JP6361559B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１側と第２側との間の電力輸送を行う電力変換器であって第１側の２つの電源を直列（シリーズ）接続または並列（パラレル）接続に切り換えて使用することができる電力変換器、を備える車両の制御装置に関する。

ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両では、バッテリの直流電力をインバータで交流電力に変換し、変換した交流電力でモータあるいはモータジェネレータを駆動するシステムが多く用いられている。また、昇圧コンバータ（電圧変換器）を用いてバッテリの電圧を昇圧してモータに供給することも多い。

また、昇圧コンバータの４つのスイッチング素子のオン・オフ動作のパターンを様々に変更することによって、低電圧側の複数のバッテリの直並列の切換えを行うなどの手段で、直列接続での昇圧、並列接続での昇圧等多様な動作モードとすることが可能な電源システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような電源システムでは、出力の電圧を大きく変更できるためモータジェネレータの出力に応じてインバータ入力電圧を変更して効率的なモータジェネレータの運転ができる。

特開２０１２−７０５１４号公報

ここで、インバータのスイッチング素子には、耐電圧以上の電圧が印加されたり、過熱状態になることを防止する必要がある。特に、特許文献１のような電源システムの場合、出力を高電圧とすることが可能であり、スイッチング素子などを確実に保護する必要がある。

本発明は、第１側と第２側との間の電力輸送を行う電力変換器であって第１側の２つの電源を直列接続または並列接続に切り換えて使用することができる電力変換器、を備える車両の制御装置であって、大気圧が所定値より低い場合に、大気圧が前記所定値以上である場合に比べて前記電力変換器の直列接続の運転頻度を低減する。

また、本発明は、第１側と第２側との間の電力輸送を行う電力変換器であって第１側の２つの電源を直列接続または並列接続に切り換えて使用することができる電力変換器、を備える車両の制御装置であって、大気圧が検出不能である場合に、大気圧が検出可能である場合に比べて前記電力変換器の直列接続の運転頻度を低減する。

また、本発明は、第１側と第２側との間の電力輸送を行う電力変換器であって第１側の２つの電源を直列接続または並列接続に切り換えて使用することができる電力変換器と、前記電力変換器の第２側に接続されるインバータとを備える車両の制御装置であって、前記インバータの温度が所定値より高い場合に、前記インバータの温度が所定値よりも低い場合に比べて前記電力変換器の直列接続の運転頻度を低減する。

また、本発明は、第１側と第２側との間の電力輸送を行う電力変換器であって第１側の２つの電源を直列接続または並列接続に切り換えて使用することができる電力変換器と、前記電力変換器の第２側に接続されるインバータとを備える車両の制御装置であって、前記インバータの温度を検出不能である場合に、前記インバータの温度を検出可能な場合に比べて前記電力変換器の直列接続の運転頻度を低減する。

また、本発明は、第１側と第２側との間の電力輸送を行う電力変換器であって第１側の２つの電源を直列接続または並列接続に切り換えて使用することができる電力変換器と、前記電力変換器の第２側に接続されるモータとを備える車両の制御装置であって、前記モータのロック状態が検出された場合に、前記モータがロック状態でない場合に比べて前記電力変換器の直列接続の運転頻度を低減する。

また、本発明は、第１側と第２側との間の電力輸送を行う電力変換器であって第１側の２つの電源を直列接続または並列接続に切り換えて使用することができる電力変換器と、前記電力変換器の第２側に接続されるモータとを備える車両の制御装置であって、前記モータのロック状態が検出不能である場合に、前記ロック状態が検出可能な場合に比べて前記電力変換器の直列接続の運転頻度を低減する。

また、一形態では、前記電力変換器の直列接続の運転頻度を低減する場合に、前記電力変換器において前記２つの電源の中の一方の電源のみを利用する。

また、他の一形態では、前記電力変換器の直列接続の運転頻度を低減する場合に、車両に搭載されているエンジンを駆動して、車両の駆動力をエンジンから得る。

本発明によれば、各種の状況変化下において、電力変換器による過大電圧の発生を防止して、スイッチング素子、モータジェネレータなどを効果的に保護することができる。

実施形態に係る車両の制御装置を含むシステム構成を示す図である。 コンバータの動作状態（直列：昇圧なし）を示す図である。 コンバータの動作状態（直列：昇圧なし）を示す図である。 コンバータの動作状態（直列：昇圧あり）を示す図である。 コンバータの動作状態（直列：昇圧あり）を示す図である。 コンバータの動作状態（直列：昇圧あり）を示す図である。 コンバータの動作状態（直列：昇圧あり）を示す図である。 コンバータの動作状態（並列：昇圧あり）を示す図である。 コンバータの動作状態（並列：昇圧あり）を示す図である。 コンバータの動作状態（並列：昇圧あり）を示す図である。 コンバータの動作状態（並列：昇圧あり）を示す図である。 コンバータの動作状態（シングル：Ｂ２使用）を示す図である。 コンバータの動作状態（シングル：Ｂ２使用）を示す図である。 コンバータの動作状態（シングル：Ｂ１使用）を示す図である。 コンバータの動作状態（シングル：Ｂ１使用）を示す図である。 気圧による処理の一例を示すフローチャートである。 気圧による処理の他の例を示すフローチャートである。 気圧による処理のさらに他の例を示すフローチャートである。 気圧と上限電圧の関係を示す図である。 インバータ温度による処理の一例を示すフローチャートである。 インバータ温度による処理の他の一例を示すフローチャートである。 インバータ温度による処理のさらに他の一例を示すフローチャートである。 インバータ温度と上限電圧の関係を示す図である。 モータロックに関連する処理の一例を示すフローチャートである。 モータ電流と上限電圧の関係を示す図である。 直列接続制限時の処理の一例を示すフローチャートである。 シングルモードにおける処理の他の例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

「電圧変換器を搭載した車両のシステム構成」
図１には、実施形態に係る車両の制御装置を含むシステム構成が示されている。２つのバッテリＢ１，Ｂ２は、それぞれ別個に電力変換器であるコンバータ１０に接続されている。コンバータ１０は第１側（低電圧側）のバッテリＢ１，Ｂ２からの直流電力ＶＬ１，ＶＬ２を昇圧し、第２側（高電圧側）の正負出力端から昇圧された電圧Ｖを出力する。コンバータ１０の正負出力端は、それぞれ正ライン、負ラインによりインバータ２０に接続されている。インバータ２０の入力側の正負ラインには、高電圧側のコンデンサＣＨが配置されており、インバータ２０の入力電圧を平滑化している。このコンデンサＣＨに保持されている電圧が高電圧側電圧ＶＨとなる。

インバータ２０は、並列して設けられた２つの三相のインバータから構成され、２つのインバータにはモータジェネレータＭＥＧ１，ＭＧ２がそれぞれ接続されている。従って、インバータ２０の２つのインバータのスイッチング素子をそれぞれオンオフを制御することで、所定の三相電流がモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に供給され、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が駆動される。

制御部３０が設けられ、この制御部３０が、コンバータ１０、インバータ２０のスイッチング素子のオンオフを制御し、コンバータ１０による電力変換、インバータ２０によるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動を制御する。なお、バッテリＢ１の電圧ＶＬ１を検出する電圧計Ｖ１、バッテリＢ２の電圧ＶＬ２を検出する電圧計Ｖ２、高電圧側電圧ＶＨを検出する電圧計Ｖ３が設けられ、検出結果が制御部３０に供給される。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力軸は、例えば遊星歯車機構からなる動力分配器４０に接続される。この動力分配器４０には、エンジン（Ｅ／Ｇ）４２の出力軸および車輪４４に動力を伝達する駆動軸４６も接続されており、動力分配器４０によって各種の動力伝達が行われる。例えば、エンジン４２の出力によって駆動軸４６を駆動したり、エンジン４２の出力によってモータジェネレータＭＧ２を駆動してここで発電したり、モータジェネレータＭＧ２の出力によって車輪４４を駆動したり、モータジェネレータＭＧ２を利用した回生制動などを行う。なお、モータジェネレータＭＧ１により駆動力を出力したり、モータジェネレータＭＧ２により回生制動を行ったりすることもできる。

本実施形態のコンバータ１０は、直列接続された４つのスイッチング素子Ｓ１−Ｓ４を有する。このスイッチング素子Ｓ１−Ｓ４は、ＩＧＢＴなどのパワー素子から構成され、コレクタを上側として、順次直列接続されている。一番上のスイッチング素子Ｓ１のコレクタがコンバータ１０の高電圧側の正出力端に接続され、高電圧側の正ラインに接続されている。

スイッチング素子Ｓ１のエミッタにスイッチング素子Ｓ２のコレクタが接続され、スイッチング素子Ｓ２のエミッタにスイッチング素子Ｓ３のコレクタが接続され、スイッチング素子Ｓ３のエミッタにスイッチング素子Ｓ４のコレクタが接続され、スイッチング素子Ｓ３のエミッタが負ラインに接続されている。負ラインはアースに接続される。

また、各スイッチング素子Ｓ１−Ｓ４には、エミッタからコレクタに向けて電流を流すダイオードＤ１−Ｄ４がそれぞれ並列接続されており、スイッチング素子Ｓ１−Ｓ４とは逆方向の電流を流す。

そして、コンバータ１０のスイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ３の接続点（ノードＮ２）と、アースの間には、第１低電圧側回路５０が接続されている。また、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２の接続点（ノードＮ１）と、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４の接続点（ノードＮ３）の間には、第２低電圧側回路５２が接続されている。

第１低電圧側回路５０は、リアクトルＬ１とコンデンサＣＬ１を有し、システムメインリレーＳＭＲ１を介し第１直流電源であるバッテリＢ１に接続される。

システムメインリレーＳＭＲ１は、バッテリＢ１の負極に一端が接続されるＳＭＲ１−１，ＳＭＲ１−２と、正極に一端が接続されるＳＭＲ１−３とからなっている。ＳＭＲ１−１には電流制限用の抵抗Ｒが直列接続され、ＳＭＲ１−１と抵抗Ｒの直列接続がＳＭＲ１−２に並列接続されて、これらの他端がアースに接続されている。

ＳＭＲ１−３の他端は、リアクトルＬ１を介し、ノードＮ２に接続されており、ＳＭＲ１−３の他端とリアクトルＬ１の接続点とアースとの間には、コンデンサＣＬ１が接続されている。

抵抗ＲはコンデンサＣＬ１の突入電流防止用の抵抗であり、ＳＭＲ１−３およびＳＭＲ１−１をオンすることで抵抗Ｒにより制限された電流がコンデンサＣＬ１に流れ、コンデンサＣＬ１とバッテリＢ１の電圧差が所定値以下となり、突入電流の問題がなくなった場合に、ＳＭＲ１−１をオフし、ＳＭＲ１−２をオンすることで、バッテリＢ１とコンデンサＣＬ１が並列接続される。

第２低電圧側回路５２は、基本的に第１低電圧側回路５０と同一の構成を有している。バッテリＢ２の正極および負極はシステムメインリレーＳＭＲ２を介しコンデンサＣＬ２に並列接続され、コンデンサＣＬ２およびバッテリＢ２の正極側がリアクトルＬ２を介し、ノードＮ１に接続され、コンデンサＣＬ２およびバッテリＢ２の負極側がノードＮ３に接続される。

制御部３０には、アクセルや、ブレーキなどの操作信号や、バッテリＢ１，Ｂ２の充電状態（ＳＯＣ）、車速などの各種信号が供給されている。制御部３０は、供給されてくる操作信号などの各種信号に基づき、インバータ２０、コンバータ１０のスイッチング素子のオンオフ制御、インバータ２０のスイッチング素子のオンオフ制御、エンジン４２の駆動制御などを行い、車両の走行などを制御する。なお、これら制御については、一般的な制御であり、説明を省略する。

制御部３０には、気圧センサ３２からの車両雰囲気の気圧についての信号が供給されている。気圧が低いと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２において絶縁破壊が生じやすい。このため、気圧が低い場合に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２において放電による絶縁劣化が起きやすくなる。そこで、制御部３０は、気圧が低い場合に、コンバータ１０における動作モードを制御して、高電圧側電圧ＶＨが高くなりにくくする。

また、制御部３０には、温度センサ３４からのインバータ２０の冷却水温についての信号がインバータ温度として供給されている。すなわち、インバータ２０には、冷却器２２が接続されており、この冷却器２２に冷媒タンク２４内の冷媒（冷却水）がポンプ２６を介し循環される。なお、冷却水は、ラジエーターなどに循環されて冷却されることが好ましい。通常、冷却器２２は、インバータ２０のスイッチング素子などの基板が設置される金属製のヒートシンクとこのヒートシンク内の冷媒循環路から構成される。なお、温度センサ３４は、インバータ２０のスイッチング素子の温度を検出できればよく、スイッチング素子に取り付けたり、スイッチング素子の基板に取り付けたりしてもよい。

インバータ２０のスイッチング素子は、温度が高いと耐電圧が低くなる。そこで、制御部３０は、冷却水温度が高い場合に、コンバータ１０における動作モードを制御して、高電圧側電圧ＶＨが高くなりにくくする。

さらに、制御部３０は、インバータ２０の動作状態から、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、特に駆動用のモータジェネレータＭＧ２のロック状態を検出する。すなわち、車輪４４への回転負荷などによりモータジェネレータＭＧ２が回転できずロックすると、インバータの同一相への通電が繰り返される。これによって、通電が繰り返されるスイッチング素子の温度が上昇し、耐電圧が小さくなる。そこで、制御部３０はインバータ２０の制御状態からモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のロックを検出する。そして、制御部３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２がロック状態の場合に、高電圧側電圧ＶＨが高くなりにくくする。

「動作モード」
本実施形態のコンバータ１０は、スイッチング素子Ｓ１−Ｓ４のスイッチングを特定の状態にすることによって、バッテリＢ１，Ｂ２を直列接続したり、並列接続して、各種の動作モードを実現することができる。これによって、コンバータ１０の出力側である高電圧側電圧ＶＨを広範囲に制御して効果的なモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御ができる。そこで、各動作モードについて、説明する。なお、以下の説明で、力行時は、インバータ２０からモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２側へ電力を出力している状態であり、回生時はインバータ２０がコンバータ１０側へ電力を出力した状態で発電時なども含んでいる。

＜直列接続モード：昇圧なし＞
図２Ａ、２Ｂに、２つのバッテリＢ１，Ｂ２を単に直列接続した場合を示す。なお、以下の図において、スイッチング素子を太い実線で示した場合オン固定、太い破線で示した場合はオフ固定を示す。また、スイッチング素子を細い実線で示した場合にはオン・オフ動作におけるオンとなっている瞬間を示し、細い破線で示した場合はオン・オフ動作におけるオフとなっている瞬間を示す。

（力行時）
図２Ａは、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続の電圧（＝コンデンサＣＬ１の電圧ＶＬ１＋コンデンサＣＬ２の電圧ＶＬ２）が高電圧側の電圧ＶＨ（コンデンサＣＨに充電されている電圧）より高い場合を示しており、バッテリＢ１，Ｂ２から電流がコンデンサＣＨ（またはインバータ２０）に向けて流れる。

この場合、スイッチング素子Ｓ２をオフ、スイッチング素子Ｓ３をオン、スイッチング素子Ｓ４をオフに固定する。スイッチング素子Ｓ１はオン、オフいずれでも構わない。

（回生時）
図２Ｂは、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続の電圧がコンデンサＣＨに充電されている電圧より高い場合、例えば回生制動時の状態を示しており、ＶＨ側からバッテリＢ１，Ｂ２の直列接続に電流が流れる。

この場合、スイッチング素子Ｓ２をオフ、スイッチング素子Ｓ３をオン、スイッチング素子Ｓ４をオフに固定するとともに、スイッチング素子Ｓ１をオンにする。

スイッチング素子Ｓ１をオンにしておけば、高電圧側電圧ＶＨと、低電圧側のＶＬ１＋ＶＬ２の電圧の関係で、電流の方向が決定される。通常は、ＶＬ１＋ＶＬ２＞ＶＨの状態でモータジェネレータＭＧ２を駆動し、回生制動やモータジェネレータＭＧ１による発電の場合にＶＬ１＋ＶＬ２＜ＶＨとなり、バッテリＢ１，Ｂ２が充電される。

＜直列接続モード：昇圧あり＞
図３Ａ、３Ｂには、バッテリＢ１，Ｂ２を直列接続し昇圧する場合であって、力行時の状態を示す。また、図３Ｃ、３Ｄには、回生時の状態を示す。このように、スイッチング素子Ｓ３をオンに固定した状態で、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４をオンオフする。

（力行時）
図３Ａでは、スイッチング素子Ｓ１をオフ、スイッチング素子Ｓ２，３，４をオンしている。これによって、バッテリＢ１からの電流が、リアクトルＬ１、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４に流れるとともに、バッテリＢ２からの電流が、リアクトルＬ２、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３に流れる。これによって、リアクトルＬ１，Ｌ２にエネルギーが蓄積される。

この図３Ａの状態から、スイッチング素子Ｓ１をオン、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４をオフにする。これによって、図３Ｂのように、リアクトルＬ１に蓄積されていたエネルギーおよびリアクトルＬ２に蓄積されていたエネルギーにより、高電圧側に電流が流れる。すなわち、バッテリＢ１、リアクトルＬ１、スイッチング素子Ｓ３、バッテリＢ２、リアクトルＬ２、ダイオードＤ１という回路が高電圧側の負側ラインと正側ラインの間に形成されて、リアクトルＬ１，Ｌ２からの電流が高電圧側に流れる。

図３Ａ，３Ｂの状態を繰り返すことで、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続した電圧を昇圧して高電圧側に出力することができる。

（回生時）
図３Ｃでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３をオン、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４をオフしている。これによって、高電圧側からの電流が、スイッチング素子Ｓ１、リアクトルＬ２、バッテリＢ２、ダイオードＤ３、リアクトルＬ１、バッテリＢ１を通ってアースに流れる。これによって、高電圧側からの電流が低電圧側のバッテリＢ１，Ｂ２に流れバッテリＢ１，Ｂ２の充電が行われるとともに、リアクトルＬ１，Ｌ２にエネルギーが蓄えられる。

図３Ｃの状態から、スイッチング素子Ｓ１をオフ、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４をオンにする。これによって、図３Ｄに示すように、リアクトルＬ１に蓄積されていたエネルギーによって、バッテリＢ１の負極側からダイオードＤ４，Ｄ３、リアクトルＬ１、バッテリＢ１の正極側に向かう電流が流れると共に、リアクトルＬ２に蓄積されていたエネルギーによって、バッテリＢ２の負極側からダイオードＤ３，Ｄ２、リアクトルＬ２、バッテリＢ２の正極側に向かう電流が流れる。

これによって、回生制動時などに、高電圧側からの電流が低電圧側に流れ、バッテリＢ１，Ｂ２が充電される。

なお、図３Ａ−３Ｄの場合は、スイッチング素子Ｓ１のデューティー比＝（ＶＬ１＋ＶＬ２）／ＶＨ、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のデューティー比＝１−（ＶＬ１＋ＶＬ２）／ＶＨとなる。

＜並列接続モード：昇圧あり＞
図４Ａ、４Ｂに、２つのバッテリＢ１，Ｂ２を並列接続し、昇圧する場合であって、力行時の状態を示す。また、図４Ｃ、４Ｄには、回生時の状態を示す。

この場合には、基本的にスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４をオンに固定した状態で、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３をオンオフする。

（力行時）
図４Ａでは、スイッチング素子Ｓ１をオフした状態で、スイッチング素子Ｓ２，３，４をオンオフしている。これによって、バッテリＢ１からの電流が、リアクトルＬ１、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４に流れるとともに、バッテリＢ２からの電流が、リアクトルＬ２、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３に流れる。これによって、リアクトルＬ１，Ｌ２にエネルギーが蓄積される。

この図４Ａの状態から、スイッチング素子Ｓ３をオフする。これによって、図４Ｂのように、リアクトルＬ１に蓄積されていたエネルギーにより、リアクトルＬ１からの電流がダイオードＤ２，Ｄ１を介し高電圧側に流れ、またリアクトルＬ２に蓄積されていたエネルギーによって、リアクトルＬ２からの電流がダイオードＤ１を介し高電圧側に流れる。

このようにして、バッテリＢ１，Ｂ２が並列接続された状態で、昇圧される。なお、図４Ｂの状態では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４はオフでも構わない。

（回生時）
図４Ｃでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４をオン、スイッチング素子Ｓ３をオフしている。これによって、高電圧側からの電流が、スイッチング素子Ｓ１、リアクトルＬ２、バッテリＢ２、スイッチング素子Ｓ４を介しアースに流れるとともに、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、リアクトルＬ１、バッテリＢ１を通ってアースに流れる。

図４Ｃの状態から、スイッチング素子Ｓ１をオフ、スイッチング素子Ｓ３をオンにする。これによって、図４Ｄに示すように、リアクトルＬ１に蓄積されていたエネルギーによって、リアクトルＬ１からの電流がバッテリＢ１の正極側から負極側へ流れると共に、アースからの電流がダイオードＤ４，Ｄ３を介しリアクトルＬ１へ向けて流れる。また、リアクトルＬ２に蓄積されていたエネルギーによって、リアクトルＬ２からの電流がバッテリＢ２の正極側から負極側へ流れると共に、ダイオードＤ３，Ｄ２を介しリアクトルＬ２へ向けて流れる。

このように、バッテリＢ１，Ｂ２が並列状態で充電される。

＜シングル接続モード：昇圧あり＞
また、バッテリＢ１，Ｂ２のいずれか一方のみを用いることもできる。

図５Ａ，５Ｂには、バッテリＢ２のみを用いて、バッテリＢ２の出力を昇圧する場合を示してある。図５Ａではスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオフ、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオンであり、バッテリＢ２のからの電流がリアクトルＬ２に流れる。この状態から、図５Ｂに示すように、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４をオン、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３をオフする。これによって、リアクトルＬ２に蓄えられたエネルギーにより、アース側からの電流が、ダイオードＤ４、バッテリＢ２、リアクトルＬ２、ダイオードＤ１を介し高電圧側に流れる。

基本的にスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３をオンオフすることで、昇圧が行える。このため、図５Ｂの状態で、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４はオフでも構わないが、回生時のためにスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４をオンオフする。

なお、回生時においては、図５Ｂの状態で、電流は図示の場合と反対方向に流れ、その後図５Ａの状態とすることで、電流が図示の場合と反対方向に流れる。

図５Ｃ，５Ｄには、バッテリＢ１のみを用いて、バッテリＢ１の出力を昇圧する場合を示してある。

このように、基本的にスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４をオンオフすることで、昇圧が行える。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２もオンオフすることで、回生時の逆方向の電流を担保する。

「動作モードの切り換え制御について」
このように、本実施形態においては、コンバータ１０を動作させる際に、低電圧側の２つのバッテリＢ１，Ｂ２を直列接続状態としたり、並列接続としたり、一方のみを用いたりすることができる。従って、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力や、インバータ２０のスイッチング素子の温度などに応じて、適切な動作モードを選択することができる。

一方、バッテリＢ１，Ｂ２を直列接続する動作モードは、コンバータ１０の出力側の最低電圧は、基本的に２つのバッテリＢ１，Ｂ２の電圧を加算した電圧となる。このため、モータジェネレータＭＧ１、インバータ２０の状態によっては、これらに印加される電圧が高くなりすぎる場合がある。

本実施形態では、制御部３０において、このような状態が発生することを防止する。

＜気圧＞
本実施形態では、気圧センサ３２により、車両の置かれている（走行している）周辺環境における気圧を検出し、検出した気圧が制御部３０に供給される。そして、図６のような制御を行う。

まず、検出した気圧に基づいて、制御部３０は、気圧が所定値以下（または未満）か否かを判定する（Ｓ１１）。この判定において、ＮＯの場合は問題がないので処理を終了する。一方、Ｓ１１の判定でＹＥＳの場合には、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続を禁止する（Ｓ１２）。

上述したように、気圧が低いと、大気中での放電がしやすくなり、モータジェネレータＭＧ，ＭＧ２などにおいて、マイナス電位の部位と、プラス電位の部位の間で放電が生じやすくなる。そこで、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の仕様などから、放電による絶縁劣化が生じやすくなる印加上限電圧を決定し、直列接続におけるバッテリＢ１，Ｂ２の直列接続の一般的な電圧がこれを上回る場合には、直列接続を禁止する。これによって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２における不具合の発生を未然に防止することができる。すなわち、標高の高い場所を走行することなどで、気圧がある程度低い場合には、そのときのバッテリＢ１，Ｂ２の電圧を考慮することなく、直列接続モードを禁止してしまう。

ここで、気圧は、車両に設けた気圧計により検出する必要はなく、外部の情報センタなどから通信によって取得してもよい。さらに、気圧の大きな変化は高度によることが多く、ＧＰＳなどに基づく現在地データから推定してもよいし、現在位置を情報センタに送信して、高度データや、気圧についてのデータを取得してもよい。

図７には、実際にバッテリＢ１，Ｂ２の電圧を検出する場合の処理について示してある。まず、気圧センサ３２から気圧を取得する（Ｓ２１）。次に、この取得した気圧から、気圧に対する印加可能な上限電圧のマップ等を用いて検出した気圧におけるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の上限電圧を算出する（Ｓ２２）。すなわち、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２について、放電による絶縁劣化が生じやすくなる電圧（上限電圧）を算出する。

そして、直列接続した場合の直列電圧（バッテリＢ１，Ｂ２の合計電圧）がその大気圧における上限電圧を超える（または以上）かどうかを判定する（Ｓ２３）。ＮＯの場合はそのまま処理を終了し、ＹＥＳの場合には、直列接続モードでの運転を禁止する（Ｓ２４）。これによって、高電圧側電圧ＶＨが上限電圧を超えて動作することを防止することができる。

また、バッテリＢ１，Ｂ２が直列接続でなくても、高電圧側電圧ＶＨがモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に印加する上限電圧を超えることは好ましくなく、他の動作モードにおいても、高電圧側電圧ＶＨが上限電圧を超えないようにコンバータ１０を制御するとよい。

上限電圧の設定にもよるが、高電圧側電圧ＶＨが上限電圧を超える時間が短ければ、問題が生じない場合もある。このような場合には、単に直列接続モードを禁止することで、高電圧側電圧ＶＨが上限電圧を超える頻度を減少してもよい。

さらに、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続モードを禁止せず、動作モード移行の判断において移行しにくくして、直列接続モードに移行する頻度を減少してもよい。さらに、直列接続モードに移行すること自体は禁止せず、移行した場合に継続時間を限定して、直列接続モードの継続時間を短く限定してもよい。

図８には、別の例が示してある。この例では、気圧センサ３２が故障か否かを判定し（Ｓ３１）、判定結果において、ＹＥＳの場合に、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続を禁止する（Ｓ３２）。気圧センサ３２が故障か否かの判定は、各種の診断機能を使用することができる。例えば、気圧センサ３２のセンサ部に対する印加電圧を変更して、出力の変化を見たり単に出力の変化が全くないかを見たりすることで故障かを判定することができる。

これによって、高電圧側電圧ＶＨが高い運転を抑制することができる。

ここで、図９には、大気圧と、高圧側電圧の上限電圧の関係が示されている。このように、大気圧が低くなると、上限電圧も減少する。本実施形態では、上限電圧がバッテリＢ１，Ｂ２の直列接続の電圧ＶＬ１＋ＶＬ２を下回る大気圧になった場合に、直列接続モードを禁止する。これによって、昇圧しないにもかかわらず、高圧側電圧ＶＨがその大気圧における上限電圧を上回ることを防止することができる。

また、上限電圧が、バッテリＢ１，Ｂ２の高い方の電圧（この例ではＶＬ２）を下回る大気圧となった場合には、そのバッテリＢ１，Ｂ２に接続されているＳＭＲをオフする（この例ではＳＭＲ２）。なお、上限電圧がバッテリＢ１，Ｂ２の低い方の電圧も下回る大気圧になった場合には、ＳＭＲ１，２の両方をオフする。これによって、高圧側電圧ＶＨがその大気圧における上限電圧を上回ることを防止することができる。

なお、高圧側電圧ＶＨには、予め定められた許容電圧があり、コンバータ１０の昇圧はこの許容電圧が上限となる。そして、直列接続モードの場合には、電圧ＶＬ１＋ＶＬ２から許容電圧までの昇圧を行う。一方、並列接続モードの場合には、２つのバッテリＢ１，Ｂ２の電圧ＶＬ１，ＶＬ２の高い方の電圧から許容電圧までが昇圧の範囲となる。なお、目標ＶＨが高い場合に、直列接続モード、比較的低い場合に並列接続モードを利用するとよい。

＜インバータ温度＞
本実施形態では、温度センサ３４により検出したインバータ温度（インバータ冷却水温度）が制御部３０に供給される。このインバータ温度はインバータ２０のスイッチング素子の温度に対応する。そして、制御部３０は、図１０のような制御を行う。

まず、検出した冷却水温に基づいて、制御部３０は、インバータ温度が所定値以上（または超えている）か否かを判定する（Ｓ４１）。この判定において、ＮＯの場合は問題がないので処理を終了する。一方、Ｓ４１の判定でＹＥＳの場合には、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続を禁止する（Ｓ４２）。

インバータのスイッチング素子の温度が高くなると、これらスイッチング素子の耐電圧が低くなる。そこで、直列接続におけるバッテリＢ１，Ｂ２の直列接続の一般的な電圧がこれを上回る場合には、直列接続を禁止することで、インバータ２０におけるスイッチング素子への印加電圧がその耐電圧を上回ることを防止できる。

図１１には、実際にバッテリＢ１，Ｂ２の電圧を検出する場合の処理について示してある。まず、温度センサ３４からインバータ冷却水温度（インバータ温度）を取得する（Ｓ５１）。次に、インバータ冷却水温度（インバータ温度）に対するスイッチング素子の上限電圧（耐電圧）のマップ等を用いてこの取得したインバータ温度から、インバータ２０のスイッチング素子の上限電圧（耐電圧）を算出する（Ｓ５２）。

そして、直列接続した場合の直列電圧（バッテリＢ１，Ｂ２の合計電圧）が耐電圧を超える（または以上）かを判定する（Ｓ５３）。ＮＯの場合はそのまま処理を終了し、ＹＥＳの場合には、直列接続モードでの運転を禁止する（Ｓ５４）。これによって、高電圧側電圧ＶＨがスイッチング素子の耐電圧を超えることを防止することができる。

なお、直列接続でなくても、高電圧側電圧ＶＨがインバータ２０のスイッチング素子に印加する上限電圧を超えることは好ましくなく、他の動作モードにおいても、高電圧側電圧ＶＨが耐電圧を超えないようにコンバータ１０を制御するとよい。

また、耐電圧の設定にもよるが、高電圧側電圧ＶＨが耐電圧を超える時間が短ければ、問題が生じない場合もある。このような場合には、単に直列接続モードを禁止することで、高電圧側電圧ＶＨが耐電圧を超える頻度を減少してもよい。

さらに、上述のように、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続モードを禁止せず、動作モード移行の判断において移行しにくくして、直列接続モードに移行する頻度を減少したり、直列接続モードに移行すること自体は禁止せず、移行した場合に継続時間を限定して、直列接続モードの継続時間を短く限定してもよい。

また、図１２には、別の例が示してある。この例では、温度センサ３４が故障か否かを判定し（Ｓ６１）、判定結果において、ＹＥＳの場合に、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続を禁止する（Ｓ６２）。温度センサ３４が故障か否かの判定は、気圧センサ３２の場合と同様に、各種の診断機能を使用することができる。

これによって、高電圧側電圧ＶＨが高い運転を抑制することができる。

ここで、図１３には、冷却水温度、スイッチング素子温度（素子温度）の関係、および冷却水温度と上限電圧（耐電圧）の関係が示してある。冷却水温度と素子温度には、一対一の関係があり、また冷却水温度が高くなるにつれ上限温度（耐電圧）が小さくなる。本実施形態では、上限電圧（耐電圧）がバッテリＢ１，Ｂ２の直列接続の電圧ＶＬ１＋ＶＬ２を下回るまで冷却水温が上昇した場合に、直列接続モードを禁止する。これによって、昇圧しないにもかかわらず、高圧側電圧ＶＨがその冷却水温におけるスイッチング素子の上限電圧（耐電圧）を上回ることを防止することができる。

また、上限電圧（耐電圧）が、バッテリＢ１，Ｂ２の高い方の電圧（この例ではＶＬ２）を下回るほど冷却水温度が上昇した場合には、そのバッテリＢ１，Ｂ２に接続されているＳＭＲをオフする（この例ではＳＭＲ２）。なお、上限電圧（耐電圧）がバッテリＢ１，Ｂ２の低い方の電圧も下回るほど冷却水温度が上昇した場合には、ＳＭＲ１，２の両方をオフする。これによって、高圧側電圧ＶＨがその冷却水温におけるスイッチング素子の上限温度（耐電圧）を上回ることを防止することができる。

＜モータロック＞
本実施形態では、制御部３０が、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のロック（モータロック）に関連して図１４のような制御を行う。

制御部３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２におけるモータロックを検出できるかを判定する（Ｓ７１）。

上述のように、車輪４４への回転負荷などによりモータジェネレータＭＧ２が回転できずロックすると、インバータの同一相への通電が繰り返される。そこで、制御部３０はインバータ２０の制御状態（同一相への通電が繰り返されているかというような状態）からモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のロックを検出する。また、これに加えて、またはこれに代えて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力状態を検出することも好適である。すなわち、同一相の通電が繰り返され、かつモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の供給電力が大きいにもかかわらず出力軸の回転数が低いこと、出力軸に印加されているトルクが大きいにもかかわらず回転数が増加しないことなどによりモータロックを検出することができる。

Ｓ７１では、制御部３０において、このようなモータロック状態の検出が可能かを判定する。例えば、通電状態についての検出信号が得られないことや、出力軸の回転数信号が得られないことなどをもって、ロック状態の検出が不可能と判定する。

この判定で、ＹＥＳの場合には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２がロック中かを判定する（Ｓ７２）。

Ｓ７２の判定においてＮＯの場合（ロック中でない場合）は問題がないので処理を終了する。一方、Ｓ７１の判定においてＮＯでありロック中か否かの判定ができない場合、およびＳ７２の判定でＹＥＳの場合（ロック中の場合）には、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続を禁止する（Ｓ７３）。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２において、モータロックが発生すると、上述したように、インバータの同一相へ大きな電流が流れ、その相のスイッチング素子の温度が上昇し、耐電圧が小さくなる。このような状態で、直列接続モードに入ることを禁止することで、高電圧側電圧ＶＨがスイッチング素子の耐電圧を超えることを防止することができる。また、ロック中か否かの判定ができないときにも、直列接続モードに入ることを禁止する。

図１５には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の電流（モータ電流）と、上限電圧との関係が示してある。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２における上限電圧は、基本的にモータ電流と印加電圧（モータ電流×電圧＝出力電力）によって決定できる。図１５に示すように、モータロックが発生した際にモータに流れる電流の大きさが大きくなるに従ってスイッチング素子の温度が上昇し、スイッチング素子の上限電圧（耐電圧）が低下してくる。図１５に示すように、モータ電流がある閾値に達すると、スイッチング素子の上限電圧（耐電圧）は、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続電圧ＶＬ１＋ＶＬ２となる。そして、これ以上モータに流れる電流が大きくなると、バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続電圧ＶＬ１＋ＶＬ２がスイッチング素子の上限電圧（耐電圧）を超えてしまう。このため、モータに流れる電流が図１５に示す閾値を超えた場合には、直列接続モードを禁止または制限する。これにより、昇圧しないにもかかわらず、スイッチング素子に印加される電圧がモータロックの際のスイッチング素子の上限電圧（耐電圧）を上回ることを防止することができる。また、バッテリＢ１，Ｂ２の高い方の電圧（この例ではＶＬ２）を下回るほどモータロックの際のモータ電流が大きくなった場合には、そのバッテリＢ１，Ｂ２に接続されているＳＭＲをオフする（この例ではＳＭＲ２）。なお、上限電圧（耐電圧）がバッテリＢ１，Ｂ２の低い方の電圧も下回るほどモータ電流が大きくなった場合には、ＳＭＲ１，２の両方をオフする。これによって、スイッチング素子に印加される電圧がモータロックの際のスイッチング素子の上限電圧（耐電圧）を上回ることを防止することができる。

＜直列接続禁止時＞
上述したように、本実施形態では、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２や、インバータ２０のスイッチング素子の耐電圧に基づいて、直列接続モードを禁止または制限する。

一方、本実施形態のシステムでは、バッテリＢ１，Ｂ２を並列接続する並列接続モードと、シングルモードを有している。そこで、直列接続モードを禁止した場合には、動作モードを並列接続モードまたはシングルモードに限定することが好適である。

そこで、制御部３０において、図１６に示すような処理を行うことができる。

まず、気圧、インバータ温度、モータロック状態などを考慮して、インバータ２０や、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ印加される高電圧側電圧ＶＨの上限電圧を算出する（Ｓ８１）。バッテリＢ１，Ｂ２の直列接続電圧ＶＬ１＋ＶＬ２を上限電圧と比較し、いずれかが上限電圧を超えているかを判定する（Ｓ８２）。

Ｓ８２の判定で、ＮＯの場合は、問題はないのでそのまま終了する。一方、Ｓ８２の判定でＹＥＳの場合には、並列接続またはシングルモードに限定する（Ｓ８３）。これによって、コンバータ１０の出力電圧（高電圧側電圧ＶＨ）が上限電圧を上回ることを防止することができる。また、シングルモードに限定することもできる。この場合、使用しないバッテリＢ１，Ｂ２の使用しない方に対応するシステムメインリレーＳＭＲをオフとして、バッテリＢ１，Ｂ２のうち使用しない方を回路から切り離すことも好適である。

そして、次にエンジン４２を始動する（Ｓ８４）。これによって、エンジン４２の駆動力を走行に利用できるようになる。そこで、高電圧側電圧ＶＨが低く、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力が十分でなくても、適切な車両の走行が担保できる。

＜システムメインリレーＳＭＲを用いる＞
また、本実施形態のシステムでは、低電圧側に２つのバッテリＢ１，Ｂ２を有しており、これらの電圧は個別に制御できる。そこで、Ｂ１，Ｂ２の一方の電圧が高く他方が低いという状態もある。例えば、一方のバッテリを放電用、他方を充電用とすれば、このような状況を容易に設定できる。そこで、モータジェネレータＭＧ２の出力トルクが大きい場合に、出力電圧が高い方のバッテリを使用し、出力が小さいときに出力電圧が低い方のバッテリを使用するというようなことができる。

このような状況で、一方のバッテリＢ１，Ｂ２の出力電圧が、目標とする高電圧側電圧ＶＨを上回る場合が生じる。例えば、気圧、インバータ温度、モータロックなどの理由によって、バッテリＢ１，Ｂ２のいずれか一方のバッテリ電圧が、インバータ２０やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の印加電圧として高すぎる場合が生じる。

すなわち、バッテリＢ１，Ｂ２のバッテリ電圧ＶＬ１，ＶＬ２のいずれか一方が上限電圧を超える場合に、電圧の高い方のバッテリＢ１，Ｂ２をシステムメインリレーＳＭＲをオフにしてコンバータ１０から切り離す。これによって、一方のバッテリＢ１，Ｂ２の一方のみを電源として、インバータ２０、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動することができる。

なお、このような処理は、本実施形態のようなバッテリＢ１，Ｂ２を直列接続、並列接続可能なシステムだけでなく、２つのバッテリおよびそれに対応するコンバータ（電力変換器）を有し、両電力変換器の出力を接続して高圧側電圧ＶＨとするシステムでも利用することができる。

図１７に、制御部３０が行う処理のフローチャートが示してある。

まず、図１６のＳ８１と同様に高電圧側電圧ＶＨの上限電圧を算出する（Ｓ９１）。次に、バッテリＢ１，Ｂ２の電圧ＶＬ１，ＶＬ２を個別に上限電圧と比較し、いずれかが上限電圧を超えているかを判定する（Ｓ９２）。なお、システム設計上、ＶＬ１，ＶＬ２の両方が上限電圧を上回ることは基本的にない。

Ｓ９２の判定で、ＮＯの場合は、問題はないのでそのまま終了する。一方、Ｓ９２の判定でＹＥＳの場合には、バッテリＢ１，Ｂ２のうちで、電圧が上限電圧を超えている方のＳＭＲをオフする（Ｓ９３）。

そして、電圧が上限電圧を超えているバッテリＢ１，Ｂ２のＳＭＲ１，ＳＭＲ２のいずれか一方をオフした場合には、次にエンジン４２を始動する（Ｓ９４）。

本実施形態によれば、コンバータ１０の出力電圧（高電圧側電圧ＶＨ）が上限電圧を上回ることを防止することができ、またエンジンを駆動することで適切な車両の走行が担保できる。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、気圧が低い、インバータ温度が高い、モータロックの発生などの高圧側電圧ＶＨの上限電圧が低くなった状況において、低圧側のバッテリＢ１，Ｂ２の直列接続を制限することで、高圧側に接続される機器を確実に保護することができる。また、高電圧のバッテリＢ１，Ｂ２を切り離すことで、高圧側に接続される機器を確実に保護することができる。

１０ コンバータ、２０ インバータ、２２ 冷却器、２４ 冷媒タンク、２６ ポンプ、３０ 制御部、３２ 気圧センサ、３４ 温度センサ、４０ 動力分配器、４２ エンジン、４４ 車輪、４６ 駆動軸、５０ 第１低電圧側回路、５２ 第２低電圧側回路、Ｂ１，Ｂ２ バッテリ、ＣＨ，ＣＬ１，ＣＬ２ コンデンサ、Ｄ１−Ｄ４ ダイオード、Ｌ１，Ｌ２ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２（ＭＧ） モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ ノード、Ｒ 抵抗、Ｓ１−Ｓ４ スイッチング素子、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２（ｘｍｒ） システムメインリレー、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 電圧計。

Claims (3)

1. 第１側と第２側との間の電力輸送を行う電力変換器であって第１側の２つの電源を直列接続または並列接続に切り換えて使用することができる電力変換器と、前記電力変換器の第２側に接続されるインバータとを備える車両の制御装置であって、
   前記インバータの温度が所定値より高い場合に、前記インバータの温度が所定値よりも低い場合に比べて前記電力変換器の第１側における２つの電源の直列接続の運転頻度を低減する、
   車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の制御装置において、
   前記電力変換器の直列接続の運転頻度を低減する場合に、前記電力変換器において前記２つの電源の中の一方の電源のみを利用する、
   車両の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の車両の制御装置において、
   前記電力変換器の直列接続の運転頻度を低減する場合に、
   車両に搭載されているエンジンを駆動して、車両の駆動力をエンジンから得る、
   車両の制御装置。

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