JP2010246312A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の駆動中においてバッテリをより早く暖機させる。
【解決手段】バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ１未満のときには、昇圧コンバータの昇圧後電圧ＶＨの目標電圧ＶＨ＊をバッテリ温度Ｔｂ１が閾値Ｔｒｅｆ１以上のときに比して低い電圧Ｖｌｏに設定して昇圧コンバータを制御し（Ｓ１１０，１４０，１６０）、正弦波制御に比して電流が大きくなるよう矩形波制御と弱め界磁制御とを選択してインバータを制御するから、モータＭＧ１，ＭＧ２に流れる電流を大きくして電流に比例する損失の増加に伴うモータＭＧ１，ＭＧ２の発熱を大きくすることができ、冷却循環系のオイルを介した熱交換によりモータＭＧ１，ＭＧ２からバッテリへ供給される熱を大きくすることができる。この結果、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動中においてバッテリをより早く暖機させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、三相交流により駆動される電動機と、電動機と電力をやり取りするバッテリとを備え、バッテリが低温状態のときには駆動されていない電動機の三相のうち二相のみに継続して通電を行なうものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、放電によってバッテリの内部抵抗による自己発熱を促進させることで、バッテリの温度をその性能を十分に発揮できる温度まで早期に引き上げることができるとしている。

特開２００５−１７６４８４号公報

上述した装置では、放電によりバッテリの暖機を促進することができるものの、電動機が駆動されていない状態を前提としており、電動機が駆動されているときについては考慮されていない。ここで、バッテリが低温のときに電動機を駆動する場合、駆動開始に伴う充放電によってバッテリは暖機されることになるが、その性能を早期に発揮させることを考えると、電動機の駆動中においてバッテリをより早く暖機させることが望ましい。

本発明の駆動装置は、電動機の駆動中においてバッテリをより早く暖機させることを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
駆動軸に動力を出力する電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、前記電動機と電力のやり取りが可能なバッテリと、前記バッテリの電圧を昇圧して前記インバータに供給可能な昇圧コンバータと、前記電動機および前記バッテリと熱交換可能に設けられた循環経路に冷却媒体を循環させる循環手段と、前記インバータの入力電圧が目標電圧となるよう前記昇圧コンバータを制御すると共に要求駆動力が前記電動機から出力されるよう前記インバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置において、
前記制御手段は、前記装置の温度が所定温度未満のときには、該所定温度以上のときに比して低い目標電圧に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段である
ことを特徴とする。

この本発明の駆動装置では、装置の温度が所定温度未満のときには、所定温度以上のときに比して低い目標電圧に基づいてバッテリの電圧を昇圧してインバータに供給可能な昇圧コンバータを制御する。ここで、電動機から動力を出力するためには、昇圧後の電圧が低くなるほど電動機に流れる電流を大きくする必要がある。この場合、電流に比例して電動機の損失が増加し、これに伴って電動機の発熱が大きくなるから、冷却媒体との熱交換を介して電動機からバッテリへ供給される熱を大きくすることができる。この結果、電動機の駆動中においてバッテリをより早く暖機させることができる。ここで、「装置の温度」としては、バッテリの温度を用いてもよいし、電動機の温度や冷却媒体の温度などを用いてもよい。

本発明の一実施例としての駆動装置２０が備える冷却循環系５０の構成の概略を示す構成図である。 モータＭＧ１，ＭＧ２を含む電気駆動系の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット３６により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

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駆動装置２０が備える冷却循環系５０の構成の概略を示す構成図であり、図２はモータＭＧ１，ＭＧ２を含む電気駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、エンジン２２を備えるハイブリッド自動車に搭載されるものとして構成され、図示するように、永久磁石が貼り付けられた回転子と三相コイルが巻回された固定子とからなる同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１，ＭＧ２と、複数のスイッチング素子のオンオフによりモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ３３，３４と、バッテリ３８と、バッテリ３８が接続された低圧側とインバータ３３，３４が接続された高圧側との間で電圧を変換して電力のやり取りが可能な昇圧コンバータ３５と、インバータ３３，３４や昇圧コンバータ３５を制御すると共にハイブリッド自動車全体を制御する図示しないメイン電子制御ユニットと通信可能な電子制御ユニット３６と、エンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２，バッテリ３８の冷却を行なう冷却媒体としてのオイルを循環させる冷却循環系５０と、を備える。冷却循環系５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２などが収容されるモータケース５２と、エンジン２２が収容されるエンジンケース５４と、バッテリ３８が収容されるバッテリケース５６と、図示しないモータにより駆動され各ケースを繋ぐオイル循環路５７にオイルを圧送して各ケース内にオイルを供給するオイルポンプ５８と、を備える。冷却循環系５０（オイルポンプ５８）は、図示しない温度センサにより検出されるエンジン２２のエンジン温度ＴｅやモータＭＧ１，ＭＧ２の温度のいずれかが例えば０℃や５℃などの所定の起動温度に達したときに、メイン電子制御ユニットにより駆動される。また、電子制御ユニット３６には、各種センサからの信号として、例えばバッテリ３８に取り付けられた温度センサ３８ａからのバッテリ温度Ｔｂや昇圧コンバータ３５のインバータ３３，３４側に接続されたコンデンサの端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからの昇圧後電圧ＶＨ、図示しない回転数センサからのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数などが入力される。なお、この駆動装置２０が搭載されるハイブリッド自動車は、図示しないが、エンジン２２の出力軸とモータＭＧ１の回転軸と車軸とに３つの回転要素が接続された遊星歯車機構を備えており、また、モータＭＧ２の回転軸が車軸に接続されるよう構成されている。

実施例の駆動装置２０を搭載したハイブリッド自動車では、メイン電子制御ユニットによって実行される以下の駆動制御により走行する。メイン電子制御ユニットは、アクセル開度と車速とに基づいて車軸に出力すべき要求トルクを設定し、この要求トルクに車軸の回転数を乗じて走行に要求される走行用パワーを計算し、この走行用パワーとバッテリ３８の充電容量の割合に応じた充放電要求パワーとの和をエンジン指令パワーに設定する。次に、エンジン指令パワーに対してエンジン２２の運転ポイント（目標回転数と目標トルク）を設定し、エンジン２２の回転数が目標回転数に近づくよう回転数フィードバック制御によりモータＭＧ１から出力すべきトルクとしてのトルク指令を設定する。続いて、エンジン２２から出力されたトルクのうち遊星歯車機構を介して車軸に作用するトルクを要求トルクから減じて得られるモータＭＧ２から出力すべきトルクに対して、モータＭＧ１，ＭＧ２の各充放電電力の和がバッテリ３８を充放電してもよい最大許容電力を超えないよう制限してモータＭＧ２のトルク指令を設定する。そして、エンジン２２が目標運転ポイントで運転されるようエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御などを実行し、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令を電子制御ユニット３６に送信する。モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令を受信した電子制御ユニット３６は、受信したトルク指令やモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数に基づいて目標電圧ＶＨ＊を設定すると共に昇圧後電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるようフィードバック制御により昇圧コンバータ３５のスイッチング素子をスイッチングする昇圧制御を行ない、トルク指令に従ってモータＭＧ１，ＭＧ２が駆動されるようインバータ３３，３４のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

ここで、インバータ３３，３４のスイッチング制御は、正弦波制御と矩形波制御とを選択して行なうものとし、また、併せて弱め界磁制御を選択できるものとした。正弦波制御は、正弦波電圧指令信号と搬送波であるキャリア信号（三角波信号）とを用いて生成したＰＷＭ信号に基づくスイッチング制御により正弦波状の基本波成分をもった出力電圧を得るものである。矩形波制御は、最大の振幅をもった矩形波電圧の電圧位相をトルク指令に応じて変化させた振幅一定の基本波成分をもった出力電圧を得るものであり、正弦波制御に比して電圧利用率を向上させることができる。このため、矩形波制御では正弦波制御に比してインバータ３３，３４の入力電圧である昇圧後電圧ＶＨが同じ場合の出力電圧が向上し、モータＭＧ１，ＭＧ２に流れる電流を大きくすることができる。また、弱め界磁制御は、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数の上昇に伴って生じる逆起電力が昇圧後電圧ＶＨを超えて、要求されるトルクが出力できなくなるのを防止するために行なわれる。この弱め界磁制御では、界磁の力を弱める方向の電流（弱め界磁電流）が供給されるため、その分モータＭＧ１，ＭＧ２に流れる電流が増加することになる。

次に、昇圧コンバータ３５の動作について説明する。図３は、電子制御ユニット３６により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。昇圧制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３６は、まず、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令やエンジン温度Ｔｅをメイン電子制御ユニットから通信により入力すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数やバッテリ温度Ｔｂなどの制御に必要なデータを入力し（ステップＳ１００）、バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ１未満であるか否かあるいはエンジン温度Ｔｅが閾値Ｔｒｅｆ２未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、閾値Ｔｒｅｆ１，Ｔｒｅｆ２は、バッテリ３８とエンジン２２のそれぞれの適正温度範囲の下限値よりも僅かに低い温度として、バッテリ３８の充放電特性やエンジン２２に使用される潤滑オイルの粘性や燃料の気化状態などを考慮して例えば−２０℃や−１０℃，０℃などにそれぞれ設定するものとした。ステップＳ１１０でバッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ１未満ではなく且つエンジン温度Ｔｅが閾値Ｔｒｅｆ２未満ではないと否定的な判定をしたときには、昇圧コンバータ３５の目標電圧ＶＨ＊に電圧Ｖｌｏが設定されているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、電圧Ｖｌｏは、詳細については後述するが、ステップＳ１１０で肯定的な判定がなされたときに実行される後述のステップＳ１４０の処理において目標電圧ＶＨ＊に設定されるものである。いま、ステップＳ１１０で肯定的な判定がなされていない場合を考えると、ステップＳ１２０で目標電圧ＶＨ＊に電圧Ｖｌｏは設定されていないと判定し、目標電圧ＶＨ＊に通常の電圧である電圧Ｖｈｉを設定する（ステップＳ１５０）。ここで、電圧Ｖｈｉは、例えば、入力したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令や回転数に基づいて設定可能な電圧の範囲のうち最も高い電圧を定めるものとした。そして、設定した目標電圧ＶＨ＊に基づいて昇圧コンバータ３５の昇圧制御を行なって（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。この場合、インバータ３３，３４の制御は、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態に応じて正弦波制御と矩形波制御とを適宜選択して行なわれる。例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力するパワーが比較的低い場合に正弦波制御を選択し、比較的高い場合に矩形波制御を選択し、また、高回転域では矩形波制御に併せて弱め界磁制御を選択して行なわれる。

一方、ステップＳ１１０でバッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ１未満であるかあるいはエンジン温度Ｔｅが閾値Ｔｒｅｆ２未満であると肯定的な判定をしたときには、目標電圧ＶＨ＊に電圧Ｖｈｉよりも低い電圧Ｖｌｏを設定し（ステップＳ１４０）、続くステップＳ１６０で目標電圧ＶＨ＊に基づいて昇圧コンバータ３５を昇圧制御して、本ルーチンを終了する。なお、電圧Ｖｌｏは、例えば、電圧Ｖｈｉに所定の係数を乗じて算出するものなどとすればよい。この場合、インバータ３３，３４の制御は、矩形波制御を選択して行なわれ、併せて弱め界磁制御を選択するものとしてもよい。目標電圧ＶＨ＊に電圧Ｖｈｉを設定した場合と同等のパワーをモータＭＧ１，ＭＧ２から入出力することを考えると、昇圧後電圧ＶＨが低くなる分モータＭＧ１，ＭＧ２に流れる電流を大きくする必要がある。このため、同じ昇圧後電圧ＶＨに対し、正弦波制御に比してモータＭＧ１，ＭＧ２に流れる電流が大きくなる矩形波制御を選択するのである。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の損失は電流に比例して増加し、損失の増加に伴ってモータＭＧ１，ＭＧ２の発熱が大きくなる。このため、矩形波制御によりモータＭＧ１，ＭＧ２の温度が上述した冷却循環系５０の所定の起動温度により早く到達することになる。これにより、バッテリ３８やエンジン２２は、冷却循環系５０のオイルとの熱交換によってより早く暖機されることになる。また、昇圧後電圧ＶＨが低くなるため、モータＭＧ１，ＭＧ２の逆起電力が昇圧後電圧ＶＨを超えやすくなるが、併せて弱め界磁制御を選択することによりモータＭＧ１，ＭＧ２に要求されるトルクを確実に出力することができる。この弱め界磁制御により弱め界磁電流が供給される分、モータＭＧ１，ＭＧ２に流れる電流をより大きなものとしてモータＭＧ１，ＭＧ２の発熱をより大きくすることができるから、より一層バッテリ３８やエンジン２２の暖機を促進することができる。これらの制御により、バッテリ３８やエンジン２２の暖機を促進して、速やかに適正温度範囲に到達させることができる。バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ１未満のときやエンジン温度Ｔｅが閾値Ｔｒｅｆ２未満のときに目標電圧ＶＨ＊に電圧Ｖｈｉよりも低い電圧Ｖｌｏを設定するのはこうした理由に基づいている。

こうした処理が行なわれてバッテリ３８やエンジン２２の暖機が促進され、バッテリ温度Ｔｂやエンジン温度Ｔｅが上昇すると、ステップＳ１１０で否定的な判定をする。そして、続くステップＳ１２０で目標電圧ＶＨ＊に電圧Ｖｌｏを設定していると判定し、バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ３を超えるか否かあるいはエンジン温度Ｔｅが閾値Ｔｒｅｆ４を超えるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、閾値Ｔｒｅｆ３，Ｔｒｅｆ４は、バッテリ温度Ｔｂやエンジン温度Ｔｅの僅かな変化に対して目標電圧ＶＨ＊が電圧Ｖｈｉと電圧Ｖｌｏとに頻繁に切り替わることがないよう閾値Ｔｒｅｆ１，Ｔｒｅｆ２に対してそれぞれヒステリシスを持たせた値に設定されている。ステップＳ１３０でバッテリ温度Ｔｂ，エンジン温度Ｔｅのいずれかがその閾値Ｔｒｅｆ３，Ｔｒｅｆ４を超えないと判定したときにはステップＳ１４０で目標電圧ＶＨ＊に電圧Ｖｌｏを設定し、ステップＳ１３０でバッテリ温度Ｔｂ，エンジン温度Ｔｅがそれぞれ閾値Ｔｒｅｆ３，Ｔｒｅｆ４を超えると判定したときにはステップＳ１５０で目標電圧ＶＨ＊に電圧Ｖｈｉを設定し、ステップＳ１６０で昇圧コンバータ３５の昇圧制御を行なって、本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例の駆動装置２０では、バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ１未満のときあるいはエンジン温度Ｔｅが閾値Ｔｒｅｆ２未満のときには、昇圧コンバータ３５の昇圧後電圧ＶＨの目標電圧ＶＨ＊を各温度が閾値Ｔｒｅｆ１や閾値Ｔｒｅｆ２以上のときに比して低い電圧Ｖｌｏに設定して昇圧コンバータ３５を制御し、正弦波制御に比して電流が大きくなるよう矩形波制御と弱め界磁制御とを選択してインバータ３３，３４を制御するから、モータＭＧ１，ＭＧ２に流れる電流を大きくして損失の増加に伴うモータＭＧ１，ＭＧ２の発熱を大きくすることができ、冷却循環系５０のオイルを介した熱交換によりモータＭＧ１，ＭＧ２からバッテリ３８やエンジン２２へ供給される熱を大きくすることができる。この結果、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動中においてバッテリ３８やエンジン２２をより早く暖機させることができる。

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ＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ３８が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ３５が「昇圧コンバータ」に相当し、冷却循環系５０が「循環手段」に相当し、電子制御ユニット３６が「制御手段」に相当する。

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、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

２０ 駆動装置、２２ エンジン、３３，３４ インバータ、３５ 昇圧コンバータ、３６ 電子制御ユニット、３８ バッテリ、３８ａ 温度センサ、５０ 冷却循環系、５２ モータケース、５４ エンジンケース、５６ バッテリケース、５７ オイル循環路、５８ オイルポンプ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. 駆動軸に動力を出力する電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、前記電動機と電力のやり取りが可能なバッテリと、前記バッテリの電圧を昇圧して前記インバータに供給可能な昇圧コンバータと、前記電動機および前記バッテリと熱交換可能に設けられた循環経路に冷却媒体を循環させる循環手段と、前記インバータの入力電圧が目標電圧となるよう前記昇圧コンバータを制御すると共に要求駆動力が前記電動機から出力されるよう前記インバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置において、
   前記制御手段は、前記装置の温度が所定温度未満のときには、該所定温度以上のときに比して低い目標電圧に基づいて前記昇圧コンバータを制御する手段である
   ことを特徴とする駆動装置。

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