WO2018143046A1 - 回転電機ユニット、車両 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a rotating electrical machine unit and a vehicle including the rotating electrical unit.
- rotating electric machines with built-in inverters are known.
- idling stop control is performed in which the engine is automatically restarted when a predetermined restart condition is satisfied while the engine is automatically stopped.
- a large current flows through the switching element provided in the inverter, and the temperature of the switching element may exceed the allowable level.
- the AC generator motor device described in Patent Document 1 includes a temperature detection circuit, and the temperature of a PN junction diode provided in a partial region of a semiconductor circuit (switching element) provided in an inverter, that is, a semiconductor.
- the temperature of the circuit is detected.
- the highest temperature among the temperatures of the plurality of semiconductor circuits detected by the temperature detection circuit is set as the inverter temperature, and before the idling stop control is performed, it is determined whether the inverter temperature is equal to or lower than the threshold temperature. Is done. If the inverter temperature exceeds the threshold temperature, the engine automatic stop operation is prohibited. As a result, it is possible to prevent the semiconductor circuit from entering an unacceptable high temperature state when the engine is restarted.
- an electromechanical integrated rotating electrical machine which has an inverter and a control device for controlling the rotating electrical machine.
- the temperature of the control device rises due to heat received from a stator winding provided in the rotating electrical machine or a switching element provided in the inverter.
- the heat capacity of the control device is higher than the heat capacity of the switching element provided in the inverter, the temperature of the control device is less likely to rise but less likely to fall than the switching element.
- An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine unit that can be used.
- a first disclosure controls a rotating electrical machine provided to be able to transmit torque to and from a crankshaft of an engine, a plurality of switching elements for energizing and shutting off each phase of the rotating electrical machine, and the plurality of switching elements.
- an electro-mechanically integrated rotating electrical machine unit comprising: a control device that controls the operation of the rotating electrical machine; and a first temperature detection unit that detects the temperature of the switching element as an element temperature.
- a second temperature detection unit configured to detect a temperature as a device temperature, wherein the control device has the element temperature detected by the first temperature detection unit higher than an element set temperature set for the switching element; And the device temperature detected by the second temperature detector is higher than the device set temperature set for the control device. To suppress, to control the switching element.
- the control device when the rotating electrical machine or the switching element generates heat, the control device receives heat and the temperature of the control device rises. At this time, when the switching element is controlled so that the element temperature, which is the temperature of the switching element, does not become higher than the element setting temperature, it is possible to suppress the element temperature of the switching element from becoming higher than the element setting temperature. There is a possibility that the apparatus temperature of the apparatus becomes higher than the apparatus set temperature.
- a second temperature detection unit for detecting the device temperature of the control device is provided, the element temperature detected by the first temperature detection unit is suppressed from becoming higher than the element set temperature, and the device temperature is The switching element is controlled so as to prevent the temperature from becoming higher than the device set temperature. Thereby, it can suppress that element temperature and apparatus temperature become higher than the corresponding preset temperature.
- the control device is configured to change the element set temperature and a range from the reference temperature set lower than the device set temperature to the element set temperature from the reference temperature.
- the element ratio as a ratio occupied by the range from the element temperature
- the apparatus ratio as a ratio occupied by the range from the reference temperature to the apparatus temperature with respect to the range from the reference temperature to the apparatus set temperature.
- the switching element is controlled based on a target ratio that is a higher value.
- the element ratio and the apparatus ratio By calculating the element ratio and the apparatus ratio, it is possible to grasp how close the current element temperature and the apparatus temperature are to the corresponding set temperatures based on the ratio.
- the relationship between the element temperature and the element set temperature and the relationship between the apparatus temperature and the apparatus set temperature can be normalized by a ratio. Therefore, by comparing the calculated element ratio and the apparatus ratio, it is possible to easily determine which of the element temperature and the apparatus temperature is closer to the set temperature.
- control device controls the switching element based on the target ratio on the condition that the target ratio is higher than a common predetermined ratio.
- temperature control can be performed only in situations where the target ratio is higher than the common predetermined ratio.
- the rotary electric machine has a power generation function of generating electric power by rotation of the crankshaft of the engine, and the control device performs the power generation by the rotary electric machine.
- the amount of power generated by the rotating electrical machine is less than the amount of power generated immediately before the target rate becomes higher than the predetermined rate on the condition that the target rate becomes higher than a common predetermined rate during the period
- the switching element is controlled so that
- the amount of heat generated by the switching element and the rotating electrical machine is reduced by controlling the switching element so that the amount of power generated by the rotating electrical machine is reduced. Therefore, during the period in which power generation is performed by the rotating electrical machine, the switching element is controlled so that the amount of power generated by the rotating electrical machine is reduced on condition that the target ratio is higher than the predetermined ratio. As a result, it is possible to continue the power generation by the rotating electrical machine while reducing the amount of temperature increase per unit time of the switching element and the control device.
- the rotating electrical machine has a torque imparting function for imparting rotational torque to the crankshaft of the engine, and the control device is configured to apply the rotational torque to the crankshaft by the rotating electrical machine.
- the switching element is controlled to stop applying the rotational torque to the crankshaft by the rotating electrical machine on condition that the target ratio becomes higher than a common predetermined ratio during a certain period.
- the switching element is controlled so that the rotational torque applied to the crankshaft by the rotating electrical machine becomes small.
- the rotating electrical machine can apply the rotational torque to the crankshaft even after the target ratio becomes higher than the predetermined ratio.
- the rotational torque that is generated cannot be satisfied. In this case, it is necessary to carry out control in which the engine outputs rotational torque to the crankshaft so as to compensate for the insufficient rotational torque, and torque control may be complicated.
- the application of rotational torque to the crankshaft by the rotating electrical machine stops on condition that the target ratio is higher than the predetermined ratio.
- the switching element is controlled.
- the torque application by the rotating electrical machine is stopped, so that the temperature of the switching element and the control device can be prevented from rising.
- torque control is performed only by the output of the engine, and the control can be simplified.
- the element set temperature is set as a temperature at which the switching element is assumed to be damaged
- the apparatus set temperature is set as a temperature at which the control apparatus is assumed to be damaged.
- the temperature at which the switching element and the control device are assumed to be damaged is different. Therefore, the switching element and the control device are provided with different set temperatures, so that the temperature of both the switching element and the control device does not become higher than the temperature assumed to be damaged. Can be controlled. Even in this case, it is possible to easily determine which of the element temperature and the apparatus temperature is closer to the set temperature by comparing the calculated element ratio and the apparatus ratio. As a result, it is possible to control the temperature of both the element temperature and the apparatus temperature so as not to become higher than the corresponding set temperature by temperature control based on the target ratio.
- control device transmits the target ratio to an engine control unit that controls the engine.
- a rotating electrical machine unit, an engine, and a control unit that controls operations of the engine and the rotating electrical machine unit are provided, and the control unit performs automatic stop and automatic restart of the engine.
- An automatic stop / restart function is provided, and the rotating electrical machine has a power generation function for generating power by rotation of the crankshaft of the engine, and the rotation after the automatic restart is performed by the control unit.
- the control unit prohibits the operation of the automatic stop / restart function when the target ratio is higher than a common predetermined ratio.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an in-vehicle power supply system.
- FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the rotating electrical machine unit.
- FIG. 3 is a diagram for explaining the outline of temperature control.
- FIG. 4 is a control flowchart executed by the rotating electrical machine ECU.
- FIG. 1 embodies an in-vehicle power supply system that supplies electric power to various devices of a vehicle that travels using an engine 42 (internal combustion engine) as a drive source.
- engine 42 internal combustion engine
- the on-vehicle power supply system shown in FIG. 1 is a dual power supply system having a lead storage battery 11 and a lithium ion storage battery 12.
- Each storage battery 11, 12 has a starter 13, various electric loads 14, 15, and a rotating electrical machine unit 16. Power supply to is possible.
- each of the storage batteries 11 and 12 can be charged by the rotating electrical machine unit 16.
- the lead storage battery 11 and the lithium ion storage battery 12 are connected in parallel to the rotating electrical machine unit 16, and the lead storage battery 11 and the lithium ion storage battery 12 are connected in parallel to the electrical loads 14 and 15. .
- the lead storage battery 11 is a well-known general-purpose storage battery.
- the lithium ion storage battery 12 is a high-density storage battery that has less power loss during charging / discharging than the lead storage battery 11, and has a high output density and energy density.
- the lithium ion storage battery 12 may be a storage battery having higher energy efficiency during charging / discharging than the lead storage battery 11.
- the lithium ion storage battery 12 is comprised as an assembled battery which has a some single cell, respectively. These storage batteries 11 and 12 have the same rated voltage, for example, 12V.
- the lithium ion storage battery 12 is housed in a housing case and configured as a battery unit U integrated with a substrate.
- the battery unit U has two output terminals P1 and P2, among which the lead storage battery 11, the starter 13 and the electric load 14 are connected to the output terminal P1, and the electric load 15 and the rotating electrical machine unit are connected to the output terminal P2. 16 is connected.
- the electric loads 14 and 15 have different requirements for the voltage of the power supplied from the storage batteries 11 and 12.
- the electric load 14 includes a constant voltage required load that is required to be stable so that the voltage of the supplied power is constant or at least fluctuates within a predetermined range.
- the electric load 15 is a general electric load other than the constant voltage required load. It can be said that the electric load 14 is a protected load.
- the electric load 14 is a load that does not allow a power supply failure
- the electric load 15 is a load that allows a power supply failure compared to the electric load 14.
- the electric load 14 that is a constant voltage required load include various ECUs such as a navigation device, an audio device, a meter device, and an engine ECU. In this case, by suppressing the voltage fluctuation of the supplied power, it is possible to suppress an unnecessary reset or the like in each of the above devices, and to realize a stable operation.
- the electric load 14 may include a travel system actuator such as an electric steering device or a brake device.
- Specific examples of the electric load 15 include a seat heater, a heater for a defroster for a rear window, a headlight, a wiper for a front window, and a blower fan for an air conditioner.
- the rotating electrical machine unit 16 includes a rotating electrical machine 21 as a three-phase AC motor, an inverter 22 as a power converter, and a rotating electrical machine ECU 23 that controls the operation of the rotating electrical machine 21.
- the rotating electrical machine unit 16 is a generator with a motor function, and is configured as an electromechanical integrated ISG (Integrated Starter Generator).
- the rotary electric machine 21 includes U-phase, V-phase, and W-phase windings 24U, 24V, and 24W as three-phase armature windings, and a field winding 25.
- the rotating shaft of the rotating electrical machine 21 is drivingly connected to the crankshaft 43 of the engine 42 by a belt 44 (see FIG. 1), and the rotating shaft of the rotating electrical machine 21 is rotated by the rotation of the crankshaft 43.
- the crankshaft 43 is rotated by the rotation of the rotation shaft 21. That is, the rotating electrical machine unit 16 includes a power generation function that generates power (regenerative power generation) by rotating the crankshaft 43 and the axle, and a power running function that applies rotational torque to the crankshaft 43.
- the inverter 22 converts the AC voltage output from each phase winding 24U, 24V, 24W into a DC voltage and outputs it to the battery unit U.
- the inverter 22 converts the DC voltage input from the battery unit U into an AC voltage and outputs the AC voltage to the phase windings 24U, 24V, and 24W.
- the inverter 22 is a bridge circuit having the same number of upper and lower arms as the number of phases of the phase winding, and constitutes a three-phase full-wave rectifier circuit.
- the inverter 22 constitutes a drive circuit that drives the rotating electrical machine 21 by adjusting the electric power supplied to the rotating electrical machine 21.
- the inverter 22 includes an upper arm switch Sp and a lower arm switch Sn for each phase.
- voltage controlled semiconductor switching elements are used as the switches Sp and Sn, and specifically, N-channel MOSFETs are used.
- An upper arm diode Dp is connected in antiparallel to the upper arm switch Sp, and a lower arm diode Dn is connected in antiparallel to the lower arm switch Sn.
- the intermediate connection point of the series connection body of the switches Sp and Sn in each phase is connected to one end of each phase winding 24U, 24V, 24W.
- a voltage sensor 26 that detects the input / output voltage of the inverter 22 is provided between the high-voltage side path and the low-voltage side path of the inverter 22.
- the rotating electrical machine unit 16 is provided with a current sensor 27 that detects a current flowing through each phase winding 24U, 24V, 24W, and a current sensor 28 that detects a current flowing through the field winding 25.
- the current sensor 27 may be provided between the inverter 22 and each phase winding 24U, 24V, 24W, or may be provided for each phase between the lower arm switch Sn and the ground line. Good.
- Detection signals from the sensors 26 to 28 are appropriately input to the rotating electrical machine ECU 23.
- the rotating electrical machine 21 is provided with a rotation angle sensor that detects angle information of the rotor
- the inverter 22 is provided with a signal processing circuit that processes a signal from the rotation angle sensor. Yes.
- the rotating electrical machine ECU 23 is accommodated in the rotating electrical machine unit 16 and installed on the substrate.
- the rotating electrical machine ECU 23 is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an input / output interface, and the like.
- the rotating electrical machine ECU 23 adjusts the excitation current flowing through the field winding 25 by an IC regulator (not shown) inside. Thereby, the power generation voltage (output voltage with respect to the battery unit U) of the rotating electrical machine unit 16 is controlled.
- the rotating electrical machine ECU 23 controls the switches Sp and Sn in the inverter 22 after the vehicle starts to travel, thereby causing the rotating electrical machine 21 to apply rotational torque to the crankshaft 43.
- the rotating electrical machine 21 can apply an initial rotation to the crankshaft 43 when the engine is started, and also has a function as an engine starting device.
- the rotating electrical machine ECU 23 corresponds to a control device.
- an electric path L1 that connects the output terminals P1 and P2, and an electric path L2 that connects a point N1 on the electric path L1 and the lithium ion storage battery 12 And are provided in the battery unit U.
- the switch 31 is provided in the electrical path L1
- the switch 32 is provided in the electrical path L2.
- a switch 31 is provided on the lead storage battery 11 side of the connection point N1 to the rotating electrical machine unit 16, and the lithium ion is connected to the connection point N1.
- a switch 32 is provided on the storage battery 12 side.
- Each of the switches 31 and 32 includes, for example, 2 ⁇ n MOSFETs (semiconductor switching elements), and the parasitic diodes of the two sets of MOSFETs are connected in series so as to be opposite to each other. By this parasitic diode, when the switches 31 and 32 are turned off, the current flowing through the path in which the switches 31 and 32 are provided is completely cut off.
- MOSFETs semiconductor switching elements
- IGBTs or bipolar transistors can be used instead of MOSFETs.
- a voltage sensor 33 is provided on the P1 side of the switch 31, and a voltage sensor 34 is provided on the P2 side of the switch 31.
- the voltage sensor 33 detects the terminal voltage of the output terminal P1
- the voltage sensor 34 detects the terminal voltage of the output terminal P2.
- the battery unit U includes a battery ECU 37 that controls on / off (opening / closing) of the switches 31 and 32.
- the battery ECU 37 is constituted by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an input / output interface, and the like.
- the battery ECU 37 controls the on / off of the switches 31 and 32 based on the storage state of each of the storage batteries 11 and 12 and the command value from the engine ECU 40 that is the host controller. Thereby, charging / discharging is implemented using the lead storage battery 11 and the lithium ion storage battery 12 selectively.
- the battery ECU 37 calculates the SOC (remaining capacity: State Of Charge) of the lithium ion storage battery 12, and sets the charge amount and discharge amount to the lithium ion storage battery 12 so that the SOC is maintained within a predetermined use range. Control.
- SOC main capacity: State Of Charge
- the rotating electrical machine ECU 23 of the rotating electrical machine unit 16 and the battery ECU 37 of the battery unit U are connected to an engine ECU (corresponding to a control unit) 40 as a host controller that manages these ECUs 23 and 37 in an integrated manner.
- the engine ECU 40 is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an input / output interface, and the like, and controls the operation of the engine 42 based on each engine operation state and vehicle running state.
- ECUs 23, 37, and 40 are connected by a communication line 41 that constructs a communication network such as CAN and can communicate with each other, and bidirectional communication is performed at a predetermined cycle. Thereby, the various data memorize
- the rotary electric machine 21, the inverter 22, and the rotary electric machine ECU 23 are integrally provided as in the rotary electric machine unit 16 according to the present embodiment, when the rotary electric machine 21 and the switches Sp and Sn generate heat, The rotating electrical machine ECU 23 receives heat, and the temperature of the rotating electrical machine ECU 23 rises. At this time, the heat capacity of the rotating electrical machine ECU 23 installed on the substrate tends to be larger than the heat capacity of each of the switches Sp and Sn. In this case, the temperature of the rotating electrical machine ECU 23 is higher than that of each of the switches Sp and Sn. It will be difficult to ascend, but difficult to descend.
- the element maximum temperature which is the highest temperature among the temperatures of the switches Sp and Sn (hereinafter referred to as element temperature), is higher than the element set temperature. It is assumed that each of the switches Sp and Sn is controlled so as to suppress the increase of the height. Even if it is possible to suppress the element maximum temperature from becoming higher than the element set temperature by this control, on the other hand, the unit temperature (corresponding to the apparatus temperature) as the temperature of the rotating electrical machine ECU 23 is changed to the unit set temperature (apparatus). It may be higher than the set temperature).
- the unit temperature when the temperature control for the element maximum temperature is performed, even if the temperature of each of the switches Sp and Sn is sufficiently decreased by stopping energization of each of the switches Sp and Sn, the unit temperature is sufficiently high. It may not decrease. As a result, each time the temperature control for the element maximum temperature is repeated, the unit temperature may gradually rise and exceed the unit set temperature.
- the rotating electrical machine unit 16 is provided with an electrolytic capacitor (not shown) and the electrolytic capacitor supplies power to the inverter 22.
- the element maximum temperature of the inverter 22 greatly increases, and a state may occur in which the element temperature exceeds the element maximum temperature while the unit temperature is lower than the unit set temperature.
- the element set temperature is set as a temperature at which the switches Sp and Sn included in the inverter 22 are assumed to be damaged
- the unit set temperature is set as a temperature at which the rotating electrical machine ECU 23 is assumed to be damaged. That is, the element set temperature and the unit set temperature are often set as different values.
- the rotating electrical machine unit 16 is provided with an element temperature detection unit (corresponding to the first temperature detection unit) 24 for detecting the element temperature of each of the switches Sp and Sn.
- the element temperature detection unit 24 is configured as a temperature-sensitive diode in the present embodiment. A constant current flows through the temperature sensitive diode, and the rotating electrical machine ECU 23 acquires the anode-cathode voltage of the temperature sensitive diode, that is, the forward voltage drop, and based on the acquired forward voltage drop. The element temperature of each switch Sp, Sn is acquired.
- the rotating electrical machine ECU 23 is provided with a thermistor (corresponding to the second temperature detection unit) 29.
- the rotating electrical machine ECU 23 determines the temperature of the rotating electrical machine ECU 23 (hereinafter referred to as unit temperature) based on the potential of the thermistor 29. To detect.
- the rotating electrical machine ECU 23 suppresses that the highest element temperature, which is the highest temperature among the plurality of element temperatures acquired from the element temperature detection unit 24, is higher than the element set temperature, and the unit temperature acquired from the thermistor 29 is The switches Sp and Sn are controlled so as to prevent the temperature from becoming higher than the unit set temperature.
- the difference between the higher temperature and the corresponding set temperature is the setting corresponding to the lower temperature. It is not always less than the difference with temperature. In other words, the lower temperature may reach the corresponding set temperature before the higher temperature reaches the corresponding set temperature.
- the ratio of the range from the reference temperature to the element maximum temperature with respect to the element set temperature is calculated as the element ratio.
- the ratio of the range from the reference temperature to the unit temperature with respect to the range from the reference temperature to the unit set temperature is calculated as a unit ratio (corresponding to the apparatus ratio).
- each switch Sp and Sn is controlled based on the object ratio which is a higher value among the element ratio and the unit ratio.
- the switches Sp and Sn are controlled based on the target ratio on condition that the target ratio is higher than the common predetermined ratio.
- the predetermined ratio is set to a ratio at which the temperature at which the target ratio is calculated (for example, the element temperature when the element ratio is higher than the unit ratio) becomes the corresponding set temperature. That is, when expressed as a percentage, the predetermined ratio is set to 100%.
- the electric power generation by the rotating electrical machine 21 is required to be carried out continuously when necessary in consideration of the power supply to the lead storage battery 11, the lithium ion storage battery 12, and the electric loads 14 and 15. For this reason, as shown in FIG. 3, the power generation amount by the rotating electrical machine 21 is set as the target ratio on the condition that the target ratio is higher than the predetermined ratio during the period in which the power generation is performed by the rotating electrical machine 21.
- the switches Sp and Sn are controlled so as to be less than the power generation amount immediately before the predetermined ratio is increased.
- the energization period of the switches Sp and Sn is controlled to be shorter than the energization period immediately before the target ratio is higher than the predetermined ratio.
- each temperature of the calculation source of the target ratio is maintained at the corresponding set temperature (so that the temperature increase amount per unit time of the temperature of the calculation target of the target ratio is 0).
- the switches Sp and Sn may be controlled. With this control, power generation by the rotating electrical machine 21 can be continued.
- the target ratio is calculated as a higher value as the degree of power generation reduction by the rotating electrical machine 21 is larger. For this reason, for example, when the element temperature does not exceed the element set temperature and the predetermined ratio exceeds 100%, but the predetermined ratio exceeds 100%, the element temperature becomes the element set temperature with the power generation amount reduced. It is in a state. In the present embodiment, it is defined that the amount of power generated by the rotating electrical machine 21 becomes 0 when the target ratio becomes 120%.
- the increase in the target ratio per unit time is temporarily increased. It is assumed that the switches Sp and Sn are controlled so that the rotational torque applied to the crankshaft 43 by the rotating electrical machine 21 is reduced so as to be less than the amount. In this case, the rotating electrical machine 21 can apply the rotational torque to the crankshaft 43 even after the target ratio becomes higher than the predetermined ratio. On the other hand, the rotational torque applied to the crankshaft 43 is small. Therefore, there is a concern that the required rotational torque cannot be satisfied. In this case, it is necessary to perform control in which the engine 42 outputs rotational torque to the crankshaft 43 so as to compensate for the insufficient rotational torque, and it is considered that torque control becomes complicated.
- the rotational torque applied to the crankshaft 43 by the rotating electrical machine 21 on the condition that the target ratio is higher than the predetermined ratio during the period in which the rotational torque is applied to the crankshaft 43 by the rotating electrical machine 21.
- Each of the switches Sp and Sn is controlled so that the application of is stopped (see FIG. 3). More specifically, the energization amount to the rotating electrical machine 21 is determined on the condition that the target ratio is higher than a predetermined ratio during the period in which the rotational torque is applied to the crankshaft 43 by the rotating electrical machine 21.
- the switches Sp and Sn are controlled so as to be zero.
- the temperature control shown in FIG. 4 is repeatedly executed by the rotating electrical machine ECU 23 at a predetermined cycle during the period when the rotating electrical machine ECU 23 is powered on.
- step S100 the element temperatures of the switches Sp and Sn are acquired from the element temperature detector 24, and the unit temperature of the rotating electrical machine ECU 23 is acquired from the thermistor 29.
- step S110 the element ratio is calculated based on the highest element maximum temperature among the plurality of element temperatures acquired in step S100. Moreover, a unit ratio is calculated based on the unit temperature acquired in step S100.
- step S120 it is determined whether the target ratio, which is a higher value, of the element ratio and unit ratio calculated in step S110 is higher than a predetermined ratio. When it is determined that the target ratio is not higher than the predetermined ratio (S120: NO), this control is terminated. If it is determined that the target ratio is higher than the predetermined ratio (S120: YES), the process proceeds to step S130.
- step S130 it is determined whether or not the rotating electrical machine 21 is generating power.
- the process proceeds to step S140 so that the power generation amount by the rotating electrical machine 21 is less than the power generation amount immediately before the target ratio is higher than the predetermined ratio.
- the switches Sp and Sn are controlled. And this control is complete
- the rotating electrical machine 21 is not generating power (S130: NO)
- the process proceeds to step S150, and the switches Sp and Sn are controlled so that energization to the rotating electrical machine 21 is stopped. And this control is complete
- this embodiment has the following effects.
- the temperature assumed to be damaged differs between the switch provided in the inverter 22 and the rotating electrical machine ECU 23. Therefore, by providing different set temperatures for the switch and the rotating electrical machine ECU 23, the temperature of both the switch and the rotating electrical machine ECU 23 is not higher than the temperature assumed to be damaged. Can be controlled.
- the relationship between the element temperature and the element set temperature and the relationship between the unit temperature and the unit set temperature can be normalized by a ratio. Therefore, by comparing the calculated element ratio and unit ratio, it is possible to easily determine which of the element temperature and the unit temperature is closer to the set temperature. As a result, it is possible to suppress both the element temperature and the unit temperature from becoming higher than the corresponding set temperature by temperature control based on the target ratio. That is, the temperature control by the rotating electrical machine ECU 23 can be simplified.
- the switches Sp and Sn are controlled based on the target ratio on condition that the target ratio is higher than the predetermined ratio. Therefore, control which suppresses that the temperature of both element temperature and unit temperature becomes higher than the corresponding setting temperature can be implemented only in the situation where the object ratio becomes higher than the predetermined ratio.
- the element temperature detection unit 24 is configured by a temperature sensitive diode.
- the element temperature detection unit 24 may be configured by a thermistor instead of the temperature sensitive diode, and the rotating electrical machine ECU 23 may be configured to detect the element temperature of each of the switches Sp and Sn based on the potential of the thermistor.
- a temperature sensitive diode instead of the thermistor 29 provided in the rotating electrical machine ECU 23, a temperature sensitive diode may be provided so that the rotating electrical machine ECU 23 detects the unit temperature of the rotating electrical machine ECU 23 based on the forward voltage drop of the temperature sensitive diode. .
- the rotating electrical machine ECU 23 suppresses that the highest element temperature, which is the highest temperature among the plurality of element temperatures detected by the element temperature detection unit 24, is higher than the element set temperature, and the thermistor
- the switches Sp and Sn are controlled so as to suppress the unit temperature acquired from the unit 29 from becoming higher than the unit set temperature.
- a switch to be determined is determined in advance among the switches Sp and Sn, the element temperature of the switch is prevented from becoming higher than the element set temperature, and the unit temperature acquired from the thermistor 29 is the unit set temperature.
- the switches Sp and Sn may be controlled so as to suppress the height from becoming higher.
- the switches Sp and Sn are controlled based on the higher target ratio of the element ratio and the unit ratio.
- the switching element based on the difference between the element set temperature and the element temperature and the difference between the unit set temperature and the unit temperature, which has the smaller value (hereinafter referred to as a target difference), the switching element is It is good also as a structure to control.
- a predetermined value for example, set to 0
- switching is performed so as to prevent the temperature from which the target difference is calculated from becoming higher than the corresponding set temperature. Control the element.
- the element set temperature is set as the temperature at which the switch provided in the inverter 22 is assumed to be damaged
- the unit set temperature is set as the temperature at which the rotating electrical machine ECU 23 is assumed to be damaged.
- the element set temperature is set lower than a temperature at which the switch provided in the inverter 22 is assumed to be damaged by a predetermined temperature (a margin temperature considering safety), and the unit set temperature is also damaged by the rotating electrical machine ECU 23. Then, it may be set a predetermined temperature lower than the assumed temperature.
- the predetermined ratio is set to a ratio at which the temperature at which the target ratio is calculated becomes the corresponding set temperature.
- the predetermined ratio may be set to a ratio at which the temperature at which the target ratio is calculated is a temperature that is lower than the corresponding set temperature by a predetermined temperature.
- the rotation of the rotating electrical machine 21 to the crankshaft 43 is performed on the condition that the target ratio is higher than the predetermined ratio during the period in which the rotational torque is applied to the crankshaft 43 by the rotating electrical machine 21.
- the switches Sp and Sn are controlled so that the application of torque is stopped.
- the switches Sp and Sn may be controlled so that the torque is reduced.
- the amount of power generated by the rotating electrical machine 21 is set to be higher than the predetermined rate on the condition that the target rate is higher than the predetermined rate during the period in which power generation is performed by the rotating electrical machine 21.
- the switches Sp and Sn are controlled so as to be smaller than the power generation amount immediately before. With respect to this, the switches Sp and Sn are set so that the power generation by the rotating electrical machine 21 is stopped on the condition that the target ratio is higher than the predetermined ratio during the period when the power generation is performed by the rotating electrical machine 21. It can also be configured to be controlled.
- the rotating electrical machine ECU 23 controls the switches Sp and Sn based on the target ratio on the condition that the target ratio is higher than the predetermined ratio.
- the rotating electrical machine ECU 23 may be configured to constantly transmit the target ratio to the engine ECU 40 while performing the temperature control.
- the engine ECU 40 is based on the target ratio acquired from the rotating electrical machine ECU 23. The operation of the rotating electrical machine 21 is controlled.
- the engine ECU 40 controls the rotating electrical machine ECU 23. Is set smaller than the required torque value immediately before the target ratio becomes higher than the threshold value.
- the engine ECU 40 instructs the rotating electrical machine ECU 23.
- the engine ECU 40 has an idling stop function for automatically stopping and restarting the engine 42, and the rotating electrical machine ECU 23 generates power by the rotating electrical machine 21 after the engine 42 is automatically restarted.
- the case where it is the structure to implement is assumed. In this case, it is conceivable that a large current flows through each of the switches Sp and Sn due to power generation performed by the rotating electrical machine 21 after the automatic restart, and the element temperature greatly increases. Further, it is conceivable that the rotating electrical machine 21 generates heat during power generation, and the temperature of the rotating electrical machine ECU 23 rises by receiving the heat. Therefore, the engine ECU 40 prohibits the operation of the idling stop function when the target ratio is higher than the predetermined ratio. Thereby, it can suppress that the temperature of the calculation origin of an object ratio becomes high exceeding the corresponding setting temperature by the electric power generation after the automatic restart of the engine 42.
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Abstract
回転電気ユニットは、回転電機(21)と、回転電機の相ごとの通電及び遮断を行う複数のスイッチング素子(Sp,Sn)と、複数のスイッチング素子を制御することにより、回転電機(21)の動作を制御する制御装置(23)と、スイッチング素子(Sp,Sn)の温度を素子温度として検出する第一温度検出部(24)と、制御装置(23)の温度を装置温度として検出する第二温度検出部(29)を備える。制御装置(23)は、第一温度検出部(24)により検出された素子温度がスイッチング素子(Sp,Sn)に対して設定される素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、第二温度検出部(29)により検出された装置温度が制御装置(23)に対して設定される装置設定温度よりも高くなることを抑制するように、スイッチング素子(Sp,Sn)を制御する。
Description
本出願は、2017年2月3日に出願された日本出願番号2017-018867号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、回転電機ユニット、及び回転電気ユニットを備える車両に関する。
従来、インバータを内蔵した回転電機が知られている。この回転電機を備えた車両において、エンジンが自動停止された状態で所定の再始動条件を満たした場合にエンジンを自動再始動させるアイドリングストップ制御を実施する場合を想定する。この場合、エンジン始動およびその直後に生じる回転電機の発電動作により、インバータに備わるスイッチング素子に大きな電流が流れ、スイッチング素子の温度が許容レベルを超えるおそれがある。
この対策として、特許文献1に記載の交流発電電動機装置には、温度検出回路が備わっており、インバータに備わる半導体回路(スイッチング素子)の一部領域に設けられたPN接合ダイオードの温度、すなわち半導体回路の温度が検出される。そして、温度検出回路により検出された複数の半導体回路の温度のうち最高温度のものがインバータ温度とされ、アイドリングストップ制御が実施される前に、インバータ温度がしきい値温度以下か否かが判定される。そして、インバータ温度がしきい値温度を超えていれば、エンジン自動停止動作が禁止される。これにより、エンジン再始動時に半導体回路が許容できない高温状態となることを防止することができるとしている。
ところで、回転電機には、インバータを内蔵するほか、回転電機を制御する制御装置を一体的に備えた機電一体型の回転電機が知られている。このような機電一体型の回転電機では、回転電機が動作した場合に、回転電機に備わるステータ巻線やインバータに備わるスイッチング素子からの受熱により、制御装置の温度が上昇することになる。このとき、制御装置の熱容量が、インバータに備わるスイッチング素子の熱容量よりも高い場合には、制御装置の温度は、スイッチング素子と比較して、上昇しにくい一方で、下降しにくいことになる。したがって、特許文献1に記載の技術を実施しても、エンジンの自動停止及び自動再始動が行われることで上昇した制御装置の温度を十分に下げることができず、その結果、アイドリングストップ制御が実施されるたび制御装置の温度は少しずつ上昇し、許容できない高温状態となるおそれがある。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、素子温度と、装置温度のどちらの温度も、対応する設定温度を超えて高くなることがないように動作抑制することが可能な回転電機ユニットを提供することにある。
第1の開示は、エンジンのクランク軸と互いにトルクを伝達可能に設けられた回転電機と、前記回転電機の相ごとの通電及び遮断を行う複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子を制御することにより、前記回転電機の動作を制御する制御装置と、前記スイッチング素子の温度を素子温度として検出する第一温度検出部と、を備える機電一体型の回転電機ユニットであって、前記制御装置の温度を装置温度として検出する第二温度検出部を備え、前記制御装置は、前記第一温度検出部により検出された前記素子温度が前記スイッチング素子に対して設定される素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、前記第二温度検出部により検出された前記装置温度が前記制御装置に対して設定される装置設定温度よりも高くなることを抑制するように、前記スイッチング素子を制御する。
制御装置と、回転電機と、が一体に設けられた機電一体型の回転電機ユニットでは、回転電機やスイッチング素子が発熱した場合に、制御装置が受熱し、制御装置の温度が上昇する。このとき、スイッチング素子の温度である素子温度が素子設定温度よりも高くならないようにスイッチング素子を制御した場合、スイッチング素子の素子温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制できる一方で、制御装置の装置温度が装置設定温度よりも高くなるおそれがある。
この対策として、制御装置の装置温度を検出する第二温度検出部が設けられ、第一温度検出部により検出された素子温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、装置温度が装置設定温度よりも高くなることを抑制するように、スイッチング素子が制御される。これにより、素子温度と、装置温度と、が対応する設定温度を超えて高くなることを抑制することができる。
第2の開示は、第1の開示において、前記制御装置は、前記素子設定温度及び前記装置設定温度よりも低く設定された基準温度から前記素子設定温度までの範囲に対して、前記基準温度から前記素子温度までの範囲が占める割合としての素子割合と、前記基準温度から前記装置設定温度までの範囲に対して、前記基準温度から前記装置温度までの範囲が占める割合としての装置割合とのうち、より高い値である対象割合に基づいて、前記スイッチング素子を制御する。
素子割合及び装置割合をそれぞれ算出することで、現在の素子温度及び装置温度が対応するそれぞれの設定温度にどれだけ近いかを割合に基づいて把握することができる。換言すれば、素子温度と素子設定温度との関係と、装置温度と装置設定温度との関係と、を割合で規格化することができる。したがって、算出された素子割合と装置割合とを比較することで、素子温度と装置温度とで、どちらが設定温度により近いかを容易に判断することができる。ひいては、対象割合に基づいた温度制御で、素子温度と装置温度との双方の温度を対応する設定温度よりも高くなることを抑制するように制御することができる。つまり、制御装置による温度制御の簡便化を図ることができる。
第3の開示は、第2の開示において、前記制御装置は、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことを条件として、前記対象割合に基づいて、前記スイッチング素子を制御する。
上記構成とすることで、対象割合が共通の所定割合よりも高くなった状況に限った温度制御を実施することができる。
第4の開示は、第2又は3の開示において、前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸の回転により発電する発電機能を有し、前記制御装置は、前記回転電機により前記発電が実施されている期間中に、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことを条件として、前記回転電機による発電量を前記対象割合が前記所定割合よりも高くなる直前の前記発電量よりも少なくなるように前記スイッチング素子を制御する。
回転電機による発電量が少なくなるようにスイッチング素子が制御されることで、スイッチング素子及び回転電機の発熱量が少なくなる。したがって、回転電機により発電が実施されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機による発電量が少なくなるようにスイッチング素子が制御される。これにより、スイッチング素子及び制御装置の単位時間当たりの温度上昇量を低減しつつ、回転電機による発電を継続することができる。
第5の開示では、前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸に回転トルクを付与するトルク付与機能を有し、前記制御装置は、前記回転電機により前記クランク軸に前記回転トルクが付与されている期間中に、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことを条件として、前記回転電機による前記クランク軸への前記回転トルクの付与を停止するように、前記スイッチング素子を制御する。
回転電機によりクランク軸に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなった場合に、仮に、対象割合の単位時間当たりの上昇量を現時点の上昇量よりも少なくするべく、回転電機によりクランク軸に付与される回転トルクが小さくなるようにスイッチング素子を制御する場合を想定する。この場合、対象割合が所定割合よりも高くなって以降も、回転電機はクランク軸に回転トルクを付与することができるが、その一方で、クランク軸に付与される回転トルクは小さくなるため、要求される回転トルクを満足することができなくなる懸念がある。この場合、不足する回転トルク分を補うようにエンジンがクランク軸に回転トルクを出力する制御を実施する必要があり、トルク制御が煩雑となることが考えられる。これを考慮し、回転電機によりクランク軸に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機によるクランク軸への回転トルクの付与が停止されるように、スイッチング素子が制御される。これにより、対象割合が所定割合よりも高くなって以降は、回転電機によるトルク付与が停止されるため、スイッチング素子及び制御装置の温度が上昇することを抑制することができる。また、回転電機によるトルク付与が停止されることで、エンジンの出力のみでトルク制御を行なうこととなり、制御の簡便化を図ることができる。
第6の開示では、前記素子設定温度は、前記スイッチング素子が破損すると想定される温度として設定され、前記装置設定温度は、前記制御装置が破損すると想定される温度として設定される。
スイッチング素子と、制御装置とで、破損すると想定される温度は異なる。したがって、スイッチング素子と制御装置とで、それぞれに異なる値の設定温度が設けられることで、スイッチング素子と、制御装置と、の双方の温度が、破損すると想定される温度よりも高くならないように、制御することができる。この場合であっても、算出された素子割合と装置割合とを比較することで、素子温度と装置温度とで、どちらが設定温度により近いかを容易に判断することができる。ひいては、対象割合に基づいた温度制御で、素子温度と装置温度との双方の温度を対応する設定温度よりも高くならないように制御することができる。
第7の開示では、前記制御装置は、前記エンジンを制御するエンジン制御部に前記対象割合を送信する。
第8の開示では、回転電機ユニットと、エンジンと、前記エンジン及び前記回転電機ユニットの動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記エンジンの自動停止及び自動再始動を実施する自動停止再始動機能を有しており、前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸の回転により発電する発電機能を有しており、前記制御部により前記自動再始動が実施された後に前記回転電機による発電が実施される車両であって、前記制御部は、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなった場合に、前記自動停止再始動機能の動作を禁止する。
エンジンの自動停止させた状態から自動再始動が行われると、自動再始動後に回転電機により発電が実施され、それによりスイッチング素子に大きな電流が流れ、素子温度が大きく上昇することが考えられる。また、発電時は回転電機が発熱し、その熱を受熱することで、制御装置の温度が上昇することが考えられる。したがって、対象割合が所定割合よりも高くなった場合には、自動停止再始動機能の動作が禁止される。これにより、エンジンの自動再始動後の発電で、対象割合の算出元の温度が対応する設定温度を超えて高くなることを抑制することができる。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、車載電源システムの概略構成図であり、
図2は、回転電機ユニットの概略構成図であり、
図3は、温度制御の概要を説明する図であり、
図4は、回転電機ECUが実施する制御フローチャートである。
以下、本開示を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、エンジン42(内燃機関)を駆動源として走行する車両において当該車両の各種機器に電力を供給する車載電源システムを具体化している。
図1に示される車載電源システムは、鉛蓄電池11とリチウムイオン蓄電池12とを有する2電源システムであり、各蓄電池11,12からはスタータ13や、各種の電気負荷14,15、回転電機ユニット16への給電が可能となっている。また、各蓄電池11,12に対しては回転電機ユニット16による充電が可能となっている。本システムでは、回転電機ユニット16に対して並列に鉛蓄電池11及びリチウムイオン蓄電池12が接続されるとともに、電気負荷14,15に対して並列に鉛蓄電池11及びリチウムイオン蓄電池12が接続されている。
鉛蓄電池11は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池12は、鉛蓄電池11に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池12は、鉛蓄電池11に比べて充放電時のエネルギ効率が高い蓄電池であるとよい。また、リチウムイオン蓄電池12は、それぞれ複数の単電池を有してなる組電池として構成されている。これら各蓄電池11,12の定格電圧はいずれも同じであり、例えば12Vである。
図示による具体的な説明は割愛するが、リチウムイオン蓄電池12は、収容ケースに収容されて基板一体の電池ユニットUとして構成されている。電池ユニットUは、2つの出力端子P1,P2を有しており、このうち出力端子P1に鉛蓄電池11とスタータ13と電気負荷14とが接続され、出力端子P2に電気負荷15と回転電機ユニット16とが接続されている。
各電気負荷14,15は、各蓄電池11,12から供給される供給電力の電圧について要求が相違するものである。このうち電気負荷14には、供給電力の電圧が一定又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定であることが要求される定電圧要求負荷が含まれる。これに対し、電気負荷15は、定電圧要求負荷以外の一般的な電気負荷である。電気負荷14は被保護負荷とも言える。また、電気負荷14は電源失陥が許容されない負荷であり、電気負荷15は、電気負荷14に比べて電源失陥が許容される負荷であるとも言える。
定電圧要求負荷である電気負荷14の具体例としては、ナビゲーション装置やオーディオ装置、メータ装置、エンジンECU等の各種ECUが挙げられる。この場合、供給電力の電圧変動が抑えられることで、上記各装置において不要なリセット等が生じることが抑制され、安定動作が実現可能となっている。電気負荷14として、電動ステアリング装置やブレーキ装置等の走行系アクチュエータが含まれていてもよい。また、電気負荷15の具体例としては、シートヒータやリヤウインドウのデフロスタ用ヒータ、ヘッドライト、フロントウインドウのワイパ、空調装置の送風ファン等が挙げられる。
回転電機ユニット16は、3相交流モータとしての回転電機21と、電力変換装置としてのインバータ22と、回転電機21の作動を制御する回転電機ECU23とを備えている。回転電機ユニット16は、モータ機能付き発電機であり、機電一体型のISG(Integrated Starter Generator)として構成されている。
ここで、回転電機ユニット16の電気的構成について図2を用いて説明する。回転電機21は、3相電機子巻線としてU相、V相、W相の相巻線24U,24V,24Wと、界磁巻線25とを備えている。回転電機21の回転軸は、エンジン42のクランク軸43に対してベルト44により駆動連結されており(図1参照)、クランク軸43の回転によって回転電機21の回転軸が回転する一方、回転電機21の回転軸の回転によってクランク軸43が回転する。つまり、回転電機ユニット16は、クランク軸43や車軸の回転により発電(回生発電)を行う発電機能と、クランク軸43に対して回転トルクを付与する力行機能とを備えている。
インバータ22は、各相巻線24U,24V,24Wから出力される交流電圧を直流電圧に変換して電池ユニットUに対して出力する。また、インバータ22は、電池ユニットUから入力される直流電圧を交流電圧に変換して各相巻線24U,24V,24Wへ出力する。インバータ22は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するブリッジ回路であり、3相全波整流回路を構成している。また、インバータ22は、回転電機21に供給される電力を調節することで回転電機21を駆動する駆動回路を構成している。
インバータ22は、相ごとに上アームスイッチSp及び下アームスイッチSnを備えている。本実施形態では、各スイッチSp,Snとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的には、NチャネルMOSFETを用いている。上アームスイッチSpには、上アームダイオードDpが逆並列に接続され、下アームスイッチSnには、下アームダイオードDnが逆並列に接続されている。
各相におけるスイッチSp,Snの直列接続体の中間接続点は、各相巻線24U,24V,24Wの一端にそれぞれ接続されている。また、インバータ22の高圧側経路と低圧側経路との間には、インバータ22の入出力の電圧を検出する電圧センサ26が設けられている。その他、回転電機ユニット16には、各相巻線24U,24V,24Wを流れる電流を検出する電流センサ27と、界磁巻線25に流れる電流を検出する電流センサ28が設けられている。なお、電流センサ27は、インバータ22と各相巻線24U,24V,24Wとの間に設けられていてもよいし、下アームスイッチSnとグランドラインとの間に相ごとに設けられていてもよい。上記各センサ26~28の検出信号は回転電機ECU23に適宜入力される。また、図示は略すが、回転電機21には、回転子の角度情報を検出する回転角度センサが設けられ、インバータ22には、その回転角度センサからの信号を処理する信号処理回路が設けられている。
回転電機ECU23は、回転電機ユニット16内に収容され、基板上に設置されている。この回転電機ECU23は、CPU、ROM、RAM、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。
回転電機ECU23は、その内部の図示しないICレギュレータにより、界磁巻線25に流す励磁電流を調整する。これにより、回転電機ユニット16の発電電圧(電池ユニットUに対する出力電圧)が制御される。また、回転電機ECU23は、車両の走行開始後にインバータ22内の各スイッチSp,Snを制御することで、クランク軸43に対して回転電機21により回転トルクを付与させる。回転電機21は、エンジン始動時にクランク軸43に初期回転を付与することが可能であり、エンジン始動装置としての機能も有している。この回転電機ECU23は、制御装置に該当する。
次に、電池ユニットUにおける電気的構成を説明する。図1に示すように、電池ユニットUには、ユニット内電気経路として、各出力端子P1,P2を繋ぐ電気経路L1と、電気経路L1上の点N1とリチウムイオン蓄電池12とを繋ぐ電気経路L2とが設けられている。このうち電気経路L1にスイッチ31が設けられ、電気経路L2にスイッチ32が設けられている。なお、鉛蓄電池11とリチウムイオン蓄電池12とを接続する電気経路で言えば、回転電機ユニット16との接続点N1よりも鉛蓄電池11の側にスイッチ31が設けられ、接続点N1よりもリチウムイオン蓄電池12の側にスイッチ32が設けられている。
これら各スイッチ31,32は、例えば2×n個のMOSFET(半導体スイッチング素子)を備え、その2つ一組のMOSFETの寄生ダイオードが互いに逆向きになるように直列に接続されている。この寄生ダイオードによって、各スイッチ31,32をオフ状態とした場合に各スイッチ31,32が設けられた経路に流れる電流が完全に遮断される。なお、スイッチ31,32として、MOSFETに代えて、IGBTやバイポーラトランジスタ等を用いることも可能である。
電気経路L1においてスイッチ31よりもP1側には電圧センサ33が設けられ、スイッチ31よりもP2側には電圧センサ34が設けられている。電圧センサ33により出力端子P1の端子電圧が検出され、電圧センサ34により出力端子P2の端子電圧が検出される。
電池ユニットUは、各スイッチ31,32のオンオフ(開閉)を制御する電池ECU37を備えている。電池ECU37は、CPU、ROM、RAM、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。電池ECU37は、各蓄電池11,12の蓄電状態や、上位制御装置であるエンジンECU40からの指令値に基づいて、各スイッチ31,32のオンオフを制御する。これにより、鉛蓄電池11とリチウムイオン蓄電池12とを選択的に用いて充放電が実施される。例えば、電池ECU37は、リチウムイオン蓄電池12のSOC(残存容量:State Of Charge)を算出し、そのSOCが所定の使用範囲内に保持されるようにリチウムイオン蓄電池12への充電量及び放電量を制御する。
回転電機ユニット16の回転電機ECU23や電池ユニットUの電池ECU37には、これら各ECU23,37を統括的に管理する上位制御装置としてのエンジンECU(制御部に該当)40が接続されている。エンジンECU40は、CPU、ROM、RAM、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されており、都度のエンジン運転状態や車両走行状態に基づいて、エンジン42の運転を制御する。
これら各ECU23,37,40は、CAN等の通信ネットワークを構築する通信線41により接続されて相互に通信可能となっており、所定周期で双方向の通信が実施される。これにより、各ECU23,37,40に記憶される各種データが互いに共有できるものとなっている。
ところで、本実施形態に係る回転電機ユニット16のように、回転電機21とインバータ22と回転電機ECU23とが一体に設けられている場合、回転電機21や各スイッチSp,Snが発熱した場合に、回転電機ECU23が受熱し、回転電機ECU23の温度が上昇することになる。このとき、基板上に設置された回転電機ECU23の熱容量は、各スイッチSp,Snの熱容量よりも大きくなる傾向にあり、その場合、回転電機ECU23の温度は、各スイッチSp,Snと比較して、上昇しにくい一方で、下降しにくいことになる。
回転電機ECU23の熱容量が各スイッチSp,Snの熱容量よりも大きい場合において、仮に各スイッチSp,Snの温度(以降、素子温度と呼称)のうち最も高い温度である素子最高温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制するように、各スイッチSp,Snを制御する場合を想定する。この制御により、素子最高温度が素子設定温度を超えて高くなることを抑制できたとしても、その一方で、回転電機ECU23の温度としてのユニット温度(装置温度に該当)が、ユニット設定温度(装置設定温度に該当)を超えて高くなるおそれがある。つまり、素子最高温度を対象とした温度制御を実施した場合に、各スイッチSp,Snへの通電を停止することで各スイッチSp,Snの温度が十分に低下したとしても、ユニット温度が十分に低下しない可能性がある。その結果、素子最高温度を対象とした温度制御が繰り返されるたびに、ユニット温度が徐々に上昇し、ユニット設定温度を超えて高くなる状況が生じうる。
あるいは、回転電機ユニット16に電解コンデンサ(図示せず)が設けられており、電解コンデンサがインバータ22に対して電力供給を実施する場合を想定する。この場合、外気温が低温である状況では、電解コンデンサの容量が低下し、それに伴ってリプル電流が過度に大きくなることになる。これにより、インバータ22の素子最高温度が大きく上昇することになり、ユニット温度がユニット設定温度よりも低い一方で、素子温度が素子最高温度を超えて高くなる状態が生じうる。本実施形態において、素子設定温度は、インバータ22に備わるスイッチSp,Snが破損すると想定される温度として設定され、ユニット設定温度は、回転電機ECU23が破損すると想定される温度として設定される。つまり、素子設定温度とユニット設定温度とでは、多くの場合、異なる値として設定される。
この対策として、回転電機ユニット16には、各スイッチSp,Snの素子温度を検出するための素子温度検出部(第一温度検出部に該当)24が設けられている。素子温度検出部24は、本実施形態において感温ダイオードとして構成されている。この感温ダイオードには定電流が流れるようになっており、回転電機ECU23は、感温ダイオードのアノード―カソード間電圧、すなわち、順方向降下電圧を取得し、取得した順方向降下電圧に基づいて、各スイッチSp,Snの素子温度を取得する。
また、回転電機ECU23にはサーミスタ(第二温度検出部に該当)29が設けられており、回転電機ECU23は、サーミスタ29の電位に基づいて回転電機ECU23の温度(以降、ユニット温度と呼称)を検出する。回転電機ECU23は、素子温度検出部24から取得した複数の素子温度のうち最も高い温度である素子最高温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、サーミスタ29から取得したユニット温度がユニット設定温度よりも高くなることを抑制するように、各スイッチSp,Snを制御する。
ところで、この温度制御の一つとして、素子最高温度と、ユニット温度とを比較して、高い方の温度に基づいて各スイッチSp,Snを制御する方法が考えられる。しかし、上述の通り、素子設定温度と、ユニット設定温度とでは、異なる値として設定されることが多いため、高い方の温度と対応する設定温度との差が、低い方の温度と対応する設定温度との差よりも小さいとは限らない。換言すれば、高い方の温度が対応する設定温度に到達するまでの間に、低い方の温度が対応する設定温度に到達する場合が生じうる。
この点を考慮し、本温度制御では、素子設定温度及びユニット設定温度よりも低く設定された基準温度(例えば、インバータ22に備わるスイッチ及び回転電機ECU23の動作を保証することができる下限温度)から素子設定温度までの範囲に対して、基準温度から素子最高温度までの範囲が占める割合を素子割合として算出する。その一方で、基準温度からユニット設定温度までの範囲に対して、基準温度からユニット温度までの範囲が占める割合をユニット割合(装置割合に該当)として算出する。そして、素子割合と、ユニット割合とのうち、より高い値である対象割合に基づいて、各スイッチSp,Snを制御する。
本実施形態では、対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことを条件として、対象割合に基づいて、各スイッチSp,Snを制御する。所定割合は、対象割合の算出元の温度(例えば素子割合がユニット割合よりも高い場合は素子温度)が対応する設定温度となる割合に設定される。つまり、百分率で表現する場合、所定割合は100%に設定される。
対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことで実施される各スイッチSp,Snの詳細な制御法は、そのときの回転電機21の駆動状態によって変わる。
回転電機21による発電は、鉛蓄電池11やリチウムイオン蓄電池12、また電気負荷14,15への電力供給の兼ね合いから、必要な場合は継続して実施することが要求される。このため、図3に示されるように、回転電機21により発電が実施されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機21による発電量を対象割合が所定割合よりも高くなる直前の発電量よりも少なくなるように、各スイッチSp,Snを制御する。回転電機21による発電量が少なくなるように制御するために、スイッチSp,Snの通電期間が対象割合が所定割合よりも高くなる直前の通電期間よりも短く制御される。これにより、素子温度の単位時間当たりの温度上昇量は小さくなる。それに伴って、回転電機21の発電量が少なくなり、回転電機21の発熱量が少なくなるため、ユニット温度の単位時間当たりの温度上昇量も小さくなる。したがって、上述の制御について、対象割合の算出元の温度が対応する設定温度に維持されるように(対象割合の算出元の温度の単位時間当たりの温度上昇量が0となるように)、各スイッチSp,Snを制御すると換言してもよい。この制御により、回転電機21による発電を継続して実施することができる。
なお、図3において、対象割合が100%を超えて高くなって以降は、回転電機21による発電量の低減度合いが大きいほど、対象割合を高い値として算出している。このため、例えば素子温度が素子設定温度を超えて所定割合が100%を超えるのではなく、所定割合が100%を超える状態は、発電量が低減された状態で素子温度が素子設定温度になっている状態である。本実施形態では、回転電機21による発電量が0となったときが、対象割合が120%となったときとなるように規定している。
一方で、回転電機21によりクランク軸43に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなった場合に、仮に、対象割合の単位時間当たりの上昇量を現時点の上昇量よりも少なくするべく、回転電機21によりクランク軸43に付与される回転トルクが小さくなるように各スイッチSp,Snを制御する場合を想定する。この場合、対象割合が所定割合よりも高くなって以降も、回転電機21はクランク軸43に回転トルクを付与することができるが、その一方で、クランク軸43に付与される回転トルクは小さくなるため、要求される回転トルクを満足することができなくなる懸念がある。この場合、不足する回転トルク分を補うようにエンジン42がクランク軸43に回転トルクを出力する制御を実施する必要があり、トルク制御が煩雑となることが考えられる。
これを考慮し、回転電機21によりクランク軸43に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機21によるクランク軸43への回転トルクの付与が停止されるように、各スイッチSp,Snを制御する(図3参照)。より具体的には、クランク軸43に対して回転電機21により回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機21への通電量が0となるように、各スイッチSp,Snを制御する。これにより、対象割合が所定割合よりも高くなって以降は、回転電機21によるクランク軸43へのトルク付与が停止されるため、各スイッチSp,Sn及び回転電機ECU23の温度が上昇することを抑制することができる。また、回転電機21によるトルク付与が停止されることで、エンジン42の出力のみでトルク制御を行なうこととなり、制御の簡便化を図ることができる。
本実施形態では、回転電機ECU23により図4に記載の温度制御を実行する。図4に示す温度制御は、回転電機ECU23が電源オンしている期間中に回転電機ECU23によって所定周期で繰り返し実行される。
まず、ステップS100では、素子温度検出部24からスイッチSp,Snの素子温度をそれぞれ取得するとともに、サーミスタ29から回転電機ECU23のユニット温度を取得する。そして、ステップS110では、ステップS100で取得した複数の素子温度のうち最も高い素子最高温度に基づいて、素子割合を算出する。また、ステップS100で取得したユニット温度に基づいて、ユニット割合を算出する。
ステップS120では、ステップS110で算出した素子割合とユニット割合とのうち、より高い値である対象割合が所定割合よりも高いか否かを判定する。対象割合が所定割合よりも高くないと判定した場合には(S120:NO)、本制御を終了する。対象割合が所定割合よりも高いと判定した場合には(S120:YES)、ステップS130に進む。
ステップS130では、回転電機21が発電を実施しているか否かを判定する。回転電機21が発電を実施している場合には(S130:YES)、ステップS140に進み、回転電機21による発電量が対象割合が所定割合よりも高くなる直前の発電量よりも少なくなるように、各スイッチSp,Snを制御する。そして、本制御を終了する。回転電機21が発電を実施していない場合には(S130:NO)、ステップS150に進み、回転電機21への通電が停止されるように、各スイッチSp,Snを制御する。そして、本制御を終了する。
上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。
・インバータ22に備わるスイッチと、回転電機ECU23とで、破損すると想定される温度は異なる。したがって、スイッチと回転電機ECU23とで、それぞれに異なる値の設定温度が設けられることで、スイッチと、回転電機ECU23と、の双方の温度が、破損すると想定される温度よりも高くならないように、制御することができる。
・素子割合及びユニット割合をそれぞれ算出することで、現在の素子温度及びユニット温度が対応するそれぞれの設定温度にどれだけ近いかを割合に基づいて把握することができる。換言すれば、素子温度と素子設定温度との関係と、ユニット温度とユニット設定温度との関係と、を割合で規格化することができる。したがって、算出された素子割合とユニット割合とを比較することで、素子温度とユニット温度とで、どちらが設定温度により近いかを容易に判断することができる。ひいては、対象割合に基づいた温度制御で、素子温度とユニット温度との双方の温度が、対応する設定温度よりも高くなることを抑制することができる。つまり、回転電機ECU23による温度制御の簡便化を図ることができる。
・上記構成によれば、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、対象割合に基づいた各スイッチSp,Snの制御が実施される。これにより、対象割合が所定割合よりも高くなった状況に限って、素子温度とユニット温度との双方の温度が対応する設定温度よりも高くなることを抑制する制御を実施することができる。
上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態において、素子温度検出部24は、感温ダイオードにより構成されていた。このことについて、素子温度検出部24を感温ダイオードに代えてサーミスタで構成することとし、回転電機ECU23がサーミスタの電位に基づいて各スイッチSp,Snの素子温度を検出する構成としてもよい。また、回転電機ECU23に設けられたサーミスタ29に代えて、感温ダイオードを設け、回転電機ECU23が感温ダイオードの順方向降下電圧に基づいて、回転電機ECU23のユニット温度を検出する構成としてもよい。
・上記実施形態において、回転電機ECU23は、素子温度検出部24により検出された複数の素子温度のうち最も高い温度である素子最高温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、サーミスタ29から取得したユニット温度がユニット設定温度よりも高くなることを抑制するように、各スイッチSp,Snを制御していた。このことについて、予めスイッチSp,Snのうち判定対象とするスイッチを定め、そのスイッチの素子温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、サーミスタ29から取得したユニット温度がユニット設定温度よりも高くなることを抑制するように、各スイッチSp,Snを制御してもよい。
・上記実施形態では、素子割合と、ユニット割合とのうち、より高い値である対象割合に基づいて、各スイッチSp,Snを制御していた。このことについて、素子設定温度と素子温度との差と、ユニット設定温度とユニット温度との差とのうち、値がより少ない方の差(以降、対象差と呼称)に基づいて、スイッチング素子を制御する構成としてもよい。この場合、対象差が所定値(例えば0に設定される)よりも低くなったことを条件として、対象差の算出元の温度が対応する設定温度よりも高くなることを抑制するように、スイッチング素子を制御する。
・上記実施形態において、素子設定温度は、インバータ22に備わるスイッチが破損すると想定される温度として設定され、ユニット設定温度は、回転電機ECU23が破損すると想定される温度として設定されていた。このことについて、例えば、素子設定温度は、インバータ22に備わるスイッチが破損すると想定される温度よりも所定温度(安全を考慮した余裕温度)低く設定され、ユニット設定温度もまた、回転電機ECU23が破損すると想定される温度よりも所定温度低く設定されてもよい。
・上記実施形態において、所定割合は、対象割合の算出元の温度が対応する設定温度となる割合に設定されていた。このことについて、所定割合は、対象割合の算出元の温度が、対応する設定温度よりも所定温度低い温度となる割合に設定されてもよい。
・上記実施形態では、回転電機21によりクランク軸43に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機21によるクランク軸43への回転トルクの付与が停止されるように、各スイッチSp,Snが制御されていた。このことについて、回転電機21によりクランク軸43に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機21によりクランク軸43に付与される回転トルクが小さくなるように各スイッチSp,Snが制御される構成とすることもできる。
・上記実施形態では、回転電機21により発電が実施されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機21による発電量を対象割合が所定割合よりも高くなる直前の発電量よりも少なくなるように、各スイッチSp,Snを制御していた。このことについて、回転電機21により発電が実施されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として回転電機21による発電が停止されるように、各スイッチSp,Snが制御される構成とすることもできる。
上記実施形態において、回転電機ECU23は、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、対象割合に基づいて、各スイッチSp,Snを制御していた。このことについて、回転電機ECU23は温度制御を実施する一方で、エンジンECU40に対して対象割合を常時送信する構成としてもよく、この場合、エンジンECU40は、回転電機ECU23から取得した対象割合に基づいて、回転電機21の動作を制御する。
例えば、回転電機21によりクランク軸43に回転トルクが付与されている期間中に、所定割合よりも低く設定された閾値よりも対象割合が高くなった場合には、エンジンECU40が回転電機ECU23に対して送信する要求トルク値を、対象割合が閾値よりも高くなる直前の要求トルク値よりも小さく設定する。
あるいは、回転電機21により発電が実施されている期間中に、対象割合が閾値よりも高くなった場合、回転電機21の発電量が、対象割合が閾値よりも高くなる直前の発電量よりも小さくなるように、エンジンECU40は回転電機ECU23に対して指示する。
このように制御することで、対象割合が所定割合よりも高くなる状況の発生頻度を抑えることができ、ひいては、回転電機ECU23による温度制御の実施頻度を少なくすることができる。
・エンジンECU40が、エンジン42の自動停止及び自動再始動を実施するアイドリングストップ機能を有しており、且つ、回転電機ECU23は、エンジン42の自動停止後の自動再始動後に回転電機21による発電を実施させる構成である場合を想定する。この場合、自動再始動後に回転電機21により発電が実施されることで、各スイッチSp,Snに大きな電流が流れ、素子温度が大きく上昇することが考えられる。また、発電時は回転電機21が発熱し、その熱を受熱することで、回転電機ECU23の温度が上昇することが考えられる。したがって、エンジンECU40は、対象割合が所定割合よりも高くなった場合に、アイドリングストップ機能の動作を禁止する。これにより、エンジン42の自動再始動後の発電で、対象割合の算出元の温度が対応する設定温度を超えて高くなることを抑制することができる。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (8)
- エンジン(42)のクランク軸(43)と互いにトルクを伝達可能に設けられた回転電機(21)と、前記回転電機の相ごとの通電及び遮断を行う複数のスイッチング素子(Sp,Sn)と、前記複数のスイッチング素子を制御することにより、前記回転電機の動作を制御する制御装置(23)と、前記スイッチング素子の温度を素子温度として検出する第一温度検出部(24)と、を備える機電一体型の回転電機ユニット(16)であって、
前記制御装置の温度を装置温度として検出する第二温度検出部(29)を備え、
前記制御装置は、前記第一温度検出部により検出された前記素子温度が前記スイッチング素子に対して設定される素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、前記第二温度検出部により検出された前記装置温度が前記制御装置に対して設定される装置設定温度よりも高くなることを抑制するように、前記スイッチング素子を制御する回転電機ユニット。 - 前記制御装置は、前記素子設定温度及び前記装置設定温度よりも低く設定された基準温度から前記素子設定温度までの範囲に対して、前記基準温度から前記素子温度までの範囲が占める割合としての素子割合と、前記基準温度から前記装置設定温度までの範囲に対して、前記基準温度から前記装置温度までの範囲が占める割合としての装置割合とのうち、より高い値である対象割合に基づいて、前記スイッチング素子を制御する請求項1に記載の回転電機ユニット。
- 前記制御装置は、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことを条件として、前記対象割合に基づいて、前記スイッチング素子を制御する請求項2に記載の回転電機ユニット。
- 前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸の回転により発電する発電機能を有し、
前記制御装置は、前記回転電機により前記発電が実施されている期間中に、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことを条件として、前記回転電機による発電量を、前記対象割合が前記所定割合よりも高くなる直前の前記発電量よりも少なくなるように前記スイッチング素子を制御する請求項2又は3のいずれかに記載の回転電機ユニット。 - 前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸に回転トルクを付与するトルク付与機能を有し、
前記制御装置は、前記回転電機により前記クランク軸に前記回転トルクが付与されている期間中に、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことを条件として、前記回転電機による前記クランク軸への前記回転トルクの付与を停止するように、前記スイッチング素子を制御する請求項2乃至4のいずれか1項に記載の回転電機ユニット。 - 前記素子設定温度は、前記スイッチング素子が破損すると想定される温度として設定され、
前記装置設定温度は、前記制御装置が破損すると想定される温度として設定される請求項2乃至5のいずれか1項に記載の回転電機ユニット。 - 前記制御装置は、前記エンジンを制御するエンジン制御部(40)に前記対象割合を送信する請求項2乃至6のいずれか1項に記載の回転電機ユニット。
- 請求項2乃至7のいずれか1項に記載の回転電機ユニット(16)と、
エンジン(42)と、
前記エンジン及び前記回転電機ユニットの動作を制御する制御部(40)と、
を備え、
前記制御部は、前記エンジンの自動停止及び自動再始動を実施する自動停止再始動機能を有しており、
前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸の回転により発電する発電機能を有しており、
前記制御部により前記自動再始動が実施された後に前記回転電機による発電が実施される車両であって、
前記制御部は、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなった場合に、前記自動停止再始動機能の動作を禁止する車両。
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