JP2005065390A - 車両の充電制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】たとえ、インバータ装置を介してモータジェネレータを作動制御するコントローラに異常が発生した場合においても、モータジェネレータが不要な駆動力を発生することを防止し、バッテリへの充電機能を保持する。
【解決手段】モータジェネレータ15は、モータジェネレータ制御装置33によりインバータ装置11を介して作動制御される。インバータ装置11のインバータ制御部61は、IPM62に対してゲート制御を実施させ、界磁制御回路部63に対して界磁制御を実施させる。また、インバータ制御部61は、モータジェネレータ制御装置33が正常か否か監視し、モータジェネレータ制御装置33が異常と判定した場合は、以後、モータジェネレータ制御装置33からの指令をキャンセルし、IPM62に対して全てのゲートを閉じさせてIPM62をモータジェネレータ15による発電の整流作用のみの機能に強制的に移行させる。
【選択図】図2
【解決手段】モータジェネレータ15は、モータジェネレータ制御装置33によりインバータ装置11を介して作動制御される。インバータ装置11のインバータ制御部61は、IPM62に対してゲート制御を実施させ、界磁制御回路部63に対して界磁制御を実施させる。また、インバータ制御部61は、モータジェネレータ制御装置33が正常か否か監視し、モータジェネレータ制御装置33が異常と判定した場合は、以後、モータジェネレータ制御装置33からの指令をキャンセルし、IPM62に対して全てのゲートを閉じさせてIPM62をモータジェネレータ15による発電の整流作用のみの機能に強制的に移行させる。
【選択図】図2
Description
本発明は、特に、インバータ装置と接続されて所定の駆動力発生と充電とが実行自在なモータジェネレータを有する車両の充電制御装置に関する。
近年、車両においては、燃費の低減や、排気ガスの低減等を目的として、インバータ装置と接続されて所定の駆動力発生と充電とが実行自在なモータジェネレータを備えた車両が実用化されている。
例えば、特開2002−176704号公報に示す2電源系統を有するハイブリッド自動車では、コントローラにより、モータジェネレータの回転位置に基づいてインバータ装置を位相制御したり、スイッチング素子やインバータ装置のスイッチング素子のPWM(Pulse Width Modulation)デューティ比を制御して、モータジェネレータのトルクを調整する技術が開示されている。
特開2002−176704号公報
ところで、上述の特許文献1に示されるようなモータジェネレータは、エンジンとトルク授受可能に連結され、バッテリからインバータ装置を通じて給電されて電動動作したり、エンジンにより駆動されて発電を行ってインバータ装置を通じてバッテリを充電したりするものであるため、インバータ装置を介してモータジェネレータを作動制御するコントローラに異常が発生した場合、モータジェネレータが不要な駆動力を発生したり、或いは、バッテリに充電ができなくなる可能性があり、これに対処できるフェイルセイフ機能を設けることが重要である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、たとえ、インバータ装置を介してモータジェネレータを作動制御するコントローラに異常が発生した場合においても、モータジェネレータが不要な駆動力を発生することを防止し、バッテリへの充電機能を保持することが可能な車両の充電制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、所定の駆動力発生と充電とが実行自在なモータジェネレータと、上記モータジェネレータをインバータ装置を介して作動制御するモータジェネレータ制御手段とを備えた車両の充電制御装置において、上記インバータ装置を、少なくとも上記モータジェネレータからの交流電流を所定の電圧の直流電流に可変して出力自在な変換手段と、上記モータジェネレータ制御手段からの指令により少なくとも上記変換手段の作動を制御する変換制御手段を有して構成し、上記変換制御手段は、上記モータジェネレータ制御手段の異常を検出した場合は、上記変換手段の機能を上記モータジェネレータからの交流電流を所定の電圧の直流電流に可変する整流機能のみに強制的に限定させることを特徴としている。
本発明による車両の充電制御装置は、たとえ、インバータ装置を介してモータジェネレータを作動制御するコントローラに異常が発生した場合においても、モータジェネレータが不要な駆動力を発生することを防止し、バッテリへの充電機能を保持することが可能となる。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1〜図3は本発明の実施の一形態を示し、図1は2つの異なる電圧系統を有する車両全体の概略説明図、図2はモータジェネレータとインバータ装置を中心とする接続回路に関する説明図、図3はインバータ制御部で実行される制御プログラムのフローチャートである。
図1〜図3は本発明の実施の一形態を示し、図1は2つの異なる電圧系統を有する車両全体の概略説明図、図2はモータジェネレータとインバータ装置を中心とする接続回路に関する説明図、図3はインバータ制御部で実行される制御プログラムのフローチャートである。
図1において、符号1は車両前部に配置されたエンジンを示し、このエンジン1による駆動力は、エンジン1後方の自動変速装置(トルクコンバータ等も含んで図示)2からトランスファ3に伝達される。
更に、このトランスファ3に伝達された駆動力は、リヤドライブ軸4、プロペラシャフト5、ドライブピニオン軸部6を介して後輪終減速装置7に入力される一方、リダクションドライブギヤ、リダクションドリブンギヤ、フロントドライブ軸を介して前輪終減速装置(以上、フロント駆動系は図示せず)に入力される。
後輪終減速装置7に入力された駆動力は、後輪左ドライブ軸8rlを経て左後輪9rlに、後輪右ドライブ軸8rrを経て右後輪9rrに伝達される。前輪終減速装置に入力された駆動力は、前輪左ドライブ軸8flを経て左前輪9flに、前輪右ドライブ軸8frを経て右前輪9frに伝達される。
次に、この車両に車載される各エレクトロニクス系について説明する。
本車両は、42Vの高電圧系と14Vの低電圧系の2つの電圧系統を有して構成されている。
本車両は、42Vの高電圧系と14Vの低電圧系の2つの電圧系統を有して構成されている。
符号11は、インバータ装置を示し、このインバータ装置11には、エンジン1のクランクスプロケット12によりベルト13を介して回転軸端部のプーリ14が回転され発電を行うと共に、最初の始動時以外の再始動等におけるエンジン1の始動を行うモータジェネレータ15が、後述の図2で説明するように電気的に接続されている。
インバータ装置11には、充放電可能な36Vバッテリ16と接続された42V系の配線が接続され、この42V系の配線には、最初のエンジン始動時のみ使用するスタータモータ17や、電動モータによるパワーステアリング装置18等の42V負荷23が接続されている。
また、インバータ装置11側面には、42V系の配線が接続されて、42V電圧を14V電圧に変換するDC−DCコンバータ19が略一体的にケース20内に格納されている。このDC−DCコンバータ19に接続される配線には、充放電可能な12Vバッテリ21が接続され、その他各種ランプ、オーディオ、及び、後述する各制御装置等の14V負荷22が接続されている。
車両には、車両の自動停止再始動制御を実行するアイドルストップ制御装置30が搭載されており、このアイドルストップ制御装置30には、エンジン1における周知の各種制御を実行するエンジン制御装置31、主に36Vバッテリ16の充電状態、放電状態を管理するバッテリ監視装置32、インバータ装置11と接続されてモータジェネレータ15の制御を行うモータジェネレータ制御装置33等が、例えば、車両の通信ネットワークとしてISOの標準プロトコルの一つであるCAN(Controller Area Network)等により接続されて、後述の各センサで検出された値やスイッチ信号は、このCANを通じ、それぞれの制御装置で必要に応じて共有されている。
アイドルストップ制御装置30には、ブレーキペダル41の踏み込みストロークを検出するブレーキペダル踏み込み量センサ42(ブレーキ油圧をセンシングするものでも良い)、アクセルペダル43の踏み込みストロークを検出するアクセルペダル踏み込み量センサ44が接続されている。また、アイドルストップ制御装置30には、ハンドル角θHを検出するハンドル角センサ45、車速Vを検出する車速センサ46、選択されたシフトポジション(P、R、N、D、3速、2速、1速の各レンジ位置)を検出するシフトポジションスイッチ47等が接続されている。また、エンジン制御装置31には、図示はしないが、エンジン回転数センサ、アクセル開度センサ等の周知のセンサ類が接続されている。
アイドルストップ制御装置30は、これらスイッチ、センサ類から得られる各情報を基に、エンジン1を自動停止する予め設定したエンジン自動停止条件が成立しているか否か判定し、エンジン自動停止条件が成立している場合には、エンジン1を自動停止させる信号をエンジン制御装置31、モータジェネレータ制御装置33に出力するようになっている。
また、アイドルストップ制御装置30は、アイドルストップ状態の場合にエンジン自動停止条件が不成立の状態となったら、エンジン制御装置31及びモータジェネレータ制御装置33に信号を出力してインバータ装置11によりモータジェネレータ15を駆動させ、エンジン1を再始動させる。
ここで、エンジン自動停止条件とは、例えば、ブレーキペダル41が踏み込まれ、アクセルペダル43が踏まれておらず、シフトポジションがP、N、D、3速、2速、1速の何れかで、車速Vが略ゼロであり、且つ、バッテリ監視装置32からアイドルストップの禁止指令がない場合である。
また、アイドルストップ制御装置30は、予め設定しておいた回生条件(例えば、アクセルペダル43が踏まれておらず、エンジン回転数NEが1000rpm以上で、車速Vが40km/h以上で、駆動系とエンジン1とが連結され燃料が消費されていない条件)が成立する場合には、バッテリ監視装置32に対して回生指令を出力する。
また、バッテリ監視装置32は、36Vバッテリ16の充電状態、放電状態を管理すべく、36Vバッテリ16におけるバッテリ温度TBaを検出するバッテリ温度センサ51、バッテリ電圧VBaを検出するバッテリ電圧計52、バッテリ電流IBaを検出するバッテリ電流計53が接続されている。
バッテリ監視装置32は、充電に際しては、モータジェネレータ15の発電トルクを直接的に制御することなく、目標とする電圧値(目標電圧)VTGをモータジェネレータ制御装置33に出力して充電を実行させるものであり、36Vバッテリ16は回生等により充電が行われるものであるため、通常は、予め設定しておいた70%のバッテリ残存容量に相当する電圧値により充電が行われるようになっている。
また、バッテリ監視装置32は、アイドルストップ制御装置30から回生指令がある場合には、エンジン回転数とブレーキ踏力に応じて、エンジン回転数が高いほど、ブレーキ踏力が大きいほど高い目標電圧VTGを設定してモータジェネレータ制御装置33に対して出力するようになっている。
また、バッテリ監視装置32は、36Vバッテリ16の電圧値から36Vバッテリ16が過放電状態と判定される場合には、アイドルストップ制御装置30に対してアイドルストップの禁止指令を出力し、更に、通常の充電電圧値よりも所定に高い電圧値で充電を実行する急速充電処理を実行して、放電状態を抑止させる。
更に、バッテリ監視装置32は、36Vバッテリ16の電流値から36Vバッテリ16が過充電状態と判定される場合には、モータジェネレータ15による発電をカットすることなく通常の充電電圧値よりも所定に低い電圧値を設定する充電休止処理を実行するようになっている。
モータジェネレータ制御装置33は、モータジェネレータ制御手段として設けられ、アイドルストップ制御装置30からエンジン1を自動停止させる信号(アイドルストップ指令)が入力され、バッテリ監視装置32から目標電圧VTG、バッテリ電圧VBa、バッテリ電圧VBaに基づくバッテリ残存容量(バッテリSOC)とバッテリに対する指令状態(急速充電処理等)が入力され、また、アクセル開度、エンジン回転数、車速も入力される。
そして、モータジェネレータ15が実行すべき制御を上述の各信号に従って決定し、これら制御に必要なパラメータをインバータ装置11に出力する。具体的には、モータジェネレータ制御装置33は、インバータ装置11に対し、制御モードとして、停止時制御モード、定電圧発電制御モード、始動時制御(始動時最大トルク制御、始動時ゼロトルク制御、始動時発電制御)モード、急加速時制御(急加速時ゼロトルク制御、急加速時発電制御)モードの各モードを指令し、これら各制御モードに必要なパラメータ(モータジェネレータ15のトルク、回転数、充電指令電圧VOD)を、演算、マッピングして求め出力する。また、インバータ装置11からは、モータジェネレータ15の状態量(モータジェネレータ15のトルク、回転数、充電電圧)が入力される。
ここで、上述のモータジェネレータ制御装置33により定められる制御モードとは、例えば、以下のような制御モードとなっている。
1.停止時制御モードは、モータジェネレータ15が回転している場合には、ブレーキをかけてモータジェネレータ15を停止させ、モータジェネレータ15が停止している場合には、その停止状態を維持するモードとなっている。
2.始動時最大トルク制御モードは、エンジン再始動の信号が入力された際にエンジン1が始動するまで実行されるモードで、予め記憶しておいたモータジェネレータ15のトルクと回転数のマップを参照して、モータジェネレータ15の回転数に応じたトルクを発生させるようにインバータ装置11に信号を出力して制御するモードである。
3.始動時ゼロトルク制御モードは、エンジン始動と判定した場合、要求負荷、すなわち、エンジン回転数とアクセル開度に応じて、予め設定しておいたマップを参照し、ゼロトルク時間を設定し、このゼロトルク時間が経過するまで、モータジェネレータ15による駆動力発生と発電の両方を行わない制御のモードとなっている。尚、上述のゼロトルク時間は、アクセル開度が大きければ大きい程、また、エンジン回転数が小さければ小さい程、長い時間に設定される。
4.始動時発電制御モードは、上述の始動時ゼロトルク制御モード終了後、急にバッテリ監視装置32で指令された充電電圧を設定することなく、段階的に充電電圧を上昇させる制御モードとなっている。
5.急加速時ゼロトルク制御は、車両が急加速状態と判定された場合、上述の始動時ゼロトルク制御モードと同様、要求負荷、すなわち、エンジン回転数とアクセル開度に応じて、予め設定しておいたマップを参照し、ゼロトルク時間を設定し、このゼロトルク時間が経過するまで、モータジェネレータ15による駆動力発生と発電の両方を行わない制御のモードとなっている。
6.急加速時発電制御モードは、上述の急加速時ゼロトルク制御モード終了後、急にバッテリ監視装置32で指令された充電電圧を設定することなく、段階的に充電電圧を上昇させる制御モードとなっている。
また、モータジェネレータ制御装置33には、モータジェネレータ制御装置33が正常に作動していることを監視するため、インバータ装置11の後述するインバータ制御部61から所定時間毎に予め設定しておいた数値が入力され、この入力された数値を予めメモリしておいた演算式により演算してインバータ制御部61に出力する。そして、この演算結果により、インバータ制御部61がモータジェネレータ制御装置33の正常か異常を判定するようになっている。インバータ制御部61がモータジェネレータ制御装置33が異常と判定した場合は、以後、モータジェネレータ制御装置33からの指令をキャンセルし、後述するIPM62に対して全てのゲートを閉じさせてIPM62をモータジェネレータ15による発電の整流作用のみの機能に強制的に移行させる。
次に、モータジェネレータ15とインバータ装置11を中心とする接続回路について、図2を基に説明する。
インバータ装置11は、インバータ制御部61、インテリジェントパワーモジュール(以下、IPMと略称)62、及び、界磁制御回路部63を有して主要に構成されている。
インバータ装置11は、インバータ制御部61、インテリジェントパワーモジュール(以下、IPMと略称)62、及び、界磁制御回路部63を有して主要に構成されている。
インバータ制御部61は、変換制御手段としてのものであり、IPM62の後述するP端子の回路上の電圧値、電流値、DC−DCコンバータ19からの14Vの低電圧系の電圧値、モータジェネレータ15のU、V、W端子の何れか2端子の電圧値、電流値(IPM62を通じて入力)、モータジェネレータ15のロータの回転位相を検出するレゾルバ65からの回転位相信号等が入力される。
また、モータジェネレータ制御装置33からは、前述の各制御モードや、これら各制御モードに必要なパラメータ(モータジェネレータ15のトルク、回転数、充電指令電圧VOD)等が入力される。また、インバータ制御部61からは、モータジェネレータ制御装置33に対し、モータジェネレータ15の状態量(モータジェネレータ15のトルク、回転数、充電電圧)が出力される。
そして、上述の入力された各制御モードに応じて、入力された各部の電流(インバータ状態)、電圧、ロータ位相を基にIPM62に対してゲート制御を実施させ、界磁制御回路部63に対して界磁制御を実施させて入力された制御モードを実施させる。
また、インバータ制御部61は、モータジェネレータ制御装置33が正常に作動していることを監視するため、モータジェネレータ制御装置33に対して所定時間毎に予め設定しておいた数値が出力され、モータジェネレータ制御装置33では、このインバータ制御部61から入力された数値を予めメモリしておいた演算式により演算してインバータ制御部61に出力する。そして、この演算結果により、インバータ制御部61は、モータジェネレータ制御装置33が正常か異常かを判定するようになっている。インバータ制御部61がモータジェネレータ制御装置33が異常と判定した場合は、以後、モータジェネレータ制御装置33からの指令をキャンセルし、IPM62に対して全てのゲートを閉じさせてIPM62をモータジェネレータ15による発電の整流作用のみの機能に強制的に移行させる。
そして、インバータ制御部61によって検出されたモータジェネレータ制御装置33の故障は、図示しないインストルメントパネルに設けたコンビネーションメータの警報ランプにてドライバに警報がなされるようになっている。
このフェイルセイフ機能により、モータジェネレータ制御装置33が故障した場合、車両はエンジン1の自動停止再始動の機能は失われるが、36Vバッテリ16と12Vバッテリ21に対する充電は引き続き実行されるので、故障が修理されるまでの車両の運転は確実に保障される。また、モータジェネレータ15が不要な駆動力を発生することも確実に防止される。
また、インバータ制御部61は、IPM62から温度、電流等の信号が入力されており、これら信号に基づき、IPM62の故障診断と保護制御を実行するようになっている。
IPM62は、変換手段として設けられているもので、複数のスイッチング素子とその駆動回路、及び、各種保護回路を1パッケージとして、設定された条件でIGBT(Insurated Gate Bipolar Transistor)をドライブする周知のもので構成されている。U,V,Wの各3相インバータ端子は、モータジェネレータ15と接続され、整流コンバータ平滑後の主電源端子の+側の端子であるP端子が前述の42V系の配線に接続され、−側の端子であるN端子がアース接続されている。そして、インバータ制御部61からの信号によりゲート制御され、モータジェネレータ15の駆動やモータジェネレータ15による充電を実行させる。
界磁制御回路部63は、一方の入力端子はIPM62のP端子に接続され、他方の入力端子はアース接続されて、インバータ制御部61からの信号によりモータジェネレータ15の界磁電流を調整、制御するものであり、モータジェネレータ15のロータからでる磁束を増減させることで、モータジェネレータ15の駆動時には出力トルクの調整を行い、モータジェネレータ15による発電時には発電電圧の調整を行うようになっている。
次に、インバータ装置11のインバータ制御部61で実行される制御プログラムを図3のフローチャートで説明する。本プログラムは所定時間毎に繰り返し実行され、まず、ステップ(以下、「S」と略称)101で、モータジェネレータ制御装置33が正常か否か、すなわち、インバータ制御部61がモータジェネレータ制御装置33に出力した予め設定しておいた数値に対し、モータジェネレータ制御装置33から正しい演算結果が入力されたか否か判定し、正しい演算結果が入力され、モータジェネレータ制御装置33が正常と判定できる場合には、S102に進む。
そして、S102では、モータジェネレータ制御装置33からインバータ制御部61に入力された各信号に基づき、入力された各部の電流(インバータ状態)、電圧、ロータ位相を基にIPM62に対してゲート制御を実施させる。
次いで、S103に進み、界磁制御を実行してプログラムを抜ける。
一方、S101で、インバータ制御部61に対してモータジェネレータ制御装置33から正しい演算結果が入力されず、モータジェネレータ制御装置33が異常と判定できる場合には、S104に進み、以後、モータジェネレータ制御装置33からの指令をキャンセルし、IPM62に対して全てのゲートを閉じさせてIPM62をモータジェネレータ15による発電の整流作用のみの機能に強制的に移行させる。その後、S103に進んで、界磁制御を実行してプログラムを抜ける。
このように、本発明の実施の形態によれば、モータジェネレータ制御装置33は、インバータ装置11のインバータ制御部61により異常状態が監視され、インバータ制御部61がモータジェネレータ制御装置33の異常状態を検出すると、以後、モータジェネレータ制御装置33からの指令をキャンセルし、IPM62に対して全てのゲートを閉じさせてIPM62をモータジェネレータ15による発電の整流作用のみの機能に強制的に移行させる機能を有しているので、たとえ、モータジェネレータ制御装置33が故障しても、車両はエンジン1の自動停止再始動の機能は失われるが、36Vバッテリ16と12Vバッテリ21に対する充電は引き続き実行されて、故障が修理されるまでの車両の運転は確実に保障される。また、モータジェネレータ15が不要な駆動力を発生することも確実に防止される。
尚、本実施の形態においては、インバータ装置11のインバータ制御部61にモータジェネレータ制御装置33の故障を判定する機能を備えるようにしているが、この故障を判定する機能はインバータ制御部61以外のインバータ装置11内に設けるようにしても良い。
1 エンジン
11 インバータ装置
15 モータジェネレータ
16 36Vバッテリ
19 DC−DCコンバータ
21 12Vバッテリ
30 アイドルストップ制御装置
31 エンジン制御装置
32 バッテリ監視装置
33 モータジェネレータ制御装置(モータジェネレータ制御手段)
61 インバータ制御部(変換制御手段)
62 IPM(変換手段)
63 界磁制御回路部
代理人 弁理士 伊 藤 進
11 インバータ装置
15 モータジェネレータ
16 36Vバッテリ
19 DC−DCコンバータ
21 12Vバッテリ
30 アイドルストップ制御装置
31 エンジン制御装置
32 バッテリ監視装置
33 モータジェネレータ制御装置(モータジェネレータ制御手段)
61 インバータ制御部(変換制御手段)
62 IPM(変換手段)
63 界磁制御回路部
代理人 弁理士 伊 藤 進
Claims (1)
- 所定の駆動力発生と充電とが実行自在なモータジェネレータと、
上記モータジェネレータをインバータ装置を介して作動制御するモータジェネレータ制御手段と、
を備えた車両の充電制御装置において、
上記インバータ装置を、少なくとも上記モータジェネレータからの交流電流を所定の電圧の直流電流に可変して出力自在な変換手段と、上記モータジェネレータ制御手段からの指令により少なくとも上記変換手段の作動を制御する変換制御手段を有して構成し、
上記変換制御手段は、上記モータジェネレータ制御手段の異常を検出した場合は、上記変換手段の機能を上記モータジェネレータからの交流電流を所定の電圧の直流電流に可変する整流機能のみに強制的に限定させることを特徴とする車両の充電制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011259696A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Samsung Sdi Co Ltd | バッテリ保護回路、その制御方法及びバッテリ・パック |
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2003
- 2003-08-08 JP JP2003290778A patent/JP2005065390A/ja active Pending
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