WO2025258085A1

WO2025258085A1 - 電動車両の制御方法及び電動車両

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Publication number: WO2025258085A1
Application number: PCT/JP2024/021782
Authority: WO
Inventors: 雄一郎菅野; 一茂並木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2024-06-14
Filing date: 2024-06-14
Publication date: 2025-12-18
Anticipated expiration: 2026-12-14

Abstract

モータと、バッテリと、モータ及びバッテリに接続し、モータとバッテリとの間で電力を変換するインバータと、モータの中性点とバッテリの正極または負極の少なくとも一方とを接続する回路上のスイッチと、を備える電動車両の制御方法が提供される。この電動車両の制御方法では、外部充電器を用いてバッテリを充電する際、スイッチをオンにした状態で、モータにトルクが発生しないようにインバータを制御しつつモータに電力を供給して、バッテリを暖機する中性点回路を用いた暖機制御を実行する。

Description

電動車両の制御方法及び電動車両

　本発明は、電動車両の制御方法及び電動車両に関する。

　従来、電動車両の停車時に、トルクが発生しないように、モータにｄ軸電流のみを供給してモータ及びインバータの損失を増やし、損失分の熱量を、冷媒通路を介してバッテリに伝熱し、バッテリを暖機する方法が知られている。

　ＪＰ２０２１－１４１７４７Ａには、より早く暖機したい場合に、モータに供給するｄ軸電流を増加させて、モータ及びインバータの損失を増やし、冷媒通路の冷媒を素早く昇温させる技術が開示されている。

　ＪＰ２０２１－１４１７４７Ａに記載の技術のように、ｄ軸電流を供給することでモータ及びインバータの損失を増加させる場合、モータ及びインバータの損失が大きくなると、インバータ（パワーモジュール）の耐熱温度や寿命を超えてしまう虞がある。このため、損失を十分に増加させることができず、バッテリを充電に最適な温度まで効率良く暖機できない場合がある。

　本発明は上記課題に鑑みたものであり、バッテリを効率よく暖機することができる電動車両の制御方法及び電動車両を提供することを目的とする。

　本発明の一態様によれば、モータと、バッテリと、モータ及びバッテリに接続し、モータとバッテリとの間で電力を変換するインバータと、モータの中性点とバッテリの正極または負極の少なくとも一方とを接続する回路上のスイッチと、を備える電動車両の制御方法が提供される。この電動車両の制御方法では、外部充電器を用いてバッテリを充電する際、スイッチをオンにした状態で、モータにトルクが発生しないようにインバータを制御しつつモータに電力を供給して、バッテリを暖機する中性点回路を用いた暖機制御を実行する。

図１は、本発明の一実施形態による電動車両の制御方法が適用される電両車両システムの概略構成図である。図２は、電動車両システムの等価回路を示す概略的回路図である。図３は、中性点回路を用いた暖機制御における第１半導体スイッチング素子Ｓ１の動作、モータ電圧値及びモータの電流値を示す図である。図４は、本発明の一実施形態による停車時におけるバッテリ暖機制御を説明するフローチャートである。図５は、変形例による電両車両システムの概略構成図である。

　以下、図面等を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

　［実施形態］
　図１は、電動車両システム１００の概略構成を示すブロック図である。電動車両システム１００は、本発明の一実施形態による電動車両の制御方法が適用される電動車両に搭載されるシステムである。なお、ここでの電動車両は、例えば、ハイブリッド車両や電気自動車等である。

　図１に示すように、電動車両システム１００は、バッテリ１、リレー２，３，４、インバータ５、モータ６、コンデンサ７、及び、コントローラ８等を含む。コントローラ８は、車両コントローラ８１、制御回路８２、駆動回路８３を含む。また、図示しないが、電動車両システム１００は、インバータ５及びモータ６を冷却する冷却水が流れる冷却水路を備える。当該冷却水路は、バッテリ１、インバータ５及びモータ６を通過するように構成されている。

　バッテリ１は、充電可能な直流電源であり、モータ６を駆動する電力を供給する。バッテリ１は、リレー２，３を介してインバータ５に接続されており、モータ６を駆動する場合、インバータ５を介してモータ６に電力を供給する。一方、モータ６が電力を発生させたときには、バッテリ１は、その電力によって充電される。

　また、バッテリ１は、急速充電器（ＱＣ）等の外部充電器（不図示）と接続可能であり、外部充電器が供給する電力により充電することができる。

　なお、バッテリ１には、バッテリ１の温度Ｔ_ｂａｔを検出するサーミスタ等の温度センサ、及びバッテリ１のＳＯＣを検出可能なセンサ（いずれも不図示）が備えられている。検出されたバッテリ１の温度Ｔ_ｂａｔ及びＳＯＣは、コントローラ８に送信される。

　リレー２，３は、バッテリ１とインバータ５とを接続するライン上に設けられたスイッチ手段であり、バッテリ１と、インバータ５及びモータ６とを接続または切り離す。リレー２，３のオン、オフ操作は、コントローラ８（車両コントローラ８１）により制御される。モータ６を駆動する場合、リレー２，３はオンに制御され、バッテリ１からインバータ５を介してモータ６に電力が供給される。電動車両の停車中、通常、リレー２，３は、オフに制御されるが、外部充電器からバッテリ１を充電する際、バッテリ１を暖機する場合には、オンに制御される。なお、バッテリ１の暖機制御の詳細は後述する。

　リレー４は、モータ６の中性点とバッテリ１の負極とを接続するライン（回路）上に設けられたスイッチ手段である。リレー４のオン、オフ操作は、コントローラ８（車両コントローラ８１）により制御される。モータ６を駆動する場合、リレー４はオフに制御される。また、電動車両の停車中においても、通常は、リレー４はオフに制御される。一方、外部充電器からバッテリ１を充電する際、バッテリ１を暖機する場合には、リレー４はオンに制御される。これにより、バッテリ１からの電力がインバータ５を介してモータ６に通電されるとともに、インバータ５及びモータ６の熱が冷却水路を介してバッテリ１に伝熱し、バッテリ１が暖機される。

　インバータ５は、バッテリ１からの直流電力を交流電力に変換して、モータ６に供給する。インバータ５は、モータ６の三相（ＵＶＷ）の入力部のうちのいずれかとそれぞれ接続されたレグを有する３相ブリッジ回路から構成される。モータ６の各相に接続されたレグは、それぞれ直列に接続された２つの半導体スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２、Ｔｒ３，Ｔｒ４、Ｔｒ５，Ｔｒ６、を有している。各レグ上の半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６は、トランジスタ（ＩＧＢＴ）と、整流素子（ダイオード）とを備える。整流素子は、トランジスタと並列に設けられるとともに、トランジスタの整流方向とは逆方向に電流が流れるように設けられている。また、モータ６の各相は、各レグ上に、直列接続された２つの半導体スイッチング素子Ｔｒ１とＴｒ２、Ｔｒ３とＴｒ４、Ｔｒ５とＴｒ６の間にそれぞれ接続されている。これにより、半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６は、モータ６の相毎に、対になる上アームと下アームを形成する。なお、下アームを構成する半導体スイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６は、モータ６と並列接続され、上アームを構成する半導体スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５は、モータ６と並列接続されていない。このように設けられた半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６が、後述のコントローラ８から出力されるＰＷＭ信号に応じて切り替え操作されることにより、バッテリ１からモータ６に印加される電圧のパルス幅が制御される（ＰＷＭ制御）。

　なお、インバータ５の各半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６には、それぞれ各半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６の温度を検出する温度センサが設けられている。検出された各半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６の温度は、コントローラ８に送信される。

　モータ６は、回転子（ロータ）に永久磁石を備える永久磁石型の三相交流モータであるが、これに限られない。モータ６は、三相（ＵＶＷ相）のそれぞれについて入力部を有している。モータ６は電動車両の駆動輪を駆動する駆動源であって、モータ６の回転に伴って電動車両の駆動輪が回転する。なお、モータ６には、モータ６のステータ温度（以下、モータ６の温度とも言う）Ｔ_ｍｔを検出する不図示の温度センサが備えられており、検出されたモータ６の温度Ｔ_ｍｔは、コントローラ８に送信される。また、インバータ５とモータ６の各相の入力部とを接続する電源線には、各相の電流を検出する電流センサが設けられている。当該電流センサは、インバータ５からモータ６の各相の入力部へと流れる電流のそれぞれの大きさを測定し、測定した各相の三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをコントローラ８に送信する。また、モータ６の回転子の近傍には、モータ６の回転子の位置を検出する磁極位置検出センサが設けられている。磁極位置検出センサは、例えば、レゾルバやエンコーダなどであり、モータ６の回転子の位相θを測定する。測定された回転子の位相θは、コントローラ８に送信される。

　コンデンサ７は、リレー２，３とインバータ５との間に配置され、インバータ５と並列に接続されている。コンデンサ７は、バッテリ１からインバータ５に入力される直流電力を平滑化する。なお、コンデンサ７とインバータ５の入力側との間における電源線には、インバータ５の入力電圧（ＤＣ電圧）を検出する電圧センサが備えられている。検出されたＤＣ電圧は、コントローラ８に送信される。

　コントローラ８は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備え、後述する各処理を実行可能となるようにプログラムされたコンピュータにより構成される。なお、コントローラ８を、各処理を分散して実行する複数のコンピュータハードウェアにより構成することも可能である。

　コントローラ８は、各種センサ等から、バッテリ１の温度Ｔ_ｂａｔ、ＳＯＣ、インバータ５の入力電圧（ＤＣ電圧）、各半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６の温度、モータ６の各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、モータ６の位相θ、モータ６の温度Ｔ_ｍｔ等を取得する。

　また、コントローラ８は、車両コントローラ８１と、制御回路８２と、駆動回路８３とを含む。

　車両コントローラ８１は、電動車両のアクセル信号、ブレーキ信号、シフトポジション信号等に基づいて、モータ６に要求するトルクである要求トルクを示すトルク指令値Ｔ^*を算出し、算出したトルク指令値Ｔ^*を、制御回路８２に出力する。また、車両コントローラ８１は、バッテリ１とインバータ５の間のリレー２，３及びモータ６の中性点とバッテリ１の負極とを接続する回路上のリレー４に対し、リレー２，３，４を開閉するリレー制御信号を出力する。

　制御回路８２は、インバータ５の動作を制御する。制御回路８２は、トルク指令値Ｔ^*を入力として、各半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のスイッチングパターン（デューティー比）を規定するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する。より詳細には、制御回路８２は、まず、回転子の位相θと、後述の駆動回路８３からインバータ５の入力電圧の信号であるＤＣ電圧信号とを取得し、車両コントローラ８１から出力されるトルク指令値Ｔ^*と、回転子の位相θと、ＤＣ電圧信号とに基づき、要求トルクを実現するようにモータ６への目標供給電流値（電流指令値）Ｉ^*を演算する。次に、三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを取得し、これに基づき、電流指令値Ｉ^*と、モータ６に流れる電流値Iとの偏差が無くなるように、モータ６への目標供給電力（電圧指令値）を演算する。そして、演算した電圧指令値を実現するようにＰＷＭ信号を生成する。生成したＰＷＭ信号は駆動回路８３へ出力される。

　駆動回路８３は、インバータ５の入力電圧（ＤＣ電圧）を取得し、これをＤＣ電圧信号に変換して、制御回路８２に出力する。また、駆動回路８３は、制御回路８２から入力されるＰＷＭ信号に応じて、インバータ５の半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６を所定のタイミングでオン、オフ制御する。これにより、モータ６への印加電圧のパルス幅が制御され、モータ６においてトルク指令値Ｔ^*のトルクを発生させることができる。

　ところで、外部充電器を用いてバッテリ１を充電する際、バッテリ１の温度Ｔ_ｂａｔが低温の場合、充電効率を向上させるために、電動車両を停車した状態でバッテリ１を暖機する必要がある。

　電動車両において、電動車両を停車した状態、即ち、駆動モータにトルクを発生させずにバッテリを暖機する方法として、モータにｄ軸電流のみを供給してモータ及びインバータの損失を増やし、損失分の熱量を冷媒通路を介してバッテリに伝熱する方法（以下、ｄ軸通電による暖機制御とも言う）が知られている。しかしながら、ｄ軸電流を供給することでモータ及びインバータの損失を増加させる場合、モータ及びインバータの損失が大きくなると、インバータ（パワーモジュール）の耐熱温度や寿命を超えてしまう虞がある。このため、損失を十分に増加させることができず、バッテリを充電に最適な温度まで効率良く暖機できない場合がある。

　そこで、本実施形態においては、外部充電器を用いてバッテリ１を充電する際、モータ６の中性点とバッテリ１の負極とを接続する回路上のリレー４をオンにした状態で、モータ６にトルクが発生しないようにインバータ５を制御しつつモータ６に電力を供給して、バッテリ１を暖機するバッテリ暖機制御（以下、中性点回路を用いた暖機制御とも言う）を実行することとした。

　具体的には、中性点回路を用いた暖機制御において、車両コントローラ８１は、バッテリ１とインバータ５の間のリレー２，３、及びモータ６の中性点とバッテリ１の負極とを接続する回路上のリレー４を、オンに制御する。リレー４をオンにすることで、インバータ５及びモータ６において３相並列の電流回路が形成される。

　制御回路８２は、インバータ５の３相ブリッジ回路の各相を同期するようにＰＷＭ信号を生成し、駆動回路８３は、当該ＰＷＭ信号に基づき、インバータ５の半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６を所定のタイミングでオン、オフ制御する。これにより、３相ブリッジ回路の各相が同期された状態でモータ６に電力が供給されるため、モータ６にトルクが発生しない状態で、モータ６が通電され、インバータ５及びモータ６に損失が発生する。従って、インバータ５及びモータ６を流れる冷却水路内の冷却水が暖められ、これを媒介して同じ冷却水路上にあるバッテリ１が暖機される。

　このように、モータ６の中性点とバッテリ１の負極とを接続する回路上のリレー４をオンにすることで、インバータ５及びモータ６において３相並列の電流回路が形成され、この回路に各相を同期して電流を流すことで、モータ６にトルクを発生させずにバッテリ１を暖機することができる。また、各相が並列に接続されているため、合成インダクタンスがｄ軸通電による暖機の場合に比べ小さくなり、インバータ５の半導体スイッチング素子の損失を抑えつつ、モータ６の鉄損を大きく増やすことができる。従って、インバータ５の耐熱温度を超えてしまうことを防止しつつ、損失を十分に増加させることができる。即ち、バッテリ１の暖機効率を向上させることができる。

　また、ｄ軸通電による暖機制御では、インバータの耐熱温度や寿命の制約から、インバータの損失を増やせない場合、スイッチング周波数（キャリア周波数）を低下させて、モータの発熱を増やす必要がある。このため、スイッチング周波数が可聴周波数となり、インバータ及びモータによる騒音が生じるという問題が生じる。これに対応するためには、インバータの耐熱や寿命を向上させる必要があり、追加コストが必要になるか、専用のヒータ素子が必要となり、サイズやコストが大きくなる。これに対し、中性点回路を用いた暖機制御では、スイッチング周波数を低下させることなくモータ６の鉄損を増加させることができるため、インバータ５のスイッチング周波数を、可聴周波数を超えるように制御することができ、サイズやコストを大きくすることなく、騒音を抑制することができる。

　以下、本実施形態の停車時におけるバッテリ暖機制御の詳細を説明する。

　図２は、電動車両システム１００の等価回路を示す概略的回路図であり、中性点回路を用いた暖機制御を実行する際の図である。中性点回路を用いた暖機制御において、コントローラ８は、各相を同期してモータ６に電流を流すため、図２に示すように、モータ６の各相に接続されたインバータ５の３つのレグは、１つのレグと等価となる。なお、図２において、上アームを構成する半導体スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５は、第１半導体スイッチング素子Ｓ１として表し、下アームを構成する半導体スイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６は、第２半導体スイッチング素子Ｓ２として表している。また、図２では、リレー２，３（オンに制御）及びコンデンサ７は省略している。

　中性点回路を用いた暖機制御において、コントローラ８は、モータ６と並列接続された第２半導体スイッチング素子Ｓ２のゲートを常にオフに制御し、モータ６と並列接続されていない第１半導体スイッチング素子Ｓ１が間欠的にオンになるようにスイッチング制御する。ここで、第１半導体スイッチング素子Ｓ１は、各相を同期してモータ６に電流を流すようにスイッチング制御される。従って、モータ６にトルクが発生しない状態で、モータ６に電力が供給される。また、このとき、インバータ５のスイッチング周波数は、可聴周波数を超えるように制御される。即ち、モータ６の中性点とバッテリ１とを接続する回路上のリレー４をオンにすることで、インバータ５及びモータ６において各相が並列に接続された電流回路が形成されるため、モータ６の各相インダクタンスよりも合成インダクタンスが小さくなる。従って、インバータ５の半導体スイッチング素子の損失が抑制されるため、スイッチング周波数を、可聴周波数を超える周波数に維持することができる。インバータ５のスイッチング周波数を高く維持しながら、モータ６のリプル電流を増大させることができ、モータ６の鉄損を増加させることができる。また、インバータ５のスイッチング周波数が可聴周波数を超えるように制御されるため、スイッチング周波数に起因するインバータ５及びモータ６からの異音を無くすことができ、騒音が抑制される。

　また、モータ６の中性点と接続されている第２半導体スイッチング素子Ｓ２のゲートが常にオフに制御されるため、モータ６からの電流は第２半導体スイッチング素子Ｓ２の整流素子（ダイオード）に還流される。従って、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴやＲＣ－ＩＧＢＴの場合において、整流素子（ダイオード）の順方向電圧（ＶＦ）が大きくなるため、損失が増加し、バッテリ１の暖機効率がより向上する。

　図３は、中性点回路を用いた暖機制御における第１半導体スイッチング素子Ｓ１の動作、モータ電圧値及びモータの電流値を示す図である。

　図３に示すように、中性点回路を用いた暖機制御において、モータ６と並列接続されていない第１半導体スイッチング素子Ｓ１は、間欠的にオンになるように制御される。即ち、上アームを構成する半導体スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５は、同時にオン、オフされるため、モータ各相の電圧Ｅ［Ｖ］も、同時に変化し、モータ各相に同一のタイミングで電流が流れる。このように、各相を同期してモータ６に電力を供給するため、モータ６にトルクが発生しない。

　また、ｄ軸通電による暖機制御においては、モータのインダクタンスが大きいため、図３に示すように、モータに流れる電流は直流的で変化が小さく、リプル電流が小さい。これに対し、中性点を用いた暖機制御においては、インバータ５及びモータ６において各相が並列に接続された電流回路が形成されるため、合成インダクタンスが小さくなり、電流の変化が大きくなる。従って、インバータ５の損失を増加させることなくリプル電流を大きくして、モータの鉄損を増加させることができる。

　また、本実施形態では、中性点回路を用いた暖機制御において、モータ６に流れる電流が不連続（間欠的）となるように、スイッチング周波数を制御する。これにより、モータ６の力行時や、モータ６に電流が連続的に流れる場合に比べ、リプル電流をより大きくすることができ、バッテリ１の暖機効率をより向上させることができる。なお、中性点を用いた暖機制御において、電流の振幅はインバータ５の半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６の耐熱温度及びストレス許容値以下に制御し、そのうえで、必要な損失が得られる電流ピーク値とする。電流の制御は、電流値をフィードバック制御してもよく、また、予めモータ６の合成インダクタンスとインバータ５の入力電圧（ＤＣ電圧）値からデューティー比を決めてオープンループ制御を実行してもよい。

　上記の通り、中性点回路を用いた暖機制御は、インバータ５の損失を抑制しつつ、モータ６の損失を増加させる制御方法であるため、モータ６の耐熱温度や寿命を考慮して、モータ６の保護を優先させたい場合は、本実施形態のバッテリ暖機制御においても、ｄ軸通電による暖機制御を実行する。具体的には、モータ６の温度Ｔ_ｍｔが所定の値（閾値）Ｔ_ｍｔｔｈ以上となった場合には、ｄ軸通電による暖機制御が実行される。ここでの閾値Ｔ_ｍｔｔｈは、例えばステータの耐熱温度付近の温度に設定される。

　一方、モータ６の耐熱温度や寿命には余裕があり、インバータ５の半導体スイッチング素子の保護が求められる場合は、中性点回路を用いた暖機制御を実行し、インバータ５の損失を抑制しつつ、モータ６の損失を増加させる。具体的には、インバータ５の半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のいずれかの温度（以下、インバータ５の温度とも言う）Ｔ_ＩＮＶが、所定の値（閾値）Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}以上となった場合には、中性点回路を用いた暖機制御が実行される。ここでの閾値Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}は、例えば半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６の耐熱温度付近の温度に設定される。

　なお、インバータ５とモータ６とでは、熱時定数が異なるため、それぞれインバータ５（半導体スイッチング素子）の温度Ｔ_ＩＮＶとモータ６（ステータ）の温度Ｔ_ｍｔが耐熱温度付近まで上昇するシーンは異なっている。従って、モータ６の温度Ｔ_ｍｔとインバータ５の温度Ｔ_ＩＮＶとが、それぞれの閾値Ｔ_ｍｔｔｈ，Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}を同時に超えることはない。

　モータ６の温度Ｔ_ｍｔとインバータ５の温度Ｔ_ＩＮＶが、いずれもそれぞれの閾値Ｔ_ｍｔｔｈ，Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}より低い場合は、中性点回路を用いた暖機制御とｄ軸通電による暖機制御のどちらを実行してもよいが、本実施形態では、中性点回路を用いた暖機制御を実行するものとする。

　図４は、本発明の一実施形態による停車時におけるバッテリ暖機制御を説明するフローチャートである。以下の制御は、いずれもコントローラ８により、所定時間ごとに繰り返し実行される。なお、コントローラ８は、各種センサの検出値等を適宜取得する。

　モータ６が所定時間駆動されていない場合等、電動車両が停車中であることが確認されると、コントローラ８は、停車時におけるバッテリ暖機制御を開始する。

　ステップＳ１０１において、コントローラ８は、バッテリ１の充電の要否を判断する。バッテリ１の充電の要否は、バッテリ１のＳＯＣ、充電のスケジュール、外部充電器への接続の有無等に基づき判断される。例えば、バッテリ１のＳＯＣが所定の値（例えば、バッテリ１の充電が必要になる程度に低い値）より小さい場合、充電予定時間までの時間が所定の時間以下となった場合等に、コントローラ８は、バッテリ１の充電が必要と判断する。また、例えば、バッテリ１が外部充電器に接続されている場合、コントローラ８は、バッテリ１が充電されるものとして、バッテリ１の充電が必要と判断する。バッテリ１の充電が必要な場合、コントローラ８は、ステップＳ１０２の処理を実行する。一方、バッテリ１の充電が不要の場合、コントローラ８は、停車時におけるバッテリ暖機制御を終了する。

　ステップＳ１０２において、コントローラ８は、バッテリ１の暖機の要否を判断する。具体的には、コントローラ８は、バッテリ１の温度Ｔ_ｂａｔが所定の値（閾値）Ｔ_{ｂａｔｔｈ}よりも低いか否かを判断する。ここでの閾値Ｔ_{ｂａｔｔｈ}は、例えば、バッテリ１の充電効率が最良となる最適な温度（充電適温）に設定され、予め実験等により決定しておくことができる。なお、前述の通り、本実施形態では、バッテリ１の温度Ｔ_ｂａｔは、サーミスタ等の温度センサにより取得されるが、これに限られず、例えば、冷却水路を流れる冷却水の温度や、バッテリ１の外気温からバッテリ１の温度Ｔ_ｂａｔを推定してもよい。バッテリ１の温度Ｔ_ｂａｔが閾値Ｔ_{ｂａｔｔｈ}よりも低い場合、コントローラ８は、バッテリ１の暖機が必要であるものとして、ステップＳ１０３の処理を実行する。一方、バッテリ１の温度Ｔ_ｂａｔが閾値Ｔ_{ｂａｔｔｈ}以上の場合、バッテリ１を暖機する必要はないため、コントローラ８は、停車時におけるバッテリ暖機制御を終了する。

　ステップＳ１０３において、コントローラ８は、インバータ５の半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のいずれかの温度（インバータ５の温度）Ｔ_ＩＮＶが、閾値Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}以上であるか否かを判断する。インバータ５の温度Ｔ_ＩＮＶが、閾値Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}以上である場合、インバータ５の損失を増加させるとインバータ５の耐熱温度を超える虞があるため、ｄ軸通電による暖機制御を実行することはできない。この場合、コントローラ８は、ステップＳ１０５の処理を実行する。

　ステップＳ１０５において、コントローラ８は、中性点回路を用いた暖機制御を実行する。即ち、コントローラ８は、リレー２，３，４をオンに制御し、下アームを構成する第２半導体スイッチング素子Ｓ２をオフに制御するとともに、上アームを構成する第１半導体スイッチング素子Ｓ１が間欠的且つ同期してオンになるようにスイッチング制御する。これにより、モータ６に電力が供給され、インバータ５の損失を抑制しつつ、モータ６の損失を大きくすることができ、バッテリ１が暖機される。中点回路を用いた暖機制御により、バッテリ１が充電適温まで暖機されると、コントローラ８は、停車時におけるバッテリ暖機制御を終了する。

　一方、ステップＳ１０３において、インバータ５の温度Ｔ_ＩＮＶが、閾値Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}より小さい場合、コントローラ８は、ステップＳ１０４の処理を実行する。

　ステップＳ１０４において、コントローラ８は、モータ６の温度Ｔ_ｍｔが閾値Ｔ_ｍｔｔｈよりも低いか否かを判断する。前述の通り、ここでの閾値Ｔ_ｍｔｔｈは、例えばステータの耐熱温度付近の温度に設定される。モータ６の温度Ｔ_ｍｔが閾値Ｔ_ｍｔｔｈよりも低い場合、モータ６は耐熱温度付近にないため、モータ６の損失を増加させることができる。従って、この場合、コントローラ８は、ステップＳ１０５の処理、即ち、中性点回路を用いた暖機制御を実行して、モータ６の損失を増加させ、バッテリ１を暖機する。中点回路を用いた暖機制御により、バッテリ１が充電適温まで暖機されると、コントローラ８は、停車時におけるバッテリ暖機制御を終了する。

　一方、モータ６の温度Ｔ_ｍｔが閾値Ｔ_ｍｔｔｈ以上の場合、中性点回路を用いた暖機制御を実行してモータ６の損失を大きく増加させると、モータ６の耐熱温度を超えてしまう虞がある。従って、ステップＳ１０４において、モータ６の温度Ｔ_ｍｔが閾値Ｔ_ｍｔｔｈ以上の場合、コントローラ８は、中性点回路を用いた暖機制御を実行せずに、ステップＳ１０６の処理を実行する。

　ステップＳ１０６において、コントローラ８は、ｄ軸通電による暖機制御を実行する。これにより、インバータ５及びモータ６に損失が発生し、バッテリ１が暖機される。ｄ軸通電による暖機制御により、バッテリ１が充電適温まで暖機されると、コントローラ８は、停車時におけるバッテリ暖機制御を終了する。

　なお、本実施形態では、モータ６の温度Ｔ_ｍｔとインバータ５の温度Ｔ_ＩＮＶが、いずれもそれぞれの閾値Ｔ_ｍｔｔｈ，Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}より低い場合、中性点回路を用いた暖機制御を実行するものとしたが（ステップＳ１０５）、必ずしもこれに限られず、場合によってはｄ軸通電による暖機制御を実行するようにしてもよい。例えば、モータ６の温度Ｔ_ｍｔとインバータ５の温度Ｔ_ＩＮＶが、いずれもそれぞれの閾値Ｔ_ｍｔｔｈ，Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}より低い場合、インバータ５とモータ６のうち、耐熱温度までより余裕のある方の損失をより大きくするように制御してもよい。この場合、具体的には、例えば、閾値Ｔ_ｍｔｔｈとモータ６の温度Ｔ_ｍｔとの差ΔＴ_ｍｔが、閾値Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}とインバータ５の温度Ｔ_ＩＮＶとの差ΔＴ_ＩＮＶ以上の場合、中性点回路を用いた暖機制御を実行する。一方、閾値Ｔ_ｍｔｔｈとモータ６の温度Ｔ_ｍｔとの差ΔＴ_ｍｔが、閾値Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}とインバータ５の温度Ｔ_ＩＮＶとの差ΔＴ_ＩＮＶより小さい場合、ｄ軸通電による暖機制御を実行する。

　また、前述の通り、インバータ５とモータ６とでは、熱時定数が異なり、モータ６の温度Ｔ_ｍｔとインバータ５の温度Ｔ_ＩＮＶが、それぞれの閾値Ｔ_ｍｔｔｈ，Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}を同時に超えることはないため、インバータ５の温度Ｔ_ＩＮＶが、閾値Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}以上であるか否かの判断を省略することも可能である。即ち、インバータ５の温度Ｔ_ＩＮＶが、閾値Ｔ_{ＩＮＶｔｈ}以上であるか否かの判断（ステップＳ１０３）を省略し、モータ６の温度Ｔ_ｍｔが閾値Ｔ_ｍｔｔｈよりも低い場合は中性点回路を用いた暖機制御を実行し、モータ６の温度Ｔ_ｍｔが閾値Ｔ_ｍｔｔｈ以上の場合はｄ軸通電による暖機制御を実行するようにしてもよい。

　上記した実施形態の電動車両の制御方法によれば、以下の効果を得ることができる。

　本実施形態の電動車両の制御方法によれば、外部充電器を用いてバッテリ１を充電する際、モータ６の中性点とバッテリ１の負極とを接続する回路上のリレー（スイッチ）４をオンにした状態で、モータ６にトルクが発生しないようにインバータ５を制御しつつモータ６に電力を供給して、バッテリ１を暖機する暖機制御（中性点回路を用いた暖機制御）を実行する。モータ６の中性点とバッテリ１の負極とを接続する回路上のリレー４をオンにすることで、インバータ５及びモータ６において３相並列の電流回路が形成され、この回路にモータ６にトルクを発生させないようにインバータ５を制御して電流を流すことで、バッテリ１が暖機される。このように、中性点回路を用いた暖機制御では、モータ６の各相が並列に接続されているため、合成インダクタンスがｄ軸通電による暖機の場合に比べ小さくなり、モータ６に供給される電流の変化を大きくして電流リプルを増大させることができる。即ち、インバータ５の半導体スイッチング素子の損失を抑えつつ、モータ６の鉄損を大きく増やすことができる。従って、インバータ５の耐熱温度を超えてしまうことを防止しつつ、損失を十分に増加させることができる。即ち、バッテリ１の暖機効率を向上させることができる。

　本実施形態の電動車両の制御方法によれば、インバータ５はモータ６の各相にそれぞれ接続されたレグを有する３相ブリッジ回路を含み、バッテリ１の暖機制御（中性点回路を用いた暖機制御）において、モータ６の中性点とバッテリ１の負極とを接続する回路上のリレー（スイッチ）４をオンにした状態で、３相ブリッジ回路の各相を同期してモータ６に電力を供給する。このように、各相を同期してモータ６に電力を供給するため、モータ６にトルクを発生させずにモータ６を通電することができる。

　本実施形態の電動車両の制御方法によれば、バッテリ１の暖機制御（中性点回路を用いた暖機制御）において、レグが有する半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のスイッチング周波数が、可聴周波数を超えるようにインバータ５を制御する。即ち、中性点回路を用いた暖機制御では、モータ６の合成インダクタンスが小さく、インバータ５の損失が抑制されるため、スイッチング周波数を、可聴周波数を超える周波数に維持することができる。従って、スイッチング周波数が、可聴周波数を超えるようにインバータ５を制御することで、サイズやコストを大きくすることなく、騒音を抑制することができるとともに、モータ６のリプル電流を増大させ、損失を増加させて、バッテリ１を暖機することができる。

　本実施形態の電動車両の制御方法によれば、バッテリ１の暖機制御（中性点回路を用いた暖機制御）において、モータ６に不連続な電流が流れるようにインバータ５を制御して、モータ６の力行時よりもリプル電流を大きくする。これにより、モータ６の損失を増加させることができ、バッテリ１の暖機効率を向上させることができる。

　本実施形態の電動車両の制御方法によれば、バッテリ１の暖機制御（中性点回路を用いた暖機制御）において、モータ６と並列接続された第２半導体スイッチング素子Ｓ２をオフにし、モータ６と並列接続されていない第１半導体スイッチング素子Ｓ１を間欠的にオンにする。これにより、モータ６からの電流は第２半導体スイッチング素子Ｓ２の整流素子（ダイオード）に還流される。従って、整流素子（ダイオード）の順方向電圧（ＶＦ）が大きくなるため、損失が増加し、バッテリ１の暖機効率がより向上する。

　本実施形態の電動車両の制御方法によれば、外部充電器を用いてバッテリ１を充電する際、インバータ５の半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６の温度が所定の値（閾値Ｔ_Ｔｒｔｈ）以上の場合、中性点回路を用いた暖機制御を実行する。即ち、モータ６の中性点とバッテリ１の負極とを接続する回路上のリレー（スイッチ）４をオンにした状態で、モータ６にトルクが発生しないようにインバータ５を制御しつつモータ６に電力を供給することでバッテリ１を暖機する。一方、モータ６の温度Ｔ_ＭＴが所定の値（閾値Ｔ_ＭＴｔｈ）以上の場合、モータ６にｄ軸電流のみを供給することでバッテリ１を暖機するd軸通電による暖機制御を実行する。これにより、インバータ５の耐熱温度付近までインバータ５の温度が上昇する場合、モータ６側の損失を増加させ、モータ６の耐熱温度付近までモータ６の温度が上昇する場合、インバータ５の損失を増加させて、バッテリ１を暖機することができる。従って、インバータ５及びモータ６をより保護することができ、インバータ５及びモータ６を長寿命化させることができる。

　なお、本実施形態においては、電動車両システム１００がモータ６の中性点とバッテリ１の負極とを接続する回路を有し、当該回路上にリレー（スイッチ）４を設けるものとしたが、必ずしもこれに限られない。例えば、電動車両システム１００が、モータ６の中性点とバッテリ１の正極とを接続する回路を有し、当該回路上にリレー（スイッチ）４を設けてもよい。

　また、図５に示すように、バッテリ１の正極、負極間に、直列に接続された２つの半導体スイッチング素子Ｔｒ７，Ｔｒ８を有する追加レグ９を設け、モータ６の中性点と追加レグ９の半導体スイッチング素子Ｔｒ７とＴｒ８との間を接続するようにしてもよい。この場合、追加レグ９の半導体スイッチング素子Ｔｒ７，Ｔｒ８が、モータ６の中性点とバッテリ１とを接続する回路上のスイッチとして機能する。なお、図５では、コントローラ８は、省略している。

　また、本実施形態では、バッテリ１の暖機制御（中性点回路を用いた暖機制御）において、３相ブリッジ回路の各相を同期してモータ６に電力を供給するものとしたが、必ずしもこれに限られない。バッテリ１の暖機制御（中性点回路を用いた暖機制御）においては、インバータ５の損失が抑制されるため、インバータ５のスイッチング周波数を高周波数にすることができる。従って、３相ブリッジ回路の各相を非同期化してモータ６に電力を供給するとともに、モータ６にトルクが発生しないように、モータ６の各相に接続されたレグが有する半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のスイッチング周波数を制御するようにしてもよい。例えば、キャリア位相を１２０度ずらしてモータ６に電力を供給した場合、キャリア周期で見ると位相のずれた電流値がモータ６に流れるが、スイッチング周波数を高周波に制御されていれば、各相電流の位相のずれはごく短時間内におけるずれとなる。従って、より長い時間軸で見ると平均的な各相の電流波形はほぼ同一となり、モータ６を回転させるようなトルクは発生しない。このように、３相ブリッジ回路の各相を非同期化してモータ６に電力を供給するとともに、モータ６にトルクが発生しないように、半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のスイッチング周波数を制御するようにしてもよい。この場合、インバータ５の損失を抑制しつつモータ６の損失を増大させることができ、また、スイッチング周波数が高周波に制御されるため、インバータ５及びモータ６の騒音を抑制することができる。

　また、本実施形態においては、電動車両システム１００が、インバータ５及びモータ６を冷却する冷却水が流れる冷却水路を備えるものとしたが、これに限られず、インバータ５及びモータ６を冷却する冷媒が流れる冷媒通路を備える構成であっても良い。

　また、本実施形態のように、中性点回路を用いた暖機制御においては、モータ６に流れる電流が不連続（間欠的）となるように、スイッチング周波数を制御することが好ましいが、必ずしもこれに限られない。モータ６に流れる電流が連続的（電流連続モード）であっても、中性点回路を用いた暖機制御では、モータ６の各相が並列に接続されているため、合成インダクタンスがｄ軸通電による暖機の場合に比べ小さくなり、インバータ５の半導体スイッチング素子の損失を抑えつつ、モータ６の鉄損を大きく増やすことができる。

　また、本実施形態においては、半導体スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のトランジスタをＩＧＢＴとしたが、これに限られず、例えばＭＯＳＦＥＴ等でもよい。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims

　モータと、バッテリと、前記モータ及び前記バッテリに接続し、前記モータと前記バッテリとの間で電力を変換するインバータと、前記モータの中性点と前記バッテリの正極または負極の少なくとも一方とを接続する回路上のスイッチと、を備える電動車両の制御方法であって、
　外部充電器を用いて前記バッテリを充電する際、前記スイッチをオンにした状態で、前記モータにトルクが発生しないように前記インバータを制御しつつ前記モータに電力を供給して、前記バッテリを暖機する、中性点回路を用いた暖機制御を実行する、
　電動車両の制御方法。
　請求項１に記載の電動車両の制御方法であって、
　前記インバータは、前記モータの各相にそれぞれ接続されたレグを有する３相ブリッジ回路を含み、
　前記中性点回路を用いた暖機制御において、前記スイッチをオンにした状態で、前記３相ブリッジ回路の各相を同期して前記モータに電力を供給する、
　電動車両の制御方法。
　請求項１に記載の電動車両の制御方法であって、
　前記インバータは、前記モータの各相にそれぞれ接続されたレグを有する３相ブリッジ回路を含み、
　前記中性点回路を用いた暖機制御において、前記スイッチをオンにした状態で、前記３相ブリッジ回路の各相を非同期化して前記モータに電力を供給するとともに、前記モータにトルクが発生しないように前記レグが有する半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を制御する、
　電動車両の制御方法。
　請求項２または３に記載の電動車両の制御方法であって、
　前記スイッチは、前記バッテリの正極と負極の間に、前記レグと並列に設けられた追加レグ上の半導体スイッチング素子である、
　電動車両の制御方法。
　請求項２または３に記載の電動車両の制御方法であって、
　前記中性点回路を用いた暖機制御において、前記レグが有する半導体スイッチング素子のスイッチング周波数が、可聴周波数を超えるように前記インバータを制御する、
　電動車両の制御方法。
　請求項１に記載の電動車両の制御方法であって、
　前記インバータは、前記モータの各相にそれぞれ接続されたレグを有する３相ブリッジ回路を含み、
　前記中性点回路を用いた暖機制御において、前記モータの力行時よりもリプル電流が大きくなるように、前記レグが有する半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を前記モータの力行時よりも高くする、
　電動車両の制御方法。
　請求項１に記載の電動車両の制御方法であって、
　前記中性点回路を用いた暖機制御において、前記モータに不連続な電流が流れるように、前記インバータを制御して、前記モータの力行時よりもリプル電流を大きくする、
　電動車両の制御方法。
　請求項２または３に記載の電動車両の制御方法であって、
　前記モータの各相にそれぞれ接続されたレグは、それぞれ前記モータと並列接続された第２半導体スイッチング素子と、前記モータと並列接続されていない第１半導体スイッチング素子とを有し、
　前記中性点回路を用いた暖機制御において、前記第２半導体スイッチング素子をオフにし、前記第１半導体スイッチング素子を間欠的にオンにする、
　電動車両の制御方法。
　請求項１に記載の電動車両の制御方法であって、
　外部充電器を用いて前記バッテリを充電する際、
　　前記インバータの半導体スイッチング素子の温度が所定の値以上の場合、前記中性点回路を用いた暖機制御を実行し、
　　前記モータの温度が所定の値以上の場合、前記モータにｄ軸電流のみを供給することで前記バッテリを暖機する、
　電動車両の制御方法。
　モータと、
　バッテリと、
　前記モータ及び前記バッテリに接続し、前記モータと前記バッテリとの間で電力を変換するインバータと、
　前記モータの中性点と前記バッテリの正極または負極の少なくとも一方とを接続する回路上のスイッチと、
　前記インバータ及び前記スイッチを制御するコントローラと、
を備える電動車両であって、
　前記コントローラは、外部充電器を用いて前記バッテリを充電する際、前記スイッチをオンに制御するとともに、前記モータにトルクが発生しないように前記インバータを制御しつつ前記モータに電力を供給して、前記バッテリを暖機する中性点回路を用いた暖機制御を実行する、
　電動車両。