JP5408449B2

JP5408449B2 - モータ駆動システム

Info

Publication number: JP5408449B2
Application number: JP2010169413A
Authority: JP
Inventors: 潤齋藤
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2030-07-28
Also published as: JP2012034433A

Description

本発明は、複数のモータを使用した駆動システムにおけるモータの制御技術に関する。

モータを使用した駆動システムとして例えば近年開発が進んでいる電動車両は、電気モータを走行駆動源として用い、アクセル操作等の操作に応じて電気モータの出力トルクを制御する構成となっている。このような電動車両において、複数の電気モータを搭載し、必要なトルクに応じて電気モータを切換えて作動する技術が開発されている。例えば高速走行時や加速時のように高トルクを要する場合には２個の電気モータを駆動させ、低速走行時のように低トルクで十分である場合には１個の電気モータのみ駆動させることで、高トルクに対応可能にしつつ低トルク時では効率のよい駆動が可能となる。

更に、上記のように２個の電気モータを駆動システムに備えた電動車両において、低トルク状態が続き１個の電気モータのみ作動し続けると、その電気モータのみ発熱して効率低下を招く虞がある。そこで、発熱して高温となった電気モータの出力トルクを抑制することで、電気モータの温度上昇を抑える技術が開発されている（特許文献１）。

特開２００８−２４７１５５号公報

上記特許文献１では、２つの電気モータのうち高温側の電気モータの温度が所定温度を超えたときに、高温側から低温側へ電気モータの駆動を切り換える制御を行なっている。
しかしながら、このように制御すると、２つの電気モータの温度が両方とも所定温度に近くなると、駆動する電気モータの切り換えが頻繁に行なわれることになってしまう。したがって、駆動システムから出力するトルクが変動し、例えば電動車両の搭乗者に違和感を与えてしまう。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、モータの温度上昇を抑えるべく複数のモータを切り換えて作動させるモータ駆動システムにおいて、モータの切換え頻度を低減させ、トルク変動を抑制することにある。

上記目的を達成するため、請求項１のモータ駆動システムは、車両の駆動源となる第１のモータ及び第２のモータと、第１及び第２のモータのそれぞれの温度を検出する温度検出手段と、車両に要求される出力が第１のモータの許容出力又は第２のモータの許容出力のうちいずれか小さい方の許容出力以下である場合に、温度検出手段により検出されたモータ温度が第１のモータ及び第２のモータのうち低温側のモータを選択して作動させる制御手段とを有する車両のモータ駆動システムにおいて、第１のモータ及び第２のモータを冷却水により冷却する冷却手段と、冷却水の水温を検出する冷却水温検出手段とを備え、制御手段は、第１のモータと第２のモータとの温度差が所定値に達しないとき、または冷却水温検出手段により検出された冷却水の水温が第１のモータの温度と第２のモータの温度との間の温度であるときには、第１のモータから第２のモータへの切替又は第２のモータから第１のモータへの切替を禁止することを特徴とする。

また、請求項２のモータ駆動システムは、請求項１において、冷却手段は、冷却水を循環させるウォータポンプを備え、制御手段は、第１のモータ又は第２のモータのうち少なくとも一方の温度が所定温度以上となったときに、ウォータポンプを作動させることを特徴とする。

本発明の請求項１のモータ駆動システムによれば、車両に要求される出力が前記第１のモータの許容出力又は前記第２のモータの許容出力のうちいずれか小さい方の許容出力以下である場合、例えば低負荷時に第１のモータ及び第２のモータのうち低温側のモータを選択して作動させるので、低温側のモータを比較的高トルクで作動させることができ、モータの効率を向上させることができる。

そして、第１のモータと第２のモータとの温度差が所定値以下であるときには、第１のモータから第２のモータへの作動切換え又は、第２のモータから第１のモータへの作動切換えを禁止するので、例えば第１のモータと第２のモータとのうち低温側のモータのみ作動させて、第１のモータの温度と第２のモータの温度とが逆転しても、直ぐにはモータの作動切換えが行なわれなくなる。これにより、モータの切換え頻度が低減し、トルク変動を抑制することができる。

また、冷却水の温度が第１のモータ温度と第２のモータ温度との間の温度である場合にモータの切換を禁止する。これにより、第１のモータと第２のモータとの両方のモータ温度が冷却水の温度に近い場合にモータの切換を禁止することができるため、モータの切換え頻度の低減ができると共に、第１のモータ及び第２のモータの両方のモータの冷却効率を上げることができる。

本発明の請求項２のモータ駆動システムによれば、第１のモータと第２のモータとのうち少なくとも一方の温度が所定温度以上となったときにウォータポンプを作動させるので、第１のモータと第２のモータとの両方の温度差が小さい状態でいずれかの温度が所定温度まで上昇してしまったとしても、冷却手段によりモータの温度上昇を確実に抑えることができる。

本発明に係るモータ駆動システムを供えた電動車両の概略構成図である。モータ及び冷却装置の制御手順を示すブロック図である。駆動モータの判定手順を示すフローチャートである。駆動モータの判定手順を示すフローチャートである。モータの効率の一例を示すグラフであり、Ａ）は第１のモータ、Ｂ）は第２のモータである。低負荷でのモータ駆動時におけるモータ温度の推移の一例であり、Ａ）は参考形態、Ｂ）は本実施形態での推移を示す。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る電動車両の実施形態の概略構成図である。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る電動車両の概略構造図である。
本実施形態の電動車両（以下、単に車両１という）は、走行駆動源として電気モータ２、３を２個備えている。第１の電気モータ２（第１のモータ）は第１の減速機４を介して車両１の前輪５を駆動可能であり、第２の電気モータ３（第２のモータ）は第２の減速機６を介して車両１の後輪７を駆動可能に構成されている。第１の電気モータ２及び第２の電気モータ３は、インバータを備え、車両１に搭載されたバッテリ８より電力を供給されて駆動する。第１の電気モータ２及び第２の電気モータ３は、ＥＣＵ１０（制御手段）により駆動制御される。なお、本実施形態では、第１の電気モータ２と第２の電気モータ３とは同一仕様のものを使用している。また、第１の減速機４及び第２の減速機６は同じ減速比に設定されている。したがって、第１の電気モータ２と第２の電気モータ３とは、その回転速度が同一である。

また、車両１には、電気モータ２、３の冷却装置１１（冷却手段）が備えられている。冷却装置１１は、ラジエータ１２及びウォータポンプ１３が介装されて冷却水が循環する冷却水路１４からなり、ウォータポンプ１３から吐出した冷却水を第１の電気モータ２及び第２の電気モータ３に導いて熱交換させる。第１の電気モータ２及び第２の電気モータ３を通過して昇温した冷却水は、ラジエータ１２に導入されて冷却されウォータポンプ１３に還流される。

ラジエータ１２とウォータポンプ１３との間の冷却水路１４には、冷却水の温度を検出する水温センサ１５が設けられている。また、第１の電気モータ２及び第２の電気モータ３には、夫々モータ温度を検出する温度検出手段である第１のモータ温度センサ１６、第２のモータ温度センサ１７が設けられている。
図２は、ＥＣＵ１０における各電気モータ２、３及び冷却装置１１の制御手順を示すブロック図である。

図２に示すように、ＥＣＵ１０は、アクセル等の操作装置に基づいて設定されたモータトルク及びモータ回転速度の要求値を入力し、モータ駆動パターン判定ブロック３０によりモータ駆動パターン、即ち第１の電気モータ２及び第２の電気モータ３の２個のモータを駆動させるのか、いずれか１個の電気モータを駆動させるのかを判定する。例えば、モータ駆動パターン判定ブロック３０では、モータトルクがモータ回転速度に基づいて設定された閾値以上であれば２個の駆動、閾値未満であれば１個の駆動に判定する。

そして、駆動モータ判定ブロック３１は、モータ駆動パターン判定ブロック３０により判定したモータ駆動パターン、水温センサ１５により入力した冷却水温Ｔc、第１のモータ温度センサ１６より第１のモータ温度Ｔ1、及び第２のモータ温度センサ１７より第２のモータ温度Ｔ2とを入力し、第１の電気モータ２及び第２の電気モータ３のうち駆動するモータを判定し、夫々の電気モータ２、３の出力トルクである第１のモータトルク及び第２のモータトルクを設定する。

また、冷却実施判定ブロック３２は、第１のモータ温度Ｔ1と第２のモータ温度Ｔ2とにより冷却装置１１を駆動するか否かを判定する。詳しくは、第１の電気モータ２の温度及び第２の電気モータ３の温度のいずれか一方が所定の冷却作動温度Ｔw(所定温度)に達した場合に冷却装置１１を駆動すると判定する。ＥＣＵ１０は、冷却装置１１を駆動すると判定した場合には、ウォータポンプ１３を作動させて、冷却水路１４内で冷却水を循環させる。

図３、４は、駆動モータ判定ブロック３１における駆動モータの判定手順を示すフローチャートである。
本ルーチンは、車両電源オン時に繰り返し行なわれる。
図３、４に示すように、ステップＳ１０では、第１のモータ温度センサ１６より第１のモータ温度Ｔ1を、第２のモータ温度センサ１７により第２のモータ温度Ｔ2を、水温センサ１５より冷却水温Ｔcを入力する。そして、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、ステップＳ１０で入力した冷却水温Ｔcが制御切替水温Ｔα以上であるか否かを判別する。制御切替水温Ｔαは、１個のモータ駆動を行なうか否かを判別する閾値であり、１個のモータ駆動を行なっても冷却装置１１により第１の電気モータ２及び第２の電気モータ３が十分に冷却可能な温度に設定すればよい。冷却水温Ｔcが制御切替水温Ｔα以上である場合には、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、モータ駆動パターン判定部３０により判定したモータ駆動パターンが１、即ち１個のモータ駆動であるか否かを判別する。モータ駆動パターンが１である場合には、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、ステップＳ１０で入力した第１のモータ温度Ｔ1が第２のモータ温度Ｔ2以上であるか否かを判別する。第１のモータ温度Ｔ1が第２のモータ温度Ｔ2以上である場合には、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、第１のモータ温度Ｔ1を高温側モータ温度Ｔhiに設定し、第２のモータ温度Ｔ2を低温側モータ温度Ｔlowに設定する。そして、ステップＳ７０に進む。
ステップＳ４０において、第１のモータ温度Ｔ1が第２のモータ温度Ｔ2未満であると判定した場合には、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、第２のモータ温度Ｔ2を高温側モータ温度Ｔhiに設定し、第１のモータ温度Ｔ1を低温側モータ温度Ｔlowに設定する。そして、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０では、制御切替水温Ｔαが、ステップＳ５０またはステップＳ６０で設定した低温側モータ温度Ｔlowより低いか否かを判別する。制御切替水温Ｔαが低温側モータ温度Ｔlowより低い場合には、ステップＳ８０に進む。
ステップＳ８０では、現在の制御状態が第１のモータを制御している駆動パターン（Ｓ１００）かを判断し、第１のモータを制御している場合はステップＳ９０に進む。

ステップＳ９０では、高温側モータ温度Ｔhiが、第１のモータ温度Ｔ1であるか否かを判別する。高温側モータ温度Ｔhiが第１のモータ温度Ｔ1でない場合には、ステップＳ１００に進む。
ステップＳ１００では、第１の電気モータ２のみを、要求されるモータトルクに応じて駆動させる。そして、本ルーチンをリターンする。

ステップＳ９０で高温側モータ温度Ｔhiが第１のモータ温度Ｔ1であると判定した場合には、ステップＳ１１０に進む。
ステップＳ１１０では、高温側モータ温度Ｔhiと低温側モータ温度Ｔlowとの差が所定温度Ｔβ(所定値)以上であるか否かを判別する。高温側モータ温度Ｔhiと低温側モータ温度Ｔlowとの差が所定値Ｔβ未満である場合には、ステップＳ１００に進む。高温側モータ温度Ｔhiと低温側モータ温度Ｔlowとの差が所定値Ｔβ以上である場合には、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、第２の電気モータ３のみを、要求されるモータトルクに応じて駆動させる。そして、本ルーチンをリターンする。
ステップＳ８０にて、第２のモータを制御している場合はステップＳ１３０に進む。
ステップＳ１３０では、高温側モータ温度Ｔhiが、第１のモータ温度Ｔ1であるか否かを判別する。高温側モータ温度Ｔhiが第１のモータ温度Ｔ1である場合には、ステップＳ１２０に進む。高温側モータ温度Ｔhiが第１のモータ温度Ｔ1でない場合には、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０では、高温側モータ温度Ｔhiと低温側モータ温度Ｔlowとの差が所定温度Ｔβ(所定値)以上であるか否かを判別する。高温側モータ温度Ｔhiと低温側モータ温度Ｔlowとの差が所定値Ｔβ以上である場合には、ステップＳ１００に進む。高温側モータ温度Ｔhiと低温側モータ温度Ｔlowとの差が所定値Ｔβ未満である場合には、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ７０で制御切替水温Ｔαが、低温側モータ温度Ｔlow以上であると判定した場合には、ステップＳ１５０に進む。
ステップ１５０で、制御切替水温Ｔαが高温側モータ温度Ｔhi未満かつ、低温側モータ温度Ｔlowより大きいと判定した場合は、ステップＳ１６０に進む。
ステップ１６０では、第１のモータ駆動（Ｓ１００）制御中または、第２のモータ駆動（Ｓ１２０）制御中であるかを判定する。第１のモータ駆動（Ｓ１００）制御中または、第２のモータ駆動（Ｓ１２０）制御中であると判定した場合、ステップＳ８０に進む。第１のモータ駆動（Ｓ１００）制御中または、第２のモータ駆動（Ｓ１２０）制御中でないと判定した場合、ステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１７０では、高温側モータ温度Ｔhiと低温側モータ温度Ｔlowとの差が所定温度Ｔβ(所定値)以上であるか否かを判別する。高温側モータ温度Ｔhiと低温側モータ温度Ｔlowとの差が所定値Ｔβ以上である場合、ステップＳ８０に進む。高温側モータ温度Ｔhiと低温側モータ温度Ｔlowとの差が所定値Ｔβ未満である場合、ステップＳ１８０に進む。

ステップＳ２０で冷却水温Ｔcが制御切替水温Ｔα未満であると判定した場合、ステップＳ３０でモータ駆動パターンが２、即ち２個のモータで駆動すると判定した場合、また、ステップＳ１５０で制御切替水温Ｔαが高温側モータ温度Ｔhi以上である、または低温側モータ温度Ｔlow以下であると判定した場合には、ステップＳ１８０に進む。
ステップＳ１８０では、モータ効率優先制御を実施する。詳しくは、第１の電気モータ２及び第２の電気モータ３の両方或いはどちらか一方のモータを用いて、モータ効率を優先させた制御を行なう。そして、本ルーチンをリターンさせる。

以下に、図５を用いて、モータ効率優先制御について説明する。
図５は、電気モータ２、３の効率の一例を示すグラフであり、Ａ）は第１の電気モータ２、Ｂ）は第２の電気モータ３を示す。図５中に、各モータでの動作ポイントの一例を示しており、図５中○は２個のモータで要求されるモータトルクを半分ずつ出力した場合、図５中●は１個のモータ（第１のモータ）のみで要求されるモータトルクを出力させた場合を示す。

図５に示すように、電気モータ２、３の効率は使用可能範囲において、一般的に図５中右上方向、即ち高回転及び高トルクで動作させると効率が向上する。要求されるモータトルクが比較的少ない場合には、２個の電気モータ２、３で半分ずつトルクを分担した場合（図５中○）と比較して、第１の電気モータ２のみで駆動した場合（図５中●で示す作動ポイント）では、第１の電気モータ２において、トルクが上昇して効率が上昇する。この場合では、第２の電気モータ３は車両１の走行によって回転するもののトルクを出力せず、よって２個の電気モータ２、３を合わせたシステム全体としての効率は、第１の電気モータ２単独の効率に一致する。したがって、要求するモータトルクが比較的少ない場合には、２個の電気モータ２、３で駆動させるよりも、１個の電気モータで駆動した方が全体的な効率を向上させることができる。本実施形態では、モータ効率優先制御として、例えば図５中●で示すように、モータ効率を優先させたトルク設定を実施する。

以上の制御を行なうことで、本実施形態では、まず、モータ駆動パターン判定ブロック３０においてモータ回転速度とモータトルクとに基づいて電気モータ２、３を１個駆動するか２個駆動するかを判定する。具体的には、モータトルクが低い場合に電気モータ２、３を２個使用せずに１個で駆動させる。
そして、モータ駆動パターン判定ブロック３０において１個駆動と判定した場合には、第１の電気モータ２の温度と第２の電気モータ３とのうち低温側の電気モータを駆動させて高温側の電気モータの駆動を規制する。これにより、高温側の電気モータの温度の上昇が抑えられ、冷却装置１１を作動させなくとも運転を続けることが可能となる。

しかしながら、第１の電気モータ２と第２の電気モータ３との温度差が所定値Ｔβ未満である場合には、このような低温側の電気モータを選択して作動させる制御をせずに、第１のモータから前記第２のモータへの切替又は前記第２のモータから前記第１のモータへの切替を禁止して１個の電気モータを使用してモータ効率優先制御を行なう。２個の電気モータ２、３の温度差が少ない場合に低温側の電気モータのみ作動するよう制御すると、すぐに２個の電気モータ２、３の温度が逆転するので、この作動切換えが頻繁に繰り返されることになり、車両１の搭乗者に違和感を与えてしまう。そこで、本実施形態では、上記のように２個の電気モータ２、３の温度差が少ない場合にはモータ効率優先制御を行い、電気モータ２、３の作動切換えを規制して一つのモータで走行することで、トルク変動を抑制し、搭乗者に違和感を与えないようにすることができる。又、冷却水の温度が第１のモータ温度と第２のモータ温度との間の温度である場合には、冷却水により第１のモータも第２のモータも効率よく冷却することができる。よって、第１のモータと第２のモータとの両方のモータ温度が冷却水の温度に近い場合にモータの切換を禁止することで、モータの切換え頻度の低減ができると共に、第１のモータ及び第２のモータの両方のモータの冷却効率を上げることができる。なおモータ効率優先制御を行なうことで電気モータ２、３の温度が更に上昇し、冷却作動温度Ｔwに達したときに冷却装置１１が作動するので、電気モータ２、３の過熱による効率低下を防止することは可能である。

図６は、低負荷でのモータ駆動時におけるモータ温度の推移の一例を示し、（Ａ）は電気モータ２、３の作動切換えを行なわず、冷却装置１１のみでモータ温度を低下させる制御を行なう参考形態、（Ｂ）は本実施形態を示している。なお、各温度グラフの下方には合わせて冷却装置１１の作動タイミングを示している。
図６（Ａ）に示すように、参考形態では、低負荷時では、第１の電気モータ２のみ駆動させるので、第１の電気モータ２の温度が大きく上昇して行き、第１の電気モータ２が冷却作動温度Ｔｗに到達したときに（図６中ａ) に冷却装置１１が作動する。

これに対し、図６（Ｂ）に示す本実施形態では、低負荷時に第１の電気モータ２のみ駆動させ第１のモータ温度Ｔ1が大きく上昇して行き、第１のモータ温度Ｔ1と第２のモータ温度Ｔ2との差が所定値Ｔβになった時点（図６中ｂ）で、第１の電気モータ２から第２の電気モータ３に駆動が切り換わる。これにより、以降は第２のモータ温度Ｔ2が大きく上昇し第１のモータ温度Ｔ1の上昇が緩やかになる。そして、第１のモータ温度Ｔ1及び第２のモータ温度Ｔ2のいずれかが冷却作動温度Ｔｗに到達したとき（図６中ｃ、第１のモータ温度Ｔ1と第２のモータ温度Ｔ2とが同時に到達している）に冷却装置１１が作動する。

したがって、Ｂ）に示す本実施形態は、Ａ）に示す参考形態と比較して、冷却装置１１の作動開始タイミングを遅らせることができる（ａ→ｃ）。よって、冷却によるエネルギーロスを抑え、システム全体としての省エネ化を図ることができる。
また、本実施形態では、冷却水温Ｔｃが高温側モータ温度Ｔhiより高い場合には、第１の電気モータ２と第２の電気モータ３との温度差に拘わらず２個の電気モータ２、３を使用したモータ効率優先制御を行なう。冷却水温Ｔｃが高温側モータ温度Ｔhiより高い場合としては、例えばモータの温度が大きく上昇していないのにインバータのみ温度が上昇している場合や、エアコン等の電気モータ２、３以外の車載機器により冷却水の温度が上昇している場合が考えられる。即ち、温度センサ１６、１７により電気モータ２、３の温度が正確に検出できていない虞があるので、モータ温度に基づく電気モータ２、３の切換え制御をせずにその誤作動を防止している。また、電気モータ２、３以外の車載機器により冷却水の温度が上昇している場合には、冷却装置１１の冷却能力が不十分となる虞があるので、１個の電気モータ２、３による切換え制御により冷却装置１１の開始タイミングを遅くさせずに、電気モータ２、３の効率を優先した作動により冷却装置１１の開始タイミングを早めて、電気モータ２、３の温度上昇を極力抑えるようにしている。

以上、本実施形態では、電動車両の駆動システムに本発明を適用しているが、電動車両以外でも複数の電気モータを備えた駆動システムに広く本発明を適用することができる。
また、本実施形態では、モータ駆動パターンが１つのモータのみの場合となっているが、例えばモータのトルク配分比で第１のモータと第２のモータで異なる場合にも適用することができる。この場合、第１のモータ駆動が選択された場合、第１のモータとトルク配分を大きくする。

１車両（電動車両）
２第１の電気モータ
３第２の電気モータ
８バッテリ
１０ＥＣＵ
１１冷却装置

Claims

車両の駆動源となる第１のモータ及び第２のモータと、前記第１及び第２のモータのそれぞれの温度を検出する温度検出手段と、前記車両に要求される出力が前記第１のモータの許容出力又は前記第２のモータの許容出力のうちいずれか小さい方の許容出力以下である場合に、前記温度検出手段により検出されたモータ温度が前記第１のモータ及び前記第２のモータのうち低温側のモータを選択して作動させる制御手段とを有する車両のモータ駆動システムにおいて、
前記第１のモータ及び前記第２のモータを冷却水により冷却する冷却手段と、
前記冷却水の水温を検出する冷却水温検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１のモータと前記第２のモータとの温度差が所定値に達しないとき、または前記冷却水温検出手段により検出された冷却水の水温が前記第１のモータの温度と前記第２のモータの温度との間の温度であるときには、前記第１のモータから前記第２のモータへの切替又は前記第２のモータから前記第１のモータへの切替を禁止することを特徴とするモータ駆動システム。
前記冷却手段は、前記冷却水を循環させるウォータポンプを備え、
前記制御手段は、前記第１のモータ又は前記第２のモータのうち少なくとも一方の温度が所定温度以上となったときに、前記ウォータポンプを作動させることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。