JP5892182B2 - 車両の電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の電源装置に関する。

ハイブリッド車両において、バッテリからの低電圧の出力電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、昇圧された高電圧の電力をモータジェネレータに供給する電源システムが知られている。このような電源システムでは、昇圧コンバータにおける電力損失を低減する技術が提案されている。

たとえば特開２０１０−１１６５１号公報（特許文献１）に開示されたハイブリッド車両は、第１および第２のバッテリと、第１のバッテリの出力電圧を変換してモータジェネレータに出力する第１の昇圧コンバータと、第２のバッテリの出力電圧を変換してモータジェネレータに出力する第２の昇圧コンバータとを備える。このハイブリッド車両の制御装置は、ハイブリッド走行制御中には、第１の昇圧コンバータを作動させる一方で、第２の昇圧コンバータを停止させる。これにより、第２の昇圧コンバータでの電力損失を抑制して、燃費向上を図ることができる。

特開２０１０−１１６５１号公報 特開２０１２−２２２９０７号公報 特開２０１１−１５６０３号公報

ところで、モータジェネレータでの電流消費が少ない場合に、昇圧コンバータの動作と停止を間欠的に行なうことによって、昇圧コンバータのスイッチングによる電力損失を低減する間欠昇圧制御を実行することが考えられる。この制御を行なう場合に、昇圧コンバータを通過する電流やバッテリに出入りする電流（電池電流）も、電流が流れる場合と流れない場合とが高速に切り替わり変動する。

車両制御を行なうＥＣＵ（Electric Control Unit）の構成によっては、制御に使用する電流のデータを計測する周期が遅いため、電流変化を精度よく観測できない場合が考えられる。

より具体的に説明すると、ＥＣＵでは、電池電流を積算することによってバッテリのＳＯＣ（State Of Charge）を推定する方法を採用することができる。この推定方法を用いる場合に、間欠昇圧制御時には電池電流の変化を精度よく観測できないため、ＳＯＣの推定精度が低下する。ＳＯＣの推定精度が低いとＳＯＣの推定値が真値から乖離し得るので、本来は必要ないにも拘らず、バッテリの充電が強制的に行なわれる場合がある。このような場合には、燃費が悪化する可能性がある。

本発明の目的は、間欠昇圧制御による電力損失低減効果を生かしつつ、燃費の悪化を抑制できる車両の電源装置を提供することである。

本発明のある局面に従う車両の電源装置は、発電ユニットと、蓄電装置と、蓄電装置の電圧を昇圧して車両の電気負荷に供給する昇圧コンバータと、昇圧コンバータを連続的に作動させる連続昇圧モードと、昇圧コンバータを間欠的に作動させる間欠昇圧モードとで昇圧コンバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、蓄電装置に出入りする電流に基づいて蓄電装置の充電状態を推定し、前記充電状態の推定値が所定の下限値よりも小さくなると、前記発電ユニットによって前記蓄電装置を強制的に充電する。制御装置は、上記推定値が上記下限値に近づくほど、間欠昇圧モードでの昇圧コンバータの動作を抑制する。

上記構成によれば、充電状態の推定値が上記下限値に近づくほど間欠昇圧モードでの動作が抑制されるため、充電状態の推定精度が低下した場合であっても、上記推定値が上記下限値よりも低いと制御装置が誤って判断することを防止することができる。そのため、本来は必要のない蓄電装置の充電が強制的に行なわれることを防止することができるので、燃費の悪化を抑制することができる。

好ましくは、制御装置は、上記推定値が、上記下限値よりも大きい所定のしきい値以下である場合に、間欠昇圧モードでの昇圧コンバータの動作を抑制する。

上記構成によれば、しきい値を設定することにより、上記下限値と上記しきい値との間の範囲では間欠昇圧モードでの動作を抑制することができる。

好ましくは、上記しきい値は、間欠昇圧モードでの昇圧コンバータの動作によって生じ得る推定値の誤差の最大値だけ、上記下限値よりも大きく決定される。

上記構成によれば、しきい値は、下限値から推定値の誤差の最大値だけ余裕を持って設定されるので、本来は必要のない充電が強制的に行なわれることをより確実に防止することができる。

好ましくは、制御装置は、間欠昇圧モードでの昇圧コンバータの動作を禁止することにより、昇圧コンバータの動作を抑制する。

上記構成によれば、間欠昇圧モードでの動作が禁止されるため、間欠昇圧モードを抑制する場合と比べて、上記推定値が上記下限値よりも低いと制御装置が誤って判断することを確実に防止することができる。

好ましくは、制御装置は、間欠昇圧モードでの蓄電装置の電圧を昇圧する速度を小さくすることにより、昇圧コンバータの動作を抑制する。

上記構成によれば、蓄電装置の電圧を昇圧する速度を小さくすることにより、電池電流の増加が緩やかになるため、上記昇圧速度が大きい場合と比べて、電池電流が時間的に平均化される。そのため、計測のタイミングによる電池電流の値のばらつきを小さくすることができるので、蓄電装置の充電状態の推定精度を向上させることができる。したがって、本来は必要のない蓄電装置の充電が強制的に行なわれることを防止することができる。また、強制的な充電による昇圧コンバータでの電力損失を低減することができる。

好ましくは、制御装置は、間欠昇圧モードでの昇圧コンバータの通過電流を所定値以下に制限することにより、昇圧コンバータの動作を抑制する。

上記構成によれば、昇圧コンバータの通過電流を制限することにより、電池電流を制限することができる。これにより、電池電流の増加が緩やかになるため、上記昇圧速度が大きい場合と比べて、電池電流が時間的に平均化される。そのため、計測のタイミングによる電池電流の値のばらつきを小さくすることができるので、蓄電装置の充電状態の推定精度を向上させることができる。したがって、本来は必要のない蓄電装置の充電が強制的に行なわれることを防止することができる。

本発明によれば、間欠昇圧制御による電力損失低減効果を生かしつつ、燃費の悪化を抑制することができる。

本発明の実施の形態による電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の構成例を説明するためのブロック図である。 図１に示したハイブリッド車両の電気システムの構成例を説明する回路図である。 間欠昇圧モードでコンバータ２００が制御されている場合の電池電流ＩＢについて説明するための波形図である。 バッテリ１５０のＳＯＣに応じたコンバータ２００の制御を説明するための図である。 コンバータ２００による昇圧制御の手順を表わすフローチャートである。 図５のフローチャートのステップＳＴ２５の詳細を示すフローチャートである。 連続昇圧モードと間欠昇圧モードの動作を説明するための波形図である。 復帰レートに応じた電池電流ＩＢを比較するための図である。

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。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態による電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の構成例を説明するためのブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド車両は、エンジン１００と、第１ＭＧ（Motor Generator）１１０と、第２ＭＧ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０と、駆動輪１６０と、制御装置５００とを備える。制御装置５００は、ＰＭ（Power Management）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０と、ＭＧ（Motor Generator）−ＥＣＵ１７２とを含んで構成される。

ハイブリッド車両は、エンジン１００および第２ＭＧ１２０のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０は、動力分割機構１３０を介して連結されている。

動力分割機構１３０は、代表的には、遊星歯車機構として構成される。動力分割機構１３０は、外歯歯車のサンギヤ１３１と、このサンギヤ１３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ１３２と、サンギヤ１３１に噛合するとともにリングギヤ１３２に噛合する複数のピニオンギヤ１３３と、キャリア１３４とを含む。キャリア１３４は、複数のピニオンギヤ１３３を自転かつ公転自在に保持するように構成される。

動力分割機構１３０によって、エンジン１００が発生する動力は、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して駆動輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１ＭＧ１１０を駆動させて発電する経路である。

第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０は、代表的には、永久磁石モータによって構成された、三相交流回転電機である。

第１ＭＧ１１０は、主に「発電機」として動作して、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００からの駆動力により発電することができる。すなわち、エンジン１００および第１ＭＧ１１０は、「発電ユニット」に相当する。第１ＭＧ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。その後、この電力は、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。なお、第１ＭＧ１１０は、エンジン始動時にエンジン１００をモータリングする場合等には、トルク制御の結果として電動機として動作することも可能である。

第２ＭＧ１２０は、主に「電動機」として動作して、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１ＭＧ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力を使用して駆動される。第２ＭＧ１２０が発生する動力は、駆動軸１３５へ伝達され、さらに減速機１４０を介して駆動輪１６０に伝達される。これにより、第２ＭＧ１２０は、エンジン１００をアシストしたり、第２ＭＧ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。

ハイブリッド車両の回生制動時には、減速機１４０を介して駆動輪１６０により第２ＭＧ１２０が駆動される。この場合には、第２ＭＧ１２０は発電機として動作する。これにより第２ＭＧ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして機能する。第２ＭＧ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

バッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０は、第１ＭＧ１１０もしくは第２ＭＧ１２０により発電された電力によって充電することができる。バッテリ１５０の温度・電圧・電流は、電池センサ１５２により検出される。電池センサ１５２は、温度センサ、電圧センサ、電流センサを包括的に標記するものである。

ＰＭ−ＥＣＵ１７０およびＭＧ−ＥＣＵ１７２は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵して構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに従うソフトウェア処理によって、各センサによる検出値に基づく演算処理を実行するように構成される。あるいは、ＰＭ−ＥＣＵ１７０およびＭＧ−ＥＣＵ１７２の少なくとも一部は、専用の電子回路等によるハードウェア処理によって、所定の数値演算処理および／または論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

エンジン１００は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０からの動作指令値に従って制御される。第１ＭＧ１１０、第２ＭＧ１２０、コンバータ２００、インバータ２１０，２２０は、ＭＧ−ＥＣＵ１７２によって制御される。ＰＭ−ＥＣＵ１７０とＭＧ−ＥＣＵ１７２とは双方向に通信可能に接続される。

なお、本実施の形態では、ＰＭ−ＥＣＵ１７０およびＭＧ−ＥＣＵ１７２を別個のＥＣＵによって構成するが、両者の機能を包括する単一のＥＣＵを設けてもよい。

図２は、図１に示したハイブリッド車両の電気システムの構成例を説明する回路図である。

図２を参照して、ハイブリッド車両の電気システムには、コンバータ２００（昇圧コンバータ）と、第１ＭＧ１１０に対応するインバータ２１０と、第２ＭＧ１２０に対応するインバータ２２０と、ＳＭＲ（System Main Relay）２３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２とが設けられる。

コンバータ２００は、直列接続された２個の電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）と、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対応して設けられたダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬを含む。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、正極線ＰＬ２とバッテリ１５０の負極に接続される接地線ＧＬとの間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１のコレクタは正極線ＰＬ２に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタは接地線ＧＬに接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。そして、スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１は、コンバータ２００の上アームを構成し、スイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２は、コンバータ２００の下アームを構成する。

電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等を適宜採用することができる。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフは、ＭＧ−ＥＣＵ１７２からのスイッチング制御信号によって制御される。

リアクトルＬの一方端は、バッテリ１５０の正極に接続される正極線ＰＬ１に接続され、他方端は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノード、すなわち、スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとの接続点に接続される。

コンデンサＣ２は、正極線ＰＬ２と接地線ＧＬとの間に接続される。コンデンサＣ２は、正極線ＰＬ２および接地線ＧＬ間の電圧変動の交流成分を平滑化する。コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１と接地線ＧＬとの間に接続される。コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１および接地線ＧＬ間の電圧変動の交流成分を平滑化する。

さらに、正極線ＰＬ１および接地線ＧＬ間には、エアコンディショナ（Ａ／Ｃ）２４０が接続される。また、図示しないが、正極線ＰＬ１および接地線ＧＬ間には、エアコンディショナ２４０以外の補機が接続されてもよい。エアコンディショナ２４０および上記補機に供給される電流を包括的に補機電流Ｉｄｃと表す。

リアクトルＬに流れる電流（以下、リアクトル電流）ＩＬは、電流センサＳＥＩＬによって検出される。電圧センサ１８０は、コンバータ２００の出力電圧であるコンデンサＣ２の端子間電圧、すなわち正極線ＰＬ２と接地線ＧＬとの間の電圧ＶＨ（システム電圧）を検出し、その検出値をＭＧ−ＥＣＵ１７２へ出力する。

コンバータ２００と、インバータ２１０およびインバータ２２０とは、正極線ＰＬ２および接地線ＧＬを介して、互いに電気的に接続される。

コンバータ２００は、昇圧動作時には、バッテリ１５０から供給された直流電圧ＶＢ（コンデンサＣ１の両端の電圧）を昇圧し、昇圧されたシステム電圧ＶＨをインバータ２１０，２２０へ供給する。より具体的には、ＭＧ−ＥＣＵ１７２からのスイッチング制御信号に応答して、スイッチング素子Ｑ１のオン期間およびＱ２のオン期間が交互に設けられ、昇圧比は、これらのオン期間の比に応じたものとなる。

コンバータ２００は、降圧動作時には、コンデンサＣ２を介してインバータ２１０，２２０から供給されたシステム電圧ＶＨを降圧してバッテリ１５０を充電する。より具体的には、ＭＧ−ＥＣＵ１７２からのスイッチング制御信号に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は、上記オン期間のデューティ比に応じたものとなる。

コンバータ２００の昇降圧停止時には、スイッチング素子Ｑ１がオン固定に設定され、スイッチング素子Ｑ２がオフ固定に設定される。

インバータ２１０は、一般的な三相インバータで構成され、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。アーム１５〜１７は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８と、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８とを含む。

インバータ２１０は、車両走行時には、車両走行に要求される駆動力（車両駆動トルク、発電トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従って第１ＭＧ１１０が動作するように、第１ＭＧ１１０の各相コイルの電流または電圧を制御する。すなわち、インバータ２１０は、正極線ＰＬ２および第１ＭＧ１１０の間で双方向のＤＣ／ＡＣ電力変換を実行する。

インバータ２２０は、インバータ２１０と同様に、一般的な三相インバータで構成される。インバータ２２０は、車両走行時には、車両走行に要求される駆動力（車両駆動トルク、回生制動トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従って第２ＭＧ１２０が動作するように、第２ＭＧ１２０の各相コイルの電流または電圧を制御する。すなわち、インバータ２２０は、正極線ＰＬ２および第２ＭＧ１２０の間で双方向のＤＣ／ＡＣ電力変換を実行する。

ＰＭ−ＥＣＵ１７０は、アクセル開度Ａｃｃおよびハイブリッド車両の車速Ｖに基づいて、第１ＭＧ１１０のトルク指令値ＴＲ１、および第２ＭＧ１２０のトルク指令値ＴＲ２を算出する。

ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、ＰＭ−ＥＣＵ１７０で算出された第１ＭＧ１１０のトルク指令値ＴＲ１、第２ＭＧ１２０のトルク指令値ＴＲ２、第１ＭＧ１１０のモータ回転数ＭＲＮ１，第２ＭＧ１２０のモータ回転数ＭＲＮ２に基づいて、コンバータ２００の出力電圧（システム電圧）ＶＨの最適値（目標値）、すなわち指令電圧ＶＨ＊を算出する。ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、電圧センサ１８０によって検出されるコンバータ２００の出力電圧ＶＨと、指令電圧ＶＨ＊とに基づいて、出力電圧ＶＨを指令電圧ＶＨ＊に制御するためデューティ比を計算し、コンバータ２００を制御する。

ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、コンバータ２００を連続昇圧モードと、間欠昇圧モードのいずれかに設定して制御する。連続昇圧モードは、コンバータ２００が昇圧動作を停止することなく実行するモードである。間欠昇圧モードは、コンバータ２００が昇圧動作と、昇圧動作の停止とを間欠的に繰り返すモードである。コンバータ２００が昇圧動作を実行するときには、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフが切り換えられる。コンバータ２００が昇圧動作を停止するときには、スイッチング素子Ｑ１がオン固定に設定され、スイッチング素子Ｑ２がオフ固定に設定される。

連続昇圧モードでコンバータ２００が昇圧しない場合と、間欠昇圧モードでコンバータ２００が昇圧を停止する場合とは、以下の点で相違する。

連続昇圧モードでは、バッテリ１５０の電圧がコンバータ２００を介してインバータ２１０，２２０へ供給される。したがって、連続昇圧モードでコンバータ２００が昇圧しない場合には、バッテリ１５０の電圧が昇圧されずにコンバータ２００を介して（デューティ比が１で）そのままインバータ２１０，２２０へ供給される。

一方、間欠昇圧モードでコンバータ２００が昇圧を停止するときには、バッテリ１５０の電圧はコンバータ２００を介してインバータ２１０，２２０へ供給されることがない。

制御装置５００（具体的にはＰＭ−ＥＣＵ１７０）は、電池電流ＩＢの積算によってバッテリ１５０のＳＯＣを推定する。電流積算によるＳＯＣの推定方法は一般的な方法を採用することができるので、ここでは説明は繰返さない。しかしながら、本実施の形態では、間欠昇圧モードでの制御時には電池電流ＩＢが高速に変動するという特徴を有する。

図３は、間欠昇圧モードでコンバータ２００が制御されている場合の電池電流ＩＢについて説明するための波形図である。図３を参照して、間欠昇圧制御を行なうと、電池電流ＩＢが非常に短い周期（たとえば３〜５ｍｓ）で変動する。このような電流の変動周期に比べて、電流を計測する周期が十分に小さくないと正確な電流の観測ができない。

しかしながら、電流を計測する周期を小さくしようとすると、高速ＣＰＵを使用したり、通信頻度を上げたりしなくてはならず、コスト上昇の要因となる。したがって、本実施の形態において制御装置５００には、電池電流ＩＢの変動周期よりも制御周期が大きいＣＰＵが用いられる。一例として、電池電流ＩＢの変動周期が約５ｍｓであるのに対し、制御装置５００のＣＰＵの制御周期は約８ｍｓである。

このように電池電流ＩＢを計測する時間間隔が電池電流ＩＢの変動間隔よりも大きい場合には、正確な電流の観測ができないので、間欠昇圧モードでの制御時には電池電流ＩＢの計測精度が低下する。そのため、ＳＯＣの推定精度が低下して、ＳＯＣの推定値が真値から乖離する可能性がある。つまり、制御装置５００は、間欠昇圧モードでの制御時には相対的に推定精度の低いＳＯＣに基づいて、バッテリ１５０の充電あるいは放電を行なうようにコンバータ２００を制御する。

図４は、バッテリ１５０のＳＯＣに応じたコンバータ２００の制御を説明するための図である。図４を参照して、横軸はバッテリ１５０のＳＯＣを表し、縦軸はバッテリ１５０の開放端電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）を表す。

バッテリ１５０のＳＯＣには、上限値ＵＬと下限値ＬＬとが定められている。ＳＯＣが上限値ＵＬよりも高い場合には、ＳＯＣの上昇に従って、バッテリ１５０の電圧ＶＢは急激に上昇する。そのため、バッテリ１５０を保護するために、制御装置５００は、ＳＯＣが上限値ＵＬよりも高い場合には、バッテリ１５０から放電するようにコンバータ２００を制御する。

一方、ＳＯＣが下限値ＬＬよりも低い場合には、ＳＯＣの低下に従って、バッテリ１５０の電圧ＶＢは急激に低下する。そのため、制御装置５００は、ＳＯＣが下限値ＬＬよりも低い場合には、バッテリ１５０を充電するようにコンバータ２００を制御する。言い換えると、制御装置５００は、バッテリ１５０に出入りする電池電流ＩＢに基づいてバッテリ１５０のＳＯＣを推定し、ＳＯＣの推定値が所定の下限値ＬＬよりも小さくなると、エンジン１００および第１ＭＧ１１０によってバッテリ１５０を強制的に充電する。

以下、ＳＯＣが上限値ＵＬよりも高い場合に行なわれる放電を強制放電と称し、ＳＯＣが下限値ＬＬよりも低い場合に行なわれる充電を強制充電と称する。

上述のようにＳＯＣの推定値が真値から乖離すると、ＳＯＣの真値は上限値ＵＬよりも十分に低いにも拘らず、ＳＯＣの推定値が上限値ＵＬよりも高いと制御装置５００が誤って判断することが考えられる。この場合には強制放電が行なわれるので、ＳＯＣが急激に低下する。その結果、たとえばＳＯＣを表示するインジケータが変化するなどによって、使用者はＳＯＣが不自然に低下したことに違和感を覚える恐れがある。

反対に、ＳＯＣの真値は下限値ＬＬよりも十分に高いにも拘らず、ＳＯＣ推定値が下限値ＬＬよりも低いと制御装置５００が誤って判断することも考えられる。この場合には強制充電が行なわれるので、エンジン１００が運転される。このエンジン１００の運転は誤った判断に基づいて行われるものであるため、燃費が悪化する可能性がある。また、意図しないタイミングでエンジン１００の運転が開始されるので、使用者に違和感を与える恐れがある。

そこで、下限値ＬＬと上限値ＵＬとの間にはしきい値Ｋ１，Ｋ２が定められる。しきい値Ｋ１は、下限値ＬＬと中心値Ｃとの間に定められている。しきい値Ｋ２は、中心値Ｃと上限値ＵＬとの間に定められている（Ｋ１＜Ｃ＜Ｋ２）。中心値Ｃは、たとえば上限値ＵＬと下限値ＬＬとの平均値であるが、上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間の値であればこれに限定されるものではない。

さらに、しきい値Ｋ１は、ＳＯＣの下限値ＬＬに、間欠昇圧モードでの制御時に想定されるＳＯＣの誤差ΔＳＯＣを加算した値とすることが好ましい。言い換えると、しきい値Ｋ１は、間欠昇圧モードでのコンバータ２００の動作によって生じ得るＳＯＣの推定値の誤差の最大値（ΔＳＯＣ）だけ下限値ＬＬよりも大きく決定される。同じく、しきい値Ｋ２は、ＳＯＣの上限値ＵＬから誤差ΔＳＯＣを減算した値とすることが好ましい。誤差ΔＳＯＣの決定方法については後に詳細に説明する。

ＳＯＣがしきい値Ｋ１，Ｋ２により定められた範囲内の場合（ＳＯＣがしきい値Ｋ１以上かつしきい値Ｋ２以下の場合）には、間欠昇圧モードによる制御が許可される。一方、ＳＯＣが上記範囲外の場合（ＳＯＣがしきい値Ｋ１未満またはしきい値Ｋ２よりも大きい場合）には、間欠昇圧モードによる制御は禁止される。すなわち、連続昇圧モードによる制御が実行される。以下、上記範囲を許可範囲とも称する。

しきい値Ｋ１よりも大きく、かつ中心値Ｃ以下のＳＯＣの範囲は、下限値ＬＬよりも大きく、かつ、しきい値Ｋ１以下の範囲と比べて、常用的に利用される範囲である。そのため、許可範囲を設定することにより、常用的に利用されるＳＯＣの範囲では、間欠昇圧モードでのコンバータ２００の動作を許可する一方で、あまり利用されないＳＯＣの範囲（下限値ＬＬよりも大きく、かつ、しきい値Ｋ１以下の範囲）では、間欠昇圧モードでのコンバータ２００の動作が抑制される。すなわち、間欠昇圧モードでの昇圧コンバータの動作が抑制されるＳＯＣの範囲を、あまり利用されない範囲に限定することができる。

図５は、コンバータ２００による昇圧制御の手順を表わすフローチャートである。図７は、連続昇圧モードと間欠昇圧モードの動作を説明するための波形図である。

なお、図７（ａ）は、連続昇圧モードと間欠昇圧モードにおけるコンバータ２００の出力電圧（システム電圧）ＶＨを表わす図である。図７（ｂ）は、連続昇圧モードと間欠昇圧モードにおけるリアクトル電流ＩＬを表わす図である。リアクトル電流ＩＬは、実際には、コンバータ２００のスイッチングによって変動するが、図７（ｂ）では、スイッチングによる変動成分を平滑化したものが示されている。図７（ｃ）は、連続昇圧モードと間欠昇圧モードにおけるスイッチングによる昇圧損失電力量ＬＰを表わす図である。

図２、図４および図５を参照して、ステップＳＴ１０において、制御装置５００は、コンバータ２００を連続昇圧モードに設定する。コンバータ２００は、昇圧動作を停止することなく昇圧動作を実行する。

その後、ステップＳＴ２０において、制御装置５００は、過去の所定期間のリアクトル電流ＩＬの平均値ＩＬＭがしきい値ＴＨ１未満になると、処理をステップＳＴ２５に進ませる。ステップＳＴ２５では、制御装置５００は、間欠昇圧モードを許可するか否かを判断するために、電池条件を確認する。

図６は、図５のフローチャートのステップＳＴ２５の詳細を示すフローチャートである。図２および図６を参照して、ステップＳＴ２５の処理が開始されると、ステップＳＴ１００において、制御装置５００は、電池センサ１５２から電池電流ＩＢを取得し、電池電流ＩＢを積算することによってバッテリ１５０のＳＯＣの推定値を算出する。そして、制御装置５００は、バッテリ１５０のＳＯＣが許可範囲（図４のしきい値Ｋ１，Ｋ２の間の範囲）内であるか否かを判断する。

ステップＳＴ１００において、ＳＯＣが許可範囲外の場合には、制御装置５００は、ステップＳＴ１１０に処理を進ませて、間欠昇圧モード禁止と判定して、図５のフローチャートのステップＳＴ１０に処理を戻す。この場合には、コンバータ２００は、連続昇圧モードに設定され、動作を行なう。

言い換えると、制御装置５００は、ＳＯＣの推定値が下限値ＬＬに近づくほど、間欠昇圧モードでのコンバータ２００の動作を抑制する。本実施の形態において、制御装置５００は、間欠昇圧モードでのコンバータ２００の動作を禁止することにより、コンバータ２００の動作を抑制する。

一方、ステップＳＴ１００において、ＳＯＣが許可範囲内の場合には、制御装置５００は、ステップＳＴ１２０に処理を進ませて、間欠昇圧モード許可と判定して、図５のフローチャートのステップＳＴ３０に処理を進ませる。この場合には、コンバータ２００は、間欠昇圧モードに設定され、動作を行なう。

ステップＳＴ３０において、制御装置５００は、コンバータ２００を間欠昇圧モードに設定する。間欠昇圧モードに設定した場合、制御装置５００は、まず、コンバータ２００による昇圧動作を停止させる（たとえば、図７の（１）の時点を参照）。なお、間欠昇圧モードに設定後、すぐに昇圧動作を停止しても、所定時間の経過後に昇圧動作を停止してもよい。昇圧許可状態と昇圧禁止状態とを繰返すように動作していれば、間欠昇圧モードに含まれる。

コンバータ２００の昇圧動作が停止すると、バッテリ１５０から電流が出力されないのでリアクトル電流ＩＬが０となり、昇圧損失電力量ＬＰは０となる。コンバータ２００の昇圧動作が停止されているときには、コンデンサＣ２に蓄積された電力で、第１ＭＧ１１０および／または第２ＭＧ１２０が駆動される。コンデンサＣ２から電荷が放出されることによって、システム電圧ＶＨが減少することになる。

その後、ステップＳＴ４０において、制御装置５００は、システム電圧ＶＨと指令電圧ＶＨ＊との乖離量｜ＶＨ＊−ＶＨ｜が限界値ΔＶＨ以上となったときには、処理をステップＳＴ５０に進ませる。ステップＳＴ５０において、制御装置５００は、コンバータ２００による昇圧動作を再開させる（たとえば、図７の（２）の時点を参照）。

コンバータ２００の昇圧動作が再開すると、コンデンサＣ２を充電しながら第１ＭＧ１１０および／または第２ＭＧ１２０を駆動するのに必要な電流（復帰電流）がバッテリ１５０から供給されるため、リアクトル電流ＩＬが増加し、昇圧損失電力量ＬＰが増加する。

その後、ステップＳＴ６０において、制御装置５００は、システム電圧ＶＨが指令電圧ＶＨ＊と等しくなると、処理をステップＳＴ７０に進ませる。ステップＳＴ７０において、制御装置５００は、コンバータ２００による昇圧動作を停止させる（たとえば、図７の（３）の時点を参照）。ステップＳＴ７０の次には、再びステップＳＴ４０以降の処理が実行される。

一方、ステップＳＴ８０において、制御装置５００は、過去の所定期間のリアクトル電流ＩＬの平均値ＩＬＭがしきい値ＴＨ２を超えるようになると、ステップＳＴ９０に処理を進めてコンバータ２００を連続昇圧モードに設定する。コンバータ２００は、停止することなく昇圧動作を実行する（たとえば、図７の（４）の時点を参照）。図７の（４）の時点では、指令電圧ＶＨ＊が増加し、リアクトル電流ＩＬが増加していることが示されている。ステップＳＴ９０が終了すると、図５に示す一連の処理が終了する。

図７（ｃ）では、間欠昇圧モードの１つの昇圧停止期間と後続の昇圧期間を１組としたときに、昇圧損失電力量ＬＰがどれだけ低減したかが示されている。基準損失電力ＢＳよりも上側にある昇圧損失電力量ＬＰを表わす線と基準損失電力ＢＳを表わす線の間の領域の面積Ｐ３は、連続昇圧モードで動作するよりも増加した昇圧損失電力量ＬＰの合計を表わす。基準損失電力ＢＳよりも下側にある昇圧損失電力量ＬＰを表わす線と基準損失電力ＢＳを表わす線の間の領域の面積Ｐ０は、連続昇圧モードで動作するよりも減少した昇圧損失電力量の合計を表わす。Ｐ０からＰ２（＝Ｐ３）を減算した値Ｐ１が、１組の昇圧停止期間と後続の昇圧期間において、間欠昇圧モードで動作させることによって連続昇圧モードで動作させるよりも低減した昇圧損失電力量の合計である。

図７（ｃ）に示されるように、間欠昇圧モードに設定することによって、昇圧損失電力量を減少させることができる。また、昇圧停止期間が長いほど、損失低減効果が大きくなる。

ここで、ステップＳＴ２５において、制御装置５００は、ＳＯＣが許可範囲（図４のしきい値Ｋ１，Ｋ２の間の範囲）内であるか、あるいは許可範囲外であるかに応じて、間欠昇圧モードに移行するか否かを決定する。以下、許可範囲を定める理由について説明する。

図４に示すように、しきい値Ｋ１は、下限値ＬＬよりも誤差ΔＳＯＣだけ大きく定められている。ここで誤差ΔＳＯＣは、間欠昇圧モードにおけるＳＯＣの推定精度の低下に備えて、いわゆるマージンとして設けられているということができる。すなわち、このマージンを設けることにより、ＳＯＣの真値が下限値ＬＬ以上であるにも拘らず、ＳＯＣの推定値が下限値ＬＬ未満であると制御装置５００が誤って判断する可能性を低くすることができる。その結果、誤った判断に基づいて強制充電が行なわれることを防止することができる。

一方、しきい値Ｋ２は、上限値ＵＬよりも誤差ΔＳＯＣだけ小さく定められている。この誤差ΔＳＯＣも同様にマージンとして設けられている。そのため、ＳＯＣの真値が上限値ＵＬ以下であるにも拘らず、ＳＯＣの推定値が上限値ＵＬよりも大きいと制御装置５００が誤って判断する可能性を低くすることができる。その結果、誤った判断に基づいて強制放電が行なわれることを防止することができる。

このように、間欠昇圧モードでの制御を許可する範囲を、しきい値Ｋ１，Ｋ２を用いて限定することによって、たとえ間欠昇圧モードでの制御中にＳＯＣの推定精度が低下した場合であっても、強制充電あるいは強制放電が行なわれる可能性を低くすることができる。したがって、燃費を向上させることができるとともに、使用者に違和感を与えることを防止することができる。

次に、図４に示す誤差ΔＳＯＣの決定方法について説明する。上述のように、誤差ΔＳＯＣは、間欠昇圧モードでの制御時に生じ得るＳＯＣの誤差の最大値とすることが好ましい。つまり、生じ得る誤差の最大値をマージンとして設定することが好ましい。

電池電流ＩＢ、リアクトル電流ＩＬおよび補機電流Ｉｄｃの間には、ＩＢ＝ＩＬ＋Ｉｄｃとの関係が成立する。補機電流Ｉｄｃは昇圧モードに応じて変化するものではないため、間欠昇圧モードにおける電池電流ＩＢ１、および連続昇圧モードにおける電池電流ＩＢ２は、それぞれ下記の式（１），（２）のように表される。ただし、ＩＬ１は間欠昇圧モードにおけるリアクトル電流であり、ＩＬ２は連続昇圧モードにおけるリアクトル電流である。

ＩＢ１＝ＩＬ１＋Ｉｄｃ ・・・（１）
ＩＢ２＝ＩＬ２＋Ｉｄｃ ・・・（２）
図７に示すように、連続昇圧モードにおいてリアクトル電流ＩＬ２は一定であるので、リアクトル電流ＩＬ２は正確に計測することができる。そのため、連続昇圧モードにおける計測を基準として、間欠昇圧モードにおける電池電流ＩＢの計測では誤差が最大でどれだけ生じ得るかを説明する。

連続昇圧モードを基準とした場合に、間欠昇圧モードでの電池電流ＩＢの増加量ΔＩＢは下記の式（３）で表される。

ΔＩＢ＝ＩＢ１−ＩＢ２＝ＩＬ１−ＩＬ２ ・・・（３）
間欠昇圧モードにおいて、リアクトル電流ＩＬ１は時間的に変化し、リアクトル電流ＩＬ２を基準として最大で（ＩＬ１ｍａｘ−ＩＬ２）だけ増加する（図７参照）。

ΔＩＢ≦ＩＬ１ｍａｘ−ＩＬ２ ・・・（４）
バッテリ１５０から供給される電荷量（単位：Ａｈ）は、計測された電池電流ＩＢ（単位：Ａ）を間欠昇圧モードの期間（単位：ｈ）積算することにより得られる。この電荷量が最大となるのは、電池電流ＩＢを計測するタイミングの各々が、リアクトル電流ＩＬ１が最大値ＩＬ１ｍａｘとなるタイミングと一致していた場合である。したがって、電荷量の最大値は、（ＩＬ１ｍａｘ−ＩＬ２）×Δｔと表される（図７に面積Ｑ０で示す）。ただし、Δｔは、間欠昇圧モードにおいて、リアクトル電流ＩＬの平均値ＩＬＭがしきい値ＴＨ２を超えるまでの期間（図７の（１）の時点と（４）の時点との間の期間）である。

よって、誤差ΔＳＯＣは、下記の式（５）で表すことができる。
ΔＳＯＣ＝（ＩＬ１ｍａｘ−ＩＬ２）×Δｔ／Ｃ０ ・・・（５）
ただし、Ｃ０はバッテリ１５０の容量Ｃ０（単位：Ａｈ）である。つまり、（ＩＬ１ｍａｘ−ＩＬ２）×Δｔを容量Ｃ０で徐算することにより、電荷量をＳＯＣに換算している。

以上のように、十分なマージンとなるように誤差ΔＳＯＣを決定することにより、本来はバッテリ１５０の充放電が不要であるにも拘らず、強制充電あるいは強制放電が実行されることを防止することができる。ただし、誤差ΔＳＯＣの決定方法は、この方法に限定されるものではない。

［実施の形態２］
間欠昇圧モードでのコンバータ２００の動作を抑制する方法は、実施の形態１で説明した方法に限定されるものではない。実施の形態２では、電池電流ＩＢの計測精度を向上することによって、間欠昇圧モードでの動作を抑制する。

実施の形態２に係るハイブリッド車両の電気システムの構成は、実施の形態１における電気システムの構成（図１および図２参照）と同等であるため、説明は繰返さない。

再び図２を参照して、実施の形態１で説明したように、間欠昇圧モードにおいて、コンバータ２００内のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、制御装置５００からのスイッチング制御信号に基づいてスイッチング制御される。コンバータ２００で単位時間当たりに昇圧される電圧の大きさ、すなわち単位時間当たりのシステム電圧ＶＨの増加量（以下、復帰レート（単位：Ｖ／ｓ）とも称する）は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間およびスイッチング素子Ｑ２のオン期間の比に応じたものとなる。つまり、制御装置５００は、スイッチング制御信号によって復帰レートを調整することができる。

図８は、復帰レートに応じた電池電流ＩＢを比較するための図である。横軸は時間軸である。縦軸は、システム電圧ＶＨ、リアクトル電流ＩＬまたは電池電流ＩＢを示す。図８（Ｂ）に示す復帰レートＲＴＳは、図８（Ａ）に示す復帰レートＲＴＦよりも小さい。

図８（Ａ）に示すように、復帰レートが大きい場合には、リアクトル電流ＩＬの増加が急峻である。電池電流ＩＢはリアクトル電流ＩＬに補機電流Ｉｄｃ（図８では一定値）を加算したものであるので、復帰レートが大きい場合には、電池電流ＩＢの増加も急峻になる。制御装置５００が電池電流ＩＢを計測する周期は電池電流ＩＢの変動周期よりも大きいので、図８（Ａ）では、制御装置５００が取得する電池電流ＩＢの値は計測のタイミングによって大きく異なり得る。

これに対し、実施の形態２において制御装置５００は、図８（Ｂ）に示すように、復帰レートＲＦＳが小さくなるようにコンバータ２００を制御する。言い換えると、制御装置５００は、バッテリ１５０の電圧ＶＢを昇圧する速度を小さくする。

これにより、電池電流ＩＢの増加が緩やかになるため、図８（Ａ）と比べて、電池電流ＩＢが時間的に平均化される。その結果として、計測のタイミングによる電池電流ＩＢの値のばらつきを小さくすることができる。したがって、ＳＯＣの推定精度を向上させることができる。よって、本来は必要のない強制充電あるいは強制放電が行なわれることを防止することができる。

［実施の形態２の変形例］
実施の形態２の変形例において、制御装置５００は、リアクトル電流ＩＬを所定値以下に制限する。言い換えると、制御装置５００は、間欠昇圧モードでのコンバータ２００の通過電流を所定値以下に制限することにより、コンバータ２００の動作を抑制する。

リアクトル電流ＩＬを所定値以下に制限することは、上述の復帰レートの調整と同様に、スイッチング素子Ｑ１のオン期間およびスイッチング素子Ｑ２のオン期間の比をある範囲内に限定することにより実現可能である。

リアクトル電流ＩＬをある所定値以下に制限すると、電池電流ＩＢも別の所定値以下に制限される。これにより、電池電流ＩＢの急峻な増加が抑制される。すなわち、図８（Ｂ）の説明と同様に、電池電流ＩＢの増加が緩やかになるため、電池電流ＩＢが時間的に平均化される。したがって、ＳＯＣの推定精度を向上させることができる。なお、リアクトル電流ＩＬは「昇圧コンバータの通過電流」に相当する。

以上のように、実施の形態１，２および実施の形態２の変形例では、所定のＳＯＣの範囲外では間欠昇圧モードでの制御を禁止する制御、復帰レートを遅くする制御、リアクトル電流ＩＬを制限する制御についてそれぞれ説明したが、これらの制御を適宜組み合わせることも可能である。なお、これらの制御はいずれも「間欠昇圧モードでの昇圧コンバータの動作を抑制する制御」の実現例に相当する。

最後に、再び図１、図２および図４を参照して、本実施の形態について総括する。車両の電源装置は、エンジン１００および第１ＭＧ１１０（発電ユニット）と、バッテリ１５０と、バッテリ１５０の電圧を昇圧して車両のインバータ２１０，２２０（電気負荷）に供給するコンバータ２００と、コンバータ２００を連続的に作動させる連続昇圧モードと、コンバータ２００を間欠的に作動させる間欠昇圧モードとでコンバータ２００を制御する制御装置５００とを備える。制御装置５００は、バッテリ１５０に出入りする電池電流ＩＢに基づいてバッテリ１５０のＳＯＣを推定し、ＳＯＣの推定値が所定の下限値ＬＬよりも小さくなると、エンジン１００および第１ＭＧ１１０によってバッテリ１５０を強制的に充電する。制御装置５００は、ＳＯＣの推定値が下限値ＬＬに近づくほど、間欠昇圧モードでのコンバータ２００の動作を抑制する。

好ましくは、制御装置５００は、上記推定値が、下限値ＬＬよりも大きいしきい値Ｋ１以下である場合に、間欠昇圧モードでのコンバータ２００の動作を抑制する。

好ましくは、しきい値Ｋ１は、間欠昇圧モードでのコンバータ２００の動作によって生じ得るＳＯＣの推定値の誤差の最大値ΔＳＯＣだけ、下限値ＬＬよりも大きく決定される。

好ましくは、制御装置５００は、間欠昇圧モードでのコンバータ２００の動作を禁止することにより、コンバータ２００の動作を抑制する。

好ましくは、制御装置５００は、間欠昇圧モードでのバッテリ１５０の電圧ＶＢを昇圧する速度を小さくすることにより、コンバータ２００の動作を抑制する。

好ましくは、制御装置５００は、間欠昇圧モードでのコンバータ２００のリアクトル電流ＩＬを所定値以下に制限することにより、コンバータ２００の動作を抑制する。

なお、本発明の実施形態では、連続昇圧モードと間欠昇圧モードを設けたが、連続降圧モードと間欠降圧モードを設けることとしてもよい。すなわち、ＭＧ−ＥＣＵ１７２は、コンバータ２００を連続降圧モードと、間欠降圧モードのいずれかに設定する。連続降圧モードは、コンバータ２００が降圧動作を停止することなく実行するモードである。間欠降圧モードは、コンバータ２００が降圧動作と、降圧動作の停止とを間欠的に繰り返すモードである。コンバータ２００が降圧動作を実行するときには、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間とが交互に切り換えられる。コンバータ２００が降圧動作を停止するときには、スイッチング素子Ｑ１がオン固定に設定され、スイッチング素子Ｑ２がオフ固定に設定される。

また、本実施の形態ではハイブリッド車両について説明したが、燃料電池車両についても本発明を適用することは可能である。その場合には、燃料電池ユニットが「発電ユニット」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、上記した説明ではなく、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。

１００ エンジン、１１０ 第１ＭＧ、１２０ 第２ＭＧ、１１２，１２２ 中性点、１３０ 動力分割機構、１３１ サンギヤ、１３２ リングギヤ、１３３ ピニオンギヤ、１３４ キャリア、１３５ リングギヤ軸（駆動軸）、１４０ 減速機、１５０ バッテリ、１５２ 電池センサ、１６０ 駆動輪、１７０ ＰＭ−ＥＣＵ、１７２ ＭＧ−ＥＣＵ、１８０ 電圧センサ、２００ コンバータ、２１０，２２０ インバータ、２３０ ＳＭＲ、２４０ エアコンディショナ、５００ 制御装置、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＧＬ 接地線、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｌ リアクトル。

Claims (5)

1. 発電ユニットと、
   蓄電装置と、
   前記蓄電装置の電圧を昇圧して車両の電気負荷に供給する昇圧コンバータと、
   前記昇圧コンバータを連続的に作動させる連続昇圧モードと、前記昇圧コンバータを間欠的に作動させる間欠昇圧モードとで前記昇圧コンバータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記蓄電装置に出入りする電流に基づいて前記蓄電装置の充電状態を推定し、前記充電状態の推定値が所定の下限値よりも小さくなると、前記発電ユニットによって前記蓄電装置を強制的に充電し、
   前記制御装置は、前記推定値が、前記下限値よりも大きい所定のしきい値以下である場合に、前記間欠昇圧モードでの前記昇圧コンバータの動作を抑制する、車両の電源装置。
2. 前記しきい値は、前記間欠昇圧モードでの前記昇圧コンバータの前記動作によって生じ得る前記推定値の誤差の最大値だけ、前記下限値よりも大きく決定される、請求項１に記載の車両の電源装置。
3. 前記制御装置は、前記間欠昇圧モードでの前記昇圧コンバータの前記動作を禁止することにより、前記昇圧コンバータの前記動作を抑制する、請求項１または２に記載の車両の電源装置。
4. 前記制御装置は、前記間欠昇圧モードでの前記蓄電装置の前記電圧を昇圧する速度を小さくすることにより、前記昇圧コンバータの前記動作を抑制する、請求項１または２に記載の車両の電源装置。
5. 前記制御装置は、前記間欠昇圧モードでの前記昇圧コンバータの通過電流を所定値以下に制限することにより、前記昇圧コンバータの前記動作を抑制する、請求項１または２に記載の車両の電源装置。

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