JP2020124066A - 駆動装置 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019015730A JP2020124066A (ja) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | 駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019015730A JP2020124066A (ja) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | 駆動装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020124066A true JP2020124066A (ja) | 2020-08-13 |
Family
ID=71993161
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019015730A Pending JP2020124066A (ja) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | 駆動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2020124066A (ja) |
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2019
- 2019-01-31 JP JP2019015730A patent/JP2020124066A/ja active Pending
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