JP2007221966A - 駆動装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンバータなどの昇圧回路のスイッチング素子をゲート遮断したときにインバータなどの駆動回路に過電圧が作用するのを抑制すると共に蓄電装置の充電制限に対して滑らかに発電電動機などの負荷を駆動する。
【解決手段】昇圧コンバータのゲート遮断が行なわれていないときには緩変化処理を用いて実行用入力制限Ｗｉｎ＊を設定し（Ｓ１３０）、ゲート遮断が行なわれたときには緩変化処理を用いずに直ちに値０を実行用入力制限Ｗｉｎ＊に設定する（Ｓ１４０）。これにより、ゲート遮断が行なわれていないときにはモータから出力するトルクの変化を滑らかなものとすることができ、ゲート遮断が行なわれたときにはインバータに過電圧が作用するのを抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動装置およびその制御方法に関する。

従来、この種の駆動装置としては、交流電動機と、この交流電動機を駆動するためのインバータと、インバータに三相交流電源からの電力を直流電力に変換して供給するコンバータと、インバータの正極母線と負極母線とに端子接続された平滑コンデンサとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置では、三相交流電源の瞬停等により平滑コンデンサの端子間電圧である直流中間電圧が低下したときには、直流中間電圧に応じて交流電動機の電動側のトルクリミット値や回生側のトルクリミット値を設定し、瞬停時でも交流電動機を安定して運転することができるようにしている。
特開２００５−１２４３３６号公報

上述の駆動装置では、三相交流電源の瞬停には対処できるが、コンバータに異常が生じたときにインバータに過電圧が作用する場合が生じる。コンバータに異常が生じてコンバータのスイッチング素子をゲート遮断したときに交流電動機が回生制御されていると、電動機による回生電力によって平滑コンデンサが充電され、過剰な充電によりインバータに過電圧が作用してしまう。

本発明の駆動装置およびその制御方法は、コンバータなどの昇圧回路のスイッチング素子をゲート遮断したときにインバータなどの駆動回路に過電圧が作用するのを抑制することを目的の一つとする。また、本発明の駆動装置およびその制御方法は、二次電池などの蓄電装置の充電制限に対して滑らかに発電電動機などの負荷を駆動して対応することを目的の一つとする。

本発明の駆動装置およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
発電可能な少なくとも一つの電動機と、
前記電動機を駆動する駆動回路と、
充放電可能な蓄電手段と、
前記駆動回路と前記蓄電手段とに接続され、スイッチング素子を有し、該スイッチング素子のスイッチングにより前記駆動回路と前記蓄電手段との電力のやりとりを行なうための電圧を調整する電圧調整手段と、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充電する際の許容電力である入力制限の変更要求がなされたときには緩変化処理を用いて実行用入力制限を設定し、前記電圧調整手段のスイッチング素子のスイッチングの強制的なオフ停止に基づいて入力制限の変更要求がなされたときには前記緩変化処理を用いずに実行用入力制限を設定する実行用入力制限設定手段と、
前記設定された実行用入力制限の範囲内で前記電動機を駆動するよう前記駆動回路を介して前記電動機を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の駆動装置では、蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段を充電する際の許容電力である入力制限の変更要求がなされたときには、緩変化処理を用いて実行用入力制限を設定すると共に設定した実行用入力制限の範囲内で電動機を駆動するよう駆動回路を介して電動機を制御する。これにより、蓄電手段の入力制限の変更に対して滑らかに電動機からの出力を対応させることができ、電動機からの出力が急変することによるトルクショックを抑制することができる。一方、電圧調整手段のスイッチング素子のスイッチングの強制的なオフ停止に基づいて入力制限の変更要求がなされたときには緩変化処理を用いずに実行用入力制限を設定すると共に設定した実行用入力制限の範囲内で電動機を駆動するよう駆動回路を介して電動機を制御する。これにより、入力制限の変更に対して迅速に電動機の出力を対応させ、駆動回路に過電圧が作用するのを抑制することができる。なお、本発明の駆動装置において、前記駆動回路の正極母線と負極母線とに端子接続されたコンデンサを備えるものとすることもできる。

こうした本発明の駆動装置において、前記電圧調整手段の異常を検出する異常検出手段を備え、前記制御手段は前記異常検出手段により異常が検出されたときに前記電圧調整手段のスイッチング素子のスイッチングを強制的にオフ停止する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電圧調整手段の異常に迅速に対応することができる。

本発明の駆動装置において、前記スイッチング素子はゲート型のスイッチング素子であり、前記強制的なオフ停止はゲート遮断であるものとすることもできる。また、本発明の駆動装置において、前記電圧調整手段は、前記蓄電手段の電圧を昇圧して前記駆動回路に供給可能な昇圧コンバータであるものとすることもできる。

本発明の駆動装置の制御方法は、
発電可能な少なくとも一つの電動機と、前記電動機を駆動する駆動回路と、充放電可能な蓄電手段と、前記駆動回路と前記蓄電手段とに接続され、スイッチング素子を有し、該スイッチング素子のスイッチングにより前記駆動回路と前記蓄電手段との電力のやりとりを行なうための電圧を調整する電圧調整手段と、を備える駆動装置の制御方法であって、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充電する際の許容電力である入力制限の変更要求がなされたときには緩変化処理を用いて実行用入力制限を設定し、前記電圧調整手段のスイッチング素子のスイッチングの強制的なオフ停止に基づいて入力制限の変更要求がなされたときには前記緩変化処理を用いずに実行用入力制限を設定し、
前記設定した実行用入力制限の範囲内で前記電動機を駆動するよう前記駆動回路を介して前記電動機を制御する、
ことを特徴とする。

この本発明の駆動装置の制御方法では、蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段を充電する際の許容電力である入力制限の変更要求がなされたときには、緩変化処理を用いて実行用入力制限を設定すると共に設定した実行用入力制限の範囲内で電動機を駆動するよう駆動回路を介して電動機を制御する。これにより、蓄電手段の入力制限の変更に対して滑らかに電動機からの出力を対応させることができ、電動機からの出力が急変することによるトルクショックを抑制することができる。一方、電圧調整手段のスイッチング素子のスイッチングの強制的なオフ停止に基づいて入力制限の変更要求がなされたときには緩変化処理を用いずに実行用入力制限を設定すると共に設定した実行用入力制限の範囲内で電動機を駆動するよう駆動回路を介して電動機を制御する。これにより、入力制限の変更に対して迅速に電動機の出力を対応させ、駆動回路に過電圧が作用するのを抑制することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、図示するように、発電機としても機能する二つのモータＭＧ１，ＭＧ２と、この二つのモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、二つのモータＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給したり二つのモータＭＧ１，ＭＧ２からの電力により充電するバッテリ２２と、バッテリ２２と二つのモータＭＧ１，ＭＧ２との電力のやりとりを行なうために電圧を調整する昇圧コンバータ３０と、バッテリ２２を昇圧コンバータ３０側から切り離すリレー２６と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。

二つのモータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２および昇圧コンバータ３０を介してバッテリ２２と電力のやりとりを行なう。なお、インバータ４１，４２の正極母線と負極母線には平滑コンデンサ４８が設けられている。

昇圧コンバータ３０は、インバータ４１，４２の正極母線と負極母線に平滑コンデンサと並列するよう直列に配置された二つのゲート式のスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）Ｔｒ１，Ｔｒ２と、各スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２に対して並列に電圧を保持するよう取り付けられた二つのダイオードＤ１，Ｄ２と、二つのスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２の中間とバッテリ２２の正極側に取り付けられたコイル３２と、により構成された周知の昇圧コンバータである。

リレー２６は、オン時に突入電流が生じないよう突入電流防止回路が設けられた通常の電源用のリレーとして構成されている。なお、リレー２６と昇圧コンデンサ３０との間には、バッテリ２２の電圧を平滑する平滑コンデンサ２８も取り付けられている。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ユニット５０には、バッテリ２２の出力端子間に取り付けられた電圧センサ２３からのバッテリ電圧Ｖｂやバッテリ２２の出力端子からの電力ラインに取り付けられた電流センサ２４からのバッテリ電流Ｉｂ，バッテリ２２に取り付けられた温度センサ２５からのバッテリ温度Ｔｂ，昇圧コンバータ３０に取り付けられた温度センサ３４からのコンバータ温度Ｔｃ，モータＭＧ１，ＭＧ２に取り付けられた回転位置センサ４３，４４からのロータの回転位置，インバータ４１，４２に取り付けられた電流センサからのモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット５０からは、リレー２６への駆動信号や昇圧コンバータ３０へのスイッチング信号，インバータ４１，４２へのスイッチング信号などが出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された駆動装置２０の動作、特に昇圧コンバータ３０に異常が生じたときの動作について説明する。昇圧コンバータ３０の異常としては、例えば、温度センサ３４からのコンバータ温度Ｔｃが許容温度以上に至るのを判定することにより検出することができる。実施例では、昇圧コンバータ３０に異常が生じたときには、昇圧コンバータ３０のスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２を共にオフの状態としてスイッチングを停止するゲート遮断を行なう。以下、こうしたゲート遮断が行なわれたときの動作をゲート遮断が行なわれていないときの動作と共に説明する。図２は、バッテリ２２を充放電してもよい許容電力としての実行用入力制限Ｗｉｎ＊を設定するために電子制御ユニット５０により実行される入力制限設定ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図３は実行用入力制限Ｗｉｎ＊を用いてモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために電子制御ユニットにより実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。先に、実行用入力制限Ｗｉｎ＊を設定する処理を説明し、その後、駆動制御について説明する。

入力制限設定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、前回このルーチンによって設定された実行用入力制限Ｗｉｎ＊や温度センサ２５からのバッテリ温度Ｔｂ，バッテリ２２の残容量（ＳＯＣ）など実行用入力制限Ｗｉｎ＊を設定するのに必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、バッテリ２２の残容量（ＳＯＣ）は、図示しないＳＯＣ演算ルーチンにより電流センサ２４により検出されたバッテリ電流Ｉｂの積算値に基づいて演算されてＲＡＭ５６の所定領域に書き込まれたものを読み込むことにより入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したバッテリ温度Ｔｂと残容量（ＳＯＣ）とに基づいてバッテリ２２を充電してもよい許容電力としての入力制限Ｗｉｎを設定する（ステップＳ１１０）。この設定は、バッテリ温度Ｔｂに基づいて入力制限Ｗｉｎの基本値を設定すると共に残容量（ＳＯＣ）に基づいて入力制限用補正係数を設定し、設定した入力制限Ｗｉｎの基本値に補正係数を乗じることによって行なうことができる。なお、バッテリ２２から放電してもよい許容電力としての出力制限Ｗｏｕｔも同様に設定することができる。図４にバッテリ温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図５にバッテリ２２の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。

続いて、昇圧コンバータ３０に異常が生じてゲート遮断されているか否かを判定し（ステップＳ１２０）、ゲート遮断されていないときには前回の実行用入力制限Ｗｉｎ＊から設定した入力制限Ｗｉｎに向けて設定される実行用入力制限Ｗｉｎ＊が緩変化するよう緩変化処理によって実行用入力制限Ｗｉｎ＊を設定して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。ここで、緩変化処理としてはレート処理やなまし処理などを用いることができる。このように、緩変化処理によって実行用入力制限Ｗｉｎ＊を設定することにより、実行用入力制限Ｗｉｎ＊の急変を抑止することができ、モータＭＧ１やモータＭＧ２の駆動制限の急変を回避することができる。

一方、昇圧コンバータ３０のゲート遮断が行なわれているときには、値０を実行用入力制限Ｗｉｎ＊に設定し（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。このように実行用入力制限Ｗｉｎ＊を値０に急変させるのは、モータＭＧ１やモータＭＧ２が回生制御されているときにゲート遮断が行なわれたときにインバータ４１，４２に過電圧が作用するのを抑止するためである。ゲート遮断のときも緩変化処理により実行用入力制限Ｗｉｎ＊を設定する場合、モータＭＧ１やモータＭＧ２が回生制御されているときにゲート遮断が行なわれても実行用入力制限Ｗｉｎ＊は直ちに値０にはならないから、実行用入力制限Ｗｉｎ＊の範囲内でモータＭＧ１やモータＭＧ２の回生制御が実行される。このとき、モータＭＧ１やモータＭＧ２による回生電力は平滑コンデンサ４８に貯えられるが、平滑コンデンサ４８の容量が小さいため、その端子電圧は急上昇し、インバータ４１，４２に過電圧を作用させることになる。実施例では、昇圧コンバータ３０のゲート遮断が行なわれたときには、実行用入力制限Ｗｉｎ＊を緩変化処理を用いずに直ちに値０とすることにより、インバータ４１，４２に過電圧が作用するのを抑制しているのである。

次に、こうして設定された実行用入力制限Ｗｉｎ＊を用いた駆動制御について説明する。図３の駆動制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力が要求される第１要求トルクＴ１＊，第２要求トルクＴ２＊や実行用入力制限Ｗｉｎ＊，実行用出力制限Ｗｏｕｔ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２など制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ２００）。ここで、第１要求トルクＴ１＊，第２要求トルクＴ２＊は、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力が要求されるトルクとして他のユニットなどから入力されるものであり、例えば、実施例の駆動装置２０が車両に搭載されているときには、車両の走行をコントロールする制御ユニットによりアクセルペダルの踏み込み量などにに基づいてモータＭＧ１やモータＭＧ２から出力すべきトルクとして設定されたものを入力するものとした。また、実行用出力制限Ｗｏｕｔ＊は、昇圧コンバータ３０のゲート遮断が行なわれていないときの実行用入力制限Ｗｉｎ＊を設定する処理と同様に設定されたものを入力するものとした。モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、図示しない回転数演算ルーチンにより回転位置センサ４３，４４により検出されたロータの回転位置に基づいて演算されてＲＡＭ５６の所定領域に書き込まれたものを読み込んで入力するものとした。

続いて、入力した第１要求トルクＴ１＊をモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊として設定すると共に（ステップＳ２１０）、トルク指令Ｔｍ１＊にモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じてモータ電力Ｐｍ１を計算する（ステップＳ２２０）。そして、実行用入力制限Ｗｉｎ＊や実行用出力制限Ｗｏｕｔ＊にモータ電力Ｐｍ１を加えたものをモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除してモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限値としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを設定し（ステップＳ２３０）、設定したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで第２要求トルクＴ２＊を制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。こうしたモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊の設定は、モータＭＧ１の駆動を優先すると共に実行用入力制限Ｗｉｎ＊および実行用出力制限Ｗｏｕｔ＊の範囲内でモータＭＧ２を駆動するものとなる。このように、実行用入力制限Ｗｉｎ＊および実行用出力制限Ｗｏｕｔ＊の範囲内でモータＭＧ２を駆動するから、昇圧コンバータ３０のゲート遮断が行なわれていないときには、モータＭＧ２から出力するトルクの変化を滑らかなものとすることができ、昇圧コンバータ３０のゲート遮断が行なわれたときには、トルクショックが生じたとしてもインバータ４１，４２に過電圧が作用するのを抑制することができる。

以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、昇圧コンバータ３０のゲート遮断が行なわれていないときには緩変化処理を用いて実行用入力制限Ｗｉｎ＊を設定することによりモータＭＧ２から出力するトルクの変化を滑らかなものとすることができ、昇圧コンバータ３０のゲート遮断が行なわれたときには緩変化処理を用いずに直ちに値０を実行用入力制限Ｗｉｎ＊に設定することによりインバータ４１，４２に過電圧が作用するのを抑制することができる。しかも、昇圧コンバータ３０に異常が生じたときに昇圧コンバータ３０のゲート遮断を行なうから、昇圧コンバータ３０の異常に迅速に対処することができる。

実施例の駆動装置２０では、モータＭＧ１の駆動を優先すると共に実行用入力制限Ｗｉｎ＊および実行用出力制限Ｗｏｕｔ＊の範囲内でモータＭＧ２を駆動するよう駆動制御するものとしたが、逆に、モータＭＧ２の駆動を優先すると共に実行用入力制限Ｗｉｎ＊および実行用出力制限Ｗｏｕｔ＊の範囲内でモータＭＧ１を駆動するよう駆動制御するものとしてもよい。また、モータＭＧ１とモータＭＧ２のうちの一方の駆動を優先することなく、両モータ共に実行用入力制限Ｗｉｎ＊および実行用出力制限Ｗｏｕｔ＊の範囲内でモータＭＧ１を駆動するよう駆動制御するものとしてもよい。

実施例の駆動装置２０では、昇圧コンバータ３０に異常が生じたときにゲート遮断するものとしたが、他の要因で昇圧コンバータ３０のゲート遮断を行なうものとしてもよい。

実施例の駆動装置２０では、二つのモータＭＧ１，ＭＧ２を備えるものとしたが、単一のモータだけを備えるものとしてもよいし、三つ以上のモータを備えるものとしてもかまわない。

実施例では、駆動装置２０として説明したが、こうした駆動装置の制御方法の形態としてもかまわない。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される入力制限設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 電子制御ユニットにより実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 バッテリ２２におけるバッテリ温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。 バッテリ２２の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。

符号の説明

２０ 駆動装置、２２ バッテリ、２３ 電圧センサ、２４ 電流センサ、２５ 温度センサ、２６ リレー、２８ 平滑コンデンサ、３０ 昇圧コンバータ、３２ コイル、３４ 温度センサ、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置センサ、４８ 平滑コンデンサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、Ｔｒ１，Ｔｒ２ スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード。

Claims (6)

1. 発電可能な少なくとも一つの電動機と、
   前記電動機を駆動する駆動回路と、
   充放電可能な蓄電手段と、
   前記駆動回路と前記蓄電手段とに接続され、スイッチング素子を有し、該スイッチング素子のスイッチングにより前記駆動回路と前記蓄電手段との電力のやりとりを行なうための電圧を調整する電圧調整手段と、
   前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充電する際の許容電力である入力制限の変更要求がなされたときには緩変化処理を用いて実行用入力制限を設定し、前記電圧調整手段のスイッチング素子のスイッチングの強制的なオフ停止に基づいて入力制限の変更要求がなされたときには前記緩変化処理を用いずに実行用入力制限を設定する実行用入力制限設定手段と、
   前記設定された実行用入力制限の範囲内で前記電動機を駆動するよう前記駆動回路を介して前記電動機を制御する制御手段と、
   を備える駆動装置。
2. 前記駆動回路の正極母線と負極母線とに端子接続されたコンデンサを備える請求項１記載の駆動装置。
3. 請求項１または２記載の駆動装置であって、
   前記電圧調整手段の異常を検出する異常検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記異常検出手段により異常が検出されたときに前記電圧調整手段のスイッチング素子のスイッチングを強制的にオフ停止する手段である
   駆動装置。
4. 請求項１ないし３いずれか記載の駆動装置であって、
   前記スイッチング素子はゲート型のスイッチング素子であり、
   前記強制的なオフ停止は、ゲート遮断である、
   駆動装置。
5. 前記電圧調整手段は、前記蓄電手段の電圧を昇圧して前記駆動回路に供給可能な昇圧コンバータである請求項１ないし４いずれか記載の駆動装置。
6. 発電可能な少なくとも一つの電動機と、前記電動機を駆動する駆動回路と、充放電可能な蓄電手段と、前記駆動回路と前記蓄電手段とに接続され、スイッチング素子を有し、該スイッチング素子のスイッチングにより前記駆動回路と前記蓄電手段との電力のやりとりを行なうための電圧を調整する電圧調整手段と、を備える駆動装置の制御方法であって、
   前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充電する際の許容電力である入力制限の変更要求がなされたときには緩変化処理を用いて実行用入力制限を設定し、前記電圧調整手段のスイッチング素子のスイッチングの強制的なオフ停止に基づいて入力制限の変更要求がなされたときには前記緩変化処理を用いずに実行用入力制限を設定し、
   前記設定した実行用入力制限の範囲内で前記電動機を駆動するよう前記駆動回路を介して前記電動機を制御する、
   駆動装置の制御方法。
   

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