JP2012070473A - 電動車両およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】昇圧コンバータにおける共振の発生を確実に回避可能な電動車両およびその制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置４０は、電圧センサ５２の異常時や所定の省燃費走行条件の成立時等に、昇圧コンバータ１０のスイッチング素子Ｑ１を常時オン状態とする上アームオン走行を実行する。上アームオン走行時は、平滑コンデンサＣおよび昇圧コンバータ１０のリアクトルＬによりＬＣ回路が形成される。制御装置４０は、上アームオン走行の実行条件成立時にモータジェネレータＭ１の回転数が予め定められた範囲（ＬＣ回路の共振発生領域）にあるとき、昇圧コンバータ１０のゲート遮断を実行し、走行モードをモータドライブ走行モードとする。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動車両およびその制御方法に関し、特に、走行用の電力を蓄える再充電可能な蓄電装置と電動機を駆動する駆動装置へ給電するための電力線との間に昇圧装置を備える電動車両およびその制御方法に関する。

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が注目されている。電気自動車は、蓄電装置とインバータとインバータによって駆動される電動機とを走行用の動力源として搭載する。ハイブリッド自動車は、従来の内燃機関に加え、蓄電装置とインバータと電動機とを走行用の動力源として搭載する。

上記のような電動車両においては、電動機の高出力化の要求に伴なって駆動電圧の高電圧化が要求される。そして、走行用の電力を蓄える蓄電装置とインバータとの間に、インバータに供給する電圧を蓄電装置の電圧以上に昇圧する昇圧コンバータを備えた電動車両が知られている。

特開２００９−２２５６３３号公報（特許文献１）は、そのような昇圧コンバータを備える電動機駆動制御装置を開示する。昇圧コンバータは、リアクトルとスイッチング素子とを含む昇圧チョッパ回路によって構成される。昇圧コンバータのバッテリ側とインバータ側とには、平滑コンデンサが設けられる。この平滑コンデンサと昇圧コンバータのリアクトルとにより共振回路が構成される。そして、この電動機駆動制御装置においては、モータの目標動作点が上記共振回路において共振が発生する所定領域に含まれるとき、インバータ側の電圧がバッテリ側の電圧よりも高くなるように昇圧コンバータが制御される。

この電動機駆動制御装置によれば、昇圧コンバータにおける共振の発生に起因した不具合の発生を抑制しつつ、電動機の出力やエネルギー効率の向上を図ることができるとされる（特許文献１参照）。

特開２００９−２２５６３３号公報 特開２００８−３１２３０６号公報 特開２００４−２４２３７５号公報 特開２００９−１４８１３９号公報

しかしながら、上記の特開２００９−２２５６３３号公報に開示される電動機駆動制御装置では、昇圧コンバータのインバータ側の電圧を検出する電圧センサに異常が発生するなどして昇圧コンバータによる昇圧制御を実施できない場合には、昇圧コンバータにおける上記共振の発生を回避することができない。

それゆえに、この発明の目的は、昇圧コンバータにおける共振の発生を確実に回避可能な電動車両およびその制御方法を提供することである。

この発明によれば、電動車両は、再充電可能な蓄電装置と、電動機と、駆動装置と、電力線と、昇圧装置と、コンデンサと、制御装置とを備える。蓄電装置は、走行用の電力を蓄える。電動機は、車両の駆動力を発生する。駆動装置は、電動機を駆動する。電力線は、駆動装置へ給電するためのものである。昇圧装置は、蓄電装置と電力線との間に設けられ、電力線の電圧を蓄電装置の電圧以上に昇圧するように構成される。コンデンサは、電力線に接続され、電力線の電圧を平滑化する。昇圧装置は、リアクトルと、第１および第２のスイッチング素子と、第１および第２のダイオードとを含む。リアクトルは、蓄電装置の正極に一端が接続される。第１のスイッチング素子は、リアクトルの他端と電力線との間に接続される。第２のスイッチング素子は、リアクトルの他端と蓄電装置の負極との間に接続される。第１および第２のダイオードは、第１および第２のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続される。制御装置は、第１のスイッチング素子をオン状態にして走行する上アームオン走行の実行条件成立時に電動機の回転数が予め定められた範囲にあるとき、第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行する。

好ましくは、上記予め定められた範囲は、上アームオン走行時にコンデンサおよびリアクトルにより形成されるＬＣ回路の共振周波数に基づいて決定される。

好ましくは、電動車両は、電圧センサをさらに備える。電圧センサは、電力線の電圧を検出する。昇圧装置は、電圧センサの検出値に基づいて制御される。電圧センサの故障時、上アームオン走行の実行条件が成立する。制御装置は、電圧センサの故障による上アームオン走行の実行条件成立時に電動機の回転数が予め定められた範囲にあるとき、第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行する。

好ましくは、上アームオン走行時、駆動装置は、矩形波電圧制御モードによって制御される。

好ましくは、制御装置は、上アームオン走行の実行条件成立時に電動機の回転数が予め定められた範囲にあるとき、蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ）の目標を高め、その後、第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行する。

さらに好ましくは、高められた目標に充電状態（ＳＯＣ）が到達すると、制御装置は、第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行する。

また、さらに好ましくは、蓄電装置の充電が制限される状態になると、制御装置は、第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行する。

好ましくは、電動車両は、発電装置をさらに備える。発電装置は、駆動装置へ供給可能な電力を発生する。制御装置は、第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行するとともに発電装置を駆動する。

さらに好ましくは、電動車両は、内燃機関をさらに備える。発電装置は、発電機を含む。発電機は、内燃機関によって駆動される。制御装置は、第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行するとともに内燃機関を動作させる。

また、この発明によれば、制御方法は、電動車両の制御方法である。電動車両は、再充電可能な蓄電装置と、電動機と、駆動装置と、電力線と、昇圧装置と、コンデンサとを備える。蓄電装置は、走行用の電力を蓄える。電動機は、車両の駆動力を発生する。駆動装置は、電動機を駆動する。電力線は、駆動装置へ給電するためのものである。昇圧装置は、蓄電装置と電力線との間に設けられ、電力線の電圧を蓄電装置の電圧以上に昇圧するように構成される。コンデンサは、電力線に接続され、電力線の電圧を平滑化する。昇圧装置は、リアクトルと、第１および第２のスイッチング素子と、第１および第２のダイオードとを含む。リアクトルは、蓄電装置の正極に一端が接続される。第１のスイッチング素子は、リアクトルの他端と電力線との間に接続される。第２のスイッチング素子は、リアクトルの他端と蓄電装置の負極との間に接続される。第１および第２のダイオードは、第１および第２のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続される。そして、制御方法は、第１のスイッチング素子をオン状態にして走行する上アームオン走行の実行条件が成立しているか否かを判定するステップと、上アームオン走行の実行条件成立時に電動機の回転数が予め定められた範囲にあるとき、第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行するステップとを含む。

好ましくは、上記予め定められた範囲は、上アームオン走行時にコンデンサおよびリアクトルにより形成されるＬＣ回路の共振周波数に基づいて決定される。

好ましくは、電動車両は、電圧センサをさらに備える。電圧センサは、電力線の電圧を検出する。昇圧装置は、電圧センサの検出値に基づいて制御される。電圧センサの異常時、実行条件の成立可否を判定するステップにおいて、上アームオン走行の実行条件が成立していると判定される。

好ましくは、上アームオン走行時、駆動装置は、矩形波電圧制御モードによって制御される。

好ましくは、制御方法は、上アームオン走行の実行条件成立時に電動機の回転数が予め定められた範囲にあるとき、蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ）の目標を高めるステップをさらに含む。充電状態の目標が高められた後、ゲート遮断を実行するステップにおいて、ゲート遮断が実行される。

さらに好ましくは、高められた目標に充電状態（ＳＯＣ）が到達すると、ゲート遮断を実行するステップにおいて、ゲート遮断が実行される。

また、さらに好ましくは、蓄電装置の充電が制限される状態になると、ゲート遮断を実行するステップにおいて、ゲート遮断が実行される。

好ましくは、電動車両は、発電装置をさらに備える。発電装置は、駆動装置へ供給可能な電力を発生する。そして、制御方法は、ゲート遮断とともに発電装置を駆動するステップをさらに含む。

さらに好ましくは、電動車両は、内燃機関をさらに備える。発電装置は、発電機を含む。発電機は、内燃機関によって駆動される。そして、発電装置を駆動するステップにおいて、ゲート遮断とともに内燃機関を動作させる。

この発明においては、上アームオン走行の実行条件成立時に電動機の回転数が予め定められた範囲にあるとき、第１のスイッチング素子のゲート遮断が実行されるので、コンデンサからリアクトルへの電流の流れが遮断される。したがって、この発明によれば、昇圧装置における共振の発生を確実に回避することができる。

この発明の実施の形態１による電動車両の電気システムを示した図である。 インバータの制御モードを説明する図である。 上アームオン走行時の等価回路を示した図である。 上アームオン走行中にモータジェネレータの回転数が予め定められた範囲に入ったときの制御装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。 モータジェネレータの回転数が予め定められた範囲にあるときに上アームオン走行の実行条件が成立したときの制御装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２による電動車両の電気システムを示した図である。 実施の形態２において、上アームオン走行中にモータジェネレータの回転数が予め定められた範囲に入ったときの制御装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２において、モータジェネレータの回転数が予め定められた範囲にあるときに上アームオン走行の実行条件が成立したときの制御装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。

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、この発明の実施の形態１による電動車両の電気システムを示した図である。図１を参照して、電動車両１００は、蓄電装置Ｂと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０と、モータジェネレータＭ１と、駆動輪３５と、正極線ＰＬ１，ＰＬ２と、負極線ＮＬと、平滑コンデンサＣとを備える。また、電動車両１００は、制御装置４０と、電圧センサ５２，５４と、電流センサ５６と、回転角センサ５８とをさらに備える。

昇圧コンバータ１０は、リアクトルＬと、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、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬの一方端は、蓄電装置Ｂの正極に接続される正極線ＰＬ１に接続され、他方端は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続ノード、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のコレクタとの接続点に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、正極線ＰＬ２と蓄電装置Ｂの負極に接続される負極線ＮＬとの間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１のコレクタは正極線ＰＬ２に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタは負極線ＮＬに接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。すなわち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間に、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。

なお、上記のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２および後述のスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６として、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ等を用いることができる。

インバータ２０は、Ｕ相アーム２２と、Ｖ相アーム２４と、Ｗ相アーム２６とを含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２を含む。Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４を含む。Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６を含む。また、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。各相アームの中間点は、モータジェネレータＭ１の各相コイルにそれぞれ接続されている。

蓄電装置Ｂは、再充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である。蓄電装置Ｂは、走行用の電力を蓄える。なお、蓄電装置Ｂとして、二次電池に代えて、電気二重層キャパシタや大容量のコンデンサ等を用いてもよい。

昇圧コンバータ１０は、制御装置４０からの信号ＣＮＶに基づいて、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ間の電圧（以下「システム電圧」とも称する。）を蓄電装置Ｂの出力電圧以上に昇圧する。なお、システム電圧が目標電圧よりも低い場合、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティーを大きくすることによって正極線ＰＬ１から正極線ＰＬ２へ電流を流すことができ、システム電圧を上昇させることができる。一方、システム電圧が目標電圧よりも高い場合、スイッチング素子Ｑ１のオンデューティーを大きくすることによって正極線ＰＬ２から正極線ＰＬ１へ電流を流すことができ、システム電圧を低下させることができる。

また、昇圧コンバータ１０は、制御装置４０から信号ＳＤＮを受けると、少なくともスイッチング素子Ｑ１のゲートを遮断させる。以下では、昇圧コンバータ１０が信号ＳＤＮを受けると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の双方のゲートが遮断されるものとし、この状況を単に「昇圧コンバータ１０のゲート遮断」と称することとする。

インバータ２０は、制御装置４０からの信号ＩＮＶ１に基づいて、正極線ＰＬ２から供給される直流電力を三相交流に変換してモータジェネレータＭ１へ出力し、モータジェネレータＭ１を駆動する。また、インバータ２０は、電動車両１００の制動時、モータジェネレータＭ１により発電された三相交流電力を直流に変換し、正極線ＰＬ２へ出力する。

平滑コンデンサＣは、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に接続される。平滑コンデンサＣは、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ間の電圧変動の交流成分を平滑化する。

モータジェネレータＭ１は、交流電動発電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流電動発電機である。モータジェネレータＭ１は、駆動輪３５に機械的に連結され、走行トルクを発生する。また、モータジェネレータＭ１は、電動車両１００の制動時、車両の運動エネルギーを駆動輪３５から受けて発電する。なお、電動車両１００がハイブリッド車両であれば、モータジェネレータＭ１は、図示されないエンジンに機械的に連結され、エンジンの動力を用いて発電し、かつ、エンジンの始動も行なうものであってもよい。

電圧センサ５２は、平滑コンデンサＣの端子間電圧、すなわち正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間の電圧Ｖｍ（システム電圧）を検出し、その検出値を制御装置４０へ出力する。電圧センサ５４は、蓄電装置Ｂの電圧ＶＢを検出し、その検出値を制御装置４０へ出力する。電流センサ５６は、蓄電装置Ｂに入出力される電流ＩＢを検出し、その検出値を制御装置４０へ出力する。回転角センサ５８は、モータジェネレータＭ１のロータの回転角θ１を検出し、その検出値を制御装置４０へ出力する。

制御装置４０は、電圧Ｖｍ，ＶＢおよび電流ＩＢの各検出値に基づいて、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＣＮＶを生成して昇圧コンバータ１０へ出力する。また、制御装置４０は、モータ電流、回転角θ１および電圧Ｖｍの各検出値、ならびに図示されない外部ＥＣＵから受けるモータジェネレータＭ１のトルク指令値およびモータ回転数等に基づいて、モータジェネレータＭ１を駆動するための信号ＩＮＶ１を生成してインバータ２０へ出力する。制御装置４０は、モータジェネレータＭ１のトルクおよび回転数に応じて、３つの制御モードを適宜切替えてインバータ２０を制御する。

図２は、インバータ２０の制御モードを説明する図である。図２を参照して、制御モードには、正弦波ＰＷＭ制御モード、過変調ＰＷＭ制御モードおよび矩形波電圧制御モードの３つのモードが存在する。

正弦波ＰＷＭ制御モードでは、正弦波状の電圧指令と搬送波（代表的には三角波）との電圧比較に従って、各相上下アーム素子のオン／オフが制御される。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティが制御される。なお、正弦波ＰＷＭ制御モードでは、正弦波状の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲に制限されるので、モータジェネレータＭ１への印加電圧（以下、単に「モータ印加電圧」とも称する。）の基本波成分を入力電圧の約０．６１倍程度までしか高めることができない（以下、入力電圧（システム電圧）に対するモータ印加電圧（線間電圧）の基本波成分（実効値）の比を「変調率」と称する。）。

過変調ＰＷＭ制御モードは、電圧指令（正弦波成分）の振幅が搬送波振幅より大きい範囲で上記正弦波ＰＷＭ制御モードと同様のＰＷＭ制御を行なうものである。特に、電圧指令を本来の正弦波波形から歪ませる（振幅補正）ことによって基本波成分を高めることができ、正弦波ＰＷＭ制御モードでの最高変調率から０．７８の範囲まで変調率を高めることができる。

矩形波電圧制御モードでは、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が１：１の矩形波１パルス分がモータジェネレータＭ１に印加される。これにより、矩形波電圧制御モードでは、変調率は０．７８まで高められる。矩形波電圧制御モードでは、モータ印加電圧の振幅が固定されるので、トルク指令値に対する偏差に基づく矩形波電圧パルスの位相制御によってトルク制御が実行される。

再び図１を参照して、制御装置４０は、予め定められた条件が成立すると、昇圧コンバータ１０のスイッチング素子Ｑ１を常時オン状態（スイッチング素子Ｑ２はオフ状態）にして走行する上アームオン走行を実行する。一例として、電圧センサ５２の異常時や、所定の省燃費走行条件成立時などに、上アームオン走行が実行される。そして、上アームオン走行時は、制御装置４０は、矩形波電圧制御モードでインバータ２０を制御する。上アームオン走行時はシステム電圧を高められないので、変調率の高い矩形波電圧制御モードによって高トルクを実現するものである。

ここで、上アームオン走行の実行条件成立時にモータジェネレータＭ１の回転数が予め定められた範囲にあるとき、制御装置４０は、信号ＳＤＮを生成して昇圧コンバータ１０へ出力する。これにより、昇圧コンバータ１０のゲート遮断が実行され、正極線ＰＬ２から正極線ＰＬ１への電流の流れ（以下、この流れの方向を「回生方向」とも称する。）が遮断される。なお、正極線ＰＬ１から正極線ＰＬ２への電流の流れ（以下、この流れの方向を「放電方向」とも称する。）は、ダイオードＤ１によって許容される。そして、制御装置４０は、走行モードを、モータジェネレータＭ１を電動機としてのみ動作させるＭＤ（モータドライブ）走行モードとする。

モータジェネレータＭ１の回転数の上記範囲は、上アームオン走行時に平滑コンデンサＣおよび昇圧コンバータ１０のリアクトルＬにより形成されるＬＣ回路の共振周波数に基づいて決定される。

すなわち、図３の上アームオン走行時の等価回路に示されるように、上アームオン走行時は、平滑コンデンサＣと昇圧コンバータ１０のリアクトルＬとが電気的に直結され、平滑コンデンサＣとリアクトルＬとによりＬＣ回路が形成される。一方、モータジェネレータＭ１においては、回転に応じてトルクリップルが発生し、このトルクリップルに応じた電圧リップルが正極線ＰＬ２に発生する。トルクリップルの変動周波数は、モータジェネレータＭ１の回転数に依存し、正極線ＰＬ２に発生する電圧リップルの変動周波数も、モータジェネレータＭ１の回転数に依存する。そして、正極線ＰＬ２に発生する電圧リップルの変動周波数が、モータジェネレータＭ１の回転数に応じてＬＣ回路の共振周波数に近づくと、電圧リップルに誘引されてＬＣ回路の共振が発生する。

より詳しく説明すると、上アームオン走行時に平滑コンデンサＣおよび昇圧コンバータ１０のリアクトルＬにより形成されるＬＣ回路の共振周波数ｆ１は、次式によって表される。

ｆ１＝１／｛２π√（Ｌ×Ｃ）｝ …（１）
ここで、Ｌは、リアクトルＬのインダクタンスを示し、Ｃは、平滑コンデンサＣの容量を示す。

一方、モータジェネレータＭ１のトルクリップルに応じて発生する正極線ＰＬ２の電圧リップルの変動周波数ｆ２は、たとえば次式によって表される。

ｆ２＝Ｎｍ×４×６／６０ …（２）
ここで、モータジェネレータＭ１のロータの永久磁石は４極対とし、変動周波数ｆ２は、６次高調波成分の周波数としている。なお、Ｎｍは、モータジェネレータＭ１の回転数を示す。

上記のように、電圧リップルの変動周波数ｆ２はモータジェネレータＭ１の回転数Ｎｍに依存し、変動周波数ｆ２がＬＣ回路の共振周波数ｆ１に近くなるような回転数ＮｍになるとＬＣ回路が共振する。そこで、この実施の形態１においては、平滑コンデンサＣおよびリアクトルＬの製造ばらつきを考慮して、上アームオン走行時にＬＣ回路が共振し得る範囲にモータジェネレータＭ１の回転数Ｎｍがあるときは、共振の発生を防止するために、昇圧コンバータ１０のゲート遮断を実行して回生方向に電流が流れないようにしたものである。

なお、「上アームオン走行の実行条件成立時にモータジェネレータＭ１の回転数が予め定められた範囲にあるとき」とは、上アームオン走行中にモータジェネレータＭ１の回転数が予め定められた範囲に入ったときだけでなく、モータジェネレータＭ１の回転数が予め定められた範囲にあるときに電圧センサ５２に異常が発生するなどして上アームオン走行の実行条件が成立した場合も含む。

図４は、上アームオン走行中にモータジェネレータＭ１の回転数が予め定められた範囲に入ったときの制御装置４０の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図４を参照して、制御装置４０は、上アームオン走行の条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１０）。一例として、電圧センサ５２の異常時や所定の省燃費走行条件成立時などに上アームオン走行の条件が成立したものと判定される。そして、上アームオン走行の条件が成立していると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御装置４０は、スイッチング素子Ｑ１を常時オン状態（スイッチング素子Ｑ２はオフ状態）とするように昇圧コンバータ１０を制御し、上アームオン走行を実行する（ステップＳ２０）。さらに、制御装置４０は、インバータ２０の制御モードを矩形波電圧制御モードとする（ステップＳ３０）。

次いで、制御装置４０は、モータジェネレータＭ１の回転数Ｎｍが所定値Ｎ１よりも高く、かつ、所定値Ｎ２よりも低いか否かを判定する（ステップＳ４０）。所定値Ｎ１，Ｎ２は、平滑コンデンサＣおよび昇圧コンバータ１０のリアクトルＬにより形成されるＬＣ回路の共振周波数に対応する回転数Ｎｍに基づいて、平滑コンデンサＣおよびリアクトルＬの製造ばらつきを考慮して決定される。

回転数Ｎｍが所定値Ｎ１よりも高く、かつ、所定値Ｎ２よりも低いと判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、制御装置４０は、昇圧コンバータ１０のゲート遮断を実行する（ステップＳ５０）。具体的には、制御装置４０は、信号ＳＤＮを生成して昇圧コンバータ１０へ出力する。そして、制御装置４０は、走行モードを、モータジェネレータＭ１を電動機としてのみ動作させるＭＤ走行モードとする（ステップＳ６０）。

なお、ステップＳ４０において、回転数Ｎｍが所定値Ｎ１以下であるか、または、所定値Ｎ２以上であると判定されると（ステップＳ４０においてＮＯ）、制御装置４０は、ステップＳ５０，Ｓ６０に示される処理を実行することなくステップＳ７０へ処理を移行する。ＬＣ回路の共振は発生しないものと判断できるからである。

図５は、モータジェネレータＭ１の回転数が予め定められた範囲にあるときに上アームオン走行の実行条件が成立したときの制御装置４０の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図５を参照して、制御装置４０は、モータジェネレータＭ１の回転数Ｎｍが所定値Ｎ１よりも高く、かつ、所定値Ｎ２よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１１０）。所定値Ｎ１，Ｎ２については、上述したとおりである。回転数Ｎｍが所定値Ｎ１よりも高く、かつ、所定値Ｎ２よりも低いと判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、制御装置４０は、上アームオン走行の条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１２０）。

そして、上アームオン走行の条件が成立したと判定されると（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、制御装置４０は、昇圧コンバータ１０のゲート遮断を実行し（ステップＳ１３０）、さらに、走行モードをＭＤ走行モードとする（ステップＳ１４０）。

なお、ステップＳ１２０において、上アームオン走行の条件は成立していないと判定されると（ステップＳ１２０においてＮＯ）、制御装置４０は、ステップＳ１３０，Ｓ１４０に示される処理を実行することなくステップＳ１５０へ処理を移行する。上アームオン走行を行なわないときは、ＬＣ回路の共振は発生しないからである。

以上のように、この実施の形態１においては、電圧センサ５２の異常時や所定の省燃費走行条件の成立時等に、昇圧コンバータ１０のスイッチング素子Ｑ１を常時オン状態とする上アームオン走行が実行される。そして、上アームオン走行時は、平滑コンデンサＣおよび昇圧コンバータ１０のリアクトルＬによりＬＣ回路が形成されるところ、上アームオン走行の実行条件成立時にモータジェネレータＭ１の回転数ＮｍがＮ１＜Ｎｍ＜Ｎ２の範囲（共振発生領域）にあるとき、昇圧コンバータ１０のゲート遮断が実行される。これにより、平滑コンデンサＣからリアクトルＬへの電流の流れ（回生方向）が遮断される。したがって、この実施の形態１によれば、上アームオン走行時にＬＣ回路における共振の発生を確実に回避することができる。

［実施の形態２］
図６は、実施の形態２による電動車両の電気システムを示した図である。図６を参照して、電動車両１００Ａは、図１に示した実施の形態１による電動車両１００の構成において、インバータ３０、モータジェネレータＭ２、エンジン６２および動力分割装置６４をさらに備え、制御装置４０に代えて制御装置４０Ａを備える。

インバータ３０は、制御装置４０からの信号ＩＮＶ２に基づいて、エンジン６２の出力を用いてモータジェネレータＭ２により発電された三相交流電力を直流に変換し、正極線ＰＬ２へ出力する。また、インバータ３０は、エンジン６２の始動時、正極線ＰＬ２から供給される直流電力を三相交流に変換してモータジェネレータＭ２へ出力し、モータジェネレータＭ２を駆動する。

モータジェネレータＭ２は、交流電動発電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流電動発電機である。モータジェネレータＭ２は、動力分割装置６４を介してエンジン６２に機械的に連結され、エンジン６２の出力を用いて発電する。また、モータジェネレータＭ２は、エンジン６２の始動時、インバータ３０によって駆動され、エンジン６２を始動させる。

動力分割装置６４は、エンジン６２とモータジェネレータＭ１，Ｍ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。たとえば、動力分割装置６４として、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を用いることができる。この３つの回転軸がモータジェネレータＭ２、エンジン６２およびモータジェネレータＭ１の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭ２のロータを中空としてその中心にエンジン６２のクランク軸を通すことによって、エンジン６２およびモータジェネレータＭ１，Ｍ２を動力分割装置６４に機械的に接続することができる。

エンジン６２が発生する動力は、動力分割装置６４によって駆動輪３５とモータジェネレータＭ２とに分配される。すなわち、エンジン６２は、駆動輪３５を駆動するとともにモータジェネレータＭ２を駆動する動力源として電動車両１００Ａに組込まれる。モータジェネレータＭ２は、エンジン６２によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン６２の始動を行ない得る電動機として動作するものとして電動車両１００Ａに組込まれ、モータジェネレータＭ１は、駆動輪３５を駆動する動力源として電動車両１００Ａに組込まれる。

制御装置４０Ａは、図１に示した実施の形態１における制御装置４０の機能に加えて、以下の機能を有する。すなわち、上アームオン走行の実行条件成立時にモータジェネレータＭ１の回転数が上記の予め定められた範囲（共振発生領域）にあるとき、制御装置４０Ａは、昇圧コンバータ１０のゲート遮断を直ちに実行せずに、正極線ＰＬ２から正極線ＰＬ１へ電流を流すための制御を実行する。具体的には、制御装置４０Ａは、蓄電装置ＢのＳＯＣ（State Of Charge）の目標を高めることによって回生方向の電流が流れるようにする。

そして、高められたＳＯＣ目標に蓄電装置ＢのＳＯＣが達するか、または、蓄電装置Ｂへの充電が制限される状態になると、制御装置４０Ａは、信号ＳＤＮを生成して昇圧コンバータ１０へ出力し、昇圧コンバータ１０のゲート遮断を実行する。

さらに、制御装置４０Ａは、昇圧コンバータ１０のゲート遮断を実行するとともに、エンジン６２が停止していれば、モータジェネレータＭ２を用いてエンジン６２を始動させる。好ましくは、昇圧コンバータ１０のゲート遮断に先立ちエンジン６２を動作させておく。

この電動車両１００Ａにおいては、上アームオン走行の実行条件成立時にモータジェネレータＭ１の回転数が上記の予め定められた範囲（共振発生領域）にあるとき、昇圧コンバータ１０のゲート遮断を直ちに実行せずに、回生方向に電流が流れるように蓄電装置ＢのＳＯＣの目標が高められる。これにより、昇圧コンバータ１０に流れる電流の方向を回生方向のみとし、平滑コンデンサＣおよびリアクトルＬによって形成されるＬＣ回路の共振を防止する。

そして、その高められた目標値にＳＯＣが達するか、または、蓄電装置Ｂへの充電が制限される状態になると、すなわち、回生方向に電流を流せなくなると、昇圧コンバータ１０のゲート遮断が実行され、走行モードがＭＤ走行モードとなる。なお、ＭＤ走行モードでは、蓄電装置Ｂからの放電のみとなるので、電源および／または動力源確保のため、昇圧コンバータ１０のゲート遮断とともに、エンジン６２が停止している場合にはエンジン６２を始動させる。なお、基本的には、回生方向に電流を流すためにエンジン６２を動作させるので、エンジン６２を動作させたままにしておくということになる。

なお、回生方向に電流を流すためにエンジン６２を動作させる場合、高められた目標値にＳＯＣが早期に達してしまわないように、エンジン６２の動作点を最適点からずらして発電量を抑えてもよい。

また、回生方向に電流が流れているかを電流センサ５６によって監視し、その検出値に基づいてＳＯＣの目標を調整してもよい。たとえば、アクセルペダルが踏込まれるなどして大きなパワーが要求されたときは、放電方向に電流が流れ得るので、ＳＯＣの目標を一時的にさらに高めるなどしてもよい。

図７は、実施の形態２において、上アームオン走行中にモータジェネレータＭ１の回転数が予め定められた範囲に入ったときの制御装置４０Ａの処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図７を参照して、このフローチャートは、図４に示したフローチャートにおいて、ステップＳ４２〜Ｓ４８をさらに含む。すなわち、ステップＳ４０において、モータジェネレータＭ１の回転数Ｎｍが所定値Ｎ１よりも高く、かつ、所定値Ｎ２よりも低いと判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、制御装置４０Ａは、蓄電装置ＢのＳＯＣの目標値を高める（ステップＳ４２）。これにより、電流の流れを回生方向のみとしてＬＣ回路の共振を防止する。

次いで、制御装置４０Ａは、蓄電装置ＢのＳＯＣが目標値に到達したか、または、蓄電装置Ｂへの充電が制限される状態であるか否かを判定する（ステップＳ４４）。なお、一例として、蓄電装置Ｂの高温時などに蓄電装置Ｂへの充電が制限される。

蓄電装置ＢのＳＯＣが目標値に到達したか、または、蓄電装置Ｂへの充電が制限される状態であると判定されると（ステップＳ４４においてＹＥＳ）、制御装置４０Ａは、エンジン６２が停止しているか否かを判定する（ステップＳ４６）。エンジン６２が停止している場合には（ステップＳ４６においてＹＥＳ）、制御装置４０Ａは、モータジェネレータＭ２を用いてエンジン６２を始動する（ステップＳ４８）。その後、制御装置４０Ａは、ステップＳ５０へ処理を移行し、昇圧コンバータ１０のゲート遮断が実行される。

図８は、実施の形態２において、モータジェネレータＭ１の回転数が予め定められた範囲にあるときに上アームオン走行の実行条件が成立したときの制御装置４０Ａの処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図８を参照して、このフローチャートは、図５に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１２１〜Ｓ１２６をさらに含む。すなわち、ステップＳ１２０において、上アームオン走行の条件が成立したと判定されると（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、制御装置４０Ａは、蓄電装置ＢのＳＯＣの目標値を高める（ステップＳ１２１）。

次いで、制御装置４０Ａは、スイッチング素子Ｑ１を常時オン状態（スイッチング素子Ｑ２はオフ状態）とするように昇圧コンバータ１０を制御し、上アームオン走行を実行する（ステップＳ１２２）。なお、スイッチング素子Ｑ１を常時オン状態とすることにより平滑コンデンサＣおよびリアクトルＬによるＬＣ回路が形成されるけれども、ステップＳ１２１においてＳＯＣの目標値が高められたことにより電流の方向が回生方向に限定されるので、ＬＣ回路の共振が防止される。さらに、制御装置４０Ａは、インバータ２０の制御モードを矩形波電圧制御モードとする（ステップＳ１２３）。

なお、ステップＳ１２４以降の処理は、図７に示したフローチャートのステップＳ４４以降の処理と同じであるので、説明を繰返さない。

以上のように、この実施の形態２においては、上アームオン走行の実行条件成立時にモータジェネレータＭ１の回転数Ｎｍが共振発生領域にあるとき、昇圧コンバータ１０のゲート遮断を直ちに実行せずに、回生方向に電流が流れるように蓄電装置ＢのＳＯＣの目標が高められる。これにより、昇圧コンバータ１０に流れる電流の方向が回生方向のみとなる。したがって、この実施の形態２によっても、上アームオン走行時にＬＣ回路における共振の発生を回避することができる。

また、この実施の形態２においては、昇圧コンバータ１０のゲート遮断が実行されてＭＤ走行モードへ移行する前に蓄電装置ＢのＳＯＣが高められているので、蓄電装置Ｂからの放電のみとなるＭＤ走行モードへの移行後も蓄電装置Ｂから十分な電力を供給することができる。また、ＭＤ走行モードへ移行する前にエンジン６２を動作させておくので、ＭＤ走行モードへの移行後の動力源が十分に確保される。

なお、上記の実施の形態２においては、電動車両１００Ａは、動力分割装置６４によりエンジン６２の動力を駆動輪３５とモータジェネレータＭ２とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車両にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータＭ２を駆動するためにのみエンジン６２を用い、モータジェネレータＭ１でのみ駆動輪３５を駆動する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両や、エンジン６２が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車両、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車両などにもこの発明は適用可能である。

なお、上記において、モータジェネレータＭ１は、この発明における「電動機」の一実施例に対応し、インバータ２０は、この発明における「駆動装置」の一実施例に対応する。また、正極線ＰＬ２は、この発明における「電力線」の一実施例に対応し、昇圧コンバータ１０は、この発明における「昇圧装置」の一実施例に対応する。さらに、平滑コンデンサＣは、この発明における「コンデンサ」の一実施例に対応し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、それぞれこの発明における「第１のスイッチング素子」および「第２のスイッチング素子」の一実施例に対応する。

また、さらに、電圧センサ５２は、この発明における「電圧センサ」の一実施例に対応し、エンジン６２は、この発明における「内燃機関」の一実施例に対応する。また、さらに、モータジェネレータＭ２は、この発明における「発電機」の一実施例に対応する。

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。

１０ 昇圧コンバータ、２０，３０ インバータ、２２ Ｕ相アーム、２４ Ｖ相アーム、２６ Ｗ相アーム、３５ 駆動輪、４０，４０Ａ 制御装置、５２，５４ 電圧センサ、５６ 電流センサ、５８ 回転角センサ、６２ エンジン、６４ 動力分割装置、１００，１００Ａ 電動車両、Ｂ 蓄電装置、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＮＬ 負極線、Ｌ リアクトル、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６ スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６ ダイオード、Ｃ 平滑コンデンサ、Ｍ１，Ｍ２ モータジェネレータ。

Claims (18)

1. 走行用の電力を蓄える再充電可能な蓄電装置と、
   車両の駆動力を発生する電動機と、
   前記電動機を駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置へ給電するための電力線と、
   前記蓄電装置と前記電力線との間に設けられ、前記電力線の電圧を前記蓄電装置の電圧以上に昇圧するように構成された昇圧装置と、
   前記電力線に接続され、前記電力線の電圧を平滑化するためのコンデンサとを備え、
   前記昇圧装置は、
   前記蓄電装置の正極に一端が接続されるリアクトルと、
   前記リアクトルの他端と前記電力線との間に接続される第１のスイッチング素子と、
   前記リアクトルの他端と前記蓄電装置の負極との間に接続される第２のスイッチング素子と、
   前記第１および第２のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続される第１および第２のダイオードとを含み、さらに
   前記第１のスイッチング素子をオン状態にして走行する上アームオン走行の実行条件成立時に前記電動機の回転数が予め定められた範囲にあるとき、前記第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行する制御装置を備える、電動車両。
2. 前記予め定められた範囲は、前記上アームオン走行時に前記コンデンサおよび前記リアクトルにより形成されるＬＣ回路の共振周波数に基づいて決定される、請求項１に記載の電動車両。
3. 前記電力線の電圧を検出するための電圧センサをさらに備え、
   前記昇圧装置は、前記電圧センサの検出値に基づいて制御され、
   前記電圧センサの故障時、前記上アームオン走行の実行条件が成立し、
   前記制御装置は、前記電圧センサの故障による前記上アームオン走行の実行条件成立時に前記電動機の回転数が前記予め定められた範囲にあるとき、前記第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行する、請求項１または請求項２に記載の電動車両。
4. 前記上アームオン走行時、前記駆動装置は、矩形波電圧制御モードによって制御される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電動車両。
5. 前記制御装置は、前記上アームオン走行の実行条件成立時に前記電動機の回転数が前記予め定められた範囲にあるとき、前記蓄電装置の充電状態の目標を高め、その後、前記第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電動車両。
6. 前記高められた目標に前記充電状態が到達すると、前記制御装置は、前記第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行する、請求項５に記載の電動車両。
7. 前記蓄電装置の充電が制限される状態になると、前記制御装置は、前記第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行する、請求項５に記載の電動車両。
8. 前記駆動装置へ供給可能な電力を発生する発電装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行するとともに前記発電装置を駆動する、請求項５から請求項７のいずれかに記載の電動車両。
9. 内燃機関をさらに備え、
   前記発電装置は、前記内燃機関によって駆動される発電機を含み、
   前記制御装置は、前記第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行するとともに前記内燃機関を動作させる、請求項８に記載の電動車両。
10. 電動車両の制御方法であって、
    前記電動車両は、
    走行用の電力を蓄える再充電可能な蓄電装置と、
    車両の駆動力を発生する電動機と、
    前記電動機を駆動する駆動装置と、
    前記駆動装置へ給電するための電力線と、
    前記蓄電装置と前記電力線との間に設けられ、前記電力線の電圧を前記蓄電装置の電圧以上に昇圧するように構成された昇圧装置と、
    前記電力線に接続され、前記電力線の電圧を平滑化するためのコンデンサとを備え、
    前記昇圧装置は、
    前記蓄電装置の正極に一端が接続されるリアクトルと、
    前記リアクトルの他端と前記電力線との間に接続される第１のスイッチング素子と、
    前記リアクトルの他端と前記蓄電装置の負極との間に接続される第２のスイッチング素子と、
    前記第１および第２のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続される第１および第２のダイオードとを含み、
    前記制御方法は、
    前記第１のスイッチング素子をオン状態にして走行する上アームオン走行の実行条件が成立しているか否かを判定するステップと、
    前記上アームオン走行の実行条件成立時に前記電動機の回転数が予め定められた範囲にあるとき、前記第１のスイッチング素子のゲート遮断を実行するステップとを含む、電動車両の制御方法。
11. 前記予め定められた範囲は、前記上アームオン走行時に前記コンデンサおよび前記リアクトルにより形成されるＬＣ回路の共振周波数に基づいて決定される、請求項１０に記載の制御方法。
12. 前記電動車両は、前記電力線の電圧を検出するための電圧センサをさらに備え、
    前記昇圧装置は、前記電圧センサの検出値に基づいて制御され、
    前記電圧センサの異常時、前記実行条件の成立可否を判定するステップにおいて、前記上アームオン走行の実行条件が成立していると判定される、請求項１０または請求項１１に記載の制御方法。
13. 前記上アームオン走行時、前記駆動装置は、矩形波電圧制御モードによって制御される、請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の制御方法。
14. 前記上アームオン走行の実行条件成立時に前記電動機の回転数が前記予め定められた範囲にあるとき、前記蓄電装置の充電状態の目標を高めるステップをさらに含み、
    前記充電状態の目標が高められた後、前記ゲート遮断を実行するステップにおいて、前記ゲート遮断が実行される、請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の制御方法。
15. 前記高められた目標に前記充電状態が到達すると、前記ゲート遮断を実行するステップにおいて、前記ゲート遮断が実行される、請求項１４に記載の制御方法。
16. 前記蓄電装置の充電が制限される状態になると、前記ゲート遮断を実行するステップにおいて、前記ゲート遮断が実行される、請求項１４に記載の制御方法。
17. 前記電動車両は、前記駆動装置へ供給可能な電力を発生する発電装置をさらに備え、
    前記制御方法は、前記ゲート遮断とともに前記発電装置を駆動するステップをさらに含む、請求項１４から請求項１６のいずれかに記載の制御方法。
18. 前記電動車両は、内燃機関をさらに備え、
    前記発電装置は、前記内燃機関によって駆動される発電機を含み、
    前記発電装置を駆動するステップにおいて、前記ゲート遮断とともに前記内燃機関を動作させる、請求項１７に記載の制御方法。

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