JP2010110099A - Protection device for automobile power converter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、直流電力と交流電力との相互間で電力変換を行う自動車用電力変換装置の保護装置に関するものである。 The present invention relates to a protection device for an automotive power conversion device that performs power conversion between DC power and AC power.
自動車用電気駆動システムは、車両を駆動する電動機,電動機を制御する電力変換装置,緊急時に電源を遮断する遮断機等を有する開閉装置,リチウムイオンバッテリー等の二次電池による電源により構成されている。従来の電力変換装置の保護装置は、車両用電力変換装置であり、架線側からの過電圧保護について述べられている。 The electric drive system for automobiles is composed of an electric motor for driving a vehicle, a power conversion device for controlling the electric motor, a switchgear having a circuit breaker for shutting off the power supply in an emergency, and a power source by a secondary battery such as a lithium ion battery. . A conventional protection device for a power conversion device is a vehicle power conversion device, which describes overvoltage protection from the overhead line side.
自動車用電気駆動システムは、車両を駆動する電動機,電動機を制御する電力変換装置,緊急時に電源を遮断する遮断機等を有する遮断装置,リチウムイオンバッテリー等の二次電池による電源により構成されている。このようなシステムでは、システムの異常により回生動作時に遮断装置が動作し、電源と切り離されることがある。この場合、電力変換装置の停止により、電動機の誘起電圧が電力変換装置に印加されることになる。通常、電力変換装置内での短絡故障を防止するために、電力変換装置等の定格電圧より低い電圧に電動機の誘起電圧を抑えるように設定するか、電動機の誘起電圧以上に電力変換装置の定格電圧を設定するという制約がある。 An electric drive system for an automobile is composed of an electric motor for driving a vehicle, a power conversion device for controlling the electric motor, a shut-off device having a shut-off device for shutting off the power in an emergency, and a power source using a secondary battery such as a lithium ion battery. . In such a system, the shut-off device may operate during regenerative operation due to a system abnormality, and may be disconnected from the power source. In this case, the induced voltage of the electric motor is applied to the power converter by stopping the power converter. Normally, in order to prevent short-circuit failure in the power converter, set the motor induced voltage to be lower than the rated voltage of the power converter, etc., or set the power converter rated higher than the motor induced voltage. There is a restriction of setting the voltage.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、前記自動車用電気駆動システムにおいて、電動機の誘起電圧より低い定格電圧の電力変換装置でも短絡故障等の異常が生じることが無く使用することができる自動車用電力変換装置の保護装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In the electric drive system for automobiles, an abnormality such as a short circuit failure does not occur even in a power converter having a rated voltage lower than the induced voltage of the motor. It is providing the protection device of the power converter device for motor vehicles which can be used.
この発明に係わる自動車用電力変換装置の保護装置は、半導体素子と直流側母線に接続された平滑コンデンサで構成された電力変換装置において、前記平滑コンデンサと並列に直流母線に接続された電流制限抵抗と継電器等の電流を制御する構成部品を有し、前記電流を制御する構成部品の動作により、制限抵抗を介して直流母線間に電流を流すことにより、直流側の電圧を抑える。 A protection device for an automotive power conversion device according to the present invention is a power conversion device comprising a semiconductor element and a smoothing capacitor connected to a DC bus, and a current limiting resistor connected to the DC bus in parallel with the smoothing capacitor. And a component for controlling the current such as a relay, and the operation of the component for controlling the current causes the current to flow between the DC buses via the limiting resistor, thereby suppressing the voltage on the DC side.
この発明は、自動車用電気駆動システムの異常時に遮断装置により、電源と切り離された場合、電動機の誘起電圧により印加された過電圧を最小限の構成で、過電圧による電力変換装置の破損を防止することができる。 The present invention prevents damage to a power conversion device due to overvoltage with a minimum configuration of overvoltage applied by an induced voltage of an electric motor when disconnected from a power source by a shut-off device when an electric drive system for an automobile is abnormal. Can do.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施例を説明する全図において、同一機能を有するものは、同一の符号をつける。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, the same reference numerals are given to those having the same function.
まず、図1により電力変換装置を含むシステムの構成を説明する。図1は、本発明を適用する電力変換装置を含んだ自動車用電気駆動システムの一例である。電動機1は、電力変換装置2に交流母線1aにより接続される。前記電力変換装置2は、直流母線2a,2bにより、遮断装置3を介して、リチウムイオン電池等の電源4に接続されている。前記電力変換装置2は、半導体素子(A)21,直流母線2a,2b間に接続された平滑コンデンサ22を有し、平滑コンデンサ22と並列に直流母線2a,2b簡に接続した制限抵抗器23と制限抵抗器23と直列に接続された継電器24を有している。また、直流母線2a,2bに接続された電圧検出手段25と電圧検出手段25に接続された継電器駆動手段26を有している。
First, the configuration of a system including a power conversion device will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an example of an electric drive system for an automobile including a power converter to which the present invention is applied. The
次に、動作を説明する。図1において、遮断装置3が、閉となることにより、電力変換装置2に電力が供給され、半導体素子(A)21のスイッチング制御により、交流を生成し、交流母線1aで接続された電動機1を制御する力行状態となる。また、電動機1の連れ回り時は、電動機1で発電した交流が、交流母線1aを介して、電力変換装置に供給され、半導体素子(A)21で整流され直流に変換されて、遮断装置3を介して電源4に充電される回生状態となる。ここで、前記回生状態において、システム異常により、前記遮断装置3が、開に動作すると、電動機1の誘起電圧により直流母線2a,2b間の電圧が上昇する。直流母線2a,2b間の電圧は、電圧検出手段25により監視され、閾値以上の電圧により継電器駆動手段26に動作信号を送る。この動作信号により、継電器駆動手段26が作動し、継電器24が、閉に動作し、制限抵抗器23を介して直流母線2a,2b間に電流が流れる。この電流により、直流母線2a,2b間の電圧が抑制される。
Next, the operation will be described. In FIG. 1, when the shut-off
図2により、本発明の別の実施例について説明する。図2は、継電器24に代わり半導体素子(B)27を接続した構成である。
With reference to FIG. 2, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 shows a configuration in which a semiconductor element (B) 27 is connected instead of the
半導体素子(B)27の動作を説明する。実施例1と同様に、回生状態において、システム異常により、前記遮断装置3が、開に動作すると、電動機1の誘起電圧により直流母線2a,2b間の電圧が上昇する。直流母線2a,2b間の電圧は、電圧検出手段25により監視され、閾値以上の電圧により半導体素子駆動手段28に動作信号を送る。この動作信号により、半導体素子駆動手段28より、半導体素子(B)27にゲート信号が入力され、制限抵抗器23を介して半導体素子(B)27に電流が流れる。この電流により、直流母線2a,2b間の電圧が抑制される。
The operation of the semiconductor element (B) 27 will be described. As in the first embodiment, when the shut-off
また、半導体素子(B)27に流れる電流を制御し、電圧レベルに応じた電流を流すことも可能である。 It is also possible to control the current flowing through the semiconductor element (B) 27 and to flow a current according to the voltage level.
図3に本発明の別の実施例について説明する。図3は、前記実施例2に対し、半導体素子(B)27を動作させる手段を替えたものである。半導体素子駆動手段28は、直流母線2a,2bに接続され、直流母線2a,2b間の電圧を用いて半導体素子(B)27の制御電圧を生成する。半導体素子駆動手段28は、直流母線2a,2b間の電圧を分圧して半導体素子29の制御電圧を出力することで、直流母線2a,2b間の電圧に応じて半導体素子(B)27の電流を制御可能である。
FIG. 3 illustrates another embodiment of the present invention. FIG. 3 differs from the second embodiment in that means for operating the semiconductor element (B) 27 is changed. The semiconductor element driving means 28 is connected to the
1 電動機
1a 交流母線
2 電力変換装置
2a,2b 直流母線
3 遮断装置
4 電源
21 半導体素子(A)
22 平滑コンデンサ
23 制限抵抗器
24 継電器
25 電圧検出手段
26 継電器駆動手段
27 半導体素子(B)
28 半導体素子駆動手段
DESCRIPTION OF
22
28 Semiconductor element driving means
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