JP5900361B2 - Power control system for vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、車両用の電源制御システムに関する。特に、出力電圧の異なる2個のバッテリを搭載した車両において、低電圧系の電源制御に関する。 The present invention relates to a power supply control system for a vehicle. In particular, the present invention relates to low-voltage power control in a vehicle equipped with two batteries having different output voltages.
出力電圧の異なる2個のバッテリを搭載した車両が知られている。典型的には、多くの電気自動車が2個のバッテリを搭載している。一つは、走行用モータを駆動するための電力を蓄えるバッテリであり、他の一つは、電子デバイスやルームランプ、カーナビなど、走行用モータよりも駆動電圧が低いデバイスに電力を供給するためのバッテリである。本明細書では、前者を第1バッテリと称し、後者を第2バッテリと称することがある。あるいは、より具体的に、前者をメインバッテリと称し、後者を補機バッテリと称することがある。また、電子デバイスやルームランプ、カーナビなど、走行用モータよりも駆動電圧が低いデバイス群を「補機」と総称することがある。 A vehicle equipped with two batteries having different output voltages is known. Many electric vehicles typically have two batteries. One is a battery that stores power to drive the motor for traveling, and the other is to supply power to devices that have a lower driving voltage than the traveling motor, such as electronic devices, room lamps, and car navigation systems. Battery. In the present specification, the former may be referred to as a first battery and the latter may be referred to as a second battery. Alternatively, more specifically, the former may be referred to as a main battery and the latter may be referred to as an auxiliary battery. In addition, devices such as electronic devices, room lamps, car navigation systems, and the like whose drive voltage is lower than that of the traveling motor may be collectively referred to as “auxiliary equipment”.
従来のエンジン車は、上記の補機バッテリに相当する1個のバッテリを搭載しており、エンジンに連動するオルタネータでそのバッテリを充電する。出力電圧の異なる2個のバッテリを搭載した車両では、オルタネータではなく、メインバッテリの電圧を降圧して補機バッテリを充電するシステムが採用されることがある。あるいは、補機バッテリの出力電力では補機を駆動するのに十分でない場合には、メインバッテリの電圧を降圧して補機に供給することがある。そのような電源制御システムでは、メインバッテリの電圧を降圧して補機バッテリを電源とする電力線に電力を供給する降圧コンバータを備える。出力電圧の異なる2個のバッテリと上記の降圧コンバータを備えた電源制御システムの例が特許文献1と2に開示されている。なお、特許文献1の技術は電気自動車に限定してはいないが、開示された技術は電気自動車に好適なものである。
A conventional engine vehicle is equipped with one battery corresponding to the auxiliary battery described above, and the battery is charged by an alternator linked to the engine. In a vehicle equipped with two batteries having different output voltages, a system that steps down the voltage of the main battery and charges the auxiliary battery instead of the alternator may be employed. Alternatively, when the output power of the auxiliary battery is not sufficient to drive the auxiliary machine, the voltage of the main battery may be stepped down and supplied to the auxiliary machine. Such a power supply control system includes a step-down converter that steps down the voltage of the main battery and supplies power to a power line that uses the auxiliary battery as a power source.
特許文献1の技術は、降圧コンバータが電圧を降圧する際に生じる損失(変換ロス)を抑制することを目的としている。特許文献1の技術は次の通りである。降圧コンバータのコントローラは、補機バッテリを電源とする電力線の電圧変動に影響を与える大負荷の補機の動作前には降圧コンバータの出力電圧を第1電圧に設定し、動作後には、降圧コンバータの出力電圧を第1電圧よりも低い第2電圧に変更する。 The technique of Patent Document 1 aims to suppress a loss (conversion loss) that occurs when a step-down converter steps down a voltage. The technique of patent document 1 is as follows. The controller of the step-down converter sets the output voltage of the step-down converter to the first voltage before the operation of the heavy load auxiliary device that affects the voltage fluctuation of the power line powered by the auxiliary battery, and after the operation the step-down converter Is changed to a second voltage lower than the first voltage.
また、特許文献2は、補機バッテリの電力線に接続される補機の負荷変動に応じて降圧コンバータの出力電圧を調整し、補機バッテリの過充電や過放電を抑制する技術を開示する。
本明細書が開示する技術も、出力の異なる2個のバッテリ(メインバッテリと補機バッテリ)と、メインバッテリの出力電圧を降圧して補機バッテリを電源とする電力線に電力を供給する降圧コンバータを備えた車両用の電源制御システムに関する。本明細書が開示する技術は、負荷変動の大きい冷媒循環用の電動ポンプに着目し、電動ポンプと連動して降圧コンバータの出力を調整する。本明細書が開示する技術は、降圧コンバータの出力を抑制してメインバッテリの消費を抑制することと、負荷変動の大きい電動ポンプを動作させるだけの電力供給を確保することの両立を図ることを目的とする。 The technology disclosed in this specification also includes two batteries (a main battery and an auxiliary battery) having different outputs, and a step-down converter that steps down the output voltage of the main battery and supplies power to a power line that uses the auxiliary battery as a power source. It is related with the power supply control system for vehicles provided with. The technology disclosed in this specification focuses on a refrigerant circulation electric pump having a large load fluctuation, and adjusts the output of the step-down converter in conjunction with the electric pump. The technology disclosed in this specification aims to achieve both the suppression of the output of the step-down converter to suppress the consumption of the main battery and the securing of the power supply enough to operate the electric pump having a large load fluctuation. Objective.
補機バッテリを電源とする電力線には様々な補機が接続される。従来は、それら複数の補機に起因する負荷変動に耐え得るように、降圧コンバータは出力電圧が一定となるように制御されていた。本明細書が開示する電源制御システムでは、出力電圧が一定となるように降圧コンバータを制御するのではなく、補機バッテリの出力電圧が予め定められた目標電圧となるように降圧コンバータをフィードバック制御する。そうすることで、余剰な電力をメインバッテリから補機バッテリへ供給することを防止するとともに、降圧コンバータの変換ロスを低減する(降圧コンバータの出力電圧を抑制することで、変換ロスも小さくなる)。なお、補機バッテリの電圧は、補機バッテリの残量(SOC:State Of Charge)と一意の関係にあるため、「補機バッテリの出力電圧が予め定められた目標電圧となるように降圧コンバータをフィードバック制御する」ことは、補機バッテリの残量が予め定められた目標残量となるように降圧コンバータをフィードバック制御することと等価であることに留意されたい。また、以下では、降圧コンバータを制御するデバイスを電源コントローラと称する。 Various auxiliary machines are connected to a power line that uses an auxiliary battery as a power source. Conventionally, the step-down converter has been controlled so that the output voltage is constant so that it can withstand load fluctuations caused by the plurality of auxiliary machines. The power supply control system disclosed in this specification does not control the step-down converter so that the output voltage becomes constant, but feedback-controls the step-down converter so that the output voltage of the auxiliary battery becomes a predetermined target voltage. To do. By doing so, it is possible to prevent excessive power from being supplied from the main battery to the auxiliary battery, and to reduce the conversion loss of the step-down converter (the conversion loss is also reduced by suppressing the output voltage of the step-down converter). . Since the voltage of the auxiliary battery has a unique relationship with the state of charge (SOC) of the auxiliary battery, “the step-down converter is set so that the output voltage of the auxiliary battery becomes a predetermined target voltage. It should be noted that “feedback control” is equivalent to feedback control of the step-down converter so that the remaining amount of the auxiliary battery becomes a predetermined target remaining amount. Hereinafter, a device that controls the step-down converter is referred to as a power supply controller.
他方、車両は発熱するデバイスを冷却する冷却器を備えており、冷媒を循環させる電動ポンプを制御するコントローラ(冷却器コントローラ)は、補機バッテリの電圧(あるいは補機バッテリの残量)に関わらず、冷却対象の温度に依存して冷媒流量、即ち電動ポンプの出力(目標出力)を決定する。そこで、電源コントローラは、冷却器コントローラが決定した電動ポンプの目標出力がポンプ最大出力の場合は、降圧コンバータを、目標電圧よりも高い一定電圧を出力電圧の指令値(目標出力電圧)とするオープンループ制御に切り換える。なお、ポンプ最大出力とは、複数の異なる目標出力のうち、最も高い目標出力のことをいう。また、ポンプ最大出力の大きさは、予め定められている。 On the other hand, a vehicle includes a cooler that cools a device that generates heat, and a controller (cooler controller) that controls an electric pump that circulates refrigerant is related to the voltage of the auxiliary battery (or the remaining amount of the auxiliary battery). First, the refrigerant flow rate, that is, the output (target output) of the electric pump is determined depending on the temperature of the cooling target. Therefore, when the target output of the electric pump determined by the cooler controller is the maximum pump output, the power supply controller opens the step-down converter with a constant voltage higher than the target voltage as the output voltage command value (target output voltage). Switch to loop control. The pump maximum output refers to the highest target output among a plurality of different target outputs. Moreover, the magnitude | size of the pump maximum output is predetermined.
こうして、電動ポンプがポンプ最大出力未満で動作させる場合には降圧コンバータの出力を抑制して省エネルギを図るとともに、電動ポンプをポンプ最大出力で動作させる場合には、ポンプ最大出力を実現できるだけの電力供給を確保する。 Thus, when the electric pump is operated at less than the pump maximum output, the output of the step-down converter is suppressed to save energy, and when the electric pump is operated at the pump maximum output, power sufficient to realize the pump maximum output is achieved. Secure supply.
なお、より汎用的に、上記の「メインバッテリ」は「第1バッテリ」に、上記の「補機バッテリ」は「出力電圧が第1バッテリよりも低い第2バッテリ」と表現することができる。また、電源コントローラは、冷却器コントローラが決定した電動ポンプの目標出力がポンプ最大出力であり、かつ、第2バッテリの出力電圧が予め定められた下限電圧以下の場合に、上記したフィードバック制御からオープンループ制御に切り換える。第2バッテリに余力がある場合には、フィードバック制御で降圧コンバータの出力を抑制する方が、降圧コンバータの変換ロスを抑制できるからである。なお、「第2バッテリに余力がある」とは、第2バッテリの残量が所定の閾値よりも高いことを意味する。また、このことは、第2バッテリの出力電圧が所定の閾値よりも高いことと等価である。なぜならば、バッテリの出力電圧と残量は一意の関係にあるからである。 More generally, the “main battery” can be expressed as a “first battery”, and the “auxiliary battery” can be expressed as a “second battery whose output voltage is lower than that of the first battery”. Also, power controller, a target output of the electric pump cooler controller has determined is the maximum pump output, and, when the output voltage of the second battery is lower limit voltage below a predetermined feedback control described above Ru switching to open-loop control from. This is because when the second battery has a surplus capacity, the conversion loss of the step-down converter can be suppressed by suppressing the output of the step-down converter by feedback control. Note that “the remaining capacity of the second battery” means that the remaining amount of the second battery is higher than a predetermined threshold value. This is equivalent to the output voltage of the second battery being higher than a predetermined threshold value. This is because the output voltage of the battery and the remaining amount have a unique relationship.
上記の制御は、第2バッテリ(補機バッテリ)の余力に基づいて降圧コンバータの制御を切り換えるものである。これとは別に、電動ポンプがポンプ最大出力を維持するために必要な電圧に基づいて降圧コンバータの制御を切り換えることも好適である。そのような制御切り換え処理は、次の構成で実現することができる。即ち、電源制御システムは、さらに、電動ポンプに流れる電流を計測する電流センサを備え、電源コントローラは、次の処理を実行する。電源コントローラは、電動ポンプの実際の出力がポンプ最大出力に等しい場合における電流センサの計測値から、電動ポンプ(の出力)をポンプ最大出力に維持するのに必要な電圧を決定する。そのような電圧を以下、「要求電圧」と称する。次いで、電源コントローラは、第2バッテリの出力電圧が、算出された要求電圧以下の場合にフィードバック制御からオープンループ制御に切り換える。 The above control switches the control of the step-down converter based on the remaining capacity of the second battery (auxiliary battery). Apart from this, it is also preferable to switch the control of the step-down converter based on the voltage required for the electric pump to maintain the maximum pump output. Such control switching processing can be realized with the following configuration. That is, the power supply control system further includes a current sensor that measures a current flowing through the electric pump, and the power supply controller executes the following processing. The power supply controller determines the voltage required to maintain the electric pump at the maximum pump output from the measured value of the current sensor when the actual output of the electric pump is equal to the maximum pump output. Such a voltage is hereinafter referred to as “required voltage”. Next, the power supply controller switches from feedback control to open loop control when the output voltage of the second battery is equal to or lower than the calculated required voltage.
補機バッテリを電源とする電力線には、他にも複数のデバイス(補機群)が接続されており、それらの補機群の駆動を確保することも重要である。そこで、さらに好ましくは、電源コントローラは、補機バッテリを電源とする電力線に接続されている他の複数のデバイスの夫々について、そのデバイスを駆動するのに必要な電圧(要求電圧)を算出し、電動ポンプの要求電圧と複数のデバイスの夫々の要求電圧のうち、最も高い要求電圧よりも補機バッテリの出力電圧が低い場合にフィードバック制御からオープンループ制御に切り換えるのがよい。 A plurality of other devices (auxiliary machine groups) are connected to the power line that uses the auxiliary battery as a power source, and it is also important to ensure the driving of these auxiliary machine groups. Therefore, more preferably, the power supply controller calculates, for each of a plurality of other devices connected to the power line powered by the auxiliary battery, a voltage (required voltage) required to drive the device, When the output voltage of the auxiliary battery is lower than the highest required voltage among the required voltage of the electric pump and the required voltage of each of the plurality of devices, it is preferable to switch from feedback control to open loop control.
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「実施例」にて説明する。 Details and further improvements of the technology disclosed herein are described in the “Examples” below.
図面を参照して実施例の電源制御システム2を説明する。図1に、電源制御システム2のブロック図を示す。本実施例の電源制御システム2は、電気自動車に搭載される。その電気自動車は、走行用のモータ5で走行する。モータ5を駆動するための主なデバイスは、メインバッテリ3と、パワーコントロールユニット10である。以下、パワーコントロールユニット10を略してPCU10(PCU:Power Control Unit)と称する。
A power
PCU10は、メインバッテリ3の直流電力をモータ5の駆動に適した交流電力に変換するデバイスである。PCU10には、メインバッテリ3の電圧を昇圧する昇圧コンバータ13と、昇圧された直流電力を交流に変換するインバータ14が組み込まれている。メインバッテリ3の出力電圧は例えば300ボルトであり、昇圧コンバータ13は、その300ボルトを600ボルトに昇圧する。電圧が高い方が、損失が小さくなる。
The
PCU10には、また、メインバッテリ3の電圧を降圧して補機電源系40(後述)に電力を供給する降圧コンバータ12が含まれている。昇圧コンバータ13、インバータ14、及び、降圧コンバータ12は、内部に複数のスイッチング素子を備えており、それらのスイッチング動作によりその特性、即ち、出力が決まる。スイッチング素子は、IGBTなどのトランジスタであり、そのゲートに供給されるPWM信号のデューティ比が、スイッチング素子への指令に相当する。
The
昇圧コンバータ13、インバータ14、及び、降圧コンバータ12は、電源コントローラ15が制御する。なお、電源コントローラ15もPCU10の内部デバイスの一つである。走行用モータ5の目標出力は、車速やアクセル開度などの情報に基づいて、上位のコントローラ(不図示)が決定する。電源コントローラ15は、上位のコントローラからの指令を受け、決定された目標出力に応じて、昇圧コンバータ13とインバータ14のスイッチング素子を制御するためのPWM信号を生成する。また、電源コントローラ15は、補機バッテリ4(後述)の出力電圧に基づいて、降圧コンバータ12のスイッチング素子を制御するためのPWM信号を生成する。降圧コンバータ12の制御については後に詳しく説明する。
The
電気自動車は、主としてメインバッテリ3とPCU10とモータ5で構成される駆動電源系の他に、補機電源系40を備える。補機とは、モータ5の定格電圧(本実施例では600ボルト)よりも低い駆動電圧を有するデバイス群の総称である。例えば、電動ポンプ26、カーナビゲーション43、パワーウインドウ44などが「補機」に属する。なお、電源制御システム2は、電動ポンプ26に流れる電流を計測する電流センサ52を備える。
The electric vehicle includes an auxiliary
補機電源系40は、補機バッテリ4と、補機群(電動ポンプ26、カーナビゲーション43、パワーウインドウ44など)で構成される。補機バッテリ4と補機群は、電力線42で接続されている。補機バッテリ4は、メインバッテリ3よりも出力電圧が低い。補機バッテリ4の出力電圧は、典型的には12ボルトあるいは24ボルトであり、メインバッテリ3の出力電圧(300ボルト)よりも一桁低い。補機バッテリ4には、その電圧を計測する電圧センサ53が取り付けられている。電圧センサ53の計測結果は電源コントローラ15に送られる。図1において丸付き符号の1が付された破線が、電圧センサ53から電源コントローラ15にセンサデータを送信する信号線を表している。図1では、その他にも、矢印が付された破線は信号線を表している。
The auxiliary machine
他方、電気自動車のモータ5は大出力であるため発熱が大きい。モータ5に電力を供給するPCU10も発熱量が大きい。そこで電気自動車は、主としてPCU10を冷却する第1冷却器20と、主としてモータ5を冷却する第2冷却器30を備えている。それらの冷却器について説明する。
On the other hand, the
第1冷却器20は、ラジエータ21、熱交換器23、PCU10とラジエータ21と熱交換器23に通じている冷媒管22と、冷媒を循環させる電動ポンプ26を備える。前述したように、電動ポンプ26は補機群に属し、補機バッテリ4を電源とする電力線42から電力供給を受けて動作する。また、冷媒管22には、内部の冷媒の温度を計測する温度センサ24が備えられている。第1冷却器20の冷媒は、LLC(Long Life Coolant)であり、具体的には、不凍液であるが、場合によっては水であってもよい。
The
第2冷却器30は、オイルを冷媒とする冷却器であり、モータ5、熱交換器23、オイルクーラ32(ラジエータ)、及び、ポンプ33の間でオイルを通す冷媒管31と、ポンプ33を備える。ポンプ33は機械式であり、モータ5の回転力で動作する。また、第2冷却器30では、主としてオイルクーラ32でオイルの温度を下げるが、第1冷却器20の冷媒によって補助的にオイルの温度を下げる。熱交換器23が、第2冷却器30の冷媒であるオイルから第1冷却器20の冷媒であるLLCへ熱を伝達させてオイルの温度を下げる。第2冷却器30は、モータ5の温度を計測する温度センサ34も備える。
The second cooler 30 is a cooler that uses oil as a refrigerant. The second cooler 30 includes a
第1冷却器20と第2冷却器30は、冷却器コントローラ25によって制御される。具体的には、冷却器コントローラ25は、第1冷却器20の冷媒温度に基づいて電動ポンプ26の目標出力を決定する。第1冷却器20の冷媒温度は、冷媒管22に取り付けられた温度センサ24で計測される。
The
電動ポンプ26は、デューティ比制御方式であり、冷却器コントローラ25が、電動ポンプ26に与えるデューティ比を、冷媒温度に基づいて決定する。このデューティ比が、電動ポンプ26の目標出力に対応する。図2に、冷媒温度と電動ポンプ26への出力指令(即ち目標出力)に相当するデューティ比の関係の一例を示す。冷却器コントローラ25は、冷媒温度が上昇するに伴い、電動ポンプ26を駆動するデューティ比を高める。具体的には、冷媒温度がT1未満のときにはデューティ比はゼロ、即ち、電動ポンプ26は停止させる。冷却器コントローラ25は、冷媒温度がT1以上T2未満のときにはデューティ比をD1に設定する。冷媒温度がT2以上T3未満の場合にはデューティ比をD1よりも大きいD2に設定する。冷媒温度がT3以上T4未満の場合にはデューティ比をD2よりも大きいD3に設定する。冷媒温度がT4以上の場合にはデューティ比をD3よりも大きいD4に設定する。別言すれば、冷却器コントローラ25は、冷媒温度に応じて電動ポンプ26の目標出力を決定する。図3の例では、デューティ比D4が、複数の異なる目標出力のうちの最大出力、即ち、ポンプ最大出力に相当する。
The
なお、冷却器コントローラ25は、温度センサ34によりモータ5の温度をモニタしており、モータ5の温度が所定の閾値を超えた場合も、電動ポンプ26の目標出力を高める。電動ポンプ26の目標出力を高めて、熱交換器23を通る冷媒の流量を増やすことによって、第2冷却器30の冷媒(オイル)の温度を下げることができる。
The
冷却器コントローラ25は、冷媒温度に応じて電動ポンプ26の目標出力を決定するが、電動ポンプ26に供給される電力が十分でないと、決定された目標出力を実現できない。前述したように、電動ポンプ26は、補機電源系40の電力線42から電力の供給を受けて動作する。電動ポンプ26の消費電力は大きいため、電動ポンプ26を高出力で駆動するには、補機電源系40が、対応する十分な電力を供給可能でなくてはならない。次に、補機電源系40について詳しく説明する。
The
前述したように、駆動電源系の降圧コンバータ12は、メインバッテリ3の電力を使って補機電源系40の電力線42に電力を供給する。補機バッテリ4の残量(SOC:State Of Charge)と補機バッテリ4の出力電圧には一意の関係がある。それゆえ、補機バッテリ4の残量が少ないと、補機バッテリ4の出力電圧が下がる。補機バッテリ4の出力電圧が降圧コンバータ12の出力電圧よりも下がると、補機バッテリ4は降圧コンバータ12から電力の供給を受けて充電する。また、補機バッテリ4の出力電圧が十分に高くない場合には、降圧コンバータ12の出力は、補機群(電動ポンプ26、カーナビゲーション43、パワーウインドウ44など)にも供給される。従って、降圧コンバータ12の制御が補機電源系40では重要となる。従来は、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力の場合であっても十分対応できるように、降圧コンバータ12の出力電圧が設定されていた。しかし、従来は、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力未満の場合であっても降圧コンバータ12の出力は一定であったため、余分な電力がメインバッテリ3から補機電源系へ流れていた。また、降圧コンバータ12で生じる変換ロスも大きい。
As described above, the step-
そこで、本実施例の電源制御システム2では、降圧コンバータ12を次の通り制御する。即ち、冷却器コントローラ25が決定した電動ポンプ26の目標出力が予め定められたポンプ最大出力未満の場合は、電源コントローラ15は、補機バッテリ4の出力電圧が予め定められた目標電圧(第1目標電圧)に一致するように降圧コンバータ12をフィードバック制御する。第1目標電圧は、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力の場合に供給電力が不足する虞のある値に設定してよい。電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力未満の場合には降圧コンバータ12の出力を抑制し、メインバッテリ3の電力消費を抑える。なお、補機バッテリ4の出力電圧は、電圧センサ53で計測され、電源コントローラ15に送られる。
Therefore, in the power
他方、電源コントローラ15は、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力の場合には、降圧コンバータ12に所定の一定の目標電圧(第2目標電圧)を指令値として与えるオープンループ制御に切り換える。このときの目標電圧(第2目標電圧)は、前述した第1目標電圧よりも高い値に設定されている。即ち、電源コントローラ15は、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力の場合には、補機バッテリ4の出力電圧に関わらず、降圧コンバータ12に、一定の目標電圧(第2目標電圧)を出力させる。こうして、電動ポンプ26が最大ポンプ出力を達成できるだけの電力を確保する。
On the other hand, when the target output of the
上記の処理を、図3のフローチャートに従って説明する。電源コントローラ15は、冷却器コントローラ25から、電動ポンプ26の目標出力のデータを常に受信し、これをモニタしている。そして、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力未満の場合(S2:NO)には、電源コントローラ15は、補機バッテリ4の出力電圧が第1目標電圧に一致するように降圧コンバータ12をフィードバック制御する(S4)。他方、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力である場合(S2:YES)には、電源コントローラ15は、降圧コンバータ12に対して第2目標電圧を指令し、オープンループ制御に切り換える(S3)。ここで、第2目標電圧は第1目標電圧よりも高い。図3のフローチャートの処理は、制御周期毎に繰り返される。
The above processing will be described with reference to the flowchart of FIG. The
次に、電源コントローラ15が実行する処理の第1変形例を説明する。第1変形例の処理のフローチャートを図4に示す。この変形例では、ステップS12、S13、及び、S14の処理は、それぞれ、図3のステップS2、S3、及び、S4の処理と同じである。この変形例では、ステップS15の処理が加わっていることが、図3の処理と異なっている。この変形例では、電源コントローラ15は、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力であり(S12:YES)、かつ、補機バッテリ4の出力電圧が予め定められた下限値以下の場合(S15:YES)に、降圧コンバータ12をフィードバック制御からオープンループ制御に切り換える(S13)。ステップS12あるいはS15のいずれかの条件が成立しない場合(S12:NO、あるいは、S15:NO)には、電源コントローラ15は降圧コンバータ12をフィードバック制御する(S14)。
Next, a first modification of the process executed by the
図4の処理では、補機バッテリ4の出力電圧が下限値よりも高い場合、即ち、補機バッテリ4の残量(SOC)が十分に高い場合には、補機バッテリ4が蓄える電力で電動ポンプ26をポンプ最大出力で駆動することができるので、降圧コンバータ12の出力を高めない。即ち、電源コントローラ15は、降圧コンバータ12に対して、補機バッテリ4の出力電圧を第1目標電圧に一致させるフィードバック制御を維持する。補機バッテリ4の出力電圧が下限値よりも低い場合、即ち、補機バッテリ4の残量(SOC)が、電動ポンプ26をポンプ最大出力で駆動するのに十分でない場合に、電源コントローラ15は、降圧コンバータ12の出力を高める。なお、補機バッテリ4の出力電圧の下限値は、フィードバック制御における目標電圧(第1目標電圧)よりも高い値に設定される。この場合、補機バッテリ4の残量が比較的に高く、フィードバック制御において降圧コンバータ12が出力ゼロとなる。
In the process of FIG. 4, when the output voltage of the auxiliary battery 4 is higher than the lower limit value, that is, when the remaining amount (SOC) of the auxiliary battery 4 is sufficiently high, the electric power is stored by the electric power stored in the auxiliary battery 4. Since the
さらに電源コントローラ15が実行する処理の第2の変形例を説明する。第2変形例の処理のフローチャートを図5に示す。この変形例では、ステップS22、S23、及び、S24の処理は、それぞれ、図3のステップS2、S3、及び、S4の処理と同じである。この変形例では、ステップS25〜S27の処理が加わっていることが、図3の処理と異なっている。この変形例では、電源コントローラ15は、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力の場合(S22:YES)、電流センサ52で電動ポンプ26に実際に流れている電流をモニタする(S25)。そして、モニタした電流値から、電動ポンプ26の出力をポンプ最大出力に維持するのに必要な電圧(要求電圧)を算出する(S26)。そして、電源コントローラ15は、補機バッテリ4の出力電圧が算出した要求電圧よりも低い場合には(S27:YES)、降圧コンバータ12をオープンループ制御に切り換える(S23)。なお、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力よりも低い場合(S22:NO)、あるいは、補機バッテリ4の出力電圧が要求電圧よりも高い場合(S27:NO)、電源コントローラ15は、フィードバック制御を維持する(S24)。
Furthermore, a second modification of the process executed by the
ここで、要求電圧は、[要求電圧]=[第1目標電圧]+[電動ポンプに流れる電流]×[降圧コンバータから電動ポンプまでの電流経路の配線抵抗]で求まる。ここで、[電動ポンプに流れる電流]×[降圧コンバータから電動ポンプまでの電流経路の配線抵抗]の値は、降圧コンバータ12から電動ポンプ26までの配線における電圧降下分に相当する。即ち、この変形例では、補機バッテリ4の出力が第1目標電圧に一致するように降圧コンバータ12をフィードバック制御したのでは、配線の電圧降下によって、電動ポンプ26がポンプ最大出力を実現できない場合に、電源コントローラ15は降圧コンバータ12をオープンループ制御し、十分な電力を電動ポンプ26に供給する。
Here, the required voltage is obtained by [required voltage] = [first target voltage] + [current flowing through the electric pump] × [wiring resistance of the current path from the step-down converter to the electric pump]. Here, the value of [current flowing through the electric pump] × [wiring resistance of the current path from the step-down converter to the electric pump] corresponds to a voltage drop in the wiring from the step-
さらに第3の変形例を説明する。この変形例における処理のフローチャートを図6に示す。この変形例では、ステップS32、S33、及び、S34の処理は、それぞれ、図3のステップS2、S3、及び、S4の処理と同じである。また、ステップS35、S36の処理は、図5のステップS25、S26の処理と同じである。従ってこの変形例では、ステップS37〜S38の処理が加わっていることが、図5の処理と異なっている。この変形例では、電源コントローラ15は、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力の場合(S32:YES)、電流センサ52で電動ポンプ26に実際に流れている電流をモニタする(S35)。そして、モニタした電流値から、電動ポンプ26の出力をポンプ最大出力に維持するのに必要な電圧(要求電圧)を算出する(S36)。ここまでの処理は、図5の処理と同じである。
Further, a third modification will be described. FIG. 6 shows a flowchart of processing in this modification. In this modification, the processes in steps S32, S33, and S34 are the same as the processes in steps S2, S3, and S4 in FIG. 3, respectively. Further, the processes of steps S35 and S36 are the same as the processes of steps S25 and S26 of FIG. Therefore, this modification is different from the process of FIG. 5 in that the processes of steps S37 to S38 are added. In this modification, when the target output of the
次に、電源コントローラ15は、補機電源系40(電力線42)に接続されている他の補機についても、それらを駆動するのに必要な電圧(補機の要求電圧)を算出する。なお、補機の要求電圧は、予め電源コントローラ15が記憶していてもよい。その場合、電源コントローラ15は、補機が駆動しているか否かをモニタし、補機が駆動していれば、その補機の要求電圧をメモリから呼び出せばよい。あるいは、電動ポンプ26と同様に、補機の駆動電圧(即ち要求電圧)が状態に応じて複数段階で変化し得る場合には、電源コントローラ15は、その補機から要求電圧のデータを取得してもよい。なお、図1において、補機43、44から伸びている破線(丸付き数字の「3」が示す破線)が、補機から電源コントローラ15に情報を伝える信号線を表している。
Next, the
そして、電源コントローラ15は、補機バッテリ4の出力電圧が、電動ポンプ26を含む補機群のいずれかの要求電圧よりも低い場合には(S38:YES)、降圧コンバータ12をオープンループ制御に切り換える(S33)。なお、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力よりも低い場合(S32:NO)、あるいは、補機バッテリ4の出力電圧がいずれの補機の要求電圧よりも高い場合(S38:NO)、電源コントローラ15は、降圧コンバータ12のフィードバック制御を維持する(S34)。
When the output voltage of the auxiliary battery 4 is lower than any required voltage of the auxiliary machine group including the electric pump 26 (S38: YES), the
この変形例では、補機バッテリ4の残量(即ち補機バッテリ4の出力電圧)が、電動ポンプ26だけでなく他の補機を駆動するのにも十分である場合(ステップS38:NO)には、降圧コンバータ12のフィードバック制御を維持する。この変形例は、図5に示した処理を、電動ポンプ26だけでなく他の補機にも拡張した態様に相当する。
In this modification, the remaining amount of the auxiliary battery 4 (ie, the output voltage of the auxiliary battery 4) is sufficient to drive not only the
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例、及び、いずれの変形例でも、降圧コンバータ12の制御をオープンループ制御に切り換えるのは、電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力の場合である。これは次の理由による。電動ポンプ26の目標出力がポンプ最大出力よりも小さく、かつ、補機電源系40の供給電力が、その目標出力を実現するのに十分でない場合、電動ポンプ26は、決定された目標出力を達成できない。その場合、冷却能力が不足し、冷媒温度が上昇する。そうすると、冷却器コントローラ25は、先に設定した目標出力では不十分と判断し、目標出力を高める。そのような処理が続くと、電動ポンプ26の目標出力はポンプ最大出力まで高められることになる。そうすると、図3〜図6に示したフローチャートの処理におけるステップS2(あるいはS12、S22、S32)の分岐判断がYESとなる。
Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. In the embodiment and any of the modifications, the control of the step-
本明細書が開示した技術は、出力の異なる2個のバッテリと、高出力のバッテリから低出力のバッテリへ電力を供給する降圧コンバータを備える電源制御システムに好適である。そのような電源制御システムは、電気自動車に搭載されることが多い。なお、本明細書における「電気自動車」には、走行用にモータとともにエンジンを備えるハイブリッド車、及び、燃料電池車を含むことに留意されたい。 The technology disclosed in this specification is suitable for a power supply control system including two batteries having different outputs and a step-down converter that supplies power from a high-power battery to a low-power battery. Such a power supply control system is often mounted on an electric vehicle. It should be noted that the “electric vehicle” in this specification includes a hybrid vehicle including a motor and an engine for traveling, and a fuel cell vehicle.
メインバッテリ3が第1バッテリの一例に相当し、補機バッテリ4が第2バッテリの一例に相当する。第1冷却器20の冷却対象はPCU10であるが、第1冷却器10では、そのPCU10の温度の推定値として、冷媒の温度を用いる。従って冷媒管22に備えられた温度センサ24は、実際には冷媒の温度を計測するものであるが、技術的な意義としては、冷却対象であるPCU10の温度を計測する点に留意されたい。
The
実施例では「以下」、「未満」、「以上」などの用語を使ったが、「以下」と「未満」は入れ替えてもよいし、「以上」は、「を超える」に置き換えてもよい。「以下」であるか「未満」であるかの相違、あるいは、「以上」であるか「を超える」であるかの相違は重要ではない。本明細書が開示する技術においては、所定の値を境として、制御が切り換わることが重要であることに留意されたい。 In the embodiments, terms such as “below”, “less than”, and “more than” are used, but “less than” and “less than” may be interchanged, and “more than” may be replaced with “greater than”. . The difference between “less than” and “less than” or “more than” or “greater than” is not important. It should be noted that in the technology disclosed in this specification, it is important that the control is switched with a predetermined value as a boundary.
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。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit 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 technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:電源制御システム
3:メインバッテリ
4:補機バッテリ
5:モータ
10:パワーコントロールユニット
12:降圧コンバータ
13:昇圧コンバータ
14:インバータ
15:電源コントローラ
20:第1冷却器
21:ラジエータ
22:冷媒管
23:熱交換器
24:温度センサ
25:冷却器コントローラ
26:電動ポンプ
30:第2冷却器
31:冷媒管
32:オイルクーラ
33:ポンプ
34:温度センサ
40:補機電源系
42:電力線
43:カーナビゲーション(補機)
44:パワーウインドウ(補機)
52:電流センサ
53:電圧センサ
2: power supply control system 3: main battery 4: auxiliary battery 5: motor 10: power control unit 12: step-down converter 13: step-up converter 14: inverter 15: power supply controller 20: first cooler 21: radiator 22: refrigerant pipe 23: Heat exchanger 24: Temperature sensor 25: Cooler controller 26: Electric pump 30: Second cooler 31: Refrigerant pipe 32: Oil cooler 33: Pump 34: Temperature sensor 40: Auxiliary power supply system 42: Power line 43: Car navigation (auxiliary machine)
44: Power window (auxiliary machine)
52: Current sensor 53: Voltage sensor
Claims (3)
出力電圧が前記第1バッテリよりも低い第2バッテリと、
前記第2バッテリを電源とする電力線から電力の供給を受けて冷却器の冷媒を循環させる電動ポンプと、
前記第1バッテリの電圧を降圧して前記電力線に電力を供給する降圧コンバータと、
冷却対象の温度に応じて前記電動ポンプの目標出力を決定する冷却器コントローラと、
前記降圧コンバータを制御する電源コントローラと、
を備えており、前記電源コントローラは、
前記冷却器コントローラが決定した前記電動ポンプの目標出力が予め定められたポンプ最大出力未満の場合は、前記第2バッテリの出力電圧が予め定められた目標電圧に一致するように前記降圧コンバータをフィードバック制御し、
前記冷却器コントローラが決定した前記電動ポンプの目標出力がポンプ最大出力であり、かつ、前記第2バッテリの出力電圧が予め定められた下限電圧以下の場合は、前記降圧コンバータを、前記フィードバック制御から、前記目標電圧よりも高い一定電圧を出力電圧の指令値とするオープンループ制御に切り換える、
ことを特徴とする車両用の電源制御システム。 A first battery;
A lower second battery than the output voltage of the first battery,
An electric pump for circulating a refrigerant cooler supplied with electric power from a power line to supply the second battery,
A step-down converter that supplies power to the power line by lowering the voltage of the first battery,
A cooler controller for determining a target output of the electric pump in accordance with the temperature of the cooling target,
A power supply controller that controls the buck converter,
And wherein the power supply controller,
The cooler when the controller is less than the maximum pump output which is determined target output of the electric pump determined in advance, the feedback of the step-down converter so that the output voltage of the second battery is equal to the target voltage to a predetermined Control
Wherein Ri cooler controller target output maximum pump output der of the electric pump determined, and the second when the battery output voltage is a lower limit voltage or lower to a predetermined, the buck converter, the feedback control To switch to open loop control with a constant voltage higher than the target voltage as the output voltage command value,
A power supply control system for a vehicle.
出力電圧が前記第1バッテリよりも低い第2バッテリと、
前記第2バッテリを電源とする電力線から電力の供給を受けて冷却器の冷媒を循環させる電動ポンプと、
前記第1バッテリの電圧を降圧して前記電力線に電力を供給する降圧コンバータと、
冷却対象の温度に応じて前記電動ポンプの目標出力を決定する冷却器コントローラと、
前記降圧コンバータを制御する電源コントローラと、
前記電動ポンプに流れる電流を計測する電流センサと、
を備えており、前記電源コントローラは、
前記電流センサの計測値から、前記電動ポンプをポンプ最大出力に維持するのに必要な要求電圧を決定し、
前記冷却器コントローラが決定した前記電動ポンプの目標出力が予め定められたポンプ最大出力未満の場合は、前記第2バッテリの出力電圧が予め定められた目標電圧に一致するように前記降圧コンバータをフィードバック制御し、
前記冷却器コントローラが決定した前記電動ポンプの目標出力がポンプ最大出力であり、前記第2バッテリの出力電圧が前記要求電圧以下の場合に、前記降圧コンバータを、前記フィードバック制御から、前記目標電圧よりも高い一定電圧を出力電圧の指令値とするオープンループ制御に切り換える、
ことを特徴とする車両用の電源制御システム。 A first battery;
A second battery having an output voltage lower than the first battery;
An electric pump that circulates the refrigerant of the cooler by receiving supply of power from a power line that uses the second battery as a power source;
A step-down converter that steps down the voltage of the first battery and supplies power to the power line;
A cooler controller that determines a target output of the electric pump according to the temperature of the cooling target;
A power supply controller for controlling the step-down converter;
A current sensor for measuring a current flowing through the electric pump ;
The power supply controller comprises:
From the measured value of the current sensor, to determine the required voltage necessary to maintain the electric pump to pump the maximum output,
When the target output of the electric pump determined by the cooler controller is less than a predetermined maximum pump output, the step-down converter is fed back so that the output voltage of the second battery matches the predetermined target voltage. Control
When the target output of the electric pump determined by the cooler controller is a pump maximum output, and the output voltage of the second battery is equal to or lower than the required voltage, the step-down converter is controlled by the feedback control from the target voltage. Switch to open loop control with a higher constant voltage as the output voltage command value,
Power control system for a vehicle you wherein a.
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