JP2017073934A - Power supply control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車載主機となる回転電機と電力の授受を行う第1電源と、前記回転電機以外の負荷と電力の授受を行う第2電源と、前記第1電源と前記第2電源との間を双方向に電力伝達可能に接続する電力変換器と、を備える車両に適用される電源制御装置に関する。 The present invention provides a first power source that transmits and receives power to and from a rotating electrical machine that is an in-vehicle main machine, a second power source that transfers power to and from a load other than the rotating electrical machine, and the first power source and the second power source. The present invention relates to a power supply control device applied to a vehicle comprising:
この種の電源制御装置としては、下記特許文献1に見られるように、第1電源と、第1電源よりも容量が小さくてかつ出力が大きい第2電源と、第1電源及び第2電源の間で電力伝達を可能とする電力変換器とを備える車両に適用されるものが知られている。下記特許文献1では、第1電源として電池が用いられており、第2電源としてキャパシタが用いられている。
As this type of power supply control device, as can be seen in
この電源制御装置は、車速が高いほど、第1電源から第2電源への電力変換器を介した第1電力授受レートを小さく設定し、車速が高いほど、第2電源から第1電源への電力変換器を介した第2電力授受レートを大きく設定する。これにより、第1電源及び第2電源間の電力の授受に起因した損失の低減を図っている。 The power supply control device sets the first power transfer rate from the first power supply to the second power supply via the power converter to be smaller as the vehicle speed is higher, and from the second power supply to the first power supply as the vehicle speed is higher. The second power transfer rate through the power converter is set large. As a result, loss due to power transfer between the first power source and the second power source is reduced.
ところで、第1電源及び第2電源の間で無駄な電力の授受を行わない等、第1電源及び第2電源を有効に活用するためには、車両の運動エネルギよりも大きな位置エネルギを最適化する必要がある。この最適化のためには、車両が走行する路面の勾配情報を把握する必要がある。すなわち、第1電源及び第2電源のそれぞれの充電量を、車両が走行する路面の勾配状態の変化に備えた適正な値とすることが要求される。 By the way, in order to make effective use of the first power source and the second power source, such as not transferring useless power between the first power source and the second power source, the potential energy larger than the kinetic energy of the vehicle is optimized. There is a need to. For this optimization, it is necessary to grasp the gradient information of the road surface on which the vehicle travels. That is, it is required that the respective charge amounts of the first power source and the second power source be appropriate values in preparation for a change in the gradient state of the road surface on which the vehicle travels.
本発明は、車両が走行する路面の勾配状態の変化に備えて第1電源及び第2電源の充電量を適正に調整できる電源制御装置を提供することを主たる目的とする。 The main object of the present invention is to provide a power supply control device capable of appropriately adjusting the charge amounts of the first power supply and the second power supply in preparation for a change in the gradient state of the road surface on which the vehicle travels.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
本発明は、車載主機となる回転電機(71)と電力の授受を行う第1電源(20;21)と、前記回転電機以外の負荷(50)と電力の授受を行う第2電源(30;31)と、前記第1電源と前記第2電源との間を双方向に電力伝達可能に接続する電力変換器(40)と、を備える車両に適用され、前記第1電源及び前記第2電源のうちいずれか一方を容量型電源とし、他方を出力型電源とし、前記容量型電源は、前記出力型電源よりも蓄積可能な電力量が大きいものであり、前記出力型電源は、前記容量型電源よりも出力が大きいものであり、前記車両が走行する路面の勾配が上り勾配及び下り勾配のいずれであるかを判定する勾配判定部(80)と、前記勾配判定部による判定結果に基づいて、前記第1電源及び前記第2電源のうちいずれか一方を供給元電源として選択し、他方を供給先電源として選択する選択部(80)と、前記供給元電源から前記供給先電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作する操作部(80)と、を備える。 The present invention includes a first power source (20; 21) that exchanges power with a rotating electrical machine (71) that is a vehicle-mounted main machine, and a second power source (30; that transmits and receives power to and from a load (50) other than the rotating electrical machine). 31) and a power converter (40) that connects the first power source and the second power source so as to be able to transmit power bidirectionally, the first power source and the second power source. One of them is a capacitive power source, the other is an output power source, the capacitive power source has a larger amount of power that can be stored than the output power source, and the output power source is the capacitive power source. Based on the determination result by the gradient determination unit (80) that determines whether the gradient of the road surface on which the vehicle travels is an ascending gradient or a descending gradient, and the output is larger than the power source , One of the first power source and the second power source A selection unit (80) that selects one of the power sources as a power source and the other as a power source, and operates the power converter so that power is supplied from the power source to the power source And an operation unit (80).
上記発明が適用される車両は、回転電機と電力の授受を行う第1電源、回転電機以外の負荷と電力の授受を行う第2電源、及び第1電源と第2電源との間を双方向に電力伝達可能に接続する電力変換器を備えている。これにより、第1電源と第2電源との間で電力を相互に補完することができる。ただし、この補完のための時間あたりの充電量の変化、すなわち電力の大きさは電力変換器の最大電力により律速されるために、各電源が過充電・過放電状態とならないように、充電量状態に応じて適切に電力変換器の電力を制御する必要がある。 A vehicle to which the above invention is applied includes a first power source that exchanges power with a rotating electrical machine, a second power source that exchanges power with a load other than the rotating electrical machine, and a bidirectional connection between the first power source and the second power source. Is provided with a power converter connected to be capable of transmitting power. Thereby, electric power can mutually be complemented between the 1st power supply and the 2nd power supply. However, since the change in the amount of charge per hour for this complementation, that is, the magnitude of the power, is limited by the maximum power of the power converter, the amount of charge must be kept so that each power supply does not enter an overcharge / overdischarge state. It is necessary to appropriately control the power of the power converter according to the state.
この構成を前提として、上記発明では、勾配判定部により、車両が走行する路面の勾配が上り勾配及び下り勾配のいずれであるかを判定する。そして、その判定結果に基づいて、第1電源及び第2電源のうちいずれか一方を供給元電源として選択し、他方を供給先電源として選択する。そして、供給元電源から供給先電源へと電力が供給されるように電力変換器を操作する。このように上記発明では、勾配判定部による判定結果を用いることにより、車両が走行する路面の勾配状態の変化に備えて第1電源及び第2電源の充電量を適正に調整することができる。これにより、第1電源及び第2電源の充電量が過不足となる頻度を低減し、第1電源及び第2電源を有効に活用できる。したがって、電力の授受に起因した損失を低減することができる。 On the premise of this configuration, in the above invention, the gradient determination unit determines whether the gradient of the road surface on which the vehicle travels is an ascending gradient or a descending gradient. Then, based on the determination result, either one of the first power supply and the second power supply is selected as the supply source power supply, and the other is selected as the supply destination power supply. Then, the power converter is operated so that power is supplied from the supply source power source to the supply destination power source. As described above, in the above invention, by using the determination result by the gradient determination unit, it is possible to appropriately adjust the charge amounts of the first power source and the second power source in preparation for the change in the gradient state of the road surface on which the vehicle travels. Thereby, the frequency with which the charge amounts of the first power source and the second power source become excessive and insufficient can be reduced, and the first power source and the second power source can be effectively utilized. Accordingly, loss due to power transfer can be reduced.
ここで、選択部としては、例えば、前記勾配判定部により上り勾配であると判定されている場合、前記第2電源を前記供給元電源として選択し、前記第1電源を前記供給先電源として選択するものを採用することができる。この場合、操作部としては、前記勾配判定部により上り勾配であると判定されている場合、前記第2電源の充電量がその制御範囲の下限値に到達するまで前記第2電源から前記第1電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作するものを採用することができる。 Here, as the selection unit, for example, when the gradient determination unit determines that the gradient is an upward gradient, the second power source is selected as the source power source, and the first power source is selected as the source power source. You can adopt what you want. In this case, as the operation unit, when it is determined by the gradient determination unit that it is an upward gradient, the first power supply from the second power supply until the charge amount of the second power supply reaches the lower limit value of the control range. What operates the said power converter so that electric power is supplied to a power supply is employable.
車両が登坂路を走行する状況において、その後の降坂路における回転電機の回生発電に備えて、第2電源の充電量を予め減らしておくことが望ましい。上記発明によれば、車両が登坂路を走行中に第2電源の放電電力により第1電源が充電される。このため、第2電源の充電量を、その後の降坂時の回生発電に備えて減らすことができる。 In a situation where the vehicle travels on an uphill road, it is desirable to reduce the amount of charge of the second power supply in advance in preparation for regenerative power generation of the rotating electrical machine on the subsequent downhill road. According to the above invention, the first power source is charged by the discharged power of the second power source while the vehicle is traveling on the uphill road. For this reason, the charge amount of the 2nd power supply can be reduced in preparation for the regenerative power generation at the time of subsequent descent.
また、選択部としては、例えば、前記勾配判定部により下り勾配であると判定されている場合、前記第1電源を前記供給元電源として選択し、前記第2電源を前記供給先電源として選択するものを採用することができる。この場合、操作部としては、前記勾配判定部により下り勾配であると判定されている場合、前記第2電源の充電量がその制御範囲の上限値に到達するまで前記第1電源から前記第2電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作するものを採用することができる。 Further, as the selection unit, for example, when the gradient determination unit determines that the gradient is a downward gradient, the first power source is selected as the source power source, and the second power source is selected as the destination power source. Things can be adopted. In this case, as the operation unit, when it is determined by the gradient determination unit that the gradient is a downward gradient, the second power supply from the first power supply reaches the second value until the charge amount of the second power supply reaches the upper limit value of the control range. What operates the said power converter so that electric power is supplied to a power supply is employable.
車両が降坂路を走行する状況において、その後の登坂路における回転電機の力行運転に備えて、第2電源の充電量を予め増加させておくことが望ましい。上記発明によれば、車両が降坂路を走行中に第1電源の放電電力により第2電源が充電される。このため、第2電源の充電量を、その後の登坂時における回転電機の力行運転に備えて増加させることができる。 In a situation where the vehicle travels on a downhill road, it is desirable to increase the charge amount of the second power source in advance in preparation for powering operation of the rotating electric machine on the subsequent uphill road. According to the above invention, the second power source is charged by the discharged power of the first power source while the vehicle is traveling on the downhill road. For this reason, the charge amount of the second power source can be increased in preparation for powering operation of the rotating electrical machine during the subsequent climbing.
以下、本発明に係る電源制御装置を車両に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る車両は、走行動力源として、回転電機及び内燃機関が搭載されているハイブリッド車両である。 Hereinafter, an embodiment in which a power supply control device according to the present invention is applied to a vehicle will be described with reference to the drawings. The vehicle according to the present embodiment is a hybrid vehicle in which a rotating electric machine and an internal combustion engine are mounted as a driving power source.
図1に示すように、車両は、電源システム10を備えている。電源システム10は、第1電源としての高圧電源20と、第2電源としての中圧電源30とを有している。本実施形態では、高圧電源20として出力型電源を用い、中圧電源30として容量型電源を用いている。容量型電源は、出力型電源よりもエネルギ密度が大きく、電池容量、すなわち蓄積可能な最大電力量が大きいものである。出力型電源は、容量型電源よりも出力密度が大きく、容量型電源よりも最大出力が大きいものである。
As shown in FIG. 1, the vehicle includes a
高圧電源20の出力電圧は、中圧電源30の出力電圧よりも高い。具体的には、高圧電源20の出力電圧は、例えば100Vを超える電圧であり、中圧電源30の出力電圧は、例えば、数十V程度であり、具体的には48V程度の電圧である。なお、高圧電源20としては、例えばリチウムイオンキャパシタ(LiC)を用いることができ、中圧電源30としては、例えばリチウムイオン2次電池(LiB)を用いることができる。
The output voltage of the high
電源システム10は、高圧電源20と中圧電源30との間で直流電力の授受を行うために、高圧電源20と中圧電源30との間を変圧可能に接続する電力変換器40を備えている。本実施形態では、電力変換器40として、高圧電源20と中圧電源30との間を電気的に絶縁しつつ、高圧電源20と中圧電源30との間を変圧可能に接続する双方向絶縁型DCDCコンバータを用いている。詳しくは、電力変換器40は、中圧部41、高圧部42、及び中圧部41と高圧部42との間を電気的に絶縁しつつ中圧部41と高圧部42との間で電力伝達を行う変圧器43を備えている。中圧部41及び高圧部42は、スイッチング素子を備えている。中圧部41の電圧は、例えば、概ね24〜60Vの範囲であり、具体的には48Vである。高圧部42の電圧は、例えば、60Vを超え数百Vまでの範囲であり、通常は100Vを超える。なお、双方向絶縁型DCDCコンバータは周知であるため、その詳細な説明は省略する。
The
電力変換器40は、上記スイッチング素子の操作によって中圧電源30の出力電圧を昇圧して高圧電源20に印加することにより、中圧電源30から高圧電源20へと電力を供給する昇圧動作を行う。電力変換器40は、上記スイッチング素子の操作によって高圧電源20の出力電圧を降圧して中圧電源30に印加することにより、高圧電源20から中圧電源30へと電力を供給する降圧動作を行う。
The
電源システム10は、中圧電源30の出力電圧を降圧して補機負荷50に印加するチョッパ方式の降圧コンバータ44を備えている。補機負荷50には、例えば14V程度の電圧が印加される。本実施形態において、補機負荷50には、電動パワーステアリング装置、パワーウインドウ装置、ブロワ、及びファン等が含まれる。なお、中圧電源30よりも出力電圧の低い図示しない低圧電源が補機負荷50の電力供給源になり得る。また、本実施形態では、降圧コンバータ44として、電力変換器40と一体化されているものを想定している。
The
車両は、高圧負荷として、インバータ60と、インバータ60に接続された駆動装置70としてのモータジェネレータ71とを備えている。インバータ60は、高圧電源20と電力の授受を行う。モータジェネレータ71は、車両の走行動力源である。モータジェネレータ71としては、例えば3相の同期機を用いることができる。モータジェネレータ71の力行運転時において、モータジェネレータ71には、インバータ60から交流電圧が印加される。モータジェネレータ71の回生運転時においては、モータジェネレータ71により発電された電力が、インバータ60を介して高圧電源20に供給されたり、さらに電力変換器40を介して中圧電源30に供給されたりする。なお、インバータ60と高圧電源20との間に昇圧コンバータが設けられてもよい。
The vehicle includes an
上述した電源システム10は、蓄積可能な最大電力量が大きい方の電源である中圧電源30を高圧負荷及び補機負荷50のメイン電源とするために構成されている。この構成によれば、中圧電源30が備えられる低圧システムとは電気的に絶縁された高圧システムに備えられる高圧負荷に対しては、必要に応じて中圧電源30から電力供給される。
The above-described
車両は、走行動力源となる駆動装置70として、さらにエンジン72を備えている。モータジェネレータ71及びエンジン72により生成された動力は、車両の駆動輪に伝達される。車両は、摩擦ブレーキにより車輪に制動力を付与する制動装置90を備えている。
The vehicle further includes an
車両は、高圧電源20の温度を検出する高圧温度検出部81と、中圧電源30の温度を検出する中圧温度検出部82とを備えている。車両は、車速を検出する車速検出部83と、モータジェネレータ71に流れる電流を検出する電流検出部84と、モータジェネレータ71のロータの回転角を検出する回転角検出部85とを備えている。なお、車速検出部83としては、例えば車輪速センサを用いることができ、回転角検出部85としては、例えばレゾルバを用いることができる。各検出部の検出値は、車載制御装置80に入力される。
The vehicle includes a high-
制御装置80は、電力変換器40、降圧コンバータ44、補機負荷50、インバータ60、及びエンジン72を制御する。具体的には例えば、制御装置80は、モータジェネレータ71のトルクを目標トルクに制御すべく、インバータ60を操作する。
The
なお、実際には、電力変換器40、補機負荷50、インバータ60及びエンジン72等のそれぞれに対応して個別に制御装置が設けられる。本実施形態では、制御装置が個別設けられる点が要部ではないため、便宜上、これら制御装置を単一の制御装置80として図示した。
Actually, a control device is individually provided for each of the
制御装置80は、高圧電源20及び中圧電源30の間で電力を授受し合う充放電処理を行う。以下、この処理について説明する。
The
図2は、充放電処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、制御装置80により例えば所定周期で繰り返し実行される。なお本実施形態において、制御装置80が、勾配判定部、選択部、操作部及び発電制御部を含む。また、以下の説明において、基本的には、補機負荷50側からモータジェネレータ71側へと向かう方向の電力の符号を正とし、その逆向きの方向の電力の符号を負とする。
FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the charge / discharge process. This process is repeatedly executed by the
この一連の処理では、まずステップS10において、中圧電源30の現在の充電量である中圧充電量ELrを推定する。中圧充電量ELrは、いわゆるSOCに相当する。なお、充電量の推定手法は、周知のものを用いることができるため、その詳細な説明を省略する。
In this series of processing, first, in step S10, the medium voltage charge amount ELr that is the current charge amount of the medium
続くステップS11では、推定した中圧充電量ELrと、中圧温度検出部82により検出された中圧電源30の温度TLとに基づいて、中圧電源30の出力制限値PLoutと、中圧電源30の入力制限値PLinとを算出する。出力制限値PLoutは、中圧電源30から単位時間あたりに出力可能な上限電力であり、入力制限値PLinは、中圧電源30に単位時間あたりに入力可能な上限電力である。本実施形態では、中圧電源30の入出力電力PLについて、中圧電源30から放電される場合を正の値で表し、中圧電源30に充電される場合を負の値で表す。このため、出力制限値PLoutは0以上の値となり、入力制限値PLinは0以下の値をとる。
In subsequent step S11, based on the estimated intermediate voltage charge amount ELr and the temperature TL of the intermediate
本実施形態では、中圧充電量ELr及び温度TLと関係付けられた入出力制限値PLin,PLoutが規定されたマップを用いて、入出力制限値PLin,PLoutを算出する。ここで、入出力制限値PLin,PLoutと中圧充電量ELrとの関係は、図3に示すものとなる。詳しくは、出力制限値PLoutは、中圧充電量ELrがその制御範囲の下限値である中圧下限値ELmin以下の場合に0とされる。これにより、中圧電源30の過放電を防止する。一方、中圧充電量ELrが中圧下限値ELminよりも大きい場合、出力制限値PLoutは、0よりも大きい値とされる。具体的には、中圧充電量ELrが中圧下限値ELminよりも大きい場合、出力制限値PLoutは、中圧充電量ELrが大きいほど大きい値とされる。なお、中圧下限値ELminは、例えば、中圧電源30の信頼性を維持可能な中圧充電量の許容下限値よりも大きい値に設定されればよい。
In the present embodiment, the input / output limit values PLin and PLout are calculated using a map in which the input / output limit values PLin and PLout associated with the medium voltage charge amount ELr and the temperature TL are defined. Here, the relationship between the input / output limit values PLin and PLout and the intermediate voltage charge amount ELr is as shown in FIG. Specifically, the output limit value PLout is set to 0 when the intermediate voltage charge amount ELr is equal to or less than the intermediate pressure lower limit value ELmin that is the lower limit value of the control range. Thereby, the overdischarge of the medium
入力制限値PLinは、中圧充電量ELrがその制御範囲の上限値である中圧上限値ELmax以上の場合に0とされる。これにより、中圧電源30の過充電を防止する。中圧充電量ELrが中圧上限値ELmax未満の場合、入力制限値PLinは、0よりも小さい値とされる。具体的には、中圧充電量ELrが中圧上限値ELmax未満の場合、入力制限値PLinは、中圧充電量ELrが小さいほど小さい値とされる。なお、中圧上限値ELmaxは、例えば、中圧電源30の信頼性を維持可能な中圧充電量の許容上限値よりも小さい値に設定されればよい。
The input limit value PLin is set to 0 when the medium voltage charge amount ELr is equal to or greater than the medium voltage upper limit value ELmax that is the upper limit value of the control range. Thereby, the overcharge of the intermediate
先の図2の説明に戻り、続くステップS12では、高圧電源20の現在の充電量である高圧充電量EHrを推定する。高圧充電量EHrは、いわゆるSOCに相当する。なお、充電量の推定手法は、周知のものを用いることができるため、その詳細な説明を省略する。
Returning to the description of FIG. 2, in the subsequent step S <b> 12, the high-voltage charge amount EHr that is the current charge amount of the high-
続くステップS13では、推定した高圧充電量EHrと、高圧温度検出部81により検出された高圧電源20の温度THとに基づいて、高圧電源20の出力制限値PHoutと、高圧電源20の入力制限値PHinとを算出する。出力制限値PHoutは、高圧電源20から単位時間あたりに出力可能な上限電力であり、入力制限値PHinは、高圧電源20に単位時間あたりに入力可能な上限電力である。本実施形態では、高圧電源20の入出力電力PHについて、高圧電源20から放電される場合を正の値で表し、高圧電源20に充電される場合を負の値で表す。このため、出力制限値PHoutは0以上の値となり、入力制限値PHinは0以下の値をとる。
In the subsequent step S13, the output limit value PHout of the high-
本実施形態では、高圧充電量EHr及び温度THと関係付けられた入出力制限値PHin,PHoutが規定されたマップを用いて、入出力制限値PHin,PHoutを算出する。ここで、入出力制限値PHin,PHoutと高圧充電量EHrとの関係は、図4に示すものとなる。なお、高圧電源20の入出力制限値PHin,PHoutの算出手法は、中圧電源30の入出力制限値PLin,PLoutの算出手法と同様であるため、その詳細な説明を省略する。なお図4には、高圧充電量EHrの制御範囲の下限値である高圧下限値EHminと、高圧充電量EHrの制御範囲の上限値である高圧上限値EHmaxとを示した。高圧下限値EHminは、例えば、高圧電源20の信頼性を維持可能な高圧充電量の許容下限値よりも大きい値に設定されればよく、高圧上限値EHmaxは、例えば、高圧電源20の信頼性を維持可能な高圧充電量の許容上限値よりも小さい値に設定されればよい。
In the present embodiment, the input / output limit values PHin and PHout are calculated using a map in which the input / output limit values PHin and PHout associated with the high-voltage charge amount EHr and the temperature TH are defined. Here, the relationship between the input / output limit values PHin and PHout and the high-voltage charge amount EHr is as shown in FIG. Note that the calculation method of the input / output limit values PHin and PHout of the high-
先の図2の説明に戻り、続くステップS14では、中圧電源30の充放電要求を示す中圧側要求電力PLreqを算出する。中圧側要求電力PLreqは、中圧充電量ELrに応じた入出力要求を示す。以下、図5を用いて、中圧側要求電力PLreqの算出手法について説明する。
Returning to the description of FIG. 2, in the subsequent step S <b> 14, the medium-voltage side required power PLreq indicating the charge / discharge request of the medium-
図5において、中圧電源30のSOC=0%に対応する中圧充電量ELrをEL0、SOC=100%に対応する中圧充電量ELrをEL100とする。また、補機負荷50の最大出力の絶対値をPomaxとし、補機負荷50の最大出力の必要持続時間をTCとする。本実施形態において、補機負荷50の出力は、外部から給電されて電力を消費する場合に正の値とされる。
In FIG. 5, the medium voltage charge ELr corresponding to SOC = 0% of the medium
補機負荷50の駆動を維持可能な中圧充電量ELrの最小値MINLd及び最大値MAXLdは、下式(eq1),(eq2)で表される。
The minimum value MINLd and the maximum value MAXLd of the medium voltage charge amount ELr that can maintain the driving of the
先の図2の説明に戻り、続くステップS15では、高圧電源20の出力制限値PHout、中圧電源30の出力制限値PLout、及び補機負荷50の現在の入出力である補機出力Poを加算することにより、出力ガード値PSoutを算出する。また、高圧電源20の入力制限値PHin、中圧電源30の入力制限値PLin及び補機出力Poを加算することにより、入力ガード値PSinを算出する。
Returning to the description of FIG. 2, in the subsequent step S15, the output limit value PHout of the high-
続くステップS16では、電力変換器40を介した高圧電源20及び中圧電源30の間の授受電力の要求値である変電要求電力PDreqを算出する。本実施形態では、車両の走行路面の勾配状態に応じて変電要求電力PDreqを算出する点に特徴がある。
In the subsequent step S16, the required transformation power PDreq, which is a required value of the exchanged power between the high-
図6に、変電要求電力PDreqの算出処理の手順を示す。 FIG. 6 shows a procedure for calculating the required transformation power PDreq.
この一連の処理では、ステップS100〜S102,S105において、走行路面が上り勾配であるか下り勾配であるかを判定する。詳しくは、まずステップS100では、加減速パワーPvobsから制駆動パワーPdobsを減算することにより、外乱パワーPdextを推定する。加減速パワーPvobsとは、車両の運動エネルギの時間変化率である。制駆動パワーPdobsとは、駆動装置70及び制動装置90から駆動輪に付与されたパワーである。本実施形態では、加減速パワーPvobs及び制駆動パワーPdobsを以下のように推定する。
In this series of processing, in steps S100 to S102, S105, it is determined whether the traveling road surface is an ascending slope or a descending slope. Specifically, first, in step S100, the disturbance power Pdext is estimated by subtracting the braking / driving power Pdobs from the acceleration / deceleration power Pvobs. The acceleration / deceleration power Pvobs is a time change rate of the kinetic energy of the vehicle. The braking / driving power Pdobs is the power applied to the driving wheels from the driving
加減速パワーPvobsの推定手法について説明する。まず、車速検出部83により検出された車速Vvに基づいて、加減速パワーPvobsを推定する。詳しくは、車両質量Mv、車速Vv、及び車速Vvから算出された車両加速度を積算することにより、下式(eq3)のように加減速パワーPvobsを推定する。
A method for estimating the acceleration / deceleration power Pvobs will be described. First, the acceleration / deceleration power Pvobs is estimated based on the vehicle speed Vv detected by the vehicle
続いて、下式(eq4)により制駆動パワーPdobsを推定する。 Subsequently, the braking / driving power Pdobs is estimated by the following equation (eq4).
上式(eq4)において、Pbrkは制動装置90から駆動輪に付与された制動パワーを示す。本実施形態において、制動パワーPbrkは0以下の値となる。
In the above equation (eq4), Pbrk represents the braking power applied from the
上式(eq4)において、Peはエンジン72の出力パワーを示し、kは駆動寄与率を示す。本実施形態において、エンジン72の出力パワーPeは0以上の値となる。駆動寄与率kは、エンジン72の出力パワーPeのうち、車両の走行動力源として使用されたパワーの比率である。発電など駆動以外の目的で消費されたエンジン72のパワーをPcとすると、駆動寄与率kは「(Pe−Pc)/Pe」で表される。
In the above equation (eq4), Pe represents the output power of the
続くステップS101では、車速Vvに基づいて、車両の走行に伴い車両が受ける抵抗パワーRL(>0)を推定する。抵抗パワーRLには、車輪のころがり抵抗、及び空気抵抗に起因するパワーが含まれる。抵抗パワーRLは、車速Vvが高いほど大きく推定されればよい。 In subsequent step S101, the resistance power RL (> 0) received by the vehicle as the vehicle travels is estimated based on the vehicle speed Vv. The resistance power RL includes power resulting from wheel rolling resistance and air resistance. The resistance power RL may be estimated larger as the vehicle speed Vv is higher.
続くステップS102では、外乱パワーPdextから抵抗パワーRLを減算した値が第1閾値Sth1(>0)を上回っているか否かを判定する。この処理は、現在の走行路面が上り勾配であるかを判定するための処理である。つまり、平坦な走行路面では、外乱パワーPdextから抵抗パワーRLを減算した値は0に近い値となる。一方、登坂路では、外乱パワーPdextから抵抗パワーRLを減算した値は、正の値となり、上り勾配が大きくなるほどその絶対値が大きくなる傾向にある。 In a succeeding step S102, it is determined whether or not a value obtained by subtracting the resistance power RL from the disturbance power Pdex is greater than a first threshold value Sth1 (> 0). This process is a process for determining whether or not the current traveling road surface is uphill. That is, on a flat road surface, the value obtained by subtracting the resistance power RL from the disturbance power Pdext is a value close to zero. On the uphill road, on the other hand, the value obtained by subtracting the resistance power RL from the disturbance power Pdext is a positive value, and the absolute value tends to increase as the upward gradient increases.
ステップS102において肯定判定した場合には、上り勾配であると判定し、ステップS103に進む。ステップS103では、中圧充電量ELrが中圧下限値ELminを上回っているか否かを判定する。 If an affirmative determination is made in step S102, it is determined that there is an upward gradient, and the process proceeds to step S103. In step S103, it is determined whether or not the medium voltage charge amount ELr exceeds the medium pressure lower limit value ELmin.
ステップS103において肯定判定した場合には、ステップS104に進み、中圧電源30から高圧電源20へと電力が供給されるように変電要求電力PDreqを算出する。この処理は、その後の降坂路のモータジェネレータ71による回生発電に備えて、登坂路の走行中に中圧電源30を放電させて中圧充電量ELrを小さくするためのものである。本実施形態では、変電要求電力PDreqを、図7に示すように、電力変換器40における電力変換効率が最大となる一定電力として算出する。本実施形態において、ステップS104で算出される変電要求電力PDreqは正の値となる。
When an affirmative determination is made in step S103, the process proceeds to step S104, and the required transformation power PDreq is calculated so that power is supplied from the intermediate
ステップS102において否定判定した場合には、ステップS105に進み、外乱パワーPdextから抵抗パワーRLを減算した値が第2閾値Sth2(<0)未満であるか否かを判定する。この処理は、現在の走行路面が下り勾配であるかを判定するための処理である。つまり、降坂路では、外乱パワーPdextから抵抗パワーRLを減算した値は、負の値となり、下り勾配が大きくなるほどその絶対値が大きくなる傾向にある。 If a negative determination is made in step S102, the process proceeds to step S105, and it is determined whether or not the value obtained by subtracting the resistance power RL from the disturbance power Pdext is less than the second threshold value Sth2 (<0). This process is a process for determining whether the current traveling road surface is a downward slope. That is, on the downhill road, the value obtained by subtracting the resistance power RL from the disturbance power Pdext is a negative value, and the absolute value tends to increase as the descending slope increases.
ステップS105において肯定判定した場合には、下り勾配であると判定し、ステップS106に進む。ステップS106では、中圧充電量ELrが中圧上限値ELmax未満であるか否かを判定する。 If an affirmative determination is made in step S105, it is determined that the slope is descending, and the process proceeds to step S106. In step S106, it is determined whether or not the intermediate pressure charge amount ELr is less than the intermediate pressure upper limit value ELmax.
ステップS106において肯定判定した場合には、ステップS107に進み、高圧電源20から中圧電源30へと電力が供給されるように変電要求電力PDreqを算出する。この処理は、その後の登坂路のモータジェネレータ71の加速要求に備えて、降坂路の走行中に中圧電源30を充電して中圧充電量ELrを大きくするためのものである。本実施形態では、変電要求電力PDreqを、電力変換器40における電力変換効率が最大となる一定電力として算出する。本実施形態において、ステップS107で算出される変電要求電力PDreqは負の値となる。
When an affirmative determination is made in step S106, the process proceeds to step S107, and the required transformation power PDreq is calculated so that power is supplied from the high-
ステップS103,S105,S106において否定判定した場合には、ステップS108に進み、通常時における変電要求電力PDreqの算出処理を行う。以下、図8を用いて、この処理について説明する。 If a negative determination is made in steps S103, S105, and S106, the process proceeds to step S108, and a process for calculating the required transformation power PDreq at the normal time is performed. Hereinafter, this process will be described with reference to FIG.
図8は、中圧充電量ELrに対する高圧充電量EHrの比率である充電量比X(=EHr/ELr)を横軸とし、変電要求電力PDreqを縦軸としたマップである。図示されるように、中圧充電量ELrに対して高圧充電量EHrが小さく、充電量比Xが下限閾値Xminよりも小さい場合、中圧電源30から高圧電源20へと電力を供給すべく変電要求電力PDreqを正の値に設定する。一方、高圧充電量EHrに対して中圧充電量ELrが小さく、充電量比Xが上限閾値Xmax(>Xmin)よりも大きい場合、高圧電源20から中圧電源30へと電力を供給すべく変電要求電力PDreqを負の値に設定する。他方、充電量比Xが下限閾値Xmin以上であってかつ上限閾値Xmax以下である場合、変電要求電力PDreqを0に設定する。なお、下限閾値Xmin及び上限閾値Xmaxは、予め実験等により設定される。
FIG. 8 is a map in which the charge amount ratio X (= EHr / ELr), which is the ratio of the high-voltage charge amount EHr to the medium-voltage charge amount ELr, is plotted on the horizontal axis and the required transformation power PDreq is plotted on the vertical axis. As shown in the figure, when the high-voltage charge amount EHr is smaller than the medium-voltage charge amount ELr and the charge amount ratio X is smaller than the lower limit threshold value Xmin, the substation is supplied to supply power from the intermediate-
ちなみに本実施形態の図6において、0を跨いで第1閾値Sth1と第2閾値Sth2とを設定したのは、走行路面の実際の勾配が0を跨いで微小に変動する場合において、ステップS104,S107の処理が実行されるのを防止するためである。 Incidentally, in FIG. 6 of the present embodiment, the first threshold value Sth1 and the second threshold value Sth2 are set across 0 when the actual gradient of the traveling road surface slightly fluctuates across 0, step S104, This is to prevent the process of S107 from being executed.
先の図2の説明に戻り、続くステップS17では、高圧電源20の入出力電力PHに依存する予測電力PHreqを算出する。以下、図9を用いて、予測電力PHreqの算出手法について説明する。
Returning to the description of FIG. 2, in the subsequent step S <b> 17, the predicted power PHreq depending on the input / output power PH of the high-
図9に示す例では、高圧電源20の入出力電力PH(>0)が時刻t1から時刻t2まで増加し、時刻t2から時刻t3まで減少するように山型に変化しており、時刻t2を跨ぐ期間に出力制限値PHoutを上回っている。将来の要求電力を予測しない場合、高圧電源20の入出力電力PHから出力制限値PHoutを減算した値である静的要求電力PHreqsは、破線のハッチング領域で示されるものとなる。
In the example shown in FIG. 9, the input / output power PH (> 0) of the high-
これに対し本実施形態では、高圧電源20の入出力電力の時間微分値「dPH/dt」に基づいて、将来の要求電力である予測電力PHreqを算出する。図9において、電力変化「dPH/dt」に適合要素αを乗じた進み補償項「α×(dPH/dt)」は、時刻t1から時刻t2までの期間において正の値となり、時刻t2から時刻t3までの期間において負の値となる。
On the other hand, in the present embodiment, the predicted power PHreq that is the future required power is calculated based on the time differential value “dPH / dt” of the input / output power of the high-
予測電力PHreqは、下式(eq5)により算出される。 The predicted power PHreq is calculated by the following equation (eq5).
先の図2の説明に戻り、続くステップS18では、インバータ60を含む高圧負荷の要求電力である高圧側要求電力PIreqを算出する。本実施形態において、高圧側要求電力PIreqは、モータジェネレータ71の力行運転時において正の値となる。なお、高圧側要求電力PIreqには、エンジン72の熱効率改善や回生電力等の駆動主機系からの要求が反映されている。
Returning to the description of FIG. 2, in the subsequent step S18, the high-voltage side required power PIreq, which is the required power of the high-voltage load including the
続くステップS19では、高圧負荷へ供給する高圧目標電力PItgtを下式(eq6)により算出する。この演算では、高圧側要求電力PIreqと中圧側要求電力PLreqとの和に対し、正側の上限を出力ガード値PSoutで制限し、負側の下限を入力ガード値PSinで制限する。 In the subsequent step S19, the high voltage target power PItgt to be supplied to the high voltage load is calculated by the following equation (eq6). In this calculation, the upper limit on the positive side is limited by the output guard value PSout and the lower limit on the negative side is limited by the input guard value PSin with respect to the sum of the high-voltage-side required power PIreq and the medium-voltage-side required power PLreq.
続くステップS21では、電力変換器40を介した高圧電源20及び中圧電源30の間の授受電力を最終目標電力PDCtgtに制御すべく、電力変換器40のスイッチング素子を操作する。
In the subsequent step S21, the switching element of the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
走行路面が上り勾配であると判定されている期間に渡って、中圧充電量ELrが低下して中圧下限値ELminに到達するまで中圧電源30から高圧電源20へと電力が供給されるように電力変換器40を操作した。これにより、中圧充電量ELrを、その後の降坂路における回生発電に備えて減らすことができる。また、走行路面が下り勾配であると判定されている期間に渡って、中圧充電量ELrが上昇して中圧上限値ELmaxに到達するまで高圧電源20から中圧電源30へと電力が供給されるように電力変換器40を操作した。これにより、中圧充電量ELrを、その後の登坂路におけるモータジェネレータ71の力行運転に備えて増加させることができる。このように本実施形態によれば、走行路面の勾配状態の変化に備えて、高圧充電量EHr及び中圧充電量ELrを適正に調整でき、高圧電源20及び中圧電源30を有効に活用できる。これにより、中圧電源30の充電量を低下させることで、次に来る下り勾配での回生電力を十分に受け入れることが可能となり、車両の燃費を向上できる。
Electric power is supplied from the intermediate
上り勾配であると判定している期間に渡って、電力変換器40における電力変換効率が最大となる一定電力で中圧電源30から高圧電源20へと電力が供給されるように電力変換器40を操作した。また、下り勾配であると判定している期間に渡って、電力変換器40における電力変換効率が最大となる一定電力で高圧電源20から中圧電源30へと電力が供給されるように電力変換器40を操作した。これにより、電力変換器40における損失を最小化することができる。
The
(その他の実施形態)
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
The above embodiment may be modified as follows.
・図10に示すように、高圧電源21を容量型電源とし、中圧電源31を出力型電源としてもよい。なお図10において、先の図1に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
As shown in FIG. 10, the high
・路面の勾配が上り勾配であるか下り勾配であるかを判定する手法としては、上記実施形態に例示したものに限らない。例えば、路面勾配を検出する勾配センサを車両に備え、勾配センサの検出結果に基づいて、上り勾配であるか下り勾配であるかを判定してもよい。 The method for determining whether the road surface gradient is an upward gradient or a downward gradient is not limited to that exemplified in the above embodiment. For example, a vehicle may be provided with a gradient sensor that detects a road surface gradient, and it may be determined whether the vehicle is an ascending gradient or a descending gradient based on the detection result of the gradient sensor.
・上り勾配であると判定されている期間に渡って、電力変換器40における電力変換効率が最大とならない動作点において、中圧電源30から高圧電源20へと電力を供給してもよい。なお、下り勾配であると判定されている期間についても同様である。
-Power may be supplied from the medium-
・電力変換器40としては上記実施形態に例示したものに限らない。
-The
・上記実施形態では、電源システム10に備えられる2つの電源である高圧電源20及び中圧電源30の出力電圧が異なっていたがこれに限らず、同等であってもよい。この場合、電力変換器として、2つの電源の間を電気的に絶縁しない非絶縁型DCDCコンバータを用いてもよい。
In the above-described embodiment, the output voltages of the high-
・電力変換器40で低圧まで降圧する構成を採用することにより、降圧コンバータ44を無くし、中圧電源30を低圧電源とする構成にしてもよい。
By adopting a configuration where the
・車両としては、ハイブリッド車両に限らず、燃料電池を有する車両等、他の発電源を持つ車両であってもよい。なお車両としては、走行動力源としてモータジェネレータのみを備える車両であってもよい。 The vehicle is not limited to a hybrid vehicle, and may be a vehicle having another power generation source such as a vehicle having a fuel cell. The vehicle may be a vehicle that includes only a motor generator as a driving power source.
20…高圧電源、30…中圧電源、40…電力変換器、50…補機負荷、71…モータジェネレータ、80…制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記回転電機以外の負荷(50)と電力の授受を行う第2電源(30;31)と、
前記第1電源と前記第2電源との間を双方向に電力伝達可能に接続する電力変換器(40)と、を備える車両に適用され、
前記第1電源及び前記第2電源のうちいずれか一方を容量型電源とし、他方を出力型電源とし、前記容量型電源は、前記出力型電源よりも蓄積可能な電力量が大きいものであり、前記出力型電源は、前記容量型電源よりも出力が大きいものであり、
前記車両が走行する路面の勾配が上り勾配及び下り勾配のいずれであるかを判定する勾配判定部(80)と、
前記勾配判定部による判定結果に基づいて、前記第1電源及び前記第2電源のうちいずれか一方を供給元電源として選択し、他方を供給先電源として選択する選択部(80)と、
前記供給元電源から前記供給先電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作する操作部(80)と、を備える電源制御装置。 A first power source (20; 21) for transferring electric power to and from a rotating electrical machine (71) serving as an in-vehicle main unit;
A second power source (30; 31) that exchanges power with a load (50) other than the rotating electrical machine;
A power converter (40) that connects the first power source and the second power source so as to be capable of transmitting power in both directions, and is applied to a vehicle.
One of the first power source and the second power source is a capacitive power source, the other is an output power source, and the capacitive power source has a larger amount of power that can be stored than the output power source, The output type power source has a larger output than the capacitive type power source,
A gradient determination unit (80) for determining whether the gradient of the road surface on which the vehicle travels is an ascending gradient or a descending gradient;
A selection unit (80) that selects one of the first power source and the second power source as a source power source and selects the other as a source power source based on a determination result by the gradient determination unit;
A power control apparatus comprising: an operation unit (80) that operates the power converter so that power is supplied from the supply source power source to the supply destination power source.
前記操作部は、前記勾配判定部により上り勾配であると判定されている場合、前記第2電源の充電量がその制御範囲の下限値に到達するまで前記第2電源から前記第1電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作する請求項1に記載の電源制御装置。 The selection unit selects the second power source as the source power source, and selects the first power source as the destination power source when the gradient determination unit determines that the slope is an upslope.
When the gradient determination unit determines that the operation unit is an upward gradient, the operation unit switches from the second power source to the first power source until the charge amount of the second power source reaches a lower limit value of the control range. The power supply control apparatus of Claim 1 which operates the said power converter so that electric power is supplied.
前記操作部は、前記勾配判定部により下り勾配であると判定されている場合、前記第2電源の充電量がその制御範囲の上限値に到達するまで前記第1電源から前記第2電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作する請求項1又は2に記載の電源制御装置。 The selection unit selects the first power source as the source power source, and selects the second power source as the source power source when the gradient determination unit determines that the slope is a downward slope,
When the gradient determination unit determines that the operation unit has a downward gradient, the operation unit changes from the first power supply to the second power supply until the charge amount of the second power supply reaches the upper limit value of the control range. The power supply control device according to claim 1, wherein the power converter is operated so that electric power is supplied.
前記電力変換器は、前記第1電源と前記第2電源との間を双方向に変圧可能に接続するものである請求項1〜5のいずれか1項に記載の電源制御装置。 The second power source has a lower output voltage than the first power source,
6. The power supply control device according to claim 1, wherein the power converter is configured to connect the first power supply and the second power supply so as to allow bidirectional transformation.
前記第2電源は、前記容量型電源である請求項1〜7のいずれか1項に記載の電源制御装置。 The first power source is the output type power source;
The power supply control device according to claim 1, wherein the second power supply is the capacitive power supply.
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