JP2019187188A - 電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷状態になる前に出力型電源の電力が無駄に消費されることを防止する電源制御装置を提供する。【解決手段】電源制御装置８０は、駆動システム６００に接続される出力型電源である第１電源５０、容量型電源である第２電源３０、駆動システム６００及び第１電源５０と第２電源３０との間で双方向に電力授受を行う双方向ＤＤＣ（電力変換器）４０を備える電源システム１０に適用され、双方向ＤＤＣ４０の作動を制御する。電力供給量算出部８１は、第１電源５０及び第２電源３０の電力、並びに、車両からの要求電力に基づいて、第１電源５０及び第２電源３０の電力供給量の指令値である指令電力を算出する。電力変換器操作部８４は、指令電力に従って双方向ＤＤＣ４０を操作する。電力供給量算出部８１は、車両からの要求電力に対し、第１電源５０からの電力供給量に比べ第２電源３０からの電力供給量が大きくなるように指令電力を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、出力型電源及び容量型電源を備える電源システムに適用される電源制御装置に関する。

従来、出力が相対的に大きい出力型電源と、蓄積可能な電力量が相対的に大きい容量型電源とを双方向電力変換器により電力授受可能に接続した電源システムにおいて、電力変換器の作動を制御する電源制御装置が知られている。例えば特許文献１に開示された電源制御装置は、高圧電源に出力型電源を用い、中圧電源に容量型電源を用いるハイブリッド車両の電源システムに適用される。

特許文献１の電源制御装置は、車両の走行路面が上り勾配であるとき、中圧電源のＳＯＣが低下して中圧電源ＳＯＣ下限値に到達するまで、容量型の中圧電源から出力型の高圧電源へ電力が供給されるように電力変換器を制御する。また、この電源制御装置は、車両の走行路面が下り勾配であるとき、中圧電源のＳＯＣが上昇して中圧電源ＳＯＣ上限値に到達するまで、出力型の高圧電源から容量型の中圧電源へ電力が供給されるように電力変換器を制御する。

特開２０１７−７３９３４号公報

引用文献１の技術において車両の走行路面が上り勾配のときは高負荷状態であり、下り勾配のときは低負荷状態である。引用文献１の技術では、下り勾配の低負荷状態のとき、出力型電源の電力が優先的に消費される。例えば、ハイブリッド車両が下り坂で渋滞中に低速ＥＶ走行を行い、渋滞を抜けた後に加速する状況を想定する。引用文献１の技術では加速前に出力型電源の電力が消費されてＳＯＣが低下するため、高負荷状態になる加速時にエンジンが早掛かりし、燃費悪化に繋がるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、高負荷状態になる前に出力型電源の電力が無駄に消費されることを防止する電源制御装置を提供することにある。

本発明の電源制御装置は、車両に搭載され、第１電源（５０）、第２電源（３０）、及び電力変換器（４０）を備える電源システムに適用され、電力変換器の作動を制御する。第１電源は、モータジェネレータ（６５）を駆動する駆動システム（６００）に接続される。第２電源は第１電源より電圧が低い。電力変換器は、駆動システム及び第１電源と第２電源との間で双方向に電力授受を行う。

第１電源は、第２電源に比べ出力が大きい出力型電源である。第２電源は、第１電源に比べ蓄積可能な電力量が大きい容量型電源である。例えば第１電源はリチウムイオンキャパシタであり、第２電源はリチウムイオン電池である。

電源制御装置は、電力供給量算出部（８１）と、電力変換器操作部（８４）と、を有する。電力供給量算出部は、第１電源電力検出器（７５）が検出した第１電源の電力、第２電源電力検出器（７３）が検出した第２電源の電力、及び、車両からの要求電力に基づいて、第１電源及び第２電源の電力供給量の指令値である指令電力を算出する。電力変換器操作部は、指令電力に従って電力変換器を操作する。電力供給量算出部は、車両からの要求電力に対し、第１電源からの電力供給量に比べ第２電源からの電力供給量が大きくなるように指令電力を算出する。なお、電力供給量にはパワー及びエネルギーが含まれる。

具体的に電力供給量算出部は、車両からの所定範囲の要求電力に対し、第１電源からの電力供給を抑制しつつ第２電源から電力供給するように指令電力を算出する。「所定範囲内の要求電力」とは、低負荷状態における比較的弱い放電を意味する。こうして電源制御装置は、例えば渋滞中に、以後の加速時に備えて出力型の第１電源の電力を温存し、容量型の第２電源から電力供給する。

本発明では、低負荷状態において出力型電源からの電力供給を抑制し、容量型電源からの電力供給を優先するため、高負荷状態になる以前に出力型電源の電力が無駄に消費されることを防止することができる。したがって、例えばハイブリッド車両の加速時に出力型電源の性能を有効に活用し、エンジンの早掛かりを防止し、燃費を向上させることができる。

第１〜第３実施形態による電源制御装置が適用される電源システムの全体構成図。 リチウムイオンキャパシタ及びＥＤＬＣの自己放電特性を比較する図。 比較例及び本実施形態の電源システムによる電力制御方法を示す図。 第１実施形態による放電抑制制御を説明する図。 第１実施形態による放電抑制制御のフローチャート。 （ａ）弱い放電要求、（ｂ）第１電源入力電力制限時における弱い放電要求、の場合の第１電源及び第２電源の電力関係を示す図。 第２電源の出力電力が要求電力に対して不足する場合の電力移動を説明する図。 （ａ）強い放電要求、（ｂ）極めて強い放電要求、（ｃ）第２電源出力電力制限時における弱い放電要求、の場合の第１電源及び第２電源の電力関係を示す図。 第１実施形態による放電抑制制御の作用効果を示すタイムチャート。 ＤＤＣ出力電力とＤＤＣ効率との関係を示す特性図。 第２実施形態による放電抑制制御を示す図。 第２実施形態による放電抑制制御のフローチャート。 第３実施形態による放電抑制制御を説明する図。 第３実施形態による放電抑制制御のフローチャート。 第４実施形態による電源制御装置が適用される電源システムの全体構成図。 第４実施形態による放電抑制制御のフローチャート。

以下、電源制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成、又は、フローチャートの実質的に同一のステップには、同一の符号又は同一のステップ番号を付して説明を省略する。また、第１〜第４実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の電源制御装置は、エンジン及びモータジェネレータ（以下「ＭＧ」）を動力源とするハイブリッド車両に搭載された電源システムに適用される。以下、本実施形態が適用される電源システムの包括符号を「１０」とする。各実施形態で電源システムを区別する場合、電源システムの符号に、「１０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。

［電源システムの構成］
最初に、第１〜第３実施形態の電源制御装置に共通する全体構成について、図１を参照する。図１では、各実施形態が適用される電源システムの符号として包括符号「１０」を用いる。電源システム１０は、駆動システム６００やエアコン（図中「Ａ／Ｃ」）５５等を含む高電圧系統と、補機負荷１５等を含む低電圧系統との間に設けられる。

駆動システム６００は、車両の動力源であるＭＧ６５をインバータ６０が変換した電力により駆動するシステムである。ＭＧ６５の力行動作時には、電源システム１０から供給される直流電力がインバータ６０で交流電力に変換されてＭＧ６５に供給される。また、ＭＧ６５の回生動作時には、ＭＧ６５で発生した交流電力がインバータ６０で直流電力に変換されて電源システム１０に回生される。システムによっては、インバータの入力側に昇圧コンバータが設けられてもよい。

駆動システム６００のインバータ６０やＭＧ６５等を除き、高電圧系統に接続される機器を「非駆動系機器」という。エアコン５５は、高電圧系統の非駆動系機器の代表例である。高電圧系統の非駆動系機器には、エアコン５５の他に、システム構成によってラジエータファン、電気ヒータ等が該当し、図１のエアコン５５をこれらの非駆動系機器に置き換えてもよい。補機負荷１５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、ファン等、主機とは異なる各種機能を担う装置であり、補機電源２０の低圧直流電力で駆動される。

電源システム１０は、基本要素として、第１電源５０、第２電源３０、双方向ＤＣＤＣコンバータ（以下「双方向ＤＤＣ」）、電源電力検出器７５、７３、及び電源制御装置８０を含む。第１電源５０は、高電圧系統の駆動システム６００に接続され、駆動システム６００との電力授受を行う。第２電源３０は、第１電源５０より電圧が低い。

「電力変換器」としての双方向ＤＤＣ４０は、駆動システム６００及び第１電源５０と第２電源３０との間で双方向に電力授受を行う。第１電源電力検出器７５及び第２電源電力検出器７３は、それぞれ第１電源５０及び第２電源３０の電力を、例えば電流及び電圧の積により検出する。電源制御装置８０は、双方向ＤＤＣ４０の作動を制御する。

本実施形態では、第１電源５０としてリチウムイオンキャパシタ（以下「ＬｉＣ」）等の出力型電源が用いられ、第２電源３０としてリチウムイオン電池（以下「ＬｉＢ」）等の容量型電源が用いられる。出力型電源は容量型電源に比べて出力が大きく、容量型電源は出力型電源に比べて蓄積可能な電力量が大きい。出力型電源である第１電源５０の電圧は例えば２００Ｖであり、容量型電源である第２電源３０の電圧は例えば４８Ｖである。図中、及び明細書中の一部の箇所では、「出力型第１電源５０」、「容量型第２電源３０」というように記載する。

このように電源システム１０は、出力型電源である第１電源５０に、蓄電性能が優れたＬｉＣ等のキャパシタを用いる構成を前提とする。図２に、ＬｉＣとＥＤＬＣ（すなわち電気二重層キャパシタ）との自己放電特性の比較を示す。ＥＤＬＣは、早期に電荷が放電し、５００Ｈｒ程度でＳＯＣが約半分にまで低下するという問題があるため、放置前にＥＤＬＣのエネルギーを移送させたりして用いられる。

一方、ＬｉＣの自己放電特性は、約３か月でのＳＯＣ低下が５％程度と少ない。このようにＬｉＣは蓄電性能が優れ、放置中も蓄電量を維持でき、ＬｉＢよりも蓄電性能が優れる。また、ＬｉＣは化学反応なく放電できるため、低温時の出力性能も優れる。ＬｉＣの優れた出力、蓄電性能に注目すれば、放置前にＬｉＣに蓄電させることで次回走行の性能を向上させることができる。

さらに電源システム１０は、補機負荷１５に接続される補機電源２０、第２電源３０の電圧を降圧して補機電源２０に供給する補機用降圧ＤＤＣ２５、及び、補機電源２０の電力を検出する補機電源電力検出器７２を含む。補機電源２０は、例えば電圧１４Ｖ程度の鉛電池（ＰｂＢ）やリチウム電池（ＬｉＢ）等が用いられる。

本明細書では、便宜上、第１電源５０の２００Ｖ級の電圧を「高電圧」、第２電源３０の４８Ｖ級の電圧を「中電圧」、補機電源２０の１４Ｖ級の電圧を「低電圧」という。双方向ＤＤＣ４０は、高電圧系統に接続された第１電源５０側と、中低電圧系統に接続された第２電源３０及び補機電源２０側との間で電力授受を行う。

電源制御装置８０は、電力供給量算出部８１、及び、「電力変換器操作部」としてのＤＤＣ操作部８４を有する。電力供給量算出部８１は、各電源電力検出器７５、７３、７２が検出した電力、及び、駆動システム６００やエアコン５５からの要求電力に基づき、各電源５０、３０、２０の電力供給量の指令値である指令電力を算出する。ここで、「電力供給量」にはパワー及びエネルギーが含まれる。ＤＤＣ操作部８４は、電力供給量算出部８１の指令に従って、双方向ＤＤＣ４０及び補機用降圧ＤＤＣ２５を操作する。

次に図３を参照し、本実施形態が適用される電源システム１０の基本思想を比較例と対比して説明する。図３の上段に比較例による電源システム１０９の電力制御方法を示し、図３の下段に本実施形態による電源システム１０の電力制御方法を示す。図中、実線矢印は積極的に実施される電力供給を示し、破線矢印は抑制又は禁止される電力供給を示す。以下の図４等の同形式の図についても同様とする。また、電力供給の「抑制」には、供給量を低減することに加え、「禁止」、すなわち供給量を０とすることを含むものとする。

比較例の電源システム１０９では、出力型第１電源５０から高電圧系統の駆動システム６００及びエアコン５５、並びに、中低電圧系統の第２電源３０、補機用降圧ＤＤＣ２５及び補機負荷１５の全てに電力供給する。そのため、車両が低負荷状態から高負荷状態に移行し、駆動システム６００から電源システム１０９へ電力供給が要求されたとき、既に低容量の出力型第１電源５０のＳＯＣは低下している可能性が高い。ＳＯＣが下限値まで低下すると、エンジンが早掛かりし、燃費悪化に繋がるという問題がある。

それに対し本実施形態が適用される電源システム１０では、車両が高負荷状態になる前（例えば加速前）の低負荷状態時に、将来の電力消費を予測して、常に出力型第１電源５０のＳＯＣを温存するように制御する。そして、高負荷状態になったとき出力型第１電源５０の性能を有効に引き出させるようにして問題解決を図るものである。

具体的に電源システム１０は、加速前に車両からの要求電力が比較的小さい場合、低容量の出力型第１電源５０の放電によるエネルギー消費を抑制し、容量型第２電源３０から各部へ電力供給する。ここで、「車両からの要求電力」には、駆動システム６００、エアコン５５、補機負荷１５からの要求電力が含まれる。このように本実施形態の電源システム１０は、低容量の出力型第１電源５０のエネルギーを加速前に維持しておき、次の加速に備える。その結果、加速時にエネルギー低下に伴う出力低下を防止することができる。

電力供給量算出部８１は、基本的に、出力型第１電源５０の電力供給を常に抑制し、容量型第２電源３０から電力を供給するように指令電力を算出する。以下、この制御を「放電抑制制御」という。ただし、要求電力と第２電源３０の出力可能電力との関係によっては、必ずしも第２電源３０が１００％電力供給するのが良いとは限らない。そこで、総じて電力供給量算出部８１は、出力型電源からの電力供給量に比べて、容量型電源からの電力供給量が大きくなるように指令電力を算出する。

ところで、図３の下段の図において第１電源５０の放電抑制制御には、次のように３通りの電力供給対象への放電の抑制が含まれる。
［１］第１電源５０から駆動システム６００への放電
［２］第１電源５０から中低電圧系統の第２電源３０、補機用降圧ＤＤＣ２５又は補機電源２０への放電
［３］第１電源５０から高電圧系統の非駆動系機器であるエアコン５５への放電
続いて、これら３通りの放電抑制制御を第１〜第３実施形態として順に説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図４〜図１０を参照して説明する。まず、第１実施形態による放電抑制制御を図４に示す。電源システム１０１では、車両の駆動システム６００等からの要求電力が第２電源３０の出力可能電力の範囲内である場合、第１電源５０からの電力供給を抑制しつつ、第２電源３０から電力供給するように制御される。

ただし、駆動システム６００等からの要求電力が第２電源３０の出力可能範囲を超える場合、第２電源３０から出力可能な電力を供給しつつ、要求電力と、第２電源３０が供給する電力との差分である不足電力を第１電源５０から出力するように制御される。この場合、基本的に第２電源３０は出力可能な最大電力を供給することが好ましい。ただし第２電源３０は、最大電力に限らず、出力可能電力に対し可及的に高い比率の電力を供給すればよい。

第１実施形態による放電抑制制御は、車両から電源システム１０１に対し、「所定条件の放電要求」として「弱い放電要求」がある状況で適用される。具体的に想定される状況としては、駐停車時、又は、渋滞走行、クリープ走行、リバース、登坂、軽いアクセルでの降坂等の低速ＥＶ走行時が挙げられる。

「弱い放電」とは、低車速、低アクセル開度の状態やエンジン停止状態で要求される電力供給量の比較的小さい放電を意味する。「弱い放電要求」は、駐停車時又は低車速時におけるシフト操作、パワースイッチ操作、ナビゲーションの目的地セット、エアコン等の非駆動系機器の運転、出力型電源から容量型電源への電力移送等の場合に発生する。

また、「弱い放電」に対し、急加速時、スロットル全開時、登坂時、高い車速変化時、炎天下のエアコン運転時等に要求される電力供給量の比較的大きい放電を「強い放電」という。第１実施形態の電源システム１０１は、強い放電要求があった場合、放電抑制制御を解除するようにしてもよい。

第１実施形態の着眼点として、駐車中や低速ＥＶ走行などの弱い放電要求に対しては、後の急加速に備えて、容量の少ない出力型第１電源５０のＳＯＣを温存しておき、主として容量型の第２電源３０から電力を供給する。そして、急加速などの強い放電要求に対しては、出力型第１電源５０が温存していた電力を供給する。このように、放電量によって出力型第１電源５０と容量型第２電源３０との間で電力量の配分を変更することで、エンジンの早掛かりを抑制でき、燃費悪化を抑制することができる。

次に、第１実施形態による放電抑制制御について、図５のフローチャートを参照して説明する。以下のフローチャートの説明で記号Ｓは「ステップ」を表す。Ｓ１２で電力供給量算出部８１は、駆動システム６００等から電源システム１０１に対し放電要求があるか否か判断する。具体的には、ＭＧ６５が力行作動するとき、要求電力は正であり、電源システム１０１から駆動システム６００への放電が要求される。一方、ＭＧ６５が回生動作するとき、要求電力は負であり、駆動システム６００から電源システム１０１への充電が要求される。

例えば電力供給量算出部８１は、要求電力の正負により、放電要求であるか充電要求であるかを判定する。すなわち、要求電力が正の場合にＳ１２でＹＥＳと判定され、Ｓ１３に移行する。或いは電力供給量算出部８１は、要求電力が０［ｋｗ］から正の所定値までの範囲内にあるとき、「弱い放電要求がある」と判定し、Ｓ１３に移行してもよい。

Ｓ１３で電力供給量算出部８１は、第１電源５０からの電力供給を抑制するように指令電力を算出する。つまり、電力供給量算出部８１は、第１電源５０からの電力供給量に比べ第２電源３０からの電力供給量が大きくなるように制御を行う。ここで、Ｓ１３の処理は、駆動システム６００から要求される放電量によらず、適用可能である。

詳しくは、要求電力及び第２電源３０のＳＯＣに応じて、次のように場合分けされる。なお、Ｓ１３での指令電力の算出方法の詳細は後述する。
＜１＞弱い放電要求がある場合、第１電源５０からの電力供給を最小限とするように抑制し、主に第２電源３０から駆動システム６００に電力供給させる。
＜２＞第２電源３０の出力電力が要求電力に対して余る場合、余剰電力を第１電源５０の充電に用いてもよい。
＜３＞第２電源３０の出力電力が要求電力に対して不足する場合、やむなく不足電力を第１電源５０から放電させる。

Ｓ１４でＤＤＣ操作部８４は、指令電力に基づいて双方向ＤＤＣ４０を作動させる。例えば基本パターンである上記＜１＞の場合、第２電源３０からの電力を全て駆動システム６００に供給することが好ましい。ただし、第１電源５０の高電位側に遮断素子を設けないシステム構成では、双方向ＤＤＣ４０の作動中に高電圧系統から第１電源５０に流入する電流を０にすることはできない。そこで、第１電源５０の高電位側にリレー等の遮断素子５１を設けてもよい。

駆動システム６００から電源システム１０１に対する放電要求が無く、Ｓ１２でＮＯと判定された場合、Ｓ１５に移行する。例えばＭＧ６５の回生動作による充電要求がある場合、ＤＤＣ操作部８４は、双方向ＤＤＣ４０を作動させて第２電源３０や補機電源２０を充電する。

次に、Ｓ１３における第１電源５０及び第２電源３０の指令電力の算出方法について詳しく説明する。ここでは、上述の３つの場合分けに基づいて両電源の指令電力の算出方法を導く。算出方法の各段階に［Ｓ１３−１］から［Ｓ１３−４］までのサブステップ番号を付す。まず、以下のように記号を定義する。「ｂ」は電源システム、「ｂ１」は第１電源５０（すなわち出力型電源）、「ｂ２」は第２電源３０（すなわち容量型電源）、「ｄｄｃ」は双方向ＤＤＣ４０に関連する量を示す。「ｆ」は指令を意味する。また、電源の電力の符号について、放電を正、充電を負とする。

Ｐｂｆ：要求電力
Ｐｄｄｃ_max：双方向ＤＤＣ最大電力
Ｐｂ２_out：第２電源出力可能電力
Ｐｂ２ｄｄｃ_out：（双方向ＤＤＣ最大電力を考慮した）第２電源出力可能電力
ΔＰｂ２（＞０）：第２電源余剰電力
ΔＰｂ２（＜０）：第２電源不足電力
ΔＰｂ２_x：電源間充電に利用できない第２電源余剰電力
ΔＰｂ２ｆ_b1b2chg：（電源間充電に利用される）第２電源指令電力
Ｐｂ２ｆ_sys：（システム要求に対する）第２電源指令電力
Ｐｂ２ｆ：第２電源指令電力
Ｐｂ１_in：第１電源入力可能電力
Ｐｂ１_out：第１電源出力可能電力
Ｐｂ１ｆ：第１電源指令電力
Ｐｂ１ｆ^*：（制限前の）第１電源指令電力

［Ｓ１３−１］：要求電力に対する第２電源指令電力
第２電源３０の出力可能電力Ｐｂ２_outは、式（１．１）に示すように、双方向ＤＤＣ４０の最大電力Ｐｄｄｃ_maxで制限される。
Ｐｂ２ｄｄｃ_out＝Ｍｉｎ（Ｐｂ２_out，Ｐｄｄｃ_max） ・・・（１．１）

電源システム１０に対する要求電力Ｐｂｆについては、主として第２電源３０から電力を供給させる。これより、要求電力Ｐｂｆに対応してシステムに供給する第２電源３０の指令電力Ｐｂ２ｆ_sysが式（１．２）により設定される。なお、損失分や補機負荷１５の電力は適宜、上乗せすればよい。
Ｐｂ２ｆ_sys＝Ｍｉｎ（Ｐｂｆ，Ｐｂ２ｄｄｃ_out） ・・・（１．２）

［Ｓ１３−２］：第２電源余剰電力
第２電源３０について、要求電力Ｐｂｆ分を出力させた際に余った余剰電力ΔＰｂ２が式（２）により算出される。
ΔＰｂ２＝Ｐｂ２ｄｄｃ_out−Ｐｂｆ ・・・（２）

［Ｓ１３−３］：電源間充電に対する第２電源指令電力
第２電源３０の余剰電力ΔＰｂ２は第１電源５０の充電に積極的に用いられる。一方、第２電源３０だけで電力が不足する場合、不足分の電力は第１電源５０から供給される。演算上では式（３）により、第２電源３０が放電する余剰電力ΔＰｂ２が第１電源５０に充電される指令電力Ｐｂ１ｆ^*として表される。「^*」は、制限前の値であることを示す。なお、第１電源５０を充電しない方法を採用する場合は与式を変更すればよい。
−Ｐｂ１ｆ^*＝ΔＰｂ２ ・・・（３）

しかしながら、第１電源指令電力Ｐｂ１ｆは、充電時には式（４．１）、放電時には式（４．２）に示すように、第１電源の出力可能電力Ｐｂ１_out（≧０）及び入力可能電力Ｐｂ１_in（≦０）で制限される。
Ｐｂ１ｆ＝Ｍａｘ（Ｐｂ１ｆ^*，Ｐｂ１_in） ・・・（４．１）
Ｐｂ１ｆ＝Ｍｉｎ（Ｐｂ１ｆ^*，Ｐｂ１_out） ・・・（４．２）

そして、式（５）により、制限後の第１電源指令電力Ｐｂ１ｆ（充電量）は、電源間充電時の電力に相当する第２電源指令電力ΔＰｂ２ｆ_b1b2chg（放電量）に等しいと表される。
ΔＰｂ２ｆ_b1b2chg＝−Ｐｂ１ｆ ・・・（５）

ここで、第２電源余剰電力ΔＰｂ２と第２電源指令電力ΔＰｂ２ｆ_b1b2chgとは常に値が一致するわけではなく、式（６）で表される差分ΔＰｂ２_xが電源間充電に利用できない余剰電力として残る。
ΔＰｂ２＝ΔＰｂ２ｆ_b1b2chg＋ΔＰｂ２_x ・・・（６）

［Ｓ１３−４］：第２電源指令電力
最終的に第２電源指令電力Ｐｂ２ｆは、式（７）に示すように、駆動システム６００が消費する電力に対する指令電力Ｐｂ２ｆ_sysと、電源間充電に用いる電力に対する指令電力ΔＰｂ２ｆ_b1b2chgとを加算した値になる。ＤＤＣ操作部８４は、第２電源３０からの出力電力が指令電力Ｐｂ２ｆになるように双方向ＤＤＣ４０を操作する。
Ｐｂ２ｆ＝Ｐｂ２ｆ_sys＋ΔＰｂ２ｆ_b1b2chg ・・・（７）

以上のとおり、第１電源５０（すなわち出力型電源）からの電力供給を抑制し、第２電源３０（すなわち容量型電源）からの電力を優先的に用いる制御方法が導かれる、なお、入力要求の場合、両電源とも最大限に充電させる考えに基づき算出方法を切り替えるが、その説明は省略する。

次に、Ｓ１３の場合分けの＜２＞に相当する、「第２電源３０の出力電力が要求電力に対して余り、余剰電力を第１電源５０の充電に用いる」場合の第１電源５０及び第２電源３０の電力関係について、図６（ａ）、（ｂ）を参照する。図６（ａ）、（ｂ）には、第１電源入力可能電力Ｐｂ１_inと第２電源出力可能電力Ｐｂ２_outとの関係が示される。各電源の全体の電力のうち、ハッチングを付した部分が有効に授受される電力である。例えば第２電源出力可能電力Ｐｂ２_outは双方向ＤＤＣ最大電力Ｐｄｄｃ_maxで制限される。また、下向きのブロック矢印は電力制限を表す。

図６（ａ）に、頻度が高い「弱い放電要求」の場合を示す。例えば要求電力Ｐｂｆは、クリープ走行用又はエアコン運転用の１〜３ｋｗ程度である。第２電源３０は、この要求電力Ｐｂｆに対しシステム分の指令電力Ｐｂ２ｆ_sysを供給し、さらに余剰電力ΔＰｂ２を用いて第１電源５０に電源間充電を行う。この場合、第２電源余剰電力ΔＰｂ２と、電源間充電に利用される第２電源指令電力ΔＰｂ２ｆ_b1b2chgと、第１電源指令電力Ｐｂ１ｆとは等しくなる。

図６（ｂ）に、「第１電源入力電力制限時における弱い放電要求」の場合を示す。要求電力Ｐｂｆは、図６（ａ）の例と同様である。この場合、電源間充電に利用される第２電源指令電力ΔＰｂ２ｆ_b1b2chgは、第２電源余剰電力ΔＰｂ２より小さく、且つ、第１電源指令電力Ｐｂ１ｆに等しくなる。一般にキャパシタの入力電力制限は、電池の入力電力制限とは異なり、満充電時を除いてほとんどなく、この例の頻度は極めて低い。

次に、Ｓ１３の場合分けの＜３＞に相当する、「第２電源３０の出力電力が要求電力に対して不足する場合、不足電力を第１電源５０から放電させる」例での電力移動を図７に示し、電源電力関係を図８（ａ）−（ｃ）に示す。図７に示すように、この場合、第２電源３０及び第１電源５０の両方から駆動システム６００に電力供給される。図８（ａ）−（ｃ）には、第１電源出力可能電力Ｐｂ１_outと第２電源出力可能電力Ｐｂ２_outとの関係が示される。ΔＰｂ２は負の値であり「不足電力」を示す。また、電源間充電に利用される第２電源指令電力ΔＰｂ２ｆ_b1b2chgは０となる。

図８（ａ）に、頻度が高い「強い放電要求」の場合を示す。例えば要求電力Ｐｂｆは、加速時に必要な電力に相当する。この場合、要求電力Ｐｄｆに対する第２電源不足電力ΔＰｂ２を第１電源出力可能電力Ｐｂ１_outの一部で補う。第１電源指令電力Ｐｂ１ｆは第２電源不足電力ΔＰｂ２に等しくなる。

図８（ｂ）に、頻度が低い「極めて強い放電要求」の場合を示す。例えば要求電力Ｐｂｆは、急加速時に必要な電力に相当する。この場合、要求電力Ｐｄｆに対する第２電源不足電力ΔＰｂ２を第１電源出力可能電力Ｐｂ１_outの全部で補う。図８（ａ）と同様に、第１電源指令電力Ｐｂ１ｆは第２電源不足電力ΔＰｂ２に等しくなる。

図８（ｃ）に、頻度が極めて低い「第２電源出力電力制限時における弱い放電要求」の場合を示す。要求電力Ｐｂｆは、クリープ走行用やエアコン運転用相当の電力である。この場合、図８（ａ）の例と同様に、要求電力Ｐｄｆに対する第２電源不足電力ΔＰｂ２を第１電源出力可能電力Ｐｂ１_outの一部で補う。第１電源指令電力Ｐｂ１ｆは第２電源不足電力ΔＰｂ２に等しくなる。

なお、「第２電源出力電力制限時における弱い放電要求」の場合、二つの電源５０、３０から電力供給して双方向ＤＤＣ４０で電力を消費するより、第１電源５０の一つだけで電力供給した方が燃費が向上する可能性がある。そこで、例えば要求電力ｐｂｆが所定範囲内であるかを判定し、判定結果に応じて、二つの電源５０、３０から電力供給するか、第１電源５０のみから電力供給するかを切り替えるようにしてもよい。

次に、ハイブリッド車両の走行開始時に第１実施形態の放電抑制制御を実施した場合の作用効果の一例について、図９のタイムチャートを参照して説明する。第２電源ＳＯＣ、第１電源ＳＯＣ及びエンジン作動について、破線は、放電抑制制御を実施しない比較例の特性を示す。また、第１電源出力可能電力Ｐｂ１_outの実線は、理論的には要求電力Ｐｂｆの二点鎖線に重なるが、図示の都合上、あえて少しずらして記載している。

パワースイッチがレディオンされる時刻ｔ１以前の車両停止時に放電抑制制御が実施されることにより、（＊１）に示すように、第１実施形態では、比較例に対し第１電源ＳＯＣが高い状態で維持される。

時刻ｔ１にパワースイッチがレディオンされると、第２電源出力可能電力Ｐｂ２_outが立ち上がる。シフト位置がＰからＤに変更され、時刻ｔ２にブレーキがＯＦＦされると、車両はクリープ走行を開始する。時刻ｔ１以後、（＊２）に示すように、車両からの要求電力Ｐｂｆは第２電源出力可能電力Ｐｂ２_outより小さい。したがって、第２電源３０から車両に電力供給し、且つ、第２電源３０の余剰分の電力が第１電源５０に充電される。そのため、第２電源ＳＯＣは次第に低下し、第１電源ＳＯＣは次第に上昇する。このときの電源５０、３０の電力関係は図６（ａ）に示される。

これに対し、第１電源５０から車両に電力供給する比較例では、第２電源ＳＯＣは変化せず、第１電源ＳＯＣは次第に低下する。したがって、第１実施形態と比較例との間で、車両のクリープ走行中に第１電源ＳＯＣの差が拡大し、時刻ｔ３における第１電源ＳＯＣの差はΔＸとなる。

時刻ｔ３に車両が緩加速を開始すると同時に要求電力Ｐｂｆが増加する。すると、要求電力Ｐｄｆに対して第２電源出力可能電力Ｐｂ２_outが不足するため、第１電源出力可能電力Ｐｂ１_outの一部が車両への電力供給に用いられる。このときの電源５０、３０の電力関係は図８（ａ）に示される。時刻ｔ３以後、第２電源ＳＯＣ及び第１電源ＳＯＣはいずれも低下する。また、比較例でも、時刻ｔ３以後、第２電源ＳＯＣ及び第１電源ＳＯＣはいずれも低下する。

比較例では、時刻ｔ４に第１電源ＳＯＣが下限ＳＯＣに到達し、エンジンが作動する。つまり、車両停止中やクリープ走行中に第１電源ＳＯＣを消費したことにより、エンジンの早掛かりが発生する。これに対し第１実施形態では、緩加速が開始された時刻ｔ３の時点で、比較例に対しΔＸ分の第１電源ＳＯＣが余分に温存されている。したがって、時刻ｔ４時点での第１電源ＳＯＣは下限ＳＯＣより大きく、（＊３）に示すように、エンジンは作動しない。よって、エンジン早掛かりを抑制することができる。

以上のように第１実施形態では、駆動システム６００やエアコン５５等の高電圧系統からの要求電力が第２電源３０の出力可能電力の範囲内である場合、第１電源５０からの電力供給を抑制しつつ、第２電源３０から高電圧系統に電力供給するように制御を行う。これにより、第１電源５０のＳＯＣを温存し、次回、高負荷状態になる走行開始時にエンジンの早掛かりを防止して燃費を向上させることができる。

ただし、第２電源３０と高電圧系統との間で双方向ＤＤＣ４０を経由して充放電を行う場合、双方向ＤＤＣ４０による損失が生じる。例えば双方向ＤＤＣ４０における一方向の電力変換効率が９８％とすると、往復での効率は約９６％となり約４％の損失が生じる。すなわち、第１電源５０と高電圧系統との間で充放電を行う場合の損失に比べ、約４％の損失が増加する。そこで電源制御装置８０は、第１電源５０のＳＯＣを消費しエンジンの早掛かりが生じることによる損失と、第２電源３０から双方向ＤＤＣ４０を経由して電力供給することによる損失とを比較し、放電抑制制御を実施するか否か判断するようにしてもよい。

また、第２電源３０の余剰電力を第１電源５０の充電に用いるか否かについても、双方向ＤＤＣ４０の効率特性に基づいて判断してもよい。図１０に示すように、双方向ＤＤＣ４０の種類によって、ＤＤＣ出力に対してＤＤＣ効率が単調増加する特性のＤＤＣ−Ａや、ＤＤＣ効率が凸状となる特性のＤＤＣ−Ｂが存在する。例えば出力３ｋＷのとき最大効率となる特性のＤＤＣ−Ｂを用いる場合、３ｋＷのエアコン電力のみを第２電源３０から供給する方が効率が良い。一方、単調増加特性のＤＤＣ−Ａを用いる場合、双方向ＤＤＣ４０を最大出力７ｋＷで作動させるべく第１電源５０であるＬｉＣに４ｋＷ分の充電を行い、エアコン電力３ｋＷと第１電源５０の充電電力４ｋＷとを合計した７ｋＷを第２電源３０から供給する方が効率が良い。

（第２実施形態）
第２実施形態について、図１１、図１２を参照して説明する。第２実施形態による放電抑制制御を図１１に示す。電源システム１０２では、破線矢印で示すように、第１電源５０から中低電圧系統である第２電源３０又は補機系統への電力供給を抑制することで第１電源５０の放電が抑制される。ただし、第２電源３０のＳＯＣが下限ＳＯＣより大きいことを前提とし、実線矢印で示すように、第２電源３０から補機用降圧ＤＤＣ２５へ電力供給されるものとする。つまり、電源システム１０２は、第２電源３０のＳＯＣが枯渇するまで第１電源５０から第２電源３０への電力供給を抑制し、次回の走行に備えて出力型第１電源５０のＳＯＣを温存する。

図１２のフローチャートに第２実施形態による放電抑制制御を示す。Ｓ２２で電力供給量算出部８１は、第２電源電力検出部７３が検出した第２電源３０のＳＯＣが下限ＳＯＣより大きいか否か判断する。Ｓ２２の判断では、中低電圧系統の電力状態について、次の３つの条件が考慮される。

＜条件１＞第２電源３０の強制充電は不要か？ つまり、第２電源３０のＳＯＣは下限ＳＯＣより大きいか？
＜条件２＞補機電源２０の強制充電は不要か？ つまり、補機電源２０のＳＯＣは下限ＳＯＣより大きいか？
＜条件３＞補機負荷１５への電力供給は不要か？

ここで、第１電源５０から補機負荷１５への電力供給は補機電源２０のＳＯＣ枯渇が前提条件となるから、＜条件３＞は＜条件２＞で代用ができる。また、補機電源２０が枯渇すれば第２電源３０から補機電源２０へ充電するため、＜条件２＞は＜条件１＞で代用ができる。したがって、＜条件１＞のみを判定すればよいことになる。

第２電源３０のＳＯＣに余剰分があり、Ｓ２２でＹＥＳと判定されると、Ｓ２３に移行する。第２電源３０が電力供給可能であるため、Ｓ２３で電力供給量算出部８１は、第１電源５０から中低電圧系統への電力供給を抑制するように指令電力を算出する。なお、図１１には図示しないが、第２電源３０から第１電源５０への電力供給は実施可能である。Ｓ２４でＤＤＣ操作部８４は、出力型第１電源５０から中低電圧系統への電力供給を抑制するように双方向ＤＤＣ４０を制御する。

第２電源３０のＳＯＣが下限ＳＯＣ以下に低下しＳ２２でＮＯと判定されると、Ｓ２５に移行する。第２電源３０及び補機電源２０のＳＯＣが枯渇した場合、第２電源３０及び補機電源２０を強制充電する必要があり、第１電源５０から第２電源３０への電力供給はやむを得ない。そこで、Ｓ２５でＤＤＣ操作部８４は、出力型第１電源５０から中低電圧系統への電力供給を許可するように双方向ＤＤＣ４０を制御する。第２実施形態では、第２電源３０のＳＯＣが枯渇するまで第１電源５０の電力を確実に温存することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について、図１３、図１４を参照して説明する。第３実施形態による放電抑制制御を図１３に示す。電源システム１０３では、破線矢印で示すように、第１電源５０から高電圧系統の非駆動系機器であるエアコン５５への電力供給が抑制され、第１電源５０の放電が抑制される。なお、上述の通り、高電圧系統の非駆動系機器をエアコン５５以外のラジエータファンや電気ヒータ等に置き換えてもよい。

例えば、エアコン５５を使用しながら駐車している間にエアコン５５によって第１電源５０のＳＯＣが消費されると、次回走行開始時に第１電源５０の性能が低下し、エンジンの早掛かりが発生する要因となる。また、エアコン５５以外の高電圧系統の非駆動系機器によって第１電源５０のＳＯＣが消費される場合にも同様の問題が想定される。そこで、駐停車中の高電圧系統の非駆動系機器への電力供給については、第１電源５０からの電力供給を抑制し、実線で示すように、第２電源３０から電力供給する。これにより、次回の走行に備えて出力型第１電源５０のＳＯＣを温存する。

図１４のフローチャートに第３実施形態による放電抑制制御を示す。ここでは、高電圧系統の非駆動系機器をエアコン５５として説明する。なお、その他の高電圧系統の非駆動系機器を対象とする場合、機器によっては、「作動要求」を「電力供給要求」と読み替えてもよい。Ｓ３２で電力供給量算出部８１は、エアコン５５からの作動要求があるか判断する。作動要求がある場合、Ｓ３２でＹＥＳと判定され、Ｓ３３に移行する。作動要求が無い場合、Ｓ３２でＮＯと判定され、処理を終了する。

Ｓ３３で電力供給量算出部８１は、第１電源５０からエアコン５５への電力供給を抑制するように指令電力を算出する。Ｓ３４でＤＤＣ操作部８４は、双方向ＤＤＣ４０を作動させ、第２電源３０からエアコン５５へ電力供給する。またＤＤＣ操作部４４は、それと同時に第２電源３０から第１電源５０へ電力供給し、第１電源５０を充電してもよい。第３実施形態では、駐車中のエアコン５５等の使用による第１電源５０の電力消費を抑制し、次回走行時に備えて電力を温存することができる。

（第４実施形態）
第３実施形態による放電抑制制御の効果の大部分は、次回の走行を控えた駐停車状態において得られると考えられる。そこで第４実施形態では、第３実施形態の放電抑制制御を実行する前提として、車両の駐停車状態を判定する。

図１５に示すように、第４実施形態の電源制御装置８０４は、車速情報やシフト信号に基づいて駐停車状態であるか否かを判定する駐停車判定部８６をさらに備える。ここで、駐停車判定部８６が判定する「駐停車状態」には、車両停止状態の他にクリープ走行状態が含まれるものとして定義される。

図１６に示すように、第４実施形態の放電抑制制御は、第３実施形態の図１４に対し、Ｓ３２の前にＳ４１が追加される。Ｓ４１で駐停車判定部８６は、車両が駐停車状態であるか否か判定し、ＹＥＳの場合、Ｓ３２〜Ｓ３４が実行される。一方、通常走行中にエアコン５５の作動要求があっても第１電源５０からの電力供給は抑制されない。第４実施形態では、電力温存効果の大きい駐停車状態に絞って、効率的に放電抑制制御を実行することができる。

（その他の実施形態）
（ａ）出力型第１電源５０及び容量型第２電源３０は、上記実施形態に例示したリチウムイオンキャパシタ及びリチウムイオン電池に限らず、それ以外のキャパシタ及び電池、或いは、キャパシタ又は電池以外の電源を用いてもよい。また、電源の種類、電圧、電力の範囲などは変更してもよい。

（ｂ）本発明の電源制御装置は、第２電源３０が補機系統に接続されない電源システムに適用されてもよい。また補機系統において補機電源２０や補機用降圧ＤＤＣ２５が設けられず、第２電源３０の電力が直接補機負荷１５に供給されるようにしてもよい。

（ｃ）本発明の電源制御装置は、ハイブリッド車両でなく電気自動車の電源システムに適用されてもよい。その場合、ハイブリッド車両におけるエンジン早掛かり防止の課題を、加速性能低下防止等の課題に置き換えて、上記実施形態の作用効果を拡張適用すればよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０（１０１−１０３）・・・電源システム、
３０ ・・・（容量型）第２電源、
４０ ・・・双方向ＤＤＣ（電力変換器）、
５０ ・・・（出力型）第１電源、
６００・・・駆動システム、
６５ ・・・ＭＧ（モータジェネレータ）、
７３ ・・・第２電源電力検出器、 ７５ ・・・第１電源電力検出器、
８０、８０４ ・・・電源制御装置、
８１ ・・・電力供給量算出部、 ８４ ・・・電力変換器操作部。

Claims (12)

1. 車両に搭載され、モータジェネレータ（６５）を駆動する駆動システム（６００）に接続される第１電源（５０）、前記第１電源より電圧が低い第２電源（３０）、並びに、前記駆動システム及び前記第１電源と前記第２電源との間で双方向に電力授受を行う電力変換器（４０）を備え、前記第１電源は、前記第２電源に比べて出力が大きい出力型電源であり、前記第２電源は、前記第１電源に比べて蓄積可能な電力量が大きい容量型電源である電源システム（１０）に適用され、前記電力変換器の作動を制御する電源制御装置であって、
   第１電源電力検出器（７５）が検出した前記第１電源の電力、第２電源電力検出器（７３）が検出した前記第２電源の電力、及び、車両からの要求電力に基づいて、前記第１電源及び前記第２電源の電力供給量の指令値である指令電力を算出する電力供給量算出部（８１）と、
   前記指令電力に従って前記電力変換器を操作する電力変換器操作部（８４）と、
   を有し、
   前記電力供給量算出部は、車両からの要求電力に対し、前記第１電源からの電力供給量に比べ前記第２電源からの電力供給量が大きくなるように前記指令電力を算出する電源制御装置。
2. 前記第１電源はキャパシタであり、前記第２電源は電池である前記電源システムに適用される請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記第１電源はリチウムイオンキャパシタであり、前記第２電源はリチウムイオン電池である前記電源システムに適用される請求項２に記載の電源制御装置。
4. 車両の補機負荷（１５）に電源供給する補機電源（２０）、及び、前記第２電源の電圧を降圧し前記補機電源に電力供給する補機用電力変換器（２５）をさらに備える電源システムに適用され、
   前記電力供給量算出部は、さらに補機電源電力検出器（７２）が検出した前記補機電源の電力に基づいて前記第１電源及び前記第２電源の指令電力を算出し、
   前記電力変換器操作部は、前記電力供給量算出部の指令に従ってさらに前記補機用電力変換器を操作する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源制御装置。
5. 前記電力供給量算出部は、車両からの所定範囲の要求電力に対し、前記第１電源からの電力供給を抑制しつつ前記第２電源から電力供給するように前記指令電力を算出する請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
6. 前記電力供給量算出部は、
   車両からの要求電力が前記第２電源の出力可能電力の範囲内である場合、
   前記第１電源からの電力供給を抑制しつつ、前記第２電源から電力供給するように前記指令電力を算出し、
   車両からの要求電力が前記第２電源の出力可能電力の範囲を超える場合、
   前記第２電源の出力可能電力に応じた電力を前記第２電源から供給しつつ、要求電力と前記第２電源の電力との差分である不足電力を前記第１電源から電力を供給するように前記指令電力を算出する請求項５に記載の電源制御装置。
7. 前記電力供給量算出部は、前記第２電源が出力可能な最大電力を前記第２電源から供給するように前記指令電力を算出する請求項６に記載の電源制御装置。
8. 前記第２電源の出力可能電力は、前記電力変換器が変換可能な最大電力により制限される請求項６または７に記載の電源制御装置。
9. 前記電力供給量算出部は、
   車両から前記電源システムに対する放電要求がある場合、前記第１電源からの放電を抑制し、
   車両から前記電源システムに対する充電要求がある場合、前記第２電源、又は、補機用電力変換器（２５）を介して前記第２電源に接続される補機電源に充電するように前記指令電力を算出する請求項６〜８のいずれか一項に記載の電源制御装置。
10. 前記電力供給量算出部は、前記第２電源のＳＯＣが低下し下限ＳＯＣに到達するまで、前記第１電源からの電力供給を抑制しつつ、前記第２電源から電力供給するように前記指令電力を算出する請求項５に記載の電源制御装置。
11. 前記車両には、前記第１電源に接続される高電圧系統における前記駆動システム以外の非駆動系機器が設けられ、
    前記電力供給量算出部は、前記非駆動系機器の要求電力に対し、前記第１電源からの電力供給を抑制しつつ、前記第２電源から前記非駆動系機器に電力供給するように前記指令電力を算出する請求項５に記載の電源制御装置。
12. 車両停止状態またはクリープ走行状態として定義される駐停車状態を判定する駐停車判定部（８６）をさらに有し、
    前記駐停車判定部により駐停車状態であると判定されたとき、
    前記電力供給量算出部は、前記第１電源からの電力供給を抑制しつつ、前記第２電源から電力供給するように前記指令電力を算出する請求項５に記載の電源制御装置。

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