JP5712773B2 - 電動機駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機と、該電動機を駆動するインバータ回路と、充放電が可能な二次電池と、リアクトルを有し前記二次電池の電圧を昇圧して前記インバータ回路に供給する昇圧回路と、昇圧動作が指示されたときに前記インバータ回路に要求される電圧が作用するよう前記昇圧回路を制御する昇圧制御手段と、前記二次電池を流れる電流である充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、前記昇圧回路のリアクトルを流れる電流であるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段とを備える電動機駆動装置に関する。

従来、この種の電動機駆動装置としては、並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）を備えるものにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出する電圧センサを設け、ＤＣ／ＤＣコンバータの起動時に電圧センサからの検出値に基づいてコンバータ異常を判定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータの起動時には全てのコンバータが正常な場合と一部のコンバータに異常が発生する場合とではコンバータ出力電圧の変化のスピードが異なることから、電圧センサの検出値の変化の傾きが正常時とは異なるときにコンバータ異常と判定している。

特開平１１−３３２００１号公報

上述した装置では、電圧センサを用いてＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を監視することによりコンバータ異常を判定することができるが、ＤＣ／ＤＣコンバータの起動時にしかコンバータ異常を判定することができない。コンバータ異常は起動時だけでなく昇圧制御の最中にも生じ得るから、こうした場面でもコンバータ異常を判定できるようにすることが望ましい。ま

本発明の電動機駆動装置は、昇圧制御の最中に昇圧回路の異常をより適切に判定することを主目的とする。

本発明の電動機駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動機駆動装置は、
電動機と、該電動機を駆動するインバータ回路と、充放電が可能な二次電池と、リアクトルを有し前記二次電池の電圧を昇圧して前記インバータ回路に供給する昇圧回路と、前記昇圧回路からみて前記二次電池と並列接続された第１コンデンサと、前記インバータ回路の正極母線と負極母線との間に接続された第２コンデンサと、昇圧動作が指示されたときに前記インバータ回路に要求される電圧が作用するよう前記昇圧回路を制御する昇圧制御手段と、前記二次電池を流れる電流である充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、前記昇圧回路のリアクトルを流れる電流であるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段とを備える電動機駆動装置において、
前記昇圧回路に対して昇圧動作が指示されているとき、前記検出された充放電電流と前記検出されたリアクトル電流とを比較し、両者の波形が一致しているとみなされる場合に前記昇圧回路に異常が生じていると判定する
ことを要旨とする。

この本発明の電動機駆動装置では、電動機と、電動機を駆動するインバータ回路と、充放電が可能な二次電池と、リアクトルを有し二次電池の電圧を昇圧してインバータ回路に供給する昇圧回路と、昇圧回路からみて二次電池と並列接続された第１コンデンサと、インバータ回路の正極母線と負極母線との間に接続された第２コンデンサと、二次電池を流れる電流である充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、昇圧回路のリアクトルを流れる電流であるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段とを備え、昇圧動作が指示されたときにインバータ回路に要求される電圧が作用するよう昇圧回路を制御し、昇圧回路に対して昇圧動作が指示されているとき、充放電電流とリアクトル電流とを比較し、両者の波形が一致しているとみなされる場合に昇圧回路に異常が生じていると判定する。これは、昇圧動作が指示されているにも拘わらず昇圧回路から昇圧した電圧が出力されていないときには、充放電電流の波形とリアクトル電流の波形とが一致すると考えられることに基づく。これにより、昇圧制御の最中にも昇圧回路の異常を適切に判定することができる。

本発明の一実施例としての電動機駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット４０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 バッテリ電流ＩＢの時間変化の様子を示す説明図である。 昇圧コンバータ２８が正常な場合におけるリアクトル電流ＩＬの時間変化の様子を示す

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電動機駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、永久磁石が貼り付けられた回転子と３相コイルが巻回された固定子とからなる同期発電電動機として構成されたモータ２２と、モータ２２を駆動するインバータ回路２４と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ２６と、バッテリ２６が接続された低圧側とインバータ回路２４が接続された高圧側との間で電圧を変換して電力のやり取りが可能な昇圧コンバータ２８と、バッテリ２６と昇圧コンバータ２８との接続と接続の解除とが可能なシステムメインリレーＳＭＲと、バッテリ２６の出力端子に取り付けられバッテリ２６の充放電電流を検出する電流センサ５４と、昇圧コンバータ２８のリアクトルＬに取り付けられリアクトルＬを流れる電流を検出する電流センサ５５と、装置全体をコントロールすると共に昇圧コンバータ２８の異常を判定する電子制御ユニット４０と、を備える。

インバータ回路２４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６とにより構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、正極母線３２と負極母線３４とに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータＭＧ１の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。

昇圧コンバータ２８は、２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２とトランジスタＴ２１，Ｔ２２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ２１，Ｄ２２とリアクトルＬとにより構成されている。２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２は、それぞれ正極母線３２，負極母線３４に接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと負極母線３４には、それぞれバッテリ２６の正極端子と負極端子が接続されている。

電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ４２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ４４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ４６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートと、を備える。この電子制御ユニット４０には、モータ２２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ５１からの回転位置θｍやモータ２２の三相コイルのＶ相，Ｗ相の各相に流れる相電流を検出する電流センサ５２Ｖ，５２Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗ，バッテリ２６の端子間に接続された電圧センサ５３からの端子間電圧Ｖｂ，前述した電流センサ５４からのバッテリ電流ＩＢ，前述した電流センサ５５からのリアクトル電流ＩＬ，昇圧コンバータ２８の高圧側に接続された平滑用のコンデンサ３６の電圧を検出する電圧センサ５６からのコンデンサ電圧ＶＨなどが入力ポートを介して入力されている。一方、電子制御ユニット４０からは、インバータ回路２４のスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ２８のスイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、電子制御ユニット４０は、回転位置検出センサ５１からの回転位置θｍに基づいてモータ２２の回転数Ｎｍも演算している。さらに、電子制御ユニット４０は、バッテリ２６を管理するために、電流センサ５４により検出されたバッテリ電流ＩＢの積算値に基づいてバッテリ２６から放電可能な蓄電量の全容量に対する割合としての蓄電割合ＳＯＣを演算している。

こうして構成された実施例の電動機駆動装置２０は、モータ２２を走行用のモータとして備える電動車両に搭載されており、アクセル開度や車速などに基づいて走行に要求される要求トルクを設定し、設定した要求トルクにより走行するようモータ２２が駆動制御される。モータ２２の駆動制御は、要求トルクに基づいてモータ２２から出力すべきトルクとしてのモータトルク指令Ｔｍ＊を設定し、設定したモータトルク指令Ｔｍ＊と回転位置検出センサ５１により検出された回転位置θｍに基づいて演算されるモータ２２の現在の回転数Ｎｍとに基づいて昇圧コンバータ２８の昇圧指令であるコンデンサ３６の目標電圧ＶＨ＊を設定し、設定したモータトルク指令Ｔｍ＊に応じたトルクがモータ２２から出力されるようインバータ回路２４をスイッチング制御すると共にコンデンサ３６の電圧が電圧指令ＶＨ＊に応じた電圧となるよう昇圧コンバータ２８をスイッチング制御する。ここで、インバータ回路２４のスイッチング制御は、モータ２２から出力すべきトルクとしてのモータトルク指令Ｔｍ＊に基づいて各相に印加すべき電流指令を設定し、設定した電流指令と電流センサ５２Ｖ，５２Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗとの偏差に基づくフィードバック制御により各相に印加すべき電圧指令を設定し、キャリア周波数Ｆの三角波信号または鋸波信号をキャリア信号として生成し、生成したキャリア信号と設定した電圧指令と比較することによりパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を各相毎に生成し、生成したＰＷＭ信号を対応するトランジスタＴ１１〜Ｔ１６に出力することにより行なわれる。また、昇圧コンバータ２８のスイッチング制御は、コンデンサ３６の目標電圧ＶＨ＊と現在のコンデンサ電圧ＶＨと偏差に基づいてフィードバック制御により電圧指令を設定し、キャリア周波数Ｆの三角波信号または鋸波信号をキャリア信号として生成し、生成したキャリア信号と設定した電圧指令とを比較することによりＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を対応するトランジスタＴ２１，Ｔ２２に出力することにより行なわれる。

次に、こうして構成された実施例の電動機駆動装置２０の動作、特に、昇圧コンバータ２８の異常を判定する動作について説明する。図２は、実施例の電子制御ユニット４０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、システム起動されてから所定時間（例えば、数ｍｓｅｃなど）毎に繰り返し実行される。

異常判定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、電流センサ５４からのバッテリ電流ＩＢや電流センサ５５からのリアクトル電流ＩＬを入力する（ステップＳ１００）。続いて、昇圧コンバータ２８に対して昇圧指令がなされているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。昇圧指令がなされていないときには、昇圧コンバータ２８の異常の判定に適さないため、これで本ルーチンを終了する。一方、昇圧指令がなされているときには、入力したバッテリ電流ＩＢとリアクトル電流ＩＬとが一致するか否かを判定する（ステップＳ１２０）。この判定は、本実施例では、バッテリ電流ＩＢとリアクトル電流ＩＬとの偏差が電流センサ５４，５５の検出誤差を含む値０を中心とした所定範囲内にあるか否かを判定することにより行なわれる。バッテリ電流ＩＢとリアクトル電流ＩＬとが一致すると判定されると、昇圧コンバータ２８のキャリア信号の１周期分の時間であるキャリア１周期（スイッチング１周期）が経過したか否かを判定し（ステップＳ１３０）、キャリア１周期が経過していないときにはステップＳ１００に戻ってステップＳ１００〜Ｓ１３０の処理を繰り返す。ステップＳ１３０でキャリア１周期が経過していると判定されると、バッテリ電流ＩＢとリアクトル電流ＩＬとが一致している状態がキャリア１周期に亘って継続しており、バッテリ電流ＩＢの波形とリアクトル電流ＩＬの波形とが一致していると判断し、昇圧コンバータ２８に異常（例えば、トランジスタＴ２２の故障や電子制御ユニット４０からトランジスタＴ２２に至る信号線の断線などの故障）が生じていると判定して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。ステップＳ１３０でキャリア１周期が経過していると判定される前にステップＳ１２０でバッテリ電流ＩＢとリアクトル電流ＩＬとが一致していないと判定されると、バッテリＩＢの波形とリアクトル電流ＩＬの波形とは一致していないと判断し、昇圧コンバータ２８は正常であると判定して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。

図３に、バッテリ電流ＩＢの時間変化の様子を示し、図４に、昇圧コンバータ２８が正常な場合におけるリアクトル電流ＩＬの時間変化の様子を示す。バッテリ２６はモータ２２の駆動に伴って充放電するため、図３に示すように、バッテリ電流ＩＢはモータ２２のパワー変動に依存した周期をもって振動する。一方、昇圧コンバータ２８のリアクトルＬは、例えば昇圧している場合にはスイッチング１周期におけるトランジスタＴ２２（下アーム）のオン期間では時間の経過と共に上昇しトランジスタＴ２２のオフ期間では時間の経過と共に下降するため、図４に示すように、スイッチング１周期（即ち、キャリア信号の周期）をもって振動する。このように、昇圧コンバータ２８が正常に動作していれば、バッテリ電流ＩＢの波形とリアクトル電流ＩＬの波形とは一致しないから、バッテリ電流ＩＢの波形とリアクトル電流ＩＬの波形とが一致しているときには、昇圧コンバータ２８に異常が生じていると判定することができるのである。

以上説明した実施例の電動機駆動装置２０によれば、昇圧コンバータ２８に昇圧指令がなされているときには、バッテリ電流ＩＢとリアクトル電流ＩＬとが一致しているか否かを判定し、昇圧コンバータ２８のキャリア１周期に亘ってバッテリ電流ＩＢとリアクトル電流ＩＬとが一致している状態が継続しているときに、昇圧コンバータ２８に異常が生じていると判定するから、昇圧コンバータ２８を制御している最中にも昇圧コンバータ２８の異常を判定することができる。

実施例の電動機駆動装置２０では、昇圧コンバータ２８のキャリア１周期に亘ってバッテリ電流ＩＢとリアクトル電流ＩＬとが一致している状態が継続しているか否かを判定することによりバッテリ電流ＩＢの波形とリアクトル電流ＩＬの波形とが一致するか否かを判定するものとしたが、キャリア１周期を超える期間に亘ってバッテリ電流ＩＢとリアクトル電流ＩＬとが一致している状態が継続しているか否かを判定するものとしてもよいし、キャリア１周期未満の期間に亘ってバッテリ電流ＩＢとリアクトル電流ＩＬとが一致している状態が継続しているか否かを判定するものとしても構わない。

実施例の電動機駆動装置２０では、昇圧コンバータ２８によりバッテリ２６の電圧を昇圧して単一のインバータ回路２４に供給するシステムに適用するものとしたが、複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ回路を並列接続し、昇圧コンバータによりバッテリの電圧を昇圧して複数のインバータ回路に供給するシステムに適用するものとしてもよい。

実施例の電動機駆動装置２０では、電動車両に搭載される走行用モータを駆動するものに適用して説明するものとしたが、これに限られず、車両以外の他の移動体に搭載されるモータを駆動するものに適用するものとしてもよいし、据え置き型の装置に搭載されるモータを駆動するものに適用するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ２２が「電動機」に相当し、インバータ回路２４が「インバータ回路」に相当し、バッテリ２６が「二次電池」に相当し、昇圧コンバータ２８が「昇圧回路」に相当し、電流センサ５４が「充放電電流検出手段」に相当し、電流センサ５５が「リアクトル電流検出手段」に相当する。

なお、実施例の要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、実施例の要素をもって課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明のついての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動機駆動装置の製造産業に利用可能である。

２０ 電動機駆動装置、２２ モータ、２４ インバータ回路、２６ バッテリ、２８ 昇圧コンバータ、３２ 正極母線、３４ 負極母線、３６ コンデンサ、４０ 電子制御ユニット、４２ ＣＰＵ、４４ ＲＯＭ、４６ ＲＡＭ、５１ 回転位置検出センサ、５２Ｖ，５２Ｗ 電流センサ、５３ 電圧センサ、５４ 電流センサ、５５ 電流センサ、５６ 電圧センサ、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１，Ｔ２２ トランジスタ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２２ ダイオード、Ｌ リアクトル，ＳＭＲ システムメインリレー。

Claims (1)

1. 電動機と、該電動機を駆動するインバータ回路と、充放電が可能な二次電池と、リアクトルを有し前記二次電池の電圧を昇圧して前記インバータ回路に供給する昇圧回路と、前記昇圧回路からみて前記二次電池と並列接続された第１コンデンサと、前記インバータ回路の正極母線と負極母線との間に接続された第２コンデンサと、昇圧動作が指示されたときに前記インバータ回路に要求される電圧が作用するよう前記昇圧回路を制御する昇圧制御手段と、前記二次電池を流れる電流である充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、前記昇圧回路のリアクトルを流れる電流であるリアクトル電流を検出するリアクトル電流検出手段とを備える電動機駆動装置において、
   前記昇圧回路に対して昇圧動作が指示されているとき、前記検出された充放電電流と前記検出されたリアクトル電流とを比較し、両者の波形が一致しているとみなされる場合に前記昇圧回路に異常が生じていると判定する
   ことを特徴とする電動機駆動装置。

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