JP6428074B2

JP6428074B2 - 車両用電源制御装置

Info

Publication number: JP6428074B2
Application number: JP2014185895A
Authority: JP
Inventors: 和彦松並; 尋貴片山
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: JP2016055837A

Description

この発明は、車両用電源制御装置に係り、特にハイブリッド車等の電動車両における発電機のトルクを制御する車両用電源制御装置に関する。

ハイブリッド車等の電動車両は、駆動用モータと、駆動用モータに交流電力を供給するインバータと、インバータに直流電力を供給する高電圧バッテリとを備え、また、航続距離を伸ばす目的で、発電機と発電機に動力を供給する内燃機関とを駆動輪に対して独立した構成を備え、加えて、高電圧側から１２Ｖ補機系に電源を供給するＤＣ−ＤＣコンバータを備える。駆動用モータ、インバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ内には、電源平滑用に、大容量のコンデンサが備えられる。この場合、車両運転終了時に高電圧バッテリを高電圧回路から切断した後、大容量のコンデンサの電荷を放出（放電）して電圧を下げる必要がある。
このような電源制御装置としては、例えば、以下の先行技術文献がある。

特開２０００−１５２４１９号公報

特許文献１に係る電動車両用電源制御装置は、駆動輪と切断された駆動用モータを回転させて電源回路内のコンデンサの電荷を放出（放電）する構成であって、駆動輪に接続されておらず且つ発電を行うための内燃機関に接続された発電機を回転させることで、内燃機関が負荷となってより早くコンデンサの放電を完了することができるものである。

ところが、上記の特許文献１では、コンデンサの放電制御を実行した場合に、放電完了時に発電機が惰性回転しているため、回生発電を行ってコンデンサの電圧が上昇してしまう可能性があり、改善が望まれていた。

そこで、この発明は、コンデンサの放電が完了した時に、車両用発電機の惰性回転によってコンデンサが充電されてしまうことを防止する車両用電源制御装置を提供することを目的とする。

この発明は、内燃機関の動力を用いて発電を行う車両用発電機と、前記車両用発電機に接続されてコンデンサを含んだ電源部と、前記車両用発電機を回転制御して前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する制御部とを備えた車両用電源制御装置において、前記制御部は、前記コンデンサの放電制御中に、前記コンデンサの端子間電圧値が予め定められた所定値よりも大きい場合に、前記車両用発電機の回転数の上限値を、前記コンデンサの端子間電圧値よりも前記車両用発電機の端子電圧を低くなるように算出し、前記上限値から所定のマージンを差し引いた回転数を前記回転数の目標値として設定し、前記コンデンサの放電を行い、前記コンデンサの端子間電圧値が前記所定値以下になると、前記車両用発電機のトルクを制御して前記コンデンサの放電を行うことを特徴とする。

この発明は、コンデンサの放電制御中において、コンデンサの端子間電圧値が所定値以下になると、発電機のトルクを減少させるような発電機の回転制御を実行し、コンデンサの放電が完了した時に、車両用発電機の惰性回転によってコンデンサが充電されてしまうことを防止することができる。

図１は車両用電源制御装置が備えられた車両の概略構成図である。（実施例）図２は発電機の回転数とコンデンサの端子間電圧値とによる制御可能な回転数範囲を示すグラフである。（実施例）図３は発電機の制御を示すフローチャートである。（実施例）

この発明は、コンデンサの放電が完了した時に、車両用発電機の惰性回転によってコンデンサが充電されてしまうことを防止する目的を、コンデンサの放電制御中に、コンデンサの端子間電圧値が予め定められた所定値以下になると、車両用発電機のトルクを制御してコンデンサの放電を行って実現するものである。

図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。
図１に示すように、例えば、シリーズ式のハイブリッド車等からなる電動車両（以下「車両」という）１には、駆動源としての内燃機関２と、内燃機関２に接続して内燃機関２の動力を用いて発電を行う車両用発電機（以下「発電機」という）３と、駆動輪４・４に接続して駆動輪４・４に動力を伝達する駆動用モータ５とが搭載される。

発電機３及び駆動用モータ５は、車両用電源制御装置６の電源部７に接続される。
電源部７は、バッテリ８と、プリチャージ抵抗（Ｒ）９と、プリチャージリレー（ＲＬ１）１０と、メインリレー（ＲＬ２）１１と、コンデンサ（Ｃ）１２と、コンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）を測定する電圧測定部１３と、駆動用モータ５に接続された電力変換回路である第１のインバータ１４と、発電機３に接続された電力変換回路である第２のインバータ１５とを備える。以下に、電源部７の回路構造について具体的に説明する。
バッテリ８は、プラス端子が第１線１６によって第１のインバータ１４に接続されるとともに、マイナス端子が第２線１７によって第１のインバータ１４に接続される。また、バッテリ８は、プラス端子が第１線１６の途中に接続された第３線１８を介して第２のインバータ１５に接続されるとともに、マイナス端子が第２線１７の途中に接続された第４線１９を介して第２のインバータ１５に接続される。
第１線１６と第２線１７との間には、コンデンサ１２が接続されるとともに、コンデンサ１２と並列に電圧測定部１３が接続される。第１線１６には、バッテリ８のプラス端子とコンデンサ１２との間でメインリレー１１が配置されるとともに、メインリレー１１を迂回するように第５線２０が接続される。第５線２０には、バッテリ８側から順次に、プリチャージ抵抗９と、プリチャージリレー１０とが配置される。プリチャージリレー１０とメインリレー１１とは、バッテリ８のプラス端子とインバータ１４・１５との間に配置され、電力の接続・切り離しを行う。

電源部７は、通常、内燃機関２の動力によって発電機３で発電された交流電力を、第２のインバータ１５で直流電力に変換してバッテリ８に充電する。バッテリ８に充電された電力は、第１のインバータ１４で交流電力に変換されて駆動用モータ５に供給され、駆動輪４・４を駆動する。
このような電源部７の回路構造では、バッテリ８から駆動用モータ５に電力供給が開始されるときに、コンデンサ１２に電荷が蓄積されることにより、駆動用モータ５に突入電流が流入することを防止する。このとき、コンデンサ１２に蓄積された電荷は、車両１の停止時や保守点検時に、放出（放電）しておく必要がある。

また、車両用電源制御装置６には、発電機３を回転制御してコンデンサ１２に蓄積された電荷を放電するための制御部２１が備えられる。
制御部２１は、電源部７に接続され、コンデンサ１２の放電を実行する時に、バッテリ８から電源供給されることのないように、プリチャージリレー１０及びメインリレー１１の接続状態を制御するリレー制御部２２と、発電機３の回転数を制御するように第２のインバータ１５の駆動を制御するインバータ制御部２３と、電圧測定部１３によって測定されたコンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）に基づいて、発電機３の回転制御モードを決定する回転制御モード決定部２４とを備える。
制御部２１には、発電機３の回転数を測定する回転数測定部２５が接続される。
そして、制御部２１は、コンデンサ１２の放電制御中に、電圧測定部１３により測定されたコンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）が予め定められた所定値（閾値：Ｖｃ＿ｔｈ）以下になると、発電機３のトルクを制御してコンデンサ１２の放電を行う。
また、制御部２１は、電圧測定部１３により測定されたコンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）が予め定められた所定値（閾値：Ｖｃ＿ｔｈ）よりも大きい場合に、発電機３の回転数を制御してコンデンサ１２の放電を行う。つまり、制御部２１は、発電機３のトルクを制御可能にするために、コンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）が予め定められた所定値（閾値：Ｖｃ＿ｔｈ）以下になるまでは、発電機３の回転数を、トルク制御が可能である回転数範囲内に制御し、コンデンサ１２の放電を行う。

図２には、発電機３を回転させてコンデンサ１２の電荷を放電するときにおける発電機３の回転数のグラフを示す。発電機３を回転数に基づいて回転制御する回転数制御モードの時に、発電機３は、発電機３の最高回転数と、発電機３に接続される内燃機関２の最高回転数と、振動騒音を起こす回転数とのいずれよりも低い値の回転数において制御される。また、発電機３は、コンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）に基づき、制御可能な回転数の範囲内で制御される。

次いで、車両用電源制御装置６における発電機３の制御について述べる。
図３に示すように、制御部２１のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、制御部２１は、バッテリ８とコンデンサ１２とが電気的に切り離されているか否かを判断するために、プリチャージリレー１０及びメインリレー１１が開放か否かを判断する（ステップＡ０２）。このステップＡ０２がＮＯで、バッテリ８とコンデンサ１２とが接続されている場合には、この判断を継続する。
このステップＡ０２がＹＥＳであって、リレー制御部２２によってバッテリ８とコンデンサ１２とが切り離されている場合には、制御部２１は、電圧測定部１３により測定されたコンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）を取り込む（ステップＡ０３）。
そして、制御部２１は、コンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）が所定値（Ｖｃ＿ｔｈ）を超えたか否かを判断する（Ｖｃ＞Ｖｃ＿ｔｈ）（ステップＡ０４）。つまり、制御部２１の回転制御モード決定部２４は、コンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）に基づき、発電機３の回転数又はトルクのいずれかを制御することで発電機３の回転制御を実行するか否かを判断する。
このステップＡ０４がＹＥＳで、コンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）が所定値（Ｖｃ＿ｔｈ）を超えている場合に、制御部２１は、発電機３の回転数の目標値を設定する（ステップＡ０５）。発電機３の回転数の目標値を設定する手法としては、例えば、先のコンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）から発電機３を制御可能な回転数の上限値を計算又はテーブル検索により求める。次に、電圧の測定遅れ、測定誤差を考慮して、先の回転数の上限値からマージン分低い値を回転数の目標値に設定する。なお、発電機３の回転方向の目標値は、発電機３に接続している内燃機関２の正回転方向に設定する。また、発電機３の回転数の目標値は、図２に示すように、発電機３及び発電機３に接続している内燃機関２の最高回転数以下且つユーザが振動騒音を感じない回転数以下に設定する。
また、制御部２１は、回転数測定部２５で測定された発電機３の回転数を取り込み（ステップＡ０６）、さらに、発電機３の回転数を目標値に近づけるために、インバータ制御部２３によって第２のインバータ１５を制御し、そして、発電機３を制御し（ステップＡ０７）、前記ステップＡ０３に戻す。
一方、前記ステップＡ０４がＮＯで、コンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）が所定値（Ｖｃ＿ｔｈ）以下の場合に、コンデンサ１２の放電完了後に発電機３の惰性回転によってコンデンサ１２が充電されることを防止するために、発電機３のトルクを減少させる必要があるとして、制御部２１は、回転制御モード決定部２４で発電機３の制御モードをトルク制御に切り替え（ステップＡ０８）、また、発電機３のトルクを零（０）に設定するトルク制御を行い、発電機３が停止するのを待つ（ステップＡ０９）。
その後、制御部２１は、発電機３が停止したか否かを判断する（ステップＡ１０）。このステップＡ１０がＮＯの場合には、前記ステップＡ０９に戻る。
しかし、このステップＡ１０がＹＥＳで、発電機３が停止した場合には、制御部２１は、コンデンサ１２の放電が完了したとして、このプログラムをリターンする（ステップＡ１１）。

上記のような発電機３の制御により、コンデンサ１２の放電が完了した時に、発電機３の惰性回転によってコンデンサ１２が充電されてしまうことを防止することができる。具体的に説明すると、以下のようになる。
制御部２１は、発電機３の回転数を測定しながら回転数制御モードで発電機３を駆動し、発電機３の回転数の指令値を、発電機３自体や発電機３に接続される負荷としての内燃機関２の最高回転数以下に設定することで、各機器の破損を防ぐことができる。また、発電機３の回転数の指令値は、振動騒音を起こさない値に設定することにより、ユーザの不快感を防止することができる。なお、ここで設定される発電機３の回転数は、発電機３のトルク制御が可能である範囲の回転数である。
また、発電機３の回転数の指令値は、同時に、コンデンサ１２の電圧から求めた発電機３を制御可能な回転数以下に設定する。発電機３を回転させるために第２のインバータ１５は交流電圧を生成して発電機３に印加するが、発電機３を制御するためには、発電機３の端子電圧をコンデンサ１２の直流電圧よりも低く保つ必要があり、回転子磁石の弱め磁束電流を一定以下に保つ条件下で、その関係は、一意的である。
よって、この実施例において、制御部２１は、コンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）に対して、発電機３の制御可能な回転数を求め、更に、電圧測定系の測定遅れや誤差を考慮したマージンを差し引いて発電機３の回転数の目標値に設定する。これにより、発電機３の意図しない発電モード動作や、過大な弱め磁束電流による磁石減磁を防止することができる。
更に、この実施例において、内燃機関３のような回転抵抗の大きい負荷を発電機３によって回転させることにより、無負荷の発電機３を空転させる場合に比べて、短時間にコンデンサ１２に残るエネルギを消費して電圧を下げることができる。
更にまた、この実施例において、発電機３の回転方向を、発電機３に接続している内燃機関２の正方向に設定することにより、内燃機関２の逆回転による未燃焼ガスの吸気側への逆流を防止し、内燃機関２の破損防止や次回始動時の円滑な燃焼を行うことができる。
また、制御部２１は、コンデンサ１２の放電完了の所定値（閾値）までコンデンサ１２の端子間電圧値（Ｖｃ）が低下した後に、発電機３をトルク制御モードに設定し、且つ発電機３のトルクの指令値を零（０）にする。これにより、放電完了判定後に発電機３がまだ回転している場合に、回転数制御モードで回転数指令を零（０）にすると、回生発電を行ってコンデンサ１２の電圧が上昇することを防止することができる。

なお、この発明において、発電機の回転数を測定する回転数測定部では、内燃機関等の負荷側の回転数の値や、関連部位から求めた回転数計算値を測定することも可能である。
また、振動発生を回避する目的で発電機の回転数の目標値を設定する時に、系の共振回転数よりも低い値にする手法の他に、共振回転数を外して設定し、最初は共振回転数よりも高い値にして、回転数が下がってきた際には共振回転数よりも低い値にしてもよい。

この発明に係る車両用電源制御装置を、電気自動車等の他の電動車両にも適用可能である。

１車両
２内燃機関
３発電機（車両用発電機）
４・４駆動輪
５駆動用モータ
６車両用電源制御装置
７電源部
８バッテリ
９プリチャージ抵抗（Ｒ）
１０プリチャージリレー（ＲＬ１）
１１メインリレー（ＲＬ２）
１２コンデンサ（Ｃ）
１３電圧測定部
１４第１のインバータ
１５第２のインバータ
２１制御部
２２リレー制御部
２３インバータ制御部
２４回転制御モード決定部
２５回転数測定部

Claims

内燃機関の動力を用いて発電を行う車両用発電機と、前記車両用発電機に接続されてコンデンサを含んだ電源部と、前記車両用発電機を回転制御して前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する制御部とを備えた車両用電源制御装置において、
前記制御部は、前記コンデンサの放電制御中に、前記コンデンサの端子間電圧値が予め定められた所定値よりも大きい場合に、前記車両用発電機の回転数の上限値を、前記コンデンサの端子間電圧値よりも前記車両用発電機の端子電圧を低くなるように算出し、前記上限値から所定のマージンを差し引いた回転数を前記回転数の目標値として設定し、前記コンデンサの放電を行い、前記コンデンサの端子間電圧値が前記所定値以下になると、前記車両用発電機のトルクを制御して前記コンデンサの放電を行うことを特徴とする車両用電源制御装置。
前記制御部は、前記コンデンサの放電制御開始直後、かつ前記コンデンサの端子間電圧値が前記所定値よりも大きい場合に、前記内燃機関と前記車両用発電機との共振回転数以下に前記目標値を設定する、もしくは、前記コンデンサの放電制御開始直後、かつ前記コンデンサの端子間電圧値が前記所定値よりも大きく、かつ前記回転数が前記共振回転数付近よりも高い場合には、前記共振回転数よりも高い値に前記目標値を設定し、前記コンデンサの放電制御開始直後、かつ前記コンデンサの端子間電圧値が前記所定値よりも大きく、かつ前記回転数が前記共振回転数付近よりも低い場合には、前記共振回転数よりも低い値に前記目標値を設定することを特徴とする請求項1に記載の車両用電源制御装置。