CN104272582A - 旋转电机的电源控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋转电机的电源控制装置，具备：TRC最佳电压输出部(21)以及GEN最佳电压输出部(22)，其获取TRC最佳电压以及GEN最佳电压；通常目标电压输出部(23)，其基于TRC最佳电压以及GEN最佳电压当中最高的电压，来对由DC/DC变换器公共施加给行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的通常目标电压进行设定；以及温度保护用目标电压输出部(24)以及目标电压输出部(25)，其在TRC最佳电压与GEN最佳电压之间的差分ΔV为规定值以上的状态持续了规定时间以上、并且ATF温度为规定温度以上的情况下，将公共施加给行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的电压限制为小于通常目标电压。

Description

旋转电机的电源控制装置
技术领域
本发明涉及一种旋转电机的电源控制装置。
本申请基于2012年5月11日提交的日本特愿2012-109544号申请主张优先权，并且在此援引其内容。
背景技术
以往，例如，已知在一种具备对车辆的驱动轮进行驱动的行驶用电动机以及与车辆的内燃机连结的发电用电动机、对各电动机进行控制的基于脉冲宽度调制的逆变器、对直流电源的直流电压进行升压并提供给各逆变器的升压变换器的串联式的混合动力车中，针对各电动机，执行通过根据各电动机的磁铁温度来使升压变换器的输出电压降低从而使磁铁温度降低的处理的旋转电机的电源控制装置(例如，参见专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-206339号公报
发明要解决的课题
根据上述现有技术所涉及的旋转电机的电源控制装置，由于对于2个逆变器，升压变换器的输出电压(也就是2个逆变器的直流侧电压)是公共的，因此若根据行驶用电动机以及发电用电动机的任一者的磁铁温度来控制升压变换器的输出电压，则存在即使输出电压对于行驶用电动机以及发电用电动机的一个合适，对于另一个输出电压也不合适的情况，例如会有在另一个电动机中磁铁温度过度上升或者另一个电动机的输出被过度限制这样的不良状况发生之虞。
发明内容
本发明所涉及的方式鉴于上述情况而作出，其目的在于，提供一种能够在防止多个电动机的过热的同时高效地确保所希望的输出的旋转电机的电源控制装置。
解决课题的手段
本发明为了解决上述课题并达成所涉及的目的，采用了以下的方式。
(1)本发明所涉及的一个方式的旋转电机的电源控制装置具备：多个旋转电机系统，其分别由旋转电机以及执行该旋转电机的通电控制的通电控制单元构成；目标电压设定单元，其对公共施加给所述多个所述旋转电机系统的目标电压进行设定；电压控制单元，其将由所述目标电压设定单元设定的所述目标电压施加给所述多个所述旋转电机系统；最佳电压获取单元，其在所述多个所述旋转电机系统的每一个中获取所述旋转电机以及所述通电控制单元当中的至少任一者的最佳电压；以及限制单元，其计算所述目标电压与所述最佳电压之间的差分，在该差分为规定值以上的情况下，将由所述电压控制单元施加给所述多个所述旋转电机系统的电压限制为小于所述目标电压。
(2)在上述(1)的方式中，所述目标电压设定单元也可以基于由所述最佳电压获取单元获取到的多个所述最佳电压当中最高的所述最佳电压，来设定所述目标电压，所述限制单元也可以计算所述多个所述最佳电压彼此之间的差分，在该差分为规定值以上的情况下，将由所述电压控制单元施加给所述多个所述旋转电机系统的电压限制为小于所述目标电压。
(3)在上述(1)或者(2)的方式中，所述限制单元也可以在所述差分为所述规定值以上并且所述旋转电机的温度为规定温度以上的情况下，对施加给所述多个所述旋转电机系统的电压进行限制。
(4)在上述(3)的方式中，所述限制单元也可以将所述旋转电机的温度设定为与对该旋转电机进行冷却的冷却材料的温度实质上相同的温度。
发明效果
根据上述(1)的方式，在目标电压与最佳电压之间的差分小于规定值的情况下，认为在多个旋转电机系统的任意一个都不产生过度的发热，由此，在不需要对施加给旋转电机系统的电压进行限制的情况下，就能够高效地运转多个旋转电机系统。
并且，在目标电压与最佳电压之间的差分为规定值以上的情况下，认为在多个旋转电机系统的任意一个都有可能产生过度的发热，由此，通过将施加给多个旋转电机系统的电压限制为小于目标电压，从而能够防止旋转电机控制系统成为过热状态。
在上述(2)的情况下，在多个最佳电压彼此之间的差分小于规定值的情况下，认为在多个旋转电机系统的任意一个都不产生过度的发热，由此，通过基于最高的最佳电压来设定目标电压，能够高效地运转多个旋转电机系统。
并且，在多个最佳电压彼此之间的差分为规定值以上的情况下，认为在多个旋转电机系统的任意一个都有可能产生过度的发热，由此，通过将施加给多个旋转电机系统的电压限制为小于目标电压，从而能够防止旋转电机控制系统成为过热状态。
在上述(3)的情况下，由于在多个最佳电压彼此之间的差分为规定值以上，并且旋转电机的温度为规定温度以上的情况下限制电压，因此能够防止以过度的频度来限制电压，并能够适当地防止旋转电机控制系统的过热。
在上述(4)的情况下，能够容易并且高精度地获取旋转电机的温度。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的旋转电机的电源控制装置的结构图。
图2是本发明的实施方式所涉及的旋转电机的电源控制装置的MGECU的结构图。
图3A是表示与本发明的实施方式所涉及的旋转电机的电源控制装置的行驶用电动机系统中的转矩以及转速相应的最佳电压的例子的图。
图3B是表示与本发明的实施方式所涉及的旋转电机的电源控制装置的发电用电动机系统中的转矩以及转速相应的最佳电压的例子的图。
图4A是表示本发明的实施方式所涉及的旋转电机的电源控制装置的发电用电动机系统中的温度变化的例子的图。
图4B是表示本发明的实施方式所涉及的旋转电机的电源控制装置的行驶用电动机系统中的温度变化的例子的图。
具体实施方式
下面，参照附图，来说明本发明的一个实施方式所涉及的旋转电机的电源控制装置。
基于本实施方式的旋转电机的电源控制装置10被装载于例如图1所示的混合动力车1，该混合动力车1是例如行驶用电动机(TRC)11与驱动轮W连结、内燃机(ENG)12的机轴12a与发电用电动机(GEN)13连结的串联式的混合动力车。
各电动机11、13是例如3相的DC无刷电动机等，与对各电动机11、13进行控制的第一以及第二动力驱动组件(PDU)14、15连接。
各PDU14、15构成为具备PWM逆变器，该PWM逆变器具备例如使用多个晶体管等开关元件来进行电桥连接而成的电桥电路并基于脉冲宽度调制(PWM)。
并且，各PDU14、15经由例如DC/DC变换器16来与电池(BATT)17连接。
DC/DC变换器16例如能够将电池(BATT)17的端子间电压升压或者降压到规定的电压并施加给各PDU14、15，并且能够将各PDU14、15的端子间电压(直流侧电压)降压或者升压到规定的电压并对电池17进行充电。
并且，例如在行驶用电动机11的驱动时，第一PDU14将从DC/DC变换器16或者发电用电动机13的第二PDU15提供的直流电力转换为交流电力，并提供给行驶用电动机11。
此外，例如在通过内燃机12的动力，发电用电动机13进行发电的情况下，第二PDU15将从发电用电动机13输出的交流的发电电力转换为直流电力，并经由DC/DC变换器16来对电池17进行充电或者向行驶用电动机11的第一PDU14提供电力。
此外，例如若在混合动力车1的减速时等，从驱动轮W侧向行驶用电动机11侧传递驱动力，则行驶用电动机11作为发电机而起作用并产生所谓的再生制动力，将车体的动能作为电能来回收。在该行驶用电动机11的发电时，第一PDU14将从行驶用电动机11输出的交流的发电(再生)电力转换为直流电力，并经由DC/DC变换器16来向电池17充电。
进一步地，旋转电机的电源控制装置10例如具备对混合动力车1进行统一控制的MGECU18，作为由CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等电子电路构成的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)，。
MGECU18例如如图2所示，构成为具备：TRC最佳电压输出部21、GEN最佳电压输出部22、通常目标电压输出部23、温度保护用目标电压输出部24、目标电压输出部25、速率限制(rate limit)部26、上下限限制部27。
TRC最佳电压输出部21例如基于针对使由行驶用电动机11以及第一PDU14构成的行驶用电动机系统(旋转电机系统)的运转损失为最小的电源电压(TRC最佳电压，也就是第一PDU14的直流侧电压的最佳电压)而预先设定的规定映射(map)等的数据，对根据混合动力车1的运转状态等而对行驶用电动机11要求的转矩(TRC转矩)以及转速(TRC转速)所对应的TRC最佳电压进行获取，并输出该获取结果。
另外，预先设定的规定映射例如如图3A所示，是表示行驶用电动机11的转矩以及转速与TRC最佳电压之间的对应关系的数据，被存储在TRC最佳电压输出部21。
另外，TRC最佳电压也可以是例如使行驶用电动机11以及第一PDU14当中的至少任一者的运转损失为最小的电源电压。
GEN最佳电压输出部22例如基于使针对由发电用电动机13以及第二PDU15构成的发电用电动机系统(旋转电机系统)的运转损失为最小的电源电压(GEN最佳电压，也就是第二PDU15的直流侧电压的最佳电压)而预先设定的规定映射等的数据，对根据混合动力车1的运转状态等而对发电用电动机13要求的转矩(GEN转矩)以及转速(GEN转速)所对应的GEN最佳电压进行获取，并输出该获取结果。
另外，预先设定的规定映射例如如图3B所示，是表示发电用电动机13的转矩以及转速与GEN最佳电压之间的对应关系的数据，被存储在GEN最佳电压输出部22。
另外，GEN最佳电压也可以是例如使发电用电动机13以及第二PDU15当中的至少任一者的运转损失为最小的电源电压。
通常目标电压输出部23例如将从TRC最佳电压输出部21输出的TRC最佳电压与从GEN最佳电压输出部22输出的GEN最佳电压当中最高的电压作为通常目标电压来输出。
温度保护用目标电压输出部24例如构成为具备：电压差运算部31、电压差触发定时器32、第一输出切换部33、ATF温度判断部34、第二输出切换部35、速率限制部36。
电压差运算部31例如对从TRC最佳电压输出部21输出的TRC最佳电压与从GEN最佳电压输出部22输出的GEN最佳电压之间的差分ΔV进行计算，并输出计算结果。
电压差触发定时器32例如对从电压差运算部31输出的差分ΔV为规定值以上的状态是否持续了规定时间以上进行判断，并输出该判断结果。
第一输出切换部33例如根据从电压差触发定时器32输出的判断结果，来对针对DC/DC变换器16的次级侧的端子间电压(也就是施加给各PDU14、15的电压)的2个不同的电压值，也就是规定的温度保护用电压指令限制值以及电压指令最大值当中的任一者的选择进行切换，并输出选择结果。
例如，在判断为差分ΔV为规定值以上的状态持续了规定时间以上的情况下，第一输出切换部33选择并输出规定的温度保护用电压指令限制值，在未判断为差分ΔV为规定值以上的状态持续了规定时间以上的情况下，选择并输出规定的电压指令最大值。
另外，规定的温度保护用电压指令限制值例如是用于将行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的温度限制为小于规定的上限温度的限制值等，具有比从通常目标电压输出部23输出的通常目标电压小的值。
此外，规定的电压指令最大值例如是作为针对DC/DC变换器16的次级侧的端子间电压的目标电压，能够设定的最大值等。
ATF温度判断部34例如对于与各电动机11、12以及各PDU14、15当中的至少任一者的温度有关的ATF温度(也就是说，对行驶用电动机系统以及发电用电动机系统进行冷却的冷却材料的温度)的检测值或者推断值等，对ATF温度是否为规定温度以上进行判断，并输出判断结果。
另外，规定温度也可以具有滞后现象，例如，ATF温度判断部34在判断为ATF温度小于规定温度的情况下，在ATF温度为规定的第一温度以上的情况下判断为ATF温度为规定温度以上，在判断为ATF温度为规定温度以上的情况下，在ATF温度小于比规定的第一温度低的第二温度的情况下，判断为ATF温度小于规定温度。
第二输出切换部35例如根据从ATF温度判断部34输出的判断结果，来对针对DC/DC变换器16的次级侧的端子间电压(也就是施加给各PDU14、15的直流侧的直流侧电压)的2个电压值，也就是从第一输出切换部33输出的电压值以及规定的电压指令最大值当中的任一者的选择进行切换，并输出选择结果。
例如，在判断为ATF温度为规定温度以上的情况下，第二输出切换部35选择并输出从第一输出切换部33输出的电压值，在未判断为ATF温度为规定温度以上的情况下(也就是说在ATF温度小于规定温度的情况下)，选择并输出规定的电压指令最大值。
速率限制部36例如对于从第二输出切换部35输出的电压值，将变化率限定为规定变化率，并将该限制后的电压值作为温度保护用目标电压来输出。
目标电压输出部25例如将从通常目标电压输出部23输出的通常目标电压与从温度保护用目标电压输出部24输出的温度保护用目标电压当中最低的电压作为目标电压来输出。
速率限制部26例如对于从目标电压输出部25输出的目标电压，将变化率限制为规定变化率，并输出该限制后的目标电压。
上下限限制部27例如对于从速率限制部26输出的目标电压，限制上限值以及下限值，并输出该限制后的目标电压。
并且，MGECU18例如根据针对各PDU14、15的直流侧电压(也就是说，DC/DC变换器16的次级侧电压)的目标电压，来对各PDU14、15以及DC/DC变换器16的电力转换动作进行控制。并且，对行驶用电动机11的驱动以及发电、基于内燃机12的动力的发电用电动机13的发电进行控制。
本实施方式的旋转电机的电源控制装置10具备上述结构，接下来，对旋转电机的电源控制装置10的动作，特别是设定目标电压的处理进行说明。
从TRC最佳电压输出部21输出的TRC最佳电压作为混合动力车1的运转状态，根据例如由驾驶员操作的加速踏板开度等而变化。
与此相对地，从GEN最佳电压输出部22输出的GEN最佳电压作为混合动力车1的运转状态，例如如图3B所示，根据内燃机12的BSFC(有效燃油消耗率：Brake Specific Fuel Consumption)为最优的运转状态等而变化。
并且，从温度保护用目标电压输出部24输出的温度保护用目标电压在例如TRC最佳电压与GEN最佳电压之间的差分ΔV为规定值以上的状态持续了规定时间以上，并且ATF温度为规定温度以上的情况下，成为规定的温度保护用电压指令限制值，除此以外的情况下，成为规定的电压指令最大值。
相对于例如图3A所示的行驶用电动机11的低转速区域(规定转速N1等)中规定输出W1下的TRC最佳电压为规定电压V1的情况，在例如图3B所示的根据内燃机12的BSFC为最优的运转状态，发电用电动机13的规定输出W1下的GEN最佳电压为规定电压V1等的情况下，TRC最佳电压与GEN最佳电压之间的差分ΔV小于规定值。
并且，至少在差分ΔV小于规定值的情况下，从通常目标电压输出部23输出的通常目标电压成为实现例如根据加速踏板开度等的行驶用电动机系统的运转状态以及例如内燃机12的BSFC为最优的发电用电动机系统的运转状态这两个运转状态的电压。
此时，从温度保护用目标电压输出部24输出的温度保护用目标电压为规定的电压指令最大值，若该电压指令最大值被设定为比TRC最佳电压以及GEN最佳电压大的值，则从目标电压输出部25输出的目标电压成为从通常目标电压输出部23输出的通常目标电压。
另一方面，相对于例如图3A所示的行驶用电动机11的高转速区域(规定转速N2等)中规定输出W1下的TRC最佳电压成为规定电压V3的情况，在例如图3B所示的根据内燃机12的BSFC为最优的运转状态，发电用电动机13的规定输出W1下的GEN最佳电压为规定电压V1等的情况下，TRC最佳电压与GEN最佳电压之间的差分ΔV为规定值以上。
并且，在差分ΔV为规定值以上的状态持续了规定时间以上，并且ATF温度为规定温度以上的情况下，会有从通常目标电压输出部23输出的通常目标电压在行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的任一者(例如，最佳电压更小的一个等)使过度的发热发生之虞。
此时，从温度保护用目标电压输出部24输出的温度保护用目标电压是规定的温度保护用电压指令限制值，将行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的温度限制为小于规定的上限温度，比从通常目标电压输出部23输出的通常目标电压小，从目标电压输出部25输出的目标电压成为从温度保护用目标电压输出部24输出的温度保护用目标电压。
也就是说，在TRC最佳电压与GEN最佳电压之间的差分ΔV为规定值以上的情况下，施加给行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的电压被限制为小于通常目标电压。
例如在图4A、4B中，表示在TRC最佳电压为规定电压Va并且GEN最佳电压为规定电压Vf，差分ΔV为规定值以上的运转状态下，根据从温度保护用目标电压输出部24输出的温度保护用目标电压，目标电压从规定电压Va缓慢降低到规定电压Vf(＜Va)的情况下的发电用电动机系统的温度(GEN温度)以及行驶用电动机系统的温度(TRC温度)的变化的一个例子。
例如在目标电压为接近TRC最佳电压的规定电压Va的值的情况下，由于GEN温度与TRC温度相比为高温，因此ATF温度成为规定温度以上。在这种情况下，从温度保护用目标电压输出部24输出的温度保护用目标电压为规定的温度保护用电压指令限制值，从目标电压输出部25输出的目标电压成为从温度保护用目标电压输出部24输出的温度保护用目标电压。
并且，若根据从温度保护用目标电压输出部24输出的温度保护用目标电压，目标电压从规定电压Va缓慢降低到规定电压Vf(＜Va)，则相对于GEN温度以降低趋势进行变化，TRC温度几乎恒定。
随着这种情况，例如在目标电压为接近于GEN最佳电压的规定电压Vf的值的情况下，由于GEN温度与TRC温度几乎相等，因此ATF温度未达到规定温度。在这种情况下，从温度保护用目标电压输出部24输出的温度保护用目标电压为规定的电压指令最大值，从目标电压输出部25输出的目标电压成为从通常目标电压输出部23输出的通常目标电压。
综上所述，根据基于本实施方式的旋转电机的电源控制装置10，在TRC最佳电压与GEN最佳电压之间的差分ΔV小于规定值的情况下，认为在行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的任一者都不产生过度的发热，由此，通过基于最高的最佳电压来设定目标电压，能够高效地运转行驶用电动机系统以及发电用电动机系统。
并且，在差分ΔV为规定值以上的情况下，认为在行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的任一者都有可能过度的发热，由此，通过将施加给行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的DC/DC变换器16的次级侧的端子间电压限制为小于目标电压，从而能够防止行驶用电动机系统以及发电用电动机系统成为过热状态。
进一步地，在差分ΔV为规定值以上，并且ATF温度为规定温度以上的情况下，通过对相对于DC/DC变换器16的次级侧的端子间电压的目标电压进行限制，能够防止以过度的频度限制目标电压，并能够适当地防止行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的过热。
进一步地，通过ATF温度，能够容易并且高精度地获取行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的温度，通过各电动机11、13以及各PDU14、15整体能够适当地实施温度保护。
另外，在上述的实施方式中，旋转电机的电源控制装置10并不仅限于行驶用电动机11以及发电用电动机13，也可以具备负荷不同的多个旋转电机以及进行这些旋转电机的通电控制的多个动力驱动组件(PDU)，并根据这多个最佳电压彼此之间的差分来设定目标电压。
另外，在上述的实施方式中，混合动力车1并不仅限于串联式，也可以是例如具有串联式以及并联式两者功能的混合动力车或者动力分配式混合动力车等。
此外，旋转电机的电源控制装置10并不仅限于装载于混合动力车1，也可以装载于例如将行驶用电动机(TRC)11与驱动轮W相连结的电动车。
另外，在上述的实施方式中，通常目标电压输出部23将TRC最佳电压以及GEN最佳电压当中最高的电压设为通常目标电压，但并不仅限于此，也可以基于TRC最佳电压以及GEN最佳电压当中最高的电压来设定目标电压。
另外，在上述的实施方式中，ATF温度判断部34也可以将ATF温度设定为例如各电动机11、12以及各PDU14、15当中至少任一者的温度的检测值或者估计值等。
另外，在上述的实施方式中，在从目标电压输出部25输出的目标电压被设定为从温度保护用目标电压输出部24输出的温度保护用目标电压的情况下，也可以在各PDU14、15的PWM逆变器中，使载波频率在元件温度小于规定的上限温度的范围内增大。
另外，虽然在上述的实施方式中，在TRC最佳电压与GEN最佳电压之间的差分ΔV为规定值以上的情况下，将施加给行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的电压限制为小于通常目标电压，但在通常目标电压输出部23中将TRC最佳电压与GEN最佳电压当中最高的电压作为通常目标电压来输出的情况下，由电压差运算部31计算的差分ΔV成为目标电压(也就是从通常目标电压输出部23输出的通常目标电压)与最佳电压(也就是TRC最佳电压与GEN最佳电压当中任一者小的电压)之间的差分。
基于此，在上述的实施方式中，也可以计算目标电压(例如，由通常目标电压输出部23输出的通常目标电压)与最佳电压(例如，TRC最佳电压与GEN最佳电压当中任一者小的电压)之间的差分，在该差分为规定值以上的情况下，将施加给行驶用电动机系统以及发电用电动机系统的电压限制为小于目标电压。
符号说明：
1  混合动力车
10 旋转电机的电源控制装置
11 行驶用电动机(旋转电机)
12 内燃机
13 发电用电动机(旋转电机)
14 第一PDU(通电控制单元)
15 第二PDU(通电控制单元)
16 DC/DC变换器(电压控制单元)
18 MGECU
21 TRC最佳电压输出部(最佳电压获取单元)
22 GEN最佳电压输出部(最佳电压获取单元)
23 通常目标电压输出部(目标电压设定单元)
24 温度保护用目标电压输出部(限制单元)
25 目标电压输出部(限制单元)
33 第一输出切换部
35 第二输出切换部

Claims (4)

1.一种旋转电机的电源控制装置，具备：
多个旋转电机系统，其分别由旋转电机以及执行该旋转电机的通电控制的通电控制单元构成；
目标电压设定单元，其对公共施加给所述多个所述旋转电机系统的目标电压进行设定；
电压控制单元，其将由所述目标电压设定单元设定的所述目标电压施加给所述多个所述旋转电机系统；
最佳电压获取单元，其在所述多个所述旋转电机系统的每一个中获取所述旋转电机以及所述通电控制单元当中的至少任一者的最佳电压；和
限制单元，其计算所述目标电压与所述最佳电压之间的差分，在该差分为规定值以上的情况下，将由所述电压控制单元施加给所述多个所述旋转电机系统的电压限制为小于所述目标电压。
2.根据权利要求1所述的旋转电机的电源控制装置，其特征在于，
所述目标电压设定单元基于由所述最佳电压获取单元获取到的多个所述最佳电压当中最高的所述最佳电压，来设定所述目标电压，
所述限制单元计算所述多个所述最佳电压彼此之间的差分，在该差分为规定值以上的情况下，将由所述电压控制单元施加给所述多个所述旋转电机系统的电压限制为小于所述目标电压。
3.根据权利要求1或者2所述的旋转电机的电源控制装置，其特征在于，
在所述差分为所述规定值以上并且所述旋转电机的温度为规定温度以上的情况下，所述限制单元对施加给所述多个所述旋转电机系统的电压进行限制。
4.根据权利要求3所述的旋转电机的电源控制装置，其特征在于，
所述限制单元将所述旋转电机的温度设定为与对该旋转电机进行冷却的冷却材料的温度实质上相同的温度。
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