JP5631298B2 - 車両用電源システム - Google Patents

Description

この発明は、車両用電源システムに関するものである。

ハイブリッド自動車または電気自動車において使用される車両用電源システムとして、従来、モータの力行時に、直流電源からの直流電圧を双方向のＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧し、その昇圧した直流電圧がモータを駆動するインバータに供給され、また、モータの回生時には、モータによって発電され、インバータによって変換された直流電圧を双方向のＤＣ／ＤＣコンバータによって降圧して直流電源へ供給するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許第４０１９９５３号公報

ところで、このような車両用電源システムにおいては、ＤＣ／ＤＣコンバータとモータを駆動するインバータの間に電解コンデンサ等からなる平滑コンデンサが存在する。平滑コンデンサの役割は、モータのトルクおよび回転数が急変した場合、すなわち、インバータの出力電力が急変した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータの応答が追従できない時間範囲において、力行時にはインバータへエネルギを供給し、回生時にはインバータからのエネルギを蓄積することである。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータが追従できない時間では、平滑コンデンサの容量に応じて、平滑コンデンサの電圧が変動する。インバータの出力を安定して制御するためには、インバータの入力電圧、すなわち平滑コンデンサの電圧は一定値をとることが望ましい。平滑コンデンサの電圧変動を抑えるためには、従来、容量を大きくする必要があり、その結果、コストが高くなるとともに、サイズが大きくなっていた。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータの間にある平滑コンデンサの容量を徒に大きくすることなく、平滑コンデンサの電圧変動を抑えることが可能で、余分なコストアップや大型化を抑えた車両用電源システムを得ることを目的とする。

第１の発明に係る車両用電源システムは、直流電源の電圧を所定の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータの直流電圧を交流に変換して交流モータに出力するインバータと、上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの間にある電圧を平滑する平滑コンデンサと、外部情報に基づいて上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの動作を統括制御する統括制御手段とを備え、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、その出力電圧をフィードバックしてパルス幅変調により出力電圧目標値に制御するコンバータ制御装置を備え、上記インバータは、上記統括制御手段からのトルク指令に従ってパルス幅変調により上記交流モータをトルク制御するインバータ制御装置を備え、上記統括制御手段は、上記外部情報により上記交流モータの速度増加指示がある場合、これに応じて上記インバータに対してトルク増加用の上記トルク指令を出力するのに先んじてトルク増加を示唆する報知信号を出力するものであり、上記コンバータ制御装置は、上記報知信号を受信した場合には、これに応答して上記出力電圧目標値よりも大きい値を第１の暫定出力電圧目標値として設定し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がこの第１の暫定出力電圧目標値になるように一定期間にわたってパルス幅変調制御を行うものである。

第２の発明に係る車両用電源システムは、直流電源の電圧を所定の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータの直流電圧を交流に変換して交流モータに出力するインバータと、上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの間にある電圧を平滑する平滑コンデンサと、外部情報に基づいて上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの動作を統括制御する統括制御手段とを備え、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、その出力電圧をフィードバックしてパルス幅変調により出力電圧目標値に制御するコンバータ制御装置を備え、上記インバータは、上記統括制御手段からのトルク指令に従ってパルス幅変調により上記交流モータをトルク制御するインバータ制御装置を備え、上記統括制御手段は、上記外部情報により上記交流モータの速度減少指示がある場合、これに応じて上記インバータに対してトルク減少用の上記トルク指令を出力するのに先んじてトルク減少を示唆する報知信号を出力するものであり、上記コンバータ制御装置は、上記報知信号を受信した場合には、これに応答して上記出力電圧目標値よりも小さい値を第２の暫定出力電圧目標値として設定し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がこの第２の暫定出力電圧目標値になるように一定期間にわたってパルス幅変調制御を行うものである。

第３の発明に係る車両用電源システムは、直流電源の電圧を所定の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータの直流電圧を交流に変換して交流モータに出力するインバータと、上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの間にある電圧を平滑する平滑コンデンサと、外部情報に基づいて上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの動作を統括制御する統括制御手段とを備え、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、その出力電圧をフィードバックしてパルス幅変調により出力電圧目標値に制御するコンバータ制御装置を備え、上記インバータは、上記統括制御手段からのトルク指令に従ってパルス幅変調により上記交流モータをトルク制御するインバータ制御装置を備え、上記統括制御手段は、上記外部情報により上記交流モータの速度増加および速度減少指示がある場合、これに応じて上記インバータに対してトルク増加用およびトルク減少用の上記トルク指令を出力するのに先んじてトルクを増加およびトルク減少を示唆する報知信号を出力するものであり、上記コンバータ制御装置は、トルク増加を示唆する報知信号を受信した場合には、これに応答して上記出力電圧目標値よりも大きい値を第１の暫定出力電圧目標値として設定し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がこの第１の暫定出力電圧目標値になるように一定期間にわたってパルス幅変調制御を行い、またトルク減少を示唆する報知信号を受信した場合には、これに応答して上記出力電圧目標値よりも小さい値を第２の暫定出力電圧目標値として設定し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がこの第２の暫定出力電圧目標値になるように一定期間にわたってパルス幅変調制御を行うものである。

この発明によれば、コンバータ制御装置は、トルク増加用あるいはトルク減少用のトルク指令の出力時に、これよりも所定時間だけ早いタイミングでトルク増加、あるいはトルク減少を示唆する報知信号を統括制御手段から受信し、この報知信号に基づいて、通常の制御の出力電圧目標値よりも所定割合大きい第１の暫定出力電圧目標値、または小さい第２の暫定出力電圧目標値によってパルス幅変調制御を一定期間にわたって行うので、トルクが変化した際に、ＤＣ／ＤＣコンバータは常に前倒しで制御されることになり、トルクの変化が生じた場合でもＤＣ／ＤＣコンバータとインバータの間にある平滑コンデンサの電圧が変動するレベルを小さく抑えることができる。これにより、平滑コンデンサの容量を小さくすることができ、低コスト、小型化を実現することが可能となる。

この発明の実施の形態１における車両用電源システムの構成図である。 この発明の実施の形態１の車両用電源システムのコンバータ制御装置における制御動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１の車両用電源システムの動作説明に供するタイミングチャートである。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における車両用電源システムの構成図である。

この実施の形態１の車両用電源システムは、直流電源１と交流モータ６との間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３、平滑コンデンサ２、およびインバータ４が順次設けられるとともに、上位システム制御装置７を備えて構成されている。

直流電源１は、例えばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池からなる。

交流モータ６は、力行動作と回生動作を行い、例えばハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動する。

平滑コンデンサ２は、例えば電解コンデンサからなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の応答が追従できない時間範囲において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の電流Ｉｃと、インバータ４の電流Ｉｉが一致しない場合、差分の電流による電圧変動を平滑化する。

インバータ４は、入力コンデンサ４０、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各アーム４ｕ，４ｖ，４ｗ、およびインバータ制御装置４７を備える。各相のアーム４ｕ，４ｖ，４ｗは、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。Ｕ相アーム４ｕは、直列接続された２つのスイッチング素子４１、４２からなり、Ｖ相アーム４ｖは、直列接続された２つのスイッチング素子４３、４４からなり、Ｗ相アーム４ｗは、直列接続された２つのスイッチング素子４５、４６からなる。各スイッチング素子４１〜４６は、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードを並列接続したＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴなどからなる。

インバータ４の各アーム４ｕ，４ｖ，４ｗの中間点は、交流モータ６の図示しない各相コイルの各相端に接続されている。交流モータ６は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３つのコイルの一端が図示していないが中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がスイッチング素子４１、４２の中間点に、Ｖ相コイルの他端がスイッチング素子４３、４４の中間点に、Ｗ相コイルの他端がスイッチング素子４５、４６の中間点にそれぞれ接続されている。

インバータ４の入力コンデンサ４０は、インバータ４の各スイッチング素子４１〜４６がスイッチする際に発生するサージ電圧を平滑化し、また、インバータ動作を行う時に入力で発生するパルス電流を平滑化する。これにより、インバータ４のスイッチング周波数領域のパルス電流は、平滑コンデンサ２には流れず、インバータ４に入力される電流Ｉｉは、インバータ４のスイッチング周波数領域では直流電流となる。

インバータ制御装置４７は、交流モータ６の回転の検出速度と、上位システム制御装置７からのトルク指令Ｔ＊とを参照して、交流モータ６を指令のトルクで駆動するようにパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号と表記する）を演算して出力する。インバータ４の各スイッチング素子４１〜４６は、インバータ制御装置４７からの上記ＰＷＭ信号に従ってスイッチングし、交流モータ６を駆動させて所定のトルクを発生させる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、入力コンデンサ３０、リアクトル３１、２つのスイッチング素子３２及び３３、出力コンデンサ３４、並びにコンバータ制御装置３５で構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３を構成するスイッチング素子３２及び３３は、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードを並列接続したＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴなどからなる。リアクトル３１の一方端は、直流電源１の電源ラインに接続され、他方端は両スイッチング素子３２及び３３の中間点に（例えばＩＧＢＴであればスイッチング素子３２のエミッタとスイッチング素子３３のコレクタとの接続点に）接続されている。両スイッチング素子３２及び３３は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。すなわち、スイッチング素子がＩＧＢＴであれば、一方のスイッチング素子３２のコレクタが電源ラインに接続され、他方のスイッチング素子３３のエミッタがアースラインに接続されている。

図１に示す構成の車両用電源システムにおいて、力行動作を行う場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、直流電源１の電圧を平滑コンデンサ２の電圧に昇圧する。このＤＣ／ＤＣコンバータ３の昇圧動作は、一方のスイッチング素子３２をオフにした状態で、他方のスイッチング素子３３を所定の周波数およびオンデューティでスイッチし、リアクトル３１へのエネルギの蓄積と放出を繰り返すことによって実現される。

一方、回生動作を行う場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、平滑コンデンサ２の電圧を直流電源１の電圧に降圧する。このＤＣ／ＤＣコンバータ３の降圧動作は、他方のスイッチング素子３３をオフにした状態で、一方のスイッチング素子３２を所定の周波数およびオンデューティでスイッチし、リアクトル３１へのエネルギの蓄積と放出を繰り返すことによって実現される。

入力コンデンサ３０は、昇圧動作や降圧動作を行う時に発生するリアクトル３１のリプル電流を平滑化する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング周波数領域のリップル電流は、直流電源１には流れない。

出力コンデンサ３４は、スイッチング素子３２及び３３がスイッチングする際に発生するサージ電圧を平滑化し、また、昇圧動作や降圧動作を行う時に発生するパルス電流を平滑化する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング周波数領域のパルス電流は、平滑コンデンサ２には流れず、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から出力される電流Ｉｃは、コンバータ３のスイッチング周波数領域では直流電流となる。

コンバータ制御装置３５は、平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃを検出し、この検出した電圧Ｖｃと上位システム制御装置７から与えられる出力電圧目標値とに基づいてＰＷＭ信号のデューティを決定し、このＰＷＭ信号でスイッチング素子３２，３３をスイッチングしてＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を制御する。さらに、コンバータ制御装置３５は、トルク増加用のトルク指令Ｔ＊の立ち上がりや、トルク減少用のトルク指令Ｔ＊の立ち下がりのタイミングに先んじて、上位システム制御装置７から出力される報知信号Ｓｏを受信するインターフェースを備えており、トルク指令Ｔ＊とこの報知信号Ｓｏの受信の有無に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御方法を切替える。

上位システム制御装置７は、特許請求の範囲における統括制御手段に対応するもので、例えば車両に搭載されるＥＣＵ（電子制御装置）などからなり、ドライバのアクセルペダルやブレーキペダルによる加減速指示などのアクションから、インバータ制御装置４７へトルク増加用あるいはトルク減少用のトルク指令Ｔ＊を与え、また、コンバータ制御装置３５に対しては、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧の目標値を与えるとともに、必要に応じてトルク指令Ｔ＊に先んじて報知信号Ｓｏを出力する。

すなわち、上位システム制御装置７は、ドライバのアクションから要求されるトルク増加やトルク減少といったトルクの変化に対してＤＣ／ＤＣコンバータ３の応答が追従できると判断される場合には、報知信号Ｓｏは出力しない。これに対して、要求されるトルクの変化が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の応答よりも早いと判断した場合において、上位システム制御装置７は、トルク増加用およびトルク減少用のトルク指令の出力時に、それぞれこのトルク指令の出力よりも所定時間早いタイミングでトルク変化を示唆する報知信号Ｓｏを出力する。すなわち、トルク増加に対応したトルク指令Ｔ＊の立ち上がり時にはこれより所定時間Ｔ１だけ前倒ししたタイミングで立ち上がる報知信号Ｓｏをコンバータ制御装置３５へ出力する（図３（ｂ）参照）。また、トルク減少に対応したトルク指令Ｔ＊の立ち下がり時にはこれより所定時間Ｔ２だけ前倒ししたタイミングで立ち下がる報知信号Ｓｏをコンバータ制御装置３５へ出力する（図３（ｂ）参照）。また、ドライバが意図したアクションでない場合でも、車体の最適化制御を行う上で自動的にトルク制御が必要なために急激なトルクの変化が要求され、その変化がＤＣ／ＤＣコンバータ３の応答よりも早いと判断した場合にも、トルク指令Ｔ＊の立ち上がり時にはこれより所定時間Ｔ１だけ前倒ししたタイミングで立ち上がる報知信号Ｓｏをコンバータ制御装置３５へ出力する。また、トルク指令Ｔ＊の立ち下がり時にはこれより所定時間Ｔ２だけ前倒ししたタイミングで立ち下がる報知信号Ｓｏをコンバータ制御装置３５へ出力する。

図２は、コンバータ制御装置３５の制御動作を示すフローチャートである。なお、符号Ｓは各処理ステップを意味する。

まず、Ｓ１１で平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃを検出して読み込む。次に、Ｓ１２で報知信号ＳｏがＨｉｇｈであるかＬｏｗであるかを判断する。

このＳ１２において、報知信号ＳｏがＨｉｇｈである場合、Ｓ１３に進み、次にトルク指令Ｔ＊がＨｉｇｈであるかＬｏｗであるかを判断する。このＳ１３でＬｏｗである場合、Ｓ１４に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の電流を、回生動作時には回生電流を強制的に立ち下げ、また力行動作時には力行電流を強制的に立ち上げるような制御を行う。このような制御を通常制御と区別するため、ここではドライブアップ制御と称する。

すなわち、このドライブアップ制御においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧目標値Ｖ１を、通常制御の場合の出力電圧目標値Ｖ０に対して何割か大きくなるように設定する。例えばＶ１＝ｋ１・Ｖ０（ｋ１は増加率で、１＜ｋ１＜２）に設定する。そして、Ｓ１１で読み込んだ電圧Ｖｃと設定した出力電圧目標値Ｖ１との偏差をとりＰＩＤ演算を実行してＰＷＭ制御のデューティを決定して、検出した電圧Ｖｃが出力電圧目標値Ｖ１になるように増加させる。この出力電圧目標値Ｖ１が特許請求の範囲における第１の暫定出力電圧目標値に対応している。

なお、ドライブアップ制御の出力電圧目標値Ｖ１は、上記のような通常制御の場合の出力電圧目標値Ｖ０に対して何割か大きくなるように設定するだけでなく、例えば出力電圧の上限値としてもよい。また、ドライブアップ制御の出力電圧目標値Ｖ１の、通常制御に対する増加率ｋ１は固定値としてもよいし、あるいはトルク指令Ｔ＊の値の変化率に依存させて、変化率が大きい場合は増加率ｋ１を大きくし、変化率が小さい場合は増加率ｋ１を小さくするようにしてもよい。

Ｓ１３において、トルク指令Ｔ＊がＨｉｇｈである場合、Ｓ１５に進み、コンバータ制御装置３５は、通常制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を制御する。この通常制御では、Ｓ１１で読み込んだ電圧Ｖｃと上位システム制御装置７から知らされた出力電圧目標値Ｖ０との偏差をとり、ＰＩＤ演算を実行してＰＷＭ制御のデューティを決定して、検出した電圧Ｖｃが出力電圧目標値Ｖ０に一致させる。

Ｓ１２において、報知信号ＳｏがＨｉｇｈでない場合（つまりＬｏｗの場合）には、Ｓ１６に進み、トルク指令Ｔ＊がＨｉｇｈであるかＬｏｗであるかを判断する。このＳ１６でＨｉｇｈである場合にはＳ１７に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の電流を、力行動作時には力行電流を強制的に立ち下げ、また回生動作時には回生電流を強制的に立ち上げるような制御を行う。このような制御を通常制御と区別するため、ここではドライブダウン制御と称する。

すなわち、このドライブダウン制御においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧目標値Ｖ２を、通常制御の場合の出力電圧目標値Ｖ０に対して何割か小さくなるように設定する。例えばＶ２＝ｋ２・Ｖ０（ｋ２は減少率で、０＜ｋ２＜１）に設定する。そして、Ｓ１１で読み込んだ電圧Ｖｃと設定した出力電圧目標値Ｖ２との偏差をとりＰＩＤ演算を実行してＰＷＭ制御のデューティを決定して、検出した電圧Ｖｃが出力電圧目標値Ｖ２になるように減少させる。この出力電圧目標値Ｖ２が特許請求の範囲における第２の暫定出力電圧目標値に対応している。

なお、ドライブダウン制御の出力電圧目標値Ｖ２は、上記のような通常制御の場合の出力電圧目標値Ｖ０に対して何割か小さくなるよう設定にするだけでなく、例えば出力電圧の下限値としてもよい。また、ドライブアップ制御の出力電圧目標値Ｖ２の、通常制御に対する減少率ｋ２は固定値としてもよいし、あるいはトルク指令Ｔ＊の値の変化率に依存させて、変化率が大きい場合は減少率ｋ２を大きくし、変化率が小さい場合は減少率ｋ２を小さくするようにしてもよい。

Ｓ１６において、トルク指令Ｔ＊がＬｏｗである場合、Ｓ１８に進み、コンバータ制御装置３５は、通常制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を制御する。この通常制御の動作は、先のＳ１５の場合と同じである。

この実施の形態１の車両用電源システムにおいて、上記のような制御を行う場合のタイミングチャートの一例を図３に示す。なお、ここでは動作を簡単にするため、車は加速と減速を繰り返しているものとする。

図３（ａ）はドライバのアクセルペダルやブレーキペダルによる加減速指示などのアクションに応じて、上位システム制御装置７からインバータ制御装置４７に与えられるトルク指令Ｔ＊を、図３（ｂ）は上位システム制御装置７からコンバータ制御装置３５に与えられる報知信号Ｓｏを、図３（ｃ）は車速の変化を、図３（ｄ）は車速変化に伴うインバータ４の入力電流Ｉｉの変化を、図３（ｅ）はインバータ４の入力電流Ｉｉに応じたこの実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御状態を、それぞれ示している。また、図３（ｆ）は図３（ｅ）のＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御に伴う出力電流Ｉｃの変化を、図３（ｇ）は図３（ｅ）のＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御に伴う平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃの変化を、それぞれ示している。

コンバータ制御装置３５は、報知信号Ｓｏの立ち上がり時点（時刻ｔ１）より前の回生動作時における通常制御では、平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃが出力電圧目標値Ｖ０に保持されるようにフィードバック制御している。

コンバータ制御装置３５は、報知信号Ｓｏの立ち上がり時点（時刻ｔ１）からトルク指令Ｔ＊がＨｉｇｈになる時点（時刻ｔ２）までの一定期間Ｔ１中、ドライブアップ制御を行う。このドライブアップ制御が開始すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧目標値Ｖ１は、通常制御の場合の出力電圧目標値Ｖ０も大きい値に設定されるため、回生動作時には回生電流が減少し、インバータ４からの回生エネルギが平滑コンデンサ２に充電されるので、平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃが上昇する。また、力行動作時には、力行電流が増加し、直流電源１からの力行エネルギが平滑コンデンサ２に充電されるので、平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃが上昇する。

次に、トルク指令Ｔ＊が立ち上がると（時刻ｔ２）、ドライブアップ制御から通常制御へと切り替わる。この通常制御において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃが出力電圧目標値Ｖ０に保持されるようにフィードバック制御する。この場合、インバータ４の力行電流が急激に立ち上がったところで、平滑コンデンサ２の電圧は、平滑コンデンサ２のＥＳＲ（等価直列抵抗）で決定される電圧降下量だけ降下する。そして、インバータ４の力行電流とＤＣ／ＤＣコンバータ３の力行電流の差分のエネルギが平滑コンデンサ２から放電され、平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃは徐々に低下するが、その電圧Ｖｃが出力電圧目標値Ｖ０に収束するようにフィードバック制御されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の電流Ｉｃは少しオーバーシュートした後に、インバータ４の電流波形の波高値に収束する。

次に、コンバータ制御装置３５は、報知信号Ｓｏの立ち下がり時点（時刻ｔ４）からトルク指令Ｔ＊がＬｏｗになる時点（時刻ｔ５）までの一定期間Ｔ２中、ドライブダウン制御を行う。このドライブダウン制御が開始すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧目標値Ｖ２は、通常制御の出力電圧目標値Ｖ０よりも小さい値に設定されるため、力行動作時にはＤＣ／ＤＣコンバータ３の力行電流が減少し、インバータ４からの力行電流の一部が平滑コンデンサ２から放電されるので、平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃが減少する。また、回生動作時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３への回生電流が増加し、直流電源１への回生エネルギが平滑コンデンサ２から放電されるので、平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃが減少する。

次に、トルク指令Ｔ＊が立ち下がると（時刻ｔ５）、ドライブダウン制御から通常制御へと切り替わる。この通常制御において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃが出力電圧目標値Ｖ０に保持されるようにフィードバック制御する。この場合、インバータ４の回生電流が急激立ち上がったところで、平滑コンデンサ２の電圧は、平滑コンデンサ２のＥＳＲ（等価直列抵抗）で決定される電圧上昇量だけ上昇する。そして、インバータ４の回生電流とＤＣ／ＤＣコンバータ３の回生電流の差分のエネルギが平滑コンデンサ２に充電され、平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃは徐々に増加するが、その電圧Ｖｃが出力電圧目標値Ｖ０に収束するようにフィードバック制御されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の電流Ｉｃは少しオーバーシュートした後に、インバータ４の電流波形の波高値に収束する。

ここで、従来のように、トルク指令Ｔ＊の立ち上がり、あるいは立ち下がりの時点（時刻ｔ２あるいは時刻ｔ４）からＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧が出力電圧目標値Ｖ０になるように制御する場合、図３（ｇ）の一点鎖線で示すように、平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃは大きく変動する。

これに対して、この実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の応答速度よりも速いトルク指令Ｔ＊の立ち上がりに対し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧目標値Ｖ１をトルク指令Ｔ＊の発生前に、予め出力仕様範囲内で通常制御の出力電圧目標値Ｖ０よりも高く設定するため、その上昇分だけオフセットをかけたことになり、実際にインバータ４の力行電流が立ち上がった際に平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃが落ち込むレベルを小さくすることができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の応答速度よりも速いトルク指令Ｔ＊の立下りに対し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧目標値Ｖ２をトルク指令Ｔ＊の発生前に、予め出力仕様範囲内で通常制御の出力電圧目標値Ｖ０よりも低く設定するため、その下降分だけオフセットをかけたことになり、実際にインバータ４の回生電流が立ち上がった際に平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃが跳ね上がるレベルを小さくすることができる。

このように、トルクが変化した際に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は常に前倒しで電圧制御されることになり、トルクの変化が生じた場合でも平滑コンデンサ２の電圧Ｖｃが変動するレベルを小さく抑えることができる。これにより、平滑コンデンサ２の容量を従来よりも小さくすることができ、低コストおよび小型化を実現することが可能となる。

実施の形態２．
上記の実施の形態１では、ドライブアップ制御は、報知信号ＳｏがＨｉｇｈになってから、トルク指令Ｔ＊がＨｉｇｈになるまでの一定期間Ｔ１中に行っていたが、報知信号Ｓｏの出力時点からトルク指令Ｔ＊の出力時点までの期間を越えた固定期間、つまりトルク指令Ｔ＊がＨｉｇｈになってからも一定の固定期間にわたってドライブアップ制御を持続させてから、通常制御に切り替えてもよい。この場合、実施の形態１のようにトルク指令Ｔ＊がＨｉｇｈになった時点ですぐに通常制御に切り替える場合よりも、通常制御の出力電圧目標値Ｖ０に早く収束することができる場合がある。

また、上記の実施の形態１では、ドライブダウン制御は、報知信号ＳｏがＬｏｗになってから、トルク指令Ｔ＊がＬｏｗになるまでの一定期間Ｔ２中に行っていたが、報知信号Ｓｏの出力時点からトルク指令Ｔ＊の出力時点までの期間を越えた固定期間、つまりトルク指令Ｔ＊がＬｏｗになってからも一定の固定期間にわたってドライブダウン制御を持続させてから、通常制御に切り替えてもよい。この場合、実施の形態１のようにトルク指令Ｔ＊がＬｏｗになった時点ですぐに通常制御に切り替えるよりも、通常制御の出力電圧目標値Ｖ０に早く収束することができる場合がある。

実施の形態３．
上記の実施の形態２では、ドライブアップ制御は、トルク指令Ｔ＊がＨｉｇｈになってからも一定の固定期間にわたってドライブアップ制御を持続させてから通常制御に切り替えていたが、このようなドライブアップ制御を行う場合の期間は、報知信号Ｓｏの出力時点からＤＣ／ＤＣコンバータ３の電流Ｉｃとインバータ４の電流Ｉｉとの差分がゼロになるまでの期間であってもよい。すなわち、インバータ４の電流ＩｉとＤＣ／ＤＣコンバータ３の電流Ｉｃとを比較して、両電流Ｉｉ，Ｉｃの差分がゼロ、つまり平滑コンデンサ２の充放電電流がゼロになるまでの時間としてもよい。この場合、トルク指令Ｔ＊がＨｉｇｈになってから固定期間後に通常制御に切り替える場合よりも、ドライブアップ制御の時間を最適化でき、通常制御の出力電圧目標値Ｖ０に早く収束することができる場合がある。

また、上記の実施の形態２では、ドライブダウン制御は、トルク指令Ｔ＊がＬｏｗになってから一定の固定期間にわたってドライブダウン制御を持続させてから通常制御に切り替えていたが、このようなドライブダウン制御を行う場合の期間は、報知信号Ｓｏの出力時点からＤＣ／ＤＣコンバータ３の電流Ｉｃとインバータ４の電流Ｉｉとの差分がゼロになるまでの期間であってもよい。すなわち、インバータ４の電流ＩｉとＤＣ／ＤＣコンバータ３の電流Ｉｃとを比較して、両電流Ｉｉ，Ｉｃの差分がゼロ、つまり、平滑コンデンサ２の充放電電流がゼロになるまでの時間にしてもよい。この場合、トルク指令Ｔ＊がＬｏｗになってから固定期間後に通常制御に切り替える場合よりも、ドライブダウン制御の時間を最適化でき、通常制御の出力電圧目標値Ｖ０に早く収束することができる場合がある。

なお、この発明は上記の実施の形態１〜３に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において、各実施の形態１〜３を自由に組み合わせたり、各実施の形態１〜３について各種の変形を適宜加えることが可能である。

１ 直流電源、２ 平滑コンデンサ、３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、
３５ コンバータ制御装置、４ インバータ、４７ インバータ制御装置、
６ 交流モータ、７ 上位システム制御装置（統括制御手段）、
Ｖｃ 平滑コンデンサの電圧、Ｖ０ 通常制御時の出力電圧目標値、
Ｖ１ ドライブアップ制御時の出力電圧目標値（第１の暫定出力電圧目標値）、
Ｖ２ ドライブダウン制御時の出力電圧目標値（第２の暫定出力電圧目標値）。

Claims (10)

1. 直流電源の電圧を所定の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータの直流電圧を交流に変換して交流モータに出力するインバータと、上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの間にある電圧を平滑する平滑コンデンサと、外部情報に基づいて上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの動作を統括制御する統括制御手段とを備え、
   上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、その出力電圧をフィードバックしてパルス幅変調により出力電圧目標値に制御するコンバータ制御装置を備え、上記インバータは、上記統括制御手段からのトルク指令に従ってパルス幅変調により上記交流モータをトルク制御するインバータ制御装置を備え、
   上記統括制御手段は、上記外部情報により上記交流モータの速度増加指示がある場合、これに応じて上記インバータに対してトルク増加用の上記トルク指令を出力するのに先んじてトルク増加を示唆する報知信号を出力するものであり、
   上記コンバータ制御装置は、上記報知信号を受信した場合には、これに応答して上記出力電圧目標値よりも大きい値を第１の暫定出力電圧目標値として設定し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がこの第１の暫定出力電圧目標値になるように一定期間にわたってパルス幅変調制御を行うものである車両用電源システム。
2. 直流電源の電圧を所定の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータの直流電圧を交流に変換して交流モータに出力するインバータと、上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの間にある電圧を平滑する平滑コンデンサと、外部情報に基づいて上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの動作を統括制御する統括制御手段とを備え、
   上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、その出力電圧をフィードバックしてパルス幅変調により出力電圧目標値に制御するコンバータ制御装置を備え、上記インバータは、上記統括制御手段からのトルク指令に従ってパルス幅変調により上記交流モータをトルク制御するインバータ制御装置を備え、
   上記統括制御手段は、上記外部情報により上記交流モータの速度減少指示がある場合、これに応じて上記インバータに対してトルク減少用の上記トルク指令を出力するのに先んじてトルク減少を示唆する報知信号を出力するものであり、
   上記コンバータ制御装置は、上記報知信号を受信した場合には、これに応答して上記出力電圧目標値よりも小さい値を第２の暫定出力電圧目標値として設定し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がこの第２の暫定出力電圧目標値になるように一定期間にわたってパルス幅変調制御を行うものである車両用電源システム。
3. 直流電源の電圧を所定の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータの直流電圧を交流に変換して交流モータに出力するインバータと、上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの間にある電圧を平滑する平滑コンデンサと、外部情報に基づいて上記ＤＣ／ＤＣコンバータと上記インバータの動作を統括制御する統括制御手段とを備え、
   上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、その出力電圧をフィードバックしてパルス幅変調により出力電圧目標値に制御するコンバータ制御装置を備え、上記インバータは、上記統括制御手段からのトルク指令に従ってパルス幅変調により上記交流モータをトルク制御するインバータ制御装置を備え、
   上記統括制御手段は、上記外部情報により上記交流モータの速度増加および速度減少指示がある場合、これに応じて上記インバータに対してトルク増加用およびトルク減少用の上記トルク指令を出力するのに先んじてトルクを増加およびトルク減少を示唆する報知信号を出力するものであり、
   上記コンバータ制御装置は、トルク増加を示唆する報知信号を受信した場合には、これに応答して上記出力電圧目標値よりも大きい値を第１の暫定出力電圧目標値として設定し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がこの第１の暫定出力電圧目標値になるように一定期間にわたってパルス幅変調制御を行い、またトルク減少を示唆する報知信号を受信した場合には、これに応答して上記出力電圧目標値よりも小さい値を第２の暫定出力電圧目標値として設定し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がこの第２の暫定出力電圧目標値になるように一定期間にわたってパルス幅変調制御を行うものである車両用電源システム。
4. 上記出力電圧目標値に対する上記第１の暫定出力電圧目標値の増加率は、予め定められた固定値である請求項１または請求項３に記載の車両用電源システム。
5. 上記出力電圧目標値に対する上記第１の暫定出力電圧目標値の増加率は、トルクの変化率に依存して定められる変数である請求項１または請求項３に記載の車両用電源システム。
6. 上記出力電圧目標値に対する上記第２の暫定出力電圧目標値の減少率は、予め定められた固定値である請求項２または請求項３に記載の車両用電源システム。
7. 上記出力電圧目標値に対する上記第２の暫定出力電圧目標値の減少率は、トルクの変化率に依存して定められる変数である請求項２または請求項３に記載の車両用電源システム。
8. 上記一定期間は、上記報知信号の出力時点からトルク指令の出力時点までの期間である請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両用電源システム。
9. 上記一定期間は、上記報知信号の出力時点からトルク指令の出力時点までの期間を越えた固定期間である請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両用電源システム。
10. 上記一定期間は、上記報知信号の出力時点から上記ＤＣ／ＤＣコンバータの電流と上記インバータの電流との差分がゼロになるまでの期間である請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両用電源システム。

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