JP2010130807A

JP2010130807A - 車両駆動用モータの電源装置

Info

Publication number: JP2010130807A
Application number: JP2008303535A
Authority: JP
Inventors: Chu Oe; 宙大江; Kuniaki Niimi; 国明新美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-10

Abstract

【課題】ユーザに応じて車両の走行性能を確保しつつ燃費の向上を図る。
【解決手段】バッテリ１１と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、を含む車両駆動用モータの電源装置１０であって、昇圧コンバータ１２の昇圧動作を行う車両の運転領域を変更する制御部３０を備え、制御部３０は、ユーザの加速要求度合いを推定する手段と、該手段によって通常のユーザよりも加速要求度の大きいユーザと推定される場合には昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を通常設定よりも拡大し、該手段によって通常のユーザよりも加速要求度の小さいユーザと推定される場合には昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を通常設定よりも縮小する手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両駆動用モータの電源装置の構造に関する。

近年、エンジンとモータの２種類の駆動源を組み合わせて車両の駆動源とするハイブリッド車両や、二次電池に蓄電した電力によってモータを駆動し、車両を駆動する電気自動車等が多く用いられるようになってきている。このような電動車両に用いられる電源装置は、モータによって車両を駆動するために必要な電力を十分に供給するために二次電池の直流電力の電圧を昇圧する昇圧コンバータを備え、昇圧コンバータで昇圧した直流電力をインバータに供給するようにしているものが多い。しかし、常に二次電池の電圧を昇圧してインバータに供給すると、昇圧による損失や高電圧によるモータ損失、インバータ損失が大きくなり燃費が低下するという問題があった。

そこで、モータによって車両を駆動するための必要動力が大きい場合には充放電可能な二次電池からの直流電力を昇圧してインバータに供給し、インバータによって交流電力に変換してモータを制御し、車両を駆動するための必要動力が少ない場合には、二次電池の電圧を昇圧しないでインバータに供給してモータを制御し、昇圧による損失の低減や高電圧によるモータ損失、インバータ損失を低減して燃費を向上させるようにする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−８９２６２号公報

しかし、特許文献１に記載された従来技術の電源装置は、インバータに供給される直流電力の平滑化のためにインバータと昇圧コンバータとの間に大容量のコンデンサが挿入されている。このため、例えば、アクセルの踏み込みなどによる車両駆動用動力の増大要求があった際に昇圧コンバータを始動してインバータに供給される電力の電圧を上昇させようとしても、昇圧コンバータから出力される電力は、大容量コンデンサの充電に消費されるため、インバータに入力される直流電力の電圧の上昇に時間がかかり、タイムリーにモータの出力を上昇させることができないので車両の加速が鈍くなり、アクセルに対する応答性が低下してしまうという問題があった。

一方、加速のためのアクセルの踏み込み度合いはユーザの運転操作により大きく異なるため、全てのユーザのアクセルの踏み込みに対する応答が良くなるようにすると、アクセルの踏み込み度合いの大きくないユーザには損失が増えてしまい燃費が低下してしまう要因となる。また、加速のためのアクセルの踏み込み度合いは車両の走行している状態によっても異なる。

そこで、本発明は、ユーザまたは車両の走行状態に応じて車両の走行性能を確保しつつ燃費の向上を図ることを目的とする。

本発明の車両駆動用モータの電源装置は、バッテリと、バッテリから入力された直流電力を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータで昇圧された直流電力が入力され、車両駆動用モータを制御するための電力変換を行うインバータと、を含む車両駆動用モータの電源装置であって、昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を変更する制御部を備え、
制御部は、ユーザの加速要求度合いを推定する手段と、該手段によって通常のユーザよりも加速要求度の大きいユーザと推定される場合には昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を通常設定よりも拡大し、該手段によって通常のユーザよりも加速要求度の小さいユーザと推定される場合には昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を通常設定よりも縮小する手段と、を有することを特徴とする。

本発明の車両駆動用モータの電源装置は、バッテリと、バッテリから入力された直流電力を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータで昇圧された直流電力が入力され、車両駆動用モータを制御するための電力変換を行うインバータと、を含む車両駆動用モータの電源装置であって、昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を変更する制御部を備え、制御部は、車両の要求動力の変化を推測する手段と、該手段によって車両の要求動力が増大すると推定される場合には昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を通常設定よりも拡大し、該手段によって車両の要求動力が増大しないと推定される場合には昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を通常設定よりも縮小する手段と、を有することを特徴とする。

本発明は、ユーザまたは車両の走行状態に応じて車両の走行性能を確保しつつ燃費の向上を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の電源装置１０は、充放電可能な二次電池であるバッテリ１１と、昇圧コンバータ１２と、高圧コンデンサ１３と、インバータ１４と、制御部３０とを備えている。昇圧コンバータ１２は電力を蓄えるリアクトルＬ₁と低圧ンデンサＣ₁と、昇圧のためのスイッチング動作を行うスイッチングトランジスタＱ₁、Ｑ₂を備えている。各スイッチングトランジスタＱ₁，Ｑ₂には逆並列にダイオードＤ₁，Ｄ₂が接続されている。昇圧コンバータ１２の高圧側にはインバータ１４が接続されている。インバータ１４は入力された直流電力をスイッチング動作によって交流に変換するスイッチングトランジスタＱ₃〜Ｑ₈と各スイッチングトランジスタＱ₃〜Ｑ₈に逆並列に接続されたダイオードＤ₃〜Ｄ₈によって構成されている。インバータ１４はハイブリッド車両を駆動するモータジェネレータ１７に接続され、モータジェネレータ１７に駆動用の交流電力を供給する。昇圧コンバータ１２とインバータ１４との間にはインバータ１４に入力される直流電力を平滑化する高圧コンデンサ１３が設けられている。バッテリ１１には昇圧コンバータ１２に入力される低圧電圧であるバッテリ電圧を検出する低圧電圧計１５が設けられ、高圧コンデンサ１３には昇圧コンバータ１２の高圧側電圧を検出する高圧電圧計１６が設けられている。

昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、低圧電圧計１５と高圧電圧計１６とは制御部３０に接続され、昇圧コンバータ１２とインバータ１４とは制御部３０の指令によって駆動され、各電圧計１５，１６によって検出された各電圧は制御部３０に入力されるよう構成されている。また、制御部３０には、ハイブリッド車両に取り付けられているイグニッションキー２１と、アクセル２２と、燃料流量計２３と、空気流量計２４とが接続され、イグニッションキー２１のオンオフ信号と、アクセル２２の開度信号と、燃料流量計２３と空気流量計２４の各流量信号は制御部３０に入力されるよう構成されている。更に、制御部３０には、ハイブリッド車両に取り付けられているナビゲーションシステム２５と、ＥＴＣ信号センサ２６と、車両前後の傾斜度を測定する斜度センサ２７とが接続され、ナビゲーションシステム２５からの地理情報や道路情報や車両の位置情報と、ＥＴＣゲートを通過した際のＥＴＣゲート信号と、車両の前後方向の傾斜度の信号とは制御部３０に入力されるよう構成されている。

制御部３０は、内部に情報処理用のＣＰＵとデータやプログラムを記憶する記憶部とを含むコンピュータである。

以上のように構成された電源装置１０の動作について図２を参照しながら説明する。図２のステップＳ１０１に示すように、ユーザによって図１に示すイグニッションキー２１がオンとされると、そのオン信号が制御部３０に入力される。制御部３０は、図２のステップＳ１０２に示すように、イグニッションキー２１がオンとなると、ユーザによる要求駆動力単位時間変化量ΔＴａの積算を開始する。ユーザによる要求駆動力単位時間変化量ΔＴａは、ユーザによるアクセル２２の踏み込みによる単位時間当たりのアクセル開度の変化量であり、アクセル２２が踏み込まれるたびにその開度信号の変化から制御部３０で計算されるものである。そして、制御部３０は、ユーザによる要求駆動力単位時間変化量ΔＴａを計算するとメモリに格納する。制御部３０は図２のステップＳ１０３に示すように規定の時間だけ要求駆動力単位時間変化量ΔＴａの計算、格納を行う。そして、規定時間だけ要求駆動力単位時間変化量ΔＴａの計算、格納を行ったら、図２のステップＳ１０４に示すように格納した要求駆動力単位時間変化量ΔＴａの平均値ΔＴａ´を計算する。

そして、制御部３０は、図２のステップＳ１０５に示すように、平均値ΔＴａ´とメモリに格納している上限値と下限値とを比較する。この上限値と下限値は、多くのユーザの要求駆動力単位時間変化量ΔＴａの平均値ΔＴａ´のデータを統計処理して、例えば、その分布の１σの範囲を上限と下限として規定し、通常のユーザの範囲として規定するようにしても良い。

制御部３０は、図２のステップＳ１０６に示すように、平均値ΔＴａ´が上限値と下限値との間の基準範囲内に入っている場合には、そのユーザは通常のユーザと判断し、昇圧コンバータ１２の昇圧動作を行う運転範囲を通常設定範囲とする。ここで、運転範囲とは、ハイブリッド車両の速度、アクセル開度の範囲であり、例えば、速度が所定の速度以上、或いはアクセル開度が所定の開度以上の運転範囲示し、通常設定範囲では、制御部３０はハイブリッド車両の速度が通常設定速度Ｖを越えたり、アクセル開度が通常設定開度Ｄを超えたりすると昇圧コンバータ１２の昇圧動作を開始し、昇圧コンバータ１２の出力電圧を高圧電圧Ｖｈとするように昇圧コンバータ１２のスイッチングトランジスタＱ₁，Ｑ₂をスイッチング動作させる。

制御部３０は、図２のステップＳ１０７に示すように、平均値ΔＴａ´が基準範囲に入っていない場合には、下限値未満かどうかを判断する。そして、平均値ΔＴａ´が下限値未満である場合には、そのユーザは通常のユーザよりも加速度要求度の小さいユーザであると判断し、図２のステップＳ１０８に示すように、昇圧コンバータ１２の昇圧動作を行う運転範囲を通常設定範囲より狭い範囲とするよう、所定の速度を通常設定速度Ｖよりも大きい第１の速度Ｖ１に設定し、所定のアクセル開度を通常設定開度Ｄよりも大きい第１の開度Ｄ１に設定する。このように設定することによって、制御部３０は、ハイブリッド車両の速度が通常設定速度Ｖよりも速い第１の速度Ｖ１となるまで昇圧コンバータ１２の昇圧動作を行わず、通常設定速度Ｖよりも早い第１の速度Ｖ１となった場合に昇圧コンバータ１２の昇圧動作を開始させる。また、制御部３０は、アクセル開度が通常設定開度Ｄよりも大きい第１の開度Ｄ１となるまで昇圧コンバータ１２の昇圧動作を行わず、通常設定開度Ｄよりも大きい第１の開度Ｄ１となった場合に昇圧コンバータ１２の昇圧動作を開始させる。このため、昇圧コンバータ１２が昇圧動作を行う運転範囲は通常の運転範囲よりも狭くなる。

制御部３０は、図２のステップＳ１０７に示すように、平均値ΔＴａ´が下限値未満でない場合には、そのユーザは通常のユーザよりも加速度要求度の大きいユーザであると判断し、図２のステップＳ１０９に示すように、昇圧コンバータ１２の昇圧動作を行う運転範囲を通常設定範囲より広い範囲とするよう、所定の速度を通常設定速度Ｖよりも小さい第２の速度Ｖ２に設定し、所定のアクセル開度を通常設定開度Ｄよりも小さい第２の開度Ｄ２に設定する。このように設定することによって、制御部３０は、ハイブリッド車両の速度が通常設定速度Ｖよりも遅い第２の速度Ｖ２となった場合に昇圧コンバータ１２の昇圧動作を開始させる。また、制御部３０は、アクセル開度が通常設定開度Ｄよりも小さい第２の開度Ｄ２となった場合に昇圧コンバータ１２の昇圧動作を開始させる。このため、昇圧コンバータ１２が昇圧動作を行う運転範囲は通常の運転範囲よりも広くなる。

以上説明した本実施形態では、ユーザの要求駆動力単位時間変化量ΔＴａの平均値ΔＴａ´が標準範囲の上限値を越えている場合には、そのユーザは加速要求度の大きいユーザであると判断し、速度が通常設定速度Ｖよりも低い第２の速度Ｖ２となったり、アクセル開度が通常設定開度Ｄよりも小さい第２の開度Ｄ２となったりした場合に昇圧コンバータ１２の昇圧動作を開始して高圧コンデンサ１３をあらかじめ充電しておくことができるので、それ以後に急激にアクセルが踏み込まれても十分な応答と加速が得られる。また、ユーザの平均ΔＴａ´が標準範囲の下限値未満の場合には、そのユーザは加速要求度の小さいユーザであると判断し、速度が通常設定速度Ｖよりも高い第１の速度Ｖ１になったり、アクセル開度が通常設定開度Ｄよりも大きな第１の開度Ｄ１となったりするまで昇圧コンバータ１２の昇圧動作を開始しないので、モータ損失、インバータ損失等の各種損失を低減することができ、燃費向上を図ることができる。このように、本実施形態では、ユーザに応じて車両の走行性能を確保しつつ燃費の向上を図ることができるという効果を奏する。

また、本実施形態では、ユーザによるアクセル２２の踏み込みによる単位時間当たりのアクセル開度の変化量により要求駆動力単位時間変化量ΔＴａを検出し、その平均値ΔＴａ´と基準値とを比較することによって、ユーザの加速要求度合いを推定することとしたが、ユーザの加速要求度合いを推定する方法はこれに限らず、例えば、図１に示す燃料流量計２３の燃料流量信号から単位時間あたりの燃料流量の変化量ΔＧａを求め、これを積算して平均値ΔＧａ´を算出し、平均値ΔＧａ´を基準値と比較してユーザの加速要求度合いを推定することとしてもよいし、図１に示す図１に示す空気流量計２４の空気流量信号から単位時間あたりの空気流量の変化量ΔＡａを求め、これを積算して平均値ΔＡａ´を算出し、平均値Ａａ´を基準値と比較してユーザの加速要求度合いを推定することとしてもよい。

次に、他の実施形態について説明する。制御部３０は、図１に示すナビゲーションシステム２５からハイブリッド車両の位置、地理情報の入力或いは、ＥＴＣ信号センサ２６からの信号、或いは、斜度センサからの入力を処理することにより、ハイブリッド車両が坂路或いは高速道路走行に入り、要求動力が大きくなるかどうかかを推定する。そして、制御部３０は坂路或いは高速道路走行に入り要求動力が大きくなると推定される場合には、先の実施形態と同様、昇圧コンバータ１２の昇圧動作を行う運転範囲を通常設定範囲より広い範囲とするよう、所定の速度を通常設定速度Ｖよりも小さい第２の速度Ｖ２に設定し、所定のアクセル開度を通常設定開度Ｄよりも小さい第２の開度Ｄ２に設定し、坂路或いは高速走行の際の加速性能、応答性を向上させるようにすることができる。また、制御部３０は、坂路或いは高速道路走行に入らず要求動力が大きくなると推定されない場合には、先の実施形態と同様、昇圧コンバータ１２の昇圧動作を行う運転範囲を通常設定範囲より狭い範囲とするよう、所定の速度を通常設定速度Ｖよりも大きい第１の速度Ｖ１に設定し、所定のアクセル開度を通常設定開度Ｄよりも大きい第１の開度Ｄ１に設定し、損失を低減して燃費の向上を図ることが出来る。

以上説明したように、本実施形態は、車両の走行状態に応じて車両の走行性能を確保しつつ燃費の向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における車両駆動用モータの電源装置の構成を示す系統図である。本発明の実施形態における車両駆動用モータの電源装置の動作を示すブロック図である。

符号の説明

１０電源装置、１１バッテリ、１２昇圧コンバータ、１３高圧コンデンサ、１４インバータ、１５低圧電圧計、１６高圧電圧計、１７モータジェネレータ、２１イグニッションキー、２２アクセル、２３燃料流量計、２４空気流量計、２５ナビゲーションシステム、２６ＥＴＣ信号センサ、２７斜度センサ、３０制御部。

Claims

バッテリと、
バッテリから入力された直流電力を昇圧する昇圧コンバータと、
昇圧コンバータで昇圧された直流電力が入力され、車両駆動用モータを制御するための電力変換を行うインバータと、を含む車両駆動用モータの電源装置であって、
昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を変更する制御部を備え、
制御部は、
ユーザの加速要求度合いを推定する手段と、
該手段によって通常のユーザよりも加速要求度の大きいユーザと推定される場合には昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を通常設定よりも拡大し、該手段によって通常のユーザよりも加速要求度の小さいユーザと推定される場合には昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を通常設定よりも縮小する手段と、
を有することを特徴とする車両駆動用モータの電源装置。
バッテリと、
バッテリから入力された直流電力を昇圧する昇圧コンバータと、
昇圧コンバータで昇圧された直流電力が入力され、車両駆動用モータを制御するための電力変換を行うインバータと、を含む車両駆動用モータの電源装置であって、
昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を変更する制御部を備え、
制御部は、
車両の要求動力の変化を推測する手段と、
該手段によって車両の要求動力が増大すると推定される場合には昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を通常設定よりも拡大し、該手段によって車両の要求動力が増大しないと推定される場合には昇圧コンバータの昇圧動作を行う車両の運転領域を通常設定よりも縮小する手段と、
を有することを特徴とする車両駆動用モータの電源装置。