WO2007064020A1 - 電気自動車用dc-dcコンバータ - Google Patents

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WO2007064020A1
WO2007064020A1 PCT/JP2006/324314 JP2006324314W WO2007064020A1 WO 2007064020 A1 WO2007064020 A1 WO 2007064020A1 JP 2006324314 W JP2006324314 W JP 2006324314W WO 2007064020 A1 WO2007064020 A1 WO 2007064020A1
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switching element
converter
diode
electric vehicle
boosting
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PCT/JP2006/324314
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Inventor
Natsuki Nozawa
Shuichi Iwata
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007Plural converter units in cascade
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices

Definitions

  • the present invention relates to a DC-DC converter for an electric vehicle that is interposed between a power storage device and a travel motor in the electric vehicle.
  • a hybrid vehicle includes, in addition to a conventional engine, a battery, an inverter that converts the DC power of the battery into AC power, and a traveling motor that is driven by the AC current converted by the inverter.
  • DC-DC converter As one form of the above-described hybrid vehicle, one having a DC-DC converter between a battery and an inverter is known (for example, see International Publication No. 2003 No. 01 5254 Pamphlet IV).
  • This DC-DC converter boosts the power of the battery and supplies it to the inverter when the driving motor is running, and reduces the regenerative power from the inverter during the regenerative operation of the driving motor. Charge the battery.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional DC-DC converter for an electric vehicle.
  • the DC-DC converter 20 'for electric vehicles consists of the upper arm IGBT (Insulated-gate bipolar transistor) Q 1 1 to Q 1 4, the lower IMG TQ 2 1' to Q 24 ', It consists of a chopper circuit including diodes D 1 1 'to D 14' on the upper arm, diodes D 2 1 'to D 24, on the lower arm, and a reactor L 1'. From the standpoint of reducing the amount of heat generated per element, multiple (four in Fig. 8) I GBTs are connected in parallel and multiple (four in Fig. 8) diodes are connected in parallel in each of the upper and lower arms. .
  • IGBT Insulated-gate bipolar transistor
  • Patent No. 3692993 describes a method for controlling a DC_DC converter, which is based on the loss characteristics of a DC-DC converter, depending on the required output of the load.
  • a device for setting a switching frequency of a switching element is disclosed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-70889 discloses an inverter circuit in which a plurality of arms each having a plurality of switching elements connected in parallel to each other are connected to a pledge. .
  • a sensed IGBT is used as a lower arm of a three-phase full-bridge circuit, and between its collector and main emitter and It is disclosed that two diodes are connected in parallel between the collector and the sense emitter.
  • the present invention provides a DC-DC converter for an electric vehicle that is cost-effective.
  • a DC-DC converter for an electric vehicle is interposed between a power storage device of an electric vehicle and a traveling motor.
  • a traveling motor When the traveling motor is operated in a row, a rear, a boosting switching element, and a boosting device are provided.
  • An electric vehicle that boosts the electric power of the power storage device using a diode and reduces the regenerative power using a rear titler, a step-down switching element, and a step-down diode during the regenerative operation of the traveling motor.
  • the allowable current amount of the step-up switching element is larger than the allowable current amount of the step-down switching element.
  • the switching element for boosting is formed by connecting a plurality of switching elements in parallel, and the number of switching elements connected in parallel is such that the switching element for boosting is the switching switch for boosting. More than elements.
  • the plurality of switching elements constituting the step-up switching element and the step-down switching element are substantially the same.
  • the heat dissipation efficiency of the step-up switching element is higher than the heat dissipation efficiency of the step-down switching element.
  • an element area of the step-up switching element is larger than an element area of the step-down switching element.
  • the heat resistance of the step-up switching element is higher than the heat resistance of the step-down switching element.
  • energization to the step-up switching element is substantially prohibited, and the step-down switching element
  • control means for substantially prohibiting energization to the step-down switching element is provided, and the step-up-side upper limit temperature is higher than the step-down-side upper limit temperature.
  • the boosting switching element, the switching element, and the descending switching element each include a plurality of switching elements connected in parallel to each other, and the control means includes the boosting switching element.
  • the plurality of switching elements constituting the step-up switching element and the step-down switching element are substantially the same.
  • the allowable current of the step-up diode is larger than the allowable current of the step-down diode.
  • a DC-DC converter for an electric vehicle is interposed between a power storage device of an electric vehicle and a traveling motor, and when a traveling operation of the traveling motor is performed, a reaction, a boosting switching element, and a booster are performed.
  • DC for an electric vehicle that boosts the power of the power storage device using a driving diode and reduces the regenerative power using a reactor, a step-down switching element, and a step-down diode during the regenerative operation of the traveling motor.
  • a current allowable amount of the step-up diode is larger than a current allowable amount of the step-down diode.
  • the step-up diode includes a plurality of diodes connected in parallel to each other, and the number of elements of the diodes connected in parallel is such that the step-up diode is the step-down diode. There are too many.
  • the plurality of diodes constituting the boosting diode and the step-down diode are substantially the same.
  • the heat dissipation efficiency of the boosting diode is higher than the heat dissipation efficiency of the step-down diode.
  • an element area of the step-up diode is the step-down step. It is larger than the element area of the diode.
  • the heat resistance of the step-up diode is higher than the heat resistance of the step-down diode.
  • the motor drive device for an electric vehicle includes any one of the DC converters for an electric vehicle described above.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle including a DC_DC converter for an electric vehicle according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic circuit diagram showing an example of the DC-DC converter for an electric vehicle in the first configuration example.
  • FIG. 3 is a schematic top view showing an example of a DC-DC converter for an electric vehicle in the configuration (b) of the fourth configuration example. '
  • FIG. 4 is a schematic top view showing an example of a DC-DC converter for an electric vehicle in the configuration (c) of the fourth configuration example.
  • FIG. 5 is a diagram showing a boost side load factor restriction map.
  • FIG. 6 is a diagram showing a step-down load factor restriction map.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of an electric vehicle including two traveling motors.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional DC-DC converter for an electric vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle 1 including a DC-DC converter 20 for an electric vehicle according to the present embodiment.
  • the electric vehicle 1 is an automobile that drives a vehicle by driving a traveling motor using electric power of a power storage device.
  • the electric vehicle 1 is, for example, a hybrid vehicle (HV), a so-called electric auto.
  • Vehicles (EV: Electric Vehicle), fuel cell vehicles (FCEV), and the like are not particularly limited.
  • an electric vehicle 1 includes a power storage device 10, a DC-DC converter 20, an inverter 30, a travel motor 40, and a control device 50.
  • the power storage device 10 stores electric power and outputs a DC voltage, and here is a battery such as nickel hydrogen or lithium ion. However, the power storage device 10 may be a large-capacity capacitor or the like.
  • the DC-DC converter 20 is composed of a chopper circuit including switching elements (here, IGBT) Q 1 and Q 2, diodes D 1 and D 2, and a reactor L 1.
  • Switching elements Q 1 and Q 2 are connected in series between the power line and the ground line of inverter 30.
  • the collector of the upper arm switching element Q 1 is connected to the power line, and the emitter of the lower arm switching element Q 2 is connected to the earth line.
  • One end of the reactor L 1 is connected to the intermediate point of the switching elements Q 1 and Q 2, that is, the connection point between the emitter of the switching element Q 1 and the collector of the switching element Q 2.
  • the other end of reactor L 1 is connected to the positive electrode of power storage device 10.
  • the emitter of switching element Q 2 is connected to the negative electrode of power storage device 10.
  • diodes D 1 and D 2 are arranged between the collector and emitter of each switching element Q l and Q 2 so that current flows from the emitter to the collector.
  • a smoothing capacitor C1 is connected between the other end of the reactor L1 and the earth line, and a smoothing capacitor C2 is connected between the collector of the switching element Q1 and the earth line.
  • the inverter 30 includes U-phase, V-phase, and W-phase arms arranged in parallel with each other between the power supply line and the earth line.
  • the U-phase arm consists of a series connection of switching elements (here I GBT) Q 3 and Q 4
  • the V-phase arm consists of a series connection of switching elements Q 5 and Q 6
  • the W-phase arm is a switching element Q 7, Q 8 series connection.
  • diodes D3 to D8 that allow current to flow from the emitter side to the collector side are arranged between the collector and emitter of each switching element Q3 to Q8.
  • the traveling motor 40 is a three-phase permanent magnet motor, and is configured such that one end of three coils of U, V, and W phases are connected in common at the midpoint, and the other end of the U-phase coil is Switching element Q3, Q4 midpoint, V phase coil other end connected to switching elements Q5, Q6 midpoint, W phase coil other end connected to switching elements Q7, Q8 midpoint It is.
  • the control device 50 controls the DC-DC converter 20 and the inverter 30.
  • the control device 50 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a main memory, and the like, and various functions of the control device 50 are recorded on a recording medium such as a ROM. This is realized by the control program being read into the main memory and executed by the CPU. However, part or all of the functions of the control device 50 may be realized only by hardware. Further, the control device 50 may be physically configured by a plurality of devices.
  • D C—DC converter 20 is controlled by control device 50 to boost the power of power storage device 10 and supply it to inverter 30.
  • the DC-DC comparator 20 outputs the output of the power storage device 10 by turning the switching element Q 2 of the lower arm on and off while the switching element Q 1 of the upper arm is turned off. The voltage is boosted and supplied to inverter 30. More specifically, when the switching element Q 2 is turned on, a current flows through the switching element Q 2 to the lifted loop L 1, and DC power from the power storage device 10 is accumulated in the reactor L 1. Then, when the switching element Q 2 is turned off, the DC power accumulated in the reactor 1 is output to the inverter 30 side through the diode D 1.
  • the inverter 30 is controlled by the control device 50 to turn on and off the switching elements Q3 to Q8, thereby converting the direct current power supplied from the DC-DC converter 20 into AC power.
  • the supplied AC power is supplied to the traveling motor 40. As a result, the traveling motor 40 is driven to rotate.
  • the DC-DC converter 20 is for dealing with this, and the maximum torque in the high rotation range can be increased by increasing the applied voltage from the inverter 30 to the traveling motor 40. .
  • the switching element Q1 of the upper arm is in the OFF state.
  • the switching element Q2 is ON, the switching element Q1 is OFF and the switching element Q2 is OFF.
  • the switching elements Q 1 and Q 2 may be alternately turned on and off so that Q 1 is turned on. Even in this case, no current flows through the switching element Q1 of the upper arm and the diode D2 of the lower arm during the step-up operation.
  • the traveling motor 40 When the electric vehicle 1 is braked or decelerated, the traveling motor 40 operates as a generator, generates AC power, and outputs it to the inverter 30.
  • the inverter 30 is controlled by the control device 50 to turn on and off the switching elements Q3 to Q8, thereby converting the AC power generated by the traveling motor 40 into DC power.
  • DC power is supplied to the DC-DC converter 20.
  • DC-DC converter 20 is controlled by control device 50 to step down DC power from inverter 30 and charge power storage device 10. Specifically, the DC-DC converter 20 reduces the output voltage of the inverter 30 by turning the lower arm switching element Q2 off and turning the upper arm switching element Q1 on and off. To the power storage device 10. More specifically, when the switching element Q 1 is turned on, a current flows to the reactor L 1 via the switching element Q 1, and the DC power from the inverter 30 is accumulated in the reactor L 1. The When the switching element Q 1 is turned off, the current flows back through the diode D 2 due to the electromotive force of the reactor 1, and thereby the DC power accumulated in the reactor 1 is transferred to the power storage device 10. Supplied. Thereby, power storage device 10 is charged.
  • the switching element Q 2 of the lower arm is in the OFF state.
  • the switching element Q 1 when the switching element Q 1 is ON, the switching element Q 2 is OFF and when the switching element Q 1 is OFF, the switching element Q 2
  • the switching elements Q 1 and Q 2 may be alternately turned on and off so that is turned on. In this case However, during step-down operation, no current flows through the switching element Q2 of the lower arm and the diode D1 of the upper arm.
  • the DC-DC converter 20 uses the lower arm switching element Q 2 and the upper arm diode D 1 during the rewinding operation (at the time of step-down) during the caulking operation (at the time of step-up). ) Uses an upper arm switching element Q 1 and a lower arm diode D 2. That is, the switching element Q 2 and the diode D 1 are a step-up switching element and a step-up diode, respectively, and the switching element Q 1 and the diode D 2 are a step-down switching element and a step-down diode, respectively.
  • the step-up switching element Q2 conducts a larger current than the step-down switching element Q-1, and the step-up diode D1 conducts a larger current than the step-down diode D2. large. Therefore, in the present embodiment, the allowable current amount of the step-up switching element Q2 is set larger than the allowable current amount of the step-down switching element Q1. In addition, the current allowable amount of the step-up diode D 1 is set larger than the current allowable amount of the step-down diode D 2.
  • first to fourth configuration examples will be shown as examples of configurations in which the current allowable amount of the step-up element is larger than the current allowable amount of the step-down element.
  • the configurations according to the following first to fourth configuration examples may be combined as appropriate.
  • switching elements Q 1, Q 2 and diode D l from the viewpoint of reducing the amount of heat generation (energization current value) per element according to the difference in electrical specifications between power and regeneration D 2 is constructed as follows.
  • the step-up switching element Q 2 includes a plurality of (unit) switching elements connected in parallel to each other and connected in parallel (unit) number of switching elements. Is higher in the step-up switching element Q 2 than in the step-down switching element Q 1.
  • the step-down switching element Q 1 may be a single element or a plurality of (unit) switching elements connected in parallel to each other.
  • the switching element Q 2 is divided into M unit elements (chips)
  • the step-down switching element Q 1 is divided into N unit elements (chips)
  • M is an integer of 2 or more.
  • N is an integer greater than or equal to 1
  • M> N In general, in this configuration example, a plurality of (M + N) switching elements constituting the switching elements Q 1 and Q 2 are substantially the same.
  • the step-up switching element Q 2 has four IGBTs Q 2 1 to Q 2 4 connected in parallel, and the step-down switching element Q 1 has three IGBTs Q 1 1 to Q 1 3 are connected in parallel.
  • I GBTQ 1 1 to Q 1 3 and Q 2 1 to Q 2 4 have the same specifications.
  • the step-up diode D 1 includes a plurality of (unit) diodes connected in parallel to each other, and the number of elements of the (unit) diode connected in parallel is Boost diode D1 is more than buck diode D2.
  • the step-down diode D2 may be a single element or a plurality of elements.
  • the diodes may be connected in parallel to each other.
  • the step-up diode D 1 is divided into J unit elements (chips)
  • the step-down diode D 2 is divided into K unit elements (chips).
  • J is an integer greater than or equal to 2
  • K is an integer greater than or equal to 1
  • J> K is an integer greater than or equal to 1
  • the plurality of diodes constituting the diodes D 1 and D 2 are substantially the same. .
  • the step-up diode D 1 has four diodes D 1 1 to D 14 connected in parallel, and the step-down diode D 2 has three diodes. Nodes D 2 1 to D 2 3 are connected in parallel.
  • the diodes D 11 to D 14 and D 21 to D 23 have the same specifications.
  • the heat dissipation efficiency of the step-up switching element Q2 is higher than the heat dissipation efficiency of the step-down switching element Q1.
  • the heat dissipation performance of the step-up switching element Q2 itself is higher than the heat dissipation performance of the step-down switching element Q1 itself.
  • the element area of the step-up switching element Q 2 is larger than the element area of the step-down switching element Q 1
  • cooling means for cooling the switching element is provided.
  • the cooling performance for cooling the step-up switching element Q2 is higher than the cooling performance for cooling the step-down switching element Q1.
  • the boosting switching element Q2 is disposed upstream of the refrigerant flow path, and the pressure-lowering switching element Q1 is disposed downstream.
  • the heat dissipation efficiency of the step-up diode D1 is higher than the heat dissipation efficiency of the step-down diode D2.
  • the heat dissipation performance of the step-up diode D1 itself is higher than the heat dissipation performance of the step-down diode D2.
  • the element area of the step-up diode D 1 is larger than the element area of the step-down diode D 2.
  • a cooling means for cooling the diode is provided, and the cooling performance for cooling the step-up diode D 1 is higher than the cooling performance for cooling the step-down diode D 2.
  • the boosting diode D1 is arranged on the upstream side of the refrigerant flow path, and the step-down diode D2 is arranged on the downstream side.
  • the element heat resistance of the step-up switching element Q2 is higher than the element heat resistance of the step-down switching element Q1.
  • the step-up switching element Q2 is made of a heat-resistant material as compared with the step-down switching element Q1.
  • the step-up switching element Q 2 is an SiC semiconductor element
  • the step-down switching element Q 1 is an Si semiconductor element.
  • the element heat resistance of the step-up diode D 1 is higher than the element heat resistance of the step-down diode D 2.
  • the step-up diode D 1 is made of a heat-resistant material as compared with the step-down diode D 2.
  • the step-up diode D 1 is a silicon carbide (S i C) semiconductor element
  • the step-down diode D 2 is a silicon (S i) semiconductor element.
  • the control device 50 has the detection temperature of the step-up switching element Q2 When the constant boost side upper limit temperature is reached, energization to the boosting switching element Q2 is substantially prohibited, and when the detection temperature of the step-down switching element Q1 reaches the predetermined step-down side upper limit temperature, the step-down switching element Q 1 is substantially prohibited from energizing.
  • the DC-DC converter 20 is configured such that the step-up side upper limit temperature is higher than the step-down side upper limit temperature.
  • the DC-DC converter 20 is configured so that the temperature of the step-up switching element Q 2 can be detected more accurately than the step-down switching element Q 1.
  • the detected temperature of the switching element is the temperature of the switching element detected by the temperature sensor.
  • substantially prohibiting energization of the switching element means that the amount of turtles passing through the switching element is limited to an amount that is small enough to prevent damage to the element. In one aspect, energization is completely prohibited. To do.
  • the energization not only to the switching element Q1 but also to the switching element Q2 may be substantially prohibited.
  • the step-up switching element Q2 and the step-down switching element Q1 are substantially the same as each other, for example, elements having the same specifications.
  • the control device 50 substantially prohibits the energization of the boosting switching element Q2.
  • the control device 50 substantially prevents energization of the step-down switching element Q 1.
  • ⁇ 1 is the element heat resistance temperature of the switching elements Q l and Q 2.
  • ATL is a margin considering the temperature detection error of boosting switching element Q2.
  • is a margin considering the temperature detection error of the step-down switching element Q 1.
  • the DC—DC converter 20 is configured to satisfy ATL ⁇ , that is, TL 1> TU 1. Examples of such a configuration include the following configurations (a) to (c). The The following configurations (a) to (c) may be combined as appropriate.
  • the temperature sensor is configured so that the temperature detection accuracy of the step-up switching element Q 2 is higher than the temperature detection accuracy of the step-down switching element Q 1.
  • DC—DC converter 20 has the configuration shown in FIG. That is, the step-up switching element Q 2 is composed of two switching elements Q 2 1 and Q 22 connected in parallel, and the step-down switching element Q 1 is composed of two switching elements Q 1 1 and Q 1 2 in parallel. Become connected.
  • the switching elements Q 2 1, Q 22, Q 1 1, Q 1 2 are substantially identical to each other, for example, have the same specifications.
  • the diode D 1 for boosting is composed of two diodes D 1 1 and D 1 2 connected in parallel
  • the diode D 2 for buck is composed of two diodes D 2 1 and D 22 connected in parallel. .
  • the diodes Dll, D12, D21 and D22 are substantially identical to each other, for example, have the same specifications.
  • a temperature sensor S 1 for detecting the temperature of the switching element Q 11 and a temperature sensor S 2 for detecting the temperature of the switching element Q 21 are provided.
  • the detection accuracy of the temperature sensors S 1 and S 2 is the same.
  • the control device 50 switches the switching elements Q 21 and Q 22. Is substantially prohibited.
  • the control device 50 switches the switching element Q ll, Power to Q 1 2 is substantially prohibited.
  • is a margin considering the detection tolerance ATS of the temperature sensor S 1 and the temperature difference ⁇ 1 between the switching elements Q l 1 and Q 1 2.
  • ⁇ TU ⁇ TS + ⁇ ⁇ 1 It is.
  • the DC-DC converter 20 is configured so that ⁇ T 2 2 ⁇ T 1.
  • two switching elements with uniform element characteristics are used as switching elements Q 21 and Q 22 by selecting elements so that the temperature difference ⁇ T 2 between switching elements Q 21 and Q 22 is reduced.
  • the step-up switching element Q2 has a plurality of switching elements connected in parallel to each other, and the control device 50 has the highest detection temperature among the plurality of detection temperatures of the plurality of switching elements. When the temperature is reached, the energization is substantially prohibited.
  • the step-up switching element Q 2 and the step-down switching element Q 1 are each composed of a plurality of switching elements connected in parallel to each other, and the step-up switching element Q 2 and the plurality of switching elements constituting the step-down switching element Q 1 are substantially the same (for example, the same specification).
  • Control device 50. substantially inhibits energization when the highest detected temperature among the plurality of detected temperatures of the plurality of switching elements constituting boosting switching element Q2 reaches the boost-side upper limit temperature.
  • the control device 50 detects the detected temperature of the one switching element. When the upper temperature limit is reached, energization is substantially prohibited.
  • the DC-DC converter 20 has the configuration shown in FIG.
  • the step-up switching element Q 2 has two switching elements Q 2 1 and Q 2 2 connected in parallel
  • the step-down switching element Q 1 has two switching elements Q ll and Q 1 2 connected in parallel. It becomes.
  • the switching elements Q 2 1, Q 2 2, Q l 1, and Q 12 are substantially the same as each other, for example, have the same specifications.
  • the diode D1 for boosting is composed of two diodes Dl1, D12 connected in parallel
  • the diode D2 for stepping down is composed of two diodes D21, D2'2 connected in parallel.
  • the diodes D 1 1, D 1 2, D 2 1, D 2 2 are substantially identical to each other, for example, have the same specifications.
  • temperature sensor S 1 1 that detects the temperature of switching element Q 1
  • temperature sensor S 2 1 that detects the temperature of switching element Q 2 1
  • temperature sensor S 2 that detects the temperature of switching element Q 2 2 2
  • the detection accuracy of the temperature sensors S 11, S 21, S 22 is the same.
  • is a margin considering the detection tolerance ⁇ TS of the temperature sensor and the temperature difference ⁇ 1 between the switching elements Q 1 1 and Q 1 2.
  • ⁇ TU ⁇ TS + ⁇ ⁇ 1 . Therefore, ATL is ⁇ , and ⁇ L 1> TU 1.
  • the control device 50 includes a load factor that limits the load factor according to the detection temperature TL of the step-up switching element Q 2 and the detection temperature of the step-down switching element Q 1. Restriction control may be performed.
  • this load factor limiting control will be specifically described.
  • the control device 50 obtains the load factor LFL based on the step-up side load factor limit map shown in FIG. 5, obtains the load factor L FU based on the step-down side load factor limit map shown in FIG. 6, and loads the load factor LF L , Limit the load factor to the lower value of LFU.
  • the boost-side load factor restriction map in FIG. 5 will be described.
  • the horizontal axis represents the detected temperature TL of the boost-side switching element Q2, and the vertical axis represents the load factor.
  • the load factor '100% is the maximum discharge power or the maximum charge power of the power storage device 10.
  • the load factor L F L is 100% and the load factor is not limited.
  • the load factor L F L is 0%.
  • the load factor LFL is gradually reduced from 100% to 0% as the detection temperature TL increases.
  • the load factor limiting control start temperature TL 0 is, for example, TL 1 10 ° C.
  • the horizontal axis is the detected temperature TU of the step-down switching element Q1
  • the vertical axis is the load factor.
  • the load factor 100% is the maximum discharge power or the maximum charge power of the power storage device 10.
  • the load factor L FU gradually decreases from 100% to 0% as the detection temperature TU increases. It is done.
  • the load factor limit control start temperature TU0 is, for example, TU 1 — 10 ° C.
  • the load factor limiting control start temperature TL0 is higher than the load factor limiting control start temperature TU0.
  • the region on the boost side where the load factor is not limited is wider than the step-down side (the region shown by diagonal lines in FIGS. 5 and 6).
  • a reactor, a boosting switching element, and a boosting diode are used.
  • a DC-DC converter for an electric vehicle that boosts the electric power of the power storage device and reduces the regenerative power by using a reactor, a step-down switching element, and a step-down diode during regenerative operation of the traveling motor.
  • a step-up switch The current allowable amount of the switching element is larger than the current allowable amount of the step-down switching element. Therefore, according to the present embodiment, an appropriate configuration corresponding to the fact that the step-up switching element has a larger energization amount than the step-down switching element is realized in the DC-DC converter for electric vehicles. The This makes the DC-DC converter configuration
  • the switching element for boosting is composed of a plurality of switching elements connected in parallel to each other.
  • the number of switching elements connected in parallel is the same for the step-up switching element for stepping down. More than switching elements.
  • the step-up switching element and the step-down switching element can be configured with an appropriate number of elements according to the electrical specifications at the time of driving and regeneration, and the cost can be reduced.
  • the number of step-down switching elements can be reduced, and cost reduction can be achieved.
  • the plurality of switching elements constituting the step-up switching element and the step-down switching element are substantially identical to each other. Thus, it is not necessary to prepare multiple types of switching elements, and cost can be reduced.
  • the heat dissipation efficiency of the step-up switching element is made higher than the heat dissipation efficiency of the step-down switching element, so that the step-up switching element has a higher heat dissipation efficiency than the step-down switching element. It is possible to reduce the degree of temperature rise and increase the allowable current of the step-up switching element. .
  • the element area of the step-up switching element is made larger than the element area of the step-down switching element. According to this configuration, it is possible to secure a large heat radiation area of the step-up switching element as compared with the step-down switching element, and to increase the heat radiation efficiency of the step-up switching element. Further, compared with the step-down switching element, the loss of the step-up switching element can be reduced, and the heat generation amount of the step-up switching element can be reduced. .
  • the heat resistance of the step-up switching element is higher than the heat resistance of the step-down switching element, so that the step-up switching element is heated at a higher temperature than the step-down switching element. It is possible to increase the allowable current of the step-up switching element.
  • the step-up switching element when the detected temperature of the step-up switching element reaches a predetermined boost side upper limit temperature, the energization to the step-up switching element is substantially prohibited, and the step-down switching element is detected.
  • the boost side upper limit temperature is set to be higher than the step-down side upper limit temperature in the configuration having the control unit that substantially prohibits the energization of the step-down switching element.
  • the step-up switching element can be used at a higher temperature than the step-down switching element, and the current capacity of the step-up switching element can be increased.
  • each of the step-up switching element and the step-down switching element includes a plurality of switching elements connected in parallel to each other, and the control means includes a plurality of pieces constituting the step-up switching element.
  • the highest detected temperature among the plurality of detected temperatures of the switching element reaches the boosting side upper limit temperature, Is substantially prohibited.
  • the current allowable amount of the step-up diode is larger than the current allowable amount of the step-down diode.
  • an appropriate configuration is realized according to the situation that the step-up diode and the step-down diode both have a larger energization amount. The This makes it possible to optimize the configuration of the DC-DC converter (especially the step-up diode and the step-down diode), thereby reducing costs and downsizing.
  • the boost diode is composed of a plurality of diodes connected in parallel with each other.
  • the number of diodes connected in parallel is the boost diode for step-down. More than diodes.
  • the boosting diode and the step-down diode can be configured with an appropriate number of elements according to the electrical specifications at the time of driving and at the time of regeneration, thereby reducing the cost. be able to.
  • the number of step-down diode elements can be reduced, and the cost can be reduced.
  • the plurality of diodes constituting the boosting diode and the bucking diode are substantially the same as each other, so it is necessary to prepare a plurality of types of diodes. It is possible to reduce costs.
  • the heat dissipation efficiency of the boost diode is made higher than the heat dissipation efficiency of the step-down diode, so the degree of temperature increase of the boost diode compared to the step-down diode This makes it possible to increase the allowable current of the boosting diode.
  • the element area of the step-up diode is made larger than the element area of the step-down diode.
  • the step-down diode Compared to the diode, the heat dissipation area of the boost diode can be secured widely, and the heat dissipation efficiency of the boost diode can be increased. Further, the loss of the boosting diode can be reduced as compared with the step-down diode, and the amount of heat generated by the boosting diode can be reduced.
  • the heat resistance of the step-up diode is higher than the heat resistance of the step-down diode, so the step-up diode is made higher than the step-down diode. It can be used at any temperature and temperature, and the current capacity of the boosting diode can be increased.
  • both the current allowable amount of the step-up switching element is larger than the current allowable amount of the step-down switching element and the current allowable amount of the step-up diode is larger than the current allowable amount of the step-down diode.
  • both the step-up switching element has more elements than the step-down switching element
  • the step-up diode has more elements than the step-down diode.
  • the current allowance of the step-up switching element is larger than the current allowance of the step-down switching element, the current allowance of the step-down diode is larger than the current allowance of the step-up diode. May be.
  • I GBT is exemplified as the switching element, but the switching element may be a bipolar transistor, a MOS transistor, or the like.
  • one system of the inverter 30 and the traveling motor 40 are connected to the DC-DC converter 20, but even if a plurality of inverters and traveling motors are connected.
  • the electric vehicle 1 according to the present embodiment may be a so-called series-parallel hybrid vehicle as shown in FIG. In Figure 7, the DC-DC converter 20 has two inverters 3 1 and 3 2 are connected in parallel, and the inverter motors 3 1 and 3 2 are connected to traveling motors 4 1 and 4 2, respectively.
  • one traveling motor 41 is connected to the internal combustion engine 60.
  • the traveling motor 41 performs a starter function for starting the internal combustion engine 60 and a power generation function for generating electric power by the driving force of the internal combustion engine 60.
  • traveling motor 42 has a function of driving the drive wheels by the electric power of power storage device 10 and traveling motor 41 and a power generation function of generating regenerative power during braking or deceleration.
  • the load factor is controlled, for example, by controlling the power balance (difference between generated power and consumed power) of the two traveling motors 4 1 and 4 2.

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Abstract

 本発明は、コストダウンが図られた電気自動車用DC−DCコンバータを提供する。電気自動車の蓄電装置(10)と走行用モータとの間に介挿され、走行用モータの力行動作時には、リアクトル(L1)と昇圧用スイッチング素子(Q2)と昇圧用ダイオード(D1)とを用いて蓄電装置(10)の電力を昇圧し、走行用モータの回生動作時には、リアクトル(L1)と降圧用スイッチング素子(Q1)と降圧用ダイオード(D2)とを用いて回生電力を降圧する電気自動車用DC−DCコンバータ(20)において、昇圧用スイッチング素子(Q2)の電流許容量は、降圧用スイッチング素子(Q1)の電流許容量よりも大きい。

Description

電気自動車用 DC— DCコンバータ 技術分野
本発明は、 電気自動車において蓄電装置と走行用モータとの間に介挿される電 気自動車用 DC— DCコンバータに関する。
. 背景技術 明 .
近年、 エンジンとモータとを駆動源とするハイプリ ッ ド自動車が普及してきて 田
いる。 ハイブリ ッ ド自動車は、 一般に、 従来のエンジンに加え、 バッテリと、 こ のバッテリの直流電力を交流電力に変換するィンバータと、 このィンバータにて 変換された交流電流によって駆動される走行用モータとを有する。
上記ハイプリ ッド自動車の一形態として、 バッテリとインバータとの間に DC — DCコンバータを有するものが知られている (例えば、 国際公開第 2003ノ 01 5254号パンフレツ 卜を参照) 。 この DC— DCコンバータは、 走行用モ ータのカ行動作時には、 バッテリの電力を昇圧してインバータに供給し、 走行用 モータの回生動作時には、 ィンバ一タからの回生電力を降圧してバッテリを充電 する。
図 8は、 従来の電気自動車用 DC— DCコンバータの概略構成を示す図である 。 図 8において、 電気自動車用 DC— DCコンバータ 20 ' は、 上アームの I G BT (Insulated-gate bipolar transistor) Q 1 1 〜Q 1 4 、 下,一ムの I G B TQ 2 1 ' 〜Q 24 ' 、 上アームのダイォ一ド D 1 1 ' 〜D 1 4 ' 、 下ァー ムのダイォード D 2 1 ' 〜D 24, 、 およびリアク トル L 1 ' を含むチョ ッパ回 路で構成されている。 素子当たりの発熱量を抑える等の観点より、 上下アームの それぞれにおいて、 複数 (図 8では 4個) の I GBTが並列接続され、 複数 (図 8では 4個) のダイオードが並列接続されている。
なお、 特許第 3692993号明細書には、 D C _ D Cコンバータの制御方法 であって、 DC— DCコンバータの損失特性に基づき、 負荷の要求出力に応じて スィツチング素子のスィツチング周波数を設定するものが開示されている。
また、 特開平 1 0— 7 0 8 8 9号公報には、 互いに並列接続された複数のスィ ツチング素子をそれぞれ備える複数のアームをプリ ッジに接続してなるインバー タ回路が開示されている。
また、 特開 2 0 0 3— 2 7 4 6 6 7号公報には、 三相フルブリ ッジ回路の下ァ ームにセンス付き I G B Tを用レ、、 そのコレクタ ' 主ェミ ッタ間およびコレクタ . センスエミッタ間に 2つのダイォ一ドを並列に接続する旨が開示されている。
.発明の開示
本発明は、 コス トダウンが図られた電気自動車用 D C— D Cコンバータを提供 する。
本発明に係る電気自動車用 D C— D Cコンバータは、 電気自動車の蓄電装置と 走行用モータとの間に介挿され、 前記走行用モータのカ行動作時には、 リアグト ルと昇圧用スィツチング素子と昇圧用ダイォ一ドとを用いて前記蓄電装置の電力 を昇圧し、 前記走行用モータの回生動作時には、 リアタ トルと降圧用スィッチン グ素子と降圧用ダイォ一ドとを用いて回生電力を降圧する電気自動車用 D C— D Cコンバータにおいて、 前記昇圧用スィツチング素子の電流許容量が、 前記降圧 用スィツチング素子の電流許容量よりも大きいことを特徴とする。
本発明の一態様では、 前記昇圧用スイッチング素子ほ、 複数のスイッチング素 子が互いに並列接続されてなり、 並列接続されるスィツチング素子の素子数は、 前記昇圧用スィツチング素子の方が前記降圧用スィツチング素子よりも多い。 また、 本発明の一態様では、 前記昇圧用スイッチング素子および前記降圧用ス ィツチング素子を構成する複数のスィツチング素子は、 互いに略同一である。 また、 本発明の一態様では、 前記昇圧用スイッチング素子の放熱効率が、 前記 降圧用スィツチング素子の放熱効率よりも高い。
また、 本発明の一態様では、 前記昇圧用スイッチング素子の素子面積が、 前記 降圧用スィツチング素子の素子面積よりも大きい
また、 本発明の一態様では、 前記昇圧用スイッチング素子の耐熱性が、 前記降 圧用スィツチング素子の耐熱性よりも高い。 また、 本発明の一態様では、 前記昇圧用スィ.ツチング素子の検出温度が所定の 昇圧側上限温度に達すると前記昇圧用スィツチング素子への通電を実質的に禁止 し、 前記降圧用スィツチング素子の検出温度が所定の降圧側上限温度に達すると 前記降圧用スィツチング素子への通電を実質的に禁止する制御手段を有し、 前記 昇圧側上限温度が前記降圧側上限温度よりも高くなるように構成されている。 また、 本発明の一態様では、 前記昇圧用スィ,ツチング素子および前記降庄用ス ィツチング素子は、 それぞれ複数のスィツチング素子が互いに並列接続されてな り、 前記制御手段は、 前記昇圧用スイッチング素子を構成する複数のスィッチン グ素子の複数の検出温度のうち最も高い検出温度が前記昇圧側上限温度に達する と、 通電を実質的に禁止する。
また、 本発明の一態様では、 前記昇圧用スイッチング素子および前記降圧用ス ィツチング素子を構成する複数のスィツチング素子は、 互いに略同一である。 また、 本発明の一態様では、 さらに、 前記昇圧用ダイオードの電流許容量が、 前記降圧用ダイォードの電流許容量よりも大きい。
本発明に係る電気自動車用 D C— D Cコンバータは、 電気自動車の蓄電装置と 走行用モータとの間に介挿され、 前記走行用モータのカ行動作時には、 リアク ト ルと昇圧用スィツチング素子と昇圧用ダイォードとを用いて前記蓄電装置の電力 を昇圧し、 前記走行用モータの回生動作時には、 リアク トルと降圧用スィッチン グ素子と降圧用ダイォードとを用いて回生電力を降圧する電気自動車用 D C— D Cコンバータにおいて、 前記昇圧用ダイオードの電流許容量が、 前記降圧用ダイ オードの電流許容量よりも大きいことを特徴とする。 ' '
本発明の一態様では、 前記昇圧用ダイオードは、 複数のダイオードが互いに並 列接続されてなり、 並列接続されるダイオードの素子数は、 前記昇圧用ダイォー ドの方が前記降圧用ダイォ一ドょりも多い。
また、 本発明の一態様では、 前記昇圧用ダイオードおよび前記降圧用ダイォ一 ドを構成する複数のダイオードは、 互いに略同一である。 , また、 本発明の一態様では、 前記昇圧用ダイオードの放熱効率が、 前記降圧用 ダイォードの放熱効率よりも高い。
また、 本発明の一態様では、 前記昇圧用ダイオードの素子面積が、 前記降圧用 ダイオードの素子面積よりも大きい。
また、 本発明の一態様では、 前記昇圧用ダイオードの耐熱性が、 前記降圧用ダ ィオードの耐熱性よりも高い。
本発明に係る電気自動車用モータ駆動装置は、 上記いずれかの電気自動車用 D C一 D Cコンバータを備えることを特徴とする。
本発明によれば、 コス 卜ダウンが図られた電気自動車用 D C— D Cコンバータ を提供することができる。 図面の簡単な説明
.図 1は、 実施の形態に係る電気自動車用 D C _ D Cコンバータを含む電気自動 車の概略構成を示す図である。
図 2は、 第 1の構成例における電気自動車用 D C— D Cコンバータの一例を示 す概略回路図である。
図 3は、 第 4の構成例の構成 (b ) における電気自動車用 D C— D Cコンパ一 タの一例を示す概略上面図である。 '
図 4は、 第 4の構成例の構成 (c ) における電気自動車用 D C— D Cコンパ一 タの一例を示す概略上面図である。
図 5は、 昇圧側負荷率制限マップを示す図である。
図 6は、 降圧側負荷率制限マップを示す図である。
図 7は、 2つの走行用モータを備える電気自動車の概略構成を示す図である。 図 8は、 従来の電気自動車用 D C— D Cコンバ一タの概略構成を示す図である
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図 1は、 本実施の形態に係る電気自動車用 D C— D Cコンバータ 2 0を含む電 気自動車 1の概略構成を示す図である。 電気自動車 1は、 蓄電装置の電力を用い て走行用モータを駆動することにより車両を駆動する自動車である。 電気自動車 1は、 例えば、 ハイブリ ッド自動車 (HV : Hybrid Vehicle) 、 いわゆる電気自動 車 (EV: Electric Vehicle) 、 燃料電池車 (FCEV: Fuel cell Electric Vehicle ) などであり、 そのタイプは特に限定されない。
図 1において、 電気自動車 1は、 蓄電装置 1 0、 DC— DCコンバータ 20、 インバ一タ 30、 走行用モータ 40、 および制御装置 50を含んで構成されてい る。
蓄電装置 1 0は、 電力を蓄積して直流電圧を出力するものであり、 ここでは二 ッケル水素やリチウムイオン等のバッテリである。 ただし、 蓄電装置 1 0は、 大 容量コンデンサ等であってもよい。
DC— DCコンバータ 20は、 スイッチング素子 (ここでは I GBT) Q 1 , Q 2、 ダイオード D l , D 2、 リアク トル L 1を含むチヨ ッパ回路で構成される 。 スイッチング素子 Q 1 , Q 2は、 インバ一タ 30の電源ラインとアースライン との間に直列に接続される。 上アームのスィツチング素子 Q 1のコレクタは電源 ラインに接続され、 下アームのスィツチング素子 Q 2のエミッタはアースライン に接続される。 スイッチング素子 Q l, Q 2の中間点、 すなわちスイッチング素 子 Q 1のェミッタとスィツチング素子 Q 2のコレクタの接続点にはリアク トノレ L 1の一方端が接続されている。 このリアク トル L 1の他方端は、 蓄電装置 1 0の 正極に接続される。 また、 スイッチング素子 Q 2のェミッタは、 蓄電装置 1 0の 負極に接続される。 また、 各スイッチング素子 Q l , Q 2のコレクタ一ェミッタ 間には、 ェミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにダイオード D 1, D 2が 配置される。 上記リアク トル L 1の他方端とアースラインとの間には平滑用コン デンサ C 1が接続され、 スィツチング素子 Q 1のコレクタとアースラインとの間 には平滑用コンデンサ C 2が接続される。
インバ一タ 30は、 電源ラインとアースラインとの間に互いに並列に配置され る U相、 V相、 W相の各アームから構成される。 U相アームはスイッチング素子 (ここでは I GBT) Q 3 , Q 4の直列接続からなり、 V相アームはスィッチン グ素子 Q 5, Q 6の直列接続からなり、 W相アームはスイッチング素子 Q 7 , Q 8の直列接続からなる。 また、 各スイッチング素子 Q 3〜Q 8のコレクタ一エミ ッタ間には、 それぞれ、 ェミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオード D 3 〜D 8が配置されている。 走行用モータ 4 0は、 3相の永久磁石モータであり、 U , V , W相の 3つのコ ィルの一端が中点で共通接続されて構成されており、 U相コイルの他端がスィッ チング素子 Q 3, Q 4の中間点、 V相コイルの他端がスイッチング素子 Q 5 , Q 6の中間点、 W相コイルの他端がスイッチング素子 Q 7, Q 8の中間点に接続さ れている。
制御装置 5 0は、 D C— D Cコンバータ 2 0およびインバータ 3 0を制御する ものである。 制御装置 5 0は、 例えば、 C P U (Central Process ing Unit) 、 R OM (Read Only Memory) 、 メインメモリなどを含み、 制御装置 5 0の各種機 能は、 R OM等の記録媒体に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出 されて C P Uにより実行されることによって実現される。 ただし、 制御装置 5 0 の機能の一部または全部は、 ハードウェアのみにより実現されてもよい。' また、 制御装置 5 0は、 物理的に複数の装置により構成されてもよい。
次に、 上記構成を有する電気自動車 1の動作について、 カ行動作時と回生動作 時とに分けて説明する。
(カ行動作時)
D C— D Cコンバータ 2 0は、 制御装置 5 0により制御ざれて、 蓄電装置 1 0 の電力を昇圧してインバータ 3 0に供給する。 具体的には、 D C— D Cコンパ一 タ 2 0は、 上アームのスイ ッチング素子 Q 1をオフ状態として、 下アームのスィ ツチング素子 Q 2をオン ·オフすることにより、 蓄電装置 1 0の出力電圧を昇圧 してインバータ 3 0に供給する。 より具体的に説明すると、 スイ ッチング素子 Q 2がオンになると、 スィツチング素子 Q 2を介してリァグトノレ L 1に電流が流れ 、 蓄電装置 1 0からの直流電力がリアク トル L 1に蓄積される。 そして、 スイツ チング素子 Q 2がオフになると、 リアク トルし 1に蓄積された直流電力がダイォ 一ド D 1を介してィンバータ 3 0側に出力される。
インバータ 3 0は、 制御装置 5 0により制御されて、 スイッチング素子 Q 3〜 Q 8をオン ·オフすることにより、 D C— D Cコンバータ 2 0から供給される直 流電力を交流電力に変換し、 得られた交流電力を走行用モータ 4 0に供給する。 これにより、 走行用モータ 4 0が回転駆動される。
ちなみに、 走行用モータ 4 0は高回転となるほど逆起電力が大きくなり、 最大 トルクが低下する。 D C— D Cコンバータ 2 0は これに対処するためのもので あり、 インバ一タ 3 0から走行用モータ 4 0への印加電圧を高くすることで、 高 回転領域での最大トルクを高めることができる。
なお、 上記説明では、 上アームのスイッチング素子 Q 1をオフ状態としている が、 スィツチング素子 Q 2がオンのときにスィツチング素子 Q 1がオフとなりス ィツチング素子 Q 2がオフのときにスィッチン.グ素子 Q 1がオンとなるように、 スィツチング素子 Q 1と Q 2とを互い違いにオン ·オフしてもよい。 この場合で も、 昇圧動作時においては、 上アームのスイッチング素子 Q 1および下アームの ダイォ一ド D 2には電流は流れない。
(回生動作時)
電気自動車 1の制動時や減速時において、 走行用モータ 4 0は、 発電機として 動作し、 交流電力を発生してインバータ 3 0に出力する。
インバータ 3 0は、 制御装置 5 0に制御されて、 スイッチング素子 Q 3〜Q 8 をオン ·オフすることにより、 走行用モータ 4 0で発電された交流電力を直流電 力に変換し、 得られた直流電力を D C— D Cコンバータ 2 0に供給する。
D C— D Cコンバータ 2 0は、 制御装置 5 0に制御されて、 インバ一タ 3 0か らの直流電力を降圧して蓄電装置 1 0を充電する。 具体的には、 D C— D Cコン バータ 2 0は、 下アームのスイッチング素子 Q 2をオフ状態として、 上アームの スィツチング素子 Q 1をオン ·オフすることにより、 ィンバータ 3 0の出力電圧 を降圧して蓄電装置 1 0に供給する。 より具体的に説明すると、 スイッチング素 子 Q 1がオンになると、 スイッチング素子 Q 1を介してリテク トル L 1に電流が 流れ、 ィンバ一タ 3 0からの直流電力がリアク トノレ L 1に蓄積される。 そして、 スィツチング素子 Q 1がオフになると、 リァク トルし 1の起電力によりダイォ一 ド D 2を介して電流が還流し、 これにより リアク トルし 1に蓄積された直流電力 が蓄電装置 1 0に供給される。 これにより、 蓄電装置 1 0が充電される。
なお、 上記説明では、 下アームのスイッチング素子 Q 2をオフ状態としている が、 スィツチング素子 Q 1がオンのときにスィツチング素子 Q 2がオフとなりス ィツチング素子 Q 1がオフのときにスィツチング素子 Q 2がオンとなるように、 スィツチング素子 Q 1 と Q 2とを互い違いにオン .オフしてもよい。 この場合で も、 降圧動作時においては、 下アームのスイッチング素子 Q 2および上アームの ダイォ一ド D 1には電流は流れない。
上述のとおり、 D C— D Cコンバータ 2 0において、 カ行動作時 (昇圧時) に は、 下アームのスィツチング素子 Q 2と上アームのダイォ一ド D 1とが用いられ 、 回生動作時 (降圧時) には、 上アームのスイッチング素子 Q 1 と下アームのダ ィオード D 2とが用いられる。 すなわち、 スイッチング素子 Q 2およびダイォー ド D 1は、 それぞれ昇圧用スイッチング素子および昇圧用ダイオードであり、 ス ィツチング素子 Q 1およびダイォード D 2は、 それぞれ降圧用スィツチング素子 および降圧用ダイオードである。
一般に、 D C— D Cコンバータ 2 0には、 カ行時の方が回生時よりも大きな電 流が流れる。 したがって、 昇圧用スイッチング素子 Q 2の方が降圧用スィッチン グ素子 Q -1よりも、 また昇圧用ダイォ一ド D 1の方が降圧用ダイォード D 2より も、 大きな電流が通電し、 熱負荷が大きい。 そこで、 本実施の形態では、 昇圧用 スィツチング素子 Q 2の電流許容量を降圧用スィツチング素子 Q 1の電流許容量 よりも大きくする。 また、 昇圧用ダイオード D 1の電流許容量を降圧用ダイォー ド D 2の電流許容量よりも大きくする。
以下、 昇圧用素子の電流許容量が降圧用素子の電流許容量よりも大きい構成の 例として、 第 1〜第 4の構成例を示す。 なお、 下記第 1〜第 4の構成例に係る構 成は適宜組み合わされてもよい。 '
(第 1の構成例)
本構成例では、 カ行時と回生時の電気仕様の違いに応じて、 素子 1個当たりの 発熱量 (通電電流値) を抑える観点より、 スイッチング素子 Q 1 , Q 2およびダ ィオード D l , D 2は次のように構成される。
すなわち、 本構成例では、 昇圧用スイッチング素子 Q 2は、 図 2に示されるよ うに、 複数の (単位) スイッチング素子が互いに並列接続されてなり、 並列接続 される (単位) スイッチング素子の素子数は、 昇圧用スイッチング素子 Q 2の方 が降圧用スイッチング素子 Q 1よりも多い。 ここで、 降圧用スイッチング素子 Q 1は、 1個の素子であってもよいし、 複数の (単位) スイッチング素子が互いに 並列接続されて構成されてもよい。 別の言い方をすれば、 本構成例では、 昇圧用 スイ ッチング素子 Q 2は M個の単位素子 (チップ) に分割されて構成され、 降圧 用スイッチング素子 Q 1は N個の単位素子 (チップ) に分割されて構成され、 M は 2以上の整数であり、 Nは 1以上の整数であり、 M〉Nである。 ざらに、 本構 成例では、 スイッチング素子 Q 1および Q 2を構成する複数 (M + N個) のスィ ツチング素子は、 互いに略同一である。
具体的には、 図 2に示される例では、 昇圧用スイ ッチング素子 Q 2は 4個の I G B T Q 2 1〜Q 2 4が並列接続されてなり、 降圧用スィツチング素子 Q 1は 3 個の I G B T Q 1 1〜Q 1 3が並列接続されてなる。 I G B T Q 1 1〜Q 1 3 , Q 2 1〜Q 2 4は、 互いに同一仕様である。
また、 本構成例では、 昇圧用ダイオード D 1は、 図 2に示されるように、 複数 の (単位) ダイオードが互いに並列接続されてなり、 並列接続される (単位) ダ ィォードの素子数は、 昇圧用ダイオード D 1の方が降圧用ダイォ一ド D 2よりも 多い。 ここで、 降圧用ダイオード D 2は、 1個の素子であってもよいし、 複数の
(単位) ダイオードが互いに並列接続されて構成されてもよい。 別の言い方をす れば、 本構成例では、 昇圧用ダイオード D 1は J個の単位素子 (チップ) に分割 されて構成され、 降圧用ダイオード D 2は K個の単位素子 (チップ) に分割され て構成され、 Jは 2以上の整数であり、 Kは 1以上の整数であり、 J > Kである 。 さらに、 本構成例では、 ダイオード D 1および D 2を構成する複数のダイォ一 ドは、 互いに略同一である。 .
具体的には、 図 2に示される例では、 昇圧用ダイオード D 1は 4個のダイォー ド D 1 1〜 D 1 4が並列接続されてなり、 降圧用ダイォ一ド D 2は 3個のダイォ ード D 2 1〜D 2 3が並列接続されてなる。 ダイオード D 1 1〜D 1 4 , D 2 1 〜D 2 3は、 互いに同一仕様である。
(第 2の構成例)
本構成例では、 昇圧用スイッチング素子 Q 2の放熱効率が、 降圧用スィッチン グ素子 Q 1の放熱効率よりも高い。
一つの態様では、 昇圧用スイッチング素子 Q 2そのものの放熱性能が、 降圧用 スイッチング素子 Q 1そのものの放熱性能より高い。 例えば、 昇圧用スィッチン グ素子 Q 2の素子面積が、 降圧用スィツチング素子 Q 1の素子面積よりも大きい 別の一つの態様では、 スィツチング素子を冷却する冷却手段が設けられており
、 昇圧用スイッチング素子 Q 2を冷却する冷却性能が、 降圧用スイッチング素子 Q 1を冷却する冷却性能よりも高い。 例えば、 スィツチング素子を冷却するため の冷媒が流される構成において、 昇圧用スィツチング素子 Q 2は冷媒の流通経路 の上流側に配置され、 降圧用スィツチング素子 Q 1は下流側に配置される。
また、 本構成例では、 昇圧用ダイオード D 1の放熱効率が、 降圧用ダイオード D 2の放熱効率よりも高い。
一つの態様では、 昇圧用ダイォ一ド D 1そのものの放熱性能が、 降圧用ダイォ ード D 2そのものの放熱性能より高い。 例えば、 昇圧用ダイオード D 1の素子面 積が、 降圧用ダイォ一ド D 2の素子面積よりも大きい。 ' 別の一つの態様では、 ダイオードを冷却する冷却手段が設けられており、 昇圧 用ダイォード D 1を冷却する冷却性能が、 降圧用ダイォ一ド D 2を冷却する冷却 性能よりも高い。 例えば、 ダイオードを冷却するための冷媒が流される構成にお いて、 昇圧用ダイオード D 1は冷媒の流通経路の上流側に配置され、 降圧用ダイ オード D 2は下流側に配置される。
(第 3の構成例)
本構成例では、 昇圧用スイッチング素子 Q 2の素子耐熱性が、 降圧用スィッチ ング素子 Q 1の素子耐熱性よりも高い。 具体的には、 昇圧用スイ ッチング素子 Q 2は、 降圧用スイ ッチング素子 Q 1に比較して高耐熱材で形成される。 例えば、 昇圧用スィツチング素子 Q 2は S i C半導体素子であり、 降圧用スィツチング素 子 Q 1は S i半導体素子である。
また、 本構成例では、 昇圧用ダイオード D 1の素子耐熱性が、 降圧用ダイォー ド D 2の素子耐熱性よりも高い。 具体的には、 昇圧用ダイオード D 1は、 降圧用 ダイォード D 2に比較して高耐熱材で形成される。 例えば、 昇圧用ダイォード D 1は炭化珪素 (S i C ) 半導体素子であり、 降圧用ダイオード D 2は珪素 (S i ) 半導体素子である。
(第 4の構成例)
本構成例では、 制御装置 5 0は、 昇圧用スイッチング素子 Q 2の検出温度が所 定の昇圧側上限温度に達すると昇圧用スィツチング素子 Q 2への通電を実質的に 禁止し、 降圧用スィツチング素子 Q 1の検出温度が所定の降圧側上限温度に達す ると降圧用スイ ッチング素子 Q 1への通電を実質的に禁止する。 そじて、 DC— D Cコンバ一タ 20は、 上記昇圧側上限温度が上記降圧側上限温度よりも高くな るように構成される。 例えば、 DC— DCコンバータ 20は'、 降圧用スィ ッチン グ素子 Q 1に比較して、 昇圧用スィツチング素子 Q 2の温度が正確に検出される ように構成される。
ここで、 スイッチング素子の検出温度は、 温度センサにより検出されるスイツ チング素子の温度である。
また、 スイッチング素子への通電を実質的に禁止するとは、 スイッチング素子 の通亀量を、 素子の破損を防止する程度に小さい量に制限することを意味し、 一 つの態様では通電を完全に禁止する。
なお、 昇圧用スィツチング素子 Q 2の検出温度が所定の昇圧側上限温度に達し た場合に、 スイッチング素子 Q 2のみならず、 スイッチング素子 Q 1への通電を 実質的に禁止してもよい。 また、 降圧用スイッチング素子 Q 1の検出温度が所定 の降圧側上限温度に達した場合に、 スィツチング素子 Q 1のみならず、 スィツチ ング素子 Q 2への通電を実質的に禁止してもよい。
具体的には、 本構成例では、 昇圧用スイッチング素子 Q 2および降圧用スイツ チング素子 Q 1は、 互いに略同一であり、 例えば互いに同一仕様の素子である。 制御装置 50は、 昇圧用スィツチング素子 Q 2の検出温度 TLが昇圧側上限温度 TL 1 (=T 1 - Δ T L) に達すると、 昇圧用スィツチング素子 Q 2への通電を 実質的に禁止する。 また、 制御装置 50は、 降圧用スイッチング素子 Q 1の検出 温度 TUが降圧側上限温度 TU 1 (=Τ 1 - Δ TU) に達すると、 降圧用スイツ チング素子 Q 1への通電を実質的に禁止する。 ここで、 Τ 1は、 スイ ッチング素 子 Q l , Q 2の素子耐熱温度である。 ATLは、 昇圧用スイッチング素子 Q 2の 温度の検出誤差を考慮したマージン (余裕量) である。 ΔΤυは、 降圧用スイツ チング素子 Q 1の温度の検出誤差を考慮したマージンである。 DC— DCコンパ ータ 20は、 ATLく ΔΤυとなるように、 すなわち T L 1 >TU 1 となるよう に構成される。 このような構成としては、 例えば下記 (a) 〜 (c) の構成があ る。 なお、 下記 (a) 〜 (c) の構成は、 適宜組み合わされてもよい。
(a ) 昇圧用スィツチング素子 Q 2の温度の検出精度が降圧用スィツチング素 子 Q 1の温度の検出精度よりも高くなるように、 温度センサが構成ざれる。
(b) DC— DCコンバータ 20は、 図 3に示される構成を有する。 すなわち 、 昇圧用スイ ッチング素子 Q 2は 2個のスイッチング素子 Q 2 1 , Q 22が並列 接続されてなり、 降圧用スイッチング素子 Q 1は 2個のスイ ッチング素子 Q 1 1 , Q 1 2が並列接続されてなる。 スイッチング素子 Q 2 1 , Q 22, Q 1 1 , Q 1 2は、 互いに略同一であり、 例えば互いに同一仕様である。 また、 昇圧用ダイ オード D 1は 2個のダイオード D 1 1 , D 1 2が並列接続されてなり、 降圧用ダ ィオード D 2は 2個のダイオード D 2 1, D 22が並列接続されてなる。 ダイォ —ド D l l , D 1 2 , D 21, D 22は、 互いに略同一であり、 例えば互いに同 一仕様である。 また、 スイッチング素子 Q 1 1の温度を検出する温度センサ S 1 と、 スィツチング素子 Q 21の温度を検出する温度センサ S 2とが設けられてい る。 ここでは、 温度センサ S 1および S 2の検出精度は、 互いに同一である。 制御装置 50は、 温度センサ S 2による検出温度 (すなわちスイッチング素子 Q 2 1の検出温度) T Lが昇圧側上限温度 T L 1 (=T 1 - Δ T L) に達すると 、 スイッチング素子 Q 21, Q 22への通電を実質的に禁止する。 また、 制御装 置 50は、 温度センサ S 1による検出温度 (すなわちスィツチング素子 Q 1 1の 検出温度) TUが降圧側上限温度 TU 1 (=Τ 1 _ΔΤυ) に達すると、 スイツ チング素子 Q l l , Q 1 2への通電を実質的に禁止する。
ここでは、 ATLは、 温度センサ S 2の検出公差 Δ T Sと、 スイ ッチング素子 Q21 , Q 22間の温度差 Δ T 2とを考慮したマ一ジンであり、 例えば ATL = 厶 TS + AT2である。 また、 ΔΤυは、 温度センサ S 1の検出公差 ATSと、 スイッチング素子 Q l 1 , Q 1 2間の温度差 ΔΤ 1とを考慮したマ一ジンであり 、 例えば Δ TU=厶 T S + Δ Τ 1である。
そして、 DC— DCコンバータ 20は、 厶 T 2く Δ T 1となるように構成され る。 例えば、 スイ ッチング素子 Q21 , Q 22間の温度差厶 T 2が小さくなるよ うに、 素子の選別により、 素子特性が揃った 2つのスイッチング素子がスィッチ ング素子 Q 21 , Q22として用いられる。 ( c ) 昇圧用スイッチング素子 Q 2は、 複数のスイッチング素子が互いに並列 接続されてなり、 制御装置 5 0は、 上記複数のスイッチング素子の複数の検出温 度のうち最も高い検出温度が昇圧側上限温度に達すると通電を実質的に禁止する より具体的には、 昇圧用スィツチング素子 Q 2および降圧甩スィツチング素子 Q 1は、 それぞれ複数のスィツチング素子が互いに並列接続されてなり、 昇圧用 スィツチング素子 Q 2および降圧用スィツチング素子 Q 1を構成する複数のスィ ツチング素子は、 互いに略同一 (例えば同一仕様) である。 そして、 制御装置 5 0.は、 昇圧用スィツチング素子 Q 2を構成する複数のスィツチング素子の複数の 検出温度のうち最も高い検出温度が昇圧側上限温度に達すると通電を実質的に禁 止する。 降圧側については、 例えば、 降圧用スイッチング素子 Q 1を構成する複 数のスィツチング素子のうち 1つのスィツチング素子の温度が検出され、 制御装 置 5 0は、 当該 1つのスィツチング素子の検出温度が降圧側上限温度に達すると 通電を実質的に禁止する。
一例を挙げると、 D C— D Cコンバータ 2 0は、 図 4に示される構成を有する 。 すなわち、 昇圧用スイッチング素子 Q 2は 2個のスイッチング素子 Q 2 1 , Q 2 2が並列接続されてなり、 降圧用スィツチング素子 Q 1は 2個のスィツチング 素子 Q l l, Q 1 2が並列接続されてなる。 スイ ッチング素子 Q 2 1 , Q 2 2 , Q l 1 , Q 1 2は、 互いに略同一であり、 例えば互いに同一仕様である。 また、 昇圧用ダイオード D 1は 2個のダイオード D l 1 , D 1 2が並列接続されてなり 、 降圧用ダイオード D 2は 2個のダイオード D 2 1 , D 2' 2が並列接続されてな る。 ダイォ一ド D 1 1 , D 1 2 , D 2 1 , D 2 2は、 互いに略同一であり、 例え ば互いに同一仕様である。 また、 スイッチング素子 Q 1 1の温度を検出する温度 センサ S 1 1と、 スィツチング素子 Q 2 1の温度を検出する温度センサ S 2 1 と 、 スィツチング素子 Q 2 2の温度を検出する温度センサ S 2 2とが設けられてい る。 ここでは、 温度センサ S 1 1 , S 2 1 , S 2 2の検出精度は、 互いに同一で ある。
制御装置 5 0は、 温度センサ S 2 1, S 2 2による検出温度のうち高い方の検 出温度 T Lが昇圧側上限温度 T L 1 ( = T 1 - Δ T L ) に達すると、 スィッチン グ素子 Q 2 1 , Q 22への通電を実質的に禁止する。 また、 制御装置 50は、 温 度センサ S 1 1による検出温度 TUが降圧側上限温度 TU 1 (=T 1 - Δ TU) に達すると、 スイッチング素子 Q 1 1 , Q 1 2への通電を実質的に禁止する。 ここで、 ATLは、 温度センサの検出公差 Δ T Sを考慮したマ一ジンであり、 例えば ΔΤί = ΔΤ Sである。 また、 ΔΤυは、 温度センサの検出公差 Δ T Sと 、 スイッチング素子 Q 1 1 , Q 1 2間の温度差 ΔΤ 1 とを考慮したマージンであ り、 例えば Δ TU= Δ T S + Δ Τ 1である。 よって、 ATLく ΔΤυであり、 Τ L 1 > TU 1である。
ところで、 第 4の構成例の一態様として、 制御装置 50は、 昇圧用スィッチン グ素子 Q 2の検出温度 T Lおよび降圧用スィツチング素子 Q 1の検出温度 Τじに 応じて負荷率を制限する負荷率制限制御を行ってもよい。 以下、 この負荷率制限 制御について具体的に説明する。
制御装置 50は、 図 5に示される昇圧側負荷率制限マップに基づいて負荷率 L F Lを求め、 図 6に示される降圧側負荷率制限マップに基づいて負荷率 L FUを 求め、 負荷率 LF L, L FUのうち低い方の値に負荷率を制限する。
図 5の昇圧側負荷率制限マップについて説明すると、 横軸は昇圧側スィッチン グ素子 Q 2の検出温度 T Lであり、 縦軸は負荷率である。 ここで、 負荷率' 1 00 %は、 蓄電装置 1 0の最大放電電力または最大充電電力である。 検出温度 TLが 負荷率制限制御開始温度 T L 0未満の範囲では、 負荷率 L F L= 1 00%であり 、 負荷率制限されない。 検出温度 TLが昇圧側上限温度 T L 1以上の範囲では、 負荷率 L F L = 0 %である。 検出温度 T Lが負荷率制限制御開始温度 T L 0以上 かつ昇圧側上限温度 T L 1以下の範囲では、 負荷率 L F Lは、 検出温度 TLの増 加に応じて 1 00%から 0%に徐々に下げられる。 なお、 負荷率制限制御開始温 度 TL 0は、 例えば、 TL 1一 1 0°Cである。
図 6の降圧側負荷率制限マップについて説明すると、 横軸は降圧側スィッチン グ素子 Q 1の検出温度 TUであり、 縦軸は負荷率である。 ここで、 負荷率 1 00 %は、 蓄電装置 1 0の最大放電電力または最大充電電力である。 検出温度 TUが 負荷率制限制御開始温度 TU 0未満の範囲では、 負荷率 LFU= 1 00%であり 、 負荷率制限されない。 検出温度 TUが降圧側上限温度 TU 1以上の範囲では、 負荷率 L FU= 0%である。 検出温度 TUが負荷率制限制御開始温度 TU 0以上 かつ降圧側上限温度 TU 1以下の範囲では、 負荷率 L FUは、 検出温度 TUの増 加に応じて 1 00%から 0%に徐々に下げられる。 なお、 負荷率制限制御開始温 度 TU0は、 例えば、 TU 1 _ 1 0°Cである。
図 5, 6を見れば分かるように、 負荷率制限制御開始温度 TL 0は、 負荷率制 限制御開始温度 T U 0よりも高い。 また、 昇圧側の方が降圧側よりも、 負荷率制 限されない領域 (図 5, 6において斜線で示される領域) が広い。
以上説明した本実施の形態によれば、 下記 ( 1) 〜 (1 5) の効果が得られ得 る.。
(1 ) 本実施の形態では、 電気自動車の蓄電装置と走行用モータとの間に介挿 され、 走行用モータのカ行動作時には、 リアク トルと昇圧用スイッチング素子と 昇圧用ダイォードとを用いて蓄電装置の電力を昇圧し、 走行用モータの回生動作 時には、 リアク トルと降圧用スイ ッチング素子と降圧用ダイオードとを用いて回 生電力を降圧する電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて、 昇圧用スィツチ ング素子の電流許容量が降圧用スィツチング素子の電流許容量よりも大きい。 こ のため、 本実施の形態によれば、 電気自動車用 DC— DCコンバータでは昇圧用 スィツチング素子の方が降圧用スィツチング素子よりも通電量が大きいという事 情に応じた適^な構成が実現される。 これにより、 DC— DCコンバータの構成
(特に昇圧用スィツチング素子および降圧用スィツチング素子) の最適化を図る ことができ、 コス トダウンや小型化を図ることができる。
(2) 上記第 1の構成例では、 昇圧用スイッチング素子は、 複数のスィッチン グ素子が互いに並列接続されてなり、 並列接続されるスィツチング素子の素子数 は、 昇圧用スイッチング素子の方が降圧用スイッチング素子よりも多い。 このた め、 昇圧用スイ ッチング素子および降圧用スイッチング素子を、 カ行時と回生時 の電気仕様に応じた適切な素子数で構成することができ、 コス トダウンを図るこ とができる。 具体的には、 図 8に示される従来の構成に対して、 降圧用スィッチ ング素子の素子数を削減することができ、 コス 卜ダウンを図ることができる。
(3) また、 上記第 1の構成例によれば、 昇圧用スイ ッチング素子および降圧 用スィツチング素子を構成する複数のスィツチング素子は互いに略同一であるの で、 複数種類のスイッチング素子を用意する必要がなく、 コス トダウンを図るこ とができる。
( 4 ) 上記第 2の構成例では、 昇圧用スイ ッチング素子の放熱効率を、 降圧用 スィツチング素子の放熱効率よりも高くするので、 降圧用スィツチング素子に比 較して、 昇圧用スイ ッチング素子の昇温の程度を下げ、 昇圧用スイ ッチング素子 の電流許容量を高くすることが可能となる。 .
( 5 ) 上記第 2の構成例の一態様では、 昇圧用スイッチング素子の素子面積を 降圧用スイッチング素子の素子面積よりも大きくする。 この構成によれば、 降圧 用スィツチング素子に比較して、 昇圧用スィツチング素子の放熱面積を広く確保 することができ、 昇圧用スィツチング素子の放熱効率を高くすることが可能とな る。 また、 降圧用スイッチング素子に比較して、 昇圧用スイッチング素子の損失 を小さくすることができ、 昇圧用スィツチング素子の発熱量を小さくすることが 可能となる。 .
( 6 ) 上記第 3の構成例では、 昇圧用スイッチング素子の耐熱性を降圧用スィ ツチング素子の耐熱性よりも高くするので、 降圧用スィツチング素子に比較して 、 昇圧用スイッチング素子を高い温度で使用することができ、 昇圧用スィ ッチン グ素子の電流許容量を高ぐすることが可能となる。
( 7 ) 上記第 4の構成例では、 昇圧用スイッチング素子の検出温度が所定の昇 圧側上限温度に達すると前記昇圧用スィツチング素子への通電を実質的に禁止し 、 前記降圧用スィツチング素子の検出温度が所定の降圧側上限温度に達すると前 記降圧用スィツチング素子への通電を実質的に禁止する制御手段を有する構成に おいて、 昇圧側上限温度が降圧側上限温度よりも高くなるように構成する。 本構 成によれば、 降圧用スイッチング素子と比較して、 昇圧用スイッチング素子をよ り高い温度で使用することができ、 昇圧用スィツチング素子の電流許容量を高く することが可能となる。
( 8 ) 上記第 4の構成例の一態様では、 昇圧用スイッチング素子および降圧用 スィツチング素子は、 それぞれ複数のスィツチング素子が互いに並列接続されて なり、 制御手段は、 昇圧用スイッチング素子を構成する複数のスイッチング素子 の複数の検出温度のうち最も高い検出温度が前記昇圧側上限温度に達すると通電 を実質的に禁止する。 この態様によれば、 昇圧用スイッチング素子を構成する複 数のスィツチング素子のうち最も温度が高いものの温度を正確に検出することが でき、 昇圧側上限温度を降圧側上限温度よりも高く設定することが可能となる。
( 9 ) また、 上記第 4の構成例によれば、 昇圧用スイッチング素子および降圧 用スィツチング素子を構成する複数のスィツチング素子は互いに略同一であるの で、 複数種類のスィツチング素子を用意する必要がなく、 コス トダウンを図るこ とができる。
( 1 0 ) 本実施の形態では、 昇圧用ダイオードの電流許容量が降圧用ダイォ一 ドの電流許容量よりも大きい。 このため、 本実施の形態によれば、 電気自動車用 D C— D Cコンバータでは昇圧用ダイォ一ドの方が降圧用ダイォ一ドょりも通電 量が大きいという事情に応じた適切な構成が実現される。 これにより、 D C— D Cコンバータの構成 (特に昇圧用ダイオードおよび降圧用ダイオード) の最適化 を図ることができ、 コストダウンや小型化を図ることができる。
( 1 1 ) 上記第 1の構成例では、 昇圧用ダイオードは、 複数のダイオードが互 いに並列接続されてなり、 並列接続されるダイオードの素子数は、 昇圧用ダイォ ードの方が降圧用ダイオードよりも多い。 このため、 本実施の形態によれば、 昇 圧用ダイォ一ドおよび降圧用ダイォードを、 カ行時と回生時の電気仕様に応じた 適切な素子数で構成する.ことができ、 コストダウンを図ることができる。 具体的 には、 図 8に示される従来の構成に対して、 降圧用ダイオードの素子数を削減す ることができ、 コストダウンを図ることがでぎる。
( 1 2 ) また、 上記第 1の構成例によれば、 昇圧用ダイオードおよび降圧用ダ ィォ一ドを構成する複数のダイォードは互いに略同一であるので、 複数種類のダ ィォードを用意する必要がなく、 コス 卜ダウンを図ることができる。
( 1 3 ) 上記第 2の構成例では、 昇圧用ダイオードの放熱効率を、 降圧用ダイ オードの放熱効率よりも高くするので、 降圧用ダイオードに比較して、 昇圧用ダ ィォードの昇温の程度を下げ、 昇圧用ダイォードの電流許容量を高くすることが 可能となる。
( 1 4 ) 上記第 2の構成例の一態様では、 昇圧用ダイオードの素子面積を降圧 用ダイオードの素子面積よりも大きくする。 この構成によれば、 降圧用ダイォ一 ドに比較して、 昇圧用ダイオードの放熱面積を広く確保することができ、 昇圧用 ダイオードの放熱効率を高くすることが可能となる。 また、 降圧用ダイオードに 比較して、 昇圧用ダイオードの損失を小さくすることができ、 昇圧用ダイオード の発熱量を小さくすることが可能となる。
( 1 5 ) 上記第 3の構成例では、 昇圧用ダイォードの耐熱性を降圧用ダイォ一 ドの耐熱性よりも高くするので、 降圧用ダイォ一ドに比較して、 昇圧用ダイォ一 ドを高レ、温度で使用することができ、 昇圧用ダイォ一ドの電流許容量を高くする ことが可能となる。
なお、 本発明は、 上記実施の形態に限定されるものではなく、 本発明の要旨を 逸脱しない範囲内で種々変更することができる。
例えば、 上記実施の形態では、 昇圧用スィッチング素子の電流許容量が降圧用 スィツチング素子の電流許容量より大きいこと、 および昇圧用ダイォードの電流 許容量が降圧用ダイォードの電流許容量より大きいことの両方が成立する場合を 示したが、 いずれか一方が成立するように構成することもできる。 例えば、 上記 第 1の構成例では、 昇圧用スィツチング素子の方が降圧用スィツチング素子より も素子数が多いこと、 および昇圧用ダイォ一ドの方が降圧用ダイォードの素子数 よりも多いことの両方が成立する場合を示したが、 いずれか一方が成立するよう に構成することもできる。
また、 昇圧用スィツチング素子の電流許容量が降圧用スィツチング素子の電流 許容量より大きくなるように構成されていれば、 降圧用ダイォ一ドの電流許容量 が昇圧用ダイォー卞の電流許容量より大きくてもよい。
また、 上記実施の形態では、 スイッチング素子として I G B Tを例示したが、 スィツチング素子は、 バイポーラ トランジスタや M O S トランジスタ等であって もよい。
また、 D C— D Cコンバータ 2 0には、 図 1の例では 1系統のインバータ 3 0 および走行用モータ 4 0が接続されているが、 複数系統のィンバ一タおよび走行 用モータが接続されてもよい。 例えば、 本実施の形態に係る電気自動車 1は、 図 7に示されるような、 いわゆるシリーズ ·パラレル方式のハイプリ ッ ド自動車で あってもよい。 図 7では、 D C— D Cコンバータ 2 0には、 2つのインバータ 3 1, 3 2が並列に接続されており、 インバ一タ 3 1, 3 2には、 それぞれ走行用 モータ 4 1 , 4 2が接続されている。 さらに、 一方の走行用モータ 4 1は内燃機 関 6 0に接続されている。 走行用モータ 4 1は、 内燃機関 6 0を始動させるスタ ータ機能と、 内燃機関 6 0の駆動力により発電する発電機能とを果たす。 一方、 走行用モータ 4 2は、 蓄電装置 1 0および走行用モータ 4 1の電力により駆動輪 を駆動する機能と、 制動時や減速時に回生電力を発生させる発電機能とを果たす 。 図 7の構成では、 負荷率は、 例えば、 2つの走行用モータ 4 1, 4 2の電力収 支 (発電電力と消費電力との差) を制御することによって制御される。

Claims

1. 電気自動車の蓄電装置と走行用モータとの間に介挿され、 前記走行用モータ のカ行動作時には、 リアク トルと昇圧用スイッチング素子と昇圧用ダイオードと を用いて前記蓄電装置の電力を昇圧し、 前記走行用モータの回生動作時には、 リ ァク トルと降圧用スィツチング素子と降圧用ダイォ一ドとを用いて回生電力を降 圧する電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて、
前記昇圧用スィツチング素子言の電流許容量が、 前記降圧用スィツチング素子の 電流許容量よりも大きいことを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。 の
2. 請求の範囲第 1項に記載の電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて、 前記昇圧用スィツチング素子は、 複数のスィツチング素子が互いに並列接続さ 囲.
れてなり、 並列接続されるスイッチング素子の素子数は、 前記昇圧用スィ ッチン グ素子の方が前記降圧用スィツチング素子よりも多いことを特徴とする電気自動 車用 DC— DCコンバータ。
3. 請求の範囲第 2項に記載の電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて、 前記昇圧用スィツチング素子および前記降圧用スィツチング素子を構成する複 数のスィツチング素子は、 互いに略同一であることを特徴とする電気自動車用 D C— DCコンバータ。
4. 請求の範囲第 1項に記載の電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて、 前記昇圧用スィツチング素子の放熱効率が、 前記降圧用スィツチング素子の放 熱効率よりも高いことを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。
5. 請求の範囲第 4項に記載の電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて、 前記昇圧用スィツチング素子の素子面積が、 前記降圧用スィツチング素子の素 子面積よりも大きいことを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。
6. 請求の範囲第 1項に記載の電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて、 前記昇圧用スィツチング素子の耐熱性が、 前記降圧用スィツチング素子の耐熱 性よりも高いことを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。
7. 請求の範囲第 1項に記載の電気自動車用 D C— D Cコンバータにおいて、 前記昇圧用スイ ッチング素子の検出温度が所定の昇圧側上限温度に達すると前 記昇圧用スィツチング素子への通電を実質的に禁止し、 前記降圧用スィツチング 素子の検出温度が所定の降圧側上限温度に達すると前記降圧用スイッチング素子 への通電を実質的に禁止する制御手段を有し、
前記昇圧側上限温度が前記降圧側上限温度よりも高くなるように構成されてい ることを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。
8. 請求の範囲第 7項に記載の電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて、 前記昇圧用スィツチング素子および前記降圧用スィツチング素子は、 それぞれ 複数のスイ ッチング素子が互いに並列接続されてなり、 前記制御手段は、 前記昇 圧用スィツチング素子を構成する複数のスィツチング素子の複数の検出温度のう ち最も高い検出温度が前記昇圧側上限温度に達すると、 通電を実質的に禁止する ことを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。
9. 請求の範囲第 7項または第 8項に記載の電気自動車用 DC— DCコンバータ において、
前記昇圧用スィツチング素子および前記降圧用スィツチング素子を構成する複 数のスィツチング素子は、 互いに略同一であることを特徴とする電気自動車用 D C— DCコンバータ。
1 0. 請求の範囲第 1項に記載の電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて、 さらに、 前記昇圧用ダイオードの電流許容量が、 前記降圧用ダイオードの電流 許容量よりも大きいことを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。
1 1. 電気自動車の蓄電装置と走行用モータとの間に介挿され、 前記走行用モー タのカ行動作時には、 リアク トルと昇圧用スイ ッチング素子と昇圧用ダイオード とを用いて前記蓄電装置の電力を昇圧し、 前記走行用モータの回生動作時には、 リアク トルと降圧用スィツチング素子と降圧用ダイォ一ドとを用いて回生電力を 降圧する電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて、
前記昇圧用ダイォ一ドの電流許容量が、 前記降圧用ダイォードの電流許容量よ りも大きいことを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。
1 2. 請求の範囲第 1 0項または第 1 1項に記載の電気自動車用 DC— DCコン 、 バータにおいて、
前記昇圧用ダイオードは、 複数のダイオードが互いに並列接続されてなり、 並 列接続されるダイオードの素子数は、 前記昇圧用ダイオードの方が前記降圧用ダ ィオードよりも多いことを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。
1 3. 請求の範囲第 1 2項に記載の電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて 前記昇圧用ダイォードおよび前記降圧用ダイォードを構成する複数のダイォー ドは、 互いに略同一であることを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ
1 4. 請求の範囲第 1 0項または第 1 1項に記載の電気自動車用 DC— DCコン バータにおいて、
前記昇圧用ダイォードの放熱効率が、 前記降圧用ダイォ一ドの放熱効率よりも 高いことを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。
1 5. 請求の範囲第 1 4項に記載の電気自動車用 DC— DCコンバータにおいて 前記昇圧用ダイォードの素子面積が、 前記降圧用ダイォードの素子面積よりも 大きいことを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。
1 6. 請求の範囲第 1 0項または第 1 1項に記載の電気自動車用 DC— DCコン バータにおいて、
前記昇圧用ダイォードの耐熱性が、 前記降圧用ダイォードの耐熱性よりも高い ことを特徴とする電気自動車用 DC— DCコンバータ。
1 7. 請求の範囲第 1項から第 1 6項のいずれか 1項に記載の電気自動車用 DC 一 DCコンバータを備えることを特徴とする電気自動車用モータ駆動装置。
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