WO2018066625A1 - 回転電機制御装置 - Google Patents

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WO2018066625A1
WO2018066625A1 PCT/JP2017/036209 JP2017036209W WO2018066625A1 WO 2018066625 A1 WO2018066625 A1 WO 2018066625A1 JP 2017036209 W JP2017036209 W JP 2017036209W WO 2018066625 A1 WO2018066625 A1 WO 2018066625A1
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relay
control unit
unit
electrical machine
rotating electrical
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PCT/JP2017/036209
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広文 山下
征輝 西山
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine control device.
  • Patent Document 1 when it is determined that the main relay needs to be switched from on to off, power generation of the drive / regeneration motor is gradually stopped.
  • An object of the present disclosure is to provide a rotating electrical machine control device capable of suppressing a rapid increase in voltage caused by turning off a relay unit.
  • the rotating electrical machine control device of the present disclosure includes a rotating electrical machine control unit and a relay control unit.
  • the rotating electrical machine control unit controls driving of the rotating electrical machine that is a drive source of the vehicle.
  • the relay control unit controls a relay unit that switches permission or prohibition of power supply from a power source that can supply power to the rotating electrical machine.
  • the rotating electrical machine control unit performs a regeneration amount reduction process for reducing the regeneration amount of the rotating electrical machine in a relay-off preparation stage where there is a possibility that the relay unit may be shut off before the abnormality is determined to be interrupted. If the relay unit is turned off during regeneration of the rotating electrical machine, there is a possibility that a load dump that becomes an overvoltage is generated due to the regenerative power of the rotating electrical machine.
  • the regenerative amount of the rotating electrical machine is reduced in advance in preparation for the relay unit being turned off at the relay-off preparation stage before the relay unit is turned off. Thereby, it is possible to suppress a rapid increase in voltage due to the relay unit being turned off.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a vehicle according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a control device according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating regeneration amount reduction control according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating notification processing according to an embodiment.
  • FIGS. 1 and 2 One embodiment is shown in FIGS.
  • a control device 50 as a rotating electrical machine control device is applied to a vehicle 90.
  • the vehicle 90 of the present embodiment is an EV vehicle that travels with the driving force of the main motor 3 as a rotating electric machine.
  • the main motor 3 of the present embodiment is a permanent magnet type synchronous three-phase AC rotating electric machine, and is a so-called “motor generator” having both a function as an electric motor and a function as a generator.
  • the main motor 3 is appropriately referred to as “MG”.
  • the main motor 3 is provided with a rotation angle sensor 4 that detects the rotation angle.
  • the driving force of the main motor 3 is transmitted to the drive shaft 91.
  • the driving force transmitted to the drive shaft 91 rotates the front wheel 95 which is a drive wheel via the differential gear 92 and the axle 93.
  • a transmission may be provided between the main motor 3 and the differential gear 92.
  • the transmission may be a continuously variable transmission or a multi-stage transmission.
  • Brake 97 is provided on front wheel 95 and rear wheel 96.
  • the brake 97 is a friction braking device such as a disc brake.
  • the vehicle 90 is braked by the regenerative brake of the main motor 3 and the frictional force of the brake 97.
  • FIG. 1 in order to avoid complication, the control lines for one brake 97 are shown, and the control lines for the other are omitted.
  • the power supply system 1 includes a main battery 10 as a power supply, a relay unit 15, an inverter 20, a DCDC converter 41, an auxiliary battery 42, a load 45, a control device 50, and the like.
  • the main battery 10 is a direct current power source constituted by a rechargeable secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion.
  • Main battery 10 is controlled such that the SOC (State Of Charge) is within a predetermined range.
  • the electric power of the main machine battery 10 is mainly supplied to the main machine motor 3 via the inverter 20 and used for driving the main machine motor 3.
  • the main battery 10 is charged with electric power generated by the regeneration of the main motor 3.
  • the main battery 10 has a higher voltage than the auxiliary battery 42.
  • a configuration from the main battery 10 to the main motor 3 is referred to as a “high voltage system”
  • the auxiliary battery 42 and the load 45 are referred to as a “low voltage system”.
  • Relay unit 15 is provided between main unit battery 10 and inverter 20.
  • the relay unit 15 includes a high potential side relay 16 provided on the high potential side wiring 11 and a low potential side relay 17 provided on the low potential side wiring 12.
  • the high potential side relay 16 and the low potential side relay 17 may be mechanical relays or semiconductor relays.
  • Relay unit 15 switches between conduction and cutoff between main unit battery 10 and each component of the high voltage system. When the relay unit 15 is turned on, the main battery 10 and the high-voltage components are electrically connected, and when the relay unit 15 is turned off, the main battery 10 and the high-voltage components are shut off.
  • the inverter 20 includes a drive circuit 21, a capacitor 25, and an MG control unit 52.
  • control unit is described as “ECU”.
  • Drive circuit 21 includes a three-phase inverter having six switching elements 211-216.
  • the switching elements 211 to 216 are all IGBTs and are provided so as to be able to dissipate heat on both sides.
  • the drive circuit 21 is cooled by an inverter cooler (not shown) through which cooling water circulates.
  • the switching elements 211 to 213 connected to the high potential side are connected to the collectors of the low potential side switching elements 214 to 216 whose collectors are connected to the high potential side wiring 11 and whose emitters are respectively paired.
  • the emitters of the switching elements 214 to 216 connected to the low potential side are connected to the low potential side wiring 12.
  • a connection point between the paired high potential side switching elements 211 to 213 and the low potential side switching elements 214 to 216 is connected to one end of each phase winding of the main motor 3.
  • the high-potential side switching elements 211 to 213 and the low-potential side switching elements 214 to 216 are alternately and complementarily turned on and off based on the drive signal from the MG control unit 52.
  • the inverter 20 converts the DC power into three-phase AC power by controlling the on / off operation of the switching elements 211 to 216, and outputs it to the main motor 3.
  • a boost converter (not shown) is provided between the drive circuit 21 and the relay unit 15, and a voltage boosted by the boost converter is applied to the drive circuit 21.
  • the capacitor 25 is connected to the drive circuit 21 in parallel.
  • the DCDC converter 41 is connected to the high potential side wiring 11 and the low potential side wiring 12 between the relay unit 15 and the inverter 20. By providing the DCDC converter 41, power can be exchanged between the high voltage system and the low voltage system by voltage transformation.
  • the DCDC converter 41 may be a step-down type that steps down a high-voltage voltage, or may be a step-up / step-down type.
  • the auxiliary battery 42 is a secondary battery such as a lead storage battery and supplies power to the load 45.
  • the load 45 includes a battery blower that cools the main battery 10, an electric power steering device, an air conditioner, and the like.
  • the control device 50 includes a vehicle control unit 51, an MG control unit 52 as a rotating electrical machine control unit, a battery control unit 53, a brake control unit 55, and the like.
  • the vehicle control unit 51, the MG control unit 52, the battery control unit 53, and the brake control unit 55 are all composed mainly of a microcomputer or the like.
  • Each process in the vehicle control unit 51, the MG control unit 52, the battery control unit 53, and the brake control unit 55 is a software process in which a CPU stores a program stored in advance in a substantial memory device such as a ROM. There may be hardware processing by a dedicated electronic circuit.
  • the vehicle control unit 51, the MG control unit 52, the battery control unit 53, and the brake control unit 55 are connected via a vehicle communication network 60 such as a CAN (Controller Area Network), and can exchange information.
  • a vehicle communication network 60 such as a CAN (Controller Area Network)
  • the vehicle control unit 51 acquires signals from an accelerator sensor, a shift switch, a brake switch, a vehicle speed sensor, and the like (not shown), and controls the entire vehicle 90 based on the acquired signals.
  • the vehicle control unit 51 calculates a torque command value trq * related to driving of the main motor 3 based on the accelerator opening and the vehicle speed SP. Torque command value trq * is output to MG control unit 52. Further, the vehicle control unit 51 controls driving of the DCDC converter 41 and the load 45.
  • the MG control unit 52 controls the driving of the main motor 3 by controlling the on / off operation of the switching elements 211 to 216 based on the torque command value trq * and the detection value of the rotation angle sensor 4 and the like.
  • driving of the main motor 3 is controlled by current feedback control. Instead of the current feedback control, torque feedback control or the like may be used.
  • the battery control unit 53 acquires information such as voltage, current, temperature, and SOC of the main battery 10 as main battery information.
  • the battery control unit 53 monitors the state of the main battery 10 so that the SOC of the main battery 10 is within a predetermined range.
  • Battery control unit 53 determines abnormality of main unit battery 10 based on main unit battery information. When the abnormality of the main unit battery 10 is confirmed, the battery control unit 53 turns off the relay unit 15 and disconnects the main unit battery 10 from the drive circuit 21 and the main unit motor 3.
  • the abnormality of the main battery 10 includes a voltage abnormality in which the voltage deviates from the normal range, an overcurrent abnormality in which the current exceeds the upper limit value, and an SOC abnormality in which the SOC deviates from the normal range.
  • a high voltage abnormality will be described as an example of the abnormality of the main battery 10.
  • the relay unit 15 when the state where the voltage of the main battery 10 exceeds the high voltage abnormality confirmed value Vm_th1 is continued for a predetermined period, the relay unit 15 is turned off as the abnormality confirmed.
  • the battery control unit 53 governs the on / off control of the relay unit 15 and corresponds to the “relay control unit”.
  • the brake control unit 55 controls the brake 97.
  • the relay unit 15 is cut off in order to prevent thermal runaway of the main battery 10. If the relay unit 15 is interrupted during regeneration of the main motor 3, current flows through the capacitor 25. Depending on the capacity of the capacitor 25, the high voltage system may become overvoltage. When an overvoltage is applied, stress is applied to components such as the switching elements 211 to 216, the capacitor 25, and the DCDC converter 41. Also, depending on the applied voltage, there is a risk of component failure or the like. Further, for example, as in Patent Document 1, when it is determined that the relay needs to be switched from on to off, and the power generation amount is gradually reduced, the power generation amount cannot be reduced in time, and the high voltage system may become overvoltage due to relay off. There is.
  • the amount of regeneration of the main motor 3 is started from the stage before the relay unit 15 is turned off. Is prepared for the relay unit 15 to be turned off. Note that “before the abnormality is confirmed and the relay unit 15 may be turned off” means that the relay unit 15 is turned off when the situation deteriorates or continues, and the relay unit 15 is actually turned off. It is undecided whether it will be done.
  • step S101 is omitted, and is simply referred to as “S”. The same applies to the other steps.
  • the MG control unit 52 determines whether or not the vehicle speed SP is greater than the vehicle speed determination value SPth.
  • the vehicle speed SP is acquired from the vehicle control unit 51.
  • the vehicle speed determination value SPth is set to a value (for example, 5 [km / h]) at which the main motor 3 is in a regenerative state when the vehicle 90 decelerates.
  • S101: NO the process proceeds to S107.
  • S101: YES the process proceeds to S102.
  • the MG control unit 52 determines whether or not the main motor 3 is being regenerated. In this embodiment, the determination is made based on the torque command value trq * . If torque command value trq * is positive during power running and negative during regeneration, it is determined that main motor 3 is in regeneration when torque command value trq * is negative. Instead of the torque command value trq * , the determination may be made based on the actual torque. Further, based on the state of the accelerator pedal acquired from the vehicle control unit 51, when the accelerator opening is decreased or when the accelerator pedal is kept off, it is determined that the main motor 3 is being regenerated. May be. When it is determined that the main motor 3 is not being regenerated (S102: NO), the process proceeds to S107. When it is determined that the main motor 3 is being regenerated (S102: YES), the process proceeds to S103.
  • the MG control unit 52 determines whether or not it is a relay-off preparation stage in which the relay unit 15 may be turned off.
  • the relay-off preparation stage when the voltage of the main battery 10 is higher than the relay-off preparation value Vm_th2, which is a value smaller than the high-voltage abnormality determined value Vm_th1, it is determined that the relay-off preparation stage is in progress.
  • the determination as to whether or not it is in the relay-off preparation stage may be obtained by acquiring the voltage of the main battery 10 from the battery control unit 53 and making the determination in the MG control unit 52, or the relay-off preparation stage flag transmitted from the battery control unit 53 It may be determined based on the information.
  • the process proceeds to S107.
  • the process proceeds to S104.
  • the MG control unit 52 performs regeneration amount reduction control. Specifically, the MG control unit 52 changes the torque command value trq * so that the absolute value becomes smaller in order to approach 0. The torque command value trq * may be set to 0 and the regeneration amount may be set to 0.
  • MG control unit 52 changes the number of stages of low-pass filter performs filtering with respect to the torque command value trq *. In this embodiment, the number of filter stages is reduced. The number of filter stages may be set to 0 so that the filtering process is not performed.
  • the MG control unit 52 changes the feedback gain in the current feedback control. In this embodiment, the feedback gain is increased.
  • the MG control unit 52 controls the main motor 3 based on the torque command value trq * .
  • the torque command value trq * is set so as to suppress the regeneration amount of the main motor 3 at the stage before the abnormality that should turn off the relay unit 15 is determined, that is, at the stage where the possibility that it is not normal is estimated. change.
  • the stage before the abnormality is confirmed includes, for example, a stage before the normalization immediately after driving, which is neither normal nor abnormal. Thereby, the regeneration amount of the main motor 3 can be reliably reduced by the time the relay unit 15 is turned off.
  • the regeneration amount of the main motor 3 may be returned, and the effect of temporarily reducing the regeneration amount is small.
  • the brake control unit 55 can perform cooperative control so as to increase the braking force of the brake 97 according to the decrease of the regenerative brake amount. desirable.
  • the regeneration amount reduction control when the regeneration amount reduction control is performed, the number of filter stages of the low-pass filter that processes the torque command value trq * is reduced. Thereby, since torque command value trq * is changed rapidly, regeneration amount can be reduced more quickly. Further, when performing the regeneration amount reduction control, the feedback gain in the feedback control is increased. Thereby, since the responsiveness of control becomes high, the regeneration amount can be reduced more quickly.
  • the relay-off preparation stage when the possibility of being abnormal is estimated, the relay-off preparation stage is set and the regeneration amount of the main motor 3 is suppressed in advance.
  • the probability that the regeneration amount of the main motor 3 is suppressed is high.
  • the relay unit 15 must be cut off due to an unpredictable abnormality. Therefore, in the present embodiment, before the relay unit 15 is shut off, notification processing for notifying other control units of information indicating that the relay unit 15 is shut off is performed.
  • This process is a process executed by the battery control unit 53 at predetermined intervals.
  • the battery control unit 53 determines whether or not the relay unit 15 is confirmed to be turned off. When it is determined that turning off the relay unit 15 has not been determined (S201: NO), the processing after S202 is not performed. When it is determined that turning off the relay unit 15 is determined (S201: YES), the process proceeds to S202.
  • the battery control unit 53 notifies the vehicle communication network 60 of relay-off notice information indicating that the relay unit 15 is turned off after the standby time Xwait has elapsed.
  • the vehicle control part 51, the MG control part 52, and the brake control part 55 which are other control parts can receive the information to the effect that the relay part 15 is turned off.
  • the MG control unit 52 performs the processing of S104 to S107 in FIG. 3 to quickly reduce the regeneration amount of the main motor 3 during the standby time Xwait. .
  • the battery control unit 53 determines whether or not the standby time Xwait has elapsed. When it is determined that the standby time Xwait has not elapsed (S203: NO), this determination process is repeated. When it is determined that the standby time Xwait has elapsed (S203: YES), the process proceeds to S204. In S204, the battery control unit 53 turns off the relay unit 15.
  • the control device 50 includes the MG control unit 52 and the battery control unit 53.
  • An MG control unit 52 and a battery control unit 53 are provided.
  • the MG control unit 52 controls driving of the main motor 3 that is a power source of the vehicle 90.
  • the battery control unit 53 controls the relay unit 15 that switches permission or prohibition of power supply from the main battery 10 that can supply power to the main motor 3.
  • the MG control unit 52 reduces the amount of regeneration of the main motor 3 in a relay-off preparatory stage where there is a possibility that the relay unit 15 may be shut off before the abnormality requiring the relay unit 15 to be shut off.
  • the relay unit 15 is turned off during regeneration of the main motor 3, there is a possibility that a load dump in which the high voltage system becomes overvoltage due to the regenerative electric power of the main motor 3 may occur.
  • the regenerative amount of the main motor 3 is reduced in advance in preparation for the relay unit 15 being turned off at the relay-off preparation stage before the relay unit 15 is turned off. Thereby, it is possible to suppress a rapid increase in voltage due to the relay unit 15 being turned off.
  • the MG control unit 52 When performing the regeneration amount reduction control, the MG control unit 52 reduces the number of stages of the filter that processes the torque command value that is the command value related to the regeneration amount, compared to the normal control. Thereby, the regeneration amount of the main motor 3 can be reduced quickly.
  • the MG control unit 52 increases the gain in feedback control from the normal time. Thereby, since the control responsiveness increases, the regeneration amount of the main motor 3 can be quickly reduced.
  • the battery control unit 53 notifies the other control units 51, 52, and 55 of information indicating that the relay unit 15 is to be shut off before the relay unit 15 is shut down when an abnormality that requires the relay unit 15 to be cut off is confirmed. To do. As a result, the control units 51, 52, and 55 can perform control in preparation for turning off the relay unit 15.
  • the MG control unit 52, the battery control unit 53, and the brake control unit 55 correspond to “a control unit other than the relay control unit mounted on the vehicle”.
  • (A) Regeneration amount reduction control In the said embodiment, when a vehicle speed is larger than a vehicle speed determination value, a torque command value is changed and regeneration amount reduction control is performed. In another embodiment, S101 in FIG. 3 may be omitted, and regeneration amount reduction control may be performed regardless of the vehicle speed.
  • the relay-off preparation stage in which the relay unit may be turned off.
  • the voltage of the main battery is lower than the low-voltage side relay-off preparation value set to a value higher than the low-voltage abnormality determination threshold, it may be determined that the relay-off preparation stage is in progress.
  • the relay unit is turned off after a predetermined time has elapsed, when a voltage exceeding the high voltage abnormality fixed value is first detected, It may be determined that the relay-off preparation stage is in progress. The same applies to the low pressure abnormality.
  • the relay-off preparation stage when the current, temperature, or SOC of the main battery becomes a temporary abnormal state instead of the voltage of the main battery, it may be determined that the relay-off preparation stage is in progress. In the temporary abnormality state, since the abnormality is not confirmed, the relay unit is not turned off. In addition, as in the case of voltage, when an abnormality is confirmed when a state that exceeds the determination value related to the determination of abnormality is continued for a predetermined period, the first value that exceeds the determination value related to the determination of abnormality determination You may judge from the time of a detection that it is a relay-off preparation stage.
  • the relay off preparation stage may be determined.
  • components that can trigger the relay unit off include a DCDC converter, a main motor, and an inverter.
  • the temperature of the switching element of the motor generator or the circuit unit is out of a predetermined range, it may be determined that the relay-off preparation stage is in progress.
  • the relay-off preparation stage may be determined based on the external environmental state of the vehicle. For example, when the vehicle is traveling on a rough road, it may be determined that it is in a relay-off preparation stage. This is because, when traveling on a rough road, the holding power of the relay unit is reduced, and the relay unit may be turned off unintentionally. Further, when traveling on a rough road, the relay unit may be turned off due to an erroneous determination due to a decrease in detection performance of various sensors and an increase in detection error. The determination as to whether or not the vehicle is traveling on a rough road may be made based on a detection value of a G sensor or a yaw rate sensor mounted on the vehicle, or may be made based on navigation information.
  • the vehicle when traveling in an environment with a lot of electromagnetic noise such as in a tunnel, it may be determined that it is in a relay-off preparation stage. This is because if there is a lot of electromagnetic noise, the detection performance of various sensors will deteriorate, and the relay unit may be turned off due to erroneous determination accompanying an increase in detection error.
  • the relay-off preparation stage is in progress. This is because abnormalities are likely to occur in a state where the atmospheric pressure such as high altitude is lowered, and the relay unit may be turned off. Further, when the outside air temperature of the vehicle is out of the predetermined range, it may be determined that the relay is off. This is because the battery is vulnerable to cold and intense heat, and the relay unit may be turned off with an increase in SOC calculation error.
  • the regeneration amount is reduced by bringing the torque command value close to 0 in the regeneration amount reduction control.
  • the regeneration amount may be reduced by changing the current command value instead of the torque command value. That is, the “command value relating to the regeneration amount” may be a current command value.
  • the regeneration amount when the regeneration amount is reduced, the number of filter stages for processing the torque command value is reduced as compared with the normal control, and the feedback gain is increased.
  • at least one of S105 and S106 in FIG. 3 may be omitted. That is, the number of filter stages and the feedback gain in the regeneration amount reduction control may be the same as those in the normal control.
  • control device includes four ECUs, that is, a vehicle control unit, an MG control unit, a battery control unit, and a brake control unit.
  • the number of ECUs constituting the control device may be three or less, or five or more.
  • each process related to the regeneration amount reduction control may be performed by any ECU.
  • the main motor is a permanent magnet type three-phase AC rotating electric machine. In other embodiments, any main motor may be used.
  • the main battery is a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion
  • the auxiliary battery is a secondary battery such as a lead storage battery. In other embodiments, any type of secondary battery may be used as the main battery and the auxiliary battery, and an electric double layer capacitor or the like may be used.
  • the main battery is at a higher voltage than the auxiliary battery. In other embodiments, the voltage of the auxiliary battery need not be lower than that of the main battery.
  • the vehicle to which the power supply system control device is applied is an EV vehicle that travels using the power of one main motor. In other embodiments, a plurality of main motors may be provided. In another embodiment, the vehicle to which the rotating electrical machine control device is applied is not limited to an EV vehicle, but may be a hybrid vehicle including a main motor and a fuel cell vehicle as a drive source of the vehicle. In the above embodiment, the vehicle is a front wheel drive vehicle. In other embodiments, the vehicle may be a rear wheel drive vehicle or a four wheel drive vehicle. As described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the disclosure.

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Abstract

回転電機制御装置(50)は、回転電機制御部(52)と、リレー制御部(53)と、を備える。回転電機制御部(52)は、車両(90)の動力源である回転電機(3)の駆動を制御する。リレー制御部(53)は、回転電機(3)に給電可能な電源(10)からの給電の許容または禁止を切り替えるリレー部(15)を制御する。回転電機制御部(52)は、リレー部(15)の遮断を要する異常確定前であって、リレー部(15)を遮断する可能性があるリレーオフ準備段階において、回転電機(3)の回生量を低減させる回生量低減処理を行う。

Description

回転電機制御装置 関連出願の相互参照
 本出願は、2016年10月6日に出願された特許出願番号2016-198061号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
 本発明は、回転電機制御装置に関する。
 従来、発電中にリレーをオンからオフに切り替えたときのロードダンプを抑制する車両の制御装置が知られている。特許文献1では、メインリレーをオンからオフへの切り替えが必要と判断された場合、駆動/回生用電動機の発電を徐々に止めている。
特開2015-119543号公報
 しかしながら、特許文献1のように、メインリレーのオフ確定後に発電を徐々に止める場合、メインリレーがオフされたときに過電圧が印加される虞がある。
 本開示の目的は、リレー部のオフに伴う電圧の急上昇を抑制可能な回転電機制御装置を提供することにある。
 本開示の回転電機制御装置は、回転電機制御部と、リレー制御部と、を備える。回転電機制御部は、車両の駆動源である回転電機の駆動を制御する。リレー制御部は、回転電機に給電可能な電源からの給電の許容または禁止を切り替えるリレー部を制御する。回転電機制御部は、リレー部の遮断を要する異常確定前であって、リレー部を遮断する可能性があるリレーオフ準備段階において、回転電機の回生量を低減させる回生量低減処理を行う。
 回転電機の回生中にリレー部がオフされると、回転電機の回生電力により過電圧となるロードダンプが生じる虞がある。本開示では、リレー部がオフされる前のリレーオフ準備段階にて、リレー部がオフされる場合に備えて、回転電機の回生量を予め低減させておく。これにより、リレー部のオフに伴う電圧の急上昇を抑制することができる。
 本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、一実施形態による車両を説明する模式図であり、 図2は、一実施形態による制御装置を説明する説明図であり、 図3は、一実施形態による回生量低減制御を説明するフローチャートであり、 図4は、一実施形態による通知処理を説明するフローチャートである。
 以下、回転電機制御装置を図面に基づいて説明する。
   (一実施形態)
 一実施形態を図1~図4に示す。
 図1および図2に示すように、回転電機制御装置としての制御装置50は、車両90に適用される。本実施形態の車両90は、回転電機としての主機モータ3の駆動力にて走行するEV車両である。本実施形態の主機モータ3は、永久磁石式同期型の3相交流の回転電機であって、電動機としての機能と発電機としての機能を併せ持つ、いわゆる「モータジェネレータ」である。以下適宜、主機モータ3を「MG」とする。
 主機モータ3には、回転角を検出する回転角センサ4が設けられる。
 主機モータ3の駆動力は、駆動軸91に伝達される。駆動軸91に伝達された駆動力は、デファレンシャルギア92および車軸93を介して駆動輪である前輪95を回転させる。図1には図示していないが、主機モータ3とデファレンシャルギア92との間に変速機を設けてもよい。変速機は、無段変速機であってもよいし、多段変速機であってもよい。
 前輪95および後輪96には、ブレーキ97が設けられる。ブレーキ97は、例えばディスクブレーキ等の摩擦式の制動装置である。本実施形態では、主機モータ3の回生ブレーキ、および、ブレーキ97の摩擦力により、車両90を制動させる。なお、図1では、煩雑になることを避けるため、1つのブレーキ97に対する制御線を記載し、その他への制御線は省略した。
 図2に示すように、電源システム1は、電源としての主機バッテリ10、リレー部15、インバータ20、DCDCコンバータ41、補機バッテリ42、負荷45、および、制御装置50等を備える。
 主機バッテリ10は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の充放電可能な二次電池により構成される直流電源である。主機バッテリ10は、SOC(State Of Charge)が所定の範囲内となるように制御される。主機バッテリ10の電力は、主に、インバータ20を経由して主機モータ3に供給され、主機モータ3の駆動に用いられる。また、主機バッテリ10は、主機モータ3の回生により生じた電力により充電される。
 本実施形態では、主機バッテリ10は、補機バッテリ42より高圧である。以下、主機バッテリ10から主機モータ3に至る構成を「高圧系」、補機バッテリ42および負荷45を「低圧系」とする。
 リレー部15は、主機バッテリ10とインバータ20との間に設けられる。リレー部15は、高電位側配線11に設けられる高電位側リレー16、および、低電位側配線12に設けられる低電位側リレー17を含む。高電位側リレー16および低電位側リレー17は、機械式リレーであってもよいし、半導体リレーであってもよい。
 リレー部15は、主機バッテリ10と高圧系の各部品との導通または遮断を切り替える。リレー部15をオンすることで、主機バッテリ10と高圧系の各部品とが導通し、オフすることで、主機バッテリ10と高圧系の各部品とを遮断する。
 インバータ20は、ドライブ回路21、コンデンサ25、および、MG制御部52を有する。図中、「制御部」を「ECU」と記載する。
 ドライブ回路21は、6つのスイッチング素子211~216を有する3相インバータを含む。スイッチング素子211~216は、いずれもIGBTであり、両面放熱可能に設けられる。ドライブ回路21は、冷却水が循環する図示しないインバータ冷却器により冷却される。
 高電位側に接続されるスイッチング素子211~213は、コレクタが高電位側配線11に接続され、エミッタがそれぞれ対になる低電位側のスイッチング素子214~216のコレクタに接続される。低電位側に接続されるスイッチング素子214~216のエミッタは、低電位側配線12に接続される。対になる高電位側のスイッチング素子211~213と低電位側のスイッチング素子214~216との接続点は、それぞれ、主機モータ3の各相巻線の一端に接続される。
 対になる高電位側のスイッチング素子211~213と低電位側のスイッチング素子214~216とは、MG制御部52からの駆動信号に基づき、交互に、かつ、相補的にオンオフ作動される。インバータ20は、スイッチング素子211~216のオンオフ作動を制御することで、直流電力を3相交流電力に変換し、主機モータ3に出力する。
 ドライブ回路21とリレー部15との間には、図示しない昇圧コンバータが設けられ、ドライブ回路21には、昇圧コンバータにより昇圧された電圧が印加される。
 コンデンサ25は、ドライブ回路21に並列に接続される。
 DCDCコンバータ41は、リレー部15とインバータ20との間にて、高電位側配線11および低電位側配線12に接続される。DCDCコンバータ41を設けることで、変圧により、高圧系と低圧系との間での電力の授受が可能となる。本実施形態では、DCDCコンバータ41は、高圧系の電圧を降圧する降圧型のものであってもよいし、昇降圧型のものであってもよい。
 補機バッテリ42は、例えば鉛蓄電池等の二次電池であって、負荷45に電力を供給する。負荷45には、主機バッテリ10を冷却するバッテリブロア、電動パワーステアリング装置、エアコン等が含まれる。
 制御装置50は、車両制御部51、回転電機制御部としてのMG制御部52、バッテリ制御部53、および、ブレーキ制御部55等を有する。車両制御部51、MG制御部52、バッテリ制御部53、および、ブレーキ制御部55は、いずれもマイコン等を主体として構成される。車両制御部51、MG制御部52、バッテリ制御部53、および、ブレーキ制御部55における各処理は、ROM等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
 車両制御部51、MG制御部52、バッテリ制御部53、および、ブレーキ制御部55は、CAN(Controller Area Network)等の車両通信網60を介して接続されており、情報を授受可能である。
 車両制御部51は、図示しないアクセルセンサ、シフトスイッチ、ブレーキスイッチ、車速センサ等からの信号を取得し、取得されたこれらの信号に基づき、車両90全体の制御を司る。車両制御部51は、アクセル開度および車速SP等に基づいて主機モータ3の駆動に係るトルク指令値trq*を演算する。トルク指令値trq*は、MG制御部52に出力される。また、車両制御部51は、DCDCコンバータ41および負荷45の駆動を制御する。
 MG制御部52は、トルク指令値trq*および回転角センサ4の検出値等に基づいてスイッチング素子211~216のオンオフ作動を制御することで、主機モータ3の駆動を制御する。本実施形態では、電流フィードバック制御により主機モータ3の駆動を制御する。電流フィードバック制御に替えて、トルクフィードバック制御等であってもよい。
 バッテリ制御部53は、主機バッテリ情報として、主機バッテリ10の電圧、電流、温度、SOC等の情報を取得する。バッテリ制御部53は、主機バッテリ10のSOCが所定の範囲内となるように、主機バッテリ10の状態を監視する。
 バッテリ制御部53は、主機バッテリ情報に基づいて主機バッテリ10の異常を判定する。主機バッテリ10の異常が確定された場合、バッテリ制御部53は、リレー部15をオフにし、主機バッテリ10とドライブ回路21および主機モータ3とを切り離す。
 主機バッテリ10の異常には、電圧が正常範囲を逸脱する電圧異常、電流が上限値を超える過電流異常、および、SOCが正常範囲を逸脱するSOC異常等がある。
 以下、主機バッテリ10の異常として、高電圧異常を例に説明する。本実施形態では、主機バッテリ10の電圧が高圧異常確定値Vm_th1を超えた状態が所定期間継続された場合、異常確定として、リレー部15をオフにする。本実施形態では、バッテリ制御部53がリレー部15のオンオフ制御を司っており、「リレー制御部」に対応する。
 ブレーキ制御部55は、ブレーキ97を制御する。
 ところで、主機バッテリ10の異常が確定すると、主機バッテリ10の熱暴走等を防ぐため、リレー部15が遮断される。主機モータ3の回生中にリレー部15が遮断されると、コンデンサ25に電流が流れるが、コンデンサ25の容量に応じ、高圧系が過電圧となる虞がある。過電圧が印加されると、スイッチング素子211~216、コンデンサ25、および、DCDCコンバータ41等の部品にストレスがかかる。また、印加電圧によっては、部品の故障等に繋がる虞がある。また、例えば特許文献1のように、リレーをオンからオフに切り替える必要があると判定されてから徐々に発電量を減らす場合、発電量の低減が間に合わず、リレーオフにより高圧系が過電圧となる虞がある。
 そこで本実施形態では、リレー部15をオフする必要がある異常確定前であって、リレー部15をオフする可能性がある場合、リレー部15をオフする前段階から、主機モータ3の回生量を減らしておくことで、リレー部15のオフに備えておく。なお、「異常確定前であって、リレー部15をオフする可能性がある」とは、状況が悪化または継続した場合にリレー部15がオフされる状態であり、リレー部15が実際にオフされるかどうかは未定である。
 本実施形態のMG制御処理を図3に示すフローチャートに基づいて説明する。この処理は、車両90の始動スイッチがオンされている期間に、MG制御部52にて所定の間隔で実行される。以下、ステップS101の「ステップ」を省略し、単に記号「S」と記す。他のステップについても同様である。
 最初のS101では、MG制御部52は、車速SPが車速判定値SPthより大きいか否かを判断する。車速SPは、車両制御部51から取得する。車速判定値SPthは、車両90が減速したときに、主機モータ3が回生状態となる程度の値(例えば、5[km/h])に設定される。車速SPが車速判定値SPth以下であると判断された場合(S101:NO)、S107へ移行する。車速SPが車速判定値SPthより大きいと判断された場合(S101:YES)、S102へ移行する。
 S102では、MG制御部52は、主機モータ3が回生中か否かを判断する。本実施形態では、トルク指令値trq*に基づいて判断する。トルク指令値trq*は、力行時に正、回生時に負であれば、トルク指令値trq*が負のとき、主機モータ3が回生中と判断する。トルク指令値trq*に替えて、実トルクに基づいて判断してもよい。また、車両制御部51から取得されるアクセルペダルの状態に基づき、アクセル開度が減少したとき、または、アクセルペダルのオフ状態が継続している場合、主機モータ3が回生中であると判断してもよい。主機モータ3が回生中ではないと判断された場合(S102:NO)、S107へ移行する。主機モータ3が回生中であると判断された場合(S102:YES)、S103へ移行する。
 S103では、MG制御部52は、リレー部15がオフされる可能性があるリレーオフ準備段階か否かを判断する。本実施形態では、主機バッテリ10の電圧が、高圧異常確定値Vm_th1より小さい値であるリレーオフ準備値Vm_th2より高い場合、リレーオフ準備段階であると判断する。リレーオフ準備段階か否かの判断は、バッテリ制御部53から主機バッテリ10の電圧を取得してMG制御部52にて判断してもよいし、バッテリ制御部53から送信されるリレーオフ準備段階フラグ等の情報に基づいて判断してもよい。リレーオフ準備段階でないと判断された場合(S103:NO)、S107へ移行する。リレーオフ準備段階であると判断された場合(S103:YES)、S104へ移行する。
 S104では、MG制御部52は、回生量低減制御を行う。具体的には、MG制御部52は、トルク指令値trq*を0に近づけるべく、絶対値が小さくなるように変更する。トルク指令値trq*を0とし、回生量を0としてもよい。
 S105では、MG制御部52は、トルク指令値trq*に対するフィルタ処理を行うローパスフィルタの段数を変更する。本実施形態では、フィルタ段数を減らす。フィルタの段数を0とし、フィルタ処理を行わないようにしてもよい。
 S106では、MG制御部52は、電流フィードバック制御におけるフィードバックゲインを変更する。本実施形態では、フィードバックゲインを大きくする。
 S107では、MG制御部52は、トルク指令値trq*に基づき、主機モータ3を制御する。
 本実施形態では、リレー部15をオフすべき異常が確定する前の段階、すなわち正常でない可能性が推定された段階で、主機モータ3の回生量を抑制するように、トルク指令値trq*を変更する。ここで、異常が確定する前の段階には、例えば駆動直後の正常確定の前段階であって、正常でも異常でもない状態も含むものとする。
 これにより、リレー部15がオフされるときまでに、主機モータ3の回生量を確実に減らしておくことができる。リレー部15をオフすべき異常が確定せず、リレー部15をオフすることなく正常復帰した場合、主機モータ3の回生量を戻せばよく、一時的に回生量を低減させることの影響は小さい。なお、主機モータ3の回生量を減らすことで回生ブレーキ量が減少するので、ブレーキ制御部55は、回生ブレーキ量の減少に応じて、ブレーキ97の制動力を高めるように、協調制御することが望ましい。
 また本実施形態では、回生量低減制御を行う場合、トルク指令値trq*を処理するローパスフィルタのフィルタ段数を減らしている。これにより、トルク指令値trq*が速やかに変更されるので、回生量をより速く低減することができる。また、回生量低減制御を行う場合、フィードバック制御におけるフィードバックゲインを高めている。これにより、制御の応答性が高くなるので、回生量をより速く低減することができる。
 上述のように、本実施形態では、正常でない可能性が推定されると、リレーオフ準備段階とし、予め主機モータ3の回生量を抑制しておくため、リレー部15をオフすべき異常が確定されるときには、主機モータ3の回生量が抑制されている蓋然性が高い。
 しかしながら、予測不能な異常発生によりリレー部15を遮断せざるを得ない状況となることも考えられる。そこで本実施形態では、リレー部15を遮断する前に、他の制御部にリレー部15を遮断する旨の情報を通知する通知処理を行っている。
 本実施形態の通知処理を図4のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、バッテリ制御部53にて所定の間隔で実行される処理である。
 S201では、バッテリ制御部53は、リレー部15をオフすることが確定したか否かを判断する。リレー部15をオフすることが確定していないと判断された場合(S201:NO)、S202以降の処理を行わない。リレー部15をオフすることが確定したと判断された場合(S201:YES)、S202へ移行する。
 S202では、バッテリ制御部53は、待機時間Xwait経過後にリレー部15をオフする旨のリレーオフ予告情報を、車両通信網60に通知する。これにより、他の制御部である車両制御部51、MG制御部52およびブレーキ制御部55は、リレー部15がオフされる旨の情報を受信することができる。MG制御部52は、リレー部15がオフされる旨の情報を受信した場合、図3中のS104~S107の処理を行い待機時間Xwaitの間に、主機モータ3の回生量を速やかに低減させる。
 S203では、バッテリ制御部53は、待機時間Xwaitが経過したか否かを判断する。待機時間Xwaitが経過していないと判断された場合(S203:NO)、この判断処理を繰り返す。待機時間Xwaitが経過したと判断された場合(S203:YES)、S204へ移行する。
 S204では、バッテリ制御部53は、リレー部15をオフにする。
 これにより、リレー部15のオンオフを制御するバッテリ制御部53以外の制御部51、52、55においても、リレー部15がオフされることを事前に把握することができるので、リレー部15のオフに備えた制御を行うことができる。特に、MG制御部52にて、リレー部15がオフされる前に主機モータ3の回生量を減らしておくことで、過電圧の発生を抑制することができる。
 以上説明したように、本実施形態の制御装置50は、MG制御部52と、バッテリ制御部53と、を備える。MG制御部52と、バッテリ制御部53と、を備える。
 MG制御部52は、車両90の動力源である主機モータ3の駆動を制御する。
 バッテリ制御部53は、主機モータ3に給電可能な主機バッテリ10からの給電の許容または禁止を切り替えるリレー部15を制御する。
 MG制御部52は、リレー部15の遮断を要する異常確定前であって、リレー部15を遮断する可能性があるリレーオフ準備段階において、主機モータ3の回生量を低減させる。
 主機モータ3の回生中にリレー部15がオフされると、主機モータ3の回生電力により高圧系が過電圧となるロードダンプが生じる虞がある。本実施形態では、リレー部15がオフされる前のリレーオフ準備段階にて、リレー部15がオフされる場合に備えて、主機モータ3の回生量を予め低減させておく。これにより、リレー部15のオフに伴う電圧の急上昇を抑制することができる。
 MG制御部52は、回生量低減制御を行う場合、回生量に係る指令値であるトルク指令値を処理するフィルタの段数を通常制御時よりも少なくする。これにより、主機モータ3の回生量を速やかに低減させることができる。
 MG制御部52は、回生量低減制御を行う場合、フィードバック制御におけるゲインを、通常時より高める。これにより、制御の応答性が高まるので、主機モータ3の回生量を速やかに低減させることができる。
 バッテリ制御部53は、リレー部15の遮断を要する異常が確定した場合、他の制御部51、52、55に対し、リレー部15を遮断する旨の情報を、リレー部15の遮断前に通知する。これにより、各制御部51、52、55にて、リレー部15のオフに備えた制御を行うことができる。本実施形態では、MG制御部52、バッテリ制御部53、およびブレーキ制御部55が、「車両に搭載されるリレー制御部以外の制御部」に対応する。
   (他の実施形態)
 (ア)回生量低減制御
 上記実施形態では、車速が車速判定値より大きい場合にトルク指令値を変更し、回生量低減制御を行う。他の実施形態では、図3中のS101を省略し、車速によらず、回生量低減制御を行ってもよい。
 上記実施形態では、主機バッテリの電圧がリレーオフ準備値より高い場合、リレー部がオフされる可能性があるリレーオフ準備段階であると判断する。他の実施形態では、主機バッテリの電圧が低圧異常確定閾値より高い値に設定される低圧側のリレーオフ準備値より低い場合、リレーオフ準備段階であると判断してもよい。
 他の実施形態では、主機バッテリの電圧が高圧異常確定値を超えて、所定時間の経過後にリレー部がオフされることを前提とし、高圧異常確定値を超える電圧が最初に検出されたとき、リレーオフ準備段階であると判断してもよい。低圧異常についても同様である。
 他の実施形態では、主機バッテリの電圧に替えて、主機バッテリの電流、温度またはSOCが仮異常状態となった場合、リレーオフ準備段階であると判断してもよい。仮異常状態では、異常確定されていないので、リレー部はオフされない。また、電圧の場合と同様、異常確定の判定に係る判定値を超えた状態が所定期間に亘って継続された場合に異常確定される場合、異常確定の判定に係る判定値を超えた最初の検出時からを、リレーオフ準備段階であると判断してもよい。
 他の実施形態では、主機バッテリ以外の部品の異常によってもリレー部をオフする場合、リレー部オフのトリガとなる部品が仮異常状態となった場合、リレーオフ準備段階であると判断してもよい。リレー部オフのトリガとなり得る部品としては、例えば、DCDCコンバータ、主機モータ、インバータ等である。また他の実施形態では、モータジェネレータや回路部のスイッチング素子の温度が所定範囲から外れた場合、リレーオフ準備段階であると判断してもよい。
 他の実施形態では、車両の外部環境状態に基づき、リレーオフ準備段階であると判断してもよい。
 例えば、車両が悪路走行中である場合、リレーオフ準備段階であると判断してもよい。悪路走行では、リレー部の保持力が低下し、意図しないリレー部のオフが生じる虞があるためである。また、悪路走行では、各種センサ類の検出性能が低下し、検出誤差が大きくなることによる誤判定により、リレー部がオフされる虞があるためである。悪路走行中か否かの判断は、車両に搭載されたGセンサやヨーレートセンサ等の検出値に基づいて判断してもよいし、ナビ情報に基づいて判断してもよい。
 また、車両が、トンネル内等の電磁ノイズの多い環境を走行している場合、リレーオフ準備段階であると判断してもよい。電磁ノイズが多いと、各種センサ類の検出性能が低下し、検出誤差増大に伴う誤判定により、リレー部がオフされる虞があるためである。
 また例えば、車両の外気圧が低い場合、或いは、車両が高地走行中である場合、リレーオフ準備段階であると判断してもよい。高地等の気圧が低下した状態では、異常が発生しやすく、リレー部がオフされる虞があるためである。
 また、車両の外気温が所定範囲外のとき、リレーオフ準備段階であると判断してもよい。バッテリは、寒冷および酷暑に弱く、またSOCの演算誤差の増大に伴い、リレー部がオフされる虞があるためである。
 上記実施形態では、回生量低減制御において、トルク指令値を0に近づけることで回生量を低減させる。他の実施形態では、トルク指令値に替えて、電流指令値を変更することで回生量が低減させるようにしてもよい。すなわち、「回生量に係る指令値」は、電流指令値であってもよい。
 上記実施形態では、回生量を低減させる際、トルク指令値を処理するフィルタ段数を通常制御時より減らすとともに、フィードバックゲインを大きくする。他の実施形態では、図3中のS105およびS106の少なくとも一方を省略してもよい。すなわち、回生量低減制御におけるフィルタ段数やフィードバックゲインは、通常制御時と同じであってもよい。
 (イ)制御装置
 上記実施形態では、制御装置には、車両制御部、MG制御部、バッテリ制御部およびブレーキ制御部の4つのECUが含まれる。他の実施形態では、制御装置を構成するECUは、3つ以下、あるいは、5つ以上であってもよい。また、各ECUが通信等にて情報を授受可能であれば、回生量低減制御に係る各処理は、いずれのECUにて実施してもよい。
 (ウ)主機モータ
 上記実施形態では、主機モータは、永久磁石式の3相交流の回転電機である。他の実施形態では、主機モータとしてどのようなものを用いてもよい。
 (エ)バッテリ
 上記実施形態では、主機バッテリがニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池であり、補機バッテリが鉛蓄電池等の二次電池である。他の実施形態では、主機バッテリおよび補機バッテリとして、どのような種類の二次電池を用いてもよいし、電気二重層キャパシタ等を用いてもよい。上記実施形態では、主機バッテリが補機バッテリより高電圧である。他の実施形態では、補機バッテリの電圧は、必ずしも主機バッテリより低圧でなくてもよい。
 (ウ)車両
 上記実施形態では、電源システム制御装置が適用される車両は、1つの主機モータの動力を用いて走行するEV車両である。他の実施形態では、主機モータは、複数であってもよい。他の実施形態では、回転電機制御装置が適用される車両は、EV車両に限らず、車両の駆動源として主機モータに加えエンジンを備えるハイブリッド車や、燃料電池車であってもよい。
 上記実施形態では、車両は前輪駆動車である。他の実施形態では、車両は、後輪駆動車であってもよいし、四輪駆動車であってもよい。
 以上、本開示は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
 本開示は、実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (4)

  1.  車両(90)の動力源である回転電機(3)の駆動を制御する回転電機制御部(52)と、
     前記回転電機に給電可能な電源(10)からの給電の許容または禁止を切り替えるリレー部(15)を制御するリレー制御部(53)と、
     を備え、
     前記回転電機制御部は、前記リレー部の遮断を要する異常確定前であって、前記リレー部を遮断する可能性があるリレーオフ準備段階において、前記回転電機の回生量を低減させる回生量低減制御を行う回転電機制御装置。
  2.  前記回転電機制御部は、前記回生量低減制御を行う場合、前記回生量に係る指令値を処理するフィルタの段数を通常制御時より少なくする請求項1に記載の回転電機制御装置。
  3.  前記回転電機制御部は、前記回生量低減制御を行う場合、フィードバック制御におけるゲインを、通常制御時より高める請求項1に記載の回転電機制御装置。
  4.  前記リレー制御部は、前記リレー部の遮断を要する異常が確定した場合、前記車両に搭載される前記リレー制御部以外の制御部(51、52、55)に対し、前記リレー部を遮断する旨の情報を遮断前に通知する請求項1~3のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
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