JP5987892B2 - 車両の電源システム - Google Patents

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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、341,342 PI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 (6)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
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