WO2022269823A1 - 放電制御回路及びモータシステム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a discharge control circuit and a motor system.
- Patent Literature 1 discloses a technique for suppressing voltage fluctuations in power lines to the three-phase motors.
- the present invention has been made in view of such a background, and aims to provide a technique for efficiently controlling discharge.
- the main invention of the present invention for solving the above-mentioned problems is a discharge control circuit for supplying power from a battery power source to a load, comprising a semiconductor energization/interruption circuit for supplying or interrupting a discharge current from the battery power source for the power supply. means and contact current interrupting means, and when the semiconductor current interrupting means fails, the contact current interrupting means is used to interrupt the discharge current.
- FIG. 2 is a circuit block diagram showing an outline of the configuration of a battery module 2 according to this embodiment
- FIG. 1 is a circuit block diagram showing an outline of the configuration of a motor system 103 according to this embodiment
- FIG. 1 is a circuit block diagram showing the outline of the configuration of a motor system 105 according to this embodiment
- FIG. 4 is a flowchart diagram showing an outline of an abnormality determination sequence for detecting a predetermined X phase among three phases of the main controller 9 of the motor system 105 according to the present embodiment. 4 is a flow chart diagram showing an outline of control of the main controller 9 of the motor system 105 according to this embodiment.
- FIG. 1 is a circuit block diagram showing an outline of the configuration of a motor system 103 according to this embodiment
- FIG. 1 is a circuit block diagram showing the outline of the configuration of a motor system 105 according to this embodiment
- FIG. 4 is a flowchart diagram showing an outline of an abnormality determination sequence for detecting a predetermined X phase among three phases of the main controller
- the battery module 2 connects a high-voltage-rated lithium-ion secondary battery cell group 1H to a terminal 5 via an FET 4 as a semiconductor power cut-off means for outputting or stopping the discharge output.
- the module controller 3 detects the voltage of the lithium ion secondary battery cell group 1H or the current of the lithium ion secondary battery cell group 1H, that is, the voltage appearing across the shunt resistor 6, and turns the FET 4 on or off. Operate to control output or stop of the discharge output from the terminal 5.
- Motor system 103 supplies DC voltage output from battery module 2U, battery module 2V, and battery module 2W, which have the same configuration as battery module 2 shown in FIG.
- the voltage is applied to the inverter 6U, the inverter 6V, and the inverter 6W via the voltage power line 5V and the high voltage power line 5W, respectively.
- the inverter 6U, the inverter 6V, and the inverter 6W input the high-voltage DC voltage from the battery module 2U, the battery module 2V, and the battery module 2W, respectively, converts it to AC voltage, and converts it to a desired electrical angle for each phase.
- Three phase-shifted single-phase AC voltages are applied to the magnetic pole coils 7U, 7V, and 7W arranged in three phases in the motor to generate a rotating magnetic field between the magnetic pole coils, thereby rotating the rotor. controls the rotation of the Insulated communication lines 8a, 8b, and 8g communicate between three inverters arranged in independent closed circuits by insulated signals using photocouplers, and output three inverters from the three inverters. is used to shift the phase of the single-phase AC voltage to the desired electrical angle.
- the motor system 103 has a configuration in which a relay conductor 12, which is contact energization/breaking means capable of mechanically interlocking opening and closing of six contacts, is added.
- the relay conductor 12 is arranged in three independent closed-circuit high voltage power lines 5U, 5V, and 5W via the six contacts respectively, and the main controller 9 According to the transmitted control signal 11, the six contacts are mechanically interlocked to open and close.
- FIG. 1 the control of the main controller 9 of the motor system 105 will be explained using the flow charts of FIGS. 4 and 5.
- FIG. 1 the flow charts of FIGS. 4 and 5.
- Step 1 the main controller 9 of the motor system 105 detects whether or not the state of communication with the battery module 2X is normal using the insulated communication 10.
- the determination of the communication state is performed by digital communication with the main controller 9 as the host side and the battery module 2X as the slave side.
- the host side determines whether or not the communication handshake returned from the side to the host side is established correctly. If it is determined that the state of communication with the battery module 2X is not normal, the process proceeds to Step 6 to confirm that the battery module 2X cannot operate normally, that is, that at least one abnormal state exists in the X-phase closed circuit. do.
- a state in which the communication state with the battery module 2X is not normal is a state in which the CPU or IC (not shown in FIG.
- Step 1 when the main controller 9 determines in Step 1 that the communication state with the battery module 2X is normal, it proceeds to Step 2 and detects whether or not the communication state with the inverter 6X is normal.
- the communication handshake method for determining the communication state of the inverter 6X is the same as that of the battery module 2X described above.
- Step 2 if the communication with the inverter 6X can be performed normally, the process proceeds to Step 3. At this stage, there is a low possibility that an abnormality has occurred in the CPU or the like (not shown in FIG. 2) in the inverter 6X. The accuracy of detecting and determining the presence of abnormal conditions in the circuit can be increased.
- the battery module 2X determines whether the FET 4 in the battery module 2X has been turned off by the determination of the battery module 2X itself. detect whether When it is determined that the FET4 has been turned off, the process proceeds to Step 4, and it is detected whether or not the discharge current of the battery module 2X exceeds a predetermined value.
- Step 4 When it is determined in Step 4 that the discharge current of the battery module 2X exceeds a predetermined value, the process proceeds to Step 5 to detect whether or not the input discharge current to the inverter 6X exceeds a predetermined value.
- Step 5 it is reasonably likely that the current exceeding the predetermined value flows from the battery module 2X to the inverter 6X. , the state in which the discharge current continues to flow even though the battery module 2X has turned off the FET 4, that is, there is a high possibility that the FET 4 is short-circuited. Determine that at least one abnormal condition exists in
- Step 4 if it is determined in Step 4 that the discharge current from the battery module 2X exceeds the predetermined value, and if it is determined in Step 5 that the input current to the inverter 6X does not exceed the predetermined value, In this state, the battery module 2X cannot stop the discharge current due to the short failure of the FET 4, and the discharge current from the battery module 2X is not input to the inverter 6X as it is, and any other than the inverter 6X
- An abnormal state of electric leakage to a point such as a collision accident of an electric vehicle, where metal parts inside the vehicle are deformed and come into contact with each other in the X-phase closed circuit, or between the X-phase closed circuit and the closed circuit other than the X-phase.
- the main controller 9 selects the X phase, which is one of the three phases to be subjected to abnormality detection.
- the X-phase is selected from U-phase to W-phase at random or according to a circular permutation of symmetry with respect to the rotor axis.
- Step 102 the abnormality detection sequence for the X phase determined in Step 101 and the X phase abnormality determination sequence shown in the flow chart of FIG. do.
- Step 103 if the total number of abnormal states existing in the three phases is 2 or more, proceed to Step 104 and transmit the control signal 11 instructing cutoff to the relay conductor 12, otherwise If so, the process returns to Step 101 to switch and select the X phase for abnormality detection among the three phases, and repeat the execution of the X phase abnormality determination sequence in Step 102 .
- the relay conductor 12 mechanically interlocks and cuts off the energization of all the high voltage power lines 5U, 5V, and 5W belonging to the three phases.
- an abnormal current flows in a plurality of independent closed circuits having at least two abnormal states determined in Step 103, or between a plurality of independent closed circuits, and the abnormal state of each phase expands. All the contacts are mechanically interlocked and cut off by the contact current breaking means, which is relatively less prone to short failure than the semiconductor current breaking element, to improve reliability.
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Abstract
【課題】効率的に放電を制御することができるようにする。 【解決手段】電池電源から負荷へ電力供給する放電制御回路であって、電力供給のための電池電源からの放電電流を通電または遮断する半導体通電遮断手段および有接点通電遮断手段を有し、半導体通電遮断手段が故障した場合に、有接点通電遮断手段を用いて放電電流を遮断する。
Description
本発明は、放電制御回路及びモータシステムに関する。
近年、地球環境への配慮から、内燃機関すなわちエンジンで駆動する自動車がモータで駆動する電気自動車またはエンジンとモータで駆動するハイブリッド自動車に置き換わりつつある。電気自動車やハイブリッド自動車では３相モータが用いられており、特許文献１には、３相モータへの電力ラインにおける電圧変動を抑制する技術が開示されている。
従来技術のモータシステムでは、電池電源から昇圧コンバータへ入力する放電電流が非常に大きくなりがちである。
本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、効率的に放電を制御することが技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の主たる発明は、電池電源から負荷へ電力供給する放電制御回路であって、前記電力供給のための前記電池電源からの放電電流を通電または遮断する半導体通電遮断手段および有接点通電遮断手段を有し、前記半導体通電遮断手段が故障した場合に、前記有接点通電遮断手段を用いて前記放電電流を遮断するる。
その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。
本発明によれば、効率的に放電を制御することができる。
電池モジュール２は、図１に示すように、高電圧定格のリチウムイオン二次電池セル群１Ｈを、その放電出力を出力または停止する半導体通電遮断手段としてのＦＥＴ４を介して端子５に接続する。モジュールコントローラ３は、前記リチウムイオン二次電池セル群１Ｈの電圧、または、リチウムイオン二次電池セル群１Ｈの電流、すなわち、シャント抵抗６の両端に現れる電圧を検知してＦＥＴ４をオンまたはオフに操作し端子５からの放電出力の出力または停止を制御する。
モータシステム１０３は、図２に示すように、図１に示す電池モジュール２と同じ構成を有する電池モジュール２Ｕ、電池モジュール２Ｖ、および、電池モジュール２Ｗが出力する直流電圧を高電圧パワーライン５Ｕ、高電圧パワーライン５Ｖ、および、高電圧パワーライン５Ｗを介してインバータ６Ｕ、インバータ６Ｖ、および、インバータ６Ｗへそれぞれ印加する。インバータ６Ｕ、インバータ６Ｖ、および、インバータ６Ｗは、前記電池モジュール２Ｕ、電池モジュール２Ｖ、および、電池モジュール２Ｗからそれぞれ高電圧の直流電圧を入力し交流電圧に変換し、相毎に所望の電気角度に位相をずらした3個の単相交流電圧をモータ内の３相に配置される磁極コイル７Ｕ、磁極コイル７Ｖ、および、磁極コイル７Ｗへそれぞれ印加し前記磁極コイル間に回転磁界を発生してロータの回転を制御する。絶縁性通信ライン８ａ、８ｂ、および８ｇは、フォトカプラを利用した絶縁性信号により独立したそれぞれの閉回路に配置される３個のインバータ間で通信し前記３個のインバータから出力される３個の単相交流電圧の位相を前記所望の電気角度にずらすために用いる。
モータシステム１０５では、図３に示すように、モータシステム１０３に６個の接点を機械的に連動開閉が可能な有接点通電遮断手段であるリレーコンダクタ１２を付加した構成である。前記リレーコンダクタ１２は、３個の独立した閉回路の高電圧パワーライン５Ｕ、高電圧パワーライン５Ｖ、および、高電圧パワーライン５Ｗに前記６個の接点をそれぞれ介して配置し、メインコントローラ９から送信される制御信号１１に従い、前記６個の接点を機械的に連動して開閉する。
モータシステム１０５のメインコントローラ９の制御について、次に、図４ないし図５のフローチャート図を用いて説明する。
モータシステム１０５のメインコントローラ９の、３相の内の１相であるＸ相を検出対象とする場合の異常判定シーケンスについて、図４を用いて次に説明する。
モータシステム１０５のメインコントローラ９は、Ｓｔｅｐ１にて、絶縁性通信１０を用いて電池モジュール２Ｘとの通信状態が正常であるか否かを検知する。前記通信状態の判定は、メインコントローラ９をホスト側として、および、電池モジュール２Ｘをスレーブ側としてデジタル通信を行い、例えば、ホスト側から送信したデジタル信号の所定のコマンドに呼応した所定のコマンドがスレーブ側からホスト側へ返ってくる通信ハンドシェイクが正しく成立するか否かをホスト側が判定する。前記電池モジュール２Ｘとの通信状態が正常でないと判定すると、Ｓｔｅｐ６へ移行し電池モジュール２Ｘが正常に動作できない状態、すなわち、Ｘ相の閉回路内に少なくとも１個の異常状態が存在することを確定する。前記電池モジュール２Ｘとの通信状態が正常でない状態は、前記電池モジュール２Ｘ内のモジュールコントローラ３が有する図１に図示しないＣＰＵまたはＩＣがプログラム動作不良状態、または、前記ＣＰＵまたはＩＣのポートの周辺回路が何等かの異常状態にある可能性が高く、前記異常状態を放置すると、電池モジュール２Ｘ内のリチウムイオン二次電池セル群１Ｈの信頼性を低下する問題を生じかねない。
一方、メインコントローラ９は、Ｓｔｅｐ１にて、前記電池モジュール２Ｘとの通信状態が正常であると判定すると、Ｓｔｅｐ２へ移行しインバータ６Ｘとの通信状態が正常であるか否かを検知する。前記インバータ６Ｘの通信状態の判定のための通信ハンドシェイクの方法は上述の電池モジュール２Ｘと同じである。
Ｓｔｅｐ２において、前記インバータ６Ｘとの通信が正常に行える状態であればＳｔｅｐ３へ移行する。この段階では、前記インバータ６Ｘ内の図２に図示しないＣＰＵ等に異常が発生している可能性が低いため、Ｓｔｅｐ３以降のシーケンスに前記インバータ６Ｘの電流検知機能を利用して、Ｘ相の閉回路内の異常状態の存在の検知および判定の精度を高めることができる。Ｓｔｅｐ２にて前記インバータ６Ｘとの通信状態が正常であることを判定すると、Ｓｔｅｐ３にて、前記電池モジュール２Ｘが前記電池モジュール２Ｘ自身の判定により前記電池モジュール２Ｘ内のＦＥＴ４をオフに操作済みか否かを検知する。前記ＦＥＴ４をオフに操作済であると判定するとＳｔｅｐ４へ移行し、電池モジュール２Ｘの放電電流が所定値を超えるか否かを検知する。Ｓｔｅｐ４にて前記電池モジュール２Ｘの放電電流が所定値を超えていると判定するとＳｔｅｐ５へ移行し、前記インバータ６Ｘへの入力放電電流が所定値を超えるか否かを検知する。Ｓｔｅｐ５にて前記インバータ６Ｘへの入力放電電流が所定値を超えると判定すると、この状態は、電池モジュール２Ｘから前記インバータ６Ｘへ所定値を超える電流が流れる状態にあることは相応に確からしいものとして、前記電池モジュール２Ｘが前記ＦＥＴ４をオフに操作したにも関わらず前記放電電流が流れ続けている状態、すなわち、前記ＦＥＴ４のショート故障である可能性が高くＳｔｅｐ６へ移行し、Ｘ相の閉回路内に少なくとも１個の異常状態が存在することを確定する。
一方、Ｓｔｅｐ４にて、前記電池モジュール２Ｘからの放電電流が所定値を超える状態であると判定し、および、Ｓｔｅｐ５にて、前記インバータ６Ｘへの入力電流が所定値を超える状態でないと判定すると、この状態は、前記電池モジュール２Ｘが前記ＦＥＴ４のショート故障によって放電電流を停止できず、かつ、前記電池モジュール２Ｘからの前記放電電流が前記インバータ６Ｘへそのまま入力されず前記インバータ６Ｘ以外のいずれかの箇所へ漏電している異常な状態、例えば、電気自動車の衝突事故等により車内の金属部品同士が変形および接触しＸ相の閉回路内、または、Ｘ相の閉回路とＸ相以外の閉回路との間のいずれかの箇所に何等かの短絡経路を形成するような前記独立した複数の閉回路の本来の回路構成上起こり得ない電流の流れであり、Ｘ相の閉回路、または、Ｘ相以外の閉回路に少なくとも２個の異常状態が存在する可能性があり、Ｓｔｅｐ７へ移行し、前記Ｘ相または前記Ｘ相以外の閉回路に少なくとも２個の異常状態が存在することを確定する。
モータシステム１０５のメインコントローラ９の、３相を異常検出対象とした場合の制御について、図５を用いて次に説明する。
メインコントローラ９は、Ｓｔｅｐ１０１にて、３相内の異常検出対象とする１相であるＸ相を選択する。例えば、前記Ｘ相をＵ相ないしＷ相のいずれかをランダムまたはロータ軸心対称の円順列に従い選択する。Ｓｔｅｐ１０２にて、前記Ｓｔｅｐ１０１で定めたＸ相に対する異常検出シーケンス、図４のフローチャート図に示すＸ相異常判定シーケンスを実行し、前記Ｘ相における異常状態の存在の有無および異常状態の存在個数を判定する。Ｓｔｅｐ１０２の結果に基づきＳｔｅｐ１０３にて、３相中の、異常状態の存在の合計個数が２個以上の場合、Ｓｔｅｐ１０４へ進み遮断を指示する制御信号１１をリレーコンダクタ１２へ送信し、一方、そうでない場合は、Ｓｔｅｐ１０１へ帰還し、３相中の異常検出対象のＸ相を切り換え選択しＳｔｅｐ１０２のＸ相異常判定シーケンスを実行することを繰り返す。
Ｓｔｅｐ１０５にてリレーコンダクタ１２により３相に属する高電圧パワーライン５Ｕ、高電圧パワーライン５Ｖ、および、高電圧パワーライン５Ｗ全ての通電を機械的に連動して遮断する。これによって、Ｓｔｅｐ１０３で判定した少なくとも２個の異常状態を有する独立した複数の閉回路内、または、独立した複数の閉回路の間に渡り異常な電流が流れて各相の異常状態が拡大することを半導体通電遮断素子よりも比較的ショート故障しにくい有接点通電遮断手段により全ての接点が機械的に連動して遮断して防ぐことで信頼性を向上する。
以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
２ 電池モジュール
９ メインコントローラ
１０３ モータシステム
１０５ モータシステム
９ メインコントローラ
１０３ モータシステム
１０５ モータシステム
Claims (2)
- 電池電源から負荷へ電力供給する放電制御回路であって、
前記電力供給のための前記電池電源からの放電電流を通電または遮断する半導体通電遮断手段および有接点通電遮断手段を有し、
前記半導体通電遮断手段が故障した場合に、前記有接点通電遮断手段を用いて前記放電電流を遮断する放電制御回路。 - 電池電源によってモータを駆動するモータシステムであって、
前記電池電源は、電池セル群と前記電池セル群の状態に応じて前記電池セル群の放電出力を出力または遮断する半導体通電遮断手段とを有する電池モジュールであり、
当該モータシステムは、
複数の励磁コイルまたは磁極コイルにそれぞれ交流電圧を印加してロータを回転するモータと、
複数の電池モジュールと、
複数の接点の開閉動作が機械的に連動する有接点通電遮断手段と
を有し、
前記電池モジュールと前記励磁コイルまたは前記磁極コイルはそれぞれインバータ回路を介して接続した独立した複数の閉回路を構成し、
前記複数の閉回路の内少なくとも２個の閉回路における異常を検知した場合に、前記少なくとも２個の閉回路の前記電池モジュールから前記励磁コイルまたは前記磁極コイルへの電力供給経路を前記有接点通電遮断手段により遮断するモータシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/023847 WO2022269823A1 (ja) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 放電制御回路及びモータシステム |
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| WO2022269823A1 true WO2022269823A1 (ja) | 2022-12-29 |
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| PCT/JP2021/023847 WO2022269823A1 (ja) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 放電制御回路及びモータシステム |
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2021
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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