DE112009000190T5 - Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine und Fahrzeugantriebssystem - Google Patents

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Abstract

Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine, enthaltend:
einen Frequenzumwandlungsbereich, der zwischen einer drehenden elektrischen Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs und einer DC-Leistungsquelle zum Versorgen der drehenden elektrischen Maschine mit elektrischer Leistung angeordnet ist und der eine Ausgabe der DC-Leistungsquelle in eine AC-Ausgabe wenigstens während eines Leistungsabgabebetriebs der drehenden elektrischen Maschine umwandelt;
einen Spannungsumwandlungsbereich, der zwischen der DC-Leistungsquelle und dem Frequenzumwandlungsbereich angeordnet ist und der die Ausgabe der DC-Leistungsquelle basierend auf einem Erhöhungsbefehlswert, der entsprechend einem Solldrehmoment und einer Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine festgesetzt wird, erhöht; und
einen Steuerbereich zum Steuern des Frequenzumwandlungsbereichs und des Spannungsumwandlungsbereichs, wobei
wenn der Steuerbereich eine Steuerung zum Wechseln eines Steuerzustands von einer Nicht-Erhöhungssteuerung, bei der die Ausgabe der DC-Leistungsquelle dem Frequenzumwandlungsbereich über den Spannungsumwandlungsbereich zugeführt wird, ohne erhöht zu werden, zu einer Erhöhungssteuerung, bei der die Ausgabe der DC-Leistungsquelle durch den Spannungsumwandlungsbereich erhöht wird und dann dem Frequenzumwandlungsbereich zugeführt wird,...

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine, das einen Leistungsversorgungsumwandlungsbereich zum Erhöhen einer Ausgabe einer DC(Gleichstrom)-Leistungsquelle beinhaltet und das eine drehende elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs steuert. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Fahrzeugantriebssystem, das das Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine beinhaltet.
  • HINTERGRUND AUS DEM STAND DER TECHNIK
  • In den vergangenen Jahren wurden Automobile mit einer geringeren Umweltbelastung als Automobile, die von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden, in dem ein fossiler Kraftstoff verbrannt wird, vorgeschlagen. Als Beispiele solcher Automobile sind Elektromobile, die von einem Motor, wie einer drehenden elektrischen Maschine, angetrieben werden, und Hybridfahrzeuge, die von einem Verbrennungsmotor und einem Motor angetrieben werden, zu nennen. Motoren, die in den Elektromobilen und den Hybridfahrzeugen eingebaut sind, sollen ein gewünschtes Drehmoment vorsehen, das zum Antreiben eines Personenwagens über einen großen Drehzahlbereich (Drehgeschwindigkeitsbereich) geeignet ist.
  • Ein Motor, wie eine drehende elektrische Maschine (ein Motor und ein Generator), arbeitet nach einem Prinzip der Erzeugung einer Kraft (Drehmoment) durch ein Magnetfeld und einen Strom. Allerdings wird während der Drehung des Motors die Kraft in dem Magnetfeld aufgebracht, was eine sogenannte elektromotorische Gegenkraftkraft hervorruft. Die elektromotorische Gegenkraft wird in einer Richtung erzeugt, die den Stromfluss, der das Drehmoment erzeugt, hindert. Dies reduziert den Strom, der in dem Magnetfeld zum Drehen des Motors fließt und reduziert dabei die Kraft (Drehmoment). Die elektromotorische Gegenkraft verstärkt sich, wenn die Drehzahl des Motors steigt. Somit, wenn die Drehzahl einen gewissen Wert erreicht, erreicht ein Strom, der von der elektromotorischen Gegenkraft erzeugt wird, einen Antriebsstrom, und der Motor kann nicht gesteuert werden. Folglich wird eine „feldschwächende Steuerung” zum Reduzieren der Kraft eines Feldmagneten, der das Magnetfeld erzeugt, und somit zum Unterbinden einer Erzeugung der elektromotorischen Gegenkraft durchgeführt. Allerdings, da die feldschwächende Steuerung die Kraft des Feldmagneten reduziert, wird auch die Stärke des Magnetfelds reduziert, was zu einer Reduzierung des maximalen Drehmoments, das erzielt wird, führt. Darüber hinaus wurde auch eine Wirkungsgradreduzierung infolge ansteigender Verluste nachgewiesen.
  • Angesichts dieses Problems schlägt die Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP-A-H10-66383 (Patentdokument 1) eine Technik zum Erhöhen einer Batteriespannung für eine Versorgung eines Motors mit elektrischer Antriebsleistung zum Wechseln der Drehzahl, bei der ein Wechseln zu der feldschwächenden Steuerung durchgeführt wird, zu einer höheren Drehzahl vor. Gemäß dieser Technik wird die Batteriespannung durch eine Erhöhungsschaltung (Wandler) entsprechend der Position eines Sollbetriebspunkts des Motors, der gemäß dem Drehmoment und der Drehzahl festgesetzt wird, erhöht. Dadurch kann ein Bereich, in dem die feldschwächende Steuerung durchgeführt wird, zu einer Seite mit einer höheren Ausgabe (eine Seite mit einem höheren Drehmoment und eine Seite mit einer höheren Drehzahl) wechseln. In dem in Patentdokument 1 beschriebenen Beispiel erhöht sich ein Bereich, der eine normale Feldsteuerung (typischerweise einer Maximaldrehmomentsteuerung) durchführt, ohne die feldschwächende Steuerung durchzuführen, schrittweise durch Festsetzen einer Vielzahl von Abschnitten mit erhöhten Spannungswerten.
  • Wenn der Erhöhungsvorgang gestartet wird, wird ein Eingangsspannungssollwert eines Wandlers, der entsprechend einer Drehzahl und einem Solldrehmoment einer drehenden elektrischen Maschine berechnet wird, das heißt eine Ausgangsspannung der Erhöhungsschaltung (Wandler), durch PWM (Pulsbreitenmodulation) oder desgleichen gesteuert, wie in der Japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP-A-2005-210779 (Patentdokument 2) und der Internationalen PCT-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 2003/015254 (Patentdokument 3) beschrieben ist. Die erhöhte Spannung schließt sich einer erforderlichen Spannung in gewünschter Weise an.
  • [Zugehöriges Dokument aus dem Stand der Technik]
    • [Patentdokument]
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP-A-H10-66383 (Absätze 3 bis 12, 1 und 2 und desgleichen)
    • [Patentdokument 2] Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP-A-2005-210779 (Absätze 55 bis 59 und desgleichen)
    • [Patentdokument 3] Internationale PCT-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 2003/015254 (Anspruch 1 und desgleichen)
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Auf der anderen Seite, wenn der Erhöhungsvorgang von einem Nicht-Erhöhungszustand gestartet wird, das heißt von einem Zustand, bei dem es sich bei der Batteriespannung um eine Eingangsspannung des Wandlers zum Antreiben des Motors handelt, wird die PWM-Umschaltsteuerung zum Umschalten von Elementen des Wandlers, die in dem Nicht-Erhöhungszustand fest (fixed) gesteuert worden sind, gestartet. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Totzeit, während der Elemente des Wandlers sowohl auf der hohen Seite als auch auf der niedrigen Seite ausgeschaltet sind, zum zuverlässigen Verhindern eines Kurzschlusses des Wandlers festgesetzt. Diese Totzeit erzeugt einen Bereich, in dem der Erhöhungsvorgang nicht in einem vorher festgelegten Spannungsbereich von der Batteriespannung in einer Situation durchgeführt werden kann, in der der Erhöhungssollwert ansteigt. Daher kann der Erhöhungsvorgang erst gestartet werden, wenn die vorher festgelegte Spannung überschritten wird, und die erhöhte Spannung steigt schnell an, wenn der Erhöhungsvorgang gestartet wird. In solch einer Situation, in der sich die erhöhte Spannung schnell ändert, wird eine Ansprechverzögerung infolge der Übertragungszeit für eine Steuereinrichtung zum Erhalten einer gemessenen erhöhten Spannung, der Berechnungszeit in der Steuereinrichtung und desgleichen erzeugt. Infolge der Ansprechverzögerung wird eine drehende elektrische Maschine unter der Annahme antriebsmäßig gesteuert, dass eine Spannung, die geringer als eine momentane Spannung ist, anliegt. Da die momentan anliegende Spannung höher als der gemessene Spannungswert ist, der von der Steuereinrichtung erfasst wird, gibt die drehende elektrische Maschine ein höheres Drehmoment als ein Solldrehmoment aus. Demzufolge steigt der Stromverbrauch der drehenden elektrischen Maschine unnötig an, und eine große Strommenge, die diesen Anstieg des Stromverbrauchs beinhaltet, wird aus der Batterie gezogen. Mit anderen Worten, wenn die Spannung, die durch den Wandler erhöht wird, schnell in dem Zustand ansteigt, in dem die drehende elektrische Maschine mit einem hohen Drehmoment betrieben wird und der Batterieleistungsverbrauch groß ist, kann eine überhöhte Strommenge aus der Batterie gezogen werden, was einen Überstrom hervorruft. Sogar wenn die Drehmomentbegrenzung, die die Technik des Patentdokuments 2 verwendet, durchgeführt wird, ist dies nicht ausreichend, weil sie nicht die Verzögerungszeit, wie beispielsweise die Übertragungszeit der gemessenen erhöhten Spannung, berücksichtigt.
  • Die vorliegende Erfindung ist angesichts der obigen Probleme entstanden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik zum Unterbinden einer Erzeugung eines Überstroms in einer DC(Gleichstrom)-Leistungsquelle infolge eines transienten Spannungsanstiegs, der zu Beginn eines Erhöhungsvorgangs verursacht wird, in einem Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine mit einem Leistungsversorgungsumwandlungsbereich zum Erhöhen einer Ausgabe der DC-Leistungsquelle vorzusehen.
  • Eine Lösung der obigen Aufgabe besteht in einem charakteristischer Aufbau eines Steuersystems für eine drehende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem
    ein Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine enthält: einen Frequenzumwandlungsbereich, der zwischen einer drehenden elektrischen Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs und einer DC-Leistungsquelle zum Versorgen der drehenden elektrischen Maschine mit elektrischer Leistung angeordnet ist und der eine Ausgabe der DC-Leistungsquelle in eine AC(Wechselstrom)-Ausgabe wenigstens während eines Leistungsabgabebetriebs der drehenden elektrischen Maschine umwandelt; einen Spannungsumwandlungsbereich, der zwischen der DC-Leistungsquelle und dem Frequenzumwandlungsbereich angeordnet ist und der die Ausgabe der DC-Leistungsquelle basierend auf einem Erhöhungsbefehlswert, der entsprechend einem Solldrehmoment und einer Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine festgesetzt wird, erhöht; und einen Steuerbereich zum Steuern des Frequenzumwandlungsbereichs und des Spannungsumwandlungsbereichs, und
    wenn der Steuerbereich eine Steuerung zum Wechseln eines Steuerzustands von einer Nicht-Erhöhungssteuerung, bei der die Ausgabe der DC-Leistungsquelle dem Frequenzumwandlungsbereich über den Spannungsumwandlungsbereich zugeführt wird, ohne erhöht zu werden, zu einer Erhöhungssteuerung, bei der die Ausgabe der DC-Leistungsquelle von dem Spannungsumwandlungsbereich erhöht wird und dann dem Frequenzumwandlungsbereich zugeführt wird, unter einer Bedingung durchführt, dass das Solldrehmoment und die Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine eine vorher festgelegte Wechselgrenze, die basierend auf einer Beziehung zwischen dem Solldrehmoment und der Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine festgesetzt wird, überschreiten, eine erhöhbare elektrische Leistung, die eine elektrische Leistung ist, die durch Subtrahieren einer gesteigerten elektrischen Leistung, die transient während des Wechselns erzeugt wird, von einer zulässigen elektrischen Leistung, die von der DC-Leistungsquelle ausgegeben werden kann, als elektrische Referenzleistung verwendet wird, und die Wechselgrenze in einem Bereich festgesetzt wird, in dem ein Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschine gleich oder niedriger als die erhöhbare elektrische Leistung ist.
  • Gemäß diesem charakteristischen Aufbau wird die erhöhbare elektrische Leistung, die die elektrische Leistung ist, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung, die transient während des Wechselns von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung erzeugt wird, von der zulässigen elektrischen Leistung erhalten wird, als elektrische Referenzleistung verwendet, und die Wechselgrenze wird in einem Bereich festgesetzt, in dem der Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschine die erhöhbare elektrische Leistung nicht überschreitet. Folglich überschreitet der Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschine nicht die zulässige elektrische Leistung, sogar wenn die gesteigerte elektrische Leistung transient während des Wechselns von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung erzeugt wird. Ein Überstrom der DC-Leistungsquelle kann folglich auf gewünschte Art und Weise unterbunden werden.
  • Es ist bevorzugt, dass die Wechselgrenze des Steuersystems für eine drehende elektrische Maschine der vorliegenden Erfindung gemäß einem Maximalwert des Solldrehmoments festgesetzt wird.
  • Der Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschine steigt an, wenn das Solldrehmoment ansteigt. Folglich nimmt die Differenz zwischen der zulässigen elektrischen Leistung und dem Leistungsverbrauch ab, wenn das Solldrehmoment ansteigt. Darüber hinaus steigt die gesteigerte elektrische Leistung, die transient erzeugt wird, an, wenn das Solldrehmoment ansteigt. Wenn das Solldrehmoment einen Maximalwert aufweist, weist die gesteigerte elektrische Leistung den größten Wert unter den möglichen Werten auf. Mit anderen Worten weist der Gesamtleistungsverbrauch, das heißt die Summe des Leistungsverbrauchs und der gesteigerten elektrischen Leistung, einen Maximalwert auf, wenn das Solldrehmoment einen Maximalwert aufweist. Gemäß der Charakteristik der vorliegenden Erfindung wird die Wechselgrenze so festgesetzt, dass der Gesamtleistungsverbrauch die zulässige elektrische Leistung nicht überschreitet, sogar wenn der Gesamtleistungsverbrauch einen Maximalwert aufweist. Somit kann die Erzeugung eines Überstroms der DC-Leistungsquelle, der mit einem zu Beginn eines Erhöhungsvorgangs erzeugten transienten Spannungsanstieg einhergeht, zuverlässig und ungeachtet des Solldrehmoments unterbunden werden.
  • Es ist bevorzugt, dass die erhöhbare elektrische Leistung des Steuersystems der drehenden elektrischen Maschine der vorliegenden Erfindung als eine elektrische Leistung festgesetzt wird, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung, die erzeugt wird, wenn das Solldrehmoment einen Maximalwert aufweist, von der zulässigen elektrischen Leistung erhalten wird.
  • Wie oben beschrieben ist, weist die gesteigerte elektrische Leistung, wenn das Solldrehmoment einen Maximalwert aufweist, den größten Wert unter den möglichen Werten auf. Somit weist die erhöhbare elektrische Leistung, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung von der zulässigen elektrischen Leistung erhalten wird, einen Minimalwert auf, wenn das Solldrehmoment den Maximalwert aufweist. Da die Wechselgrenze basierend auf der erhöhbaren elektrischen Leistung festgesetzt wird, kann die Erzeugung eines Überstroms der DC-Leistungsquelle, die mit einer transienten zu Beginn eines Erhöhungsvorgangs erzeugten Spannungserhöhung einhergeht, zuverlässig und ungeachtet der Höhe des Solldrehmoments unterbunden werden.
  • Es ist bevorzugt, dass die Wechselgrenze auf einer Seite niedrigerer elektrischer Leistung festgesetzt wird, wenn (as) das Solldrehmoment ansteigt.
  • Wie oben beschrieben ist, steigt der Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschine an, wenn das Solldrehmoment ansteigt. Somit nimmt die Differenz zwischen der zulässigen elektrischen Leistung und dem Leistungsverbrauch ab, wenn das Solldrehmoment ansteigt. Darüber hinaus steigt die gesteigerte elektrische Leistung, die transient erzeugt wird, an, wenn das Solldrehmoment ansteigt. Mit anderen Worten steigt der Gesamtleistungsverbrauch, das heißt die Summe des Leistungsverbrauchs und der gesteigerten elektrischen Leistung, an, wenn das Solldrehmoment ansteigt. Da die Wechselgrenze auf der Seite niedrigerer elektrischer Leistung festgesetzt wird, wenn das Solldrehmoment ansteigt, kann der Leistungsverbrauch reduziert werden, wenn die gesteigerte elektrische Leistung hinzu addiert wird, wobei der Gesamtleistungsverbrauch niedrig gehalten werden kann. Demzufolge kann eine Erzeugung eines Überstroms der DC-Leistungsquelle, die mit einem transienten Spannungsanstieg einhergeht, der zu Beginn eines Erhöhungsvorgangs erzeugt wird, auf gewünschte Art und Weise unterbunden werden.
  • In dem Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die erhöhbare elektrische Leistung auf einen höheren Wert festgesetzt wird, wenn das Solldrehmoment abfällt, während (while) die elektrische Leistung, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung, die erzeugt wird, wenn das Solldrehmoment einen Maximalwert aufweist, von der zulässigen elektrischen Leistung erhalten wird, als ein Minimalwert der erhöhbaren elektrischen Leistung festgesetzt wird.
  • Wie oben beschrieben ist, steigt der Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschine an, wenn das Solldrehmoment ansteigt, und die gesteigerte elektrische Leistung, die transient erzeugt wird, steigt an. Wenn das Solldrehmoment einen Maximalwert aufweist, weist die gesteigerte elektrische Leistung den größten Wert unter den möglichen Werten auf. Somit weist die erhöhbare elektrische Leistung, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung von der zulässigen elektrischen Leistung erhalten wird, einen Minimalwert auf, wenn das Solldrehmoment den Maximalwert aufweist. Auf der anderen Seite, wenn das Solldrehmoment von dem Maximalwert abfällt, fällt die gesteigerte elektrische Leistung ab, und somit kann die erhöhbare elektrische Leistung entsprechend einen höheren Wert aufweisen. Wenn die erhöhbare elektrische Leistung auf einen höheren Wert festgesetzt wird, wenn das Solldrehmoment abfällt, während die elektrische Leistung, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung, die erzeugt wird, wenn das Solldrehmoment den Maximalwert aufweist, von der zulässigen elektrischen Leistung erhalten wird, auf einen Minimalwert der erhöhbaren elektrischen Leistung festgesetzt wird, wird die Wechselgrenze entsprechend dem Solldrehmoment festgesetzt, ohne einen unnötigen Erhöhungsvorgang in einem Zustand durchzuführen, in dem das Solldrehmoment niedrig ist. Somit können Umschaltverluste und desgleichen, die mit dem unnötigen Erhöhungsvorgang einhergehen, unterbunden werden, und eine Erzeugung eines Überstroms der DC-Leistungsquelle, die mit einem transienten zu Beginn eines Erhöhungsvorgangs erzeugten Spannungsanstieg einhergeht, kann auf eine gewünschte Art und Weise unterbunden werden.
  • Das Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine der vorliegenden Erfindung wird bevorzugterweise in dem Fall angewendet, in dem
    der Spannungsumwandlungsbereich eine Drosselspule, die ein erstes Ende aufweist, das mit der DC-Leistungsquelle verbunden ist, ein Oberstufenschaltelement, das ein zweites Ende der Drosselspule und eine positive Seite des Frequenzumwandlungsbereichs verbindet, und ein Unterstufenschaltelement, das das zweite Ende der Drosselspule und eine negative Seite des Frequenzumwandlungsbereichs verbindet, aufweist, und
    die gesteigerte elektrische Leistung transient während des Wechselns von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung infolge einer Totzeit, während der sowohl das Oberstufenschaltelement als auch das Unterstufenschaltelement derart gesteuert werden, dass sie ausgeschaltet sind, erzeugt wird.
  • Dadurch dass der Spannungsumwandlungsbereich wie oben beschrieben aufgebaut ist, kann eine Erhöhungsschaltung mit einem einfachen Aufbau realisiert werden. Wenn der Spannungsumwandlungsbereich wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird die Totzeit zum Verhindern, dass sowohl das Oberstufen- als auch das Unterstufenschaltelement des Spannungsumwandlungsbereichs während des Wechselns von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung eingeschaltet werden, und somit zum zuverlässigen Verhindern eines Kurzschlusses zwischen der positiven Seite und der negativen Seite vorgesehen. Folglich kann das Vorsehen der Totzeit Fehler des Steuersystems für eine drehende elektrische Maschine auf eine gewünschte Art und Weise unterbinden. Allerdings, da kein Erhöhungsvorgang während der Totzeit durchgeführt werden kann, kann der Erhöhungsvorgang nicht in einem vorher festgelegten Spannungsbereich gemäß einem Einzelsystem während der Totzeit durchgeführt werden. Mit anderen Worten steigt die Ausgabe des Spannungsumwandlungsbereichs schnell und signifikant über diesen Spannungsbereich während des Wechselns von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung hinaus an. Eine Ansprechverzögerung des Frequenzumwandlungsbereichs oder desgleichen auf solch einen schnellen Spannungsanstieg kann eine gesteigerte elektrische Leistung transient erzeugen, und ein großer Strom kann aus der DC-Leistungsquelle gezogen werden, was einen Überstrom verursacht. Allerdings, da die Wechselgrenze im Hinblick auf die gesteigerte elektrische Leistung, die durch die Totzeit erzeugt wird, festgesetzt wird, kann die Erzeugung eines Überstroms auf eine gewünschte Art und Weise unterbunden werden.
  • Ein Fahrzeugantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann so aufgebaut sein, dass es enthält: das Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben; eine erste drehende elektrische Maschine und eine zweite drehende elektrische Maschine als die drehende elektrische Maschine; und einen Leistungsverteilmechanismus zum Verteilen einer Antriebskraft, die von einer Antriebsquelle erzeugt wird, bei der es sich nicht um die erste drehende Maschine und die zweite drehende Maschine handelt, wobei ein Teil der Antriebskraft, die von dem Leistungsverteilmechanismus verteilt wird, auf ein Rad übertragen wird, ein weiterer Teil der Antriebskraft, die von dem Leistungsverteilmechanismus verteilt wird, auf die erste drehende elektrische Maschine übertragen wird, und eine Antriebskraft, die von der zweiten drehenden elektrischen Maschine erzeugt wird, auf das Rad übertragen wird.
  • Das Fahrzeugantriebssystem diesen Aufbaus kann in einem Hybridfahrzeug angewendet werden, das ein Paar drehender elektrischer Maschinen und eine Antriebsquelle (z. B. einen Motor), bei der es sich nicht um das Paar drehender elektrischer Maschinen handelt, beinhaltet und das eine sogenannte Leistungsverzweigungsverteilung durchführt. Dieses Hybridfahrzeug kann den Betrieb des Paars drehender elektrischer Maschinen auf solch eine Art und Weise ausführen, dass die Drehzahl und das Drehmoment, die für die drehenden elektrischen Maschinen erforderlich sind, zufriedenstellend erreicht werden. Darüber hinaus kann dieses Hybridfahrzeug leicht ein System anwenden, das derart aufgebaut ist, dass die entsprechenden Spannungen, die für das Paar drehender elektrischer Maschinen erforderlich sind, von einem einzigen Spannungsumwandlungsbereich erhalten werden.
  • Darüber hinaus ist es bei dem Fahrzeugantriebssystem der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der Leistungsverteilmechanismus einen Planetengetriebemechanismus beinhaltet, der ein erstes Drehelement, ein zweites Drehelement und ein drittes Drehelement in der Reihenfolge einer Umlaufgeschwindigkeit bzw. Drehzahl aufweist, wobei die erste drehende elektrische Maschine mit dem ersten Drehelement verbunden ist, die Antriebsquelle, bei der es sich nicht um die drehenden elektrischen Maschinen handelt, mit dem zweiten Drehelement verbunden ist, und die zweite drehende elektrische Maschine und das dritte Drehelement mit dem Rad verbunden sind.
  • Unter Verwendung dieses Aufbaus kann ein Hybridfahrzeug, das eine Leistungsverzweigungsverteilung durchführt, leicht unter Verwendung eines einzigen Planetengetriebemechanismus realisiert werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch einen Aufbau eines Antriebssystems eines Fahrzeugantriebssystems zeigt.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch einen Aufbau eines Steuersystems für eine drehende elektrische Maschine zeigt.
  • 3 ist ein Diagramm über die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment einer drehenden elektrischen Maschine.
  • 4 ist eine Abbildung, die ein transientes Phänomen zu Beginn eines Erhöhungsvorgangs zeigt.
  • 5 ist eine Abbildung, die ein transientes Phänomen zu Beginn eines Erhöhungsvorgangs zeigt.
  • 6 ist ein Diagramm über die Beziehung zwischen dem Drehmoment einer drehenden elektrischen Maschine und der gesteigerten elektrischen Leistung.
  • 7 ist ein Streuungsdiagramm, das V/I-Charakteristika einer DC-Leistungsquelle zeigt.
  • 8 ist eine Abbildung über das Festsetzen einer Wechselgrenze in einem Diagramm über die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment der drehenden elektrischen Maschinen.
  • 9 zeigt Graphen, die Erhöhungssollspannungen für jedes Solldrehmoment zeigen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Steuersystems für eine drehende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnung beschrieben. Das Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine ist in einem Fahrzeugantriebssystem enthalten und fungiert zum Steuern des Betriebs der drehenden elektrischen Maschinen, die in dem Fahrzeugantriebssystem enthalten sind. 1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau eines Antriebssystems eines Fahrzeugsantriebssystems 200 schematisch zeigt, und 2 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau eines Steuersystems für eine drehende elektrische Maschine, das, als eine Hauptkomponente, eine Treibereinrichtung In für eine drehende elektrische Maschine aufweist, die zum Steuern von drehenden elektrischen Maschinen MG1, MG2 vorgesehen ist, schematisch zeigt. Die Treibereinrichtung In für eine drehende elektrische Maschine entspricht einem Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet ein Fahrzeug einen Motor E, wie einen Verbrennungsmotor, und das Paar drehender elektrischer Maschinen MG1, MG2. Das Fahrzeugantriebssystem 200 ist ein sogenanntes Hybridsystem und beinhaltet eine Hybrid Treibereinrichtung 1 zwischen dem Motor E und Rädern W. Verschiedenartige bekannte Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise ein Ottomotor und ein Dieselmotor, können als der Motor E verwendet werden. Wie unten beschrieben ist, arbeiten die drehenden elektrischen Maschinen MG1, MG2 als ein Motor (Elektromotor) oder ein Generator (Elektrogenerator). Folglich sind in der nachfolgenden Beschreibung die Bezugszeichen MG1, MG2 bisweilen weggelassen, sofern nicht einer der drehenden elektrischen Motoren genauer beschrieben werden muss. Das Fahrzeug ist zum Fahren mit einer Antriebskraft, die von der drehenden elektrischen Maschine, die als ein Motor dient, oder von dem Motor E erhalten wird, geeignet. Wenigstens ein Teil der Antriebskraft, die von dem Motor E erzeugt wird, wird in der drehenden elektrischen Maschine, die als ein Generator dient, in elektrische Leistung umgewandelt und wird zum Aufladen einer Batterie B oder zum Antreiben der drehenden elektrischen Maschine, die als ein Motor dient, zugeführt. Darüber hinaus kann die drehende elektrische Maschine während eines Bremsvorgangs die Bremskraft zum Erzeugen von elektrischer Leistung nutzen, so dass sich die elektrische Leistung in der Batterie B regeneriert.
  • Eine Eingangswelle I der Hybrid Treibereinrichtung 1 ist mit einer Ausgangsdrehwelle, wie beispielsweise einer Kurbelwelle, des Motors E verbunden. Zu erwähnen ist, dass es auch bevorzugt ist, die Eingangswelle I mit der Ausgangsdrehwelle des Motors E über eine Dämpfungseinrichtung, eine Kupplung oder desgleichen zu verbinden. Die Ausgabe der Hybrid Treibereinrichtung 1 wird auf die Räder W über eine Differenzialeinheit D oder desgleichen übertragen. Die Eingangswelle I ist ferner mit einem Träger ca eines Leistungsverteilmechanismus P1 verbunden, und eine Zwischenwelle M, die mit den Rädern W über die Differenzialeinheit D verbunden ist, ist mit einem Hohlrad bzw. Ringrad r verbunden.
  • Die erste drehende elektrische Maschine MG1 weist einen Stator St1 und einen Rotor Ro1, der radial drehbar im Inneren des Stators St1 gelagert ist, auf. Der Rotor Ro1 der ersten drehenden elektrischen Maschine MG1 ist zum integralen Drehen mit einem Sonnenrad s des Leistungsverteilmechanismus P1 verbunden. Die zweite drehende elektrische Maschine MG2 weist einen Stator St2 und einen Rotor Rot, der radial drehbar im Inneren des Stators St2 gelagert ist, auf. Der Rotor Ro2 der zweiten drehenden elektrischen Maschine MG2 ist zum integralen Drehen mit einem Abtriebszahnrad O verbunden und ist mit einer Eingangsseite der Differenzialeinheit D verbunden.
  • Wie in 1 gezeigt ist, sind die erste drehende elektrische Maschine MG1 und die zweite drehende elektrische Maschine MG2 elektrisch mit der Batterie (DC-Leistungsquelle) B über die Treibereinrichtung (Wandlereinrichtung) In für eine drehende elektrische Maschine verbunden. Die erste drehende elektrische Maschine MG1 und die zweite drehende elektrische Maschine MG2 sind derart aufgebaut, dass sie als ein Motor (Elektromotor), dem elektrische Leistung zum Erzeugen einer Antriebskraft zugeführt wird, und als ein Generator (Elektrogenerator), dem eine Antriebskraft zum Erzeugen einer elektrischen Leistung zugeführt wird, fungieren können.
  • In dem Beispiel in Bezug auf den Aufbau der vorliegenden Ausführungsform fungiert die erste drehende elektrische Maschine MG1 hauptsächlich als ein Generator zum Erzeugen von elektrischer Leistung durch eine Antriebskraft, die über das Sonnenrad s des Leistungsverteilmechanismus P1 empfangen wird, und dient zum Aufladen der Batterie B oder zum Versorgen mit elektrischer Leistung zum Antreiben der zweiten drehenden elektrischen Maschine MG2. Allerdings kann die erste drehende elektrische Maschine MG1 während einer Hochgeschwindigkeitsfahrt des Fahrzeugs oder desgleichen als ein Motor dienen. Auf der anderen Seite fungiert die zweite drehende elektrische Maschine MG2 hauptsächlich als ein Motor zum Unterstützen einer Antriebskraft zum Betreiben des Fahrzeugs. Während einer Verzögerung des Fahrzeugs oder desgleichen fungiert die zweite drehende elektrische Maschine MG2 als ein Generator zum Umwandeln einer Trägheitskraft des Fahrzeugs in elektrische Leistung. Solch ein Betrieb der ersten drehenden elektrischen Maschine MG1 und der zweiten drehenden elektrischen Maschine MG2 wird von einer TCU (Getriebesteuereinheit) 10 gesteuert (siehe 2). Die TCU 10 fungiert als ein Steuerbereich der vorliegenden Erfindung und steuert die drehenden elektrischen Maschinen MG1 und MG2 über einen Spannungsumwandlungsbereich 4 und einen Frequenzumwandlungsbereich 5, wie unten beschrieben ist.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist der Leistungsverteilmechanismus P1 durch einen Planetengetriebemechanismus in Einzel-Planetenbauart, der koaxial mit der Eingangswelle I ausgerichtet ist, ausgebildet. Das heißt, der Leistungsverteilmechanismus P1 weist die folgenden Elemente als Drehelemente auf: den Träger ca, der eine Vielzahl von Planetenrädern lagert; und das Sonnenrad s und das Hohlrad r, die jeweils mit den Planeten kämmen. Das Sonnenrad s als ein erstes Drehelement ist zum integralen Drehen mit dem Rotor Ro1 der ersten drehenden elektrischen Maschine MG1 verbunden. Der Träger ca als ein zweites Drehelement ist zum integralen Drehen mit der Eingangswelle I, die mit der Ausgangsdrehwelle des Motors E verbunden ist, verbunden. Das Hohlrad r als ein drittes Drehelement ist zum integralen Drehen mit der Zwischenwelle M verbunden. Das Hohlrad r ist mit der Differenzialeinheit D über die Zwischenwelle M verbunden.
  • In dem Aufbau aus 1 ist die erste drehende elektrische Maschine MG1 mit dem Sonnenrad s als das erste Drehelement verbunden, und der Motor E als eine Antriebsquelle, bei der es sich nicht um die drehenden elektrischen Maschinen MG1 und MG2 handelt, ist mit dem Träger ca als das zweite Drehelement verbunden. Die zweite drehende elektrische Maschine MG2 und das Hohlrad r als das dritte Drehelement sind mit den Rädern W über die Differenzialeinheit D verbunden. Allerdings ist der Aufbau des Antriebssystems nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Die zweite drehende elektrische Maschine MG2 kann direkt mit der Differenzialeinheit D verbunden sein oder kann mit dem dritten Drehelement oder einem anderen Antriebsübertragungselement verbunden sein und kann mit der Differenzialeinheit D über das Drehelement oder das Antriebsübertragungselement verbunden sein.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch einen Aufbau des Steuersystems für eine drehende elektrische Maschine mit der Treibereinrichtung In für eine drehende elektrische Maschine als eine Hauptkomponente zeigt. Das Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine beinhaltet die Batterie B, die drehenden elektrischen Maschinen MG1, MG2 und die Treibereinrichtung In für eine drehende elektrische Maschine, die zwischen der Batterie B und den drehenden elektrischen Maschinen MG1, MG2 angeordnet ist. Die Treibereinrichtung In für eine drehende elektrische Maschine beinhaltet, von der Seite der Batterie B aufeinander folgend, den Spannungsumwandlungsbereich (Wandler) 4 und den Frequenzumwandlungsbereich (Wandler) 5. Wie in 2 gezeigt ist, sind in der vorliegenden Ausführungsform die Frequenzumwandlungsbereiche 51, 52 separat für das Paar drehender elektrischer Maschinen MG1, MG2 als der Frequenzumwandlungsbereich 5 vorgesehen. Stromsensoren 13 zum Messen eines Stroms, der in den entsprechenden drehenden elektrischen Maschinen fließt, sind zwischen dem Frequenzumwandlungsbereich 5 und jeder drehenden elektrischen Maschine MG1, MG2 vorgesehen. Zu erwähnen ist, dass dieses Beispiel den Aufbau zum Messen von drei Stromphasen zeigt. Allerdings, wenn die drei Phasen in einem Gleichgewichtszustand sind und die Summe der entsprechenden Momentanwerte Null ist, ist es auch möglich, nur zwei Stromphasen zu messen und die verbleibende eine Stromphase durch Berechnung in der TCU 10 zu erhalten. Zu erwähnen ist, dass die Batterie B geeignet ist, die drehenden elektrischen Maschinen MG1, MG2 mit elektrischer Leistung zu versorgen, und geeignet ist, die elektrische Leistung, mit der die drehenden elektrischen Maschinen MG1, MG2 versorgt werden, zu speichern.
  • Der Spannungsumwandlungsbereich 4 weist eine Drosselspule 4a, einen Siebkondensator 4b, ein Paar oberer und unterer Schaltelemente 4c, 4d, einen Entladewiderstand 4e und einen Glättungskondensator 4f auf. IGBTs (Bipolartransistoren mit isolierter Basis) oder MOSFETs (Metal-Oxid-Halbleiter-Feldeffektortransistoren) werden bevorzugt als die Schaltelemente 4c, 4d verwendet. Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein Beispiel, das IGBTs verwendet.
  • Ein Emitter des Oberstufenschaltelements 4c des Spannungsumwandlungsbereichs 4 ist mit einem Kollektor des Unterstufenschaltelements 4d verbunden und ist mit einer positiven Seite der Batterie B über die Drosselspule 4a verbunden. Ein Kollektor des Oberstufenschaltelements 4c ist mit einer positiven Eingangsseite des Frequenzumwandlungsbereichs 5 verbunden. Ein Emitter des Unterstufenschaltelements 4d ist mit einer negativen Seite (Erde) der Batterie B verbunden. Da auch eine negative Eingangsseite des Frequenzumwandlungsbereichs 5 geerdet ist, ist der Emitter des Unterstufenschaltelements 4d mit der negativen Eingangsseite des Frequenzumwandlungsbereichs 5 verbunden.
  • Entsprechende Ausgänge des Oberstufenschaltelements 4c und des Unterstufenschaltelements 4d sind mit der TCU 10 über eine Antriebsschaltung 7 (7C) verbunden. Die Schaltelemente 4c, 4d werden über die TCU 10 zum Erhöhen einer Spannung aus der Batterie B zum Zuführen der erhöhten Spannung zu dem Frequenzumwandlungsbereich 5 gesteuert. Die TCU 10 steuert die Schaltelemente 4c, 4d basierend auf einem Erhöhungsbefehlswert, der gemäß einem Solldrehmoment der drehenden elektrischen Maschinen festgesetzt wird. Genauer erhöht die TCU 10 die Spannung der Batterie B und gibt die erhöhte Spannung durch Ausschalten des Oberstufenschaltelements 4c aus, während das Unterstufenschaltelement 4d durch, z. B. eine PWM-Steuerung, an oder ausgeschaltet wird. Auf der anderen Seite, wenn die drehende elektrische Maschine einen regenerativen Betrieb ausführt, regeneriert der Spannungsumwandlungsbereich 4 die elektrische Leistung, die von der drehenden elektrischen Maschine erzeugt wird, in der Batterie B. Zum Beispiel regeneriert die TCU 10 die elektrische Leistung über den Spannungsumwandlungsbereich 4 durch Ausschalten des Unterstufenschaltelements 4d und Anschalten des Oberstufenschaltelements 4c. Zu erwähnen ist, dass das Oberstufenschaltelement 4c in dem Fall PWM-gesteuert sein kann, in dem die elektrische Leistung, die von der drehenden elektrischen Maschine erzeugt wird, abwärts umgewandelt wird und in der Batterie B erneuert wird.
  • Der Frequenzumwandlungsbereich 5 wird von einer Brückenschaltung gebildet. Zwei Schaltelemente sind zwischen der positiven Eingangsseite und der negativen Eingangsseite des Frequenzumwandlungsbereichs 5 in Reihe geschaltet und drei dieser Reihenschaltungen sind parallel geschaltet. Das heißt, die Brückenschaltung ist derart aufgebaut, dass drei Sätze von Reihenschaltungen entsprechend U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Statorspulen der drehenden elektrischen Maschinen MG1, MG2 entsprechen. In 2,
    zeigt das Bezugszeichen 8a ein U-Phasen-Oberstufenschaltelement an,
    zeigt das Bezugszeichen 8b ein V-Phasen-Oberstufenschaltelement an,
    zeigt das Bezugszeichen 8c ein W-Phasen-Oberstufenschaltelement an,
    zeigt das Bezugszeichen 8d ein U-Phasen-Unterstufenschaltelement an,
    zeigt das Bezugszeichen 8e ein V-Phasen-Unterstufenschaltelement an, und
    zeigt das Bezugszeichen 8f ein W-Phasen-Unterstufenschaltelement an. Zu erwähnen ist, dass es bevorzugt ist, IGBTs oder MOSFETs als die Schaltelemente 8a bis 8f des Frequenzumwandlungsbereichs 5 zu verwenden. Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein Beispiel, das IGBTs verwendet.
  • Wie in 2 gezeigt ist, sind die entsprechenden Kollektoren der Oberstufenschaltelemente 8a, 8b, 8c jeder Phase mit einer positiven Ausgangsseite des Spannungsumwandlungsbereichs 4 (die positive Eingangsseite des Frequenzumwandlungsbereichs 5) verbunden, und ihre entsprechenden Emitter sind mit den entsprechenden Kollektoren der Unterstufenschaltelemente 8d, 8e bzw. 8f jeder Phase verbunden. Die entsprechenden Emitter der Unterstufenschaltelemente 8d, 8e, 8f jeder Phase sind mit einer negativen Ausgangsseite des Spannungsumwandlungsbereichs 4 (der negativen Eingangsseite des Frequenzumwandlungsbereichs 5) verbunden, das heißt, der negativen Seite (Erde) der Batterie B. Die entsprechenden Ausgänge der Schaltelemente 8a bis 8f sind mit der TCU 10 über eine Antriebsschaltung 7 (7A, 7B) verbunden und werden unabhängig umschalt-gesteuert.
  • Entsprechende Zwischenpunkte (Verbindungspunkte der Schaltelemente) 9u, 9v, 9w der Reihenschaltungen, die von den Umschaltelementpaaren (8a, 8d), (8b, 8e), (8c, 8f) jeder Phase gebildet sind, sind mit den U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Statorspulen der drehenden elektrischen Maschinen MG1 bzw. MG2 verbunden. Ein Antriebsstrom, der jeder Spule zugeführt wird, wird von dem entsprechenden Stromsensor 13 erfasst. Der erfasste Wert des Stromsensors 13 wird der TCU 10 zugeführt und für eine Rückkopplungssteuerung verwendet.
  • Jede drehende elektrische Maschine MG1, MG2 beinhaltet einen Drehungserfassungssensor 11, 12, wie beispielsweise ein Drehmelder, der als ein Teil eines Drehungserfassungsbereichs fungiert, zum Erfassen des Drehwinkels (mechanischer Winkel) des entsprechenden Rotors Ro1, Ro2. Jeder Drehungserfassungssensor 11, 12 ist gemäß der Anzahl an Polen (der Anzahl an Polpaaren) des entsprechenden Rotors Ro1, Ro2 festgelegt und ist auch zum Umwandeln des Drehwinkels des Rotors Ro1, Ro2 in einen elektrischen Winkel θ und zum Ausgeben eines Signals entsprechend des elektrischen Winkels θ geeignet. Die TCU 10 berechnet die entsprechenden Drehzahlen (Winkelgeschwindigkeiten ω) der drehenden elektrischen Maschinen MG1, MG2 und den Steuerzeitpunkt jedes Schaltelements 8a bis 8f des Frequenzumwandlungsbereichs 5 basierend auf den entsprechenden Drehwinkeln.
  • Die TCU 10 führt jeder drehenden elektrischen Maschine MG1, MG2 durch PWM-Steuern der Schaltelemente 8a bis 8f basierend auf dem Solldrehmoment und der Drehzahl (der Anzahl der Umdrehungen) der drehenden elektrischen Maschinen MG1, MG2 einen Drei-Phasen-AC(Wechselstrom)-Antriebsstrom zu. Jede drehende elektrische Maschine MG1, MG2 wird folglich gemäß dem Solldrehmoment mit Leistung beaufschlagt. In dem Fall, in dem die drehenden elektrischen Maschinen MG1 und MG2 als Generatoren dienen und die TCU 10 elektrische Leistung von den drehenden elektrischen Maschinen erhält, steuert die TCU 10 den Frequenzumwandlungsbereich 5 zum Umwandeln eines AC einer vorher festgelegten Frequenz in einen DC.
  • 3 ist ein Diagramm über die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment der drehenden elektrischen Maschinen. Wie oben beschrieben ist, beinhaltet die Treibereinrichtung In für eine drehende elektrische Maschine den Spannungsumwandlungsbereich 4 und ist zum Erhöhen der DC-Spannung der Batterie B geeignet. Das heißt, die Treibereinrichtung In für eine drehende elektrische Maschine erhöht die Spannung der Batterie B zum Versorgen der drehenden elektrischen Maschinen mit elektrischer Antriebsleistung zum Wechseln bzw. Schalten der Drehzahl und des Drehmoments, bei denen die feldschwächende Steuerung durchgeführt wird, zu einer höheren Drehzahl und einem höheren Drehmoment. Das Bezugszeichen K2 (K) in den Zeichnungen zeigt eine Wechselgrenze zum Starten eines Erhöhungsvorgangs durch den Spannungsumwandlungsbereich 4 an. Wie 3 entnommen werden kann, wird die Wechselgrenze K2 (K) basierend auf der Beziehung zwischen dem Solldrehmoment und der Drehzahl der drehenden elektrischen Maschinen festgesetzt.
  • Wenn wenigstens die absolute Drehzahl oder das absolute Solldrehmoment der drehenden elektrischen Maschinen größer als die Wechselgrenze K2 ist, erhöht der Spannungsumwandlungsbereich 4 die Ausgabe der Batterie B. Ein Erhöhungsbefehlswert, der ein Erhöhungssollwert ist, kann schrittweise oder kontinuierlich als ein erhöhter Spannungswert festgesetzt werden. Das Bezugszeichen K1 in der Zeichnung zeigt eine Grenze zum Festsetzen des maximalen Erhöhungsbefehlswerts an, und das Bezugszeichen TK1 zeigt einen Drehmomentbereich an, der von den drehenden elektrischen Maschinen ausgegeben werden kann, wenn ein Erhöhungsvorgang basierend auf dem Erhöhungsbefehlswert durchgeführt wird.
  • Die TCU 10 wechselt den Steuerzustand des Spannungsumwandlungsbereichs 4 unter der Bedingung, dass das Solldrehmoment und die Drehzahl der drehenden elektrischen Maschinen die Wechselgrenze K2 überschreiten. Genauer führt die TCU 10 eine Steuerung zum Wechseln des Steuerzustands des Spannungsumwandlungsbereichs 4 von der Nicht-Erhöhungssteuerung durch, bei der die Ausgabe der Batterie B dem Frequenzumwandlungsbereich 5 über den Spannungsumwandlungsbereich 4 zugeführt wird, ohne erhöht zu werden, zu der Erhöhungssteuerung, bei der die Ausgabe der Batterie B von dem Spannungsumwandlungsbereich 4 erhöht wird und dem Frequenzumwandlungsbereich 5 zugeführt wird. Wenn dieser Erhöhungsvorgang gestartet wird, das heißt, wenn die Wechselgrenze K2 überschritten wird, erhöht sich der Leistungsverbrauch transient infolge der Totzeit des Spannungsumwandlungsbereichs 4 und der Ansprechverzögerung der Rückkopplungssteuerung, die die TCU 10 beinhaltet. Wie oben beschrieben ist, weist der Spannungsumwandlungsbereich 4 die Drosselspule 4a, deren eines Ende mit der Batterie B verbunden ist, das Oberstufenschaltelement 4c, das das andere Ende der Drosselspule 4a und die positive Seite des Frequenzumwandlungsbereichs 5 verbindet, und das Unterstufenschaltelement 4d, das das andere Ende der Drosselspule 4a und die negative Seite des Frequenzumwandlungsbereichs 5 verbindet, auf. Wenn ein Wechsel von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung erfolgt, wird die Totzeit, in der sowohl das Oberstufenschaltelement 4c als auch das Unterstufenschaltelement 4d ausgeschaltet sind, vorgesehen, was einen transienten Anstieg des Leistungsverbrauchs hervorruft.
  • Ein transienter Anstieg des Leistungsverbrauchs, der auftritt, wenn ein Erhöhungsvorgang gestartet wird, das heißt, wenn die Wechselgrenze K2 überschritten wird, wird unten beschrieben. 4 und 5 sind Abbildungen, die ein transientes Phänomen zu Beginn des Erhöhungsvorgangs zeigen. Eine Wellenform, die schematisch oben in 4 gezeigt ist, zeigt eine Spannung VC an, die durch den Spannungsumwandlungsbereich 4 erhöht wird. Eine Wellenform, die schematisch in der Mitte von 4 gezeigt ist, zeigt ein Modulationsverhältnis des Frequenzumwandlungsbereichs 5 an. Eine Wellenform, die schematisch unten in 4 gezeigt ist, zeigt einen Strom (IMG1, IMG2) der drehenden elektrischen Maschinen an.
  • Während der oben beschriebenen Totzeit sind beide Schaltelemente 4c, 4d des Spannungsumwandlungsbereichs 4 ausgeschaltet, und somit kann der Erhöhungsvorgang nicht durchgeführt werden. Folglich kann der Erhöhungsvorgang nicht in einem vorher festgelegten Spannungsbereich gemäß einem Einzelsystem in einer Situation, in der der Erhöhungssollwert ansteigt, durchgeführt werden. Nachdem die Totzeit verstrichen ist und der Steuerzustand von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung wechselt, erhöht sich die Ausgabe des Spannungsumwandlungsbereichs 4 schnell und signifikant über diesen Spannungsbereich hinaus. Die Treibereinrichtung In für eine drehende elektrische Maschine beinhaltet einen nicht-gezeigten Spannungssensor, der die Spannung VB der Batterie B und die Spannung VC, die durch den Spannungsumwandlungsbereich 4 erhöht wird, misst, und die TCU 10 erhält das Messergebnis. Zu diesem Zeitpunkt kann die TCU 10 den Wert der schnell ansteigenden Spannung VC infolge von Hardware-Filtern, Software-Filtern, Abfrageintervallen gemäß dem Betriebstakt der TCU 10 und desgleichen nicht akkurat erhalten. Mit anderen Worten, obwohl die Spannung VC momentan schnell ansteigt, wie schematisch durch die durchgezogene Linie oben in 4 gezeigt ist, erfasst die TCU 10, dass sich die Spannung VC allmählich erhöht, wie durch die gestrichelte Linie in 4 gezeigt ist.
  • Die TCU 10 berechnet das Modulationsverhältnis für eine Umwandlung in den AC gemäß der erhaltenen Spannung VC, das heißt, den DC-Spannungswert auf der Eingangsseite des Frequenzumwandlungsbereichs 5. Genauer berechnet die TCU 10 ein PWM-Steuertastverhältnis. Da die TCU 10 die Spannung VC als einen Wert geringer als der momentane Wert erkannt hat, berechnet die TCU 10 ein höheres Modulationsverhältnis als ein erforderliches Modulationsverhältnis und steuert den Frequenzumwandlungsbereich 5 gemäß dem berechneten Modulationsverhältnis über PMW. Obwohl das Modulationsverhältnis eigentlich schnell reduziert werden sollte, wie schematisch durch die durchgezogene Linie in der Mitte von 4 gezeigt ist, reduziert sich das Modulationsverhältnis allmählich, wie durch die gestrichelte Linie in 4 gezeigt ist.
  • Demzufolge werden die drehenden elektrischen Maschinen durch Empfangen einer übermäßigen elektrischen Leistung mit Bezug auf das Solldrehmoment angetrieben, und ein Motorstrom, der in den drehenden elektrischen Maschinen (z. B. ein Motorstrom IMG2 der zweiten drehenden elektrischen Maschine MG2) strömt, steigt an. Mit anderen Worten wird ein wellenförmiger transienter Strom erzeugt, wie schematisch durch die Strichpunktlinie unten in 4 gezeigt ist. Der Strom, der in der drehenden elektrischen Maschine fließt, wird von dem Stromsensor 13 gemessen und das Messergebnis wird in der TCU 10 angewendet. Das Modulationsverhältnis wird dann durch Rückkopplungssteuerung angepasst, wie schematisch durch die Strichpunktlinie in der Mitte von 4 gezeigt ist. Allerdings kann die Erzeugung des transienten Stroms infolge der Verzögerungszeit, die durch solch eine Spannungs- und Strommessung hervorgerufen wird, und die Ansprechverzögerung der Rückkopplungssteuerung durch die TCU 10 nicht komplett unterbunden werden.
  • Da dieser transiente Strom aus der Batterie B gezogen wird, kann ein zulässiger Strom, der von der Batterie B ausgegeben werden kann, unter den Bedingungen eines großen Leistungsverbrauchs überschritten werden, wie beispielsweise in dem Fall, in dem die drehenden elektrischen Maschinen sich unter einer hohen Belastung drehen, was dazu führt, dass ein Überstrom auftritt.
  • Eine Wellenform, die schematisch oben in 5 gezeigt ist, zeigt eine elektrische Leistung WB der Batterie B an, eine Wellenform, die schematisch in der Mitte gezeigt ist, zeigt einen Strom IB der Batterie B an und eine Wellenform, die schematisch unten gezeigt ist, zeigt eine erhöhte Spannung VC an. Da der wellenförmige transiente Strom aus der Batterie B gezogen wird, wie oben beschrieben ist, wird ebenfalls eine Welle in dem Strom IB der Batterie B erzeugt. Selbstverständlich wird auch eine Welle in der elektrischen Leistung WB der Batterie B erzeugt. Wenn die drehenden elektrischen Maschinen unter einer hohen Belastung betrieben werden, und der Strom (IMG1, IMG2) der drehenden elektrischen Maschinen ansteigt, steigt auch der Strom IB der Batterie B an. Die Spannung VB der Batterie B fällt mit dem Ansteigen des Stroms IB der Batterie B ab. In der Nicht-Erhöhungssteuerung handelt es sich bei der Ausgangsspannung VC des Spannungsumwandlungsbereichs 4 um die Batteriespannung VB. Daher fällt auch die Ausgangsspannung VC des Spannungsumwandlungsbereichs 4 mit einem Anstieg des Stroms IB der Batterie B ab, wie unten in 5 gezeigt ist.
  • Auf der anderen Seite wird jetzt angenommen, dass der Erhöhungsbefehlswert des Spannungsumwandlungsbereichs 4 gemäß der Drehzahl und dem Solldrehmoment der drehenden elektrischen Maschinen bestimmt wird, und der Erhöhungsbefehlswert ist ein Erhöhungssollwert E nach einem Erhöhungsvorgang. Wenn die drehenden elektrischen Maschinen unter einer hohen Belastung betrieben werden, neigt der Erhöhungssollwert E auch dazu, sich zu erhöhen. Folglich überschreitet der Erhöhungssollwert E die Ausgangsspannung VC des Spannungsumwandlungsbereichs 4 bei einer Zeit t, und der Spannungsumwandlungsbereich 4 startet seinen Erhöhungsvorgang.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird die Totzeit DT zum zuverlässigen Verhindern eines Kurzschlusses des Spannungsumwandlungsbereichs 4 vorgesehen, wie oben beschrieben ist. Folglich, wenn die Einschaltdauer der Schaltelemente des Spannungsumwandlungsbereichs 4 kleiner als die Totzeit DT ist, können die Schaltelemente überhaupt nicht geschaltet werden, und der Spannungsumwandlungsbereich 4 kann einen Erhöhungsvorgang nicht durchführen. Wenn die Differenz zwischen der Batteriespannung VB und dem Erhöhungssollwert E durch eine vorher festgelegte nicht-erhöhbare Spannung VD zunimmt, wird das Umschalten tatsächlich gestartet, wenn die Einschaltdauer der Schaltelemente länger als die Totzeit DT wird. Demzufolge, nachdem die Differenz zwischen der Batteriespannung VB und dem Erhöhungssollwert E größer als die nicht-erhöhbare Spannung VD ist, erhöht sich die Batteriespannung schnell durch einen Betrag, der die nicht-erhöhbare Spannung VD beinhaltet, wodurch die erhöhte Spannung VC schnell ansteigt. Ein Batterieüberstrom tritt auf, wenn der Strom IB der Batterie B, der einen Wellenstrom, der durch diesen schnellen Spannungsanstieg erzeugt wird, beinhaltet, eine obere Grenze (zulässiger Strom IBMAX) des Stroms der Batterie B überschreitet.
  • Zum Unterbinden eines Wechsels zu der feldschwächenden Steuerung weisen der Erhöhungssollwert E und die nicht-erhöhbare Spannung VD an der Wechselgrenze K2 zum Erhöhen der Spannung VB der Batterie B vorher festgelegte Werte gemäß der Systemkonfiguration der Treibereinrichtung In für eine drehende elektrische Maschine auf. Somit weist auch die Spannung VB der Batterie B einen annähernd festen Wert auf, wenn ein Wechseln von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung erfolgt. Folglich kann die obere Grenze, das heißt der zulässige Wert, durch die elektrische Leistung WB der Batterie festgelegt werden (zulässige elektrische Leistung WBMAX). Folglich, wenn die elektrische Batterieleistung WB derart gesteuert wird, dass sie die zulässige elektrische Leistung WBMAX nicht überschreitet, wenn die Spannung VC schnell ansteigt, überschreitet der Strom IB der Batterie B nicht den zulässigen Strom IBMAX, und der Überstrom der Batterie B kann unterbunden werden. Eine Technik zum Unterbinden des Überstroms der Batterie B wird nachfolgend beschrieben.
  • Zuerst wird ein Maximalwert der gesteigerten elektrischen Leistung (Δ) gemessen. Da der Wert der gesteigerten elektrischen Leistung entsprechend dem Drehmoment der drehenden elektrischen Maschinen variiert, wird die gesteigerte elektrische Leistung mit Bezug auf eine Vielzahl von Drehmomenten gemessen. 6 ist ein Diagramm über die Beziehung zwischen dem Drehmoment der drehenden elektrischen Maschinen und der gesteigerten elektrischen Leistung, das das Messergebnis zeigt. Wie 6 entnommen werden kann, steigt die gesteigerte elektrische Leistung mit einem Anstieg des Drehmoments an. Somit ist die gesteigerte elektrische Leistung, die dem Maximaldrehmoment (TMAX) der drehenden elektrischen Maschinen entspricht, die maximale gesteigerte elektrische Leistung (ΔMAX).
  • Als Nächstes wird die zulässige elektrische Leistung der Batterie B gemessen. 7 ist ein Streuungsdiagramm, das das Messergebnis der V/I-Charakteristika der Batterie B zeigt. Eine Kurve, die dem zulässigen Strom IBMAX der Batterie B entspricht, wie in dem Streuungsdiagramm gezeigt ist, ist die zulässige elektrische Leistung WBMAX der Batterie B. Die elektrische Leistung, die durch Subtrahieren der maximalen gesteigerten elektrischen Leistung (ΔMAX), die oben erhalten wurde, von der zulässigen elektrischen Leistung WBMAX erhalten wird, kann als eine erhöhbare elektrische Leistung WS festgelegt werden.
  • Wie oben beschrieben ist, weist die gesteigerte elektrische Leistung (Δ), die dem Maximaldrehmoment (TMAX) der drehenden elektrischen Maschinen entspricht, den Maximalwert (ΔMAX) unter den möglichen Werten der gesteigerten elektrischen Leistung auf. Folglich wird die erhöhbare elektrische Leistung WS, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung (Δ) von der zulässigen elektrischen Leistung WBMAX erhalten wird, am kleinsten, wenn das Solldrehmoment den Maximalwert (TMAX) aufweist. Durch Festsetzen der Wechselgrenze K basierend auf dieser erhöhbaren elektrischen Leistung WS kann die Erzeugung des Überstroms der Batterie B, der mit dem transienten Spannungsanstieg zu Beginn des Erhöhungsvorgangs einhergeht, auf eine gewünschte Art und Weise und ungeachtet der Höhe des Solldrehmoments unterbunden werden.
  • Darüber hinaus wird eine Erhöhungsstartspannung ES aus den V/I-Charakteristika der Batterie B und der erhöhbaren elektrischen Leistung WS erhalten. Zu erwähnen ist, dass, wie mit Bezug auf 5 beschrieben ist, wenn der Steuerzustand von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung wechselt, das heißt zu Beginn des Erhöhungsvorgangs, die nicht-erhöhbare Spannung VD infolge der Totzeit DT erzeugt wird. Somit ist eine Erhöhungssollspannung ET, die als ein Erhöhungsbefehlswert in dem Spannungsumwandlungsbereich 4 angewandt werden soll, die Summe aus der Erhöhungsstartspannung ES und der nicht-erhöhbaren Spannung VD.
  • Wie in 3 gezeigt ist, wechselt der Steuerzustand des Spannungsumwandlungsbereichs 4 von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung unter der Bedingung, dass das Solldrehmoment und die Drehzahl der drehenden elektrischen Maschinen die vorher festgelegte Wechselgrenze K2 (K), die basierend auf der Beziehung zwischen dem Solldrehmoment und der Drehzahl festgelegt ist, überschreiten. Wenn die Wechselgrenze K2 (K) in solch einem Bereich festgesetzt wird, dass der Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschinen nicht die zulässige elektrische Leistung WBMAX erreicht, sogar wenn die gesteigerte elektrische Leistung erzeugt wird, tritt der Überstrom der Batterie B nicht auf, wenn der Steuerzustand von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung wechselt. Mit anderen Worten wird die Wechselgrenze K basierend auf der erhöhbaren elektrischen Leistung WS festgesetzt, das heißt der elektrischen Leistung, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung (z. B. der Maximalwert ΔMAX), die transient während des Wechselns erzeugt wird, von der zulässigen elektrischen Leistung WBMAX, die von der Batterie B ausgegeben werden kann, erhalten wird, und wird in dem Bereich festgesetzt, in dem der Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschinen gleich oder geringer als die erhöhbare elektrische Leistung WS ist.
  • 8 ist eine Abbildung zum Festsetzen der Wechselgrenze K in dem Diagramm über die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment der drehenden elektrischen Maschinen. Obwohl 8 3 entspricht, zeigt 8 nur einen Drehmomentbereich in einer positiven Richtung zum Vereinfachen der Abbildung. In 8 ist die Wechselgrenze K2 eine Grenze, die zum Starten des Erhöhungsvorgangs zum Durchführen einer normalen Feldsteuerung der drehenden elektrischen Maschinen ohne Wechseln zu der feldschwächenden Steuerung und ohne Berücksichtigung der oben beschriebenen gesteigerten elektrischen Leistung vorgesehen ist. Hier ist eine Grenzlinie, die der erhöhbaren elektrischen Leistung WS entspricht, dem Diagramm in 8 hinzugefügt. In der Zeichnung handelt es sich bei einem Bereich, der sich auf der oberen rechten Seite der Grenzlinie befindet, die der erhöhbaren elektrischen Leistung WS entspricht, das heißt die Richtung, in der das Drehmoment ansteigt, und die Richtung, in der die Drehzahl ansteigt, um einen Bereich, in dem der Leistungsverbrauch größer als die erhöhbare elektrische Leistung WS ist.
  • Bezug nehmend auf 8 wird die Wechselgrenze K2 auch in dem Bereich festgesetzt, in dem der Leistungsverbrauch größer als die erhöhbare elektrische Leistung WS ist. Folglich kann abhängig von der Drehzahl und dem Solldrehmoment der drehenden elektrischen Maschinen zu Beginn des Erhöhungsvorgangs die elektrische Batterieleistung WB die zulässige elektrische Leistung WBMAX der Batterie B überschreiten, und ein Strom, der den zulässigen Strom IBMAX überschreitet, kann aus der Batterie B gezogen werden, was einen Überstrom hervorruft. Folglich wird eine Grenze zum Starten des Erhöhungsvorgangs zu der Erhöhungssollspannung ET zu Beginn des Erhöhungsvorgangs als eine Wechselgrenze K3 (K) festgesetzt, die nur in einem Bereich festgesetzt wird, der sich auf der unteren linken Seite der Grenzlinie, die der erhöhbaren elektrischen Leistung WS entspricht, in der Zeichnung befindet. Mit anderen Worten wird die Wechselgrenze K3 (K) basierend auf der erhöhbaren elektrischen Leistung WS, das heißt der elektrischen Leistung, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung (z. B. des Maximalwerts ΔMAX), die transient während des Wechselns erzeugt wird, von der zulässigen elektrischen Leistung WBMAX, die von der Batterie B ausgegeben werden kann, erhalten wird, festgesetzt und wird in dem Bereich festgesetzt, in dem der Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschinen gleich oder geringer als die erhöhbare elektrische Leistung WS ist.
  • 9 beinhaltet Graphen, die die Erhöhungssollspannungen ET für jedes Solldrehmoment zeigen. Eine Vielzahl von Kurven sind in der Zeichnung in der Reihenfolge der Höhe des Solldrehmoments gezeigt: das Solldrehmoment wird in Richtung nach rechts kleiner und wird in Richtung nach links größer. 9A zeigt einen Fall, bei dem die Wechselgrenze K2 aus 8 angewendet wird, und 9B zeigt einen Fall, bei dem die Wechselgrenze K3 aus 8 angewendet wird. Wie in 8 gezeigt ist, weisen die Wechselgrenzen K2 und K3 dieselbe Kurve in einem Bereich auf, in dem das Drehmoment gering ist. Somit weisen die Wechselgrenzen K2 und K3 dieselben Kurven auf der rechten Seite in den 9A und 9B auf. Auf der anderen Seite, wie in 8 gezeigt ist, weisen die Wechselgrenzen K2 und K3 verschiedene Kurven in einem Bereich auf, in dem das Solldrehmoment hoch ist. Es kann den 9A und 9B entnommen werden, dass die Erhöhungssollspannung ET aus 9B einen höheren Spannungswert aufweist als die aus 9A auf der linken Seite in den 9A und 9B, insbesondere in einem Bereich, der in 9B von einem Oval umgeben ist.
  • Während die Belastung der drehenden elektrischen Maschinen ansteigt und der Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschinen ansteigt, steigt der aus der Batterie B zu ziehende Strom IB an, und die Spannung VB der Batterie B fällt ab. In diesem Fall wird die abfallende Spannung VB der Batterie B (die Ausgangsspannung VC des Spannungsumwandlungsbereichs 4, bevor der Erhöhungsvorgang gestartet wird), zu einem früheren Zeitpunkt durch Erhöhen der Erhöhungssollspannung ET niedriger als die Erhöhungssollspannung ET. Mit anderen Worten wird der Erhöhungsvorgang gestartet, wenn die Spannung VB der Batterie B (die Ausgangsspannung VC des Spannungsumwandlungsbereichs 4) einen höheren Wert aufweist als der in herkömmlichen Beispielen. Das heißt, der Erhöhungsvorgang wird gestartet, obwohl der Leistungsverbrauch nach wie vor geringer als die zulässige elektrische Leistung ist, sogar wenn die gesteigerte elektrische Leistung (Δ) beinhaltet ist. Folglich tritt der Überstrom der Batterie B infolge der gesteigerten elektrischen Leistung nicht auf, sogar wenn der Erhöhungsvorgang in einer Situation großen Leistungsverbrauchs gestartet wird.
  • [Weitere Ausführungsformen]
    • (1) Die obige Ausführungsform ist mit Bezug auf ein Beispiel beschrieben worden, in dem die Wechselgrenze K3 entsprechend dem Maximalwert TMAX des Solldrehmoments festgesetzt wird. Mit anderen Worten wird die erhöhbare elektrische Leistung WS auf einen Wert festgesetzt, der durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung (dem Maximalwert ΔMAX), die erzeugt wird, wenn das Solldrehmoment den Maximalwert (TMAX) aufweist, von der zulässigen elektrischen Leistung WBMAX erhalten wird, und die Wechselgrenze K3 wird in einem Bereich festgesetzt, in dem der Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschinen gleich oder geringer als die erhöhbare elektrische Leistung WS wird. Die verschiedenen Wechselgrenzen K können jedoch entsprechend dem Solldrehmoment festgesetzt werden.
  • Mit anderen Worten kann die elektrische Leistung, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung, die für ein Solldrehmoment erzeugt wird, von der zulässigen elektrischen Leistung WBMAX erhalten wird, als die erhöhbare elektrische Leistung WS, die diesem Solldrehmoment entspricht, festgesetzt werden, und die Wechselgrenze K kann in einem Bereich festgesetzt werden, in dem der Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschinen bei diesem Solldrehmoment gleich oder geringer als die erhöhbare elektrische Leistung WS wird. Wie in 6 gezeigt ist, erhöht sich die gesteigerte elektrische Leistung, wenn das Solldrehmoment ansteigt. Folglich wird die Wechselgrenze K bevorzugt auf einer Seite niedrigerer elektrischer Leistung festgesetzt, wenn das Solldrehmoment höher wird. Genauer kann die erhöhbare elektrische Leistung WS so festgesetzt werden, dass die erhöhbare elektrische Leistung WS ansteigt, wenn das Solldrehmoment abfällt, während die minimale erhöhbare elektrische Leistung WS auf eine elektrische Leistung festgesetzt wird, die durch Subtrahieren der maximalen gesteigerten elektrischen Leistung (ΔMAX), die erzeugt wird, wenn das Solldrehmoment den Maximalwert (TMAX) aufweist, von der zulässigen elektrischen Leistung WBMAX erhalten wird.
    • (2) Die obige Ausführungsform ist mit Bezug auf ein Beispiel beschrieben worden, in dem ein Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist, das drehende elektrische Maschinen als eine Antriebsquelle und eine Antriebsquelle (Motor), bei der es sich nicht um die drehenden elektrischen Maschinen handelt, beinhaltet. Allerdings ist die vorliegende Erfindung angedacht für Systeme, die drehende elektrische Maschinen beinhalten, die antriebsmäßig durch eine Treibereinrichtung für eine drehende elektrische Maschine, die einen Spannungsumwandlungsbereich aufweist, gesteuert werden. Folglich können die Systeme nur die drehenden elektrischen Maschinen als eine Antriebsquelle beinhalten, und die vorliegende Erfindung kann auch auf Elektrofahrzeuge angewendet werden, die drehende elektrische Maschinen als eine Antriebsquelle aufweisen.
    • (3) Die obige Ausführungsform ist mit Bezug auf ein Beispiel beschrieben worden, in dem ein Hybridfahrzeug ein Paar drehender elektrischer Maschinen beinhaltet, von denen eine als ein Motor dient und die andere als ein Generator dient. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch auf jedes Hybridfahrzeug angewendet werden, das eine einzige drehende elektrische Maschine beinhaltet und Betriebsmodi aufweist, in denen diese einzige drehende elektrische Maschine als ein Motor und ein Generator dient.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung kann auf ein Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine angewendet werden, das einen Leistungsversorgungsumwandlungsbereich zum Erhöhen einer Ausgabe einer DC-Leistungsquelle beinhaltet und das eine drehende elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs steuert. Die vorliegende Erfindung kann ferner auf ein Fahrzeugantriebssystem angewendet werden, das das Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine beinhaltet. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auf Elektrofahrzeuge, die von einem Motor als eine drehende elektrische Maschine angetrieben werden, und auf Hybridfahrzeuge, die von einem Verbrennungsmotor und einem Motor angetrieben werden, angewendet werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Zum Unterdrücken einer Erzeugung eines Überstroms in einer DC-Leistungsquelle infolge eines transienten Spannungsanstiegs, der zu Beginn eines Erhöhungsvorgangs hervorgerufen wird, weist ein Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine eine Funktion zum Erhöhen einer Ausgabe der DC-Leistungsquelle auf.
  • Ein Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine beinhaltet: einen Frequenzumwandlungsbereich, der zwischen einer DC-Leistungsquelle und einer drehenden elektrischen Maschine angeordnet ist und der eine Ausgabe der DC-Leistungsquelle in eine AC-Ausgabe umwandelt; einen Spannungsumwandlungsbereich, der zwischen der DC-Leistungsquelle und dem Frequenzumwandlungsbereich angeordnet ist und der die Ausgabe der DC-Leistungsquelle basierend auf einem Erhöhungsbefehlswert erhöht; und einen Steuerbereich zum Steuern des Frequenzumwandlungsbereichs und des Spannungsumwandlungsbereichs. Wenn der Steuerbereich einen Steuervorgang durchführt zum Wechseln eines Steuerzustands von einer Nicht-Erhöhungssteuerung zu einer Erhöhungssteuerung unter einer Bedingung, dass ein Solldrehmoment und eine Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine eine vorher festgelegte Grenze überschreiten, die basierend auf einer Beziehung zwischen dem Solldrehmoment und der Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine festgesetzt wird, wird eine erhöhbare elektrische Leistung WS, die eine elektrische Leistung ist, die durch Subtrahieren einer gesteigerten elektrischen Leistung, die transient während des Wechselns erzeugt wird, von der zulässigen elektrischen Leistung, die von der DC-Leistungsquelle ausgegeben werden kann, erhalten wird, als eine elektrische Referenzleistung verwendet, und die Wechselgrenze K3 wird in einem Bereich festgesetzt, in dem ein Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschine gleich oder niedriger als die erhöhbare elektrische Leistung WS ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • - JP 2005-210779 A [0005, 0005]
    • - WO 2003/015254 [0005, 0005]
    • - JP 10-66383 [0005]

Claims (8)

  1. Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine, enthaltend: einen Frequenzumwandlungsbereich, der zwischen einer drehenden elektrischen Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs und einer DC-Leistungsquelle zum Versorgen der drehenden elektrischen Maschine mit elektrischer Leistung angeordnet ist und der eine Ausgabe der DC-Leistungsquelle in eine AC-Ausgabe wenigstens während eines Leistungsabgabebetriebs der drehenden elektrischen Maschine umwandelt; einen Spannungsumwandlungsbereich, der zwischen der DC-Leistungsquelle und dem Frequenzumwandlungsbereich angeordnet ist und der die Ausgabe der DC-Leistungsquelle basierend auf einem Erhöhungsbefehlswert, der entsprechend einem Solldrehmoment und einer Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine festgesetzt wird, erhöht; und einen Steuerbereich zum Steuern des Frequenzumwandlungsbereichs und des Spannungsumwandlungsbereichs, wobei wenn der Steuerbereich eine Steuerung zum Wechseln eines Steuerzustands von einer Nicht-Erhöhungssteuerung, bei der die Ausgabe der DC-Leistungsquelle dem Frequenzumwandlungsbereich über den Spannungsumwandlungsbereich zugeführt wird, ohne erhöht zu werden, zu einer Erhöhungssteuerung, bei der die Ausgabe der DC-Leistungsquelle durch den Spannungsumwandlungsbereich erhöht wird und dann dem Frequenzumwandlungsbereich zugeführt wird, unter einer Bedingung durchführt, dass das Solldrehmoment und die Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine eine vorher festgelegte Wechselgrenze, die basierend auf einer Beziehung zwischen dem Solldrehmoment und der Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine festgesetzt wird, überschreiten, eine erhöhbare elektrische Leistung, die eine elektrische Leistung ist, die durch Subtrahieren einer gesteigerten elektrischen Leistung, die transient während des Wechselns erzeugt wird, von einer zulässigen elektrischen Leistung, die von der DC-Leistungsquelle ausgegeben wird, erhalten wird, als eine elektrische Referenzleistung verwendet wird, und die Wechselgrenze in einem Bereich festgesetzt wird, in dem ein Leistungsverbrauch der drehenden elektrischen Maschine gleich oder niedriger als die erhöhbare elektrische Leistung ist.
  2. Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Wechselgrenze gemäß einem Maximalwert des Solldrehmoments festgesetzt wird.
  3. Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erhöhbare elektrische Leistung als eine elektrische Leistung festgesetzt wird, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung, die erzeugt wird, wenn das Solldrehmoment einen Maximalwert aufweist, von der zulässigen elektrischen Leistung erhalten wird.
  4. Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Wechselgrenze auf einer Seite niedrigerer elektrischer Leistung festgesetzt wird, wenn das Solldrehmoment ansteigt.
  5. Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 4, wobei die erhöhbare elektrische Leistung auf einen höheren Wert festgesetzt wird, wenn das Solldrehmoment abfüllt, während die elektrische Leistung, die durch Subtrahieren der gesteigerten elektrischen Leistung, die erzeugt wird, wenn das Solldrehmoment einen Maximalwert aufweist, von der zulässigen elektrischen Leistung erhalten wird, als ein Minimalwert der erhöhbaren elektrischen Leistung festgesetzt wird.
  6. Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Spannungsumwandlungsbereich eine Drosselspule, die ein erstes Ende aufweist, das mit der DC-Leistungsquelle verbunden ist, ein Oberstufenschaltelement, das ein zweites Ende der Drosselspule und eine positive Seite des Frequenzumwandlungsbereichs verbindet, und ein Unterstufenschaltelement, das das zweite Ende der Drosselspule und eine negative Seite des Frequenzumwandlungsbereichs verbindet, aufweist, und die gesteigerte elektrische Leistung transient während des Wechselns von der Nicht-Erhöhungssteuerung zu der Erhöhungssteuerung infolge einer Totzeit, während der sowohl das Oberstufenschaltelement als auch das Unterstufenschaltelement derart gesteuert werden, dass sie ausgeschaltet sind, erzeugt wird.
  7. Fahrzeugantriebssystem, enthaltend: das Steuersystem für eine drehende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6; eine erste drehende elektrische Maschine und eine zweite drehende elektrische Maschine als die drehende elektrische Maschine; und einen Leistungsverteilmechanismus zum Verteilen einer Antriebskraft, die von einer Antriebsquelle erzeugt wird, bei der es sich nicht um die erste drehende elektrische Maschine und die zweite drehende elektrische Maschine handelt, wobei ein Teil der Antriebskraft, die von dem Leistungsverteilmechanismus verteilt wird, auf ein Rad übertragen wird, ein weiterer Teil der Antriebskraft, die von dem Leistungsverteilmechanismus verteilt wird, auf die erste drehende elektrische Maschine übertragen wird, und eine Antriebskraft, die von der zweiten drehenden elektrischen Maschine erzeugt wird, auf das Rad übertragen wird.
  8. Fahrzeugantriebssystem nach Anspruch 7, wobei der Leistungsverteilmechanismus einen Planetengetriebemechanismus beinhaltet, der ein erstes Drehelement, ein zweites Drehelement und ein drittes Drehelement in der Reihenfolge einer Drehzahl aufweist, und die erste drehende elektrische Maschine mit dem ersten Drehelement verbunden ist, die Antriebsquelle, bei der es sich nicht um die drehenden elektrischen Maschinen handelt, mit dem zweiten Drehelement verbunden ist, und die zweite drehende elektrische Maschine und das dritte Drehelement mit dem Rad verbunden sind.
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