JP2015198541A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の単位電池からなる組電池からモータへ電力を供給する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that supplies power to a motor from an assembled battery including a plurality of unit batteries.
3つの電位を出力する直流電圧源から供給される電力により3相モータを駆動するものとして、特許文献1記載の電力変換装置がある。特許文献1記載の電力変換装置では、3つ以上の電位を出力する直流電圧源と3相モータとを開閉素子を介して接続し、各々の電位の開閉素子を選択的に接続するとともに、各電位間のPWM信号を制御することにより各々の電位から多相交流電圧を出力し、多相交流モータを駆動している。
There exists a power converter device of
特許文献1記載の電力変換装置では、モータ駆動時には、開閉素子は直流電圧源とモータの各相とを接続するために開閉制御が行われるため、直流電圧源を構成する単位電池間で電力の授受を行うことはできない。すなわち、開閉素子により選択的に3相モータへの電力の供給は行うことはできるものの、3相モータへ電力を供給している間は、開閉素子の開閉制御により複数の直流電圧源を接続することはできないため、複数の直流電圧源の間で電力の授受を行うことはできない。
In the power conversion device described in
また、モータ停止時には、モータ巻線をリアクトルとして利用し、開閉素子を選択的に開閉制御することにより、複数の直流電圧源の間で電力の授受を行うことは可能ではある。しかしながら、モータ巻線は、本来リアクトルとして使用することが想定されたものではないため、電力の授受の効率は低いものとなる。 In addition, when the motor is stopped, it is possible to transfer power between a plurality of DC voltage sources by using the motor winding as a reactor and selectively opening and closing the switching elements. However, since the motor winding is not originally intended to be used as a reactor, the efficiency of power transfer is low.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、複数の単位電池からなる組電池からモータへ電力を供給する電力変換装置において、モータ駆動時及びモータ停止時に係わらず、単位電池間で電力の授受が可能な電力変換装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a main object thereof is a power conversion device that supplies power to a motor from an assembled battery composed of a plurality of unit batteries, and is related to when the motor is driven and when the motor is stopped. First, an object of the present invention is to provide a power converter capable of transferring power between unit batteries.
本発明は、1又は隣接する複数の電池セルである単位電池の直列接続体としての組電池と、電気エネルギを蓄える蓄電手段と、m(≧3)相モータとを備え、組電池と蓄電手段との間で電力の授受を行うとともに、組電池からm相モータへ電力を供給する電力変換装置であって、m列の電気配線により構成されたバスと、隣接する単位電池の間及び組電池の両端をそれぞれバスのいずれかの電気配線に接続する経路を、それぞれ双方向で開閉する複数の第1開閉手段と、バスの第1端側に設けられ、蓄電手段の正極及び負極をバスのいずれかの電気配線に接続する経路を、それぞれ双方向で開閉する第2開閉手段と、を備え、バスの第1端側とは反対側の第2端側において、バスの各電気配線は、m相モータのそれぞれ異なる相に接続されていることを特徴とする。 The present invention includes an assembled battery as a series connection body of unit batteries that are one or a plurality of adjacent battery cells, a power storage means for storing electric energy, and an m (≧ 3) phase motor, and the battery pack and the power storage means. Is a power conversion device that transfers power to and from the assembled battery and supplies power to the m-phase motor, between the bus composed of m rows of electrical wiring, adjacent unit cells, and the assembled battery A plurality of first opening / closing means for opening and closing a path connecting both ends of each of the electric wires to one of the electrical wirings of the bus, and a first end side of the bus. A second opening / closing means that opens and closes a path connected to any one of the electrical wirings, and on the second end side opposite to the first end side of the bus, each electrical wiring of the bus is connected to different phases of m-phase motor And wherein the Rukoto.
上記構成によれば、1又は複数の単位電池から出力された電力は、第1開閉手段を介してバスへ入力され、バスの第1端側と第2端側からそれぞれ同電位の電力が出力されることとなる。したがって、第1開閉手段を選択的に開閉するとともに、第2開閉手段を選択的に開閉することにより、1又は複数の単位電池と蓄電手段とを接続して電力の授受を行うことができる。一方、第1開閉手段の選択的な開閉制御により、m相モータの各相に対して電力を供給することもできる。したがって、m相モータに電力を供給しつつ、単位電池と蓄電手段との間で電力の授受を行うことが可能であり、m相モータに電力を供給しない場合においても、m相モータを介することなく、単位電池と蓄電手段との間で電力の授受を行うことが可能である。ゆえに、モータ駆動時、及び、モータ停止時に係わらず、組電池と蓄電手段との間で電力の授受を行うことができる。 According to the above configuration, power output from one or a plurality of unit cells is input to the bus via the first opening / closing means, and power having the same potential is output from the first end side and the second end side of the bus. Will be. Therefore, by selectively opening / closing the first opening / closing means and selectively opening / closing the second opening / closing means, one or a plurality of unit batteries and the power storage means can be connected to exchange power. On the other hand, electric power can be supplied to each phase of the m-phase motor by selective opening / closing control of the first opening / closing means. Therefore, it is possible to transfer power between the unit battery and the power storage means while supplying power to the m-phase motor. Even when power is not supplied to the m-phase motor, the power is supplied via the m-phase motor. In addition, power can be exchanged between the unit battery and the power storage means. Therefore, power can be exchanged between the assembled battery and the power storage means regardless of whether the motor is driven or stopped.
以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description of the same reference numerals is used.
<第1実施形態>
本実施形態に係る電力変換装置は、駆動輪へ駆動力を供給するモータを有する車両に搭載される。図1は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。各単位電池Eh(h=1、2、3、・・・、n)は、それぞれ1又は複数の隣接する電池セルからなり、複数の単位電池Ehの直列接続体として組電池10が構成されている。各単位電池Ehは、例えば、リチウムイオン蓄電池であり、その端子電圧は、約3Vである。
<First Embodiment>
The power converter according to the present embodiment is mounted on a vehicle having a motor that supplies driving force to driving wheels. FIG. 1 is a circuit diagram of the power conversion device according to the present embodiment. Each unit battery Eh (h = 1, 2, 3,..., N) is composed of one or a plurality of adjacent battery cells, and the assembled
組電池10は、第1開閉素子群11を介して3列の電気配線であるバス12に接続されている。バス12の第1端側は、第2開閉素子群13を介して、電気エネルギを蓄える蓄電手段であるコンデンサ14と接続されている。一方、バス12の、第1端側とは反対側の第2端側は、第3開閉素子群16を介して、3相モータ17と接続されている。また、コンデンサ14には出力端子15a,15bが並列接続されており、組電池10から出力端子15a,15bへ直流電圧を出力することができる。
The assembled
第1開閉素子群11は、n+1個の第1開閉手段である第1開閉素子SAh(h=1、2、3、・・・、n+1)により構成されている。バス12は、電気配線である第1バスB1、第2バスB2、第3バスB3により構成されている。第2開閉素子群13は、3個の第2開閉手段である第2開閉素子SBi(i=1、2、3、4、5、6)により構成されている。第3開閉素子群16は、6個の第3開閉手段である第3開閉素子SCj(j=1、2、3)により構成されている。第1開閉素子SAh、第2開閉素子SBi、第3開閉素子SCjは、2つのMOSFETが逆方向に直列接続されたものであり、双方向へ電流を流すことが可能、且つ、双方向の電流を遮断することが可能となっている。3相モータ17は、u相17u、v相17v、w相17wを備えている。なお、第1開閉素子SAhは、組電池10側を第1端、バス12側を第2端とし、第2開閉素子SBiは、バス12側を第1端、コンデンサ14側を第2端とし、第3開閉素子SCjは、バス12側を第1端、3相モータ17側を第2端とする。
The first open /
第1開閉素子SA1の第1端は単位電池E1の正極、すなわち組電池10の正極端に接続されている。第1開閉素子SA2の第1端は、単位電池E1と単位電池E2との間に接続されている。以下同様に、第1開閉素子SAk(2≦k≦n)の第1端は、単位電池Ekと単位電池E(k+1)の間に接続され、第1開閉素子SA(n+1)の第1端は、単位電池Enの負極、すなわち、組電池10の負極端に接続されている。
The first end of the first opening / closing element SA1 is connected to the positive electrode of the unit battery E1, that is, the positive electrode end of the assembled
第1開閉素子SA1の第2端は、第1バスB1に接続され、第1開閉素子SA2の第2端は、第2バスB2に接続されている。以下同様に、第1開閉素子SAk(2≦k≦n+1)の第2端は、第1バスB1、第2バスB2、第3バスB3のいずれかに接続されている。なお、隣接する第1開閉素子SAhの第2端の接続先は、互いに異なっている。 The second end of the first opening / closing element SA1 is connected to the first bus B1, and the second end of the first opening / closing element SA2 is connected to the second bus B2. Similarly, the second end of the first switching element SAk (2 ≦ k ≦ n + 1) is connected to any one of the first bus B1, the second bus B2, and the third bus B3. The connection destinations of the second ends of the adjacent first opening / closing elements SAh are different from each other.
第2開閉素子SB1の第1端及び第2開閉素子SB2の第1端は、第3バスB3の第1端側に接続され、第2開閉素子SB3の第1端及び第2開閉素子SB4の第1端は、第2バスB2の第1端側に接続され、第2開閉素子SB5の第1端及び第2開閉素子SB6の第1端は、第1バスB1の第1端側に接続されている。一方、第2開閉素子SB1の第2端、第2開閉素子SB3の第2端、及び、第2開閉素子SB5の第2端は、コンデンサ14の第1端と接続され、第2開閉素子SB2の第2端、第2開閉素子SB4の第2端、第2開閉素子SB6の第2端は、コンデンサ14の第1端とは反対側の第2端に接続される。
The first end of the second switch element SB1 and the first end of the second switch element SB2 are connected to the first end side of the third bus B3, and the first end of the second switch element SB3 and the second switch element SB4 are connected. The first end is connected to the first end side of the second bus B2, and the first end of the second opening / closing element SB5 and the first end of the second opening / closing element SB6 are connected to the first end side of the first bus B1. Has been. On the other hand, the second end of the second switch SB1, the second end of the second switch SB3, and the second end of the second switch SB5 are connected to the first end of the
第3開閉素子SC1の第1端は、第1バスB1の第2端側に接続され、第3開閉素子SC1の第2端は、3相モータ17のu相17uに接続されている。第3開閉素子SC2の第1端は、第2バスB2の第2端側に接続され、第3開閉素子SC2の第2端は、3相モータ17のv相17vに接続されている。第3開閉素子SC3の第1端は、第3バスB3の第2端側に接続され、第3開閉素子SC3の第2端は、3相モータ17のw相17wに接続されている。
The first end of the third opening / closing element SC1 is connected to the second end side of the first bus B1, and the second end of the third opening / closing element SC1 is connected to the
各単位電池Ehの電圧は、電圧センシング手段18により計測され、制御装置19へ入力される。制御装置19は、接続制御手段19aと、開閉制御手段19bとを備えており、各開閉素子の開閉駆動を行うゲートドライブ回路20へ制御信号を出力する。
The voltage of each unit battery Eh is measured by the voltage sensing means 18 and input to the
接続制御手段19aは、入力された各単位電池Ehの電圧に基づいて演算を行い、均等化制御を行う。すなわち、各単位電池Ehの電圧が均等となるように、開閉制御を行う第1開閉素子SAh及び第2開閉素子SBiを選択する。そして、選択結果を開閉制御手段19bへ送信し、開閉制御手段19bが選択結果に基づいて制御信号を生成して、ゲートドライブ回路20へ出力する。
The connection control means 19a performs calculation based on the inputted voltage of each unit battery Eh, and performs equalization control. That is, the first opening / closing element SAh and the second opening / closing element SBi that perform the opening / closing control are selected so that the voltages of the unit batteries Eh are equal. Then, the selection result is transmitted to the opening / closing control means 19b, and the opening / closing control means 19b generates a control signal based on the selection result and outputs it to the
また、接続制御手段19aは、均等化制御において選択された第1開閉素子SAhを含むように、第1バスB1、第2バスB2、第3バスB3のそれぞれに第2端を接続する3対の第1開閉素子SAhを選択する。そして、相間に単位電池Ehを配した3相インバータ回路を構成する。ここで、3相インバータ回路は、相間に単位電池Ehを配しているため、各相に印加される電圧は異なるものとなる。そこで、電圧センシング手段18が計測した各単位電池Ehの電圧に基づいて、相間に印加される電圧を算出する。そして、算出された電圧に基づき、開閉制御手段19bが選択された第1開閉素子SAhを制御する第1PWM信号の時比率を変更し、3相モータ17の相間に印加される電圧を、1/3周期のずれを持ち、且つ、ピーク値が等しい3相交流電圧とする。
In addition, the connection control means 19a connects three pairs of second ends to the first bus B1, the second bus B2, and the third bus B3 so as to include the first opening / closing element SAh selected in the equalization control. The first opening / closing element SAh is selected. And the three-phase inverter circuit which arranged unit battery Eh between phases is constituted. Here, since the unit battery Eh is arranged between phases in the three-phase inverter circuit, the voltages applied to the respective phases are different. Therefore, based on the voltage of each unit battery Eh measured by the voltage sensing means 18, the voltage applied between the phases is calculated. Then, based on the calculated voltage, the switching ratio of the first PWM signal for controlling the first switching element SAh selected by the switching control means 19b is changed, and the voltage applied between the phases of the three-
一方、開閉制御手段19bは、接続制御手段19aが均等化制御のために選択した第1開閉素子SAhの閉期間と第2開閉素子SBiの閉期間の少なくとも一部が等しくなるように、第2開閉素子SBiへ第2PWM信号を送信する。第2PWM信号は、コンデンサ14へ入力される電圧が直流電圧となるように、第1PWM信号に基づいて時比率が変更される。なお、第1PWM信号及び第2PWM信号の時比率を制御することにより、出力端子15a,15bから所望の直流電圧を出力することもできる。
On the other hand, the opening / closing control means 19b has the second closing time so that the closing period of the first opening / closing element SAh and the closing period of the second opening / closing element SBi selected by the connection control means 19a for equalization control are equal. The second PWM signal is transmitted to the opening / closing element SBi. The duty ratio of the second PWM signal is changed based on the first PWM signal so that the voltage input to the
図2は、図1で示した本実施形態に係る電力変換装置において、単位電池E(n−1)及び単位電池E(n−2)の電圧が高い、すなわち残容量が多いと判定され、単位電池E(n−1)及び単位電池E(n−2)からコンデンサ14へ電力を供給する際の等価回路である。
2, in the power conversion device according to the present embodiment shown in FIG. 1, it is determined that the voltages of the unit batteries E (n−1) and the unit batteries E (n−2) are high, that is, the remaining capacity is large. It is an equivalent circuit when power is supplied from the unit battery E (n-1) and the unit battery E (n-2) to the
接続制御手段19aは、第1開閉素子SA(n−2)、第1開閉素子SAn、第2開閉素子SB1、第2開閉素子SB4を、均等化動作のために選択する。そして、第1開閉素子SA(n−2)及び第2開閉素子SB1を閉制御することにより、単位電池E(n−2)の正極を、コンデンサ14の第1端に接続する。また、第1開閉素子SAn及び第2開閉素子SB4を閉制御することにより、単位電池E(n−1)の負極を、コンデンサ14の第2端に接続する。これにより、単位電池E(n−1)、単位電池E(n−2)からコンデンサ14へ電力が供給される。
The
一方、接続制御手段19aは、均等化動作のために選択された第1開閉素子SA(n−2)、第1開閉素子SAnに加えて、第1開閉素子SA1、第1開閉素子SA2、第1開閉素子SA3、第1開閉素子SA(n+1)の開閉制御を行うことにより組電池10から3相モータ17へ電力を供給する。詳しくは、以下のように制御する。
On the other hand, in addition to the first switching element SA (n−2) and the first switching element SAn selected for the equalization operation, the
第1開閉素子SA1の第1端と第1開閉素子SA2の第1端との間には、単位電池E1が接続されている。第1開閉素子SA2の第1端と第1開閉素子SA3の第1端との間には、単位電池E2が接続されている。第1開閉素子SA3の第1端と第1開閉素子SA(n−2)の第1端との間には、(n−5)個の単位電池E3〜E(n−3)が接続されている。第1開閉素子SA(n−2)の第1端と第1開閉素子SAnの第1端との間には、2個の単位電池E(n−2)及びE(n−1)が接続されている。第1開閉素子SAnの第1端と第1開閉素子SA(n+1)の第1端との間には、単位電池Enが接続されている。 A unit cell E1 is connected between the first end of the first opening / closing element SA1 and the first end of the first opening / closing element SA2. A unit battery E2 is connected between the first end of the first opening / closing element SA2 and the first end of the first opening / closing element SA3. Between the first end of the first opening / closing element SA3 and the first end of the first opening / closing element SA (n-2), (n-5) unit cells E3 to E (n-3) are connected. ing. Two unit cells E (n-2) and E (n-1) are connected between the first end of the first switch element SA (n-2) and the first end of the first switch element SAn. Has been. A unit battery En is connected between the first end of the first opening / closing element SAn and the first end of the first opening / closing element SA (n + 1).
第1開閉素子SA1と第1開閉素子SA2が閉制御されれば、3相モータ17のu相17uとv相17vとの間には単位電池E1が配されることとなる。よって、3相モータ17のu相17uとv相17vとの間の相間電圧は3(V)となる。第1開閉素子SA1と第1開閉素子SAnが閉制御されれば、3相モータ17のu相17uとv相17vとの間には単位電池E1〜E(n−1)が配されることとなる。よって、3相モータ17のu相17uとv相17vとの間の相間電圧は3(n−1)(V)となる。第1開閉素子SA2と第1開閉素子SA(n+1)が閉制御されれば、3相モータ17のu相17uとv相17vとの間には単位電池E2〜Enが配されることとなる。よって、3相モータ17のu相17uとv相17vとの間の相間電圧は−3(n−1)(V)となる。第1開閉素子SAnと第1開閉素子SA(n+1)が閉制御されれば、3相モータ17のu相17uとv相17vとの間には単位電池Enが配されることとなる。よって、3相モータ17のu相17uとv相17vとの間の相間電圧は3(V)となる。
If the first opening / closing element SA1 and the first opening / closing element SA2 are closed, the unit battery E1 is arranged between the u-phase 17u and the v-
第1開閉素子SA1と第1開閉素子SA3が閉制御されれば、3相モータ17のu相17uとw相17wとの間には単位電池E1及び単位電池E2が配されることとなる。よって、3相モータ17のu相17uとw相17wとの間の相間電圧は6(V)となる。第1開閉素子SA1と第1開閉素子SA(n−2)が閉制御されれば、3相モータ17のu相17uとw相17wとの間には単位電池E1〜E(n−3)が配されることとなる。よって、3相モータ17のu相17uとw相17wとの間の相間電圧は3(n−2)(V)となる。第1開閉素子SA3と第1開閉素子SA(n+1)が閉制御されれば、3相モータ17のu相17uとw相17wとの間には単位電池E3〜Enが配されることとなる。よって、3相モータ17のu相17uとw相17wとの間の相間電圧は−3(n−2)(V)となる。第1開閉素子SA(n−2)と第1開閉素子SAnが閉制御されれば、3相モータ17のu相17uとw相17wとの間には単位電池E(nー2)〜Enが配されることとなる。よって、3相モータ17のu相17uとw相17wとの間の相間電圧は9(V)となる。
If the first opening / closing element SA1 and the first opening / closing element SA3 are controlled to close, the unit battery E1 and the unit battery E2 are disposed between the u-phase 17u and the w-
第1開閉素子SA2と第1開閉素子SA3が閉制御されれば、3相モータ17のv相17vとw相17wとの間には単位電池E2が配されることとなる。よって、3相モータ17のv相17vとw相17wとの間の相間電圧は3(V)となる。第1開閉素子SA2と第1開閉素子SA(n−2)が閉制御されれば、3相モータ17のv相17vとw相17wとの間には単位電池E2〜E(n−3)が配されることとなる。よって、3相モータ17のv相17vとw相17wとの間の相間電圧は3(n−4)(V)となる。第1開閉素子SA3と第1開閉素子SAnが閉制御されれば、3相モータ17のv相17vとw相17wとの間には単位電池E3〜E(n−1)が配されることとなる。よって、3相モータ17のv相17vとw相17wとの間の相間電圧は3(n−3)(V)となる。第1開閉素子SA(n−2)と第1開閉素子SAnが閉制御されれば、3相モータ17のv相17vとw相17wとの間には単位電池E(n−2)及び単位電池E(n−1)が配されることとなる。よって、3相モータ17のv相17vとw相17wとの間の相間電圧は6(V)となる。
If the first opening / closing element SA2 and the first opening / closing element SA3 are closed, the unit battery E2 is disposed between the v-
したがって、3相モータ17のu相17uとv相17vとの間の相間電圧、3相モータ17のu相17uとw相17wとの間の相間電圧、3相モータ17のv相17vとw相17wとの間の相間電圧は異なるものとなる。よって、第1開閉素子SAhの開閉制御のための第1PWM信号の時比率を変更する。そして、3相モータ17の各相間に印加される交流電圧を3相交流電圧とすることにより、3相モータ17を駆動する。
Therefore, the interphase voltage between the
図3は、図1で示した本実施形態に係る電力変換装置において、単位電池E1の電圧が低い、すなわち、残容量が少ないと判定され、コンデンサ14から単位電池E1へ電力を供給する際の等価回路である。
FIG. 3 shows a case where it is determined that the voltage of the unit battery E1 is low, that is, the remaining capacity is low, and power is supplied from the
接続制御手段19aは、第1開閉素子SA1、第1開閉素子SA2、第2開閉素子SB4、第2開閉素子SB5を、均等化動作のために選択する。そして、第1開閉素子SA1及び第2開閉素子SB5を閉制御することにより、単位電池E1の正極を、コンデンサ14の第1端に接続する。また、第1開閉素子SA2及び第2開閉素子SB4を閉制御することにより、単位電池E1の負極を、コンデンサ14の第2端に接続する。これにより、コンデンサ14から単位電池E1へ電力が供給される。
The
一方、接続制御手段19aは、均等化動作のために選択された第1開閉素子SA1、第1開閉素子SA2に加えて、第1開閉素子SA3、第1開閉素子SA(n−2)、第1開閉素子SAn、第1開閉素子SA(n+1)の開閉制御を行うことにより組電池10から3相モータ17へ電力を供給する。ここでは、接続制御手段19aが選択する第1開閉素子SAhを、上述した、組電池10からコンデンサ14へ電力を供給する場合と同じものとしているため、3相モータ17の各相間に配される単位電池Ehについても同じものとなっており、3相モータ17への電力の供給は、同様の制御により行われる。
On the other hand, the connection control means 19a includes the first switching element SA3, the first switching element SA (n-2), the first switching element SA1 and the first switching element SA2 selected in addition to the first switching element SA1 and the first switching element SA2. Electric power is supplied from the assembled
なお、本実施形態において、組電池10からコンデンサ14へ電力を供給する場合と、コンデンサ14から組電池10へ電力を供給する場合とで、3相モータ17への電力供給のために選択する第1開閉素子SAhを同じものとしたが、異なるものとしてもよい。
Note that, in the present embodiment, the case where power is supplied from the assembled
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、以下の効果を奏する。 With the above configuration, the power conversion device according to the present embodiment has the following effects.
・1又は複数の単位電池Ehからなる組電池10から出力された電力は、第1開閉素子群11を介してバス12へ入力され、バス12の第1端側と第2端側からそれぞれ同電位の電力が出力されることとなる。したがって、第1開閉素子群11を構成する第1開閉素子SAhを選択的に開閉するとともに、第2開閉素子SBiを選択的に開閉することにより、1又は複数の単位電池Ehとコンデンサ14とを接続して電力の授受を行うことができる。一方、第1開閉素子SAhの選択的な開閉制御により、3相モータ17の各相に対して電力を供給することもできる。したがって、3相モータ17に電力を供給しつつ、単位電池Ehとコンデンサ14との間で電力の授受を行うことが可能であり、3相モータ17に電力を供給しない場合においても、3相モータ17を介することなく、組電池10とコンデンサ14との間で電力の授受を行うことが可能である。ゆえに、3相モータ17の駆動時、及び、3相モータ17の停止時に係わらず、組電池10とコンデンサ14との間で電力の授受を行うことができる。
The power output from the assembled
・組電池10を構成する単位電池Ehの容量を均等にする均等化動作により電力の消費が生じ、それにより単位電池Ehが発熱するため、低温時における組電池10の性能低下を抑制することもできる。
-Electric power is consumed by the equalizing operation for equalizing the capacities of the unit batteries Eh constituting the assembled
・接続制御手段19aが1対の第1開閉素子SAhを選択し、組電池10と、第1バスB1、第2バスB2、第3バスB3のいずれかとを接続することにより、3相モータ17の各相間に1又は複数の単位電池Ehを配することができる。一方、組電池10からコンデンサ14へと電力を供給する場合には、残容量の多い1つ又は連続した複数の単位電池Ehから、コンデンサ14へ電力を供給し、コンデンサ14から組電池10へと電力を供給する場合には、コンデンサ14から、残容量の少ない1つの単位電池Ehへと電力を供給する。ここで、残容量の多い単位電池Eh及び残容量の少ない単位電池Ehは、組電池10の電力の消費、及び、組電池10への電力の供給に伴って変化するものであるため、接続制御手段19aにより選択される第1開閉素子SAhは、各単位電池Ehの残容量に応じて変化する。よって、3相モータ17の各相間の電圧は、一定にはならない。
The connection control means 19a selects the pair of first opening / closing elements SAh and connects the assembled
本実施形態では、3相モータ17の相間の電圧に応じて第1PWM信号の時比率を変更しているため、3相モータ17の相間の電圧が変動したとしても、各相に印加される交流電圧を、1/3周期のずれを持ち、且つ、ピーク値が等しい3相交流電圧とすることができる。したがって、3相モータ17の駆動と、組電池10とコンデンサ14との間での電力の授受とを両立することができる。
In this embodiment, since the duty ratio of the first PWM signal is changed according to the voltage between the phases of the three-
・第1PWM信号の時比率及び第2PWM信号の時比率を制御することにより、コンデンサ14に印加する電圧を所望の電圧とすることができる。したがって、コンデンサ14と並列接続された出力端子15a,15bを設け、出力端子15a,15bに車載機器等の電気負荷や、蓄電池等を接続することにより、電気負荷や蓄電池等に対して所望の電圧の電力を入力することができる。
By controlling the time ratio of the first PWM signal and the time ratio of the second PWM signal, the voltage applied to the
<第2実施形態>
図4は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。本実施形態に係る電力変換装置と、第1実施形態に係る電力変換装置とは、第1開閉素子群11の構成が異なっている。
Second Embodiment
FIG. 4 is a circuit diagram of the power conversion apparatus according to the present embodiment. The power converter according to the present embodiment is different from the power converter according to the first embodiment in the configuration of the first
第1開閉素子群11は、(n+1)対の第1開閉素子対SAh’(h=1、2、3、・・・、n+1)により構成され、各第1開閉素子対SAh’は、第1開閉素子SAha及び第1開閉素子SAhbにより構成されている。
The first open /
第1開閉素子SA1aの第1端及び第1開閉素子SA1bの第1端は単位電池E1の正極、すなわち組電池10の正極端に接続されている。第1開閉素子SA2aの第1端及び第1開閉素子SA2bの第1端は、単位電池E1と単位電池E2との間に接続されている。以下同様に、第1開閉素子SAka(2≦k≦n)の第1端及び第1開閉素子SAkbの第1端は、単位電池Ekと単位電池E(k+1)の間に接続され、第1開閉素子SA(n+1)aの第1端及び第1開閉素子SA(n+1)bの第1端は、単位電池Enの負極、すなわち、組電池10の負極端に接続されている。
The first end of the first opening / closing element SA1a and the first end of the first opening / closing element SA1b are connected to the positive electrode of the unit battery E1, that is, the positive electrode end of the assembled
第1開閉素子SA1aの第2端は、第1バスB1に接続され、第1開閉素子SA1bの第2端は第2バスB2に接続されている。以下、同様に、第1開閉素子対SAh’を構成する第1開閉素子SAhaの第2端と第1開閉素子SAhbの第2端は、互いに接続先が異なるように、第1バスB1、第2バスB2、第3バスB3のいずれかに接続される。 The second end of the first opening / closing element SA1a is connected to the first bus B1, and the second end of the first opening / closing element SA1b is connected to the second bus B2. Hereinafter, similarly, the first bus B1, the second end of the first opening / closing element SAha and the second end of the first opening / closing element SAhb constituting the first opening / closing element pair SAh ′ are connected to each other in a different manner. It is connected to either the 2 bus B2 or the third bus B3.
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、第1実施形態に係る電力変換装置と同様の効果を奏する。また、本実施形態に係る電力変換装置は、第1実施形態に係る電力変換装置と比較して、第1開閉素子SAha,SAhbの数は増加するものの、コンデンサ14及び出力端子15a,15bと接続する単位電池Ehの組み合わせパターンを、より増加させることができる。
With the above configuration, the power conversion device according to the present embodiment has the same effects as the power conversion device according to the first embodiment. In addition, the power converter according to the present embodiment is connected to the
<第3実施形態>
図5は、本実施形態に係る電力変換装置の回路図である。本実施形態に係る電力変換装置と、第1実施形態に係る電力変換装置、及び、第2実施形態に係る電力変換装置とは、第1開閉素子群11の構成が異なっている。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a circuit diagram of the power conversion apparatus according to the present embodiment. The power converter according to the present embodiment, the power converter according to the first embodiment, and the power converter according to the second embodiment are different in the configuration of the first
第1開閉素子群11は、(n+1)組の第1開閉素子組SAh’’(h=1、2、3、・・・、n+1)により構成されており、第1開閉素子組SAh’’は、第1開閉素子SAha、第1開閉素子SAhb及び第1開閉素子SAhcにより構成されている。
The first
第1開閉素子SA1aの第1端、第1開閉素子SA1bの第1端及び第1開閉素子SA1cの第1端は単位電池E1の正極、すなわち組電池10の正極端に接続されている。第1開閉素子SA2aの第1端、第1開閉素子SA2bの第1端及び第1開閉素子SA2cの第1端は、単位電池E1と単位電池E2との間に接続されている。以下同様に、第1開閉素子SAka(2≦k≦n)の第1端、第1開閉素子SAkbの第1端及び第1開閉素子SAkcの第1端は、単位電池Ekと単位電池E(k+1)の間に接続され、第1開閉素子SA(n+1)aの第1端、第1開閉素子SA(n+1)bの第1端及び第1開閉素子SA(n+1)cの第1端は、単位電池Enの負極、すなわち、組電池10の負極端に接続されている。
The first end of the first opening / closing element SA1a, the first end of the first opening / closing element SA1b, and the first end of the first opening / closing element SA1c are connected to the positive electrode of the unit battery E1, that is, the positive electrode end of the assembled
第1開閉素子SAhaの第2端は、第1バスB1に接続されており、第1開閉素子SAhbの第2端は第2バスB2に接続されており、第1開閉素子SAhcの第2端は第3バスB3に接続されている。すなわち、単位電池間は、それぞれ、第1開閉素子組SAh’’により、第1バスB1、第2バスB2、第3バスB3のいずれかと選択的に接続可能となっている。 The second end of the first switch element SAha is connected to the first bus B1, the second end of the first switch element SAhb is connected to the second bus B2, and the second end of the first switch element SAhc. Are connected to the third bus B3. That is, the unit cells can be selectively connected to any one of the first bus B1, the second bus B2, and the third bus B3 by the first opening / closing element set SAh ″.
上記構成により、本実施形態に係る電力変換装置は、第1実施形態に係る電力変換装置、及び、第2実施形態に係る電力変換装置と同様の効果を奏する。また、本実施形態に係る電力変換装置は、第2実施形態に係る電力変換装置と比較して、第1開閉素子SAha,SAhb,SAhcの数はさらに増加するものの、コンデンサ14及び出力端子15a,15bと接続する単位電池Ehの組み合わせパターンを、より増加させることができる。
By the said structure, the power converter device which concerns on this embodiment has an effect similar to the power converter device which concerns on 1st Embodiment, and the power converter device which concerns on 2nd Embodiment. Further, the power conversion device according to the present embodiment has a
<変形例>
・上記第1実施形態における、第1開閉素子群11とバス12との接続方法は、上記第1実施形態の接続方法に限られることはない。ひとつの単位電池Ehとコンデンサ14とを接続可能とするため、少なくとも各単位電池Ehの両端の第1開閉素子SAhは、接続先が互いに異なる必要があるが、それ以外の第1開閉素子SAhについては、いずれの電気配線と接続されていてもよい。なお、連続した4つの単位電池Ehの両端の第1開閉素子SAhの接続先は、互いに異なることが好ましい。車両に搭載される各種電子機器は、12Vである。したがって、連続した4つの単位電池Ehの両端の第1開閉素子SAhの接続先を互いに異なるものとすることで、連続した4つの単位電池Ehから12Vの電圧を出力することができる。
<Modification>
In the first embodiment, the connection method between the first
・上記各実施形態において、電力変換装置が車両に搭載されるものとしたが、車両以外のものに搭載されてもよい。また、車両に搭載される場合においても、駆動輪へ駆動力を供給するモータ以外のモータへ電力を供給するものとしてもよい。 -In each above-mentioned embodiment, although the power converter device shall be mounted in a vehicle, you may mount in things other than a vehicle. Even when mounted on a vehicle, power may be supplied to a motor other than the motor that supplies driving force to the driving wheels.
・上記第2実施形態において、各単位電池間に設けられる一対の第1開閉素子対SAh’を構成する第1開閉素子SAha,SAhbの第2端の接続パターンは、上記第2実施形態の接続方法に限られることはない。 -In the said 2nd Embodiment, the connection pattern of the 2nd end of 1st switch element SAha and SAhb which comprises a pair of 1st switch element pair SAh 'provided between each unit battery is a connection of the said 2nd Embodiment. It is not limited to the method.
・上記各実施形態において、第1開閉素子SAh,SAha,SAhb,SAhc、第2開閉素子SBi、第3開閉素子SCjをMOSFETが互いに逆方向に直列接続したものとしたが、MOSFET以外の素子を用いてもよい。 In each of the above embodiments, the first open / close element SAh, SAha, SAhb, SAhc, the second open / close element SBi, and the third open / close element SCj are connected in series in opposite directions to each other. It may be used.
・上記各実施形態において、3相モータ17へ供給する3相交流電力を生成するものとしたが、3相モータ以外の多相モータへ供給する多相交流電圧を生成するものとしてもよい。
In the above embodiments, the three-phase AC power supplied to the three-
10…組電池、12…バス、14…コンデンサ、17…3相モータ、B1…第1バス、B2…第2バス、B3…第3バス、Eh…単位電池、SAh…第1開閉素子、SBi…第2開閉素子。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記m列の電気配線(B1,B2,B3)により構成されたバス(12)と、
隣接する前記単位電池の間及び前記組電池の両端をそれぞれ前記バスのいずれかの電気配線に接続する経路を、それぞれ双方向で開閉する複数の第1開閉手段(SAh)と、
前記バスの第1端側に設けられ、前記蓄電手段の正極及び負極を前記バスのいずれかの前記電気配線に接続する経路を、それぞれ双方向で開閉する第2開閉手段(SBi)と、を備え、
前記バスの前記第1端側とは反対側の第2端側において、前記バスの各電気配線は、前記m相モータのそれぞれ異なる相に接続されていることを特徴とする電力変換装置。 An assembled battery (10) as a serially connected unit battery (Eh) which is one or a plurality of adjacent battery cells, a storage means (14) for storing electric energy, and an m (≧ 3) phase motor (17) A power conversion device for transferring power between the assembled battery and the power storage means and supplying power from the assembled battery to the m-phase motor,
A bus (12) composed of the m rows of electrical wirings (B1, B2, B3);
A plurality of first opening / closing means (SAh) for opening and closing a path connecting the adjacent unit batteries and both ends of the assembled battery to any one of the electrical wirings of the bus in both directions;
A second opening / closing means (SBi) provided on the first end side of the bus and configured to open and close a path connecting the positive electrode and the negative electrode of the power storage means to any one of the electrical wirings of the bus; Prepared,
The electric power converter according to claim 1, wherein each electric wiring of the bus is connected to a different phase of the m-phase motor on a second end side opposite to the first end side of the bus.
前記接続制御手段は、前記電気配線のそれぞれに対して1対の前記第1開閉手段を選択し、選択された一対の前記第1開閉手段のいずれか一方により前記単位電池と前記電気配線とを接続させ、
前記開閉制御手段は、前記m相モータの相間に印加される電圧に応じて第1PWM信号の時比率を変更し、多相交流電圧を生成することを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。 An opening / closing control means (19b) for outputting a first PWM signal for controlling opening / closing of the first opening / closing means;
The connection control means selects a pair of the first opening / closing means for each of the electric wirings, and connects the unit cell and the electric wiring by one of the selected pair of the first opening / closing means. Connect
4. The power conversion according to claim 3, wherein the open / close control unit generates a multi-phase AC voltage by changing a time ratio of the first PWM signal according to a voltage applied between phases of the m-phase motor. apparatus.
前記第2PWM信号は、前記m相モータの相間に印加される電圧及び前記第1PWM信号の時比率に応じて、前記蓄電手段へ直流電圧が入力されるように時比率が変更されることを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 The opening / closing control means further outputs a second PWM signal for controlling opening / closing of the second opening / closing means,
The time ratio of the second PWM signal is changed so that a DC voltage is input to the power storage unit according to the voltage applied between the phases of the m-phase motor and the time ratio of the first PWM signal. The power conversion device according to claim 4.
前記開閉制御手段は、前記第1PWM信号の時比率および前記第2PWM信号の時比率を変更することにより、前記出力端子から出力される直流電圧を制御することを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。 Further comprising output terminals (15a, 15b) connected in parallel with the power storage means,
The said open / close control means controls the DC voltage output from the output terminal by changing the time ratio of the first PWM signal and the time ratio of the second PWM signal. Power conversion device.
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