JP6239020B2 - 電動車両の制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
上述のインバータ回路は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やFET(Field effect transistor)等のスイッチング素子で構成され、スイッチング素子をON/OFF制御して直流電力を交流電力に変換している。
この時、スイッチング素子をONして電流が流れることにより、スイッチング素子の温度が上昇する。そのため、スイッチング素子温度を計測する温度センサを設け、スイッチング素子温度が限界を超えないようにスイッチング素子に流れる電流を制限し、スイッチング素子が破壊されないように保護を行っている。
また、冷却水温度センサの故障を検知すると、ただちにモータ駆動を停止し、スイッチング素子を保護する方法も考えられるが、これでは冷却系統に異常がない場合には無駄に車両が走行不能になってしまう問題がある。
インバータのスイッチング素子の温度を検出するスイッチング素子温度センサと、
冷却水の温度を検出する冷却水温度センサと、
冷却水温度センサの故障を検出する冷却水温度センサ故障検出部とを設け、
EV(Electric Vehicle)走行モードのときに、冷却水温度センサ故障検出部により冷却水温度センサの故障を検出した場合には、
発電機用インバータのスイッチング素子温度センサで検出したスイッチング素子温度検出値を、冷却水温度として認識し、読み替えることにより、
冷却水温度センサが故障しても、正しい冷却水温度が認識できるので、車両運転を継続しながらモータ用インバータのスイッチング素子を過熱から保護することができる。
冷却水温度に応じてモータの最大出力トルクを抑制するモータ最大出力トルク抑制部をさらに設け、
発電走行モードのときに、冷却水温度センサ故障検出部により冷却水温度センサの故障を検出した場合には、
発電機の駆動を停止し、
冷却水温度センサ故障検出部により冷却水温度センサの故障を検出する前の冷却水温度検出値と、発電機用インバータのスイッチング素子温度センサで検出したスイッチング素子温度検出値との差が所定値より大きい場合は、
モータ最大出力トルク抑制部によりモータの最大出力トルクを抑制し、
所定値以下の場合は、
発電機用インバータのスイッチング素子温度センサで検出したスイッチング素子温度検出値を、冷却水温度として認識するので、
冷却水温度センサが故障しても、正しい冷却水温度を検知できるようになるまでは、冷却水温度が、例えば110℃である最高水温、の場合を想定したモータ最大出力トルク抑制マップでモータ最大出力トルクを抑制することにより、モータ用インバータのスイッチング素子を保護し、正しい冷却水温度を認識できるようになってからは、トルク抑制することなく、車両運転を継続することができるので、運転者が感じる、トルクの落ち込み等を含む違和感、を最小限にしながらスイッチング素子を過熱から保護することができる。
図1は、この発明の一実施の形態に係る電動車両の制御装置の概略構成図である。図1において、電源であるバッテリ7とモータ4、バッテリ7と発電機2の間には、バッテリ7の直流電圧を交流電圧に変換するPDU(パワードライブユニット)6が備えられている。PDU6には、バッテリ7の直流電圧を交流電圧に変換してモータ4、発電機2にそれぞれ供給可能なモータ用インバータ6aと発電機用インバータ6bとを備えている。
また、車両の減速時などはタイヤ5によりモータ4が回され、モータ4が回生発電を行い、そこで発電された電力はモータ用インバータ6aを介してバッテリ7に充電される。
そして、発電機2が発電した電力、またはバッテリ7に蓄電された直流電力をモータ用インバータ6aが交流電力に変換してモータ4に供給することでモータ4を駆動し、さらにタイヤ5を駆動し、車両を走行させる。
また、車両の減速時などはタイヤ5によりモータ4が回され、モータ4が回生発電を行い、回生発電で発電された電力はモータ用インバータ6aを介してバッテリ7に充電される。
また、発電機用インバータ6bがバッテリ7に蓄電された直流電力を交流電力に変換して発電機2を駆動し、エンジン1を始動することも行う。
また、クラッチ3を結合することにより、エンジン1の駆動力を、モータ4を介してタイヤ5に伝えることで、車両を走行させることもできる。
シリーズ式は、エンジンを発電のみに使用し、モータを車軸の駆動と回生のみに使用する方式である。パラレル式は、搭載している複数の動力源すなわちエンジンとモータを車輪の駆動に使用する方式である。図1ではクラッチ3を開放した状態ではシリーズ式、結合した状態ではパラレル式の構成となる。
また、上記のように発電機2とモータ4は、駆動と発電を兼ね備えるモータ・ジェネレータMGであってもよい。
また、バッテリ7とインバータ6a,6bの間に電圧変換を行うDC/DCコンバータ(図示省略)等を有するものであってもよい。
U相スイッチング回路105aは、上アーム109a側の上アーム側スイッチング回路105Haと下アーム110a側の下アーム側スイッチング回路105Laと、からなる。
V相スイッチング回路106aは、上アーム109a側の上アーム側スイッチング回路106Haと下アーム110a側の下アーム側スイッチング回路106Laと、からなる。
W相スイッチング回路107aは、上アーム109a側の上アーム側スイッチング回路107Haと下アーム110a側の下アーム側スイッチング回路107Laと、からなる。
図2の例では、上アーム109a側に、スイッチング回路105Ha−107Haのスイッチング素子温度を計測する、スイッチング素子温度センサ105HaU、106HaV、107HaWを有する。下アーム110a側に、スイッチング回路105La−107Laのスイッチング素子温度を計測する、スイッチング素子温度センサ105LaU、106LaV、107LaWを有する。EV−ECU14は各スイッチング回路のスイッチング素子温度を取得し、限界温度を超えないように電流すなわち出力トルクを制限して、スイッチング素子が破壊されないように保護する。
U相スイッチング回路105bは、上アーム109b側の上アーム側スイッチング回路105Hbと下アーム110b側の下アーム側スイッチング回路105Lbと、からなる。
V相スイッチング回路106bは、上アーム109b側の上アーム側スイッチング回路106Hbと下アーム110b側の下アーム側スイッチング回路106Lbと、からなる。
W相スイッチング回路107bは、上アーム109b側の上アーム側スイッチング回路107Hbと下アーム110b側の下アーム側スイッチング回路107Lbと、からなる。
図2の例では、上アーム109b側に、スイッチング回路105Hb−107Hbのスイッチング素子温度を計測する、スイッチング素子温度センサ105HbU、106HbV、107HbWを有する。下アーム110b側に、スイッチング回路105Lb−107Lbのスイッチング素子温度を計測する、スイッチング素子温度センサ105LbU、106LbV、107LbWを有する。EV−ECU14が各スイッチング回路のスイッチング素子温度を取得し、限界温度を超えないように電流すなわち出力トルクを制限して、スイッチング素子が破壊されないように保護する。
インバータ冷却装置8は、スイッチング回路を有するPDU6を冷却する冷却水が循環する冷却水配管9と、冷却水配管9に冷却水を循環させる電動ウォータポンプ10と、冷却水を外気と熱交換して冷却するラジエータ11と、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ12とを備える。
モータ用インバータ6aの上アーム109aおよび下アーム110a、並びに発電機用インバータ6bの上アーム109bおよび下アーム110b、の各スイッチング回路は、十分な放熱性を確保するためにウォータジャケット13cの上に配設されている。これにより、スイッチング回路内のスイッチング素子(図示なし)の発熱がウォータジャケット13cを介して冷却水により吸熱される。スイッチング素子の熱を受けた冷却水は、ラジエータ11において熱が外部に放出される。これにより各スイッチング回路を過熱から保護することができる。
車速を検出する車速センサ15、
アクセル操作量を検出するアクセル開度センサ16、
モータ4の回転速度を検出するモータ回転速度センサ17、
発電機2の回転速度を検出する発電機回転速度センサ18、
エンジン1の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ19及び、
冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ12、
PDU6に備えられたスイッチング素子の温度を検出するスイッチング素子温度センサ群(105HaU、106HaV、107HaW、105LaU、106LaV、107LaW及び、105HbU、106HbV、107HbW、105LbU、106LbV、107LbW)、
その他図示しない各種制御に必要なセンサ、
からの検出値を示す検出信号がそれぞれ入力される。
電動車両制御部14xは、
冷却水温度センサ12の故障を検出する冷却水温度センサ故障検出部14aと、
センサ群(105HaU−107LbW、12,15−19)からの検出値に従って走行モードを設定する走行モード決定部14bと、
冷却水温度センサ12で検出された冷却水温度に応じてモータの最大出力トルクを抑制するモータ最大出力トルク抑制部14cと、
冷却水温度センサ故障時に検出値読み替えを行う冷却水温度センサ故障時検出値読み替え部14dと、
を含む。
冷却水温度が70℃となるまでは、最大出力トルクの抑制率を1.0(抑制なし)とし、
冷却水温度が90℃のときには、抑制率を0.6とし、
冷却水温度が110℃のときには、抑制率を0.2とする。
最大出力トルクを抑制することにより、スイッチング素子を過熱から保護しながらモータ4を制御することができる。
また、冷却水温度が高くなるに従い、スイッチング素子から冷却水に放熱できる熱量が減少するため、抑制率は小さくなる。
このようにスイッチング素子を過熱から保護するためのモータ最大出力トルク抑制マップは、冷却水温度に依存するため、正確な冷却水温度を検出することが重要となる。
また冷却水温度センサ12が故障した際に単にモータ4及び発電機2を停止してしまうと走行不可能になってしまう。
ステップS104では、冷却水温度センサ故障検出部14aが、冷却水温度センサ故障フラグが「0」→「1」に変化したことを検出し、「0」→「1」に変化したことを検出した場合には、ステップS105へ進み、そうではない場合はステップS106へ進む。
これにより電動車両制御部14xは、冷却水温度センサ12で取得した値ではなく、スイッチング素子温度の平均値Tswg_aveを冷却水温度Twとして、モータ4を制御する。
実際の冷却水温度が不明な状態でも、冷却水温度が非常に高く、スイッチング素子温度の冷却が最も効率が悪い状態を想定し、モータ最大出力トルクを抑制するので、スイッチング素子の過熱を防止しながらモータを駆動して車両の走行を継続することができる。
また上述のモータ最大出力トルク抑制率は、実機検証により求めることができ、各冷却水温度(60℃、70℃、90、110℃)において、スイッチング素子の耐熱限界温度(例えば150℃)を超えないモータ出力トルクを導出し、この結果をもとに図4のモータ最大出力トルク抑制マップを設定して、記憶部Mに格納して使用することができる。
図6は、EV走行モードにおいて冷却水温度センサ12が故障した場合に、発電機用インバータ6bのスイッチング素子温度の平均値Tswg_aveを冷却水温度として認識し、モータ駆動を継続する場合の動作を示したものである。
201は、実線は冷却水温度Tw、破線は発電機用インバータ6bのスイッチング素子温度の平均値Tswg_aveを示す。本タイムチャートでは実際の冷却水温度(図示なし)は60℃一定と仮定する。Cは冷却水温度Twを発電機用インバータ6bのスイッチング素子温度の平均値Tswg_aveと読み替える期間を示す。
202は、図5のステップS102−S104に係る、水温センサ故障フラグであり、冷却水温度センサすなわち水温センサの故障を検知した場合に「1」にセットされる。
203は、発電機2の駆動状態であり、EV走行モードでは常時発電停止となる。
204は、モータ4の最大出力トルク抑制率であり、図4のモータ最大出力トルク抑制マップから冷却水温度に応じて抑制率が設定される。
時刻t1において、冷却水温度センサ12の故障を検知すると、冷却水温度センサ故障フラグが「1」にセットされ、発電機2の発電停止が継続される。そして、発電機用インバータ6bのスイッチング素子温度の平均値(60℃)を冷却水温度として認識し、モータ駆動を継続する。
また、図4のモータ最大出力トルク抑制マップに示す冷却水温度60℃の場合のトルク抑制率に従ってモータ最大出力トルク抑制率は1.0、すなわち抑制なし、となる。このように、冷却水温度センサ12が故障しても、正しい冷却水温度を検知できるので、車両運転を継続しながらインバータのスイッチング素子を過熱から保護することができる。
301は、実線は冷却水温度Tw、破線は発電機用インバータ6bのスイッチング素子温度の平均値Tswg_aveを示す。本タイムチャートでは実際の冷却水温度(図示なし)は60℃一定と仮定する。Cは冷却水温度Twを発電機用インバータ6bのスイッチング素子温度の平均値Tswg_aveと読み替える期間を示す。Rはモータ最大出力トルクを抑制する期間を示す。
302は、図5のステップS102−S104に係る、水温センサ故障フラグであり、冷却水温度センサすなわち水温センサの故障を検知した場合に「1」にセットされる。
303は、発電機2の駆動状態であり、発電走行モードでは発電機2は発電しており、発電した電力をモータ4及びバッテリ7に供給している。
304は、モータ4の最大出力トルク抑制率であり、図4のモータ最大出力トルク抑制マップから冷却水温度Twに応じて抑制率が設定される。
時刻t1において、冷却水温度センサ12の故障を検知すると、冷却水温度センサ故障フラグが「1」にセットされ、発電機2の発電が停止される。ここで、図4のモータ最大出力トルク抑制マップの最高冷却水温度、すなわち図4のモータ最大出力トルク抑制マップでは110℃の場合のトルク抑制率に従ってモータ最大出力トルク抑制率が0.2に設定された状態でモータ駆動が継続される。例えばモータ4の最大出力トルクが100Nmの場合には、上限トルクを20Nmに抑制した状態でモータ駆動を継続する。
時刻t1以降では、発電機2が停止しており、発電機用インバータ6bのスイッチング素子は発熱しないので、発電機用インバータ6bのスイッチング素子温度(平均値Tswg_ave)は徐々に低下してくる。
6a モータ用インバータ、6b 発電機用インバータ、7 バッテリ、
8 インバータ冷却装置、9 冷却水配管、10 電動(ウォータ)ポンプ、
11 ラジエータ、12 冷却水温度センサ、13a 入口部、13b 出口部、
13c ウォータジャケット、14 EV−ECU、
14a 冷却水温度センサ故障検出部、14b 走行モード決定部、
14c モータ最大出力トルク抑制部、
14d 冷却水温度センサ故障時検出値読み替え部、
14x 電動車両制御部、15 車速センサ、16 アクセル開度センサ、
17 モータ回転速度センサ、18 発電機回転速度センサ、
19 エンジン回転速度センサ、105Ha−107Lb スイッチング回路、
105HaU−107LbW スイッチング素子温度センサ、
105a,105b U相スイッチング回路、
106a,106b V相スイッチング回路、
107a,107b W相スイッチング回路、
109a,109b 上アーム、110a,110b 下アーム、
141 インタフェース、142 CPU、143 メモリ、M 記憶部、
MG モータ・ジェネレータ。
Claims (3)
- モータ用インバータおよび発電機用インバータを有し、バッテリからの電力を変換してモータを駆動しまた発電機からの電力を変換して前記バッテリに蓄えるパワードライブユニットと、
前記各インバータを冷却水で冷却するインバータ冷却装置と、
前記各インバータのスイッチング素子の温度を検出するスイッチング素子温度センサ、前記冷却水の温度を検出する冷却水温度センサを含む、電動車両に搭載されたセンサ群と、
前記電動車両の制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記センサ群からの検出値に従ってEV走行モードと発電走行モードを切り替えて前記電動車両の制御を行う電動車両制御部を有し、
前記電動車両制御部が、
前記冷却水温度センサからの検出値に従って前記冷却水温度センサの故障を検出する冷却水温度センサ故障検出部と、
前記EV走行モードのときに、前記冷却水温度センサの故障が検出された場合に、前記発電機用インバータのスイッチング素子の前記スイッチング素子温度センサで検出した検出値を前記冷却水の温度の検出値とする冷却水温度センサ故障時検出値読み替え部と、
を含み、
さらに前記制御部が、
記憶部を有し、
前記電動車両制御部が、
モータ最大出力トルク抑制部と、
を含み、
前記冷却水温度センサ故障検出部が、前記冷却水温度センサの検出値を時系列で前記記憶部に記憶し、
前記電動車両制御部が、前記発電走行モードのときに、前記冷却水温度センサの故障が検出された場合に、前記発電機の駆動を停止し、
前記モータ最大出力トルク抑制部が、前記冷却水温度センサからの検出値に従ってモータの最大出力トルクを抑制し、前記故障を検出する前の前記冷却水温度の検出値と、前記発電機用インバータのスイッチング素子の前記スイッチング素子温度センサで検出した検出値との差が設定値より大きい場合は、前記モータの最大出力トルクを抑制し、
前記設定値以内の場合は、前記冷却水温度センサ故障時検出値読み替え部が、前記発電機用インバータのスイッチング素子の前記スイッチング素子温度センサで検出した検出値を、前記冷却水の温度の検出値とする、
電動車両の制御装置。 - 前記各インバータに前記スイッチング素子温度センサが複数設けられ、
前記発電機用インバータのスイッチング素子の前記スイッチング素子温度センサで検出した検出値を、前記発電機用インバータの複数の前記スイッチング素子温度センサで検出した検出値の平均値とする、請求項1に記載の電動車両の制御装置。 - モータ用インバータおよび発電機用インバータを有し、バッテリからの電力を変換してモータを駆動しまた発電機からの電力を変換して前記バッテリに蓄えるパワードライブユニットの前記各インバータを冷却水で冷却しながら、
前記各インバータのスイッチング素子の温度を検出するスイッチング素子温度センサ、前記冷却水の温度を検出する冷却水温度センサを含む、電動車両に搭載されたセンサ群からの検出値に従ってEV走行モードと発電走行モードを切り替えて電動車両の制御し、
前記冷却水温度センサからの検出値に従って前記冷却水温度センサの故障を検出し、
前記EV走行モードのときに、前記冷却水温度センサの故障が検出された場合に、前記発電機用インバータのスイッチング素子の前記スイッチング素子温度センサで検出した検出値を前記冷却水の温度の検出値とし、
さらに、
前記冷却水温度センサの検出値を時系列で記憶し、
前記発電走行モードのときに、前記冷却水温度センサの故障が検出された場合に、前記発電機の駆動を停止し、
前記冷却水温度センサからの検出値に従ってモータの最大出力トルクを抑制し、前記故障を検出する前の前記冷却水温度の検出値と、前記発電機用インバータのスイッチング素子の前記スイッチング素子温度センサで検出した検出値との差が設定値より大きい場合は、前記モータの最大出力トルクを抑制し、
前記設定値以内の場合は、前記発電機用インバータのスイッチング素子の前記スイッチング素子温度センサで検出した検出値を、前記冷却水の温度の検出値とする、
電動車両の制御方法。
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