JP6024601B2 - インバータの暖機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータの暖機制御装置に関するものである。

特許文献１に開示のバッテリ制御システムにおいては、低温環境時に装置の起動の際のバッテリの電圧降下を適切に制御すべく装置起動時の温度が特定の温度未満のときバッテリから負荷（装置を構成する各種部品全体）に流れる電流を、電圧降下を監視しながら段階的に増加させるようにしている。一方、モータを駆動するインバータ装置において、低温環境下にはインバータ装置の構成部品であるコンデンサの内部抵抗が増加しているため、回生動作時等でモータからインバータへ大きな入力があった場合、内部電圧が増大しインバータ装置の構成部品であるスイッチング素子を破壊する虞がある。このことから、早急にコンデンサの温度を上昇させ、コンデンサ内部抵抗を低くする必要がある。そのため、起動時に数秒をかけてモータを回転させない状態で電流を流してその発熱を利用してコンデンサの温度を上昇させる暖機制御が行われている。

特開２０１２−９８８６６号公報

ところで、コンデンサ温度を速やかに上昇させるためには、暖機制御において大きな電流を流せばよいが、暖機制御として低温環境時に大きな電流をインバータに流した場合、コンデンサ内部抵抗が増大していることから、電圧降下量が大きくなってしまう。電圧降下量が大きくなるとシステムが不安定になるため、マイコン等がリセットしてしまう可能性がある。また、バッテリは充電状態により内部抵抗が変化し、バッテリの充電状態が低い状態で使用される場合には満充電状態で使用される場合の内部抵抗に加えてさらに充電状態が低くなった分だけ内部抵抗が上昇する。そのため、従来は、バッテリの充電状態が最低となった場合を想定した電流値で暖機制御を行っていた。そのような制御を行うと、バッテリの充電状態が低下していない場合であっても暖機制御の電流値が制限されることになり、コンデンサの暖機制御に長時間を要することになる。

本発明の目的は、低温時においてコンデンサの暖機を速やかに終了することができるインバータの暖機制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有するインバータ回路の入力側に並列接続されたバッテリおよびコンデンサを備えるとともに出力側に電動機の巻線が接続されたインバータの暖機制御装置であって、前記コンデンサの温度を検出する温度検出手段と、前記バッテリの充電情報を取得するバッテリ充電情報取得手段と、前記温度検出手段により検出された前記コンデンサの温度が規定温度よりも低い時において、前記バッテリ充電情報取得手段により取得した前記バッテリの充電情報および前記温度検出手段により検出した前記コンデンサの温度に基づいて決定される暖機電流を前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御する暖機制御を行う暖機制御手段と、コンデンサの温度とバッテリの充電情報と暖機電流の電流指令値との関係を示すマップを記憶する記憶手段とを備え、前記暖機制御手段は、前記暖機制御の前に、予め定められた振幅で脈動させた脈動電流を前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御するとともに前記脈動電流供給時の前記バッテリの電圧の振幅を検出し、検出された前記バッテリの電圧の振幅に基づいて前記マップを更新する暖機制御前処理を行うとともに、前記記憶手段に記憶した前記マップを用いて、前記バッテリ充電情報取得手段により取得した前記バッテリの充電情報と前記温度検出手段により検出した前記コンデンサの温度に基づき前記暖機電流の電流指令値を決定することを要旨とする。
請求項２に記載の発明では、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有するインバータ回路の入力側に並列接続されたバッテリおよびコンデンサを備えるとともに出力側に電動機の巻線が接続されたインバータの暖機制御装置であって、前記コンデンサの温度を検出する温度検出手段と、前記バッテリの充電情報を取得するバッテリ充電情報取得手段と、前記温度検出手段により検出された前記コンデンサの温度が規定温度よりも低い時において、前記バッテリ充電情報取得手段により取得した前記バッテリの充電情報および前記温度検出手段により検出した前記コンデンサの温度に基づいて決定される暖機電流を前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御する暖機制御を行う暖機制御手段と、コンデンサの温度とバッテリの充電情報と暖機電流の電流指令値との関係を示すマップを記憶する記憶手段とを備え、前記暖機制御手段は、前記記憶手段に記憶した前記マップを用いて、前記バッテリ充電情報取得手段により取得した前記バッテリの充電情報と前記温度検出手段により検出した前記コンデンサの温度に基づき前記暖機電流の電流指令値を決定し、前記暖機制御において、前記暖機電流の電流指令値を予め定められた振幅で脈動させた脈動電流として前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御するとともに前記脈動電流供給時の前記バッテリの電圧の振幅を検出し、検出された前記バッテリの電圧の振幅に基づいて前記電動機の巻線に供給する前記暖機電流の電流指令値を変更することを要旨とする。

請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、温度検出手段によりコンデンサの温度が検出され、バッテリ充電情報取得手段によりバッテリの充電情報が取得される。暖機制御手段において、温度検出手段により検出されたコンデンサの温度が規定温度よりも低い時において、バッテリ充電情報取得手段により取得したバッテリの充電情報および温度検出手段により検出したコンデンサの温度に基づいて決定される暖機電流を電動機の巻線に供給するようにインバータ回路のスイッチング素子を制御する暖機制御が行われる。これにより、バッテリの充電情報およびコンデンサの温度に基づいて決定される暖機電流が電動機の巻線に供給されることにより、低温時においてコンデンサの暖機を速やかに終了することができる。

請求項３に記載のように、請求項１又は請求項２に記載のインバータの暖機制御装置において、前記暖機制御中の前記バッテリの電圧に基づいて前記コンデンサの温度と前記バッテリの充電情報と前記暖機電流の電流指令値との関係を示す前記マップを更新して前記記憶手段に記憶する学習手段を更に備えると、バッテリの劣化等に応じてマップを更新して記憶手段に記憶することができる。

請求項４に記載のように、請求項１に記載のインバータの暖機制御装置において、前記暖機制御手段は、前記暖機制御において、前記暖機電流の電流指令値を直流電流として前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御するとよい。

請求項５に記載のように、請求項１に記載のインバータの暖機制御装置において、前記暖機制御手段は、前記暖機制御において、前記暖機電流の電流指令値を予め定められた振幅で脈動させた脈動電流として前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御するとともに前記脈動電流供給時の前記バッテリの電圧の振幅を検出し、検出された前記バッテリの電圧の振幅に基づいて前記電動機の巻線に供給する前記暖機電流の電流指令値を変更するとよい。

この場合、前回の暖機制御を行ってから今回の暖機制御を行うまでの期間が長い場合やバッテリを交換した場合においても電動機の巻線に供給する電流を好ましいものにできる。

請求項６に記載のように、請求項２に記載のインバータの暖機制御装置において、前記暖機制御手段は、前記暖機制御の前に、予め定められた振幅で脈動させた脈動電流を前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御するとともに前記脈動電流供給時の前記バッテリの電圧の振幅を検出し、検出された前記バッテリの電圧の振幅に基づいて前記マップを更新する暖機制御前処理を行うとよい。

この場合、前回の暖機制御を行ってから今回の暖機制御を行うまでの期間が長い場合やバッテリを交換した場合においてもマップを更新して電動機の巻線に供給する電流を好ましいものにできる。

請求項７に記載のように、請求項１〜６のいずれか一項に記載のインバータの暖機制御装置において、前記バッテリの充電情報はバッテリの充電率であるとよい。なお、ここで、バッテリ充電率とは、バッテリの充電容量に対する充電残量の比率を示す値である。

請求項８に記載のように、請求項７に記載のインバータの暖機制御装置において、前記暖機制御手段は、前記コンデンサの温度が低いほど前記電流指令値を小さく設定するとともに、前記バッテリの充電率が小さいほど前記電流指令値を小さく設定するとよい。

本発明によれば、低温時においてコンデンサの暖機を速やかに終了することができる。

実施形態におけるインバータの回路図。 メモリに記憶したマップの説明図。 第１の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。 第２の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。 暖機制御中のバッテリ電圧を示す説明図。 学習後（更新後）のマップ説明図。 第３の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。 第３の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。 第３の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。 第４の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。 第４の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。 第４の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。

（第１の実施形態）
以下、本発明を、フォークリフトに搭載されて、フォークリフトの走行用電動機や荷役用電動機を駆動するインバータ装置に具体化した一実施形態を図面にしたがって説明する。フォークリフトは、バッテリフォークリフトであって、走行用電動機の駆動により走行動作が行われるとともに荷役用電動機の駆動により荷役動作が行われる。つまり、キーオンされた状態において、オペレータがアクセルペダルを操作すると走行用電動機が駆動されて前進や後進などの走行動作が行われ、また、オペレータがリフトレバー等を操作すると荷役用電動機が駆動されてフォーク昇降などの荷役動作が行われる。また、このようなフォークリフトは、環境温度が−４０℃以下にもなるような冷凍倉庫でも使用されることがある。

図１に示すように、インバータ（三相インバータ）１０は、インバータ回路２０と駆動回路３０とコントローラ４０を備えている。インバータ回路２０の入力側にはシステムリレースイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して直流電源としてのバッテリ５０が接続されている。

インバータ回路２０の出力側には走行用電動機（あるいは荷役用電動機）６０が接続されている。電動機６０には３相交流モータが使用されている。電動機６０は巻線６１，６２，６３を有し、電動機６０の各相の巻線６１，６２，６３がインバータ回路２０の出力側に接続されている。

インバータ回路２０は、６個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６が設けられている。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６には、パワーＭＯＳＦＥＴが使用されている。なお、スイッチング素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）を使用してもよい。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６には、それぞれ帰還ダイオードＤ１〜Ｄ６が逆並列接続されている。

インバータ回路２０において、第１および第２のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、第３および第４のスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４、第５および第６のスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６がそれぞれ直列に接続されている。そして、第１、第３および第５のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が、直流電源としてのバッテリ５０のプラス端子側にシステムリレースイッチＳＷ１を介して接続され、第２、第４および第６のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が、バッテリ５０のマイナス端子側にシステムリレースイッチＳＷ２を介して接続されている。

システムリレースイッチＳＷ１，ＳＷ２は、キースイッチのオン操作に連動して閉路するとともにキースイッチのオフ操作に伴い開路する。ここで、図１において操作信号としてキースイッチの操作信号を含む。

Ｕ相用の上下のアームを構成するスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の間の接続点は電動機６０のＵ相端子に、Ｖ相用の上下のアームを構成するスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の間の接続点は電動機６０のＶ相端子に、Ｗ相用の上下のアームを構成するスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の間の接続点は電動機６０のＷ相端子に、それぞれ接続されている。そして、インバータ１０により、電動機６０の各相の巻線に交流電流が供給されて電動機６０が駆動される。このように、インバータ回路２０は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を有する。

バッテリ５０の定格電圧は、例えば４８ボルトであり、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の耐圧は、７５ボルト程度である。バッテリ（２次電池）５０として、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を挙げることができる。

インバータ回路２０と電動機６０との間には電流センサ７０，７１が設けられている。電流センサ７０，７１は電動機６０に供給される３相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの２相（この実施形態ではＵ相およびＷ相）の電流Ｉｕ，Ｉｗの電流値を検出する。

インバータ回路２０の入力側には、電解コンデンサ８０がバッテリ５０と並列に接続されている。第１、第３および第５のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が電解コンデンサ８０のプラス端子側に接続され、第２、第４および第６のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が電解コンデンサ８０のマイナス端子側に接続されている。ところで、コンデンサを等価的に考えると、理想的なコンデンサ成分Ｃ以外に、抵抗成分Ｒやインダクタ成分Ｌなどを含むものとして考えることができる。図１において、電解コンデンサ８０を、等価的に理想コンデンサＣと抵抗成分Ｒが直列接続されたものとして表している。抵抗成分Ｒがコンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ）である。

このように、インバータ回路２０の入力側に、並列接続された直流電源としてのバッテリ５０および電解コンデンサ８０を備える。
インバータ１０は、電源回路４５を備えている。電源回路４５は、システムリレースイッチＳＷ１，ＳＷ２を介してバッテリ５０と接続されている。電源回路４５はバッテリ５０の電圧を入力して所定の電圧（例えば１５ボルト）に降圧してコントローラ４０に供給する。

コントローラ４０はマイコン４１とメモリ４２を備えている。マイコン４１は電源回路４５から電圧（例えば１５ボルト）の供給を受けて動作する。
インバータ１０には温度センサ９０が設けられており、温度センサ９０は制御基板１１０に設けられている。温度検出手段としての温度センサ９０によりインバータ１０（コンデンサ８０等）の温度が検出される。温度センサ９０はコントローラ４０に接続され、コントローラ４０のマイコン４１はインバータ１０（コンデンサ８０等）の温度を検知している。また、コントローラ４０のマイコン４１はバッテリ５０の電圧（バッテリ電圧）Ｖｂを検知している。インバータ１０は、低温環境下で電動機６０を通常運転制御する場合に、インバータ１０を構成する各素子や電動機６０を保護するために、電動機６０への出力電流を制限する機能を有している。例えば、インバータ１０（電解コンデンサ８０）の温度が、低温（−２０℃以下）となると、電動機６０への出力電流が制限される。

メモリ４２には電動機６０を駆動するのに必要な各種制御プログラムおよびその実行に必要な各種データやマップが記憶されている。制御プログラムには、通常の電動機（モータ）６０を回転駆動させるための制御プログラムや、低温時に暖機制御のために電動機６０に直流を流すための制御プログラム等が含まれる。

また、メモリ４２には図２に示す電流指令マップが記憶されている。図２において３軸直交座標系であり、第１の軸には電解コンデンサ８０の温度をとり、第２の軸にはバッテリＳＯＣ（バッテリ充電率：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）をとり、第３の軸には暖機制御時に電動機に流す電流指令値をとっている。即ち、記憶手段としてのメモリ４２には、コンデンサの温度とバッテリの充電情報としてのバッテリのＳＯＣと電動機に流す暖機電流（直流電流）の電流指令値との関係を示すマップが記憶されている。図２を用いて電解コンデンサ８０の温度と、バッテリＳＯＣから、暖機制御時に流す暖機電流の電流指令値を算出することができるようになっている。このとき、電解コンデンサ８０の温度が低いほど暖機制御時に流す電流指令値が小さくされるとともに、バッテリＳＯＣが小さいほど暖機制御時に流す電流指令値が小さくされる。なお、ここで、バッテリ充電率とは、バッテリの充電容量に対する充電残量の比率を示す値である。

具体的には、例えば、温度が低温のａ１であり、バッテリＳＯＣが小さい値のｂ１である場合には、暖機制御時に流す電流（電流指令値）は小さな値のｃ１となる。逆に、温度が高温のａ２であり、バッテリＳＯＣが大きい値のｂ２である場合には、暖機制御時に流す電流（電流指令値）は大きな値のｃ２となる。

図１においてコントローラ４０は、駆動回路３０を介して各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のゲートに接続されている。コントローラ４０には電流センサ７０，７１が接続されている。そして、コントローラ４０のマイコン４１は、各センサ７０，７１の検出信号に基づいて、電動機６０を目標出力となるように制御する制御信号を、駆動回路３０を介して各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に出力する。そして、インバータ回路２０はバッテリ５０および電解コンデンサ８０から供給される直流を適宜の周波数の３相交流に変換して電動機６０に出力する。

車両には車両制御ＥＣＵ１２０が搭載されている。車両制御ＥＣＵ１２０にはマイコンや電源回路等を具備しており、マイコンは電源回路を介してバッテリ５０からの電力の供給を受けて動作する。車両制御ＥＣＵ１２０は、オペレータによる操作に伴い操作センサ（図示略）から出力される操作信号を入力して車両動作を制御する。

コントローラ４０は車両制御ＥＣＵ１２０と接続されており、マイコン４１はキースイッチの操作を検知することができるようになっている。インバータ１０のコントローラ４０、駆動回路３０および電源回路４５は制御基板１１０に搭載されている。

次に、作用について説明する。
暖機制御として低温環境時に大きな電流をインバータから流した場合、コンデンサ内部抵抗が増大していることにより、常温時に比べ電圧低下を起こす度合が大きい。降下した電圧値がインバータの制御基板の最低動作電圧値を下回ると、制御基板に搭載されているマイコン等がリセットする。そこで、暖機制御時には巻線に流す電流値を環境温度に伴い制限し、コンデンサ温度が所定温度に上昇するまでその電流を流すが、コンデンサが所定温度に上昇するまでにはかなりの時間を要す。利用者（ユーザ）の立場から見れば、なるべく早く、フルパワーで運用したいことから、暖機制御は速やかに終了することが望ましい。また、システム全体に目を向けてみると、温度低下における内部抵抗の増加は、インバータに搭載されているコンデンサのみに起こるわけではなく、車両に搭載されているバッテリ（２次電池）においても発生する。特に、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）が低い場合には顕著になってくる。この電圧降下によるマイコン４１のリセット動作はインバータのマイコン４１だけに起こるわけではなく、車両に搭載されている全てのＥＣＵに発生しうる事象である。また、バッテリだけに関して言えば、暖機制御時における過度な電圧降下はバッテリに負担を与え、通常より劣化を早める可能性もある。

本実施形態では、バッテリの充電情報（ＳＯＣ）を考慮しつつ周囲温度を取得することにより、システム全体のＥＣＵ（マイコン）のリセット状態、およびバッテリの通常より劣化が早まる状態（化学電池であるので想定以上に電圧が下がり劣化が進むこと）を避けつつインバータの暖機制御を早く終わらせるようにしている。具体的には、次のようにする。

図３に示すように、マイコン４１はキースイッチがオン操作されインバータの起動時において、ステップ１００で温度センサ９０によるインバータ１０（コンデンサ８０等）の温度を取り込んでステップ１０１で−２０℃以下か否か判定する。インバータ１０の温度が−２０℃よりも高いと、マイコン４１はステップ１０２に移行して通常制御を行う。

マイコン４１はステップ１０１においてインバータ１０の温度が−２０℃以下であれば、暖機モードを設定する。暖機モードにおいて、バッテリ充電情報取得手段としてのマイコン４１はステップ１０３でバッテリ（システム）の初期電圧を取り込んで、ステップ１０４でバッテリの初期電圧からバッテリＳＯＣを算出してバッテリの充電情報としてのバッテリＳＯＣを取得する。マイコン４１は、ステップ１０５でバッテリＳＯＣと温度センサ９０により検出したコンデンサの温度と図２の電流指令マップから、電流指令値を算出する。即ち、マイコン４１はメモリ４２に記憶したマップを用いて、バッテリＳＯＣと温度センサ９０により検出したコンデンサの温度により暖機電流の電流指令値を決定する。

そして、マイコン４１はステップ１０６で温度が−２０℃以下であればステップ１０７に移行する。マイコン４１はステップ１０７において、暖機電流の電流指令値を電動機６０の各相の巻線を介して電解コンデンサ８０に供給するようにインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御する（直流電流の制御を行う）。

一方、ステップ１０６においてマイコン４１は電解コンデンサ８０の温度が−２０℃よりも高くなると、ステップ１０２に移行して通常制御を行う。
このように、電解コンデンサ８０の温度が極めて低かった場合（例えば、−４０℃程度場合）には、インバータ１０により電動機６０に対し直流電流が供給され、電解コンデンサ８０の温度を上昇させる。具体的には、コンデンサ８０の温度が規定温度よりも低い時において、取得したバッテリＳＯＣに基づいて設定される暖機電流を直流電流として電動機６０の巻線に供給するようにインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御する。そして、電解コンデンサ８０の温度が規定値（例えば、−２０℃）になると、通常運転制御が行われる。即ち、インバータ１０により、電動機６０の各相の巻線に交流電流を供給して電動機６０を駆動する。

このようにして、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）が低い場合でも電圧降下によるマイコンのリセット等の現象を起こすことなく、インバータの暖機制御を最短の時間で行うことができる。つまり、バッテリＳＯＣと周囲温度情報を取得することにより、システム全体のＥＣＵ（マイコン）がリセット状態に至ること、およびバッテリの通常より劣化が早まる状態を避けつつインバータの暖機制御を早く終わらせることができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）インバータの暖機制御装置の構成として、温度センサ９０と、バッテリ充電情報取得手段および暖機制御手段としてのマイコン４１を備える。温度センサ９０により検出された電解コンデンサ８０の温度が規定温度よりも低い時において、マイコン４１は、取得したバッテリの充電情報および温度センサ９０により検出したコンデンサの温度に基づいて決定される暖機電流を電動機６０の巻線に供給するようにインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御する暖機制御を行う。これにより、バッテリの充電情報およびコンデンサの温度に基づいて決定される暖機電流が電動機６０の巻線に供給されることにより、低温時においてコンデンサ８０の暖機を速やかに終了することができる。

（２）コンデンサの温度とバッテリ５０の充電情報と暖機電流の電流指令値との関係を示すマップを記憶する記憶手段としてのメモリ４２を更に備える。マイコン４１は、記憶したマップを用いて、取得したバッテリ５０の充電情報と温度センサ９０により検出したコンデンサの温度に基づき暖機電流の電流指令値を決定する。よって、より実用的なものとなる。

（３）マイコン４１は、コンデンサの温度が低いほど電流指令値を小さく設定するとともに、バッテリの充電率（ＳＯＣ）が小さいほど電流指令値を小さく設定するので、低温時において電解コンデンサ８０の暖機を速やかに終了することができる。

（４）暖機制御手段としてのマイコン４１は、暖機制御において、暖機電流を直流電流として電動機の巻線に供給するようにインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御するので、実用的である。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

低温時にはコンデンサおよびバッテリの内部抵抗が上昇していることから、暖機制御時には、バッテリ充電状態やシステム温度を考慮して、降下した電圧がある一定値を下回らないように暖機制御を行う際の電流指令値を決定することになる。

ここで、第１の実施形態において、図２に示した電流指令マップを予め用意することから、バッテリ（２次電池）は、数種類の中から一番内部抵抗の大きいもの、および、劣化分を想定しているため、バッテリ（２次電池）の内部抵抗が小さい場合には、電流供給能力があるにも関わらず電流値を抑えることになる。利用者（ユーザ）から見れば、なるべく早く、フルパワーで運用したいことから、暖機制御は速やかに終了することが望ましい。また、搭載するバッテリは利用者（ユーザ）側にゆだねられ、利用者が自由にバッテリを選択して搭載する場合があり、特定のものにできない問題がある。

そこで、本実施形態では、最適な電流指令値についてコントローラにおいて学習機能を有することにより、特定のバッテリに依存しない汎化性をもつようにしている。
具体的には、次のようにする。

インバータの起動時に、マイコン４１はシステム電圧（バッテリ電圧）を取得する。そして、システム電圧から、マイコン４１はバッテリＳＯＣを推定する。また、マイコン４１は同じタイミングで温度情報を取得する。そして、マイコン４１はバッテリＳＯＣと温度と電流指令マップを基に、電流指令値を決定する。その後、暖機制御を行う。この暖機制御時において、図４のステップ２００でマイコン４１は暖機制御中のバッテリ電圧を取得する。そして、マイコン４１はステップ２０１でバッテリＳＯＣの推定値と、温度と、暖機制御中のバッテリ電圧と、電流指令値より電流指令マップ修正量を算出する。マイコン４１はステップ２０２で電流指令マップを更新してメモリ４２に記憶する。図５に示すように、暖機制御中のバッテリ電圧は劣化が進むと低下するので、暖機制御中でのバッテリ電圧の測定結果に基づいて、図６に示すように電流指令マップの更新を行う。図６においてＤ１０で更新前のマップを示し、Ｄ１１で更新後のマップを示す。

より具体的に述べると、バッテリ電圧の降下の下限値が決まっており、例えば、１００Ａを超えたときにバッテリ電圧が４８Ｖから３０Ｖに低下した場合、システムが落ちてしまう電圧が１０数Ｖなので、もう少し電流を流すことができる（バッテリ電圧の降下量を大きくすることができる）。この場合には、電流指令マップを図２において上側にシフトする更新処理を行う。他にも、バッテリ電圧が２０Ｖになると想定し、電流が１２０Ａ流れていたが、バッテリの劣化が進んで電圧が２０Ｖ以下になった場合には、１１０Ａ流すように電流指令マップを図６において下側にシフトする更新処理を行う。

この学習機能により、電流指令マップを複数用意することなく、汎化性を持って最適な電流指令値により、速やかに暖機制御を終えることができる。また、複数の電流指令マップを持たなくてよいことから、メモリ等のハードウェアの節約が可能になる。さらに、バッテリとして鉛蓄電池を想定した場合、保水量等、管理が利用者（ユーザ）にゆだねられ、内部抵抗値に大きく関係する部分への対応も可能となる。

上記実施形態によれば、上記（１），（２），（３），（４）に加え、以下のような効果を得ることができる。
（５）マイコン４１は、電流指令値を更新する学習機能を有する。即ち、暖機制御中のバッテリの電圧に基づいてコンデンサの温度とバッテリの充電情報（ＳＯＣ）と暖機電流の電流指令値との関係を示すマップを更新してメモリ４２に記憶する学習手段としてのマイコン４１を更に備えた。よって、バッテリの劣化度やバッテリ特性に応じてマップを更新してメモリ４２に記憶することができる。

なお、図４のステップ２００で暖機制御中のバッテリ電圧の取得に代わり、バッテリ電圧の降下量（詳しくは、図５のシステムスイッチオン時の電圧と暖機制御中の電圧の差ΔＶ）を取得するようにしてもよい。バッテリ電圧の降下量はバッテリ劣化度とバッテリ特性（バッテリの種類）による。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。

第２の実施形態では暖機制御中のバッテリの電圧に基づいて電流指令マップにおける温度およびバッテリＳＯＣに対する電流指令値を更新する学習機能を有する構成とし、暖機制御の際の電流指令値は前回の学習結果により決定される。この際、暖機制御が頻繁に発生しない場合、即ち、前回の暖機制御を行ってから今回の暖機制御を行うまでの期間が長い場合においては、バッテリの劣化が進行していることが考えられる。この場合、電流指令値によっては想定より電圧降下量が大きく、システム動作に必要な最低電圧を下回ってしまうことが懸念される。

本実施形態では、前回の暖機制御を行ってから今回の暖機制御を行うまでの期間が長い場合や、システムのバッテリを交換した場合においても最適な暖機制御電流指令値を決定し、暖機制御を早く終了させる。

そのために、暖機制御時の電流指令値を中心にして、ある一定の範囲で変動させることにより電圧振幅を発生させる。その電圧振幅はバッテリの状態に応じたものとなっているので電圧振幅より暖機制御の電流指令値を調整すべく電圧振幅が大きい場合には電流指令値を小さくする。また、電圧振幅が小さい場合には電流指令値を大きくする。

具体的には、次のようにする。
図７に示すように、図１のマイコン４１はインバータの起動時にステップ３００でバッテリ電圧（システム電圧）Ｖｂを取得してステップ３０１でバッテリ電圧ＶｂからバッテリＳＯＣを推定する。さらに、マイコン４１はステップ３０２で温度センサ９０によるインバータ１０（コンデンサ８０等）の温度を取得する。そして、マイコン４１はステップ３０３でバッテリＳＯＣと温度と電流指令マップから電流指令値（初期値の電流指令値）を算出する。つまり、マイコン４１は、記憶手段としてのメモリ４２に記憶したマップを用いてバッテリ５０の充電情報としてのバッテリＳＯＣと温度により決定される電流指令値を算出する。

引き続き、マイコン４１はステップ３０４において脈動電流の通電にて暖機制御を行う。ステップ３０４の処理を、図８を用いて説明する。マイコン４１は、図７のステップ３０３で算出した電流指令値を中心として振幅ΔＩの脈動電流を電動機６０の巻線に供給するようにインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御する。振幅ΔＩは予め定められた固定値である。

マイコン４１は図７のステップ３０５で温度センサ９０によるインバータ１０（コンデンサ８０等）の温度を取得してステップ３０６で温度が−２０℃以下か否か判定する。マイコン４１は、−２０℃以下であるとステップ３０７で脈動電流を、例えば数秒間（３、４周期分）流したときのバッテリ電圧Ｖｂの振幅（図８，９の振幅ΔＷ１参照）を取得（検出）する。そして、マイコン４１は、取得（検出）されたバッテリ電圧Ｖｂの振幅によりステップ３０８で電流指令値、即ち、電動機６０の巻線に供給する暖機電流の電流指令値を変更した後にステップ３０４に戻る。ステップ３０７，３０８の処理を、図８，９を用いて説明する。

前回の暖機制御を行ってから今回の暖機制御を行うまでの期間が長くバッテリの劣化が進んで内部抵抗が大きい場合には、例えば図８に示すようになる。マイコン４１は、図７のステップ３０８においてバッテリ電圧の振幅ΔＷ１が目標値よりも大きい場合には次のようにする。

マイコン４１は、電流指令値を現行の値よりも小さな値に変更し、更新後の電流指令値を中心として振幅ΔＩの脈動電流を流し、この脈動電流を流したときのバッテリ電圧の振幅ΔＷ２を取得する。振幅ΔＷ２は振幅ΔＷ１よりも小さな値となっている。そして、マイコン４１は、バッテリ電圧の振幅ΔＷ２がまだ目標値よりも大きい場合には電流指令値を現行の値よりも小さな値に変更する。この更新後の電流指令値を中心として振幅ΔＩの脈動電流を流し、この脈動電流を流したときのバッテリ電圧の振幅ΔＷ３を取得する。振幅ΔＷ３は振幅ΔＷ２よりも小さく、かつ、目標値になっていると、この電流指令値を中心として振幅ΔＩの脈動電流を流し続ける。

一方、バッテリが新品に交換されると、バッテリ５０の内部抵抗が小さい。この場合には、例えば図９に示すようになる。マイコン４１は、図７のステップ３０８においてバッテリ電圧の振幅ΔＷ１が目標値よりも小さい場合には次のようにする。

マイコン４１は、電流指令値を現行の値よりも大きな値に変更し、更新後の電流指令値を中心として振幅ΔＩの脈動電流を流し、この脈動電流を流したときのバッテリ電圧の振幅ΔＷ２を取得する。振幅ΔＷ２は振幅ΔＷ１よりも大きな値となっている。そして、マイコン４１は、バッテリ電圧の振幅ΔＷ２がまだ目標値よりも小さい場合には電流指令値を現行の値よりも大きな値に変更する。この更新後の電流指令値を中心として振幅ΔＩの脈動電流を流し、この脈動電流を流したときのバッテリ電圧の振幅ΔＷ３を取得する。振幅ΔＷ３は振幅ΔＷ２よりも大きく、かつ、目標値になっていると、この電流指令値を中心として振幅ΔＩの脈動電流を流し続ける。

このようにして、マイコン４１は脈動電流を電動機６０の巻線に供給するようにインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御したときのバッテリ５０の電圧の振幅に基づいて電動機６０の巻線に供給する電流を変更する。

そして、マイコン４１は図７のステップ３０６において温度センサ９０により検出された温度が−２０℃より大きくなるとステップ３０９において暖機制御から通常制御に移行する。

上記実施形態によれば、上記（１），（２），（３）に加え、以下のような効果を得ることができる。
（６）暖機制御手段としてのマイコン４１は、暖機制御において、暖機電流を予め定められた振幅で脈動させた脈動電流として電動機の巻線に供給するようにインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御するとともに脈動電流供給時のバッテリの電圧の振幅を検出する。そして、マイコン４１は、検出されたバッテリの電圧の振幅に基づいて電動機の巻線に供給する暖機電流の電流指令値を変更する。よって、前回の暖機制御を行ってから今回の暖機制御を行うまでの期間が長い場合やバッテリ５０を交換した場合においても電動機６０の巻線に供給する電流を好ましいものにできる。即ち、最適な暖機制御電流指令値を決定して暖機制御を早く終了することができる。また、電流指令マップを複数用意することなく、汎化性を持って最適な最大電流値により速やかに暖機制御を終了することができる。

なお、脈動電流を流して電圧振幅を取得する時間は最小ならば１周期分でもよい。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態を、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態においても、第３の実施形態と同様に、前回の暖機制御を行ってから今回の暖機制御を行うまでの期間が長い場合やバッテリ５０の交換が行われる場合に適している。

図７に代わり図１０に示す処理を行う。
図１０に示すように、マイコン４１はインバータの起動時にステップ４００でバッテリ電圧（システム電圧）Ｖｂを取得してステップ４０１でバッテリ電圧ＶｂからバッテリＳＯＣを推定する。さらに、マイコン４１はステップ４０２で温度センサ９０によるインバータ１０（コンデンサ８０等）の温度を取得する。そして、マイコン４１はステップ４０３でバッテリＳＯＣと温度と電流指令マップから電流指令値（初期値の電流指令値）を算出する。つまり、マイコン４１は、記憶手段としてのメモリ４２に記憶したマップを用いてバッテリ５０の充電情報としてのバッテリＳＯＣと温度により決定される電流指令値を算出する。

引き続き、マイコン４１はステップ４０４において暖機制御前に脈動電流の通電を行う。ステップ４０４の処理を、図１１を用いて説明する。マイコン４１は、図１０のステップ４０３で算出した電流指令値を中心として振幅ΔＩの脈動電流を電動機６０の巻線に供給するようにインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御する。振幅ΔＩは予め定められた固定値である。

マイコン４１は図１０のステップ４０５で脈動電流を、例えば数秒間（３、４周期分）流したときのバッテリ電圧Ｖｂの振幅（図１１，１２の振幅ΔＷ参照）を取得（検出）する。マイコン４１は、取得（検出）されたバッテリ電圧Ｖｂの振幅によりステップ４０６で電流指令マップ修正値を算出してステップ４０７で電流指令マップを更新する暖機制御前処理を行う。即ち、マイコン４１は、脈動電流を電動機６０の巻線に供給するようにインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御したときのバッテリ５０の電圧の振幅に基づいてマップを更新する。

ステップ４０６，４０７の処理を、図１１，１２を用いて説明する。
前回の暖機制御を行ってから今回の暖機制御を行うまでの期間が長くバッテリの劣化が進んで内部抵抗が大きい場合には、例えば図１１に示すようになる。マイコン４１は、図１０のステップ４０６，４０７においてバッテリ電圧の振幅ΔＷが目標値よりも大きい場合にはバッテリの内部抵抗が大きいので電流指令値を現行の値よりも小さな値にすべくマップの更新を行う。具体的には、図１１に示すように脈動電流を流したときの電圧振幅ΔＷが大きい場合には電流指令値を小さくすべく、例えば図６において二点鎖線で示すマップから実線で示すマップに下側にシフトさせる。

一方、バッテリが新品に交換されると、バッテリ５０の内部抵抗が小さい。この場合には、例えば図１２に示すようになる。マイコン４１は、図１０のステップ４０６，４０７においてバッテリ電圧の振幅ΔＷが目標値よりも小さい場合にはバッテリの内部抵抗が小さいので電流指令値を現行の値よりも大きな値にすべくマップの変更を行う。具体的には、図１２に示すように脈動電流を流したときに電圧振幅が小さい場合には電流指令値を大きくすべく、例えば図６において実線で示すマップから二点鎖線で示すマップに上側にシフトさせる。

図１０のステップ４０７の処理後においてマイコン４１は、ステップ４０８でバッテリ電圧（システム電圧）を取得してステップ４０９でバッテリ電圧からバッテリＳＯＣを推定する。さらに、マイコン４１はステップ４１０で温度センサ９０によるインバータ１０（コンデンサ８０等）の温度を取得する。そして、マイコン４１はステップ４１１でバッテリＳＯＣと温度とマップから電流指令値を算出する。引き続き、マイコン４１はステップ４１２に移行して、ステップ４１１で算出した電流指令値による電流の通電を行う。つまり、更新されたマップの電流指令値の直流電流を電動機６０の巻線に供給するようにインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御する。

そして、マイコン４１はステップ４１３で温度センサ９０によるインバータ１０（コンデンサ８０等）の温度を取得してステップ４１４で温度が−２０℃以下か否か判定する。マイコン４１は、−２０℃以下であるとステップ４１２に戻り、温度センサ９０により検出したインバータ１０（コンデンサ８０等）の温度が−２０℃より大きくなるとステップ４１５において暖機制御から通常制御に移行する。

上記実施形態によれば、上記（１），（２），（３），（４）に加え、以下のような効果を得ることができる。
（７）暖機制御手段としてのマイコン４１は、暖機制御の前に、予め定められた振幅で脈動させた脈動電流を電動機の巻線に供給するようにインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御するとともに脈動電流供給時のバッテリの電圧の振幅を検出し、検出されたバッテリの電圧の振幅に基づいてマップを更新する暖機制御前処理を行う。よって、前回の暖機制御を行ってから今回の暖機制御を行うまでの期間が長い場合やバッテリを交換した場合においてもマップを更新して電動機６０の巻線に供給する電流を好ましいものにできる。つまり、最適な暖機制御電流指令値を決定して暖機制御を早く終了することができる。また、電流指令マップを複数用意することなく、汎化性を持って最適な最大電流値により速やかに暖機制御を終了することができる。

なお、脈動電流を流して電圧振幅を取得する時間は最小ならば１周期分でもよい。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・バッテリＳＯＣは電圧により推定するのではなく、他の機器（ＥＣＵ）が取得している場合には通信等でマイコン４１が取得してもよい。つまり、システムがバッテリＥＣＵを搭載しており、バッテリＥＣＵがバッテリ充電量（ＳＯＣ）を把握している場合においては、ＣＡＮ通信などによりマイコン４１が温度およびバッテリＳＯＣを取得し、電流指令マップより、電流指令値を決定してもよい。あるいは、図１の車両制御ＥＣＵ１２０がバッテリＳＯＣを保持している場合においてはＣＡＮ通信などによりマイコン４１がバッテリＳＯＣを取得し、電流指令マップより、電流指令値を決定してもよい。

２０…インバータ回路、４０…コントローラ、４１…マイコン、４２…メモリ、５０…バッテリ、６０…電動機、８０…電解コンデンサ、９０…温度センサ、Ｓ１〜Ｓ６…スイッチング素子。

Claims (8)

1. ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有するインバータ回路の入力側に並列接続されたバッテリおよびコンデンサを備えるとともに出力側に電動機の巻線が接続されたインバータの暖機制御装置であって、
   前記コンデンサの温度を検出する温度検出手段と、
   前記バッテリの充電情報を取得するバッテリ充電情報取得手段と、
   前記温度検出手段により検出された前記コンデンサの温度が規定温度よりも低い時において、前記バッテリ充電情報取得手段により取得した前記バッテリの充電情報および前記温度検出手段により検出した前記コンデンサの温度に基づいて決定される暖機電流を前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御する暖機制御を行う暖機制御手段と、
   コンデンサの温度とバッテリの充電情報と暖機電流の電流指令値との関係を示すマップを記憶する記憶手段とを備え、
   前記暖機制御手段は、前記暖機制御の前に、予め定められた振幅で脈動させた脈動電流を前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御するとともに前記脈動電流供給時の前記バッテリの電圧の振幅を検出し、検出された前記バッテリの電圧の振幅に基づいて前記マップを更新する暖機制御前処理を行うとともに、前記記憶手段に記憶した前記マップを用いて、前記バッテリ充電情報取得手段により取得した前記バッテリの充電情報と前記温度検出手段により検出した前記コンデンサの温度に基づき前記暖機電流の電流指令値を決定することを特徴とするインバータの暖機制御装置。
2. ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有するインバータ回路の入力側に並列接続されたバッテリおよびコンデンサを備えるとともに出力側に電動機の巻線が接続されたインバータの暖機制御装置であって、
   前記コンデンサの温度を検出する温度検出手段と、
   前記バッテリの充電情報を取得するバッテリ充電情報取得手段と、
   前記温度検出手段により検出された前記コンデンサの温度が規定温度よりも低い時において、前記バッテリ充電情報取得手段により取得した前記バッテリの充電情報および前記温度検出手段により検出した前記コンデンサの温度に基づいて決定される暖機電流を前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御する暖機制御を行う暖機制御手段と、
   コンデンサの温度とバッテリの充電情報と暖機電流の電流指令値との関係を示すマップを記憶する記憶手段とを備え、
   前記暖機制御手段は、前記記憶手段に記憶した前記マップを用いて、前記バッテリ充電情報取得手段により取得した前記バッテリの充電情報と前記温度検出手段により検出した前記コンデンサの温度に基づき前記暖機電流の電流指令値を決定し、前記暖機制御において、前記暖機電流の電流指令値を予め定められた振幅で脈動させた脈動電流として前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御するとともに前記脈動電流供給時の前記バッテリの電圧の振幅を検出し、検出された前記バッテリの電圧の振幅に基づいて前記電動機の巻線に供給する前記暖機電流の電流指令値を変更することを特徴とするインバータの暖機制御装置。
3. 前記暖機制御中の前記バッテリの電圧に基づいて前記コンデンサの温度と前記バッテリの充電情報と前記暖機電流の電流指令値との関係を示す前記マップを更新して前記記憶手段に記憶する学習手段を更に備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインバータの暖機制御装置。
4. 前記暖機制御手段は、前記暖機制御において、前記暖機電流の電流指令値を直流電流として前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項１に記載のインバータの暖機制御装置。
5. 前記暖機制御手段は、前記暖機制御において、前記暖機電流の電流指令値を予め定められた振幅で脈動させた脈動電流として前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御するとともに前記脈動電流供給時の前記バッテリの電圧の振幅を検出し、検出された前記バッテリの電圧の振幅に基づいて前記電動機の巻線に供給する前記暖機電流の電流指令値を変更することを特徴とする請求項１に記載のインバータの暖機制御装置。
6. 前記暖機制御手段は、前記暖機制御の前に、予め定められた振幅で脈動させた脈動電流を前記電動機の巻線に供給するように前記インバータ回路の前記スイッチング素子を制御するとともに前記脈動電流供給時の前記バッテリの電圧の振幅を検出し、検出された前記バッテリの電圧の振幅に基づいて前記マップを更新する暖機制御前処理を行うことを特徴とする請求項２に記載のインバータの暖機制御装置。
7. 前記バッテリの充電情報はバッテリの充電率であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のインバータの暖機制御装置。
8. 前記暖機制御手段は、前記コンデンサの温度が低いほど前記電流指令値を小さく設定するとともに、前記バッテリの充電率が小さいほど前記電流指令値を小さく設定することを特徴とする請求項７に記載のインバータの暖機制御装置。