| 【発明の名称】 |
モータ制御装置および方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】土岐 吉正
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産自動車株式会社内
【氏名】諏訪林 明
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】モータの温度保護を図ると同時にモータの性能を充分に発揮できるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータの温度を検出する温度センサ２４，２６と、モータの温度Ｔが制限温度以上である場合にモータの出力を制限するモータ出力制御手段１０４，１２２，１２４と、温度センサにより検出された温度の変化率ｒを検出する温度変化率検出部１２８と、温度変化率検出部１２８により検出された温度の変化率ｒが所定の変化率ｒ０ 以上である場合には、制限温度を第１の制限温度Ｔ１に設定するとともに、温度の変化率ｒが所定の変化率ｒ０ よりも小さい変化率である場合には、制限温度を第１の制限温度Ｔ１より高い第２の制限温度Ｔ２に設定する制限温度設定手段１２６と、を備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】モータの温度を検出する温度検出手段と、前記モータの温度が制限温度以上である場合に前記モータの出力を制限するモータ出力制御手段と、前記温度検出手段により検出された温度の変化率を検出する温度変化率検出手段と、前記温度変化率検出手段により検出された温度の変化率が所定の変化率以上である場合には、前記制限温度を第１の制限温度に設定するとともに、前記温度の変化率が前記所定の変化率よりも小さい変化率である場合には、前記制限温度を前記第１の制限温度より高い第２の制限温度に設定する制限温度設定手段と、を備えたモータ制御装置。
【請求項２】前記制限温度設定手段は、前記制限温度を前記第２の制限温度に設定したのちに、前記温度検出手段により検出されたモータの温度が前記第１の制限温度未満又は前記第１の制限温度以下である場合には、前記制限温度を前記第１の制限温度に設定する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】前記温度検出手段は、前記モータのコイルの温度を検出する請求項１又は２記載のモータ制御装置。
【請求項４】前記温度検出手段は、前記モータのインバータの温度を検出する請求項１又は２記載のモータ制御装置。
【請求項５】モータの温度を検出するステップと、前記モータの温度の変化率を検出するステップと、前記温度の変化率が所定の変化率以上である場合には、制限温度を第１の制限温度に設定するとともに、前記温度の変化率が前記所定の変化率よりも小さい変化率である場合には、前記制限温度を前記第１の制限温度より高い第２の制限温度に設定するステップと、前記モータの温度が制限温度以上である場合には前記モータの出力を制限するステップと、を有するモータ制御方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車、バイブリッド自動車、燃料電池自動車など、各種自動車の駆動源として搭載されるモータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電気自動車などに利用されるモータの温度保護を目的として、モータのコイルの温度を検出し、この温度が所定の制限温度以上になった場合にモータの出力を制限する技術が知られている（特開２０００−３２６０２号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうした従来のモータ制御装置は、単にモータのコイルの温度が所定の制限温度以上であるかどうかだけでモータの出力制限を行っているが、モータのコイル温度が所定温度以上である場合であっても、たとえば高速道路を走行している場合などではそのままの走行が可能な場合もある。すなわち、実際にはモータの出力制限をしなくても走行できるのに、モータのコイル温度だけでモータの出力制限をしてしまうので、本来の出力で走行できる距離がそれだけ短くなり、モータの性能を充分に発揮できていなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、モータの温度保護を図ると同時にモータの性能を充分に発揮できるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】上記目的を達成するために、本発明によれば、モータの温度を検出する温度検出手段と、前記モータの温度が制限温度以上である場合に前記モータの出力を制限するモータ出力制御手段と、前記温度検出手段により検出された温度の変化率を検出する温度変化率検出手段と、前記温度変化率検出手段により検出された温度の変化率が所定の変化率以上である場合には、前記制限温度を第１の制限温度に設定するとともに、前記温度の変化率が前記所定の変化率よりも小さい変化率である場合には、前記制限温度を前記第１の制限温度より高い第２の制限温度に設定する制限温度設定手段と、を備えたモータ制御装置が提供される。
【０００６】また、本発明によれば、モータの温度を検出するステップと、前記モータの温度の変化率を検出するステップと、前記温度の変化率が所定の変化率以上である場合には、制限温度を第１の制限温度に設定するとともに、前記温度の変化率が前記所定の変化率よりも小さい変化率である場合には、前記制限温度を前記第１の制限温度より高い第２の制限温度に設定するステップと、前記モータの温度が制限温度以上である場合には前記モータの出力を制限するステップと、を有するモータ制御方法が提供される。
【０００７】本発明のモータ制御装置および方法では、温度検出手段によりモータの温度を検出し、この温度が制限温度以上である場合には、モータ出力制御手段によりモータの出力を制限するが、これとともに温度変化率検出手段によりモータの温度の変化率を検出し、この変化率に応じて制限温度の設定を変える。
【０００８】すなわち、モータの温度の変化率が所定の変化率以上である場合は、モータの温度上昇が大きいと判断して制限温度を第１の制限温度に設定し、これ以上の温度になったらモータの出力を制限する。
【０００９】これに対して、温度の変化率が所定の変化率より小さい場合には、モータの温度上昇が小さいと判断して制限温度を第１の制限温度より高い第２の制限温度に設定し、これ以上の温度になったらモータの出力を制限する。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、モータの出力を制限しないで走行できる距離が伸び、モータの温度保護を図りながらモータの性能を充分に発揮させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係るモータ制御装置を利用したハイブリッド自動車の構成を示すブロック図、図２は本発明の実施形態に係るモータ制御装置の制御手順を示すフローチャート、図３は本発明の実施形態に係るモータ制御装置の作用を説明するためのグラフである。
【００１２】図１に示すハイブリッド自動車は、モータ２０と、エンジン（不図示）と、モータ２０を制御するモータコントローラ１２と、エンジンを制御するエンジンコントローラ１４と、モータコントローラ１２およびエンジンコントローラ１４への指令信号を送出する車両コントローラ１０と、モータ２０への電源としての強電バッテリ１６と、強電バッテリ１６の直流電力を交流電力に変換してモータ２０へ供給するインバータ１８とを備えて構成される。
【００１３】車両コントローラ１０は、エンジン出力要求値演算部１０２とモータ出力要求値演算部１０４とを備え、これらエンジン出力要求値演算部１０２およびモータ出力要求値演算部１０４のそれぞれには、ハイブリッド自動車のアクセル開度２８、車速３０および強電バッテリ１６の容量３２などの車両情報が入力される。同図に示す例では、エンジン出力要求値演算部１０２およびモータ出力要求値演算部１０４に入力される車両情報を上記のアクセル開度２８、車速３０および強電バッテリ容量３２としているが、本発明のモータ制御装置ではこれら車両情報には何ら限定されず、これ以上の車両情報を入力するように構成してもよい。
【００１４】エンジン出力要求値演算部１０２は、車両情報に基づいてエンジン側で負担すべき出力を演算し、エンジンコントローラ１４にトルク指令値を送出する。また、モータ出力要求値演算部１０４は、車両情報に基づいてモータ２０側で負担すべき出力を演算し、モータコントローラ１２のモータ制御電流演算部１２２へトルク指令値を送出する。この車両コントローラ１０にて、ハイブリッド自動車におけるエンジンとモータ２０との切り換えおよびその制御の基礎となる負担率の演算が実行される。
【００１５】本例のモータコントローラ１２は、モータ制御電流演算部１２２と、出力制限係数演算部１２４と、制限温度設定部１２６と、温度変化検出部１２８とを備えて構成されている。
【００１６】モータ制御電流演算部１２２は、車両コントローラ１０のモータ出力要求値演算部１０４から受け取ったモータの出力要求値（トルク指令値）になるように、モータ２０に供給される電力を制御するもので、本例ではインバータ１８へ制御信号が出力される。このとき、モータ２０に設けられた回転センサ２２からモータ２０の回転数が入力され、これを用いてインバータへの制御信号が演算される。
【００１７】特に本実施形態のハイブリッド自動車には、モータ２０の温度保護を図るために、モータ２０に設けられた温度センサ２４と、インバータ１８に設けられた温度センサ２６と、これら温度センサ２４，２６で検出された温度を取り込み、現在の温度に加えて、温度の変化率を検出する温度変化検出部１２８と、温度変化検出部１２８からのデータに基づいて制限温度を設定する制限温度設定部１２６と、制限温度設定部１２６で設定された制限温度を閾値として、温度変化検出部１２８で検出されたモータ２０の温度がこの制限温度を超えた場合に、モータ出力要求値演算部１０４へモータ２０の出力を制限するための係数を演算して送出する出力制限係数演算部１２４とを備えている。
【００１８】本例に係る温度センサ２４，２６は、モータ２０のコイルの温度を検出するもの２４でも、インバータ１８の温度を検出するもの２６でも、何れのものでもよい。また、温度センサはモータ２０のコイルおよびインバータ１８の両方に設ける必要はなく、少なくとも何れか一方であればよい。
【００１９】温度変化検出部１２８は、温度センサ２４，２６で検出されたモータコイルおよび／またはインバータ１８の温度を所定の時間間隔で取り込み、取り込んだ温度Ｔを制限温度設定部１２６に送出する。またこれとともに、温度変化検出部１２８は、単位時間Δｔあたりに変化する温度ΔＴの変化率ΔＴ／Δｔを求め、これも制限温度設定部１２６に送出する。
【００２０】制限温度設定部１２６は、温度変化検出部１２８で検出されたモータ２０コイルおよび／またはインバータ１８の温度Ｔと、温度の変化率ΔＴ／Δｔとを所定間隔で取り込み、モータ２０の出力制限を行うべきかどうかを判断し、出力制限を行うときは、どのくらいの割合で出力制限するかを０％〜１００％の百分率をもってモータ出力要求値演算部１０４に指令する。
【００２１】詳細な手順は後述するが、この制限温度設定部１２６には、制限温度の初期値として第１の制限温度Ｔ１が設定され、また第２の設定温度Ｔ２も制限温度として設定切り換え可能とされている。さらに、第１の制限温度Ｔ１から第２の制限温度Ｔ２に一旦更新したのち、さらに第１の制限温度Ｔ２に更新可能とされている。なお、第１の制限温度Ｔ１と第２の制限温度Ｔ２とは、Ｔ１＞Ｔ２の関係にある。
【００２２】出力制限係数演算部１２４は、制限温度設定部１２６から送出されたモータ２０の出力制限の指令信号に応じて、モータ出力要求値を変更するための指令信号をモータ出力要求値演算部１０４へ送出する。具体的には、モータコイルおよび／またはインバータ１８の温度Ｔが制限温度Ｔ１またはＴ２以上となったら、温度Ｔに応じた制限係数％が予め設定（マップ化）されており、この制限温度に達してから所定時間後にモータ出力が０％となるように徐々にモータの出力を減少させる。なお、減少したモータの出力分は、車両コントローラ１０のエンジン出力要求値演算部１０２で増加させ、エンジンにてその減少出力をアシストする。
【００２３】車両コントローラ１０，モータコントローラ１２およびエンジンコントローラ１４はマイクロコンピュータなどで構成することができ、これらを別のマイクロコンピュータで構成することも、あるいは一つのマイクロコンピュータで構成することもできる。
【００２４】次に図２に示すフローチャートを用いて動作を説明する。まず、制限温度設定部１２６は、制限温度の初期値として第１の制限温度Ｔ１を設定するとともに、温度変化率ｒのしきい値としてｒ０ を設定する（ステップ１）。
【００２５】ハイブリッド自動車の走行を開始したら、温度変化検出部１２８は、モータコイルの温度センサ２４および／またはインバータ１８の温度センサ２６から温度Ｔを所定間隔で読み込む（ステップ２）。温度変化検出部１２８では、読み込まれた温度Ｔが、制限温度の初期値として設定されている第１の制限温度Ｔ１より高いかどうかを判断する（ステップ３）。そして、温度Ｔが第１の制限温度Ｔ１より低い場合には、制限温度をそのままの第１の制限温度Ｔ１を維持したまま、ステップ１に戻る。この場合、出力制限係数演算部１２４からモータ出力要求値演算部１０４に対しては、出力制限を行わない、すなわち１００％の制限係数を送出する。
【００２６】したがって、モータ出力要求値演算部１０４では、アクセル開度２８，車速３０および強電バッテリ容量３２などの車両情報に基づいて演算されるトルク指令値をそのままモータ制御電流演算部１２２に送出し、モータ制御電流演算部１２２では、モータ２０の出力がトルク指令値どおりとなるように制御電流を供給する。これにより、ハイブリッド自動車はモータ２０の能力を１００％発揮した状態で走行する。
【００２７】ステップ３において、温度Ｔが第１の制限温度Ｔ１以上である場合には、温度変化率演算部１２８は、さらにそのときの温度の変化率ΔＴ／Δｔ＝ｒを求め（ステップ４）、この温度変化率ｒが、予め設定されている所定の温度変化率ｒ０より大きいか小さいかを判断する（ステップ５）。
【００２８】そして、ｒ≧ｒ０ であるときは、モータ出力要求値演算部１０４にモータ２０の出力を制限する指令信号、具体的には後述するように制限係数０％〜１００％を送出する（ステップ６）。
【００２９】ステップ６のモータ２０の出力制限の一例を説明すると、出力制限係数演算部１２４からモータの出力を制限する指令信号、具体的には０％〜１００％の百分率で出力される指令信号を受け取ると、モータ出力要求値演算部１０４は、アクセル開度２８，車速３０および強電バッテリ容量３２などの車両情報から演算されたモータ出力要求値であるトルク指令値に、上述した出力制限係数を乗じ、このトルク指令値をモータ制御電流演算部１２２へ送出する。たとえば、車両情報から演算されたモータ出力要求値がトルク指令値として１００であり、出力制限係数演算部１２４で演算された制限係数が当初８０％であったとすると、１００×８０％＝８０というトルク指令値をモータ制御電流演算部１２２に送る。
【００３０】モータ制御電流演算部１２２は、受け取ったモータ出力のトルク指令値に応じた制御電流をインバータ１８に供給し、インバータ１８はこの制御電流に応じた交流電流をモータ２０に流す。これにより、モータ２０の出力は本来の出力の８０％に制限される。なお、モータ２０の出力を８０％に制限した分は、車両コントローラ１０側で認識されるので、エンジン出力要求値演算部１０２でこの分の出力が加算され、その加算されたトルク指令値がエンジンコントローラ１４に送られ、エンジンの出力を増加させることでモータ２０の制限出力を補う。
【００３１】出力制限係数演算部１２４から送られる制限係数は、たとえば温度Ｔに応じて予め決められた値であり、マッピングにより抽出されるが、所定時間後にモータ出力が０％となるように直線的に減少させる係数（％）とすることもできる。また、特に限定されず一定値であっても、また段階的に減少するような係数であってもよい。
【００３２】ステップ５に戻り、温度変化率がｒ＜ｒ０ であるときは、制限温度設定部１２６は、制限温度として、初期値である第１の制限温度Ｔ１から、これよりも高い温度である第２の設定温度Ｔ２に設定変更する（ステップ７）。なお、それまでの第１の制限温度Ｔ１も記憶しておく。
【００３３】そして、まず先のモータコイルおよび／またはインバータの温度Ｔが、それまで設定されていた第１の制限温度Ｔ１以上かどうかを判断する（ステップ８）。ここで、ハイブリッド自動車が速度を落とし、モータ２０の負荷が減少するなどして温度Ｔが降下しているときは、制限温度を再び第１の制限温度Ｔ１に戻す（ステップ９）。これにより、モータ２０の温度保護がより適切に行われることになる。
【００３４】ステップ８において、モータコイルおよび／またはインバータ１８の温度Ｔが第１の制限温度Ｔ１以上であるときは、ステップ１０へ進み、この温度Ｔ２が第２の制限温度Ｔ２以上であるかどうかを判断する。このとき、温度Ｔが第２の制限温度Ｔ２以上であるときは、ステップ６へ進んで、上述したようにモータ出力要求値演算部１０４にモータ２０の出力を制限する指令（制限係数）を送出し、モータ２０の出力を制限する。
【００３５】ステップ１０において、温度Ｔが第２の制限温度Ｔ２未満であるときは、モータ出力要求値演算部１０４にはそのままの係数１００％を送出し続け、モータ２０の出力は制限しないでステップ８へ戻る。このステップ３→ステップ４→ステップ５→ステップ７→ステップ８→ステップ１０というルートを経由することで、モータの出力を制限しないで走行できる距離が伸び、モータの温度保護を図りながらモータの性能を充分に発揮させることができる。
【００３６】図３は、本例のハイブリッド自動車を走行させた場合の走行時間ｔと、モータ２０等の温度Ｔとの関係をより具体的に示すグラフである。
【００３７】ここでは仮に、走行開始時のモータ２０等の温度Ｔを２０℃、第１の制限温度Ｔ１を１２０℃、第２の制限温度Ｔ２を１４０℃、出力制限係数が０％となるモータ２０等の温度を１６０℃とし、走行速度１００ｋｍ／ｈで走行したときにモータ２０等に３℃／ｍｉｎの温度上昇があるものとする。また、所定の温度変化率ｒ０ は３℃／ｍｉｎよりも大きい値であるものとする。
【００３８】モータ２０等の温度Ｔが第１の制限温度Ｔ１（１２０℃）に達するのは３３分後（ｔ１）であり、従来のモータ制御装置ではこの時間ｔ１からモータの出力制限が開始され、たとえばモータ２０等の温度が１６０℃に達する時間ｔ３に向かって直線的に制限係数を減少させる。
【００３９】これに対して、本例のモータ制御装置では、モータ２０等の温度変化率３℃／ｍｉｎが所定の温度変化率以下であることから、時間ｔ１ではモータ２０の出力制限を行わず、そのまま制限係数１００％で走行を継続する。そして、モータ２０等の温度Ｔが第２の制限温度Ｔ２（１４０℃）に達する４０分後（ｔ２）になって初めてモータ２０の出力の制限を開始し、この時間ｔ２からモータ２０等の温度が１６０℃に達する時間ｔ３に向かって直線的に制限係数を減少させる。
【００４０】このように、本例のモータ制御装置によれば、ｔ２−ｔ１の時間である７分だけ、モータ２０の出力を１００％としたまま走行することができ、モータ２０の性能を充分に発揮できるとともに、乗員のストレスを緩和することができる。ちなみに、この７分は走行距離にして１１ｋｍに相当し、この距離だけそれまでどおりの走行を続けることができる。なお、実際には車速の変化があるので、モータ２０の温度も逐次変動し、これによりモータ２０の最大能力で走行できる距離が一層増加することになり、本例の効果がより大きく発揮される。
【００４１】また、従来のモータ制御装置では、時間ｔ１の時点でモータの出力制限が開始するので、エンジンでアシストしない限り同じアクセル開度では速度が落ちてくることになる。
【００４２】本例では、モータの温度上昇の速度は走行状態で異なる点に着目している。たとえば、急勾配の坂道を上る場合は高負荷運転となり、短時間でモータ２０の温度は上昇するが、高速道路を連続運転する場合は比較的負荷が低くなるので、モータ２０の温度上昇は緩やかとなる。こうした走行状態をも加味したモータ制御を実行することで、モータの出力を制限しないで走行できる距離が増加する一方で、急激な温度上昇の場合は従来と同じ制限温度であることからモータの温度的保護も確実に図ることができる。
【００４３】ちなみに、第１の制限温度Ｔ１と第２の制限温度Ｔ２とを決定するに際しては、高速道路走行時のモータ温度の飽和温度を考慮することが一つの手法として挙げられる。すなわち、高速道路走行時のモータの飽和温度が第１の制限温度と第２の制限温度の間に位置するように第１の制限温度Ｔ１と第２の制限温度Ｔ２とを決定すれば、上述したような本例の効果を発揮することができる。
【００４４】なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４５】上述した実施形態では、モータの温度Ｔとしてモータコイルとインバータ１８の両者の温度を検出したが、この場合の制御方法としては、両者の温度を比較して何れか高い方を温度Ｔとすればよい。また、何れか一方の温度を検出するように構成してもよい。
【００４６】さらに、上述した実施形態では、ハイブリッド自動車に利用した例で本発明のモータ制御装置を説明したが、本発明のモータ制御装置は、電気自動車、燃料電池自動車など、各種自動車の駆動源として搭載されるモータの制御装置に利用することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地
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| 【出願日】 |
平成１４年４月９日（２００２．４．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９９９００
【弁理士】
【氏名又は名称】西出 眞吾 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−３０４６０４（Ｐ２００３−３０４６０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１０月２４日（２００３．１０．２４） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１０６１３９（Ｐ２００２−１０６１３９） |
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