JP2019097224A - 電動車両の制御装置 - Google Patents
電動車両の制御装置Info
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Abstract
【課題】第1、第2コンデンサの少なくとも1つを放電するときに、インバータや昇降圧コンバータ、DC/DCコンバータの半導体素子が高温となることを抑制できる電動車両の制御装置を提供する。【解決手段】電動車両20の制御装置70は、第1コンデンサ46と第2コンデンサ48の少なくとも1つを放電させるときには、インバータ34と昇降圧コンバータ40とDC/DCコンバータ54とのうち少なくとも2つの装置の半導体素子の素子温度を比較し、少なくとも2つの装置のうち素子温度が最も低い低温装置が作動するように制御する。【選択図】図1
Description
本発明は、電動車両の制御装置に関し、詳しくは、モータと、インバータと、蓄電装置と、昇降圧コンバータと、第1,第2コンデンサと、DC/DCコンバータと、を備える電動車両に搭載される制御装置に関する。
従来、この種の電動車両の制御装置としては、モータ(電動機)と、インバータと、蓄電装置と、昇降圧コンバータ(コンバータ)と、第1,第2コンデンサと、を備える電動車両に搭載されるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。インバータは、複数の半導体素子(スイッチング素子)を有し、モータを駆動する。昇降圧コンバータは、複数の半導体素子(スイッチング素子)およびリアクトルを有し、インバータが接続された第1電力ライン(電力線)と蓄電装置が接続された第2電力ライン(電力線)とに接続されている。第1コンデンサは、第1電力ラインに取り付けられている。第2コンデンサは、第2電力ラインに取り付けられている。この制御装置は、インバータおよび昇降圧コンバータの半導体素子を制御する。そして、インバータの半導体素子の温度が所定温度以下であるときにはインバータを通電し、インバータの半導体素子の温度が所定温度を超えたときにはインバータを構成する半導体素子のゲート電圧を値0として通電量を値0とする。こうした制御により、インバータの半導体素子が高温となるのを抑制しながら第1,第2コンデンサを放電している。
上述の電動車両の制御装置では、インバータの半導体素子が高温になると、インバータの通電量を値0にするから、第1,第2コンデンサを放電できなくなってしまう。そのため、速やかに第1,第2コンデンサを放電する必要があるときに、対処することができなくなる不都合が生じる。こうした不都合を回避する手法として、昇降圧コンバータを作動して第1、第2コンデンサを放電する手法が考えられる。しかしながら、昇降圧コンバータの半導体素子が高温であるときに昇降圧コンバータを作動させると、半導体素子が更に高温になってしまう。
本発明の電動車両の制御装置では、第1,第2コンデンサの少なくとも1つを放電するときに、インバータや昇降圧コンバータ,DC/DCコンバータの半導体素子が高温となることを抑制することを主目的とする。
本発明の電動車両の制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電動車両の制御装置は、
モータと、
少なくとも1つの半導体素子を有し、前記モータを駆動するインバータと、
蓄電装置と、
少なくとも1つの半導体素子およびリアクトルを有し、前記インバータが接続された第1電力ラインと前記蓄電装置が接続された第2電力ラインとに接続され、前記第2電力ラインと前記第1電力ラインとの間で電圧の変換を伴って電力をやりとりする昇降圧コンバータと、
前記第1電力ラインに取り付けられた第1コンデンサと、
前記第2電力ラインに取り付けられた第2コンデンサと、
少なくとも1つの半導体素子を有し、前記第1電力ラインに接続されたDC/DCコンバータと、
を備える電動車両に搭載され、前記インバータと前記昇降圧コンバータと前記DC/DCコンバータとを制御する電動車両の制御装置であって、
前記第1,第2コンデンサの少なくとも1つを放電させるときには、前記インバータと前記昇降圧コンバータと前記DC/DCコンバータとのうち少なくとも2つの装置の前記半導体素子の素子温度を比較し、前記少なくとも2つの装置のうち前記素子温度が最も低い低温装置が作動するように前記低温装置を制御する、
ことを要旨とする。
モータと、
少なくとも1つの半導体素子を有し、前記モータを駆動するインバータと、
蓄電装置と、
少なくとも1つの半導体素子およびリアクトルを有し、前記インバータが接続された第1電力ラインと前記蓄電装置が接続された第2電力ラインとに接続され、前記第2電力ラインと前記第1電力ラインとの間で電圧の変換を伴って電力をやりとりする昇降圧コンバータと、
前記第1電力ラインに取り付けられた第1コンデンサと、
前記第2電力ラインに取り付けられた第2コンデンサと、
少なくとも1つの半導体素子を有し、前記第1電力ラインに接続されたDC/DCコンバータと、
を備える電動車両に搭載され、前記インバータと前記昇降圧コンバータと前記DC/DCコンバータとを制御する電動車両の制御装置であって、
前記第1,第2コンデンサの少なくとも1つを放電させるときには、前記インバータと前記昇降圧コンバータと前記DC/DCコンバータとのうち少なくとも2つの装置の前記半導体素子の素子温度を比較し、前記少なくとも2つの装置のうち前記素子温度が最も低い低温装置が作動するように前記低温装置を制御する、
ことを要旨とする。
この本発明の電動車両の制御装置では、第1,第2コンデンサの少なくとも1つを放電させるときには、インバータと昇降圧コンバータとDC/DCコンバータとのうち少なくとも2つの装置の半導体素子の素子温度を比較し、少なくとも2つの装置のうち素子温度が最も低い低温装置の作動が作動するように低温装置を制御する。これにより、第1,第2コンデンサの少なくとも1つを放電させるときに、インバータや昇降圧コンバータ,DC/DCコンバータの半導体素子が高温になることを抑制することができる。
こうした本発明の電動車両の制御装置において、前記電動車両の衝突が検知されることにより前記第1,第2コンデンサの少なくとも1つを放電させるときに、前記低温装置が作動するように前記低温装置を制御してもよい。こうすれば、電動車両の衝突が検知されて第1,第2コンデンサの少なくとも1つを放電させるときに、インバータや昇降圧コンバータ,DC/DCコンバータの半導体素子が高温になることを抑制することができる。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての制御装置を搭載する電動車両20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電動車両20は、図示するように、モータ32と、インバータ34と、メインバッテリ36と、昇降圧コンバータ40と、コンデンサ46,48と、補機バッテリ50と、DC/DCコンバータ54と、システムメインリレーSMRと、電子制御ユニット(以下、「ECU」という)70と、を備える。
モータ32は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ32の回転子は、駆動輪22a,22bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸26に接続されている。
インバータ34は、モータ32に接続されると共に第1電力ラインとしての高電圧系電力ライン42aに接続されている。インバータ34は、パワー半導体素子である図示しない複数のトランジスタ(スイッチング素子)を備えている。モータ32は、高電圧系電力ライン42aに電圧が作用しているときに、ECU70によってインバータ34の複数のトランジスタがスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
メインバッテリ36は、例えば定格電圧が200Vや250Vなどのリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、第2電力ラインとしての低電圧系電力ライン42bに接続されている。
昇降圧コンバータ40は、高電圧系電力ライン42aと低電圧系電力ライン42bとに接続されている。昇降圧コンバータは、パワー半導体素子である2つのトランジスタT31,T32と、トランジスタT31,T32に並列接続された2つのダイオードD31,D32と、リアクトルLと、を有する。トランジスタT31は、高電圧系電力ライン42aの正極側ラインに接続されている。トランジスタT32は、トランジスタT31と、高電圧系電力ライン42aおよび低電圧系電力ライン42bの負極側ラインと、に接続されている。リアクトルLは、トランジスタT31,T32同士の接続点と、低電圧系電力ライン42bの正極側ラインと、に接続されている。昇降圧コンバータ40は、ECU70によってトランジスタT31,T32のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧系電力ライン42bの電力を昇圧して高電圧系電力ライン42aに供給したり、高電圧系電力ライン42aの電力を降圧して低電圧系電力ライン42bに供給したりする。コンデンサ46は、高電圧系電力ライン42aの正極側ラインと負極側ラインとに取り付けられており、コンデンサ48は、低電圧系電力ライン42bの正極側ラインと負極側ラインとに取り付けられている。
補機バッテリ50は、例えば定格電圧が12Vや14Vなどの鉛蓄電池として構成されており、第3電力ラインとしての補機系電力ライン42cに接続されている。この補機系電力ライン42cには、補機バッテリ50に加えて、ヘッドライトやルームランプ,オーディオシステム,パワーウインドウ,シートヒータなどの複数の補機52や、ECU70も接続されている。
DC/DCコンバータ54は、パワー半導体素子であるトランジスタ(スイッチング素子)と、トランスと、整流回路と、を有する周知の降圧回路として構成されている。DC/DCコンバータ54は、ECU70によってトランジスタがスイッチング制御されることにより、メインバッテリ36からの電力をトランジスタによって直流から交流に変換し、変換した電力をトランスによって降圧し、降圧した電力を整流回路によって整流して補機バッテリ50や補機52に供給している。
システムメインリレーSMRは、低電圧系電力ライン42bにおけるコンデンサ48よりもメインバッテリ36側に設けられている。このシステムメインリレーSMRは、ECU70によってオンオフ制御されることにより、メインバッテリ36とコンデンサ48側との接続および接続の解除を行なう。
ECU70は、図示しないCPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムや各種マップ等を記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポートを備える。
ECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ECU70に入力される信号としては、例えば、モータ32の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ32aからの回転位置θmや、モータ32の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流Iu,Ivを挙げることができる。また、メインバッテリ36の端子間に取り付けられた電圧センサ36aからのメインバッテリ36の電圧Vmbや、メインバッテリ36の出力端子に取り付けられた電流センサ36bからのメインバッテリ36の電流Imbも挙げることができる。さらに、コンデンサ46の端子間に取り付けられた電圧センサ46aからのコンデンサ46(高電圧系電力ライン42a)の電圧VHや、コンデンサ48の端子間に取り付けられた電圧センサ48aからのコンデンサ48(低電圧系電力ライン42b)の電圧VL,昇降圧コンバータ40のリアクトルLに流れる電流を検出する電流センサ40aからのリアクトルLの電流ILも挙げることができる。加えて、補機バッテリ50の端子間に取り付けられた電圧センサ50aからの補機バッテリ50の電圧Vhbも挙げることができる。そして、インバータ34の複数のトランジスタのうちの1つの温度を検出する温度センサ34aからの素子温度T1や、昇降圧コンバータ40のトランジスタT32の温度を検出する温度センサ40bからの素子温度T2や、DC/DCコンバータ54のトランジスタの温度を検出する温度センサ54aからの素子温度T3も挙げることができる。また、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号や、シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSPも挙げることができる。また、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速V,加速度センサ89からの車体加速度αも挙げることができる。
ECU70からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。ECU70から出力される信号としては、例えば、インバータ34の図示しない複数のトランジスタへのスイッチング制御信号や、昇降圧コンバータ40のトランジスタT31,T32へのスイッチング制御信号,DC/DCコンバータ54のトランジスタへのスイッチング制御信号を挙げることができる。ECU70は、回転位置検出センサ32aからのモータ32の回転子の回転位置θmに基づいてモータ32の電気角θeや回転数Nmを演算している。また、ECU70は、電流センサ36bからのメインバッテリ36の電流Imbの積算値に基づいてメインバッテリ36の蓄電割合SOCを演算している。ここで、蓄電割合SOCは、メインバッテリ36の全容量に対するメインバッテリ36から放電可能な電力の容量の割合である。
こうして構成された実施例の電動車両20では、ECU70は、以下の走行制御を行なう。走行制御では、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸26に要求される要求トルクTd*を設定し、設定した要求トルクTd*をモータ32のトルク指令Tm*に設定し、モータ32がトルク指令Tm*で駆動されるようにインバータ34の複数のトランジスタのスイッチング制御を行なう。また、モータ32を目標動作点(トルク指令Tm*および回転数Nm)で駆動できるように高電圧系電力ライン42aの目標電圧VH*を設定し、高電圧系電力ライン42aの電圧VHが目標電圧VH*となるように昇降圧コンバータ40のトランジスタT31,T32のスイッチング制御を行なう。さらに、DC/DCコンバータ54により低電圧系電力ライン42bの電力を降圧して補機系電力ライン42cに供給されるようにDC/DCコンバータ54のトランジスタのスイッチング制御を行なう。
次に、こうして構成された実施例の電動車両20の動作、特に車両の衝突を検知したときの動作について説明する。図2は、ECU70により実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、車両の衝突を検知したときに実行される。なお、実施例では、ECU70は、加速度センサ89により検出された車体加速度αが衝突判定用の負の閾値αref未満に至ったときに、車両の衝突を検知するものとした。
本ルーチンが実行されると、ECU70のCPUは、システムメインリレーSMRをオフする処理を実行する(ステップS100)。続いて、素子温度T1〜T3を入力する処理を実行する(ステップS110)。素子温度T1〜T3は、温度センサ34a,40b,54aから入力している。
続いて、素子温度T1〜T3のうち最も低い温度を最低温度Tminに設定し(ステップS120)、ステップS120で素子温度T1〜T3のうちどの温度を最低温度Tminに設定しているかを調べる(ステップS130)。素子温度T1を最低温度Tminに設定しているときには、モータ32からトルクが出力されないよう(モータ32にd軸電流が流れるよう)インバータ34のトランジスタをスイッチング制御するゼロトルク制御を実行して、インバータ34の各トランジスタのスイッチングとモータ32の巻き線による電力の消費でコンデンサ46を放電(モータ放電)して(ステップS140)、本ルーチンを終了する。このとき、昇降圧コンバータ40のトランジスタT31,T32,DC/DCコンバータ54のトランジスタについては、ゲートをオフとする。このように、ステップS130で最も低い温度とされたトランジスタを有するインバータ34のトランジスタをスイッチング制御してコンデンサ48を放電するから、昇降圧コンバータ40のトランジスタT31,T32やDC/DCコンバータ54のトランジスタをスイッチング制御するときに比して、各トランジスタが高温に至ることを抑制できる。
ステップS130で素子温度T2を最低温度Tminに設定しているときには、昇降圧コンバータ40のトランジスタT31,T32をオンオフして昇降圧コンバータ40の作動によりコンデンサ46,48を放電(昇降圧コンバータ放電)して(ステップS150)、本ルーチンを終了する。ここでは、昇降圧コンバータ40のトランジスタT31をオフとしトランジスタT32をオンとすることでコンデンサ48を放電し、トランジスタT31をオンとしてトランジスタT32をオフとすることでコンデンサ46を放電する。このとき、インバータ34の各トランジスタ,DC/DCコンバータ54のトランジスタについては、ゲートをオフとする。このように、ステップS130の処理で最も低い温度とされたトランジスタを有する昇降圧コンバータ40のトランジスタT31,T32をスイッチング制御してコンデンサ46,48を放電するから、インバータ34の各トランジスタやDC/DCコンバータ54のトランジスタをスイッチング制御するときに比して、各トランジスタが高温に至ることを抑制できる。
ステップS130で素子温度T3を最低温度Tminに設定しているときには、DC/DCコンバータ54のトランジスタのオンオフを繰り返してDC/DCコンバータ54の作動によりコンデンサ48を放電(DC/DCコンバータ放電)して(ステップS160)、本ルーチンを終了する。このとき、インバータ34の各トランジスタ,昇降圧コンバータ40のトランジスタT31,T32については、ゲートをオフとする。このように、ステップS130の処理で最も低い温度とされたトランジスタを有するDC/DCコンバータ54のトランジスタをスイッチング制御してコンデンサ48を放電するから、インバータ34の各トランジスタや昇降圧コンバータ40のトランジスタT31,T32をスイッチング制御するときに比して、各トランジスタが高温に至ることを抑制できる。
以上説明した実施例の電動車両20によれば、コンデンサ46,48のうちの少なくとも1つを放電させるときには、インバータ34の素子温度T1と昇降圧コンバータ40の素子温度T2とDC/DCコンバータ54の素子温度T3とを比較し、インバータ34と昇降圧コンバータ40とDC/DCコンバータ54とのうち素子温度が最も低い装置を作動することにより、インバータ34や昇降圧コンバータ40,DC/DCコンバータ54の各トランジスタが高温になることを抑制することができる。
実施例の電動車両20では、複数のトランジスタのうちの1つの温度をインバータ34の素子温度T1としている。しかしながら、インバータ34の複数のトランジスタの少なくとも2つの温度のうち最も高いものを素子温度T1としてもよいし、インバータ34の複数のトランジスタの少なくとも2つの温度を平均したものを素子温度T1としてもよい。
実施例の電動車両20では、トランジスタT32の温度を昇降圧コンバータ40の素子温度T2としている。しかしながら、トランジスタT31の温度を素子温度T2としたり、トランジスタT31,T32のうち高い方の温度を素子温度T2としたり、トランジスタT31,32の温度を平均したものを素子温度T3としてもよい。
実施例の電動車両20では、DC/DCコンバータ54のトランジスタの温度を素子温度T3としている。しかしながら、DC/DCコンバータ54が複数のトランジスタを備えている場合には、複数のトランジスタのうちの1つの温度を素子温度T3としてもよいし、複数のトランジスタの温度のうち最も高いものを素子温度T3としてもよいし、複数のトランジスタの少なくとも2つの温度を平均したものを素子温度T3としてもよい。
実施例の電動車両20では、インバータ34の素子温度T1と昇降圧コンバータ40の素子温度T2とDC/DCコンバータ54の素子温度T3とを比較し、インバータ34と昇降圧コンバータ40とDC/DCコンバータ54とのうち素子温度が最も低い装置を作動させている。しかしながら、インバータ34の素子温度T1と昇降圧コンバータ40の素子温度T2とDC/DCコンバータ54の素子温度T3とのうちの少なくとも2つを比較して、素子温度が低いほうの装置を作動してもよい。
実施例の電動車両20では、車両の衝突を検知したときに図2に例示した制御ルーチンを実行している。しかしながら、図2に例示した制御ルーチンを実行するのは車両の衝突を検知したときに限定されるものではなく、コンデンサ46,48の少なくとも1つを放電するときであれば如何なるときに実行しても構わない。
実施例の電動車両20では、蓄電装置として、メインバッテリ36を用いるものとしたが、蓄電可能な装置であればよく、キャパシタなどを用いるものとしてもよい。
実施例では、本発明を、エンジンを備えずにモータからの動力で走行する電動車両に適用する場合について例示している。しかしながら、本発明を、エンジンとモータとを備えエンジンからの動力とモータからの動力とを用いて走行するタイプの電動車両に適用しても構わない。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ32が「モータ」に相当し、インバータ34が「インバータ」に相当し、メインバッテリ36が「蓄電装置」に相当し、昇降圧コンバータ40が「昇降圧コンバータ」に相当し、コンデンサ46が「第1コンデンサ」に相当し、コンデンサ48が「第2コンデンサ」に相当し、DC/DCコンバータ54が「DC/DCコンバータ」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電動車両の製造産業などに利用可能である。
20 電動車両、22a,22b 駆動輪、24 デファレンシャルギヤ、26 駆動軸、32 モータ、32a 回転位置検出センサ、34 インバータ、34a,40b,54a 温度センサ、36 メインバッテリ、36a,46a,48a,50a 電圧センサ、36b,40a 電流センサ、40 昇降圧コンバータ、42a 高電圧系電力ライン、42b 低電圧系電力ライン、42c 補機系電力ライン、46,48 コンデンサ、50 補機バッテリ、52 補機、54 DC/DCコンバータ、70 電子制御ユニット(ECU)、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、89 加速度センサ、D31,D32 ダイオード、L リアクトル、SMR システムメインリレー、T31,T32 トランジスタ。
Claims (1)
- モータと、
少なくとも1つの半導体素子を有し、前記モータを駆動するインバータと、
蓄電装置と、
少なくとも1つの半導体素子およびリアクトルを有し、前記インバータが接続された第1電力ラインと前記蓄電装置が接続された第2電力ラインとに接続され、前記第2電力ラインと前記第1電力ラインとの間で電圧の変換を伴って電力をやりとりする昇降圧コンバータと、
前記第1電力ラインに取り付けられた第1コンデンサと、
前記第2電力ラインに取り付けられた第2コンデンサと、
少なくとも1つの半導体素子を有し、前記第1電力ラインに接続されたDC/DCコンバータと、
を備える電動車両に搭載され、前記インバータと前記昇降圧コンバータと前記DC/DCコンバータとを制御する電動車両の制御装置であって、
前記第1,第2コンデンサの少なくとも1つを放電させるときには、前記インバータと前記昇降圧コンバータと前記DC/DCコンバータとのうち少なくとも2つの装置の前記半導体素子の素子温度を比較し、前記少なくとも2つの装置のうち前記素子温度が最も低い低温装置が作動するように前記低温装置を制御する、
電動車両の制御装置。
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
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