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技術 負荷駆動システムの制御装置

出願人 本田技研工業株式会社
発明者 近藤一中川智明
出願日 2009年6月2日 (11年5ヶ月経過) 出願番号 2009-133287
公開日 2010年12月16日 (9年11ヶ月経過) 公開番号 2010-283932
状態 特許登録済
技術分野 インバータ装置 車両の電気的な推進・制動 車両の電気的な推進・制動 交流電動機の制御一般
主要キーワード 負荷駆動システム 回生方向 次電力 力行方向 乗偏差 最適効率 昇圧指令 電気角度θ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

極小負荷状態コンバータの動作を休止しても当該コンバータの出力電圧保持可能な負荷駆動システム制御装置を提供すること。

解決手段

直流電源の出力電圧をコンバータが指令値に昇圧又は降圧して負荷印加する負荷駆動システムの制御装置は、外部からの指令に基づいて前記負荷の駆動を制御する負荷駆動制御部と、前記コンバータをスイッチング制御するスイッチング制御部と、負荷電力導出する負荷電力導出部と、前記負荷電力の絶対値が所定値未満のとき、前記コンバータのスイッチング動作を休止するよう前記スイッチング制御部に指示するスイッチング動作制御部と、前記負荷電力の絶対値が所定値未満のとき、前記指令値と前記コンバータの出力電圧の偏差の絶対値が減少するよう、前記負荷駆動制御部に対して行われた前記指令を補正する指令補正部と、を備える。

概要

背景

図18は、直流電源出力電圧を昇圧して負荷印加するシステムの構成図である。図18に示すシステムでは、直流電源1と負荷2の間に昇圧コンバータ(以下、単に「コンバータ」という)3が設けられている。コンバータ3は、直流電源1の出力電圧V1を昇圧する。制御装置4は、コンバータ3を構成する2つのトランジスタSwH,SwLが互いに逆論理で動作するようコンバータ3を制御する。したがって、コンバータ3に含まれるリアクトルLを流れる電流リアクトル電流ILリプルする。

概要

極小負荷状態でコンバータの動作を休止しても当該コンバータの出力電圧を保持可能な負荷駆動システムの制御装置を提供すること。直流電源の出力電圧をコンバータが指令値に昇圧又は降圧して負荷に印加する負荷駆動システムの制御装置は、外部からの指令に基づいて前記負荷の駆動を制御する負荷駆動制御部と、前記コンバータをスイッチング制御するスイッチング制御部と、負荷電力導出する負荷電力導出部と、前記負荷電力の絶対値が所定値未満のとき、前記コンバータのスイッチング動作を休止するよう前記スイッチング制御部に指示するスイッチング動作制御部と、前記負荷電力の絶対値が所定値未満のとき、前記指令値と前記コンバータの出力電圧の偏差の絶対値が減少するよう、前記負荷駆動制御部に対して行われた前記指令を補正する指令補正部と、を備える。

目的

本発明の目的は、極小負荷状態でコンバータの動作を休止しても当該コンバータの出力電圧を保持可能な負荷駆動システムの制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

直流電源出力電圧コンバータ指令値に昇圧又は降圧して負荷印加する負荷駆動システム制御装置であって、外部からの指令に基づいて前記負荷の駆動を制御する負荷駆動制御部と、前記コンバータをスイッチング制御するスイッチング制御部と、負荷電力導出する負荷電力導出部と、前記負荷電力の絶対値が所定値未満のとき、前記コンバータのスイッチング動作休止するよう前記スイッチング制御部に指示するスイッチング動作制御部と、前記負荷電力の絶対値が所定値未満のとき、前記指令値と前記コンバータの出力電圧の偏差の絶対値が減少するよう、前記負荷駆動制御部に対して行われた前記指令を補正する指令補正部と、を備えたことを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。

請求項2

請求項1に記載の負荷駆動システムの制御装置であって、前記コンバータは、互いに逆論理スイッチングされる直列接続された2つのスイッチング素子と、各スイッチング素子に並列接続された2つのダイオードと、前記2つのスイッチング素子の接続点に接続されたリアクトルと、を有し、前記負荷電力の絶対値が所定値未満のとき、前記スイッチング動作制御部は、前記2つのスイッチング素子の両方をオフ状態にして前記コンバータのスイッチング動作を休止するよう前記スイッチング制御部に指示することを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。

請求項3

請求項1又は2に記載の負荷駆動システムの制御装置であって、単位時間当たりの前記指令値の変化量が所定値未満のとき、前記スイッチング動作制御部は、前記コンバータのスイッチング動作を休止するよう前記スイッチング制御部に指示し、前記指令補正部は、前記指令値と前記コンバータの出力電圧の偏差の絶対値が減少するよう、前記負荷駆動制御部に対して行われた前記指令を補正することを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。

請求項4

請求項1〜3のいずれか一項に記載の負荷駆動システムの制御装置であって、前記直流電源が蓄電池であり、前記蓄電池の残容量が所定値以上のとき、前記スイッチング動作制御部は、前記コンバータのスイッチング動作を休止するよう前記スイッチング制御部に指示し、前記指令補正部は、前記指令値と前記コンバータの出力電圧の偏差の絶対値が減少するよう、前記負荷駆動制御部に対して行われた前記指令を補正することを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。

請求項5

請求項1〜4のいずれか一項に記載の負荷駆動システムの制御装置であって、前記コンバータ及び前記負荷に並列接続されたキャパシタを備え、前記負荷は、電動機と、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換して前記電動機に印加するインバータと、を含み、前記指令補正部による前記指令の補正量は、前記電動機の回転数が高いほど、かつ、前記キャパシタの容量が小さいほど小さいことを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。

請求項6

請求項5に記載の負荷駆動システムの制御装置であって、前記指令補正部は、前記コンバータの出力電圧が前記指令値を下回った際には前記電動機が回生方向に駆動し、前記コンバータの出力電圧が前記指令値を上回った際には前記電動機が力行方向に駆動するよう前記指令を補正することを特徴とする負荷駆動システムの制御装置。

技術分野

0001

本発明は、直流電源出力電圧コンバータ指令値に昇圧又は降圧して負荷印加する負荷駆動システム制御装置に関する。

背景技術

0002

図18は、直流電源の出力電圧を昇圧して負荷に印加するシステムの構成図である。図18に示すシステムでは、直流電源1と負荷2の間に昇圧コンバータ(以下、単に「コンバータ」という)3が設けられている。コンバータ3は、直流電源1の出力電圧V1を昇圧する。制御装置4は、コンバータ3を構成する2つのトランジスタSwH,SwLが互いに逆論理で動作するようコンバータ3を制御する。したがって、コンバータ3に含まれるリアクトルLを流れる電流リアクトル電流ILリプルする。

先行技術

0003

国際公開第2004/114511号パンフレット

発明が解決しようとする課題

0004

上記システムにおけるコンバータ3の動作時、リアクトルL及びトランジスタSwH,SwLでは損失が発生する。図19は、二次電力に応じたコンバータ3の損失特性の一例を示すグラフである。図19に示すように、コンバータ3での損失は、二次電力(負荷電流Io×二次電圧V2)の絶対値に応じて増加する。また、当該損失は、コンバータ3の昇圧率が高いほど大きい。さらに、図19のグラフに示されているように、コンバータ3での損失は、その出力先無負荷であっても発生する。したがって、無負荷であればコンバータ3の動作を休止することによって損失を低減できる。

0005

無負荷であれば、コンバータ3の動作を休止しても二次電圧V2は理論上変化しない。しかし、負荷2が電動機の場合など、完全な無負荷状態を実現することが困難な場合には、微小な負荷が発生する。図20は、わずかに電力消費し続ける負荷状態極小負荷状態)でコンバータ3の動作を休止したときの(a)負荷電流Io、(b)リアクトル電流IL及び(c)二次電圧V2の変化を示すグラフである。図20に示すように、負荷2がわずかに電力を消費している状態でコンバータ3の動作を休止すると、トランジスタSwH,SwLのスイッチング制御が行われず、リアクトル電流ILは0となるため、コンバータ3での損失はなくなる。しかし、負荷2での電力消費のため、二次電圧V2は徐々に直流電源1の出力電圧(一次電圧)V1まで低下する。

0006

また、負荷2がわずかに発電を行っている状態でコンバータ3の動作を休止しても、二次電圧V2は休止前の電圧に維持されない。図21は、わずかに発電し続ける負荷状態でコンバータ3の動作を休止したときの(a)負荷電流Io、(b)リアクトル電流IL及び(c)〜(d)二次電圧V2の変化を示すグラフである。なお、図21(c)は、トランジスタSwHがオン状態かつトランジスタSwLがオフ状態でコンバータ3の動作が休止された場合の二次電圧V2の変化を示す。また、図21(d)は、トランジスタSwH,SwLが共にオフ状態でコンバータ3の動作が休止された場合の二次電圧V2の変化を示す。

0007

トランジスタSwHがオン状態かつトランジスタSwLがオフ状態でコンバータ3の動作が休止されると、直流電源1と負荷2は直結された状態になる。したがって、図21(c)に示すように、二次電圧V2は、直流電源1の出力電圧(一次電圧)V1まで低下する。一方、トランジスタSwH,SwLが共にオフ状態でコンバータ3の動作が休止されると、直流電源1と負荷2はダイオードを介して接続された状態になる。このとき、負荷2で生じた電力がキャパシタCに蓄電され続けるため、二次電圧V2は動作休止時の電圧V0より上昇する。

0008

このように、極小負荷状態にコンバータ3の動作を休止すると、二次電圧V2が下降又は上昇して負荷2の最適効率運転点から離れてしまう。このため、コンバータ3の動作を休止することは好ましくない。しかし、損失低減の点では、コンバータ3の動作を休止した方が望ましい。

0009

本発明の目的は、極小負荷状態でコンバータの動作を休止しても当該コンバータの出力電圧を保持可能な負荷駆動システムの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

0010

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項1に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置は、直流電源(例えば、実施の形態での蓄電池101)の出力電圧をコンバータ(例えば、実施の形態でのコンバータ105)が指令値に昇圧又は降圧して負荷(例えば、実施の形態でのインバータ107及び電動機103)に印加する負荷駆動システムの制御装置であって、外部からの指令に基づいて前記負荷の駆動を制御する負荷駆動制御部(例えば、実施の形態でのインバータ制御部100I)と、前記コンバータをスイッチング制御するスイッチング制御部(例えば、実施の形態でのPWM制御部155)と、負荷電力導出する負荷電力導出部(例えば、実施の形態での負荷電力演算部157,257,357,457)と、前記負荷電力の絶対値が所定値未満のとき、前記コンバータのスイッチング動作を休止するよう前記スイッチング制御部に指示するスイッチング動作制御部(例えば、実施の形態での動作休止判断部159)と、前記負荷電力の絶対値が所定値未満のとき、前記指令値と前記コンバータの出力電圧の偏差の絶対値が減少するよう、前記負荷駆動制御部に対して行われた前記指令を補正する指令補正部(例えば、実施の形態での補正トルク演算部161)と、を備えたことを特徴としている。

0011

さらに、請求項2に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置では、前記コンバータは、互いに逆論理でスイッチングされる直列接続された2つのスイッチング素子(例えば、実施の形態でのトランジスタSwH,SwL)と、各スイッチング素子に並列接続された2つのダイオードと、前記2つのスイッチング素子の接続点に接続されたリアクトル(例えば、実施の形態でのリアクトルL)と、を有し、前記負荷電力の絶対値が所定値未満のとき、前記スイッチング動作制御部は、前記2つのスイッチング素子の両方をオフ状態にして前記コンバータのスイッチング動作を休止するよう前記スイッチング制御部に指示することを特徴としている。

0012

さらに、請求項3に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置では、単位時間当たりの前記指令値の変化量が所定値未満のとき、前記スイッチング動作制御部は、前記コンバータのスイッチング動作を休止するよう前記スイッチング制御部に指示し、前記指令補正部は、前記指令値と前記コンバータの出力電圧の偏差の絶対値が減少するよう、前記負荷駆動制御部に対して行われた前記指令を補正することを特徴としている。

0013

さらに、請求項4に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置では、前記直流電源が蓄電池であり、前記蓄電池の残容量が所定値以上のとき、前記スイッチング動作制御部は、前記コンバータのスイッチング動作を休止するよう前記スイッチング制御部に指示し、前記指令補正部は、前記指令値と前記コンバータの出力電圧の偏差の絶対値が減少するよう、前記負荷駆動制御部に対して行われた前記指令を補正することを特徴としている。

0014

さらに、請求項5に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置では、前記コンバータ及び前記負荷に並列接続されたキャパシタ(例えば、実施の形態でのキャパシタC)を備え、前記負荷は、電動機(例えば、実施の形態での電動機103)と、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換して前記電動機に印加するインバータ(例えば、実施の形態でのインバータ107)と、を含み、前記指令補正部による前記指令の補正量は、前記電動機の回転数が高いほど、かつ、前記キャパシタの容量が小さいほど小さいことを特徴としている。

0015

さらに、請求項6に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置では、前記指令補正部は、前記コンバータの出力電圧が前記指令値を下回った際には前記電動機が回生方向に駆動し、前記コンバータの出力電圧が前記指令値を上回った際には前記電動機が力行方向に駆動するよう前記指令を補正することを特徴としている。

発明の効果

0016

請求項1〜6に記載の発明の負荷駆動システムの制御装置によれば、極小負荷状態でコンバータの動作を休止しても当該コンバータの出力電圧を保持できる。また、極小負荷状態又は無負荷状態であればコンバータを休止できるため、当該コンバータでの損失を低減できる。

図面の簡単な説明

0017

第1の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図
第1の実施形態の制御装置100の内部構成を示すブロック図
動作休止判断部159の動作を示すフローチャート
動作休止判断部159が電動機103の極小負荷状態を判断する際のヒステリシスを示す図
補正トルク演算部161の動作を示すフローチャート
コンバータ105のトランジスタSwH,SwLが共にオフ状態とされたときのシステムの等価回路
電圧指令V2cの二乗と電圧V2の二乗の偏差の絶対値が減少するよう出力補正指令値Padjを算出する補正トルク演算部161と、出力補正指令値Padjに応じて電圧V2の二乗値を出力するプラント203Aとから構成されたフィードバック制御系を示す図
電圧指令V2cと電圧V2の偏差の絶対値が減少するよう出力補正指令値Padjを算出する補正トルク演算部161と、出力補正指令値Padjに応じて電圧V2を出力するプラント203Bとから構成されたフィードバック制御系を示す図
第1の実施形態のシステムにおいて、極小負荷状態でコンバータ105の動作を休止したときの(a)負荷電力P2、(b)リアクトル電流IL及び(c)二次電圧V2の変化を示すグラフ
第2の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図
第2の実施形態の制御装置200の内部構成を示すブロック図
第3の実施形態の制御装置300の内部構成を示すブロック図
第4の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図
第4の実施形態の制御装置400の内部構成を示すブロック図
昇降圧コンバータを含むシステム構成を示す図
一実施形態のシステムを搭載したHEVの内部構成を示すブロック図
アクセルペダル開度車速又はエンジン回転数と電動機103の動作モードとの関係を示すグラフ
直流電源の出力電圧を昇圧して負荷に印加するシステムの構成図
二次電力に応じたコンバータ3の損失特性の一例を示すグラフ
わずかに電力を消費し続ける負荷状態でコンバータ3の動作を休止したときの(a)負荷電流Io、(b)リアクトル電流IL及び(c)二次電圧V2の変化を示すグラフ
わずかに発電し続ける負荷状態でコンバータ3の動作を休止したときの(a)負荷電流Io、(b)リアクトル電流IL及び(c)〜(d)二次電圧V2の変化を示すグラフ

実施例

0018

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

0019

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図である。図1に示すシステムでは、蓄電池101と電動機103の間に昇圧コンバータ(以下、単に「コンバータ」という)105及びインバータ107が設けられている。コンバータ105は、蓄電池101の出力電圧V1を昇圧する。また、インバータ107は、コンバータ105の出力電圧V2を3相(U,V,W)交流に変換する。

0020

当該システムには、蓄電池101の出力電圧V1を検出する電圧センサ109と、コンバータ105の出力電圧V2を検出する電圧センサ111と、インバータ107から出力されるu相電流Iu及びw相電流Iwをそれぞれ検出する電流センサ113u,113wと、コンバータ105から出力されインバータ107に入力される負荷電流I2を検出する電流センサ115とが設けられている。また、電動機103の回転子電気角度を検出するレゾルバ117が設けられている。電圧センサ109,111、電流センサ113u,113w,115及びレゾルバ117によって検出された値を示す信号は制御装置100に送られる。また、コンバータ105に対する電圧指令V2c及びトルク指令値Tも、外部から制御装置100に入力される。

0021

制御装置100は、コンバータ105及びインバータ107をそれぞれ制御する。図2は、第1の実施形態の制御装置100の内部構成を示すブロック図である。図1及び図2に示すように、制御装置100は、コンバータ105の制御部(以下「コンバータ制御部」という)100C及びインバータ107の制御部(以下「インバータ制御部」という)100Iを含む。コンバータ制御部100Cは、コンバータ105を構成するトランジスタのスイッチングをPWM制御する。図2に示すように、コンバータ制御部100Cは、FF制御部151と、FB制御部153と、PWM制御部155と、負荷電力演算部157と、動作休止判断部159と、補正トルク演算部161とを有する。コンバータ制御部100Cには、蓄電池101の出力電圧V1の検出値、コンバータ105の出力電圧V2の検出値、コンバータ105に対する電圧指令V2c、及び負荷電流I2の検出値が入力される。

0022

FF制御部151には、電圧指令V2c及び蓄電池101の出力電圧V1の検出値が入力される。FF制御部151は、コンバータ105が出力電圧V1から電圧指令V2cが示す値に昇圧するためのデューティ(Duty_FF)を導出する。

0023

FB制御部153には、電圧指令V2cと出力電圧V2の偏差ΔV2(=V2c−V2)を示す値、蓄電池101の出力電圧V1の検出値、及びFF制御部151が導出したデューティ(Duty_FF)が入力される。FB制御部153は、偏差ΔV2及び蓄電池101の出力電圧V1に基づいて、FF制御部151が導出したデューティ(Duty_FF)を補正するための値(Duty_FB)を導出する。

0024

PWM制御部155は、FF制御部151が導出したデューティ(Duty_FF)をFB制御部153が導出したデューティ(Duty_FB)によって補正したデューティ(Duty)に基づいて、コンバータ105を構成するトランジスタのスイッチングをPWM制御する。但し、PWM制御部155は、後述する動作休止判断部159からの指示に応じて、PWM制御を行うか否かを判断する。

0025

負荷電力演算部157には、昇圧指令V2cが及び負荷電流I2の検出値が入力される。負荷電力演算部157は、以下に示す式(1)より負荷電力P2を算出する。なお、この負荷電力P2は、電動機103で消費される電力又は電動機103で発生する電力と、直流から交流又は交流から直流に変換するインバータ107で消費される電力との和である。
P2=V2c×I2 …(1)
なお、負荷電力演算部157には昇圧指令V2cの代わりにコンバータ105の出力電圧V2の検出値が入力されても良い。この場合、負荷電力演算部157は、以下に示す式(2)より負荷電力P2を算出する。
P2=V2×I2 …(2)

0026

動作休止判断部159には、負荷電力演算部157によって算出された負荷電力P2、昇圧指令V2c、蓄電池101の残容量を示す情報、及び図1に示したシステムを総合的に管理するコントローラ(図示せず)からの指令が入力される。動作休止判断部159は、これらの入力された情報に基づいて、コンバータ105の動作を休止するか否か、及びトルク補正許可するか否かを判断する。

0027

図3は、動作休止判断部159の動作を示すフローチャートである。図3に示すように、動作休止判断部159は、単位時間当たりの昇圧指令V2cの変化量が所定値未満か否かに基づいて、昇圧指令V2cに変化が無いかを判断する(ステップS101)。なお、動作休止判断部159による当該判断は、昇圧指令V2cが前回値と同一か否かに基づいて行われても良い。動作休止判断部159は、当該変化量が所定値未満であれば昇圧指令V2cに変化無しと判断してステップS103に進み、所定値以上であれば昇圧指令V2cに変化有りと判断してステップS111に進む。

0028

ステップS103では、動作休止判断部159は、蓄電池101の残容量が所定値以上か否かを判断し、残容量が所定値以上であればステップS105に進み、所定未満であればステップS111に進む。ステップS105では、動作休止判断部159は、コントローラからの指令が電動機103の駆動要求か否かを判断し、当該駆動要求であればステップS107に進み、駆動要求でなければステップS111に進む。

0029

ステップS107では、動作休止判断部159は、負荷電力P2の絶対値が所定値未満か否かによって、電動機103が極小負荷状態又は無負荷状態か否かを判断する。動作休止判断部159は、負荷電力P2の絶対値が所定値未満であれば電動機103が極小負荷状態又は無負荷状態であると判断してステップS109に進み、負荷電力P2の絶対値が所定値以上であればステップS111に進む。なお、ステップS107での判断では、図4に示すように、値の異なる2つの所定値(Th1,Th2)を用いて、負荷電力P2の絶対値との比較においてヒステリシスを設けても良い。

0030

ステップS109では、動作休止判断部159は、コンバータ105のトランジスタSwH,SwLを共にオフ状態とするようPWM制御部155に指示し、かつ、補正トルク演算部161に対してトルク補正を許可する。一方、ステップS111では、動作休止判断部159は、コンバータ105が通常動作するようPWM制御部155に指示し、かつ、補正トルク演算部161に対してトルク補正を禁止する。

0031

補正トルク演算部161には、昇圧指令V2c、コンバータ105の出力電圧V2の検出値、電動機103の回転子の電気角速度ω、及び動作休止判断部159からのトルク補正許可/禁止指令が入力される。補正トルク演算部161は、電圧指令V2cと出力電圧V2の偏差ΔV2の絶対値が減少するよう、インバータ制御部100Iに対するトルク指令Tを補正するためのトルク補正指令値Tadjを算出する。

0032

なお、コンバータ105の出力電圧V2が昇圧指令V2cを下回った際に算出されたトルク補正指令値Tadjに応じてトルク指令Tが補正されると、電動機103は回生方向に駆動し、コンバータ105の出力電圧V2が昇圧指令V2cを上回った際に算出されたトルク補正指令値Tadjに応じてトルク指令Tが補正されると、電動機103は力行方向に駆動する。

0033

図5は、補正トルク演算部161の動作を示すフローチャートである。図5に示すように、補正トルク演算部161は、動作休止判断部159から入力された指示がトルク補正許可か否かを判断し(ステップS201)、当該指示がトルク補正許可のときはステップS203に進み、トルク補正禁止のときはステップS207に進む。ステップS203では、補正トルク演算部161は、電圧指令V2cと出力電圧V2の偏差ΔV2の絶対値が減少するよう出力補正指令値Padjを算出する。

0034

上述したように、トルク補正が許可されたとき、コンバータ105のトランジスタSwH,SwLは共にオフ状態とされる。このとき、コンバータ105にとっての負荷(インバータ107及び電動機103)と蓄電池101の間は電気的に導通していない。したがって、図1に示したシステムから制御装置100を除いた構成のこのときの等価回路は、図6に示すように、キャパシタCと当該負荷201の並列接続によって表される。

0035

図6によれば、負荷201での負荷電力Pは、以下に示す式(3)によって表される。

0036

式(3)をラプラス演算子sを用いて表現すると、以下に示す式(4)となる。

0037

このように、コンバータ105のトランジスタSwH,SwLが共にオフ状態とされたときの負荷電力Pを表す式には、キャパシタCの容量が含まれる。したがって、補正トルク演算部161は、キャパシタCによる電圧V2に与える影響をなくす出力補正指令値Padjを算出すれば、電圧指令V2cと出力電圧V2の偏差ΔV2の絶対値を低減できる。したがって、出力補正指令値Padjの算出式にはキャパシタCの容量が含まれる。

0038

上記式(4)より下記式(5)が成り立つ。

0039

図7は、電圧指令V2cの二乗と電圧V2の二乗の偏差(以下「二乗偏差」という)の絶対値が減少するよう出力補正指令値Padjを算出する補正トルク演算部161と、出力補正指令値Padjに応じて電圧V2の二乗値を出力するプラント203Aとから構成されたフィードバック制御系を示す図である。なお、プラント203Aの伝達関数H1(s)は、上記式(5)に基づき、以下のように表される。
H1(s)=−2/sC

0040

また、補正トルク演算部161は、以下に示す伝達関数F1(s)に基づくPI制御(比例−積分制御)を行う。
F1(s)=−C(K1+K2/s)
なお、K1は比例ゲインであり、K2は積分ゲインである。
したがって、伝達関数F1(s)に基づくPI制御を行う補正トルク演算部161が算出する出力補正指令値Padjは、以下のように表される。
Padj=−C(K1+K2/s)(V2c2−V22)

0041

このように、補正トルク演算部161は、当該二乗偏差に対してキャパシタCの容量が小さいほど小さな値の出力補正指令値Padjを算出する。したがって、キャパシタCの容量によらずに二乗偏差の収束応答を一定に保つことができる。

0042

なお、V2≒V2cとすれば、式(5)は、



と表すことができるため、下記式(6)が成り立つ。

0043

図8は、電圧指令V2cと電圧V2の偏差(以下「一乗偏差」という)の絶対値が減少するよう出力補正指令値Padjを算出する補正トルク演算部161と、出力補正指令値Padjに応じて電圧V2を出力するプラント203Bとから構成されたフィードバック制御系を示す図である。なお、プラント203Bの伝達関数H2(s)は上記式(7)に基づき、以下のように表される。
H2(s)=−2/sCV2c

0044

このときも、補正トルク演算部161は、以下に示す伝達関数F2(s)に基づくPI制御(比例−積分制御)を行う。
F2(s)=−C(K1+K2/s)
したがって、伝達関数F2(s)に基づくPI制御を行う補正トルク演算部161が算出する出力補正指令値Padjは、以下のように表される。
Padj=−C(K1+K2/s)(V2c−V2)

0045

このように、補正トルク演算部161は、当該一乗偏差に対してキャパシタCの容量が小さいほど小さな値の出力補正指令値Padjを算出する。したがって、キャパシタCの容量によらずに一乗偏差の収束応答を一定に保つことができる。

0046

なお、補正トルク演算部161は、上記説明したPI制御に限らず、P制御(比例制御)又はPID制御比例−積分−微分制御)を行っても良い。また、負荷電力Pの符号と出力補正指令値Padjの符号は、電圧指令V2cと出力電圧V2の偏差ΔV2が0となるまで、すなわち出力補正指令値Padj=0となるまで、反転の関係にある。

0047

次に、補正トルク演算部161は、以下に示す式(7)によりトルク補正指令値Tadjを算出する。
Tadj=Padj/(ω/Pp) …(7)
但し、ωは電動機103の回転子の電気角速度であり、Ppは電動機103の極対数である。したがって、ω/Ppは電動機103の回転子の機械角速度である。

0048

一方、ステップS207及びS209では、補正トルク演算部161は、出力補正指令値Padj=0、トルク補正指令値Tadj=0を算出する。なお、出力を補正してコンバータ105の出力電圧V2を保持する場合には、ステップS207,S209を行う必要はない。

0049

制御装置100に含まれるインバータ制御部100Iは、インバータ107を構成するトランジスタのスイッチングをPWM制御する。図2に示すように、インバータ制御部100Iは、角速度算出部171と、電流指令算出部173と、3相−dq変換部175と、電流FB制御部177と、dq−3相変換部179と、PWM制御部181とを含む。インバータ制御部100Iには、トルク指令値T、電動機103の回転子の電気角度θの検出値、インバータ107から出力されるu相電流Iu及びw相電流Iwの各検出値、並びに、コンバータ105の出力電圧V2の検出値が入力される。

0050

角速度算出部171は、電動機103の回転子の電気角度θの検出値を時間微分することによって、電動機103の回転子の電気角速度ωを算出する。角速度算出部171によって算出された電気角速度ωは、電流指令算出部173に入力される。電流指令算出部173は、トルク指令値Tと、電動機103の回転子の電気角速度ωとに基づいて、d軸側の電機子(以下「d軸電機子」という。)に流す電流(以下「d軸電流」という。)の指令値Id_c及びq軸側の電機子(以下「q軸電機子」という。)に流す電流(以下「q軸電流」という。)の指令値Iq_cを算出する。

0051

3相−dq変換部175は、電流センサ113u,113wにより検出されたu相電流Iu及びw相電流Iwの検出値と、電動機103の回転子の電気角度θの検出値とに基づいて3相−dq変換を行って、d軸電流の検出値Id_s及びq軸電流の検出値Iq_sを算出する。電流FB制御部177は、d軸電流の指令値Id_cと検出値Id_sの偏差ΔId及びq軸電流の指令値Iq_cと検出値Iq_sの偏差ΔIqが減少するよう、d軸電機子の端子間電圧(以下「d軸電圧」という。)の指令値Vd_c及びq軸電機子の端子間電圧(以下「q軸電圧」という。)の指令値Vq_cを決定する。

0052

dq−3相変換部179は、電流FB制御部177によって決定されたd軸電圧の指令値Vd_c及びq軸電圧の指令値Vq_cと、電動機103の回転子の電気角度θの検出値とに基づいてdq−3相変換を行って、3相電圧Vu,Vv,Vwの各指令値を導出する。PWM制御部181は、dq−3相変換部179が導出した3相電圧Vu,Vv,Vwの各指令値に基づいて、インバータ107を構成するトランジスタのスイッチングをPWM制御する。

0053

以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、昇圧指令V2cに変化がない等の条件を満たした上で電動機103が極小負荷状態又は無負荷状態のとき、コンバータ制御部100Cの補正トルク演算部161が算出したトルク補正指令値Tadjに応じてトルク指令Tが補正される。この補正されたトルク指令によって、図9に示すように、コンバータ105の出力電圧V2は昇圧指令V2cに保たれる。

0054

上述したように、無負荷であれば、コンバータ105の動作を休止しても出力電圧V2は理論上変化しない。したがって、コンバータ制御部100Cが行うトルク制御によってコンバータ105の出力電圧V2が昇圧指令V2cと同じ値に保たれれば、電動機103は無負荷状態であるとみなすことができる。したがって、コンバータ105の動作を休止することができる。その結果、コンバータ105での損失を低減できる。

0055

(第2の実施形態)
図10は、第2の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図である。また、図11は、第2の実施形態の制御装置200の内部構成を示すブロック図である。なお、図10及び図11において、図1及び図2と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。図10に示すシステムは、負荷電流I2を検出する電流センサ115を図1に示した第1の実施形態のシステムから除いた構成である。

0056

本実施形態では、制御装置200のコンバータ制御部200Cに含まれる負荷電力演算部257が負荷電力P2を推定する。この点以外の構成は第1の実施形態と同様である。負荷電力演算部257には、インバータ制御部100Iの電流FB制御部153が決定したd軸電圧の指令値Vd_c及びq軸電圧の指令値Vq_cと、3相−dq変換部175が算出したd軸電流の検出値Id_s及びq軸電流の検出値Iq_sとが入力される。負荷電力演算部257は、以下に示す式(8)より負荷電力P2を算出する。なお、この負荷電力P2は、インバータ107で消費される電力を含まない値である。但し、負荷電力演算部257は、インバータ107の効率特性マップとして記憶し、当該マップから得られるインバータ107で消費される電力を用いて負荷電力P2を補正しても良い。
P2=Vd_c×Id_s+Vq_c×Iq_s …(8)

0057

なお、d軸電流の検出値Id_s及びq軸電流の検出値Iq_sの代わりに、電流指令算出部173が算出したd軸電流の指令値Id_c及びq軸電流の指令値Iq_cを負荷電力演算部257に入力しても良い。この場合、負荷電力演算部257が負荷電力P2を算出する際に用いる式は以下の式(9)である。
P2=Vd_c×Id_c+Vq_c×Iq_c …(9)

0058

このようにして算出された負荷電力P2を示す情報は、第1の実施形態と同様に、コンバータ制御部200Cの動作休止判断部159に入力される。

0059

以上説明したように、本実施形態では、負荷電力演算部257が負荷電力P2を演算によって導出する。このため、本実施形態のシステムは、負荷電流I2を検出する電流センサを備えることなく、第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。

0060

(第3の実施形態)
第3の実施形態のシステムは、制御装置を除いて、第2の実施形態のシステムと同様である。図12に示すように、本実施形態では、制御装置300のコンバータ制御部300Cに含まれる負荷電力演算部357に、トルク指令T及びインバータ制御部100Iの角速度算出部171が算出した電動機103の回転子の電気角速度ωが入力される。負荷電力演算部357は、以下に示す式(10)より負荷電力P2を算出する。この負荷電力P2も、第2の実施形態と同様に、インバータ107で消費される電力を含まない値である。但し、負荷電力演算部357は、インバータ107の効率特性をマップとして記憶し、当該マップから得られるインバータ107で消費される電力を用いて負荷電力P2を補正しても良い。
P2=ω×T/Pp …(10)
(Pp:電動機103の極対数)

0061

以降は第1又は第2の実施形態と同様であり、負荷電力演算部357が算出した負荷電力P2を示す情報は動作休止判断部159に入力される。

0062

以上説明したように、本実施形態では、負荷電力演算部357が負荷電力P2を演算によって導出する。このため、本実施形態のシステムは、負荷電流I2を検出する電流センサを備えることなく、第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。

0063

(第4の実施形態)
図13は、第4の実施形態の電動機を駆動するためのシステム構成を示す図である。また、図14は、第4の実施形態の制御装置400の内部構成を示すブロック図である。なお、図13及び図14において、図1及び図2と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。図13に示すシステムは、蓄電池101の出力電流I1を検出する電流センサ117を第2又は第3の実施形態のシステムに加えた構成である。

0064

本実施形態では、制御装置400のコンバータ制御部400Cに含まれる負荷電力演算部457に、蓄電池101の出力電圧V1及び電流センサ117によって検出された出力電流I1の検出値が入力される。負荷電力演算部457は、以下に示す式(11)より負荷電力P2を算出する。この負荷電力P2は、コンバータ105で消費される電力を含まない値である。但し、負荷電力演算部457は、コンバータ105の効率特性をマップとして記憶し、当該マップから得られるコンバータ105で消費される電力を用いて負荷電力P2を補正しても良い。
P2=V1×I1 …(11)

0065

以降は第1、第2又は第3の実施形態と同様であり、負荷電力演算部457が算出した負荷電力P2を示す情報は動作休止判断部159に入力される。

0066

以上説明したように、本実施形態では、負荷電力演算部457が負荷電力P2を演算によって導出する。このため、本実施形態のシステムは、蓄電池101の出力電流I1を検出する電流センサは必要だが、負荷電流I2を検出する電流センサを備えることなく、第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。

0067

上記説明した第1〜第4の実施形態では昇圧コンバータ105を例に説明したが、図15に示す昇降圧コンバータ505又は降圧コンバータであっても良い。

0068

また、上記説明した実施形態のシステムは、電動機及び/又は内燃機関駆動力によって走行するHEV(Hybrid Electrical Vehicle:ハイブリッド電気自動車)に搭載可能である。図16は、一実施形態のシステムを搭載したHEVの内部構成を示すブロック図である。第1の実施形態で説明した、システムを統合的に管理するコントローラは、図16中に示したマネジメントECU600に相当する。マネジメントECU600は、図17に示したグラフが示すマップに基づいてHEVがゼロ電力モードであると判断すれば、制御装置100に対して駆動要求指令を行わない。図17は、アクセルペダル開度と車速又はエンジン回転数と電動機103の動作モードとの関係を示すグラフである。

0069

なお、コンバータ105の負荷としてインバータ107及び電動機103を例に説明したが、シートヒータ等に利用される熱線や、メータバックライト等に利用されるランプペルチェ素子空気清浄機等の補機を負荷としても良い。

0070

101蓄電池
103電動機
105昇圧コンバータ
107インバータ
100,200,300,400制御装置
109,111電圧センサ
113u,113w,115電流センサ
117レゾルバ
100C,200C,300C,400Cコンバータ制御部
151FF制御部
153FB制御部
155PWM制御部
157,257,357,457負荷電力演算部
159 動作休止判断部
161補正トルク演算部
100Iインバータ制御部
171角速度算出部
173電流指令算出部
1753相−dq変換部
177電流FB制御部
179 dq−3相変換部
181 PWM制御部

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