JP6469364B2 - Control device and control method for electric vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、電動車両の制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for an electric vehicle.
環境問題等を考慮して、モータ(電動機)のみで走行可能な電気自動車や燃料電池自動車、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド電気自動車等の電動車両の開発が進んでいる。電動車両は、駆動源としてのモータとして主に三相モータを用い、バッテリ電源からの直流電流を交流電流に変換するインバータを介してモータに電力が供給される。つまり、モータが駆動力又は回生力を出力する場合に、バッテリとインバータとの間では直流電流が、インバータとモータとの間では三相交流電流が流れることとなる。 In consideration of environmental problems and the like, development of electric vehicles such as electric vehicles and fuel cell vehicles that can be driven only by a motor (electric motor), and hybrid electric vehicles that use an engine and a motor as drive sources is progressing. Electric vehicles mainly use a three-phase motor as a motor as a drive source, and electric power is supplied to the motor via an inverter that converts a direct current from a battery power source into an alternating current. That is, when the motor outputs a driving force or a regenerative force, a direct current flows between the battery and the inverter, and a three-phase alternating current flows between the inverter and the motor.
このようにモータ、インバータ、バッテリの各装置間に電流が流れることで、これら各装置間の電力供給回路を構成する電線、ハーネス、及びコネクタ等の電気部品には、電流の二乗と通電時間に比例して発熱する。このため、各電気部品には上記発熱量に耐える仕様を備えている必要がある。 In this way, when current flows between the motor, inverter, and battery devices, electrical components such as electric wires, harnesses, and connectors that make up the power supply circuit between these devices can be squared and energized. It generates heat in proportion. For this reason, it is necessary for each electrical component to have a specification that can withstand the heat generation amount.
このような電気部品の保護及び仕様の適正化を目的とし、例えば特許文献1では、各バッテリからの直流電流の平均出力に基づき電流制限値を設けることが開示されている。 For the purpose of protecting such electrical components and optimizing specifications, for example, Patent Document 1 discloses providing a current limit value based on an average output of direct current from each battery.
特許文献1の技術のように、従来の電動車両では駆動源として用いられるモータの出力がバッテリの容量に比して低く、バッテリとインバータとの間の直流側の電気部品が上記発熱に対する耐久性を有していれば、電動駆動装置全体としての安全性を十分に確保することができていた。 As in the technology of Patent Document 1, in a conventional electric vehicle, the output of a motor used as a drive source is lower than the capacity of the battery, and the electric component on the DC side between the battery and the inverter has durability against the heat generation. If it has, the safety | security as the whole electric drive device was fully securable.
しかしながら、近年ではさらなる燃費向上及び排ガス低減の観点から、モータの出力割合を増加させるためにモータが高出力化、即ち大電流化する傾向にある。そうすると、インバータとモータとの間の交流側の電気部品に対する発熱の影響も無視することができなくなってきている。特に三相電流はモータの回転速度により電圧が変動してしまうため、バッテリとインバータとの間の直流側の電流制限のみでは交流側の電気部品の仕様を満たす保証はない。 However, in recent years, from the viewpoint of further improving fuel efficiency and reducing exhaust gas, the motor tends to increase in output, that is, increase in current in order to increase the output ratio of the motor. If it does so, the influence of the heat_generation | fever with respect to the electrical component of the alternating current side between an inverter and a motor can no longer be disregarded. In particular, since the voltage of the three-phase current fluctuates depending on the rotation speed of the motor, there is no guarantee that the specifications of the AC-side electrical components are satisfied only by the DC-side current limitation between the battery and the inverter.
このようにインバータの直流側における電流制限だけでは、発熱を交流側の電気部品の仕様に対応した熱負荷の許容値内に抑えることができないおそれがあるために、実際には交流側の電気部品については、確実に安全性を確保すべく本来必要とする性能よりも大幅に高性能な電気部品を使用する必要がある。 In this way, the current limitation on the DC side of the inverter alone may not be able to suppress the heat generation within the allowable value of the thermal load corresponding to the specifications of the AC side electrical components. In order to ensure safety, it is necessary to use electrical components with significantly higher performance than originally required.
また、車両の設計段階では、使用する電気部品を選定するため、車両走行時における電流が各電気部品の仕様を超えないように、車両走行中に実際に流れることが想定される電流プロファイルをシミュレーション等で作成し、検討している。 Also, at the vehicle design stage, in order to select the electrical components to be used, a current profile that is expected to actually flow during vehicle travel is simulated so that the current during vehicle travel does not exceed the specifications of each electrical component. Etc.
しかしながら、最初の設計段階後に、燃費改善のためにインバータの直流側の電流制限を緩和する等の使用条件の変更が発生する場合があるが、このような使用条件の変更があるたびに設計段階に戻って交流側の電気部品の再検討も必要なり、これは作業工数の増加を招いていた。また、車両走行中に実際に使われる使用条件を全て事前に検討することは困難であり、検討漏れが生じるおそれもある。 However, after the initial design stage, there may be a change in usage conditions such as relaxing the current limit on the DC side of the inverter to improve fuel efficiency. It was also necessary to review the electrical components on the AC side, which led to an increase in work man-hours. In addition, it is difficult to examine in advance all the usage conditions that are actually used while the vehicle is running, and there is a risk of omission of examination.
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電動駆動装置において過剰仕様であった電気部品の仕様を適正化し、以て当該電動駆動装置の小型化及び低コスト化を図ることができ、設計段階における電気部品の使用条件の検討を簡便化し、且つ検討精度を向上させることのできる電動車両の制御装置及び制御方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to optimize the specifications of electric parts that are over-specification in the electric drive device, thereby reducing the size of the electric drive device. It is another object of the present invention to provide a control device and a control method for an electric vehicle that can reduce the cost, simplify the examination of the use conditions of the electrical components in the design stage, and improve the examination accuracy.
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.
(1)本適用例に係る電動車両の制御装置は、車両の駆動源であり発電も可能な電動機と、前記電動機を駆動するための電力を蓄電可能なバッテリと、前記バッテリと前記電動機との間で直流及び交流の変換を行うインバータと、前記電動機と前記インバータとの間で電力の供給を行う回路であり、それぞれ所定の熱負荷の許容値を有する複数の電気部品からなる電力供給回路と、前記電力供給回路における電流値が、所定の電流制限値を超えないように、前記インバータを制御する電流制限制御手段と、を備え、前記所定の電流制限値は、前記各電気部品の前記許容値を超えない範囲で、平均的な走行条件下において出力される交流の電流値の頻度に基づき定められ、かつ、前記バッテリと前記インバータとの間の直流側の電流制限とは独立して設けられる。 (1) An electric vehicle control device according to this application example includes an electric motor that is a drive source of the vehicle and that can generate electric power, a battery that can store electric power for driving the electric motor, and the battery and the electric motor. An inverter that performs direct current and alternating current conversion, and a circuit that supplies electric power between the electric motor and the inverter, and a power supply circuit that includes a plurality of electrical components each having a predetermined thermal load tolerance; , the current value in the power supply circuit, so as not to exceed the Jo Tokoro current limit, and a current limit control means for controlling said inverter, said predetermined current limit value, wherein the respective electric components It is determined based on the frequency of the AC current value output under average driving conditions within a range not exceeding the allowable value, and is independent of the DC-side current limit between the battery and the inverter. It is provided.
(2)本適用例に係る電動車両の制御装置において、前記電流制限制御手段は、前記電力供給回路における電流値として前記電気部品に対応する所定期間における電流二乗時間積であるI2tを算出し、当該I2tが前記所定の電流制限値を超えないように前記インバータを制御してもよい。 (2) In the control apparatus for an electric vehicle according to the application example, the current limit control unit calculates I 2 t which is a current squared time product in a predetermined period corresponding to the electric component as a current value in the power supply circuit. Then, the inverter may be controlled so that the I 2 t does not exceed the predetermined current limit value.
(3)本適用例に係る電動車両の制御装置において、前記電流制限制御手段は、前記電力供給回路における電流値として前記電気部品に対応する所定期間における電流値の移動平均である移動平均電流値を算出し、当該移動平均電流値が前記所定の電流制限値を超えないように前記インバータを制御してもよい。 (3) In the control apparatus for an electric vehicle according to this application example, the current limit control unit is a moving average current value that is a moving average of a current value in a predetermined period corresponding to the electrical component as a current value in the power supply circuit. And the inverter may be controlled such that the moving average current value does not exceed the predetermined current limit value.
(4)本適用例に係る電動車両の制御装置において、前記電流制限制御手段は、前記電力供給回路における電流値が前記所定の電流制限値に近づくほど、前記電力供給回路における電流値を制限する割合を大きくすることで、前記所定の電流制限値を超えないように前記インバータを制御してもよい。 (4) In the control apparatus for an electric vehicle according to this application example, the current limit control unit limits the current value in the power supply circuit as the current value in the power supply circuit approaches the predetermined current limit value. The inverter may be controlled so as not to exceed the predetermined current limit value by increasing the ratio.
(5)本適用例に係る電動車両の制御装置において、前記電力供給回路の電気部品には前記電動機と前記インバータとを接続するケーブル及びコネクタを含んでいてもよい。 (5) In the control apparatus for an electric vehicle according to this application example, the electric component of the power supply circuit may include a cable and a connector for connecting the electric motor and the inverter.
(6)本適用例に係る電動車両の制御方法は、車両の駆動源である電動機と、前記電動機を駆動するための電力を蓄電可能なバッテリと、前記バッテリと前記電動機との間で直流及び交流の変換を行うインバータと、を備える電動車両の制御方法であって、前記電動機と前記インバータとの間で電力の供給を行う回路でありそれぞれ所定の熱負荷の許容値を有する複数の電気部品からなる電力供給回路における電流値が、所定の電流制限値を超えないように前記インバータを制御し、前記所定の電流制限値は、前記各電気部品の前記許容値を超えない範囲で、平均的な走行条件下において出力される交流の電流値の頻度に基づき定められ、かつ、前記バッテリと前記インバータとの間の直流側の電流制限とは独立して設けられる。 (6) An electric vehicle control method according to this application example includes: an electric motor that is a drive source of the vehicle; a battery that can store electric power for driving the electric motor; and a direct current and an electric current between the battery and the electric motor. An electric vehicle control method comprising: an inverter that converts alternating current; and a circuit that supplies power between the electric motor and the inverter, each having a predetermined thermal load tolerance. current in the power supply circuit consisting of the, the inverter is controlled so as not to exceed the Jo Tokoro current limit value, the predetermined current limit, to the extent that the does not exceed the allowable value of the electrical components, the average It is determined based on the frequency of the alternating current value output under typical driving conditions, and is provided independently of the direct current limit between the battery and the inverter .
(7)本適用例に係る電動車両の制御方法において、前記電力供給回路における電流値として前記電気部品に対応する所定期間における電流二乗時間積であるI2tを算出し、当該I2tが前記所定の電流制限値を超えないように前記インバータを制御してもよい。 (7) In the method for controlling an electric vehicle according to this application example, I 2 t, which is a current square time product in a predetermined period corresponding to the electric component, is calculated as a current value in the power supply circuit, and the I 2 t is The inverter may be controlled so as not to exceed the predetermined current limit value.
(8)本適用例に係る電動車両の制御方法において、前記電力供給回路における電流値として前記電気部品に対応する所定期間における移動平均である移動平均電流値を算出し、当該移動平均電流値が前記所定の電流制限値を超えないように前記インバータを制御してもよい。 (8) In the method for controlling an electric vehicle according to this application example, a moving average current value that is a moving average in a predetermined period corresponding to the electric component is calculated as a current value in the power supply circuit, and the moving average current value is The inverter may be controlled so as not to exceed the predetermined current limit value.
(9)本適用例に係る電動車両の制御方法において、前記電力供給回路における電流値が前記所定の電流制限値に近づくほど、前記電流値を制限する割合を大きくすることで、前記所定の電流制限値を超えないように前記インバータを制御してもよい。 (9) In the method for controlling an electric vehicle according to this application example, the ratio of limiting the current value is increased as the current value in the power supply circuit approaches the predetermined current limit value. The inverter may be controlled so as not to exceed the limit value.
上記手段を用いる本発明によれば、電動駆動装置における電気部品の仕様を適正化し、当該電動駆動装置の小型化及び低コスト化を図ることができ、設計段階における電気部品の使用条件の検討を簡便化し、且つ検討精度を向上させることができる。 According to the present invention using the above means, it is possible to optimize the specifications of the electric components in the electric drive device, to reduce the size and cost of the electric drive device, and to examine the usage conditions of the electric components in the design stage. Simplification can be made and the examination accuracy can be improved.
以下に、本発明を適用した実施形態の一例について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。本発明は、以下の実施形態およびその変形例を自由に組み合わせたものを含むものとする。 An example of an embodiment to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited only to the following embodiments. The present invention includes any combination of the following embodiments and modifications thereof.
図1には本発明の一実施形態における電動車両の制御装置の概略構成図、図2には図1の電動駆動装置を示すブロック図がそれぞれ示されており、以下これらの図に基づき説明する。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a control device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the electric drive device of FIG. 1, which will be described below with reference to these drawings. .
図1に示す本実施形態における電動車両1は、エンジン2及びモータ3(電動機)を走行駆動源とするいわゆるパラレル型ハイブリッドのトラックであり、以下の説明では、単に車両とも称する。
The electric vehicle 1 in the present embodiment shown in FIG. 1 is a so-called parallel type hybrid truck that uses an
エンジン2の出力軸にはクラッチ4が連結され、クラッチ4にはモータ3の回転軸を介して変速機5の入力側が連結されている。変速機5の出力側にはプロペラシャフト6を介して差動装置7が連結され、差動装置7には駆動軸8を介して左右の駆動輪9が連結されている。
A clutch 4 is connected to the output shaft of the
モータ3は、直流及び交流の変換を行うインバータ10を介して、モータ3を駆動するための電力を蓄電可能なバッテリ11と接続されており、主にこれらモータ3、インバータ10、及びバッテリ11により電動駆動装置が構成されている。
The
このように構成された車両1は、エンジン2又はモータ3で発生した駆動力が変速機5で変速された後、駆動輪9に伝達されることで走行する。また、例えば車両1の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪9側からの逆駆動によりモータ3が発電機として作動する。そしてモータ3が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪9側に伝達されると共に、モータ3が発電した交流電力がインバータ10で直流電力に変換されてバッテリ11に充電される。
The vehicle 1 configured as described above travels by the driving force generated by the
電動駆動装置は、同期電動機や誘導電動機等の公知の交流電動機を用いることができる。本実施形態においては、一例として、モータ3に三相交流モータを適用した例を説明する。詳しくは図2に示すように、モータ3は、永久磁石が貼り付けられたロータと、U相コイルU、V相コイルV、W相コイルWからなる三相コイルが巻回されたステータとを備えた同期発電電動機である。
As the electric drive device, a known AC motor such as a synchronous motor or an induction motor can be used. In the present embodiment, an example in which a three-phase AC motor is applied to the
インバータ10はモータ3の三相コイルと対応し、一相につき一対のスイッチング素子(半導体素子)12a〜12f(例えばIGBT:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を有している。当該スイッチング素子12a〜12fは、一対のスイッチング素子同士(12aと12d、12bと12e、12cと12f)が直列に配設され、他の組のスイッチング素子とは並列に接続されている。インバータ10は、これらのスイッチング素子12a〜12fからなる三相ブリッジ回路と、電圧変動を平滑化するためのコンデンサ13とが並列に配列されて構成された電力変換器であり、直流電流と三相交流電流との変換を行い、供給する電力の電流を制御する。
The
インバータ10の交流側は、三相の電線14a、14b、14cから成るケーブル14を介してモータ3と接続されている。当該ケーブル14はモータ3側の接続部にモータ側コネクタ15、インバータ10側の接続部にインバータ側コネクタ16にそれぞれ接続されている。これらケーブル14、モータ側コネクタ15、インバータ側コネクタ16等の電気部品によりモータ3とインバータ10との間の電力の供給を行う電力供給回路が形成されている。
The AC side of the
そしてこれらの電気部品には、当該電気部品の電流及び熱の特性に基づく熱負荷の許容値(上限値)が定められている。当該電気部品の導通時における発熱量(熱負荷)は公知の算出方法を適用することができ、例えば、電流の二乗と通電時間の時間積であるI2t(電流二乗時間積)や電流の二乗平均平方根であるIRMS、または、電流値の移動平均である移動平均電流値より求められる。 For these electrical components, an allowable value (upper limit value) of the thermal load based on the current and thermal characteristics of the electrical component is determined. A known calculation method can be applied to the calorific value (thermal load) when the electrical component is conducting. For example, I 2 t (current square time product), which is a time product of the square of current and energization time, It is obtained from IRMS which is a root mean square or a moving average current value which is a moving average of current values.
以下の本実施形態においては、一例として、I2tを適用した形態を説明するが、これに限定されず、電流の二乗平均平方根や移動平均電流値などを適用してもよい。 In the following embodiment, an example in which I 2 t is applied will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a root mean square of a current, a moving average current value, or the like may be applied.
なお、電力供給回路を構成する電気部品として、ケーブルとコネクタのアセンブリ部品であるハーネスも含まれる。したがって、電気部品の熱負荷の許容値はアセンブリであるハーネスに対応するものであってもよい。 In addition, a harness which is an assembly part of a cable and a connector is also included as an electric part constituting the power supply circuit. Therefore, the allowable value of the thermal load of the electrical component may correspond to the harness that is an assembly.
一方、インバータ10の直流側は、リレー部17を介してバッテリ11と接続されている。リレー部17はインバータ10及びバッテリ11の正極側の接続及び遮断を行う正極側リレー17aと、負極側の接続及び遮断を行う負極側リレー17bとから構成されている。
On the other hand, the DC side of the
バッテリ11は例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池であり、複数のセル18(図2では直列)が配設され、ヒューズ19が設けられている。ヒューズ19の位置は特に限定されず、例えばセル18の間に設けられていてもよい。
The
また、車両1には、インバータ10と接続され当該インバータ10を制御するインバータECU20が搭載されている。なお、インバータECU20はインバータ10の他にもモータ3や図示しない各種装置や他のECUとも接続されており、例えばバッテリ11の状態やモータ3の要求出力等の情報が入力される。インバータECU20は、インバータ10の各スイッチング素子12a〜12fのON、OFFを行う駆動回路を介して、バッテリ11及びモータ3の状態や要求出力等に応じてインバータ10を制御する。
In addition, an
また、インバータECU20は、インバータ10においてモータ3の各相に対応して設けられている電流センサ21a、21b、21cと接続されており、当該インバータECU20は、インバータ10とモータ3との間の交流電流を検出する。具体的には、インバータECU20は、所定周期で各電流センサ21a、21b、21cから各相の電流を検出し、当該各相の電流からインバータ10とモータ3間の実効電流値Iを算出して記憶する。
さらに、インバータECU20には、上述したケーブル14、モータ側コネクタ15及びインバータ側コネクタ16の各電気部品における熱負荷の許容値(上限値)を超えないように定められた所定の電流制限値Lが記憶されている。
Further, the
詳しくは、図3を参照すると、横軸が積算時間、縦軸がインバータ10とモータ3との間のI2tを取り、各電気部品の熱負荷の許容値と電流制限値ラインとの関係を示すグラフが示されている。
Specifically, referring to FIG. 3, the horizontal axis represents the integration time, the vertical axis represents I 2 t between the
図3に示すように、インバータECU20において定められている所定の電流制限値Lは時間に応じて低下する電流制限値ラインKLとして表すことができ、ケーブル14の許容値K1、モータ側コネクタ15の許容値K2、及びインバータ側コネクタ16の許容値K3はいずれも当該電流制限値ラインKLよりも高い値となる。
As shown in FIG. 3, the predetermined current limit value L determined in the
電流制限値ラインKLは車両1が平均的な走行条件下においてインバータ10からモータ3に出力される電流実効値Iの頻度に基づき、各電気部品の許容値K1、K2、K3を超えない範囲で定められている。具体的には図4に示すように、車両1が予め定めた平均的な走行条件で走行したときのモータ3とインバータ10との間の電流実効値IMの出力分布を計測し、最も頻度の高いIMaveに対し、例えば実用範囲で使用されると考えられる電流値の最大値(IMup)を電流制限値ラインKLに設定することができる。例えば、電流実効値IMの出力分布の4σの範囲での最大値IMupを電流制限値ラインKLに設定してもよい。
The current limit value line K L is based on the frequency of the effective current value I output from the
このような電流制限値ラインKLを設定することで、車両1の設計段階においては、上記ケーブル14、モータ側コネクタ15及びインバータ側コネクタ16等の交流側の電気部品として、許容値が当該電流制限値ラインKLよりも大きく、且つ電流制限値ラインKLに近い電気部品を選定することで、過剰仕様ではない適正な仕様の電気部品を選定することができる。
By setting such a current limit line K L, in the design stage of the vehicle 1, the
そして、インバータECU20は、実際に交流電流が電流制限値ラインKLを超えないように電流制限制御を行う。 Inverter ECU20 performs current limiting control as actual AC current does not exceed the current limit line K L.
具体的には、インバータECU20は、現時点から直近の1又は複数の所定期間(tx、ty、tz・・・)における電流実効値Iの二乗の積算値(電流二乗時間積(I2t)Iax、Iay、Iaz、・・・)を算出する。これらの所定期間は、上記ケーブル14、モータ側コネクタ15及びインバータ側コネクタ16の交流側の各電気部品の電流及び温度の特性に応じて設定される。本実施形態では所定期間の一例として、図3にも示すように、短期間(tx)、中期間(ty)、長期間(tz)の3つの期間を設定するものとして説明するが、設定される所定期間の数は電気部品の構成によって適宜決定される。
Specifically, the inverter ECU 20 calculates an integrated value (current squared time product (I 2 t) Iax) of the square of the current effective value I in one or more predetermined periods (tx, ty, tz. , Iay, Iaz,...). These predetermined periods are set according to the current and temperature characteristics of the electrical components on the AC side of the
インバータECU20は、さらに電流制限値ラインKLから各期間における電流制限値(Lx、Ly、Lz)を算出する。そして、各期間におけるI2t(Iax、Iay、Iaz)と電流制限値(Lx、Ly、Lz)とを比較し、当該I2t(Iax、Iay、Iaz)が電流制限値(Lx、Ly、Lz)に近づいている場合又はこれを超えている場合には、インバータ10により交流電流を制限することで各電気部品の許容値を超えないようにしている(電流制限制御手段)。
Inverter ECU20 further current limit value for each period from the current limit line K L (Lx, Ly, Lz ) is calculated. Then, I 2 t (Iax, Iay, Iaz) in each period is compared with the current limit values (Lx, Ly, Lz), and the I 2 t (Iax, Iay, Iaz) is compared with the current limit values (Lx, Ly). , Lz) is approaching or exceeded, the
ここで、図5にはインバータECU20が実行する電流制限制御ルーチンがフローチャートで示されており、当該フローチャートに沿って、インバータECU20が行うインバータ10の電流制限制御についてより詳しく説明する。
Here, FIG. 5 shows a current limit control routine executed by the
まずステップS1として、インバータECU20は、現時点までの短期間(tx)、中期間(ty)、長期間(tz)の3つの期間のそれぞれについての電流実効値Iの積分値を算出する。具体的には、インバータECU20は記憶されている電流実効値のログから、各期間に応じたサンプリング数(x、y、z)で、各時点の電流値(I1:現在の電流値、I2:現在から1つ前の計算周期で取得した電流値、・・・Ix、・・・Iy、・・・Iz)を取得する。そして下記数式1に基づき各期間におけるI2tであるIax、Iay、Iazを算出する。tsはソフトウェアの計算周期である。
ステップS2では、下記数式2に示すように、上記ステップS2で算出したI2t(Iax、Iay、Iaz)のいずれかが、それぞれの期間に応じた電流制限値(Lx、Ly、Lz)に所定割合(αx、αy、αz)を乗じた値より大であるか否かを判別する。この電流制限値(Lx、Ly、Lz)に所定割合を乗じた値とは、電流制限を開始する閾値(以下、電流制限開始閾値という)であり、本実施形態では下記数式2で示すように所定割合を全て0.8としている。
(数2)
Iax>Lx×0.8
Iay>Ly×0.8
Iaz>Lz×0.8
In step S2, as shown in the following
(Equation 2)
Iax> Lx × 0.8
Iay> Ly × 0.8
Iaz> Lz × 0.8
ステップS2における上記数式2で示す条件が不成立な場合、即ち各期間のI2t(Iax、Iay、Iaz)のいずれもが、電流制限開始閾値以下である場合はステップS3に進む。
If the condition expressed by
ステップS3では、インバータECU20は、電流制限を行うことなく、モータ出力Woutが要求出力Wrとなるようインバータ10の電流を制御し、当該ルーチンを終了する。
In step S3, the
一方、上記ステップS2における上記数式2で示す条件が成立した場合、即ち各期間のI2t(Iax、Iay、Iaz)のうちのいずれかが電流制限開始閾値を上回った場合には、当該判別結果は真(Yes)となり、ステップS4に進む。
On the other hand, when the condition expressed by
ステップS4では、下記数式3に示すように、各期間に応じた出力制限値(Dx、Dy、Dz)を算出する。出力制限値(Dx、Dy、Dz)は、0から1の無次元量であり、I2t(Iax、Iay、Iaz)が、電流制限値(Lx、Ly、Lz)に近いほど0に近づき、電流制限開始閾値に近いほど1に近づく値である。具体的には図6に示すように、下記数式3に基づくことで、例えば電流制限開始閾値が0.8×Lxの時は、Iax=1.0LxであればDx=0となり、Iax=0.9LxであればDx=0.5となり、Iax≦0.8LxであればDx=1となり、I2t(Iax、Iay、Iaz)が電流制限値(Lx、Ly、Lz)に近づくほど、電流値を制限する割合は大きくなる。
続くステップS5において、インバータECU20は上記ステップS4において各期間に応じて算出した出力制限値(Dx、Dy、Dz)のうち最小となる出力制限値(以下、最小出力制限値Dminという)を選出する。
In the subsequent step S5, the
さらにステップS6において、インバータECU20は、モータ3への要求出力Wrが、このときのモータ回転数でのシステムの最大出力値(例えばインバータ10の最大出力電流、モータ3の最大出力トルク等が挙げられるが、ここではモータ3の最大出力とする)Wmaxに最小出力制限値Dminを乗算した値より大であるか否かを判別する。
Further, in step S6, the
当該判別結果が偽(No)である場合、即ち要求出力Wrが制限したモータ出力(Wmax×Dmin)以下である場合には、上述したステップS3に進む。ステップS3において、インバータECU20は上述したように、電流制限を行うことなく、モータ出力Woutが要求出力Wrとなるようインバータ10の電流を制御し、当該ルーチンを終了する。
If the determination result is false (No), that is, if the required output Wr is less than or equal to the limited motor output (Wmax × Dmin), the process proceeds to step S3 described above. In step S3, as described above, the
一方、ステップS6の判別結果が真(Yes)である場合、即ち要求出力Wrが制限したモータ出力(Wmax×Dmin)より大きい場合には、ステップS7に進む。 On the other hand, if the determination result in step S6 is true (Yes), that is, if the required output Wr is greater than the limited motor output (Wmax × Dmin), the process proceeds to step S7.
ステップS7において、インバータECU20は、モータ出力Woutが最大モータ出力Wmaxに最小出力制限値Dminを乗算した値となるようインバータ10の交流電流を制限し、当該ルーチンを終了する。つまり、当該ステップS7は、ステップS3のようにモータ出力Woutが要求出力Wrとなるようインバータ10の電流を制御すると、インバータ10からモータ3への交流電流が電流制限値(Lx、Ly、Lz)を超えるおそれがあるため、最少出力制限値Dminにより制限したモータ出力Woutとなるよう、交流電流の出力を制限している。
In step S7, the
本実施形態に係る電動車両の制御装置及び制御方法は、例えば、以下の特徴を有する。 The control device and control method for an electric vehicle according to the present embodiment have the following features, for example.
前述のように、特許文献1に開示されるようなバッテリとインバータとの間の直流電流制限のみを備える制御装置及び制御方法では、モータの高出力化を図る近年の電動車両における電気部品の仕様を最適化することは実質的に困難であり、結果として交流電流側の電気部品の過剰仕様を招いていた。 As described above, in the control device and the control method including only the DC current limitation between the battery and the inverter as disclosed in Patent Document 1, the specifications of the electrical components in the recent electric vehicle aiming at high output of the motor It is practically difficult to optimize the above, and as a result, excessive specification of electrical components on the AC current side is caused.
しかしながら、本実施形態に係る制御装置及び制御方法によれば、インバータECU20は、平均的な走行条件下において出力される電流値の頻度に基づき、前記各電気部品の許容値を超えない範囲で定められた所定の電流制限値Lを設定することで、当該電流制限値Lを基準として交流側の電気部品を選定することができる。特に当該電流制限値Lより大きく、且つ当該電流制限値Lに近い許容値を備える電気部品を選定することで、過剰仕様ではない適正な使用の電気部品を選定することができる。これにより、不要な高性能部品を用いることがなくなり、モータの高出力化を図る電動車両においても実質的な電動駆動装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
However, according to the control device and the control method according to the present embodiment, the
そして、インバータECU20が電流制限値Lを超えないようにインバータ10に対して電流制限制御することで、許容値が電流制限値Lに近くとも、電気部品の安全性を確保することができる。
And even if the allowable value is close to the current limit value L, the safety of the electrical component can be ensured by performing the current limit control on the
また、本実施形態に係る電動車両の制御装置及び制御方法においては、前述の通り、バッテリ11とインバータ10との間の直流側の電流制限とは独立してインバータ10とモータ3との間の交流側の電流制限を行うことができる。このように電力供給回路内で直流側の電流制限とは独立して交流側の電流制限を設けることにより、例えばインバータ10の直流側又は交流側の電気部品を仕様の異なる電気部品に変更した場合でも、交流側の電気部品の許容値が電流制限値Lより大きいものであれば、電流制限制御により安全性は維持される。つまり、設計段階において直流側の電気部品の使用条件の検討工程と交流側の電気部品の使用条件の検討工程とを切り離すことにより、設計工程を著しく簡便化することができ、且つ検討精度を向上させることができる。
Moreover, in the control apparatus and control method for the electric vehicle according to the present embodiment, as described above, the current limit between the
また、上記ステップS1で行っているように、現時点から直近の所定期間における電流二乗時間積であるI2t(Iax、Iay、Iaz)を算出し、当該I2tが電流制限値(La、Ly、Lz)を超えないように制御することで、交流電流の変化を含めた精度の高い電流制限制御を実現することができる。 Further, as performed in step S1, I 2 t (Iax, Iay, Iaz), which is a current square time product in a predetermined period nearest from the present time, is calculated, and the I 2 t is calculated as a current limit value (La, By controlling so that it does not exceed (Ly, Lz), high-accuracy current limit control including changes in alternating current can be realized.
また、上記ステップS4で算出している出力制限値(Dx、Dy、Dz)はI2t(Iax、Iay、Iaz)が電流制限値(La、Ly、Lz)に近づくほど大きくなるよう設定されていることで、車両1の状態に応じて徐々に電流を制限することができ、より適切な電流制限制御を実現している。 The output limit values (Dx, Dy, Dz) calculated in step S4 are set so as to increase as I 2 t (Iax, Iay, Iaz) approaches the current limit values (La, Ly, Lz). Therefore, the current can be gradually limited according to the state of the vehicle 1, and more appropriate current limit control is realized.
以上のことから本実施形態に係る電動車両の制御装置及び制御方法によれば、電動駆動装置における電気部品の仕様を適正化し、当該電動駆動装置の小型化及び低コスト化を図ることができ、設計段階における電気部品の使用条件の検討を簡便化し、且つ検討精度を向上させることができる。 From the above, according to the control device and the control method for an electric vehicle according to the present embodiment, it is possible to optimize the specifications of the electrical components in the electric drive device, and to reduce the size and cost of the electric drive device. It is possible to simplify the examination of the usage conditions of the electrical component in the design stage and improve the examination accuracy.
以上で本発明に係る電動車両の制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。 Although the description about the embodiment of the control device for an electric vehicle according to the present invention is finished above, the embodiment is not limited to the above embodiment.
上記実施形態の電動車両1はエンジン2及びモータ3を駆動源とするハイブリッド自動車であるが、本発明はモータのみを駆動源とする電気自動車や燃料電池自動車にも同様に適用することができる。
Although the electric vehicle 1 of the above embodiment is a hybrid vehicle using the
上記実施形態では、電流制限値ラインKLを平均的な走行条件で走行したときのモータ3とインバータ10との間における電流実効値IMの出力分布から4σに対応する値に設定しているが、これは例えば3σとするなど、他の方法で設定してもよい。
In the above embodiment, are set to a value corresponding to 4σ from the output distribution of the current effective value IM between the
また上記実施形態では、I2tを算出する所定期間として3つの期間を設定しているが、当該所定期間は3つに限られるものでない。また、電流制限開始閾値を電流制限値Lx×0.8としているが、当該電流制限開始閾値の設定もこれに限られるものでなく、0.8以外の割合を設定してもよいし、例えば予め定めた所定値としてもよい。 In the above embodiment, three periods are set as the predetermined period for calculating I 2 t. However, the predetermined period is not limited to three. Further, the current limit start threshold is set to the current limit value Lx × 0.8, but the setting of the current limit start threshold is not limited to this, and a ratio other than 0.8 may be set. The predetermined value may be set in advance.
1 車両
2 エンジン
3 モータ(電動機)
10 インバータ
11 バッテリ
12a〜12f スイッチング素子
13 コンデンサ
14 ケーブル
15 モータ側コネクタ
16 インバータ側コネクタ
20 インバータECU(電流制限制御手段)
21a、21b、21c 電流センサ
1
DESCRIPTION OF
21a, 21b, 21c Current sensor
Claims (9)
前記電動機を駆動するための電力を蓄電可能なバッテリと、
前記バッテリと前記電動機との間で直流及び交流の変換を行うインバータと、
前記電動機と前記インバータとの間で電力の供給を行う回路であり、それぞれ所定の熱負荷の許容値を有する複数の電気部品からなる電力供給回路と、
前記電力供給回路における電流値が、所定の電流制限値を超えないように、前記インバータを制御する電流制限制御手段と、を備え、
前記所定の電流制限値は、前記各電気部品の前記許容値を超えない範囲で、平均的な走行条件下において出力される交流の電流値の頻度に基づき定められ、かつ、前記バッテリと前記インバータとの間の直流側の電流制限とは独立して設けられることを特徴とする、電動車両の制御装置。 An electric motor that is a drive source of the vehicle and can generate electricity;
A battery capable of storing electric power for driving the electric motor;
An inverter that performs direct current and alternating current conversion between the battery and the electric motor;
A circuit that supplies power between the electric motor and the inverter, and a power supply circuit that includes a plurality of electrical components each having a predetermined thermal load tolerance;
Current value in the power supply circuit, so as not to exceed the Jo Tokoro current limit, and a current limit control means for controlling the inverter,
The predetermined current limit value is determined based on a frequency of an alternating current value output under an average running condition within a range not exceeding the allowable value of each electric component, and the battery and the inverter A control device for an electric vehicle , characterized in that the control device is provided independently of a current limit on a direct current side between the two .
前記電動機と前記インバータとの間で電力の供給を行う回路でありそれぞれ所定の熱負荷の許容値を有する複数の電気部品からなる電力供給回路における電流値が、所定の電流制限値を超えないように前記インバータを制御し、
前記所定の電流制限値は、前記各電気部品の前記許容値を超えない範囲で、平均的な走行条件下において出力される交流の電流値の頻度に基づき定められ、かつ、前記バッテリと前記インバータとの間の直流側の電流制限とは独立して設けられることを特徴とする、電動車両の制御方法。 An electric vehicle control method comprising: an electric motor that is a driving source of a vehicle; a battery that can store electric power for driving the electric motor; and an inverter that converts direct current and alternating current between the battery and the electric motor. Because
Current in the power supply circuit comprising a plurality of electrical components with acceptable values of a circuit given heat load for supplying power between the inverter and the electric motor does not exceed Jo Tokoro current limit controlling said inverter so that,
The predetermined current limit value is determined based on a frequency of an alternating current value output under an average running condition within a range not exceeding the allowable value of each electric component, and the battery and the inverter A control method for an electric vehicle , characterized in that the control method is provided independently of a current limit on a direct current side between the motor and the vehicle.
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