特開 2025-1264 車載用制御装置

(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】P2025001264

(43)【公開日】2025-01-08

(54)【発明の名称】車載用制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241225BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20241225BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

H02M3/155 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023100758

(22)【出願日】2023-06-20

(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】木村 晃平

【テーマコード（参考）】

5H730

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H730AA20

5H730AS04

5H730AS13

5H730BB14

5H730FD61

5H730XX02

5H730XX19

5H730XX22

5H730XX38

5H770CA01

5H770CA06

5H770DA03

5H770HA02W

5H770HA06Z

5H770HA11Z

5H770HA15W

5H770LA04Z

5H770LB07

(57)【要約】

【課題】パワーコントロールユニット内の電流センサの過熱を抑制する
【解決手段】パワーコントロールユニットは、発電機用インバータ、モータ用インバータ、昇圧コンバータ、昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流を検出するリアクトル電流センサ、発電機電流を検出する発電機電流センサを有する。車載用制御装置は、リアクトル電流センサの温度が第１所定温度以上のときには、発電機の回生トルクが大きくなるように発電機用インバータを制御し、発電機電流センサの温度が第２所定温度以上のときには、発電機用インバータに作用する電圧が大きくなるように昇圧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、
発電機と、
駆動用のモータと、
前記発電機を駆動する発電機用インバータ、前記モータを駆動するモータ用インバータ、前記バッテリと前記発電機用インバータおよび前記モータ用インバータとの間の電力ラインに取り付けられた昇圧インバータ、前記昇圧インバータのリアクトルに流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流センサ、前記発電機に流れる発電機電流を検出する発電機電流センサを有するパワーコントロールユニットと、
前記発電機用インバータと前記モータ用インバータと昇圧インバータとを制御する車載用制御装置と、
を備える電動車における前記車載用制御装置であって、
前記リアクトル電流センサの温度が第１所定温度以上のときには、前記発電機の回生トルクが大きくなるように前記発電機用インバータを制御し、
前記発電機電流センサの温度が第２所定温度以上のときには、前記発電機用インバータに作用する電圧が大きくなるように前記昇圧インバータを制御する、
ことを特徴とする車載用制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車載用制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の技術としては、交流負荷の駆動電圧を還流ダイオードが接続されたスイッチング素子のスイッチング動作により生成するインバータ装置を制御するインバータ制御装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。このインバータ制御装置では、交流負荷に流れる電流の大きさの低レベル側で、電流の大きさのより高レベル側よりもスイッチング素子のスイッチング速度を小さくしており、これにより、スイッチング損失を好適に抑制しながら、サージ電圧を極力低減可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－０６５７４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

バッテリや発電機、昇圧インバータを搭載する電動車では、高出力化が求められており、そのために発電機を駆動するインバータや昇圧インバータなどを収納するパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）の耐熱性の向上が課題とされている。こうしたパワーコントロールユニット内では、電流センサは電流値による発熱感度が高いため、電流センサの熱対策が困難で過熱しやすくなる。

【0005】

本開示の車載用制御装置は、パワーコントロールユニット内の電流センサの過熱を抑制することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の車載用制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本開示の車載用制御装置は、バッテリと、発電機と、駆動用のモータと、前記発電機を駆動する発電機用インバータ、前記モータを駆動するモータ用インバータ、前記バッテリと前記発電機用インバータおよび前記モータ用インバータとの間の電力ラインに取り付けられた昇圧インバータ、前記昇圧インバータのリアクトルに流れるリアクトル電流を検出するリアクトル電流センサ、前記発電機に流れる発電機電流を検出する発電機電流センサを有するパワーコントロールユニットと、前記発電機用インバータと前記モータ用インバータと昇圧インバータとを制御する車載用制御装置と、を備える電動車における前記車載用制御装置であって、
前記リアクトル電流センサの温度が第１所定温度以上のときには、前記発電機の回生トルクが大きくなるように前記発電機用インバータを制御し、前記発電機電流センサの温度が第２所定温度以上のときには、前記発電機用インバータに作用する電圧が大きくなるように前記昇圧インバータを制御する、ことを特徴とする。

【0008】

この本開示の車載用制御装置では、リアクトル電流センサの温度が第１所定温度以上のときには、発電機の回生トルクが大きくなるように発電機用インバータを制御する。これにより、発電機による発電電力を大きくしてモータに供給することができるから、昇圧インバータからモータに供給する電力を小さくすることができ、リアクトル電流を小さくすることができる。この結果、リアクトル電流センサの過熱を抑制することができる。また、車載用制御装置では、発電機電流センサの温度が第２所定温度以上のときには、発電機用インバータに作用する電圧が大きくなるように昇圧インバータを制御する。これにより、昇圧インバータからモータに供給する電力を大きくすることにより、発電機による発電電力を小さくすることができ、発電機電流を小さくすることができる。この結果、発電機電流センサの過熱を抑制することができる。これらの結果、パワーコントロールユニット内の電流センサの過熱を抑制することができる。

【0009】

こうした本開示の車載用制御装置において、前記モータは、第１駆動軸に動力を出力する第１モータと第２駆動軸に動力を出力する第２モータとの２つのモータであり、前記モータ用インバータは、前記第１モータを駆動する第１インバータと前記第２モータを駆動する第２インバータとの２つのインバータであり、前記電動車は、前記第１モータに流れる第１モータ電流を検出する第１モータ電流センサと、前記第２モータに流れる第２モータ電流を検出する第２モータ電流センサと、を備え、前記車載用制御装置は、前記第１モータ電流センサの温度が第３所定温度以上のときには、前記第１モータのトルクが小さくなると共に前記第２モータのトルクが大きくなるように前記第１インバータと前記第２インバータとを制御し、前記第２モータ電流センサの温度が第４所定温度以上のときには、前記第１モータのトルクが大きくなると共に前記第２モータのトルクが小さくなるように前記第１インバータと前記第２インバータとを制御するものとしてもよい。車載用制御装置が、第１モータ電流センサの温度が第３所定温度以上のときには、第１モータのトルクが小さくなると共に第２モータのトルクが大きくなるように第１インバータと第２インバータとを制御することにより、第１モータ電流を小さくすることができ、第１モータ電流センサの過熱を抑制することができる。また、車載用制御装置が、第２モータ電流センサの温度が第４所定温度以上のときには、第１モータのトルクが大きくなると共に第２モータのトルクが小さくなるように第１インバータと第２インバータとを制御することにより、第２モータ電流を小さくすることができ、第２モータ電流センサの過熱を抑制することができる。これらの結果、パワーコントロールユニット内の電流センサの過熱を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の車載用制御装置を搭載する電動車２０の概略構成図である。

【図2】温度センサ過熱抑制処理の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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、本開示の一実施形態としての車載用制御装置を搭載する電動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施形態の電動車２０は、図示するように、バッテリ２２と、システムメインリレー（ＳＭＲ）２４と、パワーコントロールユニット３０と、発電機４０と、第１モータ４２と、第２モータ４４と、電子制御ユニット５０と、を備える。

【0012】

バッテリ２２は、例えばリチウムイオン二次電池などとして構成されており、低電圧側電力ラインを介してパワーコントロールユニット３０の昇圧コンバータ３２に接続されている。システムメインリレー２４は、バッテリ２２と昇圧コンバータ３２とを接続する低電圧側電力ラインに取り付けられている。

【0013】

パワーコントロールユニット３０は、昇圧コンバータ３２や、昇圧コンバータ３２の図示しないリアクトルに流れるリアクトル電流ＩＬを検出するリアクトル電流センサ３３、発電機用インバータ３４、発電機４０に流れる三相の発電機電流ＩＧｕｖｗを検出する発電機電流センサ３５、第１モータ用インバータ３６と、第１モータ４２に流れる三相の第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗを検出する第１モータ電流センサ３７と、第２モータ用インバータ３８と、第２モータ４４に流れる三相の第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗを検出する第２モータ電流センサ３９と、を備える。

【0014】

昇圧コンバータ３２は、バッテリ２２に接続された低電圧側電力ラインと各インバータ３４，３６，３８に接続された高電圧側電力ラインとに接続されており、２つのスイッチング素子としてのトランジスタと、２つのトランジスタのそれぞれに並列に接続された２つのダイオードと、リアクトルとを有する周知の昇圧コンバータとして構成されている。昇圧コンバータ３２のリアクトルが接続された低電圧側電力ラインの正極側ラインにはリアクトル電流センサ３３が取り付けられている。このリアクトル電流センサ３３には、その温度Ｔ（ＩＬ）を検出する温度センサ３３ａが取り付けられている。

【0015】

発電機用インバータ３４や第１モータ用インバータ３６、第２モータ用インバータ３８は、発電機４０や第１モータ４２，第２モータ４４の駆動に用いられると共に高電圧側電力ラインを介して昇圧コンバータ３２に接続されている。各インバータ３４，３６，３８は、それぞれ６つのスイッチング素子（トランジスタ）と、６つのスイッチング素子のそれぞれに並列に接続された６つのダイオードとを有する周知のインバータ回路として構成されている。

【0016】

発電機４０や第１モータ４２，第２モータ４４は、例えば同期発電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有する。発電機４０は、例えば、エンジンの出力軸や、エンジンの出力軸と駆動軸とに接続されたプラネタリギヤに接続されている。第１モータ４２は、例えば前輪に連結された前輪用駆動軸に接続されている。第２モータ４４は、例えば後輪に連結された後輪用駆動軸に接続されている。

【0017】

発電機用インバータ３４と発電機４０との間の三相電力ラインには発電機電流センサ３５が取り付けられており、発電機電流センサ３５にはその温度Ｔ（ＩＧ）を検出する温度センサ３５ａが取り付けられている。第１モータ用インバータ３６と第１モータ４２との間の三相電力ラインには第１モータ電流センサ３７が取り付けられており、第１モータ電流センサ３７にはその温度Ｔ（Ｉ１）を検出する温度センサ３７ａが取り付けられている。第２モータ用インバータ３８と第２モータ４４との間の三相電力ラインには第２モータ電流センサ３９が取り付けられており、第２モータ電流センサ３９にはその温度Ｔ（Ｉ２）を検出する温度センサ３９ａが取り付けられている。

【0018】

電子制御ユニット５０は、発電機４０や第１モータ４２、第２モータ４４を駆動制御するための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には、リアクトル電流センサ３３からのリアクトル電流ＩＬや、温度センサ３３ａからのリアクトル電流センサ温度Ｔ（ＩＬ）、発電機電流センサ３５からの発電機電流ＩＧｕｖｗ、温度センサ３５ａからの発電機電流センサ温度Ｔ（ＩＧ）、第１モータ電流センサ３７からの第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗ、温度センサ３７ａからの第１モータ電流センサ温度Ｔ（Ｉ１）、第２モータ電流センサ３９からの第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗ、温度センサ３９ａからの第２モータ電流センサ温度Ｔ（Ｉ２）、発電機４０や第１モータ４２、第２モータ４４の回転位置などが入力されている。電子制御ユニット５０からは、システムメインリレー２４への駆動制御信号や、昇圧コンバータ３２へのスイッチング制御信号、発電機用インバータ３４や第１モータ用インバータ３６、第２モータ用インバータ３８へのスイッチング制御信号などが出力されている。

【0019】

電子制御ユニット５０は、図示しない走行用電子制御ユニットとの通信により、車両の走行制御に必要な情報を走行用電子制御ユニットに送信し、発電機４０や第１モータ４２、第２モータ４４のトルク指令Ｔｇ＊，Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊などを走行用電子制御ユニットから受信している。電子制御ユニット５０は、発電機４０や第１モータ４２、第２モータ４４のトルク指令Ｔｇ＊，Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に基づいて昇圧コンバータ３２の昇圧率を設定して昇圧コンバータ３２のスイッチング素子をスイッチング制御したり、発電機４０のトルク指令Ｔｇ＊と発電機電流ＩＧｕｖｗとに基づいて発電機用インバータ３４のスイッチング素子をスイッチング制御したり、第１モータ４２のトルク指令Ｔｍ１＊と第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗとに基づいて第１モータ用インバータのスイッチング素子をスイッチング制御したり、第２モータ４４のトルク指令Ｔｍ２＊と第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗとに基づいて第２モータ用インバータのスイッチング素子をスイッチング制御したりしている。

【0020】

次に、こうして構成された実施形態の電動車２０の動作、特に温度センサ３３ａ，３５ａ，３７ａ，３９ａの過熱を抑制する際の電子制御ユニット５０の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される温度センサ過熱抑制処理の一例を示すフローチャートである。この処理は所定時間毎に繰り返し実行される。

【0021】

温度センサ過熱抑制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３３ａにより検出されたリアクトル電流センサ温度Ｔ（ＩＬ）が第１所定温度Ｔｒｅｆ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。第１所定温度Ｔｒｅｆ１は、リアクトル電流センサ３３の許容最大温度より若干低い温度を用いることができる。リアクトル電流センサ温度Ｔ（ＩＬ）が第１所定温度Ｔｒｅｆ１以上であると判定したときには、発電機４０の回生トルクをトルク指令Ｔｇ＊より増加する（ステップＳ１１０）。発電機４０の回生トルクを増加すると、発電機４０による発電電力が大きくなり、発電機４０から第１モータ４２や第２モータ４４に供給する電力が大きくなる。このため、昇圧コンバータ３２から第１モータ４２や第２モータ４４に供給する電力を小さくすることができ、リアクトル電流ＩＬを小さくすることができる。この結果、リアクトル電流センサ３３の過熱を抑制することができる。一方、リアクトル電流センサ温度Ｔ（ＩＬ）が第１所定温度Ｔｒｅｆ１未満であると判定したときには、発電機４０の回生トルクを通常のトルク、即ちトルク指令Ｔｇ＊とする（ステップＳ１２０）。これにより、発電機４０の回生トルクを増加していたときには通常時に戻すことができる。

【0022】

次に、温度センサ３５ａにより検出された発電機電流センサ温度Ｔ（ＩＧ）が第２所定温度Ｔｒｅｆ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。第２所定温度Ｔｒｅｆ２は、発電機電流センサ３５の許容最大温度より若干低い温度を用いることができ、第１所定温度Ｔｒｅｆ１と異なるものとしてもよいし同一としてもよい。発電機電流センサ温度Ｔ（ＩＧ）が第２所定温度Ｔｒｅｆ２以上であると判定したときには、昇圧コンバータ３２の昇圧率を増加する（ステップＳ１４０）。昇圧コンバータ３２の昇圧率を増加すると、昇圧コンバータ３２から第１モータ４２や第２モータ４４に供給する電力が大きくなり、発電機４０から第１モータ４２や第２モータ４４に供給する電力は小さくなる。このため、発電機４０による発電電力を小さくすることができ、発電機電流ＩＧｕｖｗを小さくすることができる。この結果、発電機電流センサ３５の過熱を抑制することができる。一方、発電機電流センサ温度Ｔ（ＩＧ）が第２所定温度Ｔｒｅｆ２未満であると判定したときには、昇圧コンバータ３２の昇圧率を通常の昇圧率とする（ステップＳ１５０）。これにより、昇圧コンバータ３２の昇圧率を増加していたときには通常時に戻すことができる。

【0023】

続いて、温度センサ３７ａにより検出された第１モータ電流センサ温度Ｔ（Ｉ１）が第３所定温度Ｔｒｅｆ３以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６０）。第３所定温度Ｔｒｅｆ３は、第１モータ電流センサ３７の許容最大温度より若干低い温度を用いることができ、第１所定温度Ｔｒｅｆ１や第２所定温度Ｔｒｅｆ２と異なるものとしてもよいし同一としてもよい。第１モータ電流センサ温度Ｔ（Ｉ１）が第３所定温度Ｔｒｅｆ３以上であると判定したときには、第２モータ４４のトルクをトルク指令Ｔｍ２＊より増加する（ステップＳ１７０）。第２モータ４４のトルクを増加すると、第１モータ４２のトルクは小さくなり、昇圧コンバータ３２や発電機用インバータ３４から第１モータ４２に供給される電力は小さくなる。このため、第１モータ電流Ｉ１ｕｖｗを小さくすることができ、第１モータ電流センサ３７の過熱を抑制することができる。一方、第１モータ電流センサ温度Ｔ（Ｉ１）が第３所定温度Ｔｒｅｆ３未満であると判定したときには、第２モータ４４のトルクを通常のトルク指令Ｔｍ２＊とする（ステップＳ１８０）。これにより、第２モータ４４のトルクを増加していたときには通常時に戻すことができる。

【0024】

そして、温度センサ３９ａにより検出された第２モータ電流センサ温度Ｔ（Ｉ２）が第３所定温度Ｔｒｅｆ３以上であるか否かを判定する（ステップＳ１９０）。第４所定温度Ｔｒｅｆ４は、第２モータ電流センサ３９の許容最大温度より若干低い温度を用いることができ、第１所定温度Ｔｒｅｆ１や第２所定温度Ｔｒｅｆ２、第３所定温度Ｔｒｅｆ３と異なるものとしてもよいし同一としてもよい。第２モータ電流センサ温度Ｔ（Ｉ２）が第４所定温度Ｔｒｅｆ４以上であると判定したときには、第１モータ４２のトルクをトルク指令Ｔｍ１＊より増加する（ステップＳ２００）。第１モータ４２のトルクを増加すると、第２モータ４４のトルクは小さくなり、昇圧コンバータ３２や発電機用インバータ３４から第２モータ４４に供給される電力は小さくなる。このため、第２モータ電流Ｉ２ｕｖｗを小さくすることができ、第２モータ電流センサ３９の過熱を抑制することができる。一方、第２モータ電流センサ温度Ｔ（Ｉ２）が第４所定温度Ｔｒｅｆ４未満であると判定したときには、第１モータ４２のトルクを通常のトルク指令Ｔｍ１＊とする（ステップＳ１８０）。これにより、第１モータ４２のトルクを増加していたときには通常時に戻すことができる。

【0025】

以上、本開示を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】

【0026】

本開示は、車載用制御装置の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0027】

２０ 電動車、３０ パワーコントロールユニット、３２ 昇圧コンバータ、３４ 発電機用インバータ、３６ 第１モータ用インバータ、３８ 第２モータ用インバータ、５０ 電子制御ユニット。

【図1】

【図2】