JP2022006573A - Motor drive system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、モータ駆動システムに関する。 The present disclosure relates to a motor drive system.
特開2010-246263号公報(特許文献1)には、バッテリのSOC(State Of Charge)が高SOCである場合の制動トルクの出力時において、モータの損失を調整してバッテリの過充電を抑制するモータ駆動装置が開示されている。このモータ駆動装置は、モータの損失量が必要損失量に対して不足しているときには、モータで消費すべき損失量を実現するための電力損失ラインをd軸側にシフトさせてモータの損失を大きくする(特許文献1参照)。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-246263 (Patent Document 1) adjusts the loss of the motor to suppress overcharging of the battery when the braking torque is output when the SOC (State Of Charge) of the battery is high SOC. The motor drive device to be used is disclosed. When the loss amount of the motor is insufficient for the required loss amount, this motor drive device shifts the power loss line for realizing the loss amount to be consumed by the motor to the d-axis side to reduce the loss of the motor. Increase (see Patent Document 1).
近年、モータの改良等によってモータの損失が小さくなってきている。そのため、モータの損失の調整(すなわち、モータの効率低下)のみでは、回生電力の余剰分を十分に消費させることができない可能性がある。 In recent years, the loss of the motor has been reduced due to the improvement of the motor and the like. Therefore, it may not be possible to sufficiently consume the surplus of the regenerative power only by adjusting the loss of the motor (that is, reducing the efficiency of the motor).
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回生電力の余剰分を十分に消費させることができるモータ駆動システムを提供することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a motor drive system capable of sufficiently consuming a surplus of regenerative power.
この開示に係るモータ駆動システムは、モータジェネレータを駆動するためのインバータと、インバータの直流電圧をバッテリの電圧以上に昇圧するコンバータと、インバータの直流電圧が指令値になるようにコンバータを制御する制御装置とを備える。モータ駆動システムの回生時において、制御装置は、モータジェネレータによる回生電力がバッテリの充電電力の上限を超える場合には、インバータの直流電圧の指令値に高調波を重畳する。 The motor drive system according to this disclosure includes an inverter for driving a motor generator, a converter that boosts the DC voltage of the inverter to a voltage higher than the battery voltage, and a control that controls the converter so that the DC voltage of the inverter becomes a command value. Equipped with a device. At the time of regeneration of the motor drive system, the control device superimposes a harmonic on the command value of the DC voltage of the inverter when the regenerative power by the motor generator exceeds the upper limit of the charging power of the battery.
上記構成によれば、モータ駆動システムの回生時において、モータジェネレータによる回生電力がバッテリの充電電力の上限を超えている場合(すなわち、回生電力の余剰分が生じている場合)には、インバータの直流電圧の指令値に高調波が重畳される。指令値に高調波が重畳されると、昇圧コンバータに含まれるリアクトルの鉄損および銅損が増加し、また、昇圧コンバータに含まれるスイッチング素子のスイッチング損失およびオン損失が増加する。すなわち、昇圧コンバータの効率が低下する。昇圧コンバータの効率が低下することにより、昇圧コンバータにおいてより多くの回生電力が消費される。それゆえに、インバータの直流電圧の指令値に高調波を重畳させることにより、回生電力の余剰分を十分に消費させることができる。 According to the above configuration, when the regenerated power of the motor generator exceeds the upper limit of the charging power of the battery during the regeneration of the motor drive system (that is, when the surplus of the regenerated power is generated), the inverter Harmonics are superimposed on the command value of the DC voltage. When harmonics are superimposed on the command value, the iron loss and copper loss of the reactor contained in the boost converter increase, and the switching loss and on-loss of the switching element included in the boost converter increase. That is, the efficiency of the boost converter is reduced. Due to the reduced efficiency of the boost converter, more regenerative power is consumed in the boost converter. Therefore, by superimposing the harmonics on the command value of the DC voltage of the inverter, the surplus of the regenerative power can be sufficiently consumed.
本開示によれば、回生電力の余剰分を十分に消費させることができるモータ駆動システムを提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a motor drive system capable of sufficiently consuming a surplus of regenerative power.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
<全体構成>
図1は、本実施の形態に係るモータ駆動システム100の全体構成図である。本実施の形態に係るモータ駆動システム100は、たとえば、ハイブリッド自動車、電気自動車または燃料電池自動車(以下、総称して「車両」とも称する)等に適用することができる。図1を参照して、モータ駆動システム100は、モータジェネレータ10と、電力制御装置(PCU:Power Control Unit)20と、バッテリ30と、制御装置50とを備える。制御装置50は、バッテリECU(Electronic Control Unit)60と、HV-ECU70と、MG-ECU80とを含む。
<Overall configuration>
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a
モータジェネレータ10は、たとえば、車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する駆動用電動機である。モータジェネレータ10は、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石がロータ(図示せず)に埋設された三相交流回転電機として構成される。また、モータジェネレータ10は、発電機の機能をさらに備え、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。
The
モータジェネレータ10には、回転角センサ(レゾルバ)45および温度センサ46が設けられている。
The
回転角センサ(レゾルバ)45は、モータジェネレータ10の回転角θを検出し、その検出結果を示す信号をMG-ECU80に出力する。MG-ECU80は、回転角センサ45によって検出された回転角θの変化速度から、モータジェネレータ10の回転数(回転速度)Nmを検出することができる。
The rotation angle sensor (resolver) 45 detects the rotation angle θ of the
温度センサ46は、モータジェネレータ10の温度Tmを検出し、その検出結果を示す信号をHV-ECU70に出力する。
The
バッテリ30は、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池等の二次電池によって構成される。二次電池は、正極と負極との間に液体電解質を有する二次電池であってもよいし、固体電解質を有する二次電池(全固体電池)であってもよい。また、バッテリ30は、電気二重層キャパシタ等によって構成されてもよい。
The
バッテリ30には監視ユニット35が設けられている。監視ユニット35は、バッテリ30の電圧(バッテリ電圧)VB、バッテリ30の入出力電流(バッテリ電流)IB、およびバッテリ30の温度(バッテリ温度)TBを検出し、それらの検出結果を示す信号をバッテリECU60に出力する。なお、本実施の形態においては、バッテリ電流IBは、バッテリ30の充電時には負値を示し、バッテリ30の放電時には正値を示す。
The
PCU20は、バッテリ30から供給される直流電力を昇圧するとともに交流電力に変換してモータジェネレータ10に供給する。また、PCU20は、モータジェネレータ10により発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ30に供給する。すなわち、バッテリ30は、PCU20を経由してモータジェネレータ10との間で電力を授受することができる。
The PCU 20 boosts the DC power supplied from the
PCU20は、昇圧コンバータ21と、インバータ22と、電圧センサ41と、電流センサ42と、電圧センサ43と、コンデンサC1と、コンデンサC2とを含む。
The PCU 20 includes a
コンデンサC1は、電力線PL1および電力線NLの間に接続される。コンデンサC1は、バッテリ電圧VBを平滑化して昇圧コンバータ21に供給する。電圧センサ41は、コンデンサC1の両端の電圧、すなわち電力線PL1,NL間の電圧VLを検出し、その検出結果を示す信号をMG-ECU80に出力する。
The capacitor C1 is connected between the power line PL1 and the power line NL. The capacitor C1 smoothes the battery voltage VB and supplies it to the
昇圧コンバータ21は、MG-ECU80からの制御信号S1,S2に従って、バッテリ電圧VBを昇圧し、昇圧した電圧を電力線PL2,NLに供給する。また、昇圧コンバータ21は、MG-ECU80からの制御信号S1,S2に従って、インバータ22から供給された電力線PL2,NLの間の直流電圧を降圧してバッテリ30を充電する。
The
具体的には、昇圧コンバータ21は、リアクトルLと、スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。リアクトルLは、スイッチング素子Q1,Q2の接続ノードと電力線PL1との間に接続される。スイッチング素子Q1,Q2および後述するスイッチング素子Q3~Q8の各々は、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、バイポーラトランジスタ等を用いることができる。ダイオードD1,D2は、スイッチング素子Q1,Q2のコレクタ-エミッタ間に逆並列にそれぞれ接続される。
Specifically, the
また、昇圧コンバータ21は、温度センサ47を含む。温度センサ47は、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2のそれぞれの温度TQ1,TQ2を検出し、その検出結果を示す信号をHV-ECU70に出力する。HV-ECU70は、温度センサ47から受けた温度TQ1,TQ2を用いて、スイッチング素子Q1,Q2の温度TQを算出する。たとえば、HV-ECU70は、温度TQ1および温度TQ2の平均値をスイッチング素子Q1,Q2の温度TQとして算出する。
Further, the
電流センサ42は、電力線PL1を流れるリアクトル電流ILを検出し、その検出結果を示す信号をMG-ECU80に出力する。
The
コンデンサC2は、電力線PL2と電力線NLとの間に接続されている。コンデンサC2は、昇圧コンバータ21から供給された直流電圧を平滑化してインバータ22に供給する。電圧センサ43は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわち昇圧コンバータ21とインバータ22とを結ぶ電力線PL2,NL間の電圧(以下「システム電圧」とも称する)VHを検出し、その検出結果を示す信号をMG-ECU80に出力する。
The capacitor C2 is connected between the power line PL2 and the power line NL. The capacitor C2 smoothes the DC voltage supplied from the
インバータ22は、U相アーム221と、V相アーム222と、W相アーム223とを含む。各相アームは、電力線PL2と電力線NLとの間に互いに並列に接続されている。U相アームは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q3,Q4を有する。V相アーム222は、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q5,Q6を有する。W相アーム223は、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q7,Q8を有する。各スイッチング素子Q3~Q8のコレクタ-エミッタ間には、ダイオードD3~D8が逆並列にそれぞれ接続されている。
The
各相アームの中間点は、モータジェネレータ10の各相コイルの各相端に接続されている。スイッチング素子Q3,Q4の中間点は、モータジェネレータ10のU相コイルの一方端に接続されている。スイッチング素子Q5,Q6の中間点は、モータジェネレータ10のV相コイルの一方端に接続されている。スイッチング素子Q7,Q8の中間点は、モータジェネレータ10のW相コイルの一方端に接続されている。モータジェネレータ10のU相、V相およびW相の3つのコイルの他方端は、中性点に共通接続されている。
The midpoint of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of the
インバータ22は、システム電圧VHが供給されると、MG-ECU80からの制御信号S3~S8に従って、直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ10を駆動する。これにより、モータジェネレータ10は、トルク指令値Trqcomに従ったトルクを発生するように、インバータ22により制御される。
When the system voltage VH is supplied, the
また、モータ駆動システム100の回生時には、インバータ22は、MG-ECU80からの制御信号S3~S8に従って、モータジェネレータ10が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧(システム電圧VH)をコンデンサC2を介して昇圧コンバータ21に供給する。
Further, at the time of regeneration of the
電流センサ44は、モータジェネレータ10に流れる三相電流(モータ電流)iu,iv,iwを検出し、その検出結果を示す信号をMG-ECU80に出力する。なお、三相電流iu,iv,iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示すように電流センサ44は2相分のモータ電流(たとえば、V相電流ivおよびW相電流iw)を検出するように配置すれば足りる。
The
制御装置50は、バッテリECU60と、HV-ECU70と、MG-ECU80とを含む。バッテリECU60、HV-ECU70、およびMG-ECU80は、いずれも接続された各種センサや他のECUとの信号の授受をする入出力装置、各種の制御プログラムやマップ等の記憶に供されるメモリ、制御プログラムを実行する中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)、および計時するためのカウンタ等を備えて構成されている。
The
バッテリECU60は、バッテリ30の状態を管理する。バッテリECU60は、監視ユニット35から受ける検出結果に基づいて、バッテリ30のSOCを算出する。SOCは、バッテリ30の満充電容量に対する現在の蓄電量を百分率で示したものである。SOCの算出方法としては、たとえば、電流値積算(クーロンカウント)による手法、または、開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)の推定による手法等、種々の公知の手法を採用できる。バッテリECU60は、算出したSOCを示す信号をHV-ECU70に出力する。
The
また、バッテリECU60は、バッテリ30の入力制限Winおよび出力制限Woutを算出する。入力制限Winは、バッテリ30が受入可能な電力の最大値を示す許容充電電力であり、つまり、バッテリ30の充電電力の上限である。入力制限Winは、0以下の値に設定される。入力制限Winが0であることは、バッテリ30の充電が不可であることを意味する。入力制限Winが小さくなる(入力制限Winの絶対値としては大きくなる)ことは、バッテリ30が受入可能な電力が大きくなることを意味する。バッテリECU60は、たとえば、バッテリ30のSOCおよびバッテリ温度TBに基づいて入力制限Winを設定する。バッテリECU60は、バッテリ30のSOCが高いほど、入力制限Winを大きく(絶対値としては小さく)設定する。また、バッテリECU60は、バッテリ温度TBが低いほど、入力制限Winを大きく(絶対値としては小さく)設定する。
Further, the
出力制限Woutは、バッテリ30から出力可能な電力の最大値を示す許容放電電力であり、つまり、バッテリ30の放電電力の上限である。出力制限Woutは、0以上の値に設定される。出力制限Woutが0であることは、バッテリ30の放電が不可であることを意味する。出力制限Woutが大きくなることは、バッテリ30から出力可能な電力が大きくなることを意味する。バッテリECU60は、たとえば、バッテリ30のSOCおよびバッテリ温度TBに基づいて出力制限Woutを設定する。バッテリECU60は、バッテリ30のSOCが低いほど、出力制限Woutを小さく設定する。また、バッテリECU60は、バッテリ温度TBが低いほど、出力制限Woutを小さく設定する。
The output limit Wout is an allowable discharge power indicating the maximum value of the power that can be output from the
バッテリECU60は、算出した入力制限Winおよび出力制限Woutを示す信号をHV-ECU70に出力する。
The
HV-ECU70は、接続された各種のセンサから、その検出信号を受ける。HV-ECU70に接続される各種のセンサには、たとえば、アクセルポジションセンサ91およびブレーキポジションセンサ92が含まれる。アクセルポジションセンサ91は、ドライバによるアクセルペダルの踏み込み量を検出する。ブレーキポジションセンサ92は、ドライバによるブレーキペダルの踏み込み量を検出する。アクセルポジションセンサ91およびブレーキポジションセンサ92は、その検出結果を示す信号をHV-ECU70に出力する。
The HV-
また、HV-ECU70は、モータ回転数Nm、システム電圧VH、リアクトル電流IL等の各種情報をMG-ECU80から受ける。なお、HV-ECU70は、電流センサ42および電圧センサ43からリアクトル電流ILおよびシステム電圧VHをそれぞれ取得するように構成されてもよい。また、HV-ECU70は、回転角センサ45から回転角θを取得し、モータジェネレータ10の回転数(モータ回転数)Nmを算出するように構成されてもよい。
Further, the HV-
HV-ECU70は、アクセルペダルの踏み込み量によって決まるアクセル開度等に基づいて要求駆動力を算出する。HV-ECU70は、算出された要求駆動力に基づいて、モータジェネレータ10に対するトルク指令値Trqcomを生成し、生成されたトルク指令値TrqcomをMG-ECU80に出力する。
The HV-
MG-ECU80は、トルク指令値Trqcomに従ったトルクをモータジェネレータ10が出力するように、昇圧コンバータ21およびインバータ22の動作を制御する。すなわち、MG-ECU80は、昇圧コンバータ21およびインバータ22を制御するための制御信号S1~S8を生成して、昇圧コンバータ21およびインバータ22へ出力する。
The MG-
昇圧コンバータ21の昇圧動作時には、MG-ECU80は、コンデンサC2のシステム電圧VHをフィードバック制御し、システム電圧VHが電圧指令値(以下「システム電圧指令」とも称する)VHcomとなるように制御信号S1,S2を生成する。
During the boosting operation of the
また、MG-ECU80は、トルク指令値Trqcomからd軸電流指令およびq軸電流指令を設定し、これらと、モータ電流iu,iv,iwおよび回転角θに基づいて変換したd軸電流およびq軸電流との偏差(d軸電流指令-d軸電流,q軸電流指令-q軸電流)に基づくフィードバック制御を行なう。MG-ECU80は、上記偏差が小さくなるようにd軸電圧指令およびq軸電圧指令を設定し、設定したd軸電圧指令およびq軸電圧指令を三相電圧指令に座標変換(二相三相変換)する。MG-ECU80は、三相電圧指令に応じた電圧がモータジェネレータ10の三相コイルの各々に印加されるように制御信号S3~S8を生成する。
Further, the MG-
MG-ECU80は、車両(モータ駆動システム100)が回生モードに入ったことを示す信号RGEをHV-ECU70から受けると、モータジェネレータ10で発電された交流電圧を直流電圧に変換するように制御信号S3~S8を生成してインバータ22へ出力する。これにより、インバータ22は、モータジェネレータ10で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ21へ供給する。MG-ECU80は、インバータ22から供給された直流電圧を降圧するように制御信号S1,S2を生成し、昇圧コンバータ21へ出力する。これにより、モータジェネレータ10が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されてバッテリ30に供給される。
When the MG-
<余剰電力の消費>
ここで、モータ駆動システム100の回生時において、モータ駆動システム100の回生電力Wrbの大きさが、バッテリ30の入力制限Winの大きさを上回り、余剰電力Wsp(=|Wrb|-|Win|)が生じる場合がある。図2は、余剰電力Wspを説明するための図である。図2には、モータジェネレータ10での消費および発電した電力(以下「モータ電力」とも称する)の時間遷移の一例が示されている。図2の横軸は時間を示しており、縦軸はモータ電力を示している。
<Consumption of surplus power>
Here, at the time of regeneration of the
時刻t1以前においては、モータ駆動システム100は、力行モードであり、モータジェネレータ10によりバッテリ30の電力が消費されている。
Before time t1, the
時刻t1において、モータ駆動システム100が回生モードに入り、モータジェネレータ10が発電する。時刻t1から時刻t2の間においては、モータジェネレータ10が発電する電力(回生電力Wrb)の大きさが入力制限Winの大きさ未満であるので、回生電力Wrbのすべてがバッテリ30に充電される。なお、上述したとおり、入力制限Winは、充電によるバッテリ30のSOCの上昇に伴なって変化するが、図2においては、説明の容易化のため、入力制限Winを一定として示している。
At time t1, the
時刻t2において、回生電力Wrbの大きさが入力制限Winの大きさを上回る。すなわち、時刻t2以降において、余剰電力Wspが生じている。 At time t2, the magnitude of the regenerative power Wrb exceeds the magnitude of the input limit Win. That is, after time t2, surplus power Wsp is generated.
入力制限Winの大きさを超えた電力をバッテリ30に充電してしまうと、バッテリ30が過充電になってしまうため、回生電力Wrbのうち入力制限Winの大きさを超える余剰分(余剰電力Wsp)は、バッテリ30の充電に用いることなく、適切に消費させることが望まれる。その手法として、たとえば、モータジェネレータ10の効率を低下させることにより、余剰電力Wspを消費することが考えられる。
If the
しかしながら、モータジェネレータ10の効率低下のみでは、余剰電力Wspを十分に消費させることができない可能性がある。
However, there is a possibility that the surplus power Wsp cannot be sufficiently consumed only by reducing the efficiency of the
そこで、本実施の形態においては、モータジェネレータ10の効率の低下に加えて、さらに、昇圧コンバータ21の効率を低下させて、余剰電力Wspを十分に消費させる。以下、順に詳細を説明する。
Therefore, in the present embodiment, in addition to the decrease in the efficiency of the
まず、HV-ECU70は、モータ駆動システム100における回生電力Wrbを算出する。そして、HV-ECU70は、算出された回生電力Wrbをバッテリ30の入力制限Winと比較して、余剰電力Wspを算出する。
First, the HV-
図3は、回生電力Wrbの算出に関するHV-ECU70の機能ブロック図である。図3を参照して、HV-ECU70は、モータ動力算出部71と、モータ損失算出部72と、モータ電力算出部73と、コンバータ損失算出部74と、回生電力算出部75とを含む。
FIG. 3 is a functional block diagram of the HV-
モータ動力算出部71は、モータ回転数Nmとトルク指令値Trqcomとを積算してモータジェネレータ10の動力を算出する。
The motor
モータ損失算出部72は、モータ回転数Nm、トルク指令値Trqcomおよびシステム電圧VHを引数として、第1損失マップを用いてモータジェネレータ10における損失を算出する。第1損失マップは、モータ回転数Nm、トルク指令値Trqcom、およびシステム電圧VHからモータジェネレータ10における損失を算出するためのマップである。第1損失マップは、実験結果、シミュレーション結果またはモータジェネレータ10の仕様等に基づいて予め定めておくことができる。
The motor
モータ電力算出部73は、モータ動力算出部71により算出されたモータジェネレータ10の動力と、モータ損失算出部72により算出されたモータジェネレータ10における損失とを加算して、モータ電力(モータジェネレータ10の回生電力)を算出する。
The motor
コンバータ損失算出部74は、システム電圧VHおよびリアクトル電流ILを引数として、第2損失マップを用いて昇圧コンバータ21における損失を算出する。第2損失マップは、システム電圧VHおよびリアクトル電流ILから昇圧コンバータ21における損失を算出するためのマップである。第2損失マップは、実験結果、シミュレーション結果または昇圧コンバータ21の仕様等に基づいて予め定めておくことができる。
The converter
回生電力算出部75は、モータ電力算出部73により算出されたモータ電力と、コンバータ損失算出部74により算出された昇圧コンバータ21における損失とを加算して、回生電力Wrbを算出する。
The regenerative
再び図1および図2を参照して、回生電力Wrbを算出すると、HV-ECU100は、回生電力Wrbの大きさから入力制限Winの大きさを減算した値を余剰電力Wspとして算出する。
When the regenerative power Wrb is calculated with reference to FIGS. 1 and 2 again, the HV-
HV-ECU70は、余剰電力Wspを、モータジェネレータ10の効率の低下により消費する電力と、昇圧コンバータ21の効率の低下により消費する電力とに分ける。すなわち、HV-ECU70は、余剰電力Wspを、モータジェネレータ10の消費電力を増加させて消費させるモータ増加電力Wmと、昇圧コンバータ21の消費電力を増加させて消費させるコンバータ増加電力Wcとに分配する。
The HV-
たとえば、HV-ECU70は、モータジェネレータ10の温度Tmと、昇圧コンバータ21のスイッチング素子Q1,Q2の温度TQとを用いて、余剰電力Wspを分配する。たとえば、HV-ECU70は、モータジェネレータ10の温度Tmが比較的高い場合には昇圧コンバータ21で消費させる電力(コンバータ増加電力Wc)が大きくなるように余剰電力Wspを分配し、スイッチング素子Q1,Q2の温度TQが比較的高い場合にはモータジェネレータ10で消費させる電力(モータ増加電力Wm)が大きくなるように余剰電力Wspを分配する。本実施の形態においては、HV-ECU70は、モータジェネレータ10の温度Tmとスイッチング素子Q1,Q2の温度TQとの比率を引数として、分配マップを用いてモータ増加電力Wmとコンバータ増加電力Wcとの分配比を決定する。分配マップは、温度Tmおよび温度TQの比率と、モータ増加電力Wmおよびコンバータ増加電力Wcの分配比との関係が定められたマップである。分配マップは、たとえば、HV-ECU70のメモリに記憶されている。HV-ECU70は、分配マップを用いて得た分配比に基づいて、余剰電力Wspをモータ増加電力Wmとコンバータ増加電力Wcとに分ける。
For example, the HV-
HV-ECU70は、モータ増加電力Wmおよびコンバータ増加電力Wcを含めた情報を、電力消費指令LOSSUPとしてMG-ECU80に出力する。
The HV-
MG-ECU80は、HV-ECU70から電力消費指令LOSSUPを受けると、電力消費指令LOSSUPに基づいてモータジェネレータ10および昇圧コンバータ21の効率を低下させる。つまり、MG-ECU80は、モータジェネレータ10での消費電力がモータ増加電力Wmだけ増加するように、昇圧コンバータ21での消費電力がコンバータ増加電力Wcだけ増加するようにPCU20を制御する。
When the MG-
まず、モータジェネレータ10の効率低下に関して説明する。MG-ECU80は、電流進角と電流実効値との関係を定めた動作ラインを複数記憶している。電流進角は、d-q座標系におけるd軸電流指令とq軸電流指令とに基づく電流ベクトルの角度を示す。電流実効値は、d軸電流指令の二乗値とq軸電流指令の二乗値との和の平方根、すなわち電流ベクトルの大きさを示す。MG-ECU80は、トルク指令値Trqcomと動作ラインとの交点に定まる電流実効値および電流進角から、d軸電流指令およびq軸電流指令を設定する。
First, the efficiency reduction of the
動作ラインには、最適ラインと複数の損失ラインとが含まれる。最適ラインは、電流実効値と電流進角との組み合わせのうち、電流実効値が最小となる組み合わせを定めた動作ラインである。損失ラインは、電流実効値と電流進角との組み合わせのうち、最適ラインよりも電流実効値が大きくなる組み合わせを定めた動作ラインである。MG-ECU80は、複数の損失ラインのうち、電流実効値がより大きい損失ラインを選択することにより、モータジェネレータ10における消費電力を増加させることができる(モータジェネレータ10の効率を低下させることができる)。MG-ECU80は、モータジェネレータ10は、通常の動作時には、動作ラインとして最適ラインを選択して動作する。MG-ECU80は、HV-ECU70から電力消費指令LOSSUPを受信すると、モータジェネレータ10で消費すべき電力(モータ増加電力Wm)に応じて、複数の損失ラインの中から適切な損失ラインを選択する。
The operating line includes an optimum line and a plurality of loss lines. The optimum line is an operation line that defines the combination of the current effective value and the current advance angle that minimizes the current effective value. The loss line is an operation line that defines a combination of the current effective value and the current advance angle in which the current effective value is larger than the optimum line. The MG-
次に、昇圧コンバータ21の効率低下に関して説明する。MG-ECU80は、HV-ECU70から電力消費指令LOSSUPを受信すると、昇圧コンバータ21で消費すべき電力(コンバータ増加電力Wc)を消費するように、システム電圧VHの電圧指令値(システム電圧指令VHcom)に高調波を重畳させる。
Next, the efficiency reduction of the
図4は、高調波を重畳させたときのシステム電圧指令VHcomを説明するための図である。図5は、システム電圧指令VHcomに高調波を重畳させたときのリアクトル電流ILを説明するための図である。図4および図5の横軸には時間が示されている。図4の縦軸には電圧が示されている。図5の縦軸には電流が示されている。 FIG. 4 is a diagram for explaining a system voltage command VHcom when harmonics are superimposed. FIG. 5 is a diagram for explaining a reactor current IL when harmonics are superimposed on the system voltage command VHcom. Time is shown on the horizontal axis of FIGS. 4 and 5. The vertical axis of FIG. 4 shows the voltage. The vertical axis of FIG. 5 shows the current.
図4の実線L3は、高調波を重畳していないときのシステム電圧指令VHcomを示し、実線L4は、高調波を重畳したときのシステム電圧指令VHcomを示している。図5の実線L5は、システム電圧指令VHcomに高調波を重畳していないときのリアクトル電流ILを示し、実線L6は、システム電圧指令VHcomに高調波を重畳したときのリアクトル電流ILを示している。 The solid line L3 in FIG. 4 shows the system voltage command VHcom when the harmonics are not superimposed, and the solid line L4 shows the system voltage command VHcom when the harmonics are superimposed. The solid line L5 in FIG. 5 shows the reactor current IL when the harmonics are not superimposed on the system voltage command VHcom, and the solid line L6 shows the reactor current IL when the harmonics are superimposed on the system voltage command VHcom. ..
システム電圧指令VHcomに高調波を重畳すると、システム電圧指令VHcomは図4の実線L4のように変動し、リアクトル電流ILは、図5の実線L6のように変動する。これにより、リアクトルLの鉄損および銅損が増加する。また、リアクトル電流ILが変動することにより、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング損失およびオン損失が増加する。すなわち、システム電圧指令VHcomに高調波を重畳することにより、昇圧コンバータ21の効率が低下する。
When a harmonic is superimposed on the system voltage command VHcom, the system voltage command VHcom fluctuates as shown by the solid line L4 in FIG. 4, and the reactor current IL fluctuates as shown by the solid line L6 in FIG. This increases the iron loss and copper loss of the reactor L. Further, the fluctuation of the reactor current IL increases the switching loss and the on-loss of the switching elements Q1 and Q2. That is, the efficiency of the
HV-ECU70は、システム電圧指令VHcomに重畳させる高調波の周波数fおよび振幅ΔVHを以下のようにして決定する。
The HV-
図6は、システム電圧指令VHcomに重畳させる高調波の周波数fを説明するための図である。図6の横軸にはモータ回転数Nmが示され、縦軸には周波数fが示されている。 FIG. 6 is a diagram for explaining the frequency f of the harmonics superimposed on the system voltage command VHcom. The horizontal axis of FIG. 6 shows the motor rotation speed Nm, and the vertical axis shows the frequency f.
HV-ECU70は、たとえば、モータ回転数Nmに基づいて、高調波の周波数fを周波数f1または周波数f2(<f1)のいずれかに決定する。たとえば、モータ回転数NmがN1であった場合には、HV-ECU70は、高調波の周波数fをf1に決定する。たとえば、モータ回転数NmがN3であった場合には、HV-ECU70は、高調波の周波数fをf2に決定する。
The HV-
周波数f1および周波数f2は、たとえば、PCU20の制御性により予め設定される。周波数f1および周波数f2は、モータジェネレータ10の電気1次周波数、電気6次周波数および電気12次周波数を避けて設定される。これは、PCU20のLC回路(リアクトルLおよびコンデンサC2)との共振を回避するためである。
The frequency f1 and the frequency f2 are preset, for example, by the controllability of the
周波数f1と周波数f2との切り替え点であるモータ回転数Nxは、たとえば、周波数f1の電気12次周波数に対する余裕度と、周波数f2の電気6次周波数に対する余裕度とが等しくなる回転数である。 The motor rotation speed Nx, which is a switching point between the frequency f1 and the frequency f2, is, for example, a rotation speed at which the margin with respect to the electric 12th frequency of the frequency f1 and the margin with respect to the electric 6th frequency of the frequency f2 are equal.
なお、本実施の形態においては、高調波の周波数fは、周波数f1または周波数f2の2つの周波数のいずれかに決定される例を示したが、選択可能な周波数は3つ以上であってもよい。 In the present embodiment, the frequency f of the harmonic is determined to be either the frequency f1 or the frequency f2, but the selectable frequency may be three or more. good.
図7は、システム電圧指令VHcomに重畳させる高調波の振幅ΔVHを説明するための図表である。図7には、高調波の周波数fと、コンバータ増加電力Wcと、高調波の振幅ΔVHとの関係が示されている。これらの関係は、たとえば、振幅マップとして定められており、HV-ECU70のメモリに記憶されている。
FIG. 7 is a diagram for explaining the amplitude ΔVH of the harmonics superimposed on the system voltage command VHcom. FIG. 7 shows the relationship between the harmonic frequency f, the converter increasing power Wc, and the harmonic amplitude ΔVH. These relationships are defined as, for example, an amplitude map and are stored in the memory of the HV-
HV-ECU70は、高調波の周波数fおよびコンバータ増加電力Wcを引数として、振幅マップを用いて高調波の振幅ΔVHを決定する。たとえば、高調波の周波数fがf1、コンバータ増加電力WcがW1である場合には、HV-ECU70は、高調波の振幅ΔVHをΔVH11に決定する。高調波の周波数fがf1、コンバータ増加電力WcがW2である場合には、HV-ECU70は、高調波の振幅ΔVHをΔVH12(>Vm11)に決定する。高調波の周波数fがf2、コンバータ増加電力WcがW1である場合には、HV-ECU70は、高調波の振幅ΔVHをΔVH21(>Vm11)に決定する。高調波の周波数fがf2、コンバータ増加電力WcがW2である場合には、HV-ECU70は、高調波の振幅ΔVHをΔVH22(>Vm21)に決定する。
The HV-
なお、ΔVH21>Vm11の関係に設定されているのは、周波数が高いほど鉄損が大きくなり、また、周波数が高いほど単位時間における電流変化が大きくなり銅損が大きくなるため、振幅ΔVHが小さくても消費電力を確保することができるためである。 The relationship of ΔVH21> Vm11 is set so that the higher the frequency, the larger the iron loss, and the higher the frequency, the larger the current change in a unit time and the larger the copper loss, so that the amplitude ΔVH is small. However, it is possible to secure the power consumption.
<HV-ECUで実行される処理>
図8は、HV-ECU70で実行される処理の手順を示すフローチャートである。図8に示すフローチャートは、所定の制御周期毎にHV-ECU70によって繰り返し実行される。なお、図8に示すフローチャートの各ステップ(以下ステップを「S」と略す)は、HV-ECU70によるソフトウェア処理によって実現される場合について説明するが、その一部あるいは全部がHV-ECU70内に作製されたハードウェア(電気回路)によって実現されてもよい。
<Processing executed by HV-ECU>
FIG. 8 is a flowchart showing a procedure of processing executed by the HV-
S1において、HV-ECU70は、アクセルポジションセンサ91の検出信号に基づいて、アクセルオフされたか否かを判定する。換言すると、HV-ECU70は、モータ駆動システム100が回生モードに入ったか否かを判定する。アクセルオフされたと判定すると(S1においてYES)、HV-ECU70は、処理をS3に進める。アクセルオフされていないと判定すると(S1においてNO)、HV-ECU70は、処理をS21に進める。
In S1, the HV-
S3において、HV-ECU70は、モータジェネレータ10による回生電力(モータ電力)を算出する。具体的には、HV-ECU70は、モータ回転数Nmとトルク指令値Trqcomとを積算してモータジェネレータ10の動力を算出する。また、HV-ECU70は、モータ回転数Nm、トルク指令値Trqcomおよびシステム電圧VHを引数として、第1損失マップを用いてモータジェネレータ10における損失を算出する。HV-ECU70は、モータジェネレータ10の動力と、モータジェネレータ10における損失とを加算して、モータ電力を算出する。
In S3, the HV-
S5において、HV-ECU70は、昇圧コンバータ21における損失を算出する。具体的には、HV-ECU70は、システム電圧VHおよびリアクトル電流ILを引数として、第2損失マップを用いて昇圧コンバータ21における損失を算出する。
In S5, the HV-
S7において、HV-ECU70は、モータ電力と、昇圧コンバータ21における損失とを加算して、回生電力Wrbを算出する。
In S7, the HV-
S9において、HV-ECU70は、余剰電力Wspが生じているか否かを判定する。具体的には、HV-ECU70は、回生電力Wrbの大きさが、バッテリ30の入力制限Winの大きさよりも大きいか否かを判定する。回生電力Wrbの大きさが、バッテリ30の入力制限Winの大きさよりも大きい(余剰電力Wspが生じている)と判定した場合には(S9においてYES)、HV-ECU70は、処理をS11に進める。回生電力Wrbの大きさが、バッテリ30の入力制限Winの大きさ以下である(余剰電力Wspが生じていない)と判定した場合には(S9においてNO)、HV-ECU70は、処理をS21に進める。
In S9, the HV-
S11において、HV-ECU70は、余剰電力Wspの大きさを算出する。具体的には、HV-ECU70は、回生電力Wrbの大きさから入力制限Winの大きさを減算して、余剰電力Wspの大きさを算出する(Wsp=|Wrb|-|Win|)。
In S11, the HV-
S13において、HV-ECU70は、余剰電力Wspを、モータ増加電力Wmとコンバータ増加電力Wcとに分配する。HV-ECU70は、モータジェネレータ10の温度Tmとスイッチング素子Q1,Q2の温度TQとの比率を引数として、分配マップを用いて、余剰電力Wspを、モータ増加電力Wmおよびコンバータ増加電力Wcに分ける。
In S13, the HV-
S15において、HV-ECU70は、システム電圧指令VHcomに重畳させる高調波成分の周波数fを決定する。具体的には、HV-ECU70は、モータ回転数Nmに基づいて、高調波成分の周波数fを決定する。
In S15, the HV-
S17において、HV-ECU70は、システム電圧指令VHcomに重畳させる高調波成分の振幅ΔVHを決定する。具体的には、HV-ECU70は、S13で決定されたコンバータ増加電力WcおよびS15で決定された周波数fを引数として、振幅マップを用いて高調波成分の振幅ΔVHを決定する。
In S17, the HV-
S19において、HV-ECU70は、電力消費指令LOSSUPをMG-ECU80に出力する。電力消費指令LOSSUPには、コンバータ増加電力Wcと、システム電圧指令VHcomに重畳させる高調波成分の周波数fおよび振幅ΔVHと、モータ増加電力Wmが含まれる。電力消費指令LOSSUPを受けたMG-ECU80は、電力消費指令LOSSUPに基づいて、モータジェネレータ10の効率および昇圧コンバータ21の効率を低下させる。
In S19, the HV-
S21において、HV-ECU70は、電力消費指令LOSSUPを出力することなく、処理をリターンに進める。
In S21, the HV-
以上のように、本実施の形態においては、モータ駆動システム100の回生時において、回生電力Wrbの大きさがバッテリ30の入力制限Winの大きさを上回る場合(すなわち余剰電力Wspが生じる場合)には、HV-ECU70およびMG-ECU80は、システム電圧指令VHcomに高調波を重畳させる。システム電圧指令VHcomに高調波が重畳されると、昇圧コンバータ21に含まれるリアクトルLの鉄損および銅損が増加し、また、昇圧コンバータ21に含まれるスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング損失およびオン損失が増加する。すなわち、昇圧コンバータ21の効率が低下する。昇圧コンバータ21の効率が低下することにより、昇圧コンバータ21においてより多くの回生電力が消費される。これにより、回生電力の余剰分を十分に消費させることができる。
As described above, in the present embodiment, when the magnitude of the regenerative power Wrb exceeds the magnitude of the input limit Win of the battery 30 (that is, when the surplus power Wsp is generated) at the time of regeneration of the
また、HV-ECU70は、モータジェネレータ10の温度Tmおよび昇圧コンバータ21のスイッチング素子Q1,Q2の温度TQを用いて、余剰電力Wspを、モータジェネレータ10の効率の低下により消費する電力(モータ増加電力Wm)と、昇圧コンバータ21の効率の低下により消費する電力(コンバータ増加電力Wc)とに分ける。たとえば、HV-ECU70は、モータジェネレータ10の温度Tmが比較的高い場合にはコンバータ増加電力Wcが大きくなるように余剰電力Wspを分配し、スイッチング素子Q1,Q2の温度TQが比較的高い場合にはモータ増加電力Wmが大きくなるように余剰電力Wspを分配する。これにより、モータジェネレータ10および昇圧コンバータ21における異常発熱を抑制しつつ、余剰電力Wspを十分に消費させることができる。
Further, the HV-
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is set forth by the claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
10 モータジェネレータ、20 PCU、21 昇圧コンバータ、22 インバータ、30 バッテリ、35 監視ユニット、41,43 電圧センサ、42,44 電流センサ、45 回転角センサ、46,47 温度センサ、50 制御装置、60 バッテリECU、70 HV-ECU、71 モータ動力算出部、72 モータ損失算出部、73 モータ電力算出部、74 コンバータ損失算出部、75 回生電力算出部、80 MG-ECU、91 アクセルポジションセンサ、92 ブレーキポジションセンサ、100 モータ駆動システム、C1,C2 コンデンサ、D1~D8 ダイオード、L リアクトル、NL,PL1,PL2 電力線、Q1~Q8 スイッチング素子。 10 motor generator, 20 PCU, 21 boost converter, 22 inverter, 30 battery, 35 monitoring unit, 41,43 voltage sensor, 42,44 current sensor, 45 rotation angle sensor, 46,47 temperature sensor, 50 controller, 60 battery ECU, 70 HV-ECU, 71 Motor power calculation unit, 72 Motor loss calculation unit, 73 Motor power calculation unit, 74 Converter loss calculation unit, 75 Regenerative power calculation unit, 80 MG-ECU, 91 Accelerator position sensor, 92 Brake position Sensor, 100 motor drive system, C1, C2 capacitors, D1 to D8 diodes, L reactor, NL, PL1, PL2 power lines, Q1 to Q8 switching elements.
Claims (1)
モータジェネレータを駆動するためのインバータと、
前記インバータの直流電圧をバッテリの電圧以上に昇圧するコンバータと、
前記直流電圧が指令値になるように前記コンバータを制御する制御装置とを備え、
前記モータ駆動システムの回生時において、前記制御装置は、前記モータジェネレータによる回生電力が前記バッテリの充電電力の上限を超える場合には、前記指令値に高調波を重畳する、モータ駆動システム。 It ’s a motor drive system.
Inverter for driving the motor generator and
A converter that boosts the DC voltage of the inverter to a voltage higher than that of the battery,
A control device for controlling the converter so that the DC voltage becomes a command value is provided.
At the time of regeneration of the motor drive system, the control device superimposes a harmonic on the command value when the regenerative power of the motor generator exceeds the upper limit of the charging power of the battery.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020108869A JP2022006573A (en) | 2020-06-24 | 2020-06-24 | Motor drive system |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024084891A1 (en) * | 2022-10-20 | 2024-04-25 | 株式会社デンソー | Control devices and program |
-
2020
- 2020-06-24 JP JP2020108869A patent/JP2022006573A/en active Pending
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