JP2020137191A - System and control device for electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機システムおよび電動機の制御装置に関する。 The present invention relates to an electric motor system and an electric motor control device.
特許文献１には、ｄ軸電流を電動機に流す放電制御と電動機の巻線に溜まったエネルギーを車載バッテリに戻す充電制御を交互に繰り返して車載バッテリの温度を上昇させる装置が記載されている。 Patent Document 1 describes a device that raises the temperature of an in-vehicle battery by alternately repeating discharge control in which a d-axis current is passed through an electric motor and charge control in which the energy stored in the winding of the electric motor is returned to the in-vehicle battery.
また、特許文献２，３には、界磁磁束を発生させる界磁巻線を有する回転電機が記載されている。 Further, Patent Documents 2 and 3 describe a rotating electric machine having a field winding that generates a field magnetic flux.
電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＶ）などは、バッテリに充電された電力により駆動されるモータを動力源として備えている。しかし、バッテリは低温下においてその電池性能が低下してしまう。バッテリの電池性能の低下は、そのバッテリの電力を利用して駆動されるモータを備えた車両の性能を低下させてしまう可能性がある。 Electric vehicles (EVs) and hybrid vehicles (HVs) are equipped with a motor driven by electric power charged in a battery as a power source. However, the battery performance of the battery deteriorates at a low temperature. Deterioration of battery performance of a battery can reduce the performance of a vehicle equipped with a motor that is driven by the power of the battery.
低温下におけるバッテリの電池性能の低下については、いくつかの対策が考えられる。例えば、バッテリを外部から加熱してバッテリの温度を上昇させる対策１、バッテリとメインコンデンサの間に設けられた昇圧コンバータの昇圧と降圧を繰り返すことによりバッテリの温度を上昇させる対策２、発電機となるモータによるバッテリへの充電と動力源となるモータへのバッテリからの放電とを繰り返すことによりバッテリの温度を上昇させる対策３、ｄ軸電流を利用してモータ（電動機）とバッテリとの間で放電と充電を繰り返してバッテリの温度を上昇させる対策４（特許文献１参照）などが考えられる。 Several measures can be considered to reduce the battery performance of the battery at low temperatures. For example, measure 1 to raise the temperature of the battery by heating the battery from the outside, measure 2 to raise the temperature of the battery by repeating the step-up and step-down of the boost converter provided between the battery and the main capacitor, and the generator. Measures to raise the temperature of the battery by repeating charging the battery by the motor and discharging the battery to the motor as the power source 3. Utilizing the d-axis current between the motor (electric motor) and the battery Measure 4 (see Patent Document 1) in which the temperature of the battery is raised by repeating discharging and charging can be considered.
しかし、対策１は、エネルギーの消費が大きいうえに加熱のための構成を必要とすることによる価格の増加が懸念される。また、対策２は、昇圧コンバータの昇圧と降圧を繰り返すための電流を何処に流すのかが課題であり、仮にモータのｄ軸電流で電力を吸収できたとしてもスイッチング損失が増加してしまう可能性がある。また、対策３は、動力源となるモータと発電機となるモータにトルクが発生して車両を振動させてしまう可能性がある。また、対策４は、ｄ軸電流を流すスイッチング素子の数が多い（例えば６素子）ためスイッチング損失が大きいうえに、電動機に搭載される磁石を減磁させてしまう可能性がある。 However, Countermeasure 1 is concerned about an increase in price due to the large energy consumption and the need for a configuration for heating. In addition, the second measure is where to pass the current for repeating the step-up and step-down of the boost converter, and even if the d-axis current of the motor can absorb the electric power, the switching loss may increase. There is. Further, in the countermeasure 3, torque may be generated in the motor serving as the power source and the motor serving as the generator to vibrate the vehicle. Further, in the countermeasure 4, since the number of switching elements through which the d-axis current flows is large (for example, 6 elements), the switching loss is large and there is a possibility that the magnet mounted on the electric motor is demagnetized.
このように、従来から知られる各対策には問題点があり、バッテリの温度を上昇させる改良技術の登場が期待されている。 As described above, each of the conventionally known countermeasures has a problem, and it is expected that an improved technology for raising the temperature of the battery will appear.
本発明の目的は、界磁巻線を利用してバッテリの温度を上昇させる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for raising the temperature of a battery by utilizing a field winding.
本発明の具体例の一つである電動機システムは、回転磁界を発生させる電機子巻線と界磁磁束を発生させる界磁巻線を備えた電動機と、前記電動機の電力源であるバッテリと、前記電動機と前記バッテリとの間に設けられた電力供給回路と、前記電力供給回路を介して前記電動機を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記バッテリから得られる電力を前記電力供給回路を介して前記界磁巻線に供給する放電と、前記界磁巻線から得られる電力を前記電力供給回路を介して前記バッテリに供給する充電と、を交互に繰り返すことにより前記バッテリの温度を上昇させる制御機能を備えることを特徴とする。 The electric motor system, which is one of the specific examples of the present invention, includes an electric motor having an armature winding that generates a rotating magnetic field and a field winding that generates a field magnetic flux, a battery that is a power source of the electric motor, and the like. It has a power supply circuit provided between the electric motor and the battery, and a control device for controlling the electric motor via the power supply circuit, and the control device receives power obtained from the battery. The battery is generated by alternately repeating discharging to supply the field winding through the power supply circuit and charging to supply the power obtained from the field winding to the battery through the power supply circuit. It is characterized by having a control function for raising the temperature of the motor.
例えば、前記制御装置は、前記バッテリから検出される温度が予め定められた低温条件を満たし、且つ、前記電動機が予め定められた停止条件を満たす場合に、前記バッテリの温度を上昇させる制御を実行するようにしてもよい。 For example, the control device executes a control for raising the temperature of the battery when the temperature detected from the battery satisfies a predetermined low temperature condition and the electric motor satisfies a predetermined stop condition. You may try to do it.
例えば、前記制御装置は、前記バッテリから検出される温度に応じて調整された電流指令信号と前記界磁巻線に流れる界磁電流との差分を低減する制御信号を生成し、当該制御信号に基づいて前記電力供給回路の動作を制御することにより、前記放電と前記充電を交互に繰り返して前記バッテリの温度を上昇させるようにしてもよい。 For example, the control device generates a control signal that reduces the difference between the current command signal adjusted according to the temperature detected from the battery and the field current flowing through the field winding, and uses the control signal as the control signal. By controlling the operation of the power supply circuit based on the above, the discharge and the charge may be alternately repeated to raise the temperature of the battery.
例えば、前記制御装置は、前記バッテリから検出される温度と目標温度との差分に応じて振幅が調整された前記電流指令信号を生成するようにしてもよい。 For example, the control device may generate the current command signal whose amplitude is adjusted according to the difference between the temperature detected from the battery and the target temperature.
例えば、前記制御装置は、前記バッテリから検出される温度と目標温度との差分に応じて周波数が調整された前記電流指令信号を生成するようにしてもよい。 For example, the control device may generate the current command signal whose frequency is adjusted according to the difference between the temperature detected from the battery and the target temperature.
また、本発明の具体例の一つである電動機の制御装置は、回転磁界を発生させる電機子巻線と界磁磁束を発生させる界磁巻線を備えた電動機を制御する制御装置であって、電力源であるバッテリから得られる電力を前記界磁巻線に供給する放電と、前記界磁巻線から得られる電力を前記バッテリに供給する充電と、を交互に繰り返すことにより前記バッテリの温度を上昇させる制御機能を備えることを特徴とする。 Further, the electric motor control device, which is one of the specific examples of the present invention, is a control device for controlling an electric motor having an armature winding that generates a rotating magnetic field and a field winding that generates a field magnetic flux. , The temperature of the battery by alternately repeating the discharge of supplying the electric power obtained from the battery as the power source to the field winding and the charging of supplying the electric power obtained from the field winding to the battery. It is characterized by having a control function for raising the temperature.
例えば、前記制御装置は、前記バッテリの温度が予め定められた低温条件を満たし、且つ、前記電動機が予め定められた停止条件を満たす場合に、前記バッテリの温度を上昇させる制御を実行するようにしてもよい。 For example, the control device executes a control for raising the temperature of the battery when the temperature of the battery satisfies a predetermined low temperature condition and the electric motor satisfies a predetermined stop condition. You may.
本発明により、界磁巻線を利用してバッテリの温度を上昇させる技術が提供される。 The present invention provides a technique for raising the temperature of a battery by utilizing a field winding.
図１は、本発明の具体的な実施態様の一例を示す図である。図１には、電動機システムの具体例が図示されている。図１に例示する電動機システムは、例えば、自動車などの車両に搭載され、車両を駆動する動力を発生するために利用されてもよい。図１の電動機システムは、電動機１０とバッテリ２０とコンバータ３０とインバータ４０と制御装置５０などを備えている。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a specific embodiment of the present invention. FIG. 1 illustrates a specific example of the electric motor system. The electric motor system illustrated in FIG. 1 may be mounted on a vehicle such as an automobile and used to generate power for driving the vehicle. The electric motor system of FIG. 1 includes an electric motor 10, a battery 20, a converter 30, an inverter 40, a control device 50, and the like.
電動機１０は、回転磁界を発生させる電機子巻線１２を備えている。図１に例示する電機子巻線１２は、Ｕ相電機子巻線１２ＵとＶ相電機子巻線１２ＶとＷ相電機子巻線１２Ｗで構成される。また、電動機１０は、界磁磁束を発生させる界磁巻線１４を備えている。 The electric motor 10 includes an armature winding 12 that generates a rotating magnetic field. The armature winding 12 illustrated in FIG. 1 is composed of a U-phase armature winding 12U, a V-phase armature winding 12V, and a W-phase armature winding 12W. Further, the electric motor 10 includes a field winding 14 that generates a field magnetic flux.
バッテリ２０は、電動機１０の電力源である。図１に例示する電動機システムは、例えば直流電源となるバッテリ２０を備えている。また、図１に示す具体例において、バッテリ２０の両端には平滑コンデンサ２２が並列接続されている。 The battery 20 is a power source for the electric motor 10. The electric motor system illustrated in FIG. 1 includes, for example, a battery 20 as a DC power source. Further, in the specific example shown in FIG. 1, smoothing capacitors 22 are connected in parallel to both ends of the battery 20.
電動機１０とバッテリ２０との間には、電力供給回路の具体例であるコンバータ３０とインバータ４０が設けられている。図１に示す具体例において、コンバータ３０とインバータ４０は、それぞれ、バッテリ２０に対して並列に接続されている。 A converter 30 and an inverter 40, which are specific examples of the power supply circuit, are provided between the electric motor 10 and the battery 20. In the specific example shown in FIG. 1, the converter 30 and the inverter 40 are each connected in parallel to the battery 20.
コンバータ３０は、４個のスイッチング素子Ｓ０〜Ｓ３を備えている。そして、各スイッチング素子Ｓ０〜Ｓ３の両端には、各スイッチング素子Ｓ０〜Ｓ３の電流とは逆方向の電流が流れるように、各帰還ダイオードＤ０〜Ｄ３が逆並列で接続されている。なお、各スイッチング素子Ｓ０〜Ｓ３の具体例として、例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などが利用されてもよい。 The converter 30 includes four switching elements S0 to S3. The feedback diodes D0 to D3 are connected in antiparallel to both ends of the switching elements S0 to S3 so that a current in the direction opposite to the current of the switching elements S0 to S3 flows. As specific examples of the switching elements S0 to S3, for example, a power MOSFET or an IGBT (insulated gate bipolar transistor) may be used.
図１に示す具体例では、２つのスイッチング素子Ｓ０，Ｓ１が直列に接続されて第１アームを形成し、２つのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３が直列に接続されて第２アームを形成している。そして、第１アームを形成するスイッチング素子Ｓ０，Ｓ１の中点に、界磁巻線１４の一端（ＬＯＷ側の端子）が接続され、第２アームを形成するスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３の中点は、界磁巻線１４の他端（ＨＩ側の端子）が接続されている。 In the specific example shown in FIG. 1, two switching elements S0 and S1 are connected in series to form a first arm, and two switching elements S2 and S3 are connected in series to form a second arm. Then, one end (terminal on the LOW side) of the field winding 14 is connected to the midpoint of the switching elements S0 and S1 forming the first arm, and the midpoint of the switching elements S2 and S3 forming the second arm is , The other end (terminal on the HI side) of the field winding 14 is connected.
インバータ４０は、６個のスイッチング素子Ｓ４〜Ｓ９を備えている。そして、各スイッチング素子Ｓ４〜Ｓ９の両端には、各スイッチング素子Ｓ４〜Ｓ９の電流とは逆方向の電流が流れるように、各帰還ダイオードＤ４〜Ｄ９が逆並列で接続されている。なお、各スイッチング素子Ｓ４〜Ｓ９の具体例として、例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などが利用されてもよい。 The inverter 40 includes six switching elements S4 to S9. The feedback diodes D4 to D9 are connected in antiparallel to both ends of the switching elements S4 to S9 so that a current in the direction opposite to the current of the switching elements S4 to S9 flows. As specific examples of the switching elements S4 to S9, for example, a power MOSFET or an IGBT (insulated gate bipolar transistor) may be used.
図１に示す具体例では、２つのスイッチング素子Ｓ４，Ｓ５が直列に接続されてＵ相アームを形成し、２つのスイッチング素子Ｓ６，Ｓ７が直列に接続されてＷ相アームを形成し、２つのスイッチング素子Ｓ８，Ｓ９が直列に接続されてＶ相アームを形成している。 In the specific example shown in FIG. 1, two switching elements S4 and S5 are connected in series to form a U-phase arm, and two switching elements S6 and S7 are connected in series to form a W-phase arm. Switching elements S8 and S9 are connected in series to form a V-phase arm.
そして、Ｕ相アームを形成するスイッチング素子Ｓ４，Ｓ５の中点に、Ｕ相電機子巻線１２Ｕの一端が接続され、Ｗ相アームを形成するスイッチング素子Ｓ６，Ｓ７の中点に、Ｗ相電機子巻線１２Ｗの一端が接続され、Ｖ相アームを形成するスイッチング素子Ｓ８，Ｓ９の中点に、Ｖ相電機子巻線１２Ｖの一端が接続されている。なお、Ｕ相電機子巻線１２Ｕの他端とＷ相電機子巻線１２Ｗの他端とＶ相電機子巻線１２Ｖの他端は、中性点Ｇで互いに接続されている。 Then, one end of the U-phase armature winding 12U is connected to the midpoint of the switching elements S4 and S5 forming the U-phase arm, and the W-phase electric machine is connected to the midpoint of the switching elements S6 and S7 forming the W-phase arm. One end of the child winding 12W is connected, and one end of the V-phase armature winding 12V is connected to the midpoint of the switching elements S8 and S9 forming the V-phase arm. The other end of the U-phase armature winding 12U, the other end of the W-phase armature winding 12W, and the other end of the V-phase armature winding 12V are connected to each other at the neutral point G.
制御装置５０は、電力供給回路の具体例であるコンバータ３０とインバータ４０を介して電動機１０を制御する。制御装置５０は、バッテリ２０の温度を上昇させる昇温制御の機能を備えている。制御装置５０が実行する昇温制御については後に詳述する（図２〜図９参照）。制御装置５０は、昇温制御の機能に加えて、さらに、電動機１０に回転トルクを発生させるトルク制御の機能を備えていてもよい。 The control device 50 controls the electric motor 10 via the converter 30 and the inverter 40, which are specific examples of the power supply circuit. The control device 50 has a function of temperature rise control for raising the temperature of the battery 20. The temperature rise control executed by the control device 50 will be described in detail later (see FIGS. 2 to 9). The control device 50 may further have a torque control function for generating rotational torque in the electric motor 10 in addition to the function of temperature rise control.
制御装置５０は、ゲート信号Ｇｃによりコンバータ３０の回路動作を制御し、ゲート信号Ｇｉによりインバータ４０の回路動作を制御する。トルク制御において、制御装置５０は、インバータ４０から電機子巻線１２（１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ）に供給される電流を制御することにより回転磁界を発生させる。そして、回転磁界と界磁磁束との相互作用により電動機１０に回転トルクが発生する。 The control device 50 controls the circuit operation of the converter 30 by the gate signal Gc, and controls the circuit operation of the inverter 40 by the gate signal Gi. In torque control, the control device 50 generates a rotating magnetic field by controlling the current supplied from the inverter 40 to the armature winding 12 (12U, 12V, 12W). Then, a rotational torque is generated in the electric motor 10 due to the interaction between the rotating magnetic field and the field magnetic flux.
また、トルク制御において、制御装置５０は、コンバータ３０から界磁巻線１４に供給される電流を制御することにより、界磁磁束の大きさを制御してもよい。例えば、従来から知られように（特許文献３参照）、界磁巻線１４に流れる電流を制御することにより、電機子巻線１２に鎖交する界磁磁束を増加させる強め磁界制御や電機子巻線１２に鎖交する界磁磁束を減少させる弱め磁界制御などが実行されてもよい。 Further, in torque control, the control device 50 may control the magnitude of the field magnetic flux by controlling the current supplied from the converter 30 to the field winding 14. For example, as is conventionally known (see Patent Document 3), a strong magnetic field control or an armature that increases the field magnetic flux interlinking with the armature winding 12 by controlling the current flowing through the field winding 14 A weakening magnetic field control or the like that reduces the field magnetic flux interlinking the winding 12 may be executed.
続いて、制御装置５０が実行する昇温制御について説明する。昇温制御において、制御装置５０は、バッテリ２０に設けられた温度センサ６０から得られる温度の計測結果と、電動機１０に設けられた回転位置センサ７０から得られる電動機１０の回転状態に関する計測結果を利用する。さらに、昇温制御では電流センサ８８から得られる電流の計測結果も利用される。 Subsequently, the temperature rise control executed by the control device 50 will be described. In the temperature rise control, the control device 50 obtains the temperature measurement result obtained from the temperature sensor 60 provided in the battery 20 and the measurement result regarding the rotational state of the electric motor 10 obtained from the rotation position sensor 70 provided in the electric motor 10. Use. Further, in the temperature rise control, the measurement result of the current obtained from the current sensor 88 is also used.
そこで、制御装置５０が実行する昇温制御の具体例について以下に説明する。なお、図１に示した構成（部分）については、以下の説明において図１の符号を利用する。 Therefore, a specific example of the temperature rise control executed by the control device 50 will be described below. Regarding the configuration (part) shown in FIG. 1, the reference numerals in FIG. 1 are used in the following description.
図２は、制御装置５０（図１）が実行する制御の具体例を示す図（フローチャート）である。例えば、電動機システム（図１）が自動車などの車両に搭載されている具体例であれば、その車両に対する運転者からの始動の操作（キー操作）などにより、図２に例示する制御が開始される。 FIG. 2 is a diagram (flow chart) showing a specific example of the control executed by the control device 50 (FIG. 1). For example, in the case where the electric motor system (FIG. 1) is mounted on a vehicle such as an automobile, the control illustrated in FIG. 2 is started by a driver's start operation (key operation) on the vehicle. To.
図２に例示する制御が開始されると、まず、バッテリ温度が検出される（Ｓ２０１）。例えば、バッテリ２０に設けられた温度センサ６０によりバッテリ２０の温度が検出されて、制御装置５０がその検出結果を取得する。 When the control illustrated in FIG. 2 is started, the battery temperature is first detected (S201). For example, the temperature of the battery 20 is detected by the temperature sensor 60 provided in the battery 20, and the control device 50 acquires the detection result.
そして、制御装置５０は、バッテリ２０から検出される温度が予め定められた低温条件を満たし、且つ、電動機１０が予め定められた停止条件を満たす場合に、バッテリ２０の温度を上昇させる昇温制御を実行する。 Then, the control device 50 raises the temperature of the battery 20 when the temperature detected from the battery 20 satisfies a predetermined low temperature condition and the electric motor 10 satisfies a predetermined stop condition. To execute.
図２に例示する具体例では、バッテリ温度が規定温度以下であるかどうかが確認される（Ｓ２０２）。例えば、バッテリ２０に設けられた温度センサ６０により検出された温度が規定温度以下であるか否かが確認される。規定温度としては、例えばバッテリ２０による電力源としての通常の発電が期待できる温度が設定されてもよい。バッテリ温度が規定温度以下でなければ、図２に示すフローチャートが終了する。 In the specific example illustrated in FIG. 2, it is confirmed whether or not the battery temperature is equal to or lower than the specified temperature (S202). For example, it is confirmed whether or not the temperature detected by the temperature sensor 60 provided in the battery 20 is equal to or lower than the specified temperature. As the specified temperature, for example, a temperature at which normal power generation as a power source by the battery 20 can be expected may be set. If the battery temperature is not below the specified temperature, the flowchart shown in FIG. 2 ends.
バッテリ温度が規定温度以下であると、電動機１０が停止条件を満たすかどうかが確認される。図２に示す具体例では、電動機１０の回転動作が停止しているか否かが確認される（Ｓ２０３）。例えば、電動機１０に設けられた回転位置センサ７０から得られる電動機１０の単位時間あたりの回転数がゼロ（ゼロとみなせる程度の低回転数でもよい）であれば、電動機１０が停止しているおり停止条件を満たすと判定される。 When the battery temperature is equal to or lower than the specified temperature, it is confirmed whether or not the electric motor 10 satisfies the stop condition. In the specific example shown in FIG. 2, it is confirmed whether or not the rotational operation of the electric motor 10 is stopped (S203). For example, if the rotation speed of the electric motor 10 obtained from the rotation position sensor 70 provided in the electric motor 10 per unit time is zero (a low rotation speed that can be regarded as zero), the electric motor 10 is stopped. It is determined that the stop condition is satisfied.
なお、例えば、電動機システム（図１）が車両に搭載される具体例であれば、その車両のシフトポジションがＮ（ニュートラル）またはＰ（パーキング）の場合に、電動機１０が停止条件を満たすと判定されてもよい。電動機１０が停止条件を満たさなければ、図２に示すフローチャートが終了する。 For example, in the case where the electric motor system (FIG. 1) is mounted on a vehicle, it is determined that the electric motor 10 satisfies the stop condition when the shift position of the vehicle is N (neutral) or P (parking). May be done. If the electric motor 10 does not satisfy the stop condition, the flowchart shown in FIG. 2 ends.
図２の具体例では、バッテリ２０の温度が規定温度以下であり且つ電動機１０の回転動作が停止していると、Ｓ２０４〜Ｓ２０６の昇温制御が実行される。つまり、図２に示す具体例では、昇温制御として、界磁電流指令の導出（Ｓ２０４）と界磁電圧指令の導出（Ｓ２０５）とコンバータ３０の制御（Ｓ２０６）が実行される。 In the specific example of FIG. 2, when the temperature of the battery 20 is equal to or lower than the specified temperature and the rotational operation of the electric motor 10 is stopped, the temperature rise control of S204 to S206 is executed. That is, in the specific example shown in FIG. 2, as the temperature rise control, the derivation of the field current command (S204), the derivation of the field voltage command (S205), and the control of the converter 30 (S206) are executed.
図３は、昇温制御の具体例１を示す図である。昇温制御において、制御装置５０は、バッテリ２０から検出される温度に応じて調整された電流指令信号と界磁巻線１４に流れる界磁電流との差分を低減する制御信号を生成し、その制御信号に基づいて電力供給回路の具体例であるコンバータ３０の動作を制御することにより、バッテリ２０と界磁巻線１４との間で放電と充電を交互に繰り返してバッテリ２０の温度を上昇させる。 FIG. 3 is a diagram showing a specific example 1 of temperature rise control. In the temperature rise control, the control device 50 generates a control signal for reducing the difference between the current command signal adjusted according to the temperature detected from the battery 20 and the field current flowing through the field winding 14. By controlling the operation of the converter 30, which is a specific example of the power supply circuit, based on the control signal, the temperature of the battery 20 is raised by alternately repeating discharging and charging between the battery 20 and the field winding 14. ..
図３には、昇温制御において制御装置５０が実行する界磁電流指令の導出（図２のＳ２０４）と界磁電圧指令の導出（図２のＳ２０５）とコンバータ３０の制御（図２のＳ２０６）の具体例が図示されている。なお、図３に示す具体例において、制御装置５０は、比例積分演算部５２，５６と電流指令生成部５４とコンバータ制御部５８を備えている。 FIG. 3 shows the derivation of the field current command (S204 in FIG. 2), the derivation of the field voltage command (S205 in FIG. 2), and the control of the converter 30 (S206 in FIG. 2) executed by the control device 50 in the temperature rise control. ) Is illustrated. In the specific example shown in FIG. 3, the control device 50 includes proportional integration calculation units 52 and 56, a current command generation unit 54, and a converter control unit 58.
図３に示す具体例１では、まず、バッテリ温度の目標値とバッテリ温度の実測値が比較される。バッテリ温度の目標値は、例えば、バッテリ温度の規定温度（図２のＳ２０２参照）と同じ値であってもよいし、規定温度に補正値αを加えた値であってもよい。また、バッテリ温度の実測値は、例えばバッテリ２０に設けられた温度センサ６０により検出された温度である。 In Specific Example 1 shown in FIG. 3, first, the target value of the battery temperature and the actually measured value of the battery temperature are compared. The target value of the battery temperature may be, for example, the same value as the specified temperature of the battery temperature (see S202 in FIG. 2), or may be a value obtained by adding the correction value α to the specified temperature. The measured value of the battery temperature is, for example, the temperature detected by the temperature sensor 60 provided in the battery 20.
そして、制御装置５０は、バッテリから検出される温度と目標温度との差分に応じて振幅が調整された電流指令信号を生成する。例えば、比例積分演算部５２が、バッテリ温度の目標値とバッテリ温度の実測値との差分に基づいて比例積分演算を実行し、電流指令の振幅値を導出する。また、電流指令生成部５４が、比例積分演算部５２から得られる振幅値に応じて振幅を調整した（振幅変調された）電流指令信号を生成する。 Then, the control device 50 generates a current command signal whose amplitude is adjusted according to the difference between the temperature detected from the battery and the target temperature. For example, the proportional integration calculation unit 52 executes the proportional integration calculation based on the difference between the target value of the battery temperature and the actually measured value of the battery temperature, and derives the amplitude value of the current command. Further, the current command generation unit 54 generates a current command signal whose amplitude is adjusted (amplitude modulated) according to the amplitude value obtained from the proportional integration calculation unit 52.
さらに、図３に示す具体例１では、電流指令生成部５４が生成した電流指令信号と界磁電流の実測値が比較される。界磁電流の実測値は、例えば電流センサ８８によって計測される電流値ｉｆである。そして、比例積分演算部５６が、電流指令信号と界磁電流の実測値との差分に基づいて比例積分演算を実行し、電流指令信号と界磁巻線１４に流れる界磁電流との差分を低減する制御信号（界磁電圧指令）を生成する。 Further, in the specific example 1 shown in FIG. 3, the measured value of the field current is compared with the current command signal generated by the current command generating unit 54. Measured value of the field current, for example, a current value i f which is measured by a current sensor 88. Then, the proportional integration calculation unit 56 executes the proportional integration calculation based on the difference between the current command signal and the measured value of the field current, and calculates the difference between the current command signal and the field current flowing through the field winding 14. Generates a control signal (field voltage command) to reduce.
そして、図３に示す具体例１では、コンバータ制御部５８が、比例積分演算部５６から出力される制御信号に基づいてコンバータ３０の動作を制御することにより、バッテリ２０と界磁巻線１４との間で放電と充電を交互に繰り返してバッテリ２０の温度を上昇させる。 Then, in the specific example 1 shown in FIG. 3, the converter control unit 58 controls the operation of the converter 30 based on the control signal output from the proportional integration calculation unit 56, so that the battery 20 and the field winding 14 are connected. The temperature of the battery 20 is raised by alternately repeating discharging and charging between the batteries.
図４は、昇温制御で利用される各種信号の具体例を示す図である。図４には、図３の昇温制御で利用される界磁電流と界磁電圧とスイッチング信号の具体例が図示されている。 FIG. 4 is a diagram showing specific examples of various signals used in temperature rise control. FIG. 4 shows specific examples of the field current, the field voltage, and the switching signal used in the temperature rise control of FIG.
図４に示す界磁電流の指令信号（黒の実線）は、図３の電流指令生成部５４から出力される電流指令信号の具体例であり、図４に示す界磁電流の検出信号（灰の点線）は、図３の界磁電流実測値の具体例であり、図４に示す界磁電圧の信号は、図３の比例積分演算部５６から出力される制御信号（界磁電圧指令）の具体例である。 The field current command signal (black solid line) shown in FIG. 4 is a specific example of the current command signal output from the current command generation unit 54 of FIG. 3, and the field current detection signal (gray) shown in FIG. The dotted line) is a specific example of the field current measured value in FIG. 3, and the field voltage signal shown in FIG. 4 is a control signal (field voltage command) output from the proportional integration calculation unit 56 in FIG. Is a concrete example of.
また、図４に示すスイッチング信号は、図３のコンバータ制御部５８から出力される信号の具体例である。例えば、図４に示すスイッチング信号（Ｓ１，Ｓ２）により、コンバータ３０のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の動作（ＯＮとＯＦＦの切り替え）が制御され、図４に示すスイッチング信号（Ｓ０，Ｓ３）により、コンバータ３０のスイッチング素子Ｓ０，Ｓ３の動作（ＯＮとＯＦＦの切り替え）が制御される。図３のコンバータ制御部５８は、例えば、図３の比例積分演算部５６から得られる制御信号に基づいて図４に示すスイッチング信号を生成するが、その生成には公知の処理（例えばＰＷＭなど）が利用されてもよい。 The switching signal shown in FIG. 4 is a specific example of the signal output from the converter control unit 58 of FIG. For example, the switching signals (S1 and S2) shown in FIG. 4 control the operation (switching between ON and OFF) of the switching elements S1 and S2 of the converter 30, and the switching signals (S0 and S3) shown in FIG. 4 control the converter. The operation (switching between ON and OFF) of the switching elements S0 and S3 of 30 is controlled. The converter control unit 58 of FIG. 3 generates, for example, the switching signal shown in FIG. 4 based on the control signal obtained from the proportional integration calculation unit 56 of FIG. 3, and a known process (for example, PWM) is used for the generation. May be used.
図５は、振幅が調整された電流指令信号の具体例を示す図である。図５に示す電流指令信号は、図３の電流指令生成部５４により生成される電流指令信号の具体例である。図３を利用して既に説明したように、電流指令生成部５４は、比例積分演算部５２から得られる振幅値に応じて振幅を調整した電流指令信号を生成する。例えば、一定周波数の正弦波の振幅を調整（振幅変調）することにより、図５に例示する電流指令信号が生成される。なお、図５に示す電流指令信号が生成される昇温制御では、例えば時刻ｔｓでバッテリ２０の温度が上昇し始めて、例えば時刻ｔｅでバッテリ２０の温度が目標温度に到達する。 FIG. 5 is a diagram showing a specific example of a current command signal whose amplitude has been adjusted. The current command signal shown in FIG. 5 is a specific example of the current command signal generated by the current command generation unit 54 of FIG. As already described with reference to FIG. 3, the current command generation unit 54 generates a current command signal whose amplitude is adjusted according to the amplitude value obtained from the proportional integration calculation unit 52. For example, by adjusting the amplitude of a sine wave having a constant frequency (amplitude modulation), the current command signal illustrated in FIG. 5 is generated. In the temperature rise control in which the current command signal shown in FIG. 5 is generated, the temperature of the battery 20 starts to rise at time ts, for example, and the temperature of the battery 20 reaches the target temperature at time te, for example.
図６は、昇温制御の具体例２を示す図である。図６には、昇温制御において制御装置５０が実行する界磁電流指令の導出（図２のＳ２０４）と界磁電圧指令の導出（図２のＳ２０５）とコンバータ３０の制御（図２のＳ２０６）の具体例が図示されている。以下に図６の具体例２について説明するが、図３の具体例１と同じ制御箇所については、説明を省略または簡略化する。 FIG. 6 is a diagram showing a specific example 2 of temperature rise control. FIG. 6 shows the derivation of the field current command (S204 in FIG. 2), the derivation of the field voltage command (S205 in FIG. 2), and the control of the converter 30 (S206 in FIG. 2) executed by the control device 50 in the temperature rise control. ) Is illustrated. The second specific example of FIG. 6 will be described below, but the same control points as those of the first specific example of FIG. 3 will be omitted or simplified.
図６に示す具体例２でも、図３の具体例１と同様に、まず、バッテリ温度の目標値とバッテリ温度の実測値が比較される。そして、制御装置５０は、バッテリから検出される温度と目標温度との差分に応じて周波数が調整された電流指令信号を生成する。図３の具体例１では振幅が調整された電流指令信号が生成されるが、図６の具体例２では周波数が調整された電流指令信号が生成される。 In the specific example 2 shown in FIG. 6, as in the specific example 1 of FIG. 3, first, the target value of the battery temperature and the measured value of the battery temperature are compared. Then, the control device 50 generates a current command signal whose frequency is adjusted according to the difference between the temperature detected from the battery and the target temperature. In the first embodiment of FIG. 3, the current command signal whose amplitude is adjusted is generated, but in the second embodiment of FIG. 6, the current command signal whose frequency is adjusted is generated.
図６に示す具体例２では、例えば、比例積分演算部５２が、バッテリ温度の目標値とバッテリ温度の実測値との差分に基づいて比例積分演算を実行して電流指令の周波数値を導出する。そして、電流指令生成部５４が、比例積分演算部５２から得られる周波数値に応じて周波数を調整した（周波数変調された）電流指令信号を生成する。 In the specific example 2 shown in FIG. 6, for example, the proportional integration calculation unit 52 executes the proportional integration calculation based on the difference between the target value of the battery temperature and the measured value of the battery temperature to derive the frequency value of the current command. .. Then, the current command generation unit 54 generates a current command signal whose frequency is adjusted (frequency-modulated) according to the frequency value obtained from the proportional integration calculation unit 52.
さらに、図３の具体例１と同様に、図６に示す具体例２でも、電流指令生成部５４が生成した電流指令信号と界磁電流の実測値が比較され、比例積分演算部５６が、電流指令信号と界磁電流の実測値との差分に基づいて比例積分演算を実行して、電流指令信号と界磁巻線１４に流れる界磁電流との差分を低減する制御信号（界磁電圧指令）を生成する。 Further, similarly to the specific example 1 of FIG. 3, in the specific example 2 shown in FIG. 6, the current command signal generated by the current command generation unit 54 and the measured value of the field current are compared, and the proportional integration calculation unit 56 determines. A control signal (field voltage) that reduces the difference between the current command signal and the field current flowing through the field winding 14 by executing proportional integration calculation based on the difference between the current command signal and the measured value of the field current. Command) is generated.
そして、図６に示す具体例２でも、コンバータ制御部５８が、比例積分演算部５６から出力される制御信号に基づいてコンバータ３０の動作を制御することにより、バッテリ２０と界磁巻線１４との間で放電と充電を交互に繰り返してバッテリ２０の温度を上昇させる。 Then, also in the specific example 2 shown in FIG. 6, the converter control unit 58 controls the operation of the converter 30 based on the control signal output from the proportional integration calculation unit 56, so that the battery 20 and the field winding 14 are connected. The temperature of the battery 20 is raised by alternately repeating discharging and charging between the batteries.
図７は、周波数が調整された電流指令信号の具体例を示す図である。図７に示す電流指令信号は、図６の電流指令生成部５４により生成される電流指令信号の具体例である。図６を利用して説明したように、電流指令生成部５４は、比例積分演算部５２から得られる周波数値に応じて周波数を調整した電流指令信号を生成する。例えば、一定振幅の正弦波の周波数を調整（周波数変調）することにより、図７に例示する電流指令信号が生成される。なお、図７に示す電流指令信号が生成される昇温制御では、例えば時刻ｔｓでバッテリ２０の温度が上昇し始めて、例えば時刻ｔｅでバッテリ２０の温度が目標温度に到達する。 FIG. 7 is a diagram showing a specific example of a current command signal whose frequency has been adjusted. The current command signal shown in FIG. 7 is a specific example of the current command signal generated by the current command generation unit 54 of FIG. As described with reference to FIG. 6, the current command generation unit 54 generates a current command signal whose frequency is adjusted according to the frequency value obtained from the proportional integration calculation unit 52. For example, by adjusting (frequency modulation) the frequency of a sine wave having a constant amplitude, the current command signal illustrated in FIG. 7 is generated. In the temperature rise control in which the current command signal shown in FIG. 7 is generated, the temperature of the battery 20 starts to rise at time ts, for example, and the temperature of the battery 20 reaches the target temperature at time te, for example.
図８は、昇温制御で利用される各種信号の他の具体例を示す図である。図８には、図３の昇温制御で利用される界磁電流と界磁電圧とスイッチング信号の具体例が図示されている。なお、図９には、図８の領域Ａに対応した期間における界磁電流とスイッチング信号の部分拡大図が例示されている。 FIG. 8 is a diagram showing other specific examples of various signals used in the temperature rise control. FIG. 8 shows specific examples of the field current, the field voltage, and the switching signal used in the temperature rise control of FIG. Note that FIG. 9 illustrates a partially enlarged view of the field current and the switching signal in the period corresponding to the region A of FIG.
図８に示す界磁電流の信号は、図３の電流指令生成部５４から出力される電流指令信号の具体例であり、図８に示す界磁電圧の信号は、図３の比例積分演算部５６から出力される制御信号（界磁電圧指令）の具体例である。 The field current signal shown in FIG. 8 is a specific example of the current command signal output from the current command generation unit 54 of FIG. 3, and the field voltage signal shown in FIG. 8 is the proportional integration calculation unit of FIG. This is a specific example of the control signal (field voltage command) output from 56.
先に説明した電流指令信号の具体例（図５参照）では、電流指令生成部５４が正弦波を利用して電流指令信号を生成している。これに対し、図８に示す具体例では、電流指令生成部５４が三角波を利用して電流指令信号を生成する。図８に例示するように、三角波などの正弦波以外の波形を利用して電流指令生成部５４が電流指令信号を生成してもよい。 In the specific example of the current command signal described above (see FIG. 5), the current command generation unit 54 uses a sine wave to generate the current command signal. On the other hand, in the specific example shown in FIG. 8, the current command generation unit 54 generates a current command signal using a triangular wave. As illustrated in FIG. 8, the current command generation unit 54 may generate a current command signal by using a waveform other than a sine wave such as a triangular wave.
また、図８に示すスイッチング信号は、図３のコンバータ制御部５８から出力される信号の変形例である。例えば、図８に示すスイッチング信号（Ｓ１，Ｓ２）により、コンバータ３０のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の動作（ＯＮとＯＦＦの切り替え）が制御され、図８に示すスイッチング信号（Ｓ０，Ｓ３）により、コンバータ３０のスイッチング素子Ｓ０，Ｓ３の動作（ＯＮとＯＦＦの切り替え）が制御される。スイッチング信号の生成には公知の処理（例えばＰＷＭなど）が利用されてもよい。 The switching signal shown in FIG. 8 is a modification of the signal output from the converter control unit 58 of FIG. For example, the switching signals (S1 and S2) shown in FIG. 8 control the operation (switching between ON and OFF) of the switching elements S1 and S2 of the converter 30, and the switching signals (S0 and S3) shown in FIG. 8 control the converter. The operation (switching between ON and OFF) of the switching elements S0 and S3 of 30 is controlled. A known process (for example, PWM) may be used to generate the switching signal.
図１０は、電動機システムの変形例を示す図である。図１０に例示する電動機システムは、図１に示した電動機１０とバッテリ２０とコンバータ３０とインバータ４０と制御装置５０に加え、第２電動機１０２と発電機ＧＮと昇圧回路ＢＣを備えている。また、図１０に示す変形例では、第２電動機１０２に対応したインバータ回路と、発電機ＧＮに対応したインバータ回路が設けられている。なお、図１０において制御装置５０は図示省略されている。 FIG. 10 is a diagram showing a modified example of the electric motor system. The electric motor system illustrated in FIG. 10 includes a second electric motor 102, a generator GN, and a booster circuit BC in addition to the electric motor 10, the battery 20, the converter 30, the inverter 40, and the control device 50 shown in FIG. Further, in the modified example shown in FIG. 10, an inverter circuit corresponding to the second electric motor 102 and an inverter circuit corresponding to the generator GN are provided. Note that the control device 50 is not shown in FIG. 10.
図１０に例示する電動機システムは、例えば、自動車などの車両に搭載され、車両を駆動する動力を発生するために利用されてもよい。図１０の電動機システムが車両に搭載される具体例では、例えば、電動機１０が車両の前輪を駆動して第２電動機１０２が車両の後輪を駆動する４輪駆動の電動車（例えばハイブリッド車）が実現されてもよい。 The electric motor system illustrated in FIG. 10 may be mounted on a vehicle such as an automobile and used to generate power for driving the vehicle. In a specific example in which the electric motor system of FIG. 10 is mounted on a vehicle, for example, a four-wheel drive electric vehicle (for example, a hybrid vehicle) in which the electric motor 10 drives the front wheels of the vehicle and the second electric motor 102 drives the rear wheels of the vehicle. May be realized.
図１０に例示する電動機システムにおいても、制御装置５０（図示省略）は、電力供給回路の具体例であるコンバータ３０とインバータ４０を介して電動機１０を制御する。制御装置５０は、バッテリ２０の温度を上昇させる昇温制御の機能（例えば図２〜図９を利用して説明した機能）を備えている。 Also in the electric motor system illustrated in FIG. 10, the control device 50 (not shown) controls the electric motor 10 via the converter 30 and the inverter 40, which are specific examples of the power supply circuit. The control device 50 includes a temperature rise control function (for example, a function described with reference to FIGS. 2 to 9) for raising the temperature of the battery 20.
なお、図１０に例示する電動機システムにおいて昇温制御を実行する際には、昇圧回路ＢＣが備える上側スイッチング素子ＳＵがオン状態（素子に電流が流れる状態）とされて下側スイッチング素子ＳＤがオフ（素子に電流が流れない状態）とされる。 When the temperature rise control is executed in the electric motor system illustrated in FIG. 10, the upper switching element SU included in the booster circuit BC is turned on (a state in which a current flows through the element) and the lower switching element SD is turned off. (A state in which no current flows through the element).
また、図１０に例示する第２電動機１０２と発電機ＧＮと昇圧回路ＢＣのうちの一部を備えない変形例が実現されてもよい。例えば、図１に例示する電動機システムの具体例を基本構成とした場合に、基本構成に発電機ＧＮ（及びそれに対応したインバータ回路）を加えた変形例１、基本構成に第２電動機１０２（及びそれに対応したインバータ回路）と発電機ＧＮ（及びそれに対応したインバータ回路）を加えた変形例２、基本構成に発電機ＧＮ（及びそれに対応したインバータ回路）と昇圧回路ＢＣを加えた変形例３などが実現されてもよい。 Further, a modified example in which a part of the second electric motor 102, the generator GN, and the booster circuit BC illustrated in FIG. 10 is not provided may be realized. For example, when a specific example of the electric motor system illustrated in FIG. 1 is used as the basic configuration, a modification 1 in which a generator GN (and an inverter circuit corresponding thereto) is added to the basic configuration, and a second electric motor 102 (and a second electric motor 102) (and a corresponding inverter circuit) are added to the basic configuration. Deformation example 2 with the corresponding inverter circuit) and generator GN (and the corresponding inverter circuit), modification 3 with the generator GN (and the corresponding inverter circuit) and booster circuit BC added to the basic configuration, etc. May be realized.
以上、本発明の具体的な実施態様の一例を説明したが、上述した具体例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。 Although an example of a specific embodiment of the present invention has been described above, the above-mentioned specific example is merely an example in all respects and does not limit the scope of the present invention. The present invention includes various modified forms without departing from its essence.
１０ 電動機、２０ バッテリ、３０ コンバータ、４０ インバータ、５０ 制御装置、６０ 温度センサ、７０ 回転位置センサ、８８ 電流センサ。 10 electric motor, 20 battery, 30 converter, 40 inverter, 50 controller, 60 temperature sensor, 70 rotation position sensor, 88 current sensor.
Claims (7)
前記電動機の電力源であるバッテリと、
前記電動機と前記バッテリとの間に設けられた電力供給回路と、
前記電力供給回路を介して前記電動機を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、前記バッテリから得られる電力を前記電力供給回路を介して前記界磁巻線に供給する放電と、前記界磁巻線から得られる電力を前記電力供給回路を介して前記バッテリに供給する充電と、を交互に繰り返すことにより前記バッテリの温度を上昇させる制御機能を備える、
ことを特徴とする電動機システム。 An electric motor equipped with an armature winding that generates a rotating magnetic field and a field winding that generates a field magnetic flux,
The battery, which is the power source for the electric motor,
A power supply circuit provided between the electric motor and the battery,
A control device that controls the electric motor via the power supply circuit, and
Have,
The control device discharges power obtained from the battery to the field winding via the power supply circuit, and supplies power obtained from the field winding to the battery via the power supply circuit. It has a control function that raises the temperature of the battery by alternately repeating the charging to be supplied.
An electric motor system characterized by this.
前記制御装置は、前記バッテリから検出される温度が予め定められた低温条件を満たし、且つ、前記電動機が予め定められた停止条件を満たす場合に、前記バッテリの温度を上昇させる制御を実行する、
ことを特徴とする電動機システム。 In the electric motor system according to claim 1,
The control device executes control to raise the temperature of the battery when the temperature detected from the battery satisfies a predetermined low temperature condition and the electric motor satisfies a predetermined stop condition.
An electric motor system characterized by this.
前記制御装置は、前記バッテリから検出される温度に応じて調整された電流指令信号と前記界磁巻線に流れる界磁電流との差分を低減する制御信号を生成し、当該制御信号に基づいて前記電力供給回路の動作を制御することにより、前記放電と前記充電を交互に繰り返して前記バッテリの温度を上昇させる、
ことを特徴とする電動機システム。 In the electric motor system according to claim 1 or 2.
The control device generates a control signal that reduces the difference between the current command signal adjusted according to the temperature detected from the battery and the field current flowing through the field winding, and is based on the control signal. By controlling the operation of the power supply circuit, the discharge and the charge are alternately repeated to raise the temperature of the battery.
An electric motor system characterized by this.
前記制御装置は、前記バッテリから検出される温度と目標温度との差分に応じて振幅が調整された前記電流指令信号を生成する、
ことを特徴とする電動機システム。 In the electric motor system according to claim 3,
The control device generates the current command signal whose amplitude is adjusted according to the difference between the temperature detected from the battery and the target temperature.
An electric motor system characterized by this.
前記制御装置は、前記バッテリから検出される温度と目標温度との差分に応じて周波数が調整された前記電流指令信号を生成する、
ことを特徴とする電動機システム。 In the electric motor system according to claim 3,
The control device generates the current command signal whose frequency is adjusted according to the difference between the temperature detected from the battery and the target temperature.
An electric motor system characterized by this.
電力源であるバッテリから得られる電力を前記界磁巻線に供給する放電と、前記界磁巻線から得られる電力を前記バッテリに供給する充電と、を交互に繰り返すことにより前記バッテリの温度を上昇させる制御機能を備える、
ことを特徴とする電動機の制御装置。 A control device that controls an electric motor equipped with an armature winding that generates a rotating magnetic field and a field winding that generates a field magnetic flux.
The temperature of the battery is adjusted by alternately repeating discharging to supply the electric power obtained from the battery as a power source to the field winding and charging to supply the electric power obtained from the field winding to the battery. Equipped with a control function to raise
A control device for an electric motor.
前記バッテリの温度が予め定められた低温条件を満たし、且つ、前記電動機が予め定められた停止条件を満たす場合に、前記バッテリの温度を上昇させる制御を実行する、
ことを特徴とする電動機の制御装置。 In the control device according to claim 6,
When the temperature of the battery satisfies a predetermined low temperature condition and the electric motor satisfies a predetermined stop condition, a control for raising the temperature of the battery is executed.
A control device for an electric motor.
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2019
- 2019-02-15 JP JP2019025111A patent/JP2020137191A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024004346A1 (en) * | 2022-06-27 | 2024-01-04 | 株式会社Soken | Inverter control device and program |
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