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発明の名称 モータジェネレータ用の電源システムの試験に適した電源試験システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−129823(P2007−129823A)
公開日 平成19年5月24日(2007.5.24)
出願番号 特願2005−319932(P2005−319932)
出願日 平成17年11月2日(2005.11.2)
代理人 【識別番号】100075258
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二
発明者 松田 清一
要約 課題
安定した電源試験システムを提供する。

解決手段
負荷30と、ECU22により制御されるPCU20を介して負荷30に接続される電源10と、外部コントローラ60からトルク指令信号S(COM)を受けて、トルク指令信号S(COM)をECU22で処理可能な形式のトルク指令信号S(CAN)に変換して出力する擬似制御部40とを備え、ECU22は、擬似制御部40から受信したトルク指令信号S(CAN)に応じてPCU20を制御すると共に、負荷30の負荷電流及び負荷電圧を調整するために用いられる負荷調整信号S(CAN)をトルク指令信号S(CAN)に応じて決定して擬似制御部40へ出力し、擬似制御部40は、ECU22から取得した負荷調整信号S(CAN)を負荷30で処理可能な形式の負荷調整信号S(COM)に変換して出力する。
特許請求の範囲
【請求項1】
負荷調整信号に応じて負荷電流及び負荷電圧が制御される負荷と、
電子制御ユニットにより制御されるパワーコントロールユニットを介して前記負荷に接続される電源と、
外部コントローラからトルク指令信号を受けて、前記トルク指令信号を前記電子制御ユニットで処理可能な形式の信号に変換して前記電子制御ユニットへ出力する擬似制御部と、
を備えた電源試験システムであって、
前記電子制御ユニットは、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に応じて前記パワーコントロールユニットを制御すると共に、前記負荷の負荷電流及び負荷電圧を調整するために用いられる負荷調整信号を前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に応じて決定して前記擬似制御部へ出力し、
前記擬似制御部は、前記電子制御ユニットから取得した負荷調整信号を前記負荷で処理可能な形式の信号に変換して前記負荷へ出力することを特徴とする電源試験システム。
【請求項2】
請求項1に記載の電源試験システムにおいて、
前記電子制御ユニットは、トルク指令信号の値に目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップを参照して、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に対応する目標負荷電流及び目標負荷電圧を前記負荷調整信号として出力することを特徴とする電源試験システム。
【請求項3】
請求項1に記載の電源試験システムにおいて、
前記電子制御ユニットは、トルク指令信号の値及び前記電源又は前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量の組に目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップを参照して、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号及び前記電源又は前記パワーコントロールユニットから取得した前記電源又は前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量に対応する目標負荷電流及び目標負荷電圧を前記負荷調整信号として出力することを特徴とする電源試験システム。
【請求項4】
請求項3に記載の電源試験システムにおいて、
前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量は、前記パワーコントロールユニットに含まれる半導体素子の温度であることを特徴とする電源試験システム。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータジェネレータ用の電源システムの特性把握や調整のための試験に適した電源試験システムに関する。
【背景技術】
【0002】
モータジェネレータを備えたシステムの開発では、モータジェネレータを擬似的に模擬することができるモータシミュレータ(MTS)や電子負荷を電源システムに接続して電源システムの特性の把握及び調整を行う方法が用いられている。
【0003】
例えば、特許文献1には、被試験用インバータを備えた電源システムの試験システムであって、被試験用インバータに並列に設けられ、負荷(モータジェネレータ)の運転を模擬した電流を出力する負荷コントロール用インバータを用いて負荷コントロール用インバータの出力電圧の位相を制御することによってリアクトルに流れる電流を変化させ、負荷の運転モードに応じた模擬電流を被試験用インバータより出力させる試験システムが開示されている。
【0004】
【特許文献1】特開2000−69765号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の試験システムでは、外部コントローラから擬似制御部を介して電源システムに含まれるインバータ回路等のパワーコントロールユニット(PCU)へトルク指令を出力すると共に、トルク指令に応じて予め設定された負荷電流及び負荷電圧を調整するための負荷調整信号を外部コントローラからモータシミュレータ(MTS)や電子負荷に対して直接出力することによって、電源システムの出力に合わせたモータシミュレータ(MTS)や電子負荷の負荷制御を行っていた。
【0006】
しかしながら、このような従来システムでは、トルク指令に応じて時々刻々と変化する電源システムの出力に対応させてモータシミュレータ(MTS)や電子負荷を即時に制御することができない。また、電源システムの状態に応じて負荷電流及び負荷電圧を調整するための信号を生成し、モータシミュレータ(MTS)や電子負荷へ出力する必要があるが、これらの処理には時間が掛かり、電源システムの温度等が急上昇した場合等においてモータシミュレータ(MTS)や電子負荷の負荷調整が間に合わず、システム全体が停止してしまう問題があった。
【0007】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題の少なくとも1つを解決すべく、モータジェネレータ用の電源システムの特性把握や調整のためのシミュレーションに適した電源試験システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、負荷調整信号に応じて負荷電流及び負荷電圧が制御される負荷と、電子制御ユニットにより制御されるパワーコントロールユニットを介して前記負荷に接続される電源と、外部コントローラからトルク指令信号を受けて、前記トルク指令信号を前記電子制御ユニットで処理可能な形式の信号に変換して前記電子制御ユニットへ出力する擬似制御部と、を備えた電源試験システムであって、前記電子制御ユニットは、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に応じて前記パワーコントロールユニットを制御すると共に、前記負荷の負荷電流及び負荷電圧を調整するために用いられる負荷調整信号を前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に応じて決定して前記擬似制御部へ出力し、前記擬似制御部は、前記電子制御ユニットから取得した負荷調整信号を前記負荷で処理可能な形式の信号に変換して前記負荷へ出力することを特徴とする。
【0009】
前記擬似制御部を介して、前記電子制御ユニットから前記負荷へ負荷調整信号を直接出力することによって従来に比べて高い反応速度で電源システムを制御することができ、電源試験を安定して行うことができる。また、前記外部コントローラからはトルク指令信号を入力するだけで安定した電力調整を行うことができる。
【0010】
ここで、前記電子制御ユニットは、トルク指令信号の値に目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップを参照して、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に対応する目標負荷電流及び目標負荷電圧を前記負荷調整信号として出力することが好適である。
【0011】
また、前記電子制御ユニットは、トルク指令信号の値及び前記電源又は前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量の組に目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップを参照して、前記擬似制御部から受信したトルク指令信号及び前記電源又は前記パワーコントロールユニットから取得した前記電源又は前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量に対応する目標負荷電流及び目標負荷電圧を前記負荷調整信号として出力することも好適である。
【0012】
このように前記電子制御ユニットにおいて前記電流・電圧マップを参照することによって、前記外部コントローラを介さず前記擬似制御部から受信したトルク指令信号に対応する目標負荷電流及び目標負荷電圧を前記負荷調整信号として前記負荷へ出力することができる。これによって、従来に比べて高い反応速度で電源システムを制御することができ、電源試験を安定して行うことができる。
【0013】
ここで、前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量は、前記パワーコントロールユニットに含まれる半導体素子の温度であることが好適である。
【0014】
電源システムを模擬動作させる場合、前記パワーコントロールユニットに含まれる半導体素子の温度が急激に変化することによって、前記負荷の負荷電流及び負荷電圧の調整が時間的に対応できず、電源試験システムがシステムダウンしてしまうことが多い。前記パワーコントロールユニットの状態を示す特徴量として前記パワーコントロールユニットに含まれる半導体素子の温度を用いることによって、前記外部コントローラを介することなく、前記パワーコントロールユニットに含まれる半導体素子の温度の変化に応じて前記負荷へ負荷調整を迅速に行うことができる。したがって、電源試験を安定して行うことができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、外部コントローラからトルク指令信号を一旦入力すれば、外部コントローラを介さず従来に比べて迅速に負荷調整を行うことができる。その結果、安定した電源試験を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本実施の形態における電源試験システム100は、図1に示すように、電源10、パワーコントロールユニット(PCU)20、モータシミュレータ(MTS)30、擬似制御部40、レゾルバ50及び外部コントローラ60を含んで構成される。
【0017】
電源試験システム100は、外部コントローラ60から入力されるトルク指令信号及び電源10及びPCU20の状態を示す特徴量に応じて電源10、PCU20、MTS30を制御しつつ、電源システムの開発・調整のためのデータを取得する等のシミュレーションを行う。なお、本実施の形態では、コンピュータで一般的に使用される形式のデータを(COM)で示し、電源システムで一般的に使用される形式のデータを(CAN)で示す。
【0018】
電源10は、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される発電器であり、電源試験システム100における試験対象となる。電源10としては、例えば、燃料電池、2次電池等が挙げられる。PCU20に含まれる電子制御ユニット(ECU)22によって電源10の力行及び回生の状態が制御される。PCU20を介して、MTS30へ電力を供給してモータとして機能させたり(力行)、MTS30がジェネレータとして機能した場合にMTS30から電力を受けて充電を行ったりする(回生)。
【0019】
PCU20は、整流器(図示しない)、インバータ回路(図示しない)及び電子制御ユニット(ECU)22を含んで構成される。電源10とMTS30とはPCU20を介して接続され、PCU20に含まれる整流器及びインバータ回路等をECU22によって制御することで電源10とMTS30との間で電力がやり取りされる。
【0020】
ECU22は、電源10及びPCU20の状態を示す特徴量(データD(CAN))を測定し、データD(CAN)を擬似制御部40へ出力する。電源10の状態を示す特徴量としては、例えば、電源10の出力電圧、出力電流、温度等が挙げられる。また、PCU20の状態を示す特徴量としては、例えば、インバータ回路に含まれる半導体素子の温度、スイッチング周波数等が挙げられる。
【0021】
また、ECU22は、擬似制御部40からトルク指令信号S(CAN)を受けて、そのトルク指令信号S(CAN)及び電源10又はPCU20の状態を示すデータD(CAN)に応じた目標負荷電流及び目標負荷電圧を決定し、MTS30に目標負荷電流及び目標負荷電圧で定まる電力を供給するように整流器及びインバータ回路等を制御する。
【0022】
具体的には、ECU22の内蔵メモリに、擬似制御部40から受信されると予想される複数のトルク指令信号S(CAN)の値及び電源10又はPCU20の状態を示すデータD(CAN)の値の組み合わせ毎にそれぞれ目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップを予め格納及び保持しておくことが好適である。ECU22は、擬似制御部40からトルク指令信号S(CAN)を受信すると、電流・電圧マップを参照して、受信したトルク指令信号S(CAN)及び電源10及びPCU20の状態を示すデータD(CAN)の組に対応付けられた目標負荷電流及び目標負荷電圧を抽出する。ECU22は、抽出された目標負荷電流及び目標負荷電圧に基づいて整流器及びインバータ回路等を制御し、電源10からMTS30へ供給される電力を調整する。
【0023】
例えば、PCU20の状態を示すデータD(CAN)としてPCU20に含まれるインバータ回路の半導体素子の温度を取得すると、ECU22の内蔵メモリに擬似制御部40から受信されると予想される複数のトルク指令信号S(CAN)の値及びインバータ回路の半導体素子の温度を示すデータD(CAN)の値の組み合わせ毎にそれぞれ目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップ(図2)を予め格納及び保持しておくことによって、ECU22は、擬似制御部40からトルク指令信号S(CAN)を受信すると、電流・電圧マップを参照して、受信したトルク指令信号S(CAN)及びインバータ回路の半導体素子の温度を示すデータD(CAN)の組に対応付けられた目標負荷電流及び目標負荷電圧を抽出し、抽出された目標負荷電流及び目標負荷電圧に基づいて整流器及びインバータ回路等を制御し、電源10からMTS30へ供給される電力を調整する。
【0024】
また、ECU22は、レゾルバ50からレゾルバ信号S(CAN)を受信して、そのレゾルバ信号S(CAN)に応じたスイッチング周波数でインバータ回路をスイッチングさせてMTS30の回転周波数を制御する。
【0025】
さらに、ECU22は、擬似制御部40から受けたトルク指令信号S(CAN)及び電源10又はPCU20の状態を示すデータD(CAN)に応じて、MTS30の負荷を調整するための負荷調整信号S(CAN)を生成して擬似制御部40へ出力する。
【0026】
具体的には、ECU22は、受信したトルク指令信号S(CAN)及び電源10又はPCU20の状態を示すデータD(CAN)に応じてMTS30の消費電力を調整するために、電流・電圧マップを参照してトルク指令信号S(CAN)及び電源10又はPCU20の状態を示すデータD(CAN)の組に対応付けられた目標負荷電流及び目標負荷電圧を負荷調整信号S(CAN)として擬似制御部40へ出力する。
【0027】
例えば、上記のようにPCU20の状態を示すデータD(CAN)としてPCU20に含まれるインバータ回路の半導体素子の温度を取得すると、ECU22の内蔵メモリに擬似制御部40から受信されると予想される複数のトルク指令信号S(CAN)の値及びインバータ回路の半導体素子の温度を示すデータD(CAN)の値の組み合わせ毎にそれぞれ目標負荷電流及び目標負荷電圧を対応付けた電流・電圧マップ(図2)を予め格納及び保持しておくことによって、ECU22は、擬似制御部40からトルク指令信号S(CAN)を受信すると、電流・電圧マップを参照して、受信したトルク指令信号S(CAN)及びインバータ回路の半導体素子の温度を示すデータD(CAN)の組に対応付けられた目標負荷電流及び目標負荷電圧を抽出し、抽出された目標負荷電流及び目標負荷電圧を負荷調整信号S(CAN)として擬似制御部40へ出力する。
【0028】
MTS30は、実際にハイブリッド自動車等に搭載されるモータジェネレータを模擬する機能を果たす。MTS30は、擬似用モータジェネレータ、負荷用インバータ回路及び制御部を含んで構成される(図示しない)。MTS30の制御部は、負荷調整信号S(COM)を受けて、受信された負荷調整信号S(COM)によって示される目標負荷電流及び目標負荷電圧に応じた電力が擬似用モータジェネレータにおいて消費されるように負荷用インバータ回路を制御する。また、レゾルバ50からレゾルバ信号S(COM)を受けて、擬似用モータジェネレータの回転をレゾルバ信号S(COM)で示される周波数に同期させる。さらに、MTS30の制御部は、擬似用モータジェネレータの状態を示す特徴量(データ)を取得して、データD(COM)として擬似制御部40へ出力してもよい。
【0029】
擬似制御部40は、外部コントローラ60からトルク指令信号S(COM)を受信する。受信されたトルク指令信号S(COM)はコンピュータで使用される形式で表されているので、擬似制御部40は、ECU22で解釈可能なCAN形式で表現されたトルク指令信号S(CAN)に変換してECU22へ出力する。また、擬似制御部40は、ECU22から負荷調整信号S(CAN)を受信する。受信された負荷調整信号S(CAN)は電源システムで使用される形式で表されているので、擬似制御部40は、MTS30の制御部(コンピュータ)で解釈可能な形式で表現された負荷調整信号S(COM)に変換してMTS30へ出力する。また、擬似制御部40は、ECU22から電源10及びPCU20の状態を示す特徴量(データ)を測定して得られたデータD(CAN)を受信して、データD(CAN)を外部コントローラ60(コンピュータ)で解釈可能な形式で表現されたD(COM)に変換して外部コントローラ60へ出力する。さらに、MTS30の制御部からデータD(COM)を受信した場合には、そのデータD(COM)を外部コントローラ60へ出力してもよい。
【0030】
レゾルバ50は、外部コントローラ60からMTS30の回転周波数を示すレゾルバ信号S(COM)を受けて、ECU22で解釈可能なCAN形式で表現されたレゾルバ信号S(CAN)に変換してECU22へ出力する。また、レゾルバ50は、レゾルバ信号S(COM)をMTS30の制御部へ出力する。
【0031】
外部コントローラ60は、ユーザからの入力等に基づいて、トルク指令信号S(COM)を擬似制御部40へ出力する。外部コントローラ60から出力されるトルク指令信号S(COM)は一般的なコンピュータで解釈可能な形式で表現された信号である。また、外部コントローラ60は、ユーザからの入力等に基づいて、レゾルバ信号S(COM)をレゾルバ50へ出力する。外部コントローラ60からレゾルバ信号S(COM)も一般的なコンピュータで解釈可能な形式で表現された信号である。さらに、外部コントローラ60は、擬似制御部40から出力される電源10,PCU20及びMTS30の状態を示すデータD(COM)を受信し、内蔵する表示部(図示しない)等を用いてデータD(COM)をユーザに呈示する。これによって、電源試験システム100におけるシミュレーションによって得られた電源システムの状態をユーザに呈示することができる。
【0032】
以上のように、本実施の形態における電源試験システム100では、外部コントローラ60からトルク指令信号S(COM)を一旦入力すれば、擬似制御部40を介してECU22とMTS30との間で負荷調整のための負荷調整信号S(CAN)及びS(COM)が伝達され、外部コントローラ60を介さずに電源10の出力に応じたMTS30の負荷調整を迅速に行うことができる。その結果、安定した電力制御を行うことができる。
【0033】
また、電源システムを模擬運転させる場合、ECU22においてPCU20に含まれる半導体素子の温度をデータD(CAN)として取得し、負荷調整信号S(CAN)を決定するために用いることによって、PCU20に含まれる半導体素子の温度が急激に変化することによって電源試験システム100がシステムダウンしてしまうことを防ぐことができる。すなわち、外部コントローラ60を介することなく、半導体素子の温度の影響をMTS30へ伝達することによって負荷調整を迅速に行うことができ、電源試験を安定して行うことができる。
【0034】
なお、本実施の形態では、電源10又はPCU20の状態を示すデータD(CAN)としてPCU20に含まれる半導体素子の温度を例に説明を行ったがこれに限定されるものではない。他の特徴量を用いた場合においても負荷調整を迅速に行うことが可能となり、電源試験を安定して行うことができる。また、本実施の形態では、擬似負荷としてモータシミュレータ(MTS)を用いたがこれに限定されるものではなく、負荷が調整可能な電子負荷等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の実施の形態における電源試験システムの構成を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態における電流・電圧マップの例を示す図である。
【符号の説明】
【0036】
10 電源、20 パワーコントロールユニット(PCU)、22 電子制御ユニット(ECU)、30 モータシミュレータ(MTS)、40 擬似制御部、50 レゾルバ、60 外部コントローラ、100 電源試験システム。




 

 


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