CN111527689A - 马达控制装置 - Google Patents

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CN111527689A CN201880083990.6A CN201880083990A CN111527689A CN 111527689 A CN111527689 A CN 111527689A CN 201880083990 A CN201880083990 A CN 201880083990A CN 111527689 A CN111527689 A CN 111527689A
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初田匡之
奥畑佳久
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Abstract

提供马达控制装置，能够适当地管理多个电源的状态，能够有助于装置整体的小型化。马达控制装置具有：逆变器电路，其向马达提供驱动电压；控制部，其向所述逆变器电路提供第1电源和第2电源中的任意电源的电源电压，该第1电源提供第1电源电压，该第2电源提供比第1电源电压高的电源电压；以及电力转换部，其根据所述第2电源的充电状态，从任意电源向另一个电源进行充电。

Description

马达控制装置
技术领域
本发明涉及进行马达的驱动控制的马达控制装置。
背景技术
公知有使用逆变器电路来对作为车辆等的动力的马达的驱动电力进行控制的技术。
例如在日本特开2016-208643号公报中公开了具有多个电池的电力转换系统，公开了在多个电池中使电压并行升压的并行升压技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-208643号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在日本特开2016-208643号公报所公开的技术中，没有考虑适当地管理多个电池的充电状态。
鉴于上述课题，本发明的目的在于，提供能够适当地管理多个电源的状态、能够有助于装置整体的小型化的马达控制装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，根据本发明的马达控制装置的某一方式，提供了一种马达控制装置，其特征在于，该马达控制装置具有：逆变器电路，其向马达提供驱动电压；控制部，其向所述逆变器电路提供第1电源和第2电源中的任意电源的电源电压，该第1电源提供第1电源电压，该第2电源提供比第1电源电压高的电源电压；以及电力转换部，其根据所述第2电源的充电状态，从任意电源向另一个电源进行充电。
发明效果
根据具有以上结构的本发明，根据第2电源的充电状态，从任意电源向另一个电源进行充电，由此能够适当地管理第2电源的充电状态。因此，不需要过度增加第2电源的容量，能够有助于装置整体的小型化。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的马达控制装置的结构例的框图。
图2是示出马达的功耗、马达的转速N以及扭矩T的关系的图。
图3是示出电池的切换控制的例子的流程图。
图4是示出电池之间的电力转换控制的例子的流程图。
图5是示出电池的充电状态的变化的例子的图。
图6是示出电池之间的电力转换控制的例子的流程图。
图7是示出电池的充电状态的变化的例子的图。
图8是示出电池之间的电力转换控制的例子的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的实施方式进行详细说明。
<实施方式>
图1是示出实施方式的马达控制装置的结构例的框图。
该马达控制装置具有：马达控制器2，其进行向车辆等输出驱动力的马达30的控制；VCU(Vehicle Control Unit：车辆控制装置)3，其根据车辆的状态而输出扭矩指令(扭矩指示值)；以及逆变器21，其根据来自马达控制器2的控制而生成驱动电压。另外，该马达控制装置具有切换电路50，该切换电路50根据从逆变器21请求的电源电压(请求电压)，切换电池4a和电池4b的电源电压而提供给逆变器21，其中，该电池4a提供直流的电源电压(第1电源电压VBATT1)，该电池4b提供比第1电源电压VBATT1高的第2电源电压VBATT2。另外，由于电池4b是在加速时等扭矩指示值为规定的阈值以上的情况下短时间内使用的，因此电池4b的容量例如为在通常行驶时使用的电池4a的二十分之一以下。
并且，该马达控制装置具有：电池控制器5，其对电池4a和电池4b的充电状态(SoC：State of Charge)进行控制；DCDC转换部(电力转换部)40，其根据来自电池控制器5的控制而进行电池4a与电池4b之间的电力转换；以及温度传感器6，其检测马达30的周围的温度或对马达30进行冷却的制冷剂的温度等。另外，DCDC转换部40具有能够进行降压和升压双方的双向DCDC转换器。
马达30例如由具有转子、定子以及壳体等的无刷马达构成，其中，该转子设置为以具有输出端的旋转轴为中心转动自如，该定子具有通过与三相的驱动电压对应的驱动电流而产生磁场的励磁线圈31u、31v、31w等，该壳体收纳转子和定子等。在转子安装有永磁铁，该转子根据由励磁线圈产生的磁场而以转子的旋转轴为中心进行旋转，从旋转轴的一端(输出端)输出驱动力。
另外，在马达30设置有检测转子的角度的位置传感器32和检测马达30的温度的温度传感器33。位置传感器32例如具有在转子的周围每120°地配置、检测转子的磁的3个霍尔元件等磁传感器，该位置传感器32检测转子的角度。另外，也可以通过旋转编码器等其他构件来检测转子的角度。温度传感器33具有热敏电阻等温度检测元件，检测励磁线圈等的马达30的温度，并提供给逆变器21。
VCU 3根据当前的油门开度、车辆速度、加速或减速时的加速度等车辆的状态而生成表示所需的扭矩的值的扭矩指令(扭矩指示值)，并提供给马达控制器2。马达控制器2根据扭矩指示值而对逆变器21的动作进行控制。
逆变器21具有：控制部21b，其根据来自马达控制器2的控制而对逆变器21整体的动作进行控制；IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor；绝缘栅型双极晶体管)模块(以下，简称为IGBT)21a，其根据来自控制部21b的指示而进行从切换电路50提供的电压V的开关，生成三相的驱动电压；以及温度传感器21c，其检测IGBT 21a等的温度。IGBT 21a具有3组6个开关元件(IGBT元件)以生成三相的驱动电压。另外，也可以使用MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等开关元件来代替该IGBT元件。
控制部21b例如根据位置传感器32的检测电压来检测转子的角度。另外，控制部21b根据位置传感器32的检测电压来检测马达30的转速。另外，也可以使用与位置传感器32不同的传感器来检测马达的转速。
控制部21b根据来自马达控制器2的控制和所检测到的马达30的转速来计算驱动马达所需的必要电力。马达30的转速N与扭矩T的关系例如像图2所示那样根据马达30的功耗而变化。马达30的转速N与扭矩T的关系例如在功耗为80kW时为图2中的实线那样，而在功耗为120kW时为虚线所示那样。因此，控制部21b基于这样的关系，根据来自马达控制器2的控制和马达30的转速来计算可取得所需扭矩的功耗作为必要电力。
并且，控制部21b根据计算出的必要电力而对逆变器21的动作进行控制。具体而言，在必要电力不到规定的阈值的情况下，控制部21b以使向逆变器21提供电池4a的电源电压VBATT1的方式向切换电路50提供请求电压。另外，在必要电力为规定的阈值的以上的情况下，控制部21b以使向逆变器21提供电池4b的电源电压VBATT2的方式向切换电路50提供请求电压。即，控制部21b根据基于与来自马达控制器2的扭矩指示值等对应的控制所计算出的必要电力，以使向逆变器21提供电池4a或电池4b中的任意电池的电源电压的方式对切换电路50的动作进行控制。由于必要电力是与扭矩指示值对应的值，因此，换言之，控制部21b根据扭矩指示值是否不到规定的阈值，以使向逆变器21提供适当的电源电压的方式对切换电路50的动作进行控制。
切换电路50具有对切换电路50整体的动作进行控制的控制部51、与电池4b连接的开关元件Tr11、与开关元件Tr11连接的再生用二极管D1、与电池4a连接的开关元件Tr21、Tr22、与开关元件Tr21连接的再生用二极管D21以及与开关元件Tr22连接的再生用二极管D22。另外，在图1中将各开关元件Tr11、Tr21、Tr22表示为IGBT元件，但也可以使用MOSFET等开关元件。另外，各再生用二极管D1、D21、D22是为了在减速时等将从马达30经由逆变器21所提供的电力提供给电池4a、4b而设置的。
在向逆变器21提供电池4a的电源电压VBATT1时，控制部51使开关元件Tr11成为断开状态，使开关元件Tr21和Tr22成为接通状态。另外，在向逆变器21提供电池4b的电源电压VBATT2时，控制部51使开关元件Tr11成为接通状态，使开关元件Tr21和Tr22成为断开状态。
另外，控制部21b根据上述那样求出的必要电力和来自切换电路50的电源电压来计算电流值I。然后，控制部21b根据上述那样检测到的转子的旋转角和上述那样计算出的电流值I而对IGBT 21a的各开关元件的开关进行控制，以生成三相(U相、V相、W相)的驱动电压(驱动信号)。例如在正弦波驱动的情况下，该驱动电压是以使在马达30的励磁线圈31u、31v、31w中流动的驱动电流的有效值(以下，简称为电流值)成为计算出的电流值I的方式进行PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制而生成的。具体而言，控制部21b根据电流值I而变更PWM的调制度。
由IGBT 21a生成的驱动电压提供给马达30的定子的励磁线圈31u、31v、31w，在励磁线圈中流动与驱动电压对应的驱动电流，通过由励磁线圈产生的磁场与转子的永磁铁的相互作用，在转子中产生扭矩。该扭矩经由转子的输出端而输出到外部。
(电池切换控制)
图3是示出该马达控制装置中的马达的控制处理的流程图。
控制部21b根据与来自马达控制器2的扭矩指示值等对应的控制而求取必要电力，根据必要电力是否不到规定的阈值，以使向逆变器21提供电池4a或电池4b中的任意电池的电源电压的方式对切换电路50的动作进行控制。如上所述，由于必要电力是与扭矩指示值对应的值，因此在以下的说明中，对以下情况进行说明：控制部21b根据扭矩指示值是否不到规定的阈值，以使向逆变器21提供电池4a或电池4b中的任意电池的电源电压的方式对切换电路50的动作进行控制。
首先，控制部21b向切换电路50提供电池4a的电源电压VBATT1作为请求电压。与此相应，控制部51使开关元件Tr11成为断开状态，使开关元件Tr21和Tr22成为接通状态(S1)。由此，将电池4a的电源电压VBATT1提供给逆变器21。
接着，控制部21b判定扭矩指示值T是否为规定的阈值Tth以上(S2)。如果扭矩指示值T不到规定的阈值Tth，则控制部21b继续进行S2的动作(监视扭矩指示值)。如果扭矩指示值T为规定的阈值Tth以上，则控制部21b向切换电路50提供电池4b的电源电压VBATT2作为请求电压。与此相应地，控制部51使开关元件Tr11成为接通状态，使开关元件Tr21和Tr22成为断开状态(S3)。由此，将电池4b的电源电压VBATT2提供给逆变器21。
然后，控制部21b判定扭矩指示值T是否不到规定的阈值Tth(S4)。如果扭矩指示值T不到规定的阈值Tth，则控制部21b返回到S1。如果扭矩指示值T为规定的阈值Tth以上，则控制部21b继续进行S4的动作(监视扭矩指示值)。
通过进行以上那样的控制，能够根据扭矩指示值是否不到规定的阈值而适当地变更向逆变器21提供的电源电压。由此，在例如加速时等需要扭矩而扭矩指示值成为了规定的阈值以上时，向逆变器21提供电源电压比电池4a高的电池4b的电源电压，从而能够应对马达30的驱动所需的必要电力增加。另外，由于切换电池4a和电池4b来提供电源电压，从而无需设置升压电路等，能够有助于马达的小型化。
另外，上述的规定的阈值Tth可以是预先设定的，但也可以根据来自用户的输入而设定。例如，设置有供用户输入重视加速、重视电力消耗等用户的指示(指示阈值的信息)的开关等输入部，控制部21b根据来自用户的指示而设定阈值Tth。由此，能够应对与用户的指示对应的多种行驶状况。另外，控制部21b也可以根据扭矩指示值的变动(必要电力的变动)而变更阈值Tth。例如在山路或高速公路行驶时等行驶负载高于平地等的行驶时的情况下，能够通过降低阈值Tth而提高反应。
(电力转换控制)
另外，在该马达控制装置中，根据电池4a和电池4b的充电状态(SoC：State ofCharge)，从任意一个电池向另一个电池进行电力转换。电池4b用于加速时等，但由于与电池4a相比，容量小(例如二十分之一左右)，因此有时在加速等结束时变得充电不足。因此，电池控制器5监视电池4b的充电状态，在电池4b的充电状态(SoC2)变得不到规定的阈值(Th1，例如80％)的情况下，通过DCDC转换部40而使电池4a的电源电压升压，进行电池4b的充电。
具体而言，例如如图4所示，电池控制器5在停止电池4b的充电的状态(S11)下，判定电池4b的充电状态SoC2是否变得不到阈值Th1(S12)。在电池4b的充电状态SoC2变得不到阈值Th1的情况下，电池控制器5通过DCDC转换部40而使电池4a的电源电压升压，使电池4b充电(S13)。如果电池4b的充电状态SoC2为阈值Th1以上，则电池控制器5使停止充电的状态继续(S11)。
在进行着电池4b的充电的状态下，电池控制器5判定电池4b的充电状态SoC2是否成为了阈值Th1以上(S14)。如果电池4b的充电状态SoC2不到阈值Th1，则电池控制器5使电池4b的充电继续(S13)。如果电池4b的充电状态SoC2为阈值Th1以上，则电池控制器5使电池4b的充电停止(S11)。
通过进行以上那样的控制，能够适当地管理电池4b的充电状态SoC2。
例如如图5所示，当在从时刻t1到t2的期间，由于加速等而向逆变器21提供电池4b的电源电压时，电池4b的充电状态SoC2降低，但在加速等结束时，通过电池控制器5的控制，从电池4a经由DCDC转换部40进行电池4b的充电，因此使电池4b的充电状态SoC2恢复至阈值Th1(t3)。
另外，在向逆变器21提供电池4b的电源电压时，在减速时等从马达30经由逆变器21所提供的电力经由再生二极管D1而提供给电池4b，因此根据行驶状态等，有时会成为过充电(无法通过再生进行充电的状态)。因此，在该马达控制装置中，电池控制器5监视电池4b的充电状态，在电池4b的充电状态(SoC2)成为了规定的阈值(Th2，例如95％)以上的情况下，通过DCDC转换部40而使电池4b的电源电压降压，进行电池4a的充电。
具体而言，例如如图6所示，电池控制器5在停止电池4a的充电的状态(S21)下，判定电池4b的充电状态SoC2是否成为了阈值Th2以上(S22)。在电池4b的充电状态SoC2成为了阈值Th2以上的情况下，电池控制器5通过DCDC转换部40而使电池4b的电源电压降压，使电池4a充电(S23)。如果电池4b的充电状态SoC2不到阈值Th2，则电池控制器5使停止充电的状态继续(S21)。
在进行着电池4a的充电的状态下，电池控制器5判定电池4b的充电状态SoC2是否变得不到阈值Th2(S24)。如果电池4b的充电状态SoC2为阈值Th2以上，则电池控制器5使电池4a的充电继续(S23)。如果电池4b的充电状态SoC2变得不到阈值Th2，则电池控制器5使电池4a的充电停止(S21)。
通过进行以上那样的控制，能够适当地管理电池4b的充电状态SoC2。
例如如图7所示，当在从时刻t11到t12的期间，由于加速等而导致电池4b的充电状态SoC2降低之后，通过再生而使电池4b的充电状态SoC2恢复，当在时刻t13，电池4b的充电状态SoC2成为阈值Th2以上时，电池控制器5通过DCDC变换部40而使电池4b的电源电压降压，使电池4a充电。然后，当在时刻t14，电池4b的充电状态SoC2不到阈值Th1时，电池控制器5使电池4a的充电停止。
上述的图4所示的控制和图6所示的电力转换控制例如能够像图8所示那样同时进行。在电池4b的充电状态SoC2不到阈值Th1的情况下，通过S33至S34的处理而进行电池4b的充电，在电池4b的充电状态SoC2为阈值Th2以上的情况下，通过S36至S37的处理而进行电池4a的充电。通过进行这样的电力转换，能够适当地管理电池4b的充电状态SoC2。通过进行这样的管理，无需过度增加电池4b的容量，能够有助于车辆等系统整体的小型化。
<变形例>
另外，在上述的实施方式中，通过正弦波驱动来生成马达30的驱动电压，但也可以代替正弦波驱动而通过矩形波驱动来生成驱动电压。另外，在上述的实施方式中，对进行无刷马达的驱动控制的情况进行了说明，但对于使用逆变器进行三相同步马达等的驱动控制的情况也能够应用本发明。
本申请主张基于2017年12月27日申请的作为日本特许申请的日本特愿2017-252404号的优先权，引用在该日本特许申请中记载的全部记载内容。
标号说明
2：马达控制器；3：VCU；4a、4b：电池；5：电池控制器；6、21c、33：温度传感器；21：逆变器；21a：IGBT；21b：控制部；30：马达；31u、31v、31w：励磁线圈；32：位置传感器；40：DCDC转换部；50：切换电路；51：控制部。

Claims (5)

1.一种马达控制装置，其特征在于，
该马达控制装置具有：
逆变器电路，其向马达提供驱动电压；
控制部，其向所述逆变器电路提供第1电源和第2电源中的任意电源的电源电压，该第1电源提供第1电源电压，该第2电源提供比第1电源电压高的电源电压；以及
电力转换部，其根据所述第2电源的充电状态，从任意电源向另一个电源进行充电。
2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，
所述电力转换部在所述第2电源的充电状态变得不到第1阈值的情况下，对所述第1电源的电源电压进行升压而对所述第2电源进行充电。
3.根据权利要求1或2所述的马达控制装置，其特征在于，
所述电力转换部在所述第2电源的充电状态成为了第2阈值以上的情况下，对所述第2电源的电源电压进行降压而对所述第1电源进行充电。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的马达控制装置，其特征在于，
所述电力转换部具有双向DCDC转换器。
5.据权利要求1至4中的任意一项所述的马达控制装置，其特征在于，
所述控制部在从外部提供的扭矩指示值为规定的阈值以下的情况下，使来自所述第1电源的第1电源电压提供给所述逆变器电路，在所述扭矩指示值大于规定的阈值的情况下，使来自所述第2电源的第2电源电压提供给所述逆变器电路。
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