JP6492001B2 - 駆動装置、輸送機器及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、２つの蓄電器を備えた駆動装置、輸送機器及び制御方法に関する。

特許文献１には、３つの蓄電装置と、３つの蓄電装置からの電力を用いて、駆動力を発生するように構成された駆動装置と、３つの蓄電装置にそれぞれ対応して設けられ、３つの蓄電装置からの電力の供給と遮断とを切り替えるための３つのリレーとを含む車両が記載されている。当該車両のＥＣＵは、３つの蓄電装置の故障を検出し、検出された蓄電装置の故障状態に応じて、駆動装置と３つの蓄電装置との接続状態を変更するように３つのリレーを制御する。

特開２０１１−０４１３８６号公報

特許文献１に記載の車両は、検出された３つの蓄電装置の故障状態に応じて、駆動装置と３つの蓄電装置との接続状態を３つのリレーの開閉によって制御し、走行の継続を図っている。しかし、リレーの開閉の制御の前後におけるコンバータの制御については、何ら記載がない。特に特性の異なる複数の蓄電装置を含む駆動装置においては、それぞれの蓄電装置の特性を最大限活かすべく異なった充放電を行うようにコンバータを制御するため、一方の蓄電装置が使用不能となるリレーの開閉の前後においてスイッチング損失等を考慮して適切にコンバータを制御しなければ、正常な蓄電装置の電力を適切に使用できないばかりか、その使用効率が低下して航続可能距離が短くなるおそれがある。

本発明の目的は、２つの蓄電器のいずれか一方が故障した際に他方の蓄電器の電力を高効率に使用可能とし、航続可能距離を最大化可能な駆動装置、輸送機器及び制御方法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、
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、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の故障を検出する検出部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、
前記変換部を制御し、前記第２蓄電器の出力電圧を変換して出力する変換モード（例えば、後述の実施形態での電圧制御モード）、又は前記第２蓄電器の出力電圧をそのまま出力する直結モードで動作させる制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器の故障を検出すると、故障していない前記第２蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値未満であれば、前記駆動部への要求出力に応じた駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧と前記第２蓄電器の出力電圧とに基づく前記変換部の変換率で前記変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合における効率の比較に基づき、前記変換部を前記変換モード又は前記直結モードで動作させる、駆動装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器の故障を検出すると、故障していない前記第２蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値以上であれば、前記変換部を前記直結モードで動作させる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、
前記制御部は、前記第２蓄電器の出力電圧を前記駆動部に印加した際の前記駆動部の駆動効率、前記最適電圧を前記駆動部に印加した際の前記駆動部の駆動効率、並びに、前記第２蓄電器の出力電圧を前記最適電圧に変換する際の変換率で前記変換部が電圧変換を行った場合に生じる前記変換部での導通損失及び遷移損失に基づき、前記変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合の効率の比較を行う。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、
前記制御部は、
前記検出部が前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の故障を検出しないときは、前記駆動部に供給可能な電力を前記第１蓄電器と前記第２蓄電器が出力可能な電力の総和に設定して、前記変換部が前記第１蓄電器から前記駆動部に供給される電力と目標電力との差分に応じて前記第２蓄電器の出力電圧を変換する分配モード（例えば、後述の実施形態での電流制御モード）で前記変換部を制御し、
前記検出部が前記第１蓄電器の故障を検出すると、前記駆動部に供給可能な電力を故障していない前記第２蓄電器が出力可能な電力に設定した後に、前記変換部を前記分配モードから前記変換モード又は前記直結モードに切り替えて、前記変換モード又は前記直結モードで動作させる。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、
更に、前記第１蓄電器の出力電圧を変換する別の変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ２０３）を備え、
前記制御部は、前記別の変換部を制御し、前記第１蓄電器の出力電圧を変換して出力する変換モード、又は前記第１蓄電器の出力電圧をそのまま出力する直結モードで動作させるものであり、
前記検出部が前記第２蓄電器の故障を検出すると、故障していない前記第１蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値未満であれば、前記駆動部への要求出力に応じた駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧と前記第１蓄電器の出力電圧とに基づく前記別の変換部の変換率で前記別の変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合における効率の比較に基づき、前記別の変換部を前記変換モード又は前記直結モードで動作させる。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記制御部は、前記検出部が前記第２蓄電器の故障を検出すると、故障していない前記第１蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値以上であれば、前記変換部を前記直結モードで度動作させる。
請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、
前記制御部は、前記第１蓄電器の出力電圧を前記駆動部に印加した際の前記駆動部の駆動効率、前記最適電圧を前記駆動部に印加した際の前記駆動部の駆動効率、並びに、前記第１蓄電器の出力電圧を前記最適電圧に変換する際の変換率で前記別の変換部が電圧変換を行った場合に生じる前記別の変換部での導通損失及び遷移損失に基づき、前記別の変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合の効率の比較を行う。

請求項８に記載の発明は、請求項５から７のいずれか１項に記載の発明において、
前記制御部は、
前記検出部が前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の故障を検出しないときは、前記駆動部に供給可能な電力を前記第１蓄電器と前記第２蓄電器が出力可能な電力の総和に設定して、前記変換部が前記第１蓄電器から前記駆動部に供給される電力と目標電力との差分に応じて前記第２蓄電器の出力電圧を変換するよう制御する分配モード（例えば、後述の実施形態での電流制御モード）で前記変換部を制御し、
前記検出部が前記第２蓄電器の故障を検出すると、前記駆動部に供給可能な電力を故障していない前記第１蓄電器が出力可能な電力に設定した後に、前記別の変換部を前記分配モードから前記変換モード又は前記直結モードに切り替えて、前記変換モード又は前記直結モードで動作させる。
請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の発明において、
前記第２蓄電器は、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。

請求項１０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、
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、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の故障を検出する検出部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、
前記変換部を制御し、前記第２蓄電器の出力電圧を変換して出力する変換モード（例えば、後述の実施形態での電圧制御モード）、又は前記第２蓄電器の出力電圧をそのまま出力する直結モードで動作させる制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１５）と、を備え、
前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器の故障を検出すると、故障していない前記第２蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値未満であれば、前記駆動部への要求出力に応じた駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧と前記第２蓄電器の出力電圧とに基づく前記変換部の変換率で前記変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合における効率の比較に基づき、前記変換部を前記変換モード又は前記直結モードで動作させる、制御方法である。

第１蓄電器と第２蓄電器の双方が正常である場合は、それぞれの蓄電器の特性を考慮して駆動部に電力が供給されるように変換部を制御する。当該制御を「電力分配制御」と呼ぶ。第１蓄電池と第２蓄電器の双方から同時に電力を駆動部に供給するためには、電圧を等しくする必要がある。よって、第１蓄電器と第２蓄電器の双方が正常である場合に、電力分配制御を行うためには、供給電圧が制御可能な制御モードで変換部を制御する必要がある。

一方、第１蓄電器又は第２蓄電器が故障した場合は、一方の蓄電器のみからしか駆動部に電力を供給できないため、電力分配制御を実現できない。このため、上述の制御モードと異なり駆動部を高効率点で運転可能な変換モードか、正常な蓄電器の出力電圧をそのまま出力する直結モードのいずれかのモードで変換部を制御する。変換モードと直結モードとを比較すると、直結モードでは変換部は正常な蓄電器の出力電圧をそのまま出力するため、電圧変換に伴うスイッチング損失等は発生しないが、変換モードでは当該電圧変換に伴うスイッチング損失等が発生する。このため、変換モードで制御された変換部は駆動部にとって高効率な電圧を出力可能ではあるが、電圧変換に伴うスイッチング損失等を考慮しないと、駆動部と変換部を含む全体の効率を充分に向上させられない場合がある。

請求項１の発明、請求項５の発明、請求項１０の発明及び請求項１１の発明では、第１蓄電器又は第２蓄電器が故障した際、正常な蓄電器の出力電圧又は残容量に基づいて変換モード及び直結モードのいずれかを選択し、正常な蓄電器の出力電圧を変換する変換部を当該選択した変換モード又は直結モードで制御する。正常な蓄電器の出力電圧と目標電圧との関係等に基づいて、駆動部と変換部を含む全体の効率が高い方の制御モードを選択すれば、正常な蓄電器の電力を高効率に使用できるため、２つの蓄電器の一方が故障してもう一方の蓄電器の電力によって駆動する車両の航続可能距離を最大化できる。
正常な蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値未満であれば、駆動部の最適電圧に応じた変換部の変換率で変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合との比較に基づき、変換部を変換モード又は直結モードで制御する。変換部の変換率は変換部の変換効率を左右するため、変換部が電圧変換を行うと、電圧変換を行わない場合に比べて、駆動部と変換部を含む全体の効率が充分に増加しない場合がある。したがって、電圧変換を行うことによって全体の効率が充分に上がる場合には変換モードで変換部を制御し、電圧変換を行うことによって全体の効率が充分に上がらない場合には直結モードで変換部を制御することによって、正常な蓄電器の電力を高効率に使用できる。

請求項２の発明、及び請求項６の発明によれば、正常な蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値以上であれば変換部を直結モードで制御する。蓄電器の残容量がしきい値以上であれば出力電圧は高く、こういった蓄電器の出力電圧を変換せずにそのまま駆動部に印加すると、駆動部を高効率点で運転可能な目標電圧に追従することはできないが、駆動部を比較的効率良く駆動できる。このため、正常な蓄の出力電圧が高い場合には、電圧交換に伴うスイッチング損失等が発生しない直結モードで変換部を制御することで、変換モードで変換部を制御した場合と比較して、駆動部と変換部を含む全体の効率が同程度かそれ以上に向上するため、正常な蓄電器の電力を高効率に使用できる。加えて、変換部のスイッチングを控えられるため、変換部の耐久性を高められる。

請求項３の発明、及び請求項７の発明によれば、駆動部の最適電圧に応じた変換部の変換率で変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合との、駆動部と変換部を含む全体の効率の比較を正確に行った上で、故障していない蓄電器の出力電圧を変換する変換部を変換モード及び直結モードのどちらで制御するかを判断できる。

第１蓄電器又は第２蓄電器が故障した際、駆動部に供給可能な電力を第１蓄電器と第２蓄電器が出力可能な電力との総和に設定されたまま変換モード又は直結モードに切り替えると、変換部及び駆動部によって正常な蓄電器から本来２つの蓄電器より出力されるべき電力が持ち出されることによって、当該正常な蓄電器の出力電力が過大となる可能性がある。その結果、正常な蓄電器を適切に使用できないばかりか、その劣化を促進させるおそれがあるため望ましくない。

よって、請求項４の発明及び請求項８の発明では、第１蓄電器又は第２蓄電器が故障した際には、駆動部に供給可能な電力を正常な蓄電器が出力可能な電力に設定するまでは分配モードが継続され、当該設定を行った後に変換モード又は直結モードに切替えるため、仮に変換モードに基づいて変換部が正常な蓄電器の出力電圧を目標電圧まで変換しても、当該正常な蓄電器の出力電力は前記設定された駆動部に供給可能な電力以下、すなわち、正常な蓄電器が出力可能な電力以下に抑えられる。このように、請求項６の発明によれば、駆動部に供給可能な電力を正常な蓄電器が出力可能な電力に設定する前に変換モード又は直結モードへの切替えを行った場合と比べて、蓄電器に故障が発生した際の正常な蓄電器の出力電力は過大とならずに適正値に抑えられるため、当該正常な蓄電器の電力を高効率に使用できる。また、過大な電力の出力は蓄電器の劣化を促進するが、請求項６の発明によれば、正常な蓄電器の出力電力は過大とならずに適正値に抑えられるため、当該正常な蓄電器の劣化の促進を防止できる。
請求項９の発明によれば、特性の異なる２つの蓄電器を併用する当該駆動装置において、正常な蓄電器の電力を高効率に使用でき、２つの蓄電器の一方が故障してもう一方の蓄電器の電力によって駆動する車両の航続可能距離を最大化できる。

第１の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。 第１の実施形態における高容量型バッテリ、高出力型バッテリ、ＶＣＵ、ＰＤＵ及びモータジェネレータの関係を示す電気回路図である。 ＰＤＵ及びモータジェネレータによって構成される駆動部に印加される電圧と出力に対する効率との関係を示す図である。 高容量型バッテリが故障した際にＥＣＵがＶＣＵの制御モードを切替える際の処理の流れを示すフローチャートである。 電力供与時の高出力型バッテリから高容量型バッテリへの電流の流れを示す図である。 電圧制御モードでＶＣＵを制御する際の高出力型バッテリからモータジェネレータへの電流の流れを示す図である。 図６にステップＳ１１１として示すサブルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）はＶＣＵのスイッチング処理におけるデューティ比を示す図であり、（ｂ）はスイッチング処理における信号の遷移を示す図である。 高容量型バッテリに故障が発生した際のＥＣＵの制御による各パラメータの経時変化を示すタイミングチャートである。 高容量型バッテリに故障が発生した際の図９とは異なる制御による各パラメータの経時変化を示すタイミングチャートである。 第２の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。 第２の実施形態における高容量型バッテリ、高出力型バッテリ、ＶＣＵ、ＰＤＵ及びモータジェネレータの関係を示す電気回路図である。

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。

（第１の実施形態）
図１は、第１の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１０７ｐ，１０７ｅと、電流センサ１０９ｐ，１０９ｅと、温度センサ１１１ｐ，１１１ｅと、車速センサ１１２と、スイッチ部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の少なくともいずれか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の少なくともいずれか一方に蓄えられる。

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、一般的に、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の電圧と同レベルまで昇圧された後、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や、電池外部より活物質の供給を必要とする燃料電池や空気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に充電される。

図２は、第１の実施形態における高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ、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の出力電圧を入力電圧として、ハイサイドとローサイドから成る２つのスイッチング素子をオンオフ切換動作することによって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧を昇圧して出力する。また、これら２つのスイッチング素子をオンオフ切換動作せずに、上アーム（ハイサイド）スイッチング素子をオン状態、下アーム（ローサイド）スイッチング素子をオフ状態とすれば、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及びＰＤＵ１０５と電気系統的に直結された状態になる。

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。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。なお、電圧センサ１０７ｅが検出した電圧Ｖｅは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧ＶＰをＶＣＵ１０３が昇圧した値に等しい。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。

電流センサ１０９ｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの入出力電流Ｉｐを検出する。電流センサ１０９ｐが検出した入出力電流Ｉｐを示す信号はＥＣＵ１１５に送られる。電流センサ１０９ｅは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの入出力電流Ｉｅを検出する。電流センサ１０９ｅが検出した入出力電流Ｉｅを示す信号はＥＣＵ１１５に送られる。

温度センサ１１１ｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐを検出する。温度センサ１１１ｐが検出した温度Ｔｐを示す信号はＥＣＵ１１５に送られる。温度センサ１１１ｅは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅを検出する。温度センサ１１１ｅが検出した温度Ｔｅを示す信号はＥＣＵ１１５に送られる。

車速センサ１１２は、電動車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する。車速センサ１１２によって検出された車速ＶＰを示す信号は、ＥＣＵ１１５に送られる。

スイッチ部１１３は、高容量型バッテリＥＳ−ＥからＰＤＵ１０５又はＶＣＵ１０３までの電流経路を断接するコンタクタＭＣｅと、高出力型バッテリＥＳ−ＰからＶＣＵ１０３までの電流経路を断接するコンタクタＭＣｐとを有する。各コンタクタＭＣｅ，ＭＣｐ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、スイッチ部１１３の開閉制御を行う。また、ＥＣＵ１１５には、電動車両のドライバによる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）を示す信号、車速センサ１１２からの車速ＶＰを示す信号、電圧センサ１０７ｅ，１０７ｐからの電圧Ｖｅ，Ｖｐを示す信号、電流センサ１０９ｅ，１０９ｐからの電流Ｉｅ，Ｉｐを示す信号、及び温度センサ１１１ｅ，１１１ｐからの温度Ｔｅ，Ｔｐを示す信号が入力される。

ＥＣＵ１１５は、ＡＰ開度及び車速ＶＰに基づき、ＰＤＵ１０５及びモータジェネレータ１０１によって構成される駆動部（以下、単に「駆動部」という。）への要求出力を算出する。また、ＥＣＵ１１５は、電圧センサ１０７ｐ，１０７ｅが検出した各電圧及び電流センサ１０９ｐ，１０９ｅが検出した各入出力電流に基づき、電流積算方式及び／又はＯＣＶ（開路電圧）推定方式によって、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を導出する。

また、ＥＣＵ１１５は、駆動部に供給可能な電力の上限値（以下「システム許可電力」という。）を管理する。通常は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが出力可能な電力と高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力の合計がシステム許可電力として設定される。なお、過大な電力の持出しに起因する劣化や故障の促進を抑制するため、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力可能な電力は、それぞれのバッテリが出力可能な最大電力より小さな値が設定される。

また、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を用いた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、ＥＣＵ１１５は、電圧センサ１０７ｅが検出した電圧、電流センサ１０９ｅが検出した電流、及び温度センサ１１１ｅが検出した温度に基づいて、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの故障及びその前兆を検出する。高容量型バッテリＥＳ−Ｅの故障は、例えば断線等が発生して電流が極端に小さい場合に検出される。また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの故障の前兆は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度が極端に高い場合に検出される。ＥＣＵ１１１は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの故障の前兆を検出すると、高容量型バッテリＥＳ−Ｅから高出力型バッテリＥＳ−Ｐへ電力を移行するよう、ＶＣＵ１０３を制御する。なお、当該電力移行におけるバッテリの放電レートは、ＥＣＵ１１５によって決定される。

さらに、ＥＣＵ１１５は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに故障が発生していなければ「電流制御モード」でＶＣＵ１０３を制御し、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに故障が発生した際には「電圧制御モード」又は「直結制御モード」でＶＣＵ１０３を制御する。以下、ＥＣＵ１１５がＶＣＵ１０３を制御する際の上記３つの制御モード（電流制御モードと電圧制御モードと直結制御モード）について説明する。

電流制御モードは、原則、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方のバッテリが正常な状態のとき用いられる。電流制御モードでは、上述したＶＣＵ１０３の電力分配制御によって、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の供給電力が駆動部への要求出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。但し、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐは、モータジェネレータ１０１に印加される高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅよりも低いため、ＥＣＵ１１５は、ＶＣＵ１０３が高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅに等しい電圧まで昇圧するよう制御する。このように、電流制御モードでは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅに等しい電圧まで一律に昇圧され、高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力する電流Ｉｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに求められる不足電力の大きさによって異なる。したがって、電流制御モードでは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐと電流ＩｐがＶＣＵ１０３にフィードバックされる。なお、電流制御モードでの制御が行われると、当該制御が安定する。

電圧制御モードは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは正常であるが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障した状態のときに用いられる。電圧制御モードでは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐのみから電力が供給され、駆動部に印加される電圧が、要求出力に応じた駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧となるよう、ＶＣＵ１０３は高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを昇圧する。すなわち、ＥＣＵ１１５は、ＶＣＵ１０３が最適電圧を出力するよう、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐと最適電圧との比に応じたデューティ比（昇圧率）でＶＣＵ１０３を制御する。したがって、電圧制御モードでは、最適電圧を指令値とするフィード・フォワード制御、又は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐと最適電圧の差分を指令値とするフィード・バック制御を用いてＶＣＵ１０３を制御するため、駆動部の駆動効率を最適化できる。

直結制御モードは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは正常であるが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障した状態で用いられる。直結制御モードでは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐのみから電力が供給され、ＥＣＵ１１５が図２に示したＶＣＵ１０３の上アームスイッチング素子をオン状態、下アームスイッチング素子をオフ状態とすることによって、ＶＣＵ１０３は高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐをそのまま出力する。このように、直結制御モードでは、ＶＣＵ１０３のスイッチング素子が昇圧のためにオンオフ切換動作されないため、当該動作に伴う導通損失や遷移損失は発生しない。

以下、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方が正常であるためＥＣＵ１１５が電流制御モードでＶＣＵ１０３を制御しているときに、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障した際のＥＣＵ１１５によるＶＣＵ１０３の制御モードの切替方法について、図４を参照して詳細に説明する。図４は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障した際にＥＣＵ１１５が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４に示すように、ＥＣＵ１１５は、電圧センサ１０７ｅが検出した電圧、電流センサ１０９ｅが検出した電流、及び温度センサ１１１ｅが検出した温度に基づいて、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの故障の前兆が発生したか否かを判断し（ステップＳ１０１）、前兆があればステップＳ１０３に進み、前兆がなければステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１１５は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅから高出力型バッテリＥＳ−Ｐへ電力を供給するようＶＣＵ１０３を制御する。図５は、電力供与時の高出力型バッテリＥＳ−Ｐから高容量型バッテリＥＳ−Ｅへの電流の流れを示す図である。次に、ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１１５は、電圧センサ１０７ｅが検出した電圧、電流センサ１０９ｅが検出した電流、及び温度センサ１１１ｅが検出した温度に基づいて、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに故障が発生したか否かを判断し、故障が発生したと判断すればステップＳ１０７に進み、故障が発生していないと判断すれば一連の処理を終了する。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１１５は、スイッチ部１１３が有する高容量型バッテリＥＳ−Ｅ側のコンタクタＭＣｅを開いて、高容量型バッテリＥＳ−ＥからＰＤＵ１０５及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐまでの電流経路を遮断する。次に、ＥＣＵ１１５は、駆動部に供給可能な電力の上限値であるシステム許可電力を、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力に設定する（ステップＳ１０９）。なお、ステップＳ１０９でのシステム許可電力の設定値は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが出力可能な電力と高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力の合計から、高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力へと徐々に低減される。次に、ＥＣＵ１１５は、ＶＣＵ１０３の制御モードを電流制御モードから電圧制御モード又は直結制御モードに切り替えるためのサブルーチン（ステップＳ１１１）を実行する。図６は、電圧制御モード又は直結制御モードでＶＣＵ１０３を制御する際の高出力型バッテリＥＳ−Ｐからモータジェネレータ１０１への電流の流れを示す図である。

図７は、図６にステップＳ１１１として示すサブルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、当該サブルーチンを実行するＥＣＵ１１５は、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐがしきい値ｔｈ以上（Ｖｐ≧ｔｈ）か否かを判別し（ステップＳ２０１）、Ｖｐ≧ｔｈであればステップＳ２０３に進み、Ｖｐ＜ｔｈであればステップＳ２０５に進む。なお、ステップＳ２０１では、正常な高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣがしきい値ｔｈｓ以上（ＳＯＣ≧ｔｈｓ）か否かを判別しても良い。この場合、ＳＯＣ≧ｔｈｓであればステップＳ２０３に進み、ＳＯＣ＜ｔｈｓであればステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１１５は、ＶＣＵ１０３の制御モードを電流制御モードから直結制御モードに切り替え、直結制御モードでＶＣＵ１０３を制御する。

ステップＳ２０５では、ＥＣＵ１１５は、ＡＰ開度及び車速ＶＰに基づいて、駆動部への要求出力を算出する。次に、ＥＣＵ１１５は、要求出力に応じた駆動部の駆動効率が閾値以上となる当該駆動部への印加電圧、すなわち最適電圧を導出する（ステップＳ２０７）。なお、ＥＣＵ１１５は、図３に示す情報に基づくマップ等によって、駆動部の出力と駆動部に対する印加電圧と駆動部の駆動効率との関係を記憶しており、要求出力に応じた駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧をマップ等を用いて導出する。

次に、ＥＣＵ１１５は、最適電圧と高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐとに基づいて、電圧制御モードでＶＣＵ１０３を制御した際の駆動部とＶＣＵ１０３を含む全体の効率（以下「電圧制御効率」という。）と、直結制御モードでＶＣＵ１０３を制御した際の駆動部とＶＣＵ１０３を含む全体の効率（以下「直結制御効率」という。）とをそれぞれ算出する（ステップＳ２０９）。電圧制御効率及び直結制御効率についての詳細は後述する。次に、ＥＣＵ１１５は、電圧制御効率と直結制御効率の大小を判別し（ステップＳ２１１）、電圧制御効率＞直結制御効率であればステップＳ２１３に進み、電圧制御効率≦直結制御効率であればステップＳ２０３に進む。

なお、電圧制御効率が直結制御効率を上回っても、電圧変換による効率上昇がわずかであれば、ＶＣＵ１０３の耐久性の観点からはスイッチングを行わない直結制御モードの方が好ましい。したがって、ステップＳ２１１では、ＥＣＵ１１５は、直結制御効率に所定値αを加算した値と、電圧制御効率を示す値との大小を判別しても良い。この場合、電圧制御効率＋α＞直結制御効率であればステップＳ２１３に進み、電圧制御効率＋α≦直結制御効率であればステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２１３では、ＥＣＵ１１５は、ＶＣＵ１０３の制御モードを電流制御モードから電圧制御モードに切り替え、電圧制御モードでＶＣＵ１０３を制御する。なお、直結制御モードに切り替えられた後で、正常な高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣの低下に伴って電圧Ｖｐがしきい値ｔｈ未満になれば、ステップＳ２０５〜Ｓ２１１を経て、直結制御モードから電圧制御モードに切り替えても良い。このように、正常な高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣ又は電圧Ｖｐに応じて、適宜、直結制御モードと電圧制御モードを選択することで、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障して正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電力によって駆動する電動車両の航続可能距離を最大化できる。

以下、電圧制御効率及び直結制御効率について詳細に説明する。

電圧制御効率は、上述したように、高出力型バッテリＥＳ−Ｐのみから駆動部に電力が供給される場合に電圧制御モードでＶＣＵ１０３を制御した際の、駆動部とＶＣＵ１０３を含む全体の効率である。電圧制御効率ηｖは、以下に示す式（１）によって表される。また、直結制御効率は、上述したように、高出力型バッテリＥＳ−Ｐのみから駆動部に電力が供給される場合に直結制御モードでＶＣＵ１０３を制御した際の、駆動部とＶＣＵ１０３を含む全体の効率である。直結制御効率ηｄは、以下に示す式（２）によって表される。

ηｖ＝ηdrive（Ｖｏ）−ηconduct（Ｖｏ／Ｖｐ）−ηtrans（Ｖｏ／Ｖｐ） …（１）
但し、
ηdrive（Ｖｏ）は、最適電圧Ｖｏが印加される駆動部が要求出力を出力する場合の当該駆動部の駆動効率である。
ηconduct（Ｖｏ／Ｖｐ）は、ＶＣＵ１０３が高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを最適電圧Ｖｏに昇圧する際に発生する導通損失によって失われる電力を効率（損失電力／入力電力）に換算したパラメータである。
ηtrans（Ｖｏ／Ｖｐ）は、ＶＣＵ１０３が高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを最適電圧Ｖｏに昇圧する際に発生する遷移損失によって失われる電力を効率（損失電力／入力電力）に換算したパラメータである。

ηｄ＝ηdrive（Ｖｐ） …（２）
但し、
ηdrive（Ｖｐ）は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐが印加される駆動部が要求出力を出力する場合の当該駆動部の駆動効率である。

ηconduct（Ｖｏ／Ｖｐ）が効率に換算される前の導通損失Ｌconductは、以下の示す式（３）によって表される。なお、以下の数式では、最適電圧を出力電圧Vout、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを入力電圧Vinとして表されている。なお、ＶＣＵ１０３の昇圧率は、Vout/Vinと表すことができ、図８（ａ）に示すデューティ比（オン時間比率）Ｄによって以下のように表すことができる。

したがって、以下の関係が成り立つ。I_{IN_AVE}は、平均入力電流である。I_{SW_RMS}は、オン時の入力電流の二乗平均値である。RDSonは、ＶＣＵ１０３を構成するスイッチング素子のオン抵抗である。I_PEAK=1.25I_{IN_AVE}であり、I_THROUGH=0.75I_{IN_AVE}である。

このように、ＶＣＵ１０３が昇圧を行う際に発生する導通損失Ｌconductは、ＶＣＵ１０３の昇圧率（Vout/Vin）を変数として発生する。

ηtrans（Ｖｏ／Ｖｐ）が効率に換算される前の遷移損失Ｌtransは、以下の示す式（４）によって表される。図８（ｂ）に示すT_TRANSは、オンからオフ又はオフからオンへの遷移時間である。F_SWは、スイッチング周波数である。

このように、ＶＣＵ１０３が昇圧を行う際に発生する遷移損失Ｌtransは、ＶＣＵ１０３の昇圧率（Vout/Vin）を変数として発生する。

図３に示されるように、しきい値以上の駆動効率が見込まれる駆動部の出力領域は、当該駆動部に印加される電圧が高いほど広い。したがって、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐがしきい値ｔｈ以上であれば、当該電圧Ｖｐをそのまま駆動部に印加しても所望の駆動効率で駆動部を駆動できる可能性が高い。したがって、本実施形態では、図７のステップＳ２０１，Ｓ２０３に示すように、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐがしきい値ｔｈ以上であれば、ＥＣＵ１１５は、直結制御モードでＶＣＵ１０３を制御する。

一方、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐがしきい値ｔｈ未満であると、当該電圧Ｖｐをそのまま駆動部に印加しても所望の駆動効率で駆動部を駆動できるとは限らない。したがって、ＥＣＵ１１５は、電圧制御モードでＶＣＵ１０３を制御した場合に得られる電圧制御効率と直結制御モードでＶＣＵ１０３を制御した場合に得られる直結制御効率とを比較した上で、効率が良い方の制御モードでＶＣＵ１０３を制御する。なお、ＶＣＵ１０３を電圧制御モードで制御する場合、最適電圧が駆動部に印加されるため駆動部における駆動効率の向上が見込まれる可能性が高いが、電圧制御効率には、昇圧率が影響するＶＣＵ１０３での導通損失及び遷移損失による効率の低下分が含まれる。一方、ＶＣＵ１０３を直結制御モードで制御する場合、最適電圧による駆動部における駆動効率の向上が見込まれる可能性は低いが、直結制御効率には、ＶＣＵ１０３で発生する損失が見込まれない。

以上説明したフローチャートの処理に従えば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方が正常であるためＥＣＵ１１５が電流制御モードでＶＣＵ１０３を制御しているときに、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに故障の前兆が発生すると、ＥＣＵ１１５は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅから高出力型バッテリＥＳ−Ｐへ電力を供給するようＶＣＵ１０３を制御する。その結果、図９に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの残容量（ＳＯＣ：State of Charge）は低下し、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣは増加する。

その後、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障すると、ＥＣＵ１１５は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの故障を示す故障フラグを立てる。その後、ＥＣＵ１１５は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ側のコンタクタＭＣｅを開き、かつ、システム許可電力の設定値を高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）へと徐々に下げる。ＥＣＵ１１５は、システム許可電力の設定値を高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）まで下げた後、ＶＣＵ１０３の制御モードを電流制御モードから電圧制御モード又は直結制御モードに切り替える。その後、ＥＣＵ１１５は、電圧制御モード又は直結制御モードでＶＣＵ１０３を制御する。

仮に、上記ＶＣＵ１０３の制御モードの切替えがシステム許可電力の変更前に行われ、図１０に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障した状態で電動車両のアクセルペダルが踏まれてＡＰ開度が増加すると、ＶＣＵ１０３は電圧制御モードで制御されるため、ＶＣＵ１０３は正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧をモータジェネレータ１０１の最適電圧まで昇圧することによって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電力がオーバーシュートして過大となる可能性がある。こういった過大な電力の放電は、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの劣化を促進するおそれがあるため望ましくない。

しかし、本実施形態では、上記ＶＣＵ１０３の制御モードの切替えは、システム許可電力の設定値が高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）に低下するまで行われないため、図９に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障してＶＣＵ１０３の制御モードが切り替わる前に電動車両のアクセルペダルが踏まれてＡＰ開度が増加しても、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが出力可能な電力と高出力型バッテリＥＳ−Ｐの合計（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｅ}＋Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）にシステム許可電力は設定されているが、電流制御モードであるＶＣＵ１０３によって、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐから放電される電流量が制御されるため、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電力は駆動部への要求出力に応じた要求電力を上限として抑制される。

また、電圧制御モード又は直結制御モードに切り替えられた時点ではシステム許可電力の設定値は高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）まで低下しているため、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐから放電される電流量が制御せずとも、ＶＣＵ１０３が高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧をモータジェネレータ１０１の最適電圧まで昇圧しても、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電力は高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）を上限として抑制される。

以上説明したように、本実施形態によれば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに故障が発生した際に、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐがしきい値ｔｈ以上であれば、直結制御モードでＶＣＵ１０３を制御する。直結制御モードでＶＣＵ１０３を制御すると、駆動部を高効率点で運転可能な最適電圧に追従することはできないが、駆動部に印加される電圧が高ければ当該駆動部を比較的効率良く駆動でき、ＶＣＵ１０３で発生する損失がない。このため、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電力を高効率に使用できる。その結果、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障して正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電力によって駆動する電動車両の航続可能距離を最大化できる。

また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに故障が発生した際に、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐがしきい値ｔｈ未満であれば、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐと要求出力に応じた駆動部の最適電圧との関係に基づいて、電圧制御モードと直結制御モードのうち、駆動部とＶＣＵ１０３を含む全体の効率が高い方の制御モードでＶＣＵ１０３を制御するため、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電力を高効率に使用できる。その結果、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障して正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電力によって駆動する電動車両の航続可能距離を最大化できる。

（第２の実施形態）
図１１は、第２の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。また、図１２は、第２の実施形態における高容量型バッテリ、高出力型バッテリ、ＶＣＵ、ＰＤＵ及びモータジェネレータの関係を示す電気回路図である。第２の実施形態の電動車両が第１の実施形態の電動車両と異なる点は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧を変換するＶＣＵ２０３が設けられたことである。この点以外は第１の実施形態と同様であり、図１１及び図１２に示された構成要素に関して、第１実施形態と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

ＶＣＵ２０３は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの出力電圧を直流のまま昇圧する。また、ＶＣＵ２０３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、ＶＣＵ２０３は、ＶＣＵ１０３の出力電圧を直流のまま降圧する。ＶＣＵ２０３によって降圧された電力は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに充電される。図１２に示すように、ＶＣＵ２０３は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの出力電圧を入力電圧として２つのスイッチング素子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の電圧を昇圧して出力する。

本実施形態のＥＣＵ１１５２は、ＰＤＵ１０５及びＶＣＵ１０３，２０３の制御、並びに、スイッチ部１１３の開閉制御を行う。また、ＥＣＵ１１５２は、第１の実施形態のＥＣＵ１１５と同様に、システム許可電力を管理する。また、ＥＣＵ１１５２は、ＶＣＵ１０３，２０３を用いた電力分配制御を行う。また、ＥＣＵ１１５２は、電圧センサ１０７ｐ，１０７ｅが検出した電圧、電流センサ１０９ｐ，１０９ｅが検出した電流、及び温度センサ１１１ｐ，１１１ｅが検出した温度に基づいて、高出力型バッテリＥＳ−Ｐと高容量型バッテリＥＳ−Ｅの各故障及びその前兆を検出する。

さらに、ＥＣＵ１１５２は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐにも高容量型バッテリＥＳ−Ｅにも故障が発生していなければ「電流制御モード」でＶＣＵ１０３，２０３を制御し、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ又は高容量型バッテリＥＳ−Ｅに故障が発生した際には、正常なバッテリを昇圧するＶＣＵを「電圧制御モード」又は「直結制御モード」で制御する。以下、ＥＣＵ１１５がＶＣＵ１０３，２０３を制御する際の上記２つの制御モード（電流制御モードと電圧制御モード）について説明する。

電流制御モードは、原則、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方のバッテリが正常な状態のとき用いられる。電流制御モードでは、ＶＣＵ１０３，２０３の電力分配制御によって、モータジェネレータ１０１には高容量型バッテリＥＳ−Ｅが出力した電圧ＶｅをＶＣＵ２０３が昇圧した電圧Ｖが印加され、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの供給電力が駆動部への要求出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・バック制御又はフィード・フォワード制御でＶＣＵ１０３を制御する。ＥＣＵ１１５２は、ＶＣＵ１０３が高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧ＶｐをＶＣＵ２０３の出力電圧Ｖに等しい電圧まで昇圧するよう制御する。このように、電流制御モードでは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐは、ＶＣＵ２０３の出力電圧Ｖに等しい電圧まで昇圧され、高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力する電流Ｉｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに求められる不足電力の大きさによって異なる。したがって、電流制御モードでは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐと電流ＩｐがＶＣＵ１０３にフィードバックされる。なお、電流制御モードでの制御が行われると、当該制御が安定する。

電圧制御モードは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐのうち、一方のバッテリは正常であるが、もう一方のバッテリが故障した状態のときに用いられる。電圧制御モードでは、故障していないバッテリのみから電力が供給され、駆動部に印加される電圧が、要求出力に応じた駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧となるよう、故障していないバッテリの電圧を昇圧するＶＣＵは当該故障していないバッテリの電圧を昇圧する。すなわち、ＥＣＵ１１５２は、故障していないバッテリの電圧を昇圧するＶＣＵが最適電圧を出力するよう、故障していないバッテリの電圧と最適電圧との比に応じたデューティ比（昇圧率）で当該ＶＣＵを制御する。したがって、電圧制御モードでは、最適電圧を指令値とするフィード・フォワード制御、又は、故障していないバッテリの電圧と最適電圧の差分を指令値とするフィード・バック制御を用いて、故障していないバッテリの電圧を昇圧するＶＣＵを制御するため、駆動部の駆動効率を最適化できる。

直結制御モードは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐのうち、一方のバッテリは正常であるが、もう一方のバッテリが故障した状態のときに用いられる。直結制御モードでは、故障していないバッテリのみから電力が供給され、ＥＣＵ１１５２が図１２に示した故障していないバッテリの電圧を昇圧するＶＣＵの上アームスイッチング素子をオン状態、下アームスイッチング素子をオフ状態とすることによって、当該ＶＣＵは故障していないバッテリの電圧をそのまま出力する。このように、直結制御モードでは、故障していないバッテリの電圧を昇圧するＶＣＵのスイッチング素子が昇圧のためにオンオフ切換動作されないため、当該動作に伴う導通損失や遷移損失は発生しない。

本実施形態でも、第１実施形態と同様に、故障していないバッテリの電圧がしきい値ｔｈ以上であれば、当該電圧をそのまま駆動部に印加しても所望の駆動効率で駆動部を駆動できる可能性が高いため、ＥＣＵ１１５２は、故障していないバッテリを昇圧するＶＣＵを直結制御モードで制御する。一方、故障していないバッテリの電圧がしきい値ｔｈ未満であると、当該電圧をそのまま駆動部に印加しても所望の駆動効率で駆動部を駆動できるとは限らないため、ＥＣＵ１１５２は、故障していないバッテリを昇圧するＶＣＵを電圧制御モードで制御した場合に得られる電圧制御効率と当該ＶＣＵを直結制御モードで制御した場合に得られる直結制御効率とを比較した上で、効率が良い方の制御モードで当該ＶＣＵを制御する。当該制御によって、故障していない正常なバッテリの電力を高効率に使用できる。その結果、一方のバッテリが故障してもう一方の正常なバッテリの電力によって駆動する電動車両の航続可能距離を最大化できる。

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、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。

１０１ モータジェネレータ（MG）
１０３，２０３ ＶＣＵ
１０５ ＰＤＵ
１０７ｐ，１０７ｅ 電圧センサ
１０９ｐ，１０９ｅ 電流センサ
１１１ｐ，１１１ｅ 温度センサ
１１２ 車速センサ
１１３ スイッチ部
１１５，１１５２ ＥＣＵ
ＥＳ−Ｅ 高容量型バッテリ
ＥＳ−Ｐ 高出力型バッテリ
ＭＣｅ，ＭＣｐ コンタクタ

Claims (11)

1. 第１蓄電器と、
   第２蓄電器と、
   前記第２蓄電器の出力電圧を変換する変換部と、
   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り駆動する駆動部と、
   前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の故障を検出する検出部と、
   前記変換部を制御し、前記第２蓄電器の出力電圧を変換して出力する変換モード、又は前記第２蓄電器の出力電圧をそのまま出力する直結モードで動作させる制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器の故障を検出すると、故障していない前記第２蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値未満であれば、前記駆動部への要求出力に応じた駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧と前記第２蓄電器の出力電圧とに基づく前記変換部の変換率で前記変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合における効率の比較に基づき、前記変換部を前記変換モード又は前記直結モードで動作させる、駆動装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置であって、
   前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器の故障を検出すると、故障していない前記第２蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値以上であれば、前記変換部を前記直結モードで動作させる、駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の駆動装置であって、
   前記制御部は、前記第２蓄電器の出力電圧を前記駆動部に印加した際の前記駆動部の駆動効率、前記最適電圧を前記駆動部に印加した際の前記駆動部の駆動効率、並びに、前記第２蓄電器の出力電圧を前記最適電圧に変換する際の変換率で前記変換部が電圧変換を行った場合に生じる前記変換部での導通損失及び遷移損失に基づき、前記変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合の効率の比較を行う、駆動装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
   前記制御部は、
   前記検出部が前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の故障を検出しないときは、前記駆動部に供給可能な電力を前記第１蓄電器と前記第２蓄電器が出力可能な電力の総和に設定して、前記変換部が前記第１蓄電器から前記駆動部に供給される電力と目標電力との差分に応じて前記第２蓄電器の出力電圧を変換する分配モードで前記変換部を制御し、
   前記検出部が前記第１蓄電器の故障を検出すると、前記駆動部に供給可能な電力を故障していない前記第２蓄電器が出力可能な電力に設定した後に、前記変換部を前記分配モードから前記変換モード又は前記直結モードに切り替えて、前記変換モード又は前記直結モードで動作させる、駆動装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
   更に、前記第１蓄電器の出力電圧を変換する別の変換部を備え、
   前記制御部は、前記別の変換部を制御し、前記第１蓄電器の出力電圧を変換して出力する変換モード、又は前記第１蓄電器の出力電圧をそのまま出力する直結モードで動作させるものであり、
   前記検出部が前記第２蓄電器の故障を検出すると、故障していない前記第１蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値未満であれば、前記駆動部への要求出力に応じた駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧と前記第１蓄電器の出力電圧とに基づく前記別の変換部の変換率で前記別の変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合における効率の比較に基づき、前記別の変換部を前記変換モード又は前記直結モードで動作させる、駆動装置。
6. 請求項５に記載の駆動装置であって、
   前記制御部は、前記検出部が前記第２蓄電器の故障を検出すると、故障していない前記第１蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値以上であれば、前記変換部を前記直結モードで度動作させる、駆動装置。
7. 請求項５又は６に記載の駆動装置であって、
   前記制御部は、前記第１蓄電器の出力電圧を前記駆動部に印加した際の前記駆動部の駆動効率、前記最適電圧を前記駆動部に印加した際の前記駆動部の駆動効率、並びに、前記第１蓄電器の出力電圧を前記最適電圧に変換する際の変換率で前記別の変換部が電圧変換を行った場合に生じる前記別の変換部での導通損失及び遷移損失に基づき、前記別の変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合の効率の比較を行う、駆動装置。
8. 請求項５から７のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
   前記制御部は、
   前記検出部が前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の故障を検出しないときは、前記駆動部に供給可能な電力を前記第１蓄電器と前記第２蓄電器が出力可能な電力の総和に設定して、前記変換部が前記第１蓄電器から前記駆動部に供給される電力と目標電力との差分に応じて前記第２蓄電器の出力電圧を変換する分配モードで前記変換部を制御し、
   前記検出部が前記第２蓄電器の故障を検出すると、前記駆動部に供給可能な電力を故障していない前記第１蓄電器が出力可能な電力に設定した後に、前記別の変換部を前記分配モードから前記変換モード又は前記直結モードに切り替えて、前記変換モード又は前記直結モードで動作させる、駆動装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
   前記第２蓄電器は、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、駆動装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の駆動装置を有する、輸送機器。
11. 第１蓄電器と、
    第２蓄電器と、
    前記第２蓄電器の出力電圧を変換する変換部と、
    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、
    前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の故障を検出する検出部と、
    前記変換部を制御し、前記第２蓄電器の出力電圧を変換して出力する変換モード、又は前記第２蓄電器の出力電圧をそのまま出力する直結モードで動作させる制御部と、を備えた駆動装置が行う制御方法であって、
    前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器の故障を検出すると、故障していない前記第２蓄電器の出力電圧又は残容量が閾値未満であれば、前記駆動部への要求出力に応じた駆動部の駆動効率が閾値以上となる最適電圧と前記第２蓄電器の出力電圧とに基づく前記変換部の変換率で前記変換部が電圧変換を行った場合と行わなかった場合における効率の比較に基づき、前記変換部を前記変換モード又は前記直結モードで動作させる、制御方法。

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