CN101953065B

CN101953065B - 电动机驱动控制装置

Info

Publication number: CN101953065B
Application number: CN2009801056497A
Authority: CN
Inventors: 山川隼史; 花田秀人; 林和仁; 洲滨将圭
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: EP2246974A1; EP2246974A4; US20100270955A1; US8482234B2; CN101953065A; JP4353304B2; WO2009104452A1; JP2009201192A

Abstract

提供能够防止由于进行矩形波控制而引起的电池电压跌破下限、同时能够实现电力的燃料经济性提高的电动机驱动控制装置。电动机驱动控制装置(10)，包括：电池(B)；转换器(12)；变换器(16)；和向转换器(12)以及变换器(16)输出控制信号的控制部(20)。控制部(20)关于交流电动机控制具有第1映射与第2映射。第1映射是通过将转换器(12)的升压开始点设定于比第2映射更高转速区域从而包含比较宽的矩形波控制区域(a3)的映射，第2映射是用于主要执行脉冲宽度调制控制的映射。控制部(20)还包含根据电池(B)的状态从基于第1映射的控制向基于第2映射的控制切换的映射切换部。

Description

电动机驱动控制装置

技术领域

本发明涉及电动机驱动控制装置，更详细地说，涉及通过变换器(インバ一タ)将可变直流电压变换成交流电压而施加于作为负载的交流电动机(モ一タ)的电动机驱动控制装置。

背景技术

在使用直流电源，例如从电池供给的直流电压而驱动交流电动机的情况下，一般进行通过作为电压变换器的转换器(コンバ一タ)将上述直流电压升压然后通过变换器变换成交流电压而施加于交流电动机。作为此时的交流电动机驱动控制方式，大体具有脉冲宽度调制(PWM(Pulse WidthModulation))控制与矩形波控制。

例如在专利文献1中，公开了在能够通过PWM控制以及矩形波控制的任意一种进行电动机驱动的电动机运行区域，向变换器、电动机的损失较少一方的控制方式切换而驱动。

专利文献1：特开2004-166415号公报

发明内容

一般，矩形波控制的与要求转矩相对的控制响应性比PWM控制差，但对于电压利用率，比PWM控制高效。

然而，在矩形波控制中，变换器的开关元件的导通时间(控制周期)比较长，因此具有来自电池的电流的支出(流出，持ち出し)变多，电池的电压下降变大的倾向。该倾向根据外部环境，若电池温度越低，电池内部电阻变得越大，所以变得特别显著。在电池电压下降时，矩形波控制区域变大，与要求转矩相对的电动机输出转矩的偏差(下面，称作“转矩偏差”)变大，控制响应性下降，并且燃料经济性变差。另外，在电池电压下降而跌破下限电压值(割れ)时，给电池带来损害而使寿命缩短。

本发明的目的在于提供能够防止由于进行矩形波控制而引起的电池电压跌破下限、同时能够实现电力意义上的燃料经济性(電力的な燃費)提高的电动机驱动控制装置。

与本发明有关的电动机驱动控制装置，包括直流电源、能够将从直流电源供给的直流电压升压的电压转换部、将从电压转换部供给的直流电压变换为用于交流电动机驱动的交流电压的变换器和向电压转换部以及变换器输出控制信号的控制部，其特征在于：控制部关于交流电动机控制具有第1映射(マツプ)与第2映射，第1映射以及第2映射中电动机转速与电动机最大输出转矩的关系相同，但第1映射是通过将转换器的升压开始点设定于比第2映射更高转速的区域从而包含比较宽的矩形波控制区域的映射，第2映射是用于主要执行脉冲宽度调制控制的映射，控制部还包含根据直流电源的状态从基于第1映射的控制向基于第2映射的控制切换的映射切换部。

根据该结构的电动机驱动控制装置，通过基于包含比较宽的矩形波控制区域的第1映射进行电动机驱动控制而降低变换器的电力损失，由此实现燃料经济性提高，同时通过与直流电源的状态相应地从基于第1映射的控制向基于主要执行脉冲宽度调制控制的第2映射的控制，能够防止直流电源的电压跌破下限的产生。

在与本发明有关的电动机驱动控制装置中，优选：在第2映射中，从直流电源的输出电压到由转换器实现的升压上限电压的能够进行脉冲宽度调制控制的整个区域为脉冲宽度调制控制区域，与此相对，在第1映射中，包含不利用转换器将直流电源的输出电压升压而是直接使用直流电源的输出电压进行矩形波控制的矩形波控制区域和进行脉冲宽度调制控制的脉冲宽度调制控制区域。

根据该结构的电动机驱动控制装置，通过采用包含不将直流电源的输出电压升压而是直接使用进行矩形波控制以及脉冲宽度调制控制的区域的第1映射作为通常映射，能够通过电力变换部的开关损失抑制进一步实现燃料经济性提高，通过与直流电源的状态相应从基于第1映射的控制切换为基于大致整个区域为脉冲宽度调制控制区域的第2区域的控制，能够可靠地防止直流电源的电压跌破下限。

另外，在与本发明有关的电动机驱动控制装置中，也可以设置成：映射切换部在直流电源的输出电压比预定值低时执行从第1映射向第2映射的控制的切换。

根据该结构的电动机驱动控制装置，通过在直流电源的输出电压比预定值低时从基于第1映射的控制切换为基于第2映射的控制，能够更可靠地防止直流电源的电压跌破下限。

另外，在与本发明有关的电动机驱动控制装置中，也可以设置成：映射切换部在直流电源的输出电压比预定值低并且电动机输入电压的振幅值除以电压转换部的输出电压值所得的比值即调制率比预定值大时执行从第1映射向第2映射的控制的切换。

根据该结构的电动机驱动控制装置，在直流电源的输出电压比预定值低并且调制率比预定值大时执行从第1映射向第2映射的控制的切换，能够在基于第1映射的控制下想要从脉冲宽度调制控制向矩形波控制转移时切换为基于第2映射的脉冲宽度调制控制，由此能够在保持脉冲宽度调制控制的条件下开始由电压转换部进行的升压，能够防止由控制响应性的恶化引起的转矩偏差的产生。

另外，在与本发明有关的电动机驱动控制装置中，优选：当映射切换部在直流电源的输出电压比预定值低并且处于基于第1映射的矩形波控制执行中的情况下进行从第1映射向第2映射的控制的切换时，对电压转换部的升压率加以限制。

根据该结构的电动机驱动控制装置，通过在进行从基于第1映射的矩形波控制向基于第2映射的脉冲宽度调制控制切换时对电压转换部的升压率加以限制，能够平滑顺利且安全地进行控制方式的切换，能够避免导致控制故障。

另外，在与本发明有关的电动机驱动控制装置中，优选：映射切换部在直流电源的输出电压比预定值低并且电动机转速比预定值小时执行从第1映射向第2映射的控制的切换。

根据该结构的电动机驱动控制装置，能够避免在电动机低转速区域执行比较不稳定的矩形波控制。

进而，在与本发明有关的电动机驱动控制装置中，优选：控制部还具有判定电动机是处于电动机驱动期间还是处于再生期间的判定单元，映射切换部在电动机处于再生期间时不进行从第1映射向第2映射的切换。

根据该结构的电动机驱动控制装置，在再生中没有来自直流电源的电流支出，没有电压跌破下限的悬念，所以通过不进行映射切换而继续进行基于包含比较宽的矩形波区域的第1映射的控制，能够实现燃料经济性提高。

附图说明

图1是作为本发明的一个实施方式的电动机驱动控制装置的整体概略结构图。

图2是表示构成电动机驱动控制装置的控制部的一部分的PWM控制块的图。

图3是表示构成电动机驱动控制装置的控制部的一部分的矩形波控制块的图。

图4是表示构成电动机驱动控制装置的控制部的一部分的控制方式选择部以及转换器控制部的图。

图5是表示PWM控制映射的图。

图6是表示燃料经济性提高映射的图。

图7是表示通过控制方式选择部执行的第1形态的控制的流程图。

图8是表示通过控制方式选择部执行的第2形态的控制的流程图。

图9是表示通过控制方式选择部执行的第3形态的控制的流程图。

图10是表示通过控制方式选择部执行的第4形态的控制的流程图。

图11是表示通过控制方式选择部执行的第5形态的控制的流程图。

图12是表示通过控制方式选择部执行的第6形态的控制的流程图。

符号说明

10：电动机驱动控制装置

12：转换器

14、33：平滑电容器

16：变换器

20：控制部

22、26、27：电压传感器

23、28：电流传感器

24：温度传感器

30：旋转角传感器

32：电力线

34：接地线

35：连接线

36：电力线

38：U相臂

40：V相臂

42：W相臂

50：PWM控制块

52：电流指令生成部

54：电压指令生成部

56：2相3相变换部

58、80：开关信号生成部

60、72：3相2相变换部

62：转速运算部

70：矩形波控制块

74：转矩推定部

76：电压相位运算部

78：矩形波生成部

90：控制方式选择部

92：转换器控制部

B：电池

M：交流电动机

D1～D8：二极管

E1～E8：开关元件

具体实施方式

下面，一边参照附图一边对与本发明有关的电动机驱动控制装置的实施方式进行详细说明。在该说明中，具体的形状、材料、数值等是用于使本发明的理解容易的例示，能够根据用途、目的、规格而适当变更。

图1是作为本发明的一个实施方式的电动机驱动控制装置10的整体概略结构图。电动机驱动控制装置10包括：作为直流电源的电池B；系统开关SW1、SW2；作为能够将从电池B经由平滑电容器33供给的直流电压升压的电压转换部的转换器12；将从转换器12经由平滑电容器14供给的直流电压变换为电动机驱动用的交流电压的变换器16；通过从变换器16供给的交流电压驱动的交流电动机M；和基于所输入的转矩指令τ^*向转换器12以及变换器16输出控制信号的控制部20。

电动机驱动控制装置10还包括：检测电池B的输出电压VB以及温度TB的电压传感器22以及温度传感器24；检测电池电流IB的电流传感器23；检测平滑电容器33的端子间电压即转换器输入电压VL的电压传感器37；检测平滑电容器14的端子间电压即向变换器供给的系统电压VH的电压传感器26；检测从变换器16分别向交流电动机M的各U、V、W相端子流动的电动机各相电流iu、iv、iw的电流传感器28；和检测交流电动机M的转子旋转角θ的由例如分解器(レゾルバ)或者脉冲编码器等构成的旋转角传感器30。各传感器22～37的检测信号分别向控制部20输出。

交流电动机M为3相同步型或者3相感应型的电动机，是产生用于驱动混合动力汽车、电动汽车等车辆的驱动轮的转矩的驱动用电动机，能够构成为在再生时作为输出电力的发电机而起作用。另外，交流电动机M也可以作为能够给予混合动力汽车的发动机起动用的动力的电动机而使用。

电池B可以由镍氢电池、锂离子电池等二次电池构成。系统开关SW1被连接于电池B的正极端子与电力线32之间，系统开关SW2被连接于电池B的负极端子与接地线34之间。系统开关SW1、SW2接受来自控制部20的信号而导通、断开，通过将各开关SW1、SW2接通而从电池B向平滑电容器33供给直流电压。平滑电容器33被连接于电力线32与接地线34之间，将从电池B供给的直流电压平滑化而向变换器16供给。

转换器12包含电感L、电力用开关元件(下面，简称为“开关元件”)E1、E2、二极管D1、D2。开关元件E1、E2被串联连接于电力线32以及接地线34之间。作为开关元件E1、E2，可以使用IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)、电力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)晶体管或者电力用双极晶体管等。二极管D1、D2为了使电流从发射极侧向集电极侧流动而分别相对于各开关元件E1、E2并联连接。

电感L被连接于开关元件E1、E2之间的连接线35与电力线32之间。另外，平滑电容器14被连接于连接转换器12与变换器16的电力线36以及接地线34之间。平滑电容器14向变换器16供给将从转换器12供给的直流电压平滑化后的系统电压VH。

变换器16包含互相并联设置于电力线36以及接地线34之间的U相臂38、V相臂40以及W相臂42。各相臂38～42分别由被串联连接于电力线36以及接地线34之间的2个开关元件与相对于各开关元件反并联地分别连接的2个二极管构成。详细地说，U相臂38包括开关元件E3、E4以及二极管D3、D4，V相臂40包括开关元件E5、E6以及二极管D5、D6，W相臂42包括开关元件E7、E8以及二极管D7、D8。对于各开关元件E3～E8，可以使用例如IGBT等。开关元件E3～E8的导通、断开通过来自控制部20的开关信号S3～S8控制。

各相臂38、40、42的中间点分别被连接于交流电动机M的U相、V相以及W相(下面，简称为“3相”)的各相线圈(未图示)的各一端。各相线圈的各另一端被共同连接于电动机M内的中性点。

转换器12在升压动作时，将从电池B供给的直流电压升压。升压后的直流电压作为系统电压VH向变换器16供给。更详细地说，根据来自控制部20的开关信号S1、S2，将开关元件E1的导通期间以及开关元件E2的导通期间设置为交替，升压比相当于这些导通期间的比。

另一方面，转换器12在降压动作时，将经由平滑电容器14从变换器16供给的直流电压降压而向电池B充电。更详细地说，根据来自控制部20的开关信号S1、S2，将仅开关元件E1导通的期间与开关元件E1、E2双方都导通的期间设置为交替，降压比相当于上述导通期间的占空比。

变换器16在交流电动机M的转矩指令τ^*为正(τ^*＞0)的情况下，在从平滑电容器14供给直流电压时，通过与来自控制部20的开关信号S1～S8相应的开关元件E3～E8的导通、断开(ON、OFF)动作将直流电压变换成交流电压而以输出正的转矩的方式驱动交流电动机M。另外，变换器16在交流电动机M的转矩指令τ^*为零(τ^*＝0)的情况下，通过与来自控制部20的开关信号S1～S8相应的开关元件E3～E8的导通、断开动作将直流电压变换成交流电压而驱动交流电动机M以使转矩变为零。

进而，在搭载有电动机驱动控制装置10的车辆的再生时，交流电动机M的转矩指令τ^*被设定为负(τ^*＜0)。此时，变换器16通过与开关信号S3～S8相应的开关元件E3～E8的导通、断开动作，将交流电动机M发电的交流电压变换成直流电压，将该变换后的直流电压经由平滑电容器14向转换器12供给。另外，在这里的“再生”中，不仅限于由车辆的驾驶员进行制动操作的情况，也包含由加速踏板操作的解除引起的车辆的加速中止、减速等情况。

电流传感器28检测在交流电动机M中流动的3相的各相电流iu、iv、iw，向控制部20输出。旋转角传感器30检测交流电动机M的转子旋转角θ，向控制部20输出。另外，也可以代替通过3个电流传感器28分别检测上述各相电流iu、iv、iw，根据iu+iv+iw＝0的关系，检测2相电流而计算求得剩余的1相电流。

接下来，对本实施方式中的由控制部20进行的交流电动机M的控制方式进行详细说明。一般，作为交流电动机的控制方式，已知正弦波PWM控制、过调制PWM控制、矩形波控制这3种控制方式。

正弦波PWM控制方式作为一般的PWM控制而使用，根据正弦波状的电压指令值与载波(一般为三角波)的电压比较而控制各相臂中的开关元件的导通、断开。结果，对于与上臂元件的导通期间相对应的高电平期间和与下臂元件的导通期间相对应的低电平期间的集合，以在一定期间内电动机输入电压变为正弦波的方式控制占空比。在正弦波PWM控制方式中，在比较低转速区域也能得到平滑的旋转，但众所周知，最大只能将作为电动机输入电压相对于作为变换器输入电压的系统电压VH的振幅比的调制率(例如电压利用率)提高到0.61。

另一方面，在矩形波控制方式中，在上述一定期间内，高电平期间以及低电平期间的比为1比1的矩形波的1个脉冲量向交流电动机施加。由此，能够将调制率提高到0.78，能够使比较高转速区域的输出提高。另外，能够使较弱磁场电流减少，所以能够抑制交流电动机M的铜损的产生而使能量效率提高。进而，能够减少变换器16的开关次数，所以也具有能够抑制开关损失的优点。

过调制PWM控制方式是正弦波PWM控制与矩形波控制之间的中间PWM控制方式，在以载波的振幅缩小的方式失真的情况下进行与上述正弦波PWM控制方式同样的PWM控制，由此能够生成失真(歪)成向电压增加方向移位的大致正弦波状的电动机输入电压，由此能够将调制率提高到0.61～0.78的范围。

在交流电动机M中，在转速、输出转矩增加时，感应电压也升高，伴随于此所需电压也升高。由转换器产生的升压电压即系统电压VH需要设定得比该电动机所需电压高。另一方面，能够由转换器12升压的电压值存在上限(系统电压最大值)。

因此，在电动机所需电压比系统电压VH的最大值例如650V低的区域，应用通过正弦波PWM控制方式或者过调制PWM控制方式进行的最大转矩控制，通过根据矢量控制的电动机电流控制将输出转矩控制为与转矩指令τ^*一致。

另一方面，在电动机所需电压超过系统电压最大值时，在将系统电压VH维持为最大值的情况下根据弱磁场控制而应用矩形波控制方式。此时，电动机输入电压的振幅被固定，所以通过基于转矩推定值与转矩指令值的偏差的矩形波脉冲的电压相位控制进行转矩控制。

在图2中，表示用于执行正弦波PWM控制以及过调制PWM控制的最大转矩控制的控制块例子。控制部20具有PWM控制块50。PWM控制块50包含电流指令生成部52、电压指令生成部54、2相3相变换部56、开关信号生成部58、3相2相变换部60以及转速运算部62。

电流指令生成部52接受从设置于外部的电子控制单元(ECU)向控制部20输入的转矩指令τ^*，从预先设定的映射或者表计算出与转矩指令τ^*以及电动机转速N对应的d轴电流指令Id^*以及q轴电流指令Iq^*而向电压指令生成部54输出。在这里电动机转速N使用基于旋转角传感器30的检测值θ通过转速运算部62计算出的值。

电压指令生成部54通过下述计算式1的PI运算计算出用于使d轴实际电流id以及q轴实际电流iq分别与d轴电流指令Id^*以及q轴电流指令Iq^*一致的d轴以及q轴电压指令Vd^*、Vq^*，向2相3相变换部56输出。这里的d轴实际电流id以及q轴实际电流iq使用在3相2相变换部60中基于电动机旋转角θ对由电流传感器28检测出的3相的各相电流iu、iv、iw进行变换后的值。

(计算式1)

Vd^*＝Gpd(Id^*-id)+Gid(Id^*-id)dt

Vq^*＝Gpq(Iq^*-iq)+Giq(Iq^*-iq)dt

在这里，Gpd、Gpq为d轴以及q轴电流控制的比例增益，Gid、Giq为d轴以及q轴电流控制的积分增益。

2相3相变换部56基于交流电动机M的旋转角θ将d轴电压指令Vd^*以及q轴电压指令Vq^*变换成3相的各相电压Vu、Vv、Vw而向开关信号生成部58输出。另外，在从d轴电压指令Vd^*以及q轴电压指令Vq^*向3相的各相电压Vu、Vv、Vw的变换中，也反映了系统电压VH。

开关信号生成部58基于3相的各相电压Vu、Vv、Vw与预定的载波的比较，生成开关信号S3～S8而向变换器16输出。由此，对变换器16的各开关元件E3～E8进行开关控制，由此对交流电动机M施加用于输出与转矩指令τ^*相应的转矩的交流电压。另外，如上所述，在过调制PWM控制时，在开关信号生成部58使用的载波从正弦波PWM控制时的一般的载波切换为以振幅缩小的方式失真的载波。

接下来，参照图3对矩形波控制块70进行说明。控制部20具有矩形波控制块70。矩形波控制块70包含3相2相变换部72、转矩推定部74、电压相位运算部76、矩形波生成部78以及开关信号生成部80。

3相2相变换部72基于电动机旋转角θ将由电流传感器28检测出的3相的各相电流iu、iv、iw变换成d轴实际电流id以及q轴实际电流iq而向转矩推定部74输出。转矩推定部74基于d轴实际电流id以及q轴实际电流iq从预先设定的映射或者表查出转矩推定值τ而向电压相位运算部76输出。

电压相位运算部76对从转矩指令τ^*减去转矩推定值τ而求得的转矩偏差Δτ进行由预定增益进行的PI运算而求得控制偏差，根据该控制偏差设定矩形波电压的相位γ，向矩形波生成部78输出。具体地说，在转矩指令τ^*为正(τ^*＞0)的情况下，在转矩不足时使电压相位提前，另一方面在转矩过剩时使电压相位滞后，并且转矩指令τ^*为负(τ^*＜0)的情况下，在转矩不足时使电压相位滞后，另一方面在转矩过剩时使电压相位提前。

矩形波生成部78根据所输入的电压相位γ，生成各相电压指令Vu、Vv、Vw(矩形波脉冲)，向开关信号生成部80输出。开关信号生成部80根据各相电压指令Vu、Vv、Vw生成开关信号S3～S8，向变换器16输出。由此，变换器16进行根据开关信号S3～S8的开关动作，由此将根据电压相位γ的矩形波脉冲作为电动机的各相电压而施加。这样，在矩形波控制方式时，能够通过转矩的反馈控制进行电动机转矩控制。

另外，矩形波控制块70中的开关信号生成部80可以由PWM控制块50的开关信号生成部58兼任。

接下来，对本实施方式的电动机驱动控制装置10的电动机控制方式的切换，与转换器控制一起说明。如图4所示，控制部20还包括控制方式选择部(映射切换部)90与转换器控制部92。对控制方式选择部90输入有：来自设置于外部的ECU的转矩指令τ^*，从旋转角传感器30的检测值计算出的电动机转速N，通过电压传感器22检测出的电池电压VB，通过电压传感器37检测出的转换器输入电压VL，以及通过温度传感器24检测出的电池温度TB。

控制方式选择部90如图5以及图6所示，关于交流电动机M预先储存有基于转矩与转速而确定的2种映射，应用这些映射中的任意一种选择电动机控制方式。

图5所示的映射是主要用于执行PWM控制的PWM控制映射(第2映射)。PWM控制映射是用于主要利用通过影线表示的正弦波PWM控制区域A1的映射，将系统电压VH(即由转换器12进行的升压比)控制为此时的正弦波PWM控制中的调制率K为最大值0.61并且变为一定。但是，由转换器12进行的升压具有上限，所以系统电压VH为最大值并且调制率K为0.61＜K＜0.78的高转速区域变为过调制PWM控制区域A2，系统电压VH为最大值并且调制率K＝0.78的更高转速区域变为矩形波控制区域A3。另外，在图5中，连接由转换器12进行的升压开始点的线(下面，称为“升压开始线”)C1在正弦波PWM控制区域A1中通过单点划线表示。

另一方面，图6所示的映射是燃料经济性提高映射(第1映射)。对于燃料经济性提高映射，电动机转速与电动机最大输出转矩的关系(即映射的外形线)与PWM控制映射相同，但由转换器12进行的升压开始线C2被设定为比PWM控制映射的升压开始线C1高的转速区域。升压开始线C2的右侧区域与上述PWM控制映射同样，为正弦波PWM控制区域A1、过调制PWM控制区域A2以及矩形波控制区域A3。

另一方面，升压开始线C2的左侧的区域即低转速区域沿着转速升高的方向按顺序设定有正弦波PWM控制区域a1、过调制PWM控制区域a2以及矩形波控制区域a3。在这里，PWM控制区域a1的调制率K≤0.61、过调制PWM控制区域a2的调制率0.61＜K＜0.78、矩形波控制区域a3的调制率K＝0.78，与PWM控制映射的情况同样。

在这些各控制区域a1、a2、a3中，来自电池B的电池电压VB例如200V不通过转换器12升压而原样直接作为系统电压VH向变换器16供给。这样在燃料经济性提高映射中，将升压开始线C2设定为高转速区域，由此使原样使用电池电压VB而执行的矩形波控制区域比较宽。结果，在通常时进行基于该燃料经济性提高映射的电动机驱动控制，有效利用上述比较宽的矩形波控制区域内的运行点，由此通过抑制转换器12以及变换器16的开关损失而实现燃料经济性提高。

控制方式选择部90通常选择图6所示的燃料经济性提高映射，基于转矩指令τ^*以及电动机转速N，判定由驾驶员对车辆要求的运行点位于区域a1～a3、A1～A3中的哪个区域。然后，在判定为要求运行点位于区域a1、a2、A1或者A2时，将转矩指令τ^*向PWM控制块50输出，另一方面，在判定为要求运行点位于区域a3或者A3时，将转矩指令τ^*向矩形波控制块70输出。另外，在该判定中，在判定为要求运行点位于区域a1、a2、a3中的任意一个时，将由转换器12进行的升压动作停止。此时，电池电压VB原样作为系统电压VH向变换器16供给。

在这里，在判定为要求运行点位于区域A1时，将用基于转矩指令τ^*与电动机转速N而确定的电动机所需电压VM除以调制率K：0.61而计算出的电压指令VH^*向转换器控制部92输出。接受该电压指令VH^*，转换器控制部92为了将电池电压VB升压为VH^*而生成开关信号S1、S2，向转换器12输出。由此将为了执行区域A1中的与转矩指令τ^*相应的正弦波PWM控制所需要的系统电压VH从转换器12向变换器16供给。

另外，在判定为要求运行点位于区域A2或者A3时，将作为转换器12的升压上限值的650V的电压指令VH^*向转换器控制部92输出。接受该电压指令VH^*，转换器控制部92为了将电池电压VB升压为650V而生成开关信号S1、S2，向转换器12输出。由此转换器12工作而将电池电压VB升压到650V，经由平滑电容器14向变换器16供给。因此，在区域A2使用650V的系统电压VH执行过调制PWM控制，在区域A3使用650V的系统电压VH执行矩形波控制。

在上述的图6的燃料经济性提高映射的区域a3，不执行由转换器12进行的升压，将电池电压VB原样作为系统电压VH供给而执行矩形波控制，所以燃料经济性提高映射中的矩形波控制区域a3的位置以及宽度较大程度上依存于电池电压VB。特别，在由于外部环境从而电池温度下降时，由于内部电阻的增大，电压下降也增大，电池电压VB下降。结果，如图6中箭头B所示，矩形波控制区域a3向左方向即低转速区域侧移位或者扩大，转矩偏差变大从而控制响应性恶化并且燃料经济性反而也变差。另外，在电池电压下降而跌破下限时，也会给电池本身带来损害而使寿命缩短。因此，为了防止这样的不良，在本实施方式的电动机驱动控制装置10中，控制方式选择部90如下所述那样执行根据电池状态将映射从燃料经济性提高映射切换为PWM控制映射的控制。

图7～图12是分别表示从燃料经济性提高映射向PWM控制映射的控制的切换的流程图。这些控制流程的处理可以在应用燃料经济性提高映射时以预定周期执行。或者，也可以在由搭载于车辆的温度传感器检测到车辆外部的气温变为预定温度(例如0℃)以下时，以预定周期执行。另外，在下述的各控制流程中，将通过电压传感器22检测出的电池电压VB作为判定参数而使用，但也可以代替于此，基于通过温度传感器24检测出的电池温度TB、从电池内部电阻推定的电池电压而判定映射切换。此时，也可以在通过温度传感器24检测出的电池温度TB下降到例如零下10℃时执行映射切换。

图7表示第1方式的控制流程。首先，判定现在的运行点是否位于燃料经济性提高映射的区域a3，即对于交流电动机M是否在未升压电压200V下进行矩形波控制(步骤S1)。在该判定中，在判定为不处于区域a3时(在步骤S1中否)，继续进行燃料经济性提高映射的其他的区域的运行点下的电动机控制。

另一方面，在判定为处于区域a3时(在步骤S1中是)，接下来判定通过电压传感器22检测出的电池电压VB是否低于150V(步骤S2)。在电池电压VB不低于150V时(在步骤S2中否)，不进行映射切换，继续进行基于燃料经济性提高映射的控制。另一方面，在电池电压VB低于150V时(在步骤S2中是)，执行将应用映射从燃料经济性提高映射切换为PWM控制映射的控制(步骤S10)。另外，也可以代替上述电池电压VB，使用通过电压传感器37检测出的转换器输入电压VL。

图8表示第2方式的控制流程。该控制流程的步骤S1以及S2与图7所示的第1方式的控制流程同样。在电池电压VB低于150V时(在步骤S2中是)，判定通过电压传感器37检测出的转换器输入电压VL是否比150V低(步骤S3)。这是为了通过也确认作为升压之前的原电压的转换器输入电压VL，使电池状态的判定更可靠。在转换器输入电压VL为150V以上时(在步骤S3中否)，不进行映射切换，继续进行基于燃料经济性提高映射的控制。另一方面，在转换器输入电压VL低于150V时(在步骤S3中是)，执行将应用映射从燃料经济性提高映射切换为PWM控制映射的控制(步骤S10)。

如上所述，通过根据电池的输出电压、温度、内部电阻等电池状态将交流电动机M的控制方式从基于燃料经济性提高映射的矩形波控制切换为基于PWM控制映射的正弦波PWM控制，能够防止电池B的电压跌破下限，并且能够实现控制响应性提高以及防止燃料经济性恶化。

图9表示第3方式的控制流程。该控制流程的步骤S1～S3与第2方式的控制流程同样。在转换器输入电压VL低于150V时(在步骤S3中是)，判定调制率K是否比0.61大(步骤S4)。在调制率K小于0.61时(在步骤S4中否)，不进行映射切换，继续进行基于燃料经济性提高映射的控制。另一方面，在调制率K变得大于0.61时(在步骤S4中是)，执行将应用映射从燃料经济性提高映射切换为PWM控制映射的控制(步骤S10)。

根据第3方式的控制流程，在电池电压VB以及转换器输入电压降低并且调制率K比0.61大时执行从燃料经济性提高映射向PWM控制映射的控制的切换，由此能够在燃料经济性提高映射的矩形波控制区域a3较宽的状态下将要从PWM控制向矩形波控制转移时切换为基于PWM控制映射的正弦波PWM控制。由此，能够在继续PWM控制的状态下开始由转换器12进行的升压，能够防止由控制响应性的恶化引起的转矩偏差的产生。

图10表示第4方式的控制流程。该控制流程的步骤S1～S3与第3方式的控制流程同样。在变换器输入电压VL低于150V时(在步骤S3中是)，判定是否在对交流电动机M执行矩形波控制(步骤S5)。当不在执行矩形波控制时，即在执行正弦波PWM控制或者过调制PWM控制时(在步骤S5中否)，立即执行从燃料经济性提高映射向PWM控制映射的控制的切换(步骤S10)。另一方面，当在执行矩形波控制时(在步骤S5中是)，关于由转换器12进行的向电压指令VH^*的升压动作，以升压率即每单位时间的电压上升幅度比较缓的方式施以限制(步骤S6)，然后执行从燃料经济性提高映射向PWM控制映射的控制的切换(步骤S10)。

根据该第4方式的控制流程，通过在从基于燃料经济性提高映射的矩形波控制向基于PWM控制映射的正弦波PWM控制切换时限制转换器12的升压率，能够顺利且安全地进行控制方式的切换，能够避免导致控制故障。

图11表示第5方式的控制流程。该控制流程的步骤S1以及S2与第1方式的控制流程同样。在电池电压VB低于150V时(在步骤S2中是)，判定电动机转速N是否比2000rpm低(步骤S7)。在电动机转速N比2000rpm高时(在步骤S7中否)，不进行映射切换，继续进行基于燃料经济性提高映射的控制。另一方面，在转速N比2000rpm低时(在步骤S7中是)，执行将应用映射从燃料经济性提高映射切换为PWM控制映射的控制(步骤S10)。

根据该第5方式的控制流程，能够避免在电动机低转速区域执行比较不稳定的矩形波控制。

图12表示第6方式的控制流程。该控制流程的步骤S1以及S2与第1方式的控制流程同样。在电池电压VB低于150V时(在步骤S2中是)，判定通过电流传感器23检测出的电池电流IB是否为正(步骤S8)。在电池电流IB不为正时，即车辆不处于电动机驱动(力行)中时(在步骤S8中否)，不进行映射切换，继续进行基于燃料经济性提高映射的控制。另一方面，在电池电流IB为正时(在步骤S8中是)，执行将应用映射从燃料经济性提高映射切换为PWM控制映射的控制(步骤S10)。

根据该第6方式的控制流程，在再生中没有来自直流电源的电流分担，没有电压跌破下限的悬念，所以通过不进行映射切换而继续进行基于燃料经济性提高映射的矩形波控制，能够实现燃料经济性提高。

另外，上述的电动机驱动控制装置10例示了用于电动汽车、混合动力汽车等车辆的控制装置，但与本发明有关的电动机驱动控制装置并不限定于车辆，也能够广泛应用于能够通过交流电动机得到驱动力的其他的设备、机构、装置。

Claims

1.一种电动机驱动控制装置，包括直流电源、能够将从直流电源供给的直流电压升压的电压转换部、将从电压转换部供给的直流电压变换为用于交流电动机驱动的交流电压的变换器和向电压转换部以及变换器输出控制信号的控制部，其特征在于：

控制部关于交流电动机控制具有第1映射与第2映射，第1映射以及第2映射中电动机转速与电动机最大输出转矩的关系相同，但第1映射是通过将转换器的升压开始点设定于比第2映射更高转速的区域从而包含比较宽的矩形波控制区域的映射，第2映射是用于主要执行脉冲宽度调制控制的映射，控制部还包含根据直流电源的状态从基于第1映射的控制向基于第2映射的控制切换的映射切换部。

2.如权利要求1所述的电动机驱动控制装置，其特征在于：

在第2映射中，从直流电源的输出电压到由转换器实现的升压上限电压的能够进行脉冲宽度调制控制的整个区域为脉冲宽度调制控制区域，与此相对，在第1映射中，包含不利用转换器将直流电源的输出电压升压而是直接使用直流电源的输出电压进行矩形波控制的矩形波控制区域和进行脉冲宽度调制控制的脉冲宽度调制控制区域。

3.如权利要求1所述的电动机驱动控制装置，其特征在于：

映射切换部在直流电源的输出电压比预定值低时执行从第1映射向第2映射的控制的切换。

4.如权利要求1所述的电动机驱动控制装置，其特征在于：

映射切换部在直流电源的输出电压比预定值低并且转换器输入电压比预定值低时执行从第1映射向第2映射的控制的切换。

5.如权利要求1所述的电动机驱动控制装置，其特征在于：

映射切换部在直流电源的输出电压比预定值低并且电动机输入电压的振幅值除以电压转换部的输出电压值所得的比值即调制率比预定值大时执行从第1映射向第2映射的控制的切换。

6.如权利要求1所述的电动机驱动控制装置，其特征在于：

当映射切换部在直流电源的输出电压比预定值低并且处于基于第1映射的矩形波控制执行中的情况下，进行从第1映射向第2映射的切换时，对电压转换部的升压率加以限制。

7.如权利要求1所述的电动机驱动控制装置，其特征在于：

映射切换部在直流电源的输出电压比预定值低并且电动机转速比预定值小时执行从第1映射向第2映射的控制的切换。

8.如权利要求1所述的电动机驱动控制装置，其特征在于：

控制部还具有判定电动机是处于电动机驱动期间还是处于再生期间的判定单元，映射切换部在电动机处于再生期间时不进行从第1映射向第2映射的切换。