JP2016072992A - 制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】MG制御部51は、モータジェネレータ12の駆動力が駆動輪95に伝達されない状態にて回路部20に通電することで所定エネルギを投入した後の素子温度Tであると通電後素子温度Taと通電前素子温度Tbの差である温度上昇値ΔTに基づき、回路部20の劣化状態を判定する(S110)。MG制御部51は、劣化状態および素子温度Tに基づき、モータジェネレータ12から出力されるトルクを制限する。トルク制限を開始する素子温度Tである制限開始温度Ts、および、素子温度Tに応じたトルク制限傾きは、劣化状態に応じて可変である。これにより、駆動力の伝達に伴うモータジェネレータ12の温度変化の影響を受けることなく、SW素子31〜36の劣化状態を適切に判定することができ、モータジェネレータ12の駆動を適切に制御することができる。
【選択図】 図4
Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路部の劣化状態に応じて適切に回転電機を制御する制御装置を提供することにある。
通電前温度取得手段は、回転電機の通電の切り替えに係るスイッチング素子を有する回路部に通電する前の回路部の温度である通電前温度を取得する。
通電後温度取得手段は、回転電機の駆動力が駆動対象に伝達されない状態にて回路部に通電することで所定エネルギを投入した後の回路部の温度である通電後温度を取得する。
トルク制限手段は、劣化状態および回路部に温度に基づき、回転電機から出力されるトルクを制限する。
トルク制限を開始する回路部の温度である制限開始温度、および、回路部の温度に応じたトルク制限傾きの少なくとも一方は、劣化状態に応じて可変である。
(一実施形態)
本発明の一実施形態による制御装置が適用される車両制御システムを図1に示す。
図1に示すように、車両制御システム1は、エンジン11、回転電機としてのモータジェネレータ12、変速機13、電源としてのバッテリ15、第1クラッチ16、第2クラッチ17、回路部20、および、制御部50等を備え、車両90に搭載される。本実施形態の車両90は、エンジン11およびMG12の駆動力にて走行するハイブリッド車両である。
以下適宜、モータジェネレータを「MG」と記載する。
モータジェネレータ12は、バッテリ15から電力の電力で駆動されることによりトルクを発生する電動機としての機能、および、エンジン11による駆動あるいは車両90の制動時に駆動されて発電する発電機としての機能を有する。本実施形態のモータジェネレータ12は、永久磁石式同期型の3相交流電動機である。以下、モータジェネレータ12が電動機として機能する場合を中心に説明する。
バッテリ15は、充電状態としてのSOC(State Of Charge)が所定の範囲内となるように制御される。
第2クラッチ17は、モータジェネレータ12と変速機13との間に設けられ、モータジェネレータ12と変速機13とを断続可能に構成される。
すなわち、第1クラッチ16を切ることで、エンジン11の駆動力がモータジェネレータ12側へ伝達されなくなり、第2クラッチ17を切ることで、モータジェネレータ12の駆動力が駆動輪95側へ伝達されなくなる。
図2に示すように、回路部20は、昇圧コンバータ21、および、インバータ部30を有する。
昇圧コンバータ21は、リアクトル22、昇圧駆動部23、および、コンデンサ26等を有する。
リアクトル22は、リアクトル電流ILの変化に伴って誘起電圧が発生し、電気エネルギを蓄積する。
コンデンサ26は、インバータ部30と並列に接続される。
高電位側SW素子31〜33と低電位側SW素子34〜36との接続点は、それぞれモータジェネレータ12の各相巻線(U相、V相、W相)の一端に接続される。
インバータ部30には、昇圧コンバータ21により昇圧された出力電圧の直流電力が入力され、SW素子31〜36をオンオフ作動することにより直流電力を3相交流電力に変換し、モータジェネレータ12に出力する。
SW素子31〜36は、パワーカード基板41に実装される。SW素子31〜36のパワーカード基板41と反対側の面には、放熱板42が設けられる。SW素子31〜36と放熱板42との間には、放熱グリス43が塗布される。これにより、SW素子31〜36の熱は、パワーカード基板41側、および、放熱板42側の両面から放熱される。
また、パワーカード40全体は、図示しない冷却配管内を流通する冷却水により冷却される。
MG制御部51は、演算部52、および、記憶部53を有する。
演算部52は、取得されたSW素子31〜36の温度である素子温度Tに基づき、SW素子31〜36の劣化状態を判定する。劣化状態判定の詳細については、後述する。演算部52は、上位ECUであるハイブリッド制御部55からのトルク指令値trq*および劣化状態等に応じたインバータ駆動信号を生成してインバータ部30に出力することで、モータジェネレータ12の駆動を制御する。
記憶部53は、EEPROM等の不揮発性メモリにより構成され、SW素子31〜36の劣化状態等を記憶する。
素子温度Tに基づく劣化状態判定処理を図4に示すフローチャートに基づいて説明する。劣化状態判定処理は、イグニッション電源等の図示しない始動スイッチがオンされ、車両制御システム1がレディオン(Ready ON)となったときに演算部52にて実行される処理である。
S105では、所定電圧、所定電流にて、インバータ部30への通電を開始する。このとき、第1クラッチ16および第2クラッチ17を切り、駆動力が伝達されないようにする。
S107では、インバータ部30への通電を終了する。本実施形態では、所定の通電期間Peに亘り、所定電圧および所定電流をインバータ部30に通電することが、「回路部に所定エネルギを投入する」ことに対応するものとする。
S109では、温度上昇値ΔTを演算する。温度上昇値ΔTは、式(1)により演算される。
ΔT=Ta−Tb ・・・(1)
S111では、S110にて判定された劣化状態を、記憶部53に記憶させる。このとき、S102の判定に係る走行距離情報を併せて記憶部53に記憶させ、劣化状態判定処理を終了する。
図5では、後述する各劣化レベルL1〜L3の温度上昇値ΔTの変化を示している。本実施形態では、SW素子31〜36が最も熱劣化していない初期状態を劣化レベルL1、次いで劣化レベルL2とし、最も熱劣化している状態を劣化レベルL3とする。ここで、SW素子31〜36の熱劣化が進んでいるほど、「劣化レベルが大きい」とし、熱劣化が進んでいない場合を「劣化レベルが小さい」とする。
そこで本実施形態では、インバータ部30に所定電圧、所定電流の通電を行い、通電期間Pe経過後の温度上昇値ΔTに基づいて劣化状態を判定する。
図6(d)、(e)に示すように、温度上昇値ΔT1は、第1判定閾値TH1(例えば70[℃])以下であるので、劣化状態を劣化レベルL1とする。
図6(d)、(e)に示すように、温度上昇値ΔT2は、第1判定閾値TH1より大きく、第2判定閾値TH2(例えば90[℃])以下であるので、劣化状態を劣化レベルL2とする。
図6(d)、(e)に示すように、温度上昇値ΔT3は、第2判定閾値TH2より大きいので、劣化状態を劣化レベルL3とする。
トルク制限係数は、劣化レベルL1、L2、L3に応じた換算ラインF1、F2、F3を用い、素子温度Tに基づいて設定される。本実施形態では、劣化レベルL1のとき換算ラインF1、劣化レベルL2のとき換算ラインF2、劣化レベルL3のとき換算ラインF3とする。
また、劣化レベルL1のとき素子温度Tが出力停止温度Te1以上、劣化レベルL2のとき素子温度Tが出力停止温度Te2以上、劣化レベルL3のとき素子温度Tが出力停止温度Te3以上で、トルク制限係数をゼロとし、モータジェネレータ12からの出力を停止する。
制限開始温度Ts1、Ts2、Ts3および出力停止温度Te1、Te2、T3は、適宜設定可能である。
本実施形態では、システム起動時のイニシャルチェックにて劣化状態判定処理を行っており、イニシャルチェック終了後の通常モードにおいては、記憶された劣化状態に応じた特定のトルク制限マップを用いてトルク制限処理を行う。
S201では、イニシャルチェックが終了したか否かを判断する。イニシャルチェックが終了していないと判断された場合(S201:NO)、この判断処理を繰り返す。イニシャルチェックが終了したと判断された場合(S201:YES)、S202へ移行する。
S203では、図7に示すトルク制限マップを参照し、劣化状態に応じた制限開始温度Tsを決定する。
S204では、モータジェネレータ12の駆動が開始されたか否かを判断する。モータジェネレータ12の駆動が開始されていないと判断された場合(S204:NO)、この判断処理を繰り返す。モータジェネレータ12の駆動が開始されたと判断された場合(S204:YES)、S205へ移行する。
S206では、S205で取得された素子温度Tが制限開始温度Tsより大きいか否かを判断する。素子温度Tが制限開始温度Tsより大きいと判断された場合(S206:YES)、S207へ移行する。素子温度Tが制限開始温度Ts以下であると判断された場合(S206:NO)、S208へ移行する。
S207では、図7に示すトルク制限マップを参照し、素子温度Tおよび劣化状態に応じたトルク制限係数を取得する。
S208では、トルク制限係数を1とし、素子温度Tが制限開始温度Ts以下である場合、トルク制限を行わない。
S210では、始動スイッチがオフされたか否かを判断する。始動スイッチがオフされていないと判断された場合(S210:NO)、S205に戻る。始動スイッチがオフされたと判断された場合(S210:YES)、本処理を終了する。
図9(a)、(b)、(c)に示すように、車両制御システム1がレディオンされ、シフトレンジがPレンジからDレンジに切り替わった後の指令トルクtrq*が一定値Qsである場合を例に説明する。また、劣化レベルL3のときに素子温度Tが制限開始温度Ts3に達する時刻x1までは、劣化状態によらずトルク制限が行われず、トルク制限係数が1であるので、制限後トルクtrq_rと指令トルクtrq*とが等しい。
図9の例では、実線で示すように、素子温度Tが制限開始温度Ts3より大きくなる時刻x1にてトルク制限を開始する。また、素子温度Tが出力停止温度Te3より高い時刻x2から時刻x4までの期間は、トルク制限係数をゼロとし、制限後トルクtrq_rをゼロとする。トルク制限により素子温度Tが低下し、制限開始温度Ts3以下となる時刻x5にて、トルク制限係数を1とし、トルク制限を終了する。トルク制限がなされる時刻x1から時刻x5までの期間の制限後トルクtrq_rは、指令トルクtrq*に素子温度Tに応じたトルク制限係数が乗じられた値となる。なお、制限後トルクtrq_rは、素子温度Tに応じて変化するが、図9では簡略化のため、直線的に変化するものとして記載した。また、トルクの急変を避けるため、トルク制限係数の変化よりも制限後トルクtrq_rの変化が遅くなるように、適宜フィルタ処理等を行ってもよい。
図9中に一点鎖線で示すように、劣化レベルが大きい場合、素子温度Tが制限開始温度Ts1に達する時刻x3までトルク制限を行わないと、破線で示す劣化レベルが小さい場合と比較して、時刻x7における素子温度Tのピーク値Tpが大きくなる。そのため、SW素子31〜36の熱劣化が進行したり、ピーク値TpによってはSW素子31〜36が破損に至る虞がある。
一方、図示はしていないが、劣化状態を考慮せず、制限開始温度をTs3とすると、劣化レベルが小さい場合、余分にトルク制限をかけることになってしまう。
MG制御部51は、モータジェネレータ12の通電の切り替えに係るSW素子31〜36を有する回路部20に通電する前の素子温度である通電前素子温度Tbを取得する(図4中のS104)。
MG制御部51は、モータジェネレータ12の駆動力が駆動輪95に伝達されない状態にて、回路部20に通電することで所定エネルギを投入した後の素子温度である通電後素子温度Taを取得する(S108)。
MG制御部51は、劣化状態および素子温度Tに基づき、モータジェネレータ12から出力されるトルクを制限する(図8中のS209)。
トルク制限を開始する素子温度Tである制限開始温度Ts、および、素子温度Tに応じたトルク制限傾きは、劣化状態に応じて可変である。
また、素子温度Tが「回路部の温度」に対応し、通電前素子温度Tbが「通電前温度」に対応し、通電後素子温度Taが「通電後温度」に対応する。
(ア)回路部温度
上記実施形態では、インバータを構成するSW素子の温度を回路部の温度とする。他の実施形態では、SW素子の温度に替えて還流ダイオードの温度を回路部の温度としてもよい。また、昇圧コンバータを構成するリアクトル、SW素子、または、コンデンサ等の電子部品の温度を回路部の温度としてもよい。例えば、コンデンサの温度を回路部の温度とする場合、回路部の劣化状態としてコンデンサの劣化状態が監視され、コンデンサの熱劣化を抑制し、熱破壊を防止することができる。
また、電子部品の接続に用いられるバスバー等の配線温度を回路部の温度としてもよい。また他の実施形態では、パワーカードの冷却水温を回路部の温度としてもよい。
上記実施形態では、劣化レベルを3段階とした。他の実施形態では、劣化レベルは3段階に限らず、2段階でもよいし、4段階以上としてもよいし、連続的に変化するようにしてもよい。劣化レベルが連続的に設定される場合、例えば連続的に変化する劣化レベル値を用いた関数等により、モータジェネレータのトルクを制限するように構成してもよい。
また、劣化状態に基づき、パワーカードの交換時期等である整備情報を推定してもよい。また、推定された整備情報をユーザに通知するようにしてもよい。
谷実施形態では、例えば図示しないナビゲーション装置等から時刻情報を取得し、前回の劣化判定からの経過時間が所定時間以上となった場合、「前回の劣化判定から所定インターバルが経過した」と判断してもよい。時刻情報に基づいて所定インターバルの経過を判断する場合、図4中のS111では、劣化状態と併せて劣化判定を行った時刻に係る時刻情報を記憶部に記憶させる。
また、他の実施形態では、図4中のS103の処理を省略し、電源の充電状態によらず、劣化状態の判定を行うようにしてもよい。
上記実施形態では、トルク指令値にトルク制限係数を乗じることでトルクを制限する。他の実施形態では、例えば電圧指令値や電流指令値に制限係数を乗じてもよい。また、トルク制限係数によらず、直接的にトルクが制限されるように構成してもよい。
上記実施形態では、制限開始温度およびトルク制限傾きを劣化状態に応じて可変とする。他の実施形態では、制限開始温度、または、トルク制限傾きを劣化状態に応じて可変としてもよい。
上記実施形態では、SW素子は、IGBTにより構成される。他の実施形態では、SW素子をIGBT以外の半導体素子等により構成してもよい。上記実施形態では、SW素子は、パワーカードにより構成され、両面放熱構造である。他の実施形態では、SW素子の放熱構造は、片面放熱としてもよい。また、インバータ部をパワーカード以外で構成してもよい。
上記実施形態では、回路部は、昇圧コンバータを有する。他の実施形態では、昇圧コンバータを省略してもよい。
上記実施形態では、各手段は、MG制御部により構成される。他の実施形態では、各手段の一部または全部をハイブリッド制御部により構成してもよい。また、MG制御部およびハイブリッド制御部を1つの制御部として構成してもよい。
上記実施形態では、制御装置がハイブリッド車両に適用される。他の実施形態では、ハイブリッド車両に限らず、電気自動車や燃料電池車等の主機モータを用いる車両全般に適用可能である。また、制御装置を他の装置に適用してもよく、駆動対象は駆動輪に限らない。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
12・・・モータジェネレータ(回転電機)
15・・・バッテリ(電源)
20・・・回路部
31〜36・・・SW素子
51・・・MG制御部(制御装置)
52・・・演算部
53・・・記憶部
95・・・駆動輪(駆動対象)
Claims (5)
- 回転電機(12)の通電の切り替えに係るスイッチング素子(31〜36)を有する回路部(20)に通電する前の前記回路部の温度である通電前温度を取得する通電前温度取得手段(S104)と、
前記回転電機の駆動力が駆動対象(95)に伝達されない状態にて前記回路部に通電することで所定エネルギを投入した後の前記回路部の温度である通電後温度を取得する通電後温度取得手段(S108)と、
前記通電後温度と前記通電前温度との差である温度上昇値に基づき、前記回路部の劣化状態を判定する劣化状態判定手段(S110)と、
判定された前記劣化状態を記憶部(53)に記憶させる記憶手段(S111)と、
前記劣化状態および前記回路部の温度に基づき、前記回転電機から出力されるトルクを制限するトルク制限手段(S209)と、
を備え、
トルク制限を開始する前記回路部の温度である制限開始温度、および、前記回路部の温度に応じたトルク制限傾きの少なくとも一方は、前記劣化状態に応じて可変であることを特徴とする制御装置(51)。 - 前記劣化状態判定手段は、前回の劣化判定から所定インターバルが経過した後に、前記劣化状態の判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
- 前記劣化状態判定手段は、前記回転電機に電力を供給する電源(15)が前記回路部に前記所定エネルギを投入可能な状態であると判断された場合、前記劣化状態の判定を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の制御装置。
- 前記回路部の温度は、前記スイッチング素子の温度であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記回路部は、コンデンサ(26)を有し、
前記回路部の温度は、前記コンデンサの温度であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の制御装置。
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