JP2010178582A - Vehicular power conversion apparatus and electric vehicle - Google Patents
Vehicular power conversion apparatus and electric vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010178582A JP2010178582A JP2009021283A JP2009021283A JP2010178582A JP 2010178582 A JP2010178582 A JP 2010178582A JP 2009021283 A JP2009021283 A JP 2009021283A JP 2009021283 A JP2009021283 A JP 2009021283A JP 2010178582 A JP2010178582 A JP 2010178582A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mode
- warm
- vehicle
- voltage
- inverter circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 27
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 9
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 5
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 3
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 230000009191 jumping Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
本発明は、車両用電力変換装置、および、その車両用電力変換装置を備えた電動車両に関する。 The present invention relates to a vehicle power converter and an electric vehicle including the vehicle power converter.
スイッチング素子の電源を供給する電源装置において、スイッチング素子の温度が低温時に供給される電源電圧を低下させ、低温時のサージ発生による耐圧超えを防止するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art A power supply device that supplies power to a switching element is known that reduces a power supply voltage that is supplied when the temperature of the switching element is low, and prevents a breakdown voltage from being exceeded due to generation of a surge at low temperature (for example, Patent Document 1). reference).
しかしながら、このように電圧を低く設定した場合、車両運転中に出力が制限されるような事態が生じるという問題があった。 However, when the voltage is set to be low in this way, there is a problem that a situation occurs in which the output is restricted during vehicle operation.
請求項1の発明による車両用電力変換装置は、上アーム用半導体スイッチング素子および下アーム用半導体スイッチング素子を相毎に備えて回転電機を駆動するインバータ回路と、上下アーム間に第1の電圧を印加して走行時スイッチング動作を行わせる駆動モード、および、上下アーム間に第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加してスイッチング動作を行わせる暖機モードの、いずれか一方を選択してインバータ回路を制御する制御装置とを備え、制御装置は、車両起動信号が入力されると、暖機モードでインバータ回路を制御することを特徴とする。
請求項2の発明による車両用電力変換装置は、上アーム用半導体スイッチング素子および下アーム用半導体スイッチング素子を相毎に備えて回転電機を駆動するインバータ回路と、走行時スイッチング動作を行わせる駆動モード、および、半導体スイッチング素子のターンオン期間およびターンオフ期間を駆動モード時よりも長く設定してスイッチング動作を行う暖機モードの、いずれか一方を選択してインバータ回路を制御する制御装置とを備え、制御装置は、車両起動信号が入力されると、暖機モードでインバータ回路を制御することを特徴とする。
請求項3の発明による車両用電力変換装置は、上アーム用半導体スイッチング素子および下アーム用半導体スイッチング素子を相毎に備えて回転電機を駆動するインバータ回路と、走行時スイッチング動作を行わせる駆動モード、および、半導体スイッチング素子のターンオンから次のターンオンまでのスイッチング周期を駆動モード時よりも短く設定してスイッチング動作を行う暖機モードの、いずれか一方を選択してインバータ回路を制御する制御装置とを備え、制御装置は、車両起動信号が入力されると、暖機モードでインバータ回路を制御することを特徴とする。
請求項12の発明による電動車両は、請求項1〜11のいずれか一項に記載の車両用電力変換装置と、車両用電力変換装置により駆動制御される回転電機と、制御装置からの情報に基づいて暖機モード実行中であることを乗員に報知する報知装置とを備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a vehicular power conversion device including an upper arm semiconductor switching element and a lower arm semiconductor switching element for each phase, and an inverter circuit for driving a rotating electrical machine and a first voltage between upper and lower arms. Select one of the drive mode to perform the switching operation during running and the warm-up mode to perform the switching operation by applying a second voltage lower than the first voltage between the upper and lower arms. And a control device that controls the inverter circuit. The control device controls the inverter circuit in a warm-up mode when a vehicle start signal is input.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a vehicular power conversion device including an inverter circuit for driving a rotating electrical machine provided with an upper arm semiconductor switching element and a lower arm semiconductor switching element for each phase, and a driving mode for performing a switching operation during traveling. And a control device that controls the inverter circuit by selecting one of the warm-up mode in which the switching operation is performed by setting the turn-on period and the turn-off period of the semiconductor switching element to be longer than those in the drive mode The apparatus is characterized by controlling the inverter circuit in a warm-up mode when a vehicle activation signal is input.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a vehicular power conversion device including an inverter circuit for driving a rotating electrical machine provided with an upper arm semiconductor switching element and a lower arm semiconductor switching element for each phase, and a driving mode for performing a switching operation during traveling. And a control device for controlling the inverter circuit by selecting any one of the warm-up mode in which the switching operation from the turn-on to the next turn-on of the semiconductor switching element is set shorter than that in the drive mode and the switching operation is performed. The control device controls the inverter circuit in a warm-up mode when a vehicle start signal is input.
An electrically powered vehicle according to a twelfth aspect of the invention includes a vehicular power converter according to any one of the first to eleventh aspects, a rotating electrical machine that is driven and controlled by the vehicular power converter, and information from the controller. And a notification device for notifying the passenger that the warm-up mode is being executed.
本発明によれば、起動信号入力時に、予め暖機モードにより半導体スイッチング素子の温度を上昇させるので、駆動モード時には低温時の耐電圧低下に制限されることなくインバータ回路を駆動することが可能となり、信頼性の向上を図ることができる。 According to the present invention, when the start signal is input, the temperature of the semiconductor switching element is raised in advance in the warm-up mode, so that it is possible to drive the inverter circuit without being limited to a reduction in withstand voltage at low temperatures in the drive mode. Reliability can be improved.
以下、図を参照して本発明を実施するため形態について説明する。本発明の実施形態に係る車両用電力変換装置は、ハイブリッド自動車や純粋な電気自動車などの電動車両に適用可能である。ここでは、代表例として、本発明の実施形態に係る車両用電力変換装置をハイブリッド自動車に適用した場合の、制御構成と電力変換装置の回路構成について、図1と図2を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The vehicle power conversion device according to the embodiment of the present invention is applicable to an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a pure electric vehicle. Here, as a representative example, a control configuration and a circuit configuration of the power conversion device when the vehicle power conversion device according to the embodiment of the present invention is applied to a hybrid vehicle will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
本発明の実施形態に係る車両用電力変換装置では、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。車両駆動用インバータ装置は、車両駆動用電動機の駆動を制御する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられ、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車両駆動用電動機に供給して車両駆動用電動機の駆動を制御する。また、車両駆動用電動機は発電機としての機能も有しているので、車両駆動用インバータ装置は、運転モードに応じて車両駆動用電動機の発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。変換された直流電力は車載バッテリに供給される。 In the vehicle power conversion device according to the embodiment of the present invention, a vehicle drive inverter device having a very severe mounting environment and operational environment will be described as an example. A vehicle drive inverter device is provided in a vehicle drive electrical system as a control device for controlling the drive of a vehicle drive motor, and a DC power supplied from an in-vehicle battery or an in-vehicle power generator constituting an in-vehicle power source is a predetermined AC power. Then, the AC power obtained is supplied to the vehicle drive motor to control the drive of the vehicle drive motor. Further, since the vehicle drive motor also has a function as a generator, the vehicle drive inverter device also has a function of converting AC power generated by the vehicle drive motor into DC power according to the operation mode. ing. The converted DC power is supplied to the on-vehicle battery.
図1はハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。図1において、ハイブリッド電気自動車(以下、「HEV」と記述する)110は電動車両の一種であり、2つの車両駆動用システムを備えている。その1つは、内燃機関であるエンジン120を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてHEV110の駆動源として用いられる。もう1つは、モータジェネレータ192,194を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてHEV110の駆動源およびHEV110の電力発生源として用いられる。モータジェネレータ192,194は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記すこととする。
FIG. 1 is a diagram showing a control block of a hybrid vehicle. In FIG. 1, a hybrid electric vehicle (hereinafter referred to as “HEV”) 110 is a kind of electric vehicle, and includes two vehicle drive systems. One of them is an engine system that uses an
モータジェネレータ192,194は、回転子に永久磁石を備えた同期機である。固定子の電機子巻線に供給される交流電力がインバータ装置140,142によって制御されることにより、モータジェネレータ192,194の駆動が制御される。インバータ装置140,142にはバッテリ136が接続されており、バッテリ136とインバータ装置140,142との間において電力の授受が可能である。なお、ここでは、バッテリ136から直接直流電力をインバータ装置140,142に入力したがリレーユニットやコンバータを介して直流電源を供給する構成でも同様に適用できる。
本実施形態では、HEV110は、モータジェネレータ192およびインバータ装置140からなる第1電動発電ユニットと、モータジェネレータ194およびインバータ装置142からなる第2電動発電ユニットとの2つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。すなわち、エンジン120からの動力によって車両を駆動している状況において、車両の駆動トルクをアシストする場合には、第2電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン120の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第1電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、同様の状況において車両の車速をアシストする場合には、第1電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン120の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第2電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。
In the present embodiment, the HEV 110 includes two parts, a first motor generator unit composed of a
また、本実施形態では、バッテリ136の電力によって第1電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ192の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第1電動発電ユニットまたは第2電動発電ユニットを、発電ユニットとしてエンジン120の動力あるいは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ136の充電ができる。
In the present embodiment, the vehicle can be driven only by the power of the
バッテリ136は、さらに補機用のモータ195を駆動するための電源としても使用される。補機としては、例えばエアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータ、電力変換装置の冷却系の冷媒循環用ポンプを駆動するモータなどがある。本実施形態では、モータ195は冷媒循環用ポンプ196を駆動する。バッテリ136からインバータ装置43に供給された直流電力はインバータ装置43で交流の電力に変換され、モータ195に供給される。
The
インバータ装置43はインバータ装置140,142と同様の機能を持ち、モータ195に供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。たとえば、モータ195の回転子の回転に対し進み位相の交流電力を供給することにより、モータ195はトルクを発生する。一方、遅れ位相の交流電力を発生することで、モータ195は発電機として作用し、モータ195は回生制動状態の運転となる。このようなインバータ装置43の制御機能は、インバータ装置140,142の制御機能と同様である。モータ195の容量がモータジェネレータ192,194の容量より小さいので、インバータ装置43の最大変換電力はインバータ装置140,142より小さいが、インバータ装置43の回路構成は基本的にインバータ装置140,142の回路構成と同じである。
The
次に、図2を用いてインバータ装置140や142あるいはインバータ装置43の電気回路構成を説明する。なお、図1〜図2に示す実施形態では、インバータ装置140や142あるいはインバータ装置43を、それぞれ個別に構成する場合を例に挙げて説明する。インバータ装置140,142および43は同様の構成、作用および機能を有しており、ここでは、代表例としてインバータ装置140の説明を行う。
Next, the electric circuit configuration of the
図2に示すように、電力変換装置200にはインバータ装置140とコンデンサモジュール500とが備えられている。インバータ装置140は、インバータ回路144と、インバータ回路144を駆動制御するドライバ回路174と、信号線176を介してドライバ回路174へ制御信号を供給する制御回路172とを有している。制御回路172には、車両側に設けられた上位コントローラ(例えば、車両コントローラ)2から車両情報が入力される。車両情報としては、イグニッションスイッチのオンオフ状態を示すING信号、ジェネレータモータ192を駆動制御するためのトルク指令τ、外気温情報などがある。
As shown in FIG. 2, the
インバータ回路144は3相ブリッジ回路により構成されており、U相、V相およびW相に対応して、上アーム側半導体スイッチユニットUp,Vp,Wpおよび下アーム側半導体スイッチユニットUn,Vn,Wnを備えている。各上アーム側半導体スイッチユニットUp〜WpにはIGBT328(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)およびダイオード156がそれぞれ設けられ、下アーム側半導体スイッチユニットUn〜WnにはIGBT330およびダイオード166がそれぞれ設けられている。各上下アーム間の中点部分には、モータジェネレータ192への交流電力線(交流バスバー)186が接続されている。交流電力線186は、交流コネクタ188を介してモータジェネレータ192の電機子巻線の対応する相巻線に電気的に接続されている。
The
上下アームに設けられたIGBT328,330はスイッチング用パワー半導体素子であり、ドライバ回路174から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ136から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力はモータジェネレータ192の電機子巻線に供給され、発生する回転磁界を制御することによりモータジェネレータ192の回転が制御される。上述のとおり、インバータ装置140はモータジェネレータ192が発生する三相交流電力を直流電力に変換することもできる。
スイッチング用パワー半導体素子としてバイポーラ型、電界効果型のいずれを適用しても良いが、本実施形態ではIGBTを例に説明する。IGBT328,330のコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード156,166が図示するように電気的に接続されている。ダイオード156,166は、カソード電極及びアノード電極の2つの電極を備えており、IGBT328,330のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がIGBT328,330のコレクタ電極に、アノード電極がIGBT328,330のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。
Either a bipolar type or a field effect type may be applied as the power semiconductor element for switching. In the present embodiment, an IGBT will be described as an example.
なお、スイッチング用パワー半導体素子としてMOSFET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ)を用いた場合、MOSFETは、ソース電極とドレイン電極との間に、ドレイン電極からソース電極に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードを備えているので、IGBTのように、別途、ダイオード(ダイオード156やダイオード166)を設ける必要がない。
When a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) is used as the switching power semiconductor element, the direction from the drain electrode to the source electrode is the forward direction between the source electrode and the drain electrode. Since the parasitic diode is provided, it is not necessary to provide a separate diode (
各相の上下アームの半導体スイッチユニットUp〜Wp,Un〜Wnは相毎に直列接続され、各相の上下アーム直列回路同士は、バッテリ136のP(Positive)ラインとN(Negative)ラインとの間において並列接続されている。上アーム側半導体スイッチユニットUp〜WpのIGBT328のコレクタ電極は、Pラインを介してそれぞれコンデンサモジュール500の正極側電極に接続されている。一方、下アーム側半導体スイッチユニットUn〜WnのIGBT330のエミッタ電極は、Nラインを介してコンデンサモジュール500の負極側電極にそれぞれ接続されている。コンデンサモジュール500は、IGBT328,330のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成している。
The semiconductor switch units Up to Wp and Un to Wn of the upper and lower arms of each phase are connected in series for each phase, and the upper and lower arm series circuits of each phase are connected to the P (Positive) line and the N (Negative) line of the
コンデンサモジュール500とバッテリ136との間のPラインには、メインリレー61と、サブリレー63および充電抵抗64を直列接続したものとが並列に設けられ、コンデンサモジュール500とバッテリ136との間のNラインには、メインリレー62が設けられている。これらのリレー61〜63は、制御回路172からの制御信号に基づいてオンオフする。メインリレー61,62は、インバータ回路144およびコンデンサモジュール500とバッテリ136との間を接続および遮断する安全器として機能する。車両走行時には、メインリレー61,62がオンに制御される。また、サブリレー63と充電抵抗64はコンデンサモジュール500の予備充電動作を行わせるために設けたものであり、バッテリ136とコンデンサモジュール500とを接続した際の突入電流を予備充電動作(プリチャージ)により緩和するようにしている。予備充電動作については後述する。
The P line between the
制御回路172は、上位コントローラ2からのトルク指令τや、電流センサ180で検出されたモータ電流値や、インバータ回路144に設けられた温度センサ60からの検出温度等の入力情報に基づいて、IGBT328,330のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する。ドライバ回路174は、制御回路172から出力されたタイミング信号に基づいて、IGBT328,330をスイッチング動作させるためのドライブ信号を生成する。
The
制御回路172はIGBT328,330のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ(以下、「マイコン」と記述する)を備えている。マイコンには入力情報として、モータジェネレータ192に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路150からモータジェネレータ192の電機子巻線に供給される電流値、およびモータジェネレータ192の回転子の磁極位置が入力される。目標トルク値は、上位コントローラ2から出力されたトルク指令τ基づくものである。電流値は、電流センサ180から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置θは、モータジェネレータ192に設けられた回転磁極センサ65により検出される。本実施形態では3相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、2相分の電流値を検出するようにしても構わない。
The
制御回路172内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ192のd,q軸の電流指令値を演算し、この演算されたd,q軸の電流指令値と、検出されたd,q軸の電流値との差分に基づいてd,q軸の電圧指令値を演算し、この演算されたd,q軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてU相、V相、W相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、U相、V相、W相の電圧指令値に基づく基本波(正弦波)と搬送波(三角波)との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をPWM(パルス幅変調)信号としてドライバ回路174に出力する。
The microcomputer in the
ドライバ回路174は、下アームを駆動する場合、PWM信号を増幅し、これをドライブ信号として下アームのIGBT330のゲート電極に出力する。一方、上アームを駆動する場合には、PWM信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからPWM信号を増幅し、これをドライブ信号として上アームのIGBT328のゲート電極に出力する。これにより、各IGBT328,330は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。スイッチング動作によってインバータ回路144の上下アームのIGBT328,330の導通および遮断動作が一定の順で切り替わり、この切り替わり時のモータジェネレータ192の固定子巻線の電流は、ダイオード156,166によって作られる回路を流れる。
When driving the lower arm, the
ところで、スイッチング回路においては、配線インダクタンスに起因するサージ電圧がスイッチング時に発生する。図3は、一般的な半導体素子のスイッチング時の波形(コレクタ電流icとコレクタ−エミッタ間電圧Vce)を示したものである。半導体素子がオンに移行する期間をton、オフに移行する期間をtoffとし、繰り返し周期をSTとしている。サージ電圧による電圧Vceの跳ね上がりは主にオフ移行期間toff時に発生し、コレクタ−エミッタ間電圧Vceの最大電圧はVcepとなる。スイッチング素子を使用する場合には、この最大電圧Vcepを素子の耐圧より小さく抑える必要がある。 By the way, in the switching circuit, a surge voltage due to the wiring inductance is generated at the time of switching. FIG. 3 shows waveforms (collector current ic and collector-emitter voltage Vce) during switching of a general semiconductor device. The period during which the semiconductor element is turned on is ton, the period during which the semiconductor element is turned off is toff, and the repetition period is ST. The jump of the voltage Vce due to the surge voltage occurs mainly during the off transition period toff, and the maximum voltage of the collector-emitter voltage Vce becomes Vcep. When using a switching element, it is necessary to keep this maximum voltage Vcep smaller than the withstand voltage of the element.
一方、スイッチング素子(IGBT)の耐圧は素子温度に依存し、図4に示すように、素子温度が低くなるにつれて小さくなる。例えば、温度25℃における耐圧を1とすると、−40℃では、耐圧は0.9に低下してしまう。そのため、耐圧が低い低温状態で走行駆動した場合に、スイッチングオフ時の最大電圧が、サージ電圧の発生によって耐圧を超えてしまうというおそれがあった。そこで、本実施の形態では、以下に説明するように、予め暖機モードを行うことにより素子温度を上昇させて素子の耐圧を増加させておき、それからモータ駆動モードに入るようにした。 On the other hand, the breakdown voltage of the switching element (IGBT) depends on the element temperature, and decreases as the element temperature decreases, as shown in FIG. For example, if the breakdown voltage at a temperature of 25 ° C. is 1, the breakdown voltage is reduced to 0.9 at −40 ° C. Therefore, when the vehicle is driven in a low temperature state where the withstand voltage is low, the maximum voltage at the time of switching off may exceed the withstand voltage due to the generation of a surge voltage. Therefore, in this embodiment, as will be described below, the element temperature is increased by performing the warm-up mode in advance to increase the breakdown voltage of the element, and then the motor drive mode is entered.
図5は、本実施の形態におけるインバータ装置140,142,43の制御動作を説明するフローチャートであり、図6は暖機モードにおける各回路の動作を示すタイムチャートである。図5のフローチャートで示すプログラムは、制御回路172のマイコンにて実行される。車両のイグニッションスイッチがオンされてIGNオン信号が上位コントローラ2から制御回路172に入力されると、図5に示す処理がスタートする。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the control operation of
(ステップS90)
図5のステップS90では、接合温度Tjが閾値Tthより大きいか否かを判断する。実際には、接合温度を直接測定することはできないので、IGBTの近傍に設けられた温度センサ60の検出温度Tが、接合部における温度Tthに相当する温度T(Tth)より大きくなったか否かを判定する。ステップS90でTj≦Tthであると判定されると、ステップS100でプリチャージ処理を行い、続くステップS110で暖機駆動を行う。すなわち、ステップS90でTj>Tthと判定されるまで暖機運転モードを継続する。ステップS90でTj>Tthであると判定されると、暖機運転モードを終了してステップS150へ進む。
(Step S90)
In step S90 of FIG. 5, it is determined whether or not the junction temperature Tj is higher than the threshold value Tth. Actually, since the junction temperature cannot be directly measured, whether or not the detected temperature T of the
(ステップS100)
図5のステップS100では、メインリレー62およびサブリレー63をオンすることにより、コンデンサモジュール500を電圧Vcまで充電するプリチャージ処理が行われる。この電圧Vcは、スイッチング時のサージ電圧による電圧跳ね上がりが素子の耐圧を超えないように、電源電圧Vbよりも低く設定される。例えば、Vb=400Vである場合には、Vcを200V程度に設定する。このとき、コンデンサモジュール500は充電抵抗64を介して充電されるため、大きな突入電流が流れるのを防止することができる。電圧センサ66で検出されるコンデンサモジュール500の電圧がVcとなったならば、メインリレー62およびサブリレー63をオフしてプリチャージ処理が終了する。図6に示す時間tcは、プリチャージ動作時間を示す。
(Step S100)
In step S100 of FIG. 5, by turning on the
(ステップS110)
図5のステップS110では、IGBT328,330の温度を上昇させるために、インバータ回路144を暖機駆動させる。暖機駆動においては、スイッチング動作によりコンデンサモジュール500に蓄えられた電荷を放電し、その時の発熱により半導体素子を暖機する。そのため、PNライン間の電圧はコンデンサモジュール500の端子間電圧と等しくVc以下となり、素子温度が低くて耐圧が低下している状態であっても、サージ電圧による電圧の跳ね上がりが耐圧を超えるのを防止することができる。スイッチング動作時には、損失(定常損失+ターンオン損失+ターンオフ損失)による発熱が生じるので、その結果、IGBT328,330の温度が上昇する。このように、暖機駆動を行うことにより素子温度を上昇させる。なお、暖機駆動においては、モータジェネレータ192が回転しないように、すなわちトルクが発生しないようにトルク分電流であるq軸電流をゼロとし、d軸電流(励磁分電流)のみを流すようにインバータ回路144のスイッチング動作を制御する。
(Step S110)
In step S110 of FIG. 5, the
通常、モータジェネレータ192を駆動する場合、制御回路172は、回転磁極センサ65により検出された磁極位置θ、電流センサ180で検出されたモータ電流値、上位コントローラ2からのトルク指令τに基づいて、インバータ回路144を周知のベクトル制御にて制御している。ベクトル制御とは、一次電流を、磁束を生成するための励磁分電流(d軸電流)とモータトルクを発生させるためのトルク分電流(q軸電流)とに分解して、個々に制御するものである。
Normally, when driving the
モータジェネレータ192に励磁分電流(d軸電流)を流した上でトルク分電流(q軸電流)を流すと、モータジェネレータ192がトルクを発生して回転する。よって、トルク分電流(q軸電流)をゼロにして励磁分電流(d軸電流)だけを流すように制御すれば、モータジェネレータ192にトルクは発生しない。制御回路172は、電流指令値(d軸電流、q軸電流=0)から電流指令値(U相電流、V相電流、W相電流)への2相3相変換を行い、ドライバ回路174は、電流指令値(U相電流、V相電流、W相電流)に基づいてインバータ回路144のスイッチング動作を行う。q軸電流はゼロなので、モータジェネレータ192に供給される電流iu,iv,iwはd軸電流に相当する。
When an excitation current (d-axis current) is supplied to the
このように、制御回路172は、暖機モード時においては走行を禁止するようにインバータ回路144を制御する。逆に、走行中は、すなわち上位コントローラ2からτ≠0のトルク信号が入力されている場合には、暖機モードの実行を禁止する。
As described above, the
図6に示すように、この暖機駆動によりコンデンサモジュール500の電荷が放電され、暖機駆動時間tnだけ経過するとコンデンサモジュール500の電圧はゼロとなり、暖機駆動を一旦停止する。暖機駆動の停止タイミングとしては、予め時間tnを定めておいて、暖機駆動開始から時間tnが経過したら停止するようにしても良いし、電圧センサ66で検出される電圧がほぼゼロとなった時点で停止するようにしても良い。また、暖機駆動中はスイッチング動作に伴う発熱により、半導体素子(IGBT328,330)の接合温度Tが低温状態Tj0から温度Tj1へと上昇する。そして、時間tnが経過して暖機駆動を一旦停止すると、半導体素子から金属ベース304や冷却水へと熱が逃げるため、接合温度Tjは下がり始める。
As shown in FIG. 6, the electric charge of the
本実施形態では、このような放熱による温度低下も考慮して、暖機駆動停止後、休止時間taが経過した時点での接合温度Tjが閾値Tth以上となったならば、暖機モードを終了する。IGBTの耐圧は図8に示したような温度依存性があるので、図6に示すような暖機駆動による温度上昇によって耐圧も上昇する。閾値Tthは、電源電圧Vdでスイッチング動作した時の電圧跳ね上がりが耐圧を超えなくなるような温度に設定される。 In the present embodiment, in consideration of such a temperature drop due to heat dissipation, the warm-up mode is terminated if the junction temperature Tj at the time when the pause time ta has elapsed after the warm-up driving is stopped exceeds the threshold Tth. To do. Since the withstand voltage of the IGBT has temperature dependence as shown in FIG. 8, the withstand voltage also rises due to the temperature rise by warm-up driving as shown in FIG. The threshold value Tth is set to a temperature at which the voltage jump when the switching operation is performed with the power supply voltage Vd does not exceed the withstand voltage.
前述したように、パワーモジュール300は、スイッチング動作時の熱が効率良く放熱されるように、金属ベース304を冷却水で直に冷却するような構成が採られている。そのため、上述した休止時間taを設けることで放熱による温度低下を考慮する必要がある。ただし、本実施の形態のように冷却水で直に冷却する構造の場合、暖機モード時には冷媒循環用ポンプ196(図1参照)は停止状態とされ冷却水は流れていないので、従来のように金属ベース304を金属製冷却ジャケットの表面に固定する場合に比べて、放熱が小さくなる。そのため、従来構造に比べて休止時間taを短くすることができ、暖機時間は短くて済む。 As described above, the power module 300 is configured to directly cool the metal base 304 with the cooling water so that heat at the time of the switching operation is efficiently radiated. Therefore, it is necessary to consider the temperature drop due to heat radiation by providing the above-described pause time ta. However, in the case of the structure in which the cooling water is directly cooled as in the present embodiment, the refrigerant circulation pump 196 (see FIG. 1) is stopped in the warm-up mode, and the cooling water does not flow. Compared with the case where the metal base 304 is fixed to the surface of the metal cooling jacket, heat radiation is reduced. Therefore, the downtime ta can be shortened compared with the conventional structure, and the warm-up time can be shortened.
(ステップS150)
ステップS150では、通常のモータ駆動モードへ移行する。すなわち、メインリレー62およびサブリレー63をオンしてコンデンサモジュール500を電圧Vbまでプリチャージし、その後、サブリレー63をオフした後にメインリレー61をオンしてバッテリ136とインバータ回路144を接続して、トルク指令等の車両情報に基づくインバータ回路144のスイッチング動作を開始する。
(Step S150)
In step S150, the process shifts to a normal motor drive mode. That is, the
図7に示すフローチャートは、図5に示した暖機モード動作の第1の変形例を示したものである。第1の変形例では、暖機モードの終了判定を接合温度Tjと閾値温度Tthとの比較で判定する代わりに、制御回路172に暖機駆動の回数をカウントするカウンタを設け、暖機駆動の回数Nが予め設定した回数N0に達したならば暖機モードを終了させる(ステップS200)。所定回数N0については、例えば、想定使用環境が−40℃〜125℃であるならば、接合温度Tjが−40℃からTthまで上昇させるのに必要な回数に設定する。
The flowchart shown in FIG. 7 shows a first modification of the warm-up mode operation shown in FIG. In the first modified example, instead of determining the end of the warm-up mode by comparing the junction temperature Tj and the threshold temperature Tth, the
図8は第2の変形例を示す図である。
(ステップS300)
ステップ300では、入力される温度情報に基づいて、暖機モードが必要か否かを判定する。ステップS300において、暖機が必要(yes)と判定されるとステップS100へ進み、暖機が不要と判定されるとステップS130へ進む。ここでの温度情報としては、温度センサ60の検出情報でも良いが、モータジェネレータ192に設けられている温度センサからのモータ温度情報や、車両側からの外気温情報などでも良い。
FIG. 8 is a diagram showing a second modification.
(Step S300)
In step 300, it is determined whether the warm-up mode is necessary based on the input temperature information. If it is determined in step S300 that warm-up is necessary (yes), the process proceeds to step S100. If it is determined that warm-up is not required, the process proceeds to step S130. The temperature information here may be information detected by the
車両が長時間停止している状態においては、車両全体が外気温度とほぼ同じになっていると考えられるので、モータ温度や外気温度を接合温度Tjの代わりに用いることができる。また、車両停止直後のイグニッションオン時には、モータ温度は常温よりも高くなっており、パワーモジュール300の温度も走行状態からそれほど低下していない。そのため、モータ温度によって、暖機モードが必要か否かを判断することができる。 In a state where the vehicle is stopped for a long time, it is considered that the entire vehicle is substantially the same as the outside air temperature, and therefore the motor temperature and the outside air temperature can be used instead of the junction temperature Tj. Further, when the ignition is turned on immediately after the vehicle is stopped, the motor temperature is higher than the normal temperature, and the temperature of the power module 300 is not so lowered from the running state. Therefore, whether or not the warm-up mode is necessary can be determined based on the motor temperature.
ステップS300で暖機が不要と判定される状況としては、例えば、車両走行後に一旦イグニッションをオフし、その後、短時間の間にイグニッションがオンされた場合がある。その場合には、接合温度Tjの温度低下が少なくて閾値Tthより大きいことが考えられる。変形例2では、そのような場合には暖機モードが省略されるので、速やかに車両をスタートさせることができるという利点がある。 As a situation in which it is determined in step S300 that the warm-up is unnecessary, for example, there is a case where the ignition is turned off once after the vehicle travels, and then the ignition is turned on for a short time. In that case, it is considered that the temperature drop of the junction temperature Tj is small and larger than the threshold value Tth. In the modified example 2, since the warm-up mode is omitted in such a case, there is an advantage that the vehicle can be started quickly.
図9は第3の変形例を示す図であり、この場合も温度情報に基づいて、暖機モードが必要か否かをステップS400にて判定する。そして、暖機モードに入った場合には、ステップS410で暖機駆動の回数Nが所定回数N0に達したか否かを判定し、所定回数N0に達した場合には暖機モードを終了する。すなわち、暖機駆動を所定回数N0だけ行って暖機モードを終了する。 FIG. 9 is a diagram showing a third modification. In this case as well, it is determined in step S400 whether or not the warm-up mode is necessary based on the temperature information. If the warm-up mode has been entered, it is determined in step S410 whether or not the number N of warm-up driving has reached the predetermined number N0. If the number N has reached the predetermined number N0, the warm-up mode is terminated. . That is, the warm-up driving is performed a predetermined number of times N0 and the warm-up mode is terminated.
なお、図5のステップS90では、暖機駆動停止から休止時間taが経過した後の接合温度Tjが閾値Ttより大きいか否かによって、暖機モードを終了するか否かを判定したが、例えば、暖機駆動時の温度変化(温度勾配)の大小によって暖機モードの終了を判定するようにしても良い。すなわち、温度勾配が所定値より大きい場合には暖機モードを継続し、温度勾配が所定値以下となったならば、暖機モードを終了してモータ駆動モードに移行する。 In step S90 of FIG. 5, it is determined whether or not to end the warm-up mode depending on whether or not the junction temperature Tj after the suspension time ta has elapsed since the warm-up driving stop is greater than the threshold value Tt. The end of the warm-up mode may be determined based on the temperature change (temperature gradient) during the warm-up drive. That is, when the temperature gradient is larger than the predetermined value, the warm-up mode is continued, and when the temperature gradient becomes equal to or less than the predetermined value, the warm-up mode is terminated and the motor drive mode is entered.
また、上述した実施形態では、イグニッションオン動作が行われた直後のみに暖機モードを実行したが、モータ駆動モードに入った後にも、車両停車中であって接合温度TjがTthよりも低下した場合には、暖機モードを実行するようにしても良い。例えば、低温環境において、短時間だけ走行した後に停車(IGNはオン状態)してモータ停止状態を計測した場合には、次に走行しようとした場合に接合温度TjがTthを下回っている場合も生じる。そのような場合には、温度センサ60の検出温度Tに基づいて暖機モードを実行する。
In the above-described embodiment, the warm-up mode is executed only immediately after the ignition-on operation is performed. However, even after entering the motor drive mode, the vehicle is stopped and the junction temperature Tj is lower than Tth. In this case, the warm-up mode may be executed. For example, in a low-temperature environment, when the vehicle is stopped (IGN is on) and the motor stop state is measured after traveling for a short time, the junction temperature Tj may be lower than Tth when the next attempt is made. Arise. In such a case, the warm-up mode is executed based on the temperature T detected by the
上述した実施形態では、暖機モード時にトルク分電流(q軸電流)をゼロとするようにスイッチングを制御して、車両走行禁止状態となるようにしていたが、q軸電流をゼロとする方法以外の方法を用いても良い。例えば、暖機駆動時の電流をモータジェネレータ192へ流すのではなく、図2の電流icup、icunで示すように、上アーム側半導体スイッチユニットUpおよび上アーム側半導体スイッチユニットUnの上下間の半導体素子に電流を流すようにしても良い。この場合、U,V,Wの順に(icup、icun)、(icvp、icvn)、(icwp、icwn)を流して、全ての半導体スイッチユニットUp〜Wp,Un〜Wnの暖機を行うようにする。
In the above-described embodiment, the switching is controlled so that the torque component current (q-axis current) becomes zero in the warm-up mode so that the vehicle travel is prohibited. Other methods may be used. For example, the current at the time of warm-up driving is not sent to the
また、車両が動き出さない程度のトルクで電流を流すようにしても良い。例えば、相が移動するかしないかの程度で、正転・逆転を繰り返し行う。 Moreover, you may make it flow an electric current with the torque of the grade which does not start a vehicle. For example, forward rotation and reverse rotation are repeatedly performed depending on whether the phase moves or not.
図1の変速機118とモータジェネレータ192との間にクラッチが設けられるような車両の場合には、暖機モード時に、このクラッチにより変速機118の入力軸とモータジェネレータ192の出力軸とを切り離して、車両走行禁止状態とする。その場合、イグニッションオン時に暖機モードに入ると、制御回路172から車両側の上位コントローラ2へと走行禁止信号が入力され、上位コントローラ2は、変速機118の入力軸とモータジェネレータ192の出力軸とが切り離された状態となるようにクラッチを制御する。暖機モードが終了すると、走行禁止信号は解除される。
In the case of a vehicle in which a clutch is provided between the
このように、暖機モード時にはモータ駆動による走行が禁止されるので、暖機モードに要する時間は短い方が良い。図10は、スイッチング期間ton, toffを長くすることにより損失を増加して、発熱増大による暖機時間の短縮を図った場合の電圧・電流波形を示す図である。図10に示すスイッチング動作では、スイッチングの繰り返し周期STは図3に示す通常のスイッチング動作(例えば、モータ駆動モード時)の場合と同一であるが、オンに移行する期間tonwおよびオフに移行する期間toffwの長さを図3の場合のton、toffよりも長く設定した。その結果、発熱増加により暖機駆動の回数を減らすことができ、より早くモータ駆動モードに入ることが可能となる。 As described above, during the warm-up mode, traveling by motor driving is prohibited, so it is better that the time required for the warm-up mode is short. FIG. 10 is a diagram showing voltage / current waveforms in a case where the loss is increased by increasing the switching periods ton and toff, and the warm-up time is shortened due to increased heat generation. In the switching operation shown in FIG. 10, the switching repetition cycle ST is the same as that in the normal switching operation shown in FIG. 3 (for example, in the motor drive mode). The length of toffw was set longer than ton and toff in the case of FIG. As a result, the number of times of warm-up driving can be reduced due to increased heat generation, and the motor drive mode can be entered more quickly.
このように、移行期間ton,toffのスイッチング動作をなだらかにすることにより、この期間で発生する電流と電圧との積である損失を増加させることができる。その結果、損失増大により素子温度上昇の効果をより大きくすることができ、暖機モードに要する時間の短縮を図ることができる。 As described above, by smoothing the switching operation during the transition periods ton and toff, it is possible to increase the loss that is the product of the current and voltage generated during this period. As a result, the effect of increasing the element temperature can be increased by increasing the loss, and the time required for the warm-up mode can be shortened.
また、スイッチング動作をなだらかにすることでサージ電圧が小さくなり、半導体素子(IGBT328,330)に印加される跳ね上りの最大電圧Vcepwは、図3に示すVcepよりも小さくなる。跳ね上がり電圧が小さくなった分だけ暖機モード時のコンデンサ充電電圧Vcをより大きく設定しても、半導体素子の耐圧を超えることがない。そして、電圧Vcを大きく設定することは、発熱の増大に寄与する。この場合、スイッチング動作をなだらかにすることで、Vc→Vbとした場合でもスイッチング時の跳ね上がりの最大電圧Vcepwを耐圧以下に抑えられれば、電圧Vbで暖機駆動を行っても良い。
Further, by smoothing the switching operation, the surge voltage is reduced, and the maximum jumping voltage Vcepw applied to the semiconductor elements (
図11は、暖機モードの時間短縮に関する他の例を示す図である。図11に示す例では、オン移行期間tonとオフ移行期間toffは図7に示す場合と同一長さで、繰り返し周期STsを図3の周期STよりも短くした。この場合は、一周期当たりの発熱(損失)は定常損失の部分がやや小さくなるだけなのでほぼ同じとなる。しかし、ST>STsであるので、暖機駆動一回当たりの時間が短くなり、暖機モードの時間短縮を図ることができる。 FIG. 11 is a diagram illustrating another example related to time reduction in the warm-up mode. In the example shown in FIG. 11, the on-transition period ton and the off-transition period toff have the same length as that shown in FIG. 7, and the repetition cycle STs is shorter than the cycle ST in FIG. In this case, the heat generation (loss) per cycle is almost the same because the steady loss portion is slightly reduced. However, since ST> STs, the time for one warm-up drive is shortened, and the time for the warm-up mode can be shortened.
図2に示した構成では、暖機モード時もバッテリ136からの電力を用いて暖機駆動を行った。そのため、暖機駆動時に、IGBTのコレクタ−エミッタ間電圧Vceがサージ電圧の発生より耐圧を超えないように、プリチャージではコンデンサモジュール500の端子間電圧Vcをバッテリ電圧Vbより低くなるようにした。
In the configuration shown in FIG. 2, warm-up driving is performed using power from the
そこで、図12に示す例では、バッテリ136とは別の低圧電源70を設け、暖機モードの際には低圧電源70の電力により暖機駆動を行うような構成とした。バッテリ71は補機用バッテリであり、例えば、端子電圧は14Vである。暖機駆動に用いる場合にはDC/DCコンバータ72を用いて所定の暖機駆動電圧Vcまで昇圧する。暖機モード時には、リレー61〜63をオフし、リレー73をオンする。暖機モードが終了したならばリレー73をオフし、モータ駆動モードに移行する。
Therefore, in the example shown in FIG. 12, a low-
図2に示す構成では、コンデンサモジュール500に蓄えられた電荷をスイッチング動作により放電して暖機駆動を行っているので、コンデンサモジュール500をチャージする動作が必要となり、図6のように短期間の暖機駆動を繰り返し行った。一方、図12の構成では、低圧電源70の電圧はVcと低いので連続的に暖機駆動を行うことができ、暖機時間の短縮が図れる。温度センサ60の温度により暖機モード終了を判定する場合には、例えば、温度Tから推定される接合温度Tjが閾値Tthを超えたならば暖機駆動を停止し、プリチャージ後の暖機駆動時の温度変化が所定値より小さくなったならば暖機モードを終了する。
In the configuration shown in FIG. 2, the charge stored in the
なお、図12においては、Vcを低く抑えることで、コンデンサモジュール500を充電する際の充電抵抗を省略したが、充電抵抗を設けても構わない。74は車両側に設けられた報知装置であり、この報知装置74により暖機中であることを報知する。例えば、インスツルメントパネルに液晶表示パネルを設けて報知装置74としても良く、運転者は液晶表示装置の表示(例えば、暖機中を示すマーク)により、暖機中であること容易に知ることができる。ここでは、報知装置74を液晶表示装置としてが、音声で暖機中であることを報知しても良い。
In FIG. 12, the charging resistance for charging the
以上説明したように、本実施の形態の車両用電力変換装置においては、以下のような作用効果を奏する。
(1)制御回路172は、モータ駆動モードと暖機モードとのいずれか一方を選択してインバータ回路144を制御することができ、モータ駆動モードでは、インバータ回路144の上下アーム間に電圧Vbを印加して走行時スイッチング動作を行わせ、暖機モードでは、上下アーム間に電圧Vbよりも低い電圧Vcを印加してスイッチング動作を行わせる。そして、イグニッションオン信号(車両起動信号)が入力されると、まず、暖機モードでインバータ回路144を制御する。その結果、IGBT328,330の温度が暖機モードにより予め上昇するため、低温による耐圧の低下を防止でき、モータ駆動モード時の電圧が耐圧を超えるのを防止することができる。
(2)また、暖機モードにおけるIGBT328,330のターンオン期間およびターンオフ期間を駆動モード時よりも長く設定したり、ターンオンから次のターンオンまでのスイッチング周期を駆動モード時よりも短く設定したりすることで、イグニッションオン信号(車両起動信号)入力時のIGBT328,330の暖機に加えて、暖機モードに要する時間の短縮を図ることができる。さらに、暖機モードにおける上下アーム間の電圧を、モータ駆動モード時よりも低い電圧Vcとすることで、暖機モード時における耐圧オーバーを確実に防止することができる。
(3)インバータ装置に設けられた平滑用のコンデンサモジュール500を端子電圧がVcと成るように充電し、充電により蓄えられた電荷をスイッチング動作により放電することで、IGBT328,330を暖機するようにしても良い。このように従来から備えられている平滑用コンデンサを暖機駆動に利用することで、装置のコストアップを抑えつつ暖機を行うことができる。
(4)暖機モードにおいて、モータジェネレータ192に対するq軸電流がほぼゼロとなるようにインバータ回路144のスイッチング動作を制御することにより、モータジェネレータ192の回転により車両が動き出すのを確実に防止することができる。また、q軸電流をほぼゼロとする代わりに、上下アームが短絡されるようにスイッチング動作させても良い。
(5)また、制御回路172に入力される温度情報、例えば、接合温度、モータ温度や外気温に基づいて、イグニッションオン信号が入力されたときの暖機モードを実行するか否かを決定するようにしても良い。そうすることで、IGBT328,330の接合温度Tjが閾値Tthを超えている場合には、不要な暖機モードが実行されることがない。
(6)暖機モードを行う場合、IGBT328,330の接合温度Tjに相関する温度として素子近傍温度Tを温度センサ60で検出し、検出された温度Tが閾値Tthに対応する温度を越えた場合に暖機モードを終了する。そうすることで、暖機モードを必要かつ十分な時間だけ行うことができる。また、暖機モード実行中の温度変化の勾配が所定値より小さくなったならば暖機モードを終了するようにしても良い。
(7)車両側からトルク指令が入力されているときには暖機モードを実行しないように制御することで、走行中に暖機モードが開始されるのを防止することができる。
(8)上述したような、イグニッションスイッチオン時に暖機モードを実行する車両用電力変換装置を搭載する電動車両において、報知装置74により暖機モード実行中であることを乗員に報知することで、乗員は自動的に暖機モードが実行されていることを認識することができ、車両状況の把握に役立つ。
(9)また、暖機モード実行中に車両側のクラッチを切断状態にすることにより、暖機モード時に仮にモータジェネレータ192が回転したとしても、車両が動き出すのを確実に防止することができる。
As described above, the vehicle power conversion device of the present embodiment has the following operational effects.
(1) The
(2) Further, the turn-on period and turn-off period of the
(3) The smoothing
(4) In the warm-up mode, by controlling the switching operation of the
(5) Further, based on temperature information input to the
(6) When performing the warm-up mode, when the temperature near the element T is detected by the
(7) By controlling so that the warm-up mode is not executed when a torque command is input from the vehicle side, it is possible to prevent the warm-up mode from being started during traveling.
(8) In the electric vehicle equipped with the vehicle power conversion device that executes the warm-up mode when the ignition switch is turned on as described above, the
(9) By disengaging the clutch on the vehicle side during execution of the warm-up mode, even if the
以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、インバータ回路144を3相出力型として説明したが、3相に限定されるものではなく、各相の上下アームは、2つのユニットを並列接続したものであってもよい。また、回転電機駆動用電力変換装置に限定するものではなく、インバータ、コンバータ等全ての電力変換装置に利用することも可能である。
The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the
2:上位コントローラ、20:制御回路基板、22:駆動回路基板、43,140,142:インバータ装置、60:温度センサ、61,62:メインリレー、63:サブリレー、64:充電抵抗、70:低圧電源、71,136:バッテリ、72:DC/DCコンバータ、73:リレー、74:報知装置、144:インバータ回路、156,166:ダイオード、172:制御回路、174:ドライバ回路、192,194:モータジェネレータ、196:冷媒循環用ポンプ、200:車両用電力変換装置、300:パワーモジュール、Up〜Wp:上アーム側半導体スイッチユニット、Un〜Wp:下アーム側半導体スイッチユニット 2: host controller, 20: control circuit board, 22: drive circuit board, 43, 140, 142: inverter device, 60: temperature sensor, 61, 62: main relay, 63: sub relay, 64: charging resistance, 70: low voltage Power supply, 71, 136: Battery, 72: DC / DC converter, 73: Relay, 74: Notification device, 144: Inverter circuit, 156, 166: Diode, 172: Control circuit, 174: Driver circuit, 192, 194: Motor Generator, 196: Pump for circulating refrigerant, 200: Power converter for vehicle, 300: Power module, Up to Wp: Upper arm side semiconductor switch unit, Un to Wp: Lower arm side semiconductor switch unit
Claims (13)
上下アーム間に第1の電圧を印加して走行時スイッチング動作を行わせる駆動モード、および、上下アーム間に前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加してスイッチング動作を行わせる暖機モードの、いずれか一方を選択して前記インバータ回路を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、車両起動信号が入力されると、前記暖機モードで前記インバータ回路を制御することを特徴とする車両用電力変換装置。 An inverter circuit for driving a rotating electrical machine with an upper arm semiconductor switching element and a lower arm semiconductor switching element for each phase;
A driving mode in which a first voltage is applied between the upper and lower arms to perform a switching operation during traveling, and a warm mode in which a second voltage lower than the first voltage is applied between the upper and lower arms to perform a switching operation. A control device for controlling the inverter circuit by selecting any one of the machine modes,
When the vehicle activation signal is input, the control device controls the inverter circuit in the warm-up mode.
走行時スイッチング動作を行わせる駆動モード、および、前記半導体スイッチング素子のターンオン期間およびターンオフ期間を前記駆動モード時よりも長く設定してスイッチング動作を行う暖機モードの、いずれか一方を選択して前記インバータ回路を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、車両起動信号が入力されると、前記暖機モードで前記インバータ回路を制御することを特徴とする車両用電力変換装置。 An inverter circuit for driving a rotating electrical machine with an upper arm semiconductor switching element and a lower arm semiconductor switching element for each phase;
Select one of a drive mode for performing a switching operation during traveling, and a warm-up mode in which a turn-on period and a turn-off period of the semiconductor switching element are set longer than those in the drive mode to perform a switching operation. A control device for controlling the inverter circuit,
When the vehicle activation signal is input, the control device controls the inverter circuit in the warm-up mode.
走行時スイッチング動作を行わせる駆動モード、および、前記半導体スイッチング素子のターンオンから次のターンオンまでのスイッチング周期を前記駆動モード時よりも短く設定してスイッチング動作を行う暖機モードの、いずれか一方を選択して前記インバータ回路を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、車両起動信号が入力されると、前記暖機モードで前記インバータ回路を制御することを特徴とする車両用電力変換装置。 An inverter circuit for driving a rotating electrical machine with an upper arm semiconductor switching element and a lower arm semiconductor switching element for each phase;
One of a drive mode for performing a switching operation during traveling and a warm-up mode for performing a switching operation by setting a switching cycle from the turn-on of the semiconductor switching element to the next turn-on shorter than that in the drive mode. A controller for selecting and controlling the inverter circuit;
When the vehicle activation signal is input, the control device controls the inverter circuit in the warm-up mode.
前記制御装置は、前記駆動モードでは上下アーム間に第1の電圧を印加し、前記暖機モードでは上下アーム間に前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加することを特徴とする車両用電力変換装置。 In the vehicle power converter device according to claim 2 or 3,
The control device applies a first voltage between the upper and lower arms in the driving mode, and applies a second voltage lower than the first voltage between the upper and lower arms in the warm-up mode. Vehicle power conversion device.
上下アーム間に前記インバータ回路と並列に接続された平滑コンデンサを備え、
前記暖機モードでは、前記平滑コンデンサの端子電圧が前記第2の電圧となるように充電し、その充電された平滑コンデンサの電荷をスイッチング動作により放電することを特徴とする車両用電力変換装置。 The vehicular power converter according to claim 1 or 4,
A smoothing capacitor connected in parallel with the inverter circuit between the upper and lower arms,
In the warm-up mode, the vehicle power conversion device is characterized in that the terminal voltage of the smoothing capacitor is charged so as to be the second voltage, and the charged charge of the smoothing capacitor is discharged by a switching operation.
前記制御装置は、前記暖機モードにおいて、前記回転電機に対するq軸電流がほぼゼロとなるように前記インバータ回路のスイッチング動作を制御することを特徴とする車両用電力変換装置。 In the vehicle power converter according to any one of claims 1 to 5,
In the warm-up mode, the control device controls a switching operation of the inverter circuit so that a q-axis current for the rotating electrical machine becomes substantially zero.
前記制御装置は、上下アームが短絡されるように前記インバータ回路のスイッチング動作を制御することを特徴とする車両用電力変換装置。 In the vehicle power converter according to any one of claims 1 to 5,
The control device controls the switching operation of the inverter circuit so that the upper and lower arms are short-circuited.
前記制御装置は、入力される温度情報に基づいて、車両起動信号が入力されたときの前記暖機モードを実行するか否かを決定することを特徴とする車両用電力変換装置。 In the vehicular power converter according to any one of claims 1 to 7,
The said control apparatus determines whether to perform the said warming-up mode when a vehicle starting signal is input based on the input temperature information, The vehicle power converter device characterized by the above-mentioned.
前記半導体スイッチング素子の接合部温度に相関する温度を検出する温度検出器を備え、
前記制御装置は、前記温度検出器の検出温度が所定温度に達したならば前記暖機モードを終了することを特徴とする車両用電力変換装置。 In the vehicle power converter according to any one of claims 1 to 8,
A temperature detector for detecting a temperature correlated with a junction temperature of the semiconductor switching element;
The vehicle power converter according to claim 1, wherein the control device ends the warm-up mode when the temperature detected by the temperature detector reaches a predetermined temperature.
前記制御装置は、前記暖機モード実行中のスイッチング動作時に、温度変化の勾配が所定値より小さくなったならば前記暖機モードを終了することを特徴とする車両用電力変換装置。 In the vehicle power converter according to any one of claims 1 to 9,
The power conversion device for a vehicle according to claim 1, wherein the control device ends the warm-up mode if a gradient of temperature change becomes smaller than a predetermined value during the switching operation during execution of the warm-up mode.
前記制御装置は、車両側からトルク指令が入力されているときには前記暖機モードを実行しないことを特徴とする車両用電力変換装置。 In the vehicle power converter according to any one of claims 1 to 10,
The power conversion device for a vehicle, wherein the control device does not execute the warm-up mode when a torque command is input from the vehicle side.
前記車両用電力変換装置により駆動制御される回転電機と、
前記制御装置からの情報に基づいて暖機モード実行中であることを乗員に報知する報知装置とを備えたことを特徴とする電動車両。 The vehicle power conversion device according to any one of claims 1 to 11,
A rotating electrical machine that is driven and controlled by the vehicle power converter;
An electric vehicle comprising: a notification device for notifying an occupant that the warm-up mode is being executed based on information from the control device.
暖機モード実行中は、回転電機から車軸への動力を遮断することを特徴とする電動車両。
The electric vehicle according to claim 12,
An electric vehicle characterized in that the power from the rotating electrical machine to the axle is cut off during execution of the warm-up mode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009021283A JP5303295B2 (en) | 2009-02-02 | 2009-02-02 | Power converter for vehicle and electric vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009021283A JP5303295B2 (en) | 2009-02-02 | 2009-02-02 | Power converter for vehicle and electric vehicle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010178582A true JP2010178582A (en) | 2010-08-12 |
JP5303295B2 JP5303295B2 (en) | 2013-10-02 |
Family
ID=42708966
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009021283A Expired - Fee Related JP5303295B2 (en) | 2009-02-02 | 2009-02-02 | Power converter for vehicle and electric vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5303295B2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015171200A (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-28 | 株式会社 日立パワーデバイス | Semiconductor device, motor using the same, and air conditioner |
JP5815161B2 (en) * | 2013-11-01 | 2015-11-17 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
DE102014219474A1 (en) * | 2014-09-25 | 2016-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for operating power semiconductors |
JP2018129925A (en) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | ダイキン工業株式会社 | Inverter device and outdoor unit for heat pump apparatus |
JP2019213306A (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-12 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device, railway vehicle air conditioner, and heating method |
US11407331B2 (en) | 2018-12-29 | 2022-08-09 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Battery heating system |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005348535A (en) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Nissan Motor Co Ltd | Motor controller and its control method |
JP2005348510A (en) * | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Toyota Motor Corp | Load drive device |
JP2007143293A (en) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Toyota Motor Corp | Power supply device and power supply method |
-
2009
- 2009-02-02 JP JP2009021283A patent/JP5303295B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005348510A (en) * | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Toyota Motor Corp | Load drive device |
JP2005348535A (en) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Nissan Motor Co Ltd | Motor controller and its control method |
JP2007143293A (en) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Toyota Motor Corp | Power supply device and power supply method |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5815161B2 (en) * | 2013-11-01 | 2015-11-17 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
DE112013007564B4 (en) * | 2013-11-01 | 2024-05-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
JP2015171200A (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-28 | 株式会社 日立パワーデバイス | Semiconductor device, motor using the same, and air conditioner |
DE102014219474A1 (en) * | 2014-09-25 | 2016-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for operating power semiconductors |
US9748888B2 (en) | 2014-09-25 | 2017-08-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for operating power semiconductors |
DE102014219474B4 (en) | 2014-09-25 | 2022-06-09 | Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh | Process for operating power semiconductors |
JP2018129925A (en) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | ダイキン工業株式会社 | Inverter device and outdoor unit for heat pump apparatus |
JP2019213306A (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-12 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device, railway vehicle air conditioner, and heating method |
JP7072445B2 (en) | 2018-06-01 | 2022-05-20 | 三菱電機株式会社 | Power converters, rail vehicle air conditioners, and heating methods |
US11407331B2 (en) | 2018-12-29 | 2022-08-09 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Battery heating system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5303295B2 (en) | 2013-10-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102177650B (en) | Motor driver and method of controlling the same | |
US9054613B2 (en) | Motor drive apparatus and vehicle with the same mounted thereon | |
EP2405565B1 (en) | Power converter | |
JP4797476B2 (en) | Secondary battery control device | |
US8054031B2 (en) | Converter device, rotating electrical machine control device, and drive device | |
US8220574B2 (en) | Inverter control device and vehicle | |
JP5630474B2 (en) | Inverter | |
JP5200991B2 (en) | Motor control method and apparatus for electric vehicle | |
US20090195199A1 (en) | Motor drive device | |
JP2007189808A (en) | Controller of generator motor for vehicle | |
JP5303295B2 (en) | Power converter for vehicle and electric vehicle | |
CN111713012A (en) | Motor control device and electric vehicle system using the same | |
JP2017163733A (en) | Power converter | |
JP2009240039A (en) | Controller of rotary electric machine | |
JP2005176484A (en) | Control device for hybrid vehicle | |
JP2011109765A (en) | Rotating electrical machine cooling system | |
JP2010183769A (en) | Power supply device and method for controlling power supply device | |
JP5400835B2 (en) | Rotating electrical machine control device for vehicle | |
JP3918736B2 (en) | Voltage converter | |
JP5441951B2 (en) | Rotating electric machine | |
JP4391480B2 (en) | Control device for electric motor for vehicle | |
US9712100B2 (en) | Electric rotating machine and control method therefor | |
JP2005117872A (en) | Electric power regeneration device for vehicle | |
JP7278926B2 (en) | Electric motor control device, electric vehicle, electric motor control method | |
JP2014155371A (en) | Electric vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101208 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120829 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120904 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121102 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130528 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130624 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5303295 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |