JP2004208409A - Power controller for vehicle - Google Patents

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JP2004208409A
JP2004208409A JP2002374325A JP2002374325A JP2004208409A JP 2004208409 A JP2004208409 A JP 2004208409A JP 2002374325 A JP2002374325 A JP 2002374325A JP 2002374325 A JP2002374325 A JP 2002374325A JP 2004208409 A JP2004208409 A JP 2004208409A
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control device
rotating electric
electric machine
circuit
power
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JP2002374325A
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Japanese (ja)
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Kenji Saka
賢二 坂
Koji Okamoto
幸司 岡本
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power controller for a vehicle capable of reducing a loss while corresponding well to various operation modes required by various travel motors. <P>SOLUTION: After the voltage of a battery 5 is boosted with a DC-DC converter circuit 4, it is converted into an AC voltage with an inverter circuit 3 for driving a travel motor 2. A controller 7 lowers a step-up ratio at low-power driving based on the power consumption of the travel motor 2. Thus, a circuit loss is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用動力制御装置に関し、特に、走行用回転電機を駆動する昇圧型双方向直交変換回路を有する車両用動力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来のハイブリッド車や燃料電池車用では、エンジン始動やトルクアシストや回生制動などを行う回転電機（以下、走行用回転電機ともいう）が用いられる。この種の走行用回転電機としては構造が簡単で耐久性に優れ、損失が少ない交流回転電機特に同期機を用いるのが通常である。
【０００３】
バッテリや燃料電池などの直流電源により交流回転電機特に同期機を駆動するためには、直流電源と同期機（すなわち走行用回転電機）との間に直交変換回路を介在させる必要があることは周知事項である。
【０００４】
直交変換回路の一例として、下記の特許文献１、２は直流電源の電圧を昇圧した後、交流電圧に変換する昇圧型直交変換回路を提案している。この昇圧型直交変換回路は、直流電源の電圧を昇圧する昇圧型双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（以下、単にＤＣ−ＤＣコンバータ回路ともいう）と、このＤＣ−ＤＣコンバータ回路により昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路とにより構成される。この昇圧型直交変換回路を用いれば、直流電源よりも高圧、小電流で走行用回転電機を駆動することができるため、回転電機の小型化を期待できる。
【０００５】
更に詳しく説明すると、特許文献１では、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の昇圧比は一定とされており、走行用回転電機が消費する負荷電力の調整はＰＷＭ制御されるインバータ回路のデューティ比を制御してなされていた。また、特許文献２は、走行用回転電機又は内燃機関の回転数が所定値以下となる場合に昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を運転を停止する（昇圧比を１に減らす）ことを提案している。
【０００６】
なお、上記した走行用回転電機及び昇圧型直交変換回路を用いる車両用動力装置では、車両制動時時に走行用回転電機を発電駆動させて回生電力を直流電源に回収するのが一般的であり、この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路及びインバータ回路は双方向電力移動可能に構成されるのが通常である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２７１７２９号公報
【特許文献２】特開２００２−１７１６０６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車両の走行には、以下に示すような多数の走行状態があり、これらの走行状態に応じて走行用回転電機は多数の動作モードをもつ。たとえば、通常走行時や高速巡航時においては走行動力を発生する走行用回転電機は高速低トルクで電動動作し、坂道登坂時やエンジン始動時や交差点発進時では低速大トルクで電動動作し、坂道降板時や制動時には回生制動動作する。
【０００９】
すなわち、走行用回転電機が必要とする負荷電力の発生状態からみれば、大電動電力発生状態からほとんど０に近い小電動電力発生状態、さらには電流の流れが反対となる発電電力発生状態まで広範囲に変動する。また、走行用回転電機の回転数からみれば、高速回転状態からほとんど０に近い低速回転状態まで広範囲に変化する。つまり、走行用回転電機特有の必要条件として、このような回転数及び電力の大幅な変動に対応する必要がある点が挙げられる。
【００１０】
しかるに、上記した特許文献１記載の昇圧型直交変換回路では、このような走行用回転電機のトルク（電流）及び回転数の大幅な変更にかかわらずＤＣ−ＤＣコンバータ回路の昇圧比が常に一定であるために、インバータ回路でのスイッチング電圧が常に大きな値になりインバータ回路のスイッチング損失がモータの発生動力に対して相対的に増大し、低効率運転を余儀なくされてしまうという問題があった。
【００１１】
これに対して、上記した特許文献２記載の昇圧型直交変換回路では、走行用回転電機又は内燃機関の回転数が所定値以下である状態（以下、低速状態という）において昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の運転を停止するので、上記低速状態における昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のスイッチング損失を０とすることができる。
【００１２】
しかしながら、既述したように走行用回転電機は、坂道登坂時やエンジン始動時や交差点発進時など、低速大トルクで運転される場合があり、特許文献２が記載するようにこのような低回転数状態において昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の作動を停止してしまうと、インバータ回路に印加される直流電圧が低下してしまい、その結果として走行用回転電機に流れる電流が減少して必要なトルクを発生できないという問題があった。
【００１３】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、走行用回転電機の種々が必要とする種々の動作モードに良好に対応しつつ損失低減が可能な車両用動力制御装置を提供することをその目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第一発明の車両用動力制御装置は、車両に搭載されて走行動力を発生及び回収する交流駆動の走行用回転電機と、直流電源と前記走行用回転電機との間の双方向の電力移動を行う双方向直交変換回路と、車両の運転操作に応じて前記双方向直交変換回路を制御して前記電力移動を制御する制御装置とを備え、前記双方向直交変換回路は、前記走行用回転電機に交流電圧を印加して前記走行用回転電機を駆動するインバータ回路と、前記直流電源からの印加電圧を所定の電圧に昇圧して前記インバータ回路に印加するＤＣ−ＤＣコンバータ回路とを有する車両用動力制御装置において、
前記制御装置は、入力されるか又は演算した前記走行用回転電機の消費電力量に関連する情報に基づいて、昇圧電圧を設定することを特徴としている。これにより、走行用回転電機の種々の動作モードに良好に対応しつつ損失低減が可能な車両用動力制御装置を実現することができる。
【００１５】
すなわち、この発明によれば、走行用回転電機を小トルク駆動する際に、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の昇圧比を低下させ、昇圧比の低下はインバータ回路の電源電圧の低下をもたらすが、この電源電圧の低下によるモータ電流の減少はインバータ回路のＰＷＭデューティ比の増大により補償されるためモータ動作に問題は生じない。
【００１６】
インバータ回路へ供給される電源電圧の低下により、インバータ回路内の電力スイッチング素子がスイッチングする際に発生するスイッチング損失の低減を実現する事ができる。
【００１７】
好適な態様において、前記制御装置は、前記情報として入力されるアクセル踏み量に基づいて現在より前記走行用回転電機の消費電力が減少すると判定した場合に、現在の昇圧電圧より低い昇圧電圧に設定する。
【００１８】
加速時や坂道登坂時や発進時など大トルクが要求される場合にはアクセル踏み量が大きくなるので、アクセル踏み量が大きい場合に昇圧によりインバータ回路の出力電流を増大して走行用回転電機の出力トルクを十分に確保することができるうえ、アクセル踏み量が小さい場合にはすなわち必要電流が小さい場合にはＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力電圧を低くしてインバータ回路の損失を低減することができる。このようにすれば簡単な回路構成により、小トルク運転時の損失を低減することができる。
【００１９】
好適な態様において、前記制御装置は、入力されるか演算した前記走行用回転電機の消費電力に関連する情報に基づいて、現在より前記走行用回転電機の消費電力が減少する場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の停止による電流の減少を前記インバータ回路のＰＷＭデューティ比の増大で補償できる範囲内で前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を停止させる。このようにすれば、小トルク運転時の損失を最小とすることができる。
【００２０】
好適な態様において、前記制御装置は、現在より大きな前記走行用回転電機の消費電力の発生が要求されない場合であっても、前記走行用回転電機の回転数が所定値以上の場合には前記回転数が前記所定値未満の場合に比較して前記昇圧比を増加する。
【００２１】
この構成によれば、高速走行時など走行用回転電機の回転数が非常に高く、走行用回転電機の逆起電力が大きい場合に昇圧比の低下を抑止するので、必要な電流を走行用回転電機に流して要求トルクを発生することができる。
好適な態様において、前記制御装置は、入力される要求トルク値及び要求回転数値に関連するデータを、あらかじめ記憶する前記データと前記双方向直交変換回路の昇圧比及び前記双方向直交変換回路の効率と前記走行用回転電機の効率と前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の効率との関係に代入して、全体の効率が最良となるようにが少なくなるよう前記昇圧比を決定する。なお、ここで言う全体の効率とは、双方向直交変換回路の効率と走行用回転電機の効率との積、又はそれに更に他の効率を掛けたものを意味する者とする。
【００２２】
つまり、この発明では、入力されるトルク、回転数においてシステム全体の損失が最小となるように昇圧比を決定する。この時、昇圧比の減少はそれを補償するインバータ回路のデューティ比（平均デューティ比）の増大が可能な範囲で行われる。このようにすればシステム全体の損失低減により高効率の走行用回転電機の制御が可能となる。
【００２３】
第二発明の車両用動力制御装置は、車両に搭載されて走行動力を発生及び回収する交流駆動の走行用回転電機と、直流電源と前記走行用回転電機との間の双方向の電力移動を行う双方向直交変換回路と、車両の運転操作に応じて前記双方向直交変換回路を制御して前記電力移動を制御する制御装置とを備え、前記双方向直交変換回路は、前記走行用回転電機に交流電圧を印加して前記走行用回転電機を駆動するインバータ回路と、前記直流電源からの印加電圧を昇圧して前記インバータ回路に印加するＤＣ−ＤＣコンバータ回路とを有する車両用動力制御装置において、
前記双方向直交変換回路は、単一の前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路から給電されて異なる前記走行用回転電機に個別に交流電圧を印加する複数の前記インバータ回路を有し、前記制御装置は、前記各走行用回転電機ごとの消費電力量に関する情報の比較により、最も高い必要電圧に応じて前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の昇圧比を決定することを特徴としている。
【００２４】
すなわち、この発明は、たとえば２つの走行用回転電機を異なるインバータ回路により個別に駆動制御する場合に適用される。本発明によれば、各インバータ回路を共通のＤＣ−ＤＣコンバータ回路から給電するので回路構成を簡素化できるうえ、最も必要電圧が大きいモータに合わせて昇圧電圧を設定するので、モータのトルク不足を招くことなく、直交変換回路の損失低減を実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の本発明の車両用動力制御装置の好適な態様を以下の実施例により説明する。
【００２６】
（全体構成）
図１はこの実施例の車両用動力制御装置を用いるハイブリッド車の一例を示すブロック回路図である。
【００２７】
１はエンジン、２は三相同期機からなる発電電動機（本発明でいう走行用回転電機）、３はインバータ回路、４はＤＣ−ＤＣコンバータ回路、５はバッテリ、６は平滑用のコンデンサ、７はコントローラ（本発明で言う制御装置）、８は回転角センサ、９は電流センサである。
【００２８】
エンジン１は発電電動機２と直結されるとともに図示しないギヤ装置など
を通じて図示しない車輪を駆動している。なお、ハイブリッド車における発電電動機２とエンジン１との接続形態は上記の他、種々知られており、上記形態に限定されないことはもちろんである。また、この実施例では走行動力を発電電動機２とエンジン１とで発生するハイブリッド車への本発明の適用を説明するが、電気自動車や燃料電池車などエンジンを搭載せず、すべての走行動力を発電電動機２のみで発生することも可能である。
【００２９】
発電電動機２は、インバータ回路３とＤＣ−ＤＣコンバータ回路４とからなる双方向直交変換回路を介してバッテリ５と電力授受している。発電電動機２として用いる同期機としては各種の形式が公知であるが、いずれの形式でもよく、更には交流回転電機として一種としての誘導機を採用してもよい。
【００３０】
更に説明すると、バッテリ５の電圧はＤＣ−ＤＣコンバータ回路４により所定の昇圧比にて昇圧された後、インバータ回路３に直流電源電圧として印加され、インバータ回路３は三相交流電圧を形成して発電電動機２のステータコイルに印加する。インバータ回路３は各アームがIGBTとダイオードとを並列接続してなり通常の三相インバータ回路であり、周知であるためこれ以上の説明は省略する。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４は、インバータ回路を構成する上アーム側IGBT４１、それと逆並列接続されたダイオードD1、下アーム側ＩＧＢＴ４２、それと逆並列接続されたダイオードD２、及び、リアクトル４３からなる。この種のチョッッパ型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は周知であり、詳細説明は省略する。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４として、図１に示すチョッッパ型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の代わりに、たとえば上アーム側ＩＧＢＴ４１を省略したものなど各種形式のチョッッパ型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を採用することができる。その他、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４として、単相インバータ回路と昇圧トランスと整流回路とによりトランス昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路を採用してもよい。
【００３１】
平滑用のコンデンサ６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４の出力電圧を平滑してインバータ回路３に電源電圧として給電する。
【００３２】
この実施例において、コントローラ７には、ブレーキペダルの踏み量（ブレーキ信号）、アクセルペダルの踏み量（アクセル信号）などが入力される。また、回転角センサ８はモータ２の回転角を、電流センサ９は三相モータ電流をコントローラ７に入力する。
【００３３】
コントローラ７によるインバータ回路３の制御としては、通常採用される電流フィードバック制御方式の他、オープン制御方式を採用してもよい。具体的に説明すれば、電流センサ９が検出した三相交流電流と、上記アクセル信号から求められたトルク目標値に対応する目標電流とを比較してトルク目標値に相当する電流を発生する三相交流電圧を形成し、この三相交流電圧を発生させるためのデューティ比を決定し、検出された回転角によりロータの磁極と同期した位相、周波数にて所定のＰＷＭキャリヤ周波数にて上記デューティ比を平均のデューティ比としてもつ三相ＰＷＭパルス電圧を形成し、各相ＰＷＭパルス電圧をインバータ回路３の各対応するアームのＩＧＢＴのゲート電極に印加すればよい。この種の三相交流モータのＰＷＭ制御自体は周知であるので、これ以上の説明は省略する。これにより、発電電動機２は必要なトルクを発生する。
【００３４】
コントローラ７によるＤＣ−ＤＣコンバータ回路４の制御としては、通常採用されている電圧フィードバック制御方式が好適である。この電圧フィードバック制御方式では、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４の出力電圧を検出し、あらかじめ記憶する目標電圧とこの出力電圧との差が０となるようにＤＣ−ＤＣコンバータ回路４の下アーム側のＩＧＢＴ４２のデューティ比を制御すればよい。なお、上アーム側のＩＧＢＴ４１は下アーム側のＩＧＢＴ４２に対して略逆動作させればよい。これにより、モータの負荷トルクが増大してモータ電流が増加し、インバータ回路３の電源電圧が低下すればＤＣ−ＤＣコンバータ回路４の昇圧デューティ比が増加してその出力電圧が増大し、電源電圧を一定化する。
【００３５】
（動作説明）
上記説明した車両用動力制御装置の動作のうち、この実施例の特徴部分である電動動作時の昇圧比変更制御について説明する。
【００３６】
この実施例では、入力されるか又は演算して得た消費電力量に関連する情報に基づいて、昇圧電圧を設定して、小トルク駆動時における直交変換回路の損失を低減する。
【００３７】
このモータ要求トルクに基づく昇圧比の切り替え制御を図２に示すフローチャートを参照して具体的に説明する。
【００３８】
まず、IGスイッチのオンによりコントローラ７などを初期化し（Ｓ１００）、次にモータのトルク、回転数に関する情報を読み込み（Ｓ１０１）、読み込んだ情報をもとにモータ効率を算出しモータの消費電力を演算する（Ｓ１０２）。演算された消費電力をもとにモータへ印加する電圧を演算する（Ｓ１０３）。現在の印加電圧と演算した印加電圧の比較を行い（Ｓ１０４）、演算された印加電圧のほうが現在の印加電圧より低い場合は、演算された印加電圧とバッテリー電圧の比較を行ない（Ｓ１０５）、演算された印加電圧のほうがバッテリー電圧より低い場合はＤＣ―ＤＣコンバータ回路を停止する。
また、Ｓ１０５において演算された印加電圧がバッテリー電圧より高い場合は、出力する昇圧電圧を減少させる。Ｓ１０４において演算された印加電圧が現在の印加電圧より高い場合は出力する昇圧電圧を増加させる。
以上により決定された昇圧電圧になるようにＤＣ−ＤＣコンバータ回路のIGBTに印加するチョッピング用PWM電圧のデューティー比を決定し出力する（Ｓ１０９）。
【００３９】
（変形態様）
ステップＳ１０１におけるモータに関するデータとして、アクセルペダルの踏み量（アクセル信号）を用いることができる。すなわち、アクセルペダルの踏み量（アクセル信号）を読み込みＳ１０２においてモータ回転数とトルクに変換すればよい。その他、目標とするトルクと読み込んだ回転数からモータ出力電力を決定し、目標とするトルクに対応する目標モータ電流値と、上記モータ出力電力とからモータに印加すべき電圧を決定し、この電圧を上記した電動トルクに連動するデータとして用いてもよい。
（変形態様）
この変形態様では、発電電動機２の回転数により昇圧比を変更する。すなわち、発電電動機２の電動トルクが小さくても、発電電動機２が非常な高い回転数で回転している場合、その逆起電力が大きくなるため、昇圧比を低下したり、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４を停止したりすると、必要なモータ電流を供給できない可能性が生じる。このため、この変形態様では、図３に示すように、発電電動機２の回転数が所定値を超過しているかどうかを判定し（Ｓ１２０）、超過していればステップＳ１０８に進んで昇圧電圧が低下したり（Ｓ１０７）、あるいはＤＣ−ＤＣコンバータ回路４が停止したり（Ｓ１０６）のを防止する。これにより、上記問題を解決することができる。
（変形態様）
この変形態様は、図２において、ステップS１０２〜S１０８の代わりに、図４に示すステップを用いるものである。すなわち、あらかじめシステム全体の回路損失が最小となる場合の発電電動機２の消費電力（又は発電電動機の電動トルクとしてもよい。）と昇圧比との関係をマップとしてあらかじめ記憶しておく。そして、ステップＳ１０２で求めた読み込んだ発電電動機２の消費電力（又はステップS１０１で求めた発電電動機の電動トルクでもよい）を上記マップに代入して回路損失が最小となる昇圧比を求め（Ｓ１２２）、この昇圧比でのＤＣ−ＤＣコンバータ回路４の運転を指令する（Ｓ１０９）。このようにすれば、内蔵メモリの必要記憶容量は大きくなるが、回路損失を最小化することができる。従って、ステップＳ１２２にて発電電動機の電動トルクをマップに代入して回路損失が最小となる昇圧比を求める場合には、この電動トルクは、本発明でいう消費電力に関連する情報に相当する。
【００４０】
【実施例２】
実施例２の車両用動力制御装置を図５に示すブロック回路図を参照して以下に説明する。
【００４１】
図５の回路は、上記説明した図１の回路において、インバータ回路３０、電流センサ９０、回転角センサ８０付きの発電電動機２０を、増設したものである。インバータ回路３０はコントローラ７によりインバータ回路３とは独立に制御され、これによりインバータ回路３０により駆動制御される発電電動機２０は、発電電動機２とは独立に駆動される。ただし、この実施例では、インバータ回路３０はインバータ回路３と並列にＤＣ−ＤＣコンバータ回路４から給電され、回路構成が簡素化されている。
【００４２】
ただし、この場合には、電動トルク又はそれに連動するデータとして２つの異なる値がコントローラ７に入力され、発電電動機２のみの消費電力のみのを用いる実施例１の制御により昇圧比を減少し、発電電動機２０が大トルクを発生する必要がある場合、発電電動機２０は大トルクを発生できない可能性が生じる。
【００４３】
そこで、この実施例では、図２のステップＳ１０１において、二つの発電電動機２、２０の必要トルク、又はそれに連動するデータを読み込み、あるいは演算し、得た各発電電動機２、２０の消費電力の比較を行いもっとも高い必要電圧を真値としてＳ１０４、Ｓ１０５の比較に用いる。これにより、上記問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用動力制御装置の一例を示すブロック回路図である。
【図２】図１の装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】図２の制御動作の変形態様を示すフローチャートである。
【図４】図２の制御動作の変形態様を示すフローチャートである。
【図５】本発明の車両用動力制御装置の他例を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 発電電動機
３ インバータ
４ ＤＣ−ＤＣコンバータ回路
５ バッテリ
６ コンデンサ
７ コントローラ（制御装置）
８ 回転センサ
９ 電流センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power control device for a vehicle, and more particularly, to a power control device for a vehicle having a boost type bidirectional orthogonal transform circuit for driving a rotating electric machine for traveling.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
In a conventional hybrid vehicle or fuel cell vehicle, a rotating electric machine (hereinafter, also referred to as a running rotating electric machine) that performs engine start, torque assist, regenerative braking, and the like is used. As this kind of rotating electric machine for traveling, it is usual to use an AC rotating electric machine, particularly a synchronous machine, which has a simple structure, is excellent in durability, and has little loss.
[0003]
It is well known that in order to drive an AC rotating electric machine, particularly a synchronous machine by a DC power supply such as a battery or a fuel cell, it is necessary to interpose an orthogonal transformation circuit between the DC power supply and the synchronous machine (that is, the rotating electric machine for traveling). Matters.
[0004]
As examples of the orthogonal transform circuit, Patent Literatures 1 and 2 below propose a boost type orthogonal transform circuit that boosts a voltage of a DC power supply and converts the voltage into an AC voltage. The step-up orthogonal transform circuit includes a step-up bidirectional DC-DC converter circuit (hereinafter, also simply referred to as a DC-DC converter circuit) for stepping up a voltage of a DC power supply, and a DC voltage stepped up by the DC-DC converter circuit. To an AC voltage. If this step-up type orthogonal transformation circuit is used, the rotating electric machine for traveling can be driven with a higher voltage and a smaller current than the DC power supply, so that the downsized electric rotating machine can be expected.
[0005]
More specifically, in Patent Document 1, the step-up ratio of the step-up DC-DC converter circuit is fixed, and the adjustment of the load power consumed by the traveling rotating electric machine controls the duty ratio of the PWM-controlled inverter circuit. Had been done. Patent Document 2 proposes that the operation of the step-up DC-DC converter circuit is stopped (the step-up ratio is reduced to 1) when the rotational speed of the traveling rotary electric machine or the internal combustion engine becomes equal to or lower than a predetermined value. I have.
[0006]
Note that, in a vehicle power device using the above-described traveling rotary electric machine and the step-up type orthogonal transform circuit, it is general that the driving rotary electric machine is generated and driven to recover regenerative power to a DC power supply during vehicle braking, In this case, the DC-DC converter circuit and the inverter circuit are generally configured to be capable of bidirectional power transfer.
[0007]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-271729 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-171606 [0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the traveling of the vehicle has a number of traveling states as described below, and the traveling rotating electrical machine has a number of operation modes according to these traveling states. For example, during normal driving or high-speed cruising, a rotating electric machine for driving that generates running power is electrically operated at high speed and low torque, and is electrically operated at low speed and large torque when climbing a hill or when starting an engine or at the start of an intersection. The regenerative braking operation is performed at the time of descending or braking.
[0009]
That is, from the state of generation of load power required by the rotating electric machine for traveling, a wide range from a state of generating large electric power to a state of generating small electric power which is almost zero and further a state of generating electric power in which current flows in the opposite direction. To fluctuate. In addition, from the viewpoint of the rotational speed of the rotating electric machine for traveling, it changes over a wide range from a high-speed rotation state to a low-speed rotation state near zero. That is, as a necessary condition specific to the rotating electric machine for traveling, it is necessary to cope with such a large fluctuation in the rotation speed and the electric power.
[0010]
However, in the step-up orthogonal transform circuit described in Patent Document 1 described above, the step-up ratio of the DC-DC converter circuit is always constant irrespective of such a large change in the torque (current) and rotation speed of the rotating electric machine for traveling. For this reason, the switching voltage in the inverter circuit always has a large value, and the switching loss of the inverter circuit is relatively increased with respect to the power generated by the motor, so that there is a problem that low-efficiency operation is forced.
[0011]
On the other hand, in the step-up orthogonal transform circuit described in Patent Document 2 described above, the step-up DC-DC converter is used when the rotational speed of the traveling rotating electric machine or the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined value (hereinafter, referred to as a low-speed state). Since the operation of the circuit is stopped, the switching loss of the step-up DC-DC converter circuit in the low-speed state can be reduced to zero.
[0012]
However, as described above, the rotating electric machine for traveling may be operated at a low speed and a large torque at the time of climbing a hill, at the time of starting an engine, at the time of starting at an intersection, and the like. When the operation of the step-up DC-DC converter circuit is stopped in several states, the DC voltage applied to the inverter circuit decreases, and as a result, the current flowing through the traveling rotating electric machine decreases, and the required torque is reduced. There is a problem that can not occur.
[0013]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle power control device capable of reducing a loss while favorably coping with various operation modes required by various types of rotating electric machines for traveling. The purpose is.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The vehicle power control device of the first invention is an AC-driven traveling rotating electric machine that is mounted on a vehicle and generates and recovers traveling power, and performs bidirectional power transfer between a DC power supply and the traveling rotating electric machine. A bidirectional orthogonal transformation circuit, and a control device that controls the power transfer by controlling the bidirectional orthogonal transformation circuit in accordance with the driving operation of the vehicle, wherein the bidirectional orthogonal transformation circuit is configured to drive the rotating electric machine. And a DC-DC converter circuit for applying an AC voltage to the rotating electric machine to drive the traveling rotating electric machine, and a DC-DC converter circuit for increasing an applied voltage from the DC power supply to a predetermined voltage and applying the voltage to the inverter circuit. In the power control device,
The control device sets the boosted voltage based on information that is input or calculated and related to the power consumption of the traveling rotating electrical machine. As a result, it is possible to realize a vehicle power control device capable of reducing loss while favorably coping with various operation modes of the rotating electric machine for traveling.
[0015]
That is, according to the present invention, when driving the rotating electric machine for driving with a small torque, the step-up ratio of the DC-DC converter circuit is decreased, and the decrease in the step-up ratio causes a decrease in the power supply voltage of the inverter circuit. Since the decrease in the motor current due to the decrease in the voltage is compensated by the increase in the PWM duty ratio of the inverter circuit, no problem occurs in the motor operation.
[0016]
Due to the decrease in the power supply voltage supplied to the inverter circuit, a reduction in switching loss that occurs when the power switching element in the inverter circuit switches can be realized.
[0017]
In a preferred aspect, the control device sets a boosted voltage lower than a current boosted voltage when the control device determines that power consumption of the traveling rotating electrical machine is reduced from the present based on an accelerator pedal depression amount input as the information. I do.
[0018]
When a large torque is required, such as when accelerating, climbing a hill, or starting a vehicle, the accelerator pedal depression amount increases.When the accelerator pedal depression amount is large, the output current of the inverter circuit is increased by boosting the voltage of the traveling rotating electric machine. The output torque can be sufficiently ensured, and when the accelerator depression amount is small, that is, when the required current is small, the output voltage of the DC-DC converter circuit can be reduced to reduce the loss of the inverter circuit. . In this way, the loss during small torque operation can be reduced with a simple circuit configuration.
[0019]
In a preferred aspect, based on information related to the power consumption of the traveling rotating electric machine that is input or calculated, the control device is configured to perform DC- The DC-DC converter circuit is stopped within a range where a decrease in current due to the stoppage of the DC converter circuit can be compensated for by an increase in the PWM duty ratio of the inverter circuit. In this way, the loss during small torque operation can be minimized.
[0020]
In a preferred aspect, even when it is not required to generate a larger power consumption of the traveling rotating electric machine than at present, the control device controls the rotation of the traveling rotating electric machine if the rotation speed is equal to or more than a predetermined value. The step-up ratio is increased as compared with the case where the number is less than the predetermined value.
[0021]
According to this configuration, when the rotational speed of the rotating electric machine for traveling is extremely high, such as during high-speed traveling, and when the back electromotive force of the rotating electric machine for traveling is large, a reduction in the step-up ratio is suppressed. The required torque can be generated by flowing to the electric machine.
In a preferred aspect, the control device stores, in advance, data relating to the input required torque value and required rotation value, the data, the boost ratio of the bidirectional orthogonal transform circuit, and the efficiency of the bidirectional orthogonal transform circuit. And the relationship between the efficiency of the traveling rotating electric machine and the efficiency of the DC-DC converter circuit, and the boost ratio is determined so that the overall efficiency is minimized. Note that the overall efficiency here means a product of the efficiency of the bidirectional orthogonal transform circuit and the efficiency of the rotating electric machine for traveling, or a product obtained by multiplying the product by another efficiency.
[0022]
That is, in the present invention, the boost ratio is determined so that the loss of the entire system is minimized in the input torque and the number of revolutions. At this time, the step-up ratio is reduced within a range where the duty ratio (average duty ratio) of the inverter circuit for compensating the step-up ratio can be increased. In this way, it is possible to control the traveling rotary electric machine with high efficiency by reducing the loss of the entire system.
[0023]
A power control device for a vehicle according to a second aspect of the invention is an AC-driven traveling rotating electric machine that is mounted on a vehicle to generate and recover traveling power, and performs bidirectional power transfer between a DC power supply and the traveling rotating electric machine. A bidirectional orthogonal transformation circuit, and a control device that controls the power transfer by controlling the bidirectional orthogonal transformation circuit in accordance with the driving operation of the vehicle, wherein the bidirectional orthogonal transformation circuit is configured to drive the rotating electric machine. And a DC-DC converter circuit that boosts an applied voltage from the DC power supply and applies the applied voltage to the inverter circuit. ,
The bidirectional orthogonal transform circuit has a plurality of the inverter circuits that are individually supplied with the AC voltage to the different rotating electric machines that are supplied with power from the single DC-DC converter circuit, and the control device includes: The step-up ratio of the DC-DC converter circuit is determined in accordance with the highest required voltage by comparing information on the amount of power consumption for each traveling rotary electric machine.
[0024]
That is, the present invention is applied to, for example, a case where two driving rotary electric machines are individually driven and controlled by different inverter circuits. According to the present invention, since each inverter circuit is supplied with power from a common DC-DC converter circuit, the circuit configuration can be simplified, and the boost voltage is set in accordance with the motor having the highest required voltage. Without inviting, the loss of the orthogonal transform circuit can be reduced.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of the vehicle power control device according to the present invention will be described with reference to the following examples.
[0026]
(overall structure)
FIG. 1 is a block circuit diagram showing an example of a hybrid vehicle using the vehicle power control device of this embodiment.
[0027]
1 is an engine, 2 is a generator motor composed of a three-phase synchronous machine (running rotating electric machine in the present invention), 3 is an inverter circuit, 4 is a DC-DC converter circuit, 5 is a battery, 6 is a smoothing capacitor, 7 Is a controller (control device in the present invention), 8 is a rotation angle sensor, and 9 is a current sensor.
[0028]
The engine 1 is directly connected to the generator motor 2 and drives wheels (not shown) through a gear device (not shown). In addition, other than the above, the connection form of the generator motor 2 and the engine 1 in the hybrid vehicle is variously known, and it is needless to say that the connection form is not limited to the above form. Further, in this embodiment, the application of the present invention to a hybrid vehicle in which running power is generated by the generator motor 2 and the engine 1 will be described. It is also possible that this occurs only in the generator motor 2.
[0029]
The generator motor 2 exchanges power with the battery 5 via a bidirectional orthogonal transformation circuit including an inverter circuit 3 and a DC-DC converter circuit 4. Various types of synchronous machines used as the generator motor 2 are known, but any type may be used, and an induction motor may be employed as a type of AC rotating electric machine.
[0030]
More specifically, after the voltage of the battery 5 is boosted at a predetermined boosting ratio by the DC-DC converter circuit 4, the voltage is applied to the inverter circuit 3 as a DC power supply voltage, and the inverter circuit 3 forms a three-phase AC voltage. This is applied to the stator coil of the generator motor 2. The inverter circuit 3 is an ordinary three-phase inverter circuit in which each arm has an IGBT and a diode connected in parallel, and is well known, so that further description is omitted. The DC-DC converter circuit 4 includes an upper IGBT 41 constituting an inverter circuit, a diode D1 connected in antiparallel with the upper arm IGBT 41, a lower arm IGBT 42, a diode D2 connected in antiparallel to the upper arm IGBT 41, and a reactor 43. This type of chopper type DC-DC converter circuit is well known, and a detailed description is omitted. Note that, as the DC-DC converter circuit 4, various types of chopper-type DC-DC converter circuits such as those in which the upper arm side IGBT 41 is omitted may be employed instead of the chopper-type DC-DC converter circuit shown in FIG. it can. In addition, as the DC-DC converter circuit 4, a transformer-boost DC-DC converter circuit including a single-phase inverter circuit, a boost transformer, and a rectifier circuit may be employed.
[0031]
The smoothing capacitor 6 smoothes the output voltage of the DC-DC converter circuit 4 and supplies it to the inverter circuit 3 as a power supply voltage.
[0032]
In this embodiment, the controller 7 receives a brake pedal depression amount (brake signal), an accelerator pedal depression amount (accelerator signal), and the like. The rotation angle sensor 8 inputs the rotation angle of the motor 2, and the current sensor 9 inputs the three-phase motor current to the controller 7.
[0033]
As the control of the inverter circuit 3 by the controller 7, an open control method may be employed in addition to the current feedback control method which is usually employed. More specifically, a three-phase AC current detected by the current sensor 9 is compared with a target current corresponding to the torque target value obtained from the accelerator signal to generate a current corresponding to the torque target value. A phase AC voltage is formed, a duty ratio for generating the three-phase AC voltage is determined, and the duty ratio is determined at a predetermined PWM carrier frequency at a phase and frequency synchronized with the rotor magnetic pole by the detected rotation angle. May be formed as an average duty ratio, and the PWM pulse voltage of each phase may be applied to the IGBT gate electrode of each corresponding arm of the inverter circuit 3. Since the PWM control itself of this type of three-phase AC motor is well known, further description is omitted. Thereby, the generator motor 2 generates a necessary torque.
[0034]
As the control of the DC-DC converter circuit 4 by the controller 7, a normally adopted voltage feedback control method is preferable. In this voltage feedback control method, the output voltage of the DC-DC converter circuit 4 is detected, and the IGBT 42 on the lower arm side of the DC-DC converter circuit 4 is set so that the difference between the target voltage stored in advance and this output voltage becomes zero. May be controlled. It should be noted that the upper arm IGBT 41 may be operated substantially in reverse to the lower arm IGBT 42. As a result, the load torque of the motor increases, the motor current increases, and if the power supply voltage of the inverter circuit 3 decreases, the step-up duty ratio of the DC-DC converter circuit 4 increases, and the output voltage increases. Constant.
[0035]
(Operation explanation)
Among the operations of the vehicle power control device described above, the boost ratio change control during the electric operation, which is a characteristic part of this embodiment, will be described.
[0036]
In this embodiment, the boosted voltage is set based on the information related to the power consumption that is input or obtained by calculation, thereby reducing the loss of the orthogonal transform circuit during small torque driving.
[0037]
The switching control of the boost ratio based on the required motor torque will be specifically described with reference to a flowchart shown in FIG.
[0038]
First, the controller 7 and the like are initialized by turning on the IG switch (S100). Next, information on the torque and the number of revolutions of the motor is read (S101), and the motor efficiency is calculated based on the read information to reduce the power consumption of the motor. The calculation is performed (S102). A voltage to be applied to the motor is calculated based on the calculated power consumption (S103). The current applied voltage is compared with the calculated applied voltage (S104). If the calculated applied voltage is lower than the current applied voltage, the calculated applied voltage is compared with the battery voltage (S105). If the applied voltage is lower than the battery voltage, the DC-DC converter circuit is stopped.
If the applied voltage calculated in S105 is higher than the battery voltage, the output boosted voltage is reduced. If the applied voltage calculated in S104 is higher than the current applied voltage, the output boosted voltage is increased.
The duty ratio of the PWM voltage for chopping applied to the IGBT of the DC-DC converter circuit is determined and output so that the boosted voltage determined as described above is obtained (S109).
[0039]
(Modification)
An accelerator pedal depression amount (accelerator signal) can be used as the data on the motor in step S101. That is, the depression amount of the accelerator pedal (accelerator signal) may be read and converted into the motor speed and torque in S102. In addition, the motor output power is determined from the target torque and the read rotation speed, and the voltage to be applied to the motor is determined from the target motor current value corresponding to the target torque and the motor output power. May be used as data linked to the above-described electric torque.
(Modification)
In this modification, the step-up ratio is changed according to the rotation speed of the generator motor 2. That is, even if the motor torque of the generator motor 2 is small, when the generator motor 2 is rotating at a very high rotation speed, the back electromotive force is large, so that the step-up ratio can be reduced or the DC-DC converter circuit can be reduced. If the motor 4 is stopped, there is a possibility that a necessary motor current cannot be supplied. For this reason, in this modified embodiment, as shown in FIG. 3, it is determined whether or not the rotation speed of the generator motor 2 exceeds a predetermined value (S120). It is prevented from dropping (S107) or stopping the DC-DC converter circuit 4 (S106). Thereby, the above problem can be solved.
(Modification)
This modification uses the steps shown in FIG. 4 instead of steps S102 to S108 in FIG. That is, the relationship between the power consumption of the generator motor 2 (or the motor torque of the generator motor) when the circuit loss of the entire system is minimized and the boost ratio is stored in advance as a map. Then, the power consumption of the generator motor 2 read in step S102 (or the electric torque of the generator motor obtained in step S101) may be substituted into the above-described map to obtain a boost ratio at which the circuit loss is minimized (S122). Then, the operation of the DC-DC converter circuit 4 at this step-up ratio is commanded (S109). By doing so, the required storage capacity of the built-in memory increases, but circuit loss can be minimized. Therefore, in the case where the electric torque of the generator motor is substituted into the map in step S122 to obtain the boost ratio at which the circuit loss is minimized, the electric torque corresponds to information related to power consumption according to the present invention.
[0040]
Embodiment 2
Second Embodiment A vehicle power control device according to a second embodiment will be described below with reference to a block circuit diagram shown in FIG.
[0041]
The circuit of FIG. 5 is obtained by adding an inverter circuit 30, a current sensor 90, and a generator motor 20 with a rotation angle sensor 80 to the circuit of FIG. 1 described above. The inverter circuit 30 is controlled by the controller 7 independently of the inverter circuit 3, whereby the generator motor 20 driven and controlled by the inverter circuit 30 is driven independently of the generator motor 2. However, in this embodiment, the inverter circuit 30 is supplied with power from the DC-DC converter circuit 4 in parallel with the inverter circuit 3, and the circuit configuration is simplified.
[0042]
However, in this case, two different values are input to the controller 7 as the electric torque or the data linked thereto, and the step-up ratio is reduced by the control of the first embodiment using only the power consumption of the generator motor 2 to reduce the power generation ratio. When the motor 20 needs to generate a large torque, there is a possibility that the generator motor 20 cannot generate a large torque.
[0043]
Therefore, in this embodiment, in step S101 of FIG. 2, the required torque of the two generator motors 2, 20 or the data associated therewith is read or calculated, and the obtained power consumption of the generator motors 2, 20 is compared. And the highest required voltage is used as a true value for comparison between S104 and S105. Thereby, the above problem can be solved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram showing an example of a vehicle power control device of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a control operation of the apparatus of FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a modification of the control operation of FIG. 2;
FIG. 4 is a flowchart illustrating a modification of the control operation of FIG. 2;
FIG. 5 is a block circuit diagram showing another example of the vehicle power control device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Generator motor 3 Inverter 4 DC-DC converter circuit 5 Battery 6 Capacitor 7 Controller (control device)
8 Rotation sensor 9 Current sensor

Claims (6)

車両に搭載されて走行動力を発生及び回収する交流駆動の走行用回転電機と、直流電源と前記走行用回転電機との間の双方向の電力移動を行う双方向直交変換回路と、車両の運転操作に応じて前記双方向直交変換回路を制御して前記電力移動を制御する制御装置とを備え、
前記双方向直交変換回路は、前記走行用回転電機に交流電圧を印加して前記走行用回転電機を駆動するインバータ回路と、前記直流電源からの印加電圧を所定の電圧に昇圧して前記インバータ回路に印加するＤＣ−ＤＣコンバータ回路とを有する車両用動力制御装置において、
前記制御装置は、
入力されるか又は演算した前記走行用回転電機の消費電力に関連する情報に基づいて、昇圧電圧を設定することを特徴とする車両用動力制御装置。An AC-driven traveling rotating electric machine mounted on a vehicle for generating and recovering traveling power, a bidirectional orthogonal conversion circuit for performing bidirectional power transfer between a DC power supply and the traveling rotating electric machine, and driving the vehicle. A control device that controls the power transfer by controlling the bidirectional orthogonal transform circuit according to the operation,
The bidirectional orthogonal transform circuit includes an inverter circuit that applies an AC voltage to the traveling rotating electric machine to drive the traveling rotating electric machine, and an inverter circuit that boosts a voltage applied from the DC power supply to a predetermined voltage. And a DC-DC converter circuit applied to the vehicle power control device,
The control device includes:
A power control device for a vehicle, wherein a boosted voltage is set based on input or calculated information relating to power consumption of the rotating electric machine for traveling. 請求項１記載の車両用動力制御装置において、
前記制御装置は、
前記情報として入力されるアクセル踏み量に基づいて現在より前記走行用回転電機の消費電力が減少すると判定した場合に、現在の昇圧電圧より低い昇圧電圧に設定することを特徴とする車両用動力制御装置。The vehicle power control device according to claim 1,
The control device includes:
Power control for a vehicle, characterized in that when it is determined that the power consumption of the rotating electric machine for driving is reduced from the present time based on the accelerator depression amount input as the information, the boosted voltage is set lower than the current boosted voltage. apparatus. 請求項１記載の車両用動力制御装置において、
前記制御装置は、
現在より大きな前記走行用回転電機の消費電力の発生が要求されない場合であっても、前記走行用回転電機の回転数が所定値以上の場合には前記回転数が前記所定値未満の場合に比較して前記昇圧電圧を増加することを特徴とすることを特徴とする車両用動力制御装置。The vehicle power control device according to claim 1,
The control device includes:
Even when it is not required to generate a larger power consumption of the traveling rotating electric machine than at present, when the rotating speed of the traveling rotating electric machine is equal to or more than a predetermined value, comparison is made when the rotation speed is less than the predetermined value. And increasing the step-up voltage. 請求項１乃至３のいずれか記載の車両用動力制御装置において、
前記制御装置は、
入力される要求トルク値及び要求回転数値に関連するデータを、あらかじめ記憶する前記データと前記双方向直交変換回路の昇圧比及び前記双方向直交変換回路の効率と前記走行用回転電機の効率と前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の効率との関係に代入して、全体の効率が最良となるように前記昇圧電圧を決定することを特徴とする車両用動力制御装置。The power control device for a vehicle according to any one of claims 1 to 3,
The control device includes:
The data relating to the input required torque value and the required rotation value are stored in advance, the data and the boost ratio of the bidirectional orthogonal transformation circuit, the efficiency of the bidirectional orthogonal transformation circuit, the efficiency of the rotating electric machine for traveling, and A power control device for a vehicle, wherein the boosted voltage is determined so as to obtain the best overall efficiency by substituting the boosted voltage into the relationship with the efficiency of a DC-DC converter circuit. 請求項１乃至４のいずれか記載の車両用動力制御装置において、
前記制御装置は、
入力される前記走行用回転電機の消費電力量に関連する情報に基づいて、現在より前記走行用回転電機の消費電力が減少する場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の停止による電流の減少を前記インバータ回路のＰＷＭデューティ比の増大で補償できる範囲内で前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を停止させることを特徴とする車両用動力制御装置。The power control device for a vehicle according to any one of claims 1 to 4,
The control device includes:
When the power consumption of the traveling rotating electric machine is reduced from the present time based on the input information related to the power consumption of the traveling rotating electric machine, the current reduction due to the stop of the DC-DC converter circuit is performed by the inverter. A power control device for a vehicle, wherein the DC-DC converter circuit is stopped within a range that can be compensated by an increase in a PWM duty ratio of the circuit. 車両に搭載されて走行動力を発生及び回収する交流駆動の走行用回転電機と、直流電源と前記走行用回転電機との間の双方向の電力移動を行う双方向直交変換回路と、車両の運転操作に応じて前記双方向直交変換回路を制御して前記電力移動を制御する制御装置とを備え、
前記双方向直交変換回路は、前記走行用回転電機に交流電圧を印加して前記走行用回転電機を駆動するインバータ回路と、前記直流電源からの印加電圧を昇圧して前記インバータ回路に印加するＤＣ−ＤＣコンバータ回路とを有する車両用動力制御装置において、
前記双方向直交変換回路は、単一の前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路から給電されて異なる前記走行用回転電機に個別に交流電圧を印加する複数の前記インバータ回路を有し、
前記制御装置は、
前記各走行用回転電機ごとの消費電力量に関する情報の比較により、最も高い必要電圧に応じて前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の昇圧電圧を決定することを特徴とする車両用動力制御装置。An AC-driven traveling rotating electric machine mounted on a vehicle for generating and recovering traveling power, a bidirectional orthogonal conversion circuit for performing bidirectional power transfer between a DC power supply and the traveling rotating electric machine, and driving the vehicle. A control device that controls the power transfer by controlling the bidirectional orthogonal transform circuit according to the operation,
The bidirectional orthogonal transform circuit includes an inverter circuit that applies an AC voltage to the traveling rotating electric machine to drive the traveling rotating electric machine, and a DC that boosts an applied voltage from the DC power supply and applies the applied voltage to the inverter circuit. A power control device for a vehicle having a DC converter circuit;
The bidirectional orthogonal conversion circuit has a plurality of the inverter circuits that are individually supplied with AC voltage to the different rotating electric machines for running while being supplied with power from the single DC-DC converter circuit,
The control device includes:
A power control device for a vehicle, wherein the boosted voltage of the DC-DC converter circuit is determined according to the highest required voltage by comparing information on the amount of power consumption for each of the traveling rotating electric machines.
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