JP2016220309A - Inverter control device and inverter control method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve recovery of electric power even when a switching element of an inverter has a short-circuit fault.SOLUTION: An inverter control device 2 includes: a short-circuit fault detection part 20 for detecting a short-circuit failure of a switching element; short-circuit fault control part 21 which transits switching elements of all arms on the opposite side to an arm having a short-circuit fault to OFF within such a period that the motor 5 generates a motor current after detecting the short-circuit fault and which performs direct control to turn ON after the switching elements of any other arms than the arm having the short-circuit fault are turned OFF.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、モータに電力を供給するインバータを制御するインバータ制御装置及びインバータ制御方法に関する。   The present invention relates to an inverter control device and an inverter control method for controlling an inverter that supplies electric power to a motor.

近年、駆動源としてモータを備えた電動車両は、電力を貯めるバッテリを備え、車両の制動に伴って発生するモータからの回生電力をバッテリに回収している。このような電動車両は、スイッチング制御を実行するインバータを備え、電動車両の走行時だけでなく回生時にもモータを制御している。   In recent years, an electric vehicle including a motor as a drive source includes a battery that stores electric power, and regenerative electric power generated from the motor generated when the vehicle is braked is collected in the battery. Such an electric vehicle includes an inverter that performs switching control, and controls the motor not only when the electric vehicle travels but also during regeneration.

インバータを備える電動車両においては、モータに供給する電力を制御するインバータのスイッチング素子が短絡故障した場合に、故障していないスイッチング素子を制御して、電動車両の走行を継続する技術が知られている(特許文献1)。特許文献1に開示された技術では、何れかのスイッチング素子が短絡故障した場合に、上側アームと下側アームのうち、短絡故障が発生したスイッチング素子と同一側アームのスイッチング素子をオンにし、反対側のアームのスイッチング素子をオフにしていた。   In an electric vehicle equipped with an inverter, when a switching element of an inverter that controls electric power supplied to a motor is short-circuited, a technique for controlling a non-failed switching element and continuing the running of the electric vehicle is known. (Patent Document 1). In the technique disclosed in Patent Document 1, when one of the switching elements has a short circuit failure, the switching element of the same side arm as the switching element in which the short circuit failure has occurred is turned on. The switching element of the side arm was turned off.

特開2008−182841号公報JP 2008-182841 A

しかし、同一側アームのスイッチング素子をオンするので、モータの電流がインバータ回路を循環する。そのため、バッテリへの電力の回収が不可能である。また、回収が出来ないことから、弱電系統への給電によりバッテリ残量が減少する一方となるため航続距離が限られる課題がある。   However, since the switching element of the same arm is turned on, the motor current circulates through the inverter circuit. Therefore, it is impossible to collect power to the battery. Moreover, since collection | recovery cannot be performed, since it will become one side to which a battery remaining amount will reduce by the electric power feeding to a weak electric power system, the subject that a cruising distance is restricted occurs.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子が短絡故障した場合であってもバッテリへの電力の回収を可能にするインバータ制御装置及びインバータ制御方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an inverter control device and an inverter control method that enable recovery of power to a battery even when a switching element has a short circuit failure. Yes.

本発明の一態様に係わるインバータ制御装置は、短絡故障検出部と短絡故障時制御部とを具備する。短絡故障検出部は、スイッチング素子の短絡故障を検出する。短絡故障時制御部は、短絡故障の検出後、短絡故障が検出されたスイッチング素子とは異なるアームに設けられた全てのスイッチング素子をオフし、短絡故障が検出されたスイッチング素子と同じアームに設けられた他のスイッチング素子をオフした後にオンする断接制御を行う。   An inverter control device according to an aspect of the present invention includes a short-circuit fault detection unit and a short-circuit fault control unit. The short circuit failure detection unit detects a short circuit failure of the switching element. After detecting the short-circuit fault, the control unit at the time of the short-circuit fault turns off all switching elements provided in the arm different from the switching element in which the short-circuit fault is detected, and is provided in the same arm as the switching element in which the short-circuit fault is detected. Connection / disconnection control to turn on after turning off the other switching elements is performed.

本発明のインバータ制御装置によれば、短絡故障が検出されたスイッチング素子と同じアームに設けられた他のスイッチング素子を断接制御することで、短絡故障した場合でもバッテリへの電力の回収が可能である。   According to the inverter control device of the present invention, by controlling connection / disconnection of another switching element provided in the same arm as the switching element in which the short circuit failure is detected, it is possible to recover power to the battery even in the case of a short circuit failure. It is.

実施形態に係わるインバータ制御装置2を用いたハイブリッドシステム1の機能構成例を示す図である。It is a figure which shows the function structural example of the hybrid system 1 using the inverter control apparatus 2 concerning embodiment. インバータ制御装置2の機能構成例を示す図である。3 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of an inverter control device 2. FIG. 短絡故障時制御部21の動作フローを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement flow of the control part 21 at the time of a short circuit failure. 短絡故障時のモータ電流の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the motor current at the time of a short circuit failure. 短絡故障の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a short circuit failure. 断接制御の例を波形で説明する図である。It is a figure explaining the example of connection control by a waveform. 短絡故障時にインバータ制御装置2で断接制御を行っている場合の例を示す図である。It is a figure which shows the example in the case of performing connection / disconnection control with the inverter control apparatus 2 at the time of a short circuit failure. 所定の時間間隔で断接制御を行う場合の短絡故障時制御部の動作フローを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement flow of the control part at the time of a short circuit failure when performing connection / disconnection control by a predetermined time interval.

図面を参照して、実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。   Embodiments will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

[電動車両の構成]
図1を参照して、実施形態に係わるインバータ制御装置2を用いた電動車両の構成を説明する。電動車両には、例えばハイブリッドカーや電気自動車等が含まれる。図1は、ハイブリッドカーのシステム構成例(ハイブリッドシステム1)を示す。
[Configuration of electric vehicle]
With reference to FIG. 1, the structure of the electric vehicle using the inverter control apparatus 2 concerning embodiment is demonstrated. Examples of the electric vehicle include a hybrid car and an electric vehicle. FIG. 1 shows a system configuration example (hybrid system 1) of a hybrid car.

ハイブリッドシステム1は、インバータ制御装置2と、車両コントローラ3と、エンジン4(ENG)と、モータ5と、トランスミッション6(T/M)と、バッテリ7と、DC/DCコンバータ8と、補機用電源9と、インバータ10とを具備する。   The hybrid system 1 includes an inverter control device 2, a vehicle controller 3, an engine 4 (ENG), a motor 5, a transmission 6 (T / M), a battery 7, a DC / DC converter 8, and an auxiliary machine. A power source 9 and an inverter 10 are provided.

車両コントローラ3は、アクセル情報、ブレーキ情報、シフト情報、及び車速情報などを入力とする。車両コントローラ3は、それらの情報を基に電動車両に必要な駆動力に応じた駆動トルク指令Teをエンジン4に、モータ駆動/回生トルク指令Tm(以降、トルク指令Tm)をインバータ制御装置2に出力する。エンジン4とモータ5の合成された駆動力は、トランスミッション6を介して車輪に伝達される。   The vehicle controller 3 receives accelerator information, brake information, shift information, vehicle speed information, and the like. Based on the information, the vehicle controller 3 sends a drive torque command Te corresponding to the drive force required for the electric vehicle to the engine 4 and a motor drive / regenerative torque command Tm (hereinafter, torque command Tm) to the inverter control device 2. Output. The combined driving force of the engine 4 and the motor 5 is transmitted to the wheels via the transmission 6.

インバータ制御装置2は、車両コントローラ3から入力されたトルク指令Tmに基づいて、バッテリ7からモータ5に供給する電力を制御するPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成する。PWM信号は、インバータ制御装置2からインバータ10に出力される。   The inverter control device 2 generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal for controlling the power supplied from the battery 7 to the motor 5 based on the torque command Tm input from the vehicle controller 3. The PWM signal is output from the inverter control device 2 to the inverter 10.

インバータ10は、二次電池等で構成される直流電源であるバッテリ7の直流電力を、電力変換用半導体素子をスイッチングして三相交流電力に変換する。スイッチングはPWM信号で行う。変換した三相交流電力はモータ5に供給される。また、インバータ10は、モータ5の回生電力を直流電力に変換してバッテリ7を充電する。   The inverter 10 converts the DC power of the battery 7 which is a DC power source constituted by a secondary battery or the like into a three-phase AC power by switching a power conversion semiconductor element. Switching is performed by a PWM signal. The converted three-phase AC power is supplied to the motor 5. Further, the inverter 10 converts the regenerative power of the motor 5 into DC power and charges the battery 7.

モータ5は、例えば三相永久磁石形同期電動機である。モータ5は、三相交流電力によって駆動力を発生させると共に、車輪の回転による回生電力およびエンジンによる発電電力をバッテリに回収する。   The motor 5 is, for example, a three-phase permanent magnet type synchronous motor. The motor 5 generates driving force by three-phase AC power, and collects regenerative power due to wheel rotation and power generated by the engine in a battery.

DC/DCコンバータ8は、バッテリ7の電力を、補機用電源レベルに変換して各種の補機に供給する。ここで補機とは、車両コントローラ3を始めとする補機用電源9に接続する全ての機器である。   The DC / DC converter 8 converts the electric power of the battery 7 into an auxiliary machine power level and supplies it to various auxiliary machines. Here, the auxiliary machines are all devices connected to the auxiliary power source 9 including the vehicle controller 3.

以降において、実施形態のインバータ制御装置2の特徴を詳しく説明する。   Hereinafter, the features of the inverter control device 2 of the embodiment will be described in detail.

[インバータ]
図2に示すインバータ制御装置2の動作を説明する前に、先ずインバータ10の構成について説明する。インバータ10は、上側のアーム11と、下側のアーム12と、平滑コンデンサ13とを具備する。平滑コンデンサ13は、インバータ内部の電圧を平滑化するコンデンサである。
[Inverter]
Before describing the operation of the inverter control device 2 shown in FIG. 2, the configuration of the inverter 10 will be described first. The inverter 10 includes an upper arm 11, a lower arm 12, and a smoothing capacitor 13. The smoothing capacitor 13 is a capacitor that smoothes the voltage inside the inverter.

インバータ10は、上側のアームであるスイッチング素子110,111,112と下側のアームであるスイッチング素子120,121,122とのそれぞれの組から成る相を複数備える。この例では、U相、V相、及びW相の三相を備える。   The inverter 10 includes a plurality of phases each composed of a set of switching elements 110, 111, and 112 that are upper arms and switching elements 120, 121, and 122 that are lower arms. In this example, it has three phases of U phase, V phase, and W phase.

各々のスイッチング素子は、代表的にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)により構成される。他に、バイポーラトランジスタやMOSFETやGTO(Gate Turn Off thyristor)等を用いてもよい。   Each switching element is typically constituted by an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). In addition, a bipolar transistor, a MOSFET, a GTO (Gate Turn Off thyristor), or the like may be used.

バッテリ7の正極にコレクタ電極を接続するスイッチング素子110のエミッタ電極と、バッテリ7の負極にエミッタ電極を接続するスイッチング素子120のコレクタ電極とが接続されてU相のアーム回路を構成する。スイッチング素子110のエミッタ電極とスイッチング素子120のコレクタ電極との接続点は、モータ5のU相コイルに接続する。   The emitter electrode of switching element 110 that connects the collector electrode to the positive electrode of battery 7 and the collector electrode of switching element 120 that connects the emitter electrode to the negative electrode of battery 7 are connected to form a U-phase arm circuit. A connection point between the emitter electrode of the switching element 110 and the collector electrode of the switching element 120 is connected to the U-phase coil of the motor 5.

V相のアーム回路を構成するスイッチング素子111のエミッタ電極とスイッチング素121のコレクタ電極との接続点は、モータ5のV相コイルに接続する。同様に、W相のアーム回路を構成するスイッチング素子112と122との接続点は、モータ5のW相コイルに接続する。また、各々のスイッチング素子110,120,111,121,112,122には、逆並列にダイオードD1,D2,D3,D4,D5,D6がそれぞれ接続される。   A connection point between the emitter electrode of the switching element 111 and the collector electrode of the switching element 121 constituting the V-phase arm circuit is connected to the V-phase coil of the motor 5. Similarly, the connection point between the switching elements 112 and 122 constituting the W-phase arm circuit is connected to the W-phase coil of the motor 5. Further, diodes D1, D2, D3, D4, D5, and D6 are connected to the switching elements 110, 120, 111, 121, 112, and 122 in antiparallel.

U相上側のアームであるスイッチング素子110のゲート電極には、インバータ制御装置2が出力するPWM信号Puが入力される。U相下側のアームであるスイッチング素子120のゲート電極には、PWM信号Nuが入力される。   The PWM signal Pu output from the inverter control device 2 is input to the gate electrode of the switching element 110 that is the U-phase upper arm. The PWM signal Nu is input to the gate electrode of the switching element 120, which is the U-phase lower arm.

V相上側のアームであるスイッチング素子111のゲート電極には、インバータ制御装置2が出力するPWM信号Pvが入力される。U相下側のアームであるスイッチング素子121のゲート電極には、PWM信号Nvが入力される。   The PWM signal Pv output from the inverter control device 2 is input to the gate electrode of the switching element 111 that is the upper arm of the V phase. The PWM signal Nv is input to the gate electrode of the switching element 121, which is the U-phase lower arm.

W相上側のアームであるスイッチング素子112のゲート電極には、インバータ制御装置2が出力するPWM信号Pwが入力される。U相下側のアームであるスイッチング素子122のゲート電極には、PWM信号Nwが入力される。   The PWM signal Pw output from the inverter control device 2 is input to the gate electrode of the switching element 112 that is the upper arm of the W phase. The PWM signal Nw is input to the gate electrode of the switching element 122 which is the U-phase lower arm.

各々の相には、電流センサ14が設けられる。電流センサ14が検出する各相のモータ電流の瞬時値Iu,Iv,Iwは、インバータ制御装置2の電流検出部22に入力される。なお、モータ電流の各瞬時値Iu,Iv,Iwの総和は、零になる関係から電流センサ14は全ての相に設ける必要はない。例えば、U相とV相に電流センサ14を設け演算でW相のモータ電流(Iw=−(Iu+Iv))を求めてもよい。   Each phase is provided with a current sensor 14. The instantaneous values Iu, Iv, Iw of the motor current of each phase detected by the current sensor 14 are input to the current detection unit 22 of the inverter control device 2. Note that the current sensors 14 do not have to be provided in all phases because the sum of the instantaneous values Iu, Iv, and Iw of the motor current becomes zero. For example, the current sensors 14 may be provided in the U phase and the V phase, and the W phase motor current (Iw = − (Iu + Iv)) may be obtained by calculation.

〔インバータ制御装置〕
図2を参照して実施形態に係わるインバータ制御装置2について説明する。本実施形態のインバータ制御装置2は、短絡故障検出部20と、短絡故障時制御部21と、電流検出部22とを具備する。なお、電流検出部22は、例えば車両コントローラ3で具備してもよい。
[Inverter control device]
The inverter control device 2 according to the embodiment will be described with reference to FIG. The inverter control device 2 of this embodiment includes a short-circuit fault detection unit 20, a short-circuit fault control unit 21, and a current detection unit 22. In addition, you may comprise the electric current detection part 22 with the vehicle controller 3, for example.

ここからは図3も参照してインバータ制御装置2の動作を説明する。ただし、PWM信号等の一般的なインバータ制御についての説明は省略する。   From here, the operation | movement of the inverter control apparatus 2 is demonstrated with reference also to FIG. However, description of general inverter control such as PWM signals is omitted.

ハイブリッドシステム1内に短絡故障が発生すると、過大な電流を抑制するため、インバータ10の全てのスイッチング素子は、直ちにオフされる。   When a short circuit failure occurs in the hybrid system 1, all switching elements of the inverter 10 are immediately turned off in order to suppress an excessive current.

この短絡故障は、例えばインバータ制御装置2がスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧を監視することで検出でき、検出後において全てのスイッチング素子にオフ指令を出力する。   This short circuit failure can be detected, for example, by monitoring the voltage between the collector and the emitter of the switching element by the inverter control device 2, and outputs an OFF command to all the switching elements after the detection.

短絡故障検出部20は、短絡故障が検出されると先ずインバータ10の全てのスイッチング素子をオフする。次に短絡故障検出部20は、スイッチング素子の短絡故障を検出する(ステップS1)。ここでの短絡故障検出は、複数のスイッチング素子のどの素子が短絡したかを特定する。ステップS1は、インバータ制御方法の短絡故障検出過程に相当する。ここからは、特に必要がある場合を除きスイッチング素子の参照符号の表記を省略する。   When a short circuit fault is detected, the short circuit fault detection unit 20 first turns off all the switching elements of the inverter 10. Next, the short circuit failure detection unit 20 detects a short circuit failure of the switching element (step S1). The short circuit fault detection here specifies which element of the plurality of switching elements is short-circuited. Step S1 corresponds to a short-circuit fault detection process of the inverter control method. From here, the description of the reference numerals of the switching elements is omitted unless particularly necessary.

図4は、モータ5がモータ電流を発生している期間において、例えば上側のアームのスイッチング素子110が短絡故障した場合に、インバータ10の全てのスイッチング素子がオフされた状態のモータ電流の例を示している。このモータ電流は、車両の減速時やエンジンからの駆動力を受けている時などにおいて、モータ5の発電に伴い発生する電流のことである。図4の上はモータ電流、下はモータトルクを表す。横軸は時間[s]、縦軸はモータ電流[A]、モータトルク[Nm]である。   FIG. 4 shows an example of the motor current in a state where all the switching elements of the inverter 10 are turned off in the period in which the motor 5 is generating the motor current, for example, when the switching element 110 of the upper arm is short-circuited. Show. This motor current is a current generated with the power generation of the motor 5 when the vehicle is decelerating or receiving a driving force from the engine. The upper part of FIG. 4 represents the motor current, and the lower part represents the motor torque. The horizontal axis represents time [s], and the vertical axis represents motor current [A] and motor torque [Nm].

図4において、t1までの時間は短絡故障が発生していない。短絡故障が発生していない間の各相のモータ電流は、0を中心にそれぞれが120度の位相差を持った交流である。また、そのモータ電流に見合ったプラス(+)のモータトルクが発生している。   In FIG. 4, no short circuit failure has occurred during the time period until t1. The motor current of each phase while no short-circuit failure has occurred is an alternating current with a phase difference of 120 degrees centered on 0. Further, a plus (+) motor torque corresponding to the motor current is generated.

図4に示すt1の時点で、U相上側のアームのスイッチング素子110が短絡故障したと仮定する。短絡故障が検出されると短絡故障時制御部21は、全てのスイッチング素子をオフする。その結果、モータ電流Iuがプラス(+)に変化すると共に、モータ電流IvとIwとがマイナス(−)側で流れるようになる。この場合、そのモータ電流Iu,Iv,Iwに応じた振動トルクがモータ5に発生する。   Assume that the switching element 110 of the upper U-phase arm has a short-circuit fault at time t1 shown in FIG. When a short circuit failure is detected, the short circuit failure control unit 21 turns off all the switching elements. As a result, the motor current Iu changes to plus (+), and the motor currents Iv and Iw flow on the minus (−) side. In this case, vibration torque corresponding to the motor currents Iu, Iv, Iw is generated in the motor 5.

その振動トルクは、ドライバに違和感を与える場合がある。したがって、全てのスイッチング素子をオフにする状態は、極力短くなるように制御する必要がある。   The vibration torque may make the driver feel uncomfortable. Therefore, it is necessary to control the state in which all the switching elements are turned off to be as short as possible.

なお、V相上側のアームが短絡故障すると、モータ電流Ivがプラス(+)に変化し、モータ電流IuとIwとはマイナス(−)側で流れるように変化する。また、W相上側のアームが短絡故障すると、モータ電流Iwがプラス(+)に変化し、他の電流がマイナス(−)側で流れるように変化する。   When the upper arm of the V-phase is short-circuited, the motor current Iv changes to plus (+), and the motor currents Iu and Iw change to flow on the minus (−) side. Further, when the arm on the upper side of the W-phase is short-circuited, the motor current Iw changes to plus (+) and changes so that other current flows on the minus (−) side.

また、U相下側のアームのスイッチング素子120が故障したと仮定すると、モータ電流Iuがマイナス(−)に変化すると共に、モータ電流IvとIwとがプラス(+)側で流れるようになる。他相の下側のアームのスイッチング素子が短絡故障した場合も、同じ関係でモータ電流の流れる方向が変化する。   Assuming that the switching element 120 of the lower U-phase arm has failed, the motor current Iu changes to minus (−), and the motor currents Iv and Iw flow on the plus (+) side. Even when the switching element of the lower arm of the other phase is short-circuited, the direction in which the motor current flows changes in the same relationship.

つまり、短絡故障が発生した場合に全てのスイッチング素子をオフした状態で流れる電流は、振動しながら一方向に流れる電流に変化する。なお、ここでの電流の方向は、プラス(+)がインバータ10からモータ5へ、マイナス(−)がモータ5からインバータ10へ流れる向きと定義する。このように、大きく変化したモータ電流Iu,Iv,Iwの流れる方向によって、どのスイッチング素子が短絡故障したかを検出することができる。   That is, when a short circuit failure occurs, the current that flows with all the switching elements turned off changes to a current that flows in one direction while vibrating. Here, the direction of the current is defined as a direction in which plus (+) flows from the inverter 10 to the motor 5 and minus (−) flows from the motor 5 to the inverter 10. In this way, it is possible to detect which switching element has a short circuit failure by the direction in which the motor currents Iu, Iv, and Iw that have changed greatly.

インバータ制御装置2の短絡故障時制御部21は、短絡故障の検出後、モータ5が回生制動している期間においては、短絡故障が検出されたスイッチング素子とは異なるアームに設けられた全てのスイッチング素子をオフする。そして、短絡故障が検出されたスイッチング素子と同じアームに設けられた他のスイッチング素子をオフした後にオンにする断接制御を行う。   The short-circuit fault control unit 21 of the inverter control device 2 performs all switching provided in an arm different from the switching element in which the short-circuit fault is detected during a period in which the motor 5 is regeneratively braking after the detection of the short-circuit fault. Turn off the element. Then, connection / disconnection control is performed to turn on another switching element provided in the same arm as the switching element in which the short circuit failure is detected.

短絡故障が発生すると、短絡故障時制御部21は、上記の振動トルクが発生する時間が短くなるように、短絡故障が検出されたスイッチング素子とは異なるアームに設けられた全てのスイッチング素子をオフする。と同時に、短絡故障が検出されたスイッチング素子と同じアームに設けられた他のスイッチング素子をオンにする。この例の場合は、スイッチング素子120と121と122がオフ、スイッチング素子111と112がオンである。なお、スイッチング素子120と121と122は、短絡故障が検出された時点でオフしているので改めてオフにする必要はない。   When a short-circuit failure occurs, the short-circuit failure control unit 21 turns off all the switching elements provided in the arm different from the switching element in which the short-circuit failure is detected so that the time for generating the vibration torque is shortened. To do. At the same time, the other switching element provided in the same arm as the switching element in which the short circuit failure is detected is turned on. In this example, the switching elements 120, 121, and 122 are off, and the switching elements 111 and 112 are on. Note that the switching elements 120, 121, and 122 are turned off when a short-circuit failure is detected, and need not be turned off again.

図5に、モータ5がモータ電流を発生している期間において、スイッチング素子111と112がオン、スイッチング素子120〜122がオフした場合に、インバータ10に流れる電流を示す。なお、モータ電流は交流であるので矢印と反対の方向にも流れる。この例の場合、下側のアームにモータ電流は流れない。図5において、短絡故障したスイッチング素子110とダイオードD1の表記は省略している。   FIG. 5 shows the current flowing through the inverter 10 when the switching elements 111 and 112 are turned on and the switching elements 120 to 122 are turned off during the period in which the motor 5 is generating motor current. Since the motor current is alternating current, it also flows in the direction opposite to the arrow. In this example, no motor current flows through the lower arm. In FIG. 5, the notation of the switching element 110 and the diode D1 that are short-circuited is omitted.

インバータ10のスイッチング素子が短絡故障すると、バッテリ7でモータ5を駆動することは出来なくなる。しかし、電動車両がハイブリッドカーの場合は、エンジン4の駆動力によって走行を継続することが可能である。エンジン4によって電動車両が駆動されると、機械的に連結しているモータ5は回転するので、各相コイルと鎖交する磁束の時間的な変化によってモータ5に逆起電力が発生する。   When the switching element of the inverter 10 is short-circuited, the motor 5 cannot be driven by the battery 7. However, when the electric vehicle is a hybrid car, it is possible to continue traveling by the driving force of the engine 4. When the electric vehicle is driven by the engine 4, the mechanically connected motor 5 rotates, so that a counter electromotive force is generated in the motor 5 due to a temporal change in magnetic flux interlinking with each phase coil.

モータ5の逆起電力によるモータ電流は、インバータ10を循環するので、その電力をバッテリ7に回収することはできない。そこで短絡故障時制御部21は、モータ電流の向きが回生可能な方向の場合(図3のステップS2のYES)に、短絡故障のあったアームの残りのアームのスイッチング素子をオフした後にオンにする断接制御を行う。   Since the motor current generated by the counter electromotive force of the motor 5 circulates through the inverter 10, the electric power cannot be collected in the battery 7. Therefore, the short-circuit failure control unit 21 turns on after switching off the switching elements of the remaining arms of the short-circuited arm when the direction of the motor current is in a regenerative direction (YES in step S2 in FIG. 3). Connection / disconnection control is performed.

図3のステップ2では、モータ電流I1は、短絡故障した相の電流でありIu,Iv,Iwの何れかである。この場合の回生可能な電流の向きは、短絡故障したスイッチング素子110に流れる電流が、モータ5からインバータ10に流れている向きである(図5の矢印)。   In Step 2 of FIG. 3, the motor current I1 is a current of a phase in which a short circuit has occurred, and is any one of Iu, Iv, and Iw. The direction of the regenerative current in this case is the direction in which the current flowing through the switching element 110 in which a short circuit has failed flows from the motor 5 to the inverter 10 (arrow in FIG. 5).

また、U相下側のアームのスイッチング素子120が短絡故障した場合は、上側のアームのスイッチング素子110と111と112はオフ、下側のアームのスイッチング素子121と122がオンになる。この場合の回生可能な電流の向きは、スイッチング素子120に流れる電流が、インバータ10からモータ5に流れている期間である。この場合の電流の向きの図示は省略する。   When the switching element 120 of the U-phase lower arm is short-circuited, the upper arm switching elements 110, 111, and 112 are turned off, and the lower arm switching elements 121 and 122 are turned on. The direction of the regenerative current in this case is a period during which the current flowing through the switching element 120 flows from the inverter 10 to the motor 5. The illustration of the current direction in this case is omitted.

その断接制御は、モータ5のコイルのインダクタンスに蓄えられたエネルギーを効率よく回生するために所定の電流値αを越えた時に行う(図3のステップS3のYES)。電流値αは、回生するエネルギー量(E=1/2Li2)によって予め決定しておく。 The connection / disconnection control is performed when a predetermined current value α is exceeded in order to efficiently regenerate the energy stored in the inductance of the coil of the motor 5 (YES in step S3 in FIG. 3). The current value α is determined in advance by the amount of energy to be regenerated (E = 1 / 2Li 2 ).

図6に、モータ5がモータ電流を発生している期間において、断接制御を行う場合の回生電流を模式的に示す。図6の横方向は、時間であり、縦方向は各値の振幅である。図6の上からU相の回生電流、スイッチング素子をtswの時間幅でオフする断接信号、及びバッテリ7の充電率(SOC: State of Charge)である。   FIG. 6 schematically shows a regenerative current when connection / disconnection control is performed during a period in which the motor 5 generates a motor current. The horizontal direction in FIG. 6 is time, and the vertical direction is the amplitude of each value. From the top of FIG. 6, there are a U-phase regenerative current, a connection / disconnection signal for turning off the switching element with a time width of tsw, and a state of charge (SOC) of the battery 7.

U相上側のアームのスイッチング素子110が短絡故障した場合、U相の電流の大きさが所定値を越えた時にV相とW相の上側のアームのスイッチング素子111と112を断接信号でtswの時間オフする。断接信号でスイッチング素子をオフする期間は、この場合、短絡故障が検出されたスイッチング素子110に流れる電流が、モータ5からインバータ10に流れている間である。   When the switching element 110 of the upper U-phase arm is short-circuited, the switching element 111 and 112 of the upper arm of the V-phase and the W-phase are connected and disconnected when the magnitude of the U-phase current exceeds a predetermined value. Off time. In this case, the period during which the switching element is turned off by the connection / disconnection signal is during the period when the current flowing through the switching element 110 in which a short circuit failure has been detected flows from the motor 5 to the inverter 10.

スイッチング素子111と112をオフすると、オフする直前の電流を維持しようとしてモータ5のU相コイルに逆起電圧が発生し、図6に破線で示すサージ電流が流れる。このサージ電流でバッテリ7を充電することで、充電率を回復させることができる。   When switching elements 111 and 112 are turned off, a counter electromotive voltage is generated in the U-phase coil of motor 5 in an attempt to maintain the current immediately before turning off, and a surge current indicated by a broken line in FIG. 6 flows. The charging rate can be recovered by charging the battery 7 with this surge current.

また、短絡故障時制御部21は、次にエネルギー回生してからの経過時間tgを判定する(ステップS4)。経過時間tgの時間をおく(時間を空ける)ことで三相の電流のアンバランスが減衰するため、モータ5の振動トルクを抑制することができる。このアンバランスとは、全てのスイッチング素子をオフしたことによって流れる図4で説明したモータ電流の態様のことである。   Further, the short-circuit failure control unit 21 determines an elapsed time tg after the next energy regeneration (step S4). By setting the elapsed time tg (clearing time), the unbalance of the three-phase current is attenuated, so that the vibration torque of the motor 5 can be suppressed. This unbalance is a mode of the motor current described with reference to FIG. 4 that flows when all the switching elements are turned off.

なお、初回の断接制御は前回の回生が存在しないので、所定の電流値αを越えると直ちに断接制御が実行される(ステップS5)。経過時間tgを経過していない場合(ステップS4のNO)、電流値α以下の場合(ステップS3のNO)、及び電流の変化する向きが回生可能な方向でない場合(ステップS2のNO)は、短絡故障のあったアームとは反対側の全アームのスイッチング素子をオフ、短絡故障のあったアームの残りのアームのスイッチング素子をオンする状態が維持される(ステップS6)。   Note that since the previous regeneration does not exist in the first connection / disconnection control, the connection / disconnection control is executed immediately after the predetermined current value α is exceeded (step S5). When the elapsed time tg has not elapsed (NO in step S4), when the current value α is equal to or less than (NO in step S3), and when the direction in which the current changes is not a reproducible direction (NO in step S2), A state is maintained in which the switching elements of all the arms opposite to the arm having the short-circuit failure are turned off and the switching elements of the remaining arms of the arm having the short-circuit failure are turned on (step S6).

短絡故障のあったアームの残りのアームの断接制御は、電動車両のパワースイッチがOFFされるまで繰り返される(S2からS5に至るループ)。ステップS2からS5の処理は、インバータ制御方法の短絡故障時制御過程に相当する。   The connection / disconnection control of the remaining arm having the short-circuit failure is repeated until the power switch of the electric vehicle is turned off (loop from S2 to S5). Steps S2 to S5 correspond to a control process at the time of a short-circuit failure in the inverter control method.

図7に、上記の短絡故障時にインバータ制御装置2が行う制御をまとめて示す。図7の上から、モータ電流、モータトルク、スイッチング信号(断接信号)、及び短絡故障後の回生量を示す。図7の横方向は時間である。   In FIG. 7, the control which the inverter control apparatus 2 performs at the time of said short circuit failure is shown collectively. From the top of FIG. 7, the motor current, the motor torque, the switching signal (connection / disconnection signal), and the regeneration amount after a short circuit failure are shown. The horizontal direction in FIG. 7 is time.

細かい点線で示す時刻txにU相上側のアームのスイッチング素子110が短絡故障したと仮定する。短絡故障が発生すると、短絡故障時制御部21は直ちにインバータ10の全てのスイッチング素子をオフする。   Assume that the switching element 110 of the U-phase upper arm has a short-circuit fault at time tx indicated by a fine dotted line. When a short circuit failure occurs, the control unit 21 at the time of the short circuit failure immediately turns off all the switching elements of the inverter 10.

その後、短絡故障検出部20は、例えば図4に示したモータ電流の態様からスイッチング素子110の短絡故障を検出する。この場合、短絡故障時制御部21は、上側のアームの残りのスイッチング素子111と112をオン、下側のアームのスイッチング素子を全てオフにする。   Thereafter, the short-circuit fault detection unit 20 detects a short-circuit fault of the switching element 110 from the motor current mode illustrated in FIG. 4, for example. In this case, the short-circuit failure control unit 21 turns on the remaining switching elements 111 and 112 of the upper arm and turns off all the switching elements of the lower arm.

すると、全てのスイッチング素子がオフされたことによる三相の相電流のアンバランス(図4)が時間経過に伴って解消する。この例では、モータ電流Iuがマイナス(−)方向に徐々に変化する。   Then, the imbalance (FIG. 4) of the three-phase phase current due to all the switching elements being turned off disappears with time. In this example, the motor current Iu gradually changes in the minus (−) direction.

短絡故障したU相のプラスに変化したモータ電流Iuのアンバランス量が解消し、その電流値が破線で示す所定値(Ith)以下になると最初の断接制御が実行される。その後は、断接制御によってプラス(+)側にシフトしたモータ電流Iuの値が、所定値以下になる度にtswの時間オフする断接制御が繰り返される。tswの時間は、オフする直前の電流値等によって最適値が変化するので予め実験的に求めておく。   The first connection / disconnection control is executed when the unbalance amount of the motor current Iu that has changed to the plus of the U-phase that has failed due to the short circuit is eliminated and the current value becomes equal to or less than a predetermined value (Ith) indicated by a broken line. Thereafter, the connection / disconnection control which is turned off for a time tsw every time the value of the motor current Iu shifted to the plus (+) side by the connection / disconnection control becomes equal to or less than a predetermined value is repeated. The tsw time is experimentally determined in advance because the optimum value varies depending on the current value immediately before turning off.

断接制御が行われる度に、ショート故障後の回生量が階段状に増加している様子が分かる(図7)。また、断接制御を行った後にモータ5にトルクの振動が生じているが、断接制御の間隔は、例えば数10msなど、ドライバに不快な振動とならないように設定する。つまり、インバータ制御装置2は、モータ5の振動を抑えつつ、エネルギー回生を可能にする。   It can be seen that the amount of regeneration after a short-circuit failure increases stepwise each time connection / disconnection control is performed (FIG. 7). Further, although torque vibration is generated in the motor 5 after connection / disconnection control is performed, the connection / disconnection control interval is set so as not to cause vibration unpleasant to the driver, for example, several tens of milliseconds. That is, the inverter control device 2 enables energy regeneration while suppressing vibration of the motor 5.

以上説明したように、実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。   As described above, according to the embodiment, the following operational effects can be obtained.

モータ5の回生制動時に、短絡故障が検出されたスイッチング素子とは異なるアームに設けられた全てのスイッチング素子をオフし、且つ、短絡故障が検出されたスイッチング素子と同じアームに設けられた他のスイッチング素子をオフした後にオンする断接制御を行う。この断接制御によって、回生制動による回生電力をバッテリ7に回収することがでる。その結果、インバータ10に短絡故障が発生した状態で電動車両が走行を継続してもバッテリ7の充電量の一方的な減少を抑制することができる。したがって、スイッチング素子の故障時に走行を継続しても航続距離の低下を抑制することができる。   During regenerative braking of the motor 5, all switching elements provided in an arm different from the switching element in which the short circuit failure is detected are turned off, and other switching elements provided in the same arm as the switching element in which the short circuit failure is detected Connection / disconnection control to turn on after turning off the switching element is performed. By this connection / disconnection control, the regenerative electric power by regenerative braking can be collected in the battery 7. As a result, even if the electric vehicle continues to run in a state where a short circuit failure has occurred in the inverter 10, it is possible to suppress a unidirectional decrease in the charge amount of the battery 7. Therefore, a decrease in cruising distance can be suppressed even if traveling is continued when the switching element fails.

また、インバータ制御装置2は、モータ5とインバータ10の間に流れる電流を検出する電流検出部22を更に備える。上側のアームが短絡故障した場合、短絡故障時制御部21は短絡故障したスイッチング素子に流れる電流の向きがモータ5からインバータ10に流れている期間に断接制御を行う。この結果、適切なタイミングで断接制御を行うことができ、効果的に回生電力を回収できる。   The inverter control device 2 further includes a current detection unit 22 that detects a current flowing between the motor 5 and the inverter 10. When the upper arm has a short circuit failure, the short-circuit failure control unit 21 performs connection / disconnection control during a period in which the direction of the current flowing through the switching element in which the short circuit has failed flows from the motor 5 to the inverter 10. As a result, connection / disconnection control can be performed at an appropriate timing, and regenerative power can be effectively recovered.

また、短絡故障時制御部21は、下側のアームが短絡故障であった場合、短絡故障時制御部21は短絡故障したスイッチング素子に流れる電流の向きがインバータ10からモータ5に電流が流れている期間に断接制御を行う。この結果、適切なタイミングで断接制御を行うことができ、効果的に回生電力を回収できる。   In addition, when the lower arm has a short circuit failure, the control unit 21 at the time of the short circuit failure causes the current flowing from the inverter 10 to the motor 5 to flow in the switching element at the short circuit failure. Connection / disconnection control is performed during a certain period. As a result, connection / disconnection control can be performed at an appropriate timing, and regenerative power can be effectively recovered.

また、短絡故障時制御部21は、モータ電流の大きさが所定の値を越えた時に断接制御を行う。したがって、回生電力を比較的多く回収できるタイミングで断接制御を実行することができるので、効果的に回生電力を回収できる。なお、電流の向きが回収可能な期間において、電流の大きさが所定の値以上に復帰すれば、複数回の回収を行うようにしてもよい。   Further, the short-circuit failure control unit 21 performs connection / disconnection control when the magnitude of the motor current exceeds a predetermined value. Therefore, since connection / disconnection control can be executed at a timing at which a relatively large amount of regenerative power can be collected, the regenerative power can be collected effectively. Note that, during the period in which the direction of the current can be collected, the collection may be performed a plurality of times if the magnitude of the current returns to a predetermined value or more.

(その他の実施形態)
以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
(Other embodiments)
Although the contents of the present invention have been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these descriptions, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made.

例えば、モータ電流の電流値と向きを測定する電流検出部22は、必ずしもインバータ制御装置2で具備する必要はない。インバータ制御装置2以外の他の機能構成部に具備してもよい。   For example, the current detection unit 22 that measures the current value and direction of the motor current is not necessarily provided in the inverter control device 2. You may comprise in function functional parts other than the inverter control apparatus 2. FIG.

また、断接制御の実行を、所定の時間間隔で繰り返すようにしてもよい。図8にその動作フローを示す。図8は、図3の動作フローのステップS4がS4bに、ステップS7がS7bに代わっている点で異なる。   Further, the connection / disconnection control may be executed at predetermined time intervals. FIG. 8 shows the operation flow. FIG. 8 differs in that step S4 of the operation flow of FIG. 3 is replaced with S4b and step S7 is replaced with S7b.

図8のステップS4bは、初回以降の断接制御を実行する所定の時間間隔の経過を判断する。所定の時間間隔を経過したと判定すると(ステップS4bのYES)、断接制御が実行される(ステップS5)。電動車両のパワースイッチがOFFされない間は、再びステップS4bの処理に戻るので、2回目以降の断接制御は所定の時間間隔で実行される。所定の時間間隔で断接制御が実行されるので、時間経過に伴って回復した回生電力を効果的に回収できる。   Step S4b in FIG. 8 determines the elapse of a predetermined time interval for performing connection / disconnection control after the first time. When it is determined that the predetermined time interval has elapsed (YES in step S4b), connection / disconnection control is executed (step S5). While the power switch of the electric vehicle is not turned OFF, the process returns to step S4b again, so that the second and subsequent connection / disconnection control is executed at predetermined time intervals. Since the connection / disconnection control is executed at predetermined time intervals, it is possible to effectively recover the regenerative power recovered with the passage of time.

また、所定の時間間隔は、モータ5のモータ巻線についてのLR時定数に設定してもよい。所定の時間間隔を、回生電力を発電するモータ5のモータ巻線のLR時定数とすることで、回生電力が復帰する時間を正確に見積もることができる。その結果、効果的に回生電力を回収することができる。   Further, the predetermined time interval may be set to the LR time constant for the motor winding of the motor 5. By setting the predetermined time interval as the LR time constant of the motor winding of the motor 5 that generates regenerative power, it is possible to accurately estimate the time for the regenerative power to return. As a result, regenerative power can be recovered effectively.

なお、本実施形態のインバータ制御装置2を、ハイブリッドカーに用いた例で説明を行ったが、この例に限定されない。インバータ制御装置2は、電気自動車にも適用することができる。   In addition, although the inverter control apparatus 2 of this embodiment was demonstrated in the example used for the hybrid car, it is not limited to this example. The inverter control device 2 can also be applied to an electric vehicle.

電気自動車のインバータが短絡故障するとモータによる自走は出来なくなる。しかし、インバータ制御装置2を適用することで、電気自動車を牽引している間にモータが発電する電力の利用を可能にする。また、説明した実施形態は電動車両を例に説明を行ったが、この発明の技術思想は電動車両以外のモータを制御するインバータ制御装置に広く適用することが可能である。   If the inverter of the electric vehicle is short-circuited, the motor will not be able to run on its own. However, application of the inverter control device 2 makes it possible to use the electric power generated by the motor while the electric vehicle is being pulled. Moreover, although embodiment demonstrated demonstrated the electric vehicle as an example, the technical idea of this invention can be widely applied to the inverter control apparatus which controls motors other than an electric vehicle.

1 ハイブリッドシステム
2 インバータ制御装置
3 車両コントローラ
4 エンジン
5 モータ
6 トランスミッション
7 バッテリ
8 DC/DCコンバータ
9 補機用電源
10 インバータ
11 上側のアーム
12 下側のアーム
110,111,112 上側のスイッチング素子
120,121,122 下側のスイッチング素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hybrid system 2 Inverter control apparatus 3 Vehicle controller 4 Engine 5 Motor 6 Transmission 7 Battery 8 DC / DC converter 9 Power supply for auxiliary machines 10 Inverter 11 Upper arm 12 Lower arm 110, 111, 112 Upper switching element 120, 121, 122 Lower switching element

Claims (7)

モータに電力を供給するインバータを制御するインバータ制御装置において、
前記インバータは、上側のアーム及び下側のアームの各々にスイッチング素子が設けられた相を複数備え、
前記インバータ制御装置は、
前記スイッチング素子の短絡故障を検出する短絡故障検出部と、
短絡故障の検出後、前記モータがモータ電流を発生している期間においては、短絡故障が検出された前記スイッチング素子とは異なるアームに設けられた全てのスイッチング素子をオフし、且つ、短絡故障が検出された前記スイッチング素子と同じアームに設けられた他のスイッチング素子をオフした後にオンする断接制御を行う短絡故障時制御部と
を具備することを特徴とするインバータ制御装置。
In an inverter control device that controls an inverter that supplies electric power to a motor,
The inverter includes a plurality of phases in which switching elements are provided in each of the upper arm and the lower arm,
The inverter control device
A short-circuit fault detector for detecting a short-circuit fault of the switching element;
After the detection of the short-circuit fault, in a period in which the motor generates a motor current, all the switching elements provided in an arm different from the switching element in which the short-circuit fault has been detected are turned off, and the short-circuit fault has occurred. An inverter control device comprising: a short-circuit fault control unit that performs connection / disconnection control of turning on after another switching element provided in the same arm as the detected switching element is turned off.
前記モータと前記インバータの間に流れる電流を検出する電流検出部を更に備え、
前記上側のアームに設けられた前記スイッチング素子の短絡故障が検出された場合、前記短絡故障時制御部は、前記断接制御を、
短絡故障が検出されたスイッチング素子に流れる電流が、前記モータから前記インバータに流れている期間に行う
ことを特徴とする請求項1に記載したインバータ制御装置。
A current detection unit for detecting a current flowing between the motor and the inverter;
When a short-circuit fault of the switching element provided in the upper arm is detected, the short-circuit fault control unit performs the connection / disconnection control,
The inverter control device according to claim 1, wherein a current flowing through the switching element in which a short circuit failure is detected is performed during a period in which the current flows from the motor to the inverter.
前記モータと前記インバータの間に流れる電流を検出する電流検出部を更に備え、
前記下側のアームに設けられた前記スイッチング素子の短絡故障が検出された場合、前記短絡故障時制御部は、前記断接制御を、
短絡故障が検出されたスイッチング素子に流れる電流が、前記インバータから前記モータに流れている期間に行う
ことを特徴とする請求項1又は2に記載したインバータ制御装置。
A current detection unit for detecting a current flowing between the motor and the inverter;
When a short-circuit fault of the switching element provided in the lower arm is detected, the short-circuit fault control unit performs the connection / disconnection control,
3. The inverter control device according to claim 1, wherein a current flowing through the switching element in which a short circuit failure is detected is performed during a period in which the current flows from the inverter to the motor.
前記短絡故障時制御部は、前記断接制御を、
前記電流が所定の値を越えた時に行うことを特徴とする請求項2又は3に記載したインバータ制御装置。
The short-circuit fault control unit performs the connection / disconnection control,
The inverter control device according to claim 2, wherein the inverter control device is performed when the current exceeds a predetermined value.
前記短絡故障時制御部は、前記断接制御を、
所定の時間間隔で繰り返すことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載したインバータ制御装置。
The short-circuit fault control unit performs the connection / disconnection control,
The inverter control apparatus according to claim 1, wherein the inverter control apparatus repeats at a predetermined time interval.
前記時間間隔は、前記モータのモータ巻線についてのLR時定数であることを特徴とする請求項5に記載したインバータ制御装置。   The inverter control device according to claim 5, wherein the time interval is an LR time constant for a motor winding of the motor. モータに電力を供給するインバータを制御するインバータ制御方法において、
前記インバータの上側のアーム及び下側のアームの各々に設けられたスイッチング素子の短絡故障を検出する短絡故障検出過程と、
短絡故障の検出後、前記モータがモータ電流を発生している期間においては、短絡故障が検出された前記スイッチング素子とは異なるアームに設けられた全てのスイッチング素子をオフし、且つ、短絡故障が検出された前記スイッチング素子と同じアームに設けられた他のスイッチング素子をオフした後にオンする断接制御を行う短絡故障時制御過程と
を行うことを特徴とするインバータ制御方法。
In an inverter control method for controlling an inverter that supplies electric power to a motor,
A short circuit fault detection process for detecting a short circuit fault of a switching element provided in each of the upper arm and the lower arm of the inverter;
After the detection of the short-circuit fault, in a period in which the motor generates a motor current, all the switching elements provided in an arm different from the switching element in which the short-circuit fault has been detected are turned off, and the short-circuit fault has occurred. An inverter control method comprising: performing a short-circuit failure control process of performing connection / disconnection control of turning on after turning off another switching element provided in the same arm as the detected switching element.
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