JP4736781B2 - 電源システムの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、電源システムの制御装置に関し、より特定的には直流電源から負荷へ電力を供給する電源システムの制御装置に関する。

二次電池に代表される一般的な直流電源には内部抵抗が存在する。したがって、このような直流電源から負荷に電力を供給する電源システムでは、直流電源（二次電池）の出力特性、特に内部抵抗を考慮して、直流電源からの出力が過大となって出力が変動しないような範囲で負荷を作動させる必要がある。

たとえば、特開２０００−１９２３３号公報（特許文献１）には、電池の出力範囲を複数の領域に分割し、各領域ごとに測定した電圧−電流特性から電池の最大出力を演算する構成の電池の出力検出装置が開示されている。特に、特許文献１には、このような電池の出力検出装置によってハイブリッド自動車のメインバッテリの最大出力を出力領域ごとに正確に演算することができる点が開示される。

また、特開平７−１９３９０３号公報（特許文献２）には、主電池（メインバッテリ）の電圧の異常低下による走行フィーリングの劣化を防止した電気自動車の制御装置が開示されている。特許文献２に開示された構成では、主電池の電圧が、誘導電動機を駆動制御するインバータ制御装置の最低動作電圧以上に設定された基準電圧よりも低下した場合に、誘導電動機の力行トルクを抑制するようにインバータを制御している。
特開２０００−１９２３３号公報 特開平７−１９３９０３号公報

上記のような電源システムでは、負荷に要求される出力（以下、負荷要求出力と称する）に相当する電力をバッテリから取出す際に、一般的には、想定される負荷要求出力範囲の電力を供給可能なように直流電源は設計されている。しかしながら、直流電源の状態によっては、たとえば気温低下により二次電池の内部抵抗が上昇したときには、負荷要求出力に相当する電力を直流電源から出力できない場合も考えられる。

このような場合に、単純に負荷要求出力に相当する電力が負荷に供給されるように電源システムを動作させると、直流電源の内部抵抗により消費される電力が大きくなって、直流電圧の出力電圧が低下する可能性がある。特に、直流電源およびバッテリの間に平滑コンデンサを設けた構成とすれば、インピーダンスの低い平滑コンデンサの電圧が急激に低下することにより、負荷の動作に不具合が生じる可能性もある。

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、直流電源から負荷へ電力を供給する電源システムにおいて、直流電源からの出力が過大とならない範囲で安定的に負荷を作動させることが可能な電源システムの制御装置を提供することである。

本発明による電源システムの制御装置は、直流電源から負荷へ電力を供給する電源システムの制御装置であって、動作指令設定手段と、検知手段と、出力制限手段とを備える。動作指令設定手段は、負荷への出力要求に従い負荷の動作指令値を設定する。検知手段は、直流電源の出力が直流電源の出力特性に基づいて設定された通常範囲を超えたときに出力過大状態を検知する。出力制限手段は、検知手段により出力過大状態が検知された場合に、直流電源の出力過大状態が継続しないように動作指令値を制限する。

上記電源システムの制御装置によれば、直流電源が出力過大状態となった場合に、直流電源が出力過大状態となるような範囲で負荷の動作指令値が継続的に生成されることを防止できる。したがって、負荷が継続的に出力過大状態で動作することによって、直流電源の出力電圧が急激に低下して負荷の動作に不具合を発生する現象を防止できる。すなわち、直流電源からの出力が過大とならない範囲で安定的に負荷を作動させることが可能となる。

好ましくは、本発明による電源システムの制御装置は、直流電源の出力電圧を検出する電圧検出器を備える。さらに、検知手段は、電圧検出器により検出された出力電圧が、直流電源の開放電圧に基づいて設定された判定電圧以下となった場合に、出力過大状態を検知する。

上記電源システムの制御装置によれば、直流電源の出力電圧の検出値に基づいて出力過大状態の発生を的確に検知することができる。

さらに好ましくは、本発明による電源システムの制御装置では、判定電圧は開放電圧の１／２近傍に設定される。

上記電源システムの制御装置によれば、直流電源の出力特性に従って、出力過大状態を検知するための判定電圧を適切に設定することができる。

また好ましくは、本発明による電源システムの制御装置は、直流電源の出力電流を検出する電流検出器を備える。さらに、検知手段は、電流検出器により検出された出力電流が、直流電源の開放電圧および内部抵抗に基づいて設定された判定電流以上となった場合に、出力過大状態を検知する。

上記電源システムの制御装置によれば、直流電源の出力電流の検出値に基づいて、出力過大状態を的確に検知することができる。

さらに好ましくは、本発明による電源システムの制御装置では、判定電流は、開放電圧をＶｂｏとし内部抵抗をＲｂとすると（Ｖｂｏ／２Ｒｂ）近傍に設定される。

上記電源システムの制御装置によれば、直流電源の出力特性に従って、出力過大状態を検知するための判定電流を適切に設定することができる。

あるいは好ましくは、本発明による電源システムの制御装置では、出力制限手段は、上限記憶手段および動作指令値生成手段を含む。上限記憶手段は、通常状態から出力過大状態への遷移時にその時点での動作指令値を記憶する。動作指令値生成手段はを含む、遷移時より後での出力過大状態の継続中において、記憶手段に記憶された動作指令値を上限値として、負荷の動作指令値を生成する。

上記電源システムの制御装置によれば、出力過大状態への遷移時点での負荷の動作指令値を上限とする範囲内に負荷の動作指令値に制限することができる。したがって、直流電源が出力過大状態となるような範囲で負荷の動作指令値が継続的に生成されることをより確実に防止できる。

また好ましくは、本発明による電源システムの制御装置では、直流電源は、複数個の負荷に対して電力を供給し、出力制限手段は上限記憶手段および動作指令値生成手段を含む。上限記憶手段は、通常状態から出力過大状態への遷移時に、その時点での複数個の負荷全体に対する直流電源からの出力電力を最大電力として記憶する。動作指令値生成手段は、遷移時より後での出力過大状態の継続中において、上限記憶手段に記憶された最大電力の範囲内で、複数個の負荷の動作指令値を生成する。

上記電源システムの制御装置によれば、複数個の負荷により直流電源を供給する構成において、直流電源からの出力電力が出力過大状態への遷移時点での値を超えない範囲内に負荷の動作指令値に制限することができる。したがって、直流電源が出力過大状態となるような範囲で、複数個の負荷の動作指令値が継続的に生成されることをより確実に防止できる。

この発明による電源システムの制御装置によれば、直流電源から負荷へ電力を供給する電源システムにおいて、直流電源からの出力が過大とならない範囲で安定的に負荷を作動させることが可能である。

以下に、本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、以下では図中の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。

図１は、本発明の実施の形態に従う電源システム５の構成を説明するブロック図である。

図１を参照して、本発明の実施の形態に従う電源システム５は、直流電源１０と、平滑コンデンサ２０と、負荷３０とを備える。さらに、電源システム５の制御装置として、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００と、ＥＣＵ１００に対して負荷出力要求に応じた動作指令値を与える上位ＥＣＵ９０とが設けられる。なお、上位ＥＣＵ９０およびＥＣＵ１００については、単一のＥＣＵにより構成することも可能である。

直流電源１０は、代表的にはリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池によって構成される。なお、直流電源１０として、電気二重層キャパシタ等の大容量蓄電装置や燃料電池を適用することも可能である。

直流電源１０には、出力電圧（以下バッテリ電圧Ｖｂとも称する）を測定するための電圧センサ６０および入出力電流（以下バッテリ電流Ｉｂとも称する）を検出するための電流センサ６５が設けられている。直流電源１０の起電力（開放電圧）Ｖｂｏとし内部抵抗をＲｂとすると、直流電源１０の出力特性として下記（１）式が成立する。

Ｖｂ＝Ｖｂｏ−Ｉｂ・Ｒｂ …（１）
なお、直流電源１０の充電率（State of Charge：ＳＯＣ）は、たとえば電流センサ６５によって検知されるバッテリ電流Ｉｂの積算値に基づき別途管理されているものとする。あるいは、直流電源１０の内部状態を判定した動的モデル式を別途作成し、上述のバッテリ電圧Ｖｂ，バッテリ電流Ｉｂおよび図示しない温度センサによって測定されるバッテリ温度等の電池状態量に基づいて、逐次開放電圧Ｖｂｏや充電率（ＳＯＣ）をオンラインで求める構成としてもよい。

（１）式中での開放電圧Ｖｂｏは、充電率（ＳＯＣ）の正常範囲内において定格値（一定値）としてもよく、あるいは充電率（ＳＯＣ）に応じて算出されてもよい。特に、リチウムイオン二次電池においては充電率（ＳＯＣ）と開放電圧Ｖｂｏの間に高い相関があることが知られている。あるいは、負荷の停止時（すなわちバッテリ電流Ｉｂ＝０時）におけるバッテリ電圧Ｖｂを測定し、この際の測定値を開放電圧Ｖｂｏとして適時に記憶する制御構成としてもよい。

平滑コンデンサ２０は、直流電源１０および負荷３０の間に設けられ、両者間で授受される直流電圧を平滑する。

負荷３０は、たとえば、インバータ４０と、インバータ４０によって駆動制御される電動機５０とを含んで構成される。この電動機５０は、力行動作および回生制動動作の両方が可能な、すなわち電動機および発電機のいずれとしても動作可能なモータジェネレータで構成されてもよい。このようなモータジェネレータとしては、たとえば、３相のコイル巻線が設けられた固定子（図示せず）および回転子（図示せず）を含む、３相同期電動機が用いられる。以下、電動機５０について、モータジェネレータ５０と称することとする。

たとえば、このモータジェネレータ５０は、ハイブリッド自動車等の電動車両に搭載されて、力行動作時には、直流電源１０からの供給電力により回転駆動されて、車両駆動力を発生するとともに、電動車両の減速に伴って回転されることにより、回生制動発電を行なう。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド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。

インバータ４０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の電力用半導体スイッチング素子（図示せず）を含んで構成された一般的な３相インバータであるので、構成の詳細説明は省略する。

インバータ４０は、ＥＣＵ１００からのスイッチング制御信号ＳＣｉｎｖに応答した電力用半導体スイッチング素子（図示せず）のオンオフ制御（スイッチング制御）により、直流電源１０からの直流電圧Ｖｂを３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータ５０へ出力することができる。これにより、モータジェネレータ５０は、トルク指令値に代表される動作指令値に従った出力を発生するように駆動制御される。

また、インバータ４０は、モータジェネレータ５０の回生制動動作時には、モータジェネレータ５０が発電した３相交流電圧をスイッチング制御信号ＳＣｉｎｖに従ったスイッチング制御により、直流電源１０を充電する直流電圧へ変換することができる。このように、インバータ４０は、直流電源１０および負荷３０の間で双方向の電力変換を行なう。

モータジェネレータ５０には、モータ電流ＭＣＲＴ（三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを総括的に表記するもの）を検出するための電流センサ４５およびモータ回転角（電気角）θを検出するための回転位置センサ５５が設けられる。電流センサ４５は、インバータ４０からモータジェネレータ５０への３相配線のうちの少なくとも２相にも受けられる。３相電流の瞬時値の和が０であることにより、２相分のモータ電流を検出することにより各相のモータ電流を検出することができる。また、回転位置センサ５５によって検出されるモータ回転角θから、モータジェネレータ５０の回転速度Ｎｍを検知することもできる。モータ電流ＭＣＲＴおよびモータ回転角θは、ＥＣＵ１００へ入力される。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムやマップデータを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）１０４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）１０６と図示しない入出力ポートとを含む。図示するように、ＥＣＵ１００には、電圧センサ６０および電流センサ６５によって検出されたバッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂ、ならびに、電流センサ４５および回転位置センサ５５からのモータ電流ＭＣＲＴおよびモータ回転角θが入力される。

上位ＥＣＵ９０は、モータジェネレータ５０への負荷出力要求に応じて、負荷出力要求に応じたモータジェネレータ５０の動作指令値としてのトルク指令値Ｔｑｃｏｍ＃を生成する。たとえば、ハイブリッド自動車等の電動車両では、モータジェネレータ５０への負荷出力要求は、車両走行状況やアクセル開度等に基づいて決定される。上位ＥＣＵ９０により生成されたトルク指令値Ｔｑｃｏｍ＃は、ＥＣＵ１００へ入力される。

次に図２を用いて、ＥＣＵ１００によるモータジェネレータ５０の制御を詳細に説明する。

図２を参照して、ＥＣＵ１００によるプログラム処理によって実現されるモータ制御ブロック１０１は、出力過大状態検出部１１０、トルク指令値生成部１２０およびモータジェネレータ制御部（ＭＧ制御部）１３０を含む。

出力過大状態検出部１１０は、バッテリ電圧Ｖｂまたはバッテリ電流Ｉｂに基づいて、直流電源１０からの出力が所定の通常範囲を超えた出力過大範囲に達しているかどうかを検出する。そして、出力過大状態検出部１１０は、直流電源１０の出力が通常範囲内である場合（通常出力状態時）には出力状態フラグＦＬＧ＝０に設定する一方で、直流電源１０の出力が出力過大範囲である場合（出力過大状態時）には出力状態フラグＦＬＧ＝１に設定する。

トルク指令値生成部１２０は、上位ＥＣＵ９０からのトルク指令値Ｔｑｃｏｍ＃および出力過大状態検出部１１０からの出力状態フラグＦＬＧに応じて、モータジェネレータ５０の最終的なトルク指令値Ｔｑｃｏｍを生成する。トルク指令値生成部１２０で生成されたトルク指令値Ｔｑｃｏｍは、モータジェネレータ制御部（ＭＧ制御部）１３０へ与えられる。

ＭＧ制御部１３０は、電流センサ４５によって検出されたモータ電流ＭＣＲＴおよびモータ回転角θに基づき、代表的にはモータ電流ＭＣＲＴのフィードバック制御やモータ状態量に基づくトルク推定値を用いたトルクフィードバック制御により、インバータ４０の動作を制御する。具体的には、ＭＧ制御部１３０は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに従った出力トルクをモータジェネレータ５０が発生するような交流電力がインバータ４０からモータジェネレータ５０へ供給されるように、スイッチング制御信号ＳＣｉｎｖを生成する。言い換えると、インバータ４０がスイッチング制御信号ＳＣｉｎｖに従った直流−交流（交流−直流）電力変換を行なうことにより、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに従った出力トルクを発生するためのモータ電流がインバータ４０からモータジェネレータ５０へ供給される。

次に図３を用いて、直流電源１０の出力特性について説明する。
直流電源１０からの出力電力Ｐｏｕｔは、下記（２）式で示される。

Ｐｏｕｔ＝Ｖｂ・Ｉｂ…（２）
上記（２）式に前出の（１）式を代入すると、下記（３）式が得られる。

（３）式および図３に示されるように、出力電力Ｐｏｕｔは、バッテリ電流Ｉｂの２次関数で表わされ、バッテリ電流Ｉｂ＝（Ｖｂｏ／２Ｒｂ）のときに最大値Ｐｏｕｔ＝（Ｖｂｏ^２／４Ｒｂ^２）を取る。

また、バッテリ電圧Ｖｂは、（１）式および図３に示されるように、バッテリ電流Ｉｂの１次関数で表わされ、バッテリ電流Ｉｂの増加に伴って内部抵抗Ｒｂでの電圧降下増大により低下していく。特に、出力電力Ｐｏｕｔが最大となるバッテリ電流Ｉｂ＝（Ｖｂｏ／２Ｒｂ）のときに、バッテリ電圧Ｖｂ＝Ｖｂｏ／２となる。

本発明の実施の形態では、基本的に、直流電源１０の通常の出力範囲を０≦Ｉｂ≦（Ｖｂｏ／２Ｒｂ）の範囲とし、バッテリ電流Ｉｂ＞（Ｖｂｏ／２Ｒｂ）の範囲を出力過大範囲とする。このように、直流電源１０の出力特性に基づいて、通常範囲および出力過大範囲が定められる。

通常、直流電源１０は、モータジェネレータ５０への通常の出力要求を考慮して、上記通常範囲内の出力にて、モータジェネレータ５０の出力要求（負荷出力要求）が賄えるように設計されている。

しかしながら、内部抵抗Ｒｂの上昇時やモータジェネレータ５０の特殊運転時（たとえば、モータジェネレータ５０搭載された電動車両での車輪スリップ発生時等）には、モータジェネレータ５０の動作指令値（代表的にはトルク指令値）が通常範囲を超えた出力過大範囲に対応する領域で生成される可能性がある。

したがって、本実施の形態による電源システムの制御装置では、負荷（モータジェネレータ５０）の動作指令が、直流電源１０の出力過大範囲に対応する領域で継続的に生成されないように、以下に説明するような動作指令値の設定制御を実行する。なお、本実施の形態では、負荷の動作指令値設定制御としてモータジェネレータ５０のトルク指令値（Ｔｑｃｏｍ）の設定制御を説明する。

図４は、本発明の実施の形態に従う負荷の動作指令値設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（たとえば０．２ｍｓａｃ毎）にＥＣＵ１００により繰返し実行される。

図４を参照して、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１００において、負荷出力要求に従った上位ＥＣＵ９０からのトルク指令値Ｔｑｃｏｍ＃を取得する。さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１０において、電圧センサ６０の出力よりバッテリ電圧Ｖｂを取得する。この際に、設計値あるいは現在の電池状態（ＳＯＣ等）からの推定値として、開放電圧Ｖｂｏについても取得する。

さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２０において、直流電源１０が出力過大状態であるかどうかを判定する。ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で取得したバッテリ電圧Ｖｂを判定電圧Ｖｊｄと比較することによって上記判定が行なわれる。ここで、判定電圧Ｖｊｄは、図３から理解されるように、（Ｖｂｏ／２）近傍に設定される。

Ｖｂ＞Ｖｊｄのとき（ステップＳ１２０のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ１００は、直流電源１０が通常出力状態であるので、ステップＳ１３０により出力状態フラグＦＬＧ＝０に設定する。一方、Ｖｂ≦Ｖｊｄのとき（ステップＳ１２０のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ１００は、直流電源１０が出力過大状態であるので、ステップＳ１５０により出力状態フラグＦＬＧ＝１に設定する。

このように、ステップＳ１２０、Ｓ１３０およびＳ１５０での処理は、図２の出力過大状態検出部１１０による動作に相当する。

出力状態フラグＦＬＧ＝０に設定される通常出力状態時には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４０により、負荷出力要求どおりに動作指令値を生成する。すなわち、モータジェネレータ５０の最終的なトルク指令値Ｔｑｃｏｍ＝Ｔｑｃｏｍ＃に設定される。

これに対して、出力状態フラグＦＬＧ＝１に設定される出力過大状態時には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１５０，Ｓ１６０により、直流電源１０の出力過大状態が継続しないように動作指令値（トルク指令値）に制限を加える。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１６０により、今回のトルク指令値設定ルーチンにおいて、通常出力状態から出力過大状態への遷移が発生したか否かを、出力状態フラグＦＬＧにより判定する。そして、ステップＳ１６０のＹＥＳ判定時、すなわち通常出力状態から出力過大状態への遷移時には、現在のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ、すなわち前回の通常出力状態でのトルク指令値Ｔｑｃｏｍをトルク指令上限値Ｔｑｍａｘとして記憶する。

これに対して、ステップＳ１６０のＮＯ判定時、すなわち継続的に出力過大状態である場合には、ステップＳ１７０は実行されず、トルク指令上限値Ｔｑｍａｘは更新されない。

さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１８０により、直流電源１０の出力過大状態時には、負荷出力要求どおりに動作指令値（トルク指令値）を生成するのではなく、ステップＳ１７０で設定したトルク指令上限値Ｔｑｍａｘの範囲内に制限して、トルク指令値Ｔｑｃｏｍを生成する。

このように、ステップＳ１４０およびＳ１６０〜Ｓ１８０での処理は、図２のトルク指令値生成部１２０による動作に相当する。

これにより、本実施の形態による電源システム制御装置によれば、直流電源１０が出力過大状態となるような範囲で、モータジェネレータ５０のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（すなわち、負荷の動作指令）が継続的に生成されることを防止可能な、負荷の動作指令値設定制御を実現できる。

これにより、直流電源１０を想定された通常出力範囲内で使用することができるので、負荷を指令どおりに制御することが可能となって負荷制御の安定性が向上する。これに対して、出力過大状態で直流電源１０を動作させると、出力電圧の低下等により負荷（モータジェネレータ５０）が指令どおりに制御することが困難となる。特に、電動車両に搭載されたモータジェネレータ５０でこのような現象が発生すると、振動やサージ等が発生して車両挙動が不安定となる可能性があるが、本発明に従ったモータジェネレータ５０のトルク指令値設定制御により、このような問題点を確実に回避できる。

また、負荷を直流電源１０の通常出力範囲内で確実に作動させることができるため、平滑コンデンサ２０（図１）の電圧が急変する可能性を低減できる。これにより、平滑コンデンサの容量についても低減させて、機器の小型化および低コスト化を図ることが可能となる。

なお、直流電源１０が出力過大状態であるかどうかを判定（図４のステップＳ１２０）については、図５に示すように、電流センサ６５によって検出されるバッテリ電流Ｉｂに基づいて実行することもできる。

図５を参照して、本発明の実施の形態に従う負荷の動作指令値設定ルーチンの他の例では、図４に示されたフローチャートと比較して、ステップＳ１１０，Ｓ１２０に代えてステップＳ１１０♯，Ｓ１２０＃が実行される。

ＥＣＵ１００は、図４と同様のステップＳ１００に続いて、ステップＳ１１０＃において、電流センサ６５の出力よりバッテリ電流Ｉｂを取得する。この際に、設計値あるいは現在の電池状態（ＳＯＣ等）からの推定値として、開放電圧Ｖｂｏおよび内部抵抗Ｒｂについても取得する。

さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２０♯において、直流電源１０が出力過大状態であるかどうかの判定を、ステップＳ１１０♯で取得したバッテリ電流Ｉｂを判定電流Ｉｊｄと比較することによって実行する。ここで、判定電流Ｉｊｄは、図３から理解されるように、（Ｖｂｏ／２Ｒｂ）近傍に設定される。

ステップＳ１２０＃により、図４に示したフローチャートと同様に、その時点において直流電源１０が通常出力状態および出力過大状態のいずれであるかが判定される。この判定に従ったそれ以降の処理については、図４と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

このように、電流センサ６５によって検出されるバッテリ電流Ｉｂを用いても、上記と同様の負荷の動作指令値設定制御を実現できる。

ここで、本発明の実施の形態では、図４，５のステップＳ１４０が本発明での「動作指令設定手段」に対応し、ステップＳ１２０またはＳ１２０♯が本発明での「検知手段」に対応し、ステップＳ１７０およびＳ１８０が本発明での「出力制限手段」に対応する。特に、ステップＳ１７０が本発明の「上限記憶手段」に対応し、ステップＳ１８０が本発明の「動作指令生成手段」に対応する。

［実施の形態の変形例］
図６は、本発明の実施の形態の変形例に従う電源システム５＃の構成を説明するブロック図である。

図６を参照して、実施の形態の変形例に従う電源システム５＃では、共通の直流電源１０により、電動機５１および発電機５２が駆動される構成となっている。すなわち、電源システム５＃では、図１での負荷３０に代えて、負荷３０♯が用いられる。負荷３０♯は、複数個の負荷としての電動機５１および発電機５２と、電動機５１および発電機５２を駆動制御するためのインバータ４１および４２を含んで構成される。

代表的には、負荷３０♯は、ハイブリッド自動車に搭載される。この際には、電動機５１は、図１に示した電源システムにおけるモータジェネレータ５０と同様に動作する。すなわち、電動機５１は、直流電源１０からの電力によって回転駆動されて、その出力は駆動輪（図示せず）の駆動力となる。また、電動機５１は、駆動輪の減速に伴って回転される回生制動動作時には、発電機として作用する。

発電機５２は、図示しないエンジンからの駆動力によって回転されて発電可能に構成される。さらに、発電機５２は、直流電源１０からの電力によりエンジンに対して電動機として動作してエンジン始動を行ない得るように構成されてもよい。このような構成では、図示しない動力分割機構が設けられて、エンジンによって生じた駆動力は、駆動輪への経路と発電機５２への経路とに分割可能とされる。このように、電動機５１および発電機５２の各々は、代表的には、モータジェネレータ５０と同様の三相同期電動機により構成できる。

インバータ４１は電動機５１を駆動制御し、インバータ４２は発電機５２を駆動制御する。インバータ４１，４２の各々は、電力用半導体スイッチング素子（図示せず）から構成された一般的な三相インバータであるので、構成の詳細説明は省略する。

インバータ４１は、ＥＣＵ１００♯からのスイッチング制御信号ＳＣｉｎｖ１に応答した電力用半導体スイッチング素子のスイッチング制御により、直流電源１０からの直流電圧Ｖｂを三相交流電圧に変換し、その変換した三相交流電圧を電動機５１へ出力することができる。これにより、電動機５１は、トルク指令値（Ｔｑｃｏｍ１）に従った出力トルクを発生するように駆動制御される。

また、インバータ４１は、ハイブリッド車両の回生制動時、駆動輪からの回転力を受けて電動機５１が発電した三相交流電圧をスイッチング制御信号ＳＣｉｎｖ１に従ったスイッチング制御により直流電圧に変換する。

インバータ４２は、ＥＣＵ１００♯からのスイッチング制御信号ＳＣｉｎｖ２に応答しスイッチング制御により、トルク指令値（Ｔｑｃｏｍ２）に従った出力トルクを発電機５２により発生させることができる。さらに、インバータ４２は、発電機５２がエンジンによって駆動されて発電する場合には、スイッチング制御信号ＳＣｉｎｖ２に応答したスイッチング制御により、発電機５２が発電した三相交流電圧を直流電圧に変換する。このように、インバータ４１，４２は、直流電源１０および電動機５１，発電機５２の間で双方向の電力変換を行なう。

ＥＣＵ１００＃は、ハイブリッド車両の車両状況やアクセル開度等に基づいた、電動機５１および発電機５２への動作要求（負荷出力要求）に従った電動機５１，発電機５２のそれぞれのトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１＃，Ｔｑｃｏｍ２＃を受ける。トルク指令値Ｔｑｃｏｍ１＃，Ｔｑｃｏｍ２＃は、負荷の動作指令値の代表として示される。

さらに、ＥＣＵ１００＃は、電動機５１および発電機５２の出力を動作指令に従って制御するように、インバータ４１のスイッチング制御信号ＳＣｉｎｖ１およびインバータ４２のスイッチング制御信号ＳＣｉｎｖ２を生成する。ＥＣＵ１００＃は、図１に示した電源システム５におけるＥＣＵ１００と同様に、直流電源１０の出力過大状態時に電動機５１および発電機５２の動作指令値（トルク指令値）を制限するような、負荷の動作指令値設定制御を実行する。ここでも、負荷の動作指令値設定制御として、電動機５１および発電機５２のトルク指令値（Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２）の設定制御を説明する。

図７を参照して、ＥＣＵ１００＃によるプログラム処理によって実現されるモータ制御ブロック１０１♯は、出力過大状態検出部１１０と、トルク指令値生成部１２０＃とを含む。出力過大状態検出部１１０は、図２に示した出力過大状態検出部と同様の機能を有する。

トルク指令値生成部１２０＃は、上位ＥＣＵ（図１）からの負荷出力要求に従うトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１＃，Ｔｑｃｏｍ２＃および出力状態フラグＦＬＧに応じて、電動機５１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１および発電機５２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ２を生成する。トルク指令値Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２に従う電動機５１および発電機５２の各々の制御については、図２に示したＭＧ制御部１３０以降の動作と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

次に、図７に示した機能ブロック図による電動機５１および発電機５２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１およびＴｑｃｏｍ２の設定ルーチンについて、図８を用いて説明する。このルーチンは、所定時間毎（たとえば０．２ｍｓａｃ毎）にＥＣＵ１００により繰返し実行される。

図８を参照して、本発明の実施の形態の変形例に従う負荷の動作指令値設定ルーチンでは、ＥＣＵ１００♯は、図４および図５に示したフローチャートと同様に、ステップＳ１００，Ｓ１１０（またはＳ１１０＃）およびＳ１２０（またはＳ１２０＃）を実行して、負荷出力要求に従ったトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１＃，Ｔｑｃｏｍ２＃を取得するとともに、直流電源１０が通常出力状態および出力過大状態のいずれであるかを判定する。

直流電源１０が通常出力状態である場合（ステップＳ１２０またはＳ１２０＃のＮＯ判定時）には、ステップＳ１３０，Ｓ１４０が実行されて、負荷出力要求どおりに電動機５１および発電機５２のトルク指令値が生成される。すなわち、Ｔｑｃｏｍ１＝Ｔｑｃｏｍ１＃、かつＴｑｃｏｍ２＝Ｔｑｃｏｍ２＃に設定される。

これに対して、直流電源１０が出力過大状態であるとき（ステップＳ１２０またはＳ１２０＃におけるＹＥＳ判定時）には、図４，図５と同様のステップＳ１５０およびＳ１６０がまず実行される。

ＥＣＵ１００＃は、ステップＳ１６０のＹＥＳ判定時には、ステップＳ１７０＃により、電動機５１および発電機５２全体に対する直流電源１０からの出力電力である電力バランスＰｍｇを算出する。すなわち、電力バランスＰｍｇは、電動機５１における消費電力（または回生発電電力）および発電機５２による発電電力（または消費電力）の和で与えられる。たとえば、トルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび角速度ωにより、電動機５１および発電機５２の各々での消費電力Ｐ＝Ｔｑｃｏｍ／ω（Ｐ＞０：電力消費，Ｐ＜０：発電）を求めることができる。そして、通常出力状態から出力過大状態への遷移時における電力バランスＰｍｇが、ステップＳ１７０♯により、電力バランス上限値Ｐｍａｘとして記憶される。

ＥＣＵ１００＃は、ステップＳ１８０＃では、ステップＳ１７０＃で記憶された電力バランス上限値Ｐｍａｘの範囲内で、すなわち、電力バランス上限値Ｐｍａｘに対して直流電源１０の出力が増加しない範囲で、電動機５１，発電機５２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２を生成する。

このような制御構造とすることにより、直流電源１０が通常出力状態から出力過大状態に変化した場合に、その時点よりも直流電源１０からの出力が増加しない範囲内で負荷（電動機５１および発電機５２）を動作させることができる。これにより、実施の形態に示した電源システムと同様に、直流電源１０を想定された通常出力範囲内で使用することができるので、負荷を指令どおりに制御することが可能となって負荷制御の安定性が向上する。

ここで、本発明の実施の形態の変形例では、図８のステップＳ１７０♯およびＳ１８０♯が本発明での「出力制限手段」に対応し、特に、ステップＳ１７０♯が本発明の「上限記憶手段」に対応し、ステップＳ１８０♯が本発明の「動作指令生成手段」に対応する。

なお、実施の形態およびその変形例に示された電源システムにおける負荷の構成は限定されるものではなく、動作指令に従って駆動制御される負荷を備えた電動システムであれば、当該負荷の種類および個数に限定されず、本発明に従う負荷の動作指令値設定制御を行なうことが可能である。

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。

本発明の実施の形態に従う電源システムの構成を説明するブロック図である。 図１に示したＥＣＵによるモータジェネレータの制御をより詳細に説明するブロック図である。 図１に示した直流電源の出力特性を説明する図である。 本発明の実施の形態に従う負荷の動作指令値設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に従う負荷の動作指令値設定ルーチンの他の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の変形例に従う電源システムの構成を説明するブロック図である。 図６に示したＥＣＵによるトルク指令値設定制御に関する機能ブロック図である。 本発明の実施の形態の変形例に従う負荷の動作指令値設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

５，５♯ 電源システム、１０ 直流電源、２０ 平滑コンデンサ、３０，３０♯ 負荷、４０，４１，４２ インバータ、４５ 電流センサ、５０，５１ 電動機（モータジェネレータ）、５２ 発電機、５５ 回転位置センサ、６０ 電圧センサ、６５ 電流センサ、１０１，１０１♯ モータ制御ブロック、１１０ 出力過大状態検出部、１２０ トルク指令値生成部、１３０ ＭＧ制御部、ＦＬＧ 出力状態フラグ、Ｉｂ バッテリ電流、Ｉｊｄ 判定電流、ＭＣＲＴ モータ電流、Ｐｍａｘ 電力バランス上限値、Ｐｍｇ 電力バランス、Ｐｏｕｔ 出力電力、Ｒｂ 内部抵抗、ＳＣｉｎｖ，ＳＣｉｎｖ１，ＳＣｉｎｖ２ スイッチング制御信号、Ｔｑｃｏｍ♯，Ｔｑｃｏｍ１♯，Ｔｑｃｏｍ２♯ トルク指令値（負荷出力要求分）、Ｔｑｃｏｍ，Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２ トルク指令値（最終）、Ｔｑｍａｘ トルク指令上限値、Ｖｂ バッテリ電圧、Ｖｂｏ 開放電圧、Ｖｊｄ 判定電圧、θ モータ回転角。

Claims (6)

1. 直流電源から負荷へ電力を供給する電源システムの制御装置であって、
   前記負荷への出力要求に従い前記負荷の動作指令値を設定する動作指令設定手段と、
   前記直流電源の出力が、前記直流電源の出力特性に基づいて設定された通常範囲を超えたときに出力過大状態を検知する検知手段と、
   前記検知手段により前記出力過大状態が検知された場合に、前記直流電源の前記出力過大状態が継続しないように前記動作指令値を制限するための出力制限手段とを備え、
   前記出力制限手段は、
   通常状態から前記出力過大状態への遷移時にその時点での前記動作指令値を記憶する上限記憶手段と、
   前記遷移時より後での前記出力過大状態の継続中において、前記上限記憶手段に記憶された動作指令値を上限値として、前記負荷の動作指令値を生成する動作指令値生成手段とを含む、電源システムの制御装置。
2. 前記電源システムは、前記直流電源の出力電圧を検出する電圧検出器を備え、
   前記検知手段は、前記電圧検出器により検出された前記出力電圧が、前記直流電源の開放電圧に基づいて設定された判定電圧以下となった場合に、前記出力過大状態を検知する、請求項１記載の電源システムの制御装置。
3. 前記判定電圧は、前記開放電圧の１／２近傍に設定される、請求項２記載の電源システムの制御装置。
4. 前記電源システムは、前記直流電源の出力電流を検出する電流検出器を備え、
   前記検知手段は、前記電流検出器により検出された前記出力電流が、前記直流電源の開放電圧および内部抵抗に基づいて設定された判定電流以上となった場合に、前記出力過大状態を検知する、請求項１記載の電源システムの制御装置。
5. 前記判定電流は、前記開放電圧をＶｂｏとし前記内部抵抗をＲｂとすると（Ｖｂｏ／２Ｒｂ）近傍に設定される、請求項４記載の電源システムの制御装置。
6. 前記負荷は、複数個の負荷を含み
   前記直流電源は、前記複数個の負荷に対して電力を供給し、
   前記上限記憶手段は、通常状態から前記出力過大状態への遷移時に、その時点での前記複数個の負荷全体に対する前記直流電源からの出力電力を最大電力として記憶し、
   前記動作指令値生成手段は、前記遷移時より後での前記出力過大状態の継続中において、前記上限記憶手段に記憶された前記最大電力の範囲内で、前記複数個の負荷の動作指令値を生成する、請求項１記載の電源システムの制御装置。

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