JP4640200B2

JP4640200B2 - 電圧変換装置および電圧変換器の制御方法

Info

Publication number: JP4640200B2
Application number: JP2006034195A
Authority: JP
Inventors: 清恵落合; 博之小柳
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: EP1819034A3; KR20070081455A; US7525278B2; KR100891499B1; CN100536295C; EP1819034A2; EP1819034B1; CN101018008A; US20070200521A1; JP2007215358A

Description

この発明は、電圧変換装置および電圧変換器の制御方法に関し、特に、電動機を力行モードまたは回生モードで駆動する駆動装置と直流電源との間で電圧変換を行なう電圧変換器の制御に関する。

近年、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）などの電動車両が注目されている。

ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することによって動力を得るとともに、直流電源からの電圧をインバータにより交流電圧に変換してモータを駆動することによって動力を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。

このようなハイブリッド自動車や電気自動車においては、直流電源からの電圧を昇圧コンバータにより昇圧してインバータに与えることも検討されている。特開２００４−２２９３９９号公報は、このような昇圧コンバータを備える電圧変換装置について、昇圧コンバータの電圧指令値が急激に増加しても、昇圧動作を行なう回路素子に過電流が流れないように、交流モータを駆動するインバータに電力を供給する電圧変換装置を開示する（特許文献１参照）。
特開２００４−２２９３９９号公報

しかしながら、特開２００４−２２９３９９号公報では、交流モータのパワー収支が継続的に回生側になっている場合にインバータ電圧（昇圧コンバータとインバータとの間の電圧）が過電圧となり得る問題について、特に開示されていない。

すなわち、交流モータのパワー収支が一時的に回生側になっても、昇圧コンバータとインバータとの間に配設されるコンデンサによって回生電力が吸収されるので、インバータ電圧が過電圧になることはない。しかし、昇圧コンバータによってインバータ電圧が上限値近傍に制御されているときに交流モータのパワー収支が継続的に回生側になると、インバータ電圧の上昇に昇圧コンバータの制御が追いつけず、インバータ電圧が過電圧になり得る。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電動機のパワー収支が継続的に回生側になっている場合に、電動機を駆動する駆動装置に過電圧がかかるのを防止する電圧変換装置を提供することである。

この発明によれば、電圧変換装置は、少なくとも１つの電動機を力行モードまたは回生モードで駆動する駆動装置と直流電源との間に設けられる電圧変換器と、上限値を超えない範囲で直流電源からの電圧を昇圧するように電圧変換器を制御する制御装置と、直流電源に対して入出力される電力を検知する検知装置とを備える。制御装置は、直流電源から電力が出力されているときの電力の符号を正とした場合、第１の所定期間における電力の変化量の積算値が負の第１のしきい値を下回ると、上限値を低下させる。

好ましくは、制御装置は、第１の所定期間前における電力を基準値として、第１の所定期間における基準値からの電力の変化量の積算値が第１のしきい値を下回ると、上限値を低下させる。

好ましくは、制御装置は、第１の所定期間よりも短い第２の所定期間前からの電力の変化量が負の第２のしきい値以上のとき、上限値を低下させるのを中止する。

また、この発明によれば、電圧変換器の制御方法は、少なくとも１つの電動機を力行モードまたは回生モードで駆動する駆動装置と直流電源との間に設けられる電圧変換器の制御方法である。そして、電圧変換器の制御方法は、直流電源に対して入出力される電力を検知する第１のステップと、第１の所定期間における電力の変化量の積算値を演算する第２のステップと、直流電源から電力が出力されているときの電力の符号を正とした場合、演算された積算値が負の第１のしきい値を下回ると、電圧変換器から駆動装置へ出力される電圧の上限値を低下させる第３のステップと、上限値を超えない範囲で直流電源からの電圧を昇圧するように電圧変換器を制御する第４のステップとを備える。

好ましくは、第２のステップは、第１の所定期間前における電力を基準値として、第１の所定期間における基準値からの電力の変化量の積算値を演算する。

好ましくは、電圧変換器の制御方法は、第１の所定期間よりも短い第２の所定期間前からの電力の変化量が負の第２のしきい値以上であると、上限値を低下させるのを中止する第５のステップをさらに備える。

この発明においては、上限値を超えない範囲で直流電源からの電圧を昇圧するように電圧変換器が制御される。そして、直流電源から電力が出力されているときの電力の符号を正とした場合、第１の所定期間における電力の変化量の積算値が負の第１のしきい値を下回ると、上記の上限値を低下させる。すなわち、ある時点からの電力変化量だけでは、少なくとも１つの電動機のパワー収支が継続的に回生側になっているか否か正確に判断できない場合があるところ、この発明においては、第１の所定期間における電力変化量の積算値を用いるので、少なくとも１つの電動機のパワー収支が継続的に回生側になっているか否かを正確に判断できる。そして、演算された積算値が第１のしきい値（負値）を下回ると、上記の上限値を低下させるので、電圧変換器による昇圧電圧が抑制される。

したがって、この発明によれば、少なくとも１つの電動機のパワー収支が継続的に回生側になっている場合に、駆動装置に過電圧がかかるのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による電圧変換装置を備えたモータ駆動装置の回路図である。図１を参照して、モータ駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサ１０，１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、電流センサ１１，２４と、制御装置３０とを備える。

このモータ駆動装置１００は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に搭載される。そして、交流モータＭ１は、駆動輪に機械的に連結され、車両を駆動するためのトルクを発生する。あるいは、交流モータＭ１は、エンジンに機械的に連結され、エンジンの動力を用いて発電する発電機として動作し、かつ、エンジンの始動を行なう電動機としてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。

昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬと、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬの一方端は、電源ラインＰＬ１およびシステムリレーＳＲ１を介して直流電源Ｂの正極に接続され、他方端は、ＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの接続点に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは電源ラインＰＬ２に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタは接地ラインＳＬに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４を含む。Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６を含む。Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８を含む。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続される。

各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続される。

なお、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８等に代えて、他のパワースイッチング素子たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴを用いることもできる。

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池を含む。電圧センサ１０は、直流電源Ｂの電圧Ｖｂを検出し、その検出した電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。電流センサ１１は、直流電源Ｂに入出力される電流Ｉｂを検出し、その検出した電流Ｉｂを制御装置３０へ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。

コンデンサＣ１は、直流電源Ｂから供給される電圧を平滑化し、その平滑化した電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。

昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給される電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＵによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。この場合、ＮＰＮトランジスタＱ１は、信号ＰＷＭＵによってオフされる。また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＤを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給される直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの電圧を平滑化し、その平滑化した電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ（インバータ１４の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、コンデンサＣ２から供給される直流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに基づいて交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＣに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

電流センサ２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Electronic Control Unit）から入力されたトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサ１０からの電圧Ｖｂ、電圧センサ１３からの電圧Ｖｍ、および電流センサ２４からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵとインバータ１４を駆動するための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

信号ＰＷＭＵは、昇圧コンバータ１２がコンデンサＣ１からの電圧を電圧Ｖｍに変換する場合に昇圧コンバータ１２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２がコンデンサＣ１からの電圧を電圧Ｖｍに変換する場合に、電圧Ｖｍをフィードバック制御し、電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍになるように信号ＰＷＭＵを生成する。

また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。この場合、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は信号ＰＷＭＣによってスイッチング制御される。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給される電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、インバータ１４により直流電圧に変換され、昇圧コンバータ１２により降圧されて直流電源Ｂに供給される。

また、さらに、制御装置３０は、バッテリパワーＰｂを算出する。このバッテリパワーＰｂは、直流電源Ｂに入出力される電力を示し、バッテリパワーＰｂが正値のときは直流電源から電力が出力され（放電）、バッテリパワーＰｂが負値のときは直流電源へ電力が入力されている（充電）ことを示す。なお、バッテリパワーＰｂは、電流センサ１１からの電流Ｉｂおよび電圧センサ１０からの電圧Ｖｂに基づいて算出することができる。また、電流センサ２４からのモータ電流ＭＣＲＴおよび図示されない電圧センサによって検出される交流モータＭ１のモータ電圧に基づいて交流モータＭ１のパワーを算出し、この算出した交流モータＭ１のパワーに基づいてバッテリパワーＰｂを算出することもできる。

そして、制御装置３０は、算出されたバッテリパワーＰｂに基づいて、後述の方法により、交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側になっているか否かを判定し、パワー収支が継続的に回生側になっていると判定すると、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍの目標電圧である電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値を通常時よりも低い値に設定する。

さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。

図２は、図１に示した制御装置３０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置３０は、モータ制御用相電圧演算部４０と、ＰＷＭ信号変換部４２と、インバータ入力電圧指令演算部５０と、上限値設定部５２と、フィードバック電圧指令演算部５４と、デューティー比変換部５６とを含む。

モータ制御用相電圧演算部４０は、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ、すなわち、インバータ１４の入力電圧を電圧センサ１３から受け、交流モータＭ１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴを電流センサ２４から受け、トルク指令値ＴＲを外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、これらの信号に基づいて、交流モータＭ１の各相のコイルに印加する電圧を算出し、その算出結果をＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。

ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０によって算出された各相電圧指令に基づいて、インバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＣを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＣをインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

これにより、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。

インバータ入力電圧指令演算部５０は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算する。そして、インバータ入力電圧指令演算部５０は、その演算された電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを上限値設定部５２によって設定される上限値と比較し、演算された電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍが上限値を超えている場合には電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを上限値に制限してフィードバック電圧指令演算部５４へ出力する。

上限値設定部５２は、バッテリパワーＰｂを算出し、後述の方法により、交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側になっているか否かを判定する。そして、上限値設定部５２は、交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側になっていないと判定すると、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値としてＶｕｐ１をインバータ入力電圧指令演算部５０へ出力する。一方、上限値設定部５２は、交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側になっていると判定すると、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値としてＶｕｐ１よりも低いＶｕｐ２をインバータ入力電圧指令演算部５０へ出力する。

フィードバック電圧指令演算部５４は、電圧センサ１３からの電圧Ｖｍと、インバータ入力電圧指令演算部５０からの電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍとに基づいてフィードバック電圧指令を演算し、その演算したフィードバック電圧指令をデューティー比変換部５６へ出力する。

デューティー比変換部５６は、電圧センサ１０からの電圧Ｖｂと、フィードバック電圧指令演算部５４からのフィードバック電圧指令とに基づいて、電圧Ｖｍをフィードバック電圧指令に制御するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比に基づいて昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＤを生成する。そして、デューティー比変換部５６は、生成した信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

なお、昇圧コンバータ１２の接地ラインＳＬ側のＮＰＮトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬにおける電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、電源ラインＰＬ２側のＮＰＮトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインＰＬ２の電圧が下がる。そこで、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２間の電圧を任意の正電圧に制御可能である。

図３は、図２に示した上限値設定部５２の制御構造を示すフローチャートである。なお、このフローチャートによる処理は、予め設定された一定周期で実行される。図３を参照して、上限値設定部５２は、バッテリパワーＰｂを算出する（ステップＳ１０）。より具体的には、上限値設定部５２は、電流Ｉｂと電圧Ｖｂとの積を演算することによりバッテリパワーＰｂを算出する。あるいは、交流モータＭ１のモータ電流とモータ電圧との積を演算することによって交流モータＭ１のパワーを算出し、この算出した交流モータＭ１のパワーに基づいてバッテリパワーＰｂを算出してもよい。

次いで、上限値設定部５２は、６周期前に算出したバッテリパワーが格納されているＰｂ（ｔ５）の値をＰｂ（ｔ６）にシフトし、その後、５周期前に算出したバッテリパワーが格納されているＰｂ（ｔ４）の値をＰｂ（ｔ５）にシフトする。続いて、上限値設定部５２は、４周期前に算出したバッテリパワーが格納されているＰｂ（ｔ３）の値をＰｂ（ｔ４）にシフトし、その後、３周期前に算出したバッテリパワーが格納されているＰｂ（ｔ２）の値をＰｂ（ｔ３）にシフトする。さらに続いて、上限値設定部５２は、２周期前に算出したバッテリパワーが格納されているＰｂ（ｔ１）の値をＰｂ（ｔ２）にシフトし、その後、１周期前に算出したバッテリパワーが格納されているＰｂ（ｔ０）の値をＰｂ（ｔ１）にシフトする。そして、上限値設定部５２は、ステップＳ１０において今回算出したバッテリパワーＰｂをＰｂ（ｔ０）に代入する（ステップＳ２０）。

なお、以下では、Ｐｂ（ｔｎ）に格納されているｎ周期前のバッテリパワーの値をバッテリパワーＰｂ（ｔｎ）と表記する。

次いで、上限値設定部５２は、バッテリパワーＰｂ（ｔｎ）（ｎは０〜５の整数）の各々と６周期前のバッテリパワーＰｂ（ｔ６）との差を算出し、その各算出値を積算する。すなわち、上限値設定部５２は、６周期前のバッテリパワーＰｂ（ｔ６）を基準として、時刻ｔ５〜ｔ０におけるバッテリパワーＰｂの変化量を積算する。そして、上限値設定部５２は、そのバッテリパワーＰｂの変化量の積算値が予め設定されたしきい値Ａ（しきい値Ａは負値）を下回っているか否かを判定する（ステップＳ３０）。

上限値設定部５２は、バッテリパワーＰｂの変化量の積算値がしきい値Ａ以上であると判定すると（ステップＳ３０においてＮＯ）、処理をステップＳ６０へ進め、インバータ入力電圧指令演算部５０によって算出される電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値としてＶｕｐ１をインバータ入力電圧指令演算部５０に設定する（ステップＳ６０）。

一方、ステップＳ３０において、バッテリパワーＰｂの変化量の積算値がしきい値Ａを下回っていると判定されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、上限値設定部５２は、さらに、今回算出されたバッテリパワーＰｂ（ｔ０）と３周期前のバッテリパワーＰｂ（ｔ３）との差を算出し、その算出したバッテリパワー差が予め設定されたしきい値ΔＰｋＷ（しきい値ΔＰは負値）を下回っているか否かを判定する（ステップＳ４０）。

そして、上限値設定部５２は、バッテリパワー差がしきい値ΔＰｋＷを下回っていると判定すると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、インバータ入力電圧指令演算部５０によって算出される電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値としてＶｕｐ１よりも低いＶｕｐ２をインバータ入力電圧指令演算部５０に設定する（ステップＳ５０）。一方、ステップＳ４０においてバッテリパワー差がしきい値ΔＰｋＷ以上であると判定されると（ステップＳ４０においてＮＯ）、上限値設定部５２は、ステップＳ６０へ処理を進め、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値としてＶｕｐ１をインバータ入力電圧指令演算部５０に設定する。

図４は、図２に示した上限値設定部５２により実行される処理を説明するための図である。図４を参照して、横軸は時間を示し、縦軸はバッテリパワーＰｂを示す。時刻ｔ０は現在時刻を示し、時刻ｔｎ（ｎは１〜６の整数）は時刻ｔ０からｎ周期前の時刻を示す。そして、バッテリパワーＰｂが正のときは、直流電源Ｂから電力が出力されていることを示し（放電）、バッテリパワーＰｂが負のときは、直流電源Ｂへ電力が入力されていることを示す（充電）。

バッテリパワーＰｂの変化を示す曲線の傾きが負であることは、交流モータＭ１のパワー収支が回生側であることを示す。すなわち、バッテリパワーＰｂが負方向に変化（直流電源Ｂからの出力電力が減少または直流電源Ｂへの入力電力が増加）するのは、交流モータＭ１のパワー収支が回生側のために電圧Ｖｍが上昇傾向にあり、その結果、直流電源Ｂから昇圧コンバータ１２を介してコンデンサＣ２へ供給される電力が減少し、または、コンデンサＣ２から昇圧コンバータ１２を介して直流電源Ｂへ供給される電力が増加するからである。

そして、上限値設定部５２は、交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側であることを検知するために、すなわち、バッテリパワーＰｂの変化を示す曲線の傾きが継続的に負であることを検知するために、所定期間（この実施の形態では６周期前の時刻ｔ６から現在の時刻ｔ０まで）におけるバッテリパワーＰｂの変化量を積算し、その積算値に基づいて交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側であるか否かを判定する。

なお、バッテリパワーＰｂの変化量の積算値を用いるのは、単に、ある時刻間のバッテリパワーＰｂの変化量（バッテリパワー差）では、交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側であるか否かを判定できない場合があるからである。以下、そのようなケースについて説明する。

図５は、バッテリパワーＰｂの変化の一例を示した図である。図５を参照して、仮に、現在の時刻ｔ０におけるバッテリパワーＰｂ（ｔ０）と現在の時刻ｔ０から時間ΔＴＳだけ前の時刻ｔ７におけるバッテリパワーＰｂ（ｔ７）との差のみに基づいて交流モータＭ１のパワー収支が回生側であるか否かが判定される場合を考える。時刻ｔ７以前は交流モータＭ１のパワー収支は力行側（電力消費）であり、時刻ｔ７以降にパワー収支が回生側になっても電圧Ｖｍは直ちに過電圧にはならない。しかしながら、この場合、バッテリパワーＰｂ（ｔ７）とバッテリパワーＰｂ（ｔ０）との変化量がしきい値を超えると、電圧Ｖｍの制御目標値である電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値をＶｕｐ１からＶｕｐ２に下げてしまう。

したがって、交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側になっておらず、過電圧が発生しないような状況においても、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値が不必要に下げられ、その結果、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍが不必要に低下する可能性がある。昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍは、交流モータＭ１のトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、交流モータＭ１の要求パワーに応じて決定されるものであり、電圧Ｖｍを不必要に低下させるのは好ましくない。

図６は、バッテリパワーＰｂの他の変化の一例を示した図である。図６を参照して、交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側であるか否かを判定するために、図５に示した時間ΔＴＳを時間ΔＴＬに長くすればよいとも考えられる。しかしながら、この場合は、図に示されるように時刻ｔ８から時刻ｔ０までの間にバッテリパワーＰｂが変動する可能性がある。したがって、この場合も図５の場合と同様に、交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側になっておらず、過電圧が発生しないような状況においても、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値が不必要に下げられ、その結果、電圧Ｖｍが不必要に低下し得る。

このように、ある時点からのバッテリパワー差だけでは、交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側にあるか否かを正確に判定できないおそれがあるところ、この実施の形態においては、バッテリパワーＰｂの変化量の積算値を用いることにより、正確な判定を可能としたものである。

再び図４を参照して、上限値設定部５２は、バッテリパワーＰｂの変化量の積算値がしきい値Ａ（Ａは負値）を下回っており、さらに、現在の時刻ｔ０におけるバッテリパワーＰｂ（ｔ０）と３周期前のバッテリパワーＰｂ（ｔ３）との差がしきい値ΔＰｋＷ（ΔＰは負値）を下回っているときに、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値をＶｕｐ１からＶｕｐ２に下げる。言い換えると、上限値設定部５２は、バッテリパワーＰｂ（ｔ０）とバッテリパワーＰｂ（ｔ３）との差がしきい値ΔＰｋＷ以上のときは、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値をＶｕｐ１からＶｕｐ２に下げない。このように、バッテリパワーＰｂの変化量の積算値による判定に加えて、バッテリパワー差による判定を行なうようにしたのは、以下の理由による。

図７は、バッテリパワーＰｂのさらに他の変化の一例を示した図である。図７を参照して、時刻ｔ６〜ｔ５近傍でバッテリパワーＰｂが急激に低下し、その後、安定したとする。この場合、時刻ｔ６におけるバッテリパワーＰｂ（ｔ６）を基準としたバッテリパワーＰｂの変化量の積算値は相当量となり、しきい値Ａを下回ることとなる。

しかしながら、このような場合は、交流モータＭ１のパワー収支は継続的に回生側になっているとはいえず、電圧Ｖｍが継続的に過電圧になることはない。そこで、このような場合を除外するために、現在の時刻ｔ０におけるバッテリパワーＰｂ（ｔ０）と、バッテリパワーＰｂの変化量の積算値を演算する際の基準となる時刻ｔ６よりも近時の時刻ｔ３におけるバッテリパワーＰｂ（ｔ３）との差も考慮することとしたものである。

すなわち、バッテリパワーＰｂの変化量の積算値がしきい値Ａを下回っていても、時刻ｔ３からのバッテリパワー差が小さいときは、交流モータＭ１のパワー収支は継続的に回生側になっていないものと判定され、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値には通常のＶｕｐ１が設定される。

以上のように、この実施の形態においては、所定期間（時刻ｔ６〜ｔ０）におけるバッテリパワーＰｂの変化量の積算値を用いて交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側になっているか否かを判定するようにしたので、正確な判定が行なわれる。そして、その演算された積算値がしきい値Ａを下回ると、昇圧コンバータ１２の目標電圧に相当する電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値をＶｕｐ１からＶｕｐ２に低下させるので、昇圧コンバータ１２は、出力電圧Ｖｍを抑制するように電圧Ｖｍを制御する。したがって、交流モータＭ１のパワー収支が継続的に回生側になっている場合に、インバータ電圧が過電圧になるのを防止することができる。

また、所定時刻（時刻ｔ３）からのバッテリパワー差が小さいときは、交流モータＭ１のパワー収支は継続的に回生側になっていないものと判定するようにしたので、バッテリパワーＰｂの変化量の積算値を用いた判定方法の精度が担保される。

なお、上記のモータ駆動装置１００は、たとえば、ハイブリッド自動車に搭載される。
図８は、ハイブリッド自動車への適用を説明するための図である。この場合、図１に示した交流モータＭ１は、２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２から成り、インバータ１４は、２つのインバータから成る。すなわち、図８に示すように、２つのインバータ１４Ａ，１４Ｂがそれぞれ２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対応して設けられる。そして、インバータ１４Ａ，１４Ｂは、コンデンサＣ２の両端に接続された電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬに並列に接続される。

モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構（図示せず）を介してエンジンに連結され、モータジェネレータＭＧ２は、動力分割機構を介して駆動輪に連結される。

インバータ１４Ａは、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動するとともに、エンジンの動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。また、インバータ１４Ｂは、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動するとともに、駆動輪の回転力によりモータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のパワー収支が回生側になるのは、モータジェネレータＭＧ１による発電電力がモータジェネレータＭＧ２による消費電力よりも大きいときである。そして、制御装置３０の上限値設定部５２は、バッテリパワーＰｂの変化量の積算値がしきい値Ａを下回り、かつ、バッテリパワーＰｂの変化量がしきい値ΔＰｋｗを下回ると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のパワー収支が継続的に回生側になっているものと判定し、昇圧コンバータ１２の目標電圧に相当する電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍの上限値を通常のＶｕｐ１からそれよりも低いＶｕｐ２に下げる。これにより、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍが過電圧になることを防止することができる。

なお、上記においては、バッテリパワーＰｂを算出するに際し、電流Ｉｂと電圧Ｖｂとの積を演算することによりバッテリパワーＰｂを算出してもよいし、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々におけるモータ電流およびモータ電圧に基づいてモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々のパワーを算出し、その算出したモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のパワーに基づいてバッテリパワーＰｂを算出してもよい。

なお、上記の実施の形態においては、６周期前からのバッテリパワーＰｂの変化量を積算するものとしたが、バッテリパワーＰｂの変化量を積算する期間は、この期間に限定されるものではなく長短可能である。また、図３に示したステップＳ４０では、３周期前からのバッテリパワーＰｂの変化量を用いるものとしたが、この期間も３周期前に限定されるものではない。

なお、上記において、交流モータＭ１は、この発明における「少なくとも１つの電動機」に対応し、インバータ１４は、この発明における「駆動装置」に対応する。また、昇圧コンバータ１２は、この発明における「電圧変換器」に対応し、制御装置３０は、この発明における「制御装置」に対応する。さらに、電圧センサ１０、電流センサ１１および制御装置３０は、この発明における「検知装置」を形成する。

また、さらに、ステップＳ１０は、この発明における「第１のステップ」に対応し、ステップＳ３０は、この発明における「第２のステップ」に対応する。また、さらに、ステップＳ５０は、この発明における「第３のステップ」に対応し、インバータ入力電圧指令演算部５０、フィードバック電圧指令演算部５４およびデューティー比変換部５６により実行される処理は、この発明における「第４のステップ」による処理に対応する。また、さらに、ステップＳ６０は、この発明における「第５のステップ」に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態による電圧変換装置を備えたモータ駆動装置の回路図である。図１に示す制御装置の機能ブロック図である。図２に示す上限値設定部の制御構造を示すフローチャートである。図２に示す上限値設定部により実行される処理を説明するための図である。バッテリパワーの変化の一例を示した図である。バッテリパワーの他の変化の一例を示した図である。バッテリパワーのさらに他の変化の一例を示した図である。ハイブリッド自動車への適用を説明するための図である。

符号の説明

１０，１３電圧センサ、１１，２４電流センサ、１２昇圧コンバータ、１４，１４Ａ，１４Ｂインバータ、１５Ｕ相アーム、１６Ｖ相アーム、１７Ｗ相アーム、３０制御装置、４０モータ制御用相電圧演算部、４２ＰＷＭ信号変換部、５０インバータ入力電圧指令演算部、５２上限値設定部、５４フィードバック電圧指令演算部、５６デューティー比変換部、１００モータ駆動装置、Ｂ直流電源、ＳＲ１，ＳＲ２システムリレー、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２電源ライン、ＳＬ接地ライン、Ｌリアクトル、Ｑ１〜Ｑ８ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８ダイオード、Ｍ１交流モータ、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ。

Claims

少なくとも１つの電動機を力行モードまたは回生モードで駆動する駆動装置と直流電源との間に設けられる電圧変換器と、
上限値を超えない範囲で前記直流電源からの電圧を昇圧するように前記電圧変換器を制御する制御装置と、
前記直流電源に対して入出力される電力を検知する検知装置とを備え、
前記制御装置は、前記直流電源から前記電力が出力されているときの前記電力の符号を正とした場合、第１の所定期間における前記電力の変化量の積算値が負の第１のしきい値を下回ると、前記上限値を低下させる、電圧変換装置。
前記制御装置は、前記第１の所定期間前における前記電力を基準値として、前記第１の所定期間における前記基準値からの前記電力の変化量の積算値が前記第１のしきい値を下回ると、前記上限値を低下させる、請求項１に記載の電圧変換装置。
前記制御装置は、前記第１の所定期間よりも短い第２の所定期間前からの前記電力の変化量が負の第２のしきい値以上のとき、前記上限値を低下させるのを中止する、請求項１または請求項２に記載の電圧変換装置。
少なくとも１つの電動機を力行モードまたは回生モードで駆動する駆動装置と直流電源との間に設けられる電圧変換器の制御方法であって、
前記直流電源に対して入出力される電力を検知する第１のステップと、
第１の所定期間における前記電力の変化量の積算値を演算する第２のステップと、
前記直流電源から前記電力が出力されているときの前記電力の符号を正とした場合、前記演算された積算値が負の第１のしきい値を下回ると、前記電圧変換器から前記駆動装置へ出力される電圧の上限値を低下させる第３のステップと、
前記上限値を超えない範囲で前記直流電源からの電圧を昇圧するように前記電圧変換器を制御する第４のステップとを備える、電圧変換器の制御方法。
前記第２のステップは、前記第１の所定期間前における前記電力を基準値として、前記第１の所定期間における前記基準値からの前記電力の変化量の積算値を演算する、請求項４に記載の電圧変換器の制御方法。
前記第１の所定期間よりも短い第２の所定期間前からの前記電力の変化量が負の第２のしきい値以上であると、前記上限値を低下させるのを中止する第５のステップをさらに備える、請求項４または請求項５に記載の電圧変換器の制御方法。