JP4816575B2 - 電源システムおよびそれを備えた車両、ならびに電源システムの制御方法およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents

Description

この発明は、複数の蓄電装置を備えた電源システムおよびそれを備えた車両、ならびに複数の蓄電装置を備えた電源システムの制御方法およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体に関する。

近年、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）など動力源として電動機を搭載する車両において、加速性能や走行持続距離などの走行性能を高めるために蓄電部の大容量化が進んでいる。そして、蓄電部を大容量化するための手段として、複数の蓄電装置を有する構成が提案されている。

たとえば、特許第３６５５２７７号公報（特許文献１）は、複数の電源ステージを備える電源制御システムを開示する。この電源制御システムは、互いに並列に接続されて少なくとも１つのインバータに直流電力を供給する複数の電源ステージを備える。各電源ステージは、電池と、ブースト／バックＤＣ−ＤＣコンバータとを含む。

この電源制御システムにおいては、複数の電源ステージにそれぞれ含まれる複数の電池を均等に充放電させてインバータへの出力電圧を維持するように、前記複数の電源ステージが制御される（特許文献１参照）。
特許第３６５５２７７号公報 特開２００５−５１８９５号公報 特開２００２−１０５０２号公報

上記特許第３６５５２７７号公報に開示されるようなブースト／バックＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、通常、ブースト・スイッチおよびバック・スイッチが同時にオンすることによる短絡を防止するため、スイッチのオフ遅れ時間を考慮したデッドタイムが設けられている。そして、ブースト／バックＤＣ−ＤＣコンバータによる昇圧比が低い場合、デッドタイムの影響を受けて出力電圧が振動する。

そこで、昇圧比が低い場合、バック・スイッチを常時オンさせることが考えられるが、上記公報に開示される電源制御システムのように複数の電源ステージを備える構成では、電池間で短絡が生じ、制御不能な電流が電池間で流れてしまう。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の蓄電装置を備えた電源システムにおいて、コンバータに設けられたデッドタイムの影響による電圧変動を防止することである。

この発明によれば、電源システムは、負荷装置と電力を授受可能な電源システムであって、充放電可能な複数の蓄電装置と、電力線と、複数のコンバータと、目標電圧設定部と、電圧制御部とを備える。電力線は、当該電源システムと負荷装置との間で電力を授受するために設けられる。複数のコンバータは、複数の蓄電装置に対応して設けられ、各コンバータは、対応の蓄電装置と電力線との間で電圧変換可能に構成される。目標電圧設定部は、電力線の目標電圧を設定する。電圧制御部は、複数のコンバータの少なくとも１つを制御することによって、電力線の電圧を目標電圧に制御する。そして、目標電圧設定部は、複数の蓄電装置の各々の電圧のうち最大のものよりも高く設定される目標電圧下限値よりも目標電圧が低いとき、目標電圧下限値を目標電圧とする。

好ましくは、目標電圧設定部は、複数の蓄電装置の各電圧および負荷装置の要求電圧のうち最大のものを目標電圧として設定し、その設定された目標電圧が目標電圧下限値よりも低いとき、目標電圧下限値を目標電圧とする。

好ましくは、目標電圧下限値は、複数のコンバータの上下アームの短絡を防止するために設けられるデッドタイムの影響を受けない電圧に設定される。

好ましくは、目標電圧下限値は、複数の蓄電装置の状態に応じて可変設定される。
さらに好ましくは、目標電圧下限値は、複数の蓄電装置の温度が低いほど高く設定される。

また、さらに好ましくは、目標電圧下限値は、複数の蓄電装置への充電電力が大きいほど高く設定される。

また、さらに好ましくは、目標電圧下限値は、複数の蓄電装置への充電電流が大きいほど高く設定される。

また、さらに好ましくは、目標電圧下限値は、複数の蓄電装置の充電状態を示す状態量が多いほど高く設定される。

また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの電源システムと、駆動力発生部とを備える。駆動力発生部は、電源システムから電力の供給を受けて車両の駆動力を発生する。

また、この発明によれば、制御方法は、負荷装置と電力を授受可能な電源システムの制御方法である。電源システムは、充放電可能な複数の蓄電装置と、電力線と、複数のコンバータとを備える。電力線は、電源システムと負荷装置との間で電力を授受するために設けられる。複数のコンバータは、複数の蓄電装置に対応して設けられ、各コンバータは、対応の蓄電装置と電力線との間で電圧変換可能に構成される。そして、制御方法は、電力線の目標電圧を設定するステップと、複数の蓄電装置の各々の電圧のうち最大のものよりも高く設定される目標電圧下限値よりも目標電圧が低いか否かを判定するステップと、目標電圧下限値よりも目標電圧が低いと判定されたとき、目標電圧下限値を目標電圧とするステップと、複数のコンバータの少なくとも１つを制御することによって、電力線の電圧を目標電圧に制御するステップとを含む。

好ましくは、目標電圧を設定するステップにおいて、複数の蓄電装置の各電圧および負荷装置の要求電圧のうち最大のものが目標電圧として設定される。

好ましくは、目標電圧下限値は、複数のコンバータの上下アームの短絡を防止するために設けられるデッドタイムの影響を受けない電圧に設定される。

好ましくは、目標電圧下限値は、複数の蓄電装置の状態に応じて可変設定される。
さらに好ましくは、目標電圧下限値は、複数の蓄電装置の温度が低いほど高く設定される。

また、さらに好ましくは、目標電圧下限値は、複数の蓄電装置への充電電力が大きいほど高く設定される。

また、さらに好ましくは、目標電圧下限値は、複数の蓄電装置への充電電流が大きいほど高く設定される。

また、さらに好ましくは、目標電圧下限値は、複数の蓄電装置の充電状態を示す状態量が多いほど高く設定される。

また、この発明によれば、記録媒体は、コンピュータ読取可能な記録媒体であって、上述したいずれかの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。

この発明においては、複数のコンバータは、複数の蓄電装置に対応して設けられ、電力線に並列接続される。電力線の目標電圧には、目標電圧下限値が設けられ、目標電圧下限値は、各蓄電装置の電圧のうち最大のものよりも高く設定される。そして、目標電圧下限値よりも目標電圧が低いとき、目標電圧下限値が目標電圧とされるので、目標電圧が蓄電装置の電圧と略同等となる低昇圧動作が回避される。

したがって、この発明によれば、コンバータに設けられたデッドタイムの影響による電圧変動を防止することができる。

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。

図１は、この発明の実施の形態による車両の全体ブロック図である。図１を参照して、車両１００は、電源システム１と、駆動力発生部３と、ＨＶ＿ＥＣＵ（Hybrid Vehicle Electronic Control Unit）４とを備える。

駆動力発生部３は、インバータ３０−１，３０−２と、モータジェネレータ３４−１，３４−２と、動力伝達機構３６と、駆動軸３８とを含む。インバータ３０−１，３０−２は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに並列接続される。そして、インバータ３０−１，３０−２は、電源システム１から供給される直流電力を受けてモータジェネレータ３４−１，３４−２をそれぞれ駆動する。また、インバータ３０−１，３０−２は、それぞれモータジェネレータ３４−１，３４−２が発電する交流電力を直流電力に変換して回生電力として電源システム１へ出力する。

なお、各インバータ３０−１，３０−２は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路から成る。そして、インバータ３０−１，３０−２は、それぞれＨＶ＿ＥＣＵ４からの駆動信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２に応じてスイッチング動作を行なうことにより、対応のモータジェネレータを駆動する。

モータジェネレータ３４−１，３４−２は、それぞれインバータ３０−１，３０−２から供給される交流電力を受けて回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータ３４−１，３４−２は、外部からの回転力を受けて発電する。モータジェネレータ３４−１，３４−２は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機から成る。そして、モータジェネレータ３４−１，３４−２は、動力伝達機構３６と連結され、動力伝達機構３６にさらに連結される駆動軸３８を介して車輪（図示せず）へ回転駆動力が伝達される。

なお、駆動力発生部３がハイブリッド車両に適用される場合には、モータジェネレータ３４−１，３４−２は、動力伝達機構３６または駆動軸３８を介してエンジン（図示せず）にも連結される。そして、ＨＶ＿ＥＣＵ４によって、エンジンの発生する駆動力とモータジェネレータ３４−１，３４−２の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御が実行される。このようなハイブリッド車両に適用される場合には、モータジェネレータ３４−１，３４−２のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。

ＨＶ＿ＥＣＵ４は、図示されない各センサから送信された信号、走行状況およびアクセル開度などに基づいて、モータジェネレータ３４−１，３４−２の要求トルクを算出し、その算出された要求トルクに基づいてモータジェネレータ３４−１，３４−２の要求電圧Ｖｍ１＊，Ｖｍ２＊を算出する。そして、ＨＶ＿ＥＣＵ４は、算出された要求電圧Ｖｍ１＊，Ｖｍ２＊に基づいて駆動信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれ生成し、その生成した駆動信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれインバータ３０−１，３０−２へ出力する。また、ＨＶ＿ＥＣＵ４は、算出された要求電圧Ｖｍ１＊，Ｖｍ２＊を電源システム１へ出力する。

一方、電源システム１は、蓄電装置６−１，６−２と、コンバータ８−１，８−２と、平滑コンデンサＣと、制御部２と、電流センサ１０−１，１０−２と、電圧センサ１２−１，１２−２，１８と、温度センサ１４−１，１４−２とを含む。

蓄電装置６−１，６−２は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池から成る。蓄電装置６−１は、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１を介してコンバータ８−１に接続され、蓄電装置６−２は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２を介してコンバータ８−２に接続される。なお、蓄電装置６−１，６−２の少なくとも一方を電気二重層キャパシタで構成してもよい。

コンバータ８−１は、蓄電装置６−１と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間に設けられ、制御部２からの駆動信号ＰＷＣ１に基づいて、蓄電装置６−１と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。コンバータ８−２は、蓄電装置６−２と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間に設けられ、制御部２からの駆動信号ＰＷＣ２に基づいて、蓄電装置６−２と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。

平滑コンデンサＣは、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に接続され、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに含まれる電力変動成分を低減する。電圧センサ１８は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬ間の電圧Ｖｈを検出し、その検出値を制御部２へ出力する。

電流センサ１０−１，１０−２は、蓄電装置６−１に対して入出力される電流Ｉｂ１および蓄電装置６−２に対して入出力される電流Ｉｂ２をそれぞれ検出し、その検出値を制御部２へ出力する。なお、電流センサ１０−１，１０−２は、対応の蓄電装置から出力される電流（放電電流）を正値として検出し、対応の蓄電装置に入力される電流（充電電流）を負値として検出する。なお、図では、電流センサ１０−１，１０−２がそれぞれ正極線ＰＬ１，ＰＬ２の電流値を検出する場合が示されているが、電流センサ１０−１，１０−２は、それぞれ負極線ＮＬ１，ＮＬ２の電流を検出してもよい。

電圧センサ１２−１，１２−２は、蓄電装置６−１の電圧Ｖｂ１および蓄電装置６−２の電圧Ｖｂ２をそれぞれ検出し、その検出値を制御部２へ出力する。温度センサ１４−１，１４−２は、蓄電装置６−１内部の温度Ｔｂ１および蓄電装置６−２内部の温度Ｔｂ２をそれぞれ検出し、その検出値を制御部２へ出力する。

制御部２は、ＨＶ＿ＥＣＵ４から受けるモータジェネレータ３４−１，３４−２の要求電圧Ｖｍ１＊，Ｖｍ２＊、ならびに電圧センサ１２−１，１２−２からの電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２、電圧センサ１８からの電圧Ｖｈ、電流センサ１０−１，１０−２からの電流Ｉｂ１，Ｉｂ２、および温度センサ１４−１，１４−２からの温度Ｔｂ１，Ｔｂ２の各検出値に基づいて、後述する制御構造に従って駆動信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成し、その生成した駆動信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２をそれぞれコンバータ８−１，８−２へ出力する。

具体的には、制御部２は、電圧Ｖｈの目標電圧Ｖｈ＊を設定し、電圧Ｖｈが目標電圧Ｖｈ＊に一致するように駆動信号ＰＷＣ１を生成する。ここで、制御部２は、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２および要求電圧Ｖｍ１＊，Ｖｍ２＊のうちの最大値を目標電圧Ｖｈ＊とし、目標電圧Ｖｈ＊が所定の下限値Ｖｔｈよりも低い場合には、その下限値Ｖｔｈを目標電圧Ｖｈ＊とする。

さらにここで、目標電圧Ｖｈ＊の下限値Ｖｔｈは、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２よりも高い電圧であって、コンバータ８−１，８−２に設けられるデッドタイムの影響を受けない電圧レベルに設定される。目標電圧Ｖｈ＊にこのような下限値Ｖｔｈを設けるのは、目標電圧Ｖｈ＊が低く、コンバータの昇圧比が低いと、コンバータがスイッチング制御する際にデッドタイムの影響を受けてコンバータの出力電圧（電圧Ｖｈ）が振動するからである。

また、この下限値Ｖｔｈは、蓄電装置６−１，６−２の温度Ｔｂ１，Ｔｂ２および要求電力Ｐｂ１＊，Ｐｂ２＊に応じて可変設定される。このように下限値Ｖｔｈを可変設定するのは、下限値Ｖｔｈを一律に高い値に設定するとコンバータ８−１，８−２の損失が大きくなり、また、蓄電装置の温度および入出力電力（電流）に応じて蓄電装置の電圧が変化するからである。

なお、蓄電装置６−１，６−２の要求電力Ｐｂ１＊，Ｐｂ２＊は、それぞれ蓄電装置６−１，６−２の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）に基づいて決定される。具体的には、蓄電装置６−１（６−２）のＳＯＣを示す状態量ＳＯＣ１（ＳＯＣ２）が制御目標値または制御目標範囲よりも低いときは、所定の充電量で蓄電装置６−１（６−２）が充電されるように要求電力Ｐｂ１＊（Ｐｂ２＊）が決定され（このときの要求電力は負値とする。）、状態量ＳＯＣ１（ＳＯＣ２）が制御目標値または制御目標範囲よりも高いときは、所定の放電量で蓄電装置６−１（６−２）が放電されるように要求電力Ｐｂ１＊（Ｐｂ２＊）が決定される（このときの要求電力は正値とする。）。

そして、制御部２は、上記のように目標電圧Ｖｈ＊を設定し、電圧Ｖｈが目標電圧Ｖｈ＊に一致するようにコンバータ８−１の駆動信号ＰＷＣ１を生成するとともに、蓄電装置６−２の要求電力Ｐｂ２＊および電圧Ｖｂ２に基づいてコンバータ８−２の目標電流Ｉｂ２＊を算出し、電流Ｉｂ２が目標電流Ｉｂ２＊に一致するようにコンバータ８−２の駆動信号ＰＷＣ２を生成する。

図２は、図１に示したコンバータ８−１，８−２の概略構成図である。なお、コンバータ８−２の構成および動作は、コンバータ８−１と同様であるので、以下ではコンバータ８−１の構成および動作について説明する。図２を参照して、コンバータ８−１は、チョッパ回路４０−１と、正母線ＬＮ１Ａと、負母線ＬＮ１Ｃと、配線ＬＮ１Ｂと、平滑コンデンサＣ１とを含む。チョッパ回路４０−１は、トランジスタＱ１Ａ，Ｑ１Ｂと、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂと、インダクタＬ１とを含む。

正母線ＬＮ１Ａは、一方端がトランジスタＱ１Ｂのコレクタに接続され、他方端が主正母線ＭＰＬに接続される。また、負母線ＬＮ１Ｃは、一方端が負極線ＮＬ１に接続され、他方端が主負母線ＭＮＬに接続される。

トランジスタＱ１Ａ，Ｑ１Ｂは、負母線ＬＮ１Ｃと正母線ＬＮ１Ａとの間に直列に接続される。具体的には、トランジスタＱ１Ａのエミッタが負母線ＬＮ１Ｃに接続され、トランジスタＱ１Ｂのコレクタが正母線ＬＮ１Ａに接続される。ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂは、それぞれトランジスタＱ１Ａ，Ｑ１Ｂに逆並列に接続される。インダクタＬ１は、トランジスタＱ１ＡとトランジスタＱ１Ｂとの接続ノードに接続される。

配線ＬＮ１Ｂは、一方端が正極線ＰＬ１に接続され、他方端がインダクタＬ１に接続される。平滑コンデンサＣ１は、配線ＬＮ１Ｂと負母線ＬＮ１Ｃとの間に接続され、配線ＬＮ１Ｂおよび負母線ＬＮ１Ｃ間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。

そして、チョッパ回路４０−１は、制御部２（図示せず）からの駆動信号ＰＷＣ１に応じて、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１から受ける直流電力（駆動電力）を昇圧して主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ供給し、また、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬの電圧を降圧して蓄電装置６−１へ供給することができる。

以下、コンバータ８−１の電圧変換動作（昇圧動作）について説明する。制御部２は、トランジスタＱ１Ｂをオフ状態に維持し、かつ、トランジスタＱ１Ａを所定のデューティー比でオン／オフさせる。トランジスタＱ１Ａのオン期間においては、蓄電装置６−１から配線ＬＮ１Ｂ、インダクタＬ１、ダイオードＤ１Ｂ、および正母線ＬＮ１Ａを順次介して、放電電流が主正母線ＭＰＬへ流れる。同時に、蓄電装置６−１から配線ＬＮ１Ｂ、インダクタＬ１、トランジスタＱ１Ａ、および負母線ＬＮ１Ｃを順次介して、ポンプ電流が流れる。インダクタＬ１は、このポンプ電流により電磁エネルギーを蓄積する。そして、トランジスタＱ１Ａがオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタＬ１は、蓄積した電磁エネルギーを放電電流に重畳する。その結果、コンバータ８−１から主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ供給される直流電力の平均電圧は、デューティー比に応じてインダクタＬ１に蓄積される電磁エネルギーに相当する電圧だけ昇圧される。

このようなコンバータ８−１の電圧変換動作を制御するため、制御部２は、トランジスタＱ１Ａのオン／オフを制御するための駆動信号ＰＷＣ１ＡおよびトランジスタＱ１Ｂのオン／オフを制御するための駆動信号ＰＷＣ１Ｂから成る駆動信号ＰＷＣ１を生成する。

図３は、図２に示したコンバータ８−１，８−２に設けられたデッドタイムを説明するための図である。この図３では、コンバータ８−１の下アーム（トランジスタＱ１Ａ）および上アーム（トランジスタＱ１Ｂ）をそれぞれ駆動する駆動信号ＰＷＣ１Ａ，ＰＷＣ１Ｂのタイミングチャートが代表的に示されるが、コンバータ８−２についても同様である。

図３を参照して、トランジスタＱ１Ａ，Ｑ１Ｂは、各制御周期Ｔにおいて、所定のデューティー比でオン／オフされる。そして、上アームのトランジスタＱ１Ｂがタイミングｔ１までオンされ、下アームのトランジスタＱ１Ａがタイミングｔ１までオフされた後、タイミングｔ１でトランジスタＱ１Ａをオンし、かつ、トランジスタＱ１Ｂをオフすると、トランジスタＱ１Ａ，Ｑ１Ｂが同時にオンされるおそれがある。そこで、タイミングｔ１で上アームのトランジスタＱ１Ｂをオフし、その後、一定のデッドタイムを経過したタイミングｔ２で下アームのトランジスタＱ１Ａをオンするようにしている。

そして、電圧Ｖｈの目標電圧Ｖｈ＊が蓄電装置６−１，６−２の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２に非常に近い場合、上アームのトランジスタＱ１Ｂのオンデューティー（上アームがオンされている期間を意味する。）が１近傍になる。そうすると、下アームのトランジスタＱ１Ａのオンデューティーがデッドタイムにより侵食され、トランジスタＱ１Ａをオンすべき期間を確保することができなくなる。

一方、電圧Ｖｈの目標電圧Ｖｈ＊が蓄電装置６−１，６−２の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２に非常に近い場合、コンバータの上アームを常時オンさせることも考えられるが、コンバータの上アームを常時オンとすると、蓄電装置６−１，６−２が短絡した状態となり、蓄電装置６−１，６−２間に制御不能な電流が流れる。

そこで、この実施の形態では、目標電圧Ｖｈ＊に下限値Ｖｔｈを設け、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２よりも高い電圧であってデッドタイムの影響を受けない電圧レベルに下限値Ｖｔｈを設定することとしたものである。一方で、下限値Ｖｔｈを一律に高い値に設定すると、コンバータ８−１，８−２における損失が大きくなるので、この実施の形態では、さらに、コンバータ８−１，８−２の効率低下をできる限り抑制するために下限値Ｖｔｈを可変設定することとしたものである。

なお、コンバータ８−１，８−２に設けられるデッドタイムはコンバータの性能に基づいて所定値に決定されるので、デッドタイムと制御周期Ｔとから、デッドタイムの影響を受けないオンデューティー（昇圧比）を決定することができる。そして、このデッドタイムの影響を受けないオンデューティー（昇圧比）に基づいて、目標電圧Ｖｈ＊についてデッドタイムの影響を受けない電圧レベルを決定することができる。

図４は、図１に示した制御部２の機能ブロック図である。図４を参照して、制御部２は、目標電圧設定部５０と、減算部５６，６２，６６，７２と、比例積分制御部５８，６８と、除算部６０，７０と、変調部６４，７４と、目標電流算出部８０とを含む。目標電圧設定部５０は、最大値選択部５１，５３と、下限値設定部５２と、目標電圧制限部５４とから成る。

最大値選択部５１は、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２のうちの最大値を下限値設定部５２へ出力する。下限値設定部５２は、温度Ｔｂ１，Ｔｂ２、要求電力Ｐｂ１＊，Ｐｂ２＊および最大値選択部５１からの出力に基づいて目標電圧Ｖｈ＊の下限値Ｖｔｈを決定し、その決定された下限値Ｖｔｈを目標電圧制限部５４へ出力する。

具体的には、下限値設定部５２は、最大値選択部５１からの出力が示す電圧よりも高く、かつ、コンバータに設けられたデッドタイムの影響を受けない電圧の範囲で、温度Ｔｂ１，Ｔｂ２および要求電力Ｐｂ１＊，Ｐｂ２＊に基づいて下限値Ｖｔｈを可変設定する。

図５は、蓄電装置の温度と目標電圧Ｖｈ＊の下限値Ｖｔｈとの関係の一例を示した図である。図５を参照して、蓄電装置の温度が低いほど下限値Ｖｔｈが高くなるように下限値Ｖｔｈが設定される。なお、下限値Ｖｔｈは、蓄電装置の電圧よりも高く、かつ、デッドタイムの影響を受けない電圧Ｖ０以上の範囲で可変設定される。

蓄電装置の温度が低いほど下限値Ｖｔｈが高くなるように下限値Ｖｔｈを可変設定するのは、以下の理由による。蓄電装置の内部抵抗は、蓄電装置の温度により変化し、温度が低いほど内部抵抗は大きくなる。したがって、蓄電装置の入出力電流が一定であっても、蓄電装置の温度が低いほど蓄電装置の電圧は高くなる。そこで、蓄電装置の温度が低いほど蓄電装置の電圧が高くなるのに応じて下限値Ｖｔｈを高くするようにしたものである。

図６は、蓄電装置の要求電力と目標電圧Ｖｈ＊の下限値Ｖｔｈとの関係の一例を示した図である。図６を参照して、蓄電装置の要求充電電力が大きいほど下限値Ｖｔｈが高くなるように下限値Ｖｔｈが設定される。なお、下限値Ｖｔｈは、上記の電圧Ｖ０以上の範囲で可変設定される。

蓄電装置の要求充電電力が大きいほど下限値Ｖｔｈが高くなるように下限値Ｖｔｈを可変設定するのは、以下の理由による。蓄電装置への充電電流が大きいほど、内部抵抗による蓄電装置の電圧上昇が大きくなり、蓄電装置の電圧は高くなる。そこで、蓄電装置への要求充電電力が大きいほど蓄電装置の電圧が高くなるのに応じて下限値Ｖｔｈを高くするようにしたものである。

再び図４を参照して、最大値選択部５３は、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２およびモータジェネレータ３４−１，３４−２の要求電圧Ｖｍ１＊，Ｖｍ２＊のうちの最大値を目標電圧Ｖｈｒとして目標電圧制限部５４へ出力する。

目標電圧制限部５４は、最大値選択部５３からの目標電圧Ｖｈｒと下限値設定部５２からの下限値Ｖｔｈとを比較し、目標電圧Ｖｈｒが下限値Ｖｔｈよりも低い場合には、下限値Ｖｔｈを目標電圧Ｖｈ＊として減算部５６へ出力する。一方、目標電圧Ｖｈｒが下限値Ｖｔｈ以上の場合には、目標電圧Ｖｈｒを目標電圧Ｖｈ＊として減算部５６へ出力する。

減算部５６は、目標電圧設定部５０から出力される目標電圧Ｖｈ＊から電圧Ｖｈを減算し、その演算結果を比例積分制御部５８へ出力する。比例積分制御部５８は、目標電圧Ｖｈ＊と電圧Ｖｈとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部６２へ出力する。なお、減算部５６および比例積分制御部５８は、電圧フィードバック制御要素を構成する。

除算部６０は、電圧Ｖｂ１を目標電圧Ｖｈ＊で除算し、その演算結果を減算部６２へ出力する。なお、除算部６０の演算結果である電圧Ｖｂ１／目標電圧Ｖｈ＊は、コンバータ８−１の理論昇圧比の逆数である。減算部６２は、除算部６０の出力から比例積分制御部５８の出力を減算し、その演算結果をデューティー指令Ｔｏｎ１として変調部６４へ出力する。

そして、変調部６４は、デューティー指令Ｔｏｎ１と図示されない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいて駆動信号ＰＷＣ１を生成し、その生成した駆動信号ＰＷＣ１をコンバータ８−１のトランジスタＱ１Ａ，Ｑ１Ｂへ出力する。

なお、変調部６４に入力されるデューティー指令Ｔｏｎ１は、コンバータ８−１の上アームを構成するトランジスタＱ１Ｂのオンデューティー比に相当し、０から１までの値をとる。そして、コンバータ８−１は、デューティー指令Ｔｏｎ１が大きいほど昇圧比が低くなるように制御され、デューティー指令Ｔｏｎ１が小さいほど昇圧比が高くなるように制御される。

一方、目標電流算出部８０は、蓄電装置６−２の状態量ＳＯＣ２に基づいて決定される蓄電装置６−２の要求電力Ｐｂ２＊を電圧Ｖｂ２で除算し、その演算結果をコンバータ８−２の目標電流Ｉｂ２＊として減算部６６へ出力する。

減算部６６は、目標電流算出部８０から出力される目標電流Ｉｂ２＊から電流Ｉｂ２を減算し、その演算結果を比例積分制御部６８へ出力する。比例積分制御部６８は、目標電流Ｉｂ２＊と電流Ｉｂ２との偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部７２へ出力する。なお、減算部６６および比例積分制御部６８は、電流フィードバック制御要素を構成する。

除算部７０は、電圧Ｖｂ２を目標電圧Ｖｈ＊で除算し、その演算結果を減算部７２へ出力する。なお、除算部７０の演算結果である電圧Ｖｂ２／目標電圧Ｖｈ＊は、コンバータ８−２の理論昇圧比の逆数である。減算部７２は、除算部７０の出力から比例積分制御部６８の出力を減算し、その演算結果をデューティー指令Ｔｏｎ２として変調部７４へ出力する。

そして、変調部７４は、デューティー指令Ｔｏｎ２と図示されない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいて駆動信号ＰＷＣ２を生成し、その生成した駆動信号ＰＷＣ２をコンバータ８−２のトランジスタＱ２Ａ，Ｑ２Ｂへ出力する。

このように、コンバータ８−１を制御するための駆動信号ＰＷＣ１は、電圧フィードバック制御要素を含む制御演算により生成され、コンバータ８−２を制御するための駆動信号ＰＷＣ２は、電流フィードバック制御要素を含む制御演算により生成される。

図７は、図１に示した制御部２による目標電圧Ｖｈ＊の設定処理に関するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図７を参照して、制御部２は、電圧センサ１２−１，１２−２によって蓄電装置６−１，６−２の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２をそれぞれ検出する（ステップＳ１０）。次いで、制御部２は、モータジェネレータ３４−１，３４−２の要求電圧Ｖｍ１＊，Ｖｍ２＊をＨＶ＿ＥＣＵ４から取得し、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２および要求電圧Ｖｍ１＊，Ｖｍ２＊のうちの最大値を電圧Ｖｈの目標電圧Ｖｈ＊として設定する（ステップＳ２０）。

続いて、制御部２は、蓄電装置６−１，６−２の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２、温度Ｔｂ１，Ｔｂ２および要求電力Ｐｂ１＊，Ｐｂ２＊に基づいて、目標電圧Ｖｈ＊の下限値Ｖｔｈを決定する（ステップＳ３０）。具体的には、制御部２は、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２のうちの最大値よりも高く、かつ、コンバータに設けられたデッドタイムの影響を受けない電圧の範囲で、図５，図６に示したような蓄電装置の温度および要求電力と目標電圧の下限値との関係を示すマップ等を用いて、温度Ｔｂ１，Ｔｂ２および要求電力Ｐｂ１＊，Ｐｂ２＊に基づいて下限値Ｖｔｈを決定する。

次いで、制御部２は、ステップＳ２０において設定された目標電圧Ｖｈ＊が下限値Ｖｔｈよりも低いか否かを判定する（ステップＳ４０）。そして、目標電圧Ｖｈ＊が下限値Ｖｔｈよりも低いと判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、制御部２は、下限値Ｖｔｈを目標電圧Ｖｈ＊とする（ステップＳ５０）。

以上のように、この実施の形態においては、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬ間の電圧Ｖｈの目標電圧Ｖｈ＊に下限値Ｖｔｈが設けられ、下限値Ｖｔｈは、蓄電装置６−１，６−２の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２のうち最大のものよりも高く、かつ、コンバータ８−１，８−２に設けられるデッドタイムの影響を受けない電圧レベルに設定される。そして、目標電圧Ｖｈ＊が下限値Ｖｔｈよりも低いとき、下限値Ｖｔｈが目標電圧Ｖｈ＊とされるので、目標電圧Ｖｈ＊が電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２と略同等となる低昇圧動作が回避される。したがって、この実施の形態によれば、コンバータ８−１，８−２に設けられたデッドタイムの影響による電圧Ｖｈの変動を防止することができる。

また、この実施の形態においては、下限値Ｖｔｈは、一律に高い値に設定されるのではなく、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２のうち最大のものよりも高く、かつ、デッドタイムの影響を受けない電圧の範囲で、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２に影響を与える温度Ｔｂ１，Ｔｂ２および要求電力Ｐｂ１＊，Ｐｂ２＊に応じて可変設定される。したがって、この実施の形態によれば、コンバータ８−１，８−２の効率低下を抑制することが可能となる。

なお、上記の実施の形態においては、蓄電装置の温度および要求電力に基づいて目標電圧Ｖｈ＊の下限値Ｖｔｈを可変設定するものとしたが、蓄電装置の電流やＳＯＣに基づいて下限値Ｖｔｈを可変設定するようにしてもよい。

図８は、蓄電装置の電流と目標電圧Ｖｈ＊の下限値Ｖｔｈとの関係の一例を示した図である。図８を参照して、蓄電装置の充電電流が大きいほど下限値Ｖｔｈが高くなるように下限値Ｖｔｈが設定される。なお、下限値Ｖｔｈは、蓄電装置の電圧よりも高く、かつ、デッドタイムの影響を受けない電圧Ｖ０以上の範囲で可変設定される。

蓄電装置の充電電流が大きいほど下限値Ｖｔｈが高くなるように下限値Ｖｔｈを可変設定するのは、以下の理由による。蓄電装置への充電電流が大きいほど、内部抵抗による蓄電装置の電圧上昇が大きくなり、蓄電装置の電圧は高くなる。そこで、蓄電装置への充電電流が大きいほど蓄電装置の電圧が高くなるのに応じて下限値Ｖｔｈを高くするようにしたものである。

図９は、蓄電装置のＳＯＣと目標電圧Ｖｈ＊の下限値Ｖｔｈとの関係の一例を示した図である。図９を参照して、蓄電装置のＳＯＣが高いほど下限値Ｖｔｈが高くなるように下限値Ｖｔｈが設定される。なお、下限値Ｖｔｈは、上記の電圧Ｖ０以上の範囲で可変設定される。

蓄電装置のＳＯＣが高いほど下限値Ｖｔｈが高くなるように下限値Ｖｔｈを可変設定するのは、以下の理由による。蓄電装置の開放端電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）とＳＯＣとの間には正の相関があり、蓄電装置のＳＯＣが高いほど蓄電装置の電圧は高くなる。そこで、蓄電装置のＳＯＣが高いほど蓄電装置の電圧が高くなるのに応じて下限値Ｖｔｈを高くするようにしたものである。

なお、上記の実施の形態においては、コンバータ８−１を電圧制御（電圧フィードバック制御）し、コンバータ８−２を電流制御（電流フィードバック制御）するものとしたが、コンバータ８−１を電流制御し、コンバータ８−２を電圧制御するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態においては、電源システム１は、２つの蓄電装置６−１，６−２およびそれぞれに対応するコンバータ８−１，８−２を含むものとしたが、さらに多くの蓄電装置およびそれに対応するコンバータを備えてもよい。

なお、上記において、制御部２における制御は、実際には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって行なわれ、ＣＰＵは、図４に示した制御構造および図７に示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、その読出されたプログラムを実行して上記制御構造およびフローチャートに従って処理を実行する。したがって、ＲＯＭは、図４に示した制御構造および図７に示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取可能な記録媒体に相当する。

なお、上記において、駆動力発生部３は、この発明における「負荷装置」の一実施例に対応し、蓄電装置６−１，６−２は、この発明における「複数の蓄電措置」の一実施例に対応する。また、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬは、この発明における「電力線」の一実施例に対応し、コンバータ８−１，８−２は、この発明における「複数のコンバータ」の一実施例に対応する。さらに、制御部２の減算部５６および比例積分制御部５８は、この発明における「電圧制御部」の一実施例に対応する。

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、上記した実施の形態の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。

この発明の実施の形態による車両の全体ブロック図である。 図１に示すコンバータの概略構成図である。 図２に示すコンバータに設けられたデッドタイムを説明するための図である。 図１に示す制御部の機能ブロック図である。 蓄電装置の温度と目標電圧の下限値との関係の一例を示した図である。 蓄電装置の要求電力と目標電圧の下限値との関係の一例を示した図である。 図１に示す制御部による目標電圧の設定処理に関するフローチャートである。 蓄電装置の電流と目標電圧の下限値との関係の一例を示した図である。 蓄電装置のＳＯＣと目標電圧の下限値との関係の一例を示した図である。

符号の説明

１ 電源システム、２ 制御部、３ 駆動力発生部、４ ＨＶ＿ＥＣＵ、６−１，６−２ 蓄電装置、８−１，８−２ コンバータ、１０−１，１０−２ 電流センサ、１２−１，１２−２，１８ 電圧センサ、１４−１，１４−２ 温度センサ、３０−１，３０−２ インバータ、３４−１，３４−２ モータジェネレータ、３６ 動力伝達機構、３８ 駆動軸、４０−１ チョッパ回路、５０ 目標電圧設定部、５１，５３ 最大値選択部、５２ 下限値設定部、５４ 目標電圧制限部、５６，６２，６６，７２ 減算部、５８，６８ 比例積分制御部、６０，７０ 除算部、６４，７４ 変調部、８０ 目標電流算出部、ＭＰＬ 主正母線、ＭＮＬ 主負母線、Ｃ，Ｃ１ 平滑コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＮＬ１，ＮＬ２ 負極線、ＬＮ１Ａ 正母線、ＬＮ１Ｃ 負母線、ＬＮ１Ｂ 配線、Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ トランジスタ、Ｄ１Ａ，Ｄ１Ｂ ダイオード、Ｌ１ インダクタ。

Claims (18)

1. 負荷装置と電力を授受可能な電源システムであって、
   当該電源システムと前記負荷装置との間で電力を授受するための電力線と、
   充放電可能な複数の蓄電装置と、
   前記複数の蓄電装置に対応して設けられ、各々が対応の蓄電装置と前記電力線との間で電圧変換可能に構成された複数のコンバータと、
   前記電力線の目標電圧を設定する目標電圧設定部と、
   前記複数のコンバータの少なくとも１つを制御することによって、前記電力線の電圧を前記目標電圧に制御する電圧制御部とを備え、
   前記目標電圧設定部は、前記複数の蓄電装置の各々の電圧のうち最大のものよりも高く設定される目標電圧下限値よりも前記目標電圧が低いとき、前記目標電圧下限値を前記目標電圧とする、電源システム。
2. 前記目標電圧設定部は、前記複数の蓄電装置の各電圧および前記負荷装置の要求電圧のうち最大のものを前記目標電圧として設定し、その設定された目標電圧が前記目標電圧下限値よりも低いとき、前記目標電圧下限値を前記目標電圧とする、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記目標電圧下限値は、前記複数のコンバータの上下アームの短絡を防止するために設けられるデッドタイムの影響を受けない電圧に設定される、請求項１または請求項２に記載の電源システム。
4. 前記目標電圧下限値は、前記複数の蓄電装置の状態に応じて可変設定される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電源システム。
5. 前記目標電圧下限値は、前記複数の蓄電装置の温度が低いほど高く設定される、請求項４に記載の電源システム。
6. 前記目標電圧下限値は、前記複数の蓄電装置への充電電力が大きいほど高く設定される、請求項４に記載の電源システム。
7. 前記目標電圧下限値は、前記複数の蓄電装置への充電電流が大きいほど高く設定される、請求項４に記載の電源システム。
8. 前記目標電圧下限値は、前記複数の蓄電装置の充電状態を示す状態量が多いほど高く設定される、請求項４に記載の電源システム。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電源システムと、
   前記電源システムから電力の供給を受けて車両の駆動力を発生する駆動力発生部とを備える車両。
10. 負荷装置と電力を授受可能な電源システムの制御方法であって、
    前記電源システムは、
    前記電源システムと前記負荷装置との間で電力を授受するための電力線と、
    充放電可能な複数の蓄電装置と、
    前記複数の蓄電装置に対応して設けられ、各々が対応の蓄電装置と前記電力線との間で電圧変換可能に構成された複数のコンバータとを備え、
    前記制御方法は、
    前記電力線の目標電圧を設定するステップと、
    前記複数の蓄電装置の各々の電圧のうち最大のものよりも高く設定される目標電圧下限値よりも前記目標電圧が低いか否かを判定するステップと、
    前記目標電圧下限値よりも前記目標電圧が低いと判定されたとき、前記目標電圧下限値を前記目標電圧とするステップと、
    前記複数のコンバータの少なくとも１つを制御することによって、前記電力線の電圧を前記目標電圧に制御するステップとを含む、電源システムの制御方法。
11. 前記目標電圧を設定するステップにおいて、前記複数の蓄電装置の各電圧および前記負荷装置の要求電圧のうち最大のものが前記目標電圧として設定される、請求項１０に記載の電源システムの制御方法。
12. 前記目標電圧下限値は、前記複数のコンバータの上下アームの短絡を防止するために設けられるデッドタイムの影響を受けない電圧に設定される、請求項１０または請求項１１に記載の電源システムの制御方法。
13. 前記目標電圧下限値は、前記複数の蓄電装置の状態に応じて可変設定される、請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の電源システムの制御方法。
14. 前記目標電圧下限値は、前記複数の蓄電装置の温度が低いほど高く設定される、請求項１３に記載の電源システムの制御方法。
15. 前記目標電圧下限値は、前記複数の蓄電装置への充電電力が大きいほど高く設定される、請求項１３に記載の電源システムの制御方法。
16. 前記目標電圧下限値は、前記複数の蓄電装置への充電電流が大きいほど高く設定される、請求項１３に記載の電源システムの制御方法。
17. 前記目標電圧下限値は、前記複数の蓄電装置の充電状態を示す状態量が多いほど高く設定される、請求項１３に記載の電源システムの制御方法。
18. 請求項１０から請求項１７のいずれか１項に記載の電源システムの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。

Images