JP4590960B2 - 電動機駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動機駆動装置に関し、より特定的には、二次電池、電力変換器および電動機で構成された電動機駆動装置における電力変換器故障時の制御に関する。

電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）に代表される種々の機器やシステムにおいて、二次電池に蓄積された電力を電力変換器で電力変換して電動機を駆動制御するタイプの電動機駆動装置が用いられている。この種の電動機駆動装置では、電動機が正のトルクを発生する場合には、二次電池からの供給電力を源に電力変換器を介して電動機へ駆動電力が供給される一方で、電動機が負のトルクを発生する場合には、電動機の回生制動動作による発電電力が電力変換器で二次電池の充電電力に変換されて、二次電池へ供給される。すなわち、電動機の発生トルクの正・負に応じて、双方向の電力変換が実行される構成が一般的である。

ところで、上記のように構成された電動機駆動装置では、電力供給系すなわち二次電池あるいは電力変換器の異常発生時に、意図しない過大電圧の発生による回路損傷を防止することが必要である。

このような観点から、電力変換器が二次電池の出力電圧を昇圧可能な昇圧コンバータおよび当該昇圧コンバータの出力電力を交流電圧に変換するインバータを含む構成において、昇圧コンバータ故障時に昇圧コンバータをバイパスして二次電池およびインバータ間を直接接続するバイパス経路を設ける構成が開示されている（たとえば特許文献１）。このようなバイパス機構を設けることにより、昇圧コンバータ故障時にもバッテリ電力によって電動機から正のトルクを発生することができる。

あるいは、同様に電力変換器が昇圧コンバータおよびインバータを含む構成において、昇圧コンバータの故障時には、インバータを強制停止してより安全な対処を行なう技術が開示されている（たとえば特許文献２）。

さらに、同様の電力変換器の構成において、主電源遮断時、すなわちバッテリ異常時に、インバータ入側の平滑コンデンサの残留電荷を補機系で消費することによって、システム全体の耐久性を向上する技術が開示されている（たとえば特許文献３）。

また、二次電池、電動機、電動機用インバータ、発電機および発電機用インバータを含む構成において、二次電池の不具合を検出したときに、二次電池を電動機から切離すとともに、発電機用インバータの直流出力を電動機の出力変動に従動させることにより、各インバータ入側の平滑用コンデンサに過電圧充電が生じないようにする技術が開示されている（たとえば特許文献４）。
特開平２−３０８９３５号公報 特開２００４−１１２８８３号公報 特開平１０−１９１５０３号公報 特開２００３−２３０２６９号公報

しかしながら、電気自動車やハイブリッド自動車における、いわゆる退避走行の実現のように、電動機駆動装置中で電力変換器に異常が発生した場合にも、二次電池の蓄積電力を用いて、一定の制約下で電動機の運転を継続可能な構成とすることが望ましい。以下、本明細書では、このような電動機の運転を「非常運転」と称することとする。たとえば、上記退避走行時には、通常走行は無理であっても、安全な場所まで車両を移動させるための最低限の車両駆動力を確保することが要求される。

このような観点で考えると、特許文献３および４に開示された構成では、二次電池そのものに異常が発生した場合を想定しているので、二次電池の蓄積電力を源とした電動機の非常運転を実行することができない。

また、特許文献２に開示された構成では、インバータを強制停止するため、安全確保上は好ましい構成である一方で、電動機からトルクを発生することができず非常運転を行なうことができない。

一方、特許文献１に開示された構成では、バイパス機構（特許文献１の図５におけるバイパスライン４ｃおよびリレーコイル４ｄ）によって二次電池からインバータへ電力供給が可能であるため、電動機より正のトルクを発生して、非常運転を実行することが可能である。

しかしながら、特許文献１に開示された構成では、昇圧チョッパ（昇圧コンバータ）の故障時に、インバータ入側の平滑コンデンサの両端の電圧が降圧されずに直流電源に供給される。したがって、電気装置（電動機）による発電量が大きい場合には、平滑コンデンサの両端に印加される電圧が高電圧になってしまう。このため、平滑コンデンサの耐電圧性能を向上させる必要があり高コスト化を招くという問題があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、二次電池、電力変換器および電動機で構成された電動機駆動装置において、電力変換器の故障時に、一定の制約下で電動機の運転を継続するとともに、当該電力変換器に高電圧が発生することを防止可能な構成を提供することである。

この発明による電動機駆動装置は、二次電池と、電動機と、電力変換器と、異常検出部と、第１の上下限設定手段と、第１の設定修正手段と、第２の上下限設定手段と、トルク指令値設定手段と、第２の設定修正手段とを備える。二次電池は充放電可能であり、電動機は、発生トルクが正である場合に駆動電力を消費する一方で、該発生トルクが負であるときに発電する。電力変換器は、二次電池および電動機の間に設けられ、電動機のトルク指令値に従って、二次電池の出力電力を電動機の駆動電力に変換する第１の電力変換および電動機の発電電力を二次電池への入力電力に変換する第２の電力変換を行なう。異常検出部は、電力変換器の異常を検出する。第１の上下限設定手段は、二次電池の状態に基づき、二次電池の充電許可電力および出力許可電力を決定する。第１の設定修正手段と、異常検出部によって第２の電力変換の異常が検出された場合に、二次電池の充電許可電力を零に修正する。第２の上下限設定手段は、充電許可電力および出力電力に対応させて電動機の出力トルクの下限値および上限値を算出する。トルク指令値設定手段は、電動機への出力要求に基づき、出力トルクの下限値および上限値の範囲内でトルク指令値を設定する。第２の設定修正手段は、異常検出部によって第２の電力変換の異常が検出された場合に、トルク指令値設定手段によって設定されたトルク指令値が負であるときには、トルク指令値を零に修正する。

上記電動機駆動装置によれば、電力変換器による二次電池充電のための電力変換に異常が発生した場合には、トルク指令値を零以上に制限できるので、電動機の回生発電電力が電力変換器内に蓄積されて過大電圧が発生するのを防止できる。さらに、二次電池の状態に基づく二次電池の充電許可電力および出力可能電力の範囲内で電動機のトルク指令値を適切に設定する動作を電力変換器での異常有無によらず共通化するとともに、二次電池充電のための電力変換に異常が検知された場合について、充電許可電力およびトルク指令値の強制的な修正動作を追加する制御としている。このため、電力変換器での異常有／無にそれぞれ対応して異なるトルク指令値設定を行なう構成と比較して、制御を簡素化できる。

この発明の他の構成による電動機駆動装置は、二次電池と、電動機と、電力変換器と、異常検出部と、第１の発電制限手段とを備える。二次電池は充放電可能であり、電動機は、発生トルクが正である場合に駆動電力を消費する一方で、該発生トルクが負であるときに発電する。電力変換器は、二次電池および電動機の間に設けられ、電動機のトルク指令値に従って、二次電池の出力電力を電動機の駆動電力に変換する第１の電力変換および電動機の発電電力を二次電池への入力電力に変換する第２の電力変換を行なう。異常検出部は、電力変換器の異常を検出する。第１の発電制限手段は、異常検出部によって第２の電力変換の異常が検出された場合に、電動機の発電量を所定値以下に制限する。この所定値は、電動機からの発電電力が出力される電力線に接続された電動機以外の負荷による消費電力および電動機から電力線間での発電時損失電力の少なくとも一方を考慮して設定される。

上記電動機駆動装置によれば、電力変換器による二次電池充電のための電力変換に異常が発生した場合には、トルク指令値を制限することにより、電動機の回生発電電力が電力変換器内に蓄積されて過大電圧が発生するのを防止できる。さらに、電動機からの発電電力が出力される電力線における電動機以外の負荷による消費電力および電動機から電力線までの間の発電時損失電力を考慮して、一定範囲内の発電を許可できるので、電力線に余剰発電電力が発生しない範囲で、電動機により負のトルクを発生させることができる。このため、上記電動機駆動装置が自動車に搭載された場合には、電力変換器異常時の退避走行においても、一定範囲の制動力を電動機に発揮させるとともに、装置内に高電圧が発生することを防止できる。

好ましくは、上記電動機駆動装置は、第１の上下限設定手段と、第１の設定修正手段と、第２の上下限設定手段と、トルク指令値設定手段と、第２の設定修正手段とを備える。第１の上下限設定手段は、二次電池の状態に基づき二次電池の充電許可電力および出力許可電力を決定する。第１の設定修正手段は、異常検出部によって第２の電力変換の異常が検出された場合に、二次電池の充電許可電力を零に修正する。第２の上下限設定手段は、充電許可電力および出力電力に対応して、電動機の出力トルクの下限値および上限値を算出する。トルク指令値設定手段は、電動機への出力要求に基づき、出力トルクの下限値および上限値の範囲内で電動機のトルク指令値を設定する。発電制限手段は、異常検出部によって第２の電力変換の異常が検出された場合に、トルク指令値設定手段によるトルク指令値が所定値に対応する負の所定トルク値よりも小さいときには、トルク指令値を所定トルク値に修正する。

上記電動機駆動装置においては、二次電池の状態に基づく二次電池の充電許可電力および出力可能電力の範囲内で電動機のトルク指令値を適切に設定する動作を電力変換器での異常有無によらず共通化するとともに、二次電池充電のための電力変換に異常が検知された場合について、トルク制限動作を追加する制御としている。このため、電力変換器での異常有／無にそれぞれ対応して異なるトルク指令値設定を行なう構成と比較して、制御を簡素化できる。

さらに好ましくは、この発明による電動機駆動装置は、電動機以外の動力源と、発電機と、発電量設定手段と、発電量設定修正手段と、動力源出力調整手段とをさらに備える。発電機は、動力源の出力によって発電可能であり、かつ、その発電電力が電力変換器による第２の電力変換によって二次電池へ入力されるように構成される。発電量設定手段は、二次電池の状態に応じて発電機での発電量を設定する。発電量設定修正手段は、異常検出部によって第２の電力変換の異常が検出された場合に、発電機での発電量を零に修正する。動力源出力調整手段は、発電機での発電量に応じて、動力源の出力を調整する。

上記電動機駆動装置では、電動機以外の動力源による発電機を備えた構成において、電力変換器による二次電池充電のための電力変換に異常が発生した場合には、発電機による発電を禁止するので、電動機の回生発電電力のみならず発電機による発電電力が電力変換器内に蓄積されて過大電圧が発生するのを防止できる。

あるいは、さらに好ましくは、この発明による電動機駆動装置は、電動機以外の動力源と、発電機と、発電量設定手段と、電力演算手段と、第２の発電制限手段と、動力源出力調整手段とをさらに備える。発電機は、動力源の出力によって発電可能であり、かつ、その発電電力が電力変換器による第２の電力変換によって二次電池へ入力されるように構成される。発電量設定手段は、二次電池の状態に応じて発電機での発電量を設定する。電力演算手段は、記トルク指令値に基づき、電動機での消費電力を算出する。第２の発電制限手段は、異常検出部によって第２の電力変換の異常が検出された場合に、発電機での発電量が電力演算部で算出された消費電力を超えないように制限する。動力源出力調整手段は、発電機での発電量に応じて、動力源の出力を調整する。

上記電動機駆動装置では、電動機以外の動力源による発電機を備えた構成において、電力変換器による二次電池充電のための電力変換に異常が発生した場合には、電力変換器内に余剰電力が発生しない範囲で、電動機の消費エネルギを発電機によって供給できる。したがって、電力変換器異常時の非常運転に二次電池の蓄積電力の消費を抑制できる。

また好ましくは、この発明による電動機駆動装置では、電力変換器は、二次電池からの出力電圧を昇圧するとともに、二次電池への入力電圧を降圧する双方向の昇降圧コンバータと、昇降圧コンバータによって昇圧された二次電池からの出力電圧を電動機を駆動する交流電圧に変換するとともに、電動機が発電した交流電圧を直流電圧に変換するインバータと、昇降圧コンバータおよびインバータの間に接続された平滑コンデンサとを含む。

上記電動機駆動装置においては、昇降圧コンバータを用いて電動機の駆動電圧を高電圧化できる。これにより、同一パワー出力時の電動機電流を低減できるので、電動機での電力損失を低減して高効率化を図ることができる。

特にこのような構成では、電動機駆動装置は、昇降圧コンバータの入出力電圧を検出する電圧センサーをさらに備え、異常検出部は、電圧センサーによる検出電圧に基づき、昇降圧コンバータの入出力電圧の比に関する目標値と実測値との比較によって、電力変換器における第２の電力変換の異常を検知する、異常検出部は、昇降圧コンバータの入出力電圧の比に関する、目標値と実測値との比較に基づいて、電力変換器における第２の電力変換の異常を検知する。

上記電動機駆動装置においては、昇降圧コンバータおよびインバータの電圧制御用として本質的に必要な電圧センサーからの検出電圧に基づいて、昇降圧コンバータの異常を検知できる。

この発明による電動機駆動装置によれば、二次電池、電力変換器および電動機を含む構成において、電力変換器の故障時に、一定の制約下で電動機の運転を継続するとともに、当該電力変換器に高電圧が発生することを防止できる。

以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。

［実施の形態１］
図１を参照して、この発明の実施の形態１による電動機駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサー１０，１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇降圧コンバータ１２と、インバータ１４と、電流センサー２４と、制御装置３０と、交流モータＭ１とを備える。

交流モータＭ１は、たとえば、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。

システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極端子および電力線６の間に接続され、システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの負極端子およびアース線５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、制御装置３０からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。平滑コンデンサＣ１は、電力線６およびアース線５の間に接続される。

昇降圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

電力用スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線７およびアース線５の間に直列に接続される。電力用スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。

この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタを用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。

リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電力線６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ２は、電力線７およびアース線５の間に接続される。

インバータ１４は、電力線７およびアース線５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。各相アームは、電力線７およびアース線５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム１５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対して、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８によって制御される。

各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相アーム１４〜１６における電力用スイッチングの中間点と接続されている。

なお、電力線６には交流モータＭ１以外の電力負荷１１０がさらに接続される。すなわち、電力負荷１１０は、直流電源Ｂの出力電圧Ｖｂ、あるいは出力電圧ＶｂをＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換器（図示せず）によって変換した電圧を動作電圧とする。たとえば、電力負荷１１０としては、エアーコンディショナー（Ａ／Ｃ）系、パワーステアリング系、オーディオ系の回路や各種電子制御ユニット（ＥＣＵ）等が含まれる。

同様に、電力線７には交流モータＭ１以外の電力負荷１２０がさらに接続される。電力負荷１２０は、平滑コンデンサＣ２に蓄積された出力電圧Ｖｍ、あるいは出力電圧ＶｍをＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換器（図示せず）によって変換した電圧を動作電圧とする。たとえば、昇圧された出力電圧Ｖｍをインバータによって変換することにより、電力負荷１２０をＡＣ１００Ｖ出力ユニットとすることができる。

昇降圧コンバータ１２は、昇圧動作時には、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧してインバータ１４へ供給する。より具体的には、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のオン期間およびＱ２のオン期間が交互に設けられ、昇圧比は、これらのオン期間の比に応じたものとなる。

また、昇降圧コンバータ１２は、降圧動作時には、平滑コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。より具体的には、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティー比に応じたものとなる。

平滑コンデンサＣ２は、昇降圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサー１３は、平滑コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇降圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ（インバータ１４への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、モータジェネレータのトルク指令値ＴＲが正（ＴＲ＞０）の場合には、平滑コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答した、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するように交流モータＭ１を駆動する。また、インバータ１４は、モータジェネレータのトルク指令値ＴＲが零の場合（ＴＲ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。

昇降圧コンバータ１２を介して、交流モータＭ１の駆動電圧を上昇させることにより、同一パワー出力時のモータ電流を低減できる。このため、交流モータＭ１の駆動時の電力損失を低減できる。

さらに、電動機駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時には、モータジェネレータのトルク指令値ＴＲは負に設定される（ＴＲ＜０）。この場合には、インバータ１４は、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を平滑コンデンサＣ２を介して昇降圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、外部に設けられた電子制御ユニット（ＥＣＵ）から入力されたトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサー１０からの直流電圧Ｖｂ、電圧センサー１３からの出力電圧Ｖｍおよび電流センサー２４からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法により交流モータＭ１がトルク指令値ＴＲに従ったトルクを出力するように、昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４の動作を制御する。すなわち、昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４を上記のように制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ８を生成して、昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

昇降圧コンバータ１２の昇圧動作時には、制御装置３０は、平滑コンデンサＣ２の出力電圧Ｖｍをフィードバック制御し、出力電圧Ｖｍが指令された電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍになるようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ１４へ出力する。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、昇降圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。

さらに、制御装置３０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御するときのデューティー比、電圧センサー１０からの直流電圧Ｖｂおよび電圧センサー１３からの電圧Ｖｍに基づいて昇降圧コンバータ１２が故障したか否かを判定する。そして、以下に詳細に説明するように、昇降圧コンバータ１２が故障しているときには、交流モータＭ１のトルク指令値ＴＲが負に設定されることがないような修正制御が行なわれる。

さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。

図２は、制御装置３０の機能ブロック図である。

図２を参照して、制御装置３０に与えられるトルク指令値ＴＲは、トルク指令値演算部２００によって生成される。トルク指令値演算部２００は、たとえば外部ＥＣＵの機能の一つとして設けられる。トルク指令値演算部２００は、直流電源Ｂの充電状態を示すＳＯＣ（State of Charge）やバッテリ温度Ｔｂ、車両のアクセル開度ＡＣＣおよび速度（車速）ＶＣＲの入力を受けて、トルク指令値ＴＲを設定する。トルク指令値演算部２００によるトルク指令値設定の詳細については、後ほど詳細に説明する。

制御装置３０は、モータ制御用相電圧演算部４０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２と、インバータ入力電圧指令演算部５０と、コンバータ用デューティー比演算部５２と、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４と、判定部５６とを含む。

モータ制御用相電圧演算部４０は、昇降圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ、すなわち、インバータ１４への入力電圧を電圧センサー１３から受け、交流モータＭ１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴを電流センサー２４から受け、トルク指令値ＴＲをトルク指令値演算部２００から受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、トルク指令値ＴＲ、出力電圧Ｖｍおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、交流モータＭ１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。

インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた計算結果に基づいて、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ１４へ出力する。

インバータ１４中のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８がスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に従ってスイッチング制御されることにより、モータ駆動電流、すなわち交流モータＭ１の各相に流す電流が制御されて、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。

一方、インバータ入力電圧指令演算部５０は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍをコンバータ用デューティー比演算部５２へ出力する。

コンバータ用デューティー比演算部５２は、電圧センサー１０から出力された直流電圧Ｖｂ（「バッテリ電圧Ｖｂ」とも言う。）に基づいて、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍを、インバータ入力電圧指令演算部５０から出力される最適値に設定するためのデューティー比を演算する。そして、コンバータ用デューティー比演算部５２は、演算したデューティー比をコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４および判定部５６へ出力する。

コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４は、コンバータ用デューティー比演算部５２からのデューティー比に基づいて昇降圧コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２信号を生成して昇降圧コンバータ１２へ出力する。

なお、昇降圧コンバータ１２の下側のスイッチング素子Ｑ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のスイッチング素子Ｑ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。したがって、上記のように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電力線７の電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。

判定部５６は、電圧センサー１０からのバッテリ電圧Ｖｂと、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍと、コンバータ用デューティー比演算部５２からのデューティー比ＤＲと、外部ＥＣＵからの信号ＲＧＥとを受ける。そして、判定部５６は、バッテリ電圧Ｖｂにデューティー比ＤＲを乗算し、その乗算した乗算値が電圧センサー１３からの電圧Ｖｍに一致するか否かを判定する。

乗算値が電圧Ｖｍに一致するとき、判定部５６は、昇降圧コンバータ１２は正常であると判定し、異常検知フラグＥＭＧを“０”に設定する。一方、乗算値ＡＰが電圧Ｖｍに不一致であるとき、判定部５６は、昇降圧コンバータ１２は故障していると判定し、外部ＥＣＵから信号ＲＧＥを受けると異常検知フラグＥＭＧを“１”に設定する。すなわち、判定部５６は、昇降圧コンバータ１２の入出力電圧に相当する、バッテリ電圧Ｖｂおよび電圧Ｖｍの比に関する、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに基づく目標値と、電圧センサー１０，１３からの検出電圧に基づく実測値との比較により、昇降圧コンバータ１２の異常を検知する。

このような構成とすることにより、異常検知用の新たなセンサーを設けることなく、電圧制御用として必要な、電圧センサー１０，１３からの検出電圧に基づいて、昇降圧コンバータ１２の異常を検知できる。

昇降圧コンバータ１２の異常が検知されると、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４は、異常検知フラグＥＭＧに応答して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を強制的にターンオフさせるように、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

なお、図１に示した昇降圧コンバータ１２の回路構成から理解されるように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が強制的なオフ状態を維持されても、ダイオードＤ１により直流電源Ｂからの出力電圧Ｖｂを電力線７へ供給する経路を形成可能である。したがって、昇降圧コンバータ１２による昇圧動作が不能であるため通常のトルク発生は困難であるものの、直流電源Ｂからの電力供給により交流モータＭ１がある程度の正トルクを出力することは可能である。このため、昇降圧コンバータ１２の異常時にも、ハイブリッド自動車の退避運転のための、交流モータＭ１の非常運転が可能である。

この一方で、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオフ固定されると、電力線７から電力線６への電流経路は形成不能である。したがって、昇降圧コンバータ１２の異常時には、交流モータＭ１による発電電力が電力線７に出力されると、この電力が蓄積されて電力線７に過大電圧が発生する危険性がある。平滑コンデンサＣ２の耐圧を超えて電力線２の電圧が上昇すれば、平滑コンデンサＣ２の損傷を招く危険性がある。

したがって、この発明の実施の形態によるモータ始動制御装置では、昇降圧コンバータ１２の異常検知時に、交流モータＭ１によって発電が行なわれないようなトルク指令値ＴＲを生成することによって、インバータ１４の入側に配置された平滑コンデンサＣ２に耐圧を超えた高電圧が印加されるのを防止する。

ここで、図１および図２に示した構成と本発明の構成との対応関係を説明すると、直流電源Ｂがこの発明における「二次電池」に相当し、交流モータＭ１がこの発明における「電動機」に相当し、昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４がこの発明における「電力変換器」に相当し、制御装置３０の機能のうちの判定部５６がこの発明における「異常検出部」に相当する。また、電力線７がこの発明における「電動機からの発電電力が出力される電力線」に相当し、電力負荷１２０がこの発明における「当該電力線に接続された電動機以外の負荷」に相当する。

図３は、この発明の実施の形態１による電動機駆動装置における上記のようなモータトルク指令値演算方式を説明するフローチャートである。図３に示される制御フローは、モータトルク指令値演算ルーチンとしてトルク指令値演算部２００（図２）にプログラムされる。

図３を参照して、モータトルク指令値演算ルーチンでは、まず車両のアクセル開度ＡＣＣおよび車速ＶＣＲより車両要求パワーが計算され、この車両要求パワーを満足するためのモータ要求パワーが決定される（ステップＳ１１０）。たとえば、ハイブリッド車両では、エンジン出力パワーおよびモータ出力パワーの和によって車両要求パワーを確保するので、エンジン効率を優先してエンジン出力パワーを決定した後に、車両要求パワーから当該エンジン出力パワーを差し引くことによってモータ要求パワーが決定される。

さらに、ステップＳ１００で決定されたモータ要求パワーに基づき、モータ回転数を考慮してモータ出力トルクＴｍが算出される（ステップＳ１２０）。なお、車両減速時等、電動機に回生制動動作が要求される場合には、モータ要求パワーおよびモータ出力トルクＴｍは負の値となる。

続いて、ステップＳ１２０で算出されたモータ出力トルクＴｍが直流電源Ｂの状態に照らして実現可能な範囲に収まっているかどうかが判定される。

具体的にはＳＯＣおよびバッテリ温度Ｔｂ等のバッテリ状態より、充電許可電力Ｗｉｎおよび出力許可電力Ｗｏｕｔが決定される。たとえば、ＳＯＣが管理範囲上限を超えており、バッテリへの充電が禁止される場合には、充電許可電力Ｗｉｎが零に設定される（ステップＳ１３０）。

ここで、図３に示した判定部５６によって昇降圧コンバータが異常と判定された場合には、充電許可電力Ｗｉｎは、バッテリ状態にかかわらず零に修正される（ステップＳ１４０）。

具体的には、異常検知フラグＥＭＧの参照によって昇降圧コンバータに異常が発生しているかどうかを判定するステップＳ１４２と、昇降圧コンバータの異常が検知されている場合（ステップＳ１４２におけるＹ判定）に、ステップＳ１３０で決定された充電許可電力Ｗｉｎを強制的に零に修正するステップＳ１４４とが実行される。

昇降圧コンバータに異常が発生していない場合には（ステップＳ１４２におけるＮ判定）、ステップＳ１３０で算出された充電許可電力Ｗｉｎが維持される。

次に、このようにして求められた充電許可電力Ｗｉｎおよび出力許可電力Ｗｏｕｔに対応して、モータトルクの上限値Ｔｍｍａｘおよび下限値Ｔｍｍｉｎが算出される（ステップＳ１５０）。なお、上限値Ｔｍｍａｘ≧０であり、下限値Ｔｍｍｉｎ≦０である。

負側のトルクリミットであるトルク下限値Ｔｍｍｉｎは、電力線６での電力消費を考慮した下記（１）式の関係式に基づいて算出される。

Ｗｉｎ＝Ｔｍｍｉｎ×ＭＲＮ＋Ｗｌｏｓｓ …（１）
（１）式において、Ｗｌｏｓｓは、電力変換時の電力損失や、電力線６に接続された他の電力負荷１１０（図１）の消費電力を示している。

上記（１）式に従ってトルク下限値Ｔｍｍｉｎを計算することにより、バッテリ状態によって直流電源Ｂへの充電が禁止された場合においても、余剰電力が生じない範囲で交流モータＭ１に発電を許可することができるので、車両全体でのエネルギ効率を向上できる。また、減速時に交流モータＭ１による制動力を可能な範囲で発揮できるので、よりスムーズな減速が可能となる。

次に、ステップＳ１２０で決定されたモータ出力トルクＴｍがステップＳ１５０で算出されたモータトルクの上限値Ｔｍｍａｘ〜下限値Ｔｍｍｉｎの範囲を外れている場合に、モータ出力トルクＴｍを当該上限値および下限値の範囲内に修正する動作が実行される（ステップＳ１６０）。

具体的には、モータ出力トルクＴｍが正側のトルクリミットであるトルク上限値Ｔｍｍａｘを超えているかどうか（Ｔｍ＞Ｔｍｍａｘ）がチェックされ（ステップＳ１６２）、モータ出力トルクＴｍがトルク上限値Ｔｍｍａｘを超えている場合には、モータ出力トルクＴｍ＝Ｔｍｍａｘに修正される（ステップＳ１６４）。

同様に、モータ出力トルクＴｍが負側のトルクリミットであるトルク下限値Ｔｍｍｉｎを超えているか、すなわちＴｍ＜Ｔｍｍｉｎであるかどうかがチェックされ（ステップＳ１６６）、モータ出力トルクＴｍが下限値Ｔｍｍｉｎよりも小さい（負側に絶対値が大きい）場合には、モータ出力トルクＴｍがトルク下限値Ｔｍｍｉｎに修正される（ステップＳ１６８）。

一方、モータ出力トルクＴｍが上限値Ｔｍｍａｘ〜下限値Ｔｍｍｉｎの範囲内である場合には（ステップＳ１６２およびＳ１６６の両方でのＮ判定）、ステップＳ１２０でのモータ出力トルクＴｍが維持される。

さらに、昇降圧コンバータに異常が検出された場合には、交流モータＭ１における発電を禁止するためにモータトルク指令値ＴＲを必要に応じて修正する（ステップＳ１７０）。

具体的には、異常検知フラグＥＭＧの参照によって昇降圧コンバータに異常が発生しているかどうかを判定するステップＳ１７２と、昇降圧コンバータでの異常が検知される場合に（Ｓ１７２におけるＹ判定）、モータ出力トルクＴｍが負の値であるとき（Ｔｍ＜０）には、Ｔｍ＝０に修正するステップＳ１７４とが実行される。これにより、昇降圧コンバータの異常時には、モータ出力トルクＴｍの下限値が０となり、必ずＴｍ≧０となるようなガードが設定される。

一方、昇降圧コンバータに異常が検知されない場合には（ステップＳ１７２におけるＮ判定）、ステップＳ１６０における上下限チェック後のモータ出力トルクＴｍが維持される。

このようにして、最終的に設定されたモータ出力トルクＴｍに従って、トルク指令値ＴＲが設定され（ＴＲ＝Ｔｍ）、制御装置３０（図１）へ与えられる。

なお、上記（１）式では、電力線６での電力消費を見込んで充電許可電力Ｗｉｎ＝０の場合にも、一定範囲内で交流モータＭ１での負トルク出力を許容している。しかし、（１）式の適用については、交流モータＭ１での発電電力が電力線６まで伝達されることが前提となっている。したがって、上記のように電力線７から電力線６への電流経路が形成不能な昇降圧コンバータ異常時には、交流モータＭ１で発電された電力を直流電源Ｂの充電電力に正常に変換することができない。したがって、このような場合に、ステップＳ１５０で（１）式に基づくトルク下限値設定を行なうと、電力線７に過大電圧が発生する危険性がある。

この点を解決するためには、昇降圧コンバータ異常時に対応するように（１）式を修正し、ステップＳ１５０におけるトルク下限値Ｔｍｍｉｎの算出を、昇降圧コンバータの異常／正常に応じて切換える構成を採ることも可能である。しかし、この場合には、少なくとも２種類のトルク下限値算出式（上記（１）式に相当）を準備し、かつ、昇降圧コンバータの異常／正常に応じて両者を選択する必要があるため制御ロジックが複雑化する。このため、図３の制御フローでは、昇降圧コンバータの異常／正常にかかわらず共通の処理によってモータ出力トルクＴｍを算出した上で、昇降圧コンバータ異常時にはモータ出力トルクＴｍ≧０とするトルクガードを設ける（ステップＳ１７０）構成としている。

なお、図３に示したフローチャートとこの発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１３０およびＳ１５０がこの発明における「第１の上下限設定手段」および「第２の上下限設定手段」にそれぞれ対応し、ステップＳ１６０がこの発明における「トルク指令値設定手段」に対応する。また、ステップＳ１４０およびＳ１７０は、この発明における「第１の設定修正手段」および「第２の設定修正手段」にそれぞれ対応する。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に従う電動機駆動装置では、昇圧コンバータが正常である場合には、回生制動動作時に、充電許可電力Ｗｉｎに基づきハード構成上生じる電力損失を考慮して交流モータから一定範囲の負のトルクが発生できるように制御する一方で、昇降圧コンバータの異常を検知した場合には、交流モータＭ１による発電を禁止することにより、昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４の電力変換器内、具体的には平滑コンデンサＣ２に過電圧が発生することを確実に防止できる。

特に、バッテリ状態を考慮したモータトルクの上限値および下限値チェックを行なう正常時の制御ルーチンに対して、昇降圧コンバータ異常時に充電許可電力Ｗｉｎおよびモータ出力トルクＴｍ（すなわち、トルク指令値ＴＲ）を強制的に修正するステップＳ１４０，Ｓ１７０を付加することで、制御ルーチンを大幅に修正することなく、上記のような制御を実行できる。

［実施の形態１の変形例］
実施の形態１では、昇降圧コンバータの異常検知時には、高電圧発生を確実に防止するために、トルク指令値ＴＲ≧０とするトルクガードを加えた。しかしながら、この構成では、昇降圧コンバータの異常検知時における交流モータＭ１の非常運転時、すなわちハイブリッド自動車の退避走行時に、負のトルク出力を禁止するため、交流モータＭ１による制動力を得ることができない。この点を考慮して、実施の形態１の変形例１では、電力線７以降での電力損失分を考慮して、昇降圧コンバータの異常検出時にも、一定範囲内で交流モータＭ１での負のトルク発生を許可する制御方式について説明する。

図４は、この発明の実施の形態１の変形例によるモータトルク指令値演算方法を説明するフローチャートである。

実施の形態１の変形例に従う構成では、実施の形態１と同様の構成（図１，図２）において、図３に示したモータトルク指令値演算方法に代えて、図４に示されるモータトルク指令値演算方法が実行される。すなわち、図４に示されるモータトルク指令値演算ルーチンについても、トルク指令値演算部２００（図２）にプログラムされる。

図４を参照して、実施の形態１の変形例に従うモータトルク指令値演算では、図３におけるステップＳ１７０に代えて、ステップＳ１９０が実行される。ステップＳ１９０以前のステップＳ１００〜Ｓ１６０およびトルク指令値ＴＲを設定するステップＳ１８０においては図３と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

ステップＳ１９０は、異常検知フラグＥＭＧの参照によって昇降圧コンバータに異常が発生しているかどうかを判定するステップＳ１９２と、昇降圧コンバータでの異常が検知される場合に（Ｓ１９２におけるＹ判定）、モータ出力トルクＴｍを負トルク制限値Ｔｌｍ以上に制限するステップＳ１９４とを含む。ステップＳ１９４では、ステップＳ１６０終了時でのモータ出力トルクＴｍがトルク制限値Ｔｌｍよりも小さい（負側に絶対値が大きい）ときモータ出力トルクＴｍをＴｌｍに修正する。

すなわち、ステップＳ１９０により、モータ出力トルクＴｍについてＴｍ≧Ｔｌｍ（Ｔｌｍ＜０）のトルクガードが設定される。ここで、トルク制限値Ｔｌｍは、下記（２）式で算出される。

Ｔｌｍ×ＭＲＮ＋Ｗｌｏｓｓ２＝０ …（２）
（２）式中で、Ｗｌｏｓｓ２は、電力線７より後段（交流モータＭ１側）での電力損失を示す。具体的には、電力線に接続された他の電力負荷１２０（図１）による消費電力および、インバータ１４における交流モータＭ１の発電電力を直流電力に変換する際の損失電力等がＷｌｏｓｓ２に含まれる。

（２）式に用いられるＷｌｏｓｓ２の値については、予め実験的に求めた固定値としても、電力負荷１２０の動作状況やその他の車両状況に応じて予め作成したマップ等を参照して求める構成としてもよい。

このような構成とすることにより、実施の形態１に従う電動機駆動装置での効果に加えて、交流モータの非常運転時（ハイブリッド自動車等の退避走行時）に、余剰電力が発生しない範囲で、交流モータＭ１により負のトルクを発生させることができる。したがって、実施の形態１の変形例に従う電動機駆動装置を搭載した自動車では、退避走行時においても、一定範囲の制動力を交流モータに発揮させるとともに、装置内に高電圧が発生することを防止できる。

なお、実施の形態１およびその変形例では、１個の交流モータ（電動機）を駆動制御する電動機駆動装置を例示したが、複数の電動機を備える電動機駆動装置についても本発明を適用可能である。この場合には、各電動機ごとに上述のモータトルク指令値演算制御を行なえばよい。

［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１での交流モータＭ１に加えて発電機がさらに配置された構成について比較する。

図５は、この発明の実施の形態２による電動機駆動装置の構成を示す概略ブロック図である。

図５を参照して、実施の形態２による電動機駆動装置１００Ａは、電動機駆動装置１００の制御装置３０を制御装置３０Ａに代え、整流器１８、発電機Ｇ１および電流センサー２５を追加したものであり、その他は電動機駆動装置１００と同じである。

インバータ１４および整流器１８は、平滑コンデンサＣ２の両端のノード、すなわち電力線７およびアース線５の間に並列に接続される。また、発電機Ｇ１は、エンジン５５に接続される。

整流器１８は、Ｕ相アーム１９、Ｖ相アーム２０およびＷ相アーム２１から成る。Ｕ相アーム１９、Ｖ相アーム２０およびＷ相アーム２１は、電力線７およびアース線５の間に並列に接続される。Ｕ相アーム１９は、直列接続されたダイオードＤ９，Ｄ１０から成り、Ｖ相アーム２０は、直列接続されたダイオードＤ１１，Ｄ１２から成り、Ｗ相アーム２１は、直列接続されたダイオードＤ１３，Ｄ１４から成る。ダイオードＤ９とダイオードＤ１０との中間点は発電機Ｇ１のＵ相コイルの端に接続され、ダイオードＤ１１とダイオードＤ１２との中間点は発電機Ｇ１のＶ相コイルの端に接続され、ダイオードＤ１３とダイオードＤ１４との中間点は発電機Ｇ１のＷ相コイルの端に接続される。

整流器１８は、発電機Ｇ１が発電した交流電圧を整流し、その整流した直流電圧を平滑コンデンサＣ２を介して昇降圧コンバータ１２へ供給する。発電機Ｇ１は、ロータがエンジン５５の回転動力により回転することにより交流電圧を発電し、その発電した交流電圧を整流器１８へ供給する。

電流センサー２５は、発電機Ｇ１の各相に流れる発電機電流ＧＣＲＴを検出し、その検出した発電機電流ＧＣＲＴを制御装置３０Ａへ出力する。

制御装置３０Ａは、インバータ１４を駆動するためのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ１４へ出力する。スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８の生成については、実施の形態１において説明したとおりである。

また、制御装置３０Ａは、上述した方法により昇降圧コンバータ１２の異常を検出した場合に、外部ＥＣＵからのアクセル開度ＡＣＣおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて交流モータＭ１における消費エネルギＰｍを演算し、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍおよび電流センサー２５からの発電機電流ＧＣＲＴに基づいて発電機Ｇ１における発電量Ｐｇを演算する。そして、制御装置３０Ａは、発電機Ｇ１における発電量Ｐｇが交流モータＭ１における消費エネルギＰｍ以下になるようにエンジン５５の回転数を設定するための信号ＲＤＮを生成してエンジンＥＣＵ６５へ出力する。

制御装置３０Ａは、その他については制御装置３０と同じ機能を有する。

エンジン５５は、エンジンＥＣＵ６５により制御され、駆動輪を駆動するための所定のトルクを出力するとともに、回転動力を発電機Ｇ１に伝達する。エンジンＥＣＵ６５は、エンジン５５を制御する。そして、エンジンＥＣＵ６５は、制御装置３０Ａから信号ＲＤＮを受けるとエンジン５５の回転数を保持または低下させる。

図６は、図５に示された制御装置３０Ａの機能ブロック図である。

図６を参照して、制御装置３０Ａは、図２に示した制御装置３０の機能に加えて、発電制御部２５０をさらに含む。したがって、交流モータＭ１は、制御装置３０に相当する機能部分によって、実施の形態１あるいはその変形例と同様に駆動制御される。

発電制御部２５０は、演算部２６０および制御部２７０を含む。演算部２６０は、外部ＥＣＵからのアクセル開度ＡＣＣおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて交流モータＭ１の消費エネルギＰｍを演算する。また、演算部２６０は、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍと、電流センサー２５からの発電機電流ＧＣＲＴとに基づいて発電機Ｇ１における発電量Ｐｇを演算する。そして、演算部２６０は、演算した消費エネルギＰｍおよび発電量Ｐｇを制御部２７０へ出力する。

制御部２７０は、異常検知フラグＥＭＧ＝“０”のとき、すなわち昇降圧コンバータに異常が発生していないときには、制御信号を生成しない。一方、制御部２７０は、異常検知フラグＥＭＧ＝“１”のとき、すなわち昇降圧コンバータの異常が検知されるときには、発電量Ｐｇが消費エネルギＰｍ以下になるようにエンジン５５の回転数を設定するための信号ＲＤＮを生成してエンジンＥＣＵ６５へ出力する。

以下に説明するように、発電機Ｇ１がさらに配置された電動機駆動装置の構成では、図７または図８に示す制御フローにより発電機における発電量を制御して、電力変換器内に高電圧が発生することを防止する。

図７を参照して、実施の形態２に従う発電量演算制御では、電池状態（ＳＯＣ等）による通常の発電量設定ルーチンに相当するステップＳ２００の実行後に、昇降圧コンバータの異常時に（ステップＳ２１０のＹ判定）、発電量Ｐｇを強制的に零に修正することにより、発電機Ｇ１での発電を強制的に禁止する（ステップＳ２２０）。一方、昇降圧コンバータに異常が検知されない場合には（ステップＳ２１０におけるＮ判定）、ステップＳ２００において設定された発電量が維持される。

このようにして設定された発電量Ｐｇに応じて制御信号ＲＤＮが生成され、エンジンＥＣＵ６５は、制御信号ＲＤＮに応じて、エンジン回転数を保持、あるいは上昇・低下させる。これにより、発電量Ｐｇに対応したエンジン回転数の調整が行なわれる（ステップＳ２３０）。

あるいは、図８に示すように、昇降圧コンバータの異常時に（ステップＳ２１０のＹ判定）、トルク指令値ＴＲが正であるかどうかの判定をさらに行ない（ステップＳ２５０）、トルク指令値ＴＲが正（ＴＲ＞０）の場合（ステップＳ２５０におけるＹ判定）において、モータ消費エネルギＰｍを超えない範囲内で発電量Ｐｇを設定してもよい（ステップＳ２６０〜Ｓ２８０）。

この場合には、まず、図６に示した演算部２７０によりモータ消費エネルギＰｍが演算され（ステップＳ２７０）、ステップＳ２００において設定された発電量ＰｇとステップＳ２７０で算出されたモータ消費エネルギＰｍの大小が比較される（ステップＳ２８２）、そして、発電量Ｐｇがモータ消費エネルギＰｍを超えている場合（ステップＳ２８２におけるＹ判定）には、発電量Ｐｇ＝Ｐｍに修正される（ステップＳ２８４）。一方、発電量Ｐｇがモータ消費エネルギＰｍよりも小さい場合（ステップＳ２８２におけるＮ判定）には、ステップＳ２００における発電量Ｐｇの設定が維持される。すなわち、制御部２７０は、交流モータＭ１における消費エネルギＰｍを超えないように発電機Ｇ１における発電量Ｐｇに上限を設定する。

これに対して、トルク指令値ＴＲが零または負である場合には（ステップＳ２５０におけるＮ判定）、図７のステップＳ２２０と同様に、発電量Ｐｇ＝０に強制的に修正することにより、発電機Ｇ１での発電が強制的に禁止される（ステップＳ２６０）。

なお、昇降圧コンバータの正常時（ステップＳ２１０のＮ判定）における制御フローおよび、ステップＳ２３０におけるエンジン回転数調整については、図７で説明したのと同様である。

図６〜図８に構成およびフローチャートと、この発明の構成との対応関係を説明すると、エンジン５５（図６）がこの発明における「動力源」に相当し、発電機Ｇ１がこの発明における「発電機」に相当する。また、ステップＳ２００（図７，８）がこの発明における「発電量設定手段」に相当し、ステップＳ２２０（図７）がこの発明における「発電量設定修正手段」に相当し、ステップＳ２３０（図７）がこの発明における「動力源出力修正手段」に相当する。さらに、ステップＳ２７０（図８）がこの発明における「電力演算手段」に相当し、ステップＳ２８０がこの発明における「第２の発電制限手段」に相当する。

以上説明したように、実施の形態２に従う電動機駆動装置では、交流モータＭ１および発電機Ｇ１を備えた構成において、昇降圧コンバータの異常時に、電力変換器（昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４）内に高電圧が発生することを防止できる。さらに、図８に示す制御方法によれば、昇降圧コンバータの異常時での交流モータの非常運転、すなわちハイブリッド自動車等の退避走行時に、電力線７に余剰電力が発生しない範囲で交流モータＭ１での消費エネルギを発電機Ｇ１によって供給できる。したがって、直流電源（バッテリ）の蓄積電力の消費を抑制できる。

なお、上記の実施の形態では、この発明による電動機駆動装置がハイブリッド自動車に搭載される構成例を代表的に説明したが、本発明の適用はこのような場合に限定されるものではない。すなわち、バッテリ（二次電池）、電力変換器および正・負トルクを出力するように制御される電動機によって構成される電動機駆動装置であれば、電気自動車やあるいは他の機器・システムに搭載されたものに対しても本発明を適用できる。また、電動機についても、交流モータに限定される種々の形式のものを適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による電動機駆動装置の構成を示す概略ブロック図である。 図１に示された制御装置の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１による電動機駆動装置におけるモータトルク指令値演算方法を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態１の変形例によるモータトルク指令値演算方法を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２による電動機駆動装置の構成を示す概略ブロック図である。 図５に示された制御装置の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態２による電動機駆動装置における発電量演算方法を説明する第１のフローチャートである。 この発明の実施の形態２による電動機駆動装置における発電量演算方法を説明する第１のフローチャートである。

符号の説明

５ アース線、６，７ 電力線、１０，１３ 電圧センサー、１２ 昇降圧インバータ、１４ インバータ、１８ 整流器、２４，２５ 電流センサー、３０，３０Ａ 制御装置、５５ エンジン、５６ 判定部（昇降圧コンバータ異常）、１００，１００Ａ 電動機駆動装置、１１０，１２０ 電力負荷、２００ トルク指令値演算部、２５０ 発電制御部、ＡＣＣ アクセル開度、Ｂ 直流電源（二次電池）、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ１４ ダイオード、ＥＭＧ 異常検知フラグ、Ｇ１ 発電機、Ｌ１ リアクトル（昇降圧コンバータ）、Ｍ１ 交流モータ、ＭＲＮ モータ回転数、Ｐｇ 発電量、Ｐｍ モータ消費エネルギ、Ｑ１，Ｑ２ 電力用半導体スイッチング素子（昇降圧コンバータ）、Ｑ３〜Ｑ８ 電力用半導体スイッチング素子（インバータ）、ＲＤＮ 制御信号（エンジン回転数）、Ｓ１，Ｓ２ スイッチング制御信号（昇降圧コンバータ）、Ｓ３〜Ｓ８ スイッチング制御信号（インバータ）、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｔｂ バッテリ温度、Ｔｌｍ 負トルク制限値、Ｔｍ モータ出力トルク、Ｔｍｍａｘ トルク上限値、Ｔｍｍｉｎ トルク下限値、ＴＲ モータトルク指令値、Ｖｂ バッテリ電圧、ＶＣＲ 車速、Ｖｍ 電圧（平滑コンデンサＣ２）、Ｗｉｎ 充電許可電力、Ｗｏｕｔ 出力許可電力。

Claims (7)

1. 充放電可能な二次電池と、
   発生トルクが正である場合に駆動電力を消費する一方で、該発生トルクが負であるときに発電する電動機と、
   前記二次電池および前記電動機の間に設けられ、前記電動機のトルク指令値に従って、前記二次電池の出力電力を前記電動機の駆動電力に変換する第１の電力変換および前記電動機の発電電力を前記二次電池への入力電力に変換する第２の電力変換を行なうための電力変換器と、
   前記電力変換器の異常を検出する異常検出部と、
   前記二次電池の状態に基づき、前記二次電池の充電許可電力および出力許可電力を決定する第１の上下限設定手段と、
   前記異常検出部によって前記第２の電力変換の異常が検出された場合に、前記二次電池の充電許可電力を零に修正する第１の設定修正手段と、
   前記充電許可電力および前記出力許可電力に対応させて前記電動機の出力トルクの下限値および上限値を算出する第２の上下限設定手段と、
   前記電動機への出力要求に基づき、前記出力トルクの下限値および上限値の範囲内で前記トルク指令値を設定するトルク指令値設定手段と、
   前記異常検出部によって前記第２の電力変換の異常が検出された場合に、前記トルク指令値設定手段によって設定された前記トルク指令値が負であるときには、前記トルク指令値を零に修正する第２の設定修正手段とを備える、電動機駆動装置。
2. 充放電可能な二次電池と、
   発生トルクが正である場合に駆動電力を消費する一方で、該発生トルクが負であるときに発電する電動機と、
   前記二次電池および前記電動機の間に設けられ、前記電動機のトルク指令値に従って、前記二次電池の出力電力を前記電動機の駆動電力に変換する第１の電力変換および前記電動機の発電電力を前記二次電池への入力電力に変換する第２の電力変換を行なうための電力変換器と、
   前記電力変換器の異常を検出する異常検出部と、
   前記異常検出部によって前記第２の電力変換の異常が検出された場合に、前記電動機の発電量を所定値以下に制限する第１の発電制限手段とを備え、
   前記所定値は、前記電動機からの発電電力が出力される電力線に接続された前記電動機以外の負荷による消費電力、および前記電動機から前記電力線までの間の発電時損失電力の少なくとも一方を考慮して設定される、電動機駆動装置。
3. 前記二次電池の状態に基づき、前記二次電池の充電許可電力および出力許可電力を決定する第１の上下限設定手段と、
   前記異常検出部によって前記第２の電力変換の異常が検出された場合に、前記二次電池の充電許可電力を零に修正する第１の設定修正手段と、
   前記充電許可電力および前記出力許可電力に対応して、前記電動機の出力トルクの下限値および上限値を算出する第２の上下限設定手段と、
   前記電動機への出力要求に基づき、前記出力トルクの下限値および上限値の範囲内で前記電動機のトルク指令値を設定するトルク指令値設定手段とをさらに備え、
   前記発電制限手段は、前記異常検出部によって前記第２の電力変換の異常が検出された場合に、前記トルク指令値設定手段による前記トルク指令値が前記所定値に対応する負の所定トルク値よりも小さいときには、前記トルク指令値を前記所定トルク値に修正する、請求項２記載の電動機駆動装置。
4. 前記電動機以外の動力源と、
   前記動力源の出力によって発電可能であり、かつ、その発電電力が前記電力変換器による前記第２の電力変換によって前記二次電池へ入力されるように構成された発電機と、
   前記二次電池の状態に応じて前記発電機での発電量を設定する発電量設定手段と、
   前記異常検出部によって前記第２の電力変換の異常が検出された場合に、前記発電機での発電量を零に修正する発電量設定修正手段と、
   前記発電機での発電量に応じて、前記動力源の出力を調整する動力源出力調整手段とをさらに備える、請求項１または２記載の電動機駆動装置。
5. 前記電動機以外の動力源と、
   前記動力源の出力によって発電可能であり、かつ、その発電電力が前記電力変換器による前記第２の電力変換によって前記二次電池へ入力されるように構成された発電機と、
   前記二次電池の状態に応じて前記発電機での発電量を設定する発電量設定手段と、
   前記トルク指令値に基づき、前記電動機での消費電力を算出する電力演算手段と、
   前記異常検出部によって前記第２の電力変換の異常が検出された場合に、前記発電機での発電量が前記電力演算部で算出された前記消費電力を超えないように制限する第２の発電制限手段と、
   前記発電機での発電量に応じて、前記動力源の出力を調整する動力源出力調整手段とをさらに備える、請求項１または２記載の電動機駆動装置。
6. 前記電力変換器は、
   前記二次電池からの出力電圧を昇圧するとともに、前記二次電池への入力電圧を降圧する双方向の昇降圧コンバータと、
   前記昇降圧コンバータによって昇圧された前記二次電池からの出力電圧を前記電動機を駆動する交流電圧に変換するとともに、前記電動機が発電した交流電圧を直流電圧に変換するインバータと、
   前記昇降圧コンバータおよび前記インバータの間に接続された平滑コンデンサとを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
7. 前記昇降圧コンバータの入出力電圧を検出する電圧センサーをさらに備え、
   前記異常検出部は、前記電圧センサーによる検出電圧に基づき、前記昇降圧コンバータの入出力電圧の比に関する目標値と実測値との比較によって、前記電力変換器における前記第２の電力変換の異常を検知する、請求項６に記載の電動機駆動装置。

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