JP2020054165A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便なシステム構成でセンサ故障時にも確実にインバータ、モータを過熱から保護し、走行を継続可能な電動車両の制御装置を提供する。【解決手段】モータ１００を駆動するインバータ２００と、インバータ及びモータを冷却する冷媒４００と、モータ、インバータまたは冷媒の温度を検出する温度センサ５００、５０１、５０２と、温度センサの故障を判定する故障判定部２０４と、を備えた電動車両の制御装置３００において、故障判定部で故障と判定された場合に冷媒の流量を閾値以上に増加させる流量制御部３０１を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は電動車両の制御装置に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車など、駆動源としてモータを用いる電動車両においては、モータ及びモータを駆動するインバータなどの駆動装置の過熱を防ぐために、通常、モータ及びインバータを冷却する冷却システムが搭載される。冷却システムでは、冷媒の温度を計測する温度センサ等の情報に基づいて、適切な冷却量になるように冷媒流量の制御が行われる（例えば、特許文献1等）。

特開2014-196078号公報

電動車両の冷却システムにおいて、モータ、インバータあるいは冷媒の温度センサに故障が発生した場合には、正常にIGBTモジュール等が冷却されているか判別できないため、そのまま走行を継続するとモータやインバータ等の故障を招く恐れがある。そのため、冷却システムの温度センサに故障が発生した場合には、駆動装置を停止する、あるいは、IGBTモジュール等を過熱から確実に保護できる非常に低い出力にトルク制限が行われる。モータのみで走行する電気自動車では、駆動装置が停止したり、大幅な出力制限が行われると車両の走行に支障をきたすことになる。そのため、冷却システムの温度センサ故障時にもインバータなどの過熱を保護しながら、十分な車両退避運転が行えることが望ましい。

そこで、本発明は、簡便なシステム構成でセンサ故障時にも確実にインバータ、モータを過熱から保護し、走行を継続可能な電動車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、モータを駆動するインバータと、前記インバータ及び前記モータを冷却する冷媒と、前記モータ、前記インバータまたは前記冷媒の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの故障を判定する故障判定部と、を備えた電動車両の制御装置において、前記故障判定部で故障と判定された場合に前記冷媒の流量を閾値以上に増加させる流量制御部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡便なシステム構成でセンサ故障時にも確実にインバータ、モータを過熱から保護し、走行を継続可能な電動車両の制御装置を提供できる。

電動車両の制御装置の一実施形態を説明するためのブロック図である。 インバータのトルク制御部205のブロック図である。 冷媒流量決定およびトルク指令値決定フローチャートの一例を示した図である。 本実施形態のNTトルクカーブイメージを示した図である。

以下に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明にかかる電動車両における制御装置の一実施形態を説明するためのブロック図である。電動車両は例えば電気自動車であり、走行用のモータ100と、モータ100を駆動するインバータ200と、モータ100およびインバータ200を冷却する冷却システムと、車両全体の制御を行うVCU300を備えている。冷却システムは、冷却液などの冷媒400の循環路と、冷媒400を循環させる電動ポンプ600、冷却液の熱を放出させ冷却するためのラジエータなどを備えている。

VCU300は、各制御ユニットの上位コントローラであり、車両に設けられた各センサの情報や各制御ユニットからの情報を基に総合的な車両の挙動を演算する。例えば、車両速度情報やアクセル情報から車両駆動に必要なモータトルクをトルク指令部304で演算し、その結果をトルク指令としてインバータ200のトルク制御部205に出力する。また、冷却システムに設けられた冷媒温度を検出する温度センサ502、冷媒400の流量を検出する流量センサ700などの情報を基に流量制御部301から電動ポンプ600に対して駆動要求を出力する。その他、温度センサ502の情報に基づいて温度センサの故障を判定する温度センサ故障判定部302等の機能を備えている。

モータ100は、電動車両の駆動源であり、例えば、永久磁石付の三相モータが用いられる。

インバータ200は、モータに３相交流電圧を供給するIGBTモジュールの他に、損失計算部201 、流量指令部202 、インバータ温度検出部203 、温度センサ故障判定部204 、トルク制御部205などの制御ユニットを備える。トルク制御部205はＣＡＮを通じて上位コントローラであるVCU300より受信したトルク要求に従い、そのトルク要求を実現する為に必要な電流指令値を演算してIGBTモジュールを駆動する。

モータ及びインバータを冷却する冷却システムの冷媒400の流量は、インバータ200の流量指令部202により最適な冷媒流量が算出され、制御される。冷媒400の流量制御の例を以下に説明する。

まず、冷媒400の流量制御は、温度センサの故障有無を判断し、センサ正常時とセンサ故障時で制御方法を切り替えて実施される。

インバータ200の温度センサ故障判定部204は、常時温度センサ関連に故障が無いかを監視する故障判定部である。また、上位コントローラであるVCU300の温度センサ故障判定部303も同様の機能を有し、インバータ200で検知していない温度センサの故障情報をインバータ200の温度センサ故障判定部204に対して通知する。温度センサ故障判定部204は、インバータの温度センサ501およびモータの温度センサ500からの情報、および、VCU300の温度センサ故障判定部303から受信する情報を元に、温度センサの故障を判定・検知する。そして、温度センサ故障判定部204は温度センサの故障有無を流量指令部202に出力する。流量指令部202では、温度センサ故障判定部204からの情報に基づいて、温度センサが故障していない時には正常モードでの流量制御、故障時には故障モードでの流量制御に切り替えて冷媒400の流量制御を行う。

正常モードでの流量制御について説明する。インバータ200の流量指令部202には、モータ100を動作させた時に生じる損失計算部201で算出した電力損失と、冷媒の温度センサS502で検出された冷媒400の温度情報が入力される。流量指令部202では、入力された電力損失と冷媒温度に基づいて冷媒流量を算出する。ここで、電力損失、冷媒温度に対する冷媒流量の関係をマップとして作成して記憶しておくことで、電力損失、冷媒温度の入力情報から容易に最適な冷媒流量を決定することが可能である。このような電力損失-冷媒温度マップとしては、モータ100およびインバータ200を保護するための最低限の冷媒流量と電費効率の関係から適正な冷媒流量の範囲を設定することが望ましい。さらには、冷媒温度に対するインバータの寿命使用率、通常運転時の冷媒温度使用率分布を加味して作成されることが望ましい。

そして、流量指令部202は算出した冷媒流量を、VCU300の流量制御部301へ指示する。流量指令部202から流量指示を受けた流量制御部301は、電動ポンプ600を通じて冷媒400の流量を指示流量になるように制御する。

以上の制御により、正常モードにおける走行時は電費効率を良くしつつ駆動システムの過熱保護が可能な必要最低限の冷媒流量で冷却システムが駆動する構成となっている。

一方、温度センサの故障時には、正常モードでの流量制御では誤った冷媒流量が算出され、モータ及びインバータが正常に冷却されずにIGBTモジュール等の破損を招く恐れがある。そこで、流量指令部202は温度センサ故障判定部204から故障情報を受報すると、正常モードの制御から故障モードの制御に切り替えて、流量制御部301に対して冷媒400の流量を予め設定されている閾値以上に増加させる指令を実施する。流量制御部301は流量制御部301からの指令に基づいて電動ポンプ600を制御し、冷媒400の流量を増加させる。ここで、閾値は冷媒温度が高温になった場合にもインバータ及びモータを過熱から保護できる流量が設定される。例えば、正常モードでの流量制御では電費効率を高くするために冷却システムで流せる最大流量の20%〜90%の冷媒流量に制御されている。一方、故障モードでは冷却システムで流せる最大流量の90%以上、好ましくは95％以上となるように閾値が設定される。

このように、温度センサの故障時に冷媒400の流量を閾値以上に増加させる制御を行うことでシステムを最大限まで冷却し、モータ、インバータの過熱による故障の防止とともに、車両の走行継続が可能となり、十分な車両退避運転が可能となる。

本実施形態では、正常モードよりも冷却システムの冷却量を無条件に増加させているため、トルクを必要以上に制限することなく走行を継続することができる。これにより、車両退避運転時に極端な出力低下を抑え、走行距離も確保できることから安全に車両を退避することができる。

一方、正常モードの流量制御では、電力損失-冷媒温度マップを用いることで駆動システムを過熱から確実に保護しつつ電費効率を向上することができる。なお、本実施形態では、電力損失-冷媒温度マップを利用した冷媒流量の制御方法の一例を説明したが、公知の冷媒温度センサの温度情報に基づいて冷媒流量を制御する手法を採用してもよい。

次に、第２の実施形態について説明する。図２は、図１に示されるインバータのトルク制御部205のブロック図である。トルク制御部205は、上位コントローラであるVCU300のトルク指令部304からトルク指令値を受け取り、温度センサ500、501、502の情報、および、電流やトルクマップ等から算出されたトルク制限値を元に、最終トルク指令値を算出する。トルク制御部205で算出されたトルク指令によって、モータ100が駆動される。
一方、トルク制限部TRQ200において冷却システムの温度センサの故障を検知した場合には、実際の冷媒流量に関わらず、入力値となるトルク制限値によってどんな状況でも熱によるモータ、インバータの故障が起きない程度の発熱量となる最低限の出力可能なトルク指令値に制限して最終トルク指令を出力する。このように、冷却システムの故障時に強制的に出力を制限して駆動装置の故障を防止するフェールセーフ機能としてトルク制限部TRQ200が組み込まれている。

このようなトルク制限部TRQ200でトルク制限が実行された状態では出力可能なトルクが非常に低く制限されるため、運転範囲が大幅に制限される。温度センサの故障時においても必要な場所まで安全に自力走行を可能とするためには、トルクの制限幅を低減できることが望ましい。

そこで、本実施形態ではトルク制限部によるフェールセーフ機能を備えたシステムにおいて、冷媒流量に応じてトルク制限部によるトルク制限を解除する処理を実装している。

図３は温度センサ故障状況に応じた冷媒流量決定およびトルク指令値決定フローチャートの一例である。

まず、トルク制限部TRQ200は流量指令部202からモータ温度センサ500、インバータの温度センサ501、および、冷媒の温度センサ502の各温度センサの情報を取得する（S100）。

次に、流量判定部TRQ100は流量指令部202から冷媒の流量情報を取得する（S110）。

次に、トルク制限部TRQ200は各温度センサの情報から、温度センサが故障してるかを判断する（S120）。S120において、温度センサが故障していない場合には、正常モードの冷媒流量指令値を算出し（S131）、上位コントローラであるVCU300のトルク指令部304からトルク指令値に基づいてトルク指令（152）を行う。

一方、S120において、温度センサの故障を検知した場合には、故障モードの冷媒流量制御に切り替える（S130）。流量判定部TRQ100はS110で取得した冷媒の流量が閾値以上か否かを判断し、その情報をトルク制限部TRQ200に出力する（S140）。トルク制限部TRQ200では、冷媒の流量が閾値以上の場合にはトルク制限を解除してセンサ故障時用の上限解放トルク指令を行う（S150）。また、冷媒の流量が閾値未満の場合にはトルク制限部に入力されるトルク制限値に基づいてトルク指令を行う（151）。

図4は、本実施形態のNTトルクカーブイメージの一例である。L200は通常制御時のNTトルクカーブである。L300は温度センサ故障時のフェールセーフ機能によって制限されたNTトルクカーブである。この値は、インバータ、モータを破壊しない範囲内での最大NTトルクカーブである。本実施形態では、冷媒の流量を閾値以上とすることでトルク制限を解放してL400のNTトルクカーブまで出力トルクを増大させる。この時の最大NTトルクカーブは、冷媒流量および、システムおよびトルク出力値毎の発熱量の関係、温度耐性等から、実験などで得られた値からこの値を決定する。実験によって作成されたNTトルクカーブのMAPより、HV電圧とモータ回転数からトルク指令値が算出される。

このように温度センサの故障検知時、トルク制御部205において、流量指令部202より通知された冷媒400の現在の流量情報に基づいて、流量判定部TRQ100で故障時用の流量閾値以上になっているかを確認する。そして、トルク制限部TRQ200は、流量が閾値以上と判定した場合、トルク制限を解除し、トルク制限部TRQ200でのトルク指令を解除してトルク指令値を増加させた最終トルク指令を決定する。

これにより、温度センサ故障時にもトルク出力の制限を解除できるため、インバータなどの過熱を保護とともに走行自由度を確保することができる。

100・・・モータ
200・・・インバータ
201・・・損失計算部
202・・・流量指令部
203・・・インバータ温度検出部
204・・・温度センサ故障判定部
205・・・トルク制限部
300・・・VCU
400・・・冷媒
500,501,502・・・温度センサ
600・・・電動ポンプ

Claims (3)

1. モータを駆動するインバータと、
   前記インバータ及び前記モータを冷却する冷媒と、
   前記モータ、前記インバータまたは前記冷媒の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの故障を判定する故障判定部と、を備えた電動車両の制御装置において、
   前記故障判定部で故障と判定された場合に前記冷媒の流量を閾値以上に増加させる流量制御部を備えることを特徴とする電動車両の制御装置。
2. 請求項１において、
   故障判定部で故障と判定された場合にトルク指令を制限するトルク制限部を備え、
   故障判定部でセンサ故障と判断された場合に、
   前記冷媒の流量が所定値以上のときにはトルク制限を解除してトルク指令値を増加させる制御を実行することを特徴とする電動車両の制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記流量制御部は、温度センサの故障有無に基づいて、正常モードの流量制御と故障モードの流量制御を切り替えて実行し、
   前記閾値は、前記正常モードにおける冷媒の最大流量以上であることを特徴とする電動車両の制御装置。

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