(57)【要約】【課題】蓄電装置の電流の流れる方向が変化する場合に、蓄電装置に対応して設けられるコンバータのスイッチング素子を適切に制御することが可能な電源システム、およびそれを備える車両を提供する。【解決手段】ＥＣＵ１００は、コンバータ１０の上アーム素子および下アーム素子が同時にオフするデッドタイムが存在するように上アーム素子および下アーム素子のスイッチング動作を制御する。ＥＣＵ１００は、電圧ＶＨが目標電圧より低下した場合には、上アーム素子のデューティ比を低下させることにより電圧ＶＨを上昇させる。ＥＣＵ１００は、蓄電装置Ｂ１に流れる電流ＩＢの向きが、コンバータ１０から蓄電装置Ｂ１への向きである負方向から負方向と逆の正方向に変化した場合には、負方向から正方向への電流ＩＢの向きの変化が生じない通常時に比較して、電圧ＶＨを上昇させるためのデューティ比の低下を制限する。【選択図】図１
2010115056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を授受可能な負荷装置に接続される正極ラインおよび負極ラインと、
前記正極ラインおよび前記負極ラインに接続されるコンデンサと、
前記負荷装置に対して前記直流電力を入出力する蓄電装置と、
前記正極ラインおよび前記負極ライン間に直列接続された上アーム素子および下アーム素子と、前記上アーム素子および前記下アーム素子の接続点と前記蓄電装置との間の電流経路に介挿接続されるリアクトルとを含み、前記蓄電装置の第１の電圧と前記正極ラインおよび前記負極ライン間の第２の電圧とを相互に変換する電圧変換装置と、
前記上アーム素子および前記下アーム素子が同時にオフするデッドタイムが存在するように前記上アーム素子および前記下アーム素子のスイッチング動作を制御し、かつ前記第２の電圧が目標電圧より低下した場合には、前記上アーム素子のデューティ比を低下させることにより前記第２の電圧を上昇させる制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記蓄電装置に流れる電流の向きが、前記電圧変換装置から前記蓄電装置への向きである負方向から前記負方向と逆の正方向に変化した場合には、前記負方向から前記正方向への前記電流の向きの変化が生じない通常時に比較して、前記第２の電圧を上昇させるための前記デューティ比の低下を制限する、電源システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記電流の向きが前記負方向から前記正方向に変化した場合には、所定期間、前記デューティ比の下限値を、前記通常時における前記デューティ比の下限値よりも高く設定する、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記電流の向きが前記負方向から前記正方向に変化した場合には、所定期間、前記デューティ比の低下率を、前記通常時における前記デューティ比の低下率に比べて小さく設定する、請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電源システムと、
前記電源システムと直流電力を授受する負荷装置とを備える、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源システムおよび車両に関し、特に、蓄電装置と、蓄電装置と電力を授受する負荷装置との間に設けられる電圧変換器とを備える電源システムの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンバータ（ＤＣ／ＡＣ変換器）、インバータ（ＡＣ／ＤＣ変換器）等の電力変換器においては、一般に２つのスイッチング素子を正負極間に直列接続した構成が採用される。上下のスイッチング素子が同時にオンすると正負極間が短絡されてしまうため、これを避ける必要がある。そこで上下のスイッチング素子をオンオフ制御する際には、これらがともにオフ状態である期間を設ける必要がある。この期間は一般的に「デッドタイム」と呼ばれる。
【０００３】
デッドタイムに関連する電圧変換器の制御に関する技術がこれまでに提案されている。たとえば特開２００８−４８４７２号公報（特許文献１）は、適切なデッドタイム補償が可能な電力変換回路を開示する。特許文献１によれば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御器は、デッドタイム補償器から供給される信号に応じて、デッドタイムの電流方向から、三角波と比較する指令電圧を補正し、上下２つのスイッチング素子のデューティ比を変更してデッドタイム補償を行なう。
【特許文献１】特開２００８−４８４７２号公報
【特許文献２】特開２００４−２３８１９号公報
【特許文献３】特開２００７−２２１９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蓄電装置と、その蓄電装置に蓄えられた直流電力を交流電力に変換するインバータと、そのインバータからの交流電力により駆動力を発生するモータとを備えた車両が知られている。このような車両には、たとえばモータに加えて内燃機関を動力源として備えるハイブリッド車両、モータのみを動力源として備える電気自動車などがある。これらの車両においては、減速時にモータを発電機として用いることで、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、蓄電装置に蓄える「回生ブレーキ」が利用できる。
【０００５】
さらに、上記車両において蓄電装置の電圧を昇圧してインバータに供給する構成が採用されている。この構成によればモータを高電圧で駆動可能であるので、モータの高出力化を実現できる。モータの回生時には、モータによる発電電力は降圧されて蓄電装置に供給される。
【０００６】
車両駆動用のモータと蓄電装置との間で電力が授受されるため、蓄電装置には電流の入出力が発生する。ここで蓄電装置から電流が出力される場合の電流の向き（すなわち蓄電装置からコンバータへの向き）を正とし、蓄電装置に電流が入力される場合の電流の向き（すなわちコンバータから蓄電装置への向き）を負とする。蓄電装置に流れる電流がゼロクロスする場合においては、コンバータの動作が降圧動作から昇圧動作に切換るため、コンバータに含まれる２つのスイッチング素子のデューティ比を適切に切換える必要が生じると考えられる。
【０００７】
特開２００８−４８４７２号公報には、蓄電装置に流れる電流の方向が正の場合、および負の場合の各々におけるスイッチング素子の制御は示されているものの、電流の方向が変化する場合におけるスイッチング素子の制御については開示されていない。
【０００８】
本発明の目的は、蓄電装置の電流の流れる方向が変化する場合に、蓄電装置に対応して設けられるコンバータのスイッチング素子を適切に制御することが可能な電源システム、およびそれを備える車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は要約すれば、電源システムであって、直流電力を授受可能な負荷装置に接続される正極ラインおよび負極ラインと、正極ラインおよび負極ラインに接続されるコンデンサと、負荷装置に対して直流電力を入出力する蓄電装置と、電圧変換装置と、制御装置とを備える。電圧変換装置は、正極ラインおよび負極ライン間に直列接続された上アーム素子および下アーム素子と、上アーム素子および下アーム素子の接続点と蓄電装置との間の電流経路に介挿接続されるリアクトルとを含む。電圧変換装置は、蓄電装置の第１の電圧と正極ラインおよび負極ライン間の第２の電圧とを相互に変換する。制御装置は、上アーム素子および下アーム素子が同時にオフするデッドタイムが存在するように上アーム素子および下アーム素子のスイッチング動作を制御する。制御装置は、第２の電圧が目標電圧より低下した場合には、上アーム素子のデューティ比を低下させることにより第２の電圧を上昇させる。制御装置は、蓄電装置に流れる電流の向きが、電圧変換装置から蓄電装置への向きである負方向から負方向と逆の正方向に変化した場合には、負方向から正方向への電流の向きの変化が生じない通常時に比較して、第２の電圧を上昇させるためのデューティ比の低下を制限する。
【００１０】
制御装置は、電流の向きが負方向から正方向に変化した場合には、所定期間、デューティ比の下限値を、通常時におけるデューティ比の下限値よりも高く設定する。
【００１１】
制御装置は、電流の向きが負方向から正方向に変化した場合には、所定期間、デューティ比の低下率を、通常時におけるデューティ比の低下率に比べて小さく設定する。
【００１２】
本発明の他の局面に従うと車両であって、上記のいずれかに記載の電源システムと、電源システムと直流電力を授受する負荷装置とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、蓄電装置の電流の流れる方向が変化する場合において、コンバータのスイッチング素子を適切に制御することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中における同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。
【００１５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１を参照して、このハイブリッド車両１０００は、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構４と、車輪６とを備える。また、ハイブリッド車両１０００は、蓄電装置Ｂ１と、コンバータ１０と、コンデンサＣと、インバータ２０，２２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とをさらに備える。
【００１６】
なお、コンバータ１０は、本発明における「電圧変換装置」に対応する。また、インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、この発明における「負荷装置」を構成する。また、蓄電装置Ｂ１、コンバータ１０、コンデンサＣ、これらに付随するセンサ、制御要素によって、本発明の「電源システム」が構成される。
【００１７】
ハイブリッド車両１０００は、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する。動力分割機構４は、エンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。動力分割機構４は、たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構から成り、この３つの回転軸がエンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸にそれぞれ接続される。なお、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空にしてその中心にエンジン２のクランク軸を通すことにより、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を動力分割機構４に機械的に接続することができる。また、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪６に結合される。
【００１８】
そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン２の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド車両１０００に組込まれる。モータジェネレータＭＧ２は、車輪６を駆動する電動機としてハイブリッド車両１０００に組込まれる。
【００１９】
蓄電装置Ｂ１は、充放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、大容量のキャパシタ等から成る。蓄電装置Ｂ１は、コンバータ１０へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１０によって充電される。
【００２０】
コンバータ１０は、ＥＣＵ１００からの信号ＰＷＣに基づいて蓄電装置Ｂ１からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ２へ出力する。また、コンバータ１０は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬ２を介して供給される回生電力を信号ＰＷＣに基づいて蓄電装置Ｂ１の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ１を充電する。
【００２１】
コンデンサＣは、正極ラインＰＬ２と負極ラインＮＬとの間に接続され、正極ラインＰＬ２と負極ラインＮＬとの間の電圧変動を平滑化する。正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬの間の直流電圧ＶＨは、蓄電装置Ｂ１およびコンバータ１０によって構成される「電源システム」から、インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による「負荷装置」への出力電圧に相当する。この直流電圧ＶＨについて、以下では、システム電圧ＶＨとも称する。
【００２２】
インバータ２０は、ＥＣＵ１００からの信号ＰＷＩ１に基づいて正極ラインＰＬ２からの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン２の動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬ２へ出力する。
【００２３】
インバータ２２は、ＥＣＵ１００からの信号ＰＷＩ２に基づいて正極ラインＰＬ２からの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ２２は、車両の回生制動時、車輪６からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬ２へ出力する。
【００２４】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、３相交流回転電機であり、たとえば３相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０によって回生駆動され、エンジン２の動力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２の始動時、インバータ２０によって力行駆動され、エンジン２をクランキングする。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ２２によって力行駆動され、車輪６を駆動するための駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、インバータ２２によって回生駆動され、車輪６から受ける回転力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２２へ出力する。
【００２５】
上記電源システムには、蓄電装置Ｂ１に対して配置される、電圧センサ４２、電流センサ５２、および温度センサ６２が設けられる。
【００２６】
電圧センサ４２は、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢを検出してＥＣＵ１００へ出力する。温度センサ６２は、蓄電装置Ｂ１の温度ＴＢを検出してＥＣＵ１００へ出力する。電流センサ５２は、蓄電装置Ｂ１から正極ラインＰＬ１を介してコンバータ１０へ入出力される電流ＩＢを検出してＥＣＵ１００へ出力する。
【００２７】
さらに、コンデンサＣの端子間電圧、すなわちシステム電圧ＶＨを検出するための電圧センサ４６が配置される。電圧センサ４６による検出値は、ＥＣＵ１００へ出力される。
【００２８】
ＥＣＵ１００は、コンバータ１０を制御するための信号ＰＷＣを生成してコンバータ１０へ出力する。さらに、ＥＣＵ１００は、インバータ２０，２２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれインバータ２０，２２へ出力する。
【００２９】
図２は、図１に示したコンバータ１０の構成を示す回路図である。図２を参照して、コンバータ１０は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１と、駆動回路３１，３２とを含む。
【００３０】
本実施の形態において、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」とも称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用されるものとするが、制御信号によってオン・オフを制御可能であれば任意のスイッチング素子を適用可能である。たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やバイポーラトランジスタ等についても用いることができる。なお、これらの半導体スイッチング素子の制御電極を、以下では「ゲート」と総称することにする。
【００３１】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、正極ラインＰＬ２と負極ラインＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬ１の一方端は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードに接続され、その他方端は、正極ラインＰＬ１に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はそれぞれ「上アーム素子」および「下アーム素子」に対応する。
【００３２】
駆動回路３１，３２はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電極にそれぞれ接続される。駆動回路３１，３２はＥＣＵ１００からの信号ＰＷＣに従って、対応するスイッチング素子のゲート電極にゲート信号Ｇ１，Ｇ２をそれぞれ供給する。これによりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオンオフされる。
【００３３】
また、蓄電装置Ｂ１の充放電時には電流ＩＢが流れる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作により、電流ＩＢの方向は正方向（蓄電装置Ｂ１からコンバータ１０への方向）および負方向（コンバータ１０から蓄電装置Ｂ１への方向）の間で周期的に変化するものの、巨視的には、電流ＩＢは、蓄電装置Ｂ１の放電時に正方向に流れ、蓄電装置Ｂ１の充電時に負方向に流れる。以下では特に説明しない限り、「電流ＩＢの方向」とは、周期的な方向の変化を考慮しない状態での電流ＩＢの方向を意味するものとする。
【００３４】
図３は、コンバータ１０の制御に用いられる信号ＰＷＣ，Ｇ１，Ｇ２の波形図である。
図３を参照して、信号ＰＷＣの立上がりに応じてゲート信号Ｇ１が立上がるとともにゲート信号Ｇ２が立下がる。一方、信号ＰＷＣの立下がりに応じてゲート信号Ｇ１が立下がるとともにゲート信号Ｇ２が立上がる。本実施の形態ではゲート信号Ｇ１（Ｇ２）の電位レベルがＨ（論理ハイ）レベルである期間にスイッチング素子Ｑ１（Ｑ２）がオン状態となり、ゲート信号Ｇ１（Ｇ２）の電位レベルがＬ（論理ロー）レベルである期間にスイッチング素子Ｑ１（Ｑ２）がオフ状態となるものとする。
【００３５】
ここでスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が同時にオンすると、正極ラインＰＬ１と負極ラインＮＬとが短絡される。この問題を防ぐためにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がともにオフ状態である期間が必要となる。この期間は一般的に「デッドタイム」と呼ばれる。図３に示した期間ｄ１，ｄ２がデッドタイムに対応する。
【００３６】
また、本実施の形態では、信号ＰＷＣのデューティ比Ｄ（オンデューティ比）をＴｈ／Ｔと定義する。Ｔは信号ＰＷＣの周期を表わし、Ｔｈは、信号ＰＷＣの電位レベルがＨレベルである期間を表わす。コンバータ１０は、このデューティ比Ｄに応じて昇圧比および降圧比を変化させる。
【００３７】
なおデューティ比Ｄが小さくなると、Ｔｈが短くなるのでゲート信号Ｇ１のデューティ比（オンデューティ比）が小さくなり、ゲート信号Ｇ２のデューティ比（オンデューティ）が大きくなる。逆にデューティ比Ｄが大きくなると、Ｔｈが長くなるのでゲート信号Ｇ１のデューティ比（オンデューティ比）が大きくなり、ゲート信号Ｇ２のデューティ比（オンデューティ）が小さくなる。
【００３８】
図２に戻り、コンバータ１０は、チョッパ回路から成る。そして、コンバータ１０は、信号ＰＷＣに基づいて、正極ラインＰＬ１の電圧をリアクトルＬ１を用いて昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ２へ出力する。具体的には、上記デューティ比Ｄを制御することにより、蓄電装置Ｂ１からの出力電圧の昇圧比を制御できる。
【００３９】
一方、コンバータ１０は、信号ＰＷＣに基づいて、正極ラインＰＬ２の電圧を降圧し、その降圧した電圧を正極ラインＰＬ１へ出力することもできる。具体的には、上記デューティ比Ｄを制御することによって、正極ラインＰＬ２の電圧の降圧比を制御できる。
【００４０】
次にコンバータ１０の昇圧動作および降圧動作についての概要を説明する。ただし以下の説明では、理解を容易にするために、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の一方がオフし、他方がオンオフするものとする。
【００４１】
スイッチング素子Ｑ１がオフの状態でスイッチング素子Ｑ２をオン／オフさせたとする。スイッチング素子Ｑ２のオン期間においては、蓄電装置Ｂ１から正極ラインＰＬ１、リアクトルＬ１、ダイオードＤ１を順に介して放電電流が正極ラインＰＬ２へ流れる。同時に、蓄電装置Ｂ１から正極ラインＰＬ１、リアクトルＬ１、スイッチング素子Ｑ２、および負極ラインＮＬを順に介してポンプ電流が流れる。リアクトルＬ１は、このポンプ電流により電磁エネルギーを蓄積する。そしてスイッチング素子Ｑ２がオン状態からオフ状態に遷移すると、リアクトルＬ１は蓄積した電磁エネルギーを放電電流に重畳する。その結果、コンバータ１０から正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬへ供給される直流電力の平均電圧は、リアクトルＬ１に蓄積される電磁エネルギーに相当する電圧だけ昇圧される。
【００４２】
一方、スイッチング素子Ｑ１をオン／オフさせ、かつ、スイッチング素子Ｑ２をオフ状態に維持したとする。スイッチング素子Ｑ１のオン期間においては、正極ラインＰＬ２から、スイッチング素子Ｑ１、リアクトルＬ１、および正極ラインＰＬ１を順に介して、充電電流が蓄電装置Ｂ１へ流れる。そして、スイッチング素子Ｑ１がオン状態からオフ状態に遷移すると、リアクトルＬ１が電流変化を妨げるように磁束を発生するので、充電電流はダイオードＤ２、リアクトルＬ１、および正極ラインＰＬ１を順に介して流れ続ける。一方で、電気エネルギー的にみると、正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬから直流電力が供給されるのはスイッチング素子Ｑ１のオン期間だけであるので、充電電流が一定に保たれるとすると（リアクトルＬ１のインダクタンスが十分に大きいとすると）、コンバータ１０から蓄電装置Ｂ１へ供給される直流電力の平均電圧は、正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬ間の直流電圧にスイッチング素子Ｑ１のデューティ比を乗じた値となる。
【００４３】
したがって、スイッチング素子Ｑ１のオン期間を短くする（オフ期間を長くする）ほど、コンバータ１０の動作としては昇圧動作となり、その昇圧比も高くなることになる。つまりデューティ比Ｄを小さくするほど昇圧比が高くなることになる。
【００４４】
図４は、図１に示したＥＣＵ１００の機能ブロック図である。図４を参照して、ＥＣＵ１００は、コンバータ制御部２００と、インバータ制御部１１０，１２０とを含む。
【００４５】
コンバータ制御部２００は、電圧センサ４２によって検出された電圧ＶＢ、電圧センサ４６によって検出された電圧ＶＨ、および電流センサ５２によって検出された電流ＩＢに基づいて、コンバータ１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン・オフするためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号ＰＷＣを生成する。
【００４６】
コンバータ制御部２００は、さらに、蓄電装置Ｂ１の残存容量（State of Charge；充電状態とも呼ばれる）を示す残存容量値ＳＯＣを受ける。この値は、たとえば蓄電装置が満充電状態であるときに１００％であると定義され、蓄電装置が完全に放電した状態であるときに０％であると定義される。残存容量値ＳＯＣは、電圧ＶＢ、電流ＩＢ、温度ＴＢなどを用いて、種々の公知の手法により算出することができる。
【００４７】
インバータ制御部１１０は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１、モータ電流ＭＣＲＴ１およびロータ回転角θ１、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０に含まれるパワートランジスタをオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ１としてインバータ２０へ出力する。
【００４８】
インバータ制御部１２０は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ２、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２２に含まれるパワートランジスタをオン・オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ２としてインバータ２２へ出力する。
【００４９】
なお、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２は、たとえば、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度などに基づいて、図示されない車両ＥＣＵによって算出される。また、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ１，θ２の各々は、図示されないセンサによって検出される。
【００５０】
次に、コンバータ１０の制御について詳細に説明する。図５は、コンバータ１０の制御を説明する機能ブロック図である。図５を参照して、コンバータ制御部２００（図３）は、目標値設定部２１０と、電圧制御部２１５とを含む。
【００５１】
目標値設定部２１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク（代表的には、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２）および回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２（指令値あるいは、回転角θ１，θ２の検出に基づく検出値）、ならびに蓄電装置Ｂ１の残存容量値ＳＯＣに基づいて、電圧ＶＨの目標値（目標電圧ＶＲ）を生成する。
【００５２】
たとえば、目標値設定部２１０は、モータジェネレータＭＧ１および／またはＭＧ２の力行動作時および回生制動時においては、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２および回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に応じて、システム電圧ＶＨが適切なレベルとなるように目標電圧ＶＲを設定する。たとえば、目標値設定部２１０は、回転速度ＭＲＮ（ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を総括的に示すもの、以下同じ）およびトルク指令値ＴＲ（ＴＲ１，ＴＲ２を総括的に示すもの、以下同じ）の組合わせによって示されるモータ動作点毎に目標電圧ＶＲが設定されたマップを参照することによって、目標電圧ＶＲを設定する。これにより、回転速度ＭＲＮおよびトルク（トルク指令値ＴＲ）に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に応じた適切な目標電圧ＶＲを設定できる。
【００５３】
基本的には、モータジェネレータＭＧ（ＭＧ１，ＭＧ２）を総括的に示すもの、以下同じ）による誘起電圧よりも高い電圧にシステム電圧ＶＨを設定して、モータ電流の制御が可能となるように、目標電圧ＶＲが設定される。また、システム電圧ＶＨに応じて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２での損失（銅損、鉄損）、インバータ２０，２２での損失（オン損失、スイッチング損失）、コンバータ１０での損失（オン損失、スイッチング損失）、リアクトルＬ１での損失（銅損、鉄損）等が変化するので、これらの損失特性についても考慮した上で、各モータ動作点でのマップ値（目標電圧ＶＲ）を設定することが好ましい。
【００５４】
具体的には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれに対して上述したマップが設定される。また、各モータジェネレータに対応するマップ、および、回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２およびトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれに対応する目標電圧が求められる。それらの目標電圧の最大値が電源システム全体での目標電圧ＶＲに設定される。
【００５５】
なお、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２の算出は、ユーザによるペダル操作を反映したハイブリッド車両１０００全体での要求パワーに基づいて実行される。特に、ハイブリッド自動車では、エンジンの出力パワーとモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生パワーとの配分が最適なものとなるように、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２が算出される。また、一般的に、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２は、蓄電装置Ｂ１の入出力可能電力の制限値や、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２あるいはインバータ２０，２２等の温度上昇度合を反映して、必要に応じて制限される。
【００５６】
再び図５を参照して、電圧制御部２１５は、減算部２２２，２２６と、ＰＩ制御部２２４と、制限部２２７と、変調部２２８とを含む。減算部２２２は、目標電圧ＶＲからシステム電圧ＶＨを減算し、その演算結果をＰＩ制御部２２４へ出力する。ＰＩ制御部２２４は、目標電圧ＶＲとシステム電圧ＶＨとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部２２６へ出力する。
【００５７】
減算部２２６は、電圧ＶＢ／目標電圧ＶＲで示されるコンバータ１０の理論昇圧比の逆数からＰＩ制御部２２４の出力を減算し、その演算結果をデューティ指令Ｔｏｎとして出力する。
【００５８】
制限部２２７は、電流ＩＢの方向が負から正に変化したこと（すなわち電流ＩＢがゼロクロスしたこと）を検出すると、一定期間、デューティ指令Ｔｏｎが示すデューティ比Ｄの低下を抑制するための制限処理を実行する。なお、上記の一定期間が経過すると、制限部２２７は、デューティ比Ｄの低下を抑制する制限処理を解除する。変調部２２８は、デューティ指令Ｔｏｎと図示しない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいてＰＷＭ信号ＰＷＣを生成する。
【００５９】
図５に示した制御構成によって、本実施の形態の電源システムでは、力行動作時には、蓄電装置Ｂ１から放電された電力を、負荷装置の入力電圧としてのシステム電圧ＶＨに変換して、電力線（正極ラインＰＬ２）に出力するように電力変換動作が実行される。一方、回生制動動作時には、電力線（正極ラインＰＬ２）上の充電電力により、蓄電装置Ｂ１を充電するように電力変換動作が実行される。
【００６０】
図６は、電流ＩＢが負側から正側に変化する場合の電流ＩＢの波形図である。図６を参照して、電流ＩＢは、周期的に増減を繰返しながら、負側から正側に変化する。たとえばアクセルオフ時には、車両を減速させるためにモータジェネレータＭＧ２が発電する（回生制動を行なう）とともに、生成された電力が蓄電装置Ｂ１に蓄えられる。この場合には電流ＩＢは負領域にある。次にユーザがアクセルペダルを踏み込んだ場合（アクセルオン時）にはモータジェネレータＭＧ２から駆動力を発生させるために、蓄電装置Ｂ１からモータジェネレータＭＧ２に電力が供給される。したがって電流ＩＢは負から正に変化する。
【００６１】
理想的には、電流ＩＢは直線的に変化し、０である状態が瞬間的にしか発生しない。しかしながら、実際にはデッドタイムの影響によって、電流ＩＢの値が０付近に張り付く現象が発生する。図６は実際の電流ＩＢの変化を模式的に示しているが、たとえば図６に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間においては、電流ＩＢの上限ピークが０を上回ることができなかったり、下限ピークが０を下回ることができなかったりする。さらに、電流ＩＢの値がなかなか上昇しなくなる。この結果、理想的な電流ＩＢに比べて実際の電流ＩＢが低くなる。
【００６２】
このような状態では、理想的な電流ＩＢと実際の電流ＩＢとの差はコンデンサＣからの放電電流によって補われる。しかしコンデンサＣが放電することによって電圧ＶＨが低下する。このため、次に説明する課題が発生する。
【００６３】
図７は、電圧ＶＨの低下時に生じうる課題を説明するための図である。
図７を参照して、電流ＩＢが０付近で停滞すると電圧ＶＨが目標電圧ＶＲよりも低下する。この場合、電圧制御部２１５（図５）は、フィードバック制御を実行することにより、電圧ＶＨが上昇するようデューティ指令Ｔｏｎを生成する。デューティ比Ｄが低下すれば昇圧比が大きくなるので、電圧ＶＨを上昇させることが可能になる。したがって電圧制御部２５０はデューティ比Ｄを低下させるためのデューティ指令Ｔｏｎを生成する。
【００６４】
しかしながらデッドタイムの影響により電流ＩＢは０付近で停滞する。上述したように、リアクトルＬ１がポンプ電流により蓄積された電磁エネルギーを放電電流に重畳することで電圧ＶＨが上昇する。しかしながら電流ＩＢが０付近の状態では、このような作用を発現させることは困難であるので、デューティ比Ｄを小さくしても昇圧への効果が生じにくい。一方、電圧制御部２５０は、電圧ＶＨに基づくフィードバック制御を行なっているので、電圧ＶＨが低下するほどデューティ比Ｄを小さくする。
【００６５】
この結果、電流ＩＢが０付近で停滞した状態が終わったときにはデューティ比Ｄが低すぎることとなる。その一方で、コンバータ１０は通常の昇圧動作が可能な状態となる。この結果、電圧ＶＨが目標電圧ＶＲに戻るとともに電流ＩＢが急激に上昇する。したがって破線の丸囲みで示されるような電流ＩＢのサージが発生する。サージ成分が過大になると、コンバータ１０への損傷の影響が生じる可能性がある。
【００６６】
本実施の形態では、以下のようにデューティ比Ｄを制御することによってサージ電流を抑制する。
【００６７】
図８は、実施の形態１によるデューティ比Ｄの制御を説明する図である。図８を参照して、時刻ｔ１１において、コンバータ制御部２００（図５）は電流ＩＢの０クロスを判定する。電流ＩＢのゼロクロスを判定する方法としては、電流センサ５２の検出値を用いる方法を採用できる。ただし、既に説明したように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作に伴って電流ＩＢが周期的に増減するので電流ＩＢも変化する。したがって、たとえば所定周期で電流ＩＢの値をサンプリングする。これにより電流ＩＢの短時間での変動（周期的変動）を抑制できるので、電流ＩＢのゼロクロスを検出できる。
【００６８】
また、蓄電装置の電流を検出するための方法としては、負荷装置のパワー（モータジェネレータＭＧ１のパワーと損失、モータジェネレータＭＧ２のパワーと損失との合計）を算出し、その算出されたパワーから蓄電装置の電流を算出する方法も採用できる。
【００６９】
コンバータ制御部２００（より具体的には制限部２２７）は、電流ＩＢのゼロクロス、（負方向から正方向への電流ＩＢの変化）を検知すると、一定時間、デューティ比Ｄの下限値が通常時の下限値よりも高くなるようにデューティ指令Ｔｏｎに対する制限処理を実行する。なお「通常時」とは、負方向から正方向への電流ＩＢの向きの変化が生じない場合を意味する。したがって、通常時とは、電流ＩＢの向きが負方向の場合、正方向の場合、および正方向から負方向に変化する場合を含む。
【００７０】
通常時のデューティ比の下限値は、たとえば蓄電装置Ｂ１から取り出し可能な電力に基づき定められる。制限処理の実行時におけるデューティ比Ｄの下限値は特に限定されるものではないが、一つの実施形態を示すと、通常時のデューティ比の下限値の１．２倍の値に設定される。
【００７１】
また、制限処理を実行する時間は、たとえば電圧ＶＨが低下し始めてから元の値に復帰するまでの期間として、実験、あるいはシミュレーションなどによって求められた値を採用できる。
【００７２】
上記の制限処理を実行することによって、電流ＩＢが０付近に張り付いた状態が終了した直後に電流ＩＢが急上昇するのを抑制できる。したがって電流ＩＢのサージを抑制できる。時刻ｔ１２において、制限部２２７は上記の制限処理を終了させる。これによりデューティ比Ｄの下限値が通常時の下限値となる。
【００７３】
以上のように、実施の形態１によれば、蓄電装置に流れる電流（リアクトルに流れる電流）のゼロクロスを検知すると、一定期間、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比の下限値の低下を制限する。具体的には、蓄電装置に流れる電流が負から正に変化する場合には、蓄電装置に流れる電流の方向が変化しない場合に比較してデューティ比の下限値を高くする。これによって、蓄電装置に流れる電流が負側から正側に増加した場合に、サージ成分が生じることを回避できる。
【００７４】
［実施の形態２］
実施の形態２に従うハイブリッド車両の構成は図１に示すハイブリッド車両１０００の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。実施の形態２におけるコンバータ制御部２００の構成は、図５に示す構成と同様である。ただし、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比の下限値の低下を制限する方法において、実施の形態２は実施の形態１と異なる。
【００７５】
図９は、実施の形態２によるデューティ比Ｄの制御を説明する図である。図９を参照して、時刻ｔ１１において、コンバータ制御部２００（図５）は電流ＩＢのゼロクロスを検出する。この検出方法は実施の形態１と同様の方法を適用できる。次にコンバータ制御部２００（より具体的には制限部２２７）は、一定の時間変化率に従ってデューティ比Ｄを低下させる。この時間変化率は、通常時のデューティ比Ｄの時間変化率よりも小さい値として定められる。すなわち、電流ＩＢのゼロクロスが検出された場合には、デューティ比Ｄは通常時に比べて緩やかに低下する。
【００７６】
デューティ比Ｄの低下率の制限は、一定期間にわたり継続される。この「一定期間」は、実施の形態１と同様に、電圧ＶＨが低下し始めてから元の値に復帰するまでの期間として、実験、シミュレーションなどによって求められた値を採用できる。時刻ｔ１２において、制限部２２７は上記の制限処理を終了させる。これによりデューティ比Ｄの下限値が通常時の下限値となる。
【００７７】
このように実施の形態２ではデューティ比Ｄの低下率を制限する。これにより電流ＩＢが負から正に変化する場合においてデューティ比Ｄが下がりすぎるのを抑制できる。したがって、実施の形態１と同様に、蓄電装置に流れる電流が負側から正側に増加した場合に、サージ成分が生じることを回避できる。
【００７８】
（電源システムの変形例）
図１０は、電源システムの構成の変形例を示す図である。図１０を参照して、ハイブリッド車両１０００Ａは、蓄電装置およびコンバータの組を複数備える点においてハイブリッド車両１０００と異なる。すなわち、ハイブリッド車両１０００Ａは、蓄電装置Ｂ２、コンバータ１２、電圧センサ４４をさらに備える点において、ハイブリッド車両１０００Ａと異なる。コンバータ１２の構成はコンバータ１０の構成と同様である。また、蓄電装置Ｂ２に対応して電圧センサ４４、電流センサ５４および温度センサ６４が設けられる。
【００７９】
蓄電装置Ｂ１に対応して設けられた各種センサからは、電圧ＶＢ１、温度Ｔ１および電流Ｉ１の検出値がＥＣＵ１００に送られる。同様に蓄電装置Ｂ２に対応して設けられた各種センサからは、電圧ＶＢ２、温度Ｔ２および電流Ｉ２の検出値がＥＣＵ１００に送られる。ＥＣＵ１００は、これらの検出値に基づいて、コンバータ１０，１２をそれぞれ制御するための信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成する。
【００８０】
ＥＣＵ１００は、たとえば電圧ＶＨが目標電圧ＶＲとなるようにコンバータ１０を電圧制御するための信号ＰＷＣ１を生成してコンバータ１０に出力し、蓄電装置Ｂ２に流れる電流Ｉ２が目標電流となるようにコンバータ１２を電流制御するための信号ＰＷＣ２を生成してコンバータ１２に出力する。コンバータ１２を電流制御する場合においても、コンバータ１２に含まれる２つのスイッチング素子のオン・オフ期間の比（デューティ比）が制御される。したがって、図１０に示した構成においても、本発明を適用できる。
【００８１】
なお、蓄電装置および対応のコンバータの組が３以上の複数個並列接続された構成の電源システムにおいても、本発明を適用できることを確認的に記載する。
【００８２】
また、蓄電装置、コンバータ（電圧変換装置）、および、蓄電装置と電力を授受する負荷を備える車両であれば、本発明を適用できる。したがって、ハイブリッド車両以外にも、電気自動車、燃料電池車等にも本発明を適用できる。また、負荷装置を車両駆動力発生用の電動機（モータジェネレータ）に限定することなく、その他の負荷装置に適用される電源システムについても、蓄電装置およびコンバータ（電力変換装置）を備え、なおかつ負荷装置と蓄電装置との間で電力を授受する構成であれば、本発明の適用が可能である。
【００８３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。
【図２】図１に示したコンバータ１０の構成を示す回路図である。
【図３】コンバータ１０の制御に用いられる信号ＰＷＣ，Ｇ１，Ｇ２の波形図である。
【図４】図１に示したＥＣＵ１００の機能ブロック図である。
【図５】コンバータ１０の制御を説明する機能ブロック図である。
【図６】電流ＩＢが負側から正側に変化する場合の電流ＩＢの波形図である。
【図７】電圧ＶＨの低下時に生じうる課題を説明するための図である。
【図８】実施の形態１によるデューティ比Ｄの制御を説明する図である。
【図９】実施の形態２によるデューティ比Ｄの制御を説明する図である。
【図１０】電源システムの構成の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
２  エンジン、４  動力分割機構、６  車輪、１０，１２  コンバータ、２０，２２  インバータ、３１，３２  駆動回路、４２，４４，４６  電圧センサ、５２，５４  電流センサ、６２，６４  温度センサ、１００  ＥＣＵ、１１０，１２０  インバータ制御部、２００  コンバータ制御部、２１０  目標値設定部、２１５  電圧制御部、２２２，２２６  減算部、２２４  ＰＩ制御部、２２７  制限部、２２８  変調部、１０００，１０００Ａ  ハイブリッド車両、Ｂ１，Ｂ２  蓄電装置、Ｃ  コンデンサ、Ｄ  デューティ比、Ｄ１，Ｄ２  ダイオード、Ｌ１  リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、ＮＬ  負極ライン、ＰＬ１，ＰＬ２  正極ライン、Ｑ１，Ｑ２  電力用半導体スイッチング素子。
【図１】
2010115056.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010115056.tif 000009
【図８】
2010115056.tif 000010
【図９】
2010115056.tif 000011
【図１０】
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