JP7629339B2 - POWER CONVERSION DEVICE, PROGRAM, AND METHOD FOR CONTROLLING POWER CONVERSION DEVICE - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置、プログラム、及び電力変換装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device , a program , and a method for controlling the power conversion device .
従来、例えば特許文献１に記載されているように、蓄電装置に接続されたインバータと、インバータに接続された回転電機とを備える電力変換装置が知られている。
Conventionally, as described in, for example,
インバータに接続される蓄電装置として、第１蓄電部及び第２蓄電部の直列接続体を備えるものがある。ここで、例えば第１，第２蓄電部それぞれの蓄電量のずれを解消するために、第１，第２蓄電部間でエネルギの授受を行うことが要求され得る。この場合、エネルギの授受を行うための装置が追加されると、電力変換装置が大型化する懸念がある。 Some power storage devices connected to an inverter include a first power storage unit and a second power storage unit connected in series. Here, for example, in order to eliminate the discrepancy in the amount of stored power between the first and second power storage units, it may be necessary to transfer energy between the first and second power storage units. In this case, if a device for transferring energy is added, there is a concern that the power conversion device will become larger.
また、低温環境に置かれた第１，第２蓄電部を昇温させることも要求され得る。この場合、第１，第２蓄電部を昇温させる装置（例えばヒータ）が追加されると、この追加によっても電力変換装置が大型化する懸念がある。 It may also be necessary to heat up the first and second power storage units that are placed in a low-temperature environment. In this case, if a device (e.g., a heater) is added to heat up the first and second power storage units, there is a concern that this addition will also increase the size of the power conversion device.
本発明は、小型化を図ることができる電力変換装置、プログラム、及び電力変換装置の制御方法を提供することを主たる目的とする。 A main object of the present invention is to provide a power conversion device , a program , and a control method for a power conversion device that can be made smaller in size.
本発明は、上，下アームスイッチの直列接続体を有し、該直列接続体が第１蓄電部及び第２蓄電部の直列接続体に並列接続されるインバータと、
前記インバータに電気的に接続された巻線を有する回転電機と、
前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線とを電気的に接続する接続経路と、
前記接続経路を介して前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部の間に流す電流の直流成分を算出する直流成分算出部と、
前記接続経路を介して前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間に流す電流の交流成分を算出する交流成分算出部と、
前記直流成分及び前記交流成分の合計電流が前記接続経路に流れるように、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う制御部と、を備える。
The present invention provides an inverter including a series connection of upper and lower arm switches, the series connection being connected in parallel to a series connection of a first power storage unit and a second power storage unit;
a rotating electric machine having a winding electrically connected to the inverter;
a connection path electrically connecting a negative electrode side of the first power storage unit and a positive electrode side of the second power storage unit to the winding;
a DC component calculation unit that calculates a DC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
an AC component calculation unit that calculates an AC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
and a control unit that performs switching control of the upper and lower arm switches so that the total current of the DC component and the AC component flows through the connection path.
本発明では、第１蓄電部の負極側及び第２蓄電部の正極側と、回転電機の巻線とが接続経路によって電気的に接続される。このため、インバータを流用して、第１蓄電部と第２蓄電部との間でエネルギの授受を行うための経路を確保できる。 In the present invention, the negative electrode side of the first storage unit and the positive electrode side of the second storage unit are electrically connected to the windings of the rotating electric machine by a connection path. Therefore, by using the inverter, a path for transferring energy between the first storage unit and the second storage unit can be secured.
また、本発明では、接続経路に、電流の直流成分及び交流成分の合計電流が流れるように上，下アームスイッチのスイッチング制御が行われる。直流成分は、第１蓄電部及び第２蓄電部のうち一方から他方への給電に寄与する。交流成分は、第１，第２蓄電部の発熱に寄与する。以上説明した本発明によれば、インバータを流用して、第１蓄電部及び第２蓄電部の間のエネルギの授受と、第１，第２蓄電部の昇温とを同時に行うことができる。これにより、電力変換装置の小型化を図ることができる。 In addition, in the present invention, the upper and lower arm switches are switched so that the total current of the DC and AC components of the current flows through the connection path. The DC component contributes to power supply from one of the first and second power storage units to the other. The AC component contributes to heat generation in the first and second power storage units. According to the present invention described above, the inverter can be used to simultaneously transfer energy between the first and second power storage units and raise the temperatures of the first and second power storage units. This makes it possible to reduce the size of the power conversion device.
以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載されている。 Below, one embodiment of the power conversion device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The power conversion device of this embodiment is mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
図１示すように、電力変換装置１０は、インバータ３０と、回転電機４０とを備えている。回転電機４０は、３相の同期機であり、ステータ巻線として星形結線されたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを備えている。各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、電気角で１２０°ずつずれて配置されている。回転電機４０は、例えば永久磁石同期機である。本実施形態において、回転電機４０は車載主機であり、車両の走行動力源となる。
As shown in FIG. 1, the
インバータ３０は、上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨと下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬとの直列接続体を３相分備えている。本実施形態では、各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、具体的にはＩＧＢＴが用いられている。このため、各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬの高電位側端子はコレクタであり、低電位側端子はエミッタである。各スイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨ，ＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬには、フリーホイールダイオードとしての各ダイオードＤＵＨ，ＤＶＨ，ＤＷＨ，ＤＵＬ，ＤＶＬ，ＤＷＬが逆並列に接続されている。
The
Ｕ相上アームスイッチＱＵＨのエミッタと、Ｕ相下アームスイッチＱＵＬのコレクタとには、バスバー等のＵ相導電部材３２Ｕを介して、Ｕ相巻線４１Ｕの第１端が接続されている。Ｖ相上アームスイッチＱＶＨのエミッタと、Ｖ相下アームスイッチＱＶＬのコレクタとには、バスバー等のＶ相導電部材３２Ｖを介して、Ｖ相巻線４１Ｖの第１端が接続されている。Ｗ相上アームスイッチＱＷＨのエミッタと、Ｗ相下アームスイッチＱＷＬのコレクタとには、バスバー等のＷ相導電部材３２Ｗを介して、Ｗ相巻線４１Ｗの第１端が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの第２端同士は、中性点Ｏで接続されている。なお、本実施形態において、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、ターン数が同じに設定されている。これにより、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、例えばインダクタンスが同じに設定されている。
A first end of the U-phase winding 41U is connected to the emitter of the U-phase upper arm switch QUH and the collector of the U-phase lower arm switch QUL via a U-phase
各上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨのコレクタと、組電池２０の正極端子とは、バスバー等の正極側母線Ｌｐにより接続されている。各下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬのエミッタと、組電池２０の負極端子とは、バスバー等の負極側母線Ｌｎにより接続されている。
The collectors of each of the upper arm switches QUH, QVH, and QWH are connected to the positive terminal of the
電力変換装置１０は、正極側母線Ｌｐと負極側母線Ｌｎとを接続するコンデンサ３１を備えている。なお、コンデンサ３１は、インバータ３０に内蔵されていてもよいし、インバータ３０の外部に設けられていてもよい。
The
組電池２０は、単電池である電池セルの直列接続体として構成されている。本実施形態では、組電池２０を構成する各電池セルの端子電圧（例えば定格電圧）が互いに同じに設定されている。電池セルとしては、例えば、リチウムイオン電池等の２次電池を用いることができる。なお、組電池２０は、例えば電力変換装置１０の外部に設けられている。
The
本実施形態では、組電池２０を構成する電池セルのうち、高電位側の複数の電池セルの直列接続体が第１蓄電池２１（「第１蓄電部」に相当）を構成し、低電位側の複数の電池セルの直列接続体が第２蓄電池２２（「第２蓄電部」に相当）を構成している。つまり、組電池２０が２つのブロックに分けられている。本実施形態では、第１蓄電池２１を構成する電池セル数と、第２蓄電池２２を構成する電池セル数とが同じである。このため、第１蓄電池２１の端子電圧（例えば定格電圧）と、第２蓄電池２２の端子電圧（例えば定格電圧）とが同じである。本実施形態において、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの定格電圧は４００Ｖとされている。このため、組電池２０の定格電圧は８００Ｖとされている。
In this embodiment, among the battery cells constituting the
組電池２０において、第１蓄電池２１の負極端子と第２蓄電池２２の正極端子とには中間端子Ｂが接続されている。
In the
電力変換装置１０は、監視ユニット５０を備えている。監視ユニット５０は、組電池２０を構成する各電池セルの端子電圧、ＳＯＣ、ＳＯＨ及び温度等を監視する。監視ユニット５０の監視情報は、電力変換装置１０が備える制御装置７０（「制御部」に相当）に入力される。
The
電力変換装置１０は、接続経路６０と、接続スイッチ６１とを備えている。接続経路６０は、組電池２０の中間端子Ｂと中性点Ｏとを電気的に接続する。接続スイッチ６１は、接続経路６０上に設けられている。本実施形態では、接続スイッチ６１としてリレーが用いられている。接続スイッチ６１がオンされることにより、中間端子Ｂと中性点Ｏとが電気的に接続される。一方、接続スイッチ６１がオフされることにより、中間端子Ｂと中性点Ｏとの間が電気的に遮断される。
The
電力変換装置１０は、電気負荷１００を備えている。電気負荷１００は、ＤＣＤＣコンバータ、空調用インバータ、空調用ヒータ及び車載充電器を含む。ＤＣＤＣコンバータは、第２蓄電池２２の出力電圧を降圧して図示しない低圧蓄電池に供給するために駆動される。低圧蓄電池は、例えば、定格電圧が１２Ｖの鉛蓄電池である。
The
空調用インバータは、冷凍サイクル内の冷媒を循環させる電動コンプレッサを駆動する。空調用ヒータは、車室内の暖房のために駆動される。車載充電器は、住宅等に設けられた交流電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換して第２蓄電池２２に供給するものであり、オンボードチャージャ（ＯＢＣ）とも呼ばれる。
The air conditioning inverter drives an electric compressor that circulates the refrigerant in the refrigeration cycle. The air conditioning heater is driven to heat the vehicle cabin. The vehicle-mounted charger converts AC voltage output from an AC power source installed in a house or the like into DC voltage and supplies it to the
第２蓄電池２２は、車両外部に設けられる充電器２００に接続可能とされている。充電器２００は、急速充電（例えば４００Ｖ急速充電）に対応している。充電器２００は、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２及び整流器２０１を備えている。中間端子Ｂには、第１スイッチＳＷ１を介して充電器２００の正極側が接続可能とされている。第２蓄電池２２の負極側には、第２スイッチＳＷ２を介して充電器２００の負極側が接続可能とされている。充電器２００から第２蓄電池２２に充電される場合、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンに切り替えられる。整流器２０１は、３相の系統電源２１０から供給される３相交流電圧を直流電圧に変換して第２蓄電池２２に供給する。これにより、第２蓄電池２２が充電される。
The
なお、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、実際には、制御装置７０とは別の外部制御装置により駆動される。ただし、外部制御装置により駆動されることは要部ではないため、本実施形態では、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２が制御装置７０により駆動されることとする。
The first and second switches SW1 and SW2 are actually driven by an external control device separate from the
電力変換装置１０は、電流センサ６２と、相電流センサ６３とを備えている。電流センサ６２は、接続経路６０に流れる電流を検出する。相電流センサ６３は、少なくとも２相分の相電流を検出する。相電流センサ６３は、例えば、各導電部材３２Ｕ～３２Ｗのうち少なくとも２相分の導電部材に流れる電流を検出する。各電流センサ６２，６３の検出値は、制御装置７０に入力される。
The
制御装置７０は、マイコン７０ａを主体として構成され、マイコン７０ａは、ＣＰＵを備えている。マイコン７０ａが提供する機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、マイコン７０ａがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によって提供することができる。例えば、マイコン７０ａは、自身が備える記憶部としての非遷移的実体的記録媒体（non-transitory tangible storage medium）に格納されたプログラムを実行する。プログラムには、例えば、後述する電圧均等化制御及び昇温制御のプログラムが含まれる。プログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。記憶部は、例えば不揮発性メモリである。なお、記憶部に記憶されたプログラムは、例えば、インターネット等のネットワークを介して更新可能である。
The
制御装置７０は、回転電機４０の制御量をその指令値にフィードバック制御すべく、インバータ３０を構成する各スイッチのスイッチング制御を行う。本実施形態において、制御量はトルクである。各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとは交互にオンされる。
The
制御装置７０は、接続スイッチ６１をオン又はオフし、また、監視ユニット５０と通信可能とされている。
The
図２に、制御装置７０が実行する処理のブロック図を示す。
Figure 2 shows a block diagram of the processing performed by the
ｄ軸偏差算出部７１ｄは、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊からｄ軸電流Ｉｄｒを減算することにより、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。ｑ軸偏差算出部７１ｑは、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊からｑ軸電流Ｉｑｒを減算することにより、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する。ここで、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊及びｑ軸指令電流Ｉｑ＊は、回転電機４０の制御量の指令値（以下、指令トルク）に基づいて設定される。また、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒは、相電流センサ６３の検出値及び回転電機４０の電気角に基づいて算出される。なお、電気角は、レゾルバ等の回転角センサの検出値であってもよいし、位置センサレス制御で推定された推定値であってもよい。
The d-axis
ｄ軸制御部７２ｄは、算出されたｄ軸電流偏差ΔＩｄを０にフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸電圧Ｖｄを算出する。ｑ軸制御部７２ｑは、算出されたｑ軸電流偏差ΔＩｑを０にフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸電圧Ｖｑを算出する。本実施形態では、各制御部７２ｄ，７２ｑのフィードバック制御として比例積分制御が用いられる。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。
The d-
３相変換部７３は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑ及び上記電気角に基づいて、３相固定座標系におけるＵ～Ｗ相指令電圧Ｖｕ～Ｖｗを算出する。各相指令電圧Ｖｕ～Ｖｗは、電気角で１２０度ずつ位相がずれた信号（具体的には例えば、正弦波状の信号）である。
The three-
Ｕ相重畳部７４Ｕは、Ｕ相指令電圧Ｖｕにオフセット補正量ＣＦを加算することにより、Ｕ相最終指令電圧「Ｖｕ＋ＣＦ」を算出する。Ｖ相重畳部７４Ｖは、Ｖ相指令電圧Ｖｖにオフセット補正量ＣＦを加算することにより、Ｖ相最終指令電圧「Ｖｖ＋ＣＦ」を算出する。Ｗ相重畳部７４Ｗは、Ｗ相指令電圧Ｖｗにオフセット補正量ＣＦを加算することにより、Ｗ相最終指令電圧「Ｖｗ＋ＣＦ」を算出する。なお、オフセット補正量ＣＦの算出方法については、後に詳述する。
The
なお、制御装置７０は、車両の走行要求信号を取得した場合、回転電機４０の駆動要求があると判定し、回転電機４０のロータを回転駆動させるためのスイッチング制御を行う。この場合、上述したように、各相指令電圧Ｖｕ～Ｖｗは、電気角で１２０度ずつ位相がずれた信号となる。一方、車両が停車中の場合、指令トルクが０にされ、各相指令電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが０となる。このため、各相の最終指令電圧はオフセット補正量ＣＦとなる。
When the
Ｕ相変調部７５Ｕは、Ｕ相最終指令電圧「Ｖｕ＋ＣＦ」を電源電圧Ｖｄｃで除算することにより、Ｕ相変調率Ｍｕを算出する。ここで、電源電圧Ｖｄｃは、監視ユニット５０から取得した第１蓄電池２１の端子電圧ＶＢＨ及び第２蓄電池２２の端子電圧ＶＢＬの合計値である。Ｖ相変調部７５Ｖは、Ｖ相最終指令電圧「Ｖｖ＋ＣＦ」を電源電圧Ｖｄｃで除算することにより、Ｖ相変調率Ｍｖを算出する。Ｗ相変調部７５Ｗは、Ｗ相最終指令電圧「Ｖｗ＋ＣＦ」を電源電圧Ｖｄｃで除算することにより、Ｗ相変調率Ｍｗを算出する。
The U-phase modulation unit 75U calculates the U-phase modulation rate Mu by dividing the U-phase final command voltage "Vu+CF" by the power supply voltage Vdc. Here, the power supply voltage Vdc is the sum of the terminal voltage VBH of the
Ｕ，Ｖ，Ｗ相比較部７６Ｕ，７６Ｖ，７６Ｗの非反転入力端子には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗが入力される。Ｕ，Ｖ，Ｗ相比較部７６Ｕ，７６Ｖ，７６Ｗの反転入力端子には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相キャリア生成部７７Ｕ、７７Ｖ，７７Ｗにより生成されたＵ，Ｖ，Ｗ相キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗが入力される。本実施形態において、各キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗは、漸増速度と漸減速度とが等しい三角波信号である。また、各キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗの振幅を１とする。各キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗは、０を中心として、－１から１までの範囲の値を取る。本実施形態では、各キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗが共通のキャリア信号であるとする。
The U, V, and W phase modulation factors Mu, Mv, and Mw are input to the non-inverting input terminals of the U, V, and W
制御装置７０は、Ｕ相比較部７６Ｕから出力されるＰＷＭ信号に基づいて、Ｕ相上，下アームスイッチＱＵＨ，ＱＵＬのゲート信号を生成し、生成したゲート信号をＵ相上，下アームスイッチＱＵＨ，ＱＵＬのゲートに供給する。これにより、Ｕ相上，下アームスイッチＱＵＨ，ＱＵＬのスイッチング制御が行われる。同様に、制御装置７０は、Ｖ相比較部７６Ｖから出力されるＰＷＭ信号に基づいて、Ｖ相上，下アームスイッチＱＶＨ，ＱＶＬのスイッチング制御を行い、Ｗ相比較部７６Ｗから出力されるＰＷＭ信号に基づいて、Ｗ相上，下アームスイッチＱＷＨ，ＱＷＬのスイッチング制御を行う。
The
上記オフセット補正量ＣＦは、各蓄電池２１，２２の電圧均等化制御、及び各蓄電池２１，２２の昇温制御のために必要なパラメータである。図３（ａ）に、電圧均等化制御及び昇温制御で用いられる電力変換装置１０の等価回路を示す。図３（ａ）では、各相巻線４１Ｕ～４１Ｗを巻線４１として示し、各上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨを上アームスイッチＱＨとして示し、各上アームダイオードＤＵＨ，ＤＶＨ，ＤＷＨを上アームダイオードＤＨとして示している。また、各下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬを下アームスイッチＱＬとして示し、各下アームダイオードＤＵＬ，ＤＶＬ，ＤＷＬを下アームダイオードＤＬとして示している。
The offset correction amount CF is a parameter required for voltage equalization control of the
図３（ａ）の等価回路は、図３（ｂ）の等価回路として示すことができる。図３（ｂ）の回路は、第１蓄電池２１と第２蓄電池２２との間で双方向の電力伝達が可能な昇降圧チョッパ回路である。図３（ｂ）を参照して、上アームスイッチＱＨがオンされると、巻線４１の端子電圧が「ＶＢＨ」となる。一方、下アームスイッチＱＬがオンされると、巻線４１の端子電圧ＶＲが「－ＶＢＬ」となる。つまり、上アームスイッチＱＨがオンされることにより、巻線４１に特定方向に励磁電流が流れ、下アームスイッチＱＬがオンされることにより、巻線４１に特定方向とは逆方向に励磁電流が流れる。
The equivalent circuit of FIG. 3(a) can be shown as the equivalent circuit of FIG. 3(b). The circuit of FIG. 3(b) is a buck-boost chopper circuit capable of bidirectional power transmission between the
制御装置７０は、電圧均等化制御のための構成として、直流成分算出部８０を備えている。直流成分算出部８０は、第１蓄電池２１の端子電圧ＶＢＨから第２蓄電池２２の端子電圧ＶＢＬを減算することにより、判定電圧Ｖｊ（＝ＶＢＨ－ＶＢＬ）を算出する。直流成分算出部８０は、算出した判定電圧Ｖｊが正の値の場合、直流指令値Ｉｄｃを正の値に設定し、詳しくは、図４に示すように、判定電圧Ｖｊが高いほど、直流指令値Ｉｄｃを連続的又は段階的に大きくする。直流成分算出部８０は、算出した判定電圧Ｖｊが負の値の場合、直流指令値Ｉｄｃを負の値に設定し、詳しくは、判定電圧Ｖｊの絶対値が大きいほど、直流指令値Ｉｄｃの絶対値を連続的又は段階的に大きくする。
The
第２蓄電池２２が充電器２００により充電されている場合、直流成分算出部８０は、目標充電時間Ｌｖｔｇｔが短いほど、直流指令値Ｉｄｃの絶対値を大きくする。目標充電時間Ｌｖｔｇｔは、充電器２００による第２蓄電池２２の充電が開始されてから、第２蓄電池２２の充電を完了させるまでの目標時間である。目標充電時間Ｌｖｔｇｔは、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの端子電圧の均等化が開始されてから完了させるまでの目標時間でもある。図４に示す直流指令値Ｉｄｃの算出方法によれば、目標充電時間Ｌｖｔｇｔ内に充電及び電圧均等化の双方を完了させることができる。
なお、直流成分算出部８０において、各蓄電池２１，２２の蓄電量を示すパラメータとして、端子電圧に代えて、電池容量［Ａｈ］又はＳＯＣが用いられてもよい。
When the
In addition, in the DC
制御装置７０は、昇温制御のための構成として、交流成分算出部８１を備えている。交流成分算出部８１は、監視ユニット５０から取得した組電池２０の温度（以下、電池温度Ｔｄ）、組電池２０の目標温度Ｔｔｇｔ、及び目標昇温時間Ｌｔｔｇｔに基づいて、交流指令値Ｉａｃを設定する。本実施形態において、交流指令値Ｉａｃの波形は、図５に示すように、正弦波として設定される。詳しくは、交流指令値Ｉａｃの振幅はＩＡであり、周期はＴｃである。交流指令値Ｉａｃの値が０以外の値から０になるタイミング（以下、ゼロクロスタイミング）に対して、正の交流指令値Ｉａｃと負の交流指令値Ｉａｃとが点対称になるように交流指令値Ｉａｃを設定する。これにより、交流指令値Ｉａｃの第１ゼロクロスタイミングＣ１から第２ゼロクロスタイミングＣ２までの期間が、第２ゼロクロスタイミングＣ２から第３ゼロクロスタイミングＣ３までの期間に等しくなる。
The
また、交流指令値Ｉａｃの１周期Ｔｃにおいて、第１領域の面積Ｓ１と第２領域の面積Ｓ２とが等しくなる。第１領域の面積Ｓ１は、交流指令値Ｉａｃの１周期Ｔｃにおいて、交流指令値Ｉａｃの第１ゼロクロスタイミングＣ１から第２ゼロクロスタイミングＣ２までの時間軸と、正の交流指令値Ｉａｃとで囲まれる領域である。第２領域の面積Ｓ２は、１周期Ｔｃにおいて、交流指令値Ｉａｃの第２ゼロクロスタイミングＣ２から第３ゼロクロスタイミングＣ３までの時間軸と、負の中性点指令電流ＩＭ＊とで囲まれる領域である。なお、本実施形態では、交流指令値Ｉａｃの周波数ｆｃ（＝１／Ｔｃ）は、各変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗの周波数よりも低い。 In addition, in one period Tc of the AC command value Iac, the area S1 of the first region and the area S2 of the second region are equal. The area S1 of the first region is an area surrounded by the positive AC command value Iac and the time axis from the first zero cross timing C1 to the second zero cross timing C2 of the AC command value Iac in one period Tc of the AC command value Iac. The area S2 of the second region is an area surrounded by the time axis from the second zero cross timing C2 to the third zero cross timing C3 of the AC command value Iac in one period Tc and the negative neutral point command current IM*. In this embodiment, the frequency fc (=1/Tc) of the AC command value Iac is lower than the frequencies of the modulation factors Mu, Mv, and Mw.
直流成分算出部８０は、目標温度Ｔｔｇｔから電池温度Ｔｄを減算することにより、温度偏差ΔＴを算出する。直流成分算出部８０は、温度偏差ΔＴが大きいほど、図６に示すように、交流指令値Ｉａｃの振幅ＩＡを連続的又は段階的に大きくする。また、直流成分算出部８０は、目標昇温時間Ｌｔｔｇｔが短いほど、交流指令値Ｉａｃの振幅ＩＡを連続的又は段階的に大きくする。目標昇温時間Ｌｔｔｇｔは、昇温制御が開始されてから昇温制御を完了させるまでの目標時間である。昇温制御が完了したとは、例えば、電池温度Ｔｄが目標温度Ｔｔｇｔに到達したことである。
The DC
加算部８２は、直流指令値Ｉｄｃに交流指令値Ｉａｃを加算することにより、中性点指令電流ＩＭ＊を算出する。中性点偏差算出部８３は、中性点指令電流ＩＭ＊から、電流センサ６２により検出された電流である中性点電流ＩＭｒを減算することにより、中性点電流偏差ΔＩＭを算出する。
The
中性点制御部８４は、算出された中性点電流偏差ΔＩＭを０にフィードバック制御するための操作量として、オフセット補正量ＣＦを算出する。本実施形態では、このフィードバック制御として比例積分制御が用いられる。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。
The neutral
本実施形態では、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２のうち、電圧均等化制御において放電側蓄電池の端子電圧が、図７に示すように、許容上限電圧ＶｌｉｍＨ以下となってかつ許容下限電圧ＶｌｉｍＬ以上になるように、直流成分算出部８０により交流指令値Ｉａｃの振幅ＩＡが設定される。蓄電池の許容上限電圧ＶｌｉｍＨ及び許容下限電圧ＶｌｉｍＬは、蓄電池の信頼性を低下させない値として定められる。図７において、ＯＣＶｄは放電側蓄電池の開放電圧を示し、ＣＣＶＭｄは放電側蓄電池の端子電圧の時間平均値を示す。ＣＣＶＨｄは放電側蓄電池の端子電圧最大値を示し、ＣＣＶＬｄは放電側蓄電池の端子電圧最小値を示す。ここでは、「ＣＣＶＭｄ＝ＯＣＶｄ－Ｉ１ｄ×Ｒ１ｄ」、「ＣＣＶＨｄ＝ＣＣＶＭｄ＋ＩＡ×Ｒ２ｄ」、「ＣＣＶＬｄ＝ＣＣＶＭｄ－ＩＡ×Ｒ２ｄ」の関係がある。Ｉ１ｄは、放電側蓄電池に流れる直流電流を示し、Ｒ１ｄは、放電側蓄電池の直流抵抗を示す。ＩＡは、上述した交流指令値Ｉａｃの振幅を示し、Ｒ２ｄは、放電側蓄電池の交流抵抗を示す。
In this embodiment, the amplitude IA of the AC command value Iac is set by the DC
また、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２のうち、電圧均等化制御において充電側蓄電池の端子電圧が、図８に示すように、許容上限電圧ＶｌｉｍＨ以下となってかつ許容下限電圧ＶｌｉｍＬ以上になるように、直流成分算出部８０により交流指令値Ｉａｃの振幅ＩＡが設定される。図８において、ＯＣＶｃは充電側蓄電池の開放電圧を示し、ＣＣＶＭｃは充電側蓄電池の端子電圧の時間平均値を示す。ＣＣＶＨｃは充電側蓄電池の端子電圧最大値を示し、ＣＣＶＬｃは充電側蓄電池の端子電圧最小値を示す。ここでは、「ＣＣＶＭｃ＝ＯＣＶｃ＋Ｉ１ｃ×Ｒ１ｃ」、「ＣＣＶＨｃ＝ＣＣＶＭｃ＋ＩＡ×Ｒ２ｃ」、「ＣＣＶＬｃ＝ＣＣＶＭｃ－ＩＡ×Ｒ２ｃ」の関係がある。Ｉ１ｃは、充電側蓄電池に流れる直流電流を示し、Ｒ１ｃは、充電側蓄電池の直流抵抗を示し、Ｒ２ｃは、充電側蓄電池の交流抵抗を示す。
In addition, the DC
ちなみに、例えば、直流成分算出部８０は、各蓄電池２１，２２の端子電圧が許容上限電圧ＶｌｉｍＨ以下となってかつ蓄電池の許容下限電圧ＶｌｉｍＬ以上になるような交流指令値Ｉａｃの振幅ＩＡを規定するマップ情報に基づいて、振幅ＩＡを設定してもよい。また、例えば、直流成分算出部８０は、監視ユニット５０から取得した情報に基づいてＣＣＶＨｄ，ＣＣＶＬｄ，ＣＣＶＨｃ，ＣＣＶＬｃを都度算出し、「ＣＣＶＨｄ，ＣＣＶＨｃ＞ＶｌｉｍＨ」になったり、「ＣＣＶＬｄ，ＣＣＶＬｃ＜ＶｌｉｍＬ」になったりしないように振幅ＩＡを都度調整してもよい。これにより、第１蓄電池２１や第２蓄電池２２の信頼性が低下することを防止できる。
For example, the DC
図９に、車両の停車中において電圧均等化制御により第１蓄電池２１から第２蓄電池２２へと給電して、かつ、交流指令値Ｉａｃが０に設定される場合における各キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗ及び各変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗの推移を示す。また、図１０に、車両の停車中において電圧均等化制御により第２蓄電池２２から第１蓄電池２１へと給電して、かつ、交流指令値Ｉａｃが０に設定される場合における各キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗ及び各変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗの推移を示す。
Figure 9 shows the changes in the carrier signals Sgu, Sgv, Sgw and the modulation factors Mu, Mv, Mw when the
図９及び図１０に示す例によれば、各相の上アームスイッチＱＵＨ，ＱＶＨ，ＱＷＨが同期してオン又はオフされ、各相の下アームスイッチＱＵＬ，ＱＶＬ，ＱＷＬが同期してオン又はオフされる。なお、図１１に、電圧均等化制御が行われる場合における各相電流Ｉｕｒ，Ｉｖｒ，Ｉｗｒ、中性点電流ＩＭｒ、第１蓄電池２１に流れる電流ＩＢＨ及び第２蓄電池２２に流れる電流ＩＢＬの計算結果を示す。図１１に示すＬＫは縦軸のスケールを示す。
According to the example shown in Figures 9 and 10, the upper arm switches QUH, QVH, and QWH of each phase are turned on or off in synchronization, and the lower arm switches QUL, QVL, and QWL of each phase are turned on or off in synchronization. Note that Figure 11 shows the calculation results of the phase currents Iur, Ivr, and Iwr, the neutral point current IMr, the current IBH flowing through the
図１２に、車両の停車中において、「Ｉｄｃ＝０」となってかつ昇温制御が行われる場合における各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬのゲート信号の推移を示す。図１２において、Ｔｓｗは、各スイッチＱＵＨ～ＱＷＬの１スイッチング周期を示し、１スイッチング周期Ｔｓｗは各キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗの周期と同じである。また、図１２に示す例では、交流指令値Ｉａｃの１周期Ｔｃが１スイッチング周期Ｔｓｗで割り切れる周期になっている。 Figure 12 shows the transition of the gate signals of each switch QUH to QWL when "Idc = 0" and temperature rise control is being performed while the vehicle is stopped. In Figure 12, Tsw indicates one switching period of each switch QUH to QWL, and one switching period Tsw is the same as the period of each carrier signal Sgu, Sgv, Sgw. Also, in the example shown in Figure 12, one period Tc of the AC command value Iac is a period that is divisible by one switching period Tsw.
「Ｉｄｃ＝０」となってかつ昇温制御が行われる場合、交流指令値ＩａｃのＮ周期「Ｎ×Ｔｃ」（Ｎは正の整数）において、各相の上アームスイッチのオン時間ＴｏｎＨの合計値と、各相の下アームスイッチのオン時間ＴｏｎＬの合計値とが等しい又は略等しい。 When "Idc = 0" occurs and temperature rise control is performed, the sum of the on-times TonH of the upper arm switches of each phase is equal to or approximately equal to the sum of the on-times TonL of the lower arm switches of each phase during N cycles "N x Tc" (N is a positive integer) of the AC command value Iac.
一方、昇温制御に加え、第１蓄電池２１から第２蓄電池２２に給電する電圧均等化制御が行われる場合、交流指令値ＩａｃのＮ周期「Ｎ×Ｔｃ」において、各相の上アームスイッチのオン時間ＴｏｎＨの合計値が、各相の下アームスイッチのオン時間ＴｏｎＬの合計値よりも長くなる。
On the other hand, when voltage equalization control is performed to supply power from the
他方、昇温制御に加え、第２蓄電池２２から第１蓄電池２１に給電する電圧均等化制御が行われる場合、交流指令値ＩａｃのＮ周期「Ｎ×Ｔｃ」において、各相の下アームスイッチのオン時間ＴｏｎＬの合計値が、各相の上アームスイッチのオン時間ＴｏｎＨの合計値よりも長くなる。
On the other hand, when voltage equalization control is performed to supply power from the
続いて、図１３を用いて、充電器２００から第２蓄電池２２への充電中において、制御装置７０により実行される電圧均等化制御及び昇温制御の手順について説明する。図１３に示す処理は、車両の停車中に実行される。
Next, with reference to FIG. 13, the procedure for voltage equalization control and temperature rise control executed by the
ステップＳ１０では、充電器２００から第２蓄電池２２への充電指令がなされたか否かを判定する。
In step S10, it is determined whether a charging command has been issued from the charger 200 to the
ステップＳ１０において充電指令がなされたと判定した場合には、ステップＳ１１に進み、組電池２０の昇温要求があるか否かを判定する。例えば、電池温度Ｔｄが目標温度Ｔｔｇｔを下回る場合、昇温要求があると判定すればよい。
If it is determined in step S10 that a charging command has been issued, the process proceeds to step S11, where it is determined whether or not there is a request to increase the temperature of the
ステップＳ１１において昇温要求がないと判定した場合には、ステップＳ１２に進み、交流成分算出部８１において振幅ＩＡを０にする。つまり、交流指令値Ｉａｃを０に設定する。
If it is determined in step S11 that there is no temperature increase request, the process proceeds to step S12, where the amplitude IA is set to 0 in the AC
ステップＳ１３では、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの端子電圧の均等化要求があるか否かを判定する。例えば、第１蓄電池２１の端子電圧ＶＢＨと第２蓄電池２２の端子電圧ＶＢＬとの差の絶対値が所定値ΔＶを超えていると判定した場合、均等化要求があると判定すればよい。
In step S13, it is determined whether or not there is a request for equalization of the terminal voltages of the
ステップＳ１３において均等化要求がないと判定した場合には、ステップＳ１４に進み、直流成分算出部８０において直流指令値Ｉｄｃを０にする。続くステップＳ１５では、加算部８２において、ステップＳ１２，Ｓ１４で算出した交流指令値Ｉａｃ及び直流指令値Ｉｄｃを加算することにより中性点指令電流ＩＭ＊を算出する。昇温要求及び均等化要求がないと判定しているため、中性点指令電流ＩＭ＊が０になる。このため、接続スイッチ６１をオフにし、昇温制御及び電圧均等化制御を行わない。
If it is determined in step S13 that there is no equalization request, the process proceeds to step S14, where the DC
一方、ステップＳ１３において均等化要求があると判定した場合には、ステップＳ１６に進み、直流成分算出部８０において直流指令値Ｉｄｃを算出する。この場合、続くステップＳ１５において、「ＩＭ＊＝Ｉｄｃ」となる。そして、接続スイッチ６１をオンに切り替え、昇温制御及び電圧均等化制御のうち電圧均等化制御を行う。
On the other hand, if it is determined in step S13 that there is an equalization request, the process proceeds to step S16, where the DC
ステップＳ１１において昇温要求があると判定した場合には、ステップＳ１７に進み、交流成分算出部８１において、電池温度Ｔｄ、目標温度Ｔｔｇｔ及び目標昇温時間Ｌｔｔｇｔに基づいて交流指令値Ｉａｃの振幅ＩＡ（≠０）を算出する。
If it is determined in step S11 that there is a temperature increase request, the process proceeds to step S17, where the AC
ステップＳ１８では、第１蓄電池２１及び第２蓄電池２２それぞれの端子電圧の均等化要求があるか否かを判定する。均等化要求があるか否かは、ステップＳ１３と同じ手法で判定すればよい。
In step S18, it is determined whether or not there is a request for equalization of the terminal voltages of the
ステップＳ１８において均等化要求がないと判定した場合には、ステップＳ１４に進み、直流成分算出部８０において直流指令値Ｉｄｃを０にする。この場合、続くステップＳ１５において、「ＩＭ＊＝Ｉａｃ」となる。そして、接続スイッチ６１をオンに切り替え、昇温制御及び電圧均等化制御のうち昇温制御を行う。
If it is determined in step S18 that there is no equalization request, the process proceeds to step S14, where the DC command value Idc is set to 0 in the DC
一方、ステップＳ１８において均等化要求があると判定した場合には、ステップＳ１６に進み、直流成分算出部８０において直流指令値Ｉｄｃを算出する。この場合、続くステップＳ１５において、「ＩＭ＊＝Ｉｄｃ＋Ｉａｃ」となる。そして、接続スイッチ６１をオンに切り替え、昇温制御及び電圧均等化制御の双方を行う。
On the other hand, if it is determined in step S18 that there is an equalization request, the process proceeds to step S16, where the DC
続いて、図１４を用いて、電気負荷１００の駆動中において、制御装置７０により実行される電圧均等化制御及び昇温制御の手順について説明する。図１４に示す処理は、車両の停車中又は走行中に実行される。
Next, the procedure of the voltage equalization control and the temperature rise control executed by the
ステップＳ２０では、電気負荷１００が駆動されているか否かを判定する。
In step S20, it is determined whether the
ステップＳ２０において駆動されていると判定した場合には、ステップＳ２１に進む。なお、ステップＳ２１～Ｓ２６の処理は、先の図１３のステップＳ１１～Ｓ１６と同様の処理となる。ただし、ステップＳ２６において、例えば、目標充電時間Ｌｖｔｇｔに代えて、電気負荷１００の消費電力に基づいて直流指令値Ｉｄｃを算出すればよい。詳しくは、消費電力が大きいほど、直流指令値Ｉｄｃの絶対値を大きくすればよい。
If it is determined in step S20 that the load is being driven, the process proceeds to step S21. Note that steps S21 to S26 are the same as steps S11 to S16 in FIG. 13. However, in step S26, for example, the DC command value Idc may be calculated based on the power consumption of the
以上詳述した本実施形態によれば、回転電機４０及びインバータ３０を流用して、電圧均等化制御及び昇温制御の双方を同時に行うことができる。これにより、電力変換装置１０の小型化を図ることができる。
According to the present embodiment described above in detail, both voltage equalization control and temperature rise control can be performed simultaneously by using the rotating
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
<Other embodiments>
The above embodiment may be modified as follows.
・図１において、充電器２００に対する電力供給源としては、３相の系統電源２１０に限らず、単相の系統電源であってもよい。また、充電器としては、交流のＡＣ充電器に限らず、直流のＤＣ充電器（例えば、ＤＣ急速充電器）であってもよい。
- In FIG. 1, the power supply source for the charger 200 is not limited to the three-phase
・図１５に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖ，Ｓｇｗの位相が１２０°ずつずれていてもよい。 - As shown in FIG. 15, the phases of the U-, V-, and W-phase carrier signals Sgu, Sgv, and Sgw may be shifted by 120° each.
・図１６に示すように、３相のうち１相のみの上，下アームスイッチのスイッチング制御により、電圧均等化制御及び昇温制御が行われてもよい。図１６には、Ｕ相のみ用いる例を示す。 - As shown in FIG. 16, voltage equalization control and temperature rise control may be performed by switching control of the upper and lower arm switches of only one of the three phases. FIG. 16 shows an example in which only the U phase is used.
また、図１７及び図１８に示すように、３相のうち２相のみの上，下アームスイッチのスイッチング制御により、電圧均等化制御及び昇温制御が行われてもよい。図１７及び図１８には、Ｕ，Ｖ相のみ用いる例を示す。なお、図１７に示すＵ，Ｖ相キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖは位相が１８０°ずれており、図１８に示すＵ，Ｖ相キャリア信号Ｓｇｕ，Ｓｇｖは位相差が０である。 Also, as shown in Figures 17 and 18, voltage equalization control and temperature rise control may be performed by switching control of the upper and lower arm switches of only two of the three phases. Figures 17 and 18 show an example in which only the U and V phases are used. Note that the U and V phase carrier signals Sgu and Sgv shown in Figure 17 are out of phase with each other by 180°, and the U and V phase carrier signals Sgu and Sgv shown in Figure 18 have a phase difference of 0.
・図１において、電気負荷１００及び充電器２００が、第２蓄電池２２に代えて第１蓄電池２１に接続されていてもよい。
- In FIG. 1, the
・交流指令値Ｉａｃの設定方法は、図５に示したものに限らない。１周期Ｔｃにおいて交流指令値Ｉａｃのゼロクロスタイミングに対して、正の交流指令値Ｉａｃと負の交流指令値Ｉａｃとが点対称になる関係を満たしつつ、例えば、正の交流指令値Ｉａｃ及び負の交流指令値Ｉａｃそれぞれを台形波又は矩形波に設定してもよい。 - The method of setting the AC command value Iac is not limited to that shown in FIG. 5. For example, the positive AC command value Iac and the negative AC command value Iac may each be set to a trapezoidal wave or a rectangular wave while satisfying a point-symmetric relationship between the positive AC command value Iac and the negative AC command value Iac with respect to the zero-cross timing of the AC command value Iac in one cycle Tc.
また、交流指令値Ｉａｃの設定方法としては、上記点対称の関係を満たすものに限らない。例えば、１周期Ｔｃにおいて、交流指令値Ｉａｃの第１ゼロクロスタイミングＣ１から第２ゼロクロスタイミングＣ２までの期間と、交流指令値Ｉａｃの第２ゼロクロスタイミングＣ２から第３ゼロクロスタイミングＣ３までの期間とが異なるようにし、かつ、第１領域の面積Ｓ１と第２領域の面積Ｓ２とが等しくなるように交流指令値Ｉａｃを設定してもよい。 The method of setting the AC command value Iac is not limited to the method of satisfying the point-symmetric relationship. For example, the AC command value Iac may be set so that, in one cycle Tc, the period from the first zero cross timing C1 to the second zero cross timing C2 of the AC command value Iac is different from the period from the second zero cross timing C2 to the third zero cross timing C3 of the AC command value Iac, and the area S1 of the first region is equal to the area S2 of the second region.
・電力変換装置１０としては、図１９に示すものであってもよい。この電力変換装置１０は、接続経路６０、接続スイッチ６１及び電流センサ６２に代えて、接続経路９０、接続スイッチ９１及び電流センサ９２を備えている。接続経路９０の第１端は、３相のうち一部の相の上アームスイッチのエミッタ及び下アームスイッチのコレクタに接続されている。図１９に示す例では、接続経路９０の第１端がＵ相に接続されている。接続経路９０の第２端は、組電池２０の中間端子Ｂに接続されている。接続スイッチ９１及び電流センサ９２は、接続経路９０上に設けられている。
- The
制御装置７０は、上述した電圧均等化制御及び昇温制御を行う。ここでは、接続スイッチ６１を接続スイッチ９１に読み替える。また、電圧均等化制御及び昇温制御においては、Ｕ相上，下アームスイッチＱＵＨ，ＱＵＬがオフに維持され、Ｖ，Ｗ相上，下アームスイッチＱＶＨ，ＱＶＬ，ＱＷＨ，ＱＷＬのスイッチング制御が行われる。
The
・回転電機及びインバータとしては、５相又は７相等、３相以外のものであってもよい。図２０に、５相の場合における電力変換装置を示す。図２０では、インバータ３０において、Ｘ相上，下アームスイッチＱＸＨ，ＱＸＬ及び各ダイオードＤＸＨ，ＤＸＬが追加され、Ｙ相上，下アームスイッチＱＹＨ，ＱＹＬ及び各ダイオードＤＹＨ，ＤＹＬが追加されている。また、回転電機４０において、Ｘ相巻線４１ＸとＹ相巻線４１Ｙとが追加されている。また、電力変換装置１０において、Ｘ相導電部材３２ＸとＹ相導電部材３２Ｙとが追加されている。
- The rotating electric machine and inverter may be of other than three phases, such as five-phase or seven-phase. Figure 20 shows a power conversion device in the case of five phases. In Figure 20, X-phase upper and lower arm switches QXH, QXL and diodes DXH, DXL are added to the
・接続スイッチ６１としては、リレーに限らない。接続スイッチ６１として、例えば、ソース同士が接続された一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴや、ＩＧＢＴが用いられてもよい。
The
・接続スイッチ６１は必須ではない。この場合、中間端子Ｂと中性点Ｏが常時電気的に接続されることとなる。
- The
・インバータを構成する上，下アームスイッチとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。 - The upper and lower arm switches that make up the inverter are not limited to IGBTs, but may be, for example, N-channel MOSFETs.
・図１において、蓄電池に代えて、例えば電気二重層キャパシタが用いられてもよい。 -In FIG. 1, for example, an electric double layer capacitor may be used instead of the storage battery.
・電力変換装置が搭載される移動体としては、車両に限らず、例えば、航空機又は船舶であってもよい。例えば、移動体が航空機の場合、航空機が備える回転電機は航空機の飛行動力源となり、移動体が船舶の場合、船舶が備える回転電機は船舶の航行動力源となる。また、電力変換装置の搭載先は、移動体に限らない。 - The moving body on which the power conversion device is mounted is not limited to a vehicle, but may be, for example, an aircraft or a ship. For example, if the moving body is an aircraft, the rotating electric motor equipped on the aircraft serves as the flight power source for the aircraft, and if the moving body is a ship, the rotating electric motor equipped on the ship serves as the navigation power source for the ship. Furthermore, the installation of the power conversion device is not limited to a moving body.
１０…電力変換装置、２１，２２…第１，第２蓄電池、３０…インバータ、４０…回転電機、６０…接続経路、７０…制御装置。 10...power conversion device, 21, 22...first and second storage batteries, 30...inverter, 40...rotating electric machine, 60...connection path, 70...control device.
Claims (12)
前記インバータに電気的に接続された巻線（４１Ｕ～４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、
前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線とを電気的に接続する接続経路（６０，９０）と、
前記接続経路を介して前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部の間に流す電流の直流成分を算出する直流成分算出部（８０）と、
前記接続経路を介して前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間に流す電流の交流成分を算出する交流成分算出部（８１）と、
前記直流成分及び前記交流成分の合計電流が前記接続経路に流れるように、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う制御部（７０）と、を備え、
Ｎを正の整数とする場合、前記制御部は、
前記第１蓄電部から前記接続経路を介して前記第２蓄電部へと電流を流す場合、前記交流成分のＮ周期において、前記上アームスイッチのオン時間の合計値が前記下アームスイッチのオン時間の合計値よりも長くなるように前記スイッチング制御を行い、
前記第２蓄電部から前記接続経路を介して前記第１蓄電部へと電流を流す場合、前記交流成分のＮ周期において、前記下アームスイッチのオン時間の合計値が前記上アームスイッチのオン時間の合計値よりも長くなるように前記スイッチング制御を行う、電力変換装置。 an inverter (30) having a series-connected body of upper and lower arm switches (QUH to QYL), the series-connected body being connected in parallel to a series-connected body of a first storage unit (21) and a second storage unit (22);
a rotating electric machine (40) having windings (41U to 41Y) electrically connected to the inverter;
a connection path (60, 90) electrically connecting the negative electrode side of the first storage unit and the positive electrode side of the second storage unit to the winding;
a DC component calculation unit (80) that calculates a DC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
an AC component calculation unit (81) that calculates an AC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
a control unit (70) that performs switching control of the upper and lower arm switches so that a total current of the DC component and the AC component flows through the connection path ,
When N is a positive integer, the control unit
when a current is caused to flow from the first power storage unit to the second power storage unit via the connection path, the switching control is performed such that a total value of an on-time of the upper arm switches is longer than a total value of an on-time of the lower arm switches in N periods of the AC component;
A power conversion device that, when flowing current from the second storage unit to the first storage unit via the connection path, performs the switching control so that the total on-time of the lower arm switches is longer than the total on-time of the upper arm switches in N periods of the AC component .
前記インバータに電気的に接続された巻線（４１Ｕ～４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、
前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線とを電気的に接続する接続経路（６０，９０）と、
前記接続経路を介して前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部の間に流す電流の直流成分を算出する直流成分算出部（８０）と、
前記接続経路を介して前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間に流す電流の交流成分を算出する交流成分算出部（８１）と、
前記直流成分及び前記交流成分の合計電流が前記接続経路に流れるように、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う制御部（７０）と、を備え、
前記交流成分算出部は、前記スイッチング制御により前記接続経路に電流が流れる場合における前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部それぞれの端子電圧が、許容上下限電圧で規定される範囲から外れないような前記交流成分の振幅を設定する、電力変換装置。 an inverter (30) having a series-connected body of upper and lower arm switches (QUH to QYL), the series-connected body being connected in parallel to a series-connected body of a first storage unit (21) and a second storage unit (22);
a rotating electric machine (40) having windings (41U to 41Y) electrically connected to the inverter;
a connection path (60, 90) electrically connecting the negative electrode side of the first storage unit and the positive electrode side of the second storage unit to the winding;
a DC component calculation unit (80) that calculates a DC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
an AC component calculation unit (81) that calculates an AC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
a control unit (70) that performs switching control of the upper and lower arm switches so that a total current of the DC component and the AC component flows through the connection path,
The AC component calculation unit sets the amplitude of the AC component so that the terminal voltages of the first storage unit and the second storage unit when current flows through the connection path due to the switching control do not fall outside a range specified by an allowable upper and lower voltage limits.
前記インバータに電気的に接続された巻線（４１Ｕ～４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、
前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線とを電気的に接続する接続経路（６０，９０）と、
前記接続経路を介して前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部の間に流す電流の直流成分を算出する直流成分算出部（８０）と、
前記接続経路を介して前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間に流す電流の交流成分を算出する交流成分算出部（８１）と、
前記直流成分及び前記交流成分の合計電流が前記接続経路に流れるように、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う制御部（７０）と、を備え、
前記制御部は、前記回転電機の駆動要求がある場合、前記接続経路に前記合計電流を流して、かつ、前記回転電機のロータを回転駆動させるための前記スイッチング制御を行う、電力変換装置。 an inverter (30) having a series-connected body of upper and lower arm switches (QUH to QYL), the series-connected body being connected in parallel to a series-connected body of a first storage unit (21) and a second storage unit (22);
a rotating electric machine (40) having windings (41U to 41Y) electrically connected to the inverter;
a connection path (60, 90) electrically connecting the negative electrode side of the first storage unit and the positive electrode side of the second storage unit to the winding;
a DC component calculation unit (80) that calculates a DC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
an AC component calculation unit (81) that calculates an AC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
a control unit (70) that performs switching control of the upper and lower arm switches so that a total current of the DC component and the AC component flows through the connection path,
The control unit is a power conversion device that , when there is a request to drive the rotating electric machine, causes the total current to flow through the connection path and performs the switching control to rotate and drive a rotor of the rotating electric machine.
前記インバータに電気的に接続された巻線（４１Ｕ～４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、
前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線とを電気的に接続する接続経路（６０，９０）と、
コンピュータ（７０ａ）と、を備える電力変換装置（１０）に適用されるプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記接続経路を介して前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部の間に流す電流の直流成分を算出する処理と、
前記接続経路を介して前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間に流す電流の交流成分を算出する処理と、
前記直流成分及び前記交流成分の合計電流が前記接続経路に流れるように、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う制御処理と、を実行させ、
Ｎを正の整数とする場合、前記制御処理において、
前記第１蓄電部から前記接続経路を介して前記第２蓄電部へと電流を流す場合、前記交流成分のＮ周期において、前記上アームスイッチのオン時間の合計値が前記下アームスイッチのオン時間の合計値よりも長くなるように前記スイッチング制御を行い、
前記第２蓄電部から前記接続経路を介して前記第１蓄電部へと電流を流す場合、前記交流成分のＮ周期において、前記下アームスイッチのオン時間の合計値が前記上アームスイッチのオン時間の合計値よりも長くなるように前記スイッチング制御を行う、プログラム。 an inverter (30) having a series-connected body of upper and lower arm switches (QUH to QYL), the series-connected body being connected in parallel to a series-connected body of a first storage unit (21) and a second storage unit (22);
a rotating electric machine (40) having windings (41U to 41Y) electrically connected to the inverter;
a connection path (60, 90) electrically connecting the negative electrode side of the first storage unit and the positive electrode side of the second storage unit to the winding;
A program applied to a power conversion device (10) including a computer (70a),
The computer includes :
calculating a DC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
calculating an AC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
a control process for controlling switching of the upper and lower arm switches so that a total current of the DC component and the AC component flows through the connection path;
When N is a positive integer, in the control process,
when a current is caused to flow from the first power storage unit to the second power storage unit via the connection path, the switching control is performed such that a total value of an on-time of the upper arm switches is longer than a total value of an on-time of the lower arm switches in N periods of the AC component;
A program that performs the switching control so that, when current flows from the second storage unit to the first storage unit via the connection path, a total value of on-time of the lower arm switches is longer than a total value of on-time of the upper arm switches in N periods of the AC component .
前記インバータに電気的に接続された巻線（４１Ｕ～４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、a rotating electric machine (40) having windings (41U to 41Y) electrically connected to the inverter;
前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線とを電気的に接続する接続経路（６０，９０）と、a connection path (60, 90) electrically connecting the negative electrode side of the first storage unit and the positive electrode side of the second storage unit to the winding;
コンピュータ（７０ａ）と、を備える電力変換装置（１０）に適用されるプログラムであって、A program applied to a power conversion device (10) including a computer (70a),
前記コンピュータに、The computer includes:
前記接続経路を介して前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部の間に流す電流の直流成分を算出する処理と、calculating a DC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
前記接続経路を介して前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間に流す電流の交流成分を算出する処理と、calculating an AC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
前記直流成分及び前記交流成分の合計電流が前記接続経路に流れるように、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う制御処理と、を実行させ、a control process for controlling switching of the upper and lower arm switches so that a total current of the DC component and the AC component flows through the connection path;
前記交流成分を算出する処理において、前記スイッチング制御により前記接続経路に電流が流れる場合における前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部それぞれの端子電圧が、許容上下限電圧で規定される範囲から外れないような前記交流成分の振幅を設定する、プログラム。A program that, in the process of calculating the AC component, sets the amplitude of the AC component so that the terminal voltages of the first storage unit and the second storage unit when a current flows through the connection path due to the switching control do not fall outside a range defined by an allowable upper and lower voltage limits.
前記インバータに電気的に接続された巻線（４１Ｕ～４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、a rotating electric machine (40) having windings (41U to 41Y) electrically connected to the inverter;
前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線とを電気的に接続する接続経路（６０，９０）と、a connection path (60, 90) electrically connecting the negative electrode side of the first storage unit and the positive electrode side of the second storage unit to the winding;
コンピュータ（７０ａ）と、を備える電力変換装置（１０）に適用されるプログラムであって、A program applied to a power conversion device (10) including a computer (70a),
前記コンピュータに、The computer includes:
前記接続経路を介して前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部の間に流す電流の直流成分を算出する処理と、calculating a DC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
前記接続経路を介して前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間に流す電流の交流成分を算出する処理と、calculating an AC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
前記直流成分及び前記交流成分の合計電流が前記接続経路に流れるように、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う制御処理と、を実行させ、a control process for controlling switching of the upper and lower arm switches so that a total current of the DC component and the AC component flows through the connection path;
前記制御処理において、前記回転電機の駆動要求がある場合、前記接続経路に前記合計電流を流して、かつ、前記回転電機のロータを回転駆動させるための前記スイッチング制御を行う、プログラム。a program for performing the switching control to cause the total current to flow through the connection path and to rotate a rotor of the rotating electric machine when there is a request to drive the rotating electric machine in the control processing.
前記インバータに電気的に接続された巻線（４１Ｕ～４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、a rotating electric machine (40) having windings (41U to 41Y) electrically connected to the inverter;
前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線とを電気的に接続する接続経路（６０，９０）と、a connection path (60, 90) electrically connecting the negative electrode side of the first storage unit and the positive electrode side of the second storage unit to the winding;
コンピュータ（７０ａ）と、を備える電力変換装置（１０）の制御方法であって、A control method for a power conversion device (10) including a computer (70a),
前記コンピュータに、The computer includes:
前記接続経路を介して前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部の間に流す電流の直流成分を算出する処理と、calculating a DC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
前記接続経路を介して前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間に流す電流の交流成分を算出する処理と、calculating an AC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
前記直流成分及び前記交流成分の合計電流が前記接続経路に流れるように、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う制御処理と、を実行させ、a control process for controlling switching of the upper and lower arm switches so that a total current of the DC component and the AC component flows through the connection path;
Ｎを正の整数とする場合、前記制御処理において、When N is a positive integer, in the control process,
前記第１蓄電部から前記接続経路を介して前記第２蓄電部へと電流を流す場合、前記交流成分のＮ周期において、前記上アームスイッチのオン時間の合計値が前記下アームスイッチのオン時間の合計値よりも長くなるように前記スイッチング制御を行い、when a current is caused to flow from the first power storage unit to the second power storage unit via the connection path, the switching control is performed such that a total value of an on-time of the upper arm switches is longer than a total value of an on-time of the lower arm switches in N periods of the AC component;
前記第２蓄電部から前記接続経路を介して前記第１蓄電部へと電流を流す場合、前記交流成分のＮ周期において、前記下アームスイッチのオン時間の合計値が前記上アームスイッチのオン時間の合計値よりも長くなるように前記スイッチング制御を行う、電力変換装置の制御方法。A control method for a power conversion device, wherein, when current is flowed from the second storage unit to the first storage unit via the connection path, the switching control is performed such that a total value of on-time of the lower arm switches is longer than a total value of on-time of the upper arm switches in N periods of the AC component.
前記インバータに電気的に接続された巻線（４１Ｕ～４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、a rotating electric machine (40) having windings (41U to 41Y) electrically connected to the inverter;
前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線とを電気的に接続する接続経路（６０，９０）と、a connection path (60, 90) electrically connecting the negative electrode side of the first storage unit and the positive electrode side of the second storage unit to the winding;
コンピュータ（７０ａ）と、を備える電力変換装置（１０）の制御方法であって、A control method for a power conversion device (10) including a computer (70a),
前記コンピュータに、The computer includes:
前記接続経路を介して前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部の間に流す電流の直流成分を算出する処理と、calculating a DC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
前記接続経路を介して前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間に流す電流の交流成分を算出する処理と、calculating an AC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
前記直流成分及び前記交流成分の合計電流が前記接続経路に流れるように、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う制御処理と、を実行させ、a control process for controlling switching of the upper and lower arm switches so that a total current of the DC component and the AC component flows through the connection path;
前記交流成分を算出する処理において、前記スイッチング制御により前記接続経路に電流が流れる場合における前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部それぞれの端子電圧が、許容上下限電圧で規定される範囲から外れないような前記交流成分の振幅を設定する、電力変換装置の制御方法。A control method for a power conversion device, in a process of calculating the AC component, the amplitude of the AC component is set so that the terminal voltages of the first storage unit and the second storage unit when a current flows through the connection path due to the switching control do not fall outside a range defined by an allowable upper and lower limit voltages.
前記インバータに電気的に接続された巻線（４１Ｕ～４１Ｙ）を有する回転電機（４０）と、a rotating electric machine (40) having windings (41U to 41Y) electrically connected to the inverter;
前記第１蓄電部の負極側及び前記第２蓄電部の正極側と、前記巻線とを電気的に接続する接続経路（６０，９０）と、a connection path (60, 90) electrically connecting the negative electrode side of the first storage unit and the positive electrode side of the second storage unit to the winding;
コンピュータ（７０ａ）と、を備える電力変換装置（１０）の制御方法であって、A control method for a power conversion device (10) including a computer (70a),
前記コンピュータに、The computer includes:
前記接続経路を介して前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部の間に流す電流の直流成分を算出する処理と、calculating a DC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
前記接続経路を介して前記第１蓄電部と前記第２蓄電部との間に流す電流の交流成分を算出する処理と、calculating an AC component of a current flowing between the first power storage unit and the second power storage unit via the connection path;
前記直流成分及び前記交流成分の合計電流が前記接続経路に流れるように、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う制御処理と、を実行させ、a control process for controlling switching of the upper and lower arm switches so that a total current of the DC component and the AC component flows through the connection path;
前記制御処理において、前記回転電機の駆動要求がある場合、前記接続経路に前記合計電流を流して、かつ、前記回転電機のロータを回転駆動させるための前記スイッチング制御を行う、電力変換装置の制御方法。a control method for a power conversion device, wherein, when there is a request to drive the rotating electric machine in the control process, the total current is caused to flow through the connection path, and the switching control is performed to rotate and drive a rotor of the rotating electric machine.
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