特許第6862960号(P6862960)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6862960
(24)【登録日】2021年4月5日
(45)【発行日】2021年4月21日
(54)【発明の名称】駆動装置
(51)【国際特許分類】
   H02M 3/155 20060101AFI20210412BHJP
   B60L 9/18 20060101ALI20210412BHJP
【FI】
   H02M3/155 W
   B60L9/18 J
【請求項の数】1
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2017-53095(P2017-53095)
(22)【出願日】2017年3月17日
(65)【公開番号】特開2018-157696(P2018-157696A)
(43)【公開日】2018年10月4日
【審査請求日】2019年10月28日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000017
【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】田嶋 啓志
(72)【発明者】
【氏名】田川 洋輔
【審査官】 東 昌秋
(56)【参考文献】
【文献】 特開2013−46431(JP,A)
【文献】 国際公開第2011/080818(WO,A1)
【文献】 特開2008−17630(JP,A)
【文献】 特開2016−100936(JP,A)
【文献】 特開2014−212698(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02M 3/00− 3/44
B60L 1/00−58/40
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータと、
蓄電装置と、
前記蓄電装置側と前記モータ側との間で電圧の変換を伴って電力のやりとりを行なう並列接続された応答速度の異なる複数の昇圧コンバータと、
動力性能を優先する動力性能優先モードとエネルギ効率を優先するエネルギ効率優先モードとを含む複数の駆動モードから選択した駆動モードに基づく電力分配により前記複数の昇圧コンバータを制御する制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、前記エネルギ効率優先モードを選択したときには所定の第1電力分配比を用いて前記複数の昇圧コンバータを制御し、前記動力性能優先モードを選択したときには前記第1電力分配比に比して前記複数の昇圧コンバータのうち応答速度が最も早い昇圧コンバータの電力分配比が大きい所定の第2電力分配比を用いて前記複数の昇圧コンバータを制御する、
駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、モータと、蓄電装置と、蓄電装置側とモータ側との間で電圧の変換を伴って電力のやりとりを行なう複数の昇圧コンバータと、を備える駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の駆動装置としては、モータと、蓄電装置と、蓄電装置側とモータ側との間で電圧の変換を伴って電力のやりとりを行なう2つのコンバータと、を備え、2つのコンバータの動作状態を切り替えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この駆動装置では、1つのチョッパ回路を有する第1コンバータと、2つのチョッパ回路を有する第2コンバータとのスイッチング状態を切り替えることにより、電力損失を削減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2016−100936号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
こうした駆動装置では、一般的に電力損失が最小(エネルギ効率が最大)となるように複数の昇圧コンバータを作動するが、エネルギ効率よりも動力性能を優先して駆動させたい場合もある。この場合、複数の昇圧コンバータの応答速度が異なると、応答速度の遅い昇圧コンバータが存在するために、出力すべき総電力の応答速度が遅くなってしまう。
【0005】
本発明の駆動装置は、応答速度が異なる複数の昇圧コンバータを備える駆動装置において、動力性能を優先するときの総電力の応答速度を速くすることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【0007】
本発明の駆動装置は、
モータと、
蓄電装置と、
前記蓄電装置側と前記モータ側との間で電圧の変換を伴って電力のやりとりを行なう並列接続された応答速度の異なる複数の昇圧コンバータと、
動力性能を優先する動力性能優先モードとエネルギ効率を優先するエネルギ効率優先モードとを含む複数の駆動モードから選択した駆動モードに基づく電力分配により前記複数の昇圧コンバータを制御する制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、前記動力性能優先モードを選択したときには、前記エネルギ効率優先モードを選択したときに比して、前記複数の昇圧コンバータのうち応答速度が最も早い昇圧コンバータの電力分配を大きくして前記複数の昇圧コンバータを制御する、
ことを要旨とする。
【0008】
この本発明の駆動装置では、動力性能を優先する動力性能優先モードを選択したときには、エネルギ効率を優先するエネルギ効率優先モードを選択したときに比して、複数の昇圧コンバータのうち応答速度が最も早い昇圧コンバータの電力分配を大きくして複数の昇圧コンバータを制御する。これにより、エネルギ効率優先モードに比して、複数の昇圧コンバータにより昇圧される総電力の応答速度を早くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。
図2】モータ32を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。
図3】電子制御ユニット70により実行される電力分配設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
図4】効率優先モードにおける駆動装置における電力の流れの一例を示す説明図である。
図5】動力性能優先モードにおける駆動装置における電力の流れの一例を示す説明図である。
図6】各モードにおける電力供給の時間変化の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【0011】
図1は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2は、モータ32を含む電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車20は、図1に示すように、モータ32と、インバータ34と、蓄電装置としてのバッテリ36と、第1,第2昇圧コンバータ40,41と、電子制御ユニット70と、を備える。ここで、実施例の駆動装置としては、モータ32とバッテリ36と第1,第2昇圧コンバータ40,41と電子制御ユニット70とが相当する。
【0012】
モータ32は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動輪22a,22bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸26に接続されている。インバータ34は、モータ32に接続されると共に高電圧側電力ライン42に接続されている。モータ32は、電子制御ユニット70によって、インバータ34の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。高電圧側電力ライン42の正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ46が取り付けられている。
【0013】
バッテリ36は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、第2電力ラインとしての低電圧側電力ライン44に接続されている。低電圧側電力ライン44の正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ48が取り付けられている。
【0014】
図2に示すように、第1昇圧コンバータ40は、応答速度の速い周知の昇降圧コンバータとして構成されており、高電圧側電力ライン42と低電圧側電力ライン44とに接続されており、2つのトランジスタT11,T12と、2つのダイオードD11,D12と、リアクトルL1と、を有する。トランジスタT11は、高電圧側電力ライン42の正極側ラインに接続されている。トランジスタT12は、トランジスタT11と、高電圧側電力ライン42および低電圧側電力ライン44の負極側ラインと、に接続されている。リアクトルL1は、トランジスタT11,T12同士の接続点と、低電圧側電力ライン44の正極側ラインと、に接続されている。第1昇圧コンバータ40は、電子制御ユニット70によって、トランジスタT11,T12のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン44の電力を電圧の昇圧を伴って高電圧側電力ライン42に供給したり、高電圧側電力ライン42の電力を電圧の降圧を伴って低電圧側電力ライン44に供給したりする。第2昇圧コンバータ41は、第1昇圧コンバータ40より応答速度が遅い周知の昇圧コンバータとして構成されており、高電圧側電力ライン42と低電圧側電力ライン44とに接続されており、2つのトランジスタT21,T22と、2つのダイオードD21,D22と、リアクトルL2と、を有する。この第2昇圧コンバータ41は、電子制御ユニット70によって、トランジスタT21,T22のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン44の電力を電圧の昇圧を伴って高電圧側電力ライン42に供給したり、高電圧側電力ライン42の電力を電圧の降圧を伴って低電圧側電力ライン44に供給したりする。
【0015】
電子制御ユニット70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,不揮発性のフラッシュメモリ,入出力ポートを備える。図1に示すように、電子制御ユニット70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット70に入力される信号としては、例えば、モータ32の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ32aからの回転位置θmや、モータ32の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流Iu,Ivを挙げることができる。また、バッテリ36の端子間に取り付けられた電圧センサからの電圧Vbや、バッテリ36の出力端子に取り付けられた電流センサからの電流Ibも挙げることができる。さらに、コンデンサ46の端子間に取り付けられた電圧センサ46aからの高電圧側電力ライン42(コンデンサ46)の電圧VHや、コンデンサ48の端子間に取り付けられた電圧センサ48aからの低電圧側電力ライン44(コンデンサ48)の電圧VLを挙げることもできる。第1,第2昇圧コンバータ40,41のリアクトルL1,L2に流れる電流を検出する電流センサ40a,41aからのリアクトルL1,L2の電流IL1,IL2や、第1,第2昇圧コンバータ40,41に取り付けられた温度センサ40b,41bからの第1,第2昇圧コンバータ40,41の温度tc1,tc2も挙げることができる。イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号や、シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSPを挙げることができる。また、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBPを挙げることができる。更に、車速センサ88からの車速Vや、モードスイッチ89からのスイッチ信号SWも挙げることができる。モードスイッチ89は、電気自動車20の駆動モードとして、エネルギ効率を優先する効率優先モードと動力性能を優先する動力性能優先モードとを切り替えるスイッチである。
【0016】
電子制御ユニット70からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット70から出力される信号としては、例えば、インバータ34の複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号や、第1昇圧コンバータ40のトランジスタT11,T12へのスイッチング制御信号,第2昇圧コンバータ41のトランジスタT21,T22へのスイッチング制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット70は、回転位置検出センサ32aからのモータ32の回転子の回転位置θmに基づいてモータ32の電気角θeや回転数Nmを演算している。また、電子制御ユニット70は、電流センサからのバッテリ36の電流Ibの累積値に基づいてバッテリ36の蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCとバッテリ36に取り付けられた図示しない温度センサにより検出された電池温度Tbとに基づいてバッテリ36を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算したりしている。ここで、蓄電割合SOCは、バッテリ36の全容量に対するバッテリ36から放電可能な電力の容量の割合である。
【0017】
こうして構成された実施例の電気自動車20では、電子制御ユニット70は、まず、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて走行に要求される(駆動軸26に要求される)要求トルクTd*を設定すると共に要求トルクTd*に駆動軸26の回転数を乗じて走行に要求される走行用パワーPdrvを設定する。続いて、走行用パワーPdrvをバッテリ36の入出力制限Win,Woutの範囲内でモータ32から出力するようにトルク指令Tm*を設定する。そして、トルク指令Tm*が出力されるようにインバータ34のスイッチング素子をスイッチング制御する。そして、トルク指令Tm*に基づいて高電圧側電力ライン42の目標電圧VH*を設定すると共に、バッテリ36からの電力を目標電圧VH*に昇圧して走行用パワーPdrvがインバータ34に供給されるように、第1昇圧コンバータ40および第2昇圧コンバータ41を制御する。第1昇圧コンバータ40については走行用パワーPdrvに分配比k1を乗じた電力(k1・Pdrv)が高電圧側電力ライン42に供給されるように制御し、第2昇圧コンバータ41については走行用パワーPdrvに分配比k2(k2=1−k1)を乗じた電力(k2・Pdrv)が高電圧側電力ライン42に供給されるように制御する。
【0018】
次に、こうして構成された実施例の電気自動車20の動作、特に第1、第2昇圧コンバータ40,41の電力の分配を設定する際の動作について説明する。図3は、電子制御ユニット70により実行される電力分配設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。
【0019】
電力分配設定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット70は、まず、モードスイッチ89からのスイッチ信号SWを入力し(ステップS100)、スイッチ信号SWにより駆動モードを判定する(ステップS110)。駆動モードとして、効率優先モードが設定されていると判定したときには、効率優先モードの電力分配として、第1昇圧コンバータ40の分配比k1に値kset1を設定すると共に第2昇圧コンバータ41の分配比k2に値(1−kset1)を設定し(ステップS130),本ルーチンを終了する。値kset1は、第1昇圧コンバータ40と第2昇圧コンバータ41とにより走行用パワーPdrvを目標電圧VH*に昇圧して高電圧側電力ライン42に供給したときに第1昇圧コンバータ40と第2昇圧コンバータ41との損失が最小となるように実験などにより得られた第1昇圧コンバータ40の分配比として予め定められるものである。このように電力分配することによりエネルギ効率を良好なものとすることができる。
【0020】
ステップS110で、駆動モードとして、動力性能優先モードが設定されていると判定したときには、動力性能優先モードの電力分配として、第1昇圧コンバータ40の分配比k1に値kset1より大きな値kset2を設定すると共に第2昇圧コンバータ41の分配比k2に値(1−kset2)を設定し(ステップS120),本ルーチンを終了する。上述したように、第1昇圧コンバータ40は、第2昇圧コンバータ41より応答速度が速い昇圧コンバータとして構成されているから、第1昇圧コンバータ40の分配比k1を大きくすることにより、高電圧側電力ライン42の電圧VHを目標電圧VH*に到達させるまでの時間を短くすることができ、インバータ34に走行用パワーPdrvを迅速に供給することができるようになる。
【0021】
図4に効率優先モードにおける電力の流れの一例を示し、図5に動力性能優先モードにおける電力の流れの一例を示す。図4,5中、白抜き矢印の太さは電力の大きさを示し、Pinはバッテリ36から第1昇圧コンバータ40および第2昇圧コンバータ41に入力される電力を示し、Poutは第1昇圧コンバータ40および第2昇圧コンバータ41から出力される電力(インバータ34に入力される電力)を示す。図示するように、応答速度の速い第1昇圧コンバータ40の分配比k1が大きい動力性能優先モード(図5)の方が効率優先モード(図4)に比してインバータ34に供給する電力Poutが大きくなる。図6に効率優先モードおよび動力性能優先モードにおける電力供給の時間変化の一例を示す。図6中、上側のハッチング部分は第1昇圧コンバータ40により高電圧側電力ライン42に供給される電力を示し、下側のハッチング部分は第2昇圧コンバータ41により高電圧側電力ライン42に供給される電力を示す。図示するように、応答速度の速い第1昇圧コンバータ40の分配比k1が大きい動力性能優先モードにおける目標パワー(走行用パワーPdrv)に達するのに要する時間T1は、効率優先モードにおける目標パワー(走行用パワーPdrv)に達するのに要する時間T2より短い。
【0022】
以上説明した実施例の電気自動車20が搭載する駆動装置では、モードスイッチ89により動力性能を優先する動力性能優先モードを選択したときには、エネルギ効率を優先する効率優先モードを選択したときに比して、応答速度が速い第1昇圧コンバータ40の分配比k1を大きくする。これにより、効率優先モードに比して、第1昇圧コンバータ40および第2昇圧コンバータ41によりインバータ34に供給する電力を迅速に目標パワー(走行用パワーPdrv)にすることができる。
【0023】
実施例の電気自動車20が搭載する駆動装置では、第1昇圧コンバータ40と第2昇圧コンバータ41との2つの昇圧コンバータを備えるものとしたが、3つ以上の昇圧コンバータを備えるものとしてもよい。その場合、動力性能優先モードを選択したときには、応答速度の最も速い昇圧コンバータの分配比を大きくすればよい。
【0024】
実施例の電気自動車20が搭載する駆動装置では、モードスイッチ89により効率優先モードと動力性能優先モードとを選択するものとしたが、アクセル開度Accの大きさやアクセル開度Accの変化速度、道路状態、交通状態などに応じて効率優先モードと動力性能優先モードとを選択するものとしてもよい。
【0025】
実施例の電気自動車20が搭載する駆動装置では、蓄電装置として1つのバッテリ36を備えるものとしたが、バッテリ36に代えてキャパシタを用いるものとしてもよい。
【0026】
実施例では、モータ32からの動力を用いて走行する電気自動車20に搭載される駆動装置の形態とした。しかし、モータからの動力とエンジンからの動力とを用いて走行するハイブリッド自動車に搭載される駆動装置の形態としてもよいし、建設設備などの移動しない設備に組み込まれる駆動装置の形態としてもよい。
【0027】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【0028】
本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【0029】
20 電気自動車、22a,22b 駆動輪、24 デファレンシャルギヤ、26 駆動軸、32 モータ、32a 回転位置検出センサ、34 インバータ、36 バッテリ、40 第1昇圧コンバータ、40a,41a 電流センサ、40b,41b 温度センサ、41 第2昇圧コンバータ、42 高電圧側電力ライン、44 低電圧側電力ライン、46,48 コンデンサ、46a,48a 電圧センサ、70 電子制御ユニット、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、89 モードスイッチ、D11,D12,D21,D22 ダイオード、L1,L2 リアクトル、T11,T12,T21,T22 トランジスタ。
図1
図2
図3
図4
図5
図6