WO2023073974A1 - モータ駆動回路 - Google Patents

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inverter
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motor drive
battery
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和征 榊原
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株式会社EViP
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/18—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from dc supply lines

Definitions

  • the present invention relates to motor drive circuits.
  • the present invention has been made in view of such a background, and aims to provide a technology that can efficiently use a battery power source.
  • the main invention of the present invention for solving the above problems is a motor drive circuit, comprising: a motor; an inverter for driving the motor; and a second battery module, wherein the second battery module is charged from the first battery module group when the first battery module supplies power to the inverter with the current-carrying/breaking element turned on. and supplying power for restarting the inverter when the first battery module does not supply power to the inverter with the energization interrupting element cut off.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram showing an outline of the configuration of a battery module 2;
  • FIG. 2 is a circuit block diagram showing the outline of the configuration of the motor drive circuit 100;
  • FIG. 2 is a circuit block diagram showing the outline of the configuration of a motor drive circuit 101;
  • FIG. 3 is a flow chart diagram showing an outline of control of a main controller 12 of the motor drive circuit 101.
  • the battery module 2 includes a high-voltage rated battery cell group 1H in which a plurality of lithium-ion secondary battery cells are connected in series, and an FET 4 as an energization interrupting element for outputting or stopping the discharge output. It is connected to terminal 7 through The module controller 3 detects the voltage of the battery cell group 1H or the current of the battery cell group 1H, that is, the voltage appearing across the shunt resistor 6, and turns on or off the FET 4 according to the detection result. It controls output or stop of the discharge output from the terminal 7 .
  • the motor drive circuit 100 connects a plurality of battery modules 2 in series via terminals 7 to form a battery module group 2, and converts the high voltage DC voltage of the battery module group 2 into an inverter.
  • the inverter 10 converts the input DC voltage into a three-phase AC voltage and outputs it to drive a three-phase motor 11 .
  • the main controller 12 detects the control state of the inverter 10 by communicating with the inverter 10 using the insulating communication signal 13 .
  • a lead-acid battery 15 as a backup power supply is connected to the battery module group 2 via a charging circuit 8, and the FETs 4 of all the battery modules 2 in the battery module 2 group are turned on, and the battery module 2 group is connected to the inverter.
  • the main controller 12 and the inverter 10 avoid a state in which the voltage output of the battery module 2 group is stopped and the power supply from the battery module 2 group is stopped, and the motor drive circuit 100 cannot be restarted. .
  • the motor drive circuit 101 replaces the battery module 2 with a battery module 2a having the same configuration as the battery module 2 in the motor drive circuit 100, and replaces the lead-acid battery 15 with the battery module 2a. It has the same configuration as the module 2 replaced with a battery module 2b having the same configuration.
  • the battery module 2a is used to supply power to the inverter 10 and the three-phase motor 11, and the battery module 2b is used as a backup when the output of the battery module 2a group is stopped.
  • the charge control parameters and discharge control parameters of the module controller 3 in 2b are different.
  • the lead-acid battery 15 for use as a backup power source is replaced with the battery module 2b composed of lithium ion secondary battery cells having significantly higher electrical durability. If the FETs 4 of all the battery modules 2 are turned off and the voltage output of the battery module 2 group is temporarily stopped, the problem occurrence probability that the motor drive circuit 100 cannot be restarted can be greatly reduced.
  • Step 1 the main controller 12 of the motor drive circuit 101 turns on the FETs 4 of all the battery modules 2a in the battery module 2a group to supply power to the inverter 10,
  • Step 2 information on the inverter 10 is obtained using the insulating communication signal 13, and it is detected whether the inverter 10 is in a stopped state.
  • the process proceeds to Step 3, and the FETs 4 of all the battery modules 2a in the battery module 2a group are turned off to turn off the battery modules 2a. Power supply from the group to the inverter 10 is stopped.
  • the high voltage of the battery module 2a group does not exist in the electric vehicle in which the motor drive circuit 101 is mounted, and the highest voltage present in the electric vehicle becomes the same as the rated voltage of the battery module 2a. It is possible to avoid the risk of electrical shock for maintenance personnel.
  • Step 4 the main controller 12 acquires information on the inverter 10 using the insulating communication signal 13 and detects whether the inverter 10 is in a state requiring restart.
  • the FETs 4 of all the battery modules 2a of the battery module 2a group have already been turned off in Step 3 to stop the power supply from the battery module 2a group to the inverter 10. If the lead-acid battery 15 used as the power supply for power supply reaches the end of its life failure, the main controller 12 and the inverter 10 cannot receive power from the constant voltage source 14 and cannot operate.
  • the probability of occurrence of a problem that Step 4 and subsequent steps cannot be executed due to a battery life failure of the lithium ion secondary battery cell is greatly reduced compared to the motor drive circuit 100.
  • the hardware of the battery module 2a and the battery module 2b becomes a common part (software, that is, parameters are different), which contributes to the initial cost reduction of the motor drive circuit, and also reduces the running cost related to the troubleshooting of the restart failure. can.

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Abstract

【課題】電池電源を効率的に利用することができるようにする。 【解決手段】モータ駆動回路が、モータと、モータを駆動するインバータと、放電出力を出力または遮断する通電遮断素子を備える第１電池モジュールと、第２電池モジュールと、を備え、第２電池モジュールは、第１電池モジュールが通電遮断素子を通電状態にしてインバータへ電力を供給している場合に第１電池モジュール群から充電され、第１電池モジュールが通電遮断素子を遮断状態にしてインバータへ電力を供給していない場合にインバータが再起動するための電力を供給すること、を特徴とする。

Description

モータ駆動回路
　本発明は、モータ駆動回路に関する。
　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エンジン駆動式自動車がモータで駆動する電気自動車に置き換わりつつある。特に、モータを駆動するための電池電源にエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池が多く使用されている。また、前記エンジン駆動式自動車においては、エンジンの始動または補機類に電力供給するための電池電源として鉛蓄電池が多く使用されてきた。
特開2016-78662号公報
　従来技術の電気自動車では、前記電気自動車の１充電あたりの航続距離の延長を目的としてエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池を有する複数の電池モジュールを直列接続した高電圧の電池電源が多く使用されているが、前記電池モジュールの放電出力停止状態にある場合のバックアップ電源として前記エンジン駆式自動車で多く用いられてきた鉛蓄電池が多く使用されている。バックアップ電源の効率的な利用が課題である。
　本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、電池電源を効率的に利用することができる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、モータ駆動回路であって、モータと、前記モータを駆動するインバータと、放電出力を出力または遮断する通電遮断素子を備える第１電池モジュールと、第２電池モジュールと、を備え、前記第２電池モジュールは、前記第１電池モジュールが前記通電遮断素子を通電状態にして前記インバータへ電力を供給している場合に前記第１電池モジュール群から充電され、前記第１電池モジュールが前記通電遮断素子を遮断状態にして前記インバータへ電力を供給していない場合に前記インバータが再起動するための電力を供給すること、を特徴とする。
　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、電池電源を効率的に利用することができる。
電池モジュール２の構成の概略を示す回路ブロック図である。 モータ駆動回路１００の構成の概略を示す回路ブロック図である。 モータ駆動回路１０１構成の概略を示す回路ブロック図である。 モータ駆動回路１０１のメインコントローラ１２の制御の概略を示すフローチャート図である。
　図１に示すように、電池モジュール２は、複数のリチウムイオン二次電池セルが直列接続された高電圧定格の電池セル群１Ｈを、その放電出力を出力または停止する通電遮断素子としてのＦＥＴ４を介して端子７に接続する。モジュールコントローラ３は、電池セル群１Ｈの電圧、または、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、その検知結果に応じてＦＥＴ４をオンまたはオフに操作し端子７からの放電出力の出力または停止を制御する。
　図２に示すように、モータ駆動回路１００は、複数の電池モジュール２を、端子７を介して直列接続して電池モジュール２群を構成し、前記電池モジュール２群の高電圧の直流電圧をインバータ１０に印加する。前記インバータ１０は前記入力した直流電圧を３相交流電圧に変換および出力し３相モータ１１を駆動する。メインコントローラ１２は絶縁性通信信号１３を用いてインバータ１０と通信を行うことにより前記インバータ１０の制御状態を検知する。バックアップ電源としての鉛蓄電池１５は、充電回路８を介して電池モジュール群２と接続し、前記電池モジュール２群内の全ての電池モジュール２のＦＥＴ４がオンに操作されて前記電池モジュール２群からインバータ１０へ電力供給されている場合は前記充電回路８によって充電される一方、前記電池モジュール２群内のすべての電池モジュール２のＦＥＴ４がオフに操作されて前記電池モジュール２群からインバータ１０への電力供給が停止している場合はレギュレータ９を介して定電圧源１４を生成しメインコントローラ１２およびインバータ１０へそれらの駆動用電力を供給する。これによって、前記メインコントローラ１２および前記インバータ１０が前記電池モジュール２群の電圧出力が停止してその電池モジュール２群からの電力供給を受けられず前記モータ駆動回路１００が再起動できない状態を回避する。
　図３に示すように、モータ駆動回路１０１は、前記モータ駆動回路１００において、前記電池モジュール２を、前記電池モジュール２と同じ構成の電池モジュール２ａに置き換え、および、前記鉛蓄電池１５を、前記電池モジュール２と同じ構成の電池モジュール２ｂに置き換えたものと同じ構成である。前記電池モジュール２ａはインバータ１０および３相モータ１１への電力供給用途であり、前記電池モジュール２ｂは前記電池モジュール２ａ群が出力停止した場合のバックアップ用途であるため、前記電池モジュール２ａおよび前記電池モジュール２ｂ内のモジュールコントローラ３の充電制御パラメータおよび放電制御パラメータはそれぞれ異なる。前記モータ駆動回路１０１では、バックアップ電源用途としての鉛蓄電池１５を、それよりも電気的耐久性が大幅に高いリチウムイオン二次電池セルで構成される電池モジュール２ｂに置き換えるため、前記電池モジュール２群内の全ての電池モジュール２のＦＥＴ４がオフに操作されて前記電池モジュール２群の電圧出力が一旦停止すると前記モータ駆動回路１００の再起動が不能となる問題発生確率を大幅に低減できる。
　モータ駆動回路１０１のメインコントローラ１２の制御について、次に、図４のフローチャート図を用いて説明する。
　モータ駆動回路１０１のメインコントローラ１２は、Ｓｔｅｐ１にて電池モジュール２ａ群の全ての電池モジュール２ａのＦＥＴ４をオンに操作してインバータ１０へ電力供給し、
　Ｓｔｅｐ２にて絶縁性通信信号１３を用いてインバータ１０の情報を取得しインバータ１０が停止状態か否かを検知する。前記インバータ１０が停止状態すなわちモータ駆動回路１０１を搭載する電気自動車が停車中であると判定するとＳｔｅｐ３へ移行し、電池モジュール２ａ群の全ての電池モジュール２ａのＦＥＴ４をオフに操作し前記電池モジュール２ａ群からインバータ１０への電力供給を停止する。これにより、前記モータ駆動回路１０１を搭載する電気自動車内に前記電池モジュール２ａ群の高電圧が存在せず前記電気自動車内に存在する最高電圧が前記電池モジュール２ａの定格電圧と同じとなり、乗員または整備者の万一の感電リスクを回避できる。
　Ｓｔｅｐ４において、メインコントローラ１２は、絶縁性通信信号１３を用いてインバータ１０の情報を取得しインバータ１０が再起動を要求する状態か否かを検知する。この段階では、既にＳｔｅｐ３において電池モジュール２ａ群の全ての電池モジュール２ａのＦＥＴ４をオフに操作し前記電池モジュール２ａ群からインバータ１０への電力供給を停止しているため、モータ駆動回路１００において、バックアップ用電源としての鉛蓄電池１５が寿命故障に至った場合にはメインコントローラ１２およびインバータ１０が定電圧源１４から電力供給を受けられず作動できず、Ｓｔｅｐ４以降の実行が不能となる一方、電池モジュール２ｂをバックアップ電源として使用する前記モータ制御回路１０１ではリチウムイオン二次電池セルの電池寿命故障によりＳｔｅｐ４以降を実行できない問題発生の確率が前記モータ駆動回路１００に対して大幅に低下する。かつ、電池モジュール２ａおよび電池モジュール２ｂのハードウェアが共通部品となり（ソフトウェアすなわちパラメータは異なる）、モータ駆動回路のイニシャルコストダウンに貢献し、かつ、前記再起動不能のトラブル対処に係るランニングコストを低減できる。
　これらによって高電圧電池電源により駆動する電気自動車において、整備者または乗員の万一の感電リスクを回避し、および、短寿命の鉛蓄電池の寿命故障に伴い再起動できなくなる問題の回避を実現する。
　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
　　１０　　インバータ
　　１２　　メインコントローラ
　　１００　モータ駆動回路
　　１０１　モータ駆動回路
　　

Claims (3)

  1. 　モータと、
    　前記モータを駆動するインバータと、
    　放電出力を出力または遮断する通電遮断素子を備える第１電池モジュールと、
    　第２電池モジュールと、
    　を備え、
    　前記第２電池モジュールは、
    　　前記第１電池モジュールが前記通電遮断素子を通電状態にして前記インバータへ電力を供給している場合に前記第１電池モジュール群から充電され、
    　　前記第１電池モジュールが前記通電遮断素子を遮断状態にして前記インバータへ電力を供給していない場合に前記インバータが再起動するための電力を供給すること、
    　を特徴とするモータ駆動回路。
  2. 　前記第１電池モジュールおよび前記第２モジュールの充電制御メータおよび放電制御パラメータが異なる請求項１に記載のモータ駆動回路。
  3. 　前記モータは電気自動車を駆動するモータである請求項１または２に記載のモータ駆動回路。
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