JP2007118680A - 自動車用動力制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】保護動作制御部32は、パワー素子UH〜WLの保護のためゲート信号遮断スイッチ35をゲート信号遮断側に切替え、ハイブリッド制御ユニット4からのスイッチング信号を無効としてトランジスタ18a〜18fを非導通動作とする。電動機電流検出器17からの電動機電流信号は電動機電流算出手段22によって電流値に変換され、電動機制御演算部21を経て短絡異常検知手段29に入力し短絡異常を検知する。短絡異常検知時には内燃機関動作指示手段27が内燃機関5の出力を制限するよう内燃機関制御ユニット6へ指示を出して異常な電動機電流の導通状態を解除する。
【選択図】図7
Description
尚、スイッチング手段としてのパワー素子は、IGBT以外の半導体素子も有り得る事は勿論である。
また、この従来技術には、溶断部位を電極部材とは別構造のボンディングワイヤで構成することが例示されている。
(1)パワー素子の溶断部位が溶断する原理は、溶断部位の抵抗成分による発熱による溶融に基づくものであるため、溶断部位を持たないパワー素子に比べて溶断部位の抵抗値が高く、従って常時不要な損失が発生し、冷却性能とのバランスや、効率に関する特性が悪化する。
(2) 電力供給経路に直列に溶断部位が挿入されており、その溶断部位が誤溶断した場合、自
動車動力制御装置が正常に動作しなくなり、装置の信頼性が低下する。
(3)パワー素子の短絡故障時に確実に溶断部位が溶断するよう溶断電流値を低く設定すると、パワー素子の半導体部分の許容電流よりも溶断電流設定値の方が低くなり得るため、パワー素子全体で見た場合の定格電流容量が低下してしまう。一方、溶断部位の溶断電流値を高く設定すると、パワー素子が既に短絡故障して異常電流が流れていても、確実に溶断する事ができなくなる。
(4)パワー素子の溶断部位をボンディングワイヤで構成し、パワー素子を絶縁用射出成型樹脂でモールドする場合、ボンディング部や、ボンディングワイヤ本体の切断箇所と他の部分との接触部分に、接触不十分が生じて電流の導通が断続的となる可能性があるが、このような場合に、接触不十分な箇所に高電圧によるアークが発生し、モールド部材が発煙したり発火してしまう可能性がある。
図1は、本発明の実施の形態1による自動車用動力制御装置を含むハイブリッド自動車の構成図である。図1において、電力変換器1は、後述するようにスイッチング手段を備えており、スイッチング手段のスイッチング動作により直流電源3から供給される直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を交流電動機2に供給する。交流電動機2は、電力変換器1から交流電力を供給されることにより電動機として動作し、その出力が自動車を駆動する動力として用いられる。
図2は、ハイブリッド自動車用動力制御装置の内、交流電動機2の出力制御に関する構成を示すブロック図であり、交流電力として三相のものを扱う場合を示している。尚、図1に示す符号と同一符号は、図1と同一部分を示す。
先ず、交流電動機2の出力制御に関する基本動作は次の通りである。即ち、ハイブリッド制御演算部20により交流電動機2の目標動力、即ち目標出力を算出し、電動機制御演算部21にその算出した目標出力に基づく指示を与える。交流電動機2の出力である動力は、交流電動機2の回転速度と出力トルクの積であるから、電動機制御演算部21に与えられる指示は予め目標動力を回転速度で除した目標トルクであっても良く、或いは目標動力そのものであっても良い。
図3において、交流電動機2のU相、V相、W相の電機子巻線は、夫々、自己インダクタンス52a、52b、52c、電機子抵抗53a、53b、53c、および電圧源(誘起電圧)eu、ev、ewの直列接続体で表現される。各相の電機子抵抗53a、53b、53cの夫々の値はRa、自己インダクタンス52a、52b、52cの夫々の値はLaで表される。各相の直列接続体の一端は中性点cに接続され、他端は夫々各相の電動機端子に接続されている。また、図示していないが各直列接続体間には相互インダクタンスが存在し、U相・V相間の相互インダクタンスはMuv、V相・W相間の相互インダクタンスはMvw、W相・U相間の相互インダクタンスはMwuで表される。
いま、パワー素子ULのトランジスタ18bが短絡故障を起こしたとすると、その短絡故障による異常を検出して各パワー素子UH〜WLへのスイッチング信号が遮断され、パワー素子UL以外の他のパワー素子UH、VH、VL、WH、WLは非導通状態となる。
図6の(a)は、全てのパワー素子UH〜WLは短絡故障がなく正常であって、各パワー素子へのスイッチング信号を遮断してゲート遮断状態とし、非導通(OFF)状態を維持した場合の電動機電流を示す。この場合、夫々のパワー素子UH〜WLの内、フライホイールダイオード19a〜19fのみが電流路として有効となり、三相インバータ15は、三相交流を直流に全波整流するダイオードブリッジとして動作するため、図示のように三相相似の電流波形となる。
図7は、本発明の実施の形態1によるハイブリッド自動車用動力制御装置の内、交流電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。図中、図1〜図6と同一の符号を付したものは、同一または相当部分を示している。
その他の構成は、図2に示す構成と同様である。
ハイブリッド自動車の動力制御が正常に行われている状態では、ハイブリッド制御ユニット4は、内燃機関系動作情報伝送手段24を介して内燃機関制御ユニット6から内燃機関5の動作状態に関する情報を受け取り、また内燃機関5に対する動作指示を内燃機関系動作情報伝送手段24を介して内燃機関制御ユニット6に与えて、内燃機関5の動力制御を行っている。
実施の形態2
図11は、本発明の実施の形態2におけるハイブリッド自動車用動力制御装置の内、交流電動機の動力制御に関する構成を示すブロック図である。図11において、図7と同一の符号を付したものは、図7に示すものと同一または相当部分を示す。
図11に示す実施の形態2の自動車用動力制御装置は、電力変換器1内に電源電流検出器36を備え、また、ハイブリッド制御ユニット4内に電源電流算出手段37を備える点を除いて、図7の実施の形態1と同様の構成である。
実施の形態3
図13は、電力変換器1内にパワー素子UH〜WLの温度を検出するためのサーマルダイオード38a〜38c、定電流回路39a〜39c、パワー素子温度算出手段40a〜40cを備えることを除いて、図7に示す実施の形態1と同様の構成である。
2 交流電動機
3 直流電源
4 ハイブリッド制御ユニット
5 内燃機関
6 内燃機関制御ユニット
7 変速機
8 減速ギヤ
9 差動ギヤ
10 ドライブシャフト
11 駆動輪
12 回転角検出器
15 三相インバータ
16 平滑用コンデンサ
17a〜17c 電動機電流検出器
UH、UL、VH、VL、WH、WL パワー素子
18a〜18f トランジスタ
19a〜19f フライホイールダイオード
20 ハイブリッド制御演算部
21 電動機制御演算部
22 電動機電流算出手段
23 回転角度速度算出手段
24 内燃機関系動作情報伝送手段
25 車両動作情報算出手段
26 電動機系動作情報伝送手段
27 内燃機関動作指示手段
28 電動機動作指示手段
29 短絡異常検知手段
31 電力変換器入出力処理手段
32 保護動作制御部
33 直流リンク電圧算出手段
34 電力変換器情報伝送手段
35 ゲート信号遮断スイッチ
36 電源電流検出器
37 電源電流算出手段
38a〜38c サーマルダイオード
39a〜39c 定電流回路
40a〜40c パワー素子温度算出手段
51a〜51c 電圧源(誘起電圧)
52a〜52c 自己インダクタンス
53a〜53c 電機子抵抗
101 アクセル踏量検出器
102 ブレーキ踏量検出器
103 車速検出器
104 舵角検出器
Claims (9)
- 内燃機関の出力と交流電動機の出力とを動力源とするハイブリッド自動車の動力制御を行う自動車用動力制御装置であって、前記内燃機関の出力を制御する内燃機関制御ユニットと、前記交流電動機と直流電源とに接続されてこれらと共に電力供給経路を形成し、前記直流電源と前記交流電動機の一方から他方へ、スイッチング手段のスイッチング動作により電力変換して電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器のスイッチング動作を制御して前記交流電動機の出力を制御する機能を有し、前記内燃機関制御ユニットと連携して前記ハイブリッド自動車の動力制御のための演算を行うハイブリッド制御ユニットと、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記電力供給経路の短絡故障による異常を検知する短絡異常検知手段と、前記ハイブリッド制御ユニットに設けられ、前記短絡異常検知手段が前記異常を検知したとき前記内燃機関に前記異常に対応した動作をさせるための指示を前記内燃機関制御ユニットに与える内燃機関動作指示手段とを備えたことを特徴とする自動車用動力制御装置。
- 前記短絡異常検知手段は、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記交流電動機に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知することを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
- 前記短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記直流電源に流れる電流に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知することを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
- 前記電力変換器のスイッチング手段と前記電力供給経路とのうち少なくともいずれか一方の温度を測定する温度検出器を備え、前記短絡異常検知手段は、前記交流電動機の出力制御の指示量に関する情報と、前記電力変換器のスイッチングに関する情報と、前記温度検出器が検出した前記温度に関する情報とに基づいて、前記短絡故障による異常を検知することを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
- 前記内燃機関動作指示手段は、前記電力供給経路の温度に関する情報と前記電力供給経路に流れる電流に関する情報とのうち少なくともいずれか一方に基づいて求められる短絡故障による異常の度合いに適応した動作指示を、前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
- 前記電流に関する情報は、電流の通流形態と電流値とのうち少なくともいずれか一方に関する情報であることを特徴とする請求項5に記載の自動車用動力制御装置。
- 前記内燃機関動作指示手段は、前記ハイブリッド自動車の車両動作状況に適応した動作指示を前記内燃機関制御ユニットへ与えるよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
- 前記内燃機関動作指示手段は、前記交流電動機の回転速度と、前記電力供給経路の温度と、前記電力供給経路に流れる電流と、前記内燃機関の回転速度との相関によって算出される前記異常時の内燃機関出力上限特性に基づき、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を、前記内燃機関制御ユニットに与えることを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
- 前記内燃機関動作指示手段は、前記ハイブリッド自動車の加減速量、加減速頻度、操舵量、操舵頻度、車速のうちの少なくともいずれかを含む車両動作情報と、前記電力供給経路の温度および/または前記電力供給経路に流れる電流により求められる前記異常の度合いとに適合して、前記自動車の走行継続若しくは走行停止を行うように、前記内燃機関の出力調整パラメータを変化させて前記内燃機関の回転速度を制限するよう動作させるための指示を、前記内燃機関制御ユニットに与えることを特徴とする請求項1に記載の自動車用動力制御装置。
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