JP6335860B2 - 駆動装置及びその制御方法、並びに、輸送機器 - Google Patents
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Description
本発明は、特性の異なる２つの蓄電器を備えた駆動装置及びその制御方法、並びに、輸送機器に関する。
特許文献１には、駆動装置に電力を供給する電源システムが記載されている。当該電源システムは、第１の蓄電装置と、第１の蓄電装置の電圧を昇圧して駆動装置に供給するコンバータと、駆動装置に対してコンバータと並列に接続された第２の蓄電装置と、駆動装置側又は第１の蓄電装置側から第２蓄電装置への電力供給を抑制するダイオードと、ＥＣＵとを備える。ＥＣＵは、第１の蓄電装置から駆動装置へ供給される電力が目標要求電力となるように制御する電力制御モード、又は駆動装置に印加される電圧が目標電圧となるように制御する電圧制御モードのいずれかを用いてコンバータを制御する。
上記説明した特許文献１に記載の電源システムのように、特性の異なる２つの蓄電器を備えたシステムにおいては、一般的に２つの蓄電器の電圧が大きく異なるため、２つの蓄電器の電圧及び駆動装置の最適動作点等を考慮した制御を行った上で駆動装置への電力供給を行わないと、駆動装置の駆動効率が低下したり、２つの蓄電器から同時に駆動装置に電力供給が行えないような状態に２つの蓄電器の電圧の関係が陥ってしまい、当該システムの特長を活かすことができない。
本発明の目的は、特性の異なる２つの蓄電器を備えたシステムの特長を活かすことができる駆動装置及びその制御方法、並びに、輸送機器を提供することである。
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値より高い場合は、
前記最適電圧に基づいて、前記電圧変換部が前記最適電圧を出力するよう前記電圧変換部を制御する、駆動装置である。
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値より高い場合は、
前記最適電圧に基づいて、前記電圧変換部が前記最適電圧を出力するよう前記電圧変換部を制御する、駆動装置である。
請求項２に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値より高い場合は、
電圧制御モードで前記電圧変換部を制御する、駆動装置である。
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値より高い場合は、
電圧制御モードで前記電圧変換部を制御する、駆動装置である。
請求項３に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる、最適電圧が前記第１蓄電器の電圧の検出値以下の場合は、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方から前記駆動部に電力を供給可能な態様で、前記第１蓄電器の電力と前記要求駆動力とに基づいて前記電圧変換部を制御する、駆動装置である。
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる、最適電圧が前記第１蓄電器の電圧の検出値以下の場合は、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方から前記駆動部に電力を供給可能な態様で、前記第１蓄電器の電力と前記要求駆動力とに基づいて前記電圧変換部を制御する、駆動装置である。
請求項４に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる、最適電圧が前記第１蓄電器の電圧の検出値以下の場合は、
電流制御モードで前記電圧変換部を制御する、駆動装置である。
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる、最適電圧が前記第１蓄電器の電圧の検出値以下の場合は、
電流制御モードで前記電圧変換部を制御する、駆動装置である。
請求項５に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属さない場合は、
前記遮断部を介して前記第１蓄電器と前記第２蓄電器とが接続された態様で、電圧変換は行わずに前記第１蓄電器と前記第２蓄電器との間で電力を融通するよう前記電圧変換部を制御する、駆動装置である。
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属さない場合は、
前記遮断部を介して前記第１蓄電器と前記第２蓄電器とが接続された態様で、電圧変換は行わずに前記第１蓄電器と前記第２蓄電器との間で電力を融通するよう前記電圧変換部を制御する、駆動装置である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、
前記最大の変換率は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方が前記駆動部に電力を供給する場合の前記電圧変換部の制御成立性を保つことができる限界値である。
前記最大の変換率は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方が前記駆動部に電力を供給する場合の前記電圧変換部の制御成立性を保つことができる限界値である。
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の発明において、
前記第２蓄電器の電圧を検出する第１センサ（例えば、後述の実施形態での電圧センサ１０７ｐ）と、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が変換した値を検出する第２センサ（例えば、後述の実施形態でのＶ２電圧センサ１０９）と、を備え、
前記最小の変換率は、前記電圧変換部の製品公差、並びに、前記第１センサ及び前記第２センサによる検出誤差に基づく値である。
前記第２蓄電器の電圧を検出する第１センサ（例えば、後述の実施形態での電圧センサ１０７ｐ）と、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が変換した値を検出する第２センサ（例えば、後述の実施形態でのＶ２電圧センサ１０９）と、を備え、
前記最小の変換率は、前記電圧変換部の製品公差、並びに、前記第１センサ及び前記第２センサによる検出誤差に基づく値である。
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の駆動装置を有する、輸送機器である。
請求項９に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備えた駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値より高い場合は、
前記最適電圧に基づいて、前記電圧変換部が前記最適電圧を出力するよう前記電圧変換部を制御する、制御方法である。
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備えた駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値より高い場合は、
前記最適電圧に基づいて、前記電圧変換部が前記最適電圧を出力するよう前記電圧変換部を制御する、制御方法である。
請求項１０に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備えた駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値以下の場合は、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方から前記駆動部に電力を供給可能な態様で、前記第１蓄電器の電力と前記要求駆動力とに基づいて前記電圧変換部を制御する、制御方法である。
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備えた駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値以下の場合は、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方から前記駆動部に電力を供給可能な態様で、前記第１蓄電器の電力と前記要求駆動力とに基づいて前記電圧変換部を制御する、制御方法である。
請求項１１に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備えた駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属さない場合は、
前記遮断部を介して前記第１蓄電器と前記第２蓄電器とが直接接続された態様で、電圧変換は行わずに前記第１蓄電器と前記第２蓄電器との間で電力を融通するよう前記電圧変換部を制御する、制御方法である。
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０３）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部（例えば、後述の実施形態でのＰＤＵ１０５，モータジェネレータ１０１）と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ１１３，ダイオード１１７）と、
前記電圧変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備えた駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属さない場合は、
前記遮断部を介して前記第１蓄電器と前記第２蓄電器とが直接接続された態様で、電圧変換は行わずに前記第１蓄電器と前記第２蓄電器との間で電力を融通するよう前記電圧変換部を制御する、制御方法である。
請求項１の発明、請求項２の発明、請求項８の発明及び請求項９の発明によれば、第１蓄電器の電圧と第２蓄電器の電圧との関係が、駆動部に電力を供給する場合の電圧変換部の制御成立性を担保し、かつ、駆動部の最適電圧が第１蓄電器の電圧より高い場合には、電圧変換部が第２蓄電器の電圧を最適電圧に変換し、この最適電圧で駆動部を駆動することができるため、駆動部を第１蓄電器の電圧に影響されずに最も高い駆動効率で運転することができる。なお、第１蓄電器は遮断部によって、システムから電気的に切り離されるため、電圧変換部の出力電圧は第１蓄電器の電圧に束縛されず、かつ、電圧変換部の出力が第１蓄電器へ入力されない。
請求項３の発明、請求項４の発明、請求項８の発明及び請求項１０の発明によれば、第１蓄電器の電圧と第２蓄電器の電圧との関係が、駆動部に電力を供給する場合の電圧変換部の制御成立性を担保し、かつ、駆動部の最適電圧が第１蓄電器の電圧以下の場合には、駆動部の要求電力を第１蓄電器又は第１蓄電器及び第２蓄電器の双方が供給するよう電圧変換部を制御することで、第１蓄電器と第２蓄電器の各特性を活かした充放電が行われるため、各蓄電器の劣化を抑制できると共に、当該駆動装置を搭載した電動車両の航続可能距離を延ばすことができる。
請求項５の発明、請求項８の発明及び請求項１１の発明によれば、第１蓄電器の電圧と第２蓄電器の電圧との関係が、駆動部に電力を供給する場合の電圧変換部の制御成立性を担保しない場合には、第１蓄電器又は第２蓄電器から駆動部への電力供給は行わず、電圧変換は行わずに第１蓄電器と第２蓄電器との間で電力を融通するよう電圧変換部を制御することで、駆動部に電力を供給する場合の電圧変換部の制御成立性を有した第１蓄電器の電圧と第２蓄電器の電圧との関係に移行することができる。その結果、再び第１蓄電器と第２蓄電器の双方から電力を駆動部へ供給できる。
請求項６の発明によれば、駆動部に電力を供給する場合の電圧変換部の制御成立性を担保することができる。
請求項７の発明によれば、電圧変換部の変換率に係るバラツキから不可避的に生じる１より大きい最小変換率を考慮して、駆動部に電力を供給する場合の電圧変換部の制御成立性を担保することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る一実施形態の電動車両の内部構成を示すブロック図である。図１に示す１ＭＯＴ型の電動車両は、モータジェネレータ（MG）１０１と、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと、高出力型バッテリＥＳ−Ｐと、ＶＣＵ（Voltage Control Unit）１０３と、ＰＤＵ（Power Drive Unit）１０５と、電圧センサ１０７ｅ，１０７ｐと、Ｖ２電圧センサ１０９と、車速センサ１１１と、コンタクタ１１３と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１５とを備える。なお、図１中の太い実線は機械連結を示し、二重点線は電力配線を示し、細い実線は制御信号を示す。
モータジェネレータ１０１は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの少なくとも一方から得られる電力によって駆動して、電動車両が走行するための動力を発生する。モータジェネレータ１０１で発生したトルクは、変速段又は固定段を含むギヤボックスＧＢ及びデファレンシャル・ギアＤを介して駆動輪Ｗに伝達される。また、モータジェネレータ１０１は、電動車両の減速時には発電機として動作して、電動車両の制動力を出力する。なお、モータジェネレータ１０１を発電機として動作させることで生じた回生電力は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐのうち、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに優先的に入力される。
高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、モータジェネレータ１０１に高電圧の電力を供給する。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐも、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、ＶＣＵ１０３を介してモータジェネレータ１０１に高電圧の電力を供給する。高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、ＶＣＵ１０３を介して、ＰＤＵ１０５に対して高容量型バッテリＥＳ−Ｅと並列に接続されている。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧よりも一般的に低い。したがって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電力は、ＶＣＵ１０３によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧と同レベル以上に昇圧された後、ＰＤＵ１０５を介してモータジェネレータ１０１に供給される。
なお、高容量型バッテリＥＳ−Ｅや高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、前述したニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池に限定される訳ではない。例えば、蓄電容量が少ないものの、短時間に大量の電力を充放電可能なコンデンサやキャパシタを高出力型バッテリＥＳ−Ｐとして用いても構わない。
また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの特性と高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性は互いに異なる。高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐよりも、出力重量密度は低いが、エネルギー重量密度は高い。一方、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅよりも、エネルギー重量密度は低いが、出力重量密度は高い。このように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、エネルギー重量密度の点で相対的に優れ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、出力重量密度の点で相対的に優れる。なお、エネルギー重量密度とは、単位重量あたりの電力量（Ｗｈ／ｋｇ）であり、出力重量密度とは、単位重量あたりの電力（Ｗ／ｋｇ）である。したがって、エネルギー重量密度が優れている高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、高容量を主目的とした蓄電器であり、出力重量密度が優れている高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高出力を主目的とした蓄電器である。
このような高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性の違いは、例えば電極や活物質、電解質／液といった電池の構成要素の構造や材質等により定まる種々のパラメータに起因するものである。例えば、充放電可能な電気の総量を示すパラメータである蓄電可能容量は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐより高容量型バッテリＥＳ−Ｅの方が優れる。一方、充放電に対する蓄電可能容量の劣化耐性を示すパラメータであるＣレート特性や充放電に対する電気抵抗値を示すパラメータである内部抵抗（インピーダンス）は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅより高出力型バッテリＥＳ−Ｐの方が優れる。
ＶＣＵ１０３は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電圧を直流のまま昇圧する。また、ＶＣＵ１０３は、電動車両の減速時にモータジェネレータ１０１が発電して直流に変換された電力を降圧する。さらに、ＶＣＵ１０３は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの出力電圧を直流のまま降圧する。ＶＣＵ１０３によって降圧された電力は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに優先的に充電される。なお、ＶＣＵ１０３が出力する直流電力の電圧レベル又は電流レベルは、ＥＣＵ１１５によって制御される。
図２は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ、コンタクタ１１３、ＶＣＵ１０３、ＰＤＵ１０５及びモータジェネレータ１０１の関係を示す電気回路図である。図２に示すように、ＶＣＵ１０３は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを入力電圧として２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフ切換動作することによって、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅ以上まで昇圧する。また、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフ切換動作せずに、エミッタがリアクトルＬに接続されたスイッチング素子Ｑ１をオン状態とし、もう一方のスイッチング素子Ｑ２をオフ状態としたスルーモード制御（直結制御）を行うことによって、ＶＣＵ１０３が昇降圧動作を行うことなく、コンタクタ１１３を介して高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐとを直結接続することができる。
ＰＤＵ１０５は、直流電圧を交流電圧に変換して３相電流をモータジェネレータ１０１に供給する。また、ＰＤＵ１０５は、モータジェネレータ１０１の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換する。
電圧センサ１０７ｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを検出する。なお、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐは、ＶＣＵ１０３の一次電圧Ｖ１でもある。電圧センサ１０７ｐが検出した電圧Ｖｐを示す信号はＥＣＵ１１５に送られる。電圧センサ１０７ｅは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅを検出する。電圧センサ１０７ｅが検出した電圧Ｖｅを示す信号はＥＣＵ１１５に送られる。Ｖ２電圧センサ１０９は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐ（＝Ｖ１）を昇圧したＶＣＵ１０３の二次電圧Ｖ２を検出する。Ｖ２電圧センサ１０９が検出した二次電圧Ｖ２を示す信号はＥＣＵ１１５に送られる。車速センサ１１１は、電動車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する。車速センサ１１１によって検出された車速ＶＰを示す信号は、マネジメントＥＣＵ１１５に送られる。
コンタクタ１１３は、ＰＤＵ１０５又はＶＣＵ１０３から高容量型バッテリＥＳ−Ｅまでの電流経路を断接する。コンタクタ１１３は、ＥＣＵ１１５の制御によって開閉される。
ＥＣＵ１１５は、ＰＤＵ１０５及びＶＣＵ１０３の制御、並びに、コンタクタ１１３の開閉制御を行う。また、ＥＣＵ１１５は、車速センサ１１１から得られた信号が示す車速ＶＰと、電動車両のドライバのアクセルペダル操作に応じたアクセルペダル開度（ＡＰ開度）とに基づいて、モータジェネレータ１０１に対する要求駆動力を算出し、この要求駆動力に応じたモータジェネレータ１０１の駆動効率が閾値以上となる最適電圧を算出する。この最適電圧で駆動されるモータジェネレータ１０１の駆動効率が最も高い。
さらに、ＥＣＵ１１５は、特性の異なる高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各々の特性を活かすよう、ＶＣＵ１０３の電力分配制御を行う。この電力分配制御を行えば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、電動車両の走行時に常に一定の電力をモータジェネレータ１０１に電力を供給するよう用いられ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、電動車両の走行のために大きな駆動力が必要なときに、モータジェネレータ１０１に電力を供給するよう用いられる。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐには、モータジェネレータ１０１が発電した回生電力や高容量型バッテリＥＳ−Ｅの余剰電力が優先的に入力される。ＥＣＵ１１５は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐとモータジェネレータ１０１との間で電力が授受される際に必要とされる電圧の昇降圧を行うようＶＣＵ１０３を制御する。
さらに、ＥＣＵ１１５は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐとの関係、及び高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅとモータジェネレータ１０１の最適電圧との関係に応じて、ＶＣＵ１０３を異なるモードで制御する。当該制御の詳細については後述する。
次に、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの使用形態について説明する。
本実施形態の電動車両では、ＰＤＵ１０５に対して高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐとが並列に接続されており、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧ＶｅはそのままＰＤＵ１０５に入力されるが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅよりも低い高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐは、ＶＣＵ１０３によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅと同レベル以上に昇圧された後、ＰＤＵ１０５に入力される。したがって、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅが高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐよりも高い状態でなくては、少なくとも本実施形態の構成に対する上記説明した電圧分配制御を行うＶＣＵ１０３の制御は成立しない。図３には、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐとの関係に応じた２つの領域のうち、ハッチングされた領域を「制御成立域」と示す。
なお、図３においては高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅが高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐよりも高い領域を一律に「制御成立域」としたが、実際には後述するようにＶＣＵ１０３の１よりも大きい最小昇圧率と最大昇圧率を考慮する必要がある。よって、これらを考慮した電力分配制御が成立する領域は、図３に示した「制御成立域」の内部に存在し、かつ、小さい。
以下、ＶＣＵ１０３の昇圧率を考慮した電力分配制御が成立する領域について、図４を参照して説明する。図４には、図３に示した制御成立域内の第１〜第３制約条件の全てを充足する領域（以下「電力分配制御領域」という。）が、斜線でハッチングされた領域で示される。
第１制約条件は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅがモータジェネレータ１０１及びＰＤＵ１０５の耐圧限界値以下であることである。図１及び図２に示したように高容量型バッテリＥＳ−ＥとＰＤＵ１０５又はモータジェネレータ１０１の間には電圧の調整手段が存在しないため、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧ＶｅがＰＤＵ１０５及びモータジェネレータ１０１の耐圧限界値以下でないと、ＰＤＵ１０５やモータジェネレータ１０１の保護を図れない。
第２制約条件は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅが、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧ＶｐをＶＣＵ１０３が４倍の昇圧率で昇圧した値以下（Ｖｅ≦４×Ｖｐ）であることである。なお、この昇圧率（４倍）は、ＶＣＵ１０３の制御成立性を高確率で保つことができる最大値（最大昇圧率）の一例である。ＶＣＵ１０３の制御成立性とは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されるＶＣＵ１０３のデューティ比に対する昇圧率の線形性を担保できることである。高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅが、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐに最大昇圧率を掛けた値より大きいと、ＶＣＵ１０３の電力分配制御時に、高出力型バッテリＥＳ−Ｐからモータジェネレータ１０１に電力を供給できない。
なお、最大昇圧率はＶＣＵ１０３によって異なる値である。つまり、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの選択に先立って、ＶＣＵ１０３を選択する必要がある。換言すれば、後述する第３制約条件と併せて、選択したＶＣＵ１０３の性能が高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの選択に支配的な影響を与える。
第３制約条件は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅが、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧ＶｐをＶＣＵ１０３が１．０９倍の昇圧率で昇圧した値以上（Ｖｅ≧１．０９×Ｖｐ）であることである。なお、この昇圧率（１．０９倍）は、ＶＣＵ１０３における昇圧率の最小値（最小昇圧率）の一例であり、ＶＣＵ１０３によって異なる値であり、ＶＣＵ１０３を構成するチップの公差と、電圧センサ１０７ｐによる検出誤差及びＶ２電圧センサ１０９による検出誤差の積み上げから得られる。なお、ＶＣＵ１０３の最小昇圧率は、ＶＣＵ１０３の個体差によるバラツキから不可避的に生じるものである。高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅが、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐに最小昇圧率を掛けた値より小さいと、ＶＣＵ１０３の電力分配制御時に、高容量型バッテリＥＳ−Ｅからモータジェネレータ１０１に電力を供給できない。
なお、第２制約条件の代わりに、図４に一点鎖線で示した第２’制約条件を用いても良い。第２’制約条件は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅが、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧ＶｐをＶＣＵ１０３が３倍の昇圧率で昇圧した値以下（Ｖｅ≦３×Ｖｐ）であることである。なお、この昇圧率（３倍）は、ＶＣＵ１０３の制御成立性を確実に保つことができる最大値の一例である。第２制約条件に代えて第２’制約条件を採用することで、選択できる高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの組み合わせの数が減るものの、制御の安定性が向上する。加えて、電圧点が制御成立域の中心に一層近づくため、制御の成立性を一層担保できる。
図５は、ＥＣＵ１１５によるＶＣＵ１０３の制御モードを切り替える際の処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐとの関係を示す点（以下「電圧点」という。）が図４に斜線で示した電力分配制御領域の内部に属し（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、かつ、モータジェネレータ１０１を駆動する際の最適電圧が高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅより高い（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）場合、ＥＣＵ１１５は、以下説明する「電圧制御モード」でＶＣＵ１０３を制御する（ステップＳ１０５）。また、電圧点が電力分配制御領域の内部に属し（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、かつ、最適電圧が高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅ以下（ステップＳ１０３：ＮＯ）の場合、ＥＣＵ１１５は、以下説明する「電流制御モード」でＶＣＵ１０３を制御する（ステップＳ１０７）。また、電圧点が電力分配制御領域の内部に属さない（ステップＳ１０１：ＮＯ）場合、ＥＣＵ１１５は、後述する「直結制御モード」でＶＣＵ１０３を制御する（ステップＳ１０９）。以下、ＥＣＵ１１５がＶＣＵ１０３を制御するこれら３つの制御モードについて説明する。
電圧制御モードでは、ＥＣＵ１１５はコンタクタ１１３を開制御し、図６に示すように、モータジェネレータ１０１には高出力型バッテリＥＳ−Ｐのみから電力が供給される。ＥＣＵ１１５は、モータジェネレータ１０１の最適電圧を指令値とするフィード・バック制御を用いて、ＶＣＵ１０３の二次電圧Ｖ２が最適電圧となるようＶＣＵ１０３を制御する。電圧制御モードでのＶＣＵ１０３の制御が行われると、モータジェネレータ１０１を高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅに影響されずに最も高い駆動効率で運転することができる。なお、高容量型バッテリＥＳ−Ｅはコンタクタ１１３によって、システムから電気的に切り離されるため、ＶＣＵ１０３の出力電圧は高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧に束縛されず、かつ、ＶＣＵ１０３の出力が高容量型バッテリＥＳ−Ｅへ入力されない。
電流制御モードでは、ＥＣＵ１１５はコンタクタ１１３を閉制御し、図７に示すように、モータジェネレータ１０１には高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧が印加され、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの供給電力がモータジェネレータ１０１への要求駆動力に応じた要求電力に満たない場合は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐが不足電力分を出力するように、フィード・バック制御でＶＣＵ１０３を制御する。電流制御モードでのＶＣＵ１０３の制御が行われると、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各特性を活かした充放電が行われるため、各バッテリの劣化を抑制できると共に、電動車両の航続可能距離を延ばすことができる。
直結制御モードでは、ＥＣＵ１１５はコンタクタ１１３を閉制御し、図８に示すように、コンタクタ１１３を介して高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐとが接続され、各バッテリからモータジェネレータ１０１への電力供給は行われない。ＥＣＵ１１５は、ＶＣＵ１０３をスルーモード制御（直結制御）することによって昇降圧は行わずに、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐとの間で電力を融通するようＶＣＵ１０３を制御する。直結制御モードでのＶＣＵ１０３の制御が行われると、図４に示した２次元座標上の電圧点を電力分配制御領域に向かって移行させることができる。
以上説明したように、本実施形態では、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐによって決定される２次元座標上の電圧点と電力分配制御領域との位置関係、並びに、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅとモータジェネレータ１０１の最適電圧との大小関係に応じて、電圧制御モード、電流制御モード及び直結制御モードのいずれかによってＶＣＵ１０３を制御する。電圧制御モードでは、モータジェネレータ１０１を高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅに影響されずに最も高い駆動効率で運転することができる。電流制御モードでは、各バッテリの劣化を抑制できると共に、電動車両の航続可能距離を延ばすことができる。直結制御モードでは、電圧点を電力分配制御領域に向かって移行させることができるため、再び高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方から電力をモータジェネレータ１０１へ供給できる。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、コンタクタ１１３の代わりに、図９に示すように、アノードが高容量型バッテリＥＳ−Ｅの正極側に接続されたダイオード１１７を設けても良い。ダイオード１１７は、ＶＣＵ１０３の二次電圧Ｖ２が高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅよりも高い場合に、モータジェネレータ１０１又は高出力型バッテリＥＳ−Ｐから高容量型バッテリＥＳ−Ｅへの電流を遮断する。コンタクタ１１３の代わりにダイオード１１７を設けた場合、ＥＣＵ１１５は、電圧制御モードでのＶＣＵ１０３の制御を行うに際してコンタクタ１１３を開制御する必要がないため、制御モードの切り替えを迅速に行うことができる。また、図１０に示すように、ダイオード１１７の代わりに、コンタクタ１１３とダイオード１１７を並列に設けた構成を同位置に設けても良い。この場合、コンタクタ１１３によって、直結制御モードでのＶＣＵ１０３の制御を行う際に電力融通を高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐ間で双方向に行うことができ、かつ、ダイオード１１７によって、制御モードの切り替えを迅速に行うことができる。
なお、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ側にもＶＣＵを設け、前述したコンタクタ１１３とダイオード１１７を並列に設けた構成の役割をＶＣＵ内部の半導体スイッチが果たしても良い。高容量型バッテリＥＳ−Ｓ側にもＶＣＵを設けることで、高容量型バッテリＥＳ−ＥがＰＤＵ１０５に接続された状態でも、ＰＤＵ１０５及びモータジェネレータ１０１に印加される電圧を可変にできる。
さらに、上記説明した電動車両は、１ＭＯＴ型のＥＶ（Electrical Vehicle）であるが、複数のモータジェネレータを搭載したＥＶであっても、少なくとも１つのモータジェネレータと共に内燃機関を搭載したＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle）やＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electrical Vehicle）であっても、ＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）であっても良い。
また、本実施形態のＥＣＵ１１５がＶＣＵ１０３に対して行う電圧制御モードや電流制御モードは、上述したようにフィード・バック制御によって行っても良いが、フィード・バック制御に代えて、フィード・フォワード制御のような他の制御方式を用いても良い。
１０１ モータジェネレータ（MG）
１０３ ＶＣＵ
１０５ ＰＤＵ
１０７ｅ，１０７ｐ 電圧センサ
１０９ Ｖ２電圧センサ
１１１ 車速センサ
１１３ コンタクタ
１１５ ＥＣＵ
１１７ ダイオード
ＥＳ−Ｅ 高容量型バッテリ
ＥＳ−Ｐ 高出力型バッテリ
１０３ ＶＣＵ
１０５ ＰＤＵ
１０７ｅ，１０７ｐ 電圧センサ
１０９ Ｖ２電圧センサ
１１１ 車速センサ
１１３ コンタクタ
１１５ ＥＣＵ
１１７ ダイオード
ＥＳ−Ｅ 高容量型バッテリ
ＥＳ−Ｐ 高出力型バッテリ
Claims (11)
- 第１蓄電器と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部と、
前記電圧変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値より高い場合は、
前記最適電圧に基づいて、前記電圧変換部が前記最適電圧を出力するよう前記電圧変換部を制御する、駆動装置。 - 第１蓄電器と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部と、
前記電圧変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値より高い場合は、
電圧制御モードで前記電圧変換部を制御する、駆動装置。 - 第１蓄電器と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部と、
前記電圧変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値以下の場合は、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方から前記駆動部に電力を供給可能な態様で、
前記第１蓄電器の電力と前記要求駆動力とに基づいて前記電圧変換部を制御する、駆動装置。 - 第１蓄電器と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部と、
前記電圧変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値以下の場合は、
電流制御モードで前記電圧変換部を制御する、駆動装置。 - 第１蓄電器と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部と、
前記電圧変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属さない場合は、
前記遮断部を介して前記第１蓄電器と前記第２蓄電器とが接続された態様で、電圧変換は行わずに前記第１蓄電器と前記第２蓄電器との間で電力を融通するよう前記電圧変換部を制御する、駆動装置。 - 請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
前記最大の変換率は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方が前記駆動部に電力を供給する場合の前記電圧変換部の制御成立性を保つことができる限界値である、駆動装置。 - 請求項１から６のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
前記第２蓄電器の電圧を検出する第１センサと、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が変換した値を検出する第２センサと、を備え、
前記最小の変換率は、前記電圧変換部の製品公差、並びに、前記第１センサ及び前記第２センサによる検出誤差に基づく値である、駆動装置。 - 請求項１から７のいずれか１項に記載の駆動装置を有する、輸送機器。
- 第１蓄電器と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部と、
前記電圧変換部を制御する制御部と、を備えた駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値より高い場合は、
前記最適電圧に基づいて、前記電圧変換部が前記最適電圧を出力するよう前記電圧変換部を制御する、制御方法。 - 第１蓄電器と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部と、
前記電圧変換部を制御する制御部と、を備えた駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属し、かつ、
前記駆動部に対する要求駆動力に基づいて算出した、前記駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧が、前記第１蓄電器の電圧の検出値以下の場合は、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方から前記駆動部に電力を供給可能な態様で、
前記第１蓄電器の電力と前記要求駆動力とに基づいて前記電圧変換部を制御する、制御方法。 - 第１蓄電器と、
前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る第２蓄電器と、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力によって駆動する駆動部と、
前記駆動部又は前記第２蓄電器から前記第１蓄電器への電流を遮断する遮断部と、
前記電圧変換部を制御する制御部と、を備えた駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、
前記第１蓄電器の電圧と前記第２蓄電器の電圧とを変数とする２次元座標上で、
前記第１蓄電器の電圧が前記駆動部の耐圧限界値以下である第１条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最大の変換率で変換した値以下である第２条件と、
前記第１蓄電器の電圧が、前記第２蓄電器の電圧を前記電圧変換部が最小の変換率で変換した値以上である第３条件と、
の全てを充足する領域内に、前記第１蓄電器の電圧の検出値と前記第２蓄電器の電圧の検出値との関係を示す電圧点が属さない場合は、
前記遮断部を介して前記第１蓄電器と前記第２蓄電器とが接続された態様で、電圧変換は行わずに前記第１蓄電器と前記第２蓄電器との間で電力を融通するよう前記電圧変換部を制御する、制御方法。
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