JP2020102992A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの電源間における残容量の不均衡のために出力制限が発生することを抑制可能な車両の制御装置を提供する。【解決手段】車両の制御装置は、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の残容量差が大きい場合、残容量差が小さい場合と比較して、電気負荷との接続状態を直列接続状態に制御する第１運転領域の大きさを減少させると共に、電気負荷との接続状態を並列接続状態又は残容量が高い方の電源の単独接続状態に制御する第２運転領域の大きさを拡大する制御手段を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、直列接続状態、並列接続状態、及び単独接続状態の間で電気負荷との接続状態を切り換え可能な２つの電源を備える車両の制御装置に関する。

特許文献１には、２つの電源と、少なくとも一つのリアクトル素子と、スイッチ回路と、を備え、２つの電源の接続状態を並列接続状態と直列接続状態との間で交互に切り換えることにより負荷に対する出力電圧を調整する電源装置が記載されている。特許文献２には、モータの回転数及び目標出力トルクに基づいてモータシステム損失が最小となるインバータ入力電圧を出力するように昇圧コンバータを制御する制御装置が記載されている。

特開２０１４−３８５８号公報 国際公開第２０１２／１４４０１９号

特許文献２に記載の制御装置を特許文献１に記載の電源装置に適用することによって、２つの電源の接続状態を直列接続状態にしかできない動作点以外では、モータの回転数及び目標出力トルクに基づいてモータを効率的に運転可能である接続状態が並列接続状態、直列接続状態、及び一方の電源による単独駆動状態のうちのいずれかであるかを判断して２つの電源の接続状態を制御することが考えられる。なお、２つの電源の接続状態を直列接続状態にしかできない動作点としては、２つの電源の単体電力が要求電力未満であり、且つ、２つの電源の単体電力がモータの逆起電力未満である場合を例示できる。

しかしながら、このような制御では、２つの電源の接続状態が２つの電源の残容量が不均衡である状態（一方の電源による単独駆動状態）から直列接続状態へ移行した際、定常走行等によって直列接続状態が継続された場合には、２つの電源の残容量が不均衡なまま減少することになる。結果、一方の電源の残容量が先に下限値に達して直列接続状態を維持できなくなり、他方の電源による単独駆動状態となって出力制限が発生する可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、２つの電源間における残容量の不均衡のために出力制限が発生することを抑制可能な車両の制御装置を提供することにある。

本発明に係る車両の制御装置は、正線と第１ノードとの間に接続された第１スイッチ素子と、第１ノードと第２ノードとの間に接続された第２スイッチ素子と、第２ノードと負線との間に接続された第３スイッチ素子と、前記第１ノード及び前記負線にそれぞれ正極及び負極が接続された第１電源と、前記正線と第３ノードとの間に接続されたリアクトル素子と、前記第３ノード及び前記第２ノードにそれぞれ正極及び負極が接続された第２電源と、を備え、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、前記第１電源及び前記第２電源が直列に接続された状態で電気負荷に接続されている直列接続状態、前記第１電源及び前記第２電源が並列に接続された状態で前記電気負荷に接続されている並列接続状態、及び前記第１電源及び前記第２電源の一方のみが前記電気負荷に接続されている単独接続状態の間で、前記第１電源及び前記第２電源と電気負荷との接続状態を切り換え可能な車両の制御装置であって、前記第１電源及び前記第２電源の残容量差が大きい場合、前記残容量差が小さい場合と比較して、前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に制御する第１運転領域の大きさを減少させると共に、前記電気負荷との接続状態を前記並列接続状態又は残容量が高い方の電源の前記単独接続状態に制御する第２運転領域の大きさを拡大する制御手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両の制御装置は、上記発明において、前記制御手段は、前記第１電源及び前記第２電源の残容量に相関する指標が低い場合、前記指標が高い場合と比較して、前記第１運転領域の大きさを減少させると共に前記第２運転領域の大きさを拡大することを特徴とする。このような構成によれば、残容量に余裕があり、すぐに出力制限が掛からない場合には、当初の設定通り直列接続状態での運転が可能になるので、並列接続状態で運転することによって損失が増大することを抑制できる。

本発明に係る車両の制御装置は、上記発明において、前記制御手段は、出力が大きい運転領域では、前記第１運転領域の大きさを減少させる共に前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に制御する運転領域の大きさを拡大し、出力が小さい運転領域では、前記第１運転領域の大きさを減少させると共に前記第２運転領域の大きさを拡大することを特徴とする。このような構成によれば、出力が大きい運転領域において単独接続状態で運転することにより要求出力を出力できなくなることを抑制できる。

本発明に係る車両の制御装置は、上記発明において、前記制御手段は、出力が小さい運転領域では、前記残容量差が第１所定値以上該第１所定値より大きい第２所定値以下である場合、前記第１運転領域の大きさの減少分だけ前記電気負荷との接続状態を前記並列接続状態に制御する運転領域の大きさを拡大し、前記残容量差が前記第２所定値より大きい場合には、前記電気負荷との接続状態を残容量が高い方の電源の前記単独接続状態に制御する運転領域の大きさを拡大することを特徴とする。このような構成によれば、できるだけ並列接続状態で運転することにより、単独接続状態で運転する場合より損失が悪化することを抑制できる。

本発明に係る車両の制御装置は、正線と第１ノードとの間に接続された第１スイッチ素子と、第１ノードと第２ノードとの間に接続された第２スイッチ素子と、第２ノードと負線との間に接続された第３スイッチ素子と、前記第１ノード及び前記負線にそれぞれ正極及び負極が接続された第１電源と、前記正線と第３ノードとの間に接続されたリアクトル素子と、前記第３ノード及び前記第２ノードにそれぞれ正極及び負極が接続された第２電源と、を備え、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、前記第１電源及び前記第２電源が直列に接続された状態で電気負荷に接続されている直列接続状態、前記第１電源及び前記第２電源が並列に接続された状態で前記電気負荷に接続されている並列接続状態、及び前記第１電源及び前記第２電源の一方のみが前記電気負荷に接続されている単独接続状態の間で、前記第１電源及び前記第２電源と電気負荷との接続状態を切り換え可能な車両の制御装置であって、ある出力を得るのに際し、前記第１電源及び前記第２電源の残容量差が小さい場合、前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に制御し、前記第１電源及び前記第２電源の残容量差が大きい場合には、前記電気負荷との接続状態を前記並列接続状態又は残容量が大きい方の電源の前記単独接続状態に制御する制御手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両の制御装置は、上記発明において、前記制御手段は、出力が大きい第１運転領域では、ある出力を得るのに際し、前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に制御し、前記第１運転領域における前記出力より該出力が小さい第２運転領域では、ある出力を得るのに際し、前記第１電源及び前記第２電源の残容量差が小さい場合、前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に制御し、前記第１電源及び前記第２電源の残容量差が大きい場合には、前記電気負荷との接続状態を前記並列接続状態又は残容量が大きい方の電源の前記単独接続状態に制御することを特徴とする。

本発明に係る車両の制御装置によれば、２つの電源のうちの一方の電源の残容量のみが減少することを抑制できるので、２つの電源間における残容量の不均衡のために出力制限が発生することを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態である車両の制御装置が適用される車両の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す電源装置の構成を示す回路図である。 図３は、モータ回転数及びモータトルクと第１バッテリ及び第２バッテリの接続状態との関係の一例を示す図である。 図４は、モータの必要最低電圧を表す曲線の一例を示す図である。 図５は、従来の電源装置における課題を説明するための図である。 図６は、本発明の一実施形態である接続状態制御処理の流れを示すフローチャートである。 図７は、本発明の一実施形態である接続状態制御処理の作用効果を説明するための図である。 図８は、本発明の一実施形態である接続状態制御処理の作用効果を説明するための図である。 図９は、本発明の一実施形態である接続状態制御処理の変形例を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である車両の制御装置の構成について説明する。

〔車両の構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である車両の制御装置が適用される車両の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である車両の制御装置が適用される車両の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である車両の制御装置が適用される車両１は、ＨＶ（Hybrid Vehicle）車両により構成され、エンジン（ＥＮＧ）２、電源装置３、第１インバータ（ＩＮＶ１）４ａ、第２インバータ（ＩＮＶ２）４ｂ、第１電動機（ＭＧ１）５ａ、及び第２電動機（ＭＧ２）５ｂを備えている。なお、車両１は、ＨＶ車両に限定されることはなく、ＥＶ（Electric Vehicle），ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle），ＦＣＥＶ（Fuel Cell Electric Vehicle）等であってもよい。

エンジン２は、ガソリンや軽油等を燃料として動力を出力する内燃機関によって構成され、後述するＨＶ電子制御ユニット（以下、ＨＶ−ＥＣＵと表記）１０２によって駆動制御される。

電源装置３は、正線ＰＬ及び負線ＮＬを介して第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂに接続され、後述する電池電子制御ユニット（以下、電池ＥＣＵと標記）１０１によって制御される。

第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂは、複数のスイッチ素子を備え、直流電力と交流電力とを相互に変換する機能を有している。第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂは、ＨＶ−ＥＣＵ１０２による複数のスイッチ素子のオン／オフ制御によって、電源装置３から供給された直流電力を交流電力に変換して第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂに供給すると共に、第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂが発電した交流電力を直流電力に変換して電源装置３に供給する。

第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂは、同期発電電動機により構成されている。第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂはそれぞれ、第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂから供給された交流電力によって駆動されることにより車両駆動用の電動機として機能すると共に、車両１の駆動力を利用して交流電力を発電する発電機として機能する。

車両１は、制御系として、電池ＥＣＵ１０１及びＨＶ−ＥＣＵ１０２を備えている。

電池ＥＣＵ１０１は、電源装置３を構成する複数のバッテリの充電状態の管理や異常検出や電圧制御を実行する。電池ＥＣＵ１０１には、各バッテリの温度Ｔｂを示す電気信号、各バッテリの出力電圧Ｖｂを示す電気信号、各バッテリの出力電流Ｉｂを示す電気信号等の各種電気信号が入力される。電池ＥＣＵ１０１は、温度Ｔｂ、出力電圧Ｖｂ、電流Ｉｂ等に基づいて各バッテリの残容量を算出する。電池ＥＣＵ１０１は、出力電圧Ｖｂ、温度Ｔｂ、各バッテリの残容量等の各種信号をＨＶ−ＥＣＵ１０２に送信する。また、電池ＥＣＵ１０１は、ＨＶ−ＥＣＵ１０２から受信した指令信号に基づいて電源装置３に対する制御信号を出力する。

ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、電池ＥＣＵ１０１と相互に通信可能に構成されており、各種指令や各種センサの検知結果等の各種信号の送受信を行う。ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、車両１の走行時においてドライバの要求に応じた車両駆動力を発生させるために、エンジン２、第１インバータ４ａ、及び第２インバータ４ｂを制御すると共に、電源装置３の出力電圧を制御する。ＨＶ−ＥＣＵ１０２には、イグニッションスイッチの操作信号ＩＧＣＮ、エンジン２の回転数ＮＥ、第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂの回転数、車速、アクセル開度、電源装置３の出力電圧Ｖｈ、温度Ｔｂ、各バッテリの残容量等の各種信号が入力される。また、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、入力された情報に基づいて算出された、エンジン２に対する制御信号ＮＲｅｆ、第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂに対するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号である信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２、電源装置３の出力電圧を要求電圧に切り替えるための指令信号、及び電源装置３内のスイッチ素子に対するＰＷＭ制御信号である信号ＰＷＣ等を出力する。

電池ＥＣＵ１０１及びＨＶ−ＥＣＵ１０２は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び入出力インターフェース等を含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路によって構成されている。電池ＥＣＵ１０１及びＨＶ−ＥＣＵ１０２の機能は、ＣＰＵがＲＯＭに保持されているコンピュータプログラムをＲＡＭにロードして実行することによって、制御対象を動作させると共にＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

〔電源装置の構成〕
次に、図２及び図３を参照して、電源装置３の構成について説明する。

図２は、図１に示す電源装置３の構成を示す回路図である。図２に示すように、電源装置３は、正線ＰＬと第１ノードＮ１との間に接続された第１スイッチ素子Ｓ１と、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２との間に接続された第２スイッチ素子Ｓ２と、第２ノードＮ２と負線ＮＬとの間に接続された第３スイッチ素子Ｓ３と、第１ノードＮ１及び負線ＮＬにそれぞれ正極及び負極が接続された第１バッテリＢ１と、正線ＰＬと第３ノードＮ３との間に接続されたリアクトル素子Ｒと、第３ノードＮ３及び第２ノードＮ２にそれぞれ正極及び負極が接続された第２バッテリＢ２と、正線ＰＬと負線ＮＬとの間に接続された平滑コンデンサＣ_Ｈと、を備えている。ここで、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２はキャパシタであってもよい。

なお、第１スイッチ素子Ｓ１、第２スイッチ素子Ｓ２、及び第３スイッチ素子Ｓ３は、半導体スイッチング素子によって構成されている。半導体スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられる。ＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子に接続される側をアノードとしてダイオード（整流素子）が接続されている。半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴ以外のものを用いる場合、スイッチ素子が導通したときに流れる電流とは逆向きの電流が流れるように半導体スイッチング素子にダイオードを並列に接続する。ダイオードは、半導体スイッチング素子に伴う寄生ダイオードであってもよい。本明細書では、半導体スイッチング素子とダイオードとを併せたものをスイッチ素子という。

［電気負荷との接続状態］
この電源装置３では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、第１スイッチ素子Ｓ１、第２スイッチ素子Ｓ２、及び第３スイッチ素子Ｓ３のオン／オフ状態を制御することにより、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２と第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂ（電気負荷）との接続状態を直列接続状態、並列接続状態、第１バッテリＢ１の単独接続状態、及び第２バッテリＢ２の単独接続状態の間で切り換えることができる。

具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、第１スイッチ素子Ｓ１及び第３スイッチ素子Ｓ３をオフ状態、第２スイッチ素子Ｓ２をオン状態に制御することにより、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２とを直列に接続された状態で第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂに接続する（直列接続状態）。また、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、第１スイッチ素子Ｓ１及び第３スイッチ素子Ｓ３をオン状態、第２スイッチ素子Ｓ２をオフ状態に制御することにより、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２とを並列に接続された状態で第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂに接続する（並列接続状態）。また、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、第１スイッチ素子Ｓ１をオン状態、第２スイッチ素子Ｓ２及び第３スイッチ素子Ｓ３をオフ状態に制御することにより、第１バッテリＢ１のみを第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂに接続する（第１バッテリＢ１の単独接続状態）。また、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、第１スイッチ素子Ｓ１及び第２スイッチ素子Ｓ２をオフ状態、第３スイッチ素子Ｓ３をオン状態に制御することにより、第２バッテリＢ２のみを第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂに接続する（第２バッテリＢ２の単独接続状態）。

［電気負荷との接続状態の切り換え］
また、この電源装置３では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、第１電動機５ａ及び第２電動機５ｂ（以下、モータと総称）の回転数（以下、モータ回転数と表記）及び出力トルク（以下、モータトルクの表記）に応じて、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２と第１インバータ４ａ及び第２インバータ４ｂ（以下、インバータと総称）との接続状態を切り換える。以下、図３及び図４を参照して、モータ回転数及びモータトルクと第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態との関係について説明する。

図３は、モータ回転数及びモータトルクと第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態との関係の一例を示す図である。図４は、モータの必要最低電圧を表す曲線の一例を示す図である。図３において、曲線Ｌ１は、図４に示すモータ回転数とモータトルクとから決まるモータの必要最低電圧を表す曲線Ｌ１１〜Ｌ１４のうちの一つを示す。第１バッテリＢ１の出力電圧と第２バッテリＢ２の出力電圧のうち、大きい方の出力電圧が曲線Ｌ１に示す必要最低電圧より小さいモータの運転領域Ｒ１１では、第１バッテリＢ１の出力電圧と第２バッテリＢ２の出力電圧との和をインバータに供給するために、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態は直列接続状態に切り換えられる（運転領域Ｒ１１）。一方、曲線Ｌ２は、第１バッテリＢ１単独又は第２バッテリＢ２単独で出力可能な電力を示す曲線である。曲線Ｌ１と曲線Ｌ２とによって囲まれるモータの運転領域Ｒ１２では、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態は直列接続状態又は並列接続状態に切り換えられる。

また、曲線Ｌ２に対応するモータ回転数及びモータトルクよりモータ回転数及びモータトルクが小さいモータの運転領域Ｒ１３では、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態は直列接続状態、並列接続状態、第１バッテリＢ１の単独接続状態、及び第２バッテリＢ２の単独接続状態のうちのいずれかの接続状態に切り換えられる。なお、モータの運転領域Ｒ１２，Ｒ１３では、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態は、モータの動作点と損失との関係を示すマップデータを参照してモータの動作点における電源装置３の回路損失、インバータの損失、及びモータの損失を接続状態毎に算出し、算出された損失の和が低い接続状態、すなわちモータを最も効率的に運転可能な接続状態を選択することによって決定される。

ところで、上述のように、モータの運転領域Ｒ１２，Ｒ１３においてモータを最も効率的に運転可能な接続状態を選択するようにした場合、図５に示すような課題が発生する。図５は、従来の電源装置における課題を説明するための図である。モータの運転領域Ｒ１２，Ｒ１３においてモータを最も効率的に運転可能な接続状態を選択するようにした場合、図５に示すように、第１バッテリＢ１の残容量（ＳＯＣ）と第２バッテリＢ２の残容量とが不均衡である状態から、換言すれば、第１バッテリＢ１の単独接続状態又は第２バッテリＢ２の単独接続状態（要求動作点Ｐ１１）から直列接続状態（要求動作点Ｐ１２）に移行することが考えられる（図５に示す時間ｔ＝ｔ１）。

この際、車両１の定常走行等によって直列接続状態が継続された場合（図５に示す時間ｔ＝ｔ１〜ｔ２）、第１バッテリＢ１の残容量と第２バッテリＢ２の残容量とが不均衡である状態のまま第１バッテリＢ１の残容量と第２バッテリＢ２の残容量とが同じ分だけ減少する。結果、どちらか一方のバッテリ（図５に示す例では第２バッテリＢ２）の残容量が先に下限値（ＳＯＣ）に達することにより直列接続状態を維持できなくなり、接続状態が単独接続状態となって（要求動作点Ｐ１２から動作点Ｐ１３に移動）要求出力に対して出力制限が掛かる可能性がある（図５に示す時間ｔ＝ｔ３）。

そこで、本実施形態では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が以下に示す接続状態制御処理を実行することにより、第１バッテリＢ１と第２バッテリＢ２との間における残容量の不均衡のために出力制限が発生することを抑制する。以下、図６〜図８を参照して、この接続状態制御処理を実行する際のＨＶ−ＥＣＵ１０２の動作について説明する。

〔接続状態制御処理〕
図６は、本発明の一実施形態である接続状態制御処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、車両１のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられたタイミングで開始となり、接続状態制御処理はステップＳ１の処理に進む。接続状態制御処理は、車両１のイグニッションスイッチがオン状態である間、前回の接続制御処理が終了してから所定時間経過したタイミングで再度実行される。

ステップＳ１の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態が並列接続状態であるときの電源装置３の出力電圧（並列時電源電圧）がモータの最低必要電圧より大きいか否かを判別する。なお、並列時電源電圧は第１バッテリＢ１の出力電圧と第２バッテリＢ２の出力電圧とから算出でき、モータの最低必要電圧はモータ回転数及びモータトルクから算出することができる。また、並列時電源電圧は、第１バッテリＢ１の出力電圧と第２バッテリＢ２の出力電圧のうちの小さい方の出力電圧としてもよい。判別の結果、並列時電源電圧がモータの最低必要電圧より大きい場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、接続状態制御処理をステップＳ３の処理に進める。一方、並列時電源電圧がモータの最低必要電圧以下である場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、接続状態制御処理をステップＳ２の処理に進める。なお、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、並列時電源電圧とモータの最低必要電圧以下の所定電圧との大小関係に基づいてステップＳ１の処理を実行してもよい。

ステップＳ２の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態を直列接続状態に決定する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、一連の接続状態制御処理は終了する。

ステップＳ３の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の出力電圧と電源装置３の損失との関係を示すマップを参照して、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態が直列接続状態であるときの効率（直列時効率）と第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態が並列接続状態であるときの効率（並列時効率）とを算出する。そして、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、直列時効率が並列時効率より大きいか否かを判別する。判別の結果、直列時効率が並列時効率より大きい場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、接続状態制御処理をステップＳ４の処理に進める。一方、直列時効率が並列時効率以下である場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、接続状態制御処理をステップＳ６の処理に進める。

ステップＳ４の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態を直列接続状態に決定する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、接続状態制御処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、第１バッテリＢ１の残容量ＳＯＣ_Ｂ１及び第２バッテリＢ２の残容量ＳＯＣ_Ｂ２を算出し、残容量ＳＯＣ_Ｂ１と残容量ＳＯＣ_Ｂ２との差｜ＳＯＣ_Ｂ１−ＳＯＣ_Ｂ２｜を算出する。また、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の残容量に相関する指標として、残容量ＳＯＣ_Ｂ１と残容量ＳＯＣ_Ｂ２との小さい方を特定する。そして、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、差｜ＳＯＣ_Ｂ１−ＳＯＣ_Ｂ２｜が閾値Ａ１より大きく、且つ、残容量ＳＯＣ_Ｂ１と残容量ＳＯＣ_Ｂ２との小さい方が閾値Ｂ未満であるか否かを判別する。

なお、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、モータの要求電力やモータ回転数及びモータトルクに応じて閾値Ａ１及び閾値Ｂを変化させてもよい。また、本実施形態では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、残容量ＳＯＣ_Ｂ１と残容量ＳＯＣ_Ｂ２と差を用いたが、残容量ＳＯＣ_Ｂ１に対する残容量ＳＯＣ_Ｂ２の比率等、差に相関するその他のパラメータを算出して用いてもよい。また、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の残容量に相関する指標として、残容量ＳＯＣ_Ｂ１と残容量ＳＯＣ_Ｂ２との小さい方の代わりに残容量ＳＯＣ_Ｂ１及び残容量ＳＯＣ_Ｂ２の平均値を算出して用いてもよい。

判別の結果、差｜ＳＯＣ_Ｂ１−ＳＯＣ_Ｂ２｜が閾値Ａ１より大きく、且つ、残容量ＳＯＣ_Ｂ１と残容量ＳＯＣ_Ｂ２との小さい方が閾値Ｂ未満である場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、接続状態制御処理をステップＳ６の処理に進める。一方、差｜ＳＯＣ_Ｂ１−ＳＯＣ_Ｂ２｜が閾値Ａ１以下である、又は、残容量ＳＯＣ_Ｂ１と残容量ＳＯＣ_Ｂ２との小さい方が閾値Ｂ以上である場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、接続状態制御処理をステップＳ７の処理に進める。なお、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、差｜ＳＯＣ_Ｂ１−ＳＯＣ_Ｂ２｜が閾値Ａ１より大きい場合、又は、残容量ＳＯＣ_Ｂ１と残容量ＳＯＣ_Ｂ２との小さい方が閾値Ｂ未満である場合に接続状態制御処理をステップＳ６の処理に進め、そうでない場合に接続状態制御処理をステップＳ７の処理に進めるようにしてもよい。

ステップＳ６の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態を並列接続状態に決定する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、接続状態制御処理はステップＳ７の処理に進む。

ステップＳ７の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、ステップＳ５の処理において算出した差｜ＳＯＣ_Ｂ１−ＳＯＣ_Ｂ２｜が閾値Ａ２（＞閾値Ａ１）より大きいか否かを判別する。判別の結果、差｜ＳＯＣ_Ｂ１−ＳＯＣ_Ｂ２｜が閾値Ａ２より大きい場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、接続状態制御処理をステップＳ８の処理に進める。一方、差｜ＳＯＣ_Ｂ１−ＳＯＣ_Ｂ２｜が閾値Ａ２未満である場合には（ステップＳ７：Ｎｏ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、一連の接続状態制御処理を終了する。なお、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、モータの要求電力やモータ回転数及びモータトルクに応じて閾値Ａ２を変化させてもよい。

ステップＳ８の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、残容量ＳＯＣ_Ｂ１が残容量ＳＯＣ_Ｂ２より大きいか否かを判別する。判別の結果、残容量ＳＯＣ_Ｂ１が残容量ＳＯＣ_Ｂ２より大きい場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、接続状態制御処理をステップＳ９の処理に進める。一方、残容量ＳＯＣ_Ｂ１が残容量ＳＯＣ_Ｂ２未満である場合には（ステップＳ８：Ｎｏ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、接続状態制御処理をステップＳ１１の処理に進める。

ステップＳ９の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、モータの要求電力が第１バッテリＢ１の出力可能電圧Ｗｏｕｔ_Ｂ１未満であるか否かを判別する。判別の結果、モータの要求電力が第１バッテリＢ１の出力可能電圧Ｗｏｕｔ_Ｂ１未満である場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、接続状態制御処理はステップＳ１０の処理に進める。一方、モータの要求電力が第１バッテリＢ１の出力可能電圧Ｗｏｕｔ_Ｂ１より大きい場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、一連の接続状態制御処理を終了する。

ステップＳ１０の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、インバータとの接続状態を第１バッテリＢ１の単独接続状態に決定する。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、一連の接続状態制御処理は終了する。

ステップＳ１１の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、モータの要求電力が第２バッテリＢ２の出力可能電圧Ｗｏｕｔ_Ｂ２未満であるか否かを判別する。判別の結果、モータの要求電力が第２バッテリＢ２の出力可能電圧Ｗｏｕｔ_Ｂ２未満である場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、接続状態制御処理はステップＳ１２の処理に進める。一方、モータの要求電力が第２バッテリＢ２の出力可能電圧Ｗｏｕｔ_Ｂ２より大きい場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、一連の接続状態制御処理を終了する。

ステップＳ１２の処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、インバータとの接続状態を第２バッテリＢ２の単独接続状態に決定する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、一連の接続状態制御処理は終了する。以後、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ１０，Ｓ１２の処理の結果に基づいて第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２とインバータとの接続状態を制御する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である接続状態制御処理では、図７に示すように、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の残容量差（ＳＯＣ差）が大きい場合、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、残容量差が小さい場合と比較して、直列接続状態で運転する領域Ｒ２ａを減少させると共に、並列接続状態又は残容量が大きい方のバッテリの単独接続状態で運転する領域Ｒ２ｂ，Ｒ３を拡大する。このような処理によれば、図８に示すように、第１バッテリＢ１の単独接続状態又は第２バッテリＢ２の単独接続状態である要求動作点Ｐ１から要求動作点Ｐ２に移行する際、第１バッテリＢ１の残容量と第２バッテリＢ２の残量量との差が大きい場合には、並列接続状態で運転される。これにより、残容量が多いバッテリから電力が消費されるので、残容量が少ない方のバッテリが下限ＳＯＣに到達することが抑制され、時間ｔ４（図５における時間ｔ２に相当）を経過しても要求出力に対して出力制限が掛かることを抑制できる。

また、本発明の一実施形態である接続状態制御処理では、図７に示すように、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の残容量に相関する指標が低い場合、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、指標が高い場合と比較して、直列接続状態で運転する領域Ｒ２ａを減少させると共に並列接続状態又は残容量が大きい方のバッテリの単独接続状態で運転する領域Ｒ２ｂ，Ｒ３を拡大する。このような構成によれば、残容量に余裕があり、すぐに出力制限が掛からない場合には、当初の設定通り直列接続状態での運転が可能になるので、並列接続状態で運転することによって損失が増大することを抑制できる。

また、本発明の一実施形態である接続状態制御処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、出力が大きい運転領域では、直列接続状態で運転する領域を減少させると共に並列接続状態で運転する領域を拡大し、出力が小さい運転領域では、直列接続状態で運転する領域を減少させると共に並列接続状態又は残容量が大きい方のバッテリの単独接続状態で運転する領域を拡大する。このような構成によれば、出力が大きい運転領域において単独接続状態で運転することにより要求出力を出力できなくなることを抑制できる。

また、本発明の一実施形態である接続状態制御処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、出力が小さい運転領域では、残容量差が閾値Ａ１以上閾値Ａ２以下である場合、直列接続状態で運転する領域の減少分だけ並列接続状態で運転する領域を拡大し、残容量差が閾値Ａ２より大きい場合には、残容量が大きい方のバッテリの単独接続状態で運転する領域を拡大する。このような構成によれば、できるだけ並列接続状態で運転することにより、単独接続状態で運転する場合より損失が悪化することを抑制できる。

なお、ｄ軸電流増加制御、いわゆる弱め界磁制御を用いてモータの逆起電圧を下げることにより、これまで直列接続状態で運転していた領域も並列接続状態で運転可能となることを利用して、図９に示すように、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の残容量差が大きい場合、ＨＶ−ＥＣＵ１０２が、残容量差が小さい場合と比較して、弱め界磁制御を用いた並列接続状態の割合を増加させてもよい。

また、上記の説明では、運転領域の増減に着目して本発明の一実施形態である接続状態制御処理を説明したが、特定の運転点に着目した場合には、本発明の一実施形態である接続状態制御処理は、以下のように表現することができる。

すなわち、本発明の一実施形態である接続状態制御処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、ある出力を得るのに際し、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の残容量差が小さい場合、直列接続状態で運転し、残容量差が大きい場合には、並列接続状態又は残容量が大きい方のバッテリの単独接続状態で運転する。このような構成によれば、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の一方のバッテリの残容量のみが減少することを抑制できるので、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２間における残容量の不均衡のために出力制限が発生することを抑制できる。

また、本発明の一実施形態である接続状態制御処理では、ＨＶ−ＥＣＵ１０２は、出力が大きい運転領域Ｒ１では、ある出力を得るのに際し、直列接続状態で運転し、運転領域における出力より出力が小さい運転領域Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ３では、ある出力を得るのに際し、第１バッテリＢ１及び第２バッテリＢ２の残容量差が小さい場合、直列接続状態で運転し、残容量差が大きい場合には、並列接続状態又は残容量が大きい方のバッテリの単独接続状態で運転する。但し、一方のバッテリの残容量が非常に低い場合には、運転領域Ｒ１であっても直列接続状態では運転しないものとする。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 車両
２ エンジン（ＥＮＧ）
３ 電源装置
４ａ 第１インバータ（ＩＮＶ１）
４ｂ 第２インバータ（ＩＮＶ２）
５ａ 第１電動機（ＭＧ１）
５ｂ 第２電動機（ＭＧ２）
１０１ 電池電子制御ユニット（電池ＥＣＵ）
１０２ ＨＶ電子制御ユニット（ＨＶ−ＥＣＵ）
Ｂ１ 第１バッテリ
Ｂ２ 第２バッテリ
Ｃ_Ｈ 平滑コンデンサ
ＮＬ 負線
Ｎ１ 第１ノード
Ｎ２ 第２ノード
ＰＬ 正線
Ｒ リアクトル素子
Ｓ１ 第１スイッチ素子
Ｓ２ 第２スイッチ素子
Ｓ３ 第３スイッチ素子

Claims (6)

1. 正線と第１ノードとの間に接続された第１スイッチ素子と、第１ノードと第２ノードとの間に接続された第２スイッチ素子と、第２ノードと負線との間に接続された第３スイッチ素子と、前記第１ノード及び前記負線にそれぞれ正極及び負極が接続された第１電源と、前記正線と第３ノードとの間に接続されたリアクトル素子と、前記第３ノード及び前記第２ノードにそれぞれ正極及び負極が接続された第２電源と、を備え、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、前記第１電源及び前記第２電源が直列に接続された状態で電気負荷に接続されている直列接続状態、前記第１電源及び前記第２電源が並列に接続された状態で前記電気負荷に接続されている並列接続状態、及び前記第１電源及び前記第２電源の一方のみが前記電気負荷に接続されている単独接続状態の間で、前記第１電源及び前記第２電源と電気負荷との接続状態を切り換え可能な車両の制御装置であって、
   前記第１電源及び前記第２電源の残容量差が大きい場合、前記残容量差が小さい場合と比較して、前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に制御する第１運転領域の大きさを減少させると共に、前記電気負荷との接続状態を前記並列接続状態又は残容量が高い方の電源の前記単独接続状態に制御する第２運転領域の大きさを拡大する制御手段を備えることを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記第１電源及び前記第２電源の残容量に相関する指標が低い場合、前記指標が高い場合と比較して、前記第１運転領域の大きさを減少させると共に前記第２運転領域の大きさを拡大することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記制御手段は、出力が大きい運転領域では、前記第１運転領域の大きさを減少させる共に前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に制御する運転領域の大きさを拡大し、出力が小さい運転領域では、前記第１運転領域の大きさを減少させると共に前記第２運転領域の大きさを拡大することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の制御装置。
4. 前記制御手段は、出力が小さい運転領域では、前記残容量差が第１所定値以上該第１所定値より大きい第２所定値以下である場合、前記第１運転領域の大きさの減少分だけ前記電気負荷との接続状態を前記並列接続状態に制御する運転領域の大きさを拡大し、前記残容量差が前記第２所定値より大きい場合には、前記電気負荷との接続状態を残容量が高い方の電源の前記単独接続状態に制御する運転領域の大きさを拡大することを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 正線と第１ノードとの間に接続された第１スイッチ素子と、第１ノードと第２ノードとの間に接続された第２スイッチ素子と、第２ノードと負線との間に接続された第３スイッチ素子と、前記第１ノード及び前記負線にそれぞれ正極及び負極が接続された第１電源と、前記正線と第３ノードとの間に接続されたリアクトル素子と、前記第３ノード及び前記第２ノードにそれぞれ正極及び負極が接続された第２電源と、を備え、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、前記第１電源及び前記第２電源が直列に接続された状態で電気負荷に接続されている直列接続状態、前記第１電源及び前記第２電源が並列に接続された状態で前記電気負荷に接続されている並列接続状態、及び前記第１電源及び前記第２電源の一方のみが前記電気負荷に接続されている単独接続状態の間で、前記第１電源及び前記第２電源と電気負荷との接続状態を切り換え可能な車両の制御装置であって、
   ある出力を得るのに際し、前記第１電源及び前記第２電源の残容量差が小さい場合、前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に制御し、前記第１電源及び前記第２電源の残容量差が大きい場合には、前記電気負荷との接続状態を前記並列接続状態又は残容量が大きい方の電源の前記単独接続状態に制御する制御手段を備えることを特徴とする車両の制御装置。
6. 前記制御手段は、出力が大きい第１運転領域では、ある出力を得るのに際し、前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に制御し、前記第１運転領域における前記出力より該出力が小さい第２運転領域では、ある出力を得るのに際し、前記第１電源及び前記第２電源の残容量差が小さい場合、前記電気負荷との接続状態を前記直列接続状態に制御し、前記第１電源及び前記第２電源の残容量差が大きい場合には、前記電気負荷との接続状態を前記並列接続状態又は残容量が大きい方の電源の前記単独接続状態に制御することを特徴とする請求項５に記載の車両の制御装置。

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