JP3610786B2

JP3610786B2 - 電動機の制御装置

Info

Publication number: JP3610786B2
Application number: JP27778598A
Authority: JP
Inventors: 弘貴上條
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: JP2000115917A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の条件下で、電動機の出力を最大出力未満に制限する制御装置に関し、特に制限開始初期の出力制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機およびこれに電力を供給する機器を保護するために、ある条件下で電動機の出力を、最大出力未満に制限する制御が行われている。例えば、電動機にバッテリからインバータを介して電力を供給するシステムにおいては、電動機、インバータ、バッテリなどの温度上昇、バッテリや環境温度の低下、バッテリの蓄電量などによって電動機出力の制限が行われる。電動機、インバータ、バッテリなどの温度上昇により出力を制限するのは、機器の構成部品が熱により損傷を受けるので、これ以上の温度上昇を抑えるためである。また、バッテリの温度上昇は、バッテリの充電効率の低下の原因にもなる。さらに、バッテリ温度の低下は、バッテリ内の化学反応速度を低下させ、蓄電量が十分である場合においても、過放電と同様の状態となり、バッテリの寿命を短縮させる。よって、この場合も出力が制限される。また、バッテリの蓄電量が少ない場合は、蓄電量が０となるのをなるべく先に延ばすために、また過放電とならないように、出力の制限が行われる。前記の出力制限は、これを要求する条件がなくなると解除され、最高出力まで出力可能となる。
【０００３】
この出力の制限および制限の解除を急に行うと、電動機の出力が急に変化する場合がある。この出力の急変を防止するための技術が、特開平９−１９１５８２号に記載されている。この公報に記載された装置は、出力の制限を解除可能であると判断がなされたときに、出力の上限値（許容値）を直ちに最高出力にするのではなく、徐々に出力上限値を増加させる制御を行う。これにより、出力が急に増加することを防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報の技術においては、出力制限の解除時においての制御について言及されているものの、出力制限をかけるときの制御については記載がない。また、上限値の設定において、現在の出力は考慮されておらず、前回の制御周期における上限値に対し所定の値が増加されて上限値が設定されている。この制御を出力制限を開始するときに適用すれば、上限値は、初期値である最高出力値から徐々に減少するので、所定の制限値まで上限値が変化するのに時間がかかるという問題があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題を解決するためになされたものであり、電動機の出力制限をかけるときに、出力が急激に変動しないように制御可能な制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかる電動機の制御装置は、電動機出力の制限の必要性を判定する出力制限判定手段と、前記出力制限が必要と判定されている場合において、現在の出力が、所定の出力制限値以上であるとき、出力を徐々に減少させる出力制御手段と、を有している。
【０００７】
さらに、前記出力制御手段は、現在の出力から所定値を減算して次回制御周期の出力を算出するものとすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１には、電動機を用いたシステムとして、電気自動車のパワープラントの概略構成が示されている。バッテリ１０からの電力は、インバータ１２により三相交流に変換され、モータ１４に供給される。モータ１４に供給される電力は、運転者のアクセルペダルなどの操作に基づきＥＶ−ＥＣＵ（制御装置）１６がインバータ１２の各素子を制御することにより行われる。
【０００９】
自動車は様々な環境下で使用されるので、各機器は、これに応じた性能を有することを要求される。また、過酷な条件の下では、各機器の保護も行われなければならない。例えば、モータ１４およびインバータ１２は、各々の構成部材、特にインバータ１２の半導体素子は比較的熱に弱く、高温下、高出力時にこれらを保護する必要がある。このために、前記各機器に温度検出器を設け、各機器の温度が所定の温度を超えると、モータ１４の出力の上限値を制限し、発熱の抑制を行うことが従来より行われている。また、バッテリ１０の特性は、環境による影響を大きく受け、これに応じて保護を行わなければならない。バッテリ１０の高温下での使用は、電解液の蒸発、水素ガスの発生などを生じ、バッテリ１０の寿命を短くする。これを防止するために、バッテリ１０には、少なくとも一つの温度検出器が備えられ、高温時には、電流を制限、すなわちモータの出力を制限するように制御される。
【００１０】
一方、バッテリ１０の温度が低い場合、バッテリ１０から持ち出させる電力が見かけ上減少する。これは、低い温度によりバッテリ内での化学反応の速度が低下するため、電流に対応するだけの反応が進まないためである。このように低温下で大きな電流を流そうとすると、過放電と同様の状態となり、バッテリの寿命を低下させる。そこで、このようなときにも、モータ１４の出力を制限してバッテリ１０を保護する。
【００１１】
また、バッテリ１０に蓄えられた電力（蓄電量）が少ない場合も、モータ１４の出力を制御する。これは、バッテリの過放電を防止するためと、電気自動車の航続距離を延ばすために行われる。
【００１２】
図２には、モータ１４の出力特性が示されている。実線で囲まれた範囲がモータ１４の本来の運転領域であり、曲線Ａ上が最高出力運転域である。一点鎖線で示される曲線Ｂが、出力制限を受けているときの出力の上限値である。出力制限は、前述のような様々な条件を判断し、所定の条件となった場合に、ＥＶ−ＥＣＵ１６によって実行される。また、出力制限を始めるとき、また終わるときには、曲線Ａと曲線Ｂの中間的な値（図中破線で示す）を出力の上限値と定め、出力の急激な変化を防止している。
【００１３】
図３には、出力制限時の処理に関するフローチャートが示されている。この処理は、制御装置であるＥＶ−ＥＣＵ１６のＣＰＵ（中央処理装置）が、所定のプログラムに従い動作することにより実行される。出力を制限する条件が成立したことが判断される（Ｓ１００）と、現在の出力が演算される（Ｓ１０２）。現在の出力要求値Ｐは、モータの現在の回転速度をＮＥ、前回の制御周期のトルク指令値をＴＣＯ^＊として、
【数１】
Ｐ＝２π・ＮＥ・ＴＣＯ^＊
により基づき行われる。算出された出力要求値Ｐが、図２の曲線Ｂに相当する出力制限値Ｐｍｉｎを超えているが判断される（Ｓ１０４）。超えていれば、出力要求値Ｐから所定の値ΔＰ１を減じた値を新たに出力要求値Ｐとする（Ｓ１０６）。超えていなければ、出力制限値Ｐｍｉｎを新たに出力要求値Ｐとする（Ｓ１０８）。この改められた出力要求値Ｐが、この制御周期における出力の上限値となる。次に、改められた出力要求値Ｐに対応するトルク上限値Ｔ’の演算が、
【数２】
Ｔ’＝Ｐ／（２π・ＮＥ）
により、行われる（Ｓ１１０）。制限前のトルク指令値ＴＣＯ’が、トルク制限値Ｔ’を超えているかが判断される（Ｓ１１２）。超えている場合、今回のトルク指令値ＴＣＯをトルク上限値Ｔ’として、インバータ１２の制御を行う（Ｓ１１４）。また、ステップＳ１１２で、超えていないと判断された場合、今回のトルク指令値ＴＣＯを、制限前のトルク指令値ＴＣＯ’として、インバータ１２の制御を行う（Ｓ１１６）。そして、トルク制限を解除する条件が成立したかが判定され（Ｓ１１８）、不成立の場合は、ステップＳ１０４に戻る。
【００１４】
ステップＳ１１８で、トルク制限の解除条件が成立していた場合、出力要求値Ｐに所定の値ΔＰ２を加えた値を新たに出力要求値Ｐとし（Ｓ１２２）、さらに出力要求値Ｐが、図２に示す曲線Ａに相当する最高出力Ｐｍａｘを超えているかが判断される（Ｓ１２４）。超えていない場合、ステップＳ１１０に戻る。また、ステップＳ１２４で、最高出力Ｐｍａｘを超えている場合、出力要求値Ｐを、最高出力Ｐｍａｘとし（Ｓ１２６）、トルク上限値Ｔ’を最大トルク値Ｔｍａｘとしてインバータ１２の制御を行う（Ｓ１２８）。
【００１５】
以上の処理によれば、出力制限の条件が成立したとき、モータ１４が出力制限値Ｐｍｉｎを超える出力で運転されていれば、そのときの出力から制御周期ごとに所定の値ΔＰ１だけ低い出力に制御される。そして、徐々に出力が低下し、出力制限値Ｐｍｉｎまで低下する。前記の所定の値ΔＰ１は、各機器を保護するためと、運転者に違和感を与えないようにするためを考慮して定められた値である。また、ステップＳ１０６，Ｓ１０８で設定される出力要求値Ｐは、トルク上限値を定めるために算出されるものであるから、本来の出力要求値Ｐが出力制限値Ｐｍｉｎ以下であれば、ステップＳ１１６によって、出力要求値Ｐそのもので、運転が行われる。
【００１６】
また、以上の処理によれば、出力を制限する条件が成立したときに、そのときの出力から徐々に出力を減少させることができる。これによって、出力制限の条件が成立したとき、最高出力Ｐｍａｘから徐々に出力を減少させるよりも、早く出力制限値Ｐｍｉｎに到達することができる。特に、制限条件成立時に、最高出力Ｐｍａｘと出力制限値Ｐｍｉｎの間の値で制御が行われているとき、本制御処理は有利に作用する。
【００１７】
なお、本実施形態においては、電気自動車の電動機の制御について説明したが、前述した電動機の制御は、エンジンをも備えたハイブリッド型の電気自動車の電動機の制御についても適用可能であり、さらに自動車に限らず様々な用途の電動機にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の装置の概略構成を示す図である。
【図２】電動機の出力特性図である。
【図３】本実施形態の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０バッテリ、１２インバータ、１４モータ（電動機）、１６ＥＶ−ＥＣＵ（制御装置）、ＴＣＯ^＊前回の制御周期のトルク指令値、ＴＣＯトルク指令値、ＴＣＯ’ 制限前のトルク指令値、Ｔ’ トルク上限値、Ｐｍｉｎ出力制限値、Ｐｍａｘ最高出力。

Claims

電動機出力の制限の必要性を判定する出力制限判定手段と、
前記出力制限が必要と判定されている場合において、現在の出力が、所定の出力制限値以上であるとき、出力を徐々に減少させる出力制御手段と、
を有し、
前記出力制御手段は、現在の出力から所定値を減算して次回制御周期の出力を算出し、この次回制御周期の出力に基づきトルク上限値を算出し、現在の制御周期におけるトルク指令値と前記トルク上限値のうち小さい方を次回制御周期のトルク指令値とする、
電動機の制御装置。