JP2011061886A - Power unit and vehicle including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動源に電力を供給するバッテリを有する電源装置及びこれを備えた車両に関し、特にバッテリに接続するヒューズの寿命延命方法に関する。 The present invention relates to a power supply apparatus having a battery for supplying power to a drive source and a vehicle including the same, and more particularly to a method for extending the life of a fuse connected to a battery.
ハイブリット自動車や電気自動車等の車両を走行させる駆動源に、電力を供給する大電流、大出力のバッテリは、ヒューズと接続している。このヒューズは、バッテリに過電流が流れる等の異常が発生すると、電流を遮断して部品の保護、加熱や発火といった事故を防止する部品としての役割を果たしている。通常、電流の遮断は、ヒューズに流れる電流により発生するジュール熱が、ヒューズを溶かすことによりおこり、これを溶断という。しかし、電流の遮断は、ハイブリット自動車等の車両においては、前述のヒューズの溶断による遮断と、ヒューズの劣化による寿命が原因でおこるヒューズ切断での遮断がある。 A high-current, high-output battery that supplies power to a drive source for driving a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle is connected to a fuse. This fuse plays a role as a component that cuts off the current and prevents accidents such as protection of the component, heating and ignition when an abnormality such as an overcurrent flowing in the battery occurs. Usually, current interruption occurs when Joule heat generated by the current flowing through the fuse melts the fuse, which is called fusing. However, in the case of a vehicle such as a hybrid vehicle, the current is interrupted by the above-described disconnection due to the blow of the fuse and the disconnection due to the fuse being cut due to the lifetime due to the deterioration of the fuse.
ハイブリット自動車等の車両では、走行状態により、ヒューズに流れる電流が大電流になる時と、全く流れない時とがあり、ヒューズに流れる電流量は大幅に変動を繰り返している。ヒューズの劣化は、繰り返しヒューズに大電流が流れることにより、何度もヒューズが高温に加熱されることと、ヒューズが加熱と非加熱とを繰り返していること、また、この加熱と非加熱との温度変動幅が大きいことが原因となっている。ヒューズが劣化してしまうと、最終的には、過電流が流れていないにもかかわらず、切断してしまうことがある。 In a vehicle such as a hybrid car, the current flowing through the fuse may be large or not at all depending on the running state, and the amount of current flowing through the fuse varies greatly. The deterioration of the fuse is due to the fact that a large current repeatedly flows into the fuse, so that the fuse is repeatedly heated to a high temperature, and the fuse is repeatedly heated and unheated. This is due to the large temperature fluctuation range. When the fuse deteriorates, the fuse may eventually be cut off even though no overcurrent flows.
車両などの運行中に上記のような切断がおこるのを防止するために、従来において、ヒューズの劣化を検出して寿命を判定し、ヒューズが切断される前にヒューズを交換する方法と、ヒューズの寿命末期には、電源装置に流す電流を制御して、寿命を長くする方法が開発されている（特許文献１）。 In order to prevent the above-mentioned disconnection during operation of a vehicle or the like, conventionally, a method of detecting deterioration of a fuse to determine its life and replacing the fuse before the fuse is cut, and a fuse At the end of the service life, a method of extending the service life by controlling the current flowing through the power supply device has been developed (Patent Document 1).
特許文献１に記載された車両用の電源装置では、車両用電源装置にすでに装備する簡単な回路構成を利用して、ヒューズの寿命を判定することにより、ヒューズ切断がおこる前にヒューズを交換することができる。また、この電源装置では、電流制限回路を備えることにより、ヒューズの寿命が末期に近づくにつれて、電流を制限して寿命を長くし、突然にヒューズ切断がおこるのを防止している。 In the power supply device for a vehicle described in Patent Document 1, the fuse is replaced before the fuse is cut by determining the life of the fuse by using a simple circuit configuration already provided in the vehicle power supply device. be able to. Further, in this power supply device, by providing a current limiting circuit, as the fuse life approaches the end, the current is limited to extend the life, and sudden fuse disconnection is prevented.
しかし、この発明の電源装置は、ヒューズの寿命延命を主の目的としておらず、ヒューズの寿命判定をすることにより、ヒューズの交換時期を検出し、自動車を安全に走行することを目的としているので、電流を制御するときには、すでにヒューズの劣化が進行しており、この場合、駆動源に流す電流を大幅に制限しなければならず、電源装置の性能を十分に発揮できないという欠点がある。また、ヒューズの寿命末期付近では、さらに加速して劣化が進行するために、あまり寿命を長くすることが期待できない。つまり、ヒューズの交換時期を導き出すことはできるが、ヒューズの劣化進行が早く、ヒューズを交換するまでの期間が短いために、交換回数が多くなるという欠点がある。 However, the power supply device of the present invention is not mainly intended to extend the life of the fuse, but is intended to detect the fuse replacement time by judging the life of the fuse and to drive the vehicle safely. When the current is controlled, the deterioration of the fuse has already progressed. In this case, the current flowing to the drive source must be significantly limited, and the power supply device cannot be fully utilized. Further, near the end of the lifetime of the fuse, since the deterioration further accelerates, the lifetime cannot be expected to be so long. That is, although the replacement time of the fuse can be derived, there is a drawback that the number of times of replacement increases because the deterioration of the fuse is fast and the period until the fuse is replaced is short.
本発明は、上記課題を解決するために開発されたものであり、ヒューズ自体の劣化を最大限防止し、ヒューズを延命することにより、ヒューズを交換するまでの期間を長くできる電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been developed to solve the above-described problems, and provides a power supply device that can prevent deterioration of the fuse itself to the maximum extent and prolong the life of the fuse, thereby extending the period until the fuse is replaced. For the purpose.
上記課題を解決するために、本願請求項１の発明の電源装置は、駆動源に電力を供給するバッテリと、このバッテリと接続するヒューズとを備える電源装置であって、前記バッテリの電流を調整する電流調整手段を設け、前記ヒューズに流れる電流と、前記ヒューズの周囲温度とを検出し、この検出された電流と前記ヒューズの周囲温度から前記ヒューズの温度を推定し、この推定温度に基づいて前記ヒューズに流れる電流量を前記電流調整手段によって調整している。 In order to solve the above problem, a power supply device according to claim 1 of the present application is a power supply device including a battery that supplies power to a drive source and a fuse connected to the battery, and adjusts the current of the battery. Current adjusting means for detecting the current flowing through the fuse and the ambient temperature of the fuse, estimating the temperature of the fuse from the detected current and the ambient temperature of the fuse, and based on the estimated temperature The amount of current flowing through the fuse is adjusted by the current adjusting means.
本願請求項２の発明によれば、前記ヒューズ温度の推定は、１秒以下毎に行い、前記ヒューズに流れる電流量を常時監視して調整している。 According to the invention of claim 2, the fuse temperature is estimated every 1 second or less, and the amount of current flowing through the fuse is constantly monitored and adjusted.
本願請求項３の発明によれば、前記ヒューズが許容できる基準温度を設定し、前記電流調整手段は、前記基準温度と前記ヒューズの推定温度が同じ場合、前記ヒューズに流れる電流量の調整を行わず、前記ヒューズの推定温度が前記基準温度よりも大きい場合には、前記ヒューズに流れる電流量を減少させるように調整し、前記ヒューズの推定温度が前記基準温度よりも小さい場合には、前記ヒューズに流れる電流量を増大させるように調整している。 According to the invention of claim 3 of the present application, the reference temperature allowable for the fuse is set, and the current adjusting means adjusts the amount of current flowing through the fuse when the reference temperature and the estimated temperature of the fuse are the same. First, when the estimated temperature of the fuse is higher than the reference temperature, the amount of current flowing through the fuse is adjusted to decrease, and when the estimated temperature of the fuse is lower than the reference temperature, the fuse Is adjusted to increase the amount of current flowing through the.
本願請求項４の発明によれば、前記ヒューズに流れる電流は、電流センサ或いはシャント抵抗を用いて検出し、前記ヒューズの周囲温度は、周囲温度測定用温度センサを用いて検出している。 According to the invention of claim 4, the current flowing through the fuse is detected using a current sensor or a shunt resistor, and the ambient temperature of the fuse is detected using an ambient temperature measuring temperature sensor.
本願請求項５の発明によれば、請求項１から４に記載の電源装置を備える車両としている。 According to invention of Claim 5 of this application, it is set as the vehicle provided with the power supply device of Claims 1-4.
請求項１の発明によれば、バッテリを有する電源装置は、ヒューズ劣化の加速要因であるヒューズ温度を、電流と周囲温度の２つのパラメータから正確に推定することができる。そして、この正確なヒューズの推定温度に基づき、ヒューズに流す電流、つまり、バッテリに流す電流を調整することにより、ヒューズに熱ストレスを加えることなくバッテリの性能を効率よく引き出し、且つ、ヒューズの劣化を防止して寿命を長くすることができる。ヒューズの寿命を長くすることができれば、ヒューズを交換するまでの期間も長くすることができるので、交換する手間の軽減、コストダウンを図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, the power supply apparatus having a battery can accurately estimate the fuse temperature, which is an acceleration factor of fuse deterioration, from two parameters of current and ambient temperature. Based on this accurate estimated temperature of the fuse, by adjusting the current flowing through the fuse, that is, the current flowing through the battery, the battery performance can be efficiently extracted without applying thermal stress to the fuse, and the deterioration of the fuse Can be prevented and the life can be extended. If the life of the fuse can be extended, the period until the fuse is replaced can be extended, so that the labor and time for replacement can be reduced and the cost can be reduced.
請求項２の発明によれば、ヒューズ温度の推定を１秒以下毎におこない、ヒューズの状態を常時監視しているので、ヒューズ温度の急な変化にすばやく対応することができ、ヒューズの劣化を確実に防止することができる。 According to the invention of claim 2, since the fuse temperature is estimated every 1 second or less and the state of the fuse is constantly monitored, it is possible to quickly cope with a sudden change in the fuse temperature and to prevent the deterioration of the fuse. It can be surely prevented.
請求項３の発明によれば、ヒューズが許容できる基準温度を設定し、この基準温度とヒューズの推定温度に基づいてヒューズに流す電流量を、ヒューズが劣化しない最大電流量に調整しているので、ヒューズが劣化するのを最大限防止することができ、且つ、バッテリの性能を最大限引き出すことができる。また、基準温度を設けることにより、ヒューズに流す電流量を安定して確実に調整することができる。 According to the invention of claim 3, since the reference temperature allowable for the fuse is set, the amount of current flowing through the fuse is adjusted to the maximum amount of current that does not deteriorate the fuse based on the reference temperature and the estimated temperature of the fuse. , The deterioration of the fuse can be prevented to the maximum, and the performance of the battery can be maximized. Further, by providing the reference temperature, the amount of current flowing through the fuse can be stably and reliably adjusted.
請求項４の発明によれば、ヒューズ温度の推定に必要な電流センサ、シャント抵抗、周囲温度測定用温度センサ等は、従来から装備されているので、新たに部品を追加することなくヒューズ温度を推定することができるので、コストを維持しながら簡単な方法で寿命を長くすることができるという利点がある。 According to the invention of claim 4, since the current sensor, the shunt resistor, the ambient temperature measuring temperature sensor, and the like necessary for estimating the fuse temperature are conventionally provided, the fuse temperature can be adjusted without adding new parts. Since it can be estimated, there is an advantage that the lifetime can be extended by a simple method while maintaining the cost.
請求項５の発明によれば、請求項１から４に記載の電源装置を車両に備えることにより、ヒューズの交換期間を長くすることができるので、消費者のメンテナンスの負担やコストを軽減できる。 According to the invention of claim 5, by providing the vehicle with the power supply device according to claims 1 to 4, it is possible to lengthen the replacement period of the fuse, so that the burden and cost of maintenance for the consumer can be reduced.
以下、本発明の実施形態を図１に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
図１は、本発明の電源装置１の概略構成図で、この電源装置１は、後述する車両に搭載され、車両を走行させる駆動源となるモータ３０に電力を供給する電源に使用される。モータ３０は、コンデンサ２４及びインバータ３２を介して電源装置１が備えるバッテリ３と接続している。インバータ３２は、バッテリ３に流れる直流を３相の交流に変換する装置で、バッテリ３からモータ３０への電力供給を調整している。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power supply device 1 according to the present invention. The power supply device 1 is mounted on a vehicle to be described later, and is used as a power supply for supplying electric power to a motor 30 serving as a drive source for running the vehicle. The motor 30 is connected to the battery 3 included in the power supply device 1 via the capacitor 24 and the inverter 32. The inverter 32 is a device that converts a direct current flowing through the battery 3 into a three-phase alternating current, and adjusts the power supply from the battery 3 to the motor 30.
バッテリ３では、複数の電池４を積層して直列接続して電池モジュールとし、さらに複数の電池モジュールを直列接続して出力電圧を高くして、大電流をモータ３０に供給している。電池４には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池を使用するが、電池の種類や個数は特定しない。また、電池の接続は、直列接続に限らず、並列接続することもできるし、どんな構造のバッテリを用いても良い。 In the battery 3, a plurality of batteries 4 are stacked and connected in series to form a battery module, and a plurality of battery modules are connected in series to increase the output voltage and supply a large current to the motor 30. Although the battery 4 uses a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, the type and number of batteries are not specified. Further, the connection of the batteries is not limited to the series connection, but can be connected in parallel, or a battery having any structure may be used.
ヒューズ５は、バッテリ３内で積層する複数の電池４間に１つ設けられ、電池４と直接接続している。ただし、ヒューズ５は、使用する電源装置１の構造に最も好適な場所に、複数個設けることもできる。このヒューズ５は、バッテリ３に過電流が流れる等の異常が発生すると、電流を遮断して部品の保護、加熱や発火といった事故を防止する部品としての役割を果たす。通常、電流の遮断は、ヒューズに流れる電流により発生するジュール熱が、ヒューズを溶かすことによりおこる。しかし、電流の遮断は、ハイブリット自動車等の車両においては、前述のヒューズの溶断による遮断と、ヒューズの劣化による寿命が原因でおこるヒューズ切断での遮断がある。 One fuse 5 is provided between a plurality of batteries 4 stacked in the battery 3, and is directly connected to the battery 4. However, a plurality of fuses 5 can be provided at a location most suitable for the structure of the power supply device 1 to be used. The fuse 5 plays a role as a component that cuts off the current and protects the component, and prevents accidents such as heating and ignition when an abnormality such as an overcurrent flows in the battery 3. Usually, the interruption of the current occurs when Joule heat generated by the current flowing through the fuse melts the fuse. However, in the case of a vehicle such as a hybrid vehicle, the current is interrupted by the above-described disconnection due to the blow of the fuse and the disconnection due to the fuse being cut due to the lifetime due to the deterioration of the fuse.
ハイブリット自動車等の車両では、走行状態により、ヒューズに流れる電流が大電流になる時と、全く流れない時とがあり、ヒューズに流れる電流量は大幅に変動を繰り返している。ヒューズの劣化は、繰り返しヒューズに大電流が流れることにより、何度もヒューズが高温に加熱されることと、ヒューズが加熱と非加熱とを繰り返していること、また、この加熱と非加熱との温度変動幅が大きいことが原因となっている。ヒューズが劣化してしまうと、最終的には、過電流が流れていないにもかかわらず、切断してしまうことがある。本発明は、このようなヒューズ劣化の加速要因であるヒューズ温度を正確に推定し、ヒューズ５に流す電流、つまり、バッテリ３に流す電流を調整するための電源装置１で、以下を装備している。 In a vehicle such as a hybrid car, the current flowing through the fuse may be large or not at all depending on the running state, and the amount of current flowing through the fuse varies greatly. The deterioration of the fuse is due to the fact that a large current repeatedly flows into the fuse, so that the fuse is repeatedly heated to a high temperature, and the fuse is repeatedly heated and unheated. This is due to the large temperature fluctuation range. When the fuse deteriorates, the fuse may eventually be cut off even though no overcurrent flows. The present invention is a power supply device 1 for accurately estimating the fuse temperature which is an acceleration factor of such fuse deterioration and adjusting the current flowing to the fuse 5, that is, the current flowing to the battery 3, and is equipped with the following: Yes.
まず、電流センサ１０は、電池４の過充電と過放電を防止するため、電池の充放電する電流をコントロールするのに使用されている。電流センサ１０は、電源装置１の回路上に、バッテリ３と直接接続して備えられており、バッテリ３に流れる電流、つまり、ヒューズ５に流れる電流を検出している。この電流の検出方法について説明すると、電流センサ１０は、線に流れる電流によってできる磁束を検出するホール素子を内蔵しており、このホール素子で検出された磁束を電圧に変換して出力している。 First, the current sensor 10 is used to control the charge / discharge current of the battery in order to prevent overcharge and overdischarge of the battery 4. The current sensor 10 is provided on the circuit of the power supply device 1 so as to be directly connected to the battery 3, and detects a current flowing through the battery 3, that is, a current flowing through the fuse 5. This current detection method will be described. The current sensor 10 has a built-in Hall element that detects a magnetic flux generated by the current flowing through the wire, and converts the magnetic flux detected by the Hall element into a voltage for output. .
電流演算部１１では、電流センサ１０から送信されたヒューズ電流の検出信号を受信して演算処理している。演算結果は、ヒューズ温度推定演算器１４へ送信される。 The current calculation unit 11 receives the fuse current detection signal transmitted from the current sensor 10 and performs calculation processing. The calculation result is transmitted to the fuse temperature estimation calculator 14.
周囲温度測定用温度センサ１２は、ヒューズ５の周りに配置されており、ヒューズ５の周囲温度を検出している。周囲温度検知部１３では、周囲温度測定用温度センサ１２から送信されたヒューズ周囲温度の信号を受信して演算処理している。演算結果は、ヒューズ温度推定演算器１４へ送信される。 The ambient temperature measuring temperature sensor 12 is disposed around the fuse 5 and detects the ambient temperature of the fuse 5. The ambient temperature detector 13 receives the fuse ambient temperature signal transmitted from the ambient temperature measurement temperature sensor 12 and performs arithmetic processing. The calculation result is transmitted to the fuse temperature estimation calculator 14.
電流センサ１０及び周囲温度測定用センサ１３によるヒューズ電流とヒューズ周囲温度は、１秒以下毎に、同一のタイミングで検出している。 The fuse current and the fuse ambient temperature by the current sensor 10 and the ambient temperature measurement sensor 13 are detected at the same timing every 1 second or less.
そして、ヒューズ温度推定演算器１４では、１秒以下毎に、電流演算部１１と周囲温度検知部１２から送信される信号を受信し、これらを演算処理（例えば、予め作成されたテーブル表、或いは関数式による処理）してヒューズ温度を正確に推定する。これにより、ヒューズ５の状態を常時監視することができるので、ヒューズ温度の急な変化にすばやく対応することができる。ただし、必ずしも検出のタイミングを完全一致させる必要はなく、ヒューズ温度が推定できる範囲内であれば、タイミングのずれは問題としない。ヒューズ温度を推定するのに用いる電流センサ１０や周囲温度測定用センサ１３は、従来から電源装置に装備されており、新たに部品を追加することなくヒューズ温度を推定できるので、コストを維持しながら、簡単な方法で寿命を長くすることができる。また、ヒューズ劣化の加速要因であるヒューズ温度は、電流と周囲温度の２つのパラメータを用いることによって、正確に推定することができる。 The fuse temperature estimation calculator 14 receives signals transmitted from the current calculator 11 and the ambient temperature detector 12 every 1 second or less, and calculates these (for example, a pre-created table table or The fuse temperature is accurately estimated by processing using a functional equation). Thereby, since the state of the fuse 5 can be constantly monitored, it is possible to quickly cope with a sudden change in the fuse temperature. However, it is not always necessary to make the detection timings completely coincident with each other, and a timing shift is not a problem as long as the fuse temperature can be estimated. The current sensor 10 and the ambient temperature measurement sensor 13 used for estimating the fuse temperature are conventionally provided in the power supply device, and the fuse temperature can be estimated without adding new parts, so that the cost is maintained. Can extend the service life in a simple way. In addition, the fuse temperature, which is an acceleration factor of fuse deterioration, can be accurately estimated by using two parameters, current and ambient temperature.
推定したヒューズ温度は、電流制限回路１５へ送信され、電流制限回路１５は、送信されてきたヒューズ推定温度に応じてインバータ３２を制御し、モータ３０へ供給する電力の調整、つまりヒューズ５に流れる電流の調整を行っている。正確なヒューズの推定温度に基づき、ヒューズ５に流す電流を調整することにより、ヒューズ５に熱ストレスを加えることなくバッテリ３の性能を効率良く引き出し、且つ、ヒューズ５の劣化を防止して寿命を長くすることができる。 The estimated fuse temperature is transmitted to the current limiting circuit 15, and the current limiting circuit 15 controls the inverter 32 according to the transmitted fuse estimated temperature, and adjusts the power supplied to the motor 30, that is, flows to the fuse 5. The current is adjusted. By adjusting the current flowing through the fuse 5 based on the accurate estimated temperature of the fuse, the performance of the battery 3 can be efficiently extracted without applying thermal stress to the fuse 5, and the life of the fuse 5 can be prevented by deteriorating. Can be long.
電流制限回路１５における電流量の調整は、ヒューズ５が劣化しない許容できるヒューズ５の基準温度を設定し、ヒューズ５の推定温度と基準温度とを比較して調整している。ヒューズ５に流す電流をヒューズ５が劣化しない最大電流量に調整しているので、ヒューズ５の劣化を最大限防止することができ、且つ、バッテリ３の性能を最大限引き出すことができる。また、基準温度を設けることにより、安定して確実に電流量を調整することができる。さらに、ヒューズ５の寿命を長くすることができれば、ヒューズ５の交換時期も長くすることができるので、消費者のメンテナンスの負担やコストの軽減を図ることができる。 The adjustment of the current amount in the current limiting circuit 15 is performed by setting an allowable reference temperature of the fuse 5 that does not deteriorate the fuse 5 and comparing the estimated temperature of the fuse 5 with the reference temperature. Since the current flowing through the fuse 5 is adjusted to the maximum amount of current that the fuse 5 does not deteriorate, the deterioration of the fuse 5 can be prevented to the maximum, and the performance of the battery 3 can be maximized. Further, by providing the reference temperature, the amount of current can be adjusted stably and reliably. Furthermore, if the life of the fuse 5 can be extended, the replacement time of the fuse 5 can also be extended, so that it is possible to reduce the burden of maintenance on the consumer and the cost.
また、本発明の電源装置１は、バッテリ３の正負の出力側に一対のコンタクタ２０Ａ、２０Ｂを備えている。一対のコンタクタ２０Ａ、２０Ｂは、バッテリ３からコンデンサ２４やインバータ３２への電力供給をオンオフにするスイッチである。 In addition, the power supply device 1 of the present invention includes a pair of contactors 20A and 20B on the positive and negative output sides of the battery 3. The pair of contactors 20 </ b> A and 20 </ b> B are switches that turn on and off the power supply from the battery 3 to the capacitor 24 and the inverter 32.
コンタクタ２０Ａと並列にプリチャージ回路２１が接続されており、このプリチャージ回路２１は、プリチャージ抵抗２２とプリチャージスイッチ２３が直列接続している回路である。 A precharge circuit 21 is connected in parallel with the contactor 20A. The precharge circuit 21 is a circuit in which a precharge resistor 22 and a precharge switch 23 are connected in series.
さらに、本発明の電源装置１は、コンデンサ２４を備えており、インバータ３２と並列接続している。コンデンサは、バッテリ３から供給される電流を一時的に蓄積し、コンデンサ２４に充電された大電流を瞬時的にインバータ３２へ供給する働きをしている。インバータ３２への電力供給の順序を以下に説明する。 Furthermore, the power supply device 1 of the present invention includes a capacitor 24 and is connected in parallel with the inverter 32. The capacitor temporarily stores the current supplied from the battery 3 and functions to supply a large current charged in the capacitor 24 to the inverter 32 instantaneously. The order of power supply to the inverter 32 will be described below.
まず、コンタクタ２０Ｂとプリチャージスイッチ２３をオン、コンタクタ２０Ａをオフの状態にしてコンデンサ２４を充電する。この充電は、バッテリ３から供給される電流がプリチャージ抵抗２２を通過することにより、緩やかにおこなわれる。コンデンサ２４の充電が完了すると、プリチャージスイッチ２３がオフ、コンタクタ２０Ａがオンの状態に変更される。このとき、バッテリ３から直接インバータ３２へ電力が供給されると同時に、コンデンサ２４からインバータ３２へ大電流が瞬時的に供給される。これにより、大電流がコンタクタ２０Ａに流れるのを防止し、コンタクタ２０Ａが熱により溶着してしまうのを防止している。 First, the contactor 20B and the precharge switch 23 are turned on and the contactor 20A is turned off to charge the capacitor 24. This charging is performed slowly when the current supplied from the battery 3 passes through the precharge resistor 22. When the charging of the capacitor 24 is completed, the precharge switch 23 is turned off and the contactor 20A is turned on. At this time, electric power is supplied directly from the battery 3 to the inverter 32, and at the same time, a large current is instantaneously supplied from the capacitor 24 to the inverter 32. This prevents a large current from flowing into the contactor 20A and prevents the contactor 20A from being welded by heat.
本発明の電源装置１は、電流センサ１０を用い、ホール素子タイプのセンサで電流を検出しているが、シャント抵抗により、ヒューズ５に流れる電流を検出することもできる。この電流検出方法は、シャント抵抗を電流センサ１０と同等の箇所に設け、シャント抵抗の両端の電圧をそれぞれ検出し、２点間の降下電圧を求め、シャント抵抗の抵抗値は既知であるから、オームの法則（電流＝電圧÷抵抗）によりヒューズ５の電流を検出する。 Although the power supply device 1 of the present invention uses the current sensor 10 and detects the current using a Hall element type sensor, the current flowing through the fuse 5 can also be detected by a shunt resistor. In this current detection method, a shunt resistor is provided at a location equivalent to that of the current sensor 10, voltages at both ends of the shunt resistor are respectively detected, a voltage drop between the two points is obtained, and the resistance value of the shunt resistor is known. The current of the fuse 5 is detected by Ohm's law (current = voltage ÷ resistance).
ただし、電流センサ１０やシャント抵抗は、ヒューズ５を流れる電流と同等の電流や電圧が検出できる箇所であれば、どこに配置しても良い。 However, the current sensor 10 and the shunt resistor may be disposed anywhere as long as the current and voltage equivalent to the current flowing through the fuse 5 can be detected.
以下、本発明の具体的な動作を図２のフローチャートに基づいて説明する。 The specific operation of the present invention will be described below based on the flowchart of FIG.
まず、ステップＳ１において、電流センサ１０で検出したヒューズ電流を電流演算部１１で関数式を用いて演算し、正確な電流を算出する(ヒューズ電流算出)。次に、ステップＳ２において、周囲温度測定用センサ１２で検出したヒューズ周囲温度を周囲温度検出部１３で関数式を用いて演算し、正確な周囲温度を算出する(周囲温度算出)。Ｓ１とＳ２の検出は、０．１秒毎に同時におこない、演算結果の信号をヒューズ温度推定演算器１４へ送信する。 First, in step S1, a fuse current detected by the current sensor 10 is calculated by using a function formula in the current calculation unit 11, and an accurate current is calculated (fuse current calculation). Next, in step S2, the ambient temperature detection unit 13 calculates the ambient temperature of the fuse detected by the ambient temperature measurement sensor 12 using a functional equation, and calculates an accurate ambient temperature (ambient temperature calculation). The detection of S1 and S2 is performed at the same time every 0.1 seconds, and the calculation result signal is transmitted to the fuse temperature estimation calculator 14.
ステップＳ３において、ヒューズ温度推定演算器１４では、ヒューズ電流と周囲温度から、予め作成した第１テーブルに基づいて演算処理し、ヒューズ５の温度を推定する(ヒューズ温度推定)。この推定されたヒューズ温度の信号を電流制限回路１５へ送信する。 In step S3, the fuse temperature estimation calculator 14 performs calculation processing based on the first table created in advance from the fuse current and the ambient temperature, and estimates the temperature of the fuse 5 (fuse temperature estimation). A signal of the estimated fuse temperature is transmitted to the current limiting circuit 15.
ステップＳ４において、電流制限回路１５では、受信したヒューズ推定温度が、予め設定してある基準温度より高いか、基準温度より低いかが判断される。ヒューズ推定温度が基準温度より高い場合は、ステップＳ５の処理が行われ、ヒューズ推定温度が基準温度と等しい、或いは基準温度より低いい場合は、ステップＳ６の処理が行われる。 In step S4, the current limiting circuit 15 determines whether the received estimated fuse temperature is higher than a preset reference temperature or lower than a reference temperature. If the estimated fuse temperature is higher than the reference temperature, the process of step S5 is performed. If the estimated fuse temperature is equal to or lower than the reference temperature, the process of step S6 is performed.
ステップＳ５において、ヒューズ推定温度が基準温度より高い場合、モータ３０に供給する電力の制限をおこない、ヒューズ５に流れる電流を減少させる(パワーリミット強化)。具体的には、まず、温度によるヒューズ５の劣化特性が、４００℃以下で劣化なし、４００〜８００℃で温度上昇とともに大きく劣化、８００℃で溶断とするならば、ヒューズ温度をヒューズ５が劣化しない４００℃以下に抑える必要があるので、ヒューズ温度の変動を考慮して、基準温度を２００℃に設定する。仮に、ステップＳ３で推定されたヒューズ温度が３００℃であった場合、基準温度との温度差が＋１００℃で基準温度より高くなるので、電流制限回路１５は、＋１００℃という結果に基づいて、予め作成した第２テーブルによる演算処理で、制限電流量２０Ａを決定する。この制限電流量の信号をインバータ３２へ送信し、ヒューズ５に流れる電流が−２０Ａとなるように、インバータ３２からモータ３０へ供給する電力を制限する。 In step S5, when the estimated fuse temperature is higher than the reference temperature, the power supplied to the motor 30 is limited to reduce the current flowing through the fuse 5 (strengthening the power limit). Specifically, first, if the deterioration characteristics of the fuse 5 due to temperature are not deteriorated at 400 ° C. or less, greatly deteriorate as the temperature rises at 400 to 800 ° C., and blown at 800 ° C., the fuse 5 deteriorates the fuse temperature. Therefore, the reference temperature is set to 200 ° C. in consideration of the fluctuation of the fuse temperature. If the fuse temperature estimated in step S3 is 300 ° C., the temperature difference from the reference temperature is + 100 ° C., which is higher than the reference temperature. Therefore, the current limiting circuit 15 determines in advance based on the result of + 100 ° C. The limit current amount 20A is determined by the calculation process using the created second table. This limit current amount signal is transmitted to the inverter 32, and the power supplied from the inverter 32 to the motor 30 is limited so that the current flowing through the fuse 5 becomes -20A.
一方、ステップＳ６において、ヒューズ推定温度が基準温度と等しい、或いは基準温度より低い場合、モータ３０に供給する電力の制限をおこなわず、ヒューズ５が許容できる最大限の電流をヒューズ５に流す(パワーリミット開放)。具体的には、ステップ３で推定されたヒューズ温度が２００℃以下であった場合、基準温度の２００℃と等しい、或いは基準温度より低くなり、温度差は０或いはマイナスになるので、電流制限回路１５は、０或いはマイナスという結果に基づいて、予め作成した第２テーブルによる演算処理で、０Ａを決定する。演算結果が０Ａのときは、電流量制限なしの信号をインバータ３２へ送信する。このとき、インバータ３２がモータ３０へ供給する電力を制限していれば、この制限を開放する。 On the other hand, in step S6, when the estimated fuse temperature is equal to or lower than the reference temperature, the power supplied to the motor 30 is not limited, and the maximum current allowed by the fuse 5 is passed through the fuse 5 (power Limit open). Specifically, when the fuse temperature estimated in Step 3 is 200 ° C. or less, the reference temperature is equal to or lower than 200 ° C., and the temperature difference becomes 0 or minus. 15 is a calculation process using a second table created in advance based on the result of 0 or minus, and 0A is determined. When the calculation result is 0 A, a signal without current amount limitation is transmitted to the inverter 32. At this time, if the power supplied from the inverter 32 to the motor 30 is restricted, the restriction is released.
そして、ステップＳ１からステップＳ５、或いは、ステップＳ１からステップＳ６の動作を繰り返しおこなう。 Then, the operations from step S1 to step S5 or from step S1 to step S6 are repeated.
この電源装置１では、０．１秒毎にヒューズ５に流れる電流の調整をおこなっているので、ヒューズ５の温度変動幅を小さくすることができ、且つ、急なヒューズ５の温度上昇にもすばやく対応できる。これにより、ヒューズ５の劣化を確実に防止することができ、寿命を長くすることができる。 In this power supply device 1, since the current flowing through the fuse 5 is adjusted every 0.1 second, the temperature fluctuation range of the fuse 5 can be reduced, and a rapid rise in the temperature of the fuse 5 can be quickly achieved. Yes. Thereby, deterioration of the fuse 5 can be prevented reliably and the life can be extended.
また、基準温度をヒューズ５が劣化してしまう温度よりも低い温度に設定することで、ヒューズ温度が変動しても劣化してしまう温度には到達しないよう余裕度を持たせているので、安定して確実に電流量を調整してヒューズ５の劣化を防止することができ、ヒューズ５の寿命をより長くすることができる。 In addition, by setting the reference temperature to a temperature lower than the temperature at which the fuse 5 deteriorates, a margin is provided so as not to reach the temperature at which the fuse temperature changes even if the fuse temperature fluctuates. Thus, the amount of current can be reliably adjusted to prevent the fuse 5 from deteriorating, and the life of the fuse 5 can be extended.
さらに、ヒューズ５は、劣化進行とともに許容できる電流量が減少してしまうが、これを防止することができ、ヒューズ５が許容できる電流量を最大限保持し、長期に渡ってバッテリ３の性能を最大限発揮することができる。 Further, the current amount of the fuse 5 that can be tolerated decreases with the progress of deterioration, but this can be prevented, and the amount of current that the fuse 5 can tolerate is kept to the maximum, so that the performance of the battery 3 can be improved over a long period of time. You can make the most of it.
さらにまた、ヒューズ５が劣化しない温度であった場合には、電流の制限をしないので、バッテリ３が許容できる最大限の電流を流すことができ、バッテリ３の性能を最大限引き出すことができる。 Furthermore, when the temperature is such that the fuse 5 is not deteriorated, the current is not limited, so that the maximum current allowable by the battery 3 can flow and the performance of the battery 3 can be maximized.
本発明の実施形態では、ヒューズの推定温度が２００℃以下のときは制限をおこなわず、開放するとしたが、逆に、ヒューズに流れる電流を増加させ、ヒューズが劣化しない許容できる最大限の電流を流すこともできる。 In the embodiment of the present invention, when the estimated temperature of the fuse is 200 ° C. or lower, it is not limited and is opened, but conversely, the current flowing through the fuse is increased, and the maximum allowable current that does not deteriorate the fuse is increased. It can also be shed.
また、本発明は電源装置における電流制限項目の１つのパラメータとして設けており、他のパラメータとしては、例えば、電池の過充電と過放電を防止するために、電池に流す電流を調整するための電流制限が設けてある。電源装置を車両等にて利用する際には、電流制限の大きい方のパラメータを優先することで、車両等の状態を常時良好に保つことができる。 In addition, the present invention is provided as one parameter of the current limiting item in the power supply device. As another parameter, for example, in order to prevent the battery from being overcharged and overdischarged, the current flowing through the battery is adjusted. A current limit is provided. When the power supply device is used in a vehicle or the like, the state of the vehicle or the like can always be kept good by giving priority to the parameter with the larger current limit.
以下、本発明の電源装置を搭載する車両について、図３と図４に基づいて説明する。 Hereinafter, a vehicle equipped with the power supply device of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
まず、図３に、エンジン３３とモータ３０の両方で走行するハイブリッドカー（車両ＨＶ）に前述した電源装置１を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン３３及び走行用のモータ３０と、モータ３０に電力を供給するバッテリ３を備えた電源装置１と、この電源装置１の電池を充電する発電機３１とを備えている。電源装置１は、ＤＣ／ＡＣインバータ３２を介してモータ３０と発電機３１に接続している。車両ＨＶは、電源装置１のバッテリ３を充放電しながらモータ３０とエンジン３３の両方で走行する。モータ３０は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ３０は、電源装置１から電力が供給されて駆動する。発電機３１は、エンジン３３で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置１の電池を充電する。 First, FIG. 3 shows an example in which the power supply device 1 described above is mounted on a hybrid car (vehicle HV) that runs with both the engine 33 and the motor 30. A vehicle HV equipped with the power supply device 1 shown in FIG. 1 includes a power supply device 1 including an engine 33 for traveling the vehicle HV, a motor 30 for traveling, and a battery 3 that supplies power to the motor 30, and the power supply device 1. And a generator 31 for charging the battery. The power supply device 1 is connected to a motor 30 and a generator 31 via a DC / AC inverter 32. The vehicle HV travels by both the motor 30 and the engine 33 while charging / discharging the battery 3 of the power supply device 1. The motor 30 is driven to drive the vehicle when the engine efficiency is low, for example, during acceleration or low-speed driving. The motor 30 is driven by power supplied from the power supply device 1. The generator 31 is driven by the engine 33 or is driven by regenerative braking when the vehicle is braked to charge the battery of the power supply device 1.
次に、図４に、モータ３０のみで走行する電気自動車（車両ＥＶ）に前述した電源装置１を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ３０と、このモータ３０に電力を供給するバッテリ３を備えた電源装置１と、この電源装置１の電池４を充電する発電機３１とを備えている。モータ３０は、電源装置１から電力が供給されて駆動する。発電機３１は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置１の電池４を充電する。 Next, FIG. 4 shows an example in which the power supply device 1 described above is mounted on an electric vehicle (vehicle EV) that runs only by the motor 30. A vehicle EV equipped with the power supply device 1 shown in this figure includes a power supply device 1 that includes a motor 30 for running the vehicle EV, a battery 3 that supplies power to the motor 30, and a battery of the power supply device 1. 4 and a generator 31 for charging 4. The motor 30 is driven by power supplied from the power supply device 1. The generator 31 is driven by energy when regeneratively braking the vehicle EV and charges the battery 4 of the power supply device 1.
本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両用電源装置に好適に利用できる、ヒューズの寿命延命に関する制御方法である。また、車載用以外の電源装置のヒューズの寿命延命に関する制御にも、好適に利用できる。 The present invention is a control method for extending the life of a fuse, which can be suitably used for a vehicle power supply device such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. Moreover, it can utilize suitably also for the control regarding the lifetime extension of the fuse of power supply apparatuses other than vehicle-mounted.
１…電源装置
３…バッテリ
４…電池
５…ヒューズ
１０…電流センサ
１１…電流演算部
１２…周囲温度測定用センサ
１３…周囲温度検知部
１４…ヒューズ温度推定演算器
１５…電流制限回路（電流調整手段）
２０…コンタクタ
２０Ａ…正の出力側のコンタクタ
２０Ｂ…負の出力側のコンタクタ
２１…プリチャージ回路
２２…プリチャージ抵抗
２３…プリチャージスイッチ
２４…コンデンサ
３０…モータ
３１…発電機
３２…ＤＣ/ＡＣインバータ
３３…エンジン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply device 3 ... Battery 4 ... Battery 5 ... Fuse
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Current sensor 11 ... Current calculation part 12 ... Ambient temperature measurement sensor 13 ... Ambient temperature detection part 14 ... Fuse temperature estimation calculator 15 ... Current limit circuit (current adjustment means)
20 ... Contactor
20A ... Positive output contactor
20B ... Negative output side contactor 21 ... Precharge circuit 22 ... Precharge resistor 23 ... Precharge switch 24 ... Capacitor
30 ... Motor 31 ... Generator 32 ... DC / AC inverter 33 ... Engine
Claims (5)
前記バッテリの電流を調整する電流調整手段を設け、
前記ヒューズに流れる電流と、前記ヒューズの周囲温度とを検出し、この検出された電流と前記ヒューズの周囲温度から前記ヒューズの温度を推定し、この推定温度に基づいて前記ヒューズに流れる電流量を前記電流調整手段によって調整することを特徴とする電源装置。 A power supply device comprising a battery for supplying power to a drive source and a fuse connected to the battery,
Providing a current adjusting means for adjusting the current of the battery;
The current flowing through the fuse and the ambient temperature of the fuse are detected, the temperature of the fuse is estimated from the detected current and the ambient temperature of the fuse, and the amount of current flowing through the fuse is calculated based on the estimated temperature. The power supply device is adjusted by the current adjusting means.
A vehicle comprising the power supply device according to claim 1.
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