JP7287339B2 - motor drive system - Google Patents
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Description
本開示は、モータ駆動システムに関する。 The present disclosure relates to motor drive systems.
国際公開第2013/001634号(特許文献1)には、PWM制御モードおよび矩形波電圧制御モードを選択的に切り替えてモータジェネレータを制御するモータ駆動装置が開示されている。このモータ駆動装置は、モータジェネレータの動作点毎に、インバータおよびモータジェネレータの電力損失の特性をシステム電圧の一次式および二次式で近似した関数式を有し、当該関数式を用いてシステム電圧の目標値(電圧指令)を算出する(特許文献1参照)。 International Publication No. 2013/001634 (Patent Document 1) discloses a motor drive device that selectively switches between a PWM control mode and a rectangular wave voltage control mode to control a motor generator. This motor drive device has a functional expression approximating the power loss characteristics of the inverter and the motor generator with a primary expression and a secondary expression for the system voltage for each operating point of the motor generator. is calculated (see Patent Document 1).
たとえば、上述の関数式に従って、インバータおよびモータジェネレータの電力損失が最小となるように理想の電圧指令を算出してモータ駆動システムを動作させることが考えられる。しかしながら、関数式に従って連続的に電圧指令が変動し得る。連続的に変動する電圧指令に追従して、インバータにシステム電圧を供給する昇降圧コンバータの出力電圧を変動させると、モータジェネレータの出力パワーおよびバッテリの出力電流に変動が生じて、モータジェネレータの出力の安定性(システムの安定性)の低下および電力損失の増加を招く可能性がある。 For example, it is conceivable to operate the motor drive system by calculating an ideal voltage command so as to minimize the power loss of the inverter and the motor generator according to the above-described functional expression. However, the voltage command may fluctuate continuously according to the function formula. When the output voltage of the buck-boost converter, which supplies the system voltage to the inverter, fluctuates in accordance with the continuously fluctuating voltage command, the output power of the motor generator and the output current of the battery fluctuate. stability (system stability) and increased power loss.
そこで、ある程度離散的となるように電圧指令の電圧分解能を適切に設定し、最小となる電力損失の追従およびシステムの安定化を図ることが望ましい。しかしながら、インバータにおける電圧変換の制御モード(PWM制御モードまたは矩形波電圧制御モード)によって、インバータおよびモータジェネレータの電力損失が最小となり得るシステム電圧の電圧範囲が異なる。そのため、たとえば、電圧分解能を一意に決めてしまうと、制御モードによっては、最小となる電力損失を追従できない可能性がある。システム電圧が取り得る全ての電圧範囲において電圧分解能を高くすることも考えられるが、演算処理負荷が増加し、演算効率の低下を招く可能性がある。 Therefore, it is desirable to appropriately set the voltage resolution of the voltage command so as to be discrete to some extent, and to follow the minimum power loss and stabilize the system. However, depending on the control mode of voltage conversion in the inverter (PWM control mode or rectangular wave voltage control mode), the voltage range of the system voltage in which the power loss of the inverter and motor generator can be minimized differs. Therefore, for example, if the voltage resolution is uniquely determined, it may not be possible to follow the minimum power loss depending on the control mode. It is conceivable to increase the voltage resolution over the entire voltage range that the system voltage can take, but this may increase the computational processing load and lead to a decrease in computational efficiency.
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電圧指令の電圧分解能を適切に設定し、モータ駆動システムにおける電力損失を抑制することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and its purpose is to appropriately set the voltage resolution of a voltage command to suppress power loss in a motor drive system.
この開示に係るモータ駆動システムは、モータジェネレータを駆動するモータ駆動システムであって、直流電源と、インバータと、直流電源とインバータとの間に設けられ、インバータに入力されるシステム電圧を直流電源の電圧以上に昇圧するコンバータと、インバータおよびコンバータを制御する制御装置とを備える。インバータは、パルス幅変調された電圧をモータジェネレータに印加するPWM制御モードと、位相制御された矩形波電圧をモータジェネレータに印加する矩形波電圧制御モードとに制御モードを選択的に切り替えてモータジェネレータを駆動する。このモータ駆動システムは車両に搭載される。制御装置は、車両の速度に応じて、システム電圧の電圧分解能パターンを決定する。そして、制御装置は、システム電圧について、車両の速度に応じて決定された電圧分解能パターンに基づく複数の電圧値のうち、インバータおよびモータジェネレータの電力損失が最小となる電圧値を電圧指令に設定する。制御装置は、設定された電圧指令の電圧を出力するようにコンバータを制御する。 A motor drive system according to this disclosure is a motor drive system that drives a motor generator, and is provided between a DC power supply, an inverter, and the DC power supply and the inverter. It includes a converter that boosts the voltage to a voltage or higher, and a control device that controls the inverter and the converter. The inverter selectively switches a control mode between a PWM control mode in which a pulse width modulated voltage is applied to the motor generator and a rectangular wave voltage control mode in which a phase-controlled rectangular wave voltage is applied to the motor generator. to drive. This motor drive system is mounted on a vehicle. The controller determines the voltage resolution pattern of the system voltage as a function of vehicle speed. Then, for the system voltage, the control device sets, in the voltage command, the voltage value that minimizes the power loss of the inverter and the motor generator among a plurality of voltage values based on the voltage resolution pattern determined according to the speed of the vehicle. . The control device controls the converter to output the voltage of the set voltage command.
上記構成によれば、制御装置は、車速に応じて電圧分解能パターンを決定する。本発明者らは、モータ駆動システムが搭載される車両の車速と制御モードとの関係性に着目した。車速が低速である場合には制御モードにPWM制御モードが選択される可能性が高く、車速が中速である場合には制御モードがPWM制御モードと矩形波電圧制御モードとで切り替えられる可能性が高く、車速が高速である場合には制御モードに矩形波電圧制御モードが選択される可能性が高い、という関係性が存在し得る。 According to the above configuration, the control device determines the voltage resolution pattern according to the vehicle speed. The inventors focused on the relationship between the vehicle speed of a vehicle equipped with a motor drive system and the control mode. If the vehicle speed is low, there is a high possibility that the PWM control mode will be selected as the control mode, and if the vehicle speed is medium speed, there is a possibility that the control mode will be switched between the PWM control mode and the rectangular wave voltage control mode. is high and the vehicle speed is high, there is a high possibility that the rectangular wave voltage control mode will be selected as the control mode.
制御装置は、車速に応じて電圧分解能パターンを決定すると、システム電圧について、決定された電圧分解能パターンに基づく複数の電圧値のうち、インバータおよびモータジェネレータの電力損失が最小となる電圧値を電圧指令に設定する。このようにして設定された電圧指令に基づいてモータ駆動システムを運転することにより、モータ駆動システムにおける電力損失を抑制することができる。 After determining the voltage resolution pattern according to the vehicle speed, the control device provides a voltage command for the system voltage that minimizes the power loss of the inverter and the motor generator, among a plurality of voltage values based on the determined voltage resolution pattern. set to Power loss in the motor drive system can be suppressed by operating the motor drive system based on the voltage command set in this way.
本開示によれば、電圧指令の電圧分解能を適切に設定し、モータ駆動システムにおける電力損失の増加を抑制することができる。 According to the present disclosure, it is possible to appropriately set the voltage resolution of the voltage command and suppress an increase in power loss in the motor drive system.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
<全体構成>
図1は、本実施の形態に係るモータ駆動システム100を備える車両1の全体構成図である。車両1は、電気自動車である。なお、車両1は、モータ駆動システム100が適用される車両であればよく、電気自動車であることに限られるものではない。車両1は、たとえば、ハイブリッド自動車または燃料電池自動車であってもよい。
<Overall composition>
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a
図1を参照して、車両1は、モータ駆動システム100と、駆動輪310と、車速センサ320とを備える。モータ駆動システム100は、モータジェネレータ10と、電力制御装置(PCU:Power Control Unit)20と、バッテリ30と、監視ユニット35と、システムメインリレーSR1,SR2と、制御装置40と、電流センサ60と、回転角センサ(レゾルバ)65と、温度センサ67とを備える。
Referring to FIG. 1 ,
モータジェネレータ10は、たとえば、車両1の駆動輪310を駆動するためのトルクを発生する駆動用電動機である。モータジェネレータ10は、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機として構成される。また、モータジェネレータ10は、発電機の機能をさらに備えてもよく、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。
バッテリ30は、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池等の二次電池によって構成される。二次電池は、正極と負極との間に液体電解質を有する二次電池であってもよいし、固体電解質を有する二次電池(全固体電池)であってもよい。また、バッテリ30は、電気二重層キャパシタ等によって構成されてもよい。
The
監視ユニット35は、バッテリ30の電圧(バッテリ電圧)VB、バッテリ30の入出力電流(バッテリ電流)IB、およびバッテリ30の温度(バッテリ温度)TBを検出し、それらの検出結果を示す信号を制御装置40に出力する。
The
システムメインリレーSR1は、バッテリ30の正極端子および電力線PL1の間に接続される。システムメインリレーSR2は、バッテリ30の負極端子および電力線NLの間に接続される。システムメインリレーSR1,SR2は、制御装置40からの制御信号により開閉状態が切り替わる。
System main relay SR1 is connected between the positive terminal of
PCU20は、バッテリ30から供給される直流電力を昇圧するとともに交流電力に変換してモータジェネレータ10に供給する。また、PCU20は、モータジェネレータ10により発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ30に供給する。すなわち、バッテリ30は、PCU20を経由してモータジェネレータ10との間で電力を授受することができる。
PCU 20 boosts the DC power supplied from
PCU20は、コンデンサC1と、昇降圧コンバータ21と、コンデンサC2と、インバータ22と、電圧センサ23とを含む。
PCU 20 includes a
コンデンサC1は、電力線PL1および電力線NLの間に接続される。コンデンサC1は、バッテリ電圧VBを平滑化して昇降圧コンバータ21に供給する。なお、コンデンサC1の両端の電圧を検出する電圧センサを設け、当該電圧センサの検出値をバッテリ電圧VBとして用いてもよい。
Capacitor C1 is connected between power line PL1 and power line NL. The capacitor C<b>1 smoothes the battery voltage VB and supplies it to the step-up/step-
昇降圧コンバータ21は、制御装置40からの制御信号S1,S2に従って、バッテリ電圧VBを昇圧し、昇圧した電圧を電力線PL2,NLに供給する。また、昇降圧コンバータ21は、制御装置40からの制御信号S1,S2に従って、インバータ22から供給された電力線PL2,NLの間の直流電圧を降圧してバッテリ30を充電する。
Buck-boost converter 21 boosts battery voltage VB according to control signals S1 and S2 from
具体的には、昇降圧コンバータ21は、リアクトルLと、スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。リアクトルLは、スイッチング素子Q1,Q2の接続ノードと電力線PL1との間に接続される。スイッチング素子Q1,Q2および後述するスイッチング素子Q3~Q8の各々は、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、バイポーラトランジスタ等を用いることができる。ダイオードD1,D2は、スイッチング素子Q1,Q2のコレクタ-エミッタ間に逆並列にそれぞれ接続される。
Specifically, buck-
コンデンサC2は、電力線PL2と電力線NLとの間に接続されている。コンデンサC2は、昇降圧コンバータ21から供給された直流電圧を平滑化してインバータ22に供給する。電圧センサ23は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわち昇降圧コンバータ21とインバータ22とを結ぶ電力線PL2,NL間の電圧(以下「システム電圧」とも称する)VHを検出し、その検出結果を示す信号を制御装置40に出力する。
Capacitor C2 is connected between power line PL2 and power line NL. Capacitor C<b>2 smoothes the DC voltage supplied from step-up/step-
インバータ22は、U相アーム221と、V相アーム222と、W相アーム223とを含む。各相アームは、電力線PL2と電力線NLとの間に互いに並列に接続されている。U相アームは、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q3,Q4を有する。V相アーム222は、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q5,Q6を有する。W相アーム223は、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q7,Q8を有する。各スイッチング素子Q3~Q8のコレクタ-エミッタ間には、ダイオードD3~D8が逆並列にそれぞれ接続されている。
各相アームの中間点は、モータジェネレータ10の各相コイルの各相端に接続されている。スイッチング素子Q3,Q4の中間点は、モータジェネレータ10のU相コイルの一方端に接続されている。スイッチング素子Q5,Q6の中間点は、モータジェネレータ10のV相コイルの一方端に接続されている。スイッチング素子Q7,Q8の中間点は、モータジェネレータ10のW相コイルの一方端に接続されている。モータジェネレータ10のU相、V相およびW相の3つのコイルの他方端は、中性点に共通接続されている。
The midpoint of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of
インバータ22は、システム電圧VHが供給されると、制御装置40からの制御信号S3~S8に従って、直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ10を駆動する。これにより、モータジェネレータ10は、トルク指令値Trqcomに従ったトルクを発生するように、インバータ22により制御される。
When system voltage VH is supplied,
モータジェネレータ10のトルク指令値が正(Trqcom>0)の場合、インバータ22は、制御装置40からの制御信号S3~S8に従ったスイッチング素子Q3~Q8のスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータジェネレータ10を駆動する。これにより、モータジェネレータ10は、正のトルクを発生するように駆動される。
When the torque command value of
モータジェネレータ10のトルク指令値が零(Trqcom=0)の場合、インバータ22は、制御装置40からの制御信号S3~S8に従ったスイッチング素子Q3~Q8のスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるようにモータジェネレータ10を駆動する。これにより、モータジェネレータ10は、零のトルクを発生するように駆動される。
When the torque command value of
モータジェネレータ10のトルク指令値が負(Trqcom<0)の場合、インバータ22は、制御装置40からの制御信号S3~S8に従ったスイッチング素子Q3~Q8のスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換して負のトルクを出力するようにモータジェネレータ10を駆動する。これにより、モータジェネレータ10は、負のトルクを発生するように駆動される。
When the torque command value of
電流センサ60は、モータジェネレータ10に流れる三相電流(モータ電流)iu,iv,iwを検出し、その検出結果を示す信号を制御装置40に出力する。
回転角センサ(レゾルバ)65は、モータジェネレータ10の回転角θを検出し、その検出結果を示す信号を制御装置40に出力する。制御装置40は、回転角センサ65によって検出された回転角θの変化速度から、モータジェネレータ10の回転数(回転速度)Nmを検出することができる。
Rotation angle sensor (resolver) 65 detects a rotation angle θ of
温度センサ67は、モータジェネレータ10の温度TMを検出し、その検出結果を示す信号を制御装置40に出力する。
車速センサ320は、車両1の速度(車速)Vを検出し、その検出結果を示す信号を制御装置40に出力する。
Vehicle speed sensor 320 detects the speed (vehicle speed) V of
制御装置40は、外部に設けられた電子制御ユニット(上位ECU:図示せず)から入力されたトルク指令値Trqcom、監視ユニット35によって検出されたバッテリ電圧VB、電圧センサ23によって検出されたシステム電圧VH、電流センサ60からのモータ電流iu,iv,iwおよび回転角センサ65からの回転角θに基づいて、モータジェネレータ10がトルク指令値Trqcomに従ったトルクを出力するように、昇降圧コンバータ21およびインバータ22の動作を制御する。すなわち、制御装置40は、昇降圧コンバータ21およびインバータ22を制御するための制御信号S1~S8を生成して、昇降圧コンバータ21およびインバータ22へ出力する。
The
昇降圧コンバータ21の昇圧動作時には、制御装置40は、コンデンサC2の出力電圧VHをフィードバック制御し、出力電圧VHが電圧指令VHrとなるように制御信号S1,S2を生成する。
During the boosting operation of buck-
また、制御装置40は、車両1が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを上位ECUから受けると、モータジェネレータ10で発電された交流電圧を直流電圧に変換するように制御信号S3~S8を生成してインバータ22へ出力する。これにより、インバータ22は、モータジェネレータ10で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ21へ供給する。制御装置40は、インバータ22から供給された直流電圧を降圧するように制御信号S1,S2を生成し、昇降圧コンバータ21へ出力する。これにより、モータジェネレータ10が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されてバッテリ30に供給される。
Further, when
さらに、制御装置40は、システムメインリレーSR1,SR2の開閉状態を切り替えるための制御信号を生成してシステムメインリレーSR1,SR2へ出力する。
Further,
<モータジェネレータの制御モード>
図2は、モータジェネレータ10の制御モードを説明するための図である。本実施の形態に係るモータ駆動システム100では、モータジェネレータ10の制御、すなわちインバータ22における電力変換について、PWM(Pulse Width Modulation)制御モードと矩形波電圧制御モードとを切り替えて使用する。
<Motor generator control mode>
FIG. 2 is a diagram for explaining the control mode of
PWM制御モードは、正弦波PWM制御と過変調PWM制御とを含む。正弦波PWM制御では、正弦波状の電圧指令と搬送波(代表的には三角波)との大小比較結果に基づき生成されるパルス幅変調された信号に従って、インバータ22の各相上下アームがオン/オフ制御される。この結果、上アームのオン期間に対応するハイレベル期間と、下アームのオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるように上下アームのデューティーが制御される。なお、正弦波状の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲に制限されるこの正弦波PWM制御では、周知のように、モータジェネレータ10への印加電圧(以下、単に「モータ電圧」とも称する)の基本波成分を入力電圧の約0.61倍程度までしか高めることができない。なお、以下では、インバータ22の入力電圧(すなわちシステム電圧VH)に対するモータ電圧(線間電圧)の基本波成分(実効値)の比を「変調率」と称する。
PWM control modes include sinusoidal PWM control and overmodulation PWM control. In the sinusoidal PWM control, the upper and lower arms of each phase of the
過変調PWM制御は、電圧指令(正弦波成分)の振幅が搬送波振幅より大きい範囲で上記正弦波PWM制御と同様のPWM制御を行なうものである。特に、電圧指令を本来の正弦波波形から歪ませること(振幅補正)によって基本波成分を高めることができ、変調率を正弦波PWM制御での最高変調率から0.78の範囲まで高めることができる。なお、過変調PWM制御では、電圧指令(正弦波成分)の振幅が搬送波振幅より大きいため、モータジェネレータ10に印加される線間電圧は、正弦波ではなく歪んだ電圧となる。
Overmodulation PWM control performs PWM control similar to the above sine wave PWM control within a range in which the amplitude of the voltage command (sine wave component) is greater than the amplitude of the carrier wave. In particular, by distorting the voltage command from the original sine wave waveform (amplitude correction), the fundamental wave component can be increased, and the modulation rate can be increased from the maximum modulation rate in sine wave PWM control to a range of 0.78. can. In overmodulation PWM control, since the amplitude of the voltage command (sine wave component) is greater than the amplitude of the carrier wave, the line voltage applied to
矩形波電圧制御では、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が1:1の矩形波1パルス分がモータジェネレータ10に印加される。これにより、矩形波電圧制御では、変調率は0.78まで高められる。
In the rectangular wave voltage control, one pulse of a rectangular wave having a high-level period and a low-level period at a ratio of 1:1 is applied to the
モータジェネレータ10においては、回転数および/または出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなるので、必要となる駆動電圧(モータ必要電圧)が高くなる。昇降圧コンバータ21による昇圧電圧、すなわちシステム電圧VHは、このモータ必要電圧よりも高く設定する必要がある。一方、システム電圧VHには、限界値(VH最大電圧)が存在する。したがって、モータジェネレータ10の動作状態に応じて、正弦波PWM制御または過変調PWM制御によるPWM制御モードと、弱め界磁制御の一種としての矩形波電圧制御モードとが選択的に適用される。なお、矩形波電圧制御では、モータ印加電圧の振幅が固定されるので、トルク指令値に対するトルク偏差(トルク実績値(推定値)とトルク指令値との差)に基づく矩形波電圧パルスの位相制御によってトルク制御が実行される。
In
制御装置40は、変調率に基づいて、図2に示された制御モードのうちのいずれを用いるかを決定する。具体的には、制御装置40は、モータ電圧が低く変調率が低い低回転領域では正弦波PWM制御を用いる。制御装置40は、モータ電圧が高くなることにより変調率が高くなる中回転数域および高回転数域では、それぞれ過変調PWM制御および矩形波電圧制御を用いる。
ここで、モータ駆動システム100において、インバータ22およびモータジェネレータ10の電力損失(以下、「システム損失」とも称する)を低減させることが望ましい。なお、インバータ22での電力損失を「インバータ損失」とも称し、モータジェネレータ10での電力損失を「モータ損失」とも称する。
Here, in
システム損失を低減させるために、たとえば、システム損失とシステム電圧との関係を定めた関数式を導き、当該関数式に従ってシステム損失が最小となるように理想の電圧指令を算出してモータ駆動システム100を動作させることが考えられる。しかしながら、このような場合には、関数式に従って連続的に電圧指令が変動し得る。連続的に変動する電圧指令に追従して、昇降圧コンバータ21の出力電圧を変動させると、モータジェネレータ10の出力パワーおよびバッテリ30の出力電流に変動が生じて、モータジェネレータ10の出力の安定性(システムの安定性)の低下およびシステム損失の増加を招く可能性がある。
In order to reduce the system loss, for example, a functional expression that defines the relationship between the system loss and the system voltage is derived, and the ideal voltage command is calculated so that the system loss is minimized according to the functional expression, and the
そこで、ある程度離散的となるように電圧指令の電圧分解能を適切に設定し、最小となる電力損失の追従およびシステムの安定化を図ることが望ましい。しかしながら、図3~5を用いて後に説明するように、モータジェネレータ10の制御モード(インバータ22における電圧変換の制御モード)によって、システム損失が最小となり得るシステム電圧VHの電圧範囲が異なる。そのため、たとえば、電圧分解能を一意に決めてしまうと、制御モードによっては、最小となるシステム損失を追従できない可能性がある。システム電圧VHが取り得る全ての電圧範囲において電圧分解能を高くすることも考えられるが、演算処理負荷が増加し、演算効率の低下を招く可能性がある。 Therefore, it is desirable to appropriately set the voltage resolution of the voltage command so as to be discrete to some extent, and to follow the minimum power loss and stabilize the system. However, as will be described later with reference to FIGS. 3 to 5, the voltage range of system voltage VH in which system loss can be minimized differs depending on the control mode of motor generator 10 (the control mode of voltage conversion in inverter 22). Therefore, for example, if the voltage resolution is uniquely determined, it may not be possible to track the minimum system loss depending on the control mode. It is conceivable to increase the voltage resolution over the entire voltage range that system voltage VH can take, but this may increase the computational processing load and lead to a decrease in computational efficiency.
そこで、本実施の形態に係るモータ駆動システム100においては、電圧指令に対する複数の電圧分解能パターン(本実施の形態においては、後述する第1~3分解能パターン)を記憶させ、モータジェネレータ10の制御モードに応じて、電圧分解能パターンを決定する。電圧分解能パターンには、システム電圧VHが取り得る電圧範囲において、高分解能にする電圧領域(高分解能領域)と低分解能にする電圧領域(低分解能領域)とが設定される。高分解能領域および低分解能領域におけるそれぞれの分解能は、たとえば、実験やシミュレーション等に基づいて、最小のシステム損失の算出と、演算負荷の増加による演算効率の低下とを適度にバランスできるように設定される。これによって、高分解能領域においても、ある程度、電圧が離散的になるように設定される。詳細は後述するが、電圧分解能パターンによって、高分解能領域および低分解能領域に設定される電圧帯が異なる。以下、順を追って具体的に説明する。
Therefore, in
図3~5は、システム電圧VHと、システム損失との関係を示す損失特性の傾向を説明するための図である。 3 to 5 are diagrams for explaining trends in loss characteristics showing the relationship between system voltage VH and system loss.
図3は、PWM制御が適用されるモータジェネレータ10の動作点におけるシステム損失の特性を示す図である。図3を参照して、PWM制御モード時は、システム損失の特性は、システム電圧VHにほぼ比例する。すなわち、PWM制御モードにおいては、モータジェネレータ10の動作点(トルクおよび回転数)が決まると電流が決まり、システム電圧VHに拘わらず電流は一定となる。したがって、システム電圧VHが変化しても、モータジェネレータ10の銅損やインバータ22のオン損失は変化しない。一方、インバータ22のスイッチング損失はシステム電圧VHに依存し、スイッチング損失はシステム電圧VHに比例する。したがって、制御モードがPWM制御モードである場合のシステム損失の特性は、システム電圧VHの一次式で近似することができる。図3から認識し得るように、システム損失が最小となるシステム電圧VH(以下「最下点電圧」とも称する)は、システム電圧VHが低い領域に存在する。
FIG. 3 is a diagram showing characteristics of system loss at operating points of
図4は、矩形波電圧制御が適用されるモータジェネレータ10の動作点におけるシステム損失の特性を示す図である。図4を参照して、矩形波電圧制御モード時は、システム損失の特性は、システム電圧VHが上昇すると損失が単調に減少し、かつ、変曲点が存在しない曲線で示される。矩形波電圧制御モードでは、モータ電圧は一定(振幅一定)であり、モータジェネレータ10の銅損が支配的となる。システム電圧VHが変化すると電流が変化し、システム電圧VHが低くなると電流は大きくなる。銅損は電流の二乗に比例することから、制御モードが矩形波電圧制御モードである場合のシステム損失の特性は、システム電圧VHの二次式で近似することができる。図4から認識し得るように、最下点電圧は、システム電圧VHが高い領域に存在する。
FIG. 4 is a diagram showing characteristics of system loss at operating points of
図5は、システム電圧VHの変化により制御モードが切替わる動作点におけるシステム損失の特性を示す図である。図5を参照して、この動作点においては、システム損失の特性は、極小値が1つ存在し、かつ、変曲点が存在しない曲線で示される。より詳しくは、この動作点においては、システム電圧VHが高いときはPWM制御モードが適用され、システム電圧VHが低くなると矩形波電圧制御モードが適用される。したがって、システム電圧VHが低い領域では、図4で説明したようにシステム電圧VHの二次式に近い曲線となり、システム電圧VHが高い領域では、図3で説明したようにシステム電圧VHの一次式に近い直線となる。制御モードが切替わる動作点については、図5から認識し得るように、最下点電圧は極小値のシステム電圧となる。 FIG. 5 is a diagram showing system loss characteristics at an operating point at which the control mode is switched due to changes in system voltage VH. Referring to FIG. 5, at this operating point, the system loss is characterized by a curve with one local minimum and no inflection points. More specifically, at this operating point, the PWM control mode is applied when system voltage VH is high, and the square wave voltage control mode is applied when system voltage VH is low. Therefore, in the region where the system voltage VH is low, the curve is close to the quadratic equation of the system voltage VH as described with reference to FIG. 4, and in the region where the system voltage VH is high, the linear equation becomes a straight line close to As can be recognized from FIG. 5, at the operating point at which the control mode is switched, the lowest point voltage is the local minimum system voltage.
図3~5を用いて説明したように、モータジェネレータ10の制御モードによって、最下点電圧が存在し得る電圧範囲が異なる。ここで、本発明者らは、車速Vと制御モードとの関係性に着目した。車速が第1閾速度Vth1より小さい「低速」時においては、モータジェネレータ10の動作点が、制御モードにPWM制御モードが選択される動作点となる可能性が高い。車速が第1閾速度Vth1以上であり、かつ、第2閾速度Vth2(>Vth1)より小さい「中速」時においては、モータジェネレータ10の動作点が、制御モードが切り替わる付近の動作点となる可能性が高い。車速が第2閾速度Vth2以上である「高速」時においては、モータジェネレータ10の動作点が、制御モードに矩形波電圧制御モードが選択される動作点となる可能性が高い。すなわち、車速Vが低速である場合にはPWM制御モードが選択される可能性が高く、車速Vが中速である場合には制御モードが切り替わる可能性が高く、車速Vが高速である場合には矩形波電圧制御モードが選択される可能性が高い。
As described with reference to FIGS. 3 to 5, the voltage range in which the lowest point voltage can exist differs depending on the control mode of
そこで、本実施の形態においては、制御装置40は、車速Vに応じて電圧分解能パターンを選択する。車速Vが低速である場合には、制御装置40は、電圧分解能として第1分解能パターンを選択する。車速Vが中速である場合には、制御装置40は、電圧分解能として第2分解能パターンを選択する。車速Vが高速である場合には、制御装置40は、電圧分解能として第3分解能パターンを選択する。
Therefore, in the present embodiment,
図6は、低速時に選択される第1分解能パターンと、低速時の最下点電圧の出現頻度とを示す図である。図7は、中速時に選択される第2分解能パターンと、中速時の最下点電圧の出現頻度とを示す図である。図8は、高速時に選択される第3分解能パターンと、高速時の最下点電圧の出現頻度とを示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing the first resolution pattern selected at low speed and the appearance frequency of the lowest point voltage at low speed. FIG. 7 is a diagram showing the second resolution pattern selected at medium speed and the appearance frequency of the lowest point voltage at medium speed. FIG. 8 is a diagram showing the third resolution pattern selected at high speed and the appearance frequency of the lowest point voltage at high speed.
図6の左図を参照して、第1分解能パターンは、システム電圧VHが取り得る電圧範囲(V1~Vmax)において、電圧が低い領域(たとえばV1以上かつVx未満)の電圧分解能を高分解能にし、かつ、電圧が高い領域(たとえばVx以上かつVmax未満)の電圧分解能を低分解能にする電圧分解能パターンである。 Referring to the left diagram of FIG. 6, the first resolution pattern has a high voltage resolution in a low voltage region (for example, V1 or more and less than Vx) in the voltage range (V1 to Vmax) that system voltage VH can take. Also, it is a voltage resolution pattern in which the voltage resolution in a high voltage region (for example, Vx or more and less than Vmax) is set to low resolution.
図6の右図は、低速時の最下点電圧の出現頻度を取得した実験データを示す図である。図6の右図から認識し得るように、車速が低速である場合には、高分解能領域(たとえばV1以上かつVx未満)に最下点電圧が多く出現していることがわかる。それゆえに、低速時には、第1分解能パターンを選択することが望ましいことが理解される。これによって、システム電圧VHを精度よく選択し、システム損失を小さくすることができる。 The right diagram of FIG. 6 is a diagram showing experimental data obtained for the appearance frequency of the lowest point voltage at low speed. As can be recognized from the right diagram of FIG. 6, when the vehicle speed is low, many lowest point voltages appear in the high resolution region (for example, V1 or more and less than Vx). Therefore, it can be appreciated that at low speeds it is desirable to select the first resolution pattern. As a result, system voltage VH can be selected accurately, and system loss can be reduced.
図7の左図を参照して、第2分解能パターンは、システム電圧VHが取り得る電圧範囲(V1~Vmax)において、電圧が低い領域(たとえばV1以上かつVy未満)の電圧分解能を低分解能にし、かつ、電圧が概ね中間付近の領域(たとえばVy以上かつVz未満)の電圧分解能を高分解能にし、かつ、電圧が高い領域(たとえばVz以上かつVmax未満)の電圧分解能を低分解能にする電圧分解能パターンである。 Referring to the left diagram of FIG. 7, the second resolution pattern reduces voltage resolution in a low voltage region (for example, V1 or more and less than Vy) in the voltage range (V1 to Vmax) that system voltage VH can take. And, the voltage resolution is set to high voltage resolution in a region near the middle of the voltage (for example, Vy or more and less than Vz), and the voltage resolution is set to low resolution in a high voltage region (for example, Vz or more and less than Vmax). It's a pattern.
図7の右図は、中速時の最下点電圧の出現頻度を取得した実験データを示す図である。図7の右図から認識し得るように、車速が中速である場合には、高分解能領域(たとえばVy以上かつVz未満)に最下点電圧が多く出現していることがわかる。それゆえに、中速時には、第2分解能パターンを選択することが望ましいことが理解される。これによって、システム電圧VHを精度よく選択し、システム損失を小さくすることができる。 The right diagram of FIG. 7 is a diagram showing experimental data obtained for the appearance frequency of the lowest point voltage at medium speed. As can be recognized from the right diagram of FIG. 7, when the vehicle speed is medium speed, many lowest point voltages appear in the high resolution region (for example, Vy or more and less than Vz). Therefore, it is understood that it is desirable to select the second resolution pattern at medium speeds. As a result, system voltage VH can be selected accurately, and system loss can be reduced.
図8の左図を参照して、第3分解能パターンは、システム電圧VHが取り得る電圧範囲(V1~Vmax)において、電圧が低い領域(たとえばV1以上かつVw未満)の電圧分解能を低分解能にし、かつ、電圧が高い領域(たとえばVw以上かつVmax未満)の電圧分解能を高分解能にする電圧分解能パターンである。 Referring to the left diagram of FIG. 8, the third resolution pattern reduces voltage resolution in a low voltage region (for example, V1 or more and less than Vw) in the voltage range (V1 to Vmax) that system voltage VH can take. Moreover, it is a voltage resolution pattern that makes the voltage resolution in a high voltage region (for example, Vw or more and less than Vmax) high resolution.
図8の右図は、高速時の最下点電圧の出現頻度を取得した実験データを示す図である。図8の右図から認識し得るように、車速が高速である場合には、高分解能領域(たとえばVw以上かつVmax未満)に最下点電圧が多く出現していることがわかる。それゆえに、高速時には、第3分解能パターンを選択することが望ましいことが理解される。これによって、システム電圧VHを精度よく選択し、システム損失を小さくすることができる。 The right diagram of FIG. 8 is a diagram showing experimental data obtained by obtaining the appearance frequency of the lowest point voltage at high speed. As can be recognized from the right diagram of FIG. 8, when the vehicle speed is high, many lowest point voltages appear in the high resolution region (for example, Vw or more and less than Vmax). Therefore, it can be appreciated that at high speeds it is desirable to select the third resolution pattern. As a result, system voltage VH can be selected accurately, and system loss can be reduced.
<制御装置の機能ブロック>
図9は、制御装置40の機能ブロック図である。制御装置40は、システム状態判定部41と、電力損失演算部42と、電圧指令選択部43と、電圧指令生成部44とを含む。
<Functional block of control device>
FIG. 9 is a functional block diagram of the
システム状態判定部41は、車速Vに応じて電圧分解能パターンを決定する。具体的には、システム状態判定部41は、車速センサ320から車速Vを取得し、当該車速Vが低速、中速および高速のいずれに分類される速度であるかを判定する。システム状態判定部41は、車速Vが低速であると判定した場合には、電圧分解能パターンとして、第1分解能パターンを選択する。システム状態判定部41は、車速Vが中速であると判定した場合には、電圧分解能パターンとして、第2分解能パターンを選択する。システム状態判定部41は、車速Vが高速であると判定した場合には、電圧分解能パターンとして、第3分解能パターンを選択する。システム状態判定部41は、選択した電圧分解能パターンを電力損失演算部42に出力する。
System
なお、モータジェネレータ10の銅損および鉄損は、モータジェネレータ10の温度の影響を受けるため、図3~5に示したシステム電圧VHとシステム損失との特性はモータジェネレータ10の温度によって変化し得る。たとえば、モータジェネレータ10の温度によって、制御モードが切り替わるモータジェネレータ10の動作点が変化し得る。そこで、システム状態判定部41は、車速Vに加えて、モータジェネレータ10の温度TMまたはバッテリ温度TBを考慮して電圧分解能パターンを決定してもよい。
Since the copper loss and iron loss of
電力損失演算部42は、システム電圧VHについて、決定された電圧分解能パターンに基づく複数の電圧値(V1,V2,・・・,Vmax)の各々におけるシステム損失Wsys(Wsys1,Wsys2,・・・,Wsysmax)を算出する。電力損失演算部42には、トルク指令値Trqcom、モータジェネレータ10の回転角θおよび電圧分解能パターンが入力される。トルク指令値Trqcomは、たとえば上位ECUから受け、モータジェネレータ10の回転角θは、回転角センサ65から受ける。電力損失演算部42は、回転角θに基づいて、モータジェネレータ10の回転数(回転速度)Nmを演算する。なお、トルク指令値Trqcomは、たとえば、アクセル開度等に従う車両要求出力に基づき、上位ECUにより算出される。
Power
電力損失演算部42は、予め設定されたマップ等に基づいて、トルク指令値Trqcomおよび回転速度Nmからモータ必要電圧(誘起電圧)を算出する。電力損失演算部42は、モータ必要電圧とシステム電圧とから変調率を算出し、算出された変調率に基づいて制御モードを判定する。
Power
制御モードがPWM制御であると判定した場合には、電力損失演算部42は、トルク指令値Trqcomに応じてd軸電流指令Idcomおよびq軸電流指令Iqcomを算出する。そして、電力損失演算部42は、たとえば、以下の式(1)に従って電流値(電流振幅)Iを、以下の式(2)に従って電流位相θiをそれぞれ算出する。
When it is determined that the control mode is PWM control, power
I=√{(Idcom)2+(Iqcom)2}/√3・・・(1)
θi=tan-1(Iqcom/Idcom)×360/2π+90・・・(2)
制御モードが矩形波電圧制御であると判定した場合には、電力損失演算部42は、トルク指令値Trqcomに応じて矩形波電圧位相を算出する。たとえば、電力損失演算部42は、以下の式(3)に従ってトルク推定値Trqを算出し、トルク指令値Trqcomとトルク推定値Trqとの関係から矩形波電圧位相を算出する。
I=√{(Idcom) 2 +(Iqcom) 2 }/√3 (1)
θi=tan −1 (Iqcom/Idcom)×360/2π+90 (2)
When it is determined that the control mode is rectangular wave voltage control, power
Trq=A+{B×(V/ω)×sin(2πθv/360)}+{C×(V/ω)2×sin(2πθv/360)}・・・(3)
A,B,Cはモータジェネレータに依存するモータ依存定数であり、θvは矩形波電圧位相であり、ωはモータ角速度である。ωは、Nm×2π×P(極対数)/60で表わされる。
Trq=A+{B×(V/ω)×sin(2πθv/360)}+{C×(V/ω) 2 ×sin(2πθv/360)} (3)
A, B, and C are motor dependent constants depending on the motor generator, θv is the rectangular wave voltage phase, and ω is the motor angular velocity. ω is represented by Nm×2π×P (number of pole pairs)/60.
電力損失演算部42は、たとえば、トルク指令値Trqcomとトルク推定値Trqと矩形波電圧位相との関係を定めたマップを用いて、トルク指令値Trqcomおよびトルク推定値Trqを引数として矩形波電圧位相を算出する。
Power
そして、電力損失演算部42は、たとえば、矩形波電圧位相とK値(=システム電圧VH/角速度ω)とd軸電流指令Idcomとの関係を定めたマップ、および、矩形波電圧位相とK値とq軸電流指令Iqcomとの関係を定めたマップを用いて、d軸電流指令Idcomおよびq軸電流指令Iqcomを算出する。そして、電力損失演算部42は、上述の式(1)に従って電流値(電流振幅)Iを、上述の式(2)に従って電流位相θiをそれぞれ算出する。
Then, the power
上述のようにして制御モードに応じて電流値Iおよび電流位相θiを算出すると、電力損失演算部42は、インバータ損失Winvおよびモータ損失Wmをそれぞれ算出する。まず、電力損失演算部42は、電流値Iおよび電流位相θiを用いて、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLqおよびロータの永久磁石による磁束φを算出する。d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLqおよび磁束φの算出には、電流値Iと電流位相θiとd軸インダクタンスLdとの関係を定めたマップ、電流値Iと電流位相θiとq軸インダクタンスLqとの関係を定めたマップ、および、電流値Iと磁束φとの関係を定めたマップがそれぞれ用いられる。
After calculating the current value I and the current phase θi according to the control mode as described above, the
電力損失演算部42は、以下の式(4)に従ってインバータ損失Winvを算出する。
Winv=A1×I×VHr+A2×I・・・(4)
A1およびA2はインバータ損失係数でありインバータ22に依存するインバータ依存定数である。VHrは電圧指令である。
Winv=A1×I×VHr+A2×I (4)
A1 and A2 are inverter loss coefficients and inverter dependent constants dependent on the
モータ損失Wmには、モータジェネレータ10の銅損を示す「モータ銅損Wc」と、モータジェネレータ10の鉄損を示す「モータ鉄損Wiron」とが含まれる。電力損失演算部42は、以下の式(5)および式(6)に従って、モータ銅損Wcおよびモータ鉄損Wironをそれぞれ算出する。
Motor loss Wm includes “motor copper loss Wc” indicating the copper loss of
Wc=B1×I2・・・(5)
B1は、モータ銅損係数であり、モータ依存定数である。
Wc=B1× I2 (5)
B1 is the motor copper loss coefficient and is a motor dependent constant.
Wiron=C1(Ld2×ω2×I2×(sinθi)2)+C2(φ×ω2)+C3(Lq×ω2×I×cosθi)・・・(6)
C1,C2,C3は、モータ鉄損係数であり、モータ依存定数である。
Wiron=C1( Ld2 × ω2 × I2 ×(sinθi) 2 )+C2(φ× ω2 )+C3(Lq× ω2 ×I×cosθi) (6)
C1, C2, and C3 are motor iron loss coefficients and motor dependent constants.
電力損失演算部42は、モータ銅損Wcとモータ鉄損Wironとを加算してモータ損失Wm(=Wc+Wiron)を算出する。そして、電力損失演算部42は、インバータ損失Winvとモータ損失Wmとを加算してシステム損失Wsys(=Winv+Wm)を算出する。電力損失演算部42は、電圧分解能パターンに基づくシステム電圧VHの複数の電圧値について、各電圧値毎にシステム損失Wsysを算出し、算出された複数のシステム損失Wsysを電圧指令選択部43に出力する。
電圧指令選択部43は、複数のシステム損失Wsysを受けると、システム損失Wsysが最小となる電圧値を選択し、選択した電圧値を電圧指令VHrに設定する。そして、電圧指令選択部43は、電圧指令VHrを電圧指令生成部44に出力する。
Upon receiving a plurality of system losses Wsys, voltage
図10は、電圧分解能パターンに基づくシステム電圧の電圧値(V1,V2,・・・,Vmax)毎に算出したシステム損失Wsysの結果を示す図である。たとえば、電圧値がV1であった場合には、Wsys1のシステム損失が算出され、電圧値がV2であった場合には、Wsys2のシステム損失が算出されている。隣り合う電圧値同士の差分の大きさ(具体的には、たとえば、V1とV2との差分の大きさ、V2とV3との差分の大きさ)は、電圧分解能パターンによって異なる。電圧指令選択部43は、最小のシステム損失Wsysを選択し、当該システム損失Wsysに対応した電圧値を電圧指令VHrに設定し、電圧指令VHrを電圧指令生成部44に出力する。
FIG. 10 is a diagram showing results of system loss Wsys calculated for each voltage value (V1, V2, . . . , Vmax) of the system voltage based on the voltage resolution pattern. For example, when the voltage value is V1, the system loss of Wsys1 is calculated, and when the voltage value is V2, the system loss of Wsys2 is calculated. The magnitude of the difference between adjacent voltage values (specifically, for example, the magnitude of the difference between V1 and V2 and the magnitude of the difference between V2 and V3) varies depending on the voltage resolution pattern. Voltage
再び図9を参照し、電圧指令生成部44は、バッテリ電圧VBと電圧指令VHrとを受ける。電圧指令生成部44は、システム電圧VHが電圧指令VHrとなるように、制御信号S1,S2を生成し、生成された制御信号S1,S2を出力する。
Referring to FIG. 9 again,
<制御装置で実行される処理>
図11は、制御装置40で実行される処理の手順を示すフローチャートである。図11に示すフローチャートは、所定の制御周期毎に制御装置40によって繰り返し実行される。なお、図11および後述の図12、13に示すフローチャートの各ステップ(以下ステップを「S」と略す)は、制御装置40によるソフトウェア処理によって実現される場合について説明するが、その一部あるいは全部が制御装置40内に作製されたハードウェア(電気回路)によって実現されてもよい。
<Processing Executed by Control Device>
FIG. 11 is a flow chart showing a procedure of processing executed by the
制御装置40は、トルク指令値Trqcomおよびモータジェネレータ10の回転角θを取得する(S1)。制御装置40は、取得した回転角θを用いて、モータジェネレータ10の回転速度Nmを算出する。
制御装置40は、車速Vを取得する(S3)。そして、制御装置40は、車速Vに基づいて、電圧分解能パターンを決定する(S5)。図12は、電圧分解能パターンを決定する処理の手順を示すフローチャートである。
The
制御装置40は、車速Vが低速であるか否かを判定する(S51)。具体的には、制御装置40は、予め定められた低速の範囲内に車速Vが収まっているか否かを判定する。
The
車速Vが低速であると判定すると(S51においてYES)、制御装置40は、電圧分解能パターンを第1分解能パターンに決定する(S53)。
If it is determined that vehicle speed V is low (YES in S51),
車速が低速でないと判定すると(S51においてNO)、制御装置40は、車速Vが中速であるか否かを判定する(S55)。具体的には、制御装置40は、予め定められた中速の範囲内に車速Vが収まっているか否かを判定する。
If it is determined that the vehicle speed is not low (NO in S51),
車速が中速であると判定すると(S53においてYES)、制御装置40は、電圧分解能パターンを第2分解能パターンに決定する(S57)。
If it is determined that the vehicle speed is medium speed (YES in S53),
車速が中速でないと判定すると(S53においてNO)、制御装置40は、車速が高速であると判定し、電圧分解能パターンを第3分解能パターンに決定する(S59)。
If it is determined that the vehicle speed is not medium speed (NO in S53),
再び図11を参照し、電圧分解能パターンを決定すると、制御装置40は、決定された電圧分解能パターンに基づくシステム電圧VHの電圧値(V1,V2,・・・,Vmax)毎に、システム損失を算出する(S7)。
Referring to FIG. 11 again, when the voltage resolution pattern is determined,
図13は、システム損失を算出する処理の手順を示すフローチャートである。制御装置40は、決定された電圧分解能パターンに基づいて、電圧値を1つ選択する(S71)。
FIG. 13 is a flowchart showing a procedure of processing for calculating system loss.
制御装置40は、予め設定されたマップ等に基づいて、トルク指令値Trqcomおよび回転速度Nmからモータ必要電圧(誘起電圧)VMを算出する(S72)。
制御装置40は、モータ必要電圧VMと、システム電圧VHとから変調率(VM/VH)を算出する(S73)。制御装置40は、変調率に基づいて、制御モードを判定する(S74)。
そして、制御装置40は、判定された制御モードに応じて電流値Iおよび電流位相θiを算出する(S75)。
Then,
制御装置40は、電流値Iおよび電流位相θiを用いて、インバータ損失Winvおよびモータ損失Wmをそれぞれ算出する(S76,77)。制御装置40は、上述の式(4)に従って、インバータ損失Winvを算出する(S76)。また、制御装置40は、上述の式(5)に従ってモータ銅損Wcを算出し、上述の式(6)に従ってモータ鉄損Wironを算出し、算出されたモータ銅損Wcおよびモータ鉄損Wironを加算し、モータ損失Wmを算出する(S77)。
制御装置40は、算出されたインバータ損失Winvとモータ損失Wmとを加算して、システム損失Wsysを算出する(S78)。制御装置40は、算出したシステム損失Wsysを電圧と対応付けて、たとえばメモリに記憶する。
制御装置40は、電圧分解能パターンに基づくシステム電圧VHの全ての電圧値についてシステム損失Wsysを算出したか否かを判定する(S79)。全ての電圧値についてシステム損失Wsysを算出していない場合には(S79においてNO)、制御装置40は、処理をS71に戻す。全ての電圧値についてシステム損失Wsysを算出した場合には(S79においてYES)、制御装置40は、このフローチャートの処理を終了する。
再び図11に戻り、制御装置40は、システム損失Wsysが最小となる電圧値を選択し、当該電圧値を電圧指令VHrとして設定する(S9)。
Returning to FIG. 11 again,
制御装置40は、昇降圧コンバータ21の出力電圧が電圧指令VHrとなるように、制御信号S1,S2を生成し、昇降圧コンバータ21へ出力する。
以上のように、本実施の形態においては、制御装置40は、車速Vに応じて電圧分解能パターンを決定する。そして、システム電圧VHについて、決定された電圧分解能パターンに基づく複数の電圧値(V1,V2,・・・,Vmax)の各々におけるシステム損失Wsys(Wsys1,Wsys2,・・・,Wsysmax)を算出する。そして、制御装置40は、算出されたシステム損失Wsys(Wsys1,Wsys2,・・・,Wsysmax)のうち、最小のシステム損失Wsysを選択し、当該システム損失Wsysとなる電圧値を電圧指令VHrに設定する。このようにして設定された電圧指令VHrに基づいて、モータ駆動システム100が動作されることにより、モータ駆動システム100におけるシステム損失を抑制することができる。
As described above, in the present embodiment,
また、電圧分解能パターンは、高分解能領域と、低分解能領域とを含む。高分解能領域と、低分解能領域とを設けることによって、システム電圧VHが取り得る全ての電圧範囲において電圧分解能を高くする場合に比べ、演算処理負荷の増加を抑制し、演算効率の低下を抑制することができる。 Also, the voltage resolution pattern includes a high resolution region and a low resolution region. By providing the high-resolution region and the low-resolution region, compared to the case where the voltage resolution is increased over the entire voltage range that the system voltage VH can take, an increase in the computational processing load is suppressed, and a decrease in computational efficiency is suppressed. be able to.
また、モータジェネレータ10の制御モードに応じてシステム損失が最小となり得る電圧範囲が異なり得るところ、車速Vと制御モードとの関係性に着目し、制御装置40は、車速Vに応じて電圧分解能パターンを決定する。これにより、システム損失Wsysが最小となり得る電圧値近辺を高分解能に設定することができる。ゆえに、高分解能領域と低分解能領域とを設定した場合であっても、最小となるシステム損失Wsysを精度よく算出することができる。
In addition, since the voltage range in which the system loss can be minimized may differ depending on the control mode of the
<比較例>
図14は、本実施の形態に係るモータ駆動システム100と、比較例に係るモータ駆動システムとにおけるシステム損失を説明するための図である。図14の上図には、時間と電圧指令との関係が示され、図14の下図には、時間とシステム損失との関係が示されている。本発明者らは、実験により図14に示す結果を得た。実線L1は、比較例における電圧指令の時間変化である。実線L2は、本実施の形態における電圧指令の時間変化である。実線L3は、比較例におけるシステム損失の時間変化である。実線L4は、本実施の形態におけるシステム損失の時間変化である。
<Comparative example>
FIG. 14 is a diagram for explaining system losses in
比較例に係るモータ駆動システムは、システム電圧とシステム損失との関数式に従って算出される電圧指令に追従するように、昇降圧コンバータを制御する。すなわち、比較例に係るモータ駆動システムにおいては、実線L1で示されるように、連続的に電圧指令が変動する。この場合には、連続的に変動する電圧指令に追従して、昇降圧コンバータの出力電圧が連続的に変動するため、昇降圧コンバータの出力電圧を変動させると、モータジェネレータの出力パワーおよびバッテリの出力電流に変動が生じてシステム損失が増加し得る。 The motor drive system according to the comparative example controls the buck-boost converter so as to follow the voltage command calculated according to the functional expression of the system voltage and the system loss. That is, in the motor drive system according to the comparative example, the voltage command continuously fluctuates as indicated by the solid line L1. In this case, the output voltage of the buck-boost converter continuously fluctuates following the continuously fluctuating voltage command. Fluctuations in the output current can result in increased system losses.
本実施の形態に係るモータ駆動システム100は、上述のとおり、決定された電圧分解能パターンに基づく複数の電圧値のうち、システム損失が最小となる電圧値を電圧指令として動作される。そして、本実施の形態に係るモータ駆動システム100における電圧指令は、電圧分解能パターンに定められた分解能によって定まり、実線L2で示されるように、離散的な値をとる。本実施の形態における電圧の時間変化を実線L4で示す。電圧指令を離散的にすることにより、昇降圧コンバータ21の出力電圧の変動を抑制し、システム損失を低減することができる。
実線L3とL4との比較から認識し得るように、電圧指令を離散的に変化させることにより、電圧指令を連続的に変化させる場合に比べて、システム損失を抑制することができる。 As can be recognized from the comparison between the solid lines L3 and L4, by discretely changing the voltage command, system loss can be suppressed compared to the case of continuously changing the voltage command.
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
1 車両、10 モータジェネレータ、20 PCU、21 昇降圧コンバータ、22 インバータ、23 電圧センサ、30 バッテリ、35 監視ユニット、40 制御装置、41 システム状態判定部、42 電力損失演算部、43 電圧指令選択部、44 電圧指令生成部、60 電流センサ、65 回転角センサ、67 温度センサ、100 モータ駆動システム、310 駆動輪、320 車速センサ、C1 コンデンサ、C2 コンデンサ、SR1,SR2 システムメインリレー、NL,PL1,PL2 電力線。 1 vehicle, 10 motor generator, 20 PCU, 21 buck-boost converter, 22 inverter, 23 voltage sensor, 30 battery, 35 monitoring unit, 40 control device, 41 system state determination unit, 42 power loss calculation unit, 43 voltage command selection unit , 44 voltage command generator, 60 current sensor, 65 rotation angle sensor, 67 temperature sensor, 100 motor drive system, 310 drive wheel, 320 vehicle speed sensor, C1 capacitor, C2 capacitor, SR1, SR2 system main relay, NL, PL1, PL2 power line.
Claims (1)
直流電源と、
パルス幅変調された電圧を前記モータジェネレータに印加するPWM制御モードと、位相制御された矩形波電圧を前記モータジェネレータに印加する矩形波電圧制御モードとに制御モードを選択的に切り替えて前記モータジェネレータを駆動するインバータと、
前記直流電源と前記インバータとの間に設けられ、前記インバータに入力されるシステム電圧を前記直流電源の電圧以上に昇圧するコンバータと、
前記インバータおよび前記コンバータを制御する制御装置とを備え、
前記モータ駆動システムは車両に搭載され、
前記制御装置は、
前記車両の速度に応じて、前記システム電圧の電圧分解能パターンを決定し、
前記システム電圧について、前記速度に応じて決定された電圧分解能パターンに基づく複数の電圧値のうち、前記インバータおよび前記モータジェネレータの電力損失が最小となる電圧値を電圧指令に設定し、
設定された電圧指令の電圧を出力するように前記コンバータを制御する、モータ駆動システム。 A motor drive system for driving a motor generator,
a DC power supply;
A control mode is selectively switched between a PWM control mode in which a pulse width modulated voltage is applied to the motor generator and a rectangular wave voltage control mode in which a phase-controlled rectangular wave voltage is applied to the motor generator. an inverter that drives the
a converter provided between the DC power supply and the inverter for stepping up a system voltage input to the inverter to a voltage of the DC power supply or higher;
A control device that controls the inverter and the converter,
The motor drive system is mounted on a vehicle,
The control device is
determining a voltage resolution pattern of the system voltage according to the speed of the vehicle;
for the system voltage, setting a voltage value that minimizes power loss of the inverter and the motor generator among a plurality of voltage values based on the voltage resolution pattern determined according to the speed, as a voltage command;
A motor drive system that controls the converter to output a voltage of a set voltage command.
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