特開 2025-11707 駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025011707

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20250117BHJP

【ＦＩ】

H02P27/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023113970

(22)【出願日】2023-07-11

(71)【出願人】

【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】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹谷 文明

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505BB10

5H505CC04

5H505DD08

5H505EE59

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ17

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL43

(57)【要約】

【課題】バッテリの低温時にバッテリの昇温を促進する。
【解決手段】駆動装置は、バッテリと、モータと、バッテリからの電力ラインに取り付けられてモータに三相交流を印加するインバータと、モータに印加される三相交流の電流を検出する電流センサと、インバータを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、バッテリの低温時には、バッテリに流れる電流に電流センサの誤差成分に応じた脈動成分が生じるようにインバータを制御する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリと、モータと、前記バッテリからの電力ラインに取り付けられて前記モータに三相交流を印加するインバータと、前記モータに印加される三相交流の電流を検出する電流センサと、前記イ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、前記バッテリの低温時には、前記バッテリに流れる電流に前記電流センサの誤差成分に応じた脈動成分が生じるように前記インバータを制御する、
ことを特徴とする駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、駆動装置に関し、詳しくは、バッテリとモータとインバータと制御装置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、バッテリからの直流電流をコンバータによって昇圧してモータを駆動するインバータに供給する駆動装置において、バッテリの低温時には、コンバータを通常より低いスイッチング周波数で動作させ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、上記制御によりバッテリを通過するリプル電流の振幅を増大させてバッテリの昇温を促進している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－１５５７８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、バッテリからの直流電流を昇圧してモータを駆動するインバータに供給するコンバータを備えない駆動装置では、コンバータを有しないから、コンバータを通常より低いスイッチング周波数で動作させることによってバッテリの昇温を促進することができない。

【0005】

本開示の駆動装置は、バッテリの低温時にバッテリの昇温を促進することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本開示の駆動装置は、
バッテリと、モータと、前記バッテリからの電力ラインに取り付けられて前記モータに三相交流を印加するインバータと、前記モータに印加される三相交流の電流を検出する電流センサと、前記イ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、前記バッテリの低温時には、前記バッテリに流れる電流に前記電流センサの誤差成分に応じた脈動成分が生じるように前記インバータを制御する、
ことを特徴とする。

【0008】

本開示の駆動装置では、バッテリの低温時には、バッテリに流れる電流に、電流センサの誤差成分に応じた脈動成分が生じるようにインバータを制御する。モータに印加される三相交流の電流を検出する電流センサには、オフセット成分とゲイン成分の誤差成分があるが、こうした誤差成分がある状態でも制御破綻しないようにインバータを制御することができる。このため、電流センサの許容誤差成分の範囲内でバッテリに流れる電流に脈動成分が生じるようにインバータを制御することも可能となる。このようにバッテリに流れる電流に脈動成分が生じるようにインバータを制御することにより、バッテリの昇温を促進することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態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】電子制御ユニット５０により実行される低温時脈動処理の一例を示すフローチャートである。

【図3】インバータ３４を通常制御したときと脈動制御したときのバッテリ電流の時間変化の一例を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、本開示を実施するための形態（実施形態）について説明する。図１は、本開示の実施形態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。図示するように、実施形態の電気自動車２０は、走行用のモータ３２と、インバータ３４と、バッテリ３６と、電子制御ユニット５０とを備える。

【0011】

モータ３２は、三相交流電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを備える。モータ３２の回転子は、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。

【0012】

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられる。インバータ３４は、電力ライン３８を介してバッテリ３６に接続されており、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１～Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１～Ｔ１６のそれぞれに並列に接続された６つのダイオードＤ１１～Ｄ１６とを有する。トランジスタＴ１１～Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２つずつペアで配置されている。各ペアの２つのトランジスタの接続点は、それぞれ、モータ３２の対応する相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルに接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１～Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。

【0013】

バッテリ３６は、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、電力ライン３８を介してインバータ３４に接続されている。電力ライン３８には、平滑用のコンデンサ３９が取り付けられている。

【0014】

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポートを有するマイクロコンピュータとして構成されている。電子制御ユニット５０は、回転位置センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍ、電流センサ３２ｕ，３２ｖからのモータ３２のＵ相、Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ、電圧センサ３６ａからのバッテリ３６の電圧Ｖｂ、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流Ｉｂ、温度センサ３６ｃからのバッテリ３６の温度Ｔｂ、電圧センサ３９ａからの電力ライン３８（コンデンサ３９）の電圧ＶＬを入力する。スタートスイッチ６０からのスタート信号、シフトポジションセンサ６２からのシフトレバー６１の操作位置であるシフトポジションＳＰ、アクセルペダルセンサ６４からのアクセルペダル６３の踏込量であるアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダルセンサ６６からのブレーキペダル６５の踏込量であるブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６７からの車速Ｖも入力する。

【0015】

電子制御ユニット５０は、インバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６に制御信号を出力する。電子制御ユニット５０は、回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算したり、相電流Ｉｕ，Ｉｖと電気角θｅとに基づいてモータ３２の出力トルクＴｍを推定したりしている。出力トルクＴｍの推定は、例えば、モータ３２の各相の電流の総和が値０とであるとして、モータ３２の電気角θｅを用いてＵ相、Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相－２相変換）し、電流Ｉｄ，Ｉｑと出力トルクＴｍとの予め定められた関係にｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを適用して出力トルクＴｍを導出することにより行なわれる。

【0016】

実施形態の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、走行に要求される（駆動軸２６に要求される）走行要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６を制御する。ここで、走行要求トルクＴｄ＊は、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて設定される。インバータ３４の制御は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御により行なわれる。

【0017】

ＰＷＭ制御では、最初に、モータ３２の各相の電流の総和が値０とであるとして、モータ３２の電気角θｅを用いてＵ相、Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相－２相変換）する。続いて、トルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定し、ｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と電流Ｉｄ，Ｉｑとの差分が打ち消されるようにｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算する。そして、モータ３２の電気角θｅを用いてｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相－３相変換）し、この電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗと搬送波電圧との比較によってトランジスタＴ１１～Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成してトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

【0018】

なお、駆動装置としては、、モータ３２と、電流センサ３２ｕ，３２ｖと、インバータ３４と、バッテリ３６と、電子制御ユニット５０とが相当する。

【0019】

次に、実施形態の電気自動車２０の動作、特に、バッテリ３６の低温時にバッテリ３６の昇温を促進する際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される低温時脈動処理の一例を示すフローチャートである。

【0020】

低温時脈動処理が実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、温度センサ３６ｃからのバッテリ温度Ｔｂを入力し（ステップＳ１００）、バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、バッテリ３６が低温状態であるか否かを判定する閾値であり、例えば０℃や－５℃などを用いることができる。

【0021】

ステップＳ１１０でバッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ以上であると判定したときには、バッテリ３６は低温状態にはないと判断し、インバータ３４の通常制御（ＰＷＭ制御）を実行し（ステップＳ１２０）、本処理を終了する。インバータ３４の通常制御（ＰＷＭ制御）については上述した。

【0022】

ステップＳ１１０でバッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｒｅｆ未満であると判定したときには、バッテリ３６は低温状態にあると判断し、電流センサ３２ｕ，３２ｖの許容誤差成分の範囲内でバッテリ３６に流れる電流に脈動成分が生じるようにインバータ３４を制御するインバータ脈動制御を実行し（ステップＳ１３０）、本処理を終了する。インバータ脈動制御としては、ＰＷＭ制御において、Ｕ相、Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖに対して許容誤差成分の範囲内で脈動成分を重畳することにより実行することができる。

【0023】

図３にインバータ３４を通常制御したときと脈動制御したときのバッテリ電流の時間変化の一例を模式的に示す。図示するように、インバータ３４を通常制御したときにはバッテリ３６に流れる電流は一定であるが、インバータ３４を脈動制御するとバッテリ３６に流れる電流が脈動するようになる。これにより、バッテリ３６の昇温を促進することができる。

【0024】

以上説明した実施形態の電気自動車２０に搭載した駆動装置では、バッテリ３６は低温状態にあるときには、電流センサ３２ｕ，３２ｖの許容誤差成分の範囲内でバッテリ３６に流れる電流に脈動成分が生じるようにインバータ３４を制御するインバータ脈動制御を実行する。これにより、バッテリ３６の昇温を促進することができる。

【0025】

実施形態では、駆動装置は電気自動車２０に搭載されるものとしたが、駆動装置はハイブリッド車に搭載されるものとしてもよく、燃料電池車に搭載されるものとしてもよい。また、駆動装置は、車両に搭載されないものとしても構わない。

【0026】

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、バッテリ３６が「バッテリ」に相当し、モータ３２が「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、電流センサ３２ｕ，３２ｖが「電流センサ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。

【0027】

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

【0028】

以上、本開示を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示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】

【0029】

本開示は、電動車両の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0030】

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、３２ モータ、３２ｕ，３２ｖ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３６ｃ 温度センサ、５０ 電子制御ユニット。

【図1】

【図2】

【図3】