JP6766583B2 - Power conversion system - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリの電力変換を行う電力変換システムに関し、特に、電力変換システム内の電流センサの異常判定が可能な、電力変換システムに関する。 The present invention relates to a power conversion system that converts battery power, and more particularly to a power conversion system capable of determining an abnormality of a current sensor in the power conversion system.
電気自動車やハイブリッド車両等、回転電機を駆動源とする車両には、直流電源であるバッテリが搭載されている。バッテリと回転電機との間には電力変換システムが設けられる。電力変換システムは例えば昇降圧DC/DCコンバータを含む。昇降圧DC/DCコンバータは、回転電機の力行時にはバッテリ電圧を昇圧させ、回転電機の回生時には回転電機から印加された電圧を降圧させる。 Vehicles that use a rotating electric machine as a drive source, such as electric vehicles and hybrid vehicles, are equipped with a battery that is a DC power source. A power conversion system is provided between the battery and the rotating electric machine. The power conversion system includes, for example, a buck-boost DC / DC converter. The buck-boost DC / DC converter raises the battery voltage when the rotary electric machine is powered, and lowers the voltage applied from the rotary electric machine when the rotary electric machine is regenerated.
昇降圧DC/DCコンバータはIGBT等のスイッチング素子を備えており、このスイッチング素子に与えられるデューティ比を介して昇圧比及び降圧比が制御される。デューティ比とは通流率とも呼ばれ、スイッチング周期に対するオン時間の比率を表す。 The buck-boost DC / DC converter includes a switching element such as an IGBT, and the step-up ratio and the step-down ratio are controlled via the duty ratio given to the switching element. The duty ratio is also called the flow rate and represents the ratio of the on-time to the switching cycle.
例えば昇圧時には、バッテリ側(一次側、低圧側)の電圧VLと、負荷側(二次側、高圧側)の指令電圧VH*(目標電圧)との差分に基づいてデューティ比が定められるフィードフォワード制御が実行される。さらに、実際の二次側電圧VH(実電圧)と指令電圧VH*との差分に基づいたフィードバック制御も実行される。フィードフォワード制御に基づくデューティ比Duty_FF(FFデューティ比)とフィードバック制御に基づくデューティ比Duty_FB(FBデューティ比)とが加算されて、最終的なデューティ比指令Duty*が生成される。 For example, at the time of boosting, the duty ratio is determined based on the difference between the voltage VL on the battery side (primary side, low voltage side) and the command voltage VH * (target voltage) on the load side (secondary side, high voltage side). Control is executed. Further, feedback control based on the difference between the actual secondary voltage VH (actual voltage) and the command voltage VH * is also executed. The duty ratio Duty_FF (FF duty ratio) based on feedforward control and the duty ratio Duty_FB (FB duty ratio) based on feedback control are added to generate the final duty ratio command Duty *.
二次側(高圧側、負荷側)には、電圧変動を抑制する平滑コンデンサが設けられており、この平滑コンデンサの両端電圧が二次側実電圧VHとしてフィードバック制御に用いられる。二次側実電圧VHと指令電圧VH*とに差(ΔVH)がある場合、I=C*dV/dtから、電流値に基づいてFBデューティ比が求められる。電流値演算に当たり、平滑コンデンサに流れる電流を測定する電流センサが用いられる。 A smoothing capacitor that suppresses voltage fluctuations is provided on the secondary side (high voltage side, load side), and the voltage across the smoothing capacitor is used as the secondary side actual voltage VH for feedback control. When there is a difference (ΔVH) between the secondary side actual voltage VH and the command voltage VH *, the FB duty ratio is obtained from I = C * dV / dt based on the current value. A current sensor that measures the current flowing through the smoothing capacitor is used to calculate the current value.
この電流センサに検知異常が発生する、例えば実電流に関わらず固定値(例えば0[A])が出力されると、フィードバックループの入力に狂いが生じることから、制御に不具合が生じる。例えばFBデューティ比Duty_FBやデューティ比指令Duty*が高周期で乱高下するハンチングが生じる。高周期大振幅のハンチングにより高周波成分を含む電流がバッテリに流れ込み、過熱に至るおそれがある。 If a detection abnormality occurs in this current sensor, for example, if a fixed value (for example, 0 [A]) is output regardless of the actual current, the input of the feedback loop will be out of order, resulting in a malfunction in control. For example, hunting occurs in which the FB duty ratio Duty_FB and the duty ratio command Duty * fluctuate in a high cycle. Due to high-period, large-amplitude hunting, a current containing high-frequency components may flow into the battery, leading to overheating.
そこで例えば特許文献1では、電流センサの値に加えて昇圧前電圧(一次側電圧)を測定する電圧センサの値をモニタリングしている。電流センサの検出値の変動が所定値未満であるにも関わらず、電圧センサの検出値の変動が所定値よりも大きい場合には、電流センサが故障したものと判定される。 Therefore, for example, in Patent Document 1, in addition to the value of the current sensor, the value of the voltage sensor that measures the voltage before boosting (primary side voltage) is monitored. If the fluctuation of the detected value of the current sensor is less than the predetermined value but the fluctuation of the detected value of the voltage sensor is larger than the predetermined value, it is determined that the current sensor has failed.
ところで、電圧センサは平滑コンデンサの両端電圧を測定するように接続される場合がある。平滑コンデンサは電圧変動(リップル)を抑えるために設けられており、その容量が大きくなるほど、その両端電圧の変動幅は小さくなり、電圧変動を基にした電流センサの異常判定は困難となる。そこで本発明は、電圧センサの検出値変動を判定手段に用いることなく電流センサの異常判定が可能な、電力変換システムを提供することを目的とする。 By the way, the voltage sensor may be connected so as to measure the voltage across the smoothing capacitor. The smoothing capacitor is provided to suppress voltage fluctuation (ripple), and as the capacitance thereof increases, the fluctuation range of the voltage across the smoothing capacitor becomes smaller, and it becomes difficult to determine an abnormality of the current sensor based on the voltage fluctuation. Therefore, an object of the present invention is to provide a power conversion system capable of determining an abnormality of a current sensor without using a fluctuation of a detected value of a voltage sensor as a determination means.
本発明は、電力変換システムに関する。当該システムは、スイッチング素子を備える電力変換器、前記電力変換器よりも高圧の二次側に設けられた平滑コンデンサ、前記平滑コンデンサに流れる電流を測定する電流センサ、さらにはフィードバック制御部、及び異常判定部を備える。フィードバック制御部は、前記二次側の指令電圧と前記平滑コンデンサの両端実電圧との差及び前記電流センサの測定値を用いて前記スイッチング素子へのデューティ比を求める。異常判定部は、前記デューティ比の変化量が所定の閾値を超過する状態が所定期間に亘って継続される場合に、前記電流センサに対して異常有りと判定する。 The present invention relates to a power conversion system. The system includes a power converter equipped with a switching element, a smoothing capacitor provided on the secondary side having a higher pressure than the power converter, a current sensor for measuring the current flowing through the smoothing capacitor, a feedback control unit, and an abnormality. It has a judgment unit. The feedback control unit obtains a duty ratio to the switching element using the difference between the command voltage on the secondary side and the actual voltage across the smoothing capacitor and the measured value of the current sensor. The abnormality determination unit determines that the current sensor has an abnormality when the state in which the amount of change in the duty ratio exceeds a predetermined threshold value continues for a predetermined period.
本発明によれば、デューティ比のモニタリングにより電流センサの異常有無判定を行っており、電圧センサの検出値変動を判定手段に用いることなく、電流センサの異常有無を判定可能となる。 According to the present invention, the presence / absence of abnormality of the current sensor is determined by monitoring the duty ratio, and the presence / absence of abnormality of the current sensor can be determined without using the fluctuation of the detected value of the voltage sensor as the determination means.
図1に、本実施形態に係る電力変換システム及び当該システムが搭載された車両の構成を例示する。なお、図示を簡略化するために、図1では、本実施形態に係る電力変換システムとの関連性の低い構成については適宜図示を省略している。また、矢印線は信号線を表している。 FIG. 1 illustrates the configuration of the power conversion system according to the present embodiment and the vehicle on which the system is mounted. In addition, in order to simplify the illustration, in FIG. 1, the configuration which is not related to the power conversion system according to the present embodiment is omitted as appropriate. The arrow lines represent signal lines.
図1に示す車両では、メインバッテリ10から電力変換システムを介して、駆動源である回転電機MG1,MG2等の負荷に電力が供給される。電力変換システムは、昇降圧DC/DCコンバータ12、インバータ14、制御部16、及び後述する各種センサ(一次側電圧センサ40、二次側電圧センサ42、バッテリ電圧センサ44、バッテリ電流センサ46、リアクトル電流センサ48)を備える。 In the vehicle shown in FIG. 1, electric power is supplied from the main battery 10 to loads such as rotary electric machines MG1 and MG2, which are drive sources, via a power conversion system. The power conversion system includes a buck-boost DC / DC converter 12, an inverter 14, a control unit 16, and various sensors (primary side voltage sensor 40, secondary side voltage sensor 42, battery voltage sensor 44, battery current sensor 46, reactor) described later. A current sensor 48) is provided.
メインバッテリ10から出力された直流電力は昇降圧DC/DCコンバータ12にて昇圧される。昇圧された直流電力はインバータ14にて直交変換される。変換後の交流電力は回転電機MG1,MG2の少なくとも一方に供給される。回転電機MG1,MG2から動力分配機構18を経由して車輪20に至る動力伝達経路については既知であるのでここでは説明を省略する。 The DC power output from the main battery 10 is boosted by the buck-boost DC / DC converter 12. The boosted DC power is orthogonally converted by the inverter 14. The converted AC power is supplied to at least one of the rotary electric machines MG1 and MG2. Since the power transmission path from the rotary electric machines MG1 and MG2 to the wheel 20 via the power distribution mechanism 18 is known, the description thereof will be omitted here.
回転電機MG1,MG2の回生時には、回生電力はインバータ14にて交直変換される。変換後の直流電力は昇降圧DC/DCコンバータ12にて降圧され、メインバッテリ10に供給される。 At the time of regeneration of the rotary electric machines MG1 and MG2, the regenerative power is AC / DC converted by the inverter 14. The converted DC power is stepped down by the buck-boost DC / DC converter 12 and supplied to the main battery 10.
メインバッテリ10は、複数の電池セルから構成される。例えば電池セルはリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の、角型電池または円筒電池(円柱電池)から構成される。これらの電池セルが複数積層された積層体を含んでメインバッテリ10が構成される。例えば、メインバッテリ10には、並列接続された複数の電池セルからなる電池パックが複数直列接続される。 The main battery 10 is composed of a plurality of battery cells. For example, a battery cell is composed of a square battery or a cylindrical battery (cylindrical battery) such as a lithium ion secondary battery or a nickel hydrogen secondary battery. The main battery 10 is configured by including a laminated body in which a plurality of these battery cells are laminated. For example, a plurality of battery packs including a plurality of battery cells connected in parallel are connected in series to the main battery 10.
昇降圧DC/DCコンバータ12は、直流電圧の昇圧及び降圧が可能な双方向の電力変換器(2象限チョッパ回路)である。昇降圧DC/DCコンバータ12の一次側(低圧側)はメインバッテリ10に接続され、二次側(高圧側)はインバータ14や回転電機MG1,MG2等の負荷に接続される。 The buck-boost DC / DC converter 12 is a bidirectional power converter (two-quadrant chopper circuit) capable of stepping up and down a DC voltage. The primary side (low voltage side) of the buck-boost DC / DC converter 12 is connected to the main battery 10, and the secondary side (high voltage side) is connected to loads such as the inverter 14 and the rotary electric machines MG1 and MG2.
昇降圧DC/DCコンバータ12は、高圧電路24にリアクトル26が設けられ、さらにその先の接点28から基準電路30側に下アーム、すなわちスイッチング素子32及びダイオード34が設けられる。スイッチング素子32は基準電路30側を順方向とし、ダイオード34はこれとは逆並列に接続される。またリアクトル26と直列に上アーム、すなわちスイッチング素子36及びダイオード38が設けられる。スイッチング素子36はリアクトル26に向かう向きを順方向とし、ダイオード38はこれとは逆並列に接続される。 In the buck-boost DC / DC converter 12, a reactor 26 is provided on the high-voltage path 24, and a lower arm, that is, a switching element 32 and a diode 34 are provided on the reference electric circuit 30 side from the contact 28 beyond the reactor 26. The switching element 32 has the reference electric circuit 30 side in the forward direction, and the diode 34 is connected in antiparallel to this. Further, an upper arm, that is, a switching element 36 and a diode 38 are provided in series with the reactor 26. The switching element 36 has a forward direction toward the reactor 26, and the diode 38 is connected in antiparallel to this direction.
昇圧時には主に下アームのスイッチング素子32がデューティ比に応じてオン/オフ制御される。降圧時には主に上アームのスイッチング素子36がデューティ比に応じてオン/オフ制御される。これらの動作については既知であるため、以下では説明を省略する。 At the time of boosting, the switching element 32 of the lower arm is mainly controlled on / off according to the duty ratio. At the time of step-down, the switching element 36 of the upper arm is mainly controlled on / off according to the duty ratio. Since these operations are known, description thereof will be omitted below.
インバータ14は、直流電力と交流電力との変換(直交変換及び交直変換)を行う。インバータ14は例えば三相交流インバータであって、昇降圧DC/DCコンバータ12によって昇圧された直流電力を三相交流電力に変換して回転電機MG1,MG2に供給する。 The inverter 14 converts DC power and AC power (orthogonal conversion and AC / DC conversion). The inverter 14 is, for example, a three-phase AC inverter, and converts the DC power boosted by the buck-boost DC / DC converter 12 into three-phase AC power and supplies it to the rotary electric machines MG1 and MG2.
また、昇降圧DC/DCコンバータ12の一次側とシステムメインリレーSMRとの間にフィルタコンデンサCLが設けられる。さらに、昇降圧DC/DCコンバータ12の二次側とインバータ14の間に平滑コンデンサCHが設けられる。フィルタコンデンサCLや平滑コンデンサCHは、主に昇降圧DC/DCコンバータ12やインバータ14の駆動に伴う電圧変動(リップル)を平滑化する。 Further, a filter capacitor CL is provided between the primary side of the buck-boost DC / DC converter 12 and the system main relay SMR. Further, a smoothing capacitor CH is provided between the secondary side of the buck-boost DC / DC converter 12 and the inverter 14. The filter capacitor CL and the smoothing capacitor CH mainly smooth the voltage fluctuation (ripple) accompanying the drive of the buck-boost DC / DC converter 12 and the inverter 14.
フィルタコンデンサCLと並列に、一次側電圧センサ40が設けられる。一次側電圧センサ40は、フィルタコンデンサCLの両端実電圧VLを測定し、これを一次側電圧として制御部16に出力する。また平滑コンデンサCHと並列に、二次側電圧センサ42が設けられる。二次側電圧センサ42は、平滑コンデンサCHの両端実電圧VHを測定し、これを二次側電圧として制御部16に出力する。さらにメインバッテリ10の両端にバッテリ電圧センサ44が設けられ、またメインバッテリ10の正極端または負極端にバッテリ電流センサ46が設けられる。 A primary voltage sensor 40 is provided in parallel with the filter capacitor CL. The primary side voltage sensor 40 measures the actual voltage VL across the filter capacitor CL and outputs this as the primary side voltage to the control unit 16. Further, a secondary voltage sensor 42 is provided in parallel with the smoothing capacitor CH. The secondary side voltage sensor 42 measures the actual voltage VH across the smoothing capacitor CH and outputs this as the secondary side voltage to the control unit 16. Further, battery voltage sensors 44 are provided at both ends of the main battery 10, and battery current sensors 46 are provided at the positive end or the negative end of the main battery 10.
また、フィルタコンデンサCLとリアクトル26との間に、リアクトル電流センサ48が設けられる。リアクトル電流センサ48は、リアクトル26を流れる電流ILを測定するためのものであるが、図1の回路図から明らかなように、この電流ILは平滑コンデンサCHにも流れる。したがって後述するように、リアクトル電流センサ48の検出電流値は、平滑コンデンサCHを流れる電流値として、制御部16におけるフィードバック制御に用いられる。このように本実施形態では、リアクトル電流センサ48の測定値をリアクトル26のモニタリング以外の用途に用いる。以下ではリアクトル電流センサ48をIL電流センサと呼ぶ。 Further, a reactor current sensor 48 is provided between the filter capacitor CL and the reactor 26. The reactor current sensor 48 is for measuring the current IL flowing through the reactor 26, and as is clear from the circuit diagram of FIG. 1, this current IL also flows through the smoothing capacitor CH. Therefore, as will be described later, the detected current value of the reactor current sensor 48 is used for feedback control in the control unit 16 as a current value flowing through the smoothing capacitor CH. As described above, in the present embodiment, the measured value of the reactor current sensor 48 is used for applications other than the monitoring of the reactor 26. Hereinafter, the reactor current sensor 48 will be referred to as an IL current sensor.
制御部16は、例えばコンピュータから構成され、演算回路であるCPU50、及び記憶部52を備える。記憶部52はSRAM等の揮発性メモリ及びROMやハードディスク等の不揮発性メモリを含んで構成される。記憶部52には、後述する電流センサ異常判定フローを実行するためのプログラム、スイッチング素子のオンオフ制御を行うPWM制御を実行するためのプログラム、及びこれらに用いられる設定値(初期値)等が記憶されている。 The control unit 16 is composed of, for example, a computer, and includes a CPU 50, which is an arithmetic circuit, and a storage unit 52. The storage unit 52 includes a volatile memory such as SRAM and a non-volatile memory such as ROM and a hard disk. The storage unit 52 stores a program for executing the current sensor abnormality determination flow described later, a program for executing PWM control for on / off control of the switching element, a set value (initial value) used for these, and the like. Has been done.
制御部16は、車両内の種々の機器を制御する。例えば、昇降圧DC/DCコンバータ12及びインバータ14の図示しないスイッチング素子に対してPWM制御を行う。PWM制御を介して、回転電機MG1,MG2の回転数やトルクが制御される。 The control unit 16 controls various devices in the vehicle. For example, PWM control is performed on a switching element (not shown) of the buck-boost DC / DC converter 12 and the inverter 14. The rotation speed and torque of the rotary electric machines MG1 and MG2 are controlled via PWM control.
スイッチング素子のPWM制御に当たり、制御部16はデューティ比指令Duty*を生成する。デューティ比はスイッチング周期に対するオン時間の比率を表すものであり、要するにスイッチング期間におけるスイッチング素子のオン時間を定めるものとなる。昇降圧DC/DCコンバータ12を例に取ると、制御部16はデューティ比の生成を通じて昇圧率や降圧率を制御する。 Upon PWM control of the switching element, the control unit 16 generates a duty ratio command Duty *. The duty ratio represents the ratio of the on-time to the switching cycle, and in short, determines the on-time of the switching element in the switching period. Taking the buck-boost DC / DC converter 12 as an example, the control unit 16 controls the step-up rate and the step-down rate through the generation of the duty ratio.
制御部16の記憶部52に記憶されたPWM制御実行プログラム及び電流センサ異常判定プログラムを実行することで、制御部16には、図2に示すような機能部が構成される。制御部16は、フィードフォワード制御部54、フィードバック制御部56、加算部58、リアクトル電流センサ異常判定部60(以下、ILセンサ異常判定部と呼ぶ)、及びタイマー62を備える。 By executing the PWM control execution program and the current sensor abnormality determination program stored in the storage unit 52 of the control unit 16, the control unit 16 is configured with a functional unit as shown in FIG. The control unit 16 includes a feedforward control unit 54, a feedback control unit 56, an addition unit 58, a reactor current sensor abnormality determination unit 60 (hereinafter, referred to as an IL sensor abnormality determination unit), and a timer 62.
フィードフォワード制御部54には、一次側電圧センサ40から取得した一次側実電圧VLと、二次側指令電圧VH*とが入力される。二次側指令電圧VH*は、例えば図示しないアクセルストロークセンサから演算された出力要求と速度センサ等に基づいて生成される。 The primary side actual voltage VL acquired from the primary side voltage sensor 40 and the secondary side command voltage VH * are input to the feedforward control unit 54. The secondary command voltage VH * is generated based on, for example, an output request calculated from an accelerator stroke sensor (not shown), a speed sensor, or the like.
フィードフォワード制御部54は、二次側指令電圧VH*に対する一次側実電圧VLの比VL/VH*を求め、これをフィードフォワードデューティ比(以下、FFデューティ比と呼ぶ)Duty_FFとして出力する。 The feedforward control unit 54 obtains the ratio VL / VH * of the primary side actual voltage VL to the secondary side command voltage VH *, and outputs this as the feedforward duty ratio (hereinafter referred to as FF duty ratio) Duty_FF.
フィードバック制御部56では、平滑コンデンサCHを二次側指令電圧VH*まで充電させるための電荷量(電流量)が算出され、これに基づいてフィードバックデューティ比(以下、FBデューティ比と呼ぶ)Duty_FBが求められる。フィードバック制御部56は、加減算部64,70、除算部66、及びPI演算部68,72を備える。 In the feedback control unit 56, the amount of electric charge (current amount) for charging the smoothing capacitor CH to the secondary side command voltage VH * is calculated, and the feedback duty ratio (hereinafter referred to as FB duty ratio) Duty_FB is calculated based on this. Desired. The feedback control unit 56 includes addition / subtraction units 64 and 70, a division unit 66, and a PI calculation unit 68 and 72.
加減算部64、除算部66、PI演算部68では、平滑コンデンサCHに不足しているエネルギが算出される。加減算部64には、二次側指令電圧VH*と、二次側電圧センサ42から取得した二次側実電圧VHとが入力される。加減算部64では、下記数式(1)から不足分のエネルギΔW[J]を求める。 The addition / subtraction unit 64, the division unit 66, and the PI calculation unit 68 calculate the energy deficient in the smoothing capacitor CH. The secondary side command voltage VH * and the secondary side actual voltage VH acquired from the secondary side voltage sensor 42 are input to the addition / subtraction unit 64. In the addition / subtraction unit 64, the insufficient energy ΔW [J] is obtained from the following mathematical formula (1).
続いて除算部66では上記ΔWから平滑コンデンサCHのキャパシタンスCが除算される。キャパシタンスCは予め試験や仕様から求めることができる。続いてPI演算部68では除算部66から取得したパラメータ(ΔW/C)が指令電流IL*に変換される。 Subsequently, the division unit 66 divides the capacitance C of the smoothing capacitor CH from the above ΔW. Capacitance C can be obtained in advance from tests and specifications. Subsequently, the PI calculation unit 68 converts the parameter (ΔW / C) acquired from the division unit 66 into the command current IL *.
さらに加減算部70では指令電流IL*から実電流測定値ILが減算される。実電流測定値ILはIL電流センサ48から送られる。指令電流IL*から実電流測定値ILを引いた電流差分ΔILはPI演算部72に送られてFBデューティ比Duty_FBが生成される。 Further, in the addition / subtraction unit 70, the actual current measured value IL is subtracted from the command current IL *. The actual current measurement value IL is sent from the IL current sensor 48. The current difference ΔIL obtained by subtracting the actual current measured value IL from the command current IL * is sent to the PI calculation unit 72 to generate the FB duty ratio Duty_FB.
加算部58では、FFデューティ比Duty_FFとFBデューティ比Duty_FBとが足し合わされてデューティ比指令Duty*が生成される。このデューティ比指令Duty*がスイッチング素子に送信され、そのオンオフ動作が制御される。例えば昇降圧DC/DCコンバータ12が昇圧駆動されているときに、下アームのスイッチング素子32にデューティ比指令Duty*が送られる。 In the addition unit 58, the FF duty ratio Duty_FF and the FB duty ratio Duty_FB are added together to generate the duty ratio command Duty *. This duty ratio command Duty * is transmitted to the switching element, and its on / off operation is controlled. For example, when the buck-boost DC / DC converter 12 is boost-driven, the duty ratio command Duty * is sent to the switching element 32 of the lower arm.
ここで、IL電流センサ48に故障等の異常が発生して、実電流測定値ILが実電流と乖離する場合、実電流測定値ILを入力値とするフィードバック制御が不調となる。例えば、IL電流センサ48が実電流に関わらず固定値(例えば0[A])を出力し続けるいわゆる張り付き故障が生じた場合に、FBデューティ比Duty_FB及びこれを反映させたデューティ比指令Duty*が高周期で乱高下するハンチングが発生する。 Here, when an abnormality such as a failure occurs in the IL current sensor 48 and the actual current measured value IL deviates from the actual current, the feedback control using the actual current measured value IL as an input value becomes unsuccessful. For example, when a so-called sticking failure occurs in which the IL current sensor 48 continues to output a fixed value (for example, 0 [A]) regardless of the actual current, the FB duty ratio Duty_FB and the duty ratio command Duty * reflecting this occur. Hunting that fluctuates in a high cycle occurs.
例えば実電流測定値が実電流よりも低い場合、加減算部70にて求められる電流差分ΔILは、実電流ベースの電流差分ΔILよりも高い値となる。この結果、デューティ比指令Duty*による二次側実電圧VHは二次側指令電圧VH*よりも高く(過充電)となる。一方、実電流測定値が実電流よりも高い場合は、二次側実電圧VHは二次側指令電圧VH*よりも低くなる。 For example, when the measured value of the actual current is lower than the actual current, the current difference ΔIL obtained by the addition / subtraction unit 70 is higher than the current difference ΔIL based on the actual current. As a result, the secondary side actual voltage VH according to the duty ratio command Duty * becomes higher (overcharge) than the secondary side command voltage VH *. On the other hand, when the actual current measured value is higher than the actual current, the secondary side actual voltage VH is lower than the secondary side command voltage VH *.
この二次側指令電圧VH*と二次側実電圧VHとの差異(開き)は、IL電流センサ48の正常時と比較して大きくなる。この差異を補償するようにフィードバック制御が機能して、その結果、FBデューティ比Duty_FB及びデューティ比指令Duty*がハンチングする。 The difference (opening) between the secondary side command voltage VH * and the secondary side actual voltage VH is larger than that in the normal state of the IL current sensor 48. Feedback control functions to compensate for this difference, resulting in hunting of the FB duty ratio Duty_FB and duty ratio command Duty *.
図3には、IL電流センサ48の故障前後の実電流測定値IL、デューティ比指令Duty*、及びFBデューティ比Duty_FBの変化が例示されている。IL電流センサ48が時刻t0にて故障(0故障)すると、デューティ比指令Duty*及びFBデューティ比Duty_FBがハンチングする。この振幅(変化量)を比較すると、IL電流センサ48が故障時のデューティ比指令Duty*の変化量平均Duty*ave_Aは、IL電流センサ48が正常時(故障前)のデューティ比指令Duty*の変化量平均Duty*ave_Nよりも明らかに大きいことが理解される。同様にして、IL電流センサ48が故障時のFBデューティ比Duty_FBの変化量平均Duty_FBave_Aは、IL電流センサ48が正常時(故障前)のFBデューティ比Duty_FBの変化量平均Duty_FBave_Nよりも明らかに大きいことが理解される。 FIG. 3 illustrates changes in the actual current measured value IL, the duty ratio command Duty *, and the FB duty ratio Duty_FB before and after the failure of the IL current sensor 48. When the IL current sensor 48 fails at time t0 (0 failure), the duty ratio command Duty * and the FB duty ratio Duty_FB are hunted. Comparing this amplitude (change amount), the average duty * ave_A of the change amount of the duty ratio command Duty * when the IL current sensor 48 fails is the duty ratio command Duty * when the IL current sensor 48 is normal (before failure). It is understood that the amount of change is clearly larger than the average duty * ave_N. Similarly, the average change amount of the FB duty ratio Duty_FB when the IL current sensor 48 fails is clearly larger than the average change amount Duty_FBave_N of the FB duty ratio Duty_FB when the IL current sensor 48 is normal (before failure). Is understood.
そこでILセンサ異常判定部60(図2参照)は、FBデューティ比Duty_FBを取得して、その変化量を求め、これに基づいてIL電流センサ48の異常有無を判定する。 Therefore, the IL sensor abnormality determination unit 60 (see FIG. 2) acquires the FB duty ratio Duty_FB, obtains the amount of change thereof, and determines whether or not the IL current sensor 48 has an abnormality based on the acquisition amount.
図4には、ILセンサ異常判定部60によるIL電流センサ48の異常判定フローが例示されている。当該フローは、車両の図示しないスタートボタン(パワースイッチ)がオン操作され、システムメインリレーSMRが遮断状態から接続状態に切り替わった際に起動される。また初期値として時間カウンタt=1、異常カウンタn=0が設定されている。 FIG. 4 illustrates an abnormality determination flow of the IL current sensor 48 by the IL sensor abnormality determination unit 60. The flow is activated when a start button (power switch) (not shown) of the vehicle is turned on and the system main relay SMR is switched from the cutoff state to the connected state. Further, the time counter t = 1 and the abnormality counter n = 0 are set as initial values.
ILセンサ異常判定部60は、時間カウンタtが1を超過するか否かを判定する(S10)。t≦1である場合、ステップS20に進み所定時間待機する。時間カウンタtが1を超過する場合、ILセンサ異常判定部60は、現在時のFBデューティ比Duty_FB(t)から前回のFBデューティ比Duty_FB(t−1)を引いたデューティ比変化量ΔDuty_FB(t)を求める(S12)。 The IL sensor abnormality determination unit 60 determines whether or not the time counter t exceeds 1. (S10). When t ≦ 1, the process proceeds to step S20 and waits for a predetermined time. When the time counter t exceeds 1, the IL sensor abnormality determination unit 60 subtracts the previous FB duty ratio Duty_FB (t-1) from the current FB duty ratio Duty_FB (t), and the duty ratio change amount ΔDuty_FB (t). ) Is obtained (S12).
さらにILセンサ異常判定部60は、デューティ比変化量ΔDuty_FB(t)の絶対値が所定のデューティ閾値Duty_FBthを超過したか否かを判定する(S14)。デューティ閾値Duty_FBthは、図3に示すように、IL電流センサ48正常時の変化量平均Duty_FBave_Nより大きく、かつ、IL電流センサ48故障時の変化量平均Duty_FBave_A以下となる値に定められる。デューティ比は0(0%)以上1.0(100%)以下の値を取ることから、例えばデューティ閾値Duty_FBthとして0.2(20%)を設定してもよい。 Further, the IL sensor abnormality determination unit 60 determines whether or not the absolute value of the duty ratio change amount ΔDuty_FB (t) exceeds the predetermined duty threshold value Duty_FBth (S14). As shown in FIG. 3, the duty threshold value Duty_FBth is set to a value larger than the average change amount Duty_FBave_N when the IL current sensor 48 is normal and equal to or less than the average change amount Duty_FBave_A when the IL current sensor 48 fails. Since the duty ratio takes a value of 0 (0%) or more and 1.0 (100%) or less, 0.2 (20%) may be set as the duty threshold value Duty_FBth, for example.
デューティ比変化量ΔDuty_FB(t)の絶対値がデューティ閾値Duty_FBth以下である場合、ILセンサ異常判定部60は異常カウンタnを0にリセットする(S16)。さらに車両のスタートボタン(パワースイッチ)がオフ操作され、システムメインリレーSMRが接続状態から遮断状態に切り替わったか否かが判定される(S18)。スタートボタンがオフ操作された場合には、本フローが終了する。オフ操作されていない場合には、タイマー62を起動させて時間を計測させ、所定時間待機(S20)の後、時間カウンタtがインクリメントされて(S22)、ステップS10に戻る。 When the absolute value of the duty ratio change amount ΔDuty_FB (t) is equal to or less than the duty threshold value Duty_FBth, the IL sensor abnormality determination unit 60 resets the abnormality counter n to 0 (S16). Further, the start button (power switch) of the vehicle is turned off, and it is determined whether or not the system main relay SMR has switched from the connected state to the cutoff state (S18). When the start button is turned off, this flow ends. If the off operation is not performed, the timer 62 is activated to measure the time, and after waiting for a predetermined time (S20), the time counter t is incremented (S22) and the process returns to step S10.
ステップS14にて、デューティ比変化量ΔDuty_FB(t)の絶対値がデューティ閾値Duty_FBthを超過する場合、この超過が要求出力の急変による正常なものであるか、IL電流センサ48の異常によるものかが判定される。まず、異常カウンタnがインクリメントされる(S24)。 In step S14, when the absolute value of the duty ratio change amount ΔDuty_FB (t) exceeds the duty threshold value Duty_FBth, whether this excess is normal due to a sudden change in the required output or due to an abnormality in the IL current sensor 48. It is judged. First, the abnormality counter n is incremented (S24).
次に、異常カウンタnが所定の異常カウンタ閾値n_thを超過したか否かが判定される(S26)。つまり、デューティ比変化量ΔDuty_FB(t)の絶対値がデューティ閾値Duty_FBthを超過する状態が所定期間に亘って継続されるか否かが判定される。この所定期間の上限は、メインバッテリ10の耐熱性に基づいて定められる。また所定期間の下限は、車両への出力要求に対する応答速度に基づいて定められる。例えば所定期間として、1.0[sec]以上5.0[sec]以下の値が設定される。 Next, it is determined whether or not the abnormality counter n exceeds a predetermined abnormality counter threshold value n_th (S26). That is, it is determined whether or not the state in which the absolute value of the duty ratio change amount ΔDuty_FB (t) exceeds the duty threshold value Duty_FBth is continued for a predetermined period. The upper limit of this predetermined period is determined based on the heat resistance of the main battery 10. Further, the lower limit of the predetermined period is determined based on the response speed to the output request to the vehicle. For example, as a predetermined period, a value of 1.0 [sec] or more and 5.0 [sec] or less is set.
異常カウンタnが所定の異常カウンタ閾値n_th以下である場合、ステップS18に進む。ステップS18にて車両のスタートボタン(パワースイッチ)がオフ操作されていない場合、ステップS20及びS22に進み、時間カウンタtがインクリメントされる。異常カウンタnが所定の異常カウンタ閾値n_thを超過した場合、ILセンサ異常判定部60は、IL電流センサ48に異常有りと判定し、電力制限を実行する(S28)。具体的には、入力電力(回生電力)の上限値Win及び出力電力(力行電力)の上限値Woutを制限する(0側に引き下げる)。加えて、ILセンサ異常メッセージを車両のディスプレイ等に表示させる(S30)。例えば、ディーラーでの点検を勧めるメッセージをディスプレイに表示させる。 If the abnormality counter n is equal to or less than a predetermined abnormality counter threshold value n_th, the process proceeds to step S18. If the vehicle start button (power switch) is not turned off in step S18, the process proceeds to steps S20 and S22, and the time counter t is incremented. When the abnormality counter n exceeds a predetermined abnormality counter threshold value n_th, the IL sensor abnormality determination unit 60 determines that the IL current sensor 48 has an abnormality and executes power limitation (S28). Specifically, the upper limit value Win of the input power (regenerative power) and the upper limit value Wout of the output power (power running power) are limited (reduced to the 0 side). In addition, the IL sensor abnormality message is displayed on the vehicle display or the like (S30). For example, display a message on the display recommending inspection at the dealer.
図5には、本実施形態に係るIL電流センサ48の異常判定フローのタイムチャートが示されている。図5は、上段から、IL電流センサ48の測定値(実電流測定値)IL、入力電力上限値Win及び出力電力上限値Wout、メインバッテリ10の電流、電圧、一次側実電圧VL及び二次側実電圧VH、デューティ比指令Duty*、FBデューティ比Duty_FBの時間変化が示されている。横軸は時間を表し、いずれのグラフも同期されている。 FIG. 5 shows a time chart of the abnormality determination flow of the IL current sensor 48 according to the present embodiment. From the top, FIG. 5 shows the measured value (actual current measured value) IL of the IL current sensor 48, the input power upper limit value Win and the output power upper limit value Wout, the current and voltage of the main battery 10, the primary side actual voltage VL, and the secondary. The time change of the side actual voltage VH, the duty ratio command Duty *, and the FB duty ratio Duty_FB is shown. The horizontal axis represents time, and both graphs are synchronized.
時刻t0にてIL電流センサ48に異常が生じて固定値0[A]を出力し続ける0故障が発生すると、デューティ比指令Duty*及びFBデューティ比Duty_FBにハンチングが生じ、その結果メインバッテリ10の電圧、電流が乱高下する。 When an abnormality occurs in the IL current sensor 48 at time t0 and a 0 failure that continues to output a fixed value 0 [A] occurs, hunting occurs in the duty ratio command Duty * and the FB duty ratio Duty_FB, and as a result, the main battery 10 The voltage and current fluctuate.
このハンチング期間に図4の異常判定が実行され、IL電流センサ48に異常有りと判定されると、時刻t1にて入力電力上限値Win及び出力電力上限値Woutが0に引き下げられる。これにより昇降圧DC/DCコンバータ12の昇降圧が中断され、ハンチングが解消される。 When the abnormality determination of FIG. 4 is executed during this hunting period and the IL current sensor 48 is determined to have an abnormality, the input power upper limit value Win and the output power upper limit value Wout are reduced to 0 at time t1. As a result, the buck-boost of the buck-boost DC / DC converter 12 is interrupted, and hunting is eliminated.
なお、図2、図4では、監視対象のデューティ比としてFBデューティ比Duty_FBが選択されていたが、これに代えて、デューティ比指令Duty*を監視対象としてもよい。図3に示したように、IL電流センサ48の異常発生に伴ってデューティ比指令Duty*にもハンチングが生じるから、これを捉えることでIL電流センサ48の異常発生を判定可能となる。 In addition, in FIGS. 2 and 4, the FB duty ratio Duty_FB was selected as the duty ratio to be monitored, but instead, the duty ratio command Duty * may be the monitoring target. As shown in FIG. 3, since hunting also occurs in the duty ratio command Duty * with the occurrence of an abnormality in the IL current sensor 48, it is possible to determine the occurrence of an abnormality in the IL current sensor 48 by catching this.
また、図4及び図5では、いわゆるフェイルセーフ手段として入力電力上限値Win及び出力電力上限値Woutを制限していたが、これに代えて、いわゆるダイアグ(故障診断)に伴い昇降圧の中断を指令してもよい。図6にはダイアグを用いたIL電流センサ48の異常判定フローのタイムチャートが例示されている。 Further, in FIGS. 4 and 5, the input power upper limit Win and the output power upper limit Wout are limited as so-called fail-safe means, but instead of this, the buck-boost is interrupted due to the so-called diagnosis (fault diagnosis). You may order. FIG. 6 illustrates a time chart of the abnormality determination flow of the IL current sensor 48 using the diagnostic.
図6は、上段から、IL電流センサ48の測定値(実電流測定値)IL、メインバッテリ10の電流、電圧、一次側実電圧VL及び二次側実電圧VH、デューティ比指令Duty*、FBデューティ比Duty_FB、及び、ダイアグ値の時間変化が示されている。横軸は時間を表し、いずれのグラフも同期されている。 From the top, FIG. 6 shows the measured value (actual current measured value) IL of the IL current sensor 48, the current and voltage of the main battery 10, the primary side actual voltage VL and the secondary side actual voltage VH, the duty ratio command Duty *, and FB. The duty ratio Duty_FB and the time change of the diagnosis value are shown. The horizontal axis represents time, and both graphs are synchronized.
図6の時刻t2に示すように、ILセンサ異常判定部60によりIL電流センサ48に異常有りとの異常信号が出力されると、図6最下段に示すように、制御部16の図示しない故障診断部がこれを受けてダイアグ値を0から1に切り替える(ダイアグフラグを立てる)。これに伴いデューティ比指令Duty*生成そのものが中断される。その結果、ハンチングが解消される。 As shown at time t2 in FIG. 6, when the IL sensor abnormality determination unit 60 outputs an abnormality signal indicating that there is an abnormality in the IL current sensor 48, a failure (not shown) of the control unit 16 is shown in the lowermost part of FIG. In response to this, the diagnostic unit switches the diagnostic value from 0 to 1 (sets the diagnostic flag). Along with this, the duty ratio command Duty * generation itself is interrupted. As a result, hunting is eliminated.
10 メインバッテリ、 12 昇降圧DC/DCコンバータ、16 制御部、32 スイッチング素子、40 一次側電圧センサ、42 二次側電圧センサ、48 IL電流センサ、54 フィードフォワード制御部、56 フィードバック制御部、60 ILセンサ異常判定部、62 タイマー、CH 平滑コンデンサ、CL フィルタコンデンサ。 10 Main battery, 12 buck-boost DC / DC converter, 16 control unit, 32 switching element, 40 primary side voltage sensor, 42 secondary side voltage sensor, 48 IL current sensor, 54 feed forward control unit, 56 feedback control unit, 60 IL sensor abnormality judgment unit, 62 timer, CH smoothing capacitor, CL filter capacitor.
Claims (1)
前記電力変換器よりも高圧の二次側に設けられた平滑コンデンサと、
前記リアクトルに流れる電流を測定する電流センサと、
前記二次側の指令電圧と前記平滑コンデンサの両端実電圧との差、及び、前記電流センサの測定値を用いて前記上下アームのスイッチング素子へのデューティ比を求めるフィードバック制御部と、
前記デューティ比の変化量が所定の閾値を超過する状態が所定期間に亘って継続される場合に、前記電流センサに対して異常有りと判定する異常判定部と、
を備えることを特徴とする、電力変換システム。 A power converter consisting of a chopper-type buck-boost DC / DC converter equipped with upper and lower arms and a reactor,
A smoothing capacitor provided on the secondary side with a higher voltage than the power converter,
A current sensor that measures the current flowing through the reactor, and
A feedback control unit that obtains the duty ratio of the upper and lower arms to the switching element using the difference between the command voltage on the secondary side and the actual voltage across the smoothing capacitor and the measured value of the current sensor.
An abnormality determination unit that determines that there is an abnormality in the current sensor when the state in which the amount of change in the duty ratio exceeds a predetermined threshold value continues for a predetermined period.
A power conversion system characterized by being equipped with.
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