JP6079437B2 - Electric vehicle control method - Google Patents
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Description
本発明は、電動車両を制御する制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for controlling an electric vehicle.
近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源として交流電動機を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車の電動車両が注目されている。一般に電動車両においては、二次電池等からなる蓄電装置と電動機とを、昇圧コンバータやインバータ等で構成された電力変換ユニットを介して接続し、蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して交流電動機を駆動する。また、蓄電装置と電力変換ユニットとの間に、蓄電装置からの電力供給を遮断するための電源リレーを設けたものがある。 In recent years, electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles equipped with AC motors have attracted attention as a power source for vehicles due to social demands for low fuel consumption and low exhaust emissions. In general, in an electric vehicle, a power storage device composed of a secondary battery or the like is connected to an electric motor via a power conversion unit composed of a boost converter, an inverter, or the like, and the direct current power of the power storage device is converted into alternating current power to generate alternating current. Drive the electric motor. Some power supply relays are provided between the power storage device and the power conversion unit to cut off power supply from the power storage device.
例えば特許文献1に開示されたハイブリッド車両では、蓄電装置としてのバッテリが故障したとき、電源リレー(システムメインリレー)を遮断し、発電機(第1のモータ)の発電量と電動機(第2のモータ)の消費電力量とをバランスさせてバッテリレス走行を行う。電源リレーを遮断するとき、電動機を駆動するインバータのゲート駆動を禁止し、バッテリからの電力の放出をゼロとすることで電源リレーの接点の溶着を防止している。 For example, in the hybrid vehicle disclosed in Patent Document 1, when a battery as a power storage device fails, the power relay (system main relay) is cut off, and the power generation amount of the generator (first motor) and the electric motor (second Battery-less travel is performed by balancing the power consumption of the motor. When the power relay is cut off, the gate drive of the inverter that drives the electric motor is prohibited, and the discharge of the power from the battery is made zero to prevent welding of the contact of the power relay.
電動車両の走行中にバッテリが故障したとき、電源リレーを遮断した後に取り得る措置は、特許文献1のようにバッテリを用いないで走行することに限らない。例えば動力源として電動機のみを備える電動車両では、バッテリが故障したとき、電源リレーを遮断し、慣性走行後、或いは強制制動によって車両を停止させることが考えられる。 When the battery breaks down while the electric vehicle is running, the measures that can be taken after the power relay is cut off are not limited to running without using the battery as in Patent Document 1. For example, in an electric vehicle having only an electric motor as a power source, it is conceivable that when the battery fails, the power supply relay is cut off and the vehicle is stopped after inertial traveling or by forced braking.
ところで、電動機の回転数が高くなるほど電動機が発生する逆起電圧が高くなる。そのため、逆起電圧がインバータのシステム電圧を超えるような高回転数領域で電源リレーが遮断された場合、電動機が発生した電圧は、バッテリに回生されず、インバータの入力部に設けられる平滑コンデンサに充電されることとなる。
その結果、インバータに入力されるシステム電圧が正常範囲を超え、過電圧異常に至るおそれがある。さらには、インバータを構成するスイッチング素子の破損に至るおそれがある。
By the way, the higher the number of revolutions of the motor, the higher the back electromotive voltage generated by the motor. Therefore, when the power relay is shut off in a high speed range where the back electromotive voltage exceeds the system voltage of the inverter, the voltage generated by the motor is not regenerated by the battery but is applied to the smoothing capacitor provided at the input part of the inverter. It will be charged.
As a result, the system voltage input to the inverter may exceed the normal range, leading to an overvoltage abnormality. Furthermore, there is a risk that the switching elements constituting the inverter may be damaged.
本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、蓄電装置と電動機を駆動するインバータとの間の電源リレーを遮断したとき、電動機が発生する逆起電圧によってインバータのシステム電圧が上昇し、過電圧異常に至ることを防止する電動車両の制御方法を提供することにある。 The present invention has been created in view of the above points, and the purpose of the present invention is to reduce the inverter voltage by the back electromotive force generated by the motor when the power relay between the power storage device and the inverter that drives the motor is cut off. An object of the present invention is to provide a method for controlling an electric vehicle that prevents a system voltage from rising and an overvoltage abnormality.
本発明の制御方法は、電動車両の車輪を駆動する動力源を構成する電動機と、直流電力を蓄電可能な蓄電装置と、エンジンの動力によって発電し、生成した電力を蓄電装置又は電動機に供給可能な発電機と、蓄電装置の直流電力を交流電力に変換し電動機を駆動するインバータと、電動機制御装置と、蓄電装置異常検出手段と、平滑コンデンサと、電源リレーとを備えた電動車両に適用され、蓄電装置異常検出手段によって蓄電装置の異常が検出されたとき、電源リレーを遮断するための制御方法である。
この電動車両は、動力源として電動機とエンジンとの両方を有するハイブリッド自動車である。
According to the control method of the present invention, an electric motor that constitutes a power source that drives wheels of an electric vehicle, a power storage device that can store DC power, and power generated by the engine power can be supplied to the power storage device or the motor. and Do generator, an inverter for driving the converted electric motor into AC power to DC power of the power storage device, a motor control device, a power storage device abnormality detecting means is applied and a smoothing capacitor, an electric vehicle that includes a power relay This is a control method for cutting off the power supply relay when an abnormality of the power storage device is detected by the power storage device abnormality detection means.
The electric vehicle is a hybrid vehicle having both an electric motor and the engine as a dynamic force source.
電動機制御装置は、インバータに出力するdq軸電流指令を演算し、インバータを構成する複数のスイッチング素子のオン/オフを切り替えて電動機の通電を制御する。
平滑コンデンサは、インバータの入力部において蓄電装置に対して並列に接続される。平滑コンデンサの電極間の電圧は、インバータに入力されるシステム電圧となる。
電源リレーは、蓄電装置と平滑コンデンサとの間に設けられ、蓄電装置からインバータへの電力供給を遮断可能である。
The motor control device calculates a dq-axis current command to be output to the inverter, and controls energization of the motor by switching on / off a plurality of switching elements constituting the inverter.
The smoothing capacitor is connected in parallel to the power storage device at the input portion of the inverter. The voltage between the electrodes of the smoothing capacitor is the system voltage input to the inverter.
The power relay is provided between the power storage device and the smoothing capacitor and can cut off power supply from the power storage device to the inverter.
この制御方法は、下記(1)−(4)の段階を含むことを特徴とする。
(1)電動機の回転に伴って発生する逆起電圧を取得する段階。この「取得する」には、計算式により逆起電圧を算出する場合以外に、例えばマップを参照して逆起電圧を求める場合等を含む。
(2)取得された逆起電圧がシステム電圧より大きいとき、インバータの駆動を許可し、電動機制御装置がインバータに出力するdq軸電流指令のうち電動機を励磁するd軸電流指令について、電動機の回転に伴って発生する正の界磁電流を打ち消すように、負の値であるd軸電流指令の絶対値を大きくする弱め界磁制御を実行する段階。
(3)電源リレーを遮断する段階。
(4)電源リレーを遮断した後、エンジンを停止するよう指令し、発電機による発電を停止させる段階。
This control method includes the following steps (1) to (4) .
(1) A step of acquiring a counter electromotive voltage generated with the rotation of the electric motor. This “acquire” includes, for example, a case where the counter electromotive voltage is obtained with reference to a map in addition to the case where the counter electromotive voltage is calculated by a calculation formula.
(2) When the acquired back electromotive voltage is higher than the system voltage, the inverter is allowed to drive, and the d-axis current command for exciting the motor among the dq-axis current commands output by the motor control device to the inverter is rotated. Performing a field weakening control to increase the absolute value of the d-axis current command, which is a negative value, so as to cancel the positive field current generated along with the control.
(3) The step of shutting off the power relay.
(4) A step of stopping the power generation by the generator by instructing the engine to stop after cutting off the power relay.
本発明では、逆起電圧がインバータのシステム電圧を超えるような高回転数領域では、そのまま電源リレーを遮断するのでなく、電動機の界磁電流を打ち消すように弱め界磁制御を実行しつつ、電源リレーを遮断する。これにより、電源リレーを遮断したとき、電動機が発生する逆起電圧によってインバータのシステム電圧が上昇し、過電圧異常に至ることを防止することができる。よって、インバータを構成するスイッチング素子の破損を防止することができる。 In the present invention, in a high speed region where the back electromotive voltage exceeds the system voltage of the inverter, the power relay is not interrupted as it is, but the field relay is controlled so as to cancel the field current of the motor, and the power relay is Cut off. Thereby, when the power supply relay is cut off, it is possible to prevent the system voltage of the inverter from rising due to the counter electromotive voltage generated by the electric motor and leading to an overvoltage abnormality. Therefore, breakage of the switching element that constitutes the inverter can be prevented.
弱め界磁制御を実行する段階において、電動機のトルクに寄与するq軸電流指令の値をゼロとすることが好ましい。これにより、電源リレーを遮断したとき、運転者に違和感を与えることを防止することができる。 In the stage of executing field weakening control, it is preferable to set the value of the q-axis current command that contributes to the torque of the motor to zero. Thereby, when the power supply relay is cut off, it is possible to prevent the driver from feeling uncomfortable.
逆起電圧を取得する段階において、電動機の回転数と、回転数に対する逆起電圧の比例定数である逆起電圧定数とに基づいて、逆起電圧を算出することが好ましい。
技術常識によると、電動機制御装置は、回転角センサから電動機の電気角を取得し、電気角速度や回転数の情報に換算して通常走行時の制御に用いる可能性が高い。そこで、既知情報である回転数を利用して逆起電圧を容易に求めることができる。
In the stage of acquiring the counter electromotive voltage, it is preferable to calculate the counter electromotive voltage based on the rotation speed of the electric motor and a counter electromotive voltage constant that is a proportional constant of the counter electromotive voltage with respect to the rotation speed.
According to common technical knowledge, the motor control device is highly likely to acquire the electrical angle of the motor from the rotation angle sensor, convert it into information on the electrical angular velocity and the number of rotations, and use it for control during normal travel. Therefore, the counter electromotive voltage can be easily obtained using the rotation speed, which is known information.
以下、本発明の制御方法が適用される電動車両の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。なお、第2又は第3実施形態が特許請求の範囲に記載の発明を実施するための形態に相当する。
(第1実施形態)
本発明の制御方法が適用される第1実施形態の電動車両について、図1〜図5を参照して説明する。図1に示す第1実施形態の電動車両は、車輪14を駆動する動力源として電動機33のみを備える電気自動車である。
Hereinafter, a plurality of embodiments of an electric vehicle to which a control method of the present invention is applied will be described with reference to the drawings. About the substantially same structure by embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. The second or third embodiment corresponds to a mode for carrying out the invention described in the claims.
(First embodiment)
An electric vehicle according to a first embodiment to which a control method of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. The electric vehicle according to the first embodiment shown in FIG. 1 is an electric vehicle including only the
電動機33の回転軸は減速ギア機構18に接続されており、電動機33の回転は、回転数が低下すると共にトルクが増大してプロペラ軸17に伝達される。プロペラ軸17の動力は、デファレンシャルギア機構19や車軸13等を介して車輪14に伝達される。
電動機33は、永久磁石式同期型の三相交流電動機であり、広い概念では、トルクを発生する電動機としての機能、及び、トルクを受けて発電する発電機としての機能を有する「モータジェネレータ」である。本実施形態では、電動機33は、主に電力を消費しつつ力行動作を行う装置として機能する。
The rotation shaft of the
The
電動機33は、バッテリ44、電源リレー45及び電力変換ユニット201から構成される電動機駆動回路311によって駆動される。電動機駆動回路311について、図1、図2を参照して説明する。
図2では、電動機33をY結線で例示しているが、Δ結線としてもよい。
The
In FIG. 2, the
バッテリ44は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池、又は電気二重層キャパシタ等により構成される充放電可能な「蓄電装置」である。バッテリ44は、SOC(State Of Charge:充電量)が限界充電量以下である範囲で充電され、電力変換ユニット201に供給する直流電力を蓄電可能である。
バッテリ44の温度、電流、電圧等の情報は、監視ユニット43によって監視される。監視ユニット43は、これらの情報をバッテリ制御部42に通信する。
The
Information such as the temperature, current, and voltage of the
電源リレー45は、バッテリ44と電力変換ユニット201との間に設けられ、バッテリ44から電力変換ユニット201への電力供給を遮断可能である。図2に示すように、通常走行時には、電源リレー45は閉状態、すなわち導通状態である。
本実施形態の電源リレー45は、バッテリ44の高電位側に1つ、低電位側に2つの計3つのリレーから構成されている。低電位側のリレーのうち1つは、電流制限用抵抗器を介したバイパス回路に設けられている。これらのリレーの開閉順を規定することで、突入電流による接点の溶着を防止することができる(特許文献1参照)。
The
The
電力変換ユニット201は、昇圧コンバータ21、平滑コンデンサ24、1つのインバータ23を含み、バッテリ44の直流電力を交流電力に変換して電動機33に供給する。
昇圧コンバータ21は、DCDCコンバータであり、バッテリ44の電圧をシステム電圧VHに昇圧して出力する。システム電圧VHは、インバータ23の高電位ラインLpと低電位ラインLgとの間の電圧に相当し、「インバータ入力電圧」とも言い換えられる。システム電圧VHは、インバータ23の出力電圧の指標となる変調度若しくは電圧利用率の基準となる。
平滑コンデンサ24は、インバータ23の入力部にバッテリ44に対して並列に接続され、システム電圧VHの脈動を抑制し、平滑化する。
The
The smoothing
インバータ23は、ブリッジ接続されたスイッチング素子61−66を含む。スイッチング素子61、62、63は、U相、V相、W相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子64、65、66は、U相、V相、W相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子61−66として、MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)、IGBT、その他のバイポーラトランジスタ等が用いられる。
電動機制御装置30から出力されるPWM信号に基づいてスイッチング素子61−66のオン/オフが制御されることで、インバータ23は、三相交流電圧Vu、Vv、Vwを生成する。電動機33は、インバータ23によって生成された三相交流電圧Vu、Vv、Vwが印加されることにより駆動が制御される。
The
このように電動機33は、基本的にバッテリ44の直流電力を消費しつつ力行動作によりトルクを発生する。一方、電動機33の回転に伴ってコイルに発生する誘導起電力は、電動機駆動回路311に対し「逆起電力」として作用する。この逆起電力は、電動機33の回転数に比例して増加し、高回転領域では逆起電圧Vbeがシステム電圧VHを超える場合がある。このとき、逆起電力に基づく電流は、インバータ23、昇圧コンバータ21及び電源リレー45を経由して流れ、過剰な電力がバッテリ44に回生される。
As described above, the
図1に戻って説明を続ける。統括制御装置40は、マイクロコンピュータ等により構成され、内部にはCPU、ROM、I/O、及び、これらを接続するバスライン等を備えている。統括制御装置40は、予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理により、電動車両全体を統括的に制御する。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The
統括制御装置40は、アクセルセンサからのアクセル信号、ブレーキスイッチからのブレーキ信号、シフトスイッチからのシフト信号、及び、車両の速度に関する車速信号等が入力される。特に本実施形態の統括制御装置40は、内部に車両駆動制御部41とバッテリ制御部42とを含む。
車両駆動制御部41は、車両駆動の制御を担う中心的な部分である。
The
The vehicle
バッテリ制御部42は、監視ユニット43から取得した情報に基づいてバッテリ44の電池残量を推定したり、異常を検出したりする。電池残量の指標としては、上述したSOCや、放電可能電力Wout/充電可能電力Win(例えば特開2010−98882号公報参照)が用いられる。バッテリ制御部42は、充放電がされているにもかかわらずSOCが変化しなくなった場合や、温度が異常となった場合等に、バッテリ44が異常であると判断し、車両駆動制御部41に通信する。バッテリ制御部42は、特許請求の範囲に記載の「蓄電装置異常検出手段」に相当する。
統括制御装置40は、車両の運転状態を総合的に検出し、車両の運転状態に応じて電動機制御装置30、電源リレー45等に対する要求を出力する。
The
The
電動機制御装置30は、統括制御装置40からの要求に基づき、電力変換ユニット201の昇圧コンバータ21及びインバータ23のスイッチング動作を制御することで、電動機33の通電を制御する。通常走行時においては、電動機制御装置30は、統括制御装置40からのトルク指令に応じて、インバータ23に出力するdq軸電流指令を演算し、スイッチング素子61−66のオン/オフを切り替えて電動機33の通電を制御する。
回転角センサ34は、電動機33のロータ近傍に設けられ、電気角θを検出する。電動機制御装置30は、回転角センサ34が検出した電気角θに基づき、座標変換等の演算を行う。また、電気角θの変化量によって電動機33の電気角速度ωや回転数Nmを算出する。
The electric
The
以上の構成の電気自動車において、走行中にバッテリ制御部42が監視ユニット43からの情報によってバッテリ44の異常を検出した場合を想定する。この場合、フェールセーフの観点から、統括制御装置40が電源リレー45に対して遮断を要求し、バッテリ44から電力変換ユニット201への電力供給を中止することが望まれる。この場合に想定される問題について、図3を参照して説明する。
In the electric vehicle having the above configuration, it is assumed that the
図3は、図2に対し、電源リレー45が開状態、すなわち遮断状態となっている。この場合、電動機33の高回転領域では、逆起電圧Vbeがシステム電圧VHを超えると、逆起電力による電流Ibeが、インバータ23のスイッチング素子61−66の還流ダイオードを通って流れる。電動機33のコイルの中性点に入る電流を正、中性点から出て行く電流を負とすると、例えばU相電流が負、V相及びW相が正となるタイミングでは、電流Ibeは、破線で示すような経路を通って流れる。ところが、電源リレー45が遮断されているため、過剰な電力はバッテリ44に回生されず、平滑コンデンサ24に充電されることとなる。
In FIG. 3, the
この状態が継続すると、システム電圧VHが上昇し、過電圧異常となるおそれがある。さらには、インバータ23を構成するスイッチング素子61−66の破損に至るおそれがある。
そこで本発明の制御方法は、このような問題を解決するため、バッテリ44の異常が検出されたとき、そのまま電流リレー45を遮断するのでなく、以下に説明する「電源リレー遮断処理」を通じて電源リレー45を遮断することを特徴とする。
If this state continues, the system voltage VH rises and an overvoltage abnormality may occur. Furthermore, the switching
Therefore, in order to solve such a problem, the control method of the present invention does not cut off the
次に、統括制御装置40による電源リレー遮断処理のフローについて、図4のフローチャートを参照して説明する。フローチャートの説明で記号「S」はステップを意味する。
S01では、監視ユニット43からバッテリ制御部42に通信された異常検出信号に基づく「電源リレー45の遮断要求」があるか否か判断する。遮断要求がある場合(S01:YES)、以下のS02〜S06を実行する。
Next, the flow of power supply relay cutoff processing by the
In S <b> 01, it is determined whether there is a “request to shut off the
S02では、電動機制御装置30から通信された電動機33の回転数Nm、及び、予め記憶している比例定数である逆起電圧定数Kbeに基づき、逆起電圧Vbeを下式(1)により算出する。
Vbe[V]=Kbe[V/rpm]×Nm[rpm] ・・・(1)
逆起電圧Vbeは、上記の計算の他、回転数Nmと逆起電圧Vbeとの特性マップを参照して求めてもよい。マップを参照して逆起電圧Vbeを求めることも、特許請求の範囲に記載の「逆起電圧を取得する」に含まれる。
In S02, the counter electromotive voltage Vbe is calculated by the following equation (1) based on the rotational speed Nm of the
Vbe [V] = Kbe [V / rpm] × Nm [rpm] (1)
In addition to the above calculation, the counter electromotive voltage Vbe may be obtained by referring to a characteristic map between the rotational speed Nm and the counter electromotive voltage Vbe. Obtaining the counter electromotive voltage Vbe with reference to the map is also included in “acquiring the counter electromotive voltage” recited in the claims.
電動機制御装置30は、回転角センサ34から電動機33の電気角θを取得し、電気角速度ω、回転数Nm等の情報に換算して通常走行時の制御に用いているため、既知情報である回転数Nmを利用して、逆起電圧Vbeを容易に求めることができる。
ただし、電動機33の回転数Nmは、減速ギア機構18のギア比を通してプロペラ軸17や車軸13の回転数と相関しているため、他の実施形態では、電動機33の回転数Nmに代え、プロペラ軸17や車軸13の回転数、又は車速に基づいて逆起電圧Vbeを取得するようにしてもよい。
Since the
However, since the rotational speed Nm of the
続くS03では、得られた逆起電圧Vbeとシステム電圧VHとを比較する。逆起電圧Vbeがシステム電圧VH以下の場合(S03:NO)、電源リレー45を遮断しても、逆起電圧Vbeによってシステム電圧VHが上昇するおそれはないと判断される。そこでS06に移行し、電源リレー45の遮断を指令する。
一方、逆起電圧Vbeがシステム電圧VHを超えている場合(S03:YES)、そのまま電源リレー45を遮断すると、逆起電圧Vbeによってシステム電圧VHが上昇し、インバータ23のスイッチング素子61−66が破損するおそれがある。それを回避するため、S04に移行し、電動機制御装置30に対し、インバータ23の駆動を許可する。
In subsequent S03, the obtained back electromotive voltage Vbe is compared with the system voltage VH. When the back electromotive voltage Vbe is equal to or lower than the system voltage VH (S03: NO), it is determined that the system voltage VH is not likely to increase due to the back electromotive voltage Vbe even if the
On the other hand, when the back electromotive voltage Vbe exceeds the system voltage VH (S03: YES), when the
そして、S05では、電動機制御装置30に対し、逆起電圧Vbeによる影響を打ち消すため、且つ、運転者に違和感を与えないようにするため、インバータ23を「弱め界磁及びゼロトルク」制御するよう要求する。この「弱め界磁及びゼロトルク」制御の詳細については後述する。
In S05, the
こうして、インバータ23を弱め界磁制御することで逆起電圧Vbeによる影響を打ち消し、電源リレー45を遮断したときシステム電圧VHが上昇しないような状況を準備した上で、S06に移行し、電源リレー45の遮断を指令する。以上で電源リレー遮断処理を終了する。
その後、運転者は状況に応じて、慣性トルクが利用可能な範囲で車両を走行させ、或いは、ブレーキを操作して車両を強制的に制動させることができる。
Thus, the
Thereafter, depending on the situation, the driver can drive the vehicle within a range where the inertia torque can be used, or can operate the brake to forcibly brake the vehicle.
続いて、S05の「弱め界磁及びゼロトルク」制御について図5を参照して説明する。
インバータ23は、電動機33に供給されるdq軸電流についての指令値と検出値との偏差をゼロとするようにdq軸電圧指令を制御する電流フィードバック制御方式によって制御される。
一般に電動機のdq軸電圧方程式は、式(2)、(3)で表される。
Vd=(R+PLd)×Id−ω×Lq×Iq ・・・(2)
Vq=ω×Ld×Id+(R+PLq)×Iq+ω×ψ ・・・(3)
また、電動機のトルクTは、式(4)で表される。
T=pm×{Iq×ψ+(Ld−Lq)×Id×Iq} ・・・(4)
Next, the “field weakening and zero torque” control in S05 will be described with reference to FIG.
The
In general, the dq axis voltage equation of an electric motor is expressed by equations (2) and (3).
Vd = (R + PLd) × Id−ω × Lq × Iq (2)
Vq = ω × Ld × Id + (R + PLq) × Iq + ω × ψ (3)
Further, the torque T of the electric motor is expressed by Expression (4).
T = pm × {Iq × ψ + (Ld−Lq) × Id × Iq} (4)
記号は、以下のとおりである。
Vd、Vq:d軸電圧、q軸電圧
Id、Iq:d軸電流、q軸電流
R:電機子抵抗
P:時間微分係数(=d/dt)
Ld、Lq:d軸自己インダクタンス、q軸自己インダクタンス
ω:電気角速度
ψ:永久磁石の電機子鎖交磁束
pm:電動機の極対数
The symbols are as follows.
Vd, Vq: d-axis voltage, q-axis voltage Id, Iq: d-axis current, q-axis current R: armature resistance P: time derivative (= d / dt)
Ld, Lq: d-axis self-inductance, q-axis self-inductance ω: electrical angular velocity ψ: armature linkage flux of permanent magnet pm: number of pole pairs of motor
ところで、走行中にバッテリ44が故障したため電源リレー45を遮断しようという状況において電動機33が運転者の意図しないトルクを出力すると、運転者に違和感を与えるおそれがある。そこで、統括制御装置40は、電動機制御装置30に対し、電動機33のトルクをゼロとする「ゼロトルク制御」を行うよう要求する。ここで、トルクがゼロであるとは、厳密な0[Nm]に限らず、例えば、減速ギア機構18や車輪14等の機械的抵抗の合計に満たないような、実質的に無いに等しい微小な範囲のトルクを含む。
By the way, if the
式(4)から、q軸電流指令Iqをゼロ(Iq≒0)とすれば電動機33のトルクTはゼロになる。ここで、電流の「ゼロ」についても、上記のトルクと同様、厳密な0[A]に限らず、実質的に0[A]と同等の範囲の値を含む。
また、電動機33の力行動作で励磁により電力を消費させるときのd軸電流指令Idは負の値となる。したがって、図5(a)のdq電流座標に示すように、ゼロトルク制御のための電流指令ベクトルIは、「Id<0、Iq≒0」となる。
From equation (4), if the q-axis current command Iq is zero (Iq≈0), the torque T of the
Further, the d-axis current command Id when the electric power is consumed by excitation in the power running operation of the
次に、式(2)、(3)で「Iq≒0」とすると、dq軸電圧指令Vd、Vqについて、式(2’)、(3’)が得られる。
Vd=(R+PLd)×Id ・・・(2’)
Vq=ω×Ld×Id+ω×ψ ・・・(3’)
q軸電圧指令Vqの第2項「ω×ψ」は、逆起電力に起因する電圧であり、電動機33の回転数Nmに比例して増加する。
また、電圧指令ベクトルVの大きさは、式(5)で表される。
V=√(Vd2+Vq2) ・・・(5)
Next, assuming that “Iq≈0” in Expressions (2) and (3), Expressions (2 ′) and (3 ′) are obtained for the dq-axis voltage commands Vd and Vq.
Vd = (R + PLd) × Id (2 ′)
Vq = ω × Ld × Id + ω × ψ (3 ′)
The second term “ω × ψ” of the q-axis voltage command Vq is a voltage caused by the counter electromotive force and increases in proportion to the rotational speed Nm of the
Moreover, the magnitude | size of the voltage command vector V is represented by Formula (5).
V = √ (Vd 2 + Vq 2 ) (5)
図5(b)のdq電圧座標に示すように、q軸電圧指令Vqの第2項「ω×ψ」はVq軸上の正方向に示される。一方、第1項「ω×Ld×Id」は、d軸電流指令Idが負の値であることからVq軸上の負方向に示される。したがって、第2項の値から第1項の絶対値を差し引いた値が、ブロック矢印で示すq軸電圧指令Vqとなる。
ここで、いわゆる「弱め界磁制御」とは、電動機33の回転によって発生する正の界磁電流(d軸電流)を打ち消すように、負の値であるd軸電流指令Idの絶対値を大きくする制御をいう。負の値であるd軸電流指令Idの絶対値を大きくすることで、第1項「ω×Ld×Id」が負方向に大きくなり、ブロック矢印で示すq軸電圧指令Vqは小さくなる。すなわち、d軸インダクタンスLdにより発生する磁束(Ld×Id)によって電機子磁束ψを打ち消す。そうすることで、式(5)による電圧指令ベクトルVを小さくし、インバータ23が生成する電圧がシステム電圧VH以下、すなわち破線円の内側となるようにする。
As shown in the dq voltage coordinate of FIG. 5B, the second term “ω × ψ” of the q-axis voltage command Vq is shown in the positive direction on the Vq axis. On the other hand, the first term “ω × Ld × Id” is indicated in the negative direction on the Vq axis because the d-axis current command Id is a negative value. Therefore, a value obtained by subtracting the absolute value of the first term from the value of the second term becomes the q-axis voltage command Vq indicated by the block arrow.
Here, so-called “weakening field control” is control for increasing the absolute value of the d-axis current command Id, which is a negative value, so as to cancel the positive field current (d-axis current) generated by the rotation of the
本実施形態では、電源リレー遮断処理において、以上のように弱め界磁制御を実行することにより、電源リレー45を遮断したとき、システム電圧VHが上昇し、過電圧異常に至ることを防止する。よって、インバータ23を構成するスイッチング素子61−66の破損を防止することができる。
また、弱め界磁制御と共に、電動機33のトルクに寄与するq軸電流指令をゼロとするゼロトルク制御を実行することにより、電源リレー45を遮断したとき、運転者に違和感を与えることを防止することができる。
In the present embodiment, the field weakening control is executed as described above in the power supply relay cut-off process, thereby preventing the system voltage VH from increasing when the
Further, by executing zero torque control in which the q-axis current command that contributes to the torque of the
(第2実施形態)
本発明の制御方法が適用される第2実施形態の電動車両について、図6を参照して説明する。第2実施形態の電動車両は、いわゆるシリーズハイブリッド自動車である。
シリーズハイブリッド自動車は動力源としてエンジン11、発電機32及び電動機33を備え、エンジン11の動力で発電機32が生成した電力を用いて電動機33が車輪14を駆動する。
(Second Embodiment)
An electric vehicle according to a second embodiment to which the control method of the present invention is applied will be described with reference to FIG. The electric vehicle according to the second embodiment is a so-called series hybrid vehicle.
The series hybrid vehicle includes an
エンジン11は、例えば4気筒のガソリンエンジンであり、エンジン11の出力トルクは、クランク軸15を介して発電機32の回転軸に伝達される。エンジン制御装置10は、図示しないクランク角センサから入力されるクランク角信号に基づいてクランク軸15のクランク角やエンジン回転速度等の情報を取得し、エンジン11の運転を制御する。
また、統括制御装置40は、エンジン制御装置10と電動機制御装置30との間で信号を送受信し、エンジン11と、発電機32及び電動機33との駆動を調整する。
The
Further, the
発電機32及び電動機33は、いずれも「モータジェネレータ」である。第2実施形態、及び次の第3実施形態では、ハイブリッド自動車において主に発電機として用いられるモータジェネレータを「発電機32」といい、主に電動機として用いられるモータジェネレータを「電動機33」という。
本実施形態の主たる作動において、発電機32はエンジン11の動力によって発電し、電動機33は、力行動作により電力を消費しつつ車軸13を介して車輪14を駆動する。
The
In the main operation of the present embodiment, the
第2実施形態の電動機駆動回路312において、電力変換ユニット202は、昇圧コンバータ21、平滑コンデンサ24(図6では図示を省略する)、発電機32を駆動する第1インバータ22、及び、電動機33を駆動する第2インバータ23を備えている。第2インバータ23は、第1実施形態におけるインバータ23と実質的に同一である。
発電機32は、第1インバータ22、昇圧コンバータ21及び電源リレー45を介してバッテリ44と接続されている。電動機33は、第2インバータ23、昇圧コンバータ21及び電源リレー45を介してバッテリ44と接続されている。
In the electric
The
すなわち、電動機駆動回路312は、図2の電動機駆動回路311に対し、平滑コンデンサ24の反バッテリ44側で、第1インバータ22及び発電機32と、第2インバータ23及び電動機33とが並列に接続された構成である。
発電機32及び電動機33は、電動機制御装置30が第1インバータ22及び第2インバータ23を制御することによって駆動が制御される。つまり、「電動機制御装置」という用語中の「電動機」は「モータジェネレータ」の意味で用いられている。
That is, in the
Driving of the
第2実施形態では、エンジン11は、発電機32を発電させるためだけに比較的安定した運転条件で回転する。発電機32は、生成した電力を基本的にバッテリ44に充電し、電動機33は、バッテリ44の電力によって駆動される。ただし、発電機32が生成した電力の一部をそのまま用いて電動機33を駆動することも理論的には可能である。
In the second embodiment, the
バッテリ制御部42によりバッテリ44の異常が検出された場合、統括制御装置40は、第1実施形態と同様に電源リレー遮断処理を実行する。すなわち、電動機33の逆起電圧Vbeが第2インバータ23のシステム電圧VHより大きいときには、電動機制御装置30に対し第2インバータ23を弱め界磁制御、好ましくは、さらにゼロトルク制御するように要求した後、電源リレー45を遮断する。
よって、第2実施形態の電動車両においても、本発明の制御方法により、第1実施形態と同様の効果が得られる。
When the abnormality of the
Therefore, also in the electric vehicle of the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by the control method of the present invention.
なお、電源リレー45を遮断した後は、統括制御装置40は、2通りの処理を実行する可能性が考えられる。
停車する場合は、エンジン制御装置10にエンジン11を停止するよう指令し、発電機32による発電を停止させる。これにより、電動機33への電力供給が遮断され、第1実施形態と同様、慣性走行後、或いは強制制動によって車両を停止させることができる。
他方、所定の運転条件の下、発電機32の発電量と電動機33の消費電力量とをバランスさせて、バッテリ44の電力を用いない走行を行う可能性もある。
Note that after the
When stopping the vehicle, the
On the other hand, there is a possibility of running without using the power of the
(第3実施形態)
本発明の制御方法が適用される第3実施形態の電動車両について、図7、図8を参照して説明する。図7に示す第3実施形態の電動車両は、いわゆるシリーズパラレルハイブリッド自動車である。
シリーズパラレルハイブリッド自動車は、エンジン11の動力を動力分割機構16で分割し、その一方の動力で直接車輪14を駆動し、もう一方の動力で発電機32に発電させる。電動機33は、発電機32が生成しバッテリ44に充電された電力を用い、或いは、発電機32が生成した電力を直接用いて車輪14を駆動する。車両の走行条件によって、エンジン11のみによる走行、電動機33のみによる走行、エンジン11と電動機33との両方による走行を切り替えることができるのが特徴である。
(Third embodiment)
An electric vehicle according to a third embodiment to which the control method of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. The electric vehicle of the third embodiment shown in FIG. 7 is a so-called series parallel hybrid vehicle.
In the series-parallel hybrid vehicle, the power of the
シリーズパラレルハイブリッド自動車のシステムでは、第2実施形態のシリーズハイブリッド自動車に対し、動力分割機構16が主要構成要素として追加され、その他の構成については、基本的に第2実施形態と同様である。動力分割機構16は、エンジン11のクランク軸15の動力を二系統に分割する。
In the system of the series parallel hybrid vehicle, the
図8に示すように、動力分割機構16は、サンギア16aとピニオンギア(プラネタリキャリア)16bとリングギア16c等からなる遊星ギア機構で構成されている。ピニオンギア16bには、キャリアを介してエンジン11のクランク軸15が連結され、サンギア16aには発電機32の回転軸が連結されている。リングギア16cの動力はプロペラ軸17に伝達され、プロペラ軸17の動力は、デファレンシャルギア機構19や車軸13等を介して車輪14に伝達される。
As shown in FIG. 8, the
また、電動機33の回転軸は、減速ギア機構18を介してプロペラ軸17に連結されている。減速ギア機構18は、サンギア18aとピニオンギア18bとリングギア18c等からなる遊星ギア機構で構成されている。サンギア18aには、電動機33の回転軸が連結され、リングギア18cの動力がプロペラ軸17に伝達される。減速ギア機構18のリングギア18cには、動力分割機構16のリングギア16cが連結されている。
The rotating shaft of the
動力分割機構16では、サンギア16a、ピニオンギア16b及びリングギア16cの3軸のうち2軸の回転数が決まると残りの1軸の回転数が決まる。つまり、発電機32、エンジン11及び電動機33の回転数、及び、回転数と減速ギア機構18のギア比等とによって決まるトルクは、互いに相関することとなる。したがって、システム全体の制御を統括する統括制御装置40は、車両の走行条件によって、発電機32、エンジン11及び電動機33をそれぞれどのように駆動するのが最適であるか統括的に判断する。
In the
バッテリ制御部42によりバッテリ44の異常が検出された場合、統括制御装置40は、上記実施形態と同様に電源リレー遮断処理を実行する。すなわち、電動機33の逆起電圧Vbeが第2インバータ23のシステム電圧VHより大きいときには、電動機制御装置30に対し第2インバータ23を弱め界磁制御、好ましくは、さらにゼロトルク制御するように要求した後、電源リレー45を遮断する。
よって、第3実施形態の電動車両においても、本発明の制御方法により第1、第2実施形態と同様の効果が得られる。
When the abnormality of the
Therefore, also in the electric vehicle of the third embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained by the control method of the present invention.
また、電源リレー45を遮断後に統括制御装置40が実行する処理は、第2実施形態と同様に2通りの可能性が考えられる。そのうち、「発電機32の発電量と電動機33の消費電力量とをバランスさせて行うバッテリ44の電力を用いない走行」が、特許文献1に記載された従来技術に相当するものである。
In addition, the processing executed by the
(その他の実施形態)
(ア)上記実施形態の電源リレー遮断処理では、弱め界磁制御に加えゼロトルク制御を実行することで、運転者の違和感を回避している。しかし、ゼロトルク制御は、本発明の電源リレー遮断処理における本質的な要件ではなく、少なくとも弱め界磁制御が実行されればよい。
(Other embodiments)
(A) In the power relay disconnection process of the above embodiment, the driver feels uncomfortable by executing zero torque control in addition to field weakening control. However, zero torque control is not an essential requirement in the power supply relay cut-off processing of the present invention, and at least field weakening control may be performed.
(イ)図4のフローチャートでは、電動機33の回転数Nmに関係なくS02、S03のステップを実行している。しかし、例えばS02の前に回転数Nmを判断し、逆起電圧Vbeがシステム電圧VHを超える可能性が明らかに無い低回転領域では、直接S06に移行し、所定の回転数以上の領域のみで、S02−S05のステップを実行するようにしてもよい。
(A) In the flowchart of FIG. 4, steps S02 and S03 are executed regardless of the rotational speed Nm of the
(ウ)電力変換ユニットのDCDCコンバータは、昇圧コンバータに限らず降圧コンバータでもよい。また、DCDCコンバータを設けず、バッテリ電圧をそのままシステム電圧VHとしてもよい。
(エ)上記実施形態の電動機は永久磁石式同期型の三相交流電動機であるが、これ以外に、誘導電動機やその他の同期電動機であってもよい。
(C) The DCDC converter of the power conversion unit is not limited to the step-up converter but may be a step-down converter. Further, the battery voltage may be used as it is as the system voltage VH without providing a DCDC converter.
(D) Although the electric motor of the above embodiment is a permanent magnet type synchronous three-phase AC electric motor, other than this, an induction motor or other synchronous electric motor may be used.
(オ)第1実施形態の図1では、第2、第3実施形態との共通性の点から統括制御装置40と電動機制御装置30とを別のブロックで示している。しかし、第1実施形態を独立して考慮すれば、電動機制御装置30を統括制御装置40に包含してもよい。
一方、第2、第3実施形態において、エンジン制御装置10及び電動機制御装置30を統括的に制御する統括制御装置40を「ハイブリッド車制御装置」と呼んでもよい。
(E) In FIG. 1 of the first embodiment, the
On the other hand, in the second and third embodiments, the
(カ)第2、第3実施形態のエンジンは、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジン、気化燃料エンジン等であってもよい。
(キ)第3実施形態の動力分割機構は、遊星歯車機構により構成されており、駆動力が機械的に伝達される。この他、動力分割機構として、電磁クラッチや流体継ぎ手等を用いてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
(F) The engines of the second and third embodiments are not limited to gasoline engines, but may be diesel engines, vaporized fuel engines, or the like.
(G) The power split mechanism of the third embodiment is constituted by a planetary gear mechanism, and the driving force is mechanically transmitted. In addition, an electromagnetic clutch or a fluid coupling may be used as the power split mechanism.
As mentioned above, this invention is not limited to the said embodiment at all, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement with a various form.
23・・・インバータ、第2インバータ、
24・・・平滑コンデンサ、
30・・・電動機制御装置、
33・・・電動機、
42・・・バッテリ制御部(蓄電装置異常検出手段)、
44・・・バッテリ(蓄電装置)、
45・・・電源リレー
61−66・・・スイッチング素子。
23... Inverter, second inverter,
24: Smoothing capacitor,
30 ... Electric motor control device,
33 ... Electric motor,
42 ... Battery control unit (electric storage device abnormality detection means),
44 ... battery (power storage device),
45: Power relay 61-66: Switching element.
Claims (3)
直流電力を蓄電可能な蓄電装置(44)と、
エンジン(11)の動力によって発電し、生成した電力を前記蓄電装置又は前記電動機に供給可能な発電機(32)と、
前記蓄電装置の直流電力を交流電力に変換し前記電動機を駆動するインバータ(23)と、
前記インバータに出力するdq軸電流指令を演算し、前記インバータを構成する複数のスイッチング素子(61−66)のオン/オフを切り替えて前記電動機の通電を制御する電動機制御装置(30)と、
前記インバータの入力部において前記蓄電装置に対して並列に接続され、電極間の電圧が前記インバータに入力されるシステム電圧(VH)となる平滑コンデンサ(24)と、
前記蓄電装置の異常を検出する蓄電装置異常検出手段(42)と、
前記蓄電装置と前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記蓄電装置から前記インバータへの電力供給を遮断可能な電源リレー(45)と、
を備えた電動車両に適用され、前記蓄電装置異常検出手段によって前記蓄電装置の異常が検出されたとき、前記電源リレーを遮断するための制御方法であって、
前記電動機の回転に伴って発生する逆起電圧(Vbe)を取得する段階(S02)と、
取得された逆起電圧が前記システム電圧より大きいとき、前記インバータの駆動を許可し、前記電動機制御装置が前記インバータに出力するdq軸電流指令のうち前記電動機を励磁するd軸電流指令について、前記電動機の回転に伴って発生する正の界磁電流を打ち消すように、負の値であるd軸電流指令の絶対値を大きくする弱め界磁制御を実行する段階(S03−S05)と、
前記電源リレーを遮断する段階(S06)と、
前記電源リレーを遮断した後、前記エンジンを停止するよう指令し、前記発電機による発電を停止させる段階と、
を含むことを特徴とする電動車両の制御方法。 An electric motor (33) constituting a power source for driving the wheels (14) of the electric vehicle;
A power storage device (44) capable of storing DC power;
A generator (32) capable of generating electric power by the power of the engine (11) and supplying the generated electric power to the power storage device or the electric motor;
An inverter (23) for converting the DC power of the power storage device into AC power and driving the motor;
A motor control device (30) for calculating a dq-axis current command to be output to the inverter, and switching on / off of a plurality of switching elements (61-66) constituting the inverter to control energization of the motor;
A smoothing capacitor (24) connected in parallel to the power storage device at the input of the inverter and having a voltage between the electrodes as a system voltage (VH) input to the inverter;
Power storage device abnormality detection means (42) for detecting abnormality of the power storage device;
A power supply relay (45) provided between the power storage device and the smoothing capacitor and capable of interrupting power supply from the power storage device to the inverter;
A control method for cutting off the power supply relay when an abnormality of the power storage device is detected by the power storage device abnormality detection means,
Obtaining a back electromotive voltage (Vbe) generated with rotation of the electric motor (S02);
When the acquired back electromotive voltage is greater than the system voltage, the d-axis current command for permitting driving of the inverter and for exciting the motor among the dq-axis current commands output to the inverter by the motor control device is described above. Performing field weakening control to increase the absolute value of the d-axis current command, which is a negative value, so as to cancel the positive field current generated with the rotation of the motor (S03-S05);
Cutting off the power relay (S06);
Commanding the engine to stop after shutting off the power relay, and stopping power generation by the generator;
The control method of the electric vehicle characterized by including.
前記電動機のトルクに寄与するq軸電流指令の値をゼロとすることを特徴とする請求項1に記載の電動車両の制御方法。 In performing the field weakening control,
The method for controlling an electric vehicle according to claim 1, wherein a value of a q-axis current command that contributes to the torque of the electric motor is set to zero.
前記電動機の回転数(Nm)と、回転数に対する逆起電圧の比例定数である逆起電圧定数(Kbe)とに基づいて、逆起電圧を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の電動車両の制御方法。 In obtaining the counter electromotive voltage,
3. The counter electromotive voltage is calculated based on a rotation speed (Nm) of the electric motor and a counter electromotive voltage constant (Kbe) that is a proportional constant of the counter electromotive voltage with respect to the rotation speed. The control method of the electric vehicle as described.
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