JP2007166874A - 電圧変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御安定性が改善された電圧変換装置を提供する。
【解決手段】直流電源ＢとモータＭ１の間に配置され電圧変換を行なう電圧変換装置は、直流電源Ｂに対する電力の出入りを検知する電圧センサ１０および電流センサ１１と、直流電源Ｂ側に接続される電源ラインＰＬ１とモータＭ１側に接続される電源ラインＰＬ２とを結ぶ経路上に配置され、電力制御素子を含む昇圧コンバータ１２と、昇圧コンバータ１２の制御を行なう制御装置３０とを備える。制御装置３０は、電圧センサ１０および電流センサ１１の出力に応じて直流電源Ｂに対する回生電力の変化を監視し、回生電力の変化が所定量より大きい場合には、昇圧コンバータ１２の動作を急峻動作から緩慢動作に切換える。
【選択図】図１

Description

この発明は、直流電源からの直流電圧を目標電圧に変換する電圧変換装置に関する。

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）および電気自動車（Electric Vehicle）が大きな注目を集めている。

この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り動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。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または電気自動車においては、直流電源からの直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、その昇圧した直流電圧をモータを駆動するインバータに供給することも検討されている。特開２００４−２２９３９９号公報（特許文献１）は、このような昇圧コンバータの電圧指令値が急激に増加しても回路素子に過電流が流れないように電気負荷に電力を供給する電圧変換装置を開示する。
特開２００４−２２９３９９号公報 特開平７−２６４８６８号公報

しかしながら、上記特開２００４−２２９３９９号公報（特許文献１）は、悪路で障害物に乗り上げて一時的に車輪が空転した後の着地時等における駆動輪のロックなどにより、回生過多になった場合については開示が無い。このような場合、インバータ電圧、バッテリ電圧およびバッテリ電流が振動し、制御安定性が悪くなる場合がある。

この発明の目的は、制御安定性が改善された電圧変換装置を提供することである。

この発明は、要約すると、直流電源と電動機の間に配置され電圧変換を行なう電圧変換装置であって、直流電源に対する電力の出入りを検知する検知装置と、直流電源側に接続される第１の電源線と電動機側に接続される第２の電源線とを結ぶ経路上に配置され、電力制御素子を含む駆動部と、駆動部の制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、検知装置の出力に応じて直流電源に対する回生電力の変化を監視し、回生電力の変化が所定量より大きい場合には、駆動部の動作を急峻動作から緩慢動作に切換える。

好ましくは、制御装置は、第２の電源線の電圧と目標電圧とを比較した結果に基づき駆動部をフィードバック制御し、急峻動作から緩慢動作への切換えを、フィードバックゲインの大きさを減少させることによって行なう。

より好ましくは、制御装置は、回生電力の変化が所定量より大きい場合には、目標電圧を低下させる。

より好ましくは、制御装置は、直流電源の温度に応じてフィードバックゲインを変更する。

この発明によれば、電流や電圧の振動が抑制され、電圧変換装置の制御安定性を増加させることができる。

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、温度センサ２５と、制御装置３０とを備える。交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなもの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Ｌ１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Ｌ１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインＰＬ１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のコレクタとの間に接続される。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がそれぞれ配置されている。

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との間に並列に設けられる。

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ている。

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ている。

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から出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。電流センサ１１は、直流電源Ｂから出力される直流電流Ｉｂを検出し、その検出した直流電流Ｉｂを制御装置３０へ出力する。温度センサ２５は、直流電源Ｂの温度Ｔｂを検知して制御装置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から供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流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から供給された直流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から信号ＰＷＭＵを受けると、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によってオフされている。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から供給された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からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ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への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧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から直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧を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（Electrical 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からの直流電圧Ｖｂ、電圧センサ１３からの出力電圧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からの直流電圧を出力電圧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が直流電圧を出力電圧Ｖｍに変換する場合に、出力電圧Ｖｍをフィードバック制御し、出力電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍになるように昇圧コンバータ１２を駆動するための信号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から供給された直流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、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。

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、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、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２と、インバータ入力電圧指令演算部５０と、フィードバック電圧指令演算部５２と、デューティー比変換部５４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へ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、これらの入力される信号に基づいて、交流モータＭ１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた計算結果に基づいて、インバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８を実際にオン／オフする信号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。

一方、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を演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍをフィードバック電圧指令演算部５２へ出力する。

フィードバック電圧指令演算部５２は、電圧センサ１３からの昇圧コンバータ１２の出力電圧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、後述する方法によってフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂを演算し、その演算したフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂをデューティー比変換部５４へ出力する。

デューティー比変換部５４は、電圧センサ１０からの直流電圧Ｖｂと、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂとに基づいて、電圧センサ１３からの出力電圧Ｖｍをフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂに設定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５４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Ｌ１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に示すフィードバック電圧指令演算部５２およびデューティー比変換部５４の機能ブロック図である。

図３を参照して、フィードバック電圧指令演算部５２は、減算器５２１と、ＰＩ（比例積分）制御ゲイン決定部５２４と、ＰＩ制御器５２５とを含む。

減算器５２１は、インバータ入力電圧指令演算部５０からの電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍと電圧センサ１３からの出力電圧Ｖｍとを受け、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍから出力電圧Ｖｍを減算する。そして、減算器５２１は、減算した結果を偏差ΔＶｄｃとしてＰＩ制御ゲイン決定部５２４へ出力し、また目標電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍをＰＩ制御ゲイン決定部５２４へ出力する。

ＰＩ制御ゲイン決定部５２４は、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ、偏差ΔＶｄｃと共に、比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉをＰＩ制御器５２５へ出力する。

ＰＩ制御ゲイン決定部５２４は、後述するように、比例ゲインＫｐをバッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂにより求められるバッテリパワーＰｂの変化率に応じて変化させる。これにより、回生過多となったときの制御安定性が増す。なお、バッテリパワーＰｂの変化率は、モータＭ１の回転数の変化率にトルク指令値を乗じて求めても良い。

すなわち、図１の直流電源ＢとモータＭ１の間に配置され電圧変換を行なう電圧変換装置は、直流電源Ｂに対する電力の出入りを検知する電圧センサ１０および電流センサ１１と、直流電源Ｂ側に接続される電源ラインＰＬ１とモータＭ１側に接続される電源ラインＰＬ２とを結ぶ経路上に配置され、電力制御素子を含む昇圧コンバータ１２と、昇圧コンバータ１２の制御を行なう制御装置３０とを備える。制御装置３０は、電圧センサ１０および電流センサ１１の出力に応じて直流電源Ｂに対する回生電力の変化を監視し、回生電力の変化が所定量より大きい場合には、昇圧コンバータ１２の動作を急峻動作から緩慢動作に切換える。

制御装置３０は、電源ラインＰＬ２の電圧と目標電圧とを比較した結果に基づき昇圧コンバータ１２をフィードバック制御し、急峻動作から緩慢動作への切換えを、フィードバックゲインＫｐまたはＫｉの大きさを減少させることによって行なう。

再び、図３を参照して、ＰＩ制御器５２５は、ＰＩ制御ゲイン決定部５２４から受けた比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉおよび誤差ΔＶｄｃに基づいてフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂを演算する。具体的には、ＰＩ制御器５２５は、ＰＩ制御ゲイン決定部５２４から受けた比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉおよび誤差ΔＶｄｃを次式へ代入してフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂを演算する。

Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂ＝Ｋｐ×ΔＶｄｃ＋Ｋｉ×ΣΔＶｄｃ・・・（１）
そして、ＰＩ制御器５２５は、演算したフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂをデューティー比変換部５４へ出力する。

デューティー比変換部５４は、コンバータ用デューティー比演算部５４１と、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４２とを含む。コンバータ用デューティー比演算部５４１は、電圧センサ１０からの直流電圧Ｖｂと、ＰＩ制御器５２５からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂとに基づいて、電圧センサ１３からの出力電圧Ｖｍを、フィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比を演算する。

コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４２は、コンバータ用デューティー比演算部５４１からの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、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４２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。

そして、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、信号ＰＷＭＵに基づいてオン／オフされる。これによって、昇圧コンバータ１２は、出力電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍになるように直流電圧を出力電圧Ｖｍに変換する。

図４は、図３のＰＩ制御ゲイン決定部で実行されるゲインの切り替え制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間毎または所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図４を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ１においてバッテリパワーＰｂが所定値Ｐ１より小さいか否かが判断される。ここで、バッテリパワーは、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂの積で表され、正の値であれば直流電源Ｂから放電が行なわれ、負の値であれば直流電源Ｂに対して回生により充電が行なわれていることを示す。そして、所定値Ｐ１は、バッテリに回生が行なわれていることを示す負の値であり、たとえば−２０ｋｗである。

なお、バッテリパワーＰｂの変化については、モータＭ１のトルク指令値×回転数の変化を演算することによって求めても良い。

バッテリパワーＰｂ＜Ｐ１が成立する場合にはステップＳ２に処理が進み、成立しない場合にはステップＳ３に処理が進む。

ステップＳ２では、バッテリパワーＰｂの変化量ΔＰｂが所定値ΔＰｂ１より小さいか否かが判断される。所定値ΔＰｂ１は、たとえば−１０ｋＷ／１０ｍｓである。バッテリパワーΔＰｂ＜ΔＰ１が成立する場合にはステップＳ５に処理が進み、成立しない場合にはステップＳ３に処理が進む。

ステップＳ３以降は、通常の処理が行なわれる。まずステップＳ３において昇圧コンバータのフィードバックゲインであるＰＩゲインＫｐが所定値Ｋｐ２に設定される。この所定値Ｋｐ２は、たとえば２．０である。そしてステップＳ４において、昇圧コンバータの目標電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍが所定値Ｖ２に設定される。この所定値Ｖ２は、例えば６５０Ｖである。

一方、ステップＳ５，Ｓ６では、ステップＳ１，Ｓ２において直流電源Ｂへの回生が過多であると判断された結果、昇圧コンバータの動作を急峻動作から緩慢動作へ切換える。すなわち、ステップＳ５では、昇圧コンバータのフィードバックゲインであるＰＩゲインＫｐが所定値Ｋｐ１に設定される。この所定値Ｋｐ１は、所定値Ｋｐ２より小さな値であり、たとえば１．０である。そしてステップＳ６において、昇圧コンバータの目標電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍが所定値Ｖ１に設定される。この所定値Ｖ１は所定値Ｖ２より低い値であり、例えば６００Ｖである。

ステップＳ４またはステップＳ６の処理が終了すると、ステップＳ７に処理が進み制御がメインルーチンに戻される。

図５は、フィードバックゲインの切換え制御時の電圧および電流を示した動作波形図である。

図５を参照して、時刻ｔ１〜ｔ２では、たとえば障害物に車輪が乗り上げて空転することにより回転数が上昇しバッテリパワーＰｂがプラスに触れている。すなわち直流電源Ｂから電力が放電されている。このときバッテリ電流Ｉｂもプラスに触れている。

時刻ｔ２では、空転した車輪が着地することにより回転が急減してインバータで電力が余剰となる。このため回生過多となりバッテリパワーＰｂがマイナス方向に触れている。所定のサンプリング周期ごとにバッテリ電流Ｉｂとバッテリ電圧Ｖｂが観測され、ｎ番目のサンプリングの値Ｉｂ（ｎ）×Ｖｂ（ｎ）で求まるＰｂ（ｎ）と、ｎ＋１番目のサンプリングの値Ｉｂ（ｎ＋１）×Ｖｂ（ｎ＋１）で求まるＰｂ（ｎ＋１）の差であるΔＰｂが所定値を超えると急回生フラグＦが活性化される。

なお、バッテリパワーＰｂの変化については、モータＭ１のトルク指令値×回転数の変化を演算することによって求めても良い。この場合は、ｎ＋１番目に計測された回転数Ｎｍ（ｎ＋１）とｎ番目に計測された回転数Ｎｍ（ｎ）との差をトルク指令値に乗ずることによりΔＰｂが求められる。

急回生フラグＦの活性化に応じて、フィードバックゲインＫｐが所定値Ｋｐ２から所定値Ｋｐ１に切換えられる。ここで、Ｋｐ１＜Ｋｐ２であり、Ｋｐ１はたとえば１．０でありＫｐ２はたとえば２．０である。ただし、フィードバックゲインＫｐのみを変更した場合には、昇圧コンバータに目標値に対して過電圧を生じる可能性がある。

図６は、目標電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを変えずにフィードバックゲインＫｐのみを小さくした検討例について説明するための図である。

図６を参照して、時刻ｔ１０において回生過多を検知してゲインＫｐが小さい値に切換えられたとすると、時刻ｔ１０以降はモータ電圧Ｖｍのオーバーシュートが増大してしまう。これは、フィードバックゲインＫｐを小さな値に切換えると、昇圧コンバータの応答性が悪化し、インバータ過電圧発生の懸念があるためである。そこで昇圧コンバータ１２の目標昇圧電圧も併せて低めに切換えることが望ましい。

従って、図５に示すように、ゲインＫｐの切換えに併せて、昇圧コンバータ１２の目標昇圧電圧である電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍが所定値Ｖ２から所定値Ｖ１に切換えられる。ここで、Ｖ１＜Ｖ２であり、Ｖ１はたとえば６００ＶでありＶ２はたとえば６５０Ｖである。すなわち、制御装置３０は、回生電力の変化が所定量より大きい場合には、昇圧コンバータの目標電圧を低下させる。

このように、回生過多となったときにゲインと目標電圧値を切換えることにより、モータ電圧Ｖｍおよびバッテリ電流Ｉｂは、このような制御を行なわなかったときの破線で示すモータ電圧Ｖｍ０およびバッテリ電流Ｉｂ０に比べて、ハンチングが少なく制御安定性が増す。

［変形例］
図７は、バッテリの内部抵抗と温度の関係を示した図である。

図７に示すように、バッテリ内部抵抗は、温度により変化するため、フィードバックゲインを可変とすることで、より一層昇圧コンバータ１２を安定的に制御することができる。

図８は、フィードバックゲインをバッテリ温度に応じて切換える例を説明するための図である。

図８を参照して、通常制御時には、ＰＩゲインＫｐは、バッテリ温度が−１５℃以下であれば２に設定し、バッテリ温度が−１５℃〜−５℃であれば１．５に設定し、バッテリ温度が５℃以上であれば１に設定する。図４のステップＳ３の所定値Ｋｐ２をこのようにバッテリ温度に応じて設定する。

これに対し、回生過多の補正時では、ＰＩゲインＫｐは、バッテリ温度が−１５℃以下であれば１．５に設定し、バッテリ温度が−１５℃〜−５℃であれば１．２に設定し、バッテリ温度が５℃以上であれば１に設定する。図４のステップＳ５の所定値Ｋｐ１をこのようにバッテリ温度に応じて設定する。

すなわち、制御装置３０は、直流電源Ｂの温度Ｔｂに応じてフィードバックゲインＫｐを変更する。

なお、切換える温度とゲインＫｐの値は、例示でありバッテリの内部抵抗の温度に対する変化の特性に応じて適宜数値は選択される。

このように、変形例においてはフィードバックゲインをバッテリ温度に応じて可変とすることで、より一層昇圧コンバータ１２を安定的に制御することができる。

また、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９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の交流モータＭ１は、２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２からなり、インバータ１４は、２つのインバータからなる。すなわち、図９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、２つのインバータ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。

そして、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、エンジンの回転力により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。

そして、バッテリパワーが回生側に大きく変化するのは、モータジェネレータＭＧ１の発電量がモータジェネレータＭＧ２での電力消費量よりも過多となったときである。たとえば、ＭＧ１の発電量は、ＭＧ１のトルク指令値×回転数で表わされ、ＭＧ２での電力消費量は、ＭＧ２のトルク指令値×回転数で表わされる。両者の差がバッテリパワーＰｂであり、このＰｂの変化量を観測して昇圧コンバータ１２のＰＩ制御のフィードバックゲインを変化させる。

このような場合にバッテリパワーＰｂが回生側に大きく変化しても、上述したフィードバック制御により過電圧の発生を抑制しハンチングを防止して制御の安定性を高めることができる。

したがって、この発明は、ハイブリッド自動車に搭載される昇圧コンバータのフィードバック制御に特に効果がある。

なお、本実施の形態では、ＰＩ制御のフィードバックゲインのうち比例ゲインＫｐを切換える例を示したが、積分ゲインＫｉについても同様に切換えを行なっても良い。

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。 制御装置３０の機能ブロック図である。 図２に示すフィードバック電圧指令演算部５２およびデューティー比変換部５４の機能ブロック図である。 図３のＰＩ制御ゲイン決定部で実行されるゲインの切り替え制御を説明するためのフローチャートである。 フィードバックゲインの切換え制御時の電圧および電流を示した動作波形図である。 目標電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを変えずにフィードバックゲインＫｐのみを小さくした検討例について説明するための図である。 バッテリの内部抵抗と温度の関係を示した図である。 フィードバックゲインをバッテリ温度に応じて切換える例を説明するための図である。 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、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２５ 温度センサ、３０ 制御装置、４０ モータ制御用相電圧演算部、４２ インバータ用ＰＷＭ信号変換部、５０ インバータ入力電圧指令演算部、５２ フィードバック電圧指令演算部、５４ デューティー比変換部、１００ モータ駆動装置、５２１ 減算器、５２４ ＰＩ制御ゲイン決定部、５２５ ＰＩ制御器、５４１ コンバータ用デューティー比演算部、５４２ コンバータ用ＰＷＭ信号変換部、Ｂ 直流電源、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ 交流モータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１〜Ｑ８ トランジスタ、ＳＬ 接地ライン、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー。

Claims (4)

1. 直流電源と電動機の間に配置され電圧変換を行なう電圧変換装置であって、
   前記直流電源に対する電力の出入りを検知する検知装置と、
   前記直流電源側に接続される第１の電源線と前記電動機側に接続される第２の電源線とを結ぶ経路上に配置され、電力制御素子を含む駆動部と、
   前記駆動部の制御を行なう制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記検知装置の出力に応じて前記直流電源に対する回生電力の変化を監視し、前記回生電力の変化が所定量より大きい場合には、前記駆動部の動作を急峻動作から緩慢動作に切換える、電圧変換装置。
2. 前記制御装置は、前記第２の電源線の電圧と目標電圧とを比較した結果に基づき前記駆動部をフィードバック制御し、前記急峻動作から前記緩慢動作への切換えを、フィードバックゲインの大きさを減少させることによって行なう、請求項１に記載の電圧変換装置。
3. 前記制御装置は、前記回生電力の変化が所定量より大きい場合には、前記目標電圧を低下させる、請求項２に記載の電圧変換装置。
4. 前記制御装置は、前記直流電源の温度に応じて前記フィードバックゲインを変更する、請求項２または３に記載の電圧変換装置。

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