JP2008167619A - 電源装置およびそれを備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置の充放電時の電力を適切に管理することが可能な電源装置およびそれを備えた車両を提供する。
【解決手段】車両１００においては、蓄電装置６と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間にコンバータ８が設けられる。そしてコンバータＥＣＵ２は、蓄電装置６に対して入力または出力される電力の目標値を設定して、その目標値と、電圧センサ１８からの検出電圧（電圧値Ｖｈ）とに基づいて、コンバータ８を制御する。好ましくは、コンバータＥＣＵ２は、電力の目標値と電圧値Ｖｈとを用いて主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間の目標電圧を算出して、電圧値Ｖｈが目標電圧となるようにコンバータ８を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置およびそれを備える車両に関し、特に、電源装置に含まれる蓄電装置を充放電するための制御技術に関する。

近年、環境問題を背景に、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）などが注目されている。これらの車両は、動力源として電動機を搭載し、その電力源として二次電池やキャパシタなどの蓄電装置を搭載する。

一般に、二次電池やキャパシタなどの蓄電装置は、温度が低下すると容量が低下し、その結果、充放電特性が低下する。したがって、上記のような車両においては、車両システムの起動後、蓄電装置の温度が低下している場合には、速やかに蓄電装置を昇温する必要がある。

たとえば特開２００４−１５８６６号公報（特許文献１）は、少なくとも１つの二次電池と少なくとも１つのキャパシタとを並列に接続した蓄電装置を充放電する充放電制御装置を開示する。この充放電制御装置は、二次電池の動作時の発熱量が最大となるときの蓄電池の残容量を演算する容量演算手段と、そのときの蓄電装置の充放電周期を演算する周期演算手段とを備える。充放電制御装置は、さらに、蓄電装置の実際の残容量が演算した残容量と等しくなるよう充放電を制御し、その後に蓄電装置の充放電周期を演算した周期と等しくすることで二次電池の温度を制御する制御手段を備える。
特開２００４−１５８６６号公報 特開２００３−２７４５６５号公報

しかしながら、上記の特開２００４−１５８６６号公報では、蓄電装置の残容量が演算結果と等しくなるよう充放電を制御するときの制御方法が具体的に記載されていない。たとえば二次電池の充放電制御を行なう際に二次電池に入出力される電力を制御するためには、二次電池に流れる電流を管理することが好ましい。逆に、二次電池に入出力される電力を管理できなければ、二次電池の昇温速度が遅くなる可能性がある。しかし、上記の特開２００４−１５８６６号公報では、このような問題点の存在を特に開示していない。

本発明の目的は、蓄電装置の充放電時の電力を適切に管理することが可能な電源装置およびそれを備えた車両を提供することである。

本発明は要約すれば、負荷装置へ電力を供給可能な電源装置であって、充放電可能な蓄電装置と、電源装置と負荷装置との間で電力を授受可能なように構成された電力線と、蓄電装置と電力線との間に設けられ、蓄電装置と電力線との間で電圧変換を行なうコンバータと、電力線の電圧を検出する電圧センサと、コンバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、蓄電装置に対して入力または出力される電力の目標値を設定して、目標値と、電圧センサからの検出電圧とに基づいて、コンバータを制御する。

好ましくは、制御装置は、目標値と検出電圧とを用いて電力線の目標電圧を算出して、検出電圧が目標電圧となるようにコンバータを制御する。

より好ましくは、電源装置は、電力線に接続され、充放電可能な蓄電部をさらに備える。制御装置は、蓄電装置および蓄電部の少なくとも一方を昇温する昇温制御時に、目標値を設定する。

さらに好ましくは、蓄電装置は、二次電池を含む。蓄電部は、キャパシタを含む。
より好ましくは、制御装置は、外部電源による蓄電装置の充電時において、蓄電装置に充電される電力が一定となるように、目標値を設定する。

さらに好ましくは、外部電源は、交流電力を出力する交流電源である。交流電力は、整流回路により整流される。電力線には、整流回路からの電力が入力される。

さらに好ましくは、制御装置は、さらに、検出電圧を平滑化した結果と目標電圧との差に基づいて、コンバータを制御する。

本発明の他の局面に従うと、車両であって、上述のいずれかに記載の電源装置を備える。

本発明によれば、蓄電装置の充放電時の電力を適切に管理することが可能になる。

以下において、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、本発明の実施の形態１による車両の全体ブロック図である。

図１を参照して、この車両１００は、電源装置１と、駆動力発生部３とを備える。駆動力発生部３は、インバータ３０−１，３０−２と、モータジェネレータ３４−１，３４−２と、動力伝達機構３６と、駆動軸３８と、駆動ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３２とを含む。

インバータ３０−１，３０−２は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに並列接続される。そして、インバータ３０−１，３０−２は、電源装置１から供給される駆動電力（直流電力）を交流電力に変換してそれぞれモータジェネレータ３４−１，３４−２へ出力する。また、インバータ３０−１，３０−２は、それぞれモータジェネレータ３４−１，３４−２が発電する交流電力を直流電力に変換して回生電力として電源装置１へ出力する。

なお、各インバータ３０−１，３０−２は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路から成る。そして、インバータ３０−１，３０−２は、それぞれ駆動ＥＣＵ３２からの駆動信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２に応じてスイッチング動作を行なうことにより、対応のモータジェネレータを駆動する。

モータジェネレータ３４−１，３４−２は、それぞれインバータ３０−１，３０−２から供給される交流電力を受けて回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータ３４−１，３４−２は、外部からの回転力を受けて交流電力を発電する。たとえば、モータジェネレータ３４−１，３４−２は、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機から成る。そして、モータジェネレータ３４−１，３４−２は、動力伝達機構３６と連結され、動力伝達機構３６にさらに連結される駆動軸３８を介して回転駆動力が車輪（図示
せず）へ伝達される。

なお、駆動力発生部３がハイブリッド車両に適用される場合には、モータジェネレータ３４−１，３４−２は、動力伝達機構３６または駆動軸３８を介してエンジン（図示せず）にも連結される。そして、駆動ＥＣＵ３２によって、エンジンの発生する駆動力とモータジェネレータ３４−１，３４−２の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御が実行される。このようなハイブリッド車両に適用される場合には、モータジェネレータ３４−１，３４−２のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。

駆動ＥＣＵ３２は、図示されない各センサから送信された信号、走行状況およびアクセル開度などに基づいて、モータジェネレータ３４−１，３４−２のトルク目標値ＴＲ１，ＴＲ２および回転数目標値ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を算出する。そして、駆動ＥＣＵ３２は、モータジェネレータ３４−１の発生トルクおよび回転数がそれぞれトルク目標値ＴＲ１および回転数目標値ＭＲＮ１となるように駆動信号ＰＷＭ１を生成してインバータ３０−１を制御し、モータジェネレータ３４−２の発生トルクおよび回転数がそれぞれトルク目標値ＴＲ２および回転数目標値ＭＲＮ２となるように駆動信号ＰＷＭ２を生成してインバータ３０−２を制御する。また、駆動ＥＣＵ３２は、算出したトルク目標値ＴＲ１，ＴＲ２および回転数目標値ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を電源装置１のコンバータＥＣＵ２（後述）へ出力する。

一方、電源装置１は、蓄電装置６と、蓄電部７と、コンバータ８と、平滑コンデンサＣと、コンバータＥＣＵ２と、電池ＥＣＵ４と、電圧センサ１２，１８と、温度センサ１４−１，１４−２とを含む。

蓄電装置６は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池から成る。蓄電装置６は、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬを介してコンバータ８に接続される。蓄電部７も、充放電可能な直流電源であり、たとえば、電気二重層キャパシタから成る。蓄電部７は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに接続される。なお、蓄電装置６をキャパシタで構成してもよいし、蓄電部７を二次電池で構成してもよい。

コンバータ８は、蓄電装置６と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間に設けられ、コンバータＥＣＵ２からの駆動信号ＰＷＣに基づいて、蓄電装置６と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。

平滑コンデンサＣは、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に接続され、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに含まれる電力変動成分を低減する。電圧センサ１８は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬ間の電圧値Ｖｈを検出し、その検出結果をコンバータＥＣＵ２へ出力する。

電圧センサ１２は、蓄電装置６の電圧値Ｖｂを検出し、その検出結果をコンバータＥＣＵ２および電池ＥＣＵ４へ出力する。温度センサ１４−１，１４−２は、蓄電装置６内部の温度Ｔｂ１および蓄電部７内部の温度Ｔｂ２をそれぞれ検出し、その検出結果を電池ＥＣＵ４へ出力する。

電池ＥＣＵ４は、電圧センサ１２からの電圧値Ｖｂおよび温度センサ１４−１からの温度Ｔｂ１に基づいて、蓄電装置６の充電状態（State Of Charge：ＳＯＣ）を示す状態量ＳＯＣを算出し、その算出した状態量ＳＯＣを温度Ｔｂ１，Ｔｂ２とともにコンバータＥＣＵ２へ出力する。なお、状態量ＳＯＣの算出方法については、種々の公知の手法を用い
ることができる。

コンバータＥＣＵ２は、電圧センサ１２，１８からの各検出値、電池ＥＣＵ４からの温度Ｔｂ１，Ｔｂ２および状態量ＳＯＣ、ならびに駆動ＥＣＵ３２からのトルク目標値ＴＲ１，ＴＲ２および回転数目標値ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に基づいて、コンバータ８を駆動するための駆動信号ＰＷＣを生成する。そして、コンバータＥＣＵ２は、その生成した駆動信号ＰＷＣをコンバータ８へ出力し、コンバータ８を制御する。なお、コンバータＥＣＵ２の構成については、後ほど詳しく説明する。

図２は、図１に示したコンバータ８の概略構成図である。
図２を参照して、コンバータ８は、チョッパ回路４０と、正母線ＬＮＡと、負母線ＬＮＣと、配線ＬＮＢと、平滑コンデンサＣ１とを含む。チョッパ回路４０は、トランジスタＱＡ，ＱＢと、ダイオードＤＡ，ＤＢと、インダクタＬとを含む。

正母線ＬＮＡは、一方端がトランジスタＱＢのコレクタに接続され、他方端が主正母線ＭＰＬに接続される。負母線ＬＮＣは、一方端が負極線ＮＬに接続され、他方端が主負母線ＭＮＬに接続される。

トランジスタＱＡ，ＱＢは、負母線ＬＮＣと正母線ＬＮＡとの間に直列に接続される。具体的には、トランジスタＱＡのエミッタが負母線ＬＮＣに接続され、トランジスタＱＢのコレクタが正母線ＬＮＡに接続される。ダイオードＤＡ，ＤＢは、それぞれトランジスタＱＡ，ＱＢに逆並列に接続される。インダクタＬは、トランジスタＱＡとトランジスタＱＢとの接続点に接続される。

配線ＬＮＢは、一方端が正極線ＰＬに接続され、他方端がインダクタＬに接続される。平滑コンデンサＣ１は、配線ＬＮＢと負母線ＬＮＣとの間に接続され、配線ＬＮＢおよび負母線ＬＮＣ間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。

そして、チョッパ回路４０は、コンバータＥＣＵ２（図示せず）からの駆動信号ＰＷＣに応じて、蓄電装置６の放電時には、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬから受ける直流電力（駆動電力）を昇圧し、蓄電装置６の充電時には、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから受ける直流電力（回生電力）を降圧する。

以下、コンバータ８の電圧変換動作（昇圧動作および降圧動作）について説明する。昇圧動作時において、コンバータＥＣＵ２は、トランジスタＱＢをオフ状態に維持し、かつ、トランジスタＱＡを所定のデューティー比でオン／オフさせる。トランジスタＱＡのオン期間においては、蓄電装置６から配線ＬＮＢ、インダクタＬ、ダイオードＤＢ、および正母線ＬＮＡを順に介して、放電電流が主正母線ＭＰＬへ流れる。同時に、蓄電装置６から配線ＬＮＢ、インダクタＬ、トランジスタＱＡ、および負母線ＬＮＣを順に介して、ポンプ電流が流れる。インダクタＬは、このポンプ電流により電磁エネルギーを蓄積する。そして、トランジスタＱＡがオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタＬは、蓄積した電磁エネルギーを放電電流に重畳する。その結果、コンバータ８から主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ供給される直流電力の平均電圧は、デューティー比に応じてインダクタＬに蓄積される電磁エネルギーに相当する電圧だけ昇圧される。

一方、降圧動作時において、コンバータＥＣＵ２は、トランジスタＱＢを所定のデューティー比でオン／オフさせ、かつ、トランジスタＱＡをオフ状態に維持する。トランジスタＱＢのオン期間においては、主正母線ＭＰＬから正母線ＬＮＡ、トランジスタＱＢ、インダクタＬ、および配線ＬＮＢを順に介して、充電電流が蓄電装置６へ流れる。そして、トランジスタＱＢがオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタＬが電流変化を妨げ
るように磁束を発生するので、充電電流は、ダイオードＤＡ、インダクタＬ、および配線ＬＮＢを順に介して流れ続ける。一方で、電気エネルギー的にみると、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから直流電力が供給されるのはトランジスタＱＢのオン期間だけであるので、充電電流が一定に保たれるとすると（インダクタＬのインダクタンスが十分に大きいとすると）、コンバータ８から蓄電装置６へ供給される直流電力の平均電圧は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬ間の直流電圧にデューティー比を乗じた値となる。

このようなコンバータ８の電圧変換動作を制御するため、コンバータＥＣＵ２は、トランジスタＱＡのオン／オフを制御するための駆動信号ＰＷＣＡおよびトランジスタＱＢのオン／オフを制御するための駆動信号ＰＷＣＢから成る駆動信号ＰＷＣを生成する。

図３は、図１に示したコンバータＥＣＵ２の機能ブロック図である。
図３を参照して、コンバータＥＣＵ２は、走行時制御部４２と、停車時制御部４４とを含む。

走行時制御部４２は、モータジェネレータ３４−１，３４−２のトルク目標値ＴＲ１，ＴＲ２および回転数目標値ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を駆動ＥＣＵ３２から受ける。また、走行時制御部４２は、電圧センサ１８から電圧値Ｖｈを受ける。

そして、走行時制御部４２は、停車時制御部４４からの制御信号ＣＴＬが非活性化されているとき、すなわち、停車時制御部４４による昇温制御が実行されていないとき、これらの信号に基づいて、コンバータ８を駆動するための駆動信号ＰＷＣを生成し、その生成した駆動信号ＰＷＣをコンバータ８へ出力する。一方、走行時制御部４２は、制御信号ＣＴＬが活性化されているとき、すなわち、停車時制御部４４による昇温制御の実行中は、駆動信号ＰＷＣの生成を中止する。

停車時制御部４４は、電池ＥＣＵ４から温度Ｔｂ１，Ｔｂ２および状態量ＳＯＣを受ける。また、停車時制御部４４は、電圧センサ１２から電圧値Ｖｂを受け、電圧センサ１８から電圧値Ｖｈを受ける。そして、停車時制御部４４は、温度Ｔｂ１，Ｔｂ２のいずれか一方が規定値よりも低いとき、コンバータ８ならびに主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬを介して蓄電装置６および蓄電部７間で電力の授受を行なうことにより蓄電装置６および蓄電部７を昇温する昇温制御を実行する。

具体的には、停車時制御部４４は、温度Ｔｂ１，Ｔｂ２のいずれか一方が規定値よりも低いとき、上記各信号に基づいて後述の方法により駆動信号ＰＷＣを生成する。そして、停車時制御部４４は、その生成した駆動信号ＰＷＣをコンバータ８へ出力するとともに、走行時制御部４２へ出力される制御信号ＣＴＬを活性化する。

図４は、図３に示した停車時制御部４４の詳細な機能ブロック図である。
図４を参照して、停車時制御部４４は、目標値設定部５０と、減算部５２，５６と、ＰＩ制御部５４と、変調部５８とを含む。

目標値設定部５０は、要求電力量設定部５１Ａと、電圧設定部５１Ｂとを含む。要求電力量設定部５１Ａは温度Ｔｂ１，Ｔｂ２に基づいて、蓄電装置６および蓄電部７の昇温制御を実行するか否かを判定し、昇温制御の実行時、図３に示した走行時制御部４２へ出力される制御信号ＣＴＬを活性化する。そして、要求電力量設定部５１Ａは昇温制御時において、温度Ｔｂ１，Ｔｂ２（状態量ＳＯＣをさらに含めてもよい）、蓄電装置６が入出力する電力量の要求値（要求電力量Ｐｒｑ）を生成して、その生成した要求電力量Ｐｒｑを電圧設定部５１Ｂへ出力する。

電圧設定部５１Ｂは、要求電力量Ｐｒｑを受けるとともに、所定の間隔（たとえば５００μ秒）ごとに電圧値Ｖｈの値を取得する。電圧設定部５１Ｂは、要求電力量Ｐｒｑと電圧値Ｖｈとを以下の式（１）に代入してコンバータ８の目標電圧ＶＲを生成する。

ＶＲ＝Ｖｈ＋１／Ｃ×Ｐｒｑ／Ｖｈ×ΔＴ …（１）
ここで、Ｃは図１の平滑コンデンサの容量値（固定値）を示し、ΔＴは電圧設定部５１Ｂが電圧値Ｖｈを取得する間隔（サンプリング周期）を示す。電圧設定部５１Ｂは、その生成した目標電圧ＶＲを減算部５２へ出力する。

減算部５２は、電圧設定部５１Ｂから出力される目標電圧ＶＲから電圧値Ｖｈを減算し、その演算結果をＰＩ制御部５４へ出力する。ＰＩ制御部５４は、目標電圧ＶＲと電圧値Ｖｈとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部５６へ出力する。減算部５６は、電圧値Ｖｂ／目標電圧ＶＲで示されるコンバータ８の理論昇圧比の逆数からＰＩ制御部５４の出力を減算し、その演算結果をデューティー指令Ｔｏｎとして変調部５８へ出力する。なお、この減算部５６における入力項（電圧値Ｖｂ／目標電圧ＶＲ）は、コンバータ８の理論昇圧比に基づくフィードフォワード（以下「ＦＦ」とも称する）補償項である。

変調部５８は、デューティー指令Ｔｏｎと図示されない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいて、コンバータ８を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を駆動信号ＰＷＣとしてコンバータ８のトランジスタＱＡ，ＱＢへ出力する。

ここで式（１）から、ＰＩ制御部５４に入力される値は１／Ｃ×Ｐｒｑ／Ｖｈ×ΔＴであることが分かる。Ｐｒｑ／Ｖｈにより表わされる電流をＩ１とすると、Ｉ１×ΔＴは平滑コンデンサＣ（図１）に蓄積される電荷を示す。つまり、１／Ｃ×Ｐｒｑ／Ｖｈ×ΔＴにより示される値は、要求電力量Ｐｒｑが平滑コンデンサＣに充電された場合における平滑コンデンサＣの両端の電圧を示す。要するに要求電力量設定部５１Ａが要求電力量Ｐｒｑを設定することで平滑コンデンサＣの両端の電圧値はＶｈから１／Ｃ×Ｐｒｑ／Ｖｈ×ΔＴだけ変動する。

図４に示す構成から分かるように停車時制御部４４は電圧制御系により構成される。一方、蓄電装置６に入出力される電力を直接的あるいは間接的に管理する場合には、電流制御系が用いられることが多い。ここで、本実施の形態との比較のため電流制御系により構成される制御部を図５に示す。

図５は、図４に示す停車時制御部４４の比較例の機能ブロック図である。
図５を参照して、停車時制御部１４４は、目標値設定部５０Ａと、減算部６０，６４と、ＰＩ制御部６２と、変調部５８とを含む。

目標値設定部５０Ａは、昇温制御時、電圧値Ｖｈに基づいてコンバータ８の目標電流ＩＲを生成し、その生成した目標電流ＩＲを減算部６０へ出力する。

減算部６０は、目標値設定部５０Ａから出力される目標電流ＩＲから電流値Ｉｂを減算し、その演算結果をＰＩ制御部６２へ出力する。ＰＩ制御部６２は、目標電流ＩＲと電流値Ｉｂとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部６４へ出力する。減算部６４は、電圧値Ｖｂ／目標電圧ＶＲで示されるコンバータ８の理論昇圧比の逆数からＰＩ制御部６２の出力を減算し、その演算結果をデューティー指令Ｔｏｎとして変調部５８へ出力する。なお、変調部５８の動作は上述した動作と同様である。

停車時制御部１４４がデューティー指令Ｔｏｎを生成するためには、電流値Ｉｂが必要である。電流値Ｉｂは、図１の蓄電装置６に実際に流れる電流の値である。よって、図５に示す停車時制御部１４４を実現するためには、図１に示す正極線ＰＬまたは負極線ＮＬに電流センサを設置する必要がある。

これに対し、本実施の形態では蓄電装置６に流れる電流を検出するための電流センサが不要となる。電流センサ自体のコストも高く、また電流センサの信頼性を維持することにも労力やコストがかかるため、電流センサの個数が多くなることは好ましくない。しかし本実施の形態によれば電流センサの数を減らすことができるので、このような問題が生じるのを防ぐことができる。

また、本実施の形態では目標電圧ＶＲを生成する際に要求電力量Ｐｒｑが用いられる。これにより、本実施の形態では、コンバータ８を電圧制御しながら、蓄電装置６に入出力される電力を管理することが可能になる。よって、本実施の形態によれば、要求電力量Ｐｒｑを適切に定めることにより、蓄電装置６および蓄電部７の昇温速度を向上させることができる。

図６は、図４に示した停車時制御部４４による昇温制御のフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時（たとえばシステム起動時）にメインルーチンから呼出されて実行される。

図６および図４を参照して、目標値設定部５０（要求電力量設定部５１Ａ）は、温度センサ１４−１からの温度Ｔｂ１または温度センサ１４−２からの温度Ｔｂ２が予め設定されたしきい温度Ｔｔｈ（たとえば−１０℃）よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１）。目標値設定部５０は、温度Ｔｂ１，Ｔｂ２がいずれもしきい温度Ｔｔｈ以上であると判定すると（ステップＳ１においてＮＯ）、ステップＳ５へ処理を進めるとともに、走行時制御部４２（図３）へ出力される制御信号ＣＴＬを非活性化する。

一方、目標値設定部５０は、ステップＳ１において温度Ｔｂ１または温度Ｔｂ２がしきい温度Ｔｔｈよりも低いと判定すると（ステップＳ１においてＹＥＳ）、走行時制御部４２に出力する制御信号ＣＴＬを活性化する。そして、目標値設定部５０は、温度Ｔｂ１または温度Ｔｂ２をしきい温度Ｔｔｈよりも高くするために求められる要求電力量Ｐｒｑを設定する（ステップＳ２）。

次に、目標値設定部５０（電圧設定部５１Ｂ）は、上述した式（１）に要求電力量Ｐｒｑと、電圧値Ｖｈと、平滑コンデンサＣの容量値と、電圧値Ｖｈのサンプリング周期ΔＴとを代入して目標電圧ＶＲを設定する（ステップＳ３）。

そして、停車時制御部４４は、目標電圧ＶＲに基づき駆動信号ＰＷＣを生成してコンバータ８を駆動して昇温制御を実行する（ステップＳ４）。ステップＳ４の処理が終了すると、全体の処理はステップＳ５に進む。

以上のように、この実施の形態１においては、蓄電装置６と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間にコンバータ８が設けられる。そしてコンバータＥＣＵ２は、蓄電装置６に対して入力または出力される電力の目標値（要求電力量Ｐｒｑ）を設定して、その目標値と、電圧センサ１８からの検出電圧（電圧値Ｖｈ）とに基づいて、コンバータ８を制御する。好ましくは、コンバータＥＣＵ２は、要求電力量Ｐｒｑと電圧値Ｖｈとを用いて主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間の目標電圧ＶＲを算出して、電圧値Ｖｈが目標電圧ＶＲとなるようにコンバータ８を制御する。これにより実施の形態１によれば、電流センサを不要としながら、蓄電装置６に対して入力または出力される電力を間接的に制
御することが可能になる。

より好ましくは、電源装置１は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに接続され、充放電可能な蓄電部７をさらに備える。コンバータＥＣＵ２は、蓄電装置６および蓄電部７の少なくとも一方を昇温する昇温制御時に、要求電力量Ｐｒｑを設定する。さらに好ましくは、蓄電装置６は、二次電池を含み、蓄電部７は、キャパシタを含む。

これにより蓄電装置６あるいは蓄電部７の昇温に必要な電力を適切に設定することができるとともに、実際に蓄電装置６と蓄電部７との間で授受される電力を要求電力量Ｐｒｑと等しくなるよう制御することができる。よって、実施の形態１によれば、蓄電装置６あるいは蓄電部７の昇温速度を大きくすることが可能になる。

また、実施の形態１によれば、電源装置１が駆動力発生部３と電力の授受を開始する前に、蓄電装置６および蓄電部７を昇温することができる。その結果、低温下においても、車両１００の走行開始時から蓄電装置６および蓄電部７の充放電特性を十分に確保することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２による車両の全体構成は、図１に車両１００の全体構成と同様である。また、実施の形態２によるコンバータＥＣＵ２の全体構成は図３に示すコンバータＥＣＵ２の全体構成と同じである。

図７は、実施の形態２に係る電源装置の充電方法を説明するための図である。
図７を参照して、モータジェネレータ３４−１，３４−２にはＡＣ電源１５０が接続される。モータジェネレータ３４−１は、Ｕ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１、Ｗ相コイルＷ１からなる３相コイルをステータコイルとして含む。モータジェネレータ３４−２はＵ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２、Ｗ相コイルＷ２からなる３相コイルをステータコイルとして含む。

ＡＣ電源１５０は、モータジェネレータ３４−１の各相コイルの中性点Ｐｔ１およびモータジェネレータ３４−２の各相コイルの中性点Ｐｔ２に接続される。

ＡＣ電源１５０からの交流電力はモータジェネレータ３４−１，３４−２、およびインバータ３０−１，３０−２によりコンバータ８の入力電力（電力Ｐ１）に変換される。コンバータ８は電力Ｐ１を蓄電装置６の充電電力（電力Ｐ２）に変換する。蓄電部７は電力Ｐ１を受けて充電される。

コンバータＥＣＵ２は蓄電装置６を外部から充電する際に、蓄電装置６に流れる電流が一定となるようにコンバータ８を制御する。

図８は、図７に示す電力Ｐ１，Ｐ２の波形を示す図である。
図８および図７を参照して、電力Ｐ１は時間に対して変動する。よって、コンバータ８により電力Ｐ１の電圧の大きさだけを変換した場合には、蓄電装置６に流れる電流も電力Ｐ１と同様に時間に対して変動する。蓄電装置６に流れる電流の最大値が蓄電装置６の許容範囲の上限値を上回る場合には、蓄電装置６の特性の劣化をもたらす可能性がある。

実施の形態２では、図７に示すコンバータＥＣＵ２はコンバータ８を制御して電力Ｐ１を電力Ｐ２に変換する。いわばコンバータＥＣＵ２はコンバータ８を制御することにより電力Ｐ１を平滑化する。これにより蓄電装置６に流れる電流を一定にすることができるので、蓄電装置６の特性に大きな影響を与えずに蓄電装置６を充電することが可能になる。

なお、電力Ｐ１が図８に示すように変動する理由を概略的に説明する。
図９は、図７のインバータ３０−１，３０−２に関する部分を簡略化して示した図である。

図９では、図７のインバータ３０−１，３０−２にそれぞれ含まれるＵ相アーム２２，２３が代表として示される。

Ｕ相アーム２２は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１，Ｄ１２がそれぞれ接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２の接続点にはＵ相コイルＵ１の一方端が接続される。

Ｕ相アーム２３は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２１，Ｑ２２を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ２１，Ｑ２２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ２１，Ｄ２２がそれぞれ接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ２１，Ｑ２２の接続点にはＵ相コイルＵ２の一方端が接続される。

ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２はダイオードブリッジ回路を構成する。図７に示す蓄電装置６の充電時にはｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２がすべて非導通状態に設定される。この場合ダイオードブリッジ回路によりＡＣ電源１５０からの交流電力が全波整流される。よって図８に示すように電力Ｐ１は時間に対して変動する。

図１０は、実施の形態２における停車時制御部の詳細な機能ブロック図である。
図１０を参照して、停車時制御部４４Ａは、目標値設定部５０と、減算部５２，５３，５６と、ＰＩ制御部５４，５５と、変調部５８と、除算部７２と、乗算部７４と、ローパスフィルタ７７と、加算部７８とを含む。

目標値設定部５０は、要求電力量設定部５１Ａと、電圧設定部５１Ｂとを含む。要求電力量設定部５１Ａは蓄電装置６および蓄電部７の充電制御の実行時に、制御信号ＣＴＬを活性化する。要求電力量設定部５１Ａは、充電制御の実行時において、状態量ＳＯＣに基づいて蓄電装置６に入力される電力量の要求値（要求電力量Ｐｒｑ）を生成して、その生成した要求電力量Ｐｒｑを電圧設定部５１Ｂへ出力する。

電圧設定部５１Ｂは、要求電力量Ｐｒｑを受けるとともに、所定の間隔（たとえば５００μ秒）ごとに電圧値Ｖｈの値を取得する。電圧設定部５１Ｂは、要求電力量Ｐｒｑと電圧値Ｖｈとを上述した式（１）に代入してコンバータ８の目標電圧ＶＲを生成する。

除算部７２は式（１）に示されるサンプリング周期ΔＴ（たとえば５００μ秒）ごとに電圧値Ｖｈを取得して、平滑コンデンサＣの容量値と、サンプリング周期ΔＴとにより定まる値ΔＴ／Ｃを電圧値Ｖｈで除算する。乗算部７４は、要求電力量Ｐｒｑと除算部７２から出力される値（ΔＴ／（Ｃ×Ｖｈ））との積を算出して、算出結果（Ｐｒｑ×ΔＴ／（Ｃ×Ｖｈ））を出力する。

加算部７８は、電圧設定部５１Ｂからの目標電圧ＶＲと選択部７６からの出力とを加算して目標電圧Ｖｐｒｑを生成する。目標電圧Ｖｐｒｑは以下の式（２）に従って表わされる。

Ｖｐｒｑ＝ＶＲ＋（Ｐｒｑ×ΔＴ／（Ｃ×Ｖｈ）） …（２）
減算部５２は、目標電圧Ｖｐｒｑから電圧値Ｖｈを減算し、その演算結果をＰＩ制御部５４へ出力する。ＰＩ制御部５４は、目標電圧Ｖｐｒｑと電圧値Ｖｈとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部５６へ出力する。

ローパスフィルタ７７は電圧Ｖｈを受けて、電圧Ｖｈを平滑化する。ローパスフィルタ７７の時定数は電圧Ｖｈの変動の周期に対して十分長い時間となるように設定される。減算部５３は、電圧ＶＲからローパスフィルタ７７から出力される電圧Ｖｈ＿ｌｏｗを減算して、その演算結果をＰＩ制御部５４へ出力する。ＰＩ制御部５５は、電圧ＶＲと電圧Ｖｈ＿ｌｏｗとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部５６へ出力する。

減算部５６は、電圧値Ｖｂ／目標電圧ＶＲで示されるコンバータ８の理論昇圧比の逆数からＰＩ制御部５４の出力およびＰＩ制御部５５の出力を減算して、演算結果をデューティー指令Ｔｏｎとして変調部５８へ出力する。変調部５８は、上述の動作と同様の動作によりＰＷＭ信号を生成する。

ここで、式（２）に含まれるＰｒｑ×ΔＴ／（Ｃ×Ｖｈ）は要求電力量Ｐｒｑが平滑コンデンサＣに充電された場合における平滑コンデンサＣの両端の電圧を示す。Ｐｒｑ×ΔＴ／（Ｃ×Ｖｈ）はＡＣ電源部１５０から供給される交流電力に応じて変動する。

つまり、式（２）において目標電圧ＶＲは、目標電圧Ｖｐｒｑの直流成分を示し、Ｐｒｑ×ΔＴ／（Ｃ×Ｖｈ）は目標電圧Ｖｐｒｑの交流成分を示す。このように目標電圧Ｖｐｒｑを設定することにより、交流電源により蓄電装置６および蓄電部７の充電が行なわれたとしても、蓄電装置６の充電電力を一定とすることができる。

また、目標電圧Ｖｐｒｑは充電電力を考慮した電圧指令値である。真の電圧指令値は目標電圧ＶＲであるが、過渡時には電圧指令値をこの電圧値ＶＲに保つことは困難である。電圧Ｖｈの低周波成分である電圧Ｖｈ＿ｌｏｗ（すなわち電圧Ｖｈの変動の中心値）と目標電圧ＶＲとの偏差を比例積分演算した結果を減算部５６に入力することによりバッテリに蓄電装置６の充電電力を一定とすることができる。

また、実施の形態１と同様に、実施の形態２においても蓄電装置６に流れる電流を検出するための電流センサを不要とすることができる。

なお、目標電圧Ｖｐｒｑは目標電圧ＶＲを含むことが好ましい。これにより、Ｐｒｑ×ΔＴ／（Ｃ×Ｖｈ）により示される交流成分の中心が変動するのを防ぐことが可能になる。

図１１は、図１０に示した停車時制御部４４Ａによる充電制御のフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図１１および図１０を参照して、目標値設定部５０（要求電力量設定部５１Ａ）は、電源装置（図７に示すＡＣ電源１５０）が接続されているか否かを判定する（ステップＳ１１）。電源装置が接続されていない場合（ステップＳ１１においてＮＯ）、全体の処理は終了する。電源装置が接続されている場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、目標値設定部５０は、選択部７６の出力を設定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において目標値設定部５０は選択信号ＳＥＬを活性化する。これにより選択部７６は乗算部７４の
乗算結果を出力するよう設定される。

次に目標値設定部５０は、要求電力量Ｐｒｑを設定する（ステップＳ１３）。
続いて停車時制御部４４Ａは、目標電圧Ｖｐｒｑを設定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の処理をより詳細に説明すると、電圧設定部５１Ｂは、上述した式（１）に要求電力量Ｐｒｑと、電圧値Ｖｈと、平滑コンデンサＣの容量値と、電圧値Ｖｈのサンプリング周期ΔＴとを代入して目標電圧ＶＲを設定する。除算部７２は平滑コンデンサＣの容量値と、電圧値Ｖｈのサンプリング周期ΔＴとにより定まる値ΔＴ／Ｃを電圧値Ｖｈで除算する。乗算部７４は、要求電力量Ｐｒｑと除算部７２から出力される値（ΔＴ／（Ｃ×Ｖｈ））との積を算出する。選択部７６は乗算部の算出結果（Ｐｒｑ×ΔＴ／（Ｃ×Ｖｈ））を加算部７８に出力する。加算部７８は、電圧設定部５１Ｂからの目標電圧ＶＲと乗算部７４の乗算結果とを加算して式（２）に従う目標電圧Ｖｐｒｑを生成する。

停車時制御部４４Ａは、目標電圧Ｖｐｒｑに基づき駆動信号ＰＷＣを生成してコンバータ８を駆動する。これにより蓄電装置６の充電制御が実行される（ステップＳ１５）。蓄電装置６の充電制御が終了すると全体の処理が終了する。

以上のように、実施の形態２においては、コンバータＥＣＵ２は、外部電源であるＡＣ電源１５０による蓄電装置６の充電時において、蓄電装置６に充電される電力が一定となるように、要求電力量Ｐｒｑを設定する。これにより、蓄電装置６の特性の劣化を防ぎつつ蓄電装置６を充電することが可能になる。

＜変形例＞
図１２は、実施の形態２の電源装置の第１の変形例を示す図である。

図１２を参照して、電源装置１は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとに接続されたコネクタ２０を有する。充電装置１５１は、コネクタ２０を介して主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に接続される。充電装置１５１は、ＡＣ電源１５０からの交流電力を直流電力に変換する。直流電力は主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬを介して蓄電装置６および蓄電部７に供給される。

たとえば充電装置１５１が整流回路（全波整流回路あるいは半波整流回路）である場合には、充電装置１５１から出力される電力の波形は図８の電力Ｐ１の波形と同様になる。このような場合においても図１０に示す停車時制御部４４Ａが上述した制御処理を行なうことで、蓄電装置６に与えられる電力を一定とすることが可能になる。

図１３は、実施の形態２の電源装置の第２の変形例を示す図である。
図１３において、ＦＦ制御部８０Ａは図１０において破線の枠で示すＦＦ制御部８０の変形例である。ＦＦ制御部８０Ａの減算部５６には、Ｖｂ／ＶＲに代えてＶｂ／Ｖｐｒｑが入力される。この点でＦＦ制御部８０ＡはＦＦ制御部８０と異なる。なお図示しないが第２の変形例の停車時制御部においてＦＦ制御部８０Ａを除く部分の構成は図１０に示す停車時制御部４４Ａの構成と同様である。減算部５６にＶｂ／Ｖｐｒｑが入力されることで図１０に示す構成と比較して、電圧値Ｖｈを目標電圧Ｖｐｒｑにより近づけることが可能になる。なお、図１０に示すように、減算部５６にＶｂ／ＶＲが入力される場合には、目標電圧Ｖｐｒｑを安定させることが可能になる。

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。

本発明の実施の形態１による車両の全体ブロック図である。 図２は、図１に示したコンバータ８の概略構成図である。 図１に示したコンバータＥＣＵ２の機能ブロック図である。 図３に示した停車時制御部４４の詳細な機能ブロック図である。 図４に示す停車時制御部４４の比較例の機能ブロック図である。 図４に示した停車時制御部４４による昇温制御のフローチャートである。 実施の形態２に係る電源装置の充電方法を説明するための図である。 図７に示す電力Ｐ１，Ｐ２の波形を示す図である。 図７のインバータ３０−１，３０−２に関する部分を簡略化して示した図である。 実施の形態２における停車時制御部の詳細な機能ブロック図である。 図１０に示した停車時制御部４４Ａによる充電制御のフローチャートである。 実施の形態２の電源装置の第１の変形例を示す図である。 実施の形態２の電源装置の第２の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 電源装置、２ コンバータＥＣＵ、３ 駆動力発生部、４ 電池ＥＣＵ、６ 蓄電装置、７ 蓄電部、８ コンバータ、１２，１８ 電圧センサ、１４−１，１４−２ 温度センサ、２０ コネクタ、２２，２３ Ｕ相アーム、３０−１，３０−２ インバータ、３２ 駆動ＥＣＵ、３４−１，３４−２ モータジェネレータ、３６ 動力伝達機構、３８ 駆動軸、４０ チョッパ回路、４２ 走行時制御部、４４，４４Ａ，１４４ 停車時制御部、５０，５０Ａ 目標値設定部、５１Ａ 要求電力量設定部、５１Ｂ 電圧設定部、５２，５６，６０，６４ 減算部、５４，６２ ＰＩ制御部、５８ 変調部、７２ 除算部、７４ 乗算部、７６ 選択部、７８ 加算部、８０，８０Ａ ＦＦ制御部、１００ 車両、１５０ ＡＣ電源、１５１ 充電装置、Ｃ，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２，ＤＡ，ＤＢ ダイオード、Ｌ インダクタ、ＬＮＡ 正母線、ＬＮＢ 配線、ＬＮＣ 負母線、ＭＮＬ 主負母線、ＭＰＬ 主正母線、ＮＬ 負極線、ＰＬ 正極線、Ｐｔ１，Ｐｔ２ 中性点、Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２ ｎｐｎ型トランジスタ、ＱＡ，ＱＢ トランジスタ、Ｕ１，Ｕ２ Ｕ相コイル、Ｖ１，Ｖ２ Ｖ相コイル、Ｗ１，Ｗ２ Ｗ相コイル。

Claims (8)

1. 負荷装置へ電力を供給可能な電源装置であって、
   充放電可能な蓄電装置と、
   前記電源装置と前記負荷装置との間で電力を授受可能なように構成された電力線と、
   前記蓄電装置と前記電力線との間に設けられ、前記蓄電装置と前記電力線との間で電圧変換を行なうコンバータと、
   前記電力線の電圧を検出する電圧センサと、
   前記コンバータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記蓄電装置に対して入力または出力される電力の目標値を設定して、前記目標値と、前記電圧センサからの検出電圧とに基づいて、前記コンバータを制御する、電源装置。
2. 前記制御装置は、前記目標値と前記検出電圧とを用いて前記電力線の目標電圧を算出して、前記検出電圧が前記目標電圧となるように前記コンバータを制御する、請求項１に記載の電源装置。
3. 前記電源装置は、
   前記電力線に接続され、充放電可能な蓄電部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記蓄電装置および前記蓄電部の少なくとも一方を昇温する昇温制御時に、前記目標値を設定する、請求項２に記載の電源装置。
4. 前記蓄電装置は、二次電池を含み、
   前記蓄電部は、キャパシタを含む、請求項３に記載の電源装置。
5. 前記制御装置は、外部電源による前記蓄電装置の充電時において、前記蓄電装置に充電される電力が一定となるように、前記目標値を設定する、請求項２に記載の電源装置。
6. 前記外部電源は、交流電力を出力する交流電源であり、
   前記交流電力は、整流回路により整流され、
   前記電力線には、前記整流回路からの電力が入力される、請求項５に記載の電源装置。
7. 前記制御装置は、さらに、前記検出電圧を平滑化した結果と前記目標電圧との差に基づいて、前記コンバータを制御する、請求項５に記載の電源装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電源装置を備える、車両。

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