JP2010239791A

JP2010239791A - 電気自動車

Info

Publication number: JP2010239791A
Application number: JP2009085702A
Authority: JP
Inventors: Yoshiomi Hironaka; 良臣廣中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21

Abstract

【課題】電動機を駆動する駆動回路に作用させる電圧を電動機の温度と大気圧とに基づいてより適正なものとする。
【解決手段】モータ温度が所定温度（図中、１００℃）未満のときにはモータの定格電圧を制限電圧に設定し、モータ温度が所定温度以上のときには大気圧が小さい（標高が高い）ほど小さくなる傾向の電圧を制限電圧に設定し、設定した制限電圧を用いてインバータに供給すべき目標電圧を設定して昇圧コンバータを制御する。これにより、モータ温度が低くモータで絶縁破壊が生じるおそれが小さいときにはインバータに作用する電圧を不要に制限してモータから出力可能なトルクが不要に制限されるのを抑制することができ、モータ温度が高くモータを保護する必要があるときには大気圧に基づく制限電圧によってインバータに作用する電圧に制限を課してモータを保護することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車に関する。

従来、この種の電気自動車としては、駆動輪に動力を出力可能なモータと、モータを駆動するインバータと、充放電可能なバッテリと、バッテリからの電力を昇圧してインバータに供給可能な昇圧回路とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電気自動車では、インバータに作用する電圧を大気圧が低いほど小さくなる傾向の電圧で制限することにより、モータで絶縁破壊が生じるのを防止している。

特開２００８−２８４９０８号公報

上述の電気自動車では、大気圧が小さいときにモータから出力可能な駆動力が不要に制限される場合がある。モータの温度が低いときにはモータで絶縁破壊が生じるおそれは小さく、大気圧に基づいてインバータに作用する電圧を制限するとモータから出力可能な駆動力が不要に制限されてしまう。これに対して、大気圧に基づく電圧の制限を緩和することも考えられるが、この場合、モータの温度が高いときにインバータに作用する電圧の制限が不十分なものとなってしまう。

本発明の電気自動車は、電動機を駆動する駆動回路に作用させる電圧を電動機の温度と大気圧とに基づいてより適正なものとすることを主目的とする。

本発明の電気自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電気自動車は、
走行用の動力を出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する駆動回路と、充放電可能なバッテリと、前記バッテリの電力を昇圧して前記駆動回路に供給可能な昇圧コンバータと、前記電動機から出力すべき要求トルクに基づいて設定された制御用電圧に対して該電動機を保護するための制限電圧による制限を課して前記駆動回路に作用させるべき目標電圧を設定し、該設定した目標電圧が前記駆動回路に作用するよう前記昇圧コンバータを制御すると共に前記駆動回路に作用している電圧に対して前記電動機から出力可能なトルクの範囲内で該電動機から前記要求トルクが出力されるよう前記電動機を制御する制御手段と、を備える電気自動車において、
前記制御手段は、前記電動機の温度が予め定められた所定温度未満のときには所定の電圧を前記制限電圧として制御し、前記電動機の温度が前記所定温度以上のときには大気圧が小さいほど小さくなる傾向の電圧を前記制限電圧として制御する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明の電気自動車では、電動機の温度が予め定められた所定温度未満のときには所定の電圧を制限電圧とすると共にこの制限電圧による制限を介して電動機を駆動する駆動回路に作用させるべき目標電圧を設定して昇圧コンバータを制御し、一方、電動機の温度が所定温度以上のときには大気圧が小さいほど小さくなる傾向の電圧を制限電圧とすると共にこの制限電圧による制限を課して駆動回路に作用させるべき目標電圧を設定して昇圧コンバータを制御する。これにより、電動機の温度が低く電動機で絶縁破壊が生じるおそれが小さいときには駆動回路に作用する電圧を不要に制限して電動機から出力可能なトルクが不要に制限されるのを抑制することができ、電動機の温度が高く電動機を保護する必要があるときには大気圧が小さいほど小さくなる傾向の制限電圧を用いて電動機を保護することができる。したがって、電動機の温度と大気圧とに基づいて駆動回路に作用させる電圧をより適正なものとすることができる。ここで、所定温度は、大気圧が低いほど低い温度であるものとすることもできる。また、制限電圧は、電動機の温度が所定温度以上のときには電動機の温度が高いほど小さくなる傾向の電圧であるものとすることもできる。

本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。制限電圧設定用マップの一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、例えば同期発電電動機として構成されて駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２２に回転子が接続されたモータ３０と、モータ３０を駆動するためのインバータ３２と、充放電可能なバッテリ４０と、バッテリ４０からの電力をその電圧を変換してインバータ３２に供給可能な昇圧コンバータ４４と、昇圧コンバータ４４のバッテリ４０側に接続された平滑用コンデンサ４２と、昇圧コンバータ４4のインバータ３２側に接続された平滑用コンデンサ４６と、平滑用コンデンサ４２の端子間に取り付けられた電圧センサ４２ａからの平滑用コンデンサ４２の電圧や平滑コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからの平滑用コンデンサ４６の電圧（以下、「高圧系電圧」という），モータ３０の温度を検出する温度センサ３０ａからのモータ温度，シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジション，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６からのブレーキポジション，車速センサ５８からの車速，大気圧センサ５９からの大気圧を入力すると共にインバータ３２や昇圧コンバータ４４の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御して車両全体を制御する電子制御ユニット５０と、を備える。

実施例の電気自動車２０は、基本的には、電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。駆動制御では、電子制御ユニット５０は、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じて走行のためにモータ３０に要求される要求トルクを設定する。続いて、設定した要求トルクと図示しない回転数センサによって検出されたモータ３０の回転数とに基づいて要求トルクやモータ３０の回転数が大きいほど大きい傾向にインバータ３２に作用させるべき制御用電圧を設定し、制御用電圧に対してモータ３０を保護するための制限電圧による制限を課してインバータ３２に作用させる目標電圧を設定する。そして、インバータ３２に作用する高圧系電圧が目標電圧となるよう昇圧コンバータ４４のスイッチング素子をスイッチング制御すると共に電圧センサ４６ａにより検出される高圧系電圧に対してモータ３０から出力可能なトルクの範囲内でモータ３０から要求トルクが出力されるようインバータ３２のスイッチング素子をスイッチング制御する。ここで、モータ３０へのトルク指令は、高圧系電圧に対してモータ３０から出力可能なトルクと要求トルクとのうちいずれか大きい方のトルクを設定するものとすればよい。実施例の電気自動車２０では、こうした制御により、モータ３０を保護できる範囲でモータ３０から要求トルクを出力して走行することができる。

次に、実施例の電気自動車２０の駆動制御におけるモータ３０を保護するための制限電圧の設定について説明する。実施例の電気自動車２０では、温度センサ３０ａからのモータ温度が所定温度Ｔ１未満のときには、モータ３０の定格電圧を制限電圧に設定する。これは、モータ３０の特性としてモータ温度が高いほど図示しないステータコイルで絶縁破壊が生じやすく、モータ温度が低いときにはモータ３０で絶縁破壊が生じるおそれが小さいことに基づく。このため、所定温度Ｔ１としては、モータ３０で絶縁破壊が生じるおそれが小さい温度としてモータ３０の特性に基づいて予め定められた温度（例えば、８０℃や１００℃など）を用いることができる。このようにモータ温度が所定温度Ｔ１より低くモータ３０で絶縁破壊が生じるおそれが小さいときにはインバータ３２に作用する高圧系電圧を不要に制限しないことにより、モータ３０から出力可能なトルクが不要に制限されるのを抑制することができる。一方、モータ温度が所定温度Ｔ１以上のときには、モータ温度と大気圧センサ５９からの大気圧とに基づいて制限電圧を設定する。図２にモータ温度が所定温度Ｔ１以上のときの制限電圧設定用マップの一例を示す。なお、図２では、理解の容易のため、大気圧を標高に換算して示しており、所定温度Ｔ１として１００℃が用いられる場合を示している。制限電圧設定用マップは、図示するように、標高（大気圧）と制限電圧との関係を予め定めた複数の電圧マップ（図中、右側のマップ）とモータ温度に対していずれの電圧マップを選択するか関連づけた選択マップ（図中、左側のマップ）とからなる。即ち、モータ温度が所定温度Ｔ１以上のときには、モータ温度に基づいていずれの電圧マップを用いるか選択し、大気圧（標高）と選択された電圧マップとに基づいて制限電圧を設定するのである。選択マップでは、図２中左に示すように、モータ温度が高いほど小さい傾向の電圧が制限電圧に設定される電圧マップが選択され、電圧マップでは、図２中右に示すように、標高が高い（大気圧が小さい）ほど小さい傾向の電圧が制限電圧に設定される。これは、大気圧が小さいほどモータ３０の図示しないステータコイルで絶縁破壊が生じやすくなることに基づく。このようにモータ温度が所定温度Ｔ１以上でモータ３０を絶縁破壊から保護すべきときには大気圧が小さいほど小さくなる傾向の電圧を制限電圧に設定することにより、モータ３０で絶縁破壊が生じるのを抑制することができ、大気圧に基づいてモータ３０をより適正に保護することができる。しかも、実施例では、制限電圧としてモータ温度が高いほど小さくなる傾向の電圧を設定するから、モータ温度と大気圧とに基づいてモータ３０をより適正に保護することができる。なお、モータ温度が所定温度Ｔ１以上のときには、制限電圧としてモータ温度に拘わらず大気圧が小さいほど小さくなる傾向の電圧が設定されるものとしても構わない。

以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、モータ温度が所定温度Ｔ１未満のときにはモータ３０の定格電圧を制限電圧に設定し、モータ温度が所定温度Ｔ１以上のときには大気圧が小さいほど小さくなる傾向の電圧を制限電圧に設定し、設定した制限電圧を用いてインバータ３２に供給すべき目標電圧を設定して昇圧コンバータ４４を制御するから、モータ温度が低くモータ３０で絶縁破壊が生じるおそれが小さいときにはインバータ３２に作用する高圧系電圧を不要に制限してモータ３０から出力可能なトルクが不要に制限されるのを抑制することができ、モータ温度が高くモータ３０を保護する必要があるときには大気圧に基づく制限電圧によって高圧系電圧に制限を課してモータ３０をより適正に保護することができる。即ち、モータ温度と大気圧とに基づいてインバータ３２に作用させる電圧をより適正なものとすることができるのである。

実施例の電気自動車２０では、モータ３０を保護するための制限電圧を設定する際に、モータ３０で絶縁破壊が生じるおそれが小さいか否かを判定するのに用いる所定温度Ｔ１として固定値を用いるものとしたが、所定温度Ｔ１は、大気圧センサ５９から大気圧が小さいほど小さくなる傾向に設定されるものとしてもよい。こうすれば、大気圧に基づいてモータ３０で絶縁破壊が生じるおそれが小さいか否かをより適正に判定することができる。この結果、モータ温度と大気圧とに基づいて高圧系電圧の制限電圧をより適正に設定することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３０が「電動機」に相当し、インバータ３２が「駆動回路」に相当し、バッテリ４０が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ４４が「昇圧コンバータ」に相当し、モータ温度が所定温度Ｔ１未満のときにはモータ３０の定格電圧を制限電圧に設定し、モータ温度が所定温度Ｔ１以上のときには大気圧が小さいほど小さくなる傾向の電圧を制限電圧に設定する処理と、アクセル開度と車速とに応じて設定された走行のためにモータ３０に要求される要求トルクを設定すると共に設定した要求トルクとモータ３０の回転数とに基づいて要求トルクやモータ３０の回転数が大きいほど大きい傾向にインバータ３２に作用させるべき制御用電圧を設定し、制御用電圧に対して制限電圧による制限を課して高圧側の目標電圧を設定して高圧系電圧が目標電圧となるよう昇圧コンバータ４４のスイッチング素子をスイッチング制御すると共に電圧センサ４６ａにより検出される高圧系電圧に対してモータ３０から出力可能なトルクの範囲内でモータ３０から要求トルクが出力されるようインバータ３２のスイッチング素子をスイッチング制御する処理とを実行する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電気自動車の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２駆動軸、２４デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ駆動輪、３０モータ、３０ａ温度センサ、３２インバータ、４０バッテリ、４２，４６平滑コンデンサ、４２ａ，４６ａ電圧センサ、４４昇圧コンバータ、５０電子制御ユニット、５２シフトポジションセンサ、５４アクセルペダルポジションセンサ、５６ブレーキペダルポジションセンサ、５８車速センサ、５９大気圧センサ。

Claims

走行用の動力を出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する駆動回路と、充放電可能なバッテリと、前記バッテリの電力を昇圧して前記駆動回路に供給可能な昇圧コンバータと、前記電動機から出力すべき要求トルクに基づいて設定された制御用電圧に対して該電動機を保護するための制限電圧による制限を課して前記駆動回路に作用させるべき目標電圧を設定し、該設定した目標電圧が前記駆動回路に作用するよう前記昇圧コンバータを制御すると共に前記駆動回路に作用している電圧に対して前記電動機から出力可能なトルクの範囲内で該電動機から前記要求トルクが出力されるよう前記電動機を制御する制御手段と、を備える電気自動車において、
前記制御手段は、前記電動機の温度が予め定められた所定温度未満のときには所定の電圧を前記制限電圧として制御し、前記電動機の温度が前記所定温度以上のときには大気圧が小さいほど小さくなる傾向の電圧を前記制限電圧として制御する手段である、
ことを特徴とする電気自動車。