KR20190038990A - 전기 자동차 - Google Patents

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KR20190038990A
KR20190038990A KR1020180094634A KR20180094634A KR20190038990A KR 20190038990 A KR20190038990 A KR 20190038990A KR 1020180094634 A KR1020180094634 A KR 1020180094634A KR 20180094634 A KR20180094634 A KR 20180094634A KR 20190038990 A KR20190038990 A KR 20190038990A
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KR
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motor
output
controller
output ratio
converter
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KR1020180094634A
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English (en)
Inventor
슈이치 이와타
유키 죠지마
Original Assignee
도요타 지도샤（주）
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Publication date
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Abstract

전기 자동차는, 제 1 모터(7a) 및 제 2 모터(7b)와, 직류 전원(3)과, 승압 컨버터(10)와, 컨트롤러(8)를 구비하고 있다. 상기 승압 컨버터(10)는, 상기 직류 전원(3)과 상기 제 1 모터(7a)의 사이에 접속되어 있고, 상기 직류 전원(3)의 출력 전압을 승압한다. 상기 제 2 모터(7b)는, 상기 직류 전원(3)의 전력을 승압하지 않고 이용하여 구동한다. 상기 컨트롤러(8)는, 상기 제 1 모터(7a)와 상기 제 2 모터(7b)의 출력 비율을 조정한다. 상기 컨트롤러(8)는, 상기 승압 컨버터(10)에의 입력 전력이 제 1 전력 역치를 초과한 경우, 제 1 전력 역치보다 작은 경우와 비교하여, 상기 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄인다.

Description

전기 자동차{ELECTRIC VEHICLE}
본 명세서가 개시하는 기술은, 주행용으로 2개의 모터(제 1 모터 및 제 2 모터)를 구비하고 있는 전기 자동차에 관한 것이다. 본 명세서에 있어서의 전기 자동차에는, 모터와 엔진의 쌍방을 구비하는 하이브리드 차와, 연료 전지를 전원으로 하는 차량이 포함된다.
주행용으로 2개의 모터를 구비하고 있는 전기 자동차가 알려져 있다. 예를 들면, 일본 공개특허 특개2016-010298호, 일본 공개특허 특개2004-260904호에 기재된 전기 자동차는, 전륜을 구동하는 모터(프론트 모터)와, 후륜을 구동하는 모터(리어 모터)를 구비하고 있다. 프론트 모터와 배터리의 사이에는, 승압 컨버터가 접속되어 있고, 프론트 모터는 배터리의 출력 전압보다 높은 전압에서 구동된다. 리어 모터는 배터리의 전력을 승압하지 않고 이용한다. 일본 공개특허 특개2016-010298호의 전기 자동차에서는, 리어 모터의 누전이 검출된 경우, 리어 모터를 정지하고, 프론트 모터만으로 주행한다. 일본 공개특허 특개2004-260904호의 전기 자동차에서는, 발진시 등, 큰 출력이 요구되는 때에 프론트 모터와 리어 모터를 구동한다.
승압 컨버터는 발열량이 커서, 부하가 커지면 과열되기 쉽다. 전기 자동차는 제 1 모터와 제 2 모터를 구비한다. 제 1 모터는 직류 전원의 전력을 승압하여 이용하여 구동한다. 제 2 모터는 직류 전원의 전력을 승압하지 않고 이용하여 구동한다. 이와 같은 전기 자동차에 있어서, 승압 컨버터의 과열을 막는 것에, 제 1 모터와 제 2 모터의 사용 방법에 개선의 여지가 있다.
본 명세서가 개시하는 전기 자동차는, 주행용의 제 1 모터 및 주행용의 제 2 모터와 승압 컨버터와 컨트롤러를 구비하고 있다. 승압 컨버터는, 직류 전원과 제 1 모터의 사이에 접속되어 있고, 직류 전원의 출력 전압을 승압한다. 제 2 모터는, 직류 전원의 출력 전압을 승압하지 않고 직류 전력의 전력을 이용하여 구동한다. 컨트롤러는, 제 1 모터의 제 1 출력 비율과 제 2 모터의 제 2 출력 비율을 조정한다. 컨트롤러는, 승압 컨버터의 부하를 나타내는 부하 지표가 소정의 역치를 초과한 경우, 부하 지표가 역치보다 작은 경우와 비교하여, 제 1 모터의 출력 비율을 줄인다.
또한, 제 1 모터의 출력 비율을 줄이는 것은, 그 만큼 제 2 모터의 출력 비율을 증가하게 된다. 이 전기 자동차는, 승압 컨버터의 부하가 커지면, 제 1 모터의 출력 비율을 줄인다. 그 결과, 승압 컨버터의 부하를 줄여, 승압 컨버터의 과열을 막을 수 있다.
부하 지표는, 승압 컨버터에의 입력 전력, 승압 컨버터에의 입력 전류, 또는, 승압 컨버터를 구성하는 소정 부품의 온도 중 어느 것이어도 된다. 소정 부품이란, 예를 들면, 리액터, 승압용 스위칭 소자 등이어도 된다.
컨트롤러는, 제 1 및 제 2 모터의 합계 목표 출력으로부터 전력 손실이 최소가 되는 제 1 출력 비율과 제 2 출력 비율을 결정한 후에, 부하 지표에 따라서 제 1 출력 비율과 제 2 출력 비율을 조정하도록 구성되어도 된다.
컨트롤러는, 승압 컨버터의 부하 지표에 의해 출력 비율을 조정하는 것에 앞서 전력 손실의 관점에서 제 1, 제 2 모터의 출력 비율을 먼저 결정한다. 컨트롤러는, 그 후에, 승압 컨버터의 부하가 과대하게 되지 않도록 출력 비율을 조정한다. 그와 같은 처리를 행함으로써, 승압 컨버터의 과열을 회피하는 것과, 전력 손실을 억제하는 것의 양립을 도모할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 특징, 이점, 및 기술적 그리고 산업적 중요성이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기술될 것이고, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은 실시예의 전기 자동차의 전력계의 블록도이다.
도 2는 제 1 실시예에 있어서의 출력 비율 조정 처리의 플로우차트이다.
도 3은 제 2 실시예에 있어서의 출력 비율 조정 처리의 플로우차트이다.
도 4는 제 3 실시예에 있어서의 출력 비율 조정 처리의 플로우차트이다.
도 5는 제 4 실시예에 있어서의 출력 비율 조정 처리의 플로우차트이다.
도 6은 제 5 실시예에 있어서의 출력 비율 조정 처리의 플로우차트이다.
도 7은 모터의 손실 맵의 일례이다.
도 8은 제 6 실시예에 있어서의 출력 비율 조정 처리의 플로우차트이다.
도면을 참조하여 제 1 실시예의 전기 자동차(2)를 설명한다. 도 1에 전기 자동차(2)의 전력계의 블록도를 나타낸다. 실시예의 전기 자동차(2)는, 주행용으로 2개의 모터(제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b))를 구비하고 있다. 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)는 모두 3상 교류 모터이다. 제 1 모터(7a)는 전륜을 구동하고, 제 2 모터(7b)는 후륜을 구동한다.
전기 자동차(2)는 제 1 모터(7a), 제 2 모터(7b) 외에, 배터리(3), 승압 컨버터(10), 제 1 인버터(6a), 제 2 인버터(6b), 컨트롤러(8)를 구비하고 있다. 제 1 모터(7a)에는 제 1 인버터(6a)가 접속되어 있고, 제 2 모터(7b)에는 제 2 인버터(6b)가 접속되어 있다. 제 1 인버터(6a)와 제 2 인버터(6b)는, 모두, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 제 1 모터(7a) 및 제 2 모터(7b)에 공급한다.
제 1 모터(7a)의 최대 구동 전압은 배터리(3)의 출력 전압보다 높다. 그 때문에, 배터리(3)와 제 1 인버터(6a)의 사이에 승압 컨버터(10)가 접속되어 있다. 승압 컨버터(10)는, 배터리(3)의 출력 전압을 승압하여 제 1 인버터(6a)에 공급한다.
제 2 모터(7b)의 최대 구동 전압은 배터리(3)의 출력 전압과 동일하다. 그 때문에, 제 2 인버터(6b)에는 배터리(3)가 직접 접속되어 있다. 즉, 제 2 모터(7b)는 배터리(3)의 전력을 승압하지 않고 이용한다.
또한, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)는, 운전자가 브레이크 페달을 밟았을 때, 차량의 관성력을 이용하여 발전한다. 발전에 의해 얻은 전력은 회생 전력이라고 불린다. 제 1 인버터(6a)는, 제 1 모터(7a)가 생성한 교류의 회생 전력을 직류 전력으로 변환하여 승압 컨버터(10)로 보내는 기능도 갖는다. 승압 컨버터(10)는, 제 1 인버터(6a)로부터 보내어지는 직류의 회생 전력을 강압하여 배터리(3)로 보내는 강압 기능도 구비하고 있다. 승압 컨버터(10)는, 배터리측으로부터 인버터측으로 전압을 승압하여 출력하는 승압 기능과, 인버터측으로부터 배터리측으로 전압을 강압하여 출력하는 강압 기능의 쌍방을 갖는다. 승압 컨버터(10)는, 소위 쌍방향 DC-DC 컨버터이지만, 본 명세서에서는, 주로 승압 기능에 착안하므로, 부호 10을 붙인 디바이스를 「승압 컨버터」라고 칭한다.
제 2 인버터(6b)는, 제 2 모터(7b)가 생성한 교류의 회생 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(3)로 보내는 기능도 갖는다. 배터리(3)는 회생 전력에 의해 충전된다. 제 1 인버터(6a)와 제 2 인버터(6b)는, 복수의 스위칭 소자를 사용하여, 직류를 교류로, 또한, 교류를 직류로 변환한다. 제 1 인버터(6a)와 제 2 인버터(6b)의 스위칭 소자는 컨트롤러(8)에 의해서 제어된다. 인버터의 구조와 동작은 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
승압 컨버터(10)의 회로에 대하여 설명한다. 또한, 승압 컨버터(10)의 배터리측의 단자를 입력단(11)이라고 칭하고, 인버터측의 단자를 출력단(12)이라고 칭한다. 입력단(11)의 정극 및 부극은 각각 입력단 정극(11a), 입력단 부극(11b)으로 한다. 또, 출력단(12)의 정극 및 부극은 출력단 정극(12a), 출력단 부극(12b)으로 한다. 앞서 서술한 바와 같이 승압 컨버터(10)는 쌍방향 DC-DC 컨버터이므로, 인버터측으로부터 배터리측으로 전력이 흐르는 경우도 있지만, 본 명세서에서는 승압 기능에 착안하고 있으므로, 입력단과 출력단을 상기와 같이 정의한다.
승압 컨버터(10)는 콘덴서(13), 리액터(14), 2개의 스위칭 소자(15a, 15b), 2개의 다이오드(16a, 16b)를 구비하고 있다. 2개의 스위칭 소자(15a, 15b)는 직렬로 접속되어 있다. 스위칭 소자(15a, 15b)의 직렬 접속의 고전위측이 출력단 정극(12a)에 접속되어 있고, 저전위측이 출력단 부극(12b)에 접속되어 있다. 또한, 출력단 부극(12b)은 입력단 부극(11b)과 직접 접속되어 있다. 스위칭 소자(15a, 15b)는, 파워 트랜지스터라고 불리는 전력 변환용의 소자이며, 전형적으로는 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor: IGBT)이다. 스위칭 소자(15a)에 다이오드(16a)가 역병렬로 접속되어 있고, 스위칭 소자(15b)에 다이오드(16b)가 역병렬로 접속되어 있다.
리액터(14)는, 2개의 스위칭 소자(15a, 15b)의 직렬 접속의 중점(中點)과, 입력단 정극(11a)의 사이에 접속되어 있다. 입력단 정극(11a)과 입력단 부극(11b)의 사이에 콘덴서(13)가 접속되어 있다.
출력단 정극(12a)의 측의 스위칭 소자(15a)가 강압 동작에 관여하고, 출력단 부극(12b)의 측의 스위칭 소자(15b)가 승압 동작에 관여한다. 2개의 스위칭 소자(15a, 15b)는 컨트롤러(8)에 의해서 제어된다. 컨트롤러(8)는, 입력단(11)과 출력단(12)의 사이의 목표 전압비에 기초하여, 각 스위칭 소자(15a, 15b)에 보내는 구동 신호(PWM 신호)의 듀티비를 결정한다. 컨트롤러(8)는, 결정된 듀티비에 기초하여, 상보적인 구동 신호(PWM 신호)를 생성하고, 각각의 스위칭 소자(15a, 15b)에 송신한다. 강압 동작에 관계된 스위칭 소자(15a)와 승압 동작에 관계된 스위칭 소자(15b)에 상보적인 구동 신호를 부여하면, 입력단(11)과 출력단(12)의 전력 밸런스에 의해, 승압과 강압이 수동적으로 전환된다. 제 1 인버터(6a)가 제 1 모터(7a)를 구동하도록 동작하면, 출력단(12)의 전압이 떨어지므로, 배터리(3)의 전력이 승압되어 출력단(12)으로 흐른다. 제 1 모터(7a)가 회생 전력을 생성하여 제 1 인버터(6a)가 승압 컨버터측으로 회생 전력을 출력하면, 출력단(12)의 전압이 높아져, 회생 전력이 강압되어 입력단(11)으로 흐른다.
승압 컨버터(10)는 또한, 온도 센서(17)와 전류 센서(18)를 구비하고 있다. 온도 센서(17)는 리액터(14)의 온도를 계측한다. 전류 센서(18)는 리액터(14)를 흐르는 전류를 계측한다. 온도 센서(17)와 전류 센서(18)의 계측 데이터는 컨트롤러(8)에 보내어진다. 또한, 도 1의 파선 화살표는 신호선을 나타내고 있다. 또, 전기 자동차(2)는, 배터리(3)의 출력 전압을 계측하는 전압 센서(4)도 구비하고 있고, 전압 센서(4)의 계측 데이터도 컨트롤러(8)로 보내어진다. 또, 도시 생략하고 있지만, 전기 자동차(2)는, 승압 컨버터(10)의 출력단(12)의 전압을 계측하는 전압 센서와, 각각의 인버터(6a, 6b)가 출력하는 3상 교류의 전류를 계측하는 전류 센서도 구비하고 있고, 그들 센서의 계측 데이터도 컨트롤러(8)로 보내어진다.
컨트롤러(8)는, 도시하지 않은 상위 컨트롤러로부터 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 합계 목표 출력의 지령을 받고, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 출력의 합계가 합계 목표 출력에 합치하도록 승압 컨버터(10), 인버터(6a), 인버터(6b)의 스위칭 소자를 제어한다. 도 1에 있어서, 컨트롤러(8)로부터 승압 컨버터(10), 인버터(6a), 인버터(6b)에의 파선 화살표는 스위칭 소자에의 지령을 전달하는 신호선을 나타내고 있다. 상위의 컨트롤러는, 운전자의 액셀러레이터 개방도나 차속으로부터, 합계 목표 출력을 결정하고, 컨트롤러(8)로 보낸다. 운전자는 액셀러레이터 개방도를 빈번하게 바꾸기 때문에, 합계 목표 출력도 빈번하게 변화된다. 한편, 승압 컨버터(10)의 리액터(14)는 발열하기 쉬운 부품이며, 승압 컨버터(10)에 장시간에 걸쳐 과부하가 생기면 과열될 우려가 있다. 컨트롤러(8)는, 합계 목표 출력의 변화에 대응하면서, 승압 컨버터(10)의 과열을 방지하도록, 합계 목표 출력을 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)에 분배하면서, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력을 조정한다.
제 1 실시예에서는, 승압 컨버터(10)의 과열을 방지하는 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 출력 비율 조정 처리를 설명한다. 도 2에 출력 비율 조정 처리의 플로우차트를 나타낸다. 또한, 컨트롤러(8)는, 도 2의 처리와는 별도로, 상위 컨트롤러로부터 부여된 합계 목표 출력을 적절하게 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 출력 목표값으로 분배한다. 컨트롤러(8)는, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 출력의 합계가 합계 목표 출력에 일치하도록, 각 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 출력 비율을 결정한 후, 도 2의 처리를 실행한다. 「합계 목표 출력×제 1 모터(7a)의 출력 비율」이 제 1 모터(7a)의 목표 출력이 되고, 「합계 목표 출력×제 2 모터(7b)의 출력 비율」이 제 2 모터(7b)의 목표 출력이 된다.
컨트롤러(8)는, 전압 센서(4)와 전류 센서(18)의 계측 데이터에 기초하여, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력을 감시하고 있다. 컨트롤러(8)는, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력을 소정의 제 1 전력 역치와 비교한다(단계 S2). 입력 전력이 제 1 전력 역치를 초과하고 있는 경우(단계 S2: YES), 컨트롤러(8)는 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄인다(단계 S3). 도 2의 처리를 종료하면, 컨트롤러(8)는, 결정된 출력 비율이 실현되도록, 승압 컨버터(10), 제 1 인버터(6a), 제 2 인버터(6b)를 제어한다.
또한, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄이는 것은, 제 2 모터(7b)의 출력 비율을 증가하는 것과 등가(等價)이다. 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄임으로써, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력이 줄어들어, 승압 컨버터(10)의 과열이 방지된다. 컨트롤러(8)는, 도 2의 처리를 정기적으로 실행하고, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력이 항상 제 1 전력 역치를 초과하지 않도록 승압 컨버터(10), 인버터(6a, 6b)를 제어한다.
제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄이기 위해서는, 제 1 인버터(6a)의 출력 교류의 주파수를 낮게 하면 된다. 그렇게 하면, 제 1 모터(7a)의 출력 토오크가 줄어들고, 제 2 모터(7b)의 부하가 높아진다. 제 2 모터(7b)는, 부하에 저항하여 제 2 인버터(6b)의 출력 교류의 주파수에서의 회전을 유지하도록, 출력이 커지고, 제 1 모터(7a)의 출력 비율이 줄어든다. 또는, 제 2 인버터(6b)의 출력 교류의 주파수를 높게 하더라도, 제 1 모터(7a)의 출력 비율이 줄어든다. 또한, 승압 컨버터(10)의 승압비를 낮추더라도, 결과적으로 제 1 모터(7a)의 출력 비율이 줄어든다.
제 1 전력 역치는, 승압 컨버터(10)가 과열되지 않을 정도의 전력으로 설정되어 있다. 제 1 전력 역치는, 실험이나 시뮬레이션 등에 의해 미리 정해져 있고, 컨트롤러(8)에 기억되어 있다.
이하에, 제 2 실시예부터 제 6 실시예까지 설명하지만, 전기 자동차의 하드웨어 구성은, 어느 실시예에서나, 도 1에 나타낸 전기 자동차(2)와 동일하다. 각각의 실시예는, 컨트롤러(8)가 실시하는 모터의 출력 비율 조정 처리가 바뀔 뿐이다.
다음으로, 제 2 실시예를 설명한다. 제 2 실시예의 전기 자동차(전기 자동차(2))가 실시하는 출력 비율 조정 처리의 플로우차트를 도 3에 나타낸다. 도 3의 플로우 차트의 단계 S2, S3은 제 1 실시예의 단계 S2, S3(도 2)과 동일하다. 즉, 컨트롤러(8)는, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력이 제 1 전력 역치를 초과한 경우(단계 S2: YES), 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄인다(단계 S3).
다음으로, 컨트롤러(8)는, 제 2 모터(7b)가 동작중이면(단계 S4: YES), 단계 S5의 처리를 실행한다. 단계 S5에서는, 컨트롤러(8)는, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력을 소정의 제 2 전력 역치와 비교한다. 또한, 제 2 전력 역치는, 제 1 전력 역치보다 낮은 값으로 설정되어 있다. 입력 전력이 제 2 전력 역치를 하회하고 있는 경우(단계 S5: YES), 컨트롤러(8)는 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 증가한다(단계 S6). 컨트롤러(8)는, 제 1 인버터(6a)의 출력 교류의 주파수를 올림으로써, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 증가할 수 있다. 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 증가하는 것은, 제 2 모터(7b)의 출력 비율을 줄이는 것과 등가이다. 단계 S3의 처리에 의해 제 1 모터(7a)의 출력 비율이 줄어들더라도, 단계 S5의 처리에 의해, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 되돌릴 수 있다. 도 3의 처리는, 제 1 모터(7a) 쪽이 제 2 모터(7b)보다 전력 손실이 작은 경우에 유효하다. 또한, 제 2 전력 역치가 제 1 전력 역치보다도 작은 것은, 모터 출력 비율의 조정의 헌팅을 방지하기 위함이다.
컨트롤러(8)는, 제 2 인버터(6b)의 출력 교류의 주파수를 낮추는 것에 의해서나, 또는, 승압 컨버터(10)의 승압비를 높이는 것에 의해서나, 결과적으로 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 증가할 수 있다.
도 4에 제 3 실시예의 출력 비율 조정 처리의 플로우차트를 나타낸다. 제 3 실시예에 있어서의 출력 비율 조정 처리에서는, 구동하는 모터를, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)에서 전환한다. 환언하면, 컨트롤러(8)는, 제 1 모터(7a)의 출력 비율이 100%이고 제 2 모터(7b)의 출력 비율이 0%인 상태와, 제 2 모터(7b)의 출력 비율이 100%이고 제 1 모터(7a)의 출력 비율이 0%인 상태를 전환한다. 초기 상태는, 제 1 모터(7a)의 출력 비율이 100%이고 제 2 모터(7b)의 출력 비율이 0%이다. 제 3 실시예의 출력 비율 조정 처리에서는, 소프트웨어상의 플래그도 이용한다. 플래그의 초기 값은 OFF이다. 플래그는, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 전환이 헌팅하는 것을 방지하기 위하여 마련되어 있다. 플래그의 사용 방법에 대해서는 후술한다.
컨트롤러(8)는 도 4의 플로우차트의 처리를 정기적으로 반복한다. 컨트롤러(8)는 먼저 플래그를 확인한다(단계 S12). 플래그의 초기값은 OFF이므로, 컨트롤러(8)는 단계 S13의 처리를 실행한다(단계 S12: NO, 단계 S13). 단계 S13에서는, 컨트롤러(8)는, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력을 소정의 제 1 전력 역치와 비교한다. 제 1 전력 역치는 도 2의 경우와 동일하다.
입력 전력이 제 1 전력 역치를 초과하고 있는 경우(단계 S13: YES), 컨트롤러(8)는, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 0%으로 설정하고, 제 2 모터(7b)의 출력 비율을 100%로 설정한다(단계 S14). 즉, 컨트롤러(8)는, 구동 모터를 제 1 모터(7a)로부터 제 2 모터(7b)로 전환한다. 이어서 컨트롤러(8)는, 플래그에 ON을 세팅함과 함께, 타이머를 스타트시킨다(단계 S15). 플래그에 ON이 세팅되면, 다음 회의 처리에 있어서의 단계 S12의 판단이 YES가 되고, 입력 전력에 의한 구동 모터의 전환 처리가 스킵된다(단계 S12: YES, 단계 S17). 타이머는, 플래그를 OFF로 리셋할 때까지의 시간을 계측하기 위하여 마련되어 있다.
단계 S13에서 입력 전력이 제 1 전력 역치를 하회하고 있는 경우에는, 컨트롤러(8)는, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 100%로 설정하고, 제 2 모터(7b)의 출력 비율을 0%로 설정한다(단계 S14). 즉, 컨트롤러(8)는, 구동 모터를 제 2 모터(7b)로부터 제 1 모터(7a)로 전환한다.
일단 플래그에 ON이 세팅되면, 소정 시간이 경과할 때까지, 플래그에 ON이 보지(保持)된다(단계 S17: NO). 즉, 일단 제 2 모터(7b)로 전환되면, 소정 시간이 경과할 때까지는, 제 2 모터(7b)에서의 주행이 보지되고, 제 1 모터(7a)는 정지 상태로 보지된다. 그 때문에, 소정 시간 동안, 리액터(14)가 휴지(休止)하여, 리액터(14)의 과열이 방지된다.
플래그에 ON이 세팅된 후에 소정 시간이 경과하면, 플래그가 OFF로 리셋되고(단계 S17: YES, 단계 S18), 다음 회의 처리부터 입력 전력에 의거한 구동 모터의 전환 판정(단계 S13, S14, S16)이 실행된다.
또한, 제 3 실시예의 변형례로서, 단계 S14에서는 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 50% 미만(제 2 모터(7b)의 출력 비율을 50% 초과)으로 하고, 단계 S16에서는, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 50% 초과(제 2 모터(7b)의 출력 비율을 50% 미만)로 해도 된다. 즉, 컨트롤러는, 입력 전력이 제 1 전력 역치를 하회하고 있는 경우에는, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 50% 초과로 설정하고, 제 1 전력 역치를 초과하고 있는 경우에는 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 50% 미만으로 설정하도록 해도 된다.
제 1 실시예 내지 제 3 실시예에서는, 컨트롤러(8)는, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력의 크기에 기초하여, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 출력 비율을 조정하였다. 컨트롤러(8)는, 승압 컨버터(10)에의 입력 전류의 크기에 기초하여, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 출력 비율을 조정해도 된다. 특히, 배터리(3)의 출력 전압이 대략 일정한 경우, 배터리(3)의 출력 전력과 출력 전류는 비례하므로, 컨트롤러(8)는, 입력 전력과 입력 전류 중 어느 것을 이용해도 된다.
도 5에, 제 4 실시예에 있어서 컨트롤러(8)가 실행하는 출력 비율 조정 처리의 플로우차트를 나타낸다. 지금까지의 실시예에서는, 컨트롤러(8)는, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력의 크기에 기초하여 2개의 모터(7a, 7b)의 출력 비율을 조정하였다. 제 4 실시예에서는, 리액터(14)의 온도에 기초하여, 2개의 모터(7a, 7b)의 출력 비율을 조정한다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전기 자동차(2)는, 리액터(14)의 온도를 계측하는 온도 센서(17)를 구비하고 있고, 컨트롤러(8)는, 온도 센서(17)의 센서 데이터에 의해 리액터(14)의 온도를 검지할 수 있다.
컨트롤러(8)는, 리액터(14)의 온도가 제 1 온도 역치를 초과한 경우(단계 S22: YES), 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄인다(단계 S23). 컨트롤러(8)는, 예를 들면, 제 1 인버터(6a)의 출력 교류의 주파수를 낮춤으로써, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄일 수 있다. 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄이는 것은, 제 2 모터(7b)의 출력 비율을 증가하는 것과 등가이다. 제 1 모터(7a)의 출력 비율이 줄어들면, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력이 줄어들어, 승압 컨버터(10)의 발열이 억제된다.
컨트롤러(8)는, 제 2 모터(7b)가 동작중이면(단계 S24: YES), 단계 S25의 처리를 실행한다. 단계 S25에서는, 컨트롤러(8)는, 리액터(14)의 온도를 소정의 제 2 온도 역치와 비교한다. 또한, 제 2 온도 역치는, 제 1 온도 역치보다 낮은 값으로 설정되어 있다. 리액터(14)의 온도가 제 2 온도 역치를 하회하고 있는 경우(단계 S25: YES), 컨트롤러(8)는 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 증가한다(단계 S26). 컨트롤러(8)는, 예를 들면, 제 1 인버터(6a)의 출력 교류의 주파수를 올림으로써, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 증가할 수 있다. 단계 S23의 처리에 의해 제 1 모터(7a)의 출력 비율이 줄어들더라도, 이후, 반복해서 실행되는 도 5의 처리에 있어서 단계 S25의 처리가 실행되면, 리액터(14)의 온도가 내려갔으면 원래의 출력 비율로 되돌릴 수 있다. 도 5의 처리는, 제 1 모터(7a)의 전력 손실이 제 2 모터(7b)의 전력 손실보다 작은 경우에 유효하다.
제 2 인버터(6b)의 출력 교류의 주파수를 올리는 것에 의해서도, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄일 수 있다. 또는, 승압 컨버터(10)의 승압비를 낮추는 것에 의해서도, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄일 수 있다. 또한, 제 2 온도 역치가 제 1 온도 역치보다 작은 것은, 헌팅을 방지하기 위함이다.
도 6과 도 7을 참조하여 제 5 실시예에 있어서의 출력 비율 조정 처리를 설명한다. 도 6은, 제 5 실시예에 있어서의 출력 비율 조정 처리의 플로우차트를 나타내고 있다. 제 5 실시예에서는, 컨트롤러(8)는, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 합계 목표 출력으로부터 전력 손실이 최소가 되는 출력 비율을 결정하고(단계 S42), 그 후, 리액터(14)의 온도에 따라서 모터의 출력 비율을 조정한다(단계 S43, S44).
앞서 서술한 바와 같이, 전기 자동차(2)의 컨트롤러(8)는, 도시하지 않은 상위 컨트롤러로부터, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 합계 목표 출력의 지령을 받는다. 컨트롤러(8)에는, 합계 목표 출력의 크기마다, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 손실 맵을 기억하고 있다. 손실 맵의 일례를 도 7에 나타낸다. 도 7의 그래프의 가로축은, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 출력 비율을 나타내고 있다. 제 1 모터(7a)에 대해서는, 그래프의 A점으로부터 B점을 향하여 비율이 100%로부터 0%으로 변화된다. 제 2 모터(7b)에 대해서는, 그래프의 A점으로부터 B점을 향하여 비율이 0%로부터 100%로 변화된다. 제 1 모터(7a)의 비율과 제 2 모터(7b)의 비율의 합계는 항상 100%이다. 100%란, 제 1 모터(7a)의 출력과 제 2 모터(7b)의 출력의 합계가, 합계 목표 출력에 일치하는 것을 의미한다.
도 7의 세로축은 모터의 손실을 나타내고 있다. 도 7의 그래프에 있어서, 곡선 G1은 제 1 모터(7a)의 손실을 나타내고 있고, 곡선 G2는 제 2 모터(7b)의 손실을 나타내고 있다. 일반적으로 모터는, 출력이 커질수록 손실이 커진다. 그래프 G1이 오른쪽 하강인 것은, 제 1 모터(7a)에 관한 가로축이, 오른쪽으로 갈수록 출력(비율)이 작아지기 때문이다.
곡선 G3은 곡선 G1과 곡선 G2를 가산한 것이다. 즉, 곡선 G3은 제 1 모터(7a)의 손실과 제 2 모터(7b)의 손실의 합계를 나타내고 있다. C점, 즉, 제 1 모터(7a)의 비율이 80%(제 2 모터(7b)의 비율이 20%)인 개소가, 합계의 손실이 최소가 되는 비율이다. 앞서 서술한 바와 같이, 컨트롤러(8)는, 합계 목표 출력의 크기마다, 도 7에 예시되는 손실 맵을 기억하고 있다. 컨트롤러(8)는, 상위 컨트롤러로부터 부여되는 합계 목표 출력으로부터, 대응하는 손실 맵을 참조하고, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 합계의 전력 손실이 최소가 되는 출력 비율을 결정한다(도 6의 단계 S32).
도 6의 단계 S33, S34의 처리는, 도 5의 단계 S22, S23의 처리와 동일하다. 즉, 컨트롤러(8)는, 리액터(14)의 온도가 제 1 온도 역치보다 큰 경우(단계 S33: YES), 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄인다(단계 S34). 제 5 실시예의 출력 비율 조정 처리에 의하면, 승압 컨버터(10)의 과열을 회피하는 것과, 전력 손실을 억제하는 것의 양립을 도모할 수 있다.
도 8에 제 6 실시예에 있어서의 출력 비율 조정 처리의 플로우차트를 나타낸다. 제 6 실시예에서는, 컨트롤러(8)는, 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)의 합계 목표 출력으로부터 전력 손실이 최소가 되는 출력 비율을 결정한 후에, 제 1 모터(7a)의 목표 출력에 따라서 출력 비율을 조정한다. 전력 손실이 최소가 되는 출력 비율의 도출은, 앞서의 제 5 실시예의 경우와 동일하다. 즉, 도 8의 단계 S42의 처리는, 도 6의 단계 S32의 처리와 동일하다.
다음으로 컨트롤러(8)는, 제 1 모터(7a)의 목표 출력을 제 1 모터(7a)의 출력 상한과 비교한다(단계 S43). 제 1 모터(7a)의 목표 출력은, 합계 목표 출력과, 제 1 모터(7a)의 출력 비율로부터 얻어진다. 예를 들면, 도 7의 손실 맵이 합계 목표 출력 = 80 [kW]인 경우, 제 1 모터(7a)의 출력 비율이 80%이기 때문에, 제 1 모터(7a)의 목표 출력은 80 [kW] × 80 [%] = 64 [kW]가 된다. 컨트롤러(8)는, 제 1 모터(7a)의 목표 출력이 제 1 모터(7a)의 출력 상한 미만이 되도록, 제 1 모터(7a)의 출력 비율을 줄여 간다(단계 S43: YES, 단계 S44). 도 8의 처리 후, 컨트롤러(8)는, 정해진 출력 비율이 실현되도록, 승압 컨버터(10), 제 1 인버터(6a), 제 2 인버터(6b)를 제어한다.
제 1 모터(7a)의 목표 출력은, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력의 목표값과 등가이다. 그 때문에, 도 8의 단계 S43, S44의 처리는, 도 2의 플로우차트의 단계 S2, S3의 처리와 대략 동일한 기술적 의미를 갖는다.
실시예에서 설명한 기술에 관한 유의점을 서술한다. 실시예의 전기 자동차(2)의 특징을 이하에 간단히 정리한다. 전기 자동차(2)는, 직류 전원(배터리(3))과, 주행용의 제 1 모터(7a)와 제 2 모터(7b)와, 승압 컨버터(10)와, 제 1 인버터(6a)와 제 2 인버터(6b)와, 컨트롤러(8)를 구비하고 있다. 제 1 인버터(6a)는 제 1 모터(7a)에 교류 전력을 공급한다. 제 2 인버터(6b)는 제 2 모터(7b)에 교류 전력을 공급한다. 승압 컨버터(10)는, 직류 전원(배터리(3))과 제 1 인버터(6a)(제 1 모터(7a)) 사이에 접속되어 있고, 직류 전원의 출력 전압을 승압하여 제 1 인버터(6a)에 공급한다. 제 2 인버터(6b)(제 2 모터(7b))는, 직류 전원의 전력을 승압하지 않고 이용한다. 컨트롤러(8)는, 제 1 모터(7a)의 제 1 출력 비율과 제 2 모터(7b)의 제 2 출력 비율을 조정한다. 컨트롤러(8)는, 승압 컨버터(10)의 부하를 나타내는 부하 지표(예를 들면, 입력 전력)가 소정의 역치를 초과한 경우, 부하 지표가 역치보다 작은 경우와 비교하여, 제 1 모터(7a)의 제 1 출력 비율을 줄인다.
제 1 실시예 내지 제 3 실시예에서는, 컨트롤러(8)는, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력의 크기에 기초하여 모터의 출력 비율을 조정한다. 제 4, 제 5 실시예에서는, 컨트롤러(8)는, 리액터의 온도에 기초하여 모터의 출력 비율을 조정한다. 제 6 실시예에서는, 컨트롤러(8)는, 제 1 모터(7a)의 목표 출력에 기초하여 모터의 출력 비율을 조정한다. 여기서, 승압 컨버터(10)에의 입력 전력, 리액터(14)의 온도, 제 1 모터(7a)의 목표 출력은, 모두, 승압 컨버터(10)의 부하 지표의 일례이다. 또한, 리액터(14)의 온도 대신에 승압 컨버터(10)가 구비하는 스위칭 소자(15a, 15b)의 온도를 부하 지표로서 선정해도 된다.
실시예의 전기 자동차(2)는, 전륜을 구동하는 제 1 모터(7a)와 후륜을 구동하는 제 2 모터(7b)를 구비하고 있다. 본 명세서가 개시하는 기술은, 2개의 모터의 출력 토오크를 합성하여 전륜 또는 후륜을 구동하는 전기 자동차에 적용해도 된다.
본 명세서가 개시하는 기술은, 직류 전원으로서 연료 전지를 구비하는 전기 자동차에 적용하는 것도 적합하다. 직류 전원으로서 연료 전지를 채용하는 경우, 도 1의 승압 컨버터(10)는, 강압 동작에 관여하는 스위칭 소자(15a)를 구비하지 않아도 된다. 본 명세서가 개시하는 기술은, 주행용으로 2개의 모터와 엔진을 구비하는 하이브리드 차에 적용하는 것도 적합하다.
이상으로, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명하였지만, 이들은 예시에 불과하고, 특허청구의 범위를 한정하는 것은 아니다. 특허청구의 범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시한 구체예를 여러 가지로 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 또는 각종 조합에 의해서 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원시 청구항 기재의 조합에 한정되는 것은 아니다. 또, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims (5)

  1. 전기 자동차에 있어서,
    주행용의 제 1 모터(7a)와,
    직류 전원(3)과,
    상기 직류 전원(3)의 출력 전압을 승압하도록 구성된 승압 컨버터(10) ― 상기 승압 컨버터(10)는 상기 직류 전원(3)과 상기 제 1 모터(7a)의 사이에 접속되어 있음 ― 와,
    주행용의 제 2 모터(7b) ― 상기 제 2 모터(7b)는 상기 직류 전원(3)의 출력 전압을 승압하지 않고 상기 직류 전원(3)의 전력을 이용하여 구동함 ― 와,
    제 1 출력 비율과 제 2 출력 비율을 조정하도록 구성된 컨트롤러(8) ― 상기 제 1 출력 비율은 상기 제 1 모터(7a)의 출력 비율이고, 상기 제 2 출력 비율은 상기 제 2 모터(7b)의 출력 비율이며, 상기 컨트롤러(8)는, 상기 승압 컨버터의 부하를 나타내는 부하 지표가 소정의 역치를 초과한 경우, 상기 부하 지표가 상기 역치보다 작은 경우와 비교하여, 상기 제 1 모터(7a)의 제 1 출력 비율을 줄이도록 구성됨 ― 를 포함하는 전기 자동차.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하 지표는, 상기 승압 컨버터(10)에의 입력 전력과, 상기 승압 컨버터(10)에의 입력 전류와, 상기 승압 컨버터(10)를 구성하는 소정 부품의 온도 중 어느 것인, 전기 자동차.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤러(8)는, 전력 손실이 최소가 되는 상기 제 1 출력 비율과 상기 제 2 출력 비율을 결정한 후에, 상기 부하 지표에 따라서 상기 제 1 출력 비율과 상기 제 2 출력 비율을 조정하도록 구성되고, 상기 제 1 출력 비율과 상기 제 2 출력 비율은, 상기 제 1 모터(7a) 및 상기 제 2 모터(7b)의 합계 목표 출력으로부터 결정되는 전기 자동차.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러(8)는, 상기 부하 지표가 상기 역치를 초과하고 있었을 경우, 상기 제 1 모터(7a)의 제 1 출력 비율을 50% 미만으로 하도록 구성되는, 전기 자동차.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러(8)는, 상기 부하 지표가 상기 역치를 초과하고 있었을 경우, 상기 제 1 모터(7a)의 제 1 출력 비율을 0%로 하는, 전기 자동차.
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