JP3684871B2

JP3684871B2 - Temperature protection control device for power converter

Info

Publication number: JP3684871B2
Application number: JP30573898A
Authority: JP
Inventors: 務松木; 弘貴上條; 謙一大西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2018-10-27
Also published as: JP2000134990A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータへの電力供給に用いる電力変換器の過熱を防止する温度保護制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電源にて交流モータを駆動する場合には、電源出力を交流に変換する電力変換器、例えばインバータが必要である。インバータ等の電力変換器においては、高周波かつ大電力でのスイッチングにより電力変換が行われている。このようなスイッチングは、通常、スイッチング素子（例えばＩＧＢＴなどの大電力用トランジスタ）を発熱させるから、電力変換装置の制御を行うに際しては、スイッチング素子の過熱への対処乃至保護を考慮する必要がある。
【０００３】
特に問題となるのが、永久磁石励磁型の同期モータ（ＰＭモータ）等をインバータ等の電力変換装置にて駆動しているときに、モータの回転が外力によってロックされた場合である。この場合、モータに設けられている巻線のうち一相のみに電流が集中し、その結果、電力変換器中に設けられている複数のスイッチング素子のうちこの相に対応するスイッチング素子が急激に発熱し、破壊されてしまうおそれがある。電気自動車やハイブリッド車などのモータでは、車輪がロックするとモータもロックするため、モータへの電力供給系はロック時の一相への電流集中を考慮して設計する必要があった。
【０００４】
そのような問題を解決する方法として、モータがロックしている間、スイッチング素子のスイッチング周波数（すなわちスイッチング素子のオン／オフ切替を制御するためのパルス幅変調信号のキャリア周波数）を一時的に低減する方法が知られている。スイッチング周波数を低減することは、スイッチング素子のスイッチング損失の低減につながり、ひいてはスイッチング素子の発熱の低減につながる。例えば、特開平９−７０１９５号公報にはこの種の方式が開示されている。
【０００５】
しかしながら、このようなスイッチング周波数の一時的低減は、騒音の問題を招くおそれがある。すなわち、スイッチング素子のスイッチング周波数は、モータの電磁共鳴音も考慮して定められており、通常時のスイッチング周波数は、電磁共鳴音が可聴領域内にならないよう高い周波数に設定されている。しかし、ロック時のスイッチング周波数は、スイッチング素子の発熱を十分少なくできるよう低く設定されているため、モータの電磁共鳴音が可聴領域内となり、騒音となるおそれがある。したがって、ロックを検出したからといってすぐにスイッチング周波数を低減したのでは、例えば電気自動車の搭乗者等に対する騒音の問題が生じる可能性があった。
【０００６】
そこで、従来の例えば電気自動車等では、モータのロックを検出してもすぐにはスイッチング周波数を低い値に切り替えず、ロック状態が所定時間継続して初めてスイッチング周波数を切り替えるようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来方法では、ロック検知後所定時間の間は通常時の高い周波数でスイッチングが行われるので、その間スイッチング素子の温度が上昇してしまう。したがって、ロックが短時間の間に繰り返し発生した場合、各々のロックの際の周波数切替までの間のスイッチング素子の温度上昇が積み重なり、最終的にスイッチング素子の熱破損を招くおそれがある。
【０００８】
かといって、ロック検出時に即座にスイッチング周波数を低い値に切り替えたのでは、前述した騒音の問題が解決されない。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、モータ騒音発生を極力回避しつつ、電力変換器の熱破損を防止することができる温度保護制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の第一の構成は、モータの各巻線に対応するスイッチング素子を含む電力変換器の過熱を防止するための温度保護制御装置であって、モータがロックしている時のモータ制御に関する指令値とスイッチング素子の温度との組合せがいかなる場合に、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を通常周波数からスイッチング素子保護のための保護周波数に低減するか否かの判定基準を記憶した判定基準記憶手段と、スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、モータの回転がロックしているか否かを判定するロック判定手段と、ロックしているとの判定が成立したときに、その時のモータ制御に関する指令値と前記温度検出手段で検出した温度とに基づき、前記判定基準を参照して前記スイッチング周波数を通常周波数から保護周波数に低減するべきか否かを判定し、この判定結果に従って前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御する周波数制御手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本構成では、モータがロックしている場合には、その時のモータ制御に関する指令値と電力変換器の温度において、スイッチング周波数を保護周波数に切り替える必要があるか否かを、判定基準記憶手段に記憶された判定基準に基づき判定する。したがって、本構成によれば、電力変換器の温度やモータ制御に関する指令値が小さいときには、ロック状態になってもスイッチング周波数はすぐには保護周波数に切り替えられないので、モータ騒音等のスイッチング周波数低減に伴う問題を極力抑えることができる。逆にロック検出時に電力変換器の温度やモータ制御に関する指令値が大きい場合には、従来のように一定時間待たなくても、スイッチング周波数が保護周波数に切り替えられるので、ロックが繰り返し起こるような状況でも電力変換器を熱破損から保護することができる。なお、本構成及び以下の各構成において、モータ制御に関する指令値には、モータに出力させるべきトルクを示すトルク指令値や、モータに流すべき電流を示す電流指令値などを含む。
【００１２】
また本発明の第２の構成は、モータの各巻線に対応するスイッチング素子を含む電力変換器の過熱を防止するための温度保護制御装置であって、モータがロックしている時のスイッチング素子のスイッチング周波数を通常周波数とスイッチング素子保護のための保護周波数とのいずれにするかの判定基準を、その時のモータ制御に関する指令値とスイッチング素子の温度との組合せに関する基準として記憶した判定基準記憶手段と、モータのロックを検出したときに、その時のモータ制御に関する指令値と前記電力変換器の温度とを求め、それらの組合せに対応する周波数を前記判定基準に基づき判定し、前記スイッチング素子のスイッチング周波数をその周波数に設定する周波数制御手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
本構成では、モータロック時には、その時のモータ制御の指令値と電力変換器の温度に対して適切なスイッチング周波数が通常周波数なのか保護周波数なのかを、判定基準記憶手段に記憶された判定基準に基づき判定する。したがって、本構成でも、上記第一の構成と同様の効果が得られると共に、電力変換器を保護周波数で動作させているときに、電力変換器の温度低下やモータへの指令値の低下などにより電力変換器の熱破損の可能性が低減すると、スイッチング周波数が通常周波数に戻されるので、モータ騒音等の問題が低減される。
【００１４】
また本発明の第三の構成は、モータにより車輪を駆動する車両において、該モータの各巻線に対応するスイッチング素子を含む電力変換器の過熱を防止するための温度保護制御装置であって、車輪ロック時のスイッチング素子のスイッチング周波数を通常周波数とスイッチング素子保護のための保護周波数とのいずれにするかの判定基準を、その時のモータ制御に関する指令値とスイッチング素子の温度との組合せに関する基準として記憶した判定基準記憶手段と、スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、車輪のロックを検出する手段と、車輪のロックを検出したときに、その時のモータ制御に関する指令値と前記温度検出手段で検出した温度との組合せに対応する周波数を前記判定基準に基づき判定し、前記スイッチング素子のスイッチング周波数をその周波数に設定する周波数制御手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
本構成によれば、車輪のロックを検出したときに、上記第二の構成と同様の動作が行われるので、電気自動車等において、電力変換器の熱破損防止のためのスイッチング周波数低減制御によるモータ騒音等の問題を極力抑えつつも、電力変換器の熱破損を効果的に回避することができる。
【００１６】
そして本発明は上記第一〜第三の構成において、前記判定基準記憶手段には、前記スイッチング素子の温度が高くなるほど、前記スイッチング周波数を前記通常周波数から前記保護周波数に切り替える境界となる前記指令値が低くなるように定めた前記判定の基準が記憶されることを特徴とする。
【００１７】
本構成によれば、ロック検出時のモータ制御に関する指令値とスイッチング素子の温度との組合せに基づき、電力変換器の過熱防止とモータ騒音回避との観点から適切なスイッチング周波数を選択することができ、電力変換器保護とモータ騒音回避とをバランスよく実現することができる。
【００１８】
【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）について、図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１には、本発明を実施するのに適する電気自動車の駆動システムの構成が示されている。このシステムでは、車両走行用のモータ１０として、三相交流モータが用いられている。モータ１０の出力軸は、回転軸や差動歯車を介して車両の駆動輪に接続されている。モータ１０は、インバータ１２を介してバッテリ１４から電力供給を受けて駆動される。
【００２０】
インバータ１２は、バッテリ１４の直流出力をＰＷＭ（パルス幅変調）制御により三相交流に変換し、モータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ各巻線に供給する。インバータ１２には、それら各巻線に対応して設けられ互いに三相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子が設けられる。スイッチング素子としては、例えばＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、サイリスタ等の半導体素子が用いられる。これら各スイッチング素子は、ＥＶ−ＥＣＵ２０から供給されるＰＷＭ信号に従ってスイッチングされ、これによりバッテリ１４の直流出力が三相交流に変換される。
【００２１】
ＥＶ−ＥＣＵ２０は、図２に示す構成により、インバータ１２を制御するための上記ＰＷＭ信号を生成する。トルク指令算出部２０２は、運転者のアクセルペダルの踏込量を示すアクセル信号、ブレーキペダルの踏込量を示すブレーキ信号等の入力に基づき、モータ１０から出力させるべきトルクの値、すなわちトルク指令値Ｔ*を算出する。このとき、トルク指令算出部２０２は、温度センサ１６等により求めたインバータ１２やモータ１０の温度に応じ、所定の規則に従ってトルク指令値に対して制限を施す。電流指令算出部２０４は、トルク指令値を、モータに供給すべき電流を示す電流指令値に換算する。電流制御部２０６は、この電流指令値やインバータ１２からの電流フィードバック等に基づき、各相電流の制御目標又は各相電圧の制御目標を算出し、ＰＷＭ変調部２０８に入力する。ＰＷＭ変調部２０８は、電流制御部２０６からの制御目標信号をキャリア信号発生部２１０から供給されるキャリア信号によりＰＷＭ変調してＰＷＭ信号を生成し、インバータ１２に供給する。
【００２２】
本実施形態のＥＶ−ＥＣＵ２０には、車両の駆動輪がロックしたときのインバータ１２の熱破損を防止するため、温度保護制御部２１２が設けられている。温度保護制御部２１２は、基本的にはＰＷＭ信号のキャリア周波数、すなわちインバータ１２のスイッチング素子のスイッチング周波数を低減することにより、インバータ保護を実現する。キャリア信号発生部２１０は、通常運転時のキャリア周波数（例えば１０ｋＨｚ。以下通常周波数という）とインバータ保護のためのキャリア周波数（例えば１．２５ｋＨｚ。以下保護周波数という）の２種類の周波数のキャリア信号を生成できる。ここで、通常周波数を用いた場合モータ１０の電磁共鳴音が可聴領域より高くなり、車内騒音の問題は少ないのに対し、保護周波数はインバータ１２のスイッチング損失を十分に低減できるよう低い値に設定されているため、保護周波数を用いると電磁共鳴音が可聴領域に入り、車内騒音の問題が生じてくる。温度保護制御部２１２は、キャリア周波数を通常周波数、保護周波数のどちらにすべきかを判定し、キャリア信号発生部２１０に対し指示する。
【００２３】
温度保護制御部２１２は、この判定を、インバータ１２の温度Ｔinvとモータ１０へのトルク指令値Ｔ*とに基づいて行う。この判定処理を図２〜図４を参照して説明する。
【００２４】
まず、温度保護制御部２１２は、ロック判定部２１４からの信号を参照して駆動輪がロック状態にあるか否かを判定する（Ｓ１）。このため、ロック判定部２１４は、モータ１０に設けられたレゾルバから入力されるモータ回転数を常時所定のしきい値と比較し、モータ回転数がしきい値以下となっている間、ロック状態であることを示すロック信号を出力する。温度保護制御部２１２は、このロック信号が入力されている間は駆動輪がロック状態にあると判定し、ロック信号の入力がない場合はロック状態でないと判定する。
【００２５】
Ｓ１でロック状態でないと判定した場合は、温度保護制御部２１２は、キャリア信号発生部２１０に対し、通常周波数でのキャリア生成を指示する（Ｓ２）。
【００２６】
Ｓ１でロック状態であると判定した場合、温度保護制御部２１２は、周波数判定基準記憶部２１６を参照し、トルク指令算出部２０２から入力されるトルク指令値Ｔ*と温度センサ１８から入力されるインバータ温度Ｔinvとの組合せに対応する適切なキャリア周波数を求める。
【００２７】
周波数判定基準記憶部２１６には、図４に示す判定ライン３００の関数ｆが記憶されている。判定ライン３００は、ロック時のキャリア周波数を通常周波数αと保護周波数βとのいずれにするかの判定境界線であり、判定ライン３００より左下側の領域が通常周波数α（Ｈｚ）の領域、判定ライン３００より右上側の領域が保護周波数β（Ｈｚ）の領域となっている。ここでは、この判定ライン３００を、
【数１】
Ｔ*＝ｆ（Ｔinv）
という関数で表現しており、この関数ｆが周波数判定基準記憶部２１６に記憶されている。具体的には、周波数判定基準記憶部２１６は、例えば判定ライン３００の各点でのインバータ温度とトルク指令値の組合せ（Ｔinv，Ｔ*）を記憶したＲＯＭ等で構成される。この関数ｆは、予め実験等に基づき定めておく。実験は、例えば、各インバータ温度Ｔinvにおいてトルク指令値Ｔ*を様々に変えてインバータ１２（及びモータ１０）を駆動し、キャリア周波数が通常周波数でもインバータ１２が熱破損しない上限のトルク指令値Ｔ*を求めるなどの方法で行えばよい。求めた上限トルク指令値Ｔ*は、安全を見込んで、例えば１以下の係数を掛ける等の方法で調整した上で、周波数判定基準記憶部２１６に登録することが好適である。
【００２８】
ここで、トルク指令値Ｔ*が大きいとモータ１０に大電力を供給するためインバータ１２の発熱が大きくなり熱破損のおそれが高まるが、インバータ温度Ｔinvが低ければトルク指令値Ｔ*がかなり高くても熱破損のおそれは小さい。またインバータ温度Ｔinvが高いとインバータ熱破損までの温度余裕が小さいが、トルク指令値Ｔ*が小さければインバータ温度Ｔinvがかなり高くても熱破損のおそれは小さい。このようなことから、判定ライン３００は一般的に図４に示すような右下がりの曲線となる。
【００２９】
温度保護制御部２１２は、このような判定ライン３００を参照してキャリア周波数を通常周波数から保護周波数に切り替えるか否かを判定する。すなわち、Ｓ１でロック状態であると判定した場合、温度保護制御部２１２は、その時のトルク指令値Ｔ*とインバータ温度Ｔinvとの組合せが、図４のマップにおけるどちらの領域にあるかを判定する。具体的には、周波数判定基準記憶部２１６に記憶された関数ｆを用いて、
【数２】
Ｔ*＞ｆ（Ｔinv）
が成立するか否かを判定する（Ｓ３）。この判定が肯定（Ｙｅｓ）ならば、温度保護制御部２１２は、インバータ１２の熱破損のおそれが高いと判断し、インバータ保護のためにキャリア信号発生部２１０に対して保護周波数βのキャリア信号を発生するよう指示する（Ｓ４）。一方、Ｓ３の判定結果が否定（Ｎｏ）ならば、温度保護制御部２１２は、インバータ１２の熱破損のおそれが低いと判断し、キャリア信号発生部２１０に対して通常周波数αのキャリア信号生成を指示する（Ｓ５）。その後、再びＳ１に戻り、以上説明した一連の処理を定期的に繰り返す。なお、いったんＳ４で保護周波数βに切り替えられたあと、Ｓ１の判定でロック状態の解除が検出されると、スイッチング周波数は通常周波数αに戻される。
【００３０】
このような処理によれば、ロックが検出されても、インバータ温度やトルク指令値が小さい場合にはキャリア周波数の低減（保護周波数への切替）が行われず、例えばロック状態の継続によりインバータ温度が上昇するなどしてＳ３の判定条件が満たされるようになって初めてキャリア周波数が低減され、インバータ保護が図られる。このようにロックが頻繁ではない一般的な状況では、ロックを検出してもすぐにはキャリア周波数が低減されないので、モータ電磁共鳴音による車内騒音を極力抑えることができる。一方、既に何度かロックが頻繁に繰り返されるなどによりインバータ温度がかなり高くなっている状況でロックが検知された場合には、上記処理では保護周波数が選択されやすくなるので、ロック検知後即座にあるいは短期間の間にキャリア周波数が低減され、インバータ保護が図られることになる。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、ロック検出時のトルク指令値Ｔ*とインバータ温度Ｔinvとの組合せに基づきＰＷＭ信号のキャリア周波数を決定するので、モータ騒音低減の要求を極力満足しつつインバータ保護を確実に果たすことができる。
【００３２】
上記実施形態は、本発明の１つの実施例に過ぎず、本発明の範囲内で様々な変形例が考えられる。例えば、上記実施形態では、通常周波数αと保護周波数βとの切替の判定基準を、インバータ温度Ｔinvとトルク指令値Ｔ*との関係で表したが、このトルク指令値の代わりに、電流指令算出部２０４で求められる電流指令値など、モータ１０の制御に関する他の指令値、制御目標値を用いてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、周波数判定基準記憶部２１６には、判定基準として、通常周波数αと保護周波数βとを切り替える境界線の関数ｆ（図４の判定ライン３００）の情報を記憶させたが、これもあくまで一例である。この他にも、例えば、インバータ温度Ｔinvとトルク指令値Ｔ*との各組合せごとに、保護周波数と通常周波数のいずれを選ぶかを表したテーブルを、判定基準として周波数判定基準記憶部２１６に記憶させてもよい。この場合、温度保護制御部２１２は、トルク指令値Ｔ*とインバータ温度Ｔinvとの組合せに対応する周波数をそのテーブルから検索してキャリア信号生成部２１０に供給すればよい。この方法を発展させれば、キャリア周波数を通常周波数と保護周波数の２段階だけに限らず３段階以上用意しておき、トルク指令値Ｔ*とインバータ温度Ｔinvとの組合せごとに、適切な周波数を周波数判定基準記憶部２１６に記憶させておくこととも可能である。これによれば、更にきめ細かいキャリア周波数の制御を行うことができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、モータ１０の回転数を基にロック状態を検出したが、例えば車両などでは車輪（特に駆動輪）に設けられた車輪速センサからの車輪回転数情報に基づきロック状態を検出することも可能である。
【００３５】
なお、以上の説明では、電気自動車を例にとって説明したが、本発明は電気自動車以外のシステムにも適用することができる。また、モータ１０として三相交流モータを例としたが、モータ１０の相数になんら限定を要するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するのに適する電気自動車の駆動システムの構成を示すブロック図である。
【図２】ＥＶ−ＥＣＵ２０の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図３】温度保護制御部２１２の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】インバータ温度とトルク指令値との関係に基づき、適切なキャリア周波数を判定するためのマップを示す図である。
【符号の説明】
１０モータ、１２インバータ、１４バッテリ、１６温度センサ、２０ＥＶ−ＥＣＵ、２０２トルク指令算出部、２０４電流指令算出部、２０６電流制御部、２０８ＰＷＭ変調部、２１０キャリア信号発生部、２１２温度保護制御部、２１４ロック判定部、２１６周波数判定基準記憶部、３００判定ライン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature protection control device that prevents overheating of a power converter used to supply power to a motor.
[0002]
[Prior art]
When driving an AC motor with a DC power supply, a power converter, for example, an inverter, is required to convert the power output to AC. In a power converter such as an inverter, power conversion is performed by switching with high frequency and high power. Since such switching normally generates heat in the switching element (for example, a high power transistor such as an IGBT), it is necessary to consider measures or protection against overheating of the switching element when controlling the power conversion device. .
[0003]
Particularly problematic is the case where the rotation of the motor is locked by external force when a permanent magnet excitation type synchronous motor (PM motor) or the like is driven by a power converter such as an inverter. In this case, the current concentrates on only one phase of the windings provided in the motor, and as a result, the switching element corresponding to this phase among the plurality of switching elements provided in the power converter suddenly changes. It may generate heat and be destroyed. In a motor such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, when the wheel is locked, the motor is also locked. Therefore, it is necessary to design a power supply system for the motor in consideration of current concentration in one phase at the time of locking.
[0004]
As a method for solving such a problem, the switching frequency of the switching element (that is, the carrier frequency of the pulse width modulation signal for controlling on / off switching of the switching element) is temporarily reduced while the motor is locked. How to do is known. Reducing the switching frequency leads to a reduction in switching loss of the switching element, which in turn leads to a reduction in heat generation of the switching element. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-70195 discloses this type of system.
[0005]
However, such a temporary reduction of the switching frequency may cause a noise problem. That is, the switching frequency of the switching element is determined in consideration of the electromagnetic resonance sound of the motor, and the normal switching frequency is set to a high frequency so that the electromagnetic resonance sound does not fall within the audible range. However, since the switching frequency at the time of locking is set low so that the heat generation of the switching element can be sufficiently reduced, the electromagnetic resonance sound of the motor is in the audible region, which may cause noise. Therefore, if the switching frequency is reduced immediately after detecting the lock, there may be a problem of noise for the passenger of the electric vehicle, for example.
[0006]
Therefore, in conventional electric vehicles, for example, the switching frequency is not switched to a low value immediately after detecting the lock of the motor, but the switching frequency is switched only after the locked state continues for a predetermined time.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this conventional method, switching is performed at a normal high frequency for a predetermined time after lock detection, and thus the temperature of the switching element rises during that time. Therefore, when the lock is repeatedly generated in a short time, the temperature rise of the switching element until the frequency switching at the time of each lock is accumulated, and there is a possibility that the switching element is finally damaged by heat.
[0008]
However, if the switching frequency is immediately switched to a low value when lock is detected, the above-described noise problem cannot be solved.
[0009]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a temperature protection control device capable of preventing the occurrence of motor noise as much as possible and preventing thermal damage to the power converter. To do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a first configuration of the present invention is a temperature protection control device for preventing overheating of a power converter including a switching element corresponding to each winding of a motor, wherein the motor is Judgment whether to reduce the switching frequency of the switching element from the normal frequency to the protection frequency for protecting the switching element, under any combination of the command value related to motor control and the temperature of the switching element when locked The determination criteria storage means storing the reference, the temperature detection means for detecting the temperature of the switching element, the lock determination means for determining whether the rotation of the motor is locked, and the determination of being locked are established. Sometimes, based on the command value relating to the motor control at that time and the temperature detected by the temperature detection means, the switch is referred to by referring to the determination criterion. Determining whether to reduce the switching frequency from the normal frequency to the protection frequency, and having a frequency control means for controlling the switching frequency of the switching element in accordance with the determination result.
[0011]
In this configuration, when the motor is locked, whether or not it is necessary to switch the switching frequency to the protection frequency is stored in the determination criterion storage unit at the command value related to motor control at that time and the temperature of the power converter. The determination is made based on the determined criterion. Therefore, according to this configuration, when the command value related to the temperature of the power converter or the motor control is small, the switching frequency cannot be immediately switched to the protection frequency even if the lock state is entered. The problems associated with can be minimized. Conversely, if the command value related to the temperature of the power converter or motor control is large at the time of lock detection, the switching frequency can be switched to the protection frequency without waiting for a certain time as in the conventional situation, so that the lock repeatedly occurs. But it can protect the power converter from thermal damage. In this configuration and each of the following configurations, the command value related to motor control includes a torque command value indicating torque to be output to the motor, a current command value indicating current to be supplied to the motor, and the like.
[0012]
A second configuration of the present invention is a temperature protection control device for preventing overheating of a power converter including a switching element corresponding to each winding of a motor, the switching element when the motor is locked. A criterion storage means for storing a criterion for determining whether the switching frequency is a normal frequency or a protection frequency for protecting the switching element as a criterion regarding a combination of a command value related to motor control and a temperature of the switching element at that time; When a motor lock is detected, a command value related to motor control at that time and a temperature of the power converter are obtained, a frequency corresponding to a combination thereof is determined based on the determination criterion, and a switching frequency of the switching element And frequency control means for setting the frequency to that frequency.
[0013]
In this configuration, when the motor is locked, whether the switching frequency appropriate for the motor control command value and the power converter temperature at that time is the normal frequency or the protection frequency is used as a criterion stored in the criterion storage unit. Judgment based on. Therefore, this configuration can provide the same effect as the first configuration, and when the power converter is operated at the protection frequency, the temperature of the power converter is decreased or the command value to the motor is decreased. When the possibility of thermal damage of the power converter is reduced, the switching frequency is returned to the normal frequency, so that problems such as motor noise are reduced.
[0014]
A third configuration of the present invention is a temperature protection control device for preventing overheating of a power converter including a switching element corresponding to each winding of the motor in a vehicle in which wheels are driven by a motor. A criterion for determining whether the switching frequency of the switching element at the time of locking is a normal frequency or a protection frequency for protecting the switching element is stored as a reference regarding the combination of the command value related to motor control and the temperature of the switching element at that time. Determination criterion storage means, temperature detection means for detecting the temperature of the switching element, means for detecting wheel lock, and when the wheel lock is detected, a command value relating to motor control at that time and the temperature detection means A frequency corresponding to a combination with the detected temperature is determined based on the determination criterion, and the switching element And having a frequency control means for setting the switching frequency to the frequency.
[0015]
According to this configuration, when the lock of the wheel is detected, the same operation as the second configuration is performed. Therefore, in an electric vehicle or the like, a motor by switching frequency reduction control for preventing thermal damage of the power converter While suppressing problems such as noise as much as possible, thermal breakage of the power converter can be effectively avoided.
[0016]
In the first to third configurations of the present invention , the determination reference storage means includes the command value that becomes a boundary for switching the switching frequency from the normal frequency to the protection frequency as the temperature of the switching element increases. characterized in that is the reference of the determination is stored that defines as lower.
[0017]
According to this configuration, it is possible to select an appropriate switching frequency from the viewpoint of preventing overheating of the power converter and avoiding motor noise based on the combination of the command value related to motor control at the time of lock detection and the temperature of the switching element. The power converter protection and motor noise avoidance can be realized in a balanced manner .
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 shows the configuration of an electric vehicle drive system suitable for carrying out the present invention. In this system, a three-phase AC motor is used as the vehicle running motor 10. The output shaft of the motor 10 is connected to drive wheels of the vehicle via a rotating shaft and a differential gear. The motor 10 is driven by receiving power supply from the battery 14 via the inverter 12.
[0020]
The inverter 12 converts the direct current output of the battery 14 into three-phase alternating current by PWM (pulse width modulation) control, and supplies it to the U, V, and W windings of the motor 10. The inverter 12 is provided with a plurality of switching elements provided corresponding to the respective windings and connected to each other in a three-phase bridge. As the switching element, for example, a semiconductor element such as an IGBT, a bipolar transistor, or a thyristor is used. Each of these switching elements is switched according to the PWM signal supplied from the EV-ECU 20, whereby the DC output of the battery 14 is converted into a three-phase AC.
[0021]
The EV-ECU 20 generates the PWM signal for controlling the inverter 12 with the configuration shown in FIG. The torque command calculation unit 202 is a torque value to be output from the motor 10, that is, a torque command value T based on inputs such as an accelerator signal indicating the depression amount of the accelerator pedal of the driver and a brake signal indicating the depression amount of the brake pedal. * Is calculated. At this time, the torque command calculation unit 202 limits the torque command value according to a predetermined rule according to the temperatures of the inverter 12 and the motor 10 obtained by the temperature sensor 16 and the like. The current command calculation unit 204 converts the torque command value into a current command value indicating the current to be supplied to the motor. The current control unit 206 calculates a control target for each phase current or a control target for each phase voltage based on the current command value, current feedback from the inverter 12, and the like, and inputs the control target to the PWM modulation unit 208. The PWM modulation unit 208 performs PWM modulation on the control target signal from the current control unit 206 by the carrier signal supplied from the carrier signal generation unit 210 to generate a PWM signal, and supplies the PWM signal to the inverter 12.
[0022]
The EV-ECU 20 of the present embodiment is provided with a temperature protection control unit 212 in order to prevent thermal damage to the inverter 12 when the drive wheels of the vehicle are locked. The temperature protection control unit 212 basically achieves inverter protection by reducing the carrier frequency of the PWM signal, that is, the switching frequency of the switching element of the inverter 12. The carrier signal generation unit 210 generates carrier signals having two types of frequencies: a carrier frequency during normal operation (for example, 10 kHz, hereinafter referred to as a normal frequency) and a carrier frequency for inverter protection (for example, 1.25 kHz, hereinafter referred to as a protection frequency). Can be generated. Here, when the normal frequency is used, the electromagnetic resonance sound of the motor 10 becomes higher than the audible range and the problem of in-vehicle noise is small. On the other hand, the protection frequency is set to a low value so that the switching loss of the inverter 12 can be sufficiently reduced. Therefore, when the protection frequency is used, the electromagnetic resonance sound enters the audible region, causing a problem of in-vehicle noise. The temperature protection control unit 212 determines whether the carrier frequency should be the normal frequency or the protection frequency, and instructs the carrier signal generation unit 210.
[0023]
The temperature protection control unit 212 makes this determination based on the temperature Tinv of the inverter 12 and the torque command value T * to the motor 10. This determination process will be described with reference to FIGS.
[0024]
First, the temperature protection control unit 212 refers to the signal from the lock determination unit 214 to determine whether or not the driving wheel is in a locked state (S1). For this reason, the lock determination unit 214 always compares the motor rotation speed input from the resolver provided in the motor 10 with a predetermined threshold value, and keeps the lock state while the motor rotation speed is below the threshold value. A lock signal indicating that is output. The temperature protection control unit 212 determines that the driving wheel is in a locked state while the lock signal is input, and determines that the drive wheel is not in a locked state when no lock signal is input.
[0025]
When it is determined in S1 that the lock state is not established, the temperature protection control unit 212 instructs the carrier signal generation unit 210 to generate a carrier at a normal frequency (S2).
[0026]
When it is determined in S 1 that the lock state is established, the temperature protection control unit 212 refers to the frequency determination reference storage unit 216, and receives the torque command value T * input from the torque command calculation unit 202 and the temperature sensor 18. An appropriate carrier frequency corresponding to the combination with the inverter temperature Tinv is obtained.
[0027]
The frequency determination reference storage unit 216 stores a function f of the determination line 300 shown in FIG. The determination line 300 is a determination boundary line for determining whether the carrier frequency at the time of locking is the normal frequency α or the protection frequency β, and the region on the lower left side of the determination line 300 is the region of the normal frequency α (Hz). A region on the upper right side of the line 300 is a region of the protection frequency β (Hz). Here, the determination line 300 is
[Expression 1]
T * = f (Tinv)
This function f is stored in the frequency criterion storage unit 216. Specifically, the frequency determination reference storage unit 216 is configured by, for example, a ROM that stores combinations (Tinv, T *) of inverter temperatures and torque command values at each point of the determination line 300. This function f is determined in advance based on experiments and the like. In the experiment, for example, the torque command value T * is changed variously at each inverter temperature Tinv to drive the inverter 12 (and the motor 10), and the upper limit torque command value T * at which the inverter 12 is not thermally damaged even when the carrier frequency is the normal frequency. It may be performed by a method such as seeking. It is preferable to register the obtained upper limit torque command value T * in the frequency determination reference storage unit 216 after adjusting for the safety, for example, by a method such as multiplying by a coefficient of 1 or less.
[0028]
Here, if the torque command value T * is large, a large amount of electric power is supplied to the motor 10, and thus the heat generation of the inverter 12 increases and the risk of thermal damage increases. However, if the inverter temperature Tinv is low, the torque command value T * is considerably high. There is little risk of thermal damage. Further, if the inverter temperature Tinv is high, the temperature margin until the inverter thermal breakage is small, but if the torque command value T * is small, the risk of thermal breakage is small even if the inverter temperature Tinv is quite high. For this reason, the determination line 300 is generally a downward-sloping curve as shown in FIG.
[0029]
The temperature protection control unit 212 determines whether to switch the carrier frequency from the normal frequency to the protection frequency with reference to such a determination line 300. That is, when it is determined in S1 that the lock state is established, the temperature protection control unit 212 determines which region in the map of FIG. 4 is the combination of the torque command value T * and the inverter temperature Tinv at that time. . Specifically, using the function f stored in the frequency criterion storage unit 216,
[Expression 2]
T *> f (Tinv)
Whether or not is established is determined (S3). If this determination is affirmative (Yes), the temperature protection control unit 212 determines that there is a high risk of thermal damage to the inverter 12, and outputs a carrier signal having a protection frequency β to the carrier signal generation unit 210 for inverter protection. Instruct to generate (S4). On the other hand, if the determination result in S3 is negative (No), the temperature protection control unit 212 determines that the risk of thermal damage to the inverter 12 is low, and generates a carrier signal of the normal frequency α to the carrier signal generation unit 210. Instruct (S5). Thereafter, the process returns to S1 again, and the series of processes described above is periodically repeated. Note that once the switch is switched to the protection frequency β in S4, if the release of the locked state is detected in the determination of S1, the switching frequency is returned to the normal frequency α.
[0030]
According to such processing, even if lock is detected, if the inverter temperature or torque command value is small, the carrier frequency is not reduced (switched to the protection frequency). The carrier frequency is reduced and the inverter is protected only when the determination condition of S3 is satisfied by rising or the like. In such a general situation where the lock is not frequent, the carrier frequency is not reduced immediately even if the lock is detected, so that the vehicle interior noise due to the motor electromagnetic resonance can be suppressed as much as possible. On the other hand, if the lock is detected when the inverter temperature is already high due to frequent repeated locks, etc., the protection frequency can be easily selected in the above process. Alternatively, the carrier frequency is reduced in a short period of time, and inverter protection is achieved.
[0031]
Thus, according to the present embodiment, the carrier frequency of the PWM signal is determined based on the combination of the torque command value T * at the time of lock detection and the inverter temperature Tinv, so that the inverter satisfying the request for motor noise reduction as much as possible Protection can be achieved reliably.
[0032]
The above embodiment is only one example of the present invention, and various modifications are conceivable within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the criterion for switching between the normal frequency α and the protection frequency β is expressed by the relationship between the inverter temperature Tinv and the torque command value T *, but instead of the torque command value, a current command calculation is performed. Other command values and control target values related to the control of the motor 10 such as current command values obtained by the unit 204 may be used.
[0033]
In the above embodiment, the frequency determination criterion storage unit 216 stores information on the boundary line function f (determination line 300 in FIG. 4) for switching between the normal frequency α and the protection frequency β as a determination criterion. This is just an example. In addition to this, for example, a table indicating which of the protection frequency and the normal frequency is selected for each combination of the inverter temperature Tinv and the torque command value T * is stored in the frequency determination reference storage unit 216 as a determination reference. You may let them. In this case, the temperature protection control unit 212 may search the table for a frequency corresponding to the combination of the torque command value T * and the inverter temperature Tinv and supply the frequency to the carrier signal generation unit 210. If this method is developed, the carrier frequency is not limited to the normal frequency and the protection frequency, but three or more levels are prepared, and an appropriate frequency is set for each combination of the torque command value T * and the inverter temperature Tinv. It can also be stored in the frequency determination reference storage unit 216. According to this, finer control of the carrier frequency can be performed.
[0034]
Moreover, in the said embodiment, although the locked state was detected based on the rotation speed of the motor 10, for example, in a vehicle etc., a locked state is based on the wheel rotation speed information from the wheel speed sensor provided in the wheel (especially drive wheel). It is also possible to detect.
[0035]
In the above description, the electric vehicle has been described as an example, but the present invention can be applied to a system other than the electric vehicle. Further, although a three-phase AC motor is taken as an example of the motor 10, the number of phases of the motor 10 is not limited at all.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an electric vehicle drive system suitable for carrying out the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram showing a functional configuration of the EV-ECU 20;
3 is a flowchart showing a processing procedure of a temperature protection control unit 212. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a map for determining an appropriate carrier frequency based on a relationship between an inverter temperature and a torque command value.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motor, 12 Inverter, 14 Battery, 16 Temperature sensor, 20EV-ECU, 202 Torque command calculation part, 204 Current command calculation part, 206 Current control part, 208 PWM modulation part, 210 Carrier signal generation part, 212 Temperature protection control part , 214 Lock determination unit, 216 Frequency determination reference storage unit, 300 determination line.

Claims

A temperature protection control device for preventing overheating of a power converter including a switching element corresponding to each winding of a motor,
Whether or not to reduce the switching frequency of the switching element from the normal frequency to the protection frequency for protecting the switching element under any combination of the command value related to motor control and the temperature of the switching element when the motor is locked A determination criterion storage means for storing the determination criterion;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the switching element;
Lock determination means for determining whether or not the motor is locked;
When the determination of being locked is established, the switching frequency is changed from the normal frequency to the protection frequency with reference to the determination criterion based on the command value related to motor control at that time and the temperature detected by the temperature detecting means. A frequency control means for determining whether or not to reduce, and for controlling the switching frequency of the switching element according to the determination result;
Have a, wherein the criterion memory means, as the temperature of the switching element becomes high, the said criteria the command value of the switching frequency at the boundary of switching to the protection frequency from the normal frequency determined to be lower Is stored , a temperature protection control device for a power converter.

A temperature protection control device for preventing overheating of a power converter including a switching element corresponding to each winding of a motor,
The criterion for determining whether the switching frequency of the switching element when the motor is locked is the normal frequency or the protection frequency for protecting the switching element is based on the command value related to the motor control at that time and the temperature of the switching element. A criterion storage means stored as a criterion for the combination;
When a motor lock is detected, a command value related to motor control at that time and the temperature of the power converter are obtained, a frequency corresponding to the combination is determined based on the determination criterion, and a switching frequency of the switching element is determined. Frequency control means for setting the frequency;
Have a, wherein the criterion memory means, as the temperature of the switching element becomes high, the said criteria the command value of the switching frequency at the boundary of switching to the protection frequency from the normal frequency determined to be lower Is stored , a temperature protection control device for a power converter.

In a vehicle in which wheels are driven by a motor, a temperature protection control device for preventing overheating of a power converter including a switching element corresponding to each winding of the motor,
The criterion for determining whether the switching frequency of the switching element when the wheel is locked is either the normal frequency or the protection frequency for protecting the switching element is used as a reference for the combination of the command value related to motor control and the temperature of the switching element at that time. Stored judgment criterion storage means;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the switching element;
Means for detecting wheel locks;
When the lock of the wheel is detected, the frequency corresponding to the combination of the command value related to the motor control at that time and the temperature detected by the temperature detecting means is determined based on the determination criterion, and the switching frequency of the switching element is determined as the frequency. Frequency control means to be set to
Have a, wherein the criterion memory means, as the temperature of the switching element becomes high, the said criteria the command value of the switching frequency at the boundary of switching to the protection frequency from the normal frequency determined to be lower Is stored , a temperature protection control device for a power converter.

A temperature protection control device for preventing overheating of a power converter including a switching element corresponding to each winding of a motor,
Whether or not to reduce the switching frequency of the switching element from the normal frequency to the protection frequency for protecting the switching element under any combination of the command value related to motor control and the temperature of the switching element when the motor is locked A determination criterion storage means for storing the determination criterion;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the switching element;
Lock determination means for determining whether or not the motor is locked;
When the determination of being locked is established, the switching frequency is changed from the normal frequency to the protection frequency with reference to the determination criterion based on the command value related to motor control at that time and the temperature detected by the temperature detecting means. A frequency control means for determining whether or not to reduce, and for controlling the switching frequency of the switching element according to the determination result;
A temperature protection control device for a power converter , wherein the determination criterion storage means stores the determination criterion as a function of a temperature of the switching element and a torque command value for the motor .

A temperature protection control device for preventing overheating of a power converter including a switching element corresponding to each winding of a motor,
The criterion for determining whether the switching frequency of the switching element when the motor is locked is the normal frequency or the protection frequency for protecting the switching element is based on the command value related to the motor control at that time and the temperature of the switching element. A criterion storage means stored as a criterion for the combination;
When a motor lock is detected, a command value related to motor control at that time and the temperature of the power converter are obtained, a frequency corresponding to the combination is determined based on the determination criterion, and a switching frequency of the switching element is determined. Frequency control means for setting the frequency;
A temperature protection control device for a power converter , wherein the determination criterion storage means stores the determination criterion as a function of a temperature of the switching element and a torque command value for the motor .

In a vehicle in which wheels are driven by a motor, a temperature protection control device for preventing overheating of a power converter including a switching element corresponding to each winding of the motor,
A criterion for determining whether the switching frequency of the switching element at the time of wheel lock is a normal frequency or a protection frequency for protecting the switching element is used as a reference for the combination of the command value related to motor control and the temperature of the switching element at that time. Stored judgment criterion storage means;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the switching element;
Means for detecting wheel locks;
When the lock of the wheel is detected, the frequency corresponding to the combination of the command value related to the motor control at that time and the temperature detected by the temperature detecting means is determined based on the determination criterion, and the switching frequency of the switching element is determined as the frequency. Frequency control means to be set to
A temperature protection control device for a power converter, wherein the determination criterion storage means stores the determination criterion as a function of a temperature of the switching element and a torque command value for the motor.