JP6256214B2

JP6256214B2 - 電動車両及びその制御方法

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Publication number: JP6256214B2
Application number: JP2014122313A
Authority: JP
Inventors: 橋本　俊哉; 俊哉橋本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2018-01-10
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Description

本発明は、電動車両及びその制御方法、特に電圧変換器を搭載した電動車両の制御方法に関する。

近年、ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両が多く用いられるようになってきている。このような電動車両では、バッテリの直流電力をインバータで交流電力に変換し、変換した交流電力でモータあるいはモータジェネレータを駆動するシステムが多く用いられている。最近は、昇圧コンバータ（電圧変換器）を用いてバッテリの電圧を昇圧してモータに供給することによりモータの回転数、トルクの動作範囲をより広くして電動車両の走行性能（速度、加減速性能）の向上を図ることが多い。更に、最近は複数のバッテリを並列接続として搭載し、バッテリの容量を大きくしてモータのみによって走行する、いわゆるＥＶ走行の航続距離がより長い電動車両も用いられている。また、近年、４つのスイッチング素子のオン・オフ動作のパターンを様々に変更することによって、複数のバッテリの直並列の切換えや、直列接続での昇圧、並列接続での昇圧等多様な動作モードとすることが可能な電源システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−７０５１４号公報

ところで、特許文献1に記載されたような電力変換器に接続される各バッテリの温度は常に同様ではなく、電力変換器の動作モードによって様々に変化する。このため、一部のバッテリの温度が入出力制限（入出力電流制限）の必要な程度に高くなったり、逆に一部のバッテリの温度が入出力制限（入出力電流制限）の必要な程度に低くなったりする場合がある。このような場合、温度によるバッテリの出力制限によって電動車両に必要な電力を供給することができない場合がある。

そこで、本発明は、複数のバッテリの直並列の切換え可能な電圧変換器を搭載した電動車両において、各バッテリの温度が所定の動作温度範囲を超えないようにすることを目的とする。

本発明の電動車両は、第１直流電源と、第２直流電源と、前記第１または第２直流電源のいずれか一方または両方と出力電路との間で双方向に電圧変換を行うと共に、前記出力電路に対する前記第１、第２直流電源の接続を直列とする直列動作モードと前記第１、第２直流電源の接続を並列とする並列動作モードとの間で動作モードを切換え可能な電圧変換器と、前記各直流電源の各温度を検出する温度センサと、前記電圧変換器の動作モードの切換えを行う制御部と、を備える電動車両であって、前記制御部は、前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の高側閾値以上となった場合に前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の高側閾値以上となった方の直流電源の電流を低減して該直流電源の温度を低減し、前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の低側閾値以下となった場合、前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の低側閾値以下となった方の直流電源の電流を増加させて該直流電源の温度を上昇させることを特徴とする。

本発明の電動車両において、前記制御部は、前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の高側閾値以上となった場合に、前記一方の直流電源の入出力電力分配比を低減し、他方の直流電源の入出力電力分配比を増加させ、前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の低側閾値以下となった場合に、前記一方の直流電源の入出力電力分配比を増加し、他方の直流電源の入出力電力分配比を低減させることとしても好適である。

本発明の電動車両は、第１直流電源と、第２直流電源と、前記第１または第２直流電源のいずれか一方または両方と出力電路との間で双方向に電圧変換を行うと共に、前記出力電路に対する前記第１、第２直流電源の接続を直列とする直列動作モードと前記第１、第２直流電源の接続を並列とする並列動作モードとの間で動作モードを切換え可能な電圧変換器と、前記各直流電源の各温度を検出する温度センサと、ＣＰＵを含み、前記電圧変換器の動作モードの切換えを行う制御部と、を備える電動車両であって、前記制御部は、前記ＣＰＵによって、前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の高側閾値以上となった場合に前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の高側閾値以上となった方の直流電源の電流を低減して該直流電源の温度を低減し、前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の低側閾値以下となった場合、前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の低側閾値以下となった方の直流電源の電流を増加させて該直流電源の温度を上昇させる動作モード切換プログラムを実行することを特徴とする。

本発明の電動車両の制御方法は、第１直流電源と、第２直流電源と、前記第１または第２直流電源のいずれか一方または両方と出力電路との間で双方向に電圧変換を行うと共に、前記出力電路に対する前記第１、第２直流電源の接続を直列とする直列動作モードと前記第１、第２直流電源の接続を並列とする並列動作モードとの間で動作モードを切換え可能な電圧変換器と、前記各直流電源の各温度を検出する温度センサと、前記電圧変換器の動作モードの切換えを行う制御部と、を備える電動車両の制御方法であって、前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の高側閾値以上となった場合に前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の高側閾値以上となった方の直流電源の電流を低減して該直流電源の温度を低減し、前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の低側閾値以下となった場合、前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の低側閾値以下となった方の直流電源の電流を増加させて該直流電源の温度を上昇させることを特徴とする。

本発明は、複数のバッテリの直並列の切換え可能な電圧変換器を搭載した電動車両において、各バッテリの温度が所定の動作温度範囲を超えないようにすることができるという効果を奏する。

電圧変換器を搭載する本発明の実施形態における電動車両の構成を示すシステム系統図である。本発明の電動車両に搭載される電圧変換器の基本動作において、第１、第２のバッテリを直列接続し、リアクトルチャージを行う際の電流の流れを示す説明図である。本発明の電動車両に搭載される電圧変換器の基本動作において、第１、第２のバッテリを直列接続し、電力出力を行う際の電流の流れを示す説明図である。本発明の電動車両に搭載される電圧変換器の基本動作において、第１、第２のバッテリを並列接続し、リアクトルチャージを行う際の電流の流れを示す説明図である。本発明の電動車両に搭載される電圧変換器の基本動作において、第１、第２のバッテリを並列接続し、電力出力を行う際の電流の流れを示す説明図である。電圧変換器を搭載する本発明の電動車両の制御部の動作を示すフローチャート（１）である。電圧変換器を搭載する本発明の電動車両の制御部の動作を示すフローチャート（２）である。電圧変換器を搭載する本発明の電動車両の制御部の動作を示すフローチャート（３）である。

＜電圧変化器を搭載した電動車両の構成＞
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の電動車両１００は、第１直流電源である第１バッテリ２０と、第２直流電源である第２バッテリ２３と、複数のスイッチング素子３１〜３４及び第１リアクトル２２、第２リアクトル２５、第１コンデンサ２１、第２コンデンサ２４を含む電圧変換器１０と、電圧変換器１０の出力電路２６と、出力電路２６に接続される平滑コンデンサ４１及びインバータ４０と、インバータ４０に接続されて電動車両１００を駆動するモータジェネレータ５０と、電圧変換器１０の動作モードを切換える制御部８０と、を備えている。なお、図１中の一点鎖線は信号線を示す。

電圧変換器１０の出力電路２６は、各バッテリ２０，２３のマイナス側に接続される基準電路１１と電圧変換器１０で昇圧した高電圧を出力する高圧電路１２とを含み、複数のスイッチング素子３１〜３４は、高圧電路１２から基準電路１１に向って直列に接続され、各スイッチング素子３１〜３４には、それぞれダイオード３５〜３８が逆並列に接続されている。また、電圧変換器１０は、スイッチング素子３２とスイッチング素子３３との間の第２接続点１７と基準電路１１との間を接続する第１電路１３と、スイッチング素子３１とスイッチング素子３２との間の第１接続点１６と、スイッチング素子３３とスイッチング素子３４との間の第３接続点１８との間を接続する第２電路１４と、を有している。第１バッテリ２０と第１リアクトル２２とは第１電路１３の上に直列に配置され、第２バッテリ２３と第２リアクトル２５とは第２電路１４の上に直列に配置されており、第１コンデンサ２１は第１バッテリ２０と並列に接続され、第２コンデンサ２４は第２バッテリ２３と並列に接続されている。また、平滑コンデンサ４１は、高圧電路１２と基準電路１１との間に接続されている。

電圧変換器１０に含まれるスイッチング素子３１は、第１リアクトル２２に蓄積（チャージ）された電力を出力電路２６に出力する際または、第２リアクトル２５に蓄積（チャージ）された電力を出力電路２６に出力する際にオンとなる第１種類のスイッチング素子である。また、スイッチング素子３２は、第２バッテリ２３の電力を第２リアクトル２５に蓄積（チャージ）する際または、第１リアクトル２２に蓄積（チャージ）された電力を出力電路２６に出力する際にオンとなる第２種類のスイッチング素子である。また、スイッチング素子３３は、第１バッテリ２０の電力を第１リアクトル２２に蓄積（チャージ）する際または、第２バッテリ２３の電力を第２リアクトル２５に蓄積（チャージ）する際にオンとなる第３種類のスイッチング素子である。また、スイッチング素子３４は、第１バッテリ２０の電力を第１リアクトル２２に蓄積（チャージ）する際または、第２リアクトル２５に蓄積（チャージ）された電力を出力電路２６に出力する際にオンとなる第４種類のスイッチング素子である。

第１バッテリ２０には、電圧ＶＢ１を検出する電圧センサ６１と、温度ＴＢ１を検出する温度センサ６２とが取り付けられ、第２バッテリ２３には、電圧ＶＢ２を検出する電圧センサ７１と、温度ＴＢ２を検出する温度センサ７２とが取り付けられている。第１電路１３、第２電路１４には各電路１３，１４の各電流ＩＬ１，ＩＬ２を検出する電流センサ６５，７５が取り付けられている。第１電路１３と基準電路１１との間には第１コンデンサ２１の両端の電圧ＶＬ１を検出する電圧センサ６４が取り付けられ、第２電路１４には、第２コンデンサ２４の両端の電圧ＶＬ２を検出する電圧センサ７４が取り付けられており、高圧電路１２と基準電路１１との間には、平滑コンデンサ４１の両端の電圧ＶＨを検出する電圧センサ９１が取り付けられている。

インバータ４０は、内部に図示しない複数のスイッチング素子を備え、各スイッチング素子をオン・オフ動作させて電圧変換器１０の出力電路２６（基準電路１１と高圧電路１２とで構成される）から出力された直流電力をＵ，Ｖ，Ｗの三相交流電力に変換して各相の出力線４３，４４，４５から出力する。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各出力線４３，４４，４５はモータジェネレータ５０に接続され、Ｖ相出力線４４とＷ相出力線４５とには、各相の電流を検出する電流センサ９２，９３が取り付けられている。また、モータジェネレータ５０にはロータの回転数、回転角度を検出するレゾルバ９４が取り付けられている。モータジェネレータ５０の出力軸５１はギヤ装置５２に接続され、ギヤ装置５２には車軸５３が接続され、車軸５３には車輪５４が取り付けられている。車軸５３には車軸５３の回転数から車速を検出する速度センサ９５が取り付けられている。また、電動車両１００の車室内には、アクセルペダル５５、ブレーキペダル５６、スタートスイッチ５７が取り付けられており、アクセルペダル５５、ブレーキペダル５６には、各ペダル５５，５６の踏込量を検出するアクセルペダル踏込量センサ９６，ブレーキペダル踏込量センサ９７が取り付けられている。

制御部８０は、演算及び情報処理を行うＣＰＵ８１と、制御プログラム８５及び制御データ８６並びに後で説明する動作モード切換プログラム８７、電力分配比変更プログラム８８とを格納する記憶部８２と、各機器、センサが接続される機器・センサインターフェース８３とを含み、ＣＰＵ８１と記憶部８２と機器・センサインターフェース８３とは相互にデータバス８４で接続されるコンピュータである。電圧変換器１０の各スイッチング素子３１〜３４及びインバータ４０の各スイッチング素子は、機器・センサインターフェース８３を介して制御部８０に接続され、ＣＰＵ８１の指令によってオン・オフ動作する。また、電圧センサ６１，６４，７１，７４，９１及び電流センサ６５，７５，９２，９３及び温度センサ６２，７２、レゾルバ９４、速度センサ９５、アクセルペダル踏込量センサ９６，ブレーキペダル踏込量センサ９７、スタートスイッチ５７はそれぞれ機器・センサインターフェース８３を介して制御部８０に接続され、各センサによって検出されたデータは制御部８０に入力される。

＜電圧変換器１０の基本動作＞
電圧変換器１０は、４つのスイッチング素子３１〜３４のオン・オフ動作パターンを切換えることにより、第１、第２バッテリ２０，２３の電圧を昇圧して出力電路２６に出力或いは出力電路２６の電圧を降圧して第１、第２バッテリ２０，２３に充電するように、第１、第２バッテリ２０，２３のいずれか一方または両方と出力電路２６との間で双方向に電圧変換を行うと共に、出力電路２６に対する第１、第２バッテリ２０，２３の接続を直列と並列との間で切換え可能である。以下、図２〜図５を参照して電圧変換器１０の基本動作について簡単に説明する。なお、以下の説明では、第１種類のスイッチング素子３１は、記号Ｓ１と符号３１を用いてＳ１（３１）と記載し、第２種類のスイッチング素子３２は、記号Ｓ２と符号３２を用いてＳ２（３２）と記載し、第３種類のスイッチング素子３３は、記号Ｓ３と符号３３を用いてＳ３（３３）と記載し、第４種類のスイッチング素子３４は、記号Ｓ４と符号３４を用いてＳ４（３４）と記載する。また、各スイッチング素子３１〜３４に逆並列に接続されている各ダイオード３５〜３８は、記号Ｄ１〜Ｄ４と符号３５〜３８を用いてＤ１（３５）〜Ｄ４（３８）と記載する。同様に、第１バッテリ２０、第２バッテリ２３はそれぞれ記号Ｂ１，Ｂ２と符号２０，２３を用いてＢ１（２０）、Ｂ２（２３）と記載し、第１、第２コンデンサ２１，２４はそれぞれ記号Ｃ１，Ｃ２と符号２１，２４を用いてＣ１（２１）、Ｃ２（２４）と記載し、第１、第２リアクトル２２，２５はそれぞれ記号Ｌ１、Ｌ２と符号２２，２５を用いてＬ１（２２）、Ｌ２（２５）と記載する。また、各スイッチング素子３１〜３４は、オンとなると図１の矢印の方向にのみ電流が流れ、矢印と反対方向には電流が流れないＩＧＢＴ等の半導体素子であるが、図２〜図５ではスイッチング素子３１〜３４のオン・オフの状態が表示できるように単純なオン・オフスイッチに単純化して図示する。

＜Ｂ１（２０），Ｂ２（２３）直列接続の場合の昇降圧動作（直列動作モード）＞
図２、図３を参照してＢ１（２０），Ｂ２（２３）直列接続の場合の昇降圧動作について説明する。図２に示すように、制御部８０は、Ｓ３（３３）をオンに固定し、Ｓ１（３１）とＳ２（３２）とＳ４（３４）とをオフ・オフ動作させる。図２に示すように、Ｓ１（３１）がオフ、Ｓ２（３２）、Ｓ４（３４）がオンの瞬間には、［Ｂ１（２０）→Ｌ１（２２）→Ｓ３（３３）→Ｓ４（３４）→Ｂ１（２０）］と電流が流れる回路Ｒ１と、［Ｂ２（２３）→Ｌ２（２５）→Ｓ２（３２）→Ｓ３（３３）→Ｂ２（２３）］と電流が流れる回路Ｒ２とが形成され、Ｂ１（２０）から出力された電力は回路Ｒ１を還流してＬ１（２２）にチャージされ、Ｂ２（２３）から出力された電力は回路Ｒ２を還流してＬ２（２５）にチャージされる。

次に、図３に示すように、Ｓ１（３１）がオン、Ｓ２（３２）、Ｓ４（３４）がオフの瞬間には、［Ｂ１（２０）→Ｌ１（２２）→Ｓ３（３３）→Ｂ２（２３）→Ｌ２（２５）→Ｄ１（３５）→高圧電路１２→基準電路１１→Ｂ１（２０）］と電流が流れる回路Ｒ３が形成され、Ｌ１（２２）、Ｌ２（２５）にチャージされていた電力は、回路Ｒ３（実線で示す）を通って高圧電路１２に出力される。また、Ｓ１（３１）がオンとなっている間にモータジェネレータ５０により回生電力が発生した場合、その回生電力は、図３に示すように、［高圧電路１２→Ｓ１（３１）→Ｌ２（２５）→Ｂ２（２３）→Ｄ３（３７）→Ｌ１（２２）→Ｂ１（２０）→基準電路１１→高圧電路１２］と電流が流れる回路Ｒ４（破線で示す）を通ってＢ２（２３）、Ｂ１（２０）に充電される。

以上述べたように、制御部８０は、Ｓ３（３３）をオン固定とし、Ｓ１（３１），Ｓ２（３２），Ｓ３（３３）をオン・オフ動作させることによってＢ１（２０），Ｂ２（２３）を昇圧した上で直列接続して出力電路２６（高圧電路１２、基準電路１１）に出力するとともに、出力電路２６の回生電力をＢ１（２０）、Ｂ２（２３）に充電する。

＜Ｂ１（２０），Ｂ２（２３）並列接続の場合の昇降圧動作（並列動作モード）＞
図４、図５を参照してＢ１（２０），Ｂ２（２３）並列接続の場合の昇降圧動作について説明する。この場合、図４、図５に示すように、制御部８０は、Ｓ１（３１）〜Ｓ４（３４）をオン・オフ動作させる。図４に示すように、Ｓ１（３１）がオフ、Ｓ２（３２）〜Ｓ４（３４）がオンの瞬間には、図２で説明したと同様、Ｂ１（２０）から出力された電力は回路Ｒ１を還流してＬ１（２２）にチャージされ、Ｂ２（２３）から出力された電力は回路Ｒ２を還流してＬ２（２５）にチャージされる。次に、図５に示すように、Ｓ３（３３）がオフ、Ｓ１（３１），Ｓ２（３２），Ｓ４（３４）がオンの瞬間には、［Ｂ１（２０）→Ｌ１（２２）→Ｄ２（３６）→Ｄ１（３５）→高圧電路１２→基準電路１１→Ｂ１（２０）］と電流が流れる回路Ｒ５（実線で示す）と、［Ｂ２（２３）→Ｌ２（２５）→Ｄ１（３５）→高圧電路１２→基準電路１１→Ｄ４（３８）→Ｂ２（２３）］と電流が流れる回路Ｒ６（実線で示す）とが形成され、Ｌ１（２２）にチャージされた電力は回路Ｒ５を通って、Ｌ２（２５）にチャージされた電力はＲ６を通ってそれぞれ高圧電路１２に出力される。また、この瞬間にモータジェネレータ５０により回生電力が発生した場合、その回生電力は、図５に示すように、［高圧電路１２→Ｓ１（３１）→Ｓ２（３２）→Ｌ１（２２）→Ｂ１（２０）→基準電路１１→高圧電路１２］と電流が流れる回路Ｒ７（破線で示す）を通ってＢ１（２０）に充電され、［高圧電路１２→Ｓ１（３１）→Ｌ２（２５）→Ｂ２（２３）→Ｓ４（３４）→基準電路１１→高圧電路１２］と電流が流れる回路Ｒ８（破線で示す）を通ってＢ２（２３）に充電される。

以上述べたように、制御部８０は、Ｓ１（３１）〜Ｓ４（３４）をオン・オフ動作させることによってＢ１（２０），Ｂ２（２３）を昇圧した上で並列接続して出力電路２６（高圧電路１２、基準電路１１）に出力するとともに、出力電路２６の回生電力をＢ１（２０）、Ｂ２（２３）に充電する。

＜直列動作モードと並列動作モード＞
以上、電圧変換器１０の基本動作について説明したが、直列動作モードは、Ｂ１（２０）,Ｂ２（２３）を直列接続として使用するモードであり、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）を流れる電流の大きさは同一となる。このため、例えば、一方のバッテリの温度が所定の動作温度範囲よりも高温となった場合には、温度の上昇した方のバッテリの出力電力あるいは、電流が制限され、これによって電圧変換器１０の出力電力も制限されることになる。しかし、直列動作モードでは、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）に流れる電流を別々に制御することができないので、電圧変換器１０の出力電力を制限して温度が上昇した方のバッテリの温度が所定の動作温度範囲内に入るまで（温度が下がるまで）待たねばならなくなる。

また、電動車両１００が低温環境下で一方のバッテリのみを用いて低速で走行していたような場合、使用している方のバッテリは電流が流れることにより温度が上昇しているので十分な出力が可能であるが、使用していないバッテリは温度が低いままの状態となっている。この状態で電動車両１００の要求動力が上昇し、２つのバッテリを直列に接続する直列動作モードで電圧変換器１０を動作させて電動車両１００に電力を供給しようとした場合には、温度の低い側のバッテリの出力電力あるいは電流が制限されるので電圧変換器１０からの供給電力も制限されることになる。この場合も、先に述べたと同様、直列動作モードでは、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）に流れる電流を別々に制御することができないので、電圧変換器１０の出力電力を制限して低温のバッテリの温度が所定の動作温度範囲内に入るまで（温度が上昇するまで）待たねばならなくなる。

そこで、本実施形態の電動車両１００、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）のうちのいずれか一方の温度が所定の高側閾値Ａ以上になった場合あるいは所定の低側閾値Ｂ以下になった場合に、電圧変換器１０の動作モードを先に説明した並列動作モードに切換えることともに、温度の高くなった方のバッテリの電流を低減してバッテリ温度を低下させ、逆に温度の低くなった方のバッテリの電流を増加させてバッテリの昇温を図り、バッテリ温度が所定の動作温度範囲を越えないようにするものである。以下、図６〜図８を参照しながら本実施形態の電動車両１００の動作について説明する。

＜電動車両１００の動作説明＞
制御部８０のＣＰＵ８１は、図１に示す動作モード切換プログラム８７を実行する。制御部８０は、図６のステップＳ１０１に示すように、図１に示す温度センサ６２，７２によってＢ１（２０）、Ｂ２（２３）の温度ＴＢ１、ＴＢ２を検出する。制御部８０は、図６のステップＳ１０２に示すように、検出したＴＢ１，ＴＢ２と所定の温度範囲の上限温度より少し低い温度である高側閾値Ａ（例えば、４０℃程度）及び、所定の温度範囲の下限温度よりも少し高い温度である低側閾値Ｂ（例えば、０℃）とを比較し、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の各温度ＴＢ１，ＴＢ２のいずれか一方が高側閾値Ａ以上であるか、あるいは、各温度ＴＢ１，ＴＢ２のいずれか一方が低側閾値Ｂ以下であるかを判断する。そして制御部８０は、各温度ＴＢ１，ＴＢ２のいずれか一方が高側閾値Ａ以上であるか、あるいは、各温度ＴＢ１，ＴＢ２のいずれか一方が低側閾値Ｂ以下である場合には、図６のステップＳ１０３に進み、電圧変換器１０の動作モードを先に説明した並列動作モードに切換える。また、温度ＴＢ１，ＴＢ２の両方が低側閾値Ｂを越え、高側閾値Ａ未満の場合には、制御部８０は、図６のステップＳ１０１に戻ってＢ１（２０）,Ｂ２（２３）の各温度ＴＢ１，ＴＢ２の監視を継続する（動作モード切換プログラム８７の終了）。

次に制御部８０のＣＰＵ８１は、図１に示す電力分配比変更プログラム８８を実行する。制御部８０は、図６のステップＳ１０４に示すように、図１に示すレゾルバ９４、電流センサ９２，９３、速度センサ９５、アクセルペダル踏込量センサ９６、ブレーキペダル踏込量センサ９７によってモータジェネレータ５０の回転数、供給電流、車速、各ペダルの踏込量を検出する。制御部８０は、図６のステップＳ１０５に示すように図６のステップＳ１０５で検出した各データに基づいて電動車両１００の要求動力を算出し、図１に示す制御データ８６に格納されている制御マップに基づいて、最適な昇圧後の高電圧ＶＨの目標値である、目標ＶＨを設定する。

次に、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）のうちのいずれか一方の温度が所定の高側閾値Ａ以上である場合について説明する。図６のステップＳ１０７に示すように、制御部８０は、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）のいずれか一方の温度が所定の高側閾値Ａ以上であった場合には、図６に示すステップＳ１０８に進み、温度が所定の高側閾値Ａ以上のバッテリ（以下、高温バッテリという）を電流源バッテリ、他方のバッテリ（以下、通常バッテリという）を電圧源バッテリに設定する。

並列動作モードでは、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の両方で出力電圧を目標ＶＨとする制御（電圧制御）を同時に実行すると、負荷に高電圧ＶＨの要求電力を安定して供給することができない場合がある。このため、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の一方を出力電圧（昇圧電圧である高電圧ＶＨ）を制御する電圧源バッテリとして動作させ、他方のバッテリは、電源の電流を制御する電流源バッテリとして動作させる制御方法が用いられる。本実施形態では、温度が所定の高側閾値Ａ以上のバッテリ（高温バッテリ）を電流源バッテリとして制御し、他方のバッテリ（通常バッテリ）を電圧源バッテリとして制御する制御について説明する。

図６のステップＳ１０９に示すように、制御部８０は、電圧源バッテリ（通常バッテリ）の電圧を目標ＶＨに昇圧するように、各スイッチング素子Ｓ１（３１）〜Ｓ４（３４）をオン・オフ動作させる。ここで、高温バッテリ（電流源バッテリ）の出力電力ＰＨと通常バッテリ（電圧源バッテリ）の出力電力ＰＳと電動車両１００の要求電力ＰＲ、及び高温バッテリ（電流源バッテリ）における電流指令値Ｉｈ^＊の関係は次の式のようになる。
通常バッテリの出力電力ＰＳ＝要求電力ＰＲ−高温バッテリの出力電力ＰＨ
＝要求電力ＰＲ−高温バッテリの電圧Ｖｈ×高温バッテリの電流指令値Ｉｈ^＊
つまり、高温バッテリの出力電力ＰＨは電流指令値Ｉｈ^＊によって制御され、通常バッテリの出力電力ＰＳは、電動車両１００の要求電力ＰＲと高温バッテリの出力電力ＰＨとの差分となる。また、高温バッテリと通常バッテリとは並列に接続されているので、通常バッテリの昇圧後の出力電圧は通常バッテリの出力電圧と同様の目標ＶＨである。

制御部８０は、図６のステップＳ１１０に示すように、高温バッテリ（電流源バッテリ）の電流指令値Ｉｈ^＊を低減する指令を出力する。この指令により、高温バッテリ（電流源バッテリ）の出力電流が低減され、その結果、高温バッテリ（電流源バッテリ）の出力電力が低減される。一方、通常バッテリ（電圧源バッテリ）の出力電力は、高温バッテリ（電流源バッテリ）の出力電力が低減された分だけ増加する。制御部８０は、図６のステップＳ１１１に示すように、図１に示す電流センサ６５、７５、電圧センサ６１，７１、温度センサ６２，７２により、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の各出力電流ＩＬ１，ＩＬ２、電圧ＶＢ１，ＶＢ２、温度ＴＢ１，ＴＢ２を検出し、図６のステップＳ１１２に示すように、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の出力電力を算出する。制御部８０は、図７のステップＳ１１３に示すように出力電力が増加する通常バッテリ（電圧源バッテリ）の出力電力がそのバッテリの最大入出力可能電力近傍となっているかどうか判断する。例えば、Ｂ１（２０）が通常バッテリ（電圧源バッテリ）の場合、制御部８０は、図６のステップＳ１１２で算出したＢ１（２０）の出力電力が図６のステップＳ１１１で検出したＢ１（２０）の温度ＴＢ１における最大入出力可能電力の近傍、例えば、最大入出力可能電力の９０％程度になっていない場合には、高温バッテリ（電流源バッテリ）の出力電力を低減して通常バッテリ（電圧源バッテリ）の出力電力を増加させる余裕があると判断し、図６に示すステップＳ１１０に戻って高温バッテリ（電流源バッテリ）の電流をさらに低減する。

制御部８０は、通常バッテリ（電圧源バッテリ）の出力電力が最大入出力可能電力の近傍になるまで、図６に示すステップＳ１１０〜図７のステップＳ１１３を繰り返し、高温バッテリ（電流源バッテリ）の電流をできるだけ低減する。制御部８０は、このような制御により、高温バッテリ（電流源バッテリ）の入出力電力分配比（電圧変換器１０の総入出力電力に対する高温バッテリの入出力電力の割合）を低減し、通常バッテリ（電圧源バッテリ）の入出力電力分配比（電圧変換器１０の総入出力電力に対する通常バッテリの入出力電力の割合）を増加し、高温バッテリの温度を低減して所定の動作温度範囲内で動作させることができる。

制御部８０は、図７のステップＳ１１４に示すように、図１に示すスタートスイッチ５７がオフかどうかを判断し、スタートスイッチ５７がオフである場合には、端子４（図８中に丸囲み数字で示す）から図８のｅｎｄに進み電力分配比変更プログラム８８を終了し、スタートスイッチ５７がオンである場合には、図８の端子５（図８中に丸囲み数字で示す）〜図６の端子５（図８中に丸囲み数字で示す）にジャンプし、図６に示すステップＳ１０１に戻り、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の温度ＴＢ１，ＴＢ２を監視する。

また、制御部８０は、図６のステップＳ１０７でＢ１（２０）、Ｂ２（２３）のいずれか一方の温度が所定の高側閾値Ａ以上ではないと判断した場合には、図８のステップＳ１１５にジャンプし、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）のいずれか一方の温度が所定の低側閾値Ｂ以下であるかどうかを判断する。そして、制御部８０は、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）のいずれか一方の温度が所定の低側閾値Ｂ以下である場合には、図８のステップＳ１１６に示すように、温度の低い方のバッテリ（以下、低温バッテリという）を電流源バッテリに、他方のバッテリ（通常バッテリ）を電圧源バッテリに設定する。制御部８０は、先に図６のステップＳ１０９〜図７のステップＳ１１３を参照して説明したと同様、図８のステップＳ１１７に示すように、通常バッテリ（電圧源バッテリ）の電圧を目標ＶＨに昇圧し、図８のステップＳ１１８〜ステップＳ１２１に示すように、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の各出力電流ＩＬ１，ＩＬ２、電圧ＶＢ１，ＶＢ２、温度ＴＢ１，ＴＢ２を検出した後、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の出力電力を算出し、低温バッテリ（電流源バッテリ）の出力電力がそのバッテリの最大入出力可能電力近傍となるまで、低温バッテリ（電流源バッテリ）の電流を増加する。

制御部８０は、このような制御により、低温バッテリ（電流源バッテリ）の入出力電力分配比（電圧変換器１０の総入出力電力に対する高温バッテリの入出力電力の割合）を増加させ、通常バッテリ（電圧源バッテリ）の入出力電力分配比（電圧変換器１０の総入出力電力に対する通常バッテリの入出力電力の割合）を低減し、低温バッテリの温度を上昇させて所定の動作温度範囲内で動作させることができる。

制御部８０は、図８のステップＳ１２２に示すように、図１に示すスタートスイッチ５７がオフかどうかを判断し、スタートスイッチ５７がオフである場合には電力分配比変更プログラム８８を終了し、スタートスイッチ５７がオンである場合には、図８の端子５（図８中に丸囲み数字で示す）〜図６の端子５（図６中に丸囲み数字で示す）にジャンプし、図６に示すステップＳ１０１に戻り、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の温度ＴＢ１，ＴＢ２を監視する。

以上説明したように、制御部８０は、複数のバッテリの直並列の切換え可能な電圧変換器１０を搭載した本実施形態の電動車両１００において、各バッテリの温度が所定の動作温度範囲を超えないようにすることができる。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲により規定されている本発明の技術的範囲ないし本質から逸脱することない全ての変更及び修正を包含するものである。例えば、実施形態で説明した電圧変換器１０は、４つのスイッチング素子のオン・オフ動作によって第１、第２バッテリと出力電路２６との接続を直列、並列の間で切換え可能なものであるとして説明したが、電圧変換器は、第１、第２バッテリと出力電路２６との接続を直列、並列の間で切換え可能な構成であれば、３つのスイッチング素子を用いたものであってもよいし、５つもしくはそれ以上のスイッチング素子によって構成したものであってもよい。

また、各バッテリ２０，２３間の温度差が大きくなるような運転状態が継続し、温度差がさらに拡大すると各バッテリ２０，２３の入出力電力が制限される可能性が高くなってくる。また、温度差が大きい場合、一方のバッテリ負荷が他方のバッテリ負荷に比べて高い状態にあることが想定される。そこで、先に説明した実施形態の図６のステップＳ１０２，Ｓ１０３に示すように、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の各温度ＴＢ１，ＴＢ２のいずれか一方が高側閾値Ａ以上であるか、あるいは、各温度ＴＢ１，ＴＢ２のいずれか一方が低側閾値Ｂ以下の場合に電圧変換器１０の動作モードを並列動作モードに切換えることに代えて、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の各温度ＴＢ１，ＴＢ２の温度差が所定値以上となった場合に動作モードを並列動作モードに切換えることとしてもよい。そして、図６のステップＳ１０４からＳ１２２に示すように、高温バッテリ（電流源バッテリ）の入出力電力分配比を低減し、通常バッテリ（電圧源バッテリ）の入出力電力分配比を増加し、高温バッテリの温度を低減したり、低温バッテリ（電流源バッテリ）の入出力電力分配比を増加させ、通常バッテリ（電圧源バッテリ）の入出力電力分配比を低減し、低温バッテリの温度を上昇させたりすることによって、各バッテリ２０，２３間の温度差を低減し、各バッテリ２０，２３の入出力電力制限を回避するとともに、各バッテリ２０，２３の負荷を分散させることにより各バッテリ２０，２３の寿命を改善することができる。なお、図６に示すステップＳ１０２，１０３に加えて、Ｂ１（２０）、Ｂ２（２３）の各温度ＴＢ１，ＴＢ２の温度差が所定値以上となった場合に動作モードを並列動作モードに切換えるようにしてもよい。

１０電圧変換器、１１基準電路、１２高圧電路、１３第１電路、１４第２電路、１６第１接続点、１７第２接続点、１８第３接続点、２０，２３バッテリ、２１，２４コンデンサ、２２，２５リアクトル、３１〜３４各スイッチング素子、３５〜３８ダイオード、２６出力電路、４０インバータ、４１平滑コンデンサ、
４３，４４，４５出力線、５０モータジェネレータ、５１出力軸、５２ギヤ装置、５３車軸、５４車輪、５５アクセルペダル、５６ブレーキペダル、５７スタートスイッチ、６１，６４，７１，７４，９１電圧センサ、６２，７２温度センサ、６５，７５，９２，９３電流センサ、８０制御部、８１ＣＰＵ、８２記憶部、８３機器・センサインターフェース、８４データバス、８５制御プログラム、８６制御データ、８７動作モード切換プログラム、８８電力分配比変更プログラム、９４レゾルバ、９５速度センサ、９６アクセルペダル踏込量センサ、９７ブレーキペダル踏込量センサ、１００電動車両。

Claims

第１直流電源と、
第２直流電源と、
前記第１または第２直流電源のいずれか一方または両方と出力電路との間で双方向に電圧変換を行うと共に、前記出力電路に対する前記第１、第２直流電源の接続を直列とする直列動作モードと前記第１、第２直流電源の接続を並列とする並列動作モードとの間で動作モードを切換え可能な電圧変換器と、
前記各直流電源の各温度を検出する温度センサと、
前記電圧変換器の動作モードの切換えを行う制御部と、を備える電動車両であって、
前記制御部は、
前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の高側閾値以上となった場合に前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の高側閾値以上となった方の直流電源の電流を低減して該直流電源の温度を低減し、
前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の低側閾値以下となった場合、前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の低側閾値以下となった方の直流電源の電流を増加させて該直流電源の温度を上昇させる電動車両。
請求項１に記載の電動車両であって、
前記制御部は、
前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の高側閾値以上となった場合に、前記一方の直流電源の入出力電力分配比を低減し、他方の直流電源の入出力電力分配比を増加させ、前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の低側閾値以下となった場合に、前記一方の直流電源の入出力電力分配比を増加し、他方の直流電源の入出力電力分配比を低減させる電動車両。
第１直流電源と、
第２直流電源と、
前記第１または第２直流電源のいずれか一方または両方と出力電路との間で双方向に電圧変換を行うと共に、前記出力電路に対する前記第１、第２直流電源の接続を直列とする直列動作モードと前記第１、第２直流電源の接続を並列とする並列動作モードとの間で動作モードを切換え可能な電圧変換器と、
前記各直流電源の各温度を検出する温度センサと、
ＣＰＵを含み、前記電圧変換器の動作モードの切換えを行う制御部と、を備える電動車両であって、
前記制御部は、前記ＣＰＵによって、前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の高側閾値以上となった場合に前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の高側閾値以上となった方の直流電源の電流を低減して該直流電源の温度を低減し、
前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の低側閾値以下となった場合、前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の低側閾値以下となった方の直流電源の電流を増加させて該直流電源の温度を上昇させる動作モード切換プログラムを実行する電動車両。
第１直流電源と、
第２直流電源と、
前記第１または第２直流電源のいずれか一方または両方と出力電路との間で双方向に電圧変換を行うと共に、前記出力電路に対する前記第１、第２直流電源の接続を直列とする直列動作モードと前記第１、第２直流電源の接続を並列とする並列動作モードとの間で動作モードを切換え可能な電圧変換器と、
前記各直流電源の各温度を検出する温度センサと、
前記電圧変換器の動作モードの切換えを行う制御部と、を備える電動車両の制御方法であって、
前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の高側閾値以上となった場合に前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の高側閾値以上となった方の直流電源の電流を低減して該直流電源の温度を低減し、
前記各温度センサで検出した前記各直流電源のいずれか一方の温度が所定の低側閾値以下となった場合、前記電圧変換器の動作モードを並列動作モードに切換えると共に、温度が所定の低側閾値以下となった方の直流電源の電流を増加させて該直流電源の温度を上昇させる電動車両の制御方法。