(57)【要約】【課題】シリーズ走行システムにおいて、モータの制御を行うことで、サージを回避することができるサージ回避装置を提供する。【解決手段】モータ１１の回転速度が、アップダウンバータ１３の制御が追従できない変化率で上昇した場合、駆動用バッテリ１４が電力受け入れ可能であれば、モータ１１に対し、消費電流変化速度を所定速度以下とする制御を行い、駆動用バッテリ１４が電力受け入れ不可であれば、モータ１１に対し、消費電流をジェネレータ１２の発電電流に一致させる制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータとジェネレータとを接続する回路に、アップダウンバータを介して駆動用バッテリが接続し、前記アップダウンバータの制御によって、前記ジェネレータで発電した電力を前記駆動用バッテリ側に送る際に、前記回路の電圧の上昇を抑制するシリーズ走行システムに備わる、サージ回避装置であって、
前記ジェネレータに接続された前記モータの駆動力が抑制され、前記モータの消費電力が所定の変化率で下降が予測された場合、前記モータに対し、消費電力の前記変化率を減少させる制御を行う
ことを特徴とする、サージ回避装置。
【請求項２】
前記モータに対し、前記モータに設けられたステータのＳ極及びＮ極のスイッチタイミングを制御することで、消費電力の前記変化率を減少させる制御を行う
ことを特徴とする、請求項１に記載のサージ回避装置。
【請求項３】
前記ジェネレータで発電した電力を前記駆動用バッテリが受け入れ可能であれば、前記モータに対し、消費電力変化速度を所定速度以下とする制御を行い、
前記ジェネレータで発電した電力を前記駆動用バッテリが受け入れ不可であれば、前記モータに対し、消費電力を前記ジェネレータの発電電力に一致させる制御を行うことで、
前記モータに対し、消費電力の前記変化率を減少させる制御を行う
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のサージ回避装置。
【請求項４】
前記ジェネレータで発電した電力を前記駆動用バッテリが受け入れ可能である場合には、制御される前記モータの消費電力と、仮想上の、正規位相における前記モータの消費電力との差が、所定の電力値以下であると、前記モータに対する制御を終了し、
前記ジェネレータで発電した電力を前記駆動用バッテリが受け入れ不可である場合には、前記ジェネレータの発電電力と、仮想上の、正規位相における前記モータの消費電力との差が、前記所定の電力値以下となると、前記モータに対する制御を終了する
ことを特徴とする、請求項３に記載のサージ回避装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のサージ回避装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に記載されるように、路面状態によって電動車両がスリップしてしまうことがある。特に、シリーズ走行中にモータの電力負荷が急減すると、モータ‐ジェネレータ間の回路のサージ（急激な電圧上昇）を回避するため、応答速度の遅いジェネレータを調整するのではなく、アップダウンバータにより電圧をフィードバックして駆動用バッテリ側に電流を流すことで、モータ‐ジェネレータ間の回路の電圧を下げていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０‐１４３５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、アップダウンバータが、モータの電力負荷の変動に追従できない場合、もしくは、駆動用バッテリが、満充電状態や低温状態であり、電力を受け入れることが困難である場合が生じ得る。
【０００５】
そのような場合は、駆動用バッテリの容量を増大したり、アップダウンバータの出力に余裕を持たせたりする必要があった。しかし、この手法では、コンポの大型化やコストアップなどに繋がってしまう。
【０００６】
そこで、本発明では、シリーズ走行システムにおいて、モータの制御を行うことで、サージを回避する、サージ回避装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する第１の発明に係るサージ回避装置は、
モータとジェネレータとを接続する回路に、アップダウンバータを介して駆動用バッテリが接続し、前記アップダウンバータの制御によって、前記ジェネレータで発電した電力を前記駆動用バッテリ側に送る際に、前記回路の電圧の上昇を抑制するシリーズ走行システムに備わる、サージ回避装置であって、
前記ジェネレータに接続された前記モータの駆動力が抑制され、前記モータの消費電力が所定の変化率で下降が予測された場合、前記モータに対し、消費電力の前記変化率を減少させる制御を行う
ことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する第２の発明に係るサージ回避装置は、
上記第１の発明に係るサージ回避装置において、
前記モータに対し、前記モータに設けられたステータのＳ極及びＮ極のスイッチタイミングを制御することで、消費電力の前記変化率を減少させる制御を行う
ことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第３の発明に係るサージ回避装置は、
上記第１又は２の発明に係るサージ回避装置において、
前記ジェネレータで発電した電力を前記駆動用バッテリが受け入れ可能であれば、前記モータに対し、消費電力変化速度を所定速度以下とする制御を行い、
前記ジェネレータで発電した電力を前記駆動用バッテリが受け入れ不可であれば、前記モータに対し、消費電力を前記ジェネレータの発電電力に一致させる制御を行うことで、
前記モータに対し、消費電力の前記変化率を減少させる制御を行う
ことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第４の発明に係るサージ回避装置は、
上記第３の発明に係るサージ回避装置において、
前記ジェネレータで発電した電力を前記駆動用バッテリが受け入れ可能である場合には、制御される前記モータの消費電力と、仮想上の、正規位相における前記モータの消費電力との差が、所定の電力値以下であると、前記モータに対する制御を終了し、
前記ジェネレータで発電した電力を前記駆動用バッテリが受け入れ不可である場合には、前記ジェネレータの発電電力と、仮想上の、正規位相における前記モータの消費電力との差が、前記所定の電力値以下となると、前記モータに対する制御を終了する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るサージ回避装置によれば、シリーズ走行システムにおいて、モータの制御を行うことで、サージを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係るサージ回避装置が用いられるシリーズ走行システムのブロック図である。
【図２】モータの負荷が急減した際、単にアップダウンバータを制御した場合を説明するグラフである。
【図３】アップダウンバータの内部構造及び故障箇所を説明する模式図である。
【図４】モータの位相と消費電力の関係を表すグラフである。
【図５】本発明の実施例１に係るサージ回避装置を用いた制御ロジックを表すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例１に係るサージ回避装置の、駆動用バッテリが電力供給を受け入れ可能な場合における制御を説明するグラフである。
【図７】本発明の実施例１に係るサージ回避装置の、駆動用バッテリが電力供給を受け入れ困難な場合における制御を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るサージ回避装置を実施例にて図面を用いて説明する。
【００１４】
［実施例１］
本発明の実施例１に係るサージ回避装置は、モータの電力負荷が減少（急減）すると、アップダウンバータの制御によって、ジェネレータで発電した電力を駆動用バッテリ側に送る際に、モータとジェネレータとを接続する回路の電圧の上昇を抑制するシリーズ走行システムに備わるものである。
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係るサージ回避装置が備わるシリーズ走行システムのブロック図である。図１に示すシリーズ走行システムは、モータ（ＭＧ）１１とジェネレータ（ＧＥ）１２とを接続する回路に、アップダウンバータ１３を介して駆動用バッテリ１４が接続している。なお、駆動用バッテリ１４とアップダウンバータ１３とを接続する回路は分岐し、分岐した回路は、ダウンバータ１５を介して１２Ｖバッテリ１６に接続している。１２Ｖバッテリ１６に蓄えられた電力は、電子制御部（ＥＣＵ）１７及び車体電装部品に用いられる。
【００１６】
モータ１１は、第１インバータ１８により回転角度及び位相を制御される。また、ジェネレータ１２は、第２インバータ１９により回転角度及び位相を制御される。さらに、駆動用バッテリ１４は、バッテリ検出部（ＢＭＵ）２０により充電率（ＳＯＣ）を検出される。検出されたＳＯＣはＥＣＵ１７へ送信される。なお、モータ１１は、レゾルバ２２によって回転角度及び位相を検出されており、第１インバータ１８は、このレゾルバ２２の検出値に基づき、モータ１１の回転角度及び位相を制御する。
【００１７】
駆動用バッテリ１４のＳＯＣが大きい場合には、アップダウンバータ１３により、駆動用バッテリ１４からモータ１１へ供給する電力を増加するように制御し、モータ１１は主に駆動用バッテリ１４の電力により駆動する。
【００１８】
駆動用バッテリ１４のＳＯＣが少ない場合には、アップダウンバータ１３により、駆動用バッテリ１４からモータ１１へ供給する電力を低減するように制御し、モータ１１は主にジェネレータ１２の発電する電力により駆動する。
【００１９】
また、このシリーズ走行システムでは、アップダウンバータ１３の制御によって、ジェネレータ１２で発電した電力を駆動用バッテリ１４側に送ることで、モータ１１‐ジェネレータ１２間の回路の電圧を下げ、駆動用バッテリ１４の電力をモータ１１‐ジェネレータ１２間の回路へ供給することで、モータ１１‐ジェネレータ１２間の回路の電圧を上げることができるようになっている。
【００２０】
また、シリーズ走行中に、車両の加速中のスリップ等でモータ１１の負荷が急減した場合、エンジン（ＥＮＧ）２１との協調により変化するジェネレータ１２の出力は応答速度が遅いため、アップダウンバータ１３によって、電圧をフィードバックして駆動用バッテリ１４側に電流を流し、サージを回避しようとする。
【００２１】
しかし、単にアップダウンバータ１３の制御によりサージを回避しようとする場合、アップダウンバータ１３の応答すらモータ１１の負荷の急減に追従できないことがあり得る。この点について図２を用いて詳述する。
【００２２】
図２は、モータ１１の負荷が急減した際、単にアップダウンバータ１３を制御した場合を説明するグラフである。車両のスリップ等でモータ１１の負荷が抜けると、（ａ）で示すように、モータ１１の回転速度が急上昇する。そして、レゾルバ２２がモータ１１の回転速度の急上昇を検出すると、スリップを抑えるため、第１インバータ１８により、（ｂ）で示すようにモータ１１の駆動力を抑制する。すると、（ｃ）で示すように、モータ１１の消費電力はモータ１１の駆動力に連動して下がる。
【００２３】
一方、モータ１１‐ジェネレータ１２間の電圧Ｖの上昇を、アップダウンバータ１３が検知し、モータ１１‐ジェネレータ１２間を所定の電圧に下げるべく、（ｄ）で示すように、駆動バッテリ１４側へ流す電流（アップダウンバータ１３の出力）の増加を開始する。しかし、アップダウンバータ１３の応答が追従できず、（ｅ）で示すように、この応答の遅れ分、電圧Ｖが上昇してしまう。
【００２４】
すなわち、加速中のスリップ等でモータトルクを急激に抑制する場合に、アップダウンバータ１３で駆動用バッテリ１４側に余剰電力を流すものの、ＣＡＮ通信遅れ、制御遅れ、あるいはメカ的な時定数などにより、アップダウンバータ１３の応答が遅れた場合は、モータ１１‐ジェネレータ１２間の回路にサージが発生する。
【００２５】
また、アップダウンバータ１３の応答の遅れ以外にも、駆動用バッテリ１４が満充電状態や低温状態で、そもそも電力を受け入れられない状況である場合は、モータ１１‐ジェネレータ１２間の回路の電力を逃がすことができず、やはりモータ１１‐ジェネレータ１２間の回路にサージが発生する。
【００２６】
モータ１１‐ジェネレータ１２間の回路にてサージが発生すると、アップダウンバータ１３の故障に繋がる。図３は、アップダウンバータ１３の内部構造及び故障箇所を説明する模式図である。図３に示すように、アップダウンバータ１３の内部には、コンデンサ２３、ダイオード２４、ＦＥＴ２５、及び、コイル２６が配置されており、サージが発生すると、図３に示す電圧Ｖが増大し、コンデンサ２３及びダイオード２４において、許容電圧を超えると短絡故障を起こす。
【００２７】
本発明の実施例１に係るサージ回避装置は、ＥＣＵ１７に備えられており、加速中のスリップ等で、モータ１１の負荷が急減し、モータ１１の駆動力が抑制され、モータ１１の消費電力が所定の変化率で下降が予測された場合に、応答速度の遅いジェネレータ１２の出力によりサージが発生することを防ぐため、モータ１１の効率をあえて低下させるように、レゾルバ２２で最適化しているモータ１１のスイッチングタイミングをずらして、モータ１１の出力を絞りながら（モータの駆動力を低下させながら）、モータ１１の消費電力を急減させないように制御することで、サージを回避する。
【００２８】
ここで、モータ１１の位相と消費電力の関係を図４に示す。通常は、レゾルバ２２でモータ１１の回転角度を精密に把握し、第１インバータ１８によってモータ１１が最大効率となるようにステータのＳ極及びＮ極（図示略）のスイッチングを行い最適位相とするが、本発明の実施例１に係るサージ回避装置では、モータ１１の駆動力が急減する場合に、モータ１１のスイッチタイミングずらす、すなわち、位相を進角側もしくは遅角側にずらすことで、モータ１１の効率を低下させ、モータ１１の消費電力を急減させないようにすることができる。
【００２９】
なお、図４中では、モータ１１の負荷が一定である場合を表しているため、位相が進角側や遅角側へずれることで、モータ１１の消費電力が上昇しているが、上述のようにモータ１１の負荷が急減する場合には、位相が進角側や遅角側へずれることで、モータ１１の消費電力は緩やかに低下することになる。
【００３０】
すなわち、通常のシリーズ走行システムは、下記（１）（２）の動作を行う。
【００３１】
（１）モータ１１の負荷が急減した場合、即座にモータ１１の出力を絞る（モータ１１の駆動力が低下する）ため、モータ１１の消費電力が急減する。
（２）アップダウンバータ１３によりモータ１１‐ジェネレータ１２間の電力を駆動用バッテリ１４に逃がす。
よって、通常のシリーズ走行システムでは、モータ１１の負荷が急減した場合、アップダウンバータ１３の応答性が不十分であると、サージを回避し切れない。
【００３２】
一方、本発明の実施例１に係るサージ回避装置を用いたシリーズ走行システムでは、上記（１）（２）に加えて、下記（３）の動作を行う。
【００３３】
（３）モータ１１の負荷の急減にアップダウンバータ１３の応答性が不十分な場合（モータ１１の駆動力が抑制され、モータ１１の消費電力が所定の変化率で下降することが予測された場合）には、駆動用バッテリ１４が電力受け入れ可能であれば、効率を下げて消費電力の低下を緩やかにするように、モータ１１を制御する。すなわち、モータ１１に対し、消費電力変化速度を所定速度以下とする制御を行う。ただし、駆動用バッテリ１４が満充電状態や低温状態で電力受け入れ不可であれば、ジェネレータ１２の応答速度に合わせてモータ１１の消費電力が低下するように、モータ１１を制御する。すなわち、モータ１１に対し、消費電力をジェネレータ１２の発電電力に一致させる制御を行う。
よって、本発明の実施例１に係るサージ回避装置を用いたシリーズ走行システムでは、モータ１１の負荷が急激に低下した場合、確実にサージを回避することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施例１に係るサージ回避装置を用いた制御ロジックの具体例について、図５のフローチャートを用いて詳述する。
【００３５】
なお、以下では、電力の中でも特に電流値を制御する場合について説明する。また、以下における、モータ１１の調整については、ＥＣＵ１７に備わる本発明の実施例１に係るサージ回避装置が第１インバータ１８に指令して行うものであるが、簡略化のため、その旨を省略して説明する。
【００３６】
ステップＳ１では、平常走行時にはモータ１１に対し正規位相制御（最大効率となる制御）を行う。
【００３７】
ステップＳ２では、モータ１１の回転速度変化（モータ回転角加速度）が第１所定値以上か否かを判断する。第１所定値以上であればステップＳ３へ、第１所定値未満であればステップＳ１へ移行する。なお、第１所定値とは、アップダウンバータ１３が応答性能上追従できなくなるしきい値に設定するのが好ましい。
【００３８】
ステップＳ３では、駆動用バッテリ１４の温度が所定温度ｔ℃以下、又は、駆動用バッテリ１４のＳＯＣが第２所定値（例えば９９％）以上か否かを判断する。駆動用バッテリ１４の温度が所定温度ｔ℃以下、又は、駆動用バッテリ１４のＳＯＣが第２所定値（好ましくは９９％）以上であれば、駆動用バッテリ１４が電力を受け入れることが困難（不可）であると判断しステップＳ７へ移行し、そうでなければ、駆動用バッテリ１４が電力を受け入れることが可能であると判断しステップＳ４へ移行する。
【００３９】
ステップＳ４では、モータ１１の消費電流変化速度ｄｉ／ｄｔが第３所定値以上であるか否かを判断する。第３所定値以上であればステップＳ５へ移行し、第３所定値未満であればステップＳ１へ移行する。なお、第３所定値は、アップダウンバータ１３が性能上追従可能な速度の値に設定する。
【００４０】
ステップＳ５では、モータ１１の消費電流変化速度ｄｉ／ｄｔが第３所定値となるように、電流変化をフィードバックしながらモータ１１の位相を調整する。
【００４１】
ステップＳ６では、モータ１１の消費電流（位相ずらし時）−モータ１１の消費電流（正規位相時）の値が、微小電流値Δｉ以下か否かを判断する。
【００４２】
換言すれば、ステップＳ６では、ステップＳ５において位相が調整されているモータ１１の消費電流の値と、仮想上の、正規位相時（最大効率時）のモータ１１の消費電流の値との差が、微小電流値Δｉ以下か否かを判断する。
【００４３】
微小電流値Δｉ以下であれば、これ以上モータ１１の位相調整を行う必要はないと判断しステップＳ１へ移行し、微小電流値Δｉより大きければ、さらにモータ１１の位相調整を継続する必要があると判断しステップＳ５へ移行する。
【００４４】
一方、ステップＳ７では、ジェネレータ１２の発電電流とモータ１１の消費電流とが同値となるように、モータ１１の位相を調整する。
【００４５】
ステップＳ８では、ジェネレータ１２の発電電流−モータ１１の消費電流（正規位相時）の値が、微小電流値Δｉ以下か否か判断する。
【００４６】
換言すれば、ステップＳ８では、仮想上の、（モータ１１の負荷急減後即座に低下する）正規位相時のモータ１１の消費電流の値に対し、応答速度上遅れて低下するジェネレータ１２の発電電流の値が、微小電流値Δｉ以下の差となるか否かを判断する。
【００４７】
微小電流値Δｉ以下であれば、これ以上モータ１１の位相調整を行う必要はないと判断しステップＳ１へ移行し、微小電流値Δｉより大きければ、さらにモータ１１の位相調整を継続する必要があると判断しステップＳ７へ移行する。
【００４８】
図６は、本発明の実施例１に係るサージ回避装置の、駆動用バッテリ１４が電力供給を受け入れ可能な場合における制御（上記ステップＳ４〜Ｓ６）を説明するグラフである。（Ａ），（Ｂ）がそれぞれ示す部分については、上述した図２の（ａ），（ｂ）と同様である。
【００４９】
本発明の実施例１に係るサージ回避装置により、（Ｃ）で示すように、モータ１１のスイッチングの位相を調整してアップダウンバータ１３が十分対応できるよう電力変化を抑制する。電力変化はアップダウンバータ１３の出力が応答性上追従できる所定勾配（Δａ／Δｔ）になるよう位相をフィードバック制御する（上記ステップＳ４〜Ｓ６に対応）。これにより、（Ｄ）で示すように、アップダウンバータ１３は応答遅れが殆どなく追従する。したがって、（Ｅ）で示すように、モータ１１‐ジェネレータ１２間の回路における電圧変動は殆ど生じなくなり、サージを回避することができる。
【００５０】
図７は、本発明の実施例１に係るサージ回避装置の、駆動用バッテリが電力供給を受け入れ困難な場合における制御（上記ステップＳ７〜Ｓ９）を説明するグラフである。（Ａ´），（Ｂ´）がそれぞれ示す部分については、上述した図２の（ａ），（ｂ）と同様である。
【００５１】
本発明の実施例１に係るサージ回避装置により、（Ｃ´）で示すように、応答速度の遅いジェネレータ１２の出力低下に合わせてモータ１１のスイッチングの位相を調整し、モータ１１の消費電力を下げる（上記ステップＳ７〜Ｓ９に対応）。なお、駆動用バッテリ１４が電力を受け入れ困難な状況であるため、（Ｄ´）で示すように、駆動バッテリ１４側へ電力を供給しない（アップダウンバータ１３の出力が０）。このようにして、（Ｅ´）で示すように、モータ１１‐ジェネレータ１２間の回路における電圧変動は殆ど生じなくなり、サージを回避することができる。
【００５２】
なお、図５に示す制御ロジックでは、モータ１１の消費電流及びその変化を制御しており、図６，７のグラフでは、モータ１１の消費電力及びその変化を制御しているが、本発明の実施例１に係るサージ回避装置では、電流と電力のどちらを制御してもよい。
【００５３】
また、上述において、本発明の実施例１に係るサージ回避装置がＥＣＵ１７に備わるものとして説明したが、本発明の実施例１に係るサージ回避装置はこれに限定されるものではなく、例えば、第１インバータ１８に備わるようにしてもよいし、別体として設置してもよい。さらには、本発明の実施例１に係るサージ回避装置が、第１インバータ１８を介さずに、直接モータ１１を制御するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、サージ回避装置として好適である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  モータ（ＭＧ）
１２  ジェネレータ（ＧＥ）
１３  アップダウンバータ
１４  駆動用バッテリ
１５  ダウンバータ
１６  １２Ｖバッテリ
１７  電子制御部（ＥＣＵ）
１８  第１インバータ
１９  第２インバータ
２０  バッテリ検出部（ＢＭＵ）
２１  エンジン（ＥＮＧ）
２２  レゾルバ
２３  コンデンサ
２４  ダイオード
２５  ＦＥＴ
２６  コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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