KR101712541B1 - 승압 컨버터의 제어 장치 - Google Patents

승압 컨버터의 제어 장치 Download PDF

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고스케 히라노
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Abstract

토털 손실을 저감 가능한 승압 컨버터의 제어 장치를 제공한다.
전원 전압(VB)을 갖는 직류 전원과, 스위칭 수단을 구비하고, 승압 지령 전압에 의거한 상기 스위칭 수단의 스위칭 상태의 전환을 포함하는 소정의 승압 제어에 의해 상기 전원 전압(VB)을 승압하여 부하 장치에 출력하는 승압 컨버터와, 상기 승압 컨버터의 출력 전압(VH)을 검출하는 전압 검출 수단을 구비한 전력 공급 시스템에서 상기 승압 컨버터를 제어하는, 승압 컨버터의 제어 장치(100)는, 상기 승압 제어를 실행하는 승압 제어 수단과, 상기 출력 전압(VH)이 직전의 상기 승압 제어의 실행 시에 있어서의 상기 승압 지령 전압을 포함하는 범위로 유지되도록, 상기 검출되는 출력 전압(VH)에 의거한 상기 승압 제어의 간헐 처리를 실행하는 간헐 제어 수단을 구비한다.

Description

승압 컨버터의 제어 장치{BOOST CONVERTER CONTROL DEVICE}
본 발명은, 예를 들면 차량용의 전력 공급 시스템에 있어서 승압 컨버터를 제어하는, 승압 컨버터의 제어 장치의 기술 분야에 관한 것이다.
이 종류의 제어 장치로서, 특허문헌 1에는, 극소 부하 상태에서 승압 컨버터의 동작을 중지해도 승압 컨버터의 출력 전압을 유지 가능한 부하 구동 시스템의 제어 장치가 개시되어 있다.
이 장치에 의하면, 복수의 부하의 각 부하 전력의 총계인 총부하 전력이 0을 걸친 소정 범위 내의 값일 때에 컨버터의 스위칭 동작이 중지된다. 또, 총부하 전력이 당해 소정 범위 내의 값일 때, 지령값과 승압 컨버터의 출력 전압의 편차의 절대값이 감소하도록, 부하 구동 제어부 중 어느 것에 대해 행하여진 지령이 보정된다. 이 때문에, 극소 부하 상태에서 컨버터의 동작을 중지해도 승압 컨버터의 출력 전압을 유지할 수 있다고 되어 있다. 또, 극소 부하 상태 또는 무(無)부하 상태이면 승압 컨버터를 중지할 수 있기 때문에, 승압 컨버터에서의 손실을 저감할 수 있다고 되어 있다.
또한, 특허문헌 1과 동일한 제어를 단일의 부하에 대해 적용한 부하 구동 시스템의 제어 장치도 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
일본 공개특허 특개2011-15603호 공보 일본 공개특허 특개2010-283932호 공보
[발명이 해결하고자 하는 과제]
인용문헌 1 및 2에 개시된 장치(이하, 적절히 「종래 장치」라고 표현한다)에서는, 승압 컨버터의 중지 중에 그 출력 전압(VH)(문헌 중에서는 「2차 전압(V2)」이 된다)이 저하되지 않는 것이, 승압 컨버터를 중지시키기 위한 조건으로 되어 있다. 즉, 반대로 말하면, 이 종래 장치는, 출력 전압(VH)이 변동하거나 또는 변동하지 않을 수 없는 조건하에서는 승압 컨버터를 중지시킬 수 없다는 견지에 입각하고 있다. 이상적인 무(無)부하 조건을 제외하면, 예를 들면 인용문헌 1의 제[0005] 단락에도 기재되는 바와 같이, 일반적으로는 무부하라고 정의되는 조건하에서도 미소한 부하 변동은 발생하지만, 종래 장치에서는, 이 부하 변동이 억제되도록 부하 장치의 지령 토크를 보정함으로써, 출력 전압(VH)의 변화를 억제하고 있는 것이다.
그런데, 부하 장치에 요구되는 토크는, 손실 저감에 관련된 승압 컨버터 측의 사정과는 관계없다. 부하 장치에 요구되는 토크를 보정함에 있어서, 부하 장치의 실제의 출력 토크가 요구값으로부터 크게 괴리되어 버리면, 부하 장치 본래의 역할을 하는 것이 어려워진다. 특히, 부하 장치가 차량 구동용의 전동기일 경우, 차축으로 이어지는 구동축에 대해 공급되는 토크가 요구 토크로부터 괴리되면, 동력 성능이나 드라이버빌리티(drivability)에 큰 영향이 미칠지도 모른다. 따라서, 종래 장치에서는, 문헌 중에 일관하여 기재되는 바와 같이, 극소 부하(총부하 전력이 0을 걸친 소정 범위)의 부하 영역이 아니면 제어 자체가 성립하지 않는다.
여기서, 부하 장치가 전동기와 발전기를 포함하는 구성에 있어서는, 발전기에서 얻어진 전력을 전동기의 역행(力行) 구동에 이용함으로써 전력 수지의 유지에 힘쓰는 것도 불가능하지는 않다. 그러나, 부하의 소비 전력은 전압값 및 전류값에 의거하여 추정하지 않을 수 없어, 오차를 포함한다. 따라서, 발전기와 전동기의 사이에서 전력 수지를 정확하게 일치시키는 것은 용이하지 않고, 결국은, 전력의 추정 정밀도가 담보되기 쉬운 소(小)부하 영역이 아니면, 이와 같은 제어는 충분히 기능하지 않는다. 또, 대(大)부하 영역에서 이와 같은 제어를 행했을 경우, 승압 컨버터의 출력 전압의 변동을 억제할 수 있었다고 해도, 부하 장치와 승압 컨버터를 포함하는 시스템 전체의 효율은 오히려 저하되기 쉽다. 즉, 승압 컨버터의 손실 저감이 실천상의 의의를 잃어버리기 쉽다.
종래 장치에서는, 이와 같이 부하 장치가 매우 한정된 조건하에 있을 경우가 아니면, 승압 컨버터를 중지시키는 것에 의한 이익을 누릴 수 없다. 따라서, 그 효과는 매우 한정적이고, 승압 컨버터의 승압 손실이나, 승압 컨버터의 출력 전압에 의해 부하 장치를 구동할 때에 생기는 손실을 포함하는, 시스템 전체의 손실(이하, 적절히 「토털(total) 손실」이라고 표현한다)을 충분히 저감하는 것이 어렵다. 즉, 종래 장치에는, 토털 손실의 저감 효과가 불충분하다는 기술적 문제점이 있다.
본 발명은, 이러한 기술적 문제점을 감안하여 이루어진 것이고, 토털 손실을 저감 가능한 승압 컨버터의 제어 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치는, 전원 전압(VB)을 갖는 직류 전원과, 스위칭 수단을 구비하고, 승압 지령 전압에 의거한 상기 스위칭 수단의 스위칭 상태의 전환을 포함하는 소정의 승압 제어에 의해 상기 전원 전압(VB)을 승압하여 부하 장치에 출력하는 승압 컨버터와, 상기 승압 컨버터의 출력 전압(VH)을 검출하는 전압 검출 수단을 구비한 전력 공급 시스템에서 상기 승압 컨버터를 제어하는, 승압 컨버터의 제어 장치에 있어서, 상기 승압 제어를 실행하는 승압 제어 수단과, 상기 출력 전압(VH)이 직전의 상기 승압 제어의 실행 시에 있어서의 상기 승압 지령 전압을 포함하는 범위로 유지되도록, 상기 검출되는 출력 전압(VH)에 의거한 상기 승압 제어의 간헐 처리를 실행하는 간헐 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다(청구항 1).
본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치에 의하면, 승압 제어의 간헐 처리(이하, 적절히 「간헐 처리」라고 약칭한다)가 실행된다. 간헐 처리는, 승압 제어의 정지와 승압 제어의 재개(즉, 정지의 해제)를 반복하는 처리이다.
승압 컨버터의 승압 동작에는, 스위칭 수단의 스위칭 리플 등에 기인하는 승압 손실이 수반한다. 승압 제어가 정지되어 있는 기간에 있어서는, 이 승압 손실은 제로가 되기 때문에, 승압 제어의 정지 조치는, 토털 손실의 저감에 유효하다.
한편, 승압 제어를 간헐 동작시키는 대신에, 승압 제어가 정지된 상태를 가급적으로 유지하는 취지의 기술 사상은, 상기 종래 장치에 대한 설명에 기재한 바와 같이 종래 주지(周知)이다. 즉, 이 경우, 본래, 승압 컨버터가 정지 상태에 있으면 부하 장치의 구동 조건에 따라 증감하는 것이 자연스러운 출력 전압(VH)이, 부하 장치 측의 구동 조건의 보정에 의해 유지된다. 이러한 기술 사상에 대해서도, 승압 컨버터의 승압 제어를 정지시키는 점에 대해서는 동일하다.
그러나, 이와 같이 출력 전압(VH)의 변동을 허용하지 않고 부하 장치 측에서만 이치를 맞추는 기술 사상, 바꿔 말하면, 승압 제어를 정지시키는 것과 승압 컨버터의 출력 전압(VH)이 유지되는 것이 일의적 관계가 되는 기술 사상은, 부자연스러우며 비합리적이다. 왜냐하면, 부하 장치가 전력 회생 상태에 있으면 승압 컨버터에 축적되는 전기 에너지가 증가하고, 부하 장치가 역행 상태에 있으면 당해 전기 에너지가 감소하는 것과 같은 자연의 이치에 반하여 출력 전압(VH)을 유지하기 위해서는, 원래 출력 전압(VH)의 변동이 생기지 않는, 매우 한정된 부하 영역에 한하여 승압 제어를 정지시키고, 혹은 부하 장치에 요구되는 부하(예를 들면, 전력 공급 시스템이 탑재될 수 있는 차량을 구동하기 위한 구동 토크)를 무시하는 수 밖에 없기 때문이다. 따라서, 종래 장치의 기술 사상에서는, 토털 손실을 충분하게는 저감할 수 없다.
한편, 본 발명에 관련된 승압 컨버터 제어 장치에 있어서 실현되는 간헐 처리는, 미리 설정되는 범위 내, 또는 미리 설정되는 설정 기준에 따라 그때마다 개별 구체적으로 설정되는 범위 내에 있어서의 출력 전압(VH)의 변동을 허용한 후에 이루어지는 승압 제어의 정지 조치이다.
여기서, 간헐 처리는, 검출 수단에 의해 검출되는 승압 컨버터의 출력 전압(VH)에 의거하여 행하여진다. 즉, 본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치는, 최근에 있어서의, 스위칭 수단의 스위칭 성능(예를 들면, 스위칭 주파수)의 비약적 향상을 배경으로 하여, 승압 컨버터의 동작 상태를 제어 요소로서 이용할 수 있는 점을 찾아내어, 승압 컨버터를 일종의 전력 제어 장치로서 적극적으로 사용하는 기술적 전제에 입각해 있다.
본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치가 적용된 경우, 부하 장치 측에서 이치를 맞추는 것이 어려운 부하 조건에 있어서도 아무런 문제 없이 승압 제어를 정지시킬 수 있어, 상기 종래 장치가 적용된 경우와 비교하여, 승압 제어의 정지 빈도는 명백하게 높아지고, 또 승압 제어의 정지 기간의 합계는 명백하게 길어진다. 따라서, 본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치에 의하면, 토털 손실을 더 저감하는 것이 가능해지는 것이다.
또한, 간헐 처리에 있어서의 승압 제어의 정지는, 승압 제어에 있어서 적절히 생기는, 스위칭 수단을 구성하는 각 스위칭 소자의 개개의 동작의 정지가 아니고, 승압 컨버터의 승압 동작 자체의 정지, 즉 셧다운을 의미한다. 이 종류의 승압 컨버터의 일반적인 제어에 있어서는, 삼각파인 캐리어 신호와, 승압 지령 전압에 대응하는 듀티 신호가 일치할 때마다, 스위칭 소자의 스위칭 상태가 전환된다. 여기서, 스위칭 수단이 하나의 스위칭 소자로 구성될 경우(예를 들면, 싱글 아암형의 승압 컨버터 등이 이것에 해당한다), 온으로부터 오프로의 전환이 생기는 타이밍에 있어서 스위칭 수단은 일시적으로 전체 정지하고 있다고 간주할 수 있지만, 이와 같은 전체 정지는, 승압 제어의 일환으로서 필연적으로 생기는 전체 정지에 불과하고, 본 발명에 관련된 승압 컨버터의 정지는 이유가 다른 것이다.
본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치의 하나의 태양에서는, 상기 전원 전압(VB), 상기 승압 컨버터의 내전압, 상기 승압 지령 전압 및 상기 부하 장치가 구동될 때에 생기는 손실 중 적어도 하나에 의거하여 상기 범위를 설정하는 설정 수단을 더 구비한다(제 2 항).
이 태양에 의하면, 설정 수단에 의해, 출력 전압(VH)의 유지해야 할 범위가 설정된다. 따라서, 출력 전압(VH)의 변동을 그때마다 최적의 범위로 유지하는 것이 가능해져, 토털 손실의 저감에 효과적이다. 또한, 설정 수단에 의해 설정되는 범위는, 예를 들면 하기 (1)∼(6)의 범위를 포함할 수 있다.
(1) 전원 전압(VB)보다 고압 측의 범위
(2) 승압 컨버터의 내전압보다 저압 측의 범위
(3) 승압 지령 전압과의 편차가 소정값 이내가 되는 범위
(4) 승압 지령 전압에 대해 소정 비율 이내가 되는 범위
(5) 승압 지령 전압과 비교하여 부하 장치의 구동 시에 생기는 손실의 증가량이 소정값 이내가 되는 범위
(6) 승압 지령 전압과 비교하여 부하 장치의 구동 시에 생기는 손실의 증가량이 소정 비율 이내가 되는 범위
또한, 상기 (5) 및 (6)은, 이상적으로는, 승압 지령 전압이, 부하 장치의 구동 조건에 따라, 그때마다 부하 장치의 구동에 최적의(즉, 손실이 최소가 되는) 전압값으로 설정되는 것을 전제로 하고 있다. 이와 같은 최적값을 전제로 했을 경우, 부하 장치를 구동함에 있어서의 손실은, 승압 지령 전압에 대해 저압 측에 있어서도 고압 측에 있어서도 증가하지만, 승압 지령 전압 부근에서는 그 증가량은 크지는 않다(즉, 변화가 완만하다). 따라서, 미리 실험적으로, 경험적으로 또는 이론적으로, 승압 컨버터의 승압 제어를 정지시키는 것에 의한 승압 손실의 저감량이 부하 구동 시의 손실 증가량을 상회하는 범위, 즉, 토털 손실을 저감할 수 있는 범위를 사전에 정해 둘 수도 있다.
본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치의 다른 태양에서는, 상기 간헐 제어 수단은, 상기 승압 제어의 간헐 처리에 있어서, 상기 출력 전압(VH)이 상기 범위의 경계값을 넘을 경우에 상기 승압 제어를 재개시킨다(제 3 항).
이 태양에 의하면, 간헐 처리에 있어서, 승압 컨버터의 출력 전압(VH)을 상기 유지해야 할 범위에 적합하게 유지할 수 있다. 또한, 범위의 경계값은, 단적으로는, 전력 회생 시에 적용되는 상한값과 역행 시에 적용되는 하한값을 의미한다.
본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치의 다른 태양에서는, 상기 간헐 제어 수단은, 상기 승압 제어의 간헐 처리에 있어서, 상기 출력 전압(VH)을, 상기 승압 지령 전압과 상기 범위의 경계값의 사이에서 변동시킨다(제 4 항).
이 태양에 의하면, 간헐 처리에 있어서, 승압 컨버터의 출력 전압(VH)이 승압 지령 전압과 경계값의 사이에서 변동한다. 따라서, 경계값만을 판단 기준으로 할 경우에 생길 수 있는 헌팅을 방지함과 함께, 그에 상당하는 경우에 있어서의 출력 전압(VH)의 승압 지령 전압으로의 신속한 복귀를 촉진할 수 있다.
또한, 이 태양에 있어서의 출력 전압(VH)의 변동 폭을 규정하는 승압 지령 전압은, 직전의 승압 제어에 있어서의 엄밀한 승압 지령 전압이 아니어도 되고, 직전의 승압 제어에 있어서 출력 전압(VH)을 승압 지령 전압에 수속(收束)시킬 때에 정상적으로 생길 수 있는 수속 오차를 포함한 어느 정도의 폭을 갖고 있어도 된다.
본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치의 다른 태양에서는, 상기 간헐 제어 수단은, 상기 출력 전압(VH)의 변동 폭이 소정값 이내일 경우에 상기 승압 제어의 간헐 처리를 개시한다(제 5 항).
이 태양에 의하면, 출력 전압(VH)의 변동 폭이 소정값 이내일 경우에 간헐 처리가 허가된다. 출력 전압(VH)의 변동 폭은, 어느 정도의 기간에 걸친 출력 전압(VH)의 거동의 정량적 지표를 포괄하는 개념이고, 그 정의는 일의적이지 않다. 예를 들면, 출력 전압(VH)의 변동 폭은, 어떤 기간에 있어서의, 승압 지령 전압과 출력 전압(VH)의 편차의 평균값이어도 된다. 혹은, 어떤 기간에 있어서 생긴 승압 지령 전압과 출력 전압(VH)의 편차의 최대값이어도 된다. 혹은, 출력 전압(VH)의 변동 폭은, 어떤 기간에 있어서의 출력 전압(VH)의 변화량의 최대값이어도 된다.
이 태양에 의하면, 승압 지령 전압이 일정할 경우에 있어서 출력 전압(VH)이 안정된 경우에 간헐 처리의 실행이 허가되기 때문에, 토털 손실 저감에 확실한 효과를 기대할 수 있다. 또, 승압 지령 전압이 변화되고 있을 경우에 있어서는, 승압 지령 전압을 목표값으로 하는 출력 전압(VH)도 변화되기 때문에, 결과적으로 당해 변동 폭도 커진다. 즉, 소정값의 설정 여하에 따라, 이와 같은 경우에 대해 간헐 처리의 실행을 금지하는 것도 용이하게 하여 가능해지고, 토털 손실 저감에 확실한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치의 다른 태양에서는, 상기 전력 공급 시스템은, 상기 승압 컨버터 또는 상기 직류 전원에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 수단을 더 구비하고, 상기 간헐 제어 수단은, 상기 검출되는 전류가 소정값 이내일 경우에 상기 승압 제어의 간헐 처리를 개시한다(제 6 항).
승압 컨버터 또는 직류 전원에 흐르는 전류(또한, 부하 장치의 구동 조건에 따라 정부(正負) 어느 것의 값도 채택할 수 있다)의 절대값이 클 경우, 승압 제어의 정지에 수반하는 출력 전압(VH)의 변화는 상대적으로 빨라진다. 따라서, 상술한 범위가 일정할 경우에는, 출력 전압(VH)은 비교적 단시간에 당해 범위의 경계값에 율속되어, 승압 제어가 재개된다. 승압 제어의 정지 기간이 이와 같이 짧아지면, 경우에 따라서는, 승압 제어의 정지에 의한 승압 손실의 저감량보다, 승압 제어가 재개되고 재차 승압 제어가 정지될 때까지의 승압 손실의 증가량 쪽이 커져, 간헐 처리에 의한 토털 손실 저감에 관련된 효과가 얻어지지 않는다.
이 태양에 의하면, 검출된 전류값이 소정값 이내일 경우에 간헐 처리가 개시되는, 바꿔 말하면, 검출된 전류값이 소정값보다 클 경우에는 간헐 처리가 허가되지 않기 때문에, 토털 손실을 확실하게 저감할 수 있다.
본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치의 다른 태양에서는, 상기 직류 전원 또는 상기 부하 장치의 출력 변화의 정도를 특정하는 출력 변화 특정 수단을 구비하고, 상기 간헐 제어 수단은, 상기 특정되는 출력 변화의 정도가 소정값 이내일 경우에 상기 승압 제어의 간헐 처리를 개시한다(제 7 항).
직류 전원 또는 부하 장치의 출력 변화의 정도가 클 경우, 승압 제어의 정지에 수반하는 출력 전압(VH)의 변화는 상대적으로 빨라진다. 따라서, 상술한 범위가 일정할 경우에는, 출력 전압(VH)은 비교적 단시간에 당해 범위의 경계값에 율속되어, 승압 제어가 재개된다. 승압 제어의 정지 기간이 이와 같이 짧아지면, 경우에 따라서는, 승압 제어의 정지에 의한 승압 손실의 저감량보다, 승압 제어가 재개되고 재차 승압 제어가 정지될 때까지의 승압 손실의 증가량 쪽이 커져, 간헐 처리에 의한 토털 손실 저감에 관련된 효과가 얻어지지 않는다.
이 태양에 의하면, 특정된 출력 변화의 정도가 소정값 이내일 경우에 간헐 처리가 개시되는, 바꿔 말하면, 특정된 출력 변화의 정도가 소정값보다 클 경우에는 간헐 처리가 허가되지 않기 때문에, 토털 손실을 확실하게 저감할 수 있다.
또한, 전력 공급 시스템이 차량에 탑재되고, 차량에 탑재된 부하 장치의 구동에 이용되는 구성에 있어서는, 출력 변화의 정도가 소정값보다 클 경우는, 예를 들면 급가속이나 슬립 등의 주행 조건에 대응할 수 있다.
본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치 다른 태양에서는, 상기 전력 공급 시스템은, 차량에 탑재된다(제 8 항).
차량은, 본 발명에 관련된 전력 공급 시스템의 적용 대상으로서 적합하다.
차량 탑재를 전제로 한, 본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치의 다른 태양에서는, 상기 차량은, 상기 차량의 동력원으로서, 상기 부하 장치가 되는 역행 및 회생 가능한 적어도 하나의 회전 전기(電機)를 구비한다(제 9 항).
이 태양에 의하면, 부하 장치가 차량 구동용의 적어도 하나의 회전 전기를 포함한다. 또 특히, 이 회전 전기가, 역행과 회생이 가능한 소위 모터 제너레이터로서 구성된다. 즉, 이 태양에 의하면, 차량은, 소위 하이브리드 차량 또는 EV(Electric Vehicle)이다. 이 종류의 차량에 있어서는, 특히 전력 절감의 필요성이 높아, 본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치에 의해 얻어지는 실천상의 이익이 크다.
차량이 적어도 하나의 회전 전기를 구비한, 본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치의 하나의 태양에서는, 상기 차량은, 내연 기관과, 역행 및 회생 가능한 상기 부하 장치가 되는 제 1 회전 전기와, 상기 제 1 회전 전기에 연결된 제 1 회전 요소, 상기 내연 기관에 연결된 제 2 회전 요소 및 차축으로 이어지는 구동축에 연결된 제 3 회전 요소를 포함하는 서로 차동 회전 가능한 복수의 회전 요소를 구비한 차동 기구와, 상기 구동축에 연결된, 역행 및 회생 가능한 상기 부하 장치가 되는 제 2 회전 전기를 구비한 하이브리드 차량이고, 상기 간헐 제어 수단은, 상기 제 1 및 제 2 회전 전기 중 일방이 역행 상태에 있고 타방이 회생 상태에 있을 경우에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 회전 전기의 전력 수지가 소정값 이내일 경우에 상기 승압 제어의 간헐 처리를 개시한다(제 10 항).
이 태양에 의하면, 차량이, 서로 차동 회전 가능한 회전 요소를 포함하는 차동 기구에 의해 내연 기관과 회전 전기의 사이에서 동력 분배(토크 분배)를 행하는 하이브리드 차량으로서 구성된다. 이 타입의 하이브리드 차량은, 내연 기관에 반력을 부여하는 반력 요소로서의 회전 전기와, 구동축 사이의 토크의 입출력을 담당하는 구동 요소로서의 회전 전기와, 내연 기관이 상호 협조하여 구동축에 필요한 토크를 공급한다.
여기서, 이 종류의 하이브리드 차량에서는, 예를 들면 고속 소부하 주행 시 등에 있어서, 반력 요소로서 제 1 회전 전기가 역행 상태가, 구동 요소로서의 제 2 회전 전기가 회생 상태가 될 경우가 있다. 이와 같은 특수한 상황하에서는, 제 1 회전 전기와 제 2 회전 전기의 사이에서 전력 수수(授受)가 이루어지고, 전력 수수에 있어서의 입출력 손실을 고려하면, 제 1 및 제 2 회전 전기의 전력 수지는 제로에 가까워진다. 따라서, 이와 같은 상황하에 있어서 간헐 처리가 실행되면, 승압 컨버터 정지 시의 출력 전압(VH)의 변화가 완만해져, 승압 컨버터의 정지 기간을 충분히 길게 할 수 있다.
전력 수지가 소정값 이내일 경우에 승압 제어의 간헐 처리가 이루어지는 본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치의 하나의 태양에서는, 상기 전력 수지가 소정값 이내인 것을 조건으로 하여 상기 승압 제어의 간헐 처리가 개시될 경우에 있어서, 상기 전력 수지가 균형이 잡히도록 상기 제 1 및 제 2 회전 전기와 상기 내연 기관을 제어하는 전력 수지 제어 수단을 더 구비한다(제 11 항).
이 태양에 의하면, 상기와 같이 전력 수지가 거의 균형이 잡히는 상황하에 있어서, 전력 수지 제어 수단에 의해, 당해 전력 수지가 균형이 잡히도록 제 1 및 제 2 회전 전기와 내연 기관이 제어된다. 즉, 이와 같은 상황하에서는 전력 수지가 거의 균형이 잡히는 것을 이용하여, 전력 수지가 더 완전한 균형 상태를 향해 제어된다. 따라서, 이러한 상황이 계속되는 한에 있어서, 이상적으로는 승압 컨버터를 영속적으로 정지시킬 수 있다.
전력 수지 제어 수단을 구비한 본 발명에 관련된 승압 컨버터의 제어 장치의 하나의 태양에서는, 상기 전력 수지 제어 수단은, 상기 전력 수지를 균형이 잡히게 할 때에, 상기 제 1 회전 전기의 회전수를 변화시킴으로써 상기 내연 기관의 동작점을 변화시킨다(제 12 항).
이 종류의 하이브리드 차량에 있어서는, 상술한 바와 같이 제 1 회전 전기가 반력 요소로서 내연 기관에 반력을 부여하는 구성으로 되어 있다. 한편, 제 2 회전 전기는 구동축 측에 연결되어 있고, 그 회전수는 차속에 율속되어 있다. 따라서, 전력 수지 제어 수단에 의해 전력 수지를 균형이 잡히게 함에 있어서는, 제 1 회전 전기의 동작 상태를 조정하는 것이 타당하다. 한편, 제 1 회전 전기와 제 2 회전 전기의 전력 수지가 거의 균형이 잡히는 상황에서는, 제 1 회전 전기의 회전수는 낮은 경우가 많다. 전력은 회전 전기의 출력이고, 자세한 계산을 생략하면, 회전수와 토크의 곱이기 때문에, 제 1 회전 전기의 동작 상태를 조정하여 전력 수지를 조정하고자 하면, 필연적으로 제 1 회전 전기의 토크 변화가 커진다. 이 제 1 회전 전기의 토크 변화는, 내연 기관의 회전수를 상승시키는 요인이 되기 때문에, 전력 수지 제어 수단에 의한 조정은, 운전자로부터 보아 위화감을 생기게 하기 쉽다.
이 태양에 의하면, 전력 수지 조정 수단이 전력 수지를 조정함에 있어서, 제 1 회전 전기의 회전수를 변화시켜, 내연 기관의 동작점을 위화감이 적은 최적 동작점까지 변화시킬 수 있다. 따라서, 더 적절하게 전력 수지의 균형을 도모할 수 있다.
또한, 이 태양에서는, 상기 전력 수지 제어 수단은, 상기 승압 제어의 간헐 처리에 의한 손실 저감량이, 상기 내연 기관의 동작점을 변화시키는 것에 의한 손실 증가량을 상회하는 범위에서 상기 내연 기관의 동작점을 변화시켜도 된다(제 13 항).
한편, 상기와 같이 내연 기관의 동작점을 변경하면, 내연 기관의 열효율이 저하될 가능성이 있다. 이 태양에 의하면, 적어도 간헐 처리에 의한 손실 저감량이 이러한 동작점 변경에 의한 손실 악화량을 상회하는 범위에서 동작점의 변경이 허가된다. 따라서, 본 발명에 관련된 근본적 효과를 저해하지 않는 범위에서, 드라이버빌리티의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명의 이와 같은 작용 및 다른 이득은 다음에 설명하는 실시형태로부터 명백해진다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 모터 구동 시스템의 시스템 구성도이다.
도 2는 도 1의 모터 구동 시스템의 제어 장치에 있어서의, 승압 제어부의 블록도이다.
도 3은 도 1의 모터 구동 시스템의 제어 장치에 있어서의, 다른 승압 제어부의 블록도이다.
도 4는 도 1의 모터 구동 시스템의 제어 장치에 있어서의, 인버터 제어부의 블록도이다.
도 5는 도 1의 모터 구동 시스템에 있어서의 간헐 제어의 플로우 차트이다.
도 6은 도 5의 간헐 제어의 실행 과정에 있어서의 승압 컨버터의 출력 전압(VH) 및 승압 손실(Lcv)의 일 시간 추이를 예시하는 타이밍 차트이다.
도 7은 도 5의 간헐 제어가 실행되었을 경우의, 컨버터 손실(Lcvt)과 배터리 전류(IB)의 관계를 예시하는 도면이다.
도 8은 도 5의 간헐 제어에 있어서 참조되는 승압 컨버터의 출력 전압(VH)의 상하한(上下限)값의 하나의 설정 태양에 대해 설명하는 도면이다.
도 9는 도 5의 간헐 제어의 실행 과정에 있어서의 승압 컨버터의 출력 전압(VH)의 상하한값의 다른 설정 태양에 대해 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 간헐 제어의 플로우 차트이다.
도 11은 배터리 전류(IB)에 대한 승압 컨버터의 손실차분(ΔLcv)의 특성을 예시하는 도면이다.
도 12는 간헐 제어의 실행 과정에 있어서의 승압 컨버터의 출력 전압(VH) 및 승압 손실(Lcv)의 다른 시간 추이를 예시하는 타이밍 차트이다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 하이브리드 차량의 구성을 개념적으로 나타내어 이루어지는 개략 구성도이다.
도 14는 도 13의 하이브리드 차량에 있어서의 모터 구동 시스템의 시스템 구성도이다.
도 15는 도 13의 하이브리드 차량에 있어서의 하이브리드 구동 장치의 개략 구성도이다.
도 16은 도 15의 하이브리드 구동 장치에 있어서의 엔진의 모식적 단면도이다.
도 17은 도 15의 하이브리드 구동 장치의 동작 공선(共線)도이다.
도 18은 도 15의 하이브리드 구동 장치의 동력 순환 시에 있어서의 동작 공선도이다.
도 19는 도 14의 모터 구동 시스템의 동력 순환 시에 있어서의 전기 패스를 설명하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 간헐 제어의 플로우 차트이다.
도 21은 제 5 실시형태의 효과에 관련하여, 도 14의 모터 구동 시스템의 동력 순환 시에 있어서의 전기 패스를 설명하는 다른 도면이다.
도 22는 제 6 실시형태에 관련된 전력 조정 처리를 설명하기 위한 동작 공선도이다.
<발명의 실시형태>
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 각종 실시형태에 대해 설명한다.
<제 1 실시형태>
<실시형태의 구성>
처음으로, 도 1을 참조하여, 본 실시형태에 관련된 모터 구동 시스템(10)의 구성에 대해 설명한다. 여기에, 도 1은, 모터 구동 시스템(10)의 구성을 개념적으로 나타내는 시스템 구성도이다.
도 1에 있어서, 모터 구동 시스템(10)은, 도시하지 않는 차량에 탑재되고, 제어 장치(100), 승압 컨버터(200), 인버터(300) 및 직류 전원(B)을 구비하며, 차량의 구동력원이 되는 부하 장치로서의 모터 제너레이터(MG)를 구동 가능하게 구성된, 본 발명에 관련된 「전력 공급 시스템」의 일례이다.
제어 장치(100)는, 모터 구동 시스템(10)의 동작을 제어 가능하게 구성된, 본 발명에 관련된 「승압 컨버터의 제어 장치」의 일례인 전자 제어 유닛이다. 제어 장치(100)는, 예를 들면, ECU(Electronic Controlled Unit) 등의 각종 전자 제어 장치, 각종 컨트롤러 혹은 마이크로 컴퓨터 장치 등의 형태를 채택할 수 있는 컴퓨터 시스템으로서 구성된다. 제어 장치(100)는, 도 1에 있어서 도시 생략된 승압 제어부(110) 및 인버터 제어부(120)를 구비하지만, 각 제어부의 구성에 대해서는 후술한다. 또, 제어 장치(100)는, ROM(Read Only Memory)이나 RAM(Random Access Memory) 등의 기억 장치를 구비하고 있고, 미리 ROM에 저장된 제어 프로그램에 따라, 후술하는 간헐 제어를 실행 가능하게 구성된다.
직류 전원(B)은, 예를 들면 니켈 수소 전지나 리튬 이온 전지 등의 각종 이차 전지셀(예를 들면, 셀 전압 수V)이 복수(예를 들면, 수백개) 직렬로 접속된, 전원 전압(VB)(예를 들면, 200V)의 이차 전지 유닛이다. 또한, 직류 전원(B)으로서는, 이 종류의 이차 전지로 교환하거나 또는 더하여, 전기 이중층 커패시터나 대용량의 콘덴서, 플라이 호일 등이 이용되어도 된다.
승압 컨버터(200)는, 리액터(L1)와, 스위칭 소자(Q1 및 Q2)와, 다이오드(D1 및 D2)와, 커패시터(C)를 구비한, 본 발명에 관련된 「승압 컨버터」의 일례인 승압 회로이다.
승압 컨버터(200)에 있어서, 리액터(L1)의 일방단(端)은, 직류 전원(B)의 정극에 접속되는 정극선(부호 생략)에 접속되고, 타방단은, 스위칭 소자(Q1)와 스위칭 소자(Q2)의 중간점, 즉, 스위칭 소자(Q1)의 이미터 단자와, 스위칭 소자(Q2)의 컬렉터 단자의 접속점에 접속된다.
스위칭 소자(Q1 및 Q2)는, 상기 정극선과 직류 전원(B)의 부극에 접속되는 부극선(부호 생략)의 사이에 직렬로 접속된, 본 발명에 관련된 「스위칭 수단」의 일례이다. 스위칭 소자(Q1)의 컬렉터 단자는 상기 정극선에, 스위칭 소자(Q2)의 이미터 단자는 상기 부극선에 접속되어 있다. 다이오드(D1 및 D2)는, 각각의 스위칭 소자에 있어서, 이미터 측으로부터 컬렉터 측으로의 전류만을 허용하는 정류 소자이다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 스위칭 소자는, 리액터(L1)의 단부(端部)와의 접속점보다 고(高)전위 측의 스위칭 소자(Q1)와, 동일하게 저(低)전위 측의 스위칭 소자(Q2)로 구성되어 있고, 더블 아암형의 승압 컨버터를 구성하고 있다. 단, 이와 같은 스위칭 소자의 구성은 일례이고, 승압 컨버터는, 도 1에서 스위칭 소자(Q2)만을 구비한 싱글 아암형의 승압 컨버터여도 된다.
스위칭 소자(Q1 및 Q2) 및 후술하는 인버터(300)의 각 스위칭 소자(Q3 내지 Q8)는, 예를 들면, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 전력용 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터 등으로서 구성된다.
커패시터(C)는, 정극선과 부극선의 사이에 접속된 콘덴서이다. 이 커패시터(C)의 단자간 전압, 즉, 정극선과 부극선 사이의 전위차(VH)는, 승압 컨버터(200)의 출력 전압이다. 또한, 이 이후 커패시터(C)의 출력 전압(VH)을, 적절히 「출력 전압(VH)」이라고 표현한다.
인버터(300)는, p측 스위칭 소자(Q3) 및 n측 스위칭 소자(Q4)를 포함하는 U상(相) 아암(부호 생략), p측 스위칭 소자(Q5) 및 n측 스위칭 소자(Q6)를 포함하는 V상 아암(부호 생략) 및 p측 스위칭 소자(Q7) 및 n측 스위칭 소자(Q8)를 포함하는 W상 아암(부호 생략)을 구비한 전력 변환기이다. 인버터(300)의 각각의 아암은, 상기 정극선과 상기 부극선의 사이에 병렬로 접속되어 있다.
또한, 스위칭 소자(Q3 내지 Q8)에는, 스위칭 소자(Q1 및 Q2)와 마찬가지로, 이미터 측으로부터 컬렉터 측으로 전류를 흐르게 하는 정류용 다이오드(D3 내지 D8)가 각각 접속되어 있다. 또, 인버터(300)에 있어서의 각 상 아암의 p측 스위칭 소자와 n측 스위칭 소자의 중간점은, 각각 모터 제너레이터(MG)의 각 상(相) 코일에 접속되어 있다.
모터 제너레이터(MG)는, 로터에 영구 자석이 매설되어 이루어지는 3상(相) 교류 전동 발전기이다. 모터 제너레이터(MG)는, 도시되지 않는 차량의 구동륜에 기계적으로 연결되어, 차량을 구동하기 위한 토크를 발생 가능하게 구성된다. 또, 모터 제너레이터(MG)는, 주로 차량의 제동 시에 있어서, 차량의 운동 에너지의 입력을 받아 전력 회생(즉, 발전)을 행할 수도 있다. 이 차량이, 모터 제너레이터(MG)의 다른 동력원으로서의 엔진을 구비한 하이브리드 차량일 경우, 이 모터 제너레이터(MG)는, 당해 엔진에 기계적으로 연결되어, 엔진의 동력에 의해 전력 회생을 행하거나, 엔진의 동력을 어시스트하거나 할 수 있도록 구성되어 있어도 된다. 또한, 본 실시형태에 관련된 차량은, 이 종류의 하이브리드 차량이어도, 동력원으로서 당해 모터 제너레이터(MG)만을 구비한 전기 자동차여도 된다.
모터 구동 시스템(10)에는, 도시 생략된 센서군이 부설되어 있고, 직류 전원(B)의 전압(VB), 승압 컨버터(200)의 리액터(L1)에 흐르는 배터리 전류(IB)(본 발명에 관련된, 「직류 전원 또는 승압 컨버터에 흐르는 전류」의 일례), 출력 전압(VH), 인버터(300)에 있어서의 v상 전류(Iv) 및 w상 전류(Iw)와 모터 제너레이터(MG)의 로터의 회전각인 모터 회전 위상(θ) 등이 적절히 검출되는 구성으로 되어 있다. 또, 이들 센서군을 구성하는 센서의 각각은, 제어 장치(100)와 전기적으로 접속되어 있고, 검출된 값은, 제어 장치(100)에 의해 적절히 참조 가능한 구성으로 되어 있다.
모터 구동 시스템(10)에 있어서, 승압 컨버터(200) 및 인버터(300)는, 제어 장치(100)와 전기적으로 접속되어 있고, 제어 장치(100)에 의해 그 구동 상태가 제어되는 구성으로 되어 있다. 여기서 특히, 승압 컨버터(200)는, 제어 장치(100)가 실행하는 승압 제어에 의해 제어된다. 승압 제어에 있어서는, 제어 장치(100)로부터 공급되는 신호(PWC)에 의거하여, 정극선과 부극선 사이의 전압, 즉, 출력 전압(VH)을 직류 전원(B)의 전원 전압(VB) 이상으로 승압하는 것이 가능하다. 이때, 출력 전압(VH)이 목표값인 VH 지령값(VHtg)보다 낮으면, 스위칭 소자(Q2)의 온 듀티가 상대적으로 크게 되고, 정극선을 직류 전원(B) 측으로부터 인버터(300) 측으로 흐르는 전류를 증가시킬 수 있어, 출력 전압(VH)을 상승시킬 수 있다. 한편, 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)보다 높으면, 스위칭 소자(Q1)의 온 듀티가 상대적으로 크게 되고, 정극선을 인버터(300) 측으로부터 직류 전원(B) 측으로 흐르는 전류를 증가시킬 수 있어, 출력 전압(VH)을 저하시킬 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하여, 제어 장치(100)에 있어서 승압 컨버터(200)를 제어하는 승압 제어부(110)의 구성에 대해 설명한다. 여기에, 도 2는, 승압 제어부(110)의 블록도이다. 또한, 동(同) 도면에 있어서, 도 1과 중복되는 개소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 2에 있어서, 승압 제어부(110)는, 인버터 입력 연산부(111), 가감산(加減算)기(112), 전압 제어 연산부(113), 캐리어 생성부(114) 및 비교기(115)를 구비한다.
인버터 입력 연산부(111)는, 승압 컨버터(200)의 출력 전압(VH)의 목표값을 나타내는 VH 지령값(VHtg)(즉, 본 발명에 관련된 「승압 지령 전압」의 일례)을 생성하는 회로이다. 예를 들면, 인버터 입력 연산부(111)는, 모터 제너레이터(MG)의 토크 지령값(TR) 및 모터 회전 속도(MRN)로부터 산출되는 모터 제너레이터(MG)의 출력값에 의거하여, 모터 제너레이터(MG)를 구동할 때의 손실이 가장 작아지도록 VH 지령값(VHtg)을 생성한다. 이와 같은 VH 지령값(VHtg)의 값은, 미리 실험적으로, 경험적으로 또는 이론적으로 적합하게 되어, ROM에 적합값으로서 저장되어 있다.
가감산부(112)는, 출력 전압(VH)의 검출값을 VH 지령값(VHtg)으로부터 감산하고, 감산 결과를 전압 제어 연산부(113)로 출력한다. 전압 제어 연산부(113)는, VH 지령값(VHtg)으로부터 출력 전압(VH)의 검출값을 감산하여 이루어지는 감산 결과를 가감산부(112)로부터 수취하면, 출력 전압(VH)을 VH 지령값(VHtg)에 일치시키기 위한 제어량을 연산한다. 이때, 예를 들면, 비례항(P항) 및 적분항(I항)을 포함하는 공지의 PI 제어 연산 등이 이용된다. 전압 제어 연산부(113)는, 산출된 제어량을, 전압 지령값으로서 비교기(115)에 출력한다.
한편, 캐리어 생성부(114)는, 삼각파로 이루어지는 캐리어 신호를 생성하고, 비교기(115)에 송출한다. 비교기(115)에서는, 전압 제어 연산부(113)로부터 공급되는 전압 지령값과 이 캐리어 신호가 비교되어, 그 전압값의 대소 관계에 따라 논리 상태가 변화되는, 상술한 신호(PWC)가 생성되는 구성으로 되어 있다. 이 생성된 신호(PWC)는, 승압 컨버터(200)의 스위칭 소자(Q1 및 Q2)에 출력된다. 승압 제어부(110)는, 이상과 같이 구성된다.
또한, 도 2에 예시된 구성은, 전압 제어를 실현하는 회로 구성이지만, 승압 컨버터(200)의 제어 형태는, 이와 같은 전압 제어에 한정되지 않는다. 여기서, 도 3을 참조하여, 제어 장치(100)의 승압 제어부(110’)의 구성에 대해 설명한다. 여기에, 도 3은, 승압 제어부(110’)의 블록도이다. 또한, 동 도면에 있어서, 도 2와 중복되는 개소에는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 3에 있어서, 승압 제어부(110’)는, 전압 제어 연산부(113)와 비교기(115)의 사이에, 가감산기(117) 및 전류 제어 연산부(118)를 구비한다.
한편, 캐리어 생성부(114)는, 비교기(115) 외에, S/H(샘플 홀드) 회로(116)에도 송출된다. S/H 회로(116)는, 캐리어 생성부(114)로부터 받는 캐리어 신호의 마루(mountain) 및 골(valley)의 타이밍에서 배터리 전류(IB)를 샘플링한다.
여기서, 승압 제어부(110’)에 있어서는, 전압 제어 연산부(113)에 있어서, 출력 전압(VH)을 VH 지령값(VHtg)에 일치시키기 위한 전류 지령값(IR)이 생성되어 있고, 가감산기(117)는, 이 전류 지령값(IR)으로부터 S/H 회로(116)에 의해 샘플링 홀드된 배터리 전류(IB)의 검출값을 감산한다. 감산된 결과는, 전류 제어 연산부(118)에 송출된다.
전류 제어 연산부(118)에서는, 배터리 전류(IB)를 전류 지령값(IR)에 일치시키기 위한 제어량이 연산된다. 이때, 예를 들면, 비례항(P항) 및 적분항(I항)을 포함하는 공지의 PI 제어 연산 등이 이용된다. 전류 제어 연산부(118)는, 산출된 제어량을, 듀티 지령값(d)으로 하여 비교기(115)에 출력한다.
비교기(115)에서는, 이 듀티 지령값(d)과 캐리어 신호의 대소 관계가 비교되어, 신호(PWC)가 생성되며 또한 각 스위칭 소자로 공급된다. 즉, 승압 제어부(110’)는, 전류 제어를 실현하는 회로 구성으로 되어 있다. 이와 같은 구성에 의해서도 승압 컨버터(200)를 적합하게 제어할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 인버터 제어부(120)의 구성에 대해 설명한다. 여기에, 도 4는, 인버터 제어부(120)의 블록도이다. 또한, 동 도면에 있어서, 기출(旣出)의 각 도면과 중복되는 개소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 4에 있어서, 인버터 제어부(120)는, 전류 지령 변환부(121), 전류 제어부(122), 2상/3상 변환부(123), 3상/2상 변환부(124), 캐리어 생성부(114)(승압 제어부(110)와 공용된다) 및 PWM 변환부(125)로 구성된다.
전류 지령 변환부(121)는, 모터 제너레이터(MG)의 토크 지령값(TR)에 의거하여, 2상의 전류 지령값(Idtg, Iqtg)을 생성한다.
한편, 인버터(300)로부터는, 피드백 정보로서, v상 전류(Iv)와 w상 전류(Iw)가 3상/2상 변환부(124)에 공급된다. 3상/2상 변환부(124)에서는, 이들 v상 전류(Iv) 및 w상 전류(Iw)로부터, 3상 전류값이, d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)로 이루어지는 2상 전류값으로 변환된다. 변환된 후의 2상 전류값은, 전류 제어부(122)에 송출된다.
전류 제어부(122)에서는, 전류 지령 변환부(121)에 있어서 생성된 2상의 전류 지령값과, 이 3상/2상 변환부(124)로부터 수취한 2상 전류값(Id 및 Iq)의 차분에 의거하여, d축 전압(Vd) 및 q축 전압으로 이루어지는 2상의 전압 지령값이 생성된다. 생성된 2상의 전압 지령값(Vd 및 Vqh)은, 2상/3상 변환부(123)에 송출된다.
2상/3상 변환부(123)에서는, 2상의 전압 지령값(Vd 및 Vq)이, 3상 전압 지령값(Vu, Vv 및 Vw)으로 변환된다. 변환된 3상 전압 지령값(Vu, Vv 및 Vw)은, PWM 변환부(125)에 송출된다.
여기서, PWM 변환부(125)는, 캐리어 생성부(114)로부터 소정의 캐리어 주파수(fcar)를 갖는 캐리어(Car)를 수취하는 구성으로 되어 있고, 이 캐리어(Car)와, 변환된 3상의 전압 지령값(Vu, Vv 및 Vw)의 대소 관계를 비교한다. 또한, PWM 변환부(125)는, 그 비교 결과에 따라 논리 상태가 변화되는, u상 스위칭 신호(Gup 및 Gun), v상 스위칭 신호(Gvp 및 Gvn) 및 w상 스위칭 신호(Gwp 및 Gwn)를 생성하여 인버터(300)에 공급한다.
더 구체적으로는, 각 상에 대응하는 스위칭 신호 중, 「p」인 식별자가 부기된 신호는, 각 상의 스위칭 소자 중 p측 스위칭 소자(Q3, Q5 및 Q7)를 구동하기 위한 구동 신호이고, 「n」인 식별자가 부기된 신호는, 각 상의 스위칭 소자 중 n측 스위칭 소자(Q4, Q6 및 Q8)를 구동하기 위한 구동 신호를 의미한다.
여기서 특히, 캐리어(Car)와 각 상 전압 지령값의 비교에 있어서, 각 상 전압 지령값이 캐리어(Car)보다 작은 값으로부터 캐리어(Car)에 일치하면, p측 스위칭 소자를 턴온시키기 위한 스위칭 신호가 생성된다. 또, 각 상 전압 지령값이 캐리어(Car)보다 큰 값으로부터 캐리어(Car)에 일치하면, n측 스위칭 소자를 턴온시키기 위한 스위칭 신호가 생성된다. 즉, 스위칭 신호는, 온 오프가 표리 일체의 신호이고, 각 상의 스위칭 소자는, p측과 n측 중 항상 어느 일방이 온 상태이며, 타방이 오프 상태가 된다.
인버터(300)가, 각 상 스위칭 신호에 의해 규정되는 각 스위칭 소자의 구동 상태로 변화되거나 또는 유지되면, 그 변화되고 또는 유지된 구동 상태에 대응하는 회로 상태에 따라, 모터 제너레이터(MG)가 구동되는 구성으로 되어 있다. 또한, 이와 같은 인버터(300)의 제어 상태는, 소위 PWM 제어의 일 태양이다.
또한, 일반적으로, 차량 구동용의 모터 제너레이터(MG)는, 상술한 PWM 제어 외에, 공지의 과변조 제어 및 구형파 제어가 병용될 경우가 많다. 본 실시형태에 관련된 모터 구동 시스템(10)에 있어서도, 인버터(300)의 제어 상태는, 차량의 주행 조건에 따라 적절히 전환되는 것으로 한다.
<실시형태의 동작>
다음으로, 본 실시형태의 동작으로서, 제어 장치(100)에 의해 실행되는 간헐 제어에 대해 설명한다.
<간헐 제어의 개요>
승압 컨버터(200)는, 배터리(B)의 전원 전압(VB)을 승압할 필요가 있을 경우에 있어서, 제어 장치(100)에 의해 실행되는 상술한 승압 제어에 의해, 전원 전압(VB)을 승압하고 있다. 승압 제어에 있어서는, 승압 컨버터(200)의 출력 전압(VH)이, 정상적으로는 VH 지령값(VHtg)으로 유지된다. 또한, VH 지령값(VHtg)은, 예를 들면, 650V 정도의 값을 채택할 수 있다.
한편, 승압 컨버터(200)의 스위칭 소자(Q1 및 Q2)는, 승압 제어에 수반하는 승압 동작에 있어서, 끊임없이 스위칭 상태가 전환되고 있다. 이 스위칭 상태의 전환에는 스위칭 리플이라고 불리는 전압 변동이 수반되기 때문에, 승압 컨버터(200)는, 승압 제어에 있어서 항상 승압 손실(Lcv)을 생기게 하고 있다. 이 승압 손실(Lcv)은, 승압 컨버터(200), 인버터(300) 및 모터 제너레이터(MG)를 포함하는 전력계 전체의 손실인 토털 손실(Lt)을 증가시키는 요인이 된다. 모터 구동 시스템(10)에 있어서 제어 장치(100)에 의해 실행되는 간헐 제어는, 이 토털 손실(Lt)을 저감하기 위한 제어이다.
<간헐 제어의 상세>
여기서, 도 5를 참조하여, 간헐 제어의 상세에 대해 설명한다. 여기에, 도 5는, 간헐 제어의 플로우 차트이다. 또한, 간헐 제어는, 제어 장치(100)가 일정 주기로 반복하여 실행하는 제어인 것으로 한다.
도 5에 있어서, 제어 장치(100)는, VH 지령값(VHtg)이 전원 전압(VB)보다 높은지의 여부, 즉, 승압 제어가 실행되어 있는지의 여부를 판정한다(단계 S101). VH 지령값(VHtg)이 전원 전압(VB) 이하일 경우(단계 S101:NO), 제어 장치(100)는, 간헐 제어를 종료한다. 또한, 상술한 바와 같이, 간헐 제어는 일정 주기로 반복되는 제어이고, 종료 후 그에 상당하는 시간 경과 후에 다시 처리 단계 S101로부터 재차 실행된다.
VH 지령값(VHtg)이 전원 전압(VB)보다 높을 경우(단계 S101:YES), 즉, 승압 제어가 실행되어 있을 경우, 제어 장치(100)는, 간헐 플래그가 「1」로 설정되어 있는지의 여부를 판정한다(단계 S102). 간헐 플래그는, 승압 제어의 간헐 처리의 실행 이력을 나타내는 플래그이고, 실행 이력이 있을 경우, 클리어될 때까지 「1」로 유지된다. 간헐 플래그의 초기값은 「0」이다. 따라서, 간헐 제어의 초기 실행 시에는, 단계 S102는 「NO」측으로 분기된다.
간헐 플래그가 「0」일 경우(단계 S102:NO), 제어 장치(100)는, 승압 컨버터(200)의 출력 전압(VH)이 안정되어 있는지의 여부를 판정한다(단계 S103). 여기서, 「출력 전압(VH)이 안정되어 있다」는 것은, 2개의 의미를 포함한다.
즉, 하나는, VH 지령값(VHtg)이 일정 기간 이상 불변인 것, 또 하나는, 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)에 수속되어 있는 것이다. 단계 S103에 관련된 실제의 판단 처리는 여러 가지가 고려된다. 예를 들면, 후자의 의미에 있어서는, VH 지령값(VHtg)과 출력 전압(VH)의 편차가 기준값 이하인 것, VH 지령값(VHtg)과 출력 전압(VH)의 편차가 기준값 이하인 상태가 소정 시간 이상 계속되어 있는 것, 일정 기간에 걸친 출력 전압(VH)의 변동의 정도가 소정값 이하인 것 등이 판단 조건이 되어도 된다. 출력 전압(VH)이 안정되어 있지 않은 경우(단계 S103:NO), 간헐 제어는 종료한다.
한편, 출력 전압(VH)이 안정되어 있을 경우(단계 S103:YES), 제어 장치(100)는, 승압 컨버터(200)를 정지시킨다(단계 S107). 또한, 승압 컨버터(200)를 정지시킨다는 것은, 승압 컨버터(200)의 승압 동작을 정지시키는 것을 의미하고, 승압 컨버터(200)를 셧다운시키는 것을 의미한다.
승압 컨버터(200)를 정지시키면, 제어 장치(100)는 간헐 플래그를 「1」로 설정한다(단계 S108). 즉, 승압 제어의 간헐 처리의 이력이 기억된다.
간헐 플래그가 「1」로 설정되면, 제어 장치(100)는, 출력 전압(VH)이 하한값(VHL) 이상 또한 상한값(VHH) 이하의 범위로 유지되어 있는지의 여부를 판정한다(단계 S109). 이 하한값(VHL)과 상한값(VHH)의 사이의 범위는, 본 발명에 관련된 「범위」의 일례이고, 하한값(VHL) 및 상한값(VHH)는, 각각 본 발명에 관련된 「경계값」의 일례이다.
출력 전압(VH)이 당해 범위 내로 유지되어 있을 경우(단계 S109;YES), 간헐 제어는 종료한다. 또, 출력 전압(VH)이 당해 범위를 일탈했을 경우(단계 S109:NO), 제어 장치(100)는, 승압 컨버터(200)의 정지 조치를 해제한다(단계 S110). 또한, 승압 컨버터(200)의 정지 조치를 해제한다는 것은, VH 지령값(VHtg)에 의거한 승압 제어가 재개되는 것을 의미한다. 승압 제어가 재개되면, 간헐 제어는 종료한다.
한편, 단계 S108에 있어서 간헐 플래그가 「1」로 설정되었기 때문에, 다음 회에 찾아오는 단계 S102에서는, 처리가 「YES」측으로 분기되어(단계 S102:YES), 단계 S104가 실행된다.
단계 S104에서는, 전회(前回) 승압 제어가 정지되고나서 VH 지령값(VHtg)이 변경되어 있지 않은지의 여부가 판정된다. 보충하면, 승압 제어가 정지되어 있어도, 부하 장치로서의 모터 제너레이터(MG)의 구동 조건은 끊임없이 변화되고 있다. 따라서, 당해 구동 조건에 따라 설정되는 VH 지령값(VHtg) 자체는 적절히 변화될 수 있다. 전회 승압 제어가 정지되고나서 VH 지령값(VHtg)이 변경되었을 경우에는(단계 S104:NO), 제어 장치(100)는 간헐 플래그를 「0」으로 리셋하고(단계105), 간헐 제어를 종료한다.
한편, 전회 정지 시로부터 VH 지령값(VHtg)의 변경이 없을 경우(단계 S104:YES), 제어 장치(100)는, 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)에 도달했는지의 여부를 판정한다(단계 S106). 여기서, 단계 S110에 관련된 정지 해제 조치가 강구될 때까지는, 출력 전압(VH)은, VH 지령값(VHtg)으로부터 괴리되는 측으로 변화된다. 따라서, 단계 S106은 「NO」측으로 분기되고, VH 지령값(VHtg)이 변화되지 않는 한, 출력 전압(VH)이 당해 범위를 일탈할 때까지 승압 제어가 정지된 상태가 계속된다.
또, 단계 S110에 관련된 정지 해제 조치가 강구되었을 경우에는, 출력 전압(VH)은 재개된 승압 제어에 의해 그 시점의 출력 전압(VH)으로부터 직전의 승압 제어의 실행 시에 있어서의 VH 지령값(VHtg)을 향해 수속을 개시한다. 따라서, 그에 상당하는 시간 경과 후에는 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)에 도달하고, 단계 S106이 「YES」측으로 분기된다. 이와 같이 하여 승압 제어의 재개 후에 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)에 도달하면(단계 S106:YES), 재차 승압 컨버터(200)는 정지된다(단계 S107).
이와 같이, 간헐 제어에 있어서는, VH 지령값(VHtg)이 불변인 한에 있어서, 출력 전압(VH)은 VH 지령값(VHtg)과 상한값(VHH) 또는 하한값(VHL)의 사이에서 변동한다. 또한, 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)과 상한값(VHH)의 사이에서 변동할 경우는, 모터 제너레이터(MG)가 회생 상태에 있는 것을 의미하고, 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)과 하한값(VHL)의 사이에서 변동할 경우는, 모터 제너레이터(MG)가 역행 상태에 있는 것을 의미한다.
<간헐 제어의 효과>
다음으로, 도 6을 참조하여, 간헐 제어의 효과에 대해 설명한다. 여기에, 도 6은, 간헐 제어의 실행 과정에 있어서의, 출력 전압(VH) 및 승압 손실(Lcv)의 일 시간 추이를 예시하는 타이밍 차트이다.
도 6에 있어서, 상단은 출력 전압(VH)의 시간 추이를 나타내고, 하단은 승압 손실(Lcv)의 시간 추이를 나타낸다. 또한, 도 6에 있어서, VH 지령값(VHtg)은, VHtga(VHtga>VB)인 것으로 한다.
출력 전압(VH)의 시간 추이에 있어서, 시각(t0)에 있어서의 출력 전압(VH)은 VH 지령값(VHtga)으로 대체로 안정되어 있다. 여기서, 시각(t1)까지 그 안정 상태가 계속되면, 앞선 간헐 제어에 있어서의 단계 S103이 「YES」측으로 분기되어 승압 컨버터(200)가 정지된다. 승압 컨버터(200)가 정지되면, 부하 장치인 모터 제너레이터(MG)의 구동 상태에 따라, 출력 전압(VH)은 증가 또는 감소한다. 도 6에서는, 모터 제너레이터(MG)가 역행 상태에 있고, 시각(t1) 이후 출력 전압(VH)이 감소하는 시간 추이가, 도시 PRF_VH1(실선)로서 예시된다. 또, 모터 제너레이터(MG)가 회생 상태에 있고, 시각(t1) 이후 출력 전압(VH)이 증가하는 시간 추이가, 도시 PRF_VH2(파선)로서 예시된다. 또한, 이 이후, PRF_VH1을 예로 들어 설명하기로 한다.
시각(t1) 이후 계속해서 감소하는 출력 전압(VH)이, 시각(t2)에 있어서, VH 지령값(VHtga)에 대응하는 하한값(VHLa)에 도달하면, 앞선 간헐 제어에 있어서의 단계 S109가 「NO」측으로 분기되어, 승압 제어가 재개된다. 그 결과, 출력 전압(VH)은, 시각(t3)에 있어서 VH 지령값(VHtga)으로 복귀한다. 시각(t3)에 있어서 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtga)으로 복귀하면, 재차 승압 컨버터(200)는 정지된다.
한편, 승압 손실(Lcv)의 시간 추이를 보면, 시각(t0)으로부터 시각(t1)까지의 제 1 기간(POD1)에 대체로 일정했던 승압 손실(Lcv)은, 시각(t1)에 있어서 승압 제어가 정지하면 제로가 된다. 승압 손실(Lcv)은, 시각(t1)으로부터 승압 제어가 재개되는 시각(t2)에 이르기까지의 제 2 기간(POD2)에 있어서, 제로로 유지된다. 또, 시각(t2)에 있어서 승압 제어가 재개되면, 승압 손실(Lcv)은 증가하고, 시각(t2)으로부터 승압 제어가 재차 정지하는 시각(t3)에 이르기까지의 제 3 기간(POD3)에 있어서 제로보다 큰 값이 된다.
여기서, 승압 제어의 정지로부터 정지 해제를 거쳐 재차 승압 제어가 정지할 때까지의 1텀(term), 즉 도시 제 2 기간(POD2) 및 제 3 기간(POD3)을 합산한 기간에 있어서의 승압 손실(Lcv)의 수지는, 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)으로 계속해서 유지되었을 경우를 기준(즉, 제로)으로 하면, 손실 저감량과 손실 증가량의 차분이 된다.
손실 저감량은, 도시 손실 저감량(Lcvrdc1)(진한 사선 해칭부)과 손실 저감량(Lcvrdc2)(엷은 사선 해칭부)의 합이고, 손실 증가량은 도시 손실 증가량(Lcvinc)(가로선 해칭부)이다. 도 6에 있어서는, 편의상, 손실 저감량(Lcvrdc2)과 손실 증가량(Lcvinc)의 절대값이 같아져 있고, 간헐 제어에 의해 실현되는 승압 손실(Lcv)의 수지는, 손실 저감량(Lcvrdc1)과 같아진다. 손실 저감량(Lcvrdc1)은 부(負)값이기 때문에, 간헐 제어에 의해 승압 손실(Lcv)이 크게 저감되는 것을 알 수 있다. 또한, 당해 수지는, 승압 제어 정지 후의 출력 전압(VH)의 변동이 완만할수록, 부(負)측으로 더 커진다.
다음으로, 도 7을 참조하여, 간헐 제어에 있어서, 단위 시간당에 승압 컨버터(200)에서 생기는 승압 손실(Lcv)에 대해 설명한다. 여기에, 도 7은, 간헐 제어가 실행되었을 경우의, 컨버터 손실(Lcvt)과 배터리 전류(IB)의 관계를 예시하는 도면이다. 또한, 컨버터 손실(Lcvt)은, 승압 제어의 정지로부터 정지 해제를 거쳐 재차 승압 제어가 정지할 때까지의 1텀, 즉 도 6에 있어서의 제 2 기간(POD2) 및 제 3 기간(POD3)을 합산한 기간에 있어서의 승압 손실(Lcv)의 총계를 당해 기간의 길이로 나눈 값이고, 단위 시간당에 승압 컨버터(200)에서 생기는 승압 손실(Lcv)을 의미한다.
도 7에 있어서, 세로축에 컨버터 손실(Lcvt)이, 가로축에 배터리 전류(IB)가 각각 나타내어진다.
도시 PRF_Lcvtcmp(파선 참조)는, 비교예이며, 본 실시형태에 관련된 간헐 제어가 실행되지 않고 당해 기간에 있어서 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)으로 유지되었을 경우의 컨버터 손실이다.
한편, 도시 PRF_Lcvt(실선 참조)는, 본 실시형태에 관련된 간헐 제어가 실행되었을 경우의 컨버터 손실(Lcvt)이다. 이와 같이, 본 실시형태에 관련된 간헐 제어가 실행되었을 경우, 도 6을 참조하면, 제 2 기간(POD2)에 있어서 승압 손실(Lcv)이 제로가 되기 때문에, 제 3 기간(POD3)에 있어서 승압 손실(Lcv)이 다소 증가해도, 단위 시간당의 값인 컨버터 손실(Lcvt)은 비교예에 비해 크게 감소한다. 특히, 배터리 전류(IB)가 충분히 작을 경우에는, 제 2 기간(POD2)이 상대적으로 길어지기 때문에, 컨버터 손실(Lcvt)은 크게 감소한다. 즉, 간헐 제어에 의하면, 컨버터 손실(Lcvt)을 감소시킴으로써 토털 손실(Lt)을 저감하는 것이 가능하다.
<범위의 설정>
여기서, 간헐 제어에 있어서 참조되는 출력 전압(VH)의 유지해야 할 범위에 대해, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다. 여기에, 도 8은, 당해 범위를 규정하는 상하한값의 일 설정 태양을 설명하는 도면이다. 또, 도 9는, 당해 범위를 규정하는 상하한값의 다른 설정 태양을 설명하는 도면이다. 또한, 이들 도면에 있어서, 기출의 각 도면과 중복되는 개소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 8에 있어서, 세로축 및 가로축에는 각각 토털 손실(Lt) 및 출력 전압(VH)이 나타내어진다. 또, 승압 컨버터(200)에 있어서 승압 제어가 실행되어 있을 경우의 토털 손실(Lt)의 특성이 도시 PRF_ON(파선)으로서, 승압 컨버터(200)에 있어서 승압 제어가 정지되어 있을 경우의 토털 손실(Lt)의 특성이 도시 PRF_OFF(실선)로서, 각각 나타내어져 있다.
승압 컨버터(200)의 VH 지령값(VHtg)은, 부하 장치로서의 모터 제너레이터(MG)의 구동 조건에 대해, 토털 손실(Lt)이 최소가 되도록 결정되어 있고(도시 흰색 원 참조), 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)보다 증가해도 감소해도 토털 손실(Lt)은 증가한다. 이와 같은 이차 함수적 관계는, 승압 컨버터(200)를 정지시켜도 변화되지 않고, 특성(PRF_OFF)은, 대체로 특성(PRF_ON)을 승압 컨버터(200)의 승압 손실(Lcv)의 분만큼 하방으로 시프트한 형태로 되어 있다.
여기서, 출력 전압(VH)이 VHex1로 유지된 상태로부터, 간헐 제어를 실행하면, 승압 제어의 정지 시점을 경계로 커패시터(C)의 축적 에너지의 변화가 생기기 때문에, 토털 손실(Lt)은, 특성(PRF_OFF)에 있어서의 도시 마커(mk1)로부터 마커(mk2)의 범위에 대응한 값이 된다. 이 시점에서는, 승압 제어의 정지가 토털 손실(Lt)의 저감에 현저하게 효과적이다.
한편, 승압 제어가 정지되어 있는 기간에 있어서, 출력 전압(VH)은 모터 제너레이터(MG)의 구동 조건에 따라 VH 지령값(이 경우, VHex1)으로부터 서서히 괴리된다. 즉, 모터 제너레이터(MG)가 역행 구동되어 있으면 출력 전압(VH)은 서서히 감소하고, 모터 제너레이터(MG)가 회생 구동되어 있으면 출력 전압(VH)은 서서히 증가한다. 그 결과, 마커(mk1)는 특성(PRF_OFF) 상을 좌측 방향으로 이동하고, 마커(mk2)는 특성(PRF_OFF) 상을 우측 방향으로 이동한다. 어느 쪽이든 토털 손실(Lt)은 서서히 증가한다.
다른 한편, 이와 같이 서서히 토털 손실(Lt)이 증가해가는 과정에 있어서, 승압 제어 정지 시의 토털 손실(Lt)은, 승압 제어 실행 시의 VH 지령값(VHex1)에 대응하는 토털 손실(Lt1)에 도달한다(도시 마커(mk3 또는 mk4) 참조). 토털 손실(Lt)이 Lt1에 도달하면, 승압 제어를 정지하는 것의 이득은 소실한다. 즉, 그 이상 승압 제어의 정지를 계속하면, 토털 손실(Lt)은, 승압 제어 계속 시의 토털 손실(Lt1)보다 커진다.
이와 같은 관점에서 말하면, 당해 범위의 하한값을 도시 마커(mk3)에 대응하는 VHLex1로, 상한값을 도시 마커(mk4)에 대응하는 VHHex1로 각각 결정하는 것은 합리적이고 또한 타당하다. 즉, 당해 범위는 이와 같이 정해져 있어도 된다.
도 9에 있어서는, 당해 범위의 다른 설정 방법이 나타내어진다.
도 9에서는, 범위가 VH 지령값(VHex2)에 대해 소정 비율의 범위로서 정해진다. 즉, 어떤 보정 계수(x)(x<1)을 사용하여, 하한값(VHLex2)이 VHex2-x·VHex2가 되고, 상한값(VHHex2)이 VHex2+x·VHex2가 된다. 도시하는 바와 같이, 보정 계수(x)를 적절하게 설정해 두면, 토털 손실(Lt)이 Lt1을 넘지 않도록 상하한값을 설정하는 것은 어려운 것이 아니다. 이와 같이 범위가 VH 지령값(VHtg)에 대한 비율로 일률적으로 결정될 경우에는, 제어 장치(100) 측의 부담이 경감된다.
본 실시형태에서는, 도 8 및 도 9를 참조하여, 범위를 규정하는 상하한값의 설정 방법의 일부를 예시했지만, 범위의 설정 태양은 여기에 예시한 것에 한정되지 않는다. 극단적인 경우, 하한값은 전원 전압(VB), 상한값은 승압 컨버터(200)의 내전압으로 설정되어 있어도 된다.
<제 2 실시형태>
다음으로, 도 10을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 간헐 제어에 대해 설명한다. 여기에, 도 10은, 제 2 실시형태에 관련된 간헐 제어의 플로우 차트이다. 또한, 동 도면에 있어서, 도 5와 중복되는 개소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 10에 있어서, 단계 S102에서 간헐 플래그가 「1」일 경우(단계 S102:YES), 제어 장치(100)는, 승압 컨버터(200), 인버터(300) 및 모터 제너레이터(MG)를 포함하는 전력계의 구동 조건이 전회의 승압 제어 정지 시점으로부터 변화되어 있지 않은지의 여부를 판정한다(단계 S201). 당해 구동 조건은 일의적이지 않지만, 여기서는, 이 구동 조건을 배터리 전류(IB)인 것으로 한다.
한편, 단계 S102에서 간헐 플래그가 「0」일 경우(단계 S102:NO), 제어 장치(100)는, 간헐 허가 조건이 성립하는지의 여부를 판정한다(단계 S202). 간헐 허가 조건은, 제 1 실시형태에서 설명한, 출력 전압(VH)이 안정되어 있는 것에 더하여, 단계 S201에서 설명한 구동 조건으로서의 배터리 전류(IB)의 절대값이 소정값 이내인 것을 포함한다. 간헐 허가 조건이 성립할 경우(단계 S202:YES), 승압 컨버터(200)가 정지되고(단계 S107), 간헐 허가 조건이 성립하지 않을 경우(단계 S202:NO), 간헐 제어는 종료한다.
이와 같이, 제 2 실시형태에 관련된 간헐 제어에서는, 배터리 전류(IB)를 승압 제어의 정지 가부를 판단함에 있어서의 판단 요소로서 이용하는 구성으로 되어 있다. 여기서, 도 11을 참조하여, 배터리 전류(IB)를 당해 판단 요소로 하는 것의 의의를 설명한다. 여기에, 도 11은, 배터리 전류(IB)에 대한 승압 컨버터(200)의 손실차분(ΔLcv)의 특성을 예시하는 도면이다.
또한, 손실차분(ΔLcv)은, 승압 제어의 간헐 처리가 이루어지지 않을 경우, 즉 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)으로 계속해서 유지되었을 경우의 승압 손실(Lcv)에 대한 차분을 의미하고, 정(正)값을 채택할 경우에는 손실이 악화되며, 부값을 채택할 경우에는 손실이 감소하는 것을 의미한다.
도 11에서는, 배터리 전류(IB)가 부측으로 크다는 내용에 상당하는, 도시 손실 악화 영역(해칭 표시 참조)에 있어서, 손실차분(ΔLcv)이 정값을 채택한다. 즉, 승압 손실(Lcv)이 악화된다.
여기서, 이와 같은 손실의 승압 손실(Lcv)의 악화가 생기는 이유에 대해 도 12를 참조하여 설명한다. 여기에, 도 12는, 간헐 제어의 실행 과정에 있어서의 출력 전압(VH) 및 승압 손실(Lcv)의 시간 추이를 예시하는 도면이다. 또한, 동 도면에 있어서, 도 6과 중복되는 개소에는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 12에 있어서, 도 6과 마찬가지로, 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtga)으로 유지되어 있는 상태로부터 승압 제어가 정지되었을 경우가 나타내어져 있다. 단, 이번은, 배터리 전류(IB)의 절대값이 도 6의 경우보다 커져 있고, 도 11에서 설명한 손실 악화 영역의 값이 되어 있다.
시각(t3)에 있어서 승압 제어가 정지되었다고 한다. 승압 제어가 정지되면, 모터 제너레이터(MG)로 공급되는 전력은, 커패시터(C)로부터의 반출이 되어, 커패시터(C)의 축적 에너지가, 편의적으로 커패시터(C)의 정전 용량을 c라고 하면, 1/2·c·(VH)2이 되기 때문에, 출력 전압(VH)이 저하된다. 여기서, 손실 악화 영역에 해당하는 대전류(IB)가 흐를 경우, 출력 전압(VH)의 저하 속도가 커지기 때문에, 출력 전압(VH)이 하한값(VHLa)에 도달할 때까지의 시간이 짧아진다. 그 결과, 시각(t4)에 있어서, 출력 전압(VH)은 하한값(VHLa)에 도달하여, 승압 제어가 재개된다. 또, 시각(t5)에 있어서 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtga)으로 복귀한다.
여기서, 출력 전압(VH)이 VH 지령값(VHtg)으로 계속해서 유지되었을 경우를 기준(즉, 제로)으로 하여, 승압 제어의 정지로부터 정지 해제를 거쳐 재차 승압 제어가 정지할 때까지의 1텀, 즉 시각(t3)으로부터 시각(t5)에 이르는 기간에 있어서의 승압 손실(Lcv)의 수지를 계산한다. 이 손실 수지는, 이미 설명한 바와 같이, 손실 저감량(Lcvrdc)(부값)과 손실 증가량(Lcvinc)(정값)의 차분이 되지만, 손실 저감량(Lcvrdc)은, 배터리 전류(IB)가 클수록, 현저하게 작아지고, 손실 증가량(Lcvinc)은, 배터리 전류(IB)에 크게 영향받지 않는다. 그 결과, 손실 수지는 정(正)측으로 기울고, 기준과 비교하여 승압 손실(Lcv)은 커진다. 즉, 이 경우, 승압 제어의 간헐 처리가, 승압 손실(Lcv)을 오히려 증가시키는 결과가 되어버리는 것이다.
<제 3 실시형태>
다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 간헐 제어에 대해 설명한다. 또한, 제 3 실시형태에 관련된 간헐 제어는, 도 10에 예시한 제 2 실시형태와의 것과 도면 상에서는 같기 때문에, 여기서는 도 10을 사용하여 설명하기로 한다.
제 3 실시형태에 관련된 간헐 제어에서는, 단계 S201에 있어서의 「구동 조건」 및 단계 S202에 있어서의 「간헐 허가 조건」이 제 2 실시형태와 다르다. 구체적으로는, 제 3 실시형태에서는, 모터 제너레이터(MG) 또는 배터리(B)의 출력 변화율이 구동 조건으로서 참조된다. 출력 변화율은, 출력의 절대값이 아니고, 그 시간 변화율을 의미한다.
단계 S202에 있어서의 「간헐 허가 조건」은, 이 경우, 당해 출력 변화율이 소정값 이내인 것으로서 정의된다. 또한, 이러한 조건은, 제 1 실시형태에 관련된 「출력 전압(VH)이 안정되어 있는 것」 및 제 2 실시형태에 관련된 「배터리 전류(IB)의 절대값이 소정값 이내인 것」에 추가되는 형태로 채용되어도 된다.
여기서, 모터 제너레이터(MG) 혹은 배터리(B)의 출력 변화율이 클 경우의 예로서, 차량에 있어서 빈번한 액셀 온오프가 생기거나, 급가속이나 급감속이 생기거나 했을 경우, 혹은 차량이 슬립되거나, 반대로 과도한 그립이 생기거나 했을 경우, 배터리 전류(IB)나 모터 제너레이터(MG)의 출력은 과도적으로 제로점을 통과할 수 있다. 그러나, 이와 같은 과도적 상황하에서 승압 제어의 정지를 허가해버리면, 이들 구동 조건의 급변화에 승압 컨버터(200)의 동작을 추종할 수 없어질 가능성이 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 이 종류의 과도적 상황하에서 승압 제어의 간헐 처리가 금지되어, 모터 구동 시스템(10)의 성능이 담보되는 것이다.
또한, 여기서 예시되는 출력 변화율 대신에, 모터 회전수나 액셀 페달의 조작량인 액셀 개도(開度)(Ta)의 변화율이 사용되어도 된다.
<제 4 실시형태>
제 1 내지 제 3 실시형태에서는, 본 발명에 관련된 부하 장치로서 하나의 모터 제너레이터(MG)가 사용되는 예를 설명했지만, 부하 장치는 복수의 모터 제너레이터여도 된다. 여기서는, 부하 장치로서 2개의 모터 제너레이터를 탑재한 하이브리드 차량(1)에 있어서의 승압 제어의 간헐 처리에 대해 설명한다.
<실시형태의 구성>
처음으로, 도 13을 참조하여, 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 하이브리드 차량(1)의 구성에 대해 설명한다. 여기에, 도 13은, 하이브리드 차량(1)의 구성을 개념적으로 나타내어 이루어지는 개략 구성도이다. 또한, 동 도면에 있어서, 기출의 각 도면과 중복되는 개소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 13에 있어서, 하이브리드 차량(1)은, 제어 장치(100), 모터 구동 시스템(20), 액셀 개도 센서(400) 및 차속 센서(500)와 하이브리드 구동 장치(HB)를 구비한, 본 발명에 관련된 「차량」의 일례이다.
하이브리드 구동 장치(HB)는, 하이브리드 차량(1)의 차축인 좌(左)차축(SFL)(좌전(左前)륜(FL)에 대응) 및 우(右)차축(SFR)(우전(右前)륜(FR)에 대응)에 구동력으로서의 구동 토크를 공급함으로써 하이브리드 차량(1)을 구동하는 드라이브 유닛이다. 하이브리드 구동 장치(HB)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
모터 구동 시스템(20)은, 부하 장치로서의 모터 제너레이터(MG1) 및 모터 제너레이터(MG2)를 구동하기 위한, 본 발명에 관련된 「전력 공급 시스템」의 다른 일례이다.
여기서, 도 14를 참조하여, 모터 구동 시스템(20)의 구성에 대해 설명한다. 여기에, 도 14는, 모터 구동 시스템(20)의 시스템 구성도이다. 또한, 동 도면에 있어서, 도 1과 중복되는 개소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 14에 있어서, 모터 구동 시스템(20)은, 인버터(300) 대신에 인버터(310)를 구비하는 점에 있어서, 제 1 내지 제 3 실시형태에 관련된 모터 구동 시스템(10)과 상이하다. 인버터(310)는, 상기 각 실시형태에 관련된 모터 제너레이터(MG)에 상당하는 모터 제너레이터(MG2)를 구동하는, 상기 각 실시형태에 관련된 인버터(300)와 동일한 구성을 갖는 제 2 인버터 회로(3102)(즉, Q3, Q5 및 Q7의 각 p측 스위칭 소자와 Q4, Q6 및 Q8의 각 n측 스위칭 소자를 포함하는 인버터 회로)와, 모터 제너레이터(MG1)를 구동하는 제 1 인버터 회로(3101)를 구비한다. 제 1 인버터 회로(3101)는, 제 2 인버터 회로(3102)와 전기적으로 병렬로 설치된다.
제 1 인버터 회로(3101)는, 스위칭 소자로서, u상, v상 및 w상의 각 상에 대해, p측 스위칭 소자(Q13, Q15 및 Q17)를, 또 n측 스위칭 소자(Q14, Q16 및 Q18)를 각각 구비한다. 정류용의 다이오드에 대해서도 동일하다.
도 13으로 되돌아가서, 액셀 개도 센서(400)는, 하이브리드 차량(1)의 도시하지 않는 액셀 페달의 조작량인 액셀 개도(Ta)를 검출 가능하게 구성된 센서이다. 액셀 개도 센서(400)는, 제어 장치(100)와 전기적으로 접속되어 있고, 검출된 액셀 개도(Ta)는, 제어 장치(100)에 적절히 참조되는 구성으로 되어 있다.
차속 센서(500)는, 하이브리드 차량(1)의 차속(V)을 검출 가능하게 구성된 센서이다. 차속 센서(500)는, 제어 장치(100)와 전기적으로 접속되어 있고, 검출된 차속(V)은, 제어 장치(100)에 적절히 참조되는 구성으로 되어 있다.
다음으로, 도 15를 참조하여, 하이브리드 구동 장치(HB)의 상세한 구성에 대해 설명한다. 여기에, 도 15는, 하이브리드 구동 장치(HB)의 구성을 개념적으로 나타내어 이루어지는 개략 구성도이다.
도 15에 있어서, 하이브리드 구동 장치(HB)는, 엔진(600), 입력축(IS), MG1 출력축(700), 동력 분할 기구(800), 구동축(OS), 모터 제너레이터(MG1), 모터 제너레이터(MG2) 및 감속 장치(900)를 구비한다.
엔진(600)은, 본 발명에 관련된 「내연 기관」의 일례인 다기통 가솔린 엔진이고, 하이브리드 차량(1)의 주된 동력원으로서 기능하도록 구성되어 있다. 여기서, 도 16을 참조하여, 엔진(600)의 상세한 구성에 대해 설명한다. 여기에, 도 16은, 엔진(600)의 구성을 개념적으로 나타내는 모식적인 단면도이다.
또한, 본 발명에 있어서의 「내연 기관」은, 적어도 하나의 기통을 갖고, 당해 기통 내부에 있어서, 예를 들면 가솔린, 경유 혹은 알코올 등의 각종 연료를 포함하는 혼합기(氣)가 연소되었을 때에 발생하는 열 에너지를, 예를 들면 피스톤, 커넥팅 로드 및 크랭크축 등의 물리적 또는 기계적인 전달 수단을 적절히 개재하여 운동 에너지로서 취출 가능하게 구성된 기관을 포괄하는 개념이다. 이러한 개념을 만족시키는 한에 있어서, 본 발명에 관련된 내연 기관의 구성은, 엔진(600)의 것에 한정되지 않고 각종의 태양을 가져도 된다.
도 16에 있어서, 엔진(600)은, 기통(601) 내에 있어서 연소실에 점화 플러그(부호 생략)의 일부가 노출되어 이루어지는 점화 장치(602)에 의한 점화 동작을 통해 혼합기를 연소시킴과 함께, 이러한 연소에 의한 폭발력에 의해 생기는 피스톤(603)의 왕복 운동을, 커넥팅 로드(604)를 개재하여 크랭크 샤프트(605)의 회전운동으로 변환 가능하게 구성되어 있다. 크랭크 샤프트(605)의 근방에는, 크랭크 샤프트(605)의 회전각인 크랭크각(θcrk)을 검출 가능한 크랭크 포지션 센서(606)가 설치되어 있다. 이 크랭크 포지션 센서(606)는, 제어 장치(100)(도시 생략)와 전기적으로 접속되어 있고, 제어 장치(100)는, 이 크랭크 포지션 센서(606)로부터 출력되는 크랭크각 신호에 의거하여, 엔진(600)의 기관 회전 속도(NE)를 산출할 수 있다.
엔진(600)에 있어서, 외부로부터 흡입된 공기는 흡입 기관(607)을 통과하고, 흡기 포트(610)를 개재하여 흡기 밸브(611)의 밸브 개방 시에 기통(601) 내부로 유도된다. 한편, 흡기 포트(610)에는, 인젝터(612)의 연료 분사 밸브가 노출되어 있어, 흡기 포트(610)에 대해 연료를 분사 가능한 구성으로 되어 있다. 인젝터(612)로부터 분사된 연료는, 흡기 밸브(611)의 밸브 개방 시기에 전후하여 흡입 공기와 혼합되어, 상술한 혼합기가 된다.
연료는, 도시하지 않는 연료 탱크에 저류(貯留)되어 있고, 도시하지 않는 피드 펌프의 작용에 의해, 도시하지 않는 딜리버리(delivery) 파이프를 개재하여 인젝터(612)에 공급되는 구성으로 되어 있다. 기통(601) 내부에서 연소된 혼합기는 배기가 되고, 흡기 밸브(611)의 개폐에 연동하여 개폐하는 배기 밸브(613)의 밸브 개방 시에 배기 포트(614)를 개재하여 배기관(615)에 유도된다.
배기관(615)에는, 삼원 촉매(616)가 설치되어 있다. 삼원 촉매(616)는, 엔진(600)으로부터 배출되는 CO(일산화탄소) 및 HC(탄화수소)의 산화 연소 반응과, 동일하게 엔진(600)으로부터 배출되는 NOx(질소 산화물)의 환원 반응을 대략 동시에 진행시킴으로써, 엔진(600)의 배기를 정화 가능하게 구성된 공지의 배기 정화용 촉매 장치이다.
배기관(615)에는, 엔진(600)의 배기 공연비를 검출하는 것이 가능하게 구성된 공연비(空燃比) 센서(617)가 설치되어 있다. 또한, 기통(201)을 수용하는 실린더 블록에 설치된 워터 재킷에는, 엔진(600)을 냉각하기 위해 순환 공급되는 냉각수(LLC)에 관련된 냉각 수온을 검출하기 위한 수온 센서(618)가 배치되어 있다. 이들 공연비 센서(617) 및 수온 센서(618)는, 각각 제어 장치(100)와 전기적으로 접속되어 있고, 검출된 공연비 및 냉각 수온은, 각각 제어 장치(100)에 의해 적절히 참조되는 구성으로 되어 있다.
한편, 흡입 기관(607)에 있어서의, 흡기 포트(610)의 상류 측에는, 도시하지 않는 클리너를 거쳐 유도된 흡입 공기에 관련된 흡입 공기량을 조절 가능한 스로틀 밸브(608)가 배치되어 있다. 이 스로틀 밸브(608)는, 제어 장치(100)와 전기적으로 접속된 스로틀 밸브 모터(609)에 의해 그 구동 상태가 제어되는 구성으로 되어 있다. 제어 장치(100)는, 기본적으로는 도시 생략된 액셀 페달의 개도(즉, 상술한 액셀 개도(Ta))에 따른 스로틀 개도가 얻어지도록 스로틀 밸브 모터(609)를 제어하지만, 스로틀 밸브 모터(609)의 동작 제어를 통해 드라이버의 의사를 개재시키지 않고 스로틀 개도를 조정하는 것도 가능하다. 즉, 스로틀 밸브(608)는, 전자 제어식 스로틀의 일부로서 구성되어 있다.
도 15로 되돌아가서, 모터 제너레이터(MG1)는, 본 발명에 관련된 「제 1 회전 전기」의 일례인 전동 발전기이고, 전기 에너지를 운동 에너지로 변환하는 역행 기능과, 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회생 기능을 구비한 구성으로 되어 있다. 모터 제너레이터(MG2)는, 본 발명에 관련된 「제 2 회전 전기」의 일례인 전동 발전기이고, 모터 제너레이터(MG1)와 마찬가지로, 전기 에너지를 운동 에너지로 변환하는 역행 기능과, 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회생 기능을 구비한 구성으로 되어 있다. 또한, 모터 제너레이터(MG1 및 MG2)는, 예를 들면 3상 동기 전동 발전기로서 구성되고, 예를 들면 외주면에 복수 개의 영구 자석을 갖는 로터와, 회전 자계를 형성하는 3상 코일이 권회된 스테이터를 구비하는 구성을 가지지만, 다른 구성을 갖고 있어도 된다.
동력 분할 기구(800)는, 중심부에 설치된, 본 발명에 관련된 「제 1 회전 요소」의 일례인 선 기어(sun gear)(S1)와, 선 기어(S1)의 외주에 동심원상으로 설치된, 본 발명에 관련된 「제 3 회전 요소」의 일례인 링 기어(R1)와, 선 기어(S1)와 링 기어(R1)의 사이에 배치되어 선 기어(S1)의 외주를 자전하면서 공전하는 복수의 피니언 기어(P1)와, 이들 각 피니언 기어의 회전축을 축지지하는, 본 발명에 관련된 「제 2 회전 요소」의 일례인 캐리어(C1)를 구비한, 본 발명에 관련된 「차동 기구」의 일례인 회전 2자유도의 유성 기어 기구이다.
동력 분할 기구(800)에 있어서, 선 기어(S1)는, 모터 제너레이터(MG1)의 출력축인 MG1 출력축(700)(모터 제너레이터(MG1)의 로터(RT)에 연결된다)에 고정되어 있고, 그 회전 속도는 모터 제너레이터(MG1)의 회전 속도인 MG1 회전 속도(Nmg1)와 등가이다. 또, 링 기어(R1)는, 구동축(OS)에 고정되어 있고, 그 회전 속도는 구동축(OS)의 회전 속도인 출력 회전 속도(Nout)와 등가이다. 또한, 구동축(OS)에는, 모터 제너레이터(MG2)의 로터가 고정되어 있고, 출력 회전 속도(Nout)와 모터 제너레이터(MG2)의 회전 속도인 MG2 회전 속도(Nmg2)는 같아져 있다. 캐리어(C1)는, 엔진(600)의 크랭크 샤프트(605)에 연결된 입력축(IS)과 연결되어 있고, 그 회전 속도는, 엔진(600)의 기관 회전 속도(NE)와 등가이다. 또한, 하이브리드 구동 장치(HB)에 있어서, MG1 회전 속도(Nmg1) 및 MG2 회전 속도(Nmg2)는, 각각 리졸버(resolver) 등의 회전 센서에 의해 일정한 주기로 검출되어 있고, 제어 장치(100)에 일정 또는 부정(不定)한 주기로 송출되어 있다.
구동축(OS)은, 하이브리드 차량(1)의 구동륜인 우전륜(FR) 및 좌전륜(FL)을 각각 구동하는 드라이브 샤프트(SFR 및 SFL)(즉, 이들 드라이브 샤프트는, 본 발명에 관련된 「차축」의 일례이다)와, 디퍼렌셜(differential) 등 각종 감속 기어를 포함하는 감속 장치로서의 감속 기구(900)를 개재하여 연결되어 있다. 따라서, 모터 제너레이터(MG2)의 역행 시에 구동축(OS)에 공급되는 모터 토크(Tmg1)는, 감속 기구(900)를 개재하여 각 드라이브 샤프트로 전달되어, 하이브리드 차량(1)의 주행용 동력으로서 이용된다. 한편, 모터 제너레이터(MG2)의 회생 시에 각 드라이브 샤프트 및 감속 기구(900)를 개재하여 구동축(OS)에 입력되는 구동력은, 모터 제너레이터(MG2)의 발전용 동력으로서 이용된다. 이 경우, 모터 제너레이터(MG2)의 모터 토크(Tmg1)는 일종의 회생 토크가 되고, 그 크기는, 회생 전력의 크기와, 구동축(OS)을 개재하여 구동륜에 부여되는 제동력(회생 제동력)의 크기와 상관(相關)한다. MG2 회전 속도(Nmg2)는, 하이브리드 차량(1)의 차속(V)과 일의적인 관계에 있다.
하이브리드 구동 장치(HB)에 있어서, 동력 분할 기구(800)는, 엔진(600)으로부터 크랭크 샤프트(605)를 개재하여 입력축(IS)에 공급되는 엔진 토크(Te)를, 캐리어(C1)와 피니언 기어(P1)에 의해 선 기어(S1) 및 링 기어(R1)에 소정의 비율(각 기어 상호간의 기어비(比)에 따른 비율)로 분배하고, 엔진(600)의 동력을 2계통으로 분할하는 것이 가능하게 되어 있다. 더 구체적으로는, 동력 분할 기구(800)의 동작을 이해하기 쉽게 하기 위해, 링 기어(R1)의 톱니 수에 대한 선 기어(S1)의 톱니 수로서의 기어비(ρ)를 정의하면, 엔진(600)으로부터 캐리어(C1)에 대해 엔진 토크(Te)를 작용시켰을 경우에, MG1 출력축(700)에 나타내어지는 토크(Tes)는 하기 (1)식에 의해, 또 구동축(OS)에 나타내어지는 엔진 직달(直達) 토크(Tep)는 하기 (2)식에 의해 각각 나타내어진다.
Tes=Te×ρ/(1+ρ) …(1)
Tep=Te×1/(1+ρ) …(2)
또한, 본 발명에 관련된 「차동 기구」에 관련된 실시형태 상의 구성은, 동력 분할 기구(800)로서 예시한 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명에 관련된 차동 기구는, 복수의 유성 기어 기구를 구비하고, 하나의 유성 기어 기구에 구비되는 복수의 회전 요소가, 다른 유성 기어 기구에 구비되는 복수의 회전 요소의 각각과 적절히 연결되어, 일체의 차동 기구를 구성하고 있어도 된다.
또, 본 실시형태에 관련된 감속 기구(900)는, 미리 설정된 감속비에 따라 구동축(OS)의 회전 속도를 감속하는 것에 불과하지만, 하이브리드 차량(1)은, 이 종류의 감속 장치와는 별도로, 예를 들면, 복수의 클러치 기구나 브레이크 기구를 구성 요소로 하는 복수의 변속단(段)을 구비한 유단 변속 장치를 구비하고 있어도 된다.
<실시형태의 동작>
<동력 분할 기구(800)의 동작>
본 실시형태에 관련된 하이브리드 차량(1)에서는, 차동 기구인 동력 분할 기구(800)의 차동 작용에 의해 일종의 전기적 CVT(Continuously Variable Transmission) 기능이 실현된다. 여기서, 도 17을 참조하여, 동력 분할 기구(800)의 동작에 대해 설명한다. 여기에, 도 17은, 하이브리드 구동 장치(HB)의 동작 공선도이다. 또한, 동 도면에 있어서, 도 15와 중복되는 개소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 17에 있어서, 세로축은 회전 속도를 나타내고 있고, 가로축에는, 왼쪽으로부터 순서대로 모터 제너레이터(MG1)(일의적으로 선 기어(S1)), 엔진(600)(일의적으로 캐리어(C1)) 및 모터 제너레이터(MG2)(일의적으로 링 기어(R1))가 나타내어져 있다.
여기서, 동력 분할 기구(800)는 회전 요소 상호간에 회전 2자유도의 차동 작용을 보이는 유성 기어 기구이고, 선 기어(S1), 캐리어(C1) 및 링 기어(R1) 중 2요소의 회전 속도가 정해졌을 경우에, 잔여의 1회전 요소의 회전 속도가 필연적으로 정해지는 구성으로 되어 있다. 즉, 동작 공선도 상에 있어서, 각 회전 요소의 동작 상태는, 하이브리드 구동 장치(HB)의 일 동작 상태에 일대일로 대응하는 하나의 동작 공선에 의해 나타낼 수 있다. 또한, 이 이후 적절히, 동작 공선도 상의 점을 동작점(mi)(i는 자연수)에 의해 나타내기로 한다. 즉, 하나의 동작점(mi)에는 하나의 회전 속도가 대응하고 있다.
도 4에 있어서, 회전 속도가 차속(V)과 일의적인 관계를 갖는 모터 제너레이터(MG2)의 동작점이, 동작점(m1)인 것으로 한다. 이 경우, 모터 제너레이터(MG1)의 동작점이 동작점(m2)이면, 잔여의 1회전 요소인 캐리어(C1)에 연결된 엔진(600)의 동작점은, 동작점(m3)이 된다. 이때, 예를 들면, 구동축(OS)의 회전 속도를 유지한 채 모터 제너레이터(MG1)의 동작점을 동작점(m4) 및 동작점(m5)으로 변화시키면, 엔진(600)의 동작점은 각각 동작점(m6) 및 동작점(m7)으로 변화된다.
즉, 하이브리드 구동 장치(HB)에서는, 모터 제너레이터(MG1)를 회전 속도 제어 장치로서 이용함으로써, 엔진(600)을 원하는 동작점에서 동작시키는 것이 가능해진다. 엔진(600)의 동작점(이 경우의 동작점은, 기관 회전 속도(NE)와 엔진 토크(Te)의 조합에 의해 규정된다)은, 기본적으로, 엔진(600)의 연료 소비율이 최소가 되는 최적 연비 동작점으로 제어된다.
또한, 보충하면, 동력 분할 기구(800)에 있어서, 구동축(OS)에 상술한 엔진 토크(Te)에 대응하는 엔진 직달 토크(Tep)를 공급하기 위해서는, 엔진 토크(Te)에 따라 나타내어지는 상술의 토크(Tes)와 크기가 같고 또한 부합이 반전된(즉, 부(負)토크이다) 반력 토크를 모터 제너레이터(MG1)로부터 MG1 출력축(700)에 공급할 필요가 있다. 이 경우, 동작점(m2) 혹은 동작점(m4)과 같은 정(正)회전 영역의 동작점에 있어서, MG1은 정회전 부토크의 회생 상태가 된다. 즉, 하이브리드 구동 장치(HB)에서는, 모터 제너레이터(MG1)를 반력 요소로서 기능시킴으로써, 구동축(OS)에 엔진 토크(Te)의 일부를 공급하면서 발전을 행할 수 있다. 구동축(OS)에 대해 요구되는 토크인 구동축 요구 토크(Tpn)가 엔진 직달 토크(Tep)에서 부족한 경우에는, 모터 제너레이터(MG2)로부터 구동축(OS)에 대해 적절히 모터 토크(Tmg2)가 공급된다.
<동력 순환 시에 있어서의 간헐 제어>
상기와 같은 기본 동작을 보이는 하이브리드 구동 장치(HB)에 있어서는, 하이브리드 차량(1)이 고속 소부하 주행을 행하고 있을 경우 등에, 동력 순환이 생길 수 있다. 여기서, 도 18을 참조하여, 하이브리드 구동 장치(HB)에 있어서의 동력 순환에 대해 설명한다. 여기에, 도 18은, 하이브리드 구동 장치(HB)의 동력 순환 시에 있어서의 동작 공선도이다. 또한, 동 도면에 있어서, 도 17과 중복되는 개소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 18에 있어서, 고차속 영역 또한 엔진 직달 토크(Tep)만으로 구동축 요구 토크(Tpn)를 만족시킬 수 있는 고(高)소부하 주행 시를 나타내는 것으로서, 모터 제너레이터(MG2) 및 엔진(200)의 동작점이 각각 도시 동작점(m1 및 m7)인 것으로 한다.
이 경우, 일의적으로 정해지는 모터 제너레이터(MG1)의 동작점은 동작점(m5)이고, 회전 속도(MG1 회전 속도(Nmg1))는, 부(負)회전 영역의 값이 된다. 한편, 모터 제너레이터(MG1)는, 엔진 직달 토크(Tep)를 구동축(OS)에 공급하기 위한 반력 요소이고, 그 출력 토크된 MG1 토크(Tmg1)는 부토크이다. 즉, 이러한 상황에서는, 모터 제너레이터(MG1)는, 부회전 부토크 상태가 되고, 동작 상태로서는 역행 상태가 된다.
모터 제너레이터(MG1)가 역행 상태일 경우, MG1 토크(Tmg1)는, 구동축(OS)에 구동 토크로서 나타내어지기 때문에, 구동축(OS)에 대해 공급되는 구동 토크는 구동축 요구 토크(Tpn)보다 커진다. 그 때문에, 잉여의 구동 토크의 일부는, 모터 제너레이터(MG2)에서 회수된다. 즉, 이 경우, 모터 제너레이터(MG2)는, 정회전 부토크의 회생 상태가 된다. 따라서, 이 상태에서는, 모터 제너레이터(MG2)와 모터 제너레이터(MG1)의 사이에 일종의 전기 패스가 발생한다. 이 상태가 동력 순환 상태이다. 동력 순환 상태에 있어서의 하이브리드 구동 장치(HB)에서는, 모터 제너레이터(MG2)의 회생 전력이 모터 제너레이터(MG1)의 역행에 소비된다.
여기서, 도 19를 참조하여, 동력 순환 상태에 있어서의 모터 구동 시스템(20)의 전력 패스에 대해 설명한다. 여기에, 도 19는, 모터 구동 시스템(20)의 동력 순환 시에 있어서의 전기 패스를 설명하는 도면이다. 또한, 동 도면에 있어서, 도 14와 중복되는 개소에는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 19에 있어서, 동력 순환 시에는, 모터 제너레이터(MG2)에서 발생한 회생 전력의 대부분이 모터 제너레이터(MG1)의 역행에 소비된다(도시 PWR2(실선) 참조). 또, 모터 제너레이터(MG1)의 역행에 소비되지 않는 일부의 회생 전력이 커패시터(C)에 공급된다(도시 PWR1(파선) 참조).
도 19에 나타내어지는 바와 같이, 동력 순환 시에는, 커패시터(C)로의 전력 공급은 적고, 승압 제어를 정지시켰을 경우의 승압 컨버터(200)의 출력 전압(VH)의 변화는 매우 완만해진다. 따라서, 동력 순환 시에 있어서는, 제 1 내지 제 3 실시형태에 있어서 설명한 각종의 간헐 제어가 매우 유효하게 기능한다.
<제 5 실시형태>
제 4 실시형태에서 설명한 바와 같이, 하이브리드 차량(1)에서는, 하이브리드 구동 장치(HB)가 동력 순환 상태에 있을 경우에 있어서, 승압 컨버터(200)의 간헐 처리가 유효하게 기능한다. 단, 제 4 실시형태에서는, 동력 순환도 일종의 간헐 허가 조건에 불과한 취급이다. 그래서, 제 5 실시형태에서는, 동력 순환 시에 있어서 승압 제어의 정지 기간을 가급적으로 장대화할 수 있는 간헐 제어에 대해 설명한다.
처음으로, 도 20을 참조하여, 이와 같은 간헐 제어의 상세에 대해 설명한다. 여기에, 도 20은, 제 5 실시형태에 관련된 간헐 제어의 플로우 차트이다. 또한, 동 도면에 있어서, 도 10과 중복되는 개소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 20에 있어서, 단계 S202에서 간헐 허가 조건이 성립한다고 판정되었을 경우(단계 S202:YES), 제어 장치(100)는 또한, 하이브리드 구동 장치(HB)가 동력 순환 상태에 있는지의 여부를 판정한다(단계 S301). 동력 순환이 생기고 있지 않을 경우(단계 S301:NO), 처리는 단계 S107로 이행되어, 승압 컨버터(200)가 정지된다.
한편, 동력 순환에 의해 간헐 허가 조건이 만족되었을 경우에는(단계 S301:YES), 제어 장치(100)는, 모터 제너레이터(MG1)를 이용한 전력 조정 처리를 실행한다(단계 S302). 전력 조정 처리가 실행되면, 처리는 단계 S107로 이행되어, 승압 컨버터(200)가 정지된다.
전력 조정 처리는, 출력 전압(VH)에 의거하여 실행된다. 구체적으로는, 커패시터(C)에 축적되는 전기 에너지는, 상술한 바와 같이 1/2·c·(VH)2으로서 계산할 수 있기 때문에, 센서에 더 정확하게 검출되는 출력 전압(VH)에 의거하여, 동력 순환 시에 커패시터(C)에 공급된 전기 에너지는 정확하게 파악된다. 그래서, 소정 주기에서 이 증가한 전기 에너지분을 모터 제너레이터(MG1)의 역행에 소비하는 것이다.
여기서, 도 21을 참조하여, 이와 같은 전력 조정 처리의 효과에 대해 설명한다. 여기에, 도 21은, 전력 조정 처리가 실행되었을 경우의 모터 구동 시스템(20)에 있어서의, 동력 순환 시의 전기 패스를 설명하는 도면이다. 또한, 동 도면에 있어서, 도 19와 중복되는 개소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 21에 있어서, 상기 전력 조정 처리의 작용에 의해, 동력 순환 시에 미소하기는 하지만 생기고 있었던 커패시터(C)로의 전기 패스(PWR1)가 소실되어, 모터 제너레이터(MG2)와 모터 제너레이터(MG1)의 사이에서만 전력의 수수를 완수할 수 있다. 즉, 모터 구동 시스템(20)에 있어서의 전기 패스는, 모터 제너레이터(MG2)로부터 모터 제너레이터(MG1)를 향하는 전력 패스(즉, 도시 PWR2)만이 된다.
이와 같은 전력 조정 처리를 수반하는 간헐 제어에 의하면, 출력 전압(VH)의 변동이 생기지 않기 때문에, 승압 컨버터(200)의 정지 기간을 가급적으로 장대화할 수 있어, 토털 손실(Lt)을 충분히 저감할 수 있다.
<제 6 실시형태>
다음으로, 제 5 실시형태에 관련된 간헐 제어를 개량한 제 6 실시형태에 대해 설명한다.
제 5 실시형태에 관련된 전력 조정 처리에 의하면, 모터 제너레이터(MG1) 측의 전력 조정에 의해 모터 제너레이터(MG1)와 모터 제너레이터(MG2) 사이의 전력 수지의 유지가 도모되고 있다. 물론, 구동축(OS)에 연결된 모터 제너레이터(MG2)보다 모터 제너레이터(MG1) 쪽이 자유도는 높고, 조정 폭을 채택하기 쉽지만, 모터 제너레이터(MG1) 측에서의 전력 조정에는, 이하의 우려가 있다.
즉, 원래, 동력 순환 시에 있어서의 MG1 회전 속도(Nmg1)는 낮은 값이다. 따라서, 전력 조정을 행할 경우에는, 필연적으로 MG1 토크(Tmg1)의 조정 폭이 커지지 않을 수 없다. MG1 토크(Tmg1)는 반력 토크이기 때문에, 그 조정 폭이 커지면, 엔진(200)의 기관 회전 속도(NE)에의 영향이 현재(顯在)화한다. 단적으로는, 기관 회전 속도(NE)의 변동이 커지기 쉽다.
제 6 실시형태에서는, 그와 같은 문제점을 해결하기 위해 개량된 전력 조정 처리가 실행된다. 여기서, 도 22를 참조하여, 이와 같은 제 6 실시형태에 관련된 전력 조정 처리에 대해 설명한다. 여기에, 도 22는, 제 6 실시형태에 관련된 전력 조정 처리의 실행 시에 있어서의, 하이브리드 구동 장치(HB)의 동작 공선도이다. 또한, 동 도면에 있어서, 도 18과 중복되는 개소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절히 생략하기로 한다.
도 22에 있어서, 실선이, 동력 순환 시의 원래의 동작 공선인 것으로 한다. 이에 대해, 모터 제너레이터(MG1)의 동작점(m5)을, MG1 회전 속도(Nmg1)의 절대값이 증가하는 방향(도시 하방)으로, 동작점(m5’)까지 어긋나게 하고, 동작 공선을 도시 파선으로 변경했다고 한다.
이와 같은 동작점 변경을 행함으로써, 모터 제너레이터(MG1)에서 조정해야 할 전력에 대한 토크의 변화 폭을 상대적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 엔진(200)의 기관 회전 속도(NE)의 변화를 억제할 수 있어, 전력 조정 처리에 수반하는 드라이버빌리티의 저하를 억제할 수 있다.
단, 이와 같은 엔진 동작점의 변경을 수반하는 처리를 실행하면, 엔진(200)의 열효율이 변화된다. 특히, 도 22에 예시되는 바와 같이 엔진(200)의 동작점을 저(低)회전 측으로 시프트시키면 열효율이 저하되기 쉽다.
그래서, 더 적합하게는, 엔진 동작점의 변경이 허가되는 폭은, 간헐 처리에 의한 승압 손실(Lcv)의 저감량이 엔진 열효율의 저하량을 상회하는 범위로 제한된다. 이와 같이 동작점의 변경 폭에 제한을 부여함으로써, 간헐 처리의 효과를 유지하는 것이 가능해진다.
본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 청구의 범위 및 명세서 전체로부터 판독되는 발명의 요지 혹은 사상에 반하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하고, 그와 같은 변경을 수반하는 승압 컨버터의 제어 장치도 또 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.
[산업상의 이용의 가능성]
본 발명은, 전원 전압을 승압 컨버터에 의해 승압하여 부하 장치를 구동하는 시스템에 적용 가능하다.
10: 모터 구동 시스템 100: 제어 장치
110: 승압 제어부 120: 인버터 제어부
200: 승압 컨버터 300: 인버터
C: 커패시터 B: 직류 전원
MG, MG1, MG2: 모터 제너레이터

Claims (13)

  1. 전원 전압(VB)을 갖는 직류 전원과,
    스위칭 수단을 구비하고, 부하 장치의 출력값에 기초하여 설정되는 승압 지령 전압에 의거한 상기 스위칭 수단의 스위칭 상태의 전환을 포함하는 소정의 승압 제어에 의해 상기 전원 전압(VB)을 승압하여 부하 장치에 출력하는 승압 컨버터와,
    상기 승압 컨버터의 출력 전압(VH)을 검출하는 전압 검출 수단을 구비한 전력 공급 시스템에서 상기 승압 컨버터를 제어하는, 승압 컨버터의 제어 장치에 있어서,
    상기 승압 제어를 실행하는 승압 제어 수단과,
    상기 출력 전압(VH)이 직전의 상기 승압 제어의 실행 시에 있어서의 상기 승압 지령 전압을 포함하는 범위로 유지되도록, 상기 검출되는 출력 전압(VH)에 의거한 상기 승압 제어의 간헐 처리를 실행하는 간헐 제어 수단을 구비하고,
    상기 간헐 제어 수단은, 상기 승압 지령 전압이 일정할 경우에 있어서, 상기 출력 전압(VH)의 변동 폭 및 상기 직류 전원 또는 상기 부하 장치의 출력 변화의 정도 중 적어도 일방이 소정값 이내일 경우에, 상기 승압 제어의 간헐 처리를 개시하는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 전압(VB), 상기 승압 컨버터의 내전압, 상기 승압 지령 전압 및 상기 부하 장치가 구동될 때에 생기는 손실 중 적어도 하나에 의거하여 상기 범위를 설정하는 설정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 간헐 제어 수단은, 상기 승압 제어의 간헐 처리에 있어서, 상기 출력 전압(VH)이 상기 범위의 경계값을 넘을 경우에 상기 승압 제어를 재개시키는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 간헐 제어 수단은, 상기 승압 제어의 간헐 처리에 있어서, 상기 출력 전압(VH)을, 상기 승압 지령 전압과 상기 범위의 경계값의 사이에서 변동시키는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급 시스템은, 상기 승압 컨버터 또는 상기 직류 전원에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 수단을 더 구비하고,
    상기 간헐 제어 수단은, 상기 검출되는 전류가 소정값 이내일 경우에 상기 승압 제어의 간헐 처리를 개시하는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 직류 전원 또는 상기 부하 장치의 출력 변화의 정도를 특정하는 출력 변화 특정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급 시스템은, 차량에 탑재되는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 차량은, 상기 차량의 동력원으로서, 상기 부하 장치가 되는 역행 및 회생 가능한 적어도 하나의 회전 전기를 구비하는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 차량은,
    내연 기관과,
    역행 및 회생 가능한 상기 부하 장치가 되는 제 1 회전 전기와,
    상기 제 1 회전 전기에 연결된 제 1 회전 요소, 상기 내연 기관에 연결된 제 2 회전 요소 및 차축에 연이은 구동축에 연결된 제 3 회전 요소를 포함하는 서로 차동 회전 가능한 복수의 회전 요소를 구비한 차동 기구와,
    상기 구동축에 연결된, 역행 및 회생 가능한 상기 부하 장치가 되는 제 2 회전 전기를 구비한 하이브리드 차량이고,
    상기 간헐 제어 수단은, 상기 제 1 및 제 2 회전 전기 중 일방이 역행 상태에 있고 타방이 회생 상태에 있을 경우에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 회전 전기의 전력 수지가 소정값 이내일 경우에 상기 승압 제어의 간헐 처리를 개시하는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전력 수지가 소정값 이내인 것을 조건으로 하여 상기 승압 제어의 간헐 처리가 개시될 경우에 있어서, 상기 전력 수지가 균형이 잡히도록 상기 제 1 및 제 2 회전 전기와 상기 내연 기관을 제어하는 전력 수지 제어 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전력 수지 제어 수단은, 상기 전력 수지를 균형이 잡히게 할 때에, 상기 제 1 회전 전기의 회전수를 변화시킴으로써 상기 내연 기관의 동작점을 변화시키는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전력 수지 제어 수단은, 상기 승압 제어의 간헐 처리에 의한 손실 저감량이, 상기 내연 기관의 동작점을 변화시키는 것에 의한 손실 증가량을 상회하는 범위에서 상기 내연 기관의 동작점을 변화시키는 것을 특징으로 하는 승압 컨버터의 제어 장치.
  13. 삭제
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