JP7201488B2 - Inverter protection device - Google Patents

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本発明は、直流電源と交流の回転機との間で電力を変換するインバータの保護装置に関する。 The present invention relates to an inverter protection device that converts power between a DC power supply and an AC rotating machine.

例えば電気自動車(EV)やプラグインハイブリッド車(PHEV)等の電動車両では、コンタクタがオンされると、リチウム-イオン電池等の二次電池が推進用モータ側に接続される。推進用モータ側では、二次電池の直流電力が平滑コンデンサで平滑化される。さらに、インバータが作動すると、平滑化された直流電力がインバータによって交流電力に変換される。そして、インバータから供給される交流電力によって、交流の回転機である推進用モータが回転される。 For example, in an electric vehicle such as an electric vehicle (EV) or a plug-in hybrid vehicle (PHEV), when a contactor is turned on, a secondary battery such as a lithium-ion battery is connected to a propulsion motor. On the propulsion motor side, the DC power of the secondary battery is smoothed by a smoothing capacitor. Further, when the inverter operates, the smoothed DC power is converted to AC power by the inverter. The AC power supplied from the inverter rotates a propulsion motor, which is an AC rotating machine.

なお、電動車両が時速100kmで走行しているときの推進用モータの線間電圧は例えば800V程度であると言われている。電動車両の中には最高速度が時速140kmに達するものもあり、そのときの推進用モータの線間電圧は1000Vを超えるものと考えられる。 It is said that the line-to-line voltage of the propulsion motor is, for example, about 800 V when the electric vehicle is running at 100 km/h. Some electric vehicles reach a maximum speed of 140 km/h, and the line voltage of the propulsion motor at that time is considered to exceed 1000V.

ところで、推進用モータの回転中にコンタクタが異常によりオフされると、回転速度に応じた誘起電圧が推進用モータに発生する。また、推進用モータのコイルを電流が流れなくなり、コイルを流れていた電流に応じた蓄積エネルギーがコイルから放出される。推進用モータの回転中にインバータの動作が異常停止した場合にも、同様の状態が推進用モータに発生する。 By the way, if the contactor is turned off due to an abnormality while the propulsion motor is rotating, an induced voltage corresponding to the rotational speed is generated in the propulsion motor. In addition, current stops flowing through the coils of the propulsion motor, and stored energy corresponding to the current flowing through the coils is released from the coils. A similar situation occurs in the propulsion motor when the operation of the inverter is abnormally stopped while the propulsion motor is rotating.

例えば、電動車両が最高速度で走行しているときに、異常によりコンタクタのオフ又はインバータの動作停止が起こると、誘起電圧の発生とコイルの蓄積エネルギーの放出とにより、推進用モータの線間に1000Vを超える高電圧が現れる可能性がある。 For example, when an electric vehicle is running at maximum speed, if an abnormality causes the contactor to turn off or the inverter to stop operating, an induced voltage is generated and the energy stored in the coil is released. High voltages in excess of 1000V can appear.

異常によるコンタクタのオフ又はインバータの動作停止時に推進用モータの線間に現れる高電圧は、二次電池の端子電圧を大きく上回る。このような異常な高電圧が推進用モータの線間に発生すると、回生電流の経路上に存在するインバータのパワー半導体スイッチング素子、平滑コンデンサに、異常な高電圧が印加される。すると、パワー半導体スイッチング素子又は平滑コンデンサが、耐圧を超える過電圧の印加によって損傷する可能性がある。そこで、推進用モータの回転中にコンタクタがオフした場合の対策が、過去に提案されている。 When the contactor is turned off or the inverter stops operating due to an abnormality, the high voltage appearing between the lines of the propulsion motor greatly exceeds the terminal voltage of the secondary battery. When such an abnormally high voltage occurs between the lines of the propulsion motor, the abnormally high voltage is applied to the power semiconductor switching elements and smoothing capacitors of the inverter on the regenerative current path. Then, the power semiconductor switching element or the smoothing capacitor may be damaged by the application of overvoltage exceeding the withstand voltage. Therefore, measures have been proposed in the past to deal with the case where the contactor is turned off while the propulsion motor is rotating.

この提案では、コンタクタのオフで推進用モータの線間に発生した電圧の電気エネルギーを平滑コンデンサに蓄積させて、推進用モータの線間電圧の急な上昇が起こりにくい構成としている。また、推進用モータの回転中にコンタクタのオフを検出したら、制御によってインバータの半導体スイッチング素子を開閉させて、半導体スイッチング素子のスイッチング損失により推進用モータの線間電圧を下げる構成としている(以上、特許文献1)。 In this proposal, the electrical energy of the voltage generated between the lines of the propulsion motor when the contactor is turned off is accumulated in a smoothing capacitor, so that the sudden increase of the line voltage of the propulsion motor is unlikely to occur. In addition, when the contactor is detected to be turned off while the propulsion motor is rotating, the semiconductor switching element of the inverter is controlled to open and close, and the line voltage of the propulsion motor is lowered by the switching loss of the semiconductor switching element. Patent document 1).

特開2017-225236号公報JP 2017-225236 A

上述した、インバータの半導体スイッチング素子を制御により開閉させる対策では、制御により導通状態となった半導体スイッチング素子を、推進用モータに発生した誘起電圧とコイルに蓄えられたエネルギーとによる過電流が流れる可能性がある。このような過電流の通過は、半導体スイッチング素子の損傷を招く要因となり得る。半導体スイッチング素子が損傷すると、制御により半導体スイッチング素子を開閉させて半導体スイッチング素子のスイッチング損失により推進用モータの線間電圧を下げることもできなくなってしまう。 In the above-mentioned countermeasure for opening and closing the semiconductor switching elements of the inverter by control, overcurrent may flow through the semiconductor switching elements that are turned on by the control due to the induced voltage generated in the propulsion motor and the energy stored in the coil. have a nature. Passage of such an overcurrent can cause damage to semiconductor switching elements. If the semiconductor switching element is damaged, it becomes impossible to open and close the semiconductor switching element by control and lower the line voltage of the propulsion motor due to the switching loss of the semiconductor switching element.

そこで、平滑コンデンサの容量を大きくして電気エネルギーの蓄積量を増やすことも考えられる。しかし、そのためには平滑コンデンサの大型化とコストアップが避けられず、理想的な対策とは言い難い。 Therefore, it is conceivable to increase the storage amount of electric energy by increasing the capacity of the smoothing capacitor. However, it is difficult to say that this is an ideal countermeasure because it is inevitable that the size and cost of the smoothing capacitor will increase.

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電動車両の推進用モータを始めとする回転機の回転中の動作異常によって発生する異常な電気エネルギーから、インバータを適切に保護できるようにすることにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to appropriately protect an inverter from abnormal electrical energy generated by abnormal operation during rotation of a rotating machine such as a motor for propulsion of an electric vehicle. It's about making it possible.

上記目的を達成するため、本発明の1つの態様によるインバータ保護装置は、
高電圧バッテリの直流電力を交流に変換して回転機に供給するインバータの入力側に、前記高電圧バッテリと並列に出力側が接続されたDCDCコンバータと、
前記DCDCコンバータの入力側に接続されたDCリンク用コンデンサと、
前記インバータの入力間電圧を検出するセンサと、
前記センサの検出電圧が、前記インバータの過電圧状態の判定値以上であるときに、前記DCDCコンバータの動作を制御して、前記インバータの入力側と前記DCリンク用コンデンサとを接続する電気回路を前記DCDCコンバータ上に形成するコントローラと、
を備える。
In order to achieve the above object, an inverter protection device according to one aspect of the present invention includes:
a DCDC converter whose output side is connected in parallel with the high voltage battery to the input side of an inverter that converts the DC power of the high voltage battery into AC power and supplies it to the rotating machine;
a DC link capacitor connected to the input side of the DCDC converter;
a sensor that detects a voltage between inputs of the inverter;
an electric circuit that controls the operation of the DCDC converter to connect the input side of the inverter and the DC link capacitor when the detected voltage of the sensor is equal to or higher than the judgment value of the overvoltage state of the inverter; a controller formed on the DCDC converter;
Prepare.

本発明によれば、回転機の回転中の動作異常によって発生する異常な電気エネルギーから、インバータを適切に保護できるようにすることができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to appropriately protect an inverter from abnormal electrical energy generated due to an operational abnormality during rotation of a rotating machine.

本発明の一実施形態に係るインバータ保護装置が適用される電動車両のパワーコントロールユニットを示すブロック図である。1 is a block diagram showing a power control unit of an electric vehicle to which an inverter protection device according to an embodiment of the invention is applied; FIG. 図1の高電圧バッテリから推進用モータへの電力供給経路の回路構成を模式的に示す回路図である。2 is a circuit diagram schematically showing a circuit configuration of a power supply path from the high voltage battery of FIG. 1 to a propulsion motor; FIG. 図2の高電圧バッテリから推進用モータへの電力供給経路にプラグイン用充電器の要部を追加した、回転中の異常により推進用モータに発生した電気エネルギーを吸収する回路の構成を模式的に示す回路図である。Schematic configuration of a circuit that absorbs electrical energy generated in the propulsion motor due to an abnormality during rotation, with the main part of the plug-in charger added to the power supply path from the high-voltage battery to the propulsion motor shown in FIG. is a circuit diagram shown in FIG. 回転中の異常により推進用モータに発生した電気エネルギーを図3の回路により吸収するために、図1のコントローラがプログラムにしたがって実行する制御の手順の一例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an example of a control procedure executed by the controller of FIG. 1 according to a program in order to absorb electrical energy generated in the propulsion motor due to an abnormality during rotation by the circuit of FIG. 3. FIG. 図1の推進用モータの回転中に異常によるメインリレーのオフ又はパワーモジュールの動作停止が発生した場合のプラグイン用充電器の各部の電圧又は信号の状態を示すタイミングチャートである。2 is a timing chart showing voltages or signal states of each part of the plug-in charger when the main relay is turned off or the power module is stopped due to an abnormality during rotation of the propulsion motor shown in FIG. 1;

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態に係るインバータ保護装置が適用される電動車両のパワーコントロールユニットを示すブロック図である。図1に示す本実施形態のパワーコントロールユニット1は、電気自動車(EV)やプラグインハイブリッド車(PHEV)等の電動車両に搭載される。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a power control unit of an electric vehicle to which an inverter protection device according to one embodiment of the invention is applied. A power control unit 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 is mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle (EV) or a plug-in hybrid vehicle (PHEV).

本実施形態のパワーコントロールユニット1は、電動車両に搭載された高電圧バッテリHBの充放電に関する要素と、同じく電動車両に搭載された低電圧バッテリLBの充電に関する要素とを集約したものである。 The power control unit 1 of this embodiment is a combination of elements related to charging and discharging of the high voltage battery HB mounted on the electric vehicle and elements related to charging of the low voltage battery LB also mounted on the electric vehicle.

そして、パワーコントロールユニット1は、外部機器等の接続ポートとして、高電圧バッテリポートHBP、低電圧バッテリポートLBP、信号ポートSP、電源ポートPP、急速充電ポートQP及び商用電源ポートCPを有している。 The power control unit 1 has a high-voltage battery port HBP, a low-voltage battery port LBP, a signal port SP, a power port PP, a quick charge port QP, and a commercial power port CP as connection ports for external devices. .

高電圧バッテリポートHBPには、メインリレー(M/R)3(請求項中のコンタクタに相当)を介して高電圧バッテリHBが接続される。したがって、高電圧バッテリポートHBPと高電圧バッテリHBとは、メインリレー3のオンオフによって接続、遮断される。メインリレー3がオンされると、高電圧バッテリHBは高電圧バッテリポートHBPに、高電圧の電力(例えば、直流400V)を供給する。高電圧バッテリHBが供給する高電圧の電力は、電動車両の推進用モータM(請求項中の回転機に相当)の駆動に用いられる。 A high voltage battery HB is connected to the high voltage battery port HBP via a main relay (M/R) 3 (corresponding to a contactor in claims). Therefore, the high-voltage battery port HBP and the high-voltage battery HB are connected and disconnected by turning the main relay 3 on and off. When the main relay 3 is turned on, the high voltage battery HB supplies high voltage power (for example, DC 400 V) to the high voltage battery port HBP. The high-voltage power supplied by the high-voltage battery HB is used to drive a propulsion motor M (corresponding to a rotating machine in the claims) of the electric vehicle.

なお、高電圧バッテリHBは、端子電圧を測定する不図示のセンサを有している。センサが測定した高電圧バッテリHBの端子電圧は、後述する電動車両の車両統合コントローラ(VCM)5に入力される。 The high-voltage battery HB has a sensor (not shown) for measuring terminal voltage. The terminal voltage of the high-voltage battery HB measured by the sensor is input to a vehicle integrated controller (VCM) 5 of the electric vehicle, which will be described later.

低電圧バッテリポートLBPには、低電圧バッテリLBが接続される。低電圧バッテリLBは、電動車両の補機(車載の計器、ランプ等の電装品類)ACCに、動作用の低電圧の電力(例えば、直流12V)を供給する。 A low voltage battery LB is connected to the low voltage battery port LBP. The low-voltage battery LB supplies low-voltage power (for example, DC 12 V) for operation to auxiliary equipment (electrical equipment such as on-vehicle instruments and lamps) ACC of the electric vehicle.

電動車両の補機ACCは、上述した車両統合コントローラ5と、後述するパワーコントロールユニット1のコントローラ27(請求項中のコントローラに相当)とを含んでいる。このため、車両統合コントローラ5及びコントローラ27は、低電圧バッテリLBから供給される低電圧の直流電力で動作する。 The accessory ACC of the electric vehicle includes the vehicle integrated controller 5 described above and a controller 27 (corresponding to the controller in the claims) of the power control unit 1 described later. Therefore, the vehicle integrated controller 5 and the controller 27 operate with the low-voltage DC power supplied from the low-voltage battery LB.

車両統合コントローラ5は、例えば、電動車両に複数搭載されたECU(Electronic Control Unit 又はEngine Control Unit )のうちの1つで構成することができる。このため、車両統合コントローラ5は、例えば、ECU同士の通信に用いる電動車両のLANを利用して、高電圧バッテリHBのセンサが接続された他のECUから、センサが測定した高電圧バッテリHBの端子電圧を取得することができる。 The vehicle integrated controller 5 can be composed of, for example, one of a plurality of ECUs (Electronic Control Units or Engine Control Units) mounted on the electric vehicle. For this reason, the vehicle integrated controller 5 uses, for example, the LAN of the electric vehicle used for communication between ECUs to transmit the high-voltage battery HB sensor-measured high-voltage battery HB sensor from another ECU to which the high-voltage battery HB sensor is connected. Terminal voltage can be obtained.

そして、車両統合コントローラ5は、取得した高電圧バッテリHBの端子電圧により、高電圧バッテリHBの充電状態(例えば、SOC:State of Charge )を検出する。さらに、車両統合コントローラ5は、検出した高電圧バッテリHBの充電状態に応じて、急速充電時のメインリレー3のオンオフを制御することができる。 Then, the vehicle integrated controller 5 detects the state of charge (for example, SOC: State of Charge) of the high voltage battery HB based on the acquired terminal voltage of the high voltage battery HB. Furthermore, the vehicle integrated controller 5 can control on/off of the main relay 3 during rapid charging according to the detected state of charge of the high voltage battery HB.

また、車両統合コントローラ5は、不図示のセンサが検出した電動車両のアクセル操作量を取得する。車両統合コントローラ5は、例えば、アクセル操作量を検出する不図示のセンサが接続された他のECUから、電動車両のLANを介してアクセル操作量を取得することができる。そして、車両統合コントローラ5は、取得したアクセル操作量に応じて、推進用モータMに対するトルク指令値を決定することができる。 The vehicle integrated controller 5 also acquires the accelerator operation amount of the electric vehicle detected by a sensor (not shown). For example, the vehicle integrated controller 5 can acquire the accelerator operation amount via the LAN of the electric vehicle from another ECU to which a sensor (not shown) that detects the accelerator operation amount is connected. Then, the vehicle integrated controller 5 can determine a torque command value for the propulsion motor M according to the acquired accelerator operation amount.

信号ポートSPには、車両統合コントローラ5が接続されている。車両統合コントローラ5は、決定したトルク指令値を信号ポートSPに出力する。 A vehicle integrated controller 5 is connected to the signal port SP. The vehicle integrated controller 5 outputs the determined torque command value to the signal port SP.

電源ポートPPには、車両統合コントローラ5の外部電源出力ポート(図示せず)接続されている。車両統合コントローラ5は、低電圧バッテリLBから供給された低電圧の電力(例えば、直流12V)から生成した電源電圧VCCを、電源ポートPPに出力する。 An external power output port (not shown) of the vehicle integrated controller 5 is connected to the power port PP. The vehicle integrated controller 5 outputs to the power supply port PP a power supply voltage VCC generated from low voltage power (for example, DC 12 V) supplied from the low voltage battery LB.

急速充電ポートQPには、急速充電器QCの充電ケーブル7のコネクタ9が接続される。充電ケーブル7を急速充電ポートQPに接続すると、充電ケーブル7を介して急速充電器QCから急速充電ポートQPに、高電圧バッテリHBの急速充電用の直流電力(例えば、最大直流600V)が供給される。 A connector 9 of a charging cable 7 of a quick charger QC is connected to the quick charge port QP. When the charging cable 7 is connected to the quick charging port QP, DC power (for example, maximum DC 600V) for quick charging of the high voltage battery HB is supplied from the quick charger QC to the quick charging port QP via the charging cable 7. be.

また、充電ケーブル7を急速充電ポートQPに接続すると、急速充電器QCの通信線がパワーコントロールユニット1内のLANに接続される。このLANには、上述したように、コントローラ27が接続されている。したがって、充電ケーブル7を急速充電ポートQPに接続すると、急速充電器QCとコントローラ27とが通信可能に接続される。 Also, when the charging cable 7 is connected to the quick charge port QP, the communication line of the quick charger QC is connected to the LAN inside the power control unit 1 . The controller 27 is connected to this LAN as described above. Therefore, when charging cable 7 is connected to quick charge port QP, quick charger QC and controller 27 are communicably connected.

商用電源ポートCPには、普通充電用の充電ケーブル11のコネクタ13が接続される。充電ケーブル11は、コネクタ13の反対側にプラグ15を有している。充電ケーブル11のプラグ15は、商用電源の普通充電用コンセント(図示せず)に接続される。商用電源に接続された充電ケーブル11を商用電源ポートCPに接続すると、商用電源の交流電力(例えば、単相交流200V)が、充電ケーブル11を介して商用電源ポートCPに供給される。 A connector 13 of a charging cable 11 for normal charging is connected to the commercial power supply port CP. Charging cable 11 has a plug 15 on the opposite side of connector 13 . The plug 15 of the charging cable 11 is connected to a normal charging outlet (not shown) of a commercial power source. When the charging cable 11 connected to the commercial power supply is connected to the commercial power supply port CP, AC power of the commercial power supply (for example, single-phase AC 200V) is supplied to the commercial power supply port CP via the charging cable 11 .

また、充電ケーブル11は、コントロールボックス17を有している。コントロールボックス17には、充電ケーブル11の通信線が接続されている。充電ケーブル11を商用電源ポートCPに接続すると、充電ケーブル11の通信線がパワーコントロールユニット1内のLANに接続される。したがって、充電ケーブル11を商用電源ポートCPに接続すると、コントローラ27がコントロールボックス17と通信可能に接続される。 Also, the charging cable 11 has a control box 17 . A communication line of the charging cable 11 is connected to the control box 17 . When the charging cable 11 is connected to the commercial power supply port CP, the communication line of the charging cable 11 is connected to the LAN inside the power control unit 1 . Therefore, when the charging cable 11 is connected to the commercial power supply port CP, the controller 27 is communicably connected to the control box 17 .

上述した外部機器等が接続されたパワーコントロールユニット1は、ジャンクションボックス(J/B)19、プラグイン用充電器CHG、DCDCコンバータ21、インバータユニット23、放電回路25及び上述したコントローラ27を内部に有している。 The power control unit 1 to which the above-described external devices are connected includes a junction box (J/B) 19, a plug-in charger CHG, a DCDC converter 21, an inverter unit 23, a discharge circuit 25, and the controller 27 described above. have.

ジャンクションボックス19は、不図示のQCリレーを有している。QCリレーは、急速充電ポートQPと高電圧バッテリポートHBPとの接続をオンオフする。QCリレーのオンオフにより、急速充電ポートQPから入力される急速充電用の直流電力の、高電圧バッテリポートHBPから高電圧バッテリHBへの出力が、許容、禁止される。 Junction box 19 has a QC relay (not shown). The QC relay turns on and off the connection between the quick charge port QP and the high voltage battery port HBP. The ON/OFF of the QC relay permits or prohibits the output of the DC power for quick charging input from the quick charging port QP to the high voltage battery HB from the high voltage battery port HBP.

プラグイン用充電器CHGは、コントローラ27から供給される電源電圧VCCによって動作する。プラグイン用充電器CHGは、商用電源ポートCPから入力される商用電源の交流電力を、高電圧バッテリHBの普通充電用の直流電力(例えば、最大直流400V)に変換する。そして、変換した直流電力を、ジャンクションボックス19と高電圧バッテリポートHBPとを結ぶ電力経路28を経て、高電圧バッテリポートHBPから高電圧バッテリHBに出力する。 Plug-in charger CHG operates with power supply voltage VCC supplied from controller 27 . The plug-in charger CHG converts AC power from a commercial power supply input from the commercial power supply port CP into DC power (for example, maximum DC 400 V) for normal charging of the high voltage battery HB. Then, the converted DC power is output from the high voltage battery port HBP to the high voltage battery HB through the power path 28 connecting the junction box 19 and the high voltage battery port HBP.

プラグイン用充電器CHGには、例えば、商用電源の交流電力を直流に変換する整流回路(図示せず)と、整流した直流電力を昇圧するDCDCコンバータ39(図3参照、請求項中のDCDCコンバータに相当)とを用いることができる。整流回路は、例えば、ダイオードブリッジ回路で構成することができる。また、DCDCコンバータ39は、例えば、絶縁トランスとパワー半導体スイッチング素子とを有する絶縁型DCDCコンバータで構成することができる。 The plug-in charger CHG includes, for example, a rectifier circuit (not shown) that converts AC power from a commercial power source into DC power, and a DCDC converter 39 (see FIG. 3, DCDC in claims) that boosts the rectified DC power. (equivalent to a converter) can be used. The rectifier circuit can be composed of, for example, a diode bridge circuit. Also, the DCDC converter 39 can be composed of, for example, an insulated DCDC converter having an insulating transformer and a power semiconductor switching element.

さらに、プラグイン用充電器CHGは、後述する電圧センサ45(図3参照、請求項中のセンサに相当)を有している。この電圧センサ45は、ジャンクションボックス19と高電圧バッテリポートHBPとを結ぶ電力経路28上の直流電圧を測定する。 Further, the plug-in charger CHG has a voltage sensor 45 (see FIG. 3, corresponding to the sensor in the claims) which will be described later. This voltage sensor 45 measures the DC voltage on the power path 28 between the junction box 19 and the high voltage battery port HBP.

ここで、電動車両の走行時には、ジャンクションボックス19のQCリレーがオフして、急速充電ポートQPが電力経路28から遮断される。また、電動車両の走行時には、メインリレー3がオンして、高電圧バッテリポートHBPに高電圧バッテリHBが接続される。さらに、電動車両の走行時には、プラグイン用充電器CHGが商用電源の交流電力から変換した直流電力は電力経路28に供給されない。 Here, when the electric vehicle is running, the QC relay of the junction box 19 is turned off and the quick charge port QP is cut off from the power path 28 . Further, when the electric vehicle is running, the main relay 3 is turned on to connect the high voltage battery HB to the high voltage battery port HBP. Furthermore, when the electric vehicle is running, the DC power converted from the AC power of the commercial power source by the plug-in charger CHG is not supplied to the power path 28 .

このため、電動車両の走行時に、プラグイン用充電器CHGの電圧センサ45が測定する電力経路28上の直流電圧は、高電圧バッテリHBの端子電圧であることになる。 Therefore, when the electric vehicle is running, the DC voltage on the power path 28 measured by the voltage sensor 45 of the plug-in charger CHG is the terminal voltage of the high voltage battery HB.

プラグイン用充電器CHGの電圧センサ45の測定値は、コントローラ27に入力される。なお、プラグイン用充電器CHGとコントローラ27とは、後述するように、パワーコントロールユニット1内のLANを介して接続されている。 The measured value of voltage sensor 45 of plug-in charger CHG is input to controller 27 . Note that the plug-in charger CHG and the controller 27 are connected via a LAN within the power control unit 1, as will be described later.

なお、プラグイン用充電器CHGのパワー半導体スイッチング素子には、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor 、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を用いることができる。また、プラグイン用充電器CHGには、整流回路の前段(商用電源ポートCP側)にDCリンク用コンデンサ(図示せず)を設けることができる。 For example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be used as the power semiconductor switching element of the plug-in charger CHG. Further, the plug-in charger CHG can be provided with a DC link capacitor (not shown) in the preceding stage of the rectifier circuit (commercial power port CP side).

DCDCコンバータ21は、ジャンクションボックス19と高電圧バッテリポートHBPとを結ぶ電力経路28上の高電圧の直流電力の一部を、低電圧バッテリLBの充電用の直流電力(例えば、直流12V)に変換する。 The DCDC converter 21 converts part of the high-voltage DC power on the power path 28 connecting the junction box 19 and the high-voltage battery port HBP into DC power (for example, DC 12V) for charging the low-voltage battery LB. do.

即ち、DCDCコンバータ21は、高電圧バッテリポートHBPから入力される高電圧バッテリHBの直流電力の一部を、低電圧バッテリLBの充電用の直流電力に変換し、低電圧バッテリポートLBPから低電圧バッテリLBに出力する。また、DCDCコンバータ21は、プラグイン用充電器CHGが出力する高電圧バッテリHBの普通充電用の直流電力の一部を、低電圧バッテリLBの充電用の直流電力に変換し、低電圧バッテリポートLBPから低電圧バッテリLBに出力する。 That is, the DCDC converter 21 converts part of the DC power of the high-voltage battery HB input from the high-voltage battery port HBP into DC power for charging the low-voltage battery LB, and converts a portion of the DC power to the low-voltage battery port LBP into low-voltage Output to battery LB. Further, the DCDC converter 21 converts part of the DC power for normal charging of the high-voltage battery HB output by the plug-in charger CHG into DC power for charging the low-voltage battery LB, and converts it into DC power for charging the low-voltage battery port. Output from LBP to low voltage battery LB.

DCDCコンバータ21には、例えば、非対称ハーフブリッジ型のLLCコンバータを用いることができる。非対称ハーフブリッジ型のLLCコンバータは、絶縁トランスの一次側にLLC回路を有しており、二次側に整流回路を有している。 For the DCDC converter 21, for example, an asymmetrical half-bridge LLC converter can be used. An asymmetric half-bridge LLC converter has an LLC circuit on the primary side of an isolation transformer and a rectifier circuit on the secondary side.

この非対称ハーフブリッジ型のLLCコンバータでは、一次側のLLC回路におけるパワー半導体スイッチング素子のオンオフ動作により、高電圧バッテリHB又はプラグイン用充電器CHGからの直流電力の一部が交流に変換される。そして、トランスにおいて一次側コイルと二次側コイルとの巻数比に応じて降圧された交流電力が、整流回路で低電圧バッテリLBの充電用の直流電力に変換される。 In this asymmetrical half-bridge LLC converter, part of the DC power from the high-voltage battery HB or the plug-in charger CHG is converted to AC by the ON/OFF operation of the power semiconductor switching elements in the LLC circuit on the primary side. Then, the AC power stepped down according to the turns ratio between the primary coil and the secondary coil in the transformer is converted into DC power for charging the low-voltage battery LB in the rectifier circuit.

なお、DCDCコンバータ21のパワー半導体スイッチング素子にも、プラグイン用充電器CHGと同じく、例えば、IGBTを用いることができる。 For example, an IGBT can be used for the power semiconductor switching element of the DCDC converter 21 as well as the plug-in charger CHG.

インバータユニット23は、ジャンクションボックス19と高電圧バッテリポートHBPとを結ぶ電力経路28に接続されている。インバータユニット23は、車両統合コントローラ5から電源ポートPPを介して供給される電源電圧VCCによって動作する。 The inverter unit 23 is connected to a power path 28 connecting the junction box 19 and the high voltage battery port HBP. The inverter unit 23 operates with the power supply voltage VCC supplied from the vehicle integrated controller 5 through the power supply port PP.

インバータユニット23は、平滑コンデンサ29、パワーモジュール(PM)31、モータコントローラ(MC)33及びドライブ回路(DR)35を有している。 The inverter unit 23 has a smoothing capacitor 29 , a power module (PM) 31 , a motor controller (MC) 33 and a drive circuit (DR) 35 .

平滑コンデンサ29は、ジャンクションボックス19と高電圧バッテリポートHBPとを結ぶ電力経路28を流れる高電圧の直流電力の電流を平滑化する。 The smoothing capacitor 29 smoothes the high-voltage DC power current flowing through the power path 28 connecting the junction box 19 and the high-voltage battery port HBP.

即ち、ジャンクションボックス19と高電圧バッテリポートHBPとを結ぶ電力経路28を流れる高電圧の直流電力には、スイッチングノイズが重畳される。このスイッチングノイズは、プラグイン用充電器CHG又はDCDCコンバータ21のパワー半導体スイッチング素子がオンオフ動作することで発生する。平滑コンデンサ29は、パワー半導体スイッチング素子のスイッチングノイズが重畳された高電圧の直流電力の電流を平滑化する。そして、平滑コンデンサ29は、平滑化した高電圧の直流電力を、DCDCコンバータ21に供給される一部を除いて、UVWの各相に分けてパワーモジュール31に出力する。 That is, switching noise is superimposed on the high-voltage DC power flowing through the power path 28 connecting the junction box 19 and the high-voltage battery port HBP. This switching noise is generated by the ON/OFF operation of the power semiconductor switching element of the plug-in charger CHG or the DCDC converter 21 . The smoothing capacitor 29 smoothes the high-voltage DC power current on which the switching noise of the power semiconductor switching element is superimposed. The smoothing capacitor 29 outputs the smoothed high-voltage DC power to the power module 31 , excluding the part supplied to the DCDC converter 21 , by dividing it into each phase of UVW.

パワーモジュール31は、UVW各相の上アーム及び下アームにパワー半導体スイッチング素子(図示せず)をそれぞれ有する三相交流のインバータ回路である。パワーモジュール31では、各パワー半導体スイッチング素子のオンオフ動作により、平滑コンデンサ29で平滑化された高電圧バッテリHBの直流電力が三相交流電力に変換される。パワー半導体スイッチング素子には、例えば、IGBTを用いることができる。変換された三相交流電力は、推進用モータMのUVWの各相のコイルにそれぞれ供給される。 The power module 31 is a three-phase alternating current inverter circuit having power semiconductor switching elements (not shown) in upper and lower arms of each UVW phase. In the power module 31, the DC power of the high-voltage battery HB smoothed by the smoothing capacitor 29 is converted into three-phase AC power by the ON/OFF operation of each power semiconductor switching element. For example, an IGBT can be used as the power semiconductor switching element. The converted three-phase AC power is supplied to the UVW phase coils of the propulsion motor M, respectively.

モータコントローラ33は、パワーコントロールユニット1内のLANを介して、信号ポートSP及びコントローラ27に接続されている。モータコントローラ33には、信号ポートSPに接続された車両統合コントローラ5からのトルク指令値が入力される。モータコントローラ33は、入力されたトルク指令値に応じたデューティー比のパルス信号を、ドライブ回路35に出力する。 The motor controller 33 is connected to the signal port SP and the controller 27 via the LAN inside the power control unit 1 . A torque command value from the vehicle integrated controller 5 connected to the signal port SP is input to the motor controller 33 . The motor controller 33 outputs a pulse signal having a duty ratio corresponding to the input torque command value to the drive circuit 35 .

ドライブ回路35は、モータコントローラ33から入力されたパルス信号に基づいて制御信号を生成し、パワーモジュール31の各パワー半導体スイッチング素子の制御電極(例えば、IGBTのゲート)に出力する。この制御信号によりドライブ回路35は、パワーモジュール31の各パワー半導体スイッチング素子をオンオフ動作させる。 The drive circuit 35 generates a control signal based on the pulse signal input from the motor controller 33 and outputs the control signal to the control electrode (for example, IGBT gate) of each power semiconductor switching element of the power module 31 . This control signal causes the drive circuit 35 to turn on/off each power semiconductor switching element of the power module 31 .

ドライブ回路35から制御端子に入力される制御信号により、パワーモジュール31の各パワー半導体スイッチング素子は、車両統合コントローラ5からのトルク指令値に応じたトルクを推進用モータMに出力させるパターンでオンオフ動作する。 Control signals input from the drive circuit 35 to the control terminals cause the power semiconductor switching elements of the power module 31 to turn on and off in a pattern that causes the propulsion motor M to output torque corresponding to the torque command value from the vehicle integrated controller 5. do.

なお、インバータユニット23は、直流電力を三相以上の多相交流電力に変換するものであってもよい(その場合のインバータの構成の説明は省略する)。 Note that the inverter unit 23 may convert DC power into multiphase AC power of three or more phases (description of the configuration of the inverter in that case is omitted).

放電回路25は、平滑コンデンサ29の残留電荷を放電させる回路で、例えば、放電抵抗37と不図示の放電スイッチとの直列回路を含む構成とすることができる。この直列回路は、ジャンクションボックス19と高電圧バッテリポートHBPとを結ぶ電力経路28上の、インバータユニット23とジャンクションボックス19との間に設けられる。 The discharge circuit 25 is a circuit for discharging the residual electric charge of the smoothing capacitor 29, and can be configured to include, for example, a series circuit of a discharge resistor 37 and a discharge switch (not shown). This series circuit is provided between inverter unit 23 and junction box 19 on power path 28 connecting junction box 19 and high voltage battery port HBP.

放電抵抗37と放電スイッチとの直列回路は、電力経路28の正極(P極)ライン28Pと負極(N極)ライン28Nとの間に跨がって接続されている。不図示の放電スイッチは、通常はオフ(開放)されている。平滑コンデンサ29の残留電荷を放電回路25で放電させるときには、不図示の放電スイッチが、コントローラ27の制御によってオン(閉成)される。 A series circuit of the discharge resistor 37 and the discharge switch is connected across a positive (P pole) line 28P and a negative (N pole) line 28N of the power path 28 . A discharge switch (not shown) is normally turned off (opened). When the residual charge of the smoothing capacitor 29 is discharged by the discharge circuit 25 , a discharge switch (not shown) is turned on (closed) under the control of the controller 27 .

コントローラ27は、低電圧バッテリLBから低電圧バッテリポートLBPを経て供給される低電圧の直流電力で動作する。コントローラ27は、信号ポートSP及びインバータユニット23のモータコントローラ33の他、DCDCコンバータ21及びプラグイン用充電器CHGにも、パワーコントロールユニット1内のLANを介して接続されている。 The controller 27 operates on low-voltage DC power supplied from the low-voltage battery LB through the low-voltage battery port LBP. The controller 27 is connected to the signal port SP and the motor controller 33 of the inverter unit 23 as well as to the DCDC converter 21 and the plug-in charger CHG via the LAN within the power control unit 1 .

コントローラ27は、急速充電ポートQPに急速充電器QCの充電ケーブル7が接続されて急速充電器QCとの通信が確立すると、ジャンクションボックス19のQCリレーをオンさせる。これにより、急速充電ポートQPと高電圧バッテリポートHBPとが電力経路28を介して接続されて、高電圧バッテリHBの急速充電が可能な状態となる。 The controller 27 turns on the QC relay of the junction box 19 when the charging cable 7 of the quick charger QC is connected to the quick charge port QP and communication with the quick charger QC is established. As a result, the quick charge port QP and the high voltage battery port HBP are connected via the power path 28, and the high voltage battery HB can be rapidly charged.

また、コントローラ27は、商用電源に接続された普通充電用の充電ケーブル11が商用電源ポートCPに接続されて、充電ケーブル11のコントロールボックス17から接続確認の信号を受信すると、ジャンクションボックス19のQCリレーをオフさせる。これにより、急速充電ポートQPが電力経路28から切り離されると共に、プラグイン用充電器CHGと高電圧バッテリポートHBPとが電力経路28を介して接続されて、高電圧バッテリHBの普通充電が可能な状態となる。 When the controller 27 receives a connection confirmation signal from the control box 17 of the charging cable 11 when the charging cable 11 for normal charging connected to the commercial power supply is connected to the commercial power supply port CP, the controller 27 performs QC of the junction box 19 . turn off the relay. As a result, the quick charge port QP is disconnected from the power path 28, and the plug-in charger CHG and the high voltage battery port HBP are connected via the power path 28, enabling normal charging of the high voltage battery HB. state.

なお、高電圧バッテリHBの急速充電及び普通充電のどちらが可能な状態においても、高電圧バッテリHBの充電と並行して、DCDCコンバータ21により変換された低電圧の直流電力による低電圧バッテリLBの充電が可能となる。 It should be noted that even in a state in which either rapid charging or normal charging of the high-voltage battery HB is possible, the low-voltage battery LB is charged with the low-voltage DC power converted by the DCDC converter 21 in parallel with the charging of the high-voltage battery HB. becomes possible.

また、インバータユニット23により三相交流電力に変換された高電圧バッテリHBの高電圧の直流電力で推進用モータMが動作される電動車両の走行時には、コントローラ27は、ジャンクションボックス19のQCリレーをオフさせる。そして、コントローラ27は、インバータユニット23の駆動等を開始させる。 Further, when the electric vehicle runs in which the propulsion motor M is driven by the high voltage DC power of the high voltage battery HB converted into three-phase AC power by the inverter unit 23, the controller 27 operates the QC relay of the junction box 19. turn it off. Then, the controller 27 starts driving the inverter unit 23 and the like.

さらに、コントローラ27は、電動車両の走行時等、ジャンクションボックス19のQCリレーがオフしているときの、プラグイン用充電器CHGの電圧センサによる測定値を、高電圧バッテリHBの端子電圧として取得する。そして、コントローラ27は、取得した高電圧バッテリHBの端子電圧に応じて、普通充電時の充電電流の目標値を決定し、プラグイン用充電器CHGに通知することができる。 Further, the controller 27 acquires the measured value by the voltage sensor of the plug-in charger CHG when the QC relay of the junction box 19 is off, such as when the electric vehicle is running, as the terminal voltage of the high-voltage battery HB. do. Then, the controller 27 can determine the target value of the charging current during normal charging according to the obtained terminal voltage of the high-voltage battery HB, and notify the plug-in charger CHG of the target value.

また、コントローラ27は、取得した高電圧バッテリHBの端子電圧により、インバータユニット23の平滑コンデンサ29の端子間電圧(インバータのDC入力間電圧)を監視する。そして、監視したDC入力間電圧の高さに応じて、プラグイン用充電器CHGの動作を制御する。さらに、コントローラ27は、放電回路25の不図示の放電スイッチのオンオフによる平滑コンデンサ29の蓄積電荷の放電動作を制御する。 The controller 27 also monitors the voltage across the terminals of the smoothing capacitor 29 of the inverter unit 23 (the voltage across the DC input of the inverter) based on the acquired terminal voltage of the high-voltage battery HB. Then, the operation of the plug-in charger CHG is controlled according to the monitored level of the voltage between the DC inputs. Further, the controller 27 controls the discharge operation of the accumulated electric charge of the smoothing capacitor 29 by turning on/off a discharge switch (not shown) of the discharge circuit 25 .

さらに、コントローラ27は、急速充電用又は普通充電用の充電ケーブル7,11の急速充電ポートQP又は商用電源ポートCPに対する接続を検出すると、その旨を、信号ポートSPに接続された車両統合コントローラ5に通知することができる。 Further, when the controller 27 detects connection of the charging cables 7, 11 for quick charging or normal charging to the quick charging port QP or the commercial power supply port CP, the controller 27 notifies the vehicle integrated controller 5 connected to the signal port SP to that effect. can be notified to

なお、パワーコントロールユニット1内のLANは、例えば、CAN(Controller Area Network )等の通信プロトコルを用いる車載ネットワークによって構成することができる。 Note that the LAN in the power control unit 1 can be configured by an in-vehicle network using a communication protocol such as CAN (Controller Area Network).

以上のように構成された本実施形態のパワーコントロールユニット1では、車両統合コントローラ5によりメインリレー3がオンされると、高電圧バッテリHBの高電圧の直流電力がメインリレー3を介して高電圧バッテリポートHBPに入力される。高電圧バッテリポートHBPに入力された高電圧の直流電力の一部はDCDCコンバータ21に供給され、残りは全てインバータユニット23に供給される。 In the power control unit 1 of this embodiment configured as described above, when the main relay 3 is turned on by the vehicle integrated controller 5, the high-voltage DC power of the high-voltage battery HB is transmitted through the main relay 3. Input to battery port HBP. A portion of the high-voltage DC power input to the high-voltage battery port HBP is supplied to the DCDC converter 21 and the rest is all supplied to the inverter unit 23 .

DCDCコンバータ21に供給された高電圧の直流電力は、低電圧の直流電力に変換され、低電圧バッテリLBの充電用電力として低電圧バッテリポートLBPに出力される。インバータユニット23に供給された高電圧の直流電力は、インバータユニット23により三相交流電力に変換され、推進用モータMのUVWの各相のコイルにそれぞれ供給される。三相交流電力が供給された推進用モータMは、車両統合コントローラ5がアクセルの操作量に応じて決定したトルク指令値に応じた速度で回転される。 The high-voltage DC power supplied to the DCDC converter 21 is converted into low-voltage DC power and output to the low-voltage battery port LBP as charging power for the low-voltage battery LB. The high-voltage DC power supplied to the inverter unit 23 is converted into three-phase AC power by the inverter unit 23 and supplied to the UVW phase coils of the propulsion motor M, respectively. The propulsion motor M to which the three-phase AC power is supplied is rotated at a speed corresponding to the torque command value determined by the vehicle integrated controller 5 according to the operation amount of the accelerator.

また、パワーコントロールユニット1では、電動車両の駐車中に、急速充電用の充電ケーブル7の急速充電ポートQPに対する接続をコントローラ27が検出すると、ジャンクションボックス19のQCリレーがコントローラ27によってオンされる。また、コントローラ27から通知された車両統合コントローラ5によりメインリレー3がオンされる。 In the power control unit 1 , when the controller 27 detects connection of the charging cable 7 for quick charging to the quick charging port QP while the electric vehicle is parked, the controller 27 turns on the QC relay of the junction box 19 . Also, the main relay 3 is turned on by the vehicle integrated controller 5 notified from the controller 27 .

QCリレーがONされると、急速充電器QCからの高電圧の直流電力が急速充電ポートQPに入力される。急速充電ポートQPに入力された高電圧の直流電力の一部はDCDCコンバータ21に供給され、残りは全て高電圧バッテリポートHBPに供給される。 When the QC relay is turned on, high voltage DC power from the quick charger QC is input to the quick charge port QP. A portion of the high voltage DC power input to the quick charge port QP is supplied to the DCDC converter 21, and the rest is all supplied to the high voltage battery port HBP.

DCDCコンバータ21に供給された高電圧の直流電力は、低電圧の直流電力に変換され、低電圧バッテリLBの充電用電力として低電圧バッテリポートLBPに出力される。高電圧バッテリポートHBPに供給された高電圧の直流電力は、高電圧バッテリHBの急速充電用の電力として、メインリレー3を介して高電圧バッテリHBに出力される。 The high-voltage DC power supplied to the DCDC converter 21 is converted into low-voltage DC power and output to the low-voltage battery port LBP as charging power for the low-voltage battery LB. The high-voltage DC power supplied to the high-voltage battery port HBP is output to the high-voltage battery HB via the main relay 3 as power for rapid charging of the high-voltage battery HB.

さらに、パワーコントロールユニット1では、電動車両の駐車中に、商用電源に接続された普通充電用の充電ケーブル11の商用電源ポートCPに対する接続をコントローラ27が検出すると、商用電源の交流電力が商用電源ポートCPに入力される。商用電源ポートCPに入力された商用電源の交流電力は、プラグイン用充電器CHGで高電圧の直流電力に変換される。変換された高電圧の直流電力は高電圧バッテリポートHBPに供給される。高電圧バッテリポートHBPに供給された高電圧の直流電力は、高電圧バッテリHBの普通充電用の電力として、メインリレー3を介して高電圧バッテリHBに出力される。 Further, in the power control unit 1, when the controller 27 detects connection of the charging cable 11 for normal charging connected to the commercial power supply to the commercial power supply port CP while the electric vehicle is parked, the AC power of the commercial power supply is switched to the commercial power supply. Input to port CP. The AC power of the commercial power supply input to the commercial power supply port CP is converted into high-voltage DC power by the plug-in charger CHG. The converted high voltage DC power is supplied to the high voltage battery port HBP. The high-voltage DC power supplied to the high-voltage battery port HBP is output to the high-voltage battery HB via the main relay 3 as power for normal charging of the high-voltage battery HB.

上述した本実施形態のパワーコントロールユニット1では、高電圧バッテリHBの直流電力が、インバータユニット23の平滑コンデンサ29及びパワーモジュール31により交流に変換されて、推進用モータMに供給される。図2は高電圧バッテリHBから推進用モータMへの電力供給経路の回路構成を模式的に示す回路図である。 In the power control unit 1 of this embodiment described above, the DC power of the high-voltage battery HB is converted into AC power by the smoothing capacitor 29 and the power module 31 of the inverter unit 23 and supplied to the propulsion motor M. FIG. 2 is a circuit diagram schematically showing the circuit configuration of the power supply path from the high voltage battery HB to the propulsion motor M. As shown in FIG.

図2に示すように、インバータユニット23のパワーモジュール31は、推進用モータMの各相のコイル(図示せず)に対応する上アーム及び下アームのパワー半導体スイッチング素子を有している。本実施形態のパワーモジュール31は、パワー半導体スイッチング素子として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor 、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)Q1~Q6を用いている。 As shown in FIG. 2, the power module 31 of the inverter unit 23 has upper arm and lower arm power semiconductor switching elements corresponding to each phase coil (not shown) of the propulsion motor M. As shown in FIG. The power module 31 of this embodiment uses IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) Q1 to Q6 as power semiconductor switching elements.

各相の上アームのIGBTQ1~Q3と下アームのIGBTQ4~Q6とは、正極(P極)ライン31Pと負極(N極)ライン31Nとの間に推進用モータMへの出力線31U,31V,31Wを挟んで直列に接続されている。正極(P極)ライン31P及び負極(N極)ライン31Nには、メインリレー3、電力経路28の正極(P極)ライン28P及び負極(N極)ライン28N、平滑コンデンサ29を介して、高電圧バッテリHBからの高電圧の直流電力が供給される。 The IGBTs Q1 to Q3 of the upper arm and the IGBTs Q4 to Q6 of the lower arm of each phase are connected between the positive (P pole) line 31P and the negative (N pole) line 31N to output lines 31U, 31V and 31V to the propulsion motor M. 31W are connected in series. The positive (P pole) line 31P and the negative (N pole) line 31N are connected to the main relay 3, the positive (P pole) line 28P and the negative (N pole) line 28N of the electric power path 28, and the smoothing capacitor 29. High voltage DC power is supplied from a voltage battery HB.

なお、図1のブロック図では、平滑コンデンサ29につながるパワーモジュール31の正極(P極)ライン31P及び負極(N極)ライン31Nを、UVWの3相に分けてそれぞれ記載している。しかし、図2の回路図では、UVWの各相の正極(P極)ライン31P及び負極(N極)ライン31Nを、模式的に1本の線でそれぞれ示している。 In the block diagram of FIG. 1, the positive (P-pole) line 31P and the negative (N-pole) line 31N of the power module 31 connected to the smoothing capacitor 29 are shown separately for three phases of UVW. However, in the circuit diagram of FIG. 2, the positive (P pole) line 31P and the negative (N pole) line 31N of each phase of UVW are schematically indicated by one line.

推進用モータMは、インバータユニット23のパワーモジュール31からUVWの各相のコイルに供給される交流電力によって回転する。推進用モータMが回転することで、電動車両が走行する。 The propulsion motor M is rotated by AC power supplied from the power module 31 of the inverter unit 23 to the UVW phase coils. The electric vehicle travels as the propulsion motor M rotates.

推進用モータMの回転中に、例えば、振動等の異常が発生してメインリレー3がオフされると、推進用モータMの回転速度に応じた誘起電圧が推進用モータMに発生する。また、推進用モータMの回転中にメインリレー3がオフされると、推進用モータMの各相のコイルを電流が流れなくなり、各相のコイルを流れていた電流に応じた蓄積エネルギーがコイルから放出される。推進用モータMの回転中にインバータユニット23のパワーモジュール31の動作が異常停止した場合にも、同様の状態が推進用モータMに発生する。 For example, when the main relay 3 is turned off due to an abnormality such as vibration during the rotation of the propulsion motor M, an induced voltage corresponding to the rotational speed of the propulsion motor M is generated in the propulsion motor M. Further, when the main relay 3 is turned off while the propulsion motor M is rotating, the electric current does not flow through the coils of the respective phases of the propulsion motor M, and the stored energy corresponding to the current flowing through the coils of the respective phases is released into the coils. emitted from A similar situation occurs in the propulsion motor M when the operation of the power module 31 of the inverter unit 23 is abnormally stopped while the propulsion motor M is rotating.

例えば、電動車両が最高速度で走行しているときに、異常によりメインリレー3のオフ又はパワーモジュール31の動作停止が起こると、推進用モータMの線間に現れる電圧は、高電圧バッテリHBの端子電圧を大きく超える1000Vにも上昇する可能性がある。 For example, if the main relay 3 is turned off or the operation of the power module 31 is stopped due to an abnormality while the electric vehicle is running at the maximum speed, the voltage appearing between the lines of the propulsion motor M will be the voltage of the high voltage battery HB. It may rise to 1000V, which greatly exceeds the terminal voltage.

異常によるメインリレー3のオフ又はパワーモジュール31の動作停止時に推進用モータMの線間に現れる高電圧は、回生電流の経路上に存在するパワーモジュール31のIGBTQ1~Q6、平滑コンデンサ29に印加される。すると、IGBTQ1~Q6又は平滑コンデンサ29が、耐圧を超える過電圧の印加によって損傷する可能性がある。かと言って、耐圧を上げるために平滑コンデンサ29の容量を増やすのは、平滑コンデンサ29の大型化とコストアップを招くので、現実的ではない。 When the main relay 3 is turned off or the operation of the power module 31 is stopped due to an abnormality, the high voltage appearing between the lines of the propulsion motor M is applied to the IGBTs Q1 to Q6 of the power module 31 and the smoothing capacitor 29 existing on the regenerative current path. be. Then, the IGBTs Q1 to Q6 or the smoothing capacitor 29 may be damaged by the application of overvoltage exceeding the withstand voltage. On the other hand, increasing the capacitance of the smoothing capacitor 29 in order to increase the withstand voltage is not realistic because it causes an increase in the size and cost of the smoothing capacitor 29 .

そこで、本実施形態のパワーコントロールユニット1では、推進用モータMの回転中に動作していないプラグイン用充電器CHGの後述するDCリンク用コンデンサC2を利用して、回転中の異常で推進用モータMに発生した電気エネルギーを吸収する構成とした。 Therefore, in the power control unit 1 of the present embodiment, the DC link capacitor C2, which will be described later, of the plug-in charger CHG, which is not operating while the propulsion motor M is rotating, is used to prevent the propulsion motor M from rotating in the event of an abnormality during rotation. The electric energy generated in the motor M is absorbed.

以下、図2の回路にプラグイン用充電器CHGの要部の回路を追加した図3の模式的な回路図を参照して、回転中の異常により推進用モータMに発生した電気エネルギーを吸収する構成を説明する。 Hereinafter, referring to the schematic circuit diagram of FIG. 3, which is a circuit of the main part of the plug-in charger CHG added to the circuit of FIG. The configuration for

図3に示すように、プラグイン用充電器CHGは、直流電力の昇圧用のDCDCコンバータ39を有している。DCDCコンバータ39は、トランスLと、トランスLの一次側及び二次側にそれぞれ接続した一次側フルブリッジ回路BR1及び二次側フルブリッジ回路BR2とを有している。 As shown in FIG. 3, the plug-in charger CHG has a DCDC converter 39 for boosting DC power. The DCDC converter 39 has a transformer L, and a primary side full bridge circuit BR1 and a secondary side full bridge circuit BR2 connected to the primary side and secondary side of the transformer L, respectively.

一次側フルブリッジ回路BR1は、2つのハーフブリッジを有している。一方のハーフブリッジは、ハイサイド及びローサイドのMOSFETQ11,Q12の直列回路で構成されている。他方のハーフブリッジは、ハイサイド及びローサイドのMOSFETQ13,Q14の直列回路で構成されている。 The primary side full bridge circuit BR1 has two half bridges. One half bridge is composed of a series circuit of high-side and low-side MOSFETs Q11 and Q12. The other half bridge is composed of a series circuit of high-side and low-side MOSFETs Q13 and Q14.

二次側フルブリッジ回路BR2も、一次側フルブリッジ回路BR1と同様に、2つのハーフブリッジを有している。一方のハーフブリッジは、ハイサイド及びローサイドのMOSFETQ15,Q16の直列回路で構成されている。他方のハーフブリッジは、ハイサイド及びローサイドのMOSFETQ17,Q18の直列回路で構成されている。 The secondary side full bridge circuit BR2 also has two half bridges like the primary side full bridge circuit BR1. One half bridge is composed of a series circuit of high-side and low-side MOSFETs Q15 and Q16. The other half bridge consists of a series circuit of high-side and low-side MOSFETs Q17 and Q18.

なお、本実施形態では、一次側フルブリッジ回路BR1及び二次側フルブリッジ回路BR2の各MOSFETQ11~Q18に、いずれもnチャネルのMOSFETを用いている。各MOSFETQ11~Q18は、不図示のゲート駆動回路によってターンオン、ターンオフされる。このゲート駆動回路は、図1のコントローラ27が出力するゲート駆動信号によって駆動される。そして、DCDCコンバータ39の一次側フルブリッジ回路BR1及び二次側フルブリッジ回路BR2にそれぞれ用いたMOSFETQ11~Q18が、請求項中の半導体スイッチング素子に相当している。 In this embodiment, n-channel MOSFETs are used for the MOSFETs Q11 to Q18 of the primary side full bridge circuit BR1 and the secondary side full bridge circuit BR2. Each of the MOSFETs Q11-Q18 is turned on and off by a gate drive circuit (not shown). This gate drive circuit is driven by a gate drive signal output by the controller 27 in FIG. The MOSFETs Q11 to Q18 used in the primary side full bridge circuit BR1 and the secondary side full bridge circuit BR2 of the DCDC converter 39 correspond to semiconductor switching elements in claims.

プラグイン用充電器CHGは、トランスLの一次側に、DCリンク用コンデンサC2と不図示の整流回路とをさらに有している。また、プラグイン用充電器CHGは、トランスLの二次側に、高周波フィルタ41とコンタクタ43とをさらに有している。さらに、プラグイン用充電器CHGは、電圧センサ45を有している。 The plug-in charger CHG further has a DC link capacitor C2 on the primary side of the transformer L and a rectifier circuit (not shown). Further, the plug-in charger CHG further has a high frequency filter 41 and a contactor 43 on the secondary side of the transformer L. As shown in FIG. Furthermore, the plug-in charger CHG has a voltage sensor 45 .

DCリンク用コンデンサC2は、一次側フルブリッジ回路BR1の入力側のハーフブリッジ(MOSFETQ11,Q12の直列回路)に接続されている。不図示の整流回路は、DCリンク用コンデンサC2の入力側に接続されている。整流回路は、商用電源の交流電力を直流に整流するもので、例えば、ダイオードブリッジ回路によって構成することができる。 The DC link capacitor C2 is connected to the half bridge (series circuit of MOSFETs Q11 and Q12) on the input side of the primary side full bridge circuit BR1. A rectifying circuit (not shown) is connected to the input side of the DC link capacitor C2. The rectifier circuit rectifies AC power of a commercial power source into DC power, and can be configured by a diode bridge circuit, for example.

高周波フィルタ41は、二次側フルブリッジ回路BR2の出力側のハーフブリッジ(MOSFETQ17,Q18の直列回路)に接続されている。高周波フィルタ41は、例えば、コイルL3及びコンデンサC3によるT型フィルタ回路によって構成することができる。コンタクタ43は、高周波フィルタ41の出力側に接続されている。コンタクタ43は、高周波フィルタ41(二次側フルブリッジ回路BR2の出力側)とインバータユニット23のパワーモジュール31の入力側とを接続、遮断する。本実施形態では、後述する理由でコンタクタ43が常時オンされているものとする。 The high frequency filter 41 is connected to a half bridge (a series circuit of MOSFETs Q17 and Q18) on the output side of the secondary side full bridge circuit BR2. The high-frequency filter 41 can be configured by, for example, a T-type filter circuit including a coil L3 and a capacitor C3. The contactor 43 is connected to the output side of the high frequency filter 41 . The contactor 43 connects and disconnects the high frequency filter 41 (the output side of the secondary side full bridge circuit BR2) and the input side of the power module 31 of the inverter unit 23 . In this embodiment, it is assumed that the contactor 43 is always turned on for the reason described later.

なお、図1のブロック図では、プラグイン用充電器CHGの出力側が、メインリレー3とインバータユニット23の平滑コンデンサ29との間の電力経路28に接続されている。しかし、図3の回路図では、プラグイン用充電器CHGの出力側を、インバータユニット23の平滑コンデンサ29とパワーモジュール31との間に接続している。プラグイン用充電器CHGの出力側を平滑コンデンサ29とパワーモジュール31との間に接続することで、回転中の異常により推進用モータMに発生した電気エネルギーからの平滑コンデンサ29の保護を、より確実にすることができる。 Note that in the block diagram of FIG. 1 , the output side of the plug-in charger CHG is connected to the power path 28 between the main relay 3 and the smoothing capacitor 29 of the inverter unit 23 . However, in the circuit diagram of FIG. 3 , the output side of the plug-in charger CHG is connected between the smoothing capacitor 29 of the inverter unit 23 and the power module 31 . By connecting the output side of the plug-in charger CHG between the smoothing capacitor 29 and the power module 31, the smoothing capacitor 29 can be more protected from the electric energy generated in the propulsion motor M due to an abnormality during rotation. can be certain.

電圧センサ45は、プラグイン用充電器CHGの出力側を接続した平滑コンデンサ29とパワーモジュール31との間で、パワーモジュール31の正極(P極)ライン31P及び負極(N極)ライン31N間の直流電圧を測定する。即ち、電圧センサ45は、インバータユニット23の入力間電圧を測定する。 The voltage sensor 45 is connected between the smoothing capacitor 29 connected to the output side of the plug-in charger CHG and the power module 31, and between the positive (P pole) line 31P and the negative (N pole) line 31N of the power module 31. Measure the DC voltage. That is, the voltage sensor 45 measures the voltage between the inputs of the inverter unit 23 .

なお、推進用モータMの回転中には、急速充電ポートQPが電力経路28から遮断され、プラグイン用充電器CHGが商用電源の交流電力から変換した直流電力は電力経路28に供給されない。そして、高電圧バッテリポートHBPに高電圧バッテリHBが接続される。 While the propulsion motor M is rotating, the quick charge port QP is cut off from the power path 28, and the DC power converted from the AC power of the commercial power supply by the plug-in charger CHG is not supplied to the power path 28. A high voltage battery HB is connected to the high voltage battery port HBP.

このため、推進用モータMの回転中に電圧センサ45が測定するインバータユニット23の入力間電圧は、メインリレー3及びパワーモジュール31のIGBTQ1~Q6の動作にいずれも異常がなければ、高電圧バッテリHBの端子電圧となる。 Therefore, the input voltage of the inverter unit 23 measured by the voltage sensor 45 during the rotation of the propulsion motor M is the same as that of the high voltage battery if there is no abnormality in the operation of the main relay 3 and the IGBTs Q1 to Q6 of the power module 31. HB terminal voltage.

一方、推進用モータMの回転中に電圧センサ45が測定するインバータユニット23の入力間電圧は、異常によるメインリレー3のオフ又はパワーモジュール31の動作停止が起こると、それにより推進用モータMに発生した異常な高電圧となる。この異常な高電圧は、例えば、推進用モータMの回転速度によっては、高電圧バッテリHBの端子電圧を大きく超える1000Vにも達する。 On the other hand, the input voltage of the inverter unit 23 measured by the voltage sensor 45 during the rotation of the propulsion motor M changes to The generated abnormally high voltage. This abnormally high voltage reaches, for example, 1000V, which greatly exceeds the terminal voltage of the high voltage battery HB, depending on the rotational speed of the propulsion motor M.

このため、推進用モータMの回転中に電圧センサ45が測定するインバータユニット23の入力間電圧を利用して、異常によるメインリレー3のオフ又はパワーモジュール31の動作停止の有無を判定することができる。 Therefore, it is possible to determine whether or not the main relay 3 is turned off or the operation of the power module 31 is stopped due to an abnormality by using the voltage between the inputs of the inverter unit 23 measured by the voltage sensor 45 while the propulsion motor M is rotating. can.

次に、回転中の異常により推進用モータMに発生した電気エネルギーを吸収するために、図1のコントローラ27がプログラムにしたがって実行する制御の手順の一例を、図4のフローチャートを参照して説明する。コントローラ27は、図4のフローチャートに示す手順を、周期的に繰り返し実行する。 Next, an example of a control procedure executed by the controller 27 of FIG. 1 according to a program in order to absorb the electrical energy generated in the propulsion motor M due to an abnormality during rotation will be described with reference to the flowchart of FIG. do. The controller 27 periodically and repeatedly executes the procedure shown in the flowchart of FIG.

まず、コントローラ27は、推進用モータMの回転中に電圧センサ45が測定したインバータユニット23の入力間電圧(DC入力間電圧)が、第1判定値ref1まで上昇したか否かを確認する(ステップS1)。第1判定値ref1は、異常によるメインリレー3のオフ又はパワーモジュール31の動作停止の有無を、推進用モータMの回転中に電圧センサ45が測定したDC入力間電圧で判定するための基準値である。 First, the controller 27 confirms whether or not the input voltage (DC input voltage) of the inverter unit 23 measured by the voltage sensor 45 during rotation of the propulsion motor M has increased to the first determination value ref1 ( step S1). The first judgment value ref1 is a reference value for judging whether the main relay 3 is turned off or the operation of the power module 31 is stopped due to an abnormality, based on the voltage between the DC inputs measured by the voltage sensor 45 while the propulsion motor M is rotating. is.

DC入力間電圧が第1判定値ref1まで上昇していない場合は(ステップS1でNO)、後述するステップS9に処理を移行する。一方、DC入力間電圧が第1判定値ref1まで上昇した場合は(ステップS1でYES)、コントローラ27は、DCDCコンバータ39の二次側フルブリッジ回路BR2の各MOSFETQ15~Q18を駆動させる(ステップS3)。 If the DC input voltage has not risen to the first judgment value ref1 (NO in step S1), the process proceeds to step S9, which will be described later. On the other hand, when the DC input voltage rises to the first judgment value ref1 (YES in step S1), the controller 27 drives the MOSFETs Q15 to Q18 of the secondary side full bridge circuit BR2 of the DCDC converter 39 (step S3 ).

このとき、コントローラ27は、二次側フルブリッジ回路BR2の各ハーフブリッジにおいて、ハイサイド及びローサイドの各MOSFETQ15,Q16、Q17,Q18を、貫通電流の発生防止用のデッドタイムを挟んで交互にそれぞれオンオフさせる。 At this time, the controller 27 alternately controls the high-side and low-side MOSFETs Q15, Q16, Q17, and Q18 in each half bridge of the secondary side full bridge circuit BR2 with a dead time for preventing the generation of through current interposed therebetween. turn off.

なお、一方のハーフブリッジの各MOSFETQ15,Q16を交互にオンオフさせる周期と、他方のハーフブリッジの各MOSFETQ17,Q18を交互にオンオフさせる周期とを、半周期ずらす。したがって、MOSFETQ15,Q18のターンオン期間中にMOSFETQ16,Q17がターンオフ期間となり、MOSFETQ16,Q17のターンオン期間中にMOSFETQ15,Q18がターンオフ期間となる。 The cycle in which the MOSFETs Q15 and Q16 of one half bridge are alternately turned on and off is shifted by half a cycle from the cycle in which the MOSFETs Q17 and Q18 of the other half bridge are alternately turned on and off. Therefore, the MOSFETs Q16 and Q17 are turned off during the turn-on period of the MOSFETs Q15 and Q18, and the MOSFETs Q15 and Q18 are turned off during the turn-on period of the MOSFETs Q16 and Q17.

ここで、推進用モータMの回転中に異常によるメインリレー3のオフ又はパワーモジュール31の動作停止が発生した場合の、プラグイン用充電器CHGの各部の電圧又は信号の状態を、図5のタイミングチャートを参照して説明する。図5では、推進用モータMの回転中に異常によりメインリレー3がオンからオフに切り替わった場合の例を示している。 FIG. 5 shows the voltage or signal state of each part of the plug-in charger CHG when the main relay 3 is turned off or the operation of the power module 31 is stopped due to an abnormality while the propulsion motor M is rotating. Description will be made with reference to the timing chart. FIG. 5 shows an example in which the main relay 3 is switched from ON to OFF due to an abnormality while the propulsion motor M is rotating.

図5(a)のタイミングチャートは、メインリレー3のオンオフ状態に応じた図1の高電圧バッテリポートHBPの電圧レベルを示している。図5の例では、メインリレー3がオンのときに高電圧バッテリポートHBPの電圧レベルがONレベルとなり、メインリレー3がオフのときに高電圧バッテリポートHBPの電圧レベルがOFFレベルとなる。 The timing chart of FIG. 5(a) shows the voltage level of the high voltage battery port HBP of FIG. In the example of FIG. 5, the voltage level of the high voltage battery port HBP is ON level when the main relay 3 is ON, and the voltage level of the high voltage battery port HBP is OFF level when the main relay 3 is OFF.

推進用モータMの回転中にメインリレー3がオフになると、図5(b)のタイミングチャートに示すように、推進用モータMの回転中に電圧センサ45が測定するDC入力間電圧が、高電圧バッテリHBの端子電圧から上昇し始める。そして、DC入力間電圧が第1判定値ref1(過電圧しきい値)に上昇すると、コントローラ27によるメインリレー3又はパワーモジュール31の異常発生の判定結果が、図5(c)のタイミングチャートに示すように、正常から異常に切り替わる。 When the main relay 3 is turned off while the propulsion motor M is rotating, the DC input voltage measured by the voltage sensor 45 while the propulsion motor M is rotating becomes high, as shown in the timing chart of FIG. The voltage at the terminals of the voltage battery HB begins to rise. Then, when the voltage between the DC inputs rises to the first judgment value ref1 (overvoltage threshold), the judgment result of the main relay 3 or the power module 31 by the controller 27 is shown in the timing chart of FIG. 5(c). so that it switches from normal to abnormal.

このとき、コンタクタ43は、図5(d)のタイミングチャートに示すように、コントローラ27の判定結果が正常から異常に切り替わる前後を通してオンの状態を継続している。そして、コントローラ27の判定結果が正常から異常に切り替わると、コントローラ27が、図5(e)のタイミングチャートに示すように、二次側フルブリッジ回路BR2の各MOSFETQ15~Q18のゲート駆動回路に対してゲート駆動信号を出力する。 At this time, as shown in the timing chart of FIG. 5(d), the contactor 43 continues to be on before and after the determination result of the controller 27 is switched from normal to abnormal. Then, when the determination result of the controller 27 switches from normal to abnormal, the controller 27, as shown in the timing chart of FIG. output the gate drive signal.

図5(e)のゲート駆動信号は、時間及び大きさが同じ+側のパルスと-側のパルスとが交互に発生するデューティー比50%の交流信号である。なお、回転中の異常で推進用モータMに発生した電気エネルギーをDCリンク用コンデンサC2に吸収させる際に、DCリンク用コンデンサC2の端子間電圧が低い状態であると、DCリンク用コンデンサC2に突入電流が流れてしまう。そこで、図5(e)のゲート駆動信号のデューティー比を50%よりも低い値から徐々に50%に近付けるようにしてもよい。 The gate drive signal in FIG. 5(e) is an AC signal with a duty ratio of 50% in which +side pulses and -side pulses of the same time and magnitude are alternately generated. When the electric energy generated in the propulsion motor M due to an abnormality during rotation is absorbed by the DC link capacitor C2, if the voltage across the terminals of the DC link capacitor C2 is low, the DC link capacitor C2 An inrush current will flow. Therefore, the duty ratio of the gate drive signal in FIG. 5(e) may be gradually brought closer to 50% from a value lower than 50%.

ゲート駆動信号の+側のパルスは、MOSFETQ15,Q18をターンオンさせ、MOSFETQ16,Q17をターンオフさせる信号成分である。また、ゲート駆動信号の-側のパルスは、MOSFETQ16,Q17をターンオンさせ、MOSFETQ15,Q18をターンオフさせる信号成分である。 The plus side pulse of the gate drive signal is a signal component that turns on the MOSFETs Q15 and Q18 and turns off the MOSFETs Q16 and Q17. The minus side pulse of the gate drive signal is a signal component that turns on the MOSFETs Q16 and Q17 and turns off the MOSFETs Q15 and Q18.

ゲート駆動信号の+側のパルスと-側のパルスとの間には、両パルスと比べて僅かな期間のデッドタイム成分を設けている。デッドタイム成分は、同じハーフブリッジ上のハイサイドとローサイドの両MOSFETQ15,Q16、Q17,Q18が同時にターンオンして貫通電流が流れるのを防ぐ。 Between the + side pulse and the - side pulse of the gate drive signal, there is provided a dead time component of a short period compared to both pulses. The dead-time component prevents both high-side and low-side MOSFETs Q15, Q16, Q17, Q18 on the same half-bridge from turning on at the same time and allowing shoot-through current to flow.

ここで、図5(d)中に破線で示すように、コントローラ27の判定結果が正常から異常に切り替わったらコンタクタ43をオフからオンに切り替えるようにすると、コンタクタ43のオン後に出力される図5(e)のゲート駆動信号の出力開始が遅くなる。このため、本実施形態では、ゲート駆動信号の出力開始の遅れを極力小さくするために、図5(d)中に実線で示すように、コントローラ27の判定結果が正常から異常に切り替わる前後を通してコンタクタ43をオンさせている。 Here, as shown by the dashed line in FIG. 5(d), if the contactor 43 is switched from OFF to ON when the determination result of the controller 27 switches from normal to abnormal, the output of FIG. (e) The start of output of the gate drive signal is delayed. For this reason, in the present embodiment, in order to minimize the delay in starting the output of the gate drive signal, as shown by the solid line in FIG. 43 is turned on.

図5(e)のゲート駆動信号で二次側フルブリッジ回路BR2の各MOSFETQ15~Q18をターンオン、ターンオフさせると、トランスLの二次側コイルを流れる電流に変化が生じ、二次側コイルに誘導起電力が発生する。この誘導起電力は、図5(f)のタイミングチャートに示すように、図5(e)のゲート駆動信号に対応するパターンで変化する。 When the MOSFETs Q15 to Q18 of the secondary side full bridge circuit BR2 are turned on and off with the gate drive signal shown in FIG. An electromotive force is generated. This induced electromotive force changes in a pattern corresponding to the gate drive signal of FIG. 5(e), as shown in the timing chart of FIG. 5(f).

また、トランスLの二次側コイルを流れる電流で生じた磁束により、トランスLの一次側コイルにも電流が流れる。この電流も、二次側コイルを流れる電流と同じパターンで変化し、一次側コイルに誘導起電力が発生する。この誘導起電力は、図5(g)のタイミングチャートに示すように、図5(e)のゲート駆動信号及び図5(f)の二次側コイルに発生する誘導起電力に対応するパターンで変化する。 In addition, due to the magnetic flux generated by the current flowing through the secondary coil of the transformer L, the current also flows through the primary coil of the transformer L. This current also changes in the same pattern as the current flowing through the secondary coil, and an induced electromotive force is generated in the primary coil. This induced electromotive force, as shown in the timing chart of FIG. 5(g), has a pattern corresponding to the gate drive signal of FIG. Change.

トランスLの一次側コイルに発生した図5(g)の誘導起電力は、全てターンオフ状態のMOSFETQ11~Q14の寄生ダイオードによって一次側フルブリッジ回路BR1に構成されるダイオードブリッジ回路で全波整流される。したがって、一次側フルブリッジ回路BR1に接続されたDCリンク用コンデンサC2の端子間電圧は、図5(h)のタイミングチャートに示すように、一次側コイルに図5(g)の誘導起電力が発生した時点から徐々に上昇する。 The induced electromotive force of FIG. 5(g) generated in the primary side coil of the transformer L is full-wave rectified by the diode bridge circuit formed in the primary side full bridge circuit BR1 by the parasitic diodes of the MOSFETs Q11 to Q14 which are all turned off. . Therefore, as shown in the timing chart of FIG. 5(h), the voltage across the terminals of the DC link capacitor C2 connected to the primary side full bridge circuit BR1 is induced by the induced electromotive force of FIG. Gradually increases from the point of occurrence.

但し、DCリンク用コンデンサC2の端子間電圧は、DCリンク用コンデンサC2の蓄積電荷がDCリンク用コンデンサC2の容量に近づくにつれて飽和する。DCリンク用コンデンサC2の端子間電圧が飽和により上昇しなくなると、DCリンク用コンデンサC2に新たな電荷が蓄積されにくくなる。 However, the voltage across the terminals of the DC link capacitor C2 is saturated as the charge stored in the DC link capacitor C2 approaches the capacity of the DC link capacitor C2. When the voltage across the terminals of the DC link capacitor C2 does not rise due to saturation, it becomes difficult for new charges to accumulate in the DC link capacitor C2.

そこで、図4に示すように、コントローラ27は、DCリンク用コンデンサC2の端子間電圧の上昇率が、第2判定値ref2を下回ったか否かを確認する(ステップS5)。第2判定値ref2は、新たな電荷が蓄積されにくい飽和状態にDCリンク用コンデンサC2が至ったか否かを、DCリンク用コンデンサC2の端子間電圧の上昇率で判定するための基準値である。なお、DCリンク用コンデンサC2の端子間電圧の上昇率は、DCリンク用コンデンサC2の端子間電圧の実測値の変化、トランスLの一次側コイルの漏れ磁束の変化等、任意の方法でコントローラ27に取得させることができる。 Therefore, as shown in FIG. 4, the controller 27 confirms whether or not the rate of increase of the inter-terminal voltage of the DC link capacitor C2 has fallen below the second judgment value ref2 (step S5). The second judgment value ref2 is a reference value for judging whether or not the DC link capacitor C2 has reached a saturation state in which it is difficult to accumulate new charges, based on the rate of increase in the voltage across the terminals of the DC link capacitor C2. . The increase rate of the voltage between the terminals of the DC link capacitor C2 can be determined by any method such as a change in the measured voltage between the terminals of the DC link capacitor C2, a change in the leakage magnetic flux of the primary coil of the transformer L, or the like. can be obtained by

DCリンク用コンデンサC2の端子間電圧の上昇率が第2判定値ref2を下回っていない場合は(ステップS5でNO)、一連の処理を終了する。一方、上昇率が第2判定値ref2を下回った場合は(ステップS5でYES)、コントローラ27は、一次側フルブリッジ回路BR1の各MOSFETQ11~Q14を駆動させた後(ステップS7)、一連の処理を終了する。 If the rate of increase of the voltage across the terminals of the DC link capacitor C2 has not fallen below the second judgment value ref2 (NO in step S5), the series of processes is terminated. On the other hand, when the rate of increase is less than the second judgment value ref2 (YES in step S5), the controller 27 drives the MOSFETs Q11 to Q14 of the primary side full bridge circuit BR1 (step S7), and then performs a series of processes. exit.

このとき、コントローラ27は、一次側フルブリッジ回路BR1の各ハーフブリッジにおいて、ハイサイド及びローサイドの各MOSFETQ11,Q12、Q13,Q14を、貫通電流の発生防止用のデッドタイムを挟んで交互にそれぞれオンオフさせる。 At this time, the controller 27 alternately turns on and off the high-side and low-side MOSFETs Q11, Q12, Q13, and Q14 in each half bridge of the primary side full bridge circuit BR1 with a dead time for preventing the generation of through current interposed therebetween. Let

なお、一方のハーフブリッジの各MOSFETQ11,Q12を交互にオンオフさせる周期と、他方のハーフブリッジの各MOSFETQ13,Q14を交互にオンオフさせる周期とを、半周期ずらす。したがって、MOSFETQ11,Q14のターンオン期間中にMOSFETQ12,Q13がターンオフ期間となり、MOSFETQ12,Q13のターンオン期間中にMOSFETQ11,Q14がターンオフ期間となる。 The cycle in which the MOSFETs Q11 and Q12 of one half bridge are alternately turned on and off is shifted by half a cycle from the cycle in which the MOSFETs Q13 and Q14 of the other half bridge are alternately turned on and off. Therefore, the MOSFETs Q12 and Q13 are turned off during the turn-on period of the MOSFETs Q11 and Q14, and the MOSFETs Q11 and Q14 are turned off during the turn-on period of the MOSFETs Q12 and Q13.

また、コントローラ27は、一次側フルブリッジ回路BR1が昇圧回路として動作するパターンで、一次側フルブリッジ回路BR1の各MOSFETQ11~Q14を駆動させる。一次側フルブリッジ回路BR1を昇圧回路として動作させると、一次側フルブリッジ回路BR1の入力電圧(トランスLの一次側コイルの端子間電圧)に対して出力電圧(DCリンク用コンデンサC2の端子間電圧)が昇圧されることになる。 Further, the controller 27 drives the MOSFETs Q11 to Q14 of the primary side full bridge circuit BR1 in a pattern in which the primary side full bridge circuit BR1 operates as a booster circuit. When the primary side full bridge circuit BR1 is operated as a booster circuit, the output voltage (the voltage between the terminals of the DC link capacitor C2) is ) will be boosted.

なお、一次側フルブリッジ回路BR1は、例えば、トランジスタとして使用するMOSFETQ11~Q14と寄生ダイオードとして使用するMOSFETQ11~Q14との組み合わせを選ぶことで、昇圧回路として動作させることができる。また、各MOSFETQ11~Q14のターンオン期間を徐々に変化させることでも、昇圧回路として一次側フルブリッジ回路BR1を動作させることができる。 The primary side full bridge circuit BR1 can be operated as a booster circuit by selecting a combination of MOSFETs Q11 to Q14 used as transistors and MOSFETs Q11 to Q14 used as parasitic diodes. Also, by gradually changing the turn-on period of each of the MOSFETs Q11 to Q14, the primary side full bridge circuit BR1 can be operated as a booster circuit.

そこで、コントローラ27は、昇圧回路として一次側フルブリッジ回路BR1を動作させるパターンのゲート駆動信号を各MOSFETQ11~Q14のゲート駆動回路に対して出力して、各MOSFETQ11~Q14を駆動させる。図5(i)のタイミングチャートには、各MOSFETQ11~Q14のターンオン期間を徐々に変化させるパターンのゲート駆動信号を示している。 Therefore, the controller 27 outputs a gate drive signal having a pattern to operate the primary side full bridge circuit BR1 as a booster circuit to the gate drive circuits of the MOSFETs Q11 to Q14 to drive the MOSFETs Q11 to Q14. The timing chart of FIG. 5(i) shows the gate drive signal pattern for gradually changing the turn-on period of each of the MOSFETs Q11 to Q14.

DCリンク用コンデンサC2の飽和をコントローラ27が検出したら、例えば、図5(i)のゲート駆動信号をコントローラ27が出力することで、図5(h)に示すように、飽和したDCリンク用コンデンサC2の端子間電圧を再び上昇させることができる。これにより、DCリンク用コンデンサC2に対する電荷の蓄積を継続させることができる。 When the controller 27 detects the saturation of the DC link capacitor C2, for example, the controller 27 outputs the gate drive signal shown in FIG. The voltage across C2 can be raised again. As a result, the charge accumulation in the DC link capacitor C2 can be continued.

また、DC入力間電圧が第1判定値ref1まで上昇していない場合(NO)に進むステップS9では、コントローラ27は、一次側フルブリッジ回路BR1及び二次側フルブリッジ回路BR2の駆動中の各MOSFETQ11~Q18を停止させる。そして、一連の処理を終了する。 Further, in step S9, which proceeds when the DC input voltage has not risen to the first judgment value ref1 (NO), the controller 27 controls each of the primary side full bridge circuit BR1 and the secondary side full bridge circuit BR2 during driving. Stop the MOSFETs Q11 to Q18. Then, the series of processing ends.

なお、推進用モータMの回転が停止した後の自然放電で、DCリンク用コンデンサC2に蓄積された電荷は、例えば、推進用モータMの回転が停止した後の自然放電で放電させることができる。 The charge accumulated in the DC link capacitor C2 by natural discharge after the rotation of the propulsion motor M is stopped can be discharged, for example, by natural discharge after the rotation of the propulsion motor M is stopped. .

このように、本実施形態では、回転中の異常発生で推進用モータMに異常な電気エネルギーが発生したら、パワーモジュール31の入力側をプラグイン用充電器CHGのDCリンク用コンデンサC2に接続する電気回路をコントローラ27が形成するようにした。 Thus, in this embodiment, when abnormal electrical energy is generated in the propulsion motor M due to an abnormality during rotation, the input side of the power module 31 is connected to the DC link capacitor C2 of the plug-in charger CHG. An electric circuit is formed by the controller 27 .

即ち、推進用モータMの回転中にメインリレー3のオフ又はパワーモジュール31の動作停止が発生すると、パワーモジュール31の入力側がプラグイン用充電器CHGのDCDCコンバータ39を介してDCリンク用コンデンサC2に接続される。そして、推進用モータMの回転中の異常で推進用モータMに発生した電気エネルギーが、プラグイン用充電器CHGのDCリンク用コンデンサC2に電荷として蓄積される。 That is, when the main relay 3 is turned off or the operation of the power module 31 is stopped while the propulsion motor M is rotating, the input side of the power module 31 is connected to the DC link capacitor C2 via the DCDC converter 39 of the plug-in charger CHG. connected to Electric energy generated in the propulsion motor M due to an abnormality during rotation of the propulsion motor M is stored as electric charge in the DC link capacitor C2 of the plug-in charger CHG.

このため、平滑コンデンサ29の容量を増やさなくても、回転中の異常発生で推進用モータMに発生した電気エネルギーにより、平滑コンデンサ29又はパワーモジュール31のIGBTQ1~Q6に異常な高電圧が印加されるのを、防止することができる。 Therefore, even if the capacity of the smoothing capacitor 29 is not increased, an abnormally high voltage is applied to the smoothing capacitor 29 or the IGBTs Q1 to Q6 of the power module 31 by the electrical energy generated in the propulsion motor M due to the occurrence of an abnormality during rotation. can be prevented.

なお、パワーモジュール31の入力側への接続により上昇したDCリンク用コンデンサC2の端子間電圧が飽和したら、DCリンク用コンデンサC2に印加される直流電圧を一次側フルブリッジ回路BR1で昇圧させる構成は、省略してもよい。しかし、この構成を採用すれば、回転中の異常発生で推進用モータMに発生した電気エネルギーを、より多くDCリンク用コンデンサC2に吸収させることができる。 When the voltage across the terminals of the DC link capacitor C2, which rises due to the connection to the input side of the power module 31, saturates, the DC voltage applied to the DC link capacitor C2 is boosted by the primary side full bridge circuit BR1. , can be omitted. However, if this configuration is adopted, it is possible to allow the DC link capacitor C2 to absorb more electric energy generated in the propulsion motor M due to an abnormality occurring during rotation.

また、パワーモジュール31の入力側をDCリンク用コンデンサC2に接続する電気回路をプラグイン用充電器CHGに形成する際の、DCDCコンバータ39の各MOSFETQ11~Q18の駆動パターンは、本実施形態の説明と異なるパターンでもよい。 Further, the drive pattern of each of the MOSFETs Q11 to Q18 of the DCDC converter 39 when an electric circuit connecting the input side of the power module 31 to the DC link capacitor C2 is formed in the plug-in charger CHG is explained in this embodiment. It may be a different pattern.

さらに、推進用モータMの回転中に異常によりメインリレー3がオフした場合は、そのことをコントローラ27が検出したときに、図4のステップS3以降の処理と並行して、パワーモジュール31のゼロトルク駆動をコントローラ27に実行させてもよい。 Furthermore, when the main relay 3 is turned off due to an abnormality during the rotation of the propulsion motor M, when the controller 27 detects this, in parallel with the processing from step S3 in FIG. Driving may be performed by the controller 27 .

その場合、パワーモジュール31がゼロトルク駆動され始めると、回転中の異常で推進用モータMに発生した電気エネルギーは、IGBTQ1~Q6のスイッチング損失で吸収できるようになる。このため、DCリンク用コンデンサC2に電荷として蓄積される電気エネルギーは、推進用モータMの回転中に異常によりメインリレー3がオフしてからパワーモジュール31がゼロトルク駆動され始めるまでのタイムラグの間に推進用モータMに発生した、電気エネルギーの突入成分程度となる。 In that case, when the power module 31 starts to be driven with zero torque, the electrical energy generated in the propulsion motor M due to an abnormality during rotation can be absorbed by the switching losses of the IGBTs Q1 to Q6. Therefore, the electric energy stored as electric charge in the DC link capacitor C2 is accumulated during the time lag from when the main relay 3 is turned off due to an abnormality during the rotation of the propulsion motor M to when the power module 31 starts to be driven to zero torque. It is about the inrush component of the electrical energy generated in the propulsion motor M.

したがって、例えば、推進用モータMの回転が停止した後の自然放電で、DCリンク用コンデンサC2に蓄積された電荷の全てを十分に放電させることができる。 Therefore, for example, the electric charge accumulated in the DC link capacitor C2 can be sufficiently discharged by natural discharge after the rotation of the propulsion motor M has stopped.

さらに、本発明は、交流の回転機の停止中にDCDCコンバータを有するプラグイン用充電器により普通充電できる高電圧バッテリの直流電力を、インバータにより交流に変換して回転機に供給する場合に、広く適用することができる。 Furthermore, the present invention is applicable when the DC power of a high-voltage battery, which can be normally charged by a plug-in charger having a DCDC converter while the AC rotating machine is stopped, is converted into AC power by an inverter and supplied to the rotating machine. Can be widely applied.

本発明は、直流電源と交流の回転機との間で電力を変換するインバータにおいて利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in an inverter that converts power between a DC power supply and an AC rotating machine.

1 パワーコントロールユニット
3 メインリレー(M/R、コンタクタ)
5 車両統合コントローラ
7 急速充電器の充電ケーブル
9 コネクタ
11 普通充電用の充電ケーブル
13 コネクタ
15 プラグ
17 コントロールボックス
19 ジャンクションボックス(J/B)
21 DCDCコンバータ
23 インバータユニット
25 放電回路
27 コントローラ
28 電力経路
28N 電力経路の負極(N極)ライン
28P 電力経路の正極(P極)ライン
29 平滑コンデンサ
31 パワーモジュール(インバータ)
31N パワーモジュールの負極(N極)ライン
31P パワーモジュールの正極(P極)ライン
31U,31V,31W パワーモジュールの出力線
33 モータコントローラ
35 ドライブ回路
37 放電抵抗
39 プラグイン用充電器のDCDCコンバータ
41 高周波フィルタ
43 コンタクタ
45 電圧センサ
ACC 補機
BR1 一次側フルブリッジ回路
BR2 二次側フルブリッジ回路
C2 DCリンク用コンデンサ
C3 高周波フィルタのコンデンサ
CHG プラグイン用充電器
CP 商用電源ポート
HB 高電圧バッテリ
HBP 高電圧バッテリポート
L トランス
L3 高周波フィルタのコイル
LB 低電圧バッテリ
LBP 低電圧バッテリポート
M 推進用モータ(回転機)
PP 電源ポート
Q1~Q6 IGBT
Q11~Q18 MOSFET(半導体スイッチング素子)
QC 急速充電器
QP 急速充電ポート
ref1 第1判定値(インバータの過電圧状態の判定値)
ref2 第2判定値(DCリンク用コンデンサの飽和状態の判定値)
SP 信号ポート
VCC 電源電圧
1 Power control unit 3 Main relay (M/R, contactor)
5 vehicle integrated controller 7 charging cable for quick charger 9 connector 11 charging cable for normal charging 13 connector 15 plug 17 control box 19 junction box (J/B)
21 DCDC converter 23 inverter unit 25 discharge circuit 27 controller 28 power path 28N negative (N) line of power path 28P positive (P) line of power path 29 smoothing capacitor 31 power module (inverter)
31N Negative pole (N pole) line of power module 31P Positive pole (P pole) line of power module 31U, 31V, 31W Output line of power module 33 Motor controller 35 Drive circuit 37 Discharge resistor 39 DCDC converter of plug-in charger 41 High frequency Filter 43 Contactor 45 Voltage sensor ACC Auxiliary device BR1 Primary side full bridge circuit BR2 Secondary side full bridge circuit C2 DC link capacitor C3 High frequency filter capacitor CHG Plug-in charger CP Commercial power port HB High voltage battery HBP High voltage battery Port L Transformer L3 High frequency filter coil LB Low voltage battery LBP Low voltage battery port M Propulsion motor (rotating machine)
PP Power supply port Q1 to Q6 IGBT
Q11 to Q18 MOSFET (semiconductor switching element)
QC Quick charger QP Quick charge port ref1 First judgment value (judgment value of inverter overvoltage state)
ref2 Second judgment value (judgment value of saturated state of DC link capacitor)
SP Signal port VCC Power supply voltage

Claims (3)

高電圧バッテリ(HB)の直流電力を交流に変換して回転機(M)に供給するインバータ(31)の入力側に、前記高電圧バッテリ(HB)と並列に出力側が接続されたDCDCコンバータ(39)と、
前記DCDCコンバータ(39)の入力側に接続されたDCリンク用コンデンサ(C2)と、
前記インバータ(31)の入力間電圧を検出するセンサ(45)と、
前記センサ(45)の検出電圧が、前記インバータ(31)の過電圧状態の判定値(ref1)以上であるときに、前記DCDCコンバータ(39)の動作を制御して、前記インバータ(31)の入力側と前記DCリンク用コンデンサ(C2)とを接続する電気回路を前記DCDCコンバータ(39)上に形成するコントローラ(27)と、
を備え
前記DCDCコンバータ(39)は、前記DCリンク用コンデンサ(C2)が一次側に接続されるトランス(L)の二次側に接続した二次側フルブリッジ回路(BR2)を出力側に有する絶縁型DCDCコンバータであり、
前記コントローラ(27)は、前記二次側フルブリッジ回路(BR2)の各ハーフブリッジ間で半周期ずらして、各ハーフブリッジのハイサイド及びローサイドの各半導体スイッチング素子(Q15~Q18)をデッドタイムを挟んで交互にオンオフさせて、前記DCDCコンバータ(39)上に前記電気回路を形成し、
前記DCDCコンバータ(39)は、前記トランス(L)の一次側に接続した一次側フルブリッジ回路(BR1)を入力側に有しており、前記コントローラ(27)は、前記一次側フルブリッジ回路(BR1)が、入力電圧に対して出力電圧が昇圧される昇圧回路として動作するパターンで、前記一次側フルブリッジ回路(BR1)の各ハーフブリッジのハイサイド及びローサイドの各半導体スイッチング素子(Q11~Q14)をそれぞれオンオフさせる、
インバータ保護装置。
A DCDC converter (a DCDC converter ( 39) and
a DC link capacitor (C2) connected to the input side of the DCDC converter (39);
a sensor (45) for detecting a voltage between inputs of the inverter (31);
When the detected voltage of the sensor (45) is equal to or higher than the judgment value (ref1) of the overvoltage state of the inverter (31), the operation of the DCDC converter (39) is controlled to control the input of the inverter (31). a controller (27) forming an electric circuit on the DCDC converter (39) connecting the side and the DC link capacitor (C2);
with
The DCDC converter (39) is an isolated type having, on the output side, a secondary side full bridge circuit (BR2) connected to the secondary side of a transformer (L) to which the DC link capacitor (C2) is connected to the primary side. a DCDC converter,
The controller (27) sets a dead time for each semiconductor switching element (Q15 to Q18) on the high side and low side of each half bridge by shifting half a period between the half bridges of the secondary side full bridge circuit (BR2). sandwiching and alternately turning on and off to form the electric circuit on the DCDC converter (39),
The DCDC converter (39) has, on the input side, a primary side full bridge circuit (BR1) connected to the primary side of the transformer (L), and the controller (27) controls the primary side full bridge circuit ( BR1) operates as a booster circuit in which the output voltage is boosted with respect to the input voltage, and the high-side and low-side semiconductor switching elements (Q11 to Q14) of each half bridge of the primary side full bridge circuit (BR1) ) on and off respectively,
Inverter protection device.
前記コントローラ(27)は、前記一次側フルブリッジ回路(BR1)の各ハーフブリッジ間で位相を半周期ずらし、オンデューティーの割合を次第に増加させて、各ハーフブリッジのハイサイド及びローサイドの各半導体スイッチング素子(Q11~Q14)をデッドタイムを挟んで交互にオンオフさせる請求項1記載のインバータ保護装置。 The controller (27) shifts the phase between the half bridges of the primary side full bridge circuit (BR1) by half a cycle, gradually increases the on-duty ratio, and performs high-side and low-side semiconductor switching of each half bridge. 2. The inverter protection device according to claim 1, wherein the elements (Q11 to Q14) are alternately turned on and off with dead time intervening . 前記コントローラ(27)は、前記DCリンク用コンデンサ(C2)の両端間電圧の上昇率が該DCリンク用コンデンサ(C2)の飽和状態の判定値(Ref2)未満であるときに、前記一次側フルブリッジ回路(BR1)の各ハーフブリッジのハイサイド及びローサイドの各半導体スイッチング素子(Q11~Q14)を前記パターンでそれぞれオンオフさせる請求項1又は2記載のインバータ保護装置。 The controller (27) controls the primary side full when the rate of increase of the voltage across the DC link capacitor (C2) is less than a saturation state determination value (Ref2) of the DC link capacitor (C2). 3. The inverter protection device according to claim 1 , wherein the high-side and low-side semiconductor switching elements (Q11 to Q14) of each half bridge of the bridge circuit (BR1) are turned on and off according to the pattern .
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