JP2013138580A - Drive unit and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動装置および自動車に関し、詳しくは、モータと、モータを駆動するためのインバータと、バッテリと、リアクトルを有しインバータが接続された駆動電圧系の電圧をバッテリが接続された電池電圧系の電圧に対して昇圧可能な昇圧コンバータと、駆動電圧系に取り付けられたコンデンサと、を備える駆動装置およびこうした駆動装置を備える自動車に関する。
The present invention relates to a drive device and an automobile, and more specifically, a motor, an inverter for driving the motor, a battery, a voltage of a drive voltage system having a reactor and connected to the inverter, and a battery voltage to which the battery is connected. BACKGROUND OF THE
従来、この種の駆動装置としては、モータと、モータを駆動するためのインバータと、バッテリと、リアクトルを有し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コンバータと、昇圧コンバータよりインバータ側に取り付けられたコンデンサと、を備え、モータの目標動作点が昇圧コンバータで共振が発生するときのモータの動作点を含む領域として予め実験や解析などによって特定した共振域に含まれるときに、インバータ側の電圧がバッテリ側の電圧より高い所定電圧となるよう昇圧コンバータを制御すると共に正弦波PWM制御方式を用いてインバータを制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この駆動装置では、上述の制御により、昇圧コンバータやコンデンサに過大な電圧が作用したり過大な電流が流れたりしないようにインバータをより適正に制御している。 Conventionally, as this type of drive device, there are a motor, an inverter for driving the motor, a battery, a boost converter that has a reactor and can boost the power from the battery and supply it to the inverter, and an inverter from the boost converter When the target operating point of the motor is included in the resonance region specified by experiment or analysis in advance as a region including the operating point of the motor when resonance occurs in the boost converter, There has been proposed one that controls the boost converter so that the voltage on the inverter side becomes a predetermined voltage higher than the voltage on the battery side, and controls the inverter using a sine wave PWM control method (see, for example, Patent Document 1). In this drive device, the above-described control controls the inverter more appropriately so that an excessive voltage does not act on the boost converter and the capacitor and an excessive current does not flow.
こうした駆動装置では、昇圧コンバータによる損失を抑制するためには、モータの動作領域のうちインバータ側の電圧をバッテリ側の電圧より高くしない非昇圧領域を広くするのが好ましい。共振域となるモータの回転数範囲は、リアクトルのインダクタンスなどに応じて定まることが分かっているが、上述の駆動装置では、予め実験や解析などによって共振域を定めるため、リアクトルなどの製造バラツキや経年変化などを考慮してある程度広めに共振域を設定しておく必要があり、非昇圧領域が狭くなってしまう、という課題があった。 In such a drive device, in order to suppress the loss due to the boost converter, it is preferable to widen the non-boosting region where the inverter side voltage is not higher than the battery side voltage in the motor operating region. Although it is known that the rotational speed range of the motor that becomes the resonance region is determined according to the inductance of the reactor, etc., in the above-described driving device, the resonance region is determined in advance by experiments or analysis. Considering secular change and the like, it is necessary to set the resonance range to some extent, and there is a problem that the non-boosting region becomes narrow.
本発明の駆動装置および自動車は、モータの動作可能領域のうち非昇圧領域が狭くなるのを抑制することを主目的とする。 The drive device and the automobile of the present invention are mainly intended to suppress the non-boosting region from being narrowed in the motor operable region.
本発明の駆動装置および自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The drive device and the automobile of the present invention employ the following means in order to achieve the main object described above.
本発明の駆動装置は、
モータと、該モータを駆動するためのインバータと、バッテリと、リアクトルを有し前記バッテリが接続された電池電圧系の電力を昇圧してまたは昇圧せずに前記インバータが接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、前記駆動電圧系に取り付けられたコンデンサと、前記モータの目標駆動点と前記駆動電圧系の目標電圧との駆動点電圧関係に該モータの目標駆動点を適用して得られる前記駆動電圧系の目標電圧に応じて該駆動電圧系の電圧が調節されるよう前記昇圧コンバータを制御すると共に、前記モータの目標駆動点と前記インバータの制御方式との駆動点制御方式関係に該モータの目標駆動点を適用して得られる制御方式で前記インバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置であって、
前記昇圧コンバータによって前記駆動電圧系の電圧を前記電池電圧系の電圧に対して昇圧しているときの前記リアクトルの電流の脈動成分に応じて前記リアクトルのインダクタンスを演算し、該演算したリアクトルのインダクタンスを用いて、前記リアクトルと前記コンデンサとを含む回路の共振領域が昇圧領域と非昇圧領域とのうち該昇圧領域に含まれるよう前記モータの動作可能領域を該昇圧領域と該非昇圧領域とに区分して前記駆動点電圧関係を設定すると共に、前記共振領域がPWM領域と矩形波領域とのうち該PWM領域に含まれるよう前記モータの動作可能領域を該PWM領域と該矩形波領域とに区分して前記駆動点制御方式関係を設定する対応関係設定手段、
を備えることを要旨とする。
The drive device of the present invention is
A motor, an inverter for driving the motor, a battery, and a drive voltage system to which the inverter is connected with or without boosting power of a battery voltage system having a reactor and connected to the battery Obtained by applying the target drive point of the motor to a boost converter that can be supplied, a capacitor attached to the drive voltage system, and a drive point voltage relationship between the target drive point of the motor and the target voltage of the drive voltage system The boost converter is controlled so that the voltage of the drive voltage system is adjusted according to the target voltage of the drive voltage system, and the drive point control system relationship between the target drive point of the motor and the control system of the inverter Control means for controlling the inverter by a control method obtained by applying a target drive point of the motor,
The inductance of the reactor is calculated according to the pulsation component of the current of the reactor when the voltage of the drive voltage system is boosted with respect to the voltage of the battery voltage system by the boost converter, and the calculated inductance of the reactor And divides the operable region of the motor into the boosting region and the non-boosting region so that the resonance region of the circuit including the reactor and the capacitor is included in the boosting region between the boosting region and the non-boosting region. The drive point voltage relationship is set, and the operable region of the motor is divided into the PWM region and the rectangular wave region so that the resonance region is included in the PWM region of the PWM region and the rectangular wave region. Correspondence setting means for setting the drive point control method relationship,
It is a summary to provide.
この本発明の駆動装置では、モータの目標駆動点と駆動電圧系の目標電圧との駆動点電圧関係にモータの目標駆動点を適用して得られる駆動電圧系の目標電圧に応じて駆動電圧系の電圧が調節されるよう昇圧コンバータを制御すると共に、モータの目標駆動点とインバータの制御方式との駆動点制御方式関係にモータの目標駆動点を適用して得られる制御方式でインバータを制御するものにおいて、昇圧コンバータによって駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧に対して昇圧しているときのリアクトルの電流の脈動成分に応じてリアクトルのインダクタンスを演算し、演算したリアクトルのインダクタンスを用いて、リアクトルとコンデンサとを含む回路の共振領域が昇圧領域と非昇圧領域とのうち昇圧領域に含まれるようモータの動作可能領域を昇圧領域と非昇圧領域とに区分して駆動点電圧関係を設定すると共に、共振領域がPWM領域と矩形波領域とのうちPWM領域に含まれるようモータの動作可能領域をPWM領域と矩形波領域とに区分して駆動点制御方式関係を設定する。これにより、リアクトルの製造バラツキや経年変化などを踏まえて(リアクトルの実際のインダクタンスに応じて)共振領域をより適正に設定して、駆動点電圧関係や駆動点制御方式関係をより適正に設定することができる。この結果、共振領域をより小さく設定することができ、非昇圧領域が狭くなるのを抑制することができる。このように、非昇圧領域が狭くなるのを抑制することにより、駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧に対して昇圧しないことによる効果、例えば、昇圧コンバータによる損失を低減する効果などを奏することができる領域が狭くなるのを抑制することができる。 In the driving apparatus according to the present invention, the driving voltage system according to the target voltage of the driving voltage system obtained by applying the target driving point of the motor to the driving point voltage relationship between the target driving point of the motor and the target voltage of the driving voltage system. The boost converter is controlled so that the voltage of the inverter is adjusted, and the inverter is controlled by a control method obtained by applying the target drive point of the motor to the drive point control method relationship between the target drive point of the motor and the control method of the inverter. In the device, the inductance of the reactor is calculated according to the pulsation component of the current of the reactor when the voltage of the drive voltage system is boosted with respect to the voltage of the battery voltage system by the boost converter, and the calculated inductance of the reactor is used. The motor can operate so that the resonance region of the circuit including the reactor and the capacitor is included in the boosting region of the boosting region and the non-boosting region. The drive region voltage is set by dividing the region into a boost region and a non-boost region, and the operable region of the motor is defined as a PWM region and a rectangle so that the resonance region is included in the PWM region of the PWM region and the rectangular wave region. The drive point control system relationship is set by dividing into wave regions. As a result, the resonance region is set more appropriately (according to the actual inductance of the reactor) based on the manufacturing variation of the reactor and the secular change, and the drive point voltage relationship and the drive point control method relationship are set more appropriately. be able to. As a result, the resonance region can be set smaller, and the non-boosting region can be prevented from narrowing. As described above, by suppressing the non-boosting region from being narrowed, the effect of not boosting the voltage of the drive voltage system with respect to the voltage of the battery voltage system, for example, the effect of reducing the loss due to the boost converter, etc. It can suppress that the area | region which can be narrowed.
ここで、「モータの目標駆動点」は、モータの目標トルクと回転数とによって示される駆動点である。また、「共振領域」は、駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧に対して昇圧せず且つ矩形波制御方式でインバータを制御するとリアクトルとコンデンサとを含む回路で共振を生じる可能性があると想定される領域である。さらに「昇圧領域」は、モータの動作可能領域のうち駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧に対して昇圧する領域であり、「非昇圧領域」は、モータの動作可能領域のうち駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧に対して昇圧しない領域である。加えて、「PWM領域」は、モータの動作可能領域のうちPWM(パルス幅変調)制御方式(擬似的三相交流電圧をモータに供給する正弦波制御方式や過変調三相交流電圧をモータに供給する過変調制御方式)でインバータを制御する領域であり、「矩形波領域」は、モータの動作可能領域のうち矩形波制御方式(矩形波電圧をモータに供給する制御方式)でインバータを制御する領域である。 Here, the “target drive point of the motor” is a drive point indicated by the target torque and the rotation speed of the motor. In addition, the “resonance region” may cause resonance in a circuit including a reactor and a capacitor when the drive voltage system voltage is not boosted with respect to the battery voltage system voltage and the inverter is controlled by the rectangular wave control method. This is an expected area. Further, the “boost region” is a region in which the driving voltage system voltage is boosted with respect to the battery voltage system voltage in the motor operable region, and the “non-boosting region” is the driving voltage in the motor operable region. This is a region where the system voltage is not boosted with respect to the battery voltage system voltage. In addition, the “PWM region” is a PWM (pulse width modulation) control method (a sine wave control method that supplies a pseudo three-phase AC voltage to the motor or an overmodulated three-phase AC voltage to the motor. This is the area where the inverter is controlled by the supplied overmodulation control system. The “rectangular wave area” controls the inverter by the rectangular wave control system (control system for supplying the rectangular wave voltage to the motor) in the motor operable area. It is an area to do.
こうした本発明の駆動装置において、前記対応関係設定手段は、前記リアクトルのインダクタンスと前記共振領域の回転数範囲とのインダクタンス共振関係に前記演算したリアクトルのインダクタンスを適用して前記共振領域の回転数範囲を設定する手段であり、更に、前記対応関係設定手段は、前記モータの動作可能領域を前記昇圧領域と前記非昇圧領域とに仮区分する基本昇圧非昇圧ラインのうち前記共振領域の回転数範囲外の部分と、前記モータの動作可能領域を前記PWM領域と前記矩形波領域とに仮区分するPWM矩形波ラインのうち前記共振領域の回転数範囲内の部分と、を前記共振領域の回転数範囲の上下限で結んで設定される昇圧非昇圧ラインによって前記モータの動作可能領域を前記昇圧領域と前記非昇圧領域とに区分して前記駆動点電圧関係を設定する手段である、ものとすることもできる。この態様の本発明の駆動装置において、前記対応関係設定手段は、前記昇圧非昇圧ラインと前記PWM矩形波ラインとによって前記モータの動作可能領域を前記PWM領域と前記矩形波領域とに区分して前記駆動点制御方式関係を設定する手段である、ものとすることもできる。 In the driving apparatus according to the present invention, the correspondence setting unit applies the calculated reactor inductance to the inductance resonance relationship between the inductance of the reactor and the rotation speed range of the resonance area, thereby rotating the rotation speed range of the resonance area. Further, the correspondence relationship setting means includes a rotation speed range of the resonance region in a basic boosting non-boosting line that temporarily divides the operable region of the motor into the boosting region and the non-boosting region. An outer portion and a portion of the PWM rectangular wave line that temporarily divides the operable region of the motor into the PWM region and the rectangular wave region are within the rotational speed range of the resonant region. The operable region of the motor is divided into the boosting region and the non-boosting region by a boosting non-boosting line set by connecting the upper and lower limits of the range. A means for setting the driving point voltage relationship may be a thing. In this aspect of the drive device of the present invention, the correspondence setting means divides the operable region of the motor into the PWM region and the rectangular wave region by the boost non-boosting line and the PWM rectangular wave line. It may be a means for setting the drive point control system relationship.
また、本発明の駆動装置において、前記対応関係設定手段は、前記コンデンサの電荷を放電させたときの前記コンデンサからの放電電流の積算値を用いて前記コンデンサの容量を演算し、前記演算したリアクトルのインダクタンスと前記演算したコンデンサの容量とを用いて前記駆動点電圧関係および前記駆動点制御方式関係を設定する手段である、ものとすることもできる。 Further, in the driving apparatus of the present invention, the correspondence setting means calculates a capacitance of the capacitor using an integrated value of discharge current from the capacitor when the charge of the capacitor is discharged, and calculates the calculated reactor. The drive point voltage relationship and the drive point control method relationship may be set using the calculated inductance and the calculated capacitance of the capacitor.
本発明の自動車は、モータと、該モータを駆動するためのインバータと、バッテリと、リアクトルを有し前記バッテリが接続された電池電圧系の電力を昇圧してまたは昇圧せずに前記インバータが接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、前記駆動電圧系に取り付けられたコンデンサと、前記モータの目標駆動点と前記駆動電圧系の目標電圧との駆動点電圧関係に該モータの目標駆動点を適用して得られる前記駆動電圧系の目標電圧に応じて該駆動電圧系の電圧が調節されるよう前記昇圧コンバータを制御すると共に、前記モータの目標駆動点と前記インバータの制御方式との駆動点制御方式関係に該モータの目標駆動点を適用して得られる制御方式で前記インバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置であって、前記昇圧コンバータによって前記駆動電圧系の電圧を前記電池電圧系の電圧に対して昇圧しているときの前記リアクトルの電流の脈動成分に応じて前記リアクトルのインダクタンスを演算し、該演算したリアクトルのインダクタンスを用いて、前記リアクトルと前記コンデンサとを含む回路の共振領域が昇圧領域と非昇圧領域とのうち該昇圧領域に含まれるよう前記モータの動作可能領域を該昇圧領域と該非昇圧領域とに区分して前記駆動点電圧関係を設定すると共に、前記共振領域がPWM領域と矩形波領域とのうち該PWM領域に含まれるよう前記モータの動作可能領域を該PWM領域と該矩形波領域とに区分して前記駆動点制御方式関係を設定する対応関係設定手段、を備える駆動装置を搭載し、前記モータからの動力を用いて走行することを要旨とする。 The automobile of the present invention includes a motor, an inverter for driving the motor, a battery, and the inverter connected to the battery voltage system having a reactor and boosting or not boosting the electric power of the battery voltage system. A boost converter capable of supplying the drive voltage system, a capacitor attached to the drive voltage system, and a drive point voltage relationship between a target drive point of the motor and a target voltage of the drive voltage system. The boost converter is controlled so that the voltage of the drive voltage system is adjusted according to the target voltage of the drive voltage system obtained by applying a point, and the target drive point of the motor and the control method of the inverter And a control means for controlling the inverter by a control method obtained by applying a target drive point of the motor to the drive point control method relationship. The inductance of the reactor is calculated according to the pulsation component of the current of the reactor when the voltage of the driving voltage system is boosted with respect to the voltage of the battery voltage system by a converter, and the calculated inductance of the reactor is used. The operable region of the motor is divided into the boosting region and the non-boosting region so that the resonance region of the circuit including the reactor and the capacitor is included in the boosting region between the boosting region and the non-boosting region. The drive point voltage relationship is set, and the operable region of the motor is divided into the PWM region and the rectangular wave region so that the resonance region is included in the PWM region of the PWM region and the rectangular wave region. A driving device having a correspondence setting means for setting the driving point control system relationship is mounted, and travels using the power from the motor. The gist.
この本発明の自動車では、上述のいずれかの態様の本発明の駆動装置を搭載するから、本発明の駆動装置が奏する効果、例えば、非昇圧領域が狭くなるのを抑制することができる効果などと同様の効果を奏することができる。 Since the automobile of the present invention is equipped with the drive device of the present invention according to any one of the above-described aspects, the effect of the drive device of the present invention, for example, the effect of suppressing the non-boosting region from being narrowed, etc. The same effect can be achieved.
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。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.
図1は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2は、電機駆動系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1に示すように、駆動輪26a,26bにデファレンシャルギヤ24を介して接続された駆動軸22に動力を入出力可能なモータ32と、モータ32を駆動するためのインバータ34と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ36と、インバータ34が接続された電力ライン(以下、駆動電圧系電力ラインという)42とバッテリ36が接続された電力ライン(以下、電池電圧系電力ラインという)44とに接続されて駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを調節すると共に駆動電圧系電力ライン42と電池電圧系電力ライン44との間で電力のやりとりを行なう昇圧コンバータ40と、駆動電圧系電力ライン42に設けられたシステムメインリレー45と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット50と、を備える。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of an
モータ32は、永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ34は、図2に示すように、6つのスイッチング素子としてのトランジスタT11〜T16と、トランジスタT11〜T16に逆方向に並列接続された6つのダイオードD11〜D16と、により構成されている。トランジスタT11〜T16は、駆動電圧系電力ライン42の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側となるよう2個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータ32の三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。したがって、インバータ34に電圧が作用している状態でトランジスタT11〜T16のオン時間の割合を調節することにより、三相コイルに回転磁界を形成でき、モータ32を回転駆動することができる。駆動電圧系電力ライン42の正極母線と負極母線とには平滑用のコンデンサ46が接続されている。
The
昇圧コンバータ40は、図2に示すように、2つのトランジスタT31,T32とトランジスタT31,T32に逆方向に並列接続された2つのダイオードD31,D32とリアクトルLとからなる昇圧コンバータとして構成されている。2つのトランジスタT31,T32は、それぞれ駆動電圧系電力ライン42の正極母線,駆動電圧系電力ライン42および電池電圧系電力ライン44の負極母線に接続されており、トランジスタT31,T32同士の接続点と電池電圧系電力ライン44の正極母線とにはリアクトルLが接続されている。したがって、トランジスタT31,T32をオンオフすることにより、電池電圧系電力ライン44の電力を昇圧して駆動電圧系電力ライン42に供給したり、駆動電圧系電力ライン42の電力を降圧して電池電圧系電力ライン44に供給したりすることができる。電池電圧系電力ライン44におけるシステムメインリレー45より昇圧コンバータ40側の正極母線と負極母線とには平滑用のコンデンサ48が接続されている。以下、昇圧コンバータ40のトランジスタT31を「上アーム」、トランジスタT32を「下アーム」と称することがある。
As shown in FIG. 2, the
電子制御ユニット50は、CPU52を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU52の他に処理プログラムを記憶するROM54と、データを一時的に記憶するRAM56と、記憶したデータを保持する不揮発性のフラッシュメモリ58と、図示しない入出力ポートと、を備える。電子制御ユニット50には、モータ32のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ32aからのモータ32のロータの回転位置θmや、モータ32の三相コイルのV相,W相に流れる相電流を検出する電流センサ33V,33Wからの相電流Iv,Iw(インバータ34側からモータ32側に流れるときを正とする),バッテリ36の端子間に取り付けられた電圧センサ37aからの端子間電圧Vb,バッテリ36の出力端子に取り付けられた電流センサ37bからの充放電電流Ib,バッテリ36に取り付けられた温度センサ37cからの電池温度Tb,昇圧コンバータ30のトランジスタT31,T32同士の接続点とリアクトルLとの間に取り付けられた電流センサ41aからのリアクトル電流IL(リアクトルL側から接続点側に流れるときを正とする),コンデンサ46の端子間に取り付けられた電圧センサ46aからのコンデンサ46の電圧(駆動電圧系電力ライン42の電圧)VH,コンデンサ48の端子間に取り付けられた電圧センサ48aからのコンデンサ48の電圧(電池電圧系電力ライン44の電圧)VL,イグニッションスイッチ60からのイグニッション信号,シフトレバー61の操作位置を検出するシフトポジションセンサ62からのシフトポジションSP,アクセルペダル63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64からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル65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66からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ68からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット50からは、インバータ34のトランジスタT11〜T16へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ40のトランジスタT31,T32へのスイッチング制御信号,システムメインリレー45への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、電子制御ユニット50は、回転位置検出センサ32aにより検出されたモータ32のロータの回転位置θmに基づいてモータ32のロータの電気角θeや回転角速度ωm,回転数Nmを演算したり、電流センサ37bにより検出されたバッテリ36の充放電電流Ibに基づいてそのときのバッテリ36から放電可能な電力量の全容量に対する割合である蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと電池温度Tbとに基づいてバッテリ36を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算したりしている。
The
こうして構成された実施例の電気自動車20では、電子制御ユニット50は、アクセル開度Accと車速Vとに応じて駆動軸22に出力すべき要求トルクTr*を設定し、バッテリ36の入出力制限Win,Woutをモータ32の回転数Nmで除してモータ32から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Tmin,Tmaxを設定し、要求トルクTr*をトルク制限Tmin,Tmaxで制限してモータ32から出力すべきトルクとしてのトルク指令Tm*を設定し、設定したトルク指令Tm*でモータ32が駆動されるようインバータ34のトランジスタT11〜T16をスイッチング制御すると共に、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHがモータ32のトルク指令Tm*および回転数Nmに基づく目標電圧VHtagとなるよう昇圧コンバータ40のトランジスタT31,T32をスイッチング制御する。
In the thus configured
ここで、インバータ34は、実施例では、正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式のいずれかによって制御するものとした。正弦波制御方式は、モータ32の電圧指令と三角波(搬送波)電圧との比較によってトランジスタT11〜T16のオン時間の割合を調節するPWM(パルス幅変調)制御において、三角波電圧の振幅以下の振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる擬似的三相交流電圧をモータ32に供給する制御である。また、過変調制御方式は、PWM(パルス幅変調)制御において、三角波電圧の振幅より大きな振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる過変調電圧をモータ32に供給する制御である。さらに、矩形波制御方式は、矩形波電圧をモータ32に供給する制御である。
Here, in the embodiment, the
次に、インバータ34や昇圧コンバータ40の制御について具体的に説明する。電子制御ユニット50は、まず、モータ32の目標駆動点(トルク指令Tm*および回転数Nm)に基づいて駆動電圧系電力ライン42の目標電圧VHtagを設定すると共にインバータ34の制御方式(正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式)を設定する。図3は、モータ32のトルク指令Tm*および回転数Nmと駆動電圧系電力ライン42の目標電圧VHtagとの関係(以下、駆動点電圧関係と称することがある)の一例を示す説明図であり、図4は、モータ32のトルク指令Tm*および回転数Nmとインバータ34の制御方式との関係(以下、駆動点制御方式関係と称することがある)の一例を示す説明図である。ここで、図3や図4では、モータ32のトルク指令Tm*および回転数Nmが正の領域(第1象限)を例示した。また、図3および図4中、「昇圧非昇圧ライン」は、モータ32の駆動可能領域を、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧しない非昇圧領域と昇圧する昇圧領域とに区分するためのラインである。さらに、図3中、「V1」〜「V3」は、昇圧領域において、電池電圧系電力ライン44の電圧VLに比して高電圧範囲で順に高くなる(例えば50V毎や100V毎などで高くなる)傾向の等電圧ラインである。加えて、図4中、「非昇圧,正弦波」や「昇圧,矩形波」などは、非昇圧領域か昇圧領域かおよびインバータ34の制御方式(正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式)であり、「PWM矩形波ライン」は、モータ32の駆動可能領域を、非昇圧領域および昇圧領域のそれぞれで、PWM制御方式(正弦波制御方式または過変調制御方式)でインバータ34を制御するPWM領域と矩形波制御方式でインバータ34を制御する矩形波領域とに区分するためのラインである。図3および図4中、共振領域(ハッチングを付した領域)は、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧せずに矩形波制御方式でインバータ34を制御すると、昇圧コンバータ40のリアクトルLとコンデンサ46とを含む回路で(昇圧コンバータ40のリアクトルLとコンデンサ46とによって)LC共振を生じる可能性があると想定される領域である。なお、共振領域の詳細については後述する。
Next, the control of the
図3の駆動点電圧関係は、昇圧非昇圧ラインによって非昇圧領域と昇圧領域とに区分されて定められている。具体的には、駆動点電圧関係は、昇圧非昇圧ラインよりモータ32のトルク指令Tm*や回転数Nmの絶対値が小さい側が非昇圧領域となると共に昇圧非昇圧ラインよりモータ32のトルク指令Tm*や回転数Nmの絶対値が大きい側が昇圧領域となるよう定められている。非昇圧領域では、電池電圧系電力ライン44の電圧VLやバッテリ36の端子間電圧Vbが駆動電圧系電力ライン42の目標電圧VHtagに設定されるようになっており、昇圧領域では、モータ32のトルク指令Tm*および回転数Nmに応じた電圧(図3では電圧V1〜V3)が駆動電圧系電力ライン42の目標電圧VHtagに設定されるようになっている。図4の駆動点制御方式関係は、昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインとによってPWM領域(正弦波制御方式や過変調制御方式の領域)と矩形波領域(矩形波制御方式の領域)とに区分されて定められている。具体的には、駆動点制御方式関係は、非昇圧領域と昇圧領域とのそれぞれにおいて、モータ32のトルク指令Tm*や回転数Nmが小さい側から順に、PWM領域(正弦波制御方式の領域,過変調制御方式の領域),矩形波領域(矩形波制御方式の領域)となるよう定められている。なお、図3や図4から分かるように、共振領域については、昇圧領域に含まれ、且つ、PWM領域(図4の例では、正弦波制御方式の領域)に含まれるように設定されている。実施例では、図3の駆動点電圧関係に対してモータ32のトルク指令Tm*および回転数Nmを適用することによって駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを設定すると共に、図4の駆動点制御方式関係に対してモータ32のトルク指令Tm*および回転数Nmを適用することによってインバータ34の制御方式を設定するものとした。
The drive point voltage relationship in FIG. 3 is determined by being divided into a non-boosting region and a boosting region by a boosting non-boosting line. Specifically, the drive point voltage relationship is such that the torque command Tm * of the
ここで、昇圧非昇圧ラインの設定方法について説明する。図5は、昇圧非昇圧ラインの設定方法について示す説明図である。昇圧非昇圧ライン(図3や図4の太実線参照)は、図5に示すように、まず、非昇圧領域と昇圧領域とを仮区分するラインとしての基本昇圧非昇圧ライン(図5の一点鎖線参照)を設定し、その基本昇圧非昇圧ラインより非昇圧領域側のうち共振領域が昇圧領域(且つPWM領域)に含まれるように基本昇圧非昇圧ラインを補正することによって設定することができる。 Here, a method for setting the boosting non-boosting line will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method for setting boosted non-boosted lines. As shown in FIG. 5, the boosting non-boosting line (see the thick solid line in FIGS. 3 and 4) is a basic boosting non-boosting line (a point in FIG. 5) as a line that temporarily divides the non-boosting region and the boosting region. Can be set by correcting the basic boosting non-boosting line so that the resonance region is included in the boosting region (and PWM region) in the non-boosting region side of the basic boosting non-boosting line. .
基本昇圧非昇圧ラインは、例えば、モータ32の駆動可能領域が、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧しなくてもモータ32を目標駆動点で駆動可能な昇圧不要領域と、モータ32の駆動可能領域のうち昇圧不要領域を除いた残余の領域(昇圧必要領域)と、に仮区分されるよう定めるものとしたり、モータ32の駆動可能領域が、昇圧不要領域のうち駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧したときに昇圧しないときに比してモータ32やインバータ34,バッテリ36,昇圧コンバータ40などを含む電機駆動系における効率が高くなる昇圧時高効率領域を昇圧不要領域から除いた領域と、昇圧必要領域に昇圧時高効率領域を加えた領域と、に仮区分されるよう定めるものとしたりすることができる。
The basic boosting / non-boosting line, for example, allows the
共振領域が昇圧領域(且つPWM領域)に含まれるように昇圧非昇圧ラインを定めるのは以下の理由による。矩形波制御方式でインバータ34を制御するときには、PWM制御方式(正弦波制御方式や過変調制御方式)によってインバータ34を制御するときに比して、トランジスタT11〜T16のスイッチング回数の減少によってスイッチング損失などの低減を図ることができるものの、矩形波電圧をモータ32に供給することになるため、モータ32に供給する電力には特定の高調波が含まれることになると考えられる。そして、この高調波の周波数と昇圧コンバータ40のリアクトル41のインダクタンスLやコンデンサ46の容量Cvhによって定まる固有周波数とが同期すると、共振現象が生じて、昇圧コンバータ40に過電圧が作用したり過電流が流れたりするおそれがある。したがって、実施例では、図3に示したように、共振領域が昇圧領域に含まれるように昇圧非昇圧ラインによって非昇圧領域と昇圧領域とに区分して駆動点電圧関係を設定すると共に、図4に示したように、共振領域がPWM領域に含まれるように昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインとによってPWM領域(正弦波制御方式や過変調制御方式の領域)と矩形波領域とに区分して駆動点制御方式関係を設定するものとした。
The reason why the boost non-boosting line is determined so that the resonance region is included in the boosting region (and the PWM region) is as follows. When the
こうして駆動電圧系電力ライン42の目標電圧VHtagやインバータ34の制御方式を設定すると、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44に対して昇圧すべきとき(モータ32の目標駆動点が昇圧領域のとき)には、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHが電池電圧系電力ライン44の電圧VLより高い目標電圧VHtagとなるよう昇圧コンバータ40のトランジスタT31,T32をスイッチング制御すると共に、モータ32からトルク指令Tm*に応じたトルクが出力されるよう、正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式のうち設定した制御方式でインバータ34のトランジスタT11〜T16をスイッチング制御する。昇圧コンバータ40のトランジスタT31,T32のスイッチング制御は、実施例では、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHおよび目標電圧VHtagと電池電圧系電力ライン44の電圧VLとを用いて次式(1)により昇圧コンバータ40のトランジスタT31,T32のスイッチングに用いる目標デューティ比Dtagを設定し、設定した目標デューティ比Dtagと予め定められたキャリア周波数Fc(例えば、数kHzなど)とを用いてトランジスタT31,T32をスイッチング制御する、ことによって行なうものとした。ここで、式(1)は、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電圧指令VH*とするためのフィードバック制御における関係式であり、右辺第1項はフィードフォワード項であり、右辺第2項はフィードバック項における比例項であり、右辺第3項はフィードバック項における積分項である。式(1)中、「k1」は比例項のゲインであり、「k2」は積分項のゲインである。また、トランジスタT31,T32のオンオフを切り替える際にトランジスタT31,T32が共にオンとなるのを防止するためのデッドタイム(トランジスタT1,T2を共にオフとする時間)を考慮しなければ、目標デューティ比Dtagは、キャリア周波数Fcの逆数に相当するスイッチング周期時間TcのうちトランジスタT31のオン時間とトランジスタT32のオン時間との和に対するトランジスタT31のオン時間の割合を示す値となる。
Thus, when the target voltage VHtag of the drive voltage
Dtag=VL/VHtag+k1・(VHtag-VH)+k2・∫(VHtag-VH)dt (1) Dtag = VL / VHtag + k1, (VHtag-VH) + k2, ∫ (VHtag-VH) dt (1)
一方、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44に対して昇圧する必要がないとき(モータ32の目標駆動点が非昇圧領域のとき)には、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHが電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧されないよう昇圧コンバータ40のトランジスタT31,T32をスイッチング制御すると共に、モータ32からトルク指令Tm*に応じたトルクが出力されるよう、正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式のうち設定した制御方式でインバータ34のトランジスタT11〜T16をスイッチング制御する。
On the other hand, when there is no need to boost the voltage VH of the drive voltage
次に、こうして構成された実施例の電気自動車20の動作、特に、リアクトル41のインダクタンスLを演算したり、昇圧非昇圧ラインを設定したりする際の動作について説明する。図6は、実施例の電子制御ユニット50により実行されるインダクタンス演算ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図7は、実施例の電子制御ユニット50により実行されるライン設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。図6のルーチンは、昇圧コンバータ40によって駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44に対して昇圧しているときに繰り返し実行され、図7のルーチンは、イグニッション時に実行される。
Next, the operation of the
インダクタンス演算ルーチンが実行されると、電子制御ユニット50のCPU52は、まず、電圧センサ48aからの電池電圧系電力ライン44の電圧VLや、昇圧コンバータ40の下アーム(トランジスタT32)がオフからオンとなったオフオン時のリアクトル電流ILである下アームオフオン時電流IL0,昇圧コンバータ40の下アームがオンからオフとなったオンオフ時のリアクトル電流ILである下アームオンオフ時電流IL1,昇圧コンバータ40の下アームのオンの継続時間である下アームオン時間Tonなどのデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。図8は、昇圧コンバータ40によって駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧しているときのリアクトル電流ILの時間変化の様子の一例を示す説明図である。駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧しているときには、トランジスタT31,T32のスイッチング制御により、図8に示すように、リアクトル電流ILにリプル(脈動)が生じる。下アームオフオン時電流IL0,下アームオンオフ時電流IL1は、それぞれ、オフオン時,オンオフ時に電流センサ41aにより検出されたものを入力するものとした。また、下アームオン時間Tonは、キャリア周波数Fcの逆数に相当するスイッチング周期時間Tcと目標デューティ比Dtagとを用いて演算されたものを入力するものとした。
When the inductance calculation routine is executed, the
こうしてデータを入力すると、入力した下アームオフオン時電流IL0と下アームオンオフ時電流IL1との和を下アームオン時間Tonで除してリアクトル電流ILの平均値としての平均リアクトル電流ILaveを計算すると共に(ステップS110)、下アームオフオン時電流IL0と下アームオンオフ時電流IL1と電池電圧系電力ライン44の電圧VLと下アームオン時間Tonとを用いて次式(2)によりリアクトル41のインダクタンスLを計算し(ステップS120)、計算した平均リアクトル電流ILaveとリアクトル41のインダクタンスLとを、フラッシュメモリ58に記憶されている電流インダクタンス関係(平均リアクトル電流ILaveとリアクトル41のインダクタンスLとの対応関係)に加えてこれを更新してフラッシュメモリ58に再記憶させて(ステップS130)、本ルーチンを終了する。ここで、式(2)は、昇圧コンバータ40の下アームがオンの間の回路の抵抗成分が非常に小さいと見なすと下アームオンオフ時電流IL1と下アームオフオン時電流IL0との差を下アームオン時間Tonで除して得られるリアクトル電流ILのリプル成分(脈動成分)の傾きと電池電圧系電力ライン44の電圧VLをリアクトル41のインダクタンスLで除した値とが略等しいと考えることができる、との理由に基づく式(3)を変形して得られる式である。電流インダクタンス関係の一例を図9に示す。一般に、リアクトル電流ILが大きい領域ではリアクトル41に磁気飽和が生じることから、リアクトル41のインダクタンスLは、図示するように、全体として(特に、リアクトル電流ILがある程度大きい領域で)リアクトル電流ILが高いほど小さくなる傾向となる。したがって、実施例では、こうした傾向や、リアクトル41のインダクタンスLの最大値,最小値としての最大インダクタンスLmax,最小インダクタンスLminなどを取得するために、本ルーチンを繰り返し実行するものとした。こうした処理により、リアクトル41の製造バラツキや経年変化を踏まえたインダクタンスLを得ることができる。
When the data is input in this manner, the average of the reactor current ILave as an average value of the reactor current IL is calculated by dividing the sum of the input lower arm off-on current IL0 and the lower arm on-off current IL1 by the lower arm on-time Ton ( Step S110), using the lower arm off-on current IL0, the lower arm on / off current IL1, the voltage VL of the battery voltage
L=VL・Ton/(IL1-IL0) (2)
(IL1-IL0)/Ton=VL/L (3)
L = VL ・ Ton / (IL1-IL0) (2)
(IL1-IL0) / Ton = VL / L (3)
以上、図6のインダクタンス演算ルーチンについて説明した。次に、図7のライン設定ルーチンについて説明する。ライン設定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット50のCPU52は、まず、リアクトル41のインダクタンスLを入力する(ステップS200)。ここで、リアクトル41のインダクタンスLは、実施例では、フラッシュメモリ58に記憶されている電流インダクタンス関係における複数のリアクトル41のインダクタンスLのうち代表値(例えば、中央値や、平均値(加重移動平均,指数移動平均などによる値),最頻値など)を用いるものとした。
The inductance calculation routine of FIG. 6 has been described above. Next, the line setting routine of FIG. 7 will be described. When the line setting routine is executed, the
こうしてデータを入力すると、入力したリアクトル41のインダクタンスLに基づいて共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxを設定する(ステップS210)。図10は、リアクトル41のインダクタンスLと共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxとの関係の一例を示す説明図である。図示するように、共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxは、リアクトル41のインダクタンスLが大きいほど小さくなっている。このように電流インダクタンス関係から得られるリアクトル41のインダクタンスLを用いて共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxを設定することにより、共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxを製造時などに予め設定しておくものに比して、リアクトル41の製造バラツキや経年変化などを踏まえて、共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxをより適正に設定することができる。即ち、共振領域の下限回転数Nrfminと上限回転数Nrfmaxとの差をより小さくすることが可能となる。
When the data is input in this way, the lower limit rotation speed Nrfmin and the upper limit rotation speed Nrfmax of the resonance region are set based on the input inductance L of the reactor 41 (step S210). FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the inductance L of the
続いて、上述の基本昇圧非昇圧ラインおよびPWM矩形波ラインを取得し(ステップS220)、共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxと基本昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインとを用いて昇圧非昇圧ラインを設定して(ステップS230)、本ルーチンを終了する。そして、図3に示したように、この昇圧非昇圧ラインによって非昇圧領域と昇圧領域とに区分して駆動点電圧関係を設定すると共に、図4に示したように、この昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインとによって非昇圧領域と昇圧領域とのそれぞれでPWM領域(正弦波制御方式や過変調制御方式の領域)と矩形波領域とに区分して駆動点制御方式関係を設定する。 Subsequently, the above-described basic boost non-boosting line and PWM rectangular wave line are acquired (step S220), and the lower limit rotation speed Nrfmin and upper limit rotation speed Nrfmax of the resonance region, the basic boost non-boosting line, and the PWM rectangular wave line are used. A boost non-boosting line is set (step S230), and this routine is finished. Then, as shown in FIG. 3, the boosting non-boosting line is divided into a non-boosting region and a boosting region to set the driving point voltage relationship, and as shown in FIG. The drive point control method relationship is set by dividing the PWM region (sine wave control method or overmodulation control method region) and the rectangular wave region in each of the non-boosting region and the boosting region by the PWM rectangular wave line.
昇圧非昇圧ラインの設定は、図11に示すように、基本昇圧非昇圧ラインのうち共振領域の下限回転数Nrfmin未満や上限回転数Nrfmaxより大きい部分とPWM矩形波ラインのうち共振領域の下限回転数Nrfmin以上で上限回転数Nrfmax以下の部分とを用いて設定する、具体的には、両者を境界(下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmax)で結んで設定することができる。即ち、昇圧非昇圧ラインの設定は、基本昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインと下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxとによって囲まれた領域(図中、ハッチングを付した領域)を共振領域として定めて、その共振領域が昇圧領域(且つPWM領域)に含まれるように基本昇圧非昇圧ラインを補正することによって設定することができる。製造時などに予め実験や解析などによって共振領域を定める場合、リアクトル41のインダクタンスLの製造バラツキや経年変化などを考慮して共振領域をある程度広めに定めておく必要がある。このため、非昇圧領域が狭くなることにより、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧しないことによる効果(例えば、昇圧コンバータ40による損失を低減する効果など)を奏することができる領域を十分に広くすることができない、という課題があった。これに対して、実施例では、昇圧コンバータ40によって駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧しているときのリアクトル電流ILの脈動成分に応じて演算したリアクトル41のインダクタンスL(電流インダクタンス関係)を用いて共振領域の下限回転数Nrfおよび上限回転数Nrfを設定し、この共振領域の下限回転数Nrfおよび上限回転数Nrfと基本昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインとを用いて昇圧非昇圧ラインを設定し、この昇圧非昇圧ラインを用いて駆動点電圧関係を設定すると共に昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインとを用いて駆動点制御方式関係を設定することにより、非昇圧領域が狭くなるのを抑制することができる。即ち、基本昇圧非昇圧ラインより非昇圧領域側において、回路での共振を回避するために駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧すべき領域をより小さくすることができる。この結果、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧しないことによる効果を奏することができる領域をより広くすることができる。
As shown in FIG. 11, the boosting non-boosting line is set as follows: a portion of the basic boosting non-boosting line that is less than the lower limit rotation speed Nrfmin or greater than the upper limit rotation speed Nrfmax of the resonance region and the lower limit rotation of the resonance region of the PWM rectangular wave line. It is set using a portion not less than the number Nrfmin and not more than the upper limit rotational speed Nrfmax. Specifically, it can be set by connecting both at the boundary (lower limit rotational speed Nrfmin and upper limit rotational speed Nrfmax). That is, in setting the boost non-boosting line, the region surrounded by the basic boost non-boosting line, the PWM rectangular wave line, the lower limit rotation speed Nrfmin and the upper limit rotation speed Nrfmax (the hatched area in the figure) is set as the resonance area. It can be set by correcting the basic boost non-boosting line so that the resonance region is included in the boosting region (and the PWM region). When the resonance region is determined in advance by experiment or analysis at the time of manufacturing or the like, it is necessary to set the resonance region wider to some extent in consideration of manufacturing variation of the inductance L of the
以上説明した実施例の電気自動車20によれば、昇圧コンバータ40によって駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧しているときのリアクトル電流ILの脈動成分(下アームオンオフ時電流IL1と下アームオフオン時電流IL0との差)に応じてリアクトル41のインダクタンスLを演算し、演算したインダクタンスL(電流インダクタンス関係)に応じて共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxを設定し、設定した共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxを用いて共振領域が昇圧領域およびPWM領域に含まれるよう昇圧非昇圧ラインを設定し、設定した昇圧非昇圧ラインを用いて駆動点電圧関係を設定すると共に昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインとを用いて駆動点制御方式関係を設定するから、非昇圧領域が狭くなるのを抑制することができる。この結果、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧しないことによる効果(例えば、昇圧コンバータ40による損失を低減する効果など)を奏することができる領域をより広くすることができる。
According to the
実施例の電気自動車20では、電流インダクタンス関係における複数のインダクタンスLの代表値(例えば、中央値や平均値,最頻値など)をリアクトル41のインダクタンスLとして用いて、共振領域が昇圧領域およびPWM領域に含まれるよう昇圧非昇圧ラインを設定するものとしたが、電流インダクタンス関係における複数のインダクタンスLの代表値に代えて、電流インダクタンス関係における最大インダクタンスLmaxと最小インダクタンスLminとを用いるものとしたり、直前に演算したインダクタンスLを用いるものとしたりしてもよい。
In the
実施例の電気自動車20では、イグニッションオン時に、リアクトル41のインダクタンスLを用いて昇圧非昇圧ラインを設定するものとしたが、これに限られず、例えば、シフトポジションSPが駐車ポジションやニュートラルポジションに設定されたときに設定するものとしたり、リアクトル41のインダクタンスLを演算する毎に設定するものとしたりするなどしてもよい。
In the
実施例の電気自動車20では、演算したリアクトル41のインダクタンスL(電流インダクタンス関係)に応じて共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxを設定し、設定した共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxを用いて共振領域が昇圧領域およびPWM領域に含まれるよう昇圧非昇圧ラインを設定し、設定した昇圧非昇圧ラインを用いて駆動点電圧関係を設定すると共に昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインとを用いて駆動点制御方式関係を設定するものとしたが、共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxを設定せずに、リアクトル41のインダクタンスLに応じて、直接、共振領域が昇圧領域およびPWM領域に含まれるよう昇圧非昇圧ラインを設定するものとしたり、直接、共振領域が昇圧領域およびPWM領域に含まれるよう駆動点電圧関係や駆動点制御方式関係を設定するものとしたりしてもよい。
In the
実施例の電気自動車20では、コンデンサ46の容量Cvhについては予め定められた値を用いるものとしたが、リアクトル41のインダクタンスLと同様に演算した値を用いるものとしてもよい。図12は、電子制御ユニット50により実行される容量演算ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、この変形例では、イグニッションオフ時に実行されるものとした。なお、このルーチンの実行時に、昇圧コンバータ40については駆動停止するものとした。
In the
容量演算ルーチンが実行されると、電子制御ユニット50のCPU52は、まず、システムメインリレー45をオフとしてバッテリ36と電池電圧系電力ライン44(昇圧コンバータ40)との接続を解除し(ステップS300)、電圧センサ46aから駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを入力すると共に(ステップS310)、入力した駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを、コンデンサ46の電荷を放電させる所定放電処理を開始する前の駆動電圧系電力ライン42の電圧VHとしての放電開始前電圧VHstartに設定し(ステップS320)、所定放電処理を開始する(ステップS330)。ここで、所定放電処理は、実施例では、モータ32にd軸電流が流れるようインバータ34のトランジスタT11〜T16をスイッチング制御することによって行なうものとした。
When the capacity calculation routine is executed, the
こうして所定放電処理を開始すると、電流センサ41aからのリアクトル電流IL(リアクトルL側から接続点側に流れるときを正とする)や電流センサ33V,33Wからのモータ32のV相,W相の相電流Iv,Iw(インバータ34側からモータ32側に流れるときを正とする)を入力すると共に(ステップS340)、入力したモータ32のV相,W相の相電流Iv,Iwを用いて次式(4)により32のU相の相電流Iuを計算し(ステップS350)、相電流Iu,Iv,Iwを用いて式(5)により駆動電圧系電力ライン42からインバータ34側に流れる電流としてのインバータ供給電流Idcを計算する(ステップS350)。ここで、式(4)は、モータ32のU相,V相,W相に流れる相電流Iu,Iv,Iwの総和が値0となることに基づく。また、式(5)は、駆動電圧系電力ライン42からインバータ34側に流れる電流、即ち、駆動電圧系電力ライン42の正極母線側からインバータ34を介してモータ32側に流れる電流を求めており、モータ32側からインバータ34を介して駆動電圧系電力ライン42の負極母線側に流れる電流を求めていないことに基づく。
When the predetermined discharge process is started in this way, the reactor current IL from the
Iu=-Iv-Iw (4)
Idc=max(Iu,0)+max(Iv,0)+max(Iw,0) (5)
Iu = -Iv-Iw (4)
Idc = max (Iu, 0) + max (Iv, 0) + max (Iw, 0) (5)
続いて、リアクトル電流ILをインバータ供給電流Idcから減じることによってコンデンサ46からの放電電流Icを計算する(ステップS370)。いま、システムメインリレー45をオフとした後を考えているから、リアクトル電流ILは、コンデンサ48から放電されて昇圧コンバータ40のダイオードD31を介して駆動電圧系電力ライン42に流れる電流に相当する。したがって、リアクトル電流ILをインバータ供給電流Idcから減じることによってコンデンサ放電電流Icを求めることができる。なお、昇圧コンバータ40を駆動停止(トランジスタT31,T32を共にオフ)していることを考慮すると、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHが電池電圧系電力ライン44の電圧VL以上の間は、リアクトル電流ILは略値0となり、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHが電池電圧系電力ライン44の電圧VLに略等しくなった後は、コンデンサ48の放電が完了するまでリアクトル電流ILは正の値となると考えられる。
Subsequently, the discharge current Ic from the
そして、所定放電処理の実行開始時に値0が設定される電流積算値Icsumの前回値(前回Icsum)にステップS370で計算したコンデンサ46からの放電電流Icを加えることによって電流積算値Icを計算する(ステップS380)。
Then, the current integrated value Ic is calculated by adding the discharge current Ic from the
続いて、電圧センサ46aから駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを入力すると共に(ステップS390)、入力した駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを所定放電処理を終了してよい駆動電圧系電力ライン42の電圧VHとしての閾値VHref(例えば、数十Vなど)と比較し(ステップS400)、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHが閾値VHrefより高いときには、所定放電処理を継続すると判断し、ステップS340に戻る。
Subsequently, the voltage VH of the drive voltage
こうしてステップS340〜S400の処理を繰り返し実行している最中に駆動電圧系電力ライン42の電圧VHが閾値VHref以下に至ると、所定放電処理を終了し(ステップS410)、そのときの駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを所定放電処理を終了した後の駆動電圧系電力ライン42の電圧VHとしての放電終了後電圧VHendに設定し(ステップS420)、上述の放電開始前電圧VHstartとこの放電終了後電圧VHendと電流積算値Icsumとを用いて次式(6)によりコンデンサ46の容量Cvhを計算して(ステップS430)、本ルーチンを終了する。こうした処理により、コンデンサ46の製造バラツキや経年変化を踏まえた容量Cvhを得ることができる。
In this way, when the voltage VH of the drive voltage
Cvh=Icsum/(VHstart-VHend) (6) Cvh = Icsum / (VHstart-VHend) (6)
こうしてコンデンサ46の容量Cvhを得ると、イグニッションオン時に、上述のリアクトル41のインダクタンスL(電流インダクタンス関係)とコンデンサ46の容量Cvhとに基づいて共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxを設定し、共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxと基本昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインとを用いて昇圧非昇圧ラインを設定し、設定した昇圧非昇圧ラインを用いて駆動点電圧関係を設定すると共に昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインとを用いて駆動点制御方式関係を設定すればよい。このように駆動点電圧関係および駆動点制御方式関係を設定することにより、リアクトル41のインダクタンスL(電流インダクタンス関係)については演算した値を用いるがコンデンサ46の容量Cvhについては予め定められた値を用いる実施例に比して、非昇圧領域が狭くなるのをより抑制することができ、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧しないことによる効果(例えば、昇圧コンバータ40による損失を低減する効果など)を奏することができる領域をより広くすることができる。
When the capacitance Cvh of the
この変形例では、イグニッションオフ時に、所定放電処理を実行してコンデンサ46の容量Cvhを演算するものとしたが、これに限られず、例えば、シフトポジションSPが駐車ポジションやニュートラルポジションのときなどに演算するものとしてもよい。
In this modification, when the ignition is turned off, the predetermined discharge process is executed to calculate the capacitance Cvh of the
また、この変形例では、実施例と同様に、イグニッショオン時に、昇圧非昇圧ラインを設定して駆動点電圧関係および駆動点制御方式関係を設定するものとしたが、これに限られず、イグニッションオフ時や、リアクトル41のインダクタンスLとコンデンサ46の容量Cvhとのうち少なくとも一方を演算したときなどに実行するものとしてもよい。
In this modified example, as in the embodiment, the boosting non-boosting line is set and the driving point voltage relationship and the driving point control method relationship are set when the ignition is turned on. However, the present invention is not limited to this, and when the ignition is turned off. Alternatively, it may be executed when at least one of the inductance L of the
さらに、この変形例では、昇圧コンバータ40を駆動停止しながら所定放電処理を実行するものとしたが、昇圧コンバータ40のトランジスタT31をオンで保持しながら所定放電処理を実行するものとしてもよい。なお、この場合、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHが電池電圧系電力ライン44の電圧VLより高い間は昇圧コンバータ40のトランジスタT31を介して駆動電圧系電力ライン42から電池電圧系電力ライン44に電力が供給され、駆動電圧系電力ライン42の電圧VHが電池電圧系電力ライン44の電圧VLに略等しくなった後は昇圧コンバータ40のダイオードD31を介して電池電圧系電力ライン44から駆動電圧系電力ライン42に電力が供給される。
Further, in this modification, the predetermined discharge process is executed while stopping the
実施例では、駆動輪26a,26bに接続された駆動軸22に動力を入出力可能なモータ32を備える電気自動車20に適用するものしたが、例えば、図13の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、遊星歯車機構126を介して駆動軸22に接続されたエンジン122およびモータ124と、駆動軸22に動力を入出力可能なモータ32と、を備えるハイブリッド自動車120に適用するものとしてもよい。また、図14の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、エンジン122のクランクシャフトに接続されたインナーロータ232と駆動輪26a,26bに連結された駆動軸22に接続されたアウターロータ234とを有しエンジン122からの動力の一部を駆動軸22に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機230を備えるものとしてもよい。さらに、図15の変形例のハイブリッド自動車320に例示するように、駆動軸22に変速機330を介してモータ32を取り付けると共に、モータ32の回転軸にクラッチ329を介してエンジン122を接続する構成とし、エンジン122からの動力をモータ32の回転軸と変速機330とを介して駆動軸22に出力すると共にモータ32からの動力を変速機330を介して駆動軸22に出力するハイブリッド自動車320に適用するものとしてもよい。
In the embodiment, the present invention is applied to the
実施例では、電気自動車20に適用するものとしたが、電気自動車20などに搭載される駆動装置に適用するものとしてもよい。
In the embodiment, the present invention is applied to the
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32が「モータ」に相当し、インバータ34が「インバータ」に相当し、バッテリ36が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ40が「昇圧コンバータ」に相当し、コンデンサ46が「コンデンサ」に相当し、電子制御ユニット50が「制御手段」や「対応関係設定手段」に相当する。
The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the
ここで、「モータ」としては、永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える同期発電電動機(いわゆる埋込磁石型同期発電電動機)として構成されたモータ32に限定されるものではなく、永久磁石が表面に取り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える同期発電電動機(いわゆる表面磁石型同期発電電動機)など、如何なるタイプのモータであっても構わない。「インバータ」としては、インバータ34に限定されるものではなく、モータを駆動するためのものであれば如何なるタイプのインバータであっても構わない。「バッテリ」としては、リチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ36に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池,鉛蓄電池など、如何なるタイプのバッテリであっても構わない。「コンデンサ」としては、コンデンサ46に限定されるものではなく、駆動電圧系に取り付けられたものであれば如何なるタイプのコンデンサであっても構わない。「制御手段」や「対応関係設定手段」としては、単一の電子制御ユニットに限定されるものではなく、複数の電子制御ユニットからなる組み合わせであっても構わない。また、「制御手段」としては、モータ32のトルク指令Tm*および回転数Nmと駆動電圧系電力ライン42の目標電圧VHtagとの関係にトルク指令Tm*および回転数Nmを適用して得られる駆動電圧系電力ライン42の目標電圧VHtagに応じて駆動電圧系電力ライン42の電圧VHが調節されるよう昇圧コンバータ40を制御すると共に、モータ32のトルク指令Tm*および回転数Nmとインバータ34の制御方式との関係にトルク指令Tm*および回転数Nmを適用して得られる制御方式でトルク指令Tm*がモータ32から出力されるようインバータ34を制御するものに限定されるものではなく、モータの目標駆動点と駆動電圧系の目標電圧との駆動点電圧関係にモータの目標駆動点を適用して得られる駆動電圧系の目標電圧に応じて駆動電圧系の電圧が調節されるよう昇圧コンバータを制御すると共に、モータの目標駆動点とインバータの制御方式との駆動点制御方式関係にモータの目標駆動点を適用して得られる制御方式でインバータを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。「対応関係設定手段」としては、昇圧コンバータ40によって駆動電圧系電力ライン42の電圧VHを電池電圧系電力ライン44の電圧VLに対して昇圧しているときのリアクトル電流ILの脈動成分(下アームオンオフ時電流IL1と下アームオフオン時電流IL0との差)に応じてリアクトル41のインダクタンスLを演算し、演算したリアクトル41のインダクタンスL(電流インダクタンス関係)に応じて共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxを設定し、設定した共振領域の下限回転数Nrfminおよび上限回転数Nrfmaxを用いて共振領域が昇圧領域およびPWM領域に含まれるよう昇圧非昇圧ラインを設定し、設定した昇圧非昇圧ラインを用いて駆動点電圧関係を設定すると共に昇圧非昇圧ラインとPWM矩形波ラインとを用いて駆動点制御方式関係を設定するものに限定されるものではなく、昇圧コンバータによって駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧に対して昇圧しているときのリアクトルの電流の脈動成分に応じてリアクトルのインダクタンスを演算し、演算したリアクトルのインダクタンスを用いて、リアクトルとコンデンサとを含む回路の共振領域が昇圧領域と非昇圧領域とのうち昇圧領域に含まれるようモータの動作可能領域を昇圧領域と非昇圧領域とに区分して駆動点電圧関係を設定すると共に、共振領域がPWM領域と矩形波領域とのうちPWM領域に含まれるようモータの動作可能領域をPWM領域と矩形波領域とに区分して駆動点制御方式関係を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。
Here, the “motor” is limited to the
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。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. Therefore, the elements of the invention described in the column of means for solving the problems are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problems should be made based on the description of the column, and the examples are those of the invention described in the column of means for solving the problems. It is only a specific example.
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。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.
本発明は、駆動装置や自動車の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of driving devices and automobiles.
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、32 モータ、32a 回転位置検出センサ、33V,33W 電流センサ、34 インバータ、36 バッテリ、37a 電圧センサ、37b 電流センサ、37c 温度センサ、40 昇圧コンバータ、41 リアクトル、41a 電流センサ、42 駆動電圧系電力ライン、44 電池電圧系電力ライン、46,48 コンデンサ、46a,48a 電圧センサ、50 電子制御ユニット、52 CPU、54 ROM、56 RAM、58 フラッシュメモリ、60 イグニッションスイッチ、61 シフトレバー、62 シフトポジションセンサ、63 アクセルペダル、64 アクセルペダルポジションセンサ、65 ブレーキペダル、66 ブレーキペダルポジションセンサ、68 車速センサ、120,220,320 ハイブリッド自動車、122 エンジン、124 モータ、126 遊星歯車機構、329 クラッチ、330 変速機、D11〜D16,D31,D32 ダイオード、、T11〜T16,T31,T32 トランジスタ。
20 electric vehicle, 22 drive shaft, 24 differential gear, 26a, 26b drive wheel, 32 motor, 32a rotational position detection sensor, 33V, 33W current sensor, 34 inverter, 36 battery, 37a voltage sensor, 37b current sensor,
Claims (4)
前記昇圧コンバータによって前記駆動電圧系の電圧を前記電池電圧系の電圧に対して昇圧しているときの前記リアクトルの電流の脈動成分に応じて前記リアクトルのインダクタンスを演算し、該演算したリアクトルのインダクタンスを用いて、前記リアクトルと前記コンデンサとを含む回路の共振領域が昇圧領域と非昇圧領域とのうち該昇圧領域に含まれるよう前記モータの動作可能領域を該昇圧領域と該非昇圧領域とに区分して前記駆動点電圧関係を設定すると共に、前記共振領域がPWM領域と矩形波領域とのうち該PWM領域に含まれるよう前記モータの動作可能領域を該PWM領域と該矩形波領域とに区分して前記駆動点制御方式関係を設定する対応関係設定手段、
を備える駆動装置。 A motor, an inverter for driving the motor, a battery, and a drive voltage system to which the inverter is connected with or without boosting power of a battery voltage system having a reactor and connected to the battery Obtained by applying the target drive point of the motor to a boost converter that can be supplied, a capacitor attached to the drive voltage system, and a drive point voltage relationship between the target drive point of the motor and the target voltage of the drive voltage system The boost converter is controlled so that the voltage of the drive voltage system is adjusted according to the target voltage of the drive voltage system, and the drive point control system relationship between the target drive point of the motor and the control system of the inverter Control means for controlling the inverter by a control method obtained by applying a target drive point of the motor,
The inductance of the reactor is calculated according to the pulsation component of the current of the reactor when the voltage of the drive voltage system is boosted with respect to the voltage of the battery voltage system by the boost converter, and the calculated inductance of the reactor And divides the operable region of the motor into the boosting region and the non-boosting region so that the resonance region of the circuit including the reactor and the capacitor is included in the boosting region between the boosting region and the non-boosting region. The drive point voltage relationship is set, and the operable region of the motor is divided into the PWM region and the rectangular wave region so that the resonance region is included in the PWM region of the PWM region and the rectangular wave region. Correspondence setting means for setting the drive point control method relationship,
A drive device comprising:
前記対応関係設定手段は、前記リアクトルのインダクタンスと前記共振領域の回転数範囲とのインダクタンス共振関係に前記演算したリアクトルのインダクタンスを適用して前記共振領域の回転数範囲を設定する手段であり、
更に、前記対応関係設定手段は、前記モータの動作可能領域を前記昇圧領域と前記非昇圧領域とに仮区分する基本昇圧非昇圧ラインのうち前記共振領域の回転数範囲外の部分と、前記モータの動作可能領域を前記PWM領域と前記矩形波領域とに仮区分するPWM矩形波ラインのうち前記共振領域の回転数範囲内の部分と、を前記共振領域の回転数範囲の上下限で結んで設定される昇圧非昇圧ラインによって前記モータの動作可能領域を前記昇圧領域と前記非昇圧領域とに区分して前記駆動点電圧関係を設定する手段である、
駆動装置。 The drive device according to claim 1,
The correspondence setting means is means for setting the rotation speed range of the resonance region by applying the calculated inductance of the reactor to the inductance resonance relationship between the inductance of the reactor and the rotation speed range of the resonance region,
Further, the correspondence relationship setting means includes a portion of the basic boosting non-boosting line that temporarily divides the operable region of the motor into the boosting region and the non-boosting region, and a portion outside the rotational speed range of the resonance region; Of the PWM rectangular wave line that temporarily divides the operable region into the PWM region and the rectangular wave region, and a portion within the rotational speed range of the resonant region is connected by the upper and lower limits of the rotational speed range of the resonant region Means for setting the driving point voltage relationship by dividing the operable region of the motor into the boosting region and the non-boosting region by a set boosting non-boosting line;
Drive device.
前記対応関係設定手段は、前記コンデンサの電荷を放電させたときの前記コンデンサからの放電電流の積算値を用いて前記コンデンサの容量を演算し、前記演算したリアクトルのインダクタンスと前記演算したコンデンサの容量とを用いて前記駆動点電圧関係および前記駆動点制御方式関係を設定する手段である、
駆動装置。 The drive device according to claim 1 or 2,
The correspondence relationship setting means calculates the capacitance of the capacitor using an integrated value of the discharge current from the capacitor when the capacitor is discharged, and calculates the calculated inductance of the reactor and the calculated capacitance of the capacitor. A means for setting the drive point voltage relationship and the drive point control method relationship using
Drive device.
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2011
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