JP5910526B2 - 電源システムおよびそれを搭載した車両 - Google Patents

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２０１０−１４８１７３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と異なった場合には、駆動装置において消費されなかった電力によりシステム内に過電圧が生じたり、逆に要求される駆動力が実現できずに駆動力不足に陥ったりする可能性がある。

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防止しつつ必要とされる駆動力を確保することである。

本発明による電源システムは、駆動装置に電力を供給する電源システムであって、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。そして、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場合は、駆動装置の目標要求電力と消費電力との偏差を第２の蓄電装置の実供給電力を用いて演算し、演算された偏差に基づいて第１の蓄電装置の目標要求電力を補正する。

好ましくは、制御装置は、第２の蓄電装置の目標要求電力と実供給電力との差を上記偏差とする。

好ましくは、制御装置は、第２の蓄電装置の目標要求電力が実供給電力よりも大きい場合には第１の蓄電装置の目標要求電力を減少させるように補正する。また、制御装置は、第２の蓄電装置の目標要求電力が実供給電力よりも小さい場合には第１の蓄電装置の目標要求電力を増加させるように補正する。

好ましくは、制御装置は、駆動装置の目標要求電力と、電圧変換装置および第２の蓄電装置からの実供給電力の和との差を上記偏差とする。

好ましくは、制御装置は、第２の蓄電装置の実供給電力が略ゼロの場合には、駆動装置に印加される電圧の変化に基づいて、第１の蓄電装置の目標要求電力を補正する。

好ましくは、駆動装置は、回転電機を含みむ。制御装置は、回転電機の出力トルクおよび回転速度の少なくともいずれか一方が略ゼロの場合は、電圧制御モードを用いて電圧変換装置を制御する。

好ましくは、駆動装置は、回転電機を含む。制御装置は、回転電機の出力パワーが略ゼロの場合には、電圧制御モードを用いて電圧変換装置を制御する。

好ましくは、電願システムは、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しつつ必要とされる駆動力を確保することができる。

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で実行される電力補正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で実行される電力補正御処理を説明するためのフローチャートである。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行される電力補正制御処理の他の例を説明するためのフローチャートである。 変形例において、ＥＣＵで実行される制御モード切換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、基本的に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もできる。

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。さらに、ＥＣＵ３００は、ユーザの操作によるアクセルペダル２１０の操作量ＡＣＣ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。

［電力補正制御の説明］
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、これらが併用されている場合には、基本的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ではない場合には、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、センサのバラつきやモータジェネレータ１４５の温度、個体差などの影響により、モータジェネレータ１４５で実際に消費される電力と、目標要求電力（指令値）との間にズレが生じる場合がある。このようなズレが生じると、以下のような状態が生じ得る。

モータジェネレータ１４５で実際に消費される電力が指令値よりも大きい場合には、不足する電力が蓄電装置Ｂ２から出力されることになる。この場合、ズレ量が大きいと、蓄電装置Ｂ２の出力可能電力の上限値を超過してしまい、要求される駆動力を出力することができない状態となり得る。

逆に、モータジェネレータ１４５で実際に消費される電力が指令値よりも小さい場合には、蓄電装置Ｂ２からの電力ＰＢ２については、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から余分の電力（エネルギ）が供給された場合、その余分な電力はコンデンサ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、モータジェネレータ１４５における目標要求電力と実消費電力とのズレを検出し、そのズレに相当する電力をフィードバックしてコンバータ１２０から供給される電力の目標値を補正する補正制御を行なう。このようにすることによって、モータジェネレータ１４５に供給される電力が実際の消費電力よりも大きい場合には、供給電力が低下されることによって過電圧が防止される。また、モータジェネレータ１４５に供給される電力が実際の消費電力よりも小さい場合には、供給電力が増加されることによって不足する電力が補われる。

図２は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される電力補正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１および図２を参照して、ＥＣＵ３００は、目標電力演算部３１０と、実電力演算部３２０と、目標補正部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。

目標電力演算部３１０は、アクセルペダル２１０の操作量ＡＣＣを受け、それに基づいて必要とされる目標電力を演算する。さらに、目標電力演算部３１０は、モータジェネレータ１４０，１４５の回転速度、および蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のＳＯＣ等に基づいて、モータジェネレータ１４０，１４５の目標電力ＰＧ，ＰＭ、蓄電装置Ｂ２から出力すべき電力ＰＢ２、およびコンバータ１２０から出力すべき電力Ｐｃｖを演算する。目標電力演算部３１０は、演算した目標電力ＰＧ，ＰＭ，ＰＢ２，Ｐｃｖを目標補正部３３０へ出力する。

実電力演算部３２０は、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２および電流ＩＢ２、ならびに、リアクトルＬ１に流れる電流ＩＬおよび電圧センサ１８０により検出された電圧ＶＬを受ける。実電力演算部３２０は、これらの情報に基づいて、蓄電装置Ｂ２およびコンバータ１２０から実際に供給された電力ＰＢ２＿ａｃｔ，Ｐｃｖ＿ａｃｔを演算する。より具体的には、蓄電装置Ｂ２からの実供給電力は、ＰＢ２＿ａｃｔ＝ＩＢ２×ＶＢ２として演算され、コンバータ１２０からの実供給電力は、Ｐｃｖ＿ａｃｔ＝ＩＬ×ＶＬとして演算される。

なお、図１のように蓄電装置Ｂ１にコンバータ１２０のみが結合されている構成であれば、コンバータ１２０から供給される実電力は、蓄電装置Ｂ１から供給される電力に相当する。しかしながら、車両の構成によっては、電力線ＰＬ１,ＮＬ１に室内空調用のエアコンや他の補機負荷が接続される場合があり、その場合には、コンバータ１２０から供給される電力と蓄電装置Ｂ１から供給される電力とが必ずしも一致しない状態となり得る。そのため、コンバータ１２０の低圧側の電力線の電圧（ＶＬ）とリアクトルＬ１に流れる電流（ＩＬ）とを用いて実電力を演算することがより好ましい。

目標補正部３３０は、目標電力演算部３１０からの各目標電力と、実電力演算部３２０からの各実供給電力とを受ける。また、目標補正部３３０は、電圧センサ１８５によって検出された電圧ＶＨを受ける。

目標補正部３３０は、これらの情報に基づいて、モータジェネレータ１４０，１４５についての目標電力と実電力との偏差を演算する。なお、本実施の形態においては、上述のように、モータジェネレータ１４０は専ら発電機として機能し、モータジェネレータ１４５は専ら電動機として機能するように設定されている。そのため、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用してＥＶ走行を行なう場合には、基本的にはモータジェネレータ１４５のみで電力が消費されることになる。

モータジェネレータ１４５による実消費電力は、上述の式（１）から、蓄電装置Ｂ２からの実供給電力ＰＢ２＿ａｃｔとコンバータ１２０からの実供給電力Ｐｃｖ＿ａｃｔとの和として演算することができる。そして、コンバータ１２０においては、目標電力Ｐｃｖとなるように電力制御が行なわれるので（Ｐｃｖ＝Ｐｃｖ＿ａｃｔ）、結果として、モータジェネレータ１４５の目標電力と消費電力との差Ｐｄは、蓄電装置Ｂ２の目標電力と実供給電力との差として現れる。

Ｐｄ＝ＰＭ−ＰＭ＿ａｃｔ
＝ＰＭ−（ＰＢ２＿ａｃｔ＋Ｐｃｖ＿ａｃｔ）
＝（ＰＢ２＋Ｐｃｖ）−（ＰＢ２＿ａｃｔ＋Ｐｃｖ＿ａｃｔ）
＝ＰＢ２−ＰＢ２＿ａｃｔ …（２）
目標補正部３３０は、式（２）によって得られた目標電力と実供給電力との差Ｐｄを用いて、コンバータ１２０の目標電力Ｐｃｖを補正する。

Ｐｃｖ＝Ｐｃｖ−Ｐｄ …（３）
目標補正部３３０は、フィードバックされた実電力によって補正された目標電力を、コンバータ制御部３４０およびインバータ制御部３５０へ出力する。

なお、たとえば、減速時等の回生動作時やゼロトルク制御がなされている場合など、蓄電装置Ｂ２からの供給電力がゼロまたはゼロに近い場合において、たとえばモータジェネレータの電流センサのバラつき等によって、実際の回生電力が目標とする回生電力（すなわち、コンバータ１２０により蓄電装置Ｂ１へ供給する電力）よりも大きくなってしまうと、コンバータ１２０が電力制御を行なっていたとしても過電圧が生じるおそれがある。

この場合には、ＰＢ２＿ａｃｔが演算できないため、上記の式（２）を適用することができない状態となり得る。そのため本実施の形態においては、蓄電装置Ｂ２から供給される実電力ＰＢ２＿ａｃｔが略ゼロの場合には、コンデンサＣ２に蓄積されたエネルギの変動によって目標電力と実供給電力との差Ｐｄを演算する。

より具体的には、コンデンサＣ２に蓄えられるエネルギＥは、コンデンサＣ２のキャパシタンスをＣとすると、Ｅ＝Ｃ・ＶＨ²／２として演算することができる。そのため、制御周期Δｔとし、前回の制御周期における電圧ＶＨをＶＨ＃とおくと、時間当たりのコンデンサＣ２に蓄積されたエネルギの変動、すなわち目標電力と実供給電力との差Ｐｄは、式（４）のように演算することができる。

Ｐｄ＝Ｃ（ＶＨ²−ＶＨ＃²）／２・Δｔ …（４）
コンバータ制御部３４０は、目標補正部３３０から補正された目標電力Ｐｃｖを受ける。コンバータ制御部３４０は、この目標電力Ｐｃｖが供給されるような制御信号ＰＷＣを生成し、コンバータ１２０を電力制御モードにより制御する。なお、コンバータ１２０が電圧制御モードで動作する場合には、コンバータ制御部３４０は、電圧ＶＨが目標電圧となるようにコンバータ１２０を制御する。

インバータ制御部３５０は、目標補正部３３０から、モータジェネレータ１４０，１４５の目標電力ＰＧ，ＰＭおよび電圧ＶＨを受ける。インバータ制御部３５０は、これらの情報とモータジェネレータ１４０，１４５の回転速度とに基づいてインバータ１３０，１３５の制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、モータジェネレータ１４０，１４５を駆動する。

図３は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される電力補正御処理を説明するためのフローチャートである。図３および後述する図４，図５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、蓄電装置Ｂ２から供給すべき目標電力ＰＢ２を演算する。ＥＣＵ３００は、Ｓ１１０にて、電圧ＶＢ２および電流ＩＢ２の検出値に基づいて、蓄電装置Ｂ２から供給された実電力ＰＢ２＿ａｃｔを演算する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、Ｓ１００で演算された目標電力ＰＢ２およびＳ１１０で演算された実電力ＰＢ２＿ａｃｔが、略ゼロであるか否かを判定する。より具体的には、ＥＣＵ３００は、目標電力ＰＢ２および実電力ＰＢ２＿ａｃｔがゼロに近い所定のしきい値αよりも小さいか否か（ＰＢ２＜α，ＰＢ２＿ａｃｔ＜α）を判定する。

実電力ＰＢ２＿ａｃｔが略ゼロではない場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、処理がＳ１３０に進められて、ＥＣＵ３００は、Ｓ１００およびＳ１１０で演算された目標電力ＰＢ２と実電力ＰＢ２＿ａｃｔとから、上述の式（２）により補正値Ｐｄを演算する。

その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて、式（３）を用いてコンバータ１２０の目標供給電力Ｐｃｖを補正し、補正された目標電力を用いてコンバータ１２０を制御する（Ｓ１５０）。

一方、実電力ＰＢ２＿ａｃｔが略ゼロの場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１３５に進められ、ＥＣＵ３００は、式（４）を用いてコンデンサＣ２に蓄えられたエネルギの変化から補正値Ｐｄを演算する。その後、ＥＣＵ３００は、当該補正値ｐｄを用いて目標電力Ｐｃｖを補正し（Ｓ１４０）、コンバータ１２０を制御する（Ｓ１５０）。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、複数の蓄電装置を備えた電源システムにおいて、電流センサや負荷などの故障やバラつきによって、目標供給電力と実際の消費電力（または回生電力）との間にズレが生じた場合に、その偏差をフィードバック制御により修正することが可能となる。これによって、電源システムにおける過電圧を防止するとともに、負荷の駆動力を確保することが可能となる。

なお、図３のフローチャートにおいては、目標供給電力と実電力との差Ｐｄを、蓄電装置Ｂ２の目標電力と実電力との差として求める場合を例として説明したが、式（２）の変形式を用いることも可能である。

図４は、差Ｐｄを、モータジェネレータ１４５の目標電力と、蓄電装置Ｂ２およびコンバータ１２０の実電力を用いて演算する場合の例である。図４においては、図３におけるステップＳ１００，Ｓ１３０が、ステップＳ１００Ａ，Ｓ１０５Ａ，Ｓ１３０Ａに置き換わったものとなっている。図４においては、Ｓ１００Ａ，Ｓ１０５Ａにおいてモータジェネレータ１４５の目標電力ＰＭ、蓄電装置Ｂ２からの目標供給電力ＰＢ２、およびコンバータ１２０の実供給電力Ｐｃｖ＿ａｃｔが演算され、Ｓ１３０Ａにおいて補正値がＰｄ＝ＰＭ−（ＰＢ２＿ａｃｔ＋Ｐｃｖ＿ａｃｔ）により演算されている点を除いては図３の処理と同じであるので、その詳細は繰り返さない。

（変形例）
高速道路などにおいて一定速度で巡航している場合や、登坂路においてモータジェネレータのトルクが重力と釣り合って停止している場合のような状態を考える。

モータジェネレータからの駆動力（出力パワー）は、トルクと回転速度との積であるので、高速巡航時のようなモータジェネレータのトルクがゼロに近い場合、および、登坂路において発生トルクと重力とが釣り合っておりモータジェネレータの回転速度がゼロの場合には、モータジェネレータでの出力パワーがほぼゼロとなる。

このような状態においては、ユーザによるわずかなアクセル操作の変動によって、モータジェネレータが力行状態と回生状態とを頻繁に繰り返す、いわゆるチャタリングが生じてしまう場合がある。上述のように、コンバータの電力制御の応答性にはある程度の遅れが存在するため、このようなチャタリングが生じた場合に電力制御の応答が間に合わないと、たとえ上述のような補正制御を行なったとしても、コンデンサＣ２に蓄えられたエネルギを適切に制御できずに過電圧や電圧低下を招いてしまうことが考えられる。

そのため、変形例においては、モータジェネレータの駆動力（出力パワー）がゼロに近い状態である場合には、コンバータを電力制御モードから電圧制御モードに切換えて、過電圧状態となることを防止する構成について説明する。

図５は、変形例において、ＥＣＵ３００で実行される制御モード切換処理を説明するためのフローチャートである。

図１および図５を参照して、ＥＣＵ３００は、Ｓ２００にて、モータジェネレータ１４５への指令トルクＴＭおよびモータジェネレータ１４５の回転速度Ｎｍの少なくとも一方が略ゼロであるか否かを判定する。すなわち、モータジェネレータ１４５の出力パワーが略ゼロであるか否かを判定する。

指令トルクＴＭおよび回転速度Ｎｍの少なくとも一方が略ゼロである場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）は、処理がＳ２１０に進められ、ＥＣＵ３００は、コンバータ１２０の制御モードとして電圧制御モードを選択する。

一方、指令トルクＴＭおよび回転速度Ｎｍのいずれも略ゼロでない場合（Ｓ２００にてＮＯ）は、処理がＳ２２０に進められ、ＥＣＵ３００は、コンバータ１２０の制御モードとして電力制御モードを選択する。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、モータジェネレータが力行状態と回生状態とを頻繁に繰り返すチャタリングが生じやすい不安定な状況においては、電圧制御によってコンデンサの電圧が調整されて過電圧を防止することが可能となる。そして、上述の電力補正制御とこの制御モード切換制御とを併用することによって、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しつつ、安定した駆動力を確保することができる。

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 電圧センサ、１９０，２００，２０５ 電流センサ、２１０ アクセルペダル、３００ ＥＣＵ、３１０ 目標電力演算部、３２０ 実電力演算部、３３０ 目標補正部、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、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー、ＳＭＲ１Ｇ，ＳＭＲ１Ｐ，ＳＭＲ１Ｂ，ＳＭＲ２Ｇ，ＳＭＲ２Ｂ，ＳＭＲ２Ｐ リレー。

Claims (8)

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場合は、前記第２の蓄電装置の目標要求電力と実供給電力との差を前記駆動装置の目標要求電力と消費電力との偏差として演算し、演算された前記偏差に基づいて前記第１の蓄電装置の目標要求電力を補正する、電源システム。
2. 前記制御装置は、前記第２の蓄電装置の目標要求電力が実供給電力よりも大きい場合には前記第１の蓄電装置の目標要求電力を減少させるように補正し、前記第２の蓄電装置の目標要求電力が実供給電力よりも小さい場合には前記第１の蓄電装置の目標要求電力を増加させるように補正する、請求項１に記載の電源システム。
3. 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場合は、前記駆動装置の目標要求電力と、前記電圧変換装置および前記第２の蓄電装置からの実供給電力の和との差を、前記駆動装置の目標要求電力と消費電力との偏差として演算し、演算された前記偏差に基づいて前記第１の蓄電装置の目標要求電力を補正する、電源システム。
4. 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場合は、前記駆動装置の目標要求電力と消費電力との偏差を前記第２の蓄電装置の実供給電力を用いて演算し、演算された前記偏差に基づいて前記第１の蓄電装置の目標要求電力を補正し、
   前記制御装置は、前記第２の蓄電装置の実供給電力が略ゼロの場合には、前記駆動装置に印加される電圧の変化に基づいて、前記第１の蓄電装置の目標要求電力を補正する、電源システム。
5. 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場合は、前記駆動装置の目標要求電力と消費電力との偏差を前記第２の蓄電装置の実供給電力を用いて演算し、演算された前記偏差に基づいて前記第１の蓄電装置の目標要求電力を補正し、
   前記駆動装置は、回転電機を含み、
   前記制御装置は、前記回転電機の出力トルクおよび回転速度の少なくともいずれか一方が略ゼロの場合は、前記電圧制御モードを用いて前記電圧変換装置を制御する、電源システム。
6. 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場合は、前記駆動装置の目標要求電力と消費電力との偏差を前記第２の蓄電装置の実供給電力を用いて演算し、演算された前記偏差に基づいて前記第１の蓄電装置の目標要求電力を補正し、
   前記駆動装置は、回転電機を含み、
   前記制御装置は、前記回転電機の出力パワーが略ゼロの場合は、前記電圧制御モードを用いて前記電圧変換装置を制御する、電源システム。
7. 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１〜６のいずれか１項に記載の電源システム。
8. 請求項１〜７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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