JP2006174591A - インバータの制御装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリの極板振動に起因するバッテリの集電性悪化を防止することができるインバータの制御装置を提供する。
【解決手段】 バッテリ劣化度検出部１０４は、バッテリＢの劣化度ＤＥを検出する。キャリア周波数制御部１０６は、バッテリ劣化度検出部１０４からの劣化度ＤＥがしきい値ＤＥ０以上のとき、信号ＣＨＧをＨレベルで出力する。ＰＷＭ信号変換部１０８は、キャリア周波数制御部１０６からＨレベルの信号ＣＨＧを受けると、キャリア信号のキャリア周波数を設定するためのマップを劣化時用のマップに変更し、すなわち、バッテリの極板振動を抑制するキャリア周波数に変更して、ＰＷＭ信号を生成する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、インバータの制御装置および車両に関し、特に、電極板を有する電池から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電動機を駆動するインバータの制御装置および車両に関する。

特開昭６４−６４５０４号公報（特許文献１）は、電気自動車の電磁騒音低減装置を開示する。この電磁騒音低減装置は、電磁自動車に搭載される交流モータの回転速度負荷を検出する負荷検出手段と、交流モータを駆動するインバータに供給されるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号のキャリア周波数を制御するキャリア周波数制御回路とを備える。

この電磁騒音低減装置においては、キャリア周波数制御回路は、負荷検出手段によって検出される交流モータの回転速度負荷が低いとき、ＰＷＭ信号のキャリア周波数を高くし、交流モータの回転速度負荷が中程度および高いときは、ＰＷＭ信号のキャリア周波数を低くする。

この電磁騒音低減装置によれば、交流モータの回転速度負荷が低いときは、ＰＷＭ信号のキャリア周波数を高くすることによって電磁騒音が抑えられ、交流モータの回転速度負荷が中程度または高いときは、ＰＷＭ信号のキャリア周波数を低くすることによってインバータのスイッチング素子の過熱が防止される（特許文献１参照）。
特開昭６４−６４５０４号公報 特開平９−４６８１９号公報 特開平２−６５６７２号公報 特開２００４−１３５４５３号公報 特開２００２−２５５４８号公報

インバータのスイッチング素子のスイッチング周波数は、ＰＷＭ信号のキャリア周波数に依存し、インバータのスイッチング素子がスイッチング動作すると、そのスイッチング周波数に応じたリップル電流が発生する。このリップル電流は、インバータに直流電力を供給する電池に伝搬し、リップル電流の影響によってバッテリの電極板に振動が発生すると、経年変化により電極板を形成する活物質の結着力が低下する。その結果、バッテリの集電性が悪化する。

詳しく説明すると、バッテリの電極板は、銅イオンなどの粉末状の活物質を結着剤で結合させて形成される。この活物質は、バッテリの充放電に応じて膨張／収縮し、活物質の膨張／収縮に伴なって活物質同士を結合している結着剤が伸縮する。そして、インバータからのリップル電流をバッテリが受けると、活物質の膨張／収縮およびそれに伴なう結着剤の伸縮が繰返される（マクロ的には、これが電極板の振動となって現れる。）。この結着剤の伸縮が長期間にわたって繰返されると、結着剤が経年変化し、結着剤の経年変化がさらに進行すると、結着剤による結合力が低下することにより活物質が脱落することによって、バッテリの集電性が悪化する。

上述した特開昭６４−６４５０４号公報に開示された技術は、ＰＷＭ信号のキャリア周波数を変更することによりインバータのスイッチング素子のスイッチング周波数を変更して電磁騒音を抑え、また、スイッチング素子の過熱を防止するものであるが、インバータのスイッチング周波数に応じたリップル電流の影響により発生するバッテリの極板振動により、バッテリが経年変化している場合に発生するバッテリの集電性悪化を防止することはできない。

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、バッテリの極板振動に起因するバッテリの集電性悪化を防止することができるインバータの制御装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、バッテリの極板振動に起因するバッテリの集電性悪化を防止した車両を提供することである。

この発明によれば、インバータの制御装置は、電極板を有する電池から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータの制御装置であって、電池の劣化度を検出する劣化度検出手段と、劣化度検出手段によって検出された電池の劣化度に応じて、電極板の振動を抑制するようにインバータのキャリア周波数を変更するキャリア周波数変更手段とを備える。

好ましくは、キャリア周波数変更手段は、インバータのスイッチング周波数帯を電池の電極板の固有振動数から遠ざける方向にインバータのキャリア周波数を変更する。

好ましくは、キャリア周波数変更手段は、電池の劣化度が大きいほどキャリア周波数を低くする。

好ましくは、キャリア周波数変更手段は、インバータによって駆動される電動機のトルクおよび回転数に応じてインバータのキャリア周波数を設定するためのマップを有し、マップは、トルクおよび回転数に基づいて、互いに異なるキャリア周波数を設定する複数の領域に分割され、キャリア周波数変更手段は、電池の劣化度が大きいほど、マップにおける複数の領域のうち相対的に低い周波数のキャリア周波数を設定する領域を拡大し、その領域が変更されたマップを用いてキャリア周波数を設定することによりキャリア周波数を変更する。

好ましくは、キャリア周波数変更手段は、インバータによって駆動される電動機のトルクおよび回転数に応じてインバータのキャリア周波数を設定するためのマップを有し、電池の劣化度が大きいほど、マップにおける各キャリア周波数の値を小さくし、その各キャリア周波数の値が変更されたマップを用いてキャリア周波数を設定することによりキャリア周波数を変更する。

また、この発明によれば、車両は、電極板を有する電池と、電池から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、駆動輪に連結され、インバータによって駆動される電動機と、インバータの動作を制御する制御装置とを備え、制御装置は、電池の劣化度を検出する劣化度検出手段と、劣化度検出手段によって検出された電池の劣化度に応じて、電極板の振動を抑制するようにインバータのキャリア周波数を変更するキャリア周波数変更手段とを含む。

この発明によるインバータの制御装置においては、劣化度検出手段は、電池の劣化度を検出し、キャリア周波数変更手段は、劣化度検出手段によって検出された電池の劣化度に応じて、電池の電極板の振動を抑制するようにインバータのキャリア周波数を変更する。すなわち、キャリア周波数変更手段は、インバータのキャリア周波数を変更することによって、インバータにおけるスイッチング素子のスイッチング周波数帯を変更させ、それによりインバータからのリップル電流の周波数帯を変更させて、電池の極板振動の抑制を図る。

したがって、この発明によれば、電池の電極板における結着剤の劣化を抑制でき、その結果、電池の集電性の悪化を防止することができる。

また、この発明によるインバータの制御装置においては、キャリア周波数変更手段は、電池の劣化度が大きいほどキャリア周波数を低くするので、電池の電極板における振動エネルギーを小さくする方向にキャリア周波数が変更される。

したがって、この発明によれば、電池の電極板における結着剤の劣化を効果的に抑制でき、その結果、電池の集電性の悪化を効果的に防止することができる。

また、この発明による車両においては、制御装置は、電池の劣化度を検出する劣化度検出手段と、劣化度検出手段によって検出された電池の劣化度に応じて、電池の電極板の振動を抑制するようにインバータのキャリア周波数を変更するキャリア周波数変更手段とを含むので、電池の劣化が進行してきている場合、電池の極板振動が抑制される。

したがって、この発明によれば、電池の集電性の悪化が防止され、車両の動力源となる電池の出力低下を防止できる。また、電池の劣化進行とともに大きくなる電池からの振動騒音が抑制され、車室内の静粛性低下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車両のパワートレーンを示す全体ブロック図である。図１を参照して、この車両１は、バッテリＢと、システムメインリレー（以下、「ＳＭＲ」とも称する。）１０と、インバータ２０と、モータジェネレータＭＧと、制御装置３０と、コンデンサＣと、電源ラインＰＬと、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬと、Ｖ相ラインＶＬと、Ｗ相ラインＷＬと、電圧センサ４２と、電流センサ４４とを備える。ＳＭＲ１０は、バッテリＢとインバータ２０との間に配設される。モータジェネレータＭＧは、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してインバータ２０と接続される。

バッテリＢは、一対の正極電極板および負極電極板からなるセルが複数直列に接続された充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。バッテリＢは、発生した直流電圧をＳＭＲ１０を介してインバータ２０へ出力し、また、インバータ２０から出力される直流電圧によって充電される。

インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２からなり、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ５，Ｑ６からなる。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６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〜Ｄ６がそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してモータジェネレータＭＧの各相コイルの中性点と異なるコイル端にそれぞれ接続される。

モータジェネレータＭＧは、たとえば、３相交流同期電動機からなり、この車両１の駆動輪（図示せず）に連結される。そして、モータジェネレータＭＧは、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって車両１の駆動トルクを発生し、また、車両１の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ２０へ出力する。

インバータ２０は、制御装置３０からの信号ＰＷＭに基づいて、バッテリＢから供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧを駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧは、トルク指令値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２０は、車両１の回生制動時、駆動軸からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧが発電した３相交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をバッテリＢへ出力する。

ＳＭＲ１０は、バッテリＢとインバータ２０との接続／遮断を行なうためのリレーであり、リレーＲＹ１〜ＲＹ３と、抵抗Ｒとを含む。ＳＭＲ１０は、制御装置３０からの指令に基づいてバッテリＢをインバータ２０に接続するとき、抵抗Ｒが接続されたリレーＲＹ２およびリレーＲＹ３を最初に閉じ、その後リレーＲＹ１を閉じることによって、コンデンサＣへの突入電流を防止する。コンデンサＣは、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に接続され、バッテリＢ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２０へ出力する。

電圧センサ４２は、バッテリＢのバッテリ電圧Ｖｂを検出し、その検出したバッテリ電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。電流センサ４４は、バッテリ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。

制御装置３０は、インバータ２０の入力電圧ならびにモータジェネレータＭＧのモータ電流およびトルク指令値に基づいて、モータジェネレータＭＧを駆動するための信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ２０へ出力する。なお、インバータ２０の入力電圧およびモータジェネレータＭＧのモータ電流は、図示されない電圧センサおよび電流センサによってそれぞれ検出される。

ここで、制御装置３０は、バッテリＢの劣化度を検出し、その検出したバッテリＢの劣化度に応じて信号ＰＷＭを生成するためのキャリア信号のキャリア周波数を変更する。この実施の形態では、バッテリＢの劣化度のしきい値が予め定められ、検出されたバッテリＢの劣化度がそのしきい値を超えたとき、制御装置３０は、信号ＰＷＭを生成するためのキャリア信号のキャリア周波数を変更する。

バッテリＢの劣化度に応じてキャリア信号のキャリア周波数を変更するのは、インバータ２０からのリップル電流の影響により発生するバッテリＢの極板振動を抑制し、バッテリＢの劣化進行を抑制して集電性の悪化を防止するためである。詳しく説明すると、インバータ２０におけるｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６は、キャリア信号のキャリア周波数に応じたスイッチング周波数でスイッチング動作を行ない、このスイッチング動作によって電源ラインＰＬにスイッチング周波数に応じたリップル電流が発生する。そして、このリップル電流の影響によって、上述したようにバッテリＢの電極板が振動する。すなわち、バッテリＢの極板振動は、キャリア信号のキャリア周波数に依存しており、バッテリＢの劣化が進行していると判定されたときは、リップル電流の周波数をバッテリＢの固有振動数から遠ざけるようにインバータ２０のキャリア周波数を変更してバッテリＢの極板振動を抑制するものである。

そして、制御装置３０は、バッテリＢの劣化が進行していると判定したときは、キャリア周波数を変更したキャリア信号を用いて信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ２０へ出力する。

図２は、図１に示したバッテリＢに含まれるセルの模式図である。図２を参照して、バッテリＢに含まれる各セルは、正極電極板５２と、負極電極板５４とを含む。正極電極板５２および負極電極板５４の各々は、粉末状の活物質を結着剤により結合させることによって形成され、電解液に浸されている。

正極電極板５２および負極電極板５４を形成する活物質は、充放電に伴なって膨張／収縮し、活物質の膨張／収縮に伴なって結着剤が伸縮する。そして、インバータ２０のスイッチング周波数で振動するリップル電流によって活物質が膨張／収縮を繰返し、かつ、それに伴なって結着剤が伸縮を繰返すことにより、正極電極板５２および負極電極板５４に振動が発生する。

図３は、図１に示した制御装置３０の機能ブロック図である。図３を参照して、制御装置３０は、モータ制御用相電圧演算部１０２と、バッテリ劣化度検出部１０４と、キャリア周波数制御部１０６と、ＰＷＭ信号変換部１０８とを含む。

モータ制御用相電圧演算部１０２は、インバータ２０の入力電圧、ならびにモータジェネレータＭＧのトルク指令値およびモータ電流に基づいてモータジェネレータＭＧの各相コイルに印加する電圧指令を演算し、その演算した各相コイルの電圧指令をＰＷＭ信号変換部１０８へ出力する。

バッテリ劣化度検出部１０４は、バッテリＢの劣化度ＤＥを検出する。バッテリＢの劣化度ＤＥの検出方法については、種々の方法を採り得るが、この実施の形態では、バッテリＢの使用履歴、より具体的には、バッテリＢの充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：以下「ＳＯＣ」と称する。）の変化履歴に基づいて、バッテリＢの劣化度ＤＥを検出する。

すなわち、バッテリ劣化度検出部１０４は、電圧センサ４２からのバッテリ電圧Ｖｂおよび電流センサ４４からの電流Ｉｂに基づいてバッテリＢのＳＯＣを算出する。バッテリＢのＳＯＣの算出方法については、公知の手法が採られる。そして、バッテリＢのＳＯＣがＳＯＣ制御範囲の下限値または上限値近傍のときにバッテリＢの劣化が特に進行しやすいことに着目し、バッテリ劣化度検出部１０４は、バッテリＢのＳＯＣが、ＳＯＣ制御範囲の下限値近傍に設定された第１の範囲内、または、ＳＯＣ制御範囲の上限値近傍に設定された第２の範囲内となった回数または時間を計測し、その計測値に基づいてバッテリＢの劣化度ＤＥを検出する。そして、バッテリ劣化度検出部１０４は、その検出した劣化度ＤＥをキャリア周波数制御部１０６へ出力する。

キャリア周波数制御部１０６は、バッテリ劣化度検出部１０４から受けるバッテリＢの劣化度ＤＥを予め定められたしきい値ＤＥ０と比較し、劣化度ＤＥがしきい値ＤＥ０以上であると判定したとき、ＰＷＭ信号変換部１０８において用いられるキャリア周波数マップを通常のマップから劣化時用のマップへ変更するために、信号ＣＨＧをＨ（論理ハイ）レベルでＰＷＭ信号変換部１０８へ出力する。一方、キャリア周波数制御部１０６は、劣化度ＤＥがしきい値ＤＥ０よりも小さいと判定したときは、信号ＣＨＧをＬ（論理ロー）レベルでＰＷＭ信号変換部１０８へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１０８は、キャリア信号のキャリア周波数を設定するためのキャリア周波数マップを図示されないＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）から読出し、その読出したキャリア周波数マップを用いてキャリア信号のキャリア周波数を設定する。キャリア周波数マップは、後述するように、モータジェネレータＭＧの回転数およびトルクに応じたキャリア周波数がマップ化されており、ＰＷＭ信号変換部１０８は、ＲＯＭから読出したキャリア周波数マップを用いて、モータジェネレータＭＧのトルク指令値およびモータ回転数に基づいてキャリア周波数を設定する。

ここで、ＰＷＭ信号変換部１０８は、キャリア周波数制御部１０６からの信号ＣＨＧがＨレベルのとき、劣化時用のキャリア周波数マップＭＡＰ２を読出し、その読出した劣化時用のキャリア周波数マップＭＡＰ２を用いてキャリア信号のキャリア周波数を設定する。この劣化時用のキャリア周波数マップＭＡＰ２は、インバータ２０のスイッチング周波数帯（すなわち、バッテリＢの電極板に振動を発生させるリップル電流の周波数帯）をバッテリＢの電極板の固有振動数から外すためのキャリア周波数がマップ化されたものである。なお、ＰＷＭ信号変換部１０８は、キャリア周波数制御部１０６からの信号ＣＨＧがＬレベルのときは、劣化時用のキャリア周波数マップＭＡＰ２を読出すことなく、通常のキャリア周波数マップＭＡＰ１を用いてキャリア周波数を設定する。

そして、ＰＷＭ信号変換部１０８は、モータ制御用相電圧演算部１０２から受ける各相コイルの電圧指令、および設定したキャリア周波数を有するキャリア信号に基づいて、実際にインバータ２０の各ｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６をオン／オフする信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ２０の各ｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６へ出力する。

図４〜図６は、キャリア周波数マップの一例を示す図である。図４は、バッテリＢの劣化が進行していないときの通常のキャリア周波数マップＭＡＰ１を示し、図５は、バッテリＢの劣化時用のキャリア周波数マップＭＡＰ２を示す。また、図６は、バッテリＢの劣化時用の他のキャリア周波数マップＭＡＰ２を示す。

図４を参照して、この通常のキャリア周波数マップＭＡＰ１では、キャリア周波数は、モータジェネレータＭＧの回転数およびトルクに応じて３つの領域に分けられる。モータジェネレータＭＧの回転数が低く、かつ、トルクが大きい領域では、キャリア周波数は、最も低いａＨｚに設定される。曲線ｋ３と曲線ｋ４との間の領域では、キャリア周波数は、ａＨｚよりも高いｂＨｚに設定される。そして、回転数の高い領域では、キャリア周波数は、ｂＨｚよりも高いｃＨｚに設定される。キャリア周波数ａＨｚは、たとえば０．５ｋＨｚ〜２．０ｋＨｚ程度であり、キャリア周波数ｂＨｚは、たとえば２．０ｋＨｚ〜４．０ｋＨｚ程度であり、キャリア周波数ｃＨｚは、たとえば４．０ｋＨｚよりも大きな値である。

一方、図５を参照して、バッテリＢの劣化時用のキャリア周波数マップＭＡＰ２では、図４に示した通常のキャリア周波数マップＭＡＰ１に対して低周波数領域が拡大されている。すなわち、キャリア周波数がａＨｚの領域は、曲線ｋ３から曲線ｋ５まで拡大され、キャリア周波数がｂＨｚの領域は、曲線ｋ４から曲線ｋ６まで拡大される。これにより、インバータ２０におけるｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６のスイッチング周波数帯をバッテリＢの電極板の固有振動数から遠ざけて、バッテリＢの電極板の振動を抑制する。

図６を参照して、バッテリＢの劣化時用のキャリア周波数マップＭＡＰ２として、マップの領域の分割は通常のキャリア周波数マップＭＡＰ１と同様にして、マップ化されるキャリア周波数の値を全領域において変更したものであってもよい。すなわち、図４に示した通常のキャリア周波数マップＭＡＰ１の３つの領域におけるキャリア周波数ａＨｚ，ｂＨｚ，ｃＨｚをそれぞれｄＨｚ，ｅＨｚ，ｆＨｚ（ｄＨｚ＜ａＨｚ、ｅＨｚ＜ｂＨｚ、ｆＨｚ＜ｃＨｚ、かつ、ｄＨｚ＜ｅＨｚ＜ｆＨｚ）に変更したものであってもよい。

なお、図４〜図６において、たとえば低回転域においてトルクが大きいほどキャリア周波数を低下させているのは、以下の理由による。すなわち、トルクが大きいほど電流が大きいので、高トルク領域では電流損失が増大しやすい傾向にある。また、キャリア周波数が低いほど、電流損失は小さくなる。そこで、回転とトルクとに応じて電流損失を小さくするためには、低回転域における高トルク領域のキャリア周波数を下げることが有効であるからである。

図７は、図３に示したＰＷＭ信号変換部１０８による信号ＰＷＭの生成方法を説明するための波形図である。なお、この図７では、Ｕ相に対応する信号ＰＷＭの生成方法について代表的に示され、その他のＶ，Ｗ各相についても同様にして生成される。図７を参照して、曲線ｋ１は、モータ制御用相電圧演算部１０２によって演算されたＵ相電圧指令信号である。三角波信号ｋ２は、ＰＷＭ信号変換部１０８により生成されるキャリア信号であり、キャリア周波数マップＭＡＰ１またはＭＡＰ２を用いて設定されたキャリア周波数を有する。

そして、ＰＷＭ信号変換部１０８は、曲線ｋ１を三角波信号ｋ２と比較し、曲線ｋ１と三角波信号ｋ２との大小関係に応じて電圧値が変化するパルス状の信号ＰＷＭを生成する。そして、ＰＷＭ信号変換部１０８は、その生成した信号ＰＷＭをインバータ２０へ出力し、インバータ２０の各ｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６は、その信号ＰＷＭに応じてスイッチング動作を行なう。

このように、インバータ２０のｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６は、キャリア信号（三角波信号ｋ２）のキャリア周波数に応じたスイッチング周波数でスイッチング動作を行なうところ、キャリア信号（三角波信号ｋ２）のキャリア周波数を変更することによってｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６のスイッチング周波数を変更し、それにより、ｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６のスイッチング動作に応じて発生するリップル電流の周波数を変更して、リップル電流の影響によるバッテリＢの極板振動を抑制することができる。

図８は、図１に示した制御装置３０のキャリア周波数の設定に係る制御のフローチャートである。図８を参照して、制御装置３０のバッテリ劣化度検出部１０４は、電圧センサ４２からのバッテリ電圧Ｖｂおよび電流センサ４４からの電流Ｉｂに基づいてバッテリＢのＳＯＣを算出し、その算出したバッテリＢのＳＯＣの変化履歴に基づいて、上述の方法によりバッテリＢの劣化度ＤＥを検出する（ステップＳ１０）。

バッテリＢの劣化度ＤＥが検出されると、キャリア周波数制御部１０６は、バッテリＢの劣化が進行しているか否かを判定するため、バッテリＢの劣化度ＤＥが予め定められたしきい値ＤＥ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。キャリア周波数制御部１０６は、バッテリＢの劣化度ＤＥがしきい値ＤＥ０以上であると判定すると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、バッテリＢの劣化が進行してきていると判断し、信号ＣＨＧをＨレベルでＰＷＭ信号変換部１０８へ出力する。そして、ＰＷＭ信号変換部１０８は、キャリア周波数制御部１０６からＨレベルの信号ＣＨＧを受けると、劣化時用のキャリア周波数マップＭＡＰ２をＲＯＭから読出す（ステップＳ３０）。

一方、ステップＳ２０において、バッテリＢの劣化度ＤＥがしきい値ＤＥ０以上でないと判定されると（ステップＳ２０においてＮＯ）、キャリア周波数制御部１０６は、バッテリＢの電極板の振動によりバッテリＢの集電性が悪化し得るようなレベルまではバッテリＢの劣化は進行していないものと判断し、信号ＣＨＧをＬレベルでＰＷＭ信号変換部１０８へ出力する。そして、ＰＷＭ信号変換部１０８は、キャリア周波数制御部１０６からＬレベルの信号ＣＨＧを受けると、通常のキャリア周波数マップＭＡＰ１をＲＯＭから読出す（ステップＳ４０）。

キャリア周波数マップＭＡＰ１またはＭＡＰ２が読出されると、ＰＷＭ信号変換部１０８は、その読出されたキャリア周波数マップを用いて、モータジェネレータＭＧのトルク指令値および回転数に基づいてキャリア周波数を設定する（ステップＳ５０）。

以上のように、この実施の形態によれば、制御装置３０は、バッテリＢの劣化が進行してきていると判断したとき、バッテリＢの電極板の振動を抑制するようにインバータ２０のキャリア周波数を変更するので、バッテリＢの極板振動を抑制し、バッテリＢの劣化の進行を抑制することができる。

そして、制御装置３０は、バッテリＢの劣化が進行してきていると判断したとき、インバータ２０のキャリア周波数を低くする方向に変更するので、バッテリＢの電極板における振動エネルギーを小さくすることができる。したがって、バッテリＢの極板振動を効果的に抑制し、その結果、バッテリＢの劣化の進行を効果的に抑制できる。

また、バッテリＢの電極板を構成する結着剤の経年変化などによりバッテリＢの劣化進行とともに大きくなるバッテリＢからの振動騒音が抑制されるので、車両１の静粛性の低下を防止することができる。

なお、上記の実施の形態においては、バッテリＢの劣化度が所定のしきい値ＤＥ０以上となったときに劣化時用のキャリア周波数マップＭＡＰ２を用いてキャリア周波数を変更するものとしたが、バッテリＢの劣化度のしきい値およびキャリア周波数マップを段階的に多数設け、バッテリＢの劣化度に応じてキャリア周波数を段階的に変更するようにしてもよい。

また、上記においては、制御装置３０は、バッテリＢの使用履歴、より具体的にはバッテリＢのＳＯＣの変更履歴に基づいて、バッテリＢの劣化度を検出するものとしたが、バッテリＢの使用時間や出力電圧、車両１の走行距離などに基づいて、バッテリＢの劣化度を検出するようにしてもよい。

さらに、バッテリＢの劣化度合いに応じてバッテリＢからの騒音も変化することから、
バッテリＢからの騒音を検出し、制御装置３０は、そのバッテリＢからの騒音を用いてバッテリＢの劣化度の検出精度向上を図ってもよい。

また、上記においては、バッテリＢの劣化が進行していると判定されたとき、インバータ２０のキャリア周波数を下げる方向に変更したが、キャリア周波数の変更は、下げる場合に限られず、基本的には、リップル電流の振動数（すなわちインバータ２０のスイッチング周波数）がバッテリＢの電極板の固有振動数から外れるようにキャリア周波数を変更すればよい。但し、バッテリＢの電極板の振動エネルギーを小さくできるという観点からすれば、上記のようにキャリア周波数を下げる方が好ましい。

また、上記においては、キャリア周波数は、モータジェネレータＭＧのトルクおよび回転数に応じて３つの領域に分けられるものとしたが、分割する領域の数は、３つに限られるものではなく、より多くの領域に分割してもよい。さらに、キャリア周波数は、モータジェネレータＭＧのトルクおよび回転数に応じて設定されるものとしたが、そのいずれか一方のみやその他のパラメータに基づいてキャリア周波数を設定するようにしてもよい。

また、上記において、バッテリＢからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧をインバータ２０へ供給する昇圧コンバータをバッテリＢとインバータ２０との間に備えてもよい。なお、バッテリＢとインバータ２０との間に昇圧コンバータが備えられる場合においても、インバータ２０のスイッチング動作によるリップル電流の影響はバッテリＢに及び、バッテリＢの極板振動が発生し得るので、インバータ２０のキャリア周波数を変更することによってバッテリＢの極板振動を抑制できる。

また、上記においては、バッテリＢと接続されるインバータは１つであったが、複数のインバータがバッテリＢと接続されたパワートレーン構成であってもよい。この場合においても、同様にして複数のインバータのキャリア周波数を制御することにより、バッテリＢの極板振動を抑制できる。

なお、上記において、バッテリ劣化度検出部１０４は、「劣化度検出手段」を構成し、キャリア周波数制御部１０６およびＰＷＭ信号変換部１０８は、「キャリア周波数変更手段」を構成する。

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車両のパワートレーンを示す全体ブロック図である。 図１に示すバッテリに含まれるセルの模式図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 バッテリの劣化が進行していないときの通常のキャリア周波数マップである。 バッテリの劣化時用のキャリア周波数マップである。 バッテリの劣化時用の他のキャリア周波数マップである。 図３に示すＰＷＭ信号変換部による信号ＰＷＭの生成方法を説明するための波形図である。 図１に示す制御装置のキャリア周波数の設定に係る制御のフローチャートである。

符号の説明

１ 車両、１０ ＳＭＲ、２０ インバータ、２２ Ｕ相アーム、２４ Ｖ相アーム、２６ Ｗ相アーム、３０ 制御装置、４２ 電圧センサ、４４ 電流センサ、５２ 正極電極板、５４ 負極電極板、１０２ モータ制御用相電圧演算部、１０４ バッテリ劣化度検出部、１０６ キャリア周波数制御部、１０８ ＰＷＭ信号変換部、Ｂ バッテリ、ＲＹ１〜ＲＹ３ リレー、Ｒ 抵抗、ＰＬ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン、Ｃ コンデンサ、ＵＬ Ｕ相ライン、ＶＬ Ｖ相ライン、ＷＬ Ｗ相ライン、ＭＧ モータジェネレータ。

Claims (6)

1. 電極板を有する電池から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータの制御装置であって、
   前記電池の劣化度を検出する劣化度検出手段と、
   前記劣化度検出手段によって検出された前記電池の劣化度に応じて、前記電極板の振動を抑制するように前記インバータのキャリア周波数を変更するキャリア周波数変更手段とを備えるインバータの制御装置。
2. 前記キャリア周波数変更手段は、前記インバータのスイッチング周波数帯を前記電池の前記電極板の固有振動数から遠ざける方向に前記インバータのキャリア周波数を変更する、請求項１に記載のインバータの制御装置。
3. 前記キャリア周波数変更手段は、前記電池の劣化度が大きいほど前記キャリア周波数を低くする、請求項１または請求項２に記載のインバータの制御装置。
4. 前記キャリア周波数変更手段は、前記インバータによって駆動される電動機のトルクおよび回転数に応じて前記インバータのキャリア周波数を設定するためのマップを有し、
   前記マップは、前記トルクおよび前記回転数に基づいて、互いに異なるキャリア周波数を設定する複数の領域に分割され、
   前記キャリア周波数変更手段は、前記電池の劣化度が大きいほど、前記マップにおける前記複数の領域のうち相対的に低い周波数のキャリア周波数を設定する領域を拡大し、その領域が変更されたマップを用いて前記キャリア周波数を設定することにより前記キャリア周波数を変更する、請求項３に記載のインバータの制御装置。
5. 前記キャリア周波数変更手段は、前記インバータによって駆動される電動機のトルクおよび回転数に応じて前記インバータのキャリア周波数を設定するためのマップを有し、前記電池の劣化度が大きいほど、前記マップにおける各キャリア周波数の値を小さくし、その各キャリア周波数の値が変更されたマップを用いて前記キャリア周波数を設定することにより前記キャリア周波数を変更する、請求項３に記載のインバータの制御装置。
6. 電極板を有する電池と、
   前記電池から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   駆動輪に連結され、前記インバータによって駆動される電動機と、
   前記インバータの動作を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記電池の劣化度を検出する劣化度検出手段と、
   前記劣化度検出手段によって検出された前記電池の劣化度に応じて、前記電極板の振動を抑制するように前記インバータのキャリア周波数を変更するキャリア周波数変更手段とを含む、車両。

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