JP2009166513A - 電源装置およびその放電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源の過放電を確実に抑制することが可能な電源装置および放電制御方法を提供する。
【解決手段】ＨＶ制御部１５０は、各種センサ出力１７に基づく要求駆動力に応じてＨＶ走行モードとＥＶ走行モードとを切り換える。ＥＶ走行モードの実行中にＨＶ走行モードへの切換え要求を受けると、ＨＶ制御部１５０は、バッテリからの電力を受けてモータジェネレータを駆動してエンジンをクランキングして始動する。放電許容電力演算部１５４は、バッテリの直流電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを下回らないように放電許容電力Ｗｏｕｔを導出する。ＨＶ制御部１５０は、モータ消費パワーが放電許容電力Ｗｏｕｔを超えないようにトルク指令値Ｔｒｅｆを調整する。電池下限電圧設定部１５２は、ＨＶ走行モードへの切換え要求後の所定時間内に、アクセル開度が所定の基準値に達した場合には、下限電圧ＶＢ＿ｌｉｍを一時的に嵩上げする。
【選択図】図３

Description

この発明は、電源装置に関し、特に、内燃機関および電動機を駆動力源とするハイブリッド車両に搭載される電源装置およびその電源装置に対する放電制御方法に関する。

最近、環境に配慮した自動車として、電動機（モータ）を駆動装置に組み込んだハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）が大きな注目を集めており、一部実用化されている。このハイブリッド自動車には、駆動減であるモータに電力を供給したり、回生制動時に運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電するために、二次電池や電気二重層キャパシタなどからなる電源が搭載されている。電源からの放電または電源への充電は、たとえば電源の残存容量（ＳＯＣ：State of Charge1）を考慮して行なわれる。ＳＯＣを適正な範囲に維持することで、電源の過充電や過放電などを抑制することができる。

このようなモータを駆動力源とする車両において、加速性能や走行持続距離などの走行性能を高めるために、電源の充放電能力を十分に活用することが望ましい。たとえば特開２００３−１５３４０２号公報（特許文献１）には、二次電池の電圧モデルを用いて現在の状態量（ＳＯＣや温度等）に基づき、ある電力における二次電池の入出力可能な継続時間を演算する演算手段を有する二次電池制御装置が開示される。

これによれば、二次電池を搭載した車両において、二次電池の状態に応じてモータ駆動からエンジン駆動に切り替える場合、二次電池がエンジンのクランキングに必要な電力および継続時間を満たすか否かを判定することにより、二次電池の出力が低下して限界状態となった時点でエンジンを始動することができる。そのため、二次電池を限界まで使用することが可能となる。
特開２００３−１５３４０２号公報 特開２００７−７４７６５号公報

しかしながら、特開２００３−１５３４０２号公報に開示される二次電池制御装置においては、二次電池を限界まで使用することで二次電池の使用効率を高めることができる一方で、二次電池が低ＳＯＣ状態に晒されることとなるとため、過放電が発生して電池性能が劣化するという問題があった。

さらに、エンジンを始動させた直後に運転者がアクセルを全開するなどによって高負荷走行が求められた場合には、さらに二次電池からの電力を継続的にモータに供給してトルクアシストを行なう必要が生じるが、二次電池のＳＯＣが既に低下しているため、過放電が発生する可能性がより一層高くなるものと判断される。

電源の充放電能力を十分に発揮させるためには、電源に対して過放電および過充電を伴なう使用を回避する必要がある。しかしながら、上述した特開２００３−１５３４０２号公報は、このような課題に対する解決手段を開示していない。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電源の過放電を確実に抑制することが可能な電源装置およびその放電制御方法を提供することである。

この発明のある局面に従う電源装置は、エンジンおよび車両駆動用のモータを動力源とした第１の走行モードと、エンジンを停止状態とし、モータのみを動力源とした第２の走行モードとを有する車両に搭載される。電源装置は、電源と、電源から電力の供給を受けて、駆動力指令値に従ってモータを駆動制御する電力に変換するモータ駆動制御部と、駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるように、駆動力指令値を生成する制御装置とを備える。制御装置は、要求駆動力に応じて第１走行モードと第２走行モードとを切り換える走行モード設定部と、第２の走行モードの実行中に第１の走行モードへの切換え要求を受けると、電源から電力の供給を受けて、エンジンを始動する始動制御部と、電源に許容される下限電圧として第１の電圧を設定し、電源の電圧が第１の電圧を下回らないように電源の放電許容電力を導出する放電許容電力演算部と、駆動力指令値に対応するモータの消費電力が、放電許容電力を超えないように、駆動力指令値を調整する駆動制御部とを含む。放電許容電力演算部は、第１の走行モードへの切換え要求が与えられた後の所定時間内に、要求駆動力が所定の基準値に達した場合には、下限電圧として第１の電圧よりも高い第２の電圧を設定する。

好ましくは、走行モード設定部は、アクセル開度に応じて第１の走行モードと第２の走行モードとを切り換え、放電許容電力演算部は、第１の走行モードへの切換え要求が与えられた後の所定時間内に、アクセル開度が所定の基準開度に達した場合には、下限電圧として第２の電圧を設定する。

好ましくは、放電許容電力演算部は、所定の基準開度を、アクセル開度の全開状態を含むように設定する。

好ましくは、放電許容電力演算部は、所定期間を、エンジンのクランキング時間よりも短い時間に設定する。

この発明の別の局面に従う放電制御方法は、エンジンおよび車両駆動用のモータを動力源とした第１の走行モードと、エンジンを停止状態とし、モータのみを動力源とした第２の走行モードとを有する車両に搭載される電源装置の放電制御方法である。電源装置は、電源と、電源から電力の供給を受けて、駆動力指令値に従ってモータを駆動制御する電力に変換するモータ駆動制御部とを備える。放電制御方法は、駆動軸に要求される要求駆動力に応じて第１走行モードと第２走行モードとを切り換えるステップと、第２の走行モードの実行中に第１の走行モードへの切換え要求を受けると、電源から電力の供給を受けて、エンジンを始動するステップと、要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるように、駆動力指令値を生成するステップと、電源に許容される下限電圧として第１の電圧を設定し、電源の電圧が第１の電圧を下回らないように電源の放電許容電力を導出するステップと、駆動力指令値に対応するモータの消費電力が、放電許容電力を超えないように、駆動力指令値を調整するステップとを備える。放電許容電力を導出するステップは、第１の走行モードへの切換え要求が与えられた後の所定時間内に、要求駆動力が所定の基準値に達した場合には、下限電圧として第１の電圧よりも高い第２の電圧を設定する。

この発明によれば、ハイブリッド車両において、電源を過放電から確実に保護することができる。その結果、電源の充放電能力を十分に発揮させて、車両の走行性能および燃費性能を向上させることが可能となる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態に従う電源装置が搭載された車両の構成を説明するブロック図である。

図１を参照して、本発明によるハイブリッド車両１００は、バッテリ１０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１５と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、動力出力装置３０と、ディファレンシャルギヤ（Differential Gear）４０と、前輪５０Ｌ，５０Ｒと、後輪６０Ｌ，６０Ｒと、フロントシート７０Ｌ，７０Ｒと、リアシート８０とを備える。

バッテリ１０は、たとえばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池からなり、直流電圧をＰＣＵ２０へ供給するとともに、ＰＣＵ２０からの直流電圧によって充電される。バッテリ１０は、たとえばリアシート８０の後方部に配置されて、ＰＣＵ２０と電気的に接続される。ＰＣＵ２０は、ハイブリッド車両１００内で必要となる電力変換器を統括的に示すものである。

ＥＣＵ１５へは、運転状況・車両状況を示す各種センサからの各種センサ出力１７が入力される。各種センサ出力１７には、アクセルペダル３５に配置された位置センサによって検出されるアクセル踏込み量に応じたアクセル開度や車輪速度センサ出力等が含まれる。ＥＣＵ１５は、入力されたこれらのセンサ出力に基づき、ハイブリッド車両１００に関する種々の制御を統括的に行なう。

動力出力装置３０は、車輪駆動力源として設けられ、エンジンおよび／またはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を含む。これらは動力分割機構（図示せず）を介して機械的に連結される。そして、ハイブリッド車両１００の走行状況に応じて、動力分割機構を介して上記３者の間で駆動力の配分および結合が行なわれ、その結果として前輪５０Ｌ，５０Ｒが駆動される。ＤＧ４０は、動力出力装置３０からの動力を前輪５０Ｌ，５０Ｒに伝達するとともに、前輪５０Ｌ，５０Ｒの回転力を動力出力装置３０に伝達する。

これにより、動力出力装置３０は、エンジンおよび／またはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による動力を、ＤＧ４０を介して前輪５０Ｌ，５０Ｒに伝達して前輪５０Ｌ，５０Ｒを駆動する。また、動力出力装置３０は、前輪５０Ｌ，５０ＲによるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転力によって発電し、その発電した電力をＰＣＵ２０へ供給する。

なお、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータＭＧ１が、主として発電機として動作し、モータジェネレータＭＧ２が、主として電動機として動作する。

詳細には、モータジェネレータＭＧ１は、加速時において、エンジンを始動する始動気として用いられる。このとき、モータジェネレータＭＧ１は、バッテリ１０からの電力の供給を受けて電動機として駆動し、エンジンをクランキングして始動する。

さらに、エンジンの始動後において、モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構を介して伝達されたエンジンの駆動力によって回転されて発電する。

モータジェネレータＭＧ２は、バッテリ１０に蓄えられた電力およびモータジェネレータＭＧ１の発電した電力の少なくともいずれか一方によって駆動される。モータジェネレータＭＧ２の駆動力は、ＤＧ４０を介して前輪５０Ｌ，５０Ｒの駆動軸に伝達される。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、エンジンをアシストして車両を走行させたり、自己の駆動力のみによって車両を走行させたりする。

また、車両の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、前輪５０Ｌ，５０Ｒにより駆動されて発電機として動作する。このとき、モータジェネレータＭＧ２により発電された回生電力は、ＰＣＵ２０を介してバッテリ１０に充電される。

ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の力行動作時には、ＥＣＵ１５からの制御指示に従って、バッテリ１０からの直流電圧を昇圧するとともに、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して、動力出力装置３０に含まれるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する。

また、ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回生制動時には、ＥＣＵ１５からの制御指示に従って、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１０を充電する。

このように、ハイブリッド車両１００では、バッテリ１０と、ＰＣＵ２０と、ＥＣＵ１５のうちのＰＣＵ２０を制御する部分とによって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する「電源装置」が構成される。

次に、この発明による電源装置の構成について説明する。
図２は、この発明による電源装置の構成を示すブロック図である。

図２を参照して、この発明による電源装置は、「電源」に相当するバッテリ１０と、バッテリ１０からの直流電圧Ｖｂを検出する電圧センサ１２と、ＰＣＵ２０のうちのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御に関する部分（以下、当該部分についても単に「ＰＣＵ２０」と称する）と、ＥＣＵ１５のうちのＰＣＵ２０を制御する部分（以下、「制御装置１５」と称する）とを備える。

ＰＣＵ２０は、コンバータ１１０と、平滑コンデンサ１２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応するモータ駆動制御器１３１，１３２と、コンバータ／インバータ制御部１４０とを含む。この実施の形態では、交流モータであるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が駆動制御されるので、モータ駆動制御器１３１，１３２はインバータで構成される。以下では、モータ駆動制御器１３１，１３２をインバータ１３１，１３２と称する。

制御装置１５は、各種センサ出力１７に基づき、エンジンＥＮＧとの出力配分等を考慮したモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２への要求トルクＴｒｑを決定する。さらに、制御装置１５は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態に応じて、最適なモータ動作電圧Ｖｍ＃を算出する。

制御装置１５は、さらに、要求トルクＴｒｑおよび最適モータ動作電圧Ｖｍ＃と、電圧センサ１２からの直流電圧Ｖｂとに基づいて、後述する方法によって、モータ動作電圧Ｖｍの電圧指令値ＶｍｒおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２でのトルク指令値Ｔｒｅｆを生成する。電圧指令値Ｖｍｒおよびトルク指令値Ｔｒｅｆは、コンバータ／インバータ制御部１４０へ与えられる。

コンバータ／インバータ制御部１４０は、制御装置１５からの電圧指令値Ｖｍｒに従って、コンバータ１１０の動作を制御するコンバータ制御信号Ｓｃｎｖを生成する。また、コンバータ／インバータ制御部１４０は、制御装置１５からのトルク指令値Ｔｒｅｆに従って、インバータ１３１，１３２の動作をそれぞれ制御するインバータ制御信号Ｓｐｗｍ１，Ｓｐｗｍ２を生成する。

次に、図３を参照して、この発明による制御装置１５の制御構造を説明する。
図３は、この発明の実施の形態に従う制御装置１５における制御構造を示すブロック図である。図３に示す制御ブロックは、代表的に制御装置１５が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その構成の一部または全部を専用のハードウェアとして実現してもよい。

図３を参照して、制御装置１５は、ＨＶ制御部１５０と、電池下限電圧設定部１５２と、放電許容電力演算部１５４とを含む。

ＨＶ制御部１５０は、ハイブリッド車両１００の走行モードＤＭを設定し、その設定した走行モードＤＭを電池下限電圧設定部１５２へ出力する。

具体的には、ＨＶ制御部１５０は、各種センサ出力１７に含まれるアクセル開度や車輪速度に応じて、モータジェネレータＭＧ２のみの出力により走行するモード（以下、「ＥＶ走行モード」とも称する）およびエンジンＥＮＧおよびモータジェネレータＭＧ２の出力により走行するモード（以下、「ＨＶ走行モード」とも称する）とを切り換える。

たとえば、発進時および低速走行時、あるいは緩やかな坂を下るとき等の軽負荷時には、エンジン効率の低い領域を避けるために、エンジンＥＮＧの出力を用いることなく、モータジェネレータＭＧ２のみによる出力で走行するＥＶ走行モードに設定される。すなわち、アクセル開度の小さい領域では、ハイブリッド車両１００は、モータジェネレータＭＧ２のみの出力により走行する。この場合には、後述するエンジン始動要求条件が成立した場合を除いてエンジンＥＮＧの運転が停止される。

なお、運転者によるＥＶ走行選択スイッチ（図示せず）の操作に応じて、ＥＶ走行モードに設定するようにしてもよい。

一方、アクセル開度が所定値α％より大きい通常走行時には、エンジンＥＮＧが始動され、ＨＶ走行モードに設定される。これにより、エンジンＥＮＧからの出力は動力分割機構によって前輪５０Ｌ，５０Ｒの駆動力と、モータジェネレータＭＧ１での発電用駆動力とに分割される。モータジェネレータＭＧ２による発電電力は、モータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられる。したがって、通常走行時には、エンジンＥＮＧによる出力をモータジェネレータＭＧ２からの出力でアシストして、前輪５０Ｌ，５０Ｒが駆動される。このとき制御装置１５は、動力分割機構による動力分割比率を、全体の効率が最大となるように制御する。

さらに、高加速時には、バッテリ１０から供給される電力がモータジェネレータＭＧ２の駆動にさらに用いられて、前輪５０Ｌ，５０Ｒの駆動力がさらに増加する。

回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、前輪５０Ｌ，５０Ｒによって回転駆動されて発電する。モータジェネレータＭＧ２の回生発電によって回収された電力は、ＰＣＵ２０によって直流電圧に変換されてバッテリ１０の充電に用いられる。さらに、車両停止時には、エンジンＥＮＧは自動的に停止される。

このように、ハイブリッド車両１００では、エンジンＥＮＧからの出力と電気エネルギーを源としたモータジェネレータＭＧ２からの出力との組合せによって、すなわち車両状況に応じてエンジンＥＮＧおよびモータジェネレータＭＧ２の運転を制御することにより燃費を向上させた車両運転を行なう。

このとき、アクセル開度の小さい領域では、エンジンＥＮＧの始動が必要とされるエンジン始動要求条件が成立したときに、エンジンＥＮＧの始動制御が行なわれる。エンジン始動要求条件には、運転者から高加速などの駆動力要求が与えられた場合が含まれる。その一例として、アクセル開度が所定値α％を超えたことが含まれる。さらに、バッテリ１０の充電が必要なバッテリ出力低下時、あるいはエンジンＥＮＧの暖機運転時などの駆動力要求とは無関係な要求が与えられた場合を含むようにしてもよい。

ＨＶ制御部１５０は、エンジン始動要求条件の成立時には、エンジン始動制御として、モータジェネレータＭＧ１を、バッテリ１０からの電力の供給を受けて電動機として駆動することにより、エンジンＥＮＧをクランキングして始動する。さらに、ＨＶ制御部１５０は、Ｈ（論理ハイ）レベルのエンジン始動要求信号を生成して電池下限電圧設定部１５２へ出力する。

電池下限電圧設定部１５２は、ＨＶ制御部１５０からの走行モードＤＭおよびエンジン始動要求信号と各種センサ出力１７とを受けると、これらの入力信号に応じてバッテリ１０に許容される最低許容電圧（下限電圧）Ｖｂ＿ｌｉｍを可変に設定する。

具体的には、電池下限電圧設定部１５２は、通常、下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを所定の電圧Ｖ１に設定する。この所定の電圧Ｖ１は、バッテリ１０のＳＯＣが適正な範囲から外れて過放電となるおそれがないように、バッテリ１０の充放電特性などに基づいて予め設定されたものである。

その一方で、バッテリ１０から過大な電力が持ち出されることが予想される所定の走行条件が成立した場合には、電池下限電圧設定部１５２は、下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを、電圧Ｖ１よりも高い電圧Ｖ２（＞Ｖ１）に設定する。

具体的には、所定の走行条件としては、ＥＶ走行モードでの走行中において、上述したエンジン始動要求条件が成立したことによりエンジン始動制御が開始されたこと、および、該エンジン始動制御を開始した時点から所定期間Δｔ１内に運転者による急加速操作が行なわれたことが設定される。なお、急加速操作には、アクセルペダル３５におけるアクセル踏込み量に応じたアクセル開度が所定の基準開度Ｘ％に達したことが含まれる。あるいは、各種センサ出力１７に基づいて算出した要求駆動力が所定の基準値に達した場合を含むようにしてもよい。

この所定の基準開度値Ｘ％は、たとえばアクセル開度の全開点（１００％）に設定される。なお、所定の基準開度Ｘ％は、アクセル開度が大きい領域にあればよく、必ずしも全開点に限定されるものではない。

また、上記走行条件において、所定期間Δｔ１は、エンジンＥＮＧのクランキングを行なうモータジェネレータＭＧ１の駆動時間（クランキング時間）よりも短い時間に設定される。

このように所定の走行条件を、ＥＶ走行モードでの走行中に、エンジン始動制御と急加速操作とが連続的に行なわれたこととしたのは、ＥＶ走行時、エンジン始動制御時および急加速時は、いずれも、バッテリ１０からモータジェネレータＭＧ１またはモータジェネレータＭＧ２に対して電力が出力されるため、これら３つが短期間内に連続して行なわれた場合にはバッテリ１０から過大な電力が持ち出されることが予想されるためである。その結果、バッテリ１０に過放電が発生して、電池性能が劣化する可能性が生じる。

したがって、本実施の形態では、このような所定の走行条件が成立した場合には、電池下限電圧設定部１５２は、バッテリ１０の下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを、通常時の電圧Ｖ１よりも高い電圧Ｖ２に予め嵩上げする構成とする。これにより、以下に述べるように、バッテリ１０から出力される電力に対する制限が強化されるため、バッテリ１０が過放電となるのを抑制することができる。

具体的には、放電許容電力演算部１５４は、電池下限電圧設定部１５２から下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを受け、電圧センサ１２から直流電圧Ｖｂを受けると、直流電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを下回らないように放電許容電力Ｗｏｕｔを導出する。なお、放電許容電力Ｗｏｕｔは、その化学反応的な限界で規定される、各時点における放電電力の制限値である。

具体的には、放電許容電力演算部１５４は、電圧センサ１２からの直流電圧Ｖｂと下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍとの大小関係を比較し、直流電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍよりも高い場合には、直流電圧Ｖｂに基づいて放電許容電力Ｗｏｕｔを導出する。このとき、放電許容電力演算部１５４は、直流電圧Ｖｂから周知の技術を用いて算出されたＳＯＣに基づいて放電許容電力Ｗｏｕｔを導出する。

一方、直流電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍ以下となった場合には、放電許容電力演算部１５４は、放電許容電力Ｗｏｕｔを予め設定された所定の最低許容電力（下限電力）に固定する。このようにして、直流電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを下回らないようにバッテリ１０の電力制限が行なわれる。

そして、このようなバッテリ１０の電力制限において、上記所定の走行条件が成立した場合には、下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍが通常時よりも嵩上げされるため、バッテリ１０から持ち出される電力がより厳しく制限されることとなる。その結果、バッテリ１０に過放電が発生するのが抑制される。

なお、バッテリ１０の電力制限を強化することによって、バッテリ１０からＰＣＵ２０に供給される電力は、モータジェネレータＭＧ２の要求出力を常に満たすことが困難となるが、走行状況がエンジンＥＮＧからの出力をメインとした高負荷走行に移行しているため、車両の走行特性（あるいは運転者の運転フィーリング）を損なうことがないと判断される。

放電許容電力演算部１５４は、実際には、予め直流電圧Ｖｂをパラメータとして規定された放電許容電力マップを格納しておき、直流電圧Ｖｂに基づいて各時点の放電許容電力Ｗｏｕｔを導出する。なお、この放電許容電力マップには、通常時（すなわち、所定の走行条件非成立時）に用いられるマップと、所定の走行条件成立時に用いられるマップとの２種類が含まれている。そして、放電許容電力演算部１５４は、導出した放電許容電力ＷｏｕｔをＨＶ制御部１５０へ出力する。

ＨＶ制御部１５０は、上述したように、各種センサ出力１７に応じたハイブリッド車両１００の走行モードＤＭを設定するとともに、各種センサ出力１７に基づき、エンジンとの出力配分等を考慮したモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の要求トルクＴｒｑを決定する。さらに、ＨＶ制御部１５０は、決定された要求トルクＴｒｑとモータ回転数とに応じて、最適なモータ動作電圧Ｖｍ＃を算出する。

そして、ＨＶ制御部１５０は、要求トルクＴｒｑおよび最適モータ動作電圧Ｖｍ＃と、放電許容電力Ｗｏｕｔとに基づいて、モータ動作電圧Ｖｍの電圧指令値ＶｍｒおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２でのトルク指令値Ｔｒｅｆを生成する。

具体的には、ＨＶ制御部１５０は、要求トルクＴｒｑに相当するモータ消費パワーを算出し、その算出したモータ消費パワーが放電許容電力Ｗｏｕｔを超えるか否かを判定する。このとき、モータ消費パワーが放電許容電力Ｗｏｕｔ以下である場合には、要求トルクＴｒｑどおりにモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で電力を消費しても、放電許容電力Ｗｏｕｔを超えることがないので、ＨＶ制御部１５０は、トルク指令値Ｔｒｅｆを要求トルクＴｒｑと同等に設定する。また、ＨＶ制御部１５０は、電圧指令値Ｖｍｒを最適モータ動作電圧Ｖｍ＃と同等に設定する。

これに対して、モータ消費パワーが放電許容電力Ｗｏｕｔを超える場合には、要求トルクＴｒｑどおりにモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で電力を消費すると、モータ消費パワーが放電許容電力Ｗｏｕｔを超えてしまう。したがって、この場合には、放電許容電力Ｗｏｕｔを超えないように、モータ消費パワーが制限される。

具体的には、モータ消費パワー＝放電許容電力Ｗｏｕｔが成立する限界のモータ消費パワーを算出し、その算出したモータ消費パワーに対応させて、トルク指令値Ｔｒｅｆが算出される。すなわち、トルク指令値Ｔｒｅｆは、当初の要求トルクＴｒｑよりも小さくなるように制限される。同様に、電圧指令値Ｖｍｒは、この制限された要求トルクＴｒｑに応じて、当初の最適モータ動作電圧Ｖｍ＃よりも小さくなるように制限される。

このようにして生成されたトルク指令値Ｔｒｅｆおよび電圧指令値Ｖｍｒは、コンバータ／インバータ制御部１４０へ与えられる。コンバータ／インバータ制御部１４０は、電圧指令値Ｖｍｒに基づいてコンバータ１１０（図２）での昇圧比を決定し、この昇圧比が実現されるように、コンバータ制御信号Ｓｃｎｖを発生する。

さらに、コンバータ／インバータ制御部１４０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に、トルク指令値Ｔｒｅｆに従ったトルクを生じさせるモータ電流が各相に流れるように、各種センサからの出力値に応じてインバータ制御信号Ｓｐｗｍ１，Ｓｐｗｍ２を生成する。たとえば、インバータ制御信号Ｓｐｗｍ１，Ｓｐｗｍ２は、一般的な制御方式に従って生成されたＰＷＭ信号波である。また、各種センサからの出力値には、たとえば、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の位置センサ・速度センサからの出力値、各相電流を検出する電流センサからの出力値およびモータ動作電圧Ｖｍを検出する電圧センサからの出力値が含まれる。

図４は、バッテリ１０の直流電圧Ｖｂの時間的変化を示す図である。
図４を参照して、時刻ｔ０においてハイブリッド車両１００の走行が開始されたとする。この時刻ｔ０においては、各種センサ出力１７に含まれるアクセル開度が所定値α％よりも小さくなっている。そのため、ハイブリッド車両１００は、ＥＶ走行モードで走行を開始する。

このＥＶ走行モードでの走行時において、アクセル開度が所定値α％を超えると（時刻ｔ＝ｔ１）、エンジン始動要求条件が成立したと判断されてエンジン始動制御が行なわれる。すなわち、時刻ｔ１以降において、モータジェネレータＭＧ１が、バッテリ１０からの電力の供給を受けて電動機として駆動することにより、エンジンＥＮＧをクランキングして始動する。すると、モータジェネレータＭＧ１が出力するトルク（ＭＧ１トルク）は、時刻ｔ１以降において増加する。そして、これに追従するようにエンジン回転数が上昇する。なお、エンジン回転数が所定回転数に達すると、エンジン始動制御が終了されるため、ＭＧ１トルクは減少に転じる。

そして、エンジン始動制御を開始された後に運転者による急加速操作が行なわれ、時刻ｔ１から時間Δｔ（≦Δｔ１）だけ経過した時刻ｔ２においてアクセル開度が所定の基準開度Ｘ％に到達すると、バッテリ１０から供給される電力がモータジェネレータＭＧ２の駆動にさらに用いられる。これにより、モータジェネレータＭＧ２が出力するトルク（ＭＧ２トルク）が増加する。そして、エンジン回転数がさらに上昇する。

これらの一連の動作において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動には、バッテリ１０に蓄えられた電力が用いられる。したがって、バッテリ１０では、直流電圧Ｖｂが、図中のラインＬＮ１またはＬＮ２で示されるように、時刻ｔ１以降において急激に低下する。そのため、バッテリ１０では、直流電圧Ｖｂに応じて出力制限が行なわれる。

このバッテリ１０の出力制限において、下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを電圧Ｖ１に固定した場合には、図中のラインＬＮ３で示されるように、直流電圧Ｖｂが電圧Ｖ１を下回ったことに応じて放電許容電力Ｗｏｕｔが制限される。その結果、直流電圧Ｖｂは、図中のラインＬＮ１で示されるように、略電圧Ｖ１に維持される。このとき、バッテリ１０は、低ＳＯＣ状態に晒されるため、過放電が発生し、電池性能が劣化するおそれが生じる。

これに対して、本実施の形態では、エンジン始動制御が開始された時刻ｔ１から所定期間Δｔ１内の時刻ｔ２においてアクセル開度が所定の基準開度Ｘ％に達したことにより、下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを電圧Ｖ１よりも高い電圧Ｖ２に嵩上げする。これにより、時刻ｔ２以降においては、図中のラインＬＮ４で示されるように、直流電圧Ｖｂが電圧Ｖ２を下回ったことに応じて放電許容電力Ｗｏｕｔが制限される。その結果、直流電圧Ｖｂは、図中のラインＬＮ２で示されるように、略電圧Ｖ２に維持されるため、バッテリ１０が過放電となるのが抑制される。

なお、このような下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍの嵩上げは、バッテリ１０から持ち出される電力が低下したことに応じて解除される。たとえば、図４に示すように、アクセル開度が所定の基準値を下回ったとき（時刻ｔ＝ｔ３）には、下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍは、電圧Ｖ１に戻される。

図５は、制御装置１５によるモータジェネレータの駆動制御を説明するフローチャートである。なお、図５に示す各ステップの処理が、制御装置１５（図２）が図３に示す各制御ブロックとして機能することで実現される。

図５を参照して、電池下限電圧設定部１５２は、ＨＶ制御部１５０から与えられる走行モードＤＭに基づいて、ハイブリッド車両１００がＥＶ走行中であるか否かを判断する（ステップＳ０１）。この判断は、ＥＶ走行モードが予め設定された一定期間を超えて継続しているか否かに応じて行なわれる。すなわち、ＥＶ走行モードが当該一定時間を超えて継続している場合には、電池下限電圧設定部１５２は、ハイブリッド車両１００がＥＶ走行中であると判断する。

ハイブリッド車両１００がＥＶ走行中である場合（ステップＳ０１においてＹＥＳの場合）には、電池下限電圧設定部１５２は、さらに、エンジン始動要求が発生しているか否かを判断する（ステップＳ０２）。具体的には、電池下限電圧設定部１５２は、ＨＶ制御部１５０からのエンジン始動要求信号がＨレベルであるか否かを判断する。

エンジン始動要求信号がＨレベルの場合、すなわち、エンジン始動要求が発生している場合（ステップＳ０２においてＹＥＳの場合）には、電池下限電圧設定部１５２は、続いて、エンジン始動要求の発生後の所定期間Δｔ１内にアクセル開度が所定の基準開度Ｘ％に到達したか否かを判断する（ステップＳ０３）。

そして、当該所定期間Δｔ１内にアクセル開度が所定の基準開度Ｘ％に到達した場合（ステップＳ０３においてＹＥＳの場合）には、電池下限電圧設定部１５２は、バッテリ１０の下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを電圧Ｖ２（＞Ｖ１）に設定する（ステップＳ０４）。

これに対して、ハイブリッド車両１００がＥＶ走行中でない場合（ステップＳ０１においてＮＯの場合）、エンジン始動要求が発生していない場合（ステップＳ０２においてＮＯの場合）およびエンジン始動要求発生後の所定期間Δｔ１内にアクセル開度が所定の基準開度Ｘ％に到達していない場合（ステップＳ０３においてＮＯの場合）のいずれかにおいては、電池下限電圧設定部１５２は、下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを電圧Ｖ１に設定する（ステップＳ０５）。ステップＳ０４またはＳ０５において設定された下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍは、放電許容電力演算部１５４へ出力される。

放電許容電力演算部１５４は、電池下限電圧設定部１５２から下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを受け、電圧センサ１２（図２）から直流電圧Ｖｂを受けると、直流電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを下回るか否かを判断する（ステップＳ０６）。

直流電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍ以上である場合（ステップＳ０６においてＮＯの場合）には、放電許容電力演算部１５４は、放電許容電力マップを参照して、直流電圧Ｖｂに応じた放電許容電力Ｗｏｕｔを算出する。

これに対して、直流電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｂ＿ｌｉｍを下回る場合（ステップＳ０６においてＹＥＳの場合）には、放電許容電力演算部１５４は、放電許容電力Ｗｏｕｔを予め設定された下限電力に固定することにより、バッテリ１０からの出力電力を制限する（ステップＳ０７）。

ＨＶ制御部１５０は、ステップＳ０６またはＳ０７において算出され設定された放電許容電力Ｗｏｕｔ、および各種センサ出力に応じて算出した要求トルクＴｒｑに基づいて、要求トルクＴｒｑに相当するモータ消費パワーが放電許容電力Ｗｏｕｔを超えないように、トルク指令値Ｔｒｅｆを算出する（ステップＳ０９）。

このように、ステップＳ０９によって算出されたトルク指令値Ｔｒｅｆに従って、インバータ１３１，１３２のスイッチング制御が行なわれ、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク（すなわちモータ電流）が制御される（ステップＳ１０）。

このようにこの発明の実施の形態によれば、バッテリから過大な電力が持ち出されることが予想される走行条件が成立した場合には、予めバッテリの下限電圧を嵩上げしてバッテリの出力制限を行なうことにより、バッテリに過放電が発生するのを抑制することができる。その結果、電池性能の劣化を抑制して、バッテリの充放電能力を十分に発揮させることができるため、車両の走行性能および燃費性能の向上が可能となる。

なお、この発明の実施の形態と本願発明との対応関係については、ＨＶ走行モードが「第１の走行モード」に相当し、ＥＶ走行モードが「第２の走行モード」に相当する。また、図３に示す制御装置１５の制御構造において、ＨＶ制御部１５０は「走行モード設定部」、「始動制御部」および「駆動制御部」を実現し、電池下限電圧設定部１５２および放電許容電力演算部１５４は「放電許容電力演算部」を実現する。これらの手段を構成する各機能ブロックは、いずれも制御装置１５であるＣＰＵ（Central Processing Unit）が記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明したが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記録媒体に記録されて車両に搭載される。

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、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。

この発明は、ハイブリッド車両に搭載された電源装置に適用することができる。

この発明の実施の形態に従う電源装置が搭載された車両の構成を説明するブロック図である。 この発明による電源装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に従う制御装置における制御構造を示すブロック図である。 バッテリの直流電圧Ｖｂの時間的変化を示す図である。 制御装置によるモータジェネレータの駆動制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ バッテリ、１２ 電圧センサ、１５ 制御装置、１７ 各種センサ出力、３０ 動力出力装置、３５ アクセルペダル、５０Ｌ，５０Ｒ 前輪、６０Ｌ，６０Ｒ 後輪、７０Ｌ，７０Ｒ フロントシート、８０ リアシート、１００ ハイブリッド車両、１１０ コンバータ、１２０ 平滑コンデンサ、１３１，１３２ モータ駆動制御器、１４０ コンバータ／インバータ制御部、１５０ ＨＶ制御部、１５２ 電池下限電圧設定部、１５４ 放電許容電力演算部、ＥＮＧ エンジン、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (5)

1. エンジンおよび車両駆動用のモータを動力源とした第１の走行モードと、前記エンジンを停止状態とし、前記モータのみを動力源とした第２の走行モードとを有する車両に搭載される電源装置であって、
   電源と、
   前記電源から電力の供給を受けて、駆動力指令値に従って前記モータを駆動制御する電力に変換するモータ駆動制御部と、
   駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるように、前記駆動力指令値を生成する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記要求駆動力に応じて前記第１走行モードと前記第２走行モードとを切り換える走行モード設定部と、
   前記第２の走行モードの実行中に前記第１の走行モードへの切換え要求を受けると、前記電源から電力の供給を受けて、前記エンジンを始動する始動制御部と、
   前記電源に許容される下限電圧として第１の電圧を設定し、前記電源の電圧が前記第１の電圧を下回らないように前記電源の放電許容電力を導出する放電許容電力演算部と、
   前記駆動力指令値に対応する前記モータの消費電力が、前記放電許容電力を超えないように、前記駆動力指令値を調整する駆動制御部とを含み、
   前記放電許容電力演算部は、前記第１の走行モードへの切換え要求が与えられた後の所定時間内に、前記要求駆動力が所定の基準値に達した場合には、前記下限電圧として前記第１の電圧よりも高い第２の電圧を設定する、電源装置。
2. 前記走行モード設定部は、アクセル開度に応じて前記第１の走行モードと前記第２の走行モードとを切り換え、
   前記放電許容電力演算部は、前記第１の走行モードへの切換え要求が与えられた後の所定時間内に、前記アクセル開度が所定の基準開度に達した場合には、前記下限電圧として前記第２の電圧を設定する、請求項１に記載の電源装置。
3. 前記放電許容電力演算部は、前記所定の基準開度を、前記アクセル開度の全開状態を含むように設定する、請求項２に記載の電源装置。
4. 前記放電許容電力演算部は、前記所定期間を、前記エンジンのクランキング時間よりも短い時間に設定する、請求項１に記載の電源装置。
5. エンジンおよび車両駆動用のモータを動力源とした第１の走行モードと、前記エンジンを停止状態とし、前記モータのみを動力源とした第２の走行モードとを有する車両に搭載される電源装置の放電制御方法であって、
   前記電源装置は、
   電源と、
   前記電源から電力の供給を受けて、駆動力指令値に従って前記モータを駆動制御する電力に変換するモータ駆動制御部とを備え、
   前記放電制御方法は、
   駆動軸に要求される要求駆動力に応じて前記第１走行モードと前記第２走行モードとを切り換えるステップと、
   前記第２の走行モードの実行中に前記第１の走行モードへの切換え要求を受けると、前記電源から電力の供給を受けて、前記エンジンを始動するステップと、
   前記要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるように、前記駆動力指令値を生成するステップと、
   前記電源に許容される下限電圧として第１の電圧を設定し、前記電源の電圧が前記第１の電圧を下回らないように前記電源の放電許容電力を導出するステップと、
   前記駆動力指令値に対応する前記モータの消費電力が、前記放電許容電力を超えないように、前記駆動力指令値を調整するステップとを備え、
   前記放電許容電力を導出するステップは、前記第１の走行モードへの切換え要求が与えられた後の所定時間内に、前記要求駆動力が所定の基準値に達した場合には、前記下限電圧として前記第１の電圧よりも高い第２の電圧を設定する、放電制御方法。

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