JP2011250511A - Load driving device and vehicle with the same, and method for control of load driving device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、負荷駆動装置およびそれを備える車両ならびに負荷駆動装置の制御方法に関し、特に、負荷駆動装置の過電流防止技術に関する。 The present invention relates to a load drive device, a vehicle including the load drive device, and a control method for the load drive device, and more particularly, to an overcurrent prevention technique for the load drive device.
特開2006−25493号公報(特許文献1)は、過負荷時に出力電流を制限して素子の過熱破壊を防止する電力変換装置を開示する。この電力変換装置においては、インバータの出力電流の示す電流値Iがしきい値Ith1を超えると電流集中状態であると判断される。そして、電流値IがIth_maxを超えるときを最短に、電流値Iが小さくなるほど電流制限時間が長く設定される。また、インバータの冷却水温度が低いほど電流制限時間が長く設定される。たとえば、電流値IがIth_maxを超えているとき、冷却水温度がTw3よりも低いTw2であれば、Δt1(Tw3)よりも長いΔt1(Tw2)に電流制限時間が設定される。 Japanese Patent Laying-Open No. 2006-25493 (Patent Document 1) discloses a power conversion device that limits an output current at the time of overload to prevent overheat destruction of an element. In this power converter, when current value I indicated by the output current of the inverter exceeds threshold value Ith1, it is determined that the current is concentrated. The shortest time when the current value I exceeds Ith_max, the longer the current limit time is set as the current value I becomes smaller. Further, the current limit time is set longer as the cooling water temperature of the inverter is lower. For example, when the current value I exceeds Ith_max and the coolant temperature is Tw2 lower than Tw3, the current limit time is set to Δt1 (Tw2) longer than Δt1 (Tw3).
この電力変換装置によれば、過負荷によるパワー素子の過熱破壊を防止しつつ、装置能力を十分に発揮することができる(特許文献1参照)。 According to this power conversion device, the device capability can be sufficiently exhibited while preventing overheating of the power element due to overload (see Patent Document 1).
上記の特開2006−25493号公報に開示される電力変換装置は、過負荷時にインバータの素子が過熱破壊するのを防止できる点で有用である。 The power converter disclosed in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-25493 is useful in that it can prevent the elements of the inverter from being overheated at the time of overload.
一方、直流電源とインバータとの間に昇圧コンバータが設けられる場合には、昇圧コンバータの素子(特に、モータの力行動作時に直流電源からインバータへ電流を流す上アームのパワー素子)も過熱破壊から保護しなければならない。その際、車両の走行性能を不必要に低下させないために、不必要に電流を制限しないように考慮する必要がある。また、昇圧コンバータへ電力を供給する直流電源(二次電池等の蓄電装置)についても、過電流が生じないように考慮する必要がある。上記の特開2006−25493号公報では、このような点についての検討は行なわれていない。 On the other hand, when a boost converter is provided between the DC power supply and the inverter, the elements of the boost converter (especially, the power element of the upper arm that flows current from the DC power supply to the inverter during the power running operation of the motor) are also protected from overheat destruction Must. At that time, in order not to unnecessarily deteriorate the running performance of the vehicle, it is necessary to consider not to limit the current unnecessarily. In addition, it is necessary to consider the DC power supply (power storage device such as a secondary battery) that supplies power to the boost converter so that no overcurrent occurs. In the above Japanese Patent Laid-Open No. 2006-25493, such a point is not studied.
それゆえに、この発明の目的は、昇圧コンバータを備える負荷駆動装置において、走行性能を不必要に制限することなく昇圧コンバータおよび蓄電装置を適切に保護することである。 Therefore, an object of the present invention is to appropriately protect a boost converter and a power storage device without unnecessarily restricting running performance in a load drive device including the boost converter.
この発明によれば、負荷駆動装置は、蓄電装置と、駆動装置と、昇圧装置と、電流センサと、冷媒温度センサと、制御装置とを備える。駆動装置は、蓄電装置から出力される電力を用いて負荷を駆動する。昇圧装置は、蓄電装置と駆動装置との間に設けられ、駆動装置の入力電圧を蓄電装置の電圧以上に昇圧可能に構成される。電流センサは、蓄電装置から駆動装置へ供給される電流を検出するためのものである。冷媒温度センサは、昇圧装置を冷却するための冷媒の温度を検出するためのものである。制御装置は、電流センサの検出値が制御しきい値を超えた場合に、その検出値に基づいて電流を制御する超過電流フィードバック制御を実行する。昇圧装置は、蓄電装置から駆動装置へ電流を流す電力用半導体素子を含む。そして、制御装置は、蓄電装置を保護するために定められる第1の電流しきい値と、電力用半導体素子を保護するために冷媒温度センサの検出値に基づいて決定される第2の電流しきい値とのうち小さい方を制御しきい値として、超過電流フィードバック制御を実行する。 According to the present invention, the load driving device includes a power storage device, a driving device, a boosting device, a current sensor, a refrigerant temperature sensor, and a control device. The drive device drives the load using electric power output from the power storage device. The booster device is provided between the power storage device and the drive device, and is configured to be able to boost the input voltage of the drive device to be higher than the voltage of the power storage device. The current sensor is for detecting a current supplied from the power storage device to the drive device. The refrigerant temperature sensor is for detecting the temperature of the refrigerant for cooling the booster. When the detected value of the current sensor exceeds the control threshold value, the control device executes excess current feedback control for controlling the current based on the detected value. The booster device includes a power semiconductor element that allows current to flow from the power storage device to the drive device. Then, the control device outputs a second current determined based on a first current threshold value set to protect the power storage device and a detection value of the refrigerant temperature sensor to protect the power semiconductor element. Excess current feedback control is executed using the smaller one of the threshold values as a control threshold value.
好ましくは、第2の電流しきい値は、冷媒温度センサの検出値が大きいほど小さくなるように設定される。 Preferably, the second current threshold is set to be smaller as the detected value of the refrigerant temperature sensor is larger.
好ましくは、負荷駆動装置は、なまし処理部をさらに備える。なまし処理部は、電流センサの検出値になまし処理を実施する。超過電流フィードバック制御の制御ゲインは、第1の基準値よりも大きな値に設定される。なまし処理の時定数は、第1の基準値に対応する第2の基準値よりも大きな値に設定される。 Preferably, the load driving device further includes an annealing processing unit. The annealing processing unit performs an annealing process on the detection value of the current sensor. The control gain of the excess current feedback control is set to a value larger than the first reference value. The time constant of the annealing process is set to a value larger than the second reference value corresponding to the first reference value.
好ましくは、昇圧装置は、第1および第2の電力用半導体スイッチング素子と、リアクトルとをさらに含む。第1および第2の電力用半導体スイッチング素子は、駆動装置に接続される電力線対間に直列に接続される。リアクトルは、第1および第2の電力用半導体スイッチング素子間の接続ノードと蓄電装置の正極との間に接続される。電力用半導体素子は、ダイオードである。ダイオードは、上アームを構成する第1の電力用半導体スイッチング素子に逆並列に接続される。 Preferably, the boosting device further includes first and second power semiconductor switching elements and a reactor. The first and second power semiconductor switching elements are connected in series between a pair of power lines connected to the driving device. The reactor is connected between a connection node between the first and second power semiconductor switching elements and the positive electrode of the power storage device. The power semiconductor element is a diode. The diode is connected in antiparallel to the first power semiconductor switching element constituting the upper arm.
また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの負荷駆動装置と、負荷駆動装置によって駆動される電動機と、電動機によって駆動される駆動輪とを備える。 According to the invention, the vehicle includes any one of the load driving devices described above, an electric motor driven by the load driving device, and driving wheels driven by the electric motor.
また、この発明によれば、制御方法は、負荷駆動装置の制御方法である。負荷駆動装置は、昇圧装置を含む。昇圧装置は、負荷を駆動する駆動装置と蓄電装置との間に設けられ、駆動装置の入力電圧を蓄電装置の電圧以上に昇圧可能に構成される。昇圧装置は、蓄電装置から駆動装置へ電流を流す電力用半導体素子を含む。そして、制御方法は、蓄電装置から駆動装置へ供給される電流を検出するステップと、昇圧装置を冷却するための冷媒の温度を検出するステップと、電流の検出値が制御しきい値を超えた場合に、検出値に基づいて電流を制御する超過電流フィードバック制御を実行するステップとを含む。超過電流フィードバック制御を実行するステップは、蓄電装置を保護するための第1の電流しきい値を決定するサブステップと、電力用半導体素子を保護するために冷媒の温度の検出値に基づいて第2の電流しきい値を決定するサブステップと、第1および第2の電流しきい値のうち小さい方を制御しきい値として超過電流フィードバック制御を実行するサブステップとを含む。 According to the invention, the control method is a control method for the load driving device. The load driving device includes a booster. The booster is provided between the drive device that drives the load and the power storage device, and is configured to be able to boost the input voltage of the drive device to be higher than the voltage of the power storage device. The booster device includes a power semiconductor element that allows current to flow from the power storage device to the drive device. The control method includes a step of detecting a current supplied from the power storage device to the drive device, a step of detecting a temperature of a refrigerant for cooling the booster, and a detected value of the current exceeds a control threshold value. And performing overcurrent feedback control for controlling current based on the detected value. The step of executing the excess current feedback control includes a sub-step of determining a first current threshold value for protecting the power storage device, and a detected temperature value of the refrigerant for protecting the power semiconductor element. And a sub-step of executing excess current feedback control using the smaller one of the first and second current thresholds as a control threshold.
好ましくは、第2の電流しきい値は、温度の検出値が大きいほど小さくなるように設定される。 Preferably, the second current threshold is set so as to decrease as the detected temperature value increases.
好ましくは、負荷駆動装置の制御方法は、電流の検出値になまし処理を実行するステップをさらに含む。超過電流フィードバック制御の制御ゲインは、第1の基準値よりも大きな値に設定される。なまし処理の時定数は、第1の基準値に対応する第2の基準値よりも大きな値に設定される。 Preferably, the method for controlling the load driving device further includes a step of executing an annealing process on the detected current value. The control gain of the excess current feedback control is set to a value larger than the first reference value. The time constant of the annealing process is set to a value larger than the second reference value corresponding to the first reference value.
この発明においては、蓄電装置と駆動装置との間に昇圧装置が設けられ、昇圧装置は、蓄電装置から駆動装置へ電流を流す電力用半導体素子を含む。そして、電流センサの検出値が制御しきい値を超えた場合に、その検出値に基づいて電流を制御する超過電流フィードバック制御が実行される。ここで、この発明においては、蓄電装置を保護するために定められる第1の電流しきい値と、昇圧装置の上記電力用半導体素子を保護するために冷媒温度センサの検出値に基づいて決定される第2の電流しきい値とのうち小さい方を上記制御しきい値として超過電流フィードバック制御が実行されるので、状況に応じて適切に電流制限が実施される。 In the present invention, a booster device is provided between the power storage device and the drive device, and the booster device includes a power semiconductor element that allows current to flow from the power storage device to the drive device. Then, when the detected value of the current sensor exceeds the control threshold value, excess current feedback control is performed to control the current based on the detected value. Here, in the present invention, it is determined based on the first current threshold value defined for protecting the power storage device and the detected value of the refrigerant temperature sensor for protecting the power semiconductor element of the booster device. Since the excess current feedback control is executed using the smaller one of the second current threshold values as the control threshold value, current limitation is appropriately performed according to the situation.
したがって、この発明によれば、走行性能を不必要に制限することなく昇圧コンバータおよび蓄電装置を適切に保護することができる。 Therefore, according to the present invention, the boost converter and the power storage device can be appropriately protected without unnecessarily limiting the running performance.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による負荷駆動装置と備える車両の全体構成図である。図1を参照して、車両100は、蓄電装置Bと、昇圧コンバータ10と、インバータ20と、モータジェネレータ30と、駆動輪35と、正極線PL1,PL2と、負極線NLと、電流センサ52と、冷却水温センサ58と、制御装置40とを備える。
[Embodiment 1]
1 is an overall configuration diagram of a vehicle provided with a load driving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1,
蓄電装置Bは、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池によって構成される。蓄電装置Bは、走行用の電力を蓄えており、昇圧コンバータ10へ電力を供給する。また、車両100の制動時には、モータジェネレータ30によって発電された電力を受けて充電される。なお、蓄電装置Bとして、二次電池に代えて大容量のキャパシタを用いてもよい。
The power storage device B is a rechargeable DC power source, and is constituted by a secondary battery such as nickel hydride or lithium ion, for example. Power storage device B stores power for traveling and supplies power to boost
昇圧コンバータ10は、リアクトルLと、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する。)Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。スイッチング素子Q1,Q2は、正極線PL2と負極線NLとの間に直列に接続される。スイッチング素子Q1のコレクタが正極線PL2に接続され、スイッチング素子Q2のエミッタが負極線NLに接続される。ダイオードD1,D2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2に逆並列に接続される。リアクトルLは、スイッチング素子Q1,Q2の接続ノードと正極線PL1との間に接続される。すなわち、昇圧コンバータ10は、電流可逆チョッパ回路から成る。
なお、上記のスイッチング素子Q1,Q2およびインバータ20におけるスイッチング素子として、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ等を用いることができる。
As the switching elements in the switching elements Q1 and Q2 and the
昇圧コンバータ10は、制御装置40からの信号PWCに基づいて、正極線PL2および負極線NL間の電圧(以下「システム電圧」とも称する。)を蓄電装置Bの出力電圧以上に昇圧する。なお、システム電圧が目標電圧よりも低い場合、スイッチング素子Q2のオンデューティーを大きくすることによって正極線PL1から正極線PL2へ電流を流すことができ、システム電圧を上昇させることができる。一方、システム電圧が目標電圧よりも高い場合、スイッチング素子Q1のオンデューティーを大きくすることによって正極線PL2から正極線PL1へ電流を流すことができ、システム電圧を低下させることができる。さらに、スイッチング素子Q1を常時オン状態(スイッチング素子Q2は常時オフ状態)とすることによって、昇圧コンバータ10を不使用にすることができる。
インバータ20は、制御装置40からの信号PWIに基づいて、正極線PL2および負極線NLから供給される直流電力を三相交流に変換してモータジェネレータ30へ出力し、モータジェネレータ30を駆動する。これにより、モータジェネレータ30は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ20は、車両の制動時、モータジェネレータ30により発電された三相交流電力を信号PWIに基づいて直流に変換し、正極線PL2および負極線NLへ出力する。インバータ20は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路によって構成される。
なお、昇圧コンバータ10およびインバータ20は、図示されない水冷式の冷却装置によって冷却される。昇圧コンバータ10およびインバータ20は、共通の冷却装置によって冷却されてもよいし、昇圧コンバータ10およびインバータ20の各々を個別の冷却装置で冷却してもよい。
モータジェネレータ30は、交流電動機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流電動機である。モータジェネレータ30は、駆動輪35に機械的に連結され、走行用の駆動力を発生する。また、モータジェネレータ30は、車両の制動時、車両の運動エネルギーを駆動輪35から受けて発電する。なお、この車両100がハイブリッド車両であれば、モータジェネレータ30は、図示されないエンジンに機械的に連結され、エンジンの動力を用いて発電し、かつ、エンジンの始動も行なうものとして、ハイブリッド車両に組み込まれてもよい。
電流センサ52は、蓄電装置Bに対して入出力される電流Ibを検出し、その検出値を制御装置40へ出力する。冷却水温センサ58は、昇圧コンバータ10を冷却する冷却装置の冷却水温度Tw(以下、単に「昇圧コンバータ10の冷却水温度Tw」とも称する。)を検出し、その検出値を制御装置40へ出力する。
制御装置40は、昇圧コンバータ10およびモータジェネレータ30をそれぞれ駆動するための信号PWC,PWIを生成し、その生成した信号PWC,PWIをそれぞれ昇圧コンバータ10およびインバータ20へ出力する。
また、制御装置40は、電流センサ52から受ける電流Ibの検出値(実際には、後述のように、検出値に対してなまし処理が実施される。)が制御しきい値(後述)を超えた場合に、電流Ibの検出値から制御しきい値を差引いた値を制御入力とするフィードバック制御(以下「超過電流FB制御」とも称する。)を実行する。
In addition, the
より詳しくは、制御装置40は、蓄電装置Bを保護するために定められる電流しきい値Ith1と、昇圧コンバータ10の上アームにおけるダイオードD1を保護するための電流しきい値Ith2との大小を比較する。ここで、ダイオードD1を保護するための電流しきい値Ith2は、冷却水温センサ58から受ける昇圧コンバータ10の冷却水温度Twの検出値に基づいて決定される。そして、制御装置40は、電流しきい値Ith1,Ith2のうち小さい方を上記制御しきい値として上記超過電流FB制御を実行する。
More specifically,
図2は、昇圧コンバータ10の上アームにおけるダイオードD1の温度変化を示した図である。図2を参照して、縦軸は、ダイオードD1の温度Tdが昇圧コンバータ10の冷却水温度Twに収束している時刻t0からダイオードD1に電流Idが流れるときのダイオードD1の温度上昇量ΔTdを示す。
FIG. 2 is a diagram showing a temperature change of diode D1 in the upper arm of
図2に示されるように、ダイオードD1に電流Idが流れると、温度Tdが上昇する。そして、電流Idが大きいほど、温度上昇量ΔTdは大きくなる。すなわち、ダイオードD1の温度上昇量ΔTdは、ダイオードD1に流れる電流Idに比例する。一方、ダイオードD1を過熱破壊から保護するためには、下式に示すように、ダイオードD1の温度Tdを上限値Tmaxよりも低い温度に抑える必要がある。 As shown in FIG. 2, when the current Id flows through the diode D1, the temperature Td rises. The temperature increase amount ΔTd increases as the current Id increases. That is, the temperature rise amount ΔTd of the diode D1 is proportional to the current Id flowing through the diode D1. On the other hand, in order to protect the diode D1 from overheating destruction, it is necessary to suppress the temperature Td of the diode D1 to a temperature lower than the upper limit value Tmax as shown in the following equation.
Td=Tw+ΔTd<Tmax …(1)
上式から、昇圧コンバータ10の冷却水温度Twが高いほど、ダイオードD1の温度上昇量ΔTdを抑える必要がある。そして、上述のように、ダイオードD1の温度上昇量ΔTdは、ダイオードD1に流れる電流Idに比例する。したがって、図3に示すように、昇圧コンバータ10の冷却水温度Twが高いほど、ダイオードD1に流れる電流Idの最大値Idmaxを低く設定する必要がある。
Td = Tw + ΔTd <Tmax (1)
From the above equation, it is necessary to suppress the temperature rise amount ΔTd of the diode D1 as the cooling water temperature Tw of the
そこで、この実施の形態1においては、冷却水温センサ58から受ける冷却水温度Twの検出値に基づいて、ダイオードD1に流れる電流Idの最大値Idmaxを決定する。そして、その決定された最大値Idmaxから適当なマージンを差引いた値を、ダイオードD1を保護するための電流Ibのしきい値を示す電流しきい値Ith2とする。すなわち、電流しきい値Ith2は、昇圧コンバータ10の冷却水温度Twの検出値が大きいほど小さくなるように設定される。
Therefore, in the first embodiment, based on the detected value of cooling water temperature Tw received from cooling
図4は、図1に示した制御装置40の、超過電流FB制御に関連する部分の機能ブロック図である。図4を参照して、制御装置40は、なまし処理部72と、超過電流FB制御部74と、減算部76と、モータパワー算出部78と、モータトルク算出部80と、インバータ制御部82とを含む。
FIG. 4 is a functional block diagram of a portion related to excess current FB control of the
なまし処理部72は、電流Ibの検出値を電流センサ52(図1)から受け、その受けた検出値に対してなまし処理(徐変処理)を実行する。このなまし処理は、たとえば、電流センサ52の検出値に時定数T1の平均化処理や遅れ処理等を施すものである。なお、この実施の形態1においては、このなまし処理部72を省略してもよい。そして、なまし処理部72は、なまし処理された電流Ib*を超過電流FB制御部74へ与える。
The
超過電流FB制御部74は、なまし処理部72から電流Ib*を受け、昇圧コンバータ10の冷却水温度Twの検出値を冷却水温センサ58(図1)から受ける。そして、超過電流FB制御部74は、その受けた冷却水温度Twの検出値を用いて後述の方法により決定される制御しきい値を電流Ib*が超過した場合に、電流Ibが制御しきい値を下回るように電流を制御する超過電流FB制御を実行する。
Excess current
減算部76は、超過電流FB制御部74から出力される制御量を、蓄電装置Bから放電可能な電力(W)の許容値を示す放電許容電力Woutから減算し、その演算結果を放電許容電力Woutの補正値Wout*としてモータパワー算出部78へ出力する。
モータパワー算出部78は、アクセル開度を示すアクセル開度信号ACC、車両速度を示す車速信号VSを受ける。なお、アクセル開度および車両速度の各々は、図示されないセンサによって検出される。そして、モータパワー算出部78は、アクセル開度や車両速度等に基づいて、モータジェネレータ30(図1)に対して要求されるモータパワーPmを算出する。ここで、モータパワーPmが補正値Wout*を超える場合には、モータパワーPmは補正値Wout*に制限される。
The motor
モータトルク算出部80は、モータパワー算出部78から受けるモータパワーPmに基づいて、モータジェネレータ30に対して要求されるトルクを示すトルク指令値TRを算出する。そして、インバータ制御部82は、トルク指令値TRで示されるトルクをモータジェネレータ30が出力するようにインバータ20(図1)を駆動するためのPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成し、その生成したPWM信号を信号PWIとしてインバータ20へ出力する。
Motor
図5は、制御装置40により実行される超過電流FB制御に関する具体的な処理手順を説明するためのフローチャートである。図5を参照して、制御装置40は、電流センサ52(図1)から電流Ibの検出値を取得する(ステップS10)。そして、制御装置40は、取得された電流Ibの検出値に対して時定数T1のなまし処理を実行する(ステップS20)。
FIG. 5 is a flowchart for explaining a specific processing procedure related to the excess current FB control executed by the
次いで、制御装置40は、冷却水温センサ58(図1)から昇圧コンバータ10の冷却水温度Twの検出値を取得する(ステップS30)。続いて、制御装置40は、蓄電装置Bを保護するために定められる電流しきい値Ith1を決定する(ステップS40)。この電流しきい値Ith1は、たとえば、蓄電装置Bに設けられるヒューズの定格電流等に基づいて決定される。
Next,
さらに、制御装置40は、ステップS30において取得された冷却水温度Twの検出値に基づいて、図2,図3を用いて説明したように、ダイオードD1を保護するために定められる電流しきい値Ith2を決定する(ステップS50)。すなわち、制御装置40は、ダイオードD1に流れる電流Idの最大値Idmaxを冷却水温度Twの検出値に基づいて決定し、その決定された最大値Idmaxから適当なマージンを差引いた値を電流しきい値Ith2とする。図3から容易に推測できるように、電流しきい値Ith2は、冷却水温度Twの検出値が大きいほど小さくなるように決定される。
Furthermore, as described with reference to FIGS. 2 and 3, the
そして、制御装置40は、電流しきい値Ith1が電流しきい値Ith2よりも小さいか否かを判定する(ステップS60)。電流しきい値Ith1が電流しきい値Ith2よりも小さいと判定されると(ステップS60においてYES)、制御装置40は、超過電流FB制御に用いられる超過電流しきい値に電流しきい値Ith1を設定する(ステップS70)。一方、電流しきい値Ith2が電流しきい値Ith1よりも小さいと判定されると(ステップS60においてNO)、制御装置40は、超過電流FB制御に用いられる超過電流しきい値に電流しきい値Ith2を設定する(ステップS80)。
Then,
次いで、制御装置40は、超過電流FB制御の制御ゲインを設定する(ステップS90)。たとえば、制御装置40は、制御ゲインを予め定められたG1に設定する。そして、制御装置40は、設定された超過電流しきい値および制御ゲインを用いて超過電流FB制御を実行する(ステップS100)。具体的には、制御装置40は、ステップS20においてなまし処理された電流Ib*が超過電流しきい値を超えると、電流Ib*から超過電流しきい値を差引いた値を制御入力とし、かつ、制御ゲインをG1とするFB制御(たとえばPI(比例積分)制御)を実行する。
Next,
以上のように、この実施の形態1においては、電流センサ52の検出値が制御しきい値を超えた場合に、その検出値に基づいて電流を制御する超過電流FB制御が実行される。そして、蓄電装置Bを保護するために定められる電流しきい値Ith1と、昇圧コンバータ10のダイオードD1を保護するために冷却水温センサ58の検出値に基づいて決定される電流しきい値Ith2とのうち小さい方を上記制御しきい値として超過電流FB制御が実行されるので、状況に応じて適切に電流制限が実施される。したがって、この実施の形態1によれば、走行性能を不必要に制限することなく昇圧コンバータ10および蓄電装置Bを適切に保護することができる。
As described above, in the first embodiment, when the detected value of the
[実施の形態2]
超過電流FB制御の制御ゲインを大きくすることによって、超過電流しきい値に対する電流Ibのオーバーシュート量を少なくすることができる。しかしながら、制御ゲインを大きな値に設定すると、超過電流しきい値の辺りで電流Ibがハンチングする。
[Embodiment 2]
By increasing the control gain of the excess current FB control, the amount of overshoot of the current Ib with respect to the excess current threshold can be reduced. However, if the control gain is set to a large value, the current Ib hunts around the excess current threshold.
そこで、この実施の形態2では、超過電流しきい値に対する電流Ibのオーバーシュート量を少なくするために、実施の形態1に比べて超過電流FB制御の制御ゲインが大きな値に設定される。そして、制御ゲインを増大させたことによる電流のハンチングを防止するために、電流Ibの検出値に対するなまし処理の時定数が実施の形態1に比べて大きな値に設定される。 Therefore, in the second embodiment, in order to reduce the overshoot amount of the current Ib with respect to the excess current threshold, the control gain of the excess current FB control is set to a larger value than in the first embodiment. In order to prevent current hunting due to an increase in the control gain, the time constant of the annealing process for the detected value of the current Ib is set to a larger value than that in the first embodiment.
実施の形態2における車両の全体構成図は、図1に示した実施の形態1における車両100と同じである。
The overall configuration diagram of the vehicle in the second embodiment is the same as that of the
図6は、実施の形態2における制御装置40により実行される超過電流FB制御に関する具体的な処理手順を説明するためのフローチャートである。図6を参照して、このフローチャートは、図5に示したフローチャートにおいて、ステップS20,S90に代えてそれぞれステップS25,S95を含む。
FIG. 6 is a flowchart for explaining a specific processing procedure related to excess current FB control executed by
すなわち、ステップS10において電流センサ52(図1)から電流Ibの検出値が取得されると、制御装置40は、取得された電流Ibの検出値に対して時定数T2のなまし処理を実行する(ステップS25)。ここで、時定数T2は、実施の形態1におけるなまし処理の時定数T1よりも大きい。
That is, when the detected value of current Ib is acquired from current sensor 52 (FIG. 1) in step S10,
また、ステップS70またはS80において超過電流しきい値が設定されると、制御装置40は、超過電流FB制御の制御ゲインを予め定められたG2に設定する(ステップS95)。ここで、制御ゲインG2は、実施の形態1における制御ゲインG1よりも大きい。そして、ステップS100へ処理が移行され、超過電流FB制御が実行される。
When the excess current threshold value is set in step S70 or S80,
図7は、電流Ibの挙動を示した図である。図7を参照して、曲線k1,k2は、比較例として示されるものであり、曲線k1は、制御ゲインをG1に設定し、かつ、電流のなまし処理の時定数をT1に設定したときの電流Ibの挙動を示す。また、曲線k2は、制御ゲインのみをG2に増大させたときの電流Ibの挙動を示す。そして、曲線k3は、制御ゲインをG2に増大させ、かつ、電流のなまし処理の時定数もT2に増大させたときの電流Ibの挙動を示し、すなわち、実施の形態2における電流Ibの挙動を示す。 FIG. 7 is a diagram showing the behavior of the current Ib. Referring to FIG. 7, curves k1 and k2 are shown as comparative examples, and curve k1 is obtained when the control gain is set to G1 and the time constant of the current smoothing process is set to T1. The behavior of the current Ib is shown. Curve k2 shows the behavior of current Ib when only the control gain is increased to G2. Curve k3 shows the behavior of current Ib when the control gain is increased to G2 and the time constant of the current smoothing process is also increased to T2, that is, the behavior of current Ib in the second embodiment. Indicates.
曲線k2に示されるように、制御ゲインを大きくすることによって、超過電流しきい値に対する電流Ibのオーバーシュート量を抑えることができるが、電流Ibがハンチングする。そこで、この実施の形態2では、制御ゲインを大きくするとともに電流のなまし処理の時定数も大きくすることによって、曲線k3に示されるように、電流Ibのオーバーシュートを抑えつつ電流Ibのハンチングも抑えることができる。 As shown by the curve k2, by increasing the control gain, the overshoot amount of the current Ib with respect to the excess current threshold can be suppressed, but the current Ib hunts. Therefore, in the second embodiment, by increasing the control gain and increasing the time constant of the current smoothing process, the current Ib hunting can be suppressed while suppressing the overshoot of the current Ib as shown by the curve k3. Can be suppressed.
以上のように、この実施の形態2によれば、超過電流FB制御の制御ゲインを大きくするとともに電流のなまし処理の時定数も大きくしたので、電流Ibのオーバーシュート量を少なくすることができ、かつ、電流Ibのハンチングも防止することができる。 As described above, according to the second embodiment, since the control gain of the excess current FB control is increased and the time constant of the current smoothing process is also increased, the overshoot amount of the current Ib can be reduced. In addition, hunting of the current Ib can be prevented.
なお、上記の各実施の形態2においては、蓄電装置Bの電流Ibを検出するための電流センサ52の検出値を超過電流FB制御に用いるものとしたが、昇圧コンバータ10に流れる電流Idを検出するための電流センサが設けられている場合には、そのセンサの検出値を用いてもよい。なお、昇圧コンバータ10のダイオードD1に流れる電流を検出する電流センサが用いられる場合には、電流しきい値Ith2の算出時に最大値Idmaxから適当なマージンを差引く必要はない。
In each of the above-described second embodiments, the detection value of
また、上記の各実施の形態において、車両100は、モータジェネレータ30を唯一の走行用動力源とする電気自動車であってもよいし、走行用動力源としてエンジンをさらに搭載したハイブリッド車両であってもよく、さらには、蓄電装置Bに加えて燃料電池をさらに搭載した燃料電池車であってもよい。
Further, in each of the above embodiments,
なお、上記において、インバータ20は、この発明における「駆動装置」の一実施例に対応し、昇圧コンバータ10は、この発明における「昇圧装置」の一実施例に対応する。また、冷却水温センサ58は、この発明における「冷媒温度センサ」の一実施例に対応し、ダイオードD1は、この発明における「電力用半導体素子」の一実施例に対応する。さらに、スイッチング素子Q1,Q2は、それぞれこの発明における「第1および第2の電力用半導体スイッチング素子」の一実施例に対応し、モータジェネレータ30は、この発明における「電動機」の一実施例に対応する。
In the above,
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
10 昇圧コンバータ、20 インバータ、30 モータジェネレータ、35 駆動輪、40 制御装置、52 電流センサ、58 冷却水温センサ、72 なまし処理部、74 超過電流FB制御部、76 減算部、78 モータパワー算出部、80 モータトルク算出部、82 インバータ制御部、B 蓄電装置、PL1,PL2 正極線、NL 負極線、L リアクトル、Q1,Q2 スイッチング素子、D1,D2 ダイオード。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記蓄電装置から出力される電力を用いて負荷を駆動する駆動装置と、
前記蓄電装置と前記駆動装置との間に設けられ、前記駆動装置の入力電圧を前記蓄電装置の電圧以上に昇圧可能に構成された昇圧装置と、
前記蓄電装置から前記駆動装置へ供給される電流を検出するための電流センサと、
前記昇圧装置を冷却するための冷媒の温度を検出するための冷媒温度センサと、
前記電流センサの検出値が制御しきい値を超えた場合に、前記検出値に基づいて前記電流を制御する超過電流フィードバック制御を実行する制御装置とを備え、
前記昇圧装置は、前記蓄電装置から前記駆動装置へ電流を流す電力用半導体素子を含み、
前記制御装置は、前記蓄電装置を保護するために定められる第1の電流しきい値と、前記電力用半導体素子を保護するために前記冷媒温度センサの検出値に基づいて決定される第2の電流しきい値とのうち小さい方を前記制御しきい値として、前記超過電流フィードバック制御を実行する、負荷駆動装置。 A power storage device;
A driving device for driving a load using electric power output from the power storage device;
A booster device provided between the power storage device and the drive device, and configured to be capable of boosting an input voltage of the drive device to a voltage higher than the voltage of the power storage device;
A current sensor for detecting a current supplied from the power storage device to the driving device;
A refrigerant temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant for cooling the booster;
A controller that performs excess current feedback control for controlling the current based on the detected value when a detected value of the current sensor exceeds a control threshold;
The step-up device includes a power semiconductor element that allows a current to flow from the power storage device to the drive device,
The control device is determined based on a first current threshold value determined to protect the power storage device and a detection value of the refrigerant temperature sensor to protect the power semiconductor element. A load driving device that executes the excess current feedback control by using a smaller one of current threshold values as the control threshold value.
前記超過電流フィードバック制御の制御ゲインは、第1の基準値よりも大きな値に設定され、
前記なまし処理の時定数は、前記第1の基準値に対応する第2の基準値よりも大きな値に設定される、請求項1または請求項2に記載の負荷駆動装置。 Further comprising an annealing processing unit for performing an annealing process on the detection value of the current sensor;
The control gain of the excess current feedback control is set to a value larger than the first reference value,
The load driving device according to claim 1, wherein the time constant of the annealing process is set to a value larger than a second reference value corresponding to the first reference value.
前記駆動装置に接続される電力線対間に直列に接続される第1および第2の電力用半導体スイッチング素子と、
前記第1および第2の電力用半導体スイッチング素子間の接続ノードと前記蓄電装置の正極との間に接続されるリアクトルとをさらに含み、
前記電力用半導体素子は、ダイオードであり、
前記ダイオードは、上アームを構成する前記第1の電力用半導体スイッチング素子に逆並列に接続される、請求項1から請求項3のいずれかに記載の負荷駆動装置。 The booster is
First and second power semiconductor switching elements connected in series between a pair of power lines connected to the driving device;
A reactor connected between a connection node between the first and second power semiconductor switching elements and a positive electrode of the power storage device;
The power semiconductor element is a diode,
4. The load driving device according to claim 1, wherein the diode is connected in antiparallel to the first power semiconductor switching element forming the upper arm. 5.
前記負荷駆動装置によって駆動される電動機と、
前記電動機によって駆動される駆動輪とを備える車両。 The load driving device according to any one of claims 1 to 4,
An electric motor driven by the load driving device;
A vehicle comprising drive wheels driven by the electric motor.
前記負荷駆動装置は、
負荷を駆動する駆動装置と蓄電装置との間に設けられ、前記駆動装置の入力電圧を前記蓄電装置の電圧以上に昇圧可能に構成された昇圧装置を含み、
前記昇圧装置は、前記蓄電装置から前記駆動装置へ電流を流す電力用半導体素子を含み、
前記制御方法は、
前記蓄電装置から前記駆動装置へ供給される電流を検出するステップと、
前記昇圧装置を冷却するための冷媒の温度を検出するステップと、
前記電流の検出値が制御しきい値を超えた場合に、前記検出値に基づいて前記電流を制御する超過電流フィードバック制御を実行するステップとを含み、
前記超過電流フィードバック制御を実行するステップは、
前記蓄電装置を保護するための第1の電流しきい値を決定するサブステップと、
前記電力用半導体素子を保護するために前記冷媒の温度の検出値に基づいて第2の電流しきい値を決定するサブステップと、
前記第1および第2の電流しきい値のうち小さい方を前記制御しきい値として前記超過電流フィードバック制御を実行するサブステップとを含む、負荷駆動装置の制御方法。 A method for controlling a load driving device, comprising:
The load driving device includes:
A booster device provided between a drive device that drives a load and a power storage device, and configured to be capable of boosting an input voltage of the drive device to be equal to or higher than a voltage of the power storage device;
The step-up device includes a power semiconductor element that allows a current to flow from the power storage device to the drive device,
The control method is:
Detecting a current supplied from the power storage device to the driving device;
Detecting a temperature of a refrigerant for cooling the booster;
Performing an excess current feedback control for controlling the current based on the detected value when the detected value of the current exceeds a control threshold value,
The step of executing the overcurrent feedback control includes:
Determining a first current threshold for protecting the power storage device;
Determining a second current threshold based on a detected value of the temperature of the refrigerant to protect the power semiconductor element;
And a sub-step of executing the excess current feedback control using a smaller one of the first and second current threshold values as the control threshold value.
前記超過電流フィードバック制御の制御ゲインは、第1の基準値よりも大きな値に設定され、
前記なまし処理の時定数は、前記第1の基準値に対応する第2の基準値よりも大きな値に設定される、請求項6または請求項7に記載の負荷駆動装置の制御方法。 Further comprising performing an annealing process on the detected current value;
The control gain of the excess current feedback control is set to a value larger than the first reference value,
The load driving device control method according to claim 6 or 7, wherein a time constant of the annealing process is set to a value larger than a second reference value corresponding to the first reference value.
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