JP6031897B2

JP6031897B2 - Power system

Info

Publication number: JP6031897B2
Application number: JP2012189978A
Authority: JP
Inventors: 遠藤　康浩; 康浩遠藤; 宗宏神谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: JP2014050176A

Description

この発明は、電源システムに関し、特に、２つの直流電源と負荷との間で電力を授受する電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system, and more particularly to a power supply system that transfers power between two DC power supplies and a load.

特開２０１２−６０８３８号公報（特許文献１）は、第１二次電池および第２二次電池と負荷との間で電力を授受する電源装置において、第１二次電池および第２二次電池の接続状態を切替可能な構成を開示する。この電源装置は、第１二次電池および第２二次電池と、昇圧コンバータとを備え、負荷に対する第１二次電池および第２二次電池の接続状態を切替えるために第１リレーから第４リレーが設けられる（特許文献１参照）。 Japanese Patent Laying-Open No. 2012-60838 (Patent Document 1) discloses a first secondary battery and a second secondary battery in a power supply device that transfers power between a first secondary battery and a second secondary battery and a load. A configuration capable of switching the connection state is disclosed. This power supply device includes a first secondary battery, a second secondary battery, and a boost converter, and switches from the first relay to the fourth relay in order to switch the connection state of the first secondary battery and the second secondary battery to the load. A relay is provided (see Patent Document 1).

特開２０１２−６０８３８号公報JP2012-60838A 特開２０１２−７０５１４号公報JP 2012-70514 A

特許文献１に記載の電源装置は、第１リレーから第４リレーを用いて、第１二次電池および第２二次電池の直列接続および並列接続の切替、ならびに第１二次電池および第２二次電池の各々の単独使用を可能とする。しかしながら、上記の電源装置では、第１二次電池および第２二次電池の接続状態を切替えるために４つのリレーが使用される。これにより、上記の電源装置では、回路構成が複雑になるとともに、コストや装置の体格および重量も増大するという問題がある。 The power supply device described in Patent Document 1 uses the first to fourth relays to switch the series connection and the parallel connection of the first secondary battery and the second secondary battery, and the first secondary battery and the second relay. Each secondary battery can be used alone. However, in the above power supply device, four relays are used to switch the connection state of the first secondary battery and the second secondary battery. As a result, the above power supply device has a problem that the circuit configuration becomes complicated and the cost, the size and weight of the device also increase.

この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構成で２つの直流電源の接続状態を切替可能な電源システムを提供することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a power supply system capable of switching the connection state of two DC power supplies with a simple configuration.

この発明によれば、電源システムは、第１および第２の直流電源と、電圧変換装置と、第１および第２の電気素子とを備える。電圧変換装置は、第１の直流電源と負荷との間に設けられる。電圧変換装置は、第１および第２のスイッチング素子と、リアクトルとを含む。第１のスイッチング素子は、負荷に接続される主正母線と第１のノードとの間に接続される。第２のスイッチング素子は、第１のノードと第２のノードとの間に接続される。リアクトルは、第１のノードと第１の直流電源の正極との間に接続される。第１の直流電源の負極は、負荷に接続される主負母線に接続される。第２の直流電源は、主正母線と第２のノードとの間に接続される。第１の電気素子は、第２のノードと主負母線との間に接続され、第２のノードと主負母線との電気的な接続および切離しを行なう。第２の電気素子は、主正母線と第２のノードとの間において第２の直流電源に直列に介挿され、第２の直流電源の不使用時に第２の直流電源の入出力を抑制する。 According to this invention, the power supply system includes first and second DC power supplies, a voltage converter, and first and second electric elements. The voltage converter is provided between the first DC power supply and the load. The voltage conversion device includes first and second switching elements and a reactor. The first switching element is connected between the main positive bus connected to the load and the first node. The second switching element is connected between the first node and the second node. The reactor is connected between the first node and the positive electrode of the first DC power supply. The negative electrode of the first DC power supply is connected to the main negative bus connected to the load. The second DC power source is connected between the main positive bus and the second node. The first electrical element is connected between the second node and the main negative bus, and electrically connects and disconnects the second node and the main negative bus. The second electrical element is inserted in series with the second DC power source between the main positive bus and the second node, and suppresses input / output of the second DC power source when the second DC power source is not used. To do.

この発明においては、第２の電気素子により第２の直流電源の入出力を抑制することによって、第２の直流電源を不使用状態（すなわち第１の直流電源の単独使用状態）にすることができる。また、電圧変換装置を停止することによって、第１の直流電源を不使用状態（すなわち第２の直流電源の単独使用状態）にすることができる。さらに、電圧変換装置を作動させるとともに、第１の電気素子によって第２のノードと主負母線とを電気的に接続し、かつ、第２の電気素子による第２の直流電源の入出力抑制をしないことによって、第１および第２の直流電源の並列使用が可能である。また、さらに、第１の電気素子によって第２のノードと主負母線とを電気的に切離すことによって、電圧変換装置の第２のスイッチング素子および第２のノードを介して第１および第２の直流電源を直列に接続可能である。したがって、この発明によれば、簡易な構成で２つの直流電源の接続状態を切替えることが可能となる。 In the present invention, the second DC power supply can be disabled (ie, the first DC power supply can be used alone) by suppressing the input / output of the second DC power supply by the second electric element. it can. In addition, by stopping the voltage conversion device, the first DC power supply can be put into a non-use state (that is, the second DC power supply is used alone). Further, the voltage converter is operated, the second node and the main negative bus are electrically connected by the first electric element, and input / output suppression of the second DC power supply by the second electric element is suppressed. By not doing so, the first and second DC power supplies can be used in parallel. Further, the first node is electrically separated from the main negative bus by the first electric element, whereby the first and second elements are connected to each other via the second switching element and the second node of the voltage converter. DC power supplies can be connected in series. Therefore, according to the present invention, the connection state of the two DC power supplies can be switched with a simple configuration.

この発明の実施の形態１による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a load driving device to which a power supply system according to Embodiment 1 of the present invention is applied. 直流電源の各接続モードにおける、電圧変換装置のスイッチング素子およびスイッチの状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the switching element and switch of a voltage converter in each connection mode of DC power supply. モータの負荷に応じた接続モードの切替えを説明するための図である。It is a figure for demonstrating switching of the connection mode according to the load of a motor. 実施の形態２による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the load drive device to which the power supply system by Embodiment 2 is applied.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。図１を参照して、負荷駆動装置１は、直流電源１０，２０と、電圧変換装置３０と、インバータ４０と、モータ５０と、スイッチＳａ，Ｓｂと、主正母線ＭＰＬと、主負母線ＭＮＬと、正極線ＰＬとを備える。 [Embodiment 1]
1 is an overall configuration diagram of a load driving device to which a power supply system according to Embodiment 1 of the present invention is applied. Referring to FIG. 1, load drive device 1 includes DC power supplies 10 and 20, a voltage conversion device 30, an inverter 40, a motor 50, switches Sa and Sb, a main positive bus MPL, and a main negative bus MNL. And a positive electrode line PL.

直流電源１０，２０の各々は、再充電可能な蓄電装置であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。なお、二次電池に代えて、電気二重層キャパシタなどの電池以外の蓄電要素、または電池以外の蓄電要素と電池との組合せによって、各直流電源１０，２０を構成してもよい。 Each of DC power supplies 10 and 20 is a rechargeable power storage device, and typically includes a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery. Instead of the secondary battery, each of the DC power supplies 10 and 20 may be configured by a power storage element other than a battery such as an electric double layer capacitor or a combination of a power storage element other than a battery and a battery.

直流電源１０は、電圧変換装置３０に接続される正極線ＰＬと、インバータ４０に接続される主負母線ＭＮＬとの間に接続される。直流電源２０は、電圧変換装置３０およびインバータ４０間に配設される主正母線ＭＰＬと、電圧変換装置３０の負極側における第２のノードＮＤ２との間に接続される。なお、直流電源２０に対しては、主正母線ＭＰＬと第２のノードＮＤ２との間において直流電源２０に直列にスイッチＳｂ（後述）が介挿される。 DC power supply 10 is connected between positive line PL connected to voltage conversion device 30 and main negative bus MNL connected to inverter 40. DC power supply 20 is connected between main positive bus MPL arranged between voltage conversion device 30 and inverter 40 and second node ND2 on the negative electrode side of voltage conversion device 30. For DC power supply 20, a switch Sb (described later) is inserted in series with DC power supply 20 between main positive bus MPL and second node ND2.

電圧変換装置３０は、正極線ＰＬと主正母線ＭＰＬとの間で電圧変換可能に構成される。この電圧変換装置３０は、電流可逆型の昇圧チョッパ回路によって構成され、主正母線ＭＰＬの電圧を直流電源１０の出力電圧よりも高い電圧に昇圧可能である。電圧変換装置３０は、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する。）Ｓ１，Ｓ２と、リアクトルＬとを含む。スイッチング素子Ｓ１は、主正母線ＭＰＬと第１のノードＮＤ１との間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｓ２は、第１のノードＮＤ１と第２のノードＮＤ２との間に電気的に接続される。そして、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、図示しない制御信号に応答してオン／オフに制御される。リアクトルＬは、第１のノードＮＤ１と正極線ＰＬとの間に電気的に接続される。 Voltage converter 30 is configured to be capable of voltage conversion between positive line PL and main positive line MPL. This voltage conversion device 30 is configured by a current reversible boost chopper circuit, and can boost the voltage of the main positive bus MPL to a voltage higher than the output voltage of the DC power supply 10. Voltage conversion device 30 includes power semiconductor switching elements (hereinafter simply referred to as “switching elements”) S1 and S2 and a reactor L. Switching element S1 is electrically connected between main positive bus MPL and first node ND1. The switching element S2 is electrically connected between the first node ND1 and the second node ND2. Switching elements S1 and S2 are controlled to be turned on / off in response to a control signal (not shown). Reactor L is electrically connected between first node ND1 and positive electrode line PL.

なお、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２には、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor）等を用いることができる。なお、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の各々には、逆並列ダイオードが接続される。 As the switching elements S1 and S2, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a bipolar transistor, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a GTO (Gate Turn Off thyristor), or the like can be used. An antiparallel diode is connected to each of switching elements S1 and S2.

なお、主正母線ＭＰＬの電圧が目標よりも低い場合、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティーを大きくすることによって、リアクトルＬを用いて直流電源１０から主正母線ＭＰＬへ電流を流すことができ、主正母線ＭＰＬの電圧を高めることができる。一方、主正母線ＭＰＬの電圧が目標よりも高い場合、スイッチング素子Ｓ１のオンデューティーを大きくすることによって主正母線ＭＰＬから正極線ＰＬへ電流を流すことができ、主正母線ＭＰＬの電圧を低めることができる。 When the voltage of main positive bus MPL is lower than the target, it is possible to flow current from DC power supply 10 to main positive bus MPL using reactor L by increasing the on-duty of switching element S2. The voltage of bus MPL can be increased. On the other hand, when the voltage of main positive bus MPL is higher than the target, current can flow from main positive bus MPL to positive line PL by increasing the on-duty of switching element S1, and the voltage of main positive bus MPL is lowered. be able to.

また、この実施の形態１においては、電圧変換装置３０のスイッチング素子Ｓ２を常時オン（スイッチング素子Ｓ１はオフ）にすることによって、スイッチング素子Ｓ２および第２のノードＮＤ２を介して直流電源１０，２０を直列に接続することができる。この点については、後ほど詳しく説明する。 In the first embodiment, the DC power supplies 10 and 20 are connected via the switching element S2 and the second node ND2 by always turning on the switching element S2 of the voltage conversion device 30 (the switching element S1 is off). Can be connected in series. This point will be described in detail later.

スイッチＳａは、第２のノードＮＤ２と主負母線ＭＮＬとの間に接続される。スイッチＳａは、図示しない制御信号に応答してオン／オフに制御され、第２のノードＮＤ２と主負母線ＭＮＬとの電気的な接続および切離しを行なう。スイッチＳｂは、主正母線ＭＰＬと第２のノードＮＤ２との間において直流電源２０に直列に介挿される。スイッチＳｂは、図示しない制御信号に応答してオン／オフに制御され、直流電源２０の不使用時（すなわち直流電源１０の単独使用時）に主正母線ＭＰＬから直流電源２０を電気的に切離す。 Switch Sa is connected between second node ND2 and main negative bus MNL. Switch Sa is controlled to be turned on / off in response to a control signal (not shown), and electrically connects and disconnects second node ND2 and main negative bus MNL. Switch Sb is inserted in series with DC power supply 20 between main positive bus MPL and second node ND2. The switch Sb is controlled to be turned on / off in response to a control signal (not shown), and the DC power supply 20 is electrically disconnected from the main positive bus MPL when the DC power supply 20 is not used (that is, when the DC power supply 10 is used alone). Release.

なお、スイッチＳａ，Ｓｂは、リレーによって構成してもよいし、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と同様にスイッチング素子によって構成してもよい。スイッチＳａ，Ｓｂがスイッチング素子によって構成される場合、スイッチング素子に逆並列ダイオードを接続してもよい。 The switches Sa and Sb may be configured by relays, or may be configured by switching elements similar to the switching elements S1 and S2. When the switches Sa and Sb are configured by switching elements, antiparallel diodes may be connected to the switching elements.

また、図１では、スイッチＳｂが主正母線ＭＰＬと直流電源２０の正極との間に接続される構成が代表的に示されているが、スイッチＳｂは、直流電源２０の負極と第２のノードＮＤ２との間に接続されてもよい。直流電源１０，２０の接続状態に応じたスイッチＳａ，Ｓｂの動作については、後ほど説明する。 FIG. 1 representatively shows a configuration in which the switch Sb is connected between the main positive bus MPL and the positive electrode of the DC power supply 20, but the switch Sb is connected to the negative electrode of the DC power supply 20 and the second power supply. It may be connected between the node ND2. The operation of the switches Sa and Sb according to the connection state of the DC power supplies 10 and 20 will be described later.

インバータ４０は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５０へ供給し、モータ５０を駆動する。モータ５０は、インバータ４０から供給される電力によって回転駆動力を発生する。たとえば、この負荷駆動装置１が車両に搭載される場合、モータ５０が発生する駆動力を車両の駆動軸に伝達することによって車両を走行させることができる。 Inverter 40 converts DC power supplied from main positive bus MPL and main negative bus MNL into AC power and supplies it to motor 50 to drive motor 50. The motor 50 generates a rotational driving force by the electric power supplied from the inverter 40. For example, when the load driving device 1 is mounted on a vehicle, the vehicle can be made to travel by transmitting the driving force generated by the motor 50 to the driving shaft of the vehicle.

なお、モータ５０が発電機能を有する場合には、インバータ４０は、モータ５０によって発電される交流電力を直流電力に変換して主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ出力する。たとえば、負荷駆動装置１が車両に搭載される場合、車両の制動時等に車両の駆動軸から回転力を受けてモータ５０が発電した交流電力をインバータ４０により直流電力に変換して、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ出力することができる。 When motor 50 has a power generation function, inverter 40 converts AC power generated by motor 50 into DC power and outputs it to main positive bus MPL and main negative bus MNL. For example, when the load driving device 1 is mounted on a vehicle, the AC power generated by the motor 50 by receiving the rotational force from the driving shaft of the vehicle at the time of braking of the vehicle is converted into DC power by the inverter 40, and the main power It can be output to bus MPL and main negative bus MNL.

この負荷駆動装置１の電源システムにおいては、２つの直流電源１０，２０が設けられ、直流電源１０，２０の接続状態をモータ５０の負荷に応じて切替えることができる。具体的には、直流電源１０のみが用いられる接続モード（モードＡ）、直流電源２０のみが用いられる接続モード（モードＢ）、直流電源１０，２０が並列使用される接続モード（モードＣ）、および直流電源１０，２０が直列接続される接続モード（モードＤ）の４つのモードをモータ５０の負荷に応じて切替えることができる。 In the power supply system of the load driving device 1, two DC power supplies 10 and 20 are provided, and the connection state of the DC power supplies 10 and 20 can be switched according to the load of the motor 50. Specifically, a connection mode in which only the DC power source 10 is used (mode A), a connection mode in which only the DC power source 20 is used (mode B), a connection mode in which the DC power sources 10 and 20 are used in parallel (mode C), The four modes of the connection mode (mode D) in which the DC power supplies 10 and 20 are connected in series can be switched according to the load of the motor 50.

一例として、モータ５０の負荷が低いときは、直流電源２０のみのモードＢが選択される。モータ５０の負荷が中程度のときは、直流電源１０の出力を昇圧して利用可能なモードＡ、または直流電源１０，２０の並列使用のモードＣが選択される。なお、モードＣについては、詳細には、直流電源１０は、直流電源２０が接続される主正母線ＭＰＬに電圧変換装置３０を介して電気的に接続される。そして、モータ５０の負荷が高いときは、直列接続のモードＤが選択される。 As an example, when the load of the motor 50 is low, the mode B with only the DC power supply 20 is selected. When the load of the motor 50 is medium, the mode A that can be used by boosting the output of the DC power supply 10 or the mode C for using the DC power supplies 10 and 20 in parallel is selected. For mode C, the DC power supply 10 is electrically connected to the main positive bus MPL to which the DC power supply 20 is connected via the voltage converter 30 in detail. When the load of the motor 50 is high, the series connection mode D is selected.

図２は、直流電源１０，２０の各接続モードにおける、電圧変換装置３０のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２およびスイッチＳａ，Ｓｂの状態を説明するための図である。図２とともに図１を参照して、接続モードがモードＡのとき、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、スイッチング制御（オン／オフ）される。スイッチＳａはオンにされ、スイッチＳｂはオフにされる。これにより、電圧変換装置３０は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に電気的に接続され、電圧変換動作（昇圧動作）を行なうことができる。一方、直流電源２０は、スイッチＳｂによって主正母線ＭＰＬから電気的に切離される。したがって、直流電源１０の単独使用状態が形成される。 FIG. 2 is a diagram for explaining the states of the switching elements S1, S2 and the switches Sa, Sb of the voltage conversion device 30 in each connection mode of the DC power supplies 10, 20. Referring to FIG. 1 together with FIG. 2, when the connection mode is mode A, switching elements S1, S2 are subjected to switching control (ON / OFF). The switch Sa is turned on and the switch Sb is turned off. Thus, voltage conversion device 30 is electrically connected between main positive bus MPL and main negative bus MNL, and can perform a voltage conversion operation (step-up operation). On the other hand, DC power supply 20 is electrically disconnected from main positive bus MPL by switch Sb. Accordingly, a single use state of the DC power supply 10 is formed.

接続モードがモードＢのときは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、いずれもオフにされる。スイッチＳａ，Ｓｂは、いずれもオンにされる。これにより、電圧変換装置３０は停止し、直流電源２０は、スイッチＳｂによって主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に電気的に接続される。したがって、直流電源２０の単独使用状態が形成される。 When the connection mode is mode B, switching elements S1 and S2 are both turned off. The switches Sa and Sb are both turned on. Thus, voltage conversion device 30 is stopped, and DC power supply 20 is electrically connected between main positive bus MPL and main negative bus MNL by switch Sb. Therefore, a single use state of the DC power supply 20 is formed.

接続モードがモードＣのときは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、スイッチング制御（オン／オフ）される。スイッチＳａ，Ｓｂは、いずれもオンにされる。これにより、電圧変換装置３０は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に電気的に接続され、電圧変換動作（昇圧動作）を行なうことができる。直流電源２０も、スイッチＳｂによって主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に電気的に接続される。したがって、直流電源１０，２０の並列使用状態が形成される。 When the connection mode is mode C, switching elements S1 and S2 are subjected to switching control (ON / OFF). The switches Sa and Sb are both turned on. Thus, voltage conversion device 30 is electrically connected between main positive bus MPL and main negative bus MNL, and can perform a voltage conversion operation (step-up operation). DC power supply 20 is also electrically connected between main positive bus MPL and main negative bus MNL by switch Sb. Therefore, a parallel use state of the DC power supplies 10 and 20 is formed.

接続モードがモードＤのときは、スイッチング素子Ｓ１はオフにされ、スイッチング素子Ｓ２はオンにされる。スイッチＳａはオフにされ、スイッチＳｂはオンにされる。これにより、電圧変換装置３０のスイッチング素子Ｓ２および第２のノードＮＤ２を介して直流電源１０，２０が直列に接続される状態が形成される。 When the connection mode is mode D, the switching element S1 is turned off and the switching element S2 is turned on. The switch Sa is turned off and the switch Sb is turned on. As a result, a state is formed in which DC power supplies 10 and 20 are connected in series via switching element S2 of voltage conversion device 30 and second node ND2.

図３は、モータ５０の負荷に応じた接続モードの切替えを説明するための図である。図３を参照して、横軸はモータ５０の回転数を示し、縦軸はモータ５０のトルクを示す。モータ５０の負荷が相対的に小さいときは、直流電源２０のみを使用するモードＢが選択される。 FIG. 3 is a diagram for explaining switching of the connection mode according to the load of the motor 50. Referring to FIG. 3, the horizontal axis indicates the rotational speed of motor 50, and the vertical axis indicates the torque of motor 50. When the load on the motor 50 is relatively small, the mode B using only the DC power supply 20 is selected.

モータ５０の負荷が中程度であるときは、直流電源１０のみを使用するモードＡ、または直流電源１０，２０を並列使用するモードＣが選択される。モードＡは、電圧変換装置３０により直流電源１０の出力電圧を昇圧してインバータ４０（図１）へ供給可能であるので、モードＢよりも高い負荷に対応可能である。モードＣは、モードＡの状態にさらに直流電源２０が接続されるので、モードＡよりも高い負荷に対応可能である。したがって、モータ５０の負荷が中程度の領域については、低負荷側ではモードＡが選択され、高負荷側ではモードＣが選択されるようにさらに細分化してもよい。 When the load of the motor 50 is medium, the mode A using only the DC power source 10 or the mode C using the DC power sources 10 and 20 in parallel is selected. In mode A, the output voltage of the DC power supply 10 can be boosted by the voltage conversion device 30 and supplied to the inverter 40 (FIG. 1). Since the DC power supply 20 is further connected to the mode C in the mode A state, it can cope with a higher load than the mode A. Therefore, the region where the load of the motor 50 is medium may be further subdivided so that the mode A is selected on the low load side and the mode C is selected on the high load side.

そして、モータ５０の負荷が相対的に大きいときは、直流電源１０，２０が直列接続されるモードＤが選択される。 When the load of the motor 50 is relatively large, the mode D in which the DC power supplies 10 and 20 are connected in series is selected.

なお、モードＢからモードＣへ接続モードが切替えられるときは、電圧変換装置３０の出力電圧の目標を直流電源Ｂ２の電圧レベルに設定して電圧変換装置３０が駆動される。なお、モードＣからモードＢへ接続モードを切替えるときは、電圧変換装置３０を単に停止すればよい。 When the connection mode is switched from mode B to mode C, voltage conversion device 30 is driven with the output voltage target of voltage conversion device 30 set to the voltage level of DC power supply B2. Note that when the connection mode is switched from mode C to mode B, the voltage converter 30 may be simply stopped.

また、モードＣ，Ｄ間の切替時は、接続状態の切替えに伴なう主正母線ＭＰＬの急激な電圧変動を抑制するために、スイッチＳｂを一旦オフにして直流電源２０を主正母線ＭＰＬから電気的に一旦切離し、モードＡの状態で主正母線ＭＰＬの電圧をモード切替後の電圧レベルに調整してからスイッチＳｂをオンにするのが好ましい。 When switching between modes C and D, the switch Sb is temporarily turned off and the DC power supply 20 is switched to the main positive bus MPL in order to suppress a rapid voltage fluctuation of the main positive bus MPL accompanying the switching of the connection state. It is preferable that the switch Sb is turned on after the voltage of the main positive bus MPL is adjusted to the voltage level after the mode switching in the mode A state.

具体的には、モードＣからモードＤへの切替時は、スイッチＳｂを一旦オフにし、電圧変換装置３０によって主正母線ＭＰＬの電圧を直流電源１０，２０の電圧の和に昇圧してからスイッチＳｂをオンにする。モードＤからモードＣへの切替時も、スイッチＳｂを一旦オフにし、電圧変換装置３０によって主正母線ＭＰＬの電圧を直流電源２０の電圧レベルに降圧してからスイッチＳｂをオンにする。これにより、モードＣ，Ｄ間の切替時における主正母線ＭＰＬの急激な電圧変動を抑制することができる。 Specifically, at the time of switching from mode C to mode D, the switch Sb is temporarily turned off, and the voltage of the main positive bus MPL is boosted to the sum of the voltages of the DC power supplies 10 and 20 by the voltage converter 30 before the switch. Turn on Sb. Also when switching from mode D to mode C, the switch Sb is once turned off, the voltage of the main positive bus MPL is stepped down to the voltage level of the DC power supply 20 by the voltage conversion device 30, and then the switch Sb is turned on. Thereby, rapid voltage fluctuation of main positive bus MPL at the time of switching between modes C and D can be suppressed.

以上のように、この実施の形態１においては、スイッチＳｂにより直流電源２０の入出力を抑制（遮断）することによって、直流電源２０を不使用状態（すなわち直流電源１０の単独使用状態）にすることができる。また、電圧変換装置３０を停止することによって、直流電源１０を不使用状態（すなわち直流電源２０の単独使用状態）にすることができる。さらに、電圧変換装置３０を作動させるとともに、スイッチＳａによって第２のノードＮＤ２と主負母線ＭＮＬとを電気的に接続し、かつ、スイッチＳｂによる直流電源２０の入出力抑制をしないことによって、直流電源１０，２０の並列使用が可能である。また、さらに、スイッチＳａによって第２のノードＮＤ２と主負母線ＭＮＬとを電気的に切離すことによって、電圧変換装置３０のスイッチング素子Ｓ２および第２のノードＮＤ２を介して直流電源１０，２０を直列に接続可能である。 As described above, in the first embodiment, the DC power supply 20 is not used (that is, the DC power supply 10 is used alone) by suppressing (blocking) the input / output of the DC power supply 20 by the switch Sb. be able to. Moreover, by stopping the voltage conversion device 30, the DC power supply 10 can be put into a non-use state (that is, the DC power supply 20 is used alone). Further, the voltage converter 30 is operated, the second node ND2 and the main negative bus MNL are electrically connected by the switch Sa, and the DC power supply 20 is not suppressed by the switch Sb. The power supplies 10 and 20 can be used in parallel. Further, by electrically disconnecting the second node ND2 and the main negative bus MNL by the switch Sa, the DC power supplies 10 and 20 are connected via the switching element S2 of the voltage conversion device 30 and the second node ND2. Can be connected in series.

したがって、この実施の形態１によれば、簡易な構成で２つの直流電源１０，２０の接続状態を切替えることが可能となる。そして、モータ５０の負荷が低いときは、直流電源２０を単独使用とするモードＢとし、モータ５０の負荷が中程度のときは、直流電源１０を単独使用とするモードＡ、または直流電源１０，２０を並列使用とするモードＣとし、モータ５０の負荷が高いときは、直流電源１０，２０を直列に接続するモードＤとすることによって、低負荷時の高効率動作と高負荷時の高出力動作とを両立することができる。 Therefore, according to the first embodiment, it is possible to switch the connection state of the two DC power supplies 10 and 20 with a simple configuration. When the load on the motor 50 is low, the mode B is set to use the DC power source 20 alone. When the load on the motor 50 is medium, the mode A to use the DC power source 10 alone, or the DC power source 10, 20 is set to mode C in parallel use, and when the load of the motor 50 is high, the DC power supplies 10 and 20 are connected in series to set the mode D so that high efficiency operation at low load and high output at high load It is possible to achieve both operation.

［実施の形態２］
図４は、実施の形態２による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。図４を参照して、負荷駆動装置１Ａは、図１に示した負荷駆動装置１の構成において、スイッチＳｂに代えてダイオードＤを備える。ダイオードＤは、直流電源２０の正極にアノードが接続され、主正母線ＭＰＬにカソードが接続される。 [Embodiment 2]
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a load driving device to which the power supply system according to the second embodiment is applied. Referring to FIG. 4, load drive device 1A includes a diode D in place of switch Sb in the configuration of load drive device 1 shown in FIG. Diode D has an anode connected to the positive electrode of DC power supply 20 and a cathode connected to main positive bus MPL.

この実施の形態２においては、電圧変換装置３０によって主正母線ＭＰＬの電圧を直流電源２０の電圧よりも高いレベルに調整することにより、直流電源１０の単独使用状態を実現できる。また、電圧変換装置３０を停止することによって、直流電源２０の単独使用状態を実現できる。 In the second embodiment, the voltage converter 30 adjusts the voltage of the main positive bus MPL to a level higher than the voltage of the DC power supply 20, thereby realizing a single use state of the DC power supply 10. Moreover, the single use state of the DC power supply 20 can be realized by stopping the voltage conversion device 30.

さらに、スイッチＳａをオンにし、かつ、電圧変換装置３０により主正母線ＭＰＬの電圧を直流電源２０の電圧よりも低いレベルに調整することによって、直流電源１０，２０の並列使用を実現することができる。また、さらに、電圧変換装置３０のスイッチング素子Ｓ２をオン（スイッチング素子Ｓ１はオフ）にするとともにスイッチＳａをオフにすることによって、直流電源１０，２０の直列接続を実現することができる。なお、この実施の形態２では、いずれのモードにおいても、主正母線ＭＰＬから直流電源２０へ電力を回生することはできない。 Further, the parallel use of the DC power supplies 10 and 20 can be realized by turning on the switch Sa and adjusting the voltage of the main positive bus MPL to a level lower than the voltage of the DC power supply 20 by the voltage converter 30. it can. Furthermore, the DC power supplies 10 and 20 can be connected in series by turning on the switching element S2 of the voltage conversion device 30 (switching element S1 is off) and turning off the switch Sa. In the second embodiment, power cannot be regenerated from main positive bus MPL to DC power supply 20 in any mode.

なお、上記の実施の形態１においては、モードＣ，Ｄ間の切替時は、接続状態の切替えに伴なう主正母線ＭＰＬの急激な電圧変動を抑制するために、スイッチＳｂを一旦オフにするのが好ましいが、この実施の形態２では、そのような処理は不要である。すなわち、モードＣからモードＤへの切替時に、電圧変換装置３０によって主正母線ＭＰＬの電圧を直流電源１０，２０の電圧の和に昇圧しても、ダイオードＤが設けられているので、主正母線ＭＰＬから直流電源２０へ電流が流れることはない。また、モードＤからモードＣへの切替時も、主正母線ＭＰＬから直流電源２０へは電流が流れないので、電圧変換装置３０を作動させて主正母線ＭＰＬの電圧を直流電源２０の電圧レベルに降圧しさえすればよい。 In the first embodiment, when switching between modes C and D, switch Sb is temporarily turned off in order to suppress a rapid voltage fluctuation of main positive bus MPL accompanying the switching of the connection state. In the second embodiment, such processing is not necessary. That is, when switching from mode C to mode D, even if the voltage of the main positive bus MPL is boosted to the sum of the voltages of the DC power supplies 10 and 20 by the voltage conversion device 30, the diode D is provided. No current flows from bus MPL to DC power supply 20. Further, even when switching from mode D to mode C, no current flows from the main positive bus MPL to the DC power supply 20, so the voltage conversion device 30 is operated to change the voltage of the main positive bus MPL to the voltage level of the DC power supply 20. You just need to step down.

なお、上記においては、ダイオードＤが主正母線ＭＰＬと直流電源２０の正極との間に接続される構成が代表的に示されているが、ダイオードＤは、直流電源２０の負極と第２のノードＮＤ２との間に接続されてもよい。この場合、第２のノードＮＤ２にアノードが接続され、直流電源２０の負極にカソードが接続される。 In the above, the configuration in which the diode D is connected between the main positive bus MPL and the positive electrode of the DC power supply 20 is representatively shown. It may be connected between the node ND2. In this case, the anode is connected to the second node ND2, and the cathode is connected to the negative electrode of the DC power supply 20.

以上のように、この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。そして、実施の形態１におけるスイッチＳｂに代えてダイオードＤが設けられるので、モードＣ，Ｄ間の切替時に実施の形態１のようなスイッチＳｂのオフ操作をする必要がない。したがって、この実施の形態２によれば、モードＣ，Ｄ間の切替レスポンスが向上する。さらに、スイッチＳｂにおいて発生する導通損失も低減できるので、効率が向上する。 As described above, according to the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Since the diode D is provided instead of the switch Sb in the first embodiment, it is not necessary to turn off the switch Sb as in the first embodiment when switching between modes C and D. Therefore, according to the second embodiment, the switching response between modes C and D is improved. Furthermore, since the conduction loss generated in the switch Sb can be reduced, the efficiency is improved.

なお、上記の実施の形態１，２における負荷駆動装置１，１Ａは、好ましくは、ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両に適用される。この場合、モータ５０は、電動車両を駆動する走行モータであり、または、ハイブリッド車両においてエンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータであってもよい。なお、この発明の適用範囲は、電動車両に限定されるものではなく、その他の負荷駆動装置全般に適用可能である。 Note that the load driving devices 1 and 1A in the first and second embodiments are preferably applied to an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. In this case, the motor 50 may be a travel motor that drives an electric vehicle, or a motor generator that generates electric power by being driven by an engine in a hybrid vehicle. The scope of application of the present invention is not limited to an electric vehicle, but can be applied to other load driving devices in general.

なお、上記において、直流電源１０は、この発明における「第１の直流電源」の一実施例に対応し、直流電源２０は、この発明における「第２の直流電源」の一実施例に対応する。また、スイッチング素子Ｓ１は、この発明における「第１のスイッチング素子」の一実施例に対応し、スイッチング素子Ｓ２は、この発明における「第２のスイッチング素子」の一実施例に対応する。さらに、スイッチＳａは、この発明における「第１の電気素子」の一実施例に対応し、スイッチＳｂおよびダイオードＤの各々は、この発明における「第２の電気素子」の一実施例に対応する。 In the above, DC power supply 10 corresponds to one embodiment of “first DC power supply” in the present invention, and DC power supply 20 corresponds to one embodiment of “second DC power supply” in the present invention. . Switching element S1 corresponds to an example of “first switching element” in the present invention, and switching element S2 corresponds to an example of “second switching element” in the present invention. Further, switch Sa corresponds to an example of “first electric element” in the present invention, and each of switch Sb and diode D corresponds to an example of “second electric element” in the present invention. .

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、上記した実施の形態の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 shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

１負荷駆動装置、１０，２０直流電源、３０電圧変換装置、４０インバータ、５０モータ、Ｓ１，Ｓ２スイッチング素子、Ｌリアクトル、Ｓａ，Ｓｂスイッチ、ＭＰＬ主正母線、ＭＮＬ主負母線、ＰＬ正極線、ＮＤ１第１のノード、ＮＤ２第２のノード、Ｄダイオード。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Load drive device 10,20 DC power supply, 30 Voltage converter, 40 Inverter, 50 Motor, S1, S2 switching element, L reactor, Sa, Sb switch, MPL main positive bus, MNL main negative bus, PL positive electrode wire, ND1 first node, ND2 second node, D diode.

Claims

A first DC power supply;
A voltage converter provided between the first DC power source and the load,
The voltage converter is
A first switching element connected between a main positive bus connected to the load and a first node;
A second switching element connected between the first node and the second node;
A reactor connected between the first node and a positive electrode of the first DC power source,
A negative electrode of the first DC power supply is connected to a main negative bus connected to the load, and a second DC power supply connected between the main positive bus and the second node;
A first electrical element connected between the second node and the main negative bus for electrically connecting and disconnecting the second node and the main negative bus;
In order to suppress the input / output of the second DC power supply when the second DC power supply is not used by being inserted in series with the second DC power supply between the main positive bus and the second node. A second electrical element,
According to the combination of the electrical continuity states of the first switching element, the second switching element, the first electrical element, and the second electrical element, the first and second DC power supplies A mode in which the series connection is made, a mode in which the first and second DC power supplies are connected in parallel, a mode in which only the first DC power supply supplies power to the load, and only the second DC power supply to the load One of the power supply modes is selected,
When the mode in which only the second DC power supply supplies power to the load is selected, the first and second switching elements are controlled to be off and the first electric element is electrically conductive. A power supply system in which the second electric element does not suppress input / output of the second DC power supply.

When a mode in which only the first DC power supply supplies power to the load is selected, the first and second switching elements are switching-controlled, and the first electric element is in an electrically conductive state. The power supply system according to claim 1, wherein the second electrical element suppresses input / output of the second DC power supply.