JP2007129823A

JP2007129823A - モータジェネレータ用の電源システムの試験に適した電源試験システム

Info

Publication number: JP2007129823A
Application number: JP2005319932A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Matsuda; 清一松田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2007-05-24

Abstract

【課題】安定した電源試験システムを提供する。
【解決手段】負荷３０と、ＥＣＵ２２により制御されるＰＣＵ２０を介して負荷３０に接続される電源１０と、外部コントローラ６０からトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＯＭ）を受けて、トルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＯＭ）をＥＣＵ２２で処理可能な形式のトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）に変換して出力する擬似制御部４０とを備え、ＥＣＵ２２は、擬似制御部４０から受信したトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）に応じてＰＣＵ２０を制御すると共に、負荷３０の負荷電流及び負荷電圧を調整するために用いられる負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＡＮ）をトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）に応じて決定して擬似制御部４０へ出力し、擬似制御部４０は、ＥＣＵ２２から取得した負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＡＮ）を負荷３０で処理可能な形式の負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＯＭ）に変換して出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータジェネレータ用の電源システムの特性把握や調整のための試験に適した電源試験システムに関する。

モータジェネレータを備えたシステムの開発では、モータジェネレータを擬似的に模擬することができるモータシミュレータ（ＭＴＳ）や電子負荷を電源システムに接続して電源システムの特性の把握及び調整を行う方法が用いられている。

例えば、特許文献１には、被試験用インバータを備えた電源システムの試験システムであって、被試験用インバータに並列に設けられ、負荷（モータジェネレータ）の運転を模擬した電流を出力する負荷コントロール用インバータを用いて負荷コントロール用インバータの出力電圧の位相を制御することによってリアクトルに流れる電流を変化させ、負荷の運転モードに応じた模擬電流を被試験用インバータより出力させる試験システムが開示されている。

特開２０００−６９７６５号公報

従来の試験システムでは、外部コントローラから擬似制御部を介して電源システムに含まれるインバータ回路等のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）へトルク指令を出力すると共に、トルク指令に応じて予め設定された負荷電流及び負荷電圧を調整するための負荷調整信号を外部コントローラからモータシミュレータ（ＭＴＳ）や電子負荷に対して直接出力することによって、電源システムの出力に合わせたモータシミュレータ（ＭＴＳ）や電子負荷の負荷制御を行っていた。

しかしながら、このような従来システムでは、トルク指令に応じて時々刻々と変化する電源システムの出力に対応させてモータシミュレータ（ＭＴＳ）や電子負荷を即時に制御することができない。また、電源システムの状態に応じて負荷電流及び負荷電圧を調整するための信号を生成し、モータシミュレータ（ＭＴＳ）や電子負荷へ出力する必要があるが、これらの処理には時間が掛かり、電源システムの温度等が急上昇した場合等においてモータシミュレータ（ＭＴＳ）や電子負荷の負荷調整が間に合わず、システム全体が停止してしまう問題があった。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題の少なくとも１つを解決すべく、モータジェネレータ用の電源システムの特性把握や調整のためのシミュレーションに適した電源試験システムを提供することを目的とする。

本発明は、負荷調整信号に応じて負荷電流及び負荷電圧が制御される負荷と、電子制御ユニットにより制御されるパワーコントロールユニットを介して前記負荷に接続される電源と、外部コントローラからトルク指令信号を受けて、前記トルク指令信号を前記電子制御ユニットで処理可能な形式の信号に変換して前記電子制御ユニットへ出力する擬似制御部と、を備えた電源試験システムであって、前記電子制御ユニットは、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に応じて前記パワーコントロールユニットを制御すると共に、前記負荷の負荷電流及び負荷電圧を調整するために用いられる負荷調整信号を前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に応じて決定して前記擬似制御部へ出力し、前記擬似制御部は、前記電子制御ユニットから取得した負荷調整信号を前記負荷で処理可能な形式の信号に変換して前記負荷へ出力することを特徴とする。

前記擬似制御部を介して、前記電子制御ユニットから前記負荷へ負荷調整信号を直接出力することによって従来に比べて高い反応速度で電源システムを制御することができ、電源試験を安定して行うことができる。また、前記外部コントローラからはトルク指令信号を入力するだけで安定した電力調整を行うことができる。

ここで、前記電子制御ユニットは、トルク指令信号の値に目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップを参照して、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に対応する目標負荷電流及び目標負荷電圧を前記負荷調整信号として出力することが好適である。

また、前記電子制御ユニットは、トルク指令信号の値及び前記電源又は前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量の組に目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップを参照して、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号及び前記電源又は前記パワーコントロールユニットから取得した前記電源又は前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量に対応する目標負荷電流及び目標負荷電圧を前記負荷調整信号として出力することも好適である。

このように前記電子制御ユニットにおいて前記電流・電圧マップを参照することによって、前記外部コントローラを介さず前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に対応する目標負荷電流及び目標負荷電圧を前記負荷調整信号として前記負荷へ出力することができる。これによって、従来に比べて高い反応速度で電源システムを制御することができ、電源試験を安定して行うことができる。

ここで、前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量は、前記パワーコントロールユニットに含まれる半導体素子の温度であることが好適である。

電源システムを模擬動作させる場合、前記パワーコントロールユニットに含まれる半導体素子の温度が急激に変化することによって、前記負荷の負荷電流及び負荷電圧の調整が時間的に対応できず、電源試験システムがシステムダウンしてしまうことが多い。前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量として前記パワーコントロールユニットに含まれる半導体素子の温度を用いることによって、前記外部コントローラを介することなく、前記パワーコントロールユニットに含まれる半導体素子の温度の変化に応じて前記負荷へ負荷調整を迅速に行うことができる。したがって、電源試験を安定して行うことができる。

本発明によれば、外部コントローラからトルク指令信号を一旦入力すれば、外部コントローラを介さず従来に比べて迅速に負荷調整を行うことができる。その結果、安定した電源試験を行うことができる。

本実施の形態における電源試験システム１００は、図１に示すように、電源１０、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）２０、モータシミュレータ（ＭＴＳ）３０、擬似制御部４０、レゾルバ５０及び外部コントローラ６０を含んで構成される。

電源試験システム１００は、外部コントローラ６０から入力されるトルク指令信号及び電源１０及びＰＣＵ２０の状態を示す特徴量に応じて電源１０、ＰＣＵ２０、ＭＴＳ３０を制御しつつ、電源システムの開発・調整のためのデータを取得する等のシミュレーションを行う。なお、本実施の形態では、コンピュータで一般的に使用される形式のデータを（ＣＯＭ）で示し、電源システムで一般的に使用される形式のデータを（ＣＡＮ）で示す。

電源１０は、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される発電器であり、電源試験システム１００における試験対象となる。電源１０としては、例えば、燃料電池、２次電池等が挙げられる。ＰＣＵ２０に含まれる電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２によって電源１０の力行及び回生の状態が制御される。ＰＣＵ２０を介して、ＭＴＳ３０へ電力を供給してモータとして機能させたり（力行）、ＭＴＳ３０がジェネレータとして機能した場合にＭＴＳ３０から電力を受けて充電を行ったりする（回生）。

ＰＣＵ２０は、整流器（図示しない）、インバータ回路（図示しない）及び電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２を含んで構成される。電源１０とＭＴＳ３０とはＰＣＵ２０を介して接続され、ＰＣＵ２０に含まれる整流器及びインバータ回路等をＥＣＵ２２によって制御することで電源１０とＭＴＳ３０との間で電力がやり取りされる。

ＥＣＵ２２は、電源１０及びＰＣＵ２０の状態を示す特徴量（データＤ（ＣＡＮ））を測定し、データＤ（ＣＡＮ）を擬似制御部４０へ出力する。電源１０の状態を示す特徴量としては、例えば、電源１０の出力電圧、出力電流、温度等が挙げられる。また、ＰＣＵ２０の状態を示す特徴量としては、例えば、インバータ回路に含まれる半導体素子の温度、スイッチング周波数等が挙げられる。

また、ＥＣＵ２２は、擬似制御部４０からトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）を受けて、そのトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）及び電源１０又はＰＣＵ２０の状態を示すデータＤ（ＣＡＮ）に応じた目標負荷電流及び目標負荷電圧を決定し、ＭＴＳ３０に目標負荷電流及び目標負荷電圧で定まる電力を供給するように整流器及びインバータ回路等を制御する。

具体的には、ＥＣＵ２２の内蔵メモリに、擬似制御部４０から受信されると予想される複数のトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）の値及び電源１０又はＰＣＵ２０の状態を示すデータＤ（ＣＡＮ）の値の組み合わせ毎にそれぞれ目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップを予め格納及び保持しておくことが好適である。ＥＣＵ２２は、擬似制御部４０からトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）を受信すると、電流・電圧マップを参照して、受信したトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）及び電源１０及びＰＣＵ２０の状態を示すデータＤ（ＣＡＮ）の組に対応付けられた目標負荷電流及び目標負荷電圧を抽出する。ＥＣＵ２２は、抽出された目標負荷電流及び目標負荷電圧に基づいて整流器及びインバータ回路等を制御し、電源１０からＭＴＳ３０へ供給される電力を調整する。

例えば、ＰＣＵ２０の状態を示すデータＤ（ＣＡＮ）としてＰＣＵ２０に含まれるインバータ回路の半導体素子の温度を取得すると、ＥＣＵ２２の内蔵メモリに擬似制御部４０から受信されると予想される複数のトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）の値及びインバータ回路の半導体素子の温度を示すデータＤ（ＣＡＮ）の値の組み合わせ毎にそれぞれ目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップ（図２）を予め格納及び保持しておくことによって、ＥＣＵ２２は、擬似制御部４０からトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）を受信すると、電流・電圧マップを参照して、受信したトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）及びインバータ回路の半導体素子の温度を示すデータＤ（ＣＡＮ）の組に対応付けられた目標負荷電流及び目標負荷電圧を抽出し、抽出された目標負荷電流及び目標負荷電圧に基づいて整流器及びインバータ回路等を制御し、電源１０からＭＴＳ３０へ供給される電力を調整する。

また、ＥＣＵ２２は、レゾルバ５０からレゾルバ信号Ｓ_Ｒ（ＣＡＮ）を受信して、そのレゾルバ信号Ｓ_Ｒ（ＣＡＮ）に応じたスイッチング周波数でインバータ回路をスイッチングさせてＭＴＳ３０の回転周波数を制御する。

さらに、ＥＣＵ２２は、擬似制御部４０から受けたトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）及び電源１０又はＰＣＵ２０の状態を示すデータＤ（ＣＡＮ）に応じて、ＭＴＳ３０の負荷を調整するための負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＡＮ）を生成して擬似制御部４０へ出力する。

具体的には、ＥＣＵ２２は、受信したトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）及び電源１０又はＰＣＵ２０の状態を示すデータＤ（ＣＡＮ）に応じてＭＴＳ３０の消費電力を調整するために、電流・電圧マップを参照してトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）及び電源１０又はＰＣＵ２０の状態を示すデータＤ（ＣＡＮ）の組に対応付けられた目標負荷電流及び目標負荷電圧を負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＡＮ）として擬似制御部４０へ出力する。

例えば、上記のようにＰＣＵ２０の状態を示すデータＤ（ＣＡＮ）としてＰＣＵ２０に含まれるインバータ回路の半導体素子の温度を取得すると、ＥＣＵ２２の内蔵メモリに擬似制御部４０から受信されると予想される複数のトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）の値及びインバータ回路の半導体素子の温度を示すデータＤ（ＣＡＮ）の値の組み合わせ毎にそれぞれ目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップ（図２）を予め格納及び保持しておくことによって、ＥＣＵ２２は、擬似制御部４０からトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）を受信すると、電流・電圧マップを参照して、受信したトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）及びインバータ回路の半導体素子の温度を示すデータＤ（ＣＡＮ）の組に対応付けられた目標負荷電流及び目標負荷電圧を抽出し、抽出された目標負荷電流及び目標負荷電圧を負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＡＮ）として擬似制御部４０へ出力する。

ＭＴＳ３０は、実際にハイブリッド自動車等に搭載されるモータジェネレータを模擬する機能を果たす。ＭＴＳ３０は、擬似用モータジェネレータ、負荷用インバータ回路及び制御部を含んで構成される（図示しない）。ＭＴＳ３０の制御部は、負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＯＭ）を受けて、受信された負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＯＭ）によって示される目標負荷電流及び目標負荷電圧に応じた電力が擬似用モータジェネレータにおいて消費されるように負荷用インバータ回路を制御する。また、レゾルバ５０からレゾルバ信号Ｓ_Ｒ（ＣＯＭ）を受けて、擬似用モータジェネレータの回転をレゾルバ信号Ｓ_Ｒ（ＣＯＭ）で示される周波数に同期させる。さらに、ＭＴＳ３０の制御部は、擬似用モータジェネレータの状態を示す特徴量（データ）を取得して、データＤ（ＣＯＭ）として擬似制御部４０へ出力してもよい。

擬似制御部４０は、外部コントローラ６０からトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＯＭ）を受信する。受信されたトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＯＭ）はコンピュータで使用される形式で表されているので、擬似制御部４０は、ＥＣＵ２２で解釈可能なＣＡＮ形式で表現されたトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＡＮ）に変換してＥＣＵ２２へ出力する。また、擬似制御部４０は、ＥＣＵ２２から負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＡＮ）を受信する。受信された負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＡＮ）は電源システムで使用される形式で表されているので、擬似制御部４０は、ＭＴＳ３０の制御部（コンピュータ）で解釈可能な形式で表現された負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＯＭ）に変換してＭＴＳ３０へ出力する。また、擬似制御部４０は、ＥＣＵ２２から電源１０及びＰＣＵ２０の状態を示す特徴量（データ）を測定して得られたデータＤ（ＣＡＮ）を受信して、データＤ（ＣＡＮ）を外部コントローラ６０（コンピュータ）で解釈可能な形式で表現されたＤ（ＣＯＭ）に変換して外部コントローラ６０へ出力する。さらに、ＭＴＳ３０の制御部からデータＤ（ＣＯＭ）を受信した場合には、そのデータＤ（ＣＯＭ）を外部コントローラ６０へ出力してもよい。

レゾルバ５０は、外部コントローラ６０からＭＴＳ３０の回転周波数を示すレゾルバ信号Ｓ_Ｒ（ＣＯＭ）を受けて、ＥＣＵ２２で解釈可能なＣＡＮ形式で表現されたレゾルバ信号Ｓ_Ｒ（ＣＡＮ）に変換してＥＣＵ２２へ出力する。また、レゾルバ５０は、レゾルバ信号Ｓ_Ｒ（ＣＯＭ）をＭＴＳ３０の制御部へ出力する。

外部コントローラ６０は、ユーザからの入力等に基づいて、トルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＯＭ）を擬似制御部４０へ出力する。外部コントローラ６０から出力されるトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＯＭ）は一般的なコンピュータで解釈可能な形式で表現された信号である。また、外部コントローラ６０は、ユーザからの入力等に基づいて、レゾルバ信号Ｓ_Ｒ（ＣＯＭ）をレゾルバ５０へ出力する。外部コントローラ６０からレゾルバ信号Ｓ_Ｒ（ＣＯＭ）も一般的なコンピュータで解釈可能な形式で表現された信号である。さらに、外部コントローラ６０は、擬似制御部４０から出力される電源１０，ＰＣＵ２０及びＭＴＳ３０の状態を示すデータＤ（ＣＯＭ）を受信し、内蔵する表示部（図示しない）等を用いてデータＤ（ＣＯＭ）をユーザに呈示する。これによって、電源試験システム１００におけるシミュレーションによって得られた電源システムの状態をユーザに呈示することができる。

以上のように、本実施の形態における電源試験システム１００では、外部コントローラ６０からトルク指令信号Ｓ_Ｔ（ＣＯＭ）を一旦入力すれば、擬似制御部４０を介してＥＣＵ２２とＭＴＳ３０との間で負荷調整のための負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＡＮ）及びＳ_Ｌ（ＣＯＭ）が伝達され、外部コントローラ６０を介さずに電源１０の出力に応じたＭＴＳ３０の負荷調整を迅速に行うことができる。その結果、安定した電力制御を行うことができる。

また、電源システムを模擬運転させる場合、ＥＣＵ２２においてＰＣＵ２０に含まれる半導体素子の温度をデータＤ（ＣＡＮ）として取得し、負荷調整信号Ｓ_Ｌ（ＣＡＮ）を決定するために用いることによって、ＰＣＵ２０に含まれる半導体素子の温度が急激に変化することによって電源試験システム１００がシステムダウンしてしまうことを防ぐことができる。すなわち、外部コントローラ６０を介することなく、半導体素子の温度の影響をＭＴＳ３０へ伝達することによって負荷調整を迅速に行うことができ、電源試験を安定して行うことができる。

なお、本実施の形態では、電源１０又はＰＣＵ２０の状態を示すデータＤ（ＣＡＮ）としてＰＣＵ２０に含まれる半導体素子の温度を例に説明を行ったがこれに限定されるものではない。他の特徴量を用いた場合においても負荷調整を迅速に行うことが可能となり、電源試験を安定して行うことができる。また、本実施の形態では、擬似負荷としてモータシミュレータ（ＭＴＳ）を用いたがこれに限定されるものではなく、負荷が調整可能な電子負荷等を用いることもできる。

本発明の実施の形態における電源試験システムの構成を示す図である。本発明の実施の形態における電流・電圧マップの例を示す図である。

符号の説明

１０電源、２０パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、２２電子制御ユニット（ＥＣＵ）、３０モータシミュレータ（ＭＴＳ）、４０擬似制御部、５０レゾルバ、６０外部コントローラ、１００電源試験システム。

Claims

負荷調整信号に応じて負荷電流及び負荷電圧が制御される負荷と、
電子制御ユニットにより制御されるパワーコントロールユニットを介して前記負荷に接続される電源と、
外部コントローラからトルク指令信号を受けて、前記トルク指令信号を前記電子制御ユニットで処理可能な形式の信号に変換して前記電子制御ユニットへ出力する擬似制御部と、
を備えた電源試験システムであって、
前記電子制御ユニットは、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に応じて前記パワーコントロールユニットを制御すると共に、前記負荷の負荷電流及び負荷電圧を調整するために用いられる負荷調整信号を前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に応じて決定して前記擬似制御部へ出力し、
前記擬似制御部は、前記電子制御ユニットから取得した負荷調整信号を前記負荷で処理可能な形式の信号に変換して前記負荷へ出力することを特徴とする電源試験システム。
請求項１に記載の電源試験システムにおいて、
前記電子制御ユニットは、トルク指令信号の値に目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップを参照して、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に対応する目標負荷電流及び目標負荷電圧を前記負荷調整信号として出力することを特徴とする電源試験システム。
請求項１に記載の電源試験システムにおいて、
前記電子制御ユニットは、トルク指令信号の値及び前記電源又は前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量の組に目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップを参照して、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号及び前記電源又は前記パワーコントロールユニットから取得した前記電源又は前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量に対応する目標負荷電流及び目標負荷電圧を前記負荷調整信号として出力することを特徴とする電源試験システム。
請求項３に記載の電源試験システムにおいて、
前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量は、前記パワーコントロールユニットに含まれる半導体素子の温度であることを特徴とする電源試験システム。