JP2010288414A

JP2010288414A - 車両の電源装置

Info

Publication number: JP2010288414A
Application number: JP2009142240A
Authority: JP
Inventors: Sakaki Okamura; 賢樹岡村; Naoyoshi Takamatsu; 直義高松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2010-12-24

Abstract

【課題】車両の電気負荷に電力変動が生じた場合にも応答良く過剰な電力を蓄電することが可能な車両の電源装置を提供する。
【解決手段】車両の電源装置は、バッテリＢと、電圧コンバータ１２と、平滑コンデンサＣ２と、付加コンデンサＣ３と、電圧コンバータ４２と、電圧コンバータ１２，４２を制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、電圧コンバータ１２を通過する電流値ＩＬを、第１の温度では第１の値に制限し、第１の温度より低い第２の温度では第１の値よりも制限された第２の値に制限し、かつ、制御装置３０は、第２の温度では第１の温度におけるよりも正極母線ＰＬ２に生じた余剰電力がバッテリＢよりも付加コンデンサＣ３に優先的に吸収されるように電圧コンバータ１２，４２を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の電源装置に関し、特に二次電池と付加コンデンサとを有する、車両の電源装置に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車などの、バッテリとそのバッテリの電力を使用して動作する車輪駆動用のモータとを搭載する車両が登場している。

特開２００６−９４６１６号公報（特許文献１）は、バッテリ等の蓄電装置に充電できない場合に、電力を有効的に回収することができる車両の制御装置が開示されている。

特開２００６−９４６１６号公報特開２００８−１９９７８２号公報特開２００５−３４０２１１号公報特開２００８−３５５８１号公報

上記の特開２００６−９４６１６号公報には、昇圧コンバータ内部のコンデンサに蓄電することについて開示があるが、蓄電電力の利用方法や蓄電容量の確保に関しての開示は無い。また、バッテリの電圧を昇圧して電気負荷に供給するための昇圧コンバータを電圧制御することによって蓄電するため、応答が遅くなる。

この発明の目的は、車両の電気負荷に電力変動が生じた場合にも応答良く過剰な電力を蓄電することが可能な車両の電源装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の電源装置であって、二次電池と、車両に搭載される電気負荷装置の電源ノードと二次電池との間に接続される第１の電圧コンバータと、電源ノードに接続される平滑コンデンサと、電源ノードに生じた余剰電力を吸収するための付加コンデンサと、電源ノードと付加コンデンサとの間に接続される第２の電圧コンバータと、第１、第２の電圧コンバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、第１の電圧コンバータを通過する電流値を、第１の温度では第１の値に制限し、第１の温度より低い第２の温度では第１の値よりも制限された第２の値に制限し、かつ、制御装置は、第２の温度では第１の温度におけるよりも電源ノードに生じた余剰電力が二次電池よりも付加コンデンサに優先的に吸収されるように第１、第２の電圧コンバータを制御する。

好ましくは、制御装置は、電源ノードの電圧を二次電池の電圧以上に維持し、付加コンデンサの電圧を電源ノードの電圧以上に維持するように、第１、第２の電圧コンバータを制御する。

より好ましくは、付加コンデンサは、平滑コンデンサよりも高い電圧に耐え得る特性を有する。

好ましくは、電気負荷装置は、車輪を駆動するためのモータを含む。制御装置は、付加コンデンサに蓄積されたエネルギが所定量を超えた場合には、モータの駆動力を所定値以下に制限する。

好ましくは、制御装置は、二次電池の温度がしきい値より下の場合には、付加コンデンサに入出力する電力を二次電池に入出力可能な電力と電気負荷装置で要求される電力とに応じて決定し、二次電池の温度がしきい値より上の場合には、付加コンデンサに入出力する電力を電気負荷装置で要求される電力に応じて、かつ二次電池に入出力可能な電力を考慮せずに決定する。

好ましくは、車両の電源装置は、電気負荷装置に流れる電流を検出する電流センサをさらに備える。付加コンデンサは、電流センサに起因する電源ノードの変動周波数を吸収しうる周波数特性を有する。

好ましくは、付加コンデンサは、平滑コンデンサよりも高い周波数の変動を吸収しうる周波数特性を有する。

本発明によれば、車両の電気負荷に電力変動が生じた場合にも応答良く過剰な電力を蓄電し、車両のエネルギ効率を向上させることができる。

この発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。バッファ回路４０の制御方法の切り替えの概念を説明するための図である。バッファ回路４０の制御方法の切り替えについて説明するためのフローチャートである。制御装置３０の構成を示したブロック図である。図４の電圧指令演算部３２、バッファ回路制御部３３およびコンバータ制御部３４の構成を示したブロック図である。電圧指令演算部３２において電圧指令値ＶＣ＊を増減させる制御を説明するためのフローチャートである。負荷で電力変動が生じたときのバッファ回路４０の動作を説明するための波形図である。車輪のスリップ、グリップについて説明するための図である。バッファ回路の電圧ＶＣの変化の一例を示した波形図である。バッファ回路４０からの放電処理を説明するためのフローチャートである。バッファ回路の変形例を説明するための回路図である。制御装置の変形例である制御装置３０Ａの構成を示したブロック図である。図１２におけるＩＬ制限部１０９の制御を説明するための図である。ＩＬを制限した場合の動作を説明するための波形図である。バッファ回路の指令値ＶＣ＊の決定処理を説明するためのフローチャートである。電気負荷が力行の場合にバッファ回路の電力の一部を負荷で消費し、かつ残りを電池へ戻す処理について示した図である。図１６に対応する電力の流れを示したブロック図である。電気負荷が回生の場合に回生電力を電池に戻しつつ、かつバッファ回路の電力も電池に戻す処理について示した図である。図１６に対応する電力の流れを示したブロック図である。バッファ回路のエネルギ吸収の限度を超えないように、駆動力を制限する処理について説明するためのフローチャートである。図２０に示した駆動力制限処理が実行された場合について説明するための波形図である。システム効率を向上させる処理（図３のステップＳ３）の一例を説明するためのフローチャートである。バッファ回路の制御構成例を示した図である。電気負荷が力行の場合にバッファ回路の電力を負荷で消費する処理について示した図である。電気負荷が回生の場合に回生電力をバッファ回路で吸収する処理について示した図である。コンバータ制御部とバッファ制御部に与える電圧検出値を変形する変形例を説明するための図である。図２６に示した制御ブロックで制御が行なわれた場合の動作について説明するための図である。

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返さない。

［車両の全体的構成の説明］
図１は、この発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。

図１を参照して、車両１００は、バッテリＢと、電圧センサ１０，１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電圧コンバータ１２と、インバータ１４と、電流センサ１１，２４，２５と、モータＭ１と、レゾルバ５４と、アクセル開度センサ５２と、制御装置３０とを備える。

電圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端はバッテリＢの正極母線ＰＬ１に接続され、他方端はＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。

ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは正極母線ＰＬ２に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタは負極母線ＳＬに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２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Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ配置されている。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、正極母線ＰＬ２と負極母線ＳＬとの間に互いに並列に設けられる。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４を含む。Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６を含む。Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８を含む。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８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向けて電流を流す向きにダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。交流モータＭ１の回転速度ＭＲＮは、回転速度センサの一種であるレゾルバ５４によって検出される。

なお、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。また主として発電機として動作するモータおよび主として駆動輪を駆動するトルクを発生するモータを含む複数のモータを搭載するように車両が構成されていてもよい。

交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータである。モータＭ１のＵ，Ｖ，Ｗ相の３つのステータコイルの各一端が中性点に共通に接続される。Ｕ相コイルの他端はＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に接続されている。Ｖ相コイルの他端はＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に接続されている。Ｗ相コイルの他端はＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点に接続されている。

なお、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８等に代えて、他のパワースイッチング素子たとえばＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴを用いることもできる。

バッテリＢは、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池を含む。電圧センサ１０は、バッテリＢから出力される直流電圧ＶＢを検出し、その検出した直流電圧ＶＢを制御装置３０へ出力する。電流センサ１１は、バッテリＢから出力される直流電流Ｉｂを検出し、その検出した直流電流Ｉｂを制御装置３０へ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。

コンデンサＣ１は、バッテリＢから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を電圧コンバータ１２へ供給する。

電圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、電圧コンバータ１２は、制御装置３０から制御信号ＰＷＣ１を受けると、ＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間またはＮＰＮトランジスタＱ１がオンされた期間のスイッチング周期に対する割合（デューティ比）に応じて、電圧ＶＢと電圧ＶＨの電圧差を制御することができる。

コンデンサＣ２は、電圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、電圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨ（インバータ１４への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧ＶＨを制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、制御装置３０からの制御信号ＰＷＩに基づいて、コンデンサＣ２の直流電圧ＶＨを交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動したり、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧ＶＨに変換したりする。

これにより、交流モータＭ１は、車速やアクセル開度センサの出力ＡＣＣ等によって決定されるトルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、車両１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して電圧コンバータ１２へ供給する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないが走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させる制動を含む。

電流センサ２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。なお、中性点に接続されており総和がゼロになるため、三相のうちの二相分を検出しておけば他の一相のコイル電流は演算によって求めることができる。

車両１００は、さらに、バッファ回路４０を含む。バッファ回路４０は、正極母線ＰＬ２に生じた余剰電力をバッテリＢに充電するよりも高速に吸収することができる。また、バッファ回路４０は、正極母線ＰＬ２で不足する電力をバッテリＢから放電するよりも高速に供給することができる。バッファ回路４０は、付加コンデンサＣ３と、電圧コンバータ４２と、電圧センサ４４とを含む。

電圧コンバータ４２は、リアクトルＬ２と、ＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２と、ダイオードＤ１１，Ｄ１２とを含む。

ＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２は、付加コンデンサＣ３の２つの電極の間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１１のコレクタは付加コンデンサＣ３の一方の電極に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ１２のエミッタは付加コンデンサＣ３の他方の電極とともに負極母線ＳＬに接続される。また、各ＮＰＮ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がそれぞれ配置されている。

リアクトルＬ２の一方端は正極母線ＰＬ２に接続される。リアクトルＬ２の他方端は、ＮＰＮトランジスタＱ１１のエミッタおよびＮＰＮトランジスタＱ１２のコレクタの接続ノードに接続される。

電圧センサ４４は、付加コンデンサＣ３の電圧ＶＣを検出する。なお、特に限定されるものではないが、付加コンデンサＣ３の容量値は平滑コンデンサＣ２の容量値よりも小さいのが普通である。

バッファ回路４０において電圧コンバータ４２は正極母線ＰＬ２に過多エネルギが生じた場合に電圧ＶＣを電圧ＶＨよりも昇圧させて、この過多エネルギを吸収させる。付加コンデンサＣ３に蓄えられるエネルギは１／２ＣＶ²で表わされる。昇圧させずにエネルギを吸収させる場合に較べて、電圧を増加させれば同じエネルギを吸収させる場合に付加コンデンサＣ３の容量が小さくてもよくなる。

したがって、より高電圧で使用されるので、好ましくは、付加コンデンサＣ３は、平滑コンデンサＣ２よりも耐圧が高いものを使用するほうが良い。なお、平滑コンデンサＣ２の耐圧が十分高い場合には、付加コンデンサＣ３は平滑コンデンサＣ２と同じ耐圧であってもかまわない。

制御装置３０は、アクセル開度センサ５２から得られるアクセル開度ＡＣＣや車速等に基づいてトルク指令値ＴＲを決定する。そしてトルク指令値ＴＲ、モータ回転速度ＭＲＮ、電圧センサ１０からの直流電圧ＶＢ、電圧センサ１３からの出力電圧ＶＨ、および電流センサ２４からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、電圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＣ１とインバータ１４を駆動するための信号ＰＷＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＣ１および信号ＰＷＩをそれぞれ電圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

信号ＰＷＣ１は、電圧コンバータ１２がコンデンサＣ１からの直流電圧を出力電圧ＶＨに変換する場合に電圧コンバータ１２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０は、電圧コンバータ１２が直流電圧を出力電圧ＶＨに変換する場合に、出力電圧ＶＨをフィードバック制御し、出力電圧ＶＨが目標値と一致するように電圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＣ１を生成する。

また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するように制御信号ＰＷＩを生成してインバータ１４へ出力する。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して電圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するように制御信号ＰＷＣ１を生成し、その生成した信号ＰＷＣ１を電圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されてバッテリＢに供給される。

さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成して、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。また、制御装置３０は、バッファ回路４０を制御する制御信号ＰＷＣ２を生成する。

［バッファ回路４０の制御の詳細］
図２は、バッファ回路４０の制御方法の切り替えの概念を説明するための図である。

図２を参照して、横軸には、バッテリＢの温度（℃）が示され、縦軸にはバッテリＢの許容出力が示される。ＷＯＵＴは、バッテリＢから放電可能な電力が温度によってどのように変化しているかを示す。ＷＩＮは、バッテリＢへ充電可能な電力が温度によってどのように変化しているかを示す。なお、充電可能な電力ＷＩＮはバッテリＢに負の電力を出力するというように図２では負の値で示される。

温度範囲Ｒ１は、バッテリＢの電池の充電可能電力を超えないように充電を行なう電池保護動作またはバッテリＢの電池の電池許容出力を超えないように放電を行なう電池補助動作をするように、バッファ回路４０を制御する低温の温度範囲である。温度範囲Ｒ２は、バッテリＢに許容される入出力電力が十分大きい中高温の温度範囲であり、車両の駆動システムの効率が向上するようにバッファ回路４０を制御する温度範囲である。温度Ｔ１は、温度範囲Ｒ１，Ｒ２の境界であり、バッファ回路４０の制御方法を切り替える温度である。

本実施の形態では、バッファ回路４０の充放電制御を、電池温度もしくは電池の入出力特性に基づいて切り替える。電池の入出力特性が良くない低温時（温度範囲Ｒ１）には、電池保護と電池性能補助の観点でバッファ回路４０を制御する。電池の入出力特性が良い中・高温時（温度範囲Ｒ２）には、駆動システムの効率向上の観点で制御を実行する。同じバッファ回路４０を、観点を切り替えて制御手法を変更することがポイントとなる。

図３は、バッファ回路４０の制御方法の切り替えについて説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図３を参照して、まず、バッファ回路制御ルーチンの実行が開始されると、ステップＳ１において制御装置３０は温度センサ９で検出した電池温度ＴＢが所定値Ｔ１以下か否かを判断する。なお、ステップＳ１の処理に代えて、電池入出力特性（ＷＩＮ、ＷＯＵＴ）の絶対値が所定値以下か否かを判定するようにしてもよい。

ステップＳ１において、電池温度ＴＢが所定値Ｔ１以下である場合には、バッテリＢの入出力特性が良くないので、ステップＳ２に処理が進む。ステップＳ２では、制御装置３０は電池保護および電池補助制御を選択する。

一方、ステップＳ１において、電池温度ＴＢが所定値Ｔ１以下でない場合には、バッテリＢの入出力特性が良いので、ステップＳ３に処理が進む。ステップＳ３では、制御装置３０はシステム効率向上制御を選択する。システム効率向上制御を選択することにより、バッファ回路４０を用いて車両の燃費の改善や性能の向上を図ることができる。

図４は、制御装置３０の構成を示したブロック図である。
図４を参照して、制御装置３０は、駆動力制御部３１と、電圧指令演算部３２と、バッファ回路制御部３３と、コンバータ制御部３４と、インバータ制御部３５とを含む。

駆動力制御部３１は、アクセル開度センサ５２で検出されたアクセル開度ＡＣＣ等に基づいて駆動トルクＴＲや駆動パワーＰを算出する。電圧指令演算部３２は、駆動パワーＰ等に基づいて電圧コンバータ１２の昇圧目標値を示す電圧指令値ＶＨ＊およびバッファ回路４０の付加コンデンサＣ３の電圧の目標値を示す電圧指令値ＶＣ＊を出力する。

バッファ回路制御部３３は、電圧指令値ＶＨ＊または電圧指令値ＶＣ＊に基づいて、バッファ回路４０の電圧コンバータ４２に対する制御信号ＰＷＣ２を出力する。コンバータ制御部３４は、電圧指令値ＶＨ＊に基づいて、電圧コンバータ１２に対する制御信号ＰＷＣ１を出力する。インバータ制御部３５は、トルク指令値ＴＲ、モータ回転速度ＭＲＮおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、インバータ１４に対する制御信号ＰＷＩを出力する。

図５は、図４の電圧指令演算部３２、バッファ回路制御部３３およびコンバータ制御部３４の構成を示したブロック図である。

図５を参照して、電圧指令演算部３２は、ＶＨ電圧指令生成部１０２と、ＶＣ電圧指令生成部１１２とを含む。コンバータ制御部３４は、減算部１０４と、電圧制御演算部１０６と、減算部１０８と、電流制御演算部１１０と、ＰＷＭ制御部１１１とを含む。

ＶＨ電圧指令生成部１０２は、モータＭ１への要求トルクＴＲやモータ回転速度等に基づいて、電圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨの電圧指令値ＶＨ＊を生成する。

減算部１０４は、ＶＨ電圧指令生成部１０２から与えられる電圧指令値ＶＨ＊と、電圧センサ１３により検出された電圧コンバータ１２の出力電圧ＶＨとの電圧偏差を演算し、演算結果を電圧制御演算部１０６に出力する。

電圧制御演算部１０６は、減算部１０４によって演算された電圧偏差をＰＩ（比例積分）演算することによって、リアクトルＬ１に流れるリアクトル電流指令値を演算する。

このように、減算部１０４と電圧制御演算部１０６によって、電圧ＶＨのフィードバック制御を行なうことによって、リアクトル電流指令値が演算される。

減算部１０８は、電圧制御演算部１０６からのリアクトル電流指令値と電流センサ２５で検出されたリアクトル電流ＩＬとの電流偏差を演算し、電流制御演算部１１０に出力する。

電流制御演算部１１０は、減算部１０８により演算された電流偏差をＰＩ演算することによって、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算する。

ＰＷＭ制御部１１１は、電流制御演算部１１０からのデューティ比と、図示しないキャリア信号との比較に基づいて、電圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のオン・オフを制御するスイッチング制御信号ＰＷＣ１を生成する。

このスイッチング制御信号ＰＷＣ１によって、モータＭ１が力行運転をする場合は、電圧コンバータ１２は、バッテリＢからの出力電圧ＶＢをインバータ１４の入力電圧である電圧ＶＨまで昇圧する。また、モータＭ１が回生運転をする場合は、電圧コンバータ１２は、モータＭ１により発電されインバータ１４によって変換された直流電力を、バッテリＢが充電可能な電圧まで降圧する。

バッファ回路制御部３３は、演算部１１４と、ＰＷＭ制御部１１６とを含む。
ＶＣ電圧指令生成部１１２は、電圧ＶＨの変化に基づいてバッファ回路制御部３３への電圧指令値ＶＣ＊を出力する。演算部１１４は、ＶＣ指令値ＶＣ＊と電圧ＶＨからデューティ比ｄｕｔｙを算出する。デューティ比ｄｕｔｙは、ｄｕｔｙ＝ＶＨ／ＶＣ＊という式に基づいて算出される。

ＰＷＭ制御部１１６は、演算部１１４からのデューティ比ｄｕｔｙと、図示しないキャリア信号との比較に基づいて、電圧コンバータ４２のＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２のオン・オフを制御するスイッチング制御信号ＰＷＣ２を生成する。

［電池の保護や補助を優先させる処理］
以下、図３のステップＳ２に対応する電池の保護や補助を優先させる処理の例をいくつか説明する。説明する例は、いずれかの例を選択しても良いし、適宜組み合わせて用いても良い。

図６は、電圧指令演算部３２において電圧指令値ＶＣ＊を増減させる制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図１、図６を参照して、この処理が開始されると、電圧指令演算部３２はステップＳ１１において電圧センサ１３で検出された電圧ＶＨの上昇レートがバッテリＢの許容範囲を超えるか否かを判断する。上昇レートが許容範囲を超えるとバッテリＢの保護の点からは望ましくない。そこで、ステップＳ１１において上昇レートが許容範囲を超えた場合には、ステップＳ１３に処理が進み、電圧指令演算部３２は電圧指令ＶＣ＊を増加させることにより、バッファ回路４０に過多エネルギを吸収させ電圧ＶＨの上昇レートを低減させる。

一方、ステップＳ１１において上昇レートが許容範囲を超えない場合には、ステップＳ１２に処理が進む。電圧指令演算部３２はステップＳ１２において電圧センサ１３で検出された電圧ＶＨが所定値以下であるか否かを判断する。この所定値は、付加コンデンサＣ３が十分に過多エネルギを吸収できる基準状態であるか否かを判定する電圧である。次回の過多エネルギの発生に備えて、付加コンデンサＣ３の電圧は所定値（たとえば、電圧ＶＨと同等程度）まで放出されていることが望ましい。

ステップＳ１２において電圧ＶＨが所定値以下でなかった場合には、ステップＳ１４に処理が進み、電圧指令演算部３２はバッテリＢの受け入れ可能な範囲内で指令値ＶＣ＊を減少させ、付加コンデンサＣ３からバッテリＢに電力を戻す。一方、ステップＳ１２において電圧ＶＨが所定値以下であった場合には、これ以上付加コンデンサＣ３を放電させなくても、次回の過多エネルギの吸収が可能であるので、ステップＳ１５に処理が進む。ステップＳ１５では、電圧指令演算部３２は指令値ＶＣ＊を現状のまま維持する。

ステップＳ１３〜Ｓ１５のいずれかの処理が終了すると、ステップＳ１６において制御はメインルーチンに移される。

図７は、負荷で電力変動が生じたときのバッファ回路４０の動作を説明するための波形図である。

図１、図７を参照して、時刻ｔ０からｔ１の間はバッファ回路４０のエネルギＥｂｕｆは、所定値Ｅ１以下となっている。所定値Ｅ１は、付加コンデンサＣ３が十分に過多エネルギを吸収できる基準状態であるか否かを判定する電圧である。したがって、バッファ回路４０は過多エネルギを受け入れ可能な状態にある。なお、コンデンサにおいて、Ｅをエネルギ、Ｃを容量値、Ｖを電圧とすると、Ｅ＝１／２ＣＶ²の関係であるから、所定値Ｅ１は電圧ＶＣが所定値Ｖ１であることにも相当する。

時刻ｔ０〜ｔ１において、たとえば、車輪にスリップが発生し、時刻ｔ１において車輪が路面にグリップしたとする。

図８は、車輪のスリップ、グリップについて説明するための図である。
図１、図８を参照して、走行時に路面に接していた（グリップしていた）車輪が段差に乗り上げて空転が発生することをスリップと呼び、着地により車輪が再び路面に接し空転が停止されることをグリップと呼ぶ。

このようなスリップやグリップ時には、モータで消費される電力が変動する。スリップ時には、トルク指令ＴＲが同じで、モータ回転速度ＭＲＮが増加するため、モータで消費される電力Ｐが増加する。すると、電圧ＶＨの低下を防ぐため、電圧コンバータ１２は正極母線ＰＬ２に電力を多く送る。

スリップ後に車輪がグリップすると、モータの回転速度が低下するのでモータで消費される電力は急に減少する。このとき電圧コンバータ１２から送られていた電力が過多となり電圧ＶＨが上昇しようとする。この過多となった電力をバッファ回路４０で吸収できるように電圧ＶＣの指令値ＶＣ＊が決定される。

再び、図７を参照して、時刻ｔ１〜ｔ２の間には、バッファ回路４０でエネルギが吸収された結果、エネルギＥｂｕｆは増加する。図７のハッチング部分が吸収されたエネルギに相当する。電池に入出力される電力は過多エネルギの吸収が無い場合には、波形Ｗ２に示すように最大値Ｗｉｎｍａｘを下方にはみ出すが、バッファ回路４０にエネルギが吸収されたことにより波形Ｗ１に示すように変化しないで前の状態を維持する。

そして時刻ｔ３〜ｔ４では、電池に受け入れ可能なレートの範囲内でなるべく早期にバッファ回路４０のエネルギを電池に戻すことが行われる。したがって、時刻ｔ３〜ｔ５ではバッテリＢにＷｉｎｍａｘでの充電が実行されている。

すなわち、バッテリＢへのエネルギ入力過多による上限電圧超えを抑圧するため、入力過多時にはバッファ回路４０で入力過多分を吸収させる。この吸収を可能にさせるために、バッファ回路４０のエネルギＥｂｕｆを事前に所定のレベルＥ１以下にしておくことが図６、図７で説明した制御の特徴である。なお、エネルギのレベルＥ１を設定する代わりに所定のレベルＶ１を電圧ＶＣに対して設定してもよい。Ｅ＝１／２ＶＣ²がエネルギであり、Ｃは付加コンデンサＣ３の容量値で固定であるので、エネルギＥｂｕｆに関する所定値Ｅ１と電圧ＶＣに関する所定値Ｖ１は互いに換算が可能である。

このように制御することで、自動車などの負荷が急変するシステムで、いつ発生するか分からない路面変化や、アクセルやブレーキの操作の急変等による負荷変動発生時に、過多となったエネルギをバッファ回路４０に吸収することができる。また、吸収したエネルギは、次回の吸収に備えて、電池の受け入れ可能なレートで早期に電池へ戻すように制御が実行される点も特徴である。

以下、バッファ回路４０でのエネルギ吸収に備え、バッファ回路４０のエネルギを予め所定値以下とする方法について説明する。

図１のバッファ回路４０は、ダイオードＤ１１の順方向から考えて、電圧ＶＣを電圧ＶＨ以下にすることはできない。したがって、エネルギ吸収に備えるためにバッファ回路４０のエネルギを最小にすることを、電圧ＶＣの指令値ＶＣ＊を電圧ＶＨと同等に設定することで実現する。

図９は、バッファ回路の電圧ＶＣの変化の一例を示した波形図である。
図９を参照して、時刻ｔ２〜ｔ３は、図７の時刻ｔ２〜ｔ３に対応する部分であり、バッファ回路４０への過多エネルギの吸収が完了した状態である。そして時刻ｔ３〜ｔ４は、図７の時刻ｔ３〜ｔ４に対応する部分であり、バッファ回路４０からバッテリＢにエネルギが戻されている状態である。時刻ｔ４においてバッファ回路４０からの放電は完了し、電圧ＶＣが電圧ＶＨに等しくなる。時刻ｔ４以降は、ＶＣがＶＨと略等しい状態を保ち、過多エネルギ発生時には速やかにそのエネルギを吸収することが可能な状態となっている。

図１０は、バッファ回路４０からの放電処理を説明するためのフローチャートである。
図１０に示すフローチャートは、図６のステップＳ１４の処理の詳細を示したものに相当する。まず、ステップＳ２０において図４の電圧指令演算部３２がバッファ回路４０の電圧制御を開始する。続いてステップＳ２１において、バッファ回路４０への電圧指令値ＶＣ＊が平滑コンデンサＣ２の電圧ＶＨに等しく設定される。しかし、バッファ回路４０で吸収していたエネルギをバッテリＢに短時間で移動させると、充電電力がバッテリＢの受け入れ可能電力Ｗｉｎを超えてしまいバッテリＢの保護の点からは望ましくない。

そこで、ステップＳ２２においてレート処理が実行される。レート処理では、バッテリＢの受け入れ可能電力を超えない範囲内で電圧ＶＣを電圧ＶＨに近づけてエネルギをバッテリＢに移動するように電圧指令値ＶＣ＊を算出する。

そして、ステップＳ２３において、バッファ回路４０の最終的な電圧指令値ＶＣ＊が図４の電圧指令演算部３２からバッファ回路制御部３３に出力される。

図１１は、バッファ回路の変形例を説明するための回路図である。
図１１に示されるバッファ回路の変形例は、図１の電圧コンバータ４２に代えて電圧コンバータ４２Ａを含む。

電圧コンバータ４２Ａは、リアクトルＬ２と、ＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２、Ｑ１３，Ｑ１４と、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４とを含む。

ＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２は、付加コンデンサＣ３の２つの電極の間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１１のコレクタは付加コンデンサＣ３の一方の電極に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ１２のエミッタは付加コンデンサＣ３の他方の電極とともに図１の負極母線ＳＬに接続される。また、各ＮＰＮ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がそれぞれ配置されている。

ＮＰＮトランジスタＱ１３，Ｑ１４は、平滑コンデンサＣ２の２つの電極すなわち図１の正極母線ＰＬ２および負極母線ＳＬの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１３のコレクタは平滑コンデンサＣ２の一方の電極に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ１４のエミッタは平滑コンデンサＣ２の他方の電極に接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１３，Ｑ１４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Ｄ１３，Ｄ１４がそれぞれ配置されている。

リアクトルＬ２の一方端は、ＮＰＮトランジスタＱ１３のエミッタおよびＮＰＮトランジスタＱ１４のコレクタの接続ノードに接続される。リアクトルＬ２の他方端は、ＮＰＮトランジスタＱ１１のエミッタおよびＮＰＮトランジスタＱ１２のコレクタの接続ノードに接続される。

電圧コンバータ４２Ａは、いわゆるＨブリッジ回路である。図１に示した電圧コンバータ４２の場合、ダイオードＤ１１がリアクトルＬ２を介して正極母線ＰＬ２に接続されているため、付加コンデンサＣ３の電圧ＶＣを電圧ＶＨよりも下げることができないことは先に説明した。

図１１に示すように、Ｈブリッジ回路とすると、電圧ＶＨから電圧ＶＣへの降圧が可能、すなわちＶＣ＜ＶＨとなるように電圧ＶＣを制御することも可能となる。したがって、エネルギ吸収前の待機時において付加コンデンサＣ３の電圧ＶＣをゼロ付近まで下げることが可能となるので、同じ量のエネルギを吸収させる場合でも容量値を小さくすることが可能となる。したがって、付加コンデンサＣ３を大きな容量から小さな容量に変更することによるコスト減少分と、電圧コンバータ４２を電圧コンバータ４２Ａに変更することによるコスト増加分とを比較し、合計でコストの低減が可能であれば図１１のＨブリッジの構成を採用することが望ましい。

［電圧コンバータ１２の制御との連携］
ところで、負荷変動で発生した過多エネルギは、電圧コンバータ１２とバッファ回路４０の電力受け入れ分担を適正に行なうように制御しないと、エネルギがバッテリＢに戻ってしまうので、バッファ回路４０が所望のエネルギバッファとしての機能を果たせない。したがって、特に低温時にバッファ回路４０へ優先的にエネルギを吸収させる必要がある。

バッファ回路４０のエネルギ吸収を電圧コンバータ１２によるバッテリＢの充電よりも優先させたい場合、電圧コンバータ１２を通過する電流ＩＬに制限を加えればよい。

図１２は、制御装置の変形例である制御装置３０Ａの構成を示したブロック図である。
図１２を参照して、制御装置３０Ａは図５の制御装置３０の構成において電圧指令演算部３２、バッファ回路制御部３３およびコンバータ制御部３４に代えてそれぞれ電圧指令演算部３２Ａ、バッファ回路制御部３３Ａおよびコンバータ制御部３４Ａを含む。

電圧指令演算部３２Ａは、ＶＨ電圧指令生成部１０２を含む。コンバータ制御部３４Ａは、減算部１０４と、電圧制御演算部１０６と、減算部１０８と、ＩＬ制限部１０９と、電流制御演算部１１０と、ＰＷＭ制御部１１１とを含む。電圧指令演算部３２ＡにＩＬ制限部１０９を設ける点が図１２の構成の特徴である。

電圧制御演算部１０６は、減算部１０４によって演算された電圧偏差をＰＩ演算することによって、リアクトルＬ１に流れるリアクトル電流指令値を演算する。

ＩＬ制限部１０９は、減算部１０８の出力を温度に応じて制限する。電流制御演算部１１０は、ＩＬ制限部１０９により制限された電流偏差をＰＩ演算することによって、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算する。

このスイッチング制御信号ＰＷＣによって、モータＭ１が力行運転をする場合は、電圧コンバータ１２は、バッテリＢからの出力電圧ＶＢをインバータ１４の入力電圧である電圧ＶＨまで昇圧する。また、モータＭ１が回生運転をする場合は、電圧コンバータ１２は、モータＭ１により発電されインバータ１４によって変換された直流電力を、バッテリＢが充電可能な電圧まで降圧する。

バッファ回路制御部３３は、加算部１１２Ａと、演算部１１４Ａと、ＰＷＭ制御部１１６とを含む。

加算部１１２Ａは、ＶＨ指令値ＶＨ＊と電圧許容値ΔＶＨとを加算してＶＨ指令値ＶＨ２＊を出力する。この電圧許容値ΔＶＨを加算することで、コンバータ制御部３４およびバッファ回路制御部３３Ａの両方でＶＨに対する電圧制御を実行しても電圧の振動等が生じにくくなる。

演算部１１４Ａは、ＶＨ指令値ＶＨ２＊と電圧ＶＣからデューティ比ｄｕｔｙを算出する。デューティ比ｄｕｔｙは、ｄｕｔｙ＝ＶＨ２＊／ＶＣという式に基づいて算出される。

ＰＷＭ制御部１１６は、演算部１１４Ａからのデューティ比ｄｕｔｙと、図示しないキャリア信号との比較に基づいて、電圧コンバータ４２のＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２のオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号ＰＷＣ２を生成する。

なお、演算部１１４Ａにおけるデューティ比ｄｕｔｙの算出は、ｄｕｔｙ＝ＶＨ２＊／ＶＣという式で演算される値に指令値ＶＨ２＊と電圧ＶＨとの差分をＰＩ演算した結果を加算するように変形しても良い。

図１３は、図１２におけるＩＬ制限部１０９の制御を説明するための図である。
図１３を参照して、横軸には、リアクトルＬ２に流れる電流の制御指令値の入力値が示され、縦軸には、リアクトルＬ２に流れる電流の制御指令値の出力値（制限後の値）が示される。一例として、低温時に適用される制限値が波形Ｋ１に示され、高温時に適用される制限値が波形Ｋ２に示される。低温時の方がバッテリＢの入出力特性がよくないので、バッテリ保護のために波形Ｋ２よりも波形Ｋ１の方が制限がきつくなっている。

このように、バッファ回路４０でのエネルギ吸収をバッテリＢへの充電よりも優先させたい場合、電圧コンバータ１２の制御において、電流指令値にリミットを設ける。電流指令値のリミットは、図１３のような制限値に限定されるものではなく、バッテリ保護の観点からバッテリ入出力特性から求められる値を用いてもよく、温度に応じて可変とすることもできる。

また、電池上限電圧を監視している場合、その監視信号が上限電圧の検出を示した時を電流上限とし、リアルタイムに電流を制限してもよい。

図１４は、ＩＬを制限した場合の動作を説明するための波形図である。
図１４には、上から順に、バッファ回路４０のエネルギＥｂｕｆ、電池入出力電力、リアクトル電流ＩＬ、平滑コンデンサ電圧ＶＨ、バッファ回路電圧ＶＣの波形が示されている。

時刻ｔ１Ａ〜ｔ２Ａの間で、リアクトル電流ＩＬが、バッテリＢへの受け入れ可能電力から決まるＩＬリミット値ＩＬＬＩＭに制限される。したがって、バッファ回路４０が設けられておらず電流ＩＬが制限されていない場合に破線で示すように変化する電池入出力電力は、時刻ｔ１Ａ〜ｔ２Ａの間は、実線で示すように受け入れ可能電力Ｗｉｎｍａｘに制限される。

その結果電流ＩＬを制限することによってバッテリＢよりもバッファ回路４０に優先的に充電されることとなり、電圧ＶＣは時刻ｔ１Ａ〜ｔ２Ａの間上昇する。

［バッファ回路４０の放電制御］
以下に、バッファ回路４０で吸収させたエネルギをなるべく早期に放電させる制御方法について説明する。負荷変動により発生し、バッファ回路４０に吸収されたエネルギは、次回の吸収に備え、電池の受け入れ可能な電力レートで電池に戻すか、電気負荷で優先的に消費させるか等して、早期に付加コンデンサＣ３の電圧ＶＣを電圧ＶＨと一致させておきたい。

図１５は、バッファ回路の指令値ＶＣ＊の決定処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は所定のメインルーチンから一定の制御サイクル時間ごとに呼び出されて実行される。このフローチャートの処理は、図５のＶＣ電圧指令生成部１１２が電圧検出値ＶＨではなくてアクセル開度などに基づいてＶＣ＊を算出することに相当する。

図１５を参照して、ステップＳ３１において、アクセルペダルまたはブレーキペダルの操作量が検出される。そして、ステップＳ３２において、駆動力制御ルーチンが実行されて、アクセルペダルまたはブレーキペダルの操作量等に基づいて、要求駆動力が算出される。ステップＳ３３では、要求駆動力からパワー（電力Ｐ）が計算される。

バッファ回路４０の出力をＷｂｕｆ＿ｏｕｔ，負荷が消費する電力をＰ、電池が受け入れ可能な電力をＷｉｎとすると、Ｗｉｎを最大に活用するのは以下の式（１）が成立する場合である。

Ｗｉｎ＝Ｗｂｕｆ＿ｏｕｔ＋Ｐ …（１）
移項すると、式（２）が得られる。この式（２）が成立するようにバッファ回路４０の出力を制御すればよい。

Ｗｂｕｆ＿ｏｕｔ＝Ｗｉｎ−Ｐ …（２）
バッファ回路４０の出力制御は、コンデンサＣ３の容量をＣ、電圧ＶＣの値をＶ（ｔ)とすると、バッファ回路４０の付加コンデンサＣ３の電圧を次式（３）のように制御すればよい。なお、Ｖ（ｔ＋１）は、制御周期１サイクル後のＶ（ｔ）の値である。

１／２ＣＶ（ｔ＋１）²−１／２ＣＶ（ｔ）²＝Ｗｂｕｆ＿ｏｕｔ＝Ｗｉｎ−Ｐ
Ｖ（ｔ＋１）＝√（２／Ｃ（Ｗｉｎ−Ｐ＋１／２ＣＶ（ｔ）²）） …（３）
そこで、ステップＳ３４では式（３）に基づいて、電圧指令値ＶＣ＊が算出される。そしてステップＳ３５において電圧指令値ＶＣ＊が出力される。ステップＳ３６において制御は一旦メインルーチンに移される。

バッファ回路４０の電圧制御における電圧指令値ＶＣ＊を式（３）のＶ（ｔ＋１）とし、所定の演算周期毎に演算を繰返して電圧指令値ＶＣ＊を更新する。

図１６は、電気負荷が力行の場合にバッファ回路の電力の一部を負荷で消費し、かつ残りを電池へ戻す処理について示した図である。

図１７は、図１６に対応する電力の流れを示したブロック図である。図１７においては、Ｗｉｎ、Ｗｂｕｆ＿ｏｕｔ、Ｐの各値の正の向きが括弧内の矢印の向きで示されている。

図１６、図１７を参照して、式（２）からＷｂｕｆ＿ｏｕｔ＝Ｗｉｎ−Ｐが成立するので、図１６に示す☆印のパワーＰが要求される場合、バッファ回路４０から放出された電力は、一部は負荷でＰとして消費され、残りはバッテリＢに充電されることが示されている。

図１８は、電気負荷が回生の場合に回生電力を電池に戻しつつ、かつバッファ回路の電力も電池に戻す処理について示した図である。

図１９は、図１６に対応する電力の流れを示したブロック図である。
図１８、図１９を参照して、☆印のパワーＰが回生される場合、バッテリＢに充電される電力は、パワーＰの受け入れを行なった上で残りがバッファ回路４０から供給される。

以上説明した制御を行なえば、バッファ回路４０のエネルギの放電先を、電池に戻す／付加で消費させるという切り替えを行なうことなく、自動的に比率を決定でき、なおかつ最速でバッファ回路４０のエネルギを放電することができる。

［駆動力の制限の適用］
ここで、エネルギ吸収後には、早期にバッファ回路４０のエネルギをバッテリＢに戻すか、または電気負荷で消費してしまうことが好ましい。しかし、バッファ回路４０が吸収したエネルギを十分に放出しきれていない状態で、再度負荷変動により過多エネルギが発生すると、バッファ回路４０が吸収可能なエネルギ量を超えてしまい、バッテリＢへの入力過多は避けられない。このことを防止するため、一度バッファ回路４０でエネルギを吸収したら、その後電気負荷で過多エネルギが発生しにくいようにするとよい。具体的には、車両を駆動するモータが電気負荷である場合には、駆動力またはトルクを所定の値にまで制限する。これにより、スリップは発生しにくくなる。

図２０は、バッファ回路のエネルギ吸収の限度を超えないように、駆動力を制限する処理について説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図２０を参照して、まず駆動力制御ルーチンが開始されると、ステップＳ４１においてバッファ回路４０のエネルギは所定値以下か否かが判断される。付加コンデンサＣ３の容量値が固定値であるので、ステップＳ４１の処理は、例えば電圧センサ４４で検出した電圧ＶＣが所定値以下であるか否かで判断することが可能である。

ステップＳ４１において、バッファ回路４０のエネルギが所定値以下であった場合には、まだ過多エネルギをバッファ回路４０が吸収することが可能であるので、ステップＳ４２に処理が進み、インバータ１４において駆動力の制限は行なわれない。一方、ステップＳ４１において、バッファ回路４０のエネルギが所定値以下でなかった場合には、過多エネルギをバッファ回路４０が十分には吸収できないので、ステップＳ４３に処理が進み、インバータ１４において駆動力は所定値以下に制限される。

ステップＳ４２またはＳ４３の処理が終了すると、ステップＳ４４において制御はメインルーチンに移される。このような駆動力の制限を図１５のステップＳ３２に適用すれば良い。

図２１は、図２０に示した駆動力制限処理が実行された場合について説明するための波形図である。

図２１には、上から順に、バッファ回路４０のエネルギＥｂｕｆ、電池入出力電力、リアクトル電流ＩＬ、バッファ回路電圧ＶＣ、駆動力制限フラグおよび駆動力の波形が示されている。バッファ回路４０のエネルギＥｂｕｆ、電池入出力電力、リアクトル電流ＩＬ、バッファ回路電圧ＶＣについては、図１４に示した場合と同じであるので説明は繰返さない。

バッファ回路電圧ＶＣが増加し始める時刻ｔ１Ａからバッファ回路電圧ＶＣが所定値よりも低下するまで駆動力制限フラグがオンされる。これにより、駆動力はフラグがオンの間要求値よりも低下するように制御されるので、車輪のスリップが生じにくくなり、バッファ回路４０で吸収すべき過多エネルギの発生が抑制される。

［システム効率を向上させる処理］
以上、図３のステップＳ２の電池保護または電池補助処理のいろいろなバリエーションを示した。次に、図３のステップＳ３に対応するシステム効率を向上させる処理についての例を説明する。

電池温度が中高温時には、電池保護の観点からバッファ回路４０を制御することは不要となる。そこで、システム効率向上を目的としてバッファ回路４０を活用する。二次電池は内部抵抗値が大きく、一般的に電池への電力入出力損失を伴う。これと比較し、バッファ回路４０に内蔵されている付加コンデンサＣ３（キャパシタとも呼ばれる）は、内部抵抗が小さく、入出力に伴う電力損失は小さい。また入出力の応答性も電池よりも付加コンデンサＣ３の方が優れている。したがって、電池を保護する必要がある場合以外は、付加コンデンサＣ３を燃費向上に活用した方が良い。具体的には、通常の加減速時に優先的に付加コンデンサＣ３の電力を使用する。

図２２は、システム効率を向上させる処理（図３のステップＳ３）の一例を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は所定のメインルーチンから一定の制御サイクル時間ごとに呼び出されて実行される。このフローチャートの処理は、図５のＶＣ電圧指令生成部１１２が電圧検出値ＶＨではなくてアクセル開度などに基づいてＶＣ＊を算出することに相当する。

図２２を参照して、ステップＳ５１において、アクセルペダルまたはブレーキペダルの操作量が検出される。そして、ステップＳ５２において、駆動力制御ルーチンが実行されて、アクセルペダルまたはブレーキペダルの操作量等に基づいて、要求駆動力が算出される。ステップＳ５３では、要求駆動力からパワー（電力Ｐ）が計算される。

バッファ回路４０の出力をＷｂｕf＿ｏｕｔ、負荷が消費する電力をＰとすると、Ｗｂｕｆ＿ｏｕｔを最大活用できるのは、Ｗｂｕｆ＿ｏｕｔ＝Ｐが成立する時である。

バッファ回路４０の出力制御は、バッファ回路４０の付加コンデンサＣ３の電圧ＶＣを以下の式（４）で示すように制御すればよい。

１／２ＣＶ（ｔ＋１）²−１／２ＣＶ（ｔ）²＝Ｗｂｕｆ＿ｏｕｔ＝Ｐ
Ｖ（ｔ＋１）＝√（２／Ｃ（−Ｐ＋１／２ＣＶ（ｔ）²）） …（４）
そこで、ステップＳ５４では式（４）に基づいて、電圧指令値ＶＣ＊が算出される。そしてステップＳ５５において電圧指令値ＶＣ＊が出力される。ステップＳ５６において制御は一旦メインルーチンに移される。

バッファ回路４０の電圧制御における電圧指令を式（４）のＶ（ｔ＋１）とし、所定の演算周期毎に演算を繰返してＶ（ｔ）の値を更新する。

図２３は、バッファ回路の制御構成例を示した図である。
図２３には、図５のＶＣ電圧指令生成部１１２、演算部１１４をそれぞれＶＣ電圧指令生成部１１２Ｂ、演算部１１４Ｂに置換すればよいことが示されている。ＶＣ電圧指令生成部１１２Ｂは、図２２に示したフローチャートの制御を実行し、ＶＣ電圧指令値ＶＣ＊を出力する。演算部１１４Ｂは、ＶＣ指令値ＶＣ＊と電圧ＶＨからデューティ比ｄｕｔｙを算出する。デューティ比ｄｕｔｙは、ｄｕｔｙ＝ＶＨ／ＶＣ（ｔ＋１）＊という式に基づいて算出される。なお、ＶＣ（ｔ＋１）＊は、指令値ＶＣ＊として式（４）のＶ（ｔ＋１）を与えることを示す。

図２４は、電気負荷が力行の場合にバッファ回路の電力を負荷で消費する処理について示した図である。

図２４を参照して、Ｗｂｕｆ＿ｏｕｔを最大活用できるのは、Ｗｂｕｆ＿ｏｕｔ＝Ｐが成立する時であり、☆印のパワーＰが要求される場合、バッファ回路４０から放出された電力が、すべて負荷でＰとして消費されるように制御されることが示されている。

つまり、力行の場合、バッファ回路４０のエネルギが残っている限りは、優先的にバッファ回路４０から負荷にエネルギが出力される。そして、電圧ＶＣが低下して平滑コンデンサＣ１の電圧ＶＨと等しくなると、バッファ回路４０の出力が停止するため、自動的に電池から電力が供給される。

図２５は、電気負荷が回生の場合に回生電力をバッファ回路で吸収する処理について示した図である。

図２５を参照して、☆印のパワーＰが回生される場合、バッファ回路４０にすべての回生エネルギが吸収される。

回生の場合、バッファ回路４０にエネルギを充電できる限りは、式（４）から優先的にバッファ回路４０に充電できる。バッファ回路４０の方がバッテリＢよりも内部抵抗が小さいため損失が小さくて済むので燃費の向上につながる。そして、電圧ＶＣが所定値まで到達し充電が停止すると、自動的に電池への充電となる。

［その他の処理］
平滑コンデンサＣ２の電圧ＶＨは、タイヤのスリップ・グリップなどの車両負荷変動以外にも、モータ電流センサ等のセンサ誤差によっても変動する。この変動を吸収させるために対応する周波数特性を有するコンデンサ容量が必要となり車両のコストアップの要因となっている。

センサ誤差に起因する変動周期は、一般にインバータ周波数の一次周波数から二次周波数程度であり数百Ｈｚ〜数ｋＨｚである。これは、車両負荷変動時の変動周波数の数十Ｈｚと比較して高速である。

この特性を利用して、平滑コンデンサの電圧変動を周波数で層別し、センサ誤差起因の電圧変動はバッファ回路４０で吸収する点がこの変形例の特徴である。このセンサ誤差起因の電圧変動は、電池で吸収させようとすると応答性が満足されない。または数ｋＨｚ単位の電力の出し入れが内部抵抗の大きい電池で発生すると、損失の増大等が問題となる。

一方バッファ回路４０の場合、電池と比べて応答性も速く、損失も最小限に抑えられるので、以下の制御が有効である。

図２６は、コンバータ制御部とバッファ制御部に与える電圧検出値を変形する変形例を説明するための図である。

図２７は、図２６に示した制御ブロックで制御が行なわれた場合の動作について説明するための図である。

図２６、図２７を参照して、電圧センサ１３で検出された電圧ＶＨは、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２０２を介して高周波数成分（たとえば、１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ以上）が除去された信号ＶＨＬとなる。また電圧センサ１３で検出された電圧ＶＨは、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）２０４を介して低周波数成分（たとえば、１００Ｈｚ以下）が除去された信号ＶＨＦとなる。コンバータ制御部３４は、信号ＶＨＬに応じて制御を実行し、一方バッファ回路制御部３３は、信号ＶＨＦに応じて制御を実行する。このようなＬＰＦ、ＨＰＦによって周波数成分を分離し、図５のコンバータ制御部３４、バッファ回路制御部３３に与える。

付加コンデンサＣ３は、電流センサ２４に起因する電源ノード（正極母線ＰＬ２）の変動周波数を吸収しうる周波数特性を有する。

より好ましくは、付加コンデンサＣ３は、平滑コンデンサＣ２が吸収しうる周波数（たとえば、１００Ｈｚ以下）よりも高い周波数（たとえば、１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ以上）の変動を吸収しうる周波数特性を有する。

したがって、電池と比べて応答性も速く、損失も低いバッファ回路４０をさらに有効に活用して一層好適な電力の分配が行なうことができる。

最後に再び図１等を参照して本実施の形態について総括する。本実施の形態の車両の電源装置は、バッテリＢと、車両に搭載される電気負荷装置の電源ノード（正極母線ＰＬ２）とバッテリＢとの間に接続される電圧コンバータ１２と、電源ノード（正極母線ＰＬ２）に接続される平滑コンデンサＣ２と、電源ノード（正極母線ＰＬ２）に生じた余剰電力を吸収するための付加コンデンサＣ３と、電源ノード（正極母線ＰＬ２）と付加コンデンサＣ３との間に接続される電圧コンバータ４２と、電圧コンバータ１２，４２を制御する制御装置３０とを備える。図１３に示すように、制御装置３０は、電圧コンバータ１２を通過する電流値ＩＬを、第１の温度（中・高温時）では第１の値（Ｋ２）に制限し、第１の温度より低い第２の温度（低温時）では第１の値よりも制限された第２の値（Ｋ１）に制限し、かつ、制御装置３０は、第２の温度では第１の温度におけるよりも電源ノード（正極母線ＰＬ２）に生じた余剰電力がバッテリＢよりも付加コンデンサＣ３に優先的に吸収されるように電圧コンバータ１２，４２を制御する。

好ましくは、制御装置３０は、電源ノード（正極母線ＰＬ２）の電圧をバッテリＢの電圧ＶＢ以上に維持し、付加コンデンサＣ３の電圧を電源ノード（正極母線ＰＬ２）の電圧ＶＨ以上に維持するように、電圧コンバータ１２，４２を制御する。

より好ましくは、付加コンデンサＣ３は、平滑コンデンサＣ２よりも高い電圧に耐え得る特性を有する。

好ましくは、電気負荷装置は、車輪を駆動するためのモータＭ１を含む。制御装置３０は、付加コンデンサＣ３に蓄積されたエネルギが所定量を超えた場合には、モータＭ１の駆動力を所定値以下に制限する。

好ましくは、制御装置３０は、バッテリＢの温度がしきい値より下の場合には、付加コンデンサＣ３に入出力する電力Ｗｂｕｆ＿ｏｕｔをバッテリＢに入出力可能な電力Ｗｉｎと電気負荷装置で要求される電力Ｐとに応じて決定し、バッテリＢの温度がしきい値より上の場合には、付加コンデンサＣ３に入出力する電力Ｗｂｕｆ＿ｏｕｔを電気負荷装置で要求される電力Ｐに応じて、かつバッテリＢに入出力可能な電力Ｗｉｎを考慮せずに決定する。

好ましくは、車両の電源装置は、電気負荷装置に流れる電流を検出する電流センサ２４をさらに備える。付加コンデンサＣ３は、電流センサ２４に起因する電源ノード（正極母線ＰＬ２）の変動周波数を吸収しうる周波数特性を有する。

より好ましくは、付加コンデンサＣ３は、平滑コンデンサＣ２よりも高い周波数の変動を吸収しうる周波数特性を有する。

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。

１制御周期、９温度センサ、１０，１３，４４電圧センサ、１１，２４，２５電流センサ、１２電圧コンバータ、１４インバータ、１５Ｕ相アーム、１６Ｖ相アーム、１７Ｗ相アーム、３０制御装置、３０Ａ制御装置、３１駆動力制御部、３２，３２Ａ電圧指令演算部、３３，３３Ａバッファ回路制御部、３４，３４Ａコンバータ制御部、３５インバータ制御部、４０バッファ回路、４２，４２Ａ電圧コンバータ、５２アクセル開度センサ、５４レゾルバ、１００車両、１０２ＶＨ電圧指令生成部、１０４，１０８減算部、１０６電圧制御演算部、１０９ＩＬ制限部、１１０電流制御演算部、１１１ＰＷＭ制御部、１１２，１１２ＢＶＣ電圧指令生成部、１１２Ａ加算部、１１４，１１４Ａ，１１４Ｂ演算部、１１６ＰＷＭ制御部、２０２ＬＰＦ、２０４ＨＰＦ、Ｂバッテリ、Ｃ１，Ｃ２平滑コンデンサ、Ｃ３付加コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ１１〜Ｄ１４ダイオード、Ｌ１，Ｌ２リアクトル、Ｍ１交流モータ、ＰＬ１，ＰＬ２正極母線、Ｑ１〜Ｑ８，Ｑ１１〜Ｑ１４ＮＰＮトランジスタ、ＳＬ負極母線、ＳＲ１，ＳＲ２システムリレー。

Claims

二次電池と、
車両に搭載される電気負荷装置の電源ノードと前記二次電池との間に接続される第１の電圧コンバータと、
前記電源ノードに接続される平滑コンデンサと、
前記電源ノードに生じた余剰電力を吸収するための付加コンデンサと、
前記電源ノードと前記付加コンデンサとの間に接続される第２の電圧コンバータと、
前記第１、第２の電圧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、前記第１の電圧コンバータを通過する電流値を、第１の温度では第１の値に制限し、前記第１の温度より低い第２の温度では前記第１の値よりも制限された第２の値に制限し、かつ、前記制御装置は、前記第２の温度では前記第１の温度におけるよりも前記電源ノードに生じた余剰電力が前記二次電池よりも前記付加コンデンサに優先的に吸収されるように前記第１、第２の電圧コンバータを制御する、車両の電源装置。
前記制御装置は、前記電源ノードの電圧を前記二次電池の電圧以上に維持し、前記付加コンデンサの電圧を前記電源ノードの電圧以上に維持するように、前記第１、第２の電圧コンバータを制御する、請求項１に記載の車両の電源装置。
前記付加コンデンサは、前記平滑コンデンサよりも高い電圧に耐え得る特性を有する、請求項２に記載の車両の電源装置。
前記電気負荷装置は、
車輪を駆動するためのモータを含み、
前記制御装置は、前記付加コンデンサに蓄積されたエネルギが所定量を超えた場合には、前記モータの駆動力を所定値以下に制限する、請求項１に記載の車両の電源装置。
前記制御装置は、前記二次電池の温度がしきい値より下の場合には、前記付加コンデンサに入出力する電力を前記二次電池に入出力可能な電力と前記電気負荷装置で要求される電力とに応じて決定し、前記二次電池の温度がしきい値より上の場合には、前記付加コンデンサに入出力する電力を前記電気負荷装置で要求される電力に応じてかつ前記二次電池に入出力可能な電力を考慮せずに決定する、請求項１に記載の車両の電源装置。
前記電気負荷装置に流れる電流を検出する電流センサをさらに備え、
前記付加コンデンサは、前記電流センサに起因する前記電源ノードの変動周波数を吸収しうる周波数特性を有する、請求項１に記載の車両の電源装置。
前記付加コンデンサは、前記平滑コンデンサよりも高い周波数の変動を吸収しうる周波数特性を有する、請求項１に記載の車両の電源装置。