JP4931105B2 - Electric vehicle power converter - Google Patents

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Description

本発明は、改良された電気自動車(以下EVと呼ぶ。)用電力変換装置に関する。   The present invention relates to an improved power converter for an electric vehicle (hereinafter referred to as EV).

従来のEV用電力変換装置は、バッテリ等の直流電源と、この直流電源からの直流をインバータにより交流に変換して誘導電動機または同期電動機を駆動するように構成するのが通常である。   Conventional EV power converters are usually configured to drive a induction motor or a synchronous motor by converting a direct current power source such as a battery and the direct current from the direct current power source into an alternating current by an inverter.

インバータの制御は、所謂ベクトル制御が用いられる。即ち、トルク電流指令iq*及びこれと直交する励磁電流指令id*を、フィードバック演算されたトルク電流iq及び励磁電流idと夫々増幅器で比較演算し、その夫々の出力をトルク電圧指令vq*及び励磁電圧指令vd*とする。そして、このトルク電圧指令vq*及び励磁電圧指令vd*を座標変換器で三相電圧基準V*に変換し、これをPWM制御器でパルスに変換し、インバータのゲート信号を得ている。   For the control of the inverter, so-called vector control is used. That is, the torque current command iq * and the excitation current command id * orthogonal to the torque current command iq * and the feedback-calculated torque current iq and excitation current id are respectively compared and calculated by an amplifier, and the respective outputs are output to the torque voltage command vq * and the excitation current. The voltage command is vd *. The torque voltage command vq * and the excitation voltage command vd * are converted into a three-phase voltage reference V * by a coordinate converter, which is converted into a pulse by a PWM controller to obtain an inverter gate signal.

ここで、トルク電流指令iq*は、速度検出器で検出された回転数nによって決まるトルク電流指令リミットによって、リミットされている。トルク電流指令リミットは回転数毎にトルク電流指令最大値が設定されている。なお、トルク電流指令ではなく、トルク指令にリミットをかける場合もあるが、動作は同様である。   Here, the torque current command iq * is limited by a torque current command limit determined by the rotational speed n detected by the speed detector. The torque current command limit is set to a torque current command maximum value for each rotation speed. Although there is a case where the torque command is limited instead of the torque current command, the operation is the same.

一方、前述のトルク電流iqと励磁電流idは、インバータの任意の2相の出力電流、例えばU相電流iuとW相電流iwを検出し、これを座標変換器で、3相から2相へ変換して求める。ここで、座標変換器の基準位相は、速度検出器で検出した誘導電動機の回転数nを積分した位相角θrと、トルク電流指令iq*と励磁電流指令id*から演算で求めたすべり周波数fsを積分して得られる位相角θsを加えた位相角θを用いる。前述した座標変換器の基準位相も同様にこの位相角θを用いる。この位相角θはインバータの出力位相と誘導電動機の回転磁界のなす電気角に相当する。なお、電動機回転数nは、速度検出器を用いなくても演算によって求めることもできる。この場合が所謂センサレスベクトル制御となる。   On the other hand, the torque current iq and the excitation current id described above detect an arbitrary two-phase output current of the inverter, for example, a U-phase current iu and a W-phase current iw, and this is converted from three phases to two phases by a coordinate converter. Convert to find. Here, the reference phase of the coordinate converter is the slip frequency fs obtained by calculation from the phase angle θr obtained by integrating the rotational speed n of the induction motor detected by the speed detector, the torque current command iq *, and the excitation current command id *. The phase angle θ obtained by adding the phase angle θs obtained by integrating is used. The phase angle θ is similarly used for the reference phase of the coordinate converter described above. This phase angle θ corresponds to the electrical angle formed by the output phase of the inverter and the rotating magnetic field of the induction motor. The motor rotation speed n can also be obtained by calculation without using a speed detector. This is so-called sensorless vector control.

一般的にEVでは、直流電源がバッテリであり、この場合、電圧は充電や放電などの状態や負荷条件によって大きく変動する。また、同一電流が流れても、バッテリの充電状態により、電圧は異なる。   In general, in the EV, the direct current power source is a battery, and in this case, the voltage varies greatly depending on the state of charging and discharging and the load condition. Even if the same current flows, the voltage varies depending on the state of charge of the battery.

EVでは、バッテリからの放電エネルギにより、車両を発進、加速時させ、減速時に車両の運動エネルギをバッテリに回生するので、大きなエネルギが必要となり、放電、充電の電流も大きくなる。しかし、バッテリは車両に搭載されるので、寸法、重量などの制約から、比較的小容量になってしまう。このため、大きな電流が流れた場合、放電時は直流(バッテリ)電圧が低下し、充電時は直流(バッテリ)電圧が上昇する割合が大きくなる。この電圧変動は±20%を超えることもあり、商用電源を用いた一般的な直流電源よりも電圧変動が非常に大きくなる。   In EV, the vehicle is started and accelerated by the discharge energy from the battery, and the kinetic energy of the vehicle is regenerated to the battery at the time of deceleration. Therefore, a large amount of energy is required, and the current for discharging and charging also increases. However, since the battery is mounted on the vehicle, the capacity is relatively small due to restrictions such as size and weight. For this reason, when a large current flows, the direct current (battery) voltage decreases during discharging, and the direct current (battery) voltage increases during charging. This voltage fluctuation may exceed ± 20%, and the voltage fluctuation becomes much larger than that of a general DC power source using a commercial power source.

電動機のトルク出力が大きいほど電動機の電流も大きくなり、電動機に供給する所要電圧も高くなるが、インバータから電動機に供給する電圧の上限は直流(バッテリ)電圧によって決まる。直流(バッテリ)電圧が低い状態でトルク電流指令ミットを設定した場合、トルク電流指令ミットが小さくなり、バッテリ電圧が高いときにバッテリ能力を有効活用できなくなる。逆に直流(バッテリ)電圧が高い状態でトルク電流指令ミットを設定した場合は、バッテリ電圧が低いときにインバータ出力電圧が飽和して電動機電流が制御困難となり、場合によっては過電流となることがある。   As the torque output of the electric motor increases, the electric current of the electric motor increases and the required voltage supplied to the electric motor increases. However, the upper limit of the voltage supplied from the inverter to the electric motor is determined by the direct current (battery) voltage. When the torque current command mitt is set in a state where the direct current (battery) voltage is low, the torque current command mitt becomes small and the battery capacity cannot be effectively utilized when the battery voltage is high. Conversely, if the torque current command mitt is set while the direct current (battery) voltage is high, the inverter output voltage is saturated when the battery voltage is low, making it difficult to control the motor current, and in some cases an overcurrent may occur. is there.

上記問題点の対策として、インバータの電圧指令がバッテリ電圧で決まる所定の電圧リミット値を超えたとき、トルク指令値を低減する提案が為されている(例えば特許文献1参照。)。
特開2003−128398号公報(第3−4頁、図2)
As a countermeasure against the above problem, a proposal has been made to reduce the torque command value when the voltage command of the inverter exceeds a predetermined voltage limit value determined by the battery voltage (see, for example, Patent Document 1).
JP 2003-128398 A (page 3-4, FIG. 2)

特許文献1に示された手法によれば、インバータの出力電圧指令が所定値を超えたとき、トルク指令を低減するようにしているので、バッテリの電圧に応じてトルクを調節することが可能となるが、バッテリ電圧からインバータ出力電圧に換算する手順が必要となって回路が複雑化するばかりでなく、電動機の運転状態を考慮していないため、電動機が力行状態で上記の所定値を決めたとき、電動機が回生運転された場合は必要以上にトルクを制限することになってしまい、運転効率の低下を招いてしまう。   According to the technique disclosed in Patent Document 1, when the output voltage command of the inverter exceeds a predetermined value, the torque command is reduced, so that the torque can be adjusted according to the voltage of the battery. However, since the procedure for converting the battery voltage to the inverter output voltage is required, the circuit is complicated and the operation state of the motor is not taken into consideration, so the motor determines the predetermined value in the power running state. When the electric motor is regeneratively operated, the torque is limited more than necessary, resulting in a decrease in operating efficiency.

本発明は、上記問題点に鑑みて為されたもので、比較的簡単な回路構成で、直流(バッテリ)電圧と電動機の運転状態に応じた制御を行うことにより、バッテリ能力を有効に活用するEV用電力変換装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and effectively uses battery capacity by performing control according to a direct current (battery) voltage and an operating state of an electric motor with a relatively simple circuit configuration. It aims at providing the power converter device for EV.

上記目的を達成するために、本発明の第1の発明である電気自動車用電力変換装置は、直流電源からの直流電力を交流に変換して交流電動機を駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、前記交流電動機の回転数を直接または間接的に検出する回転数検出手段と、前記インバータ回路の直流電圧を検出する電圧検出手段とを具備し、前記制御手段は、前記交流電動機の電流を励磁電流及びこれに直交するトルク電流に分離し、夫々の指令値との偏差に応じて、前記インバータ回路の電圧指令を調節するベクトル制御手段と、前記交流電動機が力行運転状態か回生運転状態かを判別する力行/回生判定手段とを有し、前記回転数検出手段による回転数が所定値以下のとき、前記トルク電流のリミットは、前記力行/回生判定手段の出力が力行のときは正の一定値、回生のときは負の一定値となるようにし、前記回転数が前記所定値を超えたとき、前記トルク電流のリミットを前記回転数に略反比例して低減させるようにし、前記力行/回生判定手段の出力が力行で且つ前記回転数が前記所定値を超えたとき、前記電圧検出手段による電圧に略比例して前記トルク電流のリミットを低減させるようにしたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a power converter for an electric vehicle according to a first aspect of the present invention includes an inverter circuit that converts DC power from a DC power source into AC to drive an AC motor, and the inverter circuit. Control means for controlling, rotation speed detection means for directly or indirectly detecting the rotation speed of the AC motor, and voltage detection means for detecting a DC voltage of the inverter circuit, wherein the control means comprises the AC Vector control means for separating the current of the motor into an excitation current and a torque current orthogonal thereto, and adjusting the voltage command of the inverter circuit according to a deviation from each command value, and whether the AC motor is in a power running state A power running / regeneration determining means for determining whether the engine is in a regenerative operation state, and when the rotational speed by the rotational speed detecting means is less than or equal to a predetermined value, the torque current limit is When the output of the raw judgment means is a power running, it becomes a positive constant value, and when it is regenerative, it becomes a negative constant value, and when the rotational speed exceeds the predetermined value, the torque current limit is set to the rotational speed. When the output of the power running / regeneration determining means is power running and the rotational speed exceeds the predetermined value, the torque current limit is set substantially proportional to the voltage by the voltage detecting means. It is characterized by being reduced .

また、本発明の第2の発明である電気自動車用電力変換装置は、直流電源からの直流電力を交流に変換して交流電動機を駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、前記交流電動機の回転数を直接または間接的に検出する回転数検出手段とを具備し、前記制御手段は、前記交流電動機の電流を励磁電流及びこれに直交するトルク電流に分離し、夫々の指令値との偏差に応じて、前記インバータ回路の電圧指令を調節するベクトル制御手段と、前記交流電動機が力行運転状態か回生運転状態かを判別する力行/回生判定手段とを有し、前記回転数検出手段による回転数が所定値以下のとき、前記トルク電流のリミットは、前記力行/回生判定手段の出力が力行のときは正の一定値、回生のときは負の一定値となるようにし、前記回転数が前記所定値を超えたとき、前記トルク電流のリミットを前記回転数に略反比例して低減させるようにし、前記力行/回生判定手段の出力が力行で且つ前記電圧指令が所定値以上のとき、前記トルク電流のリミットを、前記電圧指令の増加に対して0に向かって直線的に低減させるようにしたことを特徴としている。 The electric vehicle power converter according to the second aspect of the present invention includes an inverter circuit that converts direct current power from a direct current power source into alternating current to drive an alternating current motor, and control means that controls the inverter circuit; A rotation speed detecting means for directly or indirectly detecting the rotation speed of the AC motor, and the control means separates the current of the AC motor into an excitation current and a torque current orthogonal thereto, and A vector control means for adjusting a voltage command of the inverter circuit according to a deviation from the value; and a power running / regeneration judgment means for judging whether the AC motor is in a power running operation state or a regenerative operation state, and the rotational speed When the number of revolutions by the detection means is less than or equal to a predetermined value, the torque current limit is a positive constant value when the output of the power running / regeneration determination means is power running, and a negative constant value when the output is regenerative. And when the rotational speed exceeds the predetermined value, the torque current limit is reduced substantially inversely proportional to the rotational speed, the output of the power running / regeneration determining means is power running, and the voltage command is predetermined. When the value is equal to or greater than the value, the torque current limit is linearly reduced toward 0 with respect to the increase in the voltage command.

本発明によれば、比較的簡単な回路構成で、直流(バッテリ)電圧と電動機の運転状態に応じた制御を行うことにより、バッテリ能力を有効に活用するEV用電力変換装置を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide an EV power conversion device that effectively uses battery capacity by performing control according to a direct current (battery) voltage and an operating state of an electric motor with a relatively simple circuit configuration. It becomes possible.

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

以下に本発明の実施例1に係るEV用電力変換装置を図1及び図2を参照して説明する。図1は、本発明の実施例1に係るEV用電力変換装置のブロック構成図である。   Hereinafter, an EV power converter according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a block configuration diagram of an EV power converter according to Embodiment 1 of the present invention.

直流電源1は開閉器2を介しインバータ3に直流電力を供給し、インバータ3はこの直流電力を交流に変換し、交流電動機4を駆動する。   The DC power source 1 supplies DC power to the inverter 3 via the switch 2, and the inverter 3 converts this DC power into AC and drives the AC motor 4.

インバータ3の内部は、直流電圧を平滑するためのコンデンサ32と、主回路素子33u、33v、33w、33x、33y及び33zがブリッジ接続されたインバータ回路33により構成されている。また、インバータ回路33は、制御回路34によって制御されている。   The inside of the inverter 3 includes a capacitor 32 for smoothing a DC voltage and an inverter circuit 33 in which main circuit elements 33u, 33v, 33w, 33x, 33y, and 33z are bridge-connected. The inverter circuit 33 is controlled by the control circuit 34.

交流電動機4には速度検出器5が設けられ、回転数信号を制御回路34に与えている
制御回路34の構成は以下の通りである。与えられたトルク電流(q軸電流)指令iq*は、リミット回路341を介してフィードバック演算されたトルク電流(q軸電流)iqと比較され、この偏差は増幅器342によって調節されてq軸電圧指令vq*を出力する。同様に、励磁電流(d軸電流)指令id*は、フィードバック演算された励磁電流(d軸電流)idと比較され、この偏差は増幅器343によって調節されてd軸電圧指令vd*を出力する。ここで得られたq軸電圧指令vq*及びd軸電圧指令vd*を座標変換器344によって3相電圧基準V*に変換し、これをPWM制御器345でパルスに変換し、インバータ回路33用のゲート信号を得ている。
The AC motor 4 is provided with a speed detector 5 and supplies a rotation speed signal to the control circuit 34. The configuration of the control circuit 34 is as follows. The given torque current (q-axis current) command iq * is compared with the torque current (q-axis current) iq feedback-calculated via the limit circuit 341, and this deviation is adjusted by the amplifier 342 to obtain the q-axis voltage command. Outputs vq *. Similarly, the excitation current (d-axis current) command id * is compared with the feedback-calculated excitation current (d-axis current) id, and the deviation is adjusted by the amplifier 343 to output the d-axis voltage command vd *. The q-axis voltage command vq * and the d-axis voltage command vd * obtained here are converted into a three-phase voltage reference V * by the coordinate converter 344, and converted into a pulse by the PWM controller 345 for the inverter circuit 33. Getting the gate signal.

一方、前述したq軸電流iqとd軸電流idは、インバータ3の任意の2相の出力電流、例えばU相電流iuとW相電流iwを検出し、これを座標変換器346で、3相から2相へ変換して求めている。ここで、座標変換器346の基準位相は、交流電動機4の回転数nを積分した位相角θrと、トルク電流指令iq*と励磁電流指令id*から演算で求めたすべり周波数fsを積分して得られる位相角θsを加えた位相角θを用いる。前述した座標変換器344の基準位相も同様にこの位相角θを用いる。以上のように交流電動機4の電流をトルク電流と励磁電流に分離して夫々を独立して制御する手法は所謂ベクトル制御としてよく知られている。   On the other hand, the q-axis current iq and the d-axis current id described above detect an arbitrary two-phase output current of the inverter 3, for example, a U-phase current iu and a W-phase current iw, and this is converted into a three-phase by a coordinate converter 346. It is obtained by converting from 2 to 2 phase. Here, the reference phase of the coordinate converter 346 is obtained by integrating the phase angle θr obtained by integrating the rotational speed n of the AC motor 4 and the slip frequency fs obtained by calculation from the torque current command iq * and the excitation current command id *. A phase angle θ obtained by adding the obtained phase angle θs is used. The phase angle θ is similarly used for the reference phase of the coordinate converter 344 described above. As described above, the method of separating the current of the AC motor 4 into the torque current and the excitation current and independently controlling them is well known as so-called vector control.

インバータ3の直流電圧は電圧検出器347によって検出されトルク電流リミット回路348に与えられる。トルク電流リミット回路348には、速度検出器5の出力である回転数信号及びトルク電流指令iq*から得られる力行/回生判定回路349の出力が与えられ、この出力によってリミット回路341を制御する。尚、図1においては、電圧検出器347は制御回路34の内部に設けたが、これは制御回路34の外部であっても良い。   The DC voltage of the inverter 3 is detected by the voltage detector 347 and applied to the torque current limit circuit 348. The torque current limit circuit 348 is supplied with the rotation speed signal that is the output of the speed detector 5 and the output of the power running / regeneration determination circuit 349 obtained from the torque current command iq *, and the limit circuit 341 is controlled by this output. In FIG. 1, the voltage detector 347 is provided inside the control circuit 34, but this may be provided outside the control circuit 34.

図2はトルク電流リミット回路348の動作説明図である。   FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the torque current limit circuit 348.

トルク電流指令リミット回路348は、図2に示したように回転数nを入力としてトルク電流指令リミットを出力とする。力行/回生判定回路349で回生運転と判定された場合、トルク電流指令リミットは直流電圧Vdcの値にかかわらず回生時の最大値iq_max_n*となるようにする。このiq_max_n*は通常、基底速度n0までは一定値であるが、速度がn0を超えて弱め界磁領域になると速度に略反比例して低減する。   As shown in FIG. 2, the torque current command limit circuit 348 receives the rotation speed n and outputs a torque current command limit. When the regenerative operation is determined by the power running / regeneration determination circuit 349, the torque current command limit is set to the maximum value iq_max_n * during regeneration regardless of the value of the DC voltage Vdc. This iq_max_n * is normally a constant value up to the base speed n0, but when the speed exceeds n0 and becomes a field weakening region, it decreases in inverse proportion to the speed.

同様に、力行/回生判定回路349で力行運転と判定された場合、トルク電流指令リミットは基底速度n0以下では回生時の最大値iq_max_n*となるようにするが、基底速度n0を超えたときは、直流電圧Vdcに応じてその値を変化させる。いま、直流電圧の最大値をVdc3、それより低い電圧値をVdc2、更に低い電圧値をVdc1とすると、図示したように直流電圧がVdc3からVdc1へと低減するに従ってトルク電流指令リミットを低減させる。   Similarly, when the power running / regeneration determination circuit 349 determines that the power running operation is performed, the torque current command limit is set to the maximum value iq_max_n * during regeneration at the base speed n0 or less, but when the base speed n0 is exceeded. The value is changed according to the DC voltage Vdc. Assuming that the maximum value of the DC voltage is Vdc3, the lower voltage value is Vdc2, and the lower voltage value is Vdc1, the torque current command limit is reduced as the DC voltage decreases from Vdc3 to Vdc1, as shown.

このように直流(バッテリ)電圧に応じてトルク電流指令リミットを変化させることにより、力行時には直流(バッテリ)電圧が変動してもインバータ出力電圧が飽和しないようにすることができる。また回生時に、バッテリ電圧が低下している場合は、多少インバータの出力電圧が飽和しても回生トルクを最大化し、更にバッテリ充電量を確保してバッテリ電圧が回復するようにする。   Thus, by changing the torque current command limit according to the direct current (battery) voltage, the inverter output voltage can be prevented from being saturated even if the direct current (battery) voltage fluctuates during power running. Further, when the battery voltage is reduced during regeneration, the regenerative torque is maximized even if the output voltage of the inverter is somewhat saturated, and the battery voltage is recovered by ensuring the battery charge amount.

尚、トルク電流指令にリミットをかける代わりに、トルク指令にリミットをかけても同様の効果が得られることは明らかである。また、トルク電流指令iq*により力行/回生の判定を行なったが、直流電流idcなどによって力行/回生の判定を行なっても良い。   It is obvious that the same effect can be obtained by applying a limit to the torque command instead of applying a limit to the torque current command. Further, although the power running / regeneration determination is performed based on the torque current command iq *, the power running / regeneration determination may be performed based on the DC current idc or the like.

図3は本発明の実施例2に係るEV用電力変換装置のブロック構成図である。この実施例2の各部について、図1の実施例1に係るEV用電力変換装置のブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、q軸電圧指令vq*及びd軸電圧指令vd*から電圧指令Vdq*を演算する電圧指令演算回路350及びこの電圧指令Vdq*と力行/回生判定回路349の出力から力行時の電圧低減率を演算する変調率リミット回路351を設け、変調率リミット回路351の出力をトルク電流指令リミット回路351Aの出力に乗算してリミット回路341を動作させるようにした点である。   FIG. 3 is a block diagram of the EV power converter according to the second embodiment of the present invention. In each part of the second embodiment, the same parts as those in the block configuration diagram of the EV power converter according to the first embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The second embodiment is different from the first embodiment in that a voltage command calculation circuit 350 that calculates a voltage command Vdq * from a q-axis voltage command vq * and a d-axis voltage command vd *, and the voltage command Vdq * and power running / regeneration determination. A modulation rate limit circuit 351 that calculates a voltage reduction rate during powering from the output of the circuit 349 is provided, and the output of the modulation rate limit circuit 351 is multiplied by the output of the torque current command limit circuit 351A to operate the limit circuit 341. This is the point.

ここで、電圧指令演算器内の計算式は下記となる。   Here, the calculation formula in the voltage command calculator is as follows.

Vdq*={(vd*)2+(vq*)2}1/2
以下、変調率リミット回路351の動作について図4を参照して説明する。
Vdq * = {(vd *) 2 + (vq *) 2 } 1/2
Hereinafter, the operation of the modulation rate limit circuit 351 will be described with reference to FIG.

力行/回生判定回路349で力行運転と判定された場合、図示したように電圧指令演算器350の出力が所定値以上となったとき、変調率リミット回路の出力を1からゼロに向けて低減させるようにする。この出力をトルク電流指令リミット回路348Aの出力に乗算してリミッタ341を動作させれば、電圧指令Vdq*が基準値を超えるとトルク電流指令iq*が低減するので、直流電圧Vdcが変動してもインバータ出力電圧が飽和しないようになる。尚、トルク電流指令リミット回路348Aの出力は、直流電圧Vdcの最大値におけるリミット値としておく。   When the power running / regeneration determination circuit 349 determines that the power running operation is performed, the output of the modulation rate limit circuit is reduced from 1 to zero when the output of the voltage command computing unit 350 exceeds a predetermined value as shown in the figure. Like that. If this output is multiplied by the output of the torque current command limit circuit 348A and the limiter 341 is operated, the torque current command iq * is reduced when the voltage command Vdq * exceeds the reference value, so that the DC voltage Vdc fluctuates. Inverter output voltage will not be saturated. The output of the torque current command limit circuit 348A is set as a limit value at the maximum value of the DC voltage Vdc.

尚、力行/回生判定回路349で回生運転と判定された場合は、変調率リミット回路351は常に1を出力するようにする。   When the power running / regeneration determination circuit 349 determines that the regenerative operation is performed, the modulation rate limit circuit 351 always outputs 1.

弱め界磁領域において、回転数nの上昇は電圧指令Vdq*の上昇に相当するので、この実施例2によれば、力行時には直流(バッテリ)電圧が変動してもインバータ出力電圧が飽和しないようにできる。また回生時に、バッテリ電圧が低下している場合は、多少インバータの出力電圧が飽和しても回生トルクを最大化し、更にバッテリ充電量を確保することが可能となる。   In the field-weakening region, an increase in the rotational speed n corresponds to an increase in the voltage command Vdq *. Therefore, according to the second embodiment, the inverter output voltage does not saturate even when the direct current (battery) voltage fluctuates during powering. Can be. Further, when the battery voltage is reduced during regeneration, it is possible to maximize the regenerative torque and further secure the battery charge even if the output voltage of the inverter is somewhat saturated.

尚、変化率リミット回路351の出力をトルク電流指令リミット回路348の出力ではなく、リミット回路341の出力に乗算してトルク電流指令iq*をリミットしても全く同様の効果が得られる。   Note that the same effect can be obtained by multiplying the output of the change rate limit circuit 351 by the output of the limit circuit 341 instead of the output of the torque current command limit circuit 348 to limit the torque current command iq *.

図5は本発明の実施例3に係るEV用電力変換装置のブロック構成図である。この実施例3の各部について、図1の実施例1に係るEV用電力変換装置のブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例3が実施例1と異なる点は、レート処理回路352を設け、このレート処理回路352介して電圧検出器346で検出した直流(バッテリ)電圧Vdcをトルク電流指令リミット回路348に与えるように構成した点である。   FIG. 5 is a block diagram of an EV power converter according to Embodiment 3 of the present invention. About each part of this Example 3, the same part as each part of the block block diagram of the power converter device for EVs which concerns on Example 1 of FIG. 1 is shown with the same code | symbol, and the description is abbreviate | omitted. The third embodiment differs from the first embodiment in that a rate processing circuit 352 is provided, and a direct current (battery) voltage Vdc detected by the voltage detector 346 is applied to the torque current command limit circuit 348 via the rate processing circuit 352. This is the point that was configured.

レート処理回路352は、直流(バッテリ)電圧が低下する場合はレートなしで、直流電が上昇する場合はレートを付けた電圧検出値をトルク電流指令リミットに入力する。 Rate processing circuit 352, when direct current (battery) voltage is lowered without rate, the DC voltage is input to the torque current command limit the voltage detection value with a rate be elevated.

図6はレート処理回路352の動作説明図である。図6(a)は、レート処理回路352が電圧低下時にレートなし、電圧上昇時にもレートなしの場合の動作例である。トルク指令が時刻t=t0でステップ状に大きく増加したとき、直流(バッテリ)電圧が低下し、トルク電流指令リミットも絞られる。そして、時刻t=t1ではトルク電流指令リミットが絞られたことにより、直流(バッテリ)電圧が上昇し、再びトルク電流指令リミットが上昇する。更に時刻t=t2ではトルク電流指令リミットが増加したことにより、再び電圧が低下し、時刻t=t0のときと同じ状態となり、この振動現象は時刻t=t3、t4、t5、t6と繰り返される。   FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the rate processing circuit 352. FIG. 6A shows an operation example when the rate processing circuit 352 has no rate when the voltage drops and no rate when the voltage rises. When the torque command greatly increases stepwise at time t = t0, the direct current (battery) voltage decreases and the torque current command limit is narrowed. At time t = t1, since the torque current command limit is reduced, the direct current (battery) voltage rises and the torque current command limit rises again. Further, at time t = t2, the torque current command limit is increased, so that the voltage decreases again, and the state is the same as at time t = t0. This vibration phenomenon is repeated at times t = t3, t4, t5, and t6. .

次に図6(b)はレート処理回路352が電圧低下時にレートなし、電圧上昇時にはレートありの場合の動作例である。トルク指令が時刻t=t0でステップ状に大きく増加したとき、直流(バッテリ)電圧が低下し、トルク電流指令リミットも絞られる。トルク電流指令リミットが絞られたことにより、直流(バッテリ)電圧が上昇し、再びトルク電流指令リミットは上昇しようとするが、直流(バッテリ)電圧の検出値はレート処理されているため、トルク電流指令リミットはゆっくり増加していく。これによって、図6(a)に示したような振動現象を抑制でき、大きなトルク指令が入力された場合でも安定した運転を行うことが可能となる。   Next, FIG. 6B shows an operation example when the rate processing circuit 352 has no rate when the voltage drops and has a rate when the voltage rises. When the torque command greatly increases stepwise at time t = t0, the direct current (battery) voltage decreases and the torque current command limit is narrowed. As the torque current command limit is reduced, the direct current (battery) voltage rises and the torque current command limit tries to rise again, but the detected value of the direct current (battery) voltage is rate-processed. The command limit increases slowly. As a result, the vibration phenomenon shown in FIG. 6A can be suppressed, and stable operation can be performed even when a large torque command is input.

尚、図5においてレート処理回路352は電圧検出器346の出力をレート処理するようにしているが、このレート処理はトルク電流指令リミット回路348の出力に設けて、トルク電流指令リミットの時間変化率を直接制限するように構成しても良い。   In FIG. 5, the rate processing circuit 352 performs rate processing on the output of the voltage detector 346. This rate processing is provided at the output of the torque current command limit circuit 348, and the time change rate of the torque current command limit is set. May be configured to directly limit

図7は本発明の実施例4に係るEV用電力変換装置のブロック構成図である。この実施例4の各部について、図1の実施例1に係るEV用電力変換装置のブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例4が実施例1と異なる点は、交流電動機4を同期電動機とし、すべり周波数の演算をなくして速度検出器5から検出した回転数nを積分した角度をそのままが座標変換器の基準位相θとする構成とした点である。   FIG. 7 is a block diagram of an EV power converter according to Embodiment 4 of the present invention. In the fourth embodiment, the same parts as those in the block configuration diagram of the EV power converter according to the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that the AC motor 4 is a synchronous motor, the slip frequency is not calculated, and the angle obtained by integrating the rotational speed n detected from the speed detector 5 remains as it is. This is the point where the phase θ is adopted.

尚、同期電動機の場合は、回転数nはインバータ3の出力周波数に比例するので、速度検出器5を省略することができる。   In the case of a synchronous motor, since the rotation speed n is proportional to the output frequency of the inverter 3, the speed detector 5 can be omitted.

また、実施例1乃至実施例3の場合についても、所謂センサレスベクトル制御を用いることによって速度検出器5を省略することも可能である。   Also in the case of the first to third embodiments, the speed detector 5 can be omitted by using so-called sensorless vector control.

更に、以上の実施例1乃至実施例4はEV用ばかりでなく、ハイブリッドEV用の電力変換装置にも適用可能なことは明らかである。   Further, it is apparent that the first to fourth embodiments described above can be applied not only to EV but also to a hybrid EV power conversion device.

本発明の実施例1に係るEV用電力変換装置のブロック構成図。1 is a block configuration diagram of an EV power converter according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. トルク電流指令リミット回路の動作説明図Operation explanatory diagram of torque current command limit circuit 本発明の実施例2に係るEV用電力変換装置のブロック構成図。The block block diagram of the power converter device for EV which concerns on Example 2 of this invention. 変調率リミット回路の動作説明図Operation explanatory diagram of modulation rate limit circuit 本発明の実施例3係るEV用電力変換装置のブロック構成図。The block block diagram of the power converter device for EV which concerns on Example 3 of this invention. レート処理回路の動作説明図Operation explanation diagram of rate processing circuit 本発明の実施例4に係るEV用電力変換装置のブロック構成図。The block block diagram of the power converter device for EVs which concerns on Example 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 直流電源
2 開閉器
3 インバータ
4 交流電動機
5 速度検出器
32 直流コンデンサ
33 インバータ回路
34 制御回路
341 リミット回路
342 増幅器
343 増幅器
344 座標変換器
345 PWM回路
346 座標変換器
347 電圧検出回路
348、348A トルク電流指令リミット回路
349 力行/回生判定回路
350 電圧指令演算回路
351 変調率リミット回路
352 レート処理回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply 2 Switch 3 Inverter 4 AC motor 5 Speed detector 32 DC capacitor 33 Inverter circuit 34 Control circuit 341 Limit circuit 342 Amplifier 343 Amplifier 344 Coordinate converter 345 PWM circuit 346 Coordinate converter 347 Voltage detection circuit 348, 348A Torque Current command limit circuit 349 Power running / regeneration determination circuit 350 Voltage command calculation circuit 351 Modulation rate limit circuit 352 Rate processing circuit

Claims (4)

直流電源からの直流電力を交流に変換して交流電動機を駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、
前記交流電動機の回転数を直接または間接的に検出する回転数検出手段と、
前記インバータ回路の直流電圧を検出する電圧検出手段と
を具備し、
前記制御手段は、
前記交流電動機の電流を励磁電流及びこれに直交するトルク電流に分離し、夫々の指令値との偏差に応じて、前記インバータ回路の電圧指令を調節するベクトル制御手段と、
前記交流電動機が力行運転状態か回生運転状態かを判別する力行/回生判定手段と
を有し、
前記回転数検出手段による回転数が所定値以下のとき、前記トルク電流のリミットは、前記力行/回生判定手段の出力が力行のときは正の一定値、回生のときは負の一定値となるようにし、前記回転数が前記所定値を超えたとき、前記トルク電流のリミットを前記回転数に略反比例して低減させるようにし、前記力行/回生判定手段の出力が力行で且つ前記回転数が前記所定値を超えたとき、前記電圧検出手段による電圧に略比例して前記トルク電流のリミットを低減させるようにしたことを特徴とする電気自動車用電力変換装置。
An inverter circuit for driving an AC motor by converting DC power from a DC power source into AC, and a control means for controlling the inverter circuit;
A rotational speed detection means for directly or indirectly detecting the rotational speed of the AC motor;
Voltage detecting means for detecting a DC voltage of the inverter circuit,
The control means includes
Vector control means for separating the current of the AC motor into an excitation current and a torque current orthogonal thereto, and adjusting a voltage command of the inverter circuit according to a deviation from each command value;
Power running / regeneration determination means for determining whether the AC motor is in a power running operation state or a regenerative operation state;
When the rotational speed by the rotational speed detection means is less than or equal to a predetermined value, the torque current limit becomes a positive constant value when the output of the power running / regeneration determination means is power running, and a negative constant value when regenerative. When the rotational speed exceeds the predetermined value, the limit of the torque current is reduced approximately in inverse proportion to the rotational speed, and the output of the power running / regeneration determination means is power running and the rotational speed is When the predetermined value is exceeded, the torque current limit is reduced approximately in proportion to the voltage by the voltage detection means.
直流電源からの直流電力を交流に変換して交流電動機を駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、
前記交流電動機の回転数を直接または間接的に検出する回転数検出手段と
を具備し、
前記制御手段は、
前記交流電動機の電流を励磁電流及びこれに直交するトルク電流に分離し、夫々の指令値との偏差に応じて、前記インバータ回路の電圧指令を調節するベクトル制御手段と、
前記交流電動機が力行運転状態か回生運転状態かを判別する力行/回生判定手段と
を有し、
前記回転数検出手段による回転数が所定値以下のとき、前記トルク電流のリミットは、前記力行/回生判定手段の出力が力行のときは正の一定値、回生のときは負の一定値となるようにし、前記回転数が前記所定値を超えたとき、前記トルク電流のリミットを前記回転数に略反比例して低減させるようにし、
前記力行/回生判定手段の出力が力行で且つ前記電圧指令が所定値以上のとき、前記トルク電流のリミットを、前記電圧指令の増加に対して0に向かって直線的に低減させるようにしたことを特徴とする電気自動車用電力変換装置。
An inverter circuit for driving an AC motor by converting DC power from a DC power source into AC, and a control means for controlling the inverter circuit;
A rotation speed detecting means for directly or indirectly detecting the rotation speed of the AC motor;
The control means includes
Vector control means for separating the current of the AC motor into an excitation current and a torque current orthogonal thereto, and adjusting a voltage command of the inverter circuit according to a deviation from each command value;
Power running / regeneration determination means for determining whether the AC motor is in a power running operation state or a regenerative operation state;
When the rotational speed by the rotational speed detection means is less than or equal to a predetermined value, the torque current limit becomes a positive constant value when the output of the power running / regeneration determination means is power running, and a negative constant value when regenerative. When the rotational speed exceeds the predetermined value, the limit of the torque current is reduced approximately in inverse proportion to the rotational speed,
When the output of the power running / regeneration determination means is power running and the voltage command is greater than or equal to a predetermined value, the torque current limit is linearly reduced toward 0 with respect to the increase of the voltage command. A power converter for an electric vehicle.
前記電圧検出手段による電圧の時間変化率が所定のリミット値以下となるようなレート設定手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の電気自動車用電力変換装置。   2. The electric power converter for an electric vehicle according to claim 1, wherein rate setting means is provided such that a time change rate of the voltage by the voltage detection means is not more than a predetermined limit value. 前記レート設定手段は、
電圧が上昇するときの前記時間変化率のリミット値を、
電圧が低下するときの前記時間変化率のリミット値より
大きく設定したことを特徴とする請求項3に記載の電気自動車用電力変換装置。
The rate setting means includes:
The limit value of the time change rate when the voltage rises,
The electric power converter for an electric vehicle according to claim 3, wherein the electric power converter is set to be larger than a limit value of the time change rate when the voltage drops.
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