JP2011116329A - ハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその故障制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電圧コンバータの故障時にDCリンクコンデンサにたまった高電圧を電装負荷で放電されるようにしたハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその故障制御方法を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両のモータ駆動システムは、車両走行の第1及び第2モータと、第1及び第2モータを駆動制御する第1及び第2インバータと、直流電源用バッテリーと、直流電源用バッテリーから直流電圧を、昇圧または減圧させて第1及び前記第2インバータにて供給し、第1または第2インバータからの直流電源を減圧または上昇させて直流電源用バッテリー側に供給する電圧コンバータと、直流電源用バッテリーと電圧コンバータの間の第1及び第2メインリレーと、電圧コンバータと第1及び第2インバータとの間にDCリンクコンデンサの高電圧エネルギーを放電させることができるように連結された直流変換装置と、直流変換装置に連結された電装負荷とを有している。
【選択図】図1
【解決手段】ハイブリッド車両のモータ駆動システムは、車両走行の第1及び第2モータと、第1及び第2モータを駆動制御する第1及び第2インバータと、直流電源用バッテリーと、直流電源用バッテリーから直流電圧を、昇圧または減圧させて第1及び前記第2インバータにて供給し、第1または第2インバータからの直流電源を減圧または上昇させて直流電源用バッテリー側に供給する電圧コンバータと、直流電源用バッテリーと電圧コンバータの間の第1及び第2メインリレーと、電圧コンバータと第1及び第2インバータとの間にDCリンクコンデンサの高電圧エネルギーを放電させることができるように連結された直流変換装置と、直流変換装置に連結された電装負荷とを有している。
【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故障制御方法に関し、更に詳しくは、電圧コンバータの故障時にDCリンクコンデンサにたまった高電圧を放電されるようにしたハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその故障制御方法に関する。
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未来型車両として注目されている。
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を行っ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ト車、およびハイブリット車の制御装置については多くの報告がある〔例えば、特許文献1参照〕。
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ハイブリッド車両におけるモータ駆動システムの構成を図6に示している。この図を見てみると、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、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に昇圧して供給し、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メインリレーSR1及び第2メインリレーSR2と電圧コンバータ3との間に連結された電気負荷または電源供給装置に代表される直流変換装置4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の通称である。図6においては、その他12V補助バッテリー5、12V電装負荷6、DCリンクコンデンサ7をそれぞれ図示している。
前記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。
電圧コンバータ3の故障時、第1インバータ1及び第2インバータ2と電圧コンバータ3との間に内装されているコンバータ、即ち、DCリンクコンデンサ7にたまった高電圧エネルギーが放電経路部材により、自然放電されるまで数分乃至数時間かかり、これによりA/S作業者、または車両の事故時に運転者や乗客、さらに救助者等が感電して2次被害を被る危険がある。
一方、DC/DCコンバータ、即ち、電気負荷に代表される直流変換装置4に供給される電圧は、直流電源用バッテリーBを電源とする直流電源であり、一般的に、直流電源を使用する直流電源用バッテリーB電圧はSOC(state of charge;バッテリー充電状態量)及び充/放電エネルギー量によって変動するため、直流変換装置4はバッテリー電圧変動量に適合するように構成されなければならない。
例えば、直流電源用バッテリーBの電圧が200Vから400Vまで変動するとき、2kW出力を出すための直流変換装置4の入力電流はバッテリーB電圧400Vでは約5Aであるが、バッテリー電圧B200Vでは約10Aでなければならないため、直流変換装置はバッテリー最小電圧で必要な電流基準で設計されて、部品仕様が相対的に大きくなるという問題点がある。
これを解決するために、バッテリー電圧の変動がほとんどないように容量の大きいバッテリーを使用するか、またはバッテリー充/放電エネルギー量を減らしてSOC変動を最小化しなければならないが、この2つの方法は各々材料費の上昇及び燃費の抵抗などの問題点をもたらすことになる。
本発明は前記のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電圧コンバータの故障時に、第1メインリレー及び第2メインリレーをオフさせると同時に、DCリンクコンデンサにたまった高電圧を放電されるようにしたハイブリッド車両のモータ駆動システム及びその故障制御方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、電圧コンバータ及び直流変換装置が全て故障したとき、DCリンクコンデンサにたまった高電圧を放電されるようにした点にある。
また、本発明の別の目的は、電圧コンバータ及び直流変換装置が全て故障したとき、DCリンクコンデンサにたまった高電圧を放電されるようにした点にある。
前記目的を達成するための本発明の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、直流電源用バッテリーから直流電圧を、昇圧または減圧させて第1インバータ及び第2インバータに供給し、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減圧または上昇させて直流電源用バッテリー側に供給する電圧コンバータと、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、電圧コンバータと第1インバータ及び第2インバータとの間にDCリンクコンデンサの高電圧エネルギーを放電させることができるように連結された直流変換装置と、直流変換装置に連結されて12V補助バッテリーを電源とする電装負荷と、を有して構成される。
前記目的を達成するための本発明の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は、前記のハイブリッド車両のモータ駆動システムにおける電圧コンバータが故障したとき、第1メインリレー及び第2メインリレーを遮断する段階と、直流変換装置の出力電圧を増大させる段階と、任意の特定電装負荷をオンにする段階と、DCリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーが直流変換装置を介して特定電装負荷で放電される段階と、が行われるようする。あるいは、電圧コンバータと直流変換装置が故障したとき、第1メインリレー及び第2メインリレーを遮断する段階と、第1インバータ及び第2インバータに対するスイッチング制御が行われる段階と、DCリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーが第1モータ及び第2モータに放電される段階と、が行われるようにする。
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故障制御方法によると、電圧コンバータと第1インバータ及び第2インバータとの間に直流変換装置を連結して、電圧コンバータの故障時、第1及び第2メインリレーをオフにすると同時に、DCリンクコンデンサにたまった高電圧を、出力電圧が増大する直流変換装置を介して12Vの電装負荷で放電することができる。電圧コンバータと直流変換装置がともに故障したときには、第1インバータ及び第2インバータのDCリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーを放電させなければならないとき、第1インバータ及び第2インバータのスイッチング制御によるモータの抵抗成分を通してDCリンクコンデンサにたまった高電圧を放電することができる。これにより、車両が衝突事故を起こした時に運転者や乗客、さらに救助者が感電することを防ぐことができ、既存の直流電源用バッテリーである高電圧バッテリーの容量を大きくする必要がなくなり、バッテリー部品の原価節減を図ることができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、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。
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のための第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を媒介として連結されている。
図1は、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。
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のための第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を媒介として連結されている。
電圧コンバータ3は、直流電源用バッテリーBから直流電圧を昇圧または減圧させて第1インバータ1及び第2インバータ2に供給するか、第1インバータ1または第2インバータ2からの直流電圧を減圧または昇圧させて直流電源用バッテリーB側に供給する役割を行う。
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断続するための第1メインリレーSR1及び第2メインリレーSR2が配列されている。
特に、本発明のモータ駆動システムの構成では、電圧コンバータ3と第1インバータ1及び第2インバータ2との間には電気負荷に代表される直流変換装置4が連結される。
本発明のモータ駆動システムは、電圧コンバータ3が故障したときに、故障検出に応答して第1メインリレーSR1及び第2メインリレーSR2を遮断(オフ)する制御をし、DCリンクコンデンサ7にたまった高電圧エネルギーを放電するように直流変換装置4を制御する制御装置を有している。
このとき、直流変換装置4には12V補助バッテリー5を電源とする12V電装負荷(リアガラスの熱線、ウォーターポンプ、オイルポンプ、ラジエータの冷却ファンなど)6が制御装置の制御にて作動可能となるように連結される。
ここで、前記した構成からなる本発明のハイブリッド車両用モータ駆動システムの故障制御方法の一実施形態を説明すると次のとおりである。
図2及び図3は本発明によるハイブリッド車両用モータ駆動システムの故障制御方法の一実施形態を説明する順序図である。
図2及び図3は本発明によるハイブリッド車両用モータ駆動システムの故障制御方法の一実施形態を説明する順序図である。
本発明は、電圧コンバータ3の故障時に第1メインリレーSR1及び第2メインリレーSR2をオフにすると同時に、DCリンクコンデンサ7にたまった高電圧が、出力電圧が増大する直流変換装置4を介して12Vの電装負荷6で放電されるようにした点に特徴がある。
本発明の理解を助けるために、DCリンクコンデンサ7の放電量の境界値をL1とし、制御装置が制御できるリアガラスの熱線などのような任意の12V電装負荷6を特定電装負荷とする。
直流変換装置4の消耗電力がL1以下であるとき、12V補助バッテリー5が満充電状態であり、このとき追加的な任意の特定電装負荷6に対するオン/オフ制御をして、12V系電装負荷6の電力消耗量を増加させて直流変換装置4の消耗電力を増加させる。
即ち、直流変換装置4の負荷量がDCリンクコンデンサ7の放電量の境界値であるL1より小さく、同時に特定電装負荷6がオフである状態ならば、制御装置で特定電装負荷6が動作するようにオンに制御すると同時に、直流変換装置4の出力電圧を増大させる制御をすることで、DCリンクコンデンサ7にたまった高電圧エネルギーが直流変換装置4を介して特定電装負荷6で放電されるようにする。
即ち、直流変換装置4の負荷量がDCリンクコンデンサ7の放電量の境界値であるL1より小さく、同時に特定電装負荷6がオフである状態ならば、制御装置で特定電装負荷6が動作するようにオンに制御すると同時に、直流変換装置4の出力電圧を増大させる制御をすることで、DCリンクコンデンサ7にたまった高電圧エネルギーが直流変換装置4を介して特定電装負荷6で放電されるようにする。
このとき、前記した任意の特定電装負荷6は、ウォーターポンプ、オイルポンプ、ラジエータの冷却ファン、ワイパーデアイサー、空気清浄機、高電圧バッテリーの冷却ファンなど運転者や乗客が殆ど認知できないような電装負荷もあり、また室内低温時におけるヒーター、シート熱線、ヘッドランプ、オーディオ、フォグランプ、テールランプなど運転者や乗客が認知することができる電装負荷もある。
一方、電圧コンバータ3を昇圧形コンバータとして採用するとき、直流電源用バッテリーBの電圧に比べて、DCリンクコンデンサ7の電圧が常に同じであるか大きいため、第1メインリレーSR1及び第2メインリレーSR2がオンである場合は、バッテリーBの電圧以下にDCリンクコンデンサ7の電圧を制御することができず、第1メインリレーSR1及び第2メインリレーSR2がオフの場合は、エネルギー貯蔵装置であるバッテリーBが電圧コンバータ3と電気的に分離されてDCリンクコンデンサ7のエネルギーをバッテリーBに伝達できない状態となる。
そこで、第1メインリレーSR1及び第2メインリレーSR2のオフ後、電圧コンバータ3をオフすると同時に、直流変換装置4の出力電圧を増大させるスイッチング制御を通して、12V補助バッテリー5に対する充電をしたり、必要な任意の特定電装負荷6にエネルギーを供給して、DCリンクコンデンサ7の高電圧エネルギーを放電して消耗しなくともDCリンクコンデンサ7の電圧を一定電圧以下に制御することができる。
従って、直流変換装置4の消耗電力がL1以下のとき、12V補助バッテリー5が満充電状態であり、このとき12V補助バッテリー5の満充電または衝突事故発生時、運転者及び救助者などの感電を防ぐためにDCリンクコンデンサ7の電圧を非常に短い時間内に下げてやらなければならない。
これによって、第1メインリレーSR1及び第2メインリレーSR2のオフ後、直流変換装置4の出力電圧を増大させた後、大容量の12V電装負荷6(例えば、ヘッドランプ、リアガラスの熱線など)を強制駆動(オン)させて、12V電装負荷6の電力消耗量を瞬間的に増加すると同時に、直流変換装置4の消耗電力が形成されて、結局DCリンクコンデンサ7にたまった高電圧エネルギーが直流変換装置4を介して特定電装負荷6で放電されるようにする。
このように、本発明の一実施形態によると、電圧コンバータ3の故障時、第1メインリレーSR1及び第2メインリレーSR2をオフにすると同時に、DCリンクコンデンサ7にたまった高電圧が、出力電圧が増大する直流変換装置4を介して特定電装負荷6で放電されるようにすることで、衝突事故時に運転者及び救助者の感電を予防することができる。これにより、既存の直流電源用バッテリーBである高電圧バッテリーの容量を大きくしなくともよくなり、バッテリー部品の原価節減を図ることができる。
図4及び図5は、本発明によるハイブリッド車両用モータ駆動システムの故障制御方法における第2の実施形態を説明する順序図である。
この第2の実施形態には、電圧コンバータ3と直流変換装置4がともに故障して、第1メインリレーSR1及び第2メインリレーSR2を遮断し、第1インバータ1及び第2インバータ2のDCリンクコンデンサ7にたまった高電圧エネルギーを放電させなければならないとき、第1インバータ1及び第2インバータ2のスイッチング制御によるモータの抵抗成分を通してDCリンクコンデンサ7にたまった高電圧エネルギーが放電されるようにした点に特徴がある。
即ち、電圧コンバータ3と直流変換装置4が故障したときに、第1メインリレーSR1及び第2メインリレーSR2を遮断し、第1インバータ1及び第2インバータ2のスイッチング制御を通してDCリンクコンデンサ7にたまった高電圧エネルギーを第1モータM1及び第2モータM2に放電するが、第1モータM1及び第2モータM2の速度を各々放電制御のためのモータ速度制限値であるS1及びS2以下に制御して、DCリンクコンデンサ7にたまった高電圧エネルギーがモータの抵抗成分を通して放電されるようにする。
このとき、第1モータM1及び第2モータM2の速度を放電制御のためのモータ速度の制限値であるS1及びS2以上に制御すると、むしろDCリンクコンデンサ7の電圧を増加させることができるため、S1及びS2以下に制御することが好ましい。
本発明の第2の実施形態によると、電圧コンバータ3と直流変換装置4が故障したときに、第1インバータ1及び第2メインリレーSR2をオフにすると同時に、DCリンクコンデンサ7にたまった高電圧がモータを抵抗成分として放電されるようにすることで、衝突事故時に運転者、乗客及び救助者の感電を予防することができ、さらに既存の直流電源用バッテリーBである高電圧バッテリーの容量を大きくしなくともよくなりバッテリー部品の原価節減を図ることができる。
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;電装負荷
7;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
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;電装負荷
7;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
Claims (7)
- 車両走行のための第1モータ及び第2モータと、
前記第1モータを駆動制御する第1インバータ及び前記第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昇圧または減圧させて前記第1インバータ及び前記第2インバータに供給し、前記第1インバータまたは前記第2インバータからの直流電圧を減圧または上昇させて前記直流電源用バッテリー側に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前記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、
前記電圧コンバータと前記第1インバータ及び前記第2インバータとの間にDCリンクコンデンサの高電圧エネルギーを放電させることができるように連結された直流変換装置と、
前記直流変換装置に連結されて、12V補助バッテリーを電源とする電装負荷と、
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。 - 前記電圧コンバータが故障したときに、故障検出に応答して前記第1メインリレー及び第2メインリレーを遮断(オフ)する制御を行い、DCリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーが放電されるように直流変換装置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。
- 請求項1または2に記載のハイブリッド車両のモータ駆動システムにおける電圧コンバータが故障したとき、
第1メインリレー及び第2メインリレーを遮断する段階と、
直流変換装置の出力電圧を増大させる段階と、
任意の特定電装負荷をオンにする段階と、
DCリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーが直流変換装置を介して特定電装負荷で放電される段階と、
が行われるようす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の故障制御方法。 - 前記直流変換装置の負荷量が、DCリンクコンデンサの放電量の境界値であるL1より小さく、同時に特定電装負荷がオフの状態のときに、制御装置で特定電装負荷が動作するようにオンに制御すると同時に、直流変換装置の出力電圧を増大させる制御を行う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故障制御方法。
- 前記任意の特定電装負荷が、ウォーターポンプ、オイルポンプ、ラジエータの冷却ファン、ワイパーデアイサー、空気清浄機、高電圧バッテリーの冷却ファン、ヒーター、シート熱線、ヘッドランプ、オーディオ、フォグランプ、テールランプの群から選ばれる少なくとも1種であ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故障制御方法。
- 請求項1または2に記載のハイブリッド車両のモータ駆動システムにおける電圧コンバータと直流変換装置が故障したとき、
第1メインリレー及び第2メインリレーを遮断する段階と、
第1インバータ及び第2インバータに対するスイッチング制御が行われる段階と、
DCリンクコンデンサにたまった高電圧エネルギーが第1モータ及び第2モータに放電される段階と、
が行われるようにす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の故障制御方法。 - 前記DCリンクコンデンサの放電エネルギーにより駆動する第1モータ及び第2モータの速度は、それぞれ放電制御のためのモータ速度の制限値であるS1及びS2以下に制御されることを特徴とする請求項6に記載の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。
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