WO2020079983A1 - 車両用駆動装置 - Google Patents

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WO2020079983A1
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power storage
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久米晋矢
佐藤靖之
山田航
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アイシン・エィ・ダブリュ株式会社
アイシン精機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle drive device that has a plurality of coil sets each having a plurality of phase coils connected thereto independently of each other and that has a rotating electric machine that serves as a drive force source of the vehicle.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2000-41392 discloses a vehicle drive device that includes a plurality of coil sets each having a plurality of coils connected to each other independently of each other, and that includes a rotating electric machine that serves as a driving force source of the vehicle.
  • a vehicle drive device that includes a plurality of coil sets each having a plurality of coils connected to each other independently of each other, and that includes a rotating electric machine that serves as a driving force source of the vehicle.
  • different inverters are connected to the respective coil sets, and the current flowing through one inverter can be suppressed to about half the current flowing through the rotating electric machine. Therefore, the loss of the inverter can be reduced even when the rotating electric machine outputs a high torque. Further, even if a failure or the like occurs in one of the inverters, the rotating electric machine can be driven by the other inverter.
  • a rotating electric machine for driving a vehicle rotates by being supplied with electric power from a power storage device such as a secondary battery mounted on the vehicle. Further, the electric power generated by the rotating electric machine that is driven to rotate by the mechanical power transmitted to the rotor is supplied to the power storage device to charge the power storage device.
  • the performance of such a power storage device depends on temperature, and particularly at low temperatures, the current that can be output from the power storage device tends to be lower than at normal temperature or high temperature. As a result, it may be difficult to output the required torque to the rotating electric machine.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2018-88766 discloses a vehicle (1) including a heater (31) for warming a power storage device at a low temperature (reference numerals in parentheses refer to those referred to in the background art). .
  • a voltage eg, 12 [V] lower than the voltage (eg, 350 [V]) of the main battery (10) is used.
  • Sub battery (20) is mounted.
  • the heater (31) for heating the main battery (10) is connected to the sub battery (20) via the switch (SW1).
  • the switch (SW1) is controlled to be in the ON state and the heater (31) warms the main battery (10).
  • the vehicle drive device in view of the above has, independently of each other, a plurality of coil sets to which coils of a plurality of phases are connected, a rotating electric machine that serves as a driving force source of the vehicle, and the plurality of coil sets.
  • a plurality of inverters that respectively independently control the currents flowing through the plurality of inverters, at least one power storage device connected to the plurality of inverters, and heat between at least one of the rotating electric machine and the plurality of inverters and the power storage device.
  • a heat transfer system that conducts heat; and a control device that controls the plurality of inverters to control the rotating electric machine, wherein the control device power-controls at least one of the plurality of inverters, and At least one of the inverters is regeneratively controlled, and the absolute value of the powering torque and the regenerative control by the powering control are performed so that the rotor of the rotating electric machine rotates. According performing warm air control to vary the absolute value of the regenerative torque.
  • the warm air control causes the electric current to flow through the coil set of the rotating electric machine through the inverter to cause the rotating electric machine or the inverter to generate heat, and the heat is transferred to the power storage device through the heat transfer system to store the electricity.
  • the device can be warmed. Therefore, it is not necessary to add a heater or the like separately to heat the power storage device, and it is possible to prevent the device configuration from becoming complicated.
  • at least one of the coil sets included in the rotating electric machine is subjected to power running control during warm-up control, and at least one of the other coil sets is subjected to regenerative control control. Therefore, the power consumed by the power running control can be recovered by the regenerative control except for the amount consumed by the heat generation of the coil.
  • the electric power of the power storage device consumed when warming the power storage device can be reduced.
  • Flowchart showing an example of warm-up control The figure which shows the relationship of the temperature of a power storage device, power running torque, and regenerative torque
  • FIG. 1 schematically shows an electric system block for driving and controlling the rotary electric machine 8.
  • the train diagram of FIG. 2 shows an example of the power transmission path 3 that connects the rotating electric machine 8 serving as a driving force source of the vehicle and the wheels 34.
  • the piping diagram of FIG. 3 shows an example of the refrigerant flow path 70 as the heat transfer system 7.
  • the vehicle drive device 100 includes a plurality of coil sets 80 each of which is formed by connecting coils of a plurality of phases independently of each other, and includes a rotary electric machine 8 that serves as a drive force source for the vehicle. That is, the rotary electric machine 8 includes one stator 83 and one rotor 84, and a plurality of coil sets 80 are loaded in one stator 83.
  • the plurality of coil sets 80 being independent of each other means that the respective coil sets 80 are not electrically connected in the rotary electric machine 8 as shown in FIG.
  • the coil sets 80 are connected to different drive control circuits (inverters 10) and are independently driven and controlled.
  • the number of coils is not limited to three and may be two or five.
  • the coil set 80 of the type (the so-called Y type in the case of three phases) in which the coils of each phase are connected at the neutral point common to all of the plurality of phases is exemplified, but A type in which coils of each phase are connected to different two phases without having a neutral point (so-called delta type in the case of three phases) may be used.
  • the rotary electric machine 8 exemplifies a form having two coil sets 80 (the first coil set 81 and the second coil set 82), but it has three or more coil sets 80. Good.
  • the rotary electric machine 8 functions as an electric motor and a generator.
  • the rotary electric machine 8 serving as a driving force source of the vehicle includes a clutch 31 (engagement device), a speed reducer 32, and a differential device 33 in the order of the power transmission path 3 from the rotary electric machine 8 to the wheels 34. It is drivingly connected to the wheels 34 via.
  • the stator 83 loaded with the coil set 80 is fixed to a case or the like, and the rotating shaft of the rotor 84 is connected to the clutch 31.
  • the clutch 31 connects the power transmission path 3 that connects the rotary electric machine 8 and the speed reducer 32 when engaged, and disconnects the power transmission path 3 when disengaged.
  • the power transmission path 3 is an engagement device (clutch) that transmits power between the rotor 84 and the wheels 34 in the engaged state and shuts off power transmission between the rotor 84 and the wheels 34 in the disengaged state.
  • the speed reducer 32 is a transmission that reduces the rotation of the rotor 84 of the rotary electric machine 8.
  • a fixed transmission having a fixed gear ratio is illustrated as the reduction gear 32, but a variable transmission capable of changing the gear ratio may be used.
  • the clutch 31 may not be provided when the neutral stage that cuts off the power transmission between the input stage and the output stage of the variable transmission is set as the shift stage of the variable transmission.
  • the clutch and brake provided in the variable transmission transmit power between the rotor 84 and the wheels 34 in the engaged state, and transmit power between the rotor 84 and the wheels 34 in the disengaged state. It corresponds to an engagement device that shuts off.
  • the differential device 33 distributes power to two wheels 34 as driving wheels.
  • the rotary electric machine 8 is controlled by the rotary electric machine control device 2 (M-CTRL).
  • a trans-ask including the clutch 31 and the speed reducer 32 (in the case of a variable transmission) is controlled by a trans-ask control device 30 (TA-CTRL).
  • TA-CTRL trans-ask control device 30
  • the rotary electric machine control device 2 and the trans-askule control device 30 control the rotary electric machine 8 and the trans-askule based on a command from the vehicle control device 90 (VHL-CTRL) which is the above-mentioned control device.
  • an electric system block for driving and controlling a rotating electric machine includes an ECU (Electronic Control Unit) 40 and an inverter 10.
  • the rotary electric machine 8 includes a plurality of (here, two) coil sets 80, and a plurality of (here, two) inverters 10 are provided corresponding to each of the coil sets 80.
  • the plurality of inverters 10 (here, the first inverter 11 and the second inverter 12) independently control the currents flowing through the plurality of coil sets 80 (here, the first coil set 81 and the second coil set 82).
  • the first inverter 11 controls the current flowing through the first coil set 81
  • the second inverter 12 controls the current flowing through the second coil set 82.
  • the positive power source line and the negative power source line of the plurality of inverters 10 are common. At least one power storage device 1 is connected to the plurality of inverters 10. A plurality of power storage devices 1 may be provided, and at least one of the power storage devices 1 is connected to the plurality of inverters 10. Alternatively, when a plurality of power storage devices 1 are provided, the plurality of inverters 10 may be connected to different power storage devices 1, respectively.
  • a DC link capacitor 4 smoothing capacitor for smoothing a DC voltage (DC link voltage) is connected to the DC side of the inverter 10. The DC link capacitor 4 is provided commonly to the two inverters 10.
  • a contactor 9 capable of disconnecting the positive power source line and the negative power source line is provided.
  • the contactor 9 is configured using a relay (for example, referred to as a system main relay) or the like. Although not shown in FIG. 1, this relay is controlled to be opened / closed by, for example, the vehicle control device 90 described above.
  • the power storage device 1 is a secondary battery such as a nickel hydrogen battery or a lithium ion battery.
  • the power storage device 1 tends to deteriorate in performance in a low temperature environment, such as a decrease in current that can be output. Therefore, as will be described later, vehicle drive device 100 is configured to be able to heat power storage device 1 in such a low temperature environment (warm air control).
  • the vehicle drive device 100 drives the rotary electric machine 8 to generate heat in the inverter 10 and the rotary electric machine 8 (coil set 80), and uses the heat to warm the power storage device 1.
  • the heat generated by the inverter 10 and the rotating electric machine 8 (coil set 80) is transferred to the power storage device 1 via the heat transfer system 7 (see FIG. 3).
  • the heat transfer system 7 conducts heat between the electric storage device 1 and at least one of the rotating electric machine 8 and the plurality of inverters 10.
  • FIG. 3 shows a piping diagram of the refrigerant channel 70 as an example of the heat transfer system 7.
  • the coolant channel 70 is a channel through which a coolant for cooling the rotary electric machine 8, the first inverter 11, the second inverter 12, and the power storage device 1 circulates.
  • the refrigerant flow path 70 exemplifies a form in which the rotary electric machine 8, the first inverter 11, and the second inverter 12 are passed through.
  • the refrigerant flow path 70 is passed through the power storage device 1, the rotary electric machine 8, It may be in the form of passing through any one of the first inverter 11 and the second inverter 12.
  • the coolant flow passage 70 may be a flow passage in which at least one of the rotary electric machine 8 and the inverter 10 and the coolant for cooling the power storage device 1 circulate. Further, in FIG. 3, the rotary electric machine 8, the first inverter 11, and the second inverter 12 are illustrated as being connected in parallel to the refrigerant flow passage 70, but they may be connected in series. .
  • a cooling device 71 for cooling the refrigerant is also connected to the refrigerant passage 70.
  • the cooling device 71 cools the refrigerant whose temperature has risen due to heat exchange with a device that generates heat (a rotary electric machine 8, an inverter 10, the power storage device 1, etc.) that is a cooling target. Since the cooling effect of the refrigerant whose temperature has risen decreases, it is preferable that the cooling device 71 be arranged near the downstream side of the device that generates a large amount of heat.
  • the heat generation amount of power storage device 1 is generally smaller than that of rotating electric machine 8 or inverter 10. Therefore, as shown in FIG. 3, cooling device 71 is preferably arranged near the downstream side of rotating electric machine 8 or inverter 10 and near the upstream side of power storage device 1.
  • the refrigerant that has passed through the cooling device 71 is supplied to the power storage device 1.
  • the cooling device 71 cools the refrigerant that has exchanged heat with the heat generated in the inverter 10 or the rotating electrical machine 8 (coil set 80).
  • the refrigerant flow passage 70 is provided with a bypass flow passage 73 that bypasses the cooling device 71. That is, the refrigerant flow path 70 is formed so as not to pass through the cooling device 71 that cools the refrigerant at least during execution of the warm-up control (control for warming the power storage device 1 in a low temperature environment).
  • the refrigerant flow passage 70 is provided with a flow passage switching valve 72.
  • the refrigerant flow passage 70 can be used when the refrigerant passes through the cooling device 71 and when the refrigerant passes through the bypass flow passage 73 without passing through the cooling device 71.
  • the flow paths are switchable.
  • the passage switching valve 72 is controlled by the cooling system controller 60. Further, the cooling system control device 60 controls the flow passage switching valve 72 according to a command from the vehicle control device 90.
  • the first inverter 11 and the second inverter 12 both convert DC power having a DC link voltage into AC power of a plurality of phases (here, three phases) and supply the AC power to the rotating electric machine 8, and at the same time, generate AC generated by the rotating electric machine 8.
  • the power is converted into DC power and supplied to the power storage device 1.
  • the first inverter 11 and the second inverter 12 are configured to have a plurality of switching elements.
  • FIG. 1 illustrates a mode in which an IGBT is used as a switching element. Further, each switching element is provided with a free wheel diode in parallel with the direction from the negative electrode to the positive electrode (the direction from the lower stage side to the upper stage side) as the forward direction.
  • the inverter 10 (first inverter 11 and second inverter 12) is controlled by the rotary electric machine control device 2 (control device).
  • the rotary electric machine control device 2 is constructed by using a logic circuit such as a microcomputer as a core member.
  • the rotary electric machine control device 2 controls the rotary electric machine 8 via the inverter 10 by performing current feedback control using a vector control method based on the required torque of the rotary electric machine 8 provided from the vehicle control device 90. To do. Since the vector control method is well known, detailed description will be omitted.
  • the first inverter 11 and the second inverter 12 independently control the currents flowing through the plurality of coil sets 80 (the first coil set 81 and the second coil set 82). Therefore, the rotary electric machine control device 2 is common to the first control unit 21 that controls the first inverter 11, the second control unit 22 that controls the second inverter 12, and the first inverter 11 and the second inverter 12. It has a central control unit 20 for controlling.
  • the overall control unit 20 supplies currents to the first coil set 81 and the second coil set 82 (first inverter 11 and second inverter 12 respectively).
  • (Current command for each of the above) is calculated and output to the first control unit 21 and the second control unit 22.
  • the first control unit 21 and the second control unit 22 perform current feedback control based on the deviation between the current commands and the currents flowing in the respective coil sets 80 (first coil set 81 and second coil set 82). Then, the voltage command applied to each coil set 80 is calculated.
  • the inverter 10 switches the switching element of the inverter 10 by pulse width modulation, for example, to perform power conversion from direct current to alternating current.
  • the first controller 21 and the second controller 22 generate a switching control signal having a pulse pattern for controlling the switching of the inverter 10 based on the voltage commands.
  • the actual current flowing through each phase coil of the rotating electric machine 8 is detected by the alternating current sensor 50, and the rotating electric machine control device 2 acquires the detection result.
  • the alternating current flowing through the first inverter 11 and the first coil set 81 is detected by the first alternating current sensor 51, and the alternating current flowing through the second inverter 12 and the second coil set 82 is detected by the second alternating current sensor 52.
  • the magnetic pole position of the rotor 84 of the rotary electric machine 8 at each time point is detected by the rotation sensor 54 such as a resolver, and the rotary electric machine control device 2 acquires the detection result.
  • the DC link voltage is detected by the DC voltage sensor 53, and the rotary electric machine control device 2 acquires the detection result.
  • the rotary electric machine control device 2 is constructed with a logic circuit such as a microcomputer as a core member, and its operating voltage is about 3.3 [V] to 5 [V].
  • the voltage of the control signal (signal input to the gate terminal or the base terminal) of the power system switching element such as the IGBT needs to have a wave height of about 15 [V] to 20 [V]. Therefore, the switching control signal generated by the rotary electric machine control device 2 enhances the drive capability of the control signal (switching control signal) for each switching element (for example, output voltage and output current, and the ability to operate the circuit in the subsequent stage).
  • the drive circuit is relayed and provided to the inverter 10.
  • the switching control signal generated by the first controller 21 is provided to the first inverter 11 via the first drive circuit 41 (DRV1).
  • the switching control signal generated by the second controller 22 is provided to the second inverter 12 via the second drive circuit 42 (DRV2).
  • the ECU 40 is configured to include the rotary electric machine control device 2 and the drive circuits (the first drive circuit 41 and the second drive circuit 42).
  • the rotating electrical machine control device 2 executes warm-up control when the temperature of the power storage device 1 is equal to or lower than a predetermined reference temperature (TMP1 described later).
  • TMP1 predetermined reference temperature
  • the warm-up control will be described with reference to the flowchart of FIG. 4 and the torque map of FIG.
  • the rotary electric machine control device 2 performs powering control on at least one of the plurality of inverters 10 and regeneratively controls at least one of the remaining inverters 10.
  • the rotary electric machine control device 2 executes the warm-up control by making the absolute value of the power running torque by the power running control different from the absolute value of the regenerative torque by the regenerative control so that the rotor 84 of the rotary electric machine 8 rotates.
  • the coil set 80 included in the rotary electric machine 8 includes one that is power-run controlled during warm-up control and one that is regeneratively controlled. Therefore, the power consumed by the power running control can be recovered by the regenerative control except for the amount consumed by the heat generation of the coil. Therefore, the electric power of the power storage device 1 consumed when warming the power storage device 1 can be reduced. Further, as shown in FIG.
  • a DC link capacitor 4 is connected to the DC side of the inverter 10, and the DC link capacitor 4 is charged with electric power by the regenerative control.
  • the electric power charged in the DC link capacitor 4 is preferentially used, so that the power consumption of the power storage device 1 can be suppressed to be small.
  • the inverter 10 is controlled so that the rotor 84 of the rotary electric machine 8 rotates. Therefore, when the vehicle is stopped, the power transmission path 3 connecting the rotary electric machine 8 and the wheel 34 is disconnected so that the warm air control is executed so that the wheel 34 does not rotate with the rotation of the rotor 84. It is suitable.
  • the torque of the rotor 84 due to the warm-up control hinders the traveling of the vehicle (including both deceleration and acceleration). Therefore, when the vehicle is traveling, it is preferable that the warm-up control is executed so that the rotary electric machine 8 outputs the required torque for the rotary electric machine 8.
  • the rotating electrical machine control device 2 acquires the temperature TMP of the power storage device 1 (# 1) and determines whether or not the temperature TMP is equal to or lower than the reference temperature TMP1 ( # 2).
  • Temperature TMP of power storage device 1 is detected by a temperature sensor (not shown).
  • the temperature sensor is preferably a sensor that directly detects temperature TMP of power storage device 1.
  • the present invention is not limited to this, and the temperature sensor is a sensor that detects a temperature that affects the temperature TMP of the power storage device 1, for example, a sensor that detects an air temperature around the power storage device 1 or a vehicle, or the coolant channel 70. It may be a sensor or the like that detects the temperature of the refrigerant inside.
  • the control mode (MODE) of the rotary electric machine 8 is set.
  • the control mode is not changed and the rotary electric machine 8 is controlled by the normal control mode (NORMAL) (# 9).
  • the rotary electric machine 8 is controlled by the warm-up control mode (WARM) through the pretreatment (# 3 to # 7) (# 8).
  • the vehicle control device 90 may acquire the temperature TMP, determine whether the temperature TMP is equal to or lower than the reference temperature TMP1, and transmit the determination result to the rotating electrical machine control device 2. For example, when the temperature TMP is equal to or lower than the reference temperature TMP1, the vehicle control device 90 may give a warm-up control command to the rotary electric machine control device 2. Based on the warm-up control command, the rotary electric machine control device 2 controls the rotary electric machine 8 in the warm-up control mode. On the other hand, when the temperature TMP is higher than the reference temperature TMP1, the warming-up control command is not given, so the rotary electric machine control device 2 controls the rotary electric machine 8 in the normal control mode.
  • the vehicle control device 90 acquires the temperature TMP, transmits the temperature TMP to the rotating electric machine control device 2, and receives the temperature TMP, and the rotating electric machine control device 2 determines whether or not the temperature TMP is equal to or lower than the reference temperature TMP1. May be
  • the rotary electric machine control device 2 controls the flow path switching valve 72 via the cooling system control device 60 to set the cooling mode.
  • the (RD-MODE) is switched to the bypass mode (BYPASS) (# 3).
  • the switching request may be transmitted directly from the rotating electrical machine control device 2 to the cooling system control device 60, or the switching request may be transmitted to the cooling system control device 60 via the vehicle control device 90.
  • the vehicle control device 90 determines whether or not the temperature TMP is equal to or lower than the reference temperature TMP1
  • the vehicle control device 90 gives a warm-up control command to the rotary electric machine control device 2 and the cooling system control device 60.
  • a flow path switching command may be given to.
  • the rotating electrical machine control device 2 determines whether the vehicle is stopped or running. For example, it is determined whether the vehicle speed (SPD) is zero (# 4). When the speed of the vehicle is zero, it is determined that the vehicle is stopped, and when the speed of the vehicle is not zero, it is determined that the vehicle is traveling.
  • the speed of the vehicle is detected by, for example, a speed sensor (not shown) provided on the wheels 34, a rotation sensor (not shown) provided on the speed reducer 32, or the like.
  • the detection result is provided to the rotary electric machine control device 2 via the trans-ask control device 30 or the vehicle control device 90, for example.
  • the rotary electric machine control device 2 may directly acquire the data.
  • the rotary electric machine control device 2 controls the engagement mode (CL) of the clutch 31 to the disengaged state (OPEN) via the trans-askule control device 30 so that the rotary electric machine 8 and The power transmission path 3 connecting to the wheel 34 is disconnected (# 5).
  • the engagement mode (CL) of the clutch 31 is maintained in the engagement state (CLOSE) (# 6).
  • the vehicle control device 90 acquires the temperature TMP and determines whether or not the temperature TMP is equal to or lower than the reference temperature TMP1, the vehicle control device 90 further determines whether the vehicle is stopped. It may be determined whether or not the vehicle is running. For example, when the temperature TMP is equal to or lower than the reference temperature TMP1, the vehicle control device 90 gives a warm air control command to the rotary electric machine control device 2 and a flow passage switching command to the cooling system control device 60, and When the vehicle speed is zero, the trans-ask control device 30 is given a disengagement command to disengage the engagement mode of the clutch 31.
  • step # 3 and step # 4 to step # 5 may be in reverse order. These processes are so-called pre-processes before the rotary electric machine control device 2 controls the rotary electric machine 8 in the electric machine control mode (WARM). Therefore, step # 3 and step # 4 to step # 5 (or step # 6) may be executed before the rotary electric machine 8 is controlled in the warm-up control mode.
  • WARM electric machine control mode
  • the rotary electric machine control device 2 executes warm-up control based on the power running torque and the regenerative torque. That is, the rotary electric machine control device 2 performs the power running control of at least one of the plurality of inverters 10 (here, either the first inverter 11 or the second inverter 12), and at least one of the remaining inverters. (Here, the other one of the first inverter 11 and the second inverter 12) is regeneratively controlled so that the rotor 84 of the rotary electric machine 8 rotates, and the absolute value of the powering torque TRP by the powering control and the regenerative torque TRC by the regenerative control. Performs warm-up control that differs from the absolute value of.
  • the rotary electric machine control device 2 can variably set the power running torque TRP and the regenerative torque TRC according to the temperature TMP of the power storage device 1.
  • the power running torque TRP and the regenerative torque TRC are stored as a torque map in a memory, a register or the like of the rotary electric machine control device 2 (characteristics of the torque map will be described later with reference to FIG. 5).
  • the rotating electrical machine control device 2 acquires the power running torque TRP and the regenerative torque TRC based on the temperature TMP of the power storage device 1 (# 7). Then, the rotary electric machine control device 2 warms up the rotary electric machine 8 based on the power running torque TRP and the regenerative torque TRC (# 8).
  • the performance of the power storage device 1 tends to decrease as the temperature TMP decreases. Therefore, for example, it is conceivable that the power running torque TRP and the regenerative torque TRC are increased as the temperature becomes lower, and a large amount of current is passed through the coil set 80 to generate heat. However, when the temperature TMP is extremely low, the power storage device 1 may be further consumed by the warm-up control. Therefore, it is preferable to consider the necessity of warming up, the energy (current) that can be tolerated at that time, and the like as to whether warming up can be controlled or the degree of warming up.
  • the graph in FIG. 5 shows the relationship between the temperature TMP of the power storage device 1 and the absolute values of the power running torque TRP and the regenerative torque TRC. For example, a torque map is created based on this graph.
  • the absolute value of the power running torque TRP and the absolute value of the regenerative torque TRC are made different, and the rotor 84 is controlled to rotate.
  • the solid line in FIG. 5 indicates one of the absolute value of the power running torque TRP and the absolute value of the regenerative torque TRC
  • the alternate long and short dash line indicates the other of the absolute value of the power running torque TRP and the absolute value of the regenerative torque TRC.
  • the absolute value of the power running torque TRP and the absolute value of the regenerative torque TRC are as follows: the temperature TMP of the power storage device 1 is higher than the reference temperature TMP1. It is zero when high.
  • the absolute value of the power running torque TRP and the absolute value of the regenerative torque TRC are set as constant values from the reference temperature TMP1 to the limit temperature TMP2 lower than the reference temperature TMP1. Note that unlike the example shown in FIG. 5, the absolute value of the power running torque TRP and the absolute value of the regenerative torque TRC increase as the temperature TMP decreases from the reference temperature TMP1 between the reference temperature TMP1 and the limit temperature TMP2. May be set to.
  • the limit temperature TMP2 is a temperature that becomes a threshold value that limits the warm-up control. That is, when the temperature TMP of power storage device 1 is equal to or lower than limit temperature TMP2, there is a risk that power storage device 1 will be consumed by warm-up control, and thus warm-up control is limited.
  • the absolute value of the power running torque TRP and the absolute value of the regenerative torque TRC are set so as to decrease as the temperature TMP decreases from the limit temperature TMP2. Then, when the temperature TMP of power storage device 1 becomes equal to or lower than warm-up prohibition temperature TMP3 lower than limit temperature TMP2, warm-up control is prohibited. Therefore, when the temperature TMP of power storage device 1 is equal to or lower than warm-up prohibition temperature TMP3, the absolute value of power running torque TRP and the absolute value of regenerative torque TRC are set to zero.
  • this vehicle drive device 100 it is possible to appropriately heat the power storage device 1 in a low temperature environment while suppressing the complexity of the device configuration and the reduction in the power use efficiency of the power storage device 1. .
  • the coolant passage 70 in which the coolant circulates is illustrated as the heat transfer system 7, but the heat transfer system 7 may be made of a solid such as metal.
  • the power running torque TRP and the regenerative torque TRC are variably set according to the temperature TMP of the power storage device 1.
  • the power running torque TRP and the regenerative torque TRC may be constant regardless of the temperature TMP of the power storage device 1.
  • the power running torque TRP and the regenerative torque TRC are set to constant values when the temperature TMP of the power storage device 1 is higher than the warm air prohibition temperature TMP3 and equal to or lower than the reference temperature TMP1, higher than the reference temperature TMP1 and lower than the warm air prohibit temperature TMP3.
  • the form may be set to zero.
  • the rotary electric machine control device 2 exemplifies the mode in which the warm-up control is executed when the temperature TMP of the power storage device 1 is equal to or lower than the reference temperature TMP1.
  • the warm-up control may always be executed when the vehicle is started regardless of the temperature TMP of the power storage device 1.
  • a vehicle drive device (100) includes a plurality of coil sets (80) each having a plurality of phase coils connected independently of each other, and a rotating electric machine (8) serving as a drive force source of a vehicle, A plurality of inverters (10) for independently controlling currents flowing in the plurality of coil sets (80), at least one power storage device (1) connected to the plurality of inverters (10), and the rotating electric machine ( 8) and a heat transfer system (7) for conducting heat between at least one of the plurality of inverters (10) and the power storage device (1), and the plurality of inverters (10) to control the rotating electric machine.
  • a control device (2) for controlling (8) wherein the control device (2) power-controls at least one of the plurality of inverters (10), and controls the remaining one of the inverters (10). Less of So that the rotor (84) of the rotating electric machine (8) rotates, the absolute value of the power running torque (TRP) by the power running control and the absolute value of the regenerative torque (TRC) by the regenerative control are also controlled. Performs warm-up control that differs from and.
  • the warm air control causes a current to flow through the inverter (10) to the coil set (80) of the rotating electric machine (8), thereby causing the rotating electric machine (8) and the inverter (10) to generate heat, thereby transferring heat.
  • the electricity storage device (1) can be warmed by conducting the heat to the electricity storage device (1) through the system (7). Therefore, it is not necessary to separately add a heater or the like to heat the power storage device (1), and it is possible to prevent the device configuration from becoming complicated. Further, at least one of the coil sets (80) included in the rotating electric machine (8) is power-controlled during warm-up control, and at least one of the other coil sets (80) is regeneratively controlled. .
  • the power consumed by the power running control can be recovered by the regenerative control except for the amount consumed by the heat generation of the coil. Therefore, the electric power of the power storage device (1) consumed when warming the power storage device (1) can be reduced.
  • the present configuration it is possible to appropriately heat the power storage device in a low temperature environment while suppressing the complication of the device configuration and the reduction in power utilization efficiency.
  • control device (2) execute the warm-up control when the temperature (TMP) of the power storage device (1) is equal to or lower than a predetermined reference temperature (TMP1).
  • the warm-up control may be always performed at the time of starting the vehicle, but according to the present configuration, the warm-up control is executed when the need to warm the power storage device (1) is relatively high and the power storage device (relatively If the need for heating 1) is low, warm-up control is not executed. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of loss due to the warm-up control.
  • the rotor (84) of the rotating electric machine (8) is controlled to rotate. Therefore, it is preferable that the power transmission path (3) is disconnected so that the wheels (34) do not rotate as the rotor (84) rotates while the vehicle is stopped.
  • the power transmission path (3) is for drivingly connecting the rotor (84) and the wheel (34), and the power transmission path (3) is in the engaged state to the rotor.
  • An engagement device (31) which transmits power between the rotor (84) and the wheel (34) and shuts off power transmission between the rotor (84) and the wheel (34) in a non-engaged state. It is preferable to provide.
  • the engagement device (31) when the vehicle travels, the engagement device (31) appropriately transmits power between the rotor (84) and the wheels (34), and, for example, warm-up control is performed while the vehicle is stopped.
  • the power transmission between the rotor (84) and the wheel (34) can be cut off so that the wheel (34) does not rotate with the rotation of the rotor (84).
  • the vehicle when the vehicle is traveling, it is preferable to execute the warm-up control so that the rotary electric machine (8) outputs a required torque for the rotary electric machine (8).
  • the torque of the rotor (84) due to the warm-up control interferes with the running of the vehicle (including both deceleration and acceleration). Therefore, when the vehicle is traveling, it is preferable that the warm-up control is executed so that the rotary electric machine (8) outputs the required torque for the rotary electric machine (8).
  • the heat transfer system (7) is a refrigerant flow path (70) in which a refrigerant that cools at least one of the rotating electric machine (8) and the inverter (10) and the power storage device (1) circulates.
  • the refrigerant flow path (70) from at least one of the rotating electric machine (8) and the inverter (10) to the power storage device (1) cools the refrigerant at least during execution of the warm-up control. It is preferable that it is formed so as not to pass through the cooling device (71).
  • a rotary electric machine (8), an inverter (10), and a power storage device (1) are connected to a coolant flow path (70) through which a coolant for cooling these when they generate heat is circulated. Therefore, when the power storage device (1) is warmed, it is preferable to use the refrigerant flow path (70) as the heat transfer system (7) because it is not necessary to separately provide the heat transfer system (7).
  • the refrigerant after heat exchange with the rotating electric machine (8) or the inverter (10) which tends to generate a larger amount of heat than the power storage device (1), is cooled by the cooling device (71) and then the power storage device (71). It may be used for cooling in 1).
  • the cooled refrigerant be supplied to the power storage device (1).
  • the refrigerant flow path (70) to the power storage device (1) is formed so as not to pass through the cooling device (71) at least during the execution of the warm-up control, so that the power storage is appropriately performed.
  • the device (1) can be warmed.
  • control device (2) variably sets the power running torque (TRP) and the regenerative torque (TRC) according to the temperature (TMP) of the power storage device (1).
  • the performance of the power storage device (1) tends to decrease as the temperature (TMP) decreases. Therefore, for example, as the temperature (TMP) becomes lower, the power running torque (TRP) and the regenerative torque (TRC) may be increased, and a large amount of current may be passed through the coil set (80) to generate heat. However, if the temperature (TMP) is extremely low, the power storage device (1) may be further consumed by the warm-up control. Therefore, it is preferable to consider the necessity of warming up, the energy (current) that can be tolerated at that time, and the like as to whether warming up can be controlled or the degree of warming up.
  • the power running torque (TRP) and the regenerative torque (TRC) are variably set according to the temperature (TMP) of the power storage device (1) as in this configuration, the warm-up control can be appropriately executed.
  • Power storage device 2 Rotating electric machine control device (control device) 3: Power transmission path 7: Heat transfer system 8: Rotating electric machine 10: Inverter 31: Clutch (engagement device) 34: Wheel 70: Refrigerant flow path 71: Cooling device 80: Coil set 84: Rotor 100: Vehicle drive device TMP: Temperature TMP1: Reference temperature TRC: Regenerative torque TRP: Power running torque

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Abstract

装置構成の複雑化及び電力利用効率の低下を抑制しつつ、低温環境下において蓄電装置を適切に温める。車両用駆動装置(100)は、複数相のコイルが接続されたコイルセット(80)を互いに独立に複数有した回転電機(8)と、複数のコイルセット(80)をそれぞれ独立に制御する複数のインバータ(10)と、蓄電装置(1)と、蓄電装置(1)に熱を伝導する伝熱系(7)と、複数のインバータ(10)を制御する制御装置(2)とを備える。制御装置(2)は、インバータ(10)の内の少なくとも1つを力行制御し、残りのインバータ(10)の内の少なくとも1つを回生制御し、回転電機(8)のロータ(84)が回転するように、力行制御による力行トルクの絶対値と回生制御による回生トルクの絶対値とを異ならせる暖気制御を実行する。

Description

車両用駆動装置
 本発明は、複数相のコイルが接続されてなるコイルセットを互いに独立に複数有し、車両の駆動力源となる回転電機を有する車両用駆動装置に関する。
 車両の駆動力源として回転電機を備えた電気自動車(EV)や、回転電機及び内燃機関を備えたハイブリッド自動車(HEV)が実用化されている。特開2000-41392号公報には、複数相のコイルが接続されてなるコイルセットを互いに独立に複数有し、車両の駆動力源となる回転電機を有する車両用駆動装置が開示されている。このような車両用駆動装置では、それぞれのコイルセットにそれぞれ異なるインバータが接続されており、回転電機に流れる電流に対して、1つのインバータに流れる電流を半分程度に抑えることができる。このため、回転電機に高いトルクを出力させる場合にも、インバータの損失を低減することができる。また、一方のインバータに故障等が生じた場合でも、他方のインバータにより回転電機を駆動することができる。
 ところで、車両駆動用の回転電機は、車両に搭載された二次電池などの蓄電装置から電力を供給されて回転する。また、ロータに伝達される機械的な動力で従動回転する回転電機によって発電された電力は、当該蓄電装置に供給されて蓄電装置を充電する。このような蓄電装置の性能は、温度に依存し、特に低温時には常温時や高温時に比べて、蓄電装置から出力可能な電流が低くなる傾向がある。その結果、回転電機に必要なトルクを出力させることが困難となる場合がある。
 特開2018-88766号公報には、低温時に蓄電装置を温めるためのヒータ(31)を備えた車両(1)が開示されている(背景技術において括弧内の符号は参照する文献のもの。)。この車両(1)には、回転電機に接続される蓄電装置としてのメインバッテリ(10)の他に、メインバッテリ(10)の電圧(例えば350[V])よりも低電圧(例えば12[V])のサブバッテリ(20)が搭載されている。メインバッテリ(10)を温めるためのヒータ(31)は、スイッチ(SW1)を介してサブバッテリ(20)に接続されている。メインバッテリ(10)の温度が閾値(Tth1)よりも低い場合には、スイッチ(SW1)がオン状態に制御されてヒータ(31)によりメインバッテリ(10)が温められる。
特開2000-41392号公報 特開2018-88766号公報
 上述したように、ヒータを用いて蓄電装置を温めることで、温度による蓄電装置の性能低下を抑制し、回転電機を適切に動作させることができる。しかし、このような構成では、蓄電装置を温めるためのヒータを別途追加する必要があるため、装置構成が複雑となり、コストアップにつながるという課題がある。また、ヒータによって電力が消費されるため、車両全体における電力の利用効率は低下することになり、車両の省エネルギー化の観点からも課題が残る。つまり、複数相のコイルが接続されてなるコイルセットを互いに独立に複数有し、車両の駆動力源となる回転電機を有する車両用駆動装置において蓄電装置を適切に温めることに関して課題がある。
 上記に鑑みて、装置構成の複雑化及び電力利用効率の低下を抑制しつつ、低温環境下において蓄電装置を適切に温める技術の提供が望まれる。
 上記に鑑みた車両用駆動装置は、1つの態様として、複数相のコイルが接続されてなるコイルセットを互いに独立に複数有し、車両の駆動力源となる回転電機と、複数の前記コイルセットに流れる電流をそれぞれ独立に制御する複数のインバータと、複数の前記インバータに接続される少なくとも1つの蓄電装置と、前記回転電機及び複数の前記インバータの少なくとも1つと前記蓄電装置との間で熱を伝導する伝熱系と、複数の前記インバータを制御して前記回転電機を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、複数の前記インバータの内の少なくとも1つを力行制御し、残りの前記インバータの内の少なくとも1つを回生制御し、前記回転電機のロータが回転するように、前記力行制御による力行トルクの絶対値と前記回生制御による回生トルクの絶対値とを異ならせる暖気制御を実行する。
 この構成によれば、暖気制御により、インバータを介して回転電機のコイルセットに電流を流すことによって回転電機やインバータを発熱させ、伝熱系を介してその熱を蓄電装置に伝導させることによって蓄電装置を温めることができる。従って、蓄電装置を温めるためにヒータ等を別途追加する必要がなく、装置構成が複雑化することを抑制できる。また、回転電機が有するコイルセットの内の少なくとも1つは、暖気制御の際に力行制御され、他のコイルセットの内の少なくとも1つは回生制御制御される。従って、コイルの発熱によって消費される分を除けば、力行制御によって消費される電力を回生制御によって回収することができる。このため、蓄電装置を温める際に消費される蓄電装置の電力を少なく抑えることができる。このように、本構成によれば、装置構成の複雑化及び電力利用効率の低下を抑制しつつ、低温環境下において蓄電装置を適切に温めることができる。
 車両用駆動装置のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。
回転電機を駆動制御する電気系ブロックを模式的に示す図 動力伝達経路及びその制御系の一例を模式的に示す図 伝熱系の構成例を模式的に示す図 暖気制御の一例を示すフローチャート 蓄電装置の温度と力行トルク及び回生トルクとの関係を示す図
 以下、車両用駆動装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図1のブロック図は、回転電機8を駆動制御する電気系ブロックを模式的に示している。図2のトレイン図は、車両の駆動力源となる回転電機8と車輪34とを結ぶ動力伝達経路3の一例を示している。図3の配管図は、伝熱系7としての冷媒流路70の一例を示している。
 図1に示すように、車両用駆動装置100は、複数相のコイルが接続されてなるコイルセット80を互いに独立に複数有し、車両の駆動力源となる回転電機8を備えている。即ち、回転電機8は、1つのステータ83と1つのロータ84とを含み、1つのステータ83に対して複数のコイルセット80が装填されている。ここで、複数のコイルセット80が互いに独立しているとは、図1に示すように、それぞれのコイルセット80が、回転電機8において電気的に接続されておらず、後述するように、それぞれのコイルセット80がそれぞれ異なる駆動制御回路(インバータ10)に接続されて、独立して駆動制御される構成であることをいう。尚、ここでは、複数相のコイルとして3相のコイルを例示しているが、3相に限らず、2相や5相などであってもよい。また、ここでは、複数相の全てに共通する中性点において各相のコイルが接続された型(3相の場合は、いわゆるY型)のコイルセット80を例示しているが、そのような中性点を持たずに各相のコイルがそれぞれ異なる2相と接続された型(3相の場合はいわゆるデルタ型)であってもよい。また、ここでは、回転電機8が、2つのコイルセット80(第1コイルセット81及び第2コイルセット82)を有する形態を例示しているが、3つ以上のコイルセット80を有していてもよい。尚、回転電機8は、電動機及び発電機として機能する。
 車両の駆動力源となる回転電機8は、図2に示すように、回転電機8から車輪34への動力伝達経路3の順に、クラッチ31(係合装置)、減速装置32、差動装置33を介して車輪34に駆動連結されている。コイルセット80が装填されたステータ83はケース等に固定され、ロータ84の回転軸がクラッチ31に連結されている。クラッチ31は、係合時には、回転電機8と減速装置32とを結ぶ動力伝達経路3を連結し、非係合時には、この動力伝達経路3を遮断する。即ち、動力伝達経路3は、係合状態でロータ84と車輪34との間で動力を伝達し、非係合状態でロータ84と車輪34との間の動力伝達を遮断する係合装置(クラッチ31)を備えている。減速装置32は、回転電機8のロータ84の回転を減速する変速機である。ここでは、減速装置32として変速比が固定された固定変速機を例示しているが、変速比を変更可能な可変変速機であってもよい。尚、可変変速機の変速段として、可変変速機の入力段と出力段との間の動力伝達を遮断するニュートラル段が設定されている場合には、クラッチ31を備えていなくてもよい。この場合、可変変速機に備えられているクラッチやブレーキが、係合状態でロータ84と車輪34との間で動力を伝達し、非係合状態でロータ84と車輪34との間の動力伝達を遮断する係合装置に相当する。差動装置33は、駆動輪としての2つの車輪34に動力を分配する。
 図2に示すように、回転電機8は、回転電機制御装置2(M-CTRL)によって制御される。クラッチ31や減速装置32(可変変速機の場合)を含むトランスアスクルは、トランスアスクル制御装置30(TA-CTRL)によって制御される。また、回転電機制御装置2及びトランスアスクル制御装置30は、上記の制御装置である車両制御装置90(VHL-CTRL)の指令に基づいて回転電機8及びトランスアスクルを制御する。
 図1に示すように、回転電機を駆動制御する電気系ブロックは、ECU(Electronic Control Unit)40と、インバータ10とを有する。上述したように、回転電機8は、複数の(ここでは2つの)コイルセット80を有しており、コイルセット80のそれぞれに対応して、インバータ10も複数(ここでは2つ)備えられている。複数のインバータ10(ここでは第1インバータ11及び第2インバータ12)は、複数のコイルセット80(ここでは第1コイルセット81及び第2コイルセット82)に流れる電流をそれぞれ独立に制御する。ここでは、第1インバータ11が第1コイルセット81に流れる電流を制御し、第2インバータ12が第2コイルセット82に流れる電流を制御する。
 本実施形態では、複数のインバータ10の正極電源ライン及び負極電源ラインは共通である。複数のインバータ10には、少なくとも1つの蓄電装置1が接続されている。尚、蓄電装置1は複数備えられていてもよく、その内の少なくとも1つが複数のインバータ10に接続されている。或いは、蓄電装置1は複数備えられている場合において、複数のインバータ10がそれぞれ異なる蓄電装置1に接続されていてもよい。インバータ10の直流側には、直流電圧(直流リンク電圧)を平滑化するために直流リンクコンデンサ4(平滑コンデンサ)が接続されている。直流リンクコンデンサ4は、2つのインバータ10に共通して設けられている。
 直流リンクコンデンサ4と蓄電装置1との間には、正極電源ライン及び負極電源ラインを切断可能なコンタクタ9が設けられている。コンタクタ9は、リレー(例えばシステムメインリレーと称される。)等を用いて構成されている。図1には不図示であるが、このリレーは、例えば上述した車両制御装置90等によって開閉制御される。
 蓄電装置1は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池である。蓄電装置1は、低温環境下では出力可能な電流が減少するなど、性能が低下する傾向がある。このため、後述するように、車両用駆動装置100は、そのような低温環境下において蓄電装置1を温めることができるように構成されている(暖気制御)。詳細は後述するが、車両用駆動装置100は、回転電機8を駆動することによってインバータ10や回転電機8(コイルセット80)を発熱させて、その熱を利用して蓄電装置1を温める。インバータ10や回転電機8(コイルセット80)が発生した熱は、伝熱系7(図3参照)を介して蓄電装置1に伝達される。伝熱系7は、回転電機8及び複数のインバータ10の少なくとも1つと蓄電装置1との間で熱を伝導する。
 図3は、伝熱系7の一例としての冷媒流路70の配管図を示している。図3に示すように、冷媒流路70は、回転電機8、第1インバータ11、第2インバータ12、及び蓄電装置1を冷却する冷媒が循環する流路である。ここでは、冷媒流路70が、回転電機8、第1インバータ11、第2インバータ12の全てを経由する形態を例示しているが、蓄電装置1を経由していれば、回転電機8、第1インバータ11、第2インバータ12の内の何れか1つを経由する形態であってもよい。つまり、冷媒流路70は、回転電機8及びインバータ10の少なくとも1つ、及び蓄電装置1を冷却する冷媒が循環する流路であればよい。また、図3では、回転電機8、第1インバータ11、第2インバータ12が並列して冷媒流路70に接続されている形態を例示しているが、これらは直列に接続されていてもよい。
 冷媒流路70には、冷媒を冷却する冷却装置71も接続されている。冷却装置71は、冷却対象である発熱する装置(回転電機8、インバータ10、蓄電装置1等)との熱交換によって温度が上昇した冷媒を冷却する。温度が上昇した冷媒は冷却効果が減少するため、冷却装置71は、発熱量の大きい装置の下流側の近くに配置されると好適である。蓄電装置1の発熱量は、一般的に回転電機8やインバータ10に比べて小さい。従って、図3に示すように、冷却装置71は、回転電機8やインバータ10の下流側に近く、蓄電装置1の上流側に近い位置に配置されると好適である。
 冷媒が蓄電装置1を冷却する場合には、冷却装置71を経た冷媒が蓄電装置1に供給されることが好ましい。しかし、低温環境下において蓄電装置1を温める場合には、インバータ10や回転電機8(コイルセット80)に発生させた熱と熱交換した冷媒が、冷却装置71によって冷却されてしまうことは好ましくない。このため、冷媒流路70には、冷却装置71を迂回するバイパス流路73が設けられている。つまり、冷媒流路70は、少なくとも暖気制御(低温環境下において蓄電装置1を温める制御)の実行中には、冷媒を冷却する冷却装置71を経由しないように形成されている。
 冷媒流路70には、流路切換弁72が設けられ、冷媒流路70は、冷媒が冷却装置71を通る場合と、冷媒が冷却装置71を通らずにバイパス流路73を通る場合とに流路を切り換え可能に構成されている。流路切換弁72は、冷却系制御装置60により制御される。また、冷却系制御装置60は、車両制御装置90の指令によって流路切換弁72を制御する。
 第1インバータ11及び第2インバータ12は、共に直流リンク電圧を有する直流電力を複数相(ここでは3相)の交流電力に変換して回転電機8に供給すると共に、回転電機8が発電した交流電力を直流電力に変換して蓄電装置1に供給する。第1インバータ11及び第2インバータ12は、複数のスイッチング素子を有して構成される。スイッチング素子には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やSiC-MOSFET(Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET)やSiC-SIT(SiC - Static Induction Transistor)、GaN-MOSFET(Gallium Nitride - MOSFET)などの高周波での動作が可能なパワー半導体素子を適用すると好適である。図1には、スイッチング素子としてIGBTが用いられる形態を例示している。また、各スイッチング素子には、負極から正極へ向かう方向(下段側から上段側へ向かう方向)を順方向として、並列にフリーホイールダイオードが備えられている。
 図1に示すように、インバータ10(第1インバータ11及び第2インバータ12)は、回転電機制御装置2(制御装置)により制御される。回転電機制御装置2は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として構築されている。例えば、回転電機制御装置2は、車両制御装置90から提供される回転電機8の要求トルクに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ10を介して回転電機8を制御する。ベクトル制御法については公知であるので、詳細な説明は省略する。
 上述したように、第1インバータ11及び第2インバータ12は、複数のコイルセット80(第1コイルセット81及び第2コイルセット82)に流れる電流をそれぞれ独立に制御する。このため、回転電機制御装置2は、第1インバータ11を制御する第1制御部21と、第2インバータ12を制御する第2制御部22と、第1インバータ11及び第2インバータ12に共通する制御を行う統括制御部20とを有している。
 統括制御部20は、車両制御装置90から提供される回転電機8の要求トルクに基づいて、第1コイルセット81及び第2コイルセット82のそれぞれに流す電流(第1インバータ11及び第2インバータ12のそれぞれに対する電流指令)を演算して、第1制御部21及び第2制御部22に出力する。第1制御部21及び第2制御部22は、それらの電流指令とそれぞれのコイルセット80(第1コイルセット81及び第2コイルセット82)に流れる電流との偏差に基づいて、電流フィードバック制御を行ってそれぞれのコイルセット80に印加する電圧指令を演算する。よく知られているように、インバータ10は、例えばパルス幅変調によって、インバータ10のスイッチング素子をスイッチングし、直流から交流への電力変換を行う。第1制御部21及び第2制御部22は、それらの電圧指令に基づいて、インバータ10をスイッチング制御するためのパルスパターンを有するスイッチング制御信号を生成する。
 回転電機8の各相のコイルを流れる実電流は交流電流センサ50により検出され、回転電機制御装置2はその検出結果を取得する。第1インバータ11及び第1コイルセット81を流れる交流電流は、第1交流電流センサ51によって検出され、第2インバータ12及び第2コイルセット82を流れる交流電流は、第2交流電流センサ52によって検出される。また、回転電機8のロータ84の各時点での磁極位置は、レゾルバなどの回転センサ54により検出され、回転電機制御装置2はその検出結果を取得する。また、直流リンク電圧は、直流電圧センサ53によって検出され、回転電機制御装置2はその検出結果を取得する。
 上述したように、回転電機制御装置2は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として構築されており、その動作電圧は3.3[V]~5[V]程度である。一方、IGBTなどの電力系スイッチング素子の制御信号(ゲート端子やベース端子に入力されう信号)の電圧は、15[V]~20[V]程度の波高が必要である。このため、回転電機制御装置2が生成したスイッチング制御信号は、各スイッチング素子に対する制御信号(スイッチング制御信号)の駆動能力(例えば出力電圧や出力電流など、後段の回路を動作させる能力)をそれぞれ高めるドライブ回路を中継してインバータ10に提供される。
 図1に示すように、第1制御部21によって生成されたスイッチング制御信号は第1ドライブ回路41(DRV1)を介して第1インバータ11に提供される。また、第2制御部22によって生成されたスイッチング制御信号は第2ドライブ回路42(DRV2)を介して第2インバータ12に提供される。このように、ECU40は、回転電機制御装置2と、ドライブ回路(第1ドライブ回路41及び第2ドライブ回路42)とを備えて構成されている。
 回転電機制御装置2は、蓄電装置1の温度が予め規定された基準温度(後述するTMP1)以下の場合には、暖気制御を実行する。以下、図4のフローチャート及び図5のトルクマップも参照して暖気制御について説明する。暖気制御では、回転電機制御装置2は、複数のインバータ10の内の少なくとも1つを力行制御し、残りのインバータ10の内の少なくとも1つを回生制御する。この際、回転電機制御装置2は、回転電機8のロータ84が回転するように、力行制御による力行トルクの絶対値と回生制御による回生トルクの絶対値とを異ならせて暖気制御を実行する。
 この暖気制御により、インバータ10を介して回転電機8のコイルセット80に電流が流れるので、回転電機8やインバータ10を発熱させ、伝熱系7を介して蓄電装置1を温めることができる。また、回転電機8が有するコイルセット80には、暖気制御の際に力行制御されるものと、回生制御制御されるものとが含まれる。従って、コイルの発熱によって消費される分を除けば、力行制御によって消費される電力を回生制御によって回収することができる。このため、蓄電装置1を温める際に消費される蓄電装置1の電力を少なく抑えることができる。また、図1に示すように、インバータ10の直流側には直流リンクコンデンサ4が接続されており、回生制御による電力は直流リンクコンデンサ4に充電される。力行制御では、直流リンクコンデンサ4に充電された電力が優先的に利用されるので、蓄電装置1の電力消費を少なく抑えることができる。
 尚、暖気制御では、回転電機8のロータ84が回転するように、インバータ10が制御される。従って、車両が停車している場合には、ロータ84の回転に伴って車輪34が回転しないように、回転電機8と車輪34とを結ぶ動力伝達経路3を切り離して暖気制御が実行されると好適である。一方、車両が走行している場合には、暖気制御によるロータ84のトルクが、車両の走行の妨げ(減速・加速の双方を含む)となると好ましくない。従って、車両が走行している場合には、回転電機8に対する要求トルクを回転電機8が出力するように、暖気制御が実行されると好適である。
 図4に示すように、回転電機制御装置2(統括制御部20)は、蓄電装置1の温度TMPを取得し(#1)、温度TMPが基準温度TMP1以下であるか否かを判定する(#2)。蓄電装置1の温度TMPは、不図示の温度センサによって検出される。温度センサは、蓄電装置1の温度TMPを直接検知するものであると好適である。但しこれには限定されず、温度センサが、蓄電装置1の温度TMPに影響する温度を検知するセンサ、例えば、蓄電装置1の周囲や車両の周囲の気温を検知するセンサや、冷媒流路70内の冷媒の温度を検知するセンサ等であってもよい。この判定結果に基づき、回転電機8の制御モード(MODE)が設定される。温度TMPが基準温度TMP1よりも高い場合には、制御モードは変更されず、通常制御モード(NORMAL)により回転電機8が制御される(#9)。一方、温度TMPが基準温度TMP1以下の場合には、前処理(#3~#7)を経て、暖気制御モード(WARM)により回転電機8が制御される(#8)。
 尚、車両制御装置90が温度TMPを取得し、温度TMPが基準温度TMP1以下であるか否かを判定し、その判定結果を回転電機制御装置2に伝達してもよい。例えば、温度TMPが基準温度TMP1以下である場合には、車両制御装置90が回転電機制御装置2に対して暖気制御指令を与える形態であってもよい。暖気制御指令に基づき、回転電機制御装置2は、暖気制御モードにより回転電機8を制御する。一方、温度TMPが基準温度TMP1よりも高い場合には、暖気制御指令が与えられないので、回転電機制御装置2は、通常の制御モードにより回転電機8を制御する。或いは、車両制御装置90が温度TMPを取得して回転電機制御装置2に伝達し、温度TMPを受け取った回転電機制御装置2が、温度TMPが基準温度TMP1以下であるか否かを判定する形態であってもよい。
 ステップ#2において蓄電装置1の温度TMPが基準温度TMP1以下であると判定されると、回転電機制御装置2は、冷却系制御装置60を介して流路切換弁72を制御して、冷却モード(RD-MODE)をバイパスモード(BYPASS)に切り換える(#3)。回転電機制御装置2から冷却系制御装置60に対して直接に切り換え要求を伝達しても良いし、車両制御装置90を介して冷却系制御装置60に切り換え要求を伝達しても良い。また、温度TMPが基準温度TMP1以下であるか否かを車両制御装置90が判定する形態では、車両制御装置90が回転電機制御装置2に対して暖気制御指令を与える共に、冷却系制御装置60に対して流路切換指令を与えてもよい。
 ステップ#2において蓄電装置1の温度TMPが基準温度TMP1以下であると判定されると、回転電機制御装置2は、車両が停車中であるか走行中であるかを判定する。例えば、車両の速度(SPD)がゼロであるか否かが判定される(#4)。車両の速度がゼロである場合には、車両が停車中であると判定され、車両の速度がゼロでない場合には、車両が走行中であると判定される。尚、車両の速度は、例えば車輪34に備えられた速度センサ(不図示)や、減速装置32に備えられた回転センサ(不図示)等によって検出される。この検出結果は、例えば、トランスアスクル制御装置30や車両制御装置90を介して回転電機制御装置2に提供される。当然ながら、回転電機制御装置2が、直接取得する形態であってもよい。
 車両の速度がゼロである場合には、回転電機制御装置2は、トランスアスクル制御装置30を介してクラッチ31の係合モード(CL)を解放状態(OPEN)に制御して、回転電機8と車輪34とを結ぶ動力伝達経路3を切り離す(#5)。一方、車両の速度がゼロではない場合には、車両が走行中であるので、クラッチ31の係合モード(CL)は係合状態(CLOSE)のまま維持される(#6)。
 上述したように、車両制御装置90が、温度TMPを取得し、温度TMPが基準温度TMP1以下であるか否かを判定する場合は、さらに、車両制御装置90が、車両が停車中であるか走行中であるかを判定してもよい。例えば、温度TMPが基準温度TMP1以下である場合、車両制御装置90は、回転電機制御装置2に対して暖気制御指令を与える共に、冷却系制御装置60に対して流路切換指令を与え、さらに、車両の速度がゼロである場合には、トランスアスクル制御装置30に対してクラッチ31の係合モードを解放状態とする解放指令を与える。
 尚、ステップ#3と、ステップ#4~ステップ#5(又はステップ#6)とは、逆の順序であってもよい。これらの処理は、回転電機制御装置2が回転電機8を電機制御モード(WARM)で制御する前の、いわゆる前処理である。従って、ステップ#3と、ステップ#4~ステップ#5(又はステップ#6)とは、回転電機8が暖気制御モードにより制御される前に実行されていれば良い。
 前処理が完了すると、回転電機制御装置2は、力行トルク及び回生トルクに基づいて暖気制御を実行する。つまり、回転電機制御装置2は、複数のインバータ10の内の少なくとも1つ(ここでは第1インバータ11又は第2インバータ12の何れか一方)を力行制御し、残りのインバータの内の少なくとも1つ(ここでは第1インバータ11又は第2インバータ12の何れか他方)を回生制御し、回転電機8のロータ84が回転するように、力行制御による力行トルクTRPの絶対値と回生制御による回生トルクTRCの絶対値とを異ならせる暖気制御を実行する。
 後述するように、回転電機制御装置2は、蓄電装置1の温度TMPに応じて、力行トルクTRP及び回生トルクTRCを可変設定することができる。例えば、力行トルクTRP及び回生トルクTRCは、回転電機制御装置2が有するメモリやレジスタ等にトルクマップとして記憶されている(トルクマップの特性は図5を参照して後述する。)。回転電機制御装置2は、蓄電装置1の温度TMPに基づいて、力行トルクTRP及び回生トルクTRCを取得する(#7)。そして、回転電機制御装置2は、力行トルクTRP及び回生トルクTRCに基づいて、回転電機8を暖気制御する(#8)。
 蓄電装置1は、その温度TMPが低くなるほど性能が低下する傾向がある。このため、例えば、温度が低くなるほど、力行トルクTRPや回生トルクTRCを大きくして、コイルセット80に多くの電流を流して熱を発生させることも考えられる。但し、温度TMPが極めて低い場合には、暖気制御によってさらに蓄電装置1を消耗させるおそれもある。従って、暖気制御の可否や暖気の程度は、暖気の必要性や、その際に許容可能なエネルギー(電流)、等を考慮することが好ましい。
 図5のグラフは、蓄電装置1の温度TMPと、力行トルクTRPの絶対値及び回生トルクTRCの絶対値との関係を示しており、例えば、このグラフに基づいてトルクマップが作成される。上述したように、暖気制御では、力行トルクTRPの絶対値及び回生トルクTRCの絶対値を異ならせて、ロータ84が回転するように制御される。例えば、図5における実線は、力行トルクTRPの絶対値及び回生トルクTRCの絶対値の一方を示し、一点鎖線は、力行トルクTRPの絶対値及び回生トルクTRCの絶対値の他方を示している。
 暖気制御は、蓄電装置1の温度TMPが基準温度TMP1以下の場合に実行されるので、力行トルクTRPの絶対値及び回生トルクTRCの絶対値は、蓄電装置1の温度TMPが基準温度TMP1よりも高い時にはゼロである。本実施形態では、基準温度TMP1から、基準温度TMP1よりも低温の制限温度TMP2までの間は、力行トルクTRPの絶対値及び回生トルクTRCの絶対値が、一定値として設定される。なお、図5に示す例とは異なり、基準温度TMP1から制限温度TMP2までの間において、温度TMPが基準温度TMP1から下がるに従って、力行トルクTRPの絶対値及び回生トルクTRCの絶対値が大きくなるように設定されてもよい。
 制限温度TMP2は、暖気制御を制限するしきい値となる温度である。つまり、蓄電装置1の温度TMPが制限温度TMP2以下の場合には、暖気制御によって蓄電装置1を消耗させるおそれがあるため、暖気制御が制限される。具体的には、力行トルクTRPの絶対値及び回生トルクTRCの絶対値は、温度TMPが制限温度TMP2から下がるに従って小さくなるように設定される。そして、蓄電装置1の温度TMPが制限温度TMP2よりも低い暖気禁止温度TMP3以下となると、暖気制御が禁止される。従って、蓄電装置1の温度TMPが暖気禁止温度TMP3以下の場合には、力行トルクTRPの絶対値及び回生トルクTRCの絶対値は、ゼロに設定される。
 以上説明したように、この車両用駆動装置100によれば、装置構成の複雑化及び蓄電装置1の電力利用効率の低下を抑制しつつ、低温環境下において蓄電装置1を適切に温めることができる。
〔その他の実施形態〕
 以下、その他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
(1)上記においては、車両が停車している場合には、回転電機8と車輪34とを結ぶ動力伝達経路3を切り離して暖気制御を実行し、車両が走行している場合には、回転電機8に対する要求トルクを回転電機8が出力するように、暖気制御を実行する形態を例示した。しかし、暖気制御によるトルク変動が、停車時における車両挙動に与える影響や、走行時における車両挙動に与える影響が許容範囲内であれば、この限りではない。
(2)上記においては、伝熱系7として冷媒が循環する冷媒流路70を例示したが、伝熱系7は金属等の固体によって構成されていてもよい。
(3)上記においては、力行トルクTRP及び回生トルクTRCが、蓄電装置1の温度TMPに応じて可変設定される形態を例示した。しかし、力行トルクTRP及び回生トルクTRCは、蓄電装置1の温度TMPに拘わらず一定であってもよい。例えば、力行トルクTRP及び回生トルクTRCは、蓄電装置1の温度TMPが暖気禁止温度TMP3より高く、基準温度TMP1以下の場合に一定の値に設定され、基準温度TMP1より高く、暖気禁止温度TMP3以下の場合にゼロに設定されるような形態であってもよい。
(4)上記においては、回転電機制御装置2が、蓄電装置1の温度TMPが基準温度TMP1以下の場合に、暖気制御を実行する形態を例示した。しかし。暖気制御は、蓄電装置1の温度TMPに拘わらず、車両の始動時に常に実行されてもよい。
〔実施形態の概要〕
 以下、上記において説明した車両用駆動装置(1)の概要について簡単に説明する。
 1つの態様として、車両用駆動装置(100)は、複数相のコイルが接続されてなるコイルセット(80)を互いに独立に複数有し、車両の駆動力源となる回転電機(8)と、複数の前記コイルセット(80)に流れる電流をそれぞれ独立に制御する複数のインバータ(10)と、複数の前記インバータ(10)に接続される少なくとも1つの蓄電装置(1)と、前記回転電機(8)及び複数の前記インバータ(10)の少なくとも1つと前記蓄電装置(1)との間で熱を伝導する伝熱系(7)と、複数の前記インバータ(10)を制御して前記回転電機(8)を制御する制御装置(2)と、を備え、前記制御装置(2)は、複数の前記インバータ(10)の内の少なくとも1つを力行制御し、残りの前記インバータ(10)の内の少なくとも1つを回生制御し、前記回転電機(8)のロータ(84)が回転するように、前記力行制御による力行トルク(TRP)の絶対値と前記回生制御による回生トルク(TRC)の絶対値とを異ならせる暖気制御を実行する。
 この構成によれば、暖気制御により、インバータ(10)を介して回転電機(8)のコイルセット(80)に電流を流すことによって回転電機(8)やインバータ(10)を発熱させ、伝熱系(7)を介してその熱を蓄電装置(1)に伝導させることによって蓄電装置(1)を温めることができる。従って、蓄電装置(1)を温めるためにヒータ等を別途追加する必要がなく、装置構成が複雑化することを抑制できる。また、回転電機(8)が有するコイルセット(80)の内の少なくとも1つは、暖気制御の際に力行制御され、他のコイルセット(80)の内の少なくとも1つは回生制御制御される。従って、コイルの発熱によって消費される分を除けば、力行制御によって消費される電力を回生制御によって回収することができる。このため、蓄電装置(1)を温める際に消費される蓄電装置(1)の電力を少なく抑えることができる。このように、本構成によれば、装置構成の複雑化及び電力利用効率の低下を抑制しつつ、低温環境下において蓄電装置を適切に温めることができる。
 また、前記制御装置(2)は、前記蓄電装置(1)の温度(TMP)が予め規定された基準温度(TMP1)以下の場合に、前記暖気制御を実行すると好適である。
 蓄電装置(1)の温度(TMP)の温度が基準温度(TMP1)以下の場合は、相対的に蓄電装置(1)を温める必要性が高く、基準温度(TMP1)よりも高い場合は、相対的に蓄電装置(1)を温める必要性が低い。例えば、車両の始動時に常に暖気制御を行ってもよいが、本構成によれば、相対的に蓄電装置(1)を温める必要性が高い場合に暖気制御が実行され、相対的に蓄電装置(1)を温める必要性が低い場合には暖気制御が実行されない。従って、暖気制御による損失の発生を抑制することができる。
 ここで、前記車両が停車している場合には、前記回転電機(8)と車輪(34)とを結ぶ動力伝達経路(3)を切り離して前記暖気制御を実行すると好適である。
 暖気制御では、回転電機(8)のロータ(84)が回転するように制御される。従って、車両が停車中には、ロータ(84)の回転に伴って車輪(34)が回転しないように、動力伝達経路(3)が切り離されると好適である。
 具体的には、前記動力伝達経路(3)は、前記のロータ(84)と前記車輪(34)とを駆動連結するものであり、前記動力伝達経路(3)は、係合状態で前記ロータ(84)と前記車輪(34)との間で動力を伝達し、非係合状態で前記ロータ(84)と前記車輪(34)との間の動力伝達を遮断する係合装置(31)を備えると好適である。
 この構成によれば、車両が走行する場合には、係合装置(31)によって適切にロータ(84)と車輪(34)との間で動力を伝達すると共に、例えば車両が停車中において暖気制御が実行される場合には、ロータ(84)の回転に伴って車輪(34)が回転しないように、ロータ(84)と車輪(34)との間の動力伝達を遮断することができる。
 また、前記車両が走行している場合には、前記回転電機(8)に対する要求トルクを前記回転電機(8)が出力するように、前記暖気制御を実行すると好適である。
 車両が走行している場合、暖気制御によるロータ(84)のトルクが、車両の走行の妨げ(減速・加速の双方を含む)となると好ましくない。従って、車両が走行している場合には、回転電機(8)に対する要求トルクを回転電機(8)が出力するように、暖気制御が実行されと好適である。
 また、前記伝熱系(7)は、前記回転電機(8)及び前記インバータ(10)の少なくとも1つ、及び前記蓄電装置(1)を冷却する冷媒が循環する冷媒流路(70)であり、前記回転電機(8)及び前記インバータ(10)の少なくとも1つから前記蓄電装置(1)への前記冷媒流路(70)が、少なくとも前記暖気制御の実行中には、前記冷媒を冷却する冷却装置(71)を経由しないように形成されていると好適である。
 一般的に、回転電機(8)やインバータ(10)、蓄電装置(1)には、発熱時にこれらを冷却するための冷媒が循環する冷媒流路(70)が接続されている。従って、蓄電装置(1)を温める際には、この冷媒流路(70)を伝熱系(7)として用いると、別途伝熱系(7)を設ける必要がなく好適である。但し、蓄電装置(1)よりも発熱量が大きくなる傾向がある回転電機(8)やインバータ(10)と熱交換した後の冷媒は、冷却装置(71)によって冷却され、その後に蓄電装置(1)の冷却に用いられることがある。暖気制御が実行される状況では、冷却された後の冷媒が蓄電装置(1)に供給されることは好ましくない。本構成のように、少なくとも暖気制御の実行中には、蓄電装置(1)への冷媒流路(70)が、冷却装置(71)を経由しないように形成されていることで、適切に蓄電装置(1)を温めることができる。
 また、前記制御装置(2)は、前記蓄電装置(1)の温度(TMP)に応じて、前記力行トルク(TRP)及び前記回生トルク(TRC)を可変設定すると好適である。
 蓄電装置(1)は、その温度(TMP)が低くなるほど性能が低下する傾向がある。このため、例えば、温度(TMP)が低くなるほど、力行トルク(TRP)や回生トルク(TRC)を大きくして、コイルセット(80)に多くの電流を流して熱を発生させることも考えられる。但し、温度(TMP)が極めて低い場合には、暖気制御によってさらに蓄電装置(1)を消耗させるおそれもある。従って、暖気制御の可否や暖気の程度は、暖気の必要性や、その際に許容可能なエネルギー(電流)、等を考慮することが好ましい。本構成のように、蓄電装置(1)の温度(TMP)に応じて、力行トルク(TRP)及び回生トルク(TRC)が可変設定されると、適切に暖気制御を実行することができる。
1    :蓄電装置
2    :回転電機制御装置(制御装置)
3    :動力伝達経路
7    :伝熱系
8    :回転電機
10   :インバータ
31   :クラッチ(係合装置)
34   :車輪
70   :冷媒流路
71   :冷却装置
80   :コイルセット
84   :ロータ
100  :車両用駆動装置
TMP  :温度
TMP1 :基準温度
TRC  :回生トルク
TRP  :力行トルク

Claims (7)

  1.  複数相のコイルが接続されてなるコイルセットを互いに独立に複数有し、車両の駆動力源となる回転電機と、
     複数の前記コイルセットに流れる電流をそれぞれ独立に制御する複数のインバータと、
     複数の前記インバータに接続される少なくとも1つの蓄電装置と、
     前記回転電機及び複数の前記インバータの少なくとも1つと前記蓄電装置との間で熱を伝導する伝熱系と、
     複数の前記インバータを制御して前記回転電機を制御する制御装置と、を備え、
     前記制御装置は、複数の前記インバータの内の少なくとも1つを力行制御し、残りの前記インバータの内の少なくとも1つを回生制御し、前記回転電機のロータが回転するように、前記力行制御による力行トルクの絶対値と前記回生制御による回生トルクの絶対値とを異ならせる暖気制御を実行する、車両用駆動装置。
  2.  前記制御装置は、前記蓄電装置の温度が予め規定された基準温度以下の場合に、前記暖気制御を実行する、請求項1に記載の車両用駆動装置。
  3.  前記車両が停車している場合には、前記回転電機と車輪とを結ぶ動力伝達経路を切り離して前記暖気制御を実行する、請求項1又は2に記載の車両用駆動装置。
  4.  前記動力伝達経路は、前記ロータと前記車輪とを駆動連結するものであり、前記動力伝達経路は、係合状態で前記ロータと前記車輪との間で動力を伝達し、非係合状態で前記ロータと前記車輪との間の動力伝達を遮断する係合装置を備える、請求項3に記載の車両用駆動装置。
  5.  前記車両が走行している場合には、前記回転電機に対する要求トルクを前記回転電機が出力するように、前記暖気制御を実行する、請求項1から4の何れか一項に記載の車両用駆動装置。
  6.  前記伝熱系は、前記回転電機及び前記インバータの少なくとも1つ、及び前記蓄電装置を冷却する冷媒が循環する冷媒流路であり、前記回転電機及び前記インバータの少なくとも1つから前記蓄電装置への前記冷媒流路が、少なくとも前記暖気制御の実行中には、前記冷媒を冷却する冷却装置を経由しないように形成されている、請求項1から4の何れか一項に記載の車両用駆動装置。
  7.  前記制御装置は、前記蓄電装置の温度に応じて、前記力行トルク及び前記回生トルクを可変設定する、請求項1から6の何れか一項に記載の車両用駆動装置。
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