JP3933126B2 - Vehicle overload prevention device - Google Patents

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Description

本発明は、複数のスイッチング素子を用いて駆動されるモータを具えた車両の過負荷防止装置であり、より詳細には、車両が登り坂においてロック状態に陥った時にモータを駆動するスイッチング素子に過電流が流れて破損することを防止する車両の過負荷防止装置に関する。   The present invention relates to an overload prevention device for a vehicle including a motor driven using a plurality of switching elements, and more particularly, to a switching element that drives a motor when the vehicle is locked on an uphill. The present invention relates to an overload prevention device for a vehicle that prevents an overcurrent from being damaged.

モータで駆動する電気自動車は、登坂時に少しアクセルを踏み込んだ状態では発進しない場合がある。すなわち、電気自動車はアクセルの踏み込み量に応じてモータが所定の出カトルクを発生し、車両に対する走行抵抗よりも大きな出力トルクをモータが発生したときに走行を開始することになるが、アクセルを少し踏み込んだ状態では、モータの出カトルクは小さく、登坂時のように車両に対する走行抵抗が大きい場合にはモータがロック状態にあり、モータがロック状態になると(即ち固定子や回転子の位相が一定になり)、当該モータに電流を供給している特定のスイッチング素子のみに電流が連続的に流れることになる。モータのロック状態が長く続くと、電流が供給され続けている特定のスイッチング素子の温度が上昇し当該素子の耐量値(例えば、100度〜200度位)を超えると当該素子が熱により破壊されるという問題があった。このようなモータのスイッチング素子破壊を防止する従来技術として、スイッチング素子の温度保護のためにモータの出力(素子に供給される電流)を制限する技術がある(特許文献1を参照されたい。)。
また、電力変換器など過熱保護装置の従来技術として、素子のキャリア周波数を変え負荷を軽減する方法や、温度推定してトルク(通電電流)を絞る方法などが提案されている(特許文献2、3、4を参照されたい。)。ロック時に素子に流す電流自体を小さくして素子の熱破壊を防止するなどの従来技術では、モータの界磁が低下して応答性が悪化したり、電流値の低下に応じてトルクが減少したり、電流を絞るためアクセル開度通りにモータトルクが発生しないなどの問題があった。
更にまた、従来技術として、通電電流を絞り逆転(モータが動き始める)が始まったら、通電パターンを順次変えて、通電相と一致した時にトルクを出す方式がある(特許文献5を参照されたい。)。上記においては、通電電流を減らしながら、逆方向へのトルクが発生したのちに、通電パターンを変えているために、坂道の傾斜によっては、加速度が大きくなるなどの問題が生じることがあった。
特開平11-215687号公報(段落0007-0008、図2) 特開平9-70195号公報(段落0004、図3) 特開平10-164703号公報(段落0009、図3) 特開平10-210790号公報(段落0015、図4) 特開2001-177905号公報(段落0004、図4)
An electric vehicle driven by a motor may not start if the accelerator is depressed for a while when climbing. That is, the electric vehicle starts running when the motor generates a predetermined output torque according to the amount of depression of the accelerator, and the motor generates an output torque larger than the running resistance against the vehicle. In the depressed state, the motor output torque is small, and when the running resistance against the vehicle is large, such as during climbing, the motor is in the locked state, and when the motor is in the locked state (ie, the phase of the stator and rotor is constant). Thus, the current flows continuously only to the specific switching element supplying the current to the motor. If the motor lock state continues for a long time, the temperature of a specific switching element to which current is continuously supplied rises, and if the resistance value of the element (for example, about 100 degrees to 200 degrees) is exceeded, the element is destroyed by heat. There was a problem that. As a conventional technique for preventing such switching element destruction of the motor, there is a technique for limiting the output of the motor (current supplied to the element) for temperature protection of the switching element (see Patent Document 1). .
In addition, as a conventional technique of an overheat protection device such as a power converter, a method of reducing a load by changing a carrier frequency of an element, a method of reducing a torque (energization current) by estimating a temperature, and the like have been proposed (Patent Document 2,). (See 3, 4). In conventional technologies such as reducing the current that flows through the element at the time of locking to prevent thermal destruction of the element, the field of the motor is lowered and the responsiveness is deteriorated, or the torque is reduced as the current value is lowered. There is a problem that the motor torque is not generated according to the accelerator opening because the current is reduced.
Furthermore, as a prior art, there is a method in which when the energization current is reduced and the reverse rotation (the motor starts to move) is started, the energization pattern is sequentially changed to generate a torque when it coincides with the energization phase (see Patent Document 5). ). In the above, since the energization pattern is changed after the torque in the reverse direction is generated while reducing the energization current, there is a problem that the acceleration increases depending on the slope of the slope.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-215687 (paragraphs 0007-0008, FIG. 2) Japanese Patent Laid-Open No. 9-70195 (paragraph 0004, FIG. 3) Japanese Patent Laid-Open No. 10-164703 (paragraph 0009, FIG. 3) Japanese Patent Laid-Open No. 10-210790 (paragraph 0015, FIG. 4) JP 2001-177905 A (paragraph 0004, FIG. 4)

本発明の目的は、上述した従来技術の諸課題を解決した車両の過負荷防止装置(素子保護装置)を提供することである。   An object of the present invention is to provide a vehicle overload prevention device (element protection device) that solves the above-described problems of the prior art.

本発明による車両の過負荷防止装置は、
直流電流を複数のスイッチング素子により変換した交流電流で駆動されるモータを具えた車両の過負荷防止装置であって、
ドライバ加速要求(アクセル開度)を検出する加速要求検出手段(回路)と、
前記モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段(回路)と、
前記加速要求手段で検出されたドライバ加速要求と、前記モータ回転速度検出手段で検出されたモータ回転速度とに基づき、ロック状態か否かを判定するロック状態判定手段と、
前記ロック状態判定手段でロック状態であると判定された場合に、前記複数のスイッチング素子の間で電流供給対象素子を強制的に転流させる、即ち、切り替える(固定子・回転子などの位相及びモータ回転速度とは無関係に各素子への通電を強制的に切り替える)素子転流制御手段(回路)と、
を具えることを特徴とする。
An overload prevention device for a vehicle according to the present invention includes:
A vehicle overload prevention device including a motor driven by an alternating current obtained by converting a direct current by a plurality of switching elements,
Acceleration request detection means (circuit) for detecting a driver acceleration request (accelerator opening);
Motor rotation speed detection means (circuit) for detecting the rotation speed of the motor;
A lock state determination unit that determines whether or not the vehicle is locked based on the driver acceleration request detected by the acceleration request unit and the motor rotation speed detected by the motor rotation speed detection unit;
When it is determined that the lock state is determined to be in the lock state, the current supply target element is forcibly commutated between the plurality of switching elements , that is, switched (the phase of the stator / rotor and the like) Element commutation control means (circuit) forcibly switching energization to each element regardless of the motor rotation speed;
It is characterized by comprising.

本発明によれば、登坂時、泥濘化した道、砂地、雪道などで車輪がロック状態(超低速状態を含む)に陥ったときに、特定のスイッチング素子へドライバ加速要求に応じた過大な電流が連続して供給され(素子の耐量を超えてしまい)熱により破壊されることを「強制的な転流(切り替え)」によって防止することが可能となる。本構成では電流値を減少させずにモータ位相とは無関係な「強制的な転流(切り替え)」によって素子の熱対策を行いつつ、素子の耐量以内の電流を供給できるためトルクにあまり大きな影響を与えずに素子の熱破壊を防止することが可能となる。従って、モータトルクの応答性を従来技術に比べて向上させることができる。更に、本構成では、電流値を減少させないため、ドライバのアクセル開度とモータトルクとの間に違和感が生じにくいというメリットもある。即ち、従来のような電流値減少では、一旦電流値を絞り(即ちトルクが減少する)、ロック状態を抜けたときに、その時のアクセル開度に応じた電流値に戻す状況が発生するが(即ちトルクが上昇する)、このような一連の電流値の変化(即ちトルク変化)で電流値の立ち上がりに遅れがあることから、ドライバは加速不足を感じることとなるが、本構成の「転流(切り替え)」によれば加速不足の悪化を最小限に抑えることが可能である。更に、このような熱対策を素子に施すことによって各素子の耐用時間が長くなるメリットもある。 According to the present invention, when a wheel falls into a locked state (including an ultra-low speed state) on a muddy road, sandy ground, snowy road, etc., when climbing a hill, an excessive response to a specific switching element in response to a driver acceleration request. It is possible to prevent the current from being continuously supplied (beyond the withstand capability of the element) and being destroyed by heat by “forced commutation (switching) ”. In this configuration, while the current value is not reduced and the element's thermal countermeasures are taken by “forced commutation (switching) ” that is independent of the motor phase, the current within the element's tolerance can be supplied, so the torque is greatly affected. It is possible to prevent thermal destruction of the element without giving the resistance. Therefore, the response of the motor torque can be improved compared to the prior art. Furthermore, since the current value is not reduced in this configuration, there is also a merit that a sense of incongruity does not easily occur between the accelerator opening of the driver and the motor torque. That is, when the current value is reduced as in the prior art, the current value is once reduced (that is, the torque is reduced), and when the lock state is exited, a situation occurs in which the current value is returned to the current value corresponding to the accelerator opening at that time ( That is, the torque rises), and since there is a delay in the rise of the current value due to such a series of current value changes (that is, torque changes), the driver feels that the acceleration is insufficient. According to “ Switching ”, it is possible to minimize the deterioration of the acceleration deficiency. Furthermore, there is an advantage that the service life of each element becomes longer by applying such heat countermeasures to the element.

また、本発明による車両の過負荷防止装置は、
前記素子転流制御手段は、前記複数のスイッチング素子に対する通電パターンを少なくとも1つのその他の通電パターンに切り替え、前記その他の通電パターンで強制的に切り替える
Moreover, the vehicle overload prevention device according to the present invention comprises:
The element commutation control means switches the energization pattern for the plurality of switching elements to at least one other energization pattern, and forcibly switches with the other energization pattern.

更にまた、本発明による車両の過負荷防止装置は、
前記通電パターンの切り替え時は、トルクに寄与する電流成分(例えばq軸など)を制限する、
ことを特徴とする。
Furthermore, the overload prevention device for a vehicle according to the present invention includes:
At the time of switching the energization pattern, a current component that contributes to torque (for example, the q axis) is limited.
It is characterized by that.

更にまた、本発明による車両の過負荷防止装置は、
モータ回転速度を検出するモータ回転速度検出手段(センサ)、及び、モータ電流値を検出する電流値検出手段(センサ)、または、ドライバ加速要求(アクセル開度)を検出する加速要求検出手段(回路)をも具え、
前記ロック状態判定手段は、前記モータの回転速度が所定の速度以下である場合に、モータ電流値或いはアクセル開度に応じた許容時間が規定されている所定の耐量マップを参照してロック状態であるか否かを判定する、
ことを特徴とする。
Furthermore, the overload prevention device for a vehicle according to the present invention includes:
Motor rotation speed detection means (sensor) for detecting motor rotation speed, current value detection means (sensor) for detecting motor current value, or acceleration request detection means (circuit) for detecting driver acceleration request (accelerator opening) )
The lock state determination means refers to a predetermined tolerance map in which an allowable time according to a motor current value or an accelerator opening is defined when the rotation speed of the motor is equal to or lower than a predetermined speed. Determine if there is,
It is characterized by that.

更にまた、本発明による車両の過負荷防止装置は、
前記許容時間を前記モータ電流値が大きいほど短くする、
ことを特徴とする。
Furthermore, the overload prevention device for a vehicle according to the present invention includes:
The allowable time is shortened as the motor current value increases.
It is characterized by that.

更にまた、本発明による車両の過負荷防止装置は、
前記電流供給対象素子を強制的に切り替える周期、即ち、前記転流の周期(各素子への電流供給を次々と切り替える周期)をモータ電流値が大きいほど遅くする、
ことを特徴とする。
Furthermore, the overload prevention device for a vehicle according to the present invention includes:
The cycle for forcibly switching the current supply target element, that is, the commutation period (period for sequentially switching the current supply to each element) is delayed as the motor current value increases.
It is characterized by that.

更にまた、本発明による車両の過負荷防止装置は、
前記複数のスイッチング素子の温度をそれぞれ検出する温度検出手段(温度センサ)をも具え、
前記ロック状態判定手段が、前記モータの回転速度が所定の速度以下である場合に、前記温度検出手段で検出した温度が所定の温度以上であるか否かに基づきロック状態か否かを判定する、
ことを特徴とする。
Furthermore, the overload prevention device for a vehicle according to the present invention includes:
Temperature detecting means (temperature sensor) for detecting the temperature of each of the plurality of switching elements,
When the rotation speed of the motor is equal to or lower than a predetermined speed, the lock state determination means determines whether or not the lock state is based on whether or not the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than a predetermined temperature. ,
It is characterized by that.

以下、本発明の実施の形態を諸図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係わる電気自動車(車両)の過負荷防止装置を組み込むのに適した電気自動車のモータ制御装置の回路構成を示す図である。
図に示すように、モータ制御装置は、電気自動車を走行させるモータ5を有し、該モータ5は車載バッテリ1からの直流電力をインバータ回路4でスイッチングして生成されるU,V,W相の3相交流電力を供給されて作動するようになっている。なお、バッテリ1からの直流電力はスイッチ2を介してインバータ回路4に供給されるとともに、インバータ回路4の両端にはコンデンサ3が接続されている。なお、バッテリ1は、車両であれば直流の発電機、即ちオルタネータで代用することも可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a motor control device for an electric vehicle suitable for incorporating an overload prevention device for an electric vehicle (vehicle) according to an embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the motor control device has a motor 5 for running an electric vehicle, and the motor 5 is generated by switching DC power from the in-vehicle battery 1 by an inverter circuit 4. The three-phase AC power is supplied to operate. DC power from the battery 1 is supplied to the inverter circuit 4 via the switch 2, and a capacitor 3 is connected to both ends of the inverter circuit 4. Note that the battery 1 can be replaced with a DC generator, that is, an alternator, in the case of a vehicle.

インバータ回路4は、例えばIGBT、パワートランジスタ、サイリスタ等からなる6個のスイッチング素子T1〜T6と該スイッチング素子T1〜T6のそれぞれに並列に接続された保護用のダイオードD1〜D6から構成され、各スイッチング素子T1〜T6はモータコントローラ12から制御されるようになっている。また、これらのスイッチング素子T1〜T6は図示しない冷却用フィン上に取り付けられ、このスイッチング素子冷却用フィンには該フィンの温度Tsを検出する温度検出用サーミスタ6が取り付けられ、この温度検出用サーミスタ6で検出された冷却用フィン温度Tsはモータコントローラ12に供給されている。
例えば、モータを連続運転している場合、各素子には様々な値の電流が断続的に供給され続けているため、各素子には多少の熱の蓄積がある。本構成のように温度センサーを利用すれば、このように蓄積された熱の影響をも加味して各素子の熱破壊をより効果的に防止することが可能となる。
The inverter circuit 4 is composed of six switching elements T1 to T6 made of, for example, an IGBT, a power transistor, a thyristor, and the like, and protective diodes D1 to D6 connected in parallel to the switching elements T1 to T6, respectively. The switching elements T1 to T6 are controlled by the motor controller 12. The switching elements T1 to T6 are mounted on a cooling fin (not shown), and a temperature detecting thermistor 6 for detecting the temperature Ts of the fin is mounted on the switching element cooling fin. The cooling fin temperature Ts detected at 6 is supplied to the motor controller 12.
For example, when the motor is continuously operated, currents of various values are intermittently supplied to each element, so that each element has some heat accumulation. If a temperature sensor is used as in this configuration, it is possible to more effectively prevent the thermal destruction of each element in consideration of the influence of the accumulated heat.

インバータ回路4の各スイッチング素子T1〜T6によってモータ5を駆動する場合の各相の駆動電流を検出すべく各スイッチング素子T1〜T6とモータ5との間の接続線には変流器等からなる電流センサ7,8,9が設けられ、モータ5に供給されるインバータ回路4の出力電流Iu,Iv,Iwを電流センサ7,8,9で検出し、モータコントローラ12に供給されている。   In order to detect the driving current of each phase when the motor 5 is driven by each switching element T1 to T6 of the inverter circuit 4, the connection line between each switching element T1 to T6 and the motor 5 is formed of a current transformer or the like. Current sensors 7, 8, 9 are provided, and output currents Iu, Iv, Iw of the inverter circuit 4 supplied to the motor 5 are detected by the current sensors 7, 8, 9 and supplied to the motor controller 12.

また、モータ5には磁極センサ10および回転速度センサ11が設けられている。磁極センサ10は、モータ5の磁極位置θを検出し、回転速度センサ11はモータ5のモータ回転速度Nを検出し、それぞれの検出値はモータコントロール12に供給されている。   The motor 5 is provided with a magnetic pole sensor 10 and a rotation speed sensor 11. The magnetic pole sensor 10 detects the magnetic pole position θ of the motor 5, the rotational speed sensor 11 detects the motor rotational speed N of the motor 5, and each detected value is supplied to the motor control 12.

モータコントローラ12は、例えばマイクロコンピュータおよびその周辺部品から構成され、図3に示す車両コントローラがアクセル開度などの情報によりモータトルク指令値Tcを発生し、このモータトルク指令値Tcに従ってモータ5に供給される3相電流Iu,Iv,Iwを制御する。従来は、例えば、電気自動車が例えば登り坂においてロック状態に陥ったとき、モータのトルクを所定の値ずつ低減してモータの位相領域を変化させ、これによりロック状態を解除する制御動作をおこなったり、電流値を素子が破壊されない程度まで減少させたりなどをおこなっていた。また、モータコントローラ12はスイッチング2を制御して、バッテリ1からの直流電力をインバータ回路4に供給するようになっている。
本願発明の車両の過負荷防止装置は、このようなモータコントローラ12に組み込んた形式で実施することが好適である。
The motor controller 12 includes, for example, a microcomputer and its peripheral components. The vehicle controller shown in FIG. 3 generates a motor torque command value Tc based on information such as the accelerator opening, and supplies the motor torque command value Tc to the motor 5 according to the motor torque command value Tc. The three-phase currents Iu, Iv, and Iw to be controlled are controlled. Conventionally, for example, when an electric vehicle enters a locked state on an uphill, for example, the motor torque is decreased by a predetermined value to change the phase region of the motor, thereby performing a control operation to release the locked state. The current value is reduced to such an extent that the element is not destroyed. Further, the motor controller 12 controls the switching 2 to supply DC power from the battery 1 to the inverter circuit 4.
The vehicle overload prevention device of the present invention is preferably implemented in a form incorporated in such a motor controller 12.

図2は、本発明の一実施態様による車両の過負荷防止装置の基本的なコンポーネントを示すブロック図である。
図に示すように、車両20はバッテリ22、バッテリからの直流電流を交流に変換する、複数のスイッチング素子23を具えたインバータ24、このインバータからの交流で駆動するモータ26を具える。そして、本発明による過負荷防止装置30は、ドライバ加速要求時に前記モータがほぼ回転しないようなロック状態を判定するロック状態判定手段(回路)32と、ロック状態判定手段32でロック状態であると判定された場合に、インバータ24内の複数のスイッチング素子23の間で電流供給対象素子を強制的に転流(切り替える)させる素子転流制御手段(回路)34とを具える。以降、更に詳細な回路構成を参照しつつ本願発明をより詳しく説明する。
FIG. 2 is a block diagram showing the basic components of a vehicle overload prevention device according to an embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the vehicle 20 includes a battery 22, an inverter 24 having a plurality of switching elements 23 for converting a direct current from the battery into an alternating current, and a motor 26 driven by the alternating current from the inverter. The overload prevention device 30 according to the present invention is in a locked state by a lock state determination means (circuit) 32 for determining a lock state in which the motor does not substantially rotate when a driver acceleration request is made, and a lock state determination means 32. If determined, element commutation control means (circuit) 34 for forcibly commutating (switching) the current supply target element among the plurality of switching elements 23 in the inverter 24 is provided. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to a more detailed circuit configuration.

図4は、本発明の一実態態様による過負荷防止装置の処理手順を示すフローチャートである。この図を参照して、図1のような構成における本願発明の作用について説明する。図に示すように、まず電気自動車がロック状態にあるか否かをチェックするために、回転速度センサ11によって検出したモータ5のモータ回転速度Nが例えば100rpmのような第1の所定のモータ回転速度Np1より小さいか否かをチェックし(ステップS11)、更にモータ回転速度Nが該第1の所定のモータ回転速度Np1より小さい場合にはモータ電流Icがモータ電流所定値Ipよりも大きいか否かをチェックし(ステップS13)、モータ電流Icがモータ電流所定値Ipより大きい場合に、電気自動車のモータ5が超低回転速度状態を含むロック状態にあると判定する。前記モータ電流所定値Ipは、例えばモータロック時にインバータ回路4内の1個のスイッチング素子からモータ5に対してスイッチング素子が連続的に許容し得る最大電流を流しモータ5の出力トルクを出すためにアクセル開度から求める値であり、例えば200Aである。   FIG. 4 is a flowchart showing the processing procedure of the overload prevention apparatus according to one aspect of the present invention. With reference to this figure, the effect | action of this invention in a structure like FIG. 1 is demonstrated. As shown in the figure, first, in order to check whether or not the electric vehicle is in a locked state, a first predetermined motor rotation such as a motor rotation speed N of the motor 5 detected by the rotation speed sensor 11 is 100 rpm, for example. It is checked whether or not the speed is smaller than the speed Np1 (step S11). If the motor rotational speed N is smaller than the first predetermined motor rotational speed Np1, the motor current Ic is larger than the motor current predetermined value Ip. (Step S13), and when the motor current Ic is larger than the motor current predetermined value Ip, it is determined that the motor 5 of the electric vehicle is in a locked state including an ultra-low rotational speed state. For example, when the motor is locked, the predetermined motor current value Ip causes the maximum current that the switching element can continuously allow to the motor 5 from one switching element in the inverter circuit 4 to output the output torque of the motor 5. A value obtained from the accelerator opening, for example, 200A.

一方、ステップS11の判定において、モータ回転速度Nが第1の所定のモータ回転速度Np1より小さくない場合には、ステップS41に進んで、モータ回転速度Nが例えば120rpmのような第2の所定のモータ回転速度Np2以下であるか否かをチェックする。そうである場合には、ロックフラグを0に設定して(ステップS43)、ロック状態にないことを示し、ステップS21に進み、またそうでない場合には、直接ステップS21に進む。このように本実施形態では、モータのロック状態の判定に使用するモータ回転速度として2つのモータ回転速度Np1およびNp2を設けて、モータ回転速度に例えば20rpm幅のヒステリシスを与え、これにより、モータロック状態の判定が激しく切り替わるチャタリングを防止している。   On the other hand, if it is determined in step S11 that the motor rotation speed N is not smaller than the first predetermined motor rotation speed Np1, the process proceeds to step S41, and the motor rotation speed N is set to a second predetermined value such as 120 rpm. It is checked whether or not the motor rotational speed Np2 or less. If so, the lock flag is set to 0 (step S43), indicating that it is not locked, and the process proceeds to step S21. If not, the process proceeds directly to step S21. As described above, in the present embodiment, two motor rotation speeds Np1 and Np2 are provided as motor rotation speeds used for determination of the locked state of the motor, and a hysteresis of, for example, 20 rpm width is given to the motor rotation speed. Chattering that switches the state judgments violently is prevented.

また、ステップS13の判定において、アクセル開度Acがアクセル開度所定値Apより大きくない場合には、ステップS45に進み、この状態が所定時間継続したか否かをチェックし、所定時間継続した場合には、ロック状態にないと判定して、ロックフラグを0に設定し(ステップS47)、ステップS21に進み、また所定時間継続しない場合には、直接ステップS21に進むようになっている。   If it is determined in step S13 that the accelerator opening degree Ac is not greater than the accelerator opening predetermined value Ap, the process proceeds to step S45, where it is checked whether or not this state has continued for a predetermined time. Is determined not to be in the locked state, the lock flag is set to 0 (step S47), the process proceeds to step S21, and if the predetermined time is not continued, the process proceeds directly to step S21.

ステップS11,S13の判定の結果、モータ5がロック状態にあると判定した場合には、モータ5がロック状態にあることを示すロックフラグが0であるか否か、すなわちモータ5が現在ロック状態にないか否かをチェックする(ステップS15)。ロック状態にある場合には、モータ電流に応じたタイマ値を所定の耐量マップ(図6)に基づきセットする。このタイマ値は、アクセル開度に応じた、最大トルク値とその時の電流に応じた通電時間をもとに、スイッチングパターン変更時に素子の温度が下がるような値を通電時間として設定して、その通電時間をタイマ値(即ち、ロック時間Trまたは許容時間)として格納する。   As a result of the determination in steps S11 and S13, if it is determined that the motor 5 is in the locked state, whether or not the lock flag indicating that the motor 5 is in the locked state is 0, that is, the motor 5 is currently in the locked state. Is checked (step S15). In the locked state, a timer value corresponding to the motor current is set based on a predetermined tolerance map (FIG. 6). This timer value is set to a value that reduces the temperature of the element when the switching pattern is changed based on the maximum torque value according to the accelerator opening and the energization time according to the current at that time. The energization time is stored as a timer value (that is, lock time Tr or allowable time).

また、この時に転流(切り替え)時間Tiをセットする。これは、図8に示すように、モータ電流が大きいほど基本的には転流(切り替え)時間を長くして、過大な電流による素子の熱上昇を抑えるものである。それから、ロックフラグを1に設定して(ステップS19)、現在ロック状態にあることを示し、ステップS21に進む。 At this time, the commutation ( switching ) time Ti is set. As shown in FIG. 8, basically, the larger the motor current, the longer the commutation ( switching ) time, thereby suppressing the heat rise of the element due to the excessive current. Then, the lock flag is set to 1 (step S19), indicating that it is currently locked, and the process proceeds to step S21.

ステップS21においては、ロックフラグが1であるか否かをチェックして、ロック状態にあるか否かを判定する。ロック状態にない場合には、本処理を終了するが、ロックフラグが1であって、ロック状態にある場合には、現在のタイマ値から所定の値Cを引く処理を行う。(ステップS23)この所定値Cは前回の演算から今回の演算に要する演算時間を引くような値にセットする。   In step S21, it is checked whether or not the lock flag is 1, and it is determined whether or not the lock flag is set. If the lock state is not set, the process is terminated. If the lock flag is 1 and the lock state is set, a process of subtracting a predetermined value C from the current timer value is performed. (Step S23) The predetermined value C is set to a value that subtracts the calculation time required for the current calculation from the previous calculation.

そしてこの値が0になったか否かを判断して(ステップS25)値が0になったら、Tiに基づいた駆動周波数を求め、通電パターンの変更を開始する(S27)。値が0でない時はそのまま処理を終了する。通電パターンを求める時はその時のトルクの方向が現在と同じ方向となるように、最大のトルクを出すようにする。   Then, it is determined whether or not this value has become 0 (step S25). When the value has become 0, a drive frequency based on Ti is obtained and change of the energization pattern is started (S27). If the value is not 0, the process is terminated as it is. When obtaining the energization pattern, the maximum torque is output so that the torque direction at that time is the same as the current direction.

通電パターンは、現在は図1において、Q1-Q6-Q2が通電しているとすると(Q1〜Q6は図示せず)、例えば、順次Q1-16-Q2、Q1-Q3-Q2、Q4-Q3-Q2、Q4-Q3-Q5、Q4-Q6-Q5 と変えて最終的にQ1-Q6-Q2に戻るような形式にする。通電パターンを切り替える時はトルクを出す電流値のQ軸は0としてトルクの発生を防ぐ。元の位置に戻ったら、或いは、決められた転流(切り替え)時間の間、転流(切り替え)を実行したのちロックフラグを0に戻して(S29)処理を終える。
本構成のように、通電パターンを切り替えることによって、ロック時の通電パターンで電流供給される対象素子(例えばq1-q6-q2)以外の、その他の通電パターンで電流供給されるその他の素子(例えばq4-q3-q5)にも電流を供給できるようになる。即ち、各素子に満遍なく電流を流すことで素子の冷却を早め素子の熱破壊をより効果的に防止することが可能となる。
また、前記通電パターンの切り替え時に、トルクに寄与する電流成分(例えばq軸など)を制限することによって、通電パターンを変化させるときに、アクセル操作と異なるトルクが発生してドライバの違和感が発生するのを防止できる。なお、この通電パターンの切り替えは短時間であるためトルクが減るのは短時間であり、例えば坂道であっても車が、意思に反して進むことはない。
このように、単位時間当たりに各素子に電流が流れる時間が減少する。従って、モータ電流値が大きくなるのに従い、転流周期を遅くする、即ち、1つの素子が電流供給の対象となる周期を遅くすることで各素子の温度上昇を抑えることが可能となる。即ち、転流周期(電流供給対象素子を強制的に切り替える周期)を遅くすることで単位時間当たりに1素子に電流が流れる時間の合計が少なくなり、温度上昇した素子がより冷却され易くなる。よって、早期に素子破壊の危険性がある温度帯から脱出することが可能となる。
Assuming that Q1-Q6-Q2 is currently energized in FIG. 1 (Q1 to Q6 are not shown) , for example, Q1-16-Q2, Q1-Q3-Q2, Q4-Q3 sequentially -Change to Q2, Q4-Q3-Q5, Q4-Q6-Q5 and finally return to Q1-Q6- Q2 . When switching the energization pattern, the Q axis of the current value for generating torque is set to 0 to prevent the generation of torque. After returning to the original position, or after performing commutation ( switching ) for a predetermined commutation ( switching ) time, the lock flag is returned to 0 (S29) and the process is terminated.
As in this configuration, by switching the energization pattern, other elements (for example, q1-q6-q2) that are supplied with current in the energization pattern at the time of locking other elements (for example, q1-q6-q2) (for example, q4-q3-q5) can also supply current. In other words, evenly flowing current to each element makes it possible to cool the element earlier and prevent thermal destruction of the element more effectively.
Further, when the energization pattern is changed, the current component contributing to the torque (for example, the q axis) is limited to change the energization pattern, so that a torque different from the accelerator operation is generated and the driver feels uncomfortable. Can be prevented. Note that since the switching of the energization pattern is a short time, the torque is reduced for a short time. For example, even on a slope, the car does not proceed against the intention.
Thus, the time during which current flows through each element per unit time is reduced. Therefore, as the motor current value increases, the commutation cycle is delayed, that is, the cycle in which one element is a current supply target is delayed, thereby suppressing the temperature rise of each element. That is, by slowing the commutation period (period for forcibly switching the current supply target element ), the total time during which current flows through one element per unit time is reduced, and the element whose temperature has risen is more easily cooled. Therefore, it is possible to escape from the temperature zone where there is a risk of element destruction at an early stage.

図5は、本発明による過負荷防止装置の処理手順の変形例を示すフローチャートである。処理手順は、図5におけるステップS13、S17、S29を除き図5の場合と殆ど同じである。この変形例では、ステップS13Aに示すようにアクセル開度ではなくモータ電流値に基づきロック状態を判定する。そして、ステップS17Aに示すように、モータ電流値に応じたタイマ値(即ち、ロック時間、或いは許容時間)を所定の耐量マップ(図7)に基づきセットする。Tiに基づいた駆動周波数を求め(S26)、通電パターンの変更を開始する(S27)。値が0でない時はそのまま処理を終了する。   FIG. 5 is a flowchart showing a modification of the processing procedure of the overload prevention apparatus according to the present invention. The processing procedure is almost the same as in FIG. 5 except for steps S13, S17, and S29 in FIG. In this modification, as shown in step S13A, the locked state is determined based on the motor current value instead of the accelerator opening. Then, as shown in step S17A, a timer value (that is, a lock time or an allowable time) corresponding to the motor current value is set based on a predetermined tolerance map (FIG. 7). A drive frequency based on Ti is obtained (S26), and the change of the energization pattern is started (S27). If the value is not 0, the process is terminated as it is.

図6にアクセル開度とタイマー値との関係を示す例示のグラフ(耐量マップ)を示す。同様に、図7にモータ電流とタイマー値との関係を示す例示のグラフ(耐量マップ)を示す。これらの図は、モータがロックしたときに、それぞれのモータ電流値やアクセル開度でどれくらいの時間、連続的な電流供給に各スイッチング素子が耐え得るかを示すものであり、使用するスイッチング素子などを勘案したこれらの耐量マップに基づき最終的に転流動作を行うか否かを判定する。
本構成によれば、それぞれのモータ電流値やアクセル開度に応じて各素子が当該電流値の連続供給に耐え得る最大許容時間(耐量値)に至るまでの間、トルクをかけ続ける(即ち電流を流す)ことができる。即ち、素子の能力の限界まで効率良く活用することができ、その結果、素子の破壊を回避しつつモータの能力を最大限まで利用することが可能になる。
FIG. 6 shows an exemplary graph (a tolerance map) showing the relationship between the accelerator opening and the timer value. Similarly, FIG. 7 shows an exemplary graph (a tolerance map) showing the relationship between the motor current and the timer value. These figures show how long each switching element can withstand continuous current supply at each motor current value and accelerator opening when the motor is locked. It is determined whether or not a commutation operation is finally performed based on these tolerance maps that take into account the above.
According to this configuration, torque is continuously applied until each element reaches the maximum permissible time (capacity value) that can withstand continuous supply of the current value according to the motor current value and accelerator opening (that is, current). ). That is, it is possible to efficiently utilize the limit of the capability of the element, and as a result, it is possible to maximize the capability of the motor while avoiding the destruction of the element.

図8は、モータ電流と転流(切り替え)時間との関係を示す例示のグラフである。図に示すように、電流値が大きいほど素子の温度上昇が高いものと想定されるため、電流値が大きくなるのに従い転流(切り替え)時間を大きく設定することが好適である。 FIG. 8 is an exemplary graph showing the relationship between motor current and commutation ( switching ) time. As shown in the figure, it is assumed that the temperature rise of the element increases as the current value increases. Therefore, it is preferable to set the commutation ( switching ) time to be larger as the current value increases.

本明細書では、様々な実施態様で本発明の原理を説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき本発明に様々な修正や変更を加えることができ、それらも本発明に含まれるものであることに留意されたい。例えば、車両の例示として電気自動車を挙げたが、本発明はハイブリッド車、燃料電池車、オートバイ(電動スクーターなど)、電車など、モータを駆動力の一部或いは全てとして使用する様々なものに広く適用可能である。   Although the principle of the present invention has been described in various embodiments in the present specification, those skilled in the art can make various modifications and changes to the present invention based on the present disclosure, and these are also included in the present invention. Please note that For example, although an electric vehicle is cited as an example of a vehicle, the present invention is widely applied to various vehicles that use a motor as part or all of a driving force, such as a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, a motorcycle (such as an electric scooter), and a train. Applicable.

本発明の一実施の形態に係わる電気自動車の過負荷防止装置を適用した電気自動車のモータ制御装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the motor control apparatus of the electric vehicle to which the overload prevention apparatus of the electric vehicle concerning one embodiment of this invention is applied. 本発明の一実施態様による車両の過負荷防止装置の基本的なコンポーネントを示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating basic components of a vehicle overload prevention apparatus according to an embodiment of the present invention. 車両コントローラのブロック図である。It is a block diagram of a vehicle controller. 本発明の一実態態様による過負荷防止装置の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the overload prevention apparatus by one actual condition aspect of this invention. 本発明の一実態態様による過負荷防止装置の処理手順の変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the modification of the process sequence of the overload prevention apparatus by the one actual condition aspect of this invention. アクセル開度とタイマー値との関係を示す例示のグラフ(耐量マップ)である。It is an example graph (withstand capability map) which shows the relationship between an accelerator opening and a timer value. モータ電流とタイマー値との関係を示す例示のグラフ(耐量マップ)である。It is an example graph (withstand capability map) which shows the relationship between a motor current and a timer value. モータ電流と転流時間との関係を示す例示のグラフである。It is an example graph which shows the relationship between a motor current and commutation time.

符号の説明Explanation of symbols

1 バッテリ
2 スイッチ
3 コンデンサ
4 インバータ回路
5 モータ
6 温度検出用サーミスタ
7〜9 電流センサ
10 磁極センサ
11 回転速度センサ
12 モータコントローラ
T1〜T6 スイッチング素子
20 車両
22 バッテリ
23 スイッチング素子
24 インバータ
26 モータ
30 過負荷防止装置
32 ロック状態判定手段(回路)
34 素子転流制御手段(回路)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery 2 Switch 3 Capacitor 4 Inverter circuit 5 Motor 6 Temperature detection thermistor 7-9 Current sensor 10 Magnetic pole sensor 11 Rotational speed sensor 12 Motor controller T1-T6 Switching element 20 Vehicle 22 Battery 23 Switching element 24 Inverter 26 Motor 30 Overload Prevention device 32 Lock state determination means (circuit)
34 Element commutation control means (circuit)

Claims (7)

直流電流を複数のスイッチング素子により変換した交流電流で駆動されるモータを具えた車両の過負荷防止装置であって、
ドライバ加速要求と前記モータの回転速度とに基づき、ロック状態か否かを判定するロック状態判定手段と、
前記ロック状態判定手段でロック状態であると判定された場合に、前記複数のスイッチング素子の間で電流供給対象素子を強制的に切り替える素子転流制御手段と、
を具えることを特徴とする過負荷防止装置。
A vehicle overload prevention device including a motor driven by an alternating current obtained by converting a direct current by a plurality of switching elements,
Lock state determination means for determining whether or not the lock state based on the driver acceleration request and the rotation speed of the motor;
And when it is determined that the locked state, the plurality of forcedly switching element commutation control unit current supply target element between the switching element in the locked state determining means,
An overload prevention device characterized by comprising:
請求項1に記載の過負荷防止装置において、
前記素子転流制御手段は、前記複数のスイッチング素子に対する通電パターンを少なくとも1つのその他の通電パターンに切り替える、
ことを特徴とする過負荷防止装置。
The overload prevention device according to claim 1,
The element commutation control means switches the energization pattern for the plurality of switching elements to at least one other energization pattern,
An overload prevention device characterized by that.
請求項2に記載の過負荷防止装置において、
前記通電パターンの切り替え時は、トルクに寄与する電流成分を制限する、
ことを特徴とする過負荷防止装置。
The overload prevention device according to claim 2,
When switching the energization pattern, the current component contributing to the torque is limited.
An overload prevention device characterized by that.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の過負荷防止装置において、
前記ロック状態判定手段は、前記モータの回転速度が所定の速度以下である場合に、モータ電流値或いはアクセル開度に応じた許容時間が規定されている所定の耐量マップを参照してロック状態であるか否かを判定する、
ことを特徴とする過負荷防止装置。
In the overload prevention device according to any one of claims 1 to 3,
The lock state determination means refers to a predetermined tolerance map in which an allowable time according to a motor current value or an accelerator opening is defined when the rotation speed of the motor is equal to or lower than a predetermined speed. Determine if there is,
An overload prevention device characterized by that.
請求項4に記載の過負荷防止装置において、
前記許容時間は、前記モータ電流値が大きいほど短くする、
ことを特徴とする過負荷防止装置。
The overload prevention device according to claim 4,
The allowable time is shortened as the motor current value increases.
An overload prevention device characterized by that.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の過負荷防止装置において、
前記電流供給対象素子を強制的に切り替える周期は、モータ電流値が大きいほど遅くする、
ことを特徴とする過負荷防止装置。
In the overload prevention device according to any one of claims 1 to 5,
The cycle for forcibly switching the current supply target element is slower as the motor current value is larger,
An overload prevention device characterized by that.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の過負荷防止装置において、
前記複数のスイッチング素子に取り付けられた冷却用フィンと、
前記冷却用フィンの温度を検出する温度検出手段とをさらに具え、
前記ロック状態判定手段が、前記モータの回転速度が所定の速度以下である場合に、前記温度検出手段で検出した温度が所定の温度以上であるか否かに基づきロック状態か否かを判定する、
ことを特徴とする過負荷防止装置。
In the overload prevention apparatus of any one of Claims 1-6,
A cooling fin attached to the plurality of switching elements ;
Further comprising temperature detecting means for detecting the temperature of the cooling fin ,
When the rotation speed of the motor is equal to or lower than a predetermined speed, the lock state determination means determines whether or not the lock state is based on whether or not the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than a predetermined temperature. ,
An overload prevention device characterized by that.
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