JP2013027121A - Electric vehicle and control method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動車両およびその制御方法に関し、特に、走行用の電力を蓄える蓄電装置と電動機を駆動する駆動装置との間に昇圧装置を備える電動車両およびその制御方法に関する。 The present invention relates to an electric vehicle and a control method thereof, and more particularly, to an electric vehicle including a booster device between a power storage device that stores electric power for traveling and a drive device that drives an electric motor, and a control method thereof.
環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が注目されている。電気自動車は、蓄電装置とインバータとインバータによって駆動される電動機とを走行用の動力源として搭載する。ハイブリッド自動車は、従来の内燃機関に加え、蓄電装置とインバータと電動機とを走行用の動力源として搭載する。 Electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles are attracting attention as environmentally friendly vehicles. An electric vehicle includes a power storage device, an inverter, and an electric motor driven by the inverter as a driving power source. In addition to a conventional internal combustion engine, a hybrid vehicle includes a power storage device, an inverter, and an electric motor as a driving power source.
上記のような電動車両において、走行用の電力を蓄える蓄電装置とインバータとの間に、インバータの入力電圧を蓄電装置の電圧以上に昇圧する昇圧コンバータを備えた電動車両が知られている。 In the electric vehicle as described above, an electric vehicle including a boost converter that boosts the input voltage of the inverter to a voltage higher than the voltage of the power storage device is known between the power storage device that stores power for traveling and the inverter.
特開2009−225633号公報(特許文献1)は、そのような昇圧コンバータを備える電動機駆動制御装置を開示する。昇圧コンバータは、リアクトルとスイッチング素子とを含む昇圧チョッパ回路によって構成される。昇圧コンバータのバッテリ側とインバータ側とには、平滑コンデンサが設けられる。この平滑コンデンサと昇圧コンバータのリアクトルとにより共振回路が構成される。そして、この電動機駆動制御装置においては、モータの目標動作点が上記共振回路において共振が発生する所定領域に含まれるとき、インバータ側の電圧がバッテリ側の電圧よりも高くなるように昇圧コンバータが制御されるとともに、正弦波PWM制御方式を用いてインバータが制御される。 Japanese Patent Laying-Open No. 2009-225633 (Patent Document 1) discloses an electric motor drive control device including such a boost converter. The boost converter includes a boost chopper circuit including a reactor and a switching element. Smoothing capacitors are provided on the battery side and the inverter side of the boost converter. The smoothing capacitor and the reactor of the boost converter constitute a resonance circuit. In this motor drive control device, when the target operating point of the motor is included in a predetermined region where resonance occurs in the resonance circuit, the boost converter controls the inverter side voltage to be higher than the battery side voltage. In addition, the inverter is controlled using a sine wave PWM control method.
この電動機駆動制御装置によれば、昇圧コンバータにおける共振の発生に起因した不具合の発生を抑制しつつ、電動機の出力やエネルギー効率の向上を図ることができるとされる(特許文献1参照)。 According to this motor drive control device, it is said that the output of the motor and the energy efficiency can be improved while suppressing the occurrence of defects due to the occurrence of resonance in the boost converter (see Patent Document 1).
昇圧コンバータが故障している場合には、昇圧コンバータを昇圧動作させることにより共振の発生を回避することができないので、矩形波制御方式によるインバータ制御(矩形波電圧制御)を禁止して正弦波PWM制御方式を用いたインバータ制御により共振を回避し得る。 When the boost converter is out of order, it is impossible to avoid the occurrence of resonance by boosting the boost converter. Therefore, the inverter control (rectangular wave voltage control) by the rectangular wave control method is prohibited and the sine wave PWM. Resonance can be avoided by inverter control using a control method.
しかしながら、矩形波電圧制御を一律に禁止にすると、走行性能が低下するので、共振の懸念がない領域では矩形波電圧制御を許可することが望ましい。ここで、正弦波PWM制御方式と矩形波制御方式との切替は、たとえば、電動機の最大トルクを切替えることによって可能であるが、単に電動機の回転数のしきい値に対する大小で電動機の最大トルクを切替えるだけでは、電動機のトルクが急激に変動し、その結果、車両の挙動が大きく変化してしまう。 However, if the rectangular wave voltage control is uniformly prohibited, the running performance deteriorates. Therefore, it is desirable to allow the rectangular wave voltage control in an area where there is no concern about resonance. Here, switching between the sine wave PWM control method and the rectangular wave control method is possible, for example, by switching the maximum torque of the motor. However, the maximum torque of the motor is simply set to a value larger or smaller than the threshold value of the rotation speed of the motor. Only by switching, the torque of the electric motor fluctuates rapidly, and as a result, the behavior of the vehicle changes greatly.
それゆえに、この発明の目的は、昇圧コンバータにおける共振の発生を回避しつつ車両挙動の急激な変動を抑制する電動車両およびその制御方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an electric vehicle and a control method therefor that suppress a sudden change in vehicle behavior while avoiding the occurrence of resonance in a boost converter.
この発明によれば、電動車両は、走行用の電動機と、駆動装置と、電力線と、蓄電装置と、昇圧装置と、コンデンサと、制御装置とを備える。駆動装置は、電動機を駆動する。電力線は、駆動装置へ給電するためのものである。蓄電装置は、走行用の電力を蓄える。昇圧装置は、蓄電装置と電力線との間に設けられ、リアクトルを用いて電力線の電圧を蓄電装置の電圧以上に昇圧する。コンデンサは、電力線に接続され、電力線の電圧を平滑化する。制御装置は、PWM電圧を用いるPWM制御モードと矩形波電圧を用いる矩形波電圧制御モードとを選択的に切替えて駆動装置を制御する。そして、制御装置は、電動機の回転数が所定範囲内となることによって、コンデンサおよびリアクトルにより形成される回路が共振する共振条件が成立したとき、電動機のトルクを制限することによって矩形波電圧制御モードによる駆動装置の制御を禁止し、共振条件の成立に伴なうトルクの制限およびその解除時にトルクの変化率を制限する。 According to this invention, the electric vehicle includes a traveling electric motor, a drive device, a power line, a power storage device, a booster device, a capacitor, and a control device. The drive device drives the electric motor. The power line is for supplying power to the driving device. The power storage device stores electric power for traveling. The booster is provided between the power storage device and the power line, and boosts the voltage of the power line to be higher than the voltage of the power storage device using a reactor. The capacitor is connected to the power line and smoothes the voltage of the power line. The control device selectively switches between a PWM control mode using a PWM voltage and a rectangular wave voltage control mode using a rectangular wave voltage to control the driving device. The control device limits the torque of the electric motor when the rotational speed of the electric motor is within a predetermined range, thereby satisfying a resonance condition in which a circuit formed by the capacitor and the reactor resonates. The control of the drive device by is prohibited, the torque is limited when the resonance condition is established, and the torque change rate is limited when the torque is released.
好ましくは、制御装置は、共振条件の成立時、電動機が出力可能な最大トルクを制限することによって矩形波電圧制御モードによる駆動装置の制御を禁止する。 Preferably, the control device prohibits control of the drive device in the rectangular wave voltage control mode by limiting a maximum torque that can be output by the motor when the resonance condition is satisfied.
好ましくは、所定範囲は、コンデンサおよびリアクトルにより形成される回路の共振周波数に基づいて決定される。 Preferably, the predetermined range is determined based on a resonance frequency of a circuit formed by the capacitor and the reactor.
好ましくは、昇圧装置は、リアクトルと、第1および第2のスイッチング素子と、第1および第2のダイオードとを含む。リアクトルは、蓄電装置の正極に一端が接続される。第1のスイッチング素子は、リアクトルの他端と電力線との間に接続される。第2のスイッチング素子は、リアクトルの他端と蓄電装置の負極との間に接続される。第1および第2のダイオードは、第1および第2のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続される。制御装置は、第1のスイッチング素子をオン状態にして走行する上アームオン走行の実行条件成立時に共振条件が成立したとき、矩形波電圧制御モードによる駆動装置の制御を禁止する。 Preferably, the booster includes a reactor, first and second switching elements, and first and second diodes. One end of the reactor is connected to the positive electrode of the power storage device. The first switching element is connected between the other end of the reactor and the power line. The second switching element is connected between the other end of the reactor and the negative electrode of the power storage device. The first and second diodes are connected in antiparallel to the first and second switching elements, respectively. The control device prohibits the control of the drive device in the rectangular wave voltage control mode when the resonance condition is satisfied when the execution condition of the upper arm on-travel that travels with the first switching element turned on is satisfied.
さらに好ましくは、電動車両は、電力線の電圧を検出するための電圧センサをさらに備える。昇圧装置は、電圧センサの検出値に基づいて制御される。電圧センサの故障時、上アームオン走行の実行条件が成立する。制御装置は、電圧センサの故障による上アームオン走行の実行条件成立時に共振条件が成立したとき、矩形波電圧制御モードによる駆動装置の制御を禁止する。 More preferably, the electric vehicle further includes a voltage sensor for detecting the voltage of the power line. The booster is controlled based on the detection value of the voltage sensor. When the voltage sensor fails, the execution condition for upper arm on-run is satisfied. The control device prohibits control of the drive device in the rectangular wave voltage control mode when the resonance condition is satisfied when the execution condition of the upper arm on-run due to the failure of the voltage sensor is satisfied.
また、この発明によれば、制御方法は、電動車両の制御方法である。電動車両は、走行用の電動機と、駆動装置と、電力線と、蓄電装置と、昇圧装置と、コンデンサとを備える。駆動装置は、電動機を駆動する。電力線は、駆動装置へ給電するためのものである。蓄電装置は、走行用の電力を蓄える。昇圧装置は、蓄電装置と電力線との間に設けられ、リアクトルを用いて電力線の電圧を蓄電装置の電圧以上に昇圧する。コンデンサは、電力線に接続され、電力線の電圧を平滑化する。駆動装置は、PWM電圧を用いるPWM制御モードと矩形波電圧を用いる矩形波電圧制御モードとを選択的に切替えて制御される。そして、制御方法は、電動機の回転数が所定範囲内となることによって、コンデンサおよびリアクトルにより形成される回路が共振する共振条件が成立したとき、電動機のトルクを制限することによって矩形波電圧制御モードによる駆動装置の制御を禁止するステップと、共振条件の成立に伴なうトルクの制限およびその解除時にトルクの変化率を制限するステップとを含む。 According to the present invention, the control method is a control method for an electric vehicle. The electric vehicle includes an electric motor for driving, a drive device, a power line, a power storage device, a booster device, and a capacitor. The drive device drives the electric motor. The power line is for supplying power to the driving device. The power storage device stores electric power for traveling. The booster is provided between the power storage device and the power line, and boosts the voltage of the power line to be higher than the voltage of the power storage device using a reactor. The capacitor is connected to the power line and smoothes the voltage of the power line. The driving device is controlled by selectively switching between a PWM control mode using a PWM voltage and a rectangular wave voltage control mode using a rectangular wave voltage. And the control method is a rectangular wave voltage control mode by limiting the torque of the electric motor when the resonance condition that the circuit formed by the capacitor and the reactor resonates is satisfied when the rotational speed of the electric motor is within a predetermined range. And the step of prohibiting the control of the driving device by the step of limiting the torque associated with the establishment of the resonance condition and the step of limiting the rate of change of the torque when the resonance condition is released.
この発明においては、電動機の回転数が所定範囲内となることによって、コンデンサおよびリアクトルにより形成される回路が共振する共振条件が成立すると、電動機のトルクを制限することによって矩形波電圧制御モードによる駆動装置の制御が禁止される。そして、上記共振条件の成立に伴なうトルクの制限およびその解除時にトルクの変化率が制限されるので、矩形波電圧制御モードの禁止およびその解除の切替時の急激なトルク変動が抑制される。したがって、この発明によれば、昇圧装置における共振の発生を回避しつつ車両挙動の急激な変動を抑制することができる。 In this invention, when the rotational speed of the electric motor is within a predetermined range and a resonance condition is established in which the circuit formed by the capacitor and the reactor resonates, the motor is driven by the rectangular wave voltage control mode by limiting the torque of the electric motor. Control of the device is prohibited. And since the torque change rate is restricted at the time of the restriction | limiting of the torque accompanying establishment of the said resonance conditions, and the cancellation | release, the rapid torque fluctuation at the time of prohibition of the rectangular wave voltage control mode and the switching of the cancellation | release is suppressed. . Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress sudden fluctuations in vehicle behavior while avoiding the occurrence of resonance in the booster.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、この発明の実施の形態による電動車両の電気システムを示した図である。図1を参照して、電動車両100は、蓄電装置Bと、昇圧コンバータ10と、インバータ20と、モータジェネレータMGと、駆動輪35と、正極線PL1,PL2と、負極線NLと、平滑コンデンサCとを備える。また、電動車両100は、制御装置40と、電圧センサ52,54と、電流センサ56と、回転角センサ58とをさらに備える。
FIG. 1 is a diagram showing an electric system of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, electrically
昇圧コンバータ10は、リアクトルLと、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する。)Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。リアクトルLの一方端は、蓄電装置Bの正極に接続される正極線PL1に接続され、他方端は、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との接続ノード、すなわち、スイッチング素子Q1のエミッタとスイッチング素子Q2のコレクタとの接続点に接続される。スイッチング素子Q1,Q2は、正極線PL2と蓄電装置Bの負極に接続される負極線NLとの間に直列に接続される。スイッチング素子Q1のコレクタは正極線PL2に接続され、スイッチング素子Q2のエミッタは負極線NLに接続される。ダイオードD1,D2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2に逆並列に接続される。すなわち、スイッチング素子Q1,Q2のコレクタ−エミッタ間に、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD1,D2がそれぞれ接続される。
なお、上記のスイッチング素子Q1,Q2および後述のスイッチング素子Q11〜Q16として、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ等を用いることができる。 For example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors can be used as the switching elements Q1 and Q2 and the switching elements Q11 to Q16 described later.
インバータ20は、U相アーム22と、V相アーム24と、W相アーム26とを含む。U相アーム22、V相アーム24およびW相アーム26は、正極線PL2と負極線NLとの間に並列に接続される。U相アーム22は、直列に接続されたスイッチング素子Q11,Q12を含む。V相アーム24は、直列に接続されたスイッチング素子Q13,Q14を含む。W相アーム26は、直列に接続されたスイッチング素子Q15,Q16を含む。また、スイッチング素子Q11〜Q16のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD11〜D16がそれぞれ接続される。各相アームの中間点は、モータジェネレータMGの各相コイルにそれぞれ接続されている。
蓄電装置Bは、再充電可能な直流電源であり、たとえばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池によって構成される。蓄電装置Bは、走行用の電力を蓄える。なお、蓄電装置Bとして、二次電池に代えて、電気二重層キャパシタや大容量のコンデンサ等を用いてもよい。 The power storage device B is a rechargeable DC power source, and is constituted by a secondary battery such as nickel hydride or lithium ion. The power storage device B stores traveling power. Note that as the power storage device B, an electric double layer capacitor, a large-capacity capacitor, or the like may be used instead of the secondary battery.
昇圧コンバータ10は、制御装置40からの信号CNVに基づいて、正極線PL2および負極線NL間の電圧(以下「システム電圧」とも称する。)を蓄電装置Bの出力電圧以上に昇圧する。なお、システム電圧が目標電圧よりも低い場合、スイッチング素子Q2のオンデューティーを大きくすることによって正極線PL1から正極線PL2へ電流を流すことができ、システム電圧を上昇させることができる。一方、システム電圧が目標電圧よりも高い場合、スイッチング素子Q1のオンデューティーを大きくすることによって正極線PL2から正極線PL1へ電流を流すことができ、システム電圧を低下させることができる。
インバータ20は、制御装置40からの信号INVに基づいて、正極線PL2から供給される直流電力を三相交流に変換してモータジェネレータMGへ出力し、モータジェネレータMGを駆動する。また、インバータ20は、電動車両100の制動時、モータジェネレータMGにより発電された三相交流電力を直流に変換し、正極線PL2へ出力する。
平滑コンデンサCは、正極線PL2と負極線NLとの間に接続される。平滑コンデンサCは、正極線PL2および負極線NL間の電圧変動の交流成分を平滑化する。 Smoothing capacitor C is connected between positive electrode line PL2 and negative electrode line NL. Smoothing capacitor C smoothes the AC component of the voltage fluctuation between positive electrode line PL2 and negative electrode line NL.
モータジェネレータMGは、交流電動発電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流電動発電機によって構成される。モータジェネレータMGは、駆動輪35に機械的に連結され、走行トルクを発生する。また、モータジェネレータMGは、電動車両100の制動時、車両の運動エネルギーを駆動輪35から受けて発電する。なお、電動車両100がハイブリッド車両であれば、モータジェネレータMGは、図示されないエンジンに機械的に連結され、エンジンの動力を用いて発電し、かつ、エンジンの始動も行なうものであってもよい。
Motor generator MG is an AC motor generator, and is constituted by, for example, a three-phase AC motor generator including a rotor in which a permanent magnet is embedded. Motor generator MG is mechanically coupled to drive
電圧センサ52は、平滑コンデンサCの端子間電圧、すなわち正極線PL2と負極線NLとの間の電圧Vm(システム電圧)を検出し、その検出値を制御装置40へ出力する。電圧センサ54は、蓄電装置Bの電圧VBを検出し、その検出値を制御装置40へ出力する。電流センサ56は、蓄電装置Bに入出力される電流IBを検出し、その検出値を制御装置40へ出力する。回転角センサ58は、モータジェネレータMGのロータの回転角θを検出し、その検出値を制御装置40へ出力する。
制御装置40は、電圧Vm,VBおよび電流IBの各検出値に基づいて、昇圧コンバータ10を駆動するための信号CNVを生成して昇圧コンバータ10へ出力する。また、制御装置40は、モータ電流、回転角θおよび電圧Vmの各検出値、ならびに図示されない外部ECUから受けるモータジェネレータMGのトルク指令値および回転数等に基づいて、モータジェネレータMGを駆動するための信号INVを生成してインバータ20へ出力する。制御装置40は、モータジェネレータMGのトルクおよび回転数に応じて制御モードを適宜切替えてインバータ20を制御する。
図2は、図1に示したモータジェネレータMGの制御モードを説明する図である。図2を参照して、電動車両100では、モータジェネレータMGの制御、すなわちインバータ20における電力変換について、PWM制御モードと矩形波電圧制御モードとを切替えて使用する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a control mode of motor generator MG shown in FIG. Referring to FIG. 2, electrically
PWM制御モードは、正弦波PWM制御と過変調PWM制御とを含む。正弦波PWM制御では、正弦波状の電圧指令と搬送波(代表的には三角波)との電圧比較に従って、各相上下アーム素子のオン/オフが制御される。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティが制御される。なお、正弦波状の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲に制限されるこの正弦波PWM制御では、モータジェネレータMGへの印加電圧(以下、単に「モータ印加電圧」とも称する。)の基本波成分を入力電圧の約0.61倍程度までしか高めることができない(以下、入力電圧(システム電圧)に対するモータ印加電圧(線間電圧)の基本波成分(実効値)の比を「変調率」と称する。)。 The PWM control mode includes sine wave PWM control and overmodulation PWM control. In the sine wave PWM control, on / off of the upper and lower arm elements of each phase is controlled in accordance with a voltage comparison between a sine wave voltage command and a carrier wave (typically a triangular wave). As a result, for a set of a high level period corresponding to the on period of the upper arm element and a low level period corresponding to the on period of the lower arm element, the duty is set so that the fundamental wave component becomes a sine wave within a certain period. Is controlled. In this sine wave PWM control in which the amplitude of the sinusoidal voltage command is limited to a range below the carrier wave amplitude, the fundamental wave component of the voltage applied to motor generator MG (hereinafter also simply referred to as “motor applied voltage”). Can only be increased to about 0.61 times the input voltage (hereinafter, the ratio of the fundamental component (effective value) of the motor applied voltage (line voltage) to the input voltage (system voltage) is referred to as the “modulation factor”. Called).
過変調PWM制御は、電圧指令(正弦波成分)の振幅が搬送波振幅より大きい範囲で上記正弦波PWM制御と同様のPWM制御を行なうものである。特に、電圧指令を本来の正弦波波形から歪ませること(振幅補正)によって基本波成分を高めることができ、変調率を正弦波PWM制御での最高変調率から0.78の範囲まで高めることができる。なお、過変調PWM制御では、電圧指令(正弦波成分)の振幅が搬送波振幅より大きいため、モータジェネレータMGに印加される線間電圧は、正弦波ではなく歪んだ電圧となる。 The overmodulation PWM control performs PWM control similar to the sine wave PWM control in a range where the amplitude of the voltage command (sine wave component) is larger than the carrier wave amplitude. In particular, the fundamental wave component can be increased by distorting the voltage command from the original sine wave waveform (amplitude correction), and the modulation rate can be increased from the maximum modulation rate in the sine wave PWM control to a range of 0.78. it can. In overmodulation PWM control, since the amplitude of the voltage command (sine wave component) is larger than the carrier wave amplitude, the line voltage applied to motor generator MG is not a sine wave but a distorted voltage.
矩形波電圧制御モードでは、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が1:1の矩形波1パルス分がモータジェネレータに印加される。これにより、矩形波電圧制御では、変調率は0.78まで高められる。なお、矩形波電圧制御モードでは、モータ印加電圧の振幅が固定されるので、トルク指令値に対する偏差に基づく矩形波電圧パルスの位相制御によってトルク制御が実行される。 In the rectangular wave voltage control mode, one pulse of a rectangular wave having a ratio of 1: 1 between the high level period and the low level period is applied to the motor generator within the predetermined period. Thereby, in the rectangular wave voltage control, the modulation factor is increased to 0.78. In the rectangular wave voltage control mode, since the amplitude of the motor applied voltage is fixed, torque control is executed by phase control of the rectangular wave voltage pulse based on the deviation from the torque command value.
なお、上記の制御モードの切替については、概略的には、低トルク低回転数域では、トルク変動を小さくするために正弦波PWM制御が用いられ、中トルク中回転数域では、過変調PWM制御が用いられる。そして、高トルク高回転数域では、モータジェネレータMGの出力向上を実現可能な矩形波電圧制御が適用される。上記の制御モードのいずれを用いるかについては、基本的には、実現可能な変調率の範囲内で決定される。 As for the switching of the control mode, generally, sine wave PWM control is used in order to reduce the torque fluctuation in the low torque low rotation speed region, and overmodulation PWM in the middle torque medium rotation speed region. Control is used. In the high torque and high rotation speed range, rectangular wave voltage control capable of improving the output of the motor generator MG is applied. Which of the above control modes is used is basically determined within the range of a realizable modulation rate.
再び図1を参照して、制御装置40は、所定の条件が成立すると、昇圧コンバータ10のスイッチング素子Q1を常時オン状態(スイッチング素子Q2はオフ状態)にして走行する上アームオン走行を実行する。一例として、電圧センサ52の異常時や、省燃費走行条件の成立時などに、上アームオン走行が実行される。上アームオン走行時は、制御装置40は、基本的には、矩形波電圧制御モードでインバータ20を制御する。上アームオン走行時は、システム電圧は蓄電装置Bの電圧となりシステム電圧を高められないので、変調率の高い矩形波電圧制御モードによって高トルクを実現するものである。
Referring to FIG. 1 again, when a predetermined condition is satisfied,
ところで、矩形波電圧制御モードでは、モータジェネレータMGの回転数に依存した矩形波電圧が印加されるので、モータジェネレータMGの回転数に依存したトルクリップルが発生し、このトルクリップルに応じた電圧リップルが正極線PL2に発生する。そして、この電圧リップルの変動周波数が、平滑コンデンサCおよび昇圧コンバータ10のリアクトルLにより形成されるLC回路の共振周波数に近づくと、電圧リップルに誘引されてそのLC回路が共振し、過電流や過電圧が発生し得る。このような状況は、特に、平滑コンデンサCと昇圧コンバータ10のリアクトルLとが完全に導通する上アームオン走行時に発生しやすい。
By the way, in the rectangular wave voltage control mode, a rectangular wave voltage depending on the rotation speed of the motor generator MG is applied, and therefore a torque ripple depending on the rotation speed of the motor generator MG is generated, and a voltage ripple corresponding to this torque ripple is generated. Is generated in the positive electrode line PL2. When the fluctuation frequency of the voltage ripple approaches the resonance frequency of the LC circuit formed by the smoothing capacitor C and the reactor L of the
すなわち、図3の上アームオン走行時の等価回路に示されるように、上アームオン走行時は、平滑コンデンサCと昇圧コンバータ10のリアクトルLとが電気的に直結され、平滑コンデンサCとリアクトルLとによりLC回路が形成される。そして、矩形波電圧制御モード時に、モータジェネレータMGの回転数に依存したトルクリップルに応じて正極線PL2に発生する電圧リップルの変動周波数が上記LC回路の共振周波数に近づくと、電圧リップルに誘引されてLC回路の共振が発生する。
That is, as shown in the equivalent circuit when the upper arm is on, the smoothing capacitor C and the reactor L of the
より詳しく説明すると、平滑コンデンサCおよび昇圧コンバータ10のリアクトルLにより形成されるLC回路の共振周波数f1は、次式によって表される。
More specifically, the resonance frequency f1 of the LC circuit formed by the smoothing capacitor C and the reactor L of the
f1=1/{2π√(L×C)} …(1)
ここで、Lは、リアクトルLのインダクタンスを示し、Cは、平滑コンデンサCの容量を示す。
f1 = 1 / {2π√ (L × C)} (1)
Here, L represents the inductance of the reactor L, and C represents the capacity of the smoothing capacitor C.
一方、モータジェネレータMGのトルクリップルに応じて発生する正極線PL2の電圧リップルの変動周波数f2は、たとえば次式によって表される。 On the other hand, fluctuation frequency f2 of voltage ripple of positive line PL2 generated according to torque ripple of motor generator MG is represented by the following equation, for example.
f2=Nm×4×6/60 …(2)
ここで、モータジェネレータMGのロータの永久磁石は4極対とし、変動周波数f2は、6次高調波成分の周波数としている。なお、Nmは、モータジェネレータMGの回転数を示す。
f2 = Nm × 4 × 6/60 (2)
Here, the permanent magnet of the rotor of the motor generator MG is a quadrupole pair, and the fluctuation frequency f2 is the frequency of the sixth harmonic component. Nm represents the number of rotations of motor generator MG.
上記のように、電圧リップルの変動周波数f2はモータジェネレータMGの回転数Nmに依存し、変動周波数f2がLC回路の共振周波数f1に近くなるような回転数NmになるとLC回路が共振する。 As described above, the fluctuation frequency f2 of the voltage ripple depends on the rotation speed Nm of the motor generator MG, and the LC circuit resonates when the rotation frequency Nm becomes close to the resonance frequency f1 of the LC circuit.
そこで、変動周波数f2がLC回路の共振周波数f1に近づくことによりLC回路が共振する所定範囲内にモータジェネレータMGの回転数が入ると(共振条件の成立)、制御装置40は、矩形波電圧制御モードでのインバータ20の制御を禁止する。具体的には、制御装置40は、モータジェネレータMGが出力可能な最大トルクを制限することによって、矩形波電圧制御モードでのインバータ20の制御を禁止する。
Therefore, when the rotational frequency of the motor generator MG enters the predetermined range in which the LC circuit resonates by the fluctuation frequency f2 approaching the resonance frequency f1 of the LC circuit (establishment of the resonance condition), the
図4は、モータジェネレータMGが出力可能な最大トルクの変化を示した図である。図4とともに図1を参照して、曲線k1は、平滑コンデンサCおよびリアクトルLにより形成されるLC回路の共振条件が成立しておらず、矩形波電圧制御モードでのインバータ20の制御が禁止されていないときのモータジェネレータMGの最大トルクを示す。そして、領域R1は、矩形波電圧制御モードによってインバータ20が制御される領域であり、領域R2は、PWM制御モードによってインバータ20が制御される領域である。
FIG. 4 is a diagram showing a change in maximum torque that can be output by motor generator MG. Referring to FIG. 1 together with FIG. 4, curve k1 indicates that the resonance condition of the LC circuit formed by smoothing capacitor C and reactor L is not satisfied, and control of
モータジェネレータMGの回転数がN1を下回ると、モータジェネレータMGのトルクリップルに応じて発生する正極線PL2の電圧リップルの変動周波数f2がLC回路の共振周波数f1に近くなり、LC回路の共振が発生する。そこで、モータジェネレータMGの回転数がN1を下回ると、制御装置40は、モータジェネレータMGが出力可能な最大トルクを曲線k1から曲線k2に制限する。これにより、矩形波電圧制御モードによるインバータ20の制御が禁止され、LC回路の共振が回避される。
When the rotational speed of motor generator MG falls below N1, the fluctuation frequency f2 of the voltage ripple of positive line PL2 generated according to the torque ripple of motor generator MG becomes close to the resonance frequency f1 of the LC circuit, and resonance of the LC circuit occurs. To do. Therefore, when the rotation speed of motor generator MG falls below N1,
ここで、モータジェネレータMGの回転数がN1に達したときにモータジェネレータMGの最大トルクを曲線k1から曲線k2に制限すると、モータジェネレータMGに急激なトルク変動が発生する。そこで、これを回避するために、制御装置40は、モータジェネレータMGの回転数がN1よりも少し高いN2まで低下すると、モータジェネレータMGの最大トルクを、変化率(減少率)を制限しつつ低下させる。これにより、LC回路の共振を回避するためのトルク制限に伴なうトルクの急激な変動を抑制することができる。
Here, if the maximum torque of motor generator MG is limited from curve k1 to curve k2 when the rotational speed of motor generator MG reaches N1, a sudden torque fluctuation occurs in motor generator MG. Therefore, in order to avoid this, the
その後のモータジェネレータMGの回転数上昇に伴なうトルク制限の解除時においても、制御装置40は、モータジェネレータMGの回転数がN1を超えると、モータジェネレータMGの最大トルクを曲線k2からk1に直ちに復帰させるのではなく、変化率(増加率)を制限しつつ最大トルクを復帰させる。これにより、トルク制限からの復帰時においても、トルクの急激な変動が抑制される。
Even when the torque limit associated with the subsequent increase in the rotational speed of motor generator MG is released,
なお、モータジェネレータMGの回転数についての上記所定範囲は、平滑コンデンサCおよびリアクトルLにより形成されるLC回路の共振周波数に基づいて決定される。 The predetermined range for the rotational speed of motor generator MG is determined based on the resonance frequency of the LC circuit formed by smoothing capacitor C and reactor L.
図5は、LC回路の共振回避に関する制御装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。 FIG. 5 is a flowchart for explaining the processing procedure of the control device related to the resonance avoidance of the LC circuit. The process shown in this flowchart is called from the main routine and executed at regular time intervals or when a predetermined condition is satisfied.
図5を参照して、制御装置40は、上アームオン走行の条件が成立しているか否かを判定する(ステップS10)。一例として、電圧センサ52の異常時や省燃費走行条件成立時などに上アームオン走行の条件が成立したものと判定される。そして、上アームオン走行の条件が成立していると判定されると(ステップS10においてYES)、制御装置40は、スイッチング素子Q1を常時オン状態(スイッチング素子Q2はオフ状態)とするように昇圧コンバータ10を制御し、上アームオン走行を実行する(ステップS20)。
Referring to FIG. 5,
次いで、制御装置40は、モータジェネレータMGの回転数Nmが所定値N1(図4)よりも低いか否かを判定する(ステップS30)。所定値N1は、平滑コンデンサCおよび昇圧コンバータ10のリアクトルLにより形成されるLC回路の共振周波数に対応する回転数Nmに基づいて、平滑コンデンサCおよびリアクトルLの製造ばらつきを考慮して決定される。
Next,
回転数Nmが所定値N1よりも低いときは(ステップS30においてYES)、制御装置40は、図4で説明したように、モータジェネレータMGが出力可能な最大トルクを制限することによって、矩形波電圧制御モードでのインバータ20の制御を禁止する(ステップS40)。このとき、モータジェネレータMGの最大トルクの復帰は不許可とされ、モータジェネレータMGの最大トルクの減少も不許可とされる。
When rotation speed Nm is lower than predetermined value N1 (YES in step S30),
ステップS30において回転数Nmが所定値N1以上であると判定されると(ステップS30においてNO)、制御装置40は、回転数Nmが所定値N2(図4)よりも低いか否かを判定する(ステップS50)。
If it is determined in step S30 that rotation speed Nm is equal to or greater than predetermined value N1 (NO in step S30),
ステップS50において回転数Nmが所定値N2よりも低いと判定されると(ステップS50においてYES)、制御装置40は、矩形波電圧制御モードでのインバータ20の制御を許可する(ステップS60)。次いで、制御装置40は、回転数Nmが前回値よりも低いか否かを判定する(ステップS70)。すなわち、このステップS70では、回転数Nmが低下しているか否かが判定される。
If it is determined in step S50 that rotation speed Nm is lower than predetermined value N2 (YES in step S50),
回転数Nmが前回値よりも低いと判定されると(ステップS70においてYES)、制御装置40は、モータジェネレータMGの最大トルクの減少を許可する(ステップS80)。具体的には、制御装置40は、モータジェネレータMGの最大トルクを所定の変化率(たとえば−5Nm/秒)で制限しつつ低下させる。
If it is determined that rotation speed Nm is lower than the previous value (YES in step S70),
ステップS70において回転数Nmが前回値よりも低くないと判定されると(ステップS70においてNO)、制御装置40は、回転数Nmが前回値よりも高いか否かを判定する(ステップS90)。すなわち、このステップS90では、回転数Nmが上昇しているか否かが判定される。
If it is determined in step S70 that the rotation speed Nm is not lower than the previous value (NO in step S70), the
そして、回転数Nmが前回値よりも高いと判定されると(ステップS90においてYES)、制御装置40は、モータジェネレータMGの最大トルクの復帰を許可する(ステップS100)。具体的には、制御装置40は、モータジェネレータMGの最大トルクを所定の変化率(たとえば1Nm/秒)で制限しつつ増加させる。なお、ステップS90において回転数Nmが前回値よりも高くないと判定されると(ステップS90においてNO)、制御装置40は、ステップS120へ処理を移行する。すなわち、このときは、モータジェネレータMGの最大トルクは、そのときの値に維持される。
When it is determined that rotation speed Nm is higher than the previous value (YES in step S90),
ステップS50において、回転数Nmが所定値N2以上であると判定されると(ステップS50においてNO)、制御装置40は、矩形波電圧制御モードでのインバータ20の制御を許可する(ステップS110)。このとき、モータジェネレータMGの最大トルクの復帰は許可され、モータジェネレータMGの最大トルクの減少は不許可とされる。なお、モータジェネレータMGの最大トルクの復帰については、ステップS100における処理と同様にトルクの変化率(増加率)が制限される。
If it is determined in step S50 that rotation speed Nm is equal to or greater than predetermined value N2 (NO in step S50),
以上のように、この実施の形態においては、モータジェネレータMGの回転数が所定値N1を下回ることによって昇圧コンバータ10における上記LC回路の共振条件が成立すると、モータジェネレータMGのトルクを制限することによって矩形波電圧制御モードでのインバータ20の制御が禁止される。そして、上記共振条件の成立に伴なうトルクの制限およびその解除時にトルクの変化率が制限されるので、矩形波電圧制御モードの禁止およびその解除の切替時の急激なトルク変動が抑制される。したがって、この実施の形態によれば、昇圧コンバータ10における共振の発生を回避しつつ車両挙動の急激な変動を抑制することができる。
As described above, in this embodiment, when the resonance condition of the LC circuit in
なお、上記の実施の形態においては、上アームオン走行時にモータジェネレータMGの回転数が所定値N1を下回ると矩形波電圧制御モードを禁止するものとしたが、上アームオン走行の実行中であることは必ずしも必要ではなく、昇圧コンバータ10の昇圧率が低いときにも共振現象は起こり得る。但し、上アームオン走行時は、平滑コンデンサCと昇圧コンバータ10のリアクトルLとが双方向に常時導通し、共振が顕著に現われ得るので、この発明は、上アームオン走行時に好適である。
In the above embodiment, the rectangular wave voltage control mode is prohibited when the rotational speed of the motor generator MG falls below the predetermined value N1 when the upper arm is on, but the upper arm on running is being executed. This is not always necessary, and the resonance phenomenon can occur even when the boosting rate of the
また、上記においては、モータジェネレータMGのトルク制限時および復帰時の双方においてトルクの変化率を制限するものとしたが、トルクの急激な増大を特に回避するために、トルク制限時からの復帰時に限定してトルク変化率を制限するようにしてもよい。 In the above description, the rate of change in torque is limited both when the torque of motor generator MG is limited and when it is returned. However, in order to particularly avoid a sudden increase in torque, when returning from the time when torque is limited, You may make it restrict | limit and limit a torque change rate.
また、上記においては、電動車両100は、一つのモータジェネレータMGを備えるものとしたが、この発明は、エンジンの出力を用いて発電する他のモータジェネレータをさらに備えるハイブリッド車両にも適用可能である。
In the above description,
なお、上記において、モータジェネレータMGは、この発明における「電動機」の一実施例に対応し、インバータ20は、この発明における「駆動装置」の一実施例に対応する。また、正極線PL2は、この発明における「電力線」の一実施例に対応し、昇圧コンバータ10は、この発明における「昇圧装置」の一実施例に対応する。さらに、平滑コンデンサCは、この発明における「コンデンサ」の一実施例に対応し、スイッチング素子Q1,Q2は、それぞれこの発明における「第1のスイッチング素子」および「第2のスイッチング素子」の一実施例に対応する。また、さらに、電圧センサ52は、この発明における「電圧センサ」の一実施例に対応する。
In the above, motor generator MG corresponds to an embodiment of “electric motor” in the present invention, and
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
10 昇圧コンバータ、20,30 インバータ、22 U相アーム、24 V相アーム、26 W相アーム、35 駆動輪、40 制御装置、52,54 電圧センサ、56 電流センサ、58 回転角センサ、100 電動車両、B 蓄電装置、PL1,PL2 正極線、NL 負極線、L リアクトル、Q1,Q2,Q11〜Q16 スイッチング素子、D1,D2,D11〜D16 ダイオード、C 平滑コンデンサ、MG モータジェネレータ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電動機を駆動する駆動装置と、
前記駆動装置へ給電するための電力線と、
走行用の電力を蓄える蓄電装置と、
前記蓄電装置と前記電力線との間に設けられ、リアクトルを用いて前記電力線の電圧を前記蓄電装置の電圧以上に昇圧する昇圧装置と、
前記電力線に接続され、前記電力線の電圧を平滑化するコンデンサと、
PWM電圧を用いるPWM制御モードと矩形波電圧を用いる矩形波電圧制御モードとを選択的に切替えて前記駆動装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電動機の回転数が所定範囲内となることによって、前記コンデンサおよび前記リアクトルにより形成される回路が共振する共振条件が成立したとき、前記電動機のトルクを制限することによって前記矩形波電圧制御モードによる前記駆動装置の制御を禁止し、前記共振条件の成立に伴なう前記トルクの制限およびその解除時に前記トルクの変化率を制限する、電動車両。 An electric motor for traveling,
A driving device for driving the electric motor;
A power line for supplying power to the driving device;
A power storage device for storing electric power for traveling;
A step-up device that is provided between the power storage device and the power line, and that boosts the voltage of the power line above the voltage of the power storage device using a reactor;
A capacitor connected to the power line and smoothing the voltage of the power line;
A control device that selectively switches between a PWM control mode using a PWM voltage and a rectangular wave voltage control mode using a rectangular wave voltage to control the driving device;
The control device limits the torque of the electric motor by limiting the torque of the electric motor when a resonance condition in which a circuit formed by the capacitor and the reactor resonates is satisfied when the rotational speed of the electric motor is within a predetermined range. An electric vehicle that prohibits control of the drive device in a wave voltage control mode and limits the torque change rate when the resonance condition is satisfied and the rate of change of the torque when the torque condition is released.
前記蓄電装置の正極に一端が接続される前記リアクトルと、
前記リアクトルの他端と前記電力線との間に接続される第1のスイッチング素子と、
前記リアクトルの他端と前記蓄電装置の負極との間に接続される第2のスイッチング素子と、
前記第1および第2のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続される第1および第2のダイオードとを含み、
前記制御装置は、前記第1のスイッチング素子をオン状態にして走行する上アームオン走行の実行条件成立時に前記共振条件が成立したとき、前記矩形波電圧制御モードによる前記駆動装置の制御を禁止する、請求項1から3のいずれかに記載の電動車両。 The booster is
The reactor having one end connected to the positive electrode of the power storage device;
A first switching element connected between the other end of the reactor and the power line;
A second switching element connected between the other end of the reactor and the negative electrode of the power storage device;
First and second diodes connected in antiparallel to the first and second switching elements, respectively,
The control device prohibits control of the driving device in the rectangular wave voltage control mode when the resonance condition is satisfied when an execution condition of upper arm on-travel that travels with the first switching element turned on is satisfied; The electric vehicle according to claim 1.
前記昇圧装置は、前記電圧センサの検出値に基づいて制御され、
前記電圧センサの故障時、前記上アームオン走行の実行条件が成立し、
前記制御装置は、前記電圧センサの故障による前記上アームオン走行の実行条件成立時に前記共振条件が成立したとき、前記矩形波電圧制御モードによる前記駆動装置の制御を禁止する、請求項4に記載の電動車両。 A voltage sensor for detecting a voltage of the power line;
The booster is controlled based on a detection value of the voltage sensor,
At the time of failure of the voltage sensor, the execution condition of the upper arm on running is established,
5. The control device according to claim 4, wherein the control device prohibits the control of the driving device in the rectangular wave voltage control mode when the resonance condition is satisfied when the execution condition of the upper arm on-run due to the failure of the voltage sensor is satisfied. Electric vehicle.
前記電動車両は、
走行用の電動機と、
前記電動機を駆動する駆動装置と、
前記駆動装置へ給電するための電力線と、
走行用の電力を蓄える蓄電装置と、
前記蓄電装置と前記電力線との間に設けられ、リアクトルを用いて前記電力線の電圧を前記蓄電装置の電圧以上に昇圧する昇圧装置と、
前記電力線に接続され、前記電力線の電圧を平滑化するコンデンサとを備え、
前記駆動装置は、PWM電圧を用いるPWM制御モードと矩形波電圧を用いる矩形波電圧制御モードとを選択的に切替えて制御され、
前記制御方法は、
前記電動機の回転数が所定範囲内となることによって、前記コンデンサおよび前記リアクトルにより形成される回路が共振する共振条件が成立したとき、前記電動機のトルクを制限することによって前記矩形波電圧制御モードによる前記駆動装置の制御を禁止するステップと、
前記共振条件の成立に伴なう前記トルクの制限およびその解除時に前記トルクの変化率を制限するステップとを含む、電動車両の制御方法。 An electric vehicle control method comprising:
The electric vehicle is
An electric motor for traveling,
A driving device for driving the electric motor;
A power line for supplying power to the driving device;
A power storage device for storing electric power for traveling;
A step-up device that is provided between the power storage device and the power line, and that boosts the voltage of the power line above the voltage of the power storage device using a reactor;
A capacitor connected to the power line and smoothing the voltage of the power line;
The driving device is controlled by selectively switching between a PWM control mode using a PWM voltage and a rectangular wave voltage control mode using a rectangular wave voltage,
The control method is:
When the rotational speed of the electric motor is within a predetermined range, when a resonance condition is established in which the circuit formed by the capacitor and the reactor resonates, the torque of the electric motor is limited to thereby limit the torque of the electric motor. Prohibiting control of the drive device;
A method for controlling the electric vehicle, including a step of limiting the torque accompanying the establishment of the resonance condition and a step of limiting the rate of change of the torque when the torque is released.
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JP2017051065A (en) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | トヨタ自動車株式会社 | vehicle |
JP2017118756A (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | トヨタ自動車株式会社 | Motor control device |
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JP2020028138A (en) * | 2018-08-09 | 2020-02-20 | 本田技研工業株式会社 | Control device for rotary electric machine |
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