JP3732416B2 - 電気車用制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気車用制御装置に係り、特に、電動機のストール時にバッテリの浪費を減らすように構成された電気車用制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車、フォークリフト等の電気車は、電気車用制御装置からの信号に基づき、バッテリからの電力を制御して電動機を回転させて駆動されるものであり、この電動機を制御する従来の電気車用制御装置は、通常の内燃機関を備えた自動車と同様の操作感を得る為、アクセル操作量の増減に従って発生するトルクが変化するように、前記電動機に流す電流値を増減させる制御を行って加減速させる制御機構が用いられている。
【０００３】
ここで、電動機に電流が流れたままで回らない状態である、いわゆるストール状態になると、電動機等の温度が上昇して故障の原因となることから、前記ストールの防止、若しくはストール状態の検出に応じて電動機への電力を低下させ、電動機及び駆動回路に含まれる電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の温度上昇による損傷の防止、又はストール防止動作に対する不具合の是正を図る電気車用制御装置の技術が各種提案されている（例えば、特開平５−１６８２８５号公報、特開平７−３３６８０７号公報、特開平８−５１７９３号公報、特開平９−２０１０８７号公報、特開２０００−２６４２３２号公報等参照）。
【０００４】
また、他の従来技術としては、前記電気車は前記バッテリの電力に基づくものであることから、該バッテリの消費が特に問題になり、これを解決すべく発信時のアクセル踏み込みによる加速性能を鈍くすることによってバッテリの再充電時期の到来をドライバに体感させる電気車用制御装置の技術が提案されている（例えば、特開平９−１９１５０６号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記電気車に対する市場ニーズとしては、ストールの防止、システムの低コスト化及びコンパクト化のほか、バッテリの一充電走行距離の延長、並びにストールが生じても最大出力の継続可能時間の延長を図ること等がある。
【０００６】
ここで、例えば、前記電気車が溝等に填まっている場合等、前記電気車は停止状態であるにもかかわらず、運転者が前記電気車に運転を指示しているときには前記バッテリが浪費してしまう。それは、前記電動機がストール状態にある場合において、アクセル操作量の大きい状態が長時間に亘って継続されると、車が走行しないのにもかかわらず、前記電動機には大きな電流が長時間継続して流れるからである。
【０００７】
すなわち、本発明者は、通常状態の場合には、アクセル操作量と車両の状態に基づいて電動機に流す電流の値を設定し、その設定値を最大電流制限値以下の値に補正して最終的な電流指令値とするのに対し、前記電動機のストール状態が検出されていて一定値以上のアクセル操作量が継続される場合には、前記最大電流制限値を少なくとも一度引き下げる。つまり、前記電動機のストール状態においてアクセル操作量の大きい状態が長時間継続されるときには、通常とは異なり、前記電動機に流れる電流値を一時的に抑えてバッテリの浪費を防ぐ必要があるとの新たな知見を得ている。
【０００８】
しかし、前記従来技術は、ストールの防止、又は電動機等の故障の防止を図ること等を目的としており、前記バッテリの電力消費を低減させる点については、いずれも格別な配慮がなされていない。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電動機がストール状態においてアクセル操作量の大きい状態が長時間継続される場合でも、バッテリの浪費を抑えることができる電気車用制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明の電気車用制御装置は、基本的には、バッテリと、該バッテリによって駆動される交流電動機と、該交流電動機を制御するインバータとを有する電気車用制御装置であって、該制御装置は、前記電動機のストール状態検出手段と、該ストール状態検出手段の出力信号に基づいて前記電動機に流れる電流値をストール時の電流上限値に設定するストール時の電流上限値設定手段と、ストールの検出時には、前記電動機に流れる電流値を抑えて前記バッテリの電力消費を低減させる最終的な電流指令値算出手段と、を有し、
前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態において前記インバータ内のスイッチング素子の温度が一定値以上となった場合には、前記電流上限値を少なくとも一度引き下げる設定をすることを特徴としている。
【００１０】
前述の如く構成された本発明に係る電気車用制御装置は、ストール状態検出手段がストール状態であることを検出した場合には、ストール時の電流上限値設定手段が、前記電動機に流れる電流値を抑えて前記バッテリの電力消費を低減させるので、例えば、電動機がストール状態であってアクセルの操作量が大きい場合でも、バッテリから流出される電流量を任意の値以下に制限してバッテリの消費を抑えることができ、電気車の一充電走行距離の延長、ストール時における最大出力の継続可能時間の延長等を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の電気車用制御装置における他の具体的な態様は、前記ストール時の電流上限値設定手段は、前記スイッチング素子の温度が一定値以上となった場合には前記電流上限値を引き下げる設定をし、前記スイッチング素子の温度が一定値以下となった場合には前記電流上限値を引き上げる設定をすること、又は前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態において前記電動機の温度が一定値以上となった場合には、前記電流上限値を少なくとも一度引き下げる設定をすること、若しくは前記ストール時の電流上限値設定手段は、前記電動機の温度が一定値以上となった場合には前記電流上限値を引き下げる設定をし、前記電動機の温度が一定値以下となった場合には前記電流上限値を引き上げる設定をすること、又は前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態が一定時間継続した場合には、前記電流上限値を少なくとも一度引き下げる設定をすること、若しくは前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態が一定時間継続した場合には前記電流上限値を引き下げる設定をし、以後一定時間毎に前記電流上限値を引き上げ、引き下げを繰り返す設定をすることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係る電気車用制御装置の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本実施形態の電気用制御装置７を有する電気車の回路構成図である。該回路は、バッテリ１、システムを起動する為のキースイッチ３、このキースイッチ３の状態を前記電気用制御装置（マイコン）７に入力する為の入力回路３ａ、ヒューズ４、インバータ１２用の駆動電源を開閉する為のコンタクタ５、このコンタクタ５の駆動回路５ａ、マイコン７電源用の定電圧回路６、マイコン７、アクセル８、このアクセル８の操作量をマイコン７に入力する為の入力回路８ａ、誘導電動機１５の回転方向の指令を出す前後進スイッチ９、この前後進スイッチ９からの信号をマイコン７に入力する為の入力回路９ａ、誘導電動機１５を駆動するインバータ１２、このインバータ１２内のスイッチング素子であるＭＯＳ−ＦＥＴ１０、このＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度を検出する温度センサ１１、この温度センサ１１からの信号をマイコン７に入力する為の入力回路１１ａ、誘導電動機１５の界磁電流を検出する電流センサ１３、この電流センサ１３からの信号をマイコン７に入力する為の入力回路１３ａ、誘導電動機１５の温度を検出する温度センサ１４、この温度センサ１４からの信号をマイコン７に入力する為の入力回路１４ａ、３相交流誘導電動機１５、この誘導電動機１５に接続された回転角検出器であるレゾルバ１６、このレゾルバ１６からの信号をマイコン７に入力する為の入力回路１６ａから構成されている。
【００１６】
図２は、前記電気用制御装置であるマイコン７の処理内容構成を示したブロック図である。尚、マイコン７は起動直後の一度だけ初期処理を実行し、マイコン７の初期状態などを定義するが、図２のブロック図ではマイコン７の初期処理が終了した後を図示している。
【００１７】
該マイコン７は、入力処理手段２０と、電流指令算出手段２１と、ストール検出処理手段２２と、ストール時の電流上限値設定手段２３と、他の電流上限値設定手段２４と、最終指令値算出手段２５と、インバータ１２への駆動信号発信手段２６とからなり、キースイッチ３及びその入力回路３ａによる信号ＫＥＹが投入状態である間は動作し、電動機１５の制御を行う。
【００１８】
入力処理手段２０は、アクセル入力回路８ａからのアクセル操作量（検出値）ＡＣＣ、前後スイッチ入力回路９ａからの前後進方向指令ＦＲ、ＭＯＳ−ＦＥＴ温度センサ入力回路１１ａからのＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ、誘導電動機温度センサ入力回路１４ａからの電動機１５の温度ＭＴＭＰ、誘導電動機電流センサ入力回路１３ａからの電動機１５の界磁電流信号ＣＤがそれぞれ入力される。このときレゾルバ入力回路１６ａからの回転角度ＡＮＧＬＥも入力されるが、この回転角度ＡＮＧＬＥは微分されて電動機１５の回転速度ＳＰＤとして扱われる。
【００１９】
そして、ストール検出処理手段２２は、アクセル操作量ＡＣＣと、電動機１５の回転速度ＳＰＤと、前後進方向指令ＦＲと、電動機１５の界磁電流信号ＣＤとに基づいて後述するフラグＳＴＯＯＬを設定し、ストール時の電流上限値設定手段２３に出力する。
【００２０】
ストール時の電流上限値設定手段２３は、フラグＳＴＯＯＬと、ＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ又は電動機１５の温度ＭＴＭＰとに基づいて、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴが算出され、最終指令値算出手段２５に出力する。なお、ストール時の電流上限値設定手段２３は、後述するように、一般的な電流制御指令に対して機械に入る電流値とは別に、ストール時にはスイッチング素子等の電流容量の小さい値に決められ、これをストール時の制限値として設定し、バッテリ１の浪費防止を図るものである。
【００２１】
一方、電流指令算出手段２１は、アクセル操作量ＡＣＣや電動機１５の回転速度ＳＰＤなどから理想値である電流指令値ＩＭＴが算出され、最終指令値算出手段２５に出力する。
他の電流上限値設定手段２４は、ストール以外の理由による他の様々な要因から電流値に制限を設ける必要がある場合に第ｎの電流制限値ＬＭＴｎを算出し、これも最終指令値算出手段２５に出力する。ここで、ｎとしたのはこの種の制限値が複数存在し得ることを表している。
【００２２】
そして、最終指令値算出手段２５は、電流指令算出手段２１による理想値である電流指令値ＩＭＴと、ストール時の電流上限値設定手段２３による第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴと、他の電流上限値設定手段２４による第ｎの電流制限値ＬＭＴｎとに基づいて後述する最終的な電流指令値ＩＭＴ２が算出されてインバータ１２への駆動信号発信手段２６に出力し、該駆動信号発信手段２６は、最終的な電流指令値ＩＭＴ２が電動機１５に流れるようにインバータ１２の駆動信号を発信する。この駆動信号は、インバータ１２内のＭＯＳ−ＦＥＴ１０に印加され、電動機１５が駆動される。
【００２３】
図３は、前記電気用制御装置であるマイコン７の動作フローチャートである。先ず、キースイッチ３を投入すると、定電圧回路６が動作し、マイコン７に電力が供給されて起動する。
ステップ１０１では、入力処理手段２０にて初期処理が実行され、マイコン７の初期設定などの処理を行い、駆動回路５ａに信号を送ってコンタクタ５を閉じ、インバータ１２に電力を供給してステップ１０２に進む。
【００２４】
ステップ１０２では、入力処理手段２０にて入力処理が実行され、キースイッチ入力回路３ａを通して得られるキースイッチ検出値ＫＥＹと、電流センサ入力回路１３ａを通して得られる界磁電流信号ＣＤと、アクセル入力回路８ａを通して得られるアクセル検出値ＡＣＣと、前後進スイッチ入力回路９ａを通して得られる前後進行方向指令ＦＲと、回転検出器であるレゾルバ１６の入力回路１６ａを通して得られる誘導電動機１５の回転角度ＡＮＧＬＥとを取り込み、ステップ１０３に進む。このとき、回転角度ＡＮＧＬＥを微分して回転速度ＳＰＤを求めておく。
【００２５】
ステップ１０３でも、入力処理手段２０にて入力処理が実行され、電動機温度センサ入力回路１４ａを通して得られる電動機１５の温度ＭＴＭＰと、ＭＯＳ−ＦＥＴ温度センサ入力回路１１ａを通して得られるＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰとを取り込み、ステップ１０４に進む。
【００２６】
ステップ１０４では、ストール検出処理手段２２にて、後述するようにストール検出処理が実行され、電動機１５がストール状態である場合にはフラグＳＴＯＯＬ＝１とし、そうでない場合はフラグＳＴＯＯＬ＝０としてステップ１０５に進む。
【００２７】
ステップ１０５では、ストール時の電流上限値設定手段２３にて、後述するように電動機１５がストール状態である場合の界磁電流に対する制限値として第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴを算出し、ステップ１０６に進む。
ステップ１０６では、他の電流上限値設定手段２４にて、後述するように第ｎの電流制限値ＬＭＴｎを設定し、ステップ１０７に進む。
【００２８】
ステップ１０７では、最終指令値算出手段２５にて、電流指令算出手段２１、ストール時の電流上限値設定手段２３、及び他の電流上限値設定手段からの各信号に基づいて後述するように最終的な電流指令値ＩＭＴ２を設定し、ステップ１０８に進む。
ステップ１０８では、インバータ１２への駆動信号発信手段２６にて、界磁電流信号ＣＤが電流指令値ＩＭＴ２に従って流れるように、前記インバータ１２に駆動信号を出力してステップ１０９に進む。
【００２９】
ステップ１０９では、前記キースイッチ３が投入状態であるか否かを判定し、キースイッチ３が投入されている場合、すなわちＹＥＳのときには、前記ステップ１０２〜１０８を繰り返し実行する。一方、キースイッチ３が投入されていないときには、マイコン７を停止させて一連の動作を終了する。
【００３０】
図４は、ストール検出処理手段２２によるストール検出の動作フローチャートである。
ストール検出処理手段２２のステップ１０４（図３）では、ストール検出処理として、先ずステップ２０１で後述する逆転検出処理が実行され、電動機１５が逆回転している場合にはフラグＩＮＶ＝１とし、そうでない場合にはＩＮＶ＝０としてステップ２０２に進む。
【００３１】
ステップ２０２では、アクセル操作量ＡＣＣを参照し、該アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上であるか否かを判定し、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上である場合にはステップ２０３に進み、そうでない場合にはステップ２０９に進んでＳＬＯＰＥ＝０にする。ここで、前記所定値ＡＣＭＡＸは、例えばアクセル８の最大操作量とする。
【００３２】
ステップ２０３では、坂道の傾きを示すフラグＳＬＯＰＥ（初期値は０とする）を参照し、フラグＳＬＯＰＥ＝０になっているか否かを判定し、傾きがない、すなわちフラグＳＬＯＰＥ＝０である場合にはステップ２０４に進み、傾きがある場合にはステップ２０８に進む。
ステップ２０４では回転速度ＳＰＤを参照し、回転速度ＳＰＤ＝０であるか否かを判定し、回転速度ＳＰＤ＝０である場合にはステップ２１２に進み、回転速度ＳＰＤ＝０でない場合には、ステップ２０５に進む。
【００３３】
ステップ２０５では、回転速度ＳＰＤの方向ＩＮＶを参照し、回転方向が正であるか否かを判定し、回転方向が正、つまりＩＮＶ＝０である場合にはステップ２０７に進み、回転方向が負、つまりＩＮＶ＝１である場合にはステップ２０８に進む。
また、ステップ２１２では、界磁電流信号ＣＤを参照し、界磁電流信号ＣＤ＞０であるか否かを判定し、界磁電流信号ＣＤ＞０である場合にはステップ２０６に進み、そうでない場合にはステップ２０７に進む。
【００３４】
そして、ステップ２０６では、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上、坂道による傾きがない、すなわちフラグＳＬＯＰＥ＝０、回転速度ＳＰＤ＝０、界磁電流信号ＣＤ＞０であるので、傾きのフラグＳＬＯＰＥ＝０としてステップ２１０に進んでストール状態であるフラグＳＴＯＯＬ＝１としてストール状態を検出し、ステップ１０４の動作を終了してステップ１０５（図３）に進む。
【００３５】
ステップ２０７では、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上、フラグＳＬＯＰＥ＝０であるが、回転速度ＳＰＤ＝０ではなく、方向が正ＩＮＶ＝０であるのでフラグＳＬＯＰＥ＝０としてステップ２１１に進む。また、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上、フラグＳＬＯＰＥ＝０、回転速度ＳＰＤ＝０であるが、界磁電流信号ＣＤ＞０ではないので、フラグＳＬＯＰＥ＝０としてステップ２１１に進む。さらに、ステップ２０９でも、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以下であるのでフラグＳＬＯＰＥ＝０としてステップ２１１に進む。
【００３６】
ステップ２０８では、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上であるが、ＳＬＯＰＥ＝０ではなく、傾きがあるので出力を押さえさせないようにするべくフラグＳＬＯＰＥ＝１としてステップ２１１に進む。また、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上、フラグＳＬＯＰＥ＝０であるが、回転速度ＳＰＤ＝０ではなく、回転方向が負ＩＮＶ＝１であるのでフラグＳＬＯＰＥ＝１としてステップ２１１に進む。
【００３７】
そして、ステップ２１１では、ストール状態ではないことを検出し、フラグＳＴＯＯＬ＝０としてステップ１０４の動作を終了してステップ１０５（図３）に進む。
尚、図４の分岐ステップ２０４において、電動機１５が完全なストール状態でない場合、または機械のガタなどにより少々回転するような場合は、分岐ステップ２０４の条件を｜ＳＰＤ｜＜ＳＰＤＬと設定しても良く、このＳＰＤＬは、例えば秒速10ｃｍ相当の値とする。
【００３８】
また、電動機１５の回転角度ＡＮＧＬＥを利用して、｜ＳＰＤ｜＜ＳＰＤＬであり、かつ、｜ＳＰＤ｜＜ＳＰＤＬとなった以降の回転角の変位が微小範囲内である場合には、ステップ２０６及びステップ２１０を実行するようにしておき、そうでない場合には、ステップ２０５を実行するようにしてもよい。この場合、坂道等でゆっくり後退している場合には回転角の変位量は増えつづけるので、登坂状態であることをより厳密に検出することができる。
さらに、分岐ステップ２１２において、ストール時の電流値の大きさが分かっている場合は、界磁電流信号ＣＤ≧ＣＤＳＴとしてもよい。ここで、ＣＤＳＴはストール時に流れる電流値である。
【００３９】
図５は、ストール検出処理手段２２による逆転検出の動作フローチャートである。
ストール検出処理手段２２のステップ２０１（図４）では、逆転検出処理として、先ずステップ３０１で前後進行方向指令ＦＲを参照し、ＦＲ＝Ｆ（前進方向の回転）であるか否かを判定し、ＦＲ＝Ｆである場合には、ステップ３０３に進み、そうでない場合にはステップ３０２に進む。
ステップ３０２でも、前後進行方向指令ＦＲを参照し、ＦＲ＝Ｒ（後進方向の回転）であるか否かを判定し、ＦＲ＝Ｒである場合には、ステップ３０４に進み、そうでない場合にはステップ３０８に進む。
【００４０】
ステップ３０４では回転速度ＳＰＤを参照し、回転速度ＳＰＤが正であるか否かを判定し、回転速度ＳＰＤが正である場合には、ステップ３０６に進み、そうでない場合にはステップ３０７に進む。また、ステップ３０３でも、回転速度ＳＰＤが正であるか否かを判定し、回転速度ＳＰＤが正である場合には、ステップ３０５に進み、そうでない場合にはステップ３０６に進む。
【００４１】
そして、ステップ３０５では、ＦＲ＝Ｆ、回転速度ＳＰＤが正であり、ステップ３０７では、ＦＲ＝Ｒ、回転速度ＳＰＤが正であり、ステップ３０８では、ＦＲ＝Ｒではないので、逆転検出フラグＩＮＶ＝０としてステップ２０１の動作を終了し、ステップ２０２（図４）に進む。
【００４２】
一方、ステップ３０６では、ＦＲ＝Ｆであるが、回転速度ＳＰＤが正ではないので、逆転検出フラグＩＮＶ＝１とし、また、ＦＲ＝Ｒ、回転速度ＳＰＤが正であるので、逆転検出フラグＩＮＶ＝１としてステップ２０１の動作を終了し、ステップ２０２（図４）に進む。
【００４３】
図６は、ストール時の電流上限値設定手段２３による第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴ設定の動作フローチャートである。
ストール時の電流上限値設定手段２３のステップ１０５（図３）では、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの設定として、先ずステップ４０１でストール状態を示すフラグＳＴＯＯＬ＝１であるか否かを判定し、フラグＳＴＯＯＬ＝１である場合、すなわちＹＥＳのときにはステップ４０２に進み、後述するように、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴとして連続定格電流ＩＳＴＤ又はそれ以下に設定し、ステップ１０５の動作を終了してステップ１０６（図３）に進む。
【００４４】
一方、フラグＳＴＯＯＬ＝１ではないには、ステップ４０３に進み、通常の状態であることから、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴとして所定値ＩＭＡＸを設定し、ステップ１０５の動作を終了してステップ１０６（図３）に進む。ここで、前記所定値ＩＭＡＸは、例えば電動機１５またはＭＯＳ−ＦＥＴ１０に流すことが出来る最大の電流値のうち、いずれか小さい方の値である。またはこれ以下の値でもよい。
【００４５】
図７は、ストール時の電流上限値設定手段２３による第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの設定のタイミングチャートである。
ステップ４０２（図６）における電動機１５がストール状態である場合の界磁電流に対する制限値として第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの値は、以下の時系列グラフに示すように設定される。
【００４６】
図において上段のグラフ（１） は、アクセル操作量ＡＣＣの時間変化を表しており、これは、ある時点ｔ１でアクセル操作量ＡＣＣがＡＣＭＡＸまで踏み込まれ、ｔ２においてその踏み込みが緩められたことを示している。
次のグラフ（２）は、前記時点ｔ１にて前記ストール判定条件を満たしてフラグＳＴＯＯＬ＝１となり、前記時点ｔ２にて前記ストール条件を満たさなくなってフラグＳＴＯＯＬ＝０となったことを示している。
【００４７】
そして、次の下段の二つのグラフのうち、グラフ（３）は、電動機１５の温度ＭＴＭＰ（又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ）の時間変化を、グラフ（４）は、その時間変化に対する第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの設定値について示している。
【００４８】
通常の状態においては、上記の如く第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴ＝ＩＭＡＸであるのに対し、ストール状態を示すフラグＳＴＯＯＬ＝１の状態であって、アクセル操作量ＡＣＣがＡＣＭＡＸまで達したｔ３、ｔ５、ｔ７の各時点においては、電動機１５の温度ＭＴＭＰ≧所定値ＭＴＭＡＸ（又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ≧所定値ＴＴＭＡＸ）となったことから、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴを所定値ＩＳＴＤ以下の値（例えば、ＩＳＴＤの90％）まで引き下げて設定する。ここで、前記所定値ＩＳＴＤは、例えば電動機１５又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の連続定格電流のうちいずれか小さい方の値であり、また、前記所定値ＭＴＭＡＸは、例えば電動機１５の熱耐量の90％であり、前記所定値ＴＴＭＡＸは、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ１０の熱耐量の90％とする。
【００４９】
一方、ｔ４、ｔ６の各時点においては、電動機１５の温度ＭＴＭＰ≦所定値ＭＴＳＴＤ（又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ≦所定値ＴＴＳＴＤ）となったことから、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴを前記所定値ＩＳＴＤから第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴ＝ＩＭＡＸまで再び引き上げて設定をする。ここで、前記所定値ＭＴＳＴＤは、例えば電動機１５に連続定格電流を流したときの定常温度、前記所定値ＴＴＳＴＤは、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ１０に連続定格電流を流したときの定常温度とする。
【００５０】
このように、ストール状態になった場合には、電動機１５及びＭＯＳ−ＦＥＴ１０の熱耐量の範囲内において、最大出力の状態ＩＭＡＸと制限された状態ＩＳＴＤとを繰り返し、前記電動機１５に流れる電流値を抑えて前記バッテリ１の電力消費を低減させることができ、電気車がストール状態から脱した直後にも最大出力が出せる状態を一層長く保つことができる。
【００５１】
また、最大出力の状態ＩＭＡＸと制限された状態ＩＳＴＤを繰り返すことにより、電流が大きく脈動されて電動機１５から警告音が発生するので、脱出不能のストール状態であることを運転者に告知することもできる。
なお、前記制限された状態として、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴ＝０にまで引き下げてもよく、この場合にも、電動機１５から大きな警告音が発生され、運転者にストール状態を告知することができる。
【００５２】
また、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの値を変化させるきっかけは、上記のように電動機１５等の温度変化ではなく、例えば、ストール状態となってから３分後に第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの値を引き下げ、以降１分毎に引き上げ、引き下げを繰り返すといったようにある一定の時間として定めてもよい。
【００５３】
図８は、他の電流上限値設定手段２４による他の制限値ＬＭＴｎの設定を示したものであり、この制限処理には、例えば、電動機１５やＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度保護を目的とした制限処理がある。
図に示すように、電動機１５の温度ＭＴＭＰ≦ＭＴＭＡＸである場合（又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ≦ＴＴＭＡＸである場合）には、他の制限値ＬＭＴｎ＝前記所定値ＩＭＡＸと設定してステップ１０６（図１）を行い、電動機１５の温度ＭＴＭＰ＞ＭＴＭＡＸとなった場合（又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ＞ＴＴＭＡＸとなった場合）には、他の制限値ＬＭＴｎを所定値ＩＳＴＤ以下の値（例えばＩＳＴＤの50％にあたる値）と設定してステップ１０６（図１）を行うことを意味している。
【００５４】
図９は、最終指令値算出手段２５による最終的な電流制限値ＩＭＴ２の設定の動作フローチャートである。
ステップ５０１では、前記第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴ〜第ｎの最大電流制限値ＬＭＴｎの中の最小の値を、最終的な最大電流制限値処理１〜ｎ設定値の中の最小の値を最終的な電流制限値ＬＭＴとして設定してステップ５０２に進む。
ステップ５０２では、電流指令算出手段２１で算出される電流指令値ＩＭＴを参照し、ＩＭＴ＞ＬＭＴであるか否かを判定し、ＩＭＴ＞ＬＭＴである場合にはステップ５０３に進み、そうでない場合にはステップ５０４に進む。
【００５５】
ステップ５０３では、ＩＭＴ＞ＬＭＴであり、電流指令値ＩＭＴの方が大きいことから、最終的な電流指令値であるＩＭＴ２＝最終的な電流制限値ＬＭＴとしてステップ１０７（図３）を終了する。一方、ステップ５０４では、電流指令値ＩＭＴの方が小さいことから、最終的な電流指令値であるＩＭＴ２＝電流指令算出手段２１で算出される電流指令値ＩＭＴとしてステップ１０７（図３）を終了する。
以上のように、本発明の実施形態は、上記の構成としたことによって次の機能を奏するものである。
【００５６】
すなわち、本実施形態の電気車用制御装置７は、電動機１５のストール状態検出処理手段２２が、ストール状態を検出した場合には、電動機１５に流れる電流値をストール時の電流上限値設定手段２３が、電動機１５及びＭＯＳ−ＦＥＴ１０の熱耐量の範囲内において、最大出力の状態ＩＭＡＸと制限された状態ＩＳＴＤとを繰り返す設定を行うことにより、電動機がストール状態においてアクセルが操作されると、その間は電力が消費され続けるのに対し、引き上げ及び引き下げを行うことによって、前記操作における消費電力を低減させてバッテリの浪費を抑えることができ、電気車の一充電走行距離の延長、ストール時における最大出力の継続可能時間の延長等を達成して市場のニーズに確実に対応させることができる。つまり、バッテリの消費を抑えるには、電流の大きさを抑える方法と、その流出時間を短くする方法が考えられるが、本実施形態は、前記上限値の引き上げる設定及び引き下げる設定を繰り返すことにより、前記方法を上手く組み合わせている。
【００５７】
また、本実施形態の構成により、放熱させる為のシステムの長大化を抑えることができ、コストアップせずに小型化を図ることができる。なお、電動機やインバータ内のスイッチング素子の温度上昇も抑制され、温度耐量を上げる必要もなくすことができる。
以上、本発明の一実施形態について記述したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求項の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で設計において種種の変更ができるものである。
【００５８】
例えば、本実施形態のストール時の電流上限値設定手段２３のステップ４０２では、電動機１５のストール状態である場合の界磁電流に対する制限値として第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴが最大出力の状態ＩＭＡＸと制限された状態ＩＳＴＤを繰り返えされているが、電流値を再度引き上げる必要がない場合は、図１０のグラフ（２）のように、電動機温度ＭＴＭＰ（又はＭＯＳ−ＦＥＴ温度ＴＴＭＰ）がＭＴＭＡＸ（又はＴＴＭＡＸ）に達したときには、グラフ（３）のように、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴをＩＳＴＤまで引き下げ、その後フラグＳＴＯＯＬ＝１である間は、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの値を変化させないようにしてもよい。そして、このとき引き下げた後の第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの値はＩＳＴＤ以下の値（例えばＩＳＴＤの90％の値）としてもよいものである。
【００５９】
また、本実施形態では、誘導電動機１５の界磁電流の上限値を求めてきたが、ベクトル制御におけるトルク電流値の上限を定める方法として利用してもよい。この場合、励磁電流の存在も考慮する必要がある。
さらに、前記誘導電動機１５が同期電動機である場合も同様に界磁電流の上限値を求める方法として利用してもよい。
さらにまた、前記誘導電動機１５が直流電動機である場合にも同様に利用してもよい。この場合、前記界磁電流が電機子電流である場合にも同様に利用してもよく、この場合にも前記と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の電気車用制御装置は、電動機がストール状態にあり、アクセル操作量が大きい状態が長時間継続した場合でも、バッテリが無駄に消費されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の電気用制御装置を有する電気車の回路構成図。
【図２】図１の電気用制御装置の処理内容構成を示したブロック図。
【図３】図１の電気用制御装置の動作フローチャート。
【図４】図２のストール検出処理手段によるストール検出の動作フローチャート。
【図５】図２のストール検出処理手段による逆転検出の動作フローチャート。
【図６】図２のストール時の電流上限値設定手段による第１の最大電流制限値設定の動作フローチャート。
【図７】図２のストール時の電流上限値設定手段による第１の最大電流制限値設定のタイミングチャート。
【図８】図２の他の電流上限値設定手段による他の制限値の設定を示した図。
【図９】図２の最終指令値算出手段による最終的な電流制限値の設定の動作フローチャート。
【図１０】他の実施形態の電気用制御装置におけるストール時の電流上限値設定手段による第１の最大電流制限値設定のタイミングチャート。
【符号の説明】
１ バッテリ
７ 電気車用制御装置（マイコン）
８ アクセル
９ 電動機の回転方向出力器
１０ 素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）
１１ 素子温度センサ
１２ 電動機を制御する手段（インバータ）
１３ 電動機電流センサ
１４ 電動機温度センサ
１５ 電動機
１６ 電動機回転角度検出器
２０ 入力処理手段
２１ 電流指令算出手段
２２ ストール状態検出手段
２３ ストール時の電流上限値設定手段
２４ 他の上限値設定手段
２５ 最終的な電流指令値算出手段
２６ インバータの駆動信号の発信手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気車用制御装置に係り、特に、電動機のストール時にバッテリの浪費を減らすように構成された電気車用制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車、フォークリフト等の電気車は、電気車用制御装置からの信号に基づき、バッテリからの電力を制御して電動機を回転させて駆動されるものであり、この電動機を制御する従来の電気車用制御装置は、通常の内燃機関を備えた自動車と同様の操作感を得る為、アクセル操作量の増減に従って発生するトルクが変化するように、前記電動機に流す電流値を増減させる制御を行って加減速させる制御機構が用いられている。
【０００３】
ここで、電動機に電流が流れたままで回らない状態である、いわゆるストール状態になると、電動機等の温度が上昇して故障の原因となることから、前記ストールの防止、若しくはストール状態の検出に応じて電動機への電力を低下させ、電動機及び駆動回路に含まれる電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の温度上昇による損傷の防止、又はストール防止動作に対する不具合の是正を図る電気車用制御装置の技術が各種提案されている（例えば、特開平５−１６８２８５号公報、特開平７−３３６８０７号公報、特開平８−５１７９３号公報、特開平９−２０１０８７号公報、特開２０００−２６４２３２号公報等参照）。
【０００４】
また、他の従来技術としては、前記電気車は前記バッテリの電力に基づくものであることから、該バッテリの消費が特に問題になり、これを解決すべく発信時のアクセル踏み込みによる加速性能を鈍くすることによってバッテリの再充電時期の到来をドライバに体感させる電気車用制御装置の技術が提案されている（例えば、特開平９−１９１５０６号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記電気車に対する市場ニーズとしては、ストールの防止、システムの低コスト化及びコンパクト化のほか、バッテリの一充電走行距離の延長、並びにストールが生じても最大出力の継続可能時間の延長を図ること等がある。
【０００６】
ここで、例えば、前記電気車が溝等に填まっている場合等、前記電気車は停止状態であるにもかかわらず、運転者が前記電気車に運転を指示しているときには前記バッテリが浪費してしまう。それは、前記電動機がストール状態にある場合において、アクセル操作量の大きい状態が長時間に亘って継続されると、車が走行しないのにもかかわらず、前記電動機には大きな電流が長時間継続して流れるからである。
【０００７】
すなわち、本発明者は、通常状態の場合には、アクセル操作量と車両の状態に基づいて電動機に流す電流の値を設定し、その設定値を最大電流制限値以下の値に補正して最終的な電流指令値とするのに対し、前記電動機のストール状態が検出されていて一定値以上のアクセル操作量が継続される場合には、前記最大電流制限値を少なくとも一度引き下げる。つまり、前記電動機のストール状態においてアクセル操作量の大きい状態が長時間継続されるときには、通常とは異なり、前記電動機に流れる電流値を一時的に抑えてバッテリの浪費を防ぐ必要があるとの新たな知見を得ている。
【０００８】
しかし、前記従来技術は、ストールの防止、又は電動機等の故障の防止を図ること等を目的としており、前記バッテリの電力消費を低減させる点については、いずれも格別な配慮がなされていない。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電動機がストール状態においてアクセル操作量の大きい状態が長時間継続される場合でも、バッテリの浪費を抑えることができる電気車用制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明の電気車用制御装置は、基本的には、バッテリと、該バッテリによって駆動される交流電動機と、該交流電動機を制御するインバータとを有する電気車用制御装置であって、該制御装置は、前記電動機のストール状態検出手段と、該ストール状態検出手段の出力信号に基づいて前記電動機に流れる電流値をストール時の電流上限値に設定するストール時の電流上限値設定手段と、ストールの検出時には、前記電動機に流れる電流値を抑えて前記バッテリの電力消費を低減させる最終的な電流指令値算出手段と、を有し、
前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態において前記インバータ内のスイッチング素子の温度が一定値以上となった場合には、前記電流上限値を少なくとも一度引き下げる設定をすることを特徴としている。
【００１０】
前述の如く構成された本発明に係る電気車用制御装置は、ストール状態検出手段がストール状態であることを検出した場合には、ストール時の電流上限値設定手段が、前記電動機に流れる電流値を抑えて前記バッテリの電力消費を低減させるので、例えば、電動機がストール状態であってアクセルの操作量が大きい場合でも、バッテリから流出される電流量を任意の値以下に制限してバッテリの消費を抑えることができ、電気車の一充電走行距離の延長、ストール時における最大出力の継続可能時間の延長等を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の電気車用制御装置における他の具体的な態様は、前記ストール時の電流上限値設定手段は、前記スイッチング素子の温度が一定値以上となった場合には前記電流上限値を引き下げる設定をし、前記スイッチング素子の温度が一定値以下となった場合には前記電流上限値を引き上げる設定をすること、又は前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態において前記電動機の温度が一定値以上となった場合には、前記電流上限値を少なくとも一度引き下げる設定をすること、若しくは前記ストール時の電流上限値設定手段は、前記電動機の温度が一定値以上となった場合には前記電流上限値を引き下げる設定をし、前記電動機の温度が一定値以下となった場合には前記電流上限値を引き上げる設定をすること、又は前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態が一定時間継続した場合には、前記電流上限値を少なくとも一度引き下げる設定をすること、若しくは前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態が一定時間継続した場合には前記電流上限値を引き下げる設定をし、以後一定時間毎に前記電流上限値を引き上げ、引き下げを繰り返す設定をすることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係る電気車用制御装置の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本実施形態の電気用制御装置７を有する電気車の回路構成図である。該回路は、バッテリ１、システムを起動する為のキースイッチ３、このキースイッチ３の状態を前記電気用制御装置（マイコン）７に入力する為の入力回路３ａ、ヒューズ４、インバータ１２用の駆動電源を開閉する為のコンタクタ５、このコンタクタ５の駆動回路５ａ、マイコン７電源用の定電圧回路６、マイコン７、アクセル８、このアクセル８の操作量をマイコン７に入力する為の入力回路８ａ、誘導電動機１５の回転方向の指令を出す前後進スイッチ９、この前後進スイッチ９からの信号をマイコン７に入力する為の入力回路９ａ、誘導電動機１５を駆動するインバータ１２、このインバータ１２内のスイッチング素子であるＭＯＳ−ＦＥＴ１０、このＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度を検出する温度センサ１１、この温度センサ１１からの信号をマイコン７に入力する為の入力回路１１ａ、誘導電動機１５の界磁電流を検出する電流センサ１３、この電流センサ１３からの信号をマイコン７に入力する為の入力回路１３ａ、誘導電動機１５の温度を検出する温度センサ１４、この温度センサ１４からの信号をマイコン７に入力する為の入力回路１４ａ、３相交流誘導電動機１５、この誘導電動機１５に接続された回転角検出器であるレゾルバ１６、このレゾルバ１６からの信号をマイコン７に入力する為の入力回路１６ａから構成されている。
【００１６】
図２は、前記電気用制御装置であるマイコン７の処理内容構成を示したブロック図である。尚、マイコン７は起動直後の一度だけ初期処理を実行し、マイコン７の初期状態などを定義するが、図２のブロック図ではマイコン７の初期処理が終了した後を図示している。
【００１７】
該マイコン７は、入力処理手段２０と、電流指令算出手段２１と、ストール検出処理手段２２と、ストール時の電流上限値設定手段２３と、他の電流上限値設定手段２４と、最終指令値算出手段２５と、インバータ１２への駆動信号発信手段２６とからなり、キースイッチ３及びその入力回路３ａによる信号ＫＥＹが投入状態である間は動作し、電動機１５の制御を行う。
【００１８】
入力処理手段２０は、アクセル入力回路８ａからのアクセル操作量（検出値）ＡＣＣ、前後スイッチ入力回路９ａからの前後進方向指令ＦＲ、ＭＯＳ−ＦＥＴ温度センサ入力回路１１ａからのＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ、誘導電動機温度センサ入力回路１４ａからの電動機１５の温度ＭＴＭＰ、誘導電動機電流センサ入力回路１３ａからの電動機１５の界磁電流信号ＣＤがそれぞれ入力される。このときレゾルバ入力回路１６ａからの回転角度ＡＮＧＬＥも入力されるが、この回転角度ＡＮＧＬＥは微分されて電動機１５の回転速度ＳＰＤとして扱われる。
【００１９】
そして、ストール検出処理手段２２は、アクセル操作量ＡＣＣと、電動機１５の回転速度ＳＰＤと、前後進方向指令ＦＲと、電動機１５の界磁電流信号ＣＤとに基づいて後述するフラグＳＴＯＯＬを設定し、ストール時の電流上限値設定手段２３に出力する。
【００２０】
ストール時の電流上限値設定手段２３は、フラグＳＴＯＯＬと、ＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ又は電動機１５の温度ＭＴＭＰとに基づいて、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴが算出され、最終指令値算出手段２５に出力する。なお、ストール時の電流上限値設定手段２３は、後述するように、一般的な電流制御指令に対して機械に入る電流値とは別に、ストール時にはスイッチング素子等の電流容量の小さい値に決められ、これをストール時の制限値として設定し、バッテリ１の浪費防止を図るものである。
【００２１】
一方、電流指令算出手段２１は、アクセル操作量ＡＣＣや電動機１５の回転速度ＳＰＤなどから理想値である電流指令値ＩＭＴが算出され、最終指令値算出手段２５に出力する。
他の電流上限値設定手段２４は、ストール以外の理由による他の様々な要因から電流値に制限を設ける必要がある場合に第ｎの電流制限値ＬＭＴｎを算出し、これも最終指令値算出手段２５に出力する。ここで、ｎとしたのはこの種の制限値が複数存在し得ることを表している。
【００２２】
そして、最終指令値算出手段２５は、電流指令算出手段２１による理想値である電流指令値ＩＭＴと、ストール時の電流上限値設定手段２３による第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴと、他の電流上限値設定手段２４による第ｎの電流制限値ＬＭＴｎとに基づいて後述する最終的な電流指令値ＩＭＴ２が算出されてインバータ１２への駆動信号発信手段２６に出力し、該駆動信号発信手段２６は、最終的な電流指令値ＩＭＴ２が電動機１５に流れるようにインバータ１２の駆動信号を発信する。この駆動信号は、インバータ１２内のＭＯＳ−ＦＥＴ１０に印加され、電動機１５が駆動される。
【００２３】
図３は、前記電気用制御装置であるマイコン７の動作フローチャートである。先ず、キースイッチ３を投入すると、定電圧回路６が動作し、マイコン７に電力が供給されて起動する。
ステップ１０１では、入力処理手段２０にて初期処理が実行され、マイコン７の初期設定などの処理を行い、駆動回路５ａに信号を送ってコンタクタ５を閉じ、インバータ１２に電力を供給してステップ１０２に進む。
【００２４】
ステップ１０２では、入力処理手段２０にて入力処理が実行され、キースイッチ入力回路３ａを通して得られるキースイッチ検出値ＫＥＹと、電流センサ入力回路１３ａを通して得られる界磁電流信号ＣＤと、アクセル入力回路８ａを通して得られるアクセル検出値ＡＣＣと、前後進スイッチ入力回路９ａを通して得られる前後進行方向指令ＦＲと、回転検出器であるレゾルバ１６の入力回路１６ａを通して得られる誘導電動機１５の回転角度ＡＮＧＬＥとを取り込み、ステップ１０３に進む。このとき、回転角度ＡＮＧＬＥを微分して回転速度ＳＰＤを求めておく。
【００２５】
ステップ１０３でも、入力処理手段２０にて入力処理が実行され、電動機温度センサ入力回路１４ａを通して得られる電動機１５の温度ＭＴＭＰと、ＭＯＳ−ＦＥＴ温度センサ入力回路１１ａを通して得られるＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰとを取り込み、ステップ１０４に進む。
【００２６】
ステップ１０４では、ストール検出処理手段２２にて、後述するようにストール検出処理が実行され、電動機１５がストール状態である場合にはフラグＳＴＯＯＬ＝１とし、そうでない場合はフラグＳＴＯＯＬ＝０としてステップ１０５に進む。
【００２７】
ステップ１０５では、ストール時の電流上限値設定手段２３にて、後述するように電動機１５がストール状態である場合の界磁電流に対する制限値として第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴを算出し、ステップ１０６に進む。
ステップ１０６では、他の電流上限値設定手段２４にて、後述するように第ｎの電流制限値ＬＭＴｎを設定し、ステップ１０７に進む。
【００２８】
ステップ１０７では、最終指令値算出手段２５にて、電流指令算出手段２１、ストール時の電流上限値設定手段２３、及び他の電流上限値設定手段からの各信号に基づいて後述するように最終的な電流指令値ＩＭＴ２を設定し、ステップ１０８に進む。
ステップ１０８では、インバータ１２への駆動信号発信手段２６にて、界磁電流信号ＣＤが電流指令値ＩＭＴ２に従って流れるように、前記インバータ１２に駆動信号を出力してステップ１０９に進む。
【００２９】
ステップ１０９では、前記キースイッチ３が投入状態であるか否かを判定し、キースイッチ３が投入されている場合、すなわちＹＥＳのときには、前記ステップ１０２〜１０８を繰り返し実行する。一方、キースイッチ３が投入されていないときには、マイコン７を停止させて一連の動作を終了する。
【００３０】
図４は、ストール検出処理手段２２によるストール検出の動作フローチャートである。
ストール検出処理手段２２のステップ１０４（図３）では、ストール検出処理として、先ずステップ２０１で後述する逆転検出処理が実行され、電動機１５が逆回転している場合にはフラグＩＮＶ＝１とし、そうでない場合にはＩＮＶ＝０としてステップ２０２に進む。
【００３１】
ステップ２０２では、アクセル操作量ＡＣＣを参照し、該アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上であるか否かを判定し、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上である場合にはステップ２０３に進み、そうでない場合にはステップ２０９に進んでＳＬＯＰＥ＝０にする。ここで、前記所定値ＡＣＭＡＸは、例えばアクセル８の最大操作量とする。
【００３２】
ステップ２０３では、坂道の傾きを示すフラグＳＬＯＰＥ（初期値は０とする）を参照し、フラグＳＬＯＰＥ＝０になっているか否かを判定し、傾きがない、すなわちフラグＳＬＯＰＥ＝０である場合にはステップ２０４に進み、傾きがある場合にはステップ２０８に進む。
ステップ２０４では回転速度ＳＰＤを参照し、回転速度ＳＰＤ＝０であるか否かを判定し、回転速度ＳＰＤ＝０である場合にはステップ２１２に進み、回転速度ＳＰＤ＝０でない場合には、ステップ２０５に進む。
【００３３】
ステップ２０５では、回転速度ＳＰＤの方向ＩＮＶを参照し、回転方向が正であるか否かを判定し、回転方向が正、つまりＩＮＶ＝０である場合にはステップ２０７に進み、回転方向が負、つまりＩＮＶ＝１である場合にはステップ２０８に進む。
また、ステップ２１２では、界磁電流信号ＣＤを参照し、界磁電流信号ＣＤ＞０であるか否かを判定し、界磁電流信号ＣＤ＞０である場合にはステップ２０６に進み、そうでない場合にはステップ２０７に進む。
【００３４】
そして、ステップ２０６では、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上、坂道による傾きがない、すなわちフラグＳＬＯＰＥ＝０、回転速度ＳＰＤ＝０、界磁電流信号ＣＤ＞０であるので、傾きのフラグＳＬＯＰＥ＝０としてステップ２１０に進んでストール状態であるフラグＳＴＯＯＬ＝１としてストール状態を検出し、ステップ１０４の動作を終了してステップ１０５（図３）に進む。
【００３５】
ステップ２０７では、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上、フラグＳＬＯＰＥ＝０であるが、回転速度ＳＰＤ＝０ではなく、方向が正ＩＮＶ＝０であるのでフラグＳＬＯＰＥ＝０としてステップ２１１に進む。また、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上、フラグＳＬＯＰＥ＝０、回転速度ＳＰＤ＝０であるが、界磁電流信号ＣＤ＞０ではないので、フラグＳＬＯＰＥ＝０としてステップ２１１に進む。さらに、ステップ２０９でも、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以下であるのでフラグＳＬＯＰＥ＝０としてステップ２１１に進む。
【００３６】
ステップ２０８では、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上であるが、ＳＬＯＰＥ＝０ではなく、傾きがあるので出力を押さえさせないようにするべくフラグＳＬＯＰＥ＝１としてステップ２１１に進む。また、アクセル操作量ＡＣＣが所定値ＡＣＭＡＸ以上、フラグＳＬＯＰＥ＝０であるが、回転速度ＳＰＤ＝０ではなく、回転方向が負ＩＮＶ＝１であるのでフラグＳＬＯＰＥ＝１としてステップ２１１に進む。
【００３７】
そして、ステップ２１１では、ストール状態ではないことを検出し、フラグＳＴＯＯＬ＝０としてステップ１０４の動作を終了してステップ１０５（図３）に進む。
尚、図４の分岐ステップ２０４において、電動機１５が完全なストール状態でない場合、または機械のガタなどにより少々回転するような場合は、分岐ステップ２０４の条件を｜ＳＰＤ｜＜ＳＰＤＬと設定しても良く、このＳＰＤＬは、例えば秒速10ｃｍ相当の値とする。
【００３８】
また、電動機１５の回転角度ＡＮＧＬＥを利用して、｜ＳＰＤ｜＜ＳＰＤＬであり、かつ、｜ＳＰＤ｜＜ＳＰＤＬとなった以降の回転角の変位が微小範囲内である場合には、ステップ２０６及びステップ２１０を実行するようにしておき、そうでない場合には、ステップ２０５を実行するようにしてもよい。この場合、坂道等でゆっくり後退している場合には回転角の変位量は増えつづけるので、登坂状態であることをより厳密に検出することができる。
さらに、分岐ステップ２１２において、ストール時の電流値の大きさが分かっている場合は、界磁電流信号ＣＤ≧ＣＤＳＴとしてもよい。ここで、ＣＤＳＴはストール時に流れる電流値である。
【００３９】
図５は、ストール検出処理手段２２による逆転検出の動作フローチャートである。
ストール検出処理手段２２のステップ２０１（図４）では、逆転検出処理として、先ずステップ３０１で前後進行方向指令ＦＲを参照し、ＦＲ＝Ｆ（前進方向の回転）であるか否かを判定し、ＦＲ＝Ｆである場合には、ステップ３０３に進み、そうでない場合にはステップ３０２に進む。
ステップ３０２でも、前後進行方向指令ＦＲを参照し、ＦＲ＝Ｒ（後進方向の回転）であるか否かを判定し、ＦＲ＝Ｒである場合には、ステップ３０４に進み、そうでない場合にはステップ３０８に進む。
【００４０】
ステップ３０４では回転速度ＳＰＤを参照し、回転速度ＳＰＤが正であるか否かを判定し、回転速度ＳＰＤが正である場合には、ステップ３０６に進み、そうでない場合にはステップ３０７に進む。また、ステップ３０３でも、回転速度ＳＰＤが正であるか否かを判定し、回転速度ＳＰＤが正である場合には、ステップ３０５に進み、そうでない場合にはステップ３０６に進む。
【００４１】
そして、ステップ３０５では、ＦＲ＝Ｆ、回転速度ＳＰＤが正であり、ステップ３０７では、ＦＲ＝Ｒ、回転速度ＳＰＤが正であり、ステップ３０８では、ＦＲ＝Ｒではないので、逆転検出フラグＩＮＶ＝０としてステップ２０１の動作を終了し、ステップ２０２（図４）に進む。
【００４２】
一方、ステップ３０６では、ＦＲ＝Ｆであるが、回転速度ＳＰＤが正ではないので、逆転検出フラグＩＮＶ＝１とし、また、ＦＲ＝Ｒ、回転速度ＳＰＤが正であるので、逆転検出フラグＩＮＶ＝１としてステップ２０１の動作を終了し、ステップ２０２（図４）に進む。
【００４３】
図６は、ストール時の電流上限値設定手段２３による第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴ設定の動作フローチャートである。
ストール時の電流上限値設定手段２３のステップ１０５（図３）では、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの設定として、先ずステップ４０１でストール状態を示すフラグＳＴＯＯＬ＝１であるか否かを判定し、フラグＳＴＯＯＬ＝１である場合、すなわちＹＥＳのときにはステップ４０２に進み、後述するように、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴとして連続定格電流ＩＳＴＤ又はそれ以下に設定し、ステップ１０５の動作を終了してステップ１０６（図３）に進む。
【００４４】
一方、フラグＳＴＯＯＬ＝１ではないには、ステップ４０３に進み、通常の状態であることから、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴとして所定値ＩＭＡＸを設定し、ステップ１０５の動作を終了してステップ１０６（図３）に進む。ここで、前記所定値ＩＭＡＸは、例えば電動機１５またはＭＯＳ−ＦＥＴ１０に流すことが出来る最大の電流値のうち、いずれか小さい方の値である。またはこれ以下の値でもよい。
【００４５】
図７は、ストール時の電流上限値設定手段２３による第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの設定のタイミングチャートである。
ステップ４０２（図６）における電動機１５がストール状態である場合の界磁電流に対する制限値として第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの値は、以下の時系列グラフに示すように設定される。
【００４６】
図において上段のグラフ（１） は、アクセル操作量ＡＣＣの時間変化を表しており、これは、ある時点ｔ１でアクセル操作量ＡＣＣがＡＣＭＡＸまで踏み込まれ、ｔ２においてその踏み込みが緩められたことを示している。
次のグラフ（２）は、前記時点ｔ１にて前記ストール判定条件を満たしてフラグＳＴＯＯＬ＝１となり、前記時点ｔ２にて前記ストール条件を満たさなくなってフラグＳＴＯＯＬ＝０となったことを示している。
【００４７】
そして、次の下段の二つのグラフのうち、グラフ（３）は、電動機１５の温度ＭＴＭＰ（又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ）の時間変化を、グラフ（４）は、その時間変化に対する第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの設定値について示している。
【００４８】
通常の状態においては、上記の如く第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴ＝ＩＭＡＸであるのに対し、ストール状態を示すフラグＳＴＯＯＬ＝１の状態であって、アクセル操作量ＡＣＣがＡＣＭＡＸまで達したｔ３、ｔ５、ｔ７の各時点においては、電動機１５の温度ＭＴＭＰ≧所定値ＭＴＭＡＸ（又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ≧所定値ＴＴＭＡＸ）となったことから、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴを所定値ＩＳＴＤ以下の値（例えば、ＩＳＴＤの90％）まで引き下げて設定する。ここで、前記所定値ＩＳＴＤは、例えば電動機１５又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の連続定格電流のうちいずれか小さい方の値であり、また、前記所定値ＭＴＭＡＸは、例えば電動機１５の熱耐量の90％であり、前記所定値ＴＴＭＡＸは、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ１０の熱耐量の90％とする。
【００４９】
一方、ｔ４、ｔ６の各時点においては、電動機１５の温度ＭＴＭＰ≦所定値ＭＴＳＴＤ（又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ≦所定値ＴＴＳＴＤ）となったことから、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴを前記所定値ＩＳＴＤから第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴ＝ＩＭＡＸまで再び引き上げて設定をする。ここで、前記所定値ＭＴＳＴＤは、例えば電動機１５に連続定格電流を流したときの定常温度、前記所定値ＴＴＳＴＤは、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ１０に連続定格電流を流したときの定常温度とする。
【００５０】
このように、ストール状態になった場合には、電動機１５及びＭＯＳ−ＦＥＴ１０の熱耐量の範囲内において、最大出力の状態ＩＭＡＸと制限された状態ＩＳＴＤとを繰り返し、前記電動機１５に流れる電流値を抑えて前記バッテリ１の電力消費を低減させることができ、電気車がストール状態から脱した直後にも最大出力が出せる状態を一層長く保つことができる。
【００５１】
また、最大出力の状態ＩＭＡＸと制限された状態ＩＳＴＤを繰り返すことにより、電流が大きく脈動されて電動機１５から警告音が発生するので、脱出不能のストール状態であることを運転者に告知することもできる。
なお、前記制限された状態として、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴ＝０にまで引き下げてもよく、この場合にも、電動機１５から大きな警告音が発生され、運転者にストール状態を告知することができる。
【００５２】
また、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの値を変化させるきっかけは、上記のように電動機１５等の温度変化ではなく、例えば、ストール状態となってから３分後に第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの値を引き下げ、以降１分毎に引き上げ、引き下げを繰り返すといったようにある一定の時間として定めてもよい。
【００５３】
図８は、他の電流上限値設定手段２４による他の制限値ＬＭＴｎの設定を示したものであり、この制限処理には、例えば、電動機１５やＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度保護を目的とした制限処理がある。
図に示すように、電動機１５の温度ＭＴＭＰ≦ＭＴＭＡＸである場合（又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ≦ＴＴＭＡＸである場合）には、他の制限値ＬＭＴｎ＝前記所定値ＩＭＡＸと設定してステップ１０６（図１）を行い、電動機１５の温度ＭＴＭＰ＞ＭＴＭＡＸとなった場合（又はＭＯＳ−ＦＥＴ１０の温度ＴＴＭＰ＞ＴＴＭＡＸとなった場合）には、他の制限値ＬＭＴｎを所定値ＩＳＴＤ以下の値（例えばＩＳＴＤの50％にあたる値）と設定してステップ１０６（図１）を行うことを意味している。
【００５４】
図９は、最終指令値算出手段２５による最終的な電流制限値ＩＭＴ２の設定の動作フローチャートである。
ステップ５０１では、前記第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴ〜第ｎの最大電流制限値ＬＭＴｎの中の最小の値を、最終的な最大電流制限値処理１〜ｎ設定値の中の最小の値を最終的な電流制限値ＬＭＴとして設定してステップ５０２に進む。
ステップ５０２では、電流指令算出手段２１で算出される電流指令値ＩＭＴを参照し、ＩＭＴ＞ＬＭＴであるか否かを判定し、ＩＭＴ＞ＬＭＴである場合にはステップ５０３に進み、そうでない場合にはステップ５０４に進む。
【００５５】
ステップ５０３では、ＩＭＴ＞ＬＭＴであり、電流指令値ＩＭＴの方が大きいことから、最終的な電流指令値であるＩＭＴ２＝最終的な電流制限値ＬＭＴとしてステップ１０７（図３）を終了する。一方、ステップ５０４では、電流指令値ＩＭＴの方が小さいことから、最終的な電流指令値であるＩＭＴ２＝電流指令算出手段２１で算出される電流指令値ＩＭＴとしてステップ１０７（図３）を終了する。
以上のように、本発明の実施形態は、上記の構成としたことによって次の機能を奏するものである。
【００５６】
すなわち、本実施形態の電気車用制御装置７は、電動機１５のストール状態検出処理手段２２が、ストール状態を検出した場合には、電動機１５に流れる電流値をストール時の電流上限値設定手段２３が、電動機１５及びＭＯＳ−ＦＥＴ１０の熱耐量の範囲内において、最大出力の状態ＩＭＡＸと制限された状態ＩＳＴＤとを繰り返す設定を行うことにより、電動機がストール状態においてアクセルが操作されると、その間は電力が消費され続けるのに対し、引き上げ及び引き下げを行うことによって、前記操作における消費電力を低減させてバッテリの浪費を抑えることができ、電気車の一充電走行距離の延長、ストール時における最大出力の継続可能時間の延長等を達成して市場のニーズに確実に対応させることができる。つまり、バッテリの消費を抑えるには、電流の大きさを抑える方法と、その流出時間を短くする方法が考えられるが、本実施形態は、前記上限値の引き上げる設定及び引き下げる設定を繰り返すことにより、前記方法を上手く組み合わせている。
【００５７】
また、本実施形態の構成により、放熱させる為のシステムの長大化を抑えることができ、コストアップせずに小型化を図ることができる。なお、電動機やインバータ内のスイッチング素子の温度上昇も抑制され、温度耐量を上げる必要もなくすことができる。
以上、本発明の一実施形態について記述したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求項の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で設計において種種の変更ができるものである。
【００５８】
例えば、本実施形態のストール時の電流上限値設定手段２３のステップ４０２では、電動機１５のストール状態である場合の界磁電流に対する制限値として第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴが最大出力の状態ＩＭＡＸと制限された状態ＩＳＴＤを繰り返えされているが、電流値を再度引き上げる必要がない場合は、図１０のグラフ（２）のように、電動機温度ＭＴＭＰ（又はＭＯＳ−ＦＥＴ温度ＴＴＭＰ）がＭＴＭＡＸ（又はＴＴＭＡＸ）に達したときには、グラフ（３）のように、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴをＩＳＴＤまで引き下げ、その後フラグＳＴＯＯＬ＝１である間は、第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの値を変化させないようにしてもよい。そして、このとき引き下げた後の第１の最大電流制限値ＳＴＬＭＴの値はＩＳＴＤ以下の値（例えばＩＳＴＤの90％の値）としてもよいものである。
【００５９】
また、本実施形態では、誘導電動機１５の界磁電流の上限値を求めてきたが、ベクトル制御におけるトルク電流値の上限を定める方法として利用してもよい。この場合、励磁電流の存在も考慮する必要がある。
さらに、前記誘導電動機１５が同期電動機である場合も同様に界磁電流の上限値を求める方法として利用してもよい。
さらにまた、前記誘導電動機１５が直流電動機である場合にも同様に利用してもよい。この場合、前記界磁電流が電機子電流である場合にも同様に利用してもよく、この場合にも前記と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の電気車用制御装置は、電動機がストール状態にあり、アクセル操作量が大きい状態が長時間継続した場合でも、バッテリが無駄に消費されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の電気用制御装置を有する電気車の回路構成図。
【図２】図１の電気用制御装置の処理内容構成を示したブロック図。
【図３】図１の電気用制御装置の動作フローチャート。
【図４】図２のストール検出処理手段によるストール検出の動作フローチャート。
【図５】図２のストール検出処理手段による逆転検出の動作フローチャート。
【図６】図２のストール時の電流上限値設定手段による第１の最大電流制限値設定の動作フローチャート。
【図７】図２のストール時の電流上限値設定手段による第１の最大電流制限値設定のタイミングチャート。
【図８】図２の他の電流上限値設定手段による他の制限値の設定を示した図。
【図９】図２の最終指令値算出手段による最終的な電流制限値の設定の動作フローチャート。
【図１０】他の実施形態の電気用制御装置におけるストール時の電流上限値設定手段による第１の最大電流制限値設定のタイミングチャート。
【符号の説明】
１ バッテリ
７ 電気車用制御装置（マイコン）
８ アクセル
９ 電動機の回転方向出力器
１０ 素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）
１１ 素子温度センサ
１２ 電動機を制御する手段（インバータ）
１３ 電動機電流センサ
１４ 電動機温度センサ
１５ 電動機
１６ 電動機回転角度検出器
２０ 入力処理手段
２１ 電流指令算出手段
２２ ストール状態検出手段
２３ ストール時の電流上限値設定手段
２４ 他の上限値設定手段
２５ 最終的な電流指令値算出手段
２６ インバータの駆動信号の発信手段
Claims (6)
- バッテリと、該バッテリによって駆動される交流電動機と、該交流電動機を制御するインバータとを有する電気車用制御装置であって、
該制御装置は、前記電動機のストール状態検出手段と、該ストール状態検出手段の出力信号に基づいて前記電動機に流れる電流値をストール時の電流上限値に設定するストール時の電流上限値設定手段と、ストールの検出時には、前記電動機に流れる電流値を抑えて前記バッテリの電力消費を低減させる最終的な電流指令値算出手段と、を有し、
前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態において前記インバータ内のスイッチング素子の温度が一定値以上となった場合には、前記電流上限値を少なくとも一度引き下げる設定をすることを特徴とする電気車用制御装置。 - 前記ストール時の電流上限値設定手段は、前記スイッチング素子の温度が一定値以上となった場合には前記電流上限値を引き下げる設定をし、前記スイッチング素子の温度が一定値以下となった場合には前記電流上限値を引き上げる設定をすることを特徴とする請求項１に記載の電気車用制御装置。
- 前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態において前記電動機の温度が一定値以上となった場合には、前記電流上限値を少なくとも一度引き下げる設定をすることを特徴とする請求項１に記載の電気車用制御装置。
- 前記ストール時の電流上限値設定手段は、前記電動機の温度が一定値以上となった場合には前記電流上限値を引き下げる設定をし、前記電動機の温度が一定値以下となった場合には前記電流上限値を引き上げる設定をすることを特徴とする請求項３に記載の電気車用制御装置。
- 前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態が一定時間継続した場合には、前記電流上限値を少なくとも一度引き下げる設定をすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気車用制御装置。
- 前記ストール時の電流上限値設定手段は、ストール状態が一定時間継続した場合には前記電流上限値を引き下げる設定をし、以後一定時間毎に前記電流上限値を引き上げ、引き下げを繰り返す設定をすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気車用制御装置。
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