JP6322417B2 - 電圧変動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンバータを介した蓄電器からの電力供給によって駆動する電動機を備えた車両における、コンバータの電動機側電圧の電圧変動制御装置及び電圧変動制御方法に関する。

ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）及びＥＶ（Electrical Vehicle：電気自動車）等の車両は電動機を備え、車両の走行状態及びドライバのアクセル操作に応じて、電動機の駆動力によって走行する。電動機は蓄電器から供給される電力によって駆動する。また、車両が減速時には電動機が発電機として動作し、その回生エネルギーによる電力が蓄電器に充電される。蓄電器には、直列に接続された複数の蓄電セルが設けられている。蓄電セルには、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の２次電池が用いられる。２次電池の劣化を最小限に利用するためには、蓄電器の過充電及び過放電を防止するための制御を行う必要がある。したがって、蓄電器には放電側と充電側の各限界電力が設定される。なお、放電側の限界電力から充電側の限界電力までの範囲を示す許容電力範囲は、図１１に示すように蓄電器の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）によって異なり、図１２に示すように蓄電器の温度によっても異なる。

図１３は、ＨＥＶ又はＥＶ等の車両に設けられた駆動システムの構成を示すブロック図である。図１３に示す駆動システムは、蓄電器１０１と、コンバータ１０５と、第１インバータ（TRC INV）１０７と、電動機（TRC MOT）１０９と、発電機（GEN MOT）１１３と、第２インバータ（GEN INV）１１５と、平滑コンデンサＣとを備える。なお、第１インバータ１０７及び第２インバータ１１５は、コンバータ１０５に対して並列に設けられている。また、平滑コンデンサＣは、コンバータ１０５と第１インバータ１０７及び第２インバータ１１５との間に、コンバータ１０５と並列に設けられている。

特開２０１０−０８８１６７号公報

図１３に示す駆動システムでは、駆動源である電動機１０９が消費する電力と発電機１１３が発電する電力の差分（アンバランス分の電力差＝消費電力−発電電力）が、蓄電器１０１に入出力される。すなわち、蓄電器１０１はアンバランス分の電力差を放電するか充電する。このアンバランス分の電力差は、平滑コンデンサＣの両端電圧に等しい直流電圧（以下「Ｖ２電圧」という）に応じて変化する。Ｖ２電圧の目標値は、第１インバータ１０７及び電動機１０９側の電力損失、並びに、第２インバータ１１５及び発電機１１３側の電力損失が最も小さくなるよう、エネルギー効率を優先した値に設定される。コンバータ１０５は、Ｖ２電圧がこの目標値に近づくよう制御される。

しかし、エネルギー効率を優先したＶ２電圧の目標値に応じて制御されたＶ２電圧が急峻に変動すると、図１４に示すように、アンバランス分の電力差が蓄電器の許容電力範囲を超える場合がある。こういった限界電力を超える電力の充放電は、蓄電器の劣化が促進する。特に、蓄電器のＳＯＣが低い時又は蓄電器の温度が低温時若しくは高温時には、蓄電器の許容電力範囲が狭いため、蓄電器の限界電力を超える充放電が行われる可能性が高い。しかし、アンバランス分の電力差が限界電力を超えないよう蓄電器の容量を増やせば、システムの小型化又は軽量化の妨げとなる。

本発明の目的は、蓄電器の限界電力を超えた充放電による蓄電器の劣化の進行を抑制可能な電圧変動制御装置及び電圧変動制御方法を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の電圧変動制御装置は、蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器１０１）と、前記蓄電器が出力する直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータ（例えば、実施の形態でのコンバータ１０５）と、前記コンバータを介した前記蓄電器からの電力供給によって駆動する電動機（例えば、実施の形態での電動機１０９）を含む負荷と、を備えた車両における電圧変動制御装置（例えば、実施の形態でのマネジメントＥＣＵ１２３）であって、前記車両に対する要求駆動力に応じて前記電動機が出力する目標動力を導出する目標動力導出部（例えば、実施の形態での目標動力算出部１５３）と、前記目標動力に応じた前記電動機の消費電力を導出する消費電力導出部（例えば、実施の形態での消費電力算出部１５５）と、前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力に応じた前記コンバータの負荷側電圧の目標値を設定する負荷側電圧目標値設定部（例えば、実施の形態でのＶ２電圧目標値設定部１５９）と、前記車両が減速時に発電機として動作する前記電動機による発電電力を導出する発電電力導出部と、を備え、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値の変化率を、前記蓄電器の状態又は当該状態に対して予め設定された前記蓄電器の限界電力に応じて抑制し、且つ、前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力と前記発電電力導出部が導出した前記電動機の発電電力の差分に基づいて、前記コンバータの負荷側電圧の目標値を導出することを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明の電圧変動制御装置では、請求項１に記載の電圧変動制御装置であって、前記負荷は、内燃機関の運転によって発電する発電機を含み、前記発電電力導出部は、前記車両に対する要求駆動力に応じて前記発電機が発電する電力を導出し、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力と前記発電電力導出部が導出した前記電動機及び前記発電機の発電電力の差分に基づいて、前記コンバータの負荷側電圧の目標値を導出することを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明の電圧変動制御装置は、蓄電器と、前記蓄電器が出力する直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータを介した前記蓄電器からの電力供給によって駆動する電動機を含む負荷と、を備えた車両における電圧変動制御装置であって、前記車両に対する要求駆動力に応じて前記電動機が出力する目標動力を導出する目標動力導出部と、前記目標動力に応じた前記電動機の消費電力を導出する消費電力導出部と、前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力に応じた前記コンバータの負荷側電圧の目標値を設定する負荷側電圧目標値設定部と、を備え、前記蓄電器の温度が所定温度範囲内であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記コンバータの負荷側電圧の目標値と実値の差分が、前記蓄電器の温度に応じた前記負荷側電圧の変化幅限界を超えると、前記負荷側電圧の目標値の変動を、前記負荷側電圧の実値を中心とした前記変化幅限界内に抑制することを特徴としている。

請求項４に記載の発明の電圧変動制御装置は、請求項３に記載の電圧変動制御装置であって、前記蓄電器の温度が前記所定温度範囲外であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として一定の所定量を設定することを特徴としている。

請求項５に記載の発明の電圧変動制御装置は、請求項３に記載の電圧変動制御装置であって、前記蓄電器の温度が前記所定温度範囲外であるとき、前記コンバータの駆動を休止するよう制御することを特徴としている。

請求項６に記載の発明の電圧変動制御装置は、請求項３に記載の電圧変動制御装置であって、前記蓄電器の温度が前記所定温度範囲外であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として前回の目標値を保持することを特徴としている。

請求項７に記載の発明の電圧変動制御装置は、蓄電器と、前記蓄電器が出力する直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータを介した前記蓄電器からの電力供給によって駆動する電動機を含む負荷と、を備えた車両における電圧変動制御装置であって、前記車両に対する要求駆動力に応じて前記電動機が出力する目標動力を導出する目標動力導出部と、前記目標動力に応じた前記電動機の消費電力を導出する消費電力導出部と、前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力に応じた前記コンバータの負荷側電圧の目標値を設定する負荷側電圧目標値設定部と、を備え、前記蓄電器の残容量が所定範囲内であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記コンバータの負荷側電圧の目標値と実値の差分が、前記蓄電器の残容量に応じた前記負荷側電圧の変化幅限界を超えると、前記負荷側電圧の目標値の変動を、前記負荷側電圧の実値を中心とした前記変化幅限界内に抑制することを特徴としている。

請求項８に記載の発明の電圧変動制御装置は、請求項７に記載の電圧変動制御装置であって、前記蓄電器の残容量が前記所定範囲外であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として一定の所定量を設定することを特徴としている。

請求項９に記載の発明の電圧変動制御装置は、請求項７に記載の電圧変動制御装置であって、前記蓄電器の残容量が前記所定範囲外であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として前回の目標値を保持することを特徴としている。

請求項１０に記載の発明の電圧変動制御装置は、請求項７に記載の電圧変動制御装置であって、前記蓄電器の残容量が前記所定範囲外であるとき、前記コンバータの駆動を休止するよう制御することを特徴としている。

請求項１１に記載の発明の電圧変動制御装置は、蓄電器と、前記蓄電器が出力する直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータを介した前記蓄電器からの電力供給によって駆動する電動機を含む負荷と、を備えた車両における電圧変動制御装置であって、前記車両に対する要求駆動力に応じて前記電動機が出力する目標動力を導出する目標動力導出部と、前記目標動力に応じた前記電動機の消費電力を導出する消費電力導出部と、前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力に応じた前記コンバータの負荷側電圧の目標値を設定する負荷側電圧目標値設定部と、を備え、前記蓄電器に予め設定された放電側の限界電力から充電側の限界電力までの許容電力範囲がしきい値以上であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記コンバータの負荷側電圧の目標値と実値の差分が、前記許容電力範囲に応じた前記負荷側電圧の変化幅限界を超えると、前記負荷側電圧の目標値の変動を、前記負荷側電圧の実値を中心とした前記変化幅限界内に抑制することを特徴としている。

請求項１２に記載の発明の電圧変動制御装置は、請求項１１に記載の電圧変動制御装置であって、前記許容電力範囲が前記しきい値未満であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として一定の所定量を設定することを特徴としている。

請求項１３に記載の発明の電圧変動制御装置は、請求項１１に記載の電圧変動制御装置であって、前記許容電力範囲が前記しきい値未満であるとき、前記コンバータの駆動を休止するよう制御することを特徴としている。

請求項１４に記載の発明の電圧変動制御装置は、請求項１１に記載の電圧変動制御装置であって、前記許容電力範囲が前記しきい値未満であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として前回の目標値を保持することを特徴としている。

請求項１〜１４に記載の発明の電圧変動制御装置によれば、蓄電器の限界電力を超えた充放電による蓄電器の劣化の進行を抑制できる。

シリーズ／パラレル方式のＨＥＶの内部構成を示すブロック図 図１に示した車両の駆動システムの構成を示すブロック図 マネジメントＥＣＵ１２３の内部構成を示すブロック図 マネジメントＥＣＵ１２３のＶ２電圧目標値設定部１５９が第１の設定方法でＶ２電圧目標値を設定する際の動作を示すフローチャート Ｖ２電圧目標値設定部１５９が第１の設定方法でＶ２電圧目標値を算出する際に用いる、バッテリ温度Ｔｂａｔｔに応じたＶ２電圧の単位時間当たりの変化幅限界を示すグラフ 単位時間当たりのＶ２電圧の変動がＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ１以下に制限された場合の、車両の走行に応じたＶ２電圧と、蓄電器１０１の許容電力範囲に対するＶ２電圧の変化に応じた蓄電器１０１の充放電電力の変化の一例を示す図 マネジメントＥＣＵ１２３のＶ２電圧目標値設定部１５９が第２の設定方法でＶ２電圧目標値を設定する際の動作を示すフローチャート Ｖ２電圧目標値設定部１５９が第２の設定方法でＶ２電圧目標値を算出する際に用いる、蓄電器１０１のＳＯＣに応じたＶ２電圧の単位時間当たりの変化幅限界を示すグラフ マネジメントＥＣＵ１２３のＶ２電圧目標値設定部１５９が第３の設定方法でＶ２電圧目標値を設定する際の動作を示すフローチャート Ｖ２電圧目標値設定部１５９が第３の設定方法でＶ２電圧目標値を算出する際に用いる、蓄電器１０１の許容電力範囲に応じたＶ２電圧の単位時間当たりの変化幅限界を示すグラフ 蓄電器のＳＯＣによって異なる許容電力範囲を示す図 蓄電器の温度によって異なる許容電力範囲を示す図 ＨＥＶ又はＥＶ等の車両に設けられた駆動システムの構成を示すブロック図 車両の走行に応じたＶ２電圧と、蓄電器の許容電力範囲に対するＶ２電圧の変化に応じた蓄電器の充放電電力の変化の一例

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。

ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）は、電動機及び内燃機関を備え、当該ＨＥＶの走行状態に応じて電動機及び／又は内燃機関の駆動力によって走行する。ＨＥＶには、大きく分けてシリーズ方式とパラレル方式の２種類がある。シリーズ方式のＨＥＶは、電動機の駆動力によって走行する。内燃機関は発電のためだけに用いられ、内燃機関の駆動力によって発電機で発電された電力は蓄電器に充電されるか、電動機に供給される。パラレル方式のＨＥＶは、電動機及び内燃機関のいずれか一方又は双方の駆動力によって走行する。

上記両方式を複合したシリーズ／パラレル方式のＨＥＶも知られている。当該方式では、当該ＨＥＶの走行状態に応じてクラッチを開放又は締結する（断接する）ことによって、駆動力の伝達系統をシリーズ方式及びパラレル方式のいずれかの構成に切り替える。

図１は、シリーズ／パラレル方式のＨＥＶの内部構成を示すブロック図である。図１に示すシリーズ／パラレル方式のＨＥＶ（以下「車両」という）は、蓄電器(BATT)１０１と、温度センサー（TEMP）１０３と、コンバータ(CONV)１０５と、第１インバータ(TRC INV)１０７と、電動機(TRC MOT)１０９と、内燃機関(ENG)１１１と、発電機(GEN MOT)１１３と、第２インバータ(GEN INV)１１５と、クラッチ１１７と、ギアボックス（以下、単に「ギア」という。）１１９と、車速センサー１２１と、マネジメントＥＣＵ(FI/MG ECU)１２３と、モータＥＣＵ(MOT/GEN ECU)１２５と、バッテリＥＣＵ(BATT ECU)１２７とを備える。なお、図１中の実線の矢印は値データを示し、一点鎖線の矢印は指示内容を含む制御信号を示す。

図２は、図１に示した車両の駆動システムの構成を示すブロック図である。図２に示された図１と共通する構成要素には同じ符号が付されている。図２に示すように、コンバータ１０５と第１インバータ１０７及び第２インバータ１１５との間には、コンバータ１０５に対してそれぞれ並列に平滑コンデンサＣ及び電圧センサー１２９（共に図１には図示せず）が設けられている。電圧センサー１２９は、平滑コンデンサＣの両端電圧に等しい直流電圧であるＶ２電圧を計測する。

蓄電器１０１は、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、例えば１００〜２００Ｖの高電圧を供給する。蓄電セルは、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の２次電池である。蓄電器１０１の充放電は、蓄電器１０１を使用可能な制御ＳＯＣの範囲（下限ＳＯＣ〜上限ＳＯＣ）内で繰り返される。温度センサー１０３は、蓄電器１０１の温度（以下「バッテリ温度」という）Ｔｂａｔｔを検出する。温度センサー１０３によって検出されたバッテリ温度Ｔｂａｔｔを示す信号は、バッテリＥＣＵ１２７及びマネジメントＥＣＵ１２３に送られる。

コンバータ１０５は、蓄電器１０１の直流出力電圧を直流のまま昇圧又は降圧する。第１インバータ１０７は、直流電圧を交流電圧に変換して３相電流を電動機１０９に供給する。また、第１インバータ１０７は、電動機１０９の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換して蓄電器１０１に充電する。

電動機１０９は、車両が走行するための動力を発生する。電動機１０９で発生したトルクは、ギア１１９を介して駆動軸１３１に伝達される。なお、電動機１０９の回転子はギア１１９に直結されている。また、電動機１０９は、車両が減速時（回生ブレーキ時）には発電機として動作し、電動機１０９で発電された電力は蓄電器１０１に充電される。

内燃機関１１１は、クラッチ１１７が切断されて車両がシリーズ走行する際には、発電機１１３の駆動のためだけに用いられる。但し、クラッチ１１７が締結されると、内燃機関１１１の出力は、ハイブリッド車両が走行するための機械エネルギーとして、発電機１１３、クラッチ１１７及びギア１１９を介して駆動軸１３１に伝達される。内燃機関１１１は、発電機１１３の回転子に直結されている。

発電機１１３は、内燃機関１１１の動力によって電力を発生する。発電機１１３によって発電された電力は、蓄電器１０１に充電されるか電動機１０９に供給される。第２インバータ１１５は、発電機１１３で発生した交流電圧を直流電圧に変換する。第２インバータ１１５によって変換された電力は蓄電器１０１に充電されるか、第１インバータ１０７を介して電動機１０９に供給される。

クラッチ１１７は、マネジメントＥＣＵ１２３からの指示に基づいて、内燃機関１１１から駆動輪１３３までの駆動力の伝達経路を断接する。ギア１１９は、例えば５速相当の１段の固定ギアである。したがって、ギア１１９は、発電機１１３を介した内燃機関１１１からの駆動力又は電動機１０９からの駆動力を、特定の変速比での回転数及びトルクに変換して、駆動軸１３１に伝達する。車速センサー１２１は、車両の走行速度（車速ＶＰ）を検出する。車速センサー１２１によって検出された車速ＶＰを示す信号は、マネジメントＥＣＵ１２３に送られる。

マネジメントＥＣＵ１２３は、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）及び車速ＶＰに基づく要求駆動力の算出、要求駆動力に応じて電動機１０９が出力する動力の算出、車両のドライバのブレーキペダル操作に応じたブレーキペダル踏力（ＢＲＫ踏力）及び車速ＶＰに基づく充電電力の算出、平滑コンデンサＣの両端電圧に等しい直流電圧であるＶ２電圧の目標値の算出、クラッチ１１７の断接に関する制御、内燃機関１１１の制御、及び蓄電器１０１の入出力制御等を行う。図１には、マネジメントＥＣＵ１２３による制御が一点鎖線で示されている。マネジメントＥＣＵ１２３の詳細については後述する。

モータＥＣＵ１２５は、コンバータ１０５、第１インバータ１０７及び第２インバータ１１５をそれぞれ構成するスイッチング素子をスイッチング制御して、電動機１０９又は発電機１１３の動作を制御する。図１には、モータＥＣＵ１２５によるコンバータ１０５、第１インバータ１０７及び第２インバータ１１５の制御が一点鎖線で示されている。

バッテリＥＣＵ１２７は、温度センサー１０３から得られたバッテリ温度Ｔｂａｔｔや、蓄電器１０１の充放電電流及び端子電圧等の情報Ｉｂａｔｔに基づいて、蓄電器１０１のＳＯＣ等を導出する。

図３は、マネジメントＥＣＵ１２３の内部構成を示すブロック図である。図３に示すように、マネジメントＥＣＵ１２３は、要求駆動力算出部１５１と、目標動力算出部１５３と、消費電力算出部１５５と、発電電力算出部１５７と、Ｖ２電圧目標値設定部１５９とを備える。

要求駆動力算出部１５１は、ＡＰ開度及び車速ＶＰに基づいて要求駆動力を算出する。目標動力算出部１５３は、要求駆動力に応じて電動機１０９が出力する目標動力を算出する。消費電力算出部１５５は、電動機１０９の目標動力に応じた電動機１０９の消費電力を算出する。発電電力算出部１５７は、ＢＲＫ踏力及び車速ＶＰに基づいて、車両が減速時（回生ブレーキ時）に発電機として動作する電動機１０９が発電する電力を算出したり、要求駆動力等に基づき内燃機関１１１の動力によって発電機１１３が発電する電力を算出する。以下、回生ブレーキ時に電動機１０９が発電する電力及び発電機１１３が発電する電力を総称して「発電電力」という。

Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、放電電力算出部１５５が算出した消費電力と発電電力算出部１５７が算出した発電電力の差分（アンバランス分の電力差＝消費電力−発電電力）に基づいてＶ２電圧の目標値（以下「Ｖ２電圧目標値」という）を算出し、当該算出したＶ２電圧目標値の変化率を、蓄電器１０１の状態又は当該状態に対して設定される蓄電器１０１の許容電力範囲に応じて抑制する。なお、Ｖ２電圧目標値設定部１５９によって設定されたＶ２電圧目標値を示す信号はマネジメントＥＣＵ１２３からモータＥＣＵ１２５に送られ、モータＥＣＵ１２５は、Ｖ２電圧がＶ２電圧目標値に近づくようコンバータ１０５を制御する。

以下、Ｖ２電圧目標値設定部１５９がＶ２電圧目標値を算出する３つの例について説明する。

（第１の設定方法）
第１の設定方法では、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、バッテリ温度Ｔｂａｔｔに応じて変化率が抑制されたＶ２電圧目標値を設定する。図４は、マネジメントＥＣＵ１２３のＶ２電圧目標値設定部１５９が第１の設定方法でＶ２電圧目標値を設定する際の動作を示すフローチャートである。また、図５は、Ｖ２電圧目標値設定部１５９が第１の設定方法でＶ２電圧目標値を算出する際に用いる、バッテリ温度Ｔｂａｔｔに応じたＶ２電圧の単位時間当たりの変化幅限界を示すグラフである。

図４に示すように、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、上記説明したアンバランス分の電力差（電動機１０９が消費する電力と発電機１１３が発電する電力の差分）に基づいて、エネルギー効率を優先したＶ２電圧目標値を算出する（ステップＳ１０１）。次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、バッテリ温度Ｔｂａｔｔが第１しきい値ｔ１以上かつ第２しきい値ｔ２以下である（ｔ１≦Ｔｂａｔｔ≦ｔ２）か否かを判断する（ステップＳ１０３）。なお、「第１しきい値ｔ１＜第２しきい値ｔ２」である。ステップＳ１０３において「ｔ１≦Ｔｂａｔｔ≦ｔ２」であると判断された場合はステップＳ１０５に進み、「Ｔｂａｔｔ＜ｔ１」又は「Ｔｂａｔｔ＞ｔ２」であると判断された場合はステップＳ１２１に進む。

ステップＳ１０５では、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、図５のグラフが示すテーブルから、バッテリ温度Ｔｂａｔｔに応じたＶ２電圧の単位時間当たりの変化幅限界値（以下「Ｖ２電圧変化幅限界値」という）ｔｈＶ１を導出する。次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、図２に示す電圧センサー１２９が計測したＶ２電圧の実値（以下「Ｖ２電圧実値」という）を取得する（ステップＳ１０７）。次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、ステップＳ１０１で算出したＶ２電圧目標値とステップＳ１０７で取得したＶ２電圧実値の差分（以下「Ｖ２電圧差分値」という）ΔＶ２（＝Ｖ２電圧目標値−Ｖ２電圧実値）を算出する（ステップＳ１０９）。

次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、Ｖ２電圧差分値ΔＶ２の絶対値がステップＳ１０５で導出したＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ１を超える（｜ΔＶ２｜＞ｔｈＶ１）か否かを判断し（ステップＳ１１１）、｜ΔＶ２｜＞ｔｈＶ１であればステップＳ１１３に進み、｜ΔＶ２｜≦ｔｈＶ１であればステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１１３では、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、Ｖ２電圧差分値ΔＶ２が正値であれば、ステップＳ１０７で取得したＶ２電圧実値にＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ１を加えた値（Ｖ２電圧実値＋ｔｈＶ１）をＶ２電圧目標値に設定し、Ｖ２電圧差分値ΔＶ２が負値であれば、Ｖ２電圧実値からＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ１を引いた値（Ｖ２電圧実値−ｔｈＶ１）をＶ２電圧目標値に設定する。

ステップＳ１１３で設定されたＶ２電圧目標値によれば、単位時間当たりのＶ２電圧の変動はＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ１以下に制限される。図６は、単位時間当たりのＶ２電圧の変動がＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ１以下に制限された場合の、車両の走行に応じたＶ２電圧と、蓄電器１０１の許容電力範囲に対するＶ２電圧の変化に応じた蓄電器１０１の充放電電力の変化の一例を示す図である。なお、図６に示す一点鎖線は、エネルギー効率を優先したＶ２電圧目標値に応じたＶ２電圧の変化と、このＶ２電圧の変化に応じた蓄電器１０１の充放電電力の変化を示す。図６に示すように、ステップＳ１０１で算出されたエネルギー効率を優先したＶ２電圧目標値に応じたＶ２電圧の変動が大きくなる場合は、Ｖ２電圧目標値の変化率を抑制すればＶ２電圧の変化も緩やかになる。さらに、緩やかに変化するＶ２電圧に応じた蓄電器１０１の充放電電力の変化も緩やかになるため、図６に示すように、蓄電器１０１の放電電力又は蓄電器１０１への充電電力が当該蓄電器１０１の許容電力範囲内に収まる。

ステップＳ１２１は、バッテリ温度Ｔｂａｔｔが極端に低い場合又は極端に高い場合に行われる。このときＶ２電圧目標値設定部１５９は、Ｖ２電圧が略一定となるよう、当該ステップＳ１２１を行う前に設定した直近のＶ２電圧目標値（前回のＶ２電圧目標値）と同じ値をＶ２電圧目標値に設定する。なお、ステップＳ１２１で、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、所定の固定値をＶ２電圧目標値に設定しても良い。また、ステップＳ１２１で、Ｖ２電圧目標値設定部１５９はＶ２電圧目標値を設定せず、コンバータ１０５の駆動を休止するようマネジメントＥＣＵ１２３がモータＥＣＵ１２５に指示しても良い。

（第２の設定方法）
第２の設定方法では、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、蓄電器１０１のＳＯＣに応じて変化率が抑制されたＶ２電圧目標値を設定する。図７は、マネジメントＥＣＵ１２３のＶ２電圧目標値設定部１５９が第２の設定方法でＶ２電圧目標値を設定する際の動作を示すフローチャートである。また、図８は、Ｖ２電圧目標値設定部１５９が第２の設定方法でＶ２電圧目標値を算出する際に用いる、蓄電器１０１のＳＯＣに応じたＶ２電圧の単位時間当たりの変化幅限界を示すグラフである。

図７に示すように、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、上記説明したアンバランス分の電力差（電動機１０９が消費する電力と発電機１１３が発電する電力の差分）に基づいて、エネルギー効率を優先したＶ２電圧目標値を算出する（ステップＳ２０１）。次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、蓄電器１０１のＳＯＣが第１しきい値ｓ１以上かつ第２しきい値ｓ２以下である（ｓ１≦ＳＯＣ≦ｓ２）か否かを判断する（ステップＳ２０３）。なお、「第１しきい値ｓ１＜第２しきい値ｓ２」である。ステップＳ２０３において「ｓ１≦ＳＯＣ≦ｓ２」であると判断された場合はステップＳ２０５に進み、「ＳＯＣ＜ｓ１」又は「ＳＯＣ＞ｓ２」であると判断された場合はステップＳ２２１に進む。

ステップＳ２０５では、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、図８のグラフが示すテーブルから、ＳＯＣに応じたＶ２電圧の単位時間当たりの変化幅限界値（以下「Ｖ２電圧変化幅限界値」という）ｔｈＶ２を導出する。次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、図２に示す電圧センサー１２９が計測したＶ２電圧の実値（以下「Ｖ２電圧実値」という）を取得する（ステップＳ２０７）。次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、ステップＳ２０１で算出したＶ２電圧目標値とステップＳ２０７で取得したＶ２電圧実値の差分（以下「Ｖ２電圧差分値」という）ΔＶ２（＝Ｖ２電圧目標値−Ｖ２電圧実値）を算出する（ステップＳ２０９）。

次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、Ｖ２電圧差分値ΔＶ２の絶対値がステップＳ２０５で導出したＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ２を超える（｜ΔＶ２｜＞ｔｈＶ２）か否かを判断し（ステップＳ２１１）、｜ΔＶ２｜＞ｔｈＶ２であればステップＳ２１３に進み、｜ΔＶ２｜≦ｔｈＶ２であればステップＳ２０１に戻る。ステップＳ２１３では、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、Ｖ２電圧差分値ΔＶ２が正値であれば、ステップＳ２０７で取得したＶ２電圧実値にＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ２を加えた値（Ｖ２電圧実値＋ｔｈＶ２）をＶ２電圧目標値に設定し、Ｖ２電圧差分値ΔＶ２が負値であれば、Ｖ２電圧実値からＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ２を引いた値（Ｖ２電圧実値−ｔｈＶ２）をＶ２電圧目標値に設定する。

ステップＳ２１３で設定されたＶ２電圧目標値によれば、単位時間当たりのＶ２電圧の変動はＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ２以下に制限される。すなわち、図６に示したように、ステップＳ２０１で算出されたエネルギー効率を優先したＶ２電圧目標値に応じたＶ２電圧の変動が大きくなる場合は、Ｖ２電圧目標値の変化率を抑制すればＶ２電圧の変化も緩やかになる。さらに、緩やかに変化するＶ２電圧に応じた蓄電器１０１の充放電電力の変化も緩やかになるため、図６に示すように、蓄電器１０１の放電電力又は蓄電器１０１への充電電力が当該蓄電器１０１の許容電力範囲内に収まる。

ステップＳ２２１は、ＳＯＣが極端に低い場合又は極端に高い場合に行われる。このときＶ２電圧目標値設定部１５９は、Ｖ２電圧が略一定となるよう、当該ステップＳ２２１を行う前に設定した直近のＶ２電圧目標値（前回のＶ２電圧目標値）と同じ値をＶ２電圧目標値に設定する。なお、ステップＳ２２１で、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、所定の固定値をＶ２電圧目標値に設定しても良い。また、ステップＳ２２１で、Ｖ２電圧目標値設定部１５９はＶ２電圧目標値を設定せず、コンバータ１０５の駆動を休止するようマネジメントＥＣＵ１２３がモータＥＣＵ１２５に指示しても良い。

（第３の設定方法）
第３の設定方法では、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、蓄電器１０１の許容電力範囲に応じて変化率が抑制されたＶ２電圧目標値を設定する。なお、蓄電器１０１の許容電力範囲は、図１１及び図１２に示すように、蓄電器１０１の温度（バッテリ電圧Ｔｂａｔｔ）及び蓄電器１０１のＳＯＣによって異なる。図９は、マネジメントＥＣＵ１２３のＶ２電圧目標値設定部１５９が第３の設定方法でＶ２電圧目標値を設定する際の動作を示すフローチャートである。また、図１０は、Ｖ２電圧目標値設定部１５９が第３の設定方法でＶ２電圧目標値を算出する際に用いる、蓄電器１０１の許容電力範囲に応じたＶ２電圧の単位時間当たりの変化幅限界を示すグラフである。

図９に示すように、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、上記説明したアンバランス分の電力差（電動機１０９が消費する電力と発電機１１３が発電する電力の差分）に基づいて、エネルギー効率を優先したＶ２電圧目標値を算出する（ステップＳ３０１）。次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、バッテリ電圧Ｔｂａｔｔ及び蓄電器１０１のＳＯＣに基づいて、蓄電器１０１に予め設定された放電側の限界電力から充電側の限界電力までの許容電力範囲を導出する（ステップＳ３０２）。次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、蓄電器１０１の許容電力範囲がしきい値Ｐｔｈ以上である（許容電力範囲≧Ｐｔｈ）か否かを判断する（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０３において「許容電力範囲≧Ｐｔｈ」であると判断された場合はステップＳ３０５に進み、「許容電力範囲＜Ｐｔｈ」であると判断された場合はステップＳ３２１に進む。

ステップＳ３０５では、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、図１０のグラフが示すテーブルから、許容電力範囲に応じたＶ２電圧の単位時間当たりの変化幅限界値（以下「Ｖ２電圧変化幅限界値」という）ｔｈＶ３を導出する。次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、図２に示す電圧センサー１２９が計測したＶ２電圧の実値（以下「Ｖ２電圧実値」という）を取得する（ステップＳ３０７）。次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、ステップＳ３０１で算出したＶ２電圧目標値とステップＳ３０７で取得したＶ２電圧実値の差分（以下「Ｖ２電圧差分値」という）ΔＶ２（＝Ｖ２電圧目標値−Ｖ２電圧実値）を算出する（ステップＳ３０９）。

次に、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、Ｖ２電圧差分値ΔＶ２の絶対値がステップＳ３０５で導出したＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ３を超える（｜ΔＶ２｜＞ｔｈＶ３）か否かを判断し（ステップＳ３１１）、｜ΔＶ２｜＞ｔｈＶ３であればステップＳ３１３に進み、｜ΔＶ２｜≦ｔｈＶ３であればステップＳ３０１に戻る。ステップＳ３１３では、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、Ｖ２電圧差分値ΔＶ２が正値であれば、ステップＳ３０７で取得したＶ２電圧実値にＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ３を加えた値（Ｖ２電圧実値＋ｔｈＶ３）をＶ２電圧目標値に設定し、Ｖ２電圧差分値ΔＶ２が負値であれば、Ｖ２電圧実値からＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ３を引いた値（Ｖ２電圧実値−ｔｈＶ３）をＶ２電圧目標値に設定する。

ステップＳ３１３で設定されたＶ２電圧目標値によれば、単位時間当たりのＶ２電圧の変動はＶ２電圧変化幅限界値ｔｈＶ３以下に制限される。すなわち、図６に示したように、ステップＳ３０１で算出されたエネルギー効率を優先したＶ２電圧目標値に応じたＶ２電圧の変動が大きくなる場合は、Ｖ２電圧目標値の変化率を抑制すればＶ２電圧の変化も緩やかになる。さらに、緩やかに変化するＶ２電圧に応じた蓄電器１０１の充放電電力の変化も緩やかになるため、図６に示すように、蓄電器１０１の放電電力又は蓄電器１０１への充電電力が当該蓄電器１０１の許容電力範囲内に収まる。

ステップＳ３２１は、蓄電器１０１の許容電力範囲が極端に制限されている場合に行われる。このときＶ２電圧目標値設定部１５９は、Ｖ２電圧が略一定となるよう、当該ステップＳ３２１を行う前に設定した直近のＶ２電圧目標値（前回のＶ２電圧目標値）と同じ値をＶ２電圧目標値に設定する。なお、ステップＳ３２１で、Ｖ２電圧目標値設定部１５９は、所定の固定値をＶ２電圧目標値に設定しても良い。また、ステップＳ３２１で、Ｖ２電圧目標値設定部１５９はＶ２電圧目標値を設定せず、コンバータ１０５の駆動を休止するようマネジメントＥＣＵ１２３がモータＥＣＵ１２５に指示しても良い。

以上説明したように、本実施形態では、Ｖ２電圧目標値の変化率を、蓄電器１０１の状態又は当該状態に対して設定される蓄電器１０１の許容電力範囲に応じて抑制するため、Ｖ２電圧が急峻には変動しない。すなわち、図６に示したように、エネルギー効率を優先したＶ２電圧目標値に応じたＶ２電圧の変動が大きくなる場合は、Ｖ２電圧目標値の変化率を抑制すればＶ２電圧の変化も緩やかになる。さらに、緩やかに変化するＶ２電圧に応じた蓄電器１０１の充放電電力の変化も緩やかになるため、図６に示すように、蓄電器１０１の放電電力又は蓄電器１０１への充電電力が当該蓄電器１０１の許容電力範囲内に収まる。その結果、蓄電器１０１の劣化の進行を抑制できる。

なお、本実施形態ではシリーズ／パラレル方式のＨＥＶを例に説明したが、シリーズ方式のＨＥＶ、パラレル方式のＨＥＶ、又はＥＶ（Electrical Vehicle：電気自動車）等の車両であっても良い。また、本実施形態では、Ｖ２電圧目標値が増加する際の変化率の抑制と減少する際の変化率の抑制を行っているが、当該２つの抑制のいずれか一方を行っても良い。Ｖ２電圧目標値が増加する際の変化率の抑制のみを行う場合、図３に示した発電電力算出部１５７は用いられない。また、Ｖ２電圧目標値が減少する際の変化率の抑制

１０１ 蓄電器(BATT)
１０３ 温度センサー（TEMP）
１０５ コンバータ(CONV)
１０７ 第１インバータ(TRC INV)
１０９ 電動機(TRC MOT)
１１１ 内燃機関(ENG)
１１３ 発電機(GEN MOT)
１１５ 第２インバータ(GEN INV)
１１７ クラッチ
１１９ ギアボックス
１２１ 車速センサー
１２３ マネジメントＥＣＵ(FI/MG ECU)
１２５ モータＥＣＵ(MOT/GEN ECU)
１２７ バッテリＥＣＵ(BATT ECU)
１２９ 電圧センサー
１３１ 駆動軸
１３３ 駆動輪
１５１ 要求駆動力算出部
１５３ 目標動力算出部
１５５ 消費電力算出部
１５７ 発電電力算出部
１５９ Ｖ２電圧目標値設定部
Ｃ 平滑コンデンサ

Claims (14)

1. 蓄電器と、
   前記蓄電器が出力する直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータと、
   前記コンバータを介した前記蓄電器からの電力供給によって駆動する電動機を含む負荷と、を備えた車両における電圧変動制御装置であって、
   前記車両に対する要求駆動力に応じて前記電動機が出力する目標動力を導出する目標動力導出部と、
   前記目標動力に応じた前記電動機の消費電力を導出する消費電力導出部と、
   前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力に応じた前記コンバータの負荷側電圧の目標値を設定する負荷側電圧目標値設定部と、
   前記車両が減速時に発電機として動作する前記電動機による発電電力を導出する発電電力導出部と、を備え、
   前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値の変化率を、前記蓄電器の状態又は当該状態に対して予め設定された前記蓄電器の限界電力に応じて抑制し、且つ、前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力と前記発電電力導出部が導出した前記電動機の発電電力の差分に基づいて、前記コンバータの負荷側電圧の目標値を導出することを特徴とする電圧変動制御装置。
2. 請求項１に記載の電圧変動制御装置であって、
   前記負荷は、内燃機関の運転によって発電する発電機を含み、
   前記発電電力導出部は、前記車両に対する要求駆動力に応じて前記発電機が発電する電力を導出し、
   前記負荷側電圧目標値設定部は、前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力と前記発電電力導出部が導出した前記電動機及び前記発電機の発電電力の差分に基づいて、前記コンバータの負荷側電圧の目標値を導出することを特徴とする電圧変動制御装置。
3. 蓄電器と、
   前記蓄電器が出力する直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータと、
   前記コンバータを介した前記蓄電器からの電力供給によって駆動する電動機を含む負荷と、を備えた車両における電圧変動制御装置であって、
   前記車両に対する要求駆動力に応じて前記電動機が出力する目標動力を導出する目標動力導出部と、
   前記目標動力に応じた前記電動機の消費電力を導出する消費電力導出部と、
   前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力に応じた前記コンバータの負荷側電圧の目標値を設定する負荷側電圧目標値設定部と、を備え、
   前記蓄電器の温度が所定温度範囲内であるとき、
   前記負荷側電圧目標値設定部は、前記コンバータの負荷側電圧の目標値と実値の差分が、前記蓄電器の温度に応じた前記負荷側電圧の変化幅限界を超えると、前記負荷側電圧の目標値の変動を、前記負荷側電圧の実値を中心とした前記変化幅限界内に抑制することを特徴とする電圧変動制御装置。
4. 請求項３に記載の電圧変動制御装置であって、
   前記蓄電器の温度が前記所定温度範囲外であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として一定の所定量を設定することを特徴とする電圧変動制御装置。
5. 請求項３に記載の電圧変動制御装置であって、
   前記蓄電器の温度が前記所定温度範囲外であるとき、前記コンバータの駆動を休止するよう制御することを特徴とする電圧変動制御装置。
6. 請求項３に記載の電圧変動制御装置であって、
   前記蓄電器の温度が前記所定温度範囲外であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として前回の目標値を保持することを特徴とする電圧変動制御装置。
7. 蓄電器と、
   前記蓄電器が出力する直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータと、
   前記コンバータを介した前記蓄電器からの電力供給によって駆動する電動機を含む負荷と、を備えた車両における電圧変動制御装置であって、
   前記車両に対する要求駆動力に応じて前記電動機が出力する目標動力を導出する目標動力導出部と、
   前記目標動力に応じた前記電動機の消費電力を導出する消費電力導出部と、
   前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力に応じた前記コンバータの負荷側電圧の目標値を設定する負荷側電圧目標値設定部と、を備え、
   前記蓄電器の残容量が所定範囲内であるとき、
   前記負荷側電圧目標値設定部は、前記コンバータの負荷側電圧の目標値と実値の差分が、前記蓄電器の残容量に応じた前記負荷側電圧の変化幅限界を超えると、前記負荷側電圧の目標値の変動を、前記負荷側電圧の実値を中心とした前記変化幅限界内に抑制することを特徴とする電圧変動制御装置。
8. 請求項７に記載の電圧変動制御装置であって、
   前記蓄電器の残容量が前記所定範囲外であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として一定の所定量を設定することを特徴とする電圧変動制御装置。
9. 請求項７に記載の電圧変動制御装置であって、
   前記蓄電器の残容量が前記所定範囲外であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として前回の目標値を保持することを特徴とする電圧変動制御装置。
10. 請求項７に記載の電圧変動制御装置であって、
    前記蓄電器の残容量が前記所定範囲外であるとき、前記コンバータの駆動を休止するよう制御することを特徴とする電圧変動制御装置。
11. 蓄電器と、
    前記蓄電器が出力する直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータと、
    前記コンバータを介した前記蓄電器からの電力供給によって駆動する電動機を含む負荷と、を備えた車両における電圧変動制御装置であって、
    前記車両に対する要求駆動力に応じて前記電動機が出力する目標動力を導出する目標動力導出部と、
    前記目標動力に応じた前記電動機の消費電力を導出する消費電力導出部と、
    前記消費電力導出部が導出した前記電動機の消費電力に応じた前記コンバータの負荷側電圧の目標値を設定する負荷側電圧目標値設定部と、を備え、
    前記蓄電器に予め設定された放電側の限界電力から充電側の限界電力までの許容電力範囲がしきい値以上であるとき、
    前記負荷側電圧目標値設定部は、前記コンバータの負荷側電圧の目標値と実値の差分が、前記許容電力範囲に応じた前記負荷側電圧の変化幅限界を超えると、前記負荷側電圧の目標値の変動を、前記負荷側電圧の実値を中心とした前記変化幅限界内に抑制することを特徴とする電圧変動制御装置。
12. 請求項１１に記載の電圧変動制御装置であって、
    前記許容電力範囲が前記しきい値未満であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として一定の所定量を設定することを特徴とする電圧変動制御装置。
13. 請求項１１に記載の電圧変動制御装置であって、
    前記許容電力範囲が前記しきい値未満であるとき、前記コンバータの駆動を休止するよう制御することを特徴とする電圧変動制御装置。
14. 請求項１１に記載の電圧変動制御装置であって、
    前記許容電力範囲が前記しきい値未満であるとき、前記負荷側電圧目標値設定部は、前記負荷側電圧の目標値として前回の目標値を保持することを特徴とする電圧変動制御装置。

Images