JP5024454B2 - 電動車両の電源システムおよびその制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電動車両の電源システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、主蓄電装置および複数の副蓄電装置を搭載する電動車両の電源システム制御に関する。

近年、環境にやさしい車両として、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等の電動車両が開発され実用化されている。これらの電動車両には、車両駆動力を発生する電動機および、蓄電装置を含んで構成された電動機駆動電力を供給するための電源システムが搭載されている。

特に、ハイブリッド自動車の車載蓄電装置を車両外部の電源（以下、「外部電源」とも称する）によって充電する構成が提案されていることもあり、これらの電動車両では、車載蓄電装置の蓄積電力によって走行可能な距離を長くすることが求められている。なお、以下では、外部電源による車載蓄電装置の充電について、単に「外部充電」とも称する。

たとえば、特開２００８−１０９８４０号公報（特許文献１）および特開２００３−２０９９６９号公報（特許文献２）には、複数個の蓄電装置（バッテリ）を並列接続した電源システムが記載されている。特許文献１および２に記載の電源システムでは、蓄電装置（バッテリ）ごとに充放電調整機構としての電圧変換器（コンバータ）が設けられている。これに対して、特開２００８−１６７６２０号公報（特許文献３）には、主蓄電装置と複数の副蓄電装置とを搭載した車両において、主蓄電装置に対応するコンバータと、複数の副蓄電装置により共有されるコンバータとを設ける電源装置の構成が記載されている。この構成によれば、装置の要素の数を抑制しつつ蓄電可能なエネルギ量を増やすことができる。
特開２００８−１０９８４０号公報 特開２００３−２０９９６９号公報 特開２００８−１６７６２０号公報

特許文献３に記載された電源装置では、複数の副蓄電装置のうちの１つが選択的にコンバータと接続されて、主蓄電装置および選択された副蓄電装置によって、車両駆動用電動機の駆動電力が供給される。このような電源装置では、使用中の副蓄電装置のＳＯＣ（State of Charge）が低下すると、新たな副蓄電装置とコンバータとを接続するようにして、複数個の副蓄電装置を順次使用することによって、蓄電エネルギによる走行距離（ＥＶ（Electric Vehicle）走行距離）を延ばしている。しかしながら、副蓄電装置の接続切換時には、短絡経路の発生による機器故障などを回避するように、適切な処理手順で切換処理を実行することが必要となる。

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、主蓄電装置および複数の副蓄電装置を備え、かつ、複数の副蓄電装置によって電圧変換器（コンバータ）を共有する構成の電源システムにおいて、使用する副蓄電装置を変更するための接続切換処理を適切に行なうことである。

この発明によれば、車両駆動パワーを発生するモータを搭載した電動車両の電源システムであって、主蓄電装置と、給電ラインと、第１の電圧変換器と、互いに並列に設けられた複数の副蓄電装置と、第２の電圧変換器と、接続部と、切換制御装置とを備える。給電ラインは、モータを駆動制御するインバータに給電を行うように構成される。第１の電圧変換器は、給電ラインと主蓄電装置との間に設けられ、双方向の電圧変換を行うように構成される。第２の電圧変換器は、複数の副蓄電装置と給電ラインとの間に設けられ、複数の副蓄電装置のうちの１つと給電ラインの間で双方向の電圧変換を行うように構成される。接続部は、複数の副蓄電装置と第２の電圧変換器との間に設けられ、複数の副蓄電装置のうちの選択副蓄電装置を選択的に第２の電圧変換器と接続するように構成される。切換制御装置は、複数の副蓄電装置と第２の電圧変換器との間の選択的な接続を制御するように構成される。そして、切換制御装置は、切換判定部と、第１の電力制限部と、接続切換制御部と、第２の電力制限部とを備える。切換判定部は、複数の副蓄電装置の充電状態に基づいて、選択副蓄電装置の切換要否を判定するように構成される。昇圧指示部は、切換判定部によって選択副蓄電装置の切換が必要と判断されたときに、給電ラインの電圧を、主蓄電装置の出力電圧および切換後に第２の電圧変換器と接続される副蓄電装置の出力電圧よりも高い第１の電圧とするように第１の電圧変換器に指示するように構成される。第１の電力制限部は、給電ラインの電圧が第１の電圧に達した後に、選択副蓄電装置による入出力電力上限値を徐々に零まで減少させる。接続切換制御部は、第１の電力制限部によって入出力電力上限値が零に設定されたときに、複数の副蓄電装置および第２の電圧変換器の間の接続を切換えるように構成される。第２の電力制限部は、接続切換制御部によって複数の副蓄電装置および第２の電圧変換器の間の接続が切換えられた後に、第２の電圧変換器と新たに接続された副蓄電装置の充電状態に対応する値まで、入出力電力上限値を徐々に上昇させるように構成される。

あるいはこの発明による電動車両の電源システムの制御方法では、電源システムは、上記主蓄電装置と、上記給電ラインと、上記第１の電圧変換器と、上記複数の副蓄電装置と、上記第２の電圧変換器と、上記接続部とを備える。そして、制御方法は、複数の副蓄電装置の充電状態に基づいて、選択副蓄電装置の切換要否を判定するステップと、判定するステップによって選択副蓄電装置の切換が必要と判断されたときに、給電ラインの電圧を、主蓄電装置の出力電圧および切換後に第２の電圧変換器と接続される副蓄電装置の出力電圧よりも高い第１の電圧とするように第１の電圧変換器に指示するステップと、給電ラインの電圧が第１の電圧に達した後に、選択副蓄電装置による入出力電力上限値を徐々に零まで減少させるステップと、減少させるステップによって入出力電力上限値が零に設定されたときに、複数の副蓄電装置と第２の電圧変換器との間の接続を切換えるステップと、切換えるステップによって複数の副蓄電装置と第２の電圧変換器との間の接続が切換えられた後に、第２の電圧変換器と新たに接続された副蓄電装置の充電状態に対応する値まで、入出力電力上限値を徐々に上昇させるステップとを備える。

好ましくは、昇圧指示部は、第２の電力制限部による入出力電力上限値の上昇処理が終了するまで、給電ラインの電圧を第１の電圧とするための第１の電圧変換器への指示を継続する。あるいは、制御方法は、上昇させるステップによる入出力電力上限値の上昇処理が終了するまで、給電ラインの電圧を第１の電圧とするための第１の電圧変換器への指示を継続するステップをさらに備える。

また好ましくは、第１の電圧は、第１の電圧変換器による給電ラインの電圧の制御上限値に相当する。

上記電動車両の電源システムおよびその制御方法によれば、第２の電圧変換器と副蓄電装置との接続切換の際には、主蓄電装置の出力電圧および新たに使用する副蓄電装置の出力電圧のいずれよりも高い第１の電圧まで給電ラインを昇圧した後に、新たに使用する副蓄電装置を第２の電圧変換器と接続することができる。これにより、給電ラインを介して、新たに使用する副蓄電装置からの短絡経路が形成されることを防止できる。また、副蓄電装置の接続切換前に副蓄電装置の入出力電力上限値を絞るとともに、接続切換完了後に当該入出力電力上限値を徐々に復帰させるので、接続切換のため副蓄電装置に対する電力入出力が不能である期間において、電源システムに対して過度の充放電電力が要求されることを防止できる。

あるいは好ましくは、切換制御装置は、第３の電力制限部をさらに含み、第３の電力制限部は、第１の電力制限部による入出力電力上限値の低減が開始されてから接続部による複数の副蓄電装置および第２の電圧変換器の間の接続切換が完了するまでの期間において、主蓄電装置の充放電制限を一時的に緩和するように構成される。または、制御方法は、減少させるステップによる入出力電力上限値の減少の開始から、接続部による複数の副蓄電装置および第２の電圧変換器の間の接続切換の完了までの期間において、主蓄電装置の充放電制限を一時的に緩和するステップをさらに備える。

このようにすると、副蓄電装置の接続切換により副蓄電装置に対する電力入出力が不能である期間において、主蓄電装置の充放電電力制限を一時的に緩和するので、電源システム全体での入出力上限電力を確保することができる。

さらに好ましくは、電動車両は、モータとは独立に車両駆動パワーを出力可能に構成された内燃機関と、走行制御部とをさらに備える。そして、走行制御部は、電動車両の全体要求パワーが、主蓄電装置による出力電力上限値と、選択副蓄電装置による出力電力上限値との和よりも大きいときに、内燃機関を始動するように構成される。

このようにすると、副蓄電装置の接続切換時における入出力電力上限値を適切に設定することによって電源システムに対して過度な充放電が要求されないようにできるとともに、一時的に主蓄電装置の充放電制限を緩和することによって副蓄電装置の接続切換時に内燃機関が新たに始動されることを防止できる。

この発明によると、主蓄電装置および複数の副蓄電装置を備え、かつ、複数の副蓄電装置によって電圧変換器（コンバータ）を共有する構成の電源システムにおいて、使用する副蓄電装置を変更するための接続切換処理を適切に行なうことができる。

本発明の実施の形態に係る電源システムを搭載した電動車両の主たる構成を示す図である。 図１に示した各インバータの詳細な構成を示す回路図である。 図１に示した各コンバータの詳細な構成を示す回路図である。 電動車両の走行制御を説明する機能ブロック図である。 本発明の実施の形態による電動車両の電源システムにおける選択副蓄電装置接続切換処理の概略的な処理手順を示すフローチャートである。 図５に示した副蓄電装置の切換判定処理の詳細を説明するフローチャートである。 図５に示した切換前昇圧処理の詳細を説明するフローチャートである。 図５に示した電力制限変更処理の詳細を説明するフローチャートである。 図５に示した接続切換処理の詳細を説明するフローチャートである。 図５に示した復帰処理の詳細を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態による電動車両の電源システムにおける選択副蓄電装置の切換処理時の動作波形図である。 本発明の実施の形態の電源システムの制御構成のうちの、選択副蓄電装置の切換処理のための機能部分を説明する機能ブロック図である。

符号の説明

１ 電動車両、２ 車輪、３ 動力分割機構、４ エンジン、６ バッテリ充電用コンバータ（外部充電）、８ 外部電源、９Ａ，９Ｂ１，９Ｂ２ 電流センサ、１０Ａ，１０Ｂ１，１０Ｂ２，１３，２１Ａ，２１Ｂ 電圧センサ、１１Ａ，１１Ｂ１，１１Ｂ２ 温度センサ、１２Ａ コンバータ（主蓄電装置専用）、１２Ｂ コンバータ（副蓄電装置共用）、１４，２２ インバータ、１５〜１７ 各相アーム（Ｕ，Ｖ，Ｗ）、２４，２５ 電流センサ、３０ 制御装置、３９Ａ 接続部（主蓄電装置）、３９Ｂ 接続部（副蓄電装置）、１００ 切換判定部、１１０ 昇圧指示部、１２０ 電力制限部（主蓄電装置）、１３０ 電力制限部（副蓄電装置）、１４０ 接続切換制御部、２００ コンバータ制御部、２５０ 走行制御部、２６０ トータルパワー算出部、２７０，２８０ インバータ制御部、ＢＡ バッテリ（主蓄電装置）、ＢＢ 選択副蓄電装置、ＢＢ１，ＢＢ２ バッテリ（副蓄電装置）、Ｃ１，Ｃ２，ＣＨ 平滑用コンデンサ、ＣＭＢＴ 昇圧指令信号、ＣＯＮＴ１〜ＣＯＮＴ７ リレー制御信号、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＦＢＴ フラグ（昇圧完了）、ＩＡ，ＩＢ１，ＩＢ２ 入出力電流（バッテリ）、ＩＤ 変数（切換処理ステータス）、ＩＧＯＮ 起動信号、Ｌ１ リアクトル、ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２ モータ電流値、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１Ａ，ＰＬ１Ｂ 電源ライン、ＰＬ２ 給電ライン、Ｐｔｔｌ トータル要求パワー、ＰＷＭＩ，ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２，ＰＷＭＣ，ＰＷＭＣ１，ＰＷＭＣ２ 制御信号（インバータ）、ＰＷＵ，ＰＷＵＡ，ＰＷＤＡ，ＰＷＤ，ＰＷＤＡ，ＰＷＤＢ 制御信号（コンバータ）、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｒ 制限抵抗、ＳＬ１，ＳＬ２ 接地ライン、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３ システムメインリレー、ＳＲ１，ＳＲ１Ｇ，ＳＲ２，ＳＲ２Ｇ リレー、ＴＡ、ＴＢＢ１，ＴＢＢ２ 電池温度（バッテリ）、Ｔｑｃｏｍ１，Ｔｑｃｏｍ２ トルク指令値、ＵＬ、ＶＬ，ＷＬ ライン（三相）、Ｖ１ 所定電圧、ＶＢＡ，ＶＢＢ１，ＶＢＢ２ 電圧（バッテリ出力電圧）、ＶＬＡ，ＶＬＢ，ＶＨ 電圧、ＶＨｒｅｆ 電圧指令値（ＶＨ）、Ｗｉｎ 入力上限電力、Ｗｉｎ（Ｍ） 入力上限電力（主蓄電装置）、Ｗｉｎ（Ｓ） 入力上限電力（選択副蓄電装置）、Ｗｏｕｔ 出力上限電力、Ｗｏｕｔ（Ｍ） 出力上限電力（主蓄電装置）、Ｗｏｕｔ（Ｓ） 出力上限電力（選択副蓄電装置）。

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的に繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係る電源システムを搭載した電動車両の主たる構成を示す図である。

図１を参照して、電動車両１は、蓄電装置であるバッテリＢＡ，ＢＢ１，ＢＢ２と、接続部３９Ａ，３９Ｂと、コンバータ１２Ａ，１２Ｂと、平滑用コンデンサＣ１，Ｃ２，ＣＨと、電圧センサ１０Ａ，１０Ｂ１，１０Ｂ２，１３，２１Ａ，２１Ｂと、温度センサ１１Ａ，１１Ｂ１，１１Ｂ２と、電流センサ９Ａ，９Ｂ１，９Ｂ２と、給電ラインＰＬ２と、インバータ１４，２２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、車輪２と、動力分割機構３と、エンジン４と、制御装置３０とを含む。

本実施の形態に示される電動車両の電源システムは、主蓄電装置であるバッテリＢＡと、モータジェネレータＭＧ２を駆動するインバータ１４に給電を行なう給電ラインＰＬ２と、主蓄電装置（ＢＡ）と給電ラインＰＬ２との間に設けられて双方向の電圧変換を行なう電圧変換器であるコンバータ１２Ａと、互いに並列的に設けられた複数の副蓄電装置であるバッテリＢＢ１，ＢＢ２と、複数の副蓄電装置（ＢＢ１，ＢＢ２）と給電ラインＰＬ２との間設けられて双方向の電圧変換を行なう電圧変換器であるコンバータ１２Ｂとを備える。電圧変換器（１２Ｂ）は、複数の副蓄電装置（ＢＢ１，ＢＢ２）のうちのいずれか１つに選択的に接続されて、給電ラインＰＬ２との間で双方向の電圧変換を行なう。

副蓄電装置（ＢＢ１またはＢＢ２の一方）と主蓄電装置（ＢＡ）とは、たとえば、同時使用することにより給電ラインに接続される電気負荷（２２およびＭＧ２）に許容された最大パワーを出力可能であるように蓄電可能容量が設定される。これによりエンジンを使用しないＥＶ（Electric Vehicle）走行において最大パワーの走行が可能である。副蓄電装置の蓄電状態が悪化したら、副蓄電装置を交換してさらに走行させればよい。そして副蓄電装置の電力が消費されてしまったら、主蓄電装置に加えてエンジンを使用することによって、副蓄電装置を使用しないでも最大パワーの走行を可能とすることができる。

また、このような構成とすることにより、コンバータ１２Ｂを複数の副蓄電装置で兼用するので、コンバータの数を蓄電装置の数ほど増やさなくて良くなる。ＥＶ走行距離をさらに伸ばすには、バッテリＢＢ１，ＢＢ２に並列にさらにバッテリを追加すればよい。

好ましくは、この電動車両に搭載される主蓄電装置および副蓄電装置は、外部充電が可能である。このために、電動車両１は、さらに、たとえばＡＣ１００Ｖの商用電源である外部電源８に接続するためのバッテリ充電装置（充電用コンバータ）６を含む。バッテリ充電装置６は、交流を直流に変換するとともに電圧を調圧してバッテリの充電電力を供給する。なお、外部充電を可能とする構成としては、上記の他にも、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のステータコイルの中性点を交流電源に接続する方式やコンバータ１２Ａ，１２Ｂを合わせて交流直流変換装置として機能させる方式を用いても良い。

平滑用コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１Ａと接地ラインＳＬ２との間に接続される。電圧センサ２１Ａは、平滑用コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬＡを検出して制御装置３０に対して出力する。コンバータ１２Ａは、平滑用コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧して給電ラインＰＬ２へ供給することができる。

平滑用コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ１Ｂと接地ラインＳＬ２との間に接続される。電圧センサ２１Ｂは、平滑用コンデンサＣ２の両端間の電圧ＶＬＢを検出して制御装置３０に対して出力する。コンバータ１２Ｂは、平滑用コンデンサＣ２の端子間電圧を昇圧して給電ラインＰＬ２へ供給することができる。

平滑用コンデンサＣＨは、コンバータ１２Ａ，１２Ｂによって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣＨの端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する。

あるいは、逆方向に、コンバータ１２Ａ，１２Ｂは、平滑用コンデンサＣＨによって平滑化された端子間電圧ＶＨを降圧して、電源ラインＰＬ１Ａ，ＰＬ１Ｂへ供給することができる。

インバータ１４は、コンバータ１２Ｂおよび／または１２Ａから与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力する。インバータ２２は、コンバータ１２Ｂおよび／または１２Ａから与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

動力分割機構３は、エンジン４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。遊星歯車機構は、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転が定まれば、他の１つの回転軸の回転は強制的に定まる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪２に結合されている。また動力分割機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

接続部３９Ａは、バッテリＢＡの正極と電源ラインＰＬ１Ａとの間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、システムメインリレーＳＭＲ２と並列接続される直列に接続されたシステムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒと、バッテリＢＡの負極（接地ラインＳＬ１）とノードＮ２との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３とを含む。

システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置３０から与えられるリレー制御信号ＣＯＮＴ１〜ＣＯＮＴ３にそれぞれ応じて導通状態（オン）／非導通状態（オフ）が制御される。

電圧センサ１０Ａは、バッテリＢＡの端子間の電圧ＶＡを測定する。さらに、温度センサ１１Ａは、バッテリＢＡの温度ＴＡを測定し、電流センサ９Ａは、バッテリＢＡの入出力電流ＩＡを測定する。これらのセンサによる測定値は、制御装置３０へ出力される。
制御装置３０は、これらの測定値に基づいて、ＳＯＣ（State of Charge）に代表されるバッテリＢＡの状態を監視する。

接続部３９Ｂは、電源ラインＰＬ１Ｂおよび接地ラインＳＬ２とバッテリＢＢ１，ＢＢ２との間に設けられている。接続部３９Ｂは、バッテリＢＢ１の正極と電源ラインＰＬ１Ｂとの間に接続されるリレーＳＲ１と、バッテリＢＢ１の負極と接地ラインＳＬ２との間に接続されるリレーＳＲ１Ｇと、バッテリＢＢ２の正極と電源ラインＰＬ１Ｂとの間に接続されるリレーＳＲ２と、バッテリＢＢ２の負極と接地ラインＳＬ２との間に接続されるリレーＳＲ２Ｇとを含む。

リレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０から与えられるリレー制御信号ＣＯＮＴ４，ＣＯＮＴ５にそれぞれ応じて導通状態（オン）／非導通状態（オフ）が制御される。リレーＳＲ１Ｇ，ＳＲ２Ｇは、制御装置３０から与えられるリレー制御信号ＣＯＮＴ６，ＣＯＮＴ７にそれぞれ応じて導通状態（オン）／非導通状態（オフ）が制御される。接地ラインＳＬ２は、後に説明するようにコンバータ１２Ａ，１２Ｂの中を通ってインバータ１４および２２側に延びている。

電圧センサ１０Ｂ１および１０Ｂ２は、バッテリＢＢ１およびＢＢ２の端子間の電圧ＶＢＢ１およびＶＢＢ２をそれぞれ測定する。さらに、温度センサ１１Ｂ１および１１Ｂ２は、バッテリＢＢ１およびＢＢ２の温度ＴＢＢ１およびＴＢＢ２をそれぞれ測定する。また電流センサ９Ｂ１および９Ｂ２は、バッテリＢＢ１およびＢＢ２の入出力電流ＩＢ１およびＩＢ２を測定する。これらのセンサによる測定値は、制御装置３０へ出力される。制御装置３０は、これらの測定値に基づいて、ＳＯＣ（State of Charge）に代表されるバッテリＢＢ１，ＢＢ２の状態を監視する。
なお、バッテリＢＡ，ＢＢ１，ＢＢ２としては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。

インバータ１４は、給電ラインＰＬ２および接地ラインＳＬ２に接続されている。インバータ１４は、コンバータ１２Ａおよび／または１２Ｂから昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４を始動させるために、モータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力をコンバータ１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このときコンバータ１２Ａおよび１２Ｂは、降圧コンバータとして動作するように制御装置３０によって制御される。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

インバータ２２は、インバータ１４と並列的に、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２に接続されている。インバータ２２は車輪２を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対してコンバータ１２Ａおよび１２Ｂの出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力をコンバータ１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このときコンバータ１２Ａおよび１２Ｂは、降圧コンバータとして動作するように制御装置３０によって制御される。

電流センサ２５は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる測定値を用いた演算処理を行なう。なお、制御装置３０の一部については、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

具体的には、制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各トルク指令値および各回転速度、電圧ＶＢＡ，ＶＢＢ１，ＶＢＢ２，ＶＬＡ，ＶＬＢ，ＶＨの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。そして制御装置３０は、コンバータ１２Ｂに対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵＢ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤＢおよび動作禁止を指示するシャットダウン信号を出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対してコンバータ１２Ａ，１２Ｂの出力である直流電圧を、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示を行なう制御信号ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示を行なう制御信号ＰＷＭＣ１とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対してモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に直流電圧を変換する駆動指示を行なう制御信号ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示を行なう制御信号ＰＷＭＣ２とを出力する。

図２は、図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。
図２を参照して、インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ（Insulated gate Bipolar Transistor）素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、それぞれの逆並列ダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、それぞれの逆並列ダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６および逆並列ダイオードＤ５，Ｄ６の接続は、Ｕ相アーム１５と同様である。

Ｗ相アーム１７は、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、それぞれの逆並列ダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８および逆並列ダイオードＤ７，Ｄ８の接続も、Ｕ相アーム１５と同様である。

なお、本実施の形態において、ＩＧＢＴ素子は、オンオフ制御可能な電力用半導体スイッチング素子の代表例として示される。すなわち、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電力用半導体スイッチング素子をＩＧＢＴ素子に代えて用いることも可能である。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードから引出されたラインＵＬに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードから引出されたラインＶＬに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードから引出されたラインＷＬに接続される。

なお、図１のインバータ２２についても、モータジェネレータＭＧ２に接続される点が異なるが、内部の回路構成についてはインバータ１４と同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図２には、インバータに制御信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＣが与えられることが記載されているが、記載が複雑になるのを避けるためであり、図１に示されるように、別々の制御信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＣ１と制御信号ＰＷＭＩ２，ＰＷＭＣ２がそれぞれインバータ１４，２２に入力される。

図３は、図１のコンバータ１２Ａおよび１２Ｂの詳細な構成を示す回路図である。
図３を参照して、コンバータ１２Ａは、一方端が電源ラインＰＬ１Ａに接続されるリアクトルＬ１と、給電ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、それぞれの逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

なお、図１のコンバータ１２Ｂについても、電源ラインＰＬ１Ａに代えて電源ラインＰＬ１Ｂに接続される点がコンバータ１２Ａと異なるが、内部の回路構成についてはコンバータ１２Ａと同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図３には、コンバータに制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤが与えられることが記載されているが、記載が複雑になるのを避けるためであり、図１に示されるように、別々の制御信号ＰＷＵＡ，ＰＷＤＡと制御信号ＰＷＵＢ，ＰＷＤＢがそれぞれインバータ１４，２２に入力される。

電動車両１の電源システムでは、バッテリＢＡ（主蓄電装置）と、バッテリＢＢ１，ＢＢ２のうちの選択された副蓄電装置（以下、「選択副蓄電装置ＢＢ」とも称する）とによって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２との間での電力の授受が行なわれる。

制御装置３０は、電圧センサ１０Ａ、温度センサ１１Ａおよび電流センサ９Ａの検出値に基づいて、主蓄電装置の残存容量を示すＳＯＣ（Ｍ）、充電電力の上限値を示す入力上限電力Ｗｉｎ（Ｍ）、および、放電電力の上限値を示す出力上限電力Ｗｏｕｔ（Ｍ）を設定する。

さらに、制御装置３０は、電圧センサ１０Ｂ１，１０Ｂ２、温度センサ１１Ｂ１，１１Ｂ２および電流センサ９Ｂ１，９Ｂ２の検出値に基づいて、選択副蓄電装置ＢＢについてのＳＯＣ（Ｂ）および入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）を設定する。

一般的に、ＳＯＣは、各バッテリの満充電状態に対する現在の充電量の割合（％）によって示される。また、Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、所定時間（たとえば１０秒程度）当該電力を放電しても当該バッテリ（ＢＡ，ＢＢ１，ＢＢ２）が過充電または過放電とならないような電力の上限値として示される。

図４には、制御装置３０によって実現される電動車両１の走行制御、具体的には、エンジン４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間でのパワー配分制御に係る制御構成を説明するための機能ブロック図が示される。なお、図４に示される各機能ブロックは、制御装置３０による予め記憶された所定プログラムの実行および／または制御装置３０内の電子回路（ハードウェア）による演算処理によって実現されるものとする。

図４を参照して、トータルパワー算出部２６０は、車速およびペダル操作（アクセルペダル）に基づいて、電動車両１全体でのトータル要求パワーＰｔｔｌを算出する。なお、トータル要求パワーＰｔｔｌには、車両状況に応じて、モータジェネレータＭＧ１によるバッテリ充電電力の発生のために要求されるパワー（エンジン出力）も含まれ得る。

走行制御部２５０には、主蓄電装置ＢＡの入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｍ），Ｗｏｕｔ（Ｍ）および選択副蓄電装置ＢＢの入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）と、トータルパワー算出部２６０からのトータル要求パワーＰｔｔｌと、ブレーキペダル操作時の回生ブレーキ要求が入力される。走行制御部２５０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２トータルでの入出力電力が、主蓄電装置ＢＡおよび選択副蓄電装置ＢＢトータルの充電制限（Ｗｉｎ（Ｍ）＋Ｗｉｎ（Ｓ））および放電制限（Ｗｏｕｔ（Ｍ）＋Ｗｏｕｔ（Ｓ））の範囲内となるように、モータ制御指令としてのトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１およびＴｑｃｏｍ２を生成する。さらに、トータル要求パワーＰｔｔｌが確保されるように、モータジェネレータＭＧ２による車両駆動パワーと、エンジン４による車両駆動パワーとが配分される。特に、外部充電されたバッテリ電力を最大限に利用してエンジン４の作動を抑制すること、あるいは、エンジン４による車両駆動パワーをエンジン４が高効率で作動可能な領域に対応して設定することによって、高燃費の車両走行制御が実現される。

インバータ制御部２７０は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ１およびモータジェネレータＭＧ１のモータ電流値ＭＣＲＴ１に基づいて、インバータ１４の制御信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＣ１を生成する。同様に、インバータ制御部２８０は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ２およびモータジェネレータＭＧ２のモータ電流値ＭＣＲＴ２に基づいて、インバータ２２の制御信号ＰＷＭＩ２，ＰＷＭＣ２を生成する。また、走行制御部２５０は、設定されたエンジンによる車両駆動パワーの要求値に応じてエンジン制御指令を生成する。さらに、図示しない制御装置（エンジンＥＣＵ）によって、上記エンジン制御指令に従ってエンジン４の動作が制御される。

制御装置３０は、バッテリ電力を積極的に使用して車両走行を行なう走行モード（ＥＶモード）のときには、トータル要求パワーＰｔｔｌがバッテリ全体での出力上限電力Ｗｏｕｔ（Ｍ）＋Ｗｏｕｔ（Ｓ）以下であるときには、エンジン４を作動させることなく、モータジェネレータＭＧ２による車両駆動パワーのみによって走行する。一方で、トータル要求パワーＰｔｔｌがＷｏｕｔ（Ｍ）＋Ｗｏｕｔ（Ｓ）を超えたときには、エンジン４が始動される。

これに対して、当該ＥＶモードが選択されない走行モード（ＨＶモード）のときには、制御装置３０は、バッテリＳＯＣが所定目標値に維持されるように、エンジン４およびモータジェネレータＭＧ２での間での駆動力パワー配分を制御する。すなわち、ＥＶモードと比較して、エンジン４が作動されやすい走行制御がなされる。

ＥＶモードでは、主蓄電装置ＢＡよりも選択副蓄電装置ＢＢの電力を優先的に使用するような充放電制御がなされる。このため、車両走行中に使用中の選択副蓄電装置ＢＢのＳＯＣが低下すると、選択副蓄電装置ＢＢを切換える必要が生じる。たとえば、車両起動時にバッテリＢＢ１を選択副蓄電装置ＢＢとした場合には、バッテリＢＢ１をコンバータ１２Ｂから切離す一方で、バッテリＢＢ２を新たな選択副蓄電装置ＢＢとしてコンバータ１２Ｂと接続する接続切換処理を実行する必要が生じる。

この際に、新たに選択副蓄電装置ＢＢとされるバッテリＢＢ２は、これまで使用していたバッテリＢＢ１よりも出力電圧が高いことが一般的である。この結果、新たな高電圧バッテリの接続により、意図しない短絡経路が発生することによって機器保護等に問題を生じるおそれがある。したがって、副蓄電装置の接続切換処理は、短絡経路の発生防止に十分留意する必要がある。また、上記接続切換処理の期間では、選択副蓄電装置ＢＢによる電力供給および電力回収が不可能となるので、当該期間において電源システム全体で過充電および過放電が発生しないような充放電制限を行なうことが求められる。

以下では、このような点に配慮した副蓄電装置の接続切換処理について説明する。
図５は、本発明の実施の形態による電動車両の電源システムにおける選択副蓄電装置の切換処理の概略的な処理手順を示すフローチャートである。また、図６〜図１０は、図５のステップＳ１００、Ｓ２００、Ｓ３００、Ｓ４００、およびＳ５００の詳細を説明するフローチャートである。

制御装置３０は、予め記憶した所定プログラムを所定周期で実行することによって、図５〜図１０に示されるフローチャートに従う制御処理手順を所定周期で繰り返し実行することができる。これにより、本発明の実施の形態による電動車両の電源システムにおける副蓄電装置の接続切換処理が実現できる。

図５を参照して、制御装置３０は、ステップＳ１００では、選択副蓄電装置の切換判定処理を実行する。そして、選択副蓄電装置の切換要と判定されたときには、以下のステップＳ２００〜Ｓ５００が実行される。一方、ステップＳ１００で選択副蓄電装置の切換不要と判定されたときには、ステップＳ２００〜Ｓ５００は、実質的に非実行とされる。

制御装置３０は、ステップＳ２００では、切換前昇圧処理を実行し、ステップＳ３００では、副蓄電装置の接続切換期間中に電源システムに対して過大な充放電要求が発生しないように、電力制限変更処理を実行する。そして、制御装置３０は、ステップＳ４００により、選択副蓄電装置ＢＢおよびコンバータ１２Ｂの接続を実際に切換える接続切換処理を実行し、その完了後ステップＳ５００により、復帰処理を実行して新たな選択副蓄電装置ＢＢによる電力供給を開始する。

図６は、図５における選択副蓄電装置の切換判定処理（Ｓ１００）の詳細を説明するフローチャートである。

なお、以下に説明するように、接続切換処理の進行状況（ステータス）を示す変数ＩＤが導入される。変数ＩＤ＝−１，０〜４のいずれかに設定される。ＩＤ＝０は、副蓄電装置の切換要求が発生していない状態を示す。すなわち、ＩＤ＝０のときには、現在の選択副蓄電装置ＢＢによる電力供給が実行される一方で、選択副蓄電装置ＢＢの切換要否が所定周期で判定されることになる。また、機器故障やバッテリ電力消費により、新たに使用可能である副蓄電装置が存在しない場合には、ＩＤ＝−１に設定されるものとする。

図６を参照して、制御装置３０は、ステップＳ１０５により、ＩＤ＝０かどうかを判定する。ＩＤ＝０のとき（Ｓ１０５のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ１１０により、選択副蓄電装置の切換要否判定を実行する。ステップＳ１１０による判定は、基本的には、現在の選択副蓄電装置ＢＢのＳＯＣに基づいて実行される。すなわち、使用中の副蓄電装置のＳＯＣが所定の判定値よりも低下すると選択副蓄電装置の切換要との判定がなされる。

制御装置３０は、ステップＳ１５０により、ステップＳ１１０による切換要否判定結果を確認する。そして、切換要と判定されたとき（ステップＳ１５０のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ１６０により、新たに用いる選択副蓄電装置ＢＢを指定する。図１に示したように、副蓄電装置としてバッテリＢＢ１，ＢＢ２の２個が搭載されている場合には、ステップＳ１６０の処理を行なうまでもなく、新たな選択副蓄電装置ＢＢは自動的に決定される。ただし、図１の構成において、３個以上の副蓄電装置ＢＢ１〜ＢＢｎ（ｎ：３以上の整数）が搭載される場合には、現在非使用中の副蓄電装置のそれぞれのＳＯＣ等に基づいて、次に使用される新たな副蓄電装置が指定されることになる。そして、制御装置３０は、接続切換処理を進めるために、ＩＤ＝１に設定する。すなわち、ＩＤ＝１は、選択副蓄電装置ＢＢの切換要求が生成されて、切換処理が開始された状態を示している。

一方、ステップＳ１１０により選択副蓄電装置の切換不要と判定されたとき（Ｓ１５０のＮＯ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ１７０によりＩＤ＝０に維持する。また、一旦ＩＤ≧１となって切換処理が開始されているとき、あるいは、新たに使用可能である副蓄電装置が存在せずＩＤ＝−１に設定されているときには（Ｓ１０５のＮＯ判定時）、ステップＳ１１０〜Ｓ１８０の処理はスキップされる。

図７は、図５に示した切換前昇圧処理（Ｓ２００）の詳細を説明するフローチャートである。

図７を参照して、制御装置３０は、切換前昇圧処理では、ステップＳ２０５により、ＩＤ＝１であるかどうかを確認する。そして、ＩＤ＝１であり、選択副蓄電装置ＢＢの切換要求がなされて、切換処理が開始されたとき（Ｓ２０５のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ２１０により、給電ラインＰＬ２の電圧ＶＨを所定電圧Ｖ１まで昇圧するように、コンバータ１２Ａに対する昇圧指令を発生する。この昇圧指令に応答して給電ラインＰＬ２の電圧指令値ＶＨｒｅｆ＝Ｖ１に設定され、この電圧指令値が実現されるようにコンバータ１２Ａの制御信号ＰＷＵＡが生成される。

ここで所定電圧Ｖ１は、主蓄電装置ＢＡおよび新たに接続される選択副蓄電装置ＢＢ（たとえばＢＢ２）の出力電圧のうちの高い方の電圧よりも高い電圧に設定される。たとえば、所定電圧Ｖ１を、コンバータ１２Ａによる昇圧可能な制御上限電圧ＶＨｍａｘとすることによって、昇圧指令時の電圧ＶＨを、主蓄電装置ＢＡおよび切換後の選択副蓄電装置ＢＢの出力電圧の両方よりも、確実に高くすることができる。あるいは、コンバータ１２Ａでの損失を低減する観点から、その時点での主蓄電装置ＢＡおよび切換後の選択副蓄電装置ＢＢの出力電圧に応じて、マージンを持たせて所定電圧Ｖ１を都度決定してもよい。

ステップＳ２１０により昇圧指令が発生されると、制御装置３０は、ステップＳ２２０により、電圧センサ１３の検出値に基づき電圧ＶＨが所定電圧Ｖ１に到達したかどうかを判定する。たとえば、所定時間継続してＶＨ≧Ｖ１となったときに、ステップＳ２２０はＹＥＳ判定とされる。

電圧ＶＨが所定電圧Ｖ１に到達すると（Ｓ２２０のＹＥＳ判定時）、制御装置３０は、ＩＤを１から２に進める。一方で、電圧ＶＨがＶ１に到達するまでの間（Ｓ２２０のＮＯ判定時）は、ＩＤ＝１に維持される。すなわち、ＩＤ＝２は、切換前昇圧処理が終了しており、切換処理をさらに進めることが可能な状態を示している。また、ＩＤ≠１のとき（Ｓ２０５のＮＯ判定時）には、以降のステップＳ２１０〜Ｓ２３０の処理はスキップされる。

このように切換前昇圧処理（ステップＳ２００）が終了すると、制御装置３０は、図８に示すような電力制限変更処理を実行する。

図８は、図５に示した電力制限変更処理（Ｓ３００）の詳細を説明するフローチャートである。

図８を参照して、制御装置３０は、電力制限変更処理においては、まずステップＳ３０５により、ＩＤ＝２であるかどうかを判定する。ＩＤ＝２でないとき（Ｓ３０５のＮＯ判定時）には、以降のステップＳ３１０〜３４０の処理はスキップされる。

ＩＤ＝２のとき（Ｓ３０５のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ３１０により、主蓄電装置ＢＡの充放電制限の一時的な緩和を開始する。具体的には、主蓄電装置ＢＡの入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｍ），Ｗｏｕｔ（Ｍ）の絶対値が一時的に増大される。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ３２０により、選択副蓄電装置ＢＢの入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）の絶対値を徐々に低下させる。たとえば、所定の一定レートに従って、Ｗｏｕｔ（Ｓ），Ｗｉｎ（Ｓ）が０に向けて徐々に低下される。

制御装置３０は、ステップＳ３３０により、Ｗｏｕｔ（Ｓ），Ｗｉｎ（Ｓ）が０に達したかどうかを判定する。Ｗｏｕｔ（Ｓ）＝Ｗｉｎ（Ｓ）＝０となるまでの間、ステップＳ３２０が繰返し実行されて、Ｗｏｕｔ（Ｓ）およびＷｉｎ（Ｓ）は、継続的に低下する。

そして、Ｗｏｕｔ（Ｓ）およびＷｉｎ（Ｓ）が０に達すると（Ｓ３３０のＹＥＳ判定時）、制御装置３０は、ステップＳ３４０により、ＩＤを２から３に進める。すなわち、ＩＤ＝３は、切換前昇圧処理および電力制限変更処理が終了しており、副蓄電装置ＢＢ１，ＢＢ２およびコンバータ１２Ｂの間の接続切換が開始可能な状態を示している。

制御装置３０は、図８に示した電力制限変更処理が終了すると、ステップＳ４００による副蓄電装置の接続切換処理を実行する。

図９は、図５に示した副蓄電装置の接続切換処理（Ｓ４００）の詳細を説明するフローチャートである。

図９を参照して、制御装置３０は、副蓄電装置の接続切換処理においては、まずステップＳ４０５によってＩＤ＝３であるかどうかを判定する。そしてＩＤ≠３のとき（Ｓ４０５のＮＯ判定時）には、以降のステップＳ４１０〜Ｓ４５０の処理はスキップされる。

ＩＤ＝３のとき（Ｓ４０５のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ４１０により、副蓄電装置の接続切換の準備として、コンバータ１２Ｂを停止させる。すなわち、コンバータ１２Ｂは、シャットダウン指令に応答して、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２が強制的にオフされる。その上で、制御装置３０は、ステップＳ４２０により、副蓄電装置の接続を実際に切換えるためのリレー制御信号を発生する。たとえば、バッテリＢＢ１をコンバータ１２Ｂから切離し、かつ、バッテリＢＢ２をコンバータ１２Ｂと接続するために、リレーＳＲ１，ＳＲ１Ｇをオフするようにリレー制御信号ＣＯＮＴ４，ＣＯＮＴ６が生成される一方で、リレーＳＲ２，ＳＲ２Ｇオンするようにリレー制御信号ＣＯＮＴ５，ＣＯＮＴ７が生成される。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ４３０により、ステップＳ４２０によって指示されたリレー接続切換が完了したかどうかを判定する。そして、接続切換が完了すると（Ｓ４３０のＹＥＳ判定時）、制御装置３０は、ステップＳ４４０により、コンバータ１２Ｂを再起動してスイッチング動作を開始させるとともに、ステップＳ４５０により、ＩＤを３から４に進める。

すなわち、ＩＤ＝４は、副蓄電装置およびコンバータ１２Ｂの間のリレーによる接続切換が完了した状態を示している。

制御装置３０は、ステップＳ４００による接続切換処理が終了すると、ステップＳ５００による復帰処理を実行する。

図１０は、図５に示した復帰処理（Ｓ５００）の詳細を説明するフローチャートである。

図１０を参照して、制御装置３０は、復帰処理においては、まずステップＳ５０５によってＩＤ＝４であるかどうかを判定する。そしてＩＤ≠４のとき（Ｓ５０５のＮＯ判定時）には、以降のステップＳ５１０〜Ｓ５７０の処理はスキップされる。

ＩＤ＝４のとき（Ｓ５０５のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ５１０により、ステップＳ３１０（図７）で開始した、主蓄電装置ＢＡの充放電制限の一時的な緩和を終了する。これにより、Ｗｏｕｔ（Ｍ）およびＷｉｎ（Ｍ）は、基本的には、選択副蓄電装置ＢＢの切換処理開始前の値に復帰する。

さらに、制御装置３０は、電力制限処理（ステップＳ３００）により０まで絞られた選択副蓄電装置ＢＢの入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）を、新たな選択副蓄電装置（たとえば、バッテリＢＢ２）のＷｉｎ，Ｗｏｕｔの値まで、徐々に上昇させる。

そして、制御装置３０は、ステップＳ５３０により、入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）が、新たな選択副蓄電装置ＢＢのＷｉｎ，Ｗｏｕｔの値まで復帰したかどうかを確認する。復帰が完了するまでの期間（Ｓ５３０のＮＯ判定時）には、ステップＳ５２０が繰返し実行されて、入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）は、一定レートで徐々に上昇する。

入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）の復帰が完了すると（Ｓ５３０のＹＥＳ判定時）、制御装置３０は、ステップＳ５４０により、ＩＤを再び０に戻す。これにより、電源システムにおいては、主蓄電装置ＢＡおよび新たな選択副蓄電装置ＢＢによる正常な電力供給および電力回収が可能な状態が再現される。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ５５０に処理を進めて、ステップＳ２１０（図６）で発生した昇圧指令をオフする。これにより、給電ラインＰＬ２の電圧指令値についても、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の状態に応じて設定される通常値となる。

制御装置３０は、一連の切換処理が完了すると、さらに、ステップＳ５６０により、車両走行中に選択副蓄電装置のさらなる切換の可能性があるかどうかを判定してもよい。そして、さらなる切換の可能性が無いときには、制御装置３０は、ステップＳ５７０により、ＩＤ＝−１に設定する。ＩＤ＝−１となると、図４の各ステップＳ１００〜Ｓ５００は実質的に非実行とされるので、車両運転が終了するまで、選択副蓄電装置の切換処理は開始されないことになる。

一方、さらなる切換の可能性が有るときには、制御装置３０は、ステップＳ５７０をスキップして、ＩＤ＝０に維持する。この結果、所定周期でステップＳ１００の切換判定処理が実行されることになるので、必要に応じて、選択副蓄電装置の切換処理が再び開始されることになる。

なお、副蓄電装置が２個しか搭載されていない図１の構成例では、ステップＳ５６０の処理を省略して、選択副蓄電装置の切換処理が一旦完了したときには常にＩＤ＝−１として、車両運転中の選択副蓄電装置の切換処理を１回のみに限定することもできる。

あるいは、３個以上の副蓄電装置を搭載した電源システムや、車両運転中に非使用中の副蓄電装置を充電可能な構成を有した電源システムでは、状況に応じてＩＤ＝０に維持することによって、２回目以降の選択副蓄電装置の切換処理を実行可能な構成とすることができる。

図１１には、図５〜図１０で説明した本発明の実施の形態による電動車両の電源システムにおける選択副蓄電装置の切換処理における動作波形が示される。

図１１を参照して、ＩＤ＝０である時刻ｔ１までの期間には、現在の選択副蓄電装置（たとえば、バッテリＢＢ１）のＳＯＣに基づく、切換判定処理が所定周期で実行されている。

そして、時刻ｔ１において、バッテリＢＢ１のＳＯＣ低下に応答して、切換判定処理（ステップＳ１００）によって選択副蓄電装置ＢＢの切換要求が発せられ、ＩＤ＝１に設定されることによって切換処理が開始される。

これにより、切換前昇圧処理（ステップＳ２００）が実行されて、コンバータ１２Ａによって給電ラインＰＬ２の電圧ＶＨが所定電圧Ｖ１に向けて上昇させられる。給電ラインＰＬ２の昇圧処理が時刻ｔ２で完了すると、ＩＤは１から２に変更される。

ＩＤ＝２となると、電力制限変更処理（Ｓ３００）が実行されて、主蓄電装置ＢＡの充放電が一時的に緩和される。すなわち、入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｍ），Ｗｏｕｔ（Ｍ）の絶対値の一時的な上昇が開始される。さらに、選択副蓄電装置ＢＢの入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）が０に向けて一定レートで徐々に低下される。なお、この期間では、コンバータ１２Ｂは、現在の選択副蓄電装置（バッテリＢＢ１）の充放電を停止するように制御される。あるいは、コンバータ１２Ｂは、時刻ｔ１からシャットダウンしてもよい。

時刻ｔ３において、選択副蓄電装置ＢＢの入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）が０まで絞られると、ＩＤが２から３に変更される。そしてＩＤ＝３になると、副蓄電装置の接続切換処理が開始される。すなわち、コンバータ１２Ａがシャットダウンされた状態で、リレーＳＲ１，ＳＲ１Ｇがオフされ、その後、リレーＳＲ２，ＳＲ２Ｇがオンされる。そして、リレーの接続切換処理が完了して、新たな選択副蓄電装置としてのバッテリＢＢ２がコンバータ１２Ｂと接続されると、コンバータ１２Ｂが再び起動される。これらの接続切換処理が完了することにより、時刻ｔ４においてＩＤが３から４に変更される。

ＩＤ＝４になると、選択副蓄電装置ＢＢの入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）が一定レートで徐々に上昇されることにより、新たな選択副蓄電装置であるバッテリＢＢ２の使用が開始される。これに伴い、主蓄電装置ＢＡの充放電制限の一時的な緩和は終了されて、Ｗｏｕｔ（Ｍ），Ｗｉｎ（Ｍ）は、基本的には時刻ｔ２以前の値に戻される。

そして、時刻ｔ５において、選択副蓄電装置ＢＢのＷｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）が、バッテリＢＢ２のＷｏｕｔ，Ｗｉｎに相当する本来値まで復帰すると、ＩＤ＝０に復帰される。そして、給電ラインＰＬ２の昇圧処理も停止される。

これにより、一連の選択副蓄電装置の切換処理は終了して、選択副蓄電装置ＢＢ（バッテリＢＢ２）を用いた正常な電力供給および電力回収が可能な状態が再現される。

なお、時刻ｔ５において、図１０で説明したように、車両運転中のさらなる副蓄電装置の切換処理の可能性を判定し、切換処理が発生する可能性が無い場合にはＩＤ＝−１とすれば、以降の制御装置３０の負荷を軽減することができる。

次に、図１２を用いて、本発明の実施の形態の電源システムの制御構成のうちの一部である、図５〜図１０で説明した選択副蓄電装置の切換処理のための機能部分の構成を説明する。図１２に示された各機能ブロックは、制御装置３０による、所定プログラムの実行によるソフトウェア処理、あるいは、専用の電子回路（ハードウェア処理）によって実現される。

図１２を参照して、切換判定部１００は、バッテリＢＢ１，ＢＢ２の充電状態を示すＳＯＣ（ＢＢ１），ＳＯＣ（ＢＢ２）を受けて、現在使用中の選択副蓄電装置ＢＢのＳＯＣが所定の判定値より低下したかどうかを判定する。切換判定部１００は、各機能ブロック間で共有される変数ＩＤが０のときに、所定周期で上記判定処理を実行し、選択副蓄電装置の切換が必要になると、ＩＤを０から１に変化させる。これにより、選択副蓄電装置の切換要求が発生される。すなわち、切換判定部１００の機能は、図５のステップＳ１００の処理に対応する。

昇圧指示部１１０は、選択副蓄電装置の切換要求が発生されてＩＤ＝１になると、コンバータ１２Ａを制御するコンバータ制御部２００に対して、昇圧指令信号ＣＭＢＴを出力する。

コンバータ制御部２００は、電圧ＶＨ，ＶＬＡおよび電圧指令値ＶＨｒｅｆに基づいて、給電ラインＰＬ２の電圧ＶＨが電圧指令値ＶＨｒｅｆとなるように、コンバータ１２Ａの制御信号ＰＷＵＡ，ＰＷＤＡを生成する。

さらに、コンバータ制御部２００は、昇圧指示部１１０から昇圧指令信号ＣＭＢＴが生成された場合には、電圧指令値ＶＨｒｅｆ＝Ｖ１に設定して制御信号ＰＷＵＡを生成する。そして、コンバータ制御部２００は、電圧センサ１３によって検出される電圧ＶＨが所定電圧Ｖ１に達した状態が所定時間以上継続すると、昇圧完了を示すフラグＦＢＴをオンする。

昇圧指示部１１０は、フラグＦＢＴがオンされると、ＩＤ＝２に変更する。そして、後述する接続切換制御部１４０によるリレー接続切換が完了することによってＩＤ＝４に設定されるまで、昇圧指令信号ＣＭＢＴの出力を継続する。すなわち、昇圧指示部１１０の機能は、図５のステップＳ２００および図１０のステップＳ５５０に対応する。

電力制限部１２０は、選択副蓄電装置ＢＢの入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）を設定する。通常時には、入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）は、選択副蓄電装置ＢＢとされたバッテリのＳＯＣ（ＳＯＣ（ＢＢ１）またはＳＯＣ（ＢＢ２））、電池温度（ＴＢＢ１またはＴＢＢ２）、出力電圧（ＶＢ１またはＶＢ２）に基づいて設定される。

これに対して、選択副蓄電装置の切換処理時には、電力制限部１２０は、ＩＤ＝２となると、入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）を、一定レートで徐々に０に向けて低下させるとともに、Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）が０に達すると、ＩＤを２から３に変化させる。さらに、接続切換制御部１４０によってＩＤ＝４に設定されると、電力制限部１２０は、入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）を、切換後の新たな選択副蓄電装置ＢＢのＷｉｎ，Ｗｉｎに相当する値まで上昇させる。そして上昇処理が完了するとＩＤを４から０に変化させる。

すなわち、電力制限部１２０によって、図８のステップＳ３２０〜Ｓ３４０の処理および図１０のステップＳ５２０〜Ｓ５４０の処理、ならびに、本発明の「第１の電力制限部」および「第２の電力制限部」の機能が実現される。

電力制限部１３０は、主蓄電装置ＢＡの入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｍ）およびＷｏｕｔ（Ｍ）を設定する。通常時には、入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｍ），Ｗｏｕｔ（Ｍ）は、主蓄電装置ＢＡのＳＯＣ（ＢＡ）、電池温度ＴＡ、出力電圧ＶＡに基づいて設定される。

これに対して、選択副蓄電装置の切換処理時には、電力制限部１３０は、ＩＤ＝２に設定されると、入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｍ）およびＷｏｕｔ（Ｍ）の絶対値を一時的に上昇させることにより、主蓄電装置ＢＡの充放電制限を一時的に緩和する。そして、電力制限部１３０は、接続切換制御部１４０によってＩＤ＝４に設定されると、入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｍ）およびＷｏｕｔ（Ｍ）を通常の値に復帰させる。

すなわち、電力制限部１３０によって、図８のステップＳ３１０および図１０のステップＳ５１０の処理、ならびに、本発明の「第３の電力制限部」の機能が実現される。

接続切換制御部１４０は、電力制限部１２０によってＩＤ＝３に設定されると、コンバータ１２Ｂのシャットダウン指令を生成し、さらに、コンバータ１２Ｂおよび副蓄電装置ＢＢ１，ＢＢ２の間の接続を切換えるように、リレー制御信号ＣＯＮＴ４〜ＣＯＮＴ７を生成する。たとえば、選択副蓄電装置ＢＢをバッテリＢＢ１からバッテリＢＢ２に切換える際には、リレーＳＲ１，ＳＲ１Ｇをターンオフする一方でリレーＳＲ２，ＳＲ２Ｇをターンオンするように、リレー制御信号ＣＯＮＴ４〜ＣＯＮＴ７が生成される。そして、このリレー接続切換処理が完了すると、上記シャットダウン指令を停止してコンバータ１２Ｂを再起動するとともに、ＩＤを３から４に変化させる。

接続切換制御部１４０は、図５のステップＳ４００（図９のＳ４０５〜Ｓ４５０）の処理に対応する。

以上説明したように、本実施の形態に従う電動車両の電源システムによれば、使用する副蓄電装置の切換処理時において、給電ラインＰＬ２の電圧を上昇させた後に副蓄電装置の接続切換を実行するので、接続切換時に、新たに使用される副蓄電装置を起点とする短絡経路がシステム内に形成されることを確実に防止できる。また、選択副蓄電装置の切換処理中には、選択副蓄電装置ＢＢの入出力上限電力Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ）を適切に制限するので、電源システムに対して、過度の充放電が要求されることを回避できる。この結果、複数の副蓄電装置を１つの電圧変換器（コンバータ）によって共有する構成の電源システムにおいて、選択副蓄電装置の切換えの際の副蓄電装置の接続切換処理を適切かつ円滑に実行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請求の範囲によって示され、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。

Claims (10)

1. 車両駆動パワーを発生するモータ（ＭＧ２）を搭載した電動車両（１）の電源システムであって、
   主蓄電装置（ＢＡ）と、
   前記モータを駆動制御するインバータ（２２）に給電を行う給電ライン（ＰＬ２）と、
   前記給電ラインと前記主蓄電装置との間に設けられ、双方向の電圧変換を行う第１の電圧変換器（１２Ａ）と、
   互いに並列に設けられた複数の副蓄電装置（ＢＢ１，ＢＢ２）と、
   前記複数の副蓄電装置と前記給電ラインとの間に設けられ、前記複数の副蓄電装置のうちの１つと前記給電ラインの間で双方向の電圧変換を行う第２の電圧変換器（１２Ｂ）と、
   前記複数の副蓄電装置と前記第２の電圧変換器との間に設けられ、前記複数の副蓄電装置のうちの選択副蓄電装置（ＢＢ）を選択的に前記第２の電圧変換器と接続する接続部（３９Ｂ）と、
   前記複数の副蓄電装置と前記第２の電圧変換器との間の選択的な接続を制御する切換制御装置（３０）とを備え、
   前記切換制御装置は、
   前記複数の副蓄電装置の充電状態に基づいて、前記選択副蓄電装置の切換要否を判定する切換判定部（１００）と、
   前記切換判定部によって前記選択副蓄電装置の切換が必要と判断されたときに、前記給電ラインの電圧（ＶＨ）を、前記主蓄電装置の出力電圧および切換後に前記第２の電圧変換器と接続される副蓄電装置の出力電圧よりも高い第１の電圧（Ｖ１）とするように前記第１の電圧変換器に指示する昇圧指示部（１１０）と、
   前記給電ラインの電圧が前記第１の電圧に達した後に、前記選択副蓄電装置による入出力電力上限値（Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ））を徐々に零まで減少させる第１の電力制限部（１２０）と、
   前記第１の電力制限部によって前記入出力電力上限値が零に設定されたときに、前記複数の副蓄電装置および前記第２の電圧変換器の間の接続を切換える接続切換制御部（１４０）と、
   前記接続切換制御部によって前記複数の副蓄電装置および前記第２の電圧変換器の間の接続が切換えられた後に、前記第２の電圧変換器と新たに接続された副蓄電装置の充電状態に対応する値まで、前記入出力電力上限値を徐々に上昇させる第２の電力制限部（１２０）とを備える、電動車両の電源システム。
2. 前記昇圧指示部（１１０）は、前記第２の電力制限部（１２０）による前記入出力電力上限値（Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ））の上昇処理が終了するまで、前記給電ライン（ＰＬ２）の電圧（ＶＨ）を前記第１の電圧（Ｖ１）とするための前記第１の電圧変換器（１２Ａ）への指示を継続する、請求項１記載の電動車両の電源システム。
3. 前記第１の電圧（Ｖ１）は、前記第１の電圧変換器（１２Ａ）による前記給電ライン（ＰＬ２）の電圧（ＶＨ）の制御上限値に相当する、請求項１記載の電動車両の電源システム。
4. 前記切換制御装置（３０）は、
   前記第１の電力制限部（１２０）による前記入出力電力上限値（Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ））の低減が開始されてから前記接続部（３９Ｂ）による前記複数の副蓄電装置（ＢＢ１，ＢＢ２）および前記第２の電圧変換器（１２Ｂ）の間の接続切換が完了するまでの期間において、前記主蓄電装置（ＢＡ）の充放電制限を一時的に緩和する第３の電力制限部（１３０）をさらに含む、請求項１記載の電動車両の電源システム。
5. 前記電動車両（１）は、
   前記モータ（ＭＧ２）とは独立に車両駆動パワーを出力可能に構成された内燃機関（４）と、
   前記電動車両の全体要求パワー（Ｐｔｔｌ）が、前記主蓄電装置（ＢＡ）による出力電力上限値（Ｗｏｕｔ（Ｍ））と、前記選択副蓄電装置（ＢＢ）による出力電力上限値（Ｗｏｕｔ（Ｓ））との和よりも大きいときに、前記内燃機関を始動する走行制御部（２５０）とをさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動車両の電源システム。
6. 車両駆動パワーを発生するモータ（ＭＧ２）を搭載した電動車両（１）の電源システムの制御方法であって、
   前記電源システムは、
   主蓄電装置（ＢＡ）と、
   前記モータを駆動制御するインバータ（２２）に給電を行う給電ライン（ＰＬ２）と、
   前記給電ラインと前記主蓄電装置との間に設けられ、双方向の電圧変換を行う第１の電圧変換器（１２Ａ）と、
   互いに並列に設けられた複数の副蓄電装置（ＢＢ１，ＢＢ２）と、
   前記複数の副蓄電装置と前記給電ラインとの間に設けられ、前記複数の副蓄電装置のうちの１つと前記給電ラインの間で双方向の電圧変換を行う第２の電圧変換器（１２Ｂ）と、
   前記複数の副蓄電装置と前記第２の電圧変換器との間に設けられ、前記複数の副蓄電装置のうちの選択副蓄電装置（ＢＢ）を選択的に前記第２の電圧変換器と接続する接続部（３９Ｂ）と、
   前記複数の副蓄電装置と前記第２の電圧変換器との間の選択的な接続を制御する切換制御装置（３０）とを備え、
   前記制御方法は、
   前記複数の副蓄電装置の充電状態に基づいて、前記選択副蓄電装置の切換要否を判定するステップ（Ｓ１００）と、
   前記判定するステップによって前記選択副蓄電装置の切換が必要と判断されたときに、前記給電ラインの電圧（ＶＨ）を、前記主蓄電装置の出力電圧および切換後に前記第２の電圧変換器と接続される副蓄電装置の出力電圧よりも高い第１の電圧（Ｖ１）とするように前記第１の電圧変換器に指示するステップ（Ｓ２００）と、
   前記給電ラインの電圧が前記第１の電圧に達した後に、前記選択副蓄電装置による入出力電力上限値（Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ））を徐々に零まで減少させるステップ（Ｓ３２０〜Ｓ３４０）と、
   前記減少させるステップによって前記入出力電力上限値が零に設定されたときに、前記複数の副蓄電装置と前記第２の電圧変換器との間の接続を切換えるステップ（Ｓ４００）と、
   前記切換えるステップによって前記複数の副蓄電装置と前記第２の電圧変換器との間の接続が切換えられた後に、前記第２の電圧変換器と新たに接続された副蓄電装置の充電状態に対応する値まで、前記入出力電力上限値を徐々に上昇させるステップ（Ｓ５２０〜Ｓ５４０）とを備える、電動車両の電源システムの制御方法。
7. 前記上昇させるステップ（Ｓ５２０〜Ｓ５４０）による前記入出力電力上限値（Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ））の上昇処理が終了するまで、前記給電ライン（ＰＬ２）の電圧（ＶＨ）を前記第１の電圧（Ｖ１）とするための前記第１の電圧変換器（１２Ａ）への指示を継続するステップ（Ｓ５４０）をさらに備える、請求項６記載の電動車両の電源システムの制御方法。
8. 前記第１の電圧（Ｖ１）は、前記第１の電圧変換器（１２Ａ）による前記給電ライン（ＰＬ２）の電圧（ＶＨ）の制御上限値に相当する、請求項６記載の電動車両の電源システムの制御方法。
9. 前記減少させるステップ（Ｓ３２０〜Ｓ３４０）による前記入出力電力上限値（Ｗｉｎ（Ｓ），Ｗｏｕｔ（Ｓ））の減少の開始から、前記接続部（３９Ｂ）による前記複数の副蓄電装置（ＢＢ１，ＢＢ２）および前記第２の電圧変換器（１２Ｂ）の間の接続切換の完了までの期間（ｔ２−ｔ４）において、前記主蓄電装置（ＢＡ）の充放電制限を一時的に緩和するステップ（Ｓ３１０，Ｓ５１０）をさらに備える、請求項６記載の電動車両の電源システムの制御方法。
10. 前記電動車両（１）は、前記モータ（ＭＧ２）とは独立に車両駆動パワーを出力可能に構成された内燃機関（４）をさらに搭載し、
    前記電動車両の全体要求パワー（Ｐｔｔｌ）が、前記主蓄電装置（ＢＡ）による出力電力上限値（Ｗｏｕｔ（Ｍ））と、前記選択副蓄電装置（ＢＢ）による出力電力上限値（Ｗｏｕｔ（Ｓ））との和よりも大きいときに、前記内燃機関は始動される、請求項６〜９のいずれか１項に記載の電動車両の電源システムの制御方法。

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