JP6019840B2 - 電源装置の制御装置およびそれを搭載する車両 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置の制御装置およびそれを搭載する車両に関し、より特定的には、エンジンと回転電機とを備えるハイブリッド車両における、エンジン始動時の電源制御に関する。

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キャパシタなど）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。

そして、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。

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接続された第１の蓄電装置と、インバータに対して昇圧コンバータを介して第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、大容量，高電圧の第１の蓄電装置からの電力と、低電圧，高出力型の第２の蓄電装置からの出力電圧を昇圧した電力とを、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２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２００７−１８９８２９号公報 特開２００６−１２１８７４号公報

特開２０１１−１９９９３４号公報（特許文献１）のような構成の電源装置においては、昇圧コンバータを介さない第１の蓄電装置を使用する場合には、インバータへ供給する直流電圧を第１の蓄電装置の出力電圧よりも高くすることはできない。

上記のような電源装置を、エンジンを搭載したハイブリッド車両に適用した場合、モータジェネレータからの駆動力のみで走行するいわゆるＥＶ（Electric Vehicle）走行中にエンジンの始動を行なう際には、エンジンをクランキングするための駆動力が必要となる。そして、第１の蓄電装置と第２の蓄電装置とを併用した状態（すなわち、低電圧）で走行している場合において、このクランキングトルクが達成できないときには、上述のように、インバータに供給する電圧を昇圧することが必要となる。しかしながら、この場合、第１の蓄電装置の電力が使用できなくなるために電源装置全体から供給可能な電力が制限されてしまい、逆に走行のための駆動力が確保できなくなる可能性がある。

一方で、エンジン始動時にインバータへ供給する電圧を昇圧しない場合には、ＥＶ走行可能領域が、エンジンのクランキングトルクが確保できる運転範囲に制限されてしまう可能性がある。

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、負荷に並列に接続された２つの蓄電装置を有し、その一方が昇圧コンバータを介して負荷に接続される電源装置を備えたハイブリッド車両において、エンジン始動トルクを確保しながらＥＶ走行領域をできるだけ拡大することである。

本発明による電源装置の制御装置は、車両の負荷装置に電力を供給する電源装置を制御する。電源装置は、第１の蓄電装置と、第１の蓄電装置の電圧を変換して負荷装置に供給する電圧変換装置と、負荷装置に対して電圧変換装置と並列に接続された第２の蓄電装置とを含む。負荷装置は、エンジンと、エンジンを始動するための第１の回転電機とを含む。制御装置は、エンジンを始動する際に、負荷装置へ供給する電圧を第２の蓄電装置の出力電圧と略同じ大きさの状態とする第１のモードと、負荷装置へ供給する電圧を第２の蓄電装置の出力電圧よりも高い電圧の状態とする第２のモードとを、車両の状態に基づいて切換える。

好ましくは、車両の状態は、車両の走行速度を含む。制御装置は、走行速度が予め定められた第１の基準速度を下回る場合には第１のモードを選択し、走行速度が第１の基準速度を上回る場合には第２のモードを選択する。

好ましくは、負荷装置は、第１および第２の蓄電装置の少なくとも１つからの電力を用いて車両の駆動力を発生させる第２の回転電機と、エンジン、ならびに第１および第２の回転電機に結合され、遊星歯車機構を有する動力分割機構とをさらに含む。遊星歯車機構のサンギヤには第１の回転電機が結合され、リングギヤには第２の回転電機が結合され、プラネタリキャリアにはエンジンが結合される。制御装置は、第１のモードが選択された場合は、第２の回転電機に要求される駆動力が、第２の回転電機の回転速度から定まる所定のしきい値を上回るときにエンジンを始動する。

好ましくは、負荷装置は、第１および第２の蓄電装置の少なくとも１つからの電力を用いて車両の駆動力を発生させる第２の回転電機と、エンジン、ならびに第１および第２の回転電機に結合され、遊星歯車機構を有する動力分割機構とをさらに含む。遊星歯車機構のサンギヤには第１の回転電機が結合され、リングギヤには第２の回転電機が結合され、プラネタリキャリアにはエンジンが結合される。制御装置は、第２のモードが選択された場合は、第２の回転電機に要求される駆動力が第２の回転電機の回転速度から定まる所定のしきい値を上回るとき、または、第２の回転電機の回転速度が第１の基準速度よりも大きい第２の基準速度を上回るときにエンジンを始動する。

好ましくは、制御装置は、第１のモードが選択された場合は、電圧変換装置を制御することによって、負荷装置への総供給電力における第１の蓄電装置から出力される電力の第１の割合および第２の蓄電装置から出力される電力の第２の割合を制御する。制御装置は、第１のモードが選択された場合は、エンジンのクランキング開始後、第２の割合を時間とともに低減させ、低減した電力を補うように第１の割合を増加させる。

好ましくは、制御装置は、第２の割合がゼロとなったことに応答して、第１のモードから第２のモードへ移行する。

好ましくは、負荷装置は、第１および第２の蓄電装置の少なくとも１つからの電力を用いて車両の駆動力を発生させる第２の回転電機と、エンジン、ならびに第１および第２の回転電機に結合され、遊星歯車機構を有する動力分割機構とをさらに含む。遊星歯車機構のサンギヤには第１の回転電機が結合され、リングギヤには第２の回転電機が結合され、プラネタリキャリアにはエンジンが結合される。制御装置は、第１のモードが選択された場合は、第２の回転電機に要求される駆動力が、第２の回転電機の回転速度から定まる所定のしきい値を上回るときにエンジンを始動する。制御装置は、負荷装置に供給される第２の蓄電装置からの電力がゼロとなると予測される時刻において必要とされる第１の回転電機の回転速度が、基準回転速度を上回ると予測される場合には、第２の回転電機に要求される駆動力がしきい値を上回る前にエンジンを始動する。

好ましくは、負荷装置は、第１および第２の蓄電装置の少なくとも１つからの電力を用いて車両の駆動力を発生させる第２の回転電機と、第２の回転電機を駆動するための電力変換装置とをさらに含む。第２の回転電機は、第２の回転電機に印加される矩形波電圧の電圧位相を制御する矩形波制御モード、および、搬送波と第２の回転電機を動作させるための交流電圧指令との比較に基づくパルス幅変調制御モードのいずれかにより制御される。制御装置は、エンジンを始動する際に、第１および第２のモードのうちパルス幅変調制御モードで動作可能なモードを優先的に選択する。

本発明による車両は、電源装置と、電源装置からの電力により動作する負荷装置と、電源装置を制御するための制御装置とを備える。電源装置は、第１の蓄電装置と、第１の蓄電装置の電圧を変換して負荷装置に供給する電圧変換装置と、負荷装置に対して電圧変換装置と並列に接続された第２の蓄電装置とを含む。負荷装置は、エンジンと、エンジンを始動するための回転電機とを含む。制御装置は、エンジンを始動する際に、負荷装置へ供給する電圧を第２の蓄電装置の出力電圧と略同じ大きさの状態とする第１のモードと、負荷装置へ供給する電圧を第２の蓄電装置の出力電圧よりも高い電圧の状態とする第２のモードとを、車両の状態に基づいて切換える。

本発明によれば、負荷に並列に接続された２つの蓄電装置を有し、その一方が昇圧コンバータを介して負荷に接続される電源装置を備えたハイブリッド車両において、エンジン始動トルクを確保しながらＥＶ走行領域を拡大することができる。

本実施の形態に従うハイブリッド車両の全体ブロック図である。 本実施の形態に従うハイブリッド車両の他の例を示す全体ブロック図である。 蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からの電力を併用する場合のＥＶ走行領域を説明するための図である。 システム電圧とエンジンクランキングトルクとの関係を説明するための図である。 エンジン始動時における、車速とモータジェネレータ１４０の回転速度との関係を説明するための図である。 システム電圧を蓄電装置Ｂ２の出力電圧よりも高くする場合のＥＶ走行領域を説明するための図である。 実施の形態１に従う電源制御を用いた場合のＥＶ走行領域を説明するための図である。 実施の形態１において、ＥＣＵで実行される電源制御を説明するための機能ブロック図である。 実施の形態１において、ＥＣＵで実行される電源制御処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に従う電源制御を適用しない場合の、蓄電装置およびエンジンの出力割合の時間変化を説明するための図である。 実施の形態２に従う電源制御を適用しない場合の問題点を説明するための図である。 実施の形態２に従う電源制御を適用した場合の、蓄電装置およびエンジンの出力割合の時間変化を説明するための図である。 実施の形態２において、ＥＣＵで実行される電源制御処理を説明するためのフローチャートである。 図１３におけるステップＳ１７０の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３において、ＥＣＵで実行される電源制御処理を説明するためのフローチャートである。 図１５におけるステップＳ１８０の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 モータジェネレータの駆動モードを説明するための図である。 ＥＶ走行領域において、エンジン始動時のモータジェネレータの制御モードを説明するための図である。 実施の形態４において、図１８の各領域におけるエンジン始動モードを説明するための図である。 実施の形態４において、ＥＣＵで実行されるエンジン始動制御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。

［車両の基本構成］
図１は、本実施の形態に従うハイブリッド車両１００（以下、単に「車両」とも称する。）の全体ブロック図である。

図１を参照して、車両１００は、電源装置１１０と、負荷装置１０５と、制御装置であるＥＣＵ３００（Electronic Control Unit）とを備える。電源装置１１０は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２と、システムメインリレー（System Main Relay：ＳＭＲ）１１５と、電圧変換装置であるコンバータ１２０と、キャパシタＣ１，Ｃ２とダイオードＤ１０とを含む。

負荷装置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、回転角センサ１９０，１９５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、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置Ｂ１は、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負荷装置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。

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、負荷装置１０５に対して、コンバータ１２０に並列に接続される。蓄電装置Ｂ２の正極端子は、ダイオードＤ１０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。

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、図２に示される車両１００ＡのようなスイッチＳＷ１０を採用することも可能である。

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。

ＳＭＲ１１５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と、蓄電装置Ｂ１の負極端子と電力線ＮＬ１に接続されるリレーとを含む。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１によって制御され、蓄電装置Ｂ１と負荷装置１０５との間での電力の供給と遮断とを切換える。

キャパシタＣ１は、電力線ＰＬ１と電力線ＮＬ１との間に接続される。キャパシタ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、キャパシタ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、負荷装置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。

キャパシタ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。キャパシタ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、キャパシタ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。

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が発生される。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。

回転角センサ１９０，１９５は、モータジェネレータ１４０，１４５にそれぞれ設けられる。回転角センサ１９０，１９５は、モータジェネレータ１４０，１４５の回転角θ１，θ２をそれぞれ検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。ＥＣＵ３００は、回転角センサ１９０，１９５からの回転角θ１，θ２に基づいて、モータジェネレータ１４０，１４５の回転速度Ｎｍ１，Ｎｍ２または角速度を演算する。

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。

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、負荷装置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。

［実施の形態１］
上記のような車両１００においては、モータジェネレータ１４５からの駆動力のみを用いて走行するＥＶ走行と、主にエンジン１６０からの駆動力を用いながら、加速時等の高出力時のような場合に必要に応じてモータジェネレータ１４５からの駆動力を併用するＨＶ（Hybrid Vehicle）走行とを選択的に切換えることが可能である。

そして、このようなハイブリッド車両においては、ＣＯ２や排気ガスの低減、および騒音の低減などの環境的な観点から、ＥＶ走行をできるだけ広範囲な車両状態に対して適用し、かつ長時間継続することが望まれている。

図１および図２の例に示されるような２つの蓄電装置を備える車両においては、上述のように蓄電装置Ｂ２は負荷装置１０５に直接的に接続されているので、蓄電装置Ｂ１のように出力電圧を昇圧することはできない。そのため、蓄電装置Ｂ２を使用する場合には、システム電圧ＶＨの昇圧が必要となる急激な負荷変動などの高出力が要求される場面には適していないが、逆にコンバータによる電力変換を伴わないために効率低下が抑制されるという利点がある。そして、蓄電装置Ｂ１と蓄電装置Ｂ２を併用することで、電源装置全体で供給可能な電力を増加することができ、長時間の電力供給が可能となる。このような蓄電装置Ｂ１と蓄電装置Ｂ２との併用は、特に定常状態での走行により適している。

一方、高出力が要求される場面においては、システム電圧ＶＨの昇圧が必要となるため、蓄電装置Ｂ１からの出力電圧をコンバータ１２０を用いて昇圧することになる。この場合には、蓄電装置Ｂ２からの電力を使用することができず、負荷装置１０５へ供給することのできる電力は、蓄電装置Ｂ１の出力可能電力に制限される。

すなわち、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用する場合は、負荷装置１０５への供給可能電力を増加（大容量化）させることはできるが、高出力が必要となる場合（たとえば、高車速時）に要求される駆動力が十分に発揮できず、駆動力不足が生じるおそれがある。逆に、蓄電装置Ｂ１の出力電圧を昇圧する場合には、瞬間的に高い駆動力を得ること（高出力化）はできるが、負荷装置１０５へ供給可能なトータル電力の制限により、結果として車両全体の駆動力の不足を招いたり、ＥＶ走行継続時間が短くなったりするおそれがある。

図１および図２に示したような負荷装置１０５の構成において、駆動力の確保や蓄電装置の充電のためにＥＶ走行中にエンジン１６０の始動が行なわれる場合には、モータジェネレータ１４０を用いてエンジン１６０のクランキングが実行される。また、動力伝達ギヤ１５０に含まれるプラネタリギヤの特性から、エンジン１６０の運転中は、エンジン反力を受けるようにモータジェネレータ１４０のトルクが出力される。

そのため、モータジェネレータ１４０によるエンジン１６０のクランキングトルクの不足が生じると、適切にエンジンの始動ができない状態となり得る。あるいは、エンジン始動中または始動後において、モータジェネレータ１４０がエンジン出力トルクに対抗する反力を十分に出力することができずに、モータジェネレータ１４０の回転速度が増加してしまったりする状態が生じ得る。そして、このようなエンジンの始動を考慮した場合に、車両の走行状態に応じた適切なエンジン始動タイミングを設定しなければ、ＥＶ走行可能領域を過度に狭めてしまい、ＥＶ走行をより広範囲の車両状態に対し、長時間継続するという要求を達成できなくなる場合がある。

そこで実施の形態１においては、エンジンの始動を考慮しつつ、できるだけＥＶ走行可能領域を拡大するような電源制御を行なう。以下、図３〜図７を用いて、実施の形態１に従う電源制御の概要について説明する。

図３は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からの電力を併用する場合のＥＶ走行領域を説明するための図である。図３においては、横軸に車速ＶＳが示され、縦軸にはモータジェネレータ１４５の駆動力（トルク）Ｔｍ２が示される。図１において説明したように、モータジェネレータ１４５の出力軸は駆動輪１７０に結合されているため、車速ＶＳはモータジェネレータ１４５の回転速度に対応する。なお、図３は蓄電装置およびモータジェネレータが特定の特性を有する場合の一例であり、採用される蓄電装置およびモータジェネレータの特性によって変化し得ることに注意すべきである。

図１および図３を参照して、まず図中の各曲線Ｗ１０〜Ｗ１４について説明する。なお、曲線Ｗ１０〜Ｗ１４は、以降の図６，７，１８においても同様である。

破線の曲線Ｗ１０，Ｗ１１は、蓄電装置の出力要件（電力容量）から定まる駆動力のしきい値である。曲線Ｗ１０は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用した場合の出力可能な駆動力のしきい値を示している。一方、曲線Ｗ１１は、蓄電装置Ｂ１のみを使用した場合の出力可能な駆動力のしきい値を示している。

曲線Ｗ１０，Ｗ１１からわかるように、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用した方が、蓄電装置Ｂ１のみを使用する場合よりもモータジェネレータに供給可能な電力が大きいために、駆動範囲が広くなっている。

実線の曲線Ｗ１２，Ｗ１４は、モータジェネレータ１４５の特性から定まる駆動力のしきい値である。なお、曲線Ｗ１２，Ｗ１４は、蓄電装置による供給可能電力容量の制限は考慮されていない。

曲線Ｗ１２は、システム電圧ＶＨを設定可能な最大電圧とした場合に、モータジェネレータ１４５で出力可能な駆動力のしきい値を示している。一方、曲線Ｗ１４は、システム電圧を蓄電装置Ｂ２の出力電圧とした場合に、モータジェネレータ１４５で出力可能な駆動力のしきい値を示している。この駆動力のしきい値は、主にモータジェネレータあるいはそれを駆動するインバータに流れる電流に基づく駆動力制限により定まる。そのため、印加電圧が高い方が出力可能な駆動力は大きくなる。

曲線Ｗ１３は、エンジン１６０を始動する際に、モータジェネレータ１４０によってエンジンクランキングトルクが確保できるか否かによって定められるしきい値である。図４に示されるように、モータジェネレータ１４０についても、モータジェネレータ１４５についての図３の曲線Ｗ１２，Ｗ１４と同様に、一般的に回転速度が高くなるにつれて出力可能なトルクが低下する特性を有する（図４中の曲線Ｌ１０，Ｌ１１）。そして、システム電圧ＶＨが大きいほど、同じ回転速度に対して出力可能な駆動力は大きくなる傾向を有する。そのため、たとえば、エンジンクランキングトルクが図４中の線Ｌ１５であるとした場合、システム電圧ＶＨが蓄電装置Ｂ２の出力電圧とされる場合には、モータジェネレータ１４０の回転速度Ｎｍ１がＮ１を超えるとエンジンクランキングトルクが確保できなくなる。一方、システム電圧ＶＨが使用可能な最大電圧である場合には、回転速度Ｎｍ１がＮ２（＞Ｎ１）になるまではエンジンクランキングトルクを確保することができる。

なお、走行中にエンジン１６０を始動する場合には、図５の共線図に示されるようにモータジェネレータ１４０は負回転となるため、エンジンをクランキングして回転速度を増加する場合には、正トルクかつ負回転のために発電状態となる。この場合にも、モータジェネレータ１４０で発生するトルクは、システム電圧ＶＨにより制限される。すなわち、システム電圧ＶＨが低くなれば、モータジェネレータ１４０による発電電力が制限されるため、モータジェネレータ１４０で発生するトルクも制限される。

また、図５に示される共線図からわかるように、ＥＶ走行中（エンジン停止中）においては、車速すなわちモータジェネレータ１４５の回転速度Ｎｍ２の大きさ（絶対値）が大きくなると、モータジェネレータ１４０の回転速度Ｎｍ１の大きさ（絶対値）も大きくなる。したがって、比較的高い車速においてエンジンクランキングトルクを確保するためには、システム電圧ＶＨを高く設定することが必要となる。

したがって、再び図３を参照して、システム電圧ＶＨが蓄電装置Ｂ２の出力電圧の場合には、図４の回転速度Ｎ１に対応する車速Ｖ１を超えるとクランキングトルクが確保できないためにエンジン１６０が始動できなくなる。また、システム電圧ＶＨが最大昇圧電圧の場合には、図４の回転速度Ｎ２に対応する車速Ｖ２を超えるとエンジン１６０が始動できなくなる。

これらの条件を考慮すると、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用した場合には、図３中のハッチングした領域がＥＶ走行可能領域として定められる。すなわち、車速については、蓄電装置Ｂ２の出力電圧で定まるシステム電圧ＶＨにおいて、モータジェネレータ１４０で発生可能なエンジンクランキングトルクが制限される車速Ｖ１より低くなる領域に、ＥＶ走行可能領域が制限される。また、駆動力については、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２による出力制限（図３の曲線Ｗ１０)、および、蓄電装置Ｂ２の出力電圧で定まるシステム電圧ＶＨによる駆動力制限（図３の曲線Ｗ１４）のうちの小さい方の駆動力となる領域に、ＥＶ走行可能領域が制限される。

一方、蓄電装置Ｂ１の出力電圧を昇圧する場合には、図６におけるハッチングした領域がＥＶ走行可能領域として定められる。すなわち、車速については、システム電圧ＶＨの最大昇圧電圧におけるエンジンクランキングトルクで制限される車速Ｖ２より低くなる領域に、ＥＶ走行可能領域が制限される。また、駆動力については、蓄電装置Ｂ１による出力限界（図６の曲線Ｗ１１)によりＥＶ走行可能領域が制限される。

図３および図６からわかるように、車速ＶＳが車速Ｖ１よりも低い領域においては、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用するほうが、システム電圧ＶＨを昇圧するよりも広範なＥＶ走行可能領域を得ることができる。また、車速ＶＳが車速Ｖ１よりも高くかつ車速Ｖ２よりも低い領域、すなわち比較的高車速の領域においては、システム電圧ＶＨを蓄電装置Ｂ２の出力電圧よりも高い電圧に設定することによって、ＥＶ走行を実施することができる。

したがって、実施の形態１における電源制御においては、図３と図６とを組み合わせた領域（図７中のハッチングした領域）をＥＶ走行可能領域とし、車両の走行状態、すなわちモータジェネレータ１４５の駆動状態に応じて、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用する場合と、システム電圧ＶＨを蓄電装置Ｂ２の出力電圧よりも高い電圧に設定して蓄電装置Ｂ１のみを用いる場合とを切換える。

これによって、エンジンのクランキングトルクを確保しながら、広範なＥＶ走行可能領域を得ることができる。

図８は、実施の形態１において、ＥＣＵ３００で実行される電源制御を説明するための機能ブロック図である。図８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８を参照して、ＥＣＵ３００は、判定部３１０と、記憶部３２０と、コンバータ制御部３３０と、インバータ制御部３４０と、エンジン制御部３５０とを含む。

判定部３１０は、モータジェネレータ１４０，１４５についての、それぞれの要求駆動力Ｔｍ１，Ｔｍ２および回転速度Ｎｍ１，Ｎｍ２を受ける。また、判定部３１０は、エンジン１６０の回転速度Ｎｅを受ける。

判定部３１０は、これらの情報と、記憶部３２０に予め記憶された図７で示したようなしきい値マップＭＡＰとに基づいて、ＥＶ走行の実行可否を判定するとともに、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用するか、あるいは、システム電圧ＶＨを蓄電装置Ｂ２の出力電圧よりも高く昇圧して蓄電装置Ｂ１のみを使用するかを判定する。また、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用する場合には、負荷装置１０５への全体の供給電力のうちの、各蓄電装置が分担する電力の割合についても決定する。さらに、判定部３１０は、モータジェネレータ１４５の状態が図７のＥＶ走行可能領域外となる場合や、図示しない補機装置の運転によって蓄電装置からの供給電力では電力不足となる場合などのように、エンジン１６０の始動が必要であるか否かについても判定する。

そして、判定部３１０は、上記の情報を含む信号ＩＮＦを、コンバータ制御部３３０、インバータ制御部３４０、およびエンジン制御部３５０へ出力する。

コンバータ制御部３３０は、判定部３１０からの信号ＩＮＦを受ける。そして、コンバータ制御部３３０は、この信号ＩＮＦに基づいてコンバータ１２０の制御信号ＰＷＣを生成し、この制御信号ＰＷＣを用いてコンバータ１２０を制御する。

インバータ制御部３４０は、判定部３１０からの信号ＩＮＦを受ける。そして、インバータ制御部３４０は、この信号ＩＮＦに基づいてインバータ１３０，１３５についての制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ生成する。インバータ制御部３４０は、これらの制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を用いてインバータ１３０，１３５をそれぞれ制御する。

エンジン制御部３５０は、判定部３１０からの信号ＩＮＦを受ける。そして、エンジン制御部３５０は、この信号ＩＮＦに基づいてエンジン１６０を駆動するための制御信号ＤＲＶを生成する。エンジン制御部３５０は、この制御信号ＤＲＶを用いてエンジン１６０を制御する。

図９は、実施の形態１において、ＥＣＵ３００で実行される電源制御処理を説明するためのフローチャートである。図９および以降に説明する図１３〜図１６，図２０に示すフローチャートの処理は、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行されることによって処理が実現される。あるいは、一部のステップの処理については、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９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、現在、車両１００がＥＶ走行を実施しているか否かを判定する。

ＥＶ走行中でない場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、本制御は必要でないため、以降の処理がスキップされ、処理がメインルーチンに戻される。

ＥＶ走行中である場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１０に進められ、ＥＣＵ３００は、図７で示したようなしきい値マップＭＡＰを取得する。また、ＥＣＵ３００は、現在のモータジェネレータ１４５のトルクおよび回転速度（または、車速）を取得する（Ｓ１２０）。

その後、Ｓ１３０にて、ＥＣＵ３００は、現在の車速ＶＳが、図７で示した車速Ｖ１に相当するしきい値αより大きいか否かを判定する。

車速ＶＳがしきい値α以下である場合（Ｓ１３０にてＮＯ）は、処理がＳ１４０に進められ、ＥＣＵ３００は、システム電圧ＶＨを蓄電装置Ｂ２の出力電圧とするモードに設定する。すなわち、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用するモードを選択する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１５０にて、エンジン１６０の駆動が必要か否かを判定する。具体的には、ユーザのアクセル操作によって、モータジェネレータ１４５への要求トルクが図７で示されるしきい値を上回っているか、あるいは、補機装置の運転等によってより多くの電力が必要となっているかを判定する。

エンジン１６０の駆動が必要な場合（Ｓ１５０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１６０に進められ、ＥＣＵ３００は、ＨＶ走行モードを選択し、エンジン１６０を始動する。

エンジン１６０の駆動が必要でない場合（Ｓ１５０にてＮＯ）は、処理がＳ１９０に進められ、ＥＣＵ３００はＥＶ走行モードを選択し、ＥＶ走行を継続する。

一方、Ｓ１３０にて車速がしきい値αより大きい場合（Ｓ１３０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２００に進められ、ＥＣＵ３００は、システム電圧ＶＨを蓄電装置Ｂ２の出力電圧よりも高くするモードに設定する。すなわち、この場合には、蓄電装置Ｂ１のみが使用される。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ２１０にて、エンジン１６０の駆動が必要であるか否かを判定する。具体的には、車速がさらに高くなって、図７で示した車速Ｖ２を示すしきい値βよりも大きくなっているか否か、モータジェネレータ１４５への要求トルクが図７で示されるしきい値を上回っているか、あるいは、補機装置の運転等によってより多くの電力が必要となっているかを判定する。

エンジン１６０の駆動が必要な場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２２０に進められ、ＥＣＵ３００は、ＨＶ走行モードを選択し、エンジン１６０を始動する。

エンジン１６０の駆動が必要でない場合（Ｓ２１０にてＮＯ）は、処理がＳ２３０に進められ、ＥＣＵ３００はＥＶ走行モードを選択し、ＥＶ走行を継続する。

以上のような処理に従って制御を行ない、車両の走行状態に応じてシステム電圧を適切に設定することで、エンジン駆動トルクを確保しながら、できるだけ広範囲走行状態においてＥＶ走行を可能とすることができる。

［実施の形態２］
実施の形態１において、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用中にエンジン１６０の始動がされると、基本的にはエンジン１６０からの出力が優先的に使用される。すなわち、エンジン１６０の出力の増加とともに、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力は低下する。

図１０は、このような状態を概略的に示したものであり、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２およびエンジン１６０の出力の時間的変化が示される。

図１０を参照して、ユーザからの要求出力が小さい場合（時刻ｔ１０まで）は、効率の観点から、コンバータ１２０による昇圧を必要としない蓄電装置Ｂ２からの出力が用いられる。

ユーザ要求出力が増加して、蓄電装置Ｂ２の出力可能電力を上回ると、コンバータ１２０により蓄電装置Ｂ２の電圧に昇圧された出力電圧で蓄電装置Ｂ１からの電力が追加的に出力される。

その後、さらにユーザ要求出力が増加すると、エンジン１６０からの出力を得るために、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用した最大出力となる前の時刻ｔ１１において、エンジン１６０のクランキングが開始される。そして、時刻ｔ１２においてエンジン１６０が始動し、エンジン１６０からの出力が増加するにつれて、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からの出力が徐々に低減される。

時刻ｔ１３において、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からの出力がなくなり、エンジン１６０からの出力に置き換わった後においては、急激な加速等によってさらに出力が必要とされる場合には、コンバータ１２０によりシステム電圧ＶＨを昇圧しながら、蓄電装置Ｂ１からの出力を付加する。

図１０に示されるように、蓄電装置からの出力を低下する際に、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の同じような割合で低下させると、時刻ｔ１３となるまでは蓄電装置Ｂ２からの出力が継続されているため、システム電圧ＶＨは蓄電装置Ｂ２の出力電圧に維持することが必要となる。

しかしながら、図１１に示されるように、エンジン１６０の始動後においては、エンジン１６０の回転速度が高くなると、反力として必要とされるモータジェネレータ１４０のトルクが大きくなる。また、図４で説明したように、回転速度が高くなると出力トルクが制限される。この場合、上述のように、システム電圧ＶＨが低く設定されていると、モータジェネレータ１４０で発生可能なトルクが制限されてしまい、十分な反力を生成できずに、モータジェネレータ１４０の回転速度が増加してしまう可能性がある。

これを回避するためには、システム電圧ＶＨをより高く設定する必要があるが、蓄電装置Ｂ２からの出力割合がゼロとなっていない状態でシステム電圧ＶＨを昇圧すると、蓄電装置Ｂ２からの出力が急に停止されてしまい、蓄電装置およびエンジンによるトータル出力が瞬間的に低下してトルクショックが生じるおそれがある。

一方で、蓄電装置Ｂ２からの出力割合がゼロとなるまでシステム電圧ＶＨの昇圧を遅延させると、ユーザの要求出力に対する応答が遅くなってドライバビリティを悪化させてしまうおそれがある。

そこで、実施の形態２においては、図１２に示されるように、エンジン１６０のクランキングが開始されたことに応答して、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力割合を変化させ、蓄電装置Ｂ２からの出力をできるだけ早く終了させるような出力分配率変更制御を実行する。より具体的には、エンジン１６０のクランキングが開始されると、蓄電装置Ｂ２からの出力が時間とともに低下され、低下された出力を補うように蓄電装置Ｂ１の出力が増加される。

これによって、図１２における時刻ｔ２３のように、要求出力のすべてがエンジン１６０からの出力に置き換わる前に、蓄電装置Ｂ２からの出力が終了する。すなわち、この状態においては、蓄電装置からの出力としては蓄電装置Ｂ１からの出力のみとなるので、この時刻ｔ２３以降においては、システム電圧ＶＨの昇圧が可能となる。

これによって、要求出力がエンジン１６０からの出力に置き換わる前に、急激な加速等でより多くの出力が必要となった場合に、蓄電装置Ｂ１からの出力を迅速に利用することが可能となる。これにより、急激な出力低下によるトルクショックの発生やドライバビリティの悪化を抑制することができる。

図１３は、実施の形態２において、ＥＣＵで実行される電源制御処理を説明するためのフローチャートである。図１３は、実施の形態１における図９のフローチャートに、ステップＳ１７０が追加されたものとなっている。また、図１４は、図１３のステップＳ１７０の詳細な処理を示すフローチャートである。図１３において、図９と重複するステップの説明は繰り返さない。

図１３を参照して、Ｓ１１０で取得されたしきい値マップＭＡＰを用いて、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用するモードが選択され（Ｓ１３０にてＮＯ）、さらにエンジン１６０の始動が必要であると判定されると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、Ｓ１６０にてＨＶ走行が選択されてエンジンの始動が開始される。

そうすると、ＥＣＵ３００は、Ｓ１７０において、図１２で説明したような、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力分配率変更処理を実行する。

具体的には、図１４を参照して、ＥＣＵ３００は、エンジン１６０のクランキングが開始されたことに応答して、Ｓ１７１にて、蓄電装置Ｂ１からの出力を増加するとともに、蓄電装置Ｂ２からの出力を減少させる。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１７２にて、蓄電装置Ｂ２の分配率が０％となったか否かを判定する。

蓄電装置Ｂ２の分配率が０％となっていない場合（Ｓ１７２にてＮＯ）は、処理がＳ１７０に戻されて、ＥＣＵ３００は、蓄電装置Ｂ２の出力分配率をさらに減少させる。

一方、蓄電装置Ｂ２の分配率が０％となった場合（Ｓ１７２にてＹＥＳ）は、処理がＳ１７４に進められて、ＥＣＵ３００は、急激な出力増加に対応するために、システム電圧ＶＨの昇圧制御を開始する。

以上のような処理に従って制御することによって、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用した状態でエンジンの始動を開始した直後に出力増加が必要となった場合においても、システム電圧ＶＨを早期に昇圧できるので、快適なドライバビリティを維持しつつ要求出力の増加を実現することが可能となる。

［実施の形態３］
実施の形態２においては、エンジンクランキング後の駆動力増加に迅速に対応できるように、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力分配率を変更することによってできるだけ早く蓄電装置Ｂ２からの出力を終了させ、システム電圧ＶＨを昇圧可能な状態とする構成について説明した。

蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用する場合のエンジン１６０の始動中および始動後においては、エンジン１６０の回転速度が上昇するにつれて、モータジェネレータ１４０の回転速度も上昇する。図４で説明したように、モータジェネレータ１４０の出力トルクは、回転速度が上昇すると減少する傾向を有している。そのため、車両の状態によっては、エンジンクランキング中にクランキングトルクが不足してしまったり、エンジン始動後にエンジン反力をモータジェネレータ１４０で十分に支えきれない状態に陥ってしまったりするおそれがある。

そのため、実施の形態３では、実施の形態２で説明した蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力分配率の変更制御を行なった場合の、蓄電装置Ｂ２の出力が停止されるとき（分配率＝０％）のモータジェネレータ１４０の状態が実現できるか否かによって、エンジンのクランキングタイミングを変更する制御を実施する。

より具体的には、ＥＶ走行中の現在の車速において最大アクセル開度とされた場合の要求駆動力を予測するとともに、エンジン１６０を駆動して出力分配率の変更制御において蓄電装置Ｂ２の出力が停止されたと仮定したときのモータジェネレータ１４０の回転速度および必要出力トルクを予測する。そして、システム電圧ＶＨおよびモータジェネレータ１４０の特性から当該状態が実現できるか否かを判定し、実現不可能であると予測される場合には、要求駆動力からはエンジン１６０の駆動が必要とはされてない状態であっても、事前にエンジン１６０の駆動を開始する。

次に、図１５および図１６を用いて、実施の形態３において、ＥＣＵ３００で実行される電源制御処理を説明するためのフローチャートである。図１５は、実施の形態２で説明した図１３のフローチャートに、ステップＳ１８０が追加されたものとなっている。また、図１６は、図１５のステップＳ１８０の詳細を説明するためのフローチャートである。なお、図１５において、図１３と重複する要素の説明は繰り返さない。

まず、図１５を参照して、Ｓ１１０で取得されたしきい値マップＭＡＰを用いて、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用するモードが選択され（Ｓ１３０にてＮＯ）ると、ＥＣＵ３００はＳ１５０にて、現在の要求駆動力等から、エンジン１６０の始動が必要であるか否かを安定する。

エンジン１６０の駆動が必要と判断された場合（Ｓ１５０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１６０へ進められ、実施の形態２で説明したように、ＥＣＵ３００はＨＶ走行を選択するとともに、エンジン１６０を始動しながら蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の分配率変更処理を実行する。

エンジン１６０の駆動が必要でないと判断された場合（Ｓ１５０にてＮＯ）は、処理がＳ１８０に進められ、ＥＣＵ３００は、モータジェネレータ１４０のトルク不足予測処理を実行する。

そして、モータジェネレータ１４０のトルク不足が生じないと予測される場合には、処理がＳ１９０に進められてＥＶ走行が継続される。一方、モータジェネレータ１４０のトルク不足が生じると予測される場合には、処理がＳ１６０に進められて、ＨＶ走行が選択されてエンジン１６０が始動される。

次に、図１６を用いて、Ｓ１８０のモータジェネレータ１４０のトルク不足予測処理の詳細を説明する。

図１６を参照して、Ｓ１８０に処理が進められると、まずＳ１８１にて、ＥＣＵ３００は、エンジン１６０が始動され、かつ蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力分配率変更が完了した（すなわち、蓄電装置Ｂ２の分配率が０％となった）時間Ｔ１を推定する。この推定は、以下のように算出される。

現在の車両要求出力をＰｖ、アクセル開度１００％の場合の車両要求出力の上昇率をΔＰｖ、エンジン１６０をクランキングしてから始動するまでの時間をＴ０とした場合、出力分配率変更が完了したときの車両出力は、Ｐｖ＋ΔＰｖ・（Ｔ０＋Ｔ１）で表わすことができる。ここで、車両要求出力の上昇率ΔＰｖは、予め定められた固定値、あるいは所定のマップを用いて取得することができる。

そして、モータジェネレータ１４０のトルク不足が発生しない限界においては、この出力が蓄電装置Ｂ１の最大出力（Ｐｂ１＿ｍａｘ）とエンジン１６０の出力との合計に対応するので、以下の式（１）の関係が成立する。

Ｐｖ＋ΔＰｖ・（Ｔ０＋Ｔ１）＝Ｐｂ１＿ｍａｘ＋ΔＰｅ・Ｔ１ … （１）
ここで、ΔＰｅは、エンジン１６０始動後の出力上昇率である。

この式（１）を変形すると、時間Ｔ１は以下の式（２）によって算出される。
Ｔ１＝（Ｐｖ＋ΔＰｖ・Ｔ０−Ｐｂ１＿ｍａｘ）／（ΔＰｅ−ΔＰｖ） … （２）
上述のように、Ｓ１８０にて時間Ｔ１が算出されると、ＥＣＵ３００は、Ｓ１８２にて、時間Ｔ１におけるエンジン１６０の出力Ｐｅを以下の式（３）によって予測する。

Ｐｅ＝ΔＰｅ・Ｔ１ … （３）
また、ＥＣＵ３００は、Ｓ１８２にて、算出されたエンジン出力Ｐｅと、予め実験等により定められたエンジン１６０の特性とから、エンジン１６０の回転速度Ｎｅを予測する。

そして、ＥＣＵ３００は、現在の車速Ｖと、走行中の道路の傾斜を考慮したアクセル開度１００％の場合の加速度ａとを用いて、Ｓ１８３にて、分配率変更完了時の車速Ｖｓを以下の式（４）によって予測する。

ＶＳ＝Ｖ＋ａ・（Ｔ０＋Ｔ１） … （４）
ＥＣＵ３００は、Ｓ１８４にて、このように予測された車速ＶＳから、分配率変更完了時のモータジェネレータ１４５の回転速度Ｎｍ２および出力トルクＴｍ２を予測する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１８５にて、モータジェネレータ１４５のトルクＴｍ２および回転速度Ｎｍ２、ならびに、回転速度Ｎｅおよびエンジン１６０の出力Ｐｅから求まるエンジントルクから、共線図を用いて、分配率変更完了時のモータジェネレータ１４０に必要とされる出力トルクＴｍ１および回転速度Ｎｍ１を予測する。

その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１８６にて、モータジェネレータ１４０の特性を示すマップから、システム電圧ＶＨが蓄電装置Ｂ２の出力電圧である場合の、上記で予測したモータジェネレータ１４０の必要トルクＴｍ１を実現する基準回転速度Ｎｒｅｆ１を算出する。そして、予測回転速度Ｎｍ１がこの基準回転速度Ｎｒｅｆ１を上回るか否かを判定する（Ｓ１８７）。

予測回転速度Ｎｍ１が基準回転速度Ｎｒｅｆ１を上回る場合（Ｓ１８７にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、分配率変更完了時におけるモータジェネレータ１４０の出力トルクによってエンジン反力に対抗できないと判断し、処理をＳ１６０に進めて事前にエンジン１６０を始動する。

一方、予測回転速度Ｎｍ１が基準回転速度Ｎｒｅｆ１以下の場合（Ｓ１８７にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、モータジェネレータ１４０の出力トルクによってエンジン反力に対抗できると判断し、処理をＳ１９０に進めてＥＶ走行を継続する。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、出力分配率変更完了時においてモータジェネレータのトルク不足に起因する駆動力不足およびドライバビリティの悪化を防止することができる。

［実施の形態４］
上述にように、モータジェネレータはインバータを用いて駆動されるが、このインバータは、一般的に、パルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）制御モードおよび矩形波電圧制御モードのいずれかで制御することができる。

図１７は、モータジェネレータの制御モードを概略的に説明する図である。図１７に示すように、インバータにおける電力変換は、正弦波ＰＷＭ制御，過変調ＰＷＭ制御、および矩形波制御の３つの制御方式を切換えて使用される。

正弦波ＰＷＭ制御は、一般的なＰＷＭ制御として用いられるものであり、各相上下アーム素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令と搬送波（代表的には三角波）との電圧比較に従って制御する。この結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティが制御される。正弦波ＰＷＭ制御においては、非同期ＰＷＭ制御が適用され、モータジェネレータの回転速度とは無関係に搬送波のキャリア周波数が設定される。正弦波ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数は、可聴周波数帯より高く、かつ、スイッチング損失が過大とならない範囲（たとえば、５〜１０ｋＨｚ程度）に設定される。

正弦波ＰＷＭ制御と過変調ＰＷＭ制御との切換えは、インバータの直流リンク電圧（すなわち、システム電圧ＶＨ）に対するモータ印加電圧（線間電圧）の基本波成分（実効値）の比で表わされる「変調率」を用いて行なわれる。具体的には、変調率が所定の上限値ＵＬ以下の場合は正弦波ＰＷＭ制御が選択され、変調率が上限値ＵＬを上回る場合は過変調ＰＷＭ制御が選択される。

なお、本明細書においては、この変調率は、モータジェネレータへ印加される電圧指令について、三相−二相変換（ｄ−ｑ軸変換）した電圧指令値をＶｄ，Ｖｑとした場合には、以下の式（５）によって表わすことができる。

変調率＝（Ｖｄ²＋Ｖｑ²）^1/2／ＶＨ … （５）
正弦波ＰＷＭ制御は、代表的には、正弦波の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲と設定され、その場合には、上限値ＵＬは約０．６１に設定される。また、搬送波振幅以下の範囲の正弦波成分に３ｎ次高調波成分（ｎ：自然数、代表的には、ｎ＝１の３次高調波）を重畳させて電圧指令を生成する制御方式も提案されており、その場合には、上限値ＵＬは、たとえば約０．７１に設定される。なお、本明細書においては、正弦波の電圧指令の振幅が搬送波振幅より大きい場合であっても、非同期ＰＷＭ制御が行なわれる場合には正弦波ＰＷＭ制御と称する。

一方、矩形波電圧制御では、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が１：１の矩形波１パルス分を交流電動機に印加する。これにより、変調率は０．７８まで高められる。

過変調ＰＷＭ制御は、正弦波ＰＷＭ制御と矩形波電圧制御の間の変調率において用いられる。過変調ＰＷＭ制御においては、同期ＰＷＭ制御が適用され、モータジェネレータ１４０の回転速度に応じて搬送波のキャリア周波数が制御される。すなわち、キャリア周波数がモータジェネレータの回転速度に従う電圧指令の周波数の整数倍（好ましくは、３・（２ｎ−１）倍、ｎ：自然数）となるように、電圧指令の位相と同期させた搬送波が生成される。

一般的には、過変調ＰＷＭ制御は、電圧指令（正弦波成分）の振幅が搬送波振幅より大きい範囲で上記正弦波ＰＷＭ制御と同様のＰＷＭ制御を行なう。電圧指令を本来の正弦波波形から歪ませること（振幅補正）によって基本波成分を高めることができ、変調率を正弦波ＰＷＭ制御モードでの最高変調率ＵＬから０．７８の範囲まで高めることができる。過変調ＰＷＭ制御では、電圧指令（正弦波成分）の振幅が搬送波振幅より大きいため、モータジェネレータに印加される線間電圧は、正弦波ではなく歪んだ電圧となる。

ＰＷＭ制御モードでは、モータジェネレータの電流をフィードバックして制御されるので、比較的応答よくモータジェネレータを制御することができる。一方、矩形波制御モードでは、電圧の位相を制御するため、ＰＷＭ制御モードに比べると応答性がやや劣ることが知られている。

一般的に、エンジン始動時には、クランキングの際に振動が生じる。そして、本実施の形態のハイブリッド車両の構成においては、動力伝達ギヤのプラネタリギヤにより、エンジンとモータジェネレータとが結合されているので、このエンジン始動時の振動が駆動輪に伝達されやすい。

一方で、このようなエンジン始動時に発生する振動を、モータジェネレータの制御によってキャンセルする手法が採用される場合がある。しかしながら、この場合、エンジンからの振動に対して応答よくモータジェネレータが制御されなければ、適切に振動をキャンセルすることができず、かえって振動を助長する状態となるおそれがある。

上述のように、モータジェネレータ-の駆動制御については、ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードが使用されるが、上記のように矩形波制御モードはＰＷＭ制御モードに比べて応答性が劣るため、エンジン始動時の振動に適切に応答できない可能性がある。

上述したように、モータジェネレータの制御モードは、基本的に変調率によって切換えられる。そして、変調率はシステム電圧ＶＨによって変化し、システム電圧ＶＨが低いほど矩形波制御モードが選択されやすくなる。

そこで、実施の形態４においては、ＥＶ走行中にエンジンを始動する場合に、応答性のよいＰＷＭ制御モードが優先的に選択されるように、電力供給に用いる蓄電装置を切換える電源制御を行なう。

図１８は、ＥＶ走行領域において、エンジン始動時のモータジェネレータの制御モードを説明するための図である。図１８においては、実施の形態１で説明した図７に、さらに２つの曲線Ｗ２０，Ｗ２１が追加されたものとなっている。

図１８を参照して、曲線Ｗ２０は、システム電圧ＶＨが蓄電装置Ｂ２の出力電圧の場合の、ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードとを切換えるしきい値を示している。そして、曲線Ｗ２０よりも車速ＶＳおよび駆動力Ｔｍ２が低い領域（すなわち、図１８において曲線Ｗ２０よりも左側）において、ＰＷＭ制御モードが選択させる。

一方、曲線Ｗ２１は、システム電圧ＶＨを昇圧可能な最大電圧に設定した場合の、ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードとを切換えるしきい値を示している。したがって、曲線Ｗ２０と曲線Ｗ２１の間の領域においては、システム電圧ＶＨを蓄電装置Ｂ２の出力電圧よりも高く設定することによってＰＷＭ制御モードが選択可能である。また、曲線Ｗ２１よりも高速側または高駆動力側（すなわち、図１８において曲線Ｗ２１よりも右側）では、ＰＷＭ制御モードでの駆動はできず矩形波制御モードが採用される。

そして、実施の形態４においては、曲線Ｗ１０，Ｗ１１，Ｗ１３，Ｗ１４，Ｗ２０，Ｗ２１によって、ＥＶ走行可能領域は、６つの領域に区分される。

図１８および図１９を用いて、各領域の説明と、各領域におけるエンジン始動モードを説明する。

図１８および図１９を参照して、領域Ｉは、システム電圧ＶＨを蓄電装置Ｂ２の出力電圧として蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を併用して電力供給を行なう場合（以下、「ケースＡ」とも称する。）、および、システム電圧ＶＨを蓄電装置Ｂ２の出力電圧よりも高く設定して蓄電装置Ｂ１のみで電力供給を行なう場合（以下、「ケースＢ」とも称する。）の双方において、ＰＷＭ制御モードが選択可能な領域である。

この領域Ｉにおいては、エンジン始動時の振動のキャンセルに関しては、ケースＡ，ケースＢのいずれの場合を採用することができるが、大容量化の観点からケースＡを採用することがより好ましい。

領域ＩＩは、ケースＡの場合であれば矩形波制御モードとなってしまうが、ケースＢであれば、適切にシステム電圧ＶＨを設定することによってＰＷＭ制御モードが選択可能できる領域である。そのため、実施の形態４においては、この領域ＩＩではケースＢが採用される。

領域ＩＩＩおよび領域ＩＶにおいては、蓄電装置Ｂ１のみでは出力が不足する領域であるので、基本的にはケースＡが採用される。ただし、領域ＩＩＩにおいてはＰＷＭ制御モードが採用されるが、領域ＩＶにおいてはシステム電圧ＶＨが蓄電装置Ｂ２の出力電圧であるために矩形波制御モードが採用される。

領域Ｖは、ケースＡおよびケースＢのいずれも選択可能であるが、いずれの場合もモータジェネレータは矩形波制御モードで制御される。そのため、この領域Ｖの場合も、領域Ｉの場合と同様に、大容量化の観点からケースＡを採用することが好ましい。

領域ＶＩは、ケースＢのみが選択可能な領域である。この領域では矩形波制御モードが採用される。

これらからわかるように、実施の形態１の場合と比較すると、実施の形態４においては、領域ＩＩの範囲の場合にはケースＢが採用される。

なお、このような領域においてエンジンが始動される場合としては、たとえば、エアコンなどの補機装置の駆動力確保、蓄電装置やモータジェネレータの加熱保護、または、勾配の増加のように、モータジェネレータ１４５の状態は変化しないが、エンジン１６０による駆動力が必要となるような場合である。

図２０は、実施の形態４において、ＥＣＵ３００で実行されるエンジン始動制御を説明するためのフローチャートである。

図２０を参照して、ＥＣＵ３００は、Ｓ３００にて現在ＥＶ走行中であるか否かを判定する。

ＥＶ走行中でない場合（Ｓ３００にてＮＯ）は、当該制御は不要であるので、ＥＣＵ３００は、以降の処理をスキップして処理を終了する。ＥＶ走行中の場合（Ｓ３００にてＹＥＳ）は、処理がＳ３１０に進められ、ＥＣＵ３００は、エンジン１６０の始動要求があったか否かを判定する。

エンジン始動要求がない場合（Ｓ３１０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、以降の処理をスキップして処理を終了する。エンジン始動要求がある場合（Ｓ３１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ３２０に進められて、ＥＣＵ３００は、図１８のようなしきい値マップＭＡＰを、記憶部から取得する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ３３０にて、現在のモータジェネレータ１４５のトルクおよび回転速度（車速）を検出し、その検出値としきい値マップＭＡＰとに基づいて、エンジン始動時のモータジェネレータ１４５の制御モードを選択する（Ｓ３４０）。

その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ３５０にて、Ｓ３４０で選択した制御モードを用いてエンジン１６０を始動する。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、高電圧の蓄電装置とコンバータを介した低電圧の蓄電装置とを備えたハイブリッド車両において、エンジン駆動トルクを確保しながら、できるだけ広範囲走行状態においてＥＶ走行を可能とするとともに、ＥＶ走行中のエンジン始動時に生じる振動を低減することが可能となる。

なお、図３，６，７，１８で示されるしきい値については、制御上のチャタリングや応答遅れ等を考慮して、実際には若干のマージンやヒステリシスを設けることが好適である。

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。

１００ 車両、１０５ 負荷装置、１１０ 電源装置、１１５ ＳＭＲ、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、１９０，１９５ 回転角センサ、３００ ＥＣＵ、３１０ 判定部、３２０ 記憶部、３３０ コンバータ制御部、３４０ インバータ制御部、３５０ エンジン制御部、Ｂ１，Ｂ２ 蓄電装置、Ｃ１，Ｃ２ キャパシタ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１０ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＮＬ１，ＰＬ１，ＰＬ２ 電力線、Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子、ＳＷ１０ スイッチ。

Claims (9)

1. 車両の負荷装置に電力を供給する電源装置を制御するための制御装置であって、
   前記電源装置は、
   第１の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置の電圧を変換して前記負荷装置に供給する電圧変換装置と、
   前記負荷装置に対して前記電圧変換装置と並列に接続された第２の蓄電装置とを含み、
   前記負荷装置は、
   エンジンと、
   前記エンジンを始動するための第１の回転電機とを含み、
   前記制御装置は、前記負荷装置へ供給する電圧を前記第２の蓄電装置の出力電圧と略同じ大きさの状態とする第１のモードと、前記負荷装置へ供給する電圧を前記第２の蓄電装置の出力電圧よりも高い電圧の状態とする第２のモードとを、前記車両の状態に基づいて切換え、前記第１のモードにおいて前記第１の回転電機が前記エンジンの始動に必要なトルクを発生することができない場合に前記第２のモードを選択する、電源装置の制御装置。
2. 前記車両の状態は、前記車両の走行速度を含み、
   前記第１の回転電機は、前記車両の走行速度が予め定められた第１の基準速度を上回ると前記エンジンの始動に必要なトルクを発生することができなくなり、
   前記制御装置は、前記走行速度が前記第１の基準速度を下回る場合には前記第１のモードを選択し、前記走行速度が前記第１の基準速度を上回る場合には前記第２のモードを選択する、請求項１に記載の電源装置の制御装置。
3. 前記負荷装置は、前記第１および第２の蓄電装置の少なくとも１つからの電力を用いて前記車両の駆動力を発生させる第２の回転電機と、
   前記エンジン、ならびに前記第１および第２の回転電機に結合され、遊星歯車機構を有する動力分割機構とをさらに含み、
   前記遊星歯車機構のサンギヤには前記第１の回転電機が結合され、リングギヤには前記第２の回転電機が結合され、プラネタリキャリアには前記エンジンが結合され、
   前記制御装置は、前記第１のモードが選択された場合は、前記第２の回転電機に要求される駆動力が、前記第２の回転電機の回転速度から定まる所定のしきい値を上回るときに、前記エンジンを始動する、請求項２に記載の電源装置の制御装置。
4. 前記負荷装置は、前記第１および第２の蓄電装置の少なくとも１つからの電力を用いて前記車両の駆動力を発生させる第２の回転電機と、
   前記エンジン、ならびに前記第１および第２の回転電機に結合され、遊星歯車機構を有する動力分割機構とをさらに含み、
   前記遊星歯車機構のサンギヤには前記第１の回転電機が結合され、リングギヤには前記第２の回転電機が結合され、プラネタリキャリアには前記エンジンが結合され、
   前記制御装置は、前記第２のモードが選択された場合は、前記第２の回転電機に要求される駆動力が前記第２の回転電機の回転速度から定まる所定のしきい値を上回るとき、または、前記第２の回転電機の回転速度が前記第１の基準速度よりも大きい第２の基準速度を上回るときに、前記エンジンを始動する、請求項２に記載の電源装置の制御装置。
5. 前記制御装置は、前記第１のモードが選択された場合は、前記電圧変換装置を制御することによって、前記負荷装置への総供給電力における前記第１の蓄電装置から出力される電力の第１の割合および前記第２の蓄電装置から出力される電力の第２の割合を制御し、
   前記制御装置は、前記第１のモードが選択された場合は、前記エンジンのクランキング開始後、前記第２の割合を時間とともに低減させ、前記第２の蓄電装置から出力される低減した電力を補うように前記第１の割合を増加させる、請求項２に記載の電源装置の制御装置。
6. 前記制御装置は、前記第２の割合がゼロとなったことに応答して、前記第１のモードから前記第２のモードへ移行する、請求項５に記載の電源装置の制御装置。
7. 前記負荷装置は、前記第１および第２の蓄電装置の少なくとも１つからの電力を用いて前記車両の駆動力を発生させる第２の回転電機と、
   前記エンジン、ならびに前記第１および第２の回転電機に結合され、遊星歯車機構を有する動力分割機構とをさらに含み、
   前記遊星歯車機構のサンギヤには前記第１の回転電機が結合され、リングギヤには前記第２の回転電機が結合され、プラネタリキャリアには前記エンジンが結合され、
   前記制御装置は、前記第１のモードが選択された場合は、前記第２の回転電機に要求される駆動力が、前記第２の回転電機の回転速度から定まる所定のしきい値を上回るときに前記エンジンを始動し、
   前記制御装置は、前記負荷装置に供給される前記第２の蓄電装置からの電力がゼロとなると予測される時刻において必要とされる前記第１の回転電機の回転速度が、基準回転速度を上回ると予測される場合には、前記第２の回転電機に要求される駆動力が前記しきい値を上回る前に前記エンジンを始動する、請求項６に記載の電源装置の制御装置。
8. 前記負荷装置は、
   前記第１および第２の蓄電装置の少なくとも１つからの電力を用いて前記車両の駆動力を発生させる第２の回転電機と、
   前記第２の回転電機を駆動するための電力変換装置とをさらに含み、
   前記第２の回転電機は、前記第２の回転電機に印加される矩形波電圧の電圧位相を制御する矩形波制御モード、および、搬送波と前記第２の回転電機を動作させるための交流電圧指令との比較に基づくパルス幅変調制御モードのいずれかにより制御され、
   前記制御装置は、前記エンジンを始動する際に、前記第１および第２のモードのうち前記パルス幅変調制御モードで動作可能なモードを優先的に選択する、請求項１に記載の電源装置の制御装置。
9. 車両であって、
   電源装置と、
   前記電源装置からの電力により動作する負荷装置と、
   前記電源装置を制御するための制御装置とを備え、
   前記電源装置は、
   第１の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置の電圧を変換して前記負荷装置に供給する電圧変換装置と、
   前記負荷装置に対して前記電圧変換装置と並列に接続された第２の蓄電装置とを含み、
   前記負荷装置は、
   エンジンと、
   前記エンジンを始動するための回転電機とを含み、
   前記制御装置は、前記負荷装置へ供給する電圧を前記第２の蓄電装置の出力電圧と略同じ大きさの状態とする第１のモードと、前記負荷装置へ供給する電圧を前記第２の蓄電装置の出力電圧よりも高い電圧の状態とする第２のモードとを、前記車両の状態に基づいて切換え、前記第１のモードにおいて前記回転電機が前記エンジンの始動に必要なトルクを発生できない場合に前記第２のモードを選択する、車両。

Images