(57)【要約】【課題】コンバータにおける損失を低減することが可能な技術を提供する。【解決手段】本明細書では、バッテリとモータの間に配置されており、直流電圧を昇降圧可能なコンバータと、コンバータのモータ側電圧の目標値を設定する制御装置を備える駆動制御システムを開示する。前記コンバータは、バッテリ側正極線と、モータ側正極線と、共通負極線と、モータ側正極線と共通負極線の間に直列に接続された第１逆導通型半導体スイッチおよび第２逆導通型半導体スイッチと、一端がバッテリ側正極線に接続され、他端が第１逆導通型半導体スイッチと第２逆導通型半導体スイッチの接続部に接続されているリアクトルを備えている。前記制御装置は、前記モータの回生動作時のモータ側電圧の目標値を、基準電圧を下回らないように設定する。前記基準電圧は、第１逆導通型半導体スイッチのオン抵抗損失とスイッチング損失の和が極小値となる電圧である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリとモータの間に配置されており、直流電圧を昇降圧可能なコンバータと、コンバータのモータ側電圧の目標値を設定する制御装置を備える駆動制御システムであって、
前記コンバータが、バッテリ側正極線と、モータ側正極線と、共通負極線と、モータ側正極線と共通負極線の間に直列に接続された第１逆導通型半導体スイッチおよび第２逆導通型半導体スイッチと、一端がバッテリ側正極線に接続され、他端が第１逆導通型半導体スイッチと第２逆導通型半導体スイッチの接続部に接続されているリアクトルを備えており、
前記制御装置が、前記モータの回生動作時のモータ側電圧の目標値を、基準電圧を下回らないように設定し、
前記基準電圧が、第１逆導通型半導体スイッチのオン抵抗損失とスイッチング損失の和が極小値となる電圧である駆動制御システム。
【請求項２】
請求項１の駆動制御システムを備える電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、駆動制御システムおよび電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池式電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両においては、低電圧のバッテリでも高電圧でモータを駆動できるように、バッテリとモータの間に直流電圧を昇降圧するコンバータが設けられることがある。この種のコンバータは、バッテリ側正極線と、モータ側正極線と、共通負極線と、モータ側正極線と共通負極線の間に直列に接続された第１逆導通型半導体スイッチおよび第２逆導通型半導体スイッチと、一端がバッテリ側正極線に接続され、他端が第１逆導通型半導体スイッチと第２逆導通型半導体スイッチの接続部に接続されているリアクトルを備えている。モータが三相交流モータである場合には、コンバータとモータの間に三相インバータ回路が設けられる。
【０００３】
モータが力行動作する場合には、バッテリからモータへ電力が供給される。この場合、リアクトル、第２逆導通型半導体スイッチのスイッチング素子、第１逆導通型半導体スイッチの還流ダイオードによって、コンバータは昇圧チョッパ回路として機能する。この際のモータ側電圧とバッテリ側電圧の比は、第２逆導通型スイッチのオン／オフのデューティ比に応じたものとなる。第２逆導通型スイッチのデューティ比を適切に設定することで、目標とするモータ側電圧を実現することができる。
【０００４】
モータが回生動作する際には、モータからバッテリへ電力が供給される。この場合、リアクトル、第１逆導通型半導体スイッチのスイッチング素子、第２逆導通型半導体スイッチの還流ダイオードによって、コンバータは降圧チョッパ回路として機能する。この際のモータ側電圧とバッテリ側電圧の比は、第１逆導通型半導体スイッチのオン／オフのデューティ比に応じたものとなる。第１逆導通型半導体スイッチのデューティ比を適切に設定することで、目標とするモータ側電圧を実現することができる。
【０００５】
上記のコンバータにおけるモータ側電圧は、モータの動作特性や電動車両の挙動などを考慮して、適切に設定する必要がある。コンバータにおけるモータ側電圧を適切に設定する技術が、例えば特許文献１，２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１１４９８７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
モータが回生動作する際のコンバータにおける損失は、第１逆導通型スイッチにおける損失が支配的となる。第１逆導通型スイッチにおける損失は、オン抵抗損失（ＤＣ損失ともいう）とスイッチング損失（ＳＷ損失ともいう）の和で表現される。第１逆導通型スイッチのスイッチング損失は、モータ側電圧が大きくなるほど、大きくなる。しかしながら、第１逆導通型スイッチのオン抵抗損失は、モータ側電圧が小さくなるほど、大きくなる。従って、モータが回生動作する際にモータ側電圧を過剰に低く設定してしまうと、コンバータにおける損失の増大を招いてしまう。
【０００８】
本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、コンバータにおける損失を低減することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書では、バッテリとモータの間に配置されており、直流電圧を昇降圧可能なコンバータと、コンバータのモータ側電圧の目標値を設定する制御装置を備える駆動制御システムを開示する。前記コンバータは、バッテリ側正極線と、モータ側正極線と、共通負極線と、モータ側正極線と共通負極線の間に直列に接続された第１逆導通型半導体スイッチおよび第２逆導通型半導体スイッチと、一端がバッテリ側正極線に接続され、他端が第１逆導通型半導体スイッチと第２逆導通型半導体スイッチの接続部に接続されているリアクトルを備えている。前記制御装置は、前記モータの回生動作時のモータ側電圧の目標値を、基準電圧を下回らないように設定する。前記基準電圧は、第１逆導通型半導体スイッチのオン抵抗損失とスイッチング損失の和が極小値となる電圧である。
【００１０】
上記の駆動制御システムでは、モータが回生動作する際に、基準電圧を下回らないようにモータ側電圧を設定する。モータ側電圧が基準電圧に設定された場合、第１逆導通型半導体スイッチのオン抵抗損失とスイッチング損失の和は極小値となる。このような構成とすることで、モータが回生動作する際にモータ側電圧を過剰に低く設定してしまい、コンバータにおける損失の増大を招いてしまう事態を防ぐことができる。コンバータにおける損失を抑制することができる。
【００１１】
本明細書は、上記の駆動制御システムを備える電動車両も開示する。
【発明の効果】
【００１２】
本明細書が開示する技術によれば、コンバータにおける損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電動車両１０の電気系統を示す図である。
【図２】モータ１６が回生動作をする際の、高圧側電圧ＶＨと上アームスイッチ２７における損失の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に、電動車両１０の電気系統を示す。電動車両１０は、バッテリ１２と、電力変換装置１４（駆動制御システムに相当する）と、モータ１６を備えている。電動車両１０は、バッテリ１２に蓄えられた電力を、電力変換装置１４を介してモータ１６に供給し、車輪の駆動軸を回転させる。また、電動車両１０の回生制動時に、モータ１６が発電した電力を、電力変換装置１４を介してバッテリ１２に供給し、バッテリ１２に充電する。電動車両１０は、電池式電気自動車であってもよいし、ハイブリッド自動車であってもよい。バッテリ１２は、リチウムイオン電池等の二次電池である。モータ１６は車輪の駆動軸を回転させる三相交流モータである。
【００１５】
電力変換装置１４は、コンバータ回路２０と、第１平滑コンデンサ２２と、三相インバータ回路２４と、第２平滑コンデンサ２６と、放電抵抗２８と、制御装置３０を備えている。
【００１６】
コンバータ回路２０は、バッテリ１２の電圧をモータ１６の駆動に適した電圧まで昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータである。また、コンバータ回路２０は、電動車両１０の回生制動時にモータ１６が発電した電圧を、バッテリ１２の電圧まで降圧することもできる。本実施例では、バッテリ１２の電圧は３００Ｖ程度であり、モータ１６の駆動に適した電圧は６００Ｖ程度である。以下では、コンバータ回路２０のバッテリ１２側の電圧を低圧側電圧ＶＬともいい、コンバータ回路２０のモータ１６側（三相インバータ回路２４側）の電圧を高圧側電圧ＶＨともいう。コンバータ回路２０は、バッテリ側正極線２１ａと、モータ側正極線２１ｂと、共通負極線２１ｃと、リアクトル２５と、上アームスイッチ２７と、下アームスイッチ２９を備えている。上アームスイッチ２７（第１逆導通型スイッチに相当する）は逆導通型の半導体スイッチであって、スイッチング素子２７ａと、還流ダイオード２７ｂを備えている。下アームスイッチ２９（第２逆導通型スイッチに相当する）は逆導通型の半導体スイッチであって、スイッチング素子２９ａと、還流ダイオード２９ｂを備えている。本実施例では、スイッチング素子２７ａ，２９ａはＩＧＢＴである。上アームスイッチ２７と下アームスイッチ２９は、モータ側正極線２１ｂと共通負極線２１ｃの間に直列に接続されている。上アームスイッチ２７と下アームスイッチ２９は、互いに相補的にオン／オフ動作をする。リアクトル２５は、一端がバッテリ側正極線２１ａに接続されており、他端が上アームスイッチ２７と下アームスイッチ２９の接続部に接続されている。
【００１７】
第１平滑コンデンサ２２は、バッテリ１２とコンバータ回路２０の間に設けられており、バッテリ１２とコンバータ回路２０の間の入出力電圧を平滑化する。
【００１８】
三相インバータ回路２４は、コンバータ回路２０から供給される直流電力を、モータ１６の駆動のための三相交流電力に変換する。また、三相インバータ回路２４は、電動車両１０の回生制動時にモータ１６が発電した三相交流電力を、コンバータ回路２０へ供給するための直流電力に変換することもできる。三相インバータ回路２４は、Ｕ相に対応するＵ相上アームスイッチ３２およびＵ相下アームスイッチ３４と、Ｖ相に対応するＶ相上アームスイッチ３６およびＶ相下アームスイッチ３８と、Ｗ相に対応するＷ相上アームスイッチ４０およびＷ相下アームスイッチ４２を備えている。Ｕ相上アームスイッチ３２、Ｕ相下アームスイッチ３４、Ｖ相上アームスイッチ３６、Ｖ相下アームスイッチ３８、Ｗ相上アームスイッチ４０およびＷ相下アームスイッチ４２は、何れも逆導通型の半導体スイッチであって、それぞれスイッチング素子３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａ，４０ａ，４２ａと、還流ダイオード３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，３８ｂ，４０ｂ，４２ｂを備えている。Ｕ相上アームスイッチ３２とＵ相下アームスイッチ３４は、互いに相補的にオン／オフ動作をする。Ｖ相上アームスイッチ３６とＶ相下アームスイッチ３８は、互いに相補的にオン／オフ動作をする。Ｗ相上アームスイッチ４０とＷ相下アームスイッチ４２は、互いに相補的にオン／オフ動作をする。
【００１９】
第２平滑コンデンサ２６は、コンバータ回路２０と三相インバータ回路２４の間に設けられており、コンバータ回路２０と三相インバータ回路２４の間の入出力電圧を平滑化する。
【００２０】
放電抵抗２８は、第２平滑コンデンサ２６と並列に接続されている。放電抵抗２８は、電動車両１０の電気系統が停止し、コンバータ回路２０や三相インバータ回路２４が動作しなくなったときに、第２平滑コンデンサ２６に蓄積された電荷を放電するために設けられている。
【００２１】
制御装置３０は、コンバータ回路２０の上アームスイッチ２７および下アームスイッチ２９と、三相インバータ回路２４のＵ相上アームスイッチ３２、Ｕ相下アームスイッチ３４、Ｖ相上アームスイッチ３６、Ｖ相下アームスイッチ３８、Ｗ相上アームスイッチ４０およびＷ相下アームスイッチ４２のオン／オフ動作を制御する。
【００２２】
モータ１６が力行動作する際には、バッテリ１２からモータ１６へ電力が供給される。この場合、コンバータ回路２０は、バッテリ１２から入力される低電圧の直流電力を、三相インバータ回路２４へ出力する高電圧の直流電力に変換する。この際には、リアクトル２５、下アームスイッチ２９のスイッチング素子２９ａおよび上アームスイッチ２７の還流ダイオード２７ｂによって、コンバータ回路２０は昇圧チョッパ回路として機能する。この際の高圧側電圧ＶＨと低圧側電圧ＶＬの比は、下アームスイッチ２９のオン／オフのデューティ比に応じたものとなる。下アームスイッチ２９のデューティ比を適切に設定することで、目標とする高圧側電圧ＶＨを実現することができる。
【００２３】
モータ１６が回生動作する際には、モータ１６からバッテリ１２へ電力が供給される。この場合、コンバータ回路２０は、三相インバータ回路２４から入力される高電圧の直流電力を、バッテリ１２へ出力する低電圧の直流電力に変換する。この際には、リアクトル２５、上アームスイッチ２７のスイッチング素子２７ａおよび下アームスイッチ２９の還流ダイオード２９ｂによって、コンバータ回路２０は降圧チョッパ回路として機能する。この際の高圧側電圧ＶＨと低圧側電圧ＶＬの比は、上アームスイッチ２７のオン／オフのデューティ比に応じたものとなる。上アームスイッチ２７のデューティ比を適切に設定することで、目標とする高圧側電圧ＶＨを実現することができる。
【００２４】
制御装置３０は、高圧側電圧ＶＨの目標値を設定し、その目標値を実現するように上アームスイッチ２７および下アームスイッチ２９のオン／オフ動作を制御する。高圧側電圧ＶＨの目標値は、モータ１６および三相インバータ回路２４の動作特性や、電動車両１０の挙動などに基づいて設定される。
【００２５】
モータ１６が回生動作を行う場合のコンバータ回路２０における損失は、上アームスイッチ２７における損失が支配的となる。図２は、モータ１６が回生動作を行う場合の、高圧側電圧ＶＨと上アームスイッチ２７における損失の関係を示している。上アームスイッチ２７における損失は、オン抵抗損失（ＤＣ損失ともいう）とスイッチング損失（ＳＷ損失ともいう）の和で表現される。図２に示すように、スイッチング損失は、高圧側電圧ＶＨが大きくなるほど、大きくなる。しかしながら、オン抵抗損失は、高圧側電圧ＶＨが小さくなるほど、大きくなる。従って、モータ１６が回生動作を行う場合のコンバータ回路２０での損失は、ある基準電圧Ｖ１で極小値となる。
【００２６】
本実施例の制御装置３０は、モータ１６が回生動作を行う場合に、高圧側電圧ＶＨの目標値が基準電圧Ｖ１を下回る場合に、高圧側電圧ＶＨの目標値を基準電圧Ｖ１に変更する。言い換えると、制御装置３０は、モータ１６が回生動作を行う場合に、基準電圧Ｖ１を下回らないように、高圧側電圧ＶＨの目標値を設定する。これにより、モータ１６が回生動作を行う場合の、コンバータ回路２０における損失を抑制し、コンバータ回路２０の発熱を抑制することができる。また、上アームスイッチ２７を長寿命化することができる。
【００２７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２８】
１０  電動車両
１２  バッテリ
１４  電力変換装置
１６  モータ
２０  コンバータ回路
２１ａ  バッテリ側正極線
２１ｂ  モータ側正極線
２１ｃ  共通負極線
２２  第１平滑コンデンサ
２４  三相インバータ回路
２５  リアクトル
２６  第２平滑コンデンサ
２７  上アームスイッチ
２７ａ  スイッチング素子
２７ｂ  還流ダイオード
２８  放電抵抗
２９  下アームスイッチ
２９ａ  スイッチング素子
２９ｂ  還流ダイオード
３０  制御装置
３２  Ｕ相上アームスイッチ
３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａ，４０ａ，４２ａ  スイッチング素子
３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，３８ｂ，４０ｂ，４２ｂ  還流ダイオード
３４  Ｕ相下アームスイッチ
３６  Ｖ相上アームスイッチ
３８  Ｖ相下アームスイッチ
４０  Ｗ相上アームスイッチ
４２  Ｗ相下アームスイッチ
【図１】
2013066331.tif 000003
【図２】
2013066331.tif 000004