JP5980738B2 - Power system - Google Patents
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Description
この発明は、電源システムに関し、より特定的には、複数の直流電源を含んで構成された電源システムに配置された電圧センサおよび/または電流センサを補正するための制御に関する。 The present invention relates to a power supply system, and more particularly to control for correcting a voltage sensor and / or a current sensor arranged in a power supply system configured to include a plurality of DC power supplies.
直流電源を含んで構成された電源システムでは、当該システムの動作を制御するために電圧センサおよび電流センサが設けられる。このようなセンサの出力誤差を補正するための技術として、特開2010−273523号公報(特許文献1)には、高圧バッテリの電流センサの基準値を補正する手法が記載されている。具体的には、補機による電力消費によって高圧バッテリが充放電されていない運転状態である期間において、電流センサの出力が0であるにも関わらず、高圧バッテリの端子間電圧に変化が生じた場合に、電流センサの基準値を補正することが記載されている。 In a power supply system configured to include a DC power supply, a voltage sensor and a current sensor are provided to control the operation of the system. As a technique for correcting the output error of such a sensor, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-273523 (Patent Document 1) describes a method of correcting a reference value of a current sensor of a high voltage battery. Specifically, in a period in which the high voltage battery is not being charged / discharged due to power consumption by the auxiliary machine, the voltage between the terminals of the high voltage battery has changed even though the output of the current sensor is zero. In this case, it is described that the reference value of the current sensor is corrected.
また、特開2012−70514号公報(特許文献2)には、複数のスイッチング素子の制御によって、2つの直流電源を直列にした状態でDC/DC変換を行なう動作モード(直列接続モード)と、2つの直流電源を並列に使用する状態でDC/DC変換を行なう動作モード(並列接続モード)を切換えることが可能な電力変換器の構成が記載されている。 JP 2012-70514 A (Patent Document 2) discloses an operation mode (series connection mode) in which DC / DC conversion is performed in a state where two DC power sources are connected in series under the control of a plurality of switching elements. A configuration of a power converter capable of switching an operation mode (parallel connection mode) for performing DC / DC conversion in a state where two DC power supplies are used in parallel is described.
電源システム中のセンサの出力に誤差が生じると、出力を正確に制御できなくなる虞があるため、センサの出力誤差を補正することが重要である。特に、特許文献1にも記載されるように、電源システムの動作中にセンサの補正を行なうことが制御上重要である。
If an error occurs in the output of the sensor in the power supply system, the output may not be accurately controlled. Therefore, it is important to correct the output error of the sensor. In particular, as described in
特許文献2に記載された電源システムの様に、複数の直流電源を有する構成では、各直流電源に対して電圧センサおよび電流センサが設けられることが一般的であるため、システム全体では、電流センサおよび電圧センサが複数個ずつ配置される構成となる。しかしながら、特許文献2には、このようなセンサの補正については何ら言及していない。
As in the power supply system described in
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、複数の直流電源と、複数個の電圧検出器および/または電流検出器とが設けられた電源システムにおいて、効率的に電圧検出器および/または電流検出器の補正を行なうことである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a power supply provided with a plurality of DC power supplies and a plurality of voltage detectors and / or current detectors. In a system, it is an efficient correction of the voltage detector and / or current detector.
この発明のある局面では、電源システムは、負荷と接続された第1および第2の電力線間に直流電圧を出力するための電源システムであって、第1の直流電源と、第2の直流電源と、第1から第3の電圧検出器と、第1および第2の電流検出器と、第1から第4のスイッチング素子と、第1および第2のリアクトルと、制御装置とを含む。第1の電圧電出器は、第1の直流電源の電圧を検出する。第2の電圧検出器は、第2の直流電源の電圧を検出する。第1の電流検出器は、第1の直流電源の電流を検出する。第2の電流検出器は、第2の直流電源の電流を検出する。第3の電圧検出器は、第1および第2の電力線の間の直流電圧を検出する。第1から第4のスイッチング素子は、第1および第2の電力線の間に順に直列接続される。第1のリアクトルは、第2および第3のスイッチング素子の接続ノードと、第1の直流電源の正極端子との間に電気的に接続される。第2のリアクトルは、第1および第2のスイッチング素子の接続ノードと、第2の直流電源の正極端子との間に電気的に接続される。第1の直流電源の負極端子は、第2の電力線と電気的に接続され、第2の直流電源の負極端子は、第3および第4のスイッチング素子の接続ノードと電気的に接続される。制御装置は、第1から第4のスイッチング素子のオンオフを制御する。第1および第2の電圧検出器のうちの所定の一方の電圧検出器は、他方の電圧検出器よりも検出精度が高く、第1および第2の電流検出器のうちの所定の一方の電流検出器は、他方の電流検出器よりも検出精度が高い。制御装置は、スイッチング制御手段および補正手段を含む。スイッチング制御手段は、第1および第2の直流電源が第1および第2の電力線間に並列または直列に電気的に接続されている状態が維持されるように第1から第4のスイッチング素子の所定のスイッチングパターンを形成する。補正手段は、所定のスイッチングパターンが形成されている期間において、一方の電圧検出器による検出値に基づいて他方の電圧検出器または第3の電圧検出器を補正する電圧検出器補正処理、および、一方の電流検出器による検出値に基づいて他方の電流検出器を補正する電流検出器補正処理の少なくとも一方を実行する。 In one aspect of the present invention, a power supply system is a power supply system for outputting a DC voltage between first and second power lines connected to a load, and includes a first DC power supply and a second DC power supply. And first to third voltage detectors, first and second current detectors, first to fourth switching elements, first and second reactors, and a control device. The first voltage output device detects the voltage of the first DC power supply. The second voltage detector detects the voltage of the second DC power supply. The first current detector detects the current of the first DC power supply. The second current detector detects the current of the second DC power supply. The third voltage detector detects a DC voltage between the first and second power lines. The first to fourth switching elements are sequentially connected in series between the first and second power lines. The first reactor is electrically connected between the connection node of the second and third switching elements and the positive terminal of the first DC power supply. The second reactor is electrically connected between the connection node of the first and second switching elements and the positive terminal of the second DC power supply. The negative terminal of the first DC power supply is electrically connected to the second power line, and the negative terminal of the second DC power supply is electrically connected to the connection node of the third and fourth switching elements. The control device controls on / off of the first to fourth switching elements. One predetermined voltage detector of the first and second voltage detectors has higher detection accuracy than the other voltage detector, and the predetermined one current of the first and second current detectors. The detector has higher detection accuracy than the other current detector. The control device includes switching control means and correction means. The switching control means is configured to control the first to fourth switching elements so that the first and second DC power supplies are electrically connected in parallel or in series between the first and second power lines. A predetermined switching pattern is formed. The correction means includes a voltage detector correction process for correcting the other voltage detector or the third voltage detector based on a detection value by one voltage detector during a period in which a predetermined switching pattern is formed, and At least one of current detector correction processing for correcting the other current detector based on a detection value by one current detector is executed.
好ましくは、電圧検出器補正処理は、所定のスイッチングパターンによって、第1および第2の直流電源が第1および第2の電力線間に並列に電気的に接続されている状態が維持される期間において、一方の電圧検出器による検出値に基づいて他方の電圧検出器を補正する処理を含む。 Preferably, the voltage detector correction process is performed during a period in which the first and second DC power supplies are electrically connected in parallel between the first and second power lines according to a predetermined switching pattern. , Including a process of correcting the other voltage detector based on the detection value by one voltage detector.
また好ましくは、電圧検出器補正処理は、所定のスイッチングパターンによって、第1および第2の直流電源が第1および第2の電力線間に直列に電気的に接続されている状態が維持される期間において、一方の電圧検出器および他方の電圧検出器による検出値に基づいて、第3の電圧検出器を補正する処理を含む。 Preferably, the voltage detector correction processing is a period in which the state in which the first and second DC power supplies are electrically connected in series between the first and second power lines is maintained by a predetermined switching pattern. 3 includes a process of correcting the third voltage detector based on the detection values of the one voltage detector and the other voltage detector.
好ましくは、電圧検出器補正処理は、第1および第2の補正処理を含む。制御装置は、第1の補正処理では、第1および第2の直流電源が第1および第2の電力線間に並列に電気的に接続されている状態が維持される期間において、一方の電圧検出器による検出値に基づいて他方の電圧検出器を補正する。制御装置は、第2の処理では、第1および第2の直流電源が第1および第2の電力線間に直列に電気的に接続されている状態が維持される期間において、一方の電圧検出器による検出値と第1の補正処理による補正後の他方の電圧検出器による検出値とに基づいて、第3の電圧検出器を補正する。 Preferably, the voltage detector correction process includes first and second correction processes. In the first correction process, the control device detects one of the voltages in a period in which the first and second DC power supplies are maintained in a state of being electrically connected in parallel between the first and second power lines. The other voltage detector is corrected based on the detection value by the detector. In the second process, the control device is configured such that one of the voltage detectors is maintained during a period in which the first and second DC power supplies are maintained in a state of being electrically connected in series between the first and second power lines. The third voltage detector is corrected based on the detection value obtained by the above and the detection value obtained by the other voltage detector after the correction by the first correction processing.
さらに好ましくは、制御装置は、ゼロ点補正手段をさらに含む。ゼロ点補正手段は、第1および第2の直流電源に電流が流れない回路状態であるときに、第1および第2の電流検出器の現在の出力値を、電流値がゼロであるときに対応するゼロ点とする。 More preferably, the control device further includes zero point correction means. The zero point correction means is configured to obtain a current output value of the first and second current detectors when the current value is zero when the circuit state is such that no current flows through the first and second DC power supplies. The corresponding zero point.
また好ましくは、電流検出器補正処理は、所定のスイッチングパターンによって、第1および第2の直流電源が第1および第2の電力線間に直列に電気的に接続されている状態が維持される期間において、一方の電流検出器による検出値に基づいて他方の電流検出器を補正する処理を含む。 Preferably, the current detector correction process is a period in which the state in which the first and second DC power supplies are electrically connected in series between the first and second power lines is maintained by a predetermined switching pattern. 3 includes a process of correcting the other current detector based on the detection value by one current detector.
好ましくは、電源システムは、第3の電流検出器をさらに含む。第3の電流検出器は、第1および第2の電力線を経由した電源システムから負荷への入出力電流を検出する。電流検出器補正処理は、所定のスイッチングパターンによって、第1および第2の直流電源が第1および第2の電力線間に直列に電気的に接続されている状態が維持される期間において、一方の電流検出器による検出値に基づいて他方の電流検出器および第3の電流検出器を補正する処理を含む。 Preferably, the power supply system further includes a third current detector. The third current detector detects an input / output current from the power supply system to the load via the first and second power lines. In the current detector correction process, one of the first and second DC power supplies is electrically connected in series between the first and second power lines according to a predetermined switching pattern. A process of correcting the other current detector and the third current detector based on a detection value by the current detector is included.
また好ましくは、電源システムは、負荷の動作中において、第1および第2の直流電源と電力線との間での電力変換の態様が異なる複数の動作モードのうちの1つの動作モードを適用して動作することによって電力線の電圧を制御するように構成される。補正手段は、負荷の動作中に、第1から第4のスイッチング素子のオンオフパターンが所定のスイッチングパターンと一致するような動作モードが選択されとときに、電圧検出器補正処理および電流検出器補正処理の少なくとも一方を実行する。 Preferably, the power supply system applies one operation mode among a plurality of operation modes having different modes of power conversion between the first and second DC power supplies and the power line during the operation of the load. It is configured to control the voltage of the power line by operating. When the operation mode is selected such that the on / off patterns of the first to fourth switching elements coincide with a predetermined switching pattern during the operation of the load, the correction means performs the voltage detector correction process and the current detector correction. At least one of the processes is executed.
あるいは好ましくは、補正手段は、負荷の停止中に補正モードが選択されたときに、電圧検出器補正処理および電流検出器補正処理の少なくとも一方を実行する。 Alternatively, preferably, the correction unit executes at least one of a voltage detector correction process and a current detector correction process when the correction mode is selected while the load is stopped.
好ましくは、制御装置は、他方の電圧検出器、第3の電圧検出器および他方の電流検出器を補正するための補正モードを実行するように構成される。制御装置は、ゼロ点補正手段と、第1から第5の補正モード手段とを含む。ゼロ点補正手段は、補正モードにおいて、第1および第2の直流電源に電流が流れない回路状態であるときに、第1および第2の電流検出器の現在の出力値を、電流値がゼロであるときに対応するゼロ点とする。第1の補正モード手段は、ゼロ点補正手段によるゼロ点補正の終了後に、第1および第2の直流電源が第1および第2の電力線間に並列に電気的に接続される状態を維持するための第1のスイッチングパターンが形成されるように第1から第4のスイッチング素子を制御する。第2の補正モード手段は、第1のスイッチングパターンが形成されている期間において、一方の電圧検出器による検出値に基づいて他方の電圧検出器を補正する。第3の補正モード手段は、他方の電圧検出器の補正の終了後に、第1および第2の直流電源が第1および第2の電力線間に直列に電気的に接続される状態を維持するための第2のスイッチングパターンが形成されるように第1から第4のスイッチング素子を制御する。第4の補正モード手段は、第2のスイッチングパターンが形成されており、かつ、負荷が停止している状態において、一方の電圧検出器による検出値と他方の電圧検出器による検出値とに基づいて、第3の電圧検出器を補正する。第5の補正モード手段は、第2のスイッチングパターンが形成されており、かつ、電源システムおよび負荷の間で電流が授受されている状態において、一方の電流検出器による検出値に基づいて他方の電流検出器を補正する。 Preferably, the control device is configured to execute a correction mode for correcting the other voltage detector, the third voltage detector, and the other current detector. The control device includes zero point correction means and first to fifth correction mode means. In the correction mode, the zero point correction means sets the current output values of the first and second current detectors to zero when the circuit state is such that no current flows through the first and second DC power supplies. The corresponding zero point when. The first correction mode means maintains a state where the first and second DC power supplies are electrically connected in parallel between the first and second power lines after the zero point correction by the zero point correction means is completed. Therefore, the first to fourth switching elements are controlled so that the first switching pattern for forming the first switching pattern is formed. The second correction mode means corrects the other voltage detector based on the detection value by one voltage detector during the period in which the first switching pattern is formed. The third correction mode means maintains the state in which the first and second DC power sources are electrically connected in series between the first and second power lines after the correction of the other voltage detector is completed. The first to fourth switching elements are controlled so that the second switching pattern is formed. The fourth correction mode means is based on the detection value by one voltage detector and the detection value by the other voltage detector in a state where the second switching pattern is formed and the load is stopped. Then, the third voltage detector is corrected. The fifth correction mode means has a second switching pattern, and in the state where current is exchanged between the power supply system and the load, based on the detection value by one current detector. Correct the current detector.
さらに好ましくは、制御装置は、第2のスイッチングパターンが形成されている期間において、負荷へ供給される電流を複数段階に変化させるとともに、各段階において、一方の電流検出器による検出値に基づいて他方の電流検出器を補正するための手段をさらに含む。 More preferably, the control device changes the current supplied to the load in a plurality of stages during the period in which the second switching pattern is formed, and based on the detection value by one current detector in each stage. Means are further included for correcting the other current detector.
あるいは、さらに好ましくは、電源システムは、第3の電流検出器をさらに含む。第3の電流検出器は、第1および第2の電力線を経由した電源システムから負荷への入出力電流を検出する。制御装置は、補正モードにおいて、第2のスイッチングパターンが形成されている期間において、一方の電流検出器による検出値に基づいて他方の電流検出器とともに第3の電流検出器を補正するための手段をさらに含む。 Alternatively, more preferably, the power supply system further includes a third current detector. The third current detector detects an input / output current from the power supply system to the load via the first and second power lines. In the correction mode, the control device corrects the third current detector together with the other current detector based on the detection value of the one current detector during the period in which the second switching pattern is formed. Further included.
この発明によれば、複数の直流電源と、複数個の電圧検出器および/または電流検出器とが設けられた電源システムにおいて、効率的に電圧検出器および/または電流検出器の補正を行なうことができる。 According to the present invention, in a power supply system provided with a plurality of DC power supplies and a plurality of voltage detectors and / or current detectors, the voltage detectors and / or current detectors can be corrected efficiently. Can do.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分に同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
[実施の形態1]
(電力変換器の回路構成)
図1は、本発明の実施の形態に従う電力変換器を含む電源システムの構成を示す回路図である。
[Embodiment 1]
(Circuit configuration of power converter)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply system including a power converter according to an embodiment of the present invention.
図1を参照して、電源システム5は、複数の直流電源10aおよび10bと、電力変換器50とを備える。電源システム5の負荷30は、電力線20および21の間に接続される。
Referring to FIG. 1,
本実施の形態において、直流電源10aおよび10bの各々は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池のような二次電池、あるいは、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等の出力特性に優れた直流電圧源要素により構成される。直流電源10aおよび直流電源10bは、「第1の直流電源」および「第2の直流電源」にそれぞれ対応する。
In the present embodiment, each of
電力変換器50は、直流電源10aおよび10bと、電力線20および21との間に接続される。電力変換器50は、電力線20,21間の直流電圧(以下、出力電圧VHとも称する)を電圧指令値VH*に従って制御する。すなわち、電力線20,21は、直流電源10aおよび10bに対して共通に設けられる。
負荷30は、電力変換器50の出力電圧VHを受けて動作する。電圧指令値VH*は、負荷30の動作に適した電圧に設定される。電圧指令値VH*は、負荷30の動作状態に応じて可変に設定されてもよい。さらに、負荷30は、回生発電等によって、直流電源10a,10bの充電電力を発生可能に構成されてもよい。
The
図2は、負荷30の構成例を示す概略図である。
図2を参照して、負荷30は、たとえば電動車両の走行用電動機を含むように構成される。負荷30は、平滑キャパシタCHと、インバータ32と、モータジェネレータ35と、動力伝達ギヤ36と、駆動輪37とを含む。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the
Referring to FIG. 2, load 30 is configured to include, for example, a traveling motor for an electric vehicle.
モータジェネレータ35は、車両駆動力を発生するための走行用電動機であり、たとえば、複数相の永久磁石型同期電動機で構成される。モータジェネレータ35の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ36を経由して、駆動輪37へ伝達される。駆動輪37に伝達されたトルクにより電動車両が走行する。
The
また、モータジェネレータ35は、電動車両の回生制動時には、駆動輪37の回転力によって発電する。この発電電力は、インバータ32によってAC/DC変換される。この直流電力は、電源システム5に含まれる直流電源10a,10bの充電電力として用いることができる。
Further, the
モータジェネレータの他にエンジン(図示せず)が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ35を協調的に動作させることによって、電動車両に必要な車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて直流電源10a,10bを充電することも可能である。
In a hybrid vehicle in which an engine (not shown) is mounted in addition to the motor generator, vehicle driving force required for the electric vehicle is generated by cooperatively operating the engine and the
このように、負荷30は、モータジェネレータ35の回生発電によって、直流電源10a,10bを充電することができる。さらに、負荷30は、図示しないエンジンや燃料電池等の他の動力源によって直流電源10a,10bの充電電力を発生するための「発電機構」をさらに含むように構成されてもよい。
Thus, the
なお、本実施の形態において、電動車両は、走行用電動機を搭載する車両を包括的に示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車と、エンジンを搭載しない電気自動車および燃料電池車との両方を含むものである。 In the present embodiment, the electric vehicle comprehensively indicates a vehicle equipped with a traveling electric motor, and includes a hybrid vehicle that generates vehicle driving force by the engine and the electric motor, an electric vehicle that does not include the engine, and fuel. It includes both battery cars.
負荷30(モータジェネレータ35)の動作は、電動車両の走行状態(代表的には車速)およびドライバ操作(代表的には、アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作)に応じて、必要な車両駆動力または車両制動力が得られるように制御される。すなわち、負荷30の動作指令(たとえば、モータジェネレータ35のトルク指令値)は、電動車両の走行制御によって設定される。 The operation of the load 30 (motor generator 35) depends on the driving state of the electric vehicle (typically the vehicle speed) and the driver operation (typically the operation of the accelerator pedal and the brake pedal) or the required vehicle driving force or Control is performed to obtain a vehicle braking force. That is, an operation command for load 30 (for example, a torque command value for motor generator 35) is set by running control of the electric vehicle.
再び図1を参照して、電力変換器50は、スイッチング素子S1〜S4と、リアクトルL1,L2とを含む。本実施の形態において、スイッチング素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子S1〜S4に対しては、逆並列ダイオードD1〜D4が配置されている。また、スイッチング素子S1〜S4は、制御信号SG1〜SG4にそれぞれ応答して、オンオフを制御することが可能である。すなわち、スイッチング素子S1〜S4は、制御信号SG1〜SG4がハイレベル(以下、Hレベル)のときにオンする一方で、ローレベル(以下、Lレベル)のときにオフする。
Referring to FIG. 1 again,
スイッチング素子S1は、電力線20およびノードN1の間に電気的に接続される。リアクトルL2は、ノードN1と直流電源10bの正極端子との間に接続される。スイッチング素子S2はノードN1およびN2の間に電気的に接続される。リアクトルL1はノードN2と直流電源10aの正極端子との間に接続される。
Switching element S1 is electrically connected between
スイッチング素子S3は、ノードN2およびN3の間に電気的に接続される。ノードN3は、直流電源10bの負極端子と電気的に接続される。スイッチング素子S4は、ノードN3および電力線21の間に電気的に接続される。電力線21は、負荷30および、直流電源10aの負極端子と電気的に接続される。
Switching element S3 is electrically connected between nodes N2 and N3. Node N3 is electrically connected to the negative terminal of
図1から理解されるように、電力変換器50は、直流電源10aおよび直流電源10bの各々に対応して昇圧チョッパ回路を備えた構成となっている。すなわち、直流電源10aに対しては、スイッチング素子S1,S2を上アーム素子とする一方で、スイッチング素子S3,S4を下アーム素子とする電流双方向の第1の昇圧チョッパ回路が構成される。同様に、直流電源10bに対しては、スイッチング素子S1,S4を上アーム素子とする一方で、スイッチング素子S2,S3を下アーム素子とする電流双方向の第2の昇圧チョッパ回路が構成される。
As can be understood from FIG. 1, the
そして、第1の昇圧チョッパ回路によって、直流電源10aおよび電力線20の間に形成される電力変換経路と、第2の昇圧チョッパ回路によって、直流電源10bおよび電力線20の間に形成される電力変換経路との両方に、スイッチング素子S1〜S4が含まれる。
A power conversion path formed between the
図1の構成において、スイッチング素子S1〜S4は、「第1のスイッチング素子」〜「第4のスイッチング素子」にそれぞれ対応し、リアクトルL1およびL2は、「第1のリアクトル」および「第2のリアクトル」にそれぞれ対応する。 In the configuration of FIG. 1, switching elements S1 to S4 correspond to “first switching element” to “fourth switching element”, respectively, and reactors L1 and L2 correspond to “first reactor” and “second reactor”, respectively. Corresponds to "reactor" respectively.
直流電源10aには、電圧センサ11aおよび電流センサ12aが設けられる。電圧センサ11aは、直流電源10aの電圧Vaを検出する。電流センサ12aは、直流電源10aの電流Iaを検出する。
The
同様に、直流電源10bには、電圧センサ11bおよび電流センサ12bが設けられる。電圧センサ11bは、直流電源10bの電圧Vbを検出する。電流センサ12bは、直流電源10bの電流Ibを検出する。
Similarly, the
電圧センサ11Hは、電力線20および21の間に接続されて、出力電圧VHを検出する。また、電力線20(または電力線21)には、負荷30へ供給される電流(以下負荷電流IHとも称する)を検出するための電流センサ12Hが設けられてもよい。電流センサ12Hについては、配置が省略されることもある。
電流Ia,Ibは、直流電源10a,10bの放電時には正値で表し、直流電源10a,10bの充電時には負値で表すものとする。同様に、負荷電流IHは、負荷30の電力消費時には正値で表し、負荷30の発電時には、負値で表すものとする。
The currents Ia and Ib are expressed as positive values when the
リレーRLaは、直流電源10aおよび電力変換器50の間に接続される。リレーRLbは、直流電源10bおよび電力変換器50の間に接続される。
Relay RLa is connected between
本発明の実施の形態では、電圧センサ11a,11b,11Hのうちの、所定の1つは、他の電圧センサよりも検出精度が高いものによって構成される。たとえば、図1の構成例では、直流電源10aに対応して設けられた電圧センサ11aは、電圧センサ11b,11Hよりも検出精度が高く構成されている。同様に、電流センサ12aは、電流センサ12b,12Hよりも検出精度が高く構成されている。したがって、電圧センサ11aおよび電流センサ12aが「基準センサ」に対応する。
In the embodiment of the present invention, the predetermined one of the
制御装置40は、たとえば、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵した電子制御ユニット(ECU)により構成されて、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、制御装置40の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
The
電圧センサ11a,11b,11Hおよび電流センサ12a,12b,12Hの出力値は、制御装置40へ送出される。制御装置40は、負荷30への出力電圧VHを制御するために、スイッチング素子S1〜S4のオンオフを制御する制御信号SG1〜SG4を生成する。さらに、制御装置40は、電源システム5の起動および停止に応じて、リレーRLa,RLbをオンオフするための制御信号(図示せず)を生成する。リレーRLa,RLbは、電源システム5の起動時にターンオンされるとともに、電源システム5の動作中にはオン状態を維持される。そして、電源システム5の停止に応じて、リレーRLa,RLbは、ターンオフされる。
The output values of the
(電力変換器の動作モード)
電力変換器50は、直流電源10a,10bと電力線20との間での直流電力変換の態様が異なる複数の動作モードを有する。
(Power converter operation mode)
The
図3には、電力変換器50が有する複数の動作モードが示される。
図3を参照して、動作モードは、スイッチング素子S1〜S4の周期的なオンオフ制御に伴って直流電源10aおよび/または10bの出力電圧を昇圧する「昇圧モード(B)」と、スイッチング素子S1〜S4のオンオフを固定して直流電源10aおよび/または10bを電力線20と電気的に接続する「直結モード(D)」とに大別される。
FIG. 3 shows a plurality of operation modes that the
Referring to FIG. 3, the operation mode includes “boost mode (B)” in which the output voltage of
昇圧モードには、直流電源10aおよび10bと電力線20との間で並列なDC/DC変換を行なう「パラレル昇圧モード(以下、PBモード)」と、直列接続された直流電源10aおよび10bと電力線20との間でDC/DC変換を行なう「シリーズ昇圧モード(以下、SBモード)」とが含まれる。PBモードは、特許文献2での「パラレル接続モード」に対応し、SBモードは、特許文献2での「シリーズ接続モード」に対応する。
In the boost mode, a “parallel boost mode (hereinafter referred to as PB mode)” in which DC / DC conversion is performed in parallel between DC power supplies 10 a and 10 b and
さらに、昇圧モードには、直流電源10aのみを用いて電力線20との間でDC/DC変換を行なう「直流電源10aによる単独モード(以下、aBモード)」と、直流電源10bのみを用いて電力線20との間でDC/DC変換を行なう「直流電源10bによる単独モード(以下、bBモード)」とが含まれる。aBモードでは、直流電源10bは、出力電圧VHが直流電源10bの電圧Vbよりも高く制御されている限りにおいて、電力線20と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。同様に、bBモードでは、直流電源10aは、出力電圧VHが直流電源10aの電圧Vaよりも高く制御されている限りにおいて、電力線20と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。
Further, in the boost mode, a “single mode by
昇圧モードに含まれる、PBモード、SBモード、aBモードおよびbBモードの各々では、電力線20の出力電圧VHは、電圧指令値VH*に従って制御される。これらの各モードにおけるスイッチング素子S1〜S4の制御については後述する。
In each of the PB mode, SB mode, aB mode, and bB mode included in the boost mode, output voltage VH of
直結モードには、直流電源10aおよび10bを電力線20に対して並列に接続した状態を維持する「並列直結モード(以下、PDモード)」と、直流電源10aおよび10bを電力線20に対して直列に接続した状態を維持する「シリーズ直結モード(以下、SDモード)」とが含まれる。
In the direct connection mode, the “parallel direct connection mode (hereinafter referred to as PD mode)” in which the DC power supplies 10 a and 10 b are connected in parallel to the
PDモードでは、スイッチング素子S1,S2,S4をオンに固定する一方で、スイッチング素子S3がオフに固定される。これにより、出力電圧VHは、直流電源10a,10bの電圧Va,Vb(厳密にはVa,Vbのうちの高い方の電圧)と同等となる。Va,Vb間の電圧差は直流電源10a,10bに短絡電流を生じさせるので、当該電圧差が小さいときに限定して、PDモードを適用することができる。
In the PD mode, the switching elements S1, S2, and S4 are fixed on, while the switching element S3 is fixed off. As a result, the output voltage VH becomes equal to the voltages Va and Vb (strictly, the higher voltage of Va and Vb) of the
SDモードでは、スイッチング素子S2,S4がオフに固定される一方で、スイッチング素子S1,S3がオンに固定される。これにより、出力電圧VHは、直流電源10a,10の電圧Va,Vbの和と同等となる(VH=Va+Vb)。
In the SD mode, the switching elements S2 and S4 are fixed off, while the switching elements S1 and S3 are fixed on. As a result, the output voltage VH is equivalent to the sum of the voltages Va and Vb of the
さらに、直結モードには、直流電源10aのみを電力線20と電気的に接続する「直流電源10aの直結モード(以下、aDモード)」と、直流電源10bのみを電力線20と電気的に接続する「直流電源10bの直結モード(以下、bDモード)」とが含まれる。
Furthermore, in the direct connection mode, “direct connection mode of
aDモードでは、スイッチング素子S1,S2がオンに固定される一方で、スイッチング素子S3,S4がオフに固定される。これにより、直流電源10bは電力線20から切り離された状態となり、出力電圧VHは、直流電源10aの電圧Vaと同等となる(VH=Va)。aDモードでは、直流電源10bは、電力線20と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。なお、Vb>Vaの状態でaDモードを適用すると、スイッチング素子S2を介して直流電源10bから10aに短絡電流が生じる。このため、aDモードの適用には、Va>Vbが必要条件となる。
In the aD mode, the switching elements S1 and S2 are fixed on, while the switching elements S3 and S4 are fixed off. As a result, the
同様に、bDモードでは、スイッチング素子S1,S4がオンに固定される一方で、スイッチング素子S2,S3がオフに固定される。これにより、直流電源10aは電力線20から切り離された状態となり、出力電圧VHは、直流電源10bの電圧Vbと同等となる(VH=Vb)。bDモードでは、直流電源10aは、電力線20と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。なお、Va>Vbの状態でbDモードを適用すると、ダイオードD2を介して直流電源10aから10bに短絡電流が生じる。このため、bDモードの適用には、Vb>Vaが必要条件となる。
Similarly, in the bD mode, the switching elements S1 and S4 are fixed on, while the switching elements S2 and S3 are fixed off. As a result, the
直結モードに含まれる、PDモード、SDモード、aDモードおよびbDモードの各々では、電力線20の出力電圧VHは、直流電源10a,10bの電圧Va,Vbに依存して決まるため、直接制御することができなくなる。このため、直結モードに含まれる各モードでは、出力電圧VHが負荷30の動作に適した電圧に設定できなくなることにより、負荷30での電力損失が増加する可能性がある。
In each of the PD mode, SD mode, aD mode, and bD mode included in the direct connection mode, the output voltage VH of the
一方で、直結モードでは、スイッチング素子S1〜S4がオンオフされないため、電力変換器50の電力損失が大幅に抑制される。したがって、負荷30の動作状態によっては、直結モードの適用によって、負荷30の電力損失増加量よりも電力変換器50での電力損失減少量が多くなることにより、電源システム5全体での電力損失が抑制できる可能性がある。
On the other hand, in the direct connection mode, since the switching elements S1 to S4 are not turned on / off, the power loss of the
図4は、直流電源10a,10bを異なる種類の電源で構成した場合における両直流電源の特性の一例を示す概念図である。図4には、横軸にエネルギ、縦軸に電力をプロットした、いわゆるラゴンプロットが示される。一般的に、直流電源の出力パワーおよび蓄積エネルギはトレードオフの関係にあるため、高容量型のバッテリでは高出力を得ることが難しく、高出力型のバッテリでは蓄積エネルギを高めることが難しい。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of characteristics of both DC power supplies when the
したがって、直流電源10a,10bは、一方が、蓄積エネルギが高い、いわゆる高容量型の電源で構成されるのに対して、他方が、出力パワーが高い、いわゆる高出力型の電源で構成されることが好ましい。このようにすると、高容量型の電源に蓄積されたエネルギを平準的に長期間使用する一方で、高出力型の電源をバッファとして使用して、高容量型の電源による不足分を出力することができる。
Accordingly, one of the
図4の例では、直流電源10aが高容量型の電源で構成される一方で、直流電源10bは高出力型の電源で構成される。したがって、直流電源10aの動作領域110は、直流電源10bの動作領域120と比較して、出力可能な電力範囲が狭い。一方で、動作領域120は、動作領域110と比較して、蓄積可能なエネルギ範囲が狭い。
In the example of FIG. 4, the
負荷30の動作点101では、高パワーが短時間要求される。たとえば、電動車両では、動作点101は、ユーザのアクセル操作による急加速時に対応する。これに対して、負荷30の動作点102では、比較的低パワーが長時間要求される。たとえば、電動車両では、動作点102は、継続的な高速定常走行に対応する。
At the
動作点101に対しては、主に、高出力型の直流電源10bからの出力によって対応することができる。一方で、動作点102に対しては、主に、高容量型の直流電源10aからの出力によって対応することができる。これにより、電動車両では、高容量型のバッテリに蓄積されたエネルギを長時間に亘って使用することによって、電気エネルギによる走行距離を延ばすことができるとともに、ユーザのアクセル操作に対応した加速性能を速やかに確保することができる。
The
このように、種類および容量の異なる直流電源を組み合わせることにより、各直流電源の特性を活かして、システム全体で有効に蓄積エネルギを使用することができる。以下、本実施の形態では、直流電源10aが二次電池で構成され、直流電源10bがキャパシタによって構成される例を説明する。
In this way, by combining DC power sources having different types and capacities, the stored energy can be effectively used in the entire system by utilizing the characteristics of each DC power source. Hereinafter, in the present embodiment, an example in which the
たとえば、エネルギ密度の高い二次電池として、リチウムイオン二次電池が知られているが、リチウム二次電池は、金属リチウムの析出を防止するために、充放電を精度良く管理する必要がある。したがって、直流電源10aとしてリチウムイオン二次電池を用いる場合には、充放電の管理のために電圧センサ11aおよび電流センサ12aは、検出精度の高いセンサが適用されることになる。このような場合には、電圧センサ11aおよび電流センサ12aによって、「基準センサ」を効率的に構成できる。
For example, a lithium ion secondary battery is known as a secondary battery having a high energy density. However, the lithium secondary battery needs to manage charging / discharging with high accuracy in order to prevent the deposition of metallic lithium. Therefore, when a lithium ion secondary battery is used as the
ただし、直流電源10a,10bの組み合わせはこの例に限定されるものではなく、同種および/または同容量の直流電源(蓄電装置)によって構成することも可能である。すなわち、適用される直流電源の種類によらず、電源システム内の複数個の電圧センサおよび電流センサの中に検出精度の高低が存在すれば、相対的に検出精度の高い電圧センサおよび電流センサを「基準センサ」とすることにより、電源システム5に対して後述する本実施の形態によるセンサ補正処理を適用することが可能となる。
However, the combination of the
なお、二次電池では、低温時に出力特性が低下する可能性や、高温時に劣化進行を抑制するために充放電が制限される可能性がある。特に、電動車両では、搭載位置の差異によって、直流電源10a,10bの間に温度差が発生するケースも生じる。したがって、電源システム5では、直流電源10a,10bの動作状態(特に温度)に応じて、あるいは、上述したような負荷30の要求に応じて、いずれか一方の直流電源のみを使用した方が、効率的であるケースが存在する。上述したような、直流電源10a,10bの一方のみを使用するモード(aBモード,bBモード,aDモード,bDモード)を設けることによって、これらのケースに対応することができる。
In the secondary battery, output characteristics may be reduced at low temperatures, and charging / discharging may be limited to suppress the progress of deterioration at high temperatures. In particular, in an electric vehicle, a temperature difference may occur between the
このように、本実施の形態1に従う電力変換器50では、直流電源10a,10bおよび/または負荷30の動作状態に応じて、図3に示した、複数の動作モードのうちのいずれかの動作モードが選択される。
As described above,
(センサ補正処理)
以下に、本実施の形態に従う電源システム5における、電圧センサおよび/または電流センサの補正処理(以下、単に「センサ補正処理」とも称する)について説明する。以下の説明で明らかになるように、センサ補正処理は、基準センサである電圧センサ11aの出力に基づいて電圧センサ11b,11Hを補正するための電圧センサ補正処理と、基準センサである電流センサ12bの出力に基づいて電流センサ12b,11Hを補正するための電流センサ補正処理と、電流センサ12a,12b,12Hのゼロ点を補正するゼロ点補正処理とを含む。電圧センサ補正処理は、電圧センサ11bを補正するための第1の電圧センサ補正処理と、電圧センサ11Hを補正するための第2の電圧センサ補正処理とを含む。
(Sensor correction processing)
Hereinafter, correction processing of the voltage sensor and / or current sensor (hereinafter also simply referred to as “sensor correction processing”) in
図5は、本実施の形態に従う電源システム5における第1の電圧センサ補正処理を説明するための概念的な回路図である。
FIG. 5 is a conceptual circuit diagram for illustrating a first voltage sensor correction process in
図5を参照して、第1の電圧センサ補正処理では、スイッチング素子S1,S4をオンする一方で、スイッチング素子S2,S3をオフするスイッチングパターンが形成される。直流電源10bを含む電流経路52が、スイッチング素子S1,S4のオンによって、電力線20,21との間に形成される。
Referring to FIG. 5, in the first voltage sensor correction process, a switching pattern is formed in which switching elements S1 and S4 are turned on while switching elements S2 and S3 are turned off. A
一方で、直流電源10aを含む電流経路51は、ダイオードD2の導通時、すなわち直流電源10aの電圧Vaが、直流電源10bの電圧Vbと同等となったときに形成される。したがって、図5に示したスイッチングパターンにおいて、電流Ia>0のときに、電力線20,21の間に、直流電源10aおよび10bが並列に接続されている状態であることが理解される。
On the other hand, the
図6は、電圧センサ11bのための第1の電圧センサ補正処理における制御処理手順を説明するためのフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart for explaining a control processing procedure in the first voltage sensor correction processing for the
図6を参照して、制御装置40は、ステップS110により、図5に示したスイッチングパターンを形成する。これにより、スイッチング素子S1,S4がオンされる一方でスイッチング素子S2,S3がオフされる。
Referring to FIG. 6,
制御装置40は、さらに、ステップS120により、電流センサ12aによって検出される電流Iaが流れているか否かを判定する。電流Ia>0のとき(S120のYES判定時)には、制御装置40は、ステップS130に処理を進めて、基準センサである電圧センサ11aの出力に基づき、電圧センサ11bの補正処理を実行する。
Further, in step S120,
直流電源10a,10bが電力線20および21の間に並列に接続されている状態では、電圧センサ11aおよび11bには同一電圧が印加されている。したがって、電圧センサ11bの検出値が、基準センサである電圧センサ11aの検出値と異なる場合には、両者の差を電圧センサ11bの検出誤差とみなすことができる。たとえば、ステップS130による補正処理では、このときの検出誤差に基づいて、電圧センサ11bの補正値が演算される。補正処理の完了後には、電圧センサ11bによる検出値が補正値に従って補正されることによって、電圧Vbが検出される。
In the state where the
補正処理が複数回実行される場合には、都度算出される検出誤差を学習することによって、補正値を算出してもよい。たとえば、下記(1)式に従って、検出誤差ER(n)が算出される毎に補正値LN(n)を学習することによって、補正値LN(n)を演算することができる。 When the correction process is executed a plurality of times, the correction value may be calculated by learning the detection error calculated each time. For example, the correction value LN (n) can be calculated by learning the correction value LN (n) every time the detection error ER (n) is calculated according to the following equation (1).
LN(n)=(1−α)・LN(n−1)+α・ER(n) …(1)
(1)式中におけるLN(n−1)は、前回演算された補正値であり、αは学習係数(0<α≦1)である。検出誤差ER(n)は、電圧センサ11a,11bの検出値の差に相当する。α=1のときには、検出誤差ERが算出される毎に、当該検出誤差がそのまま補正値とされる。また、補正値については、電圧レベル毎に求めてもよい。
LN (n) = (1−α) · LN (n−1) + α · ER (n) (1)
In the equation (1), LN (n−1) is a correction value calculated last time, and α is a learning coefficient (0 <α ≦ 1). The detection error ER (n) corresponds to a difference between detection values of the
このようにして、基準センサである電圧センサ11aの出力に基づいて、直流電源10bの電圧Vbを検出するための電圧センサ11bを補正することができる。
In this way, the
一方で、制御装置40は、電流Ia=0のとき(S120のNO判定時)には、直流電源10aおよび10bが電力線20,21の間に並列に接続されている状態とはなっていないため、電圧センサ11bの補正処理は実行されない。すなわち、制御装置40は、ステップS130の処理をスキップする。
On the other hand, when current Ia = 0 (when NO is determined in S120),
図7は、本実施の形態に従う電源システム5における第2の電圧センサ補正処理を説明するための回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram for illustrating a second voltage sensor correction process in
図7を参照して、第2の電圧センサ補正処理では、スイッチング素子S1,S3をオンする一方で、スイッチング素子S2,S4をオフするスイッチングパターンが形成される。スイッチング素子S1,S3のオンにより、直流電源10aおよび直流電源10bが、電力線20および21の間に直列に接続される。
Referring to FIG. 7, in the second voltage sensor correction process, a switching pattern is formed in which switching elements S1 and S3 are turned on while switching elements S2 and S4 are turned off. When switching elements S1 and S3 are turned on,
図8は、電圧センサ11Hのための第2の電圧センサ補正処理における制御処理手順を説明するためのフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart for explaining a control processing procedure in the second voltage sensor correction processing for the
図8を参照して、制御装置40は、ステップS200により、図7に示したスイッチングパターンを形成する。これにより、スイッチング素子S1,S3がオンされる一方でスイッチング素子S2,S4がオフされる。これにより、図7に示したように、直流電源10a,10bが電力線20および21の間に直列に接続される。
Referring to FIG. 8,
制御装置40は、さらにステップS210により、電圧センサ11bの補正が済んでいるか否かを判定する。たとえば、電源システム5の起動後に、電圧センサ11bの補正処理が所定回数(たとえば、1回)実行済である場合に、ステップS210はYES判定とされ、そうでない場合には、ステップS210はNO判定とされる。
Further, in step S210, the
制御装置40は、電圧センサ11bの補正が済んでいる場合(S210のYES判定時)には、ステップS220に処理を進めて、基準センサである電圧センサ11aの出力と、補正済の電圧センサ11bの出力とに基づき、電圧センサ11bの補正処理を実行する。
When the correction of the
図7に示したスイッチングパターンによって、直流電源10a,10bが電力線20,21の間に直列に接続された状態では、電圧センサ11Hには、電圧Va+Vbに相当する電圧が印加されている。したがって、基準センサである電圧センサ11aによって検出された電圧Vaと、補正済の電圧センサ11bによって検出された電圧Vbとの和(Va+Vb)が、電圧センサ11Hの検出値と異なる場合には、両者の差を電圧センサ11Hの検出誤差とみなすことができる。
With the switching pattern shown in FIG. 7, in a state where the
たとえば、ステップS220による補正処理では、このときの検出誤差に基づいて、電圧センサ11Hの補正値を演算することができる。補正処理は、ステップS130による制御処理と同様とすることができる。補正処理の完了後には、電圧センサ11Hによる検出値が補正値に従って補正されることによって、電圧VHが検出される。このようにして、基準センサである電圧センサ11aの出力に基づいて、出力電圧VHを検出するための電圧センサ11Hを補正することができる。
For example, in the correction process in step S220, the correction value of the
一方で、制御装置40は、電圧センサ11bの補正が済んでいない場合(S210のNO判定時)には、ステップS220の処理をスキップする。すなわち、電圧センサ11Hの補正は、非実行とされる。
On the other hand, when the correction of the
このようにして、スイッチング素子S1〜S4によって、電力線20,21間に直流電源10aおよび10bを並列または直列に接続するスイッチングパターンを形成している期間中に、基準センサの出力を用いて、他の電圧センサをオンラインで効率的に補正することが可能となる。
Thus, during the period in which the switching elements S1 to S4 form the switching pattern in which the
なお、原理上は、図8のステップS210による処理を省略して、電圧センサ11Hの補正を、電圧センサ11bの補正とは独立して実行することも可能である。ただし、電圧センサ11Hの補正には、基準センサである電圧センサ11aによって検出された電圧Vaだけでなく、電圧センサ11bによって検出された電圧Vbも必要なので、電圧センサ11bの補正完了を条件に電圧センサ11Hの補正を許可することによって、補正精度を高めることができる。
In principle, the process of step S210 in FIG. 8 can be omitted, and the correction of the
次に、電流センサの補正について説明する。通常、電流センサ12a,12b,12Hは、ホール素子に代表される、電流量に応じた発生磁界の強さを検出するセンサで構成される。すなわち、ホール素子の出力(ホール電圧)およびセンサゲインの積によって検出電流値が求められることが一般的である。したがって、電流センサ補正には、ゼロ点補正(オフセット補正)と、ゲイン補正との両方を考える必要がある。
Next, correction of the current sensor will be described. Normally, the
図9は、実施の形態に従う電源システム5における電流センサのゼロ点補正のための制御処理手順を説明するためのフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart for illustrating a control processing procedure for correcting the zero point of the current sensor in
図9を参照して、制御装置40は、ステップS310により、電流ゼロ条件が成立しているかどうかを判定し、電流ゼロ条件が成立していると(S310のYES判定時)には、ステップS320に処理を進めて、各電流センサ12a,12b,12Hのゼロ点補正を実行する。一方で、制御装置40は、電流ゼロ条件の不成立時(S310のNO判定時)には、ステップS320の処理をスキップする。すなわち、各電流センサ12a,12b,12Hのゼロ点補正は実行されない。
Referring to FIG. 9,
電流ゼロ条件は、電流センサ12a,12b,12Hに電流が流れない、すなわち、確実にIa=Ib=IH=0となるような回路状態のときに成立するように、予め設定される。たとえば、図1に示したリレーRLa,RLbがオフであるときには、各電流センサ12a,12b,12Hに電流は流れない。したがって、リレーRLa,RLbがオフであることを、電流ゼロ条件とすることができる。このようにすると、電源システム5の起動時に、リレーRLa,RLbがオフされるまでの間に、ゼロ点補正を実行することが可能となる。
The zero current condition is set in advance so that the current does not flow through the
あるいは、リレーRLa,RLbがオンした後においても、スイッチング素子S1〜S4がオフされていれば、ダイオードD1,D2が導通しない限り、電流Ia,Ib,IHは生じない。したがって、スイッチング素子S1〜S4がオフであり、かつ、VHがVaおよびVbの両方よりも高いこと(max(Va,VH)のとき)を、電流ゼロ条件とすることができる。これにより、電源システム5の使用中(オンライン中)に、電流センサ12a,12b,12Hのゼロ点を補正することができる。
Alternatively, even after the relays RLa and RLb are turned on, if the switching elements S1 to S4 are turned off, the currents Ia, Ib, and IH are not generated unless the diodes D1 and D2 are turned on. Therefore, the switching element S1 to S4 is off and VH is higher than both Va and Vb (when max (Va, VH)) can be set as a zero current condition. Thereby, the zero point of the
ステップS320では、電流センサ12aについて、現在の検出値をIa=0と対応するゼロ点とするように、ゼロ点補正が実行される。ゼロ点補正処理後では、当該ゼロ点との差に基づいて、電流Iaが検出される。同様に、電流センサ12bについては現在の検出値をIb=0と対応するゼロ点とするように、さらに、電流センサ12Hについては現在の検出値をIH=0と対応するゼロ点とするように、ゼロ点補正が実行される。これにより、電流センサのオフセット誤差を解消することができる。
In step S320, zero point correction is executed for the
再び図7を参照して、図7に示したスイッチングパターンによって、直流電源10a,10bが電力線20,21の間に電気的に直列に接続されている場合には、電流経路53が形成される。電流経路53では、電流センサ12a,12b,12Hが直列接続されるので、各電流センサに同一電流が流れることが理解される。
Referring to FIG. 7 again, according to the switching pattern shown in FIG. 7, when
図10は、本実施の形態に従う電源システム5における電流センサ補正の制御処理手順を説明するためのフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart for illustrating a control processing procedure for current sensor correction in
図10を参照して、制御装置40は、ステップS200により、図7に示したスイッチングパターンを形成する。これにより、スイッチング素子S1,S3がオンされる一方で、スイッチング素子S2,S4がオフされる。これにより、図7に示したように、直列接続された電流センサ12a,12b,12Hを含む電流経路53が形成される。
Referring to FIG. 10,
制御装置40は、ステップS360では、ステップS350によるスイッチングパターンが維持されている期間内に、基準センサである電流センサ12aの出力に基づき、他の電流センサ12b,12Hを補正する。
In step S360, the
ステップS360による補正処理では、電流センサ12bの出力と、基準センサ(電流センサ12a)によって検出された電流値との比に従って、電流センサ12bのセンサゲインを補正することができる。センサゲインについては、電圧センサの補正処理で説明したのと同様に、基準センサの検出値に基づいて算出されたセンサゲインを学習によって更新することによって求めてもよい。また、電流レベル毎にセンサゲインを補正することも可能である。
In the correction processing in step S360, the sensor gain of the
電流センサ12Hについても同様に、電流センサ12Hの出力と、基準センサ(電流センサ12a)によって検出された電流値との比に従って、センサゲインを補正することができる。
Similarly, for the
このようにして、スイッチング素子S1〜S4によって、電力線20,21の間に直列に直流電源10aおよび10bを電気的に接続するスイッチングパターンを形成している期間中に、基準センサである電流センサ12aの出力に基づいて、直流電源10bの電流Ibを検出するための電圧センサ12b、および、負荷電流IHを検出するための電流センサ12Hを補正することができる。
In this way, during the period in which the switching elements S1 to S4 form a switching pattern that electrically connects the
以上説明したように、本実施の形態による電源システム5によれば、スイッチング素子S1〜S4によって、直流電源10aおよび10bを電力線20,21間に並列または直列に接続するスイッチングパターンを形成している期間中に、基準センサの出力を用いて、他の電圧センサおよび/または電流センサをオンラインで効率的に補正することが可能となる。
As described above, according to the
なお、図5に示したスイッチングパターンは、図3に示した、PDモードおよびbDモードにおけるスイッチング素子S1〜S4のオンオフパターンと同じである。同様に、図7に示したスイッチングパターンは、図3に示した、SDモードにおけるスイッチング素子S1〜S4のオンオフパターンと一致している。 Note that the switching pattern shown in FIG. 5 is the same as the on / off pattern of the switching elements S1 to S4 in the PD mode and the bD mode shown in FIG. Similarly, the switching pattern shown in FIG. 7 matches the on / off pattern of the switching elements S1 to S4 in the SD mode shown in FIG.
したがって、電圧センサ補正処理および電流センサ補正処理は、電源システム5による負荷30の動作中に、SDモード、PDモードまたはbDモードが選択された期間に、図6、図8および図10に示されたフローチャートに従って実行することができる。
Therefore, the voltage sensor correction process and the current sensor correction process are shown in FIGS. 6, 8, and 10 during a period in which the SD mode, the PD mode, or the bD mode is selected during the operation of the
[実施の形態2]
実施の形態1で説明したように、本発明に従う電圧センサ補正処理および電流センサ補正処理は、負荷30の動作中に電力変換器50の制御に付随して実行することが可能である。一方で、電圧センサ補正処理および電流センサ補正処理は、負荷30の停止中に、図5ないし図7に示した所定のスイッチングパターンを形成するようにスイッチング素子S1〜S4のオンオフを制御しても実行することが可能である。
[Embodiment 2]
As described in the first embodiment, the voltage sensor correction process and the current sensor correction process according to the present invention can be executed accompanying the control of the
実施の形態2では、負荷停止中におけるセンサ補正の代表例であるセンサ補正モードについて説明する。実施の形態2に従うセンサ補正モードは、たとえば電源システム5の起動時に実行することが可能である。
In the second embodiment, a sensor correction mode, which is a typical example of sensor correction during a load stop, will be described. The sensor correction mode according to the second embodiment can be executed, for example, when
図11は、実施の形態2に従うセンサ補正モードの制御処理手順を説明するためのフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart for illustrating a control processing procedure in the sensor correction mode according to the second embodiment.
図11を参照して、制御装置40は、ステップS500により、電源システム5の起動時にセンサモードの開始を指示する。センサ補正モードの開始が指示されると、制御装置40は、ステップS510により、図9に示した電流センサ12a,12b,12Hのゼロ点補正のための制御処理を実行する。たとえば、リレーRLa,RLbがオンされる前にゼロ点補正を実行できる。
Referring to FIG. 11,
制御装置40は、電流センサ12a,12b,12Hのゼロ点補正が終了すると、ステップS520により、図5に示したスイッチングパターンを形成する。さらに、制御装置40は、ステップS530により、電圧センサ11bの補正処理を実行する。ステップS530では、図6に示したステップS120およびS130の制御処理が実行される。なお、制御装置40は、電流Ia>0とするために、必要であれば、電流消費が生じるように負荷30の動作を制御してもよい。たとえば、モータジェネレータ35がトルクを出力することなく界磁電流のみを流すように、すなわち、モータジェネレータ35をゼロトルク制御するように、負荷30の動作を制御することができる。
When the zero point correction of the
制御装置40は、さらに、ステップS540により、図7に示されたスイッチングパターンを形成する。これにより、直流電源10aおよび10bは、電力線20,21の間に直列に接続される。
Further, in step S540, the
制御装置40は、図7に示したスイッチングパターンが形成されると、ステップS550により、各電流Ia,Ib,IHがゼロであるかどうかを判定する。ステップS510によるゼロ点補正の実行後であるので、ステップS550による判定は、電流センサ12a,12b,12Hの出力に基づいて実行することができる。
When the switching pattern shown in FIG. 7 is formed,
制御装置40は、各電流Ia,Ib,IHがゼロであるとき(S550のYES判定時)には、ステップS560により、電圧センサ11Hの補正を実行する。ステップS560では、図8に示したステップS220と同様の制御処理が実行される。
When each of currents Ia, Ib, and IH is zero (when YES is determined in S550),
なお、各電流がゼロでないとき(S550のNO判定時)には、制御装置40は、ステップS570により負荷30の動作を停止する。これにより、ステップS550がNO判定からYES判定へ変化すると、ステップS560による電圧センサ11Hの補正が実行される。
When each current is not zero (NO in S550),
制御装置40は、電圧センサ11Hの補正が完了すると、ステップS580により、負荷電流を調整する。これにより負荷電流IH>0とされる。たとえば、上述のように、モータジェネレータ35をゼロトルク制御することにより、電圧センサ補正モードにおける負荷電流IHを生じさせることができる。
When the correction of
制御装置40は、ステップS590により、負荷電流IHが調整された状態で、電流センサ12bおよび12Hの補正を実行する。ステップS590では、図10に示されたステップS360と同様の制御処理が実行される。
電流センサにおいて、ホール素子の出力(ホール電圧)と通過電流との関係は完全に線形とはならずに、小電流時と大電流時とではセンサゲインが異なる虞がある。したがって、センサゲインの補正は、電流レベルが異なる複数点で実行することが好ましい。このため、センサ補正モードでは、電流センサのセンサゲイン補正のための電流動作点(負荷電流IH)を、予め複数個定義しておくことが好ましい。そして、当該複数個の電流動作点を順に実現するように、ステップS580による負荷電流IHの調整が実行される。 In the current sensor, the relationship between the output of the Hall element (Hall voltage) and the passing current is not completely linear, and there is a possibility that the sensor gain differs between a small current and a large current. Therefore, it is preferable to perform correction of the sensor gain at a plurality of points having different current levels. For this reason, in the sensor correction mode, it is preferable to previously define a plurality of current operating points (load currents IH) for correcting the sensor gain of the current sensor. Then, the adjustment of the load current IH in step S580 is executed so as to realize the plurality of current operation points in order.
なお、負荷30が、モータジェネレータ35とは別個に、直流電源10a,10bの充電電力を供給するための発電機構を搭載されている場合には、ステップS580によって、IH<0の領域で、負荷電流IHを調整することも可能である。すなわち、センサゲイン補正のための電流動作点は、電流が負の領域のものを含んでもよい。
If
制御装置40は、ステップS580により電流動作点を順次切換えながら、ステップS590による電流センサ12b,12Hの補正を行なう。予め定められた複数個の電流動作点がすべて実現されるまで、ステップS600はNO判定とされる。
したがって、予め定められた複数個の電流動作点の各々における電流センサ12b,12Hの補正が終了すると、ステップS600がNO判定とされる。これに応じて、制御装置40は、ステップS610に処理を進めて、センサ補正モードを終了する。これにより、スイッチング素子S1〜S4は、図7に示されたスイッチングパターンの形成(S560)を終了して、すべてオフ状態とされる。センサ補正モードの終了後では、補正された電圧センサ11a,11b,11Hおよび電流センサ12a,12b,12Hの出力に基づいて、電力変換器50の出力を制御することができる。
Therefore, when correction of
このように、実施の形態2に従うセンサ補正モードによれば、一連の制御処理によって、実施の形態1で説明した電圧センサ11b,11Hおよび電流センサ12b,12Hの補正処理を行なうことができる。特に、電源システム5の起動処理の一環として当該センサ補正モードを実行することにより、電圧センサ11b,11Hおよび電流センサ12b,12Hを基準センサ11a,11bの出力に基づいて補正した後、正確なセンサ検出値に基づいて、負荷30の動作時における電源システム5の動作を制御することが可能となる。
Thus, according to the sensor correction mode according to the second embodiment, the correction processing of
なお、本実施の形態では、直流電源10aに対応して設けられた電圧センサ11aおよび電流センサ12aの検出精度が、直流電源10bに対応して設けられた電圧センサ11bおよび電流センサ12bよりも高い場合を説明したが、本発明の適用はこのような構成に限定されるものではない。すなわち、直流電源10bに対応して設けられた電圧センサ11bおよび電流センサ12bの検出精度が、直流電源10aに対応して設けられた電圧センサ11aおよび電流センサ12aよりも高い場合には、電圧センサ11bおよび電流センサ12bを「基準センサ」として、他の電圧センサ11a,11Hおよび電流センサ12a,12Hを補正することが可能である。
In the present embodiment, the detection accuracy of
また、上述のように、電源システム5において、電流センサ12Hの配置は省略されてもよい。この場合には、図7に示したスイッチングパターンが形成されたときの電流センサ補正については、基準センサである電流センサ12aの出力に基づいて、電流センサ12bのみが補正されることになる。
Further, as described above, in the
なお、電源システム5において、負荷30は、電力変換器によって制御される直流電圧によって動作する機器であれば、任意の機器によって構成できる点について確認的に記載する。すなわち、本実施の形態では、電動車両の走行用電動機を含むように負荷30が構成される例を説明したが、本発明の適用はこのような負荷に限定されるものではない。
In addition, in the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
5 電源システム、10a,10b 直流電源、11H,11a,11b 電圧センサ、12H,12a,12b 電流センサ、20,21 電力線、30 負荷、32 インバータ、35 モータジェネレータ、36 動力伝達ギヤ、37 駆動輪、40 制御装置、50 電力変換器、51〜53 電流経路、101,102 動作点、110,120 動作領域、CH 平滑キャパシタ、D1〜D4 逆並列ダイオード、IH 負荷電流、Ia,Ib 電流(直流電源)、L1,L2 リアクトル、N1〜N3 ノード、RLa,RLb リレー、S1〜S4 電力用半導体スイッチング素子、SG1〜SG4 制御信号(スイッチング素子)、VH 出力電圧。 5 Power supply system, 10a, 10b DC power supply, 11H, 11a, 11b Voltage sensor, 12H, 12a, 12b Current sensor, 20, 21 Power line, 30 Load, 32 Inverter, 35 Motor generator, 36 Power transmission gear, 37 Drive wheel, 40 control device, 50 power converter, 51-53 current path, 101, 102 operating point, 110, 120 operating region, CH smoothing capacitor, D1-D4 antiparallel diode, IH load current, Ia, Ib current (DC power supply) , L1, L2 reactor, N1-N3 node, RLa, RLb relay, S1-S4 power semiconductor switching element, SG1-SG4 control signal (switching element), VH output voltage.
Claims (12)
第1の直流電源と、
第2の直流電源と、
前記第1の直流電源の電圧を検出するための第1の電圧検出器と、
前記第2の直流電源の電圧を検出するための第2の電圧検出器と、
前記第1の直流電源の電流を検出するための第1の電流検出器と、
前記第2の直流電源の電流を検出するための第2の電流検出器と、
前記第1および第2の電力線の間の前記直流電圧を検出するための第3の電圧検出器と、
前記第1および第2の電力線の間に順に直列接続された、第1から第4のスイッチング素子と、
前記第2および第3のスイッチング素子の接続ノードと、前記第1の直流電源の正極端子との間に電気的に接続された第1のリアクトルと、
前記第1および第2のスイッチング素子の接続ノードと、前記第2の直流電源の正極端子との間に電気的に接続された第2のリアクトルとを備え、
前記第1の直流電源の負極端子は、前記第2の電力線と電気的に接続され、
前記第2の直流電源の負極端子は、前記第3および第4のスイッチング素子の接続ノードと電気的に接続され、さらに、
前記第1から第4のスイッチング素子のオンオフを制御するための制御装置を備え、
前記第1および第2の電圧検出器のうちの所定の一方の電圧検出器は、他方の電圧検出器よりも検出精度が高く、
前記第1および第2の電流検出器のうちの所定の一方の電流検出器は、他方の電流検出器よりも検出精度が高く、
前記制御装置は、
前記第1および前記第2の直流電源が前記第1および第2の電力線間に並列または直列に電気的に接続されている状態が維持されるように前記第1から第4のスイッチング素子の所定のスイッチングパターンを形成するためのスイッチング制御手段と、
前記所定のスイッチングパターンが形成されている期間において、前記一方の電圧検出器による検出値に基づいて前記他方の電圧検出器または前記第3の電圧検出器を補正する電圧検出器補正処理、および、前記一方の電流検出器による検出値に基づいて前記他方の電流検出器を補正する電流検出器補正処理の少なくとも一方を実行するための補正手段とを含む、電源システム。 A power supply system for outputting a DC voltage between first and second power lines connected to a load,
A first DC power supply;
A second DC power source;
A first voltage detector for detecting the voltage of the first DC power supply;
A second voltage detector for detecting the voltage of the second DC power supply;
A first current detector for detecting a current of the first DC power source;
A second current detector for detecting the current of the second DC power supply;
A third voltage detector for detecting the DC voltage between the first and second power lines;
First to fourth switching elements sequentially connected in series between the first and second power lines;
A first reactor electrically connected between a connection node of the second and third switching elements and a positive terminal of the first DC power supply;
A second reactor electrically connected between a connection node of the first and second switching elements and a positive terminal of the second DC power supply;
A negative terminal of the first DC power supply is electrically connected to the second power line;
A negative terminal of the second DC power supply is electrically connected to a connection node of the third and fourth switching elements;
A control device for controlling on / off of the first to fourth switching elements;
One of the first voltage detector and the second voltage detector has a higher detection accuracy than the other voltage detector,
One of the predetermined current detectors of the first and second current detectors has higher detection accuracy than the other current detector,
The controller is
Predetermining the first to fourth switching elements so that the state in which the first and second DC power supplies are electrically connected in parallel or in series between the first and second power lines is maintained. Switching control means for forming a switching pattern of
A voltage detector correction process for correcting the other voltage detector or the third voltage detector based on a detection value by the one voltage detector in a period in which the predetermined switching pattern is formed; and And a correction means for executing at least one of current detector correction processing for correcting the other current detector based on a detection value by the one current detector.
前記第1および第2の直流電源が前記第1および第2の電力線間に並列に電気的に接続されている状態が維持される期間において、前記一方の電圧検出器による検出値に基づいて前記他方の電圧検出器を補正する第1の補正処理と、
前記第1および第2の直流電源が前記第1および第2の電力線間に直列に電気的に接続されている状態が維持される期間において、前記一方の電圧検出器による検出値と前記第1の補正処理による補正後の前記他方の電圧検出器による検出値とに基づいて、前記第3の電圧検出器を補正する第2の補正処理とを含む、請求項1記載の電源システム。 The voltage detector correction process is:
In a period in which the state in which the first and second DC power supplies are electrically connected in parallel between the first and second power lines is maintained, the first and second DC power supplies are based on the detection value by the one voltage detector. A first correction process for correcting the other voltage detector;
In a period in which the state where the first and second DC power supplies are electrically connected in series between the first and second power lines is maintained, the detection value by the one voltage detector and the first 2. The power supply system according to claim 1, further comprising: a second correction process for correcting the third voltage detector based on a detection value by the other voltage detector after the correction by the correction process.
前記第1および第2の直流電源に電流が流れない回路状態であるときに、前記第1および第2の電流検出器の現在の出力値を、電流値がゼロであるときに対応するゼロ点とするためのゼロ点補正手段をさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源システム。 The controller is
When the circuit state is such that no current flows through the first and second DC power supplies, the current output values of the first and second current detectors are set to the corresponding zero points when the current value is zero. The power supply system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a zero point correcting means for achieving the above.
前記電流検出器補正処理は、前記所定のスイッチングパターンによって、前記第1および第2の直流電源が前記第1および第2の電力線間に直列に電気的に接続されている状態が維持される期間において、前記一方の電流検出器による検出値に基づいて前記他方の電流検出器および前記第3の電流検出器を補正する処理を含む、請求項1記載の電源システム。 A third current detector for detecting an input / output current from the power supply system to the load via the first and second power lines;
The current detector correction process is a period in which the state where the first and second DC power supplies are electrically connected in series between the first and second power lines is maintained by the predetermined switching pattern. The power supply system according to claim 1, further comprising: correcting the other current detector and the third current detector based on a detection value by the one current detector.
前記補正手段は、前記負荷の動作中に、前記第1から第4のスイッチング素子のオンオフパターンが前記所定のスイッチングパターンと一致するような前記動作モードが選択されとときに、前記電圧検出器補正処理および前記電流検出器補正処理の少なくとも一方を実行する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電源システム。 The power supply system applies one operation mode among a plurality of operation modes having different modes of power conversion between the first and second DC power supplies and the power line during the operation of the load. Configured to control the voltage of the power line by operating;
The correction means corrects the voltage detector when the operation mode is selected such that on-off patterns of the first to fourth switching elements coincide with the predetermined switching pattern during operation of the load. The power supply system according to claim 1, wherein at least one of a process and the current detector correction process is executed.
前記制御装置は、
前記補正モードにおいて、前記第1および第2の直流電源に電流が流れない回路状態であるときに、前記第1および第2の電流検出器の現在の出力値を、電流値がゼロであるときに対応するゼロ点とするためのゼロ点補正手段と、
前記ゼロ点補正手段によるゼロ点補正の終了後に、前記第1および第2の直流電源が前記第1および第2の電力線間に並列に電気的に接続される状態を維持するための第1のスイッチングパターンが形成されるように前記第1から第4のスイッチング素子を制御するための手段と、
前記第1のスイッチングパターンが形成されている期間において、前記一方の電圧検出器による検出値に基づいて前記他方の電圧検出器を補正するための手段と、
前記他方の電圧検出器の補正の終了後に、前記第1および第2の直流電源が前記第1および第2の電力線間に直列に電気的に接続される状態を維持するための第2のスイッチングパターンが形成されるように前記第1から第4のスイッチング素子を制御するための手段と、
前記第2のスイッチングパターンが形成されており、かつ、前記負荷が停止している状態において、前記一方の電圧検出器による検出値と前記他方の電圧検出器による検出値とに基づいて、前記第3の電圧検出器を補正するための手段と、
前記第2のスイッチングパターンが形成されており、かつ、前記電源システムおよび前記負荷の間で電流が授受されている状態において、前記一方の電流検出器による検出値に基づいて前記他方の電流検出器を補正するための手段とを含む、請求項1記載の電源システム。 The control device is configured to execute a correction mode for correcting the other voltage detector, the third voltage detector, and the other current detector;
The controller is
In the correction mode, when the circuit state is such that no current flows through the first and second DC power supplies, the current output value of the first and second current detectors is the current value is zero. Zero point correction means for setting a zero point corresponding to
After completion of the zero point correction by the zero point correcting means, a first for maintaining the state where the first and second DC power sources are electrically connected in parallel between the first and second power lines. Means for controlling the first to fourth switching elements such that a switching pattern is formed;
Means for correcting the other voltage detector based on a detection value by the one voltage detector in a period in which the first switching pattern is formed;
Second switching for maintaining the state in which the first and second DC power supplies are electrically connected in series between the first and second power lines after the correction of the other voltage detector is completed. Means for controlling the first to fourth switching elements such that a pattern is formed;
In the state where the second switching pattern is formed and the load is stopped, based on the detection value by the one voltage detector and the detection value by the other voltage detector, Means for correcting the three voltage detectors;
In the state where the second switching pattern is formed and the current is exchanged between the power supply system and the load, the other current detector based on the detection value by the one current detector The power supply system of claim 1, comprising: means for correcting
前記第2のスイッチングパターンが形成されている期間において、前記負荷へ供給される電流を複数段階に変化させるとともに、各段階において、前記一方の電流検出器による検出値に基づいて前記他方の電流検出器を補正するための手段をさらに含む、請求項10記載の電源システム。 The controller is
In the period in which the second switching pattern is formed, the current supplied to the load is changed in a plurality of stages, and in each stage, the other current detection is performed based on the detection value by the one current detector. The power supply system of claim 10 further comprising means for correcting the vessel.
前記制御装置は、
前記補正モードにおいて、前記第2のスイッチングパターンが形成されている期間において、前記一方の電流検出器による検出値に基づいて前記他方の電流検出器とともに前記第3の電流検出器を補正するための手段をさらに含む、請求項10または11記載の電源システム。 A third current detector for detecting an input / output current from the power supply system to the load via the first and second power lines;
The controller is
In the correction mode, for correcting the third current detector together with the other current detector based on a detection value by the one current detector in a period in which the second switching pattern is formed. The power supply system according to claim 10 or 11, further comprising means.
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