CN105074156A - 车辆用冷却风扇马达·逆变器***及其控制方法和程序 - Google Patents

车辆用冷却风扇马达·逆变器***及其控制方法和程序 Download PDF

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Abstract

具备：具有开关元件(22)，将高压电源(4)提供的直流电力变换为三相交流电，并向三相马达(3)供电的马达控制装置(21)；对马达控制装置(21)进行控制的第1控制部(24)；利用低压电源(5)提供的电力工作，与车辆用冷却风扇马达·逆变器***(2)的上位的车辆侧的车辆侧ECU(6)进行信息交换的绝缘型CAN驱动器(82)；以及使由低压电源(5)提供电力的低电压***与由高压电源(4)提供电力的高电压***电绝缘的绝缘部(8)，第1控制部(24)在检测出开关元件(22)有异常的情况下，通过绝缘型CAN驱动器(82)对车辆侧ECU(6)输出通知三相马达(3)的控制有异常的异常信息。

Description

车辆用冷却风扇马达·逆变器***及其控制方法和程序
技术领域
本发明涉及车辆用冷却风扇马达·逆变器***及其控制方法和程序。
背景技术
以往，对车载的热交换器的冷却风扇进行控制的风扇控制装置配置于车辆用ECU(电子控制单元)的下位，冷却风扇控制根据从车辆用ECU输出的PWM(脉冲宽度调制；pulsewidthmoduration)信号的占空比(デューティ比)进行马达的转速控制。
马达转速基于车速、引擎冷却水温度、AC压力进行速度控制。在空调处于ON状态的情况下，基于空调的压力信号和从车两侧接收到的车速信号，利用空调ECU对需要的风扇控制进行计算，向车辆用ECU输出。车辆用ECU在该信号的基础上，再加上车速和引擎冷却水温度，来决定风扇马达的转速，输出风扇驱动用PWM信号。另一方面，在空调处于OFF状态的情况下，基于车速与引擎冷却水温度，用车辆用ECU决定风扇转速，输出风扇驱动用PWM信号。
发明内容
发明要解决的课题
但是，在这样的车辆***结构中，即使是驱动冷却风扇的单相马达发生异常的情况下，也只是从车辆用ECU向风扇控制装置侧单向地发送PWM信号，风扇控制装置侧与车辆用ECU之间没有设置通信装置，存在着在车辆侧不能够发现风扇马达的异常这样的问题。而且风扇马达采用单相马达，因此效率低，大量消耗12V的电池，因此存在12V的电池的管理负荷大这样的问题。
本发明是为解决上述问题而作出的，其目的在于，提供能够高效率地驱动风扇马达，而且在车辆侧能够检测出风扇马达的异常的车辆用冷却风扇马达·逆变器***及其控制方法和程序。
解决课题用的手段
为了解决上述课题，本发明采取以下手段。
本发明的第1形态，是对驱动向车载热交换器提供空气的冷却风扇的三相马达进行控制的车辆用冷却风扇马达·逆变器***，其具备：马达控制装置，其具有开关元件，将高压电源提供的直流电变换为三相交流电，并向所述三相马达供电；控制所述马达控制装置的第1控制单元；通信控制单元，其利用低压电源提供的电力工作，与该车辆用冷却风扇马达·逆变器***的上位的车辆侧的第2控制单元交换信息；以及绝缘单元，其使由所述低压电源提供电力的低电压***与由所述高压电源提供电力的高电压***实现电绝缘，所述第1控制单元在所述开关元件被检测出有异常的情况下，通过所述通信控制单元对所述第2控制单元输出通知所述三相马达的控制有异常的异常信息。
如果采用这种结构，具有开关元件，将高压电源提供的直流电变换为三相交流电，向三相马达供电的马达控制装置由第1控制单元控制，在马达控制装置的开关元件被检测出有异常的情况下，第1控制单元通过与车辆用冷却风扇马达·逆变器***的上位的车辆侧的第2控制单元连接的通信控制单元，对第2控制单元通知开关元件发生异常。又，通过使低电压***与高电压***实现电绝缘，能够确保(搭乘车辆的)乘客的安全不受到高电压的危害。
这样，在马达控制装置被检测出异常的情况下，能够通过通信控制单元将异常信息通知给车辆侧，因此能够在车辆侧检测出驱动冷却风扇的三相马达的异常，有助于查明异常的原因。又，由于冷却风扇利用三相马达驱动，从而能够实现低损耗、高效率的驱动。而且由于三相马达的驱动是由高压电源(例如200～400V)供电，因此与由车辆具有的电池容量小的电池(例如12V)即低压电源供电的情况相比，可以不在意电池的消耗量。
在这里，开关元件是由半导体元件构成的功率晶体管，采用例如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管，Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)、双极晶体管、以及IGBT(绝缘栅双极型晶体管,InsulatedGateBipolarTransistor)等。又，作为半导体材料采用Si(硅)系半导体或SiC(碳化硅)系半导体。
上述车辆用冷却风扇马达·逆变器***，也可以具备PWM控制单元，其利用所述低压电源提供的电力工作，响应占空比地进行PWM(脉冲宽度调制，pulsewidthmodulation)控制，并控制所述马达控制装置的所述开关元件，所述第1控制单元通过所述PWM控制单元及所述通信控制单元中的至少某一方取得所述三相马达的转速指令。
如果采用这种结构，冷却风扇的三相马达可以采取PWM控制单元的根据PWM占空比的控制和车辆的通信控制单元的控制这两种控制。
上述车辆用冷却风扇马达·逆变器***也可以具备测量单元，其测定所述马达控制装置的所述开关元件的温度值、电流值、以及电压值中的至少某一个，并进行输出，所述第1控制单元具备判定单元，所述判定单元根据从所述测量单元取得的所述温度值、电流值、以及电压值中的至少某一个，判断所述开关元件有无异常。
如果采用这种结构，根据开关元件的温度值、电流值、以及电压值判断有否异常，因此有助于究明异常的原因。
本发明的第2形态，是对驱动向车载热交换器提供空气的冷却风扇的三相马达进行控制的车辆用冷却风扇马达·逆变器***的控制方法，所述车辆用冷却风扇马达·逆变器***在具备下述部件的情况下，在所述开关元件被检测出有异常的情况下，通过所述通信控制单元对所述第2控制单元输出通知所述三相马达的控制有异常的异常信息，下述部件是指：马达控制装置，其具有开关元件，将高压电源提供的直流电变换为三相交流电，向所述三相马达供电；控制上述马达控制装置的第1控制单元；通信控制单元，其利用低压电源提供的电力工作，与该车辆用冷却风扇马达·逆变器***的上位的车辆侧的第2控制单元交换信息；以及绝缘单元，其使由所述低压电源提供电力的低电压***与由所述高压电源提供电力的高电压***实现电绝缘。
本发明的第3形态，是对驱动向车载热交换器提供空气的冷却风扇的三相马达进行控制的车辆用冷却风扇马达·逆变器***的控制程序，所述车辆用冷却风扇马达·逆变器***在具备下述部件的情况下，在所述开关元件被检测出有异常的情况下，通过所述通信控制单元对所述第2控制单元输出通知所述三相马达的控制有异常的异常信息，下述部件是指：马达控制装置，其具有开关元件，将高压电源提供的直流电变换为三相交流电，向所述三相马达供电；控制所述马达控制装置的第1控制单元；通信控制单元，其利用低压电源提供的电力工作，与该车辆用冷却风扇马达·逆变器***的上位的车辆侧的第2控制单元交换信息；以及绝缘单元，其使由所述低压电源提供电力的低电压***与由所述高压电源提供电力的高电压***实现电绝缘。
发明效果
如果采用本发明，则能够取得下述效果，即能够高效率地驱动风扇马达，而且能够在车辆侧检测出风扇马达的异常。
附图说明
图1是本发明所涉及的马达控制***的概略结构图。
图2示出本实施形态的绝缘型PWM驱动器的功能框图的一例。
具体实施方式
以下参照附图对本发明所涉及的车辆用冷却风扇马达·逆变器***及其控制方法和程序的一实施形态进行说明。
在本实施形态中，举例说明车辆用冷却风扇马达·逆变器***使用于驱动对车载热交换器提供空气的冷却风扇的三相马达的情况。
图1是本实施形态的马达控制***1的概略结构图。
如图1所示，本实施形态所涉及的马达控制***1是对作为车载热交换器(散热器)用的冷却风扇的驱动源的三相马达3的驱动进行控制的***。
马达控制***1具备三相马达3和逆变器***(车辆用冷却风扇马达·逆变器***)2。
逆变器***2具备：具有开关元件22的马达控制装置21、测量部(测量单元)23、第1控制部(第1控制单元)24、以及绝缘部(绝缘单元)8。马达控制装置21将高电压电池、发电机等高压电源4提供的直流电流变换为三相交流电流，驱动三相马达3。高压电源4为例如200V或400V的电压，通过HV滤波器26向马达控制装置21供电。
在这里，开关元件22是由半导体元件构成的功率晶体管，使用例如MOSFET、双极晶体管、以及IGBT等。又，半导体材料采用Si半导体或SiC系半导体。
低压电源5是车载电池电源等，提供例如12V的电压。
马达控制***1作为与车辆侧的通信方式与作为车辆网络的车辆网络CAN(ControllerAreaNetwork，控制器区域网路)7连接。因此，逆变器***2构成为设置有构成控制通信电路的绝缘型CAN驱动器(通信控制单元)82，能够连接来自在车辆侧设置的上位的车辆侧ECU(ElectricControlUnit，电控单元)(第2控制单元)6的通信电缆。
还有，在本实施形态中，以车辆网络使用CAN的情况为例进行说明，但是并不限于此，例如也可以是LIN(局部互联网络，LocalInterconnectNetwork)、FlexRay等其他方式，没有特别限定。
绝缘部8使由低压电源5供电的低电压***9与由高压电源4供电的高电压***10电绝缘。又，绝缘部8利用低压电源5提供的电力工作，具体地说，具备绝缘型DC-DC变换器81、绝缘型CAN驱动器82、以及绝缘型PWM驱动器(PWM控制单元·)83。
绝缘型DC-DC变换器81向马达控制装置21及第1控制部24提供低压电源5的电力。又，绝缘型DC-DC变换器81被使用为第1控制部24的驱动电压(例如5V)或马达控制装置21的驱动电压(例如15V)。
绝缘型CAN驱动器82与车辆网络CAN7连接，通过车辆网络CAN7连接于车辆侧ECU6，在车辆侧ECU6与第1控制部24之间进行信息交换。
绝缘型PWM驱动器83利用低压电源5提供的电力工作，响应占空比地进行PWM控制，并对马达控制装置21的开关元件22进行控制。图2表示绝缘型PWM驱动器83的一例。如图2所示，绝缘型PWM驱动器83构成为具备光耦合器83a、逆变器83b、以及低通滤波器83c。一旦光耦合器83a被输入PWM指令，就变换表示占空比的、0到5V的模拟值，作为转速指令被输出到第1控制部24。
第1控制部24对马达控制装置21进行控制。具体地说，第1控制部24通过绝缘型PWM驱动器83及绝缘型CAN驱动器82中的至少某一方，取得三相马达3的转速指令，基于取得的转速指令对三相马达3进行控制。
第1控制部24具备判定部25。判定部25基于从测量部23取得的温度值、电流值、以及电压值中的至少某一值，判断开关元件22有无异常。具体地说，判定部25具有与温度值、电流值、以及电压值相关的阈值，在超过规定的阈值的情况下判定为异常，通过车辆网络CAN7将判定结果输出到车辆侧ECU6。
又，第1控制部24在开关元件22被检测出异常的情况下，通过绝缘型CAN驱动器82，对车辆侧ECU6输出通知开关元件22有异常的异常信息。
测量部23对马达控制装置21的开关元件22的温度值、电流值、以及电压值中的至少某一个进行测量，向第1控制部24输出。例如三相马达3或马达控制装置21的开关元件22发生故障的情况下，开关元件22的温度变高，因此利用测量部23检测开关元件22的温度变化，在第1控制部24判断有无故障。
下面对本实施形态的马达控制***1的作用进行说明。
从车辆上搭载的高压电源4向马达控制装置21提供的直流电被变换为三相交流电流，被提供给三相马达3以驱动三相马达3。根据通过绝缘型CAN驱动器82从车辆侧设置的车辆侧ECU6取得的三相马达3的转速指令、或通过绝缘型PWM驱动器83取得的PWM控制的转速指令，对逆变器***2进行控制。
由此，三相马达3被旋转驱动，散热器用冷却风扇动作。
测定开关元件22的温度值、电流值、以及电压值后，测量结果被输出到第1控制部24。然后，由第1控制部24的判定部25将测量结果与规定的阈值加以比较，超过规定的阈值的情况下，通过车辆网络CAN7对车辆侧ECU6通知异常信息。
在作为车辆侧的控制电路的车辆侧ECU6中，通过车辆网络CAN7从逆变器***2取得异常信息时，在散热器用冷却风扇发生异常的情况被检测出。通过提示部(省略图示)等提示散热器用冷却风扇发生异常，从而能够使车辆的驾驶员把握异常情况。
如以上说明所述，本实施形态的逆变器***2及其控制方法和程序中，在马达控制装置21发生异常的情况下，通过绝缘型CAN驱动器82将异常信息通知给车辆侧，因此在车辆侧能够检测出驱动冷却风扇的三相马达3的异常，有助于究明该异常的原因。而且，通过采用三相马达3驱动冷却风扇，能够实现低损耗、高效率的驱动。而且，三相马达3的驱动是由高压电源(例如200～400V)4提供电力的。因此，与车辆具有的电池容量小的电池(例如12V)即低压电源5提供电力的情况相比，电池容量小的电池电压不使用于马达驱动即可，所以不必在意电池消耗量。
符号说明
1马达控制***
2逆变器***(车辆用冷却风扇马达·逆变器***)
3三相马达
6车辆侧ECU(第2控制单元)
7车辆网络CAN
8绝缘部(绝缘单元)
21马达控制装置
22开关元件
23测量部(测量单元)
24第1控制部(第1控制单元)
81绝缘型DC-DC变换器
82绝缘型CAN驱动器(通信控制单元)
83绝缘型PWM驱动器(PWM控制单元)。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种车辆用冷却风扇马达·逆变器***，其对驱动向车载热交换器提供空气的冷却风扇的三相马达进行控制，其特征在于，具备：
马达控制装置，其具有开关元件，将高压电源提供的直流电变换为三相交流电，并向所述三相马达供电；
控制所述马达控制装置的第1控制单元；
通信控制单元，其利用低压电源提供的电力工作，与从该车辆用冷却风扇马达·逆变器***看成为上位侧的车辆侧的第2控制单元交换信息；以及
绝缘单元，其使由所述低压电源提供电力的低电压***与由所述高压电源提供电力的高电压***实现电绝缘，
所述第1控制单元在所述开关元件被检测出有异常的情况下，通过所述通信控制单元对所述第2控制单元输出通知所述三相马达的控制有异常的异常信息。
2.根据权利要求1所述的车辆用冷却风扇马达·逆变器***，其特征在于，
具备PWM控制单元，其利用所述低压电源提供的电力工作，响应占空比地进行PWM(脉冲宽度调制，pulsewidthmodulation)控制，并控制所述马达控制装置的所述开关元件，
所述第1控制单元通过所述PWM控制单元及所述通信控制单元中的至少某一方取得所述三相马达的转速指令。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用冷却风扇马达·逆变器***，其特征在于，
具备测量单元，其测定所述马达控制装置的所述开关元件的温度值、电流值、以及电压值中的至少某一个，并进行输出，
所述第1控制单元具备判定单元，所述判定单元根据从所述测量单元取得的所述温度值、所述电流值、以及所述电压值中的至少某一个，判定所述开关元件有无异常。
4.一种车辆用冷却风扇马达·逆变器***的控制方法，其对驱动向车载热交换器提供空气的冷却风扇的三相马达进行控制，其特征在于，
所述车辆用冷却风扇马达·逆变器***在具备下述部件的情况下，在所述开关元件被检测出有异常的情况下，通过所述通信控制单元对所述第2控制单元输出通知所述三相马达的控制有异常的异常信息，
下述部件是指：马达控制装置，其具有开关元件，将高压电源提供的直流电变换为三相交流电，向所述三相马达供电；控制所述马达控制装置的第1控制单元；通信控制单元，其利用低压电源提供的电力工作，与从该车辆用冷却风扇马达·逆变器***看成为上位侧的车辆侧的第2控制单元交换信息；以及绝缘单元，其使由所述低压电源提供电力的低电压***与由所述高压电源提供电力的高电压***实现电绝缘。
5.一种车辆用冷却风扇马达·逆变器***的控制程序，其对驱动向车载热交换器提供空气的冷却风扇的三相马达进行控制，其特征在于，
所述车辆用冷却风扇马达·逆变器***在具备下述部件的情况下，在所述开关元件被检测出有异常的情况下，通过所述通信控制单元对所述第2控制单元输出通知所述三相马达的控制有异常的异常信息，
下述部件是指：马达控制装置，其具有开关元件，将高压电源提供的直流电变换为三相交流电，向所述三相马达供电；控制所述马达控制装置的第1控制单元；通信控制单元，其利用低压电源提供的电力工作，与从该车辆用冷却风扇马达·逆变器***看成为上位侧的车辆侧的第2控制单元交换信息；以及绝缘单元，其使由所述低压电源提供电力的低电压***与由所述高压电源提供电力的高电压***实现电绝缘。

Claims (5)

1.一种车辆用冷却风扇马达·逆变器***，其对驱动向车载热交换器提供空气的冷却风扇的三相马达进行控制，其特征在于，具备：
马达控制装置，其具有开关元件，将高压电源提供的直流电变换为三相交流电，并向所述三相马达供电；
控制所述马达控制装置的第1控制单元；
通信控制单元，其利用低压电源提供的电力工作，与该车辆用冷却风扇马达·逆变器***的上位的车辆侧的第2控制单元交换信息；以及
绝缘单元，其使由所述低压电源提供电力的低电压***与由所述高压电源提供电力的高电压***实现电绝缘，
所述第1控制单元在所述开关元件被检测出有异常的情况下，通过所述通信控制单元对所述第2控制单元输出通知所述三相马达的控制有异常的异常信息。
2.根据权利要求1所述的车辆用冷却风扇马达·逆变器***，其特征在于，
具备PWM控制单元，其利用所述低压电源提供的电力工作，响应占空比地进行PWM(脉冲宽度调制，pulsewidthmodulation)控制，并控制所述马达控制装置的所述开关元件，
所述第1控制单元通过所述PWM控制单元及所述通信控制单元中的至少某一方取得所述三相马达的转速指令。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用冷却风扇马达·逆变器***，其特征在于，
具备测量单元，其测定所述马达控制装置的所述开关元件的温度值、电流值、以及电压值中的至少某一个，并进行输出，
所述第1控制单元具备判定单元，所述判定单元根据从所述测量单元取得的所述温度值、所述电流值、以及所述电压值中的至少某一个，判定所述开关元件有无异常。
4.一种车辆用冷却风扇马达·逆变器***的控制方法，其对驱动向车载热交换器提供空气的冷却风扇的三相马达进行控制，其特征在于，
所述车辆用冷却风扇马达·逆变器***在具备下述部件的情况下，在所述开关元件被检测出有异常的情况下，通过所述通信控制单元对所述第2控制单元输出通知所述三相马达的控制有异常的异常信息，
下述部件是指：马达控制装置，其具有开关元件，将高压电源提供的直流电变换为三相交流电，向所述三相马达供电；控制所述马达控制装置的第1控制单元；通信控制单元，其利用低压电源提供的电力工作，与该车辆用冷却风扇马达·逆变器***的上位的车辆侧的第2控制单元交换信息；以及绝缘单元，其使由所述低压电源提供电力的低电压***与由所述高压电源提供电力的高电压***实现电绝缘。
5.一种车辆用冷却风扇马达·逆变器***的控制程序，其对驱动向车载热交换器提供空气的冷却风扇的三相马达进行控制，其特征在于，
所述车辆用冷却风扇马达·逆变器***在具备下述部件的情况下，在所述开关元件被检测出有异常的情况下，通过所述通信控制单元对所述第2控制单元输出通知所述三相马达的控制有异常的异常信息，
下述部件是指：马达控制装置，其具有开关元件，将高压电源提供的直流电变换为三相交流电，向所述三相马达供电；控制所述马达控制装置的第1控制单元；通信控制单元，其利用低压电源提供的电力工作，与该车辆用冷却风扇马达·逆变器***的上位的车辆侧的第2控制单元交换信息；以及绝缘单元，其使由所述低压电源提供电力的低电压***与由所述高压电源提供电力的高电压***实现电绝缘。
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