JP2008017559A

JP2008017559A - 電圧変換装置およびそれを備えた車両

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Publication number: JP2008017559A
Application number: JP2006183525A
Authority: JP
Inventors: Wanleng Ang; 遠齢洪; Hiroki Sawada; 博樹澤田; Hiroshi Yoshida; 寛史吉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2008-01-24
Also published as: US20090314558A1; WO2008004464A1; CN101485072A

Abstract

【課題】並列接続された複数のコンバータの負荷配分を容易に変更可能としつつ出力電圧の変動を抑制可能な電圧変換装置およびそれを備えた車両を提供する。
【解決手段】電圧制御部１０２は、電圧ＶＨをインバータ入力電圧指令ＶＲに制御するための電流指令ＩＲを生成する。分配部１０４は、分配比設定部１０６からの分配比ＲＴに従って電流指令ＩＲを電流指令ＩＲ１，ＩＲ２に分配する。電流制御部１０８は、コンバータ１０の電流Ｉ１を電流指令ＩＲ１に制御するための変調波Ｍ１を生成する。電流制御部１１２は、コンバータ１２の電流Ｉ２を電流指令ＩＲ２に制御するための変調波Ｍ２を生成する。
【選択図】図４

Description

この発明は、電圧変換装置およびそれを備えた車両に関し、特に、並列接続された複数のコンバータを含む電圧変換装置およびそれを備えた車両に関する。

特開２００３−１９９２０３号公報（特許文献１）は、直流源とインバータとの間にＤＣ／ＤＣコンバータを介してエネルギー蓄積手段が接続された電気回路を開示する。この電気回路は、モータ負荷を駆動するインバータと、インバータの直流入力電圧の瞬時リップルを抑制する平滑コンデンサと、インバータに直流電圧を供給する直流源と、直流源に並列に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される回生エネルギー蓄積手段とを備える。

この電気回路においては、インバータの直流入力電圧が検出され、検出電圧が設定レベルを超えると、回生エネルギー蓄積手段への充電電流を増加させる方向にＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を変化させる。これにより、インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータおよび回生エネルギー蓄積手段が保護される（特許文献１参照）。
特開２００３−１９９２０３号公報特開２００４−１７３３４０号公報特開２００１−５４２１０号公報

特開２００３−１９９２０３号公報に開示される電気回路では、直流源およびＤＣ／ＤＣコンバータが並列に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータに回生エネルギー蓄積手段が接続される。すなわち、インバータの直流入力に２つの直流電源が並列に接続される。

しかしながら、上記公報では、モータ負荷からの回生エネルギーが過多となったときの回路保護技術が開示されているにすぎず、並列接続された２つの直流電源を併用してインバータへ電力を供給することは想定されていない。すなわち、上記公報に開示される電気回路では、直流源が途絶えたとき、あるいはその電圧が低下したとき、直流源に代えて回生エネルギー蓄積手段が用いられる。

一方、並列接続された複数の直流電源を併用してインバータへ電力を供給する場合、安定した電圧を供給するには、各直流電源に対応してコンバータを設ける必要がある。しかしながら、複数のコンバータが並設される場合、各コンバータの制御が互いに干渉し、インバータ入力電圧が変動する可能性がある。

そこで、たとえば、一方のコンバータ（第１のコンバータとする。）を電圧制御し、他方のコンバータ（第２のコンバータとする。）を電流制御することが考えられる。しかしながら、たとえば第１のコンバータを停止させて第２のコンバータのみを動作させたい場合、電流制御されている第２のコンバータを電圧制御に切替えてから第１のコンバータを停止させる必要があるところ、このような制御切替時にインバータ入力電圧の変動を回避するのは困難である。

それゆえに、この発明の目的は、並列接続された複数のコンバータの負荷配分を容易に変更可能としつつ出力電圧の変動を抑制可能な電圧変換装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、並列接続された複数のコンバータの負荷配分を容易に変更可能としつつ出力電圧の変動を抑制可能な電圧変換装置を備えた車両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、複数のコンバータと、複数のコンバータを制御する制御装置とを備える。複数のコンバータは、互いに並列して電気負荷に接続され、各コンバータは、対応する蓄電装置からの電圧を変換して電気負荷へ出力する。制御装置は、電圧制御部と、分配部と、複数の電流制御部とを含む。電圧制御部は、電気負荷の入力電圧を目標電圧に制御するための第１の電流指令を生成する。分配部は、所定の分配比に従って、第１の電流指令を複数のコンバータに対する複数の第２の電流指令に分配する。複数の電流制御部は、複数のコンバータに対応して設けられ、各電流制御部は、対応するコンバータが分担する電流を対応する第２の電流指令に制御する。

好ましくは、所定の分配比は、電気負荷の要求パワーに基づいて決定される。
また、好ましくは、所定の分配比は、複数の蓄電装置の損失合計が最小となるように決定される。

好ましくは、制御装置は、第２の電流指令が零として与えられるコンバータに対してスイッチング動作の停止を指示する停止制御部をさらに含む。

また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの電圧変換装置と、電圧変換装置から電圧を受ける駆動装置と、駆動装置によって駆動される電動機と、電動機の出力軸に回転軸が連結される車輪とを備える。

この発明においては、複数のコンバータが互いに並列して電気負荷に接続され、電圧制御部は、電気負荷の入力電圧を目標電圧に制御するための第１の電流指令を生成する。そして、分配部は、所定の分配比に従って第１の電流指令を複数の第２の電流指令に分配し、各電流制御部は、対応するコンバータが分担する電流を対応する第２の電流指令に制御するので、電気負荷の入力電圧を目標電圧に制御するためのトータルの電流量を確保しつつ、分配比を変更することにより各コンバータの分担を任意に変更できる。言い換えると、各コンバータの分担を分配比に基づいて変更しても、電気負荷の入力電圧を目標電圧に制御するためのトータルの電流量が確保される。

したがって、この発明によれば、並列接続された複数のコンバータの負荷配分を容易に変更することができ、かつ、複数のコンバータが接続される電気負荷の入力電圧の変動を抑制することができる。

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。

［実施の形態１］
図１は、この発明による車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１を参照して、このハイブリッド車両１００は、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構４と、車輪６とを備える。また、ハイブリッド車両１００は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２と、コンバータ１０，１２と、コンデンサＣと、インバータ２０，２２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０と、電圧センサ４２，４４，４６と、電流センサ５２，５４とをさらに備える。

このハイブリッド車両１００は、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する。動力分割機構４は、エンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。動力分割機構４は、たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構から成り、この３つの回転軸がエンジン４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸にそれぞれ接続される。なお、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空にしてその中心にエンジン２のクランク軸を通すことにより、動力分割機構４にエンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を機械的に接続することができる。また、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪６に結合される。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン２の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド車両１００に組込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、車輪６を駆動する電動機としてハイブリッド車両１００に組込まれる。

蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、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成る。蓄電装置Ｂ１は、コンバータ１０へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１０によって充電される。蓄電装置Ｂ２は、コンバータ１２へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１２によって充電される。

なお、蓄電装置Ｂ１には、蓄電装置Ｂ２よりも出力可能最大電力が大きい二次電池を用いることができ、蓄電装置Ｂ２には、蓄電装置Ｂ１よりも蓄電容量が大きい二次電池を用いることができる。これにより、２つの蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を用いてハイパワーかつ大容量の直流電源を構成することができる。なお、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２として、大容量のキャパシタを用いてもよい。

コンバータ１０は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を電源ラインＰＬ３へ出力する。また、コンバータ１０は、インバータ２０，２２から電源ラインＰＬ３を介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ１を充電する。さらに、コンバータ１０は、ＥＣＵ３０からシャットダウン信号ＳＤ１を受けるとスイッチング動作を停止する。

コンバータ１２は、コンバータ１０に並列して電源ラインＰＬ３および接地ラインＧＬに接続される。そして、コンバータ１２は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を電源ラインＰＬ３へ出力する。また、コンバータ１２は、インバータ２０，２２から電源ラインＰＬ３を介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ２を充電する。さらに、コンバータ１２は、ＥＣＵ３０からシャットダウン信号ＳＤ２を受けるとスイッチング動作を停止する。

コンデンサＣは、電源ラインＰＬ３と接地ラインＧＬとの間に接続され、電源ラインＰＬ３と接地ラインＧＬとの間の電圧変動を平滑化する。

インバータ２０は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ１に基づいて電源ラインＰＬ３からの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン２の動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ３へ出力する。

インバータ２２は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ２に基づいて電源ラインＰＬ３からの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ２２は、車両の回生制動時、車輪６からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ３へ出力する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、３相交流回転電機であり、たとえば３相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０によって回生駆動され、エンジン２の動力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２の始動時、インバータ２０によって力行駆動され、エンジン２をクランキングする。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ２２によって力行駆動され、車輪６を駆動するための駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、インバータ２２によって回生駆動され、車輪６から受ける回転力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２２へ出力する。

電圧センサ４２は、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＬ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ５２は、蓄電装置Ｂ１からコンバータ１０へ出力される電流Ｉ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電圧センサ４４は、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＬ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ５４は、蓄電装置Ｂ２からコンバータ１２へ出力される電流Ｉ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電圧センサ４６は、コンデンサＣの端子間電圧、すなわち接地ラインＧＬに対する電源ラインＰＬ３の電圧ＶＨを検出し、その検出した電圧ＶＨをＥＣＵ３０へ出力する。

ＥＣＵ３０は、コンバータ１０，１２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２をそれぞれコンバータ１０，１２へ出力する。また、ＥＣＵ３０は、インバータ２０，２２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれインバータ２０，２２へ出力する。

図２は、図１に示したコンバータ１０，１２の構成を示す回路図である。図２を参照して、コンバータ１０（１２）は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ３と接地ラインＧＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬの一方端は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続ノードに接続され、その他方端は、電源ラインＰＬ１（ＰＬ２）に接続される。なお、上記のｎｐｎ型トランジスタとして、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。

このコンバータ１０（１２）は、チョッパ回路から成る。そして、コンバータ１０（１２）は、ＥＣＵ３０（図示せず）からの信号ＰＷＣ１（ＰＷＣ２）に基づいて、電源ラインＰＬ１（ＰＬ２）の電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した電圧を電源ラインＰＬ３へ出力する。

具体的には、コンバータ１０（１２）は、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のオン時に流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによって電源ラインＰＬ１（ＰＬ２）の電圧を昇圧する。そして、コンバータ１０（１２）は、その昇圧した電圧をｎｐｎ型トランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ３へ出力する。

図３は、図１に示したＥＣＵ３０の機能ブロック図である。図３を参照して、ＥＣＵ３０は、コンバータ制御部３２と、インバータ制御部３４，３６とを含む。

コンバータ制御部３２は、インバータ入力電圧指令ＶＲ、電圧センサ４６からの電圧ＶＨ、電流センサ５２，５４からの電流Ｉ１，Ｉ２、および電圧センサ４２，４４からの電圧ＶＬ１，ＶＬ２を受ける。そして、コンバータ制御部３２は、上記の各信号に基づいて、コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣ１、およびコンバータ１２のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２をそれぞれコンバータ１０，１２へ出力する。なお、コンバータ制御部３２の構成については、後ほど詳しく説明する。

インバータ制御部３４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令ＴＲ１、モータ電流ＭＣＲＴ１およびロータ回転角θ１、ならびに電圧ＶＨを受ける。そして、インバータ制御部３４は、上記の各信号に基づいて、インバータ２０に含まれるパワートランジスタをオン／オフするための信号ＰＷＩ１を生成し、その生成した信号ＰＷＩ１をインバータ２０へ出力する。

インバータ制御部３６は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ２、ならびに電圧ＶＨを受ける。そして、インバータ制御部３６は、上記の各信号に基づいて、インバータ２２に含まれるパワートランジスタをオン／オフするための信号ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＩ２をインバータ２２へ出力する。

なお、インバータ入力電圧指令ＶＲは、たとえば、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の要求パワーに基づいて外部ＥＣＵ（図示せず、以下同じ。）により算出される。また、また、トルク指令ＴＲ１，ＴＲ２は、たとえば、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度などに基づいて外部ＥＣＵによって算出される。また、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ１，θ２の各々は、図示されないセンサによって検出される。

図４は、図３に示したコンバータ制御部３２の機能ブロック図である。図４を参照して、コンバータ制御部３２は、電圧制御部１０２と、分配部１０４と、分配比設定部１０６と、電流制御部１０８，１１２と、ＰＷＭ信号生成部１１０，１１４とを含む。

電圧制御部１０２は、インバータ入力電圧指令ＶＲおよび電圧センサ４６からの電圧ＶＨに基づいて、電圧ＶＨをインバータ入力電圧指令ＶＲに制御するための電流指令ＩＲを算出し、その算出した電流指令ＩＲを分配部１０４へ出力する。

分配部１０４は、分配比設定部１０６により設定される分配比ＲＴに従って、電圧制御部１０２からの電流指令ＩＲをコンバータ１０に対する電流指令ＩＲ１およびコンバータ１２に対する電流指令ＩＲ２に分配し、その分配された電流指令ＩＲ１，ＩＲ２をそれぞれ電流制御部１０８，１１２へ出力する。

分配比設定部１０６は、電流指令ＩＲを電流指令ＩＲ１，ＩＲ２に分配するための分配比ＲＴ（０≦ＲＴ≦１）を決定し、その決定した分配比ＲＴを分配部１０４へ出力する。分配比ＲＴは、たとえば、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の要求パワーに基づいて決定することができる。具体的には、要求パワーが基準値よりも大きいときは、分配比ＲＴを０または１以外の値に設定してコンバータ１０，１２を並列運転し、要求パワーが基準値よりも小さいときは、分配比を０または１に設定してコンバータ１０，１２のいずれかによる片肺運転にすることができる。

なお、上述のように、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の特性が異なる場合、すなわち、蓄電装置Ｂ１に出力可能最大電力の大きい二次電池が用いられ、蓄電装置Ｂ２に蓄電容量の大きい二次電池が用いられる場合、要求パワーが大きいほど電流指令ＩＲ１の分配比が大きくなるように、分配比ＲＴを決定してもよい。言い換えると、要求パワーが小さいほど電流指令ＩＲ２の分配比が大きくなるように、分配比ＲＴを決定してもよい。これにより、要求パワーが大きいときは、出力可能最大電力の大きい蓄電装置Ｂ１の利用率を高め、要求パワーが小さいときは、蓄電容量の大きい蓄電装置Ｂ２の利用率を高めることができるので、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の特性に応じた適切な運用を実現することができる。

電流制御部１０８は、分配部１０４からの電流指令ＩＲ１および電流センサ５２からの電流Ｉ１、ならびに電圧センサ４２，４６からの電圧ＶＬ１，ＶＨに基づいて、電流Ｉ１を電流指令ＩＲ１に制御するための変調波Ｍ１を生成し、その生成した変調波Ｍ１をＰＷＭ信号変換部１１０へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１１０は、電流制御部１０８からの変調波Ｍ１および所定のキャリアに基づいて、コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＣ１としてコンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

電流制御部１１２は、分配部１０４からの電流指令ＩＲ２および電流センサ５４からの電流Ｉ２、ならびに電圧ＶＬ１，ＶＨに基づいて、電流Ｉ２を電流指令ＩＲ２に制御するための変調波Ｍ２を生成し、その生成した変調波Ｍ２をＰＷＭ信号変換部１１４へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１１４は、電流制御部１１２からの変調波Ｍ２および所定のキャリアに基づいて、コンバータ１２のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＣ２としてコンバータ１２のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

図５は、図４に示した電圧制御部１０２の機能ブロック図である。図５を参照して、電圧制御部１０２は、減算部２０２と、ＰＩ制御部２０４とを含む。減算部２０２は、電圧センサ４６からの電圧ＶＨをインバータ入力電圧指令ＶＲから減算し、その演算結果をＰＩ制御部２０４へ出力する。

ＰＩ制御部２０４は、インバータ入力電圧指令ＶＲと電圧ＶＨとの偏差を減算部２０２から受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を電流指令ＩＲとして出力する。

図６は、図４に示した電流制御部１０８，１１２の機能ブロック図である。図６を参照して、電流制御部１０８（１１２）は、減算部２１２と、ＰＩ制御部２１４と、加算部２１６とを含む。減算部２１２は、電流センサ５２（５４）からの電流Ｉ１（Ｉ２）を電流指令ＩＲ１（ＩＲ２）から減算し、その演算結果をＰＩ制御部２１４へ出力する。

ＰＩ制御部２１４は、電流指令ＩＲ１（ＩＲ２）と電流Ｉ１（Ｉ２）との偏差を減算部２１２から受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を加算部２１６へ出力する。

加算部２１６は、ＰＩ制御部２１４の演算結果にフィードフォワード補償量ＶＬ１／ＶＨ（ＶＬ２／ＶＨ）を加算し、その演算結果を変調波Ｍ１（Ｍ２）として出力する。

再び図４を参照して、このコンバータ制御部３２においては、電圧ＶＨをインバータ入力電圧指令ＶＲに制御するための電流指令ＩＲが電圧制御部１０２により生成され、分配比設定部１０６からの分配比ＲＴに従って分配部１０４により電流指令ＩＲが電流指令ＩＲ１，ＩＲ２に分配される。そして、コンバータ１０の電流Ｉ１を電流指令ＩＲ１に制御するための変調波Ｍ１が電流制御部１０８により生成され、コンバータ１２の電流Ｉ２を電流指令ＩＲ２に制御するための変調波Ｍ２が電流制御部１１２により生成される。

すなわち、この実施の形態１では、電圧ＶＨの電圧制御に必要な電流（電流指令ＩＲに相当）をコンバータ１０，１２で分担する。ここで、コンバータ１０，１２の電流Ｉ１，Ｉ２の各々は分配比ＲＴに従って変化し得るが、電流Ｉ１，Ｉ２の合計は常に電流指令ＩＲに制御されるので、コンバータ１０，１２の分担比率を変えても電圧ＶＨがインバータ入力電圧指令ＶＲに維持される。

したがって、電圧ＶＨの変動を伴なうことなく、コンバータ１０，１２の並列運転からコンバータ１０または１２の単独運転（分配比ＲＴが０または１に相当する。）への移行、あるいはコンバータ１０または１２の単独運転からコンバータ１０，１２の並列運転への移行を実現することができる。

以上のように、この実施の形態１においては、電圧ＶＨを目標電圧に制御するための電流指令ＩＲは、分配部１０４によって電流指令ＩＲ１，ＩＲ２に分配される。そして、電流制御部１０８，１１２によりコンバータ１０，１２の電流Ｉ１，Ｉ２がそれぞれ電流指令ＩＲ１，ＩＲ２に制御されるので、電圧ＶＨを目標電圧に制御するためのトータルの電流量を確保しつつ、分配比ＲＴを変更することによりコンバータ１０，１２の分担を任意に変更できる。言い換えると、コンバータ１０，１２の分担を分配比ＲＴに基づいて変更しても、電圧ＶＨを目標電圧に制御するためのトータルの電流量は確保される。

したがって、この実施の形態１によれば、コンバータ１０，１２の負荷配分を容易に変更することができ、かつ、コンバータ１０，１２が接続される電源ラインＰＬ３の電圧変動を抑制することができる。

また、インバータ２０，２２によるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御に影響を与えることなく、コンバータ１０，１２の並列運転および片肺運転の移行を容易に実現できる。さらに、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の運用の自由度が向上するので、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の長寿命化に寄与し得る。また、さらに、上述のように蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の特性が異なる場合、要求パワーに応じて、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の特性に応じた適切な運用を実現することができる。

［実施の形態１の変形例］
上記においては、分配比設定部１０６は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の要求パワーに基づいて分配比ＲＴを決定するものとしたが、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のトータルの損失を最小とするように分配比ＲＴを決定してもよい。以下、この変形例による分配比の決定方法について説明する。

蓄電装置Ｂ１からコンバータ１０へ電流指令ＩＲ１に相当する電流が流れるときの蓄電装置Ｂ１における損失Ｐｌｏｓｓ１、および蓄電装置Ｂ２からコンバータ１２へ電流指令ＩＲ２に相当する電流が流れるときの蓄電装置Ｂ２における損失Ｐｌｏｓｓ２は、次式にて表わされる。

Ｐｌｏｓｓ１＝Ｒ１（Ｔ１，ＳＯＣ１）×ＩＲ１^２ …（１）
Ｐｌｏｓｓ２＝Ｒ２（Ｔ２，ＳＯＣ２）×ＩＲ２^２ …（２）
ここで、Ｒ１，Ｔ１，ＳＯＣ１は、それぞれ蓄電装置Ｂ１の内部抵抗、温度および充電状態を表わし、Ｒ１（Ｔ１，ＳＯＣ１）は、内部抵抗Ｒ１が温度Ｔ１および充電状態ＳＯＣ１の関数であることを示す。また、Ｒ２，Ｔ２，ＳＯＣ２は、それぞれ蓄電装置Ｂ２の内部抵抗、温度および充電状態を表わし、Ｒ２（Ｔ２，ＳＯＣ２）は、内部抵抗Ｒ２が温度Ｔ２および充電状態ＳＯＣ２の関数であることを示す。なお、温度Ｔ１，Ｔ２は、図示されない温度センサによって検出され、充電状態ＳＯＣ１，ＳＯＣ２は、図示されない外部ＥＣＵによって算出される。

一方、電流指令ＩＲ１，ＩＲ２は、電流指令ＩＲおよび分配比ＲＴを用いて、次式にて表わされる。

ＩＲ１＝ＩＲ×ＲＴ …（３）
ＩＲ２＝ＩＲ×（１−ＲＴ） …（４）
（３），（４）式を（１），（２）に代入すると、損失Ｐｌｏｓｓ１，Ｐｌｏｓｓ２は、下式にて表わされる。

Ｐｌｏｓｓ１＝Ｒ１（Ｔ１，ＳＯＣ１）×ＩＲ^２×ＲＴ^２ …（５）
Ｐｌｏｓｓ２＝Ｒ２（Ｔ２，ＳＯＣ２）×ＩＲ^２×（１−ＲＴ）^２ …（６）
したがって、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のトータルの損失Ｐｌｏｓｓ（＝Ｐｌｏｓｓ１＋Ｐｌｏｓｓ２）は、分配比ＲＴの二次関数となり、トータル損失Ｐｌｏｓｓを最小にする分配比ＲＴを決定することができる。なお、内部抵抗Ｒ１（Ｔ１，ＳＯＣ１），Ｒ２（Ｔ２，ＳＯＣ２）は、予め設定されたマップまたは関数式を用いて求めることができる。

以上のように、この実施の形態１の変形例によれば、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のトータルの損失を最小にすることができる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、電流指令ＩＲ１，ＩＲ２のいずれかが略０になったとき、対応するコンバータのスイッチング動作が停止（すなわちシャットダウン）される。これにより、コンバータのスイッチング損失を低減する。

図７は、実施の形態２におけるコンバータ制御部の機能ブロック図である。図７を参照して、このコンバータ制御部３２Ａは、図４に示した実施の形態１におけるコンバータ制御部３２の構成において、停止制御部１１６，１１８をさらに含む。

停止制御部１１６は、分配部１０４から電流指令ＩＲ１を受け、電流指令ＩＲ１が０であることを示すしきい値を電流指令ＩＲ１が下回ると、コンバータ１０をシャットダウンするためのシャットダウン信号ＳＤ１を生成してコンバータ１０へ出力する。

停止制御部１１８は、分配部１０４から電流指令ＩＲ２を受け、電流指令ＩＲ２が０であることを示すしきい値を電流指令ＩＲ２が下回ると、コンバータ１２をシャットダウンするためのシャットダウン信号ＳＤ２を生成してコンバータ１２へ出力する。

このコンバータ制御部３２Ａにおいては、実施の形態１におけるコンバータ制御部３２の機能に加えて、電流指令ＩＲ１が０になるとコンバータ１０へシャットダウン信号ＳＤ１を出力し、電流指令ＩＲ２が０になるとコンバータ１２へシャットダウン信号ＳＤ２を出力する。これにより、電流指令が０であるコンバータのスイッチング動作が停止する。

以上のように、この実施の形態２によれば、電流指令が０として与えられるコンバータをシャットダウンするようにしたので、その分だけコンバータのスイッチング損失を低減することができる。

なお、上記の実施の形態１，２においては、電源ラインＰＬ３および接地ラインＧＬに２つのコンバータ１０，１２が並列に接続されているが、コンバータの台数は、３台以上に容易に拡張し得る。

図８は、コンバータを３台備えるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図８を参照して、ハイブリッド車両１００Ａは、図１に示したハイブリッド車両１００の構成において、蓄電装置Ｂ３と、コンバータ１４と、電圧センサ４８と、電流センサ５６とをさらに備える。なお、この図８では、ＥＣＵ３０、エンジン２、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、動力分割機構４および車輪６については、図示を省略している。

コンバータ１４は、コンバータ１０，１２と同様の構成から成り、コンバータ１０，１２に並列して電源ラインＰＬ３および接地ラインＧＬに接続される。蓄電装置Ｂ３は、コンバータ１４へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１４によって充電される。電圧センサ４８は、蓄電装置Ｂ３の電圧ＶＬ３を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ５６は、蓄電装置Ｂ３からコンバータ１４へ出力される電流Ｉ３を検出してＥＣＵ３０へ出力する。

図９は、図８に示したハイブリッド車両１００Ａにおけるコンバータ制御部の機能ブロック図である。図９を参照して、コンバータ制御部３２Ｂは、図４に示したコンバータ制御部３２の構成において、電流制御部１２０と、ＰＷＭ信号変換部１２２をさらに含み、分配部１０４に代えて分配部１０４Ａを含む。

分配部１０４Ａは、分配比設定部１０６により設定される分配比ＲＴに従って、電圧制御部１０２からの電流指令ＩＲを電流指令ＩＲ１〜ＩＲ３に分配する。電流制御部１２０は、電流制御部１０８，１１２と同様の構成から成り、分配部１０４Ａからの電流指令ＩＲ３および電流センサ５６からの電流Ｉ３、ならびに電圧センサ４８，４６からの電圧ＶＬ３，ＶＨに基づいて変調波Ｍ３を生成してＰＷＭ信号変換部１２２へ出力する。ＰＷＭ信号変換部１２２は、変調波Ｍ３に基づいて、コンバータ１４を駆動するための信号ＰＷＣ３を生成し、その生成した信号ＰＷＣ３をコンバータ１４へ出力する。

このような構成により、電流Ｉ１〜Ｉ３の各々は分配比ＲＴに従って変化し得るけれども、電流Ｉ１〜Ｉ３の合計は常に電流指令ＩＲに制御されるので、分配比の変化に応じて電圧ＶＨが変動することはない。

なお、上記の各実施の形態においては、電圧制御部１０２および電流制御部１０８，１１２，１２０は、ＰＩ制御を行なうものとしたが、その他の制御手法を適用してもよい。

また、上記においては、動力分割機構４を用いてエンジン２の動力がモータジェネレータＭＧ１と車輪６とに分配される、いわゆるシリーズ／パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、エンジン２の動力をモータジェネレータＭＧ１による発電のみに用い、モータジェネレータＭＧ２のみを用いて車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両にも、この発明は適用可能である。

また、この発明は、エンジン２を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、電源として燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。

なお、上記において、コンバータ１０，１２，１４は、この発明における「複数のコンバータ」に対応し、ＥＣＵ３０は、この発明における「制御装置」に対応する。また、インバータ２０，２２は、この発明における「駆動装置」を形成し、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、この発明における「電動機」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。

この発明による車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１に示すコンバータの構成を示す回路図である。図１に示すＥＣＵの機能ブロック図である。図３に示すコンバータ制御部の機能ブロック図である。図４に示す電圧制御部の機能ブロック図である。図４に示す電流制御部の機能ブロック図である。実施の形態２におけるコンバータ制御部の機能ブロック図である。コンバータを３台備えるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図８に示すハイブリッド車両におけるコンバータ制御部の機能ブロック図である。

符号の説明

２エンジン、４動力分割機構、６車輪、１０，１２，１４コンバータ、２０，２２インバータ、３０ＥＣＵ、３２，３２Ａ，３２Ｂコンバータ制御部、３４，３６インバータ制御部、４２，４４，４６，４８電圧センサ、５２，５４，５６電流センサ、１００，１００Ａハイブリッド車両、１０２電圧制御部、１０４，１０４Ａ分配部、１０６分配比設定部、１０８，１１２，１２０電流制御部、１１０，１１４，１２２ＰＷＭ信号変換部、１１６，１１８停止制御部、２０２，２１２減算部、２０４，２１４ＰＩ制御部、２１６加算部、Ｂ１〜Ｂ３蓄電装置、Ｃコンデンサ、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、ＰＬ１〜ＰＬ４電源ライン、ＧＬ接地ライン、Ｑ１，Ｑ２ｎｐｎ型トランジスタ、Ｄ１，Ｄ２ダイオード、Ｌリアクトル。

Claims

互いに並列して電気負荷に接続され、各々が対応する蓄電装置からの電圧を変換して前記電気負荷へ出力する複数のコンバータと、
前記複数のコンバータを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記電気負荷の入力電圧を目標電圧に制御するための第１の電流指令を生成する電圧制御部と、
所定の分配比に従って、前記第１の電流指令を前記複数のコンバータに対する複数の第２の電流指令に分配する分配部と、
前記複数のコンバータに対応して設けられ、各コンバータが分担する電流を対応する第２の電流指令に制御するための複数の電流制御部とを含む、電圧変換装置。
前記所定の分配比は、前記電気負荷の要求パワーに基づいて決定される、請求項１に記載の電圧変換装置。
前記所定の分配比は、複数の前記蓄電装置の損失合計が最小となるように決定される、請求項１に記載の電圧変換装置。
前記制御装置は、前記第２の電流指令が零として与えられるコンバータに対してスイッチング動作の停止を指示する停止制御部をさらに含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電圧変換装置。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電圧変換装置と、
前記電圧変換装置から電圧を受ける駆動装置と、
前記駆動装置によって駆動される電動機と、
前記電動機の出力軸に回転軸が連結される車輪とを備える車両。