JP2014155298A - 電源システムおよびそれを搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電装置を備える電源システムにおいて、システムの過電圧を適切に防止する。
【解決手段】 駆動装置１０５に電力を供給する電源システム１１０は、第１の蓄電装置Ｂ１と、第１の蓄電装置の電圧を昇圧して駆動装置に供給するコンバータ１２０と、駆動装置に接続された第２の蓄電装置Ｂ２と、ＥＣＵ３００とを備える。ＥＣＵは、第１の蓄電装置から駆動装置へ供給する電力が目標要求電力となるように制御する電力制御モードと、駆動装置に印加する電圧が目標電圧となるように制御する電圧制御モードとを用いてコンバータを制御する。ＥＣＵは、コンバータが電力制御モードで動作している間に、駆動装置における異常状態を検出した場合には、制御モードを電力制御モードから電圧制御モードに切換えてコンバータを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源システムおよびそれを搭載した車両に関し、より特定的には、複数の蓄電装置を備えた電源システムの制御に関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やコンデンサなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて、モータによって発生する駆動力により走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。

このような車両において、電力による走行距離をさらに延ばすために、複数の蓄電装置が駆動装置などの負荷に並列に設けられる構成を有する場合がある。さらに、走行性能および電力効率を向上させるために、複数の蓄電装置として低電圧・高出力型蓄電装置と高電圧・大容量型蓄電装置とを備え、車両の走行状態に応じてこれらの蓄電装置を切換えたり、併用したりする技術が開発されている。

特開２０１１−１９９９３４号公報（特許文献１）は、モータジェネレータを駆動するインバータに昇圧コンバータを介して接続された第１の蓄電装置と、インバータに対して第１の蓄電装置と並列に接続された第２の蓄電装置とを有する電源装置を備える電動車両を開示する。

特開２０１１−１９９９３４号公報（特許文献１）においては、低電圧・高出力型の第１の蓄電装置からの出力電圧を昇圧コンバータにより昇圧した電力と、高電圧・大容量型の第２の蓄電装置からの電力とを、要求電力に応じて適宜選択する。一般的に、蓄電装置の高容量化と高出力化は、その特性が背反することから、一種類の蓄電装置でこの２つの要求を満足することは困難である。しかし、特開２０１１−１９９９３４号公報（特許文献１）のような構成とすることによって、通常走行においては、第１の蓄電装置と第２の蓄電装置とを併用することによって大容量化が実現され、急激な加速などの高い駆動力が必要となるときには、第１の蓄電装置からの出力電圧を昇圧してインバータに供給することによって高出力化が実現される。このような電源装置の構成とすることによって、電源装置全体として高容量かつ高出力を達成することができる。

特開２０１１−１９９９３４号公報

特開２０１１−１９９９３４号公報（特許文献１）に開示された構成において、第１の蓄電装置と第２の蓄電装置とを併用する場合には、基本的には第２の蓄電装置からの電力が優先的に駆動装置に供給され、駆動装置の目標要求電力に対して不足する電力が第１の蓄電装置から供給されるようにコンバータの電力制御（電流制御）が行なわれる。

このようなコンバータの制御において、センサのバラつきや駆動装置の異常などによって、実際に消費される電力が目標要求電力よりも少なくなった場合には、駆動装置において消費されなかった電力により過電圧が生じる可能性がある。しかしながら、特開２０１１−１９９９３４号公報（特許文献１）においては、このような状態に対する対応が十分に考慮されていなかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の蓄電装置を備える電源システムにおいて、システムの過電圧を適切に防止することである。

本発明による電源システムは、第１および第２の蓄電装置と、電圧変換装置と、制御装置とを備え、駆動装置に電力を供給する。電圧変換装置は、第１の蓄電装置の電圧を昇圧して駆動装置に供給する。第２の蓄電装置は、駆動装置に対して電圧変換装置と並列に接続され、駆動装置に電力を供給する。制御装置は、第１の蓄電装置から駆動装置へ供給される電力が目標要求電力となるように制御する電力制御モード、および駆動装置に印加される電圧が目標電圧となるように制御する電圧制御モードのいずれかを用いて電圧変換装置を制御する。制御装置は、電圧変換装置が電力制御モードで動作している間に、駆動装置の異常状態を検出した場合には、制御モードを電力制御モードから電圧制御モードに切換える。

好ましくは、駆動装置は、回転電機と、回転電機を駆動するためのインバータとを含む。制御装置は、回転電機およびインバータの少なくともいずれか一方についての故障を示す信号を受けた場合に、異常状態であると判断する。

好ましくは、制御装置は、駆動装置に印加される電圧が予め定められた基準電圧を上回る場合に、異常状態であると判断する。

好ましくは、制御装置は、駆動装置に印加される電圧の増加率が所定のしきい値を上回る場合に、異常状態であると判断する。

好ましくは、電源システムは、第２の蓄電装置の正極端子と、電圧変換装置および駆動装置を結ぶ正極側の電力経路との間に設けられ、第２の蓄電装置から駆動装置に向かう方向を順方向として接続されたダイオードをさらに備える。

本発明による車両は、上記のいずれかに記載の電源システムを搭載している。

本発明によれば、複数の蓄電装置を備える電源システムにおいて、システムの過電圧を防止することができる。

本実施の形態に従う電源システムを搭載した車両の全体ブロック図である。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行されるコンバータ駆動制御を説明するための機能ブロック図である。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行されるコンバータ駆動制御処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［電源システムの基本構成］
図１は、本実施の形態に従う電源システム１１０を搭載した車両１００の全体ブロック図である。

図１を参照して、車両１００は、電源システム１１０と、駆動装置１０５とを備える。電源システム１１０は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２と、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２と、電圧変換装置であるコンバータ１２０と、コンデンサＣ１，Ｃ２とダイオードＤ１０と、制御装置であるＥＣＵ３００（Electronic Control Unit）とを含む。

駆動装置１０５は、インバータ１３０，１３５と、モータジェネレータ１４０，１４５と、動力伝達ギヤ１５０と、エンジン１６０と、駆動輪１７０とを含む。

蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層コンデンサなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置Ｂ１は、ＳＭＲ１および電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介してコンバータ１２０に接続される。蓄電装置Ｂ１からの電力は、コンバータ１２０で所望の電圧に昇圧されて駆動装置１０５に供給される。また、蓄電装置Ｂ１は、モータジェネレータ１４０，１４５で発電された電力を蓄電する。蓄電装置Ｂ１の出力はたとえば２００Ｖ程度である。なお、蓄電装置Ｂ１は、蓄電装置Ｂ２に比べて電流容量が大きく設計されており、高出力の電力を供給することができる。

蓄電装置Ｂ１には、図示しない電圧センサおよび電流センサが設けられる。電圧センサは、蓄電装置Ｂ１の電圧を検出し、その検出値ＶＢ１をＥＣＵ３００へ出力する。電流センサは、蓄電装置Ｂ１に入出力される電流を検出し、その検出値ＩＢ１をＥＣＵ３００へ出力する。

一方、蓄電装置Ｂ２は、駆動装置１０５に対して、コンバータ１２０と並列に接続される。蓄電装置Ｂ２の正極端子は、電力線ＰＬ３を介して電力線ＰＬ２に接続される。蓄電装置Ｂ２の負極端子は、電力線ＮＬ３を介して電力線ＮＬ１に接続される。蓄電装置Ｂ２は、蓄電装置Ｂ１に比べて高電圧かつ大容量であり、たとえば、その出力電圧は４００Ｖ程度である。

蓄電装置Ｂ２には、図示しない電圧センサおよび電流センサが設けられる。電圧センサは、蓄電装置Ｂ２の電圧を検出し、その検出値ＶＢ２をＥＣＵ３００へ出力する。電流センサは、蓄電装置Ｂ２に入出力される電流を検出し、その検出値ＩＢ２をＥＣＵ３００へ出力する。

蓄電装置Ｂ２は、モータジェネレータからの駆動力のみを用いた走行（以下、ＥＶ（Electric Vehicle）走行とも称する。）による走行可能距離を拡大するために設けられるものである。上記のように、蓄電装置Ｂ２は、ダイオードＤ１０のみを介して駆動装置１０５に接続されるので、コンバータ１２０のような電圧変換装置を用いる場合よりも構成が比較的シンプルになるとともに電力伝達効率がよくなる。また、このようなシンプルな構成であるので、蓄電装置Ｂ１のみを有する従来の車両へ追加的に適用することも容易となる。

ＳＭＲ１は、蓄電装置Ｂ１の正極端子と電力線ＰＬ１とに接続されるリレーＳＭＲ１Ｂと、蓄電装置Ｂ１の負極端子と電力線ＮＬ１とに接続されるリレーＳＭＲ１Ｇとを含む。さらに、電流制限用の抵抗Ｒ１と直列接続されたリレーＳＭＲ１Ｐが、リレーＳＭＲ１Ｇに並列に接続される。ＳＭＲ１に含まれる各リレーは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１によって個別に制御することができ、蓄電装置Ｂ１と駆動装置１０５との間における電力の供給と遮断とを切換える。

直列接続された抵抗Ｒ１およびリレーＳＭＲ１Ｐは、蓄電装置Ｂ１を電力線ＰＬ１，ＮＬ１に接続する際に、コンデンサＣ１，Ｃ２、コンバータ１２０およびインバータ１３０，１３５などに突入電流が流れることを防止するためのものである。すなわち、蓄電装置Ｂ１を電力線ＰＬ１，ＮＬ１に接続する際には、まずリレーＳＭＲ１ＢおよびＳＭＲ１Ｐが閉成され、抵抗Ｒ１によって低減された電流を用いて、コンデンサＣ１，Ｃ２の充電（以下、「プリチャージ」とも称する。）が実行される。そして、コンデンサＣ１，Ｃ２の充電完了後、リレーＳＭＲ１Ｇが閉成されるとともにＳＭＲ１Ｐが開放される。

ＳＭＲ２は、蓄電装置Ｂ２の正極端子と電力線ＰＬ３とに接続されるリレーＳＭＲ２Ｂと、蓄電装置Ｂ２の負極端子と電力線ＮＬ３とに接続されるリレーＳＭＲ２Ｇとを含む。さらに、電流制限用の抵抗Ｒ２と直列接続されたリレーＳＭＲ２Ｐが、リレーＳＭＲ２Ｇに並列に接続される。ＳＭＲ２に含まれる各リレーは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２によって個別に制御することができ、蓄電装置Ｂ２と駆動装置１０５との間における電力の供給と遮断とを切換える。

電力線ＰＬ３には、蓄電装置Ｂ２から電力線ＰＬ２へ向かう方向を順方向として接続されたダイオードＤ１０が設けられる。ダイオードＤ１０は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１間の電圧ＶＨ（以下、「システム電圧」とも称する。）が蓄電装置Ｂ２の出力電圧ＶＢ２よりも高くされたときに、電力線ＰＬ２から蓄電装置Ｂ２へ電流が流れることを防止するために設けられる。そのため、電力線ＰＬ２から蓄電装置Ｂ２への電流を防止することができれば、図１のダイオードＤ１０に代えて、電力用トランジスタやリレーなどに代表されるスイッチを採用することも可能である。

コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間に接続される。コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。電圧センサ１８０は、コンデンサＣ１にかかる電圧ＶＬを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

コンバータ１２０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１とを含む。

スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に、電力線ＰＬ２から電力線ＮＬ１に向かう方向を順方向として直列に接続される。なお、本実施の形態において、スイッチング素子としては、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等を用いることができる。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対して、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。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ＰＬ１との間に設けられる。すなわち、コンバータ１２０は、昇降圧型のチョッパ回路を形成する。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣによって制御され、電力線ＰＬ１および電力線ＮＬ１と、電力線ＰＬ２および電力線ＮＬ１との間で電圧変換動作を行なう。

コンバータ１２０は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１２０は、昇圧動作時には、直流電圧ＶＬを直流電圧ＶＨに昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１および逆並列ダイオードＤ１を介して、電力線ＰＬ２へ供給することにより行なわれる。

また、コンバータ１２０は、降圧動作時には、直流電圧ＶＨを直流電圧ＶＬに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２および逆並列ダイオードＤ２を介して、電力線ＮＬ１へ供給することにより行なわれる。

これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比（ＶＨおよびＶＬの比）は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ比）により制御される。なお、昇圧動作および降圧動作が不要の場合（すなわち、ＶＨ＝ＶＬ）には、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定するように制御信号ＰＷＣを設定することで、電圧変換比＝１．０（デューティ比＝１００％）とすることもできる。

なお、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２が併用して用いられる場合には、デューティ比を変更することによって、駆動装置１０５へ供給する全体の電力のうち、各蓄電装置に分担する電力の割合を制御することができる。

電力線ＰＬ１には、電流センサ１９０が設けられる。電流センサ１９０は、リアクトルＬ１に流れる電流を検出し、その検出値ＩＬをＥＣＵ３００へ出力する。

コンデンサＣ２は、コンバータ１２０とインバータ１３０，１３５とを結ぶ電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間に接続される。コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２と電力線ＮＬ１との間の電圧変動を低減する。電圧センサ１８５は、コンデンサＣ２にかかる電圧ＶＨを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

インバータ１３０，１３５は、電力線ＰＬ２および電力線ＮＬ１によって、コンバータ１２０に対して並列に接続される。インバータ１３０，１３５は、ＥＣＵ３００からの制御指令ＰＷＩ１，ＰＷＩ２によりそれぞれ制御され、コンバータ１２０から出力される直流電力を、モータジェネレータ１４０，１４５をそれぞれ駆動するための交流電力に電力変換する。インバータ１３０，１３５は、たとえば、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の上下アームを有する三相フルブリッジタイプのインバータである。なお、以下の説明において、インバータ１３０，１３５を総称して単に「インバータ」と称する場合がある。

モータジェネレータ１４０，１４５は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１４０，１４５の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ１５０を介して駆動輪１７０に伝達されて、車両１００を走行させる。また、モータジェネレータ１４０，１４５は動力伝達ギヤ１５０を介してエンジン１６０とも結合される。そして、ＥＣＵ３００により、モータジェネレータ１４０，１４５およびエンジン１６０が協調的に動作されて必要な車両駆動力を発生することができる。さらに、モータジェネレータ１４０，１４５は、エンジン１６０の回転または駆動輪１７０の回転により発電が可能であり、その発電電力は、インバータ１３０，１３５およびコンバータ１２０によって蓄電装置Ｂ１の充電電力に変換される。

本実施の形態においては、モータジェネレータ１４５（以下、「ＭＧ２」とも称する。）を、専ら駆動輪１７０を駆動するための電動機として用い、モータジェネレータ１４０（以下、「ＭＧ１」とも称する。）を専らエンジン１６０により駆動される発電機として用いるものとする。また、モータジェネレータ１４０は、エンジン１６０を始動する際には、エンジン１６０のクランク軸をクランキングするために用いられる。

モータジェネレータ１４０の出力軸は、動力伝達ギヤ１５０に含まれるプラネタリギヤ（図示せず）のサンギヤに結合される。モータジェネレータ１４５の出力軸はプラネタリギヤのリングギヤに結合されるとともに、減速機を介して駆動輪１７０にも結合される。また、エンジン１６０の出力軸はプラネタリギヤのプラネタリキャリアに結合される。

なお、本実施の形態においては、車両１００は、駆動源としてモータジェネレータ１４０，１４５およびエンジン１６０を有するハイブリッド（Hybrid Vehicle：ＨＶ）車両を例として説明するが、本発明は複数の蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両であればＨＶ車両に限られない。車両の他の例としては、たとえば電気自動車や、燃料電池を搭載した燃料電池自動車などが含まれる。

インバータ１３０とモータジェネレータ１４０とを結ぶ経路、および、インバータ１３５とモータジェネレータ１４５とを結ぶ経路には、電流センサ２００，２０５が設けられる。電流センサ２００，２０５は、モータジェネレータ１４０，１４５に流れる電流をそれぞれ検出し、その検出値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２をＥＣＵ３００へ出力する。

ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からの電圧ＶＢ１，ＶＢ２および電流ＩＢ１，ＩＢ２の検出値を受ける。ＥＣＵ３００は、これらの電圧および電流に基づいて、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のそれぞれの充電状態（以下、ＳＯＣ（State of Charge）とも称する。）を演算する。

また、ＥＣＵ３００は、駆動装置１０５から、駆動装置１０５に含まれる機器の故障情報ＦＬＴを受ける。

なお、図１においては、ＥＣＵ３００として１つの制御装置を設ける構成としているが、たとえば、駆動装置１０５用の制御装置や蓄電装置Ｂ１，Ｂ２用の制御装置などのように、機能ごとまたは制御対象機器ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。

［コンバータ駆動制御の説明］
図１のような蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を備える電源システムにおいて、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のＳＯＣが十分にあり、これらを併用してＥＶ走行が実行されている場合には、モータジェネレータ１４５（ＭＧ２）の出力電力ＰＭは、蓄電装置Ｂ２から供給される電力をＰＢ２とし、コンバータ１２０を介して蓄電装置Ｂ１から供給される電力をＰｃｖとすると、以下の式（１）のように表わすことができる。

ＰＭ＝Ｐｃｖ＋ＰＢ２ … （１）
加速時や登坂路走行時などのように高出力が必要な場合でなければ、基本的には蓄電装置Ｂ２からの電力が優先的に用いられる。これは、蓄電装置Ｂ２にはコンバータが設けられていないため、コンバータの電圧変換動作に伴う電力損失がなく、蓄電装置Ｂ１からの電力を用いるよりも電力効率が良いためである。ただし、この場合には、蓄電装置Ｂ２の電圧を変換することができないので、インバータ１３０，１３５に印加される電圧ＶＨは、蓄電装置Ｂ２の出力電圧ＶＢ２よりも高く設定することはできない。

モータジェネレータ１４５の要求電力ＰＭが蓄電装置Ｂ２の出力電力ＰＢ２で賄える場合には、Ｐｃｖはゼロに設定される。一方、モータジェネレータ１４５の要求電力ＰＭが蓄電装置Ｂ２の出力電力ＰＢ２よりも大きい場合には、蓄電装置Ｂ２からの出力電力ＰＢ２が蓄電装置Ｂ２の出力可能電力を超えないようにＰｃｖが設定される。このとき、蓄電装置Ｂ２からは、結果としてＰＭ−Ｐｃｖに相当する電力が出力される。このように、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２が併用される場合には、コンバータ１２０は必要とされる電力Ｐｃｖを達成するように電力制御モードで駆動される。

一方、加速時や登坂路走行時などで高出力が必要となる場合には、電圧ＶＨが蓄電装置Ｂ２の出力電圧ＶＢ２よりも高く設定され、その電圧ＶＨが達成されるようにコンバータ１２０により昇圧動作が実行される（すなわち、電圧制御モード）。この場合には、電圧ＶＨと電圧ＶＢ２との電圧差およびダイオードＤ１０のために蓄電装置Ｂ２からの電力は供給されず（ＰＢ２＝０）、蓄電装置Ｂ１からの電力Ｐｃｖのみが駆動装置１０５へ供給される。

ここで、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用したＥＶ走行において、コンバータ１２０が電力制御モードで動作している際に、たとえば、異常の発生等によってモータジェネレータ１４５（ＭＧ２）が停止され消費電力が急激に減少した場合を考える。

この場合、もともと予定されていた要求電力ＰＭがモータジェネレータ１４５によって消費されない。このとき、蓄電装置Ｂ２からの電力ＰＢ２は、モータジェネレータ１４５の消費電力が減少したことに応じて結果的に減少する。しかしながら、電力制御によってコンバータ１２０から積極的に供給される電力Ｐｃｖは、電力制御の応答遅れのために即座にゼロとすることができない。さらに、ダイオードＤ１０のために蓄電装置Ｂ２を用いてコンバータ１２０からの供給電力Ｐｃｖを吸収することはできないので、コンバータ１２０から供給された余分の電力（エネルギ）はコンデンサＣ２に蓄えられることになる。これによって電圧ＶＨが上昇する。

この電圧ＶＨの上昇量が大きく、コンデンサＣ２やインバータ１３０，１３５などの電気機器の定格電圧を超えるような過電圧状態となると、これらの機器の破損や劣化の要因となり得る。

そこで、本実施の形態においては、図１のような構成の電源システムにおいて蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用した電力供給によるＥＶ走行がなされている場合に、電圧ＶＨの過電圧が生じ得る状態が検出されたことに応答して、コンバータ１２０の制御モードを、電力制御モードから電圧制御モードに切換えるように制御する。このようにすることによって、上記のような余剰電力が生じた場合には、コンバータ１２０により降圧動作が行なわれて余分な電力（エネルギ）が蓄電装置Ｂ１によって吸収されるので、電圧ＶＨの過電圧を抑制することができる。以下、本実施の形態におけるコンバータ駆動制御の詳細を説明する。

図２は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行されるコンバータ駆動制御を説明するための機能ブロック図である。図２で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ３００によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

図２を参照して、ＥＣＵ３００は、ＶＨ変動検出部３１０と、異常判定部３２０と、モード選択部３３０と、コンバータ制御部３４０と、インバータ制御部３５０とを含む。

ＶＨ変動検出部３１０は、電圧センサ１９５で検出された電圧ＶＨを受ける。ＶＨ変動検出部３１０は、受信した電圧ＶＨに基づいて、過電圧に陥るおそれがあるか否かを判定し、その判定信号ＦＬＧをモード選択部３３０へ出力する。ＶＨ変動検出部３１０は、たとえば、電圧ＶＨが許容電圧内の予め定められた基準電圧を超えるような高電圧状態となった場合、あるいは、電圧ＶＨの時間的変動量（変化率）が所定のしきい値を超えるような場合に、過電圧に陥るおそれがあると判定する。

異常判定部３２０は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２、コンバータ１２０、インバータ１３０，１３５およびモータジェネレータ１４０，１４５などの各機器からの電流，電圧，温度，回転速度などの車両情報、および、駆動装置１０５から出力される故障情報ＦＬＴを受ける。異常判定部３２０は、これらの情報に基づいて各機器の異常を判定する。異常判定部３２０は、異常の発生により、駆動装置１０５を停止する必要があると判断した場合には、駆動装置１０５を停止するための停止信号ＳＴＰを、モード選択部３３０およびインバータ制御部３５０へ出力する。

モード選択部３３０は、ＶＨ変動検出部３１０からの判定信号ＦＬＧと、異常判定部３２０からの停止信号ＳＴＰとを受ける。また、モード選択部３３０は、任意的に駆動装置１０５から出力される故障情報ＦＬＴをさらに受ける。モード選択部３３０は、これらの情報に基づいて、コンバータ１２０を電力制御モードで運転するか、電圧制御モードで運転するかを判定する。より具体的には、ＶＨ変動検出部３１０からの判定信号ＦＬＧにより過電圧が生じる可能性がある場合、異常判定部３２０からの停止信号ＳＴＰによりモータジェネレータが停止される場合、あるいは、故障により駆動装置が停止してしまった場合には、電圧ＶＨが過電圧とならないように、コンバータ１２０を電圧制御モードに切換える。

なお、上述のような過電圧が生じ得る状態ではなく正常に運転されている場合であっても、たとえば、加速時や登坂路走行時などの高出力が必要な場合であって、電圧ＶＨの目標値を蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２よりも高く設定する場合などには、電力制御モードから電圧制御モードに切換えられる場合がある。

モード選択部３３０は、選択された制御モードを示す信号ＭＯＤをコンバータ制御部３４０へ出力する。

コンバータ制御部３４０は、モード選択部３３０から制御モードを示す信号ＭＯＤを受ける。コンバータ制御部３４０は、この信号ＭＯＤと目標要求電力または目標電圧とに基づいて制御信号ＰＷＩを生成し、コンバータ１２０を制御する。

インバータ制御部３５０は、異常判定部３２０からの停止信号ＳＴＰを受ける。停止信号ＳＴＰにより駆動装置１０５の停止が指令されていない場合には、インバータ制御部３５０は、ユーザのアクセル操作に基づいて設定される要求トルクおよびモータジェネレータ１４０，１４５の回転速度に基づいて制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成して、インバータ１３０，１３５を制御する。一方、停止信号ＳＴＰにより駆動装置１０５の停止が指示されている場合には、モータジェネレータ１４０，１４５を停止するような制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成する。

図３は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行されるコンバータ駆動制御処理を説明するためのフローチャートである。図３に示されるフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１および図３を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＳＭＲ２が閉成されて蓄電装置Ｂ２が使用されて、かつＥＶ走行が実行されている状態において、コンバータ１２０の現在の制御モードが電力制御モードであるか否かを判定する。制御モードが電力制御モードではない場合、すなわち電圧制御モードである場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、モータジェネレータの停止等が生じても、電圧ＶＨが所定の電圧に制御されるので過電圧は生じない。そのため、ＥＣＵ３００は、以降の処理をスキップして、処理をメインルーチンに戻す。

制御モードが電力制御モードの場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１０に進められて、ＥＣＵ３００は、次に、駆動装置１０５におけるインバータおよび／またはモータジェネレータに故障が生じているか否かを判定する。

インバータおよび／またはモータジェネレータに故障が生じている場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１５に進められ、ＥＣＵ３００は、故障状態によりモータジェネレータの停止が必要である場合には、必要に応じてモータジェネレータによる駆動力および発電電力を停止するためにインバータを停止させる。その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０に処理を進めて、電圧ＶＨの過電圧が生じないようにコンバータ１２０を電圧制御モードに切換える。

インバータおよび／またはモータジェネレータに故障が生じていない場合（Ｓ１１０にてＮＯ）は、処理がＳ１２０に進められ、ＥＣＵ３００は、電圧ＶＨの変動をモニタする。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３０にて、電圧ＶＨが基準電圧Ｖｔｈよりも大きいか否か、および／または、電圧ＶＨの変化率がしきい値αよりも大きいか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ３００は、電圧ＶＨの過電圧が生じるおそれがあるか否かを判定する。

電圧ＶＨが基準電圧Ｖｔｈ以下であり、かつ、電圧ＶＨの変化率がしきい値α以下である場合（Ｓ１３０にてＮＯ）は、電圧ＶＨが過電圧となる可能性は少ないため、以降の処理がスキップされて、処理がメインルーチンに戻される。

電圧ＶＨが基準電圧Ｖｔｈよりも大きい状態、および電圧ＶＨの変化率がしきい値αよりも大きい状態の少なくとも一方が生じている場合（Ｓ１３０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１４０に進められて、ＥＣＵ３００は、コンバータ１２０の制御モードを電圧制御モードに切換える。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、駆動装置の故障や電圧ＶＨの変動によって過電圧が生じる可能性がある場合には、コンバータの制御モードが電力制御モードから電圧制御モードに切換えられる。これによって、電圧ＶＨが所定の目標値に維持されるので、電力制御モードにおける応答遅れによって電気回路が過電圧となってしまうことを抑制することが可能となる。

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。

１００ 車両、１０５ 駆動装置、１１０ 電源システム、１２０ コンバータ、１３０，１３５ インバータ、１４０，１４５ モータジェネレータ、１５０ 動力伝達ギヤ、１６０ エンジン、１７０ 駆動輪、１８０，１８５，１９５ 電圧センサ、１９０，２００，２０５ 電流センサ、３００ ＥＣＵ、３１０ 変動検出部、３２０ 異常判定部、３３０ モード選択部、３４０ コンバータ制御部、３５０ インバータ制御部、Ｂ１，Ｂ２ 蓄電装置、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＮＬ１，ＮＬ３，ＰＬ１〜ＰＬ３ 電力線、Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子、Ｒ１，Ｒ２ 抵抗、ＳＭＲ１Ｐ，ＳＭＲ１Ｂ，ＳＭＲ１Ｇ，ＳＭＲ２Ｂ，ＳＭＲ２Ｇ，ＳＭＲ２Ｐ リレー、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー。

Claims (6)

1. 駆動装置に電力を供給する電源システムであって、
   第１の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置の電圧を昇圧して前記駆動装置に供給するように構成された電圧変換装置と、
   前記駆動装置に対して前記電圧変換装置と並列に接続され、前記駆動装置に電力を供給することが可能に構成された第２の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置から前記駆動装置へ供給される電力が目標要求電力となるように制御する電力制御モード、および前記駆動装置に印加される電圧が目標電圧となるように制御する電圧制御モードのいずれかを用いて前記電圧変換装置を制御するように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記電圧変換装置が前記電力制御モードで動作している間に、前記駆動装置の異常状態を検出した場合には、制御モードを前記電力制御モードから前記電圧制御モードに切換える、電源システム。
2. 前記駆動装置は、回転電機と、前記回転電機を駆動するためのインバータとを含み、
   前記制御装置は、前記回転電機および前記インバータの少なくともいずれか一方についての故障を示す信号を受けた場合に、前記異常状態であると判断する、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記制御装置は、前記駆動装置に印加される電圧が予め定められた基準電圧を上回る場合に、前記異常状態であると判断する、請求項１に記載の電源システム。
4. 前記制御装置は、前記駆動装置に印加される電圧の増加率が所定のしきい値を上回る場合に、前記異常状態であると判断する、請求項１に記載の電源システム。
5. 前記第２の蓄電装置の正極端子と、前記電圧変換装置および前記駆動装置を結ぶ正極側の電力経路との間に設けられ、前記第２の蓄電装置から前記駆動装置に向かう方向を順方向として接続されたダイオードをさらに備える、請求項１に記載の電源システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源システムを搭載した、車両。
   

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