(57)【要約】【課題】力行時において、上素子オン固定制御と下素子片素子制御とを切り替える際に上アームを構成するスイッチング素子と下アームを構成するスイッチング素子が共にオンとなるのをより確実に防止する。【解決手段】低電圧側電力ラインから高電圧側電力ラインに電力の供給を行なう力行時には、上アームを構成するスイッチング素子についてはオン固定とした状態とすると共に下アームを構成するスイッチング素子についてはオフ固定とした状態とする上素子オン固定制御と、上アームを構成するスイッチング素子についてはオフ固定とした状態とすると共に下アームを構成するスイッチング素子については三角波のキャリアにおいてデューティに対して山側でオンとすると共に谷側でオフとする下素子片側素子制御と、の切り替えをキャリアの谷のタイミングで行なう。【選択図】図２
2019110663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アームおよび下アームの２つのスイッチング素子とリアクトルとを有し、低電圧側電力ラインと高電圧側電力ラインとの間で電圧の変更を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧コンバータと、
前記低電圧側電力ラインから高電圧側電力ラインに電力の供給を行なう力行時には、上アームを構成するスイッチング素子についてはオン固定とした状態とすると共に下アームを構成するスイッチング素子についてはオフ固定とした状態とする上素子オン固定制御と、上アームを構成するスイッチング素子についてはオフ固定とした状態とすると共に下アームを構成するスイッチング素子については三角波のキャリアにおいてデューティに対して山側でオンとすると共に谷側でオフとする下素子片側素子制御と、を切り替えて実行する制御装置と、
を備えるコンバータ装置であって、
前記制御装置は、前記上素子オン固定制御と前記下素子片素子制御とを切り替えるときには、前記キャリアの谷のタイミングで切り替える、
ことを特徴とするコンバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータ装置に関し、詳しくは、上アームおよび下アームの２つのスイッチング素子とリアクトルとを有する昇降圧コンバータを備えるコンバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のコンバータ装置としては、第１スイッチング素子を含む第１アーム及び第２スイッチング素子を含む第２アームのいずれか一方のみによる片アーム駆動を行なう片アーム駆動制御を実行するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、片アーム駆動を相互に切替える際には、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子がいずれもオフとなるデューティ指令信号を所定期間生成するよう制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３１１０９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上アームおよび下アームの２つのスイッチング素子とリアクトルとを有する昇降圧コンバータを備える装置では、低電圧側電力ラインから高電圧側電力ラインに電力を電圧を昇圧して供給する際に、上アームを構成するスイッチング素子をオフに固定した状態で下アームを構成するスイッチング素子をオンオフする下素子片素子制御を行なう場合がある。一方、低電圧側電力ラインの電力を電圧を変更せずに高電圧側電力ラインに供給するときには、上アームを構成するスイッチング素子をオンに固定すると共に下アームを構成するスイッチング素子をオフに固定する状態とする上素子オン固定制御を実行する場合がある。こうした上素子オン固定制御と下素子片素子制御とを切り替える際、切替タイミングによっては下アームを構成するスイッチング素子がオンとなるタイミングで行なわれる場合が生じる。この場合、デッドタイムが設けられているものの、何らか理由でタイミングが若干ズレると、上アームを構成するスイッチング素子と下アームを構成するスイッチング素子が共にオンとなり、短絡する場合が懸念される。なお、回生時には、下アームを構成するスイッチング素子をオフに固定した状態で上アームを構成するスイッチング素子をオンオフする上素子片素子制御と上素子オン固定制御とを切り替えることになるが、上素子片素子制御でも上素子オン固定制御でも下アームを構成するスイッチング素子はオフに固定した状態であるから、いずれのタイミングで切り替えても、上アームを構成するスイッチング素子と下アームを構成するスイッチング素子が共にオンとなることはない。
【０００５】
本発明のコンバータ装置は、力行時において、上素子オン固定制御と下素子片素子制御とを切り替える際に上アームを構成するスイッチング素子と下アームを構成するスイッチング素子が共にオンとなるのをより確実に防止することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のコンバータ装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のコンバータ装置は、
上アームおよび下アームの２つのスイッチング素子とリアクトルとを有し、低電圧側電力ラインと高電圧側電力ラインとの間で電圧の変更を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧コンバータと、
前記低電圧側電力ラインから高電圧側電力ラインに電力の供給を行なう力行時には、上アームを構成するスイッチング素子についてはオン固定とした状態とすると共に下アームを構成するスイッチング素子についてはオフ固定とした状態とする上素子オン固定制御と、上アームを構成するスイッチング素子についてはオフ固定とした状態とすると共に下アームを構成するスイッチング素子については三角波のキャリアにおいてデューティに対して山側でオンとすると共に谷側でオフとする下素子片側素子制御と、を切り替えて実行する制御装置と、
を備えるコンバータ装置であって、
前記制御装置は、前記上素子オン固定制御と前記下素子片素子制御とを切り替えるときには、前記キャリアの谷のタイミングで切り替える、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明のコンバータ装置では、低電圧側電力ラインから高電圧側電力ラインに電力の供給を行なう力行時には、上アームを構成するスイッチング素子についてはオン固定とした状態とすると共に下アームを構成するスイッチング素子についてはオフ固定とした状態とする上素子オン固定制御と、上アームを構成するスイッチング素子についてはオフ固定とした状態とすると共に下アームを構成するスイッチング素子については三角波のキャリアにおいてデューティに対して山側でオンとすると共に谷側でオフとする下素子片側素子制御と、を切り替えて実行する。そして、上素子オン固定制御と下素子片素子制御とを切り替えるときには、キャリアの谷のタイミングで切り替える。キャリアの谷のタイミングは、下素子片素子制御において下アームを構成するスイッチング素子はオフの状態であるから、何らか理由でタイミングが若干ズレても、下アームを構成するスイッチング素子はオフの状態を維持する。このため、上アームを構成するスイッチング素子と下アームを構成するスイッチング素子が共にオンとなるのをより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としてのコンバータ装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例の電子制御ユニット５０により実行される力行時制御切替処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】キャリアと上アームおよび下アームを構成するトランジスタＴ３１，Ｔ３２の状態の時間変化を比較例と共に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としてのコンバータ装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、バッテリ３６と、昇圧コンバータ４０と、高電圧側コンデンサ４６と、低電圧側コンデンサ４８と、システムメインリレーＳＭＲと、電子制御ユニット５０と、を備える。ここで、実施例では、昇圧コンバータ４０と電子制御ユニット５０とが「コンバータ装置」に相当する。
【００１２】
モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。
【００１３】
インバータ３４は、モータ３２に接続されると共に高電圧側電力ライン４２に接続されている。このインバータ３４は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、高電圧側電力ライン４２の正極母線と負極母線とに対して、ソース側とシンク側になるように、２個ずつペアで配置されている。６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれ、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。以下、トランジスタＴ１１〜Ｔ１３を「上アーム」，トランジスタＴ１４〜Ｔ１６を「下アーム」ということがある。
【００１４】
バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧側電力ライン４４に接続されている。
【００１５】
昇圧コンバータ４０は、高電圧側電力ライン４２と低電圧側電力ライン４４とに接続されている。この昇圧コンバータ４０は、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２と、２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬと、を有する。トランジスタＴ３１は、高電圧側電力ライン４２の正極母線に接続されている。トランジスタＴ３２は、トランジスタＴ３１と、高電圧側電力ライン４２および低電圧側電力ライン４４の負極母線と、に接続されている。２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２は、それぞれ、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点と、低電圧側電力ライン４４の正極母線と、に接続されている。昇圧コンバータ４０は、電子制御ユニット５０によって、デューティ指令によりトランジスタＴ３１，Ｔ３２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン４４の電力を電圧の昇圧を伴って高電圧側電力ライン４２に供給したり、高電圧側電力ライン４２の電力を電圧の降圧を伴って低電圧側電力ライン４４に供給したりする。
【００１６】
高電圧側コンデンサ４６は、高電圧側電力ライン４２の正極母線と負極母線とに接続されている。低電圧側コンデンサ４８は、低電圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とに取り付けられている。システムメインリレーＳＭＲは、低電圧側電力ライン４４における低電圧側コンデンサ４８よりもバッテリ３６側に設けられている。このシステムメインリレーＳＭＲは、電子制御ユニット５０によってオンオフ制御されることにより、バッテリ３６と昇圧コンバータ４０や低電圧側コンデンサ４８との接続および接続の解除を行なう。
【００１７】
電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ５６，入出力ポートを備える。
【００１８】
電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからの回転位置θｍ，モータ３２の各相に流れる電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからの電圧ＶＢ，バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからの電流ＩＢも挙げることができる。さらに、高電圧側コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからの高電圧側コンデンサ４６（高電圧側電力ライン４２）の電圧ＶＨ，低電圧側コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからの低電圧側コンデンサ４８（低電圧側電力ライン４４）の電圧ＶＬ，昇圧コンバータ４０のリアクトルＬに取り付けられた電流センサ４０ａからのリアクトル電流ＩＬも挙げることができる。また、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号，シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８からの車速ＶＳも挙げることができる。
【００１９】
電子制御ユニット５０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号，昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号を挙げることができる。
【００２０】
電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや角速度ωｍ，回転数Ｎｍを演算している。また、電子制御ユニット５０は、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流ＩＢの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。ここで、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量に対するバッテリ３６から放電可能な電力の容量の割合である。
【００２１】
こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、以下の走行制御を行なう。走行制御では、アクセル開度Ａｃｃと車速ＶＳとに基づいて駆動軸２６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。また、モータ３２をトルク指令Ｔｍ＊で駆動できるように高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定し、高電圧側電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチング制御を行なう。
【００２２】
昇圧コンバータ４０の制御としては、以下の制御を実行する。力行時において低電圧側電力ライン４４の電力を電圧をそのままに高電圧側電力ライン４２に供給するときには、上アームを構成するトランジスタＴ３１をオンに固定すると共に下アームを構成するトランジスタＴ３２をオフに固定する上素子オン固定制御を実行する。力行時において低電圧側電力ライン４４の電力を電圧を昇圧して高電圧側電力ライン４２に供給するときには、上アームを構成するトランジスタＴ３１をオフに固定すると共に下アームを構成するトランジスタＴ３２をデューティ指令に基づいてオンオフする下素子片素子制御を実行する。回生時において高電圧側電力ライン４２の電力を電圧を降圧して低電圧側電力ライン４４に供給するときには、下アームを構成するトランジスタＴ３２をオフに固定すると共に上アームを構成するトランジスタＴ３１をデューティ指令に基づいてオンオフする上素子片素子制御を実行する。回生時において高電圧側電力ライン４２の電力を電圧をそのままに低電圧側電力ライン４４に供給するときには、上アームを構成するトランジスタＴ３１をオンに固定すると共に下アームを構成するトランジスタＴ３２をオフに固定する上素子オン固定制御を実行する。
【００２３】
次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０に搭載されたコンバータ装置の動作、特に、力行時において、上素子オン固定制御と下素子片素子制御とを切り替える際の動作について説明する。図２は、上素子オン固定制御と下素子片素子制御とを切り替える際に電子制御ユニット５０により実行される力行時制御切替処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【００２４】
力行時制御切替処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、上素子オン固定状態（上素子オン固定制御）であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。上素子オン固定状態（上素子オン固定制御）であると判定したときには、上アームを構成するトランジスタＴ３１のオン固定を解除する解除要求を行ない（ステップＳ１１０）、キャリアの谷のタイミングを待つ（ステップＳ１２０）。そして、キャリアの谷のタイミングのときに上アームを構成するトランジスタＴ３１のオン固定を解除することにより上素子オン固定制御を停止すると共に下素子片素子制御を開始して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。
【００２５】
ステップＳ１００で上素子オン固定状態（上素子オン固定制御）ではないと判定したときには、上アームを構成するトランジスタＴ３１のオン固定の要求を行ない（ステップＳ１４０）、キャリアの谷のタイミングを待つ（ステップＳ１５０）。そして、キャリアの谷のタイミングのときに上アームを構成するトランジスタＴ３１のオン固定することにより上素子オン固定制御を開始すると共に下素子片素子制御を停止して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。
【００２６】
図３は、キャリアと上アームおよび下アームを構成するトランジスタＴ３１，Ｔ３２の状態の時間変化を比較例と共に示す説明図である。図中、キャリアにおける一点鎖線は上素子オン固定制御と下素子片素子制御とを切り替える際のデューティを示す。なお、実施例では、下素子片素子制御における下アームを構成するトランジスタＴ３２をオンするタイミングはキャリアにおけるデューティより山側である。比較例に示すように、三角波のキャリアの山のタイミングである時間Ｔ２に上素子オン固定制御から下素子片素子制御に切り替えると、下素子片素子制御における下アームを構成するトランジスタＴ３２がオンしているときに切り替えることになるから、デッドタイムが設定されていても、切替タイミングが若干ズレると、上アームを構成するトランジスタＴ３１と下アームを構成するトランジスタＴ３２とが共にオンとなり短絡することが懸念される。一方、実施例に示すように、三角波のキャリアの谷のタイミングである時間Ｔ１に上素子オン固定制御から下素子片素子制御に切り替えると、切替タイミングが若干ズレても下アームを構成するトランジスタＴ３２はオフの状態であるから、上アームを構成するトランジスタＴ３１と下アームを構成するトランジスタＴ３２とが共にオンとなることはない。比較例に示すように、三角波のキャリアの山のタイミングである時間Ｔ４に下素子片素子制御から上素子オン固定制御に切り替えると、下素子片素子制御における下アームを構成するトランジスタＴ３２がオンしているときに切り替えることことになるから、デッドタイムが設定されていても、切替タイミングが若干ズレると、上アームを構成するトランジスタＴ３１と下アームを構成するトランジスタＴ３２とが共にオンとなり短絡することが懸念される。一方、実施例に示すように、三角波のキャリアの谷のタイミングである時間Ｔ３に下素子片素子制御から上素子オン固定制御に切り替えると、切替タイミングが若干ズレても下アームを構成するトランジスタＴ３２はオフの状態であるから、上アームを構成するトランジスタＴ３１と下アームを構成するトランジスタＴ３２とが共にオンとなることはない。
【００２７】
以上説明した実施例の電気自動車２０に搭載されたコンバータ装置では、力行時において、上素子オン固定制御と下素子片素子制御とを切り替える際には、下素子片素子制御における下アームを構成するトランジスタＴ３２がオフしているキャリアの谷のタイミングで切り替える。これにより、切替タイミングが若干ズレても、上アームを構成するトランジスタＴ３１と下アームを構成するトランジスタＴ３２とが共にオンとなり短絡するのをより確実に防止することができる。
【００２８】
実施例では、コンバータ装置は電気自動車２０に搭載されるものとしたが、ハイブリッド自動車に搭載されるものとしてもよいし、自動車以外の車両などの移動体に搭載されるものとしてもよいし、建設設備などの設備に組み込まれるものとしてもよい。
【００２９】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、トランジスタＴ３１およびトランジスタＴ３２が「上アームおよび下アームの２つのスイッチング素子」に相当し、リアクトルＬが「リアクトル」に相当し、昇圧コンバータ４０が「昇降圧コンバータ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。
【００３０】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３１】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、コンバータ装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
２０  電気自動車、２２ａ，２２ｂ  駆動輪、２４  デファレンシャルギヤ、２６  駆動軸、３２  モータ、３２ａ  回転位置検出センサ、３２ｕ，３２ｖ，３６ｂ  電流センサ、３４  インバータ、３６  バッテリ、３６ａ，４６ａ，４８ａ  電圧センサ、４０  昇圧コンバータ、４０ａ  電流センサ、４２  高電圧側電力ライン、４４  低電圧側電力ライン、４６  高電圧側コンデンサ、４８  低電圧側コンデンサ、５０  電子制御ユニット、５２  ＣＰＵ、５４  ＲＯＭ、５６  ＲＡＭ、６０  イグニッションスイッチ、６１  シフトレバー、６２  シフトポジションセンサ、６３  アクセルペダル、６４  アクセルペダルポジションセンサ、６５  ブレーキペダル、６６  ブレーキペダルポジションセンサ、６８  車速センサ、６９  加速度センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２  ダイオード、Ｌ  リアクトル、ＳＭＲ  システムメインリレー、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２  トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019110663.tif 000005