JP2011116328A - ハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその制御方法 - Google Patents

ハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】非パワートレイン部品に対する保護及び故障防止を図ることができるハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】モータ駆動システムは、車両走行のための第１及び第２モータと、第１及び第２モータを夫々駆動制御する第１及び第２インバータと、直流電源用バッテリーＢと、バッテリーＢから直流電圧を第１及び第２インバータに変圧させて供給し、第１又は第２インバータからの直流電圧をバッテリーＢ側に変圧させて供給する電圧コンバータと、バッテリーＢと電圧コンバータとの間に連結された第１及び第２メインリレーと、バッテリーＢと第１及び第２メインリレーとの間に、第１及び第２補助リレーを介して連結される直流変換装置及び電動式エアコンインバータとを含んで成る。
【選択図】 図１

Description

本発明はハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその制御方法に係り、更に詳しくは、メインリレーのオフ時に発生するモータの逆起電力が直流変換装置及び電動式エアコンインバータに印加されないようにすることで、直流変換装置などのような非パワートレイン部品に対する保護及び故障防止などを図ることができるハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその制御方法に関する。
ハイブリッド車両はガソリンエンジンだけでなくモータ駆動源を補助動力源として採択して、排気ガスの低減及び燃費の向上を図ることができる車両を言う。
エンジンが非効率的な走行環境であるとき、バッテリーの充放電によるモータの駆動を通してシステムの効率性を高めることができ（ｌｏａｄ ｌｅｖｅｌｉｎｇ）、また減速時には、ブレーキから摩擦熱として放出される運動エネルギーをモータの発電により電気に転換する回生制動を通してバッテリー充電が行われて燃費を向上させることができる。
このようなハイブリッド車両は動力伝達系統上、モータの連結及び駆動可否によってソフトタイプとハードタイプに分けられる。
既存のハードタイプのハイブリッド車両におけるモータ駆動のためのシステム構成の一例を図４に示した。この例では、車両走行のための第１モータＭ１及び第２モータＭ２と、第１モータＭ１を駆動制御する第１インバータ１及び第２モータＭ２を駆動制御する第２インバータ２と、直流電圧を出力する直流電源用バッテリーＢと、この直流電源用バッテリーＢから直流電圧を第１インバータ１及び第２インバータ２に昇圧させて供給し、第１インバータ１または第２インバータ２からの直流電圧を直流電源用バッテリーＢ側に減圧して供給する電圧コンバータ３と、直流電源用バッテリーＢと電圧コンバータ３との間に連結された第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２と、第１及び第２メインリレーＳＲ１及びＳＲ２と電圧コンバータ３との間に連結された直流変換装置４または電動（電装）式エアコンインバータ７に代表される電気負荷または電源供給装置などを含んで構成されている。
直流変換装置４はエネルギーの流れが単方向または両方向からなる電力変換装置を通称し、図４における符号５、６、８は、夫々順に１２Ｖ補助バッテリー、１２Ｖ電装負荷、ＤＣリンクコンデンサを表す。
上述のような従来のハイブリッド車両のモータ駆動システムは次のような問題点がある。
第１及び第２メインリレーＳＲ１及びＳＲ２がオフとなる瞬間、回転するモータの逆起電力によりＤＣリンクコンデンサ８に高い電圧（例：６００Ｖ）が誘起され、この電圧は電圧コンバータ３を通して直流変換装置４及び電動式エアコンインバータ７などのような第１及び第２メインリレーＳＲ１及びＳＲ２と電圧コンバータ３との間に連結されている非パワートレイン系部品に印加されることとなる。よって直流変換装置４と電動式エアコンインバータ７などのような部品の最高耐電圧仕様を増大させなければならず、これによるハイブリッドシステムの構築のための材料及び製造原価の上昇をもたらすとともに、システム効率の低下を招くという問題点がある。
更に、直流変換装置４の故障時、高電圧直流電源用バッテリーＢの直流電源による２次的障害を予防するために、第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２を即時にオフにする制御が行われ、このとき第１及び第２インバータ１、２にも電源が供給されなず、結局ハイブリッド車両の走行のための第１モータＭ１及び第２モータＭ２の駆動力が喪失するだけでなく、エンジンが高速回転中に発電機を初めとして第１及び第２モータＭ１、Ｍ２に対する制御不能状態により発電機に過度な回転及び逆起電力が誘起され、それによってモータ回転部の故障及び過電圧誘起によるインバータの焼損可能性も高くなるという問題点がある。
また、第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２のオフ後に車両が停止した場合は、第１及び第２モータＭ１、Ｍ２の駆動力が喪失した状態であるため、車両の起動（始動）が不可能となり、車両の診断、リンプホーム（ｌｉｍｐ ｈｏｍｅ）モードへの移行も不可能となり、結局、１２Ｖ補助バッテリーによる１２Ｖ電源の供給が可能であるにもかかわらず、車両の起動が不能となり牽引するほかなくなるという問題点がある。
更に、直流変換装置４を利用して高電圧バッテリーに代表される直流電源用バッテリーＢを充電する場合、第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２がオンとなり、電圧コンバータ３と第１及び第２インバータ１、２にも高電圧電源が印加される。このとき電圧コンバータ３と第１及び第２インバータ１、２の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）の誤作動を予防するための制御装置の制御動作が行われ、ここでＩＧＢＴゲートドライブ回路に電源を印加して常にＩＧＢＴがオフ状態となるようにしなければならないが、これはゲートドライブ回路の寿命短縮及び不必要な部品を常に動作させなければならないという不合理な点があり、特に長時間の充電時にはＩＧＢＴ誤作動を予防するための制御装置の寿命短縮及び誤作動の可能性が高くなるという問題点がある。
特開２００４−６４８０３号公報
従って、本発明は上記のような従来の諸般問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、メインリレーのオフ時に発生するモータの逆起電力が直流変換装置及び電動式エアコンインバータに印加されないように直流電源用バッテリーとメインリレーとの間に直流変換装置及び電動式エアコンインバータなどのような非パワートレイン部品が補助リレーを介して連結されるようにすることで、非パワートレイン部品に対する保護及び故障防止などを図ることができ、直流変換装置の故障時にも補助リレーに対する制御を通して迅速に対応することができるハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明によるハイブリッド車両のモータ駆動システムは、車両走行のための第１モータ及び第２モータと、第１モータを駆動制御する第１インバータ及び第２モータを駆動制御する第２インバータと、直流電圧を出力する直流電源用バッテリーと、前記直流電源用バッテリーから直流電圧を前記第１及び第２インバータに上昇または低下させて供給し、前記第１インバータまたは第２インバータからの直流電圧を前記直流電源用バッテリー側に低下または上昇させて供給する電圧コンバータと、前記直流電源用バッテリーと電圧コンバータとの間に連結された第１メインリレー及び第２メインリレーと、前記直流電源用バッテリーと前記第１及び第２メインリレーとの間に、第１補助リレー及び第２補助リレーを介して連結される非パワートレイン部品である直流変換装置及び電動式エアコンインバータと、を含めて構成されることを特徴とする。
このようなハイブリッド車両のモータ駆動システムにおいて、前記非パワートレイン部品と、パワートレイン部品である前記第１及び第２インバータとの間の電気的影響を遮断するように、前記第１及び第２メインリレーに対する動作と、前記第１及び第２補助リレーに対する動作とを制御する制御装置を更に含むことが好ましい。
また、上記目的を達成するため、本発明によるハイブリッド車両のモータ駆動システムの制御方法は、非パワートレイン部品である直流変換装置の故障有無判定段階と、故障判定時、直流電源用バッテリーと、第１メインリレー及び第２メインリレーとの間に連結される第１補助リレー及び第２補助リレーをオフにする段階と、車両の走行有無を判定する段階と、前記直流変換装置の故障状態で車両が走行中ならば、前記第１及び第２メインリレーをオンに維持してモータ駆動が継続して行われるようにする段階と、直流変換装置の故障状態で車両が始動オフ中ならば、非常機能ボタンをオンにし、第１及び第２メインリレーをオンにした後、車両の運行が臨時で行われるようにする段階と、を含むことを特徴とする。
このようなハイブリッド車両のモータ駆動システムの制御方法において、前記第１及び第２メインリレーをオフにする瞬間、第１及び第２補助リレーがオンとなった状態であっても、直流変換装置に印加されるモータの逆起電力による過電圧が遮断されることが好ましく、また、電気負荷及び電気供給装置である前記直流変換装置が故障ではない場合、直流変換装置を介した直流電源用バッテリーに対する充電が行われるように第１及び第２メインリレーをオフにすると同時に、前記第１及び第２補助リレーをオンにする段階とを更に含むことが好適である。
本発明のハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその制御方法によると、メインリレーのオフ時に発生するモータの逆起電力が直流変換装置及び電動式エアコンインバータに印加されないように補助リレーを採用することで、直流変換装置及び電動式エアコンインバータなどのような非パワートレイン部品に対する保護及び故障防止などを図ることができる。更に、モータの逆起電力による過電圧が直流変換装置などに印加されず、直流変換装置の最大耐電圧を低減させることができ、直流変換装置としてその容量の低い低電圧用を選択（例えば、耐電圧６００Ｖから３００Ｖにダウン）可能となるため、原価節減や、車両重量の軽減などを実現することができる。また、直流変換装置の故障時にも、メインリレー及び補助リレーに対する制御を通して迅速にＡ／Ｓ（Ａｆｔｅｒ Ｓｅｒｖｉｃｅ）を受けることができるように誘導できる。
本発明によるハイブリッド車両のモータ駆動システムを表す構成図である。 本発明によるハイブリッド車両のモータ駆動システムの故障制御方法を説明する順序図である。 本発明によるハイブリッド車両のモータ駆動システムの故障制御方法を説明する順序図である。 従来のハイブリッド車両のモータ駆動システムを表す構成図である。
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して詳細に説明する
本実施例によるハイブリッド車両のモータ駆動システムの構成図を図１に示した。
この実施例ではパワートレイン系部品として、車両走行のための第１モータＭ１及び第２モータＭ２に各々モータの駆動制御ために第１インバータ１及び第２インバータ２が連結されており、これらインバータは直流電圧を出力する直流電源用バッテリーＢと電圧コンバータ３を媒介に連結されている。
電圧コンバータ３は、直流電源用バッテリーＢから直流電圧を第１インバータ１及び第２インバータ２に、変圧（上昇または低下）させて供給したり、第１インバータ１または第２インバータ２からの直流電圧を直流電源用バッテリーＢ側に低下または上昇させて供給する役割を担っている。
このとき、直流電源用バッテリーＢと電圧コンバータ３との間にはバッテリーＢの電源を印加または遮断する（取り締まる）ための第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２が配設されている。
特に、直流電源用バッテリーＢと第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２との間には非パワートレイン系部品である直流変換装置４及び電動式エアコンインバータ７などが連結されており、直流電源用バッテリーＢと第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２との間で直流変換装置４及び電動（電装）式エアコンインバータ７に連結されるライン上には第１補助リレーＳＲ３及び第２補助リレーＳＲ４が装着される。
更に、電気負荷または電源供給装置である直流変換装置４のような非パワートレイン部品と、パワートレイン部品である第１インバータ１及び第２インバータ２との間の電気的影響を遮断するように制御装置（図示せず）により第１メインリレーＳＲ１及び第２メインリレーＳＲ２に対する動作と、第１補助リレーＳＲ３及び第２補助リレーＳＲ４に対する動作が制御される。なお、１２Ｖ補助バッテリー５、１２Ｖ電装負荷６、ＤＣリンクコンデンサ８などを含めその他の構成については、既存のシステム（図４）の場合と同様であり、詳細説明を省略する。
本実施例によるハイブリッド車両のモータ駆動システムの（故障）制御方法を説明する順序図を図２、３に示した。本実施例の制御方法は、上述したハイブリッド車両のモータ駆動システムに適用され、図示してない上記制御装置が実行するものである。
この実施例における制御方法では、電気負荷または電源供給装置に代表される非パワートレイン部品である直流変換装置４の故障時、直流電源用バッテリーＢと第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２との間に連結される第１補助リレーＳＲ３及び第２補助リレーＳＲ４がオフとなる。
そこで、第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２がオフにされなくても、モータの逆起電力による過電圧が印加されないため、直流変換装置４及び電動式エアコンインバータ７などのような非パワートレイン部品に対する保護及び故障防止が行われる。
一方、前記第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２をオフにする瞬間、第１及び第２補助リレーＳＲ３、ＳＲ４がオンとなった状態であっても、直流変換装置４に印加されるモータの逆起電力による過電圧が遮断される。
従って、直流変換装置４と電動式エアコンインバータ７などのような部品の最高耐電圧仕様を既存の６００Ｖ仕様で３００Ｖ仕様に減少させることができ、これによる製造原価節減を図ることができる。
このとき、直流変換装置４の故障状態で車両が走行中ならば、第１および第２補助リレーＳＲ３、ＳＲ４はオフとなるが、第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２をオンに維持して直流電源用バッテリーＢの電力によるモータＭ１、Ｍ２の駆動が継続して行われるようにする。
一方、直流変換装置４の故障状態で車両が始動オフ中ならば、非常機能ボタンを押して車両の非常警告灯が点灯されるようにし、同時に第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２をオンにした後、車両運行が臨時で行われるようにして（リンプ ホーム）、運転者がサービスセンター（Ａｆｔｅｒ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｃｅｎｔｅｒ：Ａ／Ｓセンター）まで走行して行けるようにする。なお、この段階で直流変換装置４の故障状態で車両が始動オフ中であると判断した場合に、非常機能ボタンを押すことなく、制御装置が直ちに非常機能をオンとし非常警告灯を点灯させると同時に第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２をオンとするように制御しても良い。
また、電気負荷及び電気供給装置である直流変換装置４が故障ではない場合、直流変換装置を通した直流電源用バッテリーＢに対する充電が行われるように第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２をオフにすると同時に、第１及び第２補助リレーＳＲ３、ＳＲ４をオンにする。
従って、直流変換装置４を利用して高電圧バッテリーに代表される直流電源用バッテリーＢに充電が容易に行われ、充電時に第１及び第２メインリレーＳＲ１、ＳＲ２がオフとなった状態であるため、電圧コンバータ３と第１及び第２インバータ１、２に充電時の高電圧電源が印加されず、電圧コンバータ３と第１及び第２インバータ１、２のＩＧＢＴの誤作動予防のために、制御装置がＩＧＢＴオフ制御を実施する不必要なロジックを排除させて制御装置の耐久性を向上させることができる。
１ 第１インバータ
２ 第２インバータ
３ 電圧コンバータ
４ 直流変換装置
５ １２Ｖ補助バッテリー
６ １２Ｖ電装負荷
７ 電動式エアコンインバータ
８ ＤＣリンクコンデンサ
Ｍ１ 第１モータ
Ｍ２ 第２モータ
Ｂ 直流電源用バッテリー
ＳＲ１ 第１メインリレー
ＳＲ２ 第２メインリレー
ＳＲ３ 第１補助リレー
ＳＲ４ 第２補助リレー

Claims (5)

  1. 車両走行のための第１モータ及び第２モータと、
    第１モータを駆動制御する第１インバータ及び第２モータを駆動制御する第２インバータと、
    直流電圧を出力する直流電源用バッテリーと、
    前記直流電源用バッテリーから直流電圧を前記第１及び第２インバータに上昇または低下させて供給し、前記第１インバータまたは第２インバータからの直流電圧を前記直流電源用バッテリー側に低下または上昇させて供給する電圧コンバータと、
    前記直流電源用バッテリーと電圧コンバータとの間に連結された第１メインリレー及び第２メインリレーと、
    前記直流電源用バッテリーと前記第１及び第２メインリレーとの間に、第１補助リレー及び第２補助リレーを介して連結される非パワートレイン部品である直流変換装置及び電動式エアコンインバータと、を含めて構成されることを特徴とするハイブリッド車両のモータ駆動システム。
  2. 前記非パワートレイン部品と、パワートレイン部品である前記第１及び第２インバータとの間の電気的影響を遮断するように、前記第１及び第２メインリレーに対する動作と、前記第１及び第２補助リレーに対する動作とを制御する制御装置を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のモータ駆動システム。
  3. 非パワートレイン部品である直流変換装置の故障有無判定段階と、
    故障判定時、直流電源用バッテリーと、第１メインリレー及び第２メインリレーとの間に連結される第１補助リレー及び第２補助リレーをオフにする段階と、
    車両の走行有無を判定する段階と、
    前記直流変換装置の故障状態で車両が走行中ならば、前記第１及び第２メインリレーをオンに維持してモータ駆動が継続して行われるようにする段階と、
    直流変換装置の故障状態で車両が始動オフ中ならば、非常機能ボタンをオンにし、第１及び第２メインリレーをオンにした後、車両の運行が臨時で行われるようにする段階と、を含むことを特徴とするハイブリッド車両のモータ駆動システムの制御方法。
  4. 前記第１及び第２メインリレーをオフにする瞬間、第１及び第２補助リレーがオンとなった状態であっても、直流変換装置に印加されるモータの逆起電力による過電圧が遮断されることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両のモータ駆動システムの制御方法。
  5. 電気負荷及び電気供給装置である前記直流変換装置が故障ではない場合、直流変換装置を介した直流電源用バッテリーに対する充電が行われるように第１及び第２メインリレーをオフにすると同時に、前記第１及び第２補助リレーをオンにする段階とを更に含むことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両のモータ駆動システムの制御方法。
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