JP2012205386A - 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を継続的に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、昇圧コンバータ１０のリアクトルＬおよび平滑コンデンサＣ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が成立し、かつ、モータジェネレータＭ１の回転速度が所定範囲（ＬＣ回路の共振発生領域）にあるとき、プリチャージ用のリレーＲＹ３をオン状態にし、かつ、リレーＲＹ２をオフ状態にする。
【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回路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２００９−２６１０６０号公報 特開２００８−１１６０６号公報 特開２００６−１６６１４２号公報 特開２００１−２３８４６１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等して昇圧コンバータによる昇圧制御を実施することができない場合には、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、電動機と、駆動装置と、電力線と、コンデンサと、再充電可能な蓄電装置と、昇圧回路と、リレーと、プリチャージ回路と、制御装置とを備える。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。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。蓄電装置は、走行用の電力を蓄える。昇圧回路は、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。リレーは、蓄電装置と昇圧回路との間に設けられる。プリチャージ回路は、リレーに並列に接続され、蓄電装置からコンデンサへ突入電流が流れるのを防止する。プリチャージ回路は、制限抵抗と、プリチャージ用リレーとを含む。プリチャージ用リレーは、制限抵抗に直列に接続される。昇圧回路は、上アームと、下アームと、リアクトルとを含む。上アームは、電力線に接続される。下アームは、上アームと蓄電装置の負極との間に接続される。リアクトルは、上下アームの接続点と蓄電装置の正極との間に接続される。そして、制御装置は、上アームを継続的に導通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、かつ、電動機の回転速度が所定範囲に含まれるとき、プリチャージ用リレーをオン状態にし、かつ、リレーをオフ状態にする。

好ましくは、所定範囲は、上アームの導通時にリアクトルおよびコンデンサにより形成されるＬＣ回路の共振周波数に基づいて決定される。

好ましくは、制御装置は、電動機の回転速度が所定範囲を外れたとき、プリチャージ用リレーをオフ状態にし、かつ、リレーをオン状態にする。

好ましくは、駆動装置は、ＰＷＭ制御モードおよび矩形波制御モードを含む制御モードを切替えて電動機を駆動可能である。そして、制御装置は、上アームオン走行の実行条件が成立し、かつ、電動機の回転速度が所定範囲に含まれ、かつ、制御モードが矩形波制御モードのとき、プリチャージ用リレーをオン状態にし、かつ、リレーをオフ状態にする。

また、好ましくは、制御装置は、上アームオン走行の実行条件が成立し、かつ、電動機の回転速度が所定範囲に含まれ、かつ、電動機のトルクが予め定められた値よりも大きいとき、プリチャージ用リレーをオン状態にし、かつ、リレーをオフ状態にする。

好ましくは、電動車両は、もう１つのコンデンサをさらに備える。もう１つのコンデンサは、蓄電装置と昇圧回路との間に配設される電源線に接続され、電源線の電圧を平滑化する。そして、所定範囲は、上アームの導通時にコンデンサおよびもう１つのコンデンサならびに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。

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、電動機と、駆動装置と、電力線と、コンデンサと、再充電可能な蓄電装置と、昇圧回路と、リレーと、プリチャージ回路とを備える。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。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。蓄電装置は、走行用の電力を蓄える。昇圧回路は、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。リレーは、蓄電装置と昇圧回路との間に設けられる。プリチャージ回路は、リレーに並列に接続され、蓄電装置からコンデンサへ突入電流が流れるのを防止する。プリチャージ回路は、制限抵抗と、プリチャージ用リレーとを含む。プリチャージ用リレーは、制限抵抗に直列に接続される。昇圧回路は、上アームと、下アームと、リアクトルとを含む。上アームは、電力線に接続される。下アームは、上アームと蓄電装置の負極との間に接続される。リアクトルは、上下アームの接続点と蓄電装置の正極との間に接続される。そして、制御方法は、上アームを継続的に導通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たか否かを判定するステップと、電動機の回転速度が所定範囲に含まれ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が成立していると判定され、かつ、電動機の回転速度が所定範囲に含まれると判定されたとき、プリチャージ用リレーをオン状態にし、かつ、リレーをオフ状態にするステップとを含む。

好ましくは、所定範囲は、上アームの導通時にリアクトルおよびコンデンサにより形成されるＬＣ回路の共振周波数に基づいて決定される。

この発明においては、上アームオン走行の実行条件が成立し、かつ、電動機の回転速度が所定範囲に含まれるとき、プリチャージ用リレーがオン状態にされ、かつ、リレーがオフ状態にされる。これにより、リアクトルおよびコンデンサにより形成されるＬＣ回路が共振し得る所定範囲に電動機の回転速度が含まれる場合に、制限抵抗を電気的に接続してＬＣ回路のインピーダンスを変化させ、ＬＣ回路の共振周波数を変化させることができる。したがって、この発明によれば、昇圧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。

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における電気システムの等価回路図である。 モータジェネレータの角速度の大きさと制限抵抗の接続との関係を示した図である。 上アームオン走行中にモータジェネレータの回転速度が所定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速度が所定範囲に含まれる場合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における制御装置について、上アームオン走行中にモータジェネレータの回転速度が所定範囲に入ったときの処理手順を説明するためのフローチャートである。 上アームオン走行時における電気システムの等価回路図である。

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、システムメインリレーＳＭＲ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。

システムメインリレーＳＭＲは、リレーＲＹ１〜ＲＹ３と、制限抵抗Ｒｐとを含む。リレーＲＹ１は、蓄電装置Ｂの正極と正極線ＰＬ１との間に設けられる。リレーＲＹ２は、蓄電装置Ｂの負極と負極線ＮＬとの間に設けられる。リレーＲＹ３および制限抵抗Ｒｐは、直列に接続されてプリチャージ回路を構成し、リレーＲＹ２に並列に接続される。

なお、リレーＲＹ１〜ＲＹ３は、機械式リレーによって構成してもよいし、半導体リレーによって構成してもよい。また、リレーＲＹ３および制限抵抗Ｒｐによって構成されるプリチャージ回路は、リレーＲＹ１に並列に接続してもよい。

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。ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１に逆並列に接続され、上アームを構成する。ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑ２に逆並列に接続され、下アームを構成する。そして、上下アームの接続点と正極線ＰＬ１との間にリアクトルＬが接続される。

なお、上記のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２およびインバータ２０を構成する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。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６には、それぞれダイオードＤ１１〜Ｄ１６が逆並列に接続される。そして、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によって構成される。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。

システムメインリレーＳＭＲのリレーＲＹ１〜ＲＹ３は、制御装置４０からの制御信号に従ってオン／オフされる。リレーＲＹ１，ＲＹ２またはリレーＲＹ１，ＲＹ３がオンすることによって、蓄電装置Ｂが昇圧コンバータ１０に電気的に接続される。制限抵抗ＲｐおよびリレーＲＹ３によって構成されるプリチャージ回路は、蓄電装置Ｂを昇圧コンバータ１０に電気的に接続するときに蓄電装置Ｂから昇圧コンバータ１０を介して平滑コンデンサＣへ突入電流が流れるのを防止する。すなわち、蓄電装置Ｂが昇圧コンバータ１０に電気的に接続されるとき、まずリレーＲＹ１，ＲＹ３がオンされることによって制限抵抗Ｒｐにより電流を制限しながら平滑コンデンサＣのプリチャージが実施され、プリチャージが終了すると、リレーＲＹ２がオンされ、リレーＲＹ３がオフされる。

そして、後述のように、昇圧コンバータ１０において、上アームオン走行の実行条件が成立し、かつ、昇圧コンバータ１０のリアクトルＬおよび平滑コンデンサＣによって構成されるＬＣ回路が共振し得る所定範囲にモータジェネレータＭ１の回転速度が含まれるとき、リレーＲＹ２，ＲＹ３がそれぞれオフ，オンされることによって制限抵抗Ｒｐが電気的に接続される。

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。

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により発電される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。なお、上述のように、この平滑コンデンサＣは、昇圧コンバータ１０の上アームの導通時に昇圧コンバータ１０のリアクトルＬとともにＬＣ回路を構成する。

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速度等に基づいて、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。ここで、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速度ならびに電圧Ｖｍに基づいて、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、各相上下アームのオン／オフが制御される。この結果、上アームのオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム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を継続的にオン状態（スイッチング素子Ｑ２はオフ状態）にする（以下、この状態での走行を「上アームオン走行」と称する。）。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、制御装置４０は、上アームオン走行の実行条件が成立し、かつ、モータジェネレータＭ１の回転速度が所定範囲に含まれるとき、リレーＲＹ２，ＲＹ３をそれぞれオフ，オンにするようにシステムメインリレーＳＭＲを制御する。上記所定範囲は、昇圧コンバータ１０のリアクトルＬおよび平滑コンデンサＣの製造ばらつきを考慮した上で、リアクトルＬおよび平滑コンデンサＣにより形成されるＬＣ回路がモータジェネレータＭ１のトルクリップルに起因して共振し得る範囲に設定される。これにより、蓄電装置Ｂと昇圧コンバータ１０との間にプリチャージ用の制限抵抗Ｒｐが電気的に接続されてＬＣ回路のインピーダンスが変化し、ＬＣ回路の共振周波数が変化する。以下、この点について詳しく説明する。

図３は、上アームオン走行時における電気システムの等価回路図である。図３を参照して、上アームオン走行時は、昇圧コンバータ１０の上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１を継続的にオン状態にすることにより昇圧コンバータ１０のリアクトルＬと平滑コンデンサＣとが電気的に直結され、リアクトルＬと平滑コンデンサＣ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、回転に伴なってトルクリップルが発生し、このトルクリップルによる電圧リップルが正極線ＰＬ２に発生する。トルクリップルの周波数は、モータジェネレータＭ１の回転速度に依存し、正極線ＰＬ２に発生する電圧リップルの周波数も、モータジェネレータＭ１の回転速度に依存する。そして、正極線ＰＬ２に発生する電圧リップルの周波数が上記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回路が共振する。

そこで、この実施の形態１では、上アームオン走行の実行条件が成立し、かつ、上記ＬＣ回路が共振し得る所定範囲にモータジェネレータＭ１の回転速度が含まれるとき、リレーＲＹ２，ＲＹ３をそれぞれオフ，オンにすることによってプリチャージ用の制限抵抗Ｒｐを電気的に接続し、ＬＣ回路の共振を回避することとしたものである。

より詳しく説明すると、リレーＲＹ２，ＲＹ３がそれぞれオン，オフ状態のとき（通常時）の回路６０の等価インピーダンスＺ０は、以下の式で示される。

Ｚ０＝（（Ｒｂ＋ｊωＬ）^-1＋ｊωＣ）^-1 …（１）
ここで、Ｒｂは蓄電装置Ｂの内部抵抗を示し、ＬはリアクトルＬのインダクタンスを示す。また、Ｃは平滑コンデンサＣの容量を示す。

式（１）において虚部が０となるときのωをω０として、回路６０の共振周波数ｆ０は以下の式で示される。

ｆ０＝ω０／２π …（２）
一方、モータジェネレータＭ１のトルクリップルに同期して発生する正極線ＰＬ２の電圧リップルの周波数ｆｍは、たとえば次式によって表される。

ｆｍ＝Ｎｍ×４×６／６０ …（３）
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、周波数ｆｍ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の回転速度を示す。

式（３）に示されるように、電圧リップルの周波数ｆｍは、モータジェネレータＭ１の回転速度Ｎｍに依存する。そして、周波数ｆｍが回路６０の共振周波数ｆ０に近くなるような回転速度Ｎｍになると、電圧リップルに誘引されてＬＣ回路が共振する。

そこで、周波数ｆｍが共振周波数ｆ０となる回転速度にモータジェネレータＭ１の回転速度Ｎｍが近づいた場合には、リレーＲＹ２，ＲＹ３をそれぞれオフ，オンにすることによってプリチャージ用の制限抵抗Ｒｐを電気的に接続する。制限抵抗Ｒｐが接続されたときの回路６０の等価インピーダンスＺ１は、以下の式で示される。

Ｚ１＝（（Ｒｔ＋ｊωＬ）^-1＋ｊωＣ）^-1 …（４）
ここで、Ｒｔ＝Ｒｂ＋Ｒｐである。

式（４）において虚部が０となるときのωをω１として、制限抵抗Ｒｐが接続されたときの回路６０の共振周波数ｆ１は以下の式で示される。

ｆ１＝ω１／２π …（５）
このように、制限抵抗Ｒｐを接続することによって回路６０の共振周波数がｆ０からｆ１に変化し、ＬＣ回路の共振が回避される。

図４は、モータジェネレータＭ１の回転速度（角速度）の大きさと制限抵抗Ｒｐの接続との関係を示した図である。図４を参照して、横軸は、モータジェネレータＭ１の角速度を示し、縦軸は、蓄電装置ＢおよびシステムメインリレーＳＭＲから成る回路の抵抗成分の大きさを示す。

式（２）に示されるω０を含む所定範囲にモータジェネレータＭ１の角速度が含まれる場合には、リレーＲＹ２，ＲＹ３をそれぞれオフ，オンさせることによって制限抵抗Ｒｐが電気的に接続される。角速度ω１（１），ω１（２）は、式（５）のω１に対応し、一例として、制限抵抗Ｒｐが接続されたときのＬＣ回路の共振周波数が２点存在する場合を示したものである。

モータジェネレータＭ１の角速度がω０近傍のときは、ω０に対応する共振周波数ｆ０での共振を回避するために、制限抵抗Ｒｐが電気的に接続される。制限抵抗Ｒｐが接続されると、共振が発生する角速度はω０からω１（１），ω１（２）に推移するので、共振が回避される。なお、モータジェネレータＭ１の角速度がω０近傍から外れた場合には、角速度ω１（１），ω１（２）での共振を回避するために、リレーＲＹ２，ＲＹ３をそれぞれオン，オフにすることによって制限抵抗Ｒｐが電気的に切離される。

なお、制限抵抗Ｒｐが接続される、角速度ω０を含む上記所定範囲は、昇圧コンバータ１０のリアクトルＬや平滑コンデンサＣの製造ばらつきを考慮して決定される。

図５は、上アームオン走行中にモータジェネレータＭ１の回転速度が所定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５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を継続的にオン状態（スイッチング素子Ｑ２は継続的にオフ状態）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）。

次いで、制御装置４０は、モータジェネレータＭ１の回転速度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Ｓ３０）。所定値Ｎ１，Ｎ２は、昇圧コンバータ１０のリアクトルＬと平滑コンデンサＣとにより形成されるＬＣ回路の共振周波数に対応する回転速度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。

回転速度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Ｓ３０においてＹＥＳ）、制御装置４０は、制御モードが矩形波電圧制御モードであるか否かを判定する（ステップＳ４０）。図２で説明したように、モータジェネレータＭ１に印加される電圧波形からして、トルクリップルおよびそれに同期して発生する正極線ＰＬ２の電圧リップルは矩形波電圧制御モード時に大きくなり、矩形波電圧制御モード時にＬＣ回路の共振が発生しやすい。そこで、この実施の形態１では、上アームオン走行時の共振を回避するために制限抵抗Ｒｐを接続する条件に、制御モードが矩形波電圧制御モードであることを加えるものである。但し、制御モードが矩形波電圧制御モード以外の過変調ＰＷＭ制御モードおよび正弦波ＰＷＭ制御モードにおいても共振は発生し得るので、このステップＳ４０に示される処理は省略することも可能である。

ステップＳ４０において制御モードが矩形波電圧制御モードであると判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、制御装置４０は、リレーＲＹ３をオンさせ、リレーＲＹ２をオフさせる（ステップＳ５０）。これにより、制限抵抗Ｒｐが電気的に接続され、回路６０（図３）のインピーダンスが変化する。その結果、回路６０の共振周波数が変化し、回路６０における共振の発生が回避される。

なお、ステップＳ１０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たとき（ステップＳ１０においてＮＯ）、または、ステップＳ３０において回転速度Ｎｍが所定値Ｎ１以下であるか所定値Ｎ２以上であると判定されたとき（ステップＳ３０においてＮＯ）、または、ステップＳ４０において制御モードが矩形波電圧制御モードでないと判定されたとき（ステップＳ４０においてＮＯ）、制御装置４０は、リレーＲＹ３をオフさせ、リレーＲＹ２をオンさせる（ステップＳ６０）。これらの場合には、共振は発生しないものと判断できるからである。

図６は、モータジェネレータＭ１の回転速度が所定範囲に含まれる場合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６を参照して、制御装置４０は、モータジェネレータＭ１の回転速度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。回転速度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）。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、スイッチング素子Ｑ１を継続的にオン状態（スイッチング素子Ｑ２は継続的にオフ状態）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Ｓ１３０）。

次いで、制御装置４０は、制御モードが矩形波電圧制御モードであるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。そして、制御モードが矩形波電圧制御モードであると判定されると（ステップＳ１４０においてＹＥＳ）、制御装置４０は、リレーＲＹ３をオンさせ、リレーＲＹ２をオフさせる（ステップＳ１５０）。

なお、ステップＳ１１０において回転速度Ｎｍが所定値Ｎ１以下であるか所定値Ｎ２以上であると判定されたとき（ステップＳ１１０においてＮＯ）、または、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たとき（ステップＳ１２０においてＮＯ）、または、ステップＳ１４０において制御モードが矩形波電圧制御モードでないと判定されたとき（ステップＳ１４０においてＮＯ）、制御装置４０は、リレーＲＹ３をオフさせ、リレーＲＹ２をオンさせる（ステップＳ１６０）。これらの場合には、共振は発生しないものと判断できるからである。

以上のように、この実施の形態１においては、上アームオン走行の実行条件が成立し、かつ、モータジェネレータＭ１の回転速度が所定範囲に含まれるとき、リレーＲＹ３がオンされ、かつ、リレーＲＹ２がオフされる。これにより、昇圧コンバータ１０のリアクトルＬおよび平滑コンデンサＣにより形成されるＬＣ回路が共振し得る所定範囲にモータジェネレータＭ１の回転速度が含まれる場合に、制限抵抗Ｒｐを電気的に接続してＬＣ回路のインピーダンスを変化させ、ＬＣ回路の共振周波数を変化させることができる。そして、モータジェネレータＭ１の回転速度が上記の所定範囲を外れると、リレーＲＹ３がオフされ、かつ、リレーＲＹ２がオンされる。したがって、この実施の形態１によれば、昇圧コンバータ１０における共振の発生を確実に回避することができる。

また、この実施の形態１においては、制御モードが矩形波制御モードのときに、共振を回避するために制限抵抗Ｒｐを電気的に接続可能とされる。したがって、この実施の形態１によれば、走行中に制限抵抗Ｒｐが不必要に接続されるのを回避することができる。

［実施の形態２］
上述した共振現象は、モータジェネレータＭ１のトルクリップルに伴なって発生する正極線ＰＬ２の電圧リップルが大きくなると発生する。このため、上記の実施の形態１では、トルクリップルが大きくなる矩形波電圧制御モード時に共振が発生し得るものとして、制限抵抗Ｒｐを接続することとした。この実施の形態２は、モータジェネレータＭ１のトルクが大きい場合に制限抵抗Ｒｐを接続するものである。

この実施の形態２による電動車両の電気システムの構成は、図１に示した実施の形態１における電動車両１００と同じである。

図７は、実施の形態２における制御装置４０について、上アームオン走行中にモータジェネレータＭ１の回転速度が所定範囲に入ったとき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５に示したフローチャートにおいて、ステップＳ４０に代えてステップＳ４５を含む。すなわち、ステップＳ３０において、モータジェネレータＭ１の回転速度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Ｓ３０においてＹＥＳ）、制御装置４０は、モータジェネレータＭ１のトルク指令値が所定のしきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４５）。なお、このしきい値は、トルクリップルに伴ない発生する正極線ＰＬ２の電圧リップルが共振を引き起こし得る程度の大きさに予め設定される。

そして、ステップＳ４５においてトルク指令値がしきい値よりも大きいと判定されると（ステップＳ４５においてＹＥＳ）、ステップＳ５０へ処理が移行し、リレーＲＹ３，ＲＹ２がそれぞれオン，オフされる。これにより、制限抵抗Ｒｐが電気的に接続され、回路６０（図３）のインピーダンスが変化する。その結果、回路６０の共振周波数が変化し、回路６０の共振の発生が回避される。

一方、ステップＳ４５においてトルク指令値がしきい値以下であると判定された場合には（ステップＳ４５においてＮＯ）、ステップＳ６０へ処理が移行し、リレーＲＹ３，ＲＹ２がそれぞれオフ，オンされる。この場合には、共振は発生しないものと判断できるからである。

なお、特に図示しないが、モータジェネレータＭ１の回転速度が所定範囲に含まれる場合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の処理手順を示す図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１４０に代えて上記のステップＳ４５の処理を含んでもよい。

また、制御モードが矩形波電圧制御モードであり、かつ、モータジェネレータＭ１のトルク指令値が所定のしきい値よりも大きいときに、リレーＲＹ３，ＲＹ２をそれぞれオン，オフさせて制限抵抗Ｒｐを接続するようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

［実施の形態３］
上記の実施の形態１，２においては、昇圧コンバータ１０のリアクトルＬと平滑コンデンサＣとによって形成されるＬＣ回路について共振を考慮したが、この実施の形態３では、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬとの間に接続される平滑コンデンサも含めて共振系が検討される。

図８は、上アームオン走行時における電気システムの等価回路図である。図８を参照して、この等価回路は、図３に示した等価回路において、平滑コンデンサＣＬをさらに含む。平滑コンデンサＣＬは、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬとの間に接続され、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ間の電圧変動の交流成分を平滑化する。

リレーＲＹ２，ＲＹ３がそれぞれオン，オフ状態のとき（通常時）の回路６０Ａの等価インピーダンスＺ２は、以下の式で示される。

Ｚ２＝（（（Ｒｂ^-1＋ｊωＣ１）^-1＋ｊωＬ）^-1＋ｊωＣ）^-1 …（６）
ここで、Ｒｂは蓄電装置Ｂの内部抵抗を示し、Ｃ１は平滑コンデンサＣＬの容量を示す。また、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。

式（６）において虚部が０となるときのωをω２として、回路６０Ａの共振周波数ｆ２は以下の式で示される。

ｆ２＝ω２／２π …（７）
また、上記の式（３）で示される電圧リップルの周波数ｆｍが共振周波数ｆ２となる回転速度にモータジェネレータＭ１の回転速度Ｎｍが近づいた場合には、リレーＲＹ２，ＲＹ３をそれぞれオフ，オンにすることによって制限抵抗Ｒｐが電気的に接続される。制限抵抗Ｒｐが接続された場合の回路６０Ａの等価インピーダンスＺ３は、以下の式で示される。

Ｚ３＝（（（Ｒｔ^-1＋ｊωＣ１）^-1＋ｊωＬ）^-1＋ｊωＣ）^-1 …（８）
ここで、Ｒｔ＝Ｒｂ＋Ｒｐである。

式（８）において虚部が０となるときのωをω３として、制限抵抗Ｒｐが接続されたときの回路６０Ａの共振周波数ｆ３は以下の式で示される。

ｆ３＝ω３／２π …（９）
このように、制限抵抗Ｒｐを接続することによって回路６０Ａの共振周波数がｆ２からｆ３に変化し、ＬＣ回路の共振が回避される。

なお、この実施の形態３における電動車両の電気システムの構成は、図１に示した実施の形態１における電動車両１００と同じである。また、制御装置４０の処理手順も、上述した実施の形態１や実施の形態２と同じである。

以上のように、この実施の形態３によっても、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。

なお、上記の各実施の形態においては、モータジェネレータＭ１の回転速度が所定範囲に含まれるときに制限抵抗Ｒｐを接続するものとしたが、電圧Ｖｍの検出値に基づいて正極線ＰＬ２の電圧リップルの周波数を検知し、電圧リップルの周波数が共振周波数を含む所定範囲に含まれるときに制限抵抗Ｒｐを接続するようにしてもよい。

なお、この発明は、図１に示した電気システムの基本構成を有する様々な電動車両に適用可能である。たとえば、図１に示した電気システムの構成にエンジンをさらに搭載するハイブリッド自動車や、蓄電装置Ｂに加えて燃料電池を直流電源として搭載する燃料電池自動車等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、平滑コンデンサＣおよび／または平滑コンデンサＣＬは、この発明における「コンデンサ」の一実施例に対応する。さらに、昇圧コンバータ１０は、この発明における「昇圧回路」の一実施例に対応し、リレーＲＹ２は、この発明における「リレー」の一実施例に対応する。

また、さらに、リレーＲＹ３は、この発明における「プリチャージ用リレー」の一実施例に対応する。また、さらに、スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１は、この発明における「上アーム」の一実施例を形成し、スイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２は、この発明における「下アーム」の一実施例を形成する。

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、６０，６０Ａ 回路、１００ 電動車両、Ｂ 蓄電装置、ＳＭＲ システムメインリレー、ＲＹ１〜ＲＹ３ リレー、Ｒｐ 制限抵抗、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，ＣＬ 平滑コンデンサ、Ｍ１ モータジェネレータ、Ｒｂ 内部抵抗。

Claims (8)

1. 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、
   走行用の電力を蓄える再充電可能な蓄電装置と、
   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回路と、
   前記蓄電装置と前記昇圧回路との間に設けられるリレーと、
   前記リレーに並列に接続され、前記蓄電装置から前記コンデンサへ突入電流が流れるのを防止するためのプリチャージ回路とを備え、
   前記プリチャージ回路は、
   制限抵抗と、
   前記制限抵抗に直列に接続されるプリチャージ用リレーとを含み、
   前記昇圧回路は、
   前記電力線に接続される上アームと、
   前記上アームと前記蓄電装置の負極との間に接続される下アームと、
   前記上アームと前記下アームとの接続点と前記蓄電装置の正極との間に接続されるリアクトルとを含み、さらに
   前記上アームを継続的に導通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、かつ、前記電動機の回転速度が所定範囲に含まれるとき、前記プリチャージ用リレーをオン状態にし、かつ、前記リレーをオフ状態にする制御装置を備える、電動車両。
2. 前記所定範囲は、前記上アームの導通時に前記リアクトルおよび前記コンデンサにより形成される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. 前記制御装置は、前記電動機の回転速度が前記所定範囲を外れたとき、前記プリチャージ用リレーをオフ状態にし、かつ、前記リレーをオン状態にする、請求項１または請求項２に記載の電動車両。
4. 前記駆動装置は、ＰＷＭ制御モードおよび矩形波制御モードを含む制御モードを切替えて前記電動機を駆動可能であり、
   前記制御装置は、前記上アームオン走行の実行条件が成立し、かつ、前記電動機の回転速度が前記所定範囲に含まれ、かつ、前記制御モードが前記矩形波制御モードのとき、前記プリチャージ用リレーをオン状態にし、かつ、前記リレーをオフ状態にする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動車両。
5. 前記制御装置は、前記上アームオン走行の実行条件が成立し、かつ、前記電動機の回転速度が前記所定範囲に含まれ、かつ、前記電動機のトルクが予め定められた値よりも大きいとき、前記プリチャージ用リレーをオン状態にし、かつ、前記リレーをオフ状態にする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動車両。
6. 前記蓄電装置と前記昇圧回路との間に配設される電源線に接続され、前記電源線の電圧を平滑化するためのもう１つのコンデンサをさらに備え、
   前記所定範囲は、前記上アームの導通時に前記コンデンサおよび前記もう１つのコンデンサならびに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。
7. 電動車両の制御方法であって、
   前記電動車両は、
   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、
   走行用の電力を蓄える再充電可能な蓄電装置と、
   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回路と、
   前記蓄電装置と前記昇圧回路との間に設けられるリレーと、
   前記リレーに並列に接続され、前記蓄電装置から前記コンデンサへ突入電流が流れるのを防止するためのプリチャージ回路とを備え、
   前記プリチャージ回路は、
   制限抵抗と、
   前記制限抵抗に直列に接続されるプリチャージ用リレーとを含み、
   前記昇圧回路は、
   前記電力線に接続される上アームと、
   前記上アームと前記蓄電装置の負極との間に接続される下アームと、
   前記上アームと前記下アームとの接続点と前記蓄電装置の正極との間に接続されるリアクトルとを含み、
   前記制御方法は、
   前記上アームを継続的に導通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たか否かを判定するステップと、
   前記電動機の回転速度が所定範囲に含まれ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が成立していると判定され、かつ、前記電動機の回転速度が前記所定範囲に含まれると判定されたとき、前記プリチャージ用リレーをオン状態にし、かつ、前記リレーをオフ状態にするステップとを含む、電動車両の制御方法。
8. 前記所定範囲は、前記上アームの導通時に前記リアクトルおよび前記コンデンサにより形成されるＬＣ回路の共振周波数に基づいて決定される、請求項７に記載の電動車両の制御方法。

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