JP2021044949A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter.
従来、蓄電池の温度が低い場合に蓄電池を昇温する制御が行われている。特許文献１には、蓄電池と、コンデンサと、蓄電池とコンデンサとの間に接続されたインバータとを備え、蓄電池とコンデンサとの間で無効電力の授受を行うことにより蓄電池を昇温する電力変換装置が開示されている。
Conventionally, control is performed to raise the temperature of the storage battery when the temperature of the storage battery is low.
蓄電池とコンデンサとの間で無効電力の授受を行う場合、その無効電力に比例してコンデンサの端子電圧が変動する。この変動により、コンデンサの端子電圧が、コンデンサの耐圧性能から定まる許容上限値を超え、コンデンサの信頼性が低下する懸念がある。 When the reactive power is exchanged between the storage battery and the capacitor, the terminal voltage of the capacitor fluctuates in proportion to the reactive power. Due to this fluctuation, the terminal voltage of the capacitor exceeds the allowable upper limit value determined from the withstand voltage performance of the capacitor, and there is a concern that the reliability of the capacitor is lowered.
この問題に対処するには、コンデンサの端子電圧の変動量を低減する必要がある。変動量を低減するために、コンデンサの容量を大きくする対策が考えられる。しかしながら、この場合、コンデンサが大型化してしまう。このように、蓄電池を昇温させる場合に電力の授受対象となる構成の端子電圧の変動量を低減しつつ、蓄電池の昇温能力を向上することについては、未だ改善の余地があると考えられる。 To deal with this problem, it is necessary to reduce the fluctuation amount of the terminal voltage of the capacitor. In order to reduce the amount of fluctuation, measures to increase the capacitance of the capacitor can be considered. However, in this case, the size of the capacitor becomes large. In this way, it is considered that there is still room for improvement in improving the temperature raising capacity of the storage battery while reducing the fluctuation amount of the terminal voltage of the configuration to which the power is transferred when the temperature of the storage battery is raised. ..
そこで、本発明の目的は、電力の授受対象となる構成の端子電圧の変動量を低減しつつ、蓄電池の昇温能力を向上することができる電力変換装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of improving the heating capacity of a storage battery while reducing the fluctuation amount of the terminal voltage of the configuration to which the power is transferred.
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above problems and their actions and effects will be described.
上記課題を解決するために、本発明は、電機子巻線を有する多相回転電機と、上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体を有し、前記電機子巻線と前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの接続点とが接続されるインバータと、各相の前記上アームスイッチの高電位側端子と、第１蓄電池及び第２蓄電池それぞれの正極端子とに接続される正極母線と、各相の前記下アームスイッチの低電位側端子と、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池それぞれの負極端子とに接続される負極母線と、前記正極母線のうち一対の前記上アームスイッチの高電位側端子との接続点の間、及び前記負極母線のうち一対の前記下アームスイッチの低電位側端子との接続点の間の少なくとも一方に設けられた切替用スイッチと、前記切替用スイッチ、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをオンオフする操作部と、を備え、前記操作部は、前記切替用スイッチをオフにした状態で前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをオンオフすることにより、前記第１蓄電池からの電流を、前記インバータ及び前記電機子巻線を介して前記第２蓄電池に流す第１通電処理と、前記第２蓄電池からの電流を、前記インバータ及び前記電機子巻線を介して前記第１蓄電池に流す第２通電処理と、を交互に実施する昇温制御を行う。 In order to solve the above problems, the present invention includes a multi-phase rotating electric machine having an armature winding and a series connection of an upper arm switch and a lower arm switch, and the armature winding, the upper arm switch and the like. An inverter to which the connection point of the lower arm switch is connected, a high potential side terminal of the upper arm switch of each phase, and a positive electrode bus connected to the positive terminal of each of the first storage battery and the second storage battery, respectively. The low potential side terminal of the lower arm switch of the phase, the negative electrode bus connected to the negative terminal of each of the first storage battery and the second storage battery, and the high potential side of a pair of the upper arm switches of the positive positive bus. A changeover switch provided at least between the connection points with the terminals and between the connection points with the low potential side terminals of the pair of the lower arm switches of the negative electrode bus, the changeover switch, and the upper part. The first operation unit includes an arm switch and an operation unit for turning on / off the lower arm switch, and the operation unit turns on / off the upper arm switch and the lower arm switch with the changeover switch turned off. The first energization process in which the current from the storage battery is passed through the inverter and the armature winding to the second storage battery, and the current from the second storage battery is passed through the inverter and the armature winding. The temperature rise control is performed by alternately performing the second energization process of flowing through the first storage battery.
本発明では、切替用スイッチがオフにされることにより、インバータを介して第１蓄電池及び第２蓄電池の間で無効電力の授受を行うことができる。ここで、蓄電池の容量は、コンデンサの容量に比べて十分大きい。このため、蓄電池の無効電力の授受に対する端子電圧の変動量は、コンデンサの無効電力の授受に対する端子電圧の変動量よりも十分小さい。したがって、コンデンサ及び蓄電池の間ではなく、蓄電池同士の間で無効電力の授受を行うことで、昇温制御時における各蓄電池の端子電圧の変動量を低減できる。この際、第１蓄電池及び第２蓄電池の間で授受される無効電力を多くしたとしても、各蓄電池の端子電圧の変動量は小さい。このため、各蓄電池の端子電圧の変動量を低減しつつ、各蓄電池の昇温能力を向上することができる。 In the present invention, when the changeover switch is turned off, ineffective power can be exchanged between the first storage battery and the second storage battery via the inverter. Here, the capacity of the storage battery is sufficiently larger than the capacity of the capacitor. Therefore, the fluctuation amount of the terminal voltage with respect to the transfer of the reactive power of the storage battery is sufficiently smaller than the fluctuation amount of the terminal voltage with respect to the transfer of the reactive power of the capacitor. Therefore, by exchanging and receiving reactive power between the storage batteries instead of between the capacitors and the storage batteries, it is possible to reduce the fluctuation amount of the terminal voltage of each storage battery during the temperature rise control. At this time, even if the amount of ineffective power exchanged between the first storage battery and the second storage battery is increased, the fluctuation amount of the terminal voltage of each storage battery is small. Therefore, it is possible to improve the heating capacity of each storage battery while reducing the fluctuation amount of the terminal voltage of each storage battery.
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照にしつつ説明する。本実施形態において、電力変換装置は車両に搭載されている。
<First Embodiment>
Hereinafter, the first embodiment in which the power conversion device according to the present invention is embodied will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the power conversion device is mounted on the vehicle.
図１に示すように、電力変換装置１０は、多相回転電機２０と、インバータ３０とを備えている。電力変換装置１０は、第１組電池４０ａ及び第２組電池４０ｂを昇温するために、多相回転電機２０及びインバータ３０を介して、第１組電池４０ａ及び第２組電池４０ｂ間で無効電力の授受を行う機能を有している。
As shown in FIG. 1, the
多相回転電機２０は、３相の同期機であり、ステータ巻線として星形結線されたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗを備えている。各相巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、電気角で１２０°ずつずれて配置されている。多相回転電機２０は、例えば永久磁石同期機である。本実施形態において、多相回転電機２０は車載主機であり、車両の走行動力源となる。
The multi-phase rotary
インバータ３０は、各相上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨと、各相下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬとの直列接続体を３相分備えている。本実施形態では、各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、具体的にはＩＧＢＴが用いられている。このため、各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬの高電位側端子はコレクタであり、低電位側端子はエミッタである。各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬには、フリーホイールダイオードとしての各ダイオードＤＵＨ，ＤＶＨ，ＤＷＨ，ＤＵＬ，ＤＶＬ，ＤＷＬが逆並列に接続されている。
The
Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのエミッタと、Ｕ相下アームスイッチＱＵＬのコレクタとには、バスバー等のＵ相導電部材３１Ｕを介して、Ｕ相巻線２１Ｕの第１端が接続されている。Ｖ相上アームスイッチＱＶＨのエミッタと、Ｖ相下アームスイッチＱＶＬのコレクタとには、バスバー等のＶ相導電部材３１Ｖを介して、Ｖ相巻線２１Ｖの第１端が接続されている。Ｗ相上アームスイッチＱＷＨのエミッタと、Ｗ相下アームスイッチＱＷＬのコレクタとには、バスバー等のＷ相導電部材３１Ｗを介して、Ｗ相巻線２１Ｗの第１端が接続されている。各相巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗの第２端同士は、中性点Ｏで接続されている。なお、本実施形態において、各相巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、ターン数が同じに設定されている。これにより、各相巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、例えばインダクタンスが同じに設定されている。
The emitter of the U-phase upper arm switch QUAH and the collector of the U-phase lower arm switch QUA are connected to the first end of the U-phase winding 21U via a U-phase
各上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨのコレクタと、第１組電池４０ａ及び第２組電池４０ｂの正極端子とは、バスバー等の正極母線Ｌｐにより接続されている。各下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬのエミッタと、第１組電池４０ａ及び第２組電池４０ｂの負極端子とは、バスバー等の負極母線Ｌｎにより接続されている。
The collectors of the upper arm switches QUAH, QVH, and QWH and the positive electrode terminals of the
正極母線Ｌｐには、第１組電池４０ａ側から順に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨのコレクタが接続されている。正極母線Ｌｐ上における、一対のＵ，Ｖ相上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨのコレクタとの接続点の間には、切替用スイッチＳＷが備えられている。切替用スイッチＳＷがオフされることにより、２つの接続点の間が電気的に遮断される。本実施形態では、切替用スイッチＳＷとしてリレーが用いられている。
The collectors of the U, V, and W phase upper arm switches QUAH, QVH, and QWH are connected to the positive electrode bus Lp in this order from the
電力変換装置１０は、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとを接続するコンデンサ３２を備えている。なお、コンデンサ３２は、インバータ３０の外部に備えられていてもよいし、インバータ３０に内蔵されていてもよい。
The
第１組電池４０ａ及び第２組電池４０ｂは、複数の単位電池の直列接続体として構成されており、端子電圧が例えば数百Ｖとなるものである。単位電池は、１つの単電池又は複数の単電池の直列接続体で構成されている。これらの単電池は、例えばリチウムイオン２次電池とすればよい。なお、本実施形態において、第１組電池４０ａが第１蓄電池に相当し、第２組電池４０ｂが第２蓄電池に相当する。
The
電力変換装置１０は、第１監視ユニット５０ａ及び第２監視ユニット５０ｂを備えている。第１監視ユニット５０ａは、第１組電池４０ａを構成する各単位電池の端子電圧及び温度等を監視する。第２監視ユニット５０ｂは、第２組電池４０ｂを構成する各単位電池の端子電圧及び温度等を監視する。なお、本実施形態において、第１監視ユニット５０ａ及び第２監視ユニット５０ｂが、電圧監視部に相当する。
The
制御装置６０は、マイコンを主体として構成され、多相回転電機２０の制御量をその指令値にフィードバックすべく、インバータ３０を構成する各スイッチＱＵＨ〜ＱＷＬのスイッチング制御を行う。制御量は、例えばトルクである。なお、本実施形態において、制御装置６０が、操作部に相当する。
The
この他にも制御装置６０は、切替用スイッチＳＷをオンオフしたり、第１監視ユニット５０ａ、第２監視ユニット５０ｂ及び電力変換装置１０の外部に設けられた上位制御装置７０と通信したりする。ここで、上位制御装置７０は、車両の制御を統括する。
In addition to this, the
電力変換装置１０は、多相回転電機２０の各相巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗに流れる電流を検出する電流センサ６１を備えている。電流センサ６１の検出値は、制御装置６０に入力される。
The
続いて、各組電池４０ａ，４０ｂの昇温制御について説明する。図２は、昇温制御処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、制御装置６０により、例えば所定の制御周期で繰り返し実行される。
Subsequently, the temperature rise control of each of the assembled
ステップＳ１０では、各組電池４０ａ，４０ｂの昇温要求があるか否かを判定する。例えば、上位制御装置７０から各組電池４０ａ，４０ｂの昇温指示があったと判定した場合、又は各監視ユニット５０ａ，５０ｂにより検出された各組電池４０ａ，４０ｂの温度が、設定温度未満であると判定した場合、昇温要求があると判定すればよい。ここで、設定温度と比較する温度は、例えば、検出された各単位電池の温度のうち最も低い温度、又は検出された各単位電池の温度に基づいて算出した各単位電池の平均温度としてもよい。
In step S10, it is determined whether or not there is a request for raising the temperature of each of the assembled
なお、本実施形態において、ステップＳ１０で肯定判定する状況は、多相回転電機２０の駆動前における車両の停車中の状況を想定している。
In the present embodiment, the situation in which the affirmative determination is made in step S10 assumes the situation in which the vehicle is stopped before the multi-phase rotary
ステップＳ１０において昇温要求がないと判定した場合には、ステップＳ１１に進み、多相回転電機２０の駆動要求があるか否かを判定する。本実施形態において、この駆動要求には、多相回転電機２０の回転駆動により車両を走行させる要求が含まれる。
If it is determined in step S10 that there is no temperature rise request, the process proceeds to step S11 to determine whether or not there is a drive request for the multi-phase rotary
ステップＳ１１において駆動要求がないと判定した場合には、ステップＳ１２に進み、電力変換装置１０を待機モードに設定する。このモードに設定することにより、インバータ３０の各スイッチＱＵＨ〜ＱＷＬをオフする。そして、ステップＳ１３において、切替用スイッチＳＷをオンにし、電力変換装置１０を多相回転電機２０の駆動に備えさせる。
If it is determined in step S11 that there is no drive request, the process proceeds to step S12, and the
ステップＳ１１において駆動要求があると判定した場合には、ステップＳ１４に進み、電力変換装置１０を駆動モードに設定する。そして、ステップＳ１５において、切替用スイッチＳＷをオンする。その後、ステップＳ１６において、多相回転電機２０を回転駆動させるべく、インバータ３０の各スイッチＱＵＨ〜ＱＷＬのスイッチング制御を行う。これにより、車両の駆動輪が回転し、車両を走行させることができる。なお、ステップＳ１６におけるスイッチング制御は、例えば、各相巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗに印加する指令電圧とキャリア信号（例えば、三角波信号）との大小比較に基づくＰＷＭ、又はパルスパターンを用いて実施されればよい。
If it is determined in step S11 that there is a drive request, the process proceeds to step S14, and the
ステップＳ１０において昇温要求があると判定した場合には、ステップＳ１７に進み、電力変換装置１０を昇温制御モードに設定する。ステップＳ１８では、切替用スイッチＳＷをオフにする。
If it is determined in step S10 that there is a temperature rise request, the process proceeds to step S17, and the
ステップＳ１９では、各組電池４０ａ，４０ｂを昇温させる昇温ＰＷＭ制御を行う。以下、この制御について説明する。
In step S19, the temperature rise PWM control for raising the temperature of each of the assembled
図３（ａ）に、昇温ＰＷＭ制御で用いられる電力変換装置１０の回路構成を示す。図３（ａ）において、切替用スイッチＳＷはオフにされている。この切替用スイッチＳＷを基準として、各スイッチＱＵＨ〜ＱＷＬ等は、第１区分又は第２区分に分類される。すなわち、切替用スイッチＳＷよりも、第１組電池４０ａ側にあるＵ相上アームスイッチＱＵＨ、Ｕ相下アームスイッチＱＵＬを第１区分の上アームスイッチ及び下アームスイッチとする。Ｕ相上アームスイッチＱＵＨ、Ｕ相下アームスイッチＱＵＬ、Ｕ相上アームダイオードＤＵＨ及びＵ相下アームダイオードＤＵＬは、第１区分のレグ３０ａを構成する。
FIG. 3A shows the circuit configuration of the
一方、切替用スイッチＳＷよりも、第２組電池４０ｂ側にあるＶ相上アームスイッチＱＶＨ、Ｗ相上アームスイッチＱＷＨ、Ｖ相下アームスイッチＱＶＬ、Ｗ相下アームスイッチＱＷＬを第２区分の上アームスイッチ及び下アームスイッチとする。Ｖ相上アームスイッチＱＶＨ、Ｗ相上アームスイッチＱＷＨ、Ｖ相下アームスイッチＱＶＬ、Ｗ相下アームスイッチＱＷＬ、Ｖ相上アームダイオードＤＶＨ、Ｗ相上アームダイオードＤＷＨ、Ｖ相下アームダイオードＤＶＬ及びＷ相下アームダイオードＤＷＬは、第２区分のレグ３０ｂを構成する。
On the other hand, the V-phase upper arm switch QVH, the W-phase upper arm switch QWH, the V-phase lower arm switch QVL, and the W-phase lower arm switch QWL on the
図３（ａ）の回路は、図３（ｂ）の等価回路として示すことができる。図３（ｂ）では、各相巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは巻線２１として示している。第１区分のレグ３０ａにおいて、Ｕ相上アームスイッチＱＵＨは第１上アームスイッチＱＨＡとして示し、Ｕ相上アームダイオードＤＵＨは第１上アームダイオードＤＨＡとして示している。また、Ｕ相下アームスイッチＱＵＬは第１下アームスイッチＱＬＡとして示し、Ｕ相下アームダイオードＤＵＬは第１下アームダイオードＤＬＡとして示している。 The circuit of FIG. 3 (a) can be shown as an equivalent circuit of FIG. 3 (b). In FIG. 3B, each phase winding 21U, 21V, 21W is shown as a winding 21. In the leg 30a of the first division, the U-phase upper arm switch QUAH is shown as the first upper arm switch QHA, and the U-phase upper arm diode DUH is shown as the first upper arm diode DHA. Further, the U-phase lower arm switch CUL is shown as the first lower arm switch QLA, and the U-phase lower arm diode DUL is shown as the first lower arm diode DLA.
第２区分のレグ３０ｂにおいて、Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨは第２上アームスイッチＱＨＢとして示し、Ｖ，Ｗ相上アームダイオードＤＶＨ，ＤＷＨは第２上アームダイオードＤＨＢとして示している。また、Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＶＬ，ＱＷＬは第２下アームスイッチＱＬＢとして示し、Ｖ，Ｗ相下アームダイオードＤＶＬ，ＤＷＬは第２下アームダイオードＤＬＢとして示している。なお、本実施形態では、昇温制御時において、Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨのオンオフは同期するように制御され、また、Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＶＬ，ＱＷＬのオンオフは同期するように制御される。
In the
図３（ｂ）の回路は、第１組電池４０ａと第２組電池４０ｂとの間で双方向の電力伝達が可能なＨブリッジ回路である。図３（ｂ）において、ＶＡは第１組電池４０ａの端子電圧を示し、ＩＡは第１組電池４０ａに流れる電流を示す。そして、ＶＢは第２蓄電池４０ｂの端子電圧を示し、ＩＢは第２蓄電池４０ｂに流れる電流を示す。各組電池４０ａ，４０ｂの充電電流が流れる場合にＩＡ，ＩＢは負となり、第１，第２組電池４０ａ，４０ｂの放電電流が流れる場合にＩＡ，ＩＢは正となる。また、ＶＬは巻線２１の端子電圧を示し、ＩＬは巻線２１に流れる電流を示す。第１組電池４０ａから、巻線２１を介して第２組電池４０ｂへと向かう方向に電流が流れる場合にＩＬは正となり、その逆方向に電流が流れる場合にＩＬは負となる。
The circuit of FIG. 3B is an H-bridge circuit capable of bidirectional power transmission between the
第１上アームスイッチＱＨＡ及び第２下アームスイッチＱＬＢが同時にオンすると、巻線２１の端子電圧ＶＬが「ＶＡ」となる。このため、巻線２１に正方向の電流ＩＬが流れ、巻線２１が励磁される。本実施形態において、この動作が第１通電処理に相当する。一方、第１下アームスイッチＱＬＡ及び第２上アームスイッチＱＨＢが同時にオンすると、巻線２１の端子電圧ＶＬが「−ＶＢ」となり、巻線２１に負方向の電流ＩＬが流れ、巻線２１が励磁される。本実施形態において、この動作が第２通電処理に相当する。 When the first upper arm switch QHA and the second lower arm switch QLB are turned on at the same time, the terminal voltage VL of the winding 21 becomes “VA”. Therefore, a current IL in the positive direction flows through the winding 21, and the winding 21 is excited. In this embodiment, this operation corresponds to the first energization process. On the other hand, when the first lower arm switch QLA and the second upper arm switch QHB are turned on at the same time, the terminal voltage VL of the winding 21 becomes "-VB", a current IL in the negative direction flows through the winding 21, and the winding 21 becomes Be excited. In this embodiment, this operation corresponds to the second energization process.
図４に、昇温ＰＷＭ制御の機能ブロック図を示す。制御装置６０は、電流偏差算出部６２を備えている。電流偏差算出部６２は、指令電流ＩＭ＊から、電流センサ６１により検出された電流値（以下、検出電流ＩＭｒ）を減算することにより、電流偏差ΔＩＭを算出する。ここで、本実施形態では、Ｕ相導電部材３１Ｕに流れる電流値を検出電流ＩＭｒとすればよい。
FIG. 4 shows a functional block diagram of the temperature rise PWM control. The
本実施形態において、指令電流ＩＭ＊は、図５に示すように、正弦波として設定される。詳しくは、指令電流ＩＭ＊の１周期Ｔｃにおいて、指令電流ＩＭ＊の値が０以外の値から０になるタイミング（以下、ゼロクロスタイミング）に対して、正の指令電流ＩＭ＊と負の指令電流ＩＭ＊とが点対称になるように指令電流ＩＭ＊を設定する。これにより、図５において、指令電流ＩＭ＊の第１ゼロクロスタイミングＡから第２ゼロクロスタイミングＢまでの期間が、第２ゼロクロスタイミングＢから第３ゼロクロスタイミングＣまでの期間に等しくなる。 In this embodiment, the command current IM * is set as a sine wave as shown in FIG. Specifically, in one cycle Tc of the command current IM *, a positive command current IM * and a negative command current with respect to the timing when the value of the command current IM * changes from a value other than 0 to 0 (hereinafter, zero cross timing). The command current IM * is set so that the IM * is point-symmetrical. As a result, in FIG. 5, the period from the first zero cross timing A to the second zero cross timing B of the command current IM * becomes equal to the period from the second zero cross timing B to the third zero cross timing C.
また、指令電流ＩＭ＊の１周期Ｔｃにおいて、第１領域の面積Ｓ１と第２領域の面積Ｓ２とが等しくなる。第１領域の面積Ｓ１は、指令電流ＩＭ＊の１周期Ｔｃにおいて、指令電流ＩＭ＊の第１ゼロクロスタイミングＡから第２ゼロクロスタイミングＢまでの時間軸と、正の指令電流ＩＭ＊とで囲まれる領域である。第２領域の面積Ｓ２は、１周期Ｔｃにおいて、指令電流ＩＭ＊の第２ゼロクロスタイミングＢから第３ゼロクロスタイミングＣまでの時間軸と、負の指令電流ＩＭ＊とで囲まれる領域である。 Further, in one cycle Tc of the command current IM *, the area S1 of the first region and the area S2 of the second region become equal. The area S1 of the first region is surrounded by the time axis from the first zero cross timing A to the second zero cross timing B of the command current IM * and the positive command current IM * in one cycle Tc of the command current IM *. The area. The area S2 of the second region is a region surrounded by the time axis from the second zero cross timing B to the third zero cross timing C of the command current IM * and the negative command current IM * in one cycle Tc.
第１領域の面積Ｓ１と第２領域の面積Ｓ２とが等しくなるように設定されることにより、１周期Ｔｃにおける第１組電池４０ａ及び第２組電池４０ｂの充放電電流の収支を合わせることができる。このため、昇温制御に伴い、第１組電池４０ａの端子電圧ＶＡと第２組電池４０ｂの端子電圧ＶＢとの差が大きくなることを抑制できる。
By setting the area S1 of the first region and the area S2 of the second region to be equal to each other, the balance of charge / discharge currents of the
なお、指令電流ＩＭ＊の１周期Ｔｃの逆数である指令電流ＩＭ＊の周波数ｆｃは、例えば、人の可聴域の下限側の周波数に設定されることが望ましい。具体的には、周波数ｆｃは、Ａ特性において補正値（ｄＢ）が０以下となる周波数領域である１ｋＨｚ以下に設定されることが望ましい。より望ましくは、３０Ｈｚ〜１００Ｈｚの間の周波数（例えば５０Ｈｚ）に設定されることが望ましい。 It is desirable that the frequency fc of the command current IM *, which is the reciprocal of one cycle Tc of the command current IM *, be set to, for example, the frequency on the lower limit side of the human audible range. Specifically, it is desirable that the frequency fc is set to 1 kHz or less, which is a frequency region in which the correction value (dB) is 0 or less in the A characteristic. More preferably, it is set to a frequency between 30 Hz and 100 Hz (for example, 50 Hz).
図４において、制御装置６０は，フィードバック制御器６３と，第１ＰＷＭ生成部６４とを備えている。フィードバック制御器６３は、電流偏差算出部６２で算出された電流偏差ΔＩＭを０にフィードバックするための操作量として、第１デューティ比Ｄ１＊を算出する。第１デューティ比Ｄ１＊は、Ｕ相上、下アームスイッチＱＵＨ，ＱＵＬの１スイッチング周期Ｔｓｗにおいて、オン時間Ｔｏｎの比率（Ｔｏｎ／Ｔｓｗ）を定める値である。なお、フィードバック制御器６３で用いられるフィードバック制御は、例えば比例積分制御である。
In FIG. 4, the
第１ＰＷＭ生成部６４は、フィードバック制御器６３で算出された第１デューティ比Ｄ１＊に基づいて、Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのゲート信号を生成する。ここで、ゲート信号は、各スイッチＱＵＨ〜ＱＷＬのオン又はオフを指示する信号である。
The first
第１反転器６５は、Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのゲート信号の論理を反転させることにより、Ｕ相下アームスイッチＱＵＬのゲート信号を生成する。
The first reversing
第２ＰＷＭ生成部６６には、第２デューティ比Ｄ２＊が入力される。第２ＰＷＭ生成部６６は、第２デューティ比Ｄ２＊に基づいて、Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨのゲート信号を生成する。本実施形態では、Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨのゲート信号は同期している。
The second duty ratio D2 * is input to the second
第２反転器６７は、Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨのゲート信号の論理を反転させることにより、Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＶＬ，ＱＷＬのゲート信号を生成する。本実施形態では、Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＶＬ，ＱＷＬのゲート信号は同期している。また、Ｖ，Ｗ相上、下アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＶＬ，ＱＷＬの第２デューティ比Ｄ２＊は一定の値に設定されている。ここで、第２デューティ比Ｄ２＊は、無効電力を大きくするため、１近くに設定されることが望ましい。しかし、インバータ３０の抵抗値等により、流すことができる電流は変化するため、大きなデューティ比に設定することが困難な場合がある。このため、第２デューティ比Ｄ２＊の値は、徐々に１から下げられ、所望の電流値を流すことができるデューティ比に設定される。
The second reversing
図６に、昇温ＰＷＭ制御時の電流値及びスイッチングパターンの推移を示す。図６（ａ）は、検出電流ＩＭｒの推移を示し、図６（ｂ）は、第１組電池４０ａに流れる電流ＩＡの推移を示し、図６（ｃ）は、第２組電池４０ｂに流れる電流ＩＢの推移を示す。図６（ｄ）は、Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのゲート信号の推移を示し、図６（ｅ）は、Ｕ相下アームスイッチＱＵＬのゲート信号の推移を示す。図６（ｆ）は、Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨのゲート信号の推移を示し、図６（ｇ）は、Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＶＬ，ＱＷＬのゲート信号の推移を示す。
FIG. 6 shows the transition of the current value and the switching pattern during the temperature rise PWM control. 6 (a) shows the transition of the detected current IMr, FIG. 6 (b) shows the transition of the current IA flowing through the
指令電流ＩＭ＊に応じた電流制御を行うため、フィードバック制御器６３によって、Ｕ相上、下アームスイッチＱＵＨ，ＱＵＬの第１デューティ比Ｄ１＊が設定される。第１デューティ比Ｄ１＊に基づき、図６（ｄ），（ｅ）のように、Ｕ相上アームスイッチＱＵＨとＵ相下アームスイッチＱＵＬとが交互にオンされる。また、第２デューティ比Ｄ２＊に基づき、図６（ｆ），（ｇ）のように、Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨ及びＶ，Ｗ相下アームスイッチＱＶＬ，ＱＷＬが、交互にオンされる。この制御により、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１組電池４０ａにはパルス状の電流ＩＡが流れ、第２組電池４０ｂにはパルス状の電流ＩＢが流れる。
In order to control the current according to the command current IM *, the
制御装置６０が、指令電流ＩＭ＊に応じてＵ相上、下アームスイッチＱＵＨ，ＱＵＬを制御することで、図６（ａ）のように、検出電流ＩＭｒが正弦波状に制御される。第１期間Ｐ１において、正の検出電流ＩＭｒを流すために、第１組電池４０ａは放電され、第２組電池４０ｂは充電されている。そのため、第１期間Ｐ１において、図６（ｂ）に示すように第１組電池４０ａには正の電流ＩＡが流れ、図６（ｃ）に示すように第２組電池４０ｂには負の電流ＩＢが流れている。つまり、第１期間Ｐ１に第１通電処理が実施されている。
The
第２期間Ｐ２において、負の検出電流ＩＭｒを流すために、第１組電池４０ａは充電され、第２組電池４０ｂは放電されている。そのため、第２期間Ｐ２において、図６（ｂ）に示すように第１組電池４０ａには負の電流が流れ、図６（ｃ）に示すように第２組電池４０ｂには正の電流が流れている。つまり、第２期間Ｐ２に第２通電処理が実施されている。なお、上記第１組電池４０ａ及び第２組電池４０ｂに流れるパルス状の電流の平均値ＩＡａｖｅ，ＩＢａｖｅは、指令電流ＩＭ＊の周波数ｆｃと同じ周波数成分を含む正弦波状の電流となる。
In the second period P2, the
本実施形態において、ステップＳ１６の処理が行われる場合の各スイッチＱＵＨ〜ＱＷＬのスイッチング周波数ｆ１よりも、ステップＳ１９の処理が行われる場合の各スイッチＱＵＨ〜ＱＷＬのスイッチング周波数ｆ２の方が高く設定されている。つまり、車両の走行時において多相回転電機２０を駆動している場合のスイッチング周波数ｆ１よりも、車両の停車時昇温制御を実施している場合のスイッチング周波数ｆ２の方が高くなる。また、上記スイッチング周波数ｆ２は、人の可聴域よりも高い方に外れた周波数に設定されている。詳しくは、上記スイッチング周波数ｆ２は、例えば１６ｋＨｚ以上の周波数に設定されている。
In the present embodiment, the switching frequency f2 of each switch QUAH to QWL when the process of step S19 is performed is set higher than the switching frequency f1 of each switch QUAH to QWL when the process of step S16 is performed. ing. That is, the switching frequency f2 when the vehicle is stopped and the temperature rise control is performed is higher than the switching frequency f1 when the multi-phase rotating
図７に、本実施形態のシミュレーション結果を示す。図７（ａ）〜（ｃ）は、先の図６（ａ）〜（ｃ）に対応しており、図７（ｄ）はコンデンサ３２の端子電圧の推移を示す。図７（ｄ）に示すように、コンデンサ３２の端子電圧は変動していない。
FIG. 7 shows the simulation results of this embodiment. 7 (a) to 7 (c) correspond to the above-mentioned FIGS. 6 (a) to 6 (c), and FIG. 7 (d) shows the transition of the terminal voltage of the
図８に、上記特許文献１に記載の構成である比較例のシミュレーション結果を示す。図８（ａ），（ｂ）は、先の図７（ａ），（ｄ）に対応している。なお、図８（ｂ）と図７（ｄ）とに示すＳＫは、比較例に流す電流の１周期における長さを示している。図８に示す比較例に流す電流の１周期における長さは、図７に示す本実施形態に流す電流の１周期における長さの１／２０に設定している。つまり、図８に示す比較例における電流の周波数ｆｃは、図７に示す本実施形態における電流の周波数ｆｃの２０倍に設定している。このように設定しているのは、比較例では、コンデンサ３２の端子電圧の変動量を抑えるために、それと反比例する電流の周波数を高く設定する必要があるためである。しかしながら、この場合、昇温制御時の騒音が増加してしまう問題があった。
FIG. 8 shows the simulation results of a comparative example having the configuration described in
図８（ｂ）に示すように、比較例では、検出電流ＩＭｒと同じ周期で、コンデンサ３２の端子電圧が変動している。この変動量を小さくするには、検出電流ＩＭｒの電流振幅を小さくすればよいが、その場合、昇温能力を落とさなければならない。また、コンデンサ３２の容量を大きくすることでも、端子電圧の変動量を小さくすることはできる。しかしながら、この場合、コンデンサ３２の大型化が必要であった。
As shown in FIG. 8B, in the comparative example, the terminal voltage of the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。 According to the present embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
本実施形態では、昇温制御モードに設定されることにより切替用スイッチＳＷがオフにされ、第１組電池４０ａと第２組電池４０ｂとの間で双方向の電力伝達が可能なＨブリッジ回路が構成される。このため、インバータ３０及び多相回転電機２０を介して、第１組電池４０ａ及び第２組電池４０ｂの間で無効電力の授受を行うことができる。ここで、各組電池４０ａ，４０ｂの容量は、コンデンサ３２の容量に比べて十分大きい。このため、各組電池４０ａ，４０ｂの無効電力の授受に対する端子電圧の変動量は、コンデンサ３２の無効電力の授受に対する端子電圧の変動量よりも十分小さい。したがって、コンデンサ３２及び各組電池４０ａ，４０ｂの間ではなく、各組電池４０ａ，４０ｂの間で無効電力の授受を行うことで、昇温制御時におけるコンデンサ３２及び各組電池４０ａ，４０ｂの端子電圧の変動量を低減できる。この際、第１組電池４０ａ及び第２組電池４０ｂの間で授受される無効電力を多くしたとしても、コンデンサ３２及び各組電池４０ａ，４０ｂの端子電圧の変動量は小さい。このため、組電池４０ａ，４０ｂの昇温能力を向上することができる。
In the present embodiment, the changeover switch SW is turned off by setting the temperature rise control mode, and an H-bridge circuit capable of bidirectional power transmission between the
さらに、コンデンサ３２の端子電圧の変動量を低減できるため、コンデンサ３２の容量を小さくし、コンデンサ３２を小型化することができる。また、電流の周波数ｆｃを低くし、昇温制御時の騒音を小さくすることができる。
Further, since the fluctuation amount of the terminal voltage of the
上位制御装置７０からの要求がある場合、又は制御装置６０が各組電池４０ａ，４０ｂの温度を設定温度未満であると判定した場合にのみ、昇温制御を実施するため、電力変換装置１０における電力の損失を抑えることができる。
In order to perform the temperature rise control only when there is a request from the
車両の走行時において多相回転電機２０を駆動している場合よりも、車両の停車時に昇温制御を実施している場合にスイッチング周波数を高くした。これにより、電機子巻線に流れる電流の制御性を向上することができる。
The switching frequency was set higher when the temperature rise control was performed when the vehicle was stopped than when the multi-phase rotating
なお、スイッチング周波数を高くすることにより、スイッチング損失に伴う各上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ、及び各下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬの発熱が懸念される。しかし、昇温制御時においては、車両の周囲が低温環境であるため、各上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ、及び各下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬの温度がその許容上限値を超えるおそれは小さい。 By increasing the switching frequency, there is a concern that the upper arm switches QUAH, QVH, and QWH and the lower arm switches QUAL, QVL, and QWL generate heat due to the switching loss. However, since the surroundings of the vehicle are in a low temperature environment during temperature rise control, the temperatures of the upper arm switches QUAH, QVH, QWH, and the lower arm switches QUAL, QVL, and QWL may exceed the allowable upper limit. small.
さらに、昇温制御時のスイッチング周波数は、人の可聴域よりも高い方に外れた周波数とした。昇温制御は車両の停車時に実施される。このような状況は、インバータ３０のスイッチング制御に伴う騒音に対する人の聴感の感度が高くなる状況である。したがって、スイッチング周波数を、人の可聴域よりも高い方に外れた非可聴域の周波数に設定することにより、昇温制御時における騒音を低減することができる。
Further, the switching frequency at the time of temperature rise control is set to a frequency higher than the human audible range. The temperature rise control is performed when the vehicle is stopped. In such a situation, the sensitivity of human hearing to the noise caused by the switching control of the
＜第１実施形態の変形例１＞
図４の構成に代えて、図９に示す構成によりスイッチング制御を行ってもよい。制御装置６０において、ヒステリシス制御器６８は、指令電流ＩＭ＊と検出電流ＩＭｒとに基づいて、図１０（ｂ）に示すＵ相上アームスイッチＱＵＨのゲート信号を生成する。詳しくは、ヒステリシス制御器６８は、指令電流ＩＭ＊と検出電流ＩＭｒとの電流偏差に基づいて、Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのゲート信号を生成する。第１反転器６５は、Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのゲート信号の論理を反転させることにより、図１０（ｃ）に示すＵ相下アームスイッチＱＵＬのゲート信号を生成する。これにより、図１２（ａ）に示すように、指令電流ＩＭ＊に対して、±ΔＩの幅を持った範囲で検出電流ＩＭｒが制御される。
<
Instead of the configuration shown in FIG. 4, switching control may be performed according to the configuration shown in FIG. In the
＜第１実施形態の変形例２＞
図２に示す昇温制御処理の手順に代えて、図１１に示す手順で昇温制御を行ってもよい。図１１では、ステップＳ１０で昇温要求が有りと判定された後のステップＳ２０で、昇温しなければならない温度が、予め設定された設定温度以上か否かを判定する。昇温しなければならない各組電池４０ａ，４０ｂの温度が設定温度以上の場合、ステップＳ２１で３相昇温制御モードに設定する。この処理は第１実施形態で説明した昇温制御処理と同一である。昇温しなければならない各組電池４０ａ，４０ｂの温度が設定温度未満の場合、ステップＳ２２で、２相昇温制御モードに設定する。これにより、本実施形態では、昇温制御時において、Ｗ相上、下アームスイッチＱＷＨ，ＱＷＬをオフに維持する。
<Modification 2 of the first embodiment>
Instead of the procedure of the temperature rise control process shown in FIG. 2, the temperature rise control may be performed by the procedure shown in FIG. In FIG. 11, in step S20 after it is determined that there is a temperature rise request in step S10, it is determined whether or not the temperature at which the temperature must be raised is equal to or higher than the preset set temperature. When the temperature of each of the assembled
図１２は、２相昇温制御モードにおける昇温ＰＷＭ制御時の電流値及びスイッチングパターンの推移を示す図である。図１２には、Ｗ相上、下アームスイッチＱＷＨ，ＱＷＬがオフ制御に維持される例を示す。図１２（ａ）は、検出電流ＩＭｒの推移を示し、図１２（ｂ）は、第１組電池４０ａに流れる電流ＩＡの推移を示し、図１２（ｃ）は、第２組電池４０ｂに流れる電流ＩＢの推移を示す。図１２（ｄ）は、Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのゲート信号の推移を示し、図１２（ｅ）は、Ｕ相下アームスイッチＱＵＬのゲート信号の推移を示す。図１２（ｆ）は、Ｖ相上アームスイッチＱＶＨのゲート信号の推移を示し、図１２（ｇ）は、Ｖ相下アームスイッチＱＶＬのゲート信号の推移を示す。図１２（ｈ）は、Ｗ相上、下アームスイッチＱＷＨ，ＱＷＬのゲート信号の推移を示す。
FIG. 12 is a diagram showing changes in the current value and the switching pattern during the temperature rise PWM control in the two-phase temperature rise control mode. FIG. 12 shows an example in which the lower arm switches QWH and QWL are maintained in the off control in the W phase. 12 (a) shows the transition of the detected current IMr, FIG. 12 (b) shows the transition of the current IA flowing through the
Ｗ相上、下アームスイッチＱＷＨ，ＱＷＬをオフに維持することで、３相で昇温制御をする場合に比べて、等価回路のインダクタンスを大きくすることができる。よって、各組電池４０ａ，４０ｂの昇温要求が小さい場合、昇温制御時におけるリップル電流が低減され、多相回転電機２０における鉄損及び騒音を低減することができる。なお、２相昇温制御モードにおいて、Ｗ相上、下アームスイッチＱＷＨ，ＱＷＬをオフに維持する代わりに、Ｖ相上、下アームスイッチＱＶＨ，ＱＶＬをオフに維持してもよい。
By keeping the lower arm switches QWH and QWL off in the W phase, the inductance of the equivalent circuit can be increased as compared with the case where the temperature rise control is performed in the three phases. Therefore, when the temperature rise request of each of the assembled
＜第１実施形態の変形例３＞
図２に示す昇温制御処理の手順に代えて、図１３に示す手順で昇温制御を行ってもよい。図１３では、ステップＳ１０で肯定判定した場合にステップＳ２３に進み、第１組電池４０ａの電圧ＶＡと第２組電池４０ｂの電圧ＶＢが一致するか判定する。一致すると判定した場合、ステップＳ１７に進み昇温制御モードに設定する。一方、一致しないと判定した場合、ステップＳ２４で、指令電流ＩＭ＊の補正を行う。補正後は、ステップＳ１７に進み昇温制御モードに設定する。
<Modification 3 of the first embodiment>
Instead of the procedure of the temperature rise control process shown in FIG. 2, the temperature rise control may be performed by the procedure shown in FIG. In FIG. 13, when the affirmative judgment is made in step S10, the process proceeds to step S23, and it is determined whether the voltage VA of the
ステップＳ２４で行う指令電流ＩＭ＊の補正は、各監視ユニット５０ａ，５０ｂから送信された情報に基づいて、第１組電池４０ａの端子電圧ＶＡと第２組電池４０ｂの端子電圧ＶＢとが均等化されるように、指令電流ＩＭ＊に直流成分Ｉｄｃ（＞０）を加算又は減算する。
In the correction of the command current IM * performed in step S24, the terminal voltage VA of the
制御装置６０は、第１組電池４０ａの端子電圧ＶＡが第２組電池４０ｂの端子電圧ＶＢよりも高いと判定した場合、図１４に示すように、補正前の指令電流ＩＭ＊に直流成分Ｉｄｃを加算することにより、補正後の指令電流ＩＭ＊を算出する。これにより、１周期Ｔｃの補正後の指令電流ＩＭ＊において、第１領域の面積Ｓ１が第２領域の面積Ｓ２よりも大きくなる。その結果、１周期Ｔｃにおいて、第１組電池４０ａの放電電流が、第２組電池４０ｂの放電電流を上回り、第１組電池４０ａの端子電圧ＶＡと第２組電池４０ｂの端子電圧ＶＢとが均等化される。
When the
一方、制御装置６０は、第１組電池４０ａの端子電圧ＶＡが第２組電池４０ｂの端子電圧ＶＢよりも低いと判定した場合、図１５に示すように、補正前の指令電流ＩＭ＊に直流成分Ｉｄｃを減算することにより、補正後の指令電流ＩＭ＊を算出する。これにより、１周期Ｔｃの補正後の指令電流ＩＭ＊において、第１領域の面積Ｓ１が第２領域の面積Ｓ２よりも小さくなる。その結果、１周期Ｔｃにおいて、第２組電池４０ｂの放電電流が、第１組電池４０ａの放電電流を上回り、第１組電池４０ａの端子電圧ＶＡと第２組電池４０ｂの端子電圧ＶＢとが均等化される。
On the other hand, when the
以上説明した本実施形態によれば、昇温制御を行いつつ、第１組電池４０ａの端子電圧ＶＡと第２組電池４０ｂの端子電圧ＶＢとの均等化を図ることができる。
According to the present embodiment described above, it is possible to equalize the terminal voltage VA of the
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<Second Embodiment>
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment.
図１６に示すように、切替用スイッチＳＷは、負極母線Ｌｎ上に備えられていてもよい。負極母線Ｌｎには、第１組電池４０ａ側から順に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬのエミッタが接続されている。切替用スイッチＳＷは、負極母線Ｌｎ上における、一対のＵ，Ｖ相下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬのエミッタとの接続点の間に備えられている。図１６において、便宜上、先の図１に示した構成と同じ符号を付している。
As shown in FIG. 16, the changeover switch SW may be provided on the negative electrode bus Ln. Emitters of U, V, and W phase lower arm switches QUL, QVL, and QWL are connected to the negative electrode bus Ln in order from the
図１７は、本実施形態における昇温ＰＷＭ制御のブロック図である。図１７において、便宜上、先の図４に示した構成と同じ符号を付している。図１７に示す構成において、図４に示す構成との相違点は、第２ＰＷＭ生成部６６により生成されるゲート信号が、Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＶＬ，ＱＷＬであり、第２反転器６７により生成されるゲート信号が、Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨという点である。
FIG. 17 is a block diagram of the temperature rise PWM control in the present embodiment. In FIG. 17, for convenience, the same reference numerals as those shown in FIG. 4 above are given. In the configuration shown in FIG. 17, the difference from the configuration shown in FIG. 4 is that the gate signals generated by the second
図１８は、本実施形態における昇温ＰＷＭ制御時の電流値及びスイッチングパターンの推移である。図１８（ａ）は、検出電流ＩＭｒの推移を示し、図１８（ｂ）は、第１組電池４０ａに流れる電流ＩＡの推移を示し、図１８（ｃ）は、第２組電池４０ｂに流れる電流ＩＢの推移を示す。図１８（ｄ）は、Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのゲート信号の推移を示し、図１８（ｅ）は、Ｕ相下アームスイッチＱＵＬのゲート信号の推移を示す。図１８（ｆ）は、Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨのゲート信号の推移を示し、図１８（ｇ）は、Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＶＬ，ＱＷＬのゲート信号の推移を示す。
FIG. 18 shows the transition of the current value and the switching pattern at the time of the temperature rise PWM control in this embodiment. FIG. 18A shows the transition of the detected current IMr, FIG. 18B shows the transition of the current IA flowing through the
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。 Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
<Other Embodiments>
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・多相回転電機２０及びインバータ３０は、５相又は７相等、３相以外のものであってもよい。図１９に、５相の場合における電力変換装置１０の構成を示す。図１９において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
The multi-phase rotary
図１９では、Ｘ相上、下アームスイッチＱＸＨ，ＱＸＬ及び各ダイオードＤＸＨ，ＤＸＬが追加され、Ｙ相上、下アームスイッチＱＹＨ，ＱＹＬ及び各ダイオードＤＹＨ，ＤＹＬが追加されている。また、多相回転電機２０において、Ｘ相巻線２１ＸとＹ相巻線２１Ｙとが追加されている。また、電力変換装置１０において、Ｘ相導電部材３１ＸとＹ相導電部材３１Ｙとが追加されている。
In FIG. 19, the X-phase upper and lower arm switches QXH and QXL and the diodes DXH and DXL are added, and the Y-phase upper and lower arm switches QYH and QYL and the diodes DYH and DYL are added. Further, in the multi-phase rotary
・３相以上の多相回転電機２０及びインバータを備える電力変換装置１０において、昇温しなければならない組電池の温度が設定温度未満の場合、第１区分及び第２区分のうち２相以上の区分において、一部の相の上アームスイッチ及び下アームスイッチをオフに維持しつつ昇温制御を行ってもよい。つまり、この場合、第１区分及び第２区分それぞれにおいて、一部の相の上アームスイッチ及び下アームスイッチがオフに維持され得る。
-In a
・切替用スイッチＳＷの配置は、図１、図１６及び図１９に示したものに限らない。要は、正極母線Ｌｐ又は負極母線Ｌｎ上における、一対のスイッチのコレクタ又はエミッタとの接続点の間に切替用スイッチＳＷが配置されていればよい。図２０に、正極母線Ｌｐ上における、一対のＶ，Ｗ相上アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨのコレクタとの接続点の間に切替用スイッチＳＷが備えられている場合の電力変換装置１０を示す。
The arrangement of the changeover switch SW is not limited to that shown in FIGS. 1, 16 and 19. In short, the changeover switch SW may be arranged between the connection points of the collector or the emitter of the pair of switches on the positive electrode bus Lp or the negative electrode bus Ln. FIG. 20 shows a
・第１ＰＷＭ生成部６４及び第２ＰＷＭ生成部６６等が生成するゲート信号の組は、図４に示したものに限らない。
The set of gate signals generated by the first
例えば、第１ＰＷＭ生成部６４は、Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＱＶＬ，ＱＷＬのゲート信号を生成し、第１反転器６５でＶ，Ｗ相上アームスイッチＱＶＨ，ＱＷＨのゲート信号を生成する。そして、第２ＰＷＭ生成部６６は、Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのゲート信号を生成し、第２反転器６７でＵ相下アームスイッチＱＵＬのゲート信号を生成するとしてもよい。
For example, the first
・電力変換装置１０が昇温制御を実行する前、例えば、ステップＳ１９の処理を実行する前に、多相回転電機２０に直流電流を流し、ロータの回転角をトルクが発生しない位置に固定するとよい。これにより、昇温制御中に多相回転電機２０にトルクが発生し、ロータが回転するのを防ぐことができる。
When a direct current is passed through the multi-phase rotating
・指令電流ＩＭ＊の設定方法は、図５に示したものに限らない。１周期Ｔｃにおいて指令電流ＩＭ＊のゼロクロスタイミングに対して正の指令電流ＩＭ＊と負の指令電流ＩＭ＊とが点対称になる関係を満たしつつ、例えば、正の指令電流ＩＭ＊及び負の指令電流ＩＭ＊それぞれを台形波又は矩形波に設定してもよい。 -The setting method of the command current IM * is not limited to that shown in FIG. While satisfying the relationship that the positive command current IM * and the negative command current IM * are point-symmetrical with respect to the zero cross timing of the command current IM * in one cycle Tc, for example, the positive command current IM * and the negative command The current IM * may be set to a trapezoidal wave or a rectangular wave.
また、指令電流ＩＭ＊の設定方法としては、上記点対称の関係を満たすものに限らない。例えば、１周期Ｔｃにおいて、指令電流ＩＭ＊の第１ゼロクロスタイミングＡから第２ゼロクロスタイミングＢまでの期間と、指令電流ＩＭ＊の第２ゼロクロスタイミングＢから第３ゼロクロスタイミングＣまでの期間とが異なるようにし、かつ、第１領域の面積Ｓ１と第２領域の面積Ｓ２とが等しくなるように指令電流ＩＭ＊を設定してもよい。この場合であっても、１周期Ｔｃにおける第１組電池４０ａ及び第２組電池４０ｂの充放電電流の収支を合わせることはできる。
Further, the method of setting the command current IM * is not limited to the one that satisfies the above-mentioned point symmetry relationship. For example, in one cycle Tc, the period from the first zero cross timing A to the second zero cross timing B of the command current IM * and the period from the second zero cross timing B to the third zero cross timing C of the command current IM * are different. In addition, the command current IM * may be set so that the area S1 of the first region and the area S2 of the second region are equal to each other. Even in this case, the balance of charge / discharge currents of the
・インバータ３０を構成する上，下アームスイッチとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。この場合、高電位側端子はドレインとなり、低電位側端子はソースとなる。
The upper and lower arm switches constituting the
・切替用スイッチＳＷとしては、リレーに限らない。切替用スイッチＳＷとして、例えば、ソース同士が接続された一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴや、ＩＧＢＴが用いられてもよい。 -The changeover switch SW is not limited to the relay. As the changeover switch SW, for example, a pair of N-channel MOSFETs in which sources are connected to each other or an IGBT may be used.
・本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The controls and methods thereof described in the present disclosure are provided by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. It may be realized. Alternatively, the controls and methods thereof described in the present disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the control unit and method thereof described in the present disclosure may be a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor composed of one or more hardware logic circuits. It may be realized by one or more dedicated computers configured. Further, the computer program may be stored in a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.
１０…電力変換装置、２０…多相回転電機、２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２１Ｘ，２１Ｙ…Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相巻線、３０…インバータ、６０…制御装置、ＳＷ…切替用スイッチ、ＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＸＨ，ＱＹＨ…Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相上アームスイッチ、ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬ，ＱＸＬ，ＱＹＬ…Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相下アームスイッチ。 10 ... Power converter, 20 ... Multi-phase rotating electric machine, 21U, 21V, 21W, 21X, 21Y ... U, V, W, X, Y-phase winding, 30 ... Inverter, 60 ... Control device, SW ... Switching switch , QUH, QVH, QWH, QXH, QYH ... U, V, W, X, Y phase upper arm switch, QUL, QVL, QWL, QXL, QYL ... U, V, W, X, Y phase lower arm switch.
Claims (7)
上アームスイッチ（ＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＸＨ，ＱＹＨ）及び下アームスイッチ（ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬ，ＱＸＬ，ＱＹＬ）の直列接続体を有し、前記電機子巻線と前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの接続点とが接続されるインバータ（３０）と、
各相の前記上アームスイッチの高電位側端子と、第１蓄電池（４０ａ）及び第２蓄電池（４０ｂ）それぞれの正極端子とに接続される正極母線（Ｌｐ）と、
各相の前記下アームスイッチの低電位側端子と、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池それぞれの負極端子とに接続される負極母線（Ｌｎ）と、
前記正極母線のうち一対の前記上アームスイッチの高電位側端子との接続点の間、及び前記負極母線のうち一対の前記下アームスイッチの低電位側端子との接続点の間の少なくとも一方に設けられた切替用スイッチ（ＳＷ）と、
前記切替用スイッチ、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをオンオフする操作部（６０）と、を備え、
前記操作部は、前記切替用スイッチをオフにした状態で前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをオンオフすることにより、前記第１蓄電池からの電流を、前記インバータ及び前記電機子巻線を介して前記第２蓄電池に流す第１通電処理と、前記第２蓄電池からの電流を、前記インバータ及び前記電機子巻線を介して前記第１蓄電池に流す第２通電処理と、を交互に実施する昇温制御を行う電力変換装置（１０）。 A multi-phase rotating electric machine (20) having armature windings (21U, 21V, 21W, 21X, 21Y) and
It has a series connection of an upper arm switch (QUH, QVH, QWH, QXH, QYH) and a lower arm switch (QUL, QVL, QWL, QXL, QYL), and has the armature winding, the upper arm switch, and the lower arm switch. The inverter (30) to which the connection point of the arm switch is connected and
The positive electrode bus (Lp) connected to the high potential side terminal of the upper arm switch of each phase and the positive electrode terminals of the first storage battery (40a) and the second storage battery (40b), respectively.
A negative electrode bus (Ln) connected to the low potential side terminal of the lower arm switch of each phase and the negative electrode terminals of the first storage battery and the second storage battery, respectively.
At least one of the positive electrode bus wires between the connection points of the pair of upper arm switches with the high potential side terminals and the negative electrode bus wires between the connection points of the pair of lower arm switches with the low potential side terminals. The provided changeover switch (SW) and
A changeover switch, an upper arm switch, and an operation unit (60) for turning on / off the lower arm switch are provided.
The operation unit turns the upper arm switch and the lower arm switch on and off with the changeover switch turned off, so that the current from the first storage battery is transmitted through the inverter and the armature winding. The first energization process of flowing the current through the second storage battery and the second energization process of flowing the current from the second storage battery to the first storage battery via the inverter and the armature winding are alternately performed. A power converter (10) that controls temperature.
前記インバータにおいて、前記操作部によりオフに切り替えられる前記切替用スイッチよりも、前記第１蓄電池側の前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを、第１区分の上アームスイッチ及び下アームスイッチとし、
前記インバータにおいて、前記操作部によりオフに切り替えられる前記切替用スイッチよりも、前記第２蓄電池側の前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを、第２区分の上アームスイッチ及び下アームスイッチとし、
前記操作部は、前記第１区分に属する前記上アームスイッチ及び下アームスイッチを交互にオンオフし、かつ前記第２区分に属する前記上アームスイッチ及び下アームスイッチを交互にオンオフする請求項１に記載の電力変換装置。 The armature winding is star-shaped and has a star-shaped connection.
In the inverter, the upper arm switch and the lower arm switch on the first storage battery side are designated as the upper arm switch and the lower arm switch of the first category, rather than the changeover switch that is switched off by the operation unit.
In the inverter, the upper arm switch and the lower arm switch on the second storage battery side are designated as the upper arm switch and the lower arm switch of the second category, rather than the changeover switch that is switched off by the operation unit.
The first aspect of claim 1, wherein the operation unit alternately turns on / off the upper arm switch and the lower arm switch belonging to the first category, and alternately turns on / off the upper arm switch and the lower arm switch belonging to the second category. Power converter.
前記操作部は、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の昇温要求が大きい場合、全相の前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをオンオフする前記昇温制御を行い、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の昇温要求が小さい場合、前記第１区分及び前記第２区分のうち２相以上の区分において、一部の相の前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをオフに維持しつつ前記昇温制御を行う請求項２に記載の電力変換装置。 The multi-phase rotary electric machine has three or more phase armature windings.
When the request for temperature rise of the first storage battery and the second storage battery is large, the operation unit performs the temperature rise control to turn on / off the upper arm switch and the lower arm switch of all phases, and the first storage battery and the second storage battery. When the temperature rise request of the second storage battery is small, the upper arm switch and the lower arm switch of some phases are kept off in the two or more phases of the first category and the second category. The power conversion device according to claim 2, wherein the temperature rise control is performed.
前記操作部は、前記車両の停車時に前記昇温制御を実施し、前記車両の走行時において前記多相回転電機を駆動している場合よりも、前記車両の停車時に前記昇温制御を実施している場合の方が、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチング周波数を高くする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力変換装置。 In the power converter mounted on the vehicle
The operation unit performs the temperature rise control when the vehicle is stopped, and performs the temperature rise control when the vehicle is stopped, as compared with the case where the multi-phase rotating electric machine is driven when the vehicle is running. The power conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the switching frequency of the upper arm switch and the lower arm switch is increased in the case where the power conversion device is used.
前記電圧監視部は、前記操作部に電圧監視情報を通知する機能を有し、
前記操作部は、前記電圧監視部から通知された前記電圧監視情報に基づき、前記第１蓄電池の端子電圧と前記第２蓄電池の端子電圧とが均等化されるように、前記昇温制御を実施する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電力変換装置。 A voltage monitoring unit (50a, 50b) for monitoring the voltage of the first storage battery and the second storage battery is provided.
The voltage monitoring unit has a function of notifying the operation unit of voltage monitoring information.
Based on the voltage monitoring information notified from the voltage monitoring unit, the operation unit performs the temperature rise control so that the terminal voltage of the first storage battery and the terminal voltage of the second storage battery are equalized. The power conversion device according to any one of claims 1 to 6.
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| WO2023037823A1 (en) * | 2021-09-07 | 2023-03-16 | 株式会社デンソー | Heating control device |
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