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JP2008109756A - 電源システムおよびそれを備えた車両、電源システムの制御方法、ならびに電源システムの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents

電源システムおよびそれを備えた車両、電源システムの制御方法、ならびに電源システムの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な構成で蓄電部を速やかに昇温可能な電源システムおよびそれを備えた車両を提供する。
【解決手段】昇温用電力指令生成部54は、蓄電装置を昇温する昇温制御時、蓄電装置間で電力を授受するための昇温用電力指令値Pを生成する。そして、昇温用電力指令生成部54は、昇温用電力指令値Pを電流制御部56−1へ出力するとともに、昇温用電力指令値Pの符号を反転した指令値(−P)を電流制御部56−2へ出力する。電流制御部56−1は、電流指令値PB1および昇温用電力指令値Pに基づいて電流制御を実施し、電流制御部56−2は、電流指令値PB2および指令値(−P)に基づいて電流制御を実施する。
【選択図】図3

Description

この発明は、電源システムに含まれる蓄電装置を昇温するための制御技術に関する。
近年、ハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)や電気自動車(Electric Vehicle)など動力源として電動機を搭載する車両において、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部の大容量化が進んでいる。そして、蓄電部を大容量化するための手段として、複数の蓄電装置を有する構成が提案されている。
たとえば、特許第3655277号公報(特許文献1)は、複数の電源ステージを備える電源制御システムを開示する。この電源制御システムは、互いに並列に接続されて少なくとも1つのインバータに直流電力を供給する複数の電源ステージを備える。各電源ステージは、電池と、ブースト/バックDC−DCコンバータとを含む。
この電源制御システムにおいては、複数の電源ステージにそれぞれ含まれる複数の電池を均等に充放電させてインバータへの出力電圧を維持するように、前記複数の電源ステージが制御される(特許文献1参照)。
特許第3655277号公報 特開2003−274565号公報
一般に、二次電池やキャパシタなどの蓄電装置は、温度が低下すると容量が低下し、その結果、充放電特性が低下する。したがって、上記のハイブリッド自動車等においては、蓄電装置の温度が低下している場合には、速やかに蓄電装置を昇温する必要がある。特に、上記の特許第3655277号公報に開示される電源制御システムのように複数の蓄電装置を有するシステムにおいては、蓄電部の大容量化のメリットを十分に享受するためには、蓄電装置を速やかに昇温する必要がある。
しかしながら、上記特許第3655277号公報では、蓄電装置の運用については、複数の電源ステージにそれぞれ含まれる複数の電池を均等に充放電させるとの開示があるにすぎず、複数の蓄電装置を速やかに昇温するための手法については、特に開示されていない。
また、コストや信頼性などの観点から、複数の蓄電装置を速やかに昇温するために追加実装される制御回路または制御演算量は、できる限り少ないことが望ましい。
それゆえに、この発明の目的は、簡易な構成で蓄電部を速やかに昇温可能な電源システムおよびそれを備えた車両を提供することである。
また、この発明の別の目的は、簡易な方法で蓄電部を速やかに昇温可能な電源システムの制御方法、およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体を提供することである。
この発明によれば、電源システムは、負荷装置と電力を授受可能な電源システムであって、複数の蓄電装置と、電力線と、複数のコンバータと、制御装置とを備える。複数の蓄電装置は、充電可能である。電力線は、当該電源システムと負荷装置との間で電力を授受するために設けられる。複数のコンバータは、複数の蓄電装置に対応して設けられ、各々が対応の蓄電装置と電力線との間で電圧変換を行なう。制御装置は、複数のコンバータを制御する。制御装置は、第1および第2の指令生成部と、制御部とを含む。第1の指令生成部は、当該電源システムと負荷装置との間で電力を授受するための第1の電力指令を生成する。第2の指令生成部は、複数の蓄電装置の少なくとも1つを昇温する昇温制御時、複数の蓄電装置間で電力を授受するための第2の電力指令を生成する。制御部は、第1の電力指令によって示される電力が当該電源システムと負荷装置との間で授受され、かつ、第2の電力指令によって示される電力が複数の蓄電装置間で授受されるように複数のコンバータを制御する。
好ましくは、第2の指令生成部は、複数の蓄電装置の少なくとも1つの温度が規定値よりも低いとき、第2の電力指令を生成する。
好ましくは、第2の指令生成部は、第2の電力指令として複数のコンバータごとに生成される電力指令値の総和が零となるように第2の電力指令を生成する。
好ましくは、第1の指令生成部は、電力線の電圧が所定値となるように第1の電力指令を生成する。
好ましくは、制御部は、第1の電力指令に第2の電力指令を加算した第3の電力指令に基づいて複数のコンバータを制御する。
また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの電源システムと、駆動力発生部とを備える。駆動力発生部は、電源システムから電力の供給を受けて車両の駆動力を発生する。
また、この発明によれば、制御方法は、負荷装置と電力を授受可能な電源システムの制御方法である。電源システムは、複数の蓄電装置と、電力線と、複数のコンバータとを備える。複数の蓄電装置は、充電可能である。電力線は、当該電源システムと負荷装置との間で電力を授受するために設けられる。複数のコンバータは、複数の蓄電装置に対応して設けられ、各々が対応の蓄電装置と電力線との間で電圧変換を行なう。そして、制御方法は、第1〜第3のステップを含む。第1のステップは、電源システムと負荷装置との間で電力を授受するための第1の電力指令を生成する。第2のステップは、複数の蓄電装置の少なくとも1つを昇温する昇温制御時、複数の蓄電装置間で電力を授受するための第2の電力指令を生成する。第3のステップは、第1の電力指令によって示される電力が電源システムと負荷装置との間で授受され、かつ、第2の電力指令によって示される電力が複数の蓄電装置間で授受されるように複数のコンバータを制御する。
好ましくは、第2のステップは、複数の蓄電装置の少なくとも1つの温度が規定値よりも低いとき、第2の電力指令を生成する。
好ましくは、第2のステップは、第2の電力指令として複数のコンバータごとに生成される電力指令値の総和が零となるように第2の電力指令を生成する。
好ましくは、第1のステップは、電力線の電圧が所定値となるように第1の電力指令を生成する。
好ましくは、第3のステップは、第1の電力指令に第2の電力指令を加算した第3の電力指令に基づいて複数のコンバータを制御する。
また、この発明によれば、コンピュータ読取可能な記録媒体は、上述したいずれかの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。
この発明においては、複数の蓄電装置の少なくとも1つを昇温する昇温制御時、複数の蓄電装置間で電力を授受するための第2の電力指令が生成される。そして、電源システムと負荷装置との間で電力を授受するための第1の電力指令に従って電源システムと負荷装置との間で電力が授受され、かつ、昇温制御時にはさらに上記第2の電力指令に従って複数の蓄電装置間で電力が授受される。
したがって、この発明によれば、簡易な構成で、電源システムと負荷装置との間で電力を授受しつつ蓄電装置を速やかに昇温することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による電源システムを搭載した車両の全体ブロック図である。図1を参照して、車両100は、電源システム1と、駆動力発生部3とを備える。駆動力発生部3は、インバータ30−1,30−2と、モータジェネレータ34−1,34−2と、動力伝達機構36と、駆動軸38と、駆動ECU(Electronic Control Unit)32とを含む。
インバータ30−1,30−2は、主正母線MPLおよび主負母線MNLに並列接続される。そして、インバータ30−1,30−2は、電源システム1から供給される駆動電力(直流電力)を交流電力に変換してそれぞれモータジェネレータ34−1,34−2へ出力する。また、インバータ30−1,30−2は、それぞれモータジェネレータ34−1,34−2が発電する交流電力を直流電力に変換して回生電力として電源システム1へ出力する。
なお、各インバータ30−1,30−2は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路から成る。そして、インバータ30−1,30−2は、それぞれ駆動ECU32からの駆動信号PWI1,PWI2に応じてスイッチング動作を行なうことにより、対応のモータジェネレータを駆動する。
モータジェネレータ34−1,34−2は、それぞれインバータ30−1,30−2から供給される交流電力を受けて回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータ34−1,34−2は、外部からの回転力を受けて交流電力を発電する。モータジェネレータ34−1,34−2は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機から成る。そして、モータジェネレータ34−1,34−2は、動力伝達機構36と連結され、動力伝達機構36にさらに連結される駆動軸38を介して回転駆動力が車輪(図示せず)へ伝達される。
なお、駆動力発生部3がハイブリッド車両に適用される場合には、モータジェネレータ34−1,34−2は、動力伝達機構36または駆動軸38を介してエンジン(図示せず)にも連結される。そして、駆動ECU32によって、エンジンの発生する駆動力とモータジェネレータ34−1,34−2の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御が実行される。このようなハイブリッド車両に適用される場合には、モータジェネレータ34−1,34−2のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。
駆動ECU32は、図示されない各センサから送信された信号、走行状況およびアクセル開度などに基づいて、モータジェネレータ34−1,34−2のトルク目標値TR1,TR2および回転数目標値MRN1,MRN2を算出する。そして、駆動ECU32は、モータジェネレータ34−1の発生トルクおよび回転数がそれぞれトルク目標値TR1および回転数目標値MRN1となるように駆動信号PWI1を生成してインバータ30−1を制御する。また、駆動ECU32は、モータジェネレータ34−2の発生トルクおよび回転数がそれぞれトルク目標値TR2および回転数目標値MRN2となるように駆動信号PWI2を生成してインバータ30−2を制御する。さらに、駆動ECU32は、算出したトルク目標値TR1,TR2および回転数目標値MRN1,MRN2を電源システム1のコンバータECU2(後述)へ出力する。
一方、電源システム1は、蓄電装置6−1,6−2と、コンバータ8−1,8−2と、平滑コンデンサCと、コンバータECU2と、電池ECU4と、電流センサ10−1,10−2と、電圧センサ12−1,12−2,18と、温度センサ14−1,14−2とを含む。
蓄電装置6−1,6−2は、充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池から成る。そして、蓄電装置6−1は、正極線PL1および負極線NL1を介してコンバータ8−1に接続され、蓄電装置6−2は、正極線PL2および負極線NL2を介してコンバータ8−2に接続される。なお、蓄電装置6−1,6−2の少なくとも一方を電気二重層キャパシタで構成してもよい。
コンバータ8−1は、蓄電装置6−1と主正母線MPLおよび主負母線MNLとの間に設けられ、コンバータECU2からの駆動信号PWC1に基づいて、蓄電装置6−1と主正母線MPLおよび主負母線MNLとの間で電圧変換を行なう。コンバータ8−2は、蓄電装置6−2と主正母線MPLおよび主負母線MNLとの間に設けられ、コンバータECU2からの駆動信号PWC2に基づいて、蓄電装置6−2と主正母線MPLおよび主負母線MNLとの間で電圧変換を行なう。
平滑コンデンサCは、主正母線MPLと主負母線MNLとの間に接続され、主正母線MPLおよび主負母線MNLに含まれる電力変動成分を低減する。電圧センサ18は、主正母線MPLおよび主負母線MNL間の電圧値Vhを検出し、その検出結果をコンバータECU2へ出力する。
電流センサ10−1,10−2は、蓄電装置6−1に対して入出力される電流値Ib1および蓄電装置6−2に対して入出力される電流値Ib2をそれぞれ検出し、その検出結果をコンバータECU2および電池ECU4へ出力する。なお、電流センサ10−1,10−2は、対応の蓄電装置から出力される電流(放電電流)を正値として検出し、対応の蓄電装置に入力される電流(充電電流)を負値として検出する。なお、図1では、電流センサ10−1,10−2がそれぞれ正極線PL1,PL2の電流値を検出する場合が示されているが、電流センサ10−1,10−2は、それぞれ負極線NL1,NL2の電流を検出してもよい。
電圧センサ12−1,12−2は、蓄電装置6−1の電圧値Vb1および蓄電装置6−2の電圧値Vb2をそれぞれ検出し、その検出結果をコンバータECU2および電池ECU4へ出力する。温度センサ14−1,14−2は、蓄電装置6−1の温度Tb1および蓄電装置6−2の温度Tb2をそれぞれ検出し、その検出結果を電池ECU4へ出力する。
電池ECU4は、電流センサ10−1からの電流値Ib1、電圧センサ12−1からの電圧値Vb1および温度センサ14−1からの温度Tb1に基づいて、蓄電装置6−1の充電状態(SOC:State Of Charge)を示す状態量SOC1を算出し、その算出した状態量SOC1を温度Tb1とともにコンバータECU2へ出力する。
また、電池ECU4は、電流センサ10−2からの電流値Ib2、電圧センサ12−2からの電圧値Vb2および温度センサ14−2からの温度Tb2に基づいて、蓄電装置6−2のSOCを示す状態量SOC2を算出し、その算出した状態量SOC2を温度Tb2とともにコンバータECU2へ出力する。なお、状態量SOC1,SOC2の算出方法については、種々の公知の手法を用いることができる。
コンバータECU2は、電流センサ10−1,10−2および電圧センサ12−1,12−2,18からの各検出値、電池ECU4からの温度Tb1,Tb2および状態量SOC1,SOC2、ならびに駆動ECU32からのトルク目標値TR1,TR2および回転数目標値MRN1,MRN2に基づいて、コンバータ8−1,8−2をそれぞれ駆動するための駆動信号PWC1,PWC2を生成する。そして、コンバータECU2は、その生成した駆動信号PWC1,PWC2をそれぞれコンバータ8−1,8−2へ出力し、コンバータ8−1,8−2を制御する。なお、コンバータECU2の構成については、後ほど詳しく説明する。
図2は、図1に示したコンバータ8−1,8−2の概略構成図である。なお、コンバータ8−2の構成および動作は、コンバータ8−1と同様であるので、以下ではコンバータ8−1の構成および動作について説明する。図2を参照して、コンバータ8−1は、チョッパ回路40−1と、正母線LN1Aと、負母線LN1Cと、配線LN1Bと、平滑コンデンサC1とを含む。チョッパ回路40−1は、トランジスタQ1A,Q1Bと、ダイオードD1A,D1Bと、インダクタL1とを含む。
正母線LN1Aは、一方端がトランジスタQ1Bのコレクタに接続され、他方端が主正母線MPLに接続される。また、負母線LN1Cは、一方端が負極線NL1に接続され、他方端が主負母線MNLに接続される。
トランジスタQ1A,Q1Bは、負母線LN1Cと正母線LN1Aとの間に直列に接続される。具体的には、トランジスタQ1Aのエミッタが負母線LN1Cに接続され、トランジスタQ1Bのコレクタが正母線LN1Aに接続される。ダイオードD1A,D1Bは、それぞれトランジスタQ1A,Q1Bに逆並列に接続される。インダクタL1は、トランジスタQ1AとトランジスタQ1Bとの接続点に接続される。
配線LN1Bは、一方端が正極線PL1に接続され、他方端がインダクタL1に接続される。平滑コンデンサC1は、配線LN1Bと負母線LN1Cとの間に接続され、配線LN1Bおよび負母線LN1C間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。
そして、チョッパ回路40−1は、コンバータECU2(図示せず)からの駆動信号PWC1に応じて、蓄電装置6−1の放電時には、正極線PL1および負極線NL1から受ける直流電力(駆動電力)を昇圧し、蓄電装置6−1の充電時には、主正母線MPLおよび主負母線MNLから受ける直流電力(回生電力)を降圧する。
以下、コンバータ8−1の電圧変換動作(昇圧動作および降圧動作)について説明する。昇圧動作時において、コンバータECU2は、トランジスタQ1Bをオフ状態に維持し、かつ、トランジスタQ1Aを所定のデューティー比でオン/オフさせる。トランジスタQ1Aのオン期間においては、蓄電装置6−1から配線LN1B、インダクタL1、ダイオードD1B、および正母線LN1Aを順に介して、放電電流が主正母線MPLへ流れる。同時に、蓄電装置6−1から配線LN1B、インダクタL1、トランジスタQ1A、および負母線LN1Cを順に介して、ポンプ電流が流れる。インダクタL1は、このポンプ電流により電磁エネルギーを蓄積する。そして、トランジスタQ1Aがオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタL1は、蓄積した電磁エネルギーを放電電流に重畳する。その結果、コンバータ8−1から主正母線MPLおよび主負母線MNLへ供給される直流電力の平均電圧は、デューティー比に応じてインダクタL1に蓄積される電磁エネルギーに相当する電圧だけ昇圧される。
一方、降圧動作時において、コンバータECU2は、トランジスタQ1Bを所定のデューティー比でオン/オフさせ、かつ、トランジスタQ1Aをオフ状態に維持する。トランジスタQ1Bのオン期間においては、主正母線MPLから正母線LN1A、トランジスタQ1B、インダクタL1、および配線LN1Bを順に介して、充電電流が蓄電装置6−1へ流れる。そして、トランジスタQ1Bがオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタL1が電流変化を妨げるように磁束を発生するので、充電電流は、ダイオードD1A、インダクタL1、および配線LN1Bを順に介して流れ続ける。一方で、電気エネルギー的にみると、主正母線MPLおよび主負母線MNLから直流電力が供給されるのはトランジスタQ1Bのオン期間だけであるので、充電電流が一定に保たれるとすると(インダクタL1のインダクタンスが十分に大きいとすると)、コンバータ8−1から蓄電装置6−1へ供給される直流電力の平均電圧は、主正母線MPLおよび主負母線MNL間の直流電圧にデューティー比を乗じた値となる。
このようなコンバータ8−1の電圧変換動作を制御するため、コンバータECU2は、トランジスタQ1Aのオン/オフを制御するための駆動信号PWC1AおよびトランジスタQ1Bのオン/オフを制御するための駆動信号PWC1Bから成る駆動信号PWC1を生成する。
図3は、図1に示したコンバータECU2の機能ブロック図である。図3を参照して、コンバータECU2は、電力指令生成部50と、分配部52と、昇温用電力指令生成部54と、電流制御部56−1,56−2と、変調部58−1,58−2とを含む。
電力指令生成部50は、目標電圧生成部60と、電圧制御部62とから成る。電圧制御部62は、減算部63と、PI制御部64とから成る。目標電圧生成部60は、駆動ECU32(図1)からのトルク目標値TR1,TR2および回転数目標値MRN1,MRN2に基づいて、主正母線MPLおよび主負母線MNL間の目標電圧VRを算出する。減算部63は、目標電圧VRから電圧値Vhを減算し、その演算結果をPI制御部64へ出力する。PI制御部64は、目標電圧VRと電圧値Vhとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を電力指令値PBとして分配部52へ出力する。
分配部52は、所定の分配比α(0≦α≦1)に従って、コンバータ8−1に対する電力指令値PB1およびコンバータ8−2に対する電力指令値PB2に電力指令値PBを分配し、その電力指令値PB1,PB2をそれぞれ電流制御部56−1,56−2へ出力する。なお、分配比αは、たとえばモータジェネレータMG1,MG2の要求パワーに基づいて決定することができる。具体的には、要求パワーが基準値よりも大きいときは、分配比αを0または1以外の値に設定してコンバータ8−1,8−2を並列運転し、要求パワーが基準値よりも小さいときは、分配比αを0または1に設定してコンバータ8−1,8−2のいずれかによる片肺運転にすることができる。
昇温用電力指令生成部54は、蓄電装置6−1,6−2の温度Tb1,Tb2の一方または双方が規定値よりも低いとき、蓄電装置の昇温を目的として、コンバータ8−1,8−2ならびに主正母線MPLおよび主負母線MNLを介して蓄電装置6−1,6−2間で電力を授受するための昇温用電力指令値Pを生成する。この昇温用電力指令値Pは、たとえば予め設定された電力テーブルを用いて、蓄電装置6−1,6−2の温度Tb1,Tb2および状態量SOC1,SOC2に基づいて算出される。そして、昇温用電力指令生成部54は、その生成した昇温用電力指令値Pを電流制御部56−1へ出力するとともに、昇温用電力指令値Pの符号を反転した指令値(−P)を電流制御部56−2へ出力する。
電流制御部56−1は、除算部66−1,68−1と、演算部70−1と、PI制御部72−1と、減算部74−1とから成る。除算部66−1は、分配部52からの電力指令値PB1を電圧値Vb1で除算し、その演算結果を目標電流IR1として演算部70−1へ出力する。除算部68−1は、昇温用電力指令生成部54からの昇温用電力指令値Pを電圧値Vb1で除算し、その演算結果を演算部70−1へ出力する。
演算部70−1は、目標電流IR1に除算部68−1からの出力を加算した目標電流から電流値Ib1を減算し、その演算結果をPI制御部72−1へ出力する。PI制御部72−1は、演算部70−1からの出力に基づいて比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部74−1へ出力する。減算部74−1は、電圧値Vb1/目標電圧VRで示されるコンバータ8−1の理論昇圧比の逆数からPI制御部72−1の出力を減算し、その演算結果をデューティー指令Ton1として変調部58−1へ出力する。なお、この減算部74−1における入力項(電圧値Vb1/目標電圧VR)は、コンバータ8−1の理論昇圧比に基づく電圧フィードフォワード(以下「電圧FF」とも称する。)補償項である。
変調部58−1は、デューティー指令Ton1と図示されない発振部により生成される搬送波(キャリア波)とに基づいて駆動信号PWC1を生成し、その生成した駆動信号PWC1をコンバータ8−1のトランジスタQ1A,Q1Bへ出力する。
電流制御部56−2は、除算部66−2,68−2と、演算部70−2と、PI制御部72−2と、減算部74−2とから成る。除算部66−2は、分配部52からの電力指令値PB2を電圧値Vb2で除算し、その演算結果を目標電流IR2として演算部70−2へ出力する。除算部68−2は、昇温用電力指令生成部54からの指令値(−P)を電圧値Vb2で除算し、その演算結果を演算部70−2へ出力する。
演算部70−2は、目標電流IR2に除算部68−2からの出力を加算した目標電流から電流値Ib2を減算し、その演算結果をPI制御部72−2へ出力する。PI制御部72−2は、演算部70−2からの出力に基づいて比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部74−2へ出力する。減算部74−2は、電圧値Vb2/目標電圧VRで示されるコンバータ8−2の理論昇圧比の逆数からPI制御部72−2の出力を減算し、その演算結果をデューティー指令Ton2として変調部58−2へ出力する。なお、この減算部74−2における入力項(電圧値Vb2/目標電圧VR)は、コンバータ8−2の理論昇圧比に基づく電圧FF補償項である。
変調部58−2は、デューティー指令Ton2と図示されない発振部により生成される搬送波(キャリア波)とに基づいて駆動信号PWC2を生成し、その生成した駆動信号PWC2をコンバータ8−2のトランジスタQ2A,Q2Bへ出力する。
このコンバータECU2においては、モータジェネレータ34−1,34−2のトルク目標値TR1,TR2および回転数目標値MRN1,MRN2に基づいて、電源システム1と駆動力発生部3との間で授受される電力の目標値を示す電力指令値PBが電流指令生成部50によって生成される。そして、電力指令値PBは、分配部52により所定の分配比αに従って電力指令値PB1,PB2に分配され、電力指令値PB1,PB2がそれぞれ電流制御部56−1,56−2に与えられる。
一方、蓄電装置6−1,6−2の温度Tb1,Tb2の一方または双方が規定値よりも低いとき、蓄電装置の昇温を目的として、蓄電装置6−1,6−2間で電力を授受するための昇温用電力指令値Pが昇温用電力指令生成部54によって生成される。そして、その生成された昇温用電力指令値Pが電流制御部56−1に与えられるとともに、昇温用電力指令値Pの符号を反転した指令値(−P)が電流制御部56−2に与えられる。
そして、電流制御部56−1は、電力指令値PB1を電圧値Vb1で除算した値に昇温用電力指令値Pを電圧値Vb1で除算した値を加算した値をコンバータ8−1の目標電流として、コンバータ8−1の電流制御を実施する。また、電流制御部56−2は、電力指令値PB1を電圧値Vb1で除算した値に指令値(−P)を電圧値Vb1で除算した値を加算した値をコンバータ8−2の目標電流として、コンバータ8−2の電流制御を実施する。
これにより、電源システム1と駆動力発生部3との間で電力指令値PBに従う電力が授受されるとともに、蓄電装置6−1,6−2間で昇温用電力指令値Pに従う電力が授受される。したがって、電源システム1と駆動力発生部3との間で所望の電力を授受しつつ、蓄電装置6−1,6−2間で電力をさらに授受することにより蓄電装置6−1,6−2が速やかに昇温される。
図4は、図1に示したコンバータECU2の制御フローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。
図4を参照して、コンバータECU2は、駆動ECU32からのモータジェネレータMG1,MG2のトルク目標値TR1,TR2および回転数目標値MRN1,MRN2に基づいて、主正母線MPLおよび主負母線MNL間の目標電圧VRを生成する(ステップS10)。
次いで、コンバータECU2は、主正母線MPLおよび主負母線MNL間の電圧を示す電圧値Vhが目標電圧VRとなるように電力指令値PBを生成する(ステップS20)。そして、コンバータECU2は、所定の分配比αに従って電力指令値PBを電力指令値PB1,PB2に分配する(ステップS30)。
次いで、コンバータECU2は、蓄電装置6−1の温度Tb1または蓄電装置6−2の温度Tb2が予め設定されたしきい温度Tth(たとえば−10℃)よりも低いか否かを判定する(ステップS40)。
コンバータECU2は、温度Tb1またはTb2がしきい温度Tthよりも低いと判定すると(ステップS40においてYES)、蓄電装置の昇温を目的として、蓄電装置6−1,6−2間で電力を授受するための昇温用電力指令値Pを温度Tb1,Tb2および状態量SOC1,SOC2に基づいて生成する(ステップS50)。
そして、コンバータECU2は、ステップS30において生成された電力指令値PB1と昇温用電力指令値Pとに基づいてコンバータ8−1を電流制御し、電力指令値PB2と昇温用電力指令値Pの符号を反転した指令値(−P)とに基づいてコンバータ8−2を電流制御する(ステップS60)。より具体的には、コンバータECU2は、電力指令値PB1を電圧値Vb1で除算した値と昇温用電力指令値Pを電圧値Vb1で除算した値との加算値を目標電流としてコンバータ8−1を電流制御する。また、コンバータECU2は、電力指令値PB2を電圧値Vb2で除算した値と指令値(−P)を電圧値Vb2で除算した値との加算値を目標電流としてコンバータ8−2を電流制御する。
一方、ステップS40において温度Tb1,Tb2がいずれもしきい温度Tth以上であると判定されると(ステップS40においてNO)、コンバータECU2は、昇温用電力指令値Pを生成しない。したがって、コンバータECU2は、ステップS30において生成された電力指令値PB1,PB2に基づいてコンバータ8−1,8−2をそれぞれ電流制御する(ステップS70)。
以上のように、この実施の形態1においては、昇温制御時、蓄電装置6−1,6−2間で電力を授受するための昇温用電力指令値Pが電流制御部56−1に与えられるとともに、昇温用電力指令値Pの符号を反転した指令値(−P)が電流制御部56−2に与えられる。そして、電流制御部56−1は、蓄電装置6−1と駆動力発生部3との間で電力を授受するための電力指令値PB1と昇温用電力指令値Pとに基づいてコンバータ8−1を電流制御し、電流制御部56−2は、蓄電装置6−2と駆動力発生部3との間で電力を授受するための電力指令値PB2と指令値(−P)とに基づいてコンバータ8−2を電流制御する。
したがって、この実施の形態1によれば、電力指令値PBに従う電力を電源システム1と駆動力発生部3との間で授受しつつ、昇温制御時は、昇温用電力指令値Pに従う電力を蓄電装置6−1,6−2間でさらに授受することにより、蓄電装置6−1,6−2を速やかに昇温することができる。また、この実施の形態1によれば、昇温制御専用の電流制御部を備える必要がないので、簡易な構成で昇温制御を実現できる。
[実施の形態1の変形例]
図5は、実施の形態1の変形例におけるコンバータECUの機能ブロック図である。図5を参照して、このコンバータECU2Aは、図3に示したコンバータECU2の構成において、加算部80−1,80−2をさらに含み、電流制御部56−1,56−2に代えてそれぞれ電流制御部82−1,82−2を含む。
加算部80−1は、分配部52からの電力指令値PB1に昇温用電力指令生成部54からの昇温用電力指令値Pを加算し、その演算結果を電流制御部82−1へ出力する。また、加算部80−2は、分配部52からの電力指令値PB2に昇温用電力指令生成部54からの指令値(−P)を加算し、その演算結果を電流制御部82−2へ出力する。
電流制御部82−1は、電流制御部56−1の構成において除算部68−1を含まない構成から成る。また、電流制御部82−2は、電流制御部56−2の構成において除算部68−2を含まない構成から成る。
このコンバータECU2Aにおいては、電力指令値PB1に昇温用電力指令値Pを加算した電力指令値が電流制御部82−1へ出力される。そして、電流制御部82−1は、その電力指令値を電圧値Vb1で除算した値をコンバータ8−1の目標電流IR1として、コンバータ8−1の電流制御を実施する。また、電力指令値PB2に指令値(−P)を加算した電力指令値が電流制御部82−2へ出力される。そして、電流制御部82−2は、その電力指令値を電圧値Vb2で除算した値をコンバータ8−2の目標電流IR2として、コンバータ8−2の電流制御を実施する。
図6は、実施の形態1の変形例におけるコンバータECU2Aの制御フローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。
図6を参照して、このフローチャートは、図4に示したフローチャートにおいて、ステップS60に代えてステップS62,S64を含む。すなわち、ステップS50において昇温用電力指令値Pが生成されると、コンバータECU2Aは、ステップS30において生成された電力指令値PB1に昇温用電力指令値Pを加算し、ステップS30において生成された電力指令値PB2に昇温用電力指令値Pの符号を反転した指令値(−P)を加算する(ステップS62)。
そして、コンバータECU2Aは、電力指令値PB1に昇温用電力指令値Pを加算した電力指令値に基づいてコンバータ8−1を電流制御し、電力指令値PB2に指令値(−P)を加算した電力指令値に基づいてコンバータ8−2を電流制御する(ステップS64)。
この実施の形態1の変形例によれば、除算部68−1,68−2を削減できるので、実施の形態1よりも演算量を削減することができる。
[実施の形態2]
この発明は、電源システムが3つ以上の蓄電装置を含む場合にも適用可能であり、この実施の形態2では、電源システムが蓄電装置を3つ以上含む場合について示される。
図7は、実施の形態2による電源システムを搭載した車両の全体ブロック図である。図7を参照して、車両100Aは、図1に示した車両100の構成において、電源システム1に代えて電源システム1Aを備える。電源システム1Aは、蓄電装置6−1,6−2,…6−N(Nは3以上の自然数、以下同じ。)と、コンバータ8−1,8−2,…8−Nと、平滑コンデンサCと、コンバータECU2Bと、電池ECU4Aと、電流センサ10−1,10−2,…10−Nと、電圧センサ12−1,12−2,…12−N,18と、温度センサ14−1,14−2,…14−Nとを含む。
蓄電装置6−Nは、蓄電装置6−1,6−2と同様に、充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池から成る。そして、蓄電装置6−Nは、正極線PLNおよび負極線NLNを介してコンバータ8−Nに接続される。なお、蓄電装置6−Nを電気二重層キャパシタで構成してもよい。
コンバータ8−Nは、蓄電装置6−Nと主正母線MPLおよび主負母線MNLとの間に設けられ、コンバータECU2Bからの駆動信号PWCNに基づいて、蓄電装置6−Nと主正母線MPLおよび主負母線MNLとの間で電圧変換を行なう。
電流センサ10−Nは、蓄電装置6−Nに対して入出力される電流値IbNを検出し、その検出結果をコンバータECU2Bおよび電池ECU4Aへ出力する。なお、電流センサ10−Nも、蓄電装置6−Nから出力される電流(放電電流)を正値として検出し、蓄電装置6−Nに入力される電流(充電電流)を負値として検出する。なお、電流センサ10−Nは、負極線NLNに流れる電流を検出してもよい。
電圧センサ12−Nは、蓄電装置6−Nの電圧値VbNを検出し、その検出結果をコンバータECU2Bおよび電池ECU4Aへ出力する。温度センサ14−Nは、蓄電装置6−N内部の温度TbNを検出し、その検出結果を電池ECU4Aへ出力する。
電池ECU4Aは、電池ECU4の機能に加えて、電流センサ10−Nからの電流値IbN、電圧センサ12−Nからの電圧値VbNおよび温度センサ14−Nからの温度TbNに基づいて、蓄電装置6−NのSOCを示す状態量SOCNをさらに算出し、その算出した状態量SOCNを温度TbNとともにコンバータECU2Bへ出力する。
コンバータECU2Bは、電流センサ10−1,10−2,…10−Nおよび電圧センサ12−1,12−2,…12−N,18からの各検出値、電池ECU4Aからの温度Tb1,Tb2,…TbNおよび状態量SOC1,SOC2,…SOCN、ならびに駆動ECU32からのトルク目標値TR1,TR2および回転数目標値MRN1,MRN2に基づいて、コンバータ8−1,8−2,…8−Nをそれぞれ駆動するための駆動信号PWC1,PWC2,…PWCNを生成する。そして、コンバータECU2Bは、その生成した駆動信号PWC1,PWC2,…PWCNをそれぞれコンバータ8−1,8−2,…8−Nへ出力し、コンバータ8−1,8−2,…8−Nを制御する。
図8は、図7に示したコンバータECU2Bの機能ブロック図である。図8を参照して、コンバータECU2Bは、電力指令生成部50と、分配部52Aと、昇温用電力指令生成部54Aと、電流制御部56−1,56−2,…56−Nと、変調部58−1,58−2,…58−Nとを含む。
分配部52Aは、所定の分配比に従って、電力指令値PBを電力指令値PB1,PB2,…PBNに分配し、その電力指令値PB1,PB2,…PBNをそれぞれ電流制御部56−1,56−2,…56−Nへ出力する。なお、分配比については、実施の形態1の場合と同様に、たとえばモータジェネレータMG1,MG2の要求パワーに基づいて決定することができる。
昇温用電力指令生成部54Aは、蓄電装置6−1,6−2,…6−Nの温度Tb1,Tb2,…TbNの少なくとも1つが規定値よりも低いとき、蓄電装置の昇温を目的として、蓄電装置6−1,6−2,…6−N間で電力を授受するための昇温用電力指令値P1〜PNを生成する。ここで、昇温用電力指令生成部54Aは、昇温用電力指令値P1〜PNの総和が0となるように昇温用電力指令値P1〜PNを生成する。なお、昇温用電力指令生成部54Aは、温度が規定値以上の蓄電装置に対応する昇温用電力指令値については、昇温用電力指令値P1〜PNの総和が0になる条件のもとで値を0としてもよい。そして、昇温用電力指令生成部54Aは、その生成した昇温用電力指令値P1〜PNをそれぞれ電流制御部56−1,56−2,…56−Nへ出力する。
電流制御部56−Nは、分配部52Aからの電流指令値PBNおよび昇温用電力指令生成部54Aからの昇温用電力指令値PNに基づいてコンバータ8−Nを電流制御する。そして、電流制御部56−Nは、コンバータ8−Nに対するデューティー指令TonNを生成し、その生成したデューティー指令TonNを変調部58−Nへ出力する。なお、電流制御部56−Nの構成は、他の電流制御部56−1,56−2と同様である。
そして、変調部58−Nは、デューティー指令TonNと図示されない発振部により生成される搬送波(キャリア波)とに基づいて駆動信号PWCNを生成し、その生成した駆動信号PWCNをコンバータ8−Nへ出力する。
このコンバータECU2Bにおいては、蓄電装置6−1,6−2,…6−Nの温度Tb1,Tb2,…TbNの少なくとも1つが規定値よりも低いとき、昇温用電力指令生成部54Aによって昇温用電力指令値P1〜PNが生成され、電流制御部56−1,56−2,…56−Nにそれぞれ与えられる。ここで、昇温用電力指令生成部54Aは、昇温用電力指令値P1〜PNの総和が0となるように昇温用電力指令値P1〜PNを生成するので、電源システム1Aと駆動力発生部3との間で所望の電力を授受しつつ、蓄電装置間で電力をさらに授受することにより蓄電装置が速やかに昇温される。
以上のように、この実施の形態2によれば、電源システムが3つ以上の蓄電装置を含む場合においても、電力指令値PBに従う電力を電源システム1Aと駆動力発生部3との間で授受しつつ、昇温制御時は、昇温用電力指令値P1〜PNに従う電力を蓄電装置間でさらに授受することにより、蓄電装置を速やかに昇温することができる。
[実施の形態2の変形例]
図9は、実施の形態2の変形例におけるコンバータECUの機能ブロック図である。図9を参照して、このコンバータECU2Cは、図8に示したコンバータECU2Bの構成において、加算部80−1,80−2,…80−Nをさらに含み、電流制御部56−1,56−2,…56−Nに代えてそれぞれ電流制御部82−1,82−2,…82−Nを含む。
加算部80−Nは、分配部52Aからの電力指令値PBNに昇温用電力指令生成部54Aからの昇温用電力指令値PNを加算し、その演算結果を電流制御部82−Nへ出力する。電流制御部82−Nは、電力指令値PBNに昇温用電力指令値PNが加算された電力指令値に基づいてコンバータ8−Nを電流制御する。なお、電流制御部82−Nの構成は、他の電流制御部82−1,82−2と同様である。
このコンバータECU2Cにおいては、電力指令値PBi(iは1〜Nの自然数)に昇温用電力指令値PNiを加算した電力指令値が電流制御部82−iへ出力される。そして、電流制御部82−iは、その電力指令値を電圧値Vbiで除算した値をコンバータ8−iの目標電流IRiとして、コンバータ8−iの電流制御を実施する。
この実施の形態2の変形例によれば、N個の除算部68−iを削減できるので、実施の形態2よりも演算量を削減することができる。
なお、上記の各実施の形態において、コンバータECU2,2A〜2Cの制御は、機能ブロック図に示した各ブロックに相当する機能を有する回路で構成してもよいし、予め設定されたプログラムに従ってコンバータECU2,2A〜2Cが処理を実行することにより実現してもよい。後者の場合、コンバータECU2,2A〜2Cの制御は、CPU(Central Processing Unit)によって行なわれ、CPUは、上記の機能ブロックおよびフローチャートに示される処理を実行するためのプログラムをROM(Read Only Memory)から読出し、その読出したプログラムを実行して上記の機能ブロックおよびフローチャートに従って処理を実行する。したがって、ROMは、上記の機能ブロックおよびフローチャートに示される処理を実行するためのプログラムを記録したコンピュータ(CPU)読取可能な記録媒体に相当する。
なお、上記において、主正母線MPLおよび主負母線MNLは、この発明における「電力線」に対応し、コンバータECU2,2A〜2Cは、この発明における「制御装置」に対応する。また、電力指令生成部50および分配部52(または52A)は、この発明における「第1の指令生成部」を形成し、昇温用電力指令生成部54,54Aは、この発明における「第2の指令生成部」に対応する。さらに、電流制御部56−1,56−2,…56−Nまたは電流制御部82−1,82−2,…82−Nは、この発明における「制御部」を形成し、インバータ30−1,30−2およびモータジェネレータ34−1,34−2は、この発明における「駆動力発生部」を形成する。
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
この発明の実施の形態1による電源システムを搭載した車両の全体ブロック図である。 図1に示すコンバータの概略構成図である。 図1に示すコンバータECUの機能ブロック図である。 図1に示すコンバータECUの制御フローチャートである。 実施の形態1の変形例におけるコンバータECUの機能ブロック図である。 実施の形態1の変形例におけるコンバータECUの制御フローチャートである。 実施の形態2による電源システムを搭載した車両の全体ブロック図である。 図7に示すコンバータECUの機能ブロック図である。 実施の形態2の変形例におけるコンバータECUの機能ブロック図である。
符号の説明
1,1A 電源システム、2,2A〜2C コンバータECU、3 駆動力発生部、4,4A 電池ECU、6−1〜6−N 蓄電装置、8−1〜8−N コンバータ、10−1〜10−N 電流センサ、12−1〜12−N,18 電圧センサ、14−1〜14−N 温度センサ、30−1,30−2 インバータ、32 駆動ECU、34−1,34−2 モータジェネレータ、36 動力伝達機構、38 駆動軸、40−1,40−2 チョッパ回路、50 電力指令生成部、52,52A 分配部、54,54A 昇温用電力指令生成部、56−1〜56−N,82−1〜82−N 電流制御部、58−1〜58−N 変調部、60 目標電圧生成部、62 電圧制御部、63,74−1,74−2 減算部、64,72−1,72−2 PI制御部、66−1,66−2,68−1,68−2 除算部、70−1,70−2 演算部、80−1〜80−N 加算部、100,100A 車両、MPL 主正母線、MNL 主負母線、PL1〜PLN 正極線、NL1〜NLN 負極線、C,C1,C2 平滑コンデンサ、LN1A,LN2A 正母線、LN1C,LN2C 負母線、LN1B,LN2B 配線、Q1A,Q1B,Q2A,Q2B トランジスタ、D1A,D1B,D2A,D2B ダイオード、L1,L2 インダクタ。

Claims (12)

  1. 負荷装置と電力を授受可能な電源システムであって、
    充電可能な複数の蓄電装置と、
    当該電源システムと前記負荷装置との間で電力を授受するための電力線と、
    前記複数の蓄電装置に対応して設けられ、各々が対応の蓄電装置と前記電力線との間で電圧変換を行なう複数のコンバータと、
    前記複数のコンバータを制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、
    当該電源システムと前記負荷装置との間で電力を授受するための第1の電力指令を生成する第1の指令生成部と、
    前記複数の蓄電装置の少なくとも1つを昇温する昇温制御時、前記複数の蓄電装置間で電力を授受するための第2の電力指令を生成する第2の指令生成部と、
    前記第1の電力指令によって示される電力が当該電源システムと前記負荷装置との間で授受され、かつ、前記第2の電力指令によって示される電力が前記複数の蓄電装置間で授受されるように前記複数のコンバータを制御する制御部とを含む、電源システム。
  2. 前記第2の指令生成部は、前記複数の蓄電装置の少なくとも1つの温度が規定値よりも低いとき、前記第2の電力指令を生成する、請求項1に記載の電源システム。
  3. 前記第2の指令生成部は、前記第2の電力指令として前記複数のコンバータごとに生成される電力指令値の総和が零となるように前記第2の電力指令を生成する、請求項1または請求項2に記載の電源システム。
  4. 前記第1の指令生成部は、前記電力線の電圧が所定値となるように前記第1の電力指令を生成する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源システム。
  5. 前記制御部は、前記第1の電力指令に前記第2の電力指令を加算した第3の電力指令に基づいて前記複数のコンバータを制御する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電源システム。
  6. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電源システムと、
    前記電源システムから電力の供給を受けて車両の駆動力を発生する駆動力発生部とを備える車両。
  7. 負荷装置と電力を授受可能な電源システムの制御方法であって、
    前記電源システムは、
    充電可能な複数の蓄電装置と、
    当該電源システムと前記負荷装置との間で電力を授受するための電力線と、
    前記複数の蓄電装置に対応して設けられ、各々が対応の蓄電装置と前記電力線との間で電圧変換を行なう複数のコンバータとを備え、
    前記制御方法は、
    前記電源システムと前記負荷装置との間で電力を授受するための第1の電力指令を生成する第1のステップと、
    前記複数の蓄電装置の少なくとも1つを昇温する昇温制御時、前記複数の蓄電装置間で電力を授受するための第2の電力指令を生成する第2のステップと、
    前記第1の電力指令によって示される電力が前記電源システムと前記負荷装置との間で授受され、かつ、前記第2の電力指令によって示される電力が前記複数の蓄電装置間で授受されるように前記複数のコンバータを制御する第3のステップとを含む、電源システムの制御方法。
  8. 前記第2のステップは、前記複数の蓄電装置の少なくとも1つの温度が規定値よりも低いとき、前記第2の電力指令を生成する、請求項7に記載の制御方法。
  9. 前記第2のステップは、前記第2の電力指令として前記複数のコンバータごとに生成される電力指令値の総和が零となるように前記第2の電力指令を生成する、請求項7または請求項8に記載の制御方法。
  10. 前記第1のステップは、前記電力線の電圧が所定値となるように前記第1の電力指令を生成する、請求項7から請求項9のいずれか1項に記載の制御方法。
  11. 前記第3のステップは、前記第1の電力指令に前記第2の電力指令を加算した第3の電力指令に基づいて前記複数のコンバータを制御する、請求項7から請求項10のいずれか1項に記載の制御方法。
  12. 請求項7から請求項11のいずれか1項に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
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