CN104184386A - 控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

控制装置(30)包括锁定判定单元(50)和频率控制器(52)，其中锁定判定单元(50)判定逆变器是否处于锁定状态，当逆变器处于锁定状态时频率控制器(52)控制感应电动机(12)的滑差频率。频率控制器(52)将实际转矩不响应的高频波重叠到滑差频率上，使得电频率能够脱离锁定区域。通过改变滑差频率而使得电频率能够脱离锁定区域，可改变集中在特定相位的电流并且抑制与此相位对应的开关器件的温度的上升。

Description

控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及用于车辆用感应电动机的控制装置和控制方法，并且尤其涉及如下的车辆用感应电动机的控制装置和控制方法：其用于对驱动车辆的感应电动机进行控制，从而防止当逆变器(该逆变器控制对感应电动机的电流供应)锁定时该逆变器的过热。

背景技术

利用电动机的动力运行的电动车辆或混合动力车辆是公知的。在这种类型的车辆中，当电动机在车辆的正常运行期间转动时，交流电流流经逆变器(其控制对电动机的电流供应)的每个开关器件。然而，当电动机进入锁定状态时，大的直流电流仅仅流经逆变器的特定开关器件(一个或多个)，并且开关器件的温度上升。

在公开号为2010-130890的日本专利申请(JP2010-130890A)中，公开了如下技术：当电动机进入锁定状态时，控制电动机从而降低电动机的转矩。利用这种控制，车辆向后运动，并且电动机转动，使得防止电流集中在特定的相位，并且逆变器的特定开关器件(一个或多个)的温度不大可能或不可能上升到高水平。

在公开号为2012-228131的日本专利申请(JP2012-228131A)中，描述了如下技术：当电动机处于锁定状态时，通过基于电动机的线圈温度来计算即使在锁定状态下也没有问题发生的容许锁定时间而抑制特定相位的温度的上升，并且当经过了容许锁定时间时，使电流通过除正在被加热的特定相位之外的相位。

发明内容

感应电动机可以用作车辆的原动机。在感应电动机中，当到达感应电动机的指令信号的频率(即：电频率)变成等于0Hz或低频率时，逆变器进入锁定状态。感应电动机中的电频率是转子的转动频率的测量值和滑差频率之和。因此，当转动频率和滑差频率具有相反的符号并且这些值部分地或全部地彼此抵消时，电频率变成0Hz或低频率，并且逆变器进入锁定状态。

例如当车辆在上坡路上被启动时，逆变器被置于锁定状态。即：当释放制动踏板时，车辆在上坡路上轻微下滑。在这时，感应电动机的转子的转动方向是负的，并且其转动频率变为负的。然后，当踩下加速踏板时，生成转矩指令至感应电动机，从而使车辆向前运行。在这时，转矩指令值是正的，因此，滑差频率是正的。其结果是，转动频率和滑差频率具有相反的符号，并且逆变器进入锁定状态。

当逆变器处于锁定状态时，可以考虑降低电动机的转矩从而使车辆向后移动并且促使电动机的转动，从而防止电流集中在特定的相位，例如在JP2010-130890A中所描述的控制。但是，在该锁定状态中，安装有感应电动机的车辆已经发生了下滑，并且如果在上述控制下车辆从这种状况进一步向后移动，则驾驶员会感觉奇怪或不舒服，并且驾驶性能会劣化。

本发明提供了一种控制装置和控制方法，当对感应电动机的电流供应进行控制的逆变器处于锁定状态时，所述控制装置和控制方法对感应电动机进行控制，从而确保将逆变器从锁定状态释放所需要的功率性能，同时抑制逆变器的特定开关器件(一个或多个)的温度的上升，而不使驾驶性能劣化。

本发明的第一方案关于驱动车辆的感应电动机的控制装置。所述控制装置：i)当控制对感应电动机的电流供应的逆变器处于锁定状态时，控制所述感应电动机的转矩，以将所述逆变器从所述锁定状态释放；ii)判定所述逆变器是否处于锁定状态，iii)当判定所述逆变器处于锁定状态时，控制感应电动机的滑差频率，并且iv)将实际转矩实质上不响应的频率重叠到滑差频率上，以使得电频率位于锁定区域以外的区域中，在所述锁定区域中，所述逆变器处于锁定状态。

上述的控制装置可以将所述实际转矩实质上不响应的频率重叠到所述滑差频率上，以使得所述电频率的中心频率位于锁定区域以外的区域中。

本发明的第二方案关于用于车辆的控制方法。所述车辆包括驱动车辆的感应电动机和对感应电动机的电流供应进行控制的逆变器。所述控制方法包括：i)当所述逆变器处于锁定状态时，控制所述感应电动机的转矩，以将所述逆变器从锁定状态释放；ii)判定所述逆变器是否处于锁定状态；iii)当判定所述逆变器处于锁定状态时，控制所述感应电动机的滑差频率，并且iv)将实际转矩实质上不响应的频率重叠到所述滑差频率上，以使得电频率位于锁定区域以外的区域中，在所述锁定区域中，所述逆变器处于锁定状态。

根据本发明的控制装置和控制方法，当对感应电动机的电流供应进行控制的逆变器处于锁定状态时，可确保将逆变器从锁定状态释放所需要的功率性能，同时抑制逆变器的特定开关器件(一个或多个)的温度的上升，而不使驾驶性能劣化。

附图说明

下文将参照附图对本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业重要性进行说明，其中相似的附图标记用于表示相似的元件，并且其中：

图1是示出根据本发明的一个实施例的电动车辆的构造的图；

图2是逆变器的电路图；

图3是示出供应至感应电动机的三相交流电流的波形的图；

图4A至图4C是可用于解释当逆变器处于锁定状态时对感应电动机执行的控制操作的时序图；以及

图5是图示出当逆变器处于锁定状态时对感应电动机执行的控制操作的一个示例的流程图。

具体实施方式

将参照附图描述根据本发明的一个实施例的车辆用感应电动机控制装置。以由感应电动机驱动的电动车辆为例，并且将描述安装在电动车辆上的车辆用感应电动机控制装置。本发明不受限制地应用于安装在电动汽车上的感应电动机控制装置，而是还可以应用于安装在混合动力车辆(即：利用发动机和感应电动机的动力运行的车辆)上的车辆用感应电动机控制装置。

首先，将参照图1描述安装了根据本实施例的车辆感应电动机控制装置的电动车辆10的构造。图1示意性地示出了根据本实施例的电动车辆10的构造。

电动车辆10具有作为原动机的感应电动机12。驱动轮16经由动力传递机构14连接至感应电动机12。动力传递机构14包括降低感应电动机12的输出轴的转动速度的减速机构以及对左右驱动轮16之间的转动速度的差进行吸收的差速机构。感应电动机12的动力经由动力传递机构14被传递至驱动轮16，从而使电动车辆10运行。

感应电动机12经由逆变器18电连接至电池20。感应电动机12和逆变器18经由用于三相AC传输的电缆22连接。另一方面，逆变器18和电池20经由DC电缆24连接。

电池20是能够充电和放电的二次电池。例如，电池20是镍金属氢化物电池或锂离子电池。当然，除了二次电池之外的能够充电和放电的动力储存装置，诸如电容器，可以用来取代电池20。

储存在电池20中的电力被逆变器18从DC电力转换成AC电力，并且然后供应至感应电动机12，从而驱动感应电动机12。而且，当在可再生模式操作时感应电动机12所产生的电力被逆变器18从AC电力转换成DC电力，并且然后馈送到并且储存在电池20中。因此，感应电动机12能够起到电动机和发电机的作用。

将参照图2详细地描述逆变器18的构造。图2是逆变器18的电路图。

在逆变器18内的电路中，U相位臂25、V相位臂26以及W相位臂27并联设置在连接至电池20的正母线与负母线之间。开关器件18a和开关器件18b串联连接至U相位臂25，并且开关器件18c和开关器件18d串联连接至V相位臂26，而开关器件18e和开关器件18f串联连接至W相位臂27。开关器件18a至18f可以从例如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、功率晶体管、以及晶闸管中选择。

U相位臂25、V相臂26和w相臂27中的每个的中点连接至感应电动机12的每个相位线圈的每个相位端。即，U相位臂25的中点连接至感应电动机12的U相位线圈的一端，并且V相位臂26的中点连接至感应电动机12的V相位线圈的一端，而W相位臂27的中点连接至感应电动机12的W相位线圈的一端。感应电动机12被构造为使得感应电动机12的相应的相位线圈的另一端连接至电动机的共用中性点。

而且，在逆变器18内的电路中，电容器18与相应的相位臂25、26、27并联设置在连接至电池20的正母线与负母线之间。电容器28对从电池20施加至逆变器18的DC电压进行平滑。

将对逆变器18的操作进行描述。DC电力从电池20供应至相应的相位臂25、26、27。当DC电力被供应至相应的相位臂25、26、27时，开关器件18a至18f根据来自下文将描述的车辆用感应电动机控制装置30的PWM(脉冲宽度调制)控制信号而被导通/关断。以此方式，逆变器18将DC电力转换成三相AC电力，并且使用AC电力来驱动感应电动机12。

返回参照图1，电动车辆10具有车辆用感应电动机控制装置(将简单地称为“控制装置”)，所述感应电动机控制装置基于驾驶员的要求和车辆状态来控制感应电动机12。控制装置30包括微型计算机。

点火开关32、检测加速踏板的下压量的加速踏板位置传感器34、检测制动踏板的下压量的制动踏板位置传感器36、检测变速杆的操作位置的变速位置传感器38以及检测车速的车辆传感器40连接至控制装置30。控制装置30基于来自这些传感器的输入信号来掌握驾驶员的要求和车辆状态。

而且，检测电池20的端子之间的电压的电压传感器、检测电池20的充电/放电电流的电流传感器以及检测电池20的温度的温度传感器(这些传感器都未示出)连接至控制装置30。控制装置30基于来自这些传感器的输入信号来管理电池20的状态。

而且，检测感应电动机12的转子的转动位置的转动位置检测传感器42和检测施加至感应电机12的电流的电流传感器44连接至控制装置30。控制装置30基于来自这些传感器的输入信号以及上述驾驶员的要求以及电池状态来输出开关控制信号至逆变器18。

当逆变器18进入锁定状态时，电流集中于特定的相位，并且逆变器18的特定的开关器件的温度升至高水平。将参照图3描述这种现象的原因。图3示出了供应至感应电动机12的三相交流电流的波形。这些波形是正弦波，并且U相位、V相位以及W相位中的任意两个相位之间存在120°的相位差。根据感应电动机12的转子的转动角度来判定三相交流电流的波形的电角度。

当到达感应电动机12的指令信号的频率(即：电频率)变成0Hz或低频率时，逆变器18的锁定状态出现。如“背景技术”中所描述的，感应电动机12中的电频率是转子的转动频率的测量值和滑差频率之和。因此，当转动频率和滑差频率具有相反的符号并且这些值部分地或全部地彼此抵消时，电频率变成0Hz或低频率。这种状况造成逆变器18的锁定状态。下文中，逆变器18的锁定状态将简单地称为“逆变器锁定”。电频率是0Hz或低频率的区域(即：电频率f满足条件–A≤f≤A(A是低频率)的区域)将表示为“锁定区域”。

当发生“逆变器锁定”时，三相交流电流的波形在对应于固定转动角度的电角度处被停止，并且在该电角度处电流连续流动。即：直流电流流经每个相位。直流电流流经逆变器18的开关器件18a-18f。取决于固定的电角度，电流集中在特定相位。其结果是，大电流流经与此特定相位对应的开关器件；因此，这些器件很可能由于其热损耗而产生热量，并且经受热崩溃。

因此，在本实施例中，控制装置30被构造为如下所述，使得逆变器18的特定逆变器件的温度即使在“逆变器锁定”的情况下也极少可能或不可能上升。

控制装置30具有锁定判定单元50和频率控制器52，其中锁定判定单元50判定“逆变器锁定”是否发生(也就是，逆变器18是否处于锁定状态)，当判定“逆变器锁定”发生时频率控制器52控制感应电动机12的滑差频率。然后，频率控制器52将频率等于或高于实际转矩响应频率的高频波重叠到滑差频率上，使得电频率能够脱离锁定区域。

等于或高于实际转矩响应频率的高频率是实际转矩不能响应的频率。实际转矩响应频率根据感应电动机12的控制系统和硬件而不同，但是可以是例如几百赫兹(Hz)。因此，待重叠到滑差频率上的高频波需要具有等于或高于实际转矩响应频率的频率。当逆变器18处于锁定状态时，转动频率和滑差频率具有相反的符号，并且这些值部分地或完全地彼此抵消，使得电频率落在锁定区域内。在这种条件下，如果滑差频率通过高频波的使用而变化，则电频率根据滑差频率而变化，而电动机的转动频率保持不变。因此，由于即使高频波的频率如上所述被重叠到滑差频率上，实际转矩也不变化，所以驾驶员不会感觉奇怪或不舒适，并且能够防止驾驶性能劣化。

重叠到滑差频率上的高频波变化使得电频率能够脱离锁定区域。更具体而言，高频波的振幅大幅度变化，使得电频率能够脱离锁定区域。例如，根据转矩指令感应电动机12的滑差频率是10Hz，滑差频率的指令值在5至15Hz的范围内变化。此处，使滑差频率变化的频率是等于或高于上述实际转矩响应频率的高频率。如果滑差频率在这种条件下变化，则如上所述电频率根据滑差频率而变化，而电动机的转动频率保持不变。然后，电频率的一部分脱离锁定区域，使得能够改变电流相位。因此，由于电流相位如此改变，集中在特定相位的电流能够分散至其他相位。相应地，能够抑制对应于特定相位的开关器件的可能的温度上升。由于开关器件的温度上升能够通过滑差频率的控制而被抑制，所以能够确保逆变器18脱离锁定状态所需要的功率性能。还可能改变重叠到滑差频率上的高频波的振幅，使得变化的电频率的中心值脱离锁定区域。如果电频率的中心值位于锁定区域之外的区域，则能够解决或消除逆变器18的锁定状态。

当电频率在锁定区域内，并且流经特定开关器件的相位电流等于或大于预设锁定电流值时，锁定判定单元50判定发生了“逆变器锁定”(也就是，逆变器18处于锁定状态)。锁定电流值是使这些装置的温度更可能上升的电流值。

接下来，将参照图4A至图4C具体地描述当逆变器18进入锁定状态时对感应电动机12执行的控制操作。图4A至图4C是当逆变器18进入锁定状态时有益于解释对感应电动机执行的控制操作的时序图。图4A示出了指示转矩指令与时间之间的关系的曲线图，并且图4B示出了指示滑差频率与时间之间的关系的曲线图，而图4C示出了指示电频率与时间之间的关系的曲线图。在图4A至图4C中，时间t₀代表“逆变器锁定”发生的时间点。

当逆变器18处于锁定状态时，产生的对感应电动机12的转矩指令保持恒定，如图4A的曲线图所指示。在时间t₀处，滑差频率受控制从而改变。更具体而言，如图4B的曲线图所示，频率等于或高于实际转矩响应频率的高频波被重叠到滑差频率上。重叠到滑差频率上的高频波的振幅受控制到使得电频率能够脱离锁定区域的程度。

如果滑差频率变化，如图4C所示，电频率也以与滑差频率相同的方式变化，并且电频率的一部分脱离锁定区域(图4C中的阴影区域)。此时，暂时地避免逆变器18的锁定状态，并且集中在特定相位的电流能够分散到其他相位。其结果是，抑制了开关器件的可能的温度上升，并且因此可能确保逆变器18脱离锁定状态所需要的功率性能，同时保持转矩指令恒定，即不改变转矩。

在本实施例中，滑差频率变化使得电频率的一部分脱离锁定区域。然而，本发明不限于此布置。可以使滑差频率变化而使得电频率的中心值(如图4C中示出的点划线所指示的)落在锁定区域之外的区域内。由于电频率的中心值在锁定区域之外，逆变器18能够脱离锁定状态。

下一步，将参照图5描述根据本实施例的控制装置30的控制操作。图5是图示出当逆变器18处于锁定状态时对感应电动机12执行的控制操作的一个示例的流程图。

在步骤S101中，判定逆变器18是否处于锁定状态。当电频率处于锁定区域中，并且任意相位电流等于或大于锁定电流值时，判定出逆变器18处于锁定状态。如果判定出逆变器18处于锁定状态，则控制跳到步骤S102。另一方面，如果判定出逆变器18未处于锁定状态，则控制跳到步骤S103，并且生成正常转矩指令。

在步骤S102中，对滑差频率进行控制。更具体而言，频率等于或高于实际转矩响应频率的高频波重叠到滑差频率上，使得电频率能够脱离锁定区域。

根据本实施例，控制装置30控制滑差频率，从而改变电频率，并且改变集中在特定相位的电流；因此，能够抑制对应于此相位的开关器件的可能的温度上升。所以，即使当逆变器18处于锁定状态时，由于滑差频率的控制，开关器件的温度极少可能或不可能上升，使得能够确保将逆变器18从锁定状态释放所需要的功率性能。而且，通过将频率等于或高于实际转矩响应频率的高频波重叠到滑差频率上来改变滑差频率。因为通过将高频波重叠到滑差频率上而改变滑差频率的控制，可能从锁定状态释放逆变器18，而不引起车辆中的转矩变化，换言之，同时防止驾驶性能的劣化。

Claims (3)

1.用于驱动车辆的感应电动机(12)的控制装置，所述控制装置的特征在于：

i)当控制对所述感应电动机(12)的电流供应的逆变器(18)处于锁定状态时，控制所述感应电动机(12)的转矩以将所述逆变器从所述锁定状态释放；

ii)判定所述逆变器(18)是否处于所述锁定状态，

iii)当判定所述逆变器(18)处于所述锁定状态时，控制所述感应电动机(12)的滑差频率，并且

iv)将实际转矩实质上不响应的频率重叠到所述滑差频率上，以使得电频率位于锁定区域以外的区域中，在所述锁定区域中，所述逆变器(18)处于所述锁定状态。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中

所述控制装置将所述实际转矩实质上不响应的所述频率重叠到所述滑差频率上，以使得所述电频率的中心频率位于所述锁定区域以外的所述区域中。

3.一种用于包括感应电动机(12)和逆变器(18)的车辆的控制方法，所述感应电动机驱动所述车辆，所述逆变器控制对所述感应电动机的电流供应，所述控制方法的特征在于包括：

i)当所述逆变器(18)处于锁定状态时，控制所述感应电动机(12)的转矩，以将所述逆变器从所述锁定状态释放；

ii)判定所述逆变器(18)是否处于所述锁定状态；

iii)当判定所述逆变器(18)处于所述锁定状态时，控制所述感应电动机(12)的滑差频率，并且

iv)将实际转矩实质上不响应的频率重叠到所述滑差频率上，以使得电频率位于锁定区域以外的区域中，在所述锁定区域中，所述逆变器(18)处于所述锁定状态。