(57)【要約】【課題】本明細書が開示する技術は、並列に接続された電圧コンバータを備えた電動車両に関し、特定の電圧コンバータが他の電圧コンバータより劣化が進行してしまうことを防止する。【解決手段】コントローラは、モータに要求される電力が、複数の電圧コンバータによる昇圧が必要ない大きさであるときに次の処理を実行する。コントローラは、各電圧コンバータの上アームトランジスタをオンに保持するとともに下アームトランジスタをオフに保持してバッテリの電力を、電圧を変えずにインバータへ供給しつつ、流れる電流が最も大きい高負荷電圧コンバータを特定する（Ｓ１２）。コントローラは、特定された高負荷電圧コンバータの各トランジスタの状態を保持しつつ、熱ストレス量が高負荷電圧コンバータよりも小さい電圧コンバータの少なくとも一つを、その出力電圧がバッテリの電圧よりも高くなるように制御する（Ｓ１４）。【選択図】図３
2017085697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、
走行用のモータと、
前記モータに接続されているインバータと、
前記バッテリと前記インバータの間に並列に接続されている複数の電圧コンバータと、
夫々の前記電圧コンバータの過去の温度変化に基づいて算出される夫々の前記電圧コンバータの熱ストレス量を記憶する記憶装置と、
夫々の前記電圧コンバータを制御するコントローラと、
を備えており、
夫々の前記電圧コンバータは、
前記バッテリの正極に接続されるバッテリ側正極端と、
前記バッテリの負極に接続されるバッテリ側負極端と、
前記インバータの正極に接続されるインバータ側正極端と、
前記インバータの負極に接続されるとともに前記バッテリ側負極端と接続されるインバータ側負極端と、
前記インバータ側正極端と前記インバータ側負極端の間に直列に接続されている２個のスイッチング素子と、
各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードと、
一端が前記バッテリ側正極端に接続されており、他端が前記２個のスイッチング素子の直列接続の中点に接続されているリアクトルと、
を備えており、
前記コントローラは、前記モータに要求される電力が、複数の前記電圧コンバータによる昇圧が必要ない大きさであるときに、
各電圧コンバータの高電位側の前記スイッチング素子をオンに保持するとともに低電位側の前記スイッチング素子をオフに保持して前記バッテリの電力を電圧を変えずに前記インバータへ供給しつつ、流れる電流が最も大きい高負荷電圧コンバータを特定し、
特定された前記高負荷電圧コンバータの各スイッチング素子の状態を保持しつつ、前記熱ストレス量が前記高負荷電圧コンバータよりも小さい電圧コンバータの少なくとも一つを、その出力電圧がバッテリの電圧よりも高くなるように制御する、電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行用のモータを備える電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両は、バッテリの電力を交流に変換してモータに供給するインバータを備える。電動車両の中には、バッテリの出力電圧を昇圧してインバータに供給する電圧コンバータを備えるものもある。
【０００３】
複数の電圧コンバータを並列に接続して電力変換効率を高める技術が特許文献１に開示されている。一つの電圧コンバータで低出力から高出力までの範囲をカバーするよりも、モータに要求される電力の大きさに応じて作動させる電圧コンバータの数を調整する方が、電圧コンバータの電力変換効率の良い出力範囲を活用する機会が増える。
【０００４】
一方、複数の電圧コンバータを用いる場合、熱負荷を複数の電圧コンバータに均等に分散させることが望ましい。その一つの技術として、特許文献１には、並列に接続された複数の電圧コンバータの温度差を小さくする技術が開示されている。特許文献１に開示された電動車両では、並列に接続されている夫々の電圧コンバータの温度を計測する。電圧コンバータのコントローラは、温度の高い電圧コンバータの出力を下げるとともに温度の低い電圧コンバータの出力を高めて、温度の高い電圧コンバータの熱負荷を軽減する。
【０００５】
電圧コンバータの性能を低下させる原因は、電圧コンバータの絶対温度だけでなく、温度の変化量も影響する。特許文献２には、電圧コンバータの温度変化量に応じてその出力を制御する技術が開示されている。なお、特許文献２では、温度変化量に基づいて電圧コンバータが受ける負荷を熱ストレスと称している。
【０００６】
なお、電動車両に用いられる電圧コンバータは、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、以下の回路構成を有している。電圧コンバータは、２個のスイッチング素子と、各スイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードと、リアクトルを備えている。２個のスイッチング素子は、インバータ側正極端とインバータ側負極端の間に直列に接続されている。リアクトルは、一端がバッテリ側正極端に接続されており、他端が２個のスイッチング素子の直列接続の中点に接続されている。インバータ側負極端とバッテリ側負極端は直接に接続されている。特許文献２の電動車両は、上記した回路構成の電圧コンバータを備えている。
【０００７】
上記した電圧コンバータは、低電位側のスイッチング素子の動作により、バッテリの電力を昇圧してインバータ側に出力する。また、高電位側のスイッチング素子の動作により、インバータから送られる回生電力を降圧してバッテリ側に出力する。以下では、説明の便宜上、高電位側のスイッチング素子を上アームスイッチング素子と称し、低電位側のスイッチング素子を下アームスイッチング素子と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１５９３１５号公報
【特許文献２】特開２０１２−０１９５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電動車両では、アクセルペダルの踏込量に応じてモータに要求される目標電力（目標出力）が大きく変化する。アクセルペダルの踏込量が小さいときには、モータの目標電力も小さくなり、電圧コンバータによる昇圧が必要ない状況が起こり得る。そのような場合には、上アームスイッチング素子をオンに保持するとともに下アームスイッチング素子をオフに保持する。そうすると、電圧コンバータは昇圧も降圧もせず、バッテリとインバータが直結された状態となる。なお、上アームスイッチング素子をオンに保持するのは、ブレーキが踏まれたときにモータが発生する回生電力をバッテリへ通すためである。以下では、上アームスイッチング素子をオンに保持するとともに下アームスイッチング素子をオフに保持することを、直結状態と称する。
【００１０】
並列に接続された複数の電圧コンバータを有する電動車両では、モータに要求される目標電力が小さいときには全ての電圧コンバータを直結状態にする。ここで、電圧コンバータを構成する各部品には製造誤差や過去の使われ方に依存した差があるため、同じ規格の電圧コンバータであっても内部抵抗に差が生じる。同じ規格の複数の電圧コンバータを直結状態にしたとき、内部抵抗の差によって、特定の電圧コンバータに電流が多く流れることがある。特定の電圧コンバータに電流が集中する状態が長く続くとその電圧コンバータの劣化が他の電圧コンバータよりも早く進んでしまう。他方、熱ストレス量によっても劣化が進む。本明細書では、熱ストレスの経時的な蓄積を表すときには「熱ストレス量」という表現を用いる。熱ストレスと熱ストレス量については後述する。
【００１１】
熱ストレス量の大きい電圧コンバータに、直結状態における電流集中が生じると、劣化の進行がより早まってしまう。本明細書が開示する技術は、熱ストレス量と、直結状態における電流集中の両方を考慮して、特定の電圧コンバータが他の電圧コンバータより劣化が進行してしまうことを防止する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本明細書が開示する電動車両は、バッテリと、走行用のモータと、インバータと、複数の電圧コンバータと、記憶装置と、コントローラを備える。インバータは、走行用のモータに接続されている。複数の電圧コンバータは、バッテリとインバータの間で並列に接続されている。記憶装置は、夫々の電圧コンバータの過去の温度変化に基づいて算出される夫々の電圧コンバータの熱ストレス量を記憶する。コントローラは、夫々の電圧コンバータを制御する。電圧コンバータは、バッテリ側正極端及び負極端、インバータ側正極端及び負極端、２個のスイッチング素子、２個のダイオード、リアクトルを備えている。２個のスイッチング素子は、インバータ側正極端とインバータ側負極端の間に直列に接続されている。各ダイオードは各スイッチング素子に逆並列に接続されている。リアクトルは、一端がバッテリ側正極端に接続されており、他端が２個のスイッチング素子の直列接続の中点に接続されている。バッテリ側負極端はインバータ側負極端と直接に接続されている。
【００１３】
熱ストレスは、例えば、電圧コンバータの温度変化に起因する。それゆえ、熱ストレス量は、例えば、電圧コンバータの単位時間当たりの温度上昇率の積算値で表現される。その場合、温度上昇率が負値のとき（即ち電圧コンバータの温度が下がったとき）は、積算しない。さらに、熱ストレス量は、単位時間当たりの温度上昇率に、その開始温度あるいは終端温度に依存する係数を乗じたものであってもよい。同じ温度変化であっても、絶対温度が高ければ熱ストレスは高くなる。また、電圧コンバータの温度変化は流れる電流と正の相関がある。それゆえ、電圧コンバータを流れる電流で温度変化を推定し、その推定値に基づいて熱ストレス量を算出してもよい。
【００１４】
コントローラは、モータに要求される電力が、複数の電圧コンバータによる昇圧が必要ない大きさであるときに、次の処理を行う。コントローラは、各電圧コンバータの高電位側のスイッチング素子（上アームスイッチング素子）をオンに保持するとともに低電位側のスイッチング素子（下アームスイッチング素子）をオフに保持してバッテリからインバータへ電力を供給しつつ、流れる電流が最も大きい電圧コンバータ（高負荷電圧コンバータ）を特定する。即ち、コントローラは、全ての電圧コンバータを直結状態にして高負荷電圧コンバータを特定する。コントローラは、特定された高負荷電圧コンバータの各スイッチング素子の状態を保持しつつ、熱ストレス量が高負荷電圧コンバータよりも小さい電圧コンバータの少なくとも一つの出力を、その出力電圧がバッテリの出力電圧よりも高くなるように制御する。
【００１５】
上記の処理により、昇圧動作を行っている電圧コンバータから優先的にインバータへ電流が流れ、高負荷電圧コンバータを流れる電流が小さくなる。あるいは、高負荷電圧コンバータにはほとんど電流が流れなくなる。よって、高負荷電圧コンバータの熱ストレス量の増加が止まる。熱ストレスは昇圧動作している電圧コンバータが負担する。こうして、熱ストレス量が複数の電圧コンバータに分散され、特定の電圧コンバータだけ劣化が早まることが防止される。
【００１６】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例の電動車両（ハイブリッド車）の駆動系の回路図である。
【図２】コントローラが実行する処理のフローチャート図である。
【図３】コントローラが実行する処理のフローチャート図である（３個以上の電圧コンバータが並列接続されている場合）。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面を参照して実施例の電動車両を説明する。実施例の電動車両は、ハイブリッド車２である。図１に、ハイブリッド車２の駆動系の回路図を示す。ハイブリッド車２は、走行用のモータ８とエンジン９１を備える。モータ８の出力トルクとエンジン９１の出力トルクは動力分配機構９２により適宜に合成／分配される。アクセルペダルが強く踏み込まれたときなど、大きい駆動力が要求された場合には、エンジン９１の出力トルクとモータ８の出力トルクは動力分配機構９２により合成されて車軸９３に伝達される。アクセルペダルの踏込量が小さく、要求される駆動力が小さい場合には、動力分配機構９２は、エンジン９１の出力トルクの一部を車軸９３に伝達し、残りをモータ８に伝達する。このときモータ８はエンジントルクの一部で発電する。すなわち、ハイブリッド車２は、エンジン９１の出力で走行しながら発電する。発電された交流電力はインバータ７で直流に変換され、さらに２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂで降圧される。回生で得た電力でバッテリ３が充電される。２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは、バッテリから供給される電力を昇圧してインバータ７へ出力する昇圧動作と、インバータ７から供給される回生電力を降圧してバッテリ３へ出力する降圧動作の双方の機能を有する。即ち、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００１９】
バッテリ３の充電量が十分であってアクセルペダルの踏込量が小さい場合には、ハイブリッド車２は、エンジン９１を停止し、モータ８のみで走行する。また、ハイブリッド車２は、発進時はモータ８のみを用いる。
【００２０】
バッテリ３からモータ８までの電力系の構造を改めて説明する。ハイブリッド車２は、バッテリ３と、インバータ７と走行用のモータ８と、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂと、２個のコンデンサ（第１コンデンサ５と第２コンデンサ６）と、コントローラ２２と、記憶装置２３を備えている。２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは並列に接続されている。バッテリ３は、システムメインリレー４を介して２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂに共通の低圧端１８（低圧正極端１８ａ及び低圧負極端１８ｂ）に接続されている。２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂに共通の高圧端１９（高圧正極端１９ａ及び高圧負極端１９ｂ）には、インバータ７が接続されている。低圧負極端１８ｂと高圧負極端１９ｂは直接に接続されている。
【００２１】
第１コンデンサ５は、低圧正極端１８ａと低圧負極端１８ｂの間に接続されている。第１コンデンサ５は、電圧コンバータ１０ａ（１０ｂ）の昇圧動作のとき、及び、降圧動作のときに電力を一時的に蓄えて電圧コンバータ１０ａ（１０ｂ）の動作を補助する。第２コンデンサ６は、高圧正極端１９ａと高圧負極端１９ｂの間に接続されている。第２コンデンサ６は、インバータ７に入力される電流の脈動を抑える。コントローラ２２は、夫々の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂを制御する。より具体的には、コントローラ２２は、夫々の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂが備えているトランジスタ１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂに与える駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成する。
【００２２】
一方の電圧コンバータ１０ａについて説明する。電圧コンバータ１０ａは、リアクトル１２ａ、上アームトランジスタ１４ａ、下アームトランジスタ１５ａ、２個のダイオード１６ａ、１７ａで構成されている。以下では、「上アーム」と「下アーム」の区別をしない場合には、上アームトランジスタ１４ａ、下アームトランジスタ１５ａを単純にトランジスタ１４ａ、トランジスタ１５ａと表記する。後述する上アームトランジスタ１４ｂ、下アームトランジスタ１５ｂについても同様である。
【００２３】
トランジスタ１４ａ、１５ａは、電圧コンバータ１０ａの高圧正極端１９ａと高圧負極端１９ｂの間に直列に接続されている。なお、上アームトランジスタ１４ａが下アームトランジスタ１５ａよりも高電位側に位置する。リアクトル１２ａは、その一端が低圧正極端１８ａに接続されており、その他端がトランジスタ１４ａ、１５ａの直列接続の中点に接続されている。一方のダイオード１６ａは上アームトランジスタ１４ａに逆並列に接続されており、他方のダイオード１７ａは下アームトランジスタ１５ａに逆並列に接続されている。
【００２４】
電圧コンバータ１０ａの昇圧動作には主に下アームトランジスタ１５ａが関与する。下アームトランジスタ１５ａがオンするとリアクトル１２ａ、下アームトランジスタ１５ａ、及び、第１コンデンサ５で形成される閉ループに電流が流れ、リアクトル１２ａに電気エネルギが蓄えられる。下アームトランジスタ１５ａがオフすると、リアクトル１２ａに蓄えられた電気エネルギが放出され、リアクトル１２ａがポンプのように電流を押し出す。押し出された電流はダイオード１６ａを通り高圧正極端１９ａに達する。その結果、高圧端１９の電圧が低圧端１８の電圧よりも高くなる。下アームトランジスタ１５ａがオンとオフを繰り返すことで、高圧端１９の電圧が低圧端１８の電圧よりも高い状態が維持される。
【００２５】
電圧コンバータ１０ａの降圧動作には主に上アームトランジスタ１４ａが関与する。上アームトランジスタ１４ａがオンすると高圧正極端１９ａからリアクトル１２ａへ向かって電流が流れる。このとき、リアクトル１２ａに電気エネルギが蓄えられる。高圧端１９の電気エネルギの一部がリアクトル１２ａに蓄えられている間、低圧正極端１８ａの電位は高圧正極端１９ａの電位よりも低くなる。上アームトランジスタ１４ａがオフすると、高圧正極端１９ａからの電力供給が断たれる。しかしこのとき、リアクトル１２ａに蓄えられた電気エネルギにより、リアクトル１２ａ、第１コンデンサ５、ダイオード１７ａの閉ループに電流が流れ、低圧正極端１８ａの電位が維持される。上アームトランジスタ１４ａがオンとオフを繰り返すことで、低圧端１８の電圧が高圧端１９の電圧よりも低い状態が維持される。
【００２６】
電圧コンバータ１０ａには、電流センサ１３ａと温度センサ２１ａが備えられている。電流センサ１３ａは、リアクトル１２ａを流れる電流を計測する。温度センサ２１ａは、電圧コンバータ１０ａの温度を計測する。具体的には、温度センサ２１ａは、２個のトランジスタ１４ａ、１５ａと２個のダイオード１６ａ、１７ａを封止している半導体モジュールに内蔵されており、それらの半導体素子の平均温度を計測する。電流センサ１３ａと温度センサ２１ａの計測結果はコントローラ２２に送られる。
【００２７】
電圧コンバータ１０ｂは、リアクトル１２ｂ、上アームトランジスタ１４ｂ、下アームトランジスタ１５ｂ、２個のダイオード１６ｂ、１７ｂで構成されている。電圧コンバータ１０ｂの説明は、電圧コンバータ１０ａの説明における符号の英字を「ａ」から「ｂ」に変更したものに相当する。それゆえ、詳しい説明は省略する。
【００２８】
電圧コンバータ１０ｂには電流センサ１３ｂと温度センサ２１ｂが備えられている。電流センサ１３ｂ、温度センサ２１ｂは、それぞれ、電圧コンバータ１０ａに備えられている電流センサ１３ａ、温度センサ２１ａと同様である。電流センサ１３ｂは、リアクトル１２ｂを流れる電流を計測する。温度センサ２１ｂは、電圧コンバータ１０ｂの温度を計測する。電流センサ１３ｂと温度センサ２１ｂの計測結果もコントローラ２２に送られる。
【００２９】
電圧コンバータ１０ａ、１０ｂが備えるトランジスタ１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂは、具体的には、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。トランジスタ１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂのオンとオフは、各トランジスタのゲートに供給される駆動信号で制御される。駆動信号は、具体的には、ＰＷＭ信号である。トランジスタ１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂを駆動する駆動信号は、コントローラ２２が生成して供給する。即ち、コントローラ２２が電圧コンバータ１０ａ、１０ｂを制御する。
【００３０】
ハイブリッド車２は、コントローラ２２がモータ８とエンジン９１の目標出力を決定し、夫々の目標出力が実現されるように、エンジン９１、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂ、インバータ７を制御する。コントローラ２２は、アクセルペダルの踏込量と、他の車両状態（例えばバッテリ３の充電量）に基づいて、モータ８の目標出力を決定する。コントローラ２２は、目標出力の大きさに応じて２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの目標電圧を決定する。ここでの目標電圧は、高圧端１９の電圧である。具体的には、コントローラ２２は、予め記憶装置２３に記憶されている電圧マップを参照して目標電圧を決定する。電圧マップは、モータ８の目標回転数を横軸にとり、モータ８の目標トルクを縦軸にとった座標系を複数の領域に分けたマップである。マップ上のそれぞれの領域に目標電圧が設定されている。モータ８の目標回転数と目標トルクが共に小さい領域（低出力領域）には、バッテリ３の出力電圧が目標電圧として設定されている。すなわち、目標回転数と目標トルクの組が低出力領域に属するときには、コントローラ２２は、バッテリ３の出力電圧がそのままインバータ７に供給されるように電圧コンバータ１０ａ、１０ｂを制御する。具体的には、コントローラ２２は、両方の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの上アームトランジスタ１４ａ、１４ｂをオンに保持するとともに、下アームトランジスタ１５ａ、１５ｂをオフに保持する。この状態は、先に述べた直結状態である。
【００３１】
モータ８の目標回転数と目標トルクの組が低出力領域以外の領域に属するときには、コントローラ２２は、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの高圧端１９の電圧がその領域に割り当てられた目標電圧となるように、下アームトランジスタ１５ａ、１５ｂに与えるデューティ比を決定する。なお、コントローラ２２は、下アームトランジスタ１５ａ、１５ｂに与えるデューティ比の駆動信号の相補的な駆動信号を上アームトランジスタ１４ａ、１４ｂに与える。具体的には、コントローラ２２は、下アームトランジスタ１５ａ、１５ｂに供給する駆動信号のデューティ比が「Ｄ」のとき、上アームトランジスタ１４ａ、１４ｂにはデューティ比が「１−Ｄ」の駆動信号を供給する。これは次の理由による。
【００３２】
先に述べたように、昇圧動作は主に下アームトランジスタ１５ａ、１５ｂが担い、降圧動作は主に上アームトランジスタ１４ａ、１４ｂが担う。電動車両の場合、アクセルペダルが踏まれれば、コントローラ２２は、モータ８のトルクが増えるようにインバータ７を制御する。その結果、バッテリ３からモータ８へ電流が流れ、力行となる。一方、ブレーキペダルが踏まれればコントローラ２２は、モータ８に減速方向のトルクが発生するようにインバータ７を制御する。その結果としてモータ８が発電することになり、モータ８からバッテリ３へ電流が流れ、回生となる。すなわち、電動車両では力行と回生が不規則に頻繁に切り替わる。電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの上アームトランジスタ１４ａ、１４ｂと下アームトランジスタ１５ａ、１５ｂに互いに相補的な駆動信号（ＰＷＭ信号）を供給すると、電流の向きに関わらず、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは、高圧端１９の電圧が目標電圧に追従するように動作する。別言すれば、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの上アームトランジスタ１４ａ、１４ｂと下アームトランジスタ１５ａ、１５ｂに互いに相補的な駆動信号（ＰＷＭ信号）を供給すると、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂに流れる電流の向きは、インバータ７の制御に応じて切り換わる。コントローラ２２は、力行と回生の区別に関わりなく、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂに供給する駆動信号を生成することがきる。別言すれば、コントローラ２２は、力行と回生の切り換えに応じて駆動信号生成の制御ルールを切り換える必要がなくなる。即ち、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの制御ルールが単純になるという利点が得られる。
【００３３】
次に、熱ストレスと熱ストレス量について説明する。コントローラ２２は、走行中に常に各電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの温度をモニタしており、熱ストレスの積算量である熱ストレス量を算出する。算出された熱ストレス量は、記憶装置２３に記憶される。熱ストレスは、例えば、単位時間当たりの電圧コンバータの温度上昇率である。温度上昇率の経時的な積算が熱ストレス量に相当する。コントローラ２２は、温度上昇率が負値の場合、即ち、温度が下降している場合には、熱ストレスをゼロとして扱う。あるいは、コントローラ２２は、温度上昇率の絶対値を経時的に加算して熱ストレス量を得る。従って熱ストレス量は減少することのない指標となる。熱ストレス量は、電圧コンバータの劣化の度合いを示す指標となる。コントローラ２２は、各電圧コンバータに対して熱ストレス量を算出し、記憶装置２３に記憶する。即ち、記憶装置２３は、夫々の電圧コンバータの温度変化に基づいて算出される夫々の電圧コンバータの熱ストレス量を記憶する。コントローラ２２は、定期的に各電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの熱ストレス量を算出し、記憶装置２３に記憶されている熱ストレス量のデータを更新する。
【００３４】
コントローラが実行する処理についての説明を続ける。先に述べたように、モータ８の目標回転数と目標トルクの組が電圧マップの低出力領域に属するときには、コントローラ２２は、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂを直結状態にする。電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは、同じ規格で作られている。しかし、製造上の部品の誤差や、経時的な使われ方の相違による劣化の程度の差により、電圧コンバータ１０ａと１０ｂでは内部抵抗に差がある。その差により、直結状態において一方の電圧コンバータに電流が集中する。先に説明した熱ストレス量が大きい方の電圧コンバータに直結状態における電流集中が重なると、劣化の進行が早まる。その結果、他方の電圧コンバータとの劣化の差が大きくなる。並列に接続された２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂで劣化の程度に差があることは好ましくない。そこで、コントローラ２２は、直結状態のときに次の処理を行い、特定の電圧コンバータだけが劣化が早まることを防止する。
【００３５】
説明の便宜上、次の用語を導入する。まず、電圧コンバータ１０ａを第１電圧コンバータ１０ａと表現し、電圧コンバータ１０ｂを第２電圧コンバータ１０ｂと表現する。第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル１２ａを流れる電流を第１電流ＩＬ１と表現する。第２電圧コンバータ１０ｂのリアクトル１２ｂを流れる電流を第２電流ＩＬ２と表現する。第１電流ＩＬ１と第２電流ＩＬ２は、それぞれ、電流センサ１３ａ、１３ｂで計測される。温度センサ２１ａが計測する第１電圧コンバータ１０ａの温度を第１温度Ｔ１と表現する。温度センサ２１ｂが計測する第２電圧コンバータ１０ｂの温度を第２温度Ｔ２と表現する。図１に記されているＩＬ１、ＩＬ２、Ｔ１、Ｔ２は、それぞれ、第１電流ＩＬ１、第２電流ＩＬ２、第１温度Ｔ１、第２温度Ｔ２を表している。また、第１電圧コンバータ１０ａの熱ストレス量を第１熱ストレス量ＳＴ１と表現し、第２電圧コンバータ１０ｂの熱ストレス量を第２熱ストレス量ＳＴ２と表現する。第１熱ストレス量ＳＴ１は、温度センサ２１ａが計測する第１温度Ｔ１の経時変化に基づいてコントローラ２２が算出する。第２熱ストレス量ＳＴ２は、温度センサ２１ｂが計測する第２温度Ｔ２の経時変化に基づいてコントローラ２２が算出する。前述したように、算出された第１熱ストレス量ＳＴ１と第２熱ストレス量ＳＴ２は、記憶装置２３に記憶される。第１、第２熱ストレス量ＳＴ１、ＳＴ２は、一定周期で更新される。
【００３６】
直結状態において特定の電圧コンバータの劣化が進まないように、コントローラ２２は図２のフローチャートの処理を実行する。図２のフローチャートの処理は、モータ８の目標回転数と目標トルクの組が低出力領域に属し、コントローラ２２が第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂを直結状態にしたときに開始される。なお、モータ８の目標回転数と目標トルクの組が低出力領域から外れたときには、コントローラ２２は、直ちに図２のフローチャートの処理を終了する。
【００３７】
コントローラ２２は、第１電流ＩＬ１と第２電流ＩＬ２を比較し、流れる電流の大きい電圧コンバータを特定する（Ｓ２）。なお、第１電流ＩＬ１＝第２電流ＩＬ２の場合には、コントローラ２２は図２の処理を終了する。第１電流ＩＬ１が第２電流ＩＬ２よりも大きい場合、次にコントローラ２２は、第１熱ストレス量ＳＴ１と第２熱ストレス量ＳＴ２を比較する（Ｓ３）。第１熱ストレス量ＳＴ１が第２熱ストレス量ＳＴ２よりも大きい場合は、コントローラ２２は、第１電圧コンバータ１０ａの直結状態を維持しつつ、第２電圧コンバータ１０ｂのみ、目標電圧をバッテリ３の電圧よりもわずかに高い値に設定して第２電圧コンバータ１０ｂを始動する（Ｓ４）。第２電圧コンバータ１０ｂが始動すると、第２電圧コンバータ１０ｂの出力電圧が第１電圧コンバータ１０ａの出力電圧（すなわちバッテリ３の電圧）よりも高くなるので、インバータ７へは、第１電圧コンバータ１０ａより第２電圧コンバータ１０ｂから多くの電流が供給される。その結果、第１電圧コンバータ１０ａを流れる電流が制限される。第１熱ストレス量ＳＴ１が第２熱ストレス量ＳＴ２よりも大きくない場合、コントローラ２２は、両方の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの直結状態を保持して処理を終了する（Ｓ３：ＮＯ）。
【００３８】
ステップＳ４の処理が実行される場合とは、第１電圧コンバータ１０ａを流れる電流が第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電流よりも大きく、かつ、第１電圧コンバータ１０ａの熱ストレス量ＳＴ１が第２電圧コンバータ１０ｂの熱ストレス量ＳＴ２よりも大きい場合である。この場合、第１電圧コンバータ１０ａは第２電圧コンバータ１０ｂよりもはるかに劣化が進みやすい状態にある。コントローラ２２は、そのような場合には第２電圧コンバータ１０ｂの出力電圧をバッテリ３の電圧よりも高くすることで、第１電圧コンバータ１０ａを流れる電流を制限し、第１電圧コンバータ１０ａの劣化が進むことを防止する。このときの熱ストレスは、第２電圧コンバータ１０ｂに蓄積されることになる。その結果、第１電圧コンバータ１０ａの熱ストレス量ＳＴ１と第２電圧コンバータ１０ｂの熱ストレス量の差が小さくなる。即ち、熱ストレスの分散が図られる。
【００３９】
ステップＳ２において第２電流ＩＬ２が第１電流ＩＬ１よりも大きい場合は、ステップＳ５に移る。コントローラ２２は、ステップＳ５において、第１熱ストレス量ＳＴ１と第２熱ストレス量ＳＴ２を比較する。第２熱ストレス量ＳＴ２が第１熱ストレス量ＳＴ１よりも大きい場合は、コントローラ２２は、第２電圧コンバータ１０ｂの直結状態を保持しつつ、第１電圧コンバータ１０ａのみ、目標電圧をバッテリ３の電圧よりもわずかに高い値に設定して第１電圧コンバータ１０ａを始動する（Ｓ６）。第１電圧コンバータ１０ａが始動すると、第１電圧コンバータ１０ａの出力電圧が第２電圧コンバータ１０ｂの出力電圧（即ちバッテリ３の電圧）よりも高くなるので、インバータ７へは、第２電圧コンバータ１０ｂより第１電圧コンバータ１０ａから多くの電流が供給される。その結果、第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電流が制限される。第２熱ストレス量ＳＴ２が第１熱ストレス量ＳＴ１よりも大きくない場合、コントローラ２２は、両方の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの直結状態を保持して処理を終了する（Ｓ５：ＮＯ）。
【００４０】
ステップＳ６の処理が実行される場合とは、第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電流が第１電圧コンバータ１０ａを流れる電流よりも大きく、かつ、第２電圧コンバータ１０ｂの熱ストレス量ＳＴ２が第１電圧コンバータ１０ａの熱ストレス量ＳＴ１よりも大きい場合である。この場合、第２電圧コンバータ１０ｂは第１電圧コンバータ１０ａよりもはるかに劣化が進みやすい状態にある。コントローラ２２は、そのような場合には第１電圧コンバータ１０ａの出力電圧をバッテリ３の電圧よりも高くすることで、第２電圧コンバータ１０ｂに流れる電流を制限し、第２電圧コンバータ１０ｂの劣化が進むことを防止する。このときの熱ストレスは、第１電圧コンバータ１０ａに蓄積されることになる。その結果、第１電圧コンバータ１０ａの熱ストレス量ＳＴ１と第２電圧コンバータ１０ｂの熱ストレス量の差が小さくなる。即ち、熱ストレスの分散が図られる。
【００４１】
以上のとおり、実施例のハイブリッド車２は、電圧コンバータに蓄積された熱ストレス量と、直結状態のときの電流集中の両方を考慮して、並列に接続された電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの一方が他方よりも劣化が早まることを防止する。
【００４２】
図２に示したフローチャートは、２個の電圧コンバータが並列接続されている場合の処理であった。本明細書が開示する技術は、３個以上の電圧コンバータが並列に接続されている場合にも適用できる。その場合にコントローラが行う処理の例を図３に示す。この場合は、図１に示した回路図において、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂに加えて同じ規格の別の電圧コンバータが並列に接続されている構成に相当する。この場合、コントローラは、並列に接続されている複数の電圧コンバータの中から流れている電流が最も大きいコンバータを特定する（Ｓ１２）。そのコンバータを高負荷電圧コンバータと称する。次に、コントローラは、全ての電圧コンバータの熱ストレス量を記憶装置から読み出し、高負荷電圧コンバータの熱ストレス量が最も大きいか否かを判断する（Ｓ１３）。ステップＳ１３の判断がＹＥＳの場合、コントローラは、熱ストレス量の最も小さい電圧コンバータを特定する。そして、コントローラは、その電圧コンバータの目標電圧をバッテリ電圧よりわずかに高く設定して始動する（Ｓ１４）。図３の処理によっても、３個以上並列に接続された電圧コンバータの中の特定の一つの電圧コンバータの劣化が他の電圧コンバータよりも早まることを防止することができる。
【００４３】
図２のステップＳ４あるいはステップＳ６、及び、図３のステップＳ１４において、いずれかの電圧コンバータに目標電圧が設定され、その電圧コンバータが始動される。コントローラ２２は、アクセルペダルが踏み込まれるなどしてモータ８の目標回転数と目標トルクが電圧マップの低出力領域から外れたら、ステップＳ４、Ｓ６、Ｓ１４で設定した目標電圧をキャンセルし、通常の制御に戻る。
【００４４】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の上アームトランジスタ１４ａ、１４ｂが、請求項の「高電位側のスイッチング素子」の一例に相当する。実施例の下アームトランジスタ１５ａ、１５ｂが、請求項の「低電位側のスイッチング素子」の一例に相当する。実施例の高圧正極端１９ａが請求項の「インバータ側正極端」の一例に相当し、高圧負極端１９ｂが請求項の「インバータ側負極端」の一例に相当する。実施例の低圧正極端１８ａが請求項の「バッテリ側正極端」の一例に相当し、実施例の低圧負極端１８ｂが請求項の「バッテリ側負極端」の一例に相当する。
【００４５】
実施例の熱ストレス量は、単位時間当たりの温度上昇率の積算値であった。熱ストレス量は、電圧コンバータの過去の温度変化に基づいて算出されるものであれば、単位時間当たりの温度上昇率の積算値に限られない。電圧コンバータの温度変化は、概ね、電圧コンバータを流れる電流と正の相関がある。従って、温度変化の推定値として、例えば、電圧コンバータを流れる電流を活用してもよい。
【００４６】
図３のステップＳ１４では、熱ストレス量の最も小さい電圧コンバータのみを始動した。高負荷電圧コンバータの熱ストレス量が他の電圧コンバータの熱ストレス量よりもはるかに大きい場合、コントローラは、熱ストレス量が高負荷電圧コンバータよりも小さい２個以上の電圧コンバータを始動してもよい。
【００４７】
実施例で説明した技術は、ハイブリッド車に限らず、電気自動車に適用することも可能である。
【００４８】
本明細書が開示する技術は、双方向電圧コンバータを備えていれば、燃料電池車に適用することも可能である。燃料電池車であっても、回生電力を充電するバッテリは備える。本明細書が開示する技術は、力行には燃料電池とバッテリを用い、回生電力はバッテリに蓄えるタイプの燃料電池車に適用することができる。そのような燃料電池車であれば、燃料電池とバッテリの出力を昇圧する昇圧動作と、バッテリを充電するために回生電力を降圧する降圧動作の双方の機能を有する双方向電圧コンバータを搭載するからである。
【００４９】
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】
【００５０】
２：ハイブリッド車
３：バッテリ
４：システムメインリレー
５、６：コンデンサ
７：インバータ
８：モータ
１０ａ：第１電圧コンバータ
１０ｂ：第２電圧コンバータ
１２ａ、１２ｂ：リアクトル
１３ａ、１３ｂ：電流センサ
１４ａ、１４ｂ：上アームトランジスタ
１５ａ、１５ｂ：下アームトランジスタ
１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ：ダイオード
１８ａ：低圧正極端
１８ｂ：低圧負極端
１９ａ：高圧正極端
１９ｂ：高圧負極端
２１ａ、２１ｂ：温度センサ
２２：コントローラ
２３：記憶装置
【図１】
2017085697.tif 000003
【図２】
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【図３】
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