CN103828173B - 电源***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电源***（20），向负载（10）供给电力，具备：第一蓄电装置（100）；第二蓄电装置（150）；电力线（HPL），其用于传递相对于负载（10）输入输出的电力；转换器（110），其用于在第一蓄电装置（100）与电力线（HPL）之间执行双向的直流电压变换；以及通断器（RL1），其连接在第二蓄电装置（150）与电力线（HPL）之间。控制装置（300），在通断器（RL1）断开时，对转换器（110）进行电压控制，以使电力线（HPL）的电压值成为电压指令值，在通断器（RL1）接通时，对所述转换器（110）进行电流控制，以使第一蓄电装置（100）的电流值成为电流指令值。

Description

电源***及其控制方法

技术领域

本发明涉及电源***及其控制方法，更特定而言，涉及搭载有多个蓄电装置的电源***的控制。

背景技术

在应用于电动车辆的电源***中，采用了如下技术：通过转换器和变换器的组合来构成将车载的蓄电装置的输出电力变换为行驶用马达的驱动电力的电力变换装置，所述转换器能够对蓄电装置的输出电压进行升压，所述变换器将转换器的输出直流电压变换为交流电压并施加于马达。

在日本特开2009-159663号公报（专利文献1）中，公开了一种具备多个蓄电装置和多个转换器的电源***，所述多个转换器分别设置在连接于变换器的直流电力线与多个蓄电装置之间。在该专利文献1所记载的电源***中，按照用于使直流电力线的电压值成为预定的电压目标值的电压控制来控制两个转换器中的一方，另一方面，按照用于使对应的蓄电装置的充放电电流成为预定的电流目标值的电流控制来控制另一方。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2009-159663号公报

专利文献2：日本特开2010-288346号公报

专利文献3：日本特开2010-206912号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述专利文献1所记载的电源***中，用于控制各蓄电装置的充放电电力的转换器与各蓄电装置对应设置。由此，能够独立地对各蓄电装置进行充放电。

但是，对于任意蓄电装置的充放电，都会产生转换器中的电力损失。另外，为了延长电动车辆的可续航距离，希望通过增加搭载的蓄电装置的个数来增大蓄电装置的充放电容量，但也需要增加转换器的个数，从而会增大电力损失并且导致电源***的大型化和成本上升。因此，需要构筑一种用于既确保转换器的直流电压的可变控制功能又有效利用多个蓄电装置的构造。

因此，本发明是为了解决这样的问题而完成的发明，其目的在于，既确保直流电压的可变控制功能，又简单且高效地构成搭载有多个蓄电装置的电源***。

用于解决问题的手段

根据本发明的某方面，一种电源***，向负载供给电力，具备：第一蓄电装置；第二蓄电装置；电力线，其用于传递相对于负载输入输出的电力；转换器，其用于在第一蓄电装置与电力线之间执行双向的直流电压变换；通断器，其连接在第二蓄电装置与电力线之间；以及控制装置，其对通断器的接通、断开和转换器进行控制。在通断器断开时，控制装置对转换器进行电压控制，以使电力线的电压值成为电压指令值，另一方面，在通断器接通时，控制装置对转换器进行电流控制，以使第一蓄电装置的电流值成为电流指令值。

优选，控制装置包括：切换部，其根据负载的动作状态，切换通断器的接通、断开；电压控制部，其根据电压反馈控制要素的输出，对转换器进行电压控制，所述电压反馈控制要素至少包括对电力线的电压值相对于电压指令值的偏差进行积分的积分要素；以及电流控制部，其根据电流反馈控制要素的输出，对转换器进行电流控制，所述电流反馈控制要素至少包括对第一蓄电装置的电流值相对于电流指令值的偏差进行积分的积分要素。电压控制部，在将通断器从接通切换为断开时，从电流控制部继承电流反馈控制要素中的积分要素的输出，作为电压反馈控制要素中的积分要素的初始值。

优选，电流控制部，在将通断器从断开切换为接通时，从电压控制部继承电压反馈控制要素中的积分要素的输出，作为电流反馈控制要素中的积分要素的初始值。

优选，电压控制部包括：电压控制运算部，其对电力线的电压值相对于电压指令值的偏差进行比例积分运算，并将算出的控制量作为电流指令值输出；和电流控制运算部，其对第一蓄电装置的电流值相对于从电压控制运算部输出的电流指令值的偏差进行比例积分运算，并将算出的控制量作为向转换器的占空比指令值输出。电流控制运算部，在通断器接通时，构成为取代从电压控制运算部输出的电流指令值而接收根据第一蓄电装置应该分担的电力目标值设定的电流指令值，从而作为电流控制部发挥功能。

优选，负载包括接受从电源***供给的电力来产生车辆驱动力的电动机。电压控制部，根据电动机的转矩和转速算出电力线的最低需要电压，并且在最低需要电压以上的范围内设定电压指令值。电流控制部，根据电动机的转矩和转速算出电动机的需要电力，并且根据电动机的需要电力决定第一蓄电装置应该分担的电力目标值，且通过将电力目标值除以第一蓄电装置的电压来设定电流目标值。

根据本发明的其他的方面，一种电源***的控制方法，所述电源***向负载供给电力，其中，电源***包括：第一蓄电装置；第二蓄电装置；电力线，其用于传递相对于负载输入输出的电力；转换器，其用于在第一蓄电装置与电力线之间执行双向的直流电压变换；以及通断器，其连接在第二蓄电装置与电力线之间。控制方法包括以下步骤：在通断器断开时，对转换器进行电压控制，以使电力线的电压值成为电压指令值；和在通断器接通时，对转换器进行电流控制，以使第一蓄电装置的电流值成为电流指令值。

发明的效果

根据本发明，在搭载有多个蓄电装置的电源***中，即使构成为仅在一部分蓄电装置设置有转换器，也能够协调性地使用多个蓄电装置向负载供给电力。其结果，能够有效利用多个蓄电装置向负载供给电力，因此能够以小型化且低成本高效地构成电源***。

附图说明

图1是应用本发明的实施方式的电源***的电动车辆的概略结构图。

图2是表示***电压与电动发电机的可动作区域的关系的概念图。

图3是对本发明的实施方式的电源***的控制处理的一例进行说明的流程图。

图4是对本发明的实施方式的电源***中的转换器的控制处理进行说明的流程图。

图5是对控制装置的用于实现转换器的电流控制的控制块的结构例进行说明的图。

图6是对控制装置的用于实现转换器的电压控制的控制块的结构例进行说明的图。

图7是对控制装置的用于实现转换器的电流控制和电压控制的切换的控制块的结构例进行说明的图。

图8是表示用于实现转换器的电流控制和电压控制的切换的控制装置的处理步骤的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。此外，图中相同标号表示相同或相当部分。

[车辆的基本结构]

图1是应用本发明的实施方式的电源***的电动车辆的概略结构图。

参照图1，在本发明的实施方式中，对将产生电动车辆5的驱动力的驱动***作为负载10的情况进行例示。电动车辆5通过将驱动力传递到驱动轮260来进行行驶，所述驱动力通过从电源***20向负载10供给的电力而产生。另外，在再生时，电动车辆5利用负载10从动能产生电力，并回收到电源***20。

电动车辆5代表性地是混合动力车辆，搭载有内燃机（发动机）220和电动机（MG：MotorGenerator，电动发电机），将来自各自的驱动力控制为最佳比率来进行行驶。电动车辆5搭载有用于向该电动发电机供给电力的多个（例如两个）蓄电装置。这些蓄电装置在电动车辆5的***启动状态下能够接受通过发动机220的工作而产生的动力来进行充电，并且，在电动车辆5的***停止期间能够经由未图示的连接部与车辆外部的电源电连接来进行充电。

此外，在本实施方式中，对电动车辆5具备两个电动发电机和与其对应的变换器的例子进行说明，但在具备一个电动发电机和变换器的情况下，在具备三个以上的电动发电机和变换器的情况下，也能够应用本发明。

电动车辆5具备负载10、电源***20以及控制装置300。负载10包括变换器120、电动发电机MG1、MG2、动力分配机构250、发动机220以及驱动轮260。

电动发电机MG1、MG2是交流旋转电机，例如是具备埋设有永磁体的转子和具有在中性点Y接线的三相线圈的定子的永磁体型同步电动机。

电动发电机MG1、MG2的输出转矩经由动力分配机构250传递到驱动轮260，从而使电动车辆5行驶。在电动车辆5的再生制动时，电动发电机MG1、MG2能够通过驱动轮260的旋转力进行发电。然后，该发电电力通过转换器110和变换器120变换为蓄电装置100和/或150的充电电力。

另外，电动发电机MG1、MG2也经由动力分配机构250与发动机220结合。然后，通过控制装置300使电动发电机MG1、MG2和发动机220协调性运转，从而产生需要的车辆驱动力。进而，电动发电机MG1、MG2能够通过发动机220的旋转进行发电，并能够使用该发电电力对蓄电装置100和/或150进行充电。此外，在本实施方式中，将电动发电机MG2主要用作用于驱动驱动轮260的电动机，将电动发电机MG1主要用作被发动机220驱动的发电机。即，电动发电机MG2与用于产生车辆驱动力的“电动机”对应。

为了将发动机220的动力分配到驱动轮260和电动发电机MG1，动力分配机构250构成为包括行星齿轮机构（行星齿轮）。

电流传感器230、240分别检测在电动发电机MG1、MG2中分别流动的马达电流（即，变换器输出电流）MCRT1、MCRT2，并将该检测到的马达电流向控制装置300输出。此外，因为U、V、W相的各电流iu、iv、iw的瞬时值之和为零，所以将电流传感器230、240配置成检测U、V、W相中的两个相的马达电流（例如，V相电流iv和W相电流iw）就足够了。

旋转角传感器（例如，旋转变压器）270、280分别检测电动发电机MG1、MG2的旋转角θ1、θ2，并将该检测到的旋转角θ1、θ2向控制装置300送出。在控制装置300中，能够基于旋转角θ1、θ2算出电动发电机MG1、MG2的转速和角速度。此外，通过由控制装置300根据马达电压和电流直接运算旋转角θ1、θ2，也可以省略配置旋转角传感器270、280。

变换器120在电源线HPL、接地线NL1之间的直流电力与相对于电动发电机MG1、MG2输入输出的交流电力之间执行双向电力变换。即，电源线HPL与用于传递相对于电动发电机MG1、MG2输入输出的电力的“电力线”对应。

变换器120包括未图示的用于驱动电动发电机MG1的第一变换器和用于驱动电动发电机MG2的第二变换器。主要地，第一变换器根据来自控制装置300的控制信号PWI，将电动发电机MG1通过发动机220的输出而产生的交流电力变换为直流电力，并向电源线HPL和接地线NL1供给。此时，转换器110被控制装置300控制成作为降压电路进行动作。由此，在车辆行驶期间也能够通过发动机220的输出主动地对蓄电装置100和/或蓄电装置150进行充电。

另外，在发动机220启动时，第一变换器根据来自控制装置300的控制信号PWI，将来自蓄电装置100和蓄电装置150的直流电力变换为交流电力，并向电动发电机MG1供给。由此，发动机220能够以电动发电机MG1为启动器进行启动。

第二变换器根据来自控制装置300的控制信号PWI，将经由电源线HPL和接地线NL1供给的直流电力变换为交流电力，并向电动发电机MG2供给。由此，电动发电机MG2产生电动车辆5的驱动力。

另一方面，在电动车辆5的再生制动时，电动发电机MG2伴随驱动轮260的减速而发电产生交流电力。此时，第二变换器根据来自控制装置300的控制信号PWI，将电动发电机MG2产生的交流电力变换为直流电力，并向电源线HPL和接地线NL1供给。由此，在减速时和/或下坡行驶时对蓄电装置100和/或蓄电装置150进行充电。

电源***20包括与“第一蓄电装置”对应的蓄电装置100、与“第二蓄电装置”对应的蓄电装置150、***主继电器190、继电器RL1～RL3和电阻R2、转换器110、以及平滑电容器C1、C2。

蓄电装置100、150是能够再充电的电力储存元件，代表性地应用锂离子电池或镍氢电池等二次电池。因此，以下，将蓄电装置100和蓄电装置150分别也称作电池100和电池150。但是，也可以通过双电层电容器等电池以外的电力储存元件、或者电池以外的电力储存元件与电池的组合来构成蓄电装置100、150。

另外，蓄电装置100和150可以由相同种类的蓄电装置构成，也可以由不同种类的蓄电装置构成。

电池100和150各自由串联连接的多个电池单元构成。即，电池100和150各自的输出电压的额定值依存于串联连接的电池单元的个数。

在电池100设置有用于检测电池电压Vb1、电池电流Ib1的电池传感器105。同样，在电池150设置有用于检测电池电压Vb2、电池电流Ib2的电池传感器155。电池传感器105、155的检测值向控制装置300传递。

***主继电器190包括继电器SMR1～SMR3和电阻R1。继电器SMR1、SMR2分别插置在电源线PL1和接地线NL1。继电器SMR3与继电器SMR2并联连接且与电阻R1串联连接。即，继电器SMR3与电阻R1串联连接而得到的电路与继电器SMR2并联连接。继电器SMR1～SMR3的接通/断开根据从控制装置300提供的继电器控制信号SE1～SE3来控制。

继电器RL1连接在电源线HPL与蓄电装置150的正极端子之间。继电器RL2连接在蓄电装置150的负极端子与接地线NL1之间。继电器RL3与继电器RL2并联连接且与电阻R2串联连接。即，继电器RL3与电阻R2串联连接而得到的电路与继电器RL2并联连接。继电器RL1～RL3的接通/断开根据从控制装置300提供的继电器控制信号SR1～SR3来控制。继电器RL1用作能够将蓄电装置150与电源线HPL的电连接切断的“通断器”的代表例。即，能够取代继电器RL1而应用任意形式的通断器。

转换器110构成为在蓄电装置100与传递变换器120的直流链路电压的电源线HPL之间执行双向的直流电压变换。即，蓄电装置100的输入输出电压和电源线HPL与接地线NL1之间的直流电压被双向地升压或降压。

具体而言，转换器110包括一端与电源线PL1连接的电抗器L1、串联连接在电源线HPL与接地线NL1之间的开关元件Q1、Q2、以及分别与开关元件Q1、Q2并联连接的二极管D1、D2。开关元件代表性地使用IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管）、双极型晶体管、MOSFET（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor：金属氧化物半导体场效晶体管）或者GTO（GateTurnOffThyristor：可关断晶闸管）等。此外，在本实施方式中，以使用IGBT作为开关元件的情况为例进行说明。

电抗器L1的另一端与开关元件Q1的发射极及开关元件Q2的集电极连接。二极管D1的阴极与开关元件Q1的集电极连接，二极管D1的阳极与开关元件Q1的发射极连接。二极管D2的阴极与开关元件Q2的集电极连接，二极管D2的阳极与开关元件Q2的发射极连接。

开关元件Q1、Q2通过来自控制装置300的控制信号PWC而被控制为接通或断开。

平滑电容器C1连接在电源线PL1与接地线NL1之间，减小电源线PL1与接地线NL1之间的电压变动。电压传感器170检测平滑电容器C1的端子间电压VL并对控制装置300输出。转换器110对平滑电容器C1的端子间电压进行升压。电流传感器160插置在电源线PL1，检测在电抗器L1中流动的电流（相当于蓄电装置100的充放电所涉及的电流）IL并对控制装置300输出。此外，电流传感器160不是必需的，也可以通过由蓄电装置100具备的电池传感器105检测的电池电流Ib1来代替电流IL。

平滑电容器C2连接在电源线HPL与接地线NL1之间，减小电源线HPL与接地线NL1之间的电压变动。即，平滑电容器C2使通过转换器110升压后的电压平滑化。电压传感器180检测平滑电容器C2的端子间电压VH并对控制装置300输出。以下，将平滑电容器C2的端子间电压VH（即，变换器120的直流侧电压）也称作“***电压VH”。

控制装置300包括均未图示的CPU（CentralProcessingUnit）、存储装置以及输入输出缓冲器，对转换器110和变换器120进行控制。此外，这些控制不限于软件处理，也可以构筑专用的硬件（电子电路）进行处理。

控制装置300接收通过电流传感器230、240检测到的分别在电动发电机MG1、MG2中流动的马达电流MCRT1、MCRT2的检测值。控制装置300接收通过旋转角传感器270、280检测到的电动发电机MG1、MG2的旋转角θ1、θ2的检测值。另外，控制装置300接收通过电压传感器170、180检测到的平滑电容器C1、C2的两端的电压VL、VH的检测值、和通过电流传感器160检测到的蓄电装置100的充放电所涉及的电流IL的检测值。控制装置300还接收表示未图示的点火开关的接通/断开状态的点火信号IG。

控制装置300基于平滑电容器C1、C2的两端的电压VL、VH，生成转换器110的控制信号PWC。然后，控制装置300通过控制信号PWC来驱动转换器110的开关元件Q1、Q2，从而使转换器110进行升压动作或降压动作。

另外，控制装置300基于通过电流传感器230、240检测到的分别在电动发电机MG1、MG2中流动的马达电流MCRT1、MCRT2、和通过旋转角传感器270、280检测到的电动发电机MG1、MG2的旋转角θ1、θ2，生成用于驱动变换器120的控制信号PWI。然后，控制装置300通过控制信号PWI来驱动变换器120的开关元件，从而将从转换器110供给的直流电力变换为用于驱动电动发电机MG1、MG2的交流电力。

控制装置300基于点火信号IG生成继电器控制信号SE1～SE3。然后，控制装置300通过继电器控制信号SE1～SE3来控制***主继电器190的继电器SMR1～SMR3的接通、断开。具体而言，当驾驶者使点火开关接通从而点火信号IG从非激活状态切换为激活状态时，控制装置300首先使继电器SMR2保持断开状态而使继电器SMR1、SMR3接通。此时，一部分电流被电阻R1消耗，能够减小流入平滑电容器C1的电流，因此能够防止向平滑电容器C1的冲击电流。之后，当平滑电容器C1的预充电完成时，使继电器SMR2接通，接着使继电器SMR3断开。

控制装置300基于电动发电机MG1、MG2的动作状态和各传感器的检测值，生成继电器控制信号SR1～SR3。然后，控制装置300通过继电器控制信号SR1～SR3来控制继电器RL1～RL3的接通、断开。具体而言，在将蓄电装置150与电源线HPL电连接时，控制装置300首先使继电器RL2保持断开状态而使继电器RL1、RL3接通。此时，一部分电流被电阻R2消耗，能够减小流入平滑电容器C2的电流，因此能够防止向平滑电容器C2的冲击电流。之后，当平滑电容器C2的预充电完成时，使继电器RL2接通，接着使继电器RL3断开。

这样，本发明的实施方式的电源***20构成为包括多个蓄电装置100和150。并且，蓄电装置150不经由转换器110而直接与电源线HPL电连接。因此，在继电器RL1、RL2接通时，无法使***电压VH高于电池电压Vb2。

另一方面，蓄电装置100经由转换器110与电源线HPL连接。因此，在电池电压Vb1比***电压VH低的状态下也能够从蓄电装置100向电源线HPL供给电力，并且能够通过电源线HPL的电力对蓄电装置100进行充电。

因此，蓄电装置100的输出电压的额定值优选比蓄电装置150的输出电压的额定值低。这样，即使减少蓄电装置100中串联连接的电池单元的数量，也能够并联使用蓄电装置100和150。

接着，对电动发电机MG1、MG2的动作状态与***电压VH的关系进行详细说明。

为了平滑地驱动电动发电机MG1、MG2，需要根据电动发电机MG1、MG2的动作点，具体而言，根据转速和转矩来适当设定***电压VH。首先，变换器120的电力变换的调制率存在一定的极限，因此，对于***电压VH，存在能够输出的上限转矩。

图2是表示***电压与电动发电机的可动作区域的关系的概念图。

参照图2，电动发电机的可动作区域和动作点通过转速与转矩的组合来表示。最大输出线200表示***电压VH=Vmax（上限电压）时的可动作区域的极限。最大输出线200具有在转矩T<Tmax（最大转矩）且转速N<Nmax（最高转速）时也被相当于输出电力的T×N限制的部分。当***电压VH降低时，可动作区域逐渐变窄。

例如，动作点P1能够在***电压VH=Va时实现。在从该状态起通过用户的加速器操作使电动车辆5加速的情况下，车辆驱动力的要求值变高。由此，电动发电机MG2的输出转矩增加，因此动作点变化到P2。但是，若不使***电压VH上升到Vb（Vb>Va），则不能与动作点P2对应。

基于图2所示的***电压VH与动作区域的边界线的关系，能够求出电动发电机MG1、MG2的各动作点（转速、转矩）下的***电压VH的下限值（最低需要电压VHmin）。

另外，在电动发电机MG1、MG2会产生与转速相应的感应电压。当该感应电压高于***电压VH时，不能控制电动发电机MG1、MG2的电流。因此，在电动发电机MG1、MG2的转速高的电动车辆5的高速行驶时，***电压VH的最低需要电压VHmin上升。

根据这些观点可知，能够与电动发电机MG1、MG2的动作点对应而预先算出用于确保与该动作点相应的输出的最低需要电压VHmin。

图3是对本发明的实施方式的电源***的控制处理的一例进行说明的流程图。以图3为首，以下所示的流程图的各步骤的处理通过控制装置300的软件处理或硬件处理来执行。另外，以下所示的各流程图的一系列控制处理由控制装置300按预定的控制周期执行。

参照图3，在步骤S01中，控制装置300根据电动发电机MG1、MG2的动作状态，使用上述需要电压映射算出最低需要电压VHmin。进而，控制装置300考虑最低需要电压VHmin来设定电压指令值VH*。电压指令值VH*被设定为最低需要电压VHmin以上。例如，与VH>VHmin时相比，在存在电源***20和负载10中的损失最小的电压时，出于燃料效率优先的观点，优选将电压指令值VH*设定为该电压。另一方面，在想要积极地使用蓄电装置150的情况下，电压指令值VH*优选为低，因此也可以设定为电压指令值VH*=VHmin。

这样，电压指令值VH*能够在考虑了最低需要电压VHmin的基础上与电动发电机MG1、MG2的动作点对应地算出。因此，能够与电动发电机MG1、MG2的动作点对应地预先制作用于算出与该动作点相应的电压指令值VH*的映射（电压指令值映射）。电压指令值映射存储于控制装置300的未图示的存储器。这样，在本实施方式的电动车辆中，为了平滑且高效地驱动电动发电机MG1、MG2，对***电压VH进行可变控制。即，根据电动发电机MG1、MG2的动作状态（转速和转矩），对向电动发电机MG1、MG2施加的电压振幅（脉冲电压振幅）进行可变控制。

在步骤S02中，控制装置300基于图1所示的电池传感器105、155的检测值，读入电池信息。在电池信息中至少包含电池电压Vb2。

控制装置300通过步骤S03，将电池电压Vb2与在步骤S01中设定的电压指令值VH*进行比较。在电池电压Vb2为电压指令值VH*以上时（在步骤S03判定为是时），控制装置300使处理进入步骤S04，使继电器RL1、RL2接通。由此，蓄电装置150与电源线HPL连接。

转换器110通过后述方法来控制蓄电装置100的充放电，以使来自蓄电装置100的电流IL（相当于电池电流Ib1）与预定的电流目标值Ib1*一致。由此，能够任意地调整蓄电装置100的充放电电力Pb1，因而也能够间接地控制蓄电装置150的充放电电力Pb2。其结果，能够将蓄电装置100、150并联使用来控制相对于负载10的充放电。当电动车辆5在该状态下进行再生制动时，能够并联地对蓄电装置100、150进行充电。

另一方面，在电池电压Vb2低于电压指令值VH*时（在步骤S03的判定为否时），控制装置300使处理进入步骤S05，使继电器RL1、RL2断开。由此，蓄电装置150从电源线HPL切离。如上所述，因为电压指令值VH*≥VHmin，所以至少在Vb2<VHmin时切实地使继电器RL1、RL2断开。

此时，经由转换器110，仅使用蓄电装置100来控制相对于负载10的充放电。转换器110通过后述方法来控制蓄电装置100的充放电，以使***电压VH与预定的电压指令值VH*一致。当电动车辆5在该状态下进行再生制动时，仅对蓄电装置100进行充电。

这样，在本实施方式的电动车辆中，在使用了多个蓄电装置100、150的电源***中，即使仅在蓄电装置100设置转换器，也能够实现与电动发电机MG1、MG2的动作状态相应的***电压VH的可变控制。其结果，能够简单且高效地构成一种能够通过多个蓄电装置100、150的电力来扩大基于电动发电机MG1、MG2的输出的行驶距离的电源***。

特别是，对于与车辆加速时等对应的***电压VH的高电压区域，将输出电压比电压指令值（最低需要电压）低的蓄电装置150从电源线HPL切离，并且利用转换器110对蓄电装置100的输出电压进行升压，从而能够进行应对。另外，在蓄电装置150的输出电压高于电压指令值（最低需要电压）从而能够使用蓄电装置150时，能够将蓄电装置100、150并联使用。这样，能够有效利用多个蓄电装置100、150向电动发电机MG1、MG2供给电力，因此能够以小型化且低成本高效地构成电源***。

（转换器的电压变换控制）

以上，在本发明的实施方式的电源***20中，选择使用蓄电装置150的第一模式和不使用蓄电装置150的第二模式。对于该第一模式和第二模式，控制装置300分别如下控制转换器110的电压变换动作。

图4是对本发明的实施方式的电源***的转换器的控制处理进行说明的流程图。

参照图4，在步骤S11中，控制装置300对是否选择了使用蓄电装置150的第一模式进行判定。在选择了使用蓄电装置150的第一模式的情况下（在步骤S11的判定为是时），控制装置300通过步骤S12，算出从电源***20向负载10供给的电力中、蓄电装置100应该分担的电力目标值（即，蓄电装置100的充放电电力Pb1的目标值）Pb1*。

在此，在使用蓄电装置150的第一模式下，将蓄电装置100、150并联使用。因此，蓄电装置100的充放电电力Pb1与蓄电装置150的充放电电力Pb2之和成为电源***20与负载10之间的充放电电力。该负载10的充放电电力包括由电动发电机MG1发出/消耗的电力Pg和由电动发电机MG2发出/消耗的电力Pm，因此，蓄电装置100的充放电电力Pb1及蓄电装置150的充放电电力Pb2与负载10的充放电电力的关系通过下述式（1）来表示。

Pb1+Pb2=Pg+Pm…（1）

在将蓄电装置100、150并联使用的状态下，蓄电装置150的充放电电力Pb2随着转换器110对蓄电装置100的充放电控制而确定。即，蓄电装置150的充放电电力Pb2根据情况而确定。因此，在第一模式下，控制装置300控制转换器110，以使得：从电源***20向负载10供给的电力中，蓄电装置100分担的电力（充放电电力Pb1）为预定的电力目标值Pb1*。由此，能够任意地调整蓄电装置100的充放电电力Pb1，因而也能够间接地控制蓄电装置150的充放电电力Pb2。其结果，能够协调性地使用蓄电装置100、150向电动发电机MG1、MG2供给电力。

具体而言，控制装置300在通过步骤S12算出了电力目标值Pb1*时，在步骤S13中将电力目标值Pb1*除以蓄电装置100的电池电压Vb1来算出蓄电装置100的电流指令值Ib1*。然后，控制装置300通过步骤S14，控制转换器110以使得来自蓄电装置100的电流IL为电流指令值Ib1*。由此，转换器110按照电流控制进行电压变换动作，以实现蓄电装置100处的电力分配。

与此相对，在选择了不使用蓄电装置150的第二模式的情况下（在步骤S11的判定为否时），控制装置300通过步骤S15算出电压指令值VH*。关于电压指令值VH*的计算，执行图3的步骤S01所示的处理。

在步骤S16中，控制装置300控制转换器110以使得***电压VH为电压指令值VH*。因此，转换器110按照电压控制进行电压变换动作，以使***电压VH稳定化。

图5是说明控制装置300的用于实现转换器110的电流控制的控制块的结构例的图。

参照图5，作为用于对转换器110进行电流控制的结构，控制装置300包括电力目标值生成部30、除法运算部32、减法运算部34、PI控制部36以及传递函数（Gi）38。

电力目标值生成部30在蓄电装置100的能够充放电的电力范围内算出蓄电装置100的电力目标值Pb1*。此外，蓄电装置100的能够充放电的电力范围通过充电电力上限值和放电电力上限值来规定。

除法运算部32将电力目标值Pb1*除以蓄电装置100的电池电压Vb1来算出蓄电装置100的电流目标值Ib1*，并向减法运算部34输出。

减法运算部34根据电流目标值Ib1*与电流IL之差运算电流偏差ΔIL，并向PI控制部36输出。PI控制部36按照预定的比例增益和积分增益，生成与电流偏差ΔIL相应的PI输出，并向传递函数38输出。PI控制部36构成电流反馈控制要素。

具体而言，PI控制部36包括比例要素（P：proportionalelement）、积分要素（I：integralelement）和加法运算部。比例要素将电流偏差ΔIL乘以预定的比例增益Kp并向加法运算部输出，积分要素以预定的积分增益Ki（积分时间：1/Ki）对电流偏差ΔIL进行积分，并向加法运算部输出。然后，加法运算部将来自比例要素与积分要素的输出相加而生成PI输出。该PI输出相当于用于实现电流控制的反馈控制量。PI控制部36按照反馈控制量与前馈控制量DiFF之和，生成用于电流控制的占空比指令值Di。占空比指令值Di是电流控制中的对转换器110的开关元件Q2（图1）的接通、占空进行规定的控制指令。另外，电流控制中的前馈控制量DiFF根据电压指令值VH*与蓄电装置100的电压Vb1的电压差来设定。传递函数（Gi）38相当于转换器110相对于作为电流源进行动作的蓄电装置100的传递函数。

图6是对控制装置300的用于实现转换器110的电压控制的控制块的结构例进行说明的图。

参照图6，作为用于对转换器110进行电压控制的结构，控制装置300包括电压指令值生成部40、减法运算部42、PI控制部44、传递函数（Gi）38以及传递函数（Gv）46。

电压指令值生成部40基于电动发电机MG1、MG2的动作状态设定电压指令值VH*。如图2中说明那样，电压指令值生成部40根据电动发电机MG1、MG2的动作状态算出最低需要电压VHmin，并考虑算出的最低需要电压VHmin来设定电压指令值VH*。

减法运算部42根据电压指令值VH*与***电压VH之差运算电压偏差ΔVH，并向PI控制部44输出。PI控制部44按照预定的比例增益和积分增益，生成与电压偏差ΔVH相应的PI输出，并向传递函数38输出。PI控制部44构成电压反馈控制要素。

具体而言，PI控制部44包括比例要素、积分要素和加法运算部。比例要素将电压偏差ΔVH乘以预定的比例增益Kp并向加法运算部输出，积分要素以预定的积分增益Ki（积分时间：1/Ki）对电压偏差ΔVH进行积分，并向加法运算部输出。加法运算部将来自比例要素和积分要素的输出相加而生成PI输出。该PI输出相当于用于实现电压控制的反馈控制量。PI控制部44按照反馈控制量与前馈控制量DvFF之和，生成用于电压控制的占空比指令值Dv。占空比指令值Dv是电压控制中的用于对转换器110的开关元件Q2（图1）的接通、占空进行规定的控制指令。另外，电压控制中的前馈控制量DvFF根据电压指令值VH*与蓄电装置100的电压Vb1的电压差来设定。传递函数（Gi）38和传递函数（Gv）46相当于转换器110相对于作为电压源进行动作的蓄电装置100的传递函数。

以上，在使用蓄电装置150的第一模式下，转换器110按照电流控制进行电压变换动作，在不使用蓄电装置150的第二模式下，转换器110按照电压控制进行电压变换动作。因此，每当切换第一模式和第二模式时，在转换器110中切换应用电流控制和电压控制。由此，在切换控制的定时，转换器110的输出电压即***电压VH可能会产生变动。

因此，在本发明的实施方式的电源***中，在切换电流控制和电压控制时，将切换前的控制中的反馈控制要素中的积分要素的输出（积分项）继承为切换后的控制中的反馈控制要素中的积分要素的初始值。

具体而言，在图5的控制块中，PI控制部36根据基于电流偏差ΔIL的控制运算，代表性地，根据下述式（2）的比例积分（PI）运算，算出电流IL的反馈控制量ILfb。

ILfb=ILfb（P）+ILfb（I）

=Kp·ΔIL+Σ（Ki·ΔIL）…（2）

在式（2）中，ILfb（P）是比例项，ILfb（I）是积分项。另外，ΔIL是本次控制周期内的电流偏差，Kp、Ki是反馈增益。

在从第一模式向第二模式切换时，即，在从电流控制向电压控制切换时，控制装置300将式（2）中的积分项ILfb（I）用作图6的控制块的PI控制部44中的积分要素的初始值。即，在从电流控制向电压控制切换时，PI控制部44将对在上次控制周期内算出的积分项加上本次控制周期内的电流偏差ΔIL与积分增益Ki之积而得到的值，作为本次控制周期内的积分项输出。这样，通过在PI控制部36与PI控制部44之间继承反馈控制量中的积分项，能够防止在切换控制时反馈控制量不连续。由此，能够避免***电压VH产生变动。

以下，对控制装置300的用于实现转换器110的电流控制和电压控制的切换的控制块的结构进行说明。

图7是说明控制装置300的用于实现转换器110的电流控制和电压控制的切换的控制块的结构例的图。

参照图7，控制装置300包括模式判定部50、指令值生成部52、切换部54、除法运算部32、减法运算部42、PI控制部44、传递函数38、46以及开关SW1、SW2。

当按照图3所示的流程图选择了使用蓄电装置150的第一模式和不使用蓄电装置150的第二模式的一方时，模式判定部50按照所选择的模式，选择电流控制和电压控制的一方。模式判定部50生成表示选择了电流控制和电压控制的哪一方的信号，并向指令值生成部52和切换部54送出。

指令值生成部52根据通过模式判定部50选择出的控制，生成电力目标值Pb1*和电压指令值VH*的一方。具体而言，在选择了电流控制的情况下，指令值生成部52在蓄电装置100的能够充放电的电力范围内算出蓄电装置100的电力目标值Pb1*。另一方面，在选择了电压控制的情况下，指令值生成部52基于电动发电机MG1、MG2的动作状态设定电压指令值VH*。即，指令值生成部52兼具图5所示的电力目标值生成部30和图6所示的电压指令值生成部40的功能。

在图7所示的结构中，减法运算部42、PI控制部44、传递函数（Gi）38以及传递函数（Gv）46形成用于对转换器110进行电压控制的电压反馈环。该电压反馈环具有与图6所示的控制块相同的控制构造。

详细而言，减法运算部42根据电压指令值VH*与***电压VH之差运算电压偏差ΔVH，并向PI控制部44输出。PI控制部44包括电压控制运算部440、减法运算部34以及电流控制运算部442。

电压控制运算部440使用电压偏差ΔVH，执行用于使***电压VH与电压指令值VH*一致的控制运算（比例积分运算）。然后，电压控制运算部440将算出的控制量作为电流指令值IL*输出。即，电压控制运算部440通过执行用于使***电压VH与电压指令值VH*一致的控制运算，从而生成与电压偏差ΔVH相应的电流指令值IL*。

减法运算部34根据从电压控制运算部440输出的电流指令值IL*与电流IL之差运算电流偏差ΔIL，并向电流控制运算部442输出。

电流控制运算部442使用电流偏差ΔIL，执行用于使电流IL与电流指令值IL*一致的控制运算（比例积分运算）。然后，电流控制运算部442按照算出的控制量与前馈控制量之和，生成用于电压控制的占空比指令值D。即，电流控制运算部442将电压控制运算部440的PI输出作为电流IL的电流指令值IL*，执行用于使电流IL与电流指令值IL*一致的控制运算。由此，当产生***电压VH相对于电流指令值VH*的偏差时，修正电流指令值IL*以消除该偏差，并执行电流控制以使电流IL与电流指令值IL*一致。

在图7所示的电压反馈环中，减法运算部42、电流控制运算部442、减法运算部34、电流控制运算部442以及传递函数38、46形成用于使***电压VH与电压指令值VH*一致的主环，减法运算部34、电流控制运算部442以及传递函数38形成用于使电流IL与电流指令值IL*一致的局部环。

控制装置300通过对该局部环添加除法运算部32，从而使局部环也作为用于对转换器110进行电流控制的电流反馈环发挥功能。该电流反馈环具有与图5所示的控制块相同的控制构造。

详细而言，除法运算部32将电力目标值Pb1*除以蓄电装置100的电池电压Vb1来算出蓄电装置100的电流目标值Ib1*，并向减法运算部34输出。

减法运算部34根据电流目标值Ib1*与电流IL之差运算电流偏差ΔIL，并向电流控制运算部442输出。

电流控制运算部442使用电流偏差ΔIL，执行用于使电流IL与电流指令值IL*一致的控制运算（比例积分运算）。然后，电流控制运算部442按照算出的控制量与前馈控制量之和，生成用于电流控制的占空比指令值D。即，电流控制运算部442将根据电力目标值Pb1*算出的电流IL作为电压指令值IL*，执行用于使电流IL与电流指令值IL*一致的控制运算。由此，当产生蓄电装置100的充放电电力Pb1相对于电力目标值Pb1*的偏差时，修正电流指令值IL*以消除该偏差，并执行电流控制以使电流IL与电流指令值IL*一致。

在上述电压反馈环中，开关SW1设置在减法运算部42与电压控制运算部440之间。在上述电流反馈环中，开关SW2设置在除法运算部32与减法运算部34之间。开关SW1、SW2的接通、断开分别按照来自切换部54的控制信号进行控制。

具体而言，切换部54根据通过模式判定部50选择出的控制，生成用于使开关SW1、SW2接通、断开的控制信号。在通过模式判定部50选择了电流控制时，切换部54生成控制信号，以使开关SW1断开且使开关SW2接通。由此，在电流控制时，除法运算部32与减法运算部34连接而形成上述电流反馈环。

与此相对，在通过模式判定部50选择了电压控制时，切换部54生成控制信号，以使开关SW1接通且使开关SW2断开。由此，在电压控制时，减法运算部42与电压控制运算部440连接而形成上述电压反馈环。

进而，通过构成为该电压反馈环中的局部环也作为电流反馈环发挥功能，在从电流控制向电压控制切换时，能够将电流控制运算部442在切换前通过电流偏差ΔIL的控制运算（比例积分运算）而算出的控制量（积分项）继承为电流控制运算部442在切换后通过电流偏差ΔIL的控制运算而算出的控制量（积分项）的初始值。由此，在从使用蓄电装置100的第一模式向不使用蓄电装置150的第二模式切换时，能够避免***电压VH产生变动。

另外，在从电压控制向电流控制切换时，除了能够将电流控制运算部442中的控制量（积分项）继承为电流控制中的控制量的初始值之外，还能够将从电压控制运算部440输出的电流指令值IL*的最终值继承到电流控制运算部442。由此，在从第二模式向第一模式切换时也能够避免***电压VH产生变动。

图8是表示用于实现上述转换器110的电流控制和电压控制的切换的控制装置300的处理步骤的流程图。图8所示的流程图的各步骤基本上通过控制装置300的软件处理来实现，但也可以通过在控制装置300设置的电子电路等的硬件处理来实现。

参照图8，控制装置300通过步骤S21，判定是否选择了使用蓄电装置150的第一模式、即是否正在按照电流控制对转换器110进行控制。

在选择了第一模式的情况下，即，在正在按照电流控制对转换器110进行控制的情况下（在步骤S21的判定为是时），控制装置300接着通过步骤S22，判定是否选择了第二模式、即是否选择了电压控制。在未选择第二模式的情况下（在步骤S22的判定为否时），不进行以后的控制的切换处理而结束处理。

另一方面，在根据选择了第二模式而选择了电压控制的情况下（在步骤S22的判定为是时），控制装置300通过步骤S23，生成控制信号以使开关SW1接通且使断开开关SW2断开，并向开关SW1、SW2输出。进而，控制装置300使处理进入步骤S24，使继电器RL1、RL2断开。当蓄电装置150从电源线HPL切离而不使用蓄电装置150时，控制装置300通过步骤S25，按照电压控制对转换器110进行控制。

与此相对，在选择了第二模式的情况下，即，在正在按照电压控制对转换器110进行控制的情况下（在步骤S21的判定为否时），控制装置300接着通过步骤S26，判定是否选择了第一模式、即是否选择了电流控制。在未选择第一模式的情况下（在步骤S26的判定为否时），不进行以后的控制的切换处理而结束处理。

另一方面，在根据选择了第一模式而选择了电流控制的情况下（在步骤S26的判定为是时），控制装置300通过步骤S27，生成控制信号以使开关SW1断开且使开关SW2接通，并向开关SW1、SW2输出。进而，控制装置300使处理进入步骤S28，使继电器RL1、RL2接通。当蓄电装置150与电源线HPL连接时，控制装置300通过步骤S29，按照电流控制对转换器110进行控制。

以上，根据本发明的实施方式，在具备多个蓄电装置100、150的电源***中，即使构成为仅在蓄电装置100设置有转换器，通过按照电流控制对转换器110进行控制以使蓄电装置100分担的电力成为预定的电力目标值，也能够间接地控制蓄电装置150的充放电电力。由此，能够协调性地使用蓄电装置100、150向负载供给电力。其结果，能够有效利用多个蓄电装置100、150向负载供给电力，因此能够以小型化且低成本高效地构成电源***。

另外，在按照蓄电装置150的使用和不使用的切换在电流控制和电压控制之间切换转换器110时，通过将切换前的控制中的反馈控制要素中的积分要素的输出（积分项）继承为切换后的控制中的反馈控制要素中的积分要素的初始值，能够避免产生切换控制时的***电压VH的变动。

此外，图1所示的电动车辆5的负载10（即、驱动***）的结构不限于图示的结构。即，本发明能够共通地应用于电动汽车、燃料电池汽车等搭载有行驶用电动机的电动车辆。进而，确认性地在此记载，作为负载10，不限于产生车辆的驱动力的驱动***，也能够应用于进行电力消耗的装置。

应该认为，本次公开的实施方式在所有方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是通过上述说明来表示，而是通过权利要求来表示，意在包含与权利要求等同的含义以及范围内的所有变更。

产业上的可利用性

本发明能够应用于搭载有多个蓄电装置的电源***。

标号的说明

5电动车辆，10负载，20电源***，30电力目标值生成部，32除法运算部，34、42减法运算部，36、44PI控制部，38、46传递函数，40电压指令值生成部，50模式判定部，52指令值生成部，54切换部，100、150蓄电装置，105、155电池传感器，110转换器，120变换器，160、230、240电流传感器，170、180电压传感器，190***主继电器，220发动机，250动力分配机构，260驱动轮，270、280旋转角传感器，300控制装置，440电压控制运算部，442电流控制运算部，MG1、MG2电动发电机，SMR1～SMR3、RL1～RL3继电器。

Claims (5)

1.一种电源***，向负载供给电力，具备：

第一蓄电装置；

第二蓄电装置；

电力线，其用于传递相对于所述负载输入输出的电力；

转换器，其用于在所述第一蓄电装置与所述电力线之间执行双向的直流电压变换；

通断器，其连接在所述第二蓄电装置与所述电力线之间；以及

控制装置，其对所述通断器的接通、断开和所述转换器进行控制，

所述控制装置构成为，在所述通断器断开时，对所述转换器进行电压控制，以使所述电力线的电压值成为电压指令值，另一方面，在所述通断器接通时，对所述转换器进行电流控制，以使所述第一蓄电装置的电流值成为电流指令值，

所述控制装置包括：

切换部，其根据所述负载的动作状态，切换所述通断器的接通、断开；

电压控制部，其根据电压反馈控制要素的输出，对所述转换器进行电压控制，所述电压反馈控制要素至少包括对所述电力线的电压值相对于所述电压指令值的偏差进行积分的积分要素；以及

电流控制部，其根据电流反馈控制要素的输出，对所述转换器进行电流控制，所述电流反馈控制要素至少包括对所述第一蓄电装置的电流值相对于所述电流指令值的偏差进行积分的积分要素，

所述电压控制部，在将所述通断器从接通切换为断开时，从所述电流控制部继承所述电流反馈控制要素中的积分要素的输出，作为所述电压反馈控制要素中的积分要素的初始值。

2.根据权利要求1所述的电源***，其中，

所述电流控制部，在将所述通断器从断开切换为接通时，从所述电压控制部继承所述电压反馈控制要素中的积分要素的输出，作为所述电流反馈控制要素中的积分要素的初始值。

3.根据权利要求1或2所述的电源***，其中，

所述电压控制部包括：

电压控制运算部，其对所述电力线的电压值相对于所述电压指令值的偏差进行比例积分运算，并将算出的控制量作为所述电流指令值输出；和

电流控制运算部，其对所述第一蓄电装置的电流值相对于从所述电压控制运算部输出的所述电流指令值的偏差进行比例积分运算，并将算出的控制量作为向所述转换器的占空比指令值输出，

所述电流控制运算部，在所述通断器接通时，构成为取代从所述电压控制运算部输出的所述电流指令值而接收根据所述第一蓄电装置应该分担的电力目标值设定的所述电流指令值，从而作为所述电流控制部发挥功能。

4.根据权利要求1所述的电源***，其中，

所述负载包括接受从所述电源***供给的电力来产生车辆驱动力的电动机，

所述电压控制部，根据所述电动机的转矩和转速算出所述电力线的最低需要电压，并且在所述最低需要电压以上的范围内设定所述电压指令值，

所述电流控制部，根据所述电动机的转矩和转速算出所述电动机的需要电力，并且根据所述电动机的需要电力决定所述第一蓄电装置应该分担的电力目标值，且通过将所述电力目标值除以所述第一蓄电装置的电压来设定所述电流指令值。

5.一种电源***的控制方法，所述电源***向负载供给电力，其中，

所述电源***包括：

第一蓄电装置；

第二蓄电装置；

电力线，其用于传递相对于所述负载输入输出的电力；

转换器，其用于在所述第一蓄电装置与所述电力线之间执行双向的直流电压变换；以及

通断器，其连接在所述第二蓄电装置与所述电力线之间，

所述控制方法包括以下步骤：

根据所述负载的动作状态，切换所述通断器的接通、断开；

在所述通断器断开时，对所述转换器进行电压控制，以使所述电力线的电压值成为电压指令值；和

在所述通断器接通时，对所述转换器进行电流控制，以使所述第一蓄电装置的电流值成为电流指令值，

对所述转换器进行电压控制的步骤，根据电压反馈控制要素的输出，对所述转换器进行电压控制，所述电压反馈控制要素至少包括对所述电力线的电压值相对于所述电压指令值的偏差进行积分的积分要素，

对所述转换器进行电流控制的步骤，根据电流反馈控制要素的输出，对所述转换器进行电流控制，所述电流反馈控制要素至少包括对所述第一蓄电装置的电流值相对于所述电流指令值的偏差进行积分的积分要素，

对所述转换器进行电压控制的步骤，在将所述通断器从接通切换为断开时，从对所述转换器进行电流控制的步骤继承所述电流反馈控制要素中的积分要素的输出，作为所述电压反馈控制要素中的积分要素的初始值。