(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機に電力を供給するための電源装置であって、
充放電可能な直流電源と、
前記直流電源からの電圧を昇圧して前記電動機側に供給可能な電圧変換手段と、
前記電圧変換手段と前記電動機との間に介設された平滑コンデンサと、
前記電圧変換手段による昇圧後の電圧を目標電圧に到達させるときの昇圧レートを該昇圧後の電圧と前記直流電源からの放電に許容される電力である放電許容電力と前記電動機のトルク出力に伴って消費される電動機消費電力とに基づいて設定する昇圧レート設定手段と、
前記昇圧後の電圧が前記目標電圧と前記設定された昇圧レートに基づいて変化するように前記電圧変換手段を制御する電圧変換制御手段と、
前記電圧変換手段に接続されると共に該電圧変換手段側からの電圧を用いて前記電動機を駆動可能なインバータと、
前記電動機に前記インバータから矩形波電圧を印加して該電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させるときに、前記目標トルクと前記電動機の回転数と前記電圧変換手段による昇圧後の電圧とに基づくフィードフォワード項と、前記目標トルクと前記電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算して前記矩形波電圧の目標電圧位相を設定する目標電圧位相設定手段と、
前記設定された目標電圧位相をもった矩形波電圧が前記電動機に印加されるように前記インバータを制御可能なインバータ制御手段と、
を備え、
前記目標電圧位相設定手段は、前記電動機に矩形波電圧を印加するときの電圧位相に対する該電動機の出力トルクの傾きに基づいて前記フィードバック項の積分項を補正する電源装置。
【請求項２】
電動機に電力を供給するための電源装置であって、
充放電可能な直流電源と、
前記直流電源からの電圧を昇圧して前記電動機側に供給可能な電圧変換手段と、
前記電圧変換手段と前記電動機との間に介設された平滑コンデンサと、
前記電圧変換手段による昇圧後の電圧を目標電圧に到達させるときの昇圧レートを該昇圧後の電圧と前記直流電源からの放電に許容される電力である放電許容電力と前記電動機のトルク出力に伴って消費される電動機消費電力とに基づいて設定する昇圧レート設定手段と、
前記昇圧後の電圧が前記目標電圧と前記設定された昇圧レートに基づいて変化するように前記電圧変換手段を制御する電圧変換制御手段と、
前記電圧変換手段に接続されると共に該電圧変換手段側からの電圧を用いて前記電動機を駆動可能なインバータと、
前記電動機に前記インバータから矩形波電圧を印加して該電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させるときに、前記目標トルクと前記電動機の回転数と前記電圧変換手段による昇圧後の電圧とに基づくフィードフォワード項と、前記目標トルクと前記電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算して前記矩形波電圧の目標電圧位相を設定する目標電圧位相設定手段と、
前記設定された目標電圧位相をもった矩形波電圧が前記電動機に印加されるように前記インバータを制御可能なインバータ制御手段と、
を備え、
前記目標電圧位相設定手段は、前記電圧変換手段による昇圧後の電圧に基づいて前記フィードバック項の積分項を補正する電源装置。
【請求項３】
電動機に電力を供給するための電源装置であって、
充放電可能な直流電源と、
前記直流電源からの電圧を昇圧して前記電動機側に供給可能な電圧変換手段と、
前記電圧変換手段と前記電動機との間に介設された平滑コンデンサと、
前記電圧変換手段による昇圧後の電圧を目標電圧に到達させるときの昇圧レートを該昇圧後の電圧と前記直流電源からの放電に許容される電力である放電許容電力と前記電動機のトルク出力に伴って消費される電動機消費電力とに基づいて設定する昇圧レート設定手段と、
前記昇圧後の電圧が前記目標電圧と前記設定された昇圧レートに基づいて変化するように前記電圧変換手段を制御する電圧変換制御手段と、
前記電圧変換手段に接続されると共に該電圧変換手段側からの電圧を用いて前記電動機を駆動可能なインバータと、
前記電動機に前記インバータから矩形波電圧を印加して該電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させるときに、前記目標トルクと前記電動機の回転数と前記電圧変換手段による昇圧後の電圧とに基づくフィードフォワード項と、前記目標トルクと前記電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算して前記矩形波電圧の目標電圧位相を設定する目標電圧位相設定手段と、
前記設定された目標電圧位相をもった矩形波電圧が前記電動機に印加されるように前記インバータを制御可能なインバータ制御手段と、
を備え、
前記目標電圧位相設定手段は、前記電動機の回転数に基づいて前記フィードバック項の積分項を補正する電源装置。
【請求項４】
前記昇圧レート設定手段は、単位時間ｄｔあたりの電圧の変化量である前記昇圧レートをΔＶとし、前記昇圧後の電圧をＶＨとし、前記放電許容電力と前記電動機消費電力とに基づく前記平滑コンデンサの蓄電に利用可能な電力をＰｍａｘとし、前記平滑コンデンサの静電容量をＣとしたときに、前記昇圧レートを、
ΔV = -VH＋(VH2＋2・dt/C・Pmax)1/2
として設定する請求項１から３の何れか一項に記載の電源装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の電源装置を搭載すると共に前記電動機からの動力により走行可能な車両。
【請求項６】
給電対象である電動機と電力をやり取り可能な直流電源と、該直流電源からの電圧を昇圧して前記電動機側に供給可能な電圧変換手段と、該電圧変換手段と前記電動機との間に介設された平滑コンデンサと、前記電圧変換手段に接続されると共に前記電圧変換手段側からの電圧を用いて前記電動機を駆動可能なインバータとを備えた電源装置の制御方法であって、
（ａ）前記電圧変換手段による昇圧後の電圧を目標電圧に到達させるときの昇圧レートを該昇圧後の電圧と前記直流電源からの放電に許容される電力である放電許容電力と前記電動機のトルク出力に伴って消費される電動機消費電力とに基づいて設定するステップと、（ｂ）前記昇圧後の電圧が前記目標電圧とステップ（ａ）にて設定された昇圧レートに基づいて変化するように前記電圧変換手段を制御するステップと、
（ｃ）前記電動機に前記インバータから矩形波電圧を印加して該電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させるときに、前記目標トルクと前記電動機の回転数と前記インバータに印加される電圧とに基づくフィードフォワード項と、前記目標トルクと前記電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算して前記矩形波電圧の目標電圧位相を設定するステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）にて設定された目標電圧位相をもった矩形波電圧が前記電動機に印加されるように前記インバータを制御するステップと、
を含み、
ステップ（ｃ）は、前記電動機に矩形波電圧を印加するときの電圧位相に対する該電動機の出力トルクの傾きに基づいて前記フィードバック項の積分項を補正する電源装置の制御方法。
【請求項７】
給電対象である電動機と電力をやり取り可能な直流電源と、該直流電源からの電圧を昇圧して前記電動機側に供給可能な電圧変換手段と、該電圧変換手段と前記電動機との間に介設された平滑コンデンサと、前記電圧変換手段に接続されると共に前記電圧変換手段側からの電圧を用いて前記電動機を駆動可能なインバータとを備えた電源装置の制御方法であって、
（ａ）前記電圧変換手段による昇圧後の電圧を目標電圧に到達させるときの昇圧レートを該昇圧後の電圧と前記直流電源からの放電に許容される電力である放電許容電力と前記電動機のトルク出力に伴って消費される電動機消費電力とに基づいて設定するステップと、（ｂ）前記昇圧後の電圧が前記目標電圧とステップ（ａ）にて設定された昇圧レートに基づいて変化するように前記電圧変換手段を制御するステップと、
（ｃ）前記電動機に前記インバータから矩形波電圧を印加して該電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させるときに、前記目標トルクと前記電動機の回転数と前記インバータに印加される電圧とに基づくフィードフォワード項と、前記目標トルクと前記電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算して前記矩形波電圧の目標電圧位相を設定するステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）にて設定された目標電圧位相をもった矩形波電圧が前記電動機に印加されるように前記インバータを制御するステップと、
を含み、
ステップ（ｃ）は、前記電圧変換手段による昇圧後の電圧に基づいて前記フィードバック項の積分項を補正する電源装置の制御方法。
【請求項８】
給電対象である電動機と電力をやり取り可能な直流電源と、該直流電源からの電圧を昇圧して前記電動機側に供給可能な電圧変換手段と、該電圧変換手段と前記電動機との間に介設された平滑コンデンサと、前記電圧変換手段に接続されると共に前記電圧変換手段側からの電圧を用いて前記電動機を駆動可能なインバータとを備えた電源装置の制御方法であって、
（ａ）前記電圧変換手段による昇圧後の電圧を目標電圧に到達させるときの昇圧レートを該昇圧後の電圧と前記直流電源からの放電に許容される電力である放電許容電力と前記電動機のトルク出力に伴って消費される電動機消費電力とに基づいて設定するステップと、（ｂ）前記昇圧後の電圧が前記目標電圧とステップ（ａ）にて設定された昇圧レートに基づいて変化するように前記電圧変換手段を制御するステップと、
（ｃ）前記電動機に前記インバータから矩形波電圧を印加して該電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させるときに、前記目標トルクと前記電動機の回転数と前記インバータに印加される電圧とに基づくフィードフォワード項と、前記目標トルクと前記電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算して前記矩形波電圧の目標電圧位相を設定するステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）にて設定された目標電圧位相をもった矩形波電圧が前記電動機に印加されるように前記インバータを制御するステップと、
を含み、
ステップ（ｃ）は、前記電動機の回転数に基づいて前記フィードバック項の積分項を補正する電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置、それを搭載する車両および電源装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電源と交流モータを駆動するインバータとの間で電源からの直流電圧を昇圧可能な昇圧コンバータと、昇圧コンバータとインバータとの間に介設された平滑コンデンサと、昇圧コンバータの出力電圧が交流モータへのトルク指令や目標回転数に応じた目標電圧に一致するように当該昇圧コンバータを制御すると共に交流モータへのトルク指令等に基づいてインバータをスイッチング制御する制御装置とを備えたモータ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このモータ駆動装置の制御装置は、目標電圧を最終値として電圧指令値を演算すると共に、制御タイミングごとに演算された電圧指令値と出力電圧とが一致するように昇圧コンバータを制御する。また、当該制御装置は、現在の制御タイミングにおける電圧指令値の大きさに応じて、電圧指令値がしきい値に達するまでは当該電圧指令値の変化率の絶対値を第１の値に設定し、電圧指令値がしきい値以上となると変化率の絶対値を第１の値よりも小さい第２の値に設定する。これにより、電圧指令値に対する昇圧コンバータの出力電圧の追従性を確保して出力電圧のオーバーシュートを抑制すると共に、負荷の応答期間に遅れが生じるのを抑制することができる。また、従来から交流電動機に矩形波電圧を印加して当該電動機を回転駆動する駆動制御装置として、交流電動機の出力トルク値を検出すると共に、検出したトルク値と所与のトルク指令値との差を表すトルク偏差を生成し、当該トルク偏差を無くすよう矩形波電圧の位相を設定するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−３５３０３２号公報
【特許文献２】特開２０００−０５０６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のようなモータ駆動装置を構成する直流電源では、一般に放電に許容される電力である放電許容電力が電源温度等の当該電源の状態に応じて定まることから、電源からの放電を当該放電許容電力の範囲内で行う必要がある。このため、トルク指令等に応じて昇圧コンバータに電源からの電圧を昇圧させる昇圧動作とモータにトルクを出力させる動作とを同時に実行すべき場合には、平滑コンデンサの蓄電に用いられる電力とモータにより消費される電力とを電源の放電許容電力の範囲内に抑えるために昇圧動作とモータにトルクを出力させる動作との何れか一方を制限せざるを得ないこともある。また、上記従来の駆動制御装置のように、インバータから矩形波電圧を印加して電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させる、いわゆる矩形波制御を実行する場合、インバータに印加される電圧が急峻に変化すると、目標トルクと電動機の出力トルクとの偏差が大きくなってしまい電動機から所望のトルクを得ることができなくなるおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、電動機にトルクを良好に出力させつつ昇圧コンバータに直流電源からの電圧を速やかに目標電圧まで昇圧させることを目的の一つとする。また、本発明は、矩形波制御を実行するときに電動機の出力トルクを目標トルクにより近づけることを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による電源装置、それを搭載する車両および電源装置の制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採っている。
【０００６】
本発明による電源装置は、
電動機に電力を供給するための電源装置であって、
充放電可能な直流電源と、
前記直流電源からの電圧を昇圧して前記電動機側に供給可能な電圧変換手段と、
前記電圧変換手段と前記電動機との間に介設された平滑コンデンサと、
前記電圧変換手段による昇圧後の電圧を目標電圧に到達させるときの昇圧レートを該昇圧後の電圧と前記直流電源からの放電に許容される電力である放電許容電力と前記電動機のトルク出力に伴って消費される電動機消費電力とに基づいて設定する昇圧レート設定手段と、
前記昇圧後の電圧が前記目標電圧と前記設定された昇圧レートに基づいて変化するように前記電圧変換手段を制御する電圧変換制御手段と、
を備えるものである。
【０００７】
この電源装置では、電圧変換手段に直流電源からの電圧を昇圧させる際に、電圧変換手段による昇圧後の電圧と直流電源からの放電に許容される電力である放電許容電力と電動機のトルク出力に伴って消費される電動機消費電力とに基づいて昇圧後の電圧を目標電圧に到達させるときの昇圧レートが設定され、設定された昇圧レートと目標電圧とに基づいて昇圧後の電圧が変化するように電圧変換手段が制御される。このように、電圧変換手段による昇圧後の電圧と放電許容電力と電動機消費電力とに基づいて昇圧レートを設定すれば、電圧変換手段による昇圧後の電圧が目標電圧に対して低いときには、平滑コンデンサの蓄電に用いられる電力（絶対値）を放電許容電力と電動機消費電力とから定まる範囲内に抑えつつ昇圧レートをより大きくして平滑コンデンサの蓄電を促進させることが可能となる。また、電圧変換手段による昇圧後の電圧が高まって目標電圧に近づくにつれて昇圧レートを小さくすることで平滑コンデンサの蓄電に用いられる電力を上記範囲内に抑え、放電許容電力の範囲内で電動機消費電力を充分に確保することができる。これにより、この電源装置では、平滑コンデンサの蓄電に用いられる電力（絶対値）を放電許容電力と電動機消費電力とから定まる範囲内に抑えながら昇圧レートをより適正に変化させて、放電許容電力の範囲内でモータにトルクを出力させると共に平滑コンデンサを蓄電することが可能となる。従って、この電源装置では、電圧変換手段による昇圧動作とモータにトルクを出力させる動作とを同時に実行するときに、電動機にトルクを良好に出力させつつ電圧変換手段による昇圧後の電圧を速やかに目標電圧まで到達させることができる。
【０００８】
この場合、前記昇圧レート設定手段は、単位時間ｄｔあたりの電圧の変化量である前記昇圧レートをΔＶとし、前記昇圧後の電圧をＶＨとし、前記放電許容電力と前記電動機消費電力とに基づく前記平滑コンデンサの蓄電に利用可能な電力をＰｍａｘとし、前記平滑コンデンサの静電容量をＣとしたときに、前記昇圧レートを、
ΔV = -VH＋(VH2＋2・dt/C・Pmax)1/2
として設定するものであってもよい。これにより、昇圧後の電圧が目標電圧に対して相対的に低いときには昇圧レートをより大きくすると共に昇圧後の電圧が目標電圧に近づくにつれて昇圧レートを小さく抑えることができるので、昇圧レートをより適正なものとすることが可能となる。
【０００９】
また、前記電源装置は、前記電圧変換手段に接続されると共に該電圧変換手段側からの電圧を用いて前記電動機を駆動可能なインバータと、前記電動機に前記インバータから矩形波電圧を印加して該電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させるときに、前記目標トルクと前記電動機の回転数と前記電圧変換手段による昇圧後の電圧とに基づくフィードフォワード項と、前記目標トルクと前記電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算して前記矩形波電圧の目標電圧位相を設定する目標電圧位相設定手段と、前記設定された目標電圧位相をもった矩形波電圧が前記電動機に印加されるように前記インバータを制御可能なインバータ制御手段とを更に備えてもよい。インバータから矩形波電圧を印加して電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させる、いわゆる矩形波制御は、制御精度（制御応答性）に比較的劣るものの、銅損の発生やスイッチング損失を抑えてエネルギ効率を向上させることができるものである。ただし、このような矩形波制御の実行中に、電圧変換手段に直流電源からの電圧を昇圧させるときの昇圧レートが比較的大きな値に設定されたことにより電圧変換手段による昇圧後の電圧が急峻に変化すると、矩形波制御における制御精度に起因して目標トルクと電動機の出力トルクとの偏差が大きくなってしまうおそれがある。これを踏まえて、この電源装置では、電動機を矩形波制御する場合、目標トルクと電動機の回転数と電圧変換手段による昇圧後の電圧とに基づくフィードフォワード項と、目標トルクと電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算して矩形波電圧の目標電圧位相を設定することとしている。これにより、電圧変換手段による昇圧後の電圧の変化に応じてインバータからの矩形波電圧の電圧位相を急峻に変化させ、それにより目標トルクと電動機の出力トルクとの偏差をより小さくし、出力トルクを目標トルクにより近づけることが可能となる。
【００１０】
更に、前記目標電圧位相設定手段は、前記電動機に矩形波電圧を印加するときの前記電圧位相に対する該電動機の出力トルクの傾きに基づいて前記フィードバック項の積分項を補正するものであってもよい。これにより、目標トルクと電動機の出力トルクとの偏差を減少させるためのフィードバック項をより適正に設定することが可能となる。
【００１１】
また、前記目標電圧位相設定手段は、前記電圧変換手段による昇圧後の電圧に基づいて前記フィードバック項の積分項を補正するものであってもよく、前記目標電圧位相設定手段は、前記電動機の回転数に基づいて前記フィードバック項の積分項を補正するものであってもよい。
【００１２】
本発明による他の電源装置は、
電動機に電力を供給するための電源装置であって、
充放電可能な直流電源と、
前記直流電源と前記電動機との間でやり取りされる電圧を調圧可能な電圧変換手段と、
前記電圧変換手段に接続されると共に該電圧変換手段側からの電圧を用いて前記電動機を駆動可能なインバータと、
前記電動機に前記インバータから矩形波電圧を印加して該電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させるときに、前記目標トルクと前記電動機の回転数と前記インバータに印加される電圧とに基づくフィードフォワード項と、前記目標トルクと前記電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算して前記矩形波電圧の目標電圧位相を設定する目標電圧位相設定手段と、
前記設定された目標電圧位相をもった矩形波電圧が前記電動機に印加されるように前記インバータを制御可能なインバータ制御手段と、
を備えるものである。
【００１３】
この電源装置では、電動機にインバータから矩形波電圧を印加して当該電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させるときに、目標トルクと電動機の回転数とインバータに印加される電圧とに基づくフィードフォワード項と、目標トルクと電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算することにより矩形波電圧の目標電圧位相が設定され、当該目標電圧位相をもった矩形波電圧が電動機に印加されるようにインバータが制御される。すなわち、インバータから矩形波電圧を印加して電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させる、いわゆる矩形波制御は、制御精度（制御応答性）に比較的劣るものの、銅損の発生やスイッチング損失を抑えてエネルギ効率を向上させることができるものである。ただし、このような矩形波制御を実行しているときに、インバータに印加される電圧が急峻に変化すると、矩形波制御における制御精度に起因して目標トルクと電動機の出力トルクとの偏差が大きくなってしまうおそれがある。これを踏まえて、この電源装置では、電動機を矩形波制御する場合、目標トルクと電動機の回転数とインバータに印加される電圧とに基づくフィードフォワード項と、目標トルクと電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算して矩形波電圧の目標電圧位相を設定することとしている。これにより、インバータに印加される電圧の変化に応じてインバータからの矩形波電圧の電圧位相を急峻に変化させることが可能となるので、目標トルクと電動機の出力トルクとの偏差をより小さくして出力トルクを目標トルクにより近づけると共に、矩形波制御の利用範囲を拡げて電源装置におけるエネルギ効率をより向上させることができる。
【００１４】
本発明による車両は、上記何れかの電源装置を搭載すると共に前記電動機からの動力により走行可能なものである。従って、この車両は、上記電源装置が奏するものと同様の作用効果を奏する。
【００１５】
本発明による電源装置の制御方法は、
給電対象である電動機と電力をやり取り可能な直流電源と、該直流電源からの電圧を昇圧して前記電動機側に供給可能な電圧変換手段と、該電圧変換手段と前記電動機との間に介設された平滑コンデンサとを備えた電源装置の制御方法であって、
（ａ）前記電圧変換手段による昇圧後の電圧を目標電圧に到達させるときの昇圧レートを該昇圧後の電圧と前記直流電源からの放電に許容される電力である放電許容電力と前記電動機のトルク出力に伴って消費される電動機消費電力とに基づいて設定するステップと、
（ｂ）前記昇圧後の電圧が前記目標電圧とステップ（ａ）にて設定された昇圧レートに基づいて変化するように前記電圧変換手段を制御するステップと、
を含むものである。
【００１６】
この方法によれば、電圧変換手段による昇圧後の電圧の変化に応じてインバータからの矩形波電圧の電圧位相を急峻に変化させ、それにより目標トルクと電動機の出力トルクとの偏差をより小さくし、出力トルクを目標トルクにより近づけることが可能となる。
【００１７】
本発明による他の電源装置の制御方法は、
給電対象である電動機と電力をやり取り可能な直流電源と、該直流電源と前記電動機との間でやり取りされる電圧を調圧可能な電圧変換手段と、該電圧変換手段に接続されると共に前記電圧変換手段側からの電圧を用いて前記電動機を駆動可能なインバータとを備えた電源装置の制御方法であって、
（ａ）前記電動機に前記インバータから矩形波電圧を印加して該電動機に目標トルクに応じたトルクを出力させるときに、前記目標トルクと前記電動機の回転数と前記インバータに印加される電圧とに基づくフィードフォワード項と、前記目標トルクと前記電動機の出力トルクとの偏差を減少させるフィードバック項とを加算して前記矩形波電圧の目標電圧位相を設定するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）にて設定された目標電圧位相をもった矩形波電圧が前記電動機に印加されるように前記インバータを制御するステップと、
を含むものである。
【００１８】
この方法によれば、インバータに印加される電圧の変化に応じてインバータからの矩形波電圧の電圧位相を急峻に変化させることが可能となるので、目標トルクと電動機の出力トルクとの偏差をより小さくして出力トルクを目標トルクにより近づけると共に、矩形波制御の利用範囲を拡げて電源装置におけるエネルギ効率をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明の実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図であり、図２は、ハイブリッド自動車２０に含まれる電機駆動系の概略構成図である。これらの図面に示すように、実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された車軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに接続されたモータＭＧ２と、直流電力を交流電力に変換してモータＭＧ１，ＭＧ２に供給可能なインバータ４１，４２と、バッテリ５０からの電力を電圧変換してインバータ４１，４２に供給可能な昇圧コンバータ５５と、ハイブリッド自動車２０の全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０等とを備えるものである。
【００２１】
エンジン２２は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて動力を出力する内燃機関であり、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４による燃料噴射量や点火時期、吸入空気量等の制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２に対して設けられて当該エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号や上記センサからの信号等に基づいてエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。
【００２２】
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行う遊星歯車機構として構成されている。機関側回転要素としてのキャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、車軸側回転要素としてのリングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、動力分配統合機構３０は、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側とにそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して最終的に駆動輪である車輪３９ａ，３９ｂに出力される。
【００２３】
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、何れも内部に永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを有する周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介して直流電源であるバッテリ５０と電力のやり取りを行う。インバータ４１，４２は、図２に示すように、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６またはＴ２１〜２６とトランジスタＴ１１〜Ｔ１６またはＴ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６またはＤ２１〜Ｄ２６とにより構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６は、それぞれインバータ４１，４２が電力ライン５４として共用する正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつ対をなすように配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々が接続されている。従って、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとの間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成してモータＭＧ１，ＭＧ２を回転駆動することが可能となる。また、インバータ４１，４２は、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとを共用しているから、モータＭＧ１，ＭＧ２の何れかで発電される電力を他のモータに供給することができる。そして、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとには電圧を平滑化する平滑コンデンサ５７が接続されている。
【００２４】
昇圧コンバータ５５は、システムメインリレー５６を介してバッテリ５０と接続されており、図２に示すように、２つのトランジスタＴ３１（上アーム）およびトランジスタＴ３２（下アーム）と、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬとを含む。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ４１，４２の正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに接続されており、両者の接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと負極母線５４ｂとには、システムメインリレー５６を介してバッテリ５０の正極端子と負極端子とが接続されると共に、バッテリ５０からの電圧を平滑化するコンデンサ５９が接続されている。更に、コンデンサ５９の端子間には第２電圧センサ９２が設置されており、この第２電圧センサ９２により昇圧コンバータ５５の昇圧前電圧ＶＬが検出される。これにより、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御することによりバッテリ５０側からの直流電力の電圧（昇圧前電圧ＶＬ）を昇圧してインバータ４１，４２に供給することができる。この場合、インバータ４１，４２に印加され得る昇圧コンバータ５５による昇圧後電圧ＶＨは、平滑コンデンサ５７の端子間に設置された第３電圧センサ９３により検出される。また、昇圧コンバータ５５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御することにより、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに作用している直流電圧を降圧してバッテリ５０を充電することもできる。
【００２５】
これらのインバータ４１，４２や昇圧コンバータ５５は、何れもモータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０により制御され、それによりモータＭＧ１，ＭＧ２が駆動制御される。モータＥＣＵ４０には、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や、第２および第３電圧センサ９２，９３からの電圧ＶＬおよびＶＨ、図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流といったモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御に必要な信号が入力される。また、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号や、システムメインリレー５６への駆動信号、昇圧コンバータ５５へのスイッチング制御信号等が出力される。更に、モータＥＣＵ４０は、バッテリＥＣＵ５２やハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、上記センサからの信号に加えてバッテリＥＣＵ５２からの信号、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号をも用いてモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する。加えて、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２といったモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータを計算・取得し、必要に応じてこれらのデータをハイブリッドＥＣＵ７０等に出力する。
【００２６】
バッテリ５０は、実施例ではニッケル水素二次電池あるいはリチウムイオン二次電池として構成されており、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された第１電圧センサ９１からの端子間電圧ＶＢ、バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流、バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からのバッテリ温度Ｔｂ等が入力されている。バッテリＥＣＵ５２は、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッドＥＣＵ７０やエンジンＥＣＵ２４に出力する。更に、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量ＳＯＣを算出したり、当該残容量ＳＯＣに基づいてバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊を算出したり、残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の充電に許容される電力である充電許容電力としての入力制限Ｗｉｎとバッテリ５０の放電に許容される電力である放電許容電力としての出力制限Ｗｏｕｔとを算出したりする。バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定すると共に、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定可能である。図３にバッテリ温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図４にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。
【００２７】
ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２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、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６、図示しない入出力ポートおよび通信ポート等を備える。ハイブリッドＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）８０からのイグニッション信号、シフトレバー８１の操作位置であるシフトポジションＳＰを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル８３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８４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルストロークセンサ８６からのブレーキペダルストロークＢＳ、車速センサ８７からの車速Ｖ等が入力ポートを介して入力される。また、ハイブリッドＥＣＵ７０は、上述したようにエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２等と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２等と各種制御信号やデータのやり取りを行っている。
【００２８】
そして、ハイブリッド自動車２０の走行時に、ハイブリッドＥＣＵ７０は、基本的に、運転者のアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を計算すると共に、この要求トルクＴｒ＊に基づくトルクがリングギヤ軸３２ａに出力されるようにエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊、モータＭＧ１の目標トルクを示すトルク指令Ｔｍ１＊、モータＭＧ２の目標トルクを示すトルク指令Ｔｍ２＊を設定する。ここで、実施例のハイブリッド自動車２０におけるエンジン２２とモータＭＧ１およびＭＧ２との運転制御モードには、トルク変換運転モードや充放電運転モード、モータ運転モード等が含まれる。トルク変換運転モードのもとで、ハイブリッドＥＣＵ７０は、要求トルクＴｒ＊に見合う動力（パワー）がエンジン２２から出力されるように目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定すると共に、エンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１およびＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようにモータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する。また、充放電運転モードのもとで、ハイブリッドＥＣＵ７０は、要求トルクＴｒ＊とバッテリ５０の充放電に要求される充放電要求パワーＰｂ＊との和に見合う動力（パワー）がエンジン２２から出力されるように目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定すると共に、バッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部または一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１およびＭＧ２とによりトルク変換されて要求トルクＴＲ＊に応じたトルクがリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する。更に、モータ運転モードのもとで、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン２２の運転を停止させると共にモータＭＧ２にのみ要求トルクＴｒ＊に見合うトルクをリングギヤ軸３２ａに出力させる。この場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊、モータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊をそれぞれ値０に設定すると共に、モータＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ２＊を要求トルクＴｒ＊や動力分配統合機構３０のギヤ比ρ、減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒ等に基づいて設定する。
【００２９】
このようにして、ハイブリッドＥＣＵ７０によりエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊、モータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊、モータＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ２＊が設定されると、目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊がエンジンＥＣＵ２４に送信されると共に、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊がモータＥＣＵ４０に送信される。そして、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０からの目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊が得られるようにエンジン２２を制御する。また、モータＥＣＵ４０は、ハイブリッドＥＣＵ７０からのトルク指令Ｔｍ１＊に従ってモータＭＧ１が駆動されると共にハイブリッドＥＣＵ７０からのトルク指令Ｔｍ２＊に従ってモータＭＧ２が駆動されるようにインバータ４１，４２のスイッチング制御を行なう。ここで、実施例のモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１およびＭＧ２を回転数とトルク指令（出力トルク）とに応じて、複数の制御モード（電動機制御モード）のもとでインバータ４１および４２をスイッチング制御する。すなわち、実施例では、モータＭＧ１およびＭＧ２を制御するための図示しない制御モード設定用マップが予め用意されており、モータＥＣＵ４０は、当該制御モード設定用マップに従って、基本的には回転数およびトルクが小さい領域から順に、変調率が値１以下の正弦波制御モード（三角波比較によるＰＷＭ制御における三角波の振幅以下の振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成してＰＷＭ信号に変換するモード）、変調率が値１を超える過変調制御モード（三角波の振幅を越えた振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成してＰＷＭ信号に変換するモード）、トルク指令に応じた電圧位相をもった矩形波電圧（矩形波信号）を用いる矩形波制御モードのもとでインバータ４１および４２をスイッチング制御する。このように、低回転低トルク領域において正弦波制御モードを用いることにより、モータＭＧ１，ＭＧ２を応答性よく制御すると共に低回転域であっても滑らかな回転を得ることが可能となる。また、モータＭＧ１，ＭＧ２の制御精度（制御応答性）は、正弦波制御モード、過変調制御モード、矩形波制御モードの順に悪化していくことになるが、高回転高トルク領域において矩形波制御モードを用いることにより、直流電源の電圧利用率を向上させて高回転域での出力を向上させる共に、銅損の発生やスイッチング損失を抑えてエネルギ効率を向上させることが可能となる。そして、実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態（トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊および回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２）に応じてバッテリからの電圧（例えばＤＣ２８８Ｖ）が所定電圧（例えば最大６５０Ｖ）まで昇圧されるようにモータＥＣＵ４０により昇圧コンバータ５５が制御される。
【００３０】
次に、実施例のハイブリッド自動車２０においてモータＥＣＵ４０により実行される昇圧コンバータ５５やインバータ４１，４２の制御手順について説明する。図５は、実施例のモータＥＣＵ４０により所定時間おきに実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。ここでは、説明を簡単にするために、リングギヤ軸３２ａに動力を出力可能なモータＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ２＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とに応じてバッテリ５０からの電圧を昇圧するときの動作を例にとってモータＥＣＵ４０による昇圧制御ルーチンを説明する。
【００３１】
図５の昇圧制御ルーチンの開始に際して、モータＥＣＵ４０は、ハイブリッドＥＣＵ７０からのモータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊やモータＭＧ１およびＭＧ２の現在の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、第３電圧センサ９３からの昇圧後電圧ＶＨ、バッテリＥＣＵ５２からのバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔといった制御に必要なデータの入力処理を実行する（ステップＳ１００）。ステップＳ１００のデータ入力処理の後、モータＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ２＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とに基づいて、昇圧後電圧ＶＨのモータＭＧ２の運転状態に応じた目標値である目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇを設定する（ステップＳ１１０）。実施例では、トルク指令Ｔｍ２＊とモータ回転数Ｎｍ２と目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇとの関係が予め定められて目標昇圧後電圧設定用マップとしてモータＥＣＵ４０の図示しない記憶装置に記憶されており、目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇとしては、与えられたトルク指令Ｔｍ２＊とモータ回転数Ｎｍ２とに対応したものが当該マップから導出・設定される。図６に目標昇圧後電圧設定用マップの一例を示す。実施例において、目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇは、図６に示すようにモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が大きく、かつモータＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ２＊が大きいほど大きくなる傾向に設定される。次いで、設定した目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇとステップＳ１００にて入力した昇圧後電圧ＶＨとに基づいてバッテリ５０からの電圧（ＶＬ）を昇圧すべきか否か判定し（ステップＳ１２０）、昇圧動作が不要であれば、制御上の観点から昇圧コンバータ５５のスイッチング制御時に用いられる昇圧後電圧指令ＶＨ＊をステップＳ１００にて入力した昇圧後電圧ＶＨに設定した上で（ステップＳ１７０）、昇圧コンバータ５５に昇圧動作させるためのスイッチング制御を実行することなく再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。
【００３２】
また、ステップＳ１２０にてバッテリ５０からの電圧（ＶＬ）を昇圧すべきと判断された場合には、ステップＳ１００にて入力したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊と回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２と出力制限Ｗｏｕｔとに基づいて昇圧後電圧ＶＨを目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇを到達させる際に平滑コンデンサ５７の蓄電に利用可能な最大蓄電電圧Ｐｍａｘを次式（１）に従い計算する（ステップＳ１３０）。更に、計算した最大蓄電電圧ＰｍａｘとステップＳ１００にて入力した昇圧後電圧ＶＨとに基づいて昇圧後電圧ＶＨを目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇに到達させるとき（目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇまで昇圧するとき）の単位時間ｄｔあたりの電圧の変化量である昇圧レートΔＶを次式（２）に従い計算・設定する（ステップＳ１４０）。ここで、あるタイミングで昇圧後電圧が値ＶＨであると共に平滑コンデンサ５７の蓄電に利用可能な電力がＰｍａｘであるときに、そのタイミングから単位時間（ｄｔ）後に昇圧後電圧が値（ＶＨ＋ΔＶ）になったとすれば、値Ｐｍａｘと値ＶＨと値（ＶＨ＋ΔＶ）との間では次式（３）に示す関係が成立し、かかる式（３）をΔＶについて解けば、式（２）を得ることができる。ただし、式（２）および（３）において、“ｄｔ”は本ルーチンの実行間隔であり、“Ｃ”は平滑コンデンサ５７の静電容量である。こうして式（２）に従って昇圧レートΔＶを設定したならば、ステップＳ１１０にて設定した目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇと、本ルーチンの前回実行時における昇圧後電圧指令ＶＨ＊にステップＳ１４０にて設定した昇圧レートを加算した値との小さい方を昇圧後電圧指令ＶＨ＊として設定する（ステップＳ１５０）。そして、昇圧後電圧ＶＨが昇圧後電圧指令ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ５５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチング制御を実行し（ステップＳ１６０）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。
【００３３】
Pmax = Wout-Tm1*・Nm1-Tm2*・Nm2  …（１）
ΔV = -VH＋(VH2＋2・dt/C・Pmax)1/2  …（２）
Pmax = [1/2・C・(VH+ΔV)2-1/2・C・(VH+ΔV)2]/dt  …（３）
【００３４】
このように、実施例のハイブリッド自動車２０では、昇圧コンバータ５５にバッテリ５０からの電圧（ＶＬ）を昇圧させる際に、昇圧コンバータ５５による昇圧後の電圧である昇圧後電圧ＶＨとバッテリ５０からの放電に許容される電力である出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ１およびＭＧ２のトルク出力に伴って消費される電力（Ｔｍ１＊・Ｎｍ１＋Ｔｍ２＊・Ｎｍ２）とに基づいて昇圧後電圧ＶＨを目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇに到達させるときの昇圧レートΔＶが上記式（２）に従って設定され（ステップＳ１４０）、設定された昇圧レートΔＶと目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇとに基づいて昇圧後電圧ＶＨが変化するように昇圧コンバータ５５が制御される（ステップＳ１６０）。これにより、図７において実線で示すように、平滑コンデンサ５７の蓄電に用いられる電力の絶対値を出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ１およびＭＧ２のトルク出力に伴って消費される電力とから定まる最大蓄電パワーＰｍａｘの範囲内に抑えながら昇圧レートΔＶをより適正に変化させることが可能となる。すなわち、実施例のハイブリッド自動車２０では、昇圧動作の開始後の昇圧後電圧ＶＨが目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇに対して相対的に低いときには、平滑コンデンサ５７の蓄電に用いられる電力の絶対値を出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ１およびＭＧ２のトルク出力に伴って消費される電力とから定まる最大蓄電パワーＰｍａｘの範囲内に抑えつつ昇圧レートΔＶをより大きな値に設定して平滑コンデンサ５７の蓄電を促進させることが可能となる。また、時間の経過と共に昇圧後電圧ＶＨがある程度高まって目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇに近づくにつれて、昇圧レートΔＶが小さな値に設定することで平滑コンデンサ５７の蓄電に用いられる電力が最大蓄電パワーＰｍａｘの範囲内に抑えられ、それにより出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２のトルク出力に伴って消費される電力を充分に確保することができる。従って、昇圧レートΔＶとして一定の値を用いた場合（図７における破線参照）のように昇圧後電圧ＶＨが目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇに近づいた段階で平滑コンデンサ５７の蓄電に用いられる電力がピークを迎えるようなことはなく、同図において破線で示すように、昇圧後電圧ＶＨが目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇに達するまでモータＭＧ２からのトルク出力を遅らせる必要はない。
【００３５】
ところで、実施例のハイブリッド自動車２０では、上述のように、モータＭＧ２がその運転状態（トルク指令Ｔｍ２＊および回転数Ｎｍ２）に応じて矩形波制御モードのもとで制御されることになるが、かかる矩形波制御モードのもとで実行される矩形波制御は、制御精度（制御応答性）に比較的劣るものの、銅損の発生やスイッチング損失を抑えてエネルギ効率を向上させることができるものである。ただし、矩形波制御の実行中に、昇圧レートΔＶが比較的大きな値に設定されたことにより昇圧後電圧ΔＶが急峻に変化すると、矩形波制御における制御精度に起因してトルク指令Ｔｍ２と実際のモータＭＧ２の出力トルクとの偏差が大きくなってしまうおそれがある。これを踏まえて、実施例のハイブリッド自動車２０では、昇圧後電圧ΔＶが急峻に変化しても、昇圧後電圧ΔＶの急峻な変化に対応することができるようにフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせた２自由度制御を用いて矩形波電圧の目標電圧位相を示す電圧位相指令θ＊を設定することとしている。以下、図８を参照しながら、矩形波制御モードのもとでの電圧位相指令θ＊の設定手順について説明する。図８は、矩形波制御モードのもとで、実施例のモータＥＣＵ４０により所定時間おきに実行される電圧位相指令設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。ここでは、説明を簡単にするために、トルク指令Ｔｍ２＊に応じたトルクを出力するようにモータＭＧ２を矩形波制御するときの動作を例にとって、モータＥＣＵ４０による電圧位相指令設定ルーチンを説明する。
【００３６】
図８の電圧位相指令設定ルーチンの開始に際して、モータＥＣＵ４０は、ハイブリッドＥＣＵ７０からのモータＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ２＊やモータＭＧ２の現在の回転数Ｎｍ２、モータＭＧ２により出力されているトルクの推定値であるトルク推定値Ｔｍ２ｅｓｔ、第３電圧センサ９３からの昇圧後電圧ＶＨといった制御に必要なデータの入力処理を実行する（ステップＳ２００）。なお、トルク推定値Ｔｍ２ｅｓｔは、例えばモータＭＧ２の三相コイルのＵ相、Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖを座標変換して得られるｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑから推定可能なものであり、実施例では、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，ＩｑとモータＭＧ２の出力トルクとの関係を規定するように予め作成されたトルク推定用マップから相電流Ｉｕ，Ｉｖの実測値に基づく電流Ｉｄ，Ｉｑに対応したものがトルク推定値Ｔｍ２ｅｓｔとして別途求められる。ステップＳ２００のデータ入力処理の後、入力したトルク指令Ｔｍ２＊、回転数Ｎｍ２および昇圧後電圧ＶＨに基づいて電圧位相指令θ＊のフィードフォワード項θｆｆを設定する（ステップＳ２１０）。ここで、電圧位相θとモータの出力トルクＴとの間には、次式（４）に示すような関係が成立することから、実施例では、式（４）を基にトルク指令Ｔｍ２＊とモータ回転数Ｎｍ２と昇圧後電圧ＶＨと電圧位相指令θ＊のフィードフォワード項θｆｆとの関係が予め定められて図示しないフィードフォワード項設定用マップとしてモータＥＣＵ４０の図示しない記憶装置に記憶されており、フィードフォワード項θｆｆとしては、与えられたトルク指令Ｔｍ２＊とモータ回転数Ｎｍ２と昇圧後電圧ＶＨとに対応したものが当該マップから導出・設定される。ただし、（４）式において、ｐは極対数を示し、φは磁束鎖交数を示し、Ｌｄはｄ軸のインダクタンスを示し、Ｌｑはｑ軸のインダクタンスを示し、ωはモータの角速度を示す。
【００３７】
【数１】
0005211743.tif 000002
【００３８】
ステップＳ２１０にて電圧位相指令θ＊のフィードフォワード項θｆｆを設定したならば、更に電圧位相指令θ＊のフィードバック項θｆｂを次式（５）に従い設定する（ステップＳ２２０）。なお、式（５）において、ｋｐは比例項のゲインであり、ｋｉは積分項のゲインである。ここで、フィードバック項θｆｂは、例えば昇圧後電圧ＶＨが値ＶＨ１であるときにトルク指令Ｔｍ２＊等に基づくフィードフォワード項θｆｆが値θ１となり、値θ１を電圧位相指令θ＊としたとき（図９における実線参照）のトルク指令Ｔｍ２＊とトルク推定値Ｔｍ２ｅｓｔ（図９における破線参照）との差分ΔＴをできるだけ小さくするためのものであり、基本的には、一般的なフィードバック制御（ＰＩ制御）の関係式から求めることができる。ただし、昇圧コンバータ５５によりバッテリ５０からの電圧（ＶＬ）を昇圧させるときの昇圧レートΔＶが比較的大きな値に設定されたことにより昇圧後電圧ＶＨが例えば図９に示すように値ＶＨ１から値ＶＨ２へと急峻に変化すると、トルク指令Ｔｍ２＊とトルク推定値（実際の出力トルク）Ｔｍ２ｅｓｔとの偏差ΔＴが概ね同一であったとしても、フィードフォワード項θｆｆ（値θ１またはθ２）とトルク推定値（実際の出力トルク）Ｔｍ２ｅｓｔに対応した電圧位相（値θ１′またはθ２′）との偏差Δθが大きく変化し（図９の例ではΔθが小さくなり）、何ら対策を施さなければ、偏差Δθを補正するフィードバック項θｆｂの積分項による補正量が不適正なもの（図９の例では過大なもの）となってしまう。このため、実施例では、フィードバック項θｆｂの積分項のゲインｋｉをモータＭＧ２に矩形波電圧を印加するときの電圧位相θに対するモータＭＧ２の出力トルクの傾きΔＴ／Δθを除することで昇圧後電圧ＶＨの急変に応じた上記偏差Δθの変動の影響をより小さくし、それによりフィードバック項θｆｂの積分項の適正化を図ることとした。なお、傾きΔＴ／Δθは、上記式（４）を電圧位相θで微分して得られる式から容易に導出することができる。
【００３９】
θfb = kp・(Tm2*-Tm2est)＋ki/(ΔT/Δθ)・∫(Tm2*-Tm2est)・dt  …（５）
【００４０】
このようにして、ステップＳ２２０にてフィードバック項θｆｂを設定したならば、設定したフィードフォワード項θｆｆとフィードバック項θｆｂとを加算して電圧位相指令θ＊を設定し（ステップＳ２３０）、再度ステップＳ２００以降の処理を実行する。そして、モータＥＣＵ４０は、図８の電圧位相指令設定ルーチンを経て設定した電圧位相θをもった矩形波電圧がモータＭＧ２に印加されるように、インバータ４２をスイッチング制御することになる。
【００４１】
以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車２０では、昇圧コンバータ５５にバッテリ５０からの電圧（ＶＬ）を昇圧させる際に、昇圧コンバータ５５による昇圧後の電圧である昇圧後電圧ＶＨとバッテリ５０からの放電に許容される電力である出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ１およびＭＧ２のトルク出力に伴って消費される電力とに基づいて昇圧後電圧ＶＨを目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇに到達させるときの昇圧レートΔＶが上記式（２）に従い設定され（図５のステップＳ１４０）、設定された昇圧レートΔＶと目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇとに基づいて昇圧後電圧ＶＨが変化するように昇圧コンバータ５５が制御される（ステップＳ１５０，Ｓ１６０）。このように、昇圧後電圧ＶＨと出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ１およびＭＧ２のトルク出力に伴って消費される電力とに基づいて昇圧レートΔＶを設定すれば、昇圧後電圧ＶＨが目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇに対して低いときには、平滑コンデンサ５７の蓄電に用いられる電力（絶対値）を出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ１およびＭＧ２の消費電力とから定まる最大蓄電電力Ｐｍａｘの範囲内に抑えつつ昇圧レートΔＶをより大きくして平滑コンデンサ５７の蓄電を促進させることが可能となる。また、昇圧後電圧ＶＨが高まって目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇに近づくにつれて昇圧レートΔＶを小さくすることで平滑コンデンサ５７の蓄電に用いられる電力を最大蓄電電力Ｐｍａｘの範囲内に抑え、出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２により消費される電力を充分に確保することができる。これにより、ハイブリッド自動車２０では、平滑コンデンサ５７の蓄電に用いられる電力（絶対値）を出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ１およびＭＧ２の消費電力とから定まる範囲内に抑えながら昇圧レートΔＶをより適正に変化させて、出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２にトルクを出力させると共に平滑コンデンサ５７を蓄電することが可能となる。従って、ハイブリッド自動車２０では、昇圧コンバータ５５による昇圧動作とモータＭＧにトルクを出力させる動作とを同時に実行するときに、モータＭＧ２にトルクを良好に出力させつつ昇圧後電圧ＶＨを速やかに目標昇圧電圧ＶＨｔａｇまで到達させることができる。
【００４２】
また、実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２にインバータ４２から矩形波電圧を印加して当該モータＭＧ２に目標トルクを示すトルク指令Ｔｍ２＊に応じたトルクを出力させるときに、図８の目標電圧位相指令設定ルーチンが実行され、トルク指令Ｔｍ２＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と昇圧後電圧ＶＨとに基づくフィードフォワード項θｆｆと、トルク指令Ｔｍ２＊とモータＭＧ２により実際に出力されているトルクの推定値であるトルク推定値Ｔｍ２ｅｓｔとの偏差を減少させるフィードバック項θｆｂとを加算することにより矩形波電圧の目標電圧位相を示す電圧位相指令θ＊が設定される。これにより、矩形波制御の実行中に、昇圧コンバータ５５にバッテリ５０からの電圧（ＶＬ）を昇圧させるときの昇圧レートΔＶが大きな値に設定されたことにより昇圧後電圧ＶＨが急峻に変化しても、昇圧後電圧ＶＨの変化に応じてインバータ４２からの矩形波電圧の電圧位相を急峻に変化させ、それによりトルク指令Ｔｍ２＊とモータＭＧ２の出力トルクとの偏差をより小さくし、出力トルクをトルク指令Ｔｍ２＊により近づけることが可能となる。なお、図８の目標電圧位相指令設定ルーチン、すなわちトルク指令Ｔｍ２＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と昇圧後電圧ＶＨとに基づくフィードフォワード項θｆｆとトルク指令Ｔｍ２＊とトルク推定値Ｔｍ２ｅｓｔとの偏差を減少させるフィードバック項θｆｂとを加算して電圧位相指令θ＊を設定することは、図５に例示したもの以外の昇圧制御ルーチンを実行する場合、つまり昇圧レートΔＶを上記式（２）に従って設定しない場合にも適用され得ることはいうまでもない。このように、矩形波制御が実行されるときに昇圧レートΔＶの設定態様に拘わらず図８の目標電圧位相指令設定ルーチンが実行されるようにすれば、矩形波制御の利用範囲を拡げて電源装置ひいてはハイブリッド自動車２０におけるエネルギ効率をより向上させることが可能となる。
【００４３】
更に、実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２に矩形波電圧を印加するときの電圧位相θに対するモータＭＧ２の出力トルクの傾きΔＴ／Δθに基づいてフィードバック項θｆｂの積分項が補正される（ステップＳ２２０）。これにより、昇圧後電圧ＶＨの急変に応じたフィードフォワード項θｆｆとトルク推定値（実際の出力トルク）Ｔｍ２ｅｓｔに対応した電圧位相との偏差Δθの変動の影響をより小さくし、それによりフィードバック項θｆｂの積分項の適正化を図ることが可能となる。ただし、上記偏差Δθは昇圧後電圧ＶＨに応じて変動するものであるから、昇圧後電圧ＶＨを用いてフィードバック項θｆｂの積分項を補正してもよい。この場合、バッテリ電圧（例えば２８８Ｖ）と昇圧コンバータ５５による昇圧後の電圧の最大値（例えば６５０Ｖ）とに応じて基準電圧ＶＨｒｅｆ（例えば４００Ｖ等）を定めた上で、次式（６）に示すように、フィードバック項θｆｂの積分項のゲインｋｉを値ＶＨ／ＶＨｒｅｆで除すること（正規化すること）により、昇圧後電圧ＶＨの急変に応じた上記偏差Δθの変動の影響をより小さくすることが可能となる。また、目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇがモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に応じて設定されることから、昇圧後電圧ＶＨは、結果的にモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に応じて変動し、上記偏差ΔθもモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に応じて変動することになる。従って、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を用いてフィードバック項θｆｂの積分項を補正してもよい。この場合、モータＭＧ２の常用回転数等に応じて基準回転数Ｎｍ２ｒｅｆ（例えば４０００ｒｐｍ等）を定めた上で、次式（７）に示すように、フィードバック項θｆｂの積分項のゲインｋｉを値Ｎｍ２／Ｎｍ２ｒｅｆで除する（正規化する）ことにより、昇圧後電圧ＶＨの急変に応じた上記偏差Δθの変動の影響をより小さくすることが可能となる。
【００４４】
θfb = kp・(Tm2*-Tm2est)＋ki/(VH/VHref)・∫(Tm2*-Tm2est)・dt  …（６）
θfb = kp・(Tm2*-Tm2est)＋ki/(Nm2/Nm2ref)・∫(Tm2*-Tm2est)・dt  …（７）
【００４５】
なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、車軸としてのリングギヤ軸３２ａとモータＭＧ２とがモータＭＧ２の回転数を減速してリングギヤ軸３２ａに伝達する減速ギヤ３５を介して連結されているが、減速ギヤ３５の代わりに、例えばＨｉ，Ｌｏの２段の変速段あるいは３段以上の変速段を有したモータＭＧ２の回転数を変速してリングギヤ軸３２ａに伝達する変速機を採用してもよい。また、実施例のハイブリッド自動車２０は、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａに接続された車軸に出力するものであるが、本発明の適用対象はこれに限られるものでもない。すなわち、本発明は、図１０に示す変形例としてのハイブリッド自動車１２０のように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａに接続された車軸（車輪３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１０における車輪３９ｃ，３９ｄに接続された車軸）に出力するものに適用されてもよい。更に、実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して車輪３９ａ，３９ｂに接続される車軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものであるが、本発明の適用対象は、これに限られるものでもない。すなわち、本発明は、図１１に示す変形例としてのハイブリッド自動車２２０のように、エンジン２２のクランクシャフトに接続されたインナーロータ２３２と車輪３９ａ，３９ｂに動力を出力する車軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を車軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えたものに適用されてもよい。また、エンジン２２は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて動力を出力する内燃機関以外の水素エンジンといったような他の形式のものであってもよく、
モータＭＧ１，ＭＧ２は、同期発電電動機以外の誘導電動機といったような他の形式のものであってもよい。
【００４６】
ここで、上記実施例や変形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しておく。すなわち、上記実施例等において、充放電可能なバッテリ５０が「直流電源」に相当し、バッテリ５０からの電圧を昇圧してモータＭＧ２側に供給可能な昇圧コンバータ５５が「電圧変換手段」に相当し、昇圧コンバータ５５とモータＭＧ２との間に介設された平滑コンデンサ５７が「平滑コンデンサ」に相当し、図５の昇圧制御ルーチンを実行するモータＥＣＵ４０が「昇圧レート設定手段」および「電圧変換制御手段」に相当する。また、昇圧コンバータ５５側からの電圧を用いてモータＭＧ２を駆動可能なインバータ４２が「インバータ」に相当し、図８の電圧位相指令設定ルーチンを実行するモータＥＣＵ４０が「目標電圧位相設定手段」に相当し、電圧位相指令θ＊をもった矩形波電圧がモータＭＧ２に印加されるようにインバータ４２を制御可能なモータＥＣＵ４０が「インバータ制御手段」に相当する。ただし、これら実施例および変形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最良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。すなわち、実施例はあくまで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ず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。
【００４７】
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら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、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、電源装置やそれを備えた車両の製造産業等において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例に係る車両としてのハイブリッド自動車２０の概略構成図である。
【図２】モータＭＧ１およびＭＧ２を含む電気駆動系の概略構成図である。
【図３】電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。
【図４】バッテリ５０の残容量ＳＯＣと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。
【図５】実施例のモータＥＣＵ４０により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】目標昇圧後電圧設定用マップの一例を示す説明図である。
【図７】昇圧後電圧ＶＨ、平滑コンデンサ５７の蓄電に用いられる電力およびモータＭＧ２の出力トルクが時間と共に変化する様子を例示する説明図である。
【図８】実施例のモータＥＣＵ４０により実行される電圧位相指令設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図９】昇圧後電圧ＶＨが変化したときの電圧位相θとモータＭＧ２の出力トルクとの関係を例示する説明図である。
【図１０】変形例に係るハイブリッド自動車１２０の概略構成図である。
【図１１】変形例に係るハイブリッド自動車２２０の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５０】
２０，１２０，２２０  ハイブリッド自動車、２２  エンジン、２４  エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６  クランクシャフト、２８  ダンパ、３０  動力分配統合機構、３１  サンギヤ、３２  リングギヤ、３２ａ  リングギヤ軸、３３  ピニオンギヤ、３４  キャリア、３５  減速ギヤ、３７  ギヤ機構、３８  デファレンシャルギヤ、３９ａ〜３９ｄ  車輪、４０  モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２  インバータ、４３，４４  回転位置検出センサ、５０  バッテリ、５１  温度センサ、５２  バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４  電力ライン、５４ａ  正極母線、５４ｂ  負極母線、５５  昇圧コンバータ、５６  システムメインリレー、５７  平滑コンデンサ、５９  コンデンサ、７０  ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、７２  ＣＰＵ、７４  ＲＯＭ、７６  ＲＡＭ、８０  イグニッションスイッチ、８１  シフトレバー、８２  シフトポジションセンサ、８３  アクセルペダル、８４  アクセルペダルポジションセンサ、８５  ブレーキペダル、８６  ブレーキペダルストロークセンサ、８７  車速センサ、９１  第１電圧センサ、９２  第２電圧センサ、９３  第３電圧センサ、２３０  対ロータ電動機、２３２  インナーロータ、２３４  アウターロータ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１，Ｄ３２  ダイオード、Ｌ  リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６，Ｔ３１，Ｔ３２  トランジスタ。
【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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【図１１】
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