JP5732820B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、電動機と、インバータと、二次電池と、昇圧コンバータと、昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流を検出する２つの電流センサと、２つの電流センサにより検出された電流の差が閾値以上のときに２つの電流センサの少なくとも一方に異常が生じていると判定する異常判定手段と、を備える駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、三相交流により駆動される電動機と、電動機を駆動するインバータと、電動機の２相に２つずつ設けられ相電流を検出する電流センサとを備え、電流センサの異常を検出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置では、電動機の２相について２つの電流センサの検出値を比較することによりいずれの電流センサに異常が生じているかを特定している。

特開２００１−１１２２９５号公報

上述の駆動装置では、２つの電流センサの検出値の差が一定の閾値以上のときに２つの電流センサの少なくとも一方に異常が生じていると判定することが考えられるが、この判定によっては電流センサの異常を適正に判定することができない場合がある。例えば、一方の電流センサに応答性が悪化する異常が発生した際に、モータの出力トルクが小さいなどによりモータの各相に流れる電流の変動量が小さいときには、一方の電流センサに異常が発生したにも拘わらず、２つの電流センサの検出値の差が閾値未満の状態を継続することがある。また、こうした場合は、バッテリからの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータを更に備え、昇圧コンバータが有するリアクトルに流れる電流を検出する電流センサを２つ設けた（二重化した）駆動装置においても留意する必要がある。

本発明の駆動装置は、昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流を検出する２つの電流センサの少なくとも一方に異常が生じているのをより適正に判定することを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、二次電池と、複数のスイッチング素子とリアクトルとを有し前記二次電池が接続された低電圧系からの電力を昇圧して前記インバータが接続された高電圧系に供給する昇圧コンバータと、前記リアクトルに流れる電流を検出する２つの電流センサと、前記２つの電流センサにより検出された電流の差が閾値以上のときに前記２つの電流センサの少なくとも一方に異常が生じていると判定する異常判定手段と、を備える駆動装置において、
前記閾値は、前記電動機から出力すべき目標パワーの絶対値が大きいほど大きくなる傾向と前記電動機から出力されているパワーの絶対値が大きいほど大きくなる傾向と前記電動機から出力されているトルクの絶対値が大きいほど大きくなる傾向と前記二次電池を充放電する電流の絶対値が大きいほど大きくなる傾向と前記高電圧系の電圧が大きいほど大きくなる傾向とのうちの少なくともいずれかの傾向に従って設定される値である、
ことを特徴とする。

この本発明の駆動装置では、昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流を検出する２つの電流センサにより検出された電流の差が閾値以上のときに２つの電流センサの少なくとも一方に異常が生じていると判定する。そして、この閾値は、電動機から出力すべき目標パワーの絶対値が大きいほど大きくなる傾向と電動機から出力されているパワーの絶対値が大きいほど大きくなる傾向と電動機から出力されているトルクの絶対値が大きいほど大きくなる傾向と二次電池を充放電する電流の絶対値が大きいほど大きくなる傾向と高電圧系の電圧が大きいほど大きくなる傾向とのうちの少なくともいずれかの傾向に従って設定される。二次電池と電動機との間を流れる電流が大きくなりやすい状態のときには、２つの電流センサに異常が生じていないときでも、２つの電流センサにより検出された電流の差は大きくなりやすいと考えられる。また、二次電池と電動機との間を流れる電流が小さくなりやすい状態のときには、２つの電流センサに異常が生じているときでも、２つの電流センサにより検出された電流の差は小さくなりやすいと考えられる。したがって、二次電池と電動機との間を流れる電流が大きくなりやすいほど、即ち、電動機から出力すべき目標パワーの絶対値や電動機から出力されているパワーの絶対値，電動機から出力されているトルクの絶対値，二次電池を充放電する電流の絶対値，高電圧系の電圧が大きいほど、閾値を大きな値に設定するから、２つの電流センサに異常が生じていないときに異常が生じていると誤って判定したり、２つの電流センサの少なくとも一方に異常が生じているときに異常が生じていないと誤って判定したりするのを抑制することができる。この結果、昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流を検出する２つの電流センサの少なくとも一方に異常が生じているのをより適正に判定することができる。

本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。 閾値設定用マップの一例を示す説明図である。

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、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、図示するように、外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを有する周知の同期発電電動機として構成された二つのモータＭＧ１，ＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動し電力ライン２８を共用するインバータ２１，２２と、例えばリチウムイオン電池などの二次電池として構成されたバッテリ２６と、バッテリ２６が接続された電力ライン２７とインバータ２１，２２が接続された電力ライン２８とに接続されバッテリ２６側の電力を昇圧してインバータ２１，２２側に供給したりインバータ２１，２２側の電力を降圧してバッテリ２６側に供給したりする昇圧コンバータ３０と、昇圧コンバータ３０からみてインバータ２１，２２に並列に接続され昇圧後の電圧を平滑する平滑コンデンサ３２と、昇圧コンバータ３０からみてバッテリ２６に並列に接続され昇圧前の電圧を平滑する平滑コンデンサ３４と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。以下、昇圧コンバータ３０よりもインバータ２１，２２側を高電圧系といい、昇圧コンバータ３０よりもバッテリ２６側を低電圧系という。

インバータ２１，２２は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６とにより構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６は、それぞれインバータ２１，２２が電力ライン２８として共用する正極母線と負極母線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，ＭＧ２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３０は、２つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ３１，Ｔ３２と、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２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Ｔ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ２１，２２に接続された電力ライン２８の正極母線，負極母線に接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点とバッテリ２６に接続された電力ライン２７の正極母線とに接続されている。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２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、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６と、図示しない入出力ポートとを備える。電子制御ユニット５０には、モータＭＧ１，ＭＧ２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ４１，４２からの回転位置θｍ１，θｍ２やモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイルのＶ相，Ｗ相に流れる相電流を検出する電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗからの相電流Ｉｖ１，Ｉｗ１，Ｉｖ２，Ｉｗ２，平滑コンデンサ３２の端子間に取り付けられた電圧センサ４５からの電圧（高電圧系の電圧）ＶＨ，平滑コンデンサ３４の端子間に取り付けられた電圧センサ４６からの電圧（低電圧系の電圧）ＶＬ，昇圧コンバータ３０のリアクトルＬにおけるトランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点とは反対側で電力ライン２７の正極母線に取り付けられた電流センサ４７ａからのリアクトル電流ＩＬ１，電流センサ４７ａと直列になるよう電力ライン２７の正極母線に取り付けられた電流センサ４７ｂからのリアクトル電流ＩＬ２，バッテリ２６の端子間に設置された電圧センサ４８からの端子間電圧ＶＢ，バッテリ２６の出力端子に取り付けられた電流センサ４９からの充放電電流ＩＢなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０からは、インバータ２１，２２のスイッチング素子へのスイッチング信号や昇圧コンバータ３０のスイッチング素子へのスイッチング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５０は、回転位置検出センサ４１，４２からの回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の電気角θｅ１，θｅ２やモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。なお、実施例における電流値は、バッテリ２６からモータＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給する方向を正としている。

実施例の駆動装置２０では、電子制御ユニット５０により、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に基づいてインバータ２１，２２が制御されると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊や回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２に基づいて昇圧コンバータ３０が制御される。

また、実施例の駆動装置２０では、以下に説明する異常判定処理によって、昇圧コンバータ３０のリアクトルＬに流れるリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２を検出する電流センサ４７ａ，４７ｂの異常を判定する。異常判定処理では、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、電流センサ４７ａ，４７ｂからのリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２を入力し、入力したリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の差の絶対値に対して所定のローパスフィルタを適用して偏差ΔＩＬを演算する処理を実行する。ここで、所定のローパスフィルタは、昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチングに伴う高周波成分を除去するためのものであり、昇圧コンバータ３０のスイッチング周波数などに基づいて予め実験などにより定めたものを用いることができる。続いて、演算した偏差ΔＩＬと閾値Ｉｒｅｆとを比較し、偏差ΔＩＬが閾値Ｉｒｅｆ未満のときには、電流センナ４７ａ，４７ｂのいずれにも異常は生じていない正常であると判定し、偏差ΔＩＬが閾値Ｉｒｅｆ以上のときには、電流センサ４７ａ，４７ｂの少なくとも一方に異常が生じていると判定し、異常判定処理を終了する。

ここで、閾値Ｉｒｅｆの設定について説明する。閾値Ｉｒｅｆは、互いに直列に接続されて二重化された２つの電流センサ４７ａ，４７ｂの少なくとも一方に異常が生じているか否かを判定するためのものであり、実施例では、モータＭＧ１から出力すべき目標パワーＰ１＊とモータＭＧ２から出力すべき目標パワーＰ２＊との和の目標パワーＰ＊の絶対値に基づいて設定されるものとした。目標パワーＰ１＊はモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と回転数Ｎｍ１との積として計算することができ、目標パワーＰ２＊はモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊と回転数Ｎｍ２との積として計算することができる。図２に閾値設定用マップの一例を示す。図示するように、閾値Ｉｒｅｆは、目標パワーＰ＊（＝Ｐ１＊＋Ｐ２＊）の絶対値が大きいほど大きくなるように設定されている。これは、バッテリ２６とモータＭＧ１，ＭＧ２との間を流れる電流が大きいときには、２つの電流センサ４７ａ，４７ｂに異常が生じていないときでもこれらにより検出されたリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の差が大きくなりやすいと考えられるためである。言い換えれば、バッテリ２６とモータＭＧ１，ＭＧ２との間を流れる電流が小さいときには、２つの電流センサ４７ａ，４７ｂのいずれか一方に異常が生じているときでもこれらにより検出されたリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の差が小さくなりやすいと考えられるためである。実施例では、バッテリ２６とモータＭＧ１，ＭＧ２との間を流れる電流が大きくなりやすいときとして目標パワーＰ＊の絶対値が大きいときを用いることにより、目標パワーＰ＊の絶対値が大きいほど大きくなるように閾値Ｉｒｅｆを設定するものとした。なお、閾値Ｉｒｅｆは、モータＭＧ１から出力されていると推定されるトルクＴｍ１の絶対値が大きいほど大きくなるように設定したり、モータＭＧ２から出力されていると推定されるトルクＴｍ２の絶対値が大きいほど大きくなるように設定したり、モータＭＧ１から出力されているパワーＰ１（トルクＴｍ１と回転数Ｎｍ１との積）とモータＭＧ２から出力されているパワーＰ２（トルクＴｍ２と回転数Ｎｍ２との積）との和の出力パワーＰの絶対値が大きいほど大きくなるように設定したり、電圧センサ４５からの高電圧系の電圧ＶＨが大きいほど大きくなるように設定したり、電流センサ４９からのバッテリ２６の充放電電流ＩＢの絶対値が大きいほど大きくなるように設定したりしてもよく、目標パワーＰ＊に基づく設定に加えて又は代えて、これらの一部または全部を用いて設定するものとしてもよい。これは、バッテリ２６とモータＭＧ１，ＭＧ２との間を流れる電流が大きくなりやすいときとして、モータＭＧ１から出力されていると推定されるトルクＴｍ１の絶対値やモータＭＧ２から出力されていると推定されるトルクＴｍ２の絶対値，モータＭＧ１からのパワーＰ１とモータＭＧ２からのパワーＰ２との和の出力パワーＰの絶対値，高電圧系の電圧ＶＨ，バッテリ２６の充放電電流ＩＢの絶対値がそれぞれ大きいときを用いることができるためである。こうして閾値Ｉｒｅｆを設定するから、２つの電流センサ４７ａ，４７ｂに異常が生じていないときに異常が生じていると誤って判定したり、２つの電流センサ４７ａ，４７ｂの少なくとも一方に異常が生じているときに異常が生じていないと誤って判定したりするのを抑制することができる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力されていると推定されるトルクＴｍ１，Ｔｍ２は、モータＭＧ１，ＭＧ２の電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗからの相電流Ｉｖ１，Ｉｗ１，Ｉｖ２，Ｉｗ２に基づいて推定したものを用いたり、所定時間前に設定されたモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を用いたりすることができる。

以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、昇圧コンバータ３０のリアクトルＬに流れる電流を検出する２つの電流センサ４７ａ，４７ｂにより検出された電流の差の絶対値に所定のローパスフィルタを適用して偏差ΔＩＬを演算し、演算した偏差ΔＩＬが閾値Ｉｒｅｆ以上のときに２つの電流センサ４７ａ，４７ｂの少なくとも一方に異常が生じていると判定する。そして、この閾値Ｉｒｅｆは、モータＭＧ１から出力すべき目標パワーＰ１＊とモータＭＧ２から出力すべき目標パワーＰ２＊との和の目標パワーＰ＊の絶対値が大きいほど大きくなる傾向と、モータＭＧ１から出力されているパワーＰ１とモータＭＧ２から出力されているパワーＰ２との和の出力パワーＰの絶対値が大きいほど大きくなる傾向と、モータＭＧ１から出力されているトルクＴｍ１の絶対値が大きいほど大きくなる傾向と、モータＭＧ２から出力されているトルクＴｍ２の絶対値が大きいほど大きくなる傾向と、バッテリ２６の充放電電流ＩＢの絶対値が大きいほど大きくなる傾向と、高電圧系の電圧ＶＨが大きいほど大きくなる傾向と、のうちの少なくともいずれかの傾向に従って設定される値である。これにより、昇圧コンバータ３０のリアクトルＬに流れる電流を検出する２つの電流センサ４７ａ，４７ｂの異常の誤検出が抑制され、電流センサ４７ａ，４７ｂの少なくとも一方に異常が生じているのをより適正に判定することができる。

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ＭＧ１やモータＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ２１やインバータ２２が「インバータ」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３０が「昇圧コンバータ」に相当し、電流センサ４７ａ，４７ｂが「２つの電流センサ」に相当し、電流センサ４７ａ，４７ｂからのリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の差の絶対値に所定のローパスフィルタを適用して得られる偏差ΔＩＬがバッテリ２６とモータＭＧ１，ＭＧ２との間を流れる電流が大きくなりやすいほど大きくなるように設定される閾値Ｉｒｅｆ以上のときに電流センサ４７ａ，４７ｂの異常と判定する異常判定処理を実行する電子制御ユニット５０が「異常判定手段」に相当する。なお、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形態を具体的に説明するための一例であることから、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に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、本発明を実施するため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、駆動装置の製造産業に利用可能である。

２０ 駆動装置、２１，２２ インバータ、２６ バッテリ、２７，２８ 電力ライン、３０ 昇圧コンバータ、３２，３４ 平滑コンデンサ、４１，４２ 回転位置検出センサ、４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗ，４７ａ，４７ｂ，４９ 電流センサ、４５，４６，４８ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ，５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. 電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、二次電池と、複数のスイッチング素子とリアクトルとを有し前記二次電池が接続された低電圧系からの電力を昇圧して前記インバータが接続された高電圧系に供給する昇圧コンバータと、前記リアクトルに流れる電流を検出する２つの電流センサと、前記２つの電流センサにより検出された電流の差が閾値以上のときに前記２つの電流センサの少なくとも一方に異常が生じていると判定する異常判定手段と、を備える駆動装置において、
   前記閾値は、前記電動機から出力すべき目標パワーの絶対値が大きいほど大きくなる傾向と前記電動機から出力されているパワーの絶対値が大きいほど大きくなる傾向と前記電動機から出力されているトルクの絶対値が大きいほど大きくなる傾向と前記二次電池を充放電する電流の絶対値が大きいほど大きくなる傾向と前記高電圧系の電圧が大きいほど大きくなる傾向とのうちの少なくともいずれかの傾向に従って設定される値である、
   ことを特徴とする駆動装置。

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