JP6947016B2 - 電動車両 - Google Patents

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Description

本発明は、電動車両に関し、詳しくは、走行用の動力を入出力する電動機と、電動機を駆動するインバータと、インバータの短絡故障を検出したときにインバータをシャットダウンする制御装置と、を備える電動車両に関する。
従来、この種の電動車両としては、モータを駆動するインバータのいずれかの相に短絡故障が生じたときには、短絡故障を生じた相を特定し、特定した相の上下アームをオンとするオン制御を実行するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この電動車両では、インバータのいずれかの相に短絡故障が生じたときには、電流センサからのモータ電流に基づいて短絡相を特定する。そして、短絡相の上下アームをオンとすることにより、短絡相の上下アームを構成するトランジスタ素子(IGBT素子)を短絡故障させ、車両の被牽引時にモータにより発生する逆起電力によりインバータおよび電源線が過電流となるのを抑制している。
特開2008−54420号公報
しかしながら、上述の電動車両では、インバータのいずれかの相に短絡故障が生じたときには短絡相を特定する際、モータの回転数が小さいときには逆起電力が小さいため、短絡相を特定するのが困難な場合が生じる。また、短絡相の上下アームをオンとすると、短絡したトランジスタ素子(IGBT素子)のベース・エミッタ間に短絡が生じているときには、ベースに電圧を作用させることができないために異常を検出し、インバータをシャットダウンしてしまう場合も生じる。
本発明の電動車両は、インバータのいずれかの相に短絡故障が生じたときに、短絡相を特定しなくても、いずれかの相の上下アームを共にオンとするオン制御を確実に実行することを主目的とする。
本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電動車両は、
走行用の動力を入出力する電動機と、
前記電動機を駆動するインバータと、
前記インバータに電力を供給する蓄電装置と、
前記インバータの短絡故障を検出したときに前記インバータをシャットダウンする制御装置と、
を備える電動車両であって、
前記制御装置は、イグニッションがオンされた状態でシフトポジションがニュートラルポジションとされ、且つ、前記インバータの複数相のうちのいずれかの相に短絡故障が発生している状態で前記インバータのシャットダウンが解除されたときには、前記複数相のうちの任意の相の上下アームをオンとする第1オン制御を実行し、前記第1オン制御の実行により前記インバータに異常が検出されたときには、前記第1オン制御の際の相とは異なる相の上下アームをオンとする第2オン制御を実行する、
ことを特徴とする。
本発明の電動車両では、インバータの短絡故障を検出したときには、インバータをシャットダウンする。そして、イグニッションがオンされた状態でシフトポジションがニュートラルポジションとされ、且つ、インバータの複数相のうちのいずれかの相に短絡故障が発生している状態でインバータのシャットダウンが解除されたときには、複数相のうちの任意の相の上下アームをオンとする第1オン制御を実行する。そして、この第1オン制御の実行によりインバータに異常が検出されたときには、第1オン制御の際の相とは異なる相の上下アームをオンとする第2オン制御を実行する。即ち、第1オン制御の実行によりインバータに異常が検出されないときには、第1オン制御を実行し、第1オン制御の実行によりインバータに異常が検出されたときには第2オン制御を実行するのである。これにより、インバータのいずれかの相に短絡故障が生じたときに、短絡相を特定しなくても、いずれかの相の上下アームを共にオンとするオン制御を確実に実行することができる。
こうした本発明の電動車両において、前記制御装置は、前記インバータに異常が検出されたときには前記インバータをシャットダウンするものであり、前記制御装置は、前記第1オン制御の実行により前記インバータに異常が検出されたときには、前記インバータのシャットダウンを解除してから、前記第1オン制御の際の相とは異なる相の上下アームをオンとする前記第2オン制御を実行するものとしてもよい。こうすれば、確実に第2オン制御を実行することができる。
本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 モータMG1,MG2を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。 HVECU70により実行される牽引時処理の一例を示すフローチャートである。 変形例のハイブリッド自動車120の構成の概略を示す構成図である。
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ハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2は、モータMG1,MG2を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、プラネタリギヤ30と、モータMG1,MG2と、インバータ41,42と、昇降圧コンバータ55と、蓄電装置としてのバッテリ50と、システムメインリレー56と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、「HVECU」という)70と、を備える。
エンジン22は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されており、ダンパ28を介してプラネタリギヤ30のキャリヤに接続されている。このエンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、「エンジンECU」という)24によって運転制御されている。
エンジンECU24は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM、入出力ポート、通信ポートを備える。エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、エンジン22のクランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ23からのクランク角θcrなどが入力ポートから入力されている。エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。エンジンECU24は、クランクポジションセンサ23からのクランク角θcrに基づいてエンジン22の回転数Neを演算している。
プラネタリギヤ30は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ30のサンギヤには、モータMG1の回転子が接続されている。プラネタリギヤ30のリングギヤには、駆動輪39a,39bにデファレンシャルギヤ38を介して連結された駆動軸36が接続されている。プラネタリギヤ30のキャリヤには、上述したように、ダンパ28を介してエンジン22のクランクシャフト26が接続されている。
モータMG1は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを有する同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されている。モータMG2は、モータMG1と同様に同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸36に接続されている。
インバータ41,42は、モータMG1,MG2の駆動に用いられる。図2に示すように、インバータ41は、高電圧側電力ライン54aに接続されており、6つのスイッチング素子としてのトランジスタT11〜T16と、6つのトランジスタT11〜T16のそれぞれに並列に接続された6つのダイオードD11〜D16と、を有する。トランジスタT11〜T16は、それぞれ、高電圧側電力ライン54aの正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように2個ずつペアで配置されている。また、トランジスタT11〜T16の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータMG1の三相コイル(U相、V相、W相)の各々が接続されている。したがって、インバータ41に電圧が作用しているときに、モータ用電子制御ユニット(以下、「モータECU」という)40によって、対となるトランジスタT11〜T16のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータMG1が回転駆動される。インバータ42は、インバータ41と同様に、高電圧側電力ライン54aに接続されており、6つのトランジスタT21〜T26と6つのダイオードD21〜D26とを有する。そして、インバータ42に電圧が作用しているときに、モータECU40によって、対となるトランジスタT21〜T26のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータMG2が回転駆動される。
昇降圧コンバータ55は、高電圧側電力ライン54aと低電圧側電力ライン54bとに接続されており、2つのスイッチング素子としてのトランジスタT31,T32と、2つのトランジスタT31,T32のそれぞれに並列に接続された2つのダイオードD31,D32と、リアクトルLと、を有する。トランジスタT31は、高電圧側電力ライン54aの正極側ラインに接続されている。トランジスタT32は、トランジスタT31と、高電圧側電力ライン54aおよび低電圧側電力ライン54bの負極側ラインと、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、低電圧側電力ライン54bの正極側ラインと、に接続されている。昇降圧コンバータ55は、モータECU40によってトランジスタT31,T32のオン時間の割合が調節されることにより、高電圧側電力ライン54aの電圧VHの調節を伴って、低電圧側電力ライン54bの電力を昇圧して高電圧側電力ライン54aに供給したり、高電圧側電力ライン54aの電力を降圧して低電圧側電力ライン54bに供給したりする。高電圧側電力ライン54aの正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ57が取り付けられており、低電圧側電力ライン54bの正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ58が取り付けられている。
モータECU40は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM、入出力ポート、通信ポートを備える。図1に示すように、モータECU40には、モータMG1,MG2や昇降圧コンバータ55を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。モータECU40に入力される信号としては、例えば、モータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの回転位置θm1,θm2や、モータMG1,MG2の各相に流れる電流を検出する電流センサ45u,45v,46u,46vからの相電流Iu1,Iv1,Iu2,Iv2を挙げることができる。コンデンサ57の端子間に取り付けられた電圧センサ57aからのコンデンサ57(高電圧側電力ライン54a)の電圧(高電圧側電圧)VHや、コンデンサ58の端子間に取り付けられた電圧センサ58aからのコンデンサ58(低電圧側電力ライン54b)の電圧(低電圧側電圧)VLも挙げることができる。モータECU40からは、モータMG1,MG2や昇降圧コンバータ55を駆動制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。モータECU40から出力される信号としては、例えば、インバータ41,42のトランジスタT11〜T16,T21〜T26へのスイッチング制御信号や、昇降圧コンバータ55のトランジスタT31,T32へのスイッチング制御信号を挙げることができる。モータECU40は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からのモータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいてモータMG1,MG2の電気角θe1,θe2や角速度ωm1,ωm2、回転数Nm1,Nm2を演算している。
バッテリ50は、例えば定格電圧が200Vなどのリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧側電力ライン54bに接続されている。このバッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、「バッテリECU」という)52によって管理されている。
バッテリECU52は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM、入出力ポート、通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリECU52に入力される信号としては、例えば、バッテリ50の端子間に取り付けられた電圧センサ51aからのバッテリ50の電圧Vbや、バッテリ50の出力端子に取り付けられた電流センサ51bからのバッテリ50の電流Ib、バッテリ50に取り付けられた温度センサ51cからのバッテリ50の温度Tbを挙げることができる。バッテリECU52は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。バッテリECU52は、電流センサ51bからのバッテリ50の電流Ibの積算値に基づいて蓄電割合SOCを演算している。蓄電割合SOCは、バッテリ50の全容量に対するバッテリ50から放電可能な電力の容量の割合である。
システムメインリレー56は、低電圧側電力ライン54bにおけるコンデンサ58よりもバッテリ50側に設けられている。このシステムメインリレー56は、HVECU70によってオンオフ制御されることにより、バッテリ50と昇降圧コンバータ55側との接続および接続の解除を行なう。
HVECU70は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM、入出力ポート、通信ポートを備える。HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。HVECU70に入力される信号としては、例えば、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号や、シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSPを挙げることができる。また、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ88からの車速Vも挙げることができる。なお、シフトポジションSPとしては、駐車ポジション(Pポジション)や後進ポジション(Rポジション)、ニュートラルポジション(Nポジション)、前進ポジション(Dポジション)、ブレーキポジション(Bポジション)などがある。Bポジションは、アクセルオン時の駆動力をDポジションと同様にすると共にアクセルオフ時の制動力をDポジションよりも大きくするポジションである。HVECU70は、上述したように、エンジンECU24やモータECU40、バッテリECU52と通信ポートを介して接続されている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸36の要求駆動力を設定し、要求駆動力に見合う要求動力が駆動軸36に出力されるように、エンジン22とモータMG1,MG2とを運転制御する。エンジン22およびモータMG1,MG2の運転モードとしては、例えば、以下の(1)〜(3)のモードを挙げることができる。
(1)トルク変換運転モード:要求動力に対応する動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共に、エンジン22から出力される動力の全てが、プラネタリギヤ30とモータMG1,MG2とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸36に出力されるようにモータMG1,MG2を駆動制御するモード
(2)充放電運転モード:要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共に、エンジン22から出力される動力の全てまたは一部が、バッテリ50の充放電を伴ってプラネタリギヤ30とモータMG1,MG2とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸36に出力されるようにモータMG1,MG2を駆動制御するモード
(3)モータ運転モード:エンジン22の運転を停止して、要求動力が駆動軸36に出力されるようにモータMG2を駆動制御するモード
また、実施例のハイブリッド自動車20では、インバータ41,42やインバータ41,42の制御に用いるセンサ(電流センサ45u,45v,46u,46vなど)に異常が生じたとき、例えばインバータ41,42のいずれかの相に短絡故障が生じたときには、インバータ41,42をシャットダウン(トランジスタT11〜T16,T21〜T26の全てをオフ)し、その故障を履歴としてHVECU70の図示しないフラッシュメモリの所定領域に記憶する。そして、退避走行するときや牽引されるときにシャットダウン解除信号をオンとしてインバータ41,42のシャットダウンを解除する。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、モータMG2を駆動するためのインバータ42のu,v,wのいずれかの相に短絡故障が生じ、牽引されるときの動作について説明する。図3は、HVECU70により実行される牽引時処理の一例を示すフローチャートである。牽引時処理は、モータMG2を駆動するインバータ42のu,v,wのいずれかの相に短絡故障が生じ、牽引するときに実行される。
牽引時処理が実行されると、HVECU70は、まず、イグニッションスイッチがオンされているか否か(ステップS100)、シフトレバー81がNポジションであるか否か(ステップS110)、モータMG2を駆動するインバータ42の短絡故障の履歴はあるか否か(ステップS120)、を判定する。イグニッションスイッチがオンされていなければインバータ41,42等を制御することができないため、これ以上の処理は実行できない。また、シフトレバー81がNポジションではないときには牽引に不向きであるため、これ以上の処理は実行できない。モータMG2を駆動するインバータ42の短絡故障の履歴がないときには、この処理は不要である。なお、短絡故障の履歴は、HVECU70の図示しないフラッシュメモリの所定領域から読み込むことによって、あるなしを判定するものとした。イグニッションスイッチがオンされていないときと判定されたときや、シフトレバー81がNポジションではないと判定されたとき、モータMG2を駆動するインバータ42の短絡故障の履歴はないと判定されたときには、これ以上の処理を行なうことなく本処理を終了する。
イグニッションスイッチがオンされており、シフトレバー81がNポジションであり、且つ、モータMG2を駆動するインバータ42の短絡故障の履歴があるときには、インバータ42のu,v,wのいずれかの相(任意の相)の上下アームを構成するトランジスタをオンとする第1オン制御を実行する(ステップS130)。続いて、この任意の相の上下アームを構成するトランジスタをオンとしたことによってインバータに異常が生じたか否かを判定する(ステップS140)。短絡故障を生じたトランジスタはベース・エミッタ間の短絡故障を生じている場合がある。この場合、短絡故障を生じたトランジスタをオンとするためにベースに電圧を作用させるが、ベース・エミッタ間の短絡故障によりベースに基準電圧以上の電圧を作用させることができない場合が生じる。この場合、図示しない故障診断によってインバータに異常が生じていると判断され、インバータ41,42がシャットダウンされる。ステップS140では、こうしたインバータ異常が生じているか否かを判定するのである。インバータ異常が生じていないときには、第1オン制御の実行が継続できると判断し、本ルーチンを終了する。これにより、u,v,wのいずれか1相の上下アームを構成するトランジスタを共にオンとするオン制御を実行することができる。
ステップS140で任意の相の上下アームを構成するトランジスタをオンとしたことによってインバータに異常が生じたと判定したときには、シャットダウン解除信号をオンとしてインバータ41,42のシャットダウンを解除し(ステップS150)、第1オン制御を実行したときとは別の1相の上下アームを構成するトランジスタを共にオンとする第2オン制御を実行して(ステップS160)、本ルーチンを終了する。これにより、u,v,wのいずれか1相の上下アームを構成するトランジスタを共にオンとするオン制御を実行することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2を駆動するためのインバータ42のu,v,wのいずれかの相に短絡故障が生じた後に牽引されるときに、イグニッションスイッチがオンされており、シフトレバー81がNポジションであり、且つ、モータMG2を駆動するインバータ42の短絡故障の履歴があるときには、インバータ42のu,v,wのいずれかの相(任意の相)の上下アームを構成するトランジスタをオンとする第1オン制御を実行する。そして、第1オン制御の実行によってインバータに異常が生じたときには、インバータ41,42のシャットダウンを解除して、第1オン制御を実行したときとは別の1相の上下アームを構成するトランジスタを共にオンとする第2オン制御を実行する。これにより、モータMG2を駆動するためのインバータ42のu,v,wのいずれかの相に短絡故障が生じたときに、短絡相を特定しなくても、いずれかの相の上下アームを共にオンとするオン制御を確実に実行することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、昇降圧コンバータ55を備えるものとしたが、この昇降圧コンバータ55を備えないものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、蓄電装置として、バッテリ50を用いるものとしたが、キャパシタなどの蓄電可能な装置であれば如何なる装置を用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジンECU24とモータECU40とバッテリECU52とHVECU70とを備えるものとしたが、これらのうちの少なくとも2つを単一の電子制御ユニットとして構成するものとしてもよい。
実施例では、駆動輪39a,39bに連結された駆動軸36にプラネタリギヤ30を介してエンジン22およびモータMG1を接続すると共に駆動軸36にモータMG2を接続し、インバータ41,42によりモータMG1,MG2を駆動するハイブリッド自動車20の構成とした。しかし、図4の変形例のハイブリッド自動車120に示すように、駆動輪39a,39bに連結された駆動軸36に変速機130を介してモータMGを接続すると共にモータMGにクラッチ129を介してエンジン22を接続し、インバータ142によりモータMGを駆動するハイブリッド自動車120の構成としてもよい。また、エンジンを備えない電気自動車の構成としてもよい。
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MG2が「電動機」に相当し、インバータ42が「インバータ」に相当し、バッテリ50が「蓄電装置」に相当し、HVECU70とモータECU40が「制御装置」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、電動車両の製造産業などに利用可能である。
20,120 ハイブリッド自動車、22 エンジン、23 クランクポジションセンサ、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 プラネタリギヤ、36 駆動軸、38 デファレンシャルギヤ、39a,39b 駆動輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、45u,45v,46u,46v 電流センサ、50 バッテリ、51a,57a,58a 電圧センサ、51b 電流センサ、51c 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54a 高電圧側電力ライン、54b 低電圧側電力ライン、55 昇降圧コンバータ、56 システムメインリレー、57,58 コンデンサ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、D11〜D16,D21〜D26,D31,D32 ダイオード、L リアクトル、MG1,MG2 モータ、T11〜T16,T21〜T26,T31,T32 トランジスタ。

Claims (2)

  1. 走行用の動力を入出力する電動機と、
    前記電動機を駆動するインバータと、
    前記インバータに電力を供給する蓄電装置と、
    前記インバータの短絡故障を検出したときに前記インバータをシャットダウンする制御装置と、
    を備える電動車両であって、
    前記制御装置は、イグニッションがオンされた状態でシフトポジションがニュートラルポジションとされ、且つ、前記インバータの複数相のうちのいずれかの相に短絡故障が発生している状態で前記インバータのシャットダウンが解除されたときには、前記複数相のうちの任意の相の上下アームをオンとする第1オン制御を実行し、前記第1オン制御の実行により前記インバータに異常が検出されたときには、前記第1オン制御の際の相とは異なる相の上下アームをオンとする第2オン制御を実行する、
    ことを特徴とする電動車両。
  2. 請求項1記載の電動車両であって、
    前記制御装置は、前記インバータに異常が検出されたときには前記インバータをシャットダウンするものであり、
    前記制御装置は、前記第1オン制御の実行により前記インバータに異常が検出されたときには、前記インバータのシャットダウンを解除してから、前記第1オン制御の際の相とは異なる相の上下アームをオンとする前記第2オン制御を実行する、
    電動車両。
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