(57)【要約】【課題】回転電機制御装置において、コンバータの間欠駆動制御を行っても、蓄電装置の電流に基づく制御が正しく実行できるようにすることである。【解決手段】回転電機制御装置４０は、コンバータ１６を介して蓄電装置１２に接続される回転電機３０，３２を備え、蓄電装置１２に流れるバッテリ電流値ＩBに基づいて回転電機３０，３２の動作制御と蓄電装置１２の充放電制御とを行い、バッテリ電流値ＩBが所定の閾値電流以下であって、コンバータ１６の出力電圧が閾値電圧以上のときにコンバータ１６の動作を停止するコンバータの間欠駆動制御を行い、間欠駆動の制御周期と、蓄電装置の電流値のサンプリング周期とが所定の範囲で一致するときに、閾値電圧を変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータを介して蓄電装置に接続される回転電機を備え、蓄電装置に流れるバッテリ電流値に基づいて回転電機の動作制御と蓄電装置の充放電制御とを行う回転電機制御装置であって、
バッテリ電流値が所定の閾値電流以下であって、コンバータの出力電圧が閾値電圧以上のときにコンバータの動作を停止するコンバータの間欠駆動制御を行い、
間欠駆動の制御周期と、蓄電装置の電流値のサンプリング周期とが所定の範囲で一致するときに、閾値電圧を変更することを特徴とする回転電機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機制御装置に係り、特に、コンバータを介して蓄電装置に接続される回転電機においてコンバータが間欠駆動制御を行うときの回転電機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、蓄電装置の出力電圧をコンバータによって指令電圧値に昇圧または降圧して負荷に印加する負荷駆動システムにおいて、蓄電装置の出力電圧と出力電流とに基づいて負荷電力を求め、負荷電力が極く小さいときはコンバータを間欠駆動させてコンバータ損失を低減させることが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８３９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転電機が駆動モータとして機能するときには蓄電装置から電力が供給され、回転電機が発電機として機能するときにはその回生エネルギが蓄電装置に充電電力として戻される。このような蓄電装置の充放電制御や、回転電機の動作制御には、蓄電装置の入出力電流値が用いられる。そのために蓄電装置の入出力電流値が所定のサンプリング周期で取得される。
【０００５】
ところで、コンバータの間欠駆動制御を行うと、蓄電装置の出力電流もこれに伴い、間欠的に増減することになる。間欠駆動の周期は、回転電機の駆動に用いられるエネルギの大きさ等の成り行きで決まってしまう。たまたま蓄電装置の電流サンプリング周期と略一致すると、いつも電流が増加したときのデータばかり取得され、逆に、いつも電流が減少したときのデータばかり取得されることが生じ、蓄電装置の充放電制御や、回転電機の動作制御に誤差が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、コンバータの間欠駆動制御を行っても、蓄電装置の電流に基づく制御が正しく実行できる回転電機制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転電機制御装置は、コンバータを介して蓄電装置に接続される回転電機を備え、蓄電装置に流れるバッテリ電流値に基づいて回転電機の動作制御と蓄電装置の充放電制御とを行う回転電機制御装置であって、バッテリ電流値が所定の閾値電流以下であって、コンバータの出力電圧が閾値電圧以上のときにコンバータの動作を停止するコンバータの間欠駆動制御を行い、間欠駆動の制御周期と、蓄電装置の電流値のサンプリング周期とが所定の範囲で一致するときに、閾値電圧を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、間欠駆動制御の間欠周期と蓄電装置の電流値のサンプリング周期が略一致する場合に、間欠駆動制御に用いられる閾値電圧を変更するので、間欠周期が変化し、電流値のサンプリング周期と異ならせることができる。これにより、コンバータの間欠駆動制御を行っても、蓄電装置の電流に基づく制御が正しく実行できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る実施の形態の回転電機制御装置を用いる電気自動車制御システムの構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の回転電機制御装置が行うコンバータの間欠駆動制御を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の回転電機制御装置が行う制御手順を示すフローチャートである。
【図４】図３において、間欠駆動制御の間欠周期と、蓄電装置の電流値のサンプリング周期との間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。以下では、電気自動車制御システムに含まれる回転電機制御装置を述べるが、これは説明のための例示であって、回転電機とコンバータと蓄電装置を含むシステムであれば適用が可能である。以下で述べる電圧値等は説明のための例示であって、回転電機制御装置が搭載されるシステムの仕様に応じて適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明に係る回転電機制御装置４０を含む電気自動車制御システム１０を示す図である。この電気自動車制御システム１０は、蓄電装置１２と、コンバータ１６と、インバータ回路２８と、ＭＧ１，ＭＧ２として示される２台の回転電機３０，３２と、回転電機制御装置４０を含む。以下では、特に断らない限り、電気自動車を車両、回転電機制御装置４０を単に制御装置４０と呼ぶ。
【００１２】
蓄電装置１２は、充放電可能な高電圧二次電池である。高電圧とは、例えば、約３００Ｖ程度の電圧である。蓄電装置１２は、回転電機３０，３２に対し、コンバータ１６とインバータ回路２８を介して電力を供給する。また、回転電機３０，３２からインバータ回路２８とコンバータ１６を介して充電電力を受け取り充電される。かかる蓄電装置１２としては、リチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
【００１３】
蓄電装置１２に接続される電流センサ１４は、蓄電装置１２に出入りする電流の値を検出する電流検出手段である。以下では、蓄電装置１２に出入りする電流の値をバッテリ電流値ＩBと呼ぶ。電流センサ１４は適当な信号線で制御装置４０と接続され、制御装置４０の指令によって予め定めたサンプリング周期ＴBでＩBを検出する。検出されたＩBは、制御装置４０において、回転電機３０，３２の動作制御と蓄電装置１２の充放電制御等のＩBに基づく動作制御に用いられる。
【００１４】
コンバータ１６は、蓄電装置１２とインバータ回路２８の間に接続配置される電圧変換器である。コンバータ１６は、蓄電装置１２の直流電圧値ＶBと、インバータ回路２８の正極側と負極側の間の電圧であるシステム電圧値ＶHとの間に電圧差があるときに、蓄電装置１２側の直流電圧値ＶBをインバータ回路２８のシステム電圧値ＶHに昇圧し、逆にインバータ回路２８のシステム電圧値ＶHを蓄電装置１２側の直流電圧値ＶBに降圧する。インバータ回路２８のシステム電圧値ＶHは、コンバータ１６が昇圧動作をするときの出力側電圧値であり、コンバータ１６が降圧動作するときの入力側電圧値となる。
【００１５】
コンバータ１６は、リアクトル１８と、スイッチング素子２０，２２を含んで構成される。リアクトル１８に流れる電流値ＩLは、バッテリ電流値ＩBと同じ値であるが、蓄電装置１２側から見た負荷側の電流値に相当し、負荷電流値の大きさを示すものであるので、バッテリ電流値ＩBと異なる表示とした。例えば、回転電機３０，３２の電流値の変動が小さいときは、ＩLは小さい値であり、回転電機３０，３２の電流値の変動が大きいときは、ＩLは大きな値となる。このように、ＩLは蓄電装置１２から見た負荷電流値の変動の大きさを示す。したがって、ＩLが極く小さい値のときは、負荷変動が極く小さい状態のときと考えることができる。
【００１６】
コンバータ１６は動作することで電力を消費する。ＩLが極く小さいときには、回転電機３０，３２の負荷変動が極く小さいときであるので、コンバータ１６の昇降圧動作を停止して蓄電装置１２の電圧値ＶBを有する電力をそのまま供給しても、回転電機３０，３２の動作にはほとんど支障が生じない。このようなときには、コンバータ１６の駆動を一時的に停止し、昇降圧が必要なときに駆動停止を解除することがよい。このような制御がコンバータ１６の間欠駆動制御である。間欠駆動制御の詳細については、図２，３を用いて後述する。
【００１７】
コンバータ１６とインバータ回路２８との間に設けられる電圧センサ２４は、コンバータ１６のインバータ回路２８側のシステム電圧値ＶHを検出する電圧検出手段である。コンバータ１６とインバータ回路２８との間に設けられるコンデンサ２６は、平滑コンデンサである。
【００１８】
インバータ回路２８は、蓄電装置１２の直流電力と回転電機３０，３２の三相交流電力との間の交直変換処理を行う回路である。交直変換は、蓄電装置１２の直流電力を回転電機３０，３２の三相交流電力への変換、または、回転電機３０，３２の三相交流電力を蓄電装置１２の直流電力への変換を含む。インバータ回路２８は、複数のスイッチング素子と複数のダイオードとを含んで構成される。
【００１９】
回転電機３０，３２は、車両の駆動源となるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）である。モータ・ジェネレータは、蓄電装置１２からインバータ回路２８を介して電力が供給されるときはモータとして機能し、車両の制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。図１で示すように２台の回転電機３０，３２が備えられる場合は、その２台を区別してＭＧ１，ＭＧ２と呼ぶと、ＭＧ１は主として発電機として用いられ、ＭＧ２は主として車両の駆動モータとして用いられる。
【００２０】
制御装置４０は、蓄電装置１２、コンバータ１６、インバータ回路２８、回転電機３０，３２の動作を全体として制御する。かかる制御装置４０は車両搭載に適したコンピュータを用いることができる。
【００２１】
ここでは、ＩBに基づいて蓄電装置１２の充放電制御、回転電機３０，３２の駆動モータとしての動作制御、発電機としての動作制御、これに伴うインバータ回路２８とコンバータ１６の動作制御を行う。この機能は、ＩBに基づく動作制御部４２によって実行される。これ以外に、ここでは、コンバータ１６の間欠駆動制御部４４と、コンバータ１６の間欠駆動の一周期の長さである間欠周期ＴCがＩBのサンプリング周期ＴBと所定の範囲内で一致するときに間欠駆動の閾値電圧を変更する閾値電圧変更部４６を含んで構成される。
【００２２】
かかる機能は、制御装置４０に搭載されたソフトウェアを実行することで実現される。具体的には、制御装置４０がソフトウェアとしての回転電機制御プログラムを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。
【００２３】
上記構成の作用について、特に制御装置４０の間欠駆動制御部４４と閾値電圧変更部４６の機能について、図２から図４を用いてさらに詳細に説明する。図２は、間欠駆動制御を示す図、図３は回転電機の制御手順を示すフローチャートである。図４は、閾値電圧変更の作用効果を示す図である。
【００２４】
図２は、コンバータ１６における間欠駆動制御の一周期の状態変化を示す図である。図２の横軸は時間である。縦軸は、上段から下段へ向かって、（ａ）は、コンバータ１６が昇圧動作を行うか昇圧動作を停止するかについての切替手段を昇圧スイッチ（ＳＷ）として、昇圧ＳＷの状態を示し、（ｂ）は、システム電圧値ＶHを示し、（ｃ）は、バッテリ電流値ＩBを示し、（ｄ）は、主として駆動モータとして機能する回転電機３２（ＭＧ２）に流れる電流を示す図である。
【００２５】
時間ｔ＝ｔ0からｔ＝ｔ1の間は、コンバータ１６は通常の制御を行っている期間である。図２（ａ）に示すように、コンバータ１６の昇圧ＳＷはＯＮ状態である。また、（ｂ）に示すように、システム電圧値ＶHは、蓄電装置１２の電圧値ＶBが昇圧された所定の昇圧後電圧値のＶH0となっている。一例を挙げると、ＶB＝約３００Ｖとして、ＶH0＝約６００Ｖに昇圧される。また、（ｃ）に示すように、バッテリ電流値ＩBは、回転電機３２の負荷状態によって変化する。図２の例では、時間経過と共に回転電機３２の負荷としての変動が小さくなり、これに伴ってＩBが次第に低下する。この期間においては、（ｄ）に示すように、蓄電装置１２からコンバータ１６、インバータ回路２８を介して回転電機３２に電力が供給される。
【００２６】
時間ｔ＝ｔ1は、バッテリ電流値ＩBが所定の閾値電流ＩBth以下となったときである。閾値電流ＩBthは、負荷である回転電機３２の状態が安定しているとみなせるときの蓄電装置１２の電流値として設定される。閾値電流ＩBthは極く小さい値で、例えば５Ａと設定することができる。閾値電流ＩBthを範囲として設定してもよい。例えば、±５Ａの範囲とすることができる。上記の電圧値、電流値は、説明のための一例で、これ以外の値であってもよい。
【００２７】
時間ｔ＝ｔ1は、ＩBがＩBth以下となってコンバータ１６の昇圧動作が停止されるときで、昇圧停止の始期である。時間ｔ＝ｔ1から時間ｔ＝ｔ2の期間は、コンバータ１６の動作を停止してコンバータ損失をゼロに抑制する期間である。（ａ）に示すように、昇圧ＳＷはＯＦＦとされ、（ｂ）に示すようにＩB＝０となる。この期間においては、回転電機３２に蓄電装置１２から電力の供給がないので、（ｄ）に示すように、コンデンサ２６に蓄電された電力が回転電機３２に供給される。このように蓄電装置１２から電力の供給がないのでコンデンサ２６は放電を続けることになり、（ｂ）に示すように、システム電圧値ＶHがＶH0から次第に低下する。
【００２８】
時間ｔ＝ｔ2は、システム電圧値ＶHがＶH0から次第に低下し、予め設定された閾値電圧ＶHthとなったときである。閾値電圧ＶHthとしては、コンバータ１６の間欠駆動制御において、昇圧停止を解除するのに適当な電圧値が設定される。例えば、ＶH0よりも数Ｖ低い電圧値に設定することができる。
【００２９】
時間ｔ＝ｔ2は、コンバータ１６の昇圧停止が解除されるときで、昇圧停止の終期である。(ａ)に示すように、昇圧ＳＷはＯＮとされ、コンバータ１６は昇圧を開始する。そして、（ｃ）のＢ部に示すように、所定のシステム電圧値ＶH0からＶHthまで低下した分を所定のシステム電圧値ＶH0まで昇圧させるため、その分、蓄電装置１２から電流の持出が増加する。そして、（ｂ）に示すように、システム電圧値ＶHが所定のシステム電圧値ＶH0まで回復すると、再び（ｃ）に示すように、ＩBは安定値となる。この期間においては、（ｄ）に示すように、蓄電装置１２から電力が回転電機３２に供給される。
【００３０】
このように、ＶHが閾値電圧ＶHth以上でＩBが閾値電流ＩBth以下となると、昇圧ＳＷがＯＦＦし、ＶHが次第に低下して閾値電圧ＶHth以下となると昇圧ＳＷがＯＮに復帰する。これを繰り返してコンバータ１６の間欠駆動制御が実行される。昇圧ＳＷがＯＮからＯＦＦを経由して再びＯＮとなる一周期が間欠周期ＴCである。この処理手順は、制御装置４０の間欠駆動制御部４４の機能によって実行される。
【００３１】
次に、図３、図４を用いて、間欠駆動制御における閾値電圧ＶHthの変更について説明する。図３は、回転電機制御プログラムのうち、間欠駆動制御と閾値電圧変更に関する部分の手順を示すフローチャートである。回転電機制御プログラムが立ち上がると、図１に示す各要素の初期設定が行われ、初期状態となる。その後、車両の走行状況に応じて、Ｓ１０以降の処理手順が実行される。
【００３２】
初期設定が終わると、昇圧ＳＷ停止条件が成立しているか否かが判断させる（Ｓ１０）。昇圧ＳＷ停止条件は、図２で説明したように、ＶHが閾値電圧ＶHth以上でＩBが閾値電流ＩBth以下となることである。Ｓ１０の判断が否定されると、昇圧ＳＷはＯＮのままで、昇圧ＳＷがＯＦＦとすることが禁止される（Ｓ１６）。
【００３３】
Ｓ１０の判断が肯定されると、間欠駆動制御における間欠周期ＴCがバッテリ電流値ＩBのサンプリング周期ＴBと所定の範囲内で一致しているか否かが判断される（Ｓ１２）。間欠周期ＴCがバッテリ電流値ＩBのサンプリング周期ＴBと略一致すると、ＩBのサンプリングにおいて、いつも電流が増加したときのデータばかり取得され、逆に、いつも電流が減少したときのデータばかり取得される「ＩBエイリアシング」が生じる。Ｓ１２は、そのような恐れがあるかどうかを判断する。
【００３４】
「所定の範囲内で一致」とは、略一致のことであるが、ＩBに基づく制御に影響がない程度として設定できる。例えば、ＴBとＴCの間が所定の時間差以内であるときに「所定の範囲内で一致」とすることができる。所定の時間差としては、一例として±１ｍｓとすることができる。これに代えて、ＴCがＴBの間が所定％の差以内であるときに「所定の範囲内で一致」としてもよい。所定％の差としては、一例として±数％とすることができる。
【００３５】
Ｓ１２の判断が否定されると、昇圧ＳＷをＯＦＦとすることが許可される（Ｓ１８）。これによって図２で説明した間欠駆動制御が実行され、車両の燃費向上が図られる。
【００３６】
Ｓ１２の判断が肯定されると、間欠駆動制御の閾値電圧ＶHthが変更される（Ｓ１４）。この処理手順は、制御装置４０の閾値電圧変更部４６の機能によって実行される。図２で説明したように、間欠駆動制御の閾値電圧ＶHthは、昇圧ＳＷのＯＦＦ期間の終期を決める電圧であるので、これを変更することで昇圧ＳＷのＯＦＦ期間が変更され、間欠周期ＴCが変化する。これによって、間欠周期ＴCがサンプリング周期ＴBと異なるものとなり、「ＩBエイリアシング」を回避できる。
【００３７】
Ｓ１４の処理が完了し、システム電圧値ＶHが新しい閾値電圧に達すると昇圧ＳＷのＯＦＦが禁止され、昇圧動作に復帰する（Ｓ１６）。Ｓ１６及び、Ｓ１２の判断が否定されたときのＳ１８の後は、再びＳ１０に戻り、上記の処理が繰り返される。このようにして、「ＩBエイリアシング」を防止しながら、間欠駆動制御を行うことができ、車両の燃費向上を図ることができる。
【００３８】
上記では、１回のＴCとＴBの比較で「所定の範囲内で一致」を判断するものとしたが、これを、複数回連続して「所定の範囲内」に入っていることとすることが好ましい。このようにすることで、間欠駆動制御における燃費改善を図りながら、「ＩBエイリアシング」をＴBの複数回分の期間に止めることができ、また、Ｓ１２における誤判断を少なくすることができる。
【００３９】
図４は、間欠周期ＴCとサンプリング周期ＴBが一致するときの不具合と、閾値電圧を変更して間欠周期ＴCをサンプリング周期ＴBと異なることになったときを示す図である。図４（ａ）は、サンプリング周期ＴBと一致する間欠周期ＴC1の場合を示し、（ｂ）は閾値電圧を変更して間欠周期ＴC1よりも長い間欠周期ＴC2となった場合を示す図である。（ａ），（ｂ）はそれぞれ３つの波形図で構成されているが、いずれの図も横軸は時間である。３つの波形図の縦軸は、上段側から下段側に向かって、昇圧ＳＷの状態、ＩB、ＩBサンプリングを示す。
【００４０】
図４（ａ）は、間欠周期ＴC1と、ＩBのサンプリング周期ＴBとが一致するときで、この例では、ＩBサンプリングによって取得されるＩBの値が、いつも間欠周期中のＩB最大値となる。図４（ａ）のＩB波形図で、ＩBの各サンプリングタイミングで取得されるＩBの値を二重黒丸で示した。３つの二重黒丸のＩB値は同じ値で、いずれもＩB波形の最大値である。これは、一例であって、ＩBサンプリングの基準時刻によっては、いつも間欠周期中のＩB最小値となることもある。このように、間欠周期ＴC1と、ＩBのサンプリング周期ＴBとが一致すると、ＩBサンプリングで取得する値がいつも一定値となり、ＩBの実際の変化を反映せず、ＩBに基づく制御が誤動作する恐れがある。
【００４１】
図４（ｂ）は、閾値電圧を（ａ）における値から下げる変更を行ったときを示す図である。閾値電圧を（ａ）の場合から下げると、システム電圧値ＶHが低下して閾値電圧値ＶHthに到達する時間が、その分長くなるので、昇圧停止の期間が延びる。その延びた時間をΔとすると、昇圧停止のタイミングが図４（ａ）の場合よりもΔだけ遅れる。間欠駆動制御を繰り返すと、この昇圧停止のタイミングは、２Δ、３Δ・・と次第に長い時間遅れてくる。昇圧停止のタイミングからＩBが増加するので、ＩBの波形も、間欠駆動制御を繰り返すごとに、Δ、２Δ、３Δ・・・と図４（ａ）の場合よりも遅れてくる。
【００４２】
したがって、ＩBのサンプリングによって取得されるＩBの値は、各サンプリングのタイミングにおいて同じ値とならない。図４（ｂ）のＩB波形において、ＩBの各サンプリングにより取得されるＩBを黒丸で示した。参考として、図４（ａ）の場合の二重黒丸も示した。黒丸のＩB値は、それぞれ異なった値である。
【００４３】
このように、閾値電圧を変更することで、間欠周期ＴC2と、ＩBのサンプリング周期ＴBとを異ならせることができ、ＩBサンプリングで取得する値がＩBの実際の変化を反映するものとでき、ＩBに基づく制御が正しく動作する。
【００４４】
図４（ｂ）では、間欠周期ＴCがＩBのサンプリング周期ＴBと所定の範囲内で一致した場合に閾値電圧を下げる変更について説明したが、これに代えて、閾値電圧を上げる変更としても、間欠周期ＴCと、ＩBのサンプリング周期ＴBとを異ならせることができ、ＩBサンプリングで取得する値がＩBの実際の変化を反映するものとでき、ＩBに基づく制御が正しく動作する。
【符号の説明】
【００４５】
１０  電気自動車制御システム、１２  蓄電装置、１４  電流センサ、１６  コンバータ、１８  リアクトル、２０，２２  スイッチング素子、２４  電圧センサ、２６  コンデンサ、２８  インバータ回路、３０，３２  回転電機、４０  （回転電機）制御装置、４２  （ＩBに基づく）動作制御部、４４  （コンバータの）間欠駆動制御部、４６  （間欠駆動制御の）閾値電圧変更部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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