JP2010068611A - Controller of converter - Google Patents

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Masaki Kutsuna
正樹 沓名
Shintaro Tsujii
伸太郎 辻井
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Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize control response of a converter even if the temperature of a battery and the current flowing through a reactor are varied in the controller of a converter. <P>SOLUTION: A controller 20 includes a temperature sensor 24 which detects the temperature Tb of a battery 12, a current sensor 26 which detects the current Ib flowing through a reactor L1, and a control means 30 which adjusts the control gain K based on the temperature Tb and the current Ib when a converter 14 is feedback controlled so that the output voltage VH matches a command voltage Vdc, and feedback controls the converter 14 so that the output voltage VH matches the command voltage Vdc by using the adjusted control gain K. The controller 20 can thereby stabilize control response of the converter 14 even if the temperature Tb of the battery 12 and the current Ib flowing through the reactor L1 are varied. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、コンバータの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a converter.

リアクトルとスイッチング素子とを有し、スイッチング素子のスイッチング動作によりリアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出とを繰り返し、バッテリから供給される電力を昇圧して負荷に出力するコンバータが知られている。   There is known a converter that includes a reactor and a switching element, repeatedly accumulates and releases energy in a reactor by a switching operation of the switching element, boosts electric power supplied from a battery, and outputs the boosted electric power to a load.

下記特許文献１には、バッテリの出力要求からリアクトルを流れる目標リアクトル電流を算出し、算出された目標リアクトル電流からスイッチング素子を効率よくスイッチング動作させるためのキャリア周波数を設定して、このキャリア周波数を用いてリアクトルに目標リアクトル電流が流れるようにコンバータを制御する制御装置が記載されている。   In the following Patent Document 1, a target reactor current flowing through the reactor is calculated from the output request of the battery, a carrier frequency for efficiently switching the switching element is set from the calculated target reactor current, and this carrier frequency is set. A control device is described that controls a converter so that a target reactor current flows through the reactor.

特開２００３−１１６２８０号公報JP 2003-116280 A

一般的に、バッテリは、バッテリの温度が高くなるにつれてバッテリの内部抵抗が徐々に低くなる特性を有する。また、一般的に、リアクトルは、リアクトルを流れる電流が大きくなるにつれてインダクタンスが徐々に低くなる特性を有する。このようなバッテリと、このようなリアクトルで構成されるコンバータとが接続されたコンバータ電気回路を採用する場合、バッテリの内部抵抗またはリアクトルのインダクタンスの変化によって、カットオフ周波数が変化してしまい、コンバータの制御の応答性が不安定になってしまうという問題があった。   Generally, the battery has a characteristic that the internal resistance of the battery gradually decreases as the temperature of the battery increases. In general, the reactor has a characteristic that the inductance gradually decreases as the current flowing through the reactor increases. When adopting a converter electric circuit in which such a battery and a converter composed of such a reactor are connected, the cutoff frequency changes due to a change in the internal resistance of the battery or the inductance of the reactor, and the converter There was a problem that the responsiveness of the control became unstable.

本発明は、バッテリの温度の変化に応じてバッテリの内部抵抗が変化する特性を有するバッテリと、リアクトルを流れる電流の変化に応じてインダクタンスが変化する特性を有するリアクトルで構成されるコンバータとが接続されたコンバータ電気回路を採用しても、容易な構成で、コンバータの制御の応答性を安定させることができるコンバータの制御装置を提供することにある。   The present invention connects a battery having a characteristic in which the internal resistance of the battery changes in accordance with a change in the temperature of the battery and a converter including a reactor having a characteristic in which the inductance changes in accordance with a change in the current flowing through the reactor. An object of the present invention is to provide a converter control device that can stabilize the responsiveness of the control of the converter with a simple configuration even if the converter electric circuit is adopted.

本発明は、リアクトルとスイッチング素子とを有し、スイッチング素子のスイッチング動作によりリアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出を繰り返し、バッテリから供給される電力を昇圧して負荷に出力するコンバータの制御装置において、バッテリの温度を検出する温度検出部と、バッテリからコンバータに流れる電流を検出する電流検出部と、出力電圧が指令電圧に一致するようにコンバータをフィードバック制御するときの制御ゲインを、温度検出部により検出された温度と電流検出部により検出された電流とに基づいて調整し、その調整した制御ゲインを用いて出力電圧が指令電圧に一致するようにコンバータをフィードバック制御する制御手段と、を有することを特徴とする。   The present invention relates to a control device for a converter that includes a reactor and a switching element, repeatedly accumulates and releases energy in the reactor by a switching operation of the switching element, boosts power supplied from the battery, and outputs the boosted power to a load. The temperature detector detects the temperature of the battery, the current detector detects the current flowing from the battery to the converter, and the temperature detector detects the control gain when feedback controlling the converter so that the output voltage matches the command voltage And a control means for performing feedback control of the converter so that the output voltage matches the command voltage using the adjusted control gain, adjusted based on the detected temperature and the current detected by the current detection unit. Features.

また、温度検出部により検出された温度が所定の温度値以上であり、かつ電流検出部により検出された電流が所定の電流値以上である場合、または、温度検出部により検出された温度が所定の温度値未満であり、かつ電流検出部により検出された電流が所定の電流値未満である場合、制御手段は、制御ゲインを基準値に調整することができる。   Further, when the temperature detected by the temperature detection unit is equal to or higher than a predetermined temperature value and the current detected by the current detection unit is equal to or higher than the predetermined current value, or the temperature detected by the temperature detection unit is predetermined. When the current value detected by the current detection unit is less than the predetermined current value, the control means can adjust the control gain to the reference value.

また、温度検出部により検出された温度が所定の温度値以上であり、かつ電流検出部により検出された電流が所定の電流値未満である場合、制御手段は、制御ゲインを基準値より低く調整することができる。   In addition, when the temperature detected by the temperature detection unit is equal to or higher than the predetermined temperature value and the current detected by the current detection unit is less than the predetermined current value, the control unit adjusts the control gain to be lower than the reference value. can do.

また、温度検出部により検出された温度が所定の温度値未満であり、かつ電流検出部により検出された電流が所定の電流値以上である場合、制御ゲインを基準値より高く調整することができる。   Further, when the temperature detected by the temperature detection unit is lower than a predetermined temperature value and the current detected by the current detection unit is equal to or higher than the predetermined current value, the control gain can be adjusted higher than the reference value. .

さらに、車両を駆動するモータが、インバータを介してコンバータの負荷側に接続されることができる。   Furthermore, a motor for driving the vehicle can be connected to the load side of the converter via an inverter.

本発明のコンバータの制御装置によれば、容易な構成で、コンバータの制御の応答性を安定させることができる。   According to the converter control device of the present invention, the responsiveness of the control of the converter can be stabilized with an easy configuration.

以下、本発明に係るコンバータの制御装置の実施形態について図を用いて説明する。一例として、モータとエンジンとの出力により走行するハイブリッド車両を挙げ、この車両に搭載されたコンバータの制御装置について説明する。なお、本発明は、ハイブリッド車両に搭載されたコンバータの制御装置に限らず、モータの出力のみにより走行する電気自動車に搭載されたコンバータの制御装置にも適用することができる。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a converter control device according to the present invention will be described with reference to the drawings. As an example, a hybrid vehicle that travels by the output of a motor and an engine will be described, and a control device for a converter mounted on the vehicle will be described. The present invention can be applied not only to a converter control device mounted on a hybrid vehicle but also to a converter control device mounted on an electric vehicle that travels only by the output of a motor.

図１は、本実施形態に係るコンバータの制御装置を搭載するハイブリッド車両（以下、単に車両と記す）１０の概略構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a hybrid vehicle (hereinafter simply referred to as a vehicle) 10 equipped with a converter control device according to this embodiment.

車両１０は、バッテリ１２、コンバータ１４、インバータ１６、モータ１８、および制御装置２０を有する。   The vehicle 10 includes a battery 12, a converter 14, an inverter 16, a motor 18, and a control device 20.

バッテリ１２は、充放電可能な二次電池、例えばニッケル水素二次電池またはリチウムイオン二次電池などで構成される。バッテリ１２は、複数のセルを直列に接続して構成されるモジュールを複数有し、これらのモジュールをさらに直列接続している。すなわち、バッテリ１２は、直列接続されたモジュールに含まれるセルをすべて直列接続している。これにより、バッテリ１２は、車両１０を駆動するのに必要な高電圧を確保する。なお、バッテリ１２は、大容量コンデンサとすることもできる。   The battery 12 is configured by a chargeable / dischargeable secondary battery, such as a nickel metal hydride secondary battery or a lithium ion secondary battery. The battery 12 has a plurality of modules configured by connecting a plurality of cells in series, and these modules are further connected in series. That is, the battery 12 has all the cells included in the modules connected in series connected in series. Thereby, the battery 12 secures a high voltage necessary for driving the vehicle 10. The battery 12 may be a large capacity capacitor.

コンデンサ１４は、リアクトルとスイッチング素子とを有し、スイッチング素子のスイッチング動作によりリアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出とを繰り返し、入力電圧を変換して出力電圧を得る装置である。図１においては、コンバータ１４は、直流電力を昇圧および降圧する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。   The capacitor 14 is a device that includes a reactor and a switching element, repeatedly stores and discharges energy in the reactor by a switching operation of the switching element, and converts an input voltage to obtain an output voltage. In FIG. 1, the converter 14 is a bidirectional DC / DC converter that steps up and steps down DC power.

具体的には、図１において、コンバータ１４は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを有する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワートランジスタ、サイリスタ等から構成される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、インバータ１６の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。上アームのスイッチング素子Ｑ１のコレクタは電源ラインに接続され、下アームのスイッチング素子Ｑ２のエミッタはアースラインに接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の中間点、すなわちスイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタの接続点にはリアクトルＬ１の一端が接続される。このリアクトルＬ１の他端は、バッテリ１２の正極に接続される。また、スイッチング素子Ｑ２のエミッタは、バッテリ１２の負極に接続される。また、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタとエミッタとの間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配置される。   Specifically, in FIG. 1, converter 14 includes a reactor L1, switching elements Q1, Q2, and diodes D1, D2. The switching elements Q1, Q2 are composed of IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), power transistors, thyristors, and the like. Switching elements Q1, Q2 are connected in series between the power supply line of inverter 16 and the ground line. The collector of the switching element Q1 in the upper arm is connected to the power supply line, and the emitter of the switching element Q2 in the lower arm is connected to the ground line. One end of reactor L1 is connected to the intermediate point of switching elements Q1, Q2, that is, the connection point between the emitter of switching element Q1 and the collector of switching element Q2. The other end of the reactor L1 is connected to the positive electrode of the battery 12. The emitter of switching element Q2 is connected to the negative electrode of battery 12. Also, diodes D1 and D2 are arranged between the collectors and emitters of the switching elements Q1 and Q2, respectively, so that current flows from the emitter side to the collector side.

リアクトルＬ１の他端とアースラインとの間には平滑用コンデンサＣ１が接続される。また、スイッチング素子Ｑ１のコレクタとアースラインとの間には平滑用コンデンサＣ２が接続される。これらのコンデンサＣ１，Ｃ２は、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサからなる。コンデンサＣ１は、バッテリ１２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コンバータ１４へ供給する。一方、コンデンサＣ２は、コンバータ１４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１６へ供給する。   A smoothing capacitor C1 is connected between the other end of the reactor L1 and the ground line. Further, a smoothing capacitor C2 is connected between the collector of the switching element Q1 and the ground line. These capacitors C1 and C2 are made of electrolytic capacitors or film capacitors. Capacitor C1 smoothes the DC voltage supplied from battery 12 and supplies the smoothed DC voltage to converter 14. On the other hand, capacitor C 2 smoothes the DC voltage from converter 14 and supplies the smoothed DC voltage to inverter 16.

インバータ１６は、その一方をコンバータ１４に接続され、その他方をモータ１８に接続される。モータ１８は、３相の永久磁石モータである。以下、インバータ１６とモータ１８と構成について説明する。   One of the inverters 16 is connected to the converter 14 and the other is connected to the motor 18. The motor 18 is a three-phase permanent magnet motor. Hereinafter, the configuration of the inverter 16 and the motor 18 will be described.

インバータ１６は、電源ラインとアースラインとの間に互いに並列に配置されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各アームから構成される。Ｕ相はスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列接続からなり、Ｖ相はスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列接続からなり、Ｗ相はスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の直列接続からなる。スイッチング素子Ｑ３−Ｑ８は、ＩＧＢＴ、パワートランジスタ、サイリスタ等から構成される。各スイッチング素子Ｑ３−Ｑ８のコレクタとエミッタとの間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードＤ３−Ｄ８がそれぞれ配置されている。   The inverter 16 includes U-phase, V-phase, and W-phase arms arranged in parallel with each other between the power supply line and the earth line. The U phase consists of a series connection of switching elements Q3 and Q4, the V phase consists of a series connection of switching elements Q5 and Q6, and the W phase consists of a series connection of switching elements Q7 and Q8. Switching elements Q3-Q8 are configured by IGBTs, power transistors, thyristors, and the like. Between the collector and emitter of each switching element Q3-Q8, diodes D3-D8 are arranged to flow current from the emitter side to the collector side.

各相アームの中間点は、モータ１８の各相コイルの各相端に接続されている。具体的には、Ｕ相アームのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中間点、すなわちスイッチング素子Ｑ３のエミッタとスイッチング素子Ｑ４のコレクタの接続点は、モータ１８のＵ相コイルの一端に接続される。また、Ｖ相アームのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中間点、すなわちスイッチング素子Ｑ５のエミッタとスイッチング素子Ｑ６のコレクタの接続点は、モータ１８のＶ相コイルの一端に接続される。また、Ｗ相アームのスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の中間点、すなわちスイッチング素子Ｑ７のエミッタとスイッチング素子Ｑ８のコレクタの接続点は、モータ１８のＷ相コイルの一端に接続される。モータ１８は、これの各相コイルの他端が中点に共通に接続されて構成される。   An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of motor 18. Specifically, an intermediate point between the switching elements Q3 and Q4 of the U-phase arm, that is, a connection point between the emitter of the switching element Q3 and the collector of the switching element Q4 is connected to one end of the U-phase coil of the motor 18. Further, the intermediate point of switching elements Q5 and Q6 of the V-phase arm, that is, the connection point between the emitter of switching element Q5 and the collector of switching element Q6 is connected to one end of the V-phase coil of motor 18. Further, the intermediate point between the switching elements Q7 and Q8 of the W-phase arm, that is, the connection point between the emitter of the switching element Q7 and the collector of the switching element Q8 is connected to one end of the W-phase coil of the motor 18. The motor 18 is configured such that the other ends of the respective phase coils are commonly connected to the midpoint.

インバータ１６は、コンバータ１４からコンデンサＣ２を介して直流電力が供給されると、直流電力を交流電力に変換してモータ１８を駆動させる。また、インバータ１８は、車両１０の回生制動時、モータ１８が発電した交流電力を直流電力に変換し、その変換した直流電力を、コンデンサＣ２を介してコンバータ１４へ供給する。   When the DC power is supplied from the converter 14 via the capacitor C2, the inverter 16 converts the DC power into AC power and drives the motor 18. Inverter 18 also converts AC power generated by motor 18 into DC power during regenerative braking of vehicle 10, and supplies the converted DC power to converter 14 via capacitor C2.

制御装置２０は、コンバータ１４とインバータ１６を制御して、モータ１８の駆動および回生を制御するものである。制御装置２０は、一つの態様では、ハードウェア資源とソフトウェアとの協働により実現され、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。具体的には、制御装置２０の機能は、記録媒体に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵ（Central Processing Unit）により実行されることによって実現される。制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されることも可能であり、また、データ信号として通信により提供されることも可能である。ただし、制御装置２０は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置２０は、物理的に１つの装置により実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。   The control device 20 controls the converter 14 and the inverter 16 to control the driving and regeneration of the motor 18. In one aspect, the control device 20 is realized by cooperation of hardware resources and software, and is, for example, an electronic control unit (ECU). Specifically, the function of the control device 20 is realized by a control program recorded on a recording medium being read into a main memory and executed by a CPU (Central Processing Unit). The control program can be provided by being recorded on a computer-readable recording medium, or can be provided by communication as a data signal. However, the control device 20 may be realized only by hardware. The control device 20 may be physically realized by a single device or may be realized by a plurality of devices.

制御装置２０には、別のＥＣＵ（図示せず）が接続されている。このＥＣＵは、モータ１８のトルク指令値Ｔｒを制御装置２０へ出力する。   Another ECU (not shown) is connected to the control device 20. This ECU outputs a torque command value Tr of the motor 18 to the control device 20.

また、制御装置２０には、対象機器の状態を検出する各種センサが接続されている。具体的には、制御装置２０には、回転速度センサ２２と、温度センサ２４と、電流センサ２６と、電圧センサ２８とが接続されている。回転速度センサ２２は、モータ１８の回転速度Ｎを検出する。温度センサ２４は、バッテリ１２の温度Ｔｂを検出する。電流センサ２６は、バッテリ１２からコンバータ１４に流れる電流Ｉｂを検出する。この電流Ｉｂは、リアクトルＬ１を流れる電流である。電圧センサ２８は、コンデンサＣ２の両端の電圧ＶＨを検出する。この電圧ＶＨは、コンバータ１４が出力した出力電圧である。これらのセンサ２２，２４，２６，２８は、検出値を制御装置２０へ出力する。   The control device 20 is connected to various sensors that detect the state of the target device. Specifically, a rotation speed sensor 22, a temperature sensor 24, a current sensor 26, and a voltage sensor 28 are connected to the control device 20. The rotational speed sensor 22 detects the rotational speed N of the motor 18. The temperature sensor 24 detects the temperature Tb of the battery 12. Current sensor 26 detects current Ib flowing from battery 12 to converter 14. This current Ib is a current flowing through the reactor L1. The voltage sensor 28 detects the voltage VH across the capacitor C2. This voltage VH is an output voltage output from the converter 14. These sensors 22, 24, 26 and 28 output detection values to the control device 20.

制御装置２０は、別のＥＣＵから入力されたトルク指令値Ｔｒ、回転速度センサ２２から入力された回転速度Ｎ、温度センサ２４から入力された温度Ｔｂ、電流センサ２６から入力された電流Ｉｂおよび電圧センサ２８から入力された電圧ＶＨに基づいてコンバータ１４とインバータ１６とを制御するための信号を生成し、その生成した信号をコンバータ１４とインバータ１６とにそれぞれ出力する。   The control device 20 includes a torque command value Tr input from another ECU, a rotation speed N input from the rotation speed sensor 22, a temperature Tb input from the temperature sensor 24, a current Ib and voltage input from the current sensor 26. Based on voltage VH input from sensor 28, a signal for controlling converter 14 and inverter 16 is generated, and the generated signal is output to converter 14 and inverter 16, respectively.

制御装置２０の信号に基づくコンバータ１４とインバータ１６との動作について詳しく説明する。   The operation of the converter 14 and the inverter 16 based on the signal from the control device 20 will be described in detail.

モータ１８の駆動時には、制御装置２０は、コンバータ１４を制御して、バッテリ１２の直流電力をコンバータ１４へ供給する。具体的には、制御装置２０は、コンバータ１４のスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とを交互にオン・オフさせる制御を行う。スイッチング素子Ｑ２がオンになると、スイッチング素子Ｑ２を介してリアクトルＬ１に電流が流れ、バッテリ１２からの直流電力がリアクトルＬ１に蓄積される。そして、スイッチング素子Ｑ２がオフになると、リアクトルＬ１に蓄積された直流電力がダイオードＤ１を介してインバータ１６側に出力される。また、制御装置２０は、インバータ１６のスイッチング素子Ｑ３−Ｑ８のスイッチング動作を制御することにより、コンバータ１４からの直流電力をインバータ１６により交流電力に変換し、得られた交流電力をモータ１８に供給する。これにより、モータ１８が回転駆動される。   When driving the motor 18, the control device 20 controls the converter 14 and supplies the DC power of the battery 12 to the converter 14. Specifically, control device 20 performs control to turn on / off switching element Q1 and switching element Q2 of converter 14 alternately. When switching element Q2 is turned on, a current flows through reactor L1 via switching element Q2, and DC power from battery 12 is accumulated in reactor L1. When switching element Q2 is turned off, the DC power accumulated in reactor L1 is output to inverter 16 side via diode D1. Further, control device 20 controls the switching operation of switching elements Q3-Q8 of inverter 16, thereby converting DC power from converter 14 into AC power by inverter 16, and supplying the obtained AC power to motor 18. To do. Thereby, the motor 18 is rotationally driven.

一方、モータ１８の回生時には、制御装置２０は、インバータ１６のスイッチング素子Ｑ３−Ｑ８のスイッチング動作を制御することにより、モータ１８で発電された交流電力をインバータ１６により直流電力に変換し、得られた直流電力をコンバータ１４に供給する。また、制御装置２０は、コンバータ１４を制御して、インバータ１６から直流電力をコンバータ１４により降圧してバッテリ１２を充電する。具体的には、制御装置２０は、コンバータ１４のスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とを交互にオン・オフさせる制御を行う。スイッチング素子Ｑ１がオンになると、スイッチング素子Ｑ１を介してリアクトルＬ１に電流が流れ、インバータ１６からの直流電力がリアクトルＬ１に蓄積される。そして、スイッチング素子Ｑ１がオフになると、リアクトルＬ１の起電力によりダイオードＤ２を介して電流が還流し、これによりリアクトルＬ１に蓄積された直流電力がバッテリ１２に供給される。これにより、バッテリ１２が充電される。   On the other hand, at the time of regeneration of motor 18, control device 20 controls the switching operation of switching elements Q3-Q8 of inverter 16, thereby converting AC power generated by motor 18 into DC power by inverter 16. The supplied DC power is supplied to the converter 14. Control device 20 controls converter 14 to step down DC power from inverter 16 by converter 14 to charge battery 12. Specifically, control device 20 performs control to turn on / off switching element Q1 and switching element Q2 of converter 14 alternately. When switching element Q1 is turned on, a current flows through reactor L1 via switching element Q1, and DC power from inverter 16 is accumulated in reactor L1. When the switching element Q1 is turned off, the current flows back through the diode D2 due to the electromotive force of the reactor L1, whereby the DC power stored in the reactor L1 is supplied to the battery 12. Thereby, the battery 12 is charged.

一般的に、バッテリは、バッテリの温度Ｔｂが高くなるにつれてバッテリの内部抵抗Ｒｂが徐々に低くなる特性を有する。図２に示すように、リチウムイオン二次電池で構成されるバッテリは、その特性が顕著に現れる。また、一般的に、リアクトルは、リアクトルを流れる電流Ｉｂが大きくなるにつれてインダクタンスＬが徐々に低くなる特性を有する。図３に示すように、ダストコアで構成されるリアクトルは、その特性が顕著に現れる。   Generally, the battery has a characteristic that the internal resistance Rb of the battery gradually decreases as the battery temperature Tb increases. As shown in FIG. 2, the characteristics of the battery constituted by the lithium ion secondary battery appear remarkably. In general, the reactor has a characteristic that the inductance L gradually decreases as the current Ib flowing through the reactor increases. As shown in FIG. 3, the characteristics of the reactor constituted by the dust core appear remarkably.

図４は、制御ゲインＫと周波数ωcとの関係を示すボード線図である。一般的に、周波数ωｃと、内部抵抗Ｒｂと、インダクタンスＬとは、次式の関係が成立する。
ωｃ＝Ｒｂ／Ｌ・・・（１） FIG. 4 is a Bode diagram showing the relationship between the control gain K and the frequency ωc. In general, the relationship of the following equation is established among the frequency ωc, the internal resistance Rb, and the inductance L.
ωc = Rb / L (1)

従来技術で述べたように、バッテリの温度Ｔｂの変化に応じてバッテリの内部抵抗Ｒｂが変化する特性を有するバッテリと、リアクトルを流れる電流Ｉｂの変化に応じてインダクタンスが変化する特性を有するリアクトルで構成されるコンバータとが接続されたコンバータ電気回路を採用する場合、バッテリの内部抵抗ＲｂまたはリアクトルのインダクタンスＬの変化によって、周波数ωｃが変化してしまい、コンバータの制御の応答性が不安定になってしまうという問題があった。   As described in the prior art, a battery having a characteristic in which the internal resistance Rb of the battery changes in accordance with a change in the temperature Tb of the battery, and a reactor having a characteristic in which the inductance changes in accordance with a change in the current Ib flowing through the reactor. When the converter electric circuit connected to the converter to be configured is employed, the frequency ωc changes due to the change in the internal resistance Rb of the battery or the inductance L of the reactor, and the control response of the converter becomes unstable. There was a problem that.

そこで、この問題を解決するために、本発明に係るコンバータ１４の制御装置２０は、出力電圧が指令電圧に一致するようにコンバータ１４をフィードバック制御するときの制御ゲインＫを、バッテリ１２の温度ＴｂとリアクトルＬ１を流れる電流Ｉｂとに基づいて調整し、その調整した制御ゲインＫを用いて出力電圧が指令電圧に一致するようにコンバータ１４をフィードバック制御する制御手段３０を有する。   Therefore, in order to solve this problem, the control device 20 of the converter 14 according to the present invention uses the control gain K when the converter 14 is feedback-controlled so that the output voltage matches the command voltage as the temperature Tb of the battery 12. And a control means 30 for performing feedback control of the converter 14 so that the output voltage matches the command voltage using the adjusted control gain K. The control means 30 is adjusted based on the current Ib flowing through the reactor L1.

制御手段３０の構成について図５を用いて説明する。制御手段３０は、指令電圧演算部３２と、電圧フィードバック演算部３４とを有する。   The configuration of the control means 30 will be described with reference to FIG. The control unit 30 includes a command voltage calculation unit 32 and a voltage feedback calculation unit 34.

指令電圧演算部３２は、モータ１８のトルク指令値Ｔｒと回転速度Ｎに基づいてインバータ１６に入力する電圧の最適値（目標値）、すなわち指令電圧Ｖｄｃを演算し、その演算した指令電圧Ｖｄｃを電圧フィードバック演算部３４へ出力する。   The command voltage calculation unit 32 calculates the optimum value (target value) of the voltage input to the inverter 16 based on the torque command value Tr and the rotation speed N of the motor 18, that is, the command voltage Vdc, and the calculated command voltage Vdc. Output to the voltage feedback calculator 34.

電圧フィードバック演算部３４は、指令電圧演算部３２から指令電圧Ｖｄｃを受け、温度センサ２４から温度Ｔｂを受け、電流センサ２６から電流Ｉｂを受け、電圧センサ２８から出力電圧ＶＨを受ける。そして、電圧フィードバック演算部３４は、指令電圧Ｖｄｃと出力電圧ＶＨとの偏差ΔＶｄｃを演算するとともに、出力電圧ＶＨが指令電圧Ｖｄｃに一致するようにフィードバック制御するときの制御ゲインＫを温度Ｔｂと電流Ｉｂとに応じて後述する方法により調整する。そうすると、電圧フィードバック演算部３４は、演算した偏差ΔＶｄｃと、調整した制御ゲインＫとに基づいて、後述する方法によりフィードバック指令電圧Ｖｄｃ＿ｆｂを演算し、この演算したフィードバック指令電圧Ｖｄｃ＿ｆｂに基づいてデューティ比を演算してコンバータ１４へ出力する。   Voltage feedback calculation unit 34 receives command voltage Vdc from command voltage calculation unit 32, receives temperature Tb from temperature sensor 24, receives current Ib from current sensor 26, and receives output voltage VH from voltage sensor 28. The voltage feedback calculation unit 34 calculates a deviation ΔVdc between the command voltage Vdc and the output voltage VH, and sets the control gain K when performing feedback control so that the output voltage VH matches the command voltage Vdc as to the temperature Tb and the current. It adjusts by the method mentioned later according to Ib. Then, the voltage feedback calculation unit 34 calculates a feedback command voltage Vdc_fb by a method described later based on the calculated deviation ΔVdc and the adjusted control gain K, and sets the duty ratio based on the calculated feedback command voltage Vdc_fb. Calculate and output to converter 14.

電圧フィードバック演算部３４の構成について詳しく説明する。電圧フィードバック演算部３４は、減算器３６と、制御ゲイン調整部３８と、ＰＩ制御部４０とを有する。   The configuration of the voltage feedback calculation unit 34 will be described in detail. The voltage feedback calculation unit 34 includes a subtracter 36, a control gain adjustment unit 38, and a PI control unit 40.

減算器３４は、指令電圧演算部３２からの指令電圧Ｖｄｃと電圧センサ２８からの出力電圧ＶＨとを受け、指令電圧Ｖｄｃから出力電圧ＶＨを減算する。そして、減算器３４は、減算した結果を偏差ΔＶｄｃとしてＰＩ制御部４０へ出力する。   The subtractor 34 receives the command voltage Vdc from the command voltage calculator 32 and the output voltage VH from the voltage sensor 28, and subtracts the output voltage VH from the command voltage Vdc. Then, the subtractor 34 outputs the subtraction result to the PI control unit 40 as a deviation ΔVdc.

制御ゲイン調整部３８は、複数の制御ゲインＫを保持しており、温度センサ２４から温度Ｔｂと、電流センサ２６から電流Ｉｂとを受ける。制御ゲインＫは、出力電圧ＶＨが指令電圧Ｖｄｃに一致するようにフィードバック制御するときに、出力電圧ＶＨの応答特性が良好になるように決定されたゲインである。出力電圧ＶＨの応答特性が良好であるということは、出力電圧ＶＨの応答特性が発散したり、振動したりすることなく、出力電圧ＶＨが指令電圧Ｖｄｃにスムーズに一致することである。   The control gain adjustment unit 38 holds a plurality of control gains K, and receives the temperature Tb from the temperature sensor 24 and the current Ib from the current sensor 26. The control gain K is a gain determined so that the response characteristic of the output voltage VH becomes good when feedback control is performed so that the output voltage VH matches the command voltage Vdc. The good response characteristic of the output voltage VH means that the output voltage VH smoothly matches the command voltage Vdc without causing the response characteristic of the output voltage VH to diverge or vibrate.

そして、制御ゲイン調整部３８は、制御ゲインＫを温度Ｔｂと電流Ｉｂとに応じて調整し、その調整した制御ゲインＫをＰＩ制御部４０へ出力する。   Then, the control gain adjustment unit 38 adjusts the control gain K according to the temperature Tb and the current Ib, and outputs the adjusted control gain K to the PI control unit 40.

図６は、バッテリ１２の温度ＴｂとリアクトルＬ１を流れる電流Ｉｂと周波数ωｃと制御ゲインＫとの関係を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the temperature Tb of the battery 12, the current Ib flowing through the reactor L1, the frequency ωc, and the control gain K.

温度センサ２４により検出された温度Ｔｂが所定の温度値未満のとき、その温度Ｔｂを「低」と設定する。一方、温度センサ２４により検出された温度Ｔｂが所定の温度値以上のとき、その温度Ｔｂを「高」と設定する。ここで、温度Ｔｂが「低」のとき、図２に示すように、内部抵抗Ｒｂは相対的に大きい。一方。温度Ｔｂが「高」のとき、図２に示すように、内部抵抗Ｒｂは相対的に小さい。   When the temperature Tb detected by the temperature sensor 24 is less than a predetermined temperature value, the temperature Tb is set to “low”. On the other hand, when the temperature Tb detected by the temperature sensor 24 is equal to or higher than a predetermined temperature value, the temperature Tb is set to “high”. Here, when the temperature Tb is “low”, the internal resistance Rb is relatively large as shown in FIG. on the other hand. When the temperature Tb is “high”, the internal resistance Rb is relatively small as shown in FIG.

また、電流センサ２６により検出された電流Ｉｂが所定の電流値未満のとき、その電流Ｉｂを「小」と設定する。一方、電流センサ２６により検出された電流Ｉｂが所定の電流値以上のとき、その電流Ｉｂを「大」と設定する。ここで、電流Ｉｂが「小」のとき、図３に示すように、インダクタンスＬは相対的に大きい。一方、電流Ｉｂが「大」のとき、図３に示すように、インダクタンスＬは相対的に小さい。   Further, when the current Ib detected by the current sensor 26 is less than a predetermined current value, the current Ib is set to “small”. On the other hand, when the current Ib detected by the current sensor 26 is greater than or equal to a predetermined current value, the current Ib is set to “large”. Here, when the current Ib is “small”, the inductance L is relatively large as shown in FIG. On the other hand, when the current Ib is “large”, the inductance L is relatively small as shown in FIG.

周波数ωｃは、上述した式（１）により求めることができる。ここで、温度Ｔｂが「低」であり、電流Ｉｂが「小」のとき、すなわち内部抵抗Ｒｂが相対的に大きく、インダクタンスＬも相対的に大きいとき、同様に、周波数ωｃを「中」と設定する。また、温度Ｔｂが「高」であり、電流Ｉｂが「大」のとき、すなわち内部抵抗Ｒｂが相対的に小さく、インダクタンスＬも相対的に小さいとき、周波数ωｃを「中」と設定する。そうすると、温度Ｔｂが「低」であり、電流Ｉｂが「大」のとき、すなわち内部抵抗Ｒｂが相対的に大きく、インダクタンスＬが相対的に小さいとき、式（１）より、周波数ωｃの値は「中」のときより高くなるので、この周波数ωｃを「高」と設定する。また、温度Ｔｂが「高」であり、電流Ｉｂが「小」のとき、すなわち内部抵抗Ｒｂが相対的に小さく、インダクタンスＬが相対的に大きいとき、式（１）より、周波数ωｃの値は「中」のときより低くなるので、この周波数ωｃを「低」と設定する。   The frequency ωc can be obtained by the above equation (1). Here, when the temperature Tb is “low” and the current Ib is “small”, that is, when the internal resistance Rb is relatively large and the inductance L is also relatively large, the frequency ωc is similarly set to “medium”. Set. When the temperature Tb is “high” and the current Ib is “large”, that is, when the internal resistance Rb is relatively small and the inductance L is also relatively small, the frequency ωc is set to “medium”. Then, when the temperature Tb is “low” and the current Ib is “large”, that is, when the internal resistance Rb is relatively large and the inductance L is relatively small, the value of the frequency ωc is calculated from the equation (1). The frequency ωc is set to “high” because it is higher than that in “medium”. Further, when the temperature Tb is “high” and the current Ib is “small”, that is, when the internal resistance Rb is relatively small and the inductance L is relatively large, the value of the frequency ωc is calculated from the equation (1). The frequency ωc is set to “low” because it is lower than that of “medium”.

図６において、制御ゲインＫは、周波数ωｃに対して適合するように設定される。周波数ωｃが「中」のとき、制御ゲインＫを基準値と設定する。周波数ωｃが「高」のとき、制御ゲインＫが基準値のままであると、出力が指令値に追従しにくくなり、制御の応答性が悪化してしまう。そこで、これを抑制するために、周波数ωｃが「高」のとき、制御ゲインＫを基準値より高い「高」と設定する。一方、周波数ωｃが「低」のとき、制御ゲインＫが基準値のままであると、出力が指令値に対してオーバーシュートしてしまい、制御の応答性が悪化してしまう。そこで、これを抑制するために、周波数ωｃが「低」のとき、制御ゲインＫを基準値より低い「低」と設定する。   In FIG. 6, the control gain K is set so as to be adapted to the frequency ωc. When the frequency ωc is “medium”, the control gain K is set as a reference value. When the frequency ωc is “high” and the control gain K remains at the reference value, the output is less likely to follow the command value, and the control responsiveness deteriorates. Therefore, in order to suppress this, when the frequency ωc is “high”, the control gain K is set to “high” higher than the reference value. On the other hand, when the frequency ωc is “low” and the control gain K remains at the reference value, the output overshoots the command value and the control responsiveness deteriorates. Therefore, in order to suppress this, when the frequency ωc is “low”, the control gain K is set to “low” lower than the reference value.

図５に戻り、制御ゲイン調整部３８は、図６に示す温度Ｔｂと電流Ｉｂと周波数ωｃと制御ゲインＫとの関係を示すマップを保持しており、温度センサ２４から温度Ｔｂと、電流センサ２６から電流Ｉｂとを受けると、その受けた温度Ｔｂと電流Ｉｂに対応する制御ゲインＫをマップから抽出し決定する。つまり、制御ゲイン調整部３８は、温度Ｔｂと電流Ｉｂとに基づいて予め設定された複数の制御ゲインＫの中から適合する制御ゲインＫを決定するように制御ゲインＫを調整する。そして、制御ゲイン調整部３８は、マップから抽出された制御ゲインＫをＰＩ制御部４０へ出力する。   Returning to FIG. 5, the control gain adjustment unit 38 holds a map showing the relationship among the temperature Tb, current Ib, frequency ωc, and control gain K shown in FIG. 6. When the current Ib is received from 26, the control gain K corresponding to the received temperature Tb and current Ib is extracted from the map and determined. That is, the control gain adjustment unit 38 adjusts the control gain K so as to determine a suitable control gain K from a plurality of preset control gains K based on the temperature Tb and the current Ib. Then, the control gain adjustment unit 38 outputs the control gain K extracted from the map to the PI control unit 40.

ＰＩ制御部４０は、減算器３６から偏差ΔＶｄｃを受け、制御ゲイン調整部３８から制御ゲインＫを受ける。そして、ＰＩ制御部４０は、偏差ΔＶｄｃと制御ゲインＫとに基づいてフィードバック指令電圧Ｖｄｃ＿ｆｂを演算し、この演算したフィードバック指令電圧Ｖｄｃ＿ｆｂに基づいてデューティ比を演算してコンバータ１４へ出力する。そして、コンバータ１４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＰＩ制御部４０からの信号に基づいてオン・オフされる。これによって、コンバータ１４は、出力電圧ＶＨが指令電圧Ｖｄｃに一致するように入力電圧を出力電圧に変換する。   PI control unit 40 receives deviation ΔVdc from subtractor 36, and receives control gain K from control gain adjustment unit 38. PI control unit 40 calculates feedback command voltage Vdc_fb based on deviation ΔVdc and control gain K, calculates a duty ratio based on the calculated feedback command voltage Vdc_fb, and outputs it to converter 14. Switching elements Q 1 and Q 2 of converter 14 are turned on / off based on a signal from PI control unit 40. Thereby, converter 14 converts the input voltage into an output voltage so that output voltage VH matches command voltage Vdc.

このように、制御装置２０の制御手段３０は、温度センサ２４からの温度Ｔｂと電流センサ２８からの電流Ｉｂとを受けると、これら温度Ｔｂと電流Ｉｂに応じて出力電圧ＶＨのフィードバック制御における制御ゲインＫを調整し、この調整した制御ゲインＫを用いて、コンバータ１４の出力電圧ＶＨが指令電圧Ｖｄｃに一致するようにコンバータ１４における電圧変換をフィードバック制御する。これにより、制御装置２０は、バッテリ１２の温度ＴｂとリアクトルＬ１を流れる電流Ｉｂとが変動してもコンバータ１４の制御の応答性を安定させることができる。   As described above, when the control means 30 of the control device 20 receives the temperature Tb from the temperature sensor 24 and the current Ib from the current sensor 28, the control in the feedback control of the output voltage VH according to the temperature Tb and the current Ib. The gain K is adjusted, and using this adjusted control gain K, the voltage conversion in the converter 14 is feedback controlled so that the output voltage VH of the converter 14 matches the command voltage Vdc. Thereby, control device 20 can stabilize the control responsiveness of converter 14 even if temperature Tb of battery 12 and current Ib flowing through reactor L1 fluctuate.

本実施形態に係るコンバータの制御装置を搭載するハイブリッド車両の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the hybrid vehicle carrying the converter control apparatus which concerns on this embodiment. バッテリの温度とバッテリの内部抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature of a battery, and the internal resistance of a battery. リアクトルを流れる電流とインダクタンスとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the electric current which flows through a reactor, and an inductance. 制御ゲインと周波数との関係を示すボード線図である。It is a Bode diagram showing the relation between control gain and frequency. 制御装置の制御手段の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control means of a control apparatus. バッテリの温度とリアクトルを流れる電流と周波数と制御ゲインとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature of a battery, the electric current which flows through a reactor, a frequency, and a control gain.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ハイブリッド車両、１２ バッテリ、１４ コンバータ、１６ インバータ、１８ モータ、２０ 制御装置、２４ 温度センサ、２６ 電流センサ、３０ 制御手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hybrid vehicle, 12 Battery, 14 Converter, 16 Inverter, 18 Motor, 20 Control apparatus, 24 Temperature sensor, 26 Current sensor, 30 Control means.

Claims (5)

リアクトルとスイッチング素子とを有し、
スイッチング素子のスイッチング動作によりリアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出を繰り返し、バッテリから供給される電力を昇圧して負荷に出力するコンバータの制御装置において、
バッテリの温度を検出する温度検出部と、
バッテリからコンバータに流れる電流を検出する電流検出部と、
出力電圧が指令電圧に一致するようにコンバータをフィードバック制御するときの制御ゲインを、温度検出部により検出された温度と電流検出部により検出された電流とに基づいて調整し、その調整した制御ゲインを用いて出力電圧が指令電圧に一致するようにコンバータをフィードバック制御する制御手段と、
を有することを特徴とするコンバータの制御装置。 Having a reactor and a switching element,
In a control device for a converter that repeatedly accumulates and releases energy in a reactor by switching operation of a switching element, boosts power supplied from a battery, and outputs the boosted power to a load.
A temperature detector for detecting the temperature of the battery;
A current detector for detecting current flowing from the battery to the converter;
The control gain when feedback controlling the converter so that the output voltage matches the command voltage is adjusted based on the temperature detected by the temperature detector and the current detected by the current detector, and the adjusted control gain Control means for feedback-controlling the converter so that the output voltage matches the command voltage using
A converter control device comprising: 請求項１に記載のコンバータの制御装置において、
温度検出部により検出された温度が所定の温度値以上であり、かつ電流検出部により検出された電流が所定の電流値以上である場合、または、温度検出部により検出された温度が所定の温度値未満であり、かつ電流検出部により検出された電流が所定の電流値未満である場合、制御手段は、制御ゲインを基準値に調整する、
ことを特徴とするコンバータの制御装置。 In the converter control device according to claim 1,
When the temperature detected by the temperature detection unit is equal to or higher than the predetermined temperature value and the current detected by the current detection unit is equal to or higher than the predetermined current value, or the temperature detected by the temperature detection unit is the predetermined temperature. The control means adjusts the control gain to a reference value when the current detected by the current detector is less than a predetermined current value.
The converter control apparatus characterized by the above-mentioned. 請求項２に記載のコンバータの制御装置において、
温度検出部により検出された温度が所定の温度値以上であり、かつ電流検出部により検出された電流が所定の電流値未満である場合、制御手段は、制御ゲインを基準値より低く調整する、
ことを特徴とするコンバータの制御装置。 In the converter control device according to claim 2,
When the temperature detected by the temperature detection unit is equal to or higher than a predetermined temperature value and the current detected by the current detection unit is less than the predetermined current value, the control unit adjusts the control gain to be lower than the reference value.
The converter control apparatus characterized by the above-mentioned. 請求項２または３に記載のコンバータの制御装置において、
温度検出部により検出された温度が所定の温度値未満であり、かつ電流検出部により検出された電流が所定の電流値以上である場合、制御ゲインを基準値より高く調整する、
ことを特徴とするコンバータの制御装置。 In the control device of the converter according to claim 2 or 3,
When the temperature detected by the temperature detection unit is less than a predetermined temperature value and the current detected by the current detection unit is greater than or equal to the predetermined current value, the control gain is adjusted to be higher than the reference value.
The converter control apparatus characterized by the above-mentioned. 請求項１から４のいずれか１つに記載のコンバータの制御装置において、
車両を駆動するモータが、インバータを介してコンバータの負荷側に接続される、
ことを特徴とするコンバータの制御装置。 In the converter control device according to any one of claims 1 to 4,
A motor that drives the vehicle is connected to the load side of the converter via an inverter.
The converter control apparatus characterized by the above-mentioned.
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