JP5987892B2

JP5987892B2 - 車両の電源システム

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Publication number: JP5987892B2
Application number: JP2014249759A
Authority: JP
Inventors: 将平大井; 亮次佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: JP2016111887A

Description

本発明は、車両の電源システムに係り、特に、駆動装置に電源を供給するための給電ラインに複数の蓄電装置がそれぞれ昇圧コンバータを介して並列接続された車両の電源システムに関する。

従来、例えば下記の特許文献１には、モータを含む駆動装置に電源を供給するための給電ラインに複数の蓄電装置がそれぞれ昇圧コンバータを介して並列接続された車両の電源システムが開示されている。この車両の電源システムでは、駆動装置の要求パワーを各蓄電装置のＳＯＣ（State of charge）に基づいて定められる電力分配比に応じて複数の蓄電装置の入出力電力を決定する構成が記載されている。

特開２０１１−９７６９３号公報

上記特許文献１に記載の電源システムを搭載した車両が例えば下り坂を走行する等によってモータで回生制動するとき、モータによって発電された回生電力が複数の蓄電装置に電力分配されて充電される。しかし、そのときに上記複数の蓄電装置が満充電またはそれに近い状態になると、それ以上の回生電力を受けることができなくなる。そうすると、モータによる回生ブレーキが使えなくなるため、車両の制動は油圧式ブレーキ（すなわちドライバーが操作するフットブレーキ）のみに切り換える必要がある。その結果、このようなブレーキ状態の切り換えがドライバーに違和感を与える可能性があるという問題がある。

本発明の目的は、回生制動時に複数の蓄電装置が満充電またはそれに近い状態になるのを遅らせることで回生ブレーキを長く使えるようにする車両の電源システムを提供することである。

本発明は、駆動装置に電力を供給するための車両の電源システムであって、複数の蓄電装置と、前記駆動装置の給電ラインに対して並列に接続され、前記蓄電装置と前記給電ラインとの間で直流電圧変換をそれぞれ行う複数のコンバータと、前記複数の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、前記車両が回生制動中であるとき前記駆動装置による回生電力を前記複数の蓄電装置の充電状態によって定まる電力分配比に応じて前記複数の蓄電装置の各入力電力を設定する設定手段と、所定条件を満たすとき前記複数のコンバータにおける総コンバータ電力損失が前記設定手段で設定された前記各入力電力で制御する場合以上になるように前記各蓄電装置にそれぞれ分配された前記各入力電力を所定範囲内で調整する調整手段とを含む。

本発明に係る車両の電源システムにおいて、前記所定条件を満たすときとは、回生制動中であるときの所定時間期間内における前記回生電力の積算値が電力閾値を超えたとき、前記複数の蓄電装置の充電状態を示すＳＯＣの時間変化率が所定値より大きいとき、前記複数の蓄電装置のうち少なくとも１つの蓄電装置のＳＯＣが所定閾値を超えたとき、下り坂走行が所定時間以上継続したとき、および、下り坂走行が継続すると予測されるとき、の少なくともいずれかであってもよい。

また、本発明に係る車両の電源システムにおいて、前記複数のコンバータはリアクトルをそれぞれ含み、前記制御装置は、前記複数の蓄電装置の各電圧、前記給電ラインにおける電圧、および、前記複数のコンバータの各リアクトル電流を用いて前記各入力電力の調整を実行してもよい。

この場合、前記制御装置は、さらに、前記コンバータの制御に用いるキャリア周波数を用いて前記各入力電力の調整を実行してもよい。

さらに、本発明に係る車両の電源システムにおいて、前記制御装置における電力分配調整では、前記回生電力が一定の条件下で電力分配比を変更してそのときの前記複数のコンバータにおける総コンバータ電力損失候補を算出および記憶する処理を少なくとも１回行い、前記電力分配比に基づいて分配した前記各入力電力の組合せによる総コンバータ電力損失と前記総コンバータ電力損失候補とのうち最大となる総コンバータ電力損失に対応する前記各入力電力の組合せを調整後の入力電力に設定してもよい。

この場合、前記複数の蓄電装置は第１の蓄電装置および第２の蓄電装置を含み、前記第１の蓄電装置および前記第２の蓄電装置の各電圧が異なる場合、この電圧が高い方の蓄電装置の入力電力を減少させるように前記第１および第２の蓄電装置の入力電力を変更して前記総コンバータ電力損失候補の算出および前記調整後の入力電力の設定を行ってもよい。

本発明に係る車両の電源システムによれば、各蓄電装置への電力分配を調整して総コンバータ電力損失を増加させることで回生電力の少なくとも一部を消費させることができ、その分、回生ブレーキが使用可能な状態を長く維持することができる。したがって、回生ブレーキから油圧式ブレーキへの切り換えが不要となり、車両の操作性（ドライバビリティ）への影響を抑制できる。

本実施形態の電源システムを搭載した車両の全体ブロック図である。図１に示したコンバータの詳細な構成を示す図である。図１に示した制御装置に含まれる駆動信号生成部の詳細な機能ブロック図である。図１に示した制御装置において実行される回生制動中の電力分配制御の処理手順を示すフローチャートである。図４に示したステップＳ１４のサブルーチン処理を示すフローチャートである。図４に示したステップＳ１４のサブルーチン処理の変形例を部分的に示すフローチャートである。複数のモータを搭載した車両の全体ブロック図である。図７に示した車両においてエンジンを更に搭載した車両の全体ブロック図である。

以下に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組合せて用いることは当初から想定されている。

図１は、本実施形態の車両の電源システムを搭載した車両１００の全体ブロック図である。なお、図１においては、車両１００が２つの蓄電装置を搭載している例について説明するが、３つ以上の蓄電装置を搭載した車両の電源システムに適用されてもよい。また、車両は、モータのみを駆動力源として搭載する電気自動車に限らず、例えば、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などが含まれてもよい。

図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１０，１２０と、システムメインリレー１１３，１２３と、コンバータ１４０，１５０と、制御装置３００と、駆動装置２００と、電圧センサ１１１，１２１，１８０と、電流センサ１１２，１２２と、平滑コンデンサＣ０とを備える。図１に示される車両１００の構成から、駆動装置２００を除いた部分によって、車両の電源システムが構成される。ここで、蓄電装置１１０，１２０が第１と第２の蓄電装置に相当する。

蓄電装置１１０，１２０は、再充電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０，１２０は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置１１０は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１を介してコンバータ１４０に接続される。また、蓄電装置１２０は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ２を介して、コンバータ１５０に接続される。そして、蓄電装置１１０，１２０は、それぞれコンバータ１４０，１５０を介して、車両１００の駆動力を発生させるための電力を駆動装置２００に供給する。また、蓄電装置１１０，１２０は、モータジェネレータＭＧで発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０，１２０の出力は例えば２００Ｖ程度である。

電圧センサ１１１，１２１は、それぞれ蓄電装置１１０，１２０の電圧ＶＢ１，ＶＢ２を検出する。そして、電圧センサ１１１，１２１は、その検出値を制御装置３００へ出力する。

電流センサ１１２，１２２は、それぞれ蓄電装置１１０，１２０に入出力される電流ＩＢ１，ＩＢ２を検出する。そして、電流センサ１１２，１２２は、その検出値を制御装置３００へ出力する。なお、本実施形態においては、蓄電装置から出力される電流を正とする。すなわち、蓄電装置からの放電電力を正とし、蓄電装置への充電電力を負として表わす。

システムメインリレー１１３に含まれるスイッチは、蓄電装置１１０とコンバータ１４０とを結ぶ電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１にそれぞれ介挿される。そして、システムメインリレー１１３は、制御装置３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とコンバータ１４０との間での電力の供給と遮断とを切替える。

また、システムメインリレー１２３に含まれるスイッチは、蓄電装置１２０とコンバータ１５０とを結ぶ電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ２にそれぞれ介挿される。そして、システムメインリレー１２３は、制御装置３００からの制御信号ＳＥ２に基づいて、蓄電装置１２０とコンバータ１５０との間での電力の供給と遮断とを切替える。

コンバータ１４０は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１を介して、蓄電装置１１０に接続される。また、コンバータ１４０は、駆動装置２００への給電ラインである電力線ＭＰＬおよび接地線ＭＮＬを介して駆動装置２００に接続される。コンバータ１４０は、制御装置３００からの制御信号ＰＷＣ１に基づいて、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１と、電力線ＭＰＬおよび接地線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。

コンバータ１５０は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ２を介して、蓄電装置１１０と電気的に接続される。また、コンバータ１５０は、駆動装置２００に対してコンバータ１４０と並列に、電力線ＭＰＬおよび接地線ＭＮＬに接続される。コンバータ１５０は、制御装置３００からの制御信号ＰＷＣ２に基づいて、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ２と、電力線ＭＰＬおよび接地線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。

図２は、図１に示したコンバータ１４０，１５０の詳細な構成を示す図である。図２を参照して、コンバータ１４０は、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂと、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂと、リアクトルＬ１と、平滑コンデンサＣ１と、電圧センサ１４２と、電流センサ１４３とを含む。

本実施形態において、スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用されるものとして説明するが、制御信号によってオン・オフを制御可能であれば任意のスイッチング素子を適用可能である。例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やバイポーラトランジスタ等を用いてもよい。

スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂは電力線ＭＰＬに接続された電力線ＬＮ１Ａと接地線ＭＮＬに接続された接地線ＬＮ１Ｃの間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂは、制御装置３００からの制御信号ＰＷＣ１に従って、図示しないドライバー回路を介してオン・オフの動作を行なう。また、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂは、それぞれスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂに逆並列に接続される。

リアクトルＬ１の一方端は、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂの接続ノードに接続され、他方端は電力線ＰＬ１に接続された電力線ＬＮ１Ｂに接続される。平滑コンデンサＣ１は、電力線ＬＮ１Ｂと、接地線ＮＬ１に接続された接地線ＬＮ１Ｃとの間に接続され、電力線ＬＮ１Ｂおよび接地線ＬＮ１Ｃ間の直流電圧に含まれる電圧変動を低減する。

電圧センサ１４２は、平滑コンデンサＣ１の両端にかかる電圧ＶＬ１を検出する。そして、電圧センサ１４２は、その検出値を制御装置３００へ出力する。電流センサ１４３は、リアクトルＬ１を流れる電流ＩＬ１を検出する。そして、電流センサ１４３は、その検出値を制御装置３００へ出力する。

コンバータ１４０はチョッパ回路１４１を含んで構成される。コンバータ１４０は、基本的には、各スイッチング周期内で制御装置３００からの制御信号ＰＷＣ１に従って、スイッチング素子Ｑ１ＡおよびＱ１Ｂが相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１４０は、昇圧動作時には、蓄電装置１１０から供給された直流電圧ＶＬ１を直流電圧ＶＨ（以下「システム電圧」とも称する）に昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ１Ａのオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間に逆並列ダイオードＤ１Ｂを介して電力線ＬＮ１Ａへ供給することにより行なわれる。

また、コンバータ１４０は、降圧動作時には、直流電圧ＶＨを直流電圧ＶＬ１に降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１Ｂのオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１Ｂのオフ期間に逆並列ダイオードＤ１Ａを介して蓄電装置１１０へ供給することにより行なわれる。これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比（ＶＨおよびＶＢ１の比）は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂのオン期間比（デューティ比）により制御される。なお、スイッチング素子Ｑ１ＡおよびＱ１Ｂをオフおよびオンにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝ＶＢ１（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。

コンバータ１５０は、コンバータ１４０と同様の構成を有する。すなわち、コンバータ１４０における、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂがスイッチング素子Ｑ２Ａ，Ｑ２Ｂにそれぞれ置き換えられ、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１ＢがそれぞれダイオードＤ２Ａ，Ｄ２Ｂに置き換えられる。また、リアクトルＬ１および平滑コンデンサＣ１が、それぞれリアクトルＬ２および平滑コンデンサＣ２に置き換えられる。さらに、電圧センサ１４２および電流センサ１４３が、それぞれ電圧センサ１５２および電流センサ１５３に置き換えられる。コンバータ１５０の機能はコンバータ１４０と同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。

再び図１を参照して、駆動装置２００は、インバータ２１０と、モータジェネレータＭＧと、駆動輪２５０とを含む。

インバータ２１０は、電力線ＭＰＬおよび接地線ＭＮＬに接続される。インバータ２１０は、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩ１に基づいて、コンバータ１４０，１５０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータＭＧを駆動する。また、インバータ２１０は、モータジェネレータＭＧにより発電された交流電力を蓄電装置１１０，１２０の充電電力に変換する。

モータジェネレータＭＧは、交流回転電機であり、例えば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータＭＧは、インバータ２１０から供給される交流電力を受けて車両走行のための回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧは、外部から回転力を受け、制御装置３００からの回生トルク指令に従って交流電力を発電するとともに回生制動力を車両１００に発生する。

平滑コンデンサＣ０は、電力線ＭＰＬおよび接地線ＭＮＬの間に設けられ、電力線ＭＰＬおよび接地線ＭＮＬ間の電圧変動を減少させる。電圧センサ１８０は、平滑コンデンサＣ０の両端にかかるシステム電圧ＶＨを検出し、その検出値を制御装置３００へ出力する。

制御装置３００は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサの入力や各機器への制御信号の出力を行ない、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、一部を専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

制御装置３００は、電圧センサ１１１，１２１および電流センサ１１２，１２２により検出された、蓄電装置１１０，１２０の電圧、電流の検出値を受ける。また、制御装置３００は、電圧センサ１８０からのシステム電圧ＶＨの検出値を受ける。そして、制御装置３００は、これらの情報に基づいて、コンバータ１４０，１５０およびインバータ２１０を制御する。さらに、制御装置３００は、制御信号ＳＥ１，ＳＥ２を生成して、システムメインリレー１１３，１２３を制御する。

制御装置３００は、図示しない各センサにより検出されたアクセル開度信号Ａｃｃおよび車速Ｓｖを受ける。これにより、制御装置３００は、車両１００に要求される要求パワーＰｒを算出することができる。そして、制御装置３００は、駆動装置２００の要求パワーＰｒを各蓄電装置１１０，１２０に電力分配を行う。

また、制御装置３００は、コンバータ１４０から、図２で説明した平滑コンデンサＣ１の電圧ＶＬ１と、リアクトルＬ１を流れる電流（リアクトル電流）ＩＬ１の検出値を受ける。制御装置３００は、コンバータ１５０から、平滑コンデンサＣ２の電圧ＶＬ２と、リアクトルＬ２を流れる電流（リアクトル電流）ＩＬ２の検出値を受ける。さらに、制御装置３００は、電圧センサ１８０からのシステム電圧ＶＨの検出値を受ける。

そして、制御装置３００は、これらの情報と上記要求パワーＰｒとに基づいて、コンバータ１４０，１５０の制御信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２、およびインバータ２１０の制御信号ＰＷＩ１を生成して、コンバータ１４０，１５０およびインバータ２１０を制御する。

さらに、制御装置３００は、図示しない車載センサによって検出される車両傾斜信号ＣＬと、車載ナビゲーションシステムまたは車外との通信によって取得した道路情報ＲＩとを受ける。これらは、後述する電力分配調整制御で用いることができる。

図３は、制御装置３００に含まれる駆動信号生成部３１０の詳細な機能ブロック図である。図３を参照して、駆動信号生成部３１０は、除算部３２１，３２２、減算部３３１，３３２，３５１，３５２と、ＰＩ制御部３４１，３４２と、変調部３６１，３６２とを含む。

除算部３２１は、電力分配比ｋに基づいて蓄電装置１１０に分配された電力指令値ＰＷ１＊を電圧値ＶＢ１で除算し、その演算結果を電流目標値ＩＲ１として減算部３３１へ出力する。ここで、電力分配比ｋは、２つの蓄電装置１１０，１２０の充電状態をそれぞれ示すＳＯＣ１，ＳＯＣ２の比として定まる値である。例えば、蓄電装置１１０のＳＯＣ１が５０％、蓄電装置１２０のＳＯＣ２が６０％であるとき、蓄電装置１１０，１２０に対する電力分配比ｋは５：６に設定される。

減算部３３１は、電流目標値ＩＲ１から電流値ＩＬ１を減算し、その演算結果をＰＩ制御部３４１へ出力する。ＰＩ制御部３４１は、電流目標値ＩＲ１と電流値ＩＬ１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３５１へ出力する。

減算部３５１は、電圧値ＶＬ１／目標電圧ＶＲで示されるコンバータ１４０の理論昇圧比の逆数からＰＩ制御部３４１の出力を減算し、その演算結果をデューティー指令として変調部３６１へ出力する。ここで目標電圧ＶＲはシステム電圧ＶＨの指令値に相当し、このことは以下においても同様である。

変調部３６１は、デューティー指令と図示されない発振部により生成されるキャリア波とに基づいて制御信号ＰＷＣ１を生成し、その生成した制御信号ＰＷＣ１をコンバータ１４０のトランジスタＱ１Ａ，Ｑ１Ｂへ出力する。

除算部３２２は、上記電力分配比ｋに基づいて蓄電装置１２０に分配された電力指令値ＰＷ２＊を電圧値ＶＢ２で除算し、その演算結果を電流目標値ＩＲ２として減算部３３２へ出力する。減算部３３２は、電流目標値ＩＲ２から電流値ＩＬ２を減算し、その演算結果をＰＩ制御部３４２へ出力する。ＰＩ制御部３４２は、電流目標値ＩＲ２と電流値ＩＬ２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３５２へ出力する。

減算部３５２は、電圧値ＶＬ２／目標電圧ＶＲで示されるコンバータ１５０の理論昇圧比の逆数からＰＩ制御部３４２の出力を減算し、その演算結果をデューティー指令として変調部３６２へ出力する。

変調部３６２は、デューティー指令と図示されない発振部により生成されるキャリア波とに基づいて制御信号ＰＷＣ２を生成し、その生成した制御信号ＰＷＣ２をコンバータ１５０のトランジスタＱ２Ａ，Ｑ２Ｂへ出力する。

次に、図４を参照して、制御装置３００において実行される回生制動中の電力分配制御について説明する。図４は、図１に示した制御装置３００において実行される回生制動中の電力分配制御の処理手順を示すフローチャートである。この電力分配制御は、車両１００が回生制動中であるとき、所定制御周期ごとに記憶装置から読み出されて実行される。なお、図４におけるステップＳ１４が設定手段に相当し、ステップＳ１５およびＳ１６が調整手段に相当する。

図４を参照して、制御装置３００は、まずステップＳ１０において、回生電力ＰＧを算出する。本実施形態では、回生電力ＰＧは、モータジェネレータＭＧを回生制御するために生成されるトルク指令値と、モータジェネレータＭＧの回転数を乗算することによって算出することができる。この際、上記回生電力ＰＧは、モータジェネレータＭＧの損失を減算して実質的に発電される正確な発電電力を算出してもよい。モータジェネレータＭＧの損失は、例えば、モータジェネレータＭＧの制御に用いられるトルク指令値および回転数を引数としてマップ等を参照することによって求めることができる。このようにモータジェネレータＭＧの損失を考慮して回生電力ＰＧを求めることで、車両１００におけるパワーマネージメントをより正確に行うことが可能になる。

続いて、制御装置は、ステップＳ１２において、電力分配比ｋを取得する。電力分配比ｋは、上述したように２つの蓄電装置１１０，１２０のＳＯＣ１，ＳＯＣ２の比として定まる値であり、例えば、各蓄電装置１１０，１２０のＳＯＣは電流センサ１１２，１２２の検出値を積算することによってそれぞれ監視されている値を用いることができる。

次に、制御装置３００は、ステップＳ１４において、電力分配比ｋを用いて蓄電装置１１０，１２０に電力分配を行う。具体的には、蓄電装置１１０に分配される入力電力指令値ＰＷ１＊は、上記回生電力ＰＧに蓄電装置１１０についての電力分配比ｋ（＝ＳＯＣ１／（ＳＯＣ１＋ＳＯＣ２））を乗算することによって算出される。また、蓄電装置１２０に分配される入力電力指令値ＰＷ２＊は、上記回生電力ＰＧから上記入力電力指令値ＰＷ１＊を減算して算出されるか、あるいは、上記回生電力ＰＧに（１−ｋ）すなわちＳＯＣ２／（ＳＯＣ１＋ＳＯＣ２）を乗算することによって算出できる。

次いで、制御装置３００は、ステップＳ１５において、所定条件を満たすか否かにつき判定する。ここで「所定条件を満たす」とは、（１）回生制動中の所定時間期間内に蓄電装置１１０，１２０に充電される回生電力ＰＧ１，ＰＧ２の合計積算値ＰＧＴが電力閾値を超えたとき、（２）蓄電装置１１０，１２０の充電状態を示すＳＯＣ１，ＳＯＣ２の少なくとも１つの時間変化率が所定値より大きいとき、（３）蓄電装置１１０，１２０のＳＯＣ１，ＳＯＣ２の少なくとも１つが所定閾値を超えたとき、（４）下り坂走行が所定時間以上継続したとき、および、（５）下り坂走行が継続すると予測されるとき、の少なくともいずれかであるとすることができる。これらについて、以下で個々に説明する。

まず、上記（１）について説明する。制御装置３００は、電圧センサ１４２で検出された電圧ＶＬ１と、電流センサ１４３で検出された電流ＩＬ１とを乗算して、蓄電装置１１０に充電される回生電力ＰＧ１を算出する。この回生電力ＰＧ１を所定制御周期ごとに算出して所定時間期間内で積算することにより積算値ＰＧ１Ｔが得られる。また、制御装置３００は、電圧センサ１５２で検出された電圧ＶＬ２と、電流センサ１５３で検出された電流ＩＬ２とを乗算して、蓄電装置１２０に充電される回生電力ＰＧ２を算出する。この回生電力ＰＧ２を所定制御周期ごとに算出して所定時間期間内で積算することにより積算値ＰＧ２Ｔが得られる。そして、これらの積算値ＰＧ１Ｔ，ＰＧ２Ｔを加算することによって所定時間期間内での合計積算値ＰＧＴが算出される。続いて、制御装置３００は、合計積算値ＰＧＴを電力閾値Ｐｔｈと比較し、ＰＧＴ＞Ｐｔｈになったときに所定条件を満たしたと判定できる。ここで「所定時間期間」は、蓄電装置１１０，１２０に充電される回生電力の増え方が急であるか否かと判断するのに適した時間期間にするのが好適であり、予め設定することができる。また、「所定の電力閾値Ｐｔｈ」としては、蓄電装置１１０，１２０の充電可能電力の合計の所定割合（例えば６０％等）に予め設定することができる。

次に上記（２）について説明する。制御装置３００は、蓄電装置１１０，１２０のＳＯＣ１，ＳＯＣ２を常時監視していることから、各ＳＯＣ１，ＳＯＣ２の所定時間当たりの変化率を算出することができる。そして、蓄電装置１１０，１２０のいずれかの蓄電装置のＳＯＣ時間変化率が所定値より大きいときに、上記の所定条件を満たしたと判定できる。ここで、上記の所定値は、一定値であってもよいが、ＳＯＣ１，ＳＯＣ２の増加にしたがって例えば段階的に小さな値に設定されるようにしてもよい。このように所定値を変更することによって、蓄電装置１１０，１２０の充電可能電力量が十分にあるときには、後述する電力分配調整処理を実行しないこととして回生電力を無駄なく充電回収することが可能になる。

次に上記（３）について説明する。制御装置３００は、上述したように蓄電装置１１０，１２０のＳＯＣ１，ＳＯＣ２を常時監視しており、これらのＳＯＣ１，ＳＯＣ２の少なくとも１つが所定閾値を超えたときに、上記の所定条件を満たしたと判定できる。ここで「所定閾値」は、例えば７０％に設定することができる。

次に上記（４）について説明する。制御装置３００は、入力される車両傾斜信号ＣＬに基づいて車両が下り坂を走行中であると判断でき、モータジェネレータＭＧによる回生電力が増加する状態にあると推定できる。したがって、制御装置３００は、このような下り坂走行が所定時間継続したときに、上記の所定条件を満たしたと判定してもよい。

次に上記（５）について説明する。制御装置３００は、入力される道路情報ＲＩから下り坂走行がどのくらい継続するかを予測することができる。したがって、上記下り坂走行の継続距離が所定距離より長い場合に、上記の所定条件を満たしたと判定してもよい。ここで「所定距離」は、車両の回生制動がこのまま継続した場合に蓄電装置１１０，１２０が満充電（例えば、ＳＯＣ８０％）になると予測される走行距離に設定することができる。

なお、上記（１）〜（５）は、単独で又は複数を組み合わせて判定条件として用いられてもよい。

再び図４を参照して、ステップＳ１５において否定判定された場合（ステップＳ１５でＮＯ）、後述する電力分配調整処理を実行することなく処理を終了する。この場合、制御装置３００は、ステップＳ１４において電力分配比ｋにしたがって分配された各入力電力ＰＷ１，ＰＷ２が蓄電装置１１０，１２０に充電されるようにコンバータ１４０，１５０を通常どおり制御する。

他方、上記ステップＳ１５において肯定判定された場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）制御装置３００は、続くステップＳ１６において、コンバータ損失が上記ステップＳ１４で設定された各入力電力で制御した場合以上になるように電力分配を調整する。次に、図５を参照して、この電力分配調整処理の詳細について説明する。

図５は、図４に示したステップＳ１６のサブルーチン処理を示すフローチャートである。図５を参照して、制御装置３００は、ステップＳ２０において、蓄電装置１１０，１２０の入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊から、各コンバータ１４０，１５０のリアクトルＬ１，Ｌ２（図２参照）に流れる電流ＩＬ１，ＩＬ２を算出する。具体的は、電流ＩＬ１＝ＰＷ１＊／ＶＬ１、および、電流ＩＬ２＝ＰＷ２＊／ＶＬ２として算出することができる。

続いて、制御装置３００は、ステップＳ２２において、コンバータ１４０の入力電圧であるＶＬ１，コンバータ１５０の入力電圧であるＶＬ２、およびシステム電圧ＶＨと、上記ステップＳ２０で得た電流ＩＬ１，ＩＬ２とに基づいて、コンバータ１４０，１５０の電力損失ＰＬＣ１，ＰＬＣ２をそれぞれ導出する。具体例として、制御装置３００の記憶装置には、コンバータ損失を導出できるマップ等が予め記憶されており、上記のＶＬ１，ＶＬ２，ＶＨ，ＩＬ１，ＩＬ２を引数としてマップ等を参照することによって各コンバータ１４０，１５０の電力損失ＰＬＣ１，ＰＬＣ２をそれぞれ導出することができる。

そして、制御装置３００は、ステップＳ２４において、各コンバータ１４０，１５０の電力損失ＰＬＣｌ，ＰＬＣ２を加算することによって総コンバータ電力損失ＰＬＣＴ０を算出して記憶する。

次に、制御装置３００は、ステップＳ２６において、蓄電装置１１０，１２０の各入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊の和に相当する回生電力ＰＧが一定の条件下で、各蓄電装置１１０，１２０に対する入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊を所定範囲内で変更して、総コンバータ電力損失候補を導出および記憶する。ここで「所定範囲」とは、電力分配比ｋに応じて分配された各蓄電装置１１０，１２０の入力電力指令値を変更することが許容される範囲を意味し、この許容される範囲は蓄電装置１１０，１２０の充放電制限値Ｗｉｎ１，Ｗｉｎ２，Ｗｏｕｔ１，Ｗｏｕｔ２等に基づいて設定され得る。

具体的には、例えば、蓄電装置１１０の入力電力指令値ＰＷ１＊が２０ｋＷ、蓄電装置１２０の入力電力指令値ＰＷ２＊が２０ｋＷであった場合、ＰＷ１＊を１０ｋＷ減少させて１０ｋＷとする一方で、ＰＷ２＊を１０ｋＷ増加させて３０ｋＷとし、この場合の各コンバータ１４０，１５０の電力損失ＰＬＣ１，ＰＬＣ２を上記マップ等から導出して加算して総コンバータ電力損失候補ＰＬＣＴ１を導出および記憶する。ここで、マップ参照のためのリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２は変更後の入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊を電圧ＶＬ１，ＶＬ２でそれぞれ除算して求めたものを用いることができる。

なお、電源システムにおいてコンバータ１４０，１５０の制御信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成する際に変調部３６１，３６２で用いるキャリア波の周波数が複数に変更可能である場合、周波数が異なれば制御周期が変化して電流リプルの大きさが変わり、その結果、コンバータ損失も変化することになる。そのため、各周波数ごとにコンバータ損失マップを予め準備しておき、現在使用しているキャリア波の周波数に応じたマップを参照してコンバータ１４０，１５０の電力損失ＰＬＣ１，ＰＬＣ２をそれぞれ導出してもよい。これにより、総コンバータ電力損失ＰＬＣＴをより正確に求めることができ、電力分配調整制御の精度がより向上する利点がある。

制御装置３００は、上記のようにして少なくとも１つの総コンバータ電力損失候補ＰＬＴ１を導出する。そして、制御装置３００は、ステップＳ２８において、ｎ（初期値は０）をインクレメントして回数をカウントする。

次に、制御装置３００は、ステップＳ３０において、ｎ＝ｍか否かを判定する。ここで「ｍ」は制御装置３００における処理負荷等を考慮して予め設定された１以上の整数であり、このステップＳ３０で肯定判定されるまで上記ステップＳ２６およびＳ２８を所定回数ｍだけ繰り返し実行する。この場合、繰り返して実行される上記ステップＳ２６では、蓄電装置１１０，１２０の入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊をさらに変更して総コンバータ電力損失ＰＬＣＴを求める。例えば、蓄電装置１１０の入力電力指令値ＰＷ１＊を更に１０ｋＷ減少させて０ｋＷとする一方で、ＰＷ２＊を更に１０ｋＷ増加させて４０ｋＷにする。あるいは、上述したのとは逆に、蓄電装置１１０の入力電力指令値ＰＷ１＊を当初値（例えば２０ｋＷ）から増加させる一方で、蓄電装置１２０の入力電力指令値ＰＷ２＊を当初値（例えば２０ｋＷ）から減少させるように変更して、総コンバータ電力損失ＰＬＣＴを求めてもよい。このようにして、ｍ個の総コンバータ電力損失ＰＬＣＴ１〜ＰＬＣＴｍが得られることになる。

そして、制御装置３００は、ステップＳ３２において、当初の電力分配比ｋによる電力分配時の総コンバータ電力損失ＰＬＣＴ０および上記ｍ個の総コンバータ電力損失候補ＰＬＣＴ１〜ＰＬＣＴｍのうち、電力損失が最大となる組合せの各入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊を調整後の入力電力指令値として、図４に示すメインルーチンに戻る。なお、総コンバータ電力損失が最大になれば良いので、電力分配比ｋに従って分配された入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊での総コンバータ電力損失ＰＬＣＴ０が最大であれば、その組合せを調整後の入力電力指令値にすればよい。また、上記の実施形態では、当初の電力分配比ｋによる電力分配時の総コンバータ電力損失ＰＬＣＴ０および上記ｍ個の総コンバータ電力損失候補ＰＬＣＴ１〜ＰＬＣＴｍのうち、電力損失が最大となる組合せの各入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊を調整後の入力電力指令値とする例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、上記ｍ個の総コンバータ電力損失候補ＰＬＣＴ１〜ＰＬＣＴｍのうち、電力損失が最大となる組合せの各入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊を調整後の入力電力指令値としてもよい。

再び図４を参照して、制御装置３００は、ステップＳ１８において、上記ステップＳ３２で設定された調整後の入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊に基づいて、図３に示した駆動信号生成部３１０からコンバータ１４０，１５０へ制御信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を出力して駆動制御する。

上述したように本実施形態の電源システムによれば、総コンバータ電力損失ＰＬＣＴが電力分配比ｋに応じて設定された入力電力指令値でコンバータ１４０，１５０を制御した場合以上になるように蓄電装置１１０，１２０に対する電力分配を調整する。換言すれば、総コンバータ電力損失が大きくなるように蓄電装置１１０，１２０に対して電力再分配を行う。このようにして各蓄電装置１１０，１２０への電力分配を調整して総コンバータ電力損失ＰＬＣＴを増加させることで回生電力ＰＧの少なくとも一部を消費させることができ、その分、回生ブレーキが使用可能な状態を長く維持することができる。したがって、回生ブレーキから油圧式ブレーキへの切り換えが不要となり、車両の操作性（ドライバビリティ）への影響の抑制できる。

図６は、図４に示したステップＳ１６のサブルーチン処理の変形例を部分的に示すフローチャートである。この変形例では、図４に示すステップＳ２６に代えて、ステップＳ３４〜Ｓ３８が実行される。

ここで、電源システムで生じる電力損失には、蓄電装置１１０，１２０の内部抵抗、コンバータ１４０，１５０のスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ａ，Ｑ２Ｂによるスイッチング損失、リアクトルＬ１，Ｌ２を流れる電流ＩＬ１，ＩＬ２によるリアクトル損失等が含まれるが、蓄電装置１１０，１２０の内部抵抗損失やコンバータ１５０におけるスイッチング損失は電流にほぼ比例して大きくなるのに対し、リアクトル損失は電流の二乗にほぼ比例して大きくなる傾向にあることが判明している。したがって、電源システムにおける電力損失をできるだけ大きくして回生電力を消費させるには、リアクトルＬ１，Ｌ２を流れる電流がより増加する方向に電力再分配を行うのが有効であると推定できる。そこで、この変形例では、蓄電装置１１０，１２０の出力電圧に相当する電圧ＶＬ１，ＶＬ２の大小関係に応じて、各蓄電装置１１０，１２０の入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊を変更する際の方向性を限定するものである。

具体的には、制御装置３００は、ステップＳ３４において、蓄電装置１１０の電圧ＶＬ１が蓄電装置１２０の電圧ＶＬ２よりも大きいか否かを判定する。ここでＶＬ１＞ＶＬ２であると肯定判定された場合には、ステップＳ３６を実行し、否定判定された場合にはステップＳ３８を実行する。

ＶＬ１＞ＶＬ２の場合、制御装置３００は、ステップＳ３６において、蓄電装置１１０，１２０の各入力電力指令値ＰＷ１，ＰＷ２の和に相当する回生電力ＰＧが一定の条件下で、電圧が大きい蓄電装置１１０に対する入力電力指令値ＰＷ１＊を減少させる一方、電圧が小さい蓄電装置１２０に対するＰＷ２＊を増加させるように変更して、総コンバータ電力損失候補を導出および記憶する。

具体的には、例えば、電圧ＶＬ１が大きい側の蓄電装置１１０の出力電圧指令値ＰＷ１＊を１０ｋＷ減少させ、電圧ＶＬ２が小さい側の蓄電装置１２０への入力電力指令値ＰＷ２＊を１０ｋＷ増加させる。これにより、蓄電装置１１０に対応するリアクトルＬ１に流れる電流ＩＬ１は減少し、蓄電装置１２０に対応するリアクトルＬ２に流れる電流ＩＬ２は増加することになる。しかし、電力変化分が同等であればＶＬ１＞ＶＬ２の関係にあるため、リアクトル電流ＩＬ２の増加分はリアクトル電流ＩＬ１の減少分よりも大きくなる。その結果、電流の二乗にほぼ比例するリアクトル損失はコンバータ１４０，１５０の全体で見れば増加することになる。したがって、上述したようにＶＬ１＞ＶＬ２の場合、電圧が大きい蓄電装置１１０に対する入力電力指令値ＰＷ１＊を減少させる一方、電圧が小さい蓄電装置１２０に対するＰＷ２＊を増加させるように変更することで処理をより効率的に行うことができる。また、各入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊を更に変更する場合も同様に、蓄電装置１１０の入力電力指令値ＰＷ１＊を更に減少させ、蓄電装置１２０の入力電力指令値ＰＷ２＊を更に増加させるよう変更する。

これに対し、上記ステップＳ３４で否定判定された場合（すなわちＶＬ１＜ＶＬ２）、制御装置３００は、続くステップＳ３８において、蓄電装置１１０，１２０の各入力電力指令値ＰＷ１，ＰＷ２の和に相当する回生電力ＰＧが一定の条件下で、電圧が小さい蓄電装置１１０に対する入力電力指令値ＰＷ１＊を増加させる一方、電圧が大きい蓄電装置１２０に対する入力電力指令値ＰＷ２＊を減少させるように変更して、総コンバータ電力損失候補を導出および記憶する。この理由は、上述したのと同じである。

そして、制御装置３００は、続くステップＳ２８およびＳ３０を実行する。これは、図５に示す処理と同様である。

上述したようにこの変形例によれば、上記実施形態と同様の効果を奏するのに加えて、蓄電装置１１０，１２０の入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊を変更して総コンバータ電力損失候補を算出する際の変更方向性が決まるため、所定個数ｍの総コンバータ電力損失候補を算出および記憶する場合の処理負荷を低減することができ、迅速な処理が可能になる。あるいは、同じ処理を同等回数ｍだけ実行する場合、入力電力指令値の変更量をより小さく設定（例えば５ｋＷずつ）することで、総コンバータ電力損失を最大にするための制御をより高精度に行うことが可能になる。

なお、本発明は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の変更や改良が可能である。

上記のステップＳ２６等において、電力分配比ｋに従って分配された当初の入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊を所定量ずつ増減させて変更する例について説明したが、これに限定されるものではなく、回生電力ＰＧを変えることなく電力分配比ｋをｋ´を増減変更して、この変更後の電力分配比ｋ´を用いて分配された各入力電力指令値ＰＷ１＊，ＰＷ２＊に基づいて総コンバータ電力損失を算出するようにしてもよい。

また、本発明は、図７に示すように、駆動装置２００に複数のモータジェネレータＭＧとこれらに対応するインバータ２１０，２２０とが含まれる車両に適用されてもよいし、図８に示すように、図７の構成に加えてエンジンを更に含むハイブリッド自動車に適用されてもよい。

１００車両、１１０，１２０蓄電装置、１１１，１２１，１４２，１５２，１８０電圧センサ、１１２，１２２，１４３，１５３電流センサ、１１３，１２３システムメインリレー、１４０，１５０コンバータ、１４１チョッパ回路、２００駆動装置、２１０，２２０インバータ、２５０駆動輪、３００制御装置、３１０駆動信号生成部、３２１，３２２除算部、３３１，３３２，３５１，３５２減算部、３４１，３４２ＰＩ制御部、３６１，３６２変調部、Ａｃｃアクセル開度信号、Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２平滑コンデンサ、Ｄ１Ａ，Ｄ１Ｂ，Ｄ２Ａ，Ｄ２Ｂダイオード、ＣＬ車両傾斜信号、ＩＢ１，ＩＢ２，ＩＬ１，ＩＬ２電流または電流値、ＩＲ１，ＩＲ２電流目標値、ｋ，ｋ´ 電力分配比、Ｌ１，Ｌ２リアクトル、ＬＮ１Ａ，ＬＮ１Ｂ電力線、ＬＮ１Ｃ接地線、ｍ所定回数または所定個数、ＭＧモータジェネレータ、ＭＮＬ，ＮＬ１，ＮＬ２接地線、ＭＰＬ，ＰＬ１，ＰＬ２電力線、ＰＬＣ１，ＰＬＣ２（コンバータの）電力損失、ＰＬＣＴ，ＰＬＣＴ０総コンバータ電力損失、ＰＬＣＴ１-ＰＬＣＴｍ総コンバータ電力損失候補、Ｐｒ要求パワー、ＰＧ回生電力、ＰＷ１＊，ＰＷ２＊出力電圧指令値、ＰＷＣ１，ＰＷＣ２，ＰＷＩ１，ＳＥ１，ＳＥ２制御信号、Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ａ，Ｑ２Ｂスイッチング素子、ＲＩ道路情報、Ｓｖ車速、ＶＢ１，ＶＢ２，ＶＬ１，ＶＬ２電圧、ＶＨシステム電圧、ＶＲ目標電圧。

Claims

駆動装置に電力を供給するための車両の電源システムであって、
複数の蓄電装置と、
前記駆動装置の給電ラインに対して並列に接続され、前記蓄電装置と前記給電ラインとの間で直流電圧変換をそれぞれ行う複数のコンバータと、
前記複数の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、
前記車両が回生制動中であるとき前記駆動装置による回生電力を前記複数の蓄電装置の充電状態によって定まる電力分配比に応じて前記複数の蓄電装置の各入力電力を設定する設定手段と、所定条件を満たすとき前記複数のコンバータにおける総コンバータ電力損失が前記設定手段で設定された前記各入力電力で制御する場合以上になるように前記各蓄電装置にそれぞれ分配された前記各入力電力を所定範囲内で調整する調整手段とを含む、
車両の電源システム。
請求項１に記載の車両の電源システムにおいて、
前記所定条件を満たすときとは、回生制動中であるときの所定時間期間内における前記回生電力の積算値が電力閾値を超えたとき、前記複数の蓄電装置の充電状態を示すＳＯＣの時間変化率が所定値より大きいとき、前記複数の蓄電装置のうち少なくとも１つの蓄電装置のＳＯＣが所定閾値を超えたとき、下り坂走行が所定時間以上継続したとき、および、下り坂走行が継続すると予測されるとき、の少なくともいずれかである、車両の電源システム。
請求項１に記載の車両の電源システムにおいて、
前記複数のコンバータはリアクトルをそれぞれ含み、
前記制御装置は、前記複数の蓄電装置の各電圧、前記給電ラインにおける電圧、および、前記複数のコンバータの各リアクトル電流を用いて前記各入力電力の調整を実行する、車両の電源システム。
請求項３に記載の車両の電源システムにおいて、
前記制御装置は、さらに、前記コンバータの制御に用いるキャリア周波数を用いて前記各入力電力の調整を実行する、車両の電源システム。
請求項３または４に記載の車両の電源システムにおいて、
前記制御装置における電力分配調整では、前記回生電力が一定の条件下で電力分配比を変更してそのときの前記複数のコンバータにおける総コンバータ電力損失候補を算出および記憶する処理を少なくとも１回行い、前記電力分配比に基づいて分配した前記各入力電力の組合せによる総コンバータ電力損失と前記総コンバータ電力損失候補とのうち最大となる総コンバータ電力損失に対応する前記各入力電力の組合せを調整後の入力電力に設定する、車両の電源システム。
請求項５に記載の車両の電源システムにおいて、
前記複数の蓄電装置は第１の蓄電装置および第２の蓄電装置を含み、前記第１の蓄電装置および前記第２の蓄電装置の各電圧が異なる場合、この電圧が高い方の蓄電装置の入力電力を減少させるように前記第１および第２の蓄電装置の入力電力を変更して前記総コンバータ電力損失候補の算出および前記調整後の入力電力の設定を行う、車両の電源システム。