JP2019037065A

JP2019037065A - 車両の制御システム

Info

Publication number: JP2019037065A
Application number: JP2017156658A
Authority: JP
Inventors: 利典大河内; Toshinori Okochi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2019-03-07

Abstract

【課題】駆動用回転電機の過熱を防止する車両の制御システムを提供する。【解決手段】車両の駆動用回転電機に冷却用流体を循環する電動ポンプを備える車両の制御システムであって、電動ポンプ４８は、駆動用回転電機３８に冷却用流体を循環する。インバータ２４は、駆動用回転電機に電力を供給する。インバータ２４の１相短絡故障の場合において、駆動用回転電機３８により発電が行われている場合に、電動ポンプ４８を運転可能にする。【選択図】図３

Description

本発明は、車両の駆動用回転電機に冷却用流体を循環する電動オイルポンプを備える車両の制御システムに関する。

ハイブリッド車両（ＨＶ）や、電気自動車（ＥＶ）のように駆動用の回転電機（モータ・ジェネレータ）を搭載する車両では、回転電機の冷却を行うための冷却用流体（オイル）が循環するよう配置されている。このオイルとしては、通常自動変速機内の潤滑・作動油であるＡＴＦ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＦｌｕｉｄ）と呼ばれる油が用いられる。

ここで、ＨＶやＥＶでは、バッテリからの直流電力をインバータで所望の交流電流に変換して駆動用回転電機を駆動している。そこで、このインバータに故障が起こると走行ができなくなる。そして、駆動用の回転電機の駆動は停止するが、その後の車両の牽引時における発電電力によって回転電機が加熱する。特許文献１には、このような時に生じるＡＴＦの白煙を排出する技術について記載がある。

ＷＯ２０１１／１４５１７３号公報

ここで、ＡＴＦにより生じる白煙を排出するのではなく、回転電機の過熱を防止できればその方がよい。本発明は、駆動用回転電機の過熱を防止する技術に関する。

本発明は、車両の駆動用回転電機に冷却用流体を循環する電動ポンプを備える車両の制御システムであって、駆動用回転電機に電力を供給する３相のインバータと、インバータの１相短絡故障の場合において、駆動用回転電機により発電が行われている場合に、電動ポンプを運転可能にする。

また、車両が運行不能状態においても、電動ポンプを運転可能とするとよい。

本発明によれば、駆動用回転電機を冷却することで、白煙の発生を防止することができる。

実施形態に係る車両の制御システムにおける駆動用回転電機を駆動するための回路を示す図である。駆動用回転電機におけるオイル供給の構成を示す図である。実施形態に係る車両の制御システムの構成を示す図である。実施形態に係る車両の制御システムの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

本実施形態では、車両の制御システムの制御対象の車両としてハイブリッド車両を説明するが、駆動用回転電機を搭載する車両であればよく、電気自動車であってもよい。

「駆動用回転電機を駆動するための構成」
図１は、駆動用回転電機３８を駆動するための回路を示す図である。バッテリ１６には、電力変換器２０が接続され、ここでバッテリ１６の直流電力は所望の交流電力に変換されて駆動用回転電機３８に供給される。電力変換器２０は、昇圧コンバータ２２とインバータ２４とで構成され、バッテリ１６には昇圧コンバータ２２が接続されている。昇圧コンバータ２２はバッテリ１６の出力である直流電圧を昇圧する。昇圧コンバータ２２の出力はインバータ２４に入力され、ここで所望の交流電力に変換され、この交流電力で駆動用回転電機３８が駆動される。この例では、駆動用回転電機３８はモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する３相同期型回転電機である。駆動用回転電機３８には、車輪１２が接続されており、駆動用回転電機３８の駆動力によって車輪１２が回転して、車両が走行する。

昇圧コンバータ２２は、リアクトルと、上下一対のスイッチング素子等を含んで構成することができる。インバータ２４は、複数のスイッチング素子と逆接続ダイオード等を含んで構成され、直流電力と３相交流電力との間の電力変換を行う機能を有する。すなわち、車両に力行時には、インバータ２４は、直流電力を３相駆動電力に変換し、駆動用回転電機３８に３相駆動電力として供給する。一方、車両の回生制動時には、駆動用回転電機３８からの３相回生電力を直流電力に変換し、バッテリ１６側に充電電流として供給する。なお、インバータ２４には、電圧、電流の変動を抑制する平滑コンデンサが含まれている。

インバータ２４は、上記のように、直流電力と３相電力との間の変換を行うので、駆動用回転電機３８の３相であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応し、Ｕ相アーム、Ｖ相アーム、Ｗ相アームと呼ばれる３つのアームを有する。各アームは、２つの逆方向電流を流すダイオードを並列接続したスイッチング素子を２つ直列接続して構成され、各相アームの中間点が駆動用回転電機３８の各相コイルの一端に接続される。駆動用回転電機３８は、各相コイルの他方端が中立点で相互に接続されるいわゆるＹ結線が行われる。

インバータ２４の１相短絡故障とは、６つのスイッチング素子のうちの１つが短絡する故障である。１つのスイッチング素子が短絡すると、同一アームの他のスイッチング素子をオンすることはできず、インバータの動作を停止する。従って、車両の制御システムは、自動診断（ダイアグ）機能によって、この故障を示す信号を出力する。そして、この故障信号が出力されると、車両が運行可能な状態であることを示す信号（ＲＥＡＤＹ）がオンからオフとされ、車両は停止する。

ここで、図１では、Ｕ相アームとＶ相アームが正常で、Ｗ相アームの上スイッチング素子が短絡した様子が示されている。この場合、Ｗ相の上スイッチング素子が短絡すると、ここからＷ相コイル、Ｕ，Ｖ相コイル、Ｕ，Ｖ相ダイオードを介し閉回路が形成される。

車両を牽引した場合、車輪の回転によって駆動用回転電機３８が回転して、発電電力が出力される場合がある。１相短絡故障をしたインバータ２４においては、上述した閉回路に電流が流れ、上述の場合では、Ｕ相コイルに流れる電流２８とＶ相コイルに流れる電流３０とを合わせた大きさで、流れる方向が逆の電流３２がＷ相コイルに流れることになる。

駆動用回転電機３８のコイルに大電流が流れると、駆動用回転電機３８が過熱し、冷却用流体であるＡＴＦが蒸発して白煙が生じたり、永久磁石への逆磁界の増加や過熱によって磁石が劣化（減磁）するという問題がある。

「駆動用回転電機の構成」
図２には、駆動用回転電機３８の構成例を示してある。このように、ロータコア４０と、回転軸４２でロータ５０が形成され、ロータ５０の外側にロータ５０を取り囲むようにして円環状のステータ５２が配置される。そして、ロータ５０およびステータ５２は、ハウジング４４内に収容される。ステータ５２はハウジング４４に固定され、ロータ５０の回転軸４２は、ハウジング４４の一対の側壁を貫通し、ハウジング４４に設けられた軸受け４６に回転自在に支持される。また、ハウジング４４の底部に溜まった冷却用流体（オイル：ＡＴＦ）は電動ポンプ４８によって、回転軸４２内の軸内通路に供給される。そして、ロータコア４０内を流れ、ハウジング４４内に放出され、循環する。もちろん、オイルタンクを別に設け、このオイルタンクを介しオイルを駆動用回転電機に循環してもよく、そのオイルを他の機器へ循環してもよい。なお、循環経路に冷却用の熱交換器を設けることも好適である。また、この例では、回転軸４２内よりオイルを供給したが、別途オイル用のパイプを設けここからオイルを散布してもよい。

「車両の制御システムの構成」
図３には、車両制御システムの全体構成が示してある。この例では、補機バッテリ６２を有し、補機バッテリ６２からの電力で、電動ポンプ４８が駆動される。補機バッテリ６２は、バッテリ１６からの電力をＤＣ／ＤＣコンバータ６８で降圧した電力が供給されるとよい。また、補機バッテリ６２からの電力を各種車載機器に供給してもよい。

そして、制御部６０が設けられており、車両の要求トルク、車速などに応じて、昇圧コンバータ２２、インバータ２４などのスイッチング素子のスイッチングを制御する。そして、制御部６０は、電動ポンプ４８の駆動を制御する。すなわち、制御部６０は、駆動用回転電機３８の駆動時に電動ポンプ４８を駆動して、駆動用回転電機３８を冷却するとともに、車両の走行が不能な状態（運行可能な状態を示す信号（ＲＥＡＤＹ）がオフの状態）においても、車両が牽引されるなどで、駆動用回転電機３８が発電状態である場合には、電動ポンプ４８を駆動して駆動用回転電機３８を冷却する。なお、制御部６０には、電流センサ６４によって計測された駆動用回転電機３８の各相電流が供給されており、制御部６０はこの電流センサ６４からの信号によって電動ポンプ４８の駆動を制御するとよい。さらに、本例では、温度センサ６６で、駆動用回転電機３８の温度を計測しており、計測結果が制御部６０に供給される。従って、制御部６０は、温度センサ６６からの信号に応じて電動ポンプ４８の駆動の必要性を判断することもできる。

なお、制御部６０は、車両運行が可能でない状態において必要な機能のみ行うようにしてもよいし、インバータ２４の制御などと別に電動ポンプ４８の駆動制御用の装置を用意してもよい。

図４は、制御部６０の動作を示すフローチャートである。この動作は、自動診断（ダイアグ）機能によって１相短絡故障が検出された場合に、開始される。

まず、駆動用回転電機３８の電流から、発電がされているかを判定する（Ｓ１１）。一方、発電されていれば（ＹＥＳ）、補機バッテリ６２の充電状態を検出し、枯渇（電池容量不足）かを判定する（Ｓ１２）。補機バッテリ６２が枯渇していなければ（ＮＯ）、電動ポンプ４８を駆動する（Ｓ１３）。Ｓ１１の判定結果において、発電されていない（ＮＯ）、またはＳ１２の判定で、補機バッテリ６２が枯渇していれば（ＹＥＳ）、電動ポンプ４８の駆動を停止し（Ｓ１４）、処理を終了する。

なお、駆動用回転電機３８の温度が低かったり、発電量が少なく、冷却の必要性がない場合には、電動ポンプ４８を運転可能とするだけで、実際には駆動しなくてもよい。

また、補機バッテリ６２の容量が不足する際に、ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動して、バッテリ１６により補機バッテリ６２を充電してもよい。

１２車輪、１６バッテリ、２０電力変換器、２２昇圧コンバータ、２４インバータ、２８，３０，３２電流、３８駆動用回転電機、４０ロータコア、４２回転軸、４４ハウジング、４８電動ポンプ、５０ロータ、５２ステータ、６０制御部、６２補機バッテリ、６４電流センサ、６６温度センサ、６８ＤＣ／ＤＣコンバータ。

Claims

車両の駆動用回転電機に冷却用流体を循環する電動ポンプを備える車両の制御システムであって、
駆動用回転電機に電力を供給する３相のインバータと、
インバータの１相短絡故障の場合において、駆動用回転電機により発電が行われている場合に、電動ポンプを運転可能にする、
車両の制御システム。