JP2008211903A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータＭのインバータ２の昇温を防止することができる電気自動車を提供する。
【解決手段】 モータＭと、モータＭを駆動制御するための制御手段１と、制御手段１の温度を測定する温度測定手段２３と、温度測定手段２３により測定された温度に応じて警報を発する警報手段９とを有し、制御手段１は、少なくとも２以上の閾値により規定される３以上の温度状態を表す温度区分を設定し、３以上の温度区分から温度測定手段２３により測定された制御手段１の温度が属する一つの温度区分を決定し、警報手段９を、制御手段１の温度が属する温度区分に対応させて、出力状態を変化させて作動させることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気自動車に関するものであり、特にモータ回転数を制御するインバータの焼損を防止することができる電気自動車に関するものである。

従来、モータの回転数を制御するインバータの焼損を防ぐために、インバータに温度センサを設け、予め設定した温度閾値を超えるとモータを流れる電流を制限若しくは遮断してインバータを保護するものがある（例えば特許文献１）。
特開平５−６８３３１号公報

しかしながら、従来の方法のようにインバータの温度が上昇したことによってモータに流れる電流が遮断されると、電気自動車はインバータの温度が低下するまで停止を余儀なくされるという課題がある。そのため、このような事態が招来する前にインバータに流れる電流を低下させて、インバータの温度が上昇しないようにすることが必要である。

本発明は上記の課題を鑑みなされたものであり、インバータの温度が上昇しないようにインバータを流れる電流をインバータ温度状態に応じて制御し、かつ電気自動車の運転者に対してインバータの温度状態に応じて注意喚起を行い、アクセルの踏み込みを緩和するよう促すことができる電気自動車を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１は、モータと、前記モータを駆動制御するための制御手段と、前記制御手段の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段により測定された温度に応じて警報を発する警報手段とを有し、前記制御手段は、少なくとも２以上の閾値により規定される３以上の温度状態を表す温度区分を設定し、前記３以上の温度区分から前記温度測定手段により測定された前記制御手段の温度が属する一つの温度区分を決定し、前記警報手段を、前記制御手段の温度が属する前記温度区分に対応させて、出力状態を変化させて作動させることを特徴とする。

本発明の請求項２は、モータと、前記モータを駆動させるための信号を発生させるアクセル手段と、前記モータを駆動制御するための制御手段と、前記制御手段の温度を測定する温度測定手段とを有し、前記制御手段は、少なくとも２以上の閾値により規定される３以上の温度状態を表す温度区分を設定し、前記３以上の温度区分から前記温度測定手段により測定された前記制御手段の温度が属する一つの温度区分を決定し、前記アクセル手段の操作量に基づいて決定される前記モータに流す電流の大きさを前記制御手段の温度が属する前記温度区分に基づいて減少させるように制限し、前記制御手段の温度が属する前記温度区分が、前記制御手段が過熱されており前記モータの駆動を禁止する必要がある状態と規定された上限温度区分になった時に、前記アクセル手段の操作量に関わらず前記モータの駆動を禁止し、その後、前記制御手段の温度が属する前記温度区分が前記上限温度区分より低温の温度区分に変化し、かつ前記アクセル手段の操作量が０となった場合に、前記モータの駆動を行うことを許可することを特徴とする。

本発明の請求項３は請求項２の発明であって、前記温度測定手段により測定された温度に応じて警報を発する警報手段を更に有し、前記制御手段は、前記警報手段を前記制御手段の温度が属する前記温度区分に対応させて出力状態を変化させて作動させることを特徴とする。

本発明の請求項４は請求項１又は３の発明であって、前記警報手段は警告灯であり、前記制御手段は前記３以上の温度区分に応じて前記警報灯の点灯間隔を変化させて点灯させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、警報手段の出力によって電気自動車の運転者に制御手段の温度の状態を把握させることができるようになる。警報手段の出力は制御手段の温度状態に対応して変化し、運転者に与える刺激の強度が変化する。そのため、運転者は制御手段の温度状態を認識しながら運転操作を行うことができるようになり、制御手段の温度上昇を未然に防止し、温度上昇による破損を防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、アクセルの操作量に加えて制御手段の温度状態に応じてモータに流す電流の大きさを制御するため、運転者の操作とは別にモータに流す電流の大きさは制限されるようになる。それにより制御手段の温度上昇を防止することができ、制御手段の温度上昇による破損を防ぐことができる。また、制御手段の温度が過熱を防止すべき上限温度以上となった場合、つまりこのまま電気自動車の走行を継続すると温度上昇により制御手段が破損する虞がある温度以上となった場合には、モータは停止されるようになる。そして、モータが停止した状態から、制御手段の温度がモータの停止により低下した場合には、アクセル手段の出力が０であることを条件にモータの駆動制御の再開を許可するようにした。これにより、制御手段の温度低下に伴う電気自動車の急発進や、運転者が意図しないときの急発進を防止することができる。

請求項３の発明によれば、運転者に制御手段の温度状態を把握させることができるようになるため、請求項１の効果で説明したように運転操作の面からも制御手段の温度上昇を防止できるようになり、制御手段の温度上昇による破損を防ぐことができる。

請求項４の発明によれば、警告灯の点滅間隔により、電気自動車の運転者に視覚的に制御手段の温度状態を認識させることができるようになる。これにより、運転者に制御手段の温度が低下するような操作を促すことができ、制御手段の温度上昇による破損を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明実施形態に係る電気自動車のモータ及びモータ制御装置のブロック回路図である。図示例ではアウタロータ型のモータＭを用いており、そのアウタロータに車輪が取り付けられ電気自動車の駆動輪を構成する。なお、図示例では３相のブラシレスモータＭについて示しているが、一例であり、制御対象となるモータを限定するものではない。

図示例では、車載バッテリＢＴを電源とし、モータＭを制御する制御手段としての制御装置１が示されている。図に示されるように、バッテリＢＴに、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いたブリッジ回路が構成された駆動電流供給回路としてのインバータ２を介してモータＭの各相（Ｕ・Ｖ・Ｗ相）コイル５が接続されている。なお、特に断らない限り以下に示す各回路などは制御装置１内に設けられている。

バッテリＢＴとインバータ２とを接続する電源線には電流検出センサ２２が設けられており、電流検出センサ２２により検出された電流信号は電流検出回路１４に入力するようになっている。モータＭにはステータ３に対するロータ４の回転角度を検出する回転角度センサ２４が設けられており、その回転角度信号が回転角度検出回路１８に入力し、回転角度検出回路１８ではロータ４の回転位置及び回転数（回転速度）を算出する。

制御装置１の外部には電気自動車の所定の位置にアクセル手段として例えば踏み込み式のアクセル７が設けられている。アクセル７にはアクセル操作量を検出するための例えばポテンショメータからなる駆動センサが設けられており、アクセル操作量を電気的な信号に変換し、運転操作信号を出力する。また、アクセル手段は例えばソーラーカー等に用いられるような手で操作する回転式の出力つまみであっても良く、この場合は出力つまみの目盛りに応じてアクセル操作量が決定され、アクセル操作量に応じた運転操作信号が出力される。

また、制御装置１には、アクセル７からの運転操作信号が入力する運転操作入力回路１０と、運転操作入力回路１０からの出力信号が入力する出力電流指令回路１１と、出力電流指令回路１１および電流検出回路１４からの各出力信号が入力する電流比較回路１２と、運転操作入力回路１０と電流比較回路１２と後述するＤｕｔｙ限度値判定回路１６とからの各出力信号が入力する進角制御手段としての進角制御回路１５と、電流比較回路１２および進角制御回路１５からの出力信号が入力するデューティ決定手段としての出力Ｄｕｔｙ決定回路１３と、出力Ｄｕｔｙ決定回路１３からの出力信号が入力するデューティ判定手段としてのＤｕｔｙ限度値判定回路１６と、出力Ｄｕｔｙ決定回路１３と進角制御回路１５と回転角度検出回路１８からの出力信号に基づいてパルス幅変調されかつデューティ比に応じた制御信号としてのＰＷＭ信号をインバータ２に出力するパルス幅変調信号発生手段としてのＰＷＭ信号生成回路１７と、出力Ｄｕｔｙ決定回路１３からの出力信号が入力するデューティ判定手段としてのＤｕｔｙ９０％判定回路２１と、進角制御回路１５及びＤｕｔｙ９０％判定回路２１または外部に設けられたマニュアル操作手段としてのステータ位置操作手段８からの各出力信号に基づいてステータ３の位置を決めるステータ位置制御回路１９と、ステータ位置制御回路１９からのステータ位置信号に基づいてアクチュエータ６に駆動信号を出力するステータ位置移動制御手段としての位置駆動回路２０とが設けられている。

なお、Ｄｕｔｙ限界値判定回路１６にあっては、出力Ｄｕｔｙ決定回路１３からの出力信号によるデューティ比がデューティ限度値としての１００％に達したと判定したらその結果を進角制御回路１５に出力する。また、ステータ位置制御回路１９では、各入力信号の優先順位または組み合わせを設定して、それに応じてステータ位置信号を出力するようにして良い。また、各回路はＩＣを用いて構成されるものと、ＣＰＵのプログラム制御により構成されるものとを含むものであって良い。また、図示された回路名称及び信号線により理解される部分についてはその詳しい説明を省略する。

ステータ位置制御回路１９にてステータ３（コア）の設定位置（目標位置）を算出し、それに応じた位置制御信号が位置駆動回路２０からアクチュエータ６に出力され、アクチュエータ６によりステータ３（コア）を駆動しかつ上記目標位置で停止状態にする。これにより、ロータ４に設けられたマグネット（図示せず）の磁極面とステータ３（コア）のコイル５が巻かれたティース突出端面との重なり量（互いに対向する部分の面積；以下、対向面積と称する）が増減し、対向面積を通ることになる有効磁束が増減するため、モータＭの特性を、対向面積を大きくした場合には低回転・高トルク型とし、対向面積を小さくした場合には高回転・低トルク型とすることができる。

また、温度センサ２３が制御装置１のインバータ２に取り付けられる。制御装置１は温度センサ２３によって出力される信号が入力される温度検出回路２５と、運転操作入力回路からの出力信号及び温度検出回路２５によって出力される温度情報を有する信号が入力され、出力Ｄｕｔｙ決定回路１３に温度区分情報を有する出力信号を出力する設定値変更回路２６と、設定値変更回路２６によって入力される温度区分情報に基づいて、警報手段としてのＬＥＤ警告灯９を点灯制御する温度警告ＬＥＤ制御回路２７とを更に有する。

温度センサ２３は例えばサーミスタであり、インバータ２表面に直接又はインバータに設けられたヒートシンク（図示せず）に設けられる。本実施形態では警報手段ととしてＬＥＤ警告灯９を用いているが、ブザーやサイレン等の聴覚を刺激する警報手段やバイブレータのような触覚を刺激する警報手段等であっても良い。

次に、本発明に基づく電気自動車の制御要領を図２乃至図４を参照して以下に示す。図２は本実施形態に係る警告処理および駆動制限処理を行う制御フローを示す図であり、図３は図２の制御フローのサブルーチンを示すフロー図であって、本実施形態に係る温度監視処理を行う制御フロー図であり、図４は図２の制御フローのサブルーチンを示すフロー図であって、本実施形態に係るＤｕｔｙ算出処理を行う制御フロー図である。なお、運転操作信号に応じてＰＷＭ信号生成回路１７およびステータ位置制御回路１９、進角制御回路３７により、デューティ比および界磁の変更量、進角量を決定し、モータの加減速制御を行う点については、公知の可変界磁モータのＰＷＭ制御と同じであって良く、その詳しい説明を省略する。

図２に示す本実施形態に係る制御は、一定時間差分ごとに実施され、処理の内で設定された値は次回処理時に異なる値が設定され書き換えられるまで値を保持する。図２に示すように、警告処理および駆動制限処理を行う制御は、最初にステップＳＴ１の温度監視処理を行う。

温度監視処理における処理は設定値変更回路２６にて行われる。温度監視処理は図３に示すフロー図に沿って行われる。スタートするとステップＳＴ５で制御装置１の温度としてのインバータ２の温度が第１閾値より高いかを判定する。インバータ２の温度が第１閾値より高い場合にはステップＳＴ６に進み、低い場合にはステップＳＴ９に進む。制御装置１中で最も温度が上昇し、焼損する虞がある部分はインバータ２である。インバータ２の温度は、温度センサ２３によって測定され、出力された信号が温度検出回路２５で処理されることによって値となり、この値が設定値変更回路２６に入力され、判定される。判定の基準となる第１閾値は、この規定する温度以下であればインバータ２の温度は正常であるとすることができる値であり、例えば安定走行時には達することがない値に設定される。また、以下の判定で使用される第２閾値は第１閾値よりも高い値に設定され、インバータ２が相当高温になっており、このままの使用を継続すると温度がいずれインバータ２が破壊される温度に到達する虞がある状態を規定する値に設定され、第３閾値はインバータ２が第２閾値よりも高温であり、使用を直ちに停止しなければインバータ２が破壊される虞がある状態を規定する値に設定される。

ステップＳＴ９では、温度区分の設定を行う。温度区分はインバータ２の温度に応じて段階分けを行ったものである。本実施形態では３つの閾値によって規定される０，１，２，３の４段階と有し、数値が大きくなるにつれて高温状態を表しており、最も高温状態である温度区分３を上限温度区分とする。ここではインバータ２の温度が第１閾値以下であるため、温度区分は０に設定される。続いてステップＳＴ１２へと進む。

ステップＳＴ６では、インバータ２の温度が第２閾値より高いかを判定する。インバータ２の温度が第２閾値より高い場合にはステップＳＴ７に進み、低い場合にはステップＳＴ１０に進み温度区分は１に設定される。ステップＳＴ１０で温度区分を設定した後はステップＳＴ１２へと進む。

ステップＳＴ７では、インバータ２の温度が第３閾値より高いかを判定する。インバータ２の温度が第３閾値より高い場合にはステップＳＴ８に進み温度区分が３に設定され、低い場合にはステップＳＴ１１に進み温度区分が２に設定される。ステップＳＴ８および１１で温度区分を設定した後はステップＳＴ１２へと進む。

ステップＳＴ１２ではＴｏｕｔＧａｉｎが０であり、かつアクセル７がＯＮ状態であるかを判定する。ＴｏｕｔＧａｉｎは、出力デューティを制限する役割を有し、出力デューティ値を決定する際にアクセル操作量に基づく運転操作信号に基づいて算出されるデューティ目標値（ＴａｒｇｅｔＯｕｔ）に掛け合わせる値であり、０以上１以下の値である。ＴｏｕｔＧａｉｎは以下のステップＳＴ１３からステップＳＴ２３で決定され、ＴｏｕｔＧａｉｎの初期値は１である。ＴｏｕｔＧａｉｎは温度区分に応じて設定され、温度区分が０つまりインバータ２が正常な温度である場合にはＴｏｕｔＧａｉｎは１に設定され、温度区分が３つまりインバータ２が高温状態である場合にはＴｏｕｔＧａｉｎは０に設定される。従って高温になるほどＴｏｕｔＧａｉｎの値は小さくなり、出力デューティは制限されることになる。

ステップＳＴ１２は、前回の温度監視処理の時にインバータ２の温度が温度区分３の上限温度区分にあり、ＴｏｕｔＧａｉｎが０と設定された場合には、今回の温度監視処理によりインバータ２の温度が低下して温度区分が０乃至２の低位のレベルに変更されても、今回のＴｏｕｔＧａｉｎの設定時にアクセルがＯＦＦでない限りＴｏｕｔＧａｉｎが変更されないようにする処理である。仮にアクセルがＯＮ状態、つまり踏み込まれたままの状態でＴｏｕｔＧａｉｎが０から１に変更されるとすると、ＴｏｕｔＧａｉｎの変更に伴い、出力デューティが急に発生するため電気自動車が急発進し危険である。また、電気自動車の運転者はＴｏｕｔＧａｉｎが変更されるタイミングを認識することができないため意図しないときに電気自動車が急発進することになる。これらを防ぐために本ステップでの処理によりＴｏｕｔＧａｉｎを０から他の値に変更するときはアクセルがＯＦＦであることを要求する。ＴｏｕｔＧａｉｎが０であり、かつアクセルがＯＮ状態である場合にはエンドへと進み、それ以外の場合はステップＳＴ１３に進む。

ステップＳＴ１３では温度区分が０であるかを判定する。温度区分が０である場合にはステップＳＴ１８に進みＴｏｕｔＧａｉｎに１を設定し、続いてステップＳＴ１９へ進み警告ＬＥＤ点灯パターンに０を設定する。警告ＬＥＤ点灯パターンは、警告ＬＥＤの制御方法を規定するものであって、例えば点灯間隔が規定されている。本実施形態では温度区分の４段階に対応するよう警告ＬＥＤパターンも４段階とし、各段階により点灯間隔を変更して規定している。例えば、警告ＬＥＤパターンが０の場合は点灯を停止し、警告ＬＥＤパターンが１の場合は点灯を点滅させ、警告ＬＥＤパターンが２の場合は警告ＬＥＤパターンが１の場合に比べて点滅速度を速くして点滅させ、警告ＬＥＤパターンが３の場合は点灯し続けるといったように設定されている。警告ＬＥＤパターンを設定した後はエンドへと進む。ステップＳＴ１３で温度区分が０でない場合にはステップＳＴ１４に進む。

ステップＳＴ１４では温度区分が１であるかを判定する。温度区分が１である場合にはステップＳＴ２０に進みＴｏｕｔＧａｉｎに１／２を設定し、続いてステップＳＴ２１へ進み警告ＬＥＤ点灯パターンに１を設定し、エンドへと進む。温度区分が１でない場合にはステップＳＴ１５に進む。

ステップＳＴ１５では温度区分が２であるかを判定する。温度区分が２である場合にはステップＳＴ２２に進みＴｏｕｔＧａｉｎに１／４を設定し、続いてステップＳＴ２３へ進み警告ＬＥＤ点灯パターンに２を設定し、エンドへと進む。温度区分が２でない場合にはステップＳＴ１６に進みＴｏｕｔＧａｉｎに０を設定し、続いてステップＳＴ１７へ進み警告ＬＥＤ点灯パターンに３を設定し、エンドへと進む。

エンドに到達すると、サブルーチンである温度監視制御を終了し、図２に示すフロー図のステップＳＴ２へと進む。

ステップＳＴ２では警告ＬＥＤ点灯制御を行う。ここでの制御は、温度警告ＬＥＤ制御回路２７で行われ、上記の温度監視処理で設定された警告ＬＥＤ点灯パターンを設定値変更回路２６から受け取り、警告ＬＥＤ点灯パターンの値に応じてＬＥＤ警告灯９を点灯させる。続いてステップＳＴ３へと進む。

ステップＳＴ３では出力デューティを算出する処理を行う。出力デューティの算出は図４に示される出力デューティ算出処理フローに従って行われる。この処理は出力Ｄｕｔｙ決定回路１３で行われる。ステップＳＴ２４では、運転操作信号よりデューティ目標値（ＴａｒｇｅｔＯｕｔ）を算出する。運転操作信号はアクセル７の操作量を大きさに応じて電気信号へと変換した信号であり、これを０乃至１００％の値で表されるデューティ目標値へと変換する。続いてステップＳＴ２５へと進む。

ステップＳＴ２５では、設定値変更回路２６から受け取る上記の温度監視処理により設定されたＴｏｕｔＧａｉｎと、ステップＳＴ２５で算出されたＴａｒｇｅｔＯｕｔとから出力Ｄｕｔｙを算出する。算出は次の式で行う。

（出力デューティ）＝ＴａｒｇｅｔＯｕｔ Ｘ ＴｏｕｔＧａｉｎ
出力デューティが決定されたらＤｕｔｙ算出処理を終了し、図２のステップＳＴ４へと進む。

ステップＳＴ４では上記のデューティ算出処理により算出された出力デューティに基づいてＰＷＭ信号を生成し、モータＭを駆動させる。上述したように、ＰＷＭ制御によるモータの駆動制御は公知の可変界磁モータのＰＷＭ制御と同じであって良く、その詳しい説明は省略する。

このように制御することにより、インバータ２の温度に応じたＴｏｕｔＧａｉｎによって出力Ｄｕｔｙが制限されるため、電気自動車の運転者が意図するよりも小さい出力しか発生しなくなり、インバータ２を流れる電流は低下し、温度上昇は緩和される。また、ＬＥＤ警報灯といった警報装置により運転者にインバータ２の温度状態に応じた警告を与えることによって、運転者にアクセルの踏み込みを緩和する等のインバータ２の温度を低下させる操作を促すことができ、インバータ２の焼損および温度上昇に伴う電気自動車の走行停止を未然に防止することができる。

上記の実施形態は例示であり、発明の範囲を限定するものではない。例えば、警報手段は、警告灯の点滅間隔が変化するものに限られず、色の異なる複数のＬＥＤ等の警告灯のいずれかを選択して点灯させるものであっても良い。その他、様々な変更が発明の範囲内に含まれる。

本発明の実施形態に係る電気自動車のモータ及びモータ制御装置のブロック回路図である。 本発明の実施形態に係る警告処理および駆動制限処理を行う制御フローを示す図である。 本発明の実施形態に係る温度監視処理を行う制御フローである。 本発明の実施形態に係るＤｕｔｙ算出処理を行う制御フローである。

符号の説明

１ 制御装置
３ ステータ
４ ロータ
７ アクセル
９ ＬＥＤ警告灯
１０ 運転操作入力回路
１１ 出力電流指令回路
１３ 出力Ｄｕｔｙ決定回路
１６ Ｄｕｔｙ限界値判定回路
１７ ＰＷＭ信号生成回路
２３ 温度センサ
２５ 温度検出回路
２６ 設定値変更回路
２７ 温度警告ＬＥＤ制御回路
ＢＴ バッテリ
Ｍ モータ

Claims (4)

1. モータと、
   前記モータを駆動制御するための制御手段と、
   前記制御手段の温度を測定する温度測定手段と、
   前記温度測定手段により測定された温度に応じて警報を発する警報手段とを有し、
   前記制御手段は、
   少なくとも２以上の閾値により規定される３以上の温度状態を表す温度区分を設定し、
   前記３以上の温度区分から前記温度測定手段により測定された前記制御手段の温度が属する一つの温度区分を決定し、
   前記警報手段を、前記制御手段の温度が属する前記温度区分に対応させて、出力状態を変化させて作動させることを特徴とする電気自動車。
2. モータと、
   前記モータを駆動させるための信号を発生させるアクセル手段と、
   前記モータを駆動制御するための制御手段と、
   前記制御手段の温度を測定する温度測定手段とを有し、
   前記制御手段は、
   少なくとも２以上の閾値により規定される３以上の温度状態を表す温度区分を設定し、
   前記３以上の温度区分から前記温度測定手段により測定された前記制御手段の温度が属する一つの温度区分を決定し、
   前記アクセル手段の操作量に基づいて決定される前記モータに流す電流の大きさを前記制御手段の温度が属する前記温度区分に基づいて減少させるように制限し、
   前記制御手段の温度が属する前記温度区分が、前記制御手段が過熱されており前記モータの駆動を禁止する必要がある状態と規定された上限温度区分になった時に、前記アクセル手段の操作量に関わらず前記モータの駆動を禁止し、その後、前記制御手段の温度が属する前記温度区分が前記上限温度区分より低温の温度区分に変化し、かつ前記アクセル手段の操作量が０となった場合に、前記モータの駆動を行うことを許可することを特徴とする電気自動車。
3. 前記温度測定手段により測定された温度に応じて警報を発する警報手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記警報手段を前記制御手段の温度が属する前記温度区分に対応させて出力状態を変化させて作動させることを特徴とする請求項２に記載の電気自動車。
4. 前記警報手段は警告灯であり、
   前記制御手段は前記３以上の温度区分に応じて前記警報灯の点灯間隔を変化させて点灯させることを特徴とする請求項１又は３に記載の電気自動車。

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