JPH08308003A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

電動車両の制御装置

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JPH08308003A
JPH08308003A JP7105434A JP10543495A JPH08308003A JP H08308003 A JPH08308003 A JP H08308003A JP 7105434 A JP7105434 A JP 7105434A JP 10543495 A JP10543495 A JP 10543495A JP H08308003 A JPH08308003 A JP H08308003A
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寿弘 伊藤
Tomoyuki Ito
智之 伊藤
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尚文 星
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動車両のモータの回生運転中に逆起電力に
よってインバータが損傷するのを防止する。 【構成】 電動車両のメインバッテリ3及びモータ1間
に設けられたインバータ6を制御する電子制御ユニット
10は、モータ回転数Nm、アクセル開度θAP及びシフ
トポジションPから算出した目標電力に、インバータ6
に入力される電流IPDU 及び電圧VPDU から算出した実
電力を一致させるフィードバック制御手段27を備え
る。モータ1の回生運転中にメインバッテリ3及びモー
タ1間の回路が開放されて回生電力によるメインバッテ
リ3の充電が不能になり、その結果電圧VPDU が所定値
を越えて増加すると、回生禁止手段26がモータ1の回
生運転を禁止し、モータ1の逆起電圧によるインバータ
6の損傷を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モータの駆動時にバッ
テリの直流電力を交流電力に変換して該モータに供給す
るとともに、モータの回生時に該モータが発電した交流
電力を直流電力に変換してバッテリに供給するインバー
タを備えた電動車両の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】かかる電動車両の制御装置は、特開平6
−38575号公報、特開平6−38550号公報、特
開平6−225402号公報により既に知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】特開平6−38575
号公報に記載されたものは、モータ回転数とトルク指令
値とに基づいて目標電力を算出し、実電力が前記目標電
力に一致するようにインバータを介してモータ電力のフ
ィードバック制御を行っている。このものは、何らかの
理由でモータのコンタクタが開成してモータの回生電力
がバッテリに回収されなくなると、モータ電力のフィー
ドバック制御により弱め界磁量が増加してモータの逆起
電圧が高まり、インバータに悪影響を及ぼす虞がある。
【0004】特開平6−38550号公報に記載された
ものは、回生時にモータが発電した交流電力をインバー
タにおいて昇圧チョッパで直流電力に変換する際に、そ
の回生電圧がバッテリ電圧を越えないように昇圧チョッ
パを制御している。このものは、回生電圧がバッテリ電
圧を越えるモータの高回転領域では、回生電圧の制御が
できない問題がある。
【0005】特開平6−225402号公報に記載され
たものは、非ニュートラルのシフトポジションにおい
て、モータ回転数が低い領域でPWM制御を行い、モー
タ回転数が高い領域で弱め界磁制御を行うとともに、シ
フトポジションがニュートラルの場合には、モータ回転
数が低い領域でインバータをOFFしてモータへの電力
供給を遮断し、モータ回転数が高い領域でモータの出力
トルクの目標値を0に設定している。このものは、高速
走行中にニュートラルにシフトチェンジした場合にモー
タの出力トルクの目標値を0に設定することにより、高
い逆起電圧が発生するのを防止して回路の破壊を回避す
ることを狙っているが、ニュートラル以外のシフトポジ
ションでは回路の保護ができない問題がある。
【0006】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、モータ電力のフィードバック制御中に、何らかの理
由でバッテリとインバータ間の回路が開放された場合
に、モータの逆起電圧によりインバータが損傷するのを
防止することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1記載に記載された発明は、バッテリ及びモ
ータ間に配置され、モータの駆動時にバッテリの直流電
力を交流電力に変換して該モータに供給するとともに、
モータの回生時に該モータが発電した交流電力を直流電
力に変換してバッテリに供給するインバータと、インバ
ータの直流部の電流を検出する電流センサと、インバー
タの直流部の電圧を検出する電圧センサと、電流センサ
で検出した電流及び電圧センサで検出した電圧に基づい
てインバータに入力される実電力を算出する実電力算出
手段と、少なくともアクセル開度に基づいてインバータ
に入力される目標電力を算出する目標電力算出手段と、
実電力算出手段で算出した実電力を目標電力算出手段で
算出した目標電力に一致させるべく、インバータを介し
てモータの運転状態を制御するフィードバック制御手段
とを備えた電動車両の制御装置において、モータの回生
運転を禁止する回生禁止手段を備え、インバータの直流
部の電圧が所定値を越えたときに前記回生禁止手段を作
動させることを特徴とする。
【0008】また請求項2に記載された発明は、請求項
1の構成に加えて、回生禁止手段は、目標電力算出手段
で算出した目標電力を負値から正値に変換することによ
りモータの回生運転を禁止することを特徴とする。
【0009】また請求項3に記載された発明は、請求項
1の構成に加えて、回生禁止手段の作動中にインバータ
の直流部の電流が所定値を越えたとき、回生禁止手段の
作動を停止することを特徴とする。
【0010】また請求項4に記載された発明は、請求項
1の構成に加えて、回生禁止手段の作動中にインバータ
の直流部の電圧が減少した後に増加して第2の所定値を
越えたとき、回生禁止手段の作動を停止することを特徴
とする。
【0011】
【作用】請求項1の構成によれば、インバータに入力さ
れる実電力及び目標電力を比較し、実電力が目標電力に
一致するようにインバータを介してモータの運転状態を
フィードバック制御しているとき、インバータの直流部
の電圧が所定値を越えると回生禁止手段を作動させてモ
ータの回生運転を禁止する。その結果、モータの逆起電
圧が減少してインバータの損傷が防止される。
【0012】請求項2の構成によれば、回生禁止手段が
目標電力を負値から正値に変換すると、実電力を目標電
力に一致させるフィードバック制御によってモータの回
生運転が禁止される。
【0013】請求項3の構成によれば、インバータの直
流部の電流が所定値を越えると、故障が回復してインバ
ータが損傷する虞がなくなったと判断し、回生禁止手段
の作動を停止して通常のフィードバック制御に復帰す
る。
【0014】請求項4の構成によれば、インバータの直
流部の電圧が減少した後に増加して第2の所定値を越え
ると、故障が回復してインバータが損傷する虞がなくな
ったと判断し、回生禁止手段の作動を停止して通常のフ
ィードバック制御に復帰する。
【0015】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
【0016】図1〜図7は本発明の第1実施例を示すも
ので、図1は電動車両の全体構成を示す図、図2は制御
系のブロック図、図3はインバータのスイッチィング信
号の波形を示す図、図4は電子制御ユニットの回路構成
を示すブロック図、図5はメインルーチンの第1分図、
図6はメインルーチンの第2分図、図7はフラグセット
ルーチンのフローチャートである。
【0017】図1及び図2に示すように、四輪の電動車
両Vは、三相交流モータ1のトルクがトランスミッショ
ン2を介して伝達される駆動輪としての左右一対の前輪
Wf,Wfと、従動輪としての左右一対の後輪Wr,W
rとを有する。電動車両Vの後部に搭載された例えば2
28ボルトのメインバッテリ3は、コンタクタ4,ジョ
イントボックス5,コンタクタ4及びパワードライブユ
ニットを構成するインバータ6を介してモータ1に接続
される。例えば12ボルトのサブバッテリ7にメインス
イッチ8及びヒューズ9を介して接続された電子制御ユ
ニット10は、モータ1の駆動トルク及び回生トルクを
制御すべくインバータ6に接続される。サブバッテリ7
をメインバッテリ3の電力で充電すべく、バッテリチャ
ージャ11及びDC/DCコンバータ12が設けられ
る。
【0018】メインバッテリ3とインバータ6とを接続
する高圧回路、即ちインバータ6の直流部には、その電
流IPDU を検出する電流センサS1 と、電圧VPDU を検
出する電圧センサS2 とが設けられており、電流センサ
1 で検出したインバータ6の直流部の電流IPDU 及び
電圧センサS2 で検出したインバータ6の直流部の電圧
PDU は電子制御ユニット10に入力される。また、モ
ータ回転数センサS3で検出したモータ回転数Nmと、
アクセル開度センサS4 で検出したアクセル開度θ
APと、シフトポジションセンサS5 で検出したシフトポ
ジションPとが電子制御ユニット10に入力される。
【0019】インバータ6は複数のスイッチング素子を
備えおり、電子制御ユニット10から各スイッチィング
素子にスイッチング信号を入力することにより、モータ
1の駆動時にはメインバッテリ3の直流電力を三相交流
電力に変換して該モータ1に供給し、モータ1の被駆動
時(回生時)には該モータ1が発電した三相交流電力を
直流電力に変換してメインバッテリ3に供給する。
【0020】モータ1の低回転数側の領域においてイン
バータ6はPWM(パルス幅変調)制御され、PWM制
御のデューティ率が100%に達した後の高回転数側の
領域では所謂弱め界磁制御される。弱め界磁制御とは、
モータ1の永久磁石が発生している界磁と逆方向の界磁
が発生するように、モータ1に供給する一次電流に界磁
電流成分を持たせるもので、全体の界磁を弱めてモータ
1の回転数を高回転数側に延ばすものである。
【0021】図3はインバータ6の各スイッチング素子
に入力されるスイッチング信号の波形を示すもので、
(A)はPWM制御のデューティ率が100%未満の状
態、(B)はPWM制御のデューティ率が100%に達
した状態、(C)は弱め界磁制御により通電位相を進角
させた状態、(D)は弱め界磁制御により通電位相を延
長させた状態を示している。モータ1の回転数増加に伴
い、(A)、(B)、(C)、(D)の制御が順次実行
される。
【0022】次に、図4に基づいて電子制御ユニット1
0の回路構成及び作用を説明する。
【0023】電子制御ユニット10は、トルク指令値算
出手段21、目標電力算出手段22、実電力算出手段2
3、比較手段24、トルク制御手段25及び回生禁止手
段26を備えており、比較手段24及びトルク制御手段
25はフィードバック制御手段27を構成する。
【0024】トルク指令値算出手段21は、モータ回転
数センサS3 で検出したモータ回転数Nmと、アクセル
開度センサS4 で検出したアクセル開度θAPと、シフト
ポジションセンサS5 で検出したシフトポジションPと
に基づいて、ドライバーがモータ1に発生させようとし
ているトルク指令値を、例えばマップ検索によって算出
する。また、目標電力算出手段22は、トルク指令値算
出手段21で算出したトルク指令値とモータ回転数セン
サS3 で検出したモータ回転数Nmとを乗算し、これを
変換効率で除算することにより、モータ1に供給すべ
き、或いは回生によりモータ1から取り出すべき目標電
力を算出する。目標電力は正値の場合と負値の場合とが
あり、正の目標電力はモータ1が駆動トルクを発生する
場合に対応し、負の目標電力はモータ1が回生トルクを
発生する場合に対応する。
【0025】一方、実電力算出手段23は、電流センサ
1 で検出したインバータ6の直流部の電流IPDU と、
電圧センサS2 で検出したインバータ6の直流部の電圧
PD U とを乗算することにより、インバータ6に入力さ
れる実電力を算出する。目標電力と同様に、実電力にも
正値の場合と負値の場合とがあり、正の実電力はモータ
1が駆動トルクを発生する場合に対応し、負の実電力は
モータ1が回生トルクを発生する場合に対応する。
【0026】目標電力算出手段22で算出した目標電力
と実電力算出手段23で算出した実電力とはフィードバ
ック制御手段27の比較手段24に入力され、そこで算
出された目標電力と実電力との偏差に基づいてトルク制
御手段25がインバータ6をPWM制御或いは弱め界磁
制御によりフィードバック制御する。その結果、実電力
を目標電力に一致させるべくモータ1の運転状態が変更
される。
【0027】ところで、目標電力が負値のとき、即ちモ
ータ1が発電機として機能してメインバッテリ3を充電
しているとき、何らかの原因で高圧回路に設けたコンタ
クタ4が開成したり高圧回路が断線すると、高圧回路に
電流が流れなくなって電流センサS1 で検出した電流I
PDU が0になり、電流IPDU と電圧VPDU との積である
実電力も0になる。このとき、モータ1は回生中であっ
て目標電力は負であるため、目標電力(負値)と実電力
(0)との偏差に基づくフィードバック制御により、弱
め界磁制御が弱め界磁量を減少させる方向に作用してモ
ータ1の逆起電圧が増加してしまう。その結果、モータ
1が発生した高圧の逆起電圧によってインバータ6や高
圧回路上の他の機器に悪影響が及ぶ可能性がある。
【0028】そこで、電圧センサS2 で検出した電圧V
PDU が所定値を越えたとき、回生禁止手段26がフィー
ドバック制御部27に回生禁止指令を出力して前記高圧
の逆起電圧の発生を防止する。具体的には、電圧VPDU
が所定値を越えたときに、目標電力算出手段22で算出
手段で算出した目標電力の符号を正負反転させる。これ
により、負値であった目標電力が強制的に正値に変換さ
れ、変換された目標電力(正値)と実電力(0)との偏
差に基づくフィードバック制御により、弱め界磁制御が
弱め界磁量を増加させる方向に作用してモータ1の逆起
電圧が減少し、インバータ6や他の機器の損傷が未然に
回避される。
【0029】上記作用を、図5〜図7のフローチャート
を参照しながら更に説明する。
【0030】図5及び図6のメインルーチンのステップ
S1〜S3において、モータ回転数センサS3 、アクセ
ル開度センサS4 及びシフトポジションセンサS5 から
モータ回転数Nm、アクセル開度θAP及びシフトポジシ
ョンPを読み込み、続くステップS4で前記モータ回転
数Nm、アクセル開度θAP及びシフトポジションPに基
づいて目標電力を算出する。一方、ステップS5,S6
において、電流センサS1 及び電圧センサS2 からイン
バータ6の直流部の電流IPDU 及び電圧VPDUを読み込
み、続くステップS7で前記電流IPDU 及び電圧VPDU
に基づいて実電力を算出する。
【0031】続いて、ステップS8で高電圧抑制フラグ
Fが1にセットされているか否かの判断を行う。高電圧
抑制フラグFが1にセットされていないとき(F=
0)、インバータ6の直流部の電圧VPDU は所定値以下
の状態にあり、また高電圧抑制フラグFが1にセットさ
れているとき(F=1)、インバータ6の直流部の電圧
PDU は所定値を越えた状態にある。
【0032】即ち、図7のフラグセットルーチンに示す
ように、高電圧抑制フラグFの初期値は0であるため、
ステップS21の答えは最初はNOであり、ステップS
22で例えばコンタクタ4が故障して開成する等の理由
により電圧VPDU が所定値を上回ると、ステップS23
で高電圧抑制フラグFが0から1にセットされる。ステ
ップS21の答えがYESで高電圧抑制フラグFが1に
セットされているとき、ステップS24で例えば故障が
解消してコンタクタ4が閉成し、それまで0であった電
流IPDU の絶対値|IPDU |が所定値を越えると、ステ
ップS25で高電圧抑制フラグFが1から0にリセット
される。
【0033】メインルーチンに戻り、ステップS8の答
えがNOで高電圧抑制フラグFが1にセットされていな
い正常時には、ステップS11に移行して通常時の制御
が行われる。
【0034】即ち、ステップS11で目標電力が実電力
以上であるとき、ステップS12でPWM制御領域であ
れば、ステップS13でデューティ率の指令値が増加さ
れ、ステップS12でPWM制御領域でなければ、ステ
ップS14で弱め界磁量の指令値が増加される。一方、
ステップS11で目標電力が実電力未満であるとき、ス
テップS15でPWM領域であれば、ステップS16で
デューティ率の指令値が減少され、ステップS15でP
WM制御領域でなければ、ステップS17で弱め界磁量
の指令値が減少される。
【0035】而して、ステップS18において、前記ス
テップS13,S14,S16,S17で決定されたデ
ューティ率の指令値及び弱め界磁量の指令値に基づい
て、実電力を目標電力に収束させるべくインバータ6が
フィードバック制御される。
【0036】さて、前記ステップS8で高電圧抑制フラ
グFが1にセットされており、且つステップS9で目標
電力が負値である場合、即ちモータ1の回生中に電圧V
PDUが所定値を上回った場合、インバータ6や他の機器
の損傷を防止すべく、ステップS10で目標電力の符号
が反転され、それまで負値であった目標電力を強制的に
正値に変換する。
【0037】このとき、コンタクタ4が開成中であり実
電力は0であるため、ステップS11の答えがYESに
なってステップS12に移行する。その結果、ステップ
S12でPWM制御領域を外れた場合にステップS14
で弱め界磁量の指令値が増加されるため、モータ1の逆
起電圧が低下してインバータ6や他の機器の損傷が未然
に回避される。このように、フィードバック系の大幅な
設計変更を行うことなく、モータ1の回生中に電圧V
PDU が所定値を上回った場合に目標電力の符号を反転す
るだけで、簡単且つ確実にモータ1の逆起電圧が低下さ
せることが可能となる。
【0038】次に、図8及び図9に基づいて本発明の第
2実施例を説明する。
【0039】第2実施例は、回生禁止及び禁止解除を司
る高電圧抑制フラグのセット及びリセットの手法におい
て、前述した第1実施例と異なっている。ここで、F1
は高電圧抑制フラグであって、第1実施例の高電圧抑制
フラグFに相当しており、またF2 は新たに導入された
補助フラグである。高電圧抑制フラグF1 及び補助フラ
グF2 の初期値は、何れも0とされる。
【0040】先ず、高電圧抑制フラグF1 の初期値は0
であるため、ステップS31の答えは最初はNOであ
り、ステップS32で例えばコンタクタ4が故障して開
成する等の理由により電圧VPDU が所定値V1 を上回る
と、ステップS33で高電圧抑制フラグF1 が0から1
にセットされる。ステップS31の答えがYESであっ
て高電圧抑制フラグF1 が1にセットされているとき、
補助フラグF2 の初期値は0であるため、ステップS3
4の答えは最初はNOとなってステップS35に移行す
る。
【0041】高電圧抑制フラグF1 が1にセットされた
ことにより開始された回生禁止によって電圧VPDU が減
少し、ステップS35で電圧VPDU が所定値V2 を下回
ると、ステップS36で補助フラグF2 が0から1にセ
ットされる。その後、例えば故障が回復してコンタクタ
4が閉成することにより電圧VPDU が増加し、ステップ
S37で電圧VPDU が所定値V2 を越えると、ステップ
S38で高電圧抑制フラグF1 が1から0にリセットさ
れて回生禁止が解除されるとともに、ステップS39で
補助フラグF2 が1から0にリセットされる。
【0042】このようにして、回生禁止後に電圧VPDU
が一旦所定値V2 を下回り、その後電圧VPDU が前記所
定値V2 を上回ったときに、故障が回復したと判断して
回生禁止が解除される。
【0043】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
【0044】
【発明の効果】以上のように、請求項1に記載された発
明によれば、インバータの直流部の電圧が所定値を越え
たときに、回生禁止手段が作動してモータの回生運転を
禁止するので、モータが発生する逆起電力を減少させて
インバータの損傷を未然に回避することができる。
【0045】また請求項2に記載された発明によれば、
目標電力を負値から正値に変換するだけでモータの回生
運転を禁止することができるので、回生禁止手段の構成
が簡単になって制御系に大幅な設計変更を加える必要が
ない。
【0046】また請求項3に記載された発明によれば、
回生禁止手段の作動中に、インバータの直流部の電流が
所定値を越えると回生禁止手段を作動を停止するので、
故障が回復してインバータが損傷する虞がなくなると速
やかに通常のフィードバック制御に復帰することができ
る。
【0047】また請求項4に記載された発明によれば、
回生禁止手段の作動中に、インバータの直流部の電圧が
減少した後に増加して所定値を越えると回生禁止手段を
作動を停止するので、故障が回復してインバータが損傷
する虞がなくなると速やかに通常のフィードバック制御
に復帰することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電動車両の全体構成を示す図
【図2】制御系のブロック図
【図3】インバータのスイッチィング信号の波形を示す
【図4】電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図
【図5】メインルーチンのフローチャートの第1分図
【図6】メインルーチンのフローチャートの第2分図
【図7】フラグセットルーチンのフローチャート
【図8】第2実施例に係るフラグセットルーチンのフロ
ーチャート
【図9】フラグセットのタイムチャート
【符号の説明】
1 モータ 3 メインバッテリ(バッテリ) 6 インバータ 22 目標電力算出手段 23 実電力算出手段 24 回生禁止手段 27 フィードバック制御手段 S1 電流センサ S2 電圧センサ IPDU 電流 VPDU 電圧 θAP アクセル開度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星 尚文 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バッテリ(3)及びモータ(1)間に配
    置され、モータ(1)の駆動時にバッテリ(3)の直流
    電力を交流電力に変換して該モータ(1)に供給すると
    ともに、モータ(1)の回生時に該モータ(1)が発電
    した交流電力を直流電力に変換してバッテリ(3)に供
    給するインバータ(6)と、 インバータ(6)の直流部の電流(IPDU )を検出する
    電流センサ(S1 )と、 インバータ(6)の直流部の電圧(VPDU )を検出する
    電圧センサ(S2 )と、 電流センサ(S1 )で検出した電流(IPDU )及び電圧
    センサ(S2 )で検出した電圧(VPDU )に基づいてイ
    ンバータ(6)に入力される実電力を算出する実電力算
    出手段(23)と、 少なくともアクセル開度(θAP)に基づいてインバータ
    (6)に入力される目標電力を算出する目標電力算出手
    段(22)と、 実電力算出手段(23)で算出した実電力を目標電力算
    出手段(22)で算出した目標電力に一致させるべく、
    インバータ(6)を介してモータ(1)の運転状態を制
    御するフィードバック制御手段(27)と、を備えた電
    動車両の制御装置において、 モータ(1)の回生運転を禁止する回生禁止手段(2
    4)を備え、インバータ(6)の直流部の電圧
    (VPDU )が所定値を越えたときに前記回生禁止手段
    (24)を作動させることを特徴とする電動車両の制御
    装置。
  2. 【請求項2】 回生禁止手段は(24)は、目標電力算
    出手段(22)で算出した目標電力を負値から正値に変
    換することによりモータ(1)の回生運転を禁止するこ
    とを特徴とする、請求項1記載の電動車両の制御装置。
  3. 【請求項3】 回生禁止手段(24)の作動中にインバ
    ータ(6)の直流部の電流(IPDU )が所定値を越えた
    とき、回生禁止手段(24)の作動を停止することを特
    徴とする、請求項1記載の電動車両の制御装置。
  4. 【請求項4】 回生禁止手段(24)の作動中にインバ
    ータ(6)の直流部の電圧(VPDU )が減少した後に増
    加して第2の所定値を越えたとき、回生禁止手段(2
    4)の作動を停止することを特徴とする、請求項1記載
    の電動車両の制御装置。
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