(57)【要約】【課題】優れた直並列接続切換回路を提供する。【解決手段】直列スイッチ及び２つの並列スイッチをもつ直並列接続切換回路はさらに、２つの昇圧チョッパの少なくとも1つをもつ。言い換えれば、この接続切換回路は、２つの昇圧チョッパの一方乃至両方をもつ。各昇圧チョッパは、リアクトル及び蓄勢スイッチをもつ。昇圧チョッパはさらに、接続切換回路の並列スイッチからなる出力スイッチをもつ。並列スイッチと直列接続されたこの出力スイッチは、昇圧電圧を出力する。昇圧チョッパは、直列スイッチの電流を低減する。昇圧チョッパは、２つの直流電源の電圧の和より高い電圧値を出力する。【選択図】図９
2014124043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ (４)を駆動するインバータ(３)に可変DCリンク電圧を印加するための接続切換回路（５）を有し、
接続切換回路(５)は、直列スイッチ(５０)、上並列スイッチ(５１)及び下並列スイッチ(５２)を有し、
直列スイッチ(５０)は、下直流電源(１１)の正極端子を上直流電源(１２)の負極端子に接続し、
上並列スイッチ(５１)は、上直流電源(１２)及び直列スイッチ(５０)のペアと並列に接続され、
下並列スイッチ(５２)は、下直流電源(１１)及び直列スイッチ(５０)のペアと並列に接続され、
下直流電源(１１)の負極端子は、低電位DCリンク線（８）を通じてインバータ（３）の負端子に接続され、
上直流電源(１２)の正極端子は、高電位DCリンク線（７）を通じてインバータ（３）の正端子に接続されるモータ駆動装置において、
接続切換回路（５）はさらに、上昇圧チョッパ（５A）及び下昇圧チョッパ（５B)の少なくとも1つを備え、
上昇圧チョッパ (５A)は、リアクトル(L１)、下並列スイッチ（５２）及び上蓄勢スイッチ(５３)を有し、
下昇圧チョッパ (５B)は、リアクトル(L２)、上並列スイッチ（５１）及び下蓄勢スイッチ(５４)を有し、
直列スイッチ（５０）の上端子は、上蓄勢スイッチ（５３）を通じて高電位DCリンクライン（７）に接続され、かつ、下並列スイッチ（５２）を通じて低電位DCリンクライン（８）に接続され、
直列スイッチ（５０）の下端子は、上並列スイッチ（５１）を通じて高電位DCリンクライン（７）に接続され、かつ、下蓄勢スイッチ（５４）を通じて低電位DCリンクライン（８）に接続されることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
接続切換回路（５）は、上昇圧チョッパ（５A）と下昇圧チョッパ（５B)とのどちらかを備える請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
接続切換回路（５）は、上昇圧チョッパ（５A）及び下昇圧チョッパ（５B)の両方を備える請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
モータ駆動装置はさらに、２つの入力側平滑キャパシタ（６１及び６２）を有し、
２つの入力側平滑キャパシタ（６１及び６２）の１つは、直列スイッチ５０の下端子を低電位DCリンク線（８）に接続し、
２つの入力側平滑キャパシタ（６１及び６２）の他の１つは、直列スイッチ５０の上端子を高電位DCリンク線（７）に接続する請求項３記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
２つのリアクトル（L１及びL２)は、電磁誘導結合している請求項３記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
上直流電源(１２)の正極端子は、第１の電磁接触器（２１）を通じて高電位DCリンクライン（７）に接続され、
上直流電源(１２)の負極端子は、第２の電磁接触器（２２）を通じて直列スイッチ（５０）の上端子に接続され、
下直流電源(１１)の正極端子は、第３の電磁接触器（２３）を通じて直列スイッチ（５０）の下端子に接続され、
下直流電源(１１)の負極端子は、第４の電磁接触器（２４）を通じて低電位DCリンク線（８）に接続される請求項３記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
第１の電磁接触器（２１）及び第３の電磁接触器（２３）は、第１の共通コイル（３０１）により制御され、
第２の電磁接触器（２２）及び第４の電磁接触器（２４）は、第２の共通コイル（３０２）により制御される請求項６記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
直列スイッチ(５０)は、電磁接触器からなる請求項３記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
モータ駆動装置はさらに、接続切換回路（５）を制御するコントローラ（９）を有し、
接続切換回路(５)は、昇圧チョッパ（５A及び５B)を運転することにより、直列スイッチ（５０）のオン及びオフの直前に、直列スイッチ（５０）の電流値を低減する請求項７記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
モータ駆動装置はさらに、接続切換回路（５）を制御するためのコントローラ（９）をさらに有し、
コントローラ（９）は、並列モード、直列モード及び昇圧モードを有し、
直列スイッチ(５０)は、直列モードの間中においてオンされ、かつ、並列モード及び昇圧モードの間中においてオフされ、
並列スイッチ(５１及び５２)は、並列モードの間中においてオンされ、かつ、直列モードの間中においてオフされ、
蓄勢スイッチ（５３及び５４）は、昇圧モードの間中において繰り返しスイッチングされる請求項３記載のモータ駆動装置。
【請求項１１】
昇圧チョッパ(５A及び５B)は、昇圧モードにおいて昇圧電圧値を出力し、
この昇圧電圧値は、上直流電源（１２）と下直流電源（１１）との電圧値の和よりも高い
請求項１０記載のモータ駆動装置。
【請求項１２】
コントローラはさらに、ハイサイド・バッテリモード及びローサイド・バッテリモードを有し、
直列スイッチ(５０)及び上並列スイッチ(５１)は、ハイサイド・バッテリモードにおいてオフされ、
下並列スイッチ(５２)は、ハイサイド・バッテリモードにおいてオンされ、
直列スイッチ(５０)及び下並列スイッチ(５２)は、ローサイド・バッテリモードにおいてオフされ、
上並列スイッチ(５１)は、ローサイド・バッテリモードにおいてオンされる請求項１０記載のモータ駆動装置。
【請求項１３】
コントローラ(９)はさらに、昇圧モードにおいて均等化モードを有し、
下直流電源（１１）と上直流電源（１２）との間の電圧差を低減するために、
昇圧チョッパ（５A)のデユーティ比及び昇圧チョッパ（５B)のデユーティ比は、この均等化モードにおいて独立制御される請求項１０記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の直流電源のための直並列切換回路を有するモータ駆動装置に関し、特に車両の走行モータ駆動用のインバータに可変DCリンク電圧を印加するためのモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変速走行モータは、高速領域で大きな逆起電力（バックEMF)を誘導する。このため、走行モータにモータ電流を供給するインバータは、高速領域にて高いDCリンク電圧を必要とする。しかし、 このバックEMFは低速領域で低い。故に、インバータは、低速領域でモータ電流を制限せねばならない。一般に、インバータ運転のためのパルス幅変調のデユーティ比は、モータ電流低減のために減らされる。
【０００３】
けれども、 バッテリ及び平滑キャパシタの電流リップルは、PWMデユーティ比の低減により増大する。したがって、バッテリ及び平滑キャパシタの電力損失が増加する。その結果、バッテリ寿命が短くなり、バッテリ及び平滑キャパシタは強力に冷却されねばならない。
【０００４】
低速領域にてインバータに印加されるDCリンク電圧を低減することが好適である。いわゆる昇圧チョッパと呼ばれる昇圧型のDCDCコンバータが、DCリンク電圧を変更するために採用される。２つのバッテリの接続切換のための直並列接続切換回路もDCリンク電圧の変更のために提案されている。
【０００５】
図１は、昇圧チョッパ５A及び５Bからなる多相昇圧チョッパを有する従来のモータ駆動装置を示す。バッテリ１１は、電磁接触器２１及び２２のペアを通じて入力側平滑キャパシタ６０にバッテリ電圧を印加する。昇圧チョッパ５Aは、リアクトルL１、蓄勢スイッチ１３スイッチ５２及び出力スイッチ５３からなる。昇圧チョッパ５Bは、リアクトルL２、出力スイッチ５４及び蓄勢スイッチ５１からなる。昇圧チョッパ５A及び５Bは、DCリンクに昇圧電圧を交互に印加する。出力平滑キャパシタ６は、インバータ３と並列接続されている。インバータ３は、走行モータ４を駆動する。リアクトルL１及び L２は、誘導結合されている。けれども、昇圧チョッパは、磁気部品であるリアクトルのために重く、高価である。更に、鉄損及び銅損をもつリアクトルは、強力に冷却されねばならない。
【０００６】
図２は、特許文献１に示される従来の直並列接続切換回路５を有する従来のモータ駆動装置を示す。接続切換回路５は、直列スイッチ５０及び２つの並列スイッ５１及び５２をもつ。２つのバッテリ １１及び１２は、直列スイッチ５０がオンする時、直列接続される。２つのバッテリ １１及び１２は、２つの並列スイッチ５２及び５３がオンする時、並列接続される。
【０００７】
PWMスイッチングの電力損失を省略できるため、バッテリ１１及び１２並びに平滑キャパシタ６の電流リップルは、低速領域で並列接続の採用により低減される。接続切換回路５は、。また、一対のバッテリ１１、１２の並列接続は、バッテリ内部抵抗損失を大幅に低減する。けれども、直並列接続切換回路５は、未だ広く採用されてはいない。これは、従来の直並列接続切換回路５がまだ解決を要する深刻な課題をもつことを意味する。
【０００８】
第１の問題は、スイッチ５０-５２としての電磁開閉器のスパーク問題である。第２の問題は、平滑キャパシタの突入電流問題である。第３の問題は、互いに異なる電圧をもつバッテリ１１、１２の短絡電流問題である。第４の問題は、DCリンク電圧の切換によって引き起こされるトルク衝撃問題である。
【０００９】
図３は、特許文献２に示される従来のモータ駆動装置を示す。
接続切換回路５は、スイッチS１-S３からなる。モータ駆動装置は更に追加トランジスタT１-T３をもつ。トランジスタT１-T３は、接続切換回路５がバッテリ １１及び１２の接続を切り換える間、接続切換回路からインバータ３を分離する。したがって、電磁開閉器S１-S３のスパークが回避される。けれども、回路構成が複雑となり、モータ駆動装置の電力損失及び製造コストが増加する。
【００１０】
図４は、特許文献３に示される従来のモータ駆動装置を示す。モータ駆動装置は、直並列接続切換回路５及び昇圧チョッパ５Aの両方をもつ。昇圧チョッパ５Aは、リアクトル５１、蓄勢スイッチ５２及び出力スイッチ５３からなる。リアクトル５１は、第４スイッチ５５を通じてバッテリ１１の正端子に接続されている。昇圧チョッパ５Aは、接続切換回路５Aがバッテリ１１及び１２の接続を切り換える直前に、DCリンク電圧を緩慢に変更する。
【００１１】
したがって、突入電流問題及びスパーク問題が解決される。
けれども、昇圧チョッパ５Aは、重く高価なリアクトル５４を必要とする。さらに、回路構成が複雑となり、モータ駆動装置の電力損失及び製造コストが増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開１９９３-２３６６０８号公報
【特許文献２】特開１９９６-２５６４０４号公報
【特許文献３】特開２０１２-６０８３８号公報
【発明の概要】
【００１３】
本発明の１つの目的は、平滑キャパシタの突入電流が少ない直並列接続切換回路をもつモータ駆動装置を提供することである。本発明のもう１つの目的は、トルク衝撃が小さい直並列接続切換回路をもつモータ駆動装置を提供することである。本発明のもう１つの目的は、２つの直流電源間の短絡電流が少ない直並列接続切換回路をもつモータ駆動装置を提供することである。
【００１４】
直列スイッチ及び２つの並列スイッチをもつ直並列接続切換回路はさらに、２つの昇圧チョッパの少なくとも1つをもつ。言い換えれば、この接続切換回路は、２つの昇圧チョッパの一方乃至両方をもつ。各昇圧チョッパは、リアクトル及び蓄勢スイッチをもつ。昇圧チョッパはさらに、接続切換回路の並列スイッチからなる出力スイッチをもつ。並列スイッチと直列接続されたこの出力スイッチは、昇圧電圧を出力する。直列スイッチの電流は、バッテリの接続が切り換えられる過渡期間に低減される。この電流低減は、昇圧チョッパにより実施される。好適には、昇圧チョッパは、２つの直流電源の電圧の和より高い電圧値を出力する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、従来のインターリーブ型接続切換回路をもつモータ駆動装置を示す回路構成図である。
【図２】図２は、従来の直並列接続切換回路をもつモータ駆動装置を示す回路構成図である。
【図３】図３は、接続切換回路からインバータを分離するための分離スイッチをもつ従来の直並列接続切換回路を示す回路構成図である。
【図４】図４は、昇圧チョッパ及び接続スイッチのペアをもつ従来の直並列接続切換回路を示す回路構成図である。
【図５】図５は、第1実施例のモータ駆動装置を示す回路構成図である。
【図６】図６は、上昇圧チョッパの蓄勢モード及び下昇圧チョッパの出力モードを示す模式回路構成図である。
【図７】図７は、下昇圧チョッパの蓄勢モード及び上昇圧チョッパの出力モードを示す模式回路構成図である。
【図８】図８は、誘導結合された２つのリアクトルをもつ接続切換回路を示す模式回路構成図である。
【図９】図９は、トランジスタ及び逆並列ダイオードからなる直列スイッチをもつ変形接続切換回路を示す模式回路構成図である。
【図１０】図１０は燃料電池及びバッテリを接続するための変形接続切換回路を示す模式回路構成図である。
【図１１】図１１は、接続切換動作を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、 各モードが実行される領域を示すトルク-速度図である。
【図１３】図１３は、接続切換動作を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、変形態様を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、第２実施例のモータ駆動装置を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
モータ駆動装置の好適実施例が、図５-図８を参照して説明される。図５は、バッテリ車(BV)のモータ駆動装置を示す回路構成図である。しかし、このモータ駆動装置は、他のハイブリッド車や燃料電池車も駆動可能である。走行モータ４を駆動するためのモータ駆動装置は、電力回路１により給電される３相インバータ３を有する。この電力回路１は、２つのバッテリ１１-１２、直並列接続切換回路５、安全スイッチ回路２、２つの平滑キャパシタ６１-６２及びコントローラ９を有する。さらに、モータ駆動装置は、要求情報を検出するための所定数のセンサ（図示せず）を有する。
【００１７】
インバータ３は、高電位DCリンク線７及び低電位DCリンク線８を通じて電力回路１により給電される。インバータ３は、走行モータ４に３相電圧を印加する。走行モータ４としてスイッチドリラクタンスモータが採用される時、インバータ３の代わりにパワーコンバータが採用される。
【００１８】
接続切換回路５は、上昇圧チョッパ５A、下昇圧チョッパ５B及び直列スイッチ５０を有する。上昇圧チョッパ５Aは、リアクトルL１、並列スイッチ５２及び上スイッチ５３からなる。下昇圧チョッパ５Bは、リアクトルL２、並列スイッチ５１及び下スイッチ５４からなる。スイッチ５３、５４は、出力スイッチである。
【００１９】
上スイッチ５３は、リアクトルL１の一端を高電位DCリンク線７に接続している。並列スイッチ５２は、リアクトルL２の一端を低電位DCリンク線８に接続している。同様に、並列スイッチ５１は、リアクトルL２の一端を高電位DCリンク線７に接続している。下スイッチ５４は、リアクトルL２の一端を低電位DCリンク線８に接続している。リアクトルL１の他端は、直列スイッチ５０を通じてリアクトルL２の他端に接続されている。
【００２０】
入力側の平滑キャパシタ６１は、低電位DCリンク線８と直列スイッチ５０とを接続している。入力側の平滑キャパシタ６２は、高電位DCリンク線７と直列スイッチ５０とを接続している。出力側の平滑キャパシタ６は、高電位DCリンク線７及び低電位DCリンク線８を通じてインバータ３と並列接続されている。２つのリアクトルL１及びL２は、互いに誘導結合されている。言い換えれば、２つのリアクトルL１及びL２は、トランスを構成している。リアクトルL１及びL２の２つのコイルは、互いに逆向きに巻かれている。
【００２１】
リアクトルL１の電流が増加される時、リアクトルL１に誘導される二次電圧VL１は、バッテリ１２のバッテリ電圧V１２と同じ方向をもつ。同様に、リアクトルL２の電流が増加される時、リアクトルL２に誘導される二次電圧VL２は、バッテリ１１のバッテリ電圧V１１と同じ方向をもつ。
【００２２】
安全スイッチ回路２は、電磁接触器２１-２４を有する。電磁接触器２１及び２２は、バッテリ１２及び平滑キャパシタ６２を並列接続している。電磁接触器２３及び２４は、バッテリ１１及び平滑キャパシタ６１を並列接続している。バッテリ１２の正端子は、電磁接触器２１を通じて高電位DCリンク線７に接続されている。バッテリ１１の負端子は、電磁接触器２４を通じて低電位DCリンク線８に接続されている。電磁接触器２１及び２３は、第１リレー信号S１０を受け取る第１コイル（図示せず）により駆動される。電磁接触器２２及び２４は、第２リレー信号S２を受け取る第２コイル（図示せず）により駆動される。
【００２３】
接続切換回路５は、直列モード、並列モード、ローサイド・バッテリモード、ハイサイド・バッテリ モード及び昇圧モードからなる５つの接続モードを有する。直列モードによれば、バッテリ１１及び１２は、直列接続される。直列スイッチ５０がオンされ、他のスイッチ５１-５４がオフされる。並列モードによれば、バッテリ１１及び１２が並列接続される。直列スイッチ５０はオフされ、並列スイッチ５１-５２はオンされる。他のスイッチ５３、５４はオフされる。
【００２４】
ローサイド・バッテリモードによれば、バッテリ１１だけがインバータ３に接続される。直列スイッチ５０及び並列スイッチ５２がオフされ、並列スイッチ５１がオンされる。他のスイッチ５３、５４はオフされる。ハイサイド・バッテリ モードによれば、バッテリ１２だけがインバータ３に接続される。直列スイッチ５０及び並列スイッチ５１はオフされ、並列スイッチ５２がオンされる。他のスイッチ５３、５４はオフされる。
【００２５】
接続切換回路５の動作が以下に説明される。上昇圧チョッパ５Aは、バッテリ１２のバッテリ電圧V１２を昇圧する。下昇圧チョッパ５Bは、バッテリ１１のバッテリ電圧V１１を昇圧する。さらに、接続切換回路５は、直列スイッチ５０がオンされ、並列スイッチ５１及び５２がオフされる時、２つのバッテリ電圧V１１及びV１２の和を出力する。さらに、接続切換回路５は、直列スイッチ５０がオフされ、並列スイッチ５１、５２がオンされ、スイッチ５３、５４がオフされる時、２つのバッテリ１１、１２を並列に接続する。
【００２６】
さらに、スイッチ５０、５２-５３がオフされる時、バッテリ１１だけが、昇圧されたもしくは非昇圧の直流電力をインバータ３に供給する。スイッチ５１はオンされるか、PWMスイッチングされる。スイッチ５４は、オフされるかPWMスイチングされる。同様に、スイッチ５０、５１及び５４がオフされる時、バッテリ１２だけが、昇圧されたもしくは非昇圧の直流電力をインバータ３に供給する。スイッチ５２はオンされるか、PWMスイッチングされる。スイッチ５３は、オフされるかPWMスイチングされる。
【００２７】
昇圧チョッパ５A及び５Bはそれぞれ、交互に実行される蓄勢モードと出力モードとを有する。リアクトルL１及びL２はそれぞれ、蓄勢モードにて磁気エネルギーを蓄積する。リアクトルL１及びL２はそれぞれ、出力モードにて磁気エネルギーを出力する。
【００２８】
昇圧チョッパ５A及び５Bの昇圧動作が図６-図８を参照して説明される。けれども、電磁接触器２１-２４及び平滑キャパシタ６、６１及び６２は、図示されない。直列スイッチ１は、昇圧動作の間中、オフされる。昇圧チョッパ５A及び５Bの少なくとも１つは、パルス幅変調法でスイッチングされる。
【００２９】
図６は、上昇圧チョッパ ５Aの蓄勢モード及び下昇圧チョッパ ５Bの出力モードを示す。スイッチ５１及び５３はオンされ、スイッチ５２及び５４はオフされる。並列スイッチ５３のオンによりバッテリ１１の電流 I１が増加されるため、リアクトルL１の磁気エネルギーが増加する。二次電圧VL２が、リアクトルL１に誘導結合されたリアクトルL２に誘導される。故に、バッテリ１１のバッテリ電圧V１１とリアクトルL２の二次電圧VL２との和がDCリンクを通じてインバータ３に印加される。二次電圧VL２は、バッテリ電圧V１１と同じ方向をもつ。
【００３０】
図７は、上昇圧チョッパ５Aの出力モード及び下昇圧チョッパ５Bの蓄勢モードを示す。スイッチ５１及び５３はオフされ、スイッチ５２及び５４はオンされる。リアクトルL２の磁気エネルギーが、並列スイッチ５３のオンによりバッテリ１１の電流 I１が増大するので、二次電圧VL１ が、リアクトルL２と誘導結合するリアクトルL１に誘導される。故に、バッテリ１２のバッテリ 電圧V１２とリアクトルL１の二次電圧VL１との和がDCリンクを通じてインバータ３に印加される。二次電圧VL１はバッテリ電圧V１２と同じ方向をもつ。
【００３１】
結局、図６及び図７に示される昇圧チョッパ５A及び５Bのインターリーブ昇圧動作は、図１に示される従来の昇圧チョッパ５A及び５Bのインターリーブ昇圧動作と本質的に等しい。スイッチ５１及び５４がオフされる時、昇圧チョッパ５Aだけが昇圧動作をもつ。同様に、スイッチ５２及び５３がオフされる時、昇圧チョッパ５Bだけが昇圧動作をもつ。
【００３２】
誘導結合されたリアクトルL１及びL２が図８に示される。リアクトルL１及びL２は、２つのエアギャップ１０１をもつ軟磁性コア１００をもつ一個のトランスを構成している。リアクトルL１及びL２の各コイルは、磁気コア１００に互いに逆向きに巻かれている。言い換えれば、電流I２により励起された磁束は、電流I１により励起された磁束と反対方向をもつ。磁気コア１００がトランスのため、及び、リアクトルL１及びL２のために用いられるため、誘導結合されたリアクトルL１及びL２からなるトランスは、小さい磁気コア１００をもつことができる。
【００３３】
この実施例によれば、 接続切換回路５は、昇圧モード及び非昇圧モードの両方をもつ。非昇圧モードは、並列モード、直列モード及び片方モードをもつ。片方モードは、ローサイド・下バッテリモード及びハイサイド・バッテリモードをもつ。ローサイド・バッテリモードでは、バッテリ１１だけがモータ電流を供給する。ハイサイド・バッテリモードでは、バッテリ１２だけがモータ電流を供給する。昇圧モードは、ダブル昇圧モード及び片方昇圧モードを含む。ダブル昇圧モードでは、昇圧チョッパ５A及び５Bの両方がモータ電流を供給する。片方昇圧モードでは、２つの昇圧チョッパ５A及び５Bのどちらかがモータ電流を供給する。
【００３４】
PWMスイッチングが省略されるため、非昇圧モードが好適である。バッテリ電圧V１１及びV１２の和よりも大きいDCリンク電圧が要求される時、昇圧モードが採用される。さらに、バッテリ１１及び１２の接続が切り換えられる間の過渡期間において、昇圧モードが採用される。したがって、たとえ直列スイッチ５０がオンされるか又はオフられるとしても、トルク衝撃及び突入電流が低減される。
【００３５】
この実施例の他の利点は、たとえ２つの直流電源が互いに異なる電圧をもつとしても、２つの直流電源が並列接続をもつことができる点にある。たとえば、バッテリ１１のバッテリ電圧V１１がバッテリ１２のバッテリ電圧V１２より低い時、昇圧チョッパ５Bはバッテリ電圧V１１を昇圧する。したがって、バッテリ電圧V１１が低くても、昇圧チョッパ５Bは直流電力を供給できる。
【００３６】
変形態様が以下に説明される。この変形態様によれば、リアクトルL１及びL２は互いに磁気的に独立している。図９に示されるもう１つの変形態様によれば、トランジスタ及び逆並列ダイオードが、直列スイッチ５０の代わりに採用される。図１０に示されるもう１つの変形態様によれば、バッテリ１１は燃料電池を採用する。ダイオード５０Bは、直列スイッチ５０と直列に接続される。さらに、並列スイッチ５１は、ダイオードを採用する。したがって、燃料電池を流れる逆電流は阻止される。
【００３７】
コントローラ９は、収集した情報に基づいて５つの接続モードの１つを選択し、接続切換動作を制御する。モード選択ルーチンが図１１を参照して説明される。まず、トルク指令値Ti及び走行モータ４の検出回転速度値Nが、ステップS１００にて読み出される。トルク指令値Ti及び速度値Nは、図１２に示されるトルク-速度図における走行モータ４の運転ポイントを示す。
【００３８】
図１２は、走行モータ４のトルク速度特性を示す。横線部Loは、インバータ３又は走行モータ４により制限される最大トルク値を示す。曲線部L１-L３はそれぞれ、いわゆる定電力線を示す。曲線部L１は、バッテリ１１及び１２が並列に接続される並列モードにおける定電力線部を示す。曲線部L２は、バッテリ１１及び１２が直列に接続される直列モードにおける定電力線部を示す。曲線部L３は、昇圧モードにおける定電力線部を示す。
【００３９】
モータトルクは、PWMデユーティ比の変更により制御される。
さらに、同期モータのトルクは、モータ電流の位相角を制御することにより変更される。たとえば、曲線部L１は、並列モードのPWMデユーティ比１００%を示す。同様に、曲線部L２は、直列モードのPWMデユーティ比１００%を示す。この実施例では、昇圧モードにおけるモータ電流の最大値は、直列モード並びに並列モードにおけるモータ電流の最大値の半分とされる。その結果、昇圧モードの最大トルク値は、並列モード及び直列モードの最大トルク値の約半分となる。しかし、昇圧チョッパ５A、５Bは小型となる。
【００４０】
したがって、ローサイド・バッテリモード及びハイサイド・バッテリモードを含む並列モードは、線部Lo及びL１により囲まれる領域で実施される。直列モードは、線部Lo、L１及びL２により囲まれる領域で実施される。昇圧モードは、線部L５、L２及びL３により囲まれる領域で実施される。結局、この実施例によれば、モータは、線部Lo、L２、L５及びL３により囲まれる領域でトルクを発生することができる。
【００４１】
ステップS１０２にて、 トルク指令値Ti、回転速度N及び図１２に示される記憶マップに基づいて、運転ポイントが存在する領域が決定される。ステップS１０４にて、モードの切換が必要かどうかが判定される。もしイエスなら、ステップS１０６にてモード切替ルーチンを実行する。
【００４２】
このモード切替ルーチンが図１３を参照して説明される。最初に、ステップS２００にて、モードが並列モードから直列モードに切り換えられるべきか否かを判定する。この並列モードは、ハイサイド・バッテリモード及びローサイド・バッテリモードを含む。もしイエスであれば、DCリンク電圧Vdcがバッテリ１１、１２の電圧の和に等しくなるまで、昇圧チョッパ５A、５Bの昇圧動作を実行することにより、DCリンク電圧VdcがステップS２０２にてゆっくりと昇圧される。DCリンク電圧がバッテリ１１、１２のバッテリ電圧の和に等しくなった後で、スイッチ５０がステップS２０４でオンされる。
【００４３】
もしステップS２００にてノーであれば、モードが直列モードから並列モードに切り換えられるべきか否かがステップS２０６にて判定される。もしイエスなら、直列スイッチ５０の電流がゼロになるまで昇圧チョッパ５A、５Bの昇圧動作を実行することにより、昇圧チョッパ５A、５Bにより供給される出力電流がステップS２０８にて増大される。直列スイッチ５０の電流がゼロとなった後で、直列スイッチ５０がステップS２１０にてオフされる。
【００４４】
もしステップS２０６にてノーなら、ステップS２１２にてモードが直列モードから昇圧モードに切り換えられるべきか否かが判定される。もしイエスなら、直列スイッチ５０の電流がゼロになるまで昇圧チョッパ５A、５Bの昇圧動作を実行することにより、昇圧チョッパ５A、５Bにより供給される出力電流がステップS２１４にて増加される。直列スイッチ５０の電流がゼロとなった後、直列スイッチ５０がステップS２１６にてオフされる。直列スイッチ５０のオフ後、昇圧チョッパ５A、５Bの昇圧比を増加することにより、DCリンク電圧は、必要な値になる（S２１８）。
【００４５】
もしステップS２１２にてノーなら、ステップS２２０にて、モードが昇圧モードから直列モードに切り換えられるべきか否かが判定される。もしイエスなら、直列スイッチ５０の電流がゼロになるまで、昇圧チョッパ５A、５BのPWMデユーティ比を低下させることにより、DCリンク電圧VdcがステップS２２２にて、ゆっくりと低下される。直列スイッチ５０の電流がゼロとなった後、直列スイッチ５０がステップS２２４にてオンされる。
【００４６】
もしノーなら、バッテリ１１、１２の電圧差が所定値より大きいか否かがステップS２２６にて判定される。もしイエスなら、この電圧差を低減するための調整モードがステップS２２８にて実行される。この調整モードは、並列モード及び昇圧モードにて実行される。並列モードでは、調整モードは、ハイサイド・バッテリモード又はローサイド・バッテリモードのどちらかを選択する。
【００４７】
バッテリ１１の電圧がバッテリ１２の電圧よりも大きい時、バッテリ１１の電圧を低下するために、ローサイド・バッテリモードが実行される。バッテリ１２の電圧がバッテリ１１の電圧よりも大きい時、バッテリ１２の電圧を低下するために、ハイサイド・バッテリモードが実行される。
【００４８】
昇圧モードにおいて、この調整モードは、昇圧チョッパ５A、５Bの各デユーティ比を変更する。バッテリ１１の電圧がバッテリ１２の電圧よりも大きい時、バッテリ１１の電圧を低下するために、昇圧チョッパ５Bの出力電流が増加される。バッテリ１２の電圧がバッテリ１１の電圧よりも大きい時、バッテリ１２の電圧を低下するために、昇圧チョッパ５Aの出力電流が増加される。
したがって、バッテリ１１の電圧は、バッテリ１２の電圧に等しくなる。
【００４９】
変形態様が図１４を参照して説明される。たとえば図５に示される２つの直流電源１１、１２に接続される接続切換回路５は、互いに異なる電圧値をもつ。たとえば、直流電源１１は、直流電圧V１１をもち、直流電源１２は、直流電圧V１１よりも低い直流電圧V１２をもつ。
【００５０】
まず、DCリンク電圧の指令値Vdciが直流電圧V１１よりも低いか否かがステップS３００にて判定される。もしイエスなら、ステップS３０２にて、並列スイッチ５１が連続的にオンされ、昇圧チョッパ５Aが直流電源１２の電圧V１２を昇圧する。これにより、たとえ直流電源１１の電圧V１１が直流電源１２の電圧V１２よりも高くても、直流電源１１、１２は並列に電流を供給する。
【００５１】
同様に、直流電源１２の電圧V１２が直流電源１１の電圧V１１よりも高い場合には、DCリンク電圧の指令値Vdciが直流電圧V１２よりも低いか否かがステップS３００にて判定される。もしイエスなら、ステップS３０２にて、並列スイッチ５２が連続的にオンされ、昇圧チョッパ５Bが直流電源１１の電圧V１１を昇圧する。これにより、たとえ直流電源１２の電圧V１２が直流電源１１の電圧V１１よりも高くても、直流電源１１、１２は並列に電流を供給する。
【００５２】
もしステップS３００にてノーなら、DCリンク電圧の指令値Vdciが直流電圧V１１とV１２との合計よりも低い否かがステップS３０４にて判定される。もしイエスなら、ステップS３０６にて直列モードが実行される。もしステップS３０４にてノーなら、二重昇圧モードがステップS３０８にて実行される。この二重昇圧モードによれば、昇圧チョッパ５Aが直流電源１２の電圧V１２を昇圧し、昇圧チョッパ５Bが直流電源１１の電圧V１１を昇圧する。
したがって、たとえ直流電源１１の電圧V１１が直流電源１２の電圧V１２と異なっていても、直流電源１１、１２は、並列に昇圧電圧を出力可能となる。
【００５３】
第２実施例
発明の第２実施例が、図１５を参照して説明される。図１５に示されるモータ駆動装置は、図５に示されるモータ駆動装置と本質的に等しい。しかし、図５に示されるリアクトルL１、蓄勢スイッチ５３及び平滑キャパシタ６２は、図１５において省略される。言い換えると、図１５に示されるモータ駆動装置は、直列スイッチ５０、平行したスイッチ５２及び１つの昇圧チョッパ５Bだけからなる接続切換回路５を備えている。したがって、並列スイッチ５２は、直列スイッチ５０と平滑キャパシタ６１とのペアと並列接続されている。並列スイッチ５２として、電磁接触器またはパワートランジスタのどちらでも採用できる。
【００５４】
接続切換回路５は、５つの接続-モードを有している。そして、それは直列モード、並列モード、低横のバッテリー・モード、ハイサイド・バッテリー・モードと昇圧モードからなる。この直列接続モードは、第１実施例の直列接続モードと同じである。直列スイッチ５０はオンにされる。しかし、並列スイッチ５１と５２と蓄勢スイッチ５４はオフされる。したがって、バッテリ電圧V１１、V１２の合計がインバータ３に印加される。
【００５５】
並列モードは、第１実施例の並列モードと、基本的に同じである。直列スイッチ５０と蓄勢スイッチ５４は、オフされる。並列スイッチ５１、５２は、オンされる。しかし、バッテリ１１のバッテリ電圧V１１がバッテリ１２のバッテリ電圧V１２より低い時、昇圧チョッパ５Bはバッテリ電圧V１１を昇圧する。このように、インバータ３は、並列接続されたバッテリ１１、１２により駆動される。
【００５６】
バッテリ１１のバッテリ電圧V１１がバッテリ１２のバッテリ電圧V１２より低い時、ハイサイド・バッテリ・モードを採用することができる。直列スイッチ５０、並列スイッチ５１及び蓄勢スイッチ５４がオフされる。並列スイッチ５２はオンにされる。これにより、バッテリ電圧V１２がインバータ３に印加される。
【００５７】
バッテリ１１のバッテリ電圧V１１がバッテリ１２のバッテリ電圧V１２より高い時、ローサイド・バッテリモードを採用することができる。直列スイッチ５０、並列スイッチ５２及び蓄勢スイッチ５４はオフされる。並列スイッチ５１はオンされる。これにより、バッテリ電圧V１１がインバータ３に印加される。
【００５８】
昇圧モードによれば、直列スイッチ５０及び並列スイッチ５２はオフされる。昇圧チョッパ５Bは、バッテリ電圧V１１を昇圧する。このように、DCリンク電圧Vdcは、バッテリ電圧V１１の合計V１２より高くなりる。DCリンク電圧Vdcの要求値がバッテリ電圧V１１とV１２との合計よりも高いとき、昇圧モードが採用される。
【００５９】
並列モードは、ハイサイド充電モードとローサイド充電モードを含む。ハイサイド充電モードによれば、昇圧チョッパ５Aは、バッテリ１２の充電電流を供給する。ローサイド充電モードによれば、昇圧チョッパ５Aは、バッテリ１１の充電電流を供給する。
【００６０】
以下に、４つの移行動作が説明される。並列モードを直列モードに切り換える移行動作によれば、DCリンク電圧Vdcは、昇圧チョッパ５Bの昇圧動作によって並列スイッチ５２のオフ後に上昇される。電磁接触器からなる並列スイッチ５２の電流を低減するために、並列スイッチ５２のオフ以前に、昇圧チョッパ５Bは、インバータ３により要求される全電流を供給することができる。同様に、電磁接触器からなる並列スイッチ５２のオフ直前に、インバータ３は、モータ電流を低減乃至停止することができる。DCリンク電圧Vdcが電圧V１１とV１２の合計に達した後、直列スイッチ５０がオンにされ、昇圧チョッパ５Bの昇圧は停止される。
【００６１】
直列接続モードを並列回路モードに切り換える移行動作によれば、直列スイッチ５０がオフされる。直列スイッチ５０のオフ後、DCリンク電圧Vdcは、低下される。DCリンク電圧Vdcがバッテリ電圧V１２に達した後、並列スイッチ５２がオンされる。並列スイッチ５２のオン後、昇圧チョッパ５BはPWMスイッチングされるか。あるいは、並列スイッチ５１が連続的にオンされる。
【００６２】
もし直列スイッチ５０または並列スイッチ５２が電磁スイッチから構成されるならば、直列スイッチ５０または並列スイッチ５２のオフの間中、フリーホィーリングモードを採用することができる。このフリーホィーリングモードによれば、インバータ３の全ての上スイッチ３１-３３のがオフされ、インバータ３の全て下スイッチ３４-３６がオンされる。したがって、このフリーホィーリングモードにおいて、モータ電流はインバータ３及びモータ４を循環する。それは、接続切換回路５がインバータ３から電気的に切り離されることを意味する。このように、直列スイッチ５０または並列スイッチ５２としての電磁接触器のスパークが防止される。
【００６３】
直列接続モードを昇圧モードに切り換える移行動作によれば、昇圧チョッパ５Bだけがインバータ３に電流を供給する。この移行活動は、直列接続モードを並列回路モードに変えている移行動作と本質的に同じである。しかし、並列スイッチ５２は、再度オンされない。電流は、昇圧チョッパ５Bだけからインバータ３に供給される。DCリンク電圧Vdcは、バッテリ電圧V１１、V１２の合計よりも高くなる。昇圧モードを直列モードに切り換える移行動作によれば、DCリンク電圧Vdcがバッテリ電圧V１１とV１２の合計と等しくなった後、直列スイッチ５０がオフされる。
【００６４】
変形態様によれば、接続切換回路５は、図５に示される昇圧チョッパ５A、直列スイッチ５０と並列スイッチ５１からなる。図５に示される蓄勢スイッチ５４、リアクトルL２及び平滑キャパシタ６１は省略される。平滑キャパシタ６２が、平滑キャパシタ６１の代わりに用いられる。言い換えると、昇圧チョッパ５Aは、昇圧チョッパ５Bの代わりに使用される。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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