JP2011259555A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用の昇圧コンバータに流れる電流を所定範囲内に制限すると共に、所定条件における制御遅れを防止することのできる電動機の制御装置を提供する。
【解決手段】電動機の制御装置１０は、全体制御を司るコントロールユニット１１と、操作者からの運転操作を受け付ける操作部３４と、電池１２の電池電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路２０と、交流電圧によって回転する電動機１４のため、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路１３と、電動機１４と、を有している。また、コントロールユニット１１は、デューティ比決定手段３１と、デューティ比算出手段３２と、スイッチング素子制御手段３３と、を有している。デューティ比算出手段３２は、出力キャパシタから電池へ電流を流すことのできる上アームのデューティ比制御値を、電池の直流電圧に応じてデューティ比決定手段３１に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池から直流電圧の供給を受け、スイッチング素子によって誘導性素子に誘導起電力を発生させて電池の直流電圧に誘電起電力を加えた電圧で出力キャパシタを充電し、出力キャパシタの端子間電圧を電動機に供給することにより電動機を制御する電動機の制御装置に関する。

近年、環境に配慮した自動車としてエンジンと電動機とを駆動源とするハイブリッド自動車、燃料電池によって発電した電力を電動機に供給する燃料電池自動車、及び電動機のみを駆動源とする電気自動車が知られるようになった。このような車両は電池と電池の直流電圧を交流電圧に変換して電動機を制御するインバータとを備えている。ハイブリッド自動車、燃料電池自動車及び電気自動車等は電動機で車両を駆動することから、電動機駆動車両と呼ぶことができ、電動機駆動車両の加減速制御はアクセルやブレーキ等の操作に応じた制御となっている。

一般的に、電動機の小型化や高性能化を図るためには低電圧による駆動よりも高電圧で駆動する方式が望ましい。そこで、電動機駆動車両には、走行性能の向上を目的として電池の直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、昇圧した直流電圧をインバータに供給して電動機を制御する方式を採用する電動機駆動車両もある。このような電動機駆動車両では、電動機に供給される直流電圧そのものを昇圧コンバータにて制御すると共に、直流電圧をインバータにて交流電圧に変換して電動機を制御することができる。

しかしながら、高電圧化には、電気系統の漏電対策及び、回路内を流れる電流の増加に対する対策という２つの対策が重要となる。まず、電気系統の漏電対策に関して、特許文献１には、昇圧コンバータを有する電気系統において適切な漏電対策が可能な駆動装置に関する技術が開示されている。特許文献１の負荷駆動装置は、電池から供給された直流電流を昇圧して負荷側に供給する昇圧動作及び、昇圧された直流電圧を電池の直流電圧に降圧して電池側に供給する降圧動作を行う電圧変換器と、負荷の漏洩を検出する漏電検出装置と、電圧変換器の昇圧動作中に漏洩検出装置が負荷の漏電を検出した場合に昇圧動作を中止するように電圧変換器を制御する制御装置と、を備え、電圧変換器は、直列に接続された上アーム及び下アームを含み、制御装置は、漏電検出装置が負荷の漏電を検出すると、上アームが保護される電流値となるようなデューティ比で降圧し、下アームをオフ制御する。このような構成により、電気系統における漏電を検知すると共に、昇圧動作を中止することが可能となる。

また、第２の高電圧化に伴う許容電流対策を説明する前に昇圧コンバータの制御について概説する。例えば、昇圧コンバータの制御では、運転操作に基づいて目標昇圧電圧を決定し、昇圧電圧が目標昇圧電圧近づくよう、リアクトルに流れる電流のスイッチタイミングを調整する。これにより、運転操作に従った電動機の加減速制御を行うことができる。

一方、昇圧コンバータの制御によって昇圧電圧が目標昇圧電圧に近づくと、出力キャパシタの充放電電流が減少することで、出力キャパシタの充放電に基づいて昇圧コンバータに流れる電流は減少する。他方、電動機が駆動する車輪に対する負荷が変化した場合には電動機に流れる電圧が変化する。このような場合でも昇圧電圧が目標昇圧電圧に近づくように昇圧コンバータを制御する。

特に、車輪のスリップ率による急激な負荷変動によって電動機に流れる電流が急激に変化した場合、昇圧コンバータには大きな電流が流れる。そのため、昇圧コンバータには負荷変動に基づく電流増加分を見込んで許容電流値の大きい部品を用いる必要があり、昇圧コンバータの製造コストが高くなるという問題がある。

そこで、特許文献２には、電池からスイッチング素子や高電圧電気系統へ流れる電流の値が所定の範囲内となるように、出力キャパシタの電圧に基づいて上アームのデューティ比を求め、スリップ率によるモータ変動に基づく昇圧コンバータに流れる電流を所定範囲内に制限することのできる技術が開示されている。

特開２００５−１２８５８号公報 特開２００９−１４２０５４号公報

上述した特許文献１のように高電圧対策としての漏電検知機能を設け、特許文献２に示されているように昇圧コンバータを流れる電流を制限することで昇圧コンバータの製造コストを抑えることが可能となる。しかしながら、上アームに指令するデューティ比指令値を小さくしていくと、出力キャパシタの端子電圧が目標出力電圧を超える場合、かつ、電池の直流電圧が通常より低下した場合、出力キャパシタの端子電圧の制御が追いつかず、制御遅れが発生することがある。

そこで、本発明に係る電動機の制御装置は、車両用の昇圧コンバータに流れる電流を所定範囲内に制限すると共に、所定条件における制御遅れを防止することのできる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係る電動機の制御装置は、電池から直流電圧の供給を受け、スイッチング素子によって誘導性素子に誘導起電力を発生させて電池の直流電圧に誘電起電力を加えた電圧で出力キャパシタを充電し、出力キャパシタの端子間電圧を電動機に供給することにより電動機を制御する電動機の制御装置において、電池の直流電圧と出力キャパシタの端子間電圧とを測定する電圧測定手段と、スイッチング素子を有する上アーム及び下アームと、出力キャパシタの端子間電圧を目標電圧に調整するため、各アームのスイッチング素子のデューティ比を決定するデューティ比決定手段と、デューティ比決定手段によって決定されたデューティ比で各アームのスイッチング素子を制御するスイッチ素子制御手段と、を含み、目標電圧より高くなった出力キャパシタの端子間電圧を降下させるため、変動する電池の直流電圧毎に予め決められた上アームのデューティ比制御値であって出力キャパシタから電池へ電流を流すことのできる上アームのＯＮ時間を含むデューティ比制御値を、電池の直流電圧に応じてデューティ比決定手段に設定することを特徴とする。なお、上アームのＯＮ時間は、出力キャパシタから電池へ電流を流すことにより、目標電圧より高くなった出力キャパシタの端子電圧を降下させるために必要な時間である。

また、本発明に係る電動機の制御装置において、上アーム及び下アームのデューティ比制御値には、各アームにおけるスイッチング素子の同時ＯＮを防止するデッドタイムが設定されていることを特徴とする。

また、本発明に係る電動機の制御装置において、電池から上アーム及び下アームに至る経路を流れるスイッチング電流を測定する電流測定手段を有し、目標電圧より高くなった出力キャパシタの端子電圧を降下させる場合において、電流測定手段で測定したスイッチング電流が予め決められた時間内に負の値とならないときは、電池の直流電圧と出力キャパシタの端子電圧とに基づき上アームにおけるスイッチング素子の新たなデューティ比を算出するデューティ比算出手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る電動機の制御装置において、デューティ比算出手段で算出されたデューティ比制御値における上アームのＯＮ時間は、上アームにおけるスイッチング素子のデューティ比制御値からデッドタイムを差し引いた実時間が予め決められた最小上アームＯＮ時間よりも長い時間であることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電動機の制御装置において、電池の電圧に対する上アームＯＮ時間は、変動する電池の直流電圧に従い設定され、電池の直流電圧が最低直流電圧を下回るときは上アームＯＮ時間が最小上アームＯＮ時間となる特性を有することを特徴とする。

本発明に係る電動機の制御装置を使用することにより車両用の昇圧コンバータに流れる電流を所定範囲内に制限すると共に、所定条件における制御遅れが防止できるという効果がある。

本発明の実施形態に係る電動機の制御装置の構成を示す構成図である。 図１に示した昇圧コンバータ回路の回路図である。 本実施形態における制御波形を説明する説明図である。 本実施形態における制御波形を説明する説明図である。 本実施形態における電池電圧と上アームＯＮ時間との関係を示す特性図である。 本実施形態における上アームＯＮ時間を設定する処理の流れを示すフローチャート図である。 図１のデューティ比決定手段に図６の処理を加えたフローチャート図である。 図６に示す処理にマップ修正処理を加えたフローチャート図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は本実施形態に係る電動機の制御装置１０を示し、図１を用いて電動機駆動車両の構成及び走行制御について概説する。電動機駆動車両は、全体制御を司るコントロールユニット１１と、操作者からの運転操作を受け付ける操作部３４と、電池１２の電池電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路２０と、交流電圧によって回転する電動機１４のため、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路１３と、電動機１４と、を有している。また、コントロールユニット１１は、デューティ比決定手段３１と、デューティ比算出手段３２と、スイッチング素子制御手段３３と、を有している。デューティ比算出手段３２は、出力キャパシタから電池へ電流を流すことのできる上アームのデューティ比制御値を、電池の直流電圧に応じてデューティ比決定手段３１に設定する。

インバータ回路１３は、昇圧コンバータ回路２０の出力電圧が小さいときには小さい交流電圧を出力し、昇圧コンバータ回路２０の出力電圧が大きいときには大きい交流電圧を出力する。このようなことから、コントロールユニット１１が昇圧コンバータ回路２０の出力電圧を調整することで、インバータ回路１３の出力交流電圧を調整することが可能となる。

また、昇圧コンバータ回路２０とインバータ回路１３は、電動機１４の回生ブレーキとして使用することもできる。電動機１４がインバータ回路１３の出力交流電圧に応じた速度で回転しているときは、昇圧コンバータ回路２０から所定の電力が電動機１４に供給されることで一定の速度で回転する。この状態において、コントロールユニット１１が昇圧コンバータ回路２０の出力電圧を上げるとインバータ回路１３の出力交流電圧が大きくなり、電池１２から昇圧コンバータ回路２０及びインバータ回路１３を介して電動機１４に電力が供給され、電動機１４に駆動トルクが働くことで電動機駆動車両が加速する。逆に、コントロールユニット１１が昇圧コンバータ回路２０の出力電圧を下げると、インバータ回路１３の出力交流電圧が小さくなり、電動機１４からインバータ回路１３及び昇圧コンバータ回路２０を介して電池１２に電力が回収されると共に、電動機１４に制動トルクが働くことで電動機駆動車両が減速する。もちろん、操作者は電動機駆動車両に別途設けられたブレーキ機構によって減速することもできる。

操作部３４は、アクセルペダル、ブレーキペダル等を含み、操作者の運転操作に応じた指令をコントロールユニット１１が受け取る。コントロールユニット１１は、その指令に基づいて昇圧コンバータ回路２０の目標出力電圧を決定し、昇圧コンバータ回路２０の出力電圧と目標出力電圧との差異が小さくなるよう昇圧コンバータ回路２０を制御する。

電動機駆動車両では、操作者の運転操作に応じてコントロールユニット１１が昇圧コンバータ回路２０の目標電圧を決定し、目標電圧に応じた昇圧コンバータ回路２０の制御を行う。しかし、単に、負荷変動により電動機１４に流れる電流が変動した時に出力電圧を目標出力に追従させると、昇圧コンバータ回路２０に大きな電流が流れることになり、昇圧コンバータ回路２０に許容電流以上の電流が流れるおそれがある。そこで、コントロールユニット１１は、昇圧コンバータ回路２０に流れる電流が所定範囲内となるように昇圧コンバータ回路２０を細かく制御する。次に、昇圧コンバータ回路２０の構成及び基本的な制御について詳説する。

図２は図１の昇圧コンバータ回路２０の回路図である。昇圧コンバータ回路２０は、グランドライン側と電源ライン側に接続された電池１２と、電池１２の電源ライン側に接続されたリアクトル１５と、電池電圧を測定する電池電圧計２３と、リアクトル１５を流れる電流を測定する電流計２２と、大電流を流すことのできるＩＧＢＴ等である上アームトランジスタ１６及び下アームトランジスタ１７と、順方向電圧が与えられると導通する上アームダイオード１８及び下アームダイオード１９と、上アームトランジスタ１６のコレクタ端子Ｃとグランドライン側とに接続されている大容量コンデンサである出力キャパシタ２１と、出力キャパシタ２１の端子間電圧を測定する出力電圧計２４と、を有している。

また、上アームトランジスタ１６のエミッタ端子Ｅと下アームトランジスタ１７のコレクタ端子Ｃとリアクトル１５とは接続され、下アームトランジスタ１７のエミッタ端子とグランドライン側が接続されている。また、上アームトランジスタ１６及び下アームトランジスタ１７のコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅ間には、上アームダイオード１８及び下アームダイオード１９が接続されている。なお、上アームトランジスタ１６及び下アームトランジスタ１７のベース端子Ｂは、コントロールユニットに接続されており、これらはコントロールユニットにより制御される。次に、コントロールユニットによる昇圧コンバータ回路２０の制御方法を示す。

図３は所定の電圧まで昇圧を行っている時の昇圧コンバータ回路２０の制御波形を示し、横軸に時間、縦軸に上から順にデューティ比指令値、上アーム、下アーム、電池の直流電圧、インダクタを流れる電流値ＩＬを示している。以下、図３と図２の昇圧コンバータ回路図と共に動作を説明する。

図２の上アームトランジスタ１６及び下アームトランジスタ１７は、コントロールユニットがベース端子Ｂとエミッタ端子Ｅとの電圧を変化させることで、ＯＮ又はＯＦＦに制御することができ、ＯＮ時にはコレクタ端子Ｃからエミッタ端子Ｅへと電流が流れる。図３に示すようにコントロールユニットは、下アームトランジスタ１７（下アーム）と上アームトランジスタ１６（上アーム）とが同時にＯＮにならないように制御するため、下アームと上アームのＯＮ時において、それぞれデッドタイムを設けている。

ここで、目標出力電圧より出力電圧の方が低い場合、図２の上アームトランジスタ１６をＯＦＦにして下アームトランジスタ１７をＯＮにすると、電池１２からリアクトル１５を介して下アームトランジスタ１７のコレクタ端子Ｃに電流が流入するため、電流ＩＬが上昇する。その後、下アームトランジスタ１７をＯＦＦ、上アームトランジスタ１６をＯＮにすると、リアクトル１５に流れる電流ＩＬが遮断され、リアクトル１５には下アームトランジスタ１７側を正極とする誘導起電力が発生する。この時、電池電圧にリアクトル１５の誘導起電力が加えられた電圧が、出力キャパシタ２１の端子間電圧（出力電圧）よりも大きい場合、上アームダイオード１８は順方向電圧が与えられることにより導通し、遮断された電流ＩＬが上昇する。これによって出力キャパシタ２１は電池電圧にリアクトル１５の誘電起電力が加えられた電圧によって充電され、出力電圧が上昇する。

一方、目標出力電圧より出力電圧の方が高くなった（昇圧し過ぎた）場合、かつ、電池電圧にリアクトル１５の誘導起電力が加えられた電圧が、出力キャパシタ２１の端子間電圧未満である時に下アームトランジスタ１７をＯＦＦ、上アームトランジスタ１６をＯＮにすると、電池電圧にリアクトル１５の誘導起電力が加えられた電圧が出力キャパシタ２１から上アームトランジスタ１６を介してリアクトル１５に加わり、放電電流である電流ＩＬ’が流れる。これによって、今度は電池１２が充電されることになり、上アームトランジスタ１６を所定時間ＯＮにすることで、出力キャパシタの端子間電圧（出力電圧）が下がり、出力電圧が低下する。出力電圧低下中において、電池電圧にリアクトル１５の誘導起電力が加えられた電圧と、出力キャパシタ２１の端子間電圧（出力電圧）と等しくなった時には、上アームダイオード１８及び上アームトランジスタ１６には電流が流れず、電流ＩＬが０となる瞬間がある。また、出力キャパシタ２１を放電状態とし、出力電圧を低下させているときには、上アームトランジスタ１６から電池に向かう電流ＩＬ’がリアクトル１５に流れることになり、図３に示すように、上アームがＯＮしているときに電流ＩＬが０を横切って負の値を取ることができ、昇圧し過ぎた電圧を降下させるための制御が実行される。

図４には目標出力電圧より出力電圧の方が高い場合の制御波形を示している。上述したように、昇圧コンバータを流れる電流を制限するためには、上アームトランジスタのＯＮ時間を短くすることが望ましい。そこで、図４の制御波形に示すようにＯＮ時間を除々に短くしていくと、出力キャパシタの端子電圧が目標出力電圧を超える場合、かつ、電池の電圧が通常より低下した場合、上アームトランジスタがＯＮしているにもかかわらずＯＮ時間が十分ではないため、出力キャパシタの端子電圧（出力電圧）を降下させる制御が追いつかず、制御遅れが発生することがある。

この状態は、上アームトランジスタのＯＮ時間（以下、上アームＯＮ時間という。）が短すぎるため、出力キャパシタから電池１２に電流ＩＬ’を十分な電流を流すことができず、電流ＩＬは負の値になることなく正の値となり、出力電圧が上昇を続ける状態である。このような状況を防止するには、出力キャパシタから電池に電流を返すための必要最小限の上アームＯＮ時間を確保する必要があるが、この必要最小限の上アームＯＮ時間は電池電圧によって影響を受ける。

図５は本実施形態における電池電圧と上アームＯＮ時間との関係を示している。従来方式では昇圧コンバータ内に流れる電流制限に注視するあまり電池の通常電圧を考慮すること無く、通常のＯＮ時間の時間を設定していたため、所定の状況下では制御遅れが発生する場合があった。そこで、本実施形態では、図５に示すように昇圧コンバータを流れる電流を制限するための通常のＯＮ時間範囲内に、変動する電池電圧を考慮した最小上アームＯＮ時間を設定した。この最小上アームＯＮ時間を設定することにより、出力キャパシタから電池へ電流を流すことができ、かつ、出力キャパシタ電圧（出力電圧）を降下可能なＯＮ時間を確保することにした。また、電池の電圧が所定の電圧以下となった場合には、最小上アームＯＮ時間を下限値に固定することで電池の電圧低下時での最小上アームＯＮ時間を確保することにした。このような制御により、目標出力電圧より出力電圧の方が高い場合における制御遅れを解消することが可能となる。一方、このような制御では、制御遅れが減少するが、目標出力電圧より出力電圧が大きくなるに従い、昇圧し過ぎた電圧の差分が大きくなり単位時間当たりの電圧降下速度が増加することから、電流値の増加を伴うことになる。そこで、本実施形態では、従来に比べて、デューティ比をきめ細かく制御することにより電流値の増加を低減することとした。次に、本実施形態における処理の流れを概説する。

図６は上アームＯＮ時間を設定する処理の流れを示している。処理をスタートすると、ステップＳ１０において、電池電圧ＶＢを計測してメモリに格納する。ステップＳ１２において、電池電圧ＶＢに対する最小上アームＯＮ時間のマップ（図５の特性図）から電池電圧ＶＢにおける最小上アームＯＮ時間を求める。ステップＳ１４において、別ルーチンで計算され決定されたデューティ比指令値をメモリから読み出す。ステップＳ１６において、メモリから読み出したデューティ比指令値におけるアームＯＮ時間が何μｓになるのかを計算する。ステップＳ１８において、計算した上アームＯＮ時間が最小上アームＯＮ時間よりも小さいかどうかを判断し、もし、最小上アームＯＮ時間よりも長い場合にはそのまま処理を進める。また、最小上アームＯＮ時間より短い場合には、ステップＳ２０において、デューティ比指令値に最小上アームＯＮ時間にデッドタイムを加えたものを代入してデューティ比指令値を補正する（デューティ比算出手段）。これにより、メモリに格納されているデューティ比指令値を出力した時に、最小上アーム時間が確保できることになる。なお、デューティ比指令値は、上述したデューティ比制御値に含まれる指令値であり、デューティ比制御値は一例を示したものである。以上が、処理の概要である。しかしながら、昇圧コンバータの制御では、出力目標電圧や出力電圧が逐次変化することから、実際の処理に近い形式の処理の流れを図７に示す。

図７はデューティ比決定手段に図６のデューティ比算出手段を加えたものであり、昇圧コンバータに流れる電流を所定範囲内に制限した電流制限デューティ比制御の処理について詳説する。図７の処理は、制御開始時からｎ・Δ経過した第ｎステップで行われる処理であり、電流制限デューティ比制御では、新たな上アームデューティ比を求める前に電流ＩＬを測定し、電流ＩＬが所定の電流閾値を超えているときは、電流ＩＬを所定範囲内に制限すると共に、所定条件における制御遅れを防止するために、新たな上アームデューティ比を求めるものである。

処理をスタートすると、ステップＳ３０において、電流計２２の測定値（電流ＩＬ）を読み込む。次に、ステップＳ３２において、電池１２の電池電圧（電圧ＶＢ）を読み込み、ステップＳ３４において、電池電圧ＶＢに対する最小上アームＯＮ時間のマップから電池電圧ＶＢにおける最小上アームＯＮ時間を求める。そして、ステップＳ３６において、電流ＩＬと所定の電流閾値Ｉｔとを比較し、もし、電流ＩＬが電流閾値Ｉｔ以下である場合には、ステップＳ３７において出力電圧（ＶＨ（ｎ））をＶ（ｎ）として読み込む。そして、出力電圧ＶＨ（ｎ）と目標出力電圧Ｖｔとの差分に基づいて、ステップＳ３８において、出力電圧が目標出力電圧Ｖｔに近づくように上アームデューティ比Ｄ（ｎ）を求める。ここで、デューティ比決定部は出力電圧ＶＨ（ｎ）が目標出力Ｖｔより小さいときは、第ｎステップにおける上アームデューティ比Ｄ（ｎ）を、第ｎ−１ステップで求められた上アームデューティ比Ｄ（ｎ−１）より小さい値とする。一方、出力電圧ＶＨ（ｎ）が目標出力電圧Ｖｔより大きいときは、第ｎステップにおける上アームデューティ比Ｄ（ｎ−１）より大きい値とする。このように上アームデューティ比Ｄ（ｎ）を求める処理としては、出力電圧ＶＨ（ｎ）と目標出力電圧Ｖｔとの差分を入力値として、出力電圧ＶＨ（ｎ）を出力値としたフィードバック制御処理である。

一方、電流ＩＬが電流閾値Ｉｔを超えるときは、ステップＳ４０において、デューティ比決定手段は、先の第ｎ−１ステップで求められた上アームデューティ比Ｄ（ｎ−１）及び第ｎ−１ステップで測定された出力電圧ＶＨ（ｎ−１）をメモリから読み込む。ステップＳ４１において、出力電圧ＶＨを出力電圧ＶＨ（ｎ）として計測する。そして、ステップＳ４２において、（数１）Ｄ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）・ＶＨ（ｎ−１）／ＶＨ（ｎ）に基づいて上アームデューティ比Ｄ（ｎ）を求める。ステップＳ４４において、デューティ比決定手段は、トランジスタ制御部に出力する上アームデューティ比Ｄ（ｎ）を決定するが、上アームデューティ比Ｄ（ｎ）が好ましい制御値であるどうかをステップＳ４６以降で検証する。

ステップＳ４６において、計算した上アームＯＮ時間が最小上アームＯＮ時間よりも小さいかどうかを判断し、もし、最小上アームＯＮ時間よりも長い場合にはステップＳ５０に進み、Ｄ（ｎ）を上アームに出力後、ステップＳ５２にてＤ（ｎ）及びＶＨ（ｎ）をメモリに格納して処理が終わる。また、もし、最小上アームＯＮ時間より短い場合には、ステップＳ４８において、デューティ比指令値に最小上アームＯＮ時間にデッドタイムを加えたものを代入してデューティ比指令値を補正（デューティ比算出手段）後、ステップＳ５０以下を実行することになる。

次に、本実施形態の他の処理について説明する。図８は図６に示す処理にマップ修正処理を加えたものである。本実施形態では、上アームのトランジスタのＯＮ状況を監視するために別途検出手段を設けることなく、昇圧コンバータ内の電流制限を目的としたスイッチング電流に着目して、上アームの動作を検出するものである。例えば、図４に示した状況では、目標出力電圧より出力電圧の方が高い状況下で、電流ＩＬが所定時間負の値を取らない場合には、上アームが作動していないと判断する。このような処理により、トランジスタのＯＮ状況を間接的に検出することができる。以下、処理の流れについて詳説する。

図８の処理をスタートすると、ステップＳ６０において、電池電圧ＶＢを計測してメモリに格納する。ステップＳ６２において、スイッチング電流である電流（ＩＬ）を計測する。もし、電流ＩＬが負の値を取る場合には、正常に電圧降下の制御が実行されていると判断して次の処理に進む。

しかし、もし、電流ＩＬが負の値を取らない場合には、上アームの最小ＯＮ時間が確保できていない可能性があるので、ステップＳ６６において、電池電圧ＶＢに対する最小上アームＯＮ時間のマップを修正後、ステップＳ６８に進む。

ステップＳ６８において、電池電圧ＶＢに対する最小上アームＯＮ時間のマップ（図５の特性）から電池電圧ＶＢにおける最小上アームＯＮ時間を求める。ステップＳ７０において、別ルーチンで計算され決定されたデューティ比指令値をメモリから読み出す。ステップＳ７２において、メモリから読み出したデューティ比指令値におけるアームＯＮ時間が何μｓになるのかを計算する。ステップＳ７４において、計算した上アームＯＮ時間が最小上アームＯＮ時間よりも小さいかどうかを判断し、もし、最小上アームＯＮ時間よりも長い場合にはそのまま処理を進める。また、最小上アームＯＮ時間より短い場合には、ステップＳ７６において、デューティ比指令値に最小上アームＯＮ時間にデッドタイムを加えたものを代入してデューティ比指令値を補正する（デューティ比算出手段）。このような処理により上アームの動作検出に基づく、制御処理が実行されることになる。

以上、上述したように、本実施形態に係る電動機の制御装置を使用することにより車両用の昇圧コンバータに流れる電流を所定範囲内に制限すると共に、所定条件における制御遅れが防止できる。なお、本実施形態では説明の都合上、上アームトランジスタ及び下アームトランジスタの温度特性による変化や同時ＯＮを防止するデッドタイムであって、実際の各トランジスタがＯＮするまでの時間のばらつきに対する処理について説明を省略したが、同様な処理により対応できることはいうまでもない。

１０ 電動機の制御装置、１１ コントロールユニット、１２ 電池、１３ インバータ回路、１４ 電動機、１５ リアクトル、１６ 上アームトランジスタ、１７ 下アームトランジスタ、１８ 上アームダイオード、１９ 下アームダイオード、２０ 昇圧コンバータ回路、２１ 出力キャパシタ、２２ 電流計、２３ 電池電圧計、２４ 出力電圧計、３１ デューティ比決定手段、３２ デューティ比算出手段、３３ スイッチング素子制御手段、３４ 操作部。

Claims (5)

1. 電池から直流電圧の供給を受け、スイッチング素子によって誘導性素子に誘導起電力を発生させて電池の直流電圧に誘電起電力を加えた電圧で出力キャパシタを充電し、出力キャパシタの端子間電圧を電動機に供給することにより電動機を制御する電動機の制御装置において、
   電池の直流電圧と出力キャパシタの端子間電圧とを測定する電圧測定手段と、
   スイッチング素子を有する上アーム及び下アームと、
   出力キャパシタの端子間電圧を目標電圧に調整するため、各アームのスイッチング素子のデューティ比を決定するデューティ比決定手段と、
   デューティ比決定手段によって決定されたデューティ比で各アームのスイッチング素子を制御するスイッチ素子制御手段と、
   を含み、
   目標電圧より高くなった出力キャパシタの端子間電圧を降下させるため、変動する電池の直流電圧毎に予め決められた上アームのデューティ比制御値であって出力キャパシタから電池へ電流を流すことのできる上アームのＯＮ時間を含むデューティ比制御値を、電池の直流電圧に応じてデューティ比決定手段に設定することを特徴とする電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機の制御装置において、
   上アーム及び下アームのデューティ比制御値には、各アームにおけるスイッチング素子の同時ＯＮを防止するデッドタイムが設定されていることを特徴とする電動機の制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動機の制御装置において、
   さらに、電池から上アーム及び下アームに至る経路を流れるスイッチング電流を測定する電流測定手段を有し、
   目標電圧より高くなった出力キャパシタの端子間電圧を降下させる場合において、電流測定手段で測定したスイッチング電流が予め決められた時間内に負の値とならないときは、電池の直流電圧と出力キャパシタの端子電圧とに基づき上アームにおけるスイッチング素子の新たなデューティ比を算出するデューティ比算出手段を有することを特徴とする電動機の制御装置。
4. 請求項３に記載の電動機の制御装置において、
   デューティ比算出手段で算出されたデューティ比制御値における上アームのＯＮ時間は、上アームにおけるスイッチング素子のデューティ比制御値からデッドタイムを差し引いた実時間が予め決められた最小上アームＯＮ時間よりも長い時間であることを特徴とする電動機の制御装置。
5. 請求項４に記載の電動機の制御装置において、
   電池の電圧に対する上アームＯＮ時間は、変動する電池の直流電圧に応じて設定され、電池の直流電圧が最低直流電圧を下回るときは上アームＯＮ時間が最小上アームＯＮ時間となる特性を有することを特徴とする電動機の制御装置。

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