JP2008131689A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両駆動力を発生する電動機を搭載した電動車両において、車輪スリップ発生時にリアクトルを含むチョッパタイプの昇圧コンバータでの過電流発生を確実に防止する。
【解決手段】スリップ検出部２３０は、回転角センサ出力に基づき電動機のスリップ発生を検出する。スイッチング停止指示部２４０は、スリップ検出部２３０の検出結果に基づき、スリップ発生中にスイッチング停止指示フラグＳＴＦＴをオンする。デューティー算出部２１０は、昇圧コンバータでの電圧変換動作を制御するデューティー比ＤＴおよび動作モード信号ＭＤを生成する。スイッチング信号生成部２２０は、スリップ非発生時にはデューティー比ＤＴに従ったスイッチング動作が行なわれるように昇圧コンバータのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する一方で、スリップ発生時には昇圧コンバータでのスイッチング動作を停止するようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動車両に関し、より特定的には、直流電源の出力電圧をコンバータによって昇圧して車両駆動用モータを駆動制御する構成を備えた電動車両に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、モータによって車両駆動力を発生する電動車両である、ハイブリッド自動車および電気自動車が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車はその実用化が着実に進められている。

ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加えて、車両駆動力を発生可能なモータをさらに備え、かつ、直流電源からの供給電力をモータ駆動電力に変換する電力変換装置を搭載した自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより車両駆動力を得るとともに、直流電源からの直流電力を電力変換装置によって交流電力に変換し、その変換した交流電力によりモータを回転することによっても車両駆動力を得ることが可能なものである。また、電気自動車は、直流電源からの直流電力を電力変換装置によってモータ駆動電力に変換し、変換した電力によりモータを回転することによって車両駆動力を得る構成を有する。

このような電動車両において、直流電源の出力電力をモータ駆動電力に変換する電力変換装置を、直流電源の出力電圧を昇圧可能な昇圧コンバータと、昇圧コンバータの出力電圧（直流）を交流電圧に変換してモータに印加するインバータとを含む構成とすることが、たとえば特開２００３−２４４８０１号公報（以下、特許文献１）に開示されている。特許文献１のような構成では、コンバータによって直流電源の直流電圧を昇圧してインバータの入力電圧とすることによって、モータに印加される交流電圧振幅を可変制御することが可能となる。この結果、モータの動作状態（代表的には、回転数およびトルク）に応じて電圧振幅を適切に可変制御することにより、モータを高効率で駆動制御することが可能となる。

ここで、モータ出力によって車両駆動力、すなわち車輪の回転力を得る電動車両では、路面状況等により車輪にスリップが生じた場合に、モータの回転数（以下、本明細書では単位時間当たりの回転数をいうものとする）が急激に上昇する。スリップ発生時には、モータのトルク指令値が不変のままでモータ回転数が急上昇するためモータ出力が増加し、直流電源（代表的にはバッテリ）からモータ駆動のために持ち出される電流（電力）が瞬間的に増大してしまう。このため、スリップ発生時に上記電力変換装置を過電流から保護するための構成が必要となる。

スリップ発生時の対処について、特開２００６−１４９０２３号公報（以下、特許文献２）には、特許文献１と同様の昇圧コンバータを含む電力変換装置の構成において、スリップ発生時にはトルク制限をかけるモータトラクション制御が必要であることが開示される。さらに、特許文献２は、モータトラクション制御の実行により発生した余剰電力により、昇圧コンバータへ電流が流れ込んで過電流が発生することを防止するための制御構成を開示する。具体的には、駆動輪のスリップ発生時には、スリップ発生時点で作動している負荷による電力使用を残すことにより、モータトラクション制御によって生じた電力余剰によって昇圧コンバータに過電流が発生することが回避される。

また、特開２００５−１７６４１９号公報（以下、特許文献３）は、エンジンによって駆動される主駆動輪とモータによって駆動可能な従駆動輪とが区別されたハイブリッド車両において、主動輪のスリップ発生時におけるモータ制御を開示している。
特開２００３−２４４８０１号公報 特開２００６−１４９０２３号公報 特開２００５−１７６４１９号公報

特許文献１および２のように、昇圧コンバータによってインバータ入力電圧を可変制御可能とした電力変換装置を搭載する電動車両では、特許文献２に開示されるように、スリップ発生時にモータトラクション制御を行なってトルク指令値を低減することにより、電力変換装置内の昇圧コンバータでの過電流発生防止を図ることが可能である。

しかしながら、モータトラクション制御では、トルク指令値の低下に追従したトルク制御（モータ電流制御）の制御応答性が問題となり、その制御遅れの状況によっては、スリップ発生後の初期において、過大電流が発生して昇圧コンバータ内の電力用半導体スイッチング素子を損傷させる可能性がある。

特に、特許文献１および２に開示されるように、回路構成を簡素化するために、リアクトルを含むチョッパタイプの昇圧コンバータを用いる場合には、リアクトル電流にリップルが必然的に発生するので、この電流リップルにより電力用半導体スイッチング素子に瞬間的な過大電流が発生し易くなる。さらに、スリップ発生時にバッテリからの持出し電流が増加すると、リアクトルに磁気飽和が発生してインダクタンスが低下する可能性がある。インダクタンスが低下すると電流リップルが増大するため、上記のような構成の昇圧コンバータでは、スリップ発生時の過大電流の発生が特に懸念される。

なお、上記特許文献１では、車両駆動用モータの回生発電時に昇圧コンバータの入側に接続された直流負荷系に過電圧が印加されることを防止するための制御装置の構成が開示されるものの、スリップ発生時の対策については何ら言及されていない。

また、特許文献３では、車両電源の出力を昇圧回路によって昇圧してモータ開示電流を発生させることを開示しているが、昇圧回路の具体的構成およびスリップ発生時の過電流対策については何ら言及されておらず、特に、リアクトルを含むチョッパタイプの昇圧コンバータについてのスリップ発生時の過電流防止については、何ら開示されていない。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、車輪の駆動力を発生するように構成された電動機を搭載した電動車両における車輪すなわち電動機のスリップ発生時に、リアクトルを含むチョッパタイプの昇圧コンバータに過電流が発生することを確実に防止可能な電動車両の制御構成を提供することである。

この発明による電動車両は、電動機と、電力変換装置と、電力変換装置による電力変換動作を制御する制御装置とを備える。電動機は、車輪の駆動力を発生するように構成される。電力変換装置は、直流電源および電動機の間に接続され、直流電源からの供給電力を電動機の駆動電力に変換するように構成される。さらに、電力変換装置は、直流電源の出力電圧を電圧指令値に従った直流電圧に変換して電源線に出力するための第１の電圧変換器と、電源線の直流電圧を電動機の駆動電圧に変換するように構成された第２の電圧変換器とを含む。第１の電圧変換器は、電圧指令値に従った直流電圧への変換動作のために制御装置からの制御信号に従ってスイッチングされる電力用半導体スイッチング素子と、リアクトルとを含む。リアクトルは、電源線および直流電源間の電流経路上に接続されて、電力用半導体スイッチング素子によってスイッチングされた電圧が両端に印加される。そして、制御装置は、電動機のスリップを検出するスリップ検出部と、スイッチング停止指示部とを含む。スイッチング停止指示部は、スリップ検出部によるスリップ検出時に、第１の電圧変換器を構成する電力用半導体スイッチング素子によるスイッチング動作を停止させる。

好ましくは、スイッチング停止指示部は、スリップ検出時に、電力用半導体スイッチング素子をオフ状態に維持させる。また好ましくは、スイッチング停止指示部は、スリップ検出時に、電力用半導体スイッチング素子をオン状態に維持させる。

この発明による電動車両によれば、車輪のスリップに伴い電動機の回転数が急上昇してスリップが検出された場合には、リアクトルを含むチョッパタイプの第１の電圧変換器（昇圧コンバータ）を構成する電力用半導体スイッチング素子をオン状態あるいはオフ状態に維持することによってスイッチング動作を停止する。これにより、スリップ発生に伴って電動機での消費パワーが瞬間的に増大することに伴い、直流電源から電動機に向けて、大きな電流リップルを含む大電流が昇圧コンバータを通過することを防止できる。この結果、スリップ発生時に、昇圧コンバータを構成する電力用半導体スイッチング素子に過大電流が発生することを確実に防止することが可能となる。

あるいは好ましくは、電動機は、回生制動時に交流電力を発電する。そして、第２の電圧変換器は、さらに、回生制動時に電動機が発電した交流電圧を直流電圧に変換して電源線に出力するように構成される。電力用半導体スイッチング素子は、電源線およびリアクトルの間に電気的に接続される第１のスイッチング素子を含み、リアクトルは、第１のスイッチング素子と直流電源の間に電気的に接続される。さらに、スイッチング停止指示部は、スリップ検出時に、第１のスイッチング素子をオン状態に維持させる。

さらに好ましくは、電力用半導体スイッチング素子は、第１のスイッチング素子およびリアクトルの接続点と接地配線との間に電気的に接続された第２のスイッチング素子を含む。そして、スイッチング停止指示部は、スリップ検出時に、第２のスイッチング素子をオフ状態に維持させる。

このような構成とすることにより、第１および第２のスイッチング素子とリアクトルによって構成された第１の電圧変換器（昇圧コンバータ）において、スリップ発生直後には、第１のスイッチング素子をオン状態に固定することにより、大きな電流リップルを含むリアクトル電流が発生して、第１のスイッチング素子を通過することを防止できる。また、スリップ発生後にグリップが発生して電動機の回転数が急激に低下した場合にも、これに伴う電動機による発電電力を直流電源へ逃がす経路を形成することができるので、電力変換装置内に過電圧が発生することを防止することができる。

この発明によれば、車輪の駆動力を発生するように構成された電動機を搭載した電動車両における車輪すなわち電動機のスリップ発生時に、リアクトルを含むチョッパタイプの昇圧コンバータに過電流が発生することを確実に防止することができる。

以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド車両１００の構成を説明するブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド車両１００は、エンジン１１０と、動力分割機構１２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、減速機１３０と、駆動軸１４０および車輪（駆動輪）１５０を備える。ハイブリッド車両１００は、さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するための、直流電圧発生部１０♯と、平滑コンデンサＣ０と、インバータ２０，３０と、制御装置５０とを備える。

エンジン１１０は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。エンジン１１０には、冷却水の温度を検知する冷却水温センサ１１２が設けられる。冷却水温センサ１１２の出力は、制御装置５０へ送出される。

動力分割機構１２０は、エンジン１１０の発生する動力を、駆動軸１４０への経路とモータジェネレータＭＧ１への経路とに分割可能に構成される。動力分割機構１２０としては、サンギヤ、プラネタリギ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を用いることができる。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン１１０のクランク軸を通すことで、動力分割機構１２０にエンジン１１０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。具体的には、モータジェネレータＭＧ１のロータをサンギヤに接続し、エンジン１１０の出力軸をプラネタリギヤに接続し、かつ、出力軸１２５をリングギヤに接続する。モータジェネレータＭＧ２の回転軸とも接続された出力軸１２５は、減速機１３０を介して駆動輪１５０を回転駆動するための駆動軸１４０に接続される。なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組込んでもよい。

モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１１０によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン１１０の始動を行なう電動機として動作するものとして、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。

同様に、モータジェネレータＭＧ２は、出力軸１２５および減速機１３０を介して、駆動軸１４０へ出力が伝達される車両駆動力発生用としてハイブリッド車両１００に組込まれる。さらに、モータジェネレータＭＧ２は、車輪１５０の回転方向と反対方向の出力トルクを発生することによって回生発電を行なうように電動機および発電機への機能を併せ持つように構成される。

次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する構成について説明する。
直流電圧発生部１０♯は、走行用バッテリＢと、平滑コンデンサＣ１と、昇圧コンバータ１５とを含む。走行用バッテリＢとしては、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池を適用可能である。なお、以下、本実施の形態では、二次電池で構成された走行用バッテリＢを「直流電源」とする構成について説明するが、走行用バッテリＢに代えて、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を適用することも可能である。

走行用バッテリＢが出力するバッテリ電圧Ｖｂは電圧センサ１０によって検知され、走行用バッテリＢに入出力されるバッテリ電流Ｉｂは電流センサ１１によって検知される。さらに、走行用バッテリＢには、温度センサ１２が設けられる。なお、走行用バッテリＢの温度が局所的に異なる可能性があるため、温度センサ１２は、走行用バッテリＢの複数箇所に設けてもよい。電圧センサ１０、電流センサ１１および温度センサ１２によって検出された、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂは、制御装置５０へ出力される。

平滑コンデンサＣ１は、接地ライン５および電源ライン６の間に接続される。なお、走行用バッテリＢの正極端子および電源ライン６の間、ならびに、走行用バッテリＢの負極端子および接地ライン５の間には、車両運転時にオンされ、車両運転停止時にオフされるリレー（図示せず）が設けられる。

昇圧コンバータ１５（以下、単にコンバータとも称する）は、リアクトルＬ１と、スイッチング制御される電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）Ｑ１，Ｑ２とを含む。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電源ライン６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電源ライン７および接地ライン５の間に接続される。

スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン７および接地ライン５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオンオフは、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。

この発明の実施の形態において、スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。

このように、昇圧コンバータ１５は、電源ライン６および７の間に形成される電流経路上に接続されるリアクトルＬ１を含むチョッパ型回路として構成される。リアクトルＬ１の両端には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフによりスイッチングされた電圧が印加される。

インバータ２０および３０の直流電圧側は、共通の接地ライン５および電源ライン７を介して、コンバータ１５と接続される。

インバータ２０は、電源ライン７および接地ライン５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム２２と、Ｖ相アーム２４と、Ｗ相アーム２６とから成る。各相アームは、電源ライン７および接地ライン５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム２２は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム２４は、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム２６は、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６から成る。また、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対して、逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフは、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６によって制御される。

モータジェネレータＭＧ１は、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１と、図示しない回転子とを含む。Ｕ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１の一端は、中性点Ｎ１で互いに接続され、その他端は、インバータ２０のＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６とそれぞれ接続される。インバータ２０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフ制御（スイッチング制御）により、直流電圧発生部１０♯およびモータジェネレータＭＧ１の間での双方向の電力変換を行なう。

具体的には、インバータ２０は、制御装置５０によるスイッチング制御に従って、電源ライン７から受ける直流電圧を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へ出力することができる。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、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、エンジン１１０の出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置５０によるスイッチング制御に従っ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７へ出力することもできる。

インバータ３０は、インバータ２０と同様に構成されて、スイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６によってオンオフ制御されるスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６および、逆並列ダイオードＤ２１〜Ｄ２６を含んで構成される。

モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に構成されて、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２と、図示しない回転子とを含む。モータジェネレータＭＧ１と同様に、Ｕ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２の一端は、中性点Ｎ２で互いに接続され、その他端は、インバータ３０のＵ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６とそれぞれ接続される。

インバータ３０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のオンオフ制御（スイッチング制御）により、直流電圧発生部１０♯およびモータジェネレータＭＧ２の間での双方向の電力変換を行なう。

具体的には、インバータ３０は、制御装置５０によるスイッチング制御に従って、電源ライン７から受ける直流電圧を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へ出力することができる。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、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３０は、車両の回生制動時、車輪１５０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相交流電圧を制御装置５０によるスイッチング制御に従っ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７へ出力することができる。

なお、ここでいう回生制動とは、ハイブリッド車両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。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々には電流センサ２７および回転角センサ（たとえばレゾルバ）２８が設けられる。三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２７は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。回転角センサ２８は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の図示しない回転子の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置５０へ送出する。制御装置５０では、回転角θに基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍｔ（あるいは回転角速度ω）を算出することができる。

これらのセンサによって検出された、モータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ（１）およびロータ回転角θ（１）ならびに、モータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ（２）およびロータ回転角θ（２）は、制御装置５０へ入力される。さらに、制御装置５０は、モータ指令としての、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）および回生動作を示す制御信号ＲＧＥ（１）、ならびに、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）および回生動作を示す制御信号ＲＧＥ（２）の入力を受ける。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）で構成される制御装置５０は、マイクロコンピュータ（図示せず）、ＲＡＭ（Random Access Memory)５１およびＲＯＭ（Read Only Memory）５２
を含んで構成される。制御装置５０は、所定のプログラム処理に従って、上位の電子制御ユニット（ＥＣＵ）から入力されたモータ指令に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が動作するように、コンバータ１５およびインバータ２０，３０のスイッチング制御のためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２（コンバータ１５）、Ｓ１１〜Ｓ１６（インバータ２０）、およびＳ２１〜Ｓ２６（インバータ３０）を生成する。すなわち、制御装置５０は、コンバータ１５およびインバータ２０，３０による電力変換動作を制御する。

さらに、制御装置５０には、走行用バッテリＢに関する、充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）や充放電制限を示す入出力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ等の情報が入力される。これにより、制御装置５０は、走行用バッテリＢの過充電あるいは過放電が発生しないように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２での消費電力および発電電力（回生電力）を必要に応じて制限する機能を有する。

また、本実施の形態では、単一の制御装置（ＥＣＵ）５０によってインバータ制御におけるスイッチング周波数を切換える機構について説明したが、複数の制御装置（ＥＣＵ）の協調動作によって同様の制御構成を実現することも可能である。

図１の構成において、走行用バッテリＢは本発明における「直流電源」に対応し、昇圧コンバータ１５は、本発明での「第１の電圧変換器」に対応する。特に、昇圧コンバータ１５では、スイッチング素子Ｑ１が本発明での「第１のスイッチング素子」に対応し、スイッチング素子Ｑ２が本発明での「第１のスイッチング素子」に対応する。また、電源ライン７は、本発明での「電源線」に対応し、インバータ３０は、本発明での「第２の電力変換器」に対応する。さらに、走行用バッテリＢおよびモータジェネレータＭＧ２の間で電力変換を行なう、昇圧コンバータ１５およびインバータ３０を含む回路系によって本発明での「電力変換装置」が構成される。

次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御におけるコンバータ１５およびインバータ２０，３０の動作について説明する。

コンバータ１５の昇圧動作時には、制御装置５０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に応じて直流電圧ＶＨ（インバータ２０，３０の直流側電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧ＶＨ」とも称する）の電圧指令値ＶＨ♯（以下、システム電圧指令値ＶＨ♯とも称する）を設定し、システム電圧指令値ＶＨ♯および電圧センサ１３の検出値に基づいて、コンバータ１５の出力電圧がシステム電圧指令値ＶＨ♯と等しくなるようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

コンバータ１５は、昇圧動作時には、走行用バッテリＢから供給された直流電圧（バッテリ電圧）Ｖｂを、システム電圧指令値ＶＨ♯に従って直流電圧変換し、昇圧したシステム電圧ＶＨを電源ライン７に出力する。電源ライン７に出力されたシステム電圧ＶＨは、インバータ２０，３０へ共通に供給される。より具体的には、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティー比（オン期間比率）が設定され、昇圧比は、デューティー比に応じたものとなる。

また、コンバータ１５は、回生制動に伴う降圧動作時には、平滑コンデンサＣ０を介してインバータ２０，３０から供給された直流電圧（システム電圧）を降圧して走行用バッテリＢを充電する。より具体的には、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティー比に応じたものとなる。

平滑コンデンサＣ０は、電源ライン７に出力されたコンバータ１５からの直流電圧（システム電圧）を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２０，３０へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧、すなわち、システム電圧ＶＨを検出し、その検出値を制御装置５０へ出力する。

インバータ３０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のオン・オフ動作（スイッチング動作）により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）に従ったトルクが出力されるように、モータジェネレータＭＧ２を駆動する。トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）は、運転状況に応じたモータジェネレータＭＧ２への出力（トルク×回転数）要求に従って、正値（Ｔｑｃｏｍ（２）＞０）、零（Ｔｑｃｏｍ（２）＝０）、または負値（Ｔｑｃｏｍ（２）＜０）に適宜設定される。

特にハイブリッド車両の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値は負に設定される（Ｔｑｃｏｍ（２）＜０）。この場合には、インバータ３０は、スイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング動作により、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、その変換した直流電圧（システム電圧）を電源ライン７へ出力する。電源ライン７へ出力された直流電圧は、平滑コンデンサＣ０を介してコンバータ１５へ供給する。

また、インバータ２０は、上記のインバータ３０の動作と同様に、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に従ったスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフ制御により、モータジェネレータＭＧ１が指令値に従って動作するように電力変換を行なう。

このように、制御装置５０がトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御することにより、ハイブリッド車両１００では、モータジェネレータＭＧ２での電力消費による車両駆動力の発生、モータジェネレータＭＧ１での発電による走行用バッテリＢの充電電力またはモータジェネレータＭＧ２の消費電力の発生、およびモータジェネレータＭＧ２での回生制動動作（発電）による走行用バッテリＢの充電電力の発生を、車両の運転状態に応じて適宜に実行できる。

次に、昇圧コンバータ１５の制御構成について説明する。図２は、この発明の実施の形態に従う電動車両における昇圧コンバータ１５の制御構成を説明する概略ブロック図である。図２に示す各機能ブロックは、制御装置５０による制御処理によって実現されるものである。

図２を参照して、制御装置５０は、デューティー算出部２１０と、スイッチング信号生成部２２０と、スリップ検出部２３０と、スイッチング停止指示部２４０とを含む。

デューティー算出部２１０は、電圧センサ１３によって検出された直流電圧ＶＨ、システム電圧指令値ＶＨ♯、および走行用バッテリＢからの直流電圧Ｖｂに基づき、コンバータ１５の動作モード信号ＭＤを設定するとともに、コンバータ１５でのデューティー比ＤＴを算出する。たとえば、デューティー比ＤＴは、直流電圧Ｖｂに対するシステム電圧指令値ＶＨ♯の比（＝ＶＨ♯／Ｖｂ）に基づくフィードフォワード制御と、直流電圧ＶＨの電圧指令値ＶＨ♯に対する偏差（＝ＶＨ−ＶＨ♯）に基づくフィードバック制御とを組合せて設定される。

動作モード信号ＭＤは、走行用バッテリＢからモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ向けて電力供給する場合には、コンバータ１５が昇圧動作を含む「供給モード」で動作することを示すレベルに設定される。このとき、スイッチング信号生成部２２０は、デューティー比ＤＴに従ってスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオンされるように、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。なお、Ｖｂ＝ＶＨ♯のとき等、コンバータ１５による昇圧動作が不要なときには、スイッチング素子Ｑ１がオン固定され、スイッチング素子Ｑ２がオフ固定される。

また、動作モード信号ＭＤは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２からの電力を走行用バッテリＢへ回生する場合には、コンバータ１５が降圧動作を含む「回生モード」で動作することを示すレベルに設定される。このとき、スイッチング信号生成部２２０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフされる期間およびスイッチング素子Ｑ１のみがオンされる期間がデューティー比ＤＴに従って設けられるように、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。なお、Ｖｂ＝ＶＨ♯のとき等、コンバータ１５による降圧動作が不要なときには、スイッチング素子Ｑ１がオン固定され、スイッチング素子Ｑ２がオフ固定される。

スリップ検出部２３０およびスイッチング停止指示部２４０は、車両駆動力を発生するモータジェネレータＭＧ２のスリップ発生時、すなわち回転数急上昇時において、昇圧コンバータ１５のスイッチング動作を特別に制御するための機能ブロックである。

スリップ検出部２３０は、回転角センサ２８からの出力に基づき、回転角速度ω（ｄｅｇ／ｓ）の時間変化に基づき、モータジェネレータＭＧ２のスリップ発生、すなわちモータジェネレータＭＧ２の回転数の急上昇を検知する。具体的には、回転角速度ωの時間微分値（単位時間での変化量）が所定の判定値を超えた場合に、スリップ検出フラグＳＰＤを「オン」し、一旦スリップを検出した後は、さらに回転角速度ωを監視してスリップが解消するまでの間、スリップ検出フラグＳＰＤを「オン」に維持する。スリップ検出部２３０は、上記以外のときには、スリップ検出フラグＳＰＤを「オフ」する。

スイッチング停止指示部２４０は、スリップ検出フラグＳＰＤが「オン」のとき、すなわち、スリップ発生時には、コンバータ１５でのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を停止させるために、スイッチング停止指示フラグＳＴＦＴを「オン」する一方で、それ以外のときにはスイッチング停止指示フラグＳＴＦＴを「オフ」する。

スイッチング信号生成部２２０は、スイッチング停止指示フラグＳＴＦＴが「オフ」のとき、すなわち、スリップの非発生時には、上述のように、デューティー算出部２１０からの動作モード信号ＭＤおよびデューティー比ＤＴに従って、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

一方、スイッチング停止指示フラグＳＴＦＴが「オン」のとき、すなわち、スリップ発生時には、スイッチング信号生成部２２０は、スイッチング素子Ｑ１をオン状態またはオフ状態に維持するようにスイッチング制御信号Ｓ１を固定し、かつ、スイッチング素子Ｑ２をオフ状態に維持するようにスイッチング制御信号Ｓ２を固定する。

次に図３〜図５を参照して、スリップ発生時における昇圧コンバータ１５での過電流発生メカニズムを説明する。

図３に示されるように、モータジェネレータＭＧ２は、動作点３００での動作時にスリップが発生すると、トルク指令値が不変のまま回転数が上昇して、動作点３１０に移行する。これにより、モータジェネレータＭＧ２での消費パワー（トルク×回転数）は急激に増加する。

さらに、図４の共線図に示すように、慣性の大きいエンジンの回転数はすぐには下がらないため、動力分割機構１２０のギヤ比に従って、モータジェネレータＭＧ２の回転数上昇に伴い、モータジェネレータＭＧ１の回転数が下降する。このため、モータジェネレータＭＧ１による発電量が減少する。

この結果、図５に示されるように、コンバータ１５による直流電圧変換、すなわち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングによる昇圧動作を継続する場合には、時刻ｔ０でのスリップ発生に伴うモータジェネレータＭＧ２での消費パワー増大に応答して、走行用バッテリＢから持出される電流Ｉｂが急増する。

図１の回路構成から理解されるように、コンバータ１５による直流電圧変換動作時には、バッテリ電流Ｉｂは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の通過電流に対応するので、バッテリ電流Ｉｂは、コンバータ１５でのスイッチング動作に伴いリアクトルＬ１で生じる電流リップルが重畳された波形となる。さらに、上述のようにバッテリ電流Ｉｂ、すなわちリアクトルＬ１の通過電流（リアクトル電流）が増大するのに伴い、リアクトルＬ１では、磁気飽和の発生によりインダクタンスが低下する。

ここで、リアクトル電流ＩＬ、リアクトル印加電圧ＶＬおよびインダクタンスＬの間には、下記（１）式の関係が成立する。

ＶＬ＝Ｌ・（ｄＩＬ／ｄｔ）…（１）
したがって、電流増大による磁気飽和によってリアクトルＬ１のインダクタンスＬが低下するのに伴い、同一の電圧（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によってスイッチングされる電圧）の印加に対する、電流変化量ｄＩＬ／ｄｔが増加する。この結果、電流リップルの振幅が増大する。

この結果、スリップ発生時には、コンバータ１５による昇圧動作を継続すると、バッテリ電流Ｉｂの平均値の増大およびリップルの増大により、コンバータ１５を構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２（特に、スイッチング素子Ｑ１）について、通過電流が過大となって故障発生に至る可能性がある。

これに対して、本実施の形態では、スリップ発生時にはスイッチング停止指示フラグＳＴＦＴが「オン」されることにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を停止する。好ましくは、スイッチング素子Ｑ２をオフ状態に固定するとともに、スイッチング素子Ｑ１をオン状態に固定する。これにより、コンバータ１５の電圧変換動作（昇圧動作）が停止されて、出力電圧ＶＨは、走行用バッテリＢの出力電圧Ｖｂと同等となる。

図６に示されるように、スイッチング動作の停止によりバッテリ電流Ｉｂにはリップルが発生しなくなり、さらに、モータジェネレータＭＧ２の誘起電圧が回転数上昇によりコンバータ１５の出力電圧（すなわち、直流電圧Ｖｂ）より高くなると、コンバータ１５からインバータ３０およびモータジェネレータＭＧ２へ向かう方向へ電流を供給することができなくなる。この結果、バッテリ電流Ｉｂ、すなわち、コンバータ１５のスイッチング素子Ｑ１の通過電流の上昇が抑制される。これにより、スリップ発生に伴うコンバータ１５のスイッチング素子が過大通過電流により故障することを防止できる。

なお、コンバータ１５での電圧変換動作（昇圧動作）の停止により、モータジェネレータＭＧ２への電流供給が不能となると、モータジェネレータＭＧ２の出力パワーが必然的に低下する。この結果、たとえば図３に点線で示すように、動作点３２０への移行が発生して出力トルクが減少する。ただし、この現象は、スリップ発生時にトルク指令値を減少させるモータトラクション制御（たとえば、特許文献２）と同様の動作であり、ハイブリッド車両１００の運転性を極端に損なうものとはならない。

また、スイッチング停止指示フラグＳＴＦＴが「オン」されたときに、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方をオフ状態に固定しても、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を停止して、コンバータ１５での電圧変換動作（昇圧動作）を停止させることが可能である。すなわち、このような制御構成としても、バッテリ電流Ｉｂ、すなわち、コンバータ１５のスイッチング素子Ｑ１の通過電流の上昇を回避することができる。

しかしながら、スイッチング素子Ｑ１をオフすると、バッテリ電流Ｉｂの急激な遮断によりモータジェネレータＭＧ２の出力急変や、コンバータ１５，インバータ２０，３０内での大きな電圧、電流変化の発生が懸念される。また、スリップと連続して車輪グリップが発生してモータジェネレータＭＧ２の回転数が減少した際に、モータジェネレータＭＧ２による発電電力を走行用バッテリＢへ回生する経路を確保する必要性からも、スリップ発生時には、スイッチング素子Ｑ１を固定的にオンし、かつ、スイッチング素子Ｑ２を固定的にオフする形態にてコンバータ１５でのスイッチング動作を停止することが好ましい。

図７は、この発明の実施の形態によるスリップ発生時のコンバータ制御を説明するフローチャートである。図７に示すフローチャートに従う制御処理は、制御装置５０により所定周期毎に所定プログラム（サブルーチン）を実行することによって実現される。

図７を参照して、制御装置５０は、ステップＳ１００により、回転角センサ２８の出力に基づきモータジェネレータＭＧ２の回転数（回転角速度ω）を検出する。さらに、制御装置５０は、ステップＳ１１０により、ステップＳ１００で検出されたモータジェネレータＭＧ２の回転数（回転角速度ω）に基づくスリップ判定を実施する。すなわち、ステップＳ１１０の処理は、図２におけるスリップ検出部２３０の機能に相当する。

そして、制御装置５０は、スリップ非発生時（ステップＳ１１０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１２０により、コンバータ１５を構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２について、通常のデューティー制御を実行する。ステップＳ１２０の処理は、図２における、スイッチング停止指示フラグＳＴＦＴが「オフ」のときの、スイッチング信号生成部２２０による、デューティー算出部２１０からのデューティー比ＤＴに従ったスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２の生成機能に対応する。

これに対して、制御装置５０は、スリップ発生時（ステップＳ１１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１３０により、コンバータ１５でのスイッチング動作を停止する。たとえば上記のように、スイッチング素子Ｑ１をオン状態に固定し、スイッチング素子Ｑ２をオフ状態に固定するように、スイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２が生成される。すなわち、ステップＳ１３０の処理は、図２における、スイッチング停止指示フラグＳＴＦＴが「オン」のときのスイッチング信号生成部２２０によるスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２の生成機能に対応する。

以上説明したように本実施の形態の電動車両によれば、リアクトルを含むチョッパタイプの昇圧コンバータによって車両駆動用モータ（モータジェネレータＭＧ２）の駆動電力を供給する構成の電動車両において、駆動輪、すなわち車両駆動用モータのスリップ発生時に、昇圧コンバータにおけるスイッチング動作を停止させてリアクトル電流のリップル発生を防ぐことにより、昇圧コンバータを構成する電力用半導体スイッチング素子に過大電流が流れることを確実に防止することができる。これにより、昇圧コンバータの機器保護を図ることが可能となる。

なお、昇圧コンバータの回路構成は、図１に示されたものに限定されず、電力用半導体スイッチング素子のスイッチング動作により電流リップルが発生するリアクトルを含む回路構成であれば、本発明の適用が可能である。また、電動車両の構成についても、図１に示したハイブリッド車両に構成に限定されるものではなく、車両駆動用モータを搭載し、かつ、該車両駆動用モータに上記昇圧コンバータを介して電力供給を行なう構成であれば、本発明を適用することが可能である。

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。

本発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド車両の構成を説明するブロック図である。 図１に示した昇圧コンバータの制御構成を説明する概略ブロック図である。 スリップ発生時のモータジェネレータの動作変化を説明する概念図である。 スリップ発生時のモータジェネレータおよびエンジンの回転数変化を説明する共線図である。 スリップ発生時にスイッチング動作を継続したときのリアクトル電流波形図である。 本発明の実施の形態によりスリップ発生時にスイッチング動作を停止したときのリアクトル電流波形図である。 本発明の実施の形態によるスリップ発生時のコンバータ制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

５ 接地ライン、６，７ 電源ライン、１０ 電圧センサ、１０♯ 直流電圧発生部、１１ 電流センサ、１２ 温度センサ、１３ 電圧センサ、１５ 昇圧コンバータ、２０ インバータ（ＭＧ１用）、２２，２４，２６ 各相アーム、２７ 電流センサ、２８ 回転角センサ、３０ インバータ（ＭＧ２用）、３２，３４，３６ 各相アーム、５０ 制御装置、１００ ハイブリッド車両、１１０ エンジン、１１２ 冷却水温センサ、１２０ 動力分割機構、１２５ 出力軸、１３０ 減速機、１４０ 駆動軸、１５０ 駆動輪（車輪）、２１０ デューティー算出部、２２０ スイッチング信号生成部、２３０ スリップ検出部、２４０ スイッチング停止指示部、３００ 動作点（スリップ発生前）、３１０ 動作点（スリップ発生直後）、３２０ 動作点（スリップ発生後スイッチング動作停止時）、Ｂ 走行用バッテリ、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ 逆並列ダイオード（昇圧コンバータ）、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ 逆並列ダイオード、ＤＴ デューティー比、ＳＴＦＴ スイッチング停止指示フラグ、Ｉｂ バッテリ電流、Ｌ１ リアクトル、ＭＣＲＴ（１），ＭＣＲＴ（２） モータ電流、ＭＤ 動作モード信号、ＭＧ１ モータジェネレータ、ＭＧ２ モータジェネレータ（車両駆動用モータ）、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、Ｑ１，Ｑ２ 電力用半導体スイッチング素子（昇圧コンバータ）、Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ 電力用半導体スイッチング素子（インバータ）、ＲＧＥ（１），ＲＧＥ（２） 制御信号、Ｓ１，Ｓ２ スイッチング制御信号（昇圧コンバータ）、Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６ スイッチング制御信号（インバータ）、ＳＰＤ スリップ検出フラグ、Ｔｂ バッテリ温度、Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２） トルク指令値、Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２ コイル巻線、Ｖｂ バッテリ電圧、ＶＨ システム電圧（コンバータ出力電圧）、ＶＨ♯ システム電圧指令値、Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ 入出力可能電力、θ（１），θ（２） ロータ回転角、ω 回転角速度。

Claims (5)

1. 車輪の駆動力を発生するように構成された電動機と、
   直流電源および前記電動機の間に接続され、前記直流電源からの供給電力を前記電動機の駆動電力に変換するための電力変換装置と、
   前記電力変換装置による電力変換動作を制御する制御装置とを備え、
   前記電力変換装置は、
   前記直流電源の出力電圧を電圧指令値に従った直流電圧に変換して電源線に出力するための第１の電圧変換器と、
   前記電源線の直流電圧を前記電動機の駆動電圧に変換するように構成された第２の電圧変換器とを含み、
   前記第１の電圧変換器は、
   前記電圧指令値に従った直流電圧への変換動作のために前記制御装置からの制御信号に従ってスイッチングされる電力用半導体スイッチング素子と、
   前記電源線および前記直流電源間の電流経路上に接続されて、前記電力用半導体スイッチング素子によってスイッチングされた電圧が両端に印加されるリアクトルとを含み、
   前記制御装置は、
   前記電動機のスリップを検出するスリップ検出部と、
   前記スリップ検出部によるスリップ検出時に、前記第１の電圧変換器を構成する前記電力用半導体スイッチング素子によるスイッチング動作を停止させるスイッチング停止指示部とを含む、電動車両。
2. 前記スイッチング停止指示部は、前記スリップ検出時に、前記電力用半導体スイッチング素子をオフ状態に維持させる、請求項１記載の電動車両。
3. 前記スイッチング停止指示部は、前記スリップ検出時に、前記電力用半導体スイッチング素子をオン状態に維持させる、請求項１記載の電動車両。
4. 前記電動機は、回生動作時に交流電力を発電し、
   前記第２の電圧変換器は、さらに、前記回生動作時に前記電動機が発電した交流電圧を直流電圧に変換して前記電源線に出力するように構成され、
   前記電力用半導体スイッチング素子は、前記電源線および前記リアクトルの間に電気的に接続される第１のスイッチング素子を含み、
   前記リアクトルは、前記第１のスイッチング素子と前記直流電源との間に電気的に接続され、
   前記スイッチング停止指示部は、前記スリップ検出時に、前記第１のスイッチング素子をオン状態に維持させる、請求項１記載の電動車両。
5. 前記電力用半導体スイッチング素子は、前記第１のスイッチング素子および前記リアクトルの接続点と接地配線との間に電気的に接続された第２のスイッチング素子をさらに含み、
   前記スイッチング停止指示部は、前記スリップ検出時に、前記第２のスイッチング素子をオン状態に維持させる、請求項４記載の電動車両。

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