JP2020110021A - モータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの早期暖機を実現して、該バッテリの充電効率を向上させる。【解決手段】バッテリ暖機システムは、インバータ５０および制御回路５１を有する。インバータ５０は、モータ制御信号に基づいて、車両のタイヤを駆動する駆動モータ３５を駆動するモータ駆動信号を生成する。制御回路５１は、駆動モータ３５の発生トルクを制御するトルク指令値に基づいて、モータ制御信号を出力する。制御回路５１は、インバータ５０に電源を供給するバッテリ３０を暖機する際に駆動モータ３５の効率を低下させる電流増加モータ制御信号をインバータ５０に出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ制御システムに関し、特に、二次バッテリの早期暖機における駆動モータの制御に有効な技術に関する。

近年、自動車のＥＶ（Electric Vehicle）化が進んでおり、それに伴い、内燃機関の使用頻度低下、あるいは内燃機関そのものがなくなることなどによって、冬場の熱源確保が困難となっている。

特に、外気温が氷点下となった場合には、電気自動車のバッテリに使用されるリチウムイオンバッテリの回生充電ができず、走行距離が著しく低下してしまう。よって、バッテリの早期暖機を促すことが重要となっている。

電気自動車において、バッテリの暖機を促す技術としては、例えば駆動モータの冷却水路の中にバッテリ冷却を組み込んだシステムが知られている。この場合、バッテリは、該バッテリに組み込まれた冷却水経路に流れる冷却水によって暖機が行われる。

なお、この種のバッテリの暖機を促す技術としては、例えばバッテリの冷却系統をインバータ装置およびモータジェネレータの冷却系統と共通化した構成とし、冷却水温が所定の温度よりも低い場合に、インバータ装置に含まれるスイッチング素子におけるスイッチング動作時の電力損失が通常制御時よりも大きくなるように制御するもの（例えば特許文献１）がある。

特開２００８−１８９２４９号公報

上述した駆動モータの冷却水路の中にバッテリ冷却を組み込んだ構成では、該駆動モータを熱源に利用して温めた冷却水によってバッテリを暖機する。そのため、外気温が氷点下よりも低い環境では、冷却水を早期に温めることが困難であり、バッテリの暖機についても時間がかかってしまうという問題がある、
また、自動車の始動直後にバッテリを速やかに暖機させる技術としては、例えばＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータを備え、該ＰＴＣヒータによって加熱した冷却水によってバッテリを暖めるものが知られている。

この場合、冷却システムにＰＴＣヒータなどの加熱デバイスを新たに備える必要があり、コストが上昇してしまうという問題がある。

本発明の目的は、バッテリの早期暖機を実現して、該バッテリの充電効率を向上させることのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、代表的モータ制御システムは、インバータおよび制御回路を有する。インバータは、モータ制御信号に基づいて、車両のタイヤを駆動する駆動モータを駆動するモータ駆動信号を生成する。制御回路は、駆動モータの発生トルクを制御するトルク指令値に基づいて、モータ制御信号を出力する。

制御回路は、インバータに電源を供給する二次バッテリを暖機する際に駆動モータの効率を低下させる電流増加モータ制御信号をインバータに出力する。

また、制御回路が出力する電流増加モータ制御信号は、駆動モータのリラクタンストルクがマイナスとなる信号である。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

（１）バッテリを早期に暖機することができる。

（２）上記（１）により、バッテリの充電効率を向上させることができる。

一実施の形態によるバッテリ暖機システムにおける構成の一例を示す説明図である。 図１のバッテリ暖機システムが有するＰＣＵにおける構成の一例を示す説明図である。 図２のＰＣＵ１３によるモータ暖機駆動制御における処理の一例を示すフローチャートである。 図３のステップＳ１０５の処理による通常のモータ駆動制御の一例を示す説明図である。 図３のステップＳ１０４の処理によるモータ暖機駆動制御の一例を示す説明図である。 埋込磁石同期モータにおける電流位相とトルクとの関係の一例を示した説明図である。 励磁分電流ｉｄの値を設定する制御マップの一例を示す説明図である。

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

以下、実施の形態を詳細に説明する。

〈バッテリ暖機システムの構成例〉
図１は、一実施の形態によるバッテリ暖機システムにおける構成の一例を示す説明図である。

バッテリ暖機システム１０は、例えば電気自動車（ＥＶ）あるいはプラグインハイブリッド（ＰＨＶ）などの外部のＡＣコンセントなどから二次バッテリに充電が可能な車両に用いられる。

このバッテリ暖機システム１０は、図１に示すように、バッテリユニット１１、車両コントローラ１２、モータ制御システムであるＰＣＵ（Power Control Unit）１３、ＨＶＡＣ（Heating Ventilating and Air Conditioning unit）１４、モータユニット１５、電動コンプレッサ１６、電動ウォータポンプ１７〜２０、電動ウォータバルブ２１、ソレノイドバルブ２２〜２４、膨張弁２５、ラジエータユニット２６、およびウォータジャケット２７などから構成されている。

バッテリユニット１１は、バッテリ３０および温度センサ３１を有する。バッテリ３０は、充放電が可能な二次バッテリであり、例えばリチウムイオンバッテリからなる。バッテリ３０は、直流電圧の電源をＰＣＵ１３に供給する。

また、バッテリ３０は、ＰＣＵ１３が変換する直流電圧を充電する。バッテリ温度センサである温度センサ３１は、バッテリ３０の温度を測定するセンサである。この温度センサ３１が測定した温度データは、ＰＣＵ１３に出力される。

車両コントローラ１２は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、バッテリ暖機システム１０を制御する。制御回路５１および車両コントローラ１２によって、コントローラ部が構成される。

ＰＣＵ１３は、モータユニット１５が有する後述する駆動モータ３５の駆動を制御するユニットである。また、ＰＣＵ１３は、車両の減速時に駆動モータ３５が発生した交流電圧を直流電圧に変換する。

ＨＶＡＣ１４は、ブロアファン３２、エバポレータ３３、およびヒータコア３４などから構成されており、空調機能を集約したユニットである。エバポレータ３３は、気化熱を利用して冷却することによって車室内の空気を除湿、冷房する。ヒータコア３４は、車室内の空気を加熱する。ブロアファン３２は、エバポレータ３３によって除湿、冷房された空気、あるいはヒータコア３４によって加熱された空気を車室内に送風する。

モータユニット１５は、駆動モータ３５および温度センサ３６を有する。駆動モータ３５は、ＰＵＣ１３の制御によって車輪を駆動する。モータ温度センサである温度センサ３６は、駆動モータ３５の温度を測定する。温度センサ３６が測定した駆動モータ３５の温度データは、ＰＣＵ１３に出力される。

電動コンプレッサ１６は、エアコンディショナ（Ａ／Ｃ）用のコンプレッサであり、該コンプレッサは、内蔵モータによって駆動される。ラジエータユニット２６は、Ａ／Ｃコンデンサ３７、ラジエータ３８、バッテリラジエータ３９、およびラジエータファン４０などから構成されている。

Ａ／Ｃコンデンサ３７は、電動コンプレッサ１６に接続されており、高温高圧の冷媒を低温高圧の状態にして液化する。冷媒は、例えばＨＦＣ−１３４ａなどである。ラジエータ３８は、熱交換器、言い換えれば放熱器であり、駆動モータ３５を温度調節するクーラント液などの冷却液を冷却する。

バッテリラジエータ３９についても、ラジエータ３８と同様に放熱器であり、バッテリ３０を温度調節するクーラント液を冷却する。ラジエータファン４０は、冷却効果を高めるためにラジエータ３８およびバッテリラジエータ３９に送風する。このラジエータファン４０は、車両コントローラ１２によりオン／オフの動作が制御される。

ウォータジャケット２７は、駆動モータ３５の周囲に設けられたクーラント液の通路であり、該ウォータジャケット２７を通過するクーラント液によって駆動モータ３５が発生した熱を奪い、駆動モータ３５の過熱を防止する。

膨張弁２５は、Ａ／Ｃコンデンサ３７とエバポレータ３３との間に設けられており、Ａ／Ｃコンデンサ３７から送られる高温、高圧の冷媒を急激に膨張させ、低温、低圧の霧状の冷媒にしてエバポレータ３３に送る。

エバポレータ３３には、電動コンプレッサ１６が接続されており、該電動コンプレッサ１６によって冷媒が圧縮される。この電動コンプレッサ１６は、Ａ／Ｃコンデンサ３７に接続されている。電動コンプレッサ１６によって圧縮されたガス状の冷媒は、Ａ／Ｃコンデンサ３７によって冷却され、凝縮液化する。これらＡ／Ｃコンデンサ３７、膨張弁２５、エバポレータ３３、および電動コンプレッサ１６によって冷媒経路が構成される。

ラジエータ３８のクーラント液の入り口および出口には、電動ウォータバルブ２１が接続されている。この電動ウォータバルブ２１は、車両コントローラ１２の制御に基づいて、ラジエータに流れるクーラント液の流量をコントロールする。

ラジエータ３８のクーラント液の出口側に接続される電動ウォータバルブ２１とＰＣＵ１３との間には、第２のポンプである電動ウォータポンプ１７が設けられている。電動ウォータポンプ１７は、クーラント液を循環させるポンプであり、車両コントローラ１２の制御に基づいて、動作する。

電動ウォータポンプ１７から出力されるクーラント液は、ＰＣＵ１３を経由してウォータジャケット２７に流れ、再び電動ウォータバルブ２１からラジエータ３８に戻る。これらラジエータ３８、電動ウォータバルブ２１、およびウォータジャケット２７によって第１の冷却液経路が構成される。この第１の冷却液経路は、クーラント液によってＰＣＵ１３および駆動モータ３５を冷却する経路であり、モータ冷却経路となる、ＰＣＵ１３では、後述する図２のインバータ５０の冷却が行われる。

また、ウォータジャケット２７の出力側は、ソレノイドバルブ２２を介して電動ウォータポンプ１８の入力側に接続されている。電動ウォータポンプ１８の出力側は、ヒータコア３４の入力側に接続されており、該ヒータコアの出力側は、ウォータジャケット２７の入力側に接続されている。

これらソレノイドバルブ２２、電動ウォータポンプ１８、ヒータコア３４，およびウォータジャケット２７によって第２の冷却液経路が構成される。この第２の冷却液経路は、電動ウォータポンプ１８によってヒータコア３４に温められたクーラント液を循環させる経路である。ソレノイドバルブ２２および電動ウォータポンプ１８は、車両コントローラ１２の制御に基づいて、それぞれ動作する。

バッテリラジエータ３９の出力側には、第３のポンプである電動ウォータポンプ２０の入力側が接続されている。電動ウォータポンプ２０の出力側は、バッテリ３０を経由してソレノイドバルブ２３の一方の接続部に接続されている。ソレノイドバルブ２３の他方の接続部は、バッテリラジエータ３９入力側に接続されている。

ウォータジャケット２７の出力側には、ソレノイドバルブ２３の一方の接続部が接続されており、該ソレノイドバルブ２３の他方の接続部は、バッテリ３０を経由して第１のポンプである電動ウォータポンプ１９の入力側に接続されている。電動ウォータポンプ１９の出力側には、ウォータジャケット２７の入力側が接続されている。

これらバッテリラジエータ３９、電動ウォータポンプ２０、およびソレノイドバルブ２４によって第３の冷却液経路が構成される。この第３の冷却液経路は、駆動モータ３５の冷却を行う経路であり、バッテリ冷却経路となる。

第３の冷却液経路は、電動ウォータポンプ２０が動作することによって、バッテリラジエータ３９が放熱したクーラント液がバッテリ３０を経由して該バッテリ３０を冷却し、ソレノイドバルブ２４を通過して再びバッテリラジエータ３９に戻るように循環する経路である。

また、電動ウォータポンプ１９、ソレノイドバルブ２３、およびウォータジャケット２７によって第４の冷却液経路が構成される。この第４の冷却液経路は、バッテリ３０の暖機を行う経路であり、バッテリ暖機経路となる。

第４の冷却液経路は、駆動モータ３５の発熱により温度上昇したクーラント液をウォータジャケット２７から吐出させてバッテリ３０を経由して循環させることにより、該バッテリ３０を暖機させる経路である。

〈暖機制御の信号遷移〉
図２は、図１のバッテリ暖機システム１０が有するＰＣＵ１３における構成の一例を示す説明図である。

図２において、車両コントローラ１２には、アクセル開度を示すアクセル信号が入力される。車両コントローラ１２は、アクセル信号に基づいて、ＰＣＵ１３に駆動モータ３５の発生トルクを制御するトルク指令値などの制御信号を出力する。

このアクセル信号および後述する制御回路５１と車両コントローラ１２との情報のやり取りについては、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）通信などのシリアルプロトコル通信によって行われる。

ＰＣＵ１３は、インバータ５０、制御回路５１、および温度センサ５２から構成されている。インバータ５０は、バッテリ３０を電源とし、制御回路５１から出力されるモータ制御信号に基づいて、駆動モータ３５を駆動するモータ駆動信号を生成する。

インバータ５０が生成するモータ駆動信号は、三相交流電圧のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）波形からなる。駆動モータ３５は、インバータ５０から出力されるＰＷＭ波形に基づいて駆動する。

制御回路５１は、車両コントローラ１２から出力されるトルク指令値などからモータ制御信号を出力する。インバータ温度センサである温度センサ５２は、インバータ５０の温度を測定する。温度センサ５２が測定したインバータ５０の温度データは、制御回路５１に出力される。

上述したように、温度センサ３１が測定したバッテリ３０の温度データおよび温度センサ３６が測定した駆動モータ３５の温度データについても、制御回路５１にそれぞれ入力される。

制御回路５１は、温度センサ３１，３６，５２が測定したバッテリ３０の温度、インバータ５０の温度、および駆動モータ３５の温度からバッテリ３０を暖機する暖機制御を行うか否かを判定する。

また、制御回路５１が受け取ったバッテリ３０、インバータ５０、および駆動モータ３５のそれぞれの温度データは、車両コントローラ１２に出力される。車両コントローラ１２は、制御回路５１から取得したバッテリ３０、インバータ５０、および駆動モータ３５のそれぞれの温度から、クーラント液の循環経路を切り替えてバッテリ３０を暖機させる制御を行う。

〈バッテリの暖機動作例〉
続いて、バッテリ暖機システム１０によるバッテリ３０の暖機動作について説明する。

リチウムイオン電池は、安全性や効率のよい充放電を行うために、動作温度範囲が規定されている。特に外気温が氷点下となる寒冷時の場合には、リチウムイオン電池の充電に時間がかかるため、回生充電が制限される。

回生充電が制限された場合、ＥＶなどの車両では、航続距離が大幅に減少してしまうことになるので、早急に回生充電の制限が解除される温度までリチウムイオン電池を暖機することが重要となる。

以下、バッテリ暖機システム１０によるバッテリ３０の温度を早期に上昇させる暖機制御について説明する。

まず、制御回路５１は、温度センサ３１，３６，５２からバッテリ３０の温度、インバータ５０の温度、および駆動モータ３５の温度をそれぞれ取得する。そして、制御回路５１は、取得したそれぞれの温度から、バッテリ３０の暖機制御を行うか否かを判定する。

バッテリ３０の暖機制御を行うと判定すると、制御回路５１は、駆動モータ３５の発熱量を増加させる電流増加モータ制御信号を出力するモータ暖機駆動制御を開始する。この駆動モータ３５のモータ暖機駆動制御の動作については、後述にて詳しく説明する。

暖機運転駆動制御が開始されると、車両コントローラ１２は、電動ウォータバルブ２１を開き、電動ウォータポンプ１７を動作させる。また、車両コントローラ１２は、バッテリ３０の暖機を優先させるため、ソレノイドバルブ２３を開き、電動ウォータポンプ１９を動作させる。

電動ウォータバルブ２１を開くことによって、第１の冷却経路では、クーラント液がラジエータ３８をバイパスして循環するので、クーラント液の温度を短時間で上昇させることができる。

また、ソレノイドバルブ２３を開き、電動ウォータポンプ１９を動作させることによって、第４の冷却経路にラジエータ液が循環する。

この場合、第４の冷却経路において、モータ暖機駆動制御によって発熱量が大きくなった駆動モータ３５の熱により暖められたラジエータ液がバッテリ３０を経由して循環するので、該バッテリ３０を早期に暖機することができる。なお、暖機運転駆動制御を行わない場合には、第４の冷却経路にラジエータ液を循環させない。

続いて、制御回路５１は、温度センサ３１から取得したバッテリ３０の温度が回生充電可能な温度であるか否かを判定する。回生充電が可能となるバッテリ３０の温度範囲は、例えば０℃〜４０℃程度である。

よって、制御回路５１は、バッテリ３０の温度が０℃以上になると、回生充電可能と判定する。回生充電可能と判定すると、制御回路５１は、車両コントローラ１２にバッテリ３０の回生充電が可能となったことを示す制御信号を出力する。また、制御回路５１は、回生充電が可能と判定すると、駆動モータ３５のモータ暖機駆動制御を停止する。

車両コントローラ１２は、制御回路５１からバッテリ３０の回生充電が可能となったことを示す制御信号を受け取ると、ソレノイドバルブ２３を閉じ、電動ウォータポンプ１９を停止させる制御を行う。これにより、第４の冷却経路におけるラジエータ液の循環を停止させる。

ここで、モータ暖機駆動制御によって暖められたラジエータ液は、冷間時の車内暖房の熱源としても利用することができる。この場合、車両コントローラ１２は、ソレノイドバルブ２２を開き、電動ウォータポンプ１８を動作させる。これによって、第２の冷却経路において、暖められたクーラント液がヒータコア３４を循環して、車内暖房を行うことができる。

これにより、電気抵抗により熱を発生させるＰＴＣ温水ヒータなどの車内暖房に必要な新たなデバイスを不要とすることができる。それにより、コストを低減すると共に、車両に搭載する部品を少なくすることができ、軽量化に貢献することができる。

また、制御回路５１は、バッテリ３０を暖機している期間に該バッテリ３０が急激に温度上昇して異常高温となった際には、バッテリ３０が異常高温になったことを知らせるバッテリ温度異常信号を車両コントローラ１２に出力する。

異常高温は、制御回路５１がバッテリ３０の温度が予め設定された上限バッテリ設定温度であるバッテリ上限温度しきい値を超えた際に、バッテリ３０が異常高温となったと判定する。バッテリ上限温度しきい値は、例えば４０℃である。

バッテリ上限温度しきい値は、例えば制御回路５１が有する図示しないメモリなどに格納される。あるいはＰＣＵ１３にメモリを設けて、該メモリにバッテリ上限温度しきい値を格納するようにしてもよい。

バッテリ３０が異常高温となると、制御回路５１は、バッテリ温度異常信号を車両コントローラ１２に出力するとともに、駆動モータ３５のモータ暖機駆動制御を停止する。車両コントローラ１２は、制御回路５１からバッテリ温度異常信号を受け取ると、ソレノイドバルブ２３を閉じ、電動ウォータポンプ１９の動作を停止させ、第４の冷却経路におけるラジエータ液の循環を止める。

また、制御回路５１は、ソレノイドバルブ２４を開いて電動ウォータポンプ２０を動作させて、バッテリラジエータ３９にクーラント液を循環させることにより、バッテリ３０を冷却する。このバッテリ３０の冷却動作は、バッテリ３０がバッテリ用エアコンなどを用いる強制空冷の場合であっても、同様に行われる。

また、制御回路５１は、バッテリ３０の暖機制御中、言い換えれば駆動モータ３５のモータ暖機駆動制御を行っている際に、インバータ５０の温度あるいは駆動モータ３５の温度が予め設定したしきい値を超えると、駆動モータ３５のモータ暖機駆動制御を停止する。

具体的には、制御回路５１は、温度センサ５２が測定するインバータ５０の温度が上限インバータ設定温度であるインバータ上限温度しきい値を超えた際にインバータ５０が異常高温になったことを知らせるインバータ温度異常信号を車両コントローラ１２に出力する。

同様に、制御回路５１は、温度センサ３６が測定する駆動モータ３５の温度が上限モータ設定温度である駆動モータ上限温度しきい値を超えた際に駆動モータ３５が異常高温になったことを知らせる駆動モータ温度異常信号を車両コントローラ１２に出力する。

インバータ上限温度しきい値および駆動モータ上限温度しきい値は、バッテリ上限温度しきい値と同様に、例えば制御回路５１が有する図示しないメモリなどに格納される。あるいはＰＣＵ１３にメモリを設けて、該メモリにインバータ上限温度しきい値および駆動モータ上限温度しきい値を格納するようにしてもよい。

なお、バッテリ上限温度しきい値、インバータ上限温度しきい値、および駆動モータ上限温度しきい値は、例えば車両コントローラ１２を経由して外部から設定して前述した図示しないメモリなどに格納するようにしてもよい。

駆動モータ温度異常信号またはインバータ温度異常信号の少なくともいずれかを受け取ると、車両コントローラ１２は、電動ウォータバルブ２１を閉じる。これによって、ラジエータ３８にクーラント液が循環することになり、第１の冷却液経路により、インバータ５０および駆動モータ３５の冷却が行われる。

駆動モータ３５のモータ暖機駆動制御が終了した後、再びバッテリ３０の温度が回生充電が制限される温度、すなわち０℃を下回ると、制御回路５１は、バッテリ３０の温度が０℃を下回ったことを示す回生下限通知信号を車両コントローラ１２に出力する。この場合、制御回路５１は、モータ暖機駆動制御を行わない。

回生下限通知信号を受け取ると、車両コントローラ１２は、ソレノイドバルブ２３を開き、電動ウォータポンプ１９を動作させて、クーラント液を循環させることによってバッテリ３０を昇温する。

そして、制御回路５１からバッテリ３０の温度が回生充電を行うことのできる温度、例えば０℃以上まで上昇すると、ソレノイドバルブ２３を閉じて、電動ウォータポンプ１９を停止させることによってクーラント液の循環を停止する。

以上により、バッテリ３０の暖機制御の動作が終了となる。これにより、ＰＴＣヒータなどのバッテリ暖機に用いるデバイスを不要としながら、効率よくバッテリ３０を早期に暖機することができる。

続いて、前述した制御回路５１の制御による駆動モータ３５におけるモータ暖機駆動制御の動作について説明する。

〈モータ暖機駆動制御の処理例〉
図３は、図２のＰＣＵ１３によるモータ暖機駆動制御における処理の一例を示すフローチャートである。

まず、制御回路５１は、温度センサ５２が測定したインバータ５０の温度Ｔｉが予め設定したインバータ上限温度しきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

また、ステップＳ１０１の処理において、インバータ５０の温度Ｔｉがインバータ温度しきい値よりも高い場合（ＮＯ）、制御回路５１は、駆動モータ３５の発熱量を増加させるモータ暖機駆動制御を行わずに、後述する通常のモータ駆動制御（ｉｄ＜０）を行う（ステップＳ１０５）。

インバータ５０の温度Ｔｉがインバータ上限温度しきい値以下である場合（ＹＥＳ）、制御回路５１は、温度センサ３６が測定した駆動モータ３５の温度Ｔｃが駆動モータ上限温度しきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

このステップＳ１０２の処理においても、駆動モータ３５の温度Ｔｃが駆動モータ上限温度しきい値よりも高い場合（ＮＯ）、制御回路５１は、駆動モータ３５の発熱量を増加させるモータ暖機駆動制御を行わずに、通常のモータ駆動制御（ｉｄ＜０）を行う（ステップＳ１０５）。

続いて、駆動モータ３５の温度Ｔｃが駆動モータ上限温度しきい値以下である場合（ＹＥＳ）、制御回路５１は、バッテリ３０の温度Ｔｂが下限バッテリ設定温度であるバッテリ温度しきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

このステップＳ１０３の処理においても、バッテリ３０の温度Ｔｂがバッテリ温度しきい値よりも高い場合（ＮＯ）、制御回路５１は、駆動モータ３５の発熱量を増加させるモータ暖機駆動制御を行わずに、通常のモータ駆動制御（ｉｄ＜０）を行う（ステップＳ１０５）。

ここで、駆動モータ３５の温度Ｔｃは、駆動モータ３５のコイル温度であり、インバータ５０の温度Ｔｉは、該インバータ５０の内部温度である。

バッテリ温度しきい値は、例えば制御回路５１が有する図示しないメモリなどに格納される。あるいはＰＣＵ１３にメモリを設けて、該メモリにバッテリ温度しきい値をそれぞれ格納するようにしてもよい。また、バッテリ温度しきい値は、例えば車両コントローラ１２を経由して外部から設定して前述した図示しないメモリなどに格納するようにしてもよい。

そして、バッテリ３０の温度Ｔｂがバッテリ温度しきい値以下である場合（ＹＥＳ）、制御回路５１は、モータ暖機駆動制御（ｉｄ＞０）を開始する（ステップＳ１０４）。モータ暖機駆動制御は、駆動モータ３５のリラクタンストルクがマイナスになる電流ベクトルの制御を行うものであり、この制御によって駆動モータ３５の発熱量を増加させる。

モータ暖機駆動制御を行うと、駆動モータ３５だけではなく、インバータ５０についても発熱量が大きくなる。例えば、バッテリ３０の温度Ｔｂがバッテリ温度しきい値以下であって、インバータ５０の温度Ｔｉがインバータ上限温度しきい値を超えている、あるいは駆動モータ３５の温度Ｔｃが駆動モータ上限温度しきい値を超えている場合にモータ暖機駆動制御を行うと、温度上昇によってインバータ５０あるいは駆動モータ３５が焼損してしまう恐れがある。

そこで、インバータ５０の温度Ｔｉがインバータ上限温度しきい値以下、駆動モータ３５の温度Ｔｃが駆動モータ上限温度しきい値以下、およびバッテリ３０の温度Ｔｂがバッテリ温度しきい値以下となる条件下でのみモータ暖機駆動制御を行うことによって、インバータ５０あるいは駆動モータ３５の焼損を防止することができる。

〈ＰＣＵの動作例〉
続いて、図３のステップＳ１０４の処理であるモータ暖機駆動制御におけるＰＣＵ１３の動作について説明する。

図４は、図３のステップＳ１０５の処理による通常のモータ駆動制御の一例を示す説明図である。図５は、図３のステップＳ１０４の処理によるモータ暖機駆動制御の一例を示す説明図である。

駆動モータ３５は、高回転と高トルクとを両立させるために、例えば埋込磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ：Interior Permanent Magnet SynchronousMotor）が用いられている。

この埋込磁石同期モータのトルクＴは、（１）式にて表され、ＩＰＭ構造は、ｑ軸インダクタンスがｄ軸インダクタンスよりも大きい逆突極性を有するため、通常のモータ駆動制御においては、図４に示すように電流ベクトルＩａをｑ軸（トルク成分）よりも位相を進める制御（ｉｄ＜０）が行われる。

一方、モータ暖機駆動制御の際には、図５に示すように、制御回路５１が電流ベクトルＩａをｑ軸よりも位相を遅らせた制御（ｉｄ＞０）を行う。

図６は、埋込磁石同期モータにおける電流位相とトルクとの関係の一例を示した説明図である。

図６において、横軸は、駆動モータ３５におけるコイルの電流位相角を示しており、縦軸には、駆動モータ３５が発生する全トルクＴ、リラクタンストルクＴｒ、およびマグネットトルクＴｍを示している。図６では、全トルクＴを点線、リラクタンストルクＴｒを実線、そしてマグネットトルクＴｍを一点鎖線にて示している。

横軸の電流位相角の０を境として、プラス（＋）側は、通常のモータ駆動制御（ｉｄ＜０）によって発生するそれぞれトルクを示しており、電流位相角のマイナス（−）側は、通常のモータ駆動制御（ｉｄ＜０）によって発生するそれぞれトルクを示している。

制御回路５１がモータ暖機駆動制御を行うことによって、前述した式（１）における第２項のリラクタンストルクは、図６にて示すようにマイナス（図６の二点鎖線丸印にて示した部分）になる。よって、必要なトルクを得るためには、通常の制御、すなわち（ｉｄ＜０）の制御に対して、より電流を増加させる必要がある。

これにより、モータ暖機駆動制御の場合、通常のモータ駆動制御、すなわちｉｄ＜０制御の場合と同じトルクを得るためには、より多くの電流が駆動モータ３５に流れることになり、該駆動モータ３５の発熱量が増加する。

駆動モータ３５の発熱量が増加すると、第４の冷却液経路を循環するクーラント液を短期に温度上昇させることが可能となり、バッテリ３０の早期暖機を実現することができる。

前述したように、制御回路５１には、駆動モータ３５の温度Ｔｃ、インバータ５０の温度Ｔｉ、バッテリ３０の温度Ｔｂがそれぞれ入力されている。制御回路５１は、駆動モータ３５の温度Ｔｃがモータ上限温度しきい値以下、インバータ５０の温度Ｔｉがインバータ上限温度しきい値以下、およびバッテリ３０の温度Ｔｂがバッテリ温度しきい値以下である場合に、駆動モータ３５を暖機させるモータ暖機駆動制御（ｉｄ＞０）を行う。

一方、バッテリ３０の温度Ｔｂがバッテリ温度しきい値以下であっても、駆動モータ３５の温度Ｔｃがモータ上限温度しきい値よりも高い、またはインバータ５０の温度Ｔｉがインバータ上限温度しきい値よりも高い場合には、モータ暖機駆動制御を行わない。

励磁分電流ｉｄの値は、バッテリ３０の温度Ｔｂに応じて制御マップなどを用いて設定する。

図７は、励磁分電流ｉｄの値を設定する制御マップの一例を示す説明図である。

制御マップは、図示するように、バッテリ３０の温度Ｔｂがバッテリ温度しきい値に近づくにつれて励磁分電流ｉｄを大きくし、温度Ｔｂがバッテリ温度しきい値から離れるにつれて励磁分電流ｉｄを小さくする設定となっている。

制御回路５１は、この制御マップに基づいて、バッテリ３０の温度Ｔｂに応じた励磁分電流ｉｄとなるように駆動モータ３５の駆動を制御する。制御マップは、例えば制御回路５１が有する図示しないメモリなどに格納される。あるいはＰＣＵ１３にメモリを設けて、該メモリに制御マップを格納する。

バッテリ３０の温度Ｔｂがバッテリ温度しきい値よりも大幅に低い場合、駆動モータ３５の駆動効率を大幅に下げて、より発熱量を増加させることにより、バッテリ３０の早期暖機を実現する。

また、バッテリ３０の温度Ｔｂがバッテリ温度しきい値に近い温度の場合には、温度Ｔｂがバッテリ温度しきい値よりも大幅に低い場合よりも駆動モータ３５の駆動効率を上げてバッテリ３０を暖機することによって、駆動モータ３５の効率を大幅に落とすことなく、バッテリ３０を早期に暖機することができる。

以上により、バッテリ３０を暖機させる新たなデバイスなどを不要としながら、バッテリ３０を早期に暖機することができる。これによって、低温によるバッテリ３０の回生充電の制限期間を短縮することができるので、バッテリの充電効率を向上させることができる。よって、ＥＶあるいはＰＨＶなどの車両の電費を向上させることができる。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１０ バッテリ暖機システム
１１ バッテリユニット
１２ 車両コントローラ
１３ 駆動モータ
１５ モータユニット
１６ 電動コンプレッサ
１７ 電動ウォータポンプ
１８ 電動ウォータポンプ
１９ 電動ウォータポンプ
２０ 電動ウォータポンプ
２１ 電動ウォータバルブ
２２ ソレノイドバルブ
２３ ソレノイドバルブ
２４ ソレノイドバルブ
２５ 膨張弁
２６ ラジエータユニット
２７ ウォータジャケット
３０ バッテリ
３１ 温度センサ
３２ ブロアファン
３３ エバポレータ
３４ ヒータコア
３５ 駆動モータ
３６ 温度センサ
３７ Ａ／Ｃコンデンサ
３８ ラジエータ
３９ バッテリラジエータ
４０ ラジエータファン
５０ インバータ
５１ 制御回路
５２ 温度センサ

Claims (6)

1. モータ制御信号に基づいて、駆動モータを駆動するモータ駆動信号を生成するインバータと、
   前記駆動モータの発生トルクを制御するトルク指令値に基づいて、前記モータ制御信号を出力する制御回路と、
   を有し、
   前記制御回路は、前記インバータに電源を供給する二次バッテリを暖機する際に前記駆動モータの効率を低下させる電流増加モータ制御信号を前記インバータに出力する、モータ制御システム。
2. 請求項１記載のモータ制御システムにおいて、
   前記制御回路が出力する前記電流増加モータ制御信号は、前記駆動モータのリラクタンストルクがマイナスとなる信号である、モータ制御システム。
3. 請求項１または２記載のモータ制御システムにおいて、
   前記二次バッテリの温度を測定するバッテリ温度センサを有し、
   前記制御回路は、前記二次バッテリの温度が予め設定される下限バッテリ設定温度を下回った際に前記電流増加モータ制御信号を前記インバータに出力する、モータ制御システム。
4. 請求項３記載のモータ制御システムにおいて、
   下限バッテリ設定温度は、前記二次バッテリが回生充電できる最低温度である、モータ制御システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記制御回路は、前記二次バッテリの温度が予め設定される上限バッテリ設定温度を上回った際に前記電流増加モータ制御信号の出力を停止する、モータ制御システム。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記インバータの温度を測定するインバータ温度センサと、
   前記駆動モータの温度を測定するモータ温度センサと、
   を有し、
   前記制御部は、インバータ温度センサが測定する前記インバータの温度が予め設定される上限インバータ設定温度を超えた際または前記モータ温度センサが測定する前記駆動モータの温度が予め設定される上限モータ設定温度を超えた際、前記電流増加モータ制御信号の出力を停止する、モータ制御システム。

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