JP2005065389A

JP2005065389A - 車両の充電制御装置

Info

Publication number: JP2005065389A
Application number: JP2003290777A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Abe; 邦宏阿部
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: JP4163072B2

Abstract

【課題】たとえ、インバータ装置に異常が発生した場合においても、モータジェネレータが不要な駆動力を発生することを防止し、バッテリへの充電機能を保持する。
【解決手段】モータジェネレータ１５を作動制御するインバータ装置１１は、インバータ制御部６１、ＩＰＭ６２、界磁制御回路部６３で主要に構成され、界磁制御回路部６３は、界磁制御部６３ａと界磁回路部６３ｂを有して構成されている。そして、界磁制御部６３ａは、インバータ制御部６１を監視し、インバータ制御部６１の異常を検出した場合に、ＩＰＭ６２の機能をモータジェネレータ１５からの交流電流を所定の電圧の直流電流に可変する整流機能のみに強制的に限定させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に、所定の駆動力発生と充電とが実行自在なモータジェネレータを作動制御するインバータ装置を有する車両の充電制御装置に関する。

近年、車両においては、燃費の低減や、排気ガスの低減等を目的として、所定の駆動力発生と充電とが実行自在なモータジェネレータを作動制御するインバータ装置を備えた車両が実用化されている。

例えば、特開２００２−１７６７０４号公報に示す２電源系統を有するハイブリッド自動車では、合計６個のスイッチング素子と、各スイッチング素子と個別に逆並列接続されたフライホイルダイオードとからなり、各スイッチング素子はコントローラにより断続制御されて、直流電圧を、モータジェネレータの回転と同期した三相交流電圧に変換する三相のインバータ装置が開示されている。尚、上述のこのコントローラは、モータジェネレータの回転位置に基づいてインバータ装置を位相制御したり、スイッチング素子やインバータ装置のスイッチング素子のＰＷＭ (Pulse Width Modulation)デューティ比を制御して、モータジェネレータのトルクを調整するようになっている。
特開２００２−１７６７０４号公報

ところで、上述の特許文献１に示されるようなモータジェネレータは、エンジンとトルク授受可能に連結され、バッテリからインバータ装置を通じて給電されて電動動作したり、エンジンにより駆動されて発電を行ってインバータ装置を通じてバッテリを充電したりするものであるため、インバータ装置に異常が発生した場合、モータジェネレータが不要な駆動力を発生したり、或いは、バッテリに充電ができなくなる可能性があり、これに対処できるフェイルセイフ機能を設けることが重要である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、たとえ、インバータ装置に異常が発生した場合においても、モータジェネレータが不要な駆動力を発生することを防止し、バッテリへの充電機能を保持することが可能な車両の充電制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、所定の駆動力発生と充電とが実行自在なモータジェネレータと、上記モータジェネレータを作動制御するインバータ装置とを備えた車両の充電制御装置において、上記インバータ装置は、少なくとも上記モータジェネレータからの交流電流を所定の電圧の直流電流に可変して出力自在な変換手段と、少なくとも上記変換手段の作動を制御する変換制御手段と、上記変換手段と協働して界磁制御を実行する界磁制御手段とを有し、上記界磁制御手段は、上記変換制御手段の異常を検出した場合に、上記変換手段の機能を上記モータジェネレータからの交流電流を所定の電圧の直流電流に可変する整流機能のみに強制的に限定させることを特徴としている。

本発明による車両の充電制御装置は、たとえ、インバータ装置に異常が発生した場合においても、モータジェネレータが不要な駆動力を発生することを防止し、バッテリへの充電機能を保持することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図３は本発明の実施の一形態を示し、図１は２つの異なる電圧系統を有する車両全体の概略説明図、図２はモータジェネレータとインバータ装置を中心とする接続回路に関する説明図、図３はインバータ装置の界磁制御部で実行される故障診断プログラムのフローチャートである。

図１において、符号１は車両前部に配置されたエンジンを示し、このエンジン１による駆動力は、エンジン１後方の自動変速装置（トルクコンバータ等も含んで図示）２からトランスファ３に伝達される。

更に、このトランスファ３に伝達された駆動力は、リヤドライブ軸４、プロペラシャフト５、ドライブピニオン軸部６を介して後輪終減速装置７に入力される一方、リダクションドライブギヤ、リダクションドリブンギヤ、フロントドライブ軸を介して前輪終減速装置（以上、フロント駆動系は図示せず）に入力される。

後輪終減速装置７に入力された駆動力は、後輪左ドライブ軸８rlを経て左後輪９rlに、後輪右ドライブ軸８rrを経て右後輪９rrに伝達される。前輪終減速装置に入力された駆動力は、前輪左ドライブ軸８flを経て左前輪９flに、前輪右ドライブ軸８frを経て右前輪９frに伝達される。

次に、この車両に車載される各エレクトロニクス系について説明する。
本車両は、４２Ｖの高電圧系と１４Ｖの低電圧系の２つの電圧系統を有して構成されている。

符号１１は、インバータ装置を示し、このインバータ装置１１には、エンジン１のクランクスプロケット１２によりベルト１３を介して回転軸端部のプーリ１４が回転され発電を行うと共に、最初の始動時以外の再始動等におけるエンジン１の始動を行うモータジェネレータ１５が、後述の図２で説明するように電気的に接続されている。

インバータ装置１１には、充放電可能な３６Ｖバッテリ１６と接続された４２Ｖ系の配線が接続され、この４２Ｖ系の配線には、最初のエンジン始動時のみ使用するスタータモータ１７や、電動モータによるパワーステアリング装置１８等の４２Ｖ負荷２３が接続されている。

また、インバータ装置１１側面には、４２Ｖ系の配線が接続されて、４２Ｖ電圧を１４Ｖ電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ１９が略一体的にケース２０内に格納されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ１９に接続される配線には、充放電可能な１２Ｖバッテリ２１が接続され、その他各種ランプ、オーディオ、及び、後述する各制御装置等の１４Ｖ負荷２２が接続されている。

車両には、車両の自動停止再始動制御を実行するアイドルストップ制御装置３０が搭載されており、このアイドルストップ制御装置３０には、エンジン１における周知の各種制御を実行するエンジン制御装置３１、主に３６Ｖバッテリ１６の充電状態、放電状態を管理するバッテリ監視装置３２、インバータ装置１１と接続されてモータジェネレータ１５の制御を行うモータジェネレータ制御装置３３等が、例えば、車両の通信ネットワークとしてＩＳＯの標準プロトコルの一つであるＣＡＮ（Controller Area Network）等により接続されて、後述の各センサで検出された値やスイッチ信号は、このＣＡＮを通じ、それぞれの制御装置で必要に応じて共有されている。

アイドルストップ制御装置３０には、ブレーキペダル４１の踏み込みストロークを検出するブレーキペダル踏み込み量センサ４２（ブレーキ油圧をセンシングするものでも良い）、アクセルペダル４３の踏み込みストロークを検出するアクセルペダル踏み込み量センサ４４が接続されている。また、アイドルストップ制御装置３０には、ハンドル角θHを検出するハンドル角センサ４５、車速Ｖを検出する車速センサ４６、選択されたシフトポジション（Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ、３速、２速、１速の各レンジ位置）を検出するシフトポジションスイッチ４７等が接続されている。また、エンジン制御装置３１には、図示はしないが、エンジン回転数センサ、アクセル開度センサ等の周知のセンサ類が接続されている。

アイドルストップ制御装置３０は、これらスイッチ、センサ類から得られる各情報を基に、エンジン１を自動停止する予め設定したエンジン自動停止条件が成立しているか否か判定し、エンジン自動停止条件が成立している場合には、エンジン１を自動停止させる信号をエンジン制御装置３１、モータジェネレータ制御装置３３に出力するようになっている。

また、アイドルストップ制御装置３０は、アイドルストップ状態の場合にエンジン自動停止条件が不成立の状態となったら、エンジン制御装置３１及びモータジェネレータ制御装置３３に信号を出力してインバータ装置１１によりモータジェネレータ１５を駆動させ、エンジン１を再始動させる。

ここで、エンジン自動停止条件とは、例えば、ブレーキペダル４１が踏み込まれ、アクセルペダル４３が踏まれておらず、シフトポジションがＰ、Ｎ、Ｄ、３速、２速、１速の何れかで、車速Ｖが略ゼロであり、且つ、バッテリ監視装置３２からアイドルストップの禁止指令がない場合である。

また、アイドルストップ制御装置３０は、予め設定しておいた回生条件（例えば、アクセルペダル４３が踏まれておらず、エンジン回転数ＮEが１０００rpm以上で、車速Ｖが４０km/h以上で、駆動系とエンジン１とが連結され燃料が消費されていない条件）が成立する場合には、バッテリ監視装置３２に対して回生指令を出力する。

また、バッテリ監視装置３２は、３６Ｖバッテリ１６の充電状態、放電状態を管理すべく、３６Ｖバッテリ１６におけるバッテリ温度ＴBaを検出するバッテリ温度センサ５１、バッテリ電圧ＶBaを検出するバッテリ電圧計５２、バッテリ電流ＩBaを検出するバッテリ電流計５３が接続されている。

バッテリ監視装置３２は、充電に際しては、モータジェネレータ１５の発電トルクを直接的に制御することなく、目標とする電圧値（目標電圧）ＶTGをモータジェネレータ制御装置３３に出力して充電を実行させるものであり、３６Ｖバッテリ１６は回生等により充電が行われるものであるため、通常は、予め設定しておいた７０％のバッテリ残存容量に相当する電圧値により充電が行われるようになっている。

また、バッテリ監視装置３２は、アイドルストップ制御装置３０から回生指令がある場合には、エンジン回転数とブレーキ踏力に応じて、エンジン回転数が高いほど、ブレーキ踏力が大きいほど高い目標電圧ＶTGを設定してモータジェネレータ制御装置３３に対して出力するようになっている。

また、バッテリ監視装置３２は、３６Ｖバッテリ１６の電圧値から３６Ｖバッテリ１６が過放電状態と判定される場合には、アイドルストップ制御装置３０に対してアイドルストップの禁止指令を出力し、更に、通常の充電電圧値よりも所定に高い電圧値で充電を実行する急速充電処理を実行して、放電状態を抑止させる。

更に、バッテリ監視装置３２は、３６Ｖバッテリ１６の電流値から３６Ｖバッテリ１６が過充電状態と判定される場合には、モータジェネレータ１５による発電をカットすることなく通常の充電電圧値よりも所定に低い電圧値を設定する充電休止処理を実行するようになっている。

モータジェネレータ制御装置３３は、アイドルストップ制御装置３０からエンジン１を自動停止させる信号（アイドルストップ指令）が入力され、バッテリ監視装置３２から目標電圧ＶTG、バッテリ電圧ＶBa、バッテリ電圧ＶBaに基づくバッテリ残存容量（バッテリＳＯＣ）とバッテリに対する指令状態（急速充電処理等）が入力され、また、アクセル開度、エンジン回転数、車速も入力される。

そして、モータジェネレータ１５が実行すべき制御を上述の各信号に従って決定し、これら制御に必要なパラメータをインバータ装置１１に出力する。具体的には、モータジェネレータ制御装置３３は、インバータ装置１１に対し、制御モードとして、停止時制御モード、定電圧発電制御モード、始動時制御（始動時最大トルク制御、始動時ゼロトルク制御、始動時発電制御）モード、急加速時制御（急加速時ゼロトルク制御、急加速時発電制御）モードの各モードを指令し、これら各制御モードに必要なパラメータ（モータジェネレータ１５のトルク、回転数、充電指令電圧ＶOD）を、演算、マッピングして求め出力する。また、インバータ装置１１からは、モータジェネレータ１５の状態量（モータジェネレータ１５のトルク、回転数、充電電圧）が入力される。

ここで、上述のモータジェネレータ制御装置３３により定められる制御モードとは、例えば、以下のような制御モードとなっている。

１．停止時制御モードは、モータジェネレータ１５が回転している場合には、ブレーキをかけてモータジェネレータ１５を停止させ、モータジェネレータ１５が停止している場合には、その停止状態を維持するモードとなっている。

２．始動時最大トルク制御モードは、エンジン再始動の信号が入力された際にエンジン１が始動するまで実行されるモードで、予め記憶しておいたモータジェネレータ１５のトルクと回転数のマップを参照して、モータジェネレータ１５の回転数に応じたトルクを発生させるようにインバータ装置１１に信号を出力して制御するモードである。

３．始動時ゼロトルク制御モードは、エンジン始動と判定した場合、要求負荷、すなわち、エンジン回転数とアクセル開度に応じて、予め設定しておいたマップを参照し、ゼロトルク時間を設定し、このゼロトルク時間が経過するまで、モータジェネレータ１５による駆動力発生と発電の両方を行わない制御のモードとなっている。尚、上述のゼロトルク時間は、アクセル開度が大きければ大きい程、また、エンジン回転数が小さければ小さい程、長い時間に設定される。

４．始動時発電制御モードは、上述の始動時ゼロトルク制御モード終了後、急にバッテリ監視装置３２で指令された充電電圧を設定することなく、段階的に充電電圧を上昇させる制御モードとなっている。

５．急加速時ゼロトルク制御は、車両が急加速状態と判定された場合、上述の始動時ゼロトルク制御モードと同様、要求負荷、すなわち、エンジン回転数とアクセル開度に応じて、予め設定しておいたマップを参照し、ゼロトルク時間を設定し、このゼロトルク時間が経過するまで、モータジェネレータ１５による駆動力発生と発電の両方を行わない制御のモードとなっている。

６．急加速時発電制御モードは、上述の急加速時ゼロトルク制御モード終了後、急にバッテリ監視装置３２で指令された充電電圧を設定することなく、段階的に充電電圧を上昇させる制御モードとなっている。

次に、モータジェネレータ１５とインバータ装置１１を中心とする接続回路について、図２を基に説明する。
インバータ装置１１は、インバータ制御部６１、インテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭと略称）６２、及び、界磁制御回路部６３を有して主要に構成されている。

インバータ制御部６１は、変換制御手段としてのものであり、ＩＰＭ６２の後述するＰ端子の回路上の電圧値、電流値、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９からの１４Ｖの低電圧系の電圧値、モータジェネレータ１５のＵ、Ｖ、Ｗ端子の何れか２端子の電圧値、電流値（ＩＰＭ６２を通じて入力）、モータジェネレータ１５のロータの回転位相を検出するレゾルバ６５からの回転位相信号等が入力される。

また、モータジェネレータ制御装置３３からは、前述の各制御モードや、これら各制御モードに必要なパラメータ（モータジェネレータ１５のトルク、回転数、充電指令電圧ＶOD）等が入力される。また、インバータ制御部６１からは、モータジェネレータ制御装置３３に対し、モータジェネレータ１５の状態量（モータジェネレータ１５のトルク、回転数、充電電圧）が出力される。

そして、上述の入力された各制御モードに応じて、入力された各部の電流（インバータ状態）、電圧、ロータ位相を基にＩＰＭ６２に対してゲート制御を実施させ、界磁制御回路部６３に対して界磁制御を実施させて入力された制御モードを実施させる。

また、インバータ制御部６１には、インバータ制御部６１が正常に作動していることを監視するため、界磁制御回路部６３の界磁制御部６３ａから所定時間毎に、予め設定しておいた数値が入力され、この入力された数値を予めメモリしておいた演算式により演算して界磁制御部６３ａに出力する。そして、この演算結果により、界磁制御部６３ａがインバータ制御部６１の正常か異常を判定するようになっている。界磁制御部６３ａがインバータ制御部６１が異常と判定した場合は、インバータ制御部６１によるＩＰＭ６２に対するゲート制御を切断し、ＩＰＭ６２に対して全てのゲートを閉じさせてＩＰＭ６２をモータジェネレータ１５による発電の整流作用のみの機能に強制的に移行させる。

そして、界磁制御部６３ａによって検出されたインバータ制御部６１の故障は、図示しないインストルメントパネルに設けたコンビネーションメータの警報ランプにてドライバに警報がなされるようになっている。

このフェイルセイフ機能により、インバータ制御部６１が故障した場合、車両はエンジン１の自動停止再始動の機能は失われるが、３６Ｖバッテリ１６と１２Ｖバッテリ２１に対する充電は引き続き実行されるので、故障が修理されるまでの車両の運転は確実に保障される。また、モータジェネレータ１５が不要な駆動力を発生することも確実に防止される。

また、インバータ制御部６１は、ＩＰＭ６２から温度、電流等の信号が入力されており、これら信号に基づき、ＩＰＭ６２の故障診断と保護制御を実行するようになっている。

ＩＰＭ６２は、変換手段として設けられているもので、複数のスイッチング素子とその駆動回路、及び、各種保護回路を１パッケージとして、設定された条件でＩＧＢＴ（Insurated Gate Bipolar Transistor）をドライブする周知のもので構成されている。Ｕ，Ｖ，Ｗの各３相インバータ端子は、モータジェネレータ１５と接続され、整流コンバータ平滑後の主電源端子の＋側の端子であるＰ端子が前述の４２Ｖ系の配線に接続され、−側の端子であるＮ端子がアース接続されている。そして、インバータ制御部６１からの信号によりゲート制御され、モータジェネレータ１５の駆動やモータジェネレータ１５による充電を実行させる。

界磁制御回路部６３は、界磁制御手段として設けられるもので、界磁制御部６３ａと、界磁回路部６３ｂを有して主要に構成されている。
界磁制御部６３ａは、インバータ制御部６１から、界磁電流指令が入力され、インバータ制御部６１に対して界磁電流をフィードバックする。こうして、インバータ制御部６１からの界磁電流指令に基づき界磁回路部６３ｂをＩＰＭ６２と協働して界磁電流を制御させる。すなわち、界磁制御部６３ａは、インバータ制御部６１からの指令で、界磁回路部６３ｂによりモータジェネレータ１５の界磁電流を調整、制御するものであり、モータジェネレータ１５のロータからでる磁束を増減させることで、モータジェネレータ１５の駆動時には出力トルクの調整を行い、モータジェネレータ１５による発電時には発電電圧の調整を行うようになっている。

また、界磁制御部６３ａは、上述の如くインバータ制御部６１を監視して、インバータ制御部６１の故障状態を検出すると、インバータ制御部６１によるＩＰＭ６２に対するゲート制御を切断し、ＩＰＭ６２に対して全てのゲートを閉じさせてＩＰＭ６２をモータジェネレータ１５による発電の整流作用のみの機能に強制的に移行させる。

界磁回路部６３ｂは、一方の入力端子はＩＰＭ６２のＰ端子に接続され、他方の入力端子はアース接続されて、上述のように界磁制御部６３ａからの信号により指令された界磁電流が得られるように界磁電流を調整する。

次に、インバータ装置１１の界磁制御部６３ａで実行される故障診断プログラムを図３のフローチャートで説明する。本プログラムは所定時間毎に繰り返し実行され、まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、インバータ装置１１のインバータ制御部６１が正常か否か、すなわち、界磁制御部６３ａがインバータ装置１１のインバータ制御部６１に出力した所定の数値に対し、インバータ制御部６１から正しい演算結果が入力されたか否か判定し、正しい演算結果が入力され、インバータ制御部６１が正常と判定できる場合には、Ｓ１０３にジャンプして、界磁制御を実行してプログラムを抜ける。

逆に、正しい演算結果が入力されず、インバータ制御部６１が異常と判定できる場合には、Ｓ１０２に進み、インバータ制御部６１によるＩＰＭ６２に対するゲート制御を切断し、ＩＰＭ６２に対して全てのゲートを閉じさせてＩＰＭ６２をモータジェネレータ１５による発電の整流作用のみの機能に強制的に移行させる。その後、Ｓ１０３に進んで、界磁制御を実行してプログラムを抜ける。

このように、本発明の実施の形態によれば、インバータ制御部６１は、界磁制御回路部６３の界磁制御部６３ａにより異常状態が監視され、界磁制御部６３ａがインバータ制御部６１の異常状態を検出すると、インバータ制御部６１によるＩＰＭ６２に対するゲート制御が切断され、界磁制御部６３ａはＩＰＭ６２に対して全てのゲートを閉じさせてＩＰＭ６２をモータジェネレータ１５による発電の整流作用のみの機能に強制的に移行させる機能を有しているので、たとえ、インバータ制御部６１が故障しても、車両はエンジン１の自動停止再始動の機能は失われるが、３６Ｖバッテリ１６と１２Ｖバッテリ２１に対する充電は引き続き実行されて、故障が修理されるまでの車両の運転は確実に保障される。また、モータジェネレータ１５が不要な駆動力を発生することも確実に防止される。

２つの異なる電圧系統を有する車両全体の概略説明図モータジェネレータとインバータ装置を中心とする接続回路に関する説明図インバータ装置の界磁制御部で実行される故障診断プログラムのフローチャート

符号の説明

１エンジン
１１インバータ装置
１５モータジェネレータ
１６３６Ｖバッテリ
１９ＤＣ−ＤＣコンバータ
２１１２Ｖバッテリ
３０アイドルストップ制御装置
３１エンジン制御装置
３２バッテリ監視装置
３３モータジェネレータ制御装置
６１インバータ制御部（変換制御手段）
６２ＩＰＭ（変換手段）
６３界磁制御回路部（界磁制御手段）
６３ａ界磁制御部
６３ｂ界磁回路部

代理人弁理士伊藤進

Claims

所定の駆動力発生と充電とが実行自在なモータジェネレータと、
上記モータジェネレータを作動制御するインバータ装置と、
を備えた車両の充電制御装置において、
上記インバータ装置は、少なくとも上記モータジェネレータからの交流電流を所定の電圧の直流電流に可変して出力自在な変換手段と、少なくとも上記変換手段の作動を制御する変換制御手段と、上記変換手段と協働して界磁制御を実行する界磁制御手段とを有し、
上記界磁制御手段は、上記変換制御手段の異常を検出した場合に、上記変換手段の機能を上記モータジェネレータからの交流電流を所定の電圧の直流電流に可変する整流機能のみに強制的に限定させることを特徴とする車両の充電制御装置。