JP2014176167A - 電源制御装置及び過電圧防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切替可能な電源制御装置であって、過電圧をかけずに電動機の回生制御を行うことができる電源制御装置を提供する。
【解決手段】電動車両の駆動源である電動機１０７と、電動機に電力を供給する、接続形態が直列又は並列に切り替えられる複数のバッテリを有する蓄電器１０１と、複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切り替える直並列切替部１２０とを備えた電動車両の電源制御装置は、電動機が回生制御されているとき、電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定される場合には、過電圧の発生を防止する処理を行う過電圧防止部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切替可能な電源制御装置及び過電圧防止方法に関する。

図１１は、特許文献１に開示された電動車両用電源装置の構成図である。図１１に示す電動車両用電源装置１では、電動機（Ｍ）２の負荷が小さく、電動機（Ｍ）２で必要とされる駆動電圧が小さい場合には、第１スイッチ（ＳＷ１）１４を開かつ第２スイッチ（ＳＷ２）１５を閉として、電動機（Ｍ）２の駆動用インバータ３に対して第１バッテリ１１と第２バッテリ１２とを並列に接続する。一方、電動機（Ｍ）２の負荷が大きく、電動機（Ｍ）２で必要とされる駆動電圧が大きい場合には、第１スイッチ（ＳＷ１）１４を閉かつ第２スイッチ（ＳＷ２）１５を開として、電動機（Ｍ）２の駆動用インバータ３に対して第１バッテリ１１と第２バッテリ１２とを直列に接続する。このように、電動機（Ｍ）２の負荷が大きい場合には、電動機（Ｍ）２の駆動電圧を増大させて所望の動力性能を確保することができ、電動機（Ｍ）２の負荷が小さい場合には、電動機（Ｍ）２の駆動電圧が過大になることを防止して電動機（Ｍ）２および駆動用インバータ３の運転効率を増大させることができる。

また、電動車両用電源装置１において、電動機（Ｍ）２の負荷の増大に応じて、第１バッテリ１１と第２バッテリ１２との接続を並列から直列に切り替える場合には、第１スイッチ（ＳＷ１）１４及び第２スイッチ（ＳＷ２）１５を開（オフ）として第２バッテリ１２を電動機（Ｍ）２から切り離し、第１バッテリ１１のみによって電動機（Ｍ）２に電力を供給する。そして、第１スイッチ（ＳＷ１）１４に接続された第２ノードＢの電位ＶＢが、第１スイッチ（ＳＷ１）１４に接続された第３ノードＣの電位ＶＣに等しくなるまで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の昇圧動作を行い、この後、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の昇圧動作を停止すると共に第１スイッチ（ＳＷ１）１４を閉（オン）とする。このように、電動機（Ｍ）２に対する電力供給を維持した状態で、電動機（Ｍ）２の負荷の大きさに応じて、電動機（Ｍ）２に対する第１バッテリ１１と第２バッテリ１２との接続を並列と直列との間で切り替える。ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を第１バッテリ１１と第２バッテリ１２との接続の切り替え時にのみ動作させることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ３を常時動作させる場合に比べて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３でのスイッチング損失の増大を抑制することができる。

特開２０１２−１５２０７９号公報 特開２０１２−１５２０８０号公報 特開２０１０−０５７２８８号公報 特開２００８−１３１８３０号公報 特開２０１２−０６０８３８号公報 特開２０１２−０７０５１４号公報

上記説明した特許文献１の電動車両用電源装置１を搭載した車両が減速中に電動機１０７が回生制御されると、図１１に示す第１ノードＡには、電動機（Ｍ）２側から第１バッテリ１１及び第２バッテリ１２側に回生電流が流れる。その結果、第１ノードＡの電位ＶＡは上昇する。この回生電流による電圧上昇は、第１バッテリ１１及び第２バッテリ１２の出力電圧に対する増加である。

例えば、電動機（Ｍ）２の駆動用インバータ３に対して第１バッテリ１１と第２バッテリ１２とが並列に接続された図１２（Ａ）に示す状態のときに回生制動が行われると、図１２（Ｂ）に二点鎖線で示す第１ノードＡの電位ＶＡは、一点鎖線で示す第１バッテリ１１の電圧（第１バッテリ電圧）Ｖｂ１又は第２バッテリ１２の電圧（第２バッテリ電圧）Ｖｂ２に、回生によって生じた電圧Ｖｒを加えた値となる。一方、電動機（Ｍ）２の駆動用インバータ３に対して第１バッテリ１１と第２バッテリ１２とが直列に接続された図１３（Ａ）に示す状態のときに回生制動が行われると、図１３（Ｂ）に二点鎖線で示す第１ノードＡの電位ＶＡは、一点鎖線で示す第２バッテリ１２の電圧（第２バッテリ電圧）Ｖｂ２に第１バッテリ１１の電圧（第１バッテリ電圧）Ｖｂ１を加えた値に、回生によって生じた電圧Ｖｒを加えた値となる。

並列接続時の図１２（Ｂ）に示す電位ＶＡと直列接続時の図１３（Ｂ）に示す電位ＶＡを比較すると、直列接続時の電位ＶＡの方が高い。これは、回生によって生じた電圧Ｖｒを電位ＶＡから差し引いた値が直列接続時の方が高いためである。そのため、直列接続時に回生制動が行われると、回生によって生じる電圧Ｖｒの大きさにもよるが、第１ノードＡの電位ＶＡが当該装置の上限許容値（過電圧）を超える可能性がある。

本発明の目的は、複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切替可能な電源制御装置であって、過電圧をかけずに電動機の回生制御を行うことができる電源制御装置及び過電圧防止方法を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の電源制御装置は、電動車両の駆動源である電動機（例えば、実施の形態での電動機１０７）と、前記電動機に電力を供給する、接続形態が直列又は並列に切り替えられる複数のバッテリ（例えば、実施の形態での第１バッテリ１０３ａ及び第２バッテリ１０３ｂ）を有する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器１０１）と、前記複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切り替える直並列切替部（例えば、実施の形態での直並列切替部１２０）と、を備えた前記電動車両の電源制御装置であって、前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定される場合には、当該過電圧の発生を防止する処理を行う過電圧防止部（例えば、実施の形態での接続形態切替制御部１６３，２６３）を備えたことを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明の電源制御装置では、前記過電圧防止部は、前記複数のバッテリが直列接続されている状態での前記蓄電器の正極の電位がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明の電源制御装置は、前記複数のバッテリが直列接続されている状態で、前記電動機が回生制御されているとき、前記蓄電器の正極の電位の最終値を推定する最終値推定部（例えば、実施の形態での最終値推定部２６５）を備え、前記過電圧防止部は、前記最終値推定部が推定した前記蓄電器の正極の電位の最終値がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴としている。

さらに、請求項４に記載の発明の電源制御装置では、前記過電圧防止部は、過電圧の発生を防止するために、前記直並列切替部を制御して、前記複数のバッテリの接続形態を並列に切り替えることを特徴としている。

さらに、請求項５に記載の発明の過電圧防止方法では、電動車両の駆動源である電動機（例えば、実施の形態での電動機１０７）と、前記電動機に電力を供給する、接続形態が直列又は並列に切り替えられる複数のバッテリ（例えば、実施の形態での第１バッテリ１０３ａ及び第２バッテリ１０３ｂ）を有する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器１０１）と、前記複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切り替える直並列切替部（例えば、実施の形態での直並列切替部１２０）と、を備えた前記電動車両での過電圧防止方法であって、前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかるか否かを推定する過電圧推定ステップと、前記過電圧推定ステップで前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定した場合には、当該過電圧の発生を防止する処理を行う過電圧防止ステップと、を有することを特徴としている。

さらに、請求項６に記載の発明の過電圧防止方法では、前記過電圧推定ステップでは、前記複数のバッテリが直列接続されている状態での前記蓄電器の正極の電位がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴としている。

さらに、請求項７に記載の発明の過電圧防止方法は、前記複数のバッテリが直列接続されている状態で、前記電動機が回生制御されているとき、前記蓄電器の正極の電位の最終値を推定する最終値推定ステップを有し、前記過電圧推定ステップでは、前記最終値推定ステップで推定した前記蓄電器の正極の電位の最終値がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴としている。

さらに、請求項８に記載の発明の過電圧防止方法では、前記過電圧防止ステップでは、過電圧の発生を防止するために、前記直並列切替部を制御して、前記複数のバッテリの接続形態を並列に切り替えることを特徴としている。

請求項１〜４に記載の発明の電源制御装置及び請求項５〜８に記載の発明の過電圧防止方法によれば、過電圧をかけずに電動機の回生制御を行うことができる。その結果、電動機１０７の回生制御を続行しても駆動系に過電圧がかかる可能性は小さくなる。

請求項３に記載の発明の電源制御装置及び請求項７に記載の発明の過電圧防止方法によれば、過電圧の発生を防止するための処理が事前に行われるため、電動機１０７の回生制御を続行しても駆動系に過電圧がかかる可能性は非常に小さくなる。

シリーズ方式のＨＥＶの第１の実施形態の内部構成を示すブロック図 図１に示した車両の駆動系の第１の実施形態の概略構成を示す図 第１の実施形態において車両が減速中に電動機１０７が回生制御されるときの状態変化を示す図 蓄電器１０１の等価回路を示す図 接続形態切替制御部１６３の動作を示すフローチャート シリーズ方式のＨＥＶの第２の実施形態の内部構成を示すブロック図 図６に示した車両の駆動系の第２の実施形態の概略構成を示す図 第２の実施形態において車両が減速中に電動機１０７が回生制御されるときの状態変化を示す図 接続形態切替制御部２６３及び最終値推定部２６５の動作を示すフローチャート シリーズ／パラレル方式のＨＥＶの他の実施形態の内部構成を示すブロック図 特許文献１に開示された電動車両用電源装置の構成図 （Ａ）は図１１の電動車両用電源装置において電動機（Ｍ）の駆動用インバータに対して第１バッテリと第２バッテリとを並列に接続する状態を示す図であり、（Ｂ）は並列接続された状態で回生が行われたときの各ノードの電位を示す図 （Ａ）は図１１の電動車両用電源装置において電動機（Ｍ）の駆動用インバータに対して第１バッテリと第２バッテリとを直列に接続する状態を示す図であり、（Ｂ）は直列接続された状態で回生が行われたときの各ノードの電位を示す図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

本発明に係る電源制御装置を搭載するＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）は、電動機及び内燃機関を備え、車両の走行状態に応じて電動機及び／又は内燃機関の駆動力によって走行する。ＨＥＶには、大きく分けてシリーズ方式とパラレル方式の２種類がある。シリーズ方式のＨＥＶは、電動機の動力によって走行する。内燃機関は発電のために用いられ、内燃機関の動力によって発電機で発電された電力は蓄電器に充電されるか、電動機に供給される。パラレル方式のＨＥＶは、電動機及び内燃機関のいずれか一方又は双方の駆動力によって走行する。上記両方式を複合したシリーズ／パラレル方式のＨＥＶも知られている。当該方式では、車両の走行状態に応じてクラッチを開放又は締結する（断接する）ことによって、駆動力の伝達系統をシリーズ方式及びパラレル方式のいずれかの構成に切り替える。上記ＨＥＶでは、エンジンブレーキ相当の制動力を得るために、減速時に電動機を発電機として動作させる回生制動が利用される。

（第１の実施形態）
図１は、シリーズ方式のＨＥＶの第１の実施形態の内部構成を示すブロック図である。また、図２は、図１に示した車両の駆動系の第１の実施形態の概略構成を示す図である。

図１又は図２に示すように、シリーズ方式のＨＥＶ（以下、単に「車両」という）は、蓄電器（BATT）１０１と、コンバータ（CONV）１０３と、第１インバータ（第１INV）１０５と、電動機（Mot）１０７と、内燃機関（ENG）１０９と、発電機（GEN）１１１と、第２インバータ（第２INV）１１３と、ギアボックス（以下、単に「ギア」という。）１１５と、車速センサ１１７と、マネジメントＥＣＵ（MG ECU）１１９と、昇降圧ＥＣＵ１２２と、電動機ＥＣＵ１２４と、発電機ＥＣＵ１２６と、図示しない蓄電器ＥＣＵ１２８と、直並列切替部１２０と、接続形態切替制御部１６３とを備える。なお、図１中の実線の矢印は値データを示し、点線は指示内容を含む制御信号を示す。

蓄電器１０１は、直列又は並列に接続される第１バッテリ１０３ａ及び第２バッテリ１０３ｂを有する。図２に示すように、第１バッテリ１０３ａは、第１ノードＡと第２ノードＢの間に設けられ、第２バッテリ１０３ｂは、第３ノードＣと第４ノードＤの間に設けられている。各バッテリは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の複数の蓄電セルを含む。

コンバータ１０３は、例えばチョッパ型のＤＣ−ＤＣコンバータであり、蓄電器１０１の直流出力電圧を直流のまま昇圧する。図２に示すように、コンバータ１０３は、直列接続された２つのスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar mode Transistor）１３１Ｈ，１３１Ｌと、リアクトル１３３と、平滑コンデンサ１３５，１３７とを有する。スイッチング素子１３１Ｈのコレクタは高電圧側端子１３Ｈに接続され、スイッチング素子１３１Ｌのエミッタは共通端子１３Ｃに接続されている。また、スイッチング素子１３１Ｈのエミッタはスイッチング素子１３１Ｌのコレクタに接続されている。

スイッチング素子１３１Ｈ，１３１Ｌの各ゲートには、マネジメントＥＣＵ１１９からのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号が入力される。スイッチング素子１３１Ｈがオンかつスイッチング素子１３１Ｌがオフになる状態と、スイッチング素子１３１Ｈがオフかつスイッチング素子１３１Ｌがオンになる状態とが交互に切り替えられることによって、コンバータ１０３は、蓄電器１０１の出力電圧を昇圧し、又は、電動機１０７が回生制御された際に得られた電圧を降圧する。

第１インバータ１０５は、直流電圧を交流電圧に変換して３相電流を電動機１０７に供給する。また、第１インバータ１０５は、電動機１０７の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換する。

電動機１０７は、車両が走行するための動力を発生する。電動機１０７で発生したトルクは、ギア１１５及び駆動軸１２１を介して駆動輪１２３に伝達される。なお、電動機１０７の回転子はギア１１５に直結されている。また、電動機１０７は、回生制動時には発電機として動作する。

内燃機関１０９は、発電機１１１を駆動するために用いられる。発電機１１１は、内燃機関１０９の動力によって駆動され、電力を発生する。発電機１１１が発電した電力は、蓄電器１０１に充電されるか、第２インバータ１１３及び第１インバータ１０５を介して電動機１０７に供給される。

第２インバータ１１３は、発電機１１１が発生した交流電圧を直流電圧に変換する。第２インバータ１１３によって変換された電力は、蓄電器１０１に充電されるか、第１インバータ１０５を介して電動機１０７に供給される。

ギア１１５は、例えば５速相当の１段の固定ギアである。したがって、ギア１１５は、電動機１０７からの駆動力を、特定の変速比での回転数及びトルクに変換して、駆動軸１２１に伝達する。車速センサ１１７は、車両の走行速度（車速ＶＰ）を検出する。車速センサ１１７によって検出された車速ＶＰを示す信号は、マネジメントＥＣＵ１１９に送られる。なお、車速ＶＰの代わりに、電動機１０７の回転数が用いられても良い。

マネジメントＥＣＵ１１９は、車速ＶＰ及び車両の運転者のアクセル操作に応じたアクセルペダル開度（ＡＰ開度）を示す各情報の取得を行う。また、マネジメントＥＣＵ１１９には、図２に示すように、電圧センサ１４１ａが検出した第１ノードＡと第２ノードＢの間の電位差（電圧Ｖｂ１）を示す情報と、電圧センサ１４１ｂが検出した第３ノードＣと第４ノードＤの間の電位差（電圧Ｖｂ２）を示す情報と、電圧センサ１４１ｃが検出した第２ノードＢと第４ノードＤの間の電位差（電圧Ｖ１）を示す情報とが入力される。また、マネジメントＥＣＵ１１９には、図２に示すように、電流センサ１４３ａが検出した第１バッテリ１０３ａを流れる実バッテリ電流Ｉｂ１と、電流センサ１４３ｂが検出した第２バッテリ１０３ｂを流れる実バッテリ電流Ｉｂ２とが入力される。

昇降圧ＥＣＵ１２２は、コンバータ１０３を構成するスイッチング素子１３１Ｈ，１３１Ｌのスイッチング動作を２相変調方式でＰＷＭ制御する。電動機ＥＣＵ１２４は、第１インバータ１０５を構成する各スイッチング素子のスイッチング動作を２相変調方式でＰＷＭ制御することによって、電動機１０７の制御を行う。なお、電動機ＥＣＵ１２４は、車両の減速時に、当該車両の制動力を得るために電動機１０７を回生制御する。

発電機ＥＣＵ１２６は、第２インバータ１１３を構成する各スイッチング素子のスイッチング動作を２相変調方式でＰＷＭ制御することによって、発電機１１１の制御を行う。蓄電器ＥＣＵ１２８は、蓄電器１０１の各バッテリの残容量（ＳＯＣ：State of Charge）及び温度等に関する情報を取得する。

直並列切替部１２０は、接続形態切替制御部１６３からの指示に応じて、蓄電器１０１が有する２つのバッテリの接続形態を直列又は並列に切り替える。図２に示すように、直並列切替部１２０は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子である第１スイッチ（ＳＷ１）１５１及び第２スイッチ（ＳＷ２）１５３を有する。第１スイッチ（ＳＷ１）１５１は、第２ノードＢと第３ノードＣの間に設けられ、第２スイッチ（ＳＷ２）１５３は、第１ノードＡと第３ノードＣの間に設けられている。直並列切替部１２０は、第１スイッチ（ＳＷ１）１５１及び第２スイッチ（ＳＷ２）１５３の各ゲートに入力される接続形態切替制御部１６３からの信号に応じて、第１バッテリ１０３ａと第２バッテリ１０３ｂの接続形態を直列又は並列に切り替える。なお、第１バッテリ１０３ａと第２バッテリ１０３ｂの接続形態を直列から並列に切り替える場合、直並列切替部１２０は、第１スイッチ（ＳＷ１）１５１及び第２スイッチ（ＳＷ２）１５３の双方とも開（オフ）して第２バッテリ１０３ｂを電動機１０７から切り離し、コンバータ１０３は、電動機１０７に対する電圧が徐々に低下するよう昇圧動作を行う。

接続形態切替制御部１６３は、直並列切替部１２０を構成する第１スイッチ（ＳＷ１）１５１及び第２スイッチ（ＳＷ２）１５３のオンオフ切替を制御する。

以下、接続形態切替制御部１６３の動作について、図３を参照して詳細に説明する。図３は、第１の実施形態において車両が減速中に電動機１０７が回生制御されるときの状態変化を示す図である。図３に示すように、電動機１０７の駆動力により走行中の車両の運転者がアクセルペダルを完全に離すと、ＡＰ開度が０になる。このとき、電動機ＥＣＵ１２４が電動機１０７を発電機として作動させることで、電動機１０７から制動力が得られる。ＡＰ開度が０になった後、トルク指令値は緩やかに低下する。トルク指令値は、マネジメントＥＣＵ１１９がＡＰ開度と車速ＶＰに基づいて算出する、電動機１０７に要求されるトルク値である。トルク指令値の低下に伴い、蓄電器１０１の出力電流である実バッテリ電流も緩やかに減少する。

図４は、蓄電器１０１の等価回路を示す図である。図４に示すように、蓄電器１０１の電極間電圧Ｖｏｕｔに対する、２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの開放電圧の総和Ｖｏｃｖと、２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの合成内部抵抗Ｒｉｎと、蓄電器１０１の出力電流Ｉｏｕｔとの関係は、以下に示す式（１）で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｃｖ−Ｒｉｎ・Ｉｏｕｔ …（１）

式（１）に従えば、蓄電器１０１の出力電流Ｉｏｕｔが低下すると、蓄電器１０１の電極間電圧Ｖｏｕｔは上昇する。このため、図３に示すように蓄電器１０１の実バッテリ電流が低下していくと、蓄電器１０１の電極間電圧である実出力電圧は上昇する。その結果、図２に示した第１ノードＡの電位ＶＡは上昇する。

第１ノードＡの電位ＶＡは、蓄電器１０１の２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂが並列接続されたときよりも直列接続されたときの方が大きい。２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂが直列接続されたときの第１ノードＡの電位ＶＡは、図２に示した電圧センサ１４１ａが検出する電圧Ｖｂ１と電圧センサ１４１ｂが検出する電圧Ｖｂ２を足した値（Ｖｂ１＋Ｖｂ２）である。

本実施形態では、蓄電器１０１の２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂが直列接続された状態で電動機１０７が回生制御されると、接続形態切替制御部１６３は、第１ノードＡの電位ＶＡが図３に二点鎖線で示す過電圧回避しきい値に到達した時点で、２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの接続形態を直列から並列に変えるよう直並列切替部１２０を制御する。過電圧回避しきい値は、本実施形態の車両の駆動系における上限許容値（過電圧）よりも低い値であり、後述する２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの接続形態を直列から並列に切り替えるまでの時間を考慮した、上限許容値（過電圧）から十分にマージンを持った値である。

接続形態切替制御部１６３は、２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの接続形態を直列から並列に切り替えるまでの間、直並列切替部１２０の第１スイッチ（ＳＷ１）１５１及び第２スイッチ（ＳＷ２）１５３の双方とも開（オフ）として第２バッテリ１０３ｂを電流経路から切り離す。双方のスイッチとも開（オフ）した直後は、電動機１０７に対する電圧が直列接続時の電圧と同じになるよう、昇降圧ＥＣＵ１２２がコンバータ１０３の昇圧動作を制御する。その後、昇降圧ＥＣＵ１２２は、電動機１０７に対する電圧が徐々に低下するよう、コンバータ１０３の昇圧比を制御する。

昇圧比が０になると、接続形態切替制御部１６３は、第２スイッチ（ＳＷ２）１５３を閉（オフ）としたまま第１スイッチ（ＳＷ１）１５１を開（オン）して、２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの接続形態を並列に切り替える。このときの第１ノードＡの電位ＶＡは、図２に示した電圧センサ１４１ｂが検出する電圧Ｖｂ２である。こうして、図３に示すように、第１ノードＡの電位ＶＡは過電圧回避しきい値よりも大幅に低下する。但し、その後も電動機１０７の回生制御によって第１ノードＡの電位ＶＡは上昇するが、並列接続時には過電圧回避しきい値まで上昇しないよう制御される。

図５は、接続形態切替制御部１６３の動作を示すフローチャートである。図５に示すように、接続形態切替制御部１６３は、蓄電器１０１の２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの接続形態が並列か直列かを判断し（ステップＳ１０１）、並列であればステップＳ１０３に進み、直列であればステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０３では、接続形態切替制御部１６３は、接続形態を並列のまま維持する。

ステップＳ１０５では、接続形態切替制御部１６３は、当該車両の駆動系に過電圧がかかると推定されるか否かを判断する。すなわち、接続形態切替制御部１６３は、第１ノードＡの電位ＶＡが過電圧回避しきい値以上か否かを判断する。ステップＳ１０５で、「電位ＶＡ≧過電圧回避しきい値」と判断されればステップＳ１０７に進み、「電位ＶＡ＜過電圧回避しきい値」と判断されればステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０７では、接続形態切替制御部１６３は、接続形態を直列から並列に切り替える制御を行う。ステップＳ１０９では、接続形態切替制御部１６３は、接続形態を直列のまま維持する。

以上説明したように、本実施形態によれば、蓄電器１０１の２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂが直列接続されているとき、車両が減速時に電動機１０７が回生制御されて、当該車両の駆動系に過電圧がかかると第１のノードＡの電位ＶＡから推定される場合には、当該２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの接続形態が並列に変更される。接続形態が並列に変更されると第１ノードＡの電位ＶＡが大きく下がり、電動機１０７の回生制御を続行しても駆動系に過電圧がかかる可能性は小さくなる。このように、電動機１０７の回生制御を中断する必要がないため、当該駆動系において回生エネルギーを無駄なく取得することができる。

（第２の実施形態）
図６は、シリーズ方式のＨＥＶの第２の実施形態の内部構成を示すブロック図である。図７は、図１に示した車両の駆動系の第２の実施形態の概略構成を示す図である。第２の実施形態では、第１の実施形態の接続形態切替制御部１６３の代わりに接続形態切替制御部２６３が設けられ、最終値推定部２６５がさらに設けられる。他の構成要素は第１の実施形態と同様であるため、同一又は同等の構成要素には図６及び図７において同一の符号を付して説明を簡略化又は省略する。

最終値推定部２６５は、電動機１０７の駆動力により走行中の車両の運転者がアクセルペダルを完全に離してＡＰ開度が０になったときの車速ＶＰに基づいて、電動機１０７に対するトルク指令値の最終値を導出する。なお、最終値とは、ＡＰ開度が０になった後、条件が変わらずに時間が経過した際の定常値である。また、最終値推定部２６５は、トルク指令値の最終値が負値であれば、当該トルク指令値の最終値に対応する蓄電器１０１の出力電流の最終値を導出する。

さらに、最終値推定部２６５は、第１の実施形態で示した式（１）と以下に示す式（２）の連立方程式から導出される式（３）を用いて、第１ノードＡの電位ＶＡの最終値を推定する。蓄電器１０１の電極間電圧Ｖｏｕｔは、第１ノードＡの電位ＶＡに等しい。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｃｖ−Ｒｉｎ・Ｉｏｕｔ …（１）
ＶＡ・Ｉｏｕｔ＝Ｐｉｎ …（２）
ＶＡ＝｛Ｖｏｃｖ＋√（Ｖｏｃｖ^２−４Ｐｉｎ・Ｒｉｎ）｝／２ …（３）

なお、蓄電器１０１の２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの総和Ｖｏｃｖは、各バッテリの残容量（ＳＯＣ：State of Charge）に基づいてバッテリ特性データから導出可能である。また、式（２）に示される入力電圧Ｐｉｎは、以下の式（４）によっても表される。
Ｐｉｎ＝Ｐｏｕｔ＋Ｐｌｏｓｓ＿ｍｏｒ＋Ｐｌｏｓｓ＿ｉｎｖ …（４）
なお、Ｐｏｕｔは、電動機１０７の出力であり、電動機１０７のトルクと回転数との乗算値で表される。また、Ｐｌｏｓｓ＿ｍｏｒは第１インバータ１０５での損失であり、Ｐｌｏｓｓ＿ｉｎｖは電動機１０７での損失である。

接続形態切替制御部２６３は、蓄電器１０１の２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂが直列接続されているとき、最終値推定部２６５が導出した第１ノードＡの電位ＶＡの推定最終値が過電圧回避しきい値以上であれば、２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの接続形態を直列から並列に変えるよう直並列切替部１２０を制御する。なお、過電圧回避しきい値は、第１の実施形態と同様、車両の駆動系における上限許容値（過電圧）よりも低い所定値である。

以下、接続形態切替制御部２６３の動作について、図８を参照して詳細に説明する。図８は、第２の実施形態において車両が減速中に電動機１０７が回生制御されるときの状態変化を示す図である。図８に示すように、電動機１０７の駆動力により走行中の車両の運転者がアクセルペダルを完全に離すと、ＡＰ開度が０になる。このとき、電動機ＥＣＵ１２４が電動機１０７を発電機として作動させることで、電動機１０７から制動力が得られる。ＡＰ開度が０になった後、トルク指令値は緩やかに低下する。トルク指令値は、マネジメントＥＣＵ２１９がＡＰ開度と車速ＶＰに基づいて算出する、電動機１０７に要求されるトルク値である。トルク指令値の低下に伴い、蓄電器１０１の出力電流である実バッテリ電流も緩やかに減少する。

本実施形態では、ＡＰ開度が０になり、蓄電器１０１の２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂが直列接続された状態で電動機１０７が回生制御されると、最終値推定部２６５が、トルク指令値の最終値を導出する。さらに、最終値推定部２６５は、トルク指令値の最終値が負値であれば、蓄電器１０１に回生電流が流れると見込まれるため、第１ノードＡの電位ＶＡの推定最終値を導出する。接続形態切替制御部２６３は、最終値推定部２６５が導出した第１ノードＡの電位ＶＡの推定最終値が図８に二点鎖線で示す過電圧回避しきい値以上であれば、２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの接続形態を直列から並列に変えるよう直並列切替部１２０を制御する。後の動作は第１の実施形態と同様である。

図９は、接続形態切替制御部２６３及び最終値推定部２６５の動作を示すフローチャートである。図９に示すように、接続形態切替制御部２６３は、蓄電器１０１の２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの接続形態が並列か直列かを判断し（ステップＳ２０１）、並列であればステップＳ２０３に進み、直列であればステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０３では、接続形態切替制御部２６３は、接続形態を並列のまま維持する。

ステップＳ２０５では、最終値推定部２６５は、電動機１０７に対するトルク指令値の最終値を導出する。次に、最終値推定部２６５は、ステップＳ２０５で導出したトルク指令値の最終値が負値であるか否かを判断し（ステップＳ２０７）、当該最終値が負値でなければステップＳ２０９に進み、負値であればステップＳ２１１に進む。ステップＳ２０９では、接続形態切替制御部２６３は、接続形態を直列のまま維持する。

ステップＳ２１１では、最終値推定部２６５は、第１ノードＡの電位ＶＡの推定最終値を導出する。次に、接続形態切替制御部２６３は、ステップＳ２１１で導出した電位ＶＡの推定最終値が過電圧回避しきい値以上か否かを判断する（ステップＳ２１３）。ステップＳ２１３で、「電位ＶＡの推定最終値≧過電圧回避しきい値」と判断されればステップＳ２１５に進み、「電位ＶＡの推定最終値＜過電圧回避しきい値」と判断されればステップＳ２１７に進む。ステップＳ２１５では、接続形態切替制御部２６３は、接続形態を直列から並列に切り替える制御を行う。ステップＳ２１７では、接続形態切替制御部２６３は、接続形態を直列のまま維持する。

以上説明したように、本実施形態によれば、蓄電器１０１の２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂが直列接続されているとき、車両が減速時に電動機１０７が回生制御されているとき導出された第１のノードＡの電位ＶＡの推定最終値に基づいて、当該車両の駆動系に過電圧がかかると推定される場合には、当該２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの接続形態が並列に変更される。第１のノードＡの電位ＶＡの推定最終値は、第１のノードＡの電位ＶＡの実値が過電圧回避しきい値に到達する前に導出されるため、事前に接続形態を並列に変えて第１ノードＡの電位ＶＡを下げておくことができる。その結果、電動機１０７の回生制御を続行しても駆動系に過電圧がかかる可能性は非常に小さくなる。このように、電動機１０７の回生制御を中断する必要がないため、当該駆動系において回生エネルギーを無駄なく取得することができる。

なお、第１の実施形態では第１のノードＡの電位ＶＡが過電圧回避しきい値に到達したとき、また、第２の実施形態では第１のノードＡの電位ＶＡの推定最終値が過電圧回避しきい値以上であれば、蓄電器１０１の２つのバッテリ１０３ａ，１０３ｂの接続形態が直列から並列に変更されるが、マネジメントＥＣＵは、過電圧を防止するための他の処理を行っても良い。例えば、（１）コンバータ１０３による蓄電器１０１の出力電圧の降圧処理、（２）電動機１０７を回生制御せずにメカブレーキを用いた制動、（３）発電機１１１を含む補機等による回生エネルギーの消費等を行っても良い。直列から並列への変更を行わないとき、マネジメントＥＣＵは、（１）、（２）、（３）の優先順位で実行可能な処理を行う。

また、上記実施形態では、シリーズ方式のＨＥＶを例について説明したが、図１０に示すシリーズ／パラレル方式のＨＥＶにも適用可能である。また、ＨＥＶに限らず、内燃機関１０９を含まないＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）であっても良い。さらに、蓄電器１０１を構成する直並列切替可能なバッテリの数は２つに限らず、３つ以上であっても良い。

１０１ 蓄電器（BATT）
１０３ コンバータ（CONV）
１０５ 第１インバータ（第１INV）
１０７ 電動機（Mot）
１０９ 内燃機関（ENG）
１１１ 発電機（GEN）
１１３ 第２インバータ（第２INV）
１１５ ギアボックス（ギア）
１１７ 車速センサ
１１９ マネジメントＥＣＵ（MG ECU）
１２２ 昇降圧ＥＣＵ
１２４ 電動機ＥＣＵ
１２６ 発電機ＥＣＵ
１２８ 蓄電器ＥＣＵ
１２０ 直並列切替部
１６３，２６３ 接続形態切替制御部
１０３ａ 第１バッテリ
１０３ｂ 第２バッテリ
１３１Ｈ，１３１Ｌ スイッチング素子
１３３ リアクトル
１３５，１３７ 平滑コンデンサ
１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ 電圧センサ
１４３ａ，１４３ｂ 電流センサ
１５１ 第１スイッチ（ＳＷ１）
１５３ 第２スイッチ（ＳＷ２）
２６５ 最終値推定部

Claims (8)

1. 電動車両の駆動源である電動機と、
   前記電動機に電力を供給する、接続形態が直列又は並列に切り替えられる複数のバッテリを有する蓄電器と、
   前記複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切り替える直並列切替部と、を備えた前記電動車両の電源制御装置であって、
   前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定される場合には、当該過電圧の発生を防止する処理を行う過電圧防止部を備えたことを特徴とする電源制御装置。
2. 請求項１に記載の電源制御装置であって、
   前記過電圧防止部は、前記複数のバッテリが直列接続されている状態での前記蓄電器の正極の電位がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴とする電源制御装置。
3. 請求項１に記載の電源制御装置であって、
   前記複数のバッテリが直列接続されている状態で、前記電動機が回生制御されているとき、前記蓄電器の正極の電位の最終値を推定する最終値推定部を備え、
   前記過電圧防止部は、前記最終値推定部が推定した前記蓄電器の正極の電位の最終値がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴とする電源制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源制御装置であって、
   前記過電圧防止部は、過電圧の発生を防止するために、前記直並列切替部を制御して、前記複数のバッテリの接続形態を並列に切り替えることを特徴とする電源制御装置。
5. 電動車両の駆動源である電動機と、
   前記電動機に電力を供給する、接続形態が直列又は並列に切り替えられる複数のバッテリを有する蓄電器と、
   前記複数のバッテリの接続形態を直列又は並列に切り替える直並列切替部と、を備えた前記電動車両での過電圧防止方法であって、
   前記電動機が回生制御されているとき、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかるか否かを推定する過電圧推定ステップと、
   前記過電圧推定ステップで前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定した場合には、当該過電圧の発生を防止する処理を行う過電圧防止ステップと、
   を有することを特徴とする過電圧防止方法。
6. 請求項５に記載の過電圧防止方法であって、
   前記過電圧推定ステップでは、前記複数のバッテリが直列接続されている状態での前記蓄電器の正極の電位がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴とする過電圧防止方法。
7. 請求項５に記載の過電圧防止方法であって、
   前記複数のバッテリが直列接続されている状態で、前記電動機が回生制御されているとき、前記蓄電器の正極の電位の最終値を推定する最終値推定ステップを有し、
   前記過電圧推定ステップでは、前記最終値推定ステップで推定した前記蓄電器の正極の電位の最終値がしきい値以上であれば、前記電動車両の駆動系に過電圧がかかると推定することを特徴とする過電圧防止方法。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載の過電圧防止方法であって、
   前記過電圧防止ステップでは、過電圧の発生を防止するために、前記直並列切替部を制御して、前記複数のバッテリの接続形態を並列に切り替えることを特徴とする過電圧防止方法。

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