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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