JP2008312400A

JP2008312400A - 回転電機の制御装置及び車両の駆動装置

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Publication number: JP2008312400A
Application number: JP2007159401A
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Inventors: Shiho Izumi; 泉　　枝穂; Satoru Kaneko; 金子　　悟; Hideki Miyazaki; 英樹宮崎; Yutaka Takaku; 豊高久
Original assignee: Hitachi Ltd
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Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
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Abstract

【課題】バッテリの充放電電力の瞬時変動によるバッテリへの影響を低減できる回転電機の制御装置及び車両の駆動装置を提供することにある。
【解決手段】交流モータ４は、車輪２を駆動するとともに、バッテリ９の電力により駆動される。モータコントローラ１００の瞬時変動検知部１５０は、バッテリ９の電流または電圧の瞬時変動を検知する。電流指令演算部１１０は、瞬時変動検知部１５０により瞬時変動が検知されると、交流モータ４の内部損失を増加させるように、内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４を用いて、交流モータ４への電流指令値を変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機の制御装置及び車両の駆動装置に係り、特に、ハイブリッド車に用いられる回転電機を制御するに好適な回転電機の制御装置及び車両の駆動装置に関する。

少なくともモータによって車輪が駆動される電気自動車やハイブリッド自動車では、車両速度を制御する際や車両を制動する際に、減速制御時のエネルギーを有効に活用する方策として、駆動用電動機を回生動作させて制動力を発生し、この際に発生する回生エネルギーをバッテリーに蓄積する。しかし、回生エネルギーを吸収するためのバッテリの充電状態が満充電に近い場合、車輪の駆動力による回生電力をバッテリで受容できない場合がある。

そこで、バッテリへの電力の受け入れが制限されている場合には、発電機のトルクを変化させずに発電量を低下させるために、電流の位相を変化させて発電効率を下げるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１５２４０９号公報

しかしながら、特許文献１記載のものは、バッテリの充電状態が満充電に近い場合のように、バッテリの受け入れが制限されている場合の制御方法を開示するのみである。

一方、車両への突発的な外乱、例えば車輪がスリップしたときには、急な回生電力が生じて充電側に瞬時の電流変動または電圧変動が生じ、バッテリの寿命を縮める可能性がある。また、車輪がスリップ状態からグリップ状態に復帰したときには、バッテリからの放電電力が瞬時に変動し、バッテリの寿命を縮める可能性がある。このように、車両への突発的な外乱により、バッテリの充放電電力（充放電電流または充放電電圧）が瞬時変動をした場合には、バッテリの寿命を縮める恐れがあるという問題がある。また、車両への突発的な外乱は、運転者の意図とは異なる瞬時変動でもあるので、運転者の意図とは異なる瞬時変動により、バッテリの寿命を縮める恐れがあるという問題がある。

本発明の目的は、バッテリの充放電電力の瞬時変動によるバッテリへの影響を低減できる回転電機の制御装置及び車両の駆動装置を提供することにある。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、前記バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知する瞬時変動検知部と、前記瞬時変動検知部により瞬時変動が検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、を備えるようにしたものである。
かかる構成により、バッテリの充放電電力の瞬時変動によるバッテリへの影響を低減し得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記瞬時変動検知部は、前記回転電機が発電機として動作しているとき、現在のバッテリへの充電電力と、前記回転電機の回転数変化とから算出される所定時間後のバッテリへの充電電力により、電圧上昇後のバッテリ電圧を求め、この電圧上昇後のバッテリ電圧から瞬時変動を検知するようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、請求項１記載の回転電機の制御装置において、前記瞬時変動検知部は、前記回転電機が発電機として動作しているとき、現在のバッテリへの充電電力と、前記回転電機の回転数変化とから算出される所定時間後のバッテリへの充電電力により、バッテリ電流を求め、このバッテリ電流から瞬時変動を検知するようにしたものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記瞬時変動検知部は、前記回転電機が発電機として動作しているとき、前記回転電機の回転数変化から、バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知するようにしたものである。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記瞬時変動検知部は、前記回転電機が発電機として動作しているとき、前記バッテリの蓄電容量と、前記バッテリの開路電圧の変化率と、前記バッテリの温度とから、バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知するようにしたものである。

（６）上記（１）において、好ましくは、前記バッテリには、前記回転電機とは独立に備えられ、エンジンにより駆動される発電機の発電電力が充電されるものであり、前記瞬時変動検知部は、前記回転電機が電動機として動作しているとき、前記回転電機により駆動される駆動輪がスリップした後、グリップが回復したことを検知して、バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知するようにしたものである。

（７）また、上記の目的を達成するために、本発明は、車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、前記回転電機により駆動される車輪のスリップを検出するスリップ検知部と、前記スリップ検知部により駆動輪のスリップが検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、を備えるようにしたものである。
かかる構成により、バッテリの充放電電力の瞬時変動によるバッテリへの影響を低減し得るものとなる。

（８）また、上記の目的を達成するために、本発明は、車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、前記バッテリには、前記回転電機とは独立に備えられ、エンジンにより駆動される発電機の発電電力が充電されるものであり、前記回転電機により駆動される車輪のスリップ及び、スリップ後の駆動輪のグリップの回復を検出するスリップ・グリップ検知部と、前記スリップ・グリップ検知部により駆動輪のスリップが検知された後、駆動輪のグリップが検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、を備えるようにしたものである。
かかる構成により、バッテリの充放電電力の瞬時変動によるバッテリへの影響を低減し得るものとなる。

（９）また、上記の目的を達成するために、本発明は、車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、前記車両の外乱に基づく前記バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知する瞬時変動検知部と、前記瞬時変動検知部により瞬時変動が検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、を備えるようにしたものである。
かかる構成により、バッテリの充放電電力の瞬時変動によるバッテリへの影響を低減し得るものとなる。

（１０）上記の目的を達成するために、本発明は、車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、運転者の意図と異なる前記バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知する瞬時変動検知部と、前記瞬時変動検知部により瞬時変動が検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、を備えるようにしたものである。
かかる構成により、バッテリの充放電電力の瞬時変動によるバッテリへの影響を低減し得るものとなる。

（１１）上記の目的を達成するために、本発明は、車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機と、前記回転電機の駆動を制御する制御手段とを有する車両の駆動装置であって、前記制御手段は、前記バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知する瞬時変動検知部と、前記瞬時変動検知部により瞬時変動が検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、を備えるようにしたものである。
かかる構成により、バッテリの充放電電力の瞬時変動によるバッテリへの影響を低減し得るものとなる。

本発明によれば、バッテリの充放電電力の瞬時変動によるバッテリへの影響を低減できるものとなる。

以下、図１〜図８を用いて、本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による回転電機の制御装置を搭載した交流モータを用いたハイブリッド自動車の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置を搭載した交流モータを用いたハイブリッド自動車の構成を示すブロック図である。

ハイブリッド自動車１は、エンジン３と、交流モータ４を備えている。エンジン３の駆動力は、トランスミッション５とデファレンシャルギア１０と車軸１３を介して駆動輪２に伝達され、駆動輪２を駆動する。エンジン３の出力は、エンジンコントロールユニット１５からの指令により駆動される電子制御スロットル６により制御される。電子制御スロットル６には、アクセル開度センサ７が設けられており、アクセル開度を検出する。交流モータ４の駆動力は、デファレンシャルギヤ１０および車軸１３を介して駆動輪２に伝達され、駆動輪２を駆動する。

交流モータ４は、モータ・ジェネレータである。交流モータ４は、電動機として動作する場合には、駆動力を出力する。また、交流モータ４は、エンジン３や駆動輪２によって駆動され、発電機として動作し、交流電力を出力する。

インバータ８は、交流モータ４において所要の動力を任意に制御するために設けられている。インバータ８は、バッテリ９に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、交流モータ４に供給する。回生制動時や発電時には、交流モータ８が出力する交流電力を、インバータ８によって直流電力に変換し、バッテリ９に供給する。

交流モータ４は、駆動輪２を駆動する場合には、バッテリ９に蓄えられた電力を用いてモータ駆動される。また、駆動輪２によって回生制動をおこなう場合には、交流モータ４によって得られる回生電力を、バッテリ９に供給する。

ＨＥＶコントローラ１４は、エンジンコントローラ１５やモータコントローラ１００やバッテリコントローラ１２と、ＣＡＮなどの通信手段で繋がっており、車両情報や各部品の状態に基づき、交流モータ４へのトルク指令などを計算するような、ＨＥＶシステムとしての制御をおこなうコントローラである。

バッテリコントローラ１２は、バッテリ９の充電状態や電流制限値、電力制限値、温度、寿命などのパラメータを計算する。モータコントローラ１００は、上位のＨＥＶコントローラ１４から得られた交流モータ４へのトルク指令値に基づいて、インバータ８を駆動する際に、バッテリ９の状態に応じてモータ制御方式を変更できるようにする。そのため、バッテリ９の状態を、ＨＥＶコントローラ１４からＣＡＮを通して得るのではなく、バッテリコントローラ１２から直接得ることで、応答速度を上げることができる。また、バッテリコントローラ１２とモータコントローラ１００の処理については、統合することによっても実現可能である。

本実施形態における交流モータ４は、モータ・ジェネレータとして用いられるため、ジェネレータとして動作している状態において、バッテリの寿命を考慮して、バッテリに大電流が流れ込むような充電は避けるように、交流モータ４を制御する。

次に、図２を用いて、本実施形態による回転電機の制御装置の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置の構成を示すブロック図である。

モータコントローラ１００は、電流指令演算部１１０と、電圧指令演算部１２０と、３相電圧指令演算部１３０と、ＰＷＭ／矩形波信号処理部１４０と、瞬時変動検知部１５０とを備えている。また、電流指令演算部１１０は、通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２と、内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４とを備えている。以上の構成の中で、電流指令演算部１１０の内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４と、瞬時変動検知部１５０の特有の構成である。

最初に、内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４と、瞬時変動検知部１５０以外の一般的な構成による、モータの制御動作について説明する。

電流指令演算部１１０は、予め通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２を備えている。電流指令演算部１１０は、上位コントローラ（ＨＥＶＣ／Ｕ１４）からのトルク指令値Ｔｍ^＊と、モータ回転回転数ωｍとに基づいて、通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２を用いて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を算出する。なお、モータ回転数ωｍは、交流モータ４に備えられている磁極位置センサや回転数センサによって検出される。

ここで、モータの電流の実行値をＩ、巻き線抵抗をＲとすると、モータ電流の実行値Ｉは、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを用いると、以下の式（１）で表される。

Ｉ＝（√（Ｉｄ＾^２＋Ｉｑ＾^２））／√３ …（１）

電圧指令演算部１２０は、電流指令演算部１１０によって算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊から、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊と、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を算出する。

３相電圧指令演算部１３０は、電圧指令演算部１２０によって算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊と、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊に対して、交流モータ４に備えられている磁極位置センサによって検出された磁極位置θを用いて、交流モータ４に対する交流電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊を算出する。

ＰＷＭ／矩形波信号処理部１４０は、３相電圧指令演算部１３０によって算出された交流電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に基づいて、インバータ８をＰＷＭ制御もしくは矩形波制御するために、インバータ内部のスイッチング素子の駆動信号を生成し、インバータ８に出力する。

次に、電流指令演算部１１０の内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４と、瞬時変動検知部１５０の動作について説明する。

瞬時変動検知部１５０は、車両への突発的な外乱（運転者の意図とは異なる瞬時変動），例えば車輪がスリップしたときなど、急な回生電力が生じて充電側に瞬時の電流変動または電圧変動が生じることを検知する。瞬時変動検知部１５０の詳細動作については、図３及び図４を用いて後述する。

瞬時変動検知部１５０が瞬時変動を検知すると、電流指令演算部１１０に検知指令信号を出力する。電流指令演算部１１０は、瞬時変動の検知信号が入力すると、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊の算出に用いるＩｄ・Ｉｑテーブルを、通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２から内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４に切り替える。

内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４は、電力の瞬時変動分の余剰エネルギーを、交流モータ４で発熱として消費させるようなｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊とを算出するものである。具体的には、ｄ軸電流成分を増加させる。ｄ軸電流は、交流モータ４の磁束方向に流す電流であり、交流モータ４の内部損失となり、無効分となる電流である。なお、交流モータ４のの電流周波数の位相を変化させるように、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊とを求めて、交流モータ４の内部損失を増加させることもできる。

電圧指令演算部１２０と、３相電圧指令演算部１３０と、ＰＷＭ／矩形波信号処理部１４０とは、電流指令演算部１１０が内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４を用いて算出したｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に応じて、前述のように動作して、最終的に、ＰＷＭ／矩形波信号処理部１４０は、インバータ内部のスイッチング素子の駆動信号を生成し、インバータ８に出力する。これによって、交流モータ４は、内部損失が大きい状態で駆動され、車輪がスリップして、ジェネレータとして動作している交流モータ４の回転数が大きくなったとしても、瞬時変動分は、交流モータ４の内部損失となるため、交流モータ４から出力する回生電力は大きくなることを防止できる。したがって、バッテリー９に対して、大きな充電電力が印加されるのを防止でき、バッテリーの劣化を抑制することができる。

次に、図３を用いて、本実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部１５０の第１の動作について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の第１の動作を示すフローチャートである。

この例は、瞬時変動検知部１５０が、バッテリの電圧変化を用いて、瞬時変動を検知するものである。

ステップＳ１０において、瞬時変動検知部１５０は、バッテリのパラメータや、モータ回転数ωｍや、モータへのトルク指令値Ｔｍ^＊を入力する。バッテリのパラメータとは、バッテリ９の蓄電容量（ＳＯＣ（State of Charge））とその変化率（ΔＳＯＣ）、バッテリ９の抵抗値やその変化率、バッテリ９の温度やその変化率、バッテリ９の開路電圧（ＯＣＶ）やその変化率である。

次に、ステップＳ２０において、瞬時変動検知部１５０は、ステップＳ１０で入力したモータ回転数ωｍを監視して、その時間変化Δωｍによって路面状況を判断する。ある時刻の変化Δｔにおけるモータ回転数ωｍの変化をΔωｍとし、Δωｍ＞Ｗａ（所定値）となった場合は、ステップＳ３０へ進む。そうでない場合は、処理を終了する。したがって、電流指令演算部１１０は、通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２を用いて、通常のモータ制御をおこなうよう、通常の電流指令値を算出する。

モータ回転数の変化が大きい場合には、ステップＳ３０において、瞬時変動検知部１５０は、要求されているトルクを出力する際に発生する回生電力（パワー）Ｐｍを、以下の式（２）にて算出する。

Ｐｍ＝Ｔｍ^＊・ωｍ …（２）

次に、ステップＳ４０において、瞬時変動検知部１５０は、Δｔ時刻後における、バッテリへの充電電力Ｐ’を、次の式（３）にて算出する。

Ｐ’＝Ｐｍ＋Ｔｍ^＊・Δωｍ …（３）

次に、ステップＳ５０において、瞬時変動検知部１５０は、算出した充電電力Ｐ’に対して、バッテリが上記の充電電力を受け入れた場合に、バッテリ電圧Ｖｄｃから上昇後のバッテリ電圧Ｖｄｃ’を次式（４）で推定する。ここで、Ｉｄｃは、バッテリ電流である。

Ｖｄｃ’＝Ｐ’／Ｉｄｃ …（４）

次に、ステップＳ６０において、瞬時変動検知部１５０は、電圧上昇後のバッテリ電圧Ｖｄｃ’により、バッテリの電圧変動の大小を判定する。バッテリの電圧が、Δｔ後に好ましくない電圧値に上昇していると判断した場合、ステップＳ７０へ進む。電圧上昇後のバッテリ電圧Ｖｄｃ’は、現在のバッテリ電圧Ｖｄｃに対し、電力Ｐ’の発生によって電圧上昇した分を考慮した結果であり、瞬間的に回生が起きた場合には、この値が急激に上昇する。よって、電圧上昇後のバッテリ電圧Ｖｄｃ’が、ある閾値Ｖｄｃａを超えた場合、ステップＳ７０へ進む。

なお、ステップＳ６０における判定においては、電圧上昇後のバッテリ電圧Ｖｄｃ’によって判定する他に、バッテリ電圧Ｖｄｃ’の変化率や、バッテリ電圧Ｖｄｃ’の増加速度により判定することもできる。また、バッテリ９の蓄電容量ＳＯＣや、バッテリ９の蓄電容量の変化率ΔＳＯＣや、バッテリ９の抵抗値や、バッテリ９の抵抗値の変化率や、バッテリ９の温度や、バッテリ９の温度変化率や、バッテリ９の電流制限値や、バッテリ９の電力制限値により判定することもできる。また、電圧上昇後のバッテリ電圧Ｖｄｃ’だけでなく、バッテリ電圧（バッテリの開路電圧）Ｖｄｃにより判定することもできる。

バッテリ電圧の変動が大きい場合には、ステップＳ７０において、瞬時変動検知部１５０は、余剰の電力を消費させるような電流指令値に変更する。すなわち、瞬時変動検知部１５０は、電流指令演算部１１０に対して、バッテリ電圧の変動が大きいことを通知することで、電流指令演算部１１０は、通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２に代えて、内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４を使用して、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を算出する。これにより、バッテリ９に負担がかかるような場合、不要なエネルギーを交流モータ４の発熱として消費させることができ、バッテリ９の劣化を抑制することができる。

次に、図４を用いて、本実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部１５０の第２の動作について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の第２の動作を示すフローチャートである。

この例は、瞬時変動検知部１５０が、バッテリの電流変化を用いて、瞬時変動を検知するものである。ステップＳ１０〜Ｓ４０の内容は、図３のステップＳ１０〜Ｓ４０と同様である。

ステップＳ１０において、瞬時変動検知部１５０は、バッテリのパラメータや、モータ回転数ωｍや、モータへのトルク指令値Ｔｍ^＊を入力する。次に、ステップＳ２０において、瞬時変動検知部１５０は、ステップＳ１０で入力したモータ回転数ωｍを監視して、その時間変化Δωｍによって路面状況を判断する。モータ回転数の変化が大きい場合には、ステップＳ３０において、瞬時変動検知部１５０は、要求されているトルクを出力する際に発生する回生電力（パワー）Ｐｍを、式（２）にて算出する。次に、ステップＳ４０において、瞬時変動検知部１５０は、Δｔ時刻後における、バッテリへの充電電力Ｐ’を、式（３）にて算出する。

次に、ステップ５０Ａにおいて、瞬時変動検知部１５０は、算出した充電電力Ｐ’に対して、バッテリが上記の充電電力を受け入れた場合に、バッテリ電流を次式（５）で推定する。ここで、Ｖｄｃは、バッテリ９の電圧である。

Ｉｄｃ’＝Ｐ’／Ｖｄｃ …（５）

次に、ステップＳ６０Ａにおいて、瞬時変動検知部１５０は、推定したバッテリ電流Ｉｄｃ’が、ある所定値以上である場合には、瞬間的に大電流が流れ込むため、ステップＳ７０へ進み、余剰の電力を消費させるような電流指令値に変更する。

バッテリ電流が大きい場合には、ステップＳ７０において、瞬時変動検知部１５０は、余剰の電力を消費させるような電流指令値に変更する。すなわち、瞬時変動検知部１５０は、電流指令演算部１１０に対して、バッテリ電流が大きいことを通知することで、電流指令演算部１１０は、通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２に代えて、内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４を使用して、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を算出する。

バッテリに瞬間的に大電流が流れ込むと、バッテリの寿命を短くする恐れがあるため、出来る限り事前に検知して、バッテリへ過度な充電を避けるようにする。特に、バッテリの充電状態ＳＯＣが高い場合に、そのような状況に陥る頻度が高いと考えられるので、瞬時に判断し、処理をおこなうことで、バッテリへ電流が流れ込む状況を避けることができる。これにより、バッテリ９に負担がかかるような場合、不要なエネルギーを交流モータ４の発熱として消費させることができ、バッテリ９の劣化を抑制することができる。

次に、図５を用いて、本実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部１５０の第３の動作について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の第３の動作を示すフローチャートである。

この例は、瞬時変動検知部１５０が、駆動輪のスリップの発生を判定して、瞬時変動を検知するものである。瞬時変動検知部１５０は、スリップ検知手段としての機能を備える。

ステップＳ１０Ｂにおいて、瞬時変動検知部１５０は、モータ回転数ωｍを入力する。

次に、ステップＳ２０において、瞬時変動検知部１５０は、ステップＳ１０Ｂで入力したモータ回転数ωｍを監視して、その時間変化Δωｍによって、スリップの有無を判定する。ある時刻の変化Δｔにおけるモータ回転数ωｍの変化をΔωｍとし、Δωｍ＞Ｗｂ（所定値）となった場合は、スリップが発生していると判定して、ステップＳ３０へ進む。そうでない場合は、処理を終了する。したがって、電流指令演算部１１０は、通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２を用いて、通常のモータ制御をおこなうよう、通常の電流指令値を算出する。

モータ回転数の変化が大きい場合には、ステップＳ７０において、瞬時変動検知部１５０は、余剰の電力を消費させるような電流指令値に変更する。すなわち、瞬時変動検知部１５０は、電流指令演算部１１０に対して、バッテリ電圧の変動が大きいことを通知することで、電流指令演算部１１０は、通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２に代えて、内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４を使用して、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を算出する。これにより、バッテリ９に負担がかかるような場合、不要なエネルギーを交流モータ４の発熱として消費させることができ、バッテリ９の劣化を抑制することができる。

なお、以上の例では、モータ回転数ωｍを用いて、スリップの判定を行っているが、他の方法でもスリップを判定することができる。最近の自動車は、４輪の各車輪速を検出する車輪速センサを備えている。左前輪車輪速センサによって検出される左前車輪速をωＦＬとし、右前輪車輪速センサによって検出される右前車輪速をωＦＲとし、左後輪車輪速センサによって検出される左後車輪速をωＲＬとし、右後輪車輪速センサによって検出される右後車輪速をωＲＲとすると、前輪の車輪速ωｆは、左前車輪速ωＦＬと、右前車輪速ωＦＲの平均から求められる。また、後輪の車輪速ωＲは、左後車輪速ωＲＬと、右後車輪速ωＲＲの平均から求められる。そして、前輪の車輪速ωｆと、後輪の車輪速ωＲとの差が所定値以上であるとき、スリップが発生していると判定することができる。そこで、瞬時変動検知部１５０は、前輪の車輪速ωｆと、後輪の車輪速ωＲとから、スリップの発生を検出し、スリップが発生したと判定すると、ステップＳ７０において、瞬時変動検知部１５０は、余剰の電力を消費させるような電流指令値に変更する。

次に、図６〜図８を用いて、本実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部１５０の第４の動作について説明する。
図６及び図７は、本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の第４の動作の原理説明図である。図８は、本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の第４の動作を示すフローチャートである。

図６は、バッテリ９の蓄電容量ＳＯＣとバッテリ９の電圧Ｖを関係を示している。蓄電容量ＳＯＣとバッテリ９の電圧Ｖとは、ほぼ直線的に比例する関係を有する。

図７は、バッテリ９の蓄電容量ＳＯＣとバッテリ９の抵抗値との関係を示している。バッテリ９の蓄電容量ＳＯＣが大きいほど、バッテリ９の抵抗値は小さくなる。また、バッテリ９の温度に応じて、低温になるほど、バッテリ９の抵抗値は大きくなる。

車両への外乱や運転者が予期できない瞬間的な大電力、大電流の発生は、車両の走行性能に影響を及ぼすだけでなく、バッテリの寿命にも影響を及ぼす。特に、図６と図７に示したように、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）が高めの状況で、かつ、温度が低温の場合に抵抗値が大きくなるため、大電流（充電側）が発生すると、バッテリの劣化を促進する。

次に、図８を用いて、バッテリ内部の情報により、瞬間的な大電流を検知する方法について説明する。

ステップＳ１０Ｃにおいて、瞬時変動検知部１５０は、バッテリ９のパラメータを入力する。具体的には、バッテリの蓄電容量（ＳＯＣ）と、温度（Ｔ）、開路電圧（Ｖｏｃｖ）を入力する。

次に、ステップＳ５０Ｃにおいて、瞬時変動検知部１５０は、電池パラメータの変化率を算出する。具体的には、ある時間Δｔにおける開路電圧Ｖｏｃｖの変化率ΔＶｏｃｖを算出する。

次に、ステップＳ６０Ｃにおいて、瞬時変動検知部１５０は、蓄電容量ＳＯＣと開路電圧の変化率ΔＶｏｃｖがそれぞれ所定の閾値ＳＯＣ１，Ｖ３を超えており、温度（Ｔ）が所定値Ｔ１より低い場合に、瞬間的な大電流を検知する。なお、この判定では、ΔＳＯＣやΔＴというパラメータを用いても良いものである。

ステップＳ６０Ｃにて、瞬間的な大電流が検知されると、ステップＳ７０において、ステップＳ７０において、瞬時変動検知部１５０は、余剰の電力を消費させるような電流指令値に変更する。すなわち、瞬時変動検知部１５０は、電流指令演算部１１０に対して、瞬間的な大電流を通知することで、電流指令演算部１１０は、通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２に代えて、内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４を使用して、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を算出する。これにより、バッテリ９に負担がかかるような場合、不要なエネルギーを交流モータ４の発熱として消費させることができ、バッテリ９の劣化を抑制することができる。

なお、この例の瞬時変動の検知は、モータコントローラ１００の内部で行う代わりに、バッテリコントローラ１２の内部でおこなってもよい。

次に、図９〜図１１を用いて、本発明の第２の実施形態による回転電機の制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図９を用いて、本実施形態による回転電機の制御装置を搭載した交流モータを用いたハイブリッド自動車の構成について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態による回転電機の制御装置を搭載した交流モータを用いたハイブリッド自動車の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、モータ・ジェネレータとして動作する交流モータ４の他に、エンジン３によって駆動される専用の高圧発電機２１と、高圧発電機２１の３相出力を直流電力に変換するインバータ２２とを備えている。高圧発電機２１の出力は、インバータ２２によって直流電力に変換された上で、バッテリ９に蓄電される。

本実施形態のように、交流モータ４とは独立して、専用の高圧発電機２１を備える場合、交流モータ４による力行時に、バッテリ９に大電力が供給される場合がある。

ここで、図１０を用いて、本実施形態による回転電機の制御装置を搭載したハイブリッド自動車における力行時の大電力発生について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態による回転電機の制御装置を搭載したハイブリッド自動車における力行時の大電力発生の原理説明図である。

図１０において、横軸は時間を示している。図１０（Ａ）の縦軸は、交流モータ４のモータ回転数を示している。図１０（Ｂ）の縦軸は、交流モータ４の消費パワーと、発電機２１の発電パワーを示している。図１０（Ｃ）は、バッテリ９への入出力パワーを示している。

交流モータ４は、モータとして駆動され、力行動作している。そして、図１０において、時刻ｔ１に駆動輪２がスリップし、時刻ｔ２までスリップ状態が継続し、時刻ｔ２において、駆動輪２のグリップが回復したものとする。

時刻ｔ１において、駆動輪２がスリップすると、図１０（Ａ）に示すように、交流モータ４の回転数が急上昇する。その結果、図１０（Ｂ）に実線でしめすように、交流モータ４の消費電力Ｐｍが増加する。交流モータ４の消費電力Ｐｍが増加すると、バッテリ９の放電が大きくなるため、発電機２１の発電力が大きくなるように制御されるため、発電機２１の発電力Ｐｇが急速に増加する。なお、図１０（Ｂ）において、発電機の発電力Ｐｇに対する縦軸は、下に行くほど、発電量が大きくなることを示している。

交流モータ４の消費電力Ｐｍの増加と、発電機２１の発電力Ｐｇの増加の間には、時間遅れがある。したがって、例えば、時刻ｔ２において、駆動輪のスリップが終了し、グリップが回復することで、交流モータ４の消費電力Ｐｍは減少し始めるが、発電機２１の発電力Ｐｇはまだ増加したままとなる。従って、図１０（Ｃ）に示すように、時刻ｔ３において、バッテリ９に充電される大電力が発生する。この大電力により、バッテリ９の寿命が短くなる恐れがある。

次に、図１１を用いて、本実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部１５０の動作について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の動作を示すフローチャートである。

この例は、瞬時変動検知部１５０が、駆動輪のスリップ及びグリップの発生を判定して、瞬時変動を検知するものである。瞬時変動検知部１５０は、スリップ・グリップ検知手段としての機能を備える。

モータ回転数の変化が大きい場合には、駆動輪２のスリップが発生していると判断するので、次に、ステップＳ６５において、モータ回転数の変化が所定値よりも小さくなったか否かを判定する。図１０（Ａ）に示したように、時刻ｔ１において駆動輪がスリップすると、モータ回転数が上昇するが、時刻ｔ２においてグリップが回復すると、モータ回転数の上昇が終了し、次に、モータ回転数が減少する。すなわち、時刻ｔ２では、モータ回転数の変化は０になるので、モータ回転数の変化が所定値より小さいか否かにより、グリップの回復を判定できる。

そして、グリップが回復すると、ステップＳ７０において、瞬時変動検知部１５０は、余剰の電力を消費させるような電流指令値に変更する。すなわち、瞬時変動検知部１５０は、電流指令演算部１１０に対して、グリップが回復したことを通知することで、電流指令演算部１１０は、通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２に代えて、内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４を使用して、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を算出する。これにより、図１０（Ｃ）の時刻ｔ３のようにバッテリ９に大電力が供給される恐れがある場合、不要なエネルギーを交流モータ４の発熱として消費させることができ、バッテリ９の劣化を抑制することができる。

なお、以上の例では、モータ回転数ωｍを用いて、スリップ及びグリップの判定を行っているが、他の方法でもスリップを判定することができる。最近の自動車は、４輪の各車輪速を検出する車輪速センサを備えている。左前輪車輪速センサによって検出される左前車輪速をωＦＬとし、右前輪車輪速センサによって検出される右前車輪速をωＦＲとし、左後輪車輪速センサによって検出される左後車輪速をωＲＬとし、右後輪車輪速センサによって検出される右後車輪速をωＲＲとすると、前輪の車輪速ωｆは、左前車輪速ωＦＬと、右前車輪速ωＦＲの平均から求められる。また、後輪の車輪速ωＲは、左後車輪速ωＲＬと、右後車輪速ωＲＲの平均から求められる。そして、前輪の車輪速ωｆと、後輪の車輪速ωＲとの差が第１の所定値以上であるとき、スリップが発生していると判定することができる。前輪の車輪速ωｆと、後輪の車輪速ωＲとの差が第２の所定値以下であるとき、グリップが回復したと判定することができる。そこで、瞬時変動検知部１５０は、前輪の車輪速ωｆと、後輪の車輪速ωＲとから、スリップとグリップを検出する。瞬時変動検知部１５０は、スリップの発生後、グリップが回復したと判定すると、ステップＳ７０において、瞬時変動検知部１５０は、余剰の電力を消費させるような電流指令値に変更する。

以上説明した各実施形態により、ハイブリッド自動車において、余剰の電気エネルギーが生じた場合だけでなく、予期しない外乱などによる瞬間的なエネルギーに対して、所要のトルクを出しつつ、バッテリへ充電されるのを防ぐことができる。また、瞬時の判断をモータコントローラ内部でおこなうことにより、応答良く処理することができ、バッテリの劣化を防止することができる。

本発明は、モータの回転速度が変化する場合だけでなく、予期せぬ道路の影響、スリップ時、シフト変更時や泥濘を脱出する際など、エンジン回転やトルクの変動により、システムの電気エネルギーが変動する際に有効である。

本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置を搭載した交流モータを用いたハイブリッド自動車の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の第１の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の第２の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の第３の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の第４の動作の原理説明図である。本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の第４の動作の原理説明図である。本発明の第１の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の第４の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態による回転電機の制御装置を搭載した交流モータを用いたハイブリッド自動車の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態による回転電機の制御装置を搭載したハイブリッド自動車における力行時の大電力発生の原理説明図である。本発明の第２の実施形態による回転電機の制御装置における瞬時変動検知部の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…ハイブリッド自動車
２…前輪
４…回転機
８…インバータ
９…バッテリ
１２…バッテリコントローラ
１００…モータコントローラ
１１０…電流指令演算部
１１２…通常用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１２
１１４…内部損失増加用Ｉｄ・Ｉｑテーブル１１４
１２０…電圧指令演算部
１３０…３相電圧指令演算部
１４０…ＰＷＭ／矩形波信号処理部
１５０…瞬時変動検知部

Claims

車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
前記バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知する瞬時変動検知部と、
前記瞬時変動検知部により瞬時変動が検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、
を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
請求項１記載の回転電機の制御装置において、
前記瞬時変動検知部は、
前記回転電機が発電機として動作しているとき、
現在のバッテリへの充電電力と、前記回転電機の回転数変化とから算出される所定時間後のバッテリへの充電電力により、電圧上昇後のバッテリ電圧を求め、この電圧上昇後のバッテリ電圧から瞬時変動を検知することを特徴とする回転電機の制御装置。
請求項１記載の回転電機の制御装置において、
前記瞬時変動検知部は、
前記回転電機が発電機として動作しているとき、
現在のバッテリへの充電電力と、前記回転電機の回転数変化とから算出される所定時間後のバッテリへの充電電力により、バッテリ電流を求め、このバッテリ電流から瞬時変動を検知することを特徴とする回転電機の制御装置。
請求項１記載の回転電機の制御装置において、
前記瞬時変動検知部は、
前記回転電機が発電機として動作しているとき、
前記回転電機の回転数変化から、バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知することを特徴とする回転電機の制御装置。
請求項１記載の回転電機の制御装置において、
前記瞬時変動検知部は、
前記回転電機が発電機として動作しているとき、
前記バッテリの蓄電容量と、前記バッテリの開路電圧の変化率と、前記バッテリの温度とから、バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知することを特徴とする回転電機の制御装置。
請求項１記載の回転電機の制御装置において、
前記バッテリには、前記回転電機とは独立に備えられ、エンジンにより駆動される発電機の発電電力が充電されるものであり、
前記瞬時変動検知部は、
前記回転電機が電動機として動作しているとき、
前記回転電機により駆動される駆動輪がスリップした後、グリップが回復したことを検知して、バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知することを特徴とする回転電機の制御装置。
車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
前記回転電機により駆動される車輪のスリップを検出するスリップ検知部と、
前記スリップ検知部により駆動輪のスリップが検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、
を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
前記バッテリには、前記回転電機とは独立に備えられ、エンジンにより駆動される発電機の発電電力が充電されるものであり、
前記回転電機により駆動される車輪のスリップ及び、スリップ後の駆動輪のグリップの回復を検出するスリップ・グリップ検知部と、
前記スリップ・グリップ検知部により駆動輪のスリップが検知された後、駆動輪のグリップが検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、
を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
前記車両の外乱に基づく前記バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知する瞬時変動検知部と、
前記瞬時変動検知部により瞬時変動が検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、
を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
運転者の意図と異なる前記バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知する瞬時変動検知部と、
前記瞬時変動検知部により瞬時変動が検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、
を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
車輪を駆動するとともに、バッテリの電力により駆動される回転電機と、
前記回転電機の駆動を制御する制御手段とを有する車両の駆動装置であって、
前記制御手段は、
前記バッテリの電流または電圧の瞬時変動を検知する瞬時変動検知部と、
前記瞬時変動検知部により瞬時変動が検知されると、前記回転電機の内部損失を増加させるように前記回転電機への電流指令値を変更する電流指令演算部と、
を備えることを特徴とする車両の駆動装置。