DE112008001911B4

DE112008001911B4 - Invertersteuervorrichtung und Fahrzeug

Info

Publication number: DE112008001911B4
Application number: DE112008001911T
Authority: DE
Inventors: Natsuki Nozawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2028-07-18
Also published as: CN101755384A; WO2009011461A1; US20100193267A1; CN101755384B; JP4349447B2; DE112008001911B8; DE112008001911T5; JP2009027833A; US8220574B2

Abstract

Invertersteuervorrichtung zum Steuern eines Inverters (14, 14A), die aufweist:
eine Gleichstromenergieversorgung (B) zum Ausgeben einer ersten Gleichspannung;
eine Spannungswandlungseinheit (20) zum Umwandeln eines Spannungspegels der ersten Gleichspannung und zum Zuführen einer zweiten Gleichspannung zu dem Inverter (14, 14A);
eine Temperaturerfassungseinheit (31, 32, 45) zum Erfassen einer Umgebungstemperatur des Inverters (14, 14A); und
eine Steuereinheit (30C) zum Steuern der Spannungswandlungseinheit (20) auf der Grundlage eines Ergebnisses der Erfassung durch die Temperaturerfassungseinheit (31, 32, 45) und zum Steuern eines Betriebs des Inverters (14, 14A) derart, dass die zweite Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt wird, wobei der Inverter (14, 14A) angehalten wird, wenn bestimmt wird, dass die zweite Gleichspannung einen oberen Grenzwert überschreitet, und
wobei die Steuereinheit (30C) die zweite Gleichspannung entsprechend einer Verringerung der Umgebungstemperatur verringert, und den oberen Grenzwert verringert, nachdem die zweite Gleichspannung verringert wurde.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Invertersteuervorrichtung und ein Fahrzeug, und insbesondere eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Inverters entsprechend einer Temperatur des Inverters und ein Fahrzeug, das die Steuervorrichtung beinhaltet.
Stand der Technik
Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge erreichen als umgebungsfreundliche Fahrzeuge neuerdings Aufmerksamkeit. Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug, das zusätzlich zu einem herkömmlichen Verbrennungsmotor einen Motor als eine motorische Energiequelle enthält, der durch eine Gleichstromenergieversorgung (DC-Engergieversorgung) über einen Inverter angetrieben wird. D. h., das Hybridfahrzeug erhält eine motorische Energiequelle durch Antreiben des Verbrennungsmotors, und erhält ebenfalls eine motorische Energiequelle durch Umwandeln einer Gleichspannung (DC-Spannung) von der Gleichstromenergieversorgung in eine Wechselspannung (AC-Spannung) durch einen Inverter und Drehen des Motors mit der resultierenden Wechselspannung.
Ein Elektrofahrzeug ist ein Fahrzeug, das einen Motor als eine motorische Energiequelle enthält, der von einer Gleichstromenergieversorgung über einen Inverter angetrieben wird.
In vielen Fällen enthält ein Inverter ein Halbleiterschaltelement wie beispielsweise einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder einen MOSFET (Metalloxid-Halbleiterfeldeffekttransistor). Eine Durchschlagspannung (im Folgenden einfach als ”Stehspannung” bezeichnet) des IGBT oder des MOSFET ist niedriger, wenn eine Temperatur um dieser oder eine Übergangstemperatur niedriger ist. Daher sollte eine Eingangsspannung des Inverters auf geeignete Weise entsprechend einer Umgebungstemperatur des Inverters gesteuert werden.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2004-166341 A beschreibt eine Spannungswandlungsvorrichtung zum Umwandeln einer Spannung von einer Energieversorgung derart, dass eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit eines Inverters verhindert wird, wenn sich eine Umgebungstemperatur verringert und eine Motorgegenelektromotorische Kraft größer als eine Inverterstehspannung ist. Diese Spannungswandlungsvorrichtung enthält einen Spannungswandler zum Ändern eines Spannungspegels einer Spannung, die von einer Energieversorgung eingegeben wird, und zum Zuführen einer Ausgangsspannung zu einer elektrischen Last, und eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Spannungswandlers derart, dass die Temperatur der elektrischen Last erhöht wird. Insbesondere wird, wenn die Temperatur von Kühlwasser für den Inverter signifikant niedriger als eine Bezugstemperatur ist, ein Verstärkungsverhältnis eines Verstärkungswandlers (Spannungswandlers) auf größer eingestellt. Ein Verlust des Inverters (elektrische Last) wird somit weiter erhöht, und die Temperatur des Inverters wird erhöht.
In dem Inverter, der das Halbleiterschaltelement enthält, wird eine Stoßspannung aufgrund einer parasitären Induktivität einer Leitung erzeugt, während das Halbleiterschaltelement ausgeschaltet ist. Hier betrifft die Stoßspannung eine Spannungserhöhung von der Eingangsspannung des Inverters auf die gegenelektromotorische Kraft, die von der parasitären Induktivität erzeugt wird. Damit die gegenelektromotorische Kraft die Stehspannung des Halbleiterschaltelementes nicht überschreitet, sollte die Eingangsspannung des Inverters unter Berücksichtigung der Spannungserhöhung durch die Stoßspannung bestimmt werden.
Wenn die Temperatur des Halbleiterschaltelementes niedrig ist, verringert sich jedoch die Stehspannung des Halbleiterschaltelementes. Wenn die Eingangsspannung des Inverters trotz der niedrigen Stehspannung des Halbleiterschaltelementes konstant ist, wird eine Differenz zwischen der Stehspannung und der Eingangsspannung, d. h. ein tolerierbarer Betrag der Stoßspannung kleiner. Dementsprechend kann das Halbleiterschaltelement, wenn der Inverter angesteuert wird, während die Temperatur des Halbleiterschaltelementes niedrig ist, nachteilig beeinflusst werden. Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2004-166341 A erwähnt nicht speziell die Steuerung des Spannungswandlers, wenn die Temperatur der elektrischen Last nicht ausreichend hoch ist.
Die nachveröffentlichte Druckschrift US 2009/0279337 A1 offenbart eine Invertersteuervorrichtung, eine Gleichstromenergieversorgung und eine Spannungswandlereinheit zum Umwandeln einer ersten Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung zur Versorgung eines Inverters, dessen Temperatur gemessen wird. Der Spannungswandler wird so angesteuert, dass die am Inverter anliegende Gleichspannung zusammen mit den auftretenden Spannungsspitzen der Schaltvorgänge die temperaturabhängige maximale Sperrspannung der Ventile nicht übersteigt.
Die Druckschrift JP 2001 169407 A beschreibt eine Steuerung für ein Elektrofahrzeug, wobei eine Schaltflankensteilheit begrenzt wird. Dieses dient zur Beschränkung der Spannungsspitzen von Schaltvorgängen.
Beschreibung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Invertersteuervorrichtung, die in der Lage ist, einen Inverter anzusteuern, während derselbe sogar dann geschützt wird, wenn sich die Umgebungstemperatur des Inverters verringert, und ein Fahrzeug, das die Invertersteuervorrichtung enthält, zu schaffen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Daher kann der Inverter gemäß der vorliegenden Erfindung angesteuert werden, während er sogar dann geschützt wird, wenn sich die Umgebungstemperatur des Inverters verringert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Fahrzeugs 100, an dem eine Inverteransteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung montiert ist, zeigt.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Steuervorrichtung 30A der 1.
3 ist ein Diagramm, das eine Steuerung von Invertern 14 und 14A darstellt, wenn eine Spannung VH unabhängig von einer Temperatur konstant ist.
4 ist ein Diagramm, das eine Steuerung eines Inverters gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozessablauf zum Steuern einer Spannung VH, der von der Steuervorrichtung 30A der 2 durchgeführt wird, darstellt.
6 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Kühlsystems, das für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform verwendet wird.
7 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Steuervorrichtung 30B der 6.
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozessablauf zum Steuern einer Spannung VH, der von der Steuervorrichtung 30B der 7 durchgeführt wird, darstellt.
9 ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel einer Steuerung einer Spannung VH durch die Steuervorrichtung 30B zeigt.
10 ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel einer Steuerung einer Spannung VH durch die Steuervorrichtung 30B zeigt.
11 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Steuervorrichtung 30C.
12 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Problems, das auftreten könnte, wenn ein oberer Grenzwert VHL konstant ist.
13 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Steuerung eines oberen Grenzwertes VHL gemäß einer dritten Ausführungsform.
14 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerung einer Spannung VH durch die Steuervorrichtung 30C darstellt.
15 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Problems, das auftreten könnte, wenn eine Änderung eines oberen Grenzwertes VHL synchron zu einer Änderung einer Spannung VH auftritt.
16 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Steuerung eines oberen Grenzwertes VHL gemäß einer vierten Ausführungsform.
17 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerung eines oberen Grenzwertes VHL und einer Spannung VH gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
Beste Modi zum Ausführen der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind denselben oder entsprechenden Elementen dieselben Bezugszeichen zugewiesen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
[Erste Ausführungsform]
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Fahrzeugs 100 zeigt, an dem eine Inverteransteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform montiert ist. Das Fahrzeug 100 ist ein Hybridfahrzeug, das zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor einen Motor, der von einer Gleichstromversorgung über einen Inverter angetrieben wird, als eine motorische Energiequelle enthält.
Gemäß 1 enthält das Fahrzeug 100 eine Gleichstromenergieversorgung B, einen Spannungssensor 10, Systemrelais SR1 und SR2, einen Kondensator C1, eine Spannungswandlungseinheit 20, einen Inverter 14, einen Stromsensor 24 und eine Steuervorrichtung 30A.
Die Gleichstromenergieversorgung B ist eine Sekundärbatterie wie beispielsweise eine Nickelhydridbatterie oder eine Lithiumionenbatterie. Der Spannungssensor 10 erfasst eine Gleichspannung VB, die von der Gleichstromenergieversorgung B ausgegeben wird, und gibt einen erfassten Gleichspannungswert VB an die Steuervorrichtung 30A aus. Die Systemrelais SR1 und SR2 werden als Antwort auf ein Signal SE von der Steuervorrichtung 30A ein- und ausgeschaltet. Genauer gesagt werden die Systemrelais SR1 und SR2 als Antwort auf ein Signal SE, das einen H-Pegel (logisch hoch) aufweist, eingeschaltet, und als Antwort auf ein Signal SE, das einen L-Pegel (logisch niedrig) aufweist, ausgeschaltet. Der Kondensator C1 glättet eine Spannung zwischen Anschlüssen der Gleichstromenergieversorgung B, während die Systemrelais SR1 und SR2 eingeschaltet sind.
Die Spannungswandlungseinheit 20 enthält einen Spannungssensor 21, einen Stromsensor 11, eine Reaktanzspule L1, einen Wandler 12, einen Kondensator C2 und einen Spannungssensor 13. Ein Ende der Reaktanzspule L1 ist durch das Systemrelais SR1 mit einer positiven Elektrode der Gleichstromenergieversorgung B verbunden.
Der Stromsensor 11 erfasst einen Gleichstrom, der zwischen der Gleichstromenergieversorgung B und dem Wandler 12 fließt, und gibt den erfassten Strom an die Steuervorrichtung 30A als einen Gleichstromwert IB aus.
Der Wandler 12 enthält IGBT-Elemente Q1 und Q2, die in Serie zwischen Ausgangsanschlüssen des Wandlers 12, der eine Spannung VH ausgibt, geschaltet sind, und Dioden D1 und D2, die jeweils parallel zu den IGBT-Elementen Q1 und Q2 geschaltet sind.
Ein anderes Ende der Reaktanzspule L1 ist mit einem Emitter des IGBT-Elementes Q1 und einem Kollektor des IGBT-Elementes Q2 verbunden. Die Diode D1 weist eine Kathode, die mit einem Kollektor des IGBT-Elementes Q1 verbunden ist, und eine Anode auf, die mit dem Emitter des IGBT-Elementes Q1 verbunden ist. Die Diode D2 weist eine Kathode, die mit dem Kollektor des IGBT-Elementes Q2 verbunden ist, und eine Anode auf, die mit einem Emitter des IGBT-Elementes Q2 verbunden ist.
Der Spannungssensor 21 erfasst eine Spannung auf der Eingangsseite des Wandlers 12 als einen Spannungswert VL. Der Stromsensor 11 erfasst einen Strom, der durch die Reaktanzspule L1 fließt, als einen Stromwert IB. Der Kondensator C2 ist mit der Ausgangsseite des Wandlers 12 verbunden, speichert Energie, die von dem Wandler 12 ausgegeben wird, und glättet die Spannung. Der Spannungssensor 13 erfasst eine Spannung auf der Ausgangsseite des Wandlers 12, d. h. eine Spannung zwischen Elektroden des Kondensators C2, als einen Spannungswert VH.
Der Inverter 14, der ein verstärktes Potential von dem Wandler 12 empfängt, steuert einen Wechselstrommotor M1 an. Außerdem gibt der Inverter 14 elektrische Energie, die von dem Wechselstrommotor M1 während eines regenerativen Bremsens erzeugt wird, an den Wandler 12 zurück. Hier wird der Wandler 12 durch die Steuervorrichtung 30A derart gesteuert, dass er als eine Abstufungsschaltung betrieben wird.
Der Inverter 14 enthält einen U-Phasenarm 15, einen V-Phasenarm 16 und einen W-Phasenarm 17. Der U-Phasenarm 15, der V-Phasenarm 16 und der W-Phasenarm 17 sind parallel zwischen die Ausgangsleitungen des Wandlers 12 geschaltet.
Der U-Phasenarm 15 enthält IGBT-Elemente Q3 und Q4, die in Serie geschaltet sind, und Dioden D3 und D4, die jeweils parallel zu den IGBT-Elementen Q3 und Q4 geschaltet sind. Die Diode D3 weist eine Kathode, die mit einem Kollektor des IGBT-Elementes Q3 verbunden ist, und eine Anode auf, die mit einem Emitter des IGBT-Elementes Q3 verbunden ist. Die Diode D4 weist eine Kathode, die mit einem Kollektor des IGBT-Elementes Q4 verbunden ist, und eine Anode auf, die mit einem Emitter des IGBT-Elementes Q4 verbunden ist.
Der V-Phasenarm 16 enthält IGBT-Elemente Q5 und Q6, die in Serie geschaltet sind, und Dioden D5 und D6, die jeweils parallel zu den IGBT-Elementen Q5 und Q6 geschaltet sind. Die Diode D5 weist eine Kathode, die mit einem Kollektor des IGBT-Elementes Q5 verbunden ist, und eine Anode auf, die mit einem Emitter des IGBT-Elementes Q5 verbunden ist. Die Diode D6 weist eine Kathode, die mit einem Kollektor des IGBT-Elementes Q6 verbunden ist, und eine Anode auf, die mit einem Emitter des IGBT-Elementes Q6 verbunden ist.
Der W-Phasenarm 17 enthält IGBT-Elemente Q7 und Q8, die in Serie geschaltet sind, und Dioden D7 und D8, die jeweils parallel zu den IGBT-Elementen Q7 und Q8 geschaltet sind. Die Diode D7 weist eine Kathode, die mit einem Kollektor des IGBT-Elementes Q7 verbunden ist, und eine Anode auf, die mit einem Emitter des IGBT-Elementes Q7 verbunden ist. Die Diode D8 weist eine Kathode, die mit einem Kollektor des IGBT-Elementes Q9 verbunden ist, und eine Anode auf, die mit einem Emitter des IGBT-Elementes Q8 verbunden ist.
Ein Zwischenpunkt des Arms einer jeweiligen Phase ist mit einem Ende einer jeweiligen Phase einer Spule einer jeweiligen Phase des Wechselstrommotors M1 verbunden. D. h., der Wechselstrommotor M1 ist ein Dreiphasen-Permanentmagnetmotor, und die einen Enden von drei Spulen der jeweiligen U-, V- und W-Phasen sind an einem neutralen Punkt zusammengeschaltet. Die U-Phasenspule weist ein anderes Ende auf, das mit einem Verbindungsknoten zwischen den IGBT-Elementen Q3 und Q4 verbunden ist. Außerdem weist die V-Phasenspule ein anderes Ende auf, das mit einem Verbindungsknoten zwischen den IGBT-Elementen Q5 und Q6 verbunden ist. Weiterhin weist die W-Phasenspule ein anderes Ende auf, das mit einem Verbindungsknoten zwischen den IGBT-Elementen Q7 und Q8 verbunden ist.
Der Stromsensor 24 erfasst einen Strom, der in dem Wechselstrommotor M1 fließt, als einen Motorstromwert MCRT1, und gibt den Motorstromwert MCRT1 an die Steuervorrichtung 30A aus.
Die Steuervorrichtung 30A empfängt einen Drehmomentsollwert TR1, eine Motordrehzahl MRN1, Spannungswerte VB, VL und VH, einen Stromwert IB und einen Motorstromwert MCRT1. Dann gibt die Steuervorrichtung 30A eine Verstärkungsanweisung PWU, eine Abstufungsanweisung PWD und eine Stoppanweisung STP an die Spannungswandlungseinheit 20 aus. Außerdem gibt die Steuervorrichtung 30A an den Inverter 14 eine Ansteueranweisung PWMI1 zum Umwandeln einer Gleichspannung, die einen Ausgang des Wandlers 12 repräsentiert, in eine Wechselspannung zum Ansteuern des Gleichstrommotors M1, eine Regenerationsanweisung PWMC1 zum Umwandeln einer Wechselspannung, die von dem Wechselstrommotor M1 erzeugt wird, in eine Gleichspannung und zum Zurückgeben der Gleichspannung an die Seite des Wandlers 12, und eine Stoppanweisung STP1 aus.
Im Folgenden wird kurz ein Betrieb der Spannungswandlungseinheit 20 beschrieben. Der Wandler 12 in der Spannungswandlungseinheit 20 wird als eine Verstärkungsschaltung betrieben, die als eine Vorwärtswandlungsschaltung zum Zuführen von elektrischer Energie von der Gleichstromenergieversorgung B zu dem Inverter 14 während des Energieverbrauchbetriebs dient. Im Gegensatz dazu wird der Wandler 12 während eines regenerativen Betriebs als eine Abstufungsschaltung betrieben, die als eine Umkehrumwandlungsschaltung zum Zurückgeben von elektrischer Energie, die von dem Wechselstrommotor M1 erzeugt wird, an die Gleichstromenergieversorgung B dient.
Der Wandler 12 wird durch Ein- und Ausschalten des IGBT-Elementes Q2, während das IGBT-Element Q1 in dem ausgeschalteten Zustand gehalten wird, als die Verstärkungsschaltung betrieben. D. h., während das IGBT-Element Q2 eingeschaltet ist, wird ein Pfad, bei dem ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromenergieversorgung B durch die Reaktanzspule L1 und das IGBT-Element Q2 zu einer negativen Elektrode der Gleichstromenergieversorgung B fließt, ausgebildet. Während dieser Strom fließt, wird Energie in der Reaktanzspule L1 gespeichert.
Dann, wenn das IGBT-Element Q2 ausgeschaltet wird, fließt die Energie, die in der Reaktanzspule L1 gespeichert ist, durch die Diode D1 zu dem Inverter 14. Die Spannung zwischen den Elektroden des Kondensators C2 wird somit erhöht. Daher wird die Ausgangsspannung des Wandlers 12, die an dem Inverter 14 anliegt, verstärkt.
Andererseits wird der Wandler 12 durch Ein- und Ausschalten des IGB-Elementes Q1, während das IGBT-Element Q2 in dem ausgeschalteten Zustand gehalten wird, als die Abstufungsschaltung betrieben. D. h., während das IGBT-Element Q1 ausgeschaltet ist, fließt der Strom, der von dem Inverter 14 zurückgegeben wird, zu dem IGBT-Element Q1, der Reaktanzspule L1 und der Gleichstromenergieversorgung B.
Außerdem wird, während das IGBT-Element Q1 ausgeschaltet ist, eine Schleife aus der Reaktanzspule L1, der Gleichstromenergieversorgung B und der Diode D2 ausgebildet, so dass die Energie, die in der Reaktanzspule L1 gespeichert ist, an die Gleichstromenergieversorgung B zurückgegeben wird. Bei dieser Umkehrumwandlung ist eine Zeitdauer, während der die Gleichstromenergieversorgung B elektrische Energie aufnimmt, länger als eine Zeitdauer, während der der Inverter 14 elektrische Energie zuführt, und die Spannung des Inverters 14 wird abgestuft und an die Gleichstromenergieversorgung B zurückgegeben. Der Betrieb der Spannungswandlungseinheit 20 wird durch geeignetes Steuern des obigen Energieverbrauchsbetriebs und regenerativen Betriebs durchgeführt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die regenerative Steuerung eine Regeneration elektrischer Energie, die mit einem Bremsen einhergeht, beinhaltet, wenn ein Fahrer, der das Fahrzeug 100 fährt, eine Fußbremse betätigt. Außerdem beinhaltet die regenerative Steuerung einen Fall, bei dem das Fahrzeug durch Ausschalten eines Gaspedals während der Fahrt anstelle der Betätigung der Fußbremse verzögert wird oder dessen Beschleunigung angehalten wird, während eine Regeneration elektrischer Energie durchgeführt wird.
Das Fahrzeug 100 enthält weiterhin einen Stromsensor 28 und einen Inverter 14A.
Der Inverter 14A ist zwischen einem Knoten N1 und einem Knoten N2 parallel zu dem Inverter 14 geschaltet, und beide Inverter sind mit der Spannungswandlungseinheit 20 verbunden.
Der Inverter 14A, der ein verstärktes Potential von dem Wandler 12 empfängt, steuert einen Wechselstrommotor M2 an. Außerdem gibt der Inverter 14A elektrische Energie, die von dem Wechselstrommotor M2 erzeugt wird, während eines regenerativen Bremsens an den Wandler 12 zurück. Hier wird der Wandler 12 durch die Steuervorrichtung 30A derart gesteuert, dass er als eine Abstufungsschaltung betrieben wird.
Außerdem tauschen ein Verbrennungsmotor 200 und ein Wechselstrommotor M1 in dem Fahrzeug 100, d. h. einem Hybridfahrzeug motorische Energie aus. D. h., der Wechselstrommotor M1 startet in einigen Fällen den Verbrennungsmotor, während in anderen Fällen als ein Generator zum Erzeugen elektrischer Energie beim Empfang von motorischer Energie des Verbrennungsmotors dient.
Der Inverter 14A enthält einen U-Phasenarm 15A, einen V-Phasenarm 16A und einen W-Phasenarm 17A. Der U-Phasenarm 15A, der V-Phasenarm 16A und der W-Phasenarm 17A sind parallel zwischen die Ausgangsleitungen des Wandlers 12 geschaltet. Da die Konfigurationen des U-Phasenarms 15A, des V-Phasenarms 16A und des W-Phasenarms 17A jeweils dieselben wie diejenigen des U-Phasenarms 15, des V-Phasenarms 16 und des W-Phasenarms 17 sind, wird deren Beschreibung nicht wiederholt.
Zwischenpunkte der Arme der jeweiligen U-, V- und W-Phasen des Inverters 14A sind mit jeweiligen einen Enden der Spulen der U-, V- und W-Phasen des Wechselstrommotors M2 verbunden. D. h., der Wechselstrommotor M2 ist ein Dreiphasen-Permanentmagnetmotor, und die anderen Enden der drei Spulen der jeweiligen U-, V- und W-Phasen sind an einem neutralen Punkt zusammengeschaltet.
Der Stromsensor 28 erfasst einen Wert MCRT2 eines Motorstroms, der in dem Wechselstrommotor M2 fließt, und gibt den Motorstromwert MCRT2 an die Steuervorrichtung 30A aus.
Die Steuervorrichtung 30A empfängt außerdem einen Drehmomentsollwert TR2, eine Motordrehzahl MRN2 und einen Motorstromwert MCRT2 entsprechend dem Wechselstrommotor M2 zusätzlich zu dem Drehmomentsollwert TR1, der Motordrehzahl MRN1, den Spannungswerten VB, VL und VH, dem Stromwert IB und dem Motorstromwert MCRT1.
Als Antwort auf diese Eingaben gibt die Steuervorrichtung 30A eine Verstärkungsanweisung PWU, eine Abstufungsanweisung PWD und eine Stoppanweisung STP an die Spannungswandlungseinheit 20 aus.
Außerdem gibt die Steuervorrichtung 30A an den Inverter 14 eine Antriebsanweisung PWMI1 zum Umwandeln einer Gleichspannung, die einen Ausgang des Wandlers 12 repräsentiert, in eine Wechselspannung zum Ansteuern des Wechselstrommotors M1, eine Regenerationsanweisung PWMC1 zum Umwandeln einer Wechselspannung, die von dem Wechselstrommotor M1 erzeugt wird, in eine Gleichspannung und zum Zurückgeben der Gleichspannung an die Seite des Wandlers 12, und eine Stoppanweisung STP1 aus.
Weiterhin gibt die Steuervorrichtung 30A an den Inverter 14A eine Antriebsanweisung PWMI2 zum Umwandeln einer Gleichspannung, die einen Ausgang des Wandlers 12 repräsentiert, in eine Wechselspannung zum Ansteuern des Wechselstrommotors M2, eine Regenerationsanweisung PWMC2 zum Umwandeln einer Wechselspannung, die von dem Wechselstrommotor M2 erzeugt wird, in eine Gleichspannung und zum Zurückgeben der Gleichspannung zu der Seite des Wandlers 12, und eine Stoppanweisung STP2 aus.
Das Fahrzeug 100 enthält außerdem einen Temperatursensor 36 zum Messen einer Temperatur der Reaktanzspule L1 und zum Ausgeben eines Temperaturwerts TL, einen Temperatursensor 35 zum Messen einer Temperatur des Wandlers 12 und zum Ausgeben eines Temperaturwertes TCV, einen Temperatursensor 31 zum Messen einer Temperatur des Inverters 14 und zum Ausgeben eines Temperaturwertes Ti1, und einen Temperatursensor 32 zum Messen einer Temperatur des Inverters 14A und zum Ausgeben eines Temperaturwertes Ti2. Es wird darauf hingewiesen, dass zwölf Temperatursensoren zum Erfassen der Temperaturen der IGBT-Elemente Q3 bis Q6, die in dem Inverter 14 enthalten sind, und der sechs IGBT-Elemente, die in dem Inverter 14A enthalten sind (insgesamt zwölf IGBT-Elemente) vorgesehen sein können.
Die Steuervorrichtung 30A steuert die Spannungswandlungseinheit 20 auf der Grundlage der Temperaturwerte Ti1 und Ti2 derart, dass die Spannung VH niedriger ist, wenn die Umgebungstemperatur des Inverters 14 (14A) niedriger ist, und steuert den Inverter 14 (14A) derart, dass die Spannung VH in eine Wechselspannung umgewandelt wird.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm der Steuervorrichtung 30A der 1. Es wird darauf hingewiesen, dass die Steuervorrichtung 30A, die in 2 gezeigt ist, mittels Software oder durch Hardware implementiert sein kann. Gemäß 2 enthält die Steuervorrichtung 30A eine Einstelleinheit 41 für einen oberen Grenzwert, eine Wandlersteuereinheit 42 und eine Invertersteuereinheit 43.
Die Einstelleinheit 41 für einen oberen Grenzwert stellt einen oberen Grenzwert VHL der Spannung VH, die in den Inverter 14 (14A) eingegeben wird, ein. In der ersten Ausführungsform ist der obere Grenzwert VHL ein konstanter Wert.
Die Wandlersteuereinheit 42 empfängt den oberen Grenzwert VHL von der Einstelleinheit 41 für einen oberen Grenzwert. Die Wandlersteuereinheit 42 empfängt außerdem die Temperaturwerte Ti1 und Ti2, den Spannungswert VH, die Drehmomentsollwerte TR1 und TR2 und die Motordrehzahlen MRN1 und MRN2. Dann erzeugt die Wandlersteuereinheit 42 eine Verstärkungsanweisung PWU und eine Abstufungsanweisung PWD zum Steuern der Spannungswandlungseinheit 20 und gibt diese aus. Wenn ein niedrigerer der Temperaturwerte Ti1 und Ti2 niedriger als ein vorgeschriebener Temperaturwert ist, verringert die Wandlersteuereinheit 42 den Spannungswert VH entsprechend dem Temperaturwert. Wenn der Spannungswert VH den oberen Grenzwert VHL überschreitet, gibt die Wandlersteuereinheit 42 die Stoppanweisung STP zum Anhalten der Spannungswandlungseinheit 20 aus.
Die Invertersteuereinheit 43, die die Drehmomentsollwerte TR1 und TR2, die Motordrehzahlen MRN1 und MRN2 und die Motorstromwerte MCRT1 und MCRT2 empfängt, gibt die Ansteueranweisung PWMI1 und die Regenerationsanweisung PWMC1 zum Steuern des Inverters 14 und die Ansteueranweisung PWMI2 und die Regenerationsanweisung PWMC2 zum Steuern des Inverters 14A aus. Wenn die Wandlersteuereinheit 42 die Stoppanweisung STP ausgibt, gibt die Invertersteuereinheit 43 die Stoppanweisungen STP1 und STP2 zum jeweiligen Anhalten der Inverter 14 und 14A aus.
3 ist ein Diagramm, das eine Steuerung der Inverter 14 und 14A darstellt, wenn die Spannung VH unabhängig von der Temperatur konstant ist. Gemäß 3 repräsentieren die Temperaturen T1 und T2 eine niedrigste Temperatur und eine höchste Temperatur in einer Betriebsumgebung des IGBT-Elementes, das in dem Inverter 14 (14A) enthalten ist. Eine Stehspannung VLM stellt eine Stehspannung des IGBT-Elementes dar. Wie es in 3 gezeigt ist, verringert sich die Stehspannung VLM, wenn sich die Temperatur des Elementes verringert.
Während das IGBT-Element ausgeschaltet ist, wird die Stehspannung aufgrund der parasitären Induktivität einer Leitung oder ähnlichem erzeugt. Diese Stoßspannung wird zu der Eingangsspannung der Inverterspannung 14 und 14A hinzu addiert. Hier ist ein Fehler der Spannung VH (eine Spannung (ΔV1), die von dem Spannungssensor 13 verursacht wird, vorhanden. D. h., die Spannung VH kann um ΔV1 größer sein. Ein tolerierbarer Stoßbetrag wird derart bestimmt, dass die Summe aus dem tolerierbaren Stoßbetrag des IGBT-Elementes und der Eingangsspannung des Inverters die Stehspannung VLM nicht überschreitet. Daher wird der tolerierbare Stoßbetrag als VLM – (VH + ΔV1) berechnet.
Wenn die Spannung VH in einem Bereich von der Temperatur T1 bis zu der Temperatur T2 konstant ist, ist der tolerierbare Stoßbetrag bei der Temperatur T1 am niedrigsten. Der tolerierbare Stoßbetrag bei der Temperatur T1 wird als ΔVs bezeichnet. Wenn die Schaltgeschwindigkeit (d. h. eine Betriebsfrequenz) der Inverter 14 und 14A größer ist, ist die Stoßspannung größer. Daher wird die Schaltgeschwindigkeit auf der Grundlage eines tolerierbaren Stoßbetrags ΔVs bei der Temperatur T1 bestimmt. Demzufolge wird die Schaltgeschwindigkeit der Inverter 14 und 14A auf eine Geschwindigkeit A beschränkt.
Wenn beispielsweise der tolerierbare Stoßbetrag bei einer Raumtemperatur größer als der tolerierbare Stoßbetrag bei der Temperatur T1 ist, kann die Schaltgeschwindigkeit bei der Raumtemperatur erhöht werden. Im Allgemeinen wird, wenn die Schaltgeschwindigkeit des Inverters höher ist, die Wirksamkeit des Inverters verbessert. Bei der Steuerung, die in 3 gezeigt ist, entsteht jedoch, wenn die Schaltgeschwindigkeit des Inverters festgelegt ist, das Problem, die Effizienz des Inverters bei der Raumtemperatur zu verbessern.
4 ist ein Diagramm, das eine Steuerung eines Inverters gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Gemäß 4 verringert in der ersten Ausführungsform die Wandlersteuereinheit 42, wenn die Temperatur des Elementes niedriger als eine Temperatur T3 (beispielsweise 0°C) ist, die Spannung VH, wenn die Temperatur des Elementes niedriger wird.
Das Antriebsvermögen des Fahrzeugs 100 kann durch eine Verringerung der Spannung VH beeinflusst werden. Wie es anhand der 4 und 3 zu sehen ist, kann jedoch gemäß der ersten Ausführungsform der tolerierbare Stoßbetrag ΔVs in einem Temperaturbereich, der niedriger als die Temperatur T3 ist, erhöht werden. Daher kann gemäß der ersten Ausführungsform die Schaltgeschwindigkeit in dem Temperaturbereich, der niedriger als die Temperatur T3 ist, auf eine Geschwindigkeit A1 eingestellt werden, die größer als die Geschwindigkeit A ist.
Durch Einstellen der Schaltgeschwindigkeit A1 auf größer als die Geschwindigkeit A kann die Effizienz des Inverters bei einer Temperatur, die niedriger als die Temperatur T3 ist, verbessert werden. Demzufolge kann die Effizient des Inverters über den gesamten Bereich der Betriebstemperaturen des Inverters verbessert werden, und somit kann die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs 100 verbessert werden.
Wenn die Temperatur des Elementes in einem Bereich von der Temperatur T2 bis zu der Temperatur T3 liegt, ist die Spannung VH konstant. Die Schaltgeschwindigkeit in diesem Temperaturbereich wird auf eine Geschwindigkeit A2 eingestellt, die sich von der Geschwindigkeit A1 unterscheidet. Durch Einstellen der Geschwindigkeit A2 beispielsweise auf größer als die Geschwindigkeit A1 kann die Effizienz des Inverters weiter verbessert werden. Gemäß der ersten Ausführungsform kann, wenn die Geschwindigkeit A2 gleich der Geschwindigkeit A ist, die Effizienz des Inverters über den gesamten Bereich der Betriebstemperaturen des Inverters verbessert werden. Daher kann die Geschwindigkeit A2 gleich der Geschwindigkeit A sein.
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsfolge zum Steuern der Spannung VH, die von der Steuervorrichtung 30A der 2 durchgeführt wird, darstellt. Die in diesem Flussdiagramm gezeigte Verarbeitungsfolge wird beispielsweise zu vorgeschriebenen Zeiten durchgeführt.
Gemäß den 5 und 2 erhält die Wandlersteuereinheit 42 anfänglich die Temperaturwerte Ti1 und Ti2 jeweils von den Temperatursensoren 31 und 32 (Schritt S1). Dann bestimmt die Wandlersteuereinheit 42, ob ein niedrigerer der Temperaturwerte Ti1 und Ti2 gleich oder niedriger als die Temperatur T3, die in 4 gezeigt ist, ist (Schritt S2). Beim Messen der Temperatur eines jeweiligen Elementes in dem Inverter (in einem Beispiel, bei dem zwölf Temperatursensoren vorgesehen sind), bestimmt die Einstelleinheit 41 für einen oberen Grenzwert, ob eine Temperatur, die die niedrigste Temperatur unter den Temperaturen der zwölf IGBT-Elemente ist, gleich oder niedriger als die Temperatur T3 ist.
Wenn der niedrigere der Temperaturwerte Ti1 und Ti2 gleich oder niedriger als die Temperatur T3 ist (JA in Schritt S2), verringert die Wandlersteuereinheit 42 die Spannung VH entsprechend dem Temperaturwert (Schritt S3). Wenn der niedrigere der Temperaturwerte Ti1 und Ti2 größer als die Temperatur T3 ist (NEIN in Schritt S2), steuert die Wandlersteuereinheit 42 die Spannung VH derart, dass die Spannung VH konstant ist (Schritt S4). Wenn die Verarbeitung in Schritt S3 oder Schritt S4 endet, endet die gesamte Verarbeitung.
Die erste Ausführungsform wird ausführlich mit Bezug auf 1 beschrieben. Die Invertersteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform enthält eine Gleichstromenergieversorgung B zum Ausgeben einer Gleichspannung VB, eine Spannungswandlungseinheit 20 zum Umwandeln des Spannungspegels der Gleichspannung VB und zum Zuführen der Spannung VH zu dem Inverter 14 (14A), den Temperatursensor 31 (32) zum Erfassen einer Umgebungstemperatur des Inverters 14 (14A) (Temperatur des Elementes) und die Steuervorrichtung 30A. Die Steuervorrichtung 30A steuert die Spannungswandlungseinheit 20 derart, dass die Spannung VH niedriger ist, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist, auf der Grundlage des Temperaturwertes Ti1 (Ti2), der das Ergebnis der Erfassung durch den Temperatursensor 31 (32) ist. Die Steuervorrichtung 30A steuert den Betrieb des Inverters 14 (14A) derart, dass die Spannung VH in eine Wechselspannung umgewandelt wird.
Somit kann der tolerierbare Stoßbetrag bei einer niedrigen Temperatur (in dem Temperaturbereich, der niedriger als die Temperatur T3, die in 4 gezeigt ist, ist) hinreichend gewährleistet werden. Demzufolge kann, wenn die Effizienz des Inverters bei einer niedrigen Temperatur verbessert werden kann, die Effizienz des Inverters über den gesamten Betriebstemperaturbereich des Inverters verbessert werden.
Außerdem kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Kraftstoffeffizienz über den gesamten Temperaturbereich des Inverters verbessert werden, da das Fahrzeug 100 diese Invertersteuervorrichtung enthält.
[Zweite Ausführungsform]
Ein Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform enthält ein Kühlsystem zum Kühlen der Inverter 14 und 14A durch Zirkulieren von Kühlwasser. Eine Invertersteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform steuert die Spannung VH auf der Grundlage einer Temperatur des Kühlwassers. D. h., die Temperatur des Kühlwassers wird in der zweiten Ausführungsform als die Umgebungstemperatur des Inverters erfasst.
Obwohl sich das Fahrzeug gemäß der zweiten Ausführungsform von dem Fahrzeug 100, das in 1 gezeigt ist, darin unterscheidet, dass es anstelle der Steuervorrichtung 30A die Steuervorrichtung 30B enthält, ist dessen Konfiguration ansonsten dieselbe wie in 1, und somit wird deren Beschreibung nicht wiederholt.
6 ist ein Diagramm zum Darstellen des Kühlsystems, das für das Fahrzeug gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird. Gemäß 6 enthält das Kühlsystem eine Pumpe 44 zum Zirkulieren des Kühlwassers zum Kühlen der Inverter 14 und 14A, einen Radiator 46 zum Abstrahlen von Wärme des Kühlwassers zum Kühlen und einen Temperatursensor 45 zum Messen einer Temperatur des Kühlwassers, das von dem Radiator 46 gekühlt wird, und zum Ausgeben eines Temperaturwertes TC.
Die Steuervorrichtung 30B empfängt den Temperaturwert TC von dem Temperatursensor 45, den Temperaturwert Ti1 von dem Temperatursensor 31 und den Temperaturwert Ti2 von dem Temperatursensor 32. Die Steuervorrichtung 30B steuert die Spannung VH durch Steuern der Spannungswandlungseinheit 20 (siehe 1) auf der Grundlage des Temperaturwerts TC. Die Steuervorrichtung 30B gibt die Ansteueranweisung PWMI1 und die Regenerationsanweisung PWMC1 an den Inverter 14 und die Ansteueranweisung PWMI2 und die Regenerationsanweisung PWMC2 an den Inverter 14A entsprechend den Drehmomentsollwerten TR1 und TR2 als Antwort auf eine Anweisung von dem Fahrer aus. Wenn die Inverter 14 und 14A anzuhalten sind, gibt die Steuervorrichtung 30B jeweils Stoppanweisungen STP1 und STP2 an die Inverter 14 und 14A aus.
7 ist ein Funktionsblockdiagramm der Steuervorrichtung 30B der 6. Gemäß den 7 und 2 unterscheidet sich die Steuervorrichtung 30B von der Steuervorrichtung 30A darin, dass sie anstelle der Wandlersteuereinheit 42 die Wandlersteuereinheit 42A enthält. Die Wandlersteuereinheit 42A stellt die Spannung VH auf der Grundlage des Temperaturwertes TC ein. Die Wandlersteuereinheit 42A unterscheidet sich diesbezüglich von der Wandlersteuereinheit 42, ist ansonsten aber dieselbe wie die Wandlersteuereinheit 42. Da die Konfiguration der Steuervorrichtung 30B ansonsten dieselbe wie diejenige der entsprechenden Abschnitte der Steuervorrichtung 30A ist, wird deren Beschreibung nicht wiederholt.
8 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsfolge zum Steuern der Spannung VH, die von der Steuervorrichtung 30B der 7 durchgeführt wird, darstellt. Die in diesem Flussdiagramm gezeigte Verarbeitungsfolge wird beispielsweise zu vorgeschriebenen Zeiten durchgeführt.
Gemäß den 8 und 7 erhält die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert anfänglich den Temperaturwert TC von dem Temperatursensor 45 (Schritt S1A). Dann bestimmt die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert, ob der Temperaturwert TC gleich oder niedriger als die Temperatur T3, die in 4 gezeigt ist, ist (Schritt S2A).
Wenn der Temperaturwert TC gleich oder niedriger als die Temperatur T3 ist (JA in Schritt S2A), verringert die Wandlersteuereinheit 42 die Spannung VH entsprechend dem Temperaturwert TC (Schritt S3A). Wenn der Temperaturwert TC größer als die Temperatur T3 ist (NEIN in Schritt S2A), steuert die Wandlersteuereinheit 42 die Spannung VH derart, dass die Spannung VH konstant ist (Schritt S4A). Wenn die Verarbeitung in Schritt S3A oder Schritt S4A endet, endet die gesamte Verarbeitung.
9 ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel einer Steuerung der Spannung VH durch die Steuervorrichtung 30B zeigt.
10 ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel einer Steuerung der Spannung VH durch die Steuervorrichtung 30B zeigt.
Gemäß den 9 und 10 sind die Temperaturen T1, T2 und T3 dieselben wie die jeweiligen Temperaturen T1, T2 und T3, die in 4 gezeigt sind. In dem ersten Beispiel verringert sich die Spannung VH in einem Temperaturbereich, der niedriger als die Temperatur T3 ist, mit einer konstanten Rate in Bezug auf eine Temperatur des Wassers. In dem zweiten Beispiel verringert sich die Spannung VH in diesem Temperaturbereich stufenweise. Wie es in den 9 und 10 gezeigt ist, ist die Weise, wie sich die Spannung VH verringert, nicht besonders beschränkt, und die Spannung kann geeignet auf der Grundlage des Antriebsvermögens des Fahrzeugs oder ähnlichem bestimmt werden.
In der ersten Ausführungsform wird die Spannung VH auf der Grundlage der Temperatur des Elementes in dem Inverter gesteuert. Hier sollte der Bereich, über den ein Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur eines Elementes eine Messung durchführen kann, den Bereich einer Betriebstemperatur des Elementes abdecken. In vielen Fällen wird jedoch der Bereich, über den der Temperatursensor eine Messung durchführen kann, auf relativ schmal eingestellt, um die Messgenauigkeit des Temperatursensors zu verbessern. Insbesondere ist es, wenn der Messbereich des Temperatursensors vergrößert wird, um auch eine niedrige Temperatur zu messen, wahrscheinlich, dass die Messgenauigkeit des Temperatursensors bei einer niedrigen Temperatur schlecht wird. Daher sollte der Messbereich beschränkt werden, um eine Verringerung der Messgenauigkeit zu verhindern.
Wenn der Messbereich beschränkt wird, besteht jedoch die Möglichkeit, dass die Temperatur des Elementes außerhalb des Messbereiches des Temperatursensors liegt. In diesem Fall stoppt beispielsweise der Inverter aufgrund einer Schutzfunktion des Elementes. Dementsprechend wird der Bereich der Betriebstemperaturen des Inverters verringert.
Um ein derartiges Problem zu vermeiden, kann beispielsweise ein Verfahren, das das IGBT-Element größer ausbildet, um eine Wärmeerzeugung zu unterdrücken, oder ein Verfahren verwendet werden, das mehrere Temperatursensoren, die in einem unterschiedlichen Messbereich arbeiten, bereitstellt. Wenn ein derartiges Verfahren verwendet wird, sind die Kosten jedoch höher.
Außerdem bestimmt die Möglichkeit, dass die Temperatur des Elementes entsprechend einem Strom, der in dem IGBT-Element fließt, schwankt. Wenn daher die Spannung VH entsprechend der Temperatur des Elementes gesteuert wird, ist es wahrscheinlich, dass die Spannung VH stets schwankt. In einem derartigen Fall kann das Verhalten des Fahrzeugs 100 beeinflusst werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird die Spannung VH auf der Grundlage der Temperatur TC des Kühlwassers gesteuert. Wie es in 6 gezeigt ist, erfasst der Temperatursensor 45 die Temperatur des Wassers stromauf der Inverter 14 und 14A. Dementsprechend ist die Temperatur des Elementes in den Invertern 14 und 14A größer als die Temperatur des Kühlwassers, die von dem Temperatursensor 45 erfasst wird.
Wenn daher die Spannung VH auf der Grundlage der Temperatur des Kühlwassers gesteuert wird, ist die Spannung VH niedriger als in einem Beispiel, bei dem die Spannung VH auf der Grundlage der Temperatur des Elementes gesteuert wird. Daher kann das IGBT-Element noch zuverlässiger geschützt werden.
Weiterhin kann, wenn die Änderung der Temperatur des Kühlwassers allmählicher als diejenige der Temperatur des Elementes erfolgt, eine leichte Schwankung der Spannung VH unterdrückt werden. Die Steuerung der Spannung VH kann somit stabil erfolgen.
Außerdem kann die Spannung VH ohne Erhöhung der Kosten gesteuert werden, wenn der Bereich, über den ein Temperatursensor zum Erfassen des Kühlwassers eine Messung durchführen kann, relativ breit ist (beispielsweise von –50°C bis 100°C).
[Dritte Ausführungsform]
Ein Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Fahrzeug 100, das in 1 gezeigt ist, darin, dass es anstelle der Steuervorrichtung 30B die Steuervorrichtung 30C enthält. Da die Konfiguration des Fahrzeugs gemäß der dritten Ausführungsform ansonsten dieselbe wie diejenige des Fahrzeugs 100 ist, wird deren Beschreibung nicht wiederholt. Das Fahrzeug gemäß der dritten Ausführungsform enthält ein Kühlsystem für die Inverter 14 und 14A wie das Fahrzeug gemäß der dritten Ausführungsform.
11 ist ein Funktionsblockdiagramm der Steuervorrichtung 30C. Gemäß den 11 und 7 unterscheidet sich die Steuervorrichtung 30C von der Steuervorrichtung 30B darin, dass sie anstelle der Einstelleinheit 41 für einen oberen Grenzwert die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert enthält. Die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert ändert den oberen Grenzwert VHL der Spannung VH entsprechend der Temperatur TC. Die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert speichert beispielsweise im Voraus eine Zuordnung, die den Temperaturwert TC dem oberen Grenzwert VLM zuordnet. Dann stellt die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert den oberen Grenzwert VLM auf der Grundlage dieser Zuordnung und des Temperaturwertes TC ein.
Da die Konfiguration der Steuervorrichtung 30C ansonsten dieselbe wie diejenige der Steuervorrichtung 30B ist, wird deren Beschreibung nicht wiederholt.
12 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Problems, das auftreten könnte, wenn der obere Grenzwert VHL konstant ist. Gemäß 12 ist, wenn die Temperatur des Kühlwassers innerhalb eines Bereiches von der Temperatur T3 bis zu der Temperatur T2 liegt, die Stehspannung VLM größer als der obere Grenzwert VHL. Wenn daher die Spannung VH derart gesteuert wird, dass sie den oberen Grenzwert VHL nicht überschreitet, überschreitet die Spannung VH niemals die Stehspannung VLM.
Die Stehspannung VLM verringert sich jedoch, wenn die Temperatur niedriger ist. Wenn die Temperatur des Wassers innerhalb eines Bereiches von der Temperatur T1 bis zu der Temperatur T3 liegt, ist der obere Grenzwert VHL größer als die Stehspannung VLM. Wenn hier die Spannung VH derart gesteuert wird, dass sie den oberen Grenzwert VHL nicht überschreitet, kann die Spannung VH die Stehspannung VLM überschreiten. Der schräg gestrichelte Bereich in 12 stellt einen Bereich dar, in dem der obere Grenzwert VHL größer als die Stehspannung VLM ist. In diesem Bereich funktioniert der Überspannungsschutz nicht wirksam.
Auch wenn gemäß 12 die Spannung VH bei den Temperaturen T4 und T5 stufenweise geändert wird, entsteht dort ein derartiges Problem ebenfalls, wenn die Spannung VH linear geändert wird.
13 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Steuerung des oberen Grenzwertes VHL gemäß der dritten Ausführungsform. Gemäß den 13 und 11 verringert die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert, wenn der Temperaturwert TC (die Temperatur des Wassers) niedriger als die Temperatur T3 ist, den oberen Grenzwert VHL synchron zu der Spannung VH. Hier meint der Ausdruck ”synchron zu der Spannung VH”, dass die Temperatur des Wassers zu dem Zeitpunkt, zu dem die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert den oberen Grenzwert VHL verringert, dieselbe wie die Temperatur des Wassers zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Spannung VH verringert wird, wie es in 13 gezeigt ist.
Wenn die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert den oberen Grenzwert VHL entsprechend dem Temperaturwert TC einstellt, kann der obere Grenzwert VHL über den gesamten Bereich von der Temperatur T1 bis zu der Temperatur T2 niedriger als die Stehspannung VLM sein. Daher kann gemäß der dritten Ausführungsform der Überspannungsschutz wirksam über den gesamten Betriebstemperaturbereich des Inverters funktionieren.
14 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerung der Spannung VH durch die Steuervorrichtung 30C darstellt. Gemäß den 14 und 11 erhalten die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert und die Wandlersteuereinheit 42A den Temperaturwert TC (Schritt S11). Dann bestimmen die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert und die Wandlersteuereinheit 42A, ob der Temperaturwert TC gleich oder niedriger als die Temperatur T3 ist (Schritt S12).
Wenn die Temperatur TC gleich oder niedriger als die Temperatur T3 ist (JA in Schritt S12), verringert die Wandlersteuereinheit 42A die Spannung VH entsprechend dem Temperaturwert TC. Die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert verringert den oberen Grenzwert VHL entsprechend dem Temperaturwert TC (Schritt S13).
Wenn die Temperatur TC größer als die Temperatur T3 ist (NEIN in Schritt S12), steuert die Wandlersteuereinheit 42A die Spannung VH auf konstant. Die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert steuert den Grenzwert VHL auf konstant. Wenn die Verarbeitung in Schritt S13 oder Schritt S14 endet, endet die gesamte Verarbeitung.
Wie es oben beschrieben ist, wird gemäß der dritten Ausführungsform, wenn die Temperatur des Kühlwassers für den Inverter niedriger als ein vorgeschriebener Wert ist, der obere Grenzwert VHL der Spannung VH entsprechend der Temperatur des Wassers verringert, so dass der Überspannungsschutz wirksam über den gesamten Betriebsbereich des Inverters durchgeführt werden kann.
[Vierte Ausführungsform]
Da eine Konfiguration eines Fahrzeugs gemäß einer vierten Ausführungsform dieselbe wie diejenige des Fahrzeugs gemäß der dritten Ausführungsform ist, wird deren Beschreibung nicht wiederholt. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Konfiguration einer Steuervorrichtung, die in dem Fahrzeug gemäß der vierten Ausführungsform enthalten ist, dieselbe wie diejenige der Steuervorrichtung 30C, die in 11 gezeigt ist, ist.
In der dritten Ausführungsform wird der obere Grenzwert VHL synchron zu einer Verringerung der Spannung VH verringert. In der vierten Ausführungsform wird der obere Grenzwert VHL verringert, nachdem die Spannung VH verringert wurde. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich diesbezüglich von der dritten Ausführungsform. Die Steuerung des oberen Grenzwertes VHL gemäß der vierten Ausführungsform wird im Folgenden genauer beschrieben.
15 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Problems, das auftreten könnte, wenn eine Änderung des oberen Grenzwertes VHL synchron zu einer Änderung der Spannung VH erfolgt. Gemäß den 15 und 11 ist der obere Grenzwert VHL um eine Spannungsdifferenz Vmg1 größer als die Spannung VH (Sollwert). Hier bezieht sich der ”Sollwert” auf einen Wert, der in der Wandlersteuereinheit 12 intern erzeugt wird, wenn die Wandlersteuereinheit 42A die Spannung VH steuert. Die Wandlersteuereinheit 42A erzeugt eine Verstärkungsanweisung PWU und eine Abstufungsanweisung PWD auf der Grundlage dieses Sollwertes.
Wenn die Temperatur des Kühlwassers zu einem Zeitpunkt tA niedriger als die Temperatur T3 ist, verringert die Wandlersteuereinheit 42A die Spannung VH (Sollwert). Außerdem verringert die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert zu dem Zeitpunkt tA den oberen Grenzwert VHL.
Der Spannungswert VH, der von dem Spannungssensor 13 erfasst wird (tatsächlich gemessener Wert), ändert sich nach einer Änderung der Spannung VH (Sollwert). Dementsprechend ist während einer Periode von dem Zeitpunkt tA bis zu einem Zeitpunkt tB (eine Periode Δt) der Spannungswert VH (tatsächlich gemessener Wert) größer als die Spannung VH (Sollwert), und zu dem Zeitpunkt tB ist der tatsächlich gemessene Wert gleich dem Sollwert. Während der Periode Δt ist eine Differenz zwischen dem oberen Grenzwert VHL und der Spannung VH (tatsächlich gemessener Wert) eine Spannungsdifferenz Vmg2, die kleiner als die Spannungsdifferenz Vmg1 ist. Daher ist während der Periode Δt, wenn sich die Spannung VH (tatsächlich gemessener Wert) aus irgendeinem Grund erhöht, eine fehlerhafte Bestimmung des Auftretens eines Überspannungszustands wahrscheinlicher. Wenn die Überspannung wie oben beschrieben erfasst wird, halten die Betriebe der Spannungswandlungseinheit 20 und der Inverter 14 und 14A an, und das Verhalten des Fahrzeugs kann beeinflusst werden.
16 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Steuerung eines oberen Grenzwertes VHL gemäß der vierten Ausführungsform. Gemäß 16 verringert die Wandlersteuereinheit 42A die Spannung VH (Sollwert), wenn die Temperatur TC des Kühlwassers zu dem Zeitpunkt tA niedriger als die Temperatur T3 ist. Der obere Grenzwert VHL wird jedoch nicht gleichzeitig mit der Spannung VH (Sollwert) verringert.
Zu dem Zeitpunkt tB ist die Spannung VH (tatsächlich gemessener Wert) gleich der Spannung VH (Sollwert). Hier gibt die Wandlersteuereinheit 42A eine Anweisung an die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert aus, um den oberen Grenzwert VHL zu verringern. Als Antwort auf die Anweisung von der Wandlersteuereinheit 42A verringert die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert den oberen Grenzwert VHL. Da die Spannungsdifferenz Vmg2 somit so groß wie die Spannungsdifferenz Vmg1 gehalten werden kann, kann die Überspannung auch wenn der obere Grenzwert VHL verringert wird, zuverlässig erfasst werden.
Wie es in den 15 und 16 gezeigt ist, werden zu dem Zeitpunkt tC der obere Grenzwert VHL und die Spannung VH (Sollwert) gleichzeitig angehoben. Die Temperatur des Wassers zu diesem Zeitpunkt ist auf T3A, die um einen vorgeschrieben Wert α größer als die Temperatur T3 ist, eingestellt. Somit weisen die Änderung der Spannung VH (Sollwert), die durch die Temperatur bewirkt wird, und eine Änderung des oberen Grenzwertes VHL, die durch die Temperatur bewirkt wird, eine Hysterese auf. Auf diese Weise können sogar dann, wenn sich die Temperatur des Kühlwassers um die Temperatur T3 herum häufig ändert, die Spannung VH (Sollwert) und der obere Grenzwert VHL an einer häufigen Änderung gehindert werden, und daher kann die Steuerung des Inverters stabil sein.
17 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerung des oberen Grenzwertes VHL und der Spannung VH gemäß der vierten Ausführungsform darstellt. Gemäß den
17 und 11 erhalten die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert und die Wandlersteuereinheit 42A den Temperaturwert TC (Schritt S21). Dann bestimmen die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert und die Wandlersteuereinheit 42A, ob der Temperaturwert TC gleich oder niedriger als die Temperatur T3 ist (Schritt S22).
Wenn der Temperaturwert TC größer als die Temperatur T3 ist (NEIN in Schritt S22), werden die Spannung VH (Sollwert) und der obere Grenzwert VHL auf konstant gesteuert (Schritt S29). Wenn die Verarbeitung in Schritt S29 endet, endet die gesamte Verarbeitung. Wenn der Temperaturwert TC gleich oder niedriger als die Temperatur T3 ist (JA in Schritt S22), verringert die Wandlersteuereinheit 42A die Spannung VH (Sollwert) entsprechend dem Temperaturwert TC (Schritt S23).
Anschließend bestimmt die Wandlersteuereinheit 42A auf der Grundlage eines Wertes, der von dem Spannungssensor 13 erfasst wird, ob die Spannung VH (tatsächlich gemessener Wert) niedriger als die Spannung VH (Sollwert) ist (Schritt S24). Während der Periode Δt, die in 16 gezeigt ist, ist die Spannung VH (tatsächlich gemessener Wert) nicht niedriger als die Spannung VH (Sollwert). Hier (NEIN in Schritt S24) wird die Bestimmungsverarbeitung in Schritt S24 wiederholt. Wenn die Spannung VH (tatsächlich gemessener Wert) niedriger als die Spannung VH (Sollwert) ist (JA in Schritt S24), weist die Wandlersteuereinheit 42A die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert an, den oberen Grenzwert VHL zu verringern. Die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert, die die Anweisung von der Wandlersteuereinheit 42A empfängt, verringert den oberen Grenzwert VHL entsprechend dem Temperaturwert TC (Schritt S25). D. h., wenn der Temperaturwert TC niedriger als die Temperatur T3 ist und die Spannung VH (tatsächlich gemessener Wert) niedriger als die Spannung VH (Sollwert) ist, verringert die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert den oberen Grenzwert VHL.
Dann bestimmen die Wandlersteuereinheit 42A und die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert, ob der Temperaturwert TC gleich oder größer als die Temperatur T3A ist (Schritt S26). Wenn der Temperaturwert TC niedriger als die Temperatur T3A ist (NEIN in Schritt S26), wird die Bestimmungsverarbeitung in Schritt S26 wiederholt. Wenn der Temperaturwert TC gleich oder größer als die Temperatur T3A ist, erhöht die Einstelleinheit 41A für einen oberen Grenzwert den oberen Grenzwert VHL (Schritt S27), und die Wandlersteuereinheit 42A erhöht die Spannung VH (Sollwert) (Schritt S28). Wenn die Verarbeitung in Schritt S28 endet, endet die gesamte Verarbeitung.
Somit kann gemäß der vierten Ausführungsform die Überspannung zuverlässig erfasst werden, auch wenn der obere Grenzwert VHL verringert wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Fahrzeug, das die Invertersteuervorrichtung gemäß jeder oben beschriebenen Ausführungsform enthält, nicht auf das Hybridfahrzeug beschränkt ist, und dass das Fahrzeug beispielsweise ein Elektrofahrzeug sein kann.
Außerdem wird das Kühlwasser als das Wärmetauschermedium, das Wärme mit dem Inverter in der zweiten, dritten und vierten Ausführungsform austauscht, verwendet. Es können jedoch auch andere Medien wie beispielsweise Kühlluft und Kühlöl als das Wärmetauschermedium verwendet werden.

Claims

Invertersteuervorrichtung zum Steuern eines Inverters (14, 14A), die aufweist: eine Gleichstromenergieversorgung (B) zum Ausgeben einer ersten Gleichspannung; eine Spannungswandlungseinheit (20) zum Umwandeln eines Spannungspegels der ersten Gleichspannung und zum Zuführen einer zweiten Gleichspannung zu dem Inverter (14, 14A); eine Temperaturerfassungseinheit (31, 32, 45) zum Erfassen einer Umgebungstemperatur des Inverters (14, 14A); und eine Steuereinheit (30C) zum Steuern der Spannungswandlungseinheit (20) auf der Grundlage eines Ergebnisses der Erfassung durch die Temperaturerfassungseinheit (31, 32, 45) und zum Steuern eines Betriebs des Inverters (14, 14A) derart, dass die zweite Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt wird, wobei der Inverter (14, 14A) angehalten wird, wenn bestimmt wird, dass die zweite Gleichspannung einen oberen Grenzwert überschreitet, und wobei die Steuereinheit (30C) die zweite Gleichspannung entsprechend einer Verringerung der Umgebungstemperatur verringert, und den oberen Grenzwert verringert, nachdem die zweite Gleichspannung verringert wurde.
Invertersteuervorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem eine Wärmetauschervorrichtung zum Austauschen von Wärme mit dem Inverter (14, 14A) durch Zirkulieren eines Wärmetauschermediums, das in der Lage ist, Wärme mit dem Inverter (14, 14A) auszutauschen, aufweist, wobei die Umgebungstemperatur eine Temperatur des Wärmetauschermediums ist.
Invertersteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Wärmetauschermedium Kühlwasser ist.
Invertersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (30C) die Spannungswandlungseinheit (20) derart steuert, dass die zweite Gleichspannung niedriger ist, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist, wenn bestimmt wird, dass die Umgebungstemperatur niedriger als eine vorgeschriebene Temperatur ist.
Invertersteuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (30C) eine Betriebsfrequenz des Inverters (14, 14A) in einem Fall, in dem die Umgebungstemperatur höher als die vorgeschriebene Temperatur ist, und einem Fall, in dem Umgebungstemperatur niedriger als die vorgeschriebene Temperatur ist, unterschiedlich einstellt.
Fahrzeug, das aufweist: einen Inverter (14, 14A); eine Gleichstromenergieversorgung (B) zum Ausgeben einer ersten Gleichspannung; eine Spannungswandlungseinheit (20) zum Umwandeln eines Spannungspegels der ersten Gleichspannung und zum Zuführen einer zweiten Gleichspannung zu dem Inverter (14, 14A); eine Temperaturerfassungseinheit (31, 32, 45) zum Erfassen einer Umgebungstemperatur des Inverters (14, 14A); und eine Steuereinheit (30C) zum Steuern der Spannungswandlungseinheit (20) auf der Grundlage eines Ergebnisses der Erfassung durch die Temperaturerfassungseinheit (31, 32, 45) und zum Steuern eines Betriebs des Inverters (14, 14A) derart, dass die zweite Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt wird, wobei der Inverter (14, 14A) angehalten wird, wenn bestimmt wird, dass die zweite Gleichspannung einen oberen Grenzwert überschreitet, und wobei die Steuereinheit (30C) die zweite Gleichspannung entsprechend einer Verringerung der Umgebungstemperatur verringert, und den oberen Grenzwert verringert, nachdem die zweite Gleichspannung verringert wurde.
Fahrzeug nach Anspruch 6, das außerdem eine Wärmetauschervorrichtung zum Austauschen von Wärme mit dem Inverter (14, 14A) durch Zirkulieren eines Wärmetauschermediums, das in der Lage ist, Wärme mit dem Inverter (14, 14A) auszutauschen, aufweist, wobei die Umgebungstemperatur eine Temperatur des Wärmetauschermediums ist.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei das Wärmetauschermedium Kühlwasser ist.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (30C) die Spannungswandlungseinheit (20) derart steuert, dass die zweite Gleichspannung niedriger ist, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist, wenn bestimmt wird, dass die Umgebungstemperatur niedriger als eine vorgeschriebene Temperatur ist.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit (30C) eine Betriebsfrequenz des Inverters (14, 14A) in einem Fall, in dem die Umgebungstemperatur höher als die vorgeschriebene Temperatur ist, und einem Fall, in dem Umgebungstemperatur niedriger als die vorgeschriebene Temperatur ist, unterschiedlich einstellt.