(57)【要約】【課題】間欠昇圧における昇圧制御の復帰時における安定性を確保する。【解決手段】昇圧制御により電源電圧ＶＢを昇圧して負荷装置に出力する昇圧コンバータと、昇圧コンバータの出力電圧ＶＨを検出する電圧検出手段とを備えた電力供給システムにおいて昇圧コンバータを制御する昇圧コンバータの制御装置は、第１目標電圧を設定する第１設定手段と、出力電圧ＶＨが第１目標電圧を含む所定範囲に維持されるように昇圧制御の間欠処理（間欠昇圧）を実行する間欠制御手段と、設定される第１目標電圧と検出される出力電圧ＶＨとの間で、間欠昇圧の実行時における昇圧制御において出力電圧ＶＨを設定された第１目標電圧へ収束させるための第２目標電圧を設定する第２設定手段とを具備し、間欠制御手段は、前記間欠昇圧の実行時において設定された第２目標電圧に基づいて昇圧制御を実行する。【選択図】図８
2014099949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧ＶＢを有する直流電源と、
スイッチング手段を備え、第１目標電圧に基づいた前記スイッチング手段のスイッチング状態の切り替えを含む昇圧制御により前記電源電圧ＶＢを昇圧して負荷装置に出力する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータの出力電圧ＶＨを検出する電圧検出手段と
を備えた電力供給システムにおいて前記昇圧コンバータを制御する、昇圧コンバータの制御装置であって、
前記第１目標電圧を設定する第１設定手段と、
前記検出された出力電圧ＶＨに基づいて、前記出力電圧ＶＨが前記設定された第１目標電圧を含む所定範囲に維持されるように前記昇圧制御の間欠処理を実行する間欠制御手段と、
前記設定される第１目標電圧と前記検出される出力電圧ＶＨとの間で、前記間欠処理における前記昇圧制御において前記出力電圧ＶＨを前記設定された第１目標電圧へ収束させるための第２目標電圧を設定する第２設定手段と
を具備し、
前記間欠制御手段は、前記間欠処理において前記設定された第２目標電圧に基づいて前記昇圧制御を実行する
ことを特徴とする昇圧コンバータの制御装置。
【請求項２】
前記間欠制御手段は、前記間欠処理において、前記昇圧制御により前記検出された出力電圧ＶＨが前記第１目標電圧に達した場合に前記昇圧制御を停止させ、前記昇圧制御の停止期間において前記検出された出力電圧ＶＨが前記所定範囲の境界値に達した場合に前記昇圧制御を再開させる
ことを特徴とする請求項１に記載の昇圧コンバータ制御装置。
【請求項３】
前記間欠処理における昇圧制御の再開時点における前記第２目標電圧は、前記間欠処理における昇圧制御の再開時点、再開直前又は再開直後における前記検出された出力電圧ＶＨである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の昇圧コンバータの制御装置。
【請求項４】
前記第２設定手段は、前記出力電圧ＶＨが所定の復帰レートに従って前記設定された第１目標電圧に収束するように前記第２目標電圧を設定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の昇圧コンバータの制御装置。
【請求項５】
前記第２設定手段は、前記直流電源の温度が所定の常温領域にある場合の前記復帰レートと較べて、前記直流電源の温度が前記常温領域よりも高温側又は低温側の領域にある場合の前記復帰レートを小さく設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の昇圧コンバータの制御装置。
【請求項６】
前記第２設定手段は、間欠処理における前記昇圧制御の停止期間において、前記検出された出力電圧ＶＨを前記第２目標電圧として設定する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の昇圧コンバータの制御装置。
【請求項７】
前記間欠制御手段は、前記出力電圧ＶＨの変動幅が所定値以内である場合に前記昇圧制御の間欠処理を開始する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の昇圧コンバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両用の電力供給システムにおいて昇圧コンバータを制御する、昇圧コンバータの制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
昇圧コンバータの制御に関する装置として、特許文献１には、出力電圧と指令電圧とが一致するようにコンバータをフィードバック制御する際の制御ゲインを、バッテリ温度及びバッテリ電流に基づいて設定し、当該制御ゲインを用いて出力電圧が指令電圧に一致するようにコンバータをフィードバックする装置が開示されている。
【０００３】
尚、ＭＧ１及びＭＧ２の出力トルクによって消費される電力と、バッテリ出力制限Ｗｏｕｔとに基づいて昇圧レートを決定する技術思想が、特許文献２に開示されている。
【０００４】
また、回生量過多時に昇圧コンバータのフィードバックゲインを小さな値に切り替えると同時に目標電圧を低下させ、オーバーシュート及びハンチングを抑える技術思想が特許文献３に開示されている。また、特許文献３には、バッテリ温度によって昇圧コンバータのフィードバックゲインを可変とする技術思想も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０６８６１１号公報
【特許文献２】特開２００９−２０１２００号公報
【特許文献３】特開２００７−１６６８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、昇圧コンバータのスイッチング性能は飛躍的に向上しており、従来なし得なかった間欠昇圧も実現可能である。間欠昇圧とは、即ち、昇圧動作と昇圧停止動作とが積極的に繰り返されることを意味する。間欠昇圧が実行される場合、昇圧制御が停止される期間において昇圧コンバータの昇圧損失はゼロとなるから、電源、昇圧コンバータ及び負荷装置を含むシステム全体の損失（以下、適宜「システム損失」とする）は、大きく低減され得る。
【０００７】
ところで、昇圧制御は一種のフィードバック制御であり、目標値と現在値との偏差に所定のフィードバックゲインを乗じて制御項を生成するといった手法がポピュラである。然るに、所定範囲の下限値と目標電圧との差分は、システム損失低減の目的からして小さくはない。従って、間欠昇圧における昇圧制御の再開時点において、フィードバック制御としての昇圧制御は、妥当でない目標値を有していることになる。
【０００８】
従って、実際に間欠昇圧が実行されると、昇圧制御の再開直後において出力電圧ＶＨの発振や乱高下或いはハンチングが生じ易い。このような出力電圧ＶＨの挙動は、目標電圧への収束を遅らせてシステム損失の低減効果を減じるばかりか、間欠昇圧中の負荷装置の駆動にも影響する。例えば、出力電圧ＶＨの変動は、少なからず負荷装置におけるトルク変動と関係する。従って、間欠昇圧を実現しようとした場合には、この昇圧制御の復帰時における出力電圧ＶＨの挙動を安定ならしめる必要がある。
【０００９】
ここで特に、単にフィードバック制御を安定的に運用する観点からすれば、上記先行技術文献に例示される如く目標電圧を出力電圧ＶＨに近づけてしまえばよい。ところが、目標電圧は、間欠昇圧の実行期間中において絶えず必要な値であり、目標電圧を一時的に出力電圧ＶＨに近づけてフィードバック制御の安定性を確保しようとすると、間欠昇圧において出力電圧ＶＨを維持すべき所定範囲が変化し、また目標電圧自体が変化する。即ち、間欠昇圧の許可条件（昇圧停止条件）も解除条件（昇圧制御の復帰条件）も変化して、間欠昇圧そのものが成立しなくなる。上記先行技術文献には、制御の安定性を確保する面からの記載はあるが、元より間欠昇圧が新規な技術思想であることから、このような間欠昇圧に特有の技術的問題点について、開示はおろか示唆の断片すら存在しない。
【００１０】
本発明は、係る技術的問題点に鑑みてなされたものであり、間欠昇圧を安定的に行い得る昇圧コンバータの制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明に係る昇圧コンバータの制御装置は、電源電圧ＶＢを有する直流電源と、スイッチング手段を備え、第１目標電圧に基づいた前記スイッチング手段のスイッチング状態の切り替えを含む昇圧制御により前記電源電圧ＶＢを昇圧して負荷装置に出力する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータの出力電圧ＶＨを検出する電圧検出手段とを備えた電力供給システムにおいて前記昇圧コンバータを制御する、昇圧コンバータの制御装置であって、前記第１目標電圧を設定する第１設定手段と、前記検出された出力電圧ＶＨに基づいて、前記出力電圧ＶＨが前記設定された第１目標電圧を含む所定範囲に維持されるように前記昇圧制御の間欠処理を実行する間欠制御手段と、前記設定される第１目標電圧と前記検出される出力電圧ＶＨとの間で、前記間欠処理における前記昇圧制御において前記出力電圧ＶＨを前記設定された第１目標電圧へ収束させるための第２目標電圧を設定する第２設定手段とを具備し、前記間欠制御手段は、前記間欠処理において前記設定された第２目標電圧に基づいて前記昇圧制御を実行することを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
昇圧制御とは、昇圧コンバータのスイッチング状態の制御により、電源電圧ＶＢを負荷装置側からの要求に応じた出力電圧ＶＨの目標値である第１目標電圧まで昇圧する制御を意味する。尚、後述する間欠昇圧においては、出力電圧ＶＨが第１目標電圧よりも高圧側の値も採り得る。この場合、昇圧制御は、必然的に出力電圧ＶＨを降圧する制御となる。
【００１３】
出力電圧ＶＨの目標値たる第１目標電圧は、大別して二つの要件を満たすように決定される。即ち、第１の要件はシステム損失（直流電源、昇圧コンバータ及び負荷装置を含む電力供給システム全体の電力損失）を低減することであり、第２の要件は負荷装置の要求電圧（負荷装置の要求トルクに対応する出力電圧）を満たすことである。このような第１目標電圧の設定手法については従来提案されている。昇圧制御が常時継続的に実行される場合、出力電圧ＶＨは定常的には第１目標電圧に収束する。従って、これらの要件を満たす第１目標電圧が設定される場合、定常的には負荷装置の駆動に支障をきたすことなくシステム損失を可及的に低減すること（或いは、最小とすること）ができる。
【００１４】
一方、本発明に係る昇圧コンバータの制御装置によれば、昇圧制御の間欠処理（以下、適宜「間欠昇圧」と表現する）が実行される。間欠昇圧とは、上述したように、昇圧制御の停止と昇圧制御の再開（即ち、停止の解除）とが繰り返される処理である。昇圧コンバータの昇圧動作には、スイッチング手段のスイッチングリプル等に起因する昇圧損失が伴うが、昇圧制御が停止している期間においては、この昇圧損失はゼロとなる。このため、間欠昇圧が実行されることにより、システム損失を低減することができる。本発明に係る間欠昇圧とは、予め設定される、又は予め設定される設定基準に従ってその都度個別具体的に設定される所定範囲内における出力電圧ＶＨの変動を許容した上でなされる昇圧制御の間欠措置である。即ち、本発明に係る昇圧コンバータの制御装置は、近年における、スイッチング手段のスイッチング性能（例えば、スイッチング周波数）の飛躍的向上を背景として、昇圧コンバータの動作状態を制御要素として利用できる点を見出し、昇圧コンバータを一種の電力制御装置として積極的に使用する旨の技術的前提に立っている。
【００１５】
尚、間欠昇圧における昇圧制御の停止とは、昇圧制御において適宜生じる、スイッチング手段を構成する各スイッチング素子の個々の動作の停止ではなく、昇圧コンバータの昇圧動作そのものの停止、即ちシャットダウンを意味する。この種の昇圧コンバータの一般的な制御においては、三角波であるキャリア信号と、昇圧指令電圧に対応するデューティ信号とが一致する毎に、スイッチング素子のスイッチング状態が切り替わる。ここで、スイッチング手段が一のスイッチング素子から構成される場合（例えば、片アーム型の昇圧コンバータ等がこれに該当する）、オンからオフへの切り替えが生じるタイミングにおいてスイッチング手段は一時的に全停止しているとみなし得るが、このような全停止は、昇圧制御の一環として必然的に生じる全停止に過ぎず、本発明に係る昇圧制御の停止とは意味合いが異なるものである。
【００１６】
ところで、間欠昇圧が実行されると、出力電圧ＶＨは負荷装置の駆動状態に応じて変動し、第１目標電圧に定常的に収束することは殆どない。このため、本発明に係る間欠昇圧は、出力電圧ＶＨが第１目標電圧を含む所定範囲に維持されるように実行される。尚、出力電圧ＶＨが維持されるべきこの所定範囲とは、例えば下記（１）〜（６）の範囲を含み得る。尚、これらは適宜組み合わせることもできる。
【００１７】
（１）電源電圧ＶＢよりも高圧側の範囲
（２）昇圧コンバータの耐電圧よりも低圧側の範囲
（３）第１目標電圧との偏差が所定値以内となる範囲
（４）第１目標電圧に対して所定割合以内となる範囲
（５）第１目標電圧と較べて負荷駆動時に生じる損失の増加量が所定値以内となる範囲
（６）第１目標電圧と較べて負荷駆動時に生じる損失の増加量が所定割合以内となる範囲
また、この所定範囲は、望ましくは、出力電圧ＶＨの振動（電圧振動）の度合いと、負荷装置の要求電圧とを考慮して決定される。電圧振動は負荷装置のトルク変動と関係しており、所定範囲が広過ぎる場合には、このトルク変動が無視できない程度に顕在化する可能性がある。また、所定範囲の下限値が負荷装置の要求電圧値以上であれば、間欠昇圧による出力電圧ＶＨの変動により負荷装置の駆動が律束される可能性は低くなる。
【００１８】
間欠昇圧において昇圧制御の停止措置が解除されるタイミングでは、出力電圧ＶＨと第１目標電圧との偏差は、所定範囲の境界値と第１目標電圧との偏差に概ね等しく、相応に大きい。無論、所定範囲はある程度の自由度を持って設定され得るが、所定範囲が狭過ぎると、間欠昇圧における昇圧制御の停止に係る効果が十分に現れ難い。基本的には所定範囲が広い程システム損失が低減され得るのであるから、所定範囲の境界値と第１目標電圧との偏差は、少なくとも小さくはないのが妥当である。
【００１９】
ところで、昇圧制御は、好適には一種のフィードバック制御であり、出力電圧ＶＨと第１目標電圧との偏差に各種フィードバックゲインを乗じて構築されるフィードバック制御項により運用される。例えば、Ｐ項（比例項）及びＩ項（積分項）を使用したＰＩ制御や、更にＤ項（微分項）を加えたＰＩＤ制御等が周知である。
【００２０】
ここで、昇圧制御の停止解除（要するに、昇圧制御の再開）タイミングにおいて、第１目標電圧を目標値とするフィードバック制御が開始されると、上述したように偏差が相応に大きいため、出力電圧ＶＨの挙動は安定しない。この際、フィードバックゲインを減少させることは、出力電圧ＶＨの収束が遅れることから避けられるべきであり、元より偏差が大きいことに起因する問題の解決策にはなり難い。出力電圧ＶＨの挙動が安定しないと、第１に、再開された昇圧制御において出力電圧ＶＨが第１目標電圧に収束するのが遅れ、システム損失の低減効果が減少する。また第２に、間欠処理における出力電圧ＶＨの平均値の変動が大きくなり、負荷装置のトルク変動や出力制限等が顕在化する可能性がある。
【００２１】
ところが、第１目標電圧は、昇圧制御の目標値であると共に、間欠昇圧において必須な所定範囲を定義する制御量である。従って、この第１目標電圧は、間欠昇圧の実行期間において、絶えず必要であり、一時的に減少させる等といった措置を講じることはできない。第１目標電圧自体を補正してしまうと、間欠昇圧自体が成立しなくなる。
【００２２】
そこで、本発明に係る昇圧コンバータの制御装置では、第２設定手段により第２目標電圧が設定される。第２目標電圧は、間欠昇圧における昇圧制御の復帰時において出力電圧ＶＨが第１目標電圧に収束するまで使用される、昇圧制御安定化のための暫定的な目標電圧である。即ち、本発明に係る昇圧コンバータの制御装置においては、少なくとも間欠昇圧の実行期間における昇圧制御の復帰時点以降において、昇圧制御の目標電圧が二つ存在することになる。間欠制御手段は、間欠昇圧の実行時にこの設定された第２目標電圧に基づいて昇圧制御を実行する。
【００２３】
第２目標電圧は、昇圧制御の本来の目標電圧である第１目標電圧と、検出される出力電圧ＶＨとの間で設定される。望ましくは、検出される出力電圧ＶＨの値、又はそれと同等程度（例えば数％内外）の値に設定される。このため、本発明によれば、第１目標電圧により間欠昇圧を成立させつつ、第２目標電圧により、とりわけ昇圧制御復帰直後における出力電圧ＶＨの過剰な変動を抑制することができる。従って、間欠昇圧を安定的に運用することが可能となるのである。
【００２４】
尚、補足すると、あるフィードバック制御を考えた場合に、目標電圧が二つ存在することは稀であり、目標電圧は通常一つである。しかしながら、間欠昇圧という新規且つ特殊な条件下においては、目標電圧が並列して二つ存在しなければ制御が安定しない。即ち、本発明に係る根幹の技術思想は、間欠昇圧を前提として初めて見出される性質のものである。
【００２５】
本発明に係る昇圧コンバータの制御装置の一の態様では、前記間欠制御手段は、前記間欠処理において、前記昇圧制御により前記検出された出力電圧ＶＨが前記第１目標電圧に達した場合に前記昇圧制御を停止させ、前記昇圧制御の停止期間において前記検出された出力電圧ＶＨが前記所定範囲の境界値に達した場合に前記昇圧制御を再開させる（請求項２）。
【００２６】
この態様によれば、昇圧コンバータの出力電圧ＶＨを所定範囲に良好に維持することができる。
【００２７】
また、昇圧制御の間欠処理では、例えば、昇圧制御が停止され、出力電圧ＶＨが増加又は減少する過程で出力電圧ＶＨが上記範囲の上限値又は下限値に達することにより昇圧制御が再開され、出力電圧ＶＨが目標値に達する又は目標値に収束する等して停止条件が満たされることにより昇圧制御が再度停止されるといったように、昇圧制御の実行と停止とが順次繰り返される。
【００２８】
ここで、昇圧制御の間欠処理における、時系列上相互いに連続した、昇圧制御の実行期間及び停止期間からなる期間に相当する処理を単位間欠処理と定義すると、間欠昇圧は、この単位間欠処理の繰り返しにより構成されることになる。この単位間欠処理において出力電圧ＶＨの平均値を算出し、出力電圧ＶＨの実効値とすれば、負荷装置の駆動制御を有意義に行うことができる。
【００２９】
尚、この「昇圧制御の実行期間及び停止期間からなる期間」とは、概念上、昇圧制御が停止された時点から昇圧制御の再開を経て再度停止される時点までの期間と、昇圧制御が開始された時点から昇圧制御の停止を経て再度開始される時点までの期間との双方を含む。
【００３０】
本発明に係る昇圧コンバータの制御装置の他の態様では、前記間欠処理における昇圧制御の再開時点における前記第２目標電圧は、前記間欠処理における昇圧制御の再開時点、再開直前又は再開直後における前記検出された出力電圧ＶＨである（請求項３）。
【００３１】
この態様によれば、間欠昇圧における昇圧制御の再開時点における第２目標電圧が、昇圧制御の再開時点、再開直前又は再開直後における、検出された出力電圧ＶＨとなるため、昇圧制御の再開時点における出力電圧ＶＨの過剰な変動を確実に抑制することができる。尚、再開直前又は再開直後とは、具体的に言えば、再開時点に対して１〜数サンプリング時刻前後する時点である。この際、昇圧制御の再開時点よりも前であっても後であっても大きく差異はないが、フィードバック制御系の物理的構成によっては、より効果的な一方を定めることは可能である。
【００３２】
本発明に係る昇圧コンバータの制御装置の他の態様では、前記第２設定手段は、前記出力電圧ＶＨが所定の復帰レートに従って前記設定された第１目標電圧に収束するように前記第２目標電圧を設定する（請求項４）。
【００３３】
この態様によれば、間欠昇圧実行時における昇圧制御（必然的に、再開時点から第１目標電圧に収束するまでの期間の昇圧制御を意味する）において、出力電圧ＶＨの復帰レートが設定されており、第２目標電圧は、この所望の復帰レートで出力電圧ＶＨが第１目標電圧へ向けて収束するように設定される。従って、昇圧制御の安定性と収束性とのバランスを図ることが可能である。但し、昇圧制御の収束速度の限界は、昇圧コンバータの応答速度により自然と決定される。
【００３４】
尚、この態様では、前記第２設定手段は、前記直流電源の温度が所定の常温領域にある場合の前記復帰レートと較べて、前記直流電源の温度が前記常温領域よりも高温側又は低温側の領域にある場合の前記復帰レートを小さく設定する（請求項５）。
【００３５】
ところで、直流電源は入出力特性に温度依存性を有しており、復帰レートをこの温度依存性を考慮することなく決定してしまうと、直流電源の入出力電流が過剰となって、直流電源の劣化を早める可能性がある。この態様によれば、直流電源毎に定められ得る常温領域と、それよりも高温側又は低温側の領域とで復帰レートが異ならしめられる。具体的には、相対的高温領域及び相対的低温領域においては、復帰レートが相対的に小さくされる。このようにすれば、直流電源の劣化を防止することができる。
【００３６】
本発明に係る昇圧コンバータの制御装置の他の態様では、前記第２設定手段は、間欠処理における前記昇圧制御の停止期間において、前記検出された出力電圧ＶＨを前記第２目標電圧として設定する（請求項６）。
【００３７】
この態様によれば、第２設定手段は、間欠昇圧における昇圧制御の停止期間において既に第２目標電圧を準備している。即ち、検出された出力電圧ＶＨの値を第２目標電圧として保持している。従って、昇圧制御の再開時点において、速やかに第２目標電圧を設定することができると共に、その値は制御の安定性を図る上で極めて妥当である。
【００３８】
本発明に係る昇圧コンバータの制御装置の他の態様では、前記間欠制御手段は、前記出力電圧ＶＨの変動幅が所定値以内である場合に前記昇圧制御の間欠処理を開始する（請求項７）。
【００３９】
この態様によれば、出力電圧ＶＨの変動幅が所定値以内である場合に間欠処理が許可される。出力電圧ＶＨの変動幅とは、ある程度の期間にわたる出力電圧ＶＨの挙動の定量的指標を包括する概念であり、その定義は一義的でない。例えば、出力電圧ＶＨの変動幅とは、ある期間における、目標値（昇圧指令電圧）と出力電圧ＶＨとの偏差の平均値であってもよい。或いは、ある期間において生じた目標値（昇圧指令電圧）と出力電圧ＶＨとの偏差の最大値であってもよい。或いは、出力電圧ＶＨの変動幅とは、ある期間における出力電圧ＶＨの変化量の最大値であってもよい。
【００４０】
この態様によれば、出力電圧ＶＨが安定した場合に間欠処理の実行が許可されるため、トータル損失低減に確たる効果を期待することができる。また、目標値（昇圧指令電圧）が変化している場合においては、出力電圧ＶＨも相応に変化するから、結果的に当該変動幅も大きくなり易い。即ち、この態様によれば、所定値の設定如何によっては、このように目標値が変化している場合について間欠処理の実行を禁止することも容易にして可能となり、トータル損失低減に確たる効果を得ることができる。
【００４１】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るモータ駆動システムのシステム構成図である。
【図２】図１のモータ駆動システムの制御装置における、昇圧制御部のブロック図である。
【図３】図１のモータ駆動システムの制御装置における、他の昇圧制御部のブロック図である。
【図４】図１のモータ駆動システムの制御装置における、インバータ制御部のブロック図である。
【図５】図１のモータ駆動システムにおける間欠制御処理のフローチャートである。
【図６】図５の間欠制御処理の実行過程における昇圧コンバータの出力電圧ＶＨ及び昇圧損失Ｌｃｖの一時間推移を例示するタイミングチャートである。
【図７】図５の間欠制御処理が実行された場合の、コンバータ損失Ｌｃｖｔとバッテリ電流ＩＢとの関係を例示する図である。
【図８】第２目標電圧ＶＨｔｇ２の設定方法について説明する図である。
【図９】第２目標電圧ＶＨｔｇ２の他の設定方法について説明する図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る出力電圧ＶＨの復帰レートについて説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の各種実施形態について説明する。
【００４４】
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本実施形態に係るモータ駆動システム１０の構成について説明する。ここに、図１は、モータ駆動システム１０の構成を概念的に表すシステム構成図である。
【００４５】
図１において、モータ駆動システム１０は、図示せぬ車両に搭載され、制御装置１００、昇圧コンバータ２００、インバータ３００及び直流電源Ｂを備え、車両の駆動力源となる負荷装置としてのモータジェネレータＭＧを駆動可能に構成された、本発明に係る「電力供給システム」の一例である。
【００４６】
制御装置１００は、モータ駆動システム１０の動作を制御可能に構成された、本発明に係る「昇圧コンバータの制御装置」の一例たる電子制御ユニットである。制御装置１００は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種電子制御装置、各種コントローラ或いはマイコン装置等の形態を採り得るコンピュータシステムとして構成される。制御装置１００は、図１において不図示の昇圧制御部１１０及びインバータ制御部１２０を備えるが、各制御部の構成については後述する。また、制御装置１００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置を備える。
【００４７】
直流電源Ｂは、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の各種二次電池セル（例えば、セル電圧数Ｖ）が複数（例えば、数百個）直列に接続された、電源電圧ＶＢ（例えば、２００Ｖ）の二次電池ユニットである。尚、直流電源Ｂとしては、この種の二次電池に替えて又は加えて、電気二重層キャパシタや大容量のコンデンサ、フライホイール等が用いられてもよい。
【００４８】
昇圧コンバータ２００は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２と、ダイオードＤ１及びＤ２と、キャパシタＣとを備えた、本発明に係る「昇圧コンバータ」の一例たる昇圧回路である。
【００４９】
昇圧コンバータ２００において、リアクトルＬ１の一方端は、直流電源Ｂの正極に接続される正極線（符号省略）に接続され、他方端は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との中間点、即ち、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子との接続点に接続される。
【００５０】
スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は、上記正極線と直流電源Ｂの負極に接続される負極線（符号省略）との間に直列に接続された、本発明に係る「スイッチング手段」の一例である。スイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子は上記正極線に、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子は上記負極線に接続されている。ダイオードＤ１及びＤ２は、夫々のスイッチング素子において、エミッタ側からコレクタ側への電流のみを許容する整流素子である。
【００５１】
尚、本実施形態において、スイッチング素子は、リアクトルＬ１の端部との接続点よりも高電位側のスイッチング素子Ｑ１と、同じく低電位側のスイッチング素子Ｑ２とから構成されており、双アーム型の昇圧コンバータを構成している。但し、このようなスイッチング素子の構成は一例であり、昇圧コンバータは、図１でスイッチング素子Ｑ２のみを備えた片アーム型の昇圧コンバータであってもよい。
【００５２】
スイッチング素子Ｑ１及びＱ２並びに後述するインバータ３００の各スイッチング素子（Ｑ３乃至Ｑ８）は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ等として構成される。
【００５３】
キャパシタＣは、正極線と負極線との間に接続されたコンデンサである。このキャパシタＣの端子間電圧、即ち、正極線と負極線との間の電位差ＶＨは、昇圧コンバータ２００の出力電圧である。尚、これ以降キャパシタＣの出力電圧ＶＨを、適宜「出力電圧ＶＨ」と表現する。
【００５４】
インバータ３００は、ｐ側スイッチング素子Ｑ３及びｎ側スイッチング素子Ｑ４を含むＵ相アーム（符号省略）、ｐ側スイッチング素子Ｑ５及びｎ側スイッチング素子Ｑ６を含むＶ相アーム（符号省略）及びｐ側スイッチング素子Ｑ７及びｎ側スイッチング素子Ｑ８を含むＷ相アーム（符号省略）を備えた電力変換器である。インバータ３００の夫々のアームは、上記正極線と上記負極線との間に並列に接続されている。
【００５５】
尚、スイッチング素子Ｑ３乃至Ｑ８には、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２と同様、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流す整流用ダイオードＤ３乃至Ｄ８が夫々接続されている。また、インバータ３００における各相アームのｐ側スイッチング素子とｎ側スイッチング素子との中間点は、夫々モータジェネレータＭＧの各相コイルに接続されている。
【００５６】
モータジェネレータＭＧは、ロータに永久磁石が埋設されてなる三相交流電動発電機である。モータジェネレータＭＧは、図示されない車両の駆動輪に機械的に連結され、車両を駆動するためのトルクを発生可能に構成される。また、モータジェネレータＭＧは、主として車両の制動時において、車両の運動エネルギの入力を受けて電力回生（即ち、発電）を行うこともできる。この車両が、モータジェネレータＭＧの他に動力源としてのエンジンを備えたハイブリッド車両である場合、このモータジェネレータＭＧは、当該エンジンに機械的に連結され、エンジンの動力により電力回生を行ったり、エンジンの動力をアシストしたり出来るように構成されていてもよい。尚、本実施形態に係る車両は、この種のハイブリッド車両であっても、動力源として当該モータジェネレータＭＧのみを備えた電気自動車であってもよい。
【００５７】
モータ駆動システム１０には、不図示のセンサ群が付設されており、直流電源Ｂの電圧ＶＢ、直流電源の温度たるバッテリ温度ＴＢ、昇圧コンバータ２００のリアクトルＬ１に流れるバッテリ電流ＩＢ（本発明に係る、「直流電源又は昇圧コンバータに流れる電流」の一例）、出力電圧ＶＨ、インバータ３００におけるｖ相電流Ｉｖ及びｗ相電流Ｉｗ並びにモータジェネレータＭＧのロータの回転角たるモータ回転位相θ等が適宜検出される構成となっている。また、これらセンサ群を構成するセンサの各々は、制御装置１００と電気的に接続されており、検出された値は、制御装置１００により適宜参照可能な構成となっている。
【００５８】
モータ駆動システム１０において、昇圧コンバータ２００及びインバータ３００は、制御装置１００と電気的に接続されており、制御装置１００によりその駆動状態が制御される構成となっている。
【００５９】
次に、図２を参照し、制御装置１００において昇圧コンバータ２００を制御する昇圧制御部１１０の構成について説明する。ここに、図２は、昇圧制御部１１０のブロック図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００６０】
図２において、昇圧制御部１１０は、インバータ入力演算部１１１、加減算器１１２、電圧制御演算部１１３、キャリア生成部１１４及び比較器１１５を備える。また、昇圧制御部１１０は、予めＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、昇圧制御並びに後述する間欠制御処理を実行可能に構成される。
【００６１】
昇圧制御は、コンバータ制御信号ＰＷＣに基づいて、正極線と負極線との間の電圧、即ち、出力電圧ＶＨを直流電源Ｂの電源電圧ＶＢ以上に昇圧する制御である。昇圧制御では、出力電圧ＶＨが目標電圧（ＶＨ指令値とも称される）よりも低ければ、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティが相対的に大きくされ、正極線を直流電源Ｂ側からインバータ３００側へ流れる電流を増加させることができ、出力電圧ＶＨを上昇させることができる。一方、出力電圧ＶＨが目標電圧よりも高ければ、スイッチング素子Ｑ１のオンデューティが相対的に大きくされ、正極線をインバータ３００側から直流電源Ｂ側へ流れる電流を増加させることができ、出力電圧ＶＨを低下させることができる。尚、目標電圧は、第１目標電圧ＶＨｔｇ１又は第２目標電圧ＶＨｔｇ２のいずれか一方である。
【００６２】
インバータ入力演算部１１１は、昇圧コンバータ２００の目標電圧を設定する回路である。
【００６３】
加減算部１１２は、出力電圧ＶＨの検出値を目標電圧から減算し、減算結果を電圧制御演算部１１３へ出力する。電圧制御演算部１１３は、目標電圧から出力電圧ＶＨの検出値を減算してなる減算結果を加減算部１１２から受け取ると、出力電圧ＶＨを目標電圧に一致させるための制御量を演算する。この際、例えば、比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を含む公知のＰＩ制御演算等が用いられる。電圧制御演算部１１３は、算出された制御量を、電圧指令値として比較器１１５に出力する。
【００６４】
一方、キャリア生成部１１４は、三角波からなるキャリア信号を生成し、比較器１１５に送出する。比較器１１５では、電圧制御演算部１１３から供給される電圧指令値とこのキャリア信号とが比較され、その電圧値の大小関係に応じて論理状態が変化する、先述したコンバータ制御信号ＰＷＣが生成される。この生成されたコンバータ制御信号ＰＷＣは、昇圧コンバータ２００のスイッチング素子Ｑ１及びＱ２に出力される。昇圧制御部１１０は、以上のように構成される。
【００６５】
尚、図２に例示された構成は、電圧制御を実現する回路構成であるが、昇圧コンバータ２００の制御形態は、このような電圧制御に限定されない。ここで、図３を参照し、制御装置１００の昇圧制御部１１０’の構成について説明する。ここに、図３は、昇圧制御部１１０’のブロック図である。尚、同図において、図２と重複する箇所には、同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００６６】
図３において、昇圧制御部１１０’は、電圧制御演算部１１３と比較器１１５との間に、加減算器１１７及び電流制御演算部１１８を備える。
【００６７】
一方、キャリア生成部１１４は、比較器１１５の他に、Ｓ／Ｈ（サンプルホールド）回路１１６にも送出される。Ｓ／Ｈ回路１１６は、キャリア生成部１１４から受けるキャリア信号の山及び谷のタイミングでバッテリ電流ＩＢをサンプリングする。
【００６８】
ここで、昇圧制御部１１０’においては、電圧制御演算部１１３において、出力電圧ＶＨを目標電圧に一致させるための電流指令値ＩＲが生成されており、加減算器１１７は、この電流指令値ＩＲからＳ／Ｈ回路１１６によってサンプリングホールドされたバッテリ電流ＩＢの検出値を減算する。減算された結果は、電流制御演算部１１８に送出される。
【００６９】
電流制御演算部１１８では、バッテリ電流ＩＢを電流指令値ＩＲに一致させるための制御量が演算される。この際、例えば、比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を含む公知のＰＩ制御演算等が用いられる。電流制御演算部１１８は、算出された制御量を、デューティ指令値ｄとして比較器１１５に出力する。
【００７０】
比較器１１５では、このデューティ指令値ｄとキャリア信号との大小関係が比較され、コンバータ制御信号ＰＷＣが生成且つ各スイッチング素子へ供給される。即ち、昇圧制御部１１０’は、電流制御を実現する回路構成となっている。このような構成によっても昇圧コンバータ２００を好適に制御することができる。
【００７１】
次に、図４を参照し、インバータ制御部１２０の構成について説明する。ここに、図４は、インバータ制御部１２０のブロック図である。尚、同図において、既出の各図と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００７２】
図４において、インバータ制御部１２０は、電流指令変換部１２１、電流制御部１２２、２相／３相変換部１２３、３相／２相変換部１２４、キャリア生成部１１４（昇圧制御部１１０と共用される）及びＰＷＭ変換部１２５から構成される。
【００７３】
電流指令変換部１２１は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲに基づいて、２相の電流指令値（Ｉｄｔｇ、Ｉｑｔｇ）を生成する。
【００７４】
一方、インバータ３００からは、フィードバック情報として、ｖ相電流Ｉｖとｗ相電流Ｉｗが３相／２相変換部１２４に供給される。３相／２相変換部１２４では、これらｖ相電流Ｉｖ及びｗ相電流Ｉｗから、三相電流値が、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑからなる２相電流値に変換される。変換された後の２相電流値は、電流制御部１２２に送出される。
【００７５】
電流制御部１２２では、電流指令変換部１２１において生成された２相の電流指令値と、この３相／２相変換部１２４から受け取った２相電流値Ｉｄ及びＩｑとの差分に基づいて、ｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧からなる２相の電圧指令値が生成される。生成された２相の電圧指令値Ｖｄ及びＶｑｈは、２相／３相変換部１２３に送出される。
【００７６】
２相／３相変換部１２３では、２相の電圧指令値Ｖｄ及びＶｑが、３相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに変換される。変換された３相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ及びＶｗは、ＰＷＭ変換部１２５に送出される。
【００７７】
ここで、ＰＷＭ変換部１２５は、キャリア生成部１１４から所定のキャリア周波数ｆｃａｒを有するキャリアＣａｒを受け取る構成となっており、このキャリアＣａｒと、変換された３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗとの大小関係を比較する。更に、ＰＷＭ変換部１２５は、その比較結果に応じて論理状態が変化する、ｕ相スイッチング信号Ｇｕｐ及びＧｕｎ、ｖ相スイッチング信号Ｇｖｐ及びＧｖｎ並びにｗ相スイッチング信号Ｇｗｐ及びＧｗｎを生成してインバータ３００に供給する。
【００７８】
より具体的には、各相に対応するスイッチング信号のうち、「ｐ」なる識別子が付記された信号は、各相のスイッチング素子のうちｐ側スイッチング素子（Ｑ３、Ｑ５及びＱ７）を駆動するための駆動信号であり、「ｎ」なる識別子が付記された信号は、各相のスイッチング素子のうちｎ側スイッチング素子（Ｑ４、Ｑ６及びＱ８）を駆動するための駆動信号を意味する。
【００７９】
ここで特に、キャリアＣａｒと各相電圧指令値との比較において、各相電圧指令値がキャリアＣａｒよりも小さい値からキャリアＣａｒに一致すると、ｐ側スイッチング素子をターンオンさせるためのスイッチング信号が生成される。また、各相電圧指令値がキャリアＣａｒよりも大きい値からキャリアＣａｒに一致すると、ｎ側スイッチング素子をターンオンさせるためのスイッチング信号が生成される。即ち、スイッチング信号は、オンオフが表裏一体の信号であり、各相のスイッチング素子は、ｐ側とｎ側とのうち常にいずれか一方がオン状態であり、他方がオフ状態となる。
【００８０】
インバータ３００が、各相スイッチング信号により規定される各スイッチング素子の駆動状態に変化する又は維持されると、その変化した又は維持された駆動状態に対応する回路状態に従って、モータジェネレータＭＧが駆動される構成となっている。尚、このようなインバータ３００の制御態様は、所謂ＰＷＭ制御の一態様である。
【００８１】
尚、一般的に、車両駆動用のモータジェネレータＭＧは、上述したＰＷＭ制御の他に、公知の過変調制御及び矩形波制御が併用される場合が多い。本実施形態に係るモータ駆動システム１０においても、インバータ３００の制御態様は、車両の走行条件に応じて適宜切り替えられるものとする。
【００８２】
＜実施形態の動作＞
次に、本実施形態の動作として、昇圧制御部１１０により実行される間欠制御処理について説明する。
【００８３】
＜間欠制御処理の概要＞
昇圧コンバータ２００は、直流電源Ｂの電源電圧ＶＢを昇圧する必要がある場合において、先述した昇圧制御により電源電圧ＶＢを昇圧している。継続的に実行される昇圧制御（即ち、間欠昇圧における昇圧制御ではない）においては、昇圧コンバータ２００の出力電圧ＶＨが、定常的には第１目標電圧ＶＨｔｇ１に維持される。例えば、第１目標電圧ＶＨｔｇ１は、概ね６００Ｖ程度の値を採り得る。
【００８４】
一方、昇圧コンバータ２００のスイッチング素子Ｑ１及びＱ２は、昇圧制御に伴う昇圧動作において、絶えずスイッチング状態が切り替わっている。このスイッチング状態の切り替えにはスイッチングリプルと称される電圧変動が伴うため、昇圧コンバータ２００は、昇圧制御において常に昇圧損失Ｌｃｖを生じている。この昇圧損失Ｌｃｖは、昇圧コンバータ２００、インバータ３００及びモータジェネレータＭＧを含む電力系全体の損失であるシステム損失Ｌｓｙｓを増加させる要因となる。間欠制御処理は、このシステム損失Ｌｓｙｓを低減するための制御であり、先述した昇圧制御を間欠的に行う（即ち、間欠昇圧を行う）ための処理である。
【００８５】
＜間欠制御処理の詳細＞
ここで、図５を参照し、間欠制御処理の詳細について説明する。ここに、図５は、間欠制御処理のフローチャートである。尚、間欠制御処理は、所定周期で繰り返し実行される制御である。
【００８６】
図５において、先ず昇圧制御における出力電圧ＶＨの目標値である第１目標電圧ＶＨｔｇ１が設定される（ステップＳ１０１）。
【００８７】
第１目標電圧ＶＨｔｇ１は、負荷装置であるモータジェネレータＭＧの駆動条件に応じて決定される。具体的には、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲ及びモータ回転速度ＭＲＮから算出される要求出力値を駆動条件として、予め経験的に、実験的に又は理論的に得られる要求出力値と第１目標電圧ＶＨｔｇ１との関係から第１目標電圧ＶＨｔｇ１が設定される。第１目標電圧ＶＨｔｇ１は、トルク指令値ＴＲに対応する要求トルクを発生させるのに必要な昇圧コンバータ２００の出力電圧ＶＨ（以下、必要電圧ＶＨｎと表現する）に対して十分に高い値に設定される。ここで、十分に高いとは、具体的には、第１目標電圧ＶＨｔｇ１に対して所定のオフセット値ＯＦＳを加減算して得られる、間欠昇圧における電圧変動許可範囲（即ち、本発明に係る「所定範囲」の一例）の下限値（即ち、ＶＨｔｇ−ＯＦＳ）が必要電圧ＶＨｎよりも高くなることを含む。
【００８８】
尚、ここで説明した手法は、先に述べた要件のうち第２の要件（負荷装置の要求電圧を満たすこと）に関連するものである。従って、望ましくは第１の要件（即ち、昇圧コンバータ２００、インバータ３００及びモータジェネレータＭＧを含む電力系全体の損失であるシステム損失Ｌｓｙｓを低減すること）も十分に満たされるように第１目標電圧ＶＨｔｇ１は決定される。システム損失を最小とするための第１目標電圧ＶＨｔｇ１の設定手法については、公知のものを適用することができる。
【００８９】
第１目標電圧ＶＨｔｇ１が設定されると、間欠昇圧が許可されているか否かが判定される（ステップＳ１０２）。本実施形態では、昇圧コンバータ２００の制御が基本的に間欠昇圧により行われる。従って、基本的に間欠昇圧は許可される。但し、モータジェネレータＭＧが最大出力点（あるモータ回転速度ＭＲＮに対するモータトルクＴｍｇの最大値）付近で駆動されている場合等、高負荷状態においては、モータジェネレータＭＧの出力性能を担保する目的から間欠昇圧が禁止されてもよい。即ち、間欠昇圧が許可されない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、昇圧制御が開始され（ステップＳ１０６）、間欠制御処理は終了する。この場合、間欠昇圧が許可されない間は、ステップＳ１０３乃至ステップＳ１０５が行われないため、第１目標電圧ＶＨｔｇ１に基づいた昇圧制御が常時実行される。
【００９０】
間欠昇圧が許可されている場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、出力電圧ＶＨが第１目標電圧ＶＨｔｇ１に収束したか否かが判定される（ステップＳ１０３）。出力電圧ＶＨが第１目標電圧ＶＨｔｇ１に収束している場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、昇圧コンバータ２００がシャットダウンされ、昇圧制御が停止される（ステップＳ１０４）。昇圧制御が停止されるか、又はステップＳ１０３において出力電圧ＶＨが第１目標電圧ＶＨｔｇ１に収束していない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１０５が実行される。
【００９１】
ステップＳ１０５においては、出力電圧ＶＨが電圧変動許可範囲の下限値ＶＨＬ以上且つ上限値ＶＨＨ以下であるか否かが判定される（ステップＳ１０５）。尚、既に述べたように、上限値ＶＨＨは第１目標電圧ＶＨｔｇ１に対してオフセット値ＯＦＳを加算して得られ、下限値ＶＨＬは第１目標電圧ＶＨｔｇ１に対してオフセット値ＯＦＳを減算して得られる。オフセット値ＯＦＳの値は電圧振動と出力確保の点から規定されており、例えば、第１目標電圧ＶＨｔｇ１が６００Ｖ程度の場合、概ね５０Ｖ程度であってもよい。
【００９２】
出力電圧ＶＨが電圧変動許可範囲に維持されている場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、間欠制御処理は終了する。出力電圧ＶＨが電圧変動許可範囲の上限値ＶＨＨ又は下限値ＶＨＬに達する又はこれらを超えると（ステップＳ１０５：ＮＯ）、昇圧制御の停止措置が解除され、昇圧制御が再開される（ステップＳ１０６）。即ち、ステップＳ１０３乃至ステップＳ１０６により間欠昇圧が実現される。間欠昇圧では、モータジェネレータＭＧの力行駆動時には出力電圧ＶＨが第１目標電圧ＶＨｔｇ１と下限値ＶＨＬとの間で変動し、同じく回生駆動時には出力電圧ＶＨが第１目標電圧ＶＨｔｇ１と上限値ＶＨＨとの間で変動する。
【００９３】
尚、本実施形態に係る電圧変動許可範囲は、オフセット値ＯＦＳを用いて、上限値ＶＨＨが「ＶＨｔｇ＋ＯＦＳ」に、下限値ＶＨＨが「ＶＨｔｇ−ＯＦＳ」に夫々設定されるが、このような電圧変動許可範囲の設定態様は一例である。例えば、上限値ＶＨＨ及び下限値ＶＨＬは、第１目標電圧ＶＨｔｇ１に対して所定の係数を乗じることによって設定されてもよい。この場合、上限値ＶＨＨを規定する補正係数は１より大きく、下限値ＶＨＬを規定する補正係数は１未満である。
【００９４】
＜間欠制御処理の効果＞
次に、図６を参照し、間欠制御処理の効果について説明する。ここに、図６は、間欠制御処理の実行過程における、出力電圧ＶＨ及び昇圧損失Ｌｃｖの一時間推移を例示するタイミングチャートである。
【００９５】
図６において、上段は出力電圧ＶＨの時間推移を表し、下段は昇圧損失Ｌｃｖの時間推移を表す。尚、図６において、第１目標電圧ＶＨｔｇ１は、ＶＨｔｇａ（ＶＨｔｇａ＞ＶＢ）であるとする。
【００９６】
出力電圧ＶＨの時間推移において、時刻ｔ０における出力電圧ＶＨはＶＨｔｇａで概ね安定している。即ち、出力電圧ＶＨは、図示ハッチング表示される停止許可範囲に収束している。ここで、時刻ｔ１までその安定状態が継続した結果、昇圧コンバータ２００が停止されたとする。
【００９７】
昇圧コンバータ２００が停止されると、負荷装置であるモータジェネレータＭＧの駆動状態に応じて、出力電圧ＶＨは増加又は減少する。図６では、モータジェネレータＭＧが力行状態にあり、時刻ｔ１以降出力電圧ＶＨが減少する時間推移が、図示ＰＲＦ＿ＶＨ１（実線）として例示される。また、モータジェネレータＭＧが回生状態にあり、時刻ｔ１以降出力電圧ＶＨが増加する時間推移が、図示ＰＲＦ＿ＶＨ２（破線）として例示される。尚、これ以降、ＰＲＦ＿ＶＨ１を例にとって説明することとする。
【００９８】
時刻ｔ１以降減少し続ける出力電圧ＶＨが、時刻ｔ２において、ＶＨｔｇａに基づいて設定される下限値ＶＨＬａに到達すると、先の間欠制御処理におけるステップＳ１０９が「ＮＯ」側に分岐し、昇圧制御が再開される。その結果、出力電圧ＶＨは、時刻ｔ３においてＶＨｔｇａに復帰する。時刻ｔ３において出力電圧ＶＨがＶＨｔｇａに達すると、再び昇圧コンバータ２００は停止される。
【００９９】
一方、昇圧損失Ｌｃｖの時間推移を見ると、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの第１期間ＰＯＤ１に概ね一定であった昇圧損失Ｌｃｖは、時刻ｔ１において昇圧制御が停止されるとゼロとなる。昇圧損失Ｌｃｖは、時刻ｔ１から昇圧制御が再開される時刻ｔ２に至るまでの第２期間ＰＯＤ２においてゼロに維持される。また、時刻ｔ２において昇圧制御が再開されると、昇圧損失Ｌｃｖは増加し、時刻ｔ２から昇圧制御が再び停止する時刻ｔ３に至るまでの第３期間ＰＯＤ３においてゼロより大きい値となる。
【０１００】
ここで、図６における第２期間ＰＯＤ２及び第３期間ＰＯＤ３を合算した期間は、昇圧制御の停止から停止解除を経て再び昇圧制御が停止されるまでの期間であり、上述した「昇圧制御の間欠処理における、相互に連続する昇圧制御の実行期間及び停止期間からなる期間」の一例に相当する。即ち、第２期間ＰＯＤ２と第３期間ＰＯＤ３とを合算してなる期間における処理は、上述した「単位間欠処理」の一例である。これ以降、第２期間ＰＯＤ２と第３期間ＰＯＤ３とを合算してなる期間における処理を適宜「単位間欠処理」と表現することとする。
【０１０１】
尚、ここでは、第２期間ＰＯＤ２と第３期間ＰＯＤ３とを合算してなる期間が単位間欠処理の定義に係る期間とされたが、これは一例に過ぎない。即ち、「相互に連続する昇圧制御の実行期間及び停止期間からなる期間」とは、例えば、図６を参照すれば、第３期間ＰＯＤ３と、それに引き続く、一部不図示の昇圧制御の停止期間（時刻ｔ３から昇圧制御が再開される時点までの期間）とが合算された期間であってもよい。従って、例えば、この第３期間ＰＯＤ３とそれに引き続く昇圧制御の停止期間とが合算された期間における処理もまた、この「単位間欠処理」の好適な一例である。
【０１０２】
この単位間欠処理における昇圧損失Ｌｃｖの収支は、出力電圧ＶＨが第１目標電圧ＶＨｔｇ１に維持され続けた場合を基準（即ち、ゼロ）とすると、損失低減量と損失増加量との差分となる。
【０１０３】
損失低減量は、図示損失低減量Ｌｃｖｒｄｃ１（濃い斜線ハッチング部）と損失低減量Ｌｃｖｒｄｃ２（薄い斜線ハッチング部）との和であり、損失増加量は図示損失増加量Ｌｃｖｉｎｃ（横線ハッチング部）である。図６においては、損失低減量Ｌｃｖｒｄｃ２と損失増加量Ｌｃｖｉｎｃとの絶対値が等しくなっており、間欠制御処理により実現される昇圧損失Ｌｃｖの収支は、損失低減量Ｌｃｖｒｄｃ１に等しくなる。損失低減量Ｌｃｖｒｄｃ１は負値であるから、間欠制御処理により昇圧損失Ｌｃｖが大きく低減されることが分かる。尚、当該収支は、昇圧制御停止後の出力電圧ＶＨの変動が緩慢である程、負側により大きくなる。
【０１０４】
次に、図７を参照し、間欠制御において、単位時間当たりに昇圧コンバータ２００で生じる昇圧損失Ｌｃｖについて説明する。ここに、図７は、間欠制御が実行された場合の、コンバータ損失Ｌｃｖｔとバッテリ電流ＩＢとの関係を例示する図である。尚、コンバータ損失Ｌｃｖｔとは、単位間欠処理における昇圧損失Ｌｃｖの総和を当該単位間欠処理の期間の長さで除した値であり、単位時間当たりに昇圧コンバータ２００で生じる昇圧損失Ｌｃｖを意味する。
【０１０５】
図７において、縦軸にコンバータ損失Ｌｃｖｔが、横軸にバッテリ電流ＩＢが夫々表される。
【０１０６】
図示ＰＲＦ＿Ｌｃｖｔｃｍｐ（破線参照）は、比較例であり、本実施形態に係る間欠制御処理が実行されずに当該期間において出力電圧ＶＨが第１目標電圧ＶＨｔｇ１に維持された場合のコンバータ損失を示している。
【０１０７】
一方、図示ＰＲＦ＿Ｌｃｖｔ（実線参照）は、本実施形態に係る間欠制御処理が実行された場合のコンバータ損失Ｌｃｖｔを示している。このように、本実施形態に係る間欠制御処理が実行された場合、図６を参照すれば、第２期間ＰＯＤ２において昇圧損失Ｌｃｖがゼロとなるため、第３期間ＰＯＤ３において昇圧損失Ｌｃｖが多少増加しても、単位時間当たりの値であるコンバータ損失Ｌｃｖｔは比較例に較べて大きく減じられる。特に、バッテリ電流ＩＢが十分に小さい場合には、第２期間ＰＯＤ２が相対的に長くなることから、コンバータ損失Ｌｃｖｔは大きく減少する。即ち、間欠制御処理によれば、コンバータ損失Ｌｃｖｔを減少させることによってシステム損失Ｌｓｙｓを低減することが可能である。
【０１０８】
＜第２目標電圧ＶＨｔｇ２の設定＞
ここで、昇圧制御は先述したようにフィードバック制御（ここではＰＩ制御）である。従って、間欠昇圧が実行される過程において、昇圧制御の目標電圧が第１目標電圧ＶＨｔｇ１のみであると、昇圧制御の再開時点における目標電圧と出力電圧ＶＨとの偏差が大きくなり過ぎる。その結果、実践的運用面においては、出力電圧ＶＨがとりわけ昇圧制御の再開初期において大きくハンチングし、昇圧制御における第１目標電圧ＶＨｔｇ１への収束が大きく遅延する。その結果、間欠昇圧を全体的に見た場合に、昇圧制御の実行期間の占める割合が相対的に増加し、システム損失低減に係る効果が十分に得られなくなる。そこで、本実施形態では、間欠昇圧が許可されている場合には、昇圧制御の暫定的な目標電圧として第２目標電圧ＶＨｔｇ２が設定される。
【０１０９】
ここで、図８を参照し、第２目標電圧ＶＨｔｇ２の設定方法について説明する。ここに、図８は、第２目標電圧ＶＨｔｇ２の一設定方法を説明する図である。尚、同図において、図６と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１１０】
図８において、モータジェネレータＭＧが力行駆動されている場合の間欠昇圧の様子が示される。出力電圧ＶＨの挙動は、図示ＰＲＦ＿ＶＨ３（実線）として示されている。また、時刻ｔ２において出力電圧ＶＨが電圧変動許可範囲の下限値ＶＨＬに達し、昇圧制御の再開条件が満たされている。
【０１１１】
ここで、第２目標電圧ＶＨｔｇ２は、図示ＰＲＦ＿ＶＨｔｇ２Ａ（破線）に従って設定される。即ち、第２目標電圧ＶＨｔｇ２は、昇圧停止期間ＰＯＤ２及び時刻ｔ２まで出力電圧ＶＨと同値に設定される。即ち、本発明に係る「間欠処理における昇圧制御の再開時点における第２目標電圧は、間欠処理における昇圧制御の再開時点、再開直前又は再開直後における検出された出力電圧ＶＨである」状態が実現される。時刻ｔ２以降、即ち、間欠昇圧時の昇圧制御の実行期間においては、第２目標電圧ＶＨｔｇ２は、所定の復帰レートに従って徐々に第１目標電圧ＶＨｔｇ１に近付けられる。即ち、第２目標電圧ＶＨｔｇ２は、第１目標電圧ＶＨｔｇ１と検出された出力電圧ＶＨとの間（ここでは、出力電圧ＶＨと同値）で設定される。実際の出力電圧ＶＨは、この第２目標電圧ＶＨｔｇ２に追従するように、上記復帰レートに従って徐々に第１目標電圧ＶＨｔｇ１に収束する。
【０１１２】
このように、本実施形態によれば、第１目標電圧ＶＨｔｇ１とは異なる暫定的な目標値として第２目標電圧ＶＨｔｇ２が設定され、間欠昇圧における昇圧制御に適用される。従って、昇圧制御の再開直後〜第１目標電圧ＶＨｔｇ１へ収束するまでの出力電圧ＶＨの挙動を安定させることができ、結果的に昇圧制御の実行時間を短縮化することができる。また、出力電圧ＶＨが安定になることから、上述した単位間欠処理における出力電圧ＶＨの平均電圧値も大きく変動しない。その結果、負荷装置としてのモータジェネレータＭＧも出力制限等を受けることなく良好に駆動される。
【０１１３】
尚、第２目標電圧ＶＨｔｇ２の設定方法は、図８のものに限定されない。ここで、図９を参照して、第２目標電圧ＶＨｔｇ２の他の設定方法について説明する。ここに、図９は、第２目標電圧ＶＨｔｇ２の他の設定方法を説明する図である。尚、同図において、図８と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１１４】
図９において、第２目標電圧ＶＨｔｇ２は、図示ＰＲＦ＿ＶＨｔｇ２Ｂ（破線）に従って設定される。即ち、第２目標電圧ＶＨｔｇ２は、昇圧停止期間ＰＯＤ２においては第１目標電圧ＶＨｔｇ１と同値であり、昇圧制御の再開条件が満たされた時刻ｔ２において、出力電圧ＶＨの値（即ち、下限値ＶＬＬ）にステップ的に設定される。このように、昇圧制御の再開条件が満たされた時点で、出力電圧ＶＨ又は出力電圧ＶＨ近傍の値が設定されれば、昇圧停止期間中の第２目標電圧ＶＨｔｇ２は比較的自由である。
【０１１５】
以上説明したように、本実施形態によれば、間欠昇圧の実行期間において昇圧制御が再開される場合には、昇圧制御及び間欠昇圧の根幹を定義する第１目標電圧ＶＨｔｇ１とは別に、暫定的な目標電圧である第２目標電圧ＶＨｔｇ２が設定される。即ち、二つの目標電圧が並存する。この第２目標電圧ＶＨｔｇ２を昇圧制御の目標電圧とすることによって、第１目標電圧ＶＨｔｇ１と電圧変動許可範囲の下限値ＶＬＬとの差分に相当する比較的大きな偏差に基づいたフィードバック制御を防止することができ、出力電圧ＶＨを安定的に第１目標電圧ＶＨｔｇ１に収束させることができる。
【０１１６】
尚、本実施形態では、間欠昇圧の実行時において昇圧制御の再開条件が満たされた時点（上述の時刻ｔ２）における第２目標電圧ＶＨｔｇ２は、検出される出力電圧ＶＨと一致している。しかしながらこれは一例であり、概念的には、負荷装置の力行駆動時においては第１目標電圧ＶＨｔｇ１未満且つ出力電圧ＶＨ以上の値が、同じく回生駆動時においては第１目標電圧ＶＨｔｇ１より大きく且つ出力電圧ＶＨ以下の値が、夫々第２目標電圧ＶＨｔｇ２として設定される限りにおいて、昇圧制御を安定ならしめる旨の効果は担保される。
【０１１７】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、間欠昇圧実行時の昇圧制御における出力電圧ＶＨの復帰レート（第２目標電圧ＶＨｔｇ２の変化率）は、予め実験的に、経験的に、又は理論的に設定された固定値が使用される。しかしながら、出力電圧ＶＨの復帰レートは、直流電源Ｂの状態を考慮して決定されるのが望ましい。ここで、そのような趣旨に基づいた本発明の第２実施形態について、図１０を参照して説明する。ここに、図１０は、第２実施形態に係る出力電圧ＶＨの復帰レートについて説明する図である。
【０１１８】
図１０において、縦軸及び横軸に夫々出力電圧ＶＨの復帰レートＲ（Ｖ／ｓｅｃ）及びバッテリ温度ＴＢ（℃）が示される。ここで、図示のように低温域、常温域及び高温域を設定すると、復帰レートＲは常温域で最も高い絶対値Ｒ１を採り、低温域及び高温域では、夫々温度が減少及び増加するのに連れて線形的に減少する。尚、低温域、常温域及び高温域を夫々規定する境界温度値は、設計事項である。図１０では、極低温域及び極高温域において復帰レートＲ＝０とされるが、これは、間欠昇圧が禁止されることを意味する。
【０１１９】
直流電源ＶＢの入出力性能は、極端な低温及び高温において低下することが知られている。電流の入出力量が許容値を超えると、直流電源Ｂの劣化が進行する。従って、間欠昇圧によるシステム損失Ｌｓｙｓの低減効果を十分に得ることを目的とすれば復帰レートＲは高い方がよいが、モータ駆動システム１０全体の品質管理の面からは、このようにバッテリ温度ＴＢに応じた復帰レートＲの設定が望ましい。本実施形態によれば、図１０に示される関係に従って適切な復帰レートが設定される。従って、直流電源Ｂの劣化を防止しつつ、間欠昇圧に係る実践上の利益を得ることができる。
【０１２０】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う昇圧コンバータの制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、電源電圧を昇圧コンバータで昇圧して負荷装置を駆動するシステムに適用可能である。
【符号の説明】
【０１２２】
１０…モータ駆動システム、１００…制御装置、１１０…昇圧制御部、１２０…インバータ制御部、２００…昇圧コンバータ、３００…インバータ、Ｃ…キャパシタ、Ｂ…直流電源、ＭＧ、ＭＧ１、ＭＧ２…モータジェネレータ。
【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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