JP2014045590A - Electric vehicle - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of suppressing the insulation life of a motor from being shortened by appropriately controlling an inverter according to a state of a vehicle and avoiding partial discharge of the motor.SOLUTION: An electric vehicle includes: a DC power supply; an inverter; and a controller that generates a PWM signal given to the inverter on the basis of a voltage command value obtained by superimposing, on a basic voltage command value with a frequency corresponding to a target rotational speed of a motor, a tertiary harmonic of the basic voltage command value. The controller superimposes no tertiary harmonic, provided that at least either one of when an altitude is higher than a predetermined altitude threshold value and when a motor temperature is higher than a predetermined temperature threshold (YES in S14), and when a vehicle speed is higher than a predetermined speed threshold value (YES in S16) (S18).

Description

本明細書で開示する技術は、モータを動力源とする電気自動車に関する。本明細書における電気自動車には、モータとエンジンを備えるハイブリッド車や燃料電池車を含む。   The technology disclosed in this specification relates to an electric vehicle using a motor as a power source. The electric vehicle in this specification includes a hybrid vehicle and a fuel cell vehicle including a motor and an engine.

車両用のモータに交流電力を出力するインバータを制御する技術が提案されている。例えば特許文献１には、インバータの出力電圧を高めるために、インバータの制御モードを、所定の条件の下で過変調制御モードから矩形波制御モードに切り替える技術が開示されている。過変調制御とは、モータに印加する電圧の目標値である電圧指令値の最大値をキャリア信号の振幅よりも大きくしてＰＷＭ信号を生成する制御である。また、引用文献１、２には、インバータの制御モードが過変調制御モードである場合に、過変調制御の適用領域を拡大するために、電圧指令値に基本となる電圧指令値の３次高調波を重畳する技術が開示されている。３次高調波を重畳することにより、出力電力を高めることができる。なお、基本となる電圧指令値は、モータの目標回転数に対応する周波数の正弦波である。   Techniques for controlling an inverter that outputs AC power to a vehicle motor have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a technique for switching the inverter control mode from the overmodulation control mode to the rectangular wave control mode under a predetermined condition in order to increase the output voltage of the inverter. The overmodulation control is control for generating a PWM signal by making the maximum value of the voltage command value, which is a target value of the voltage applied to the motor, larger than the amplitude of the carrier signal. Further, in the cited documents 1 and 2, when the control mode of the inverter is the overmodulation control mode, the third harmonic of the voltage command value that is the basic voltage command value is used to expand the application range of the overmodulation control. A technique for superimposing waves is disclosed. The output power can be increased by superimposing the third harmonic. The basic voltage command value is a sine wave having a frequency corresponding to the target rotational speed of the motor.

特開２００８−１１６８２号公報JP 2008-11682 A 特開２０１０−１１９２０１号公報JP 2010-119201 A

一般に、過変調制御は矩形波制御よりもモータの制御性能が優れており、一方、矩形波制御は過変調制御よりも高出力性能に優れている。それゆえ、変調率の低いうちは過変調性制御を採用し、特定の変調率を超える場合は矩形波制御を採用する制御が行われる。さらに、特許文献１、２に例示されているように、過変調制御において、モータの回転数に対応する周波数を有する電圧指令値（基本となる電圧指令値、以下、「基本電圧指令値」と称する）に３次高調波（基本電圧指令値の周波数の３倍の周波数を有する信号）を重畳することにより出力電圧を一層高めることができる。なお、厳密には、基本電圧指令値の周波数は、現在の回転数（車両速度）とアクセル開度で決定される。アクセル開度が大きければ、大きな加速が得られるように、基本電圧指令値の周波数は現在の回転数よりも高くなる。ここで、過変調制御では、基本電圧指令値として、そのピーク値がキャリア信号のピーク値よりも大きい電圧指令値を採用する。そのため、そのような基本電圧指令値に３次高調波を重畳すると、基本電圧指令値のピーク値付近で変曲点が生じ、その変曲点とキャリア信号のピーク先端が重なると、生成されるＰＷＭ信号に非常に幅の狭いパルス（或いはパルスの谷）が含まれ得る。幅の狭いパルス（或いはパルスの谷）はサージを発生させる。特に、このサージは基本電圧指令値のピーク付近で発生するため、サージ電圧も大きくなる。サージ電圧がモータにおける部分放電開始電圧を超えると部分放電が発生してモータの絶縁がダメージを受けるおそれがある。モータの絶縁がダメージを受けると、モータの絶縁寿命が短くなる。   In general, overmodulation control has better motor control performance than rectangular wave control, while rectangular wave control has higher output performance than overmodulation control. For this reason, overmodulation control is employed while the modulation rate is low, and control is performed using rectangular wave control when the modulation rate exceeds a specific modulation rate. Further, as exemplified in Patent Documents 1 and 2, in overmodulation control, a voltage command value (basic voltage command value, hereinafter referred to as “basic voltage command value”) having a frequency corresponding to the rotational speed of the motor. The output voltage can be further increased by superimposing the third-order harmonic (a signal having a frequency three times the frequency of the basic voltage command value) on (referred to as). Strictly speaking, the frequency of the basic voltage command value is determined by the current rotational speed (vehicle speed) and the accelerator opening. If the accelerator opening is large, the frequency of the basic voltage command value is higher than the current rotational speed so that a large acceleration can be obtained. Here, in overmodulation control, a voltage command value whose peak value is larger than the peak value of the carrier signal is adopted as the basic voltage command value. Therefore, when the third harmonic is superimposed on such a basic voltage command value, an inflection point occurs near the peak value of the basic voltage command value, and is generated when the inflection point and the peak tip of the carrier signal overlap. The PWM signal can include very narrow pulses (or valleys of pulses). Narrow pulses (or valleys of pulses) generate surges. In particular, since this surge occurs near the peak of the basic voltage command value, the surge voltage also increases. If the surge voltage exceeds the partial discharge start voltage in the motor, partial discharge may occur and the motor insulation may be damaged. If the motor insulation is damaged, the motor insulation life is shortened.

３次高調波に起因するサージを抑制する技術として、例えば特許文献２は、３次高調波成分の振幅を、元の電圧指令値に重畳したときに変曲点が生じない範囲に限定する技術を開示している。しかしながら、３次高調波成分の振幅を限定してしまうと、せっかくの３次高調波成分の重畳の効果が減じられてしまう。本明細書は、３次高調波を重畳する過変調制御を有効に活用しつつ、車両の状況に応じてインバータを適切に制御し、モータの部分放電を回避して、モータの絶縁寿命が短くなることを抑制する技術を提供する。   As a technique for suppressing a surge caused by the third harmonic, for example, Patent Document 2 limits the amplitude of the third harmonic component to a range in which an inflection point does not occur when superimposed on the original voltage command value. Is disclosed. However, if the amplitude of the third harmonic component is limited, the effect of superimposing the third harmonic component is reduced. This specification makes effective use of overmodulation control that superimposes third-order harmonics, appropriately controls the inverter according to the vehicle conditions, avoids partial discharge of the motor, and shortens the insulation life of the motor. The technology which suppresses becoming is provided.

本明細書が開示する技術は、過変調制御を実施している間、通常は３次高調波を重畳するが、部分放電が生じ易い特定の状況に限定して３次高調波を重畳しない。車両の状況に応じて３次高調波の利用を制限することによって、モータの部分放電を回避する。   The technique disclosed in this specification normally superimposes the third harmonic while overmodulation control is performed, but does not superimpose the third harmonic in a specific situation where partial discharge is likely to occur. The partial discharge of the motor is avoided by restricting the use of the third harmonic according to the situation of the vehicle.

モータの絶縁性に影響を与える条件の一つにモータの温度がある。モータの温度が高温になるほど絶縁性能は低下する。モータの絶縁性に影響を与える他の条件として、周囲の気圧がある。気圧が低いほど部分放電開始電圧が下がり、放電し易くなる。気圧は、標高が高くなるほど低くなる。   One of the conditions affecting the motor insulation is the motor temperature. The insulation performance decreases as the motor temperature increases. Another condition that affects the motor insulation is ambient pressure. The lower the atmospheric pressure, the lower the partial discharge start voltage and the easier the discharge. The atmospheric pressure decreases as the altitude increases.

また、モータの絶縁性に影響を与える他の条件として、車両の速度（車速）がある。車両の速度が高く（即ち、モータの回転数が高く）なるほど、基本電圧指令値の周波数が高くなり、インバータのスイッチング素子のスイッチング回数が多くなるため、ＰＷＭ信号における短期間のパルス（あるいはパルスの谷）が生じ易くなる。車両の速度が低ければ、インバータのスイッチング素子のスイッチング回数が少なくなるため、サージが発生し難くなる。   Another condition that affects the insulation of the motor is the vehicle speed (vehicle speed). The higher the vehicle speed (that is, the higher the motor speed), the higher the frequency of the basic voltage command value and the greater the number of switching times of the inverter switching elements. Valley) is likely to occur. If the speed of the vehicle is low, the number of times of switching of the switching elements of the inverter is reduced, so that a surge is difficult to occur.

そこで、本明細書が開示する電気自動車のインバータの制御装置は、次のアルゴリズムで３次高調波を重畳するか否かを切り替える。制御装置は、過変調制御モードでインバータを制御している間、通常は、モータの目標回転数に対応する周波数を有する基本電圧指令値に、基本電圧指令値の３次高調波を重畳した電圧指令値に基づいて、インバータに与えるＰＷＭ信号を生成する。しかし、制御装置は、標高が所定の標高閾値より高い場合とモータの温度が所定の温度閾値より高い場合のうちの少なくとも一方（即ち、モータの絶縁性能が低下し易い場合）であるとともに、車両の速度が所定の速度閾値より高い場合（即ち、インバータのスイッチングが頻繁に起こり得る場合）に、モータに出力する交流電力に３次高調波を重畳しない。   Therefore, the control device for the inverter of the electric vehicle disclosed in this specification switches whether to superimpose the third harmonic by the following algorithm. While the control device controls the inverter in the overmodulation control mode, the control device normally has a voltage obtained by superimposing the third harmonic of the basic voltage command value on the basic voltage command value having a frequency corresponding to the target rotational speed of the motor. A PWM signal to be supplied to the inverter is generated based on the command value. However, the control device is at least one of a case where the altitude is higher than a predetermined altitude threshold and a case where the temperature of the motor is higher than the predetermined temperature threshold (that is, the motor's insulation performance is likely to deteriorate), and the vehicle Is higher than a predetermined speed threshold (that is, when switching of the inverter can occur frequently), the third harmonic is not superimposed on the AC power output to the motor.

その結果、標高が所定の標高閾値より高く、かつ、車両の速度が所定の速度閾値より高い場合のように、モータの絶縁性能が低下し易く、かつ、スイッチングが頻繁に生じ得る場合であって、結果的にモータの部分放電が起こり易くなる状況では、基本電圧指令値に３次高調波を重畳しないようにする。その結果、モータの部分放電を回避し、モータの絶縁性に与えるダメージを小さくすることができる。   As a result, when the altitude is higher than a predetermined altitude threshold and the vehicle speed is higher than the predetermined speed threshold, the motor insulation performance is likely to deteriorate and switching may occur frequently. As a result, in a situation where partial discharge of the motor is likely to occur, the third harmonic is not superimposed on the basic voltage command value. As a result, partial discharge of the motor can be avoided and damage to the insulation of the motor can be reduced.

一方、標高が所定の標高閾値以下であり、かつ、モータ温度が所定の温度閾値以下である場合のように、モータの絶縁性能が低下し難い状況では、ＰＷＭ信号を生成する元となる基本電圧指令値にその３次高調波を重畳する。すなわち、そのような状況下では３次高調波を重畳した過変調制御を十分に活用する。   On the other hand, in a situation where the motor insulation performance is unlikely to deteriorate, such as when the altitude is below a predetermined altitude threshold and the motor temperature is below a predetermined temperature threshold, the basic voltage from which the PWM signal is generated The third harmonic is superimposed on the command value. That is, under such a situation, the overmodulation control in which the third harmonic is superimposed is fully utilized.

従って、上記の電気自動車によると、３次高調波を重畳する過変調制御を有効に活用しつつ、車両の状況に応じてインバータを適切に制御し、モータの部分放電を回避して、モータの絶縁寿命が短くなることを抑制することができる。   Therefore, according to the above electric vehicle, while effectively utilizing the overmodulation control that superimposes the third-order harmonic, the inverter is appropriately controlled according to the situation of the vehicle, the partial discharge of the motor is avoided, and the motor It can be suppressed that the insulation life is shortened.

なお、本明細書が開示する電気自動車は、常に過変調制御を実施するものに限られない。インバータの制御方法には、他にも例えば矩形制御や正弦波制御などが知られている。本明細書が開示する電気自動車は、状況に応じて過変調制御と別の制御（矩形制御や正弦波制御）を切り替えるものであってもよい。   Note that the electric vehicle disclosed in this specification is not limited to the one that always performs overmodulation control. Other inverter control methods include, for example, rectangular control and sine wave control. The electric vehicle disclosed in the present specification may be switched between overmodulation control and control (rectangular control or sine wave control) depending on the situation.

モータ制御系の回路構成図である。It is a circuit block diagram of a motor control system. 制御装置が実行する切り替え処理のフローチャートである。It is a flowchart of the switching process which a control apparatus performs.

（実施例）
本実施例の電気自動車２は、直流電源とモータを搭載する電気自動車である。図１に、電気自動車２に搭載されるモータ制御系の回路構成図を示す。図１に示すように、電気自動車２は、直流電源１０と、コンデンサ１２と、インバータ２０と、モータ４０と、温度センサ５０と、標高センサ６０と、速度センサ６５と、制御装置７０とを備える。 (Example)
The electric vehicle 2 of the present embodiment is an electric vehicle equipped with a DC power supply and a motor. FIG. 1 shows a circuit configuration diagram of a motor control system mounted on the electric vehicle 2. As shown in FIG. 1, the electric vehicle 2 includes a DC power supply 10, a capacitor 12, an inverter 20, a motor 40, a temperature sensor 50, an altitude sensor 60, a speed sensor 65, and a control device 70. .

直流電源１０は、モータ４０を駆動するための電力を蓄えるバッテリである。直流電源１０は、典型的には、リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池である。他の例では、直流電源１０として燃料電池を用いることもできる。   The DC power supply 10 is a battery that stores electric power for driving the motor 40. The DC power supply 10 is typically a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery. In another example, a fuel cell can be used as the DC power source 10.

コンデンサ１２は、直流電源１０とインバータ２０との間に設けられており、インバータ２０への入力電流の脈動を抑える平滑コンデンサとして機能する。   The capacitor 12 is provided between the DC power supply 10 and the inverter 20 and functions as a smoothing capacitor that suppresses the pulsation of the input current to the inverter 20.

インバータ２０は、直流電源１０から供給された直流電力を、モータ４０の駆動に適した交流電力に変換し、モータ４０に供給する。インバータ２０は、２個のスイッチング素子２２の直列接続が３セット（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相）並列に接続された構造を有している。各スイッチング素子２２には、還流ダイオード２４が逆並列接続されている。   The inverter 20 converts the DC power supplied from the DC power supply 10 into AC power suitable for driving the motor 40 and supplies the AC power to the motor 40. The inverter 20 has a structure in which three sets of two switching elements 22 are connected in parallel (three phases of U phase, V phase, and W phase). A freewheeling diode 24 is connected to each switching element 22 in antiparallel.

モータ４０は、電気自動車２の走行用の動力源である。モータ４０は、インバータ２０から交流電力の供給を受けて駆動する。   The motor 40 is a power source for running the electric vehicle 2. The motor 40 is driven by receiving AC power from the inverter 20.

温度センサ５０は、モータ４０の温度を検出するセンサである。標高センサ６０は、電気自動車２の現在地の標高を検出するセンサである。詳しく言うと、標高センサ６０は、現在地の気圧を検出する気圧センサを内蔵しており、気圧センサによって検出される気圧に基づいて、現在地の標高を算出する。他の例では、標高センサ６０は、電気自動車２に搭載されているナビゲーションシステムから現在地の標高を示す情報を取得することにより、現在地の標高を検出するものであってもよい。また、速度センサ６５は、電気自動車２の現在の速度を検出するセンサである。   The temperature sensor 50 is a sensor that detects the temperature of the motor 40. The altitude sensor 60 is a sensor that detects the altitude of the current location of the electric vehicle 2. More specifically, the altitude sensor 60 has a built-in barometric sensor for detecting the current barometric pressure, and calculates the altitude of the current position based on the barometric pressure detected by the barometric sensor. In another example, the altitude sensor 60 may detect the altitude of the current location by acquiring information indicating the altitude of the current location from a navigation system mounted on the electric vehicle 2. The speed sensor 65 is a sensor that detects the current speed of the electric vehicle 2.

制御装置７０は、電気自動車２の上述した各構成要素と電気的に接続されており、各構成要素の動作を制御する。制御装置７０は、インバータ２０の制御モードを、正弦波制御モード、過変調制御モード、及び、矩形波制御モード、の３つの制御モードの間で切り替えることができる。   The control device 70 is electrically connected to the above-described components of the electric vehicle 2 and controls operations of the components. The control device 70 can switch the control mode of the inverter 20 between three control modes: a sine wave control mode, an overmodulation control mode, and a rectangular wave control mode.

また、制御装置７０は、インバータ２０の制御モードが過変調制御モードである場合に、ＰＷＭ信号を生成するためのベースとなる基本電圧指令値に３次高調波を重畳するか否かを切り替え可能である。基本電圧指令値は、モータ４０の現在の回転数（及び、アクセル開度）に基づいて決定される。アクセル開度が大きければ、大きな加速度が得られるように、モータ４０の現在の回転数よりも高い周波数の基本電圧指令値が生成される。なお、上述したように、制御装置７０は、基本電圧指令値に３次高調波を重畳する場合もある。以下、キャリア信号との比較に用いられる指令値（３次高調波を含む場合をそうでない場合を含む）を単純に電圧指令値と称する。制御装置７０は、電圧指令値をキャリア信号と比較し、電圧指令値の方が大きい期間はＨＩＧＨとなるＰＷＭ信号を生成する。なお、過変調制御モードの場合、基本電圧指令値の振幅はキャリア信号の振幅よりも大きくなるように設定される。   Further, when the control mode of the inverter 20 is the overmodulation control mode, the control device 70 can switch whether or not to superimpose the third harmonic on the basic voltage command value serving as a base for generating the PWM signal. It is. The basic voltage command value is determined based on the current rotation speed (and accelerator opening) of the motor 40. If the accelerator opening is large, a basic voltage command value having a frequency higher than the current rotational speed of the motor 40 is generated so that a large acceleration can be obtained. As described above, the control device 70 may superimpose the third harmonic on the basic voltage command value. Hereinafter, the command value (including the case where the third harmonic is included) used for comparison with the carrier signal is simply referred to as a voltage command value. The control device 70 compares the voltage command value with the carrier signal, and generates a PWM signal that becomes HIGH during a period in which the voltage command value is larger. In the overmodulation control mode, the amplitude of the basic voltage command value is set to be larger than the amplitude of the carrier signal.

３次高調波を重畳する場合は、３次高調波を重畳しない場合（すなわち、電圧指令値が基本電圧指令値のみである場合）と比べて、出力電力が高くなる。他方、３次高調波を重畳すると、３次高調波を重畳しない場合と比較してサージが発生し易い。制御装置７０は、過変調制御モード実行時に、所定の条件に応じて３次高調波を重畳する場合と重畳しない場合がある。従って、制御装置７０が実行する処理には、インバータ２０の制御モードが過変調制御モードである場合に、３次高調波を重畳するか否かを切り替える切り替え処理（図２参照）が含まれる。過変調制御（３次高調波を重畳する場合を含む）そのものは公知であるため、本明細書では詳細な説明を省略する。過変調制御（３次高調波を重畳する場合を含む）の詳細については、例えば、上記の特許文献２（特開２０１０−１１９２０１号公報）を参照されたい。   When the third harmonic is superimposed, the output power is higher than when the third harmonic is not superimposed (that is, when the voltage command value is only the basic voltage command value). On the other hand, when the third harmonic is superimposed, a surge is likely to occur compared to the case where the third harmonic is not superimposed. When executing the overmodulation control mode, the control device 70 may or may not superimpose the third harmonic depending on a predetermined condition. Therefore, the process executed by the control device 70 includes a switching process (see FIG. 2) for switching whether to superimpose the third harmonic when the control mode of the inverter 20 is the overmodulation control mode. Since overmodulation control (including the case of superimposing the third harmonic) itself is known, detailed description thereof is omitted in this specification. For details of overmodulation control (including the case of superimposing third harmonics), see, for example, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-119201) described above.

インバータ２０の他の制御モードについて説明する。正弦波制御モードでは、インバータ２０が一般的なＰＷＭ制御を行う。正弦波制御モードは、モータに要求される出力が小さい場合に選択される。正弦波制御モードは、３つの制御モードのうち最もモータの制御性能に優れる。正弦波制御モードは、例えば、電気自動車２が低速走行する場合のインバータ２０の制御モードとして利用される。なお、制御装置７０は、正弦波制御モードにおいても、基本電圧指令値に３次高調波を重畳する。正弦波制御モードは、車速が低い場合に選択されるので、モータの回転数、即ち、基本電圧指令値の周波数が低いのでサージが発生し難い（大きなサージが発生し難い）。それゆえ、インバータ２０の制御モードが正弦波制御モードである場合、基本的に、制御装置７０は、基本電圧指令値に常時３次高調波を重畳し、ＰＷＭ信号を生成する。   Another control mode of the inverter 20 will be described. In the sine wave control mode, the inverter 20 performs general PWM control. The sine wave control mode is selected when the output required for the motor is small. The sine wave control mode has the best motor control performance among the three control modes. The sine wave control mode is used as a control mode of the inverter 20 when the electric vehicle 2 travels at a low speed, for example. Note that the control device 70 also superimposes the third harmonic on the basic voltage command value even in the sine wave control mode. Since the sine wave control mode is selected when the vehicle speed is low, it is difficult for a surge to occur (a large surge is unlikely to occur) because the rotational speed of the motor, that is, the frequency of the basic voltage command value is low. Therefore, when the control mode of the inverter 20 is the sine wave control mode, basically, the control device 70 always superimposes the third harmonic on the basic voltage command value and generates a PWM signal.

過変調制御モードでは、インバータ２０は、入力電圧の振幅を歪ませた上で、上記正弦波制御モードと同様のＰＷＭ信号生成処理を行う。過変調制御モードは、モータに要求される出力が中程度の場合に選択される。制御装置７０は、過変調制御モードにおいて、基本電圧指令値に３次高調波を重畳する。ただし、インバータ２０の制御モードが過変調制御モードである場合、制御装置７０は、後述の切り替え処理（図２参照）を実行することにより、所定の条件の下で、３次高調波の重畳を禁止する。   In the overmodulation control mode, the inverter 20 distorts the amplitude of the input voltage and performs the same PWM signal generation processing as in the sine wave control mode. The overmodulation control mode is selected when the output required for the motor is medium. The control device 70 superimposes the third harmonic on the basic voltage command value in the overmodulation control mode. However, when the control mode of the inverter 20 is the overmodulation control mode, the control device 70 performs superimposition of the third harmonic under a predetermined condition by executing a switching process (see FIG. 2) described later. Ban.

矩形波制御モードでは、インバータ２０は、ハイレベル期間とローレベル期間の比が１：１の矩形波をモータ４０に印加するように制御を行う。矩形波制御モードは、モータに要求される出力が大きいときに選択される。   In the rectangular wave control mode, the inverter 20 performs control so that a rectangular wave having a ratio of the high level period to the low level period of 1: 1 is applied to the motor 40. The rectangular wave control mode is selected when the output required for the motor is large.

制御内容の詳細な説明は省略するが、制御装置７０は、所定の第１の条件が満たされる場合に、インバータ２０の制御モードを、正弦波制御モードから過変調制御モードに切り替える。また、制御装置７０は、所定の第２の条件が満たされる場合に、インバータ２０の制御モードを、過変調制御モードから正弦波制御モードに切り替える。さらに、制御装置７０は、所定の第３の条件が満たされる場合に、インバータ２０の制御モードを、過変調制御モードから矩形波制御モードに切り替える。また、制御装置７０は、所定の第４の条件が満たされる場合に、インバータ２０の制御モードを、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える。上記の第１〜第４の条件は、それぞれ、任意に設定することができる。例えば、インバータ２０の変調率が所定値を上回ることを第１の条件として設定することができる。さらには、変調率が別の所定値を下回ることを第４の条件として設定することができる。   Although a detailed description of the control content is omitted, the control device 70 switches the control mode of the inverter 20 from the sine wave control mode to the overmodulation control mode when the predetermined first condition is satisfied. Further, control device 70 switches the control mode of inverter 20 from the overmodulation control mode to the sine wave control mode when the predetermined second condition is satisfied. Furthermore, the control device 70 switches the control mode of the inverter 20 from the overmodulation control mode to the rectangular wave control mode when the predetermined third condition is satisfied. In addition, control device 70 switches the control mode of inverter 20 from the rectangular wave control mode to the overmodulation control mode when the predetermined fourth condition is satisfied. Each of the first to fourth conditions can be arbitrarily set. For example, it can be set as a first condition that the modulation rate of the inverter 20 exceeds a predetermined value. Furthermore, it can be set as a fourth condition that the modulation rate is lower than another predetermined value.

制御装置７０が実行する切り替え処理（モータ４０の基本電圧指令値に３次高調波を重畳するか否かを切り替える処理）について、図２を参照して説明する。制御装置７０は、所定時間毎に、図２の切り替え処理を開始する。   A switching process (a process of switching whether or not to superimpose the third harmonic on the basic voltage command value of the motor 40) executed by the control device 70 will be described with reference to FIG. The control device 70 starts the switching process of FIG. 2 every predetermined time.

まず、Ｓ１０では、制御装置７０は、現在のインバータ２０の制御モードが過変調制御モードであるか否か判断する。Ｓ１０の時点で、インバータ２０の制御モードが過変調制御モードである場合、制御装置７０は、Ｓ１０でＹＥＳと判断し、Ｓ１２に進む。一方、Ｓ１０の時点で、インバータ２０の制御モードが正弦波制御モード又は矩形波制御モードである場合、制御装置７０は、Ｓ１０でＮＯと判断し、図２の切り替え処理を終了する。   First, in S10, the control device 70 determines whether or not the current control mode of the inverter 20 is an overmodulation control mode. When the control mode of the inverter 20 is the overmodulation control mode at the time of S10, the control device 70 determines YES in S10, and proceeds to S12. On the other hand, when the control mode of the inverter 20 is the sine wave control mode or the rectangular wave control mode at the time of S10, the control device 70 determines NO in S10 and ends the switching process of FIG.

即ち、Ｓ１０の時点で、インバータ２０の制御モードが正弦波制御モードである場合（Ｓ１０でＮＯの場合）には、モータ４０に要求される出力電力は比較的低いため、その他の条件（標高、モータ温度、速度）に関係なく、制御装置７０は、モータ４０の電圧指令値に継続して３次高調波を重畳する。一方、Ｓ１０の時点で、インバータ２０の制御モードが矩形波制御モードである場合（Ｓ１０でＮＯの場合）には、上記の通り、制御装置７０が、３次高調波を利用することはない。Ｓ１０でＮＯの場合は、現在の制御モード（正弦波モードであるか矩形波制御モードであるか）に応じて、インバータ２０を制御する。正弦波制御モードと矩形波制御モードの説明は省略する。   That is, at the time of S10, when the control mode of the inverter 20 is the sine wave control mode (NO in S10), the output power required for the motor 40 is relatively low, so other conditions (elevation, Regardless of the motor temperature and speed, the control device 70 continuously superimposes the third harmonic on the voltage command value of the motor 40. On the other hand, at the time of S10, when the control mode of the inverter 20 is the rectangular wave control mode (NO in S10), the control device 70 does not use the third harmonic as described above. In the case of NO in S10, the inverter 20 is controlled according to the current control mode (whether it is a sine wave mode or a rectangular wave control mode). Description of the sine wave control mode and the rectangular wave control mode is omitted.

Ｓ１２では、制御装置７０は、標高を検出し、モータ温度を検出し、速度を検出する。具体的には、Ｓ１２では、制御装置７０は、標高センサ６０によって現在地の標高を検出し、温度センサ５０によってモータ４０の温度を検出し、速度センサ６５によって電気自動車２の現在の速度を検出する。   In S12, the control device 70 detects the altitude, detects the motor temperature, and detects the speed. Specifically, in S12, the control device 70 detects the current altitude by the altitude sensor 60, detects the temperature of the motor 40 by the temperature sensor 50, and detects the current speed of the electric vehicle 2 by the speed sensor 65. .

次いで、Ｓ１４では、制御装置７０は、Ｓ１２で検出された標高が、所定の標高閾値より高いか、又は、Ｓ１２で検出されたモータ温度が、所定の温度閾値よりも高温であるか、を判断する。   Next, in S14, the control device 70 determines whether the altitude detected in S12 is higher than a predetermined altitude threshold or whether the motor temperature detected in S12 is higher than the predetermined temperature threshold. To do.

標高閾値とは、標高がその値より高くなると、気圧の低下によってモータ４０の部分放電開始電圧が低下し、部分放電が起こり易くなる（即ち、モータ４０の絶縁性能が低下する）おそれがある値である。標高閾値は、例えば標高１５００ｍである。   The altitude threshold is a value that, when the altitude is higher than that value, the partial discharge start voltage of the motor 40 is decreased due to a decrease in atmospheric pressure, and partial discharge is likely to occur (that is, the insulation performance of the motor 40 is decreased). It is. The altitude threshold is, for example, an altitude of 1500 m.

温度閾値とは、モータ４０の温度がその値より高くなると、モータ４０の絶縁性能が低下する値である。温度閾値は、例えば１５０℃である。   The temperature threshold is a value at which the insulation performance of the motor 40 decreases when the temperature of the motor 40 becomes higher than that value. The temperature threshold is 150 ° C., for example.

制御装置７０は、Ｓ１２で検出された標高が標高閾値より高いか、又は、Ｓ１２で検出されたモータ温度が温度閾値よりも高温である場合に、Ｓ１４でＹＥＳと判断し、Ｓ１６に進む。   If the altitude detected in S12 is higher than the altitude threshold or the motor temperature detected in S12 is higher than the temperature threshold, the control device 70 determines YES in S14 and proceeds to S16.

Ｓ１６では、制御装置７０は、Ｓ１２で検出された速度が、所定の速度閾値より高いか否かを判断する。速度閾値とは、電気自動車２の速度がその値より高くなると、インバータのスイッチング素子のスイッチング回数が多くなり、大きなサージ電圧が発生し易くなる値である。速度閾値は、例えば時速１２０ｋｍである。   In S16, the control device 70 determines whether or not the speed detected in S12 is higher than a predetermined speed threshold. The speed threshold is a value at which when the speed of the electric vehicle 2 becomes higher than that value, the number of switching of the switching elements of the inverter increases, and a large surge voltage is likely to occur. The speed threshold is, for example, 120 km / h.

制御装置７０は、Ｓ１２で検出された現在の電気自動車２の速度が速度閾値より高い場合、Ｓ１６でＹＥＳと判断し、Ｓ１８に進む。即ち、Ｓ１６でＹＥＳと判断される場合は、大きなサージ電圧が発生し、モータの絶縁性能の劣化が進むおそれがある場合である。   If the current speed of the electric vehicle 2 detected in S12 is higher than the speed threshold, the control device 70 determines YES in S16, and proceeds to S18. That is, when YES is determined in S16, a large surge voltage is generated, and there is a possibility that the insulation performance of the motor may deteriorate.

Ｓ１８では、制御装置７０は、モータ４０の回転数（車速）に対応する周波数を有する基本電圧指令値に３次高調波を重畳することを禁止する。次に制御装置７０は、ＰＷＭ信号を生成する（Ｓ２２）。Ｓ１８を経由してＳ２２を実行する場合、制御装置７０は、３次高調波を重畳せず、基本電圧指令値をキャリア信号と比較してＰＷＭ信号を生成する。最後に制御装置７０は、生成したＰＷＭ信号をインバータ２０に供給する（Ｓ２４）。   In S <b> 18, the control device 70 prohibits superimposing the third harmonic on the basic voltage command value having a frequency corresponding to the rotation speed (vehicle speed) of the motor 40. Next, the control device 70 generates a PWM signal (S22). When executing S22 via S18, the control device 70 generates a PWM signal by comparing the basic voltage command value with the carrier signal without superimposing the third harmonic. Finally, the control device 70 supplies the generated PWM signal to the inverter 20 (S24).

一方、制御装置７０は、Ｓ１２で検出された標高が標高閾値以下であり、かつ、Ｓ１２で検出されたモータ温度が温度閾値以下である場合は、Ｓ１４でＮＯと判断し、Ｓ２０の処理を実行する。また、制御装置７０は、Ｓ１２で検出された速度が速度閾値以下である場合は、Ｓ１６でＮＯと判断し、Ｓ２０の処理を実行する。   On the other hand, when the altitude detected in S12 is equal to or lower than the altitude threshold and the motor temperature detected in S12 is equal to or lower than the temperature threshold, the control device 70 determines NO in S14 and executes the process of S20. To do. Further, when the speed detected in S12 is equal to or lower than the speed threshold, the control device 70 determines NO in S16 and executes the process of S20.

Ｓ１４の判断結果がＮＯの場合、あるいは、Ｓ１６の判断がＮＯの場合、制御装置７０は、３次高調波の重畳を許可した上で（Ｓ２０）、Ｓ２２、Ｓ２４の処理を実行する。Ｓ２０を経由してＳ２２を実行する場合、制御装置７０は、基本電圧指令値に３次高調波を重畳した電圧指令値をキャリア信号と比較してＰＷＭ信号を生成する。最後に制御装置７０は、生成したＰＷＭ信号をインバータ２０に供給する（Ｓ２４）。   When the determination result of S14 is NO, or when the determination of S16 is NO, the control device 70 permits the superposition of the third harmonic (S20) and executes the processes of S22 and S24. When executing S22 via S20, the control device 70 generates a PWM signal by comparing the voltage command value obtained by superimposing the third harmonic on the basic voltage command value with the carrier signal. Finally, the control device 70 supplies the generated PWM signal to the inverter 20 (S24).

標高が標高閾値以下であり、かつ、モータ温度が温度閾値以下である場合（Ｓ１４でＮＯの場合）には、モータ４０の絶縁性能が低下するおそれが小さく、３次高調波の重畳を禁止しなくても、モータ４０の部分放電を回避できる。   When the altitude is below the altitude threshold and the motor temperature is below the temperature threshold (NO in S14), the insulation performance of the motor 40 is unlikely to decline, and superposition of the third harmonic is prohibited. Even if it is not, partial discharge of the motor 40 can be avoided.

以上、本実施例の電気自動車２の構成及び制御装置７０が実行する処理の内容について説明した。上記の通り、本実施例では、制御装置７０は、インバータ２０の制御モードを、正弦波制御モード、過変調制御モード、及び、矩形波制御モードの間で切り替える。そして、制御装置７０は、インバータ２０の制御モードが過変調制御モードである場合に、モータ４０に対する基本電圧指令値に３次高調波を重畳するか否かを切り替える。制御装置７０は、インバータ２０の制御モードが過変調制御モードである場合において、（条件１）標高が所定の標高閾値より高い場合とモータの温度が所定の温度閾値より高い場合、のうちの少なくとも一方（即ち、モータの絶縁性能が低下し易い場合：図２のＳ１４でＹＥＳの場合）である場合、かつ、（条件２）電気自動車２の速度が所定の速度閾値より高い場合（即ち、スイッチングが頻繁に生じ、サージが発生し易い場合：Ｓ１６でＹＥＳの場合）に、３次高調波の重畳を禁止する（Ｓ１８）。なお、「重畳を禁止する」とは、「重畳しない」ことと等価である。   Heretofore, the configuration of the electric vehicle 2 of the present embodiment and the contents of the processing executed by the control device 70 have been described. As described above, in the present embodiment, the control device 70 switches the control mode of the inverter 20 between the sine wave control mode, the overmodulation control mode, and the rectangular wave control mode. Then, when the control mode of inverter 20 is the overmodulation control mode, control device 70 switches whether to superimpose the third harmonic on the basic voltage command value for motor 40. When the control mode of the inverter 20 is the overmodulation control mode, the control device 70 is at least one of (Condition 1) when the altitude is higher than a predetermined altitude threshold and when the motor temperature is higher than the predetermined temperature threshold. On the other hand (that is, when the insulation performance of the motor is likely to deteriorate: YES in S14 of FIG. 2), and (Condition 2) when the speed of the electric vehicle 2 is higher than a predetermined speed threshold (that is, switching) Frequently occurs and surge is likely to occur: in the case of YES in S16, superimposition of the third harmonic is prohibited (S18). Note that “prohibit superimposition” is equivalent to “do not superimpose”.

実施例の電気自動車２は、上記（条件１）及び（条件２）が成立する場合であって、結果的にモータ４０の部分放電が起こり易くなる状況では、基本電圧指令値に３次高調波を重畳せずにＰＷＭ信号を生成する。その結果、モータ４０の部分放電を回避し、モータ４０の絶縁性に与えるダメージを小さくすることができる。   The electric vehicle 2 of the embodiment is a case where the above (Condition 1) and (Condition 2) are satisfied, and in the situation where partial discharge of the motor 40 is likely to occur as a result, the basic voltage command value has a third harmonic. A PWM signal is generated without superimposing. As a result, partial discharge of the motor 40 can be avoided and damage to the insulation of the motor 40 can be reduced.

一方、上記の（条件１）と（条件２）のいずれか一方が成立しない場合、即ち、モータの絶縁性能が低下し難い場合には、過変調制御モードにおいて基本電圧指令値に３次高調波を重畳する。その結果、モータ４０の部分放電を回避しながら、所望のモータ出力を得ることができる。   On the other hand, if either of the above (Condition 1) or (Condition 2) is not satisfied, that is, if the insulation performance of the motor is difficult to deteriorate, the third harmonic is added to the basic voltage command value in the overmodulation control mode. Is superimposed. As a result, a desired motor output can be obtained while avoiding partial discharge of the motor 40.

本実施例の電気自動車２によると、過変調制御を採用しながら、車両の状況に応じてインバータ２０を適切に制御し、モータ４０の部分放電を回避して、モータ４０の絶縁寿命が短くなることを抑制することができる。   According to the electric vehicle 2 of the present embodiment, while adopting overmodulation control, the inverter 20 is appropriately controlled according to the situation of the vehicle, the partial discharge of the motor 40 is avoided, and the insulation life of the motor 40 is shortened. This can be suppressed.

以上、各実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、以下の変形例を含んでもよい。   Each embodiment has been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. For example, the following modifications may be included.

（変形例１） 制御装置７０は、（条件１）と（条件２）のいずれか一方が成立しない場合、必ず３次高調波の重畳を行うことに限定されない。（条件１）と（条件２）のいずれか一方が成立しない場合であっても３次高調波を重畳しない場合があってもよい。例えば、（条件１）と（条件２）とは別の条件で大きなサージが発生するおそれがあるとき、あるいは、３次元高調波を重畳するとサージ以外に別の不具合が生じるおそれがあるときには、制御装置７０は３次高調波の重畳を禁止してもよい。 (Modification 1) The control apparatus 70 is not necessarily limited to superimposing the 3rd harmonic when either one of (Condition 1) and (Condition 2) is not satisfied. Even if either of (Condition 1) and (Condition 2) is not satisfied, the third harmonic may not be superimposed. For example, when there is a possibility that a large surge may occur under conditions other than (Condition 1) and (Condition 2), or when there is a possibility that another problem other than the surge may occur when a three-dimensional harmonic is superimposed, control is performed. The device 70 may prohibit superposition of the third harmonic.

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

２：電気自動車
１０：直流電源
１２：コンデンサ
２０：インバータ
２２：スイッチング素子
２４：還流ダイオード
４０：モータ
５０：温度センサ
６０：標高センサ
６５：速度センサ
７０：制御装置 2: Electric vehicle 10: DC power supply 12: Capacitor 20: Inverter 22: Switching element 24: Freewheeling diode 40: Motor 50: Temperature sensor 60: Altitude sensor 65: Speed sensor 70: Control device

Claims (1)

直流電源と、
直流電源から電力の供給を受けて走行用のモータに交流電力を出力するインバータと、
モータの目標回転数に対応する周波数を有する基本電圧指令値に、基本電圧指令値の３次高調波を重畳した電圧指令値に基づいて、インバータに与えるＰＷＭ信号を生成する制御装置と、を備え、
制御装置は、
標高が所定の標高閾値より高い場合とモータの温度が所定の温度閾値より高い場合のうちの少なくとも一方であるとともに、車両の速度が所定の速度閾値より高い場合に、３次高調波を重畳しない、
電気自動車。 DC power supply,
An inverter that receives power supplied from a DC power supply and outputs AC power to a motor for traveling;
A controller for generating a PWM signal to be applied to the inverter based on a voltage command value obtained by superimposing a third harmonic of the basic voltage command value on a basic voltage command value having a frequency corresponding to the target rotational speed of the motor. ,
The control device
The third harmonic is not superimposed when the altitude is higher than a predetermined altitude threshold and / or when the motor temperature is higher than the predetermined temperature threshold and the vehicle speed is higher than the predetermined speed threshold. ,
Electric car.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3879696A1 (en) * 2020-03-09 2021-09-15 Infineon Technologies Austria AG System for detection and algorithmic avoidance of isolation failures in electric motors
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