JP7305984B2

JP7305984B2 - 車両

Info

Publication number: JP7305984B2
Application number: JP2019036047A
Authority: JP
Inventors: 雅文早川; 玄加藤; 裕一甲木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2023-07-11
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: JP2020141500A

Description

本発明は、車両に関し、詳しくは、モータとインバータと蓄電装置と電流センサとを備える車両に関する。

従来、この種の車両としては、三相モータと、複数のスイッチング素子のスイッチングによって三相モータを駆動するインバータと、インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、三相モータの各相の電流を検出する電流センサと、を備えるものにおいて、インバータが遮断状態である場合に電流センサのオフセット量を学習するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、三相モータの誘起電圧がインバータの入力電圧より小さいときには、三相モータの任意の回転角において各相の電流センサのオフセット量を学習し、三相モータの誘起電圧がインバータの入力電圧以上のときには、三相モータの回転角に応じて誘起電圧が中間値を示す相の電圧センサのオフセット量を順次学習する。

特開２０１６－１１９８１７号公報

上述の車両では、インバータが遮断状態である場合に電流センサのオフセット量を学習する。このため、電力ラインの負極母線に絶縁低下検出装置を取り付けた場合に、この絶縁低下検出装置により、三相モータとインバータと蓄電装置とを含む回路のうちインバータよりもモータ側の交流部の絶縁抵抗の低下を検出することができない。

本発明の車両は、電流センサのオフセット量の学習を実行する際に、三相モータとインバータと蓄電装置とを含む回路のうちインバータよりもモータ側の交流部の絶縁抵抗の低下を検出できなくなるのを回避することを主目的とする。

本発明の車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の車両は、
走行用の三相モータと、
複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記三相モータを駆動するインバータと、
前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、
前記三相モータの各相の電流を検出する電流センサと、
前記電力ラインの負極母線に接続され、前記三相モータと前記インバータと前記蓄電装置とを含む回路の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁低下検出装置と、
前記三相モータの回転数および／または回転角度を検出する回転センサと、
前記電流センサの検出値を用いて前記インバータを制御する制御装置と、
を備える車両であって、
前記制御装置は、
前記電流センサの原点学習の学習条件が成立したときには、
前記インバータの複数のスイッチング素子のうち下アームの全てをオンにする下アーム三相オンを開始し、
前記三相モータの回転数が所定回転数以下および／または前記モータの回転子の回転位置の単位時間当たりの変化量が所定変化量以下であることを条件として、前記電流センサの原点学習を行なう、
ことを要旨とする。

この本発明の車両では、電流センサの原点学習の学習条件が成立したときには、インバータの複数のスイッチング素子のうち下アームの全てをオンにする下アーム三相オンを開始し、三相モータの回転数が所定回転数以下および／またはモータの回転子の回転位置の単位時間当たりの変化量が所定変化量以下であることを条件として、電流センサの原点学習を行なう。これにより、インバータを遮断状態とする必要がないため、電流センサの原点学習の際に、三相モータとインバータと蓄電装置とを含む回路のうちインバータよりもモータ側の交流部の絶縁抵抗の低下を検出できなくなるのを回避することができる。

本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。電子制御ユニット７０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

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電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、蓄電装置としてのバッテリ３６と、絶縁低下検出回路５０と、電子制御ユニット７０と、を備える。実施例の「絶縁低下検出装置」としては、絶縁低下検出回路５０と電子制御ユニット７０とが相当する。

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２に接続されると共に電力ライン４２に接続されている。このインバータ３４は、６つのトランジスタＴ１１～Ｔ１６と、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、電力ライン４２の正極母線と負極母線とに対して、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。６つのダイオードＤ１１～Ｄ１６は、それぞれ、トランジスタＴ１１～Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。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３２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３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット７０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３２が回転駆動される。以下、トランジスタＴ１１～Ｔ１３を「上アーム」といい、トランジスタＴ１４～Ｔ１６を「下アーム」という。

バッテリ３６は、例えば定格電圧が３００Ｖ程度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、電力ライン４２に接続されている。絶縁低下検出回路５０は、一方が車体２８に接地され一定周波数のパルス（例えば、矩形波や正弦波，三角波など）を発生する検出器電源５２と、検出器電源５２に接続された検出抵抗５４と、検出抵抗５４と電力ライン４２の負極母線とに接続されたコンデンサ５６と、検出抵抗５４とコンデンサ５６との接続点に接続され高周波成分を除去するローパスフィルタ６０とを備える。この絶縁低下検出回路５０は、ローパスフィルタ６０を通過したフィルタ後電圧ＶＬＧｆを電子制御ユニット７０に出力する。なお、図１では、電力ライン４２の負極母線と車体２８との間の浮遊容量６２や絶縁抵抗６４についても図示した。電気自動車２０は、絶縁抵抗６４の抵抗値が正常時に数ＭΩ程度となるように設計されている。

電子制御ユニット７０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，不揮発性のフラッシュメモリ，入出力ポートを備える。電子制御ユニット７０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。電子制御ユニット７０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからの回転位置θｍや、モータ３２の各相に流れる電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサからの電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサからの電流Ｉｂも挙げることができる。さらに、絶縁低下検出回路５０からのフィルタ後電圧ＶＬＧｆも挙げることができる。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。

電子制御ユニット７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６へのスイッチング制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット７０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。また、電子制御ユニット７０は、電流センサからのバッテリ３６の電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。ここで、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量に対するバッテリ３６から放電可能な電力の容量の割合である。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、以下の走行制御を行なう。走行制御では、電子制御ユニット７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸２６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

また、実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット７０は、絶縁低下検出回路５０からのフィルタ後電圧ＶＬＧｆを閾値ＶＬＧｆｒｅｆと比較することにより、モータ３２とインバータ３４とバッテリ３６とを含む回路（以下、「対象回路」という）に漏電などによる絶縁抵抗の低下が生じているか否かを判定する。ここで、絶縁低下検出回路５０の検出器電源５２の出力としては、例えば、５Ｖ程度の電圧において２ＭＨｚ～２．５ＭＨｚ程度の周波数を用いることができる。また、絶縁低下検出回路５０の検出抵抗５４としては、例えば、９０ｋΩや１００ｋΩ、１１０ｋΩなどのものを用いることができる。正常時（絶縁抵抗が低下していないとき）には、電力ライン４２の正極ラインは、バッテリ３６の電圧Ｖｂの半分の正値の電位（Ｖｂ／２）であり、電力ライン４２の負極ラインは、バッテリ３６の電圧Ｖｂの半分の負値の電位（－Ｖｂ／２）である。なお、車体２８を電位０としている。電力ライン４２の負極ラインの電位の絶対値が小さくなったとき（正常時の電位（－Ｖｂ／２）から大きくなったとき）には、絶縁低下検出回路５０からのフィルタ後電圧ＶＬＧｆの波高値が小さくなり、フィルタ後電圧ＶＬＧｆの波高値が閾値ＶＬＧｆｒｅｆ未満に至ると、電子制御ユニット７０は、対象回路の絶縁抵抗の低下が生じていると判定する。

次に、こうして構成された電気自動車２０の動作、特に電流センサ３２ｕ，３２ｖの原点学習を行なう際の制御について説明する。図２は、電子制御ユニット７０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、定期的に実行される。

図２の処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、最初に、車速Ｖやモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊などのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、車速Ｖは、車速センサ８８により検出された値を入力するものとした。モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊は、上述の走行制御により設定した値を入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、電流センサ３２ｕ，３２ｖの原点学習を行なう学習条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、学習条件としては、例えば、車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ以下であり且つモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が値０である条件が用いられる。所定車速Ｖｒｅｆは、例えば、１～２ｋｍ／ｈ程度を用いることができる。電流センサ３２ｕ，３２ｖの原点学習を行なう条件が成立していないと判定したときには、ステップＳ１００に戻る。

ステップＳ１１０で電流センサ３２ｕ，３２ｖの原点学習を行なう条件が成立していると判定したときには、インバータ３４の下アーム三相オンを実行する（ステップＳ１２０）。ここで、インバータ３４の下アーム三相オンは、インバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１３の全てをオフとすると共にトランジスタＴ１４～Ｔ１６の全てをオンとする状態である。このようにインバータ３４の下アーム三相オンを実行することにより、車速Ｖが値０でなくモータ３２が回転しているときや、車速Ｖが値０でも車軸や駆動軸２６の捻れなどによりモータ３２が回転しているときに、モータ３２の回転数の絶対値を小さくする方向のトルク（いわゆる引き摺りトルク）が発生し、モータ３２の回転数を迅速に小さくすることができる。また、インバータ３４をゲート遮断せずに三相オンとすることにより、絶縁低下検出回路５０および電子制御ユニット７０により、対象回路のうちインバータ３４よりもモータ３２側の交流部の絶縁抵抗の低下を検出できなくなるのを回避することができる。以下、この理由について説明する。

交流部で漏電などにより車体２８との短絡が発生した場合を考える。このとき、交流部の電位は略０Ｖ（車体２８と略等電位）になる。インバータ３４のゲート遮断を実行しているときには、電力ライン４２の負極ラインと交流部とが電気的に遮断されているから、電力ライン４２の負極ラインの電位が交流部や車体２８とは等電位にならない（電位が正常時の電位（－Ｖｂ／２）程度に維持される）。このため、絶縁低下検出回路５０からのフィルタ後電圧ＶＬＧｆの波高値が小さくならず、電子制御ユニット７０は、絶縁抵抗の低下が生じていると判定しない。したがって、電子制御ユニット７０は、インバータ３４をゲート遮断している状態において、交流部の絶縁抵抗の低下を判定（検知）することができない。一方、インバータ３４の下アーム三相オンを実行しているときには、電力ライン４２の負極ラインと交流部とが電気的に接続されているから、電力ライン４２の負極ラインの電位が交流部や車体２８と略等電位（略０Ｖ）になる。このため、絶縁低下検出回路５０からのフィルタ後電圧ＶＬＧｆの波高値が小さくなり、電子制御ユニット７０は、絶縁抵抗の低下が生じていると判定する。したがって、電子制御ユニット７０は、インバータ３４の下アーム三相オンを行なっている状態において、交流部の絶縁抵抗の低下を判定（検知）することができる。

続いて、モータ３２の回転数Ｎｍや電気角θｅなどのデータを入力する（ステップＳ１３０）。ここで、モータ３２の回転数Ｎｍおよび電気角θｅは、実施例では、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいて演算した値を入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、モータ３２が完全停止している完全停止条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ここで、完全停止条件としては、例えば、モータ３２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｍｒｅｆ以下であり且つモータ３２の電気角θｅの単位時間当たりの変化量Δθｅが所定変化量Δθｅｒｅｆ以下である条件が用いられる。

実施例の電気自動車２０では、トランジスタＴ１１～Ｔ１６およびダイオードＤ１１～Ｄ１６には順方向電圧があり、モータ３２の回転による誘起電圧が順方向電圧を超えると対象回路に電流が流れる。これを踏まえて、実施例では、このような電流が流れない状態をモータ３２の完全停止だとみなして、順方向電圧に対応する回転状態として所定回転数Ｎｍｒｅｆおよび所定変化量Δθｅｒｅｆを定めるものとした。ここで、所定回転数Ｎｍｒｅｆとしては、例えば、２ｒｐｍや３ｒｐｍ、４ｒｐｍなどを用いることができる。所定変化量Δθｅｒｅｆとしては、例えば、０．５°や０．６°、０．７°などを用いることができる。

ステップＳ１４０でモータ３２が完全停止していないと判定したときには、ステップＳ１３０に戻る。モータ３２が完全停止していると判定したときには、電流センサ３２ｕ，３２ｖの原点学習を行ない（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。なお、実施例では、本ルーチンの終了後にモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が値０でなくなると、インバータ３４の下アーム三相オンを終了し、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてインバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

ここで、電流センサ３２ｕ，３２ｖの原点学習について説明する。電流センサ３２ｕ，３２ｖの原点学習は、例えば、電流センサ３２ｕ，３２ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖが判定用時間に亘って安定しているときに、その値（相電流Ｉｕ，Ｉｖ）をオフセット電流αｕ，αｖとして記憶することにより行なうことができる。ここで、判定用時間としては、例えば、数百ｍｓｅｃ～数ｓｅｃ程度を用いることができる。なお、原点学習により記憶したオフセット電流αｕ，αｖは、それぞれ相電流Ｉｕ，Ｉｖを補正する（補正前の相電流Ｉｕ，Ｉｖからオフセット電流αｕ，αｖを減じたものを補正後の相電流Ｉｕ，Ｉｖとする）ために用いられる。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、電流センサ３２ｕ，３２ｖの原点学習の学習条件が成立したときには、インバータ３４の三相オンを開始し、モータ３２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｍｒｅｆ以下であり且つモータ３２の電気角θｅの単位時間当たりの変化量Δθｅが所定変化量Δθｅｒｅｆ以下であることを条件として、電流センサ３２ｕ，３２ｖの原点学習を行なう。これにより、インバータ３４をゲート遮断する必要がないため、電流センサ３２ｕ，３２ｖの原点学習の際に絶縁低下検出装置５０により対象回路の絶縁低下の検出を実行できなくなるのを回避することができる。

実施例の電気自動車２０では、完全停止条件として、モータ３２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｍｒｅｆ以下で且つモータ３２の電気角θｅの単位時間当たりの変化量Δθｅが所定変化量Δθｅｒｅｆ以下の条件を用いるものとした。しかし、モータ３２の電気角θｅの単位時間当たりの変化量Δθｅを考慮せずに、モータ３２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｍｒｅｆ以下である条件を用いるものとしてもよい。また、モータ３２の回転数Ｎｍを考慮せずに、モータ３２の電気角θｅの単位時間当たりの変化量Δθｅが所定変化量Δθｅｒｅｆ以下である条件を用いるものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０では、蓄電装置として、バッテリ３６を用いるものとしたが、蓄電可能な装置であればよく、キャパシタを用いるものとしてもよい。

実施例では、駆動輪２２ａ，２２ｂに連結されたモータ３２およびバッテリ３６を備える電気自動車２０の構成とした。しかし、モータおよびバッテリに加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車の構成としたり、モータおよびバッテリに加えて燃料電池も備える燃料電池車の構成としたりしてもよい。

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３２が「三相モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ３６が「蓄電装置」に相当し、電流センサ３２ｕ，３２ｖが「電流センサ」に相当し、絶縁低下検出回路５０と電子制御ユニット７０とが「絶縁低下検出装置」に相当し、回転位置検出センサ３２ａが「回転センサ」に相当し、電子制御ユニット７０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、車両の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、２８車体、３２モータ、３２ａ回転位置検出センサ、３２ｕ，３２ｖ電流センサ、３４インバータ、３６バッテリ、４２電力ライン、５０絶縁低下検出回路、５２検出器電源、５４検出抵抗、５６コンデンサ、６０ローパスフィルタ、６２浮遊容量、６４絶縁抵抗、７０電子制御ユニット、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ダイオード、Ｔ１１～Ｔ１６トランジスタ。

Claims

走行用の三相モータと、
複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記三相モータを駆動するインバータと、
前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、
前記三相モータの各相の電流を検出する電流センサと、
前記電力ラインの負極母線に接続され、前記三相モータと前記インバータと前記蓄電装置とを含む回路の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁低下検出装置と、
前記三相モータの回転数および／または回転角度を検出する回転センサと、
前記電流センサの検出値を用いて前記インバータを制御する制御装置と、
を備える車両であって、
前記制御装置は、
前記電流センサの原点学習の学習条件が成立したときには、
前記インバータの複数のスイッチング素子のうち下アームの全てをオンにする下アーム三相オンを開始し、
前記三相モータの回転数が所定回転数以下および／または前記三相モータの回転子の回転位置の単位時間当たりの変化量が所定変化量以下であることを条件として、前記下アーム三相オンを継続しながら前記電流センサの原点学習を行なう、
車両。