KR101085568B1

KR101085568B1 - 회전전기 제어시스템

Info

Publication number: KR101085568B1
Application number: KR1020107004133A
Authority: KR
Inventors: 다카시 요시다; 스브라타 사하; 다이스케 오기노; 진 이자와
Original assignee: 아이신에이더블류 가부시키가이샤
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2011-11-25
Also published as: US8405335B2; JPWO2009084359A1; WO2009084359A1; CN101796718A; EP2226931A1; CN101796718B; EP2226931B1; KR20100039414A; EP2226931A4; WO2009084358A1; US20100201293A1; JP5057180B2

Abstract

공통의 배터리로부터 전력의 공급을 받는 한 쌍의 회전전기(回轉電機)를 구비하여, 하나의 회전전기가 발전기로서 그리고 다른 회전전기가 모터로서 작동하는 형태의 하이브리드 시스템에 있어서, 과전류가 흐르지 않아, 배터리로부터 인버터까지의 보호를 확실히 행할 수 있는 회전전기 제어시스템을 얻는다. 회전전기의 출력 토크를 제한하는 토크 제한수단과, 배터리 전력의 변화율 및 상기 회전전기의 회전속도의 변화율 중 적어도 한쪽에 근거하여, 배터리 전력이 급변하는 급변상태를 추정하는 배터리 전력 급변추정수단을 구비하며, 상기 토크 제한수단은, 상기 배터리 전력이 급변하지 않는 비(非)급변상태에 있어서의 출력 토크의 제한 형태에 대하여, 배터리 전력 급변추정수단에 의하여 상기 급변상태가 추정된 경우에, 상기 출력 토크의 제한 형태를 변경하는 구성으로 한다.

Description

회전전기 제어시스템 {Rotating electric machine control system}

본 발명은, 회전전기(回轉電機)와, 배터리와 상기 회전전기 사이에 개재되어, 상기 회전전기를 흐르는 전류를 제어하는 인버터를 구비한 회전전기 제어시스템에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 배터리(B)와, 회전전기로서의 교류모터(M1)와, 배터리와 회전전기 사이에 개재되어, 회전전기를 흐르는 전류를 제어하는 인버터(14)를 구비한 전력부하장치(100)가 나타나 있다.

이 전력부하장치(100)에 있어서, 제어장치(30)는, 교류모터(M1)에 있어서의 소비 파워(본원에 있어서의 배터리 전력에 상당함)의 증가량(본원에 있어서의 변화율에 상당함)이 콘덴서(13)로부터 인버터(14)로 공급 가능한 허용 파워를 넘었을 때, 교류모터(M1)에 있어서의 소비 파워의 증가량을, 전력부하장치(100)의 구동을 계속 가능한 범위로 제한한다.

이 특허문헌 1에 개시된 기술은, 교류모터(M1)로부터 발생되는 구동력에 의하여 주행하는 주행차 등에 관한 기술이며, 소비 파워의 증가량을 소정의 범위로 제한함으로써, 인버터의 보호를 도모할 수 있다.

한편, 오늘날, 구동원으로서 엔진과 모터로서 작동하는 회전전기를 구비하여, 양자 중 어느 한쪽 혹은 양쪽으로부터 구동력을 얻어서 주행하는 하이브리드 시스템이 실용의 단계에 있다. 이 종의 하이브리드 시스템의 일례로서, 엔진과 한 쌍의 회전전기를 구비하여, 엔진으로부터 출력되는 구동을, 차륜측과 한쪽의 회전전기에 분배하고, 이 한쪽의 회전전기에 있어서 발전을 행하며, 다른 쪽의 회전전기에서, 차륜측으로 보내지는 엔진 구동의 부족분을 보충하는, 소위, 스플릿 형태의 하이브리드 시스템이 있다. 이 시스템에서는, 엔진을 최적 연비 라인을 따라서 동작함으로써, 연비가 매우 높은 주행을 행할 수 있다. 이 시스템에 있어서는, 다른 쪽의 회전전기가 주로 모터로서 작동하게 된다.

이 형태의 하이브리드 시스템에서는, 주로 차륜을 구동시키기 위한 토크를 발생시키는 회전전기(앞서 설명한 다른 쪽의 회전전기에서 모터로서 작동함)와, 주로 엔진의 회전속도를 제어하는 회전전기(앞서 설명한 한쪽의 회전전기에서 발전기로서 작동함)가, 단일의 배터리에 인버터를 통하여 병렬로 접속된다. 그리고, 이들 회전전기의 제어에 관하여, 모터로서 작동하는 회전전기와 발전기로서 작동하는 회전전기의 소비 전력의 합계가 배터리의 방전 전력 한계를 넘지 않도록 제어된다.

WO2003/056694호공보

상기한 바와 같이, 소비 파워의 증가량에만 근거한 제어를 실행하는 경우는, 증가량 즉 변화량이 크면, 모터로서 작동하는 회전전기의 토크를 제한하게 되며, 토크 자체는 작고, 제한을 걸 필요하게 없는 경우에도 토크 제한을 행하는 경우가 발생하여, 본래, 문제없이 얻어지는 구동력이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.

또한, 소비 파워의 절대량이 크지만, 소비 파워의 변화량이 작은 경우에는, 토크 제한이 행하여지지 않아, 과전류에 의하여 배터리 자체 혹은 배터리로부터 인버터에 이르기까지의 회로에 손상을 준다는 문제가 있었다.

또한, 예컨대, 모터로서 작동하는 회전전기와 발전기로서 작동하는 회전전기를 구비한 시스템의 경우, 모터와 발전기의 출력의 합계가 배터리의 방전 전력 한계를 넘지 않도록 모터와 발전기를 제어하지만, 모터로서 작동하는 회전전기에 대한 제어가 토크 제어로 되기 때문에, 차륜 슬립시나, 차륜 공전시와 같이 모터의 부하 토크가 급격히 감소한 경우에는, 모터의 회전속도가 급격히 증가한다. 그 때문에, 배터리로부터 전력이 급격히 반출되고, 배터리와 모터 간의 소자에 큰 전류가 흘러, 과전류가 될 우려가 있다. 또한, 이 상황에서는, 배터리에 있어서는, 방전 전력 한계 이상의 전력을 방전하기 때문에, 배터리 수명의 저하 등의 영향이 있다.

그리고, 앞서 설명한 스플릿 형태의 하이브리드 시스템에서는, 모터로서 작동하는 회전전기의 회전속도의 증가에 의하여, 발전기로서 작동하는 회전전기의 회전속도가 감소하기 때문에, 발전기측의 회생 전력이 감소하여, 배터리의 반출 전력이 더욱 커진다는 문제가 있다.

본원의 하나의 목적은, 배터리로부터 인버터를 통하여 전력의 공급을 받아, 모터로서 작동하는 회전전기에 대한 회전전기 제어시스템을 구축하면, 과전류가 흐르지 않아, 배터리로부터 인버터까지의 보호를 확실히 행할 수 있는 시스템을 얻는 것에 있다.

다른 목적은, 공통의 배터리로부터 전력의 공급을 받는 한 쌍의 회전전기를 구비하여, 하나의 회전전기가 발전기로서 그리고 다른 회전전기가 모터로서 작동하는 형태의 하이브리드 시스템에 있어서, 과전류가 흐르지 않아, 배터리로부터 인버터까지의 보호를 확실히 행할 수 있는 회전전기 제어시스템을 얻는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 회전전기와, 배터리와 상기 회전전기 사이에 개재되어, 상기 회전전기를 흐르는 전류를 제어하는 인버터를 구비한 회전전기 제어시스템의 특징 구성은,

상기 배터리로부터 공급하는 것이 필요하게 되는 배터리 전력을 도출하는 배터리 전력 도출수단과,

상기 회전전기의 출력 토크를 제한하는 토크 제한수단과,

상기 배터리 전력의 변화율 및 상기 회전전기의 회전속도의 변화율 중 적어도 한쪽에 근거하여, 상기 배터리 전력이 급변하는 급변상태를 추정하는 배터리 전력 급변추정수단을 구비하며,

상기 토크 제한수단은, 상기 배터리 전력이 급변하지 않는 비(非)급변상태에 있어서의 출력 토크의 제한 형태에 대하여, 상기 배터리 전력 급변추정수단에 의하여 상기 급변상태가 추정된 경우에, 상기 출력 토크의 제한 형태를 변경하는 구성을 채용하는 것에 있다.

이 구성의 회전전기 제어시스템에 있어서는, 배터리 전력 도출수단에 의하여, 회전전기가 회전속도 및 출력 토크로 작동하는 경우에, 배터리로부터 공급하는 배터리 전력을 도출하고, 배터리 전력 급변추정수단은, 상기 배터리 전력의 변화율 및 상기 회전전기의 회전속도의 변화율 중 적어도 한쪽에 근거하여, 배터리 전력이 급변하는 급변상태에 있는지를 추정한다.

본원에서는, 배터리 전력이 급변하는 상태를 급변상태라 부르고, 배터리 전력이 급변하지 않는 상태를 비급변상태라 부르며, 이 급변상태와 비급변상태 사이에서, 토크 제한수단에 의한 출력 토크의 제한 형태를 변경한다.

즉, 본원에 있어서는, 통상의 비급변시의 토크 제한에 더하여, 배터리 전력 급변추정수단을 설치함으로써, 급변상태와, 비급변상태를 별개로 판별함과 함께, 각각의 상태에 따른 출력 토크의 제한 형태를 채용함으로써, 각각의 운전상태에 적합한 토크 제한을 실행할 수 있다. 여기서는, 출력 토크의 제한을 어느 단계에서 실행하는지가 중요한 문제이지만, 이 문제에 대하여, 차량상태로 정확한 대응이 가능하게 된다.

이와 같이 출력 토크의 제한 형태를 변경함에 있어서,

상기 배터리 전력이 급변하지 않는 비급변상태일 때, 상기 배터리 전력 도출수단에서 도출되는 상기 배터리 전력이, 배터리 전력이 과대인지의 여부를 판정하는 과대시 역치(threshold value)보다 큰 과대시에, 상기 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하고,

상기 배터리 전력이 급변하는 급변상태일 때, 상기 과대시 역치보다 작은 값이 되는 급변시 역치보다 상기 배터리 전력이 큰 급변시에, 상기 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 것이 바람직하다.

이 구성을 채용하는 경우, 통상의 비급변상태에서는 과대시 역치를 기준으로, 토크 제한의 여부를 판별하고, 급변시에는 이 과대시 역치보다 작은 급변시 역치를 기준으로 토크 제한의 여부를 판별함으로써, 배터리로부터 공급되는 전력이 한계에 도달하는 것을, 토크 또는 회전수가 서서히 상승하여, 배터리 전력이 서서히 상승하고 있는 상태에서는 비교적 큰 역치를 기준으로 판정하고, 토크 또는 회전수가 급변하여, 배터리 전력이 급증하고 있는 상태에서는 비교적 작은 역치를 기준으로 판정하게 되어, 배터리 및 인버터 회로에 과전류가 흐르는 것을, 확실히 방지할 수 있다.

본원에 있어서는, 배터리 전력의 크기가 과대하게 되는 과대시, 배터리 전력이 급변하는 급변시에서, 그 시점에 있어서의 배터리 전력의 크기가 소정의 값을 넘고 있는 경우를 문제로 한다. 후자의 급변시에는, 배터리 전력의 변화 자체가 큰 경우와, 모터로서 작동하는 회전전기의 회전속도가 급변하는 경우가 포함된다(도 5 참조). 즉, 상술한 배터리 전력 급변추정수단을 구성하면, 상기 배터리 전력의 변화율이 큰지의 여부를 판정하는 판정 역치인 배터리 전력 급변 역치보다 상기 배터리 전력이 큰 경우, 혹은, 상기 회전전기의 회전속도의 변화율이 큰지의 여부를 판정하는 판정 역치인 회전속도 급변 역치보다 회전속도의 변화율이 큰 경우에, 배터리 전력이 급변하고 있다고 추정하는 구성을 채용할 수 있다.

이와 같이 구성할 수 있는 이유는, 배터리 전력의 변화율이 큰 경우, 혹은, 회전전기의 회전속도의 변화율이 큰 경우는, 모두, 배터리로부터 공급할 필요가 있는 배터리 전력이 급격히 변화되기 때문이다.

이하, 본원에 있어서의 과대시 및 급변시에 있어서의 대응에 대하여, 순서대로 설명한다.

1 과대시에 대한 대응

이 경우는, 배터리 전력 도출수단에서 도출되는 배터리 전력이, 배터리 전력이 과대인지의 여부를 판정하는 과대시 역치보다 큰 과대시에, 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 구성으로 한다.

이와 같이 구성함으로써, 과대시 역치를 적절히 설정함으로써, 예컨대, 과전류 방지를 직접적으로 도모할 수 있음과 함께, 배터리가, 배터리의 방전 전력 한계 이상의 전력을 방전하여, 배터리의 수명이 저하되는 등의 문제를 회피할 수 있다.

2 급변시에 대한 대응

2－1 배터리 전력 자체에 근거하는 대응

이 경우는, 배터리 전력의 변화율을 도출하는 배터리 전력 변화율 도출수단을 구비하여, 배터리 전력 변화율 도출수단에 의하여 도출되는 배터리 전력 변화율이, 배터리 전력 변화율이 큰지의 여부를 판정하는 배터리 전력 급변 역치보다 크고, 또한, 배터리 전력 도출수단에서 도출되는 배터리 전력이, 상기 과대시 역치보다 작은 값이 되는 급변시 역치보다 큰 급변시에, 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 구성으로 한다.

이 구성의 경우, 이대로 방치해 두면 문제가 될 가능성이 있는 상태를, 배터리 전력 변화율과 배터리 전력 급변 역치의 관계로부터 판정하며, 또한, 그 가능성이 발생하고 있는 시점에서의 배터리 전력 자체를 급변시 역치와 비교함으로써, 문제가 될 가능성이 있는 급변상태를 확실히 파악하여 토크 제한을 걸 수 있다. 그 결과, 급변시 역치를 적절히 설정함으로써, 예컨대, 과전류가 발생할 가능성이 높은 경우에, 과전류의 발생 방지를 직접적으로 도모할 수 있음과 함께, 배터리가, 배터리의 방전 전력 한계 이상의 전력을 방전하여, 배터리의 수명이 저하되는 등의 문제를 회피할 수도 있다.

2－2 모터로서 작동하는 회전전기의 회전속도에 근거하는 대응

이 경우는, 회전전기의 회전속도의 변화율을 도출하는 회전속도 변화율 도출수단을 구비하여, 회전속도 변화율 도출수단에 의하여 도출되는 회전속도 변화율이, 회전속도 변화율이 큰지의 여부를 판정하는 회전속도 급변 역치보다 크고, 또한, 배터리 전력 도출수단에서 도출되는 배터리 전력이, 상기 과대시 역치보다 작은 값이 되는 급변시 역치보다 큰 급변시에, 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 구성으로 한다.

이 구성의 경우, 모터로서 작동하는 회전전기의 회전속도가 급변하고 있어, 이대로 방치해 두면 문제가 될 가능성이 있는 상태를, 회전속도 변화율과 회전속도 급변 역치의 관계로부터 판정하며, 또한, 그 가능성이 발생하고 있는 시점에서의 배터리 전력을 급변시 역치와 비교함으로써, 문제가 될 가능성이 있는 급변상태를 확실히 파악하여 토크 제한을 걸 수 있다. 그 결과, 급변시 역치를 적절히 설정함으로써, 예컨대, 과전류가 발생할 가능성이 높은 경우에, 과전류의 발생 방지를 직접적으로 도모할 수 있음과 함께, 배터리가, 배터리의 방전 전력 한계 이상의 전력을 방전하여, 배터리의 수명이 저하되는 등의 문제를 회피할 수도 있다.

2－3 배터리 전력 자체 혹은 모터로서 작동하는 회전전기의 회전속도에 근거하는 대응

이 경우는, 상기한 2－1, 2－2의 경우 중 어느 하나를 조건으로 하여 대응하는 것이지만, 그 경우, 시스템은 이하와 같이 구성하게 된다.

배터리 전력의 변화율을 도출하는 배터리 전력 변화율 도출수단을 구비하고,

회전전기의 회전속도의 변화율을 도출하는 회전속도 변화율 도출수단을 구비하여,

배터리 전력 변화율 도출수단에 의하여 도출되는 배터리 전력 변화율이,

배터리 전력 변화율이 큰지의 여부를 판정하는 배터리 전력 급변 역치보다 크거나, 혹은 상기 회전속도 변화율 도출수단에 의하여 도출되는 회전속도 변화율이, 회전속도 변화율이 큰지의 여부를 판정하는 회전속도 급변 역치보다 큰 경우에, 또한,

상기 배터리 전력 도출수단에서 도출되는 상기 배터리 전력이, 상기 과대시 역치보다 작은 값이 되는 급변시 역치보다 큰 급변시에, 상기 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 구성이 된다.

배터리 전력 자체, 혹은 회전전기의 회전속도에 근거하는 토크 제한이 실행되는 경우, 각각 앞서 2－1, 2－2에서 설명한 작동·효과를 얻을 수 있다.

지금까지 설명해 온 구성에 있어서, 배터리 전력 도출수단에 의한 배터리 전력의 도출은, 회전전기의 실(實)회전속도와 회전전기에 요구되는 요구 토크에 근거하여 행하는 것으로 할 수 있으며, 회전전기에 요구되는 회전속도, 토크인 요구 회전속도, 요구 토크가 결정되는 경우는, 요구 회전속도, 요구 토크에 의한 것으로도 할 수 있다.

그런데, 본원에 관한 회전전기 제어시스템은, 모터로서 작동하는 회전전기를 구비한 차량 구동 시스템, 혹은, 모터로서 작동하는 회전전기 외, 발전기로서 작동하는 회전전기를 구비한 하이브리드 시스템에도 채용 가능하다. 이하, 각각 시스템에 있어서의 배터리 전력의 도출에 관하여 설명한다.

1 모터로서 작동하는 회전전기를 구비한 차량 구동 시스템

이 차량 구동 시스템의 경우, 모터로서 작동하는 회전전기만을 제어대상으로 하게 되지만, 배터리 전력 도출수단에서 도출되는 배터리 전력이, 회전전기가 요구 회전속도 및 요구 토크로 작동하는 경우에, 회전전기가 모터로서 작동하기 위하여 필요하게 되는 전력으로서 도출되는 구성을 채용한다.

이 도출 구성을 채용함으로써, 모터로서 작동하는 회전전기만을 구비한 주행 구동 시스템에서 있어서의 배터리 전력을 적절히 구할 수 있다.

2 모터로서 작동하는 회전전기 외, 발전기로서 작동하는 회전전기를 구비한 하이브리드 시스템

이 하이브리드 시스템에서는, 적어도 발전기로서 작동하는 제1 회전전기와 모터로서 작동하는 제2 회전전기를 제어대상으로 하게 되지만, 배터리 전력 도출수단에서 도출되는 배터리 전력이, 제2 회전전기가 요구 회전속도 및 요구 토크로 작동하는 경우에, 제2 회전전기가 모터로서 작동하기 위하여 필요하게 되는 전력과, 제1 회전전기가 요구 회전속도 및 요구 토크로 작동하는 경우에, 제1 회전전기가 발전기로서 작동하기 위하여 필요하게 되는 전력의 합으로서 도출되는 구성을 채용한다. 이 도출 구성을 채용함으로써, 발전기로서 작동하는 회전전기 및 모터로서 작동하는 회전전기를 구비한 하이브리드 시스템에서 있어서의 배터리 전력을 적절히 구할 수 있다.

지금까지의 설명에 있어서는, 토크 제한에 있어서, 어떻게 토크 제한값을 설정하는지는 설명하지 않았지만, 과대시 및 급변시 각각에 있어서, 토크 제한값을 이하와 같이 도출하고, 설정하여, 모터로서 작동하는 회전전기의 토크를 저하시킴으로써, 과전류 방지, 배터리로부터의 과도한 전력의 반출 방지를 도모할 수 있다.

1 과대시

과대시에는, 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 경우에, 과대시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 과대시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구하는 과대시 토크 제한값 도출수단을 구비해 둔다.

과대시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 과대시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 도출하여 설정함으로써, 배터리로부터의 과도한 전력의 반출을 방지, 과전류의 방지도 도모할 수 있다.

2 급변시

급변시에는, 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 경우에, 급변시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 급변시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구하는 급변시 토크 제한값 도출수단을 구비해 둔다.

급변시에, 그 급변이 일어났다 하더라도 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 급변시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 도출하여 설정함으로써, 배터리로부터의 과도한 전력의 반출을 방지, 과전류의 방지도 도모할 수 있다.

지금까지의 설명에서는, 과대시 제한전력과 급변시 제한전력의 관계에 대하여서는, 특별히 서술하지 않았지만, 과대시 제한전력은 실제로 과대하게 되어 있는 상황에서 토크 제한을 걸고, 급변시 제한전력은 과대하게 될 가능성이 높으며, 급격히 과대하게 될 가능성이 높은 상태에 대응하고 있기 때문에,

과대시에, 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 경우에, 과대시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 과대시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구하는 과대시 토크 제한값 도출수단과,

급변시에, 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 경우에, 급변시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 급변시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구하는 급변시 토크 제한값 도출수단을 구비하여,

과대시 제한전력이, 급변시 제한전력보다 크게 설정되어 있음으로써, 적절한 토크 제한을 실현할 수 있다.

먼저 배터리 전력에 관하여서도 설명한 바와 같이, 본원에 관한 회전전기 제어시스템은, 모터로서 작동하는 회전전기를 구비한 차량 구동 시스템, 혹은, 모터로서 작동하는 회전전기 외, 발전기로서 작동하는 회전전기를 구비한 하이브리드 시스템에도 채용 가능하다. 이하, 각각 시스템에 있어서의 토크 제한값의 도출에 관하여 설명한다.

1 모터로서 작동하는 회전전기를 구비한 차량 구동 시스템

이 차량 구동 시스템에서는, 모터로서 작동하는 회전전기만을 제어대상으로 하게 되지만, 토크 제한값이, 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 제한전력과, 회전전기가 모터로서 작동하기 위하여 필요하게 되는 모터 손실에 근거하여 도출되는 구성으로 할 수 있다. 이 도출 구성을 채용함으로써, 모터로서 작동하는 회전전기만을 구비한 주행 구동 시스템에 있어서의 토크 제한값을 적절히 구할 수 있다.

이 하이브리드 시스템에서는, 발전기로서 작동하는 제1 회전전기와 모터로서 작동하는 제2 회전전기를 제어대상으로 하여, 토크 제한값이, 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 제한전력과, 제2 회전전기가 모터로서 작동하기 위하여 필요하게 되는 전력과, 제1 회전전기가 발전기로서 작동하기 위하여 필요하게 되는 전력에 근거하여 도출되는 구성으로 할 수 있다. 이 도출 구성을 채용함으로써, 발전기로서 작동하는 회전전기 및 모터로서 작동하는 회전전기를 구비한 하이브리드 시스템에 있어서의 배터리 전력을 적절히 구할 수 있다.

여기서, 앞서 설명한 과대시 역치로서, 배터리 전력이 증대하는 경우에 사용하는 과대시 역치 상측과, 배터리 전력이 감소하는 경우에 사용하는 과대시 역치 하측을 구비하는 구성을 채용하는 것이 바람직하다.

이 구성은 과대시 역치에 히스테리시스(hysteresis)를 갖게 하게 되지만, 이와 같이 히스테리시스를 갖게 함으로써 제어 지연을 흡수할 수 있으며, 또한, 배터리 전력이 과대시 역치를 걸쳐서 진동적으로 변화하는 경우에, 펀칭 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

마찬가지로, 앞서 설명한 급변시 역치로서, 배터리 전력이 증대하는 경우에 사용하는 급변시 역치 상측과, 배터리 전력이 감소하는 경우에 사용하는 급변시 역치 하측을 구비하는 것도 바람직하다.

이 구성은 급변시 역치에 히스테리시스를 갖게 하게 되지만, 이와 같이 히스테리시스를 갖게 함으로써 제어 지연을 흡수할 수 있으며, 또한, 배터리 전력이 급변시 역치를 걸쳐서 진동적으로 변화하는 경우에, 펀칭 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

앞서 설명한 토크 제한값의 도출에 있어서, 제어 지연을 흡수하는 방법으로서는, 현재값과 예측값을 사용하는 것도 가능하다.

즉, 모터 회전속도(모터로서 작동하는 회전전기의 회전속도)에 관하여서는, 토크 제한값을 구함에 있어서, 모터 회전속도의 변화율과 제어 지연에 근거하는 계수(係數)의 적산값과 현재의 모터 회전속도의 합으로서 얻어지는 모터 회전속도 예측값에 근거하여 토크 제한값을 구함으로써, 제어 지연을 흡수할 수 있다.

마찬가지로, 발전기 전력(발전기로서 작동하는 회전전기의 전력)에 관하여서는, 토크 제한값을 구함에 있어서, 발전기 전력의 변화율과 제어 지연에 근거하는 계수의 적산값과 현재의 발전기 전력의 합으로서 얻어지는 발전기 추정전력 예측값에 근거하여 토크 제한값을 구함으로써, 제어 지연을 흡수할 수 있다.

도 1은, 본원에 관한 차량 구동 시스템의 구동계의 개략을 나타내는 도면.
도 2는, 본원에 관한 차량 구동 시스템의 회전전기 제어계의 개략을 나타내는 도면.
도 3은, 본원에 관한 차량 구동 시스템의 전체의 개략을 나타내는 도면.
도 4는, 승압 컨버터 손실의 맵을 나타내는 도면.
도 5는, 본원에 관한 토크 제한의 개념을 나타내는 도면.
도 6은, 토크 제한처리의 플로우를 나타내는 도면.
도 7은, 급변시의 토크 제한상태를 나타내는 도면.
도 8은, 급변시 및 과대시의 토크 제한상태를 나타내는 도면.
도 9는, 급변시 역치에 히스테리시스를 마련한 경우의 급변시의 토크 제한상태를 나타내는 도면.
도 10은, 급변시 역치 및 과대시 역치에 히스테리시스를 마련한 경우의 급변시 및 과대시의 토크 제한상태를 나타내는 도면.
도 11은, 발전기로서 작동하는 회전전기를 구비하지 않고, 모터로서 작동하는 단일의 회전전기를 구비한 구동장치의 구성을 나타내는 도면.
도 12는, 도 11에 나타내는 구동장치에 있어서의 토크 제한처리의 플로우를 나타내는 도면.

이하, 본 발명에 관한 회전전기 제어시스템(100)의 하나의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이 회전전기 제어시스템(100)은, 도 3에 그 전체를 나타내는 차량 구동 시스템(200)에 설치되어, 차량 구동 시스템(200)에 구비되는 회전전기(MG1, MG2)의 운전 제어를 담당한다.

도 1은 이 차량 구동 시스템(200)의 구동계의 개략을 나타내는 도면이며, 도 2는, 회전전기(MG1, MG2)를 제어하기 위하여 설치되는 인버터(In)를 주로 하는 회전전기 제어계의 개략을 나타내는 도면이다. 도 3은, 본원의 독특한 제어장치(ECU)를 구비한 차량 구동 시스템(200)의 전체의 개요를 나타내는 도면이다. 도 3에 있어서, 실선의 화살표로 각종 정보의 전달 경로를, ２중 실선으로 구동력의 전달 경로를, ２중 파선으로 전력의 전달 경로를 나타내고 있다.

1－1. 구동계

도 1, 도 3에 나타내는 바와 같이, 차량에는 엔진(E)과 한 쌍의 회전전기(MG1, MG2)가 구비되어 있으며, 엔진(E) 혹은 모터로서 작동하는 회전전기로부터 구동력을 얻어 주행 가능하게 구성됨과 함께, 엔진(E)에 의하여 발생되는 구동력 중 적어도 일부는, 발전기로서 작동하는 회전전기에 있어서 전력으로 변환되어, 배터리(B)의 충전, 혹은 모터로서 작동하는 회전전기의 구동용으로 제공된다. 또한, 제동시에는, 제동력을 회전전기에 의하여 회생하여, 배터리(B)에 전력으로서 축전 하는 것도 가능하게 되어 있다.

이 차량 구동 시스템(200)은 소위 하이브리드 시스템이며, 엔진(E)과 차륜(W) 사이에, 하이브리드 구동장치(1)를 구비하여 구성되어 있다. 엔진(E)으로서는, 가솔린 엔진이나 디젤 엔진 등의 공지(公知)의 각종 내연엔진을 이용할 수 있다.

하이브리드 구동장치(1)의 입력축(I)은, 엔진(E)의 크랭크 샤프트 등의 출력 회전축에 접속되어 있다. 여기서, 입력축(I)이 엔진(E)의 출력 회전축과의 사이에 댐퍼나 클러치 등을 통하여 접속된 구성으로 하여도 적절하다. 출력은, 디퍼렌셜(differential)장치(D) 등을 통하여 차륜(W)에 회전 구동력을 전달 가능하게 접속되어 있다. 또한, 입력축(I)은 동력분배기구(P1)의 캐리어(ca)에 연결되어 있으며, 차륜(W)에 디퍼렌셜장치(D)를 통하여 접속되는 중간축(M)은 링기어(r)에 연결되어 있다.

제1 회전전기(MG1)는, 스테이터(St1)와, 이 스테이터(St1)의 직경방향 내측에 회전 가능하게 지지된 로터(Ro1)를 가지고 있다. 이 제1 회전전기(MG1)의 로터(Ro1)는, 동력분배기구(P1)의 선기어(s)와 일체 회전하도록 연결되어 있다. 또한, 제2 회전전기(MG2)는, 스테이터(St2)와, 이 스테이터(St2)의 직경방향 내측에 회전 가능하게 지지된 로터(Ro2)를 가지고 있다. 이 제2 회전전기(MG2)의 로터(Ro2)는, 출력기어(O)와 일체 회전하도록 연결되어, 디퍼렌셜장치(D)의 입력측에 접속되어 있다. 제1 회전전기(MG1) 및 제2 회전전기(MG2)는, 도 1, 도 3에 나타내는 바와 같이, 인버터(In)를 통하여 배터리(B)에 전기적으로 접속되고 있다. 또한, 인버터(In)는 냉각수와의 열 교환에 의하여 냉각되는 구조가 채용되어 있다. 제1 회전전기(MG1) 및 제2 회전전기(MG2)는, 각각 전력의 공급을 받아서 동력을 발생시키는 모터로서의 기능과, 동력의 공급을 받아서 전력을 발생시키는 발전기로서의 기능을 하는 것이 가능하게 되어 있다.

본 예에서는, 제1 회전전기(MG1)는, 주로 동력분배기구(P1)의 선기어(s)를 통하여 입력된 구동력에 의하여 발전을 행하는 발전기로서 기능하여, 배터리(B)를 충전하며, 혹은 제2 회전전기(MG2)를 구동하기 위한 전력을 공급한다. 다만, 차량의 고속주행시에는 제1 회전전기(MG1)는 모터로서 기능하는 경우도 있다. 한편, 제2 회전전기(MG2)는, 주로 차량 주행용의 구동력을 보조하는 모터로서 기능한다. 또한, 차량의 감속시 등에, 제2 회전전기(MG2)는, 차량의 관성력을 전기에너지로서 회생하는 발전기로서 기능한다. 이와 같은 제1 회전전기(MG1) 및 제2 회전전기(MG2)의 운전은, 제어장치(ECU)로부터 제어 지령에 따라서 행하여진다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 동력분배기구(P1)는, 입력축(I)과 동축 형상으로 배치된 싱글 피니언형 유성기어기구에 의하여 구성되어 있다. 즉, 동력분배기구(P1)는, 복수의 피니언 기어를 지지하는 캐리어(ca)와, 상기 피니언 기어에 각각 맞물리는 선기어(s) 및 링기어(r)를 회전요소로서 가지고 있다. 선기어(s)는, 제1 회전전기(MG1)의 로터(Ro1)와 일체 회전하도록 접속된다. 캐리어(ca)는, 입력축(I)과 일체 회전하도록 접속되어 있다. 링기어(r)는, 중간축(M)과 일체 회전하도록 접속되어 있다. 이에 의하여, 링기어(r)는, 중간축(M)을 통하여 디퍼렌셜장치(D)에 접속되어 있다.

1－2. 회전전기 제어계

도 2는, 인버터(In)를 주체로 하는 각 회전전기의 동작제어계를 나타낸 것이다. 이 회전전기 제어계는, 배터리(B)와 각 회전전기(MG1, MG2)와, 양자 간에 개장(介裝)되는 인버터(In)를 구비하여 구성되어 있다. 그리고, 인버터(In)는, 배터리(B)측으로부터, 전압 변환부(4), 주파수 변환부(5)를 구비하고 있다. 도 2로부터도 판명되는 바와 같이, 한 쌍의 회전전기(MG1, MG2)에 대하여, 각각 주파수 변환부(5)는 개별로 설치되어 있다. 주파수 변환부(5)와 각 회전전기(MG1, MG2) 사이에는, 회전전기를 흐르는 전류량을 측정하기 위한 전류센서(제1 회전전기 전류센서(Se7), 제2 회전전기 전류센서(Se8))가 구비되어 있다.

상기한 배터리(B)는, 회전전기(MG1, MG2)로 전력의 공급이 가능한 것임과 함께, 회전전기(MG1, MG2)로부터 전력의 공급을 받아서 축전 가능한 것이다.

인버터(In)에 있어서, 전압 변환부(4)를 이루는 전압 변환회로는, 리액터(4a), 필터 콘덴서(4b)와, 상하 한 쌍의 스위칭 소자(4c, 4d)로 구성되어 있다. 이들 각 스위칭 소자(4c, 4d)로서, MOSFET(MOS형 전계 효과 트랜지스터)을 채용할 수 있다.

상단의 스위칭 소자(4c)의 소스는 하단의 스위칭 소자(4d)의 드레인에 접속됨과 함께, 리액터(4a)를 통하여 배터리(B)의 플러스측에 접속되어 있다. 상단의 스위칭 소자(4c)의 드레인이 주파수 변환부(5)의 입력 플러스측이 된다. 상단의 스위칭 소자(4c) 및 하단의 스위칭 소자(4d)의 게이트는 드라이버 회로(7)에 접속되며, 하단의 스위칭 소자(4d)의 소스는 배터리(B)의 마이너스측(그라운드)에 접속된다.

이들 스위칭 소자(4c, 4d)가, 후술하는 회전전기 제어수단(14)으로부터 출력되는 전압 지령인 요구 전압에 근거하여 드라이버 회로(7)로부터 PWM 제어됨으로써, 배터리(B)로부터의 전압을 승압하여 주파수 변환부(5)에 공급한다. 한편, 회전전기(MG2)측으로부터 전력을 받는 경우는, 강압(降壓)하여 배터리(B)에 공급하게 된다.

주파수 변환부(5)를 이루는 인버터 회로는, 상하 양단의 스위칭 소자(8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f)를 구비하여 구성되어 있다. 이들 각 스위칭 소자(8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f)로서도, MOSFET(MOS형 전계효과 트랜지스터)을 채용할 수 있다.

상단의 스위칭 소자(8a, 8b, 8c)의 드레인은 전압 변환부(4)의 출력 플러스측에 접속되고, 게이트는 드라이버 회로(7)에 접속되며, 소스는 하단의 스위칭 소자(8d, 8e, 8f)의 드레인에 접속되고, 하단의 스위칭 소자(8d, 8e, 8f)의 게이트는 드라이버 회로(7)에 접속되며, 소스는, 전압 변환부(4)의 출력 마이너스측, 즉, 배터리(B)의 마이너스측(그라운드)에 접속되어 있다.

쌍이 되는 상하 양단의 스위칭 소자((8a,8d), (8b,8e), (8c,8f))의 각 중간점(9u, 9v, 9w)은, 회전전기(MG1, MG2)의 U상, V상, W상의 권선에 각각 접속되어 있다. 각 권선으로의 통전(通電) 전류는, 전류 검출센서(Se7, Se8)에 의하여 검출되고 있으며, 이 검출값은 드라이버 회로(7)에 송출되고, 또한 제어장치(ECU)에도 보내진다.

이들 스위칭 소자(8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f)가, 후술하는 회전전기 제어수단(14)으로부터 출력되는 요구 회전속도, 요구 토크에 근거하여 드라이버 회로로부터 PWM 제어됨으로써, 각 회전전기(MG1, MG2)를, 요구 회전속도, 요구 토크(토크 제한을 행하는 경우는 제한 토크)로 운전시킨다. 회전전기(MG1, MG2)측으로부터 전력을 받는 경우는, 소정 주파수의 교류를 직류로 변환하게 된다.

인버터(In)는, 도 3에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 통전에 의하여 발열하여 고온이 되는 각 스위칭 소자(4c, 4d, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f)를 강온(降溫)하기 위한 열 교환기(9)를 구비하고 있다. 열 교환기(9)에는, 외측의 일측면에 스위칭 소자(8a)(다른 스위칭 소자는 도시 생략)가 밀착 고정되며, 내부에 냉매인 냉각수가 유통하는 냉각수 통로(9a)가 형성되어 있다. 냉각수 통로(9a)의 입구 및 출구에는, 냉각수 순환로(10)의 일단 및 타단이 접속되어 있으며, 냉각수 순환로(10)는 열 교환기(9)로부터 송출되는 고온의 냉각수를 강온하여, 강온된 냉각수를 열 교환기(9)에 되돌린다.

1－3. 차량 구동 시스템

이하, 도 3에 근거하여, 본원에 관한 차량 구동 시스템(200)의 전체에 대하여, 시스템의 중핵을 이루는 제어장치(ECU)를 중심으로 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 제어장치(ECU)는, 차량의 각 부에 설치된 센서(Se1∼Se8)에서 취득되는 정보를 이용하여, 엔진(E), 제1 회전전기(MG1), 제2 회전전기(MG2) 등의 운전 제어를 행한다. 여기서, 제1 회전전기(MG1), 제2 회전전기(MG2)의 운전 제어는, 앞서 설명한 인버터(In)를 통하는 것이 된다.

본 예에서는, 센서로서, 제1 회전전기 회전속도센서(Se1), 제2 회전전기 회전속도센서(Se2), 엔진 회전속도센서(Se3), 배터리 상태 검출센서(Se4), 차속(車速)센서(Se5), 액셀 조작 검출센서(Se6), 제1 회전전기 전류센서(Se7) 및 제2 회전전기 전류센서(Se8)가 설치되어 있다.

제1 회전전기 회전속도센서(Se1)는, 제1 회전전기(MG1)의 로터(Ro1)의 회전속도를 검출하기 위한 센서이다. 제2 회전전기 회전속도센서(Se2)는, 제2 회전전기(MG2)의 로터(Ro2)의 회전속도를 검출하기 위한 센서이다. 엔진 회전속도센서(Se3)는, 엔진(E)의 출력 회전축의 회전속도를 검출하기 위한 센서이다. 본 예의 경우, 입력축(I)은 엔진(E)의 출력 회전축과 일체 회전하므로, 이 엔진 회전속도센서(Se3)에 의하여 검출되는 엔진(E)의 회전속도는 입력축(I)의 회전속도와 일치한다. 배터리 상태 검출센서(Se4)는, 배터리(B)의 충전량, 배터리를 흐르는 전류 및 배터리의 전압 등을 검출하기 위한 센서이다. 차속센서(Se5)는, 차속을 검출하기 위하여 디퍼렌셜장치(D)의 입력축(도시 생략)의 회전속도를 검출하기 위한 센서이다. 액셀 조작 검출센서(Se6)는, 액셀 페달(18)의 조작량을 검출하기 위한 센서이다. 제1 회전전기 전류센서(Se7) 및 제2 회전전기 전류센서(Se8)는, 인버터(In)에 구비되어, 각각 제1 회전전기(MG1), 제2 회전전기(MG2)를 흐르는 전류를 검출한다.

제어장치(ECU)는, 요구 구동력 결정수단(11), 주행조건 결정수단(12), 엔진 제어수단(13), 회전전기 제어수단(14)을 구비하고 있다. 또한, 이 제어장치(ECU)에는, 본원의 독특한 구성인, 소정의 조건 하에서 토크 제한을 실행하는 토크 제한수단(15)이 설치되어 있으며, 이 토크 제한수단(15)은, 배터리 전력 도출수단(15a), 배터리 전력 변화율 도출수단(15b), 회전속도 변화율 도출수단(15c), 토크 제한 판정수단(15d), 토크 제한값 도출수단(15e)이 구비되어 있다.

제어장치(ECU)에 있어서의 이들 각 수단은, CPU 등의 연산처리장치를 중핵부재로 하여, 입력된 데이터에 대하여 다양한 처리를 행하기 위한 기능부가 하드웨어 또는 소프트웨어(프로그램) 혹은 그 양쪽에 의하여 실장(實裝)되어 구성되어 있다.

요구 구동력 결정수단(11)은, 차속센서(Se5) 및 액셀 조작 검출센서(Se6)로부터의 출력에 근거하여, 운전자에 의한 요구 구동력을 연산하여 취득 결정한다.

엔진 제어수단(13)은, 엔진(E)의 운전 개시, 정지를 행하는 것 외에, 주행조건 결정수단(12)에 의하여 결정되는 엔진에 요구되는 회전속도 및 출력 토크에 따라서, 엔진의 회전속도 제어, 출력 토크 제어 등의 운전 제어를 행한다. 회전전기 제어수단(14)은, 주행조건 결정수단(12)에 의하여 결정되는 각 회전전기(MG1, MG2)에 요구되는 회전속도 및 출력 토크에 따라서, 인버터(In)를 통하여, 제1 회전전기(MG1) 및 제2 회전전기(MG2)의 회전속도 제어, 토크 제어 등의 운전 제어를 행한다.

주행조건 결정수단(12)은, 차속센서(Se5)에 의하여 얻어지는 차속의 정보, 요구 구동력 결정수단(11)에 의하여 얻어지는 요구 구동력의 정보 및 배터리 상태 검출센서(Se4)에 의하여 얻어지는 배터리 충전량의 정보 등에 따라서, 미리 구비되어 있는 맵 등에 따라서, 차량에 요구되는 주행조건인, 엔진(E)의 회전속도(요구 회전속도) 및 출력 토크(요구 토크), 제1 회전전기(MG1) 및 제2 회전전기(MG2) 각각의 회전속도(요구 회전속도) 및 출력 토크(요구 토크)를 결정한다.

이 주행조건 결정수단(12)에 있어서의 상기 주행조건의 결정예를 예시적으로 설명하면, 배터리(B)의 축전량이 충분한 경우에는, 예컨대, 엔진(E)이 최적 연비 효율을 발휘할 수 있는 운전조건을 엔진(E)에 요구되는 회전속도 및 토크로 하고, 이 엔진(E)의 운전조건에서는 부족한 토크를 제2 회전전기(MG2)에 요구되는 토크로 하며, 또한, 동력분배기구(P1)에 의하여 제1 회전전기(MG1)측에 분배되는 토크를 제1 회전전기(MG1)에 요구되는 토크(이 상태에서는 제1 회전전기(MG1)는 발전기로서 작동하기 때문에, 요구 토크는 마이너스)로 한다. 그리고, 상술한 동력분배기구(P1)의 구성 및 구동계에 구비되는 기어의 기어비 등에 따라서, 제1 회전전기(MG1), 제2 회전전기(MG2)가 취해야 할 회전속도가 요구 회전속도로서 결정된다.

한편, 배터리(B)의 축전량이 적어지고 있어 차량에 제동이 걸리고 있는 경우에는, 모터로서 작동하는 제2 회전전기(MG2)의 회전속도가 억제된 상태에서, 제1 회전전기(MG1)에서 발전되는 전력을 증가시키기 위하여, 엔진(E), 제1 회전전기(MG1), 제2 회전전기(MG2)의 운전조건을 결정한다. 이 경우, 차량에 제동이 걸리는 상태에서 차륜(W)의 회전속도, 나아가서는 제2 회전전기(MG2)의 회전속도는 저하되고 있다. 이 상태에서 엔진 회전속도를 올림으로써, 동력분배기구(P1)에 있어서의 유성기어의 각 기어의 접속관계로부터, 발전기로서 작동하는 제1 회전전기(MG1)의 회전속도를 상승시킨다. 그 결과, 제1 회전전기(MG1)의 발전량을 증가시켜서, 배터리(B)의 충전을 행할 수 있다.

주행조건 결정수단(12)에 의하여 결정되는 엔진(E)에 대한 요구 회전속도 및 요구 토크는, 엔진 제어수단(13)에 보내져, 엔진(E)이, 이들 요구 회전속도, 요구 토크를 충족시키도록 운전 제어된다. 한편, 제1 회전전기(MG1), 제2 회전전기(MG2)에 대한 요구 회전속도 및 요구 토크는, 각각 회전전기 제어수단(14)에 보내져, 각각의 회전전기에 대한 운전 제어정보가 생성되고, 요구 회전속도에 대응하는 주파수 지령, 요구 토크에 대응하는 전류 지령으로 변환됨과 함께, 인버터(In)에 보내져, 드라이버 회로(7)를 통하여 각각의 회전전기(MG1, MG2)가 운전 제어된다.

그런데, 도 3에 나타내는 바와 같이, 회전전기 제어수단(14)에는 인버터 전압 결정부(14a)가 설치되어 있다. 앞서 나타낸 바와 같이 회전전기 제어수단(14)에는 주행조건 결정수단(12)으로부터, 각 회전전기(MG1, MG2)에 대한 요구 회전속도 및 요구 토크가 보내져 온다. 한편, 본 예에서 채용하는 인버터(In)는, 공통의 전압 변환부(4)를 구비하며, 그 공통의 전압 변환부(4)에 의하여 전압 변환된 직류전압(이 전압을 인버터 전압이라 부름)이, 주파수 변환부(5)에 가하여진다. 그래서, 회전전기 제어수단(14)에서는, 각각의 회전전기(MG1, MG2)에 요구되는 요구 회전속도 및 요구 토크로부터, 인버터(In)에서 회전전기(MG1, MG2)를 제어하는데에 필요하게 되는 회전전기마다의 주파수 및 전류값을 구하고, 또한 각 회전전기(MG1, MG2)마다 필요하게 되는 직류전압(이 전압을 각각 제1 전압, 제2 전압이라 부름)을 구한다. 그리고, 회전전기 제어수단(14)에서는, 한 쌍의 구해지는 제1 전압, 제2 전압에 근거하여, 그들 중 높은 쪽의 전압을 인버터 전압으로 한다.

따라서, 회전전기 제어수단(14)에서는, 인버터(In)에 대한 지령값으로서, 상기 인버터 전압(Vc)이 구해짐과 함께, 회전전기(MG1, MG2)마다 주파수 및 전류값이 구해져, 인버터(In)로 보내진다.

이상은, 주행조건 결정수단(12)에 의하여 결정되는 주행조건에 그대로 따라서, 엔진(E) 및 한 쌍의 회전전기(MG1, MG2)가 운전되는 경우의 설명이다.

이와 같은 통상상태에 있어서의 주행상태에 대하여, 본원에 있어서는, 토크 제한수단(15)에 의하여, 배터리에 과전류가 흐를 가능성이 있는 경우에, 소정의 조건 하에서 모터로서 작동하는 회전전기의 토크를 제한하도록 구성되어 있다. 토크 제한이 실행되는 상태에 있어서는, 모터로서 작동하는 회전전기의 토크가, 토크 제한값으로 제한된다.

이 토크 제한수단(15)은, 배터리 전력 도출수단(15a), 배터리 전력 변화율 도출수단(15b), 회전속도 변화율 도출수단(15c), 토크 제한 판정수단(15d), 토크 제한값 도출수단(15e)으로 구성되어 있다.

1 배터리 전력 도출수단

이 배터리 전력 도출수단(15a)은, 현상(現狀)에서 배터리 전력을 도출하는 수단이며, 본 실시예의 경우, 배터리 전력은, 한 쌍의 회전전기에 관하여, 상기 주행조건 결정수단(12)에 의하여 결정되는 주행조건(요구 토크 및 요구 회전속도)에 따라서, 한쪽이 모터로서 다른 쪽이 발전기로서 작동하는 경우에, 배터리로부터 인출되는 전력(배터리가 공급하는 것이 필요하게 되는 전력)이다.

이 배터리 전력은, 이하에 각각 나타내는 모터 전력(수학식 1), 발전기 전력(수학식 2), 승압 컨버터 손실 및 콘덴서 차지(charge) 전력(수학식 3)의 합산값으로서 도출된다. 이들은 모두 추정값이며, 이하에 나타내는 수학식에 따라서 구해지지만, 일부(모터 손실, 발전기 손실, 승압 컨버터 손실)는, 주행조건을 따라서, 미리 구해져 있는 맵 등을 이용하여 구한다. 이들 값을, 미리 경험적으로 구해져 있는 추정식에 근거하여 구하는 것으로 하여도 좋다.

여기서, 모터 손실은 경험값을 사용한다.

여기서, 발전기 손실은 경험값을 사용한다.

이들 식에서 토크의 단위는 〔Nm〕이고, 회전속도의 단위는 〔rpm〕이다(이하 동일).

승압 컨버터 손실은, 본 예와 같은 전압 변환부(4)(승압부)를 구비하는 구성에 있어서, 컨버터를 사이에 두고 전압 변화를 행함으로써 발생하는 손실이다.

구체적으로는, 도 2의 p1, p2 사이에서 발생하는 손실이다. 이 값도 경험적으로 얻어지고 있는 값이며, 도 4에, 배터리 전류〔A〕와 승압 컨버터 손실〔W〕의 관계를 나타냈다. 따라서, 이 손실은, 배터리 전류를 얻어, 도 4로부터, 혹은 동 도면 위에 게시한 근사식에 따라서, 그 시점의 승압 컨버터 손실을 구할 수 있다. 근사식에 있어서, a1, a2, a3는 미리 정해져 있는 상수이다. 여기서, 배터리 전류는, 앞서 나타낸 배터리 상태 검출센서(Se4)에 의하여 검출되는 전류를 사용할 수 있다. 또한, 본원에 있어서는, 배터리 전력이 경시(經時)적으로 축차 구해지기 때문에, 그 축차 구해진 배터리 전력으로 직전의 배터리 전력을 배터리 상태 검출센서(Se4)에 의하여 계측되는 현재의 배터리 전압으로 나눗셈하여 구하여도 좋다.

콘덴서 차지 전력은, 평활용 콘덴서(17)(도 2 참조)의 용량을 C〔F〕, Δt를 타임 스텝으로 하여, 이하의 수학식에 근거하여 구해진다.

따라서, 배터리 전력은, 이하의 수학식이 된다.

2 배터리 전력 변화율 도출수단

이 배터리 전력 변화율 도출수단(15b)은, 현재의 배터리 전력과, 단위 타임 스텝 전의 배터리 전력의 차의 절대값을 배터리 전력 변화율로서 구한다.

3 회전속도 변화율 도출수단

이 회전속도 변화율 도출수단(15c)은, 모터로서 작동하고 있는 회전전기에 관하여, 현재의 회전속도와, 단위 타임 스텝 전의 회전속도의 차의 절대값을 회전속도 변화율로서 구한다.

4 토크 제한 판정수단

이 토크 제한 판정수단(15d)은, 토크 제한을 행할지의 여부의 판정을 실행하는 수단이다. 본원에 있어서는, 이하 중 어느 한 조건에 있어서 토크 제한을 건다. 토크 제한을 행하지 않는 경우는, 각 회전전기는, 요구 토크, 요구 회전속도로 제어된다. 도 5에, 본원에 있어서의 토크 제한의 조건의 개략을 나타냈다.

본원에 있어서는, 배터리 전력이 과대인 경우(조건 1)와 배터리 전력이 급변하고 있는 경우(조건 2) 중 어느 한쪽의 상태에서, 토크 제한을 건다.

조건 1(과대시)

도 5의 가장 하측에 나타내고 있는 상황으로서, 배터리 전력이 과대인지의 여부를 판정하는 과대시 역치보다 현재의 배터리 전력이 큰 과대시에, 무조건으로, 토크 제한수단이 토크 제한을 실행한다.

배터리 전력이, 과대시 역치보다 작은 비과대시에는, 하기 조건 2의 경우를 제외하고, 토크 제한을 실행하지 않아, 모터로서 작동하는 회전전기가, 요구 회전속도 및 요구 토크에 근거하여 제어된다.

조건 2(급변시)

도 5의 상측 3단에 나타내고 있는 상황으로서, 배터리 전력이 급변하고 있는지의 여부를 판정하는 급변시 역치보다 큰 급변시에, 배터리 전력 변화율의 상황, 혹은 모터 회전속도 변화율의 상황을 보고, 어느 한쪽의 변화율이 각각 설정되는 소정의 값보다도 큰 경우에 토크 제한수단이 토크 제한을 실행한다. 본원에 있어서는, 이 배터리 전력이 급변하고 있는지의 여부를 판정하는 급변시 역치보다 큰 급변시에, 배터리 전력 변화율의 상황, 혹은 모터 회전속도 변화율의 상황을 판단하고 있는 기능 부위가 「배터리 전력 급변추정수단」을 구성한다. 즉, 이 「배터리 전력 급변추정수단」은, 배터리 전력의 변화율 및 회전전기의 회전속도의 변화율 중 적어도 한쪽에 근거하여, 배터리 전력이 급변하는 급변상태를 추정한다.

배터리 전력이, 급변시 역치보다 작은 비급변시에는, 상기 조건 1의 경우를 제외하고, 토크 제한을 실행하지 않아, 모터로서 작동하는 회전전기가, 요구 회전속도 및 요구 토크에 근거하여 제어된다.

여기서, 배터리 전력 변화율의 상황이란, 배터리 전력 변화율이 큰지의 여부를 판정하는 배터리 전력 급변 역치보다 배터리 전력 변화율이 큰 경우에, 배터리 전력으로부터 보아 급변시에 상당하는 것이다.

한편, 회전속도 변화율의 상황이란, 회전속도 변화율이 큰지의 여부를 판정하는 회전속도 급변 역치보다 회전속도 변화율이 큰 경우에, 회전속도로부터 보아 급변시에 상당하는 것이다.

그리고, 조건 1과 조건 2의 관계에 대하여 설명하면, 앞서 설명한 과대시 역치는 급변시 역치보다 크게 설정되어 있다.

이상의 판정에 의하여 토크 제한을 실행하는 경우는, 토크 제한값 도출수단(15e)이 작동하여, 그 시점에서의 토크 제한값이 구해진다.

5 토크 제한값 도출수단

이 토크 제한값에 관하여서도, 본원에 있어서는, 과대시의 토크 제한값과, 급변시의 토크 제한값의 별이(別異)한 토크 제한값을 구하도록 시스템이 구축되어 있다. 즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 토크 제한값 도출수단(15e)으로서, 과대시 토크 제한값 도출수단(15f), 및 급변시 토크 제한값 도출수단(15g)이 구비되어 있다.

과대시 토크 제한값 도출수단

과대시 토크 제한값 도출수단(15f)은, 과대시에, 이 과대시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 과대시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구한다. 이 과대시 제한전력은, 실질적으로, 지금까지 설명해 온 배터리 전력에 대하여 미리 설정되어 있는 과대시 역치와 같은 값으로 되어 있다.

구체적으로는, 하기의 수학식 5로 과대시의 토크 제한값이 구해진다.

급변시 토크 제한값 도출수단

급변시 토크 제한값 도출수단(15g)은, 급변시에, 이 급변시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 급변시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구한다. 이 급변시 제한전력은, 실질적으로, 지금까지 설명해 온 배터리 전력에 대하여 미리 설정되어 있는 급변시 역치와 같은 값으로 되어 있다.

구체적으로는, 하기의 수학식 6으로 급변시의 토크 제한값이 구해진다.

따라서, 과대시 제한전력과 급변시 제한전력의 관계는, 전자가 후자보다 커진다.

이상이, 본원에 관한 회전전기 제어시스템의 구성의 설명이다.

이하, 도 6, 도 7, 도 8에 근거하여, 이 회전전기 제어시스템에 있어서의 토크 제한에 관하여 설명한다.

도 6은, 본 실시예에 있어서의 토크 제한처리의 플로차트이다.

토크 제한처리는, 이그니션 키의 ON 조작으로부터 OFF 조작에 이르기까지 상시, 소정의 타임 스텝으로 반복된다.

처리에 있어서는, 도 6의 플로차트에서 최상단에 나타내는 바와 같이, 발전기 및 모터에 대한 요구 토크가 받아들여짐과 함께, 발전기 및 모터의 회전속도가 검출된다(스텝 #1). 도 6에 있어서는, 요구 토크를 토크 지령값으로서 기재하고 있다. 또한, 검출되는 회전속도(실제로 회전속도)는 요구 회전속도에 상응하고 있다.

이들 정보를 얻은 후, 배터리 전력 도출수단(15a)은, 그 시점에서의 배터리 전력을 도출(스텝 #2)함과 함께, 배터리 전력 변화율 도출수단(15b)이, 배터리 전력의 변화율을 도출한다(스텝 #3). 한편, 축차 받아들여지는 모터 회전속도로부터, 회전속도 변화율 도출수단(15c)은, 모터로서 작동하는 회전전기의 회전속도 변화율을 도출한다(스텝 #4).

이상의 처리를 거쳐서, 그 시점에 있어서의 배터리 전력, 배터리 전력 변화율, 회전속도 변화율이 얻어진다.

토크 제한 판정수단(15d)은, 이상과 같이 하여 얻어지는 배터리 전력 변화율 및 회전속도 변화율에 근거하여, 배터리 전력 변화율이 배터리 전력 급변 역치 이상인지, 회전속도 변화율이 회전속도 급변 역치 이상인지의 어느 한쪽의 조건을 만족하는지의 여부를 판정한다(스텝 #5). 이와 같이 하여, 변화율의 점으로부터 본 급변의 발생이 판정된다. 그리고, 어느 한쪽의 조건이 충족되는 경우(스텝 #5:yes)는, 배터리 전력이 급변시 역치 이상인지가 판정된다(스텝 #6). 따라서, 배터리 전력의 크기로부터 본 급변의 발생이 판정된다. 그리고, 급변의 발생이 확인된 경우(스텝 #6:yes)는, 급변시 토크 제한값 도출수단(15g)에 의하여 급변시 토크 제한값이 도출되어(스텝 #7), 그 값에 근거한 모터 토크 제한이 실행된다(스텝 #8). 급변의 발생이 확인되지 않은 경우(스텝 #6:no)는, 제한은 행하여지지 않아(스텝 #9), 요구 토크, 요구 회전속도로 모터로서 작동하는 회전전기는 운전된다.

상기 배터리 전력 변화율 및 회전속도 변화율로부터 보아, 어느 한쪽의 조건도 충족되지 않은 경우(스텝 #5:no)는, 배터리 전력이 과대시 역치 이상인지가 판정된다(스텝 #10). 따라서, 배터리 전력의 크기로부터 본 과대의 발생이 판정된다. 그리고, 과대의 발생이 확인된 경우(스텝 #10:yes)는, 과대시 토크 제한값 도출수단(15f)에 의하여 과대시 토크 제한값이 도출되어(스텝 #11), 그 값에 근거한 모터 토크 제한이 실행된다(스텝 #8). 과대의 발생이 확인되지 않은 경우(스텝 #10:no)는, 제한은 행하여지지 않아(스텝 #9), 요구 토크, 요구 회전속도로 모터로서 작동하는 회전전기는 운전된다.

이상이 토크 제한처리의 처리 플로우에 관한 설명인데, 이하, 도 7, 도 8에 근거하여, 급변에 근거하여 토크 제한을 행하는 경우, 과대에 근거하는 토크 제한을 행하는 경우에 대하여 설명한다.

도 7, 도 8은, 각각, 토크 제한을 실행한 경우의 상태를 나타내고 있다. 여기서, 도 7은, 급변이 일어나서 토크 제한을 실행하고 있는 상태(지금까지 설명해 온 급변시)를 동 도면 좌측에, 급변 혹은 과대가 일어나지 않고 토크 제한을 행하지 않아 통상의 운전상태가 유지되고 있는 상태(지금까지 설명해 온 비급변시임과 함께, 비과대시)를 동 도면 우측에 나타내고 있다.

한편, 도 8은, 급변이 일어나서 토크 제한을 실행하고 있는 상태를 동 도면 좌측에, 급변이라고는 인정되지 않은 채로 배터리 전력이 과대하게 된 상태(지금까지 설명해 온 과대시)에, 토크 제한을 행하고 있는 상태를 동 도면 우측에 나타내고 있다.

도 7, 도 8에 있어서, 횡축은 시간이며, 종축은, 하측으로부터, 도 7에 있어서는, 배터리 전력 급변 플래그, 모터 회전속도 급변 플래그, 토크 제한 플래그, 모터 회전속도, 배터리 전력, 급변시 역치(급변시의 판정에 사용하는 배터리 전력의 역치), 모터 토크 지령값을 나타내고 있다. 여기서, 이 모터 토크 지령값은, 지금까지 설명해 온 모터로서 작동하는 회전전기에 대한 요구 토크에 상당한다. 도 8에 있어서는, 배터리 전력 급변 플래그, 모터 회전속도 급변 플래그, 토크 제한 플래그, 모터 회전속도, 배터리 전력, 급변시 역치, 모터 토크 지령값에 더하여, 과대시 역치(과대시의 판정에 사용하는 배터리 전력의 역치)를 나타내고 있다.

급변

도 7의 좌측에는, 모터 회전속도 및 배터리 전력이 급변하여, 모터 회전속도, 배터리 전력이 증가한 상태를 나타내고 있다. 도시하는 상태에 있어서는, 모터 회전속도가 급변하여, 배터리 전력이 급변시 역치를 넘은 상태에서, 토크 제한이 걸린다. 따라서, 토크 제한 플래그가 성립되게 된다. 토크 제한이 걸리면 모터 토크 지령값이 순차 저감되지만, 모터 회전속도가 감소로 향함에 따라서, 모터 토크 지령값도 상승 경향으로 변화된다. 그리고, 배터리 전력의 변화율로부터 하면, 여기서 급변이라 판단될 가능성이 있지만, 배터리 전력이 급변시 역치를 하회(下回)함으로써, 토크 제한이 해소된다.

도 7의 우측에는, 모터 회전속도, 배터리 전력이 서서히 증가한 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는, 배터리 전력이 급변시 역치를 넘은 상태에서도, 모터 회전속도 및 배터리 전력의 급변이 인정되지 않기 때문에, 토크 제한이 걸리지는 않는다.

과대

도 8의 좌측에는, 도 7과 마찬가지인 상태를 나타내며, 급변에 수반하여 토크 제한이 걸리는 상태를 나타내고 있다. 모터 회전속도 및 배터리 전력이 급변하여, 모터 회전속도, 배터리 전력이 증가한 상태를 나타내고 있다.

도 8의 우측에는, 모터 회전속도 및 배터리 전력이 급변하지 않고, 배터리 전력이 과대하게 된 상태를 나타내고 있다. 도시하는 상태에 있어서는, 모터 회전속도가 서서히 증가하여, 배터리 전력이 과대시 역치를 넘은 상태에서, 토크 제한이 걸린다. 따라서, 토크 제한 플래그가 성립되게 된다. 토크 제한이 걸리면 모터 토크 지령값이 순차 저감되지만, 모터 회전속도가 감소로 향함에 따라서, 모터 토크 지령값도 상승 경향으로 변화된다. 그리고, 배터리 전력이 과대시 역치를 하회함으로써, 토크 제한이 해소된다.

이상과 같이 하여, 토크 제한을 급변시에 가할 뿐만 아니라, 과대시에도 가함으로써, 과전류의 발생을 방지할 수 있게 되었다. 또한, 급변시에 있어서도, 배터리 전력 자체의 크기에 근거하는 판정을 행함과 함께, 모터로서 작동하는 회전전기의 회전속도의 변화율에 근거한 판정까지도 행함으로써, 한층 더 과전류 방지를 도모할 수 있게 되었다.

[다른 실시예]

(1) 상기한 실시예에 있어서는, 배터리 전력의 역치로서, 각각 단일의 급변시 역치, 과대시 역치를 사용하는 예를 나타냈다. 그러나, 각 역치에 배터리 전력이 증가하는 상태에서 사용하는 상측의 역치와, 배터리 전력이 감소하는 상태에서 사용하는 하측의 역치를 마련하여도 좋다. 이와 같이 역치를 한 쌍의 값으로 하는 목적은, 역치에 히스테리시스를 갖게 하여 제어 지연 등을 흡수하는 것이다. 이 구성을 채용하여 토크 제한을 실행한 경우의 상황을, 도 7에 대응하여 도 9에, 도 8에 대응하여 도 10에 나타냈다.

도 9에는, 급변시 역치로서, 급변시 역치 상측 및 급변시 역치 하측이 마련되어 있다. 이 구성에서는, 배터리 전력의 증가시에는 급변시 역치 상측을 사용하고, 감소시에는 급변시 역치 하측을 사용함으로써, 제어 지연 등을 흡수할 수 있어, 펀칭 등을 일으키기 어려운 안정된 토크 제한을 실현할 수 있다.

도 10에는, 급변시 역치에 더하여, 과대시 역치로서, 과대시 역치 상측 및 과대시 역치 하측이 마련되어 있는 상태를 나타내고 있다. 이 구성에서는, 배터리 전력의 증가시에는 과대시 역치 상측을 사용하고, 감소시에는 과대시 역치 하측을 사용함으로써, 제어 지연 등을 흡수할 수 있어, 펀칭 등을 일으키기 어려운 안정된 토크 제한을 실현할 수 있다.

(2) 지금까지 설명해 온 실시예에 있어서는, 엔진과 한 쌍의 회전전기를 구비한 스플릿 타입의 하이브리드 구동장치에 관하여 설명하였지만, 본원은, 회전전기를 단일 구비한 하이브리드 구동장치에 채용 가능하다. 또한, 모터로서 작동하는 회전전기를 구비한 구동장치(전동 모터에만 의하여 주행하는 주행장치)에도 적용 가능하다.

(3) 회전전기를 단일 구비한 하이브리드 구동장치의 구성으로서는, 도 11에 나타내는 다양한 구성의 구동장치에 채용할 수 있다. 동 도면은 각각, 이하의 구조를 나타내고 있다.

(a)는, 전동 하류측에서 차륜(도면 외)에 연결되는 무단 변속기(CVT)에, 회전전기(MG)를 연결해 두어, 엔진으로부터의 출력을 클러치(C)를 통하여 변속기(CVT)에 전동 가능하게 한 구성을 나타내고 있다.

(b)는, (a)의 구성에 있어서 무단 변속기를 통하지 않고, 직접 차륜(도면상 타이어라 기재)에 연결하는 구조를 채용한 것이다.

(c)는, 전동 하류측에서 차륜(도면 외)에 연결되는 무단 변속기(CVT)에, 토크 컨버터(TC)를 통하여 회전전기(MG)를 연결해 두고, 또한, 그 회전전기(MG)의 로터축(RX)의 전동 상류측에 엔진으로부터의 출력을 클러치(C)를 통하여 연결 가능하게 한 구성을 나타내고 있다.

(d)는, (c)의 구성에 있어서 무단 변속기를 통하지 않고, 직접 차륜(도면상 타이어라 기재)에 연결하는 구조를 채용한 것이다.

(e)는, 전동 하류측에서 차륜(도면 외)에 연결되는 변속기(TM)의 입력축(IX)에 유성기어기구(PG)를 설치하여, 유성기어기구(PG)의 한 요소에, 댐퍼(DA)를 통하여 엔진으로부터의 동력이 전달됨과 함께, 유성기어기구(PG)의 다른 요소에 회전전기(MG)를 연결해 두어, 회전전기(MG) 단독으로의 주행, 엔진과 회전전기(MG)의 양쪽으로부터 구동력을 얻는 주행을 가능하게 한 구성을 나타내고 있다.

(f)는, (e)의 구성에 있어서 변속기를 통하지 않고, 직접 차륜(도면상 타이어라 기재)에 연결하는 구조를 채용한 것이다.

이와 같이, 발전기로서 작동하는 회전전기를 구비하지 않는 구동장치에 있어서는, 지금까지 설명해 온, 각 수단에 있어서의 도출식이 하기와 같이 변하게 된다.

1 배터리 전력 도출수단

배터리 전력 도출수단(15a)은, 이 경우도 배터리 전력을 도출한다.

배터리 전력은, 모터로서 작동하는 회전전기에 관하여, 이 회전전기가, 요구 토크, 요구 회전속도에 따라서 작동하는 상태에서, 배터리가 공급하는 것이 필요하게 되는 전력이며, 이 모터로서 작동하는 회전전기의 요소만이 관여한다.

이 배터리 전력은, 이하에 나타내는 모터 전력(수학식 11)으로서 도출된다.

여기서, 모터 손실은 경험값을 사용한다.

따라서, 배터리 전력은, 이하의 수학식이 된다.

다만, 이와 같이 모터로서 작동하는 회전전기밖에 없는 경우는, 하기의 도 12에서 나타내는 바와 같이, 배터리 전류와 배터리 전압의 곱으로서, 그 검출값으로부터 직접 배터리 전력을 구할 수도 있다. 이 경우, 발전기측은 고려할 필요가 없기 때문이다.

2 배터리 전력 변화율 도출수단

이 배터리 전력 변화율 도출수단(15b)은, 현재의 배터리 전력과, 단위 타임 스텝 전의 배터리 전력의 차의 절대값을 배터리 전력 변화율로서 구한다. 따라서, 앞서 설명한 것과 변화는 없다.

3 회전속도 변화율 도출수단

이 회전속도 변화율 도출수단(15c)은, 모터로서 작동하고 있는 회전전기에 관하여, 현재의 회전속도와, 단위 타임 스텝 전의 회전속도의 차의 절대값을 회전속도 변화율로서 구한다. 따라서, 앞서 설명한 것과 변화는 없다.

4 토크 제한 판정수단

이 토크 제한 판정수단(15d)은, 본원의 독특한 소정의 조건을 충족한 경우에 토크에 제한을 걸지의 여부를 판정하는 수단이다.

조건 1(과대시)

도 5의 가장 하측에 나타내고 있는 상황으로서, 배터리 전력이 과대인지의 여부를 판정하는 과대시 역치보다 배터리 전력이 큰 과대시에, 무조건으로, 토크 제한수단이 토크 제한을 실행한다.

과대시 역치보다 배터리 전력이 작은 비과대시에는, 하기 조건 2의 경우를 제외하고, 토크 제한을 실행하지는 않는다.

조건 2(급변시)

도 5의 상측 3단에 나타내고 있는 상황으로서, 배터리 전력이 급변하고 있는지의 여부를 판정하는 급변시 역치보다 배터리 전력이 큰 급변시에, 배터리 전력 변화율의 상황, 혹은 모터 회전속도 변화율의 상황을 보고, 어느 한쪽의 변화율이 각각 설정되는 소정의 값보다도 큰 경우에 토크 제한수단이 토크 제한을 실행한다.

급변시 역치보다 배터리 전력이 작은 비급변시에는, 상기 조건 1의 경우를 제외하고, 토크 제한을 실행하지는 않는다.

한편, 회전속도 변화율의 상황이란, 회전속도 변화율이 큰지의 여부를 판정하는 회전속도 급변 역치보다 회전속도 변화율이 큰 경우에, 회전속도로부터 보아 급변시에 상당하는 것이다. 따라서, 앞서 설명한 것과 변화는 없다.

5 토크 제한값 도출수단

과대시 토크 제한값 도출수단

과대시 토크 제한값 도출수단(15f)은, 과대시에 있어서, 이 과대시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 과대시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구한다. 이 과대시 제한전력은, 실질적으로, 지금까지 설명해 온 배터리 전력에 대하여 미리 설정되어 있는 과대시 역치와 같은 값으로 되어 있다.

구체적으로는, 하기의 수학식 13으로 과대시의 토크 제한값이 구해진다.

급변시 토크 제한값 도출수단

급변시 토크 제한값 도출수단(15g)은, 급변시에 있어서, 이 급변시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 급변시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구한다. 이 급변시 제한전력은, 실질적으로, 지금까지 설명해 온 배터리 전력에 대하여 미리 설정되어 있는 급변시 역치와 같은 값으로 되어 있다.

구체적으로는, 하기의 수학식 14로 급변시의 토크 제한값이 구해진다.

이하, 도 6에 대응하여, 도 12에 근거하여, 이 회전전기 제어시스템에 있어서의 토크 제한에 관하여 설명한다.

도 12는, 본 실시예에 있어서의 토크 제한처리의 플로차트이다.

처리에 있어서는, 도 12의 플로차트에서 최상단에 나타내는 바와 같이, 배터리 전압과 배터리 전류 및 모터 회전속도가 검출된다(스텝 #51).

이들 정보를 얻은 후, 배터리 전력 도출수단(15a)은, 그 시점에서의 배터리 전력을 도출(스텝 #52)함과 함께, 배터리 전력 변화율 도출수단(15b)이, 배터리 전력의 변화율을 도출한다(스텝 #53). 한편, 축차 받아들이는 모터 회전속도로부터, 회전속도 변화율 도출수단(15c)은, 모터로서 작동하는 회전전기의 회전속도 변화율을 도출한다(스텝 #54).

토크 제한 판정수단(15d)은, 이상과 같이 하여 얻어지는 배터리 전력 변화율 및 회전속도 변화율에 근거하여, 배터리 전력 변화율이 배터리 전력 급변 역치 이상인지, 회전속도 변화율이 회전속도 급변 역치 이상인지의 어느 한쪽의 조건을 만족하는지의 여부를 판정한다(스텝 #55). 이와 같이 하여, 변화율의 점으로부터 본 급변의 발생이 판정된다. 그리고, 어느 한쪽의 조건이 충족되는 경우(스텝 #55:yes)는, 배터리 전력이 급변시 역치 이상인지가 판정된다(스텝 #56). 따라서, 배터리 전력의 크기로부터 본 급변의 발생이 판정된다.

그리고, 급변의 발생이 확인된 경우(스텝 #56:yes)는, 급변시 토크 제한값 도출수단(15g)에 의하여 급변시 토크 제한값이 도출되어(스텝 #57), 그 값에 근거한 모터 토크 제한이 실행된다(스텝 #58). 급변의 발생이 확인되지 않은 경우(스텝 #56:no)는, 제한은 행하여지지 않아(스텝 #59), 요구 토크, 요구 회전속도로 모터로서 작동하는 회전전기는 운전된다.

상기 배터리 전력 변화율 및 회전속도 변화율로부터 보아, 어느 한쪽의 조건도 충족되지 않은 경우(스텝 #55:no)는, 배터리 전력이 과대시 역치 이상인지가 판정된다(스텝 #60). 따라서, 배터리 전력의 크기로부터 본 과대의 발생이 판정된다.

그리고, 과대의 발생이 확인된 경우(스텝 #60:yes)는, 과대시 토크 제한값 도출수단(15f)에 의하여 과대시 토크 제한값이 도출되어(스텝 #61), 그 값에 근거한 모터 토크 제한이 실행된다(스텝 #58). 과대의 발생이 확인되지 않은 경우(스텝 #60:no)는, 제한은 행하여지지 않아(스텝 #59), 요구 토크, 요구 회전속도로 모터로서 작동하는 회전전기는 운전된다.

이상의 구성을 채용함으로써, 단일의 모터로서 작동하는 회전전기를 구비한 구동장치에 있어서, 배터리에 과전류가 흐르는 것을 양호하게 방지할 수 있다.

(4) 지금까지 설명해 온 실시예에 있어서는, 토크 제한값의 도출시에는, 현시점의 검출값을 사용하는 것으로 하였다. 그러나, 샘플 타임 혹은 제어 지연을 고려한 경우, 모터 회전속도의 예측값이나 발전기 전력의 예측값을, 토크 제한값 도출수단에 의한 토크 제한값의 도출에 채용하는 것도 바람직한 형태이다. 이 경우, 모터 회전속도 예측값, 및 발전기 전력 예측값으로서 이하의 수학식에 근거하여 도출되는 값을 채용할 수 있다.

이와 같이 예측값을 채용하는 경우는, 과대시 토크 제한값 및 급변시 토크 제한값을, 상기에 게시한 수학식 5, 수학식 6 대신에 이하의 수학식에 근거하여 구할 수 있다.

이와 같이 예측값을 사용함으로써, 더욱 정확도가 높은 제어를 행할 수 있다.

배터리로부터 인버터를 통하여 전력의 공급을 받아, 모터로서 작동하는 회전전기에 대한 회전전기 제어시스템을 구축하면, 과전류가 흐르지 않아, 배터리로부터 인버터까지의 보호를 확실히 행할 수 있는 회전전기 제어시스템을 얻을 수 있었다. 또한, 공통의 배터리로부터 전력의 공급을 받는 한 쌍의 회전전기를 구비하여, 하나의 회전전기가 발전기로서 그리고 다른 회전전기가 모터로서 작동하는 형태의 하이브리드 시스템에 있어서, 과전류가 흐르지 않아, 배터리로부터 인버터까지의 보호를 확실히 행할 수 있는 회전전기 제어시스템을 얻을 수 있었다.

Claims

삭제
회전전기(回轉電機)와, 배터리와 상기 회전전기 사이에 개재되어, 상기 회전전기를 흐르는 전류를 제어하는 인버터를 구비한 회전전기 제어시스템으로서,
상기 배터리로부터 공급되는 배터리 전력을 도출하는 배터리 전력 도출수단과,
상기 회전전기의 출력 토크를 제한하는 토크 제한수단과,
상기 배터리 전력의 변화율 및 상기 회전전기의 회전속도의 변화율 중 적어도 한쪽에 근거하여 상기 배터리 전력이 급변하는 급변상태를 추정하는 배터리 전력 급변추정수단을 구비하며,
상기 토크 제한수단은, 상기 배터리 전력이 급변하지 않는 비(非)급변상태에 있어서의 출력 토크의 제한 형태에 대하여, 상기 배터리 전력 급변추정수단에 의하여 상기 급변상태가 추정된 경우에, 상기 출력 토크의 제한 형태를 변경하고,
상기 배터리 전력이 급변하지 않는 비급변상태일 때, 상기 배터리 전력 도출수단에서 도출되는 상기 배터리 전력이 과대인지의 여부를 판정하는 과대시 역치(threshold value)보다 배터리 전력이 큰 과대시에, 상기 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하고,
상기 배터리 전력이 급변하는 급변상태일 때, 상기 과대시 역치보다 작은 값이 되는 급변시 역치보다 상기 배터리 전력이 큰 급변시에, 상기 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 회전전기 제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 배터리 전력 급변추정수단은, 상기 배터리 전력의 변화율이 큰지의 여부를 판정하는 판정 역치인 배터리 전력 급변 역치보다 상기 배터리 전력이 큰 경우, 혹은, 상기 회전전기의 회전속도의 변화율이 큰지의 여부를 판정하는 판정 역치인 회전속도 급변 역치보다 회전속도의 변화율이 큰 경우에, 배터리 전력이 급변하고 있다고 추정하는 회전전기 제어시스템.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 배터리 전력 도출수단은, 상기 회전전기의 실(實)회전속도와, 상기 회전전기에 요구되는 요구 토크에 근거하여 상기 배터리 전력을 도출하는 회전전기 제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 과대시에, 상기 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 경우에, 과대시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 과대시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구하는 과대시 토크 제한값 도출수단을 구비하는 회전전기 제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 급변시에, 상기 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 경우에, 급변시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 급변시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구하는 급변시 토크 제한값 도출수단을 구비하는 회전전기 제어시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 급변시에, 상기 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 경우에, 급변시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 급변시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구하는 급변시 토크 제한값 도출수단을 구비하는 회전전기 제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 과대시에, 상기 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 경우에, 과대시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 과대시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구하는 과대시 토크 제한값 도출수단과,
상기 급변시에, 상기 토크 제한수단이 토크 제한을 실행하는 경우에, 급변시에 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 급변시 제한전력에 근거하여, 토크 제한값을 구하는 급변시 토크 제한값 도출수단을 구비하며,
상기 과대시 제한전력이, 상기 급변시 제한전력보다 큰 회전전기 제어시스템.
청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전전기는, 모터로서 작동하는 회전전기를 포함하여 이루어지고,
상기 토크 제한값이, 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 제한전력과, 상기 회전전기가 모터로서 작동하기 위하여 필요하게 되는 모터 손실에 근거하여 도출되는 회전전기 제어시스템.
청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전전기는, 발전기로서 작동하는 제1 회전전기와, 모터로서 작동하는 제2 회전전기를 포함하여 이루어지고,
상기 토크 제한값이, 허용할 수 있는 배터리 전력의 최대치인 제한전력과,
상기 제2 회전전기가 모터로서 작동하기 위하여 필요하게 되는 전력과,
상기 제1 회전전기가 발전기로서 작동하기 위하여 필요하게 되는 전력에 근거하여 도출되는 회전전기 제어시스템.
청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전전기는, 모터로서 작동하는 회전전기를 포함하여 이루어지고,
상기 토크 제한값을 구함에 있어서, 모터 회전속도의 변화율과 제어 지연에 근거하는 계수(係數)의 적산값과 현재의 모터 회전속도의 합으로서 얻어지는 모터 회전속도 예측값에 근거하여 상기 토크 제한값을 구하는 회전전기 제어시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 회전전기는, 발전기로서 작동하는 회전전기를 포함하여 이루어지고,
상기 토크 제한값을 구함에 있어서, 발전기 전력의 변화율과 제어 지연에 근거하는 계수의 적산값과 현재의 발전기 전력의 합으로서 얻어지는 발전기 추정전력 예측값에 근거하여 상기 토크 제한값을 구하는 회전전기 제어시스템.