JP2020124066A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置の充電が制限されているときには、電動機を加熱するのを抑制しつつ、蓄電装置の充電電力を小さくする。【解決手段】駆動装置は、蓄電装置と、発電可能な少なくとも１つの電動機と、電動機を駆動するインバータと、インバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、蓄電装置の充電が制限されているときには、電動機の温度とインバータの温度とに基づいて電動機とインバータとのうちの少なくとも一方の損失が増加するように制御する。これにより、蓄電装置の充電が制限されているときには、電動機を加熱するのを抑制しつつ、蓄電装置の充電電力を小さくすることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、蓄電装置と電動機とインバータと制御装置とを備える駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、バッテリの充電制限要求がなされていないときには通常のトルク電流関係（最適ライン）を用いてモータを制御し、バッテリの充電制限要求がなされているときには、高損失用のトルク電流関係（損失ライン）を用いてモ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）。最適ラインは、トルク指令に応じたトルクをモータから出力させるための実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとの組み合わせのうち実効値Ｉｒｍｓが最小となる組み合わせを定めたラインであり、損失ラインは、モータで消費すべき損失量を実現させるために実効値Ｉｒｍｓが最適ラインよりも大きくなるよう実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとの組み合わせを定めたラインである。バッテリの充電制限要求がなされているときには、損失ラインとトルク指令Ｔｍ＊とに基づいて実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとを設定し、設定した実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とを設定し、このｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とに基づいてインバータのスイッチング素子をスイッチング制御する。これにより、モータの損失を大きくしてバッテリの充電制限に対処している。

特開２０１０−２４６２６３号公報

しかしながら、上述の駆動装置では、モータの損失を大きくすると、モータ電流が増加するため、モータが高温になる場合が生じる。モータが高温になると、逆起電圧が減少したり、モータ磁石の減磁によりモータから出力する実際のトルクが減少したりする場合が生じる。

本発明の駆動装置は、蓄電装置の充電が制限されているときには、電動機を加熱するのを抑制しつつ、蓄電装置の充電電力を小さくすることを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
蓄電装置と、発電可能な少なくとも１つの電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、前記インバータを制御する制御装置とを備える駆動装置であって、
前記制御装置は、前記蓄電装置の充電が制限されているときには、前記電動機の温度と前記インバータの温度とに基づいて前記電動機と前記インバータとのうちの少なくとも一方の損失が増加するように制御する、
ことを特徴とする。

この本発明の駆動装置では、蓄電装置の充電が制限されているときには、電動機の温度とインバータの温度とに基づいて電動機とインバータとのうちの少なくとも一方の損失が増加するように制御する。このため、電動機の温度が高温になる前に電動機の損失を増加する制御をインバータの損失を増加する制御に切り替えることができる。これにより、蓄電装置の充電が制限されているときには、電動機を加熱するのを抑制しつつ、蓄電装置の充電電力を小さくすることができる。

ここで、前記制御装置は、前記蓄電装置の充電が制限されているときに、前記電動機の温度が電動機用閾値未満で前記インバータの温度がインバータ用閾値未満のときには前記電動機と前記インバータの双方または一方の損失が増加するように制御し、前記電動機の温度が前記電動機用閾値未満で前記インバータの温度が前記インバータ用閾値以上のときには前記電動機の損失が増加するように制御し、前記電動機の温度が前記電動機用閾値以上で前記インバータの温度が前記インバータ用閾値未満のときには前記インバータの損失が増加するように制御し、前記電動機の温度が前記電動機用閾値以上で前記インバータの温度が前記インバータ用閾値以上のときには前記電動機と前記インバータの双方の損失が共に増加しないように制御するものとしてもよい。こうすれば、電動機を電動機用閾値未満の温度で駆動すると共にインバータをインバータ用閾値未満の温度で駆動することができる。

電動機の損失の増加は、電動機の弱め界磁電流を増加させることにより行なうことができ、インバータの損失の増加は、キャリア周波数を高周波化することにより行なうことができる。また、蓄電装置の電圧を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータを備える場合、インバータの損失の増加は、昇圧コンバータの昇圧電圧を高くすることにより行なうことができる。この場合、昇圧コンバータの損失も増加するから、蓄電装置の充電に制限がなされている場合に好適である。

本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。 バッテリ２２に充電制限が課されたときに電子制御ユニット４０により実行される損失増加処理の一例を示すフローチャートである。 変形例の駆動装置２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。

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。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、バッテリ２２と、昇圧コンバータ２４と、インバータ２６と、モータ２８と、電子制御ユニット４０と、を備える。実施例の駆動装置２０は、例えば電気自動車などに搭載され、その駆動源に用いられる。

バッテリ２２は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧側電力ライン３２に接続されている。低電圧側電力ライン３２の正極側ラインと負極側ラインには、バッテリ２２の接続や遮断を行なう図示しないシステムメインリレーや平滑用の図示しないコンデンサなどが取り付けられている。

昇圧コンバータ２４は、低電圧側電力ライン３２と高電圧側電力ライン３４とに接続されており、２つのトランジスタと２つのダイオードとリアクトルとコンデンサと、を有する周知の昇降圧コンバータとして構成されている。昇圧コンバータ２４は、電子制御ユニット４０によって、２つのトランジスタのオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン３２の電圧を昇圧を伴って高電圧側電力ライン３４に供給したり、高電圧側電力ライン３４の電圧を降圧を伴って低電圧側電力ライン３２に供給したりする。

インバータ２６は、６つのトランジスタと６つのダイオードとを有する周知のインバータとして構成されている。インバータ２６は、高電圧側電力ライン３４に電圧が作用しているときに６つのトランジスタのオン時間の割合が調節されることにより、モータ２８の三相コイルに回転磁界を形成し、モータ２８を回転駆動する。また、インバータ２６は、モータ２８が逆起電力を生じさせているときに６つのトランジスタのオン時間の割合を調節することにより、モータ２８の三相コイルの三相電力を直流電力として高電圧側電力ライン３４に供給する。

モータ２８は、例えば同期発電電動機として構成されており、駆動装置２０が電気自動車に搭載されているときには、その回転子が駆動輪にデファレンシャルギヤを介して連結された駆動軸に接続されている。

電子制御ユニット４０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，不揮発性のフラッシュメモリ，入出力ポートを備える。

電子制御ユニット４０には、図１に示すように、各種センサからの信号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４０に入力される信号としては、例えば、モータ２２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ２９からの回転位置θｍや、モータ２２の各相に流れる電流を検出する図示しない電流センサからの相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。また、低電圧側電力ライン３２のバッテリ２２近傍に取り付けられた電圧センサ２３ａからのバッテリ２２の端子間の電圧Ｖｂや電流センサ２３ｂからのバッテリ２２に流れるバッテリ電流Ｉｂ、バッテリ２２に取り付けられた温度センサ２３ｃからのバッテリ２６の温度Ｔｂなども挙げることもできる。さらに、インバータ２６に取り付けられた温度センサ３６からのインバータ温度Ｔｉｎｖやモータ２８に取り付けられた温度センサ３８からのモータ温度Ｔｍなども挙げることができる。また、昇圧コンバータ２４のリアクトルに流れる電流ＩＬ１や昇圧コンバータ２４の温度なども挙げることができる。さらに、駆動装置２０が車載されている場合には、イグニッションスイッチからのイグニッション信号や、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジション、アクセルペダル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からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル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からのブレーキペダルポジション，車速センサからの車速Ｖも挙げることができる。

電子制御ユニット４０からは、図１に示すように、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット４０から出力される信号としては、例えば、インバータ２６の６つのトランジスタへのスイッチング制御信号や、昇圧コンバータ２４の２つのトランジスタへのスイッチング制御信号などを挙げることができる。

電子制御ユニット４０は、モータ２２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ２２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。また、電子制御ユニット４０は、バッテリ２２に流れる電流Ｉｂの累積値に基づいてバッテリ２２の蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣとバッテリ２２の温度Ｔｂとに基づいてバッテリ２２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。ここで、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ２２の全容量に対するバッテリ２２から放電可能な電力の容量の割合である。

次に、こうして構成された駆動装置２０の動作、特にバッテリ２２の充電に制限が課されたときの動作について説明する。バッテリ２２の充電制限は、バッテリ２２の蓄電割合ＳＯＣが例えば８０％以上や９０％以上となって（満充電に近い状態となって）入力制限Ｗｉｎの絶対値が小さくなったり、バッテリ２２の温度Ｔｂが例えばマイナス１０℃以下となって入力制限Ｗｉｎの絶対値が小さくなったりすることにより生じる。

図２は、バッテリ２２に充電制限が課されたときに電子制御ユニット４０により実行される損失増加処理の一例を示すフローチャートである。損失増加処理では、まず、温度センサ３８からのモータ温度Ｔｍや温度センサ３６からのインバータ温度Ｔｉｎｖを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。続いて、モータ２８やインバータ２６の損失増加を実施するか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この判定は、例えば、バッテリ２２の充電制限の程度や、その後の駆動装置２２の使用予測などによって行なわれる。例えば、バッテリ２２の充電制限が課されていても、その程度（制限の程度）が小さい場合には、モータ２８やインバータ２６の損失増加を実施する必要がないと判断される。また、駆動装置２０が車載されており、すぐに長い登坂路を走行することにより、バッテリ２２からの放電が予測される場合にもモータ２８やインバータ２６の損失増加を実施する必要がないと判断される。ステップＳ１１０でモータ２８やインバータ２６の損失増加を実施する必要がないと判定されると、モータ２８やインバータ２６の損失増加を実施することなく本ルーチンを終了する。

ステップＳ１１０でモータ２８やインバータ２６の損失増加を実施する必要があると判定すると、モータ温度Ｔｍがモータ用閾値Ｔｒｅｆ１以上であるか否か（ステップＳ１２０）、インバータ温度がインバータ用閾値Ｔｒｅｆ２以上であるか否か（ステップＳ１３０，Ｓ１４０）を判定する。モータ用閾値Ｔｒｅｆ１は、モータ２８を連続駆動してもよい許容最大温度やこの近傍の温度として設定されている。インバータ用閾値Ｔｒｅｆ２は、インバータ２６を連続駆動してもよい許容最大温度やこの近傍の温度として設定されている。

ステップＳ１２０でモータ温度Ｔｍがモータ用閾値Ｔｒｅｆ１未満であると判定され、ステップＳ１３０でインバータ温度Ｔｉｎｖがインバータ用閾値Ｔｒｅｆ２未満であると判定されたときには、モータ２８とインバータ２６の一方或いは双方の損失増加を実施して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。これにより、損失増加分だけバッテリ２２の充電電力を小さくすることができる。モータ２８の損失増加は、モータ２８の弱め界磁電流を増加させることにより行なうことができる。インバータ２６の損失の増加は、昇圧コンバータ２４の昇圧電圧を高くしたり、インバータ２６のキャリア周波数を高周波化することにより行なうことができる。なお、この場合、昇圧コンバータ２４の損失も大きくなるから、その分だけバッテリ２２の充電電力を小さくすることができる。モータ２８とインバータ２６の一方だけの損失増加を実施するか双方の損失増加を実施するかについては、バッテリ２２の充電制限の程度によって定めるものとしてもよい。また、モータ２８とインバータ２６の一方だけの損失増加を実施する場合、閾値温度との差分が大きい方を選択するものとしてもよい。モータ２８の損失増加の程度やインバータ２６の損失増加の程度は、バッテリ２２の充電電力に応じて定めるものとしてもよいし、一律に定めるものとしてもよい。

ステップＳ１２０でモータ温度Ｔｍがモータ用閾値Ｔｒｅｆ１未満であると判定され、ステップＳ１３０でインバータ温度Ｔｉｎｖがインバータ用閾値Ｔｒｅｆ２以上であると判定されたときには、モータ２８の損失増加を実施して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。この場合、インバータ２６の損失増加は実施されないから、損失増加分だけバッテリ２２の充電電力を小さくすることができると共にインバータ２６の加熱を抑制することができる。なお、モータ２８の損失増加の程度は、バッテリ２２の充電電力に応じて定めるものとしてもよいし、一律に定めるものとしてもよい。

ステップＳ１２０でモータ温度Ｔｍがモータ用閾値Ｔｒｅｆ１以上であると判定され、ステップＳ１４０でインバータ温度Ｔｉｎｖがインバータ用閾値Ｔｒｅｆ２未満であると判定されたときには、インバータ２６の損失増加を実施して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。この場合、モータ２８の損失増加は実施されないから、損失増加分だけバッテリ２２の充電電力を小さくすることができると共にモータ２８の加熱を抑制することができる。なお、インバータ２６の損失増加の程度は、バッテリ２２の充電電力に応じて定めるものとしてもよいし、一律に定めるものとしてもよい。

ステップＳ１２０でモータ温度Ｔｍがモータ用閾値Ｔｒｅｆ１以上であると判定され、ステップＳ１４０でインバータ温度Ｔｉｎｖがインバータ用閾値Ｔｒｅｆ２以上であると判定されたときには、モータ２８の損失増加もインバータ２６の損失増加も実施せずに本ルーチンを終了する。これにより、モータ２８やインバータ２６の加熱を抑制することができる。なお、この場合、他の手法によりバッテリ２２の充電電力の低減を図ることになる。

以上説明した実施例の駆動装置２０では、モータ２８やインバータ２６の損失増加の実施が必要であると判定したときに、モータ温度Ｔｍがモータ用閾値Ｔｒｅｆ１未満であると共にインバータ温度Ｔｉｎｖがインバータ用閾値Ｔｒｅｆ２未満であるときにはモータ２８とインバータ２６の一方或いは双方の損失増加を実施する。モータ温度Ｔｍがモータ用閾値Ｔｒｅｆ１未満であると共にインバータ温度Ｔｉｎｖがインバータ用閾値Ｔｒｅｆ２以上であるときにはモータ２８の損失増加を実施する。モータ温度Ｔｍがモータ用閾値Ｔｒｅｆ１以上であると共にインバータ温度Ｔｉｎｖがインバータ用閾値Ｔｒｅｆ２未満であるときにはインバータ２６の損失増加を実施する。モータ温度Ｔｍがモータ用閾値Ｔｒｅｆ１以上であると共にインバータ温度Ｔｉｎｖがインバータ用閾値Ｔｒｅｆ２以上であるときにはモータ２８の損失増加もインバータ２６の損失増加も共に実施しない。即ち、モータ温度Ｔｍとインバータ温度Ｔｉｎｖに基づいてモータ２８の損失増加の実施とインバータ２６の損失増加の実施とを定める。これにより、モータ２８が加熱したり、インバータ２６が加熱するのを抑制しつつ、バッテリ２２の充電電力を小さくすることができる。

実施例の駆動装置２０では、昇圧コンバータ２４を備えるものとしたが、図３に例示する変形例の駆動装置２０Ｂに示すように、昇圧コンバータを備えないものとしてもよい。この場合、インバータ２６の損失の増加はインバータ２６のキャリア周波数を高周波化することにより行なえばよい。

実施例の駆動装置２０では、１つのモータ２８とこれを駆動する１つのインバータ２６とを備えるものとしたが、複数のモータとこれらを駆動する複数のインバータとを備えるものとしてもよい。この場合、複数のモータの温度と複数のインバータの温度とを検出し、
閾未満のモータやインバータのうち必要に応じて閾値との差分が大きいものから順に必要な損失に達する分だけ損失増加を実施するものとしてもよい。

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、バッテリ２２が「蓄電装置」に相当し、モータ２８が「電動機」に相当し、インバータ２６が「インバータ」に相当し、電子制御ユニット４０が「制御装置」に相当する。

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。

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。

本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

２０，２０Ｂ 駆動装置、２２ バッテリ、２３ａ 電圧センサ、２３ｂ 電流センサ、２３ｃ 温度センサ、２４ 昇圧コンバータ、２５ コンデンサ、２６ インバータ、２８ モータ、２９ 回転位置検出センサ、３２ 低電圧側電力ライン、３４ 高電圧側電力ライン、３６，３８ 温度センサ、４０ 電子制御ユニット。

Claims (1)

1. 蓄電装置と、発電可能な少なくとも１つの電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、前記インバータを制御する制御装置とを備える駆動装置であって、
   前記制御装置は、前記蓄電装置の充電が制限されているときには、前記電動機の温度と前記インバータの温度とに基づいて前記電動機と前記インバータとのうちの少なくとも一方の損失が増加するように制御する、
   ことを特徴とする駆動装置。

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