JP6930439B2

JP6930439B2 - Polyphase converter

Info

Publication number: JP6930439B2
Application number: JP2018009995A
Authority: JP
Inventors: 山本　一成; 一成山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2038-01-24
Also published as: JP2019129606A

Description

本明細書が開示する技術は、複数のコンバータ回路が並列に接続されている多相コンバータに関する。 The technique disclosed herein relates to a polymorphic converter in which a plurality of converter circuits are connected in parallel.

複数のコンバータ回路が並列に接続されている多相コンバータが知られている。特許文献１の多相コンバータは、入力電流が大きくなるにつれて駆動するコンバータ回路の数を増やす。入力電流の大きさに応じて駆動するコンバータ回路の数を調整することで、負荷を分散するとともに、効率のよい範囲でコンバータ回路を使うことができる。一般に、コンバータ回路には、効率が良い入力電流範囲が存在し、多相コンバータへの入力電流が少ないときに駆動するコンバータ回路の数を減らすことで、効率が高い入力電流範囲でコンバータ回路を使う頻度を高めることができるからである。 A multi-phase converter in which a plurality of converter circuits are connected in parallel is known. The multi-phase converter of Patent Document 1 increases the number of converter circuits to be driven as the input current increases. By adjusting the number of converter circuits to be driven according to the magnitude of the input current, the load can be distributed and the converter circuits can be used within an efficient range. In general, converter circuits have an efficient input current range, and by reducing the number of converter circuits that are driven when the input current to the polyphase converter is low, the converter circuit is used in the efficient input current range. This is because the frequency can be increased.

特開２０１７−１５３２４４号公報JP-A-2017-153244

入力電流が小さいときに駆動するコンバータ回路を固定していると、そのコンバータ回路と他のコンバータ回路の温度差が大きくなる。温度が温度閾値を超えたコンバータ回路を停止し、他のコンバータ回路を駆動する方法が考えられるが、一旦温度閾値を超えたコンバータ回路は温度が下がるまで使うことができない。本明細書は、複数のコンバータ回路が並列に接続されている多相コンバータの温度管理技術を提供する。 If the converter circuit that is driven when the input current is small is fixed, the temperature difference between the converter circuit and other converter circuits becomes large. A method of stopping the converter circuit whose temperature exceeds the temperature threshold and driving another converter circuit can be considered, but the converter circuit once the temperature exceeds the temperature threshold cannot be used until the temperature drops. The present specification provides a temperature control technique for a multi-phase converter in which a plurality of converter circuits are connected in parallel.

本明細書が開示する多相コンバータは、並列に接続されているｎ個のコンバータ回路とコントローラを備えている。コントローラは、多相コンバータへの入力電流が大きくなるにしたがって駆動するコンバータ回路の数を増加させる。コントローラは、複数のコンバータ回路の温度管理として次の処理を実行する。（１）コントローラは、駆動数がｎ−２個以下の状態から駆動数を増やすとき、それまで駆動していた少なくとも１個のコンバータ回路を停止するとともにそれまで駆動していなかった２個のコンバータ回路を駆動させる。（２）コントローラは、駆動数が３個以上ｎ−１個以下の状態から駆動数を減らすときには、それまでに最も長く駆動していたコンバータ回路を停止するとともに、上記（１）のときに同時に駆動し始めた２個のコンバータ回路の温度差が所定の温度差閾値を超えていた場合は、同時に駆動し始めた２個のコンバータ回路のうち温度の高い方を停止し、かわりに、それまで駆動していなかったコンバータ回路を駆動する。 The polymorphic converters disclosed herein include n converter circuits and controllers connected in parallel. The controller increases the number of converter circuits driven as the input current to the polyphase converter increases. The controller executes the following processing as temperature control of a plurality of converter circuits. (1) When the number of drives is increased from the state where the number of drives is n-2 or less, the controller stops at least one converter circuit that has been driven until then and two converters that have not been driven until then. Drive the circuit. (2) When the number of drives is reduced from the state where the number of drives is 3 or more and n-1 or less, the controller stops the converter circuit that has been driven for the longest time, and at the same time in the above (1). If the temperature difference between the two converter circuits that started to drive exceeds the predetermined temperature difference threshold, the one of the two converter circuits that started to drive at the same time, whichever has the higher temperature, is stopped, and instead, until then. Drive the converter circuit that was not driving.

上記（１）の処理により、それまで最も長く駆動していたコンバータ回路の温度上昇が抑えられる。また、上記（２）の処理により、同時に駆動し始めたにも関わらず、温度差が大きい場合、温度の大きいコンバータ回路に不具合が生じている可能性があるため、そのようなコンバータ回路は停止し、さらなる温度上昇を抑制する。本明細書が開示する多相コンバータは、それぞれのコンバータ回路の温度が高くなる前に休ませることができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 By the process of (1) above, the temperature rise of the converter circuit which has been driven for the longest time can be suppressed. Further, if the temperature difference is large even though the drive starts at the same time by the process of (2) above, there is a possibility that a problem has occurred in the converter circuit having a large temperature, so such a converter circuit is stopped. And suppress the further temperature rise. The polymorphic converters disclosed herein can be rested before the temperature of their respective converter circuits rises. Details of the techniques disclosed herein and further improvements will be described in the "Modes for Carrying Out the Invention" below.

実施例の多相コンバータを含む電気自動車の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the electric vehicle including the polyphase converter of an Example. 駆動数の遷移図である。It is a transition diagram of the number of drives. ２相駆動から３相駆動に遷移するときのフローチャートである。It is a flowchart at the time of transition from two-phase drive to three-phase drive. ３相駆動から２相駆動に遷移するときのフローチャートである。It is a flowchart at the time of transition from three-phase drive to two-phase drive.

図面を参照して実施例の多相コンバータを説明する。実施例の多相コンバータは、電気自動車に搭載されている。図１に、多相コンバータ２を搭載した電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。図１における矢印付破線は信号線を意味している。 The polymorphic converter of the embodiment will be described with reference to the drawings. The polymorphic converter of the embodiment is mounted on an electric vehicle. FIG. 1 shows a block diagram of an electric power system of an electric vehicle 100 equipped with a multi-phase converter 2. The broken line with an arrow in FIG. 1 means a signal line.

電気自動車１００は、走行用のモータ３２と、直流電源としての燃料電池２１及びバッテリ３４と、多相コンバータ２と、インバータ３１と、電力変換器３５を備えている。多相コンバータ２は、燃料電池２１の出力電圧を、モータ３２の駆動電圧まで昇圧してインバータ３１に供給する。電力変換器３５は、バッテリ３４の出力電力をモータ３２の駆動電圧まで昇圧してインバータ３１に供給する。インバータ３１は、多相コンバータ２及び電力変換器３５が出力した直流電力を交流電力に変換してモータ３２に供給する。 The electric vehicle 100 includes a traveling motor 32, a fuel cell 21 and a battery 34 as a DC power source, a multi-phase converter 2, an inverter 31, and a power converter 35. The multi-phase converter 2 boosts the output voltage of the fuel cell 21 to the drive voltage of the motor 32 and supplies it to the inverter 31. The power converter 35 boosts the output power of the battery 34 to the drive voltage of the motor 32 and supplies it to the inverter 31. The inverter 31 converts the DC power output by the multi-phase converter 2 and the power converter 35 into AC power and supplies it to the motor 32.

インバータ３１は、モータ３２が発電した交流電力を直流電力に変換する機能も有している。電力変換器３５は、インバータ３１によって変換された直流電力を降圧してバッテリ３４へ供給する機能も有している。電力変換器３５は、いわゆる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。電力変換器３５によって降圧された電力はバッテリ３４に蓄えられる。電力変換器３５は、燃料電池２１が出力する電力のうち、モータ３２の駆動に使われなかった余剰電力を降圧してバッテリ３４に蓄える場合もある。 The inverter 31 also has a function of converting AC power generated by the motor 32 into DC power. The power converter 35 also has a function of stepping down the DC power converted by the inverter 31 and supplying it to the battery 34. The power converter 35 is a so-called bidirectional DC-DC converter. The power stepped down by the power converter 35 is stored in the battery 34. Of the electric power output by the fuel cell 21, the electric power converter 35 may lower the surplus electric power not used for driving the motor 32 and store it in the battery 34.

多相コンバータ２は、４個の昇圧コンバータ回路１０ａ−１０ｄと、コンデンサ２２、２４と、電流センサ２３と、電圧センサ２５と、コントローラ１７を備えている。以下では、説明の便宜上、昇圧コンバータ回路１０ａ−１０ｄを、単純に、コンバータ回路１０ａ−１０ｄと称する。 The multi-phase converter 2 includes four boost converter circuits 10a-10d, capacitors 22 and 24, a current sensor 23, a voltage sensor 25, and a controller 17. Hereinafter, for convenience of description, the boost converter circuit 10a-10d will be simply referred to as a converter circuit 10a-10d.

４個のコンバータ回路１０ａ−１０ｄは、共通の入力端１２ａ、１２ｂと、共通の出力端１３ａ、１３ｂの間に並列に接続されている。４個のコンバータ回路１０ａ―１０ｄは、全て、入力される電力の電圧を昇圧して出力する機能を有している。すなわち、コンバータ回路１０ａ−１０ｄは、それぞれ、燃料電池２１の出力電圧を、モータ３２の駆動電圧まで昇圧する。コンバータ回路１０ａ−１０ｄは、全て、同じ構造を有している。 The four converter circuits 10a-10d are connected in parallel between the common input terminals 12a and 12b and the common output terminals 13a and 13b. All of the four converter circuits 10a-10d have a function of boosting and outputting the voltage of the input power. That is, each of the converter circuits 10a-10d boosts the output voltage of the fuel cell 21 to the drive voltage of the motor 32. The converter circuits 10a-10d all have the same structure.

共通の入力端１２ａ、１２ｂの間にはコンデンサ２２が接続されており、共通の出力端１３ａ、１３ｂの間にはコンデンサ２４が接続されている。コンデンサ２２は、コンバータ回路１０ａ−１０ｄに入力される電流を平滑化し、コンデンサ２４は、コンバータ回路１０ａ−１０ｄから出力される電流を平滑化する。 A capacitor 22 is connected between the common input ends 12a and 12b, and a capacitor 24 is connected between the common output ends 13a and 13b. The capacitor 22 smoothes the current input to the converter circuit 10a-10d, and the capacitor 24 smoothes the current output from the converter circuit 10a-10d.

コンバータ回路１０ａについて説明する。コンバータ回路１０ａは、スイッチング素子３ａと、ダイオード４ａ、６ａと、リアクトル５ａと、温度センサ７ａを備えている。リアクトル５ａの一端が入力端正極１２ａに接続されており、他端はダイオード６ａのアノードに接続されている。ダイオード６ａのカソードは出力端正極１３ａに接続されている。 The converter circuit 10a will be described. The converter circuit 10a includes a switching element 3a, diodes 4a and 6a, a reactor 5a, and a temperature sensor 7a. One end of the reactor 5a is connected to the input end positive electrode 12a, and the other end is connected to the anode of the diode 6a. The cathode of the diode 6a is connected to the output end positive electrode 13a.

コンバータ回路１０ａの入力端負極１２ｂと出力端負極１３ｂは直接に接続されている。リアクトル５ａとダイオード６ａの中間点と入力端負極１２ｂ（出力端負極１３ｂ）の間に、スイッチング素子３ａが接続されている。ダイオード４ａは、スイッチング素子３ａに対して逆並列に接続されている。 The input end negative electrode 12b and the output end negative electrode 13b of the converter circuit 10a are directly connected. A switching element 3a is connected between the intermediate point between the reactor 5a and the diode 6a and the input end negative electrode 12b (output end negative electrode 13b). The diode 4a is connected in antiparallel to the switching element 3a.

温度センサ７ａは、スイッチング素子３ａの温度を計測する。温度センサ７ａは、コンバータ回路１０ａのなかで、最も温度が高くなる箇所に配置されていればよい。温度センサ７ａは、例えば、スイッチング素子３ａのチップ内に備えられている。コンバータ回路１０ａのなかでリアクトル５ａの温度の方が重要である場合は、温度センサ７ａはリアクトル５ａに配置されていてもよい。あるいは、スイッチング素子とリアクトルの双方に温度センサが備えられていてもよい。 The temperature sensor 7a measures the temperature of the switching element 3a. The temperature sensor 7a may be arranged at a position where the temperature is highest in the converter circuit 10a. The temperature sensor 7a is provided in the chip of the switching element 3a, for example. If the temperature of the reactor 5a is more important in the converter circuit 10a, the temperature sensor 7a may be located on the reactor 5a. Alternatively, both the switching element and the reactor may be provided with temperature sensors.

コンバータ回路１０ｂは、スイッチング素子３ｂと、ダイオード４ｂ、６ｂと、リアクトル５ｂと、温度センサ７ｂを備えている。コンバータ回路１０ｃは、スイッチング素子３ｃと、ダイオード４ｃ、６ｃと、リアクトル５ｃと、温度センサ７ｃを備えている。コンバータ回路１０ｄは、スイッチング素子３ｄと、ダイオード４ｄ、６ｄと、リアクトル５ｄと温度センサ７ｄを備えている。コンバータ回路１０ｂ−１０ｄの構造は、コンバータ回路１０ａの構造と同一である。 The converter circuit 10b includes a switching element 3b, diodes 4b and 6b, a reactor 5b, and a temperature sensor 7b. The converter circuit 10c includes a switching element 3c, diodes 4c and 6c, a reactor 5c, and a temperature sensor 7c. The converter circuit 10d includes a switching element 3d, diodes 4d and 6d, a reactor 5d, and a temperature sensor 7d. The structure of the converter circuit 10b-10d is the same as that of the converter circuit 10a.

コンバータ回路１０ａ−１０ｄのスイッチング素子３ａ−３ｄは、トランジスタであり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチング素子３ａ−３ｄは、コントローラ１７によって制御される。コントローラ１７は、所定のデューティ比の駆動信号をスイッチング素子３ａ−３ｄに供給する。スイッチング素子３ａ−３ｄの夫々が駆動信号のデューティ比でオンオフすると、入力端１２ａ、１２ｂに印加されている燃料電池２１の電力の電圧が昇圧されて、出力端１３ａ、１３ｂから出力される。別言すれば、コンバータ回路１０ａ（１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）は、デューティ比で制御される電力変換用のスイッチング素子３ａ（３ｂ、３ｃ、３ｄ）によって入力電圧を昇圧する。 The switching elements 3a-3d of the converter circuit 10a-10d are transistors, for example, MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The switching elements 3a-3d are controlled by the controller 17. The controller 17 supplies a drive signal having a predetermined duty ratio to the switching elements 3a-3d. When each of the switching elements 3a-3d is turned on and off by the duty ratio of the drive signal, the voltage of the electric power of the fuel cell 21 applied to the input terminals 12a and 12b is boosted and output from the output terminals 13a and 13b. In other words, the converter circuit 10a (10b, 10c, 10d) boosts the input voltage by the power conversion switching element 3a (3b, 3c, 3d) controlled by the duty ratio.

コンバータ回路１０ａ−１０ｄは、同じ構造を有している。コントローラ１７は、所定のデューティ比の駆動信号をスイッチング素子３ａ−３ｄの夫々に供給する。ただし、コントローラ１７は、タイミングを異ならせて、スイッチング素子３ａ−３ｄの夫々に駆動信号を供給する。コンバータ回路１０ａ−１０ｄは、タイミングは異なるが同じ動作をする。４個のコンバータ回路１０ａ−１０ｄが同じ動作をすることで、４個のコンバータ回路１０ａ−１０ｄの並列接続回路は、あたかもひとつのコンバータ回路のように動作する。 The converter circuits 10a-10d have the same structure. The controller 17 supplies a drive signal having a predetermined duty ratio to each of the switching elements 3a-3d. However, the controller 17 supplies drive signals to the switching elements 3a-3d at different timings. The converter circuits 10a-10d operate in the same manner although the timings are different. When the four converter circuits 10a-10d perform the same operation, the parallel connection circuits of the four converter circuits 10a-10d operate as if they were one converter circuit.

多相コンバータ２は、燃料電池２１から供給される電流（多相コンバータ２への入力電流Ｉｆｄｃ）を計測する電流センサ２３と、昇圧後の電圧（多相コンバータ２の出力電圧ＶＨ）を計測する電圧センサ２５を備えており、夫々のセンサの計測値はコントローラ１７へ送られる。コントローラ１７は、センサからのデータと、後述する上位コントローラ４０から送られる情報に基づいて、コンバータ回路１０ａ−１０ｄを制御する。 The multi-phase converter 2 measures the current sensor 23 that measures the current supplied from the fuel cell 21 (input current Ifdc to the multi-phase converter 2) and the voltage after boosting (output voltage VH of the multi-phase converter 2). The voltage sensor 25 is provided, and the measured value of each sensor is sent to the controller 17. The controller 17 controls the converter circuits 10a-10d based on the data from the sensor and the information sent from the host controller 40 described later.

上位コントローラ４０には、アクセルペダル４２、ブレーキペダル４３が接続されており、それらのデバイスからの信号に基づいて多相コンバータ２のコントローラ１７に各種の情報を送る。上位コントローラ４０には、上記したデバイスのほか、車両のメインスイッチ（イグニッションスイッチ）なども接続されている。また、上位コントローラ４０は、多相コンバータ２だけでなく、燃料電池２１や電力変換器３５も制御する。上位コントローラ４０は、燃料電池２１の出力を制御することができる。特に、上位コントローラ４０は、アクセルペダル４２の操作量が大きい場合には、燃料電池２１の出力を大きくする。 An accelerator pedal 42 and a brake pedal 43 are connected to the host controller 40, and various information is sent to the controller 17 of the multi-phase converter 2 based on signals from these devices. In addition to the above-mentioned devices, the main switch (ignition switch) of the vehicle is also connected to the host controller 40. Further, the host controller 40 controls not only the polymorphic converter 2 but also the fuel cell 21 and the power converter 35. The host controller 40 can control the output of the fuel cell 21. In particular, the host controller 40 increases the output of the fuel cell 21 when the amount of operation of the accelerator pedal 42 is large.

多相コンバータ２の説明に戻る。多相コンバータ２のコントローラ１７は、入力電流Ｉｆｄｃ（燃料電池２１の出力電流）の大きさに応じて、駆動するコンバータ回路の数を調整する。具体的には、入力電流Ｉｆｄｃが大きくなるにつれて、駆動するコンバータ回路の数を増やす。多相コンバータ２の駆動モードには、図２に示されている第１−第３モードがある。車両のメインスイッチ（ＩＧ：イグニッションスイッチとも呼ばれる）が入れられると、コントローラ１７は、まず、第１モード（Ｍ１）を選択する。第１モードは、４相のコンバータ回路１０ａ−１０ｄのうち、２相を駆動する駆動モードである。第１モードでは、コントローラ１７は、コンバータ回路１０ａ−１０ｄの中から２相を選択し、それらを１８０度の位相で順番に駆動する。即ち、制御周期の開始時に第１コンバータ回路１０ａに駆動信号を供給し、半制御周期（位相１８０度）のタイミングで第２コンバータ回路１０ｂに駆動信号を供給する。２個のコンバータ回路には、同じデューティ比の駆動信号が供給される。 Returning to the description of the polymorphic converter 2. The controller 17 of the multi-phase converter 2 adjusts the number of converter circuits to be driven according to the magnitude of the input current Ifdc (output current of the fuel cell 21). Specifically, as the input current Ifdc increases, the number of converter circuits to be driven is increased. The drive mode of the multi-phase converter 2 includes the first to third modes shown in FIG. When the main switch of the vehicle (IG: also called an ignition switch) is turned on, the controller 17 first selects the first mode (M1). The first mode is a drive mode for driving two phases of the four-phase converter circuits 10a-10d. In the first mode, the controller 17 selects two phases from the converter circuits 10a-10d and drives them in sequence with a phase of 180 degrees. That is, the drive signal is supplied to the first converter circuit 10a at the start of the control cycle, and the drive signal is supplied to the second converter circuit 10b at the timing of the half control cycle (phase 180 degrees). Drive signals having the same duty ratio are supplied to the two converter circuits.

先に述べたように、燃料電池２１は、上位コントローラ４０によって制御される。それゆえ、燃料電池２１の出力電流の大きさは変化する。多相コンバータ２のコントローラ１７は、電流センサ２３によって燃料電池２１から供給される入力電流Ｉｆｄｃをモニタしている。コントローラ１７は、入力電流Ｉｆｄｃの大きさに応じて、駆動する相数を調整する。 As described above, the fuel cell 21 is controlled by the host controller 40. Therefore, the magnitude of the output current of the fuel cell 21 changes. The controller 17 of the multi-phase converter 2 monitors the input current Ifdc supplied from the fuel cell 21 by the current sensor 23. The controller 17 adjusts the number of phases to be driven according to the magnitude of the input current Ifdc.

入力電流Ｉｆｄｃが第１電流閾値Ｉ１を超えると、コントローラ１７は、多相コンバータ２の駆動モードを第１モード（Ｍ１）から第２モード（Ｍ２）に切り換える。第２モードでは、コントローラ１７は、４相のコンバータ回路１０ａ−１０ｄのうち、３相を駆動する。コントローラ１７は、コンバータ回路１０ａ−１０ｄの中から３相を選択し、それらを１２０度の位相で順次に駆動する。即ち、制御周期の開始時に第１コンバータ回路１０ａに駆動信号を供給し、１／３制御周期（位相１２０度）のタイミングで第２コンバータ回路１０ｂに駆動信号を供給する。さらに、２／３制御周期（位相２４０度）のタイミングで第３コンバータ回路１０ｃに駆動信号を供給する。３個のコンバータ回路には、同じデューティ比の駆動信号が供給される。１制御周期が経過したら、再び、３個のコンバータ回路を順番に駆動する。実施例の多相コンバータ２では、駆動するコンバータ回路を増やすときのコンバータ回路の選択アルゴリズムに特徴がある。その選択アルゴリズムについては後述する。 When the input current Ifdc exceeds the first current threshold value I1, the controller 17 switches the drive mode of the multi-phase converter 2 from the first mode (M1) to the second mode (M2). In the second mode, the controller 17 drives three phases of the four-phase converter circuits 10a-10d. The controller 17 selects three phases from the converter circuits 10a-10d and drives them sequentially in a phase of 120 degrees. That is, the drive signal is supplied to the first converter circuit 10a at the start of the control cycle, and the drive signal is supplied to the second converter circuit 10b at the timing of the 1/3 control cycle (phase 120 degrees). Further, a drive signal is supplied to the third converter circuit 10c at a timing of 2/3 control cycle (phase 240 degrees). Drive signals having the same duty ratio are supplied to the three converter circuits. After one control cycle has elapsed, the three converter circuits are driven in order again. The multi-phase converter 2 of the embodiment is characterized by a converter circuit selection algorithm when increasing the number of converter circuits to be driven. The selection algorithm will be described later.

入力電流Ｉｆｄｃが第２電流閾値Ｉ２（＞Ｉ１）を超えると、コントローラ１７は、多相コンバータ２の駆動モードを第２モード（Ｍ２）から第３モード（Ｍ３）に切り換える。第３モード（Ｍ３）では、コントローラ１７は、４相のコンバータ回路１０ａ−１０ｄの全てを駆動する。コントローラ１７は、コンバータ回路１０ａ−１０ｄを、９０度の位相で順次に駆動する。即ち、制御周期の開始時に第１コンバータ回路１０ａに駆動信号を供給し、１／４制御周期（位相９０度）のタイミングで第２コンバータ回路１０ｂに駆動信号を供給する。さらに、１／２制御周期（位相１８０度）のタイミングで第３コンバータ回路１０ｃに駆動信号を供給し、３／４制御周期（位相２７０度）のタイミングで第４コンバータ回路１０ｄに駆動信号を供給する。コンバータ回路１０ａ−１０ｄには、同じデューティ比の駆動信号が供給される。１制御周期が経過したら、コントローラ１７は、再び、第１コンバータ回路１０ａから順番に駆動する。 When the input current Ifdc exceeds the second current threshold value I2 (> I1), the controller 17 switches the drive mode of the polyphase converter 2 from the second mode (M2) to the third mode (M3). In the third mode (M3), the controller 17 drives all of the four-phase converter circuits 10a-10d. The controller 17 sequentially drives the converter circuits 10a-10d in a phase of 90 degrees. That is, the drive signal is supplied to the first converter circuit 10a at the start of the control cycle, and the drive signal is supplied to the second converter circuit 10b at the timing of the 1/4 control cycle (phase 90 degrees). Further, a drive signal is supplied to the third converter circuit 10c at a timing of 1/2 control cycle (phase 180 degrees), and a drive signal is supplied to the fourth converter circuit 10d at a timing of 3/4 control cycle (phase 270 degrees). do. Drive signals having the same duty ratio are supplied to the converter circuits 10a-10d. After one control cycle has elapsed, the controller 17 is driven again in order from the first converter circuit 10a.

コンバータ回路１０ａ−１０ｄの夫々は、入力が小さすぎるときよりも、入力が適切な範囲で効率がよい。コントローラ１７は、入力電流Ｉｆｄｃが大きくなるにつれて駆動する相数を増やす。そうすることで、コンバータ回路１０ａ−１０ｄをなるべく効率の良い範囲で利用するとともに、コンバータ回路１０ａ−１０ｄの負荷が過大とならないようにする。 Each of the converter circuits 10a-10d is more efficient in the proper range of inputs than when the inputs are too small. The controller 17 increases the number of phases to be driven as the input current Ifdc increases. By doing so, the converter circuit 10a-10d is used in a range that is as efficient as possible, and the load of the converter circuit 10a-10d is prevented from becoming excessive.

また、複数の相を、位相をずらして駆動するのは、それぞれのコンバータ回路のスイッチング素子のオンオフのタイミングが重ならないようにするためである。スイッチング素子のオンオフタイミングが重なると、リプルが重畳し、損失が大きくなる。 Further, the reason why the plurality of phases are driven out of phase is to prevent the on / off timings of the switching elements of the respective converter circuits from overlapping. When the on / off timings of the switching elements overlap, ripples overlap and the loss increases.

コントローラ１７は、第３モードで４相駆動しているときに、入力電流Ｉｆｄｃが第３電流閾値Ｉ３を下回ったら駆動モードを第３モードから第２モードに変更する。コントローラ１７は、第２モードで３相駆動しているときに、入力電流Ｉｆｄｃが第４電流閾値Ｉ４を下回ったら駆動モードを第２モードから第１モードに変更する。ここで、電流閾値の大きさの関係は、Ｉ２＞Ｉ３＞Ｉ１＞Ｉ４である。第１モードから第２モードへ切り換えるときの入力電流Ｉｆｄｃの閾値（第１電流閾値Ｉ１）と、第２モードから第１モードへ切り換えるときの入力電流Ｉｆｄｃの閾値（第４電流閾値）が相違するのは、モード切り換えのハンチングを防止するためである。第２モードから第３モードへ切り換えるときの入力電流Ｉｆｄｃの閾値（第２電流閾値Ｉ２）と、第３モードから第２モードへ切り換えるときの入力電流Ｉｆｄｃの閾値（第３電流閾値）が相違するのも、モード切り換えのハンチングを防止するためである。 The controller 17 changes the drive mode from the third mode to the second mode when the input current Ifdc falls below the third current threshold value I3 while the four-phase drive is performed in the third mode. The controller 17 changes the drive mode from the second mode to the first mode when the input current Ifdc falls below the fourth current threshold value I4 during the three-phase drive in the second mode. Here, the relationship between the magnitudes of the current thresholds is I2> I3> I1> I4. The threshold value of the input current Ifdc when switching from the first mode to the second mode (first current threshold value I1) and the threshold value of the input current Ifdc when switching from the second mode to the first mode (fourth current threshold value) are different. This is to prevent hunting for mode switching. The threshold value of the input current Ifdc when switching from the second mode to the third mode (second current threshold value I2) and the threshold value of the input current Ifdc when switching from the third mode to the second mode (third current threshold value) are different. This is to prevent hunting for mode switching.

実施例の多相コンバータ２は、駆動するコンバータ回路の数を減らすときのコンバータ回路の選択アルゴリズムにも特徴がある。次に、例として、２相から３相に増やすときのコンバータ回路の選択アルゴリズムと、３個から２個に減らすときの選択アルゴリズムについて説明する。 The multi-phase converter 2 of the embodiment is also characterized by a converter circuit selection algorithm when reducing the number of converter circuits to be driven. Next, as an example, the selection algorithm of the converter circuit when increasing from 2 phases to 3 phases and the selection algorithm when decreasing from 3 to 2 will be described.

図３は、２相駆動（第１モード）から３相駆動（第２モード）に遷移するときのフローチャートである。図３の記号「No1」、「No2」、「No3」、「No4」は、それぞれ、第１コンバータ回路１０ａ、第２コンバータ回路１０ｂ、第３コンバータ回路１０ｃ、第４コンバータ回路１０ｄを意味する。また、図３（及び後述する図４）において、「回路」とは、コンバータ回路を意味する。 FIG. 3 is a flowchart at the time of transition from the two-phase drive (first mode) to the three-phase drive (second mode). The symbols "No1", "No2", "No3", and "No4" in FIG. 3 mean the first converter circuit 10a, the second converter circuit 10b, the third converter circuit 10c, and the fourth converter circuit 10d, respectively. Further, in FIG. 3 (and FIG. 4 described later), the “circuit” means a converter circuit.

今、第１モードで第１コンバータ回路１０ａと第２コンバータ回路１０ｂが駆動していると仮定する。ここで、入力電流Ｉｆｄｃが第１電流閾値Ｉ１を超えたので、コントローラ１７は、駆動モードを第１モード（Ｍ１）から第２モード（Ｍ２）に切り換える。そのとき、コントローラ１７は、図３のフローチャートに従って、駆動するコンバータ回路を選択する。コントローラ１７は、まず、現在駆動している第１、第２コンバータ回路１０ａ、１０ｂの温度を取得する（ステップＳ２）。そして、コントローラ１７は、第１コンバータ回路１０ａの温度Ｔ１と第２コンバータ回路１０ｂの温度Ｔ２を比較する。今、第１コンバータ回路１０ａの温度Ｔ１が第２コンバータ回路１０ｂの温度Ｔ２よりも高いと仮定する。コントローラ１７は、温度の高い方のコンバータ回路１０ａを停止する（ステップＳ３）。このとき、コントローラ１７は、継続して駆動する第２コンバータ回路１０ｂの番号「No2」を、ソフトウエア上の変数である「最長駆動」に格納する（ステップＳ３）。 Now, it is assumed that the first converter circuit 10a and the second converter circuit 10b are being driven in the first mode. Here, since the input current Ifdc exceeds the first current threshold value I1, the controller 17 switches the drive mode from the first mode (M1) to the second mode (M2). At that time, the controller 17 selects the converter circuit to be driven according to the flowchart of FIG. First, the controller 17 acquires the temperatures of the first and second converter circuits 10a and 10b that are currently being driven (step S2). Then, the controller 17 compares the temperature T1 of the first converter circuit 10a with the temperature T2 of the second converter circuit 10b. Now, it is assumed that the temperature T1 of the first converter circuit 10a is higher than the temperature T2 of the second converter circuit 10b. The controller 17 stops the converter circuit 10a having the higher temperature (step S3). At this time, the controller 17 stores the number “No2” of the second converter circuit 10b that is continuously driven in the “longest drive” which is a variable on the software (step S3).

次に、コントローラ１７は、それまで停止させていた第３コンバータ回路１０ｃ（No3）と第４コンバータ回路１０ｄ（No4）を駆動する（ステップＳ４）。これで、２相駆動から３相駆動に遷移した。最後にコントローラ１７は、ステップＳ４で同時に駆動を開始したコンバータ回路の番号（No3、No4）を、ソフトウエア上の変数である「同時駆動開始」に格納する（ステップＳ５）。 Next, the controller 17 drives the third converter circuit 10c (No3) and the fourth converter circuit 10d (No4) that have been stopped until then (step S4). With this, the transition from the two-phase drive to the three-phase drive has occurred. Finally, the controller 17 stores the converter circuit numbers (No3, No4) that started driving at the same time in step S4 in the variable "simultaneous driving start" on the software (step S5).

この例では、多相コンバータ２は、第１、第２コンバータ回路１０ａ、１０ｂが動作している第１モードから、第２、第３、第４コンバータ回路１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが動作する第２モードに移行する。 In this example, in the multi-phase converter 2, the second, third, and fourth converter circuits 10b, 10c, and 10d operate from the first mode in which the first and second converter circuits 10a and 10b operate. Move to mode.

２相駆動モード（第１モード）から３相駆動モード（第２モード）への移行では、駆動するコンバータ回路を単に１個増やすのではなく、それまで駆動していたコンバータ回路の中から最も温度の高い回路を停止する。そうすることで、温度の高いコンバータ回路を休ませることができる。 In the transition from the two-phase drive mode (first mode) to the three-phase drive mode (second mode), the temperature is the highest among the converter circuits that have been driven so far, rather than simply increasing the number of converter circuits to be driven by one. Stop the high circuit. By doing so, the hot converter circuit can be rested.

次に、３相駆動（第２モード）から２相駆動（第１モード）に遷移するときのコントローラ１７の処理を説明する。図４は、３相駆動（第２モード）から２相駆動（第１モード）に遷移するときのフローチャートである。ここでは、先に説明した第１、第２コンバータ回路１０ａ、１０ｂによる第１モードから、第２−第４コンバータ回路１０ｂ−１０ｄによる第２モードへ移行した後に、入力電流Ｉｆｄｃが第４電流閾値Ｉ４を下回ったので、第２モードから第１モードに移行する場合を想定する。第２モードでは、第２−第４コンバータ回路１０ｂ−１０ｄが動作中である。また、変数「最長駆動」には、第２コンバータ回路１０ｂを示す「No2」が格納されており、変数「同時駆動開始」には、第３、第４コンバータ回路１０ｃ、１０ｄを示す「No3、No4」が格納されている。 Next, the processing of the controller 17 when transitioning from the three-phase drive (second mode) to the two-phase drive (first mode) will be described. FIG. 4 is a flowchart at the time of transition from the three-phase drive (second mode) to the two-phase drive (first mode). Here, after shifting from the first mode by the first and second converter circuits 10a and 10b described above to the second mode by the second and fourth converter circuits 10b-10d, the input current Ifdc is the fourth current threshold value. Since it has fallen below I4, it is assumed that the mode shifts from the second mode to the first mode. In the second mode, the second to fourth converter circuits 10b-10d are in operation. Further, the variable "longest drive" stores "No2" indicating the second converter circuit 10b, and the variable "simultaneous drive start" stores "No3," indicating the third and fourth converter circuits 10c and 10d. No4 "is stored.

コントローラ１７は、変数「最長駆動」に格納されている番号（No2）のコンバータ回路（第２コンバータ回路１０ｂ）を停止する（ステップＳ１２）。次に、コントローラ１７は、変数「同時駆動開始」に格納されている番号のコンバータ回路（第３、第４コンバータ回路１０ｃ、１０ｄ）の温度Ｔ３、Ｔ４を取得する（ステップＳ１３）。そして、取得した温度Ｔ３、Ｔ４の温度差（｜Ｔ３−Ｔ４｜）を所定の温度差閾値と比較する（ステップＳ１４）。温度差（｜Ｔ３−Ｔ４｜）が温度差閾値を下回っている場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、コントローラ１７は、そのまま処理を終了する。この場合は、第２−第４コンバータ回路１０ｂ−１０ｄが動作している第２モード（３相駆動モード）から、第３、第４コンバータ回路１０ｃ、１０ｄが動作する第１モード（２相駆動モード）に移行する。 The controller 17 stops the converter circuit (second converter circuit 10b) of the number (No. 2) stored in the variable “longest drive” (step S12). Next, the controller 17 acquires the temperatures T3 and T4 of the converter circuits (third and fourth converter circuits 10c and 10d) of the numbers stored in the variable “simultaneous drive start” (step S13). Then, the acquired temperature difference between the temperatures T3 and T4 (| T3-T4 |) is compared with a predetermined temperature difference threshold value (step S14). When the temperature difference (| T3-T4 |) is below the temperature difference threshold value (step S14: NO), the controller 17 ends the process as it is. In this case, from the second mode (three-phase drive mode) in which the second to fourth converter circuits 10b-10d are operating, to the first mode (two-phase drive) in which the third and fourth converter circuits 10c and 10d are operating. Mode).

一方、温度差（｜Ｔ３−Ｔ４｜）が温度差閾値を超えていた場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、コントローラ１７は、温度の高い方のコンバータ回路を停止する（ステップＳ１５）。ここでは、例えば、第３コンバータ回路１０ｃの温度Ｔ３が第４コンバータ回路１０ｄの温度Ｔ４よりも高かったと仮定する。コントローラ１７は、第４コンバータ回路よりも温度が高い第３コンバータ回路１０ｃを停止する。そして、コントローラ１７は、停止した第３コンバータ回路１０ｃのかわりに、それまで停止させていた別のコンバータ回路（ここでは第１コンバータ回路１０ａ）の駆動を開始する（ステップＳ１５）。この場合は、第２−第４コンバータ回路１０ｂ−１０ｄが動作している第２モード（３相駆動モード）から、第１、第４コンバータ回路１０ａ、１０ｄが動作する第１モード（２相駆動モード）に移行する。 On the other hand, when the temperature difference (| T3-T4 |) exceeds the temperature difference threshold value (step S14: YES), the controller 17 stops the converter circuit having the higher temperature (step S15). Here, for example, it is assumed that the temperature T3 of the third converter circuit 10c is higher than the temperature T4 of the fourth converter circuit 10d. The controller 17 stops the third converter circuit 10c, which has a higher temperature than the fourth converter circuit. Then, the controller 17 starts driving another converter circuit (here, the first converter circuit 10a) that has been stopped until then, instead of the stopped third converter circuit 10c (step S15). In this case, from the second mode (three-phase drive mode) in which the second to fourth converter circuits 10b-10d are operating, to the first mode (two-phase drive) in which the first and fourth converter circuits 10a and 10d are operating. Mode).

ステップＳ１４の判断がＹＥＳとなる場合は、同時に駆動を開始した２個のコンバータ回路の一方が何等かの原因で他方よりも温度が高くなってしまったことを意味する。同時に駆動を開始した２個のコンバータ回路の温度差が大きくなるのは、例えば、次の要因が想定される。一つは、多相コンバータ２を使用しているうちに、特定のコンバータ回路において、スイッチング素子を封止しているパワ−モジュールと冷却器の間のグリスが抜けて他のコンバータ回路のパワーモジュールよりも温度が高くなり易くなっている場合である。他の一つは、特定のパワーモジュール内でスイッチング素子と端子を接合しているハンダが劣化し、抵抗が大きくなってしまった場合である。その他にも、温度差が大きくなる要因は考えられる。実施例の多相コンバータ２では、駆動数を減らすときに、以前に同時駆動を開始した２個のコンバータ回路の温度差が所定の温度差閾値を超えている場合、温度の高い方のコンバータ回路を停止し、かわりのコンバータ回路を駆動する。そうすることで、温度の高いコンバータ回路を休ませることができる。 If the determination in step S14 is YES, it means that one of the two converter circuits that started driving at the same time has a higher temperature than the other for some reason. For example, the following factors are assumed to increase the temperature difference between the two converter circuits that started driving at the same time. One is that while using the multi-phase converter 2, in a specific converter circuit, the grease between the power module that seals the switching element and the cooler is removed, and the power module of the other converter circuit. This is the case where the temperature tends to be higher than that. The other is when the solder connecting the switching element and the terminal in a specific power module deteriorates and the resistance becomes large. In addition, there may be other factors that increase the temperature difference. In the multi-phase converter 2 of the embodiment, when the number of drives is reduced, if the temperature difference between the two converter circuits that have previously started simultaneous driving exceeds a predetermined temperature difference threshold, the converter circuit having the higher temperature is used. Stops and drives an alternative converter circuit. By doing so, the hot converter circuit can be rested.

駆動するコンバータ回路の数を増やすときのコントローラ１７の処理（図３の処理）は、一般化すると、次の通りに表現することができる。なお、多相コンバータは、ｎ個のコンバータ回路の並列接続を有しているとする。（１）コントローラ１７は、駆動数がｎ−２個以下の状態から駆動数を増やすとき、それまで駆動していた少なくとも１個のコンバータ回路を停止するとともにそれまで駆動していなかった２個のコンバータ回路を駆動させる。また、駆動するコンバータ回路の数を減らすときのコントローラ１７の処理（図４の処理）は、次のように表現することができる。（２）コントローラ１７は、駆動数が３個以上ｎ−１個以下の状態から駆動数を減らすときには、それまでに最も長く駆動していたコンバータ回路を停止するとともに、上記（１）のときに同時に駆動し始めた２個のコンバータ回路の温度差が所定の温度差閾値を超えていた場合は、その２個のコンバータ回路のうち温度の高い方を停止し、かわりに、それまで駆動していなかったコンバータ回路を駆動する。 The processing of the controller 17 (processing of FIG. 3) when increasing the number of converter circuits to be driven can be generalized as follows. It is assumed that the multi-phase converter has n converter circuits connected in parallel. (1) When the number of drives is increased from the state where the number of drives is n-2 or less, the controller 17 stops at least one converter circuit that has been driven until then and two that have not been driven until then. Drive the converter circuit. Further, the processing of the controller 17 (processing of FIG. 4) when reducing the number of converter circuits to be driven can be expressed as follows. (2) When the number of drives is reduced from the state where the number of drives is 3 or more and n-1 or less, the controller 17 stops the converter circuit that has been driven for the longest time, and at the time of (1) above. If the temperature difference between the two converter circuits that started to drive at the same time exceeds the predetermined temperature difference threshold, the one with the higher temperature of the two converter circuits is stopped, and instead, it is being driven until then. Drive the converter circuit that was not there.

上記の処理により、多相コンバータ２は、駆動数を変更する毎に、温度が高いコンバータ回路を休ませることができるので、特定のコンバータ回路の温度が他のコンバータ回路と比較して著しく温度が高くなってしまうことを防止することができる。 By the above processing, the multi-phase converter 2 can rest the converter circuit having a high temperature every time the number of drives is changed, so that the temperature of a specific converter circuit is significantly higher than that of other converter circuits. It is possible to prevent it from becoming high.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示する技術は、３個以上のコンバータ回路が並列に接続されている多相コンバータに適用することができる。また、本明細書が開示する技術は、複数の昇圧コンバータ回路が並列接続されている多相コンバータのほか、複数の降圧コンバータ回路が並列に接続されている多相コンバータに適用することも好適である。 The points to be noted regarding the technique described in the examples will be described. The techniques disclosed herein can be applied to multiphase converters in which three or more converter circuits are connected in parallel. Further, the technique disclosed in the present specification is preferably applied to a multi-phase converter in which a plurality of boost converter circuits are connected in parallel, as well as a multi-phase converter in which a plurality of step-down converter circuits are connected in parallel. be.

実施例の多相コンバータ２では、図２に示したモード遷移図では、車両のメインスイッチ（ＩＧ：イグニッションスイッチとも呼ばれる）が入れられると、コントローラ１７は、まず、２相を駆動する第１モード（Ｍ１）を選択する。コントローラ１７は、最初に駆動する２個のコンバータ回路として、第１、第２コンバータ回路１０ａ、１０ｂの組と、第３、第４コンバータ回路１０ｃ、１０ｄの組を、メインスイッチが入れられるたびに交互に選択してもよい。 In the multi-phase converter 2 of the embodiment, in the mode transition diagram shown in FIG. 2, when the main switch (IG: also called an ignition switch) of the vehicle is turned on, the controller 17 first drives the two phases in the first mode. Select (M1). The controller 17 sets the first and second converter circuits 10a and 10b and the third and fourth converter circuits 10c and 10d as the first two converter circuits to be driven each time the main switch is turned on. It may be selected alternately.

本明細書が開示する技術は、走行用のモータとともにエンジンを備えるハイブリッド車に適用することもできる。 The techniques disclosed herein can also be applied to hybrid vehicles that include an engine as well as a driving motor.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.

２：多相コンバータ
３ａ−３ｄ：スイッチング素子
４ａ−４ｄ、６ａ−６ｄ：ダイオード
５ａ−５ｄ：リアクトル
７ａ−７ｄ：温度センサ
１０ａ−１０ｄ：昇圧コンバータ回路（コンバータ回路）
１７：コントローラ
２１：燃料電池
２２、２４：コンデンサ
２３：電流センサ
２５：電圧センサ
３１：インバータ
３２：モータ
３４：バッテリ
３５：電力変換器
４０：上位コントローラ
４２：アクセルペダル
４３：ブレーキペダル
１００：電気自動車 2: Multi-phase converter 3a-3d: Switching elements 4a-4d, 6a-6d: Diode 5a-5d: Reactor 7a-7d: Temperature sensor 10a-10d: Boost converter circuit (converter circuit)
17: Controller 21: Fuel cell 22, 24: Capacitor 23: Current sensor 25: Voltage sensor 31: Inverter 32: Motor 34: Battery 35: Power converter 40: Upper controller 42: Accelerator pedal 43: Brake pedal 100: Electric vehicle

Claims

It is a multi-phase converter and
N converter circuits connected in parallel and
A controller that increases the number of converter circuits to be driven as the input current to the multi-phase converter increases.
Is equipped with
The controller
(1) When the number of drives is increased from the state where the number of drives is n-2 or less, at least one converter circuit that has been driven up to that point is stopped and two converter circuits that have not been driven up to that point are stopped. Drive,
(2) When the number of drives is reduced from the state where the number of drives is 3 or more and n-1 or less, the converter circuit that has been driven for the longest time is stopped, and the converter circuit that has been driven for the longest time starts to be driven at the same time. If the temperature difference between the two converter circuits exceeds a predetermined temperature difference threshold, the higher temperature of the two converter circuits is stopped, and instead, the converter that has not been driven until then is stopped. Drive the circuit,
Multi-phase converter.