JP2019145335A - 車両の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間でバッテリの暖機を行いつつ、暖機中の車両の走行性能の向上を図る。【解決手段】充放電状態制御部１６は、相互に充放電が可能な第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との間の充放電状態を制御する。第１の蓄電装置１２の装置温度が所定温度以下の場合、発電機１８は、モータ２０の要求電力に合わせて稼働してモータ２０に電力を供給し、充放電状態制御部１６は、第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との間で相互に充放電を行わせる。【選択図】図４

Description

本発明は、車両に搭載される電源装置に関する。

従来、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車には、車両の駆動用電力等を供給する駆動用バッテリ（以下、単に「バッテリ」という）が搭載されている。
一般に、バッテリは低温時に性能が低下することが知られている。低温状態でバッテリへの負荷が大きくなると、バッテリ劣化につながる可能性があるため、バッテリ温度が所定温度以上に暖機されるまで、最大出力を抑制するように制御されている。そのため、バッテリ温度が十分に上昇するまで走行状態に移れなかったり、走行状態に移れたとしても十分に出力が出せない場合がある。
例えば、下記特許文献１は、バッテリ温度を短時間で上昇させるため、バッテリの他に急速な充放電が可能なキャパシタを設け、バッテリから電力を取り出し、該電力をキャパシタに供給する暖機用放電制御と、キャパシタからバッテリに電力を供給し、該電力をバッテリに充電させる暖機用充電制御とを交互に繰り返し実行することで、バッテリを内部発熱によって加熱する暖機制御を実行している。
この他、例えばバッテリ周辺に電気ヒータを設けて暖機を行う技術も知られている。

特開２０１６−２１３１０２号公報

上記電気ヒータを設ける方法では、走行状態に移る前にバッテリ容量が低下してしまうという課題がある。
また、上述した特許文献１は、電池電力の低下は少なくて済むが、電池とキャパシタ間で充放電を行っている間は、走行状態に移ることができないという課題がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、短時間でバッテリの暖機を行いつつ、暖機中の車両の走行性能の向上を図ることにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる車両の電源装置は、相互に充放電が可能な第１の蓄電装置および第２の蓄電装置と、前記第１の蓄電装置と前記第２の蓄電装置との間の充放電状態を制御する充放電状態制御部と、前記電力を発電する発電機と、前記第１の蓄電装置、前記第２の蓄電装置および前記発電機の少なくともいずれかから電力の供給を受けて稼働する負荷機器と、前記負荷機器への電力供給元を制御する電力供給制御部と、を備え、前記第１の蓄電装置の装置温度が所定温度以下の場合、前記発電機は、前記負荷機器の要求電力に合わせて稼働して前記負荷機器に電力を供給し、前記充放電状態制御部は、前記第１の蓄電装置と前記第２の蓄電装置との間で相互に充放電を行わせる、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる車両の電源装置は、前記負荷機器の前記要求電力が前記発電機における発電量を上回る場合、前記充放電状態制御部は、前記第１の蓄電装置における充放電量を確保した範囲で、前記第１の蓄電装置または前記第２の蓄電装置の少なくともいずれかから前記負荷機器に電力を供給する、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる車両の電源装置は、前記第１の蓄電装置が放電状態にあり前記第２の蓄電装置が充電状態にある際に前記負荷機器の前記要求電力が前記発電機の発電量を上回った場合、前記充放電状態制御部は、前記第２の蓄電装置を放電状態に切り替えて、前記第１の蓄電装置からの放電電流および前記第２の蓄電装置からの放電電流を前記負荷機器に供給する、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる車両の電源装置は、前記第１の蓄電装置が充電状態にあり前記第２の蓄電装置が放電状態にある際に前記負荷機器の前記要求電力が前記発電機における発電量を上回った場合、前記充放電状態制御部は、前記第２の蓄電装置からの放電量を増加させ、増加した放電量に対応する放電電流を前記負荷機器に供給する、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる車両の電源装置は、前記負荷機器は、回生運転可能な電動機であり、前記第１の蓄電装置および前記第２の蓄電装置は、前記電動機の回生運転により発生した回生電力、または前記発電機の余剰発電電力の少なくともいずれかを含む余剰電流を充電可能であり、前記充放電状態制御部は、前記余剰電力が発生した場合、前記第１の蓄電装置における充放電量を確保しつつ、前記第１の蓄電装置または前記第２の蓄電装置の少なくともいずれかに前記余剰電力を充電する、ことを特徴とする。
請求項６の発明にかかる車両の電源装置は、前記第１の蓄電装置が放電状態にあり前記第２の蓄電装置が充電状態にある際に前記余剰電力が発生した場合、前記充放電状態制御部は、前記第２の蓄電装置の蓄電可能容量を、前記第１の蓄電装置からの放電量と前記余剰電力との和に増加させる、ことを特徴とする。
請求項７の発明にかかる車両の電源装置は、前記第１の蓄電装置は、前記装置温度に基づいて充放電可能電流量が決定されており、前記第１の蓄電装置が充電状態にあり前記第２の蓄電装置が放電状態にある際に前記余剰電力が発生した場合、前記充放電状態制御部は、前記第２の蓄電装置からの放電量を低減して前記余剰電力を用いて前記第１の蓄電装置を充電するとともに、前記余剰電力が前記第１の蓄電装置の充放電可能電流量を超える場合には前記第２の蓄電装置を充電状態に切り替えて前記余剰電力と前記第１の蓄電装置の充放電可能電流量との差分が前記第２の蓄電装置に充電されるようにする、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、第１の蓄電装置の装置温度が低温で暖機が必要な場合に、第１の蓄電装置と第２の蓄電装置との間で相互に充放電を行わせることによって第１の蓄電装置の装置温度を上昇させることができる。また、第１の蓄電装置および第２の蓄電装置から負荷機器への電力供給を行わずに充放電を行うので、第１の蓄電装置の充放電量を制御しやすくし、装置温度によって決まる充放電可能電流量を超えることなく充放電を行わせる上で有利となる。また、負荷機器に対する要求出力に合わせて発電機を稼働させて負荷機器に電力を供給するので、低温時に放電量が制限される第１の蓄電装置から電力供給するのと比べて、負荷機器からの出力を高める上で有利となる。
請求項２の発明によれば、暖機中に負荷機器の必要電力が発電機における発電量を上回る場合、第１の蓄電装置または第２の蓄電装置から負荷機器に電力を供給するので、負荷機器に対して不足ない電力を供給する上で有利となる。この時、第１の蓄電装置における充放電量を確保した範囲で負荷機器に電力を供給するので、第１の蓄電装置における充放電量を減らす場合と比較して第１の蓄電装置の暖機を早期に完了する上で有利となる。
請求項３の発明によれば、第１の蓄電装置が放電状態にあり第２の蓄電装置が充電状態にある場合には、第２の蓄電装置を放電状態に切り替えて、第１の蓄電装置からの放電電流および第２の蓄電装置からの放電電流を負荷機器に供給するので、負荷機器における不足分の電力が大きい場合に有利となる。
請求項４の発明によれば、第１の蓄電装置が充電状態にあり第２の蓄電装置が放電状態にある場合には、第２の蓄電装置からの放電量を増加させ、増加した放電量に対応する放電電流を負荷機器に供給するので、第１の蓄電装置への充電量を確保する上で有利となる。
請求項５の発明によれば、暖機中に余剰電力が発生した場合、第１の蓄電装置または第２の蓄電装置の少なくともいずれかに余剰電力を充電するので、例えば余剰電力が回生電力の場合に通常時と同様の回生制動力を発生させることができる。この時、第１の蓄電装置における充放電量を確保するので、第１の蓄電装置における放電量を減らす場合と比較して第１の蓄電装置の暖機を早期に完了する上で有利となる。
請求項６の発明によれば、第１の蓄電装置が放電状態にあり第２の蓄電装置が充電状態にある場合には、第２の蓄電装置の蓄電可能容量を、第１の蓄電装置からの放電量と余剰電力との和に増加させるので、第１の蓄電装置からの放電量を確保する上で有利となる。
請求項７の発明によれば、第１の蓄電装置が充電状態にあり第２の蓄電装置が放電状態にある場合には、第２の蓄電装置からの放電量を低減して余剰電力を用いて第１の蓄電装置を充電するので、暖機中も余剰電力により第１の蓄電装置を充電することができる。また、余剰電力が第１の蓄電装置の充放電可能電流量を超える場合には第２の蓄電装置を充電状態に切り替えて余剰電力と第１の蓄電装置の充放電可能電流量との差分が第２の蓄電装置に充電されるようにするので、第１の蓄電装置に対する充電量が充放電可能電流量を超えないようにしつつ、例えば余剰電力が回生電力である場合に回生制動力を確保することができる。

実施の形態にかかる電源装置１０の構成を示す図である。 第１の蓄電装置１２が放電状態、第２の蓄電装置１４が充電状態にある場合を模式的に示す図である。 第１の蓄電装置１２が充電状態、第２の蓄電装置１４が放電状態にある場合を模式的に示す図である。 図２においてモータ２０が電力不足になった場合を模式的に示す図である。 図３においてモータ２０が電力不足になった場合を模式的に示す図である。 図２において余剰電力が発生した場合を模式的に示す図である。 図３において余剰電力が発生した場合を模式的に示す図である。 図３において余剰電力が発生した場合を模式的に示す図である。 ピーク電流を模式的に示す図である。 電源装置１０の処理を示すフローチャートである。

＜電源装置１０の構成＞
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる車両の電源装置（以下、単に「電源装置」という）の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる電源装置１０の構成を示す図である。
本実施形態の電源装置１０は、車両に搭載された蓄電装置を制御して車輪駆動用のモータに電力を供給するとともに、回生時にモータで発電させた電力（回生電力）や発電機１８で発電された電力を蓄電装置に移動（充電）する。
本実施の形態では、車両はモータおよびエンジンを搭載したハイブリッド自動車（ＨＶ）であり、蓄電装置に蓄電された電力をモータに供給して走行するとともに、エンジンにより発電機を駆動して発電した電力をモータに供給して走行することも可能である。
電源装置１０は、第１の蓄電装置１２および第２の蓄電装置１４と、充放電状態制御部１６と、発電機１８と、モータ（電動機）２０と、インバータ２２と、温度センサ２６とを備えて構成されている。

第１の蓄電装置１２は、電源装置１０における主蓄電装置であり、例えば複数の扁平形状の電池（二次電池）を並べて構成されている。これら電池の集合体は、電極列に電線が取り付けられ、直列に配線されている。二次電池としては、リチウムイオンバッテリを適用することができるがこれに限定されない。

第１の蓄電装置１２には、温度センサ２６が取り付けられており、第１の蓄電装置１２の温度を測定する。温度センサ２６は、例えば上記電池の集合体を収容するケースに取り付けられていてもよいし、各電池それぞれ（または数個の電池ごと）に取り付けられていてもよい。
温度センサ２６は、測定した温度を充放電状態制御部１６に出力する。

第２の蓄電装置１４は、第１の蓄電装置１２よりも急速な充放電が可能に構成されている。本実施形態では、電池集合体である第１の蓄電装置１２に対し、第２の蓄電装置１４としてキャパシタを適用している。キャパシタは、例えば電気二重層キャパシタであり、電池に比べて内部抵抗が小さく、＋側の電位（以下、Ｖ１という）と−側の電位（同、Ｖ２という）との電位差（Ｖ１−Ｖ２；以下適宜、第２の蓄電装置１４の電圧という）に応じて電気エネルギーを蓄積することができる。ただし、第１の蓄電装置１２よりも急速な充放電が可能であれば、他の種類のキャパシタや大容量のコンデンサなどであっても構わない。

第１の蓄電装置１２および第２の蓄電装置１４は、過充電や過放電を防ぐため、通常、所定の使用制限範囲内で充放電が行われる。使用制限範囲は、例えば各蓄電装置１２，１４の電圧に対して設定されており、充電中に使用上限電圧となった場合には充電を停止し、放電中に使用下限電圧となった場合には放電を停止するように構成されている。
また、本実施の形態では、第２の蓄電装置１４については、後述するような瞬間的な充放電量の増加に対応するため、通常時は上記使用制限範囲よりも更に狭い標準使用範囲内で使用するように構成されている。具体的には、例えば第２の蓄電装置１４の使用制限範囲を蓄電容量の１０％から９０％とすると、標準使用範囲は蓄電容量の３０％から７０％程度に設定される。なお、上記数値は一例であり、蓄電装置の性能等に基づいて適宜設定される。後述するように、一時的にモータ２０の出力が大きくなったり、モータ２０や発電機１８からの余剰電力が大きくなった場合には、標準使用範囲を超えて第２の蓄電装置１４を使用することが可能である。

充放電状態制御部１６は、第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との間の充放電状態を制御する。
本実施の形態では、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４の充放電状態を制御することにより、第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との間の電荷の授受状態を制御する。
ここで、第２の蓄電装置１４は、＋側が第１の蓄電装置１２と並列接続され、−側が充放電状態制御部１６に直列接続されている。したがって、第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との間で相互に充放電（電荷の授受）が可能となっている。
充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４の電圧、具体的には−側の電位（Ｖ２）を昇降制御している。本実施形態では、充放電状態制御部１６がＤＣ／ＤＣコンバータを含んで構成されている。この場合、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４の電圧を第１の状態と第２の状態に遷移させる。
第１の状態は、第２の蓄電装置１４のＶ２を上昇させてＶ１との電位差を縮小する。第１の状態では、第２の蓄電装置１４の蓄電可能容量が小さくなる。これに対し、第２の状態は、第２の蓄電装置１４のＶ２を低下させてＶ１との電位差を拡大する。第２の状態では、第２の蓄電装置１４の蓄電可能容量が大きくなる。

第１の蓄電装置１２から第２の蓄電装置１４へと電荷を移動させたい場合、すなわち、第２の蓄電装置１４を充電状態としたい場合、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４のＶ２を徐々に低下させる（第２の状態）。第２の蓄電装置１４のＶ２を徐々に低下させることで、それに伴ってＶ１との電位差が大きくなり、第２の蓄電装置１４の蓄電可能容量が徐々に増大する。これにより、第１の蓄電装置１２から第２の蓄電装置１４へ電荷が移動（充電）される。

また、第２の蓄電装置１４から第１の蓄電装置１２へと電荷を移動させたい場合、すなわち、第２の蓄電装置１４を放電状態としたい場合、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４のＶ２を徐々に上昇させる（第１の状態）。第２の蓄電装置１４のＶ２を徐々に上昇させることで、それに伴ってＶ１との電位差が小さくなり、第２の蓄電装置１４の蓄電可能容量が徐々に減少する。これにより、第２の蓄電装置１４から第１の蓄電装置１４へ電荷が移動（放電）される。

発電機１８は、図示しないエンジンからの動力を受けて電力を発電する。より詳細には、発電機１８の回転軸は、エンジンの出力軸と接続されており、エンジンの出力軸の回転を受けて発電機１８の回転軸が回転し、発電を行う。
発電機１８の稼働状態（発電量など）は、図示しない車両制御部（ＥＣＵ）により制御される。

モータ２０は、車両に搭載された負荷機器の一例であり、第１の蓄電装置１２、第２の蓄電装置１４および発電機１８の少なくともいずれかから電力の供給を受けて稼働する。
モータ２０は、例えばインバータ２２から供給される三相交流電流により作動する三相交流誘導モータである。作動したモータ２０は、車両の駆動輪を駆動させる。
また、モータ２０は、下り坂や減速時などに回生運転を行い、発電機としても機能する。回生運転により発電された回生電力は、主に第１の蓄電装置１２に充電される。

インバータ２２は、第１の蓄電装置１２および第２の蓄電装置１４を含む蓄電装置側回路３０（第１の電力供給ライン）と、発電機１８を含む発電機側回路３２（第２の電力供給ライン）と、モータ２０との間に介在し、これらの回路３０，３２とモータ２０とを接続している。
インバータ２２は、第１の蓄電装置１２および第２の蓄電装置１４に蓄積された電力、具体的には直流電流を三相交流電流に変換して、該三相交流電流をモータ２０に供給する。
また、インバータ２２は、発電機１８で発電された電力、具体的には三相交流電流を整流してモータ２０に供給する。

通常走行時（暖機運転時以外）は、基本的に電源装置１０における主蓄電装置である第１の蓄電装置１２からモータ２０へと電力を供給する。
また、例えばモータ２０への要求出力が大きく、第１の蓄電装置１２からの電力では不足する場合や、第１の蓄電装置１２の残容量が少ない場合には、発電機１８が稼働して、発電機１８で発電した電力を第１の蓄電装置１２の電力と併せてモータ２０に供給する。
なお、モータ２０の要求電力は、例えば図示しないセンサ類により検出される車両の車速、加速度、アクセルペダルおよびブレーキペダルの踏込角、車体の傾斜角、モータ２０の回転数などに基づいて算出する。

＜低温時の暖機制御＞
第１の蓄電装置１２の装置温度が低温な場合、ある程度装置温度が上昇するまで暖機運転を行う。このとき、第１の蓄電装置１２は、その装置温度に基づいて充放電可能電流量が決定されている。具体的には、装置温度が高いほど充放電可能電流量が大きくなるように設定されている。
暖機運転中に上記充放電可能電流量を超える電力を充放電すると、装置劣化につながる可能性があるため、例えば第１の蓄電装置１２の電力をモータ２０に供給する場合には、モータ２０の出力を抑える必要がある。その場合、例えば走行開始後すぐに高速走行したい場合などには不都合が生じる。
そこで、電源装置１０では、暖機運転中には第１の蓄電装置１２からモータ２０への電力供給は基本的に行わず、モータ２０に供給する電力は発電機１８で発電した電力とするとともに、第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との間で相互に充放電を行うことにより第１の蓄電装置１２の装置温度を上昇させる。
なお、相互に充放電を行うとは、一方の蓄電装置から放電した電流によって他方の蓄電装置を充電し、所定期間経過後には充電側の蓄電装置と放電側の蓄電装置とを入れ替えて充放電を行うことをくり返すものである。

すなわち、第１の蓄電装置１２の装置温度が所定温度以下の場合、発電機１８は、モータ２０の要求電力に合わせて稼働してモータ２０に電力を供給し、充放電状態制御部１６は、第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との間で相互に充放電を行わせる。
これにより、第１の蓄電装置１２の状態（装置温度）に合わせて暖機のための充放電量を制御しやすくするとともに、モータ２０に対する出力制限が緩和され、走行開始直後から高出力での走行が可能となる。

なお、第１の蓄電装置１２、第２の蓄電装置１４、モータ１８、発電機１８の電圧が近い場合には、モータ１８の稼働中に蓄電装置間のみで充放電をくり返すことは困難と考えられる。
しかしながら、本実施の形態では、モータ１８の稼働電圧と比較して蓄電装置間の充放電電圧が十分低くなっている。また、インバータ２２の抵抗は、蓄電装置間の電流伝送経路および蓄電装置自体の抵抗よりも大きい。このため、蓄電装置側回路３０側と発電機側回路３２側とにおいて、独立して充放電系を確立することが可能である。

＜発電量不足時の制御＞
一方で、モータ２０に対する要求出力が瞬間的に大きくなった場合、例えば不意な段差を乗り越えるような場合には、モータ２０の要求電力が発電機１８の発電量を上回る場合がある。
このような場合には、第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との暖機のための充放電を阻害しない範囲で、蓄電装置側回路３０からモータ２０へと電力を供給する。
すなわち、充放電状態制御部１６は、第１の蓄電装置１２における充放電量を確保した範囲で、第１の蓄電装置１２または第２の蓄電装置１４の少なくともいずれかからモータ２０に電力を供給する。
この場合、第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との間の充放電状態によって制御が異なるので、以下に各パターンについて説明する。

＜第１の蓄電装置：放電状態、第２の蓄電装置：充電状態の場合＞
まず、図２のように、第１の蓄電装置１２から放電を行い、第２の蓄電装置１４に充電している場合について検討する。この時、第１の蓄電装置１２は、装置温度に基づいて決定される充放電可能電流量を超えない範囲の電流Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}を放電している。第１の蓄電装置１２からの放電量は、第２の蓄電装置１４のＶ２により制御可能である。
また、発電機１８がモータ２０の要求電力に応じて発電し、モータ２０に電流Ｉｇを供給することにより、通常時には蓄電装置側回路３０からの電流を取り込むことなくモータ２０を駆動可能である。

ここで、図９に示すように、例えば不意な段差を乗り越える場合など、モータ２０の要求電力が急激に増加して、発電機１８からの電流Ｉｇに加えて電流Ｉｍ_ｐｅａｋが必要となったものとする。
この場合、図４に示すように、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４のＶ２を上昇させて第２の蓄電装置１４を放電状態とする。なお、このような場合は緊急性が高く、また電力が必要なのは短時間であると予想されるので、上記標準使用範囲を超えて放電を行うことも可能とする。
これにより、第１の蓄電装置１２からは上記の装置温度に基づいて決定される充放電可能電流量を超えない範囲の電流Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}がモータ２０へと供給され、第２の蓄電装置１４からはＶ２に応じた電流Ｉｃがモータ２０へと供給される。
すなわち、Ｉｍ_ｐｅａｋ＝Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}＋Ｉｃとなることにより、発電機１８からの電流Ｉｇに対する不足分が補われる。

言い換えると、第１の蓄電装置１２が放電状態にあり第２の蓄電装置１４が充電状態にある際にモータ２０（負荷機器）の要求電力が発電機１８の発電量を上回った場合、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４を放電状態に切り替えて、第１の蓄電装置１２からの放電電流および第２の蓄電装置１４からの放電電流をモータ２０に供給する。

＜第１の蓄電装置：充電状態、第２の蓄電装置：放電状態の場合＞
つぎに、図３のように、第２の蓄電装置１４から放電を行い、第１の蓄電装置１２に充電している場合について検討する。この時、第２の蓄電装置１４は、第１の蓄電装置１２の装置温度に基づいて決定される充放電可能電流量を超えない範囲の電流Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}を放電している。
また、発電機１８は、モータ２０の要求電力に応じて発電し、モータ２０に電流Ｉｇを供給する。

ここで、図９に示すように、例えば不意な段差を乗り越える場合など、モータ２０の要求電力が急激に増加して、発電機１８からの電流Ｉｇに加えて電流Ｉｍ_ｐｅａｋが必要となったものとする。
この場合、図５に示すように、電力供給制御部２４は、蓄電装置側回路３０からの電流の取り込みを開始させる。また、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４のＶ２を上昇させて第２の蓄電装置１４からの放電量を上記電流Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}よりも増加させる。
なお、このような場合は緊急性が高く、また電力が必要なのは短時間であると予想されるので、上記標準使用範囲を超えて放電を行うことも可能とする。
これにより、第１の蓄電装置１２への電流Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}の供給を継続しつつ、第２の蓄電装置１４からはＶ２に応じた電流Ｉｃがモータ２０へと供給される。
すなわち、Ｉｍ_ｐｅａｋ＝Ｉｃとすることにより、発電機１８からの電流Ｉｇに対する不足分が補われる。

言い換えると、第１の蓄電装置１２が充電状態にあり第２の蓄電装置１４が放電状態にある際にモータ２０（負荷機器）の要求電力が発電機１８における発電量を上回る場合、前記充放電状態制御部は、第２の蓄電装置１４からの放電量を増加させ、増加した放電量に対応する放電電流をモータ２０に供給する。

＜電力余剰時の制御＞
つぎに、発電機側回路３２において余剰電力が発生した場合の制御について説明する。上述のように、モータ２０は回生運転により発電することが可能である。また、例えばモータ２０の要求出力が急激に低下した場合など、発電機１８からの供給電力が一時的に過剰状態となる場合がある。通常の走行中は、このような余剰電力（回生電力や余剰発電電力）は、主に第１の蓄電装置１２に充電されるが、暖機運転中は通常運転中と異なる制御を行う必要がある。
すなわち、暖機運転中に余剰電力が発生した場合、充放電状態制御部１６は、第１の蓄電装置１２における充放電量を確保しつつ、第１の蓄電装置１２または第２の蓄電装置１４の少なくともいずれかに余剰電力を充電する。
具体的な制御を以下に示す。この場合も、第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との間の充放電状態によって制御が異なるので、以下に各パターンについて説明する。

＜第１の蓄電装置：放電状態、第２の蓄電装置：充電状態の場合＞
まず、図２のように、第１の蓄電装置１２から放電を行い、第２の蓄電装置１４に充電している場合について検討する。この時、第１の蓄電装置１２は、装置温度に基づいて決定される充放電可能電流量を超えない範囲の電流Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}を放電している。
また、発電機１８は、モータ２０への要求出力に応じた電力を発電し、モータ２０に電流Ｉｇを供給する。

ここで、例えば下り坂や減速などによりモータ２０が回生運転を行うなどして、余剰電流Ｉｒ（余剰電力）が発生したものとする。なお、図６〜図８における余剰電流Ｉｒは、回生電力および発電余剰電力の両方を含むように図示している。
この場合、図６に示すように、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４のＶ２を下降させて第２の蓄電装置１４の蓄電可能容量を増加させる。具体的には、第１の蓄電装置１２からの電流Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}に加え、余剰電流Ｉｒを充電可能な容量まで蓄電可能容量を増加させる。なお、このような場合は緊急性が高く、また充電が必要なのは短時間であると予想されるので、上記標準使用範囲を超えて充電を行うことも可能とする。
これにより、第１の蓄電装置１２からの電流Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}の放電を継続しつつ、余剰電流Ｉｒが第２の蓄電装置１４に充電される。

言い換えると、第１の蓄電装置１２が放電状態にあり第２の蓄電装置１４が充電状態にある際に余剰電力が発生した場合、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４の蓄電可能電力量を、第１の蓄電装置１２からの放電量と余剰電力との和に増加させる。

＜第１の蓄電装置：充電状態、第２の蓄電装置：放電状態の場合＞
つぎに、図３のように、第２の蓄電装置１４から放電を行い、第１の蓄電装置１２に充電している場合について検討する。この時、第２の蓄電装置１４は、第１の蓄電装置１２の装置温度に基づいて決定される充放電可能電流量を超えない範囲の電流Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}を放電している。
また、発電機１８は、モータ２０の要求出力に応じた電力を発電し、モータ２０に電流Ｉｇを供給する。

ここで、例えば下り坂や減速などによりモータ２０が回生運転を行うなどして、余剰電流Ｉｒ（余剰電力）が発生したものとする。
この場合、図７に示すように、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４のＶ２を低下させて放電量を減少させて、第２の蓄電装置１４からの放電電流Ｉｃと余剰電流Ｉｒとの和がＩｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}となるようにする。
特に、余剰電流Ｉｒが大きい場合（電流Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}を超える場合）、図８に示すように、第２の蓄電装置１４のＶ２を更に低下させて第２の蓄電装置１４を充電状態とし、第１の蓄電装置１２に供給される電流がＩｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}を超えないようにする。これにより、余剰電流Ｉｒのうち、電流Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}が第１の蓄電装置１２へと供給され、残りの電流Ｉｒ−Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}が第２の蓄電装置１４に充電される。
なお、このような場合は緊急性が高く、また電力が必要なのは短時間であると予想されるので、上記標準使用範囲を超えて充電を行うことも可能とする。

言い換えると、第１の蓄電装置１２が充電状態にあり第２の蓄電装置１４が放電状態にある際に余剰電力が発生した場合、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１２からの放電量を低減して余剰電力Ｉｒを用いて第１の蓄電装置１２を充電するとともに、余剰電力Ｉｒが第１の蓄電装置１２の充放電可能電流量Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}を超える場合には第２の蓄電装置１４を充電状態に切り替えて余剰電流Ｉｒと第１の蓄電装置１２の充放電可能電流量Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}との差分（Ｉｒ−Ｉｂ_{（ｌｉｍｉｔ）}）が第２の蓄電装置１４に充電されるようにする。

図１０は、電源装置１０の処理を示すフローチャートである。
充放電状態制御部１６および電力供給制御部２４は、温度センサ２６の検出値を参照し、第１の蓄電装置１２の装置温度が所定温度以下か否かを判断する（ステップＳ１００）。第１の蓄電装置１２の装置温度が所定温度を超えている場合は（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、暖機運転の必要はないため、通常走行時における電力供給制御を行う（ステップＳ１０２）。

一方、第１の蓄電装置１２の装置温度が所定温度以下の場合は（ステップＳ１００：Ｎｏ）、暖機運転を実施する。すなわち、発電機１８を稼働させてモータ２０の駆動用電力を発電させるとともに（ステップＳ１０６）、充放電状態制御部１６は、第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との間で相互に充放電を行わせる（ステップＳ１０８）。

電力供給制御部２４は、モータ２０の必要電力量が発電機１８における発電量を上回るか（電力不足か）否かを判断する（ステップＳ１１０）。電力不足でない場合は（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、ステップＳ１２０に移行する。

また、電力不足の場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、各蓄電装置の充放電状態に基づく制御を行う。
第２の蓄電装置１４が充電状態、第１の蓄電装置１２が放電状態にある場合（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４のＶ２を上昇させて第２の蓄電装置１４を放電状態に切り替える（ステップＳ１１６）。これにより、第１の蓄電装置１２からの放電電流および第２の蓄電装置１４からの放電電流がモータ２０に供給される。
また、第２の蓄電装置１４が放電状態、第１の蓄電装置１２が充電状態にある場合（ステップＳ１１４：Ｎｏ）、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４のＶ２を上昇させて第２の蓄電装置１４からの放電量を増加させる（ステップＳ１１８）。これにより、増加した放電量に対応する放電電流がモータ２０に供給される。

また、モータ２０で余剰電力が発生した場合（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、第２の蓄電装置１４が充電状態、第１の蓄電装置１２が放電状態にある場合には（ステップＳ１２２：Ｙｅｓ）、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４のＶ２を低下させて第２の蓄電装置１４の蓄電可能容量を増加させる（ステップＳ１２４）。これにより、第１の蓄電装置１２から放電された放電電流と、余剰電力とを第２の蓄電装置１４に充電することができる。

また、第２の蓄電装置１４が放電状態、第１の蓄電装置１２が充電状態にある場合（ステップＳ１２２：Ｎｏ）、充放電状態制御部１６は、第２の蓄電装置１４のＶ２を低下させて第２の蓄電装置１４からの放電量を低減させて、余剰電力によって第１の蓄電装置１２が充電されるようにする。また、余剰電力が第１の蓄電装置１２の充放電可能電流量を超える場合には、第２の蓄電装置１４のＶ２を更に低下させて第２の蓄電装置１４を充電状態に切り替える。これにより、余剰電力と第１の蓄電装置の充放電可能電流量との差分が第２の蓄電装置１４に充電される。

以上説明したように、実施の形態にかかる電源装置１０は、第１の蓄電装置１２の装置温度が低温で暖機が必要な場合に、第１の蓄電装置１２と第２の蓄電装置１４との間で相互に充放電を行わせることによって第１の蓄電装置１２の装置温度を上昇させることができる。
また、第１の蓄電装置１２および第２の蓄電装置１４からモータ２０への電力供給を行わずに充放電を行うので、第１の蓄電装置１２の充放電量を制御しやすくし、装置温度によって決まる充放電可能電流量を超えることなく充放電を行わせる上で有利となる。
また、モータ２０に対する要求出力に合わせて発電機１８を稼働させてモータ２０に電力を供給するので、低温時に放電量が制限される第１の蓄電装置１２から電力供給するのと比べて、モータ２０の出力を高める上で有利となる。
また、電源装置１０は、暖機中にモータ２０の必要電力が発電機１８における発電量を上回る場合、第１の蓄電装置１２または第２の蓄電装置１４からモータ２０に電力を供給するので、モータ２０に対して不足ない電力を供給する上で有利となる。この時、第１の蓄電装置１２における充放電量を確保した範囲でモータ２０に電力を供給するので、第１の蓄電装置１２における充放電量を減らす場合と比較して第１の蓄電装置１２の暖機を早期に完了する上で有利となる。
また、電源装置１０は、第１の蓄電装置１２が放電状態にあり第２の蓄電装置１４が充電状態にある場合には、第２の蓄電装置１４を放電状態に切り替えて、第１の蓄電装置１２からの放電電流および第２の蓄電装置１４からの放電電流をモータ２０に供給するので、モータ２０における不足分の電力が大きい場合に有利となる。
また、電源装置１０は、第１の蓄電装置１２が充電状態にあり第２の蓄電装置１４が放電状態にある場合には、第２の蓄電装置１４からの放電量を増加させ、増加した放電量に対応する放電電流をモータ２０に供給するので、第１の蓄電装置１２への充電量を確保する上で有利となる。
また、電源装置１０は、暖機中に余剰電力が発生した場合、第１の蓄電装置１２または第２の蓄電装置１４の少なくともいずれかに余剰電力を充電するので、例えば余剰電力が回生電力の場合に通常時と同様の回生制動力を発生させることができる。この時、第１の蓄電装置１２における充放電量を確保するので、第１の蓄電装置１２における放電量を減らす場合と比較して第１の蓄電装置１２の暖機を早期に完了する上で有利となる。
また、電源装置１０は、第１の蓄電装置１２が放電状態にあり第２の蓄電装置１４が充電状態にある場合には、第２の蓄電装置１４の蓄電可能容量を、第１の蓄電装置１２からの放電量と余剰電力との和に増加させるので、第１の蓄電装置１２からの放電量を確保する上で有利となる。
また、電源装置１０は、第１の蓄電装置１２が充電状態にあり第２の蓄電装置１４が放電状態にある場合には、第２の蓄電装置１４からの放電量を低減して余剰電力を用いて第１の蓄電装置１２を充電するので、暖機中も余剰電力により第１の蓄電装置１２を充電することができる。また、余剰電力が第１の蓄電装置１２の充放電可能電流量を超える場合には第２の蓄電装置１４を充電状態に切り替えて余剰電力と第１の蓄電装置１２の充放電可能電流量との差分が第２の蓄電装置１４に充電されるようにするので、第１の蓄電装置１２に対する充電量が充放電可能電流量を超えないようにしつつ、余剰電力が回生電力である場合に回生制動力を確保することができる。

１０ 電源装置
１２ 第１の蓄電装置
１４ 第２の蓄電装置
１６ 充放電状態制御部
１８ 発電機
２０ モータ
２２ インバータ
２６ 温度センサ
３０ 蓄電装置側回路
３２ 発電機側回路

Claims (7)

1. 相互に充放電が可能な第１の蓄電装置および第２の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置と前記第２の蓄電装置との間の充放電状態を制御する充放電状態制御部と、
   前記電力を発電する発電機と、
   前記第１の蓄電装置、前記第２の蓄電装置および前記発電機の少なくともいずれかから電力の供給を受けて稼働する負荷機器と、
   前記負荷機器への電力供給元を制御する電力供給制御部と、を備え、
   前記第１の蓄電装置の装置温度が所定温度以下の場合、
   前記発電機は、前記負荷機器の要求電力に合わせて稼働して前記負荷機器に電力を供給し、
   前記充放電状態制御部は、前記第１の蓄電装置と前記第２の蓄電装置との間で相互に充放電を行わせる、
   ことを特徴とする車両の電源装置。
2. 前記負荷機器の前記要求電力が前記発電機における発電量を上回る場合、
   前記充放電状態制御部は、前記第１の蓄電装置における充放電量を確保した範囲で、前記第１の蓄電装置または前記第２の蓄電装置の少なくともいずれかから前記負荷機器に電力を供給する、
   ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記第１の蓄電装置が放電状態にあり前記第２の蓄電装置が充電状態にある際に前記負荷機器の前記要求電力が前記発電機の発電量を上回った場合、
   前記充放電状態制御部は、前記第２の蓄電装置を放電状態に切り替えて、前記第１の蓄電装置からの放電電流および前記第２の蓄電装置からの放電電流を前記負荷機器に供給する、
   ことを特徴とする請求項２記載の電源装置。
4. 前記第１の蓄電装置が充電状態にあり前記第２の蓄電装置が放電状態にある際に前記負荷機器の前記要求電力が前記発電機における発電量を上回った場合、
   前記充放電状態制御部は、前記第２の蓄電装置からの放電量を増加させ、増加した放電量に対応する放電電流を前記負荷機器に供給する、
   ことを特徴とする請求項２記載の電源装置。
5. 前記負荷機器は、回生運転可能な電動機であり、
   前記第１の蓄電装置および前記第２の蓄電装置は、前記電動機の回生運転により発生した回生電力、または前記発電機の余剰発電電力の少なくともいずれかを含む余剰電流を充電可能であり、
   前記充放電状態制御部は、前記余剰電力が発生した場合、前記第１の蓄電装置における充放電量を確保しつつ、前記第１の蓄電装置または前記第２の蓄電装置の少なくともいずれかに前記余剰電力を充電する、
   ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
6. 前記第１の蓄電装置が放電状態にあり前記第２の蓄電装置が充電状態にある際に前記余剰電力が発生した場合、
   前記充放電状態制御部は、前記第２の蓄電装置の蓄電可能容量を、前記第１の蓄電装置からの放電量と前記余剰電力との和に増加させる、
   ことを特徴とする請求項５記載の電源装置。
7. 前記第１の蓄電装置は、前記装置温度に基づいて充放電可能電流量が決定されており、
   前記第１の蓄電装置が充電状態にあり前記第２の蓄電装置が放電状態にある際に前記余剰電力が発生した場合、
   前記充放電状態制御部は、前記第２の蓄電装置からの放電量を低減して前記余剰電力を用いて前記第１の蓄電装置を充電するとともに、前記余剰電力が前記第１の蓄電装置の充放電可能電流量を超える場合には前記第２の蓄電装置を充電状態に切り替えて前記余剰電力と前記第１の蓄電装置の充放電可能電流量との差分が前記第２の蓄電装置に充電されるようにする、
   ことを特徴とする請求項５記載の電源装置。

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