JP5024454B2 - 電動車両の電源システムおよびその制御方法 - Google Patents

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Description

この発明は、電動車両の電源システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、主蓄電装置および複数の副蓄電装置を搭載する電動車両の電源システム制御に関する。
近年、環境にやさしい車両として、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等の電動車両が開発され実用化されている。これらの電動車両には、車両駆動力を発生する電動機および、蓄電装置を含んで構成された電動機駆動電力を供給するための電源システムが搭載されている。
特に、ハイブリッド自動車の車載蓄電装置を車両外部の電源(以下、「外部電源」とも称する)によって充電する構成が提案されていることもあり、これらの電動車両では、車載蓄電装置の蓄積電力によって走行可能な距離を長くすることが求められている。なお、以下では、外部電源による車載蓄電装置の充電について、単に「外部充電」とも称する。
たとえば、特開2008−109840号公報(特許文献1)および特開2003−209969号公報(特許文献2)には、複数個の蓄電装置(バッテリ)を並列接続した電源システムが記載されている。特許文献1および2に記載の電源システムでは、蓄電装置(バッテリ)ごとに充放電調整機構としての電圧変換器(コンバータ)が設けられている。これに対して、特開2008−167620号公報(特許文献3)には、主蓄電装置と複数の副蓄電装置とを搭載した車両において、主蓄電装置に対応するコンバータと、複数の副蓄電装置により共有されるコンバータとを設ける電源装置の構成が記載されている。この構成によれば、装置の要素の数を抑制しつつ蓄電可能なエネルギ量を増やすことができる。
特開2008−109840号公報 特開2003−209969号公報 特開2008−167620号公報
特許文献3に記載された電源装置では、複数の副蓄電装置のうちの1つが選択的にコンバータと接続されて、主蓄電装置および選択された副蓄電装置によって、車両駆動用電動機の駆動電力が供給される。このような電源装置では、使用中の副蓄電装置のSOC(State of Charge)が低下すると、新たな副蓄電装置とコンバータとを接続するようにして、複数個の副蓄電装置を順次使用することによって、蓄電エネルギによる走行距離(EV(Electric Vehicle)走行距離)を延ばしている。しかしながら、副蓄電装置の接続切換時には、短絡経路の発生による機器故障などを回避するように、適切な処理手順で切換処理を実行することが必要となる。
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、主蓄電装置および複数の副蓄電装置を備え、かつ、複数の副蓄電装置によって電圧変換器(コンバータ)を共有する構成の電源システムにおいて、使用する副蓄電装置を変更するための接続切換処理を適切に行なうことである。
この発明によれば、車両駆動パワーを発生するモータを搭載した電動車両の電源システムであって、主蓄電装置と、給電ラインと、第1の電圧変換器と、互いに並列に設けられた複数の副蓄電装置と、第2の電圧変換器と、接続部と、切換制御装置とを備える。給電ラインは、モータを駆動制御するインバータに給電を行うように構成される。第1の電圧変換器は、給電ラインと主蓄電装置との間に設けられ、双方向の電圧変換を行うように構成される。第2の電圧変換器は、複数の副蓄電装置と給電ラインとの間に設けられ、複数の副蓄電装置のうちの1つと給電ラインの間で双方向の電圧変換を行うように構成される。接続部は、複数の副蓄電装置と第2の電圧変換器との間に設けられ、複数の副蓄電装置のうちの選択副蓄電装置を選択的に第2の電圧変換器と接続するように構成される。切換制御装置は、複数の副蓄電装置と第2の電圧変換器との間の選択的な接続を制御するように構成される。そして、切換制御装置は、切換判定部と、第1の電力制限部と、接続切換制御部と、第2の電力制限部とを備える。切換判定部は、複数の副蓄電装置の充電状態に基づいて、選択副蓄電装置の切換要否を判定するように構成される。昇圧指示部は、切換判定部によって選択副蓄電装置の切換が必要と判断されたときに、給電ラインの電圧を、主蓄電装置の出力電圧および切換後に第2の電圧変換器と接続される副蓄電装置の出力電圧よりも高い第1の電圧とするように第1の電圧変換器に指示するように構成される。第1の電力制限部は、給電ラインの電圧が第1の電圧に達した後に、選択副蓄電装置による入出力電力上限値を徐々に零まで減少させる。接続切換制御部は、第1の電力制限部によって入出力電力上限値が零に設定されたときに、複数の副蓄電装置および第2の電圧変換器の間の接続を切換えるように構成される。第2の電力制限部は、接続切換制御部によって複数の副蓄電装置および第2の電圧変換器の間の接続が切換えられた後に、第2の電圧変換器と新たに接続された副蓄電装置の充電状態に対応する値まで、入出力電力上限値を徐々に上昇させるように構成される。
あるいはこの発明による電動車両の電源システムの制御方法では、電源システムは、上記主蓄電装置と、上記給電ラインと、上記第1の電圧変換器と、上記複数の副蓄電装置と、上記第2の電圧変換器と、上記接続部とを備える。そして、制御方法は、複数の副蓄電装置の充電状態に基づいて、選択副蓄電装置の切換要否を判定するステップと、判定するステップによって選択副蓄電装置の切換が必要と判断されたときに、給電ラインの電圧を、主蓄電装置の出力電圧および切換後に第2の電圧変換器と接続される副蓄電装置の出力電圧よりも高い第1の電圧とするように第1の電圧変換器に指示するステップと、給電ラインの電圧が第1の電圧に達した後に、選択副蓄電装置による入出力電力上限値を徐々に零まで減少させるステップと、減少させるステップによって入出力電力上限値が零に設定されたときに、複数の副蓄電装置と第2の電圧変換器との間の接続を切換えるステップと、切換えるステップによって複数の副蓄電装置と第2の電圧変換器との間の接続が切換えられた後に、第2の電圧変換器と新たに接続された副蓄電装置の充電状態に対応する値まで、入出力電力上限値を徐々に上昇させるステップとを備える。
好ましくは、昇圧指示部は、第2の電力制限部による入出力電力上限値の上昇処理が終了するまで、給電ラインの電圧を第1の電圧とするための第1の電圧変換器への指示を継続する。あるいは、制御方法は、上昇させるステップによる入出力電力上限値の上昇処理が終了するまで、給電ラインの電圧を第1の電圧とするための第1の電圧変換器への指示を継続するステップをさらに備える。
また好ましくは、第1の電圧は、第1の電圧変換器による給電ラインの電圧の制御上限値に相当する。
上記電動車両の電源システムおよびその制御方法によれば、第2の電圧変換器と副蓄電装置との接続切換の際には、主蓄電装置の出力電圧および新たに使用する副蓄電装置の出力電圧のいずれよりも高い第1の電圧まで給電ラインを昇圧した後に、新たに使用する副蓄電装置を第2の電圧変換器と接続することができる。これにより、給電ラインを介して、新たに使用する副蓄電装置からの短絡経路が形成されることを防止できる。また、副蓄電装置の接続切換前に副蓄電装置の入出力電力上限値を絞るとともに、接続切換完了後に当該入出力電力上限値を徐々に復帰させるので、接続切換のため副蓄電装置に対する電力入出力が不能である期間において、電源システムに対して過度の充放電電力が要求されることを防止できる。
あるいは好ましくは、切換制御装置は、第3の電力制限部をさらに含み、第3の電力制限部は、第1の電力制限部による入出力電力上限値の低減が開始されてから接続部による複数の副蓄電装置および第2の電圧変換器の間の接続切換が完了するまでの期間において、主蓄電装置の充放電制限を一時的に緩和するように構成される。または、制御方法は、減少させるステップによる入出力電力上限値の減少の開始から、接続部による複数の副蓄電装置および第2の電圧変換器の間の接続切換の完了までの期間において、主蓄電装置の充放電制限を一時的に緩和するステップをさらに備える。
このようにすると、副蓄電装置の接続切換により副蓄電装置に対する電力入出力が不能である期間において、主蓄電装置の充放電電力制限を一時的に緩和するので、電源システム全体での入出力上限電力を確保することができる。
さらに好ましくは、電動車両は、モータとは独立に車両駆動パワーを出力可能に構成された内燃機関と、走行制御部とをさらに備える。そして、走行制御部は、電動車両の全体要求パワーが、主蓄電装置による出力電力上限値と、選択副蓄電装置による出力電力上限値との和よりも大きいときに、内燃機関を始動するように構成される。
このようにすると、副蓄電装置の接続切換時における入出力電力上限値を適切に設定することによって電源システムに対して過度な充放電が要求されないようにできるとともに、一時的に主蓄電装置の充放電制限を緩和することによって副蓄電装置の接続切換時に内燃機関が新たに始動されることを防止できる。
この発明によると、主蓄電装置および複数の副蓄電装置を備え、かつ、複数の副蓄電装置によって電圧変換器(コンバータ)を共有する構成の電源システムにおいて、使用する副蓄電装置を変更するための接続切換処理を適切に行なうことができる。
本発明の実施の形態に係る電源システムを搭載した電動車両の主たる構成を示す図である。 図1に示した各インバータの詳細な構成を示す回路図である。 図1に示した各コンバータの詳細な構成を示す回路図である。 電動車両の走行制御を説明する機能ブロック図である。 本発明の実施の形態による電動車両の電源システムにおける選択副蓄電装置接続切換処理の概略的な処理手順を示すフローチャートである。 図5に示した副蓄電装置の切換判定処理の詳細を説明するフローチャートである。 図5に示した切換前昇圧処理の詳細を説明するフローチャートである。 図5に示した電力制限変更処理の詳細を説明するフローチャートである。 図5に示した接続切換処理の詳細を説明するフローチャートである。 図5に示した復帰処理の詳細を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態による電動車両の電源システムにおける選択副蓄電装置の切換処理時の動作波形図である。 本発明の実施の形態の電源システムの制御構成のうちの、選択副蓄電装置の切換処理のための機能部分を説明する機能ブロック図である。
符号の説明
1 電動車両、2 車輪、3 動力分割機構、4 エンジン、6 バッテリ充電用コンバータ(外部充電)、8 外部電源、9A,9B1,9B2 電流センサ、10A,10B1,10B2,13,21A,21B 電圧センサ、11A,11B1,11B2 温度センサ、12A コンバータ(主蓄電装置専用)、12B コンバータ(副蓄電装置共用)、14,22 インバータ、15〜17 各相アーム(U,V,W)、24,25 電流センサ、30 制御装置、39A 接続部(主蓄電装置)、39B 接続部(副蓄電装置)、100 切換判定部、110 昇圧指示部、120 電力制限部(主蓄電装置)、130 電力制限部(副蓄電装置)、140 接続切換制御部、200 コンバータ制御部、250 走行制御部、260 トータルパワー算出部、270,280 インバータ制御部、BA バッテリ(主蓄電装置)、BB 選択副蓄電装置、BB1,BB2 バッテリ(副蓄電装置)、C1,C2,CH 平滑用コンデンサ、CMBT 昇圧指令信号、CONT1〜CONT7 リレー制御信号、D1〜D8 ダイオード、FBT フラグ(昇圧完了)、IA,IB1,IB2 入出力電流(バッテリ)、ID 変数(切換処理ステータス)、IGON 起動信号、L1 リアクトル、MCRT1,MCRT2 モータ電流値、MG1,MG2 モータジェネレータ、PL1A,PL1B 電源ライン、PL2 給電ライン、Pttl トータル要求パワー、PWMI,PWMI1,PWMI2,PWMC,PWMC1,PWMC2 制御信号(インバータ)、PWU,PWUA,PWDA,PWD,PWDA,PWDB 制御信号(コンバータ)、Q1〜Q8 IGBT素子、R 制限抵抗、SL1,SL2 接地ライン、SMR1〜SMR3 システムメインリレー、SR1,SR1G,SR2,SR2G リレー、TA、TBB1,TBB2 電池温度(バッテリ)、Tqcom1,Tqcom2 トルク指令値、UL、VL,WL ライン(三相)、V1 所定電圧、VBA,VBB1,VBB2 電圧(バッテリ出力電圧)、VLA,VLB,VH 電圧、VHref 電圧指令値(VH)、Win 入力上限電力、Win(M) 入力上限電力(主蓄電装置)、Win(S) 入力上限電力(選択副蓄電装置)、Wout 出力上限電力、Wout(M) 出力上限電力(主蓄電装置)、Wout(S) 出力上限電力(選択副蓄電装置)。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
図1は、本発明の実施の形態に係る電源システムを搭載した電動車両の主たる構成を示す図である。
図1を参照して、電動車両1は、蓄電装置であるバッテリBA,BB1,BB2と、接続部39A,39Bと、コンバータ12A,12Bと、平滑用コンデンサC1,C2,CHと、電圧センサ10A,10B1,10B2,13,21A,21Bと、温度センサ11A,11B1,11B2と、電流センサ9A,9B1,9B2と、給電ラインPL2と、インバータ14,22と、モータジェネレータMG1,MG2と、車輪2と、動力分割機構3と、エンジン4と、制御装置30とを含む。
本実施の形態に示される電動車両の電源システムは、主蓄電装置であるバッテリBAと、モータジェネレータMG2を駆動するインバータ14に給電を行なう給電ラインPL2と、主蓄電装置(BA)と給電ラインPL2との間に設けられて双方向の電圧変換を行なう電圧変換器であるコンバータ12Aと、互いに並列的に設けられた複数の副蓄電装置であるバッテリBB1,BB2と、複数の副蓄電装置(BB1,BB2)と給電ラインPL2との間設けられて双方向の電圧変換を行なう電圧変換器であるコンバータ12Bとを備える。電圧変換器(12B)は、複数の副蓄電装置(BB1,BB2)のうちのいずれか1つに選択的に接続されて、給電ラインPL2との間で双方向の電圧変換を行なう。
副蓄電装置(BB1またはBB2の一方)と主蓄電装置(BA)とは、たとえば、同時使用することにより給電ラインに接続される電気負荷(22およびMG2)に許容された最大パワーを出力可能であるように蓄電可能容量が設定される。これによりエンジンを使用しないEV(Electric Vehicle)走行において最大パワーの走行が可能である。副蓄電装置の蓄電状態が悪化したら、副蓄電装置を交換してさらに走行させればよい。そして副蓄電装置の電力が消費されてしまったら、主蓄電装置に加えてエンジンを使用することによって、副蓄電装置を使用しないでも最大パワーの走行を可能とすることができる。
また、このような構成とすることにより、コンバータ12Bを複数の副蓄電装置で兼用するので、コンバータの数を蓄電装置の数ほど増やさなくて良くなる。EV走行距離をさらに伸ばすには、バッテリBB1,BB2に並列にさらにバッテリを追加すればよい。
好ましくは、この電動車両に搭載される主蓄電装置および副蓄電装置は、外部充電が可能である。このために、電動車両1は、さらに、たとえばAC100Vの商用電源である外部電源8に接続するためのバッテリ充電装置(充電用コンバータ)6を含む。バッテリ充電装置6は、交流を直流に変換するとともに電圧を調圧してバッテリの充電電力を供給する。なお、外部充電を可能とする構成としては、上記の他にも、モータジェネレータMG1,MG2のステータコイルの中性点を交流電源に接続する方式やコンバータ12A,12Bを合わせて交流直流変換装置として機能させる方式を用いても良い。
平滑用コンデンサC1は、電源ラインPL1Aと接地ラインSL2との間に接続される。電圧センサ21Aは、平滑用コンデンサC1の両端間の電圧VLAを検出して制御装置30に対して出力する。コンバータ12Aは、平滑用コンデンサC1の端子間電圧を昇圧して給電ラインPL2へ供給することができる。
平滑用コンデンサC2は、電源ラインPL1Bと接地ラインSL2との間に接続される。電圧センサ21Bは、平滑用コンデンサC2の両端間の電圧VLBを検出して制御装置30に対して出力する。コンバータ12Bは、平滑用コンデンサC2の端子間電圧を昇圧して給電ラインPL2へ供給することができる。
平滑用コンデンサCHは、コンバータ12A,12Bによって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ13は、平滑用コンデンサCHの端子間電圧VHを検知して制御装置30に出力する。
あるいは、逆方向に、コンバータ12A,12Bは、平滑用コンデンサCHによって平滑化された端子間電圧VHを降圧して、電源ラインPL1A,PL1Bへ供給することができる。
インバータ14は、コンバータ12Bおよび/または12Aから与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータMG1に出力する。インバータ22は、コンバータ12Bおよび/または12Aから与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータMG2に出力する。
動力分割機構3は、エンジン4およびモータジェネレータMG1,MG2に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの3つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。遊星歯車機構は、3つの回転軸のうち2つの回転軸の回転が定まれば、他の1つの回転軸の回転は強制的に定まる。この3つの回転軸がエンジン4、モータジェネレータMG1,MG2の各回転軸にそれぞれ接続される。なおモータジェネレータMG2の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪2に結合されている。また動力分割機構3の内部にモータジェネレータMG2の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。
接続部39Aは、バッテリBAの正極と電源ラインPL1Aとの間に接続されるシステムメインリレーSMR2と、システムメインリレーSMR2と並列接続される直列に接続されたシステムメインリレーSMR1および制限抵抗Rと、バッテリBAの負極(接地ラインSL1)とノードN2との間に接続されるシステムメインリレーSMR3とを含む。
システムメインリレーSMR1〜SMR3は、制御装置30から与えられるリレー制御信号CONT1〜CONT3にそれぞれ応じて導通状態(オン)/非導通状態(オフ)が制御される。
電圧センサ10Aは、バッテリBAの端子間の電圧VAを測定する。さらに、温度センサ11Aは、バッテリBAの温度TAを測定し、電流センサ9Aは、バッテリBAの入出力電流IAを測定する。これらのセンサによる測定値は、制御装置30へ出力される。
制御装置30は、これらの測定値に基づいて、SOC(State of Charge)に代表されるバッテリBAの状態を監視する。
接続部39Bは、電源ラインPL1Bおよび接地ラインSL2とバッテリBB1,BB2との間に設けられている。接続部39Bは、バッテリBB1の正極と電源ラインPL1Bとの間に接続されるリレーSR1と、バッテリBB1の負極と接地ラインSL2との間に接続されるリレーSR1Gと、バッテリBB2の正極と電源ラインPL1Bとの間に接続されるリレーSR2と、バッテリBB2の負極と接地ラインSL2との間に接続されるリレーSR2Gとを含む。
リレーSR1,SR2は、制御装置30から与えられるリレー制御信号CONT4,CONT5にそれぞれ応じて導通状態(オン)/非導通状態(オフ)が制御される。リレーSR1G,SR2Gは、制御装置30から与えられるリレー制御信号CONT6,CONT7にそれぞれ応じて導通状態(オン)/非導通状態(オフ)が制御される。接地ラインSL2は、後に説明するようにコンバータ12A,12Bの中を通ってインバータ14および22側に延びている。
電圧センサ10B1および10B2は、バッテリBB1およびBB2の端子間の電圧VBB1およびVBB2をそれぞれ測定する。さらに、温度センサ11B1および11B2は、バッテリBB1およびBB2の温度TBB1およびTBB2をそれぞれ測定する。また電流センサ9B1および9B2は、バッテリBB1およびBB2の入出力電流IB1およびIB2を測定する。これらのセンサによる測定値は、制御装置30へ出力される。制御装置30は、これらの測定値に基づいて、SOC(State of Charge)に代表されるバッテリBB1,BB2の状態を監視する。
なお、バッテリBA,BB1,BB2としては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。
インバータ14は、給電ラインPL2および接地ラインSL2に接続されている。インバータ14は、コンバータ12Aおよび/または12Bから昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン4を始動させるために、モータジェネレータMG1を駆動する。また、インバータ14は、エンジン4から伝達される動力によってモータジェネレータMG1で発電された電力をコンバータ12Aおよび12Bに戻す。このときコンバータ12Aおよび12Bは、降圧コンバータとして動作するように制御装置30によって制御される。
電流センサ24は、モータジェネレータMG1に流れる電流をモータ電流値MCRT1として検出し、モータ電流値MCRT1を制御装置30へ出力する。
インバータ22は、インバータ14と並列的に、給電ラインPL2と接地ラインSL2に接続されている。インバータ22は車輪2を駆動するモータジェネレータMG2に対してコンバータ12Aおよび12Bの出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。またインバータ22は、回生制動に伴い、モータジェネレータMG2において発電された電力をコンバータ12Aおよび12Bに戻す。このときコンバータ12Aおよび12Bは、降圧コンバータとして動作するように制御装置30によって制御される。
電流センサ25は、モータジェネレータMG2に流れる電流をモータ電流値MCRT2として検出し、モータ電流値MCRT2を制御装置30へ出力する。
制御装置30は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵した電子制御ユニット(ECU)により構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる測定値を用いた演算処理を行なう。なお、制御装置30の一部については、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
具体的には、制御装置30は、モータジェネレータMG1,MG2の各トルク指令値および各回転速度、電圧VBA,VBB1,VBB2,VLA,VLB,VHの各値、モータ電流値MCRT1,MCRT2および起動信号IGONを受ける。そして制御装置30は、コンバータ12Bに対して昇圧指示を行なう制御信号PWUB,降圧指示を行なう制御信号PWDBおよび動作禁止を指示するシャットダウン信号を出力する。
さらに、制御装置30は、インバータ14に対してコンバータ12A,12Bの出力である直流電圧を、モータジェネレータMG1を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示を行なう制御信号PWMI1と、モータジェネレータMG1で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ12A,12B側に戻す回生指示を行なう制御信号PWMC1とを出力する。
同様に制御装置30は、インバータ22に対してモータジェネレータMG2を駆動するための交流電圧に直流電圧を変換する駆動指示を行なう制御信号PWMI2と、モータジェネレータMG2で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ12A,12B側に戻す回生指示を行なう制御信号PWMC2とを出力する。
図2は、図1のインバータ14および22の詳細な構成を示す回路図である。
図2を参照して、インバータ14は、U相アーム15と、V相アーム16と、W相アーム17とを含む。U相アーム15、V相アーム16、およびW相アーム17は、給電ラインPL2と接地ラインSL2との間に並列に接続される。
U相アーム15は、給電ラインPL2と接地ラインSL2との間に直列接続されたIGBT(Insulated gate Bipolar Transistor)素子Q3,Q4と、IGBT素子Q3,Q4と、それぞれの逆並列ダイオードD3,D4とを含む。ダイオードD3のカソードはIGBT素子Q3のコレクタと接続され、ダイオードD3のアノードはIGBT素子Q3のエミッタと接続される。ダイオードD4のカソードはIGBT素子Q4のコレクタと接続され、ダイオードD4のアノードはIGBT素子Q4のエミッタと接続される。
V相アーム16は、給電ラインPL2と接地ラインSL2との間に直列接続されたIGBT素子Q5,Q6と、それぞれの逆並列ダイオードD5,D6とを含む。IGBT素子Q5,Q6および逆並列ダイオードD5,D6の接続は、U相アーム15と同様である。
W相アーム17は、給電ラインPL2と接地ラインSL2との間に直列接続されたIGBT素子Q7,Q8と、それぞれの逆並列ダイオードD7,D8とを含む。IGBT素子Q7,Q8および逆並列ダイオードD7,D8の接続も、U相アーム15と同様である。
なお、本実施の形態において、IGBT素子は、オンオフ制御可能な電力用半導体スイッチング素子の代表例として示される。すなわち、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電力用半導体スイッチング素子をIGBT素子に代えて用いることも可能である。
各相アームの中間点は、モータジェネレータMG1の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータMG1は、三相の永久磁石同期モータであり、U,V,W相の3つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、U相コイルの他方端がIGBT素子Q3,Q4の接続ノードから引出されたラインULに接続される。またV相コイルの他方端がIGBT素子Q5,Q6の接続ノードから引出されたラインVLに接続される。またW相コイルの他方端がIGBT素子Q7,Q8の接続ノードから引出されたラインWLに接続される。
なお、図1のインバータ22についても、モータジェネレータMG2に接続される点が異なるが、内部の回路構成についてはインバータ14と同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図2には、インバータに制御信号PWMI,PWMCが与えられることが記載されているが、記載が複雑になるのを避けるためであり、図1に示されるように、別々の制御信号PWMI1,PWMC1と制御信号PWMI2,PWMC2がそれぞれインバータ14,22に入力される。
図3は、図1のコンバータ12Aおよび12Bの詳細な構成を示す回路図である。
図3を参照して、コンバータ12Aは、一方端が電源ラインPL1Aに接続されるリアクトルL1と、給電ラインPL2と接地ラインSL2との間に直列に接続されるIGBT素子Q1,Q2と、それぞれの逆並列ダイオードD1,D2とを含む。
リアクトルL1の他方端はIGBT素子Q1のエミッタおよびIGBT素子Q2のコレクタに接続される。ダイオードD1のカソードはIGBT素子Q1のコレクタと接続され、ダイオードD1のアノードはIGBT素子Q1のエミッタと接続される。ダイオードD2のカソードはIGBT素子Q2のコレクタと接続され、ダイオードD2のアノードはIGBT素子Q2のエミッタと接続される。
なお、図1のコンバータ12Bについても、電源ラインPL1Aに代えて電源ラインPL1Bに接続される点がコンバータ12Aと異なるが、内部の回路構成についてはコンバータ12Aと同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図3には、コンバータに制御信号PWU,PWDが与えられることが記載されているが、記載が複雑になるのを避けるためであり、図1に示されるように、別々の制御信号PWUA,PWDAと制御信号PWUB,PWDBがそれぞれインバータ14,22に入力される。
電動車両1の電源システムでは、バッテリBA(主蓄電装置)と、バッテリBB1,BB2のうちの選択された副蓄電装置(以下、「選択副蓄電装置BB」とも称する)とによって、モータジェネレータMG1,MG2との間での電力の授受が行なわれる。
制御装置30は、電圧センサ10A、温度センサ11Aおよび電流センサ9Aの検出値に基づいて、主蓄電装置の残存容量を示すSOC(M)、充電電力の上限値を示す入力上限電力Win(M)、および、放電電力の上限値を示す出力上限電力Wout(M)を設定する。
さらに、制御装置30は、電圧センサ10B1,10B2、温度センサ11B1,11B2および電流センサ9B1,9B2の検出値に基づいて、選択副蓄電装置BBについてのSOC(B)および入出力上限電力Win(S),Wout(S)を設定する。
一般的に、SOCは、各バッテリの満充電状態に対する現在の充電量の割合(%)によって示される。また、Win,Woutは、所定時間(たとえば10秒程度)当該電力を放電しても当該バッテリ(BA,BB1,BB2)が過充電または過放電とならないような電力の上限値として示される。
図4には、制御装置30によって実現される電動車両1の走行制御、具体的には、エンジン4およびモータジェネレータMG1,MG2の間でのパワー配分制御に係る制御構成を説明するための機能ブロック図が示される。なお、図4に示される各機能ブロックは、制御装置30による予め記憶された所定プログラムの実行および/または制御装置30内の電子回路(ハードウェア)による演算処理によって実現されるものとする。
図4を参照して、トータルパワー算出部260は、車速およびペダル操作(アクセルペダル)に基づいて、電動車両1全体でのトータル要求パワーPttlを算出する。なお、トータル要求パワーPttlには、車両状況に応じて、モータジェネレータMG1によるバッテリ充電電力の発生のために要求されるパワー(エンジン出力)も含まれ得る。
走行制御部250には、主蓄電装置BAの入出力上限電力Win(M),Wout(M)および選択副蓄電装置BBの入出力上限電力Win(S),Wout(S)と、トータルパワー算出部260からのトータル要求パワーPttlと、ブレーキペダル操作時の回生ブレーキ要求が入力される。走行制御部250は、モータジェネレータMG1,MG2トータルでの入出力電力が、主蓄電装置BAおよび選択副蓄電装置BBトータルの充電制限(Win(M)+Win(S))および放電制限(Wout(M)+Wout(S))の範囲内となるように、モータ制御指令としてのトルク指令値Tqcom1およびTqcom2を生成する。さらに、トータル要求パワーPttlが確保されるように、モータジェネレータMG2による車両駆動パワーと、エンジン4による車両駆動パワーとが配分される。特に、外部充電されたバッテリ電力を最大限に利用してエンジン4の作動を抑制すること、あるいは、エンジン4による車両駆動パワーをエンジン4が高効率で作動可能な領域に対応して設定することによって、高燃費の車両走行制御が実現される。
インバータ制御部270は、トルク指令値Tqcom1およびモータジェネレータMG1のモータ電流値MCRT1に基づいて、インバータ14の制御信号PWMI1,PWMC1を生成する。同様に、インバータ制御部280は、トルク指令値Tqcom2およびモータジェネレータMG2のモータ電流値MCRT2に基づいて、インバータ22の制御信号PWMI2,PWMC2を生成する。また、走行制御部250は、設定されたエンジンによる車両駆動パワーの要求値に応じてエンジン制御指令を生成する。さらに、図示しない制御装置(エンジンECU)によって、上記エンジン制御指令に従ってエンジン4の動作が制御される。
制御装置30は、バッテリ電力を積極的に使用して車両走行を行なう走行モード(EVモード)のときには、トータル要求パワーPttlがバッテリ全体での出力上限電力Wout(M)+Wout(S)以下であるときには、エンジン4を作動させることなく、モータジェネレータMG2による車両駆動パワーのみによって走行する。一方で、トータル要求パワーPttlがWout(M)+Wout(S)を超えたときには、エンジン4が始動される。
これに対して、当該EVモードが選択されない走行モード(HVモード)のときには、制御装置30は、バッテリSOCが所定目標値に維持されるように、エンジン4およびモータジェネレータMG2での間での駆動力パワー配分を制御する。すなわち、EVモードと比較して、エンジン4が作動されやすい走行制御がなされる。
EVモードでは、主蓄電装置BAよりも選択副蓄電装置BBの電力を優先的に使用するような充放電制御がなされる。このため、車両走行中に使用中の選択副蓄電装置BBのSOCが低下すると、選択副蓄電装置BBを切換える必要が生じる。たとえば、車両起動時にバッテリBB1を選択副蓄電装置BBとした場合には、バッテリBB1をコンバータ12Bから切離す一方で、バッテリBB2を新たな選択副蓄電装置BBとしてコンバータ12Bと接続する接続切換処理を実行する必要が生じる。
この際に、新たに選択副蓄電装置BBとされるバッテリBB2は、これまで使用していたバッテリBB1よりも出力電圧が高いことが一般的である。この結果、新たな高電圧バッテリの接続により、意図しない短絡経路が発生することによって機器保護等に問題を生じるおそれがある。したがって、副蓄電装置の接続切換処理は、短絡経路の発生防止に十分留意する必要がある。また、上記接続切換処理の期間では、選択副蓄電装置BBによる電力供給および電力回収が不可能となるので、当該期間において電源システム全体で過充電および過放電が発生しないような充放電制限を行なうことが求められる。
以下では、このような点に配慮した副蓄電装置の接続切換処理について説明する。
図5は、本発明の実施の形態による電動車両の電源システムにおける選択副蓄電装置の切換処理の概略的な処理手順を示すフローチャートである。また、図6〜図10は、図5のステップS100、S200、S300、S400、およびS500の詳細を説明するフローチャートである。
制御装置30は、予め記憶した所定プログラムを所定周期で実行することによって、図5〜図10に示されるフローチャートに従う制御処理手順を所定周期で繰り返し実行することができる。これにより、本発明の実施の形態による電動車両の電源システムにおける副蓄電装置の接続切換処理が実現できる。
図5を参照して、制御装置30は、ステップS100では、選択副蓄電装置の切換判定処理を実行する。そして、選択副蓄電装置の切換要と判定されたときには、以下のステップS200〜S500が実行される。一方、ステップS100で選択副蓄電装置の切換不要と判定されたときには、ステップS200〜S500は、実質的に非実行とされる。
制御装置30は、ステップS200では、切換前昇圧処理を実行し、ステップS300では、副蓄電装置の接続切換期間中に電源システムに対して過大な充放電要求が発生しないように、電力制限変更処理を実行する。そして、制御装置30は、ステップS400により、選択副蓄電装置BBおよびコンバータ12Bの接続を実際に切換える接続切換処理を実行し、その完了後ステップS500により、復帰処理を実行して新たな選択副蓄電装置BBによる電力供給を開始する。
図6は、図5における選択副蓄電装置の切換判定処理(S100)の詳細を説明するフローチャートである。
なお、以下に説明するように、接続切換処理の進行状況(ステータス)を示す変数IDが導入される。変数ID=−1,0〜4のいずれかに設定される。ID=0は、副蓄電装置の切換要求が発生していない状態を示す。すなわち、ID=0のときには、現在の選択副蓄電装置BBによる電力供給が実行される一方で、選択副蓄電装置BBの切換要否が所定周期で判定されることになる。また、機器故障やバッテリ電力消費により、新たに使用可能である副蓄電装置が存在しない場合には、ID=−1に設定されるものとする。
図6を参照して、制御装置30は、ステップS105により、ID=0かどうかを判定する。ID=0のとき(S105のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS110により、選択副蓄電装置の切換要否判定を実行する。ステップS110による判定は、基本的には、現在の選択副蓄電装置BBのSOCに基づいて実行される。すなわち、使用中の副蓄電装置のSOCが所定の判定値よりも低下すると選択副蓄電装置の切換要との判定がなされる。
制御装置30は、ステップS150により、ステップS110による切換要否判定結果を確認する。そして、切換要と判定されたとき(ステップS150のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS160により、新たに用いる選択副蓄電装置BBを指定する。図1に示したように、副蓄電装置としてバッテリBB1,BB2の2個が搭載されている場合には、ステップS160の処理を行なうまでもなく、新たな選択副蓄電装置BBは自動的に決定される。ただし、図1の構成において、3個以上の副蓄電装置BB1〜BBn(n:3以上の整数)が搭載される場合には、現在非使用中の副蓄電装置のそれぞれのSOC等に基づいて、次に使用される新たな副蓄電装置が指定されることになる。そして、制御装置30は、接続切換処理を進めるために、ID=1に設定する。すなわち、ID=1は、選択副蓄電装置BBの切換要求が生成されて、切換処理が開始された状態を示している。
一方、ステップS110により選択副蓄電装置の切換不要と判定されたとき(S150のNO判定時)には、制御装置30は、ステップS170によりID=0に維持する。また、一旦ID≧1となって切換処理が開始されているとき、あるいは、新たに使用可能である副蓄電装置が存在せずID=−1に設定されているときには(S105のNO判定時)、ステップS110〜S180の処理はスキップされる。
図7は、図5に示した切換前昇圧処理(S200)の詳細を説明するフローチャートである。
図7を参照して、制御装置30は、切換前昇圧処理では、ステップS205により、ID=1であるかどうかを確認する。そして、ID=1であり、選択副蓄電装置BBの切換要求がなされて、切換処理が開始されたとき(S205のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS210により、給電ラインPL2の電圧VHを所定電圧V1まで昇圧するように、コンバータ12Aに対する昇圧指令を発生する。この昇圧指令に応答して給電ラインPL2の電圧指令値VHref=V1に設定され、この電圧指令値が実現されるようにコンバータ12Aの制御信号PWUAが生成される。
ここで所定電圧V1は、主蓄電装置BAおよび新たに接続される選択副蓄電装置BB(たとえばBB2)の出力電圧のうちの高い方の電圧よりも高い電圧に設定される。たとえば、所定電圧V1を、コンバータ12Aによる昇圧可能な制御上限電圧VHmaxとすることによって、昇圧指令時の電圧VHを、主蓄電装置BAおよび切換後の選択副蓄電装置BBの出力電圧の両方よりも、確実に高くすることができる。あるいは、コンバータ12Aでの損失を低減する観点から、その時点での主蓄電装置BAおよび切換後の選択副蓄電装置BBの出力電圧に応じて、マージンを持たせて所定電圧V1を都度決定してもよい。
ステップS210により昇圧指令が発生されると、制御装置30は、ステップS220により、電圧センサ13の検出値に基づき電圧VHが所定電圧V1に到達したかどうかを判定する。たとえば、所定時間継続してVH≧V1となったときに、ステップS220はYES判定とされる。
電圧VHが所定電圧V1に到達すると(S220のYES判定時)、制御装置30は、IDを1から2に進める。一方で、電圧VHがV1に到達するまでの間(S220のNO判定時)は、ID=1に維持される。すなわち、ID=2は、切換前昇圧処理が終了しており、切換処理をさらに進めることが可能な状態を示している。また、ID≠1のとき(S205のNO判定時)には、以降のステップS210〜S230の処理はスキップされる。
このように切換前昇圧処理(ステップS200)が終了すると、制御装置30は、図8に示すような電力制限変更処理を実行する。
図8は、図5に示した電力制限変更処理(S300)の詳細を説明するフローチャートである。
図8を参照して、制御装置30は、電力制限変更処理においては、まずステップS305により、ID=2であるかどうかを判定する。ID=2でないとき(S305のNO判定時)には、以降のステップS310〜340の処理はスキップされる。
ID=2のとき(S305のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS310により、主蓄電装置BAの充放電制限の一時的な緩和を開始する。具体的には、主蓄電装置BAの入出力上限電力Win(M),Wout(M)の絶対値が一時的に増大される。
さらに、制御装置30は、ステップS320により、選択副蓄電装置BBの入出力上限電力Win(S),Wout(S)の絶対値を徐々に低下させる。たとえば、所定の一定レートに従って、Wout(S),Win(S)が0に向けて徐々に低下される。
制御装置30は、ステップS330により、Wout(S),Win(S)が0に達したかどうかを判定する。Wout(S)=Win(S)=0となるまでの間、ステップS320が繰返し実行されて、Wout(S)およびWin(S)は、継続的に低下する。
そして、Wout(S)およびWin(S)が0に達すると(S330のYES判定時)、制御装置30は、ステップS340により、IDを2から3に進める。すなわち、ID=3は、切換前昇圧処理および電力制限変更処理が終了しており、副蓄電装置BB1,BB2およびコンバータ12Bの間の接続切換が開始可能な状態を示している。
制御装置30は、図8に示した電力制限変更処理が終了すると、ステップS400による副蓄電装置の接続切換処理を実行する。
図9は、図5に示した副蓄電装置の接続切換処理(S400)の詳細を説明するフローチャートである。
図9を参照して、制御装置30は、副蓄電装置の接続切換処理においては、まずステップS405によってID=3であるかどうかを判定する。そしてID≠3のとき(S405のNO判定時)には、以降のステップS410〜S450の処理はスキップされる。
ID=3のとき(S405のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS410により、副蓄電装置の接続切換の準備として、コンバータ12Bを停止させる。すなわち、コンバータ12Bは、シャットダウン指令に応答して、IGBT素子Q1,Q2が強制的にオフされる。その上で、制御装置30は、ステップS420により、副蓄電装置の接続を実際に切換えるためのリレー制御信号を発生する。たとえば、バッテリBB1をコンバータ12Bから切離し、かつ、バッテリBB2をコンバータ12Bと接続するために、リレーSR1,SR1Gをオフするようにリレー制御信号CONT4,CONT6が生成される一方で、リレーSR2,SR2Gオンするようにリレー制御信号CONT5,CONT7が生成される。
さらに、制御装置30は、ステップS430により、ステップS420によって指示されたリレー接続切換が完了したかどうかを判定する。そして、接続切換が完了すると(S430のYES判定時)、制御装置30は、ステップS440により、コンバータ12Bを再起動してスイッチング動作を開始させるとともに、ステップS450により、IDを3から4に進める。
すなわち、ID=4は、副蓄電装置およびコンバータ12Bの間のリレーによる接続切換が完了した状態を示している。
制御装置30は、ステップS400による接続切換処理が終了すると、ステップS500による復帰処理を実行する。
図10は、図5に示した復帰処理(S500)の詳細を説明するフローチャートである。
図10を参照して、制御装置30は、復帰処理においては、まずステップS505によってID=4であるかどうかを判定する。そしてID≠4のとき(S505のNO判定時)には、以降のステップS510〜S570の処理はスキップされる。
ID=4のとき(S505のYES判定時)には、制御装置30は、ステップS510により、ステップS310(図7)で開始した、主蓄電装置BAの充放電制限の一時的な緩和を終了する。これにより、Wout(M)およびWin(M)は、基本的には、選択副蓄電装置BBの切換処理開始前の値に復帰する。
さらに、制御装置30は、電力制限処理(ステップS300)により0まで絞られた選択副蓄電装置BBの入出力上限電力Win(S),Wout(S)を、新たな選択副蓄電装置(たとえば、バッテリBB2)のWin,Woutの値まで、徐々に上昇させる。
そして、制御装置30は、ステップS530により、入出力上限電力Win(S),Wout(S)が、新たな選択副蓄電装置BBのWin,Woutの値まで復帰したかどうかを確認する。復帰が完了するまでの期間(S530のNO判定時)には、ステップS520が繰返し実行されて、入出力上限電力Win(S),Wout(S)は、一定レートで徐々に上昇する。
入出力上限電力Win(S),Wout(S)の復帰が完了すると(S530のYES判定時)、制御装置30は、ステップS540により、IDを再び0に戻す。これにより、電源システムにおいては、主蓄電装置BAおよび新たな選択副蓄電装置BBによる正常な電力供給および電力回収が可能な状態が再現される。
さらに、制御装置30は、ステップS550に処理を進めて、ステップS210(図6)で発生した昇圧指令をオフする。これにより、給電ラインPL2の電圧指令値についても、モータジェネレータMG1,MG2の状態に応じて設定される通常値となる。
制御装置30は、一連の切換処理が完了すると、さらに、ステップS560により、車両走行中に選択副蓄電装置のさらなる切換の可能性があるかどうかを判定してもよい。そして、さらなる切換の可能性が無いときには、制御装置30は、ステップS570により、ID=−1に設定する。ID=−1となると、図4の各ステップS100〜S500は実質的に非実行とされるので、車両運転が終了するまで、選択副蓄電装置の切換処理は開始されないことになる。
一方、さらなる切換の可能性が有るときには、制御装置30は、ステップS570をスキップして、ID=0に維持する。この結果、所定周期でステップS100の切換判定処理が実行されることになるので、必要に応じて、選択副蓄電装置の切換処理が再び開始されることになる。
なお、副蓄電装置が2個しか搭載されていない図1の構成例では、ステップS560の処理を省略して、選択副蓄電装置の切換処理が一旦完了したときには常にID=−1として、車両運転中の選択副蓄電装置の切換処理を1回のみに限定することもできる。
あるいは、3個以上の副蓄電装置を搭載した電源システムや、車両運転中に非使用中の副蓄電装置を充電可能な構成を有した電源システムでは、状況に応じてID=0に維持することによって、2回目以降の選択副蓄電装置の切換処理を実行可能な構成とすることができる。
図11には、図5〜図10で説明した本発明の実施の形態による電動車両の電源システムにおける選択副蓄電装置の切換処理における動作波形が示される。
図11を参照して、ID=0である時刻t1までの期間には、現在の選択副蓄電装置(たとえば、バッテリBB1)のSOCに基づく、切換判定処理が所定周期で実行されている。
そして、時刻t1において、バッテリBB1のSOC低下に応答して、切換判定処理(ステップS100)によって選択副蓄電装置BBの切換要求が発せられ、ID=1に設定されることによって切換処理が開始される。
これにより、切換前昇圧処理(ステップS200)が実行されて、コンバータ12Aによって給電ラインPL2の電圧VHが所定電圧V1に向けて上昇させられる。給電ラインPL2の昇圧処理が時刻t2で完了すると、IDは1から2に変更される。
ID=2となると、電力制限変更処理(S300)が実行されて、主蓄電装置BAの充放電が一時的に緩和される。すなわち、入出力上限電力Win(M),Wout(M)の絶対値の一時的な上昇が開始される。さらに、選択副蓄電装置BBの入出力上限電力Win(S),Wout(S)が0に向けて一定レートで徐々に低下される。なお、この期間では、コンバータ12Bは、現在の選択副蓄電装置(バッテリBB1)の充放電を停止するように制御される。あるいは、コンバータ12Bは、時刻t1からシャットダウンしてもよい。
時刻t3において、選択副蓄電装置BBの入出力上限電力Win(S),Wout(S)が0まで絞られると、IDが2から3に変更される。そしてID=3になると、副蓄電装置の接続切換処理が開始される。すなわち、コンバータ12Aがシャットダウンされた状態で、リレーSR1,SR1Gがオフされ、その後、リレーSR2,SR2Gがオンされる。そして、リレーの接続切換処理が完了して、新たな選択副蓄電装置としてのバッテリBB2がコンバータ12Bと接続されると、コンバータ12Bが再び起動される。これらの接続切換処理が完了することにより、時刻t4においてIDが3から4に変更される。
ID=4になると、選択副蓄電装置BBの入出力上限電力Win(S),Wout(S)が一定レートで徐々に上昇されることにより、新たな選択副蓄電装置であるバッテリBB2の使用が開始される。これに伴い、主蓄電装置BAの充放電制限の一時的な緩和は終了されて、Wout(M),Win(M)は、基本的には時刻t2以前の値に戻される。
そして、時刻t5において、選択副蓄電装置BBのWin(S),Wout(S)が、バッテリBB2のWout,Winに相当する本来値まで復帰すると、ID=0に復帰される。そして、給電ラインPL2の昇圧処理も停止される。
これにより、一連の選択副蓄電装置の切換処理は終了して、選択副蓄電装置BB(バッテリBB2)を用いた正常な電力供給および電力回収が可能な状態が再現される。
なお、時刻t5において、図10で説明したように、車両運転中のさらなる副蓄電装置の切換処理の可能性を判定し、切換処理が発生する可能性が無い場合にはID=−1とすれば、以降の制御装置30の負荷を軽減することができる。
次に、図12を用いて、本発明の実施の形態の電源システムの制御構成のうちの一部である、図5〜図10で説明した選択副蓄電装置の切換処理のための機能部分の構成を説明する。図12に示された各機能ブロックは、制御装置30による、所定プログラムの実行によるソフトウェア処理、あるいは、専用の電子回路(ハードウェア処理)によって実現される。
図12を参照して、切換判定部100は、バッテリBB1,BB2の充電状態を示すSOC(BB1),SOC(BB2)を受けて、現在使用中の選択副蓄電装置BBのSOCが所定の判定値より低下したかどうかを判定する。切換判定部100は、各機能ブロック間で共有される変数IDが0のときに、所定周期で上記判定処理を実行し、選択副蓄電装置の切換が必要になると、IDを0から1に変化させる。これにより、選択副蓄電装置の切換要求が発生される。すなわち、切換判定部100の機能は、図5のステップS100の処理に対応する。
昇圧指示部110は、選択副蓄電装置の切換要求が発生されてID=1になると、コンバータ12Aを制御するコンバータ制御部200に対して、昇圧指令信号CMBTを出力する。
コンバータ制御部200は、電圧VH,VLAおよび電圧指令値VHrefに基づいて、給電ラインPL2の電圧VHが電圧指令値VHrefとなるように、コンバータ12Aの制御信号PWUA,PWDAを生成する。
さらに、コンバータ制御部200は、昇圧指示部110から昇圧指令信号CMBTが生成された場合には、電圧指令値VHref=V1に設定して制御信号PWUAを生成する。そして、コンバータ制御部200は、電圧センサ13によって検出される電圧VHが所定電圧V1に達した状態が所定時間以上継続すると、昇圧完了を示すフラグFBTをオンする。
昇圧指示部110は、フラグFBTがオンされると、ID=2に変更する。そして、後述する接続切換制御部140によるリレー接続切換が完了することによってID=4に設定されるまで、昇圧指令信号CMBTの出力を継続する。すなわち、昇圧指示部110の機能は、図5のステップS200および図10のステップS550に対応する。
電力制限部120は、選択副蓄電装置BBの入出力上限電力Win(S),Wout(S)を設定する。通常時には、入出力上限電力Win(S),Wout(S)は、選択副蓄電装置BBとされたバッテリのSOC(SOC(BB1)またはSOC(BB2))、電池温度(TBB1またはTBB2)、出力電圧(VB1またはVB2)に基づいて設定される。
これに対して、選択副蓄電装置の切換処理時には、電力制限部120は、ID=2となると、入出力上限電力Win(S),Wout(S)を、一定レートで徐々に0に向けて低下させるとともに、Win(S),Wout(S)が0に達すると、IDを2から3に変化させる。さらに、接続切換制御部140によってID=4に設定されると、電力制限部120は、入出力上限電力Win(S),Wout(S)を、切換後の新たな選択副蓄電装置BBのWin,Winに相当する値まで上昇させる。そして上昇処理が完了するとIDを4から0に変化させる。
すなわち、電力制限部120によって、図8のステップS320〜S340の処理および図10のステップS520〜S540の処理、ならびに、本発明の「第1の電力制限部」および「第2の電力制限部」の機能が実現される。
電力制限部130は、主蓄電装置BAの入出力上限電力Win(M)およびWout(M)を設定する。通常時には、入出力上限電力Win(M),Wout(M)は、主蓄電装置BAのSOC(BA)、電池温度TA、出力電圧VAに基づいて設定される。
これに対して、選択副蓄電装置の切換処理時には、電力制限部130は、ID=2に設定されると、入出力上限電力Win(M)およびWout(M)の絶対値を一時的に上昇させることにより、主蓄電装置BAの充放電制限を一時的に緩和する。そして、電力制限部130は、接続切換制御部140によってID=4に設定されると、入出力上限電力Win(M)およびWout(M)を通常の値に復帰させる。
すなわち、電力制限部130によって、図8のステップS310および図10のステップS510の処理、ならびに、本発明の「第3の電力制限部」の機能が実現される。
接続切換制御部140は、電力制限部120によってID=3に設定されると、コンバータ12Bのシャットダウン指令を生成し、さらに、コンバータ12Bおよび副蓄電装置BB1,BB2の間の接続を切換えるように、リレー制御信号CONT4〜CONT7を生成する。たとえば、選択副蓄電装置BBをバッテリBB1からバッテリBB2に切換える際には、リレーSR1,SR1Gをターンオフする一方でリレーSR2,SR2Gをターンオンするように、リレー制御信号CONT4〜CONT7が生成される。そして、このリレー接続切換処理が完了すると、上記シャットダウン指令を停止してコンバータ12Bを再起動するとともに、IDを3から4に変化させる。
接続切換制御部140は、図5のステップS400(図9のS405〜S450)の処理に対応する。
以上説明したように、本実施の形態に従う電動車両の電源システムによれば、使用する副蓄電装置の切換処理時において、給電ラインPL2の電圧を上昇させた後に副蓄電装置の接続切換を実行するので、接続切換時に、新たに使用される副蓄電装置を起点とする短絡経路がシステム内に形成されることを確実に防止できる。また、選択副蓄電装置の切換処理中には、選択副蓄電装置BBの入出力上限電力Win(S),Wout(S)を適切に制限するので、電源システムに対して、過度の充放電が要求されることを回避できる。この結果、複数の副蓄電装置を1つの電圧変換器(コンバータ)によって共有する構成の電源システムにおいて、選択副蓄電装置の切換えの際の副蓄電装置の接続切換処理を適切かつ円滑に実行することが可能となる。
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説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

Claims (10)

  1. 車両駆動パワーを発生するモータ(MG2)を搭載した電動車両(1)の電源システムであって、
    主蓄電装置(BA)と、
    前記モータを駆動制御するインバータ(22)に給電を行う給電ライン(PL2)と、
    前記給電ラインと前記主蓄電装置との間に設けられ、双方向の電圧変換を行う第1の電圧変換器(12A)と、
    互いに並列に設けられた複数の副蓄電装置(BB1,BB2)と、
    前記複数の副蓄電装置と前記給電ラインとの間に設けられ、前記複数の副蓄電装置のうちの1つと前記給電ラインの間で双方向の電圧変換を行う第2の電圧変換器(12B)と、
    前記複数の副蓄電装置と前記第2の電圧変換器との間に設けられ、前記複数の副蓄電装置のうちの選択副蓄電装置(BB)を選択的に前記第2の電圧変換器と接続する接続部(39B)と、
    前記複数の副蓄電装置と前記第2の電圧変換器との間の選択的な接続を制御する切換制御装置(30)とを備え、
    前記切換制御装置は、
    前記複数の副蓄電装置の充電状態に基づいて、前記選択副蓄電装置の切換要否を判定する切換判定部(100)と、
    前記切換判定部によって前記選択副蓄電装置の切換が必要と判断されたときに、前記給電ラインの電圧(VH)を、前記主蓄電装置の出力電圧および切換後に前記第2の電圧変換器と接続される副蓄電装置の出力電圧よりも高い第1の電圧(V1)とするように前記第1の電圧変換器に指示する昇圧指示部(110)と、
    前記給電ラインの電圧が前記第1の電圧に達した後に、前記選択副蓄電装置による入出力電力上限値(Win(S),Wout(S))を徐々に零まで減少させる第1の電力制限部(120)と、
    前記第1の電力制限部によって前記入出力電力上限値が零に設定されたときに、前記複数の副蓄電装置および前記第2の電圧変換器の間の接続を切換える接続切換制御部(140)と、
    前記接続切換制御部によって前記複数の副蓄電装置および前記第2の電圧変換器の間の接続が切換えられた後に、前記第2の電圧変換器と新たに接続された副蓄電装置の充電状態に対応する値まで、前記入出力電力上限値を徐々に上昇させる第2の電力制限部(120)とを備える、電動車両の電源システム。
  2. 前記昇圧指示部(110)は、前記第2の電力制限部(120)による前記入出力電力上限値(Win(S),Wout(S))の上昇処理が終了するまで、前記給電ライン(PL2)の電圧(VH)を前記第1の電圧(V1)とするための前記第1の電圧変換器(12A)への指示を継続する、請求項1記載の電動車両の電源システム。
  3. 前記第1の電圧(V1)は、前記第1の電圧変換器(12A)による前記給電ライン(PL2)の電圧(VH)の制御上限値に相当する、請求項1記載の電動車両の電源システム。
  4. 前記切換制御装置(30)は、
    前記第1の電力制限部(120)による前記入出力電力上限値(Win(S),Wout(S))の低減が開始されてから前記接続部(39B)による前記複数の副蓄電装置(BB1,BB2)および前記第2の電圧変換器(12B)の間の接続切換が完了するまでの期間において、前記主蓄電装置(BA)の充放電制限を一時的に緩和する第3の電力制限部(130)をさらに含む、請求項1記載の電動車両の電源システム。
  5. 前記電動車両(1)は、
    前記モータ(MG2)とは独立に車両駆動パワーを出力可能に構成された内燃機関(4)と、
    前記電動車両の全体要求パワー(Pttl)が、前記主蓄電装置(BA)による出力電力上限値(Wout(M))と、前記選択副蓄電装置(BB)による出力電力上限値(Wout(S))との和よりも大きいときに、前記内燃機関を始動する走行制御部(250)とをさらに備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電動車両の電源システム。
  6. 車両駆動パワーを発生するモータ(MG2)を搭載した電動車両(1)の電源システムの制御方法であって、
    前記電源システムは、
    主蓄電装置(BA)と、
    前記モータを駆動制御するインバータ(22)に給電を行う給電ライン(PL2)と、
    前記給電ラインと前記主蓄電装置との間に設けられ、双方向の電圧変換を行う第1の電圧変換器(12A)と、
    互いに並列に設けられた複数の副蓄電装置(BB1,BB2)と、
    前記複数の副蓄電装置と前記給電ラインとの間に設けられ、前記複数の副蓄電装置のうちの1つと前記給電ラインの間で双方向の電圧変換を行う第2の電圧変換器(12B)と、
    前記複数の副蓄電装置と前記第2の電圧変換器との間に設けられ、前記複数の副蓄電装置のうちの選択副蓄電装置(BB)を選択的に前記第2の電圧変換器と接続する接続部(39B)と、
    前記複数の副蓄電装置と前記第2の電圧変換器との間の選択的な接続を制御する切換制御装置(30)とを備え、
    前記制御方法は、
    前記複数の副蓄電装置の充電状態に基づいて、前記選択副蓄電装置の切換要否を判定するステップ(S100)と、
    前記判定するステップによって前記選択副蓄電装置の切換が必要と判断されたときに、前記給電ラインの電圧(VH)を、前記主蓄電装置の出力電圧および切換後に前記第2の電圧変換器と接続される副蓄電装置の出力電圧よりも高い第1の電圧(V1)とするように前記第1の電圧変換器に指示するステップ(S200)と、
    前記給電ラインの電圧が前記第1の電圧に達した後に、前記選択副蓄電装置による入出力電力上限値(Win(S),Wout(S))を徐々に零まで減少させるステップ(S320〜S340)と、
    前記減少させるステップによって前記入出力電力上限値が零に設定されたときに、前記複数の副蓄電装置と前記第2の電圧変換器との間の接続を切換えるステップ(S400)と、
    前記切換えるステップによって前記複数の副蓄電装置と前記第2の電圧変換器との間の接続が切換えられた後に、前記第2の電圧変換器と新たに接続された副蓄電装置の充電状態に対応する値まで、前記入出力電力上限値を徐々に上昇させるステップ(S520〜S540)とを備える、電動車両の電源システムの制御方法。
  7. 前記上昇させるステップ(S520〜S540)による前記入出力電力上限値(Win(S),Wout(S))の上昇処理が終了するまで、前記給電ライン(PL2)の電圧(VH)を前記第1の電圧(V1)とするための前記第1の電圧変換器(12A)への指示を継続するステップ(S540)をさらに備える、請求項6記載の電動車両の電源システムの制御方法。
  8. 前記第1の電圧(V1)は、前記第1の電圧変換器(12A)による前記給電ライン(PL2)の電圧(VH)の制御上限値に相当する、請求項6記載の電動車両の電源システムの制御方法。
  9. 前記減少させるステップ(S320〜S340)による前記入出力電力上限値(Win(S),Wout(S))の減少の開始から、前記接続部(39B)による前記複数の副蓄電装置(BB1,BB2)および前記第2の電圧変換器(12B)の間の接続切換の完了までの期間(t2−t4)において、前記主蓄電装置(BA)の充放電制限を一時的に緩和するステップ(S310,S510)をさらに備える、請求項6記載の電動車両の電源システムの制御方法。
  10. 前記電動車両(1)は、前記モータ(MG2)とは独立に車両駆動パワーを出力可能に構成された内燃機関(4)をさらに搭載し、
    前記電動車両の全体要求パワー(Pttl)が、前記主蓄電装置(BA)による出力電力上限値(Wout(M))と、前記選択副蓄電装置(BB)による出力電力上限値(Wout(S))との和よりも大きいときに、前記内燃機関は始動される、請求項6〜9のいずれか1項に記載の電動車両の電源システムの制御方法。
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