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JP3542197B2 - 電動車両の制御装置 - Google Patents

電動車両の制御装置 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、モータの駆動時にバッテリの直流電力を交流電力に変換して該モータに供給するとともに、モータの回生時に該モータが発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリに供給するインバータを備えた電動車両の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
かかる電動車両の制御装置は、特開平6−38575号公報、特開平6−38550号公報、特開平6−225402号公報により既に知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
特開平6−38575号公報に記載されたものは、モータ回転数とトルク指令値とに基づいて目標電力を算出し、実電力が前記目標電力に一致するようにインバータを介してモータ電力のフィードバック制御を行っている。このものは、何らかの理由でモータのコンタクタが開成してモータの回生電力がバッテリに回収されなくなると、モータ電力のフィードバック制御により弱め界磁量が増加してモータの逆起電圧が高まり、インバータに悪影響を及ぼす虞がある。
【0004】
特開平6−38550号公報に記載されたものは、回生時にモータが発電した交流電力をインバータにおいて昇圧チョッパで直流電力に変換する際に、その回生電圧がバッテリ電圧を越えないように昇圧チョッパを制御している。このものは、回生電圧がバッテリ電圧を越えるモータの高回転領域では、回生電圧の制御ができない問題がある。
【0005】
特開平6−225402号公報に記載されたものは、非ニュートラルのシフトポジションにおいて、モータ回転数が低い領域でPWM制御を行い、モータ回転数が高い領域で弱め界磁制御を行うとともに、シフトポジションがニュートラルの場合には、モータ回転数が低い領域でインバータをOFFしてモータへの電力供給を遮断し、モータ回転数が高い領域でモータの出力トルクの目標値を0に設定している。このものは、高速走行中にニュートラルにシフトチェンジした場合にモータの出力トルクの目標値を0に設定することにより、高い逆起電圧が発生するのを防止して回路の破壊を回避することを狙っているが、ニュートラル以外のシフトポジションでは回路の保護ができない問題がある。
【0006】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、モータ電力のフィードバック制御中に、何らかの理由でバッテリとインバータ間の回路が開放された場合に、モータの逆起電圧によりインバータが損傷するのを防止することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1記載に記載された発明は、バッテリ及びモータ間に配置され、モータの駆動時にバッテリの直流電力を交流電力に変換して該モータに供給するとともに、モータの回生時に該モータが発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリに供給するインバータと、インバータの直流部の電流を検出する電流センサと、インバータの直流部の電圧を検出する電圧センサと、電流センサで検出した電流及び電圧センサで検出した電圧に基づいてインバータに入力される実電力を算出する実電力算出手段と、少なくともアクセル開度に基づいてインバータに入力される目標電力を算出する目標電力算出手段と、実電力算出手段で算出した実電力を目標電力算出手段で算出した目標電力に一致させるべく、インバータを介してモータの運転状態を制御するフィードバック制御手段とを備えた電動車両の制御装置において、モータの回生運転を禁止する回生禁止手段を備え、インバータの直流部の電圧が所定値を越えたときに前記回生禁止手段を作動させ、回生禁止手段の作動中にインバータの直流部の電流が所定値を越えたとき、回生禁止手段の作動を停止することを特徴とする。
【0008】
また請求項2に記載された発明は、バッテリ及びモータ間に配置され、モータの駆動時にバッテリの直流電力を交流電力に変換して該モータに供給するとともに、モータの回生 時に該モータが発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリに供給するインバータと、インバータの直流部の電流を検出する電流センサと、インバータの直流部の電圧を検出する電圧センサと、電流センサで検出した電流及び電圧センサで検出した電圧に基づいてインバータに入力される実電力を算出する実電力算出手段と、少なくともアクセル開度に基づいてインバータに入力される目標電力を算出する目標電力算出手段と、実電力算出手段で算出した実電力を目標電力算出手段で算出した目標電力に一致させるべく、インバータを介してモータの運転状態を制御するフィードバック制御手段とを備えた電動車両の制御装置において、モータの回生運転を禁止する回生禁止手段を備え、インバータの直流部の電圧が所定値を越えたときに前記回生禁止手段を作動させ、回生禁止手段の作動中にインバータの直流部の電圧が減少した後に増加して第2の所定値を越えたとき、回生禁止手段の作動を停止することを特徴とする。
【0009】
また請求項3に記載された発明は、請求項1または請求項2の構成に加えて、回生禁止手段は、目標電力算出手段で算出した目標電力を負値から正値に変換することによりモータの回生運転を禁止することを特徴とする。
【0010】
【作用】
請求項1の構成によれば、インバータに入力される実電力及び目標電力を比較し、実電力が目標電力に一致するようにインバータを介してモータの運転状態をフィードバック制御しているとき、インバータの直流部の電圧が所定値を越えると回生禁止手段を作動させてモータの回生運転を禁止する。その結果、モータの逆起電圧が減少してインバータの損傷が防止される。そしてインバータの直流部の電流が所定値を越えると、故障が回復してインバータが損傷する虞がなくなったと判断し、回生禁止手段の作動を停止して通常のフィードバック制御に復帰する。
【0011】
請求項2の構成によれば、インバータに入力される実電力及び目標電力を比較し、実電力が目標電力に一致するようにインバータを介してモータの運転状態をフィードバック制御しているとき、インバータの直流部の電圧が所定値を越えると回生禁止手段を作動させてモータの回生運転を禁止する。その結果、モータの逆起電圧が減少してインバータの損傷が防止される。そしてインバータの直流部の電圧が減少した後に増加して第2の所定値を越えると、故障が回復してインバータが損傷する虞がなくなったと判断し、回生禁止手段の作動を停止して通常のフィードバック制御に復帰する。
【0012】
請求項3の構成によれば、回生禁止手段が目標電力を負値から正値に変換すると、実電力を目標電力に一致させるフィードバック制御によってモータの回生運転が禁止される。【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【0013】
図1〜図7は本発明の第1実施例を示すもので、図1は電動車両の全体構成を示す図、図2は制御系のブロック図、図3はインバータのスイッチィング信号の波形を示す図、図4は電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図、図5はメインルーチンの第1分図、図6はメインルーチンの第2分図、図7はフラグセットルーチンのフローチャートである。
【0014】
図1及び図2に示すように、四輪の電動車両Vは、三相交流モータ1のトルクがトランスミッション2を介して伝達される駆動輪としての左右一対の前輪Wf,Wfと、従動輪としての左右一対の後輪Wr,Wrとを有する。電動車両Vの後部に搭載された例えば228ボルトのメインバッテリ3は、コンタクタ4,ジョイントボックス5,コンタクタ4及びパワードライブユニットを構成するインバータ6を介してモータ1に接続される。例えば12ボルトのサブバッテリ7にメインスイッチ8及びヒューズ9を介して接続された電子制御ユニット10は、モータ1の駆動トルク及び回生トルクを制御すべくインバータ6に接続される。サブバッテリ7をメインバッテリ3の電力で充電すべく、バッテリチャージャ11及びDC/DCコンバータ12が設けられる。
【0015】
メインバッテリ3とインバータ6とを接続する高圧回路、即ちインバータ6の直流部には、その電流IPDU を検出する電流センサS1 と、電圧VPDU を検出する電圧センサS2 とが設けられており、電流センサS1 で検出したインバータ6の直流部の電流IPDU 及び電圧センサS2 で検出したインバータ6の直流部の電圧VPDU は電子制御ユニット10に入力される。また、モータ回転数センサS3 で検出したモータ回転数Nmと、アクセル開度センサS4 で検出したアクセル開度θAPと、シフトポジションセンサS5 で検出したシフトポジションPとが電子制御ユニット10に入力される。
【0016】
インバータ6は複数のスイッチング素子を備えおり、電子制御ユニット10から各スイッチィング素子にスイッチング信号を入力することにより、モータ1の駆動時にはメインバッテリ3の直流電力を三相交流電力に変換して該モータ1に供給し、モータ1の被駆動時(回生時)には該モータ1が発電した三相交流電力を直流電力に変換してメインバッテリ3に供給する。
【0017】
モータ1の低回転数側の領域においてインバータ6はPWM(パルス幅変調)制御され、PWM制御のデューティ率が100%に達した後の高回転数側の領域では所謂弱め界磁制御される。弱め界磁制御とは、モータ1の永久磁石が発生している界磁と逆方向の界磁が発生するように、モータ1に供給する一次電流に界磁電流成分を持たせるもので、全体の界磁を弱めてモータ1の回転数を高回転数側に延ばすものである。
【0018】
図3はインバータ6の各スイッチング素子に入力されるスイッチング信号の波形を示すもので、(A)はPWM制御のデューティ率が100%未満の状態、(B)はPWM制御のデューティ率が100%に達した状態、(C)は弱め界磁制御により通電位相を進角させた状態、(D)は弱め界磁制御により通電位相を延長させた状態を示している。モータ1の回転数増加に伴い、(A)、(B)、(C)、(D)の制御が順次実行される。
【0019】
次に、図4に基づいて電子制御ユニット10の回路構成及び作用を説明する。
【0020】
電子制御ユニット10は、トルク指令値算出手段21、目標電力算出手段22、実電力算出手段23、比較手段24、トルク制御手段25及び回生禁止手段26を備えており、比較手段24及びトルク制御手段25はフィードバック制御手段27を構成する。
【0021】
トルク指令値算出手段21は、モータ回転数センサS3 で検出したモータ回転数Nmと、アクセル開度センサS4 で検出したアクセル開度θAPと、シフトポジションセンサS5 で検出したシフトポジションPとに基づいて、ドライバーがモータ1に発生させようとしているトルク指令値を、例えばマップ検索によって算出する。また、目標電力算出手段22は、トルク指令値算出手段21で算出したトルク指令値とモータ回転数センサS3 で検出したモータ回転数Nmとを乗算し、これを変換効率で除算することにより、モータ1に供給すべき、或いは回生によりモータ1から取り出すべき目標電力を算出する。目標電力は正値の場合と負値の場合とがあり、正の目標電力はモータ1が駆動トルクを発生する場合に対応し、負の目標電力はモータ1が回生トルクを発生する場合に対応する。
【0022】
一方、実電力算出手段23は、電流センサS1 で検出したインバータ6の直流部の電流IPDU と、電圧センサS2 で検出したインバータ6の直流部の電圧VPDU とを乗算することにより、インバータ6に入力される実電力を算出する。目標電力と同様に、実電力にも正値の場合と負値の場合とがあり、正の実電力はモータ1が駆動トルクを発生する場合に対応し、負の実電力はモータ1が回生トルクを発生する場合に対応する。
【0023】
目標電力算出手段22で算出した目標電力と実電力算出手段23で算出した実電力とはフィードバック制御手段27の比較手段24に入力され、そこで算出された目標電力と実電力との偏差に基づいてトルク制御手段25がインバータ6をPWM制御或いは弱め界磁制御によりフィードバック制御する。その結果、実電力を目標電力に一致させるべくモータ1の運転状態が変更される。
【0024】
ところで、目標電力が負値のとき、即ちモータ1が発電機として機能してメインバッテリ3を充電しているとき、何らかの原因で高圧回路に設けたコンタクタ4が開成したり高圧回路が断線すると、高圧回路に電流が流れなくなって電流センサS1 で検出した電流IPDU が0になり、電流IPDU と電圧VPDU との積である実電力も0になる。このとき、モータ1は回生中であって目標電力は負であるため、目標電力(負値)と実電力(0)との偏差に基づくフィードバック制御により、弱め界磁制御が弱め界磁量を減少させる方向に作用してモータ1の逆起電圧が増加してしまう。その結果、モータ1が発生した高圧の逆起電圧によってインバータ6や高圧回路上の他の機器に悪影響が及ぶ可能性がある。
【0025】
そこで、電圧センサS2 で検出した電圧VPDU が所定値を越えたとき、回生禁止手段26がフィードバック制御部27に回生禁止指令を出力して前記高圧の逆起電圧の発生を防止する。具体的には、電圧VPDU が所定値を越えたときに、目標電力算出手段22で算出手段で算出した目標電力の符号を正負反転させる。これにより、負値であった目標電力が強制的に正値に変換され、変換された目標電力(正値)と実電力(0)との偏差に基づくフィードバック制御により、弱め界磁制御が弱め界磁量を増加させる方向に作用してモータ1の逆起電圧が減少し、インバータ6や他の機器の損傷が未然に回避される。
【0026】
上記作用を、図5〜図7のフローチャートを参照しながら更に説明する。
【0027】
図5及び図6のメインルーチンのステップS1〜S3において、モータ回転数センサS3 、アクセル開度センサS4 及びシフトポジションセンサS5 からモータ回転数Nm、アクセル開度θAP及びシフトポジションPを読み込み、続くステップS4で前記モータ回転数Nm、アクセル開度θAP及びシフトポジションPに基づいて目標電力を算出する。一方、ステップS5,S6において、電流センサS1 及び電圧センサS2 からインバータ6の直流部の電流IPDU 及び電圧VPDU を読み込み、続くステップS7で前記電流IPDU 及び電圧VPDU に基づいて実電力を算出する。
【0028】
続いて、ステップS8で高電圧抑制フラグFが1にセットされているか否かの判断を行う。高電圧抑制フラグFが1にセットされていないとき(F=0)、インバータ6の直流部の電圧VPDU は所定値以下の状態にあり、また高電圧抑制フラグFが1にセットされているとき(F=1)、インバータ6の直流部の電圧VPDU は所定値を越えた状態にある。 即ち、図7のフラグセットルーチンに示すように、高電圧抑制フラグFの初期値は0であるため、ステップS21の答えは最初はNOであり、ステップS22で例えばコンタクタ4が故障して開成する等の理由により電圧VPDU が所定値を上回ると、ステップS23で高電圧抑制フラグFが0から1にセットされる。ステップS21の答えがYESで高電圧抑制フラグFが1にセットされているとき、ステップS24で例えば故障が解消してコンタクタ4が閉成し、それまで0であった電流IPDU の絶対値|IPDU |が所定値を越えると、ステップS25で高電圧抑制フラグFが1から0にリセットされる。
【0029】
メインルーチンに戻り、ステップS8の答えがNOで高電圧抑制フラグFが1にセットされていない正常時には、ステップS11に移行して通常時の制御が行われる。
【0030】
即ち、ステップS11で目標電力が実電力以上であるとき、ステップS12でPWM制御領域であれば、ステップS13でデューティ率の指令値が増加され、ステップS12でPWM制御領域でなければ、ステップS14で弱め界磁量の指令値が増加される。一方、ステップS11で目標電力が実電力未満であるとき、ステップS15でPWM領域であれば、ステップS16でデューティ率の指令値が減少され、ステップS15でPWM制御領域でなければ、ステップS17で弱め界磁量の指令値が減少される。
【0031】
而して、ステップS18において、前記ステップS13,S14,S16,S17で決定されたデューティ率の指令値及び弱め界磁量の指令値に基づいて、実電力を目標電力に収束させるべくインバータ6がフィードバック制御される。
【0032】
さて、前記ステップS8で高電圧抑制フラグFが1にセットされており、且つステップS9で目標電力が負値である場合、即ちモータ1の回生中に電圧VPDU が所定値を上回った場合、インバータ6や他の機器の損傷を防止すべく、ステップS10で目標電力の符号が反転され、それまで負値であった目標電力を強制的に正値に変換する。
【0033】
このとき、コンタクタ4が開成中であり実電力は0であるため、ステップS11の答えがYESになってステップS12に移行する。その結果、ステップS12でPWM制御領域を外れた場合にステップS14で弱め界磁量の指令値が増加されるため、モータ1の逆起電圧が低下してインバータ6や他の機器の損傷が未然に回避される。このように、フィードバック系の大幅な設計変更を行うことなく、モータ1の回生中に電圧VPDU が所定値を上回った場合に目標電力の符号を反転するだけで、簡単且つ確実にモータ1の逆起電圧が低下させることが可能となる。
【0034】
次に、図8及び図9に基づいて本発明の第2実施例を説明する。
【0035】
第2実施例は、回生禁止及び禁止解除を司る高電圧抑制フラグのセット及びリセットの手法において、前述した第1実施例と異なっている。ここで、F1 は高電圧抑制フラグであって、第1実施例の高電圧抑制フラグFに相当しており、またF2 は新たに導入された補助フラグである。高電圧抑制フラグF1 及び補助フラグF2 の初期値は、何れも0とされる。
【0036】
先ず、高電圧抑制フラグF1 の初期値は0であるため、ステップS31の答えは最初はNOであり、ステップS32で例えばコンタクタ4が故障して開成する等の理由により電圧VPDU が所定値V1 を上回ると、ステップS33で高電圧抑制フラグF1 が0から1にセットされる。ステップS31の答えがYESであって高電圧抑制フラグF1 が1にセットされているとき、補助フラグF2 の初期値は0であるため、ステップS34の答えは最初はNOとなってステップS35に移行する。
【0037】
高電圧抑制フラグF1 が1にセットされたことにより開始された回生禁止によって電圧VPDU が減少し、ステップS35で電圧VPDU が所定値V2 を下回ると、ステップS36で補助フラグF2 が0から1にセットされる。その後、例えば故障が回復してコンタクタ4が閉成することにより電圧VPDU が増加し、ステップS37で電圧VPDU が所定値V2 を越えると、ステップS38で高電圧抑制フラグF1 が1から0にリセットされて回生禁止が解除されるとともに、ステップS39で補助フラグF2 が1から0にリセットされる。
【0038】
このようにして、回生禁止後に電圧VPDU が一旦所定値V2 を下回り、その後電圧VPDU が前記所定値V2 を上回ったときに、故障が回復したと判断して回生禁止が解除される。
【0039】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0040】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に記載された発明によれば、インバータの直流部の電圧が所定値を越えたときに、回生禁止手段が作動してモータの回生運転を禁止するので、モータが発生する逆起電力を減少させてインバータの損傷を未然に回避することができる。しかも回生禁止手段の作動中に、インバータの直流部の電流が所定値を越えると回生禁止手段を作動を停止するので、故障が回復してインバータが損傷する虞がなくなると速やかに通常のフィードバック制御に復帰することができる。
【0041】
また請求項2に記載された発明によれば、インバータの直流部の電圧が所定値を越えたときに、回生禁止手段が作動してモータの回生運転を禁止するので、モータが発生する逆起電力を減少させてインバータの損傷を未然に回避することができる。しかも回生禁止手段の作動中に、インバータの直流部の電圧が減少した後に増加して所定値を越えると回生禁止手段を作動を停止するので、故障が回復してインバータが損傷する虞がなくなると速やかに通常のフィードバック制御に復帰することができる。
【0042】
また請求項3に記載された発明によれば、目標電力を負値から正値に変換するだけでモータの回生運転を禁止することができるので、回生禁止手段の構成が簡単になって制御系に大幅な設計変更を加える必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】電動車両の全体構成を示す図
【図2】制御系のブロック図
【図3】インバータのスイッチィング信号の波形を示す図
【図4】電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図
【図5】メインルーチンのフローチャートの第1分図
【図6】メインルーチンのフローチャートの第2分図
【図7】フラグセットルーチンのフローチャート
【図8】第2実施例に係るフラグセットルーチンのフローチャート
【図9】フラグセットのタイムチャート
【符号の説明】
1 モータ
3 メインバッテリ(バッテリ)
6 インバータ
22 目標電力算出手段
23 実電力算出手段
24 回生禁止手段
27 フィードバック制御手段
1 電流センサ
2 電圧センサ
PDU 電流
PDU 電圧
θAP アクセル開度

Claims (3)

  1. バッテリ(3)及びモータ(1)間に配置され、モータ(1)の駆動時にバッテリ(3)の直流電力を交流電力に変換して該モータ(1)に供給するとともに、モータ(1)の回生時に該モータ(1)が発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ(3)に供給するインバータ(6)と、
    インバータ(6)の直流部の電流(IPDU )を検出する電流センサ(S1 )と、
    インバータ(6)の直流部の電圧(VPDU )を検出する電圧センサ(S2 )と、
    電流センサ(S1 )で検出した電流(IPDU )及び電圧センサ(S2 )で検出した電圧(VPDU )に基づいてインバータ(6)に入力される実電力を算出する実電力算出手段(23)と、
    少なくともアクセル開度(θAP)に基づいてインバータ(6)に入力される目標電力を算出する目標電力算出手段(22)と、
    実電力算出手段(23)で算出した実電力を目標電力算出手段(22)で算出した目標電力に一致させるべく、インバータ(6)を介してモータ(1)の運転状態を制御するフィードバック制御手段(27)と、
    を備えた電動車両の制御装置において、
    モータ(1)の回生運転を禁止する回生禁止手段(24)を備え、インバータ(6)の直流部の電圧(VPDU )が所定値を越えたときに前記回生禁止手段(24)を作動させ、回生禁止手段(24)の作動中にインバータ(6)の直流部の電流(I PDU )が所定値を越えたとき、回生禁止手段(24)の作動を停止することを特徴とする電動車両の制御装置。
  2. バッテリ(3)及びモータ(1)間に配置され、モータ(1)の駆動時にバッテリ(3)の直流電力を交流電力に変換して該モータ(1)に供給するとともに、モータ(1)の回生時に該モータ(1)が発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ(3)に供給するインバータ(6)と、
    インバータ(6)の直流部の電流(I PDU )を検出する電流センサ(S 1 )と、
    インバータ(6)の直流部の電圧(V PDU )を検出する電圧センサ(S 2 )と、
    電流センサ(S 1 )で検出した電流(I PDU )及び電圧センサ(S 2 )で検出した電圧(V PDU )に基づいてインバータ(6)に入力される実電力を算出する実電力算出手段(23)と、
    少なくともアクセル開度(θ AP )に基づいてインバータ(6)に入力される目標電力を算出する目標電力算出手段(22)と、
    実電力算出手段(23)で算出した実電力を目標電力算出手段(22)で算出した目標電力に一致させるべく、インバータ(6)を介してモータ(1)の運転状態を制御するフィードバック制御手段(27)と、
    を備えた電動車両の制御装置において、
    モータ(1)の回生運転を禁止する回生禁止手段(24)を備え、インバータ(6)の直流部の電圧(V PDU )が所定値を越えたときに前記回生禁止手段(24)を作動させ、回生禁止手段(24)の作動中にインバータ(6)の直流部の電圧(V PDU )が減少した後に増加して第2の所定値を越えたとき、回生禁止手段(24)の作動を停止することを特徴とする電動車両の制御装置。
  3. 回生禁止手段は(24)は、目標電力算出手段(22)で算出した目標電力を負値から正値に変換することによりモータ(1)の回生運転を禁止することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の電動車両の制御装置。
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