電源システムおよびその制御方法
【課題】負荷状態に応じて損失を適切に抑制することを可能にする電源システムおよびその制御方法を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両１００は、主負荷装置（インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）と、副負荷装置である補機装置１６とを備える。電源システムは、主蓄電装置（Ｂ１）と、主蓄電装置と主負荷装置との間で電力を伝達するための電力線（ＰＬ１，ＰＬ３）と、主蓄電装置と並列に電力線に接続されて、電力線の電圧を、補機装置１６を動作させるための電圧に変換して出力するコンバータ１４と、コンバータ１４の出力側に補機装置１６と並列に接続される副蓄電装置（Ｂ３）と、ＥＣＵ３０とを備える。ＥＣＵ３０は、要求パワーＰＲに応じてコンバータ１４を制御することにより、コンバータ１４の出力電圧（ＶＢ３）を変化させる。
【解決手段】ハイブリッド車両１００は、主負荷装置（インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）と、副負荷装置である補機装置１６とを備える。電源システムは、主蓄電装置（Ｂ１）と、主蓄電装置と主負荷装置との間で電力を伝達するための電力線（ＰＬ１，ＰＬ３）と、主蓄電装置と並列に電力線に接続されて、電力線の電圧を、補機装置１６を動作させるための電圧に変換して出力するコンバータ１４と、コンバータ１４の出力側に補機装置１６と並列に接続される副蓄電装置（Ｂ３）と、ＥＣＵ３０とを備える。ＥＣＵ３０は、要求パワーＰＲに応じてコンバータ１４を制御することにより、コンバータ１４の出力電圧（ＶＢ３）を変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、車両に搭載される電源システムの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、走行駆動力源として電動機を搭載するハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両において、加速性能や走行持続距離などの走行性能を高めるために、蓄電機構の大容量化が進んでいる。そして、蓄電機構を大容量化するための一手法として、複数個の蓄電装置を並列に配置する構成が提案されている。
【０００３】
たとえば、特開２００８−１７６６１号公報（特許文献１）には、蓄電装置およびコンバータの２つの組が並列接続された構成において、要求パワーが基準値よりも小さいときにはコンバータのいずれか一方が動作し、かつ他方が停止するように制御することが記載されている。上記文献によれば、このような制御により、要求パワーが小さい動作時においてコンバータでの電力損失を抑制することが可能になると説明されている。
【特許文献１】特開２００８−１７６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、車両には照明等の補機装置および補機を駆動するための補機バッテリが搭載されている。上記構成を有する車両に搭載された電源システムの効率を考慮する上では、このような補機系の動作効率も考慮する必要があると考えられる。しかしながら特開２００８−１７６６１号公報には、車両の補機装置は具体的に示されておらず、したがって、車両を駆動させる主負荷装置のみならず補機系（副負荷装置）も考慮した電源システムの効率については示されていない。
【０００５】
本発明の目的は、負荷状態に応じて損失を適切に抑制することを可能にする電源システムおよびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は要約すれば、車両に搭載される電源システムである。車両は、電源システムとの間で電力を授受する主負荷装置と、電源システムから供給される電力により動作する副負荷装置とを備える。電源システムは、主蓄電装置と、主蓄電装置と主負荷装置との間で電力を伝達するための電力線と、主蓄電装置と並列に電力線に接続されて、電力線の電圧を、副負荷装置を動作させるための電圧に変換して出力する電圧変換装置と、電圧変換装置の出力側に副負荷装置と並列に接続される副蓄電装置と、主負荷装置の動作に伴う主蓄電装置への要求パワーに応じて電圧変換装置を制御することにより、電圧変換装置の出力側から出力される出力電圧を変化させる制御装置とを備える。
【０００７】
好ましくは、制御装置は、要求パワーが主蓄電装置から主負荷装置への出力電力に対応する場合には、電圧変換装置の出力電圧を低下させる一方で、要求パワーが主負荷装置から主蓄電装置への入力電力に対応する場合には、電圧変換装置の出力電圧を上昇させる。
【０００８】
好ましくは、制御装置は、要求パワーが出力電力に対応する場合には、電圧変換装置を停止させることにより、電圧変換装置の出力電圧を低下させる。
【０００９】
好ましくは、主負荷装置は、力行時に車両の駆動力を発生させるとともに回生時に電力を発生させる交流回転電機と、交流回転電機が指令値に従って動作するように、交流回転電機と電力線との間で双方向の電力変換を行なうように構成されたインバータとを含む。車両は、交流回転電機と並列的に駆動力を発生させることが可能な内燃機関をさらに備える。制御装置は、内燃機関が停止しかつ交流回転電機が動作することによって車両が走行している場合において、要求パワーに応じて出力電圧を変化させる。
【００１０】
好ましくは、副負荷装置は、補機装置である。
本発明の他の局面に従うと、車両に搭載される電源システムの制御方法である。車両は、電源システムとの間で電力を授受する主負荷装置と、電源システムから供給される電力により動作する副負荷装置とを備える。電源システムは、主蓄電装置と、主蓄電装置と主負荷装置との間で電力を伝達するための電力線と、主蓄電装置と並列に電力線に接続されて、電力線の電圧を副負荷装置を動作させるための電圧に変換する電圧変換装置と、電圧変換装置の出力側に副負荷装置と並列に接続される副蓄電装置とを備える。制御方法は、主負荷装置の動作に伴う主蓄電装置への要求パワーを取得するステップと、要求パワーに応じて電圧変換装置を制御することにより、電圧変換装置の出力側から出力される出力電圧を変化させるステップとを備える。出力電圧を変化させるステップは、要求パワーが主蓄電装置から主負荷装置への出力電力に対応する場合には、出力電圧を低下させる一方で、要求パワーが主負荷装置から主蓄電装置への入力電力に対応する場合には、出力電圧を上昇させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、負荷状態に応じて損失を適切に抑制可能な電源システムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中における同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。
【００１３】
図１は、本発明による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１を参照して、このハイブリッド車両１００は、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構４と、車輪６とを備える。また、ハイブリッド車両１００は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２と、コンバータ１０，１２と、コンデンサＣと、インバータ２０，２２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０と、電圧センサ４２，４４，４６，４８と、電流センサ５２，５４と、温度センサ６２，６４とをさらに備える。また、ハイブリッド車両１００は、コンバータ１４と、蓄電装置Ｂ３と、補機装置１６とをさらに備える。
【００１４】
蓄電装置Ｂ１は、本発明における「主蓄電装置」に対応し、蓄電装置Ｂ３は本発明における「副蓄電装置」に対応する。また、インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、本発明における「主負荷装置」を構成する。また、補機装置１６は、本発明における「副負荷装置」に対応する。また、コンバータ１４は、本発明における「電圧変換装置」に対応する。また、ＥＣＵ３０は、本発明における「制御装置」に対応する。
【００１５】
ハイブリッド車両１００は、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する。動力分割機構４は、エンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。動力分割機構４は、たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構から成り、この３つの回転軸がエンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸にそれぞれ接続される。なお、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空にしてその中心にエンジン２のクランク軸を通すことにより、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を動力分割機構４に機械的に接続することができる。また、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪６に結合される。
【００１６】
そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン２の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド車両１００に組込まれる。モータジェネレータＭＧ２は、車輪６を駆動する電動機としてハイブリッド車両１００に組込まれる。
【００１７】
エンジン２は、ガソリン等の燃料を燃焼させることにより、モータジェネレータＭＧ２と並列的に、あるいはそれのみでハイブリッド車両１００を走行させることができる。また、本実施の形態に係るハイブリッド車両１００はモータジェネレータＭＧ２のみで走行することもできる。
【００１８】
蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂ１は、コンバータ１０へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１０によって充電される。蓄電装置Ｂ２は、コンバータ１２へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１２によって充電される。
【００１９】
本実施の形態では蓄電装置Ｂ１は蓄電装置Ｂ２よりも蓄電容量が大きい二次電池が用いられる。ただし２つの蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の蓄電容量が略同じであってもよい。また蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の少なくとも一方に大容量のキャパシタを用いてもよい。
【００２０】
コンバータ１０は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。また、コンバータ１０は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬ３を介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ１を充電する。さらに、コンバータ１０は、ＥＣＵ３０からシャットダウン信号ＳＤ１を受けるとスイッチング動作を停止する。
【００２１】
コンバータ１２は、コンバータ１０に並列して正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬに接続される。そして、コンバータ１２は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。また、コンバータ１２は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬ３を介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ２を充電する。さらに、コンバータ１２は、ＥＣＵ３０からシャットダウン信号ＳＤ２を受けるとスイッチング動作を停止する。
【００２２】
コンデンサＣは、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間に接続され、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間の電圧変動を平滑化する。正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬの間の直流電圧ＶＨは、電源システムから、インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２により構成される主負荷装置への出力電圧に相当する。この直流電圧ＶＨについて、以下では、システム電圧ＶＨとも称する。また、正極ラインＰＬ１，ＰＬ３は、本発明での「電力線」に対応する。
【００２３】
インバータ２０は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ１に基づいて正極ラインＰＬ３からの直流電圧を三相交流電圧に変換し、その変換した三相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン２の動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した三相交流電圧を信号ＰＷＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。
【００２４】
インバータ２２は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ２に基づいて正極ラインＰＬ３からの直流電圧を三相交流電圧に変換し、その変換した三相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ２２は、車両の回生制動時、車輪６からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した三相交流電圧を信号ＰＷＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。
【００２５】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、三相交流回転電機であり、たとえば三相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０によって回生駆動され、エンジン２の動力を用いて発電した三相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２の始動時、インバータ２０によって力行駆動され、エンジン２をクランキングする。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ２２によって力行駆動され、車輪６を駆動するための駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、インバータ２２によって回生駆動され、車輪６から受ける回転力を用いて発電した三相交流電圧をインバータ２２へ出力する。
【００２６】
電圧センサ４２は、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。温度センサ６２は、蓄電装置Ｂ１の温度Ｔ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ５２は、蓄電装置Ｂ１からコンバータ１０へ入出力される電流Ｉ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。
【００２７】
電圧センサ４４は、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。温度センサ６４は、蓄電装置Ｂ２の温度Ｔ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ５４は、蓄電装置Ｂ２からコンバータ１２へ入出力される電流Ｉ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。
【００２８】
さらに、コンデンサＣの端子間電圧、すなわちシステム電圧ＶＨを検出するための電圧センサ４６が配置される。電圧センサ４６による検出値は、ＥＣＵ３０へ出力される。
【００２９】
コンバータ１４は具体的にはＤＣ／ＤＣコンバータであり、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ３に応じて正極ラインＰＬ１の直流電圧を降圧する。コンバータ１４の出力側には正極ラインＰＬ４が接続され、補機装置１６および蓄電装置Ｂ３は正極ラインＰＬ４に対して並列接続される。コンバータ１４からの出力電圧は補機１６および蓄電装置Ｂ３に供給され、これにより補機装置１６が動作するとともに蓄電装置Ｂ３が充電される。
【００３０】
補機装置１６は、たとえばヘッドライト、エアコン等であるが特にその種類は限定されるものではない。蓄電装置Ｂ３は充放電可能な直流電源であればよく、たとえば鉛蓄電池である。蓄電装置Ｂ３はコンバータ１４からの直流電圧により充電される一方で、補機装置１６を駆動させることにより放電する。電圧センサ４８は、正極ラインＰＬ４の電圧ＶＢ３を検出してＥＣＵ３０へ出力する。
【００３１】
ＥＣＵ３０は、コンバータ１０を制御するための信号ＰＷＣ１，ＳＤ１を生成し、主負荷装置の状態に応じて選択されたいずれかの信号をコンバータ１０へ出力する。また、ＥＣＵ３０は、コンバータ１２を制御するための信号ＰＷＣ２，ＳＤ２を生成し、いずれかの信号をコンバータ１２へ出力する。
【００３２】
また、ＥＣＵ３０は、主負荷装置の駆動のために電源システムに対して要求されるパワー（以下では「要求パワー」と称する。）ＰＲを受ける。たとえば、要求パワーＰＲは、アクセルペダルの開度や車両速度などに基づいて、ハイブリッド車両１００の全体を統合制御する車両ＥＣＵ（図示せず）によって演算される。
【００３３】
さらに、ＥＣＵ３０は、インバータ２０，２２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれインバータ２０，２２へ出力する。さらに、ＥＣＵ３０は、要求パワーＰＲおよび電圧ＶＢ３に基づいてコンバータ１４を駆動するための信号ＰＷＣ３を生成し、その生成した信号ＰＷＣ３をコンバータ１４に出力する。
【００３４】
本実施の形態では、少なくとも蓄電装置Ｂ１，Ｂ３、コンバータ１４、正極ラインＰＬ１，ＰＬ３，ＰＬ４およびＥＣＵ３０によって本発明の電源システムが実現される。
【００３５】
図２は、図１に示したコンバータ１４の構成を示す回路図である。図２を参照して、コンバータ１４は、フィルタ回路７１と、ＤＣ−ＡＣ変換器７２と、電圧変換回路７３と、整流回路７４と、平滑回路７５とを含む。
【００３６】
フィルタ回路７１は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ間の直流電圧に含まれるノイズ成分を除去する。
【００３７】
ＤＣ−ＡＣ変換器７２は、フィルタ回路７１によりノイズが除去された直流電圧を交流電圧に変換する。ＤＣ−ＡＣ変換器７２は、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４を含む。半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。同様に、半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ間に直列に接続される。ダイオードＤ３，Ｄ４は、それぞれスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４に逆並列に接続される。
【００３８】
本実施の形態において、半導体スイッチング素子としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が適用されるものとするが、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。たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やバイポーラトランジスタ等もスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４として用いることができる。
【００３９】
スイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）および／またはスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４）のオン・オフ期間比（デューティ）はＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ３により制御される。これにより、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ間の直流電圧が単相交流電圧に変換される。
【００４０】
電圧変換回路７３は、トランスにより構成され、ＤＣ−ＡＣ変換器７２からの交流電圧を降圧する。整流回路７４は、電圧変換回路７３からの交流電圧を直流電圧に変換する。平滑回路７５は、整流回路７４から出力される電圧を平滑化し、その平滑化された電圧を正極ラインＰＬ４に出力する。
【００４１】
図３は、図１に示したＥＣＵ３０の機能ブロック図である。図３を参照して、ＥＣＵ３０は、コンバータ制御部３２と、インバータ制御部３４，３６とを含む。
【００４２】
コンバータ制御部３２は、電圧センサ４２によって検出された電圧ＶＢ１、電圧センサ４６によって検出された電圧ＶＨ、および電流センサ５２によって検出された電流Ｉ１に基づいて、コンバータ１０に含まれるスイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するための信号ＰＷＣ１を生成する。また、コンバータ制御部３２は、コンバータ１０を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ１を生成する。
【００４３】
コンバータ制御部３２は、同様に、電圧センサ４４によって検出された電圧ＶＢ２、電圧センサ４６によって検出された電圧ＶＨ、および電流センサ５４によって検出された電流Ｉ２に基づいて、コンバータ１２に含まれるスイッチング素子を制御するための信号ＰＷＣ２を生成する。また、コンバータ制御部３２は、コンバータ１２を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ２を生成する。
【００４４】
コンバータ制御部３２は、さらに、電圧センサ４８によって検出された電圧ＶＢ３、および要求パワーＰＲに基づいて、コンバータ１４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン・オフするためのＰＷＭ信号ＰＷＣ３を生成する。
【００４５】
コンバータ制御部３２は、さらに、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のそれぞれの残存容量（ＳＯＣ（State of Charge）とも呼ばれる）である残存容量ＳＯＣ１，ＳＯＣ２を受ける。この残存容量は、たとえば蓄電装置が満充電状態であるときに１００％であると定義され、蓄電装置が完全に放電した状態であるときに０％であると定義される。残存容量ＳＯＣ１（ＳＯＣ２）は、電圧ＶＢ１（ＶＢ２）や電流Ｉ１（またはＩ２）、温度Ｔ１（またはＴ２）などを用いて、種々の公知の手法により算出することができる。
【００４６】
インバータ制御部３４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１、モータ電流ＭＣＲＴ１およびロータ回転角θ１、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０に含まれるスイッチング素子をオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ１としてインバータ２０へ出力する。
【００４７】
インバータ制御部３６は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ２、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２２に含まれるパワートランジスタをオン・オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ２としてインバータ２２へ出力する。
【００４８】
なお、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２は、たとえば、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度などに基づいて、図示されない車両ＥＣＵによって算出される。また、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ１，θ２の各々は、図示されないセンサによって検出される。
【００４９】
次に、コンバータ１４の制御を詳細に説明する。まず、図４および図５を用いて、ＰＷＭ信号を生成するコンバータ制御について説明する。
【００５０】
図４は、コンバータ１４を制御するための構成の例を示した機能ブロック図である。
図４を参照して、コンバータ制御部３２（図３）は、目標値設定部２１０と、電圧制御部２１５とを含む。目標値設定部２１０は、コンバータ１４の目標電圧ＶＢ＊を生成する。
【００５１】
電圧制御部２１５は、減算部２２２，２２６と、ＰＩ制御部２２４と、変調部２２８とを含む。減算部２２２は、目標電圧ＶＢ＊から電圧ＶＢ３を減算し、その演算結果をＰＩ制御部２２４へ出力する。ＰＩ制御部２２４は、目標電圧ＶＢ＊と電圧ＶＢ３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２２６へ出力する。
【００５２】
減算部２２６は、電圧ＶＢ１／目標電圧ＶＢ＊で示されるコンバータ１４の電圧変換比（降圧比）の逆数からＰＩ制御部２２４の出力を減算し、その演算結果をデューティ指令Ｔｏｎとして変調部２２８へ出力する。変調部２２８は、デューティ指令Ｔｏｎと図示しない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいてＰＷＭ信号ＰＷＣ３を生成する。
【００５３】
図４に示した制御構成によって、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング（オン・オフ）動作が制御されることにより、電圧ＶＢ３を目標電圧ＶＢ＊に近づけることができる。また、目標電圧ＶＢ＊を要求パワーＰＲに応じて変化させることにより、電圧ＶＢ３を変化させることができる。
【００５４】
図５は、図４に示した目標値設定部２１０による処理の流れを示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。
【００５５】
図５および図４を参照して、処理が開始されると、目標値設定部２１０は要求パワーＰＲを取得する（ステップＳ１）。目標値設定部２１０は、取得した要求パワーＰＲを用いて目標電圧ＶＢ＊（電圧指令値）を算出する（ステップＳ２）。具体的には、目標値設定部２１０は、以下の式に従って目標電圧ＶＢ＊を算出する。
【００５６】
ＶＢ＊＝ＶＢｏ−α×ＰＲ
ここでＶＢｏは、コンバータ１４の通常の出力電圧として予め定められた値であり、たとえば１３．５（Ｖ）である。αは正の係数である。なお係数αは固定値でもよいし、たとえば要求パワーＰＲに応じて変化する値でもよい。要求パワーＰＲが正である場合においては、目標電圧ＶＢ＊は要求パワーＰＲが大きくなるほど小さくなる。これに対し、要求パワーＰＲが負である場合においては、目標電圧ＶＢ＊は要求パワーＰＲの絶対値が大きくなるほど大きくなる。
【００５７】
次に目標値設定部２１０は、ステップＳ２により算出した目標電圧ＶＢ＊が上限値ＶＢｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。上限値ＶＢｈは、補機系（蓄電装置Ｂ３および補機装置１６を含む）の上限値として予め設定された値であり、たとえば１４（Ｖ）である。
【００５８】
目標電圧ＶＢ＊が上限値ＶＢｈよりも大きい場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、目標値設定部２１０は、上限値ＶＢｈを目標電圧ＶＢ＊に設定する（ステップＳ４）。そして、目標値設定部２１０は目標電圧ＶＢ＊（この場合は上限値ＶＢｈ）を出力する（ステップＳ５）。
【００５９】
目標電圧ＶＢ＊が上限値ＶＢｈ以下の場合（ステップＳ３においてＮＯ）、目標値設定部２１０は、目標電圧ＶＢ＊が下限値ＶＢｌよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６）。目標電圧ＶＢ＊が下限値ＶＢｌよりも小さい場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）、目標値設定部２１０は、下限値ＶＢｌを目標電圧ＶＢ＊に設定する（ステップＳ７）。そして、目標値設定部２１０は目標電圧ＶＢ＊（この場合は下限値ＶＢｌ）を出力する（ステップＳ５）。
【００６０】
すなわち、ステップＳ４，Ｓ７の処理は、目標電圧ＶＢ＊が上限値ＶＢｈを上回ったり、下限値ＶＢｌを下回ったりしないように目標電圧ＶＢ＊を保護するガード処理に対応する。
【００６１】
目標電圧ＶＢ＊が上限値ＶＢｈ以下であり（ステップＳ３においてＮＯ）、かつ下限値ＶＢｌ以上である場合（ステップＳ６においてＮＯ）、目標値設定部２１０はステップＳ２により算出した目標電圧ＶＢ＊を出力する（ステップＳ５）。
【００６２】
ステップＳ５の処理が終了すると、全体の処理はメインルーチンに戻される。
本実施の形態の電源システムでは、車両の動作状態、言い換えれば主負荷装置の動作状態に応じて、コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を変化させる。詳細には、要求パワーＰＲが正の場合には電圧ＶＢ３を低下させる一方で、要求パワーＰＲが負の場合には電圧ＶＢ３を上昇させる。
【００６３】
要求パワーＰＲが正の場合とは、すなわちモータジェネレータＭＧ１および／またはＭＧ２の力行動作により少なくとも蓄電装置Ｂ１から電力が出力される場合に対応する。一方、要求パワーＰＲが負の場合とは、モータジェネレータＭＧ２による車両の回生制動（あるいはモータジェネレータＭＧ１の発電）により、少なくとも蓄電装置Ｂ１に電力が供給される場合に対応する。
【００６４】
本実施の形態に係る電源システムおよびその制御方法によれば、コンバータ１４（ＤＣ／ＤＣコンバータ）から出力される電圧ＶＢ３を要求パワーＰＲに応じて変化させることにより、電圧ＶＢ３を一定に制御する場合に比較して、蓄電装置内部の損失を低減させることが可能になる。
【００６５】
蓄電装置Ｂ１に入出力される電流をＩとし、蓄電装置Ｂ１の内部抵抗をＲとすると、蓄電装置Ｂ１の内部ではＲ×Ｉ２で表わされる損失が生じる。本実施の形態では、電圧ＶＢ３を要求パワーＰＲに応じて変化させることで、上記式により表わされる損失を低減させる。これによって、電源システムの効率をより高めることが可能になる。この点について以下に説明する。
【００６６】
図６は、主負荷装置を力行させつつコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の電力の流れを示すモデル図である。図６を参照して、主負荷装置（インバータ２０，２２，モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）の力行時の要求パワーＰＲ（＞０）は電力量Ｗｏｕｔに等しい。蓄電装置Ｂ１は、電力量Ｗｏｕｔの一部を負担するために主負荷装置に対して電力量Ｗｏ＿ｂ１を出力する。さらに、蓄電装置Ｂ１は補機系に対して電力量Ｗｏ＿ａを出力する。一方、蓄電装置Ｂ２は、電力量Ｗｏｕｔの残りを負担するために主負荷装置に対して電力量Ｗｏ＿ｂ２を出力する。なおこのモデルにおいてはコンバータ１０，１２の損失を０とする（以下説明するモデルにおいても同様）。
【００６７】
電力量Ｗｏｕｔのうち電力量Ｗｏ＿ｍｇ１はインバータ２０に供給され、電力量Ｗｏｕｔのうち電力量Ｗｏ＿ｍｇ２はインバータ２２に供給される。
【００６８】
補機系に供給される電力量Ｗａのうち、Ｗａ１は補機装置１６の駆動に用いられ、Ｗａ２は蓄電装置Ｂ３の充電に用いられる。
【００６９】
図７は、主負荷装置を回生させつつコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の電力の流れを示すモデル図である。図７を参照して、主負荷装置の回生時の要求パワーＰＲ（＜０）は電力量Ｗｉｎに等しい。主負荷装置の回生電力は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２および補機系に供給される。図７では蓄電装置Ｂ１に供給される電力量をＷｉ＿ｂ１とし、補機系に供給される電力量をＷａとし、蓄電装置Ｂ２に供給される電力量Ｗｉ＿ｂ２とする。補機系に供給される電力量Ｗａは主負荷装置の力行時の値と同じとする。
【００７０】
図８は、主負荷装置の力行時にコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を低下させる場合の電力の流れを示すモデル図である。図８を参照して、蓄電装置Ｂ１は、電力量Ｗｏｕｔの一部を負担するために主負荷装置に対して電力量Ｗｏ＿ｂ１を出力する。さらに、蓄電装置Ｂ１は補機系に対して電力量Ｗａ＿ａを出力する。コンバータ１４の出力電圧を下げることによって、蓄電装置Ｂ１からの電力量Ｗａ＿ａは、図６および図７で示す電力量Ｗａよりも小さくなる。補機装置１６の駆動に要する電力量Ｗａ１に対して蓄電装置Ｂ１からの電力量Ｗａ＿ａが小さい場合には、蓄電装置Ｂ３は充電されない。
【００７１】
図９は、主負荷装置の回生時にコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を上昇させる場合の電力の流れを示すモデル図である。図９を参照して、主負荷装置の回生電力は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２および補機系に供給される。コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を上昇させることによって、補機系に供給される電力量はＷａからＷａ＿ｂに上昇する。これにより蓄電装置Ｂ１に供給される電力量Ｗｉ＿ｂ１が低下する。補機系に供給される電力量Ｗａ＿ｂのうち電力量Ｗａ１は補機装置１６の駆動に用いられ、電力量Ｗａ４は蓄電装置Ｂ３の充電に用いられる。
【００７２】
次に図１０〜図１３を用いて、本実施の形態による効果を説明する。
図１０は、コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合に蓄電装置Ｂ１に入出力される電流を示す模式図である。図１１は、コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の蓄電装置Ｂ１の損失を示す模式図である。
【００７３】
図１０および図１１を参照して、主負荷装置の力行時（ＰＲ＞０）においては蓄電装置Ｂ１からの出力電流（正とする）は、走行エネルギーに対応する電流と補機電力に対応する電流との和である。なお蓄電装置Ｂ１からの出力電流は、単純には、蓄電装置Ｂ１から出力される電力量を蓄電装置の出力電圧、および時間で割ることにより算出される。この場合の蓄電装置Ｂ１の損失は、走行エネルギーの供給に伴う損失と、補機電力の供給に伴う損失との和となる。
【００７４】
一方、主負荷装置の回生時（ＰＲ＜０）においては、蓄電装置Ｂ１に回生電力が入力されつつ補機系にも駆動電力が供給される。すなわち走行エネルギー（回生電力）は補機電力と蓄電装置の入力電力とに分割される。この場合の蓄電装置Ｂ１の損失は、走行エネルギーのうち補機電力を差し引いた分を蓄電装置Ｂ１に入力することに伴う損失となる。
【００７５】
図１２は、要求パワーＰＲに応じてコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を変化させる場合に蓄電装置Ｂ１に入出力される電流を示す模式図である。図１３は、要求パワーＰＲに応じてコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を変化させる場合の蓄電装置Ｂ１の損失を示す模式図である。
【００７６】
図１２および図１３を参照して、主負荷装置の力行時において、蓄電装置Ｂ１から走行用エネルギーとして出力される電力量（Ｗｏ＿ｂ１）は図１０に示した電力量と同じとする。コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を低下させることにより、補機系に供給される電力量はＷａからＷａ＿ａに低下する。これにより蓄電装置Ｂ１からの出力電流のうち、補機電力の供給による成分が小さくなる。すなわち蓄電装置Ｂ１からの出力電流が低下する。したがって蓄電装置Ｂ１の内部損失（＝ＲＩ２）を低下させることができる。
【００７７】
一方、主負荷装置の回生時においては、コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を上昇させることにより、補機系に供給される電力量をＷａからＷａ＿ｂに増加させる。これによって走行エネルギーのうち蓄電装置Ｂ１に入力されるエネルギー（電力）が小さくなるので蓄電装置Ｂ１の入力電流が小さくなる。したがって蓄電装置Ｂ１の内部損失を低下させることができる。
【００７８】
上述のように、蓄電装置の内部の損失はＲＩ２と見積られる。蓄電装置と主負荷装置との間では大きな走行エネルギーが授受されるので、走行エネルギーに対応する蓄電装置の入出力電流が大きくなる。したがって電流の変化がわずか（たとえば１Ａ）であっても蓄電装置の損失が大きく変化する。本実施の形態によれば、主負荷装置の力行時における蓄電装置Ｂ１の出力電流のうち、補機電力の供給に起因する成分を小さくすることによって、蓄電装置の内部の損失を低減できる。また、走行エネルギーを小さくしなくてもよいので、車両の挙動への影響を回避できる。
【００７９】
さらに本実施の形態では、主負荷装置の回生時には走行エネルギーのうちの補機電力の割合を増やす。これによって、蓄電装置の入力電流を小さくすることができるので、蓄電装置の損失を低減できる。また、主負荷装置の回生時に蓄電装置Ｂ３が充電されるので主負荷装置の力行時において補機装置１６を駆動できる。したがって補機装置１６を継続的に駆動できる。
【００８０】
（変形例）
この変形例では、主負荷装置の力行時にはＥＣＵ３０（図３に示すコンバータ制御部３２）はコンバータ１４を停止させる。この場合にもコンバータ１４の出力側の電圧（正極ラインＰＬ４の電圧）の電圧が低下するが蓄電装置Ｂ３から供給される電力によって補機装置１６が駆動する。なお、主負荷装置の回生時には、コンバータ１４の出力電圧を上昇させることにより、補機装置１６に電力が供給されるとともに蓄電装置Ｂ３が充電される。
【００８１】
図１４は、本実施の形態の変形例によるコンバータ１４の制御を実現するための構成例を示す機能ブロック図である。図１４を参照して、コンバータ制御部３２（図３）は、図４に示す構成に加えて、シャットダウン指示部２３２および選択部２３４を備える。
【００８２】
シャットダウン指示部２３２は、コンバータ１４の動作を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ３を出力する。シャットダウン信号ＳＤ３に従えば、コンバータ１４において、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４（図２参照）はいずれもオフに固定される。
【００８３】
選択部２３４は、要求パワーＰＲに従って、ＰＷＭ信号ＰＷＣ３およびシャットダウン信号ＳＤ３のうち１つを選択して出力する。選択部２３４により選択された信号はコンバータ１４に与えられる。具体的には、選択部２３４は、要求パワーＰＲが負の場合（回生時）においてＰＷＭ信号ＰＷＣ３を選択する。一方、選択部２３４は要求パワーＰＲが正の場合（力行時）においてシャットダウン信号ＳＤ３を選択する。
【００８４】
主負荷装置の力行時にコンバータ１４を停止させることによって蓄電装置Ｂ１から補機系への電力の供給経路が遮断される。したがって蓄電装置Ｂ１からの出力電流のうち補機電力の供給に起因する成分をなくすることができるので、蓄電装置Ｂ１の損失をより低減できる。
【００８５】
また、上述のモデルでは、コンバータ１４の動作中の損失は特に考慮されていないが、実際にはコンバータ１４の動作に伴って損失が発生する。しかし、この変形例では主負荷装置の力行時には、コンバータ１４を停止させることによりコンバータ１４の動作による損失を発生させなくすることができる。これにより、電源システムの効率をより向上させることができる。
【００８６】
なお、コンバータ１０，１２の制御方法は特に限定されるものではないが、電源システムの効率の観点からは、コンバータ１０、１２の損失を抑制することが好ましい。このため、たとえば以下に説明する制御を採用することができる。
【００８７】
図１５は、図３に示したコンバータ制御部３２によるコンバータ１０，１２の制御処理の流れを示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。
【００８８】
図１５を参照して、コンバータ制御部３２は、車両ＥＣＵから受ける要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０）。コンバータ制御部３２は、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さいと判定すると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１が蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２よりも低いか否かを判定する（ステップＳ２０）。
【００８９】
コンバータ制御部３２は、電圧ＶＢ１が電圧ＶＢ２よりも低いと判定すると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、コンバータ１０を停止させ、コンバータ１２のみを動作させる（ステップＳ３０）。具体的には、コンバータ制御部３２は、コンバータ１０に対してシャットダウン信号ＳＤ１を出力するとともに、コンバータ１２に対して信号ＰＷＣ２を出力する。
【００９０】
一方、ステップＳ２０において電圧ＶＢ１が電圧ＶＢ２以上であると判定されると（ステップＳ２０においてＮＯ）、コンバータ制御部３２は、コンバータ１２を停止させ、コンバータ１０のみを動作させる（ステップＳ４０）。具体的には、コンバータ制御部３２は、コンバータ１０に対して信号ＰＷＣ１を出力するとともに、コンバータ１２に対してシャットダウン信号ＳＤ２を出力する。
【００９１】
ステップＳ１０において要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈ以上であると判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、コンバータ制御部３２は、コンバータ１０，１２の双方を動作させる（ステップＳ５０）。具体的には、コンバータ制御部３２は、信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２をコンバータ１０，１２に対してそれぞれ出力する。
【００９２】
要求パワーが小さい領域では、コンバータにおける損失（主にスイッチング損失）が支配的であり、コンバータ１０，１２のいずれか一方を停止させる方がコンバータ１０，１２の双方を動作させるよりもトータル損失は小さい。そして、要求パワーが増大するに従って蓄電装置における抵抗損失が支配的になり、要求パワーがある値（Ｐｔｈ）を超えると、コンバータ１０，１２の双方を動作させる方がコンバータ１０，１２のいずれか一方を動作させるよりもトータル損失が小さくなる。
【００９３】
この実施の形態においては、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さいとき、電圧が低い方の蓄電装置に対応するコンバータを停止させ、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈ以上のとき、コンバータ１０，１２の双方を動作させる。したがって、この実施の形態によれば、蓄電装置Ｂ１〜Ｂ３およびコンバータ１０，１２，１４によって形成される電源システムの損失を抑制することができる。
【００９４】
また、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも低く、かつ、コンバータ１０（または１２）による昇圧動作が不要な場合には、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のうち出力電圧が高いほうの蓄電装置（以下、「最高電圧蓄電装置」と呼ぶ）に対応するコンバータの上アームおよび下アームをそれぞれオンおよびオフに固定し、他のコンバータの動作を停止させてもよい。
【００９５】
図１６は、図１に示したコンバータ１０，１２の構成を示す回路図である。図１６を参照して、コンバータ１０は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、ダイオードＤ５，Ｄ６と、リアクトルＬ１とを含む。
【００９６】
スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６は、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ５，Ｄ６は、それぞれスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６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Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続され、その他方端は、正極ラインＰＬ１に接続される。
【００９７】
コンバータ１２は、コンバータ１０と同様の構成を有する。コンバータ１０の構成において、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８にそれぞれ置き換え、ダイオードＤ５，Ｄ６をダイオードＤ７，Ｄ８にそれぞれ置き換え、リアクトルＬ１、正極ラインＰＬ１をリアクトルＬ２、正極ラインＰＬ２にそれぞれ置き換えた構成がコンバータ１２の構成に対応する。なお、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８としてはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用されるものとするが、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。したがって、ＭＯＳＦＥＴあるいはバイポーラトランジスタ等もスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８に適用可能である。
【００９８】
コンバータ１０，１２は、チョッパ回路から成る。そして、コンバータ１０（１２）は、ＥＣＵ３０（図１）からの信号ＰＷＣ１（ＰＷＣ２）に基づいて、正極ラインＰＬ１（ＰＬ２）の電圧をリアクトルＬ１（Ｌ２）を用いて昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。具体的には、スイッチング素子Ｑ５（Ｑ７）および／またはスイッチング素子Ｑ６（Ｑ８）のオン・オフ期間比（デューティ）を制御することによって、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からの出力電圧の昇圧比を制御できる。
【００９９】
コンバータ１０（１２）は、ＥＣＵ３０（図１）からの信号ＰＷＣ１（ＰＷＣ２）に基づいて、正極ラインＰＬ３の電圧を降圧し、その降圧した電圧を正極ラインＰＬ１（ＰＬ２）へ出力する。具体的には、スイッチング素子Ｑ５（Ｑ７）および／またはスイッチング素子Ｑ６（Ｑ８）のオン・オフ期間比（デューティ）を制御することによって、正極ラインＰＬ３の電圧の降圧比を制御できる。
【０１００】
要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも低く、かつ、コンバータ１０（または１２）による昇圧動作が不要な場合に、最高電圧蓄電装置に対応するコンバータの上アーム（スイッチング素子Ｑ５またはＱ７）および下アーム（スイッチング素子Ｑ６またはＱ８）がそれぞれオンおよびオフに固定され、かつ他のコンバータの動作が停止されることにより、コンバータ１０，１２全体での損失をより抑制した上で、電源システムおよび主負荷装置間の電力授受を実行できる。さらに、最高電圧蓄電装置に対応するコンバータの上アームをオンすることにより、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間の短絡を防止できる。
【０１０１】
本実施の形態に係る電源システムの制御は、エンジン２が停止しかつモータジェネレータＭＧ２が動作することによりハイブリッド車両１００が走行している場合に実行されることがより好ましい。ハイブリッド車両１００がエンジン２により走行している場合に比べ、上記のような走行時においては蓄電装置Ｂ１に対して入出力される電流が大きくなるので、電源システムの損失を抑制する効果を高めることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態に係るハイブリッド車両１００は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２が車両外部の電源（たとえば商用電源）により充電可能なよう構成されていてもよい。このようにハイブリッド車両１００を構成することにより、モータジェネレータＭＧ２のみによって走行可能な距離を長くすることができる。つまり蓄電装置Ｂ１に対して入出力される電流が大きくなる期間が長くなるので、電源システムの損失を抑制する効果を高めることができる。
【０１０３】
なお、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を車両外部の電源（たとえば商用電源）により充電するための構成は特に限定されない。たとえば商用交流電源に接続可能な充電装置をハイブリッド車両１００に搭載することで蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を外部電源により充電することができる。この充電装置は交流を直流に変換し、かつ電圧を調圧して蓄電装置Ｂ１，Ｂ２に与えるよう構成されていればよい。また、他にも、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のステータコイルの中性点を交流電源に接続する方式、あるいはコンバータ１０，１２を合わせて交流直流変換装置として機能させる方式を用いても良い。
【０１０４】
また、本実施の形態では、蓄電装置とインバータとの間に設けられるコンバータ（１０，１２）を示したが、このようなコンバータが車両に設けられていなくてもよい。
【０１０５】
また、本実施の形態では、車両駆動用の蓄電装置を２つ備えるハイブリッド車両を示したが、車両駆動用の蓄電装置（主蓄電装置）が少なくとも１つあり、その主蓄電装置と並列に電力線に接続され、電力線の電圧を副負荷装置を駆動させるための電圧に変換して出力する電圧変換装置と、電圧変換装置の出力側に副負荷装置と並列に接続される副蓄電装置とを備えていればよい。したがって車両駆動用の蓄電装置（主蓄電装置）の個数が１個であり、その蓄電装置とインバータとの間に設けられるコンバータの個数が１個でもよい。あるいは蓄電装置の個数が３つ以上であってもよい。
【０１０６】
また、本実施の形態では動力分割機構によりエンジンの動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムに適用した例を示した。しかし本発明は、上記構成を備えている車両に適用できる可能であり、たとえば発電機を駆動するためにのみエンジンを用い、発電機により発電された電力を使うモータでのみ車軸の駆動力を発生させるシリーズ型ハイブリッド自動車や、モータのみで走行する電気自動車にも適用できる。
【０１０７】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。
【図２】図１に示したコンバータ１４の構成を示す回路図である。
【図３】図１に示したＥＣＵ３０の機能ブロック図である。
【図４】コンバータ１４を制御するための構成の例を示した機能ブロック図である。
【図５】図４に示した目標値設定部２１０による処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】主負荷装置を力行させつつコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の電力の流れを示すモデル図である。
【図７】主負荷装置を回生させつつコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の電力の流れを示すモデル図である。
【図８】主負荷装置の力行時にコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を低下させる場合の電力の流れを示すモデル図である。
【図９】主負荷装置の回生時にコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を上昇させる場合の電力の流れを示すモデル図である。
【図１０】コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合に蓄電装置Ｂ１に入出力される電流を示す模式図である。
【図１１】コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の蓄電装置Ｂ１の損失を示す模式図である。
【図１２】要求パワーＰＲに応じてコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を変化させる場合に蓄電装置Ｂ１に入出力される電流を示す模式図である。
【図１３】要求パワーＰＲに応じてコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を変化させる場合の蓄電装置Ｂ１の損失を示す模式図である。
【図１４】本実施の形態の変形例によるコンバータ１４の制御を実現するための構成例を示す機能ブロック図である。
【図１５】図３に示したコンバータ制御部３２によるコンバータ１０，１２の制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】図１に示したコンバータ１０，１２の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【０１０９】
２ エンジン、４ 動力分割機構、６ 車輪、１０，１２，１４ コンバータ、１６ 補機装置、２０，２２， インバータ、３０ ＥＣＵ、３２ コンバータ制御部、３４，３６ インバータ制御部、４２，４４，４６，４８ 電圧センサ、５２，５４ 電流センサ、６２，６４ 温度センサ、７１ フィルタ回路、７２ ＤＣ−ＡＣ変換器、７３ 電圧変換回路、７４ 整流回路、７５ 平滑回路、１００ ハイブリッド車両、２１０ 目標値設定部、２１５ 電圧制御部、２２２，２２６ 減算部、２２４ ＰＩ制御部、２２８ 変調部、２３２ シャットダウン指示部、２３４ 選択部、Ｂ１〜Ｂ３ 蓄電装置、Ｃ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＮＬ 負極ライン、ＰＬ１〜ＰＬ４ 正極ライン、Ｑ１〜Ｑ８ 半導体スイッチング素子。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、車両に搭載される電源システムの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、走行駆動力源として電動機を搭載するハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両において、加速性能や走行持続距離などの走行性能を高めるために、蓄電機構の大容量化が進んでいる。そして、蓄電機構を大容量化するための一手法として、複数個の蓄電装置を並列に配置する構成が提案されている。
【０００３】
たとえば、特開２００８−１７６６１号公報（特許文献１）には、蓄電装置およびコンバータの２つの組が並列接続された構成において、要求パワーが基準値よりも小さいときにはコンバータのいずれか一方が動作し、かつ他方が停止するように制御することが記載されている。上記文献によれば、このような制御により、要求パワーが小さい動作時においてコンバータでの電力損失を抑制することが可能になると説明されている。
【特許文献１】特開２００８−１７６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、車両には照明等の補機装置および補機を駆動するための補機バッテリが搭載されている。上記構成を有する車両に搭載された電源システムの効率を考慮する上では、このような補機系の動作効率も考慮する必要があると考えられる。しかしながら特開２００８−１７６６１号公報には、車両の補機装置は具体的に示されておらず、したがって、車両を駆動させる主負荷装置のみならず補機系（副負荷装置）も考慮した電源システムの効率については示されていない。
【０００５】
本発明の目的は、負荷状態に応じて損失を適切に抑制することを可能にする電源システムおよびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は要約すれば、車両に搭載される電源システムである。車両は、電源システムとの間で電力を授受する主負荷装置と、電源システムから供給される電力により動作する副負荷装置とを備える。電源システムは、主蓄電装置と、主蓄電装置と主負荷装置との間で電力を伝達するための電力線と、主蓄電装置と並列に電力線に接続されて、電力線の電圧を、副負荷装置を動作させるための電圧に変換して出力する電圧変換装置と、電圧変換装置の出力側に副負荷装置と並列に接続される副蓄電装置と、主負荷装置の動作に伴う主蓄電装置への要求パワーに応じて電圧変換装置を制御することにより、電圧変換装置の出力側から出力される出力電圧を変化させる制御装置とを備える。
【０００７】
好ましくは、制御装置は、要求パワーが主蓄電装置から主負荷装置への出力電力に対応する場合には、電圧変換装置の出力電圧を低下させる一方で、要求パワーが主負荷装置から主蓄電装置への入力電力に対応する場合には、電圧変換装置の出力電圧を上昇させる。
【０００８】
好ましくは、制御装置は、要求パワーが出力電力に対応する場合には、電圧変換装置を停止させることにより、電圧変換装置の出力電圧を低下させる。
【０００９】
好ましくは、主負荷装置は、力行時に車両の駆動力を発生させるとともに回生時に電力を発生させる交流回転電機と、交流回転電機が指令値に従って動作するように、交流回転電機と電力線との間で双方向の電力変換を行なうように構成されたインバータとを含む。車両は、交流回転電機と並列的に駆動力を発生させることが可能な内燃機関をさらに備える。制御装置は、内燃機関が停止しかつ交流回転電機が動作することによって車両が走行している場合において、要求パワーに応じて出力電圧を変化させる。
【００１０】
好ましくは、副負荷装置は、補機装置である。
本発明の他の局面に従うと、車両に搭載される電源システムの制御方法である。車両は、電源システムとの間で電力を授受する主負荷装置と、電源システムから供給される電力により動作する副負荷装置とを備える。電源システムは、主蓄電装置と、主蓄電装置と主負荷装置との間で電力を伝達するための電力線と、主蓄電装置と並列に電力線に接続されて、電力線の電圧を副負荷装置を動作させるための電圧に変換する電圧変換装置と、電圧変換装置の出力側に副負荷装置と並列に接続される副蓄電装置とを備える。制御方法は、主負荷装置の動作に伴う主蓄電装置への要求パワーを取得するステップと、要求パワーに応じて電圧変換装置を制御することにより、電圧変換装置の出力側から出力される出力電圧を変化させるステップとを備える。出力電圧を変化させるステップは、要求パワーが主蓄電装置から主負荷装置への出力電力に対応する場合には、出力電圧を低下させる一方で、要求パワーが主負荷装置から主蓄電装置への入力電力に対応する場合には、出力電圧を上昇させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、負荷状態に応じて損失を適切に抑制可能な電源システムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中における同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。
【００１３】
図１は、本発明による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１を参照して、このハイブリッド車両１００は、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構４と、車輪６とを備える。また、ハイブリッド車両１００は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２と、コンバータ１０，１２と、コンデンサＣと、インバータ２０，２２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０と、電圧センサ４２，４４，４６，４８と、電流センサ５２，５４と、温度センサ６２，６４とをさらに備える。また、ハイブリッド車両１００は、コンバータ１４と、蓄電装置Ｂ３と、補機装置１６とをさらに備える。
【００１４】
蓄電装置Ｂ１は、本発明における「主蓄電装置」に対応し、蓄電装置Ｂ３は本発明における「副蓄電装置」に対応する。また、インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、本発明における「主負荷装置」を構成する。また、補機装置１６は、本発明における「副負荷装置」に対応する。また、コンバータ１４は、本発明における「電圧変換装置」に対応する。また、ＥＣＵ３０は、本発明における「制御装置」に対応する。
【００１５】
ハイブリッド車両１００は、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する。動力分割機構４は、エンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。動力分割機構４は、たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構から成り、この３つの回転軸がエンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸にそれぞれ接続される。なお、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空にしてその中心にエンジン２のクランク軸を通すことにより、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を動力分割機構４に機械的に接続することができる。また、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪６に結合される。
【００１６】
そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン２の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド車両１００に組込まれる。モータジェネレータＭＧ２は、車輪６を駆動する電動機としてハイブリッド車両１００に組込まれる。
【００１７】
エンジン２は、ガソリン等の燃料を燃焼させることにより、モータジェネレータＭＧ２と並列的に、あるいはそれのみでハイブリッド車両１００を走行させることができる。また、本実施の形態に係るハイブリッド車両１００はモータジェネレータＭＧ２のみで走行することもできる。
【００１８】
蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂ１は、コンバータ１０へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１０によって充電される。蓄電装置Ｂ２は、コンバータ１２へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１２によって充電される。
【００１９】
本実施の形態では蓄電装置Ｂ１は蓄電装置Ｂ２よりも蓄電容量が大きい二次電池が用いられる。ただし２つの蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の蓄電容量が略同じであってもよい。また蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の少なくとも一方に大容量のキャパシタを用いてもよい。
【００２０】
コンバータ１０は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。また、コンバータ１０は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬ３を介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ１を充電する。さらに、コンバータ１０は、ＥＣＵ３０からシャットダウン信号ＳＤ１を受けるとスイッチング動作を停止する。
【００２１】
コンバータ１２は、コンバータ１０に並列して正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬに接続される。そして、コンバータ１２は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。また、コンバータ１２は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬ３を介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ２を充電する。さらに、コンバータ１２は、ＥＣＵ３０からシャットダウン信号ＳＤ２を受けるとスイッチング動作を停止する。
【００２２】
コンデンサＣは、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間に接続され、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間の電圧変動を平滑化する。正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬの間の直流電圧ＶＨは、電源システムから、インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２により構成される主負荷装置への出力電圧に相当する。この直流電圧ＶＨについて、以下では、システム電圧ＶＨとも称する。また、正極ラインＰＬ１，ＰＬ３は、本発明での「電力線」に対応する。
【００２３】
インバータ２０は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ１に基づいて正極ラインＰＬ３からの直流電圧を三相交流電圧に変換し、その変換した三相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン２の動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した三相交流電圧を信号ＰＷＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。
【００２４】
インバータ２２は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ２に基づいて正極ラインＰＬ３からの直流電圧を三相交流電圧に変換し、その変換した三相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ２２は、車両の回生制動時、車輪６からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した三相交流電圧を信号ＰＷＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。
【００２５】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、三相交流回転電機であり、たとえば三相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０によって回生駆動され、エンジン２の動力を用いて発電した三相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２の始動時、インバータ２０によって力行駆動され、エンジン２をクランキングする。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ２２によって力行駆動され、車輪６を駆動するための駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、インバータ２２によって回生駆動され、車輪６から受ける回転力を用いて発電した三相交流電圧をインバータ２２へ出力する。
【００２６】
電圧センサ４２は、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。温度センサ６２は、蓄電装置Ｂ１の温度Ｔ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ５２は、蓄電装置Ｂ１からコンバータ１０へ入出力される電流Ｉ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。
【００２７】
電圧センサ４４は、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。温度センサ６４は、蓄電装置Ｂ２の温度Ｔ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ５４は、蓄電装置Ｂ２からコンバータ１２へ入出力される電流Ｉ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。
【００２８】
さらに、コンデンサＣの端子間電圧、すなわちシステム電圧ＶＨを検出するための電圧センサ４６が配置される。電圧センサ４６による検出値は、ＥＣＵ３０へ出力される。
【００２９】
コンバータ１４は具体的にはＤＣ／ＤＣコンバータであり、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ３に応じて正極ラインＰＬ１の直流電圧を降圧する。コンバータ１４の出力側には正極ラインＰＬ４が接続され、補機装置１６および蓄電装置Ｂ３は正極ラインＰＬ４に対して並列接続される。コンバータ１４からの出力電圧は補機１６および蓄電装置Ｂ３に供給され、これにより補機装置１６が動作するとともに蓄電装置Ｂ３が充電される。
【００３０】
補機装置１６は、たとえばヘッドライト、エアコン等であるが特にその種類は限定されるものではない。蓄電装置Ｂ３は充放電可能な直流電源であればよく、たとえば鉛蓄電池である。蓄電装置Ｂ３はコンバータ１４からの直流電圧により充電される一方で、補機装置１６を駆動させることにより放電する。電圧センサ４８は、正極ラインＰＬ４の電圧ＶＢ３を検出してＥＣＵ３０へ出力する。
【００３１】
ＥＣＵ３０は、コンバータ１０を制御するための信号ＰＷＣ１，ＳＤ１を生成し、主負荷装置の状態に応じて選択されたいずれかの信号をコンバータ１０へ出力する。また、ＥＣＵ３０は、コンバータ１２を制御するための信号ＰＷＣ２，ＳＤ２を生成し、いずれかの信号をコンバータ１２へ出力する。
【００３２】
また、ＥＣＵ３０は、主負荷装置の駆動のために電源システムに対して要求されるパワー（以下では「要求パワー」と称する。）ＰＲを受ける。たとえば、要求パワーＰＲは、アクセルペダルの開度や車両速度などに基づいて、ハイブリッド車両１００の全体を統合制御する車両ＥＣＵ（図示せず）によって演算される。
【００３３】
さらに、ＥＣＵ３０は、インバータ２０，２２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれインバータ２０，２２へ出力する。さらに、ＥＣＵ３０は、要求パワーＰＲおよび電圧ＶＢ３に基づいてコンバータ１４を駆動するための信号ＰＷＣ３を生成し、その生成した信号ＰＷＣ３をコンバータ１４に出力する。
【００３４】
本実施の形態では、少なくとも蓄電装置Ｂ１，Ｂ３、コンバータ１４、正極ラインＰＬ１，ＰＬ３，ＰＬ４およびＥＣＵ３０によって本発明の電源システムが実現される。
【００３５】
図２は、図１に示したコンバータ１４の構成を示す回路図である。図２を参照して、コンバータ１４は、フィルタ回路７１と、ＤＣ−ＡＣ変換器７２と、電圧変換回路７３と、整流回路７４と、平滑回路７５とを含む。
【００３６】
フィルタ回路７１は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ間の直流電圧に含まれるノイズ成分を除去する。
【００３７】
ＤＣ−ＡＣ変換器７２は、フィルタ回路７１によりノイズが除去された直流電圧を交流電圧に変換する。ＤＣ−ＡＣ変換器７２は、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４を含む。半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。同様に、半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ間に直列に接続される。ダイオードＤ３，Ｄ４は、それぞれスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４に逆並列に接続される。
【００３８】
本実施の形態において、半導体スイッチング素子としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が適用されるものとするが、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。たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やバイポーラトランジスタ等もスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４として用いることができる。
【００３９】
スイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）および／またはスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４）のオン・オフ期間比（デューティ）はＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ３により制御される。これにより、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ間の直流電圧が単相交流電圧に変換される。
【００４０】
電圧変換回路７３は、トランスにより構成され、ＤＣ−ＡＣ変換器７２からの交流電圧を降圧する。整流回路７４は、電圧変換回路７３からの交流電圧を直流電圧に変換する。平滑回路７５は、整流回路７４から出力される電圧を平滑化し、その平滑化された電圧を正極ラインＰＬ４に出力する。
【００４１】
図３は、図１に示したＥＣＵ３０の機能ブロック図である。図３を参照して、ＥＣＵ３０は、コンバータ制御部３２と、インバータ制御部３４，３６とを含む。
【００４２】
コンバータ制御部３２は、電圧センサ４２によって検出された電圧ＶＢ１、電圧センサ４６によって検出された電圧ＶＨ、および電流センサ５２によって検出された電流Ｉ１に基づいて、コンバータ１０に含まれるスイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するための信号ＰＷＣ１を生成する。また、コンバータ制御部３２は、コンバータ１０を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ１を生成する。
【００４３】
コンバータ制御部３２は、同様に、電圧センサ４４によって検出された電圧ＶＢ２、電圧センサ４６によって検出された電圧ＶＨ、および電流センサ５４によって検出された電流Ｉ２に基づいて、コンバータ１２に含まれるスイッチング素子を制御するための信号ＰＷＣ２を生成する。また、コンバータ制御部３２は、コンバータ１２を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ２を生成する。
【００４４】
コンバータ制御部３２は、さらに、電圧センサ４８によって検出された電圧ＶＢ３、および要求パワーＰＲに基づいて、コンバータ１４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン・オフするためのＰＷＭ信号ＰＷＣ３を生成する。
【００４５】
コンバータ制御部３２は、さらに、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のそれぞれの残存容量（ＳＯＣ（State of Charge）とも呼ばれる）である残存容量ＳＯＣ１，ＳＯＣ２を受ける。この残存容量は、たとえば蓄電装置が満充電状態であるときに１００％であると定義され、蓄電装置が完全に放電した状態であるときに０％であると定義される。残存容量ＳＯＣ１（ＳＯＣ２）は、電圧ＶＢ１（ＶＢ２）や電流Ｉ１（またはＩ２）、温度Ｔ１（またはＴ２）などを用いて、種々の公知の手法により算出することができる。
【００４６】
インバータ制御部３４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１、モータ電流ＭＣＲＴ１およびロータ回転角θ１、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０に含まれるスイッチング素子をオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ１としてインバータ２０へ出力する。
【００４７】
インバータ制御部３６は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ２、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２２に含まれるパワートランジスタをオン・オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ２としてインバータ２２へ出力する。
【００４８】
なお、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２は、たとえば、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度などに基づいて、図示されない車両ＥＣＵによって算出される。また、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ１，θ２の各々は、図示されないセンサによって検出される。
【００４９】
次に、コンバータ１４の制御を詳細に説明する。まず、図４および図５を用いて、ＰＷＭ信号を生成するコンバータ制御について説明する。
【００５０】
図４は、コンバータ１４を制御するための構成の例を示した機能ブロック図である。
図４を参照して、コンバータ制御部３２（図３）は、目標値設定部２１０と、電圧制御部２１５とを含む。目標値設定部２１０は、コンバータ１４の目標電圧ＶＢ＊を生成する。
【００５１】
電圧制御部２１５は、減算部２２２，２２６と、ＰＩ制御部２２４と、変調部２２８とを含む。減算部２２２は、目標電圧ＶＢ＊から電圧ＶＢ３を減算し、その演算結果をＰＩ制御部２２４へ出力する。ＰＩ制御部２２４は、目標電圧ＶＢ＊と電圧ＶＢ３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２２６へ出力する。
【００５２】
減算部２２６は、電圧ＶＢ１／目標電圧ＶＢ＊で示されるコンバータ１４の電圧変換比（降圧比）の逆数からＰＩ制御部２２４の出力を減算し、その演算結果をデューティ指令Ｔｏｎとして変調部２２８へ出力する。変調部２２８は、デューティ指令Ｔｏｎと図示しない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいてＰＷＭ信号ＰＷＣ３を生成する。
【００５３】
図４に示した制御構成によって、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング（オン・オフ）動作が制御されることにより、電圧ＶＢ３を目標電圧ＶＢ＊に近づけることができる。また、目標電圧ＶＢ＊を要求パワーＰＲに応じて変化させることにより、電圧ＶＢ３を変化させることができる。
【００５４】
図５は、図４に示した目標値設定部２１０による処理の流れを示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。
【００５５】
図５および図４を参照して、処理が開始されると、目標値設定部２１０は要求パワーＰＲを取得する（ステップＳ１）。目標値設定部２１０は、取得した要求パワーＰＲを用いて目標電圧ＶＢ＊（電圧指令値）を算出する（ステップＳ２）。具体的には、目標値設定部２１０は、以下の式に従って目標電圧ＶＢ＊を算出する。
【００５６】
ＶＢ＊＝ＶＢｏ−α×ＰＲ
ここでＶＢｏは、コンバータ１４の通常の出力電圧として予め定められた値であり、たとえば１３．５（Ｖ）である。αは正の係数である。なお係数αは固定値でもよいし、たとえば要求パワーＰＲに応じて変化する値でもよい。要求パワーＰＲが正である場合においては、目標電圧ＶＢ＊は要求パワーＰＲが大きくなるほど小さくなる。これに対し、要求パワーＰＲが負である場合においては、目標電圧ＶＢ＊は要求パワーＰＲの絶対値が大きくなるほど大きくなる。
【００５７】
次に目標値設定部２１０は、ステップＳ２により算出した目標電圧ＶＢ＊が上限値ＶＢｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。上限値ＶＢｈは、補機系（蓄電装置Ｂ３および補機装置１６を含む）の上限値として予め設定された値であり、たとえば１４（Ｖ）である。
【００５８】
目標電圧ＶＢ＊が上限値ＶＢｈよりも大きい場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、目標値設定部２１０は、上限値ＶＢｈを目標電圧ＶＢ＊に設定する（ステップＳ４）。そして、目標値設定部２１０は目標電圧ＶＢ＊（この場合は上限値ＶＢｈ）を出力する（ステップＳ５）。
【００５９】
目標電圧ＶＢ＊が上限値ＶＢｈ以下の場合（ステップＳ３においてＮＯ）、目標値設定部２１０は、目標電圧ＶＢ＊が下限値ＶＢｌよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６）。目標電圧ＶＢ＊が下限値ＶＢｌよりも小さい場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）、目標値設定部２１０は、下限値ＶＢｌを目標電圧ＶＢ＊に設定する（ステップＳ７）。そして、目標値設定部２１０は目標電圧ＶＢ＊（この場合は下限値ＶＢｌ）を出力する（ステップＳ５）。
【００６０】
すなわち、ステップＳ４，Ｓ７の処理は、目標電圧ＶＢ＊が上限値ＶＢｈを上回ったり、下限値ＶＢｌを下回ったりしないように目標電圧ＶＢ＊を保護するガード処理に対応する。
【００６１】
目標電圧ＶＢ＊が上限値ＶＢｈ以下であり（ステップＳ３においてＮＯ）、かつ下限値ＶＢｌ以上である場合（ステップＳ６においてＮＯ）、目標値設定部２１０はステップＳ２により算出した目標電圧ＶＢ＊を出力する（ステップＳ５）。
【００６２】
ステップＳ５の処理が終了すると、全体の処理はメインルーチンに戻される。
本実施の形態の電源システムでは、車両の動作状態、言い換えれば主負荷装置の動作状態に応じて、コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を変化させる。詳細には、要求パワーＰＲが正の場合には電圧ＶＢ３を低下させる一方で、要求パワーＰＲが負の場合には電圧ＶＢ３を上昇させる。
【００６３】
要求パワーＰＲが正の場合とは、すなわちモータジェネレータＭＧ１および／またはＭＧ２の力行動作により少なくとも蓄電装置Ｂ１から電力が出力される場合に対応する。一方、要求パワーＰＲが負の場合とは、モータジェネレータＭＧ２による車両の回生制動（あるいはモータジェネレータＭＧ１の発電）により、少なくとも蓄電装置Ｂ１に電力が供給される場合に対応する。
【００６４】
本実施の形態に係る電源システムおよびその制御方法によれば、コンバータ１４（ＤＣ／ＤＣコンバータ）から出力される電圧ＶＢ３を要求パワーＰＲに応じて変化させることにより、電圧ＶＢ３を一定に制御する場合に比較して、蓄電装置内部の損失を低減させることが可能になる。
【００６５】
蓄電装置Ｂ１に入出力される電流をＩとし、蓄電装置Ｂ１の内部抵抗をＲとすると、蓄電装置Ｂ１の内部ではＲ×Ｉ２で表わされる損失が生じる。本実施の形態では、電圧ＶＢ３を要求パワーＰＲに応じて変化させることで、上記式により表わされる損失を低減させる。これによって、電源システムの効率をより高めることが可能になる。この点について以下に説明する。
【００６６】
図６は、主負荷装置を力行させつつコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の電力の流れを示すモデル図である。図６を参照して、主負荷装置（インバータ２０，２２，モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）の力行時の要求パワーＰＲ（＞０）は電力量Ｗｏｕｔに等しい。蓄電装置Ｂ１は、電力量Ｗｏｕｔの一部を負担するために主負荷装置に対して電力量Ｗｏ＿ｂ１を出力する。さらに、蓄電装置Ｂ１は補機系に対して電力量Ｗｏ＿ａを出力する。一方、蓄電装置Ｂ２は、電力量Ｗｏｕｔの残りを負担するために主負荷装置に対して電力量Ｗｏ＿ｂ２を出力する。なおこのモデルにおいてはコンバータ１０，１２の損失を０とする（以下説明するモデルにおいても同様）。
【００６７】
電力量Ｗｏｕｔのうち電力量Ｗｏ＿ｍｇ１はインバータ２０に供給され、電力量Ｗｏｕｔのうち電力量Ｗｏ＿ｍｇ２はインバータ２２に供給される。
【００６８】
補機系に供給される電力量Ｗａのうち、Ｗａ１は補機装置１６の駆動に用いられ、Ｗａ２は蓄電装置Ｂ３の充電に用いられる。
【００６９】
図７は、主負荷装置を回生させつつコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の電力の流れを示すモデル図である。図７を参照して、主負荷装置の回生時の要求パワーＰＲ（＜０）は電力量Ｗｉｎに等しい。主負荷装置の回生電力は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２および補機系に供給される。図７では蓄電装置Ｂ１に供給される電力量をＷｉ＿ｂ１とし、補機系に供給される電力量をＷａとし、蓄電装置Ｂ２に供給される電力量Ｗｉ＿ｂ２とする。補機系に供給される電力量Ｗａは主負荷装置の力行時の値と同じとする。
【００７０】
図８は、主負荷装置の力行時にコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を低下させる場合の電力の流れを示すモデル図である。図８を参照して、蓄電装置Ｂ１は、電力量Ｗｏｕｔの一部を負担するために主負荷装置に対して電力量Ｗｏ＿ｂ１を出力する。さらに、蓄電装置Ｂ１は補機系に対して電力量Ｗａ＿ａを出力する。コンバータ１４の出力電圧を下げることによって、蓄電装置Ｂ１からの電力量Ｗａ＿ａは、図６および図７で示す電力量Ｗａよりも小さくなる。補機装置１６の駆動に要する電力量Ｗａ１に対して蓄電装置Ｂ１からの電力量Ｗａ＿ａが小さい場合には、蓄電装置Ｂ３は充電されない。
【００７１】
図９は、主負荷装置の回生時にコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を上昇させる場合の電力の流れを示すモデル図である。図９を参照して、主負荷装置の回生電力は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２および補機系に供給される。コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を上昇させることによって、補機系に供給される電力量はＷａからＷａ＿ｂに上昇する。これにより蓄電装置Ｂ１に供給される電力量Ｗｉ＿ｂ１が低下する。補機系に供給される電力量Ｗａ＿ｂのうち電力量Ｗａ１は補機装置１６の駆動に用いられ、電力量Ｗａ４は蓄電装置Ｂ３の充電に用いられる。
【００７２】
次に図１０〜図１３を用いて、本実施の形態による効果を説明する。
図１０は、コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合に蓄電装置Ｂ１に入出力される電流を示す模式図である。図１１は、コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の蓄電装置Ｂ１の損失を示す模式図である。
【００７３】
図１０および図１１を参照して、主負荷装置の力行時（ＰＲ＞０）においては蓄電装置Ｂ１からの出力電流（正とする）は、走行エネルギーに対応する電流と補機電力に対応する電流との和である。なお蓄電装置Ｂ１からの出力電流は、単純には、蓄電装置Ｂ１から出力される電力量を蓄電装置の出力電圧、および時間で割ることにより算出される。この場合の蓄電装置Ｂ１の損失は、走行エネルギーの供給に伴う損失と、補機電力の供給に伴う損失との和となる。
【００７４】
一方、主負荷装置の回生時（ＰＲ＜０）においては、蓄電装置Ｂ１に回生電力が入力されつつ補機系にも駆動電力が供給される。すなわち走行エネルギー（回生電力）は補機電力と蓄電装置の入力電力とに分割される。この場合の蓄電装置Ｂ１の損失は、走行エネルギーのうち補機電力を差し引いた分を蓄電装置Ｂ１に入力することに伴う損失となる。
【００７５】
図１２は、要求パワーＰＲに応じてコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を変化させる場合に蓄電装置Ｂ１に入出力される電流を示す模式図である。図１３は、要求パワーＰＲに応じてコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を変化させる場合の蓄電装置Ｂ１の損失を示す模式図である。
【００７６】
図１２および図１３を参照して、主負荷装置の力行時において、蓄電装置Ｂ１から走行用エネルギーとして出力される電力量（Ｗｏ＿ｂ１）は図１０に示した電力量と同じとする。コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を低下させることにより、補機系に供給される電力量はＷａからＷａ＿ａに低下する。これにより蓄電装置Ｂ１からの出力電流のうち、補機電力の供給による成分が小さくなる。すなわち蓄電装置Ｂ１からの出力電流が低下する。したがって蓄電装置Ｂ１の内部損失（＝ＲＩ２）を低下させることができる。
【００７７】
一方、主負荷装置の回生時においては、コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を上昇させることにより、補機系に供給される電力量をＷａからＷａ＿ｂに増加させる。これによって走行エネルギーのうち蓄電装置Ｂ１に入力されるエネルギー（電力）が小さくなるので蓄電装置Ｂ１の入力電流が小さくなる。したがって蓄電装置Ｂ１の内部損失を低下させることができる。
【００７８】
上述のように、蓄電装置の内部の損失はＲＩ２と見積られる。蓄電装置と主負荷装置との間では大きな走行エネルギーが授受されるので、走行エネルギーに対応する蓄電装置の入出力電流が大きくなる。したがって電流の変化がわずか（たとえば１Ａ）であっても蓄電装置の損失が大きく変化する。本実施の形態によれば、主負荷装置の力行時における蓄電装置Ｂ１の出力電流のうち、補機電力の供給に起因する成分を小さくすることによって、蓄電装置の内部の損失を低減できる。また、走行エネルギーを小さくしなくてもよいので、車両の挙動への影響を回避できる。
【００７９】
さらに本実施の形態では、主負荷装置の回生時には走行エネルギーのうちの補機電力の割合を増やす。これによって、蓄電装置の入力電流を小さくすることができるので、蓄電装置の損失を低減できる。また、主負荷装置の回生時に蓄電装置Ｂ３が充電されるので主負荷装置の力行時において補機装置１６を駆動できる。したがって補機装置１６を継続的に駆動できる。
【００８０】
（変形例）
この変形例では、主負荷装置の力行時にはＥＣＵ３０（図３に示すコンバータ制御部３２）はコンバータ１４を停止させる。この場合にもコンバータ１４の出力側の電圧（正極ラインＰＬ４の電圧）の電圧が低下するが蓄電装置Ｂ３から供給される電力によって補機装置１６が駆動する。なお、主負荷装置の回生時には、コンバータ１４の出力電圧を上昇させることにより、補機装置１６に電力が供給されるとともに蓄電装置Ｂ３が充電される。
【００８１】
図１４は、本実施の形態の変形例によるコンバータ１４の制御を実現するための構成例を示す機能ブロック図である。図１４を参照して、コンバータ制御部３２（図３）は、図４に示す構成に加えて、シャットダウン指示部２３２および選択部２３４を備える。
【００８２】
シャットダウン指示部２３２は、コンバータ１４の動作を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ３を出力する。シャットダウン信号ＳＤ３に従えば、コンバータ１４において、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４（図２参照）はいずれもオフに固定される。
【００８３】
選択部２３４は、要求パワーＰＲに従って、ＰＷＭ信号ＰＷＣ３およびシャットダウン信号ＳＤ３のうち１つを選択して出力する。選択部２３４により選択された信号はコンバータ１４に与えられる。具体的には、選択部２３４は、要求パワーＰＲが負の場合（回生時）においてＰＷＭ信号ＰＷＣ３を選択する。一方、選択部２３４は要求パワーＰＲが正の場合（力行時）においてシャットダウン信号ＳＤ３を選択する。
【００８４】
主負荷装置の力行時にコンバータ１４を停止させることによって蓄電装置Ｂ１から補機系への電力の供給経路が遮断される。したがって蓄電装置Ｂ１からの出力電流のうち補機電力の供給に起因する成分をなくすることができるので、蓄電装置Ｂ１の損失をより低減できる。
【００８５】
また、上述のモデルでは、コンバータ１４の動作中の損失は特に考慮されていないが、実際にはコンバータ１４の動作に伴って損失が発生する。しかし、この変形例では主負荷装置の力行時には、コンバータ１４を停止させることによりコンバータ１４の動作による損失を発生させなくすることができる。これにより、電源システムの効率をより向上させることができる。
【００８６】
なお、コンバータ１０，１２の制御方法は特に限定されるものではないが、電源システムの効率の観点からは、コンバータ１０、１２の損失を抑制することが好ましい。このため、たとえば以下に説明する制御を採用することができる。
【００８７】
図１５は、図３に示したコンバータ制御部３２によるコンバータ１０，１２の制御処理の流れを示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。
【００８８】
図１５を参照して、コンバータ制御部３２は、車両ＥＣＵから受ける要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０）。コンバータ制御部３２は、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さいと判定すると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１が蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２よりも低いか否かを判定する（ステップＳ２０）。
【００８９】
コンバータ制御部３２は、電圧ＶＢ１が電圧ＶＢ２よりも低いと判定すると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、コンバータ１０を停止させ、コンバータ１２のみを動作させる（ステップＳ３０）。具体的には、コンバータ制御部３２は、コンバータ１０に対してシャットダウン信号ＳＤ１を出力するとともに、コンバータ１２に対して信号ＰＷＣ２を出力する。
【００９０】
一方、ステップＳ２０において電圧ＶＢ１が電圧ＶＢ２以上であると判定されると（ステップＳ２０においてＮＯ）、コンバータ制御部３２は、コンバータ１２を停止させ、コンバータ１０のみを動作させる（ステップＳ４０）。具体的には、コンバータ制御部３２は、コンバータ１０に対して信号ＰＷＣ１を出力するとともに、コンバータ１２に対してシャットダウン信号ＳＤ２を出力する。
【００９１】
ステップＳ１０において要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈ以上であると判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、コンバータ制御部３２は、コンバータ１０，１２の双方を動作させる（ステップＳ５０）。具体的には、コンバータ制御部３２は、信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２をコンバータ１０，１２に対してそれぞれ出力する。
【００９２】
要求パワーが小さい領域では、コンバータにおける損失（主にスイッチング損失）が支配的であり、コンバータ１０，１２のいずれか一方を停止させる方がコンバータ１０，１２の双方を動作させるよりもトータル損失は小さい。そして、要求パワーが増大するに従って蓄電装置における抵抗損失が支配的になり、要求パワーがある値（Ｐｔｈ）を超えると、コンバータ１０，１２の双方を動作させる方がコンバータ１０，１２のいずれか一方を動作させるよりもトータル損失が小さくなる。
【００９３】
この実施の形態においては、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも小さいとき、電圧が低い方の蓄電装置に対応するコンバータを停止させ、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈ以上のとき、コンバータ１０，１２の双方を動作させる。したがって、この実施の形態によれば、蓄電装置Ｂ１〜Ｂ３およびコンバータ１０，１２，１４によって形成される電源システムの損失を抑制することができる。
【００９４】
また、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも低く、かつ、コンバータ１０（または１２）による昇圧動作が不要な場合には、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のうち出力電圧が高いほうの蓄電装置（以下、「最高電圧蓄電装置」と呼ぶ）に対応するコンバータの上アームおよび下アームをそれぞれオンおよびオフに固定し、他のコンバータの動作を停止させてもよい。
【００９５】
図１６は、図１に示したコンバータ１０，１２の構成を示す回路図である。図１６を参照して、コンバータ１０は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、ダイオードＤ５，Ｄ６と、リアクトルＬ１とを含む。
【００９６】
スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６は、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ５，Ｄ６は、それぞれスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６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Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続され、その他方端は、正極ラインＰＬ１に接続される。
【００９７】
コンバータ１２は、コンバータ１０と同様の構成を有する。コンバータ１０の構成において、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８にそれぞれ置き換え、ダイオードＤ５，Ｄ６をダイオードＤ７，Ｄ８にそれぞれ置き換え、リアクトルＬ１、正極ラインＰＬ１をリアクトルＬ２、正極ラインＰＬ２にそれぞれ置き換えた構成がコンバータ１２の構成に対応する。なお、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８としてはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用されるものとするが、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。したがって、ＭＯＳＦＥＴあるいはバイポーラトランジスタ等もスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８に適用可能である。
【００９８】
コンバータ１０，１２は、チョッパ回路から成る。そして、コンバータ１０（１２）は、ＥＣＵ３０（図１）からの信号ＰＷＣ１（ＰＷＣ２）に基づいて、正極ラインＰＬ１（ＰＬ２）の電圧をリアクトルＬ１（Ｌ２）を用いて昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。具体的には、スイッチング素子Ｑ５（Ｑ７）および／またはスイッチング素子Ｑ６（Ｑ８）のオン・オフ期間比（デューティ）を制御することによって、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からの出力電圧の昇圧比を制御できる。
【００９９】
コンバータ１０（１２）は、ＥＣＵ３０（図１）からの信号ＰＷＣ１（ＰＷＣ２）に基づいて、正極ラインＰＬ３の電圧を降圧し、その降圧した電圧を正極ラインＰＬ１（ＰＬ２）へ出力する。具体的には、スイッチング素子Ｑ５（Ｑ７）および／またはスイッチング素子Ｑ６（Ｑ８）のオン・オフ期間比（デューティ）を制御することによって、正極ラインＰＬ３の電圧の降圧比を制御できる。
【０１００】
要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも低く、かつ、コンバータ１０（または１２）による昇圧動作が不要な場合に、最高電圧蓄電装置に対応するコンバータの上アーム（スイッチング素子Ｑ５またはＱ７）および下アーム（スイッチング素子Ｑ６またはＱ８）がそれぞれオンおよびオフに固定され、かつ他のコンバータの動作が停止されることにより、コンバータ１０，１２全体での損失をより抑制した上で、電源システムおよび主負荷装置間の電力授受を実行できる。さらに、最高電圧蓄電装置に対応するコンバータの上アームをオンすることにより、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間の短絡を防止できる。
【０１０１】
本実施の形態に係る電源システムの制御は、エンジン２が停止しかつモータジェネレータＭＧ２が動作することによりハイブリッド車両１００が走行している場合に実行されることがより好ましい。ハイブリッド車両１００がエンジン２により走行している場合に比べ、上記のような走行時においては蓄電装置Ｂ１に対して入出力される電流が大きくなるので、電源システムの損失を抑制する効果を高めることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態に係るハイブリッド車両１００は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２が車両外部の電源（たとえば商用電源）により充電可能なよう構成されていてもよい。このようにハイブリッド車両１００を構成することにより、モータジェネレータＭＧ２のみによって走行可能な距離を長くすることができる。つまり蓄電装置Ｂ１に対して入出力される電流が大きくなる期間が長くなるので、電源システムの損失を抑制する効果を高めることができる。
【０１０３】
なお、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を車両外部の電源（たとえば商用電源）により充電するための構成は特に限定されない。たとえば商用交流電源に接続可能な充電装置をハイブリッド車両１００に搭載することで蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を外部電源により充電することができる。この充電装置は交流を直流に変換し、かつ電圧を調圧して蓄電装置Ｂ１，Ｂ２に与えるよう構成されていればよい。また、他にも、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のステータコイルの中性点を交流電源に接続する方式、あるいはコンバータ１０，１２を合わせて交流直流変換装置として機能させる方式を用いても良い。
【０１０４】
また、本実施の形態では、蓄電装置とインバータとの間に設けられるコンバータ（１０，１２）を示したが、このようなコンバータが車両に設けられていなくてもよい。
【０１０５】
また、本実施の形態では、車両駆動用の蓄電装置を２つ備えるハイブリッド車両を示したが、車両駆動用の蓄電装置（主蓄電装置）が少なくとも１つあり、その主蓄電装置と並列に電力線に接続され、電力線の電圧を副負荷装置を駆動させるための電圧に変換して出力する電圧変換装置と、電圧変換装置の出力側に副負荷装置と並列に接続される副蓄電装置とを備えていればよい。したがって車両駆動用の蓄電装置（主蓄電装置）の個数が１個であり、その蓄電装置とインバータとの間に設けられるコンバータの個数が１個でもよい。あるいは蓄電装置の個数が３つ以上であってもよい。
【０１０６】
また、本実施の形態では動力分割機構によりエンジンの動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムに適用した例を示した。しかし本発明は、上記構成を備えている車両に適用できる可能であり、たとえば発電機を駆動するためにのみエンジンを用い、発電機により発電された電力を使うモータでのみ車軸の駆動力を発生させるシリーズ型ハイブリッド自動車や、モータのみで走行する電気自動車にも適用できる。
【０１０７】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。
【図２】図１に示したコンバータ１４の構成を示す回路図である。
【図３】図１に示したＥＣＵ３０の機能ブロック図である。
【図４】コンバータ１４を制御するための構成の例を示した機能ブロック図である。
【図５】図４に示した目標値設定部２１０による処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】主負荷装置を力行させつつコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の電力の流れを示すモデル図である。
【図７】主負荷装置を回生させつつコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の電力の流れを示すモデル図である。
【図８】主負荷装置の力行時にコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を低下させる場合の電力の流れを示すモデル図である。
【図９】主負荷装置の回生時にコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を上昇させる場合の電力の流れを示すモデル図である。
【図１０】コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合に蓄電装置Ｂ１に入出力される電流を示す模式図である。
【図１１】コンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を一定に保つ場合の蓄電装置Ｂ１の損失を示す模式図である。
【図１２】要求パワーＰＲに応じてコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を変化させる場合に蓄電装置Ｂ１に入出力される電流を示す模式図である。
【図１３】要求パワーＰＲに応じてコンバータ１４から出力される電圧ＶＢ３を変化させる場合の蓄電装置Ｂ１の損失を示す模式図である。
【図１４】本実施の形態の変形例によるコンバータ１４の制御を実現するための構成例を示す機能ブロック図である。
【図１５】図３に示したコンバータ制御部３２によるコンバータ１０，１２の制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】図１に示したコンバータ１０，１２の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【０１０９】
２ エンジン、４ 動力分割機構、６ 車輪、１０，１２，１４ コンバータ、１６ 補機装置、２０，２２， インバータ、３０ ＥＣＵ、３２ コンバータ制御部、３４，３６ インバータ制御部、４２，４４，４６，４８ 電圧センサ、５２，５４ 電流センサ、６２，６４ 温度センサ、７１ フィルタ回路、７２ ＤＣ−ＡＣ変換器、７３ 電圧変換回路、７４ 整流回路、７５ 平滑回路、１００ ハイブリッド車両、２１０ 目標値設定部、２１５ 電圧制御部、２２２，２２６ 減算部、２２４ ＰＩ制御部、２２８ 変調部、２３２ シャットダウン指示部、２３４ 選択部、Ｂ１〜Ｂ３ 蓄電装置、Ｃ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＮＬ 負極ライン、ＰＬ１〜ＰＬ４ 正極ライン、Ｑ１〜Ｑ８ 半導体スイッチング素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される電源システムであって、前記車両は、前記電源システムとの間で電力を授受する主負荷装置と、前記電源システムから供給される電力により動作する副負荷装置とを備え、前記電源システムは、
主蓄電装置と、
前記主蓄電装置と前記主負荷装置との間で電力を伝達するための電力線と、
前記主蓄電装置と並列に前記電力線に接続されて、前記電力線の電圧を、前記副負荷装置を動作させるための電圧に変換して出力する電圧変換装置と、
前記電圧変換装置の出力側に前記副負荷装置と並列に接続される副蓄電装置と、
前記主負荷装置の動作に伴う前記主蓄電装置への要求パワーに応じて前記電圧変換装置を制御することにより、前記電圧変換装置の前記出力側から出力される出力電圧を変化させる制御装置とを備える、電源システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記要求パワーが前記主蓄電装置から前記主負荷装置への出力電力に対応する場合には、前記電圧変換装置の前記出力電圧を低下させる一方で、前記要求パワーが前記主負荷装置から前記主蓄電装置への入力電力に対応する場合には、前記電圧変換装置の前記出力電圧を上昇させる、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記要求パワーが前記出力電力に対応する場合には、前記電圧変換装置を停止させることにより、前記電圧変換装置の前記出力電圧を低下させる、請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記主負荷装置は、
力行時に前記車両の駆動力を発生させるとともに回生時に電力を発生させる交流回転電機と、
前記交流回転電機が指令値に従って動作するように、前記交流回転電機と前記電力線との間で双方向の電力変換を行なうように構成されたインバータとを含み、
前記車両は、
前記交流回転電機と並列的に前記駆動力を発生させることが可能な内燃機関をさらに備え、
前記制御装置は、前記内燃機関が停止しかつ前記交流回転電機が動作することによって前記車両が走行している場合において、前記要求パワーに応じて前記出力電圧を変化させる、請求項１から３のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項５】
前記副負荷装置は、補機装置である、請求項１から４のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項６】
車両に搭載される電源システムの制御方法であって、
前記車両は、前記電源システムとの間で電力を授受する主負荷装置と、前記電源システムから供給される電力により動作する副負荷装置とを備え、
前記電源システムは、主蓄電装置と、前記主蓄電装置と前記主負荷装置との間で電力を伝達するための電力線と、前記主蓄電装置と並列に前記電力線に接続されて、前記電力線の電圧を前記副負荷装置を動作させるための電圧に変換する電圧変換装置と、前記電圧変換装置の出力側に前記副負荷装置と並列に接続される副蓄電装置とを備え、
前記制御方法は、
前記主負荷装置の動作に伴う前記主蓄電装置への要求パワーを取得するステップと、
前記要求パワーに応じて前記電圧変換装置を制御することにより、前記電圧変換装置の前記出力側から出力される出力電圧を変化させるステップとを備え、
前記出力電圧を変化させるステップは、前記要求パワーが前記主蓄電装置から前記主負荷装置への出力電力に対応する場合には、前記出力電圧を低下させる一方で、前記要求パワーが前記主負荷装置から前記主蓄電装置への入力電力に対応する場合には、前記出力電圧を上昇させる、電源システムの制御方法。
【請求項１】
車両に搭載される電源システムであって、前記車両は、前記電源システムとの間で電力を授受する主負荷装置と、前記電源システムから供給される電力により動作する副負荷装置とを備え、前記電源システムは、
主蓄電装置と、
前記主蓄電装置と前記主負荷装置との間で電力を伝達するための電力線と、
前記主蓄電装置と並列に前記電力線に接続されて、前記電力線の電圧を、前記副負荷装置を動作させるための電圧に変換して出力する電圧変換装置と、
前記電圧変換装置の出力側に前記副負荷装置と並列に接続される副蓄電装置と、
前記主負荷装置の動作に伴う前記主蓄電装置への要求パワーに応じて前記電圧変換装置を制御することにより、前記電圧変換装置の前記出力側から出力される出力電圧を変化させる制御装置とを備える、電源システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記要求パワーが前記主蓄電装置から前記主負荷装置への出力電力に対応する場合には、前記電圧変換装置の前記出力電圧を低下させる一方で、前記要求パワーが前記主負荷装置から前記主蓄電装置への入力電力に対応する場合には、前記電圧変換装置の前記出力電圧を上昇させる、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記要求パワーが前記出力電力に対応する場合には、前記電圧変換装置を停止させることにより、前記電圧変換装置の前記出力電圧を低下させる、請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記主負荷装置は、
力行時に前記車両の駆動力を発生させるとともに回生時に電力を発生させる交流回転電機と、
前記交流回転電機が指令値に従って動作するように、前記交流回転電機と前記電力線との間で双方向の電力変換を行なうように構成されたインバータとを含み、
前記車両は、
前記交流回転電機と並列的に前記駆動力を発生させることが可能な内燃機関をさらに備え、
前記制御装置は、前記内燃機関が停止しかつ前記交流回転電機が動作することによって前記車両が走行している場合において、前記要求パワーに応じて前記出力電圧を変化させる、請求項１から３のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項５】
前記副負荷装置は、補機装置である、請求項１から４のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項６】
車両に搭載される電源システムの制御方法であって、
前記車両は、前記電源システムとの間で電力を授受する主負荷装置と、前記電源システムから供給される電力により動作する副負荷装置とを備え、
前記電源システムは、主蓄電装置と、前記主蓄電装置と前記主負荷装置との間で電力を伝達するための電力線と、前記主蓄電装置と並列に前記電力線に接続されて、前記電力線の電圧を前記副負荷装置を動作させるための電圧に変換する電圧変換装置と、前記電圧変換装置の出力側に前記副負荷装置と並列に接続される副蓄電装置とを備え、
前記制御方法は、
前記主負荷装置の動作に伴う前記主蓄電装置への要求パワーを取得するステップと、
前記要求パワーに応じて前記電圧変換装置を制御することにより、前記電圧変換装置の前記出力側から出力される出力電圧を変化させるステップとを備え、
前記出力電圧を変化させるステップは、前記要求パワーが前記主蓄電装置から前記主負荷装置への出力電力に対応する場合には、前記出力電圧を低下させる一方で、前記要求パワーが前記主負荷装置から前記主蓄電装置への入力電力に対応する場合には、前記出力電圧を上昇させる、電源システムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−９８８８８（Ｐ２０１０−９８８８８Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６８９２０（Ｐ２００８−２６８９２０）
【出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]