JP6531705B2 - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機を制御する制御装置に関する。

従来、多相巻線と界磁巻線とを備え、多相巻線から出力される交流出力電流を複数の整流素子もしくはスイッチング素子により整流する回転電機において、回転子の界磁巻線の一定期間あたりの通電期間を変化させることが行われている。この界磁巻線への通電期間の割合をＤｕｔｙ値と呼び、このＤｕｔｙ値は、回転電機に要求される発電量等に応じて可変に設定される。

前記界磁巻線のＤｕｔｙ値を変更するものとして、特許文献１に記載の制御装置がある。特許文献１に記載の制御装置では、界磁巻線についてのＤｕｔｙ値が大きい短時間定格運転と、Ｄｕｔｙ値が小さい連続定格運転とで切り替え可能としている。加えて、界磁巻線への通電を制御するパワートランジスタの近傍に温度検出部を設けている。そして、温度検出部が検出した温度が過熱状態を示していれば、短時間定格運転を禁止している。

特開２０１３−２１９９６５号公報

ところで、特許文献１に記載の制御装置では、パワートランジスタの近傍の温度が過熱状態を示す場合に、短時間定格運転を禁止している。しかしながら、回転電機を制御する際には、パワートランジスタや回転電機以外にも温度上昇が問題となる部分が生じる。この部分の体格を大きくする等、各部分の能力を上げて温度上昇を抑制すると、装置の小型化や低コスト化が難しくなる。一方、この部分の温度上昇を抑制するために回転電機の出力を制限すると、回転電機の出力を大きくする制御が実質的に制限されることとなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、装置の各部分の能力を過剰に上げることを抑制しつつ、回転電機の実質的な出力を向上させることのできる回転電機の制御装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

第１の手段は、回転電機（１２）と、前記回転電機に配線（１６）により接続された電池（１０）と、前記回転電機の出力指令の上限である出力上限値を設定する上限値設定部（４３、４６、６０）と、を備えるシステム（１００）に適用され、前記回転電機を制御する制御装置であって、前記電池及び前記配線の少なくとも１つの温度を取得する温度取得部（４３、４６、５１〜５３、５４）と、前記温度取得部により取得された前記温度に基づいて、前記回転電機の出力指令を許容する上限である出力許容値を算出する許容値算出部（４３、４６）と、前記許容値算出部により算出された前記出力許容値を、前記上限値設定部へ送信する送信部（４３、４６）と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、回転電機と電池とが配線により接続されており、上限値設定部により、回転電機の出力指令の上限である出力上限値が設定される。

ここで、温度取得部により、電池及び配線の少なくとも１つの温度が取得される。そして、許容値算出部によって、温度取得部により取得された温度に基づいて、回転電機の出力指令を許容する上限である出力許容値が算出される。このため、電池及び配線の少なくとも１つの温度を考慮して、回転電機の出力許容値を算出することができる。なお、回転電機の出力許容値としては、回転電機の発電電力、駆動電力、発電電流、駆動電流、駆動トルク、制動トルク等を採用することができる。これらの出力許容値は、電池の入力許容値や出力許容値に相当し、配線の通電許容値に相当する。

そして、送信部によって、許容値算出部により算出された出力許容値が、上限値設定部へ送信される。このため、上限値設定部は、電池及び配線の少なくとも１つの温度を考慮した出力許容値を用いて、回転電機の出力上限値を設定することができる。したがって、電池や配線の温度が過度に上昇することを抑制しつつ、回転電機の出力を向上させるように出力上限値を設定することができる。その結果、電池や配線の能力を過剰に上げることを抑制しつつ、回転電機の実質的な出力を向上させることができる。

第２の手段では、前記許容値算出部は、前記回転電機と前記電池とにおける電力の入出力の継続時間にさらに基づいて、前記回転電機の出力許容値を算出する。

回転電機と電池とにおける電力の入出力の継続時間が長いほど、電池や配線の温度が上昇する。この点、上記構成によれば、回転電機と電池とにおける電力の入出力の継続時間にさらに基づいて、回転電機の出力許容値が算出される。このため、回転電機の出力許容値をより適切に算出することができる。

第３の手段では、前記温度取得部（４３、４６、５１〜５３）は、前記配線に流れる電流を取得する電流取得部（５１）と、前記電流取得部により取得された前記電流と前記配線の抵抗とに基づいて、前記配線の温度を推定する温度推定部（４３、４６、５２，５３）と、を備える。

上記構成によれば、配線に流れる電流が電流取得部により取得され、取得された電流と配線の抵抗とに基づいて配線の温度が推定される。このため、配線の温度を検出する温度センサを省略することができる。

第４の手段では、前記温度推定部（４３、４６）は、前記配線における電圧降下を取得する電圧降下取得部（５２，５３）を備え、前記電流取得部により取得された前記電流と、前記電圧降下取得部により取得された前記電圧降下とに基づいて、前記配線の抵抗を算出する。

上記構成によれば、取得された配線に流れる電流と、取得された配線における電圧降下とに基づいて、配線の抵抗が算出される。このため、配線の抵抗を正確に算出することができ、配線の温度を正確に推定することができる。ひいては、回転電機の出力許容値を適切に算出することができ、この出力許容値を用いて回転電機の出力上限値を適切に設定することができる。

第５の手段では、前記許容値算出部は、前記温度取得部により取得された前記温度の将来値を予測し、前記将来値に基づいて前記出力許容値を補正する。

上記構成によれば、許容値算出部によって、温度取得部により取得された温度の将来値が予測される。そして、温度の将来値に基づいて出力許容値が補正されるため、温度の将来値を考慮して出力許容値をより適切に算出することができる。

第６の手段では、前記許容値算出部は、予測した前記将来値と、前記温度取得部により取得された前記温度とに基づいて、前記将来値を予測するパラメータを補正する。

温度の将来値を予測するパラメータが適切でない場合は、将来値の予測精度が低下するおそれがある。この点、上記構成によれば、予測した将来値と、温度取得部により取得された温度とに基づいて、将来値を予測するパラメータが補正される。このため、予測した将来値と実際の温度とがずれている場合は、将来値を予測するパラメータを補正して、将来値の予測精度を向上させることができる。

第７の手段では、前記許容値算出部は、予測した前記将来値が目標温度よりも低くなるように、前記出力許容値を算出する。

上記構成によれば、予測した温度の将来値が目標温度よりも低くなるように、出力許容値が算出される。このため、対象の温度を目標温度よりも低く抑えたい場合に、それを実現するように出力許容値を算出することができる。

第８の手段では、前記許容値算出部は、前記温度を取得する対象の劣化状態を取得する劣化状態取得部（４３、４６）を備え、前記劣化状態取得部により取得された前記劣化状態に基づいて、前記出力許容値を補正する。

温度を取得する対象の劣化が進行している場合に回転電機の出力を向上させると、劣化が更に進行するおそれがある。この点、上記構成によれば、温度を取得する対象の劣化状態を考慮して、出力許容値を適切に補正することができる。

第９の手段では、前記温度取得部（５４）は、前記電池の温度を取得し、前記許容値算出部は、前記温度取得部により取得された前記電池の温度が所定温度よりも低い場合に、前記出力許容値を所定許容値よりも大きく算出する。

電池の温度が所定温度よりも低い場合は、電池の性能を十分に発揮できないおそれがある。この点、上記構成によれば、電池の温度が所定温度よりも低い場合に、出力許容値が所定許容値よりも大きく算出される。このため、回転電機と電池とで入出力される電力を増加させることができ、電池の温度上昇を促進することができる。したがって、電池の性能を早期に確保することができる。

第１０の手段では、前記許容値算出部は、所定時間後における前記回転電機と前記電池とで電力を入出力する効率を算出し、前記効率が最高となるように前記出力許容値を補正する。

回転電機と電池とで電力を入出力する効率は、回転電機や電池の状態に応じて変化する。回転電機による発電や駆動が継続する場合は、出力を一時的に最高にするよりも、所定時間後における効率を最高にする方が、エネルギを有効に利用することができる。この点、上記構成によれば、所定時間後における回転電機と電池とで電力を入出力する効率が算出され、この効率が最高となるように出力許容値が補正される。このため、回転電機の実質的な出力を向上させるだけでなく、エネルギを有効に利用することができる。

車載システムを示す概略図。 回生制御の処理手順を説明するフローチャート。 電池入力許容値を算出する手順を示すフローチャート。 充電継続時間と電池温度と入力許容電力との関係を示すマップ。 発電継続時間と回転電機温度と出力許容電力との関係を示すマップ。 ハーネス温度推定の処理手順を示すフローチャート。 第１実施形態の発電指令上限値を算出する手順を示すフローチャート。 第２実施形態及び第３実施形態の発電指令上限値を算出する手順を示すフローチャート。 第４実施形態の発電指令上限値を算出する手順を示すフローチャート。 温度上昇と通電時間と出力許容電力との関係を示すマップ。 第５実施形態の発電指令上限値を算出する手順を示すフローチャート。 車速と勾配と回生継続時間との関係を示すマップ。 車載システムの変更例を示す概略図。 車載システムの他の変更例を示す概略図。

（第１実施形態）
以下、回転電機及びバッテリを含む車載システムに適用される制御装置に具現化した第１実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、車載システム１００（システムに相当）において、回転電機１２をオルタネータ（発電機）として機能させる場合には、交流出力電流をインバータ１４により整流し、バッテリ１０へ電力の供給を行う。一方、回転電機１２をモータ（電動機）として機能させる場合には、バッテリ１０から供給される電力をインバータ１４により交流電流へと変換する。なお、バッテリ１０（電池に相当）は、例えば、端子間電圧が約１２Ｖである鉛バッテリである。

インバータ１４は、Ｕ相モジュール２０ｕと、Ｖ相モジュール２０ｖと、Ｗ相モジュール２０ｗとにより構成されている。このインバータ１４の各相モジュール２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは、回転電機１２の固定子３０に巻かれたＵ相巻線３１ｕ、Ｖ相巻線３１ｖ、Ｗ相巻線３１ｗにそれぞれ接続されている。

Ｕ相モジュール２０ｕには、ＭＯＳＦＥＴであるＵ相上アームスイッチング素子２１ｕとＵ相下アームスイッチング素子２２ｕとが実装されている。Ｕ相上アームスイッチング素子２１ｕのソースとＵ相下アームスイッチング素子２２ｕのドレインとが接続されており、その接続点にはＵ相巻線３１ｕの第１端が接続されている。一方、Ｕ相巻線３１ｕの第２端は中性点３２に接続されている。加えて、Ｕ相上アームスイッチング素子２１ｕのドレインはバッテリ１０の正極に接続されており、Ｕ相下アームスイッチング素子２２ｕのソースは接地されている。Ｕ相上アームスイッチング素子２１ｕ及びＵ相下アームスイッチング素子２２ｕには、それぞれ、Ｕ相上アームダイオード２３ｕ及びＵ相下アームダイオード２４ｕが逆方向に並列接続されている。これらＵ相上アームスイッチング素子２１ｕ及びＵ相下アームスイッチング素子２２ｕは、Ｕ相駆動回路２５ｕにより、開閉状態が制御される。

Ｕ相モジュール２０ｕには、加えて、Ｕ相上アーム感温ダイオード２６ｕとＵ相下アーム感温ダイオード２７ｕが実装されている。Ｕ相上アーム感温ダイオード２６ｕは、Ｕ相上アームスイッチング素子２１ｕの近傍に実装されており、Ｕ相上アームスイッチング素子２１ｕの発熱に起因する温度変化を検出することができる。同様に、Ｕ相下アーム感温ダイオード２７ｕは、Ｕ相下アームスイッチング素子２２ｕの近傍に実装されており、Ｕ相下アームスイッチング素子２２ｕの発熱に起因する温度変化を検出することができる。これらＵ相上アーム感温ダイオード２６ｕ及びＵ相下アーム感温ダイオード２７ｕの出力値は、Ｕ相駆動回路２５ｕに入力される。

Ｖ相モジュール２０ｖ及びＷ相モジュール２０ｗの構成については、Ｕ相モジュール２０ｕと同様の構成であり、Ｖ相巻線３１ｖ及びＷ相巻線３１ｗの接続様態もＵ相巻線３１ｕと同様であるため、その説明を省略する。要するに、回転電機１２とバッテリ１０とはハーネス１６（配線に相当）により接続されている。ハーネス１６には、ハーネス１６（回転電機１２、バッテリ１０）に流れる電流Ｉを検出する電流センサ５１（電流取得部に相当）が接続されている。また、ハーネス１６には、インバータ１４の入出力端子の電圧を検出する電圧センサ５２と、バッテリ１０の入出力端子の電圧を検出する電圧センサ５３とが接続されている。電圧センサ５２，５３により、ハーネス１６における電圧降下ΔＶを取得する電圧降下取得部が構成されている。バッテリ１０には、バッテリ１０の温度を検出する温度センサ５４が取り付けられている。

Ｕ相モジュール２０ｕには、Ｖ相モジュール２０ｖ及びＷ相モジュール２０ｗと通信するためのＵ相接続端子２８ｕが設けられている。同様に、Ｖ相モジュール２０ｖ及びＷ相モジュール２０ｗには、それぞれ、Ｖ相接続端子２８ｖ及びＷ相接続端子２８ｗが設けられている。Ｕ相駆動回路２５ｕ、Ｖ相駆動回路２５ｖ及びＷ相駆動回路２５ｗは、それぞれ、Ｕ相接続端子２８ｕ、Ｖ相接続端子２８ｖ及びＷ相接続端子２８ｗを介して通信可能に接続されている。Ｗ相モジュール２０ｗには、加えて、レギュレータ接続端子２９ｗが設けられており、Ｗ相駆動回路２５ｗはこのレギュレータ接続端子２９ｗを介して、レギュレータ４０と通信可能に接続されている。

レギュレータ４０は、界磁スイッチング素子４１、ダイオード４２及び制御部４３を含んで構成されている。このレギュレータ４０は、回転子の界磁巻線５０への通電状態を制御する。界磁スイッチング素子４１は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴであり、ドレインはバッテリ１０の正極に接続されており、ソースはダイオード４２のカソードに接続されている。ダイオード４２のアノードは接地されている。界磁スイッチング素子４１とダイオード４２との接続点には、界磁巻線５０の一端が接続されており、界磁巻線５０の他端は接地されている。この界磁スイッチング素子４１の開閉状態は、制御部４３（回転電機制御部に相当）により制御される。具体的には、制御部４３は、界磁スイッチング素子４１の１制御周期（一定期間）における通電期間の割合を示すＤｕｔｙ値を変化させる。

制御部４３は、モジュール接続端子４４を介してＷ相モジュール２０ｗのレギュレータ接続端子２９ｗに接続されており、Ｗ相駆動回路２５ｗと通信する。制御部４３はＷ相駆動回路２５ｗへ各スイッチング素子２１ｕ，２２ｕ，２１ｖ，２２ｖ，２１ｗ，２２ｗの駆動指令を送信する。具体的には、制御部４３へは各相の巻線の電流値が入力され各相の各スイッチング素子２１ｕ，２２ｕ，２１ｖ，２２ｖ，２１ｗ，２２ｗについて、それぞれ、上アームと下アームとのいずれをＯＮとするかを求める。Ｗ相駆動回路２５ｗは、駆動指令に基づいてＷ相上アームスイッチング素子２１ｗ及びＷ相下アームスイッチング素子２２ｗを駆動する。加えて、その駆動指令をＵ相モジュール２０ｕ及びＶ相モジュール２０ｖへと送信する。なお、各上アームスイッチング素子２１ｕ，２１ｖ，２１ｗ及び各下アームスイッチング素子２２ｕ，２２ｖ，２２ｗのいずれをＯＮとするかの判定を、各相の駆動回路２５ｕ，２５ｖ，２５ｗが実行するものとしてもよい。

加えて、Ｗ相駆動回路２５ｗは、各感温ダイオード２６ｕ，２７ｕ，２６ｖ，２７ｖ，２６ｗ，２７ｗの検出値を取得し、制御部４３へ出力する。制御部４３は、上位の制御部であるＥＣＵ６０と信号の送受信を行う。ＥＣＵ６０は、車両のエンジンを制御するエンジンＥＣＵや、車両の電気エネルギを総合的に制御するパワマネＥＣＵである。

次に、図２のフローチャートを参照して、車載システム１００により実行される回生制御を説明する。この一連の処理は、所定周期で繰り返し実行される。

まず、ＥＣＵ６０は、車両の状態及びバッテリ１０への充電要求に基づいて、回生発電を実施する要求があるか否か判定する（Ｓ１１）。回生発電を実施する要求がないと判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、この一連の処理を一端終了する（ＥＮＤ）。

一方、回生発電を実施する要求があると判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ６０は、制動トルク要求、バッテリ１０への充電要求、電気負荷の状態等に基づいて、発電指令値を算出する（Ｓ１２）。

続いて、制御部４３は、バッテリ１０の入力許容値を取得する（Ｓ１３）。このＳ１３の処理は、制御部４３により図３のフローチャートに示す手順で実行される。

図３に示すように、まず、温度センサ５４（温度取得部に相当）によりバッテリ１０の温度を検出させる（Ｓ１３１）。検出されたバッテリ１０の温度に基づいて、バッテリ１０の入力として許容する上限である電池入力許容値を算出する（Ｓ１３２）。詳しくは、図４に示すマップに、回生制御によるバッテリ１０の充電継続時間とバッテリ１０の温度とを適用して、電池入力許容値としてのバッテリ１０の入力許容電力（入力許容電力の基本値）を算出する。図４のマップにおいて、充電継続時間が長いほど入力許容電力は小さくなっており、バッテリ１０の温度が高いほど入力許容電力は小さくなっている。

続いて、バッテリ１０の温度予測に基づいて、電池入力許容値を補正する（Ｓ１３３）。詳しくは、バッテリ１０の現在温度、バッテリ１０の周囲の雰囲気温度、バッテリ１０への充電電流等をマップや計算式に適用して、バッテリ１０の温度の将来値を予測する。そして、この将来値に基づいて、電池入力許容値を補正する。例えば、予測された将来値が高いほど、電池入力許容値を小さい値に補正する。

なお、温度の将来値を予測するパラメータが適切でない場合は、将来値の予測精度が低下するおそれがある。そこで、予測した将来値と、温度センサ５４により検出された温度とに基づいて、将来値を予測するパラメータ（マップや、計算式の係数等）を補正する。詳しくは、予測した将来値とその後に検出した実際の温度とがずれていた場合は、そのずれを抑制するようにパラメータを補正する。

続いて、バッテリ１０の劣化があるか否か判定する（Ｓ１３４）。具体的には、バッテリ１０の内部抵抗に基づく周知の劣化判定方法等により、バッテリ１０の劣化があるか否か判定する（Ｓ１３４）。バッテリ１０の劣化があると判定した場合（Ｓ１３４：ＹＥＳ）、劣化状態に基づいて電池入力許容値を補正する（Ｓ１３５）。例えば、バッテリ１０の劣化が進行している場合に回転電機１２の出力を向上させると、劣化が更に進行するおそれがある。そこで、バッテリ１０の劣化が進行しているほど、電池入力許容値を小さい値に補正する。

続いて、バッテリ１０の温度が所定温度よりも低いか否か判定する（Ｓ１３６）。例えば、バッテリ１０の温度が所定温度（０℃等）よりも低い場合は、バッテリ１０の性能を十分に発揮できないおそれがある。そこで、温度センサ５４により検出されたバッテリ１０の温度が所定温度よりも低い場合に、バッテリ１０の出力として許容する上限である出力許容値を所定許容値よりも大きく算出する。所定許容値は、バッテリ１０の温度と補正値との関係を規定したマップに基づき算出される値でもよいし、バッテリ１０の温度を早期に上昇させるために予め設定された固定値であってもよい。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。なお、Ｓ１３１の処理が温度取得部としての処理に相当し、Ｓ１３４の処理が劣化状態取得部としての処理に相当する。

図２に戻り、続いて制御部４３は、回転電機１２の出力として許容する上限である出力許容値を取得する（Ｓ１４）。詳しくは、図５に示すマップに、回生制御による回転電機１２の発電継続時間と回転電機１２の温度とを適用して、回転電機１２の出力許容値としての出力許容電力を算出する。図５のマップにおいて、発電継続時間が長いほど出力許容電力は小さくなっており、回転電機１２の温度が高いほど出力許容電力は小さくなっている。回転電機１２の温度として、感温ダイオード２６ｕ，２７ｕ，２６ｖ，２７ｖ，２６ｗ，２７ｗの検出値を用いてもよいし、温度センサにより固定子３０等の温度を検出してもよい。

続いて、ハーネス１６の入力として許容する上限である通電許容値を取得する（Ｓ１５）。詳しくは、図４，５と同様のマップに、回生制御によるハーネス１６の通電継続時間とハーネス１６の温度とを適用して、ハーネス１６の通電許容値としての通電許容電力を算出する。なお、ハーネス１６がヒューズにより中継されている場合は、ヒューズの容量も考慮して通電許容電力を算出してもよい。

ここで、図６のフローチャートを参照して、ハーネス１６の温度を推定する手順を説明する。この一連の処理は、制御部４３により所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ハーネス１６を流れる電流Ｉを取得する（Ｓ１５１）。詳しくは、電流センサ５１により、ハーネス１６を流れる電流Ｉを検出させる。

続いて、検出した電流Ｉとハーネス１６の抵抗Ｒとに基づいて、ハーネス１６の発熱量Ｑ［Ｊ］を算出する（Ｓ１５２）。詳しくは、発熱量Ｑ＝抵抗Ｒ×電流Ｉ＾２×時間ｔの式により、発熱量Ｑを算出する（「電流Ｉ＾２」は電流Ｉの２乗を表す）。抵抗Ｒは、ハーネス１６を流れる電流Ｉと、ハーネス１６における電圧降下ΔＶとに基づいて算出する。すなわち、抵抗Ｒ＝電圧降下ΔＶ／電流Ｉの式により、抵抗Ｒを算出する。電圧降下ΔＶは、電圧センサ５２により検出したインバータ１４の入出力端子の電圧と、電圧センサ５３により検出したバッテリ１０の入出力端子の電圧との差である。

続いて、ハーネス１６の初期温度と発熱量Ｑと雰囲気温度とに基づいて、現在のハーネス１６の温度を推定する（Ｓ１５３）。ハーネス１６の初期温度として、ハーネス１６の周囲の雰囲気温度を用いる。具体的には、熱伝導方程式に基づく周知の温度推定方法等により、現在のハーネス１６の温度を推定する。なお、車両の走行や、ファン等による風の影響を考慮することで、ハーネス１６の温度を推定する精度が向上する。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。なお、Ｓ１３〜Ｓ１５の処理が許容値算出部としての処理に相当し、Ｓ１５１〜Ｓ１５３の処理が温度推定部（温度取得部）としての処理に相当する。また、温度センサによりハーネス１６の温度を検出することもできる。

図２に戻り、続いてＥＣＵ６０は、バッテリ１０、回転電機１２、及びハーネス１６の各許容値に基づいて、発電指令の上限である発電指令上限値を算出する（Ｓ１６）。バッテリ１０、回転電機１２、及びハーネス１６の各許容値は、制御部４３によりＥＣＵ６０へ送信される。この送信処理が送信部としての処理に相当する。このＳ１６の処理は、ＥＣＵ６０により図７のフローチャートに示す手順で実行される。

まず、回転電機１２の出力許容値［Ｗ］とバッテリ１０の入力許容値［Ｗ］とハーネス１６の通電許容値［Ｗ］とに基づいて、発電許容電力［Ｗ］を算出する（Ｓ１６１）。詳しくは、回転電機１２の出力許容値［Ｗ］、バッテリ１０の入力許容値［Ｗ］、及びハーネス１６の通電許容値［Ｗ］のうち最小値を、発電許容電力［Ｗ］（出力上限値に相当）とする。すなわち、出力上限値は、指令を受ける側として受け入れられる上限である出力許容値（入力許容値）に基づいて設定されるものであり、本実施形態では、温度を取得する対象毎の許容値（出力許容値に相当）のうち最低の許容値を、出力上限値に設定する。

続いて、算出した発電許容電力［Ｗ］に基づいて、発電指令上限値としての発電トルク上限値を算出する（Ｓ１６２）。詳しくは、発電トルク上限値［Ｎｍ］＝発電許容電力［Ｗ］／回転速度［ｒａｄ／ｓ］×発電効率［％］の式により、発電トルク上限値［Ｎｍ］を算出する。回転速度［ｒａｄ／ｓ］は、回転電機１２の回転速度である。発電効率［％］は、回生発電を行う際に回転電機１２が運動エネルギを電気エネルギに変換する効率である。なお、上記式に限らず、発電許容電力［Ｗ］を発電トルク上限値［Ｎｍ］に変換するマップ等を用いてもよい。その後、この一連の処理を一旦終了する(ＥＮＤ)。なお、Ｓ１６の処理が上限値設定部としての処理に相当する。

図２に戻り、続いてＥＣＵ６０は、発電指令値を発電指令上限値で制限する（Ｓ１７）。具体的には、発電指令値及び発電指令上限値のうち最小値を、新たな発電指令値として設定する。続いてＥＣＵ６０は、設定された発電指令値に基づいて、回転電機１２により回生発電を実施させる（Ｓ１８）。具体的には、回転電機１２が発電指令値で発電するように、制御部４３により界磁巻線５０への通電状態を制御するＤｕｔｙ値を変化させる。なお、発電指令値としては、発電トルクに限らず、発電電圧、発電電流、界磁電流、界磁デューティ等を用いることもできる。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・回転電機１２、バッテリ１０、及びハーネス１６の温度が取得される。そして、取得された温度に基づいて、温度を取得する対象毎に回転電機１２の出力許容値が算出される。このため、回転電機１２、バッテリ１０、及びハーネス１６の温度を考慮して、回転電機１２の出力許容値を算出することができる。

・制御部４３によって、算出された対象毎の出力許容値が、ＥＣＵ６０へ送信される。このため、ＥＣＵ６０は、回転電機１２、バッテリ１０、及びハーネス１６の出力許容値を用いて、回転電機１２の出力上限値（発電許容電力）を設定することができる。したがって、回転電機１２や、バッテリ１０、ハーネス１６の温度が過度に上昇することを抑制しつつ、回転電機１２の出力を向上させるように出力上限値を設定することができる。

・回転電機１２、バッテリ１０、及びハーネス１６の出力許容値を考慮して、車載システム１００全体として回転電機１２の出力上限値を最適に設定することができる。その結果、回転電機１２や、バッテリ１０、ハーネス１６の能力を過剰に上げることを抑制しつつ、回転電機１２の実質的な出力を向上させることができる。

・回転電機１２とバッテリ１０とにおける電力の入出力の継続時間にさらに基づいて、回転電機１２の出力許容値が算出される。このため、回転電機１２の出力許容値をより適切に算出することができる。

・ハーネス１６に流れる電流が電流センサ５１により取得され、取得された電流とハーネス１６の抵抗とに基づいてハーネス１６の温度が推定される。このため、ハーネス１６の温度を検出する温度センサを省略することができる。

・取得されたハーネス１６に流れる電流と、取得されたハーネス１６における電圧降下とに基づいて、ハーネス１６の抵抗が算出される。このため、ハーネス１６の抵抗を正確に算出することができ、ハーネス１６の温度を正確に推定することができる。ひいては、回転電機１２の出力許容値を適切に算出することができ、この出力許容値を用いて回転電機１２の出力上限値を適切に設定することができる。

・バッテリ１０の現在温度、バッテリ１０の周囲の雰囲気温度、バッテリ１０への充電電流等をマップや計算式に適用して、バッテリ１０の温度の将来値が予測される。そして、温度の将来値に基づいて出力許容値が補正されるため、温度の将来値を考慮して出力許容値をより適切に算出することができる。

・予測した将来値と、温度センサ５４により取得された温度とに基づいて、将来値を予測するパラメータが補正される。このため、予測した将来値と実際の温度とがずれている場合は、将来値を予測するパラメータを補正して、将来値の予測精度を向上させることができる。

・温度を取得する対象（例えばバッテリ１０）の劣化状態が取得される。そして、温度を取得する対象の劣化状態を考慮して、出力許容値を適切に補正することができる。

・バッテリ１０の温度が所定温度よりも低い場合に、出力許容値が所定許容値よりも大きく算出される。このため、回転電機１２とバッテリ１０とで入出力される電力を増加させることができ、バッテリ１０の温度上昇を促進することができる。したがって、バッテリ１０の性能を早期に確保することができる。

・対象毎の出力許容値のうち最低の出力許容値が、出力上限値に設定される。このため、対象の全てにおいて、温度が過度に上昇することを抑制することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・制御部４３は、予測したバッテリ１０の温度の将来値が目標温度よりも低くなるように、バッテリ１０の入力許容値を算出してもよい。こうした構成によれば、バッテリ１０の温度を目標温度よりも低く抑えたい場合に、それを実現するように入力許容値を算出することができる。また、バッテリ１０に限らず、予測した対象の温度の将来値が目標温度よりも低くなるように、対象の許容値を算出してもよい。

・回転電機１２とバッテリ１０とで電力を入出力する効率は、回転電機１２やバッテリ１０の状態に応じて変化する。回転電機１２による回生発電が継続する場合は、出力を一時的に最高にするよりも、所定時間後における効率を最高にする方が、運動エネルギを有効に利用することができる。そこで、制御部４３は、所定時間後における回転電機１２とバッテリ１０とで電力を入出力する効率を算出し、効率が最高となるように許容値を補正してもよい。例えば、回生発電が所定時間継続する場合のバッテリ１０の温度上昇を予測して、所定時間後にバッテリ１０の電力変換効率が最高となるように許容値を補正する。こうした構成によれば、回転電機１２の実質的な出力を向上させるだけでなく、エネルギを有効に利用することができる。また、所定時間後においてバッテリ１０の出力が最高となるように許容値を補正することもできる。

・予測した将来値と、温度センサ５４により検出された温度とに基づいて、将来値を予測するパラメータを補正する処理を省略することもできる。また、Ｓ１３３の処理を省略することもできる。

・Ｓ１３４，Ｓ１３５の処理を省略することもできる。また、Ｓ１３６，Ｓ１３７の処理を省略することもできる。

・ＥＣＵ６０は、取得された温度が対象毎の温度上限値に最も近い対象の出力許容値を、出力上限値に設定してもよい。こうした構成によれば、温度が上限値に最も近い対象であっても、温度が過度に上昇することを抑制することができる。

・充電継続時間や発電継続時間としては、実際に継続した時間に限らず、継続すると予測される時間を用いることもできる（継続時間予測部）。また、充電継続時間や発電継続時間を考慮せず、各対象の温度に基づいて各対象の出力許容値を算出することもできる。

・上記実施形態では、回転電機１２、バッテリ１０、及びハーネス１６の温度を取得し、これらの温度に基づいて対象毎に回転電機１２の出力許容値を算出した。しかしながら、バッテリ１０及びハーネス１６の少なくとも１つの温度を取得し、その温度に基づいて回転電機１２の出力許容値を算出してもよい。また、回転電機１２、バッテリ１０、及びハーネス１６の少なくとも２つの温度を取得し、その温度に基づいて回転電機１２の出力許容値を算出してもよい。

・ハーネス１６の抵抗Ｒとして、予め設定された固定値を用いることもできる。

・バッテリ１０として、鉛バッテリに限らず、Ｌｉイオンバッテリ等を採用することもできる。

・図２の回生制御における発電指令上限値の算出に代えて、回転電機１２の駆動制御における駆動指令上限値の算出を行うこともできる。この場合、発電を駆動に代えるとともに、回転電機１２とバッテリ１０との入出力を逆にして、上記実施形態に準じた処理を実行すればよい。また、回転電機１２として、発電機、電動機、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）、ＭＧ（Motor Generator）等を採用することができる。

（第２実施形態）
図８のフローチャートを参照して、第２実施形態の発電指令上限値を算出する手順を、第１実施形態との相違点を中心に説明する。この一連の処理は、図７の発電指令上限値を算出する処理を変更したものであり、ＥＣＵ６０により実行される。

まず、回転電機１２の出力許容値［Ｗ］とバッテリ１０の入力許容値［Ｗ］とハーネス１６の通電許容値［Ｗ］とに基づいて、発電許容電力［Ｗ］を算出する（Ｓ１６１Ａ）。ここで、各許容値に係数α，β，γをそれぞれ掛けることにより、各許容値の重み付けを行う。

詳しくは、制御部４３は、回転電機１２、バッテリ１０、及びハーネス１６の温度の将来値をそれぞれ予測する。この処理が温度予測部としての処理に相当する。そして、ＥＣＵ６０は、対象毎の出力許容値と対象毎の温度の将来値とに基づいて、回転電機１２とバッテリ１０とで所定時間継続して電力を入出力する積算値を算出し、積算値が最大となるように係数α，β，γを設定する。例えば、温度上昇による許容値の減少が大きい対象の係数を、温度上昇による許容値の減少が小さい対象の係数よりも小さく設定する。このように重み付けを行った許容値のうち最小値を、発電許容電力［Ｗ］（出力上限値に相当）とする。

続いて、算出した発電許容電力［Ｗ］に基づいて、発電指令上限値としての発電トルク上限値を算出する（Ｓ１６２Ａ）。Ｓ１６２Ａの処理はＳ１６２の処理と同一である。その後、この一連の処理を一旦終了する(ＥＮＤ)。なお、Ｓ１６１Ａの処理が上限値設定部としての処理に相当する。

本実施形態によれば、対象毎の温度の将来値が対象毎に予測される。そして、対象毎の出力許容値と対象毎の温度の将来値とに基づいて、回転電機１２とバッテリ１０とで所定時間継続して電力を入出力する積算値が算出され、この積算値が最大となるように出力許容値が設定される。このため、回転電機１２とバッテリ１０とで所定時間継続して電力を入出力する場合に、エネルギを最大限利用することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の発電指令上限値を算出する手順を、第２実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、ＥＣＵ６０は、対象毎の出力許容値と対象毎の温度の将来値とに基づいて、所定時間後における回転電機１２とバッテリ１０とで電力を入出力する効率が最高となるように係数α，β，γを設定する。例えば、温度上昇による効率の低下が大きい対象の係数を、温度上昇による効率の低下が小さい対象の係数よりも小さく設定する。ハーネス１６では、温度上昇による許容値の減少が効率の低下に相当する。このように重み付けを行った許容値のうち最小値を、発電許容電力［Ｗ］（出力上限値に相当）とする。

本実施形態によれば、対象毎の温度の将来値が対象毎に予測される。そして、対象毎の出力許容値と対象毎の温度の将来値とに基づいて、所定時間後における回転電機１２とバッテリ１０とで電力を入出力する効率が算出され、この効率が最高となるように出力許容値が設定される。このため、回転電機１２の実質的な出力を向上させるだけでなく、エネルギを有効に利用することができる。

（第４実施形態）
図９のフローチャートを参照して、第４実施形態の発電指令上限値を算出する手順を、第１実施形態との相違点を中心に説明する。この一連の処理は、図２のＳ１３〜Ｓ１５の処理、及び図７の発電指令上限値を算出する処理を変更したものである。第１実施形態と同一の処理については同一のステップ番号を付すことにより説明を省略する。

まず、制御部４３は、回転電機１２の現在の温度を取得する（Ｓ１４１）。回転電機１２の許容温度（目標温度に相当）から現在の温度を引いて、温度上昇制限値を算出する（Ｓ１４２）。温度上昇制限値、通電時間、及びこれらと出力許容電力との関係に基づいて、回転電機１２の出力許容電力［Ｗ］を算出する（Ｓ１４３）。詳しくは、図１０に示すマップに、温度上昇制限値と通電時間とを適用して、温度上昇が温度上昇制限値を超えないように、回転電機１２の出力許容値としての出力許容電力を算出する。通電時間は、車速やドライバの操作に基づく推定値等を用いる。図１０のマップにおいて、出力許容電力が大きいほど温度上昇が大きくなっており、通電時間が長いほど温度上昇が大きくなっている。

続いて、バッテリ１０及びハーネス１６についても、同様に許容値［Ｗ］を算出する（Ｓ１６０）。Ｓ１６１及びＳ１６２の処理は、図７と同一である。なお、Ｓ１４１〜Ｓ１６０の処理が許容値算出部としての処理に相当する。

本実施形態によれば、対象毎の出力許容値と対象毎の温度の将来値とに基づいて、回転電機１２とバッテリ１０とで所定時間継続して電力を入出力する場合に、対象毎の将来値が対象毎の許容温度よりも低くなるように出力上限値が設定される。このため、対象毎の温度を対象毎の許容温度よりも低く抑えたい場合に、それを実現するように出力許容値を算出することができる。

（第５実施形態）
第５実施形態の発電指令上限値を算出する手順を、図１１のフローチャートを参照して、第２実施形態との相違点を中心に説明する。相違点は図８の発電指令上限値を算出する処理におけるS161Aで参照される係数α，β，γの算出方法であり、この一連の処理は、ＥＣＵ６０により実行される。

まず、車両の走行情報を取得する（Ｓ１６１Ｂ）。走行情報としては、車速と走行路の勾配を取得する。勾配センサによる検出値や、カーナビからの情報等に基づいて、勾配を取得することができる。

続いて、車速と勾配とに基づいて、回生継続時間を算出する（Ｓ１６２Ｂ）。詳しくは、図１２に示すマップに、車速と勾配とを適用して、回生継続時間を算出する。図１２のマップにおいて、車速が高いほど回生継続時間が長くなっており、勾配が急なほど回生継続時間が長くなっている。

続いて、回生継続時間が所定値（閾値に相当）よりも長いか否か判定する（Ｓ１６３Ｂ）。回生継続時間が所定値よりも長いと判定した場合（Ｓ１６３Ｂ：ＹＥＳ）、回転電機１２の出力効率を優先して発電指令上限値を算出する（Ｓ１６４Ｂ）。具体的には、第３実施形態と同様に、所定時間後における回転電機１２とバッテリ１０とで電力を入出力する効率が最高となるように係数α，β，γを設定する。

一方、回生継続時間が所定値よりも長くないと判定した場合（Ｓ１６３Ｂ：ＮＯ）、回転電機１２の出力の大きさを優先して発電指令上限値を算出する（Ｓ１６５Ｂ）。具体的には、第２実施形態と同様に、回転電機１２とバッテリ１０とで所定時間継続して電力を入出力する積算値が最大となるように係数α，β，γを設定する。そして、算出した発電許容電力［Ｗ］に基づいて、発電指令上限値としての発電トルク上限値を算出する。なお、Ｓ１６１Ｂ〜Ｓ１６５Ｂの処理が上限値設定部としての処理に相当する。

回転電機１２とバッテリ１０とで電力の入出力を継続する継続時間が短い場合は、各部の温度上昇が小さいため、回転電機１２の出力を大きくすることが有効である。一方、回転電機１２とバッテリ１０とで電力の入出力を継続する継続時間が長い場合は、回転電機１２の出力効率が高い状態で回転電機１２の出力を長く継続することが有効である。

本実施形態によれば、予測された継続時間が閾値よりも短い場合に回転電機１２の出力の大きさを優先して出力上限値が設定され、予測された継続時間が閾値よりも長い場合に回転電機１２の出力効率を優先して出力上限値が設定される。このため、回転電機１２とバッテリ１０とで電力の入出力を継続する継続時間の長さに応じて、回転電機１２の出力上限値を適切に設定することができる。

上記の各実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・図１３に示すように、車載システム１００が回転電機１２を冷却するファン１７を備えており、制御部４３（ＥＣＵ）がファン１７の駆動を制御してもよい（冷却制御部による冷却制御）。ＥＣＵ６０（冷却入力部に相当）は、制御部４３から冷却制御の状態を入力する。そして、ＥＣＵ６０は、入力した冷却制御の状態にさらに基づいて、出力上限値を設定してもよい。こうした構成によれば、冷却制御の状態を考慮して、出力上限値を適切に設定することができ、ひいては回転電機１２の実質的な出力をさらに向上させることができる。なお、冷却制御は、回転電機１２に限らず、バッテリ１０やハーネス１６を対象に実行してもよい。冷却制御の状態として、冷却水温等を考慮してもよい。

・また、ＥＣＵ６０は、対象毎の出力許容値を超える出力上限値を設定する場合に、上記冷却制御の出力を上昇させる指令を制御部４３へ送信してもよい。こうした構成によれば、各部の温度が過剰に上昇するおそれがある場合は、冷却制御の出力を上昇させて温度上昇を抑制することができる。

・図１３に示すように、車載システム１００がブレーキシステム１８を備えており、ＥＣＵ６０（制動入力部に相当）がブレーキシステム１８から制動要求を入力してもよい。制動要求は、回転電機１２により制動トルクを発生させる要求である。そして、ＥＣＵ６０は、制動要求を入力した場合に、制動用出力上限値を出力上限値に強制的に設定してもよい。こうした構成によれば、車両の安全のために回転電機１２により制動トルクを発生させる必要がある場合は、それを最優先して回転電機１２の出力上限値を設定することができる。

・あるいは、ＥＣＵ６０は、出力上限値として短期用出力上限値と長期用出力上限値とを算出し、制動要求を入力した場合に、短期用出力上限値を前記出力上限値に強制的に設定してもよい。回転電機１２の出力が短期間の場合は各部の温度上昇が小さくなるため、短期用出力上限値は長期用出力上限値よりも大きく設定することができる。また、ブレーキシステム１８から制動要求を入力する期間は、車両を減速させるまでの比較的短期間になる。そこで、制動要求を入力した場合に、短期用出力上限値が回転電機１２の出力上限値に強制的に設定される。このため、車両の安全のために回転電機１２により制動トルクを発生させる必要がある場合は、それを最優先して回転電機１２の出力上限値を設定することができる。

・上記各実施形態では、許容値算出部及び送信部は、回転電機１２を制御する制御部４３に設けられていたが、バッテリ１０を制御する電池ＥＣＵ４６（電池制御部に相当）に設けられていてもよい。こうした構成によれば、電池ＥＣＵ４６により、上述した許容値算出部及び送信部の各機能を実現することができる。また、許容値算出部、送信部、及び上限値設定部が、制御部４３又は電池ＥＣＵに設けられていてもよい。その場合は、制御部４３又は電池ＥＣＵは、ＥＣＵ６０から必要な情報を受信すればよく、通信が必要ない処理については制御の応答性を向上させることができる。なお、図１４に示すように、例えばＥＣＵ６０と電池ＥＣＵ４６とで必要な情報を送受信する際に、制御部４３が中継を行ってもよい。同様に、電池ＥＣＵ４６が中継を行ってもよい。

また、回転電機１２やバッテリ１０の状態に応じて変化する電力を入出力する効率は、所定時間後における効率を最高にするものには限られず、回転電機１２による回生発電が継続する場合、現時点の出力よりも、所定時間後における効率を高くするだけでも、運動エネルギをより有効に利用することができる。そこで、制御部４３は、所定時間後における回転電機１２とバッテリ１０とで電力を入出力する効率を算出し、効率が現時点より高くなるように許容値を補正してもよい。こうした構成によれば、回転電機１２の実質的な出力を向上させるだけでなく、エネルギを有効に利用することができる。また、所定時間後においてバッテリ１０の出力が現時点より高くなるように許容値を補正することもできる。

同様に、バッテリ１０の入出力効率についても所定時間後において現在よりも高くなるように出力上限値を設定してもいい。

１０…バッテリ、１２…回転電機、１６…ハーネス、２６ｕ…Ｕ相上アーム感温ダイオード、２６ｖ…感温ダイオード、２６ｗ…感温ダイオード、２７ｕ…Ｕ相下アーム感温ダイオード、２７ｖ…感温ダイオード、２７ｗ…感温ダイオード、４３…制御部、４６…電池ＥＣＵ、５１…電流センサ、５２…電圧センサ、５３…電圧センサ、５４…温度センサ、６０…ＥＣＵ、１００…車載システム。

Claims (11)

1. 回転電機（１２）と、前記回転電機に配線（１６）により接続された電池（１０）と、前記回転電機の出力指令の上限である出力上限値を設定する上限値設定部（４３、４６、６０）と、を備えるシステム（１００）に適用され、前記回転電機を制御する制御装置であって、
   前記電池及び前記配線の少なくとも１つの温度を取得する温度取得部（４３、４６、５１〜５３、５４）と、
   前記温度取得部により取得された前記温度に基づいて、前記回転電機の出力指令を許容する上限である出力許容値を算出する許容値算出部（４３、４６）と、
   前記許容値算出部により算出された前記出力許容値を、前記上限値設定部へ送信する送信部（４３、４６）と、
   を備え、
   前記温度取得部（５４）は、前記電池の温度を取得し、
   前記許容値算出部は、前記温度取得部により取得された前記電池の温度が所定温度よりも低い場合に、前記出力許容値を所定許容値よりも大きく算出することを特徴とする回転電機の制御装置。
2. 前記許容値算出部は、前記回転電機と前記電池とにおける電力の入出力の継続時間にさらに基づいて、前記回転電機の出力許容値を算出する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記温度取得部（４３、４６、５１〜５３）は、
   前記配線に流れる電流を取得する電流取得部（５１）と、
   前記電流取得部により取得された前記電流と前記配線の抵抗とに基づいて、前記配線の温度を推定する温度推定部（４３、４６、５２，５３）と、
   を備える請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記温度推定部（４３、４６）は、
   前記配線における電圧降下を取得する電圧降下取得部（５２，５３）を備え、
   前記電流取得部により取得された前記電流と、前記電圧降下取得部により取得された前記電圧降下とに基づいて、前記配線の抵抗を算出する請求項３に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記許容値算出部は、前記温度取得部により取得された前記温度の将来値を予測し、前記将来値に基づいて前記出力許容値を補正する請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
6. 前記許容値算出部は、予測した前記将来値と、前記温度取得部により取得された前記温度とに基づいて、前記将来値を予測するパラメータを補正する請求項５に記載の回転電機の制御装置。
7. 前記許容値算出部は、予測した前記将来値が目標温度よりも低くなるように、前記出力許容値を算出する請求項５又は６に記載の回転電機の制御装置。
8. 前記許容値算出部は、
   前記温度を取得する対象の劣化状態を取得する劣化状態取得部（４３、４６）を備え、
   前記劣化状態取得部により取得された前記劣化状態に基づいて、前記出力許容値を補正する請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
9. 前記所定許容値は、前記電池の温度を早期に上昇させるために設定された値である請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
10. 前記許容値算出部は、所定時間後における前記回転電機と前記電池とで電力を入出力する効率を算出し、前記効率が最高となるように前記出力許容値を補正する請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
11. 回転電機（１２）と、前記回転電機に配線（１６）により接続された電池（１０）と、前記回転電機の出力指令の上限である出力上限値を設定する上限値設定部（４３、４６、６０）と、を備えるシステム（１００）に適用され、前記回転電機を制御する制御装置であって、
    前記電池及び前記配線の少なくとも１つの温度を取得する温度取得部（４３、４６、５１〜５３、５４）と、
    前記温度取得部により取得された前記温度に基づいて、前記回転電機の出力指令を許容する上限である出力許容値を算出する許容値算出部（４３、４６）と、
    前記許容値算出部により算出された前記出力許容値を、前記上限値設定部へ送信する送信部（４３、４６）と、
    を備え、
    前記許容値算出部は、所定時間後における前記回転電機と前記電池とで電力を入出力する効率を算出し、前記効率が最高となるように前記出力許容値を補正することを特徴とする回転電機の制御装置。