JP5200500B2 - Power control device for electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、電気二重層コンデンサからなる電源の制御装置、及び、電動パワーステアリング装置の電源制御装置に関する。 The present invention relates to a power supply control device including an electric double layer capacitor and a power supply control device for an electric power steering device.
例えば、自動車等の車両に搭載される電動パワーステアリング装置は、必要とされる操舵補助力が大きいほど、モータに大電流を流す必要があるので、車載バッテリだけでは電力が不足することがある。そこで、通常は主電源である車載バッテリからモータに電力を供給するが、据切り時や急操舵時等、必要とされる操舵補助力が大きい場合には、予め電力を貯えていた補助電源からも電力を供給し、車載バッテリの電力不足を補うようにした技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1では、補助電源として例えば電気二重層コンデンサ(キャパシタ)が用いられている。
図5は電気二重層コンデンサの温度と静電容量との関係を示すグラフである。図5にハッチングを付して示すように、電気二重層コンデンサは約−20℃よりも温度が低くなると静電容量が低下するとともに内部抵抗が大きくなり、効率が大幅に低下するという問題がある。寒冷地では、自動車の始動直後等にこのような低温状態で電気二重層コンデンサが使用されることがあり、この場合モータに十分な電力を供給することが困難となる。
このような問題を解消するために、低温状態にある電気二重層コンデンサをヒータで暖めることも考えられるが、ヒータを備えることによってコストが増大し、ヒータを作動させるための電力が新たに必要になる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the temperature and capacitance of the electric double layer capacitor. As shown in FIG. 5 with hatching, the electric double layer capacitor has a problem that when the temperature is lower than about −20 ° C., the capacitance is lowered and the internal resistance is increased and the efficiency is greatly lowered. . In a cold region, the electric double layer capacitor may be used at such a low temperature immediately after starting the automobile, and in this case, it becomes difficult to supply sufficient electric power to the motor.
In order to solve such problems, it is conceivable to heat the electric double layer capacitor in a low temperature state with a heater. Become.
本発明は、ヒータを用いることなく電気二重層コンデンサからなる電源を昇温して効率の低下を防止する電動パワーステアリング装置の電源制御装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a power supply control apparatus for an electric double layer to increase the temperature of the power composed of a capacitor and efficiency to that electric power steering device prevents a decrease in without using a heater.
本発明の電動パワーステアリング装置の電源制御装置は、
電動パワーステアリング装置のモータに電力を供給する主電源と、
前記モータに電力を供給可能な電気二重層コンデンサからなる補助電源と、
前記補助電源の温度を測定する温度測定手段と、
前記補助電源の温度が所定の閾値以下となったときに、当該補助電源を繰り返し充放電させることにより当該補助電源の昇温制御を行う制御回路と、
前記昇温制御を行う場合に、前記補助電源の放電電流によって前記モータを駆動させることなく当該補助電源を強制的に放電させる強制放電手段と、
を備えていることを特徴とする。
The power control device of the electric power steering device of the present invention is
A main power source for supplying electric power to the motor of the electric power steering device;
An auxiliary power source comprising an electric double layer capacitor capable of supplying electric power to the motor;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the auxiliary power source;
A control circuit for performing temperature increase control of the auxiliary power source by repeatedly charging and discharging the auxiliary power source when the temperature of the auxiliary power source becomes a predetermined threshold value or less;
When performing the temperature rise control, forced discharge means for forcibly discharging the auxiliary power without driving the motor by the discharge current of the auxiliary power,
It is characterized by having.
以上の構成によれば、電気二重層コンデンサからなる補助電源の温度を測定手段によって測定し、当該温度が所定の閾値以下となったときは、当該補助電源からモータへの電力供給の要否に関わらず、当該補助電源を繰り返し充放電させる。この充放電により補助電源に電流が流れると、当該補助電源は内部抵抗によって自己発熱し、昇温する。これにより、当該補助電源の温度を閾値以上にして効率低下を防止することができる。そのため、当該補助電源をヒータ等によって外部から昇温させる必要がなくなり、コスト増を抑制することができる。 According to the above configuration, the temperature of the auxiliary power ing from the electric double layer capacitor was measured by the measuring means, when said temperature is equal to or less than a predetermined threshold, power to the auxiliary power source or et motor Regardless of the necessity of supply, the auxiliary power supply is repeatedly charged and discharged. When the current to the auxiliary power source by the charging and discharging flow, the auxiliary power source is self-heated by the internal resistance, the temperature is raised. As a result, the temperature of the auxiliary power source can be set to a threshold value or more to prevent efficiency reduction. Therefore, it is not necessary to raise the temperature of the auxiliary power source from the outside with a heater or the like, and an increase in cost can be suppressed.
本発明によれば、電気二重層コンデンサからなる電源が低温状態になっても、ヒータ等を用いることなく昇温することができ、低コストで効率の低下を防止することができる。 According to the present invention, even when a power source composed of an electric double layer capacitor is in a low temperature state, the temperature can be raised without using a heater or the like, and a reduction in efficiency can be prevented at a low cost.
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置1のモータ制御装置(電源制御装置)10を示すブロック回路図である。図1において、車両のステアリング装置2は、ステアリングホイール(操舵部材)3に加わるドライバーの操舵動作に応じて、図示しないタイヤ(操向車輪)の向きを変えるための操舵軸2aを備えている。そして、電動パワーステアリング装置1は、必要に応じてブラシレスモータ等のモータ4の動力(操舵補助力)を操舵軸2aに付与することによってドライバーによる操舵負担を軽減するものとなっている。
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a motor control device (power supply control device) 10 of the electric
モータ制御装置10は、主電源11、補助電源12、充電回路13、放電回路14、リレー回路15、モータ駆動回路5等を備えている。主電源11は、車載バッテリ及びオルタネータによって構成されている。車載バッテリ及びオルタネータは、電動パワーステアリング装置1を含む車両の各種電気機器に電力を供給し、車載バッテリはオルタネータにより充電される。主電源11は、給電電路16を介してモータ駆動回路5に接続されている。
The
補助電源12は、電気二重層コンデンサによって構成され、主電源11によって充電されると共に、必要に応じて電動パワーステアリング装置1のモータ4に電力を供給する。補助電源12の一方の端子12aは、給電電路16に接続された充電電路18と、放電電路19とに接続されている。補助電源12の他方の端子12bは、第1切換スイッチ20を介して給電電路16又は接地電位に接続されている。充電電路18には逆流防止用のダイオード21が設けられ、このダイオード21と第1切換スイッチ20によって充電回路13が構成されている。
The
放電電路19は、第2切換スイッチ22を介してモータ駆動回路5に接続されている。第2切換スイッチ22は、モータ駆動回路5を給電電路16と放電電路19とに切り換えて接続する。この第2切換スイッチ22によって放電回路14が構成されている。リレー回路15は、制御回路24等に異常が発生した場合に主電源11の電流がモータ4へ流れないように給電電路16を遮断する。
The discharge
モータ駆動回路5、充電回路13、放電回路14、及びリレー回路15は、制御回路24の制御信号を受けて動作する。この制御回路24には、運転者によるステアリングホイール3の操舵トルクを検出するトルクセンサ25や、車速センサ26からの検出結果が入力されるようになっており、制御回路24はこれらの検出結果に応じて適切な操舵補助力を発生させるべく、モータ4を駆動させる。
The
充電回路13を構成する第1切換スイッチ20が実線で示すa位置に切り換えられると、補助電源12の他方の端子12bが接地電位に接続される。この状態で、放電回路14を構成する第2切換スイッチ22が実線で示すc位置に切り換えられると、給電電路16がモータ駆動回路5に接続される。これにより、主電源11の電力が給電電路16を介してモータ駆動回路5に供給され、補助電源12が充電電路18を介して主電源11によって充電される。したがって、補助電源12の電力はモータ駆動回路5には供給されない。
When the
一方、第1切換スイッチ20が点線で示すb位置に切り換えられると、補助電源12の他方の端子12bが主電源11に直列に接続される。この状態で、第2切換スイッチ22が点線で示すd位置に切り換えられると、放電電路19がモータ駆動回路5に接続され、主電源11及び補助電源12の電力がモータ駆動回路5に供給される。
On the other hand, when the
つまり、第1,第2切換スイッチ20,22を実線で示す位置a,cに切り換えると補助電源12が充電状態になり、第1,第2切換スイッチ20,22を点線で示す位置b,dに切り換えると補助電源12が放電状態になる。
That is, when the first and second change-over
上記の構成において、必要とされる操舵補助力が比較的小さいときは、制御回路24は第1,第2切換スイッチ20,22をそれぞれ位置a,cに切り換えて補助電源12を充電状態にする。これにより、主電源11の電力がモータ駆動回路5に供給され、モータ駆動回路5が制御回路24による制御信号に基づいてモータ4を駆動する。
In the above configuration, when the required steering assist force is relatively small, the
一方、必要とされる操舵補助力が比較的大きく、主電源11のみではまかないきれないときは、制御回路24は、第1,第2切換スイッチ20,22をそれぞれ位置b,dに切り換えて補助電源12を放電状態にする。これにより、主電源11と補助電源12とが互いに直列に接続された状態で、両者の電力がモータ駆動回路5に供給される。
On the other hand, when the required steering assist force is relatively large and cannot be covered by the
本実施の形態のモータ制御装置10の制御回路24は、必要とされる操舵補助力に応じて主電源11及び補助電源12の電力をモータ4に供給するための上述の制御(通常制御)を行うだけでなく、補助電源12が低温状態にある場合に当該補助電源12を昇温させるための昇温制御をも行うようになっている。
The
電気二重層コンデンサからなる補助電源12は、低温になるとその静電容量が低下し、内部抵抗が大きくなることが知られている。そのため、補助電源12が低温状態にあり且つ必要とされる操舵補助力が大きくなった場合には、補助電源12からモータ4へ十分な電力を供給できなくなる可能性が高くなる。そこで、本実施形態では、補助電源12の温度を監視すると共に当該温度が所定の閾値よりも低下したときに補助電源12を昇温させるための昇温制御を行う。以下、その詳細について説明する。
It is known that the
補助電源12にはサーモセンサ(温度測定手段)27が取り付けられており、このサーモセンサ27によって補助電源12の温度が常時測定され、その測定結果が制御回路24に入力される。制御回路24は、入力された測定結果に基づき充電回路13及び放電回路14を制御する。具体的には、サーモセンサ27によって測定された補助電源12の温度が所定の閾値以下のとき、制御回路24は、補助電源12の充電と放電とを繰り返し行うように第1,第2切換スイッチ20,22を制御する。
A thermosensor (temperature measuring means) 27 is attached to the
前記閾値は、補助電源12である電気二重層コンデンサの温度が当該閾値以下となると、静電容量が低下するとともに内部抵抗の増大し、効率が低下してしまうような値として設定される。例えば、補助電源12が図5に示す特性を示す場合、閾値を−20℃に設定する。補助電源12の温度が閾値である−20℃を超えていれば、補助電源12が本来備えている性能を発揮できる。一方、補助電源12の温度が−20℃以下となると、静電容量の低下によりモータに十分な電力を供給できなくなる。
The threshold value is set as a value such that when the temperature of the electric double layer capacitor serving as the
このような低温状態で補助電源12の充放電を繰り返し行うと、補助電源12には頻繁に電流が流れ、内部抵抗により自己発熱する。そのため、外部から補助電源12を暖めなくても補助電源12の温度を所定の閾値以上に上昇させることができ、補助電源12の効率低下を防止することが可能となる。
If the
図2は、制御回路24による補助電源12の昇温制御の手順を示すフローチャートである。
自動車のエンジンを始動するとモータ制御装置10が起動し、制御回路24は、主電源11によって補助電源12を充電するように第1,第2切換スイッチ20,22を切り換える(ステップS1)。一方、補助電源12の温度はサーモセンサ27により測定され、その測定結果は、制御回路24に入力されるとともに所定の閾値と比較される(ステップS2)。補助電源12の温度が閾値よりも高い場合(No)、制御回路24は通常制御を行い、必要とされる操舵補助力に応じて補助電源12を充放電させる。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for controlling the temperature increase of the
When the automobile engine is started, the
一方、補助電源12の温度が所定の閾値以下の場合(Yes)、制御回路24は補助電源12の放電を行うように第1,第2切換スイッチ20,22を切り換える(ステップS3)。そして、所定時間経過後又は所定の放電量に達した後、ステップS1に戻り、再度補助電源12の充電を行うように第1,第2切換スイッチ20,22を切り換える。その後、制御回路24は、補助電源12の温度を所定の閾値と再度比較し(ステップS2)、充放電によって補助電源12の温度が所定の閾値よりも高くなった場合(No)には通常制御を行い、依然として閾値以下の場合(No)は補助電源12の充放電動作を繰り返し行う。
On the other hand, when the temperature of the
なお、補助電源12の昇温制御を行う場合において、補助電源12を放電させるとその電流はモータ駆動回路5に流れるが、その際、モータ4が駆動されてしまうと不必要な操舵補助力がステアリング装置2に加わり、好ましくない。そのため、本実施の形態では、モータ4を駆動させることなく補助電源12を強制的に放電させる強制放電手段を備えている。この強制放電手段は、制御回路24によってモータ4を駆動する形態とは異なる形態でモータ駆動回路5内のスイッチングを行い、モータ4を駆動しない状態で放電電流(d軸電流)がモータ駆動回路5内の抵抗を通って接地電位に流れるようにモータ駆動回路5を制御することで実現される。また、このような制御に代えて、モータ駆動回路5へ電流が流れる経路とは別の経路に昇温制御用の抵抗を別途設けておき、昇温制御の際に補助電源12をその抵抗に接続して放電させる構成を採用することも可能である。
In the case where the temperature rise control of the
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置1のモータ制御装置10の回路図である。本実施形態では、第1の実施の形態における充電回路13に昇圧回路が備わっており、昇圧された主電源11の電圧により補助電源12が充電されるようになっている。その他の構成は第1の実施の形態と同様であるため詳細な説明は省略する。
FIG. 3 is a circuit diagram of the
図4は、本発明の第3の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置1のモータ制御装置10の回路図である。本実施の形態では、補助電源12が充放電回路30を介して主電源11に並列に接続されたものである。本実施の形態においても、補助電源12の温度測定結果が制御回路24に入力され、制御回路24は、温度測定結果に応じて充放電回路14を制御し、補助電源12を充放電させる。
FIG. 4 is a circuit diagram of the
本発明は、上述した実施の形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。
例えば、充電回路13及び放電回路14を構成する第1,第2切換スイッチ20,22としては、MOS−FET、BJT、IGBT等の半導体スイッチング素子を用いることができる。
図2に示す昇温制御の手順では、補助電源12の温度が所定の閾値以下の場合は、通常制御に移行せず、昇温制御を優先的に行うようになっている。しかし、昇温制御中、補助電源12の電力をモータに供給する必要が生じた場合には、強制的に昇温制御から通常制御に移行するように構成することも可能である。
本発明は、電動パワーステアリング装置1の電源制御装置だけではなく、電気二重層コンデンサからなる電源を使用する各種の電気機器、特に低温状態で使用され得る電気機器に好適に採用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed in design.
For example, as the first and second changeover switches 20 and 22 constituting the charging
In the temperature increase control procedure shown in FIG. 2, when the temperature of the
The present invention can be suitably applied not only to the power supply control device of the electric
1 電動パワーステアリング装置
4 モータ
10 モータ制御装置(電源制御装置)
11 主電源
12 補助電源
24 制御回路
27 サーモセンサ(温度測定手段)
DESCRIPTION OF
11
Claims (1)
前記モータに電力を供給可能な電気二重層コンデンサからなる補助電源と、
前記補助電源の温度を測定する温度測定手段と、
前記補助電源の温度が所定の閾値以下となったときに、当該補助電源を繰り返し充放電させることにより当該補助電源の昇温制御を行う制御回路と、
前記昇温制御を行う場合に、前記補助電源の放電電流によって前記モータを駆動させることなく当該補助電源を強制的に放電させる強制放電手段と、
を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置の電源制御装置。 A main power source for supplying electric power to the motor of the electric power steering device;
An auxiliary power source comprising an electric double layer capacitor capable of supplying electric power to the motor ;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the auxiliary power source;
A control circuit for performing temperature increase control of the auxiliary power source by repeatedly charging and discharging the auxiliary power source when the temperature of the auxiliary power source becomes a predetermined threshold value or less;
When performing the temperature rise control, forced discharge means for forcibly discharging the auxiliary power without driving the motor by the discharge current of the auxiliary power,
A power supply control device for an electric power steering device.
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