JP2008079436A - Power supply control unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機又は発電機として動作するモータ/ジェネレータの電源制御装置に関する。 The present invention relates to a power control device for a motor / generator that operates as an electric motor or a generator.
電気自動車は車両駆動モータを駆動源としているが、その車両駆動モータに給電する電源として、鉛蓄電池やニッケル・カドミウム電池等の二次電池(バッテリ)を用いることが知られている。しかし、このような二次電池は、放電するまでに走行できる距離が比較的短く、また充電時間が長いものである。 Although an electric vehicle uses a vehicle drive motor as a drive source, it is known to use a secondary battery (battery) such as a lead storage battery or a nickel-cadmium battery as a power source for supplying power to the vehicle drive motor. However, such a secondary battery has a relatively short distance that can be traveled before discharging and a long charging time.
一方、充電時間が短い蓄電手段としてはキャパシタがあり、小型ながら大容量であるところの電気二重層コンデンサを、電気自動車の電源として用いることが提案されている。 On the other hand, there is a capacitor as a power storage means with a short charging time, and it has been proposed to use an electric double layer capacitor having a small capacity but a large capacity as a power source for an electric vehicle.
そこで、蓄電手段として、バッテリと、急速充電可能であるところのキャパシタとの両方を搭載し、車輌の走行状態あるいはキャパシタの充電状態等に基づいて、これらの蓄電手段から車両駆動モータへの給電を制御したり、車両駆動モータから蓄電手段への回生充電を制御したりする電気自動車電源制御装置が考えられている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, both a battery and a capacitor that can be rapidly charged are mounted as power storage means, and power is supplied from these power storage means to the vehicle drive motor based on the running state of the vehicle or the charged state of the capacitor. There has been considered an electric vehicle power supply control device that controls or controls regenerative charging from a vehicle drive motor to a power storage means (see, for example, Patent Document 1).
図3は、特許文献1に記載された電気自動車電源制御装置の概略構成を示すブロック図である。図3に示すように、電気自動車電源制御装置は、キャパシタ101と、バッテリ104と、電流検出回路105と、インバータ106と、片方向コンバータ108と、電圧検出回路109と、コンバータ制御部110と、切換リレー111と、回生電流専用配線112とを備える。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the electric vehicle power supply control device described in
片方向コンバータ108は、キャパシタ180と、トランジスタ182と、ダイオード183と、リアクトル184と、トランジスタ185と、ダイオード186と、キャパシタ188と、電流検出回路189、190とを有する。キャパシタ180、188は平滑用であり、電流検出回路189、190は片方向コンバータ18の入力電流、出力電流の検出用である。
また、切換リレー111は、切換リレーコイル1111と、切換リレー接点1112と、固定接点111A、111Bとを有する。
The
回生時には、回生電流は専用配線112を通って直接キャパシタ101を充電する。片方向コンバータ108は、キャパシタ101側からバッテリ104側へ向かって昇圧または降圧動作させられるので、キャパシタ充電電圧はバッテリ電圧以下とする必要はなくなる。回生電流が所定値を超えると、片方向コンバータ108を動作させ、超えた分はバッテリ104の充電に回す。そうすると、キャパシタ101での電力損失は大とはならない。キャパシタ101から給電する場合、片方向コンバータ108の出力電圧がバッテリ電圧程度になるよう、キャパシタ101の電圧を昇圧または降圧して給電する。
During regeneration, the regenerative current charges the
しかしながら、上記の電気自動車電源制御装置にあっては、片方向コンバータを用いていたため、モータ駆動時には、バッテリ電圧がインバータに直接供給されるものである。すなわち、このコンバータはバッテリ電圧を昇圧するものではないので、バッテリからの電力を用いてインバータを高圧で制御することができないという事情がある。 However, since the above-described electric vehicle power supply control device uses a unidirectional converter, the battery voltage is directly supplied to the inverter when the motor is driven. That is, since this converter does not boost the battery voltage, there is a circumstance that the inverter cannot be controlled at a high voltage using the power from the battery.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、回生時にコンデンサ及びバッテリへの充電を行うことが可能であると共に、モータ駆動時にはバッテリ電圧を昇圧しインバータを高圧で制御することを可能とした電源制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of charging a capacitor and a battery during regeneration, and boosting a battery voltage and controlling an inverter at a high voltage when driving a motor. An object of the present invention is to provide a power control device that can be used.
本発明は、第1に、電動機又は発電機として動作するモータ/ジェネレータの電源制御装置であって、充放電可能なコンデンサと、充放電可能なバッテリと、前記コンデンサ及び前記バッテリの少なくとも一方からの電力を前記モータ/ジェネレータへ供給すると共に、前記モータ/ジェネレータからの回生電力を前記コンデンサ及び前記バッテリの少なくとも一方へ供給するインバータと、前記インバータから供給される回生電力を降圧して前記バッテリに供給すると共に、前記バッテリから放電された電力を昇圧して前記インバータへ供給する昇降圧コンバータとを備える電源制御装置が提供されるものである。 A first aspect of the present invention is a power supply control device for a motor / generator that operates as an electric motor or a generator, and includes a chargeable / dischargeable capacitor, a chargeable / dischargeable battery, and at least one of the capacitor and the battery. An electric power is supplied to the motor / generator, and an regenerative power from the motor / generator is supplied to at least one of the capacitor and the battery, and a regenerative power supplied from the inverter is stepped down and supplied to the battery. And a step-up / down converter that boosts the electric power discharged from the battery and supplies the boosted power to the inverter.
この構成により、昇降圧コンバータがバッテリ及びインバータとの間で両方向の昇降圧を行うことが可能であるので、回生時にコンデンサのみでなくバッテリへの充電を行うことが可能であると共に、モータ駆動時にはバッテリ電圧を昇圧してインバータに供給することが可能となるので、インバータを高圧で制御することができる。 With this configuration, the buck-boost converter can perform boost / buck in both directions between the battery and the inverter, so that not only the capacitor but also the battery can be charged during regeneration and the motor is driven. Since the battery voltage can be boosted and supplied to the inverter, the inverter can be controlled at a high voltage.
本発明は、第2に、上記第1に記載の電源制御装置であって、前記コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧センサと、前記コンデンサと、前記インバータ及び前記昇降圧コンバータとの間の接続又は開放を切り替えるコンデンサ接続スイッチと、前記コンデンサ電圧センサにより検出された電圧に基づいて、前記コンデンサ接続スイッチを制御する制御部とを更に備える電源制御装置が提供されるものである。 A second aspect of the present invention is the power supply control device according to the first aspect, wherein a capacitor voltage sensor that detects a voltage of the capacitor, a connection between the capacitor, the inverter, and the buck-boost converter, There is provided a power supply control device further including a capacitor connection switch that switches between opening and a control unit that controls the capacitor connection switch based on a voltage detected by the capacitor voltage sensor.
この構成により、制御部がコンデンサの電圧に基づいてコンデンサと、インバータ及び昇降圧コンバータとの間の接続を切り替えることができるので、例えばコンデンサの充電状態に応じて、モータ駆動時の電源や回生時の充電先として、コンデンサの選択/非選択を切り替えることができる。 With this configuration, since the control unit can switch the connection between the capacitor, the inverter, and the buck-boost converter based on the voltage of the capacitor, for example, depending on the state of charge of the capacitor, the power supply during motor driving or during regeneration As the charging destination, the selection / non-selection of the capacitor can be switched.
本発明は、第3に、上記第2に記載の電源制御装置であって、前記制御部は、回生時に、前記コンデンサ電圧センサにより検出された前記コンデンサの電圧を監視し、前記コンデンサがフル充電になるまでは前記コンデンサ接続スイッチを接続状態に制御し、前記コンデンサがフル充電であると判定したときは前記コンデンサ接続スイッチを開放状態に制御する電流制御装置が提供されるものである。 Thirdly, the power supply control device according to the second aspect, wherein the control unit monitors the voltage of the capacitor detected by the capacitor voltage sensor during regeneration, and the capacitor is fully charged. Until then, a current control device is provided that controls the capacitor connection switch to a connected state and controls the capacitor connection switch to an open state when it is determined that the capacitor is fully charged.
この構成により、コンデンサがフル充電であるときには、回生電力は昇降圧コンバータを介してバッテリへ充電されるので、効率的に回生電力を利用することができる。 With this configuration, when the capacitor is fully charged, the regenerative power is charged to the battery via the step-up / down converter, so that the regenerative power can be used efficiently.
本発明は、第4に、上記第2又は第3に記載の電源制御装置であって、前記インバータからの回生電流を検出する電流センサと、前記バッテリと、前記インバータ及び前記コンデンサ接続スイッチとの間の接続又は開放を切り替えるバッテリ接続スイッチとを更に備え、前記制御部は、前記電流センサにより検出された回生電流が所定の電流値以上のときは、前記バッテリ接続スイッチを接続状態に制御する電源制御装置が提供されるものである。 Fourthly, the present invention provides the power supply control device according to the second or third aspect, wherein a current sensor that detects a regenerative current from the inverter, the battery, the inverter, and the capacitor connection switch A battery connection switch that switches between connection and release, and the control unit controls the battery connection switch to a connected state when the regenerative current detected by the current sensor is equal to or greater than a predetermined current value. A control device is provided.
この構成により、回生電流が大きい場合には、インバータとバッテリとをコンバータを介して接続することにより、バッテリへの充電を行うので、例えば、コンデンサの瞬時蓄電容量を超えたとしても、その分の回生電流をバッテリへ充電することができるので、効率的に回生電力を利用することができる。 With this configuration, when the regenerative current is large, the battery is charged by connecting the inverter and the battery via a converter. For example, even if the instantaneous storage capacity of the capacitor is exceeded, Since the regenerative current can be charged to the battery, the regenerative power can be used efficiently.
本発明は、第5に、上記第4に記載の電源制御装置であって、前記制御部は、前記電流センサにより検出された回生電流が所定の電流値未満のとき、前記コンデンサ電圧センサにより検出された前記コンデンサの電圧に基づいて前記コンデンサがフル充電であると判定すれば前記バッテリ接続スイッチを接続状態に制御し、前記コンデンサがフル充電に満たないと判定すれば前記バッテリ接続スイッチを開放状態に制御する電源制御装置が提供されるものである。 The fifth aspect of the present invention is the power supply control device according to the fourth aspect, wherein the control unit detects by the capacitor voltage sensor when a regenerative current detected by the current sensor is less than a predetermined current value. If it is determined that the capacitor is fully charged based on the voltage of the capacitor, the battery connection switch is controlled to be connected. If it is determined that the capacitor is not fully charged, the battery connection switch is opened. A power supply control device for controlling the power supply is provided.
この構成により、コンデンサ電圧に応じて、インバータとバッテリとの接続を適切に切り替えることができる。 With this configuration, the connection between the inverter and the battery can be appropriately switched according to the capacitor voltage.
本発明は、第6に、上記第4又は第5に記載の電源制御装置であって、前記インバータと、前記コンデンサ接続スイッチ及び前記バッテリ接続スイッチとの間の接続又は開放を切り替えるインバータ接続スイッチを更に備え、前記制御部は、前記モータ/ジェネレータを動作させない状態にあるとき、前記コンデンサ接続スイッチ、前記バッテリ接続スイッチ及び前記インバータ接続スイッチの全てを開放状態に制御する電源制御装置が提供されるものである。 Sixthly, the present invention provides the power supply control device according to the fourth or fifth aspect, wherein an inverter connection switch that switches connection or release between the inverter and the capacitor connection switch and the battery connection switch is provided. The power supply control device is further provided, wherein the control unit controls all of the capacitor connection switch, the battery connection switch, and the inverter connection switch to an open state when the motor / generator is not operated. It is.
この構成により、車輌が停止しているとき等、モータ/ジェネレータを動作させない状態にあるときには、バッテリ及びコンデンサからの放電を抑制することができる。 With this configuration, when the motor / generator is not operated, such as when the vehicle is stopped, discharge from the battery and the capacitor can be suppressed.
本発明は、第7に、上記第2ないし第6のいずれかに記載の電源制御装置であって、前記制御部は、前記コンデンサ電圧センサにより検出された電圧の変化に応じて前記インバータから前記モータ/ジェネレータに供給する電力を制御する電源制御装置が提供されるものである。 Seventhly, the present invention provides the power supply control device according to any one of the second to sixth aspects, wherein the control unit is configured to output the inverter from the inverter according to a change in voltage detected by the capacitor voltage sensor. A power supply control device that controls electric power supplied to a motor / generator is provided.
この構成により、コンデンサ電圧に応じて高周波制御する等、インバータを制御することにより、コンデンサの電圧変化によるモータ/ジェネレータへの出力の変動を抑制することができる。 With this configuration, it is possible to suppress fluctuations in the output to the motor / generator due to changes in the voltage of the capacitor by controlling the inverter, such as performing high frequency control according to the capacitor voltage.
本発明によれば、回生時にコンデンサ及びバッテリへの充電を行うことが可能であると共に、モータ駆動時にはバッテリ電圧を昇圧しインバータを高圧で制御することを可能とした電源制御装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a power supply control device capable of charging a capacitor and a battery during regeneration and boosting a battery voltage and controlling an inverter at a high voltage when driving a motor. it can.
図1は、本発明の実施形態に係る電源制御装置の概略構成を示す図である。本実施形態の電源制御装置1は、電動機又は発電機として動作するモータ/ジェネレータ(以下、M/Gという)10の電源制御を行うものである。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power supply control device according to an embodiment of the present invention. The power
なお、本実施形態では、M/G10が、電気自動車の動力として用いられた場合について説明する。このとき、M/G10は、電源制御装置1から供給された電力により電動機として動作して車輌を駆動する。また、車輌の減速時における車輪や、エンジンからの駆動力により発電機として動作し、電源制御装置1へ電力を供給する。
In the present embodiment, a case where the M /
なお、本実施形態の電源制御装置1は、電気自動車に限らず、M/Gを有し、回生エネルギーを蓄電しモータ駆動エネルギーとして利用するシステム等に適用可能である。このようなシステムを用いたものとしては、例えば、電動オートバイ、ハイブリッド自動車、自立走行電車、エレベータ、船舶、電動車椅子、貨物運搬用電動台車等が挙げられる。
In addition, the power
図1に示すように、電源制御装置1は、インバータ20と、コンデンサ30と、昇降圧コンバータ40と、バッテリ50と、コンデンサ電圧センサ61と、バッテリ電圧センサ62と、電流センサ63と、切替部70と、制御部80とを備える。
As shown in FIG. 1, the power
インバータ20は、MOSFET21a、21b、21c、21d、21e、21fを有する三相ブリッジと、MOSFET21a、21b、21c、21d、21e、21fの各々に並列接続された帰還ダイオード22a、22b、22c、22d、22e、22fと、制御部80からの制御に基づき、各MOSFET21〜21fのゲート電圧を制御してオンオフを切り替えるインバータ制御回路23とを有する。そして、インバータ20は、コンデンサ30及びバッテリ50の少なくとも一方からの電力をM/G10へ供給すると共に、M/G10からの回生電力をコンデンサ30及びバッテリ50の少なくとも一方へ供給する。
The
コンデンサ30は、インバータ20に並列に接続され、インバータ20を介してM/G10から供給される電力を蓄電すると共に、インバータ20を介してM/G10を駆動する際には電力を供給する。なお、コンデンサ40には、例えば、電気二重層コンデンサなど大容量コンデンサが用いられる。
The
昇降圧コンバータ40は、インバータ20及びコンデンサ30と並列に接続され、MOSFET41a、41bと、MOSFET41a、41bの各々に並列接続された帰還ダイオード42a、42bと、リアクトル43と、コンデンサ44と、制御部80からの制御に基づき、MOSFET41a、41bのゲート電圧を制御してオンオフを切り替える昇降圧制御回路45とを有する。
The step-up / down converter 40 is connected in parallel to the
MOSFET41aは切替部70側からの出力を降圧する降圧用のトランジスタとして、MOSFET41bはバッテリ50からの出力を昇圧する昇圧用のトランジスタとして機能する。リアクトル43は切替部70から出力された又はバッテリ50からの出力された電力を蓄積又は放出する。コンデンサ44は、降圧時の出力を平滑する平滑コンデンサとして機能する。
The
このように、昇降圧コンバータ40は、インバータ20から供給される回生電力を降圧してバッテリ50に供給すると共に、バッテリ50から放電された電力を昇圧してインバータ40へ供給する、両方向の昇降圧コンバータとして機能する。
Thus, the step-up / step-down converter 40 steps down the regenerative power supplied from the
バッテリ50は、昇降圧コンバータ40と並列に接続され、充放電可能な二次電池である。なお、バッテリ50には、例えば、鉛蓄電池やニッケル・カドミウム電池等の二次電池が用いられる。
The
コンデンサ電圧センサ61は、コンデンサ30と並列に接続され、コンデンサ30の電圧を検出し、検出値を制御部80へ出力する。
バッテリ電圧センサ62は、バッテリ50と並列に接続され、バッテリ50の電圧を検出し、検出値を制御部80へ出力する。
The
電流センサ63は、インバータ20に直列に接続され、インバータ20からコンデンサ30及びバッテリ50の方向へ流れる回生電流等の、インバータ20とコンデンサ30及び昇降圧コンバータ40との間を流れる電流を検出し、検出値を制御部80へ出力する。
The
切替部70は、インバータ接続スイッチ71と、コンバータ接続スイッチ72と、コンデンサ接続スイッチ73とを有し、インバータ20、コンデンサ30及び昇降圧コンバータ40のそれぞれについて互いの接続/開放を切り替える。なお、各スイッチ71、72、73は、制御部80からの制御に基づいて切り替えられる。
The switching unit 70 includes an inverter connection switch 71, a
インバータ接続スイッチ71は、インバータ20と直列に接続され、インバータ20と、コンバータ接続スイッチ72及びコンデンサ接続スイッチ73との間の接続又は開放を切り替える。すなわち、インバータ20を、コンデンサ30又は昇降圧コンバータ40に対して接続又は開放を切り替えるものである。
The inverter connection switch 71 is connected in series with the
コンバータ接続スイッチ72は、昇降圧コンバータ40と直列に接続され、昇降圧コンバータ40と、インバータ接続スイッチ71及びコンデンサ接続スイッチ73との間の接続又は開放を切り替える。すなわち、昇降圧コンバータ40を、インバータ20又はコンデンサ30に対して接続又は開放を切り替えるものである。
The
コンデンサ接続スイッチ73は、コンデンサ30と直列に接続され、コンデンサ30と、インバータ接続スイッチ71及びコンバータ接続スイッチ72との間の接続又は開放を切り替える。すなわち、コンデンサ30を、インバータ20又は昇降圧コンバータ40に対して接続又は開放を切り替えるものである。制御部がコンデンサの電圧に基づいてコンデンサと、インバータ及び昇降圧コンバータとの間の接続を切り替えることができるので、例えばコンデンサの充電状態に応じて、モータ駆動時の電源供給元、又は回生時の充電先として、コンデンサの選択/非選択を切り替えることができる。
The
制御部80は、コンデンサ電圧センサ61、バッテリ電圧センサ62及び電流センサ63から出力された検出信号に基づいて、切替部70の各スイッチ71、72、73の切替制御を行うと共に、インバータ制御回路23及び昇降圧制御回路55を制御する。
The
次に、以上のように構成された電源制御装置の動作について説明する。図2は、本発明の実施形態に係る電源制御装置の動作を説明する図である。 Next, the operation of the power supply control device configured as described above will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the power supply control apparatus according to the embodiment of the present invention.
まず、M/G10を電動機として駆動して車輌の動力とするEV走行時について説明する(図2の項番1〜4参照)。
First, a description will be given of EV traveling when the M /
EV走行時において、制御部80は、コンデンサ電圧センサ61及びバッテリ電圧センサ62により検出されたコンデンサ30及びバッテリ50の電圧に基づいて、切替部70を制御する。なお、制御部80は、EV走行時において、コンデンサ電圧センサ61から出力された検出値とEV走行時コンデンサ電圧判定用の閾値とを比較して、検出値が閾値以上であればコンデンサ30の電圧が高位、閾値未満であればコンデンサ30の電圧が低位であると判定する。同様に、バッテリ電圧センサ62から出力された検出値とEV走行時バッテリ電圧判定用の閾値とを比較して、検出値が閾値以上であればバッテリ50の電圧が高位、閾値未満であればバッテリ50の電圧が低位であると判定する。
During EV travel, the
図2の項番1、項番2に示すように、コンデンサ30の電圧が高位であるとき、制御部80は、インバータ接続スイッチ71及びコンデンサ接続スイッチ73を接続状態(通電状態:ON)、コンバータ接続スイッチ72を開放状態(絶縁状態:OFF)に制御する。したがって、コンデンサ30の蓄電エネルギーが、インバータ20を介してM/G10に供給され、EV走行が実現される。
As shown in item No. 1 and item No. 2 in FIG. 2, when the voltage of the
なお、コンデンサ30からの電力によりEV走行が行われるとき、コンデンサ30が放電することによりコンデンサ30の電圧が変動するので、インバータ20に供給される電力が変動する。そこで、制御部80は、コンデンサ電圧センサ61により検出されたコンデンサ30の電圧の変化に応じて、インバータ制御回路23を制御し、コンデンサ30からM/G10に供給する電力を制御する。これにより、コンデンサ30の電圧に応じて高周波制御する等、インバータ20を制御することにより、コンデンサ30の電圧変化によるM/G10への出力の変動を抑制することができる。
Note that, when EV traveling is performed with the power from the
図2の項番3に示すように、コンデンサ30の電圧が低位であり、バッテリ50の電圧が高位であるとき、制御部80は、インバータ接続スイッチ71、コンバータ接続スイッチ72及びコンデンサ接続スイッチ73の全てをON状態に制御する。また、制御部80は、昇降圧制御回路45を制御することにより、昇降圧コンバータ40は、バッテリ50からの出力を昇圧してインバータ20へ供給する。これにより、バッテリ50からの電力によるEV走行が実現する。このようにして、バッテリ50の出力を昇圧してインバータ20に供給することが可能となるので、インバータ20を高圧で制御することができる。
2, when the voltage of the
なお、コンデンサスイッチ73がON状態に制御されることにより、バッテリ50からの電力をコンデンサ1へ充電されると共に、コンデンサ1により、M/G10のモータ負荷変動によるサージの影響、及び昇降圧コンバータ40の昇圧によるリプル等の影響が抑制される。すなわち、コンデンサ1は、昇降圧コンバータ40の昇圧時の出力を平滑する平滑コンデンサとして機能する。
When the
図2の項番4に示すように、コンデンサ30の電圧及びバッテリ50の電圧の両方が低位であるときには、M/G10の発電を伴いながらのEV走行となる。このとき、制御部80は、インバータ接続スイッチ71、コンバータ接続スイッチ72およびコンデンサ接続スイッチ73をON状態に制御する。M/G10により発電された電力は、インバータ20を介して、コンデンサ30への蓄電を行いつつ、昇降圧コンバータ40を介してバッテリ50の蓄電電圧にまで降圧した電力でバッテリ50への充電を行う。一方で、ジェネレータにより発電された電力をインバータ20による制御によりM/G10を駆動することでEV走行を実現する。ここで、ジェネレータによる発電エネルギーはエンジンなどの内燃機関を用いる。
As shown in
次に、M/G10が発電機として動作してコンデンサ30及びバッテリ50へ電力を回生する回生時について説明する(図2の項番5〜12参照)。
Next, a description will be given of regeneration when the M /
回生時は、車輌の制動状況に応じてM/G10よりインバータ20を通じて回生される電流量が大きく変化する。そこで、回生時では、制御部80は、コンデンサ電圧センサ61及びバッテリ電圧センサ62により検出されたコンデンサ30及びバッテリ50の電圧に加え、電流センサ63により検出された回生電流に基づいて、切替部70を制御する。また、このとき、回生電流、電圧は、制御部80の制御に基づき、インバータ制御回路23がMOSFET21a〜21fを適切に制御する。
During regeneration, the amount of current regenerated through the
制御部80は、回生時において、コンデンサ電圧センサ61から出力された検出値を監視し、コンデンサ30がフル充電であるとき、すなわちコンデンサ30の電圧が飽和状態であるとコンデンサ30の電圧が高位、コンデンサ30がフル充電になるまで、すなわちコンデンサ30の電圧が飽和状態となるまではコンデンサ30の電圧が低位であると判定する。なお、この高位/低位は、フル充電であるか否かにより判定される代わりに、コンデンサ30の電圧が所定の閾値以上であるか未満であるかにより判定されてもよい。
The
また、制御部80は、バッテリ電圧センサ62から出力された検出値と回生時バッテリ電圧判定用の閾値とを比較して、検出値が閾値以上であればバッテリ50の電圧が高位、閾値未満であればバッテリ50の電圧が低位であると判定する。なお、回生時バッテリ電圧判定用の閾値は、例えばコンデンサ30のフル充電時の電圧の8割程度である。
Further, the
図2の項番5、項番6に示すように、回生電流の電流量が少なく(回生量が小さく)、コンデンサ30の電圧が高位であるとき、制御部80は、インバータ接続スイッチ71及びコンバータ接続スイッチ72をON状態、コンデンサ接続スイッチ73をOFF状態に制御する。また、制御部80は、昇降圧制御回路45を制御することにより、昇降圧コンバータ40は、インバータ20からの出力を降圧してバッテリ50へ供給する。
2, when the current amount of the regenerative current is small (the regenerative amount is small) and the voltage of the
このように、制御部80が、コンデンサ30の電圧が高位である、すなわちコンデンサ30がフル充電であると判定したときには、コンデンサ接続スイッチ73をOFF状態に制御することにより、回生電力はコンデンサ30へ供給されない。また、コンバータ接続スイッチ72をOFF状態に制御するので、回生電力がバッテリ50へ供給され、バッテリ50を充電することができる。したがって、コンデンサ電圧が高位であるときには、充電先としてバッテリ50を適切に選択することができる。
As described above, when the
図2の項番7、項番8に示すように、回生量が小さく、コンデンサ30の電圧が低位であるとき、制御部80は、インバータ接続スイッチ71及びコンデンサ接続スイッチ73をON状態、コンバータ接続スイッチ72をOFF状態に制御する。
2, when the regenerative amount is small and the voltage of the
このように、制御部80が、コンデンサ30の電圧が低位である、すなわちコンデンサ30がフル充電になるまでは、コンデンサ接続スイッチ73をON状態に制御することにより、回生電力をコンデンサ30へ供給することができる。また、コンバータ接続スイッチ72をOFF状態に制御するので、回生電力はバッテリへ供給されない。したがって、コンデンサ電圧が低位であるときには、充電先としてコンデンサ30を適切に選択することができる。
As described above, the
図2の項番9、項番10に示すように、回生量が大きく、コンデンサ30の電圧が高位であるとき、上記項番5、項番6の場合と同様に、制御部80は、インバータ接続スイッチ71及びコンバータ接続スイッチ72をON状態、コンデンサ接続スイッチ73をOFF状態に制御する。また、制御部80は、昇降圧制御回路45を制御することにより、昇降圧コンバータ40は、インバータ20からの出力を降圧してバッテリ50へ供給する。
As shown in
このように、制御部80が、コンデンサ30がフル充電であると判定したときには、回生電力はコンデンサ30へ供給されず、バッテリ50へ供給される。したがって、したがって、コンデンサ電圧が高位であるときには、充電先としてバッテリ50を適切に選択することができる。
Thus, when the
図2の項番11、項番12に示すように、回生量が大きく、コンデンサ30の電圧が低位であるとき、制御部80は、インバータ接続スイッチ71、コンバータ接続スイッチ72及びコンデンサ接続スイッチ73の全てをON状態に制御する。また、制御部80は、制御部80は、昇降圧制御回路45を制御することにより、昇降圧コンバータ40は、インバータ20からの出力を降圧してバッテリ50へ供給する。
2, when the regenerative amount is large and the voltage of the
このように、制御部80が、コンデンサ30の電圧が低位である、すなわちコンデンサ30がフル充電になるまでは、コンデンサ接続スイッチ73をON状態に制御することにより、回生電力はコンデンサ30へ充電することができる。更に、制御部80が、コンバータ接続スイッチ72をON状態に制御すると共に、昇降圧コンバータ40を制御することにより、回生量が大きく、インバータ20から出力される電流がコンデンサ30の瞬時蓄電容量を超えるような場合でも、その余剰電流をバッテリ50へ充電することができる。このようにして、効率的に回生電力を利用することができる。
In this way, the
次に、M/G10を動作させない状態にあるときについて説明する(図2の項番13参照)。また、車輌が停止中等は、EV走行、回生共に行われないため、制御部80は、インバータ接続スイッチ71、コンバータ接続スイッチ72及びコンデンサ接続スイッチ73の全てをON状態に制御する。このようにして、車輌が停止しているとき等、M/G10を動作させない状態にあるときに、バッテリ及びコンデンサからの放電を抑制することができる。
Next, a case where the M /
このような本発明の実施形態によれば、昇降圧コンバータがバッテリ及びインバータとの間で両方向の昇降圧を行うことが可能であるので、回生時にコンデンサのみでなくバッテリへの充電を行うことが可能であると共に、モータ駆動時にはバッテリ電圧を昇圧してインバータに供給することが可能となるので、インバータを高圧で制御することができる。 According to such an embodiment of the present invention, since the buck-boost converter can perform the buck-boost in both directions between the battery and the inverter, not only the capacitor but also the battery can be charged during regeneration. In addition, since the battery voltage can be boosted and supplied to the inverter when the motor is driven, the inverter can be controlled at a high voltage.
なお、上記の実施形態では、切替部70が3つのスイッチを備えた場合を説明したが、電源制御装置1が実現する機能に応じて、切替部70がコンバータ接続スイッチ72及びコンデンサ接続スイッチ73のみを有していてもよいし、切替部70がコンデンサ接続スイッチ73のみを有していてもよい。
In the above embodiment, the case where the switching unit 70 includes three switches has been described. However, the switching unit 70 includes only the
また、上記の実施形態では、インバータに電力を供給する発電機の一例としてM/G10を説明したが、発電機は、燃料電池や太陽電池、水素を用いた発電装置等、種々の発電機を用いてもよい。
In the above embodiment, the M /
本発明の電源制御装置は、回生時にコンデンサ及びバッテリへの充電を行うことが可能であると共に、モータ駆動時にはバッテリ電圧を昇圧しインバータを高圧で制御することを可能とした効果を有し、モータ/ジェネレータを有し、回生エネルギーを蓄電しモータ駆動エネルギーとして利用するシステム等に有用である。 The power supply control device of the present invention can charge the capacitor and the battery during regeneration, and has the effect of boosting the battery voltage and controlling the inverter at a high voltage when driving the motor. / Useful for systems that have a generator and store regenerative energy and use it as motor drive energy.
1 電源制御装置
10 モータ/ジェネレータ(M/G)
20 インバータ
21a、21b、21c、21d、21e、21f MOSFET
22a、22b、22c、22d、22e、22f 帰還ダイオード
23 インバータ制御回路
30 コンデンサ
40 昇降圧コンバータ
41a、41b MOSFET
42a、42b 帰還ダイオード
43 リアクトル
44 コンデンサ
50 バッテリ
61 コンデンサ電圧センサ
62 バッテリ電圧センサ
63 電流センサ
70 切替部
71 インバータ接続スイッチ
72 コンバータ接続スイッチ
73 コンデンサ接続スイッチ
80 制御部
101 キャパシタ
104 バッテリ
105 電流検出回路
106 インバータ
107 車両駆動モータ
108 片方向コンバータ
109 電圧検出回路
110 コンバータ制御部
111 切換リレー
1111 切換リレーコイル
1112 切換リレー接点
111A、111B 固定接点
112 回生電流専用配線
180 キャパシタ
182 トランジスタ
183 ダイオード
184 リアクトル
185 トランジスタ
186、188 キャパシタ
189、190 電流検出回路
1 Power
20
22a, 22b, 22c, 22d, 22e,
42a,
Claims (7)
充放電可能なコンデンサと、
充放電可能なバッテリと、
前記コンデンサ及び前記バッテリの少なくとも一方からの電力を前記モータ/ジェネレータへ供給すると共に、前記モータ/ジェネレータからの回生電力を前記コンデンサ及び前記バッテリの少なくとも一方へ供給するインバータと、
前記インバータから供給される回生電力を降圧して前記バッテリに供給すると共に、前記バッテリから放電された電力を昇圧して前記インバータへ供給する昇降圧コンバータと
を備える電源制御装置。 A power supply control device for a motor / generator that operates as an electric motor or a generator,
A chargeable / dischargeable capacitor;
A chargeable / dischargeable battery;
An inverter that supplies electric power from at least one of the capacitor and the battery to the motor / generator and supplies regenerative power from the motor / generator to at least one of the capacitor and the battery;
A step-up / down converter that steps down the regenerative power supplied from the inverter and supplies it to the battery, and steps up the power discharged from the battery and supplies the boosted power to the inverter.
前記コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧センサと、
前記コンデンサと、前記インバータ及び前記昇降圧コンバータとの間の接続又は開放を切り替えるコンデンサ接続スイッチと、
前記コンデンサ電圧センサにより検出された電圧に基づいて、前記コンデンサ接続スイッチを制御する制御部と
を更に備える電源制御装置。 The power supply control device according to claim 1,
A capacitor voltage sensor for detecting the voltage of the capacitor;
A capacitor connection switch that switches connection or release between the capacitor and the inverter and the buck-boost converter;
And a control unit that controls the capacitor connection switch based on a voltage detected by the capacitor voltage sensor.
前記制御部は、回生時に、前記コンデンサ電圧センサにより検出された前記コンデンサの電圧を監視し、前記コンデンサがフル充電になるまでは前記コンデンサ接続スイッチを接続状態に制御し、前記コンデンサがフル充電であると判定したときは前記コンデンサ接続スイッチを開放状態に制御する電流制御装置。 The power supply control device according to claim 2,
The controller monitors the voltage of the capacitor detected by the capacitor voltage sensor during regeneration, controls the capacitor connection switch to a connected state until the capacitor is fully charged, and the capacitor is fully charged. A current control device for controlling the capacitor connection switch to an open state when it is determined that the capacitor connection switch is present.
前記インバータからの回生電流を検出する電流センサと、
前記バッテリと、前記インバータ及び前記コンデンサ接続スイッチとの間の接続又は開放を切り替えるバッテリ接続スイッチと
を更に備え、
前記制御部は、前記電流センサにより検出された回生電流が所定の電流値以上のときは、前記バッテリ接続スイッチを接続状態に制御する電源制御装置。 The power supply control device according to claim 2 or 3,
A current sensor for detecting a regenerative current from the inverter;
A battery connection switch that switches connection or release between the battery and the inverter and the capacitor connection switch;
When the regenerative current detected by the current sensor is equal to or greater than a predetermined current value, the control unit controls the battery connection switch to be in a connected state.
前記制御部は、前記電流センサにより検出された回生電流が所定の電流値未満のとき、
前記コンデンサ電圧センサにより検出された前記コンデンサの電圧に基づいて前記コンデンサがフル充電であると判定すれば前記バッテリ接続スイッチを接続状態に制御し、前記コンデンサがフル充電に満たないと判定すれば前記バッテリ接続スイッチを開放状態に制御する電源制御装置。 The power supply control device according to claim 4,
The control unit, when the regenerative current detected by the current sensor is less than a predetermined current value,
If it is determined that the capacitor is fully charged based on the voltage of the capacitor detected by the capacitor voltage sensor, the battery connection switch is controlled to be connected, and if it is determined that the capacitor is not fully charged, A power supply control device that controls the battery connection switch to an open state.
前記インバータと、前記コンデンサ接続スイッチ及び前記バッテリ接続スイッチとの間の接続又は開放を切り替えるインバータ接続スイッチを更に備え、
前記制御部は、前記モータ/ジェネレータを動作させない状態にあるとき、前記コンデンサ接続スイッチ、前記バッテリ接続スイッチ及び前記インバータ接続スイッチの全てを開放状態に制御する電源制御装置。 The power supply control device according to claim 4 or 5,
An inverter connection switch for switching connection or release between the inverter and the capacitor connection switch and the battery connection switch;
The control unit is a power supply control device that controls all of the capacitor connection switch, the battery connection switch, and the inverter connection switch to an open state when the motor / generator is not operated.
前記制御部は、前記コンデンサ電圧センサにより検出された電圧の変化に応じて前記インバータから前記モータ/ジェネレータに供給する電力を制御する電源制御装置。 The power supply control device according to any one of claims 2 to 6,
The control unit is a power supply control device that controls electric power supplied from the inverter to the motor / generator in accordance with a change in voltage detected by the capacitor voltage sensor.
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2006
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