JP5652549B2 - 電動機駆動装置およびそれを備えた車両、ならびに電動機駆動装置の制御方法 - Google Patents
電動機駆動装置およびそれを備えた車両、ならびに電動機駆動装置の制御方法 Download PDFInfo
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Description
また、この発明によれば、電動機駆動装置の制御方法は、少なくとも1つの電動機を駆動する電動機駆動装置の制御方法である。電動機駆動装置は、駆動部と、昇圧回路とを備える。駆動部は、パルス幅変調された電圧を少なくとも1つの電動機に印加するPWM制御モードと位相制御された矩形波電圧を少なくとも1つの電動機に印加する矩形波電圧制御モードとを選択的に切替えて少なくとも1つの電動機を駆動する。昇圧回路は、直流電源と駆動部との間に設けられ、駆動部側の電圧を示すシステム電圧を直流電源の電圧以上に昇圧する。そして、制御方法は、駆動部および少なくとも1つの電動機の電力損失に基づいてシステム電圧の目標値を設定するステップと、システム電圧の目標値に基づいて昇圧回路を制御するステップとを含む。目標値を設定するステップは、システム電圧の変化に対する電力損失の変化を示す損失特性を少なくとも1つの電動機の動作点毎にシステム電圧の二次式または一次式で近似した関数式を用いて、システム電圧の目標値を算出するステップを含む。
図1は、この発明の実施の形態1による電動機駆動装置を備える車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。図1を参照して、このハイブリッド自動車100は、蓄電装置Bと、システムメインリレーSMRと、昇圧コンバータ10と、インバータ20,30と、コンデンサCとを備える。また、ハイブリッド自動車100は、モータジェネレータMG1,MG2と、エンジン2と、動力分割装置3と、駆動輪4とをさらに備える。さらに、ハイブリッド自動車100は、電子制御ユニット(以下「ECU(Electronic Control Unit)」と称する。)40と、電圧センサ52,56と、電流センサ54と、回転位置センサ58,60とをさらに備える。
図5〜7は、システム電圧VHとインバータおよびモータジェネレータの電力損失(以下、単に「損失」とも称する。)との関係を示す損失特性の傾向を説明するための図である。なお、以下では、インバータ20およびモータジェネレータMG1の損失特性について代表的に説明するが、インバータ30およびモータジェネレータMG2の損失特性についても同様である。
f2(j,VH)=a2(j)×VH2+b2(j)×VH+c2(j) …(2)
ここで、f1(i,VH)は、動作点iにおけるモータジェネレータMG1およびインバータ20の損失特性を示す関数であり、a1(i),b1(i),c1(i)は、それぞれf1(i,VH)の二次項係数、一次項係数、および定数項である。また、f2(j,VH)は、動作点jにおけるモータジェネレータMG2およびインバータ30の損失特性を示す関数であり、a2(j),b2(j),c2(j)は、それぞれf2(j,VH)の二次項係数、一次項係数、および定数項である。なお、PWM制御のみの動作点については、二次項の係数は0である。
ここで、a1,b1は、ステップS20において特定された係数であり、a2,b2は、ステップS50において特定された係数である。なお、この式(3)は、関数ft(VH)の導関数の値を0とすることによって得られるものである。
実施の形態2では、昇圧コンバータ10の損失がさらに考慮される。
ここで、f3(k,VH)は、電流IBの値がIB(k)のときの昇圧コンバータ10の損失特性を示す関数であり、a3(k),b3(k),c3(k)は、それぞれf3(k,VH)の二次項係数、一次項係数、および定数項である。なお、昇圧コンバータ10の損失特性は、システム電圧VHに比例するものとしてシステム電圧VHの一次式で近似してもよく、その場合はa3(k)を0とすればよい。
ここで、a3,b3は、ステップS64において特定された係数である。なお、この式(5)は、関数ft(VH)の導関数の値を0とすることによって得られるものである。そして、ステップS72において電圧VHLが算出されると、ステップS80へ処理が移行される。
図7で説明したように、システム電圧VHの変化によって制御モードが切替わる動作点における損失特性については、システム電圧VHが低く矩形波電圧制御モードが選択される領域では、システム電圧VHの二次式に近い曲線となり、システム電圧VHが高くPWM制御モードが選択される領域では、システム電圧VHの一次式に近い直線となる。そして、上記の実施の形態では、そのような動作点における損失特性をシステム電圧VHの二次式で近似することとした。
VH≧VHC1:f12(VH)=b12×VH+c12 …(7)
ここで、f11(VH)は、システム電圧VHが切替電圧VHC1よりも低いときのモータジェネレータMG1およびインバータ20の損失特性を示す関数であり、a11,b11,c11は、それぞれf11(VH)の二次項係数、一次項係数、および定数項である。また、f12(VH)は、システム電圧VHが切替電圧VHC1以上であるときのモータジェネレータMG1およびインバータ20の損失特性を示す関数であり、b12,c12は、それぞれf12(VH)の一次項係数および定数項である。なお、切替電圧VHC1についても、動作点毎に設定される。
VH≧VHC2:f22(VH)=b22×VH+c22 …(9)
ここで、f21(VH)は、システム電圧VHが切替電圧VHC2よりも低いときのモータジェネレータMG2およびインバータ30の損失特性を示す関数であり、a21,b21,c21は、それぞれf21(VH)の二次項係数、一次項係数、および定数項である。また、f22(VH)は、システム電圧VHが切替電圧VHC2以上であるときのモータジェネレータMG2およびインバータ30の損失特性を示す関数であり、b22,c22は、それぞれf22(VH)の一次項係数および定数項である。なお、切替電圧VHC2についても、動作点毎に設定される。
LS11=(a11+a21+a3)×VHL112+(b11+b21+b3)×VHL11+(c11+c21+c3) …(11)
ここで、a11,b11,c11は、ステップS130において特定された係数であり、a21,b21,c21は、ステップS170において特定された係数であり、a3,b3,c3は、ステップS200において特定された係数である。なお、式(10)は、関数ft11(VH)の導関数の値を0とすることによって得られるものである。
LS12=(a21+a3)×VHL122+(b12+b21+b3)×VHL12+(c12+c21+c3) …(13)
ここで、b12,c12は、ステップS130において特定された係数である。なお、式(12)は、関数ft12(VH)の導関数の値を0とすることによって得られるものである。
LS13=a3×VHL132+(b12+b22+b3)×VHL13+(c12+c22+c3) …(15)
ここで、b22,c22は、ステップS170において特定された係数である。
LS22=(a11+a3)×VHL222+(b11+b22+b3)×VHL22+(c11+c22+c3) …(17)
なお、式(16)は、関数ft22(VH)の導関数の値を0とすることによって得られるものである。
この実施の形態4では、モータジェネレータMG1,MG2の回転数が低いとき、昇圧コンバータ10の損失低減を目的として、上アームのスイッチング素子Q1を常時オン状態(下アームのスイッチング素子Q2は常時オフ状態)とする非昇圧制御が実行される。非昇圧制御時は、スイッチング素子Q1,Q2がスイッチング動作を行なわないので、スイッチング損失が発生しない。そのため、非昇圧制御と昇圧制御との切替点において昇圧コンバータ10の損失特性に段差ができる。そこで、この実施の形態4では、昇圧コンバータ10の損失特性について、非昇圧制御時と昇圧制御時とで異なる関数を用いて損失特性が近似される。
VH≧VHC3:f32(VH)=a32×VH2+b32×VH+c32…(19)
ここで、f31(VH)は、非昇圧制御実行時の昇圧コンバータ10の損失特性を示す関数であり、a31,b31,c31は、それぞれf31(VH)の二次項係数、一次項係数、および定数項である。また、f32(VH)は、昇圧制御実行時の昇圧コンバータ10の損失特性を示す関数であり、a32,b32,c32は、それぞれf32(VH)の二次項係数、一次項係数、および定数項である。
上記の各実施の形態によれば、電力損失を関数近似し、その関数を用いてシステム電圧VHを算出するので、システム電圧VHを設定するためのマップ数を少なくすることができる。一方、この実施の形態5では、ECUのメモリリソースが十分にあるものとして、電力損失を関数近似することなく、システム電圧VHの設定値を全てマップで持つ方法が示される。
Claims (9)
- 少なくとも1つの電動機を駆動する電動機駆動装置であって、
パルス幅変調された電圧を前記少なくとも1つの電動機に印加するPWM制御モードと位相制御された矩形波電圧を前記少なくとも1つの電動機に印加する矩形波電圧制御モードとを選択的に切替えて前記少なくとも1つの電動機を駆動する駆動部と、
直流電源と前記駆動部との間に設けられ、前記駆動部側の電圧を示すシステム電圧を前記直流電源の電圧以上に昇圧する昇圧回路と、
前記駆動部および前記少なくとも1つの電動機の電力損失に基づき前記システム電圧の目標値を設定して前記昇圧回路を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記システム電圧の変化に対する前記電力損失の変化を示す損失特性を前記少なくとも1つの電動機の動作点毎に前記システム電圧の二次式または一次式で近似した関数式を用いて、前記システム電圧の目標値を算出し、
前記少なくとも1つの電動機は、第1および第2の電動機を含み、
前記駆動部は、前記第1および第2の電動機をそれぞれ駆動する第1および第2の駆動回路を含み、
前記制御装置は、前記システム電圧の変化に対する前記第1の電動機および前記第1の駆動回路の損失特性を前記第1の電動機の動作点毎に前記システム電圧の二次式または一次式で近似した第1の関数式に、前記システム電圧の変化に対する前記第2の電動機および前記第2の駆動回路の損失特性を前記第2の電動機の動作点毎に前記システム電圧の二次式または一次式で近似した第2の関数式を加算して得られる第3の関数式を用いて、前記システム電圧の目標値を算出する、電動機駆動装置。 - 少なくとも1つの電動機を駆動する電動機駆動装置であって、
パルス幅変調された電圧を前記少なくとも1つの電動機に印加するPWM制御モードと位相制御された矩形波電圧を前記少なくとも1つの電動機に印加する矩形波電圧制御モードとを選択的に切替えて前記少なくとも1つの電動機を駆動する駆動部と、
直流電源と前記駆動部との間に設けられ、前記駆動部側の電圧を示すシステム電圧を前記直流電源の電圧以上に昇圧する昇圧回路と、
前記駆動部および前記少なくとも1つの電動機の電力損失に基づき前記システム電圧の目標値を設定して前記昇圧回路を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記システム電圧の変化に対する前記電力損失の変化を示す損失特性を前記少なくとも1つの電動機の動作点毎に前記システム電圧の二次式または一次式で近似した関数式を用いて、前記システム電圧の目標値を算出し、
前記制御装置は、前記関数式を示す第1の関数式に、前記システム電圧の変化に対する前記昇圧回路の損失特性を前記システム電圧の二次式または一次式で近似した第2の関数式を加算して得られる第3の関数式を用いて、前記システム電圧の目標値を算出する、電動機駆動装置。 - 前記第2の関数式は、前記昇圧回路による昇圧動作を行なう昇圧領域と前記昇圧回路による昇圧動作を行なわない非昇圧領域とに分けて前記昇圧回路の損失特性をそれぞれ近似した第4および第5の関数式を含む、請求項2に記載の電動機駆動装置。
- 前記制御装置は、前記システム電圧が変化することによって前記PWM制御モードと前記矩形波電圧制御モードとが選択的に切替わる動作点については、前記PWM制御モードが選択される領域と前記矩形波電圧制御モードが選択される領域とに分けて前記損失特性を近似した2つの異なる関数式を用いて、前記システム電圧の目標値を算出する、請求項1から3のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の電動機駆動装置を備える車両。
- 少なくとも1つの電動機を駆動する電動機駆動装置の制御方法であって、
前記電動機駆動装置は、
パルス幅変調された電圧を前記少なくとも1つの電動機に印加するPWM制御モードと位相制御された矩形波電圧を前記少なくとも1つの電動機に印加する矩形波電圧制御モードとを選択的に切替えて前記少なくとも1つの電動機を駆動する駆動部と、
直流電源と前記駆動部との間に設けられ、前記駆動部側の電圧を示すシステム電圧を前記直流電源の電圧以上に昇圧する昇圧回路とを備え、
前記制御方法は、
前記駆動部および前記少なくとも1つの電動機の電力損失に基づいて前記システム電圧の目標値を設定するステップと、
前記システム電圧の目標値に基づいて前記昇圧回路を制御するステップとを含み、
前記目標値を設定するステップは、前記システム電圧の変化に対する前記電力損失の変化を示す損失特性を前記少なくとも1つの電動機の動作点毎に前記システム電圧の二次式または一次式で近似した関数式を用いて、前記システム電圧の目標値を算出するステップを含み、
前記少なくとも1つの電動機は、第1および第2の電動機を含み、
前記駆動部は、前記第1および第2の電動機をそれぞれ駆動する第1および第2の駆動回路を含み、
前記目標値を算出するステップは、前記システム電圧の変化に対する前記第1の電動機および前記第1の駆動回路の損失特性を前記第1の電動機の動作点毎に前記システム電圧の二次式または一次式で近似した第1の関数式に、前記システム電圧の変化に対する前記第2の電動機および前記第2の駆動回路の損失特性を前記第2の電動機の動作点毎に前記システム電圧の二次式または一次式で近似した第2の関数式を加算して得られる第3の関数式を用いて、前記システム電圧の目標値を算出するステップを含む、電動機駆動装置の制御方法。 - 少なくとも1つの電動機を駆動する電動機駆動装置の制御方法であって、
前記電動機駆動装置は、
パルス幅変調された電圧を前記少なくとも1つの電動機に印加するPWM制御モードと位相制御された矩形波電圧を前記少なくとも1つの電動機に印加する矩形波電圧制御モードとを選択的に切替えて前記少なくとも1つの電動機を駆動する駆動部と、
直流電源と前記駆動部との間に設けられ、前記駆動部側の電圧を示すシステム電圧を前記直流電源の電圧以上に昇圧する昇圧回路とを備え、
前記制御方法は、
前記駆動部および前記少なくとも1つの電動機の電力損失に基づいて前記システム電圧の目標値を設定するステップと、
前記システム電圧の目標値に基づいて前記昇圧回路を制御するステップとを含み、
前記目標値を設定するステップは、前記システム電圧の変化に対する前記電力損失の変化を示す損失特性を前記少なくとも1つの電動機の動作点毎に前記システム電圧の二次式または一次式で近似した関数式を用いて、前記システム電圧の目標値を算出するステップを含み、
前記目標値を算出するステップは、前記関数式を示す第1の関数式に、前記システム電圧の変化に対する前記昇圧回路の損失特性を前記システム電圧の二次式または一次式で近似した第2の関数式を加算して得られる第3の関数式を用いて、前記システム電圧の目標値を算出するステップを含む、電動機駆動装置の制御方法。 - 前記第2の関数式は、前記昇圧回路による昇圧動作を行なう昇圧領域と前記昇圧回路による昇圧動作を行なわない非昇圧領域とに分けて前記昇圧回路の損失特性をそれぞれ近似した第4および第5の関数式を含む、請求項7に記載の電動機駆動装置の制御方法。
- 前記目標値を算出するステップは、前記システム電圧が変化することによって前記PWM制御モードと前記矩形波電圧制御モードとが選択的に切替わる動作点については、前記PWM制御モードが選択される領域と前記矩形波電圧制御モードが選択される領域とに分けて前記損失特性を近似した2つの異なる関数式を用いて、前記システム電圧の目標値を算出するステップを含む、請求項6から8のいずれか1項に記載の電動機駆動装置の制御方法。
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