JP2016093018A - インバータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
電動車両のモータ駆動用インバータは、高電圧バッテリから供給された直流電力を車両駆動モータに供給する交流電力に変換する機能を備えている。そのためにインバータはIGBTなどのスイッチング素子を有しており、このモータ駆動用のスイッチング素子がオンやオフを繰り返すことにより直流電力から交流電力への変換を行う。
インバータには前記スイッチング素子のオン・オフ動作の際、瞬時に大電流を出力するために平滑コンデンサを有している。インバータ装置には電源を切った後に、この平滑コンデンサに残存する電荷を放電するための放電回路が設けられる。放電回路は、主に放電抵抗、放電スイッチング素子、制御回路から構成され、放電抵抗とスイッチング素子の直列回路が平滑コンデンサと並列に接続されている。そして制御回路が上位からの指令に基づいて放電スイッチング素子を導通させて平滑コンデンサを放電する。
特許文献1には放電回路の従来例が示されている。平滑コンデンサの電圧をマイコンで測定するための分圧回路を有している。この分圧回路を用いてマイコンが放電中の平滑コンデンサの電圧を逐次測定し,コンタクタがオンになると時間経過に伴う平滑コンデンサの電圧が正常時の推移から乖離することを検知する。これによってコンタクタがオンになっている場合は放電を中止し、放電抵抗を焼損から保護している。
また電動車両では電力を効率的に利用するために、制動時や坂を下る時などにモータを外力で回転させて発電機として働かせ、逆起電力を利用して直流電源を充電している。しかし、インバータが故障して無制御発電機動作モード(UCG動作モード)になった場合,モータの回転数が高くなり大きな電圧が発生するため、モータ駆動用スイッチング素子や平滑コンデンサが耐圧破壊を起こしてしまうことがある。そこで、このような耐圧破壊を防止するため、従来の電力変換装置では過電圧を抑制する手段が設けられている。
図1は本発明の放電回路を有する第1の実施例のインバータの構成図である。
〔数1〕 HVDC = (Ra + Rb) / Rb×HVdiv
図3は放電中にコンタクタがオンになる場合における放電回路保護のタイミングチャートである。モータコントローラ112が放電回路100への放電指令信号114をアクティブにしたとする。するとマイコン119は放電制御信号128を'L'レベルから'H'レベルにして(301)、放電を開始する。この時刻をT0とする。すると平滑コンデンサ126の電圧204が初期値V0から放電抵抗124の抵抗値Rdと平滑コンデンサ126の容量値Cの時定数で低下を始める(304)。マイコン119は平滑コンデンサ126の電圧204を一定時間毎に時刻T1、T2…Tn-1におけるそれぞれの電圧V1、V2…Vn-1を測定し、平滑コンデンサ126の時間によって決まる電圧基準値303と比較する。そして時刻Tnでコンタクタが放電中にもかかわらず誤動作によってオフからオンになると、平滑コンデンサ126の電圧Vn 308は電圧基準値303を上回る。するとマイコン119は放電異常と判定し、放電制御信号128を'H'レベルから'L'レベルにし(309)、放電を中止する。
さて先に述べたように分圧回路117はDCライン107〜108間の高電圧をマイコン119の電圧測定回路(AD変換回路)で測定できる電圧範囲に変換している。つまり分圧回路117が故障した場合、それを使ったDCライン電圧の測定が出来なくなる。そこでこの状態でインバータ101においてDCライン電圧の測定が必要になった場合は、分圧回路117の代わりに放電抵抗124と電流センサ130を使って測定する。
〔数2〕 HVDC1 = Rd ×Id
この際、放電抵抗の焼損を避けるため、放電は出来る限り短パルスで行い、DCライン電圧を繰り返し測定する事が必要な場合はパルスのデューティ比を出来る限り低くする事が望ましい。図4にDCライン電圧測定用放電パルスの例を示す。DCライン電圧測定のタイミングにおいて、放電制御信号128としてパルス幅5usのパルス信号を出力すると、それに伴い放電電流Id 122も5usの間流れる。そしてこのときの放電電流に伴う電流センサ130の出力信号131も5usのパルス信号として出力される。そしてマイコン119はこの5usの間に出力信号131の電圧測定を行い、DCライン電圧を計算する。
図5は本発明の3相ショート回路を有する第2の実施例のインバータの構成図である。
〔数3〕 Rs = (Rb / Ra)×Rd
図7はモータコントローラ506の故障した時、マイコン507がモータコントローラ506に代わって3相ショート制御を行い、IGBTモジュール及び平滑コンデンサを保護する場合のタイミングチャートである。
さて先に述べたように分圧回路117はDCライン107〜108間の高電圧をマイコン119の電圧測定回路(AD変換回路)で測定できる電圧範囲に変換している。つまり分圧回路117が故障した場合、それを使ったDCライン電圧の測定が出来なくなる。そこでこの状態でインバータ501においてDCライン電圧の測定が必要になった場合は、分圧回路117の代わりに放電抵抗124と電流センサ508を使って測定する。
〔数4〕 HVDC2 = (Rd + Rs)×Id = (Rd + Rs)×Vs/Rs=(Rd + Rs)/Rs×Vs
また前記の通りRsはRd : Rs = Ra : Rb となるように(数3)のように決められているので、(数4)は次式のようにも表わすことができる。
〔数5〕 HVDC2=(Ra+Rb)/Rb×Vs
また先に説明した通り、分圧回路117はDCライン間電圧を高精度で測定するために高精度な抵抗で構成されている。しかし一般的に放電抵抗は定格電力が大きく抵抗値の精度は高くない。そこで高精度な電圧測定ができるように実測を用いたフィッティング係数KFを設け、DCライン間電圧HVDC3を次式で計算するとよい。
〔数6〕 HVDC3=KF×Vs
〔数7〕 KF = HVDC / Vs
この際、放電抵抗の焼損を避けるため、放電は出来る限り短パルスで行い、DCライン電圧を繰り返し測定する事が必要な場合はパルスのデューティ比を出来る限り低くする事が望ましい。図4にDCライン電圧測定用放電パルスの例を示す。DCライン電圧測定のタイミングにおいて、放電制御信号128としてパルス幅5usのパルス信号を出力すると、それに伴い放電電流Id 122も5usの間流れる。そしてこのときの放電電流に伴う電流センサ130の出力信号131も5usのパルス信号として出力される。そしてマイコン119はこの5usの間に出力信号131の電圧測定を行い、DCライン電圧を計算する。
Claims (9)
- インバータ回路に接続される平滑コンデンサと並列にDCラインを介して接続される放電回路部と、
前記インバータ回路を制御する制御部と、を備え、
前記放電回路部は、前記平滑用コンデンサの電荷を放電する放電抵抗と、当該放電抵抗と直列に接続される放電スイッチング素子と、当該放電抵抗に流れる電流を検知する電流センサと、を有し、
前記制御部は、前記放電スイッチング素子が通電状態における前記電流センサの検出値に基づいて前記DCライン間電圧を推定するインバータ制御装置。 - 請求項1に記載のインバータ制御装置であって、
前記制御部は、前記DCライン間電圧を測定するための電圧センサと、前記電圧センサの故障検知手段とを有し、
さらに前記制御部は、前記故障検知手段の検知結果に基づき前記電圧センサが故障した時、前記スイッチング素子が通電状態における前記電流センサの検出値に基づいて前記DCライン間電圧を推定するインバータ制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載のインバータ制御装置であって、
前記平滑用コンデンサの電圧の測定するタイミングにおいて、前記スイッチング素子が通電するインバータ制御装置。 - 請求項3に記載のインバータ制御装置であって、
前記スイッチング素子の通電は、前記平滑用コンデンサの電圧の測定するタイミングを含むパルス通電になっているインバータ制御装置。 - 請求項2ないし4に記載のいずれかのインバータ制御装置であって、
前記DCライン間電圧を前記スイッチング素子が通電状態における前記電流センサの検出値に基づいて、前記DCライン間電圧を推定するための係数を有し、
前記係数は、前記電圧センサが故障する以前に前記スイッチング素子が通電状態における前記電流センサの検出値に基づいた前記DCライン間電圧の推定値が前記DCライン間電圧を前記電圧センサで測定した値と一致するように設定されるインバータ制御装置。 - 請求項5に記載のインバータ制御装置であって、
前記係数の設定は、前記平滑用コンデンサの電荷を放電する際に行われるインバータ制御装置。 - 請求項1に記載のインバータ制御装置であって、
前記電流センサは、前記放電抵抗の抵抗値と前記電流センサの出力電圧/測定電流ゲインの比を高電圧測定用分圧回路の抵抗比と同一にするインバータ制御装置。 - 請求項7記載のインバータ制御装置であって、
前記電圧センサの故障検知手段を有し、
前記制御部は、前記電圧センサが故障した時、前記スイッチング素子が通電状態における前記電流センサの検出値に基づいて、前記DCライン間電圧を推定するインバータ制御装置。 - 請求項7または請求項8のインバータ制御装置であって、
前記電流センサとしてシャント抵抗を有し、
前記電流センサは、前記放電抵抗と前記シャント抵抗の抵抗比を高電圧測定用分圧回路の抵抗比と同一にするインバータ制御装置。
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