JP6299526B2 - 電圧コンバータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電圧コンバータを制御する電圧コンバータ制御装置に関する。

従来、バッテリと負荷回路との間に設けられ、高電位側及び低電位側のスイッチング素子の動作により電圧を変換する電圧コンバータの制御装置において、入力電圧センサ又は出力電圧センサの異常を検出する装置が知られている。

例えば特許文献１に開示された装置は、入力電圧センサが検出したバッテリ電圧Ｖ１、出力電圧センサが検出したインバータ入力電圧Ｖ２、及び、電圧コンバータのｄｕｔｙに基づいて、差電圧ΔＶ（＝Ｖ１−Ｖ２×ｄｕｔｙ）を算出し、この差電圧ΔＶが異常判定閾値より大きいとき、いずれかの電圧センサが故障していると判定する。

特許第３６３２６５７号公報

特許文献１の従来技術では、入力電圧センサ及び出力電圧センサの検出値を両方用いて異常検出を行っているため、二つの電圧センサの誤差やばらつきを考慮しようとすると、異常判定値の設定が困難になる場合がある。その結果、電圧センサが正常であるのに誤って異常と判定する誤検出や、異常を検出し損なう検出漏れが発生するおそれがある。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、電圧センサの誤差やばらつきの影響を受けることなく、電圧コンバータの異常を検出可能な電圧コンバータ制御装置を提供することにある。

本発明の電圧コンバータ制御装置は、バッテリと負荷回路との間に設けられ、電気エネルギーを蓄積及び放出可能なリアクトル、並びに、交互にオンオフすることでリアクトルにおける電気エネルギーの蓄積及び放出を繰り返す高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子を含む電圧変換部を備え、バッテリ側の入力電圧（Ｖｉｎ）と負荷回路側の出力電圧（Ｖｓｙｓ）とを力行方向及び回生方向に変換する電圧コンバータに適用される。

この電圧コンバータ制御装置は、昇圧制御部及び異常検出部を備える。
電圧制御部は、高電位側スイッチング素子のスイッチング周期に対するオン時間比率であるｄｕｔｙについて、出力電圧に対する目標値である出力電圧指令値（Ｖｓｙｓ^*）と入力電圧との比に基づいて演算される「フィードフォワード項」、並びに、出力電圧の検出値を出力電圧指令値に一致させるように演算される比例項及び積分項を含む「フィードバック項」を加減算し、電圧変換部へ出力する
異常検出部は、力行時及び回生時において所定の積分期間で算出される積分項の差分値と、力行時及び回生時において電圧変換部のデッドタイム設定値及びキャリア周期に基づいて算出される「デッドタイム相当ｄｕｔｙ」の絶対値の和とを比較することで、電圧コンバータの異常を検出する

本発明では、出力電圧が指令値通りとなるように修正するフィードバック制御により、電圧センサの誤差やばらつきの影響は積分項に吸収される。ここで、力行時及び回生時の積分項は、デッドタイム分以外の値が共通であるため、力行時及び回生時の積分項の差分値を算出することにより、電圧センサの誤差やばらつきの影響が打ち消される。したがって、その差分値をデッドタイム相当ｄｕｔｙの絶対値の和と比較することで、電圧センサの誤差やばらつきの影響を受けることなく、電圧コンバータの異常を検出することができる。よって、異常検出における誤検出や検出漏れの発生を防止することができる。

好ましくは、本発明の異常検出部は、電圧コンバータの異常を検出したとき、さらに、「力行時における積分項の値と力行時におけるデッドタイム相当ｄｕｔｙとの比較」、又は、「回生時における積分項の値と回生時におけるデッドタイム相当ｄｕｔｙとの比較」の少なくとも一方を実行する。より好ましくは、それらをいずれも実行する。

これにより、故障した部品が、力行に使われる部品、回生に使われる部品、又は、力行及び回生の両方で使われる部品のいずれであるかを大別することができる。そして、本発明が、例えばハイブリッド自動車のモータジェネレータを駆動するシステムに使用される場合、フェールセーフの観点から、正常に動作する部品だけを使用して、力行異常のときは回生動作のみを行い、回生異常のときは力行動作のみを行うことで、異常時における退避走行を実現することができる。また、電圧コンバータの修理にあたり大別された該当部品のみを交換すればよいため、全ての部品を交換する場合に比べて修理コストを低減することができる。

本発明の実施形態による電圧コンバータ制御装置が適用されるシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態による電圧コンバータ制御装置の制御ブロック図である。 力行時に電圧コンバータに流れる電流を示す模式図である。 力行時のデッドタイムを説明するタイムチャートである。 回生時に電圧コンバータに流れる電流を示す模式図である。 回生時のデッドタイムを説明するタイムチャートである。 力行／回生時の積分項の値と異常領域との関係を示す図である。 力行／回生時の指令ｄｕｔｙと実ｄｕｔｙとの関係を示す図である。 本発明の第１実施形態による異常検出処理のフローチャートである。 本発明の第２実施形態による異常部位特定処理のフローチャートである。

以下、本発明による電圧コンバータ制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
最初に、複数の実施形態に共通の構成について説明する。以下、「本実施形態」という場合、後述の第１、第２実施形態を包括する。本実施形態の電圧コンバータ制御装置は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源であるモータジェネレータを駆動するシステムの電圧コンバータに適用される。

［電圧コンバータの全体構成］
電圧コンバータを含むシステムの全体構成について、図１を参照して説明する。
図１に示すように、電圧コンバータ２０は、バッテリ１と、モータジェネレータ８を駆動する「負荷回路」としてのインバータ７との間に設けられ、バッテリ１側の入力電圧Ｖｉｎと、インバータ７側の出力電圧Ｖｓｙｓとを変換する装置である。特に本実施形態の電圧コンバータ２０は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧してインバータ７に出力する昇圧コンバータである。

先に、電圧コンバータ２０の範囲外のシステム構成について説明する。
バッテリ１は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の充放電可能な蓄電装置によって構成される直流電源である。電気二重層キャパシタ等もバッテリ１の一態様に含むものとする。

インバータ７は、ブリッジ接続される６つのスイッチング素子により構成され、電圧コンバータ２０が生成したシステム電圧Ｖｓｙｓが印加される。インバータ７は、ＰＷＭ制御や位相制御によって各相のスイッチング素子がオンオフされることにより、直流電力を三相交流電力に変換してモータジェネレータ８に供給する。
モータジェネレータ８は、例えば永久磁石式同期型の三相交流電動機である。モータジェネレータ８は、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されるモータジェネレータ（図中、「ＭＧ」と記す。）であり、力行動作により変速機等を介して駆動輪を駆動するトルクを発生する電動機としての機能、及び、エンジンや駆動輪から伝達されるトルクを発電によってエネルギー回収する発電機としての機能を兼ね備える。

車両制御回路４０は、図示しないアクセル信号、ブレーキ信号、シフト信号、車速信号等の信号に基づき、モータジェネレータ８に対するトルク指令値を演算する。また、トルク指令値及びモータジェネレータ８の回転数に基づいて、電圧コンバータ２０の出力電圧Ｖｓｙｓに対する目標値である出力電圧指令値Ｖｓｙｓ^*を演算し、電圧コンバータ制御装置５０に指令する。

電圧コンバータ制御装置５０は、電圧コンバータ２０の入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｓｙｓ、出力電圧指令値Ｖｓｙｓ^*等に基づいて、スイッチング素子２３、２４のスイッチング周期に対するオンオフ時間比率であるデューティ指令値を演算し、電圧コンバータ２０の昇圧部２２に出力する装置であり、詳細な構成については後述する。
なお、他の実施形態では、車両制御回路４０が演算した出力電圧指令値Ｖｓｙｓ^*を電圧コンバータ制御装置５０が取得するのでなく、電圧コンバータ制御装置５０の内部で出力電圧指令値Ｖｓｙｓ^*を演算するようにしてもよい。

次に、電圧コンバータ２０の構成について説明する。電圧コンバータ２０は、リアクトル２１、及び、「電圧変換部」としての昇圧部２２を含む。
リアクトル２１は、電流の変化に伴って発生する誘起電圧による電気エネルギーを蓄積及び放出可能である。

昇圧部２２は、直列接続された２つのスイッチング素子２３、２４と、各スイッチング素子２３、２４に対して並列に接続された還流ダイオード２５、２６とを含む。高電位側スイッチング素子２３は、リアクトル２１の出力端である中間点Ｎとインバータ７の高電位ラインＬｐとの間に接続され、低電位側スイッチング素子２４は、中間点Ｎとインバータ７の低電位ラインＬｇとの間に接続されている。還流ダイオード２５、２６は、低電位側から高電位側への電流を許容する向きに設けられている。

高電位側スイッチング素子２３及び低電位側スイッチング素子２４は、電圧コンバータ制御装置５０からのデューティ指令により交互に、かつ相補的にオンオフする。
本明細書では、「高電位側スイッチング素子２３のスイッチング周期に対するオン時間比率を示すオンデューティ指令値」を「ｄｕｔｙ」と定義する。以下、「ｄｕｔｙ」と英文字で記載する場合、「高電位側スイッチング素子２３のオンデューティ指令値」を意味する。また、ｄｕｔｙは［％］単位でなく、０以上１以下の無次元数として定義する。

仮にデッドタイムを無視すれば、低電位側スイッチング素子２４のオンデューティ指令値は、「１−ｄｕｔｙ」と記載される。ただし、一般に、昇圧部２２における高電位ラインＬｐと低電位ラインＬｇとの短絡を防止する目的で、両スイッチング素子２３、２４を同時にオフするデッドタイムが設定される。しかも、本発明では、デッドタイムを重要事項として扱うため、これを無視することは適切でない。そのため、図１では、参考記載という意味合いで、（ｄｕｔｙ）、（１−ｄｕｔｙ）のように括弧を付して記載する。

力行時には、高電位側スイッチング素子２３がオフで低電位側スイッチング素子２４がオンのとき、バッテリ１からリアクトル２１に電流が流れることによりエネルギーが蓄積される。また、高電位側スイッチング素子２３がオンで低電位側スイッチング素子２４がオフのとき、リアクトル２１に蓄積されたエネルギーが放出されることにより、入力電圧Ｖｉｎに誘起電圧が重畳された出力電圧Ｖｓｙｓがインバータ７側に出力される。

回生時には、高電位側スイッチング素子２３がオンで低電位側スイッチング素子２４がオフのとき、インバータ７側の電力がバッテリ１に回生される。高電位側スイッチング素子２３がオフで低電位側スイッチング素子２４がオンのとき、インバータ７側からの回生は中断される。
力行時及び回生時において、電圧コンバータ制御装置５０が演算したｄｕｔｙに基づいて、スイッチング素子２３、２４がオンオフすることにより、電圧コンバータ２０が変換する電圧が所望の値に制御される。

以上の他、電圧コンバータ２０の入力側には、バッテリ１からの電源ノイズを除去するフィルタコンデンサ２７が設けられる。また、入力電圧センサ３１は、入力電圧Ｖｉｎを検出する。電圧コンバータ２０の出力側には、インバータ７への出力電圧Ｖｓｙｓを平滑化する平滑コンデンサ２８が設けられる。また、出力電圧センサ３２は、出力電圧Ｖｓｙｓを検出する。
入力電圧センサ３１が検出した入力電圧センサ値Ｖｉｎ、出力電圧センサ３２が検出した出力電圧センサ値Ｖｓｙｓは、電圧コンバータ制御装置５０に入力される。

［電圧コンバータ制御装置の構成］
次に、電圧コンバータ制御装置５０の構成について、図２を参照して説明する。電圧コンバータ制御装置５０は、マイコン等により構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。電圧コンバータ制御装置５０は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

電圧コンバータ制御装置５０は、「電圧制御部」としての昇圧制御部５５と、電圧コンバータ２０の異常を検出する異常検出部６０とを備える。
昇圧制御部５５は、フィードバック減算器５１、ＰＩ制御器５２、フィードフォワード演算部５３及びｄｕｔｙ減算器５４を有している。
フィードバック減算器５１は、出力電圧指令値Ｖｓｙｓ^*と出力電圧Ｖｓｙｓとの偏差ΔＶｓｙｓを算出する。ＰＩ制御器５２は、出力電圧の偏差ΔＶｓｙｓを０に収束させるように、比例積分演算により、ｄｕｔｙのフィードバック項ｄｕｔｙ＿ｆｂを演算する。

このフィードバック項ｄｕｔｙ＿ｆｂは、比例項ｄｕｔｙ＿Ｐ及び積分項ｄｕｔｙ＿Ｉを含む。比例項ｄｕｔｙ＿Ｐは、出力電圧Ｖｓｙｓと指令値Ｖｓｙｓ^*との瞬時の偏差ΔＶｓｙｓに比例し、例えば車両の運転状態の急変によって指令値Ｖｓｙｓ^*が大きく変化すると追従して変化する。積分項ｄｕｔｙ＿Ｉは、出力電圧Ｖｓｙｓと指令値Ｖｓｙｓ^*との偏差ΔＶｓｙｓが所定の積分期間で累積されて算出される。なお、他の実施形態ではフィードバック項にさらに微分項を含んでもよい。
本実施形態では、運転状態の急変等に伴う比例項ｄｕｔｙ＿Ｐについては考慮せず、主に、電圧コンバータ２０の異常による出力電圧偏差ΔＶｓｙｓの累積値が反映される積分項ｄｕｔｙ＿Ｉに注目する。また、力行時の積分項（「積分項＿力行」）と回生時の積分項（「積分項＿回生」）との両方を制御に用いることを特徴とする。

フィードフォワード演算部５３は、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧指令値Ｖｓｙｓ^*との比に基づいて、ｄｕｔｙのフィードフォワード項ｄｕｔｙ＿ｆｆを演算する。
ｄｕｔｙ減算器５４は、フィードフォワード項ｄｕｔｙ＿ｆｆ及びフィードバック項ｄｕｔｙ＿ｆｂを加減算し、「ｄｕｔｙ」として昇圧部２２へ出力する。本実施形態では、フィードフォワード項ｄｕｔｙ＿ｆｆからフィードバック項ｄｕｔｙ＿ｆｂを減算した値をｄｕｔｙとする。そのため、減算するフィードバック項ｄｕｔｙ＿ｆｂの値が大きいほど、出力されるｄｕｔｙは小さくなる。なお、各項の正負の定義や、それによる加算又は減算の区別は、適宜、実施形態に応じて決定してよい。

ところで、電圧コンバータ２０を構成するスイッチング素子２３、２４や還流ダイオード２５、２６、或いは、電圧センサ３１、３２が故障する可能性がある。これらの素子やセンサが故障すると、昇圧制御部５５の制御が不安定となったり、制御が成立しなくなったりするおそれがある。そこで本発明の電圧コンバータ制御装置５０は、このような電圧コンバータ２０の異常を検出する異常検出部６０を備える。

異常検出部６０は、デッドタイム換算部６１、反転部６２、力行／回生判定部６３、切替部６４、及び異常判定部６５を有している。
デッドタイム換算部６１は、素子の耐圧や温度特性のばらつき等によって設定されるデッドタイム設定値Ｔ＿ｄｅａｄ、及び、キャリア周期Ｔｃが入力され、デッドタイム設定値Ｔ＿ｄｅａｄを時間単位［μｓ］からｄｕｔｙ単位［−］に換算する。

換算されたｄｕｔｙを「デッドタイム相当ｄｕｔｙ」といい、力行時のデッドタイム相当ｄｕｔｙを「ｄｕｔｙ＿ｄｅａｄ＿α」と表し、回生時のデッドタイム相当ｄｕｔｙを「ｄｕｔｙ＿ｄｅａｄ＿β」と表す。また、「ｄｕｔｙ＿ｄｅａｄ＿α」及び「ｄｕｔｙ＿ｄｅａｄ＿β」を適宜省略し、「α」、「β」と表す。
力行時のデッドタイム相当ｄｕｔｙ「α」はそのまま切替部６４に入力される。一方、回生時のデッドタイム相当ｄｕｔｙ「β」は、反転部６２で符号が反転された「−β」が切替部６４に入力される。

力行／回生判定部６３は、電流ＩＢの正負すなわち方向（図３、図５参照）、或いは、使用している電力から、現在、力行時であるか回生時であるか判定する。切替部６４は、力行／回生判定部６３の判定結果に基づいて、異常判定部６５に出力するデッドタイム相当ｄｕｔｙを「α」又は「−β」に切り替える。異常判定部６５は、「α」、「−β」を記憶する。また、力行／回生判定部６３の判定結果は、異常判定部６５にも通知される。

異常判定部６５は、切替部６４から入力された「α」から「−β」を減算し、「α」と「−β」との差分値「α＋β」を算出する。以下、「α」と「−β」との差分値を、単純にデッドタイム相当ｄｕｔｙの和「α＋β」という。異常判定部６５は、昇圧制御部５５のフィードバック演算部５２から取得した「積分項＿力行」と「積分項＿回生」との差分値（Δ積分項）と、デッドタイム相当ｄｕｔｙの和「α＋β」とを比較し、電圧コンバータ２０が正常であるか異常であるかを判定する。この判定方法の詳細は後述する。

次に、電圧コンバータ２０の力行時及び回生時におけるスイッチング素子２３、２４のスイッチング動作について、図３〜図６を参照して説明する。以下の説明では、高電位側スイッチング素子２３を「上アーム２３」、低電位側スイッチング素子２４を「下アーム２４」ともいう。
図３及び図５は、力行時及び回生時に電圧コンバータに流れる電流を示す。なお、バッテリ電流「ＩＢ」の記号の添え字「Ｂ」は、図中では下付き文字で表し、明細書の文中では通常文字で記載する。

図４及び図６は、昇圧キャリアと指令ｄｕｔｙとの比較によって生成されるＰＷＭ信号を説明する図であり、各パルス信号は、上がオン、下がオフを示す。
図４、図６の上段には、指令ｄｕｔｙに対応する「基本キャリアＣｏ」を実線で示し、デッドタイムを生成するための「デッドタイム用キャリアＣｄ」を破線で示す。
デッドタイム用キャリアは、上下アーム２３、２４のオンタイミングに適用される。上アーム２３は、ｄｕｔｙが基本キャリアＣｏを下回ったときオフし、デッドタイム用キャリアＣｄを上回ったときオンする。下アーム２４は、ｄｕｔｙがデッドタイム用キャリアＣｄを下回ったときオンし、基本キャリアＣｏを上回ったときオフする。

図４、図６の中段には、昇圧制御部５５のｄｕｔｙ算出部５４により演算された「デッドタイムを考慮しない理想ｄｕｔｙ」（原信号）と、その理想ｄｕｔｙにデッドタイムを生成した結果得られる実ｄｕｔｙとの関係を示す。
デッドタイムを生成するとは、上アーム２３のオフから下アーム２４のオンまでの間、及び、下アーム２４のオフから上アーム２３のオンまでの間に、上下アーム２３、２４が同時にオフする期間を設けることをいう。
例えば、理想ｄｕｔｙを０．５（＝５０％）とすると、理想ｄｕｔｙにデッドタイムを生成することにより、力行時（図４）には、実ｄｕｔｙは０．５より大きくなり、回生時（図６）には、実ｄｕｔｙは０．５より小さくなる。

図４、図６の下段には、フィードバック（ＦＢ）修正後の指令ｄｕｔｙと実ｄｕｔｙとの関係を示す。このフィードバック修正では、デッドタイムを生成した結果得られる実ｄｕｔｙを理想ｄｕｔｙに一致させるように修正する。そのために、理想ｄｕｔｙに対してデッドタイム相当ｄｕｔｙをオフセットさせた値を指令ｄｕｔｙとする。
力行時（図４）には、理想ｄｕｔｙ（０．５）に対して実ｄｕｔｙが大きくなるため、０．５からデッドタイム相当ｄｕｔｙ「α」を減算した値を指令ｄｕｔｙとすることで、デッドタイム生成後の実ｄｕｔｙが０．５となるようにする。
回生時（図６）には、理想ｄｕｔｙ（０．５）に対して実ｄｕｔｙが小さくなるため、０．５にデッドタイム相当ｄｕｔｙ「β」を加算した値を指令ｄｕｔｙとすることで、デッドタイム生成後の実ｄｕｔｙが０．５となるようにする。

まず、力行時について、図３、図４を詳しく参照する。
図３に示す力行時には、電流ＩＢ（＞０）は、バッテリ１側からインバータ７側に流れる。実線で示すように、上下アームの中間点Ｎから高電位ラインＬｐへの電流は、上アーム２３がオンのときだけでなく、上アーム２３がオフのときにも還流ダイオード２５を通って流れる。一方、破線で示すように、中間点Ｎから低電位ラインＬｇへの電流は、下アーム２４がオンのときのみに流れる。そのため、下アーム２４がオフ固着する故障が発生した場合には、力行動作に異常が発生する。一方、仮に上アーム２３がオフ固着しても、還流ダイオード２５の抵抗による損失等を除き、力行動作への顕著な影響は無い。また、図４に示すように、実ｄｕｔｙは、下アーム２４のオフ期間に相当する。

図４にて、昇圧キャリアの一周期に、理想ｄｕｔｙが基本キャリアＣｏ及びデッドタイム用キャリアＣｄに交差するタイミングとして、ｔ２、ｔ４、ｔ７、ｔ９を定義する。また、力行時のフィードバック修正後の指令ｄｕｔｙがキャリアＣｏ、Ｃｄに交差するタイミングとして、さらにｔ１、ｔ３、ｔ８、ｔ１０を追加する。

原信号について、理想ｄｕｔｙのオン期間はｔ７〜ｔ２であり、上アーム２３のオン期間はｔ９〜ｔ２、下アーム２４のオフ期間はｔ７〜ｔ４である。したがって、実ｄｕｔｙに太線（ＤＴ）で示すように、下アーム２４がオフするｔ７から上アーム２３がオンするｔ９までの期間と、上アーム２３がオフするｔ２から下アーム２４がオンするｔ４までの期間とがデッドタイムとして生成される。その結果、下アーム２４のオフ期間に相当する実ｄｕｔｙは０．５より大きくなる。

この実ｄｕｔｙがフィードバックされると、昇圧制御部５５は、「理想ｄｕｔｙからデッドタイム相当ｄｕｔｙαを減算した値（０．５−α）」を指令ｄｕｔｙとするように修正する。すると、フィードバック修正後の指令ｄｕｔｙのオン期間はｔ８〜ｔ１となり、上アーム２３のオン期間はｔ１０〜ｔ１、下アーム２４のオフ期間はｔ８〜ｔ３となる。これにより、ｔ８〜ｔ１０の期間と、ｔ１〜ｔ３の期間とがデッドタイムとして生成される。また、下アーム２４のオフ期間に相当する実ｄｕｔｙは０．５に一致する。

次に、回生時について、図５、図６を参照する。
図５に示す回生時には、電流ＩＢ（＜０）は、インバータ７側からバッテリ１側に流れる。破線で示すように、低電位ラインＬｇから上下アームの中間点Ｎへの電流は、下アーム２４がオンのときだけでなく、下アーム２４がオフのときにも還流ダイオード２６を通って流れる。一方、実線で示すように、高電位ラインＬｐから中間点Ｎへの電流は、上アーム２３がオンのときのみに流れる。そのため、上アーム２３がオフ固着する故障が発生した場合には、回生動作に異常が発生する。一方、仮に下アーム２４がオフ固着しても、還流ダイオード２６の抵抗による損失等を除き、回生動作への顕著な影響は無い。また、図６に示すように、実ｄｕｔｙは、上アーム２３のオン期間に相当する。

図６にて、昇圧キャリアの一周期に、理想ｄｕｔｙが基本キャリアＣｏ及びデッドタイム用キャリアＣｄに交差するタイミングとして、図４のｔ２、ｔ４、ｔ７、ｔ９を援用する。また、回生時のフィードバック修正後の指令ｄｕｔｙがキャリアＣｏ、Ｃｄに交差するタイミングとして、さらにｔ３、ｔ５、ｔ６、ｔ８を追加する。

原信号について、力行時と逆に表すと、理想ｄｕｔｙのオフ期間はｔ２〜ｔ７であり、上アーム２３のオフ期間はｔ２〜ｔ９、下アーム２４のオフ期間はｔ４〜ｔ７である。また、実ｄｕｔｙに太線（ＤＴ）で示すように、上アーム２３がオフするｔ２から下アーム２４がオンするｔ４までの期間と、下アーム２４がオフするｔ７から上アーム２３がオンするｔ９までの期間とがデッドタイムとして生成される。その結果、上アーム２３のオン期間に相当する実ｄｕｔｙは０．５より小さくなる。

この実ｄｕｔｙがフィードバックされると、昇圧制御部５５は、「理想ｄｕｔｙにデッドタイム相当ｄｕｔｙβを加算した値（０．５＋β）」を指令ｄｕｔｙとするように修正する。すると、フィードバック修正後の指令ｄｕｔｙのオフ期間はｔ３〜ｔ６となり、上アーム２３のオフ期間はｔ３〜ｔ８、下アーム２４のオン期間はｔ５〜ｔ６となる。これにより、ｔ３〜ｔ５の期間と、ｔ６〜ｔ８の期間とがデッドタイムとして生成される。また、上アーム２３のオン期間に相当する実ｄｕｔｙは０．５に一致する。

以上のように、電圧コンバータ２０の正常駆動時には、力行時及び回生時に、それぞれ理想ｄｕｔｙにデッドタイム相当ｄｕｔｙ「α」、「β」を減算又は加算することにより、適正なデッドタイムを確保しつつ、上下アーム２３、２４を操作して昇圧制御を行う。
しかし、仮に、上アーム２３又は下アーム２４、或いは、還流ダイオード２５、２６や電圧センサ３１、３２等に異常が発生すると、実ｄｕｔｙと指令ｄｕｔｙとのずれが、想定したデッドタイム相当ｄｕｔｙ「α」、「β」に相当する量よりも大きくなる。

続いて、電圧コンバータ２０の異常時を示す「異常領域」について、図７、図８を参照して説明する。
図７の横軸は電流であり、正のとき力行時を示し、負のとき回生時を示す。図７の縦軸は、所定の積分期間で算出された積分項ｄｕｔｙ＿Ｉ（以下、「ｄｕｔｙ＿Ｉ」の記載を適宜省略する。）であり、ｄｕｔｙ算出部５４（図２参照）にてフィードフォワード項ｄｕｔｙ＿ｆｆから減算される方向を正と定義する。
力行時には、積分項＿力行の値（＞０）が０からαまでの領域が正常であり、積分項＿力行の値がαより大きい領域が異常である。回生時には、積分項＿回生の値（＜０）が０から（−β）までの領域が正常であり、積分項＿回生の値が（−β）より小さい領域が異常である。

図８は、図７の内容を、ｄｕｔｙをパラメータとして表した図である。図８の横軸（ｘ軸）は、フィードフォワード項ｄｕｔｙ＿ｆｆを示し、縦軸（ｙ軸）は、フィードフォワード項ｄｕｔｙ＿ｆｆから積分項ｄｕｔｙ＿Ｉを減算したｄｕｔｙを示す。つまり、図８の下方向が積分項ｄｕｔｙ＿Ｉの正の方向として表される。なお、フィードバック項の比例項ｄｕｔｙ＿Ｐ（図２参照）は無視するものとする。
フィードフォワード項ｄｕｔｙ＿ｆｆは、出力電圧指令値Ｖｓｙｓ^*と入力電圧Ｖｉｎとによって決まる「指令ｄｕｔｙ」に相当すると考えられる。一方、フィードフォワード項ｄｕｔｙ＿ｆｆから積分項ｄｕｔｙ＿Ｉを減算したｄｕｔｙは、電圧コンバータ２０の実際挙動が積分項ｄｕｔｙ＿Ｉに反映された「実ｄｕｔｙ」に相当すると考えられる。また、基準線Ｓは、「積分項ｄｕｔｙ＿Ｉ＝０」のときを示す線である。

なお、現実に図８のマップを作成する場合には、有限個の指令ｄｕｔｙにおけるデッドタイム相当ｄｕｔｙ「α」、「β」の実測値から散布図を作成し、下記のように定義される一次関数の近似式を求めてもよい。
力行時・・・ｙ＝ｋｐｘ−α０（ｋｐ：傾き、−α０：切片）
回生時・・・ｙ＝ｋｒｘ＋β０（ｋｒ：傾き、β０：切片）

力行時には、フィードフォワード項ｄｕｔｙ＿ｆｆから正の積分項＿力行が減算されるため、ｄｕｔｙは基準線Ｓより下側にシフトする（ｄｕｔｙ＜ｄｕｔｙ＿ｆｆ）。減算される正の積分項＿力行の値がα以下ならば正常、αを超えると異常である。
回生時には、フィードフォワード項ｄｕｔｙ＿ｆｆから負の積分項＿回生が減算されるため、ｄｕｔｙは基準線Ｓより上側にシフトする（ｄｕｔｙ＞ｄｕｔｙ＿ｆｆ）。減算される負の積分項＿回生の絶対値がβ以下ならば正常、βを超えると異常である。

したがって、仮に出力電圧Ｖｓｙｓの正確な値に基づいてフィードバック制御が実行されれば、積分項の値を図８の境界線（閾値）と比較し、正常領域又は異常領域のいずれにあるかを評価することで、電圧コンバータ２０の異常検出ができると考えられる。
ところで、電圧コンバータ２０の異常検出に関し、例えば特許文献１の従来技術では、入力電圧センサ及び出力電圧センサの検出値と、電圧コンバータのｄｕｔｙとから算出した差電圧に基づいて、電圧センサの故障を検出している。この従来技術では、二つの電圧センサの誤差やばらつきを考慮しようとすると、異常判定値の設定が困難になる場合があり、その結果、誤検出や検出漏れが発生するおそれがある。

このように、電圧センサの誤差やばらつきがあると、その影響は、フィードバック制御により積分項に吸収される。例えば電圧センサのオフセット誤差を想定すると、図８における正常／異常の境界線は、ブロック矢印で示すように平行移動することとなる。
すると、力行時の点Ｑｐは、本来、正常領域にあるにもかかわらず異常領域にあると誤って判断されることになる。一方、回生時の点Ｑｒは、本来、異常領域にあるにもかかわらず正常領域にあると誤って判断されることになる。したがって、力行時又は回生時のいずれか一方の積分項の値に基づいて異常検出しようとすると、電圧センサ３２の誤差やばらつきによっては、誤検出や検出漏れが発生するおそれがある。

そこで本発明の異常検出部６０は、「力行時及び回生時の積分項の差分値（Δ積分項）」に基づいて異常検出することを特徴とする。力行時及び回生時の積分項は、デッドタイム分以外の値が共通であるため、力行時及び回生時の積分項の差分値を算出することにより、電圧センサ３２の誤差やばらつきの影響が打ち消される。したがって、力行時及び回生時の積分項の差分値と、デッドタイム相当ｄｕｔｙの和「α＋β」とを比較することで、電圧センサ３２の誤差やばらつきの影響を受けることなく、電圧コンバータ２０の異常を検出することができる。よって、異常検出における誤検出や検出漏れの発生を防止することができる。

次に、本発明の異常検出処理の具体例について、第１実施形態及び第２実施形態に分けて説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の異常検出処理について、図９のフローチャートを参照して説明する。以下のフローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを意味する。このルーチンは、例えば制御周期毎に実行される。

Ｓ１１では、力行／回生判定部６３（図２参照）からの情報に基づき、現在、力行時であるか回生時であるか判断する。
力行時（Ｓ１１：ＹＥＳ）には「積分項＿力行（＞０）」を記憶し（Ｓ１２）、回生時（Ｓ１１：ＮＯ）には「積分項＿回生（＜０）」を記憶する（Ｓ１３）。
Ｓ１４では、力行時の積分項と回生時の積分項との差分値「Δ積分項（＝積分項＿力行−積分項＿回生）」を算出する。

Ｓ１５では、積分項差分値（Δ積分項）と、力行時及び回生時のデッドタイム相当ｄｕｔｙの和「α＋β」とを比較する。積分項差分値（Δ積分項）が「α＋β」より大きければ（Ｓ１５：ＹＥＳ）、電圧コンバータ２０のいずれかの部品が異常と判定し（Ｓ１６）、積分項差分値（Δ積分項）が「α＋β」以下であれば（Ｓ１５：ＮＯ）、電圧コンバータ２０は正常と判定する（Ｓ１７）。
なお、デッドタイム相当ｄｕｔｙα、βの符号の定義によっては、積分項差分値と比較される閾値を「デッドタイム相当ｄｕｔｙの絶対値の和」と定義することが有効である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図１０のフローチャートを参照して説明する。
第１実施形態の図９のフローチャートにおいて電圧コンバータ２０の異常が検出されたとき（Ｓ１６）、いずれかの部位が故障していることはわかるが、どの部位が故障しているかはわからない。そこで第２実施形態では、さらに異常部位を特定する処理を行う。
その思想としては、「力行時における積分項の値と力行時におけるデッドタイム相当ｄｕｔｙとの比較」、及び、「回生時における積分項の値と回生時におけるデッドタイム相当ｄｕｔｙとの比較」を個別に実行し、その結果に基づいて判定する。

Ｓ２１は、図９のＳ１６に続くステップである。Ｓ２１では、積分項＿力行が力行時のデッドタイム相当ｄｕｔｙ「α」より大きく、且つ、積分項＿回生が回生時のデッドタイム相当ｄｕｔｙの反転値「−β」より小さければ（Ｓ２１：ＹＥＳ）、力行、回生の両方が異常と判定する（Ｓ２４）。
Ｓ２１でＮＯの場合、Ｓ２２では、積分項＿力行がαより大きく、且つ、積分項＿回生が（−β）以上であれば（Ｓ２２：ＹＥＳ）、力行が異常と判定する（Ｓ２５）。力行が異常のとき、例えば下アーム２４のオフ固着（断線）故障の可能性が疑われる。
Ｓ２２でＮＯの場合、Ｓ２３では、積分項＿力行がα以下であり、且つ、積分項＿回生が（−β）より小さければ（Ｓ２３：ＹＥＳ）、回生が異常と判定する（Ｓ２６）。回生が異常のとき、例えば上アーム２３のオフ固着（断線）故障の可能性が疑われる。

Ｓ１６による「いずれかの部位が異常」という判定が正しければ、Ｓ２１〜Ｓ２３までで必ずＳ２４〜Ｓ２６のいずれかに判別されるはずである。しかし、仮にＳ１６の判定が誤っていた場合には、Ｓ２３でＮＯと判断され、電圧コンバータ２０は正常との判定に修正される（Ｓ２７）。

このように、第２実施形態では、故障した部品が、力行に使われる部品、回生に使われる部品、又は、力行及び回生の両方で使われる部品のいずれであるかを大別することができる。そして、特にハイブリッド自動車に適用される場合、フェールセーフの観点から、正常に動作する部品だけを使用して、力行異常のときは回生動作のみを行い、回生異常のときは力行動作のみを行うことで、異常時における退避走行を実現することができる。また、電圧コンバータ２０の修理にあたり大別された該当部品のみを交換すればよいため、全ての部品を交換する場合に比べて修理コストを低減することができる。

また、第２実施形態の変形例として、「少なくとも力行が異常であるか」ということのみを知りたい場合には、「力行時における積分項の値と力行時におけるデッドタイム相当ｄｕｔｙとの比較」のみを実行してもよい。一方、「少なくとも回生が異常であるか」ということのみを知りたい場合には、「回生時における積分項の値と回生時におけるデッドタイム相当ｄｕｔｙとの比較」のみを実行してもよい。

（その他の実施形態）
（ア）本発明の制御装置が適用される「電圧コンバータ」は、入力電圧を昇圧する昇圧コンバータに限らず、入力電圧を降圧する降圧コンバータであってもよい。それに対応して、「電圧制御部」及び「電圧変換部」は、昇圧制御部５５、昇圧部２２ではなく、降圧制御部、降圧部であってもよい。

（イ）上記実施形態では、電圧コンバータ２０の負荷回路として、直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータ８を駆動するインバータ７を例示した。その他、電圧コンバータ２０の負荷回路として、例えば直流電動機を駆動するＨブリッジ回路を用いてもよい。また、１つの電圧コンバータ２０に対し、複数の負荷回路が接続されてもよい。

（ウ）インバータ等の負荷回路から電力を供給される駆動対象は、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源として用いられるモータジェネレータに限らず、車両の補機用や、車両以外の電車、昇降機、一般機械等に用いられる回転機であってもよい。また、放電管やＸ線発生装置等の高電圧を用いる装置であってもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１ ・・・バッテリ、
２０・・・電圧コンバータ、
２１・・・リアクトル、
２２・・・昇圧部（電圧変換部）、
２３・・・高電位側スイッチング素子（上アーム）、
２４・・・低電位側スイッチング素子（下アーム）、
５０・・・電圧コンバータ制御装置、
５５・・・昇圧制御部（電圧制御部）、
６０・・・異常検出部、
７ ・・・インバータ（負荷回路）。

Claims (3)

1. バッテリ（１）と負荷回路（７）との間に設けられ、電気エネルギーを蓄積及び放出可能なリアクトル（２１）、並びに、交互にオンオフすることで前記リアクトルにおける電気エネルギーの蓄積及び放出を繰り返す高電位側スイッチング素子（２３）及び低電位側スイッチング素子（２４）を含む電圧変換部（２２）を備え、前記バッテリ側の入力電圧（Ｖｉｎ）と前記負荷回路側の出力電圧（Ｖｓｙｓ）とを力行方向及び回生方向に変換する電圧コンバータ（２０）に適用される電圧コンバータ制御装置（５０）であって、
   前記高電位側スイッチング素子のスイッチング周期に対するオン時間比率であるｄｕｔｙについて、前記出力電圧に対する目標値である出力電圧指令値（Ｖｓｙｓ^*）と前記入力電圧との比に基づいて演算されるフィードフォワード項、並びに、前記出力電圧の検出値を前記出力電圧指令値に一致させるように演算される比例項及び積分項を含むフィードバック項を加減算し、前記電圧変換部へ出力する電圧制御部（５５）と、
   力行時及び回生時において所定の積分期間で算出される前記積分項の差分値と、力行時及び回生時において前記電圧変換部のデッドタイム設定値及びキャリア周期に基づいて算出されるデッドタイム相当ｄｕｔｙの絶対値の和とを比較することで、前記電圧コンバータの異常を検出する異常検出部（６０）と、
   を備えることを特徴とする電圧コンバータ制御装置。
2. 前記異常検出部は、
   前記電圧コンバータの異常を検出したとき、さらに、力行時における前記積分項の値と力行時における前記デッドタイム相当ｄｕｔｙとの比較、又は、回生時における前記積分項の値と回生時における前記デッドタイム相当ｄｕｔｙとの比較の少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項１に記載の電圧コンバータ制御装置。
3. 前記異常検出部は、
   前記電圧コンバータの異常を検出したとき、さらに、力行時における前記積分項の値と力行時における前記デッドタイム相当ｄｕｔｙとの比較、及び、回生時における前記積分項の値と回生時における前記デッドタイム相当ｄｕｔｙとの比較をいずれも実行することを特徴とする請求項２に記載の電圧コンバータ制御装置。

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