JPH11215687A - 電気自動車の過負荷防止装置 - Google Patents

電気自動車の過負荷防止装置

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JPH11215687A
JPH11215687A JP10013038A JP1303898A JPH11215687A JP H11215687 A JPH11215687 A JP H11215687A JP 10013038 A JP10013038 A JP 10013038A JP 1303898 A JP1303898 A JP 1303898A JP H11215687 A JPH11215687 A JP H11215687A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 登坂時にモータがロック状態に陥ってもロッ
ク状態から容易に脱出し得るとともにスイッチング素子
の破損を防止し得る電気自動車の過負荷防止装置を提供
する。 【解決手段】 モータの回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎ
ｐ１よりも小さく、トルク指令値τｃがトルク所定値τ
ｐよりも大きくなって、モータ５がロック状態にあると
判定された場合には（ステップＳ１１，１２）、インバ
ータ回路のスイッチング素子の接合温度最大値ＴJMAXに
対応する制限トルクτｒを演算し（ステップＳ２７）、
この制限トルクτｒから変位トルクΔτを減算して、リ
ミットトルクＴＬをΔτずつ低減し（ステップＳ３
７）、これにより位相領域を変化させ、ロック状態を解
除している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
により直流電力を複数相の交流電力に変換し、この交流
電力で駆動されるモータによって走行する電気自動車の
過負荷防止装置に関し、更に詳しくは、電気自動車が登
り坂においてロック状態に陥った時にモータを駆動する
スイッチング素子に過電流が流れて破損することを防止
するとともにロック状態から容易に脱出し得る電気自動
車の過負荷防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の電気自動車は、登坂時にゆっく
りとアクセルを踏むと発進しない場合がある。すなわ
ち、電気自動車はアクセルの踏み込み量に応じてモータ
が所定の出カトルクを発生し、車両に対する走行抵抗よ
りも大きな出力トルクをモータが発生したときに走行を
開始することになる。
【０００３】アクセルをゆっくりと踏み込むと、モータ
の出カトルクの変化量は小さくなって、登奴時のように
車両に対する走行抵抗が大きい場合には走行を開始する
までに時間がかかる。電気自動車が走行を開始するまで
の間はモータがロック状態にあり、モータがロック状態
になると、該モータに電流を供給している特定のスイッ
チング素子のみに電流が連続的に流れることになる。
【０００４】モータのロック状態が長く続くと、電流の
流れる特定のスイッチング素子温度が上昇し、当該スイ
ッチング素子の温度保護のためにモータの出力を制限す
る制御を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、電気
自動車が登坂時に停止状態からゆっくりと発進しようと
するとモータのロック状態が長くなり、モータのロック
状態が長くなるとスイッチング素子を保護するためにモ
ータの出力が制限される構成となっているために、更に
アクセルを踏み込んでもモータの出力制限によりなかな
か発進できないという問題がある。
【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、登坂時にモータがロック状態
に陥ってもロック状態から容易に脱出し得るとともにス
イッチング素子の破損を防止し得る電気自動車の過負荷
防止装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、スイッチング素子により
直流電力を複数相の交流電力に変換し、この交流電力で
駆動されるモータによって送光する電気自動車の過負荷
防止装置であって、電気自動車が登り坂においてロック
状態に陥ったとき、モータの位相領域を変化させるべく
トルクを低減するトルク低減手段を有することを要旨と
する。
【０００８】また、請求項２記載の本発明は、トルク指
令値に応じて複数のスイッチング素子を制御し、この制
御されたスイッチング素子により直流電力を複数相の交
流電力に変換し、この交流電力で駆動されるモータによ
って走行する電気自動車の過負荷防止装置であって、前
記スイッチング素子の発熱温度を検出する温度検出手段
と、この検出した発熱温度から前記スイッチング素子の
接合部温度を推定する温度推定手段と、この推定したス
イッチング素子の接合部温度に対するモータのトルク制
限値を算出するトルク算出手段と、モータの回転速度を
検出する回転速度検出手段と、この検出したモータの回
転速度が所定値よりも小さく、かつ前記トルク指令値が
前記トルク制限値よりも大きい場合に、前記トルク制限
値を所定の値低減するトルク低減手段とを有することを
要旨とする。
【０００９】請求項２記載の本発明にあっては、モータ
回転速度が所定値よりも小さく、かつスイッチング素子
の推定接合部温度から算出したトルク制限値よりもトル
ク指令値が大きい場合には、トルク制限値を所定の値低
減し、これによりモータの位相を変化させるようにして
いる。
【００１０】更に、請求項３記載の本発明は、請求項２
記載の本発明において、前記トルク制限値を低減する所
定の値は、電気自動車の運転者が体感し得ない程度に電
気自動車を後退させる最低限度のトルク値であることを
要旨とする。
【００１１】請求項４記載の本発明は、請求項２または
３記載の本発明において、前記回転速度の所定値は、ヒ
ステリシスを有することを要旨とする。
【００１２】
【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、電気自
動車が登り坂においてロック状態に陥ったとき、トルク
を低減するので、モータの位相領域が変化し、これによ
りロック状態のために過熱状態にあったスイッチング素
子から別の過熱状態にないスイッチング素子に変化する
ため、大きなトルクを発生して、ロック状態を解除する
ことができるとともに、またスイッチング素子の破損を
防止することができる。また、請求項２記載の本発明に
よれば、モータ回転速度が所定値よりも小さく、かつス
イッチング素子の推定接合部温度から算出したトルク制
限値よりもトルク指令値が大きい場合、例えば電気自動
車が登り坂においてロック状態に陥ったときには、トル
ク制限値を所定の値低減するので、モータの位相が変化
し、ロック状態のために過熱状態にあったスイッチング
素子から別の過熱状態にないスイッチング素子に変化す
るため、大きなトルクを発生して、ロックを解除するこ
とができるとともに、またスイッチング素子の破損を防
止することができる。
【００１３】更に、請求項３記載の本発明によれば、ト
ルク制限値を低減する所定の値として、電気自動車の運
転者が体感し得ない程度に電気自動車を後退させる最低
限度のトルク値を使用しているので、運転者は電気自動
車の後退を感じることなく電気自動車をスムーズに走行
させることができる。
【００１４】請求項４記載の本発明によれば、回転速度
の所定値はヒステリシスを有するため、モータのロック
状態の判定毎に判定結果が切り替わるチャタリングを防
止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形
態に係わる電気自動車の過負荷防止装置を適用した電気
自動車のモータ制御装置の回路構成を示す図である。同
図に示すモータ制御装置は、電気自動車を走行させるモ
ータ５を有し、該モータ５は車載バッテリ１からの直流
電力をインバータ回路４でスイッチングして生成される
Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３相交流電力を供給されて作動するよう
になっている。なお、バッテリ１からの直流電力はスイ
ッチ２を介してインバータ回路４に供給されるととも
に、インバータ回路４の両端にはコンデンサ３が接続さ
れている。
【００１６】インバータ回路４は、例えばＩＧＢＴ、パ
ワートランジスタ、サイリスタ等からなる６個のスイッ
チング素子Ｔ１〜Ｔ６と該スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６
のそれぞれに並列に接続された保護用のダイオードＤ１
〜Ｄ６から構成され、各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６は
モータコントローラ１２から制御されるようになってい
る。また、これらのスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６は図示
しない冷却用フィン上に取り付けられ、このスイッチン
グ素子冷却用フィンには該フィンの温度Ｔｓを検出する
温度検出用サーミスタ６が取り付けられ、この温度検出
用サーミスタ６で検出された冷却用フィン温度Ｔｓはモ
ータコントローラ１２に供給されている。
【００１７】インバータ回路４の各スイッチング素子Ｔ
１〜Ｔ６によってモータ５を駆動する場合の各相の駆動
電流を検出すべく各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６とモー
タ５との間の接続線には変流器等からなる電流センサ
７，８，９が設けられ、モータ５に供給されるインバー
タ回路４の出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを電流センサ７，
８，９で検出し、モータコントローラ１２に供給されて
いる。
【００１８】また、モータ５には磁極センサ１０および
回転速度センサ１１が設けられている。磁極センサ１０
は、モータ５の磁極位置θを検出し、回転速度センサ１
１はモータ５のモータ回転速度Ｎを検出し、それぞれの
検出値はモータコントロール１２に供給されている。
【００１９】モータコントローラ１２は、例えばマイク
ロコンピュータおよびその周辺部品から構成され、図示
しない車両コントローラからのモータトルク指令値τｃ
に従ってモータ５に供給される３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉ
ｗを制御するとともに、後述するように電気自動車が例
えば登り坂においてロック状態に陥ったとき、モータの
トルクを所定の値ずつ低減してモータの位相領域を変化
させ、これによりロック状態を解除する制御動作を行う
ようになっている。また、モータコントローラ１２はス
イッチング２を制御して、バッテリ１からの直流電力を
インバータ回路４に供給するようになっている。
【００２０】本実施の形態の電気自動車の過負荷防止装
置は、電気自動車が登り坂において停止状態から発進し
ようとする時であって、かつモータ５がロック状態にな
ってしまっている時、モータ５のトルクを所定の値ずつ
低減することにより、運転者が体感し得ない程度に電気
自動車を後退させるようにモータ５を回転させて、モー
タ５に対する位相領域を変化させ、すなわちモータ５に
対するインバータ回路４のスイッチング素子の駆動位置
を変化させ、これによりロック状態を脱出するようにし
ているものである。更に詳しくは、モータ５がロック状
態にある時には、インバータ回路４の特定のスイッチン
グ素子のみからモータ５に電流が連続的に流れるため、
該特定のスイッチング素子は過熱状態になって破損する
恐れがあるが、上述したようにトルクを低減して、運転
者が体感し得ない程度に電気自動車を後退させるように
モータ５を回転させると、モータ５に対する位相領域が
変化し、これにより前記特定のスイッチング素子は別の
過熱されていないスイッチング素子に変化するため、該
スイッチング素子を介してモータ５から大きなトルクを
発生させることができ、これによりロック状態を解除す
るとともに、前記特定のスイッチング素子が破損するの
を防止することができるものである。
【００２１】次に、図２に示すフローチャートを参照し
て、本実施の形態の作用について説明する。図２に示す
処理では、まず電気自動車がロック状態にあるか否かを
チェックするために、回転速度センサ１１によって検出
したモータ５のモータ回転速度Ｎが例えば１００ｒｐｍ
のような第１の所定のモータ回転速度Ｎｐ１より小さい
か否かをチェックし（ステップＳ１１）、更にモータ回
転速度Ｎが該第１の所定のモータ回転速度Ｎｐ１より小
さい場合にはモータコントローラ１２に入力されるモー
タトルク指令値τｃがトルク所定値τｐよりも大きいか
否かをチェックし（ステップＳ１３）、トルク指令値τ
ｃがトルク所定値τｐより大きい場合に、電気自動車の
モータ５が超低回転速度状態を含むロック状態にあると
判定する。前記トルク所定値τｐは、例えばモータロッ
ク時にインバータ回路４の１個のスイッチング素子から
モータ５に対してスイッチング素子が連続的に許容し得
る最大電流を流した時のモータ５の出力トルクである連
続可能トルクであり、例えば６．５ｋｇｆｍである。
【００２２】一方、ステップＳ１１の判定において、モ
ータ回転速度Ｎが第１の所定のモータ回転速度Ｎｐ１よ
り小さくない場合には、ステップＳ４１に進んで、モー
タ回転速度Ｎが例えば１２０ｒｐｍのような第２の所定
のモータ回転速度Ｎｐ２以下であるか否かをチェックす
る。そうである場合には、ロックフラグを０に設定して
（ステップＳ４３）、ロック状態にないことを示し、ス
テップＳ２１に進み、またそうでない場合には、直接ス
テップＳ２１に進む。このように本実施形態では、モー
タのロック状態の判定に使用するモータ回転速度として
２つのモータ回転速度Ｎｐ１およびＮｐ２を設けて、モ
ータ回転速度に例えば２０ｒｐｍ幅のヒステリシスを与
え、これにより、モータロック状態の判定が激しく切り
替わるチャタリングを防止している。
【００２３】また、ステップＳ１３の判定において、モ
ータトルク指令値τｃがトルク所定値τｐより大きくな
い場合には、ステップＳ４５に進み、この状態が所定時
間継続したか否かをチェックし、所定時間継続した場合
には、ロック状態にないと判定して、ロックフラグを０
に設定し（ステップＳ４７）、ステップＳ２１に進み、
また所定時間継続しない場合には、直接ステップＳ２１
に進むようになっている。
【００２４】ステップＳ１１，Ｓ１３の判定の結果、モ
ータ５がロック状態にあると判定した場合には、モータ
５がロック状態にあることを示すロックフラグが０であ
るか否か、すなわちモータ５が現在ロック状態にないか
否かをチェックする（ステップＳ１５）。ロック状態に
ない場合には、インバータ回路４の各スイッチング素子
Ｔ１〜Ｔ６の冷却用フィン温度Ｔｓおよび該冷却用フィ
ン温度Ｔｓから推定される各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ
６の接合温度ＴJ の初期値を算出する（ステップＳ１
７）。それから、ロックフラグを１に設定して（ステッ
プＳ１９）、現在ロック状態にあることを示し、ステッ
プＳ２１に進む。
【００２５】ステップＳ２１においては、ロックフラグ
が１であるか否かをチェックして、ロック状態にあるか
否かを判定する。ロック状態にない場合には、本処理を
終了するが、ロックフラグが１であって、ロック状態に
ある場合には、各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６の冷却用
フィン温度Ｔｓから接合温度ＴJ を推定演算し（ステッ
プＳ２３）、この推定演算した接合温度ＴJ から接合温
度最大値ＴJMAXを検出する（ステップＳ２５）。
【００２６】上述したようにして、ロック状態における
スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６の接合温度最大値ＴJMAXが
求まると、この接合温度最大値ＴJMAXに対する制限トル
クτｒを図３に示すテーブルから演算する（ステップＳ
２７）。
【００２７】図３は、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６の接
合温度最大値ＴJMAXに対する制限トルクτｒを示してい
る。同図に示すように、例えば接合温度最大値ＴJMAXが
１４０°Ｃ以下の場合には、制限トルクτｒは１６．２
Ｎｍの一定値に設定されているが、接合温度最大値Ｔ
JMAXが１４０°Ｃ以上になると、制限トルクτｒは徐々
に低減するようになっている。
【００２８】上述したように、図３に示す接合温度最大
値ＴJMAXに対する制限トルクτｒの図を用いて、ステッ
プＳ２５で演算した接合温度最大値ＴＪＭＡＸに対する
制限トルクτｒを演算すると、この制限トルクτｒがモ
ータコントローラ１２に入力されているモータトルク指
令値τｃより小さいか否かをチェックする（ステップＳ
２９）。制限トルクτｒがモータトルク指令値τｃより
も小さい場合には、位相領域が前回と同じか否かをチェ
ックし（ステップＳ３１）、同じ場合、すなわちモータ
５が回転していない場合には、トルクを低減するための
変位トルクΔτに所定の定数Ａを加えた値を新たな変位
トルクΔτとする（ステップＳ３３）。
【００２９】そして、このように求めた変位トルクΔτ
を前記制限トルクτｒから低減して、リミットトルクτ
L を算出し（ステップＳ３７）、この状態における位相
領域を記憶する（ステップＳ３９）。そして、モータコ
ントローラ１２は、ステップＳ３７で算出されたリミッ
トトルクτL をモータ５から出力すべくインバータ回路
４を制御する。この結果、モータ５のトルクは低減する
ため、モータ５は運転者が体感し得ない程度に電気自動
車が登り坂で後退するように回転し、これによりモータ
５に対する位相領域が変化し、すなわちモータ５に対す
るインバータ回路４のスイッチング素子の駆動位置が変
化し、これによりモータ５はロック状態から脱出すると
ともに、ロック状態で過熱状態にあったスイッチング素
子も別の過熱されていないスイッチング素子に変化し、
スイッチング素子が破損するのを防止することができ
る。
【００３０】また、ステップＳ２９において制限トルク
τｒがモータトルク指令値τｃより小さくない場合、ま
たはステップＳ３１において位相領域が前回と同じでな
い場合には、変位トルクΔτを０に設定し、ステップＳ
３７に進み、前回と同じリミットトルクτＬをモータ５
から出力するように制御している。
【００３１】なお、ステップＳ３７においてリミットト
ルクτＬを算出するために制限トルクτｒから徐々に低
減される変位トルクΔτを算出するためのステップＳ３
３の所定の定数Ａは、運転者が体感し得ない程度に電気
自動車を登り坂で後退させて位相領域を変化させるよう
なトルクであることが好ましく、この値Ａは例えば電気
自動車のドライブシャフトで４０Ｎｍのトルクを発生す
れば、位相領域は移動するので、次式のようになる。
【００３２】Ａ≒４０Ｎｍ／（１２．７×５０×９．８
１） ≒０．０６ｋｇｍ／２ｍｓ 以上のように、登り坂でモータがロック状態となって、
釣り合った状態において徐々にトルクを低減し、位相領
域が変化すると、ロックの制限状態のトルクが大きなト
ルクとなって発生し、ロック状態を解除することができ
るとともに、またスイッチング素子の過熱状態も解除さ
れ、破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる電気自動車の過
負荷防止装置を適用した電気自動車のモータ制御装置の
回路構成を示す図である。
【図２】図１の実施の形態の作用を示すフローチャート
である。
【図３】図２に示す処理で使用されるスイッチング素子
の接合温度最大値ＴJMAXに対する制限トルクτｒを示す
図である。
【符号の説明】
１ バッテリ ４ インバータ回路 ５ モータ ６ 温度検出用サーミスタ ７ 電流センサ １０ 磁極センサ １１ 回転速度センサ １２ モータコントローラ Ｔ１〜Ｔ６ スイッチング素子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スイッチング素子により直流電力を複数
    相の交流電力に変換し、この交流電力で駆動されるモー
    タによって走行する電気自動車の過負荷防止装置であっ
    て、 電気自動車が登り坂においてロック状態に陥ったとき、
    モータの位相領域を変化させるべくトルクを低減するト
    ルク低減手段を有することを特徴とする電気自動車の過
    負荷防止装置。
  2. 【請求項２】 トルク指令値に応じて複数のスイッチン
    グ素子を制御し、この制御されたスイッチング素子によ
    り直流電力を複数相の交流電力に変換し、この交流電力
    で駆動されるモータによって走行する電気自動車の過負
    荷防止装置であって、 前記スイッチング素子の発熱温度を検出する温度検出手
    段と、 この検出した発熱温度から前記スイッチング素子の接合
    部温度を推定する温度推定手段と、 この推定したスイッチング素子の接合部温度に対するモ
    ータのトルク制限値を算出するトルク算出手段と、 モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、 この検出したモータの回転速度が所定値よりも小さく、
    かつ前記トルク指令値が前記トルク制限値よりも大きい
    場合に、前記トルク制限値を所定の値低減するトルク低
    減手段とを有することを特徴とする電気自動車の過負荷
    防止装置。
  3. 【請求項３】 前記トルク制限値を低減する所定の値
    は、電気自動車の運転者が体感し得ない程度に電気自動
    車を後退させる最低限度のトルク値であることを特徴と
    する請求項２記載の電気自動車の過負荷防止装置。
  4. 【請求項４】 前記回転速度の所定値は、ヒステリシス
    を有することを特徴とする請求項２または３記載の電気
    自動車の過負荷防止装置。
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