(57)【要約】【課題】モータジェネレータの駆動制御によって、バッテリを暖機する。【解決手段】  昇圧回路１２は、バッテリ１０の出力を安定化するコンデンサと、一端側がバッテリ１０に接続されたリアクトルと、リアクトルの他端側に接続されたスイッチング素子を含みスイッチング素子のスイッチングによってリアクトルの他端側に昇圧電圧を得る。インバータ１４，１６は、昇圧電圧を所定の交流電力に変換しモータジェネレータインバータに供給する。バッテリ暖機の際に、モータジェネレータ１８，２０の電気角周波数の高次成分が、昇圧回路１２の前記リアクトルと前記コンデンサからなるＬＣ回路の共振周波数帯にあるときに、インバータを矩形モードで駆動する。【選択図】図１
2015149853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、
バッテリの出力を安定化するコンデンサと、一端側がバッテリに接続されたリアクトルと、リアクトルの他端側に接続されたスイッチング素子を含みスイッチング素子のスイッチングによってリアクトルの他端側に昇圧電圧を得る昇圧回路と、
昇圧電圧を所定の交流電力に変換しモータジェネレータインバータに供給するインバータと、
を備え、
バッテリ暖機の際に、前記モータジェネレータの電気角周波数の高次成分が、昇圧回路の前記リアクトルと前記コンデンサからなるＬＣ回路の共振周波数帯にあるときに、インバータを矩形モードで駆動する、
モータジェネレータの駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリの暖機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気自動車（ＥＶ）や、ハイブリッド車（ＨＶ）などでは、車載バッテリの電力によりモータジェネレータを駆動して走行する。また、高回転数、高出力のモータジェネレータ駆動においては、電源電圧の高い方が効率がよい。そこで、バッテリ電圧を昇圧コンバータで昇圧し、得られた昇圧電圧を、インバータを介しモータジェネレータに供給する場合が多い。
【０００３】
ここで、バッテリは、温度が低いと十分な能力を発揮することができない。そこで、低温時におけるバッテリの暖機について各種の提案がある。特許文献１では、バッテリの暖機要求時に、昇圧回路のスイッチング周波数を低くすることでバッテリ電流における電流リプルを増大させてバッテリの暖機を促進する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５９２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１のように、昇圧コンバータの制御によりバッテリ電流の変動させることで、バッテリの暖機を促進することができる。ここで、インバータや、モータジェネレータの制御によりバッテリの暖機ができれば、より効率的なバッテリの暖機が行えると考えられる。
【０００６】
本発明は、インバータやモータジェネレータの動作も考慮してバッテリの暖機の効率を上昇することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るモータジェネレータの駆動制御装置は、バッテリと、バッテリの出力を安定化するコンデンサと、一端側がバッテリに接続されたリアクトルと、リアクトルの他端側に接続されたスイッチング素子を含みスイッチング素子のスイッチングによってリアクトルの他端側に昇圧電圧を得る昇圧回路と、昇圧電圧を所定の交流電力に変換しモータジェネレータインバータに供給するインバータと、を備え、バッテリ暖機の際に、前記モータジェネレータの電気角周波数の高次成分が、昇圧回路の前記リアクトルと前記コンデンサからなるＬＣ回路の共振周波数帯にあるときに、インバータを矩形モードで駆動する。
【０００８】
また、前記高次成分は、６次成分であることが好適である。
【０００９】
また、上述した制御は、前記モータジェネレータの出力トルクが所定値以下の場合に実施することが好適である。
【００１０】
また、前記モータジェネレータの回転数が低回転領域にある場合には、前記モータジェネレータをＰＷＭ制御する場合のＰＷＭキャリア周波数を下げるとともに、昇圧回路で得る昇圧電圧を低くすることが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
モータジェネレータの駆動を制御することで、バッテリ電流を変動させて、バッテリの昇温（暖機）を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】車両の駆動系を示すブロック図である。
【図２】昇圧コンバータの構成を示す図である。
【図３】制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】制御の条件を示す図である。
【図５】他の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】他の制御の条件を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、ハイブリッド車の駆動系を示す概略ブロック図である。バッテリ１０の直流出力は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された後、第１インバータ１４および第２インバータ１６に供給される。第１インバータ１４には、発電用の第１ＭＧ（モータジェネレータ）１８が接続されており、第２インバータ１６には駆動用の第２ＭＧ（モータジェネレータ）２０が接続されている。
【００１５】
第１ＭＧ１８および第２ＭＧ２０の出力軸は、動力変換部２２に接続されており、この動力変換部２２にはエンジン２４の出力軸も接続されている。また、動力変換部２２と第２ＭＧ２０を接続する出力軸の回転は駆動出力として車両の駆動軸に伝達されるようになっており、動力変換部２２および／または第２ＭＧ２０の出力が車輪に伝達されてハイブリッド車が走行する。
【００１６】
動力変換部２２は、例えば遊星歯車機構で構成されており、第１ＭＧ１８、第２ＭＧ２０、エンジン２４、タイヤを駆動する駆動出力、の間での動力伝達を制御する。エンジン２４は基本的に動力の出力源として使用され、エンジン２４の出力は動力変換部２２を介し、第１ＭＧ１８に伝達される。これによって、エンジン２４の出力により第１ＭＧ１８が発電し、得られた発電電力は、第１インバータ１４、昇圧コンバータ１２を介してバッテリ１０に充電される。また、エンジン２４の出力は、動力変換部２２を介して、駆動軸に伝達され、エンジン２４の出力によって車両が走行する。なお、図１において、電力の伝達系については普通の実線、機械的な動力伝達系については太実線、信号の伝達系（制御系）については破線で示してある。
【００１７】
制御部２６は、アクセル踏み込み量、車速から決定される目標トルクなどに応じて第１、第２インバータ１４，１６や、エンジン２４の駆動を制御して駆動軸への出力を制御する。また、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）に応じて、エンジン２４の駆動、第１インバータ１４のスイッチングを制御して、バッテリ１０の充電を制御する。なお、車両の減速の際には、第２インバータ１６を制御して、第２ＭＧ２０による回生制動を行い、得られた回生電力によりバッテリ１０を充電する。また、第１ＭＧ１８により回生制動を行ってもよい。
【００１８】
ここで、本実施形態においては、バッテリ１０の出力側には、バッテリ１０の出力電圧を平滑するコンデンサ３０が設けられ、このコンデンサ３０の電圧（昇圧前電圧ＶＬ）を計測する昇圧前電圧センサ３２が設けられている。また、昇圧コンバータ１２の出力側には、出力電圧を平滑するコンデンサ３４が設けられ、このコンデンサ３４の電圧、すなわち第１および第２インバータ１４，１６の入力電圧（昇圧電圧ＶＨ）を計測する昇圧電圧センサ３６が設けられている。
【００１９】
図２には、昇圧コンバータ１２の内部構成が示されている。昇圧コンバータ１２は、直列接続された２つのスイッチング素子５０，５２と、スイッチング素子５０，５２の中間点に接続された１つのリアクトル５４から構成されている。各スイッチング素子５０，５２は、ＩＧＢＴなどのトランジスタと、このトランジスタの逆方向電流を流すダイオードとからなっている。
【００２０】
バッテリ１０の正極にリアクトル５４の一端が接続され、リアクトル５４の他端がスイッチング素子５０，５２の中間点に接続されている。スイッチング素子５０は、トランジスタのコレクタが第１および第２インバータ１４，１６の正極母線に接続され、エミッタがスイッチング素子５２のトランジスタのコレクタに接続されている。スイッチング素子５２のトランジスタのエミッタは、バッテリ１０の負極および第１および第２インバータ１４，１６の負極母線に接続されている。
【００２１】
昇圧前電圧センサ３２、昇圧電圧センサ３６で検出した昇圧前電圧ＶＬ，昇圧電圧ＶＨが制御部２６に供給される。制御部２６は、目標出力トルクなどに基づいて、目標昇圧電圧ＶＨを決定し、昇圧電圧ＶＨが目標値に一致するように昇圧コンバータ１２を制御する。また、目標トルクが効率よく駆動出力として出力され、また必要な発電電力が得られるように、昇圧コンバータ第１および第２インバータ１４，１６およびエンジン２４を制御する。
【００２２】
＜バッテリの昇温＞
本実施形態において、制御部２６は、バッテリ１０の温度（バッテリ温度）が低温のときに、モータジェネレータ（第１ＭＧ１８または第２ＭＧ２０）の駆動制御が矩形波制御になるように昇圧電圧ＶＨを決定し、昇圧コンバータ１２を制御する。この制御については、主に駆動力を発生する第２ＭＧ２０を利用することが好ましいが、第１ＭＧ１８を利用することもできる。以下の説明では、モータジェネレータ（第１ＭＧ１８または第２ＭＧ２０）、インバータ（第１インバータ１４または第２インバータ１６）との用語を用いる。
【００２３】
この制御では、インバータのスイッチングを制御して、モータジェネレータを矩形波制御とする。これによって、モータジェネレータの駆動電力系に高調波が発生する。すなわち、モータジェネレータへの駆動電流が矩形波制御されることによって、矩形波に基づく高調波が発生する。そして、これが昇圧コンバータ１２における動作電流にも乗る。
【００２４】
昇圧コンバータ１２は、図２に示すように、バッテリ１０側にリアクトル５４とコンデンサ３０を有しており、これがＬＣ回路を形成している。そして、このＬＣ回路の共振周波数（中心周波数）は、リアクトル５４のリアクタンスＬ、コンデンサ３０の容量Ｃとして、１／２π√（ＬＣ）となる。一方、昇圧コンバータ１２は、２つのスイッチング素子５０，５２を昇圧前電圧ＶＬと、昇圧電圧ＶＨと、目標昇圧電圧ＶＨと、によって決定されるデューティー比でオンオフ制御される。そして、上側のスイッチング素子５０（上アーム）がオンしている期間において、第２インバータ１６におけるスイッチングにおける高調波がＬＣ回路に入力される。そこで、高調波により、ＬＣ回路が共振する条件は、
共振周波数（ｆＬＣ）＝昇圧デューティ（上アーム）／（１／２π√（ＬＣ））
となる。
【００２５】
一方、ＬＣ回路は中心周波数のみで共振するのではなく、中心周波数を中心にある程度の範囲内の周波数（ｆＬＣ（下限）〜ｆＬＣ（上限））で共振する。このｆＬＣ（下限）、ｆＬＣ（上限）は次のように表せる。
ｆＬＣ（下限）＝昇圧デューティ（上アーム）／（１／２π√（Ｌmax・Ｃmax））
ｆＬＣ（下限）＝昇圧デューティ（上アーム）／（１／２π√（Ｌmin・Ｃmin））
【００２６】
ここで、Ｌmax、Ｃmax、Ｌmin、Ｃminは、ＬＣ回路の共振周波数を決めるＬ、Ｃ最大値、最小値であり、これらは回路定数として予め設定される。
【００２７】
モータジェネレータの駆動電流における電気周波数の６次成分（電気６次周波数）がｆＬＣ（下限）〜ｆＬＣ（上限）の範囲に入る場合があり、この時にはＬＣ回路がモータジェネレータの駆動電流における高調波によって共振する。このような共振が起こると、昇圧電圧ＶＨが変動することになり、バッテリ電流も変動する。従って、このバッテリ電流の変動によってバッテリ１０を昇温することが可能となる。
【００２８】
ここで、モータジェネレータにおける出力トルクが大きいと、電気６次周波数成分の電力変動も大きくなり、昇圧電圧ＶＨが大きく変動し、インバータや、昇圧コンバータ１２において過電流が生じるおそれがある。そこで、このような制御は、モータジェネレータの出力トルクが所定以下の場合に限定する。
【００２９】
一方、電気６次周波数成分は、モータジェネレータの駆動が矩形波駆動である場合に大きくなる。すなわち、ＰＷＭ正弦波駆動では、高調波成分が少なく、電気６次周波数成分も小さい。そこで、矩形波制御として、高調波成分を増加させている。特に、本実施形態では、昇圧電圧ＶＨを小さくすることで、低出力トルクであっても、モータジェネレータの駆動制御が矩形波制御となるようにする。従って、矩形波、ＰＷＭの切り換えについては通常通りとしておきながら、矩形波制御への切り換えを行うことができる。なお、単位は電気角周波数としてもよい。また、通常の電気自動車などにおいては、６次成分が利用可能であるが、ＬＣ回路の特性や、モータジェネレータの運転状態などに応じて、他の高次成分を利用してもよい。
【００３０】
制御部２６におけるこの制御についてのフローチャートを図３に示す。まず、バッテリ温度が所定値（昇温を必要とする閾値温度）より小さいかを判定する（Ｓ１１）。この判定で、ＮＯの場合は、バッテリ１０を温める必要がなく、通常の昇圧制御とする（Ｓ１２）。
【００３１】
Ｓ１１の判定でＹＥＳであれば、モータジェネレータの電気６次周波数が上述したＬＣ回路の共振周波数範囲に該当するかを判定する（Ｓ１３）。なお、モータジェネレータの電気６次周波数成分は、モータジェネレータの回転数、極数によって決定される電気周波数の駆動電流の高次成分（６次）である。
【００３２】
この判定で、ＮＯの場合は、電気６次周波数を利用したバッテリ１０の昇温はできないため、通常の昇圧制御とする（Ｓ１２）。Ｓ１３の判定でＹＥＳの場合には、モータジェネレータの出力トルクが所定値未満かを判定する。すなわち、電気６次周波数の電力によって、悪影響が生じない範囲のモータジェネレータの駆動電流かを判定する。この判定で、ＮＯの場合も、電気６次周波数を利用したバッテリ１０の昇温はできないため、通常の昇圧制御とする（Ｓ１２）。
【００３３】
Ｓ１４の判定でＹＥＳの場合には、電気６次周波数を利用したバッテリ１０の昇温を行うことが好ましいため、昇圧電圧ＶＨをその時の運転条件で、矩形波制御になるように昇圧電圧ＶＨを設定し、モータジェネレータを矩形波制御とする（Ｓ１５）。
【００３４】
図４には、Ｓ１５における、運転を行う領域を示してある。すなわち、モータジェネレータ（ＭＧ）の回転数が所定範囲内にあり、これによってモータジェネレータの電気６次周波数がＬＣ回路の共振範囲にある範囲で、モータジェネレータの出力トルクが所定値（共振しても問題ない値）未満の範囲が決定される。この範囲内にあるときには、昇圧コンバータ１２を制御して、昇圧電圧ＶＨを、モータジェネレータの駆動が矩形波制御になるように下げる。
【００３５】
このような制御によって、電池温度が低温のときに、モータジェネレータの駆動制御が矩形波制御になるように昇圧電圧ＶＨを決定し、矩形波制御を行うことで、モータジェネレータの駆動電流における高調波成分によりバッテリ電流を変動させてバッテリ１０を昇温することができる。
【００３６】
＜キャリア周波数の低減および昇圧電圧の上昇＞
モータジェネレータ、例えば第２ＭＧ２０の低回転領域では、比較的低い昇圧電圧ＶＨで、通常ＰＷＭ正弦波制御が行われる。
【００３７】
しかし、バッテリ１０の昇温を促進するためには、バッテリ電流を変動させたい。そこで、モータジェネレータの回転数が低く、上述した電気６次周波数の電流によってバッテリ電流の変動ができない場合において、インバータ（第２インバータ１６）のスイッチングによるスイッチングリプルによってバッテリ電流を変動させ、バッテリ１０の損失によってバッテリ１０の昇温（暖機）を促進する。
【００３８】
図５に、この制御のフローチャートを示す。まず、バッテリ温度が所定値以下かを判定し（Ｓ２１）、ＮＯの場合には、通常昇圧とする（Ｓ２２）。Ｓ２１の判定でＹＥＳの場合には、モータジェネレータの回転数が所定値以下かを判定する（Ｓ２３）。この所定値は、図６に示すように、図４における電気６次周波数を用いた昇温が行える最低回転数より低い回転数である。必ずしも、最低回転数と同一でなくてもよいが、昇温が行えない区間を設けるのは好ましくなく、同一であることが好適である。
【００３９】
Ｓ２３の判定でＮＯの場合には、通常昇圧とし（Ｓ２２）、ＹＥＳの場合にはＰＷＭキャリア周波数を下げるとともに、昇圧電圧ＶＨを大きく（好ましくは最大）にする（Ｓ２４）。これによって、図６に示すように、モータジェネレータが所定回転数以下の領域において、ＰＷＭキャリア周波数を小さくなるとともに、昇圧電圧ＶＨが最大になる。従って、モータジェネレータのスイッチングリプルが大きくなり、これによる出力パワーの変動によって、バッテリ電流も変動する。従って、バッテリ１０における損失が増大し、バッテリ１０の昇温が促進される。また、モータジェネレータの低回転領域に限定しているため、ＰＷＭキャリア周波数を低周波数とすることが可能であり、スイッチングリプルを利用したバッテリ１０の昇温が可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  バッテリ、１２  昇圧コンバータ、１４，１６  インバータ、２２  動力変換部、２４  エンジン、２６  制御部、３０，３４  コンデンサ、３２  昇圧前電圧センサ、３６  昇圧電圧センサ、５０，５２  スイッチング素子、５４  リアクトル。
【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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