电动机驱动系统的制作方法
【专利摘要】电动机驱动系统具备：第一联锁机构（160），其构成为对切断装置（SP）成为了能够操作的状态进行响应而工作，由此使开关装置（190）断开；第二联锁机构（210），其构成为对收纳功率控制单元（200）的壳体成为了能够开放的状态进行响应而工作，由此使开关装置（190）断开；以及控制装置（350）。控制装置（350）构成为：在第一联锁机构（160）进行了工作的情况下，执行在切断了功率控制单元（200）之后使开关装置（190）断开的第一处理，另一方面，在第二联锁机构（210）进行了工作的情况下，根据电动机（MG1）产生的反电动势，代替第一处理而执行在驱动功率控制单元（200）的状态下使开关装置（190）断开的第二处理。
【专利说明】电动机驱动系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动机驱动系统，更特定而言，涉及搭载有根据作业者的操作来切断所搭载的蓄电装置的输出的联锁机构的电动机驱动系统。
【背景技术】
[0002]在以往的车辆中，提出了具备联锁机构的结构，所述联锁机构用于为了确保进行搭载于车辆的高电压设备的保养和检查时的安全性而切断向高电压设备的电力供给。
[0003]例如，在日本特开2009-90685号公报(专利文献I)中公开了一种罩(hood)联锁装置，所述罩联锁装置装备于在安装有能够自由开关的罩的收容室内收容有燃料电池单元的工业车辆，所述罩联锁装置具备:开关接点，其配设在用于从燃料电池单元供给电力的电力供给线上；开闭检测单元，其用于检测罩的开闭；以及控制器，其在由开闭检测单元检测到罩已被打开时，使开关接点断开来切断来自燃料电池单元的电力的供给。
[0004]在燃料电池工作时，燃料电池单元和从燃料电池单元接受供给电力的部件等有可能会成为高电压。根据专利文献1，当在燃料电池工作时打开罩时，通过切断来自燃料电池单元的电力供给，能够防止与高电压部分的接触。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献1:日本特开2009-90685号公报
[0007]专利文献2:日本特开2008-198358号公报
[0008]专利文献3:日本特开2004-112902号公报
[0009]专利文献4:日本特开平6-98403号公报
[0010]专利文献5:日本特开2009-54329号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012]在此，在以电动机为驱动源的车辆中，为了将来自搭载于车辆的蓄电装置的电力变换为用于驱动电动机的电力而搭载有PCU (Power Control Unit:功率控制单元)。该PCU是在收纳箱收纳有作为高电压设备的变换器和转换器等而得到的单元。通常，收纳箱被保养用盖覆盖，当在PCU的保养和检查时打开保养用盖时，在切断变换器和转换器的门极(gate)而强制性地使所述变换器和转换器成为非驱动的状态之后，切断从蓄电装置向P⑶的电力供给。
[0013]在切断变换器等时电动机处于高转速状态的情况下，在电动机感应产生的反电动势升高，从而可能会在构成变换器的电力用半导体开关元件施加超过了耐压的电压而导致损伤。因此，为了防止开关元件的损伤，使变换器紧急切断的切断功能工作。然而，当该切断功能工作时，由于会不得已使变换器的工作停止，所以无法通过电动机使储存在平滑电容器中的残留电荷在短时间内放电。
[0014]因此，本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种充分确保了作业者相对于pcu的安全性的电动机驱动系统。
[0015]用于解决问题的手段
[0016]本发明的一种方式是电动机驱动系统，其具备:能够再充电的蓄电装置；功率控制单元，其构成为使用从蓄电装置供给的电力来驱动电动机；开关装置，其插置于将蓄电装置和功率控制单元连接的电力线；第一联锁机构，其构成为对用于切断蓄电装置的输出的切断装置成为了能够操作的状态进行响应而工作，由此使开关装置断开；第二联锁机构，其构成为对收纳功率控制单元的壳体成为了能够开放的状态进行响应而工作，由此使开关装置断开；以及控制装置，其对功率控制单元和第一联锁机构、第二联锁机构进行控制。功率控制单元包括:变换器，其将从蓄电装置供给的电力变换为用于驱动电动机的电力；和电容器，其与变换器的蓄电装置侧的端子连接。控制装置构成为:在第一联锁机构进行了工作的情况下，执行在切断了功率控制单元之后使开关装置断开的第一处理，另一方面，在第二联锁机构进行了工作的情况下，根据电动机产生的反电动势，代替第一处理而执行在驱动功率控制单元的状态下使开关装置断开的第二处理。
[0017]优选，控制装置在执行第二处理时，通过驱动功率控制单元来控制施加于电容器的电压。
[0018]优选，功率控制单元还包括设置在蓄电装置与电容器之间的转换器。控制装置在执行第二处理时，控制变换器和转换器，以从功率控制单元向蓄电装置供给电力。
[0019]优选，控制装置在执行第二处理时，控制变换器，以通过弱磁控制来驱动电动机。
[0020]优选，在使开关装置断开之后，控制装置控制变换器以使储存在电容器中的残留电荷放电。
[0021]优选，在使开关装置断开之后，控制装置控制变换器以使电动机产生制动转矩，并且控制变换器以在通过制动转矩降低了电动机的转速时使储存在电容器中的残留电荷放电。
[0022]优选，控制装置控制变换器，以从电动机产生基于电磁作用的制动转矩。
[0023]发明的效果
[0024]根据本发明，在作为高电压设备的PCU的联锁机构工作时在电动机感应产生的反电动势高的情况下，能够进行适当的处理以使得不会对变换器等施加过大的反电动势。其结果，由于能够在切断了来自蓄电装置的电力供给之后使储存在平滑电容器中的残留电荷在短时间内放电，所以能够确保作业者相对于高电压设备的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是搭载有本发明的实施方式的电动机驱动系统的车辆的概略结构图。
[0026]图2是用于对本实施方式的电动机驱动系统所具备的联锁机构进行说明的图。
[0027]图3是对本实施方式的电动机驱动系统的联锁机构工作时的PCU的控制进行说明的功能框图。
[0028]图4是用于对本发明的实施方式的电动机驱动系统的、由HV-ECU执行的联锁机构工作时的PCU的控制进行说明的流程图。
[0029]图5是用于对图4的步骤S05的处理进行说明的图。
[0030]图6是对本发明的实施方式的变更例I的电动机驱动系统的、由HV-ECU执行的联锁机构工作时的PCU的控制进行说明的流程图。
[0031]图7是表示使马达电流振幅一定时输出转矩与电流相位的关系的图。
[0032]图8是表示使电流振幅一定时的、电动发电机的每单位转速的感应电压常数相对于电流相位的特性的图。
[0033]图9是用于对本发明的实施方式的变更例2的电动机驱动系统的、由HV-ECU执行的联锁机构工作时的PCU的控制进行说明的流程图。
[0034]图10是用于对图9的步骤SlO的处理进行说明的图。
[0035]图11是表示执行三相接通控制时的电动发电机MGl的转矩与转速的关系的图。【具体实施方式】
[0036]以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。此外，对图中相同或相当部分标注同一标号且不重复其说明。
[0037]图1是搭载有本发明的实施方式的电动机驱动系统的车辆100的概略结构图。在本实施方式中，作为车辆100，以搭载有发动机和电动发电机的混合动力车辆为例进行说明，但车辆100的结构并不限定于此，只要是搭载有电动发电机和能够与电动发电机之间输入输出电力的蓄电装置的车辆就能够应用。作为车辆100，除了混合动力车辆以外，例如还包括电动汽车、燃料电池汽车等。此外，在本实施方式中，对车辆100具备两个变换器和与其对应的电动发电机的例子进行说明，但在具备一个变换器和电动发电机的情况下以及在具备三个以上的变换器和电动发电机的情况下也能够应用本发明。
[0038]参照图1，车辆100具备蓄电装置150、PCU200、电动发电机MG1、MG2、动力分配机构250、发动机220、驱动轮260、系统主继电器190、电流传感器230、240、旋转角传感器270、280 以及 HV-ECU (Electronic Control Unit:电子控制单兀)350。
[0039]蓄电装置150是能够再充电的电力储存元件，代表性地应用锂离子电池、镍氢电池等二次电池。或者，也可以通过电双层电容器等电池以外的电力储存元件来构成蓄电装置 150。
[0040]蓄电装置150经由系统主继电器190并通过电源线PLl和接地线NLl与P⑶200连接。并且，蓄电装置150将用于驱动电动发电机MG1、MG2的直流电力向K:U200供给。另夕卜，蓄电装置150蓄积经由P⑶200供给的、由电动发电机MG1、MG2产生的电力。
[0041]系统主继电器190包括继电器SMRl和SMR2。继电器SMR1、SMR2分别插置于电源线PLl和接地线NLl。系统主继电器190通过来自HV-E⑶350的控制信号SE而被控制为导通状态(接通)/非导通状态(断开)，由此对蓄电装置150与PCU200之间的电力的供给和切断进行切换。系统主继电器190作为能够切断蓄电装置150的充放电路径的“开关(通断)装置”的代表例来使用。即，能够代替系统主继电器190而应用任意形式的开关装置。
[0042]P⑶200构成为在电动发电机MG1、MG2与蓄电装置150之间进行双向电力变换。具体而言，P⑶200将来自蓄电装置150的直流电力变换为用于驱动电动发电机MG1、MG2的交流电力。另外，P⑶200将由电动发电机MG1、MG2产生的交流电力变换为用于对蓄电装置150充电的直流电力。
[0043]电动发电机MGl、MG2是交流旋转电机，例如是具备埋设有永磁体的转子和具有在中性点Y接线的三相线圈的定子的永磁体型同步电动机。[0044]电动发电机MG1、MG2的输出转矩经由动力分配机构250向驱动轮260传递，从而使车辆100行驶，所述动力分配机构250由减速器和/或动力分配机构构成。在车辆100再生制动时，电动发电机MG1、MG2能够通过驱动轮260的旋转力来发电。并且，该发电电力通过转换器110和变换器120变换为蓄电装置150的充电电力。
[0045]另外，电动发电机MG1、MG2也经由动力分配机构250与发动机220结合。并且，通过HV-E⑶350，使电动发电机MG1、MG2和发动机220协调性运转来产生必要的车辆驱动力。进而，电动发电机MGl、MG2能够通过发动机220的旋转进行发电，且能够使用该发电电力对蓄电装置150充电。此外，在本实施方式中，主要使用电动发电机MG2作为用于对驱动轮260进行驱动的电动机，主要使用电动发电机MGl作为被发动机220驱动的发电机。
[0046]为了将发动机220的动力分配到驱动轮260和电动发电机MGl，动力分配机构250构成为包括行星齿轮机构。
[0047]电流传感器230、240分别检测分别在电动发电机MGl、MG2中流动的马达电流(即，变换器输出电流)MCRT1、MCRT2，并将该检测到的马达电流向MG-ECU300和HV-ECU350输出。此外，由于U、V、W相的各电流iu、iv、iw的瞬时值之和为零，所以将电流传感器230、240配置成检测U、V、W相中的两相的马达电流(例如，V相电流iV和W相电流iw)就足够了。
[0048]旋转角传感器(例如，旋转变压器)270,280分别检测电动发电机MG1、MG2的旋转角Θ1、Θ 2，并将该检测到的旋转角Θ1、Θ 2向MG-ECU300发送。在MG-ECU300中，能够基于旋转角Θ1、Θ 2算出电动发电机MG1、MG2的转速和角速度。此外，关于旋转角传感器270、280，通过由MG-E⑶300根据马达电压、电流直接运算旋转角Θ 1、Θ 2，也可以省略配置旋转角传感器270、280。
[0049]PCU200包括转换器110、变换器120、平滑电容器C1、C2、电阻R1、电压传感器170、180以及MG-E⑶300。另外，变换器120包括用于驱动电动发电机MGl的变换器121和用于驱动电动发电机MG2的变换器122。
[0050]转换器110包括一端与电源线PLl连接的电抗器L1、串联连接在电源线HPL与接地线NLl之间的开关元件Q1、Q2以及分别与开关元件Q1、Q2并联连接的二极管D1、D2。开关元件代表性地使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极型晶体管)、双极型晶体管、MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属氧化物半导体场效晶体管)或GTO (Gate Turn Off Thyristor:门极可关断晶闸管)等。此夕卜，在本实施方式中，以使用IGBT作为开关元件的情况为例进行说明。
[0051]电抗器LI的另一端与开关元件Ql的发射极和开关元件Q2的集电极连接。二极管Dl的阴极与开关元件Ql的集电极连接，二极管Dl的阳极与开关元件Ql的发射极连接。二极管D2的阴极与开关元件Q2的集电极连接，二极管D2的阳极与开关元件Q2的发射极连接。
[0052]开关元件Ql、Q2通过来自MG-E⑶300的控制信号PWC而被控制为接通(导通)或断开(截止)。
[0053]变换器121从转换器110接受升压后的电压，例如为了使发动机220启动而驱动电动发电机MG1。另外，变换器121将由电动发电机MGl利用从发动机220传递的机械动力而发电产生的再生电力向转换器110输出。此时，转换器110被MG-E⑶300控制成作为降压电路工作。[0054]变换器121包括U相臂123、V相臂124和W相臂125。U相臂123、V相臂124和W相臂125并联连接在电源线HPL与接地线NLl之间。
[0055]U相臂123包括串联连接在电源线HPL与接地线NLl之间的开关元件Q3、Q4和分别与开关元件Q3、Q4并联连接的二极管D3、D4。二极管D3的阴极与开关元件Q3的集电极连接，二极管D3的阳极与开关元件Q3的发射极连接。二极管D4的阴极与开关元件Q4的集电极连接，二极管D4的阳极与开关元件Q4的发射极连接。
[0056]V相臂124包括串联连接在电源线HPL与接地线NLl之间的开关元件Q5、Q6和分别与开关元件Q5、Q6并联连接的二极管D5、D6。二极管D5的阴极与开关元件Q5的集电极连接，二极管D5的阳极与开关元件Q5的发射极连接。二极管D6的阴极与开关元件Q6的集电极连接，二极管D6的阳极与开关元件Q6的发射极连接。
[0057]W相臂125包括串联连接在电源线HPL与接地线NLl之间的开关元件Q7、Q8和分别与开关元件Q7、Q8并联连接的二极管D7、D8。二极管D7的阴极与开关元件Q7的集电极连接，二极管D7的阳极与开关元件Q7的发射极连接。二极管D8的阴极与开关元件Q8的集电极连接，二极管D8的阳极与开关元件Q8的发射极连接。
[0058]电动发电机MGl例如是三相交流电动发电机,具备埋设有永磁体的转子和具有在中性点Y接线的三相线圈的定子。电动发电机MGl的U、V、W相的三个线圈(未图示)的各自一端共同与中性点连接。并且，U相线圈的另一端与开关元件Q3、Q4的连接节点连接。另夕卜，V相线圈的另一端与开关元件Q5、Q6的连接节点连接。另外，W相线圈的另一端与开关元件Q7、Q8的连接节点连接。
[0059]变换器121按照来自MG-E⑶300的控制信号PWIl使上述开关元件Q3?Q8接通或断开，由此将从转换器110供给的直流电力变换成所希望的交流电力。
[0060]变换器121在接收到来自MG-ECU300的切断指令SDNl时，切断开关元件Q3?Q8的门极，使开关元件Q3?Q8成为非活性状态。这样一来，变换器121切断向电动发电机MGl的输出电流。
[0061]变换器122以与变换器121并联的方式与转换器110连接。
[0062]变换器122将转换器110输出的直流电压变换为三相交流，并输出到对驱动轮260进行驱动的电动发电机MG2。另外，变换器122伴随再生制动，将在电动发电机MG2发电产生的再生电力输出到转换器110。此时，转换器110被MG-E⑶300控制成作为降压电路工作。变换器122的内部结构未进行图示，但与变换器121是同样的，不反复进行详细说明。
[0063]平滑电容器Cl连接在电源线PLl与接地线NLl之间，吸收开关元件Q1、Q2开关时的波纹电压。另外，平滑电容器C2连接在电源线HPL与接地线NLl之间，吸收开关时在转换器110和变换器120产生的波纹电压。
[0064]电压传感器170检测平滑电容器Cl的两端之间的电压VL，并将该检测到的电压VL向MG-ECU300和HV-ECU350输出。另外，电压传感器180检测平滑电容器C2的两端之间的电压VH、即转换器110的输出电压(相当于变换器120的输入电压)，并将该检测到的电压VH 向 MG-ECU300 和 HV-ECU350 输出。
[0065]电阻Rl在电源线HPL与接地线NLl之间与平滑电容器C2并联连接。电阻Rl是电阻值比较高的电阻，在车辆行驶结束之后使储存在平滑电容器Cl、C2中的残留电荷逐渐放电。[0066]MG-ECU300 包括均未图不的 CPU (Central Processing Unit:中央处理单兀)、存储装置和输入输出缓冲器，对P⑶200内的转换器110和变换器120进行控制。此外，这些控制并不限于通过软件实现的处理，也能够构筑专用的硬件(电子电路)进行处理。
[0067]MG-ECU300接受由电流传感器230、240检测到的分别在电动发电机MG1、MG2中流动的马达电流MCRT1、MCRT2的检测值。MG-ECU300接受由旋转角传感器270、280检测到的电动发电机MG1、MG2的旋转角Θ 1、Θ 2的检测值。另外，MG-E⑶300接受由电压传感器170、180检测到的平滑电容器Cl、C2的两端电压VL、VH的检测值。进而，MG-ECU300接受来自HV-ECU350的放电指令DCHG和切断指令SDN。
[0068]MG-E⑶300基于平滑电容器Cl、C2的两端电压VL、VH,生成转换器110的控制信号PWC。并且，MG-E⑶300通过控制信号PWC来驱动转换器110的开关元件Ql、Q2，由此使转换器110进行升压动作或降压动作。
[0069]另外，MG-E⑶300基于由电流传感器230、240检测到的分别在电动发电机MGl、MG2中流动的马达电流MCRTl、MCRT2和由旋转角传感器270、280检测到的电动发电机MGl、MG2的旋转角Θ 1、Θ 2，生成用于驱动变换器121、122的控制信号PWI1、PWI2。并且，MG-ECU300通过控制信号PWI1、PffI2来驱动变换器121、122的开关元件，由此将从转换器110供给的直流电力变换为用于驱动电动发电机MGl、MG2的交流电力。
[0070]MG-ECU300在接受到来自HV-ECU350的放电指令DCHG时，生成控制信号PWI1、PWI2并向变换器121、122输出，以使得储存在平滑电容器C2中的残留电荷通过电动发电机MGl和/或MG2进行放电。
[0071 ] 另外，MG-E⑶300在接受到来自HV-E⑶350的切断指令SDN时，将用于使变换器121、122成为非驱动状态的切断指令SDN1、SDN2分别输出到变换器121、122。进而，MG-E⑶300将用于使转换器110成为非驱动状态的切断指令SDNC输出到转换器110。
[0072]进而，MG-ECU300在接受到来自HV-ECU350的驱动指令DRV时，生成控制信号PWIUPWI2并输出到变换器121、122和转换器110，以使变换器121、122和转换器110成为驱动状态。
[0073]HV-ECU350包括均未图示的CPU、存储装置和输入输出缓冲器，对车辆100的各设备进行控制。此外，这些控制并不限于通过软件实现的处理，也能够构筑专用的硬件(电子电路)进行处理。
[0074]HV-ECU350接受由电压传感器170、180检测到的平滑电容器C1、C2的两端的电压VL、VH的检测值。另外，HV-E⑶350接受由电流传感器230、240检测到的分别在电动发电机MG1、MG2中流动的马达电流MCRT1、MCRT2的检测值。进而，HV-ECU350接受表示未图示的点火开关的接通/断开状态的点火信号IG。
[0075]HV-ECU350基于点火信号IG生成继电器控制信号SE。并且，HV-ECU350通过继电器控制信号SE来对系统主继电器190的继电器SMR1、SMR2进行控制。具体而言，当由于驾驶者接通点火开关而使点火信号从IG断开状态切换到接通状态时，HV-ECU350将继电器控制信号SE设定为接通。当继电器控制信号SE被设定为接通时，继电器SMRl、SMR2的接点闭合，从蓄电装置150向PCU200供给电力。另一方面，当继电器控制信号SE被设定为断开时，继电器SMR1、SMR2的接点断开，从蓄电装置150向P⑶200的电力的供给被切断。
[0076]另外，例如，在进行蓄电装置150内部的维护时等而打开了在收容蓄电装置150的框体设置的服务盖(service cover,未图示)的情况下,HV-EQJ350将用于停止由转换器110和变换器121、122进行的电动发电机MG1、MG2的驱动的切断指令SDN向MG-ECU300输出。当输入切断指令SDN时，MG-E⑶300切断转换器110和变换器121、122的门极而使转换器110和变换器121、122成为非驱动状态。
[0077]进而，如上所述，当对切断指令SDN进行响应而使转换器110和变换器121、122成为非驱动状态时，HV-ECU350将用于使继电器SMR1、SMR2的接点断开的继电器控制信号SE向系统主继电器190输出。
[0078]与此相对，例如，在进行P⑶200内部的维护时等而打开了在收容P⑶200的框体设置的保养用盖(未图示)时，HV-E⑶350选择上述切断指令SDN和驱动指令DRV的任一方并向MG-ECU300输出。在输出了切断指令SDN时，MG-ECU300如上述那样切断变换器121、122和转换器110的门极而使变换器121、122和转换器110成为非驱动状态。另一方面，在输出了驱动指令DRV时，MG-ECU300生成控制信号PWIl、PWI2、PWC来控制变换器121、122和转换器110。
[0079]当继电器SMR1、SMR2的接点断开而切断从蓄电装置150向P⑶200的电力供给时，HV-ECU350将用于使储存在平滑电容器C2中的残留电荷在短时间内放电的放电指令DCHG向 MG-ECU300 输出。
[0080]在本实施方式的电动机驱动系统中，设置在蓄电装置150的服务盖和设置在PCU200的框体的保养用盖都作为用于将从蓄电装置150向PCU200的电力供给切断的联锁机构发挥功能。这样，在高电压设备的维护时，由于高电压的供给被自动切断，所以能够确保相对于高电压的安全性。
[0081]图2是用于对本实施方式的电动机驱动系统所具备的联锁机构进行说明的图。在图2中，对与图1共通的元件标注同一参照标号且不重复其说明。
[0082]参照图2，蓄电装置150包括串联连接的多个电池单元和在该多个电池单元的途中串联连接的服务插头SP。服务插头SP构成用于根据作业者的手动操作来切断蓄电装置150的输出的“切断装置”。服务插头SP包括联锁开关160，所述联锁开关160构成为其接点在通过作业者的手动操作而打开了服务盖(未图示)时断开。
[0083]联锁开关160通过用户打开服务盖而从闭合状态切换到断开状态。联锁开关160与设置在HV-E⑶350内部的联锁电路351电连接。
[0084]在P⑶200的框体设置有保养用盖(未图示)。保养用盖包括联锁开关210，所述联锁开关210构成为其接点在如上述那样通过作业者的操作而打开了保养用盖时断开。
[0085]联锁开关210通过作业者打开保养用盖而从闭合状态切换到断开状态。联锁开关210与设置在HV-E⑶350内部的联锁电路352电连接。
[0086]HV-ECU350具备联锁电路351、352、输入输出接口 353、CPU356、存储器358以及将CPU356、存储器358和输入输出接口 353连接的母线354。
[0087]联锁电路351与服务插头SP的联锁开关160对应设置。联锁电路351包括两个电阻和比较器。在联锁开关160为闭合状态时，S卩，在服务盖关闭时，联锁电路351的比较器输出L (逻辑低)电平的联锁信号ILKB。另一方面，当联锁开关160成为断开状态时，即，当服务盖打开时，比较器输出H (逻辑高)电平的联锁信号ILKB。联锁电路351输出的联锁信号ILKB经由输入输出接口 353和母线354输入到CPU356。[0088]联锁电路352与保养用盖的联锁开关210对应设置。联锁电路352包括与联锁电路351同样的结构，在联锁开关210为闭合状态时，S卩，在保养用盖关闭时，输出L电平的联锁信号ILKP。并且，当联锁开关210成为断开状态时，S卩，当保养用盖打开时，联锁电路352输出H电平的联锁信号ILKP。联锁电路352输出的联锁信号ILKP经由输入输出接口 353和母线354输入到CPU356。
[0089]CPU356在从联锁电路351接受到H电平的联锁信号ILKB的情况下，将切断指令SDN输出到PCU200。进而，CPU356将继电器控制信号SE设定为断开，进行控制以使继电器SMR1、SMR2的接点断开。
[0090]如上所述，服务插头SP具有机械性地切断多个电池单元的中间位置的功能。因此，当在蓄电装置150中流动电流的状态下拔出服务插头SP时，可能会产生电弧。因此，当联锁机构对服务盖打开进行响应而工作时，需要立即(数十秒以内)使在蓄电装置150中流动的电流为零。因此，在本实施方式中，当联锁信号ILKB从L电平切换到H电平时，通过将切断指令SDN向P⑶200输出来使变换器121、122和转换器110成为非驱动状态。并且，通过使继电器SMR1、SMR2的接点断开来切断从蓄电装置150向P⑶200的电力的供给。
[0091]与此相对，在PCU200中，当联锁机构对保养用盖打开进行响应而工作时，需要迅速地使平滑电容器C2放电。此外，虽然能够通过电阻Rl来消耗储存在平滑电容器C2中的电荷，但难以迅速地放电。
[0092]在此，若在P⑶200的联锁机构进行了工作的情况下也与上述蓄电装置150的联锁机构进行了工作的情况同样地立即输出切断指令SDN而强制性地使变换器121、122和转换器110成为非驱动状态，则在电动发电机MGl或MG2高速旋转时，在该电动发电机感应产生的过大的反电动势可能会施加于构成对应的变换器的开关元件和平滑电容器C2。例如，在PCU200的联锁机构工作时，在电动发电机MGl接受发动机ENG产生的驱动力而正在以高转速旋转的情况下，在电动发电机MGl感应产生的反电动势会升高。因此，若停止驱动变换器121，则可能会对构成变换器121的开关元件Q3?Q8施加超过了耐压的电压。
[0093]此外，为了防止由于对开关元件Q3?Q8施加耐压以上的过电压而导致元件故障等，变换器121、122具有切断功能:在变换器输入电压(相当于平滑电容器C2的电压VH)超过了预定的阈值电压的情况下，切断变换器的门极来停止变换器的动作。因此，在如上述那样由于在电动发电机MGl感应产生过大的反电动势而使该切断功能工作时，会不得已使变换器的动作停止，因此，在使继电器SMR1、SMR2的接点断开而切断了从蓄电装置150向PCU200的电力的供给之后，会变得无法通过电动发电机MGl和/或MG2使储存在平滑电容器C2中的残留电荷在短时间内放电。其结果，在PCU200的维护时，尽管需要对联锁机构进行了工作进行响应而迅速地使平滑电容器C2放电，但有可能会无法使平滑电容器C2放电。
[0094]因此，在本实施方式的电动机驱动系统中，在PCU200的联锁机构进行了工作的情况下，根据在电动发电机MGl感应产生的反电动势的大小如下切换PCU200的控制。
[0095]图3是对本实施方式的电动机驱动系统的联锁机构工作时的PCU200的控制进行说明的功能框图。图3所示的各功能框能够通过HV-ECU350按照预先设定的程序执行软件处理来实现。或者，也可以在HV-ECU350的内部构成具有与该功能相当的功能的电路(硬件)。
[0096]参照图3，HV-ECU350包括联锁检测部360、反电动势算出部370、电压判定部380和控制部390。
[0097]联锁检测部360从联锁电路351 (图2)接受联锁信号ILKB，从联锁电路352 (图2)接受联锁信号ILKP。联锁检测部360基于联锁信号ILKB，检测服务插头SP的联锁开关160 (图2)是否成为了断开状态、即蓄电装置150的联锁机构是否进行了工作。另外，联锁检测部360基于联锁信号ILKP，检测PCU200的联锁机构是否进行了工作。联锁检测部360将该检测结果向反电动势算出部370输出。
[0098]反电动势算出部370基于电动发电机MGl的转速，算出电动发电机MGl的反电动势Vm。通常，马达的反电动势(感应电压)与马达的转速成正比。因此，只要预先确定马达的每单位转速的反电动势(即比例系数)，就能够基于马达转速算出反电动势。反电动势算出部370存储预先确定的比例系数，并且通过将该比例系数乘以电动发电机MGl的转速来算出反电动势Vm。
[0099]电压判定部380在接受到由反电动势算出部370算出的反电动势Vm时，对反电动势Vm是否比预定的阈值电压大进行判定。预定的阈值电压是用于判别如对变换器121、122施加超过耐压的电压那样的、变换器121、122具有的切断功能是否工作的阈值。该阈值电压通过考虑构成变换器121、122的开关元件Q3?Q8的耐压而预先确定，以使得不会在这些元件产生损伤。电压判定部380将判定结果向控制部390输出。
[0100]控制部390根据联锁检测部360的检测结果和电压判定部380的判定结果来控制转换器110和变换器121、122。控制部390将切断指令SDN和驱动指令DRV的任一方向MG-ECU300 输出。
[0101]MG-E⑶300包括转换器控制部310和变换器控制部320。转换器控制部310和变换器控制部320接受由控制部390生成的切断指令SDN和驱动指令DRV。
[0102]转换器控制部310基于平滑电容器Cl、C2的两端的电压VL、VH,生成转换器110的控制信号PWC。转换器控制部310通过控制信号PWC来驱动转换器110的开关元件Ql、Q2，由此使转换器110进行升压动作或降压动作。
[0103]转换器控制部310在接受到来自控制部390的切断指令SDN时，将用于使转换器110成为非驱动状态的切断指令SDNC向转换器110输出。
[0104]另一方面，转换器控制部310在接受到来自控制部390的驱动指令DRV时，生成控制信号PWC并向转换器110输出，以使转换器110进行降压动作。
[0105]变换器控制部320基于由电流传感器230、240检测到的马达电流MCRT1、MCRT2和由旋转角传感器270、280检测到的电动发电机MG1、MG2的旋转角Θ 1、Θ 2，生成变换器121、122的控制信号PWI1、PWI2。变换器控制部320通过控制信号PWI1、PWI2来驱动变换器121、122的开关元件，由此将从转换器110供给的直流电力变换为用于驱动电动发电机MG1、MG2的交流电力。
[0106]变换器控制部320在接受到来自控制部390的切断指令SDN时，将用于使变换器121、122成为非驱动状态的切断指令SDNl、SDN2分别向变换器121、122输出。
[0107]另一方面，变换器控制部320在接受到来自控制部390的驱动指令DRV时，生成控制信号PWIl并向变换器121输出，以将在电动发电机MGl感应产生的反电动势Vm变换为直流电压。这样一来，在接受到来自控制部390的驱动指令DRV时，变换器121将在电动发电机MGl感应产生的反电动势变换为直流电压，并将该变换后的直流电压经由平滑电容器C2向转换器110供给。并且，转换器110对从变换器121供给的直流电压进行降压，并向电源线PLl和接地线NLl输出。
[0108]控制部390在将切断指令SDN和驱动指令DRV的任一方向MG-ECU300输出时，进而，将继电器控制信号SE设定为断开。由此，继电器SMR1、SMR2的接点断开，从蓄电装置150向P⑶200的电力的供给被切断。
[0109]并且，当从蓄电装置150向P⑶200的电力的供给被切断时，控制部390将放电指令DCHG向MG-ECU300输出。变换器控制部320在接受到来自控制部390的放电指令DCHG时，生成控制信号PWI1、PWI2并向变换器121、122输出，以使得通过电动发电机MGl和/或MG2使储存在平滑电容器C2中的残留电荷放电。
[0110]图4是用于对本发明的实施方式的电动机驱动系统的、由HV-ECU350执行的联锁机构工作时的PCU200的控制进行说明的流程图。按照图4所示的流程图的控制处理通过HV-ECU350按每个预定周期执行预先存储的程序来实现。
[0111]参照图4，在步骤SOl中，HV-E⑶350对rcU200的联锁机构是否进行了工作进行判定。在rcU200的联锁机构没有进行工作的情况下(在步骤SOl中判定为“否”时)，HV-E⑶350通过步骤S02，对蓄电装置150的联锁机构是否进行了工作进行判定。S卩，步骤S01、S02的处理相当于图3的联锁检测部360的动作。在蓄电装置150的联锁机构没有进行工作的情况下(在步骤S02中判定为“否”时)，不执行以后的处理而结束处理。
[0112]在P⑶200的联锁机构进行了工作的情况下(在步骤SOl中判定为“是”时)，HV-E⑶350通过步骤S03，算出电动发电机MGl的反电动势Vm。步骤S03的处理相当于图3的反电动势算出部370的动作。反电动势算出部370通过在电动发电机MGl的转速上乘以预定的比例常数来算出反电动势Vm。
[0113]在步骤S04中，HV-E⑶350对反电动势Vm是否比预定的阈值电压大进行判定。即，步骤S04的处理相当于图3的电压判定部380的动作。在判定为反电动势Vm比阈值电压大的情况下(在步骤S04中判定为“是”时)，处理进入步骤S05。另一方面，在判定为反电动势Vm为阈值电压以下的情况下(在步骤S04中判定为“否”时)，处理进入步骤S07。
[0114]在步骤S05中，HV-ECU350通过图3所示的控制部390将驱动指令DRV向MG-E⑶300输出。MG-E⑶300在接受到驱动指令DRV时，通过图3所示的变换器控制部320和转换器控制部310来驱动变换器121、122和转换器110。由此，在电动发电机MGl感应产生的反电动势Vm由变换器121变换为直流电压。并且，变换后的直流电压由转换器110进行降压并输出到电源线PLl和接地线NL1。此外，如图5所示，转换器110的降压动作通过将在开关元件Ql的接通期间蓄积在电抗器LI中的电磁能经由开关元件Q2和反并联二极管D2向电源线PLl供给来进行。
[0115]然后，在步骤S06中，HV-E⑶350将继电器控制信号SE设定为断开并向系统主继电器190输出。由此，继电器SMRl、SMR2的接点断开，从蓄电装置150向P⑶200的电力的供给被切断。
[0116]另一方面，在步骤S07中，HV-E⑶350通过图3所示的控制部390将切断指令SDN向MG-E⑶300输出。MG-E⑶300在接受到切断指令SDN时，通过图3所示的变换器控制部320和转换器控制部310将变换器121、122和转换器110的门极切断来使变换器121、122和转换器110成为非驱动状态。[0117]然后，在步骤S08中，HV-E⑶350将继电器控制信号SE设定为断开并向系统主继电器190输出。由此，继电器SMRl、SMR2的接点断开，从蓄电装置150向P⑶200的电力的供给被切断。
[0118]当通过步骤S06或S08将从蓄电装置150向P⑶200的电力的供给切断时，HV-ECU350通过步骤S09，生成控制信号PWI1、PffI2并向变换器121、122输出，以通过电动发电机MGl和/或MG2使储存在平滑电容器C2中的残留电荷放电。
[0119]在步骤S09的处理中，具体而言，生成控制信号PMIl、PWI2，以成为例如仅使三相/两相变换后的电流指令的d轴电流成分流动这样的指令。这样一来，能够不使电动发电机MGU MG2生成驱动力而仅通过电动发电机MG1、MG2在短时间内消耗储存在平滑电容器C2中的残留电荷。
[0120]以上，在rcU200的联锁机构工作时，在电动发电机MGl的反电动势为阈值电压以下时停止变换器121、122和转换器110的驱动，另一方面，在反电动势超过阈值电压时驱动变换器121、122和转换器110，以对电动发电机MGl的反电动势进行电力变换并向电源线PLl和接地线NLl输出。S卩，在反电动势超过阈值电压时，通过驱动变换器121、122和转换器110，能够控制施加于平滑电容器C2的电压VH。
[0121]通过设为这样的结构，当在PCU200的联锁机构工作时电动发电机MGl的反电动势比阈值电压大时，能够不切断变换器121、122和转换器110的门极而使其驱动从而控制施加于平滑电容器C2的电压VH，因此，能够防止过大的反电动势施加于构成变换器121、122的开关元件Q3?Q8和平滑电容器C2。由此，能够避免由于切断功能工作而强制性地停止变换器121、122的工作，因此，能够通过电动发电机MGl、MG2使储存在平滑电容器C2中的残留电荷在短时间内放电。其结果，能够提高维护PCU200时的作业者的安全确保的鲁棒性。
[0122](变更例I)
[0123]在上述实施方式中，通过驱动变换器121、122和转换器110，以对在电动发电机MGl感应产生的反电动势进行电力变换并输出到电源线PLl和接地线NL1，从而避免了对变换器和平滑电容器C2施加过大的反电动势。由此，由于在继电器SMRl、SMR2中流动电流的状态下使继电器SMR1、SMR2的接点断开，所以可能会使继电器SMR1、SMR2的接点损伤。因此，要求将继电器SMR1、SMR2的容许电流值设定为大的值。
[0124]因此，在本变更例I中，在电动发电机MGl的反电动势Vm比阈值电压大的情况下，停止驱动转换器Iio而驱动变换器121来进行弱磁控制，由此减少电动发电机MGl的反电动势。
[0125]图6是用于对本发明的实施方式的变更例I的电动机驱动系统的、由HV-ECU350执行的联锁机构工作时的PCU200的控制进行说明的流程图。在本变更例的PCU200的控制中，代替图4的流程图的步骤S05的处理而执行图6的流程图的步骤S051的处理。其他控制动作设为与图4同样即可，因此不反复进行详细说明。
[0126]参照图6，当在电动发电机MGl感应产生的反电动势Vm比阈值电压大时(在步骤S04中判定为“是”时)，HV-E⑶350通过步骤S051，停止驱动转换器110而驱动变换器121，以通过弱磁控制来减少反电动势。由此，虽然来自蓄电装置150的电力供给由于转换器110的驱动停止而停止，但能够使用储存在平滑电容器C2中的电力继续通过变换器121来进行基于弱磁控制的电动发电机MGl的驱动。其结果，能够防止由电动发电机MGl产生的过大的反电动势施加于变换器121的开关元件Q3?Q8。并且，当电动发电机MGl的转速降低而反电动势成为阈值以下时，通过步骤06，断开继电器SMRl、SMR2的接点来切断从蓄电装置150向P⑶200的电力的供给。
[0127]图7表示使马达电流振幅一定时输出转矩与电流相位的关系。如图7所示，马达转矩在电流相位角大于90°时最大。原因在于，通过增大相位，磁阻转矩增加。连结各电流振幅的图表的转矩最大的点而得到的线是电流为最小的电动发电机的最佳工作线。只要使其在该线上工作，则能够高效率地驱动电动发电机而输出大的转矩。将在该线上使其移动的控制称作最大转矩控制。具体而言，与转矩指令值对应而设定电流指令值，以使得成为最佳动作线上的电流相位。
[0128]另一方面，在电动发电机的反电动势比变换器输入电压(平滑电容器C2的电压VH)高时会变得不能进行电流控制，因此，在电动发电机高速旋转时，根据转速的上升增加d轴电流的绝对值，由此按照向消除返电动热的方向励磁的弱磁控制来生成电流指令值。
[0129]图8表示使电流振幅一定时电动发电机的每单位转速的感应电压常数相对于电流相位的特性。
[0130]如图8所示，在增大电流相位时感应电压常数降低。通过设定与转矩指令值对应的电流指令值以增加d轴电流的绝对值，与在图8的图表上增加电流相位是等价的。即，在弱磁控制时，设定电流指令值以使得电流相位相对于转矩指令值增大。
[0131]以上，当在PCU200的联锁机构工作时电动发电机MGl的反电动势超过阈值电压时，通过弱磁控制来驱动电动发电机MGl,从而减少反电动势。由此,能够防止由电动发电机MGl产生的过大的反电动势施加于变换器121的开关元件Q3?Q8，因而能够避免变换器121的切断功能工作。其结果，能够通过电动发电机MG1、MG2使储存在平滑电容器C2中的残留电荷在短时间内放电。
[0132](变更例2)
[0133]图9是用于对本发明的实施方式的变更例2的电动机驱动系统的、由HV-ECU350执行的联锁机构工作时的PCU200的控制进行说明的流程图。
[0134]参照图9，HV-ECU350通过与图4同样的步骤SOl?S09，切断从蓄电装置150向P⑶200的电力的供给。然后，HV-E⑶350通过步骤S10，生成控制信号PWIl并向变换器121输出，以使电动发电机MGl产生制动转矩(想要抑制电动发电机MGl的旋转的转矩)。
[0135]在步骤SlO的处理中，具体而言，例如，控制部390 (图3)生成转矩指令值并向变换器控制部320输出，以使电动发电机MGl向与旋转方向相反的方向输出转矩。变换器控制部320根据来自控制部390的控制指令，生成用于驱动电动发电机MGl的控制信号PWII。该控制信号PWIl向变换器121输出。
[0136]当电动发电机MGl的转速接受制动转矩而降低时，在步骤Sll中，HV-E⑶350对电动发电机MGl的旋转是否停止进行判定。当电动发电机MGl的旋转未停止时(在步骤Sll中判定为“否”时)，处理返回步骤S10。
[0137]另一方面，在电动发电机MGl的旋转停止了的情况下(在步骤Sll中判定为“是”时)，HV-ECU350通过步骤S09，生成控制信号PWI1、PWI2并向变换器121、122输出，以使储存在平滑电容器C2中的残留电荷放电。[0138]以上，在切断了从蓄电装置150向P⑶200的电力的供给之后，强制性地停止电动发电机MGl的旋转，由此能够防止在电动发电机MGl产生反电动势。由此，能够使储存在平滑电容器C2中的残留电荷在更短的时间内放电。
[0139]此外，步骤SlO的处理通过使电动发电机MGl产生基于电磁作用的拖曳转矩也能够得到同样的效果。具体而言，例如，如图10所示，将变换器121的U相臂123的开关元件Q4、V相臂124的开关元件Q6和W相臂125的开关元件Q8同时控制为接通状态。以下，将通过变换器的多相臂将上臂和下臂的一方的开关元件同时控制为接通状态的控制称作“多相接通控制”，将如本实施方式的那样通过变换器的三相臂将上臂和下臂的一方的开关元件同时控制为接通状态的控制称作“三相接通控制”。
[0140]通过执行变换器121的三相接通控制，在安装于电动发电机MGl的转子(未图示)的磁体PM旋转时，形成经由开关元件Q4、Q6、Q8的电流路径Rt。由此，在电动发电机MGl的U相线圈绕组、V相线圈绕组和W相线圈绕组感应产生表示彼此大致相同的振幅的交流波形的三相马达电流。并且，通过该感应产生的马达电流形成旋转磁场，从而在电动发电机MGl产生拖曳转矩。
[0141]图11表示执行三相接通控制时电动发电机MGl的转矩与转速的关系。如图11所示，电动发电机MGl产生的拖曳转矩(负转矩)随着电动发电机MGl的转速降低而增大。因此，通过在电动发电机MGl的转速降低时进行三相接通控制，能够迅速地停止电动发电机MGl的旋转。
[0142]应该认为，本次公开的实施方式在所有方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是通过上述说明来限定，而是通过权利要求的范围来限定，意在包含与权利要求书等同的含义以及权利要求范围内的所有变更。
[0143]产业上的利用可能性
[0144]本发明能够应用于搭载有根据作业者的操作来切断所搭载的蓄电装置的输出的联锁机构的电动机驱动系统和搭载有该电动驱动系统的车辆。
[0145]标号的说明
[0146]100 车辆，110 转换器，120、121、122 变换器，123U 相臂，124V 相臂，125W 相臂，150蓄电装置，160、210联锁开关，170、180电压传感器，190系统主继电器，220发动机，230、240电流传感器，250动力分配机构，260驱动轮，270,280旋转角传感器，310转换器控制部，320变换器控制部，351,352联锁电路，353输入输出接口，354母线，358存储器，360联锁检测部，370反电动势算出部，380电压判定部，390控制部，C1、C2平滑电容器，Dl?D8 二极管，LI电抗器，MG1、MG2电动发电机，NLl接地线，PLl电源线，Ql?Q8开关元件，Rl电阻，SMRl、SMR2继电器，SP服务插头。
【权利要求】
1.一种电动机驱动系统,具备: 能够再充电的蓄电装置(150)； 功率控制单元(200)，其构成为使用从所述蓄电装置(150)供给的电力来驱动电动机(MGl，MG2)； 开关装置(190)，其插置于将所述蓄电装置(150)与所述功率控制单元(200)连接的电力线； 第一联锁机构(160)，其构成为对用于切断所述蓄电装置(150)的输出的切断装置(SP)成为了能够操作的状态进行响应而工作，由此使所述开关装置(190)断开； 第二联锁机构(210)，其构成为对收纳所述功率控制单元(200)的壳体成为了能够开放的状态进行响应而工作，由此使所述开关装置(190)断开；以及 控制装置(350)，其对所述功率控制单元(200)和所述第一联锁机构，第二联锁机构(160，210)进行控制， 所述功率控制单元(200)包括: 变换器(120)，其将从所述蓄电装置(150)供给的电力变换为用于驱动所述电动机(MG1，MG2)的电力；和 电容器(C2 )，其与所述变换器(120)的所述蓄电装置侧的端子连接， 所述控制装置(350)构成为:在所述第一联锁机构(160)进行了工作的情况下，执行在切断所述功率控制单元(200)之后使所述开关装置(190)断开的第一处理，另一方面，在所述第二联锁机构(210)进行了工作的情况下，根据所述电动机(MG1，MG2)产生的反电动势，代替所述第一处理而执行在驱动所述功率控制单元(200)的状态下使所述开关装置(190)断开的第二处理。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其中， 所述控制装置(350)在执行所述第二处理时，通过驱动所述功率控制单元(200)来控制施加于所述电容器(C2)的电压。
3.根据权利要求2所述的电动机驱动系统，其中， 所述功率控制单元(200 )还包括设置在所述蓄电装置(150 )与所述电容器(C2 )之间的转换器(110)， 所述控制装置(350)在执行所述第二处理时，控制所述变换器(120)和所述转换器(110 )，以从所述功率控制单元(200 )向所述蓄电装置(150)供给电力。
4.根据权利要求2所述的电动机驱动系统，其中， 所述控制装置(350)在执行所述第二处理时，控制所述变换器(120)，以通过弱磁控制来驱动所述电动机(MGl，MG2)。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的电动机驱动系统，其中， 在使所述开关装置(190)断开之后，所述控制装置(350)控制所述变换器(120)以使储存在所述电容器(C2)中的残留电荷放电。
6.根据权利要求5所述的电动机驱动系统，其中， 在使所述开关装置(190)断开之后，所述控制装置(350)控制所述变换器(120)以使所述电动机(MG1，MG2)产生制动转矩，并且控制所述变换器(120)以在通过所述制动转矩降低了所述电动机(MG1，MG2)的转速时使储存在所述电容器(C2)中的残留电荷放电。
7.根据权利要求6所述的电动机驱动系统，其中， 所述控制装置(350)控制所述变换器(120)，以从所述电动机(MG1，MG2)产生基于电磁作用的制动转矩。·
【文档编号】H02P23/00GK103718453SQ201180072626
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2011年8月3日 优先权日:2011年8月3日
【发明者】松村光赖, 胜田敏宏, 内堀直 申请人:丰田自动车株式会社