JPH08223704A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過回転を未然に防止できる電気自動車の制御
装置。 【構成】 アクセル１により発生され要求トルクを示す
アクセル信号と、電動機６の回転子の位置検出装置７か
らの信号をマイコンなどからなるコントローラ２へ入力
し、ここではトルク指令を演算して、インバータ４を駆
動するドライブ信号を出力する。インバータ４は演算さ
れたトルク指令に応じたパワー素子のドライブ信号をコ
ントローラ２から入力し、バッテリ３からの電力を制御
して電動機６へ供給する。電流検出器５は電動機６内に
実際に流れている電流を検出しコントローラ２にフィー
ドバックするようになっている。機械式制動装置１０は
コントローラ２からの指令で作動するようになってい
る。コントローラ２はトルク指令を出力する際、回転子
の回転数から電動機６の運転状態を判断し最高回転数を
越えたときに発電指令を出力。これにより機械ブレーキ
の多用を避けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気自動車の制御装
置に係り、特に電動機が最高回転数を越えても発電制動
トルクを出力し続けられる電気自動車の制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気自動車においては、発電方式
の制動制御と駆動制御が同じ回転域内で行なわれてお
り、それらに別々の制御域を設けて制御を行なう制御装
置は存在しなかった。そして駆動電動機では、電動機を
発電動作させ制動トルクを得る場合は、駆動させる場合
と同様その出力すなわち回転数・制動トルク値特性はイ
ンバータの容量などから制限を受ける。駆動時に、例え
ば弱め界磁制御を行なっている永久磁石同期電動機の場
合、回転数の上昇に比例して誘起電圧も上昇する。この
誘起電圧値がインバータの最大出力電圧を越えるような
回転数では駆動することができない。弱め界磁制御を行
なうことで電動機の端子電圧を抑さえることにより前記
回転数以上での駆動も可能となるが、最高回転数Ｎ１
は、どれだけの弱め界磁電流（回転座標系ｑｄにおける
負のｄ軸電流）を流せて、回転による誘起電圧をインバ
ータの最大出力電圧値以内に抑さえることができるかに
より決定される。

【０００３】すなわち、同期電動機の回転座標系におけ
る、ｑ軸方向の電流、インダクタンスをそれぞれｉｑ、
Ｌｑ、同じくｄ軸方向のそれぞれをｉｄ、Ｌｄ、回転子
の角速度をω、永久磁石の磁束をφとすると、電動機の
端子電圧Ｖｍは、次式で表わせる。

【数１】 この式より、回転数に伴ない誘起電圧が上昇しようとす
るところを、ｄ軸電流を負の方向に流すことで端子電圧
Ｖｍを抑さえることができるのがわかる。ところでイン
バータには使用しているスイッチング素子などにより流
せる電流値には上限（電流容量）があり、前記ｄ軸電流
も制限なく流せるわけではない。その最大値は、

【数２】 である。但し、ｉｍはインバータの電流容量である。

【０００４】式（１）において、ｑ軸電流ｉｑは最高回
転数時Ｎ１における出力トルクにより決定される。よっ
てｄ軸電流ｉｄはインバータ電流容量ｉｍに対してｑ軸
電流を除いた分だけ流すことができ、またｄ軸電流をこ
の最大値まで流したときが、最高回転数Ｎ１となる。図
９にはその最大トルク時の電流・電圧の変化様子を示
す。なお図中の回転数Ｎは弱め界磁を行なう域の最低回
転数である。

【０００５】ところが、発電動作時には例えば降坂時な
どではその最高回転数を越えて運転しなければならない
ことが考えられる。また最高回転数以下でも駆動時より
大きな制動力の発生が要求されることも考えられる。前
者の場合、最高回転数を越えた制御となり、それに伴な
う端子電圧の上昇をさらに押さえることが必要で、即ち
さらにｄ軸電流ｉｄを流すことが必要となるわけであ
り、さらに大きな電流制御を必要とする後者とともにイ
ンバータの電流容量ｉｍによって制限される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関を動力とする
車両では、例えばマニュアル変速機の５速などでは軽い
エンジンブレーキがかかりつつ加速していくことがで
き、制限最高回転数を越えてもクラッチを切らない限り
エンジンブレーキはかかり続ける。ところが、上記のよ
うな従来の電気自動車にあっては、発電制御が駆動制御
と同じ域で行なわれるため、急な坂道を下だっている時
に、制御できる回転域内では、エンジンブレーキのよう
な効果が得られるが、電動機が最高回転数を越えたと
き、制御装置からの制御指令はゼロとなって、電動機内
に制動力は出さないため、内燃機関の車両でいうクラッ
チを切った状態に相当しエンジンブレーキ効果が得られ
ない。よって車両はその時点からさらに加速を強めてい
くことになってしまうわけで、速度が更に上昇し、この
場合機械式ブレーキのみで制動力を得て、減速させるこ
とになり、機械式ブレーキの発熱などによりフェードし
やすくなるという問題点があった。この発明は、このよ
うな従来の問題点に着目し、制動時に駆動時より大きな
容量を持たせ広範囲な運転領域で発電制動が行なえる制
御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため請求項１記載の
発明は、車両を駆動する電動機と、該電動機の回転数を
検出する手段と、前記電動機に駆動指令を出力する制御
手段と、該制手段からの指令信号に応じて直流電源から
の電力を交流電力に変換して前記電動機へ供給するイン
バータとを備える電気自動車の制御装置において、前記
電動機は発電機として動作を可能とし、前記制御手段
は、前記電動機が駆動制御可能な最高回転数を越えた場
合、前記駆動指令の出力をやめ発電指令を出力するもの
とした。

【０００８】請求項２記載の発明は、車両を駆動する電
動機と、該電動機の回転数を検出する手段と、前記電動
機に駆動指令を出力する制御手段と、該制御手段からの
指令信号に応じて直流電源からの電力を交流電力に変換
して前記電動機へ供給するインバータとを備える電気自
動車の制御装置において、前記電動機と前記インバータ
との間に前記電動機で発電された交流電力を直流電力に
整流する整流手段と、該整流手段と直流電源との間に整
流する電力量の制御可能な電力変換手段とを設け、前記
電動機は発電機として動作を可能とし、前記制御手段
は、前記電動機が駆動制御可能な最高回転数を越えた場
合、前記駆動指令の出力をやめ発電指令を出力し、前記
電力変換手段は、前記電動機が発電機動作をするときの
発電力に応じて出力電流の一部を前記整流手段を介して
前記直流電源へと電力供給させるものとした。

【０００９】請求項３記載の発明は、前記制御手段は、
１次遅れフィルタを備え、前記発電指令を出力する際、
前記１次遅れフィルタを介して行なうものとした。請求
項４記載の発明は、前記制御手段は、前記電動機が駆動
可能な最高回転数を越えた場合、前記発電指令を出力し
前記電動機を発電機として動作させるときに、前記電動
機の回転数の変化に応じて車両に設けられた機械式の制
動装置に制動指令を出力するものとした。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明では、制御手段において、
駆動時に電動機の駆動力を制御する駆動指令を出力し、
駆動力制御のできない過回転域では、発電指令を出力す
るから、電動機内に制動力が発生し、これにより、過回
転を回避するために機械ブレーキの多用が避けられ車両
走行の安定性が向上する。請求項２記載の発明では、過
回転での制動時は、制動電流の一部をインバータと並列
に設けた電力変換装置を通じてバッテリに供給すること
により、制動時の電流容量が増大され、発電制動力がイ
ンバータの電力容量による制限から解放され、制動時の
最高回転数を高めることができる。

【００１１】請求項３記載の発明では、駆動指令を発電
指令に切り替えるときに１次遅れフィルタを介して行な
うことにより、急激な力変化が避けられ切り替えショッ
クを和らげることができる。請求項４記載の発明では、
発電制動を行なうときに、電動機回転数の変化で機械式
の制動装置に指令をし作動させることにより、発電制動
力が不足している場合それに補うことができる。これに
より、電動機の回転数を一定値以下に制限することがで
きる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の第１の実施例の構成を示す図であ
る。 構成を説明すると、アクセル１により発生され要
求トルクを示すアクセル開度信号と、電動機６の回転子
の位置検出装置７からの信号をマイコンなどからなるコ
ントローラ２へ入力し、ここではトルク指令を演算し
て、インバータ４を駆動するドライブ信号を出力する。
インバータ４は演算されたトルク指令に応じたパワー素
子のドライブ信号をコントローラ２から入力し、バッテ
リ３からの電力を制御して電動機６へ供給する。電流検
出器５は電動機６内に実際に流れている電流を検出しコ
ントローラ２にフィードバックするようになっている。
機械式制動装置１０はコントローラ２からの指令で作動
するようになっている。

【００１３】次にその作用について説明する。コントロ
ーラ２では、図２に示すようにアクセル開度及びモータ
回転数からなる２次元のマップで与える制御方式をと
る。図２は横軸にモータ回転数、縦軸にトルク指令値を
とり、アクセル開度を変数にしてある。アクセル開度と
トルク指令のパターンは車両の要求されるトルク特性に
応じて様々なパターンが考えられ、この図２はその１例
であり、アクセル開度４／４即ち全開時には、定められ
た最高回転数Ｎ１以下の全回転域では最大トルクを指令
し、そのほかはゼロトルクから最大トルクまでをアクセ
ル開度に応じて比例分配した値をトルク指令とする。ア
クセル開度０／４即ち全閉時には自動車のエンジンブレ
ーキに相当するような制動トルク指令を出力する。最高
回転数Ｎ１を越えた領域では、アクセル開度によらず、
一定の制動トルクを発生するようになっている。そして
アクセル１が全閉時にコントローラ２がトルク指令を制
動トルク指令に切り替えるとき、１次遅れフィルタを介
して電動機６に与えるようになっている。

【００１４】アクセル１を操作し電動機６を駆動すると
きに、コントローラ２は記憶してあるマップよりアクセ
ルの開度及び位置検出装置７から得る電動機６の回転数
Ｎとに応じたトルクを発生するようトルク指令を作り出
し、インバータ４はその指令通りに内蔵のパワー素子を
開閉することによって電動機６を回転させ、駆動トルク
を発生させる。コントローラ２は回転数Ｎより電動機６
の回転状態を監視し、電動機６が所定の最高回転数Ｎを
越えたときにアクセル１の開度すなわち要求されるトル
クに拘わらず、制動トルク指令を出力し、電動機６に制
動力を発生させ、過回転が防止される。

【００１５】そして電動機６の発電機動作による制動ト
ルクのみで回転数、すなわち車両速度がなお上昇した
り、あるいは所望する減速度が得られないなどの場合に
は、コントローラ２は、機械式制動装置１０に指令を送
り機械式の制動装置を作動させることにより車両速度上
昇の抑制、もしくは所望減速度に制御する。

【００１６】図３はコントローラ２における制動指令発
生のフローを示す。すなわち、ステップ１００から制御
指令の演算が開始すると、ステップ１０１で、位置検出
装置７の信号から電動機６の回転子の回転数を演算し、
ステップ１０２で、その演算結果が駆動時における最高
回転数Ｎ以上であるか否かを判定する。駆動時の最高回
転数以下であればアクセル１の操作量に応じた通常の制
御を行なう指令を出力する。最高回転数以上であれば、
ステップ１０３、アクセル開度即ちトルク指令によら
ず、制動トルクを発生するよう電動機６に制動トルクを
指令する。ステップ１０４では、さらに回転子の回転数
変化率を演算し、ステップ１０５において、制動トルク
指令が出された結果、回転数が減少傾向であれば、駆動
時の最高回転数以下になるまでその制動指令を保ち続け
る。制動トルク指令が出された以降でも回転数が上昇傾
向であれば、ステップ１０６及び１０７で、回転数が減
少傾向になるまで制動トルク指令値を増加させる。そし
て、ステップ１０６では、制動トルク指令を最大値にま
で増加させても回転数が上昇傾向にあれば、ステップ１
０８で、機械式制動装置に指令を送り、機械制動トルク
を発生させ、これにより電動機６を減速させる。

【００１７】本実施例は、以上のように構成され、駆動
制御の行なわれない高回転域でも発電制動を行ない、例
えば降坂時などで最高回転数を越えるような状態になっ
ても、制動トルクを続けて得ることができ、さらに駆動
時より大きな制動トルクを得ることができるので、車両
が滑走状態にならず、機械式制動装置による制動力のみ
に頼ることなく、回転数の上昇を抑さえることができ、
フェードを起こしにくくし、また過回転による磁石のバ
ーストなどを起こしにくくする効果が得られる。そして
回転数が上昇傾向にある場合に初めて機械式制動装置を
作動させることで、制動時の最高回転数を越えることを
防げるとともに、電動機６の制御を放棄し、機械式の制
動装置のみに頼ることを未然に防ぐことが可能となる。
これにより、運転し易いという効果が得られる。さらに
発電機動作させることで得られる電力のバッテリへの回
生などによる一充電走行距離の向上、などの利点を得る
ことができる。なお、制動トルクへの切り替え時には１
次遅れフィルタをトルク指令にかけることでトルク切り
替え時のショックが和らげられ心地のよい運転効果が得
られる。

【００１８】図４は、本発明の第２の実施例を示す。こ
の実施例は制動時の電流容量を増大させたものであり、
第１の実施例では、発電制御域を駆動制御域より広げた
ことで過回転のときでも制動トルクを発生させるものと
したが、前述のように弱め界磁を行なう永久磁石同期電
動機の場合には、インバータの電流容量の制限で最高回
転数以上に発電制動を行なうことができない。そこで本
実施例では、インバータと並列に電動機６とバッテリ３
との間に整流装置８と電力変換装置９を設ける。そのほ
かの構成は第１の実施例と同様である。発電制動時に、
電流検出器５により発電運転時の発電電流を検出し、特
にインバータ４の電流容量を越えて電流を流さなければ
電動機６の端子電圧をインバータ４の最大出力電圧値に
抑さえられないような高回転域では、インバータ４の吸
収できない電力を前記電力変換装置９を通してバッテリ
３に充電したり、あるいはほかの制動抵抗によりその電
力を消費させ、制動トルクを増大させる。

【００１９】図５は、最大トルクにおける電力装置を設
けたときの電流、電圧の変化図である。すなわち電力変
換装置９を設けることで発電容量は点線ａで示したイン
バータ電流容量よりｂ線で示すレベルまで高まった。発
電電流がｃ線で示すように最高回転数Ｎ１を越えても発
生することができ、発電制動域がＮ２まで延びる。これ
をトルク図で表わすと図７のようになる。すなわち通常
図６に示すように制動トルクの特性は駆動トルクの特性
と絶対値が同様な弱め界磁同期電動機でも図７のように
発電制動域とそれを囲む最大制動トルク域が拡大され
る。なお、電力変換装置９としては、入力側と出力側の
電圧がほぼ同電圧状態で電力できる機能があればよく、
例えば図８に示すような降圧チョッパ部９１と昇圧チョ
ッパ部９２を組み合わた構成としてもよい。本実施例
は、以上のように構成され、インバータに並列に電力変
換装置を設けることにより、インバータの電流容量を越
えて電動機を発電機動作させることが可能となり、最高
回転数の高めるのみならず、最大制動トルク値を高める
ことができる。これによっても第１の実施例と同様の効
果を得ることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、駆動時の最高回転数を越えた場合には電動機を発
電機動作させることにより、内燃機関を動力とする車両
のエンジンブレーキに相当するような制動力を確保し、
またその発電電力がインバータ容量を越えるような場合
にはインバータと電動機との間に設けられた電力変換手
段を通じてバッテリに充電し電力を消費する。これによ
り、インバータの容量を越えての電動機による制動力確
保が可能となる。また、このような過回転防止の制動時
に回転数が上昇傾向にある場合には、制御手段から車両
側の機械式制動装置に制動指令を出力し、それによる制
動力を得ることで電動機の制動時に最高回転数を越える
ことを未然に防止することが可能となる。これにより、
降坂時などで最高回転数を越えるような状態になって
も、制動トルクを続けて得ることができ、さらに駆動時
より大きなトルクを得ることができるので、車両が滑走
状態にならず、機械式制動装置による制動力のみに頼る
ことなく、回転数の上昇を抑さえることができ、フェー
ドを起こしにくくし、また過回転による磁石のバースト
などを起こしにくくする効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成を示す図である。

【図２】電動機回転数とアクセル開度から演算される電
動機へのトルク指令を示す図である。

【図３】機械式制動装置動作判断の流れを示すフローチ
ャートである。

【図４】第２の実施例の構成を示す図である。

【図５】制動時の電流容量を増大させた場合の弱め界磁
時同期電動機の電流・電圧の回転数変化を示す図であ
る。

【図６】駆動時と制動時の一般的な電動機のトルクカー
ブを示す図である。

【図７】制動時の電流容量を増大させた場合の電動機の
トルクカーブを示す図である。

【図８】電力変換装置の構成を示す図である。

【図９】弱め界磁制御により運転範囲を拡大した同期電
動機の電流・電圧の回転数変化を示す図である。

【符号の説明】

１ アクセル ２ コントローラ ３ バッテリ ４ インバータ ５ 電流検出センサ ６ 電動機 ６Ａ 永久磁石同期電動機 ７ 回転数センサ ８ 整流装置 ９ 電力変換装置 １０ 機械式制動装置 ９１ 降圧チョッパ ９２ 昇圧チョッパ

フロントページの続き (72)発明者 遠藤 研二 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 柳瀬 孝雄 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両を駆動する電動機と、該電動機の回
   転数を検出する手段と、前記電動機に駆動指令を出力す
   る制御手段と、該制御手段からの指令信号に応じて直流
   電源からの電力を交流電力に変換して前記電動機へ供給
   するインバータとを備える電気自動車の制御装置におい
   て、前記電動機は発電機として動作を可能とし、前記制
   御手段は、前記電動機が駆動制御可能な最高回転数を越
   えた場合、前記駆動指令の出力をやめ発電指令を出力す
   ることを特徴とする電気自動車の制御装置。
2. 【請求項２】 車両を駆動する電動機と、該電動機の回
   転数を検出する手段と、前記電動機に駆動指令を出力す
   る制御手段と、該制御手段からの指令信号に応じて直流
   電源からの電力を交流電力に変換して前記電動機へ供給
   するインバータとを備える電気自動車の制御装置におい
   て、前記電動機と前記インバータとの間に前記電動機で
   発電された交流電力を直流電力に整流する整流手段と、
   該整流手段と直流電源との間に整流する電力量の制御可
   能な電力変換手段とを設け、前記電動機は発電機として
   動作を可能とし、前記制御手段は、前記電動機が駆動制
   御可能な最高回転数を越えた場合、前記駆動指令の出力
   をやめ発電指令を出力し、前記電力変換手段は、前記電
   動機が発電機動作をするときの発電力に応じて出力電流
   の一部を前記整流手段を介して前記直流電源へと電力供
   給させることを特徴とする電気自動車の制御装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、１次遅れフィルタを備
   え、前記発電指令を出力する際、前記１次遅れフィルタ
   を介して行なうことを特徴とする請求項１または２記載
   の電気自動車の制御装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記電動機が駆動可能
   な最高回転数を越えた場合、前記発電指令を出力し前記
   電動機を発電機として動作させるときに、前記電動機の
   回転数の変化に応じて車両に設けられた機械式の制動装
   置に制動指令を出力することを特徴とする請求項１、２
   または３記載の電気自動車の制御装置。