JP3651193B2

JP3651193B2 - Electric vehicle overload prevention device

Info

Publication number: JP3651193B2
Application number: JP20351297A
Authority: JP
Inventors: 靖武田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JPH1155803A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気車の過負荷防止装置に関し、特にモーターロック時または超低速度時におけるインバーターの過負荷を防止するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インバーターから交流電力を走行用モーターに供給して駆動する電気自動車では、図５に示すように通常回転時はインバーターの各スイッチング素子に交流電流ｉ１が流れる。しかし、モーターロック時または超低速度時には特定の素子に直流電流ｉ２が流れ、その素子の熱損失が急激に増加する。
【０００３】
図６はモーターの通常の回転状態と停止状態におけるスイッチング素子のケース温度と接合部温度を示す。
モーターが通常の回転状態にある場合は、各スイッチング素子にほぼ同一の電流が流れ、複数のスイッチング素子で熱損失が均等に分担されるので、素子ケース温度Ｔｃおよび接合部温度Ｔｊは実線で示すように低い値を示す。またこの時、素子間のケース温度差も小さい。ところが、モーターがロックされて停止状態または超低速度状態にある場合には、特定の素子に直流電流が流れるので、その素子のケース温度Ｔｃ’と接合部温度Ｔｊ’が急激に上昇し、素子間のケース温度差も急激に増加する。
【０００４】
モーターロック時または超低速度時に駆動回路のスイッチング素子の接合部温度が許容値を超えないようにするために、スイッチング素子のケース温度を検出し、ケース温度がしきい値を超えたらインバーターの出力電流を低減する電気自動車の過負荷防止装置が知られている。
【０００５】
また、モーターロック時または超低速度時の駆動回路の過負荷を防止するために、モーターのロック状態を検出し、ロック状態が検出されると出力電流を制限する電気自動車の過負荷防止装置が知られている（例えば、特開平８−１９１５０３号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した前者の過負荷防止装置では、６個のスイッチング素子の中の最大のケース温度に基づいてインバーターの出力電流を低減するので、インバーターのすべてのスイッチング素子の出力電流が同時に制限され、モーターの出力トルクが急激に低下して乗員に違和感を与える。
また、上述した後者の過負荷防止装置でも、モーターロック時にインバーターのすべてのスイッチング素子の出力電流を制限するので、モーターの出力トルクが急に低下する。
【０００７】
図７は、従来の過負荷防止装置によるモーターロック時の出力トルクの変化を示す。ここで、Ｔｒmaxは、インバーターからモーターに最大電流を流した時のモーターの最大出力トルクである。また、Ｔｒ０は、モーターロック時にインバーターの特定のスイッチング素子からモーターへ、素子が連続的に許容できる最大電流（直流電流）を流した時のモーターの出力トルクであり、以下では連続可能トルクと呼ぶ。
モーターがロックされ、インバーターの特定のスイッチング素子に最大電流が流れると、そのスイッチング素子の接合部温度Ｔｊは急激に上昇し、時刻ｔ１で許容最大値Ｔｊ４に達する。時刻ｔ１から出力トルクを連続可能トルクＴｒ０に制限することによって接合部温度Ｔｊも低下するが、モーターロック時の出力トルクの低下が急激であるため、乗員に違和感を与える。
【０００８】
本発明の目的は、モーターロック時に出力トルクを急に低下させずにインバーターの過負荷を防止する電気車の過負荷防止装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、複数のスイッチング素子によりバッテリーの直流電力を交流電力に変換してモーターを駆動するインバーターと、トルク指令値に応じて各スイッチング素子の電流を制御する電流制御手段と、スイッチング素子冷却用フィンの温度を検出する温度検出手段と、フィン温度検出値に基づいて各スイッチング素子の接合部温度を推定する温度推定手段と、モーターの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、磁極位置検出値に基づいて導通相を特定する導通相特定手段と、予め設定された接合部温度に対するトルク制限値のマップから、導通相のスイッチング素子の接合部温度推定値に応じたトルク制限値を演算するトルク制限値演算手段と、モーターの回転を検出する回転検出手段と、回転検出値が所定値よりも小さく、且つ、トルク指令値が所定値よりも大きい時に、トルク制限値によりトルク指令値を制限する指令値制限手段とを備えた電気車の過負荷防止装置であって、回転検出値が所定値よりも小さく、且つ、トルク指令値が所定値よりも大きい時に、回転検出手段によりモーターの逆転が検出された場合には、導通相特定手段により特定された相の２つ前の相を新たに導通相とする導通相制御手段を備える。
フィン温度検出値に基づいて各スイッチング素子の接合部温度を推定するとともに、磁極位置検出値に基づいて導通相を特定し、予め設定された接合部温度に対するトルク制限値のマップから、導通相のスイッチング素子の接合部温度推定値に応じたトルク制限値を演算する。そして、モーター回転検出値が所定値よりも小さく、且つ、トルク指令値が所定値よりも大きい時に、トルク制限値によりトルク指令値を制限し、制限後のトルク指令値に応じて各スイッチング素子の電流を制御する。さらにこの時、回転検出手段によりモーターの逆転が検出された場合には、特定された相の２つ前の相を新たに導通相とする。
（２）請求項２の電気車の過負荷防止装置は、トルク指令値の所定値を、スイッチング素子が連続的に許容できる最大直流電流を流した時のモーターの出力トルクとしたものである。
（３）請求項３の電気車の過負荷防止装置は、回転速度の所定値にヒステリシスを持たせるようにしたものである。
【００１０】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、モーターロック時にインバーター主回路の三相のスイッチング素子が交互に導通し、モーターロック時における負荷が三相にほぼ均等に分担されて各相のスイッチング素子の接合部温度の上昇が緩やかになる。その結果、モーターロック時のトルク制限の増加が緩やかになり、従来のようにモーターの出力トルクが急激に低下して乗員に違和感を与えるようなことがない。
（２）請求項２の発明によれば、モーターがロック状態または超低速度状態にあるか否かの判定を、モーターの回転速度が所定値未満という条件の他に、スイッチング素子が連続的に許容できる最大直流電流を流した時のモーターの出力トルクよりもトルク指令値が大きいことを条件としたので、正確な判定が可能となる。
（３）請求項３の発明によれば、モーターがロック状態または超低速度状態にあるか否かの判定を行なうごとに判定結果が切り換わるチャタリングを防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の構成を示す図である。
バッテリー１はインバーターリレー２およびＤＣリンクコンデンサ３を介してインバーター主回路４に直流電力を供給し、インバーター主回路４は直流電力を交流電力に変換して走行用モーター５に印加する。インバーター主回路４は、スイッチング素子であるＩＧＢＴＴ１〜Ｔ６とダイオードＤ１〜Ｄ６から構成され、これらのスイッチング素子は冷却用フィン（不図示）上に取り付けられている。なお、この実施の形態では走行用モーター５に同期電動機を用いた例を示すが、誘導電動機を用いてもよい。また、この実施の形態ではスイッチング素子にＩＧＢＴを用いた例を示すが、パワートランジスターやサイリスタなどのスイッチング素子を用いてもよい。
【００１２】
サーミスタ６はスイッチング素子冷却用フィンの温度Ｔｓを検出する検出器であり、電流センサー７〜９はインバーター主回路４の出力電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する検出器である。また、磁極センサー１０は同期モーター５の磁極位置θを検出する検出器であり、回転センサー１１はモーター５の回転速度Ｎｅを検出する検出器である。
【００１３】
モーターコントローラー１２は、マイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、車両制御コントローラー（不図示）からのトルク指令値Ｔｒ^*にしたがってモーター５の三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを制御するとともに、後述する制御プログラムを実行してモーターロック時のトルク制限を行なう。
【００１４】
この実施の形態では、モーターがロック状態または超低速度状態にある時に、インバーター主回路４の各スイッチング素子の接合部温度を推定し、各スイッチング素子ごとにその接合部温度に応じてモータートルク指令値Ｔｒ^*を制限し、制限処理後のトルク指令値Ｔｒ^*に応じた出力電流となるように各スイッチング素子の電流を制御する。
【００１５】
まず、モーターがロック状態または超低速度状態にあるか否かをモーター回転速度Ｎｅとトルク指令値Ｔｒ^*に基づいて判定する。モーター回転速度｜Ｎｅ｜が所定値Ｎｅ１よりも小さく、且つ、トルク指令値｜Ｔｒ^*｜が上述した連続可能トルクＴｒ０より大きい場合は、モーターがロック状態または超低速度状態であると判定する。ここで、連続可能トルクＴｒ０とは、上述したように、モーターロック時にインバーター主回路の１個のスイッチング素子からモーターへ、素子が連続的に許容できる最大電流（直流電流）を流した時のモーターの出力トルクである。
【００１６】
次に、スイッチング素子の接合部温度の推定演算について説明する。
まず、上述した判定条件に基づいてモーターがロック状態または超低速度状態にあると判定された時点の、各スイッチング素子ごとの冷却用フィン温度Ｔｆと接合部温度Ｔｊの初期値Ｔｆo、Ｔｊoを次式により求める。
【数１】
Ｔｆo＝Ｔｓ＋Ｋ１，
Ｔｊo＝Ｔｆo＋Ｋ２
ここで、Ｋ１、Ｋ２は定数であり、各スイッチング素子に対して最適値を設定する。
【００１７】
次に、モーターがロック状態または超低速度状態に入ってからの経過時間をΔｔとして、ロック状態または超低速度状態における各スイッチング素子ごとのフィン温度と接合部温度の推定値Ｔｆs、Ｔｊsを次式により求める。
【数２】
Ｔｆs[n]＝（Ｔｓ−Ｋ３・Ｉ−Ｔｆs[n-1]）・Δｔ／Ｋ４＋Ｔｆs[n-1]，
Ｔｊs[n]＝（Ｔｆs[n]−Ｋ５・Ｉ−Ｔｊs[n-1]）・Δｔ／Ｋ６＋Ｔｊs[n-1]
ここで、Ｉは三相出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗである。また、Ｋ３〜Ｋ６は定数であり、各スイッチング素子に対して最適値を設定する。なお、記号[n]は今回の演算値を表わし、[n-1]は前回の演算値を表わす。モーターがロック状態または超低速度状態に入った直後の演算では、Ｔｆs[n-1]に初期値Ｔｆoを、Ｔｊs[n-1]に初期値Ｔｊoをそれぞれ設定する。
【００１８】
次に、磁極センサー１０により検出された磁極位置に基づいて通電中のスイッチング素子を特定するとともに、図２に示す予め設定された接合部温度に対するトルク制限値のマップから、通電中のスイッチング素子の接合部温度推定値Ｔｊsに応じたトルク制限値Ｔｒ’を表引き演算し、トルク指令値Ｔｒ^*を制限値Ｔｒ’以下に制限する。そして、制限処理後のトルク指令値Ｔｒ^*に応じて通電中のスイッチング素子を電流制御する。
【００１９】
モーターロック時に、通電中のスイッチング素子の電流を制御してモーターの出力トルクを制限すると、モーターが捩り戻されて逆転することがある。例えば今、Ｖ相のスイッチング素子Ｔ３の電流を制御してモーターの出力トルクを制限すると、モーターが捩り戻されて隣のＵ相が導通相になる。Ｕ相のスイッチング素子Ｔ１はそれまで導通していなかったので、接合部温度が低くトルク制限が不要であるから、最大電流を通電可能な状態にあり、モーターは最大トルクを出力する。これにより、モーターが正転して捩り戻しが解消され、ふたたびＶ相が導通相になる。ところが、Ｖ相はＵ相の導通前に導通していた相であり、接合部温度は最大値か、またはそれに近い値まで上昇している。したがって、Ｖ相のスイッチング素子に対して接合部温度Ｔｊsに応じたトルク制限を行なうと、モーターの出力トルクが低い値に制限される。その結果、モーターがふたたび捩り戻され、導通相が隣のＵ相に移る。
つまり、モーターロック時にモーターの捩り戻しが発生すると、特定の相のスイッチング素子と隣接する相のスイッチング素子とが交互に導通し、両スイッチング素子の接合部温度が急激に上昇してトルク制限値が増大し、モーターの出力トルクが急激に低下する。
【００２０】
そこで、この実施の形態では、モーターロック時にモーターが走行方向と逆の方向に回転して捩り戻されたら、導通相が元の相に戻らないように当初の導通相に隣接する相のスイッチング素子には電流を流さず、その隣の相のスイッチング素子、つまり、当初の導通相から２つ前の相のスイッチング素子に電流を流す。
【００２１】
表１にＩＧＢＴＴ１〜Ｔ６の導通順を示す。なお、この表においてはＩＧＢＴの符号”Ｔ”を省略する。
【表１】

今、モーターがロックされ、Ｖ相のスイッチング素子Ｔ３が導通しており、スイッチング素子Ｔ３の接合部温度Ｔｊsに応じたトルク制限がなされているものとする。トルク制限によりモーターの出力トルクが低下すると、モーターが捩り戻されて隣接するＵ相のスイッチング素子Ｔ１が導通相になる。しかし、このＵ相のスイッチング素子Ｔ１に電流を流さず、さらに手前のＷ相のスイッチング素子Ｔ５に電流を流す。この相のスイッチング素子Ｔ５はそれまで電流を流していなかったので、接合部温度が低くトルク制限が不要であるから、最大電流を通電可能な状態にあり、モーターは最大トルクを出力する。これにより、モーターが正転して次のＵ相に導通相が移る。このＵ相もそれまで電流を流していなかったので、最大電流を通電可能な状態にあり、モーターが正転して当初の導通相であるＶ相に導通相が移る。
【００２２】
このように、この実施の形態によれば、三相のスイッチング素子が交互に導通してモーターロック時における負荷が三相にほぼ均等に分担され、各相のスイッチング素子の接合部温度の上昇が緩やかになる。つまり、トルク制限の増加が緩やかになり、モーターロック時にモーターの出力トルクが急激に低下するのが避けられる。
【００２３】
図３、図４は、モーターロック時のトルク制限処理を示すフローチャートである。これらのフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
モーターコントローラー１２は、所定の時間間隔でこの制御プログラムを実行する。ステップ１において、モーター回転速度｜Ｎｅ｜が所定値Ｎｅ１よりも小さいか否かを判断し、所定値Ｎｅ１より小さければステップ２へ進み、そうでなければステップ７へ進む。回転速度が所定値Ｎｅ１以上の時はモーター５がロック状態でないと判断し、ステップ７でモーター回転速度｜Ｎｅ｜が所定値Ｎｅ２（＞Ｎｅ１）以上かどうかを判断する。回転速度が所定値Ｎｅ２以上の時はステップ８へ進み、モーターロック状態を示すロックフラグをクリヤする。この実施の形態では、モーターロック状態の判定基準回転速度にヒステリシスを設け、判定結果が激しく切り換わるチャタリングを防止する。
【００２４】
モーター回転速度｜Ｎｅ｜が所定値Ｎｅ１より小さい時は、ステップ２でトルク指令値｜Ｔｒ^*｜が連続可能トルクＴｒ０より大きいか否かを判断する。トルク指令値｜Ｔｒ^*｜が連続可能トルクＴｒ０以下の時は、ステップ９でその状態が所定時間継続されたかどうかを確認する。連続可能トルクＴｒ０以下の状態が所定時間以上継続された場合はステップ１０へ進み、特定のスイッチング素子にトルク指令値Ｔｒ^*に応じた電流を連続して流しても、そのスイッチング素子の接合温度Ｔｊが許容最大値まで上昇することはないので、ロックフラグをクリヤする。
【００２５】
モーター回転速度｜Ｎｅ｜が所定値Ｎｅ１より小さく、且つトルク指令値｜Ｔｒ^*｜が連続可能トルクＴｒ１より大きい時は、モーター５がロック状態または超低速度状態にあると判断してステップ３へ進み、ロックフラグがクリヤされているかどうかを確認する。ロックフラグがクリヤされていればステップ４へ進み、上述したようにモーターがロック状態または超低速度状態に入った時点の、各スイッチング素子ごとの冷却用フィン温度初期値Ｔｆoと接合部温度初期値Ｔｊoを求める。続くステップ５で、モーター５がロック状態または超低速度状態になってからの経過時間Δｔの計時を開始する。ステップ６ではロックフラグをセットする。
【００２６】
ステップ１１において、ロックフラグがセットされているか否かを確認し、セットされていればステップ１２以降のモーターロック時または超低速度時のトルク制限処理を行ない、ロックフラグがクリヤされていれば処理を終了する。ステップ１２では、上述したようにロック状態または超低速度状態における各スイッチング素子ごとのフィン温度推定値Ｔｆsと接合部温度推定値Ｔｊsを求める。ステップ１３で、磁極位置θを検出し、磁極位置θに基づいて導通相を特定する。続くステップ１４で、予め設定された接合部温度に対するトルク制限値のマップ（図２参照）から、導通相のスイッチング素子の接合部温度推定値Ｔｊsに応じたトルク制限値Ｔｒ’を表引き演算する。ステップ１５においてトルク指令値Ｔｒ^*を制限値Ｔｒ’以下に制限し、ステップ１６でトルク制限後の指令値Ｔｒ^*に応じた出力電流となるように導通相のスイッチング素子の電流を制御する。
【００２７】
ステップ１７において、回転センサー１１によりロック状態にあるモーター５が捩り戻されて逆転したかどうかを判断し、捩り戻されたらステップ１８へ進み、そうでなければ処理を終了する。ロック状態にあるモーター５が捩り戻された時は、ステップ１８で、当初の導通相に隣接する相を導通相とせず、さらにその手前の相、すなわち当初の導通相から２つ前の相を導通相とし、上述したようにトルク制限値Ｔｒ’を演算する。そして、ステップ１９でトルク指令値Ｔｒ^*を制限値Ｔｒ’以下に制限し、ステップ２０でトルク制限後の指令値Ｔｒ^*に応じた出力電流となるように新しい導通相のスイッチング素子の電流を制御する。
【００２８】
以上の一実施の形態の構成において、インバーター主回路４がインバーターを、モーターコントローラー１２が電流制御手段、温度推定手段、導通相特定手段、トルク制限値演算手段、指令値制限手段および導通相制御手段を、サーミスタ６が温度検出手段を、磁極センサー１０が磁極位置検出手段を、回転センサー１１が回転速度検出手段をそれぞれ構成する。
【００２９】
なお、上述した実施の形態ではサーミスタによりスイッチング素子冷却用フィンの温度を検出し、フィン温度に基づいてスイッチング素子の接合部温度を推定する例を示したが、スイッチング素子のケース温度を検出し、ケース温度に基づいてスイッチング素子の接合部温度を推定するようにしてもよい。
また、フィン温度またはケース温度を検出するためのセンサーはサーミスタに限定されない。
さらに、上述した実施の形態では、１個のサーミスタによりフィン温度を検出する例を示したが、各スイッチング素子ごとにフィン温度またはケース温度を検出するセンサーを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】接合部温度に対するトルク制限値のマップを示す図である。
【図３】一実施の形態のモーターロック時または超低速度時のトルク制限処理を示すフローチャートである。
【図４】図３に続く、一実施の形態のモーターロック時または超低速度時のトルク制限処理を示すフローチャートである。
【図５】モーターロック時のスイッチング素子に流れる電流を説明する図である。
【図６】モーターの通常の回転状態と停止状態におけるスイッチング素子のケース温度と接合部温度を示す図である。
【図７】従来の過負荷防止装置によるモーターロック時または超低速度時の出力トルクの変化を示す図である。
【符号の説明】
１バッテリー
２インバーターリレー
３ＤＣリンクコンデンサ
４インバーター主回路
５モーター
６サーミスタ
７，８，９電流センサー
１０磁極センサー
１１回転センサー
１２モーターコントローラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an overload prevention device for an electric vehicle, and particularly to an overload of an inverter when the motor is locked or at an extremely low speed.
[0002]
[Prior art]
In an electric vehicle driven by supplying AC power from an inverter to a driving motor, an AC current i1 flows through each switching element of the inverter during normal rotation as shown in FIG. However, when the motor is locked or at an extremely low speed, a direct current i2 flows through a specific element, and the heat loss of the element increases rapidly.
[0003]
FIG. 6 shows the case temperature and junction temperature of the switching element in the normal rotation state and stop state of the motor.
When the motor is in a normal rotation state, almost the same current flows through each switching element, and the heat loss is equally shared by the plurality of switching elements. Therefore, the element case temperature Tc and the junction temperature Tj are indicated by solid lines. So low. At this time, the case temperature difference between the elements is also small. However, when the motor is locked and is in a stopped state or an ultra-low speed state, a direct current flows through a specific element, so that the case temperature Tc ′ and the junction temperature Tj ′ of the element rapidly increase, and the element The case temperature difference between them also increases rapidly.
[0004]
In order to prevent the junction temperature of the switching element of the drive circuit from exceeding the allowable value when the motor is locked or at an extremely low speed, the case temperature of the switching element is detected, and when the case temperature exceeds the threshold value, the inverter output 2. Description of the Related Art An electric vehicle overload prevention device that reduces current is known.
[0005]
In order to prevent overloading of the drive circuit when the motor is locked or at ultra-low speed, an overload prevention device for an electric vehicle that detects the locked state of the motor and limits the output current when the locked state is detected is provided. It is known (for example, see JP-A-8-191503).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the former overload prevention device described above, since the output current of the inverter is reduced based on the maximum case temperature among the six switching elements, the output currents of all the switching elements of the inverter are simultaneously limited, The output torque of the motor drops sharply, giving the passenger a sense of incongruity.
In the latter overload prevention device described above, since the output current of all the switching elements of the inverter is limited when the motor is locked, the output torque of the motor suddenly decreases.
[0007]
FIG. 7 shows a change in output torque when the motor is locked by the conventional overload prevention device. Here, Trmax is the maximum output torque of the motor when the maximum current is passed from the inverter to the motor. Tr0 is the output torque of the motor when a maximum current (DC current) that can be continuously allowed from the specific switching element of the inverter to the motor when the motor is locked, and is hereinafter referred to as a continuable torque. .
When the motor is locked and the maximum current flows through a specific switching element of the inverter, the junction temperature Tj of the switching element rapidly increases and reaches the allowable maximum value Tj4 at time t1. By limiting the output torque to the continuable torque Tr0 from time t1, the joint temperature Tj also decreases. However, since the output torque decreases rapidly when the motor is locked, the passenger feels uncomfortable.
[0008]
An object of the present invention is to provide an overload prevention device for an electric vehicle that prevents an overload of an inverter without suddenly reducing an output torque when the motor is locked.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
(1) The invention of claim 1 is an inverter that drives a motor by converting DC power of a battery into AC power by a plurality of switching elements, and current control means that controls the current of each switching element in accordance with a torque command value. Temperature detecting means for detecting the temperature of the switching element cooling fin, temperature estimating means for estimating the junction temperature of each switching element based on the detected fin temperature, and magnetic pole position detecting means for detecting the magnetic pole position of the motor And a torque corresponding to the junction temperature estimated value of the switching element of the conduction phase from the conduction phase specifying means for specifying the conduction phase based on the magnetic pole position detection value and the torque limit value map for the preset junction temperature. Torque limit value calculation means for calculating the limit value, rotation detection means for detecting the rotation of the motor, and the rotation detection value is smaller than a predetermined value And an overload prevention device for an electric vehicle comprising command value limiting means for limiting the torque command value with a torque limit value when the torque command value is greater than a predetermined value, wherein the rotation detection value is a predetermined value. If the reverse rotation of the motor is detected by the rotation detecting means when the torque command value is larger than the predetermined value, the phase immediately preceding the phase specified by the conduction phase specifying means is newly set. Conductive phase control means for providing a conductive phase is provided.
The junction temperature of each switching element is estimated based on the detected fin temperature, and the conduction phase is identified based on the magnetic pole position detection value. From the torque limit value map for the preset junction temperature, the conduction phase A torque limit value corresponding to the estimated junction temperature of the switching element is calculated. Then, when the motor rotation detection value is smaller than the predetermined value and the torque command value is larger than the predetermined value, the torque command value is limited by the torque limit value, and each switching element is set according to the torque command value after the limit. Control the current. Further, at this time, when the reverse rotation of the motor is detected by the rotation detecting means, the phase immediately before the specified phase is newly set as a conducting phase.
(2) In the overload prevention device for an electric vehicle according to claim 2, the predetermined value of the torque command value is the output torque of the motor when a maximum direct current that can be continuously allowed by the switching element flows.
(3) According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle overload prevention device in which hysteresis is provided to a predetermined value of the rotational speed.
[0010]
【The invention's effect】
(1) According to the invention of claim 1, the three-phase switching elements of the inverter main circuit are alternately conducted when the motor is locked, and the load when the motor is locked is almost equally distributed to the three phases. The joint temperature rises gradually. As a result, the increase in torque limit when the motor is locked becomes gradual, and the output torque of the motor does not drop sharply as in the prior art, and there is no sense of discomfort to the occupant.
(2) According to the invention of claim 2, it is determined whether or not the motor is in a locked state or an ultra-low speed state, in addition to the condition that the rotational speed of the motor is less than a predetermined value. Since it is a condition that the torque command value is larger than the output torque of the motor when the maximum allowable direct current flows, accurate determination can be made.
(3) According to the invention of claim 3, it is possible to prevent chattering in which the determination result is switched each time it is determined whether or not the motor is in the locked state or the ultra-low speed state.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment.
The battery 1 supplies DC power to the inverter main circuit 4 through the inverter relay 2 and the DC link capacitor 3, and the inverter main circuit 4 converts the DC power into AC power and applies it to the traveling motor 5. The inverter main circuit 4 is composed of IGBTs T1 to T6 that are switching elements and diodes D1 to D6, and these switching elements are mounted on cooling fins (not shown). In this embodiment, an example in which a synchronous motor is used for the traveling motor 5 is shown, but an induction motor may be used. In this embodiment, an example is shown in which an IGBT is used as the switching element, but a switching element such as a power transistor or a thyristor may be used.
[0012]
The thermistor 6 is a detector that detects the temperature Ts of the switching element cooling fin, and the current sensors 7 to 9 are detectors that detect the output currents Iu, Iv, and Iw of the inverter main circuit 4. The magnetic pole sensor 10 is a detector that detects the magnetic pole position θ of the synchronous motor 5, and the rotation sensor 11 is a detector that detects the rotational speed Ne of the motor 5.
[0013]
The motor controller 12 is composed of a microcomputer and its peripheral components, and controls the three-phase currents Iu, Iv, Iw of the motor 5 in accordance with a torque command value Tr ^* from a vehicle control controller (not shown), and the control described later. Run the program to limit the torque when the motor is locked.
[0014]
In this embodiment, when the motor is in a locked state or an extremely low speed state, the junction temperature of each switching element of the inverter main circuit 4 is estimated, and a motor torque command is determined for each switching element according to the junction temperature. The value Tr ^* is limited, and the current of each switching element is controlled so that the output current corresponds to the torque command value Tr ^* after the limit process.
[0015]
First, it is determined based on the motor rotation speed Ne and the torque command value Tr ^* whether or not the motor is in a locked state or an extremely low speed state. When the motor rotation speed | Ne | is smaller than the predetermined value Ne1 and the torque command value | Tr ^* | is larger than the continuous torque Tr0 described above, it is determined that the motor is in the locked state or the ultra-low speed state. Here, as described above, the continuable torque Tr0 is a motor when a maximum current (DC current) that the element can continuously allow is passed from one switching element of the inverter main circuit to the motor when the motor is locked. Output torque.
[0016]
Next, the calculation for estimating the junction temperature of the switching element will be described.
First, the initial values Tfo and Tjo of the cooling fin temperature Tf and the junction temperature Tj for each switching element at the time when it is determined that the motor is in the locked state or the ultra-low speed state based on the above-described determination conditions are as follows. Obtained by the formula.
[Expression 1]
Tfo = Ts + K1,
Tjo = Tfo + K2
Here, K1 and K2 are constants, and optimum values are set for the respective switching elements.
[0017]
Next, assuming that the elapsed time since the motor entered the locked state or the ultra-low speed state is Δt, the estimated values Tfs, Tjs of the fin temperature and the junction temperature for each switching element in the locked state or the ultra-low speed state are Obtained by the formula.
[Expression 2]
Tfs [n] = (Ts−K3 · I−Tfs [n−1]) · Δt / K4 + Tfs [n−1],
Tjs [n] = (Tfs [n] −K5 · I−Tjs [n−1]) · Δt / K6 + Tjs [n−1]
Here, I is the three-phase output currents Iu, Iv, Iw. Further, K3 to K6 are constants, and optimum values are set for the respective switching elements. The symbol [n] represents the current calculated value, and [n-1] represents the previous calculated value. In the calculation immediately after the motor enters the locked state or the ultra-low speed state, the initial value Tfo is set to Tfs [n-1] and the initial value Tjo is set to Tjs [n-1].
[0018]
Next, the switching element that is energized is specified based on the magnetic pole position detected by the magnetic pole sensor 10, and the map of the torque limit value with respect to the preset junction temperature shown in FIG. The torque limit value Tr ′ corresponding to the junction temperature estimated value Tjs is calculated by table lookup, and the torque command value Tr ^* is limited to the limit value Tr ′ or less. Then, current control is performed on the energized switching element according to the torque command value Tr ^* after the limiting process.
[0019]
When the motor is locked, if the current of the switching element that is energized is controlled to limit the output torque of the motor, the motor may be twisted back and reverse. For example, when the current of the V-phase switching element T3 is controlled to limit the output torque of the motor, the motor is twisted back and the adjacent U phase becomes a conductive phase. Since the U-phase switching element T1 has not been conducted so far, the junction temperature is low and torque limitation is unnecessary, so that the maximum current can be applied and the motor outputs the maximum torque. As a result, the motor rotates in the forward direction and the untwisting is eliminated, and the V phase becomes the conductive phase again. However, the V phase is a phase that has been conducted before the conduction of the U phase, and the junction temperature has increased to a maximum value or a value close thereto. Therefore, when torque limitation is performed on the V-phase switching element according to the junction temperature Tjs, the output torque of the motor is limited to a low value. As a result, the motor is twisted back again, and the conduction phase moves to the adjacent U phase.
In other words, when the motor is untwisted when the motor is locked, the switching element of the specific phase and the switching element of the adjacent phase are alternately conducted, the junction temperature of both switching elements rises rapidly, and the torque limit value is increased. It increases and the output torque of the motor decreases rapidly.
[0020]
Therefore, in this embodiment, when the motor is rotated in the direction opposite to the traveling direction and is twisted back when the motor is locked, the switching element of the phase adjacent to the initial conducting phase is set so that the conducting phase does not return to the original phase. In this case, no current is allowed to flow, and a current is allowed to flow to the switching element of the adjacent phase, that is, the switching element of the two previous phases from the initial conducting phase.
[0021]
Table 1 shows the conduction order of the IGBTs T1 to T6. In this table, the symbol “T” of the IGBT is omitted.
[Table 1]

Now, it is assumed that the motor is locked, the V-phase switching element T3 is conducting, and the torque is limited according to the junction temperature Tjs of the switching element T3. When the output torque of the motor decreases due to the torque limitation, the motor is twisted back and the adjacent U-phase switching element T1 becomes a conductive phase. However, no current is passed through the U-phase switching element T1, and further, a current is passed through the W-phase switching element T5. Since the switching element T5 of this phase has not been carrying current until then, the junction temperature is low and torque limitation is unnecessary, so that the maximum current can be applied and the motor outputs the maximum torque. As a result, the motor rotates forward and the conduction phase moves to the next U phase. Since the U phase has not been carrying current until then, the maximum current can be applied, and the motor rotates forward and the conduction phase moves to the V phase which is the initial conduction phase.
[0022]
As described above, according to this embodiment, the three-phase switching elements are alternately conducted, and the load at the time of motor lock is almost equally distributed to the three phases, and the junction temperature of each phase switching element is increased. Be gentle. In other words, the increase in torque limit becomes moderate, and it is possible to avoid a sudden drop in the motor output torque when the motor is locked.
[0023]
3 and 4 are flowcharts showing a torque limiting process when the motor is locked. The operation of the embodiment will be described with reference to these flowcharts.
The motor controller 12 executes this control program at predetermined time intervals. In Step 1, it is determined whether or not the motor rotation speed | Ne | is smaller than a predetermined value Ne1, and if it is smaller than the predetermined value Ne1, the process proceeds to Step 2, and if not, the process proceeds to Step 7. When the rotational speed is equal to or higher than the predetermined value Ne1, it is determined that the motor 5 is not in the locked state, and at step 7, it is determined whether the motor rotational speed | Ne | is equal to or higher than the predetermined value Ne2 (> Ne1). When the rotational speed is equal to or greater than the predetermined value Ne2, the process proceeds to step 8 to clear the lock flag indicating the motor lock state. In this embodiment, hysteresis is provided in the determination reference rotation speed in the motor locked state to prevent chattering in which the determination result is switched drastically.
[0024]
When the motor rotation speed | Ne | is smaller than the predetermined value Ne1, it is determined in step 2 whether or not the torque command value | Tr ^* | is larger than the continuable torque Tr0. When the torque command value | Tr ^* | is equal to or less than the continuable torque Tr0, it is checked in step 9 whether the state has been continued for a predetermined time. When the state where the continuable torque Tr0 or lower continues for a predetermined time or longer, the process proceeds to step 10, and even if a current corresponding to the torque command value Tr ^* is continuously supplied to a specific switching element, the junction temperature Tj of the switching element Will not rise to the maximum allowed value, so clear the lock flag.
[0025]
When the motor rotational speed | Ne | is smaller than the predetermined value Ne1 and the torque command value | Tr ^* | is larger than the continuous torque Tr1, it is determined that the motor 5 is in the locked state or the ultra-low speed state, and the process proceeds to Step 3. Proceed to see if the lock flag has been cleared. If the lock flag is cleared, the process proceeds to step 4, and as described above, the cooling fin temperature initial value Tfo and the junction temperature initial value for each switching element when the motor enters the locked state or the ultra-low speed state as described above. Find Tjo. In the following step 5, the elapsed time Δt from when the motor 5 is in the locked state or the ultra-low speed state is started. In step 6, a lock flag is set.
[0026]
In step 11, it is confirmed whether or not the lock flag is set. If it is set, the torque limiting process at the time of motor lock or ultra low speed after step 12 is performed, and if the lock flag is cleared, the process is performed. Exit. In step 12, as described above, the fin temperature estimated value Tfs and the junction temperature estimated value Tjs for each switching element in the locked state or the ultra-low speed state are obtained. In step 13, the magnetic pole position θ is detected, and the conduction phase is specified based on the magnetic pole position θ. In subsequent step 14, a torque limit value Tr ′ corresponding to the junction temperature estimated value Tjs of the switching element in the conduction phase is calculated from a map of the torque limit value with respect to the preset junction temperature (see FIG. 2). . In step 15, the torque command value Tr ^* is limited to the limit value Tr 'or less, and in step 16, the current of the switching element in the conduction phase is controlled so that the output current is in accordance with the command value Tr ^* after torque limitation.
[0027]
In step 17, it is determined whether or not the motor 5 in the locked state is twisted back by the rotation sensor 11, and if it is twisted back, the process proceeds to step 18, and if not, the process ends. When the motor 5 in the locked state is untwisted, in step 18, the phase adjacent to the initial conduction phase is not set as the conduction phase, and the previous phase, that is, the phase two previous from the original conduction phase is changed. The torque limit value Tr ′ is calculated as described above with the conduction phase. In step 19, the torque command value Tr ^* is limited to the limit value Tr 'or less, and in step 20, the current of the switching element of the new conduction phase is controlled so that the output current corresponds to the command value Tr ^* after torque limitation. To do.
[0028]
In the configuration of the above embodiment, the inverter main circuit 4 is the inverter, the motor controller 12 is the current control means, the temperature estimation means, the conduction phase specifying means, the torque limit value calculation means, the command value restriction means, and the conduction phase control means. The thermistor 6 constitutes temperature detection means, the magnetic pole sensor 10 constitutes magnetic pole position detection means, and the rotation sensor 11 constitutes rotation speed detection means.
[0029]
In the above-described embodiment, the temperature of the switching element cooling fin is detected by the thermistor and the junction temperature of the switching element is estimated based on the fin temperature. However, the case temperature of the switching element is detected, The junction temperature of the switching element may be estimated based on the case temperature.
The sensor for detecting the fin temperature or the case temperature is not limited to the thermistor.
Further, in the above-described embodiment, the example in which the fin temperature is detected by one thermistor has been described. However, a sensor for detecting the fin temperature or the case temperature may be provided for each switching element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a map of a torque limit value with respect to a junction temperature.
FIG. 3 is a flowchart showing a torque limiting process when the motor is locked or at an ultra-low speed according to one embodiment.
FIG. 4 is a flowchart illustrating the torque limiting process at the time of motor lock or ultra-low speed according to one embodiment, continued from FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram illustrating a current flowing through a switching element when the motor is locked.
FIG. 6 is a diagram illustrating a case temperature and a junction temperature of a switching element in a normal rotation state and a stop state of a motor.
FIG. 7 is a diagram showing a change in output torque at the time of motor lock or ultra-low speed by a conventional overload prevention device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery 2 Inverter relay 3 DC link capacitor 4 Inverter main circuit 5 Motor 6

Thermistor

7, 8, 9 Current sensor 10 Magnetic pole sensor 11 Rotation sensor 12 Motor controller

Claims

複数のスイッチング素子によりバッテリーの直流電力を交流電力に変換してモーターを駆動するインバーターと、
トルク指令値に応じて各スイッチング素子の電流を制御する電流制御手段と、
スイッチング素子冷却用フィンの温度を検出する温度検出手段と、
前記フィン温度検出値に基づいて各スイッチング素子の接合部温度を推定する温度推定手段と、
モーターの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、
前記磁極位置検出値に基づいて導通相を特定する導通相特定手段と、
予め設定された接合部温度に対するトルク制限値のマップから、前記導通相のスイッチング素子の前記接合部温度推定値に応じたトルク制限値を演算するトルク制限値演算手段と、
モーターの回転を検出する回転検出手段と、
前記回転検出値が所定値よりも小さく、且つ、前記トルク指令値が所定値よりも大きい時に、前記トルク制限値により前記トルク指令値を制限する指令値制限手段とを備えた電気車の過負荷防止装置であって、
前記回転検出値が所定値よりも小さく、且つ、前記トルク指令値が所定値よりも大きい時に、前記回転検出手段によりモーターの逆転が検出された場合には、前記導通相特定手段により特定された相の２つ前の相を新たに導通相とする導通相制御手段を備えることを特徴とする電気車の過負荷防止装置。An inverter that drives the motor by converting the DC power of the battery into AC power by a plurality of switching elements;
Current control means for controlling the current of each switching element in accordance with the torque command value;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the fin for cooling the switching element;
Temperature estimation means for estimating the junction temperature of each switching element based on the fin temperature detection value;
Magnetic pole position detection means for detecting the magnetic pole position of the motor;
A conduction phase specifying means for specifying a conduction phase based on the magnetic pole position detection value;
Torque limit value calculating means for calculating a torque limit value according to the estimated junction temperature value of the switching element of the conduction phase from a map of a torque limit value with respect to a preset junction temperature;
Rotation detection means for detecting rotation of the motor;
An overload of an electric vehicle comprising: command value limiting means for limiting the torque command value by the torque limit value when the rotation detection value is smaller than the predetermined value and the torque command value is larger than the predetermined value. Prevention device,
When reverse rotation of the motor is detected by the rotation detection means when the rotation detection value is smaller than a predetermined value and the torque command value is larger than a predetermined value, it is specified by the conduction phase specifying means. An overload prevention device for an electric vehicle, comprising conduction phase control means for newly setting a phase two phases before the phase as a conduction phase.

請求項１に記載の電気車の過負荷防止装置において、
前記トルク指令値の所定値は、スイッチング素子が連続的に許容できる最大直流電流を流した時のモーターの出力トルクであることを特徴とする電気車の過負荷防止装置。The overload prevention device for an electric vehicle according to claim 1,
The electric vehicle overload prevention device, wherein the predetermined value of the torque command value is an output torque of the motor when a maximum DC current that can be continuously allowed by the switching element flows.

請求項１または請求項２に記載の電気車の過負荷防止装置において、
前記回転速度の所定値にヒステリシスを持たせることを特徴とする電気車の過負荷防止装置。The overload prevention device for an electric vehicle according to claim 1 or 2,
An overload prevention device for an electric vehicle, characterized in that hysteresis is given to a predetermined value of the rotational speed.