JP2011193693A - 電圧変換システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧変換システムの制御において、動作条件の変動があっても安定に動作することを可能とすることである。
【解決手段】リチウムイオン電池と電圧変換器を含む電圧変換システムにおける電圧変換システム制御装置４０は、入力部６０と、電圧変換システムの動作条件によってゲイン−周波数特性の共振周波数が変化する電圧変換ゲイン部６６と、出力部とを含むメインループ５２を備え、さらに、電圧変換ゲイン部６６のゲイン−周波数特性を補償するノッチフィルタ部７６を含むフィードバックループ５４を備える。ノッチフィルタ部７６は補正部７８によって、電圧変換システムの動作条件に応じて、そのゲイン−周波数特性の補正が行われる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電圧変換システムの制御装置に係り、特に、蓄電装置の電圧を電圧変換比で変換した電圧を負荷回路に出力する電圧変換システムの制御装置に関する。

例えば、回転電機を搭載する車両では、蓄電装置から昇圧等を行って回転電機駆動回路に電力を供給する。このように蓄電装置と負荷回路との間には、電圧の昇圧等を行う電圧変換器が用いられ、その動作は、例えば電圧変換器を構成するスイッチング素子のオン・オフで制御が行われる。

例えば、特許文献１には、電動車両制御装置の電源装置として、リチウムイオン電池等の２次電池と、インバータ回路と、２次電池とインバータ回路の間に設けられる昇圧回路である電圧変換器と有する構成が述べられている。

特開２００８−１９３７６２号公報

電圧変換器を用いることで、負荷回路に適した電圧の電力を蓄電装置から供給することができる。このような蓄電装置と電圧変換器を含む電圧変換システムにおいては、その構成要素のＬ、Ｃ、Ｒ成分によってゲイン−周波数特性を有する。特に、リチウムイオン電池のように電池内部抵抗が他の蓄電装置に比べて低い２次電池を蓄電装置として用いる場合には、電圧変換システムにおけるゲイン−周波数特性における減衰が少なくなる傾向にある。減衰特性は、電圧の振動等に影響を与えるので、動作が不安定な方向となる可能性がある。これを避けるには、ゲイン−周波数特性の共振周波数を補償するように例えばノッチフィルタを用いることが考えられる。

ところで、電圧変換システムの動作は、負荷回路の動作状況に応じて制御されるので、負荷回路の動作状況が変化すると、それに応じて電圧変換システムの動作条件が変化し、そのゲイン−周波数特性が変化する。その変化に対応するには、広い範囲の共振周波数に対して補償できるノッチフィルタ構成にする必要が生じる。このように、広帯域対応のノッチフィルタを用いると、その広帯域フィルタ特性のために、全体の制御性が低下する。

本発明の目的は、動作条件の変動があっても安定に動作することを可能とする電圧変換システムの制御装置を提供することである。

本発明に係る電圧変換システムの制御装置は、蓄電装置の電圧を電圧変換比で変換した電圧を負荷回路に出力する電圧変換システムの制御装置であって、電圧変換比指令値が入力される入力部と、電圧変換システムの動作条件によってゲイン−周波数特性の共振周波数が変化する電圧変換ゲイン部と、電圧変換後の電圧を出力する出力部とを含むメインループと、電圧変換ゲイン部のゲイン−周波数特性を補償するノッチフィルタ部を含み、出力部から、メインループの入力部と電圧変換ゲイン部との間に設けられる電圧変換比減算器に向かうフィードバックループと、を備え、ノッチフィルタ部は、電圧変換システムの動作条件に応じて、そのゲイン−周波数特性の補正が行われることを特徴とする。

また、本発明に係る電圧変換システムの制御装置において、ノッチフィルタ部は、そのゲイン−周波数特性の中心周波数が、蓄電装置の電流に応じたインダクタンス値に基いて補正が行われることが好ましい。

また、本発明に係る電圧変換システムの制御装置において、ノッチフィルタ部は、そのゲイン−周波数特性の減衰度が、蓄電装置の温度に応じた蓄電装置内部抵抗値に基いて補正が行われることが好ましい。

また、本発明に係る電圧変換システムの制御装置において、ノッチフィルタ部は、電圧変換システムを構成する部品のばらつきと、電圧変換システムの動作環境のばらつきとに基いて、予めそのゲイン−周波数特性を予備補正し、その予備補正されたゲイン−周波数特性が電圧変換システムの動作条件に応じて補正されることが好ましい。

また、本発明に係る電圧変換システムの制御装置において、フィードバックループは、出力部とノッチフィルタ部との間に設けられ、負荷回路への出力電圧の指令値と出力部の出力電圧との間で減算処理が行われる電圧減算器を含むことが好ましい。

また、本発明に係る電圧変換システムの制御装置において、メインループは、電圧変換比減算器と電圧変換ゲイン部との間に設けられ、負荷回路の電力に基いて推定される外乱推定値が加算される加算器を含むことが好ましい。

また、本発明に係る電圧変換システムの制御装置において、蓄電装置は、リチウム電池であることが好ましい。

上記構成により、電圧変換システムの制御装置は、制御のメインループの電圧変換ゲイン部のゲイン−周波数特性を補償するノッチフィルタ部を含み、ノッチフィルタ部は、電圧変換システムの動作条件に応じて、そのゲイン−周波数特性の補正が行われる。これによって、例えば、広帯域ノッチフィルタを用いると生じえる動作不安定を回避して、動作条件の変動があっても電圧変換システムが安定に動作することが可能になる。

また、電圧変換システムの制御装置において、ノッチフィルタ部は、そのゲイン−周波数特性の中心周波数が、蓄電装置の電流に応じたインダクタンス値に基いて補正が行われる。電圧変換ゲイン部を構成するインダクタンスは、電流が大きくなると飽和することがある。そこで、蓄電装置からの電流に応じたインダクタンス値を用いて補正を行うことで、動作条件の変動があっても電圧変換システムが安定に動作することが可能になる。

また、電圧変換システムの制御装置において、ノッチフィルタ部は、そのゲイン−周波数特性の減衰度が、蓄電装置の温度に応じた蓄電装置内部抵抗値に基いて補正が行われる。減衰度を決める抵抗成分を構成する蓄電装置内部抵抗は、温度によって変化する。そこで、温度に応じた内部抵抗値を用いて補正を行うことで、動作条件の変動があっても電圧変換システムが安定に動作することが可能になる。

また、電圧変換システムの制御装置において、ノッチフィルタ部は、電圧変換システムを構成する部品のばらつきと、電圧変換システムの動作環境のばらつきとに基いて、予めそのゲイン−周波数特性を予備補正し、その予備補正されたゲイン−周波数特性が電圧変換システムの動作条件に応じて補正される。このように、予め部品のばらつき、動作環境のばらつきが考慮されているので、動作条件の変動があっても電圧変換システムが一層安定に動作することが可能になる。

また、電圧変換システムの制御装置において、フィードバックループは、出力部とノッチフィルタ部との間に設けられ、負荷回路への出力電圧の指令値と出力部の出力電圧との間で減算処理が行われる電圧減算器を含む。これによって、出力電圧指令値のいわゆるフィードフォワード制御を行うことができる。

また、電圧変換システムの制御装置において、メインループは、電圧変換比減算器と電圧変換ゲイン部との間に設けられ、負荷回路の電力に基いて推定される外乱推定値が加算される加算器を含む。これによって、負荷回路の電力変動による外乱も考慮されるので、動作条件の変動があっても電圧変換システムが安定に動作することが可能になる。

また、電圧変換システムの制御装置において、蓄電装置は、リチウム電池である。リチウムイオン電池等のリチウム電池は、他の蓄電装置に比べて内部抵抗値が低い。そのために、リチウム電池を含む電圧変換システムのゲイン−周波数特性の減衰度が低くなる。上記構成によれば、動作条件で補正できるノッチフィルタ部によって電圧変換ゲイン部のゲイン−周波数特性を補償するので、リチウム電池の場合に効果が顕著である。

本発明に係る実施の形態における電圧変換システムが用いられる回転電機駆動システムの構成を説明する図である。 本発明に係る実施の形態における電圧変換システム制御装置のブロック図である。 ＬＣＲ回路のモデルを説明する図である。 本発明に係る実施の形態におけるノッチフィルタ部の作用を説明する図である。 本発明に係る実施の形態におけるノッチフィルタ部の補正の様子を説明する図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、電圧変換システムの構成を、蓄電装置と電圧変換器を含むものとして説明するが、これは、電圧変換器の動作が蓄電装置の動作にも関連することを考慮して、そのように切り分けたものであり、構成の切り分けをこれ以外としてもよい。例えば、電圧変換器の制御装置というように説明することもできる。

以下では、負荷回路として、回転電機に接続されるインバータ回路を説明するが、それ以外でも負荷に電力を供給する回路であればよい。また、回転電機は１台として説明するが、複数台の回転電機であってもよく、その場合にインバータ回路も複数として、それぞれの回転電機にそれぞれインバータ回路が接続されるものとし、その複数のインバータ回路に電圧変換システムが接続されるものとしてもよい。ここで負荷回路とは、広義の意味で用いており、単に電気機器または電子機器であってもよい。

また、以下では、電圧変換器として、リアクトルとスイッチング素子を含む一方向昇降圧回路の構成を説明するが、双方向昇降圧回路であってもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、車両に搭載される回転電機駆動システム１０の構成を説明する図である。回転電機駆動システム１０は、リチウムイオン電池１２と、電圧変換器２０と、インバータ回路１４と、回転電機１６と、電圧変換システム制御装置４０と、記憶部４２を含んで構成される。ここで、回転電機１６以外の要素が回転電機１６のための電源回路または駆動回路である。また、リチウムイオン電池１２と、電圧変換器２０と、電圧変換システム制御装置４０と、記憶部４２が、電圧変換システムを構成し、インバータ回路１４が電圧変換システムの負荷回路に相当する。インバータ回路１４と回転電機１６とをまとめて、これを電圧変換システムの負荷と呼ぶこともできる。

リチウムイオン電池１２は、上記の回転電機駆動回路の中で、直流電源の機能を有する充放電可能な２次電池で、広義の蓄電装置に相当する。車両搭載用の電源回路における蓄電装置としては、リチウムイオン電池の他に、例えばニッケル水素電池、キャパシタ等が用いられる。ここでは、他の蓄電装置に比べ内部抵抗が低い代表として、リチウムイオン電池１２を車両搭載用蓄電装置として説明する。

リチウムイオン電池１２は、端子電圧が約３Ｖの単電池を複数個組み合わせて所定の電圧とした組電池である。組電池としてのリチウムイオン電池１２の端子電圧は、例えば約２００Ｖから３００Ｖとすることができる。

電圧変換器２０は、リチウムイオン電池１２の電圧を電圧変換比で変換した電圧を負荷回路としてのインバータ回路１４に出力する機能を有する回路である。電圧変換器２０は、リチウムイオン電池１２側の平滑コンデンサ２２、リアクトル２４、スイッチング素子２６，２８、ダイオード３０，３２、インバータ回路１４側の平滑コンデンサ３４を含んで構成される。

電圧変換器２０の電圧変換機能としては、リチウムイオン電池１２側の電圧をリアクトル２４のエネルギ蓄積作用を利用して昇圧し、インバータ回路１４側に供給する昇圧機能と、インバータ回路１４側からの電力をリチウムイオン電池１２側に降圧して充電電力として供給する降圧機能とを有する。例えば、リチウムイオン電池１２の端子電圧を約３００Ｖとし、インバータ回路１４の動作電圧を約６００Ｖとすると、この約３００Ｖと約６００Ｖとの間の直流電圧変換を行う機能を有する。

インバータ回路１４は、回転電機１６に接続される回路で、図示されていないインバータ制御装置の制御の下で動作する複数のスイッチング素子を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。

すなわち、インバータ回路１４は、回転電機１６をモータとして機能させるときは、リチウムイオン電池１２側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機１６に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。また、回転電機１６を発電機として機能させるときは、回転電機１６からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、リチウムイオン電池１２側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。

図１に示されている温度検出部（θ_B）は、リチウムイオン電池１２の温度θ_Bを検出する機能を有し、例えば適当な温度センサで構成できる。また、電流検出部（Ｉ_B）は、リチウムイオン電池１２から流れ出す放電電流、またはリチウムイオン電池１２に流れ込む充電電流である電池電流Ｉ_Bを検出する機能を有し、例えば、適当な電流センサで構成することができる。

また、電圧検出部（Ｖ_L）は、リチウムイオン電池１２側の平滑コンデンサ２２の両端電圧Ｖ_Lを検出する機能を有し、例えば適当な電圧センサを用いることができる。同様に、電圧検出部（Ｖ_H）は、インバータ回路１４側の平滑コンデンサ３４の両端電圧Ｖ_Hを検出する機能を有し、例えば適当な電圧センサを用いることができる。ここで、Ｖ_Lはリチウムイオン電池１２の端子電圧、Ｖ_Hはインバータ回路１４への電圧変換器２０の出力電圧を平滑化した値を示しているものと考えることができる。

また、電流検出部（Ｉ_M）は、回転電機１６に流れる電流Ｉ_Mを検出する機能を有する。回転電機１６の三相電流をそれぞれ検出してもよいが、代表的にそのうちの一相の電流を検出するものとしてもよい。電流検出部（Ｉ_M）としては、例えば、適当なカレントプローブ等を用いることができる。回転数検出部（Ｎ）は、回転電機１６の回転数Ｎを検出する機能を有し、例えば適当な回転検出デバイスを用いることができる。

電圧変換システム制御装置４０は、リチウムイオン電池１２と電圧変換器２０とをまとめた電圧変換システムの動作を制御する機能を有し、ここでは特に、内部抵抗の低いリチウムイオン電池１２の特性に合わせ、電圧変換システムの動作条件の変動があっても、安定に電圧変換システムが動作するように制御する機能を有する。

記憶部４２は、電圧変換システムの等価回路におけるＬ成分の電池電流Ｉ_B依存性をマップ化したＩ_B−Ｌマップファイル４４と、リチウムイオン電池１２の内部抵抗Ｒ_Bの電池温度θ_B依存性をマップ化したθ_B−Ｒ_Bマップファイル４６を記憶するメモリである。これらのマップは、予め実験等で求めておくことができる。これらのファイルは、マップ形式の他、ルックアップテーブル、計算式等の形式でもよく、例えば、Ｉ_B−Ｌマップファイル４４の場合でいえば、電池電流Ｉ_Bを入力して、Ｌが検索できる対応付けがされている形式であればよい。

図２に、電圧変換システム制御装置４０の内部構成をブロック図で示す。電圧変換システム制御装置４０の制御は、メインループ５２と、フィードバックループ５４と、フィードフォワードループ５６とを含んで構成される。なお、これらのループを構成する各要素が実行する演算処理は、アナログ処理で実行することもでき、ディジタル処理で実行することもできる。

メインループ５２は、電圧変換比指令値が入力される入力部６０と、電圧変換システムの動作条件によってゲイン−周波数特性の共振周波数が変化する電圧変換ゲイン部６６と、電圧変換後の電圧を出力する出力部６８とを含んで構成される。なお、入力部６０と電圧変換ゲイン部６６との間には、フィードバックループ５４との接続点として減算器６２が設けられる。また、減算器６２と電圧変換ゲイン部６６との間には、回転電機１６の負荷変動による外乱を推定する要素がフィードバックされる加算器６４が設けられる。

入力部６０は、リチウムイオン電池１２の実端子電圧を示すＶ_Lと、インバータ回路１４へ出力される出力電圧Ｖ_Hについての指令値である出力電圧指令値Ｖ_H ^*とが入力され、電圧変換比ｄ＝（Ｖ_L／Ｖ_H）の指令値である電圧変換比指令値ｄ^*＝（Ｖ_L／Ｖ_H ^*）が算出する機能を有する演算処理回路である。演算された電圧変換比指令値ｄ^*は、減算器６２に出力される。

減算器６２では、電圧変換比指令値ｄ^*に対して、フィードバックループ５４から帰還される電圧変換比相当の値を減算する機能を有する演算処理回路である。減算された結果は、次の加算器６４に出力される。

外乱推定部７０は、上記のように、回転電機１６の負荷変動による外乱を推定し、電圧変換比相当の値として加算器６４に出力する機能を有する演算処理回路である。外乱推定部７０は、回転電機１６に流れる電流Ｉ_Mと、回転電機１６の回転数Ｎに基いて回転電機１６のパワーＰ＝Ｉ_M×Ｎを算出し、その変動が電圧変換システムに与える影響を外乱として推定する。

電圧変換ゲイン部６６は、リチウムイオン電池１２と電圧変換器２０とを含む電圧変換システムを、１つの振動回路系として考えるときに、入力に対する出力の大きさであるゲインを示す要素である。電圧変換システムは、図１で説明したように、リチウムイオン電池１２、平滑コンデンサ２２、リアクトル２４、スイッチング素子２６，２８、ダイオード３０，３２、平滑コンデンサ３４を含んで構成されるので、そのゲインは周波数特性を有する。

電圧変換システムは上記のように複数の電気デバイスを含むので、その等価回路は、図３のようにＬＣＲ回路で示すことができる。この等価回路のインピーダンスＺは、周知のように、Ｚ＝Ｒ＋ｊ｛ωＬ−（１／ωＣ）｝で与えられる。ωは各速度で、周波数ｆを用いると、ω＝２πｆである。

図４は、図３のＬＣＲ回路のインピーダンスＺの逆数であるアドミタンスを縦軸にとり、横軸に角速度ωをとって、いわゆるゲイン−周波数特性６７として示す図である。このように、電圧変換システムのゲイン−周波数特性は、角速度ω₀においてゲインのピークを有する共振特性として示すことができる。ゲインがピークとなる角速度ω₀は共振角速度で、これに対応する周波数ｆ₀＝（ω₀／２π）が共振周波数である。

図４にまとめて示すように、共振角速度ω₀は、ω₀＝１／（ＬＣ）^1/2で与えられる。また、ω₀付近のピークの尖鋭度は、例えば、電流がピークの７０．７％となるときの周波数帯域幅ΔＢと共振周波数ｆ₀の比として示すことができる。すなわちｆ₀／ΔＢ＝Ｑとして示される。Ｑは図３の等価回路の場合、Ｑ＝ω₀Ｌ／Ｒ＝｛Ｌ^1/2／（ＲＣ^1/2）｝と計算される。または、ξ＝１／（２Ｑ）＝｛ＲＣ^1/2／（２Ｌ^1/2）｝を用いることができる。

リチウムイオン電池１２は、上記のように電池の内部抵抗Ｒ_Bが他の電池の内部抵抗よりも低いので、上記のＱが大きく、ξが小さくなる。つまり、電圧変換システムのゲイン−周波数特性としては、共振周波数ｆ₀付近で急峻になる特性となる。これによって、出力電圧Ｖ_Hが変動しやすくなることが生じ得る。

再び図２に戻り、電圧変換ゲイン部６６では、加算器６４の出力にゲインＧが乗算されて電圧として出力される。この電圧は、電圧変換器２０のインバータ回路１４に対する出力電圧Ｖ_Hとなる。

出力電圧Ｖ_Hは、フィードバックループ５４の各要素を経て、メインループ５２の減算器６２に帰還される。すなわち、フィードバックループ５４における減算器７２は、出力電圧指令値Ｖ_H ^*が入力されて、出力部６８からの実出力電圧Ｖ_Hとの差分ΔＶ_Hを計算する機能を有する演算処理回路である。

ＰＩ制御部７４は、出力電圧の差分ΔＶ_Hをゼロに近づける比例積分制御を行う機能を有する演算処理回路である。比例積分制御の結果は、ΔＶ_Hをゼロに近づけたときのゲインに相当する値としてノッチフィルタ部７６に出力される。このゲインは、理想的には、出力電圧指令値Ｖ_H ^*の条件のときの電圧変換ゲインＧに相当することになる。

ノッチフィルタ部７６は、ＰＩ制御部７４から出力されたゲインに相当する値におけるゲイン−周波数特性を補償する機能を有する狭帯域フィルタである。再び図４を参照すると、ノッチフィルタ部７６のゲイン−周波数特性７７が破線で示されている。

図４に示されるように、ノッチフィルタ部７６のゲイン−周波数特性７７は、ＰＩ制御部７４から出力されるゲインの周波数特性をあらためてゲイン−周波数特性６７と読み替えるとして、そのゲイン−周波数特性６７をちょうど相殺できるものとして設定される。すなわち、メインループ５２から出力され、差分ΔＶ_Hがゼロに近づけられたときのゲイン−周波数特性６７と、ノッチフィルタ部７６のゲイン−周波数特性７７とを加算すれば、平坦なゲイン−周波数特性とすることができる。

このようにして、電圧変換ゲイン部６６が有するゲイン−周波数特性６７をノッチフィルタ部７６の機能によって補償し、共振特性を有しない平坦なゲイン−周波数特性とすることができる。ここで、ノッチフィルタ部７６のゲイン−周波数特性７７におけるω₀は、共振角速度というよりは狭帯域フィルタの中心周波数に対応する角速度というものであり、ξは、尖鋭度というよりは、減衰率としての機能を示すことになる。そこで、以下ではノッチフィルタ部７６のゲイン−周波数特性７７についてのω₀を中心周波数に対応する角速度、すなわち中心角速度、ξを減衰率と呼ぶことにする。

ノッチフィルタ部７６は、このようにして平坦化したゲインを、電圧変換比に相当する値に変換し、その値が、メインループ５２の減算器６２に入力される。このようにして、電圧変換ゲイン部６６のゲイン−周波数特性６７を補償して、リチウムイオン電池１２の低い内部抵抗Ｒ_Bによって発生しやすい電圧の振動等を抑制することができる。

図２の補正部７８は、ノッチフィルタ部７６のゲイン−周波数特性７７を固定的なものとせずに、電圧変換システムの動作条件に応じて、そのゲイン−周波数特性７７を補正する機能を有する。補正部７８には、電圧変換システムの動作条件を示すものとして、Ｖ_L、Ｖ_H、Ｌ、Ｒ_Bが入力される。電圧変換比を入力することもできる。

補正部７８の機能について、図５を用いて説明する。図５には、ノッチフィルタ部７６のゲイン−周波数特性として、３つの特性が示されている。ゲイン−周波数特性８０は、補正が全く行われない状態の特性である。この特性は、電圧変換システムの当初設計条件におけるゲイン−周波数特性に対応するものである。当初設計条件とは、動作環境条件が標準状態であり、またリチウムイオン電池１２が標準的な仕様状態であり、電圧変換器２０を構成する各要素の特性がそれぞれ標準的な仕様状態であるときである。この当初設計条件における電圧変換システムのゲイン−周波数特性を補償できるノッチフィルタ部７６のゲイン−周波数特性が、図５のゲイン−周波数特性８０である。このときの中心周波数に対応する角速度がω₀、減衰率がξとして示されている。

次に、ゲイン−周波数特性８２は、電圧変換システムを構成する部品のばらつきと、電圧変換システムの動作環境のばらつきとに基いて、当初設計条件におけるゲイン−周波数特性８０を予め予備補正したときの特性である。このときの中心周波数に対応する角速度がω₀＋Δω₀、減衰率がξ＋ξ₀として示されている。Δω₀、ξ₀が補正項である。この補正項は、電圧変換システムの動作環境の範囲が予め分かっており、また、構成部品も予め許容されるばらつき内のものを使用するので、容易に事前に予備補正することができる。この程度の補正であれば、ノッチフィルタ部７６のゲイン−周波数特性８２が過度に広帯域となることはない。

このゲイン−周波数特性８２について、電圧変換システムの動作条件に応じた補正が行われる。ゲイン−周波数特性８４がその補正が行われたときの特性である。ここでは、このときの中心周波数に対応する角速度がω₀＋Δω₀＋Δω_v、減衰率がξ＋ξ₀＋ξ_b＋ξ_pとして示されている。Δω_v、ξ_b、ξ_pが電圧変換システムの動作条件に応じた補正項である。

Δω_vは、中心周波数に対応する中心角速度ω₀のＬＣ依存性に応じて計算される。すなわち、上記のように、ω₀＝１／（ＬＣ）^1/2で与えられるので、電圧変換システムが実際に動作している状態のＬとＣの値に基き、ゲイン−周波数特性８２の中心周波数に対応する角速度ω₀＋Δω₀からのずれを補正する。すなわち、電圧変換システムが実際に動作しているときのＬとＣに基いて計算されるときの中心周波数に対応する角速度をω_Aとすれば、Δω_v＝ω_A−（ω₀＋Δω₀）である。

ここで、実際に動作している状態のＬをＬ_A、ＣをＣ_Aとすると、ω_A＝１／（Ｌ_AＣ_A）^1/2である。図３で説明した電圧変換システムの等価回路において、動作条件においてＣはほとんど変化しないが、Ｌは電池電流Ｉ_Bが大きくなると飽和する。したがって、Ｃはばらつきを含めた仕様上の容量値をそのまま用いてよいが、Ｌは、ばらつきを含めた仕様上のインダクタンス値を用いるのではなく、電池電流Ｉ_Bに応じたインダクタンス値に基いてω_Aを計算し、このω_Aに基いて、Δω_Vの補正が行われる。

電池電流Ｉ_Bに応じたインダクタンス値は、記憶部４２のＩ_B−Ｌマップファイル４４において、電流検出部（Ｉ_B）によって検出された電池電流Ｉ_Bに対応するＬを読み出して得られた値を用いることができる。

なお、Δω_Vに、必要に応じ、フィードバックループ５４におけるゲインについての補正分を加えるものとしてもよい。

ξに対する補正項である（ξ_b＋ξ_p）のうち、ξ_bは、減衰率ξにおけるｄ、Ｒ、Ｃ、Ｌ依存性に応じて計算される。すなわち、上記のように、ξ＝｛ＲＣ^1/2／（２Ｌ^1/2）｝で与えられるので、電圧変換システムが実際に動作している状態のｄ、Ｒ、Ｃ、Ｌの値に基き、ゲイン−周波数特性８２の減衰率ξ＋ξ₀からのずれを補正する。すなわち、電圧変換システムが実際に動作しているときのｄ、Ｒ、Ｃ、Ｌに基いて計算されるときの減衰率をξ_Aとすれば、ξ_b＝ξ_A−（ξ＋ξ₀）である。

ｄは、（Ｖ_L／Ｖ_H）であるので、電圧検出部（Ｖ_L）と電圧検出部（Ｖ_H）の検出値によって計算される値を用いることができる。ＣとＲについては、ω_vについて述べたのと同じ方法で得られる値を用いることができる。Ｒは、リチウムイオン電池１２の内部抵抗Ｒ_Bが関係するが、内部抵抗Ｒ_Bは電池温度θ_B依存性があるので、ばらつきを含めた仕様上の内部抵抗値を用いるのではなく、電池温度θ_Bに応じた内部抵抗値に基いてξ_Aを計算し、このξ_Aに基いて、ξ_bの補正が行われる。

電池温度θ_Bに応じたリチウムイオン電池１２の内部抵抗値は、記憶部４２のθ_B−Ｒ_Bマップファイル４６において、温度検出部（θ_B）によって検出された電池温度θ_Bに対応するＲ_Bを読み出して得られた値を用いることができる。

ξに対する補正項である（ξ_b＋ξ_p）のうち、ξ_pは、回転電機１６のパワーに応じた補正項である。回転電機１６の実際の動作状態におけるパワーをＰ_Aとすれば、Ｐ_Aは上記のように、実際の動作状態における回転電機１６に流れる電流Ｉ_Mと、回転電機１６の回転数Ｎに基いて回転電機１６のパワーＰ_A＝Ｉ_M×Ｎを算出することができる。ξ_pは、適当な係数αを用いて、ξ_p＝αＰ_Aとして計算することができる。αは、実験的に求めた値を用いることができる。

このようにして求められた補正項Δω_vと（ξ_b＋ξ_p）とを用いて、ゲイン−周波数特性８２が補正されてゲイン−周波数特性８４となる。このゲイン−周波数特性８４は、上記のように、電圧変換システムの動作条件に応じて刻々変化する。このように、ノッチフィルタ部７６のゲイン−周波数特性を固定したものとせずに、電圧変換システムの動作条件に応じて、必要な補正をその都度行うこととすることで、ノッチフィルタ部７６のゲイン−周波数特性を過度に広帯域とすることが不要となる。これによって、リチウムイオン電池１２のように内部抵抗が低い蓄電装置を用いても、電圧変換システムの動作を安定したものとすることができる。

本発明に係る電圧変換システムの制御装置は、蓄電装置と負荷回路との間の電圧変換のためのシステムの制御に利用できる。

１０ 回転電機駆動システム、１２ リチウムイオン電池、１４ インバータ回路、１６ 回転電機、２０ 電圧変換器、２２，３４ 平滑コンデンサ、２４ リアクトル、２６，２８ スイッチング素子、３０，３２ ダイオード、４０ 電圧変換システム制御装置、４２ 記憶部、４４ Ｉ_B−Ｌマップファイル、４６ θ_B−Ｒ_Bマップファイル、５２ メインループ、５４ フィードバックループ、５６ フィードフォワードループ、６０ 入力部、６２，７２ 減算器、６４ 加算器、６６ 電圧変換ゲイン部、６７，７７，８０，８２，８４ ゲイン−周波数特性、６８ 出力部、７０ 外乱推定部、７４ ＰＩ制御部、７６ ノッチフィルタ部、７８ 補正部。

Claims (7)

1. 蓄電装置の電圧を電圧変換比で変換した電圧を負荷回路に出力する電圧変換システムの制御装置であって、
   電圧変換比指令値が入力される入力部と、電圧変換システムの動作条件によってゲイン−周波数特性の共振周波数が変化する電圧変換ゲイン部と、電圧変換後の電圧を出力する出力部とを含むメインループと、
   電圧変換ゲイン部のゲイン−周波数特性を補償するノッチフィルタ部を含み、出力部から、メインループの入力部と電圧変換ゲイン部との間に設けられる電圧変換比減算器に向かうフィードバックループと、
   を備え、
   ノッチフィルタ部は、電圧変換システムの動作条件に応じて、そのゲイン−周波数特性の補正が行われることを特徴とする電圧変換システムの制御装置。
2. 請求項１に記載の電圧変換システムの制御装置において、
   ノッチフィルタ部は、そのゲイン−周波数特性の中心周波数が、蓄電装置の電流に応じたインダクタンス値に基いて補正が行われることを特徴とする電圧変換システムの制御装置。
3. 請求項１に記載の電圧変換システムの制御装置において、
   ノッチフィルタ部は、そのゲイン−周波数特性の減衰度が、蓄電装置の温度に応じた蓄電装置内部抵抗値に基いて補正が行われることを特徴とする電圧変換システムの制御装置。
4. 請求項１に記載の電圧変換システムの制御装置において、
   ノッチフィルタ部は、電圧変換システムを構成する部品のばらつきと、電圧変換システムの動作環境のばらつきとに基いて、予めそのゲイン−周波数特性を予備補正し、その予備補正されたゲイン−周波数特性が電圧変換システムの動作条件に応じて補正されることを特徴とする電圧変換システムの制御装置。
5. 請求項１に記載の電圧変換システムの制御装置において、
   フィードバックループは、
   出力部とノッチフィルタ部との間に設けられ、負荷回路への出力電圧の指令値と出力部の出力電圧との間で減算処理が行われる電圧減算器を含むことを特徴とする電圧変換システムの制御装置。
6. 請求項１に記載の電圧変換システムの制御装置において、
   メインループは、
   電圧変換比減算器と電圧変換ゲイン部との間に設けられ、負荷回路の電力に基いて推定される外乱推定値が加算される加算器を含むことを特徴とする電圧変換システムの制御装置。
7. 請求項１に記載の電圧変換システムの制御装置において、
   蓄電装置は、リチウム電池であることを特徴とする電圧変換システムの制御装置。

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