JP2015122888A - 車両の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大気圧の低い環境下において昇圧コンバータと接続される負荷部品が絶縁破壊されるのを防止することができる車両の電源装置を提供する。【解決手段】制御装置５００は、コンバータ２００を連続的に作動させる連続昇圧モードと、コンバータ２００を間欠的に作動させる間欠昇圧モードとで昇圧コンバータを制御する。制御装置５００は、大気圧が第１の所定値以上のときには、間欠昇圧モードでコンバータ２００を制御することを許可し、大気圧が第１の所定値未満のときには、間欠昇圧モードでコンバータ２００を制御することを禁止する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の電源装置に関する。

特開２０１０−２３９７９１号公報（特許文献１）には、大気圧が小さい（標高が高い）ほど小さくなる傾向の電圧を制限電圧に設定し、設定した制限電圧を用いてインバータに供給すべき目標電圧を設定して昇圧コンバータを制御する技術が開示されている。これによって、大気圧が小さいため、電動機などの負荷部品の耐電圧が低くなったとしても、電動機などの負荷部品が絶縁破壊するのを防止できる。

特開２０１０−２３９７９１号公報 特開２０１１−０１５６０３号公報

ところで、電動機での電流消費が少ない場合に、昇圧コンバータの動作と停止を間欠的に行なうことによって、電力損失を低減する間欠昇圧制御を実行する場合において、昇圧停止中には、昇圧コンバータの出力電圧が指令電圧から時間とともに乖離していく。

特許文献１に記載のように大気圧に応じて制限電圧を設定したとしても、大気圧が低いときには、昇圧停止中に昇圧コンバータの出力電圧と指令電圧との乖離によって昇圧コンバータの出力電圧が増加すると、電動機などの負荷部品が絶縁短絡してしまう。

それゆえに、本発明の目的は、大気圧の低い環境下において昇圧コンバータと接続される負荷部品が絶縁破壊されるのを防止することができる車両の電源装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の車両の電源装置は、蓄電装置と、電動機と、蓄電装置と電動機に接続され、蓄電装置の電圧を昇圧して電動機に供給する昇圧コンバータと、昇圧コンバータを連続的に作動させる連続昇圧モードと、昇圧コンバータを間欠的に作動させる間欠昇圧モードとで昇圧コンバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、大気圧が第１の所定値以上のときには、間欠昇圧モードで昇圧コンバータを制御することを許可し、大気圧が第１の所定値未満のときには、間欠昇圧モードで昇圧コンバータを制御することを禁止する。

これによって、大気圧が第１の所定値未満のときには、間欠昇圧モードでの制御が行なわれないので、間欠昇圧モードの昇圧停止中に昇圧コンバータの出力電圧が増加し、電動機などの負荷部品が絶縁短絡してしまうのを防止できる。

好ましくは、制御装置は、間欠昇圧モード時の昇圧コンバータの昇圧停止時に、昇圧コンバータの出力電圧と、昇圧コンバータの出力電圧の指令電圧との差が閾値以上となったときに、昇圧コンバータの昇圧を再開させる。制御装置は、大気圧が第１の所定値よりも大きな第２の所定値以上のときには、閾値を固定値に設定する。制御装置は、大気圧が第１の所定値以上かつ第２の所定値未満の範囲にあるときには、閾値を、固定値以下で、かつ大気圧が小さくなるにつれて、小さくなる値に設定する。

これによって、大気圧が第２の所定値かつ第１の所定値以上のときには、間欠昇圧モードでの制御が実行可能となるが、昇圧停止中の駆動電圧系の電圧と駆動電圧系の指令電圧との差を許容する閾値の値を大気圧が低くなるにつれて小さく設定するので、間欠昇圧モードの昇圧停止中に昇圧コンバータの出力電圧の増加量が制限されて、電動機などの負荷部品が絶縁短絡してしまうのを防止できる。

好ましくは、制御装置は、大気圧が第２の所定値以上のときには、指令電圧の上限値を昇圧コンバータが出力可能な電圧の最大値に設定する。制御装置は、大気圧が第１の所定値以上かつ第２の所定値未満の範囲にあるときには、指令電圧の上限値を閾値に基づいて設定する。

これによって、昇圧停止中の駆動電圧系の電圧と駆動電圧系の指令電圧との差を許容する閾値に応じて指令電圧の上限値が設定されるので、昇圧コンバータの出力電圧が大きくなりすぎて、電動機などの負荷部品が絶縁短絡してしまうのを防止できるともに、昇圧コンバータの出力電圧が小さくなりすぎて、車両が走行不能になるのを防止できる。

本発明によれば、間欠昇圧制御による電力損失低減効果が損なわれるのを防止できる。

本発明の実施の形態による電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の構成例を説明するためのブロック図である。 ハイブリッド車両の電気システムを表わす図である。 コンバータの通常の昇圧制御の手順を表わすフローチャートである。 （ａ）は、連続昇圧モードと間欠昇圧モードにおけるコンバータ２００の出力電圧（システム電圧）ＶＨを表わす図である。（ｂ）は、連続昇圧モードと間欠昇圧モードにおけるリアクトル電流ＩＬを表わす図である。（ｃ）は、連続昇圧モードと間欠昇圧モードにおける昇圧損失電力量ＬＰを表わす図である。 間欠昇圧モードが設けられていない場合の、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限の設定例を表わす図である。 （ａ）は、大気圧Ｐが通常の場合における昇圧停止期間のシステム電圧ＶＨの変動を表わす図である。（ｂ）は、大気圧Ｐが通常の場合における昇圧停止期間のシステム電圧ＶＨの変動を表わす図である。 大気圧Ｐの全範囲において間欠昇圧モード制御を許可にする場合の大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限の設定例を表わす図である。 実施の形態１における、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限の設定例を表わす図である。 実施の形態１におけるコンバータの昇圧制御の手順を表わすフローチャートである。 図９のステップＳＴＡの手順を表わすフローチャートである。 実施の形態２における、大気圧Ｐに対する間欠昇圧モードの限界値ΔＶＨの設定例を表わす図である。 実施の形態２における、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限の設定例を表わす図である。 実施の形態２におけるコンバータの昇圧制御の手順を表わすフローチャートである。 図１３のステップＳＴＢの手順を表わすフローチャートである。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態による電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の構成例を説明するためのブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド車両は、「内燃機関」に対応するエンジン１００と、第１ＭＧ（Motor Generator）１１０と、第２ＭＧ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０と、駆動輪１６０と、制御装置５００とを備える。制御装置５００は、ＰＭ（Power Management）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０と、ＭＧ（Motor Generator）−ＥＣＵ１７２とからなる。

ハイブリッド車両は、エンジン１００および第２ＭＧ１２０のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０は、動力分割機構１３０を介して連結されている。

動力分割機構１３０は、代表的には、遊星歯車機構として構成される。動力分割機構１３０は、外歯歯車のサンギヤ１３１と、このサンギヤ１３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ１３２と、サンギヤ１３１に噛合するとともにリングギヤ１３２に噛合する複数のピニオンギヤ１３３と、キャリア１３４とを含む。キャリア１３４は、複数のピニオンギヤ１３３を自転かつ公転自在に保持するように構成される。

動力分割機構１３０によって、エンジン１００が発生する動力は、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して駆動輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１ＭＧ１１０を駆動させて発電する経路である。

第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０は、代表的には、永久磁石モータによって構成された、三相交流回転電機である。

第１ＭＧ１１０は、主に「発電機」として動作して、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００からの駆動力により発電することができる。第１ＭＧ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。その後、この電力は、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。なお、第１ＭＧ１１０は、エンジン始動時にエンジン１００をモータリングする場合等には、トルク制御の結果として電動機として動作することも可能である。

第２ＭＧ１２０は、主に「電動機」として動作して、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１ＭＧ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。第２ＭＧ１２０が発生する動力は、駆動軸１３５へ伝達され、さらに減速機１４０を介して駆動輪１６０に伝達される。これにより、第２ＭＧ１２０は、エンジン１００をアシストしたり、第２ＭＧ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。

ハイブリッド車両の回生制動時には、減速機１４０を介して駆動輪１６０により第２ＭＧ１２０が駆動される。この場合には、第２ＭＧ１２０は発電機として動作する。これにより第２ＭＧ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして機能する。第２ＭＧ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

バッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０は、第１ＭＧ１１０もしくは第２ＭＧ１２０により発電された電力によって充電することができる。バッテリ１５０の温度・電圧・電流は、電池センサ１５２により検出される。電池センサ１５２は、温度センサ、電圧センサ、電流センサを包括的に標記するものである。

ＰＭ−ＥＣＵ１７０およびＭＧ−ＥＣＵ１７２は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵して構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに従うソフトウェア処理によって、各センサによる検出値に基づく演算処理を実行するように構成される。あるいは、ＰＭ−ＥＣＵ１７０およびＭＧ−ＥＣＵ１７２の少なくとも一部は、専用の電子回路等によるハードウェア処理によって、所定の数値演算処理および／または論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

エンジン１００は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０からの動作指令値に従って制御される。第１ＭＧ１１０、第２ＭＧ１２０、コンバータ２００、インバータ２１０，２２０は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２によって制御される。ＰＭ−ＥＣＵ１７０とＭＧ−ＥＣＵ１７２とは双方向に通信可能に接続される。

なお、本実施の形態では、ＰＭ−ＥＣＵ１７０およびＭＧ−ＥＣＵ１７２を別個のＥＣＵによって構成するが、両者の機能を包括する単一のＥＣＵを設けてもよい。

図２は、図１に示したハイブリッド車両の電気システムの構成例を説明する回路図である。

図２を参照して、ハイブリッド車両の電気システムには、コンバータ２００と、第１ＭＧ１１０に対応するインバータ２１０と、第２ＭＧ１２０に対応するインバータ２２０と、ＳＭＲ（System Main Relay）２３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２とが設けられる。

コンバータ２００は、直列接続された２個の電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）と、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対応して設けられたダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬを含む。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、正極線ＰＬ２とバッテリ１５０の負極に接続される接地線ＧＬとの間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１のコレクタは正極線ＰＬ２に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタは接地線ＧＬに接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。そして、スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１は、コンバータ２００の上アームを構成し、スイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２は、コンバータ２００の下アームを構成する。

電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等を適宜採用することができる。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフは、ＭＧ−ＥＣＵ１７２からのスイッチング制御信号によって制御される。

リアクトルＬの一方端は、バッテリ１５０の正極に接続される正極線ＰＬ１に接続され、他方端は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノード、すなわち、スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとの接続点に接続される。

コンデンサＣ２は、正極線ＰＬ２と接地線ＧＬとの間に接続される。コンデンサＣ２は
、正極線ＰＬ２および接地線ＧＬ間の電圧変動の交流成分を平滑化する。コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１と接地線ＧＬとの間に接続される。コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１および接地線ＧＬ間の電圧変動の交流成分を平滑化する。

リアクトルＬに流れる電流（以下、リアクトル電流）ＩＬは、電流センサＳＥＩＬによって検出される。電圧センサ１８０は、コンバータ２００の出力電圧であるコンデンサＣ２の端子間電圧、すなわち正極線ＰＬ２と接地線ＧＬとの間の電圧ＶＨ（システム電圧または駆動電圧系の電圧）を検出し、その検出値をＭＧ−ＥＣＵ１７２へ出力する。

コンバータ２００と、インバータ２１０およびインバータ２２０とは、正極線ＰＬ２および接地線ＧＬを介して、互いに電気的に接続される。

コンバータ２００は、昇圧動作時には、バッテリ１５０から供給された直流電圧ＶＢ（コンデンサＣ１の両端の電圧）を昇圧し、昇圧されたシステム電圧ＶＨをインバータ２１０，２２０へ供給する。より具体的には、ＭＧ−ＥＣＵ１７２からのスイッチング制御信号に応答して、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。

コンバータ２００は、降圧動作時には、コンデンサＣ２を介してインバータ２１０，２２０から供給されたシステム電圧ＶＨを降圧してバッテリ１５０を充電する。より具体的には、ＭＧ−ＥＣＵ１７２からのスイッチング制御信号に応答して、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比に応じたものとなる。

コンバータ２００の昇降圧停止時には、スイッチング素子Ｑ１がオン固定に設定され、スイッチング素子Ｑ２がオフ固定に設定される。

インバータ２１０は、一般的な三相インバータで構成され、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。アーム１５〜１７は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８と、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８とを含む。

インバータ２１０は、車両走行時には、車両走行に要求される駆動力（車両駆動トルク、発電トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従って第１ＭＧ１１０が動作するように、第１ＭＧ１１０の各相コイルの電流または電圧を制御する。すなわち、インバータ２１０は、正極線ＰＬ２および第１ＭＧ１１０の間で双方向のＤＣ／ＡＣ電力変換を実行する。

インバータ２２０は、インバータ２１０と同様に、一般的な三相インバータで構成される。インバータ２２０は、車両走行時には、車両走行に要求される駆動力（車両駆動トルク、回生制動トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従って第２ＭＧ１２０が動作するように、第２ＭＧ１２０の各相コイルの電流または電圧を制御する。すなわち、インバータ２２０は、正極線ＰＬ２および第２ＭＧ１２０の間で双方向のＤＣ／ＡＣ電力変換を実行する。

ＰＭ−ＥＣＵ１７０は、アクセル開度Ａｃｃおよびハイブリッド車両の車速Ｖに基づいて、第１ＭＧ１１０のトルク指令値ＴＲ１、および第２ＭＧ１２０のトルク指令値ＴＲ２を算出する。

ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０で算出された第１ＭＧ１１０のトルク指令値ＴＲ１、第２ＭＧ１２０のトルク指令値ＴＲ２、第１ＭＧ１１０のモータ回転数ＭＲＮ１，第２ＭＧ１２０のモータ回転数ＭＲＮ２に基づいて、コンバータ２００の出力電圧（システム電圧）ＶＨの最適値（目標値）、すなわち指令電圧ＶＨ＊を算出する。ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、電圧センサ１８０によって検出されるコンバータ２００の出力電圧ＶＨと、指令電圧ＶＨ＊とに基づいて、出力電圧ＶＨを指令電圧ＶＨ＊に制御するためデューティ比を計算し、コンバータ２００を制御する。

ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、コンバータ２００を連続昇圧モードと、間欠昇圧モードのいずれかに設定して制御する。連続昇圧モードは、コンバータ２００が昇圧動作を停止することなく実行するモードである。連続昇圧モードでは、バッテリ１５０から供給された電圧をコンバータ２００を介してインバータ２１０，２２０へ供給する。したがって、バッテリ１５０の電圧が昇圧されずにコンバータ２００を介してそのままインバータ２１０，２２０へ供給される場合（つまり、デューティ比が１）も含む。

間欠昇圧モードは、コンバータ２００が昇圧動作と、昇圧動作の停止とを間欠的に繰り返すモードである。コンバータ２００が昇圧動作を実行するときには、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフが切り換えられる。コンバータ２００が昇圧動作を停止するときには、スイッチング素子Ｑ１がオン固定に設定され、スイッチング素子Ｑ２がオフ固定に設定される。コンバータ２００が昇圧動作を停止するときには、バッテリ１５０の電圧がコンバータ２００を介してインバータ２１０，２２０へ供給されない。

図３は、コンバータ２００の通常の昇圧制御の手順を表わすフローチャートである。本実施の形態による昇圧制御の手順は後述する。図４（ａ）は、連続昇圧モードと間欠昇圧モードにおけるコンバータ２００の出力電圧（システム電圧）ＶＨを表わす図である。図４（ｂ）は、連続昇圧モードと間欠昇圧モードにおけるリアクトル電流ＩＬを表わす図である。リアクトル電流ＩＬは、実際には、コンバータ２００のスイッチングによって変動するが、図４（ｂ）では、スイッチングによる変動成分を平滑化したものが示されている。図４（ｃ）は、連続昇圧モードと間欠昇圧モードにおけるスイッチングによる昇圧損失電力量ＬＰを表わす図である。

図２、図３および図４を参照して、ステップＳＴ１において、制御装置５００は、コンバータ２００を連続昇圧モードに設定する。コンバータ２００は、昇圧動作を停止することなく昇圧動作を実行する。

その後、ステップＳＴ２において、制御装置５００は、過去の所定期間のリアクトル電流ＩＬの平均値ＩＬＭが閾値ＴＨ１未満になると、処理をステップＳＴ３に進ませる。ステップＳＴ３において、制御装置５００は、コンバータ２００を間欠昇圧モードに設定する。さらに、制御装置５００は、は、コンバータ２００による昇圧動作を停止させる（たとえば、図４の（１）の時点を参照）。

コンバータ２００の昇圧動作が停止すると、バッテリ１５０から電流が出力されないのでリアクトル電流ＩＬが０となり、昇圧損失電力量ＬＰは０となる。コンバータ２００の昇圧動作が停止されているときには、コンデンサＣ２に蓄積された電力で、第１ＭＧ１１０および／または第２ＭＧ１２０が駆動される。コンデンサＣ２から電荷が放出されることによって、システム電圧ＶＨが減少することになる。

その後、ステップＳＴ４において、制御装置５００は、システム電圧ＶＨと指令電圧ＶＨ＊との乖離量｜ＶＨ＊−ＶＨ｜が限界値ΔＶＨ以上となったときには、処理をステップＳＴ５に進ませる。ステップＳＴ５において、制御装置５００は、コンバータ２００による昇圧動作を再開させる（たとえば、図４の（２）の時点を参照）。

コンバータ２００の昇圧動作が再開すると、コンデンサＣ２を充電しながら第１ＭＧ１１０および／または第２ＭＧ１２０を駆動するのに必要な電流（復帰電流）がバッテリ１５０から供給されるため、リアクトル電流ＩＬが増加し、昇圧損失電力量ＬＰが増加する。

その後、ステップＳＴ６において、制御装置５００は、システム電圧ＶＨが指令電圧ＶＨ＊と等しくなると、処理をステップＳＴ７に進ませる。ステップＳＴ７において、制御装置５００は、コンバータ２００による昇圧動作を停止させる（たとえば、図４の（３）の時点を参照）。

一方、ステップＳＴ８において、制御装置５００は、過去の所定期間のリアクトル電流ＩＬの平均値ＩＬＭが閾値ＴＨ２を超えるようになると、コンバータ２００を連続昇圧モードに設定する（ステップＳＴ９）。コンバータ２００は、停止することなく昇圧動作を実行する（たとえば、図４の（４）の時点を参照）。図４の（４）の時点では、指令電圧ＶＨ＊が増加し、リアクトル電流ＩＬが増加していることが示されている。

図４（ｃ）では、間欠昇圧モードの１つの昇圧停止期間と後続の昇圧期間を１組としたときに、昇圧損失電力量ＬＰがどれだけ低減したかが示されている。基準損失電力ＢＳよりも上側にある昇圧損失電力量ＬＰを表わす線と基準損失電力ＢＳを表わす線の間の領域の面積Ｐ３は、連続昇圧モードで動作するよりも増加した昇圧損失電力量ＬＰの合計を表わす。基準損失電力ＢＳよりも下側にある昇圧損失電力量ＬＰを表わす線と基準損失電力ＢＳを表わす線の間の領域の面積Ｐ０は、連続昇圧モードで動作するよりも減少した昇圧損失電力量の合計を表わす。Ｐ０からＰ２（＝Ｐ３）を減算した値Ｐ１が、１組の昇圧停止期間と後続の昇圧期間において、間欠昇圧モードで動作させることによって連続昇圧モードで動作させるよりも低減した昇圧損失電力量の合計である。

図４（ｃ）に示されるように、間欠昇圧モードに設定することによって、昇圧損失電力量を減少させることができる。また、昇圧停止期間が長いほど、損失低減効果が大きくなる。

図５は、間欠昇圧モードが設けられていない場合の、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限の設定例を表わす図である。

Ｖ１（Ｐ）は、大気圧Ｐの環境下において、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０が破壊されることがないシステム電圧ＶＨの最大値を表わす。Ｖ２（Ｐ）は、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の耐電圧に対してマージン（余裕）を設けるもので、Ｖ１（Ｐ）の電圧よりもマージンΔＤだけ小さい電圧を表わす。コンバータ２００が出力可能なシステム電圧ＶＨの最大値がＭＡＸ＿ＶＨである。

したがって、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値は、Ｖ２（Ｐ）と、ＭＡＸ＿ＶＨの小さい方を表わすＵ＿ＶＨＡ（Ｐ）上の電圧に設定される（図５の実線を参照）。すなわち、ＰＡ以上の大気圧では、電圧指令ＶＨ＊の上限値は、ＭＡＸ＿ＶＨに設定される。ＰＡ以下の大気圧では、電圧指令ＶＨ＊の上限値は、Ｖ２（Ｐ）上の電圧に設定される。ただし、ＰＡは、Ｖ２（ＰＡ）＝ＭＡＸ＿ＶＨを満たす大気圧である。

図６（ａ）は、大気圧Ｐが通常の場合における昇圧停止期間のシステム電圧ＶＨの変動を表わす図である。

破壊閾値ＶＨ＿Ｔは、第１ＭＧ１１０または第２ＭＧ１２０が破壊されることがないシステム電圧ＶＨの最大値を表わす。大気圧Ｐが通常の場合には、破壊閾値ＶＨ＿Ｔが大きいため、間欠昇圧モードの昇圧停止期間において、システム電圧ＶＨが電圧指令ＶＨ＊の上限値からΔＶＨだけ高く乖離しても、システム電圧ＶＨが破壊閾値ＶＨ＿Ｔを超えることがない。

図６（ｂ）は、大気圧Ｐが低い場合における昇圧停止期間のシステム電圧ＶＨの変動を表わす図である。

大気圧Ｐが低い場合には、破壊閾値ＶＨ＿Ｔが小さいため、間欠昇圧モードの昇圧停止期間において、システム電圧ＶＨが電圧指令ＶＨ＊の上限値からΔＶＨだけ高く乖離すると、システム電圧ＶＨが破壊閾値ＶＨ＿Ｔを超え、第１ＭＧ１１０または第２ＭＧ１２０が破壊されるという問題がある。

次に、図６を用いて説明した問題を解決するための手法について説明する。
図７は、大気圧Ｐの全範囲において間欠昇圧モード制御を許可する場合の大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限の設定例を表わす図である。

Ｖ１（Ｐ）、Ｖ２（Ｐ）、ΔＤ、ＭＡＸ＿ＶＨは、図５に示すものと同様である。Ｖ３（Ｐ）は、Ｖ２（Ｐ）の電圧よりもΔＶＨだけ小さい電圧である。ΔＶＨは、間欠昇圧モードの昇圧停止期間において、システム電圧ＶＨと指令電圧ＶＨ＊との乖離を許す限界値であり、固定値Ｖ０である。

間欠昇圧モードの昇圧停止期間では、システム電圧ＶＨが電圧指令ＶＨ＊よりもΔＶＨだけ大きくなる可能性があるので、間欠昇圧モードにおいては、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値は、Ｖ３（Ｐ）と、ＭＡＸ＿ＶＨの小さい方を表わすＵ＿ＶＨＢ（Ｐ）上の電圧に設定する方法が考えられる（図７の実線参照）。すなわち、この方法では、Ｐ１以上の大気圧では、電圧指令ＶＨ＊の上限値は、ＭＡＸ＿ＶＨに設定される。Ｐ１以下の大気圧では、電圧指令ＶＨ＊の上限値は、Ｖ３（Ｐ）上の電圧に設定される。ただし、Ｐ１は、Ｖ３（Ｐ１）＝ＭＡＸ＿ＶＨを満たす大気圧である。したがって、この方法で、電圧指令ＶＨ＊の上限値を設定すると、図６を用いて説明したような、第１ＭＧ１１０または第２ＭＧ１２０が破壊されるという問題が生じない。

しかしながら、Ｖ３（Ｐ）で表わされる電圧は、大気圧Ｐが小さくなると、車両が走行可能なシステム電圧ＶＨの最小値ＭＩＮ＿ＶＨよりも小さくなる。その結果、車両が大気圧Ｐの小さな場所に移動したときに、車両が走行を停止してしまうという問題がある。

図８は、実施の形態１における、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限の設定例を表わす図である。

Ｖ１（Ｐ）、Ｖ２（Ｐ）、Ｖ３（Ｐ）、ΔＤ、ＭＡＸ＿ＶＨは、図５、図７に示すものと同様である。実施の形態１では、図７を用いて説明したような、車両が大気圧Ｐの小さな場所に移動したときに車両が走行を停止してしまうという問題を回避するために、大気圧ＰがＰ１未満となると間欠昇圧モード制御を禁止に設定する。大気圧ＰがＰ１以上のときには、間欠昇圧モード制御を許可に設定する。

大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値は、Ｕ＿ＶＨＣ（Ｐ）上の電圧に設定される（図８の実線参照）。すなわち、間欠昇圧モード制御が許可に設定された範囲（Ｐ≧Ｐ１）では、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値は、Ｖ３（Ｐ）とＭＡＸ＿ＶＨの小さい方であるＭＡＸ＿ＶＨに設定される。間欠昇圧モード制御が禁止に設定された範囲（Ｐ＜Ｐ１）の範囲では、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値は、Ｖ２（Ｐ）とＭＡＸ＿ＶＨの小さい方の電圧に設定される。これによって、車両の走行環境の大気圧Ｐにおいて、電圧指令ＶＨ＊の上限値が、車両が走行可能なシステム電圧ＶＨの最小値ＭＩＮ＿ＶＨよりも小さくなり、車両が走行を停止してしまう状態を防止できる。

図９は、実施の形態１における、コンバータ２００の昇圧制御の手順を表わすフローチャートである。図９のフローチャートが、図３のフローチャートが相違する点は、ステップＳＴ２とステップＳＴ３の間に、ステップＳＴＡを含む点である。図１０は、ステップＳＴＡの手順を表わすフローチャートである。

図１０を参照して、ステップＳ１０１において、大気圧ＰがＰ１以上のときには、処理がステップＳ１０２に進み、大気圧ＰがＰ１未満のときには、処理がステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０２において、制御装置５００は、間欠昇圧モード制御を許可に設定する。その後、ステップＳ１０３において、制御装置５００は、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値を図８に示すＶ３（Ｐ）とＭＡＸ＿ＶＨの小さい方であるＭＡＸ＿ＶＨに設定し、処理を図９のステップＳＴ３に進ませる。

ステップＳ１０４において、制御装置５００は、間欠昇圧モード制御を禁止に設定する。その後、ステップＳ１０５において、制御装置５００は、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値を図８に示すＶ２（Ｐ）とＭＡＸ＿ＶＨの小さい方の電圧に設定し、処理を図９のステップＳＴ１に進ませる。

以上のように、本実施の形態によれば、大気圧Ｐが低い環境下（Ｐ＜Ｐ１）では、間欠昇圧制御が実行されないので、システム電圧ＶＨが破壊閾値ＶＨ＿Ｔを超え、第１ＭＧ１１０または第２ＭＧ１２０が破壊されるという事態を防止できるとともに、大気圧が低い環境下でも、車両を走行させることができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、間欠昇圧モードの昇圧停止期間において、システム電圧ＶＨと指令電圧ＶＨ＊との乖離を許す限界値ΔＶＨは、固定値Ｖ０とした。これに対して、大気圧が低下したときに、ΔＶＨをＶ０よりも小さくすることによって、システム電圧ＶＨが破壊閾値ＶＨ＿Ｔを超えないようにすることが考えられる。しかしながら、ΔＶＨを小さくしすぎると、コンバータ２００の昇圧が再開される頻度が高くなり、損失電力の低減効果が得られなくなる。実施の形態２では、かつ大気圧が小さいときにΔＶＨを小さくすることによってコンバータ２００が昇圧停止中にシステム電圧ＶＨが故障閾値ＶＨ＿Ｔを超えないようにするととももに、損失電力の低減効果を確保する。

図１１は、実施の形態２における、大気圧Ｐに対する間欠昇圧モードの限界値ΔＶＨの設定例を表わす図である。

Ｐ≧Ｐ１の範囲では、ΔＶＨ（Ｐ）は、実施の形態１と同じく固定値Ｖ０に設定される。Ｐ１は、実施の形態１におけるＰ１（Ｖ３（Ｐ１）＝ＭＡＸ＿ＶＨを満たす）と同じである。Ｐ２≦Ｐ＜Ｐ１の範囲では、ΔＶＨ（Ｐ）は、線形で増加する。Ｐ＜Ｐ２の範囲では、間欠昇圧モードの設定が禁止される。したがって、ΔＶＨ（Ｐ）は設定されない。

Ｐ２およびＰ２≦Ｐ＜Ｐ１の範囲でのＶＨ（Ｐ）の傾きは、間欠昇圧モードによる損失電力低減効果を損なわず、かつ車両が走行停止とならないような値が実験などによって特定されて設定される。

図１２は、実施の形態２における、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限の設定例を表わす図である。

Ｖ１（Ｐ）は、大気圧Ｐの環境下において、第１ＭＧ１１０または第２ＭＧ１２０が破壊されることがないシステム電圧ＶＨの最大値を表わす。Ｖ２（Ｐ）は、第１ＭＧ１１０または第２ＭＧ１２０に耐電圧に対してマージン（余裕）を設けるもので、Ｖ１（Ｐ）の電圧よりもマージンΔＤだけ小さい電圧を表わす。コンバータ２００が出力可能なシステム電圧ＶＨの最大値がＭＡＸ＿ＶＨである。Ｖ４（Ｐ）は、Ｖ２（Ｐ）の電圧よりも図１１に示すΔＶＨ（Ｐ）だけ小さい電圧である。

車両が大気圧Ｐの小さな場所に移動したときに車両が走行を停止してしまうという問題を回避するために、大気圧ＰがＰ２未満となると間欠昇圧モード制御が禁止に設定される。大気圧ＰがＰ２以上のときには、間欠昇圧モード制御が許可に設定される。

大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値は、Ｕ＿ＶＨＤ（Ｐ）上の電圧に設定される（図１２の実線参照）。すなわち、間欠昇圧モード制御が許可に設定された範囲（Ｐ≧Ｐ２）では、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値は、Ｖ４（Ｐ）とＭＡＸ＿ＶＨの小さい方に設定される。

間欠昇圧モード制御が禁止に設定された範囲（Ｐ＜Ｐ２）のうち、Ｐ３≦Ｐ＜Ｐ２の範囲では、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値を、Ｖ２（Ｐ）とＭＡＸ＿ＶＨの小さい方の電圧であるＶ２（Ｐ）に設定することも可能であるが、そうすると、Ｐ２での電圧指令ＶＨ＊の上限値Ｕ＿ＶＨＤ（Ｐ２）を超えてしまうことになり、逆転現象が生じる。そこで、この範囲の電圧指令ＶＨ＊の上限値は、Ｐ２での電圧指令の上限値と同一とする。ここで、Ｐ３は、Ｖ２（Ｐ３）＝Ｕ＿ＶＨＤ（Ｐ２）を満たす値である。

Ｐ＜Ｐ３の範囲では、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値は、Ｖ２（Ｐ）とＭＡＸ＿ＶＨの小さい方の電圧であるＶ２（Ｐ）に設定される。これによって、車両の走行が想定される大気圧Ｐの範囲内において、電圧指令ＶＨ＊の上限値がシステム電圧ＶＨの最小値ＭＩＮ＿ＶＨよりも小さくなり、車両が走行を停止してしまう状態を防止できる。

図１３は、実施の形態２における、コンバータ２００の昇圧制御の手順を表わすフローチャートである。図１３のフローチャートが、図３のフローチャートが相違する点は、ステップＳＴ２とステップＳＴ３の間に、ステップＳＴＢを含む点である。図１４は、ステップＳＴＢの手順を表わすフローチャートである。

図１４を参照して、ステップＳ２０１において、大気圧ＰがＰ１以上のときには、処理がステップＳ２０２に進み、大気圧ＰがＰ１未満のときには、処理がステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０２において、制御装置５００は、間欠昇圧モード制御を許可に設定する。その後、ステップＳ２０３において、制御装置５００は、間欠昇圧モードでのΔＶＨを図１１に示す固定値Ｖ０に設定する。その後、ステップＳ２０４において、制御装置５００は、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値を図１２に示すＶ４（Ｐ）とＭＡＸ＿ＶＨの小さい方であるＭＡＸ＿ＶＨに設定し、処理を図１３のステップＳＴ３に進ませる。

ステップＳ２０５において、大気圧ＰがＰ１未満でかつＰ２以上のときには、処理がステップＳ２０６に進み、大気圧ＰがＰ２未満のときには、処理がステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０６において、制御装置５００は、間欠昇圧モード制御を許可に設定する。その後、ステップＳ２０７において、制御装置５００は、間欠昇圧モードでのΔＶＨを図１１に示すように、固定値Ｖ０よりも小さく、かつ大気圧Ｐが小さくなるにつれて小さくなるように変化する値に設定する。その後、ステップＳ２０８において、制御装置５００は、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値を図１２に示すＶ４（Ｐ）とＭＡＸ＿ＶＨの小さい方であるＶ４（Ｐ）に設定し、処理を図１３のステップＳＴ３に進ませる。

ステップＳ２０９において、制御装置５００は、間欠昇圧モード制御を禁止に設定する。その後、ステップＳ２１０において、制御装置５００は、大気圧Ｐに対する電圧指令ＶＨ＊の上限値を図１２に示すように、Ｖ４（Ｐ２）（Ｐ３≦Ｐ＜Ｐ２の範囲のとき）、またはＶ２（Ｐ）（Ｐ＜Ｐ３のとき）に設定し、処理を図１３のステップＳＴ１に進ませる。

以上のように、本実施の形態によれば、大気圧Ｐが低い環境下（Ｐ＜Ｐ２）では、間欠昇圧制御が実行されないので、システム電圧ＶＨが破壊閾値ＶＨ＿Ｔを超え、第１ＭＧ１１０または第２ＭＧ１２０が破壊されるという事態を防止できるとともに、大気圧が低い環境下でも、車両を走行させることができる。

また、Ｐ２≦Ｐ＜Ｐ１の環境下では、大気圧Ｐが小さくなるほど、間欠昇圧モードでのΔＶＨを小さく設定するので、大気圧Ｐが小さくなるほど、昇圧停止期間中のシステム電圧ＶＨの増加許容量を小さくでき、システム電圧ＶＨが破壊閾値ＶＨ＿Ｔを超えないようにすることができる。また、Ｐ２≦Ｐ＜Ｐ１の環境下で、指令電圧ＶＨ＊の上限値をΔＶＨに応じた値に設定することによって、指令電圧ＶＨ＊が大きくなりすぎて、システム電圧ＶＨが破壊閾値ＶＨ＿Ｔを超えたり、指令電圧ＶＨ＊が小さくなりすぎて、車両が走行不能になる状態を防止できる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。たとえば、本発明の実施の形態では、間欠昇圧モード制御を禁止に設定した場合には、連続昇圧モードで動作させることとしたが、これに限定するものではない。間欠昇圧モード制御を禁止に設定した場合でも、昇圧でなく降圧が必要なときには、コンバータに降圧を実行させ、昇降圧が不要なときには、コンバータの昇降圧を停止させることになる。

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、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 エンジン、１１０ 第１ＭＧ、１２０ 第２ＭＧ、１１２，１２２ 中性点、１３０ 動力分割機構、１３１ サンギヤ、１３２ リングギヤ、１３３ ピニオンギヤ、１３４ キャリア、１３５ リングギヤ軸（駆動軸）、１４０ 減速機、１５０ バッテリ、１５２ 電池センサ、１６０ 駆動輪、１７０ ＰＭ−ＥＣＵ、１７２ ＭＧ−ＥＣＵ、１８０ 電圧センサ、２００ コンバータ、２１０，２２０ インバータ、２３０ ＳＭＲ、５００ 制御装置、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＧＬ 接地線、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｌ リアクトル。

Claims (3)

1. 蓄電装置と、
   電動機と、
   前記蓄電装置と前記電動機に接続され、前記蓄電装置の電圧を昇圧して前記電動機に供給する昇圧コンバータと、
   前記昇圧コンバータを連続的に作動させる連続昇圧モードと、前記昇圧コンバータを間欠的に作動させる間欠昇圧モードとで前記昇圧コンバータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、大気圧が第１の所定値以上のときには、前記間欠昇圧モードで前記昇圧コンバータを制御することを許可し、前記大気圧が前記第１の所定値未満のときには、前記間欠昇圧モードで前記昇圧コンバータを制御することを禁止する、車両の電源装置。
2. 前記制御装置は、前記間欠昇圧モード時の前記昇圧コンバータの昇圧停止時に、前記昇圧コンバータの出力電圧と、前記昇圧コンバータの出力電圧の指令電圧との差が閾値以上となったときに、前記昇圧コンバータの昇圧を再開させ、
   前記制御装置は、前記大気圧が前記第１の所定値よりも大きな第２の所定値以上のときには、前記閾値を固定値に設定し、
   前記制御装置は、前記大気圧が前記第１の所定値以上かつ前記第２の所定値未満の範囲にあるときには、前記閾値を、前記固定値以下で、かつ前記大気圧が小さくなるにつれて、小さくなる値に設定する、請求項１記載の車両の電源装置。
3. 前記制御装置は、前記大気圧が前記第２の所定値以上のときには、前記指令電圧の上限値を前記昇圧コンバータが出力可能な電圧の最大値に設定し、
   前記制御装置は、前記大気圧が前記第１の所定値以上かつ前記第２の所定値未満の範囲にあるときには、前記指令電圧の上限値を前記閾値に基づいて設定する、請求項２記載の車両の電源装置。

Images