JP5775895B2 - Power supply control device and overvoltage prevention method - Google Patents
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Description
本発明は、複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切替可能な電源制御装置及び過電圧防止方法に関する。 The present invention relates to a power supply control device and an overvoltage prevention method capable of switching a connection form of a plurality of batteries in series or in parallel.
図11は、特許文献1に開示された電動車両用電源装置の構成図である。図11に示す電動車両用電源装置1では、電動機(M)2の負荷が小さく、電動機(M)2で必要とされる駆動電圧が小さい場合には、第1スイッチ(SW1)14を開かつ第2スイッチ(SW2)15を閉として、電動機(M)2の駆動用インバータ3に対して第1バッテリ11と第2バッテリ12とを並列に接続する。一方、電動機(M)2の負荷が大きく、電動機(M)2で必要とされる駆動電圧が大きい場合には、第1スイッチ(SW1)14を閉かつ第2スイッチ(SW2)15を開として、電動機(M)2の駆動用インバータ3に対して第1バッテリ11と第2バッテリ12とを直列に接続する。このように、電動機(M)2の負荷が大きい場合には、電動機(M)2の駆動電圧を増大させて所望の動力性能を確保することができ、電動機(M)2の負荷が小さい場合には、電動機(M)2の駆動電圧が過大になることを防止して電動機(M)2および駆動用インバータ3の運転効率を増大させることができる。
FIG. 11 is a configuration diagram of the electric vehicle power supply device disclosed in
また、電動車両用電源装置1において、電動機(M)2の負荷の増大に応じて、第1バッテリ11と第2バッテリ12との接続を並列から直列に切り替える場合には、第1スイッチ(SW1)14及び第2スイッチ(SW2)15を開(オフ)として第2バッテリ12を電動機(M)2から切り離し、第1バッテリ11のみによって電動機(M)2に電力を供給する。そして、第1スイッチ(SW1)14に接続された第2ノードBの電位VBが、第1スイッチ(SW1)14に接続された第3ノードCの電位VCに等しくなるまで、DC−DCコンバータ13の昇圧動作を行い、この後、DC−DCコンバータ13の昇圧動作を停止すると共に第1スイッチ(SW1)14を閉(オン)とする。このように、電動機(M)2に対する電力供給を維持した状態で、電動機(M)2の負荷の大きさに応じて、電動機(M)2に対する第1バッテリ11と第2バッテリ12との接続を並列と直列との間で切り替える。DC−DCコンバータ13を第1バッテリ11と第2バッテリ12との接続の切り替え時にのみ動作させることにより、DC−DCコンバータ3を常時動作させる場合に比べて、DC−DCコンバータ13でのスイッチング損失の増大を抑制することができる。
Further, in the electric vehicle
上記説明した特許文献1の電動車両用電源装置1を搭載した車両が減速中に電動機107が回生制御されると、図11に示す第1ノードAには、電動機(M)2側から第1バッテリ11及び第2バッテリ12側に回生電流が流れる。その結果、第1ノードAの電位VAは上昇する。この回生電流による電圧上昇は、第1バッテリ11及び第2バッテリ12の出力電圧に対する増加である。
When the
例えば、電動機(M)2の駆動用インバータ3に対して第1バッテリ11と第2バッテリ12とが並列に接続された図12(A)に示す状態のときに回生制動が行われると、図12(B)に二点鎖線で示す第1ノードAの電位VAは、一点鎖線で示す第1バッテリ11の電圧(第1バッテリ電圧)Vb1又は第2バッテリ12の電圧(第2バッテリ電圧)Vb2に、回生によって生じた電圧Vrを加えた値となる。一方、電動機(M)2の駆動用インバータ3に対して第1バッテリ11と第2バッテリ12とが直列に接続された図13(A)に示す状態のときに回生制動が行われると、図13(B)に二点鎖線で示す第1ノードAの電位VAは、一点鎖線で示す第2バッテリ12の電圧(第2バッテリ電圧)Vb2に第1バッテリ11の電圧(第1バッテリ電圧)Vb1を加えた値に、回生によって生じた電圧Vrを加えた値となる。
For example, when regenerative braking is performed in the state shown in FIG. 12A in which the
並列接続時の図12(B)に示す電位VAと直列接続時の図13(B)に示す電位VAを比較すると、直列接続時の電位VAの方が高い。これは、回生によって生じた電圧Vrを電位VAから差し引いた値が直列接続時の方が高いためである。そのため、直列接続時に回生制動が行われると、回生によって生じる電圧Vrの大きさにもよるが、第1ノードAの電位VAが当該装置の上限許容値(過電圧)を超える可能性がある。 Comparing the potential VA shown in FIG. 12B when connected in parallel with the potential VA shown in FIG. 13B when connected in series, the potential VA when connected in series is higher. This is because the value obtained by subtracting the voltage Vr generated by regeneration from the potential VA is higher in the series connection. Therefore, if regenerative braking is performed during serial connection, the potential VA of the first node A may exceed the upper limit allowable value (overvoltage) of the device, depending on the magnitude of the voltage Vr generated by regeneration.
本発明の目的は、複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切替可能な電源制御装置であって、過電圧をかけずに電動機の回生制御を行うことができる電源制御装置及び過電圧防止方法を提供することである。 An object of the present invention is a power supply control device capable of switching the connection form of a plurality of batteries in series or in parallel, and provides a power supply control device and an overvoltage prevention method capable of performing regeneration control of an electric motor without applying overvoltage It is to be.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項1に記載の発明の電源制御装置は、電動車両の駆動源である電動機(例えば、実施の形態での電動機107)と、前記電動機に電力を供給する、接続形態が直列又は並列に切り替えられる複数のバッテリ(例えば、実施の形態での第1バッテリ103a及び第2バッテリ103b)を有する蓄電器(例えば、実施の形態での蓄電器101)と、前記複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切り替える直並列切替部(例えば、実施の形態での直並列切替部120)と、を備えた前記電動車両の電源制御装置であって、前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定される場合には、前記直並列切替部を制御して、前記複数のバッテリの接続形態を並列に切り替える接続形態切替制御部(例えば、実施の形態での接続形態切替制御部163,263)と、前記複数のバッテリの出力を昇圧する昇圧器(例えば、実施の形態でのコンバータ103)と、を備え、前記複数のバッテリの接続形態を直列から並列に切り替える場合、前記接続形態切替制御部は、前記直並列切替部を構成する全てのスイッチをオフして前記複数のバッテリの一部を前記電動機から切り離し、前記昇圧器は、前記電動機に対する電圧が徐々に低下するよう昇圧動作を行った後、前記直並列切替部を制御して、前記複数のバッテリの接続形態を並列に切り替えることを特徴としている。
また、請求項2に記載の発明の電源制御装置では、前記接続形態切替制御部は、前記全てのスイッチをオフした直後は、前記電動機に対する電圧が直列接続時の電圧と同じになるよう、前記昇圧器による昇圧動作を制御することを特徴としている。
In order to solve the above problems and achieve the object, a power supply control device according to a first aspect of the present invention includes an electric motor that is a drive source of an electric vehicle (for example, the
Further, in the power supply control device according to the second aspect of the present invention, the connection mode switching control unit is configured so that immediately after all the switches are turned off, the voltage to the motor is the same as the voltage at the time of series connection. It is characterized by controlling the boosting operation by the booster.
さらに、請求項3に記載の発明の電源制御装置では、前記接続形態切替制御部は、前記複数のバッテリが直列接続されている状態での前記蓄電器の正極の電位がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴としている。 Furthermore, in the power supply control device according to the third aspect of the present invention, the connection mode switching control unit is configured such that the potential of the positive electrode of the battery in a state where the plurality of batteries are connected in series is equal to or greater than a threshold value. It is estimated that an overvoltage is applied to the drive system of the electric vehicle.
さらに、請求項4に記載の発明の電源制御装置は、前記複数のバッテリが直列接続されている状態で、前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両におけるアクセル開度が0となった際に、その時点の車速から、前記アクセル開度が0のまま時間が経過した場合の定常値である、トルク指令値の最終値に対応する前記蓄電器の出力電力の最終値により求められる前記蓄電器の正極の電位の最終値を推定する最終値推定部(例えば、実施の形態での最終値推定部265)を備え、前記接続形態切替制御部は、前記最終値推定部が推定した前記蓄電器の正極の電位の最終値がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴としている。
Furthermore, in the power supply control device according to the fourth aspect of the invention, when the electric motor is regeneratively controlled with the plurality of batteries connected in series, the accelerator opening in the electric vehicle becomes zero. In this case, from the vehicle speed at that time, the battery obtained by the final value of the output power of the battery corresponding to the final value of the torque command value, which is a steady-state value when the accelerator opening remains zero. A final value estimating unit (for example, a final
さらに、請求項5に記載の発明の過電圧防止方法では、電動車両の駆動源である電動機(例えば、実施の形態での電動機107)と、前記電動機に電力を供給する、接続形態が直列又は並列に切り替えられる複数のバッテリ(例えば、実施の形態での第1バッテリ103a及び第2バッテリ103b)を有する蓄電器(例えば、実施の形態での蓄電器101)と、前記複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切り替える直並列切替部(例えば、実施の形態での直並列切替部120)と、前記複数のバッテリの出力を昇圧する昇圧器(例えば、実施の形態でのコンバータ103)と、を備えた前記電動車両での過電圧防止方法であって、前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかるか否かを推定する過電圧推定ステップと、前記過電圧推定ステップで前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定した場合には、前記直並列切替部を構成する全てのスイッチをオフして前記複数のバッテリの一部を前記電動機から切り離し、前記電動機に対する電圧が徐々に低下するよう前記昇圧器が昇圧動作を行った後、前記直並列切替部を制御して、前記複数のバッテリの接続形態を並列に切り替える接続形態切替制御ステップと、を有することを特徴としている。
さらに、請求項6に記載の発明の過電圧防止方法では、前記接続形態切替制御ステップでは、前記全てのスイッチをオフした直後は、前記電動機に対する電圧が直列接続時の電圧と同じになるよう、前記昇圧器による昇圧動作を制御することを特徴としている。
Furthermore, in the overvoltage prevention method according to the fifth aspect of the present invention, an electric motor that is a drive source of the electric vehicle (for example, the
Further, in the overvoltage prevention method of the invention according to claim 6, in the connection mode switching control step, immediately after all the switches are turned off, the voltage to the electric motor becomes the same as the voltage at the time of series connection. It is characterized by controlling the boosting operation by the booster.
さらに、請求項7に記載の発明の過電圧防止方法では、前記過電圧推定ステップでは、前記複数のバッテリが直列接続されている状態での前記蓄電器の正極の電位がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴としている。 Furthermore, in the overvoltage prevention method of the invention according to claim 7 , in the overvoltage estimation step, if the potential of the positive electrode of the battery in a state where the plurality of batteries are connected in series is equal to or higher than a threshold value, It is estimated that an overvoltage is applied to the drive system of the electric vehicle.
さらに、請求項8に記載の発明の過電圧防止方法は、前記複数のバッテリが直列接続されている状態で、前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両におけるアクセル開度が0となった際に、その時点の車速から、前記アクセル開度が0のまま時間が経過した場合の定常値であるトルク指令値の最終値に対応する前記蓄電器の出力電力の最終値により求められる前記蓄電器の正極の電位の最終値を推定する最終値推定ステップを有し、前記接続形態切替制御ステップでは、前記最終値推定ステップで推定した前記蓄電器の正極の電位の最終値がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴としている。 Furthermore, in the overvoltage prevention method of the invention according to claim 8 , when the electric motor is regeneratively controlled with the plurality of batteries connected in series, the accelerator opening in the electric vehicle becomes zero. In this case, from the vehicle speed at that time, the value of the battery obtained by the final value of the output power of the battery corresponding to the final value of the torque command value, which is a steady value when the accelerator opening remains 0, has elapsed . A final value estimating step for estimating a final value of the positive electrode potential, and in the connection form switching control step , if the final value of the positive electrode potential of the capacitor estimated in the final value estimating step is greater than or equal to a threshold value It is estimated that an overvoltage is applied to the drive system of the electric vehicle.
請求項1〜3に記載の発明の電源制御装置及び請求項5〜7に記載の発明の過電圧防止方法によれば、過電圧をかけずに電動機の回生制御を行うことができる。その結果、電動機の回生制御を続行しても駆動系に過電圧がかかる可能性は小さくなる。
According to the power supply control device of the invention described in
請求項4に記載の発明の電源制御装置及び請求項8に記載の発明の過電圧防止方法によれば、過電圧の発生を防止するための処理が事前に行われるため、電動機の回生制御を続行しても駆動系に過電圧がかかる可能性は非常に小さくなる。 According to the power supply control device of the invention described in claim 4 and the overvoltage prevention method of the invention described in claim 8 , since the processing for preventing the occurrence of overvoltage is performed in advance, the regeneration control of the motor is continued. Even so, the possibility of overvoltage applied to the drive system is very small.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に係る電源制御装置を搭載するHEV(Hybrid Electrical Vehicle:ハイブリッド電気自動車)は、電動機及び内燃機関を備え、車両の走行状態に応じて電動機及び/又は内燃機関の駆動力によって走行する。HEVには、大きく分けてシリーズ方式とパラレル方式の2種類がある。シリーズ方式のHEVは、電動機の動力によって走行する。内燃機関は発電のために用いられ、内燃機関の動力によって発電機で発電された電力は蓄電器に充電されるか、電動機に供給される。パラレル方式のHEVは、電動機及び内燃機関のいずれか一方又は双方の駆動力によって走行する。上記両方式を複合したシリーズ/パラレル方式のHEVも知られている。当該方式では、車両の走行状態に応じてクラッチを開放又は締結する(断接する)ことによって、駆動力の伝達系統をシリーズ方式及びパラレル方式のいずれかの構成に切り替える。上記HEVでは、エンジンブレーキ相当の制動力を得るために、減速時に電動機を発電機として動作させる回生制動が利用される。 A HEV (Hybrid Electrical Vehicle) equipped with a power supply control device according to the present invention includes an electric motor and an internal combustion engine, and travels by the driving force of the electric motor and / or the internal combustion engine according to the traveling state of the vehicle. There are two types of HEVs: a series method and a parallel method. The series-type HEV travels by the power of the electric motor. The internal combustion engine is used for power generation, and the electric power generated by the power generator by the power of the internal combustion engine is charged in a capacitor or supplied to the electric motor. The parallel HEV travels by the driving force of one or both of the electric motor and the internal combustion engine. A series / parallel HEV in which both the above systems are combined is also known. In this method, the driving force transmission system is switched between the series method and the parallel method by opening or closing (engaging / disconnecting) the clutch according to the running state of the vehicle. In the HEV, in order to obtain a braking force equivalent to engine braking, regenerative braking is used in which the motor is operated as a generator during deceleration.
(第1の実施形態)
図1は、シリーズ方式のHEVの第1の実施形態の内部構成を示すブロック図である。また、図2は、図1に示した車両の駆動系の第1の実施形態の概略構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of the first embodiment of the series-type HEV. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the first embodiment of the drive system of the vehicle shown in FIG.
図1又は図2に示すように、シリーズ方式のHEV(以下、単に「車両」という)は、蓄電器(BATT)101と、コンバータ(CONV)103と、第1インバータ(第1INV)105と、電動機(Mot)107と、内燃機関(ENG)109と、発電機(GEN)111と、第2インバータ(第2INV)113と、ギアボックス(以下、単に「ギア」という。)115と、車速センサ117と、マネジメントECU(MG ECU)119と、昇降圧ECU122と、電動機ECU124と、発電機ECU126と、図示しない蓄電器ECU128と、直並列切替部120と、接続形態切替制御部163とを備える。なお、図1中の実線の矢印は値データを示し、点線は指示内容を含む制御信号を示す。
As shown in FIG. 1 or FIG. 2, a series-type HEV (hereinafter simply referred to as “vehicle”) includes a battery (BATT) 101, a converter (CONV) 103, a first inverter (first INV) 105, and an electric motor. (Mot) 107, an internal combustion engine (ENG) 109, a generator (GEN) 111, a second inverter (second INV) 113, a gear box (hereinafter simply referred to as “gear”) 115, and a
蓄電器101は、直列又は並列に接続される第1バッテリ103a及び第2バッテリ103bを有する。図2に示すように、第1バッテリ103aは、第1ノードAと第2ノードBの間に設けられ、第2バッテリ103bは、第3ノードCと第4ノードDの間に設けられている。各バッテリは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の複数の蓄電セルを含む。
The
コンバータ103は、例えばチョッパ型のDC−DCコンバータであり、蓄電器101の直流出力電圧を直流のまま昇圧する。図2に示すように、コンバータ103は、直列接続された2つのスイッチング素子(例えば、IGBT:Insulated Gate Bipolar mode Transistor)131H,131Lと、リアクトル133と、平滑コンデンサ135,137とを有する。スイッチング素子131Hのコレクタは高電圧側端子13Hに接続され、スイッチング素子131Lのエミッタは共通端子13Cに接続されている。また、スイッチング素子131Hのエミッタはスイッチング素子131Lのコレクタに接続されている。
The
スイッチング素子131H,131Lの各ゲートには、マネジメントECU119からのパルス幅変調(PWM)信号が入力される。スイッチング素子131Hがオンかつスイッチング素子131Lがオフになる状態と、スイッチング素子131Hがオフかつスイッチング素子131Lがオンになる状態とが交互に切り替えられることによって、コンバータ103は、蓄電器101の出力電圧を昇圧し、又は、電動機107が回生制御された際に得られた電圧を降圧する。
A pulse width modulation (PWM) signal from the
第1インバータ105は、直流電圧を交流電圧に変換して3相電流を電動機107に供給する。また、第1インバータ105は、電動機107の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換する。
The
電動機107は、車両が走行するための動力を発生する。電動機107で発生したトルクは、ギア115及び駆動軸121を介して駆動輪123に伝達される。なお、電動機107の回転子はギア115に直結されている。また、電動機107は、回生制動時には発電機として動作する。
The
内燃機関109は、発電機111を駆動するために用いられる。発電機111は、内燃機関109の動力によって駆動され、電力を発生する。発電機111が発電した電力は、蓄電器101に充電されるか、第2インバータ113及び第1インバータ105を介して電動機107に供給される。
The
第2インバータ113は、発電機111が発生した交流電圧を直流電圧に変換する。第2インバータ113によって変換された電力は、蓄電器101に充電されるか、第1インバータ105を介して電動機107に供給される。
The
ギア115は、例えば5速相当の1段の固定ギアである。したがって、ギア115は、電動機107からの駆動力を、特定の変速比での回転数及びトルクに変換して、駆動軸121に伝達する。車速センサ117は、車両の走行速度(車速VP)を検出する。車速センサ117によって検出された車速VPを示す信号は、マネジメントECU119に送られる。なお、車速VPの代わりに、電動機107の回転数が用いられても良い。
The
マネジメントECU119は、車速VP及び車両の運転者のアクセル操作に応じたアクセルペダル開度(AP開度)を示す各情報の取得を行う。また、マネジメントECU119には、図2に示すように、電圧センサ141aが検出した第1ノードAと第2ノードBの間の電位差(電圧Vb1)を示す情報と、電圧センサ141bが検出した第3ノードCと第4ノードDの間の電位差(電圧Vb2)を示す情報と、電圧センサ141cが検出した第2ノードBと第4ノードDの間の電位差(電圧V1)を示す情報とが入力される。また、マネジメントECU119には、図2に示すように、電流センサ143aが検出した第1バッテリ103aを流れる実バッテリ電流Ib1と、電流センサ143bが検出した第2バッテリ103bを流れる実バッテリ電流Ib2とが入力される。
The
昇降圧ECU122は、コンバータ103を構成するスイッチング素子131H,131Lのスイッチング動作を2相変調方式でPWM制御する。電動機ECU124は、第1インバータ105を構成する各スイッチング素子のスイッチング動作を2相変調方式でPWM制御することによって、電動機107の制御を行う。なお、電動機ECU124は、車両の減速時に、当該車両の制動力を得るために電動機107を回生制御する。
The step-up / step-down
発電機ECU126は、第2インバータ113を構成する各スイッチング素子のスイッチング動作を2相変調方式でPWM制御することによって、発電機111の制御を行う。蓄電器ECU128は、蓄電器101の各バッテリの残容量(SOC:State of Charge)及び温度等に関する情報を取得する。
The
直並列切替部120は、接続形態切替制御部163からの指示に応じて、蓄電器101が有する2つのバッテリの接続形態を直列又は並列に切り替える。図2に示すように、直並列切替部120は、IGBT等のスイッチング素子である第1スイッチ(SW1)151及び第2スイッチ(SW2)153を有する。第1スイッチ(SW1)151は、第2ノードBと第3ノードCの間に設けられ、第2スイッチ(SW2)153は、第1ノードAと第3ノードCの間に設けられている。直並列切替部120は、第1スイッチ(SW1)151及び第2スイッチ(SW2)153の各ゲートに入力される接続形態切替制御部163からの信号に応じて、第1バッテリ103aと第2バッテリ103bの接続形態を直列又は並列に切り替える。なお、第1バッテリ103aと第2バッテリ103bの接続形態を直列から並列に切り替える場合、直並列切替部120は、第1スイッチ(SW1)151及び第2スイッチ(SW2)153の双方とも開(オフ)して第2バッテリ103bを電動機107から切り離し、コンバータ103は、電動機107に対する電圧が徐々に低下するよう昇圧動作を行う。
The series /
接続形態切替制御部163は、直並列切替部120を構成する第1スイッチ(SW1)151及び第2スイッチ(SW2)153のオンオフ切替を制御する。
The connection mode
以下、接続形態切替制御部163の動作について、図3を参照して詳細に説明する。図3は、第1の実施形態において車両が減速中に電動機107が回生制御されるときの状態変化を示す図である。図3に示すように、電動機107の駆動力により走行中の車両の運転者がアクセルペダルを完全に離すと、AP開度が0になる。このとき、電動機ECU124が電動機107を発電機として作動させることで、電動機107から制動力が得られる。AP開度が0になった後、トルク指令値は緩やかに低下する。トルク指令値は、マネジメントECU119がAP開度と車速VPに基づいて算出する、電動機107に要求されるトルク値である。トルク指令値の低下に伴い、蓄電器101の出力電流である実バッテリ電流も緩やかに減少する。
Hereinafter, the operation of the connection mode
図4は、蓄電器101の等価回路を示す図である。図4に示すように、蓄電器101の電極間電圧Voutに対する、2つのバッテリ103a,103bの開放電圧の総和Vocvと、2つのバッテリ103a,103bの合成内部抵抗Rinと、蓄電器101の出力電流Ioutとの関係は、以下に示す式(1)で表される。
Vout=Vocv−Rin・Iout …(1)
FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the
Vout = Vocv−Rin · Iout (1)
式(1)に従えば、蓄電器101の出力電流Ioutが低下すると、蓄電器101の電極間電圧Voutは上昇する。このため、図3に示すように蓄電器101の実バッテリ電流が低下していくと、蓄電器101の電極間電圧である実出力電圧は上昇する。その結果、図2に示した第1ノードAの電位VAは上昇する。
According to the equation (1), when the output current Iout of the
第1ノードAの電位VAは、蓄電器101の2つのバッテリ103a,103bが並列接続されたときよりも直列接続されたときの方が大きい。2つのバッテリ103a,103bが直列接続されたときの第1ノードAの電位VAは、図2に示した電圧センサ141aが検出する電圧Vb1と電圧センサ141bが検出する電圧Vb2を足した値(Vb1+Vb2)である。
The potential VA of the first node A is larger when the two
本実施形態では、蓄電器101の2つのバッテリ103a,103bが直列接続された状態で電動機107が回生制御されると、接続形態切替制御部163は、第1ノードAの電位VAが図3に二点鎖線で示す過電圧回避しきい値に到達した時点で、2つのバッテリ103a,103bの接続形態を直列から並列に変えるよう直並列切替部120を制御する。過電圧回避しきい値は、本実施形態の車両の駆動系における上限許容値(過電圧)よりも低い値であり、後述する2つのバッテリ103a,103bの接続形態を直列から並列に切り替えるまでの時間を考慮した、上限許容値(過電圧)から十分にマージンを持った値である。
In the present embodiment, when the
接続形態切替制御部163は、2つのバッテリ103a,103bの接続形態を直列から並列に切り替えるまでの間、直並列切替部120の第1スイッチ(SW1)151及び第2スイッチ(SW2)153の双方とも開(オフ)として第2バッテリ103bを電流経路から切り離す。双方のスイッチとも開(オフ)した直後は、電動機107に対する電圧が直列接続時の電圧と同じになるよう、昇降圧ECU122がコンバータ103の昇圧動作を制御する。その後、昇降圧ECU122は、電動機107に対する電圧が徐々に低下するよう、コンバータ103の昇圧比を制御する。
The connection mode
昇圧比が0になると、接続形態切替制御部163は、第2スイッチ(SW2)153を閉(オフ)としたまま第1スイッチ(SW1)151を開(オン)して、2つのバッテリ103a,103bの接続形態を並列に切り替える。このときの第1ノードAの電位VAは、図2に示した電圧センサ141bが検出する電圧Vb2である。こうして、図3に示すように、第1ノードAの電位VAは過電圧回避しきい値よりも大幅に低下する。但し、その後も電動機107の回生制御によって第1ノードAの電位VAは上昇するが、並列接続時には過電圧回避しきい値まで上昇しないよう制御される。
When the step-up ratio becomes 0, the connection mode
図5は、接続形態切替制御部163の動作を示すフローチャートである。図5に示すように、接続形態切替制御部163は、蓄電器101の2つのバッテリ103a,103bの接続形態が並列か直列かを判断し(ステップS101)、並列であればステップS103に進み、直列であればステップS105に進む。ステップS103では、接続形態切替制御部163は、接続形態を並列のまま維持する。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the connection mode
ステップS105では、接続形態切替制御部163は、当該車両の駆動系に過電圧がかかると推定されるか否かを判断する。すなわち、接続形態切替制御部163は、第1ノードAの電位VAが過電圧回避しきい値以上か否かを判断する。ステップS105で、「電位VA≧過電圧回避しきい値」と判断されればステップS107に進み、「電位VA<過電圧回避しきい値」と判断されればステップS109に進む。ステップS107では、接続形態切替制御部163は、接続形態を直列から並列に切り替える制御を行う。ステップS109では、接続形態切替制御部163は、接続形態を直列のまま維持する。
In step S105, the connection configuration
以上説明したように、本実施形態によれば、蓄電器101の2つのバッテリ103a,103bが直列接続されているとき、車両が減速時に電動機107が回生制御されて、当該車両の駆動系に過電圧がかかると第1のノードAの電位VAから推定される場合には、当該2つのバッテリ103a,103bの接続形態が並列に変更される。接続形態が並列に変更されると第1ノードAの電位VAが大きく下がり、電動機107の回生制御を続行しても駆動系に過電圧がかかる可能性は小さくなる。このように、電動機107の回生制御を中断する必要がないため、当該駆動系において回生エネルギーを無駄なく取得することができる。
As described above, according to this embodiment, when the two
(第2の実施形態)
図6は、シリーズ方式のHEVの第2の実施形態の内部構成を示すブロック図である。図7は、図1に示した車両の駆動系の第2の実施形態の概略構成を示す図である。第2の実施形態では、第1の実施形態の接続形態切替制御部163の代わりに接続形態切替制御部263が設けられ、最終値推定部265がさらに設けられる。他の構成要素は第1の実施形態と同様であるため、同一又は同等の構成要素には図6及び図7において同一の符号を付して説明を簡略化又は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of the second embodiment of the series-type HEV. FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the second embodiment of the drive system of the vehicle shown in FIG. In the second embodiment, a connection mode
最終値推定部265は、電動機107の駆動力により走行中の車両の運転者がアクセルペダルを完全に離してAP開度が0になったときの車速VPに基づいて、電動機107に対するトルク指令値の最終値を導出する。なお、最終値とは、AP開度が0になった後、条件が変わらずに時間が経過した際の定常値である。また、最終値推定部265は、トルク指令値の最終値が負値であれば、当該トルク指令値の最終値に対応する蓄電器101の出力電流の最終値を導出する。
The final
さらに、最終値推定部265は、第1の実施形態で示した式(1)と以下に示す式(2)の連立方程式から導出される式(3)を用いて、第1ノードAの電位VAの最終値を推定する。蓄電器101の電極間電圧Voutは、第1ノードAの電位VAに等しい。
Vout=Vocv−Rin・Iout …(1)
VA・Iout=Pin …(2)
VA={Vocv+√(Vocv2−4Pin・Rin)}/2 …(3)
Further, the final
Vout = Vocv−Rin · Iout (1)
VA · Iout = Pin (2)
VA = {Vocv + √ (Vocv 2 −4Pin · Rin)} / 2 (3)
なお、蓄電器101の2つのバッテリ103a,103bの総和Vocvは、各バッテリの残容量(SOC:State of Charge)に基づいてバッテリ特性データから導出可能である。また、式(2)に示される入力電圧Pinは、以下の式(4)によっても表される。
Pin=Pout+Ploss_mor+Ploss_inv …(4)
なお、Poutは、電動機107の出力であり、電動機107のトルクと回転数との乗算値で表される。また、Ploss_morは第1インバータ105での損失であり、Ploss_invは電動機107での損失である。
Note that the total sum Vocv of the two
Pin = Pout + Ploss_mor + Ploss_inv (4)
Note that Pout is an output of the
接続形態切替制御部263は、蓄電器101の2つのバッテリ103a,103bが直列接続されているとき、最終値推定部265が導出した第1ノードAの電位VAの推定最終値が過電圧回避しきい値以上であれば、2つのバッテリ103a,103bの接続形態を直列から並列に変えるよう直並列切替部120を制御する。なお、過電圧回避しきい値は、第1の実施形態と同様、車両の駆動系における上限許容値(過電圧)よりも低い所定値である。
When the two
以下、接続形態切替制御部263の動作について、図8を参照して詳細に説明する。図8は、第2の実施形態において車両が減速中に電動機107が回生制御されるときの状態変化を示す図である。図8に示すように、電動機107の駆動力により走行中の車両の運転者がアクセルペダルを完全に離すと、AP開度が0になる。このとき、電動機ECU124が電動機107を発電機として作動させることで、電動機107から制動力が得られる。AP開度が0になった後、トルク指令値は緩やかに低下する。トルク指令値は、マネジメントECU219がAP開度と車速VPに基づいて算出する、電動機107に要求されるトルク値である。トルク指令値の低下に伴い、蓄電器101の出力電流である実バッテリ電流も緩やかに減少する。
Hereinafter, the operation of the connection mode
本実施形態では、AP開度が0になり、蓄電器101の2つのバッテリ103a,103bが直列接続された状態で電動機107が回生制御されると、最終値推定部265が、トルク指令値の最終値を導出する。さらに、最終値推定部265は、トルク指令値の最終値が負値であれば、蓄電器101に回生電流が流れると見込まれるため、第1ノードAの電位VAの推定最終値を導出する。接続形態切替制御部263は、最終値推定部265が導出した第1ノードAの電位VAの推定最終値が図8に二点鎖線で示す過電圧回避しきい値以上であれば、2つのバッテリ103a,103bの接続形態を直列から並列に変えるよう直並列切替部120を制御する。後の動作は第1の実施形態と同様である。
In the present embodiment, when the AP opening is 0 and the
図9は、接続形態切替制御部263及び最終値推定部265の動作を示すフローチャートである。図9に示すように、接続形態切替制御部263は、蓄電器101の2つのバッテリ103a,103bの接続形態が並列か直列かを判断し(ステップS201)、並列であればステップS203に進み、直列であればステップS205に進む。ステップS203では、接続形態切替制御部263は、接続形態を並列のまま維持する。
FIG. 9 is a flowchart showing the operations of the connection mode
ステップS205では、最終値推定部265は、電動機107に対するトルク指令値の最終値を導出する。次に、最終値推定部265は、ステップS205で導出したトルク指令値の最終値が負値であるか否かを判断し(ステップS207)、当該最終値が負値でなければステップS209に進み、負値であればステップS211に進む。ステップS209では、接続形態切替制御部263は、接続形態を直列のまま維持する。
In step S <b> 205, the final
ステップS211では、最終値推定部265は、第1ノードAの電位VAの推定最終値を導出する。次に、接続形態切替制御部263は、ステップS211で導出した電位VAの推定最終値が過電圧回避しきい値以上か否かを判断する(ステップS213)。ステップS213で、「電位VAの推定最終値≧過電圧回避しきい値」と判断されればステップS215に進み、「電位VAの推定最終値<過電圧回避しきい値」と判断されればステップS217に進む。ステップS215では、接続形態切替制御部263は、接続形態を直列から並列に切り替える制御を行う。ステップS217では、接続形態切替制御部263は、接続形態を直列のまま維持する。
In step S211, the final
以上説明したように、本実施形態によれば、蓄電器101の2つのバッテリ103a,103bが直列接続されているとき、車両が減速時に電動機107が回生制御されているとき導出された第1のノードAの電位VAの推定最終値に基づいて、当該車両の駆動系に過電圧がかかると推定される場合には、当該2つのバッテリ103a,103bの接続形態が並列に変更される。第1のノードAの電位VAの推定最終値は、第1のノードAの電位VAの実値が過電圧回避しきい値に到達する前に導出されるため、事前に接続形態を並列に変えて第1ノードAの電位VAを下げておくことができる。その結果、電動機107の回生制御を続行しても駆動系に過電圧がかかる可能性は非常に小さくなる。このように、電動機107の回生制御を中断する必要がないため、当該駆動系において回生エネルギーを無駄なく取得することができる。
As described above, according to the present embodiment, when the two
なお、第1の実施形態では第1のノードAの電位VAが過電圧回避しきい値に到達したとき、また、第2の実施形態では第1のノードAの電位VAの推定最終値が過電圧回避しきい値以上であれば、蓄電器101の2つのバッテリ103a,103bの接続形態が直列から並列に変更されるが、マネジメントECUは、過電圧を防止するための他の処理を行っても良い。例えば、(1)コンバータ103による蓄電器101の出力電圧の降圧処理、(2)電動機107を回生制御せずにメカブレーキを用いた制動、(3)発電機111を含む補機等による回生エネルギーの消費等を行っても良い。直列から並列への変更を行わないとき、マネジメントECUは、(1)、(2)、(3)の優先順位で実行可能な処理を行う。
In the first embodiment, when the potential VA of the first node A reaches the overvoltage avoidance threshold, and in the second embodiment, the estimated final value of the potential VA of the first node A is the overvoltage avoidance. If it is equal to or greater than the threshold value, the connection configuration of the two
また、上記実施形態では、シリーズ方式のHEVを例について説明したが、図10に示すシリーズ/パラレル方式のHEVにも適用可能である。また、HEVに限らず、内燃機関109を含まないEV(Electric Vehicle:電気自動車)であっても良い。さらに、蓄電器101を構成する直並列切替可能なバッテリの数は2つに限らず、3つ以上であっても良い。
In the above-described embodiment, the series-type HEV has been described as an example. However, the present invention is also applicable to the series / parallel HEV shown in FIG. Moreover, not only HEV but EV (Electric Vehicle: electric vehicle) which does not include the
101 蓄電器(BATT)
103 コンバータ(CONV)
105 第1インバータ(第1INV)
107 電動機(Mot)
109 内燃機関(ENG)
111 発電機(GEN)
113 第2インバータ(第2INV)
115 ギアボックス(ギア)
117 車速センサ
119 マネジメントECU(MG ECU)
122 昇降圧ECU
124 電動機ECU
126 発電機ECU
128 蓄電器ECU
120 直並列切替部
163,263 接続形態切替制御部
103a 第1バッテリ
103b 第2バッテリ
131H,131L スイッチング素子
133 リアクトル
135,137 平滑コンデンサ
141a,141b,141c 電圧センサ
143a,143b 電流センサ
151 第1スイッチ(SW1)
153 第2スイッチ(SW2)
265 最終値推定部
101 Battery (BATT)
103 Converter (CONV)
105 1st inverter (1st INV)
107 Electric motor (Mot)
109 Internal combustion engine (ENG)
111 Generator (GEN)
113 Second inverter (second INV)
115 Gearbox (Gear)
117
122 Buck-Boost ECU
124 electric motor ECU
126 Generator ECU
128 power storage ECU
120 Series-
153 Second switch (SW2)
265 Final value estimation unit
Claims (8)
前記電動機に電力を供給する、接続形態が直列又は並列に切り替えられる複数のバッテリを有する蓄電器と、
前記複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切り替える直並列切替部と、を備えた前記電動車両の電源制御装置であって、
前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定される場合には、前記直並列切替部を制御して、前記複数のバッテリの接続形態を並列に切り替える接続形態切替制御部と、
前記複数のバッテリの出力を昇圧する昇圧器と、を備え、
前記複数のバッテリの接続形態を直列から並列に切り替える場合、前記接続形態切替制御部は、前記直並列切替部を構成する全てのスイッチをオフして前記複数のバッテリの一部を前記電動機から切り離し、前記昇圧器は、前記電動機に対する電圧が徐々に低下するよう昇圧動作を行った後、前記直並列切替部を制御して、前記複数のバッテリの接続形態を並列に切り替えることを特徴とする電源制御装置。 An electric motor as a drive source of the electric vehicle;
A power storage unit that supplies electric power to the electric motor and has a plurality of batteries whose connection form is switched in series or in parallel;
A power supply control device for the electric vehicle, comprising: a series-parallel switching unit that switches a connection form of the plurality of batteries in series or in parallel;
When it is estimated that an overvoltage is applied to the drive system of the electric vehicle when the electric motor is being regeneratively controlled, a connection for switching the connection form of the plurality of batteries in parallel by controlling the series-parallel switching unit A form switching control unit;
A booster that boosts the outputs of the plurality of batteries ,
When switching the connection form of the plurality of batteries from series to parallel, the connection form switching control unit turns off all the switches constituting the series-parallel switching unit to disconnect a part of the plurality of batteries from the electric motor. The booster performs a boosting operation so that a voltage to the electric motor gradually decreases, and then controls the series-parallel switching unit to switch the connection form of the plurality of batteries in parallel. Control device.
前記接続形態切替制御部は、前記全てのスイッチをオフした直後は、前記電動機に対する電圧が直列接続時の電圧と同じになるよう、前記昇圧器による昇圧動作を制御することを特徴とする電源制御装置。The connection mode switching control unit controls the boosting operation by the booster so that immediately after all the switches are turned off, the voltage to the electric motor becomes the same as the voltage at the time of serial connection. apparatus.
前記接続形態切替制御部は、前記複数のバッテリが直列接続されている状態での前記蓄電器の正極の電位がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴とする電源制御装置。 The power supply control device according to claim 1 or 2 ,
The connection mode switching control unit estimates that an overvoltage is applied to the drive system of the electric vehicle if the potential of the positive electrode of the battery in a state where the plurality of batteries are connected in series is equal to or higher than a threshold value. A power supply control device.
前記複数のバッテリが直列接続されている状態で、前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両におけるアクセル開度が0となった際に、その時点の車速から、前記アクセル開度が0のまま時間が経過した場合の定常値である、トルク指令値の最終値に対応する前記蓄電器の出力電力の最終値により求められる前記蓄電器の正極の電位の最終値を推定する最終値推定部を備え、
前記接続形態切替制御部は、前記最終値推定部が推定した前記蓄電器の正極の電位の最終値がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴とする電源制御装置。 The power supply control device according to claim 1 or 2 ,
When the electric motor is regeneratively controlled in a state where the plurality of batteries are connected in series, when the accelerator opening in the electric vehicle becomes 0, the accelerator opening is 0 based on the vehicle speed at that time. A final value estimator for estimating the final value of the positive electrode potential of the battery, which is obtained from the final value of the output power of the battery corresponding to the final value of the torque command value, which is a steady value when time has passed. Prepared,
The connection mode switching control unit estimates that an overvoltage is applied to the drive system of the electric vehicle if the final value of the positive electrode potential of the battery estimated by the final value estimation unit is equal to or greater than a threshold value. Power control device.
前記電動機に電力を供給する、接続形態が直列又は並列に切り替えられる複数のバッテリを有する蓄電器と、
前記複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切り替える直並列切替部と、
前記複数のバッテリの出力を昇圧する昇圧器と、を備えた前記電動車両での過電圧防止方法であって、
前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかるか否かを推定する過電圧推定ステップと、
前記過電圧推定ステップで前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定した場合には、前記直並列切替部を構成する全てのスイッチをオフして前記複数のバッテリの一部を前記電動機から切り離し、前記電動機に対する電圧が徐々に低下するよう前記昇圧器が昇圧動作を行った後、前記直並列切替部を制御して、前記複数のバッテリの接続形態を並列に切り替える接続形態切替制御ステップと、
を有することを特徴とする過電圧防止方法。 An electric motor as a drive source of the electric vehicle;
A power storage unit that supplies electric power to the electric motor and has a plurality of batteries whose connection form is switched in series or in parallel;
A series-parallel switching unit for switching the connection form of the plurality of batteries in series or in parallel;
A booster that boosts the output of the plurality of batteries, and an overvoltage prevention method in the electric vehicle,
An overvoltage estimation step for estimating whether an overvoltage is applied to the drive system of the electric vehicle when the electric motor is being regeneratively controlled;
When it is estimated that overvoltage is applied to the drive system of the electric vehicle in the overvoltage estimation step, all the switches constituting the series-parallel switching unit are turned off, and a part of the plurality of batteries is disconnected from the electric motor, After the booster performs a boosting operation so that the voltage to the electric motor gradually decreases, the switching control step of controlling the series-parallel switching unit to switch the connection mode of the plurality of batteries in parallel ,
A method for preventing overvoltage, comprising:
前記接続形態切替制御ステップでは、前記全てのスイッチをオフした直後は、前記電動機に対する電圧が直列接続時の電圧と同じになるよう、前記昇圧器による昇圧動作を制御することを特徴とする過電圧防止方法。In the connection mode switching control step, immediately after all the switches are turned off, the voltage boosting operation by the booster is controlled so that the voltage to the electric motor becomes the same as the voltage at the time of serial connection. Method.
前記過電圧推定ステップでは、前記複数のバッテリが直列接続されている状態での前記蓄電器の正極の電位がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴とする過電圧防止方法。 The overvoltage prevention method according to claim 5 or 6 ,
In the overvoltage estimation step, it is estimated that an overvoltage is applied to the drive system of the electric vehicle if the potential of the positive electrode of the battery in a state where the plurality of batteries are connected in series is equal to or higher than a threshold value. Overvoltage prevention method.
前記複数のバッテリが直列接続されている状態で、前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両におけるアクセル開度が0となった際に、その時点の車速から、前記アクセル開度が0のまま時間が経過した場合の定常値であるトルク指令値の最終値に対応する前記蓄電器の出力電力の最終値により求められる前記蓄電器の正極の電位の最終値を推定する最終値推定ステップを有し、
前記接続形態切替制御ステップでは、前記最終値推定ステップで推定した前記蓄電器の正極の電位の最終値がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴とする過電圧防止方法。 The overvoltage prevention method according to claim 5 or 6 ,
When the electric motor is regeneratively controlled in a state where the plurality of batteries are connected in series, when the accelerator opening in the electric vehicle becomes 0, the accelerator opening is 0 based on the vehicle speed at that time. A final value estimation step for estimating the final value of the positive electrode potential of the battery, which is obtained from the final value of the output power of the battery corresponding to the final value of the torque command value that is a steady value when the time has passed. And
In the connection mode switching control step , if the final value of the positive electrode potential estimated in the final value estimation step is equal to or greater than a threshold value, it is estimated that an overvoltage is applied to the drive system of the electric vehicle. Overvoltage prevention method.
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