化コンデンサが接続されている。平滑コンデンサは、インバータに入力される直流電力の電流を平滑化する。そのような電源装置が、例えば、特許文献１、２に開示されている。 There are known vehicle power supplies in which a battery, an inverter, and a voltage converter are connected between the battery and the inverter. The inverter converts the DC power of the battery into AC and supplies it to the traveling motor. The voltage converter has a step-up function that boosts the voltage of the power applied to the battery side and outputs it to the inverter side, and a step-down function that steps down the voltage of the power applied to the inverter side and outputs it to the battery side. It is a bidirectional DC-DC converter having both of the above. The electric power applied to the inverter side is the AC electric power generated by the reverse drive of the traveling motor during braking and converted into DC electric power by the inverter. A typical bidirectional DC-DC converter has two transistor elements connected in series between the positive and negative terminals on the high voltage side (inverter side), and the midpoint and low voltage side (the middle point) of the two transistor elements. It has a reactor connected to the positive end of the battery side). In addition, a smoothing capacitor is connected between the voltage converter and the inverter. The smoothing capacitor smoothes the DC power current input to the inverter. Such a power supply device is disclosed in, for example, Patent Documents 1 and 2.

特許文献１の電源装置は、さらに、バッテリと電圧コンバータの間に、バッテリの電力を受ける負荷装置（エアコン等）が接続されている。また、リアクトルと直列にリレーが接続されている。上記した電源装置では、平滑化コンデンサに大電力が蓄積されている状態が続く。それゆえ、電圧コンバータの高電位側のトランジスタが短絡故障すると、平滑コンデンサから負荷装置に許容値を超える電力が流れる虞がある。そこで、特許文献１の電源装置では、高電位側のトランジスタが短絡故障したとき、リレーを開放し、負荷装置を保護する。 In the power supply device of Patent Document 1, a load device (air conditioner or the like) that receives electric power from the battery is further connected between the battery and the voltage converter. In addition, a relay is connected in series with the reactor. In the power supply device described above, a large amount of electric power is continuously stored in the smoothing capacitor. Therefore, if the transistor on the high potential side of the voltage converter fails due to a short circuit, power exceeding the permissible value may flow from the smoothing capacitor to the load device. Therefore, in the power supply device of Patent Document 1, when the transistor on the high potential side fails in a short circuit, the relay is opened to protect the load device.

特許文献２の電源装置は、バッテリの温度が低い場合にバッテリを暖めるための昇温処理を実行する。バッテリの出力は、バッテリの温度の低下とともに低下する。バッテリを暖めることにより、バッテリの出力の低下が防止され、インバータに接続されているモータが必要なトルクで駆動できる。 The power supply device of Patent Document 2 executes a temperature raising process for warming the battery when the temperature of the battery is low. The output of the battery decreases as the temperature of the battery decreases. By warming the battery, the output of the battery is prevented from decreasing, and the motor connected to the inverter can be driven with the required torque.

特開２００６−３１１７７５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-31175 特開２０１２−１６６７２２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-166722

特許文献１の技術では、高電位側のトランジスタが短絡故障した後にリレーが開放される。トランジスタが短絡故障したタイミングからリレーの切り替えまでの僅かな時間に平滑化コンデンサから負荷装置に僅かながら電流（以下、短絡電流）が流れる。短絡電流により、負荷装置の両端電圧が、負荷装置が耐え得る正常な電圧範囲を超える虞がある。負荷装置を保護するために、負荷装置を高耐圧化する対策が考えられるが、負荷装置の高耐圧化は、コスト増加の要因となる。 In the technique of Patent Document 1, the relay is opened after a short-circuit failure of the transistor on the high potential side. A small amount of current (hereinafter referred to as short-circuit current) flows from the smoothing capacitor to the load device in a short time from the timing when the transistor short-circuits to the switching of the relay. Due to the short circuit current, the voltage across the load device may exceed the normal voltage range that the load device can withstand. In order to protect the load device, measures to increase the withstand voltage of the load device can be considered, but increasing the withstand voltage of the load device causes an increase in cost.

本明細書では、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとインバータの間に平滑化コンデンサを備える車両用電源装置に関し、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの低電圧側と高電圧側の正極端同士の短絡故障時に、平滑化コンデンサの電力によって負荷装置に加わる電圧負荷を抑える技術を提供する。 In the present specification, regarding a vehicle power supply device provided with a smoothing capacitor between a bidirectional DC-DC converter and an inverter, when a short-circuit failure occurs between the positive end ends of the bidirectional DC-DC converter on the low voltage side and the high voltage side Provided is a technique for suppressing a voltage load applied to a load device by the power of a smoothing capacitor.

発明者は、短絡電流により急上昇する負荷装置の両端電圧がバッテリの温度の上昇とともに小さくなることを発見した。これは、バッテリの内部抵抗が、バッテリの温度の上昇とともに低下することによるものであると考えられる。即ち、バッテリの温度が高いほど、バッテリに電流が流れやすくなり、負荷装置に流れる電流が減少する。その結果、負荷装置に加わる電圧負荷が軽減される。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの正極端同士の短絡故障に備えて、バッテリの温度を上昇させておけば、短絡故障時に負荷装置に加わる電圧負荷を抑えることができる。 The inventor has discovered that the voltage across a load device, which rises sharply due to a short-circuit current, decreases as the battery temperature rises. It is considered that this is because the internal resistance of the battery decreases as the temperature of the battery rises. That is, the higher the temperature of the battery, the easier it is for current to flow through the battery, and the less current flows through the load device. As a result, the voltage load applied to the load device is reduced. If the temperature of the battery is raised in preparation for a short-circuit failure between the positive end ends of the bidirectional DC-DC converter, the voltage load applied to the load device at the time of the short-circuit failure can be suppressed.

本明細書で開示する電源装置は、バッテリと、インバータと、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、平滑化コンデンサと、バッテリを暖める昇温手段と、昇温手段を制御するコントローラを備える。インバータは、バッテリの直流電力を交流に変換して走行用のモータに供給する。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、バッテリとインバータの間に接続されている。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、バッテリの側に印加された電圧を昇圧してインバータの側に出力する昇圧機能と、インバータの側に印加された電圧を降圧してバッテリの側へ出力する降圧機能の双方を有している。平滑化コンデンサは、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとインバータの間に並列に接続されている。また、バッテリと双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの間に、バッテリの電力を受ける負荷装置（エアコンなど）が接続されている。本明細書が開示する車両用電源装置では、コントローラは、バッテリの温度が所定温度以下であり、かつ、平滑化コンデンサの両端電圧が所定電圧以上である場合に、昇温手段を作動させてバッテリを暖める。バッテリの温度を高めることで、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの低電圧側と高電圧側の正極端同士の短絡故障時にバッテリに流れる電流を増やし、負荷装置に加わる電圧負荷を軽減することができる。 The power supply device disclosed in the present specification includes a battery, an inverter, a bidirectional DC-DC converter, a smoothing capacitor, a heating means for warming the battery, and a controller for controlling the heating means. The inverter converts the DC power of the battery into AC and supplies it to the traveling motor. The bidirectional DC-DC converter is connected between the battery and the inverter. The bidirectional DC-DC converter has a step-up function that boosts the voltage applied to the battery side and outputs it to the inverter side, and a step-down function that steps down the voltage applied to the inverter side and outputs it to the battery side. Has both. The smoothing capacitor is connected in parallel between the bidirectional DC-DC converter and the inverter. Further, a load device (air conditioner or the like) that receives the power of the battery is connected between the battery and the bidirectional DC-DC converter. In the vehicle power supply device disclosed in the present specification, when the temperature of the battery is equal to or lower than the predetermined temperature and the voltage across the smoothing capacitor is equal to or higher than the predetermined voltage, the controller activates the heating means to activate the battery. Warm up. By raising the temperature of the battery, it is possible to increase the current flowing through the battery in the event of a short-circuit failure between the positive end ends of the bidirectional DC-DC converter on the low voltage side and the high voltage side, and reduce the voltage load applied to the load device.

しかも上記の車両用電源装置は、常にバッテリを所定温度以上に暖めるのではなく、（１）バッテリの温度が所定温度以下であり、かつ、（２）平滑化コンデンサの両端電圧が所定電圧以上である場合に限って、バッテリを暖める。平滑化コンデンサの両端電圧が低く、仮に短絡が生じても負荷装置に加わる電圧負荷が小さいときにはバッテリを暖めない。本明細書が開示する車両用電源装置は、バッテリを暖める条件を厳しくすることで、負荷装置の保護のために要するコスト（バッテリを暖めるのに要するエネルギコスト）も少なくて済むという利点を有する。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。 Moreover, the above-mentioned vehicle power supply device does not always heat the battery to a predetermined temperature or higher, but (1) the battery temperature is lower than the predetermined temperature, and (2) the voltage across the smoothing capacitor is equal to or higher than the predetermined voltage. Warm the battery only in certain cases. If the voltage across the smoothing capacitor is low and the voltage load applied to the load device is small even if a short circuit occurs, the battery will not be warmed. The vehicle power supply device disclosed in the present specification has an advantage that the cost required for protecting the load device (energy cost required for heating the battery) can be reduced by tightening the conditions for heating the battery. Details of the techniques disclosed herein and further improvements will be described in the "Modes for Carrying Out the Invention" below.

実施例の電気自動車の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the electric vehicle of an Example. 短絡故障時の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの低電位側の電圧のタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the time chart of the voltage on the low potential side of the bidirectional DC-DC converter at the time of a short circuit failure. 第１実施例の昇温処理のフローチャート図である。It is a flowchart of the temperature raising process of 1st Example. 第２実施例の昇温処理のフローチャート図である。It is a flowchart of the temperature raising process of 2nd Example.

（第１実施例）
図面を参照して実施例の車両用電源装置１０を説明する。車両用電源装置１０は、電気自動車（符号省略）用の電源装置である。車両用電源装置１０は、バッテリ１１と、走行用のモータ１２と、システムメインリレー１３と、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２０と、インバータ３０と、フィルタコンデンサ３１と、平滑化コンデンサ３２と、コントローラ４０と、を備えている。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２０（以下、コンバータ２０と呼ぶ）は、システムメインリレー１３を介して、バッテリ１１に接続されている。インバータ３０は、コンバータ２０とモータ１２の間に接続されている。即ち、コンバータ２０とインバータ３０は、バッテリ１１とモータ１２の間に接続されている。フィルタコンデンサ３１は、システムメインリレー１３とコンバータ２０の間に並列に接続されている。フィルタコンデンサ３１は、バッテリ１１に入力される直流電力の電流を平滑化する。平滑化コンデンサ３２は、コンバータ２０とインバータ３０の間に並列に接続されている。平滑化コンデンサ３２は、インバータ３０に入力される直流電力の電流を平滑化する。 (First Example)
The vehicle power supply device 10 of the embodiment will be described with reference to the drawings. The vehicle power supply device 10 is a power supply device for an electric vehicle (reference numeral omitted). The vehicle power supply device 10 includes a battery 11, a traveling motor 12, a system main relay 13, a bidirectional DC-DC converter 20, an inverter 30, a filter capacitor 31, a smoothing capacitor 32, and a controller 40. And have. The bidirectional DC-DC converter 20 (hereinafter referred to as a converter 20) is connected to the battery 11 via the system main relay 13. The inverter 30 is connected between the converter 20 and the motor 12. That is, the converter 20 and the inverter 30 are connected between the battery 11 and the motor 12. The filter capacitor 31 is connected in parallel between the system main relay 13 and the converter 20. The filter capacitor 31 smoothes the DC power current input to the battery 11. The smoothing capacitor 32 is connected in parallel between the converter 20 and the inverter 30. The smoothing capacitor 32 smoothes the DC power current input to the inverter 30.

コンバータ２０とインバータ３０について説明する。コンバータ２０は、バッテリ１１の側に印加された電力の電圧を昇圧してインバータ３０の側に出力する昇圧機能と、インバータ３０の側に印加された電力の電圧を降圧してバッテリ１１の側に出力する降圧機能の双方を有する。インバータ３０は、直流電力を交流電力に変換する機能と、交流電力を直流電力に変換する機能の双方を有する。電気自動車の走行時、コンバータ２０は、バッテリ１１からの直流電力を昇圧してインバータ３０に供給し、インバータ３０は、コンバータ２０からの直流電力を交流電力に変換してモータ１２に供給する。一方、電気自動車の制動時、モータ１２は、発電機として機能する。インバータ３０は、モータ１２で発電された交流電力を直流電力に変換してコンバータ２０に供給し、コンバータ２０は、インバータ３０からの直流電力を降圧してバッテリ１１に供給する。これにより、バッテリ１１が充電される。 The converter 20 and the inverter 30 will be described. The converter 20 has a boosting function that boosts the voltage of the electric power applied to the battery 11 side and outputs it to the inverter 30 side, and steps down the voltage of the electric power applied to the inverter 30 side to the battery 11 side. It has both a step-down function to output. The inverter 30 has both a function of converting DC power into AC power and a function of converting AC power into DC power. When the electric vehicle is running, the converter 20 boosts the DC power from the battery 11 and supplies it to the inverter 30, and the inverter 30 converts the DC power from the converter 20 into AC power and supplies it to the motor 12. On the other hand, when braking the electric vehicle, the motor 12 functions as a generator. The inverter 30 converts the AC power generated by the motor 12 into DC power and supplies it to the converter 20, and the converter 20 lowers the DC power from the inverter 30 and supplies it to the battery 11. As a result, the battery 11 is charged.

コンバータ２０は、２個のトランジスタ２１、２２と、２個のダイオード２３、２４と、リアクトル２５と、を備えている。トランジスタ２１、２２は、高電位側（即ち、インバータ３０の側）の正極端２０ａと負極端２０ｂの間で直列に接続されている。ダイオード２３は、トランジスタ２１と並列に接続されており、ダイオード２４は、トランジスタ２２と並列に接続されている。リアクトル２５は、低電位側（即ち、バッテリ１１の側）の正極端２０ｃと、２個のトランジスタ２１、２２の中点の間に接続されている。低電位側の負極端２０ｄは、高電位側の負極端２０ｂに接続されている。トランジスタ２１、２２は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistorの略）またはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略）等である。コンバータ２０の原理はよく知られているので、説明を省略する。また、インバータ３０の回路構成はよく知られているので、図１では、インバータ３０の回路構成の図示を省略する。また、インバータ３０の原理もよく知られているので、説明を省略する。 The converter 20 includes two transistors 21 and 22, two diodes 23 and 24, and a reactor 25. The transistors 21 and 22 are connected in series between the positive end 20a and the negative end 20b on the high potential side (that is, the side of the inverter 30). The diode 23 is connected in parallel with the transistor 21, and the diode 24 is connected in parallel with the transistor 22. The reactor 25 is connected between the positive end 20c on the low potential side (that is, the side of the battery 11) and the midpoint between the two transistors 21 and 22. The negative electrode end 20d on the low potential side is connected to the negative electrode end 20b on the high potential side. The transistors 21 and 22 are, for example, an IGBT (abbreviation for Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (abbreviation for Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Since the principle of the converter 20 is well known, the description thereof will be omitted. Further, since the circuit configuration of the inverter 30 is well known, the circuit configuration of the inverter 30 is not shown in FIG. Further, since the principle of the inverter 30 is well known, the description thereof will be omitted.

コントローラ４０は、コンバータ２０を制御する。具体的には、コントローラ４０は、トランジスタ２１、２２のゲート電極にＰＷＭ（Pulse Width Modulationの略）信号を出力することにより、コンバータ２０を作動させる。コントローラ４０は、モータ１２を所望のトルクで駆動させるために、アクセル開度等の情報に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を調整する。これにより、コンバータ２０の高電位側の電圧が、モータ１２の所望のトルクに応じた電圧に調整される。 The controller 40 controls the converter 20. Specifically, the controller 40 operates the converter 20 by outputting a PWM (abbreviation of Pulse Width Modulation) signal to the gate electrodes of the transistors 21 and 22. The controller 40 adjusts the duty ratio of the PWM signal based on information such as the accelerator opening degree in order to drive the motor 12 with a desired torque. As a result, the voltage on the high potential side of the converter 20 is adjusted to a voltage corresponding to the desired torque of the motor 12.

また、コントローラ４０は、コンバータ２０の高電位側の電圧Ｖｃ１（即ち、平滑化コンデンサ３２の両端電圧）と、バッテリ１１の温度Ｔｂを監視している。これら情報を利用してコントローラ４０が実行する昇温処理は、後述する（図３参照）。バッテリ１１の温度Ｔｂは、温度センサ１４により測定される。コンバータ２０の高電位側の電圧Ｖｃ１は、電圧センサ１５により測定される。また、コントローラ４０は、後述するリプル処理を実行するための回路４０ａを備える。なお、回路４０ａは、コントローラ４０と別体に設けられてもよい。 Further, the controller 40 monitors the voltage Vc1 on the high potential side of the converter 20 (that is, the voltage across the smoothing capacitor 32) and the temperature Tb of the battery 11. The temperature raising process executed by the controller 40 using this information will be described later (see FIG. 3). The temperature Tb of the battery 11 is measured by the temperature sensor 14. The voltage Vc1 on the high potential side of the converter 20 is measured by the voltage sensor 15. Further, the controller 40 includes a circuit 40a for executing the ripple process described later. The circuit 40a may be provided separately from the controller 40.

車両用電源装置１０には、さらに、負荷装置５０、６０が接続されている。負荷装置５０、６０は、それぞれ、システムメインリレー１３とコンバータ２０の間でバッテリ１１と並列に接続されている。負荷装置５０、６０のそれぞれは、バッテリ１１の電力を受ける。負荷装置５０は、バッテリ１１の電力を降圧して、バッテリ１１より低圧な補機バッテリ５２に電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータである。補機バッテリ５２は、補機（例えば、ルームランプ等）に電力を供給するためのバッテリである。負荷装置６０は、エアコンである。負荷装置６０のコンプレッサーは、バッテリ１１の電力により駆動する。 Load devices 50 and 60 are further connected to the vehicle power supply device 10. The load devices 50 and 60 are connected in parallel with the battery 11 between the system main relay 13 and the converter 20, respectively. Each of the load devices 50 and 60 receives the power of the battery 11. The load device 50 is a DC-DC converter that steps down the power of the battery 11 and supplies power to the auxiliary battery 52 having a lower voltage than the battery 11. The auxiliary battery 52 is a battery for supplying electric power to an auxiliary device (for example, a room lamp or the like). The load device 60 is an air conditioner. The compressor of the load device 60 is driven by the electric power of the battery 11.

システムメインリレー１３は、電気自動車のイグニションスイッチがオンされることにより、開放状態から導通状態に切り替わる。バッテリ１１の電力は、コンバータ２０、負荷装置５０、６０のそれぞれに供給される。コンバータ２０が作動することにより、平滑化コンデンサ３２には、コンバータ２０の高電位側の電圧に応じた電荷が蓄えられる。この際、高電位側のトランジスタ２１又はダイオード２３で短絡故障（即ち、コンバータ２０の正極端２０ａと２０ｃの間の短絡故障）が発生すると、平滑化コンデンサ３２から負荷装置５０、６０に電流が流れる。この電流は、コンバータ２０の低電位側の電圧Ｖｃ２（即ち、負荷装置５０、６０の両端電圧）を急上昇させる。 The system main relay 13 switches from the open state to the conductive state when the ignition switch of the electric vehicle is turned on. The electric power of the battery 11 is supplied to the converter 20, the load devices 50, and 60, respectively. When the converter 20 operates, the smoothing capacitor 32 stores an electric charge corresponding to the voltage on the high potential side of the converter 20. At this time, if a short-circuit failure occurs in the transistor 21 or diode 23 on the high potential side (that is, a short-circuit failure between the positive end ends 20a and 20c of the converter 20), a current flows from the smoothing capacitor 32 to the load devices 50 and 60. .. This current causes the voltage Vc2 on the low potential side of the converter 20 (that is, the voltage across the load devices 50 and 60) to rise sharply.

図２は、トランジスタ２１が短絡故障した際の電圧Ｖｃ２のタイムチャートを示す。横軸が時間を、縦軸が電圧Ｖｃ２を示す。図２の実線のグラフは、バッテリ１１の温度が温度Ｔｂ１である場合におけるグラフである。一点鎖線のグラフは、バッテリ１１の温度が温度Ｔｂ１より高い温度Ｔｂ２である場合におけるグラフである。破線のグラフは、バッテリ１１の温度が温度Ｔｂ２より高い温度Ｔｂ３である場合におけるグラフである。 FIG. 2 shows a time chart of the voltage Vc2 when the transistor 21 has a short-circuit failure. The horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage Vc2. The solid line graph in FIG. 2 is a graph when the temperature of the battery 11 is the temperature Tb1. The alternate long and short dash line graph is a graph when the temperature of the battery 11 is a temperature Tb2 higher than the temperature Tb1. The graph of the broken line is a graph in the case where the temperature of the battery 11 is a temperature Tb3 higher than the temperature Tb2.

各グラフは、平滑化コンデンサ３２の両端電圧Ｖｃ１が所定電圧以上である状況で、トランジスタ２１がタイミングＴ０で短絡故障した場合における電圧Ｖｃ２を示す。各グラフに示されるように、電圧Ｖｃ２は、タイミングＴ０の直後に急上昇する。図２の電圧Ｖ０は、負荷装置５０、６０の両端電圧の正常な電圧範囲における上限値である。実線のグラフに示すように、バッテリ１１の温度が温度Ｔｂ１である場合、電圧Ｖｃ２のピーク値は、電圧Ｖ０を超える。これに対して、一点鎖線のグラフに示すように、バッテリ１１の温度が温度Ｔｂ２である場合、電圧Ｖｃ２のピーク値は、温度Ｔｂ１と比較して、低くなる。さらに、破線のグラフに示すように、バッテリ１１の温度が温度Ｔｂ３である場合、電圧Ｖｃ２のピーク値は、他の場合と比較して、さらに低くなり、電圧Ｖ０を下回る。即ち、電圧Ｖｃ２のピーク値は、バッテリ１１の温度Ｔｂの上昇とともに小さくなる。 Each graph shows the voltage Vc2 when the transistor 21 has a short-circuit failure at the timing T0 in a situation where the voltage Vc1 across the smoothing capacitor 32 is equal to or higher than a predetermined voltage. As shown in each graph, the voltage Vc2 spikes immediately after timing T0. The voltage V0 in FIG. 2 is an upper limit value in the normal voltage range of the voltage across the load devices 50 and 60. As shown in the solid line graph, when the temperature of the battery 11 is the temperature Tb1, the peak value of the voltage Vc2 exceeds the voltage V0. On the other hand, as shown in the alternate long and short dash line graph, when the temperature of the battery 11 is the temperature Tb2, the peak value of the voltage Vc2 is lower than the temperature Tb1. Further, as shown in the graph of the broken line, when the temperature of the battery 11 is the temperature Tb3, the peak value of the voltage Vc2 becomes lower than the other cases and falls below the voltage V0. That is, the peak value of the voltage Vc2 decreases as the temperature Tb of the battery 11 rises.

バッテリ１１の内部抵抗は、バッテリ１１の温度の上昇とともに低下する。即ち、バッテリ１１の温度が高いほど、バッテリ１１に電流が流れやすくなり、負荷装置５０、６０に流れる電流が減少する。バッテリ１１の温度の上昇とともに電圧Ｖｃ２のピーク値が小さくなることは、バッテリ１１の内部抵抗の低下によるものであると考えられる。 The internal resistance of the battery 11 decreases as the temperature of the battery 11 rises. That is, the higher the temperature of the battery 11, the easier it is for the current to flow through the battery 11, and the less the current flows through the load devices 50 and 60. It is considered that the decrease in the peak value of the voltage Vc2 with the increase in the temperature of the battery 11 is due to the decrease in the internal resistance of the battery 11.

発明者は、上記の現象から、将来に発生するかもしれないコンバータ２０の正極端２０ａ、２０ｃの間の短絡故障に備えて、バッテリ１１の温度を上昇させておくことを想到した。バッテリ１１の温度を予め温度Ｔｂ３付近まで上昇させておけば、短絡故障時に負荷装置の両端電圧が正常な電圧範囲を超えることを抑えることができる。短絡故障時に負荷装置に加わる電圧負荷を軽減することができる。 From the above phenomenon, the inventor has come up with the idea of raising the temperature of the battery 11 in preparation for a short-circuit failure between the positive end ends 20a and 20c of the converter 20 that may occur in the future. If the temperature of the battery 11 is raised to near the temperature Tb3 in advance, it is possible to prevent the voltage across the load device from exceeding the normal voltage range in the event of a short-circuit failure. It is possible to reduce the voltage load applied to the load device in the event of a short-circuit failure.

図３を参照して、コントローラ４０が実行する昇温処理について説明する。昇温処理は、短絡故障に備えて、バッテリ１１の温度を上昇させるための処理である。この処理は、システムメインリレー１３が導通状態となっている期間において、定期的に実行される。 The temperature raising process executed by the controller 40 will be described with reference to FIG. The temperature raising process is a process for raising the temperature of the battery 11 in preparation for a short circuit failure. This process is periodically executed during the period when the system main relay 13 is in the conductive state.

Ｓ１０では、コントローラ４０は、バッテリ１１の温度Ｔｂと、平滑化コンデンサ３２の両端電圧Ｖｃ１と、を取得する。 In S10, the controller 40 acquires the temperature Tb of the battery 11 and the voltage Vc1 across the smoothing capacitor 32.

Ｓ１２では、コントローラ４０は、Ｓ１０で取得した温度Ｔｂが所定温度（例えば、図２の値Ｔｂ３）以下であるのか否かを判断する。コントローラ４０は、温度Ｔｂが所定温度以下である場合（Ｓ１２でＹＥＳ）に、Ｓ１４に進み、温度Ｔｂが所定温度より大きい場合（Ｓ１２でＮＯ）に、Ｓ１４以降の処理をスキップして、昇温処理を終了する。 In S12, the controller 40 determines whether or not the temperature Tb acquired in S10 is equal to or lower than the predetermined temperature (for example, the value Tb3 in FIG. 2). When the temperature Tb is equal to or lower than the predetermined temperature (YES in S12), the controller 40 proceeds to S14, and when the temperature Tb is higher than the predetermined temperature (NO in S12), the controller 40 skips the processing after S14 and raises the temperature. End the process.

Ｓ１４では、コントローラ４０は、Ｓ１０で取得した両端電圧Ｖｃ１が所定電圧以上であるのか否かを判断する。コントローラ４０は、両端電圧Ｖｃ１が所定電圧以上である場合（Ｓ１４でＹＥＳ）に、Ｓ２０に進み、両端電圧Ｖｃ１が所定電圧より小さい場合（Ｓ１４でＮＯ）に、Ｓ２０をスキップして、昇温処理を終了する。 In S14, the controller 40 determines whether or not the voltage across Vc1 acquired in S10 is equal to or higher than a predetermined voltage. The controller 40 proceeds to S20 when the voltage across the ends Vc1 is equal to or higher than the predetermined voltage (YES in S14), and skips S20 when the voltage across the ends Vc1 is smaller than the predetermined voltage (NO in S14) to perform the temperature raising process. To finish.

Ｓ２０では、コントローラ４０は、バッテリ１１を暖めるためのリプル処理を開始する。具体的には、コントローラ４０は、回路４０ａに作動を開始するための信号を出力する。リプル処理は、バッテリ１１とコンバータ２０の間を流れる電流の脈動（リプル）の振幅を大きくするための処理である。リプル電流の振幅が大きくなると、当該振幅のエネルギによりバッテリ１１が発熱する。これにより、バッテリ１１が暖められる。 In S20, the controller 40 starts the ripple process for warming the battery 11. Specifically, the controller 40 outputs a signal for starting operation to the circuit 40a. The ripple process is a process for increasing the amplitude of the pulsation (ripple) of the current flowing between the battery 11 and the converter 20. When the amplitude of the ripple current becomes large, the battery 11 generates heat due to the energy of the amplitude. As a result, the battery 11 is warmed up.

一般に、トランジスタはＰＷＭ信号の立ち上りと立ち下りにリプル電流を生じる。リプル電流の振幅は、ＰＷＭ信号の周波数を小さくすると、大きくなる。リプル電流は、ノイズの要因となる。ノイズを抑えるために、通常、トランジスタ２１、２２には、所定値以上の周波数を有するＰＷＭ信号が出力されている。リプル処理では、コントローラ４０は、リプル電流の振幅を大きくするために、トランジスタ２１、２２に出力されているＰＷＭ信号の周波数を所定値より小さくする。なお、コントローラ４０は、バッテリ１１の温度Ｔｂが基準値（例えば、図３の値Ｔｂ３）より大きくなると、リプル処理を終了する。 In general, a transistor generates a ripple current at the rising and falling edges of a PWM signal. The amplitude of the ripple current increases as the frequency of the PWM signal decreases. Ripple current causes noise. In order to suppress noise, usually, a PWM signal having a frequency equal to or higher than a predetermined value is output to the transistors 21 and 22. In the ripple process, the controller 40 makes the frequency of the PWM signal output to the transistors 21 and 22 smaller than a predetermined value in order to increase the amplitude of the ripple current. The controller 40 ends the ripple process when the temperature Tb of the battery 11 becomes larger than the reference value (for example, the value Tb3 in FIG. 3).

バッテリ１１の温度Ｔｂが所定温度以下であることは、コンバータ２０の正極端２０ａ、２０ｃの間の短絡故障が将来に発生すると、負荷装置５０、６０の両端電圧Ｖｃ２が正常な電圧範囲を超えて上昇し得ることを示す。上記の構成によれば、将来に発生するかもしれないコンバータ２０の正極端２０ａ、２０ｃの間の短絡故障に備えて、リプル処理によりバッテリ１１を暖めておくことができる。短絡故障時に、負荷装置５０、６０に加わる電圧負荷を抑えることができる。 The fact that the temperature Tb of the battery 11 is equal to or lower than the predetermined temperature means that if a short-circuit failure occurs between the positive end ends 20a and 20c of the converter 20 in the future, the voltage Vc2 across the load devices 50 and 60 exceeds the normal voltage range. Indicates that it can rise. According to the above configuration, the battery 11 can be warmed by the ripple process in preparation for a short-circuit failure between the positive end ends 20a and 20c of the converter 20 that may occur in the future. It is possible to suppress the voltage load applied to the load devices 50 and 60 at the time of a short circuit failure.

さらに、上記の構成では、Ｓ１２の条件とＳ１４の条件の両条件が満たされる場合に限って、Ｓ２０のリプル処理が開始される。Ｓ１４の条件が満たされることは、平滑化コンデンサ３２に大電力が蓄電されていることを意味する。即ち、短絡故障が発生すると、負荷装置５０、６０に加わる電圧負荷が、平滑化コンデンサ３２に蓄電されている大電力により、大きくなることを示す。上記の構成によれば、電圧Ｖｃ１が所定電圧以下であり、仮に短絡故障が生じても負荷装置５０、６０に加わる電圧負荷が小さいときには、リプル処理を開始せず、バッテリ１１を暖めない。本実施例では、バッテリ１１を暖める条件を厳しくすることで、負荷装置５０、６０の保護のために要するコスト（バッテリ１１を暖めるのに要するエネルギコスト）も少なくて済むという利点を有する。 Further, in the above configuration, the ripple process of S20 is started only when both the condition of S12 and the condition of S14 are satisfied. Satisfaction of the condition of S14 means that a large amount of electric power is stored in the smoothing capacitor 32. That is, when a short-circuit failure occurs, the voltage load applied to the load devices 50 and 60 is increased by the large power stored in the smoothing capacitor 32. According to the above configuration, if the voltage Vc1 is equal to or lower than a predetermined voltage and the voltage load applied to the load devices 50 and 60 is small even if a short circuit failure occurs, the ripple process is not started and the battery 11 is not warmed. In this embodiment, by tightening the conditions for heating the battery 11, there is an advantage that the cost required for protecting the load devices 50 and 60 (energy cost required for heating the battery 11) can be reduced.

一般に、バッテリ１１の温度は、電気自動車が走行し続けると上昇する。例えば、電気自動車をしばらく走行した後に、イグニションスイッチをオンにしたまま、電気自動車を停止している状況（即ち、コンバータ２０の作動が停止している状況）が長時間続くと、平滑化コンデンサ３２に大電力が蓄電されたまま、バッテリ１１の温度が低下する。Ｓ１２の条件とＳ１４の条件の両条件が満たされるのは、このような状況が想定される。例えば、イグニションスイッチをオンにした直後は、平滑化コンデンサ３２に大電力が蓄電されている可能性が低いので、Ｓ１４の条件が満たされる可能性は低い。また、例えば、電気自動車が走行し続けている状況（即ち、コンバータ２０が作動している状況）では、バッテリ１１の温度は上昇しているので、Ｓ１２の条件が満たされる可能性は低い。即ち、図３の両条件が満たされるのは、限られた状況であり、バッテリ１１を暖める条件は厳しい。 Generally, the temperature of the battery 11 rises as the electric vehicle continues to run. For example, after running the electric vehicle for a while, if the electric vehicle is stopped for a long time with the ignition switch turned on (that is, the operation of the converter 20 is stopped), the smoothing capacitor 32 The temperature of the battery 11 drops while a large amount of electric power is stored in the battery. Such a situation is assumed that both the condition of S12 and the condition of S14 are satisfied. For example, immediately after the ignition switch is turned on, it is unlikely that a large amount of electric power is stored in the smoothing capacitor 32, so that the condition of S14 is unlikely to be satisfied. Further, for example, in a situation where the electric vehicle continues to run (that is, a situation where the converter 20 is operating), the temperature of the battery 11 is rising, so that the condition of S12 is unlikely to be satisfied. That is, both conditions of FIG. 3 are satisfied only in a limited situation, and the conditions for warming the battery 11 are severe.

（第２実施例）
図４を参照して、第２実施例の昇温処理を説明する。第２実施例は、昇温処理が一部で異なる点を除いて、第１実施例の車両用電源装置１０と同様である。 (Second Example)
The temperature raising process of the second embodiment will be described with reference to FIG. The second embodiment is the same as the vehicle power supply device 10 of the first embodiment, except that the temperature raising process is partially different.

Ｓ３０では、コントローラ４０は、図３のＳ１０で取得する温度Ｔｂと電圧Ｖｃ１に加えて、負荷装置５０、６０の両端電圧Ｖｃ２も取得する。両端電圧Ｖｃ２は、電圧センサ（不図示）により測定される。Ｓ３２、Ｓ３４は、図３のＳ１２、Ｓ１４と同様である。なお、Ｓ３４の第１所定電圧は、Ｓ１４の所定電圧に相当する値である。 In S30, the controller 40 acquires the voltage Vc2 across the load devices 50 and 60 in addition to the temperature Tb and the voltage Vc1 acquired in S10 of FIG. The voltage across the ends Vc2 is measured by a voltage sensor (not shown). S32 and S34 are the same as S12 and S14 in FIG. The first predetermined voltage in S34 is a value corresponding to the predetermined voltage in S14.

Ｓ３６では、コントローラ４０は、Ｓ３０で取得した両端電圧Ｖｃ２が第２所定電圧以上であるのか否かを判断する。コントローラ４０は、両端電圧Ｖｃ２が第２所定電圧以上である場合（Ｓ３６でＹＥＳ）に、Ｓ４０に進み、両端電圧Ｖｃ２が第２所定電圧より小さい場合（Ｓ３６でＮＯ）に、Ｓ４０をスキップして、昇温処理を終了する。Ｓ４０は、図３のＳ２０と同様である。 In S36, the controller 40 determines whether or not the voltage across Vc2 acquired in S30 is equal to or higher than the second predetermined voltage. The controller 40 proceeds to S40 when the voltage across the ends Vc2 is equal to or higher than the second predetermined voltage (YES in S36), and skips S40 when the voltage Vc2 across the ends is smaller than the second predetermined voltage (NO in S36). , The temperature raising process is completed. S40 is the same as S20 in FIG.

この構成によれば、第１実施例の両条件に加えて、さらに、Ｓ３６の条件が満たされる場合に限って、Ｓ４０のリプル処理が開始される。Ｓ３６の条件が満たされることは、負荷装置５０、６０に予め第２所定電圧以上の電圧が印加されていることを示す。即ち、両端電圧Ｖｃ２は、短絡故障が生じると予め印加されている電圧から急上昇するので、正常な電圧範囲を超える可能性が高まる。本実施例では、バッテリ１１を暖める条件をさらに厳しくして、負荷装置５０、６０の保護のために要するコストをさらに少なくすることができる。 According to this configuration, in addition to both conditions of the first embodiment, the ripple process of S40 is started only when the condition of S36 is satisfied. Satisfaction of the condition of S36 indicates that a voltage equal to or higher than the second predetermined voltage is applied to the load devices 50 and 60 in advance. That is, since the voltage across Vc2 suddenly rises from the voltage applied in advance when a short-circuit failure occurs, the possibility of exceeding the normal voltage range increases. In this embodiment, the conditions for warming the battery 11 can be made more stringent, and the cost required for protecting the load devices 50 and 60 can be further reduced.

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。実施例では、リプル処理を実行するための回路４０ａと大きなリプルを発生させるトランジスタ２１、２２が、「昇温手段」の一例である。例えば、コントローラ４０は、Ｓ２０において、バッテリ１１に接するように電気自動車に搭載されているヒータに作動を開始するための信号を出力してもよい。本変形例では、ヒータが、「昇温手段」の一例である。 The points to be noted regarding the techniques shown in the examples will be described below. In the embodiment, the circuit 40a for executing the ripple process and the transistors 21 and 22 for generating a large ripple are examples of the “heating means”. For example, in S20, the controller 40 may output a signal for starting operation to the heater mounted on the electric vehicle so as to be in contact with the battery 11. In this modification, the heater is an example of the "heating means".

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。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their 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 techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.

１０：車両用電源装置
１１：バッテリ
１２：モータ
１３：システムメインリレー
２０：双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ
２１、２２：トランジスタ
２３、２４：ダイオード
２５：リアクトル
３０：インバータ
３１：フィルタコンデンサ
３２：平滑化コンデンサ
４０：コントローラ
４０ａ：回路
５０、６０：負荷装置
Ｔｂ：バッテリの温度
Ｖｃ１：平滑化コンデンサの両端電圧
Ｖｃ２：負荷装置の両端電圧 10: Vehicle power supply 11: Battery 12: Motor 13: System main relay 20: Bidirectional DC-DC converter 21, 22: Transistor 23, 24: Diode 25: Reactor 30: Inverter 31: Filter capacitor 32: Smoothing capacitor 40: Controller 40a: Circuit 50, 60: Load device Tb: Battery temperature Vc1: Voltage across smoothing capacitor Vc2: Voltage across load device

Claims

With the battery
An inverter that converts the DC power of the battery into AC and supplies it to the driving motor,
A boosting function that is connected between the battery and the inverter and boosts the voltage applied to the battery side and outputs it to the inverter side, and lowers the voltage applied to the inverter side. A bidirectional DC-DC converter having both a step-down function to output to the battery side,
A smoothing capacitor connected in parallel between the bidirectional DC-DC converter and the inverter,
The heating means for warming the battery and
It is provided with a controller for controlling the temperature raising means.
A load device that receives the power of the battery is connected between the battery and the bidirectional DC-DC converter.
Wherein the controller is a temperature of said battery is below a predetermined temperature, and when the voltage across the smoothing capacitor is a predetermined voltage or more, warm Me the battery by operating the heating means,
If the temperature of the battery is higher than the predetermined voltage in the situation where the voltage across the smoothing capacitor is equal to or higher than the predetermined voltage, the transistor in the bidirectional DC-DC converter is short-circuited. Also, a vehicle power supply device in which the voltage across the load device is defined so as not to exceed a normal voltage range .