JP2008017661A - 電源システムおよびそれを備えた車両、電源システムの制御方法、ならびに電源システムの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電装置および複数の電圧変換装置を備える電源システムにおいて、損失を抑制可能な電源システムおよびそれを備えた車両を提供する。
【解決手段】コンバータ１０，１２は、互いに並列して正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬに接続される。ＥＣＵ３０は、要求パワーＰＲが基準値よりも小さいとき、コンバータ１０，１２のいずれか一方が動作し、かつ、他方のコンバータが停止するようにコンバータ１０，１２を制御する。一方、ＥＣＵ３０は、要求パワーＰＲが基準値以上のとき、コンバータ１０，１２の双方が動作するようにコンバータ１０，１２を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の蓄電装置を備える電源システムにおける損失を抑制するための制御技術に関する。

特許第３６５５２７７号公報（特許文献１）は、複数の電源ステージを備える電源制御システムを開示する。この電源制御システムは、互いに並列に接続されて少なくとも１つのインバータに直流電力を供給する複数の電源ステージを備える。各電源ステージは、電池と、ブースト／バックＤＣ−ＤＣコンバータとを含む。

この電源制御システムにおいては、複数の電源ステージにそれぞれ含まれる複数の電池を均等に充放電させてインバータへの出力電圧を維持するように、前記複数の電源ステージが制御される（特許文献１参照）。
特許第３６５５２７７号公報 特開２００４−１５８６６号公報 特開２００２−１０５０２号公報 特開２００３−３０９９９７号公報

しかしながら、上記特許第３６５５２７７号公報では、複数の電源ステージが並列に接続され、それらの運用については、複数の電源ステージにそれぞれ含まれる複数の電池を均等に充放電させることを開示しているにすぎず、電源制御システム全体としての損失を抑制するための各電源ステージの制御方法については特に検討されていない。

それゆえに、この発明の目的は、複数の蓄電装置および複数の電圧変換装置を備える電源システムにおいて、損失を抑制可能な電源システムおよびそれを備えた車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、複数の蓄電装置および複数の電圧変換装置を備える電源システムについて、損失を抑制可能な制御方法を提供することである。

さらに、この発明の別の目的は、複数の蓄電装置および複数の電圧変換装置を備える電源システムについて、損失を抑制可能な制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体を提供することである。

この発明によれば、電源システムは、複数の蓄電装置を備える電源システムであって、第１の電圧変換装置と、第２の電圧変換装置と、第１および第２の電圧変換装置を制御する制御部とを備える。第１の電圧変換装置は、第１の蓄電装置と負荷装置との間に設けられ、第１の蓄電装置からの電圧を変換して負荷装置へ出力する。第２の電圧変換装置は、第２の蓄電装置と負荷装置との間に設けられ、第２の蓄電装置からの電圧を変換して負荷装置へ出力する。制御部は、当該電源システムに対する要求パワーが基準値よりも小さいとき、第１および第２の電圧変換装置のいずれか一方が動作し、かつ、他方の電圧変換装置が停止するように第１および第２の電圧変換装置を制御する。一方、制御部は、要求パワーが基準値以上のとき、第１および第２の電圧変換装置の双方が動作するように第１および第２の電圧変換装置を制御する。

好ましくは、制御部は、要求パワーが基準値よりも小さいとき、第１および第２の蓄電装置のうち出力電圧が低い方の蓄電装置に対応する電圧変換装置を停止させる。

好ましくは、基準値は、第１および第２の蓄電装置における抵抗損失ならびに第１および第２の電圧変換装置におけるスイッチング損失に基づいて決定される。

好ましくは、制御部は、第１および第２の蓄電装置の温度が高いほど基準値が大きくなるように基準値を変更する。

好ましくは、制御部は、第１および第２の蓄電装置の充電状態を示す状態量が多いほど基準値が大きくなるように基準値を変更する。

好ましくは、制御部は、第１および第２の電圧変換装置のスイッチング周波数が高いほど基準値が大きくなるように基準値を変更する。

好ましくは、第１および第２の蓄電装置の一方は、二次電池を含み、第１および第２の蓄電装置の他方は、キャパシタを含む。

また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの電源システムと、電源システムから電力の供給を受ける駆動装置と、駆動装置によって駆動される電動機と、電動機によって駆動される車輪とを備える。

また、この発明によれば、電源システムの制御方法は、複数の蓄電装置を備える電源システムの制御方法である。電源システムは、第１の電圧変換装置と、第２の電圧変換装置とを備える。第１の電圧変換装置は、第１の蓄電装置と負荷装置との間に設けられ、第１の蓄電装置からの電圧を変換して負荷装置へ出力する。第２の電圧変換装置は、第２の蓄電装置と負荷装置との間に設けられ、第２の蓄電装置からの電圧を変換して負荷装置へ出力する。そして、電源システムの制御方法は、電源システムに対する要求パワーを基準値と比較する第１のステップと、要求パワーが基準値よりも小さいとき、第１および第２の電圧変換装置のいずれか一方が動作し、かつ、他方の電圧変換装置が停止するように第１および第２の電圧変換装置を制御する第２のステップと、要求パワーが基準値以上のとき、第１および第２の電圧変換装置の双方が動作するように第１および第２の電圧変換装置を制御する第３のステップとを含む。

好ましくは、第２のステップは、第１の蓄電装置の出力電圧と第２の蓄電装置の出力電圧とを比較する第１のサブステップと、第１の蓄電装置の出力電圧が第２の蓄電装置の出力電圧よりも低いとき、第１の電圧変換装置を停止させる第２のサブステップと、第２の蓄電装置の出力電圧が第１の蓄電装置の出力電圧よりも低いとき、第２の電圧変換装置を停止させる第３のサブステップとから成る。

好ましくは、基準値は、第１および第２の蓄電装置における抵抗損失ならびに第１および第２の電圧変換装置におけるスイッチング損失に基づいて決定される。

好ましくは、基準値は、第１および第２の蓄電装置の温度が高いほど大きな値に設定される。

好ましくは、基準値は、第１および第２の蓄電装置の充電状態を示す状態量が多いほど大きな値に設定される。

好ましくは、基準値は、第１および第２の電圧変換装置のスイッチング周波数が高いほど大きな値に設定される。

また、この発明によれば、記録媒体は、複数の蓄電装置を備える電源システムの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。電源システムは、第１の電圧変換装置と、第２の電圧変換装置とを備える。第１の電圧変換装置は、第１の蓄電装置と負荷装置との間に設けられ、第１の蓄電装置からの電圧を変換して負荷装置へ出力する。第２の電圧変換装置は、第２の蓄電装置と負荷装置との間に設けられ、第２の蓄電装置からの電圧を変換して負荷装置へ出力する。そして、記録媒体は、電源システムに対する要求パワーを基準値と比較する第１のステップと、要求パワーが基準値よりも小さいとき、第１および第２の電圧変換装置のいずれか一方が動作し、かつ、他方の電圧変換装置が停止するように第１および第２の電圧変換装置を制御する第２のステップと、要求パワーが基準値以上のとき、第１および第２の電圧変換装置の双方が動作するように第１および第２の電圧変換装置を制御する第３のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。

この発明においては、第１の電圧変換装置は、第１の蓄電装置と負荷装置との間に設けられ、第２の電圧変換装置は、第２の蓄電装置と負荷装置との間に設けられる。すなわち、第１および第２の電圧変換装置は、互いに並列して負荷装置に接続され、対応する蓄電装置からの電圧を変換して負荷装置へ出力する。ここで、蓄電装置における抵抗損失は、電流の２乗に比例するところ、当該電源システムに対する要求パワーが小さいときは、蓄電装置における抵抗損失よりも電圧変換装置におけるスイッチング損失の方が相対的に大きいので、動作させる電圧変換装置の数を少なくすることによって電源システム全体の損失を抑えることができる。一方、要求パワーが大きいときは、第１および第２の電圧変換装置の双方を駆動させ、第１および第２の蓄電装置に負荷を分散させて蓄電装置における抵抗損失を低減させることにより、電源システム全体の損失を抑えることができる。そこで、この発明においては、制御部は、要求パワーが基準値よりも小さいとき、第１および第２の電圧変換装置のいずれか一方を動作させるとともに他方の電圧変換装置を停止させ、要求パワーが基準値以上のとき、第１および第２の電圧変換装置の双方を動作させる。したがって、この発明によれば、電源システムの損失を抑制することができる。

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返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１を参照して、このハイブリッド車両１００は、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構４と、車輪６とを備える。また、ハイブリッド車両１００は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２と、コンバータ１０，１２と、コンデンサＣと、インバータ２０，２２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０とをさらに備える。さらに、ハイブリッド車両１００は、電圧センサ４２，４４，４６と、電流センサ５２，５４と、温度センサ６２，６４とをさらに備える。

このハイブリッド車両１００は、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する。動力分割機構４は、エンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。動力分割機構４は、たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構から成り、この３つの回転軸がエンジン４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸にそれぞれ接続される。なお、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空にしてその中心にエンジン２のクランク軸を通すことにより、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を動力分割機構４に機械的に接続することができる。また、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪６に結合される。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン２の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド車両１００に組込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、車輪６を駆動する電動機としてハイブリッド車両１００に組込まれる。

蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂ１は、コンバータ１０へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１０によって充電される。蓄電装置Ｂ２は、コンバータ１２へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１２によって充電される。

なお、たとえば、蓄電装置Ｂ１には、蓄電装置Ｂ２よりも出力可能最大電力が大きい二次電池を用いることができ、蓄電装置Ｂ２には、蓄電装置Ｂ１よりも蓄電容量が大きい二次電池を用いることができる。これにより、２つの蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を用いてハイパワーかつ大容量の直流電源を構成することができる。また、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の少なくとも一方に大容量のキャパシタを用いてもよい。

コンバータ１０は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。また、コンバータ１０は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬ３を介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ１を充電する。さらに、コンバータ１０は、ＥＣＵ３０からシャットダウン信号ＳＤ１を受けるとスイッチング動作を停止する。

コンバータ１２は、コンバータ１０に並列して正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬに接続される。そして、コンバータ１２は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。また、コンバータ１２は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬ３を介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ２を充電する。さらに、コンバータ１２は、ＥＣＵ３０からシャットダウン信号ＳＤ２を受けるとスイッチング動作を停止する。

コンデンサＣは、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間に接続され、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間の電圧変動を平滑化する。

インバータ２０は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ１に基づいて正極ラインＰＬ３からの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン２の動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。

インバータ２２は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ２に基づいて正極ラインＰＬ３からの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ２２は、車両の回生制動時、車輪６からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、３相交流回転電機であり、たとえば３相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０によって回生駆動され、エンジン２の動力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２の始動時、インバータ２０によって力行駆動され、エンジン２をクランキングする。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ２２によって力行駆動され、車輪６を駆動するための駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、インバータ２２によって回生駆動され、車輪６から受ける回転力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２２へ出力する。

電圧センサ４２は、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。温度センサ６２は、蓄電装置Ｂ１の温度Ｔ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ５２は、蓄電装置Ｂ１からコンバータ１０へ出力される電流Ｉ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電圧センサ４４は、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。温度センサ６４は、蓄電装置Ｂ２の温度Ｔ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ５４は、蓄電装置Ｂ２からコンバータ１２へ出力される電流Ｉ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電圧センサ４６は、コンデンサＣの端子間電圧、すなわち負極ラインＮＬに対する正極ラインＰＬ３の電圧ＶＨを検出し、その検出した電圧ＶＨをＥＣＵ３０へ出力する。

ＥＣＵ３０は、コンバータ１０，１２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２をそれぞれコンバータ１０，１２へ出力する。また、ＥＣＵ３０は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２に対して要求されるパワー（以下、単に「要求パワー」と称する。）ＰＲに応じてシャットダウン信号ＳＤ１またはＳＤ２を生成し、その生成したシャットダウン信号ＳＤ１またはＳＤ２をコンバータ１０または１２へ出力する。なお、要求パワーＰＲは、アクセルペダルの開度や車両速度などに基づいて、図示されない車両ＥＣＵによって演算される。

さらに、ＥＣＵ３０は、インバータ２０，２２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれインバータ２０，２２へ出力する。

図２は、図１に示したコンバータ１０，１２の構成を示す回路図である。図２を参照して、コンバータ１０（１２）は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬの一方端は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続ノードに接続され、その他方端は、正極ラインＰＬ１（ＰＬ２）に接続される。なお、上記のｎｐｎ型トランジスタとして、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。

このコンバータ１０（１２）は、チョッパ回路から成る。そして、コンバータ１０（１２）は、ＥＣＵ３０（図示せず）からの信号ＰＷＣ１（ＰＷＣ２）に基づいて、正極ラインＰＬ１（ＰＬ２）の電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。

具体的には、コンバータ１０（１２）は、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のオン時に流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによって正極ラインＰＬ１（ＰＬ２）の電圧を昇圧する。そして、コンバータ１０（１２）は、その昇圧した電圧をｎｐｎ型トランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して正極ラインＰＬ３へ出力する。

図３は、図１に示したＥＣＵ３０の機能ブロック図である。図３を参照して、ＥＣＵ３０は、コンバータ制御部３２と、インバータ制御部３４，３６とを含む。

コンバータ制御部３２は、電圧センサ４２からの電圧ＶＢ１、電圧センサ４６からの電圧ＶＨ、および電流センサ５２からの電流Ｉ１に基づいて、コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＣ１としてコンバータ１０へ出力する。

また、コンバータ制御部３２は、電圧センサ４４からの電圧ＶＢ２、電圧ＶＨ、および電流センサ５４からの電流Ｉ２に基づいて、コンバータ１２のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＣ２としてコンバータ１２へ出力する。

さらに、コンバータ制御部３２は、要求パワーＰＲおよび電圧ＶＢ１，ＶＢ２に基づいて、コンバータ１０を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ１およびコンバータ１２を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ２を生成し、その生成したシャットダウン信号ＳＤ１，ＳＤ２をそれぞれコンバータ１０，１２へ出力する。

インバータ制御部３４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令ＴＲ１、モータ電流ＭＣＲＴ１およびロータ回転角θ１、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０に含まれるパワートランジスタをオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ１としてインバータ２０へ出力する。

インバータ制御部３６は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ２、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２２に含まれるパワートランジスタをオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ２としてインバータ２２へ出力する。

なお、トルク指令ＴＲ１，ＴＲ２は、たとえば、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度などに基づいて、図示されない車両ＥＣＵによって算出される。また、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ１，θ２の各々は、図示されないセンサによって検出される。

図４は、図３に示したコンバータ制御部３２の詳細な機能ブロック図である。図４を参照して、コンバータ制御部３２は、変調波生成部１０２，１０４と、制御部１０６と、駆動信号生成部１０８，１１０とから成る。

変調波生成部１０２は、電圧ＶＢ１，ＶＨおよび／または電流Ｉ１に基づいて、コンバータ１０に対応する変調波Ｍ１を生成する。変調波生成部１０４は、電圧ＶＢ２，ＶＨおよび／または電流Ｉ２に基づいて、コンバータ１２に対応する変調波Ｍ２を生成する。なお、変調波生成部１０２，１０４は、対応するコンバータの入力電流や出力電圧を目標値に制御するように変調波Ｍ１，Ｍ２を生成することができる。たとえば、変調波生成部１０２は、電流Ｉ１が所定の目標値に制御されるように電流Ｉ１に基づいて変調波を生成し、変調波生成部１０４は、電圧ＶＨが所定の目標値に制御されるように電圧ＶＢ２，ＶＨに基づいて変調波Ｍ２を生成することができる。

制御部１０６は、後述の方法により、要求パワーＰＲおよび電圧ＶＢ１，ＶＢ２に基づいてコンバータ１０または２０を停止させるか否かを判定し、コンバータ１０の停止を決定すると、駆動信号生成部１０８へ出力される信号ＣＴＬ１を活性化し、コンバータ１２の停止を決定すると、駆動信号生成部１１０へ出力される信号ＣＴＬ２を活性化する。

駆動信号生成部１０８は、制御部１０６からの信号ＣＴＬ１が非活性化されているとき、変調波生成部１０２からの変調波Ｍ１および所定のキャリア信号に基づいて信号ＰＷＣ１を生成する。一方、駆動信号生成部１０８は、信号ＣＴＬ１が活性化されているとき、シャットダウン信号ＳＤ１を生成してコンバータ１０へ出力する。

駆動信号生成部１１０は、制御部１０６からの信号ＣＴＬ２が非活性化されているとき、変調波生成部１０４からの変調波Ｍ２および所定のキャリア信号に基づいて信号ＰＷＣ２を生成する。一方、駆動信号生成部１１０は、信号ＣＴＬ２が活性化されているとき、シャットダウン信号ＳＤ２を生成してコンバータ１２へ出力する。

このコンバータ制御部３２においては、制御部１０６は、要求パワーＰＲに基づいて、コンバータ１０，１２のいずれか一方を停止させるか、それともコンバータ１０，１２の双方を動作させるかを判定する。ここで、制御部１０６は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２およびコンバータ１０，１２全体の損失を抑制する観点から、動作させるコンバータの数を決定する。以下、この考え方について説明する。

図５は、要求パワーＰＲと蓄電装置Ｂ１，Ｂ２における抵抗損失との関係を示した図である。図５を参照して、実線ｋ１は、コンバータ１０，１２のいずれか一方のみを動作させた場合の対応の蓄電装置における抵抗損失を示し、点線ｋ２は、コンバータ１０，１２の双方を動作させた場合の蓄電装置Ｂ１，Ｂ２における抵抗損失の合計を示す。

蓄電装置における抵抗損失は、要求パワーの増加とともに増大する。そして、抵抗損失は、電流の２乗に比例するので、コンバータ１０，１２の双方を動作させて蓄電装置Ｂ１，Ｂ２でパワーを分担する方が蓄電装置Ｂ１，Ｂ２全体での抵抗損失は小さくなる。

図６は、要求パワーＰＲとコンバータ１０，１２における損失との関係を示した図である。図６を参照して、実線ｋ３は、コンバータ１０，１２のいずれか一方のみを動作させた場合の対応のコンバータにおける損失を示し、点線ｋ４は、コンバータ１０，１２の双方を動作させた場合のコンバータ１０，１２における損失の合計を示す。

コンバータにおける損失は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のオン／オフ動作に伴なうスイッチング損失とオン抵抗による損失とから成り、要求パワーが比較的小さい領域においてはスイッチング損失が支配的であり、パワーが大きくなるに従ってオン抵抗による損失が増大する。したがって、少なくとも要求パワーが小さい領域においては、コンバータ１０，１２のいずれかを停止させる方がコンバータ１０，１２全体での損失は小さくなる。

図７は、要求パワーＰＲと蓄電装置Ｂ１，Ｂ２およびコンバータ１０，１２全体の損失との関係を示した図である。図７を参照して、実線ｋ５は、コンバータ１０，１２のいずれか一方のみを動作させた場合のトータル損失（蓄電装置Ｂ１，Ｂ２およびコンバータ１０，１２における損失の合計）を示し、点線ｋ６は、コンバータ１０，１２の双方を動作させた場合のトータル損失を示す。すなわち、実線ｋ５は、図５に示した実線ｋ１と図６に示した実線ｋ３とを合成したものであり、点線ｋ６は、図５に示した点線ｋ２と図６に示した点線ｋ４とを合成したものである。

図に示されるように、要求パワーが小さい領域では、コンバータにおける損失（主にスイッチング損失）が支配的であり、コンバータ１０，１２のいずれか一方を停止させる方がコンバータ１０，１２の双方を動作させるよりもトータル損失は小さい。そして、要求パワーが増大するに従って蓄電装置における抵抗損失が支配的になり、要求パワーがある値（Ｐｔｈ）を超えると、コンバータ１０，１２の双方を動作させる方がコンバータ１０，１２のいずれか一方を動作させるよりもトータル損失が小さくなる。

そこで、この実施の形態１では、実線ｋ５と点線ｋ６とが交差するときの要求パワーを基準値Ｐｔｈとして設定し、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さい場合には、コンバータ１０，１２のいずれか一方を停止させ、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈ以上の場合には、コンバータ１０，１２の双方を動作させる。これにより、トータル損失を抑制することができる。

ここで、再び図４を参照して、制御部１０６は、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さい場合、コンバータ１０，１２のうち停止させるコンバータを電圧ＶＢ１，ＶＢ２に基づいて決定する。より具体的には、制御部１０６は、電圧が低い方の蓄電装置に対応するコンバータを停止させる。

これは、以下の理由による。上述のように、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さい場合、コンバータ１０，１２のいずれか一方を停止させることにより、トータル損失を抑制できる。ここで、動作させるコンバータの上アームを常時オンさせることにより、さらに損失（スイッチング損失）を抑制することができる。

しかしながら、仮に、電圧が高い方の蓄電装置に対応するコンバータを停止させると、電圧ＶＨは、その停止したコンバータに対応する蓄電装置の電圧にクランプされる（上アームにダイオードＤ１が設けられているため）。したがって、動作させるコンバータにおいては、対応する蓄電装置からの電圧を電圧ＶＨまで昇圧させる必要があり、スイッチング動作を行なう必要がある。

これに対して、電圧が低い方の蓄電装置に対応するコンバータを停止させれば、そのようなスイッチング動作を不要にでき、動作させるコンバータの上アームを常時オンさせて損失を抑制することができる。

図８は、図４に示した制御部１０６による処理の流れを示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図８を参照して、制御部１０６は、車両ＥＣＵから受ける要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０）。制御部１０６は、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さいと判定すると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１が蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２よりも低いか否かを判定する（ステップＳ２０）。

制御部１０６は、電圧ＶＢ１が電圧ＶＢ２よりも低いと判定すると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、コンバータ１０を停止させ、コンバータ１２のみを動作させる（ステップＳ３０）。具体的には、制御部１０６は、コンバータ１０に対応する駆動信号生成部１０８（図示せず）へ出力される信号ＣＴＬ１を活性化し、コンバータ１２に対応する駆動信号生成部１１０（図示せず）へ出力される信号ＣＴＬ２を非活性化する。

一方、ステップＳ２０において電圧ＶＢ１が電圧ＶＢ２以上であると判定されると（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御部１０６は、コンバータ１２を停止させ、コンバータ１０のみを動作させる（ステップＳ４０）。具体的には、制御部１０６は、信号ＣＴＬ２を活性化し、信号ＣＴＬ１を非活性化する。

ステップＳ１０において要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈ以上であると判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御部１０６は、コンバータ１０，１２の双方を動作させる（ステップＳ５０）。具体的には、制御部１０６は、信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２をいずれも非活性化する。

以上のように、この実施の形態１においては、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さいとき、電圧が低い方の蓄電装置に対応するコンバータを停止させ、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈ以上のとき、コンバータ１０，１２の双方を動作させる。したがって、この実施の形態１によれば、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２およびコンバータ１０，１２によって形成される電源システムの損失を抑制することができる。

また、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さいとき、電圧が低い方の蓄電装置に対応するコンバータを停止させるので、動作させるコンバータの上アームを常時オンさせることができる。したがって、この場合には、動作させるコンバータにおいてもスイッチング損失を低減でき、電源システムの損失をさらに抑制することができる。

［実施の形態２］
この実施の形態２では、コンバータ１０，１２のいずれか一方を停止させるか否かを判定する基準値Ｐｔｈを蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の温度に応じて可変とする。

図９は、蓄電装置の温度と内部抵抗との関係を示した図であり、図１０は、要求パワーＰＲと蓄電装置Ｂ１，Ｂ２における抵抗損失との関係を示した図である。図９を参照して、蓄電装置の温度が低いほど、蓄電装置の内部抵抗は増大する。また、図１０を参照して、蓄電装置における抵抗損失は、要求パワーの増加とともに増大する。そして、上述のように蓄電装置の温度が低いほど内部抵抗が増大するので、蓄電装置における抵抗損失は、蓄電装置の温度が低いほどさらに増大する。

したがって、電源システムのトータル損失を示した図７において、コンバータ１０，１２を１台運転とするか２台運転とするかの分岐点を示す基準値Ｐｔｈは、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の温度が低いほど、要求パワーＰＲが小さい方へシフトする。したがって、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の温度が低いほど、基準値Ｐｔｈを小さくするのが好ましい。

図１１は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の温度と基準値Ｐｔｈとの関係を示した図である。図１１を参照して、この実施の形態２では、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の温度が低いほど、基準値Ｐｔｈは小さな値に設定される。

なお、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の温度としては、たとえば、蓄電装置Ｂ１の温度Ｔ１と蓄電装置Ｂ２の温度Ｔ２との平均値をとることができる。あるいは、１台運転時に動作させるコンバータに対応する蓄電装置すなわち電圧が高い方の蓄電装置の温度を用いるようにしてもよい。

なお、この実施の形態２におけるハイブリッド車両の全体構成、ＥＣＵの構成およびコンバータ制御部の構成は、実施の形態１と同じである。そして、実際には、図４に示すように温度センサ６２，６４からそれぞれ温度Ｔ１，Ｔ２を制御部１０６が受け、図８に示したステップＳ１０において、制御部１０６は、温度Ｔ１，Ｔ２に基づいて基準値Ｐｔｈを変更する。

以上のように、この実施の形態２においては、温度Ｔ１，Ｔ２に基づいて基準値Ｐｔｈが適正化される。したがって、この実施の形態２によれば、電源システムのトータル損失を確実に抑制することができる。

［実施の形態３］
実施の形態３では、基準値Ｐｔｈを蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の充電状態（以下「ＳＯＣ（State of Charge）」と称し、０〜１００％で表わされる。）に応じて可変とする。

図１２は、蓄電装置のＳＯＣと内部抵抗との関係を示した図であり、図１３は、要求パワーＰＲと蓄電装置Ｂ１，Ｂ２における抵抗損失との関係を示した図である。図１２を参照して、蓄電装置のＳＯＣが低いほど、蓄電装置の内部抵抗は増大する。また、図１３を参照して、蓄電装置における抵抗損失は、要求パワーの増加とともに増大する。そして、上述のようにＳＯＣが低いほど内部抵抗が増大するので、蓄電装置における抵抗損失は、蓄電装置のＳＯＣが低いほどさらに増大する。

したがって、実施の形態２と同様に、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のＳＯＣが低いほど、基準値Ｐｔｈを小さくするのが好ましい。図１４は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のＳＯＣと基準値Ｐｔｈとの関係を示した図である。図１４を参照して、この実施の形態３では、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のＳＯＣが低いほど、基準値Ｐｔｈは小さな値に設定される。

なお、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のＳＯＣとしては、たとえば、蓄電装置Ｂ１のＳＯＣを示す状態量ＳＯＣ１と蓄電装置Ｂ２のＳＯＣを示す状態量ＳＯＣ２との平均値をとることができる。あるいは、１台運転時に動作させるコンバータに対応する蓄電装置すなわち電圧が高い方の蓄電装置のＳＯＣを用いるようにしてもよい。

なお、この実施の形態３におけるハイブリッド車両の全体構成、ＥＣＵの構成およびコンバータ制御部の構成は、実施の形態１と同じである。そして、実際には、図４に示すように状態量ＳＯＣ１，ＳＯＣ２を制御部１０６が受け、図８に示したステップＳ１０において、制御部１０６は、状態量ＳＯＣ１，ＳＯＣ２に基づいて基準値Ｐｔｈを変更する。なお、状態量ＳＯＣ１（またはＳＯＣ２）は、電圧ＶＢ１（またはＶＢ２）や電流Ｉ１（またはＩ２）、温度Ｔ１（またはＴ２）などを用いて、種々の公知の手法により算出することができる。

以上のように、この実施の形態３においては、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のＳＯＣに基づいて基準値Ｐｔｈが適正化される。したがって、この実施の形態３によっても、電源システムのトータル損失を確実に抑制することができる。

［実施の形態４］
実施の形態４では、基準値Ｐｔｈをコンバータ１０，１２のスイッチング周波数に応じて可変とする。

図１５は、コンバータ１０，１２のスイッチング周波数とコンバータ１０，１２における損失との関係を示した図である。図１５を参照して、スイッチング周波数が上昇すると、スイッチング損失が増大し、コンバータにおける損失は増大する。

したがって、電源システムのトータル損失を示した図７において、コンバータ１０，１２を１台運転とするか２台運転とするかの分岐点を示す基準値Ｐｔｈは、コンバータ１０，１２のスイッチング周波数が高いほど、要求パワーＰＲが大きい方へシフトする。したがって、コンバータ１０，１２のスイッチング周波数が高いほど、基準値Ｐｔｈを大きくするのが好ましい。

図１６は、コンバータ１０，１２のスイッチング周波数と基準値Ｐｔｈとの関係を示した図である。図１６を参照して、この実施の形態４では、コンバータ１０，１２のスイッチング周波数が高いほど、基準値Ｐｔｈは大きな値に設定される。

なお、この実施の形態４におけるハイブリッド車両の全体構成、ＥＣＵの構成およびコンバータ制御部の構成は、実施の形態１と同じである。そして、実際には、図８に示したステップＳ１０において、制御部１０６は、コンバータ１０，１２のキャリア周波数に基づいて基準値Ｐｔｈを変更する。

以上のように、この実施の形態４においては、コンバータ１０，１２のスイッチング周波数に基づいて基準値Ｐｔｈが適正化される。したがって、この実施の形態４によっても、電源システムのトータル損失を確実に抑制することができる。

なお、上記の各実施の形態において、制御部１０６における制御は、実際には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって行なわれ、ＣＰＵは、図８に示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、その読出したプログラムを実行して図８に示したフローチャートに従って処理を実行する。したがって、ＲＯＭは、図８に示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取可能な記録媒体に相当する。

また、上記の各実施の形態においては、動力分割機構４を用いてエンジン２の動力がモータジェネレータＭＧ１と車輪６とに分配される、いわゆるシリーズ／パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、エンジン２の動力をモータジェネレータＭＧ１による発電のみに用い、モータジェネレータＭＧ２のみを用いて車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両にも、この発明は適用可能である。

また、この発明は、エンジン２を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、電源として燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。

なお、上記において、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、それぞれこの発明における「第１の蓄電装置」および「第２の蓄電装置」に対応し、コンバータ１０，１２は、それぞれこの発明における「第１の電圧変換装置」および「第２の電圧変換装置」に対応する。また、インバータ２０，２２は、この発明における「駆動装置」を形成し、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、この発明における「電動機」に対応する。

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、上記した実施の形態の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。

この発明による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。 図１に示すコンバータの構成を示す回路図である。 図１に示すＥＣＵの機能ブロック図である。 図３に示すコンバータ制御部の詳細な機能ブロック図である。 要求パワーと蓄電装置における抵抗損失との関係を示した図である。 要求パワーとコンバータにおける損失との関係を示した図である。 要求パワーと蓄電装置およびコンバータ全体の損失との関係を示した図である。 図４に示す制御部による処理の流れを示すフローチャートである。 蓄電装置の温度と内部抵抗との関係を示した図である。 要求パワーと蓄電装置における抵抗損失との関係を示した図である。 蓄電装置の温度と基準値との関係を示した図である。 蓄電装置のＳＯＣと内部抵抗との関係を示した図である。 要求パワーと蓄電装置における抵抗損失との関係を示した図である。 蓄電装置のＳＯＣと基準値との関係を示した図である。 コンバータのスイッチング周波数とコンバータにおける損失との関係を示した図である。 コンバータのスイッチング周波数と基準値との関係を示した図である。

符号の説明

２ エンジン、４ 動力分割機構、６ 車輪、１０，１２ コンバータ、２０，２２ インバータ、３０ ＥＣＵ、３２ コンバータ制御部、３４，３６ インバータ制御部、４２，４４，４６ 電圧センサ、５２，５４ 電流センサ、６２，６４ 温度センサ、１００ ハイブリッド車両、１０２，１０４ 変調波生成部、１０６ 制御部、１０８，１１０ 駆動信号生成部、Ｂ１，Ｂ２ 蓄電装置、Ｃ コンデンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１〜ＰＬ３ 正極ライン、ＮＬ 負極ライン、Ｑ１，Ｑ２ ｎｐｎ型トランジスタ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｌ リアクトル。

Claims (15)

1. 複数の蓄電装置を備える電源システムであって、
   第１の蓄電装置と負荷装置との間に設けられ、前記第１の蓄電装置からの電圧を変換して前記負荷装置へ出力する第１の電圧変換装置と、
   第２の蓄電装置と前記負荷装置との間に設けられ、前記第２の蓄電装置からの電圧を変換して前記負荷装置へ出力する第２の電圧変換装置と、
   当該電源システムに対する要求パワーが基準値よりも小さいとき、前記第１および第２の電圧変換装置のいずれか一方が動作し、かつ、他方の電圧変換装置が停止するように前記第１および第２の電圧変換装置を制御し、前記要求パワーが前記基準値以上のとき、前記第１および第２の電圧変換装置の双方が動作するように前記第１および第２の電圧変換装置を制御する制御部とを備える電源システム。
2. 前記制御部は、前記要求パワーが前記基準値よりも小さいとき、前記第１および第２の蓄電装置のうち出力電圧が低い方の蓄電装置に対応する電圧変換装置を停止させる、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記基準値は、前記第１および第２の蓄電装置における抵抗損失ならびに前記第１および第２の電圧変換装置におけるスイッチング損失に基づいて決定される、請求項１または請求項２に記載の電源システム。
4. 前記制御部は、前記第１および第２の蓄電装置の温度が高いほど前記基準値が大きくなるように前記基準値を変更する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電源システム。
5. 前記制御部は、前記第１および第２の蓄電装置の充電状態を示す状態量が多いほど前記基準値が大きくなるように前記基準値を変更する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電源システム。
6. 前記制御部は、前記第１および第２の電圧変換装置のスイッチング周波数が高いほど前記基準値が大きくなるように前記基準値を変更する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電源システム。
7. 前記第１および第２の蓄電装置の一方は、二次電池を含み、
   前記第１および第２の蓄電装置の他方は、キャパシタを含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電源システム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電源システムと、
   前記電源システムから電力の供給を受ける駆動装置と、
   前記駆動装置によって駆動される電動機と、
   前記電動機によって駆動される車輪とを備える車両。
9. 複数の蓄電装置を備える電源システムの制御方法であって、
   前記電源システムは、
   第１の蓄電装置と負荷装置との間に設けられ、前記第１の蓄電装置からの電圧を変換して前記負荷装置へ出力する第１の電圧変換装置と、
   第２の蓄電装置と前記負荷装置との間に設けられ、前記第２の蓄電装置からの電圧を変換して前記負荷装置へ出力する第２の電圧変換装置とを備え、
   前記制御方法は、
   前記電源システムに対する要求パワーを基準値と比較する第１のステップと、
   前記要求パワーが基準値よりも小さいとき、前記第１および第２の電圧変換装置のいずれか一方が動作し、かつ、他方の電圧変換装置が停止するように前記第１および第２の電圧変換装置を制御する第２のステップと、
   前記要求パワーが前記基準値以上のとき、前記第１および第２の電圧変換装置の双方が動作するように前記第１および第２の電圧変換装置を制御する第３のステップとを含む、電源システムの制御方法。
10. 前記第２のステップは、
    前記第１の蓄電装置の出力電圧と前記第２の蓄電装置の出力電圧とを比較する第１のサブステップと、
    前記第１の蓄電装置の出力電圧が前記第２の蓄電装置の出力電圧よりも低いとき、前記第１の電圧変換装置を停止させる第２のサブステップと、
    前記第２の蓄電装置の出力電圧が前記第１の蓄電装置の出力電圧よりも低いとき、前記第２の電圧変換装置を停止させる第３のサブステップとから成る、請求項９に記載の電源システムの制御方法。
11. 前記基準値は、前記第１および第２の蓄電装置における抵抗損失ならびに前記第１および第２の電圧変換装置におけるスイッチング損失に基づいて決定される、請求項９または請求項１０に記載の電源システムの制御方法。
12. 前記基準値は、前記第１および第２の蓄電装置の温度が高いほど大きな値に設定される、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の電源システムの制御方法。
13. 前記基準値は、前記第１および第２の蓄電装置の充電状態を示す状態量が多いほど大きな値に設定される、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の電源システムの制御方法。
14. 前記基準値は、前記第１および第２の電圧変換装置のスイッチング周波数が高いほど大きな値に設定される、請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の電源システムの制御方法。
15. 複数の蓄電装置を備える電源システムの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
    前記電源システムは、
    第１の蓄電装置と負荷装置との間に設けられ、前記第１の蓄電装置からの電圧を変換して前記負荷装置へ出力する第１の電圧変換装置と、
    第２の蓄電装置と前記負荷装置との間に設けられ、前記第２の蓄電装置からの電圧を変換して前記負荷装置へ出力する第２の電圧変換装置とを備え、
    前記記録媒体は、
    前記電源システムに対する要求パワーを基準値と比較する第１のステップと、
    前記要求パワーが基準値よりも小さいとき、前記第１および第２の電圧変換装置のいずれか一方が動作し、かつ、他方の電圧変換装置が停止するように前記第１および第２の電圧変換装置を制御する第２のステップと、
    前記要求パワーが前記基準値以上のとき、前記第１および第２の電圧変換装置の双方が動作するように前記第１および第２の電圧変換装置を制御する第３のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する、記録媒体。

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