JP4788842B2 - ハイブリッド車両の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御に関し、特に、動力源である回転電機と電力を授受可能な複数の電源を備えたハイブリッド車両の制御に関する。

ハイブリッド車両には、動力源である回転電機と電力を授受可能な電源が備えられる。特開２００３−２０９９６９号公報（特許文献１）には、高電圧インバータおよびモータを低電圧電池モジュールで使用するための電源制御システムを備えたハイブリッド車両が開示されている。

特開２００３−２０９９６９号公報（特許文献１）に開示された電源制御システムは、車両の電動牽引モータに調整済みの電力を提供する少なくとも１つのインバータと、それぞれが電池とブースト／バック直流・直流コンバータを有し、並列に配線され、少なくとも１つのインバータに直流電力を提供する複数の電源ステージとを備える。電源ステージは、少なくとも１つのインバータへの出力電圧を維持するよう制御される。
特開２００３−２０９９６９号公報 特開２００８−１０９８４０号公報 特開２００７−３３５１５１号公報

ところで、通常、ハイブリッド車両は、走行モードとして、電気走行モードとハイブリッド走行モードとを有する。これらの走行モードは、モータに供給すべき電圧範囲が異なる。すなわち、ハイブリッド走行モードでは、エンジンとモータとの双方の動力を用いて車両を走行させるため、モータの動力のみを用いる電気走行モードと比べて、モータに供給する電圧を低く設定することが可能となる。

特開２００３−２０９９６９号公報（特許文献１）には、モータと電力を授受可能な複数の電源を備えたハイブリッド車両が開示されているが、走行モードに応じて複数の電源とモータとの接続状態をどのように制御するのか、また、走行モードおよび複数の電源の接続状態を考慮して、各電源の出力電圧をどのような値に設定するのかについて、何ら言及されていない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電気走行モードとハイブリッド走行モードとを走行モードとして有するハイブリッド車両において、電気走行モード時に必要な電源容量を確保しつつ、ハイブリッド走行制御時の電源電圧を最適な値にすることができる制御装置および制御方法を提供することである。

この発明に係る制御装置は、内燃機関および回転電機の少なくともいずれかを動力源とするハイブリッド車両を制御する。この制御装置は、回転電機に接続され、回転電機と電力を授受可能な主電源と、回転電機と電力を授受可能な複数の副電源と、複数の副電源と回転電機との間に設けられ、与えられる指令に従って複数の副電源のいずれか１つを回転電機に接続可能に構成された切替装置と、切替装置を制御する切替制御部と、内燃機関および回転電機の少なくともいずれかの動力でハイブリッド車両を走行させるハイブリッド走行制御、および内燃機関を用いずに回転電機の動力でハイブリッド車両を走行させる電気走行制御のいずれかの走行制御を実行する走行制御部とを含む。切替制御部は、ハイブリッド走行制御中は、電気走行制御中よりも、回転電機に接続される複数の副電源の数が少なくなるように、切替装置を制御する。

好ましくは、切替制御部は、電気走行制御中は、複数の副電源のいずれか１つを回転電気に接続し、ハイブリッド走行制御中は、複数の副電源を回転電機から切り離す。

さらに好ましくは、切替制御部は、電気走行制御中である場合に、複数の副電源のうち回転電機に接続された第１の副電源の充電状態が所定状態よりも低下したとき、第１の副電源を回転電機から切り離して他の第２の副電源を回転電機に接続する。

さらに好ましくは、走行制御部は、複数の副電源のすべての充電状態が所定状態よりも低下した場合、電気走行制御に代えてハイブリッド走行制御を実行する。

さらに好ましくは、制御装置は、ハイブリッド走行制御での走行を要求していることを示すハイブリッド走行走行要求を運転者が入力する入力部をさらに含む。走行制御部は、電気走行制御中にハイブリッド走行要求が入力された場合、電気走行制御を停止してハイブリッド走行制御を強制的に実行する。切替制御部は、ハイブリッド走行要求が入力されたことに応じてハイブリッド走行制御が強制的に実行される場合は、ハイブリッド走行要求が入力された時点における回転電機と複数の副電源のいずれか１つとの接続状態を維持する。

さらに好ましくは、主電源の出力電圧は、複数の副電源のいずれの出力電圧よりも低い値に設定される。

さらに好ましくは、制御装置は、回転電機と主電源との間に設けられ、主電源の出力電圧を回転電機の制御電圧範囲に含まれる値に変換して回転電機に出力する第１のコンバータと、回転電機と複数の副電源との間に設けられ、複数の副電源の出力電圧を回転電機の制御電圧範囲に含まれる値に変換して回転電機に出力する第２のコンバータとをさらに含む。ハイブリッド走行制御時における回転電機の最適制御電圧範囲の第１の下限値は、電気走行制御時における回転電機の制御電圧範囲の第２の下限値よりも低い。主電源の出力電圧は、第１の下限値に設定され、複数の副電源の出力電圧は、第１の下限値と第２の下限値の間の値に設定される。

さらに好ましくは、主電源および複数の副電源の各々の内部には、直列に接続された複数の電池セルが備えられる。主電源および複数の副電源の各々は、内部に備えられた電池セルの数に応じた出力電圧を出力する。主電源には、電気走行制御時の走行可能距離を所定の目標距離以上に確保するために必要な電池セルの総数のうち、主電源の出力電圧が第１の下限値となる数の電池セルが備えられる。複数の副電源には、必要な電池セルの総数のうち、主電源に備えられた数以外の残余の数の電池セルが複数の副電源の各々に均等に備えられる。

さらに好ましくは、ハイブリッド車両は、車両外部の電源からの電力を主電源および複数の副電源に充電可能なプラグインハイブリッド車両である。

この発明の別の局面に係る制御方法は、内燃機関および回転電機の少なくともいずれかを動力源とするハイブリッド車両の制御装置が行なう制御方法である。制御装置には、回転電機に接続され、回転電機と電力を授受可能な主電源と、回転電機と電力を授受可能な複数の副電源と、複数の副電源と回転電機との間に設けられ、与えられる指令に従って複数の副電源のいずれか１つを回転電機に接続可能に構成された切替装置とが備えられる。制御方法は、内燃機関および回転電機の少なくともいずれかの動力でハイブリッド車両を走行させるハイブリッド走行制御、および内燃機関を用いずに回転電機の動力でハイブリッド車両を走行させる電気走行制御のいずれかの走行制御を実行するステップと、ハイブリッド走行制御中は、電気走行制御中よりも、回転電機に接続される複数の副電源の数が少なくなるように、切替装置を制御するステップとを含む。

本発明によれば、電気走行モード時に必要な電源容量を確保しつつ、ハイブリッド走行制御時の電源電圧を最適な値にすることができる。

本発明の実施例に係る制御装置を備えた車両の全体ブロック図である。 ＥＶ走行制御時の電圧制御範囲と、ＨＶ走行制御時の電圧制御範囲と、各蓄電装置の出力電圧との関係を示す図である。 本発明の実施例に係る制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施例に係る制御装置の制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施例に係る制御装置によって制御される各電源のＳＯＣ、走行制御、および各電源の接続状態を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 電源システム、２ 駆動力発生部、１０−１〜１０−３ 蓄電装置、１１ 充電装置、１２−１，１２−２ コンバータ、１３ コネクタ、１４−１〜１４−３ 電流センサ、１５ パドル、１６−１〜１６−３，２０ 電圧センサ、１７ ＨＶスイッチ、１８−１，１８−２ 切替装置、１９ 交流電源、２２ コンバータＥＣＵ、３０−１，３０−２ インバータ、３２−１，３２−２ ＭＧ、３４ 動力分割装置、３６ エンジン、３８ 駆動輪、１００ 車両、８０００ ＥＣＵ、８１００ 入力インターフェイス、８２００ 演算処理部、８２１０ 走行制御部、８２２０ ＳＯＣ算出部、８２３０ 切替制御部、８３００ 記憶部、８４００ 出力インターフェイス、ＭＰＬ 主正母線、ＭＮＬ 主負母線、Ｃ 平滑コンデンサ、ＲＹ１，ＲＹ２，ＲＹ３ システムリレー。

以下、本発明の実施例について、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。

図１は、この発明の実施例に係る制御装置を備え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２とを、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０００とを含む。

駆動力発生部２は、第１インバータ３０−１と、第２インバータ３０−２と、第１ＭＧ（Motor-Generator）３２−１と、第２ＭＧ３２−２と、動力分割装置３４と、エンジン３６と、駆動輪３８とを含む。

第１ＭＧ３２−１、第２ＭＧ３２−２およびエンジン３６は、動力分割装置３４に連結される。そして、この車両１００は、エンジン３６および第２ＭＧ３２−２の少なくとも一方からの駆動力によって走行する。より具体的には、車両１００は、電気走行モード（以下「ＥＶ走行モード」ともいう）およびハイブリッド走行モード（以下「ＨＶ走行モード」ともいう）のいずれかの走行モードで走行する。ＥＶ走行モードは、エンジン３６の動力を用いずに第２ＭＧ３２−２の動力によって車両１００を走行させる走行モードである。ＨＶ走行モードは、エンジン３６と第２ＭＧ３２−２との動力によって車両１００を走行させる走行モードである。ＥＣＵ８０００は、車両１００の走行時に、ＥＶ走行モードで車両１００を走行させるＥＶ走行制御と、ＨＶ走行モードで車両１００を走行させるＨＶ走行制御とのいずれかの制御を行なう。

エンジン３６が発生する動力は、動力分割装置３４によって２経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪３８へ伝達される経路であり、もう一方は第１ＭＧ３２−１へ伝達される経路である。

第１ＭＧ３２−１および第２ＭＧ３２−２の各々は、交流回転電機であり、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。ＨＶ走行制御中においては、電源システム１に含まれる蓄電装置（後述）の充電状態を示す値であるＳＯＣ（State Of Charge）を所定範囲（たとえば４０％程度〜６０％程度）に維持するようにエンジン３６が運転されて、動力分割装置３４によって分割されたエンジン３６の動力を用いて第１ＭＧ３２−１による発電が行なわれる。第１ＭＧ３２−１によって発電された電力は電源システム１へ供給される。

第２ＭＧ３２−２は、電源システム１から供給される電力および第１ＭＧ３２−１により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、第２ＭＧ３２−２の駆動力は、駆動輪３８に伝達される。なお、車両の制動時等には、駆動輪３８により第２ＭＧ３２−２が駆動され、第２ＭＧ３２−２が発電機として作動する。これにより、第２ＭＧ３２−２は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。そして、第２ＭＧ３２−２により発電された電力は、電源システム１へ供給される。

動力分割装置３４は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン３６のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、第１ＭＧ３２−１の回転軸に連結される。リングギヤは第２ＭＧ３２−２の回転軸に連結される。

第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに接続される。そして、第１インバータ３０−１および第２インバータ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第１ＭＧ３２−１および第２ＭＧ３２−２へ出力する。また、第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２は、それぞれ第１ＭＧ３２−１および第２ＭＧ３２−２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、第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２の各々は、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、各インバータは、それぞれＥＣＵ８０００からの駆動信号ＰＷＩＶ１，ＰＷＩＶ２に応じてスイッチング動作を行なうことにより、対応のＭＧを駆動する。

ＥＣＵ８０００は、図示されない各センサの検出信号、走行状況およびアクセル開度などに基づいて車両要求パワーＰｓを算出し、その算出した車両要求パワーＰｓに基づいて第１ＭＧ３２−１および第２ＭＧ３２−２のトルク目標値および回転数目標値を算出する。そして、ＥＣＵ８０００は、第１ＭＧ３２−１および第２ＭＧ３２−２の発生トルクおよび回転数が目標値となるように第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２を制御する。

電源システム１は、第１蓄電装置１０−１と、第２蓄電装置１０−２と、第３蓄電装置１０−３と、第１コンバータ１２−１と、第２コンバータ１２−２と、第１切替装置１８−１と、第２切替装置１８−２と、主正母線ＭＰＬと、主負母線ＭＮＬと、平滑コンデンサＣと、電流センサ１４−１〜１４−３と、電圧センサ１６−１〜１６−３，２０と、充電装置１１と、コネクタ１３とを含む。

充電装置１１は、車両外部に設けられた電力会社の交流電源１９からの電力を直流に変換して、第１蓄電装置１０−１、第２蓄電装置１０−２、第３蓄電装置１０−３へ出力する。ＥＣＵ８０００は、電力会社の交流電源１９に接続されたパドル１５が車両側のコネクタ１３に接続された場合、第１蓄電装置１０−１、第２蓄電装置１０−２、第３蓄電装置１０−３の各々の充電状態を示す値であるＳＯＣｍ、ＳＯＣｓ１、ＳＯＣｓ２が上限値（たとえば８０％程度）になるように、充電装置１１を制御する。すなわち、車両１００は、車両外部の電源から供給された電力での走行が可能な車両（以下、「プラグイン車両」ともいう）である。なお、本発明に係る制御装置が適用可能な車両は、プラグイン車両であることに限定されない。

第１蓄電装置１０−１、第２蓄電装置１０−２および第３蓄電装置１０−３の各々は、たとえばニッケル水素やリチウムイオン等の電池セルを複数直列に接続した直流電源である。第１蓄電装置１０−１、第２蓄電装置１０−２および第３蓄電装置１０−３の各々の出力電圧は、内部に備えられる電池セルの数で調整される。各蓄電装置の出力電圧（電池セルの数）については後述する。なお、第１蓄電装置１０−１、第２蓄電装置１０−２および第３蓄電装置１０−３のいずれかが、たとえば再充電可能な大容量のキャパシタ等であってもよい。

第１蓄電装置１０−１は第１コンバータ１２−１に接続され、第２蓄電装置１０−２および第３蓄電装置１０−３は第２切替装置１８−２に接続される。

第１切替装置１８−１は、第１蓄電装置１０−１と第１コンバータ１２−１との間に設けられ、ＥＣＵ８０００からの切替信号ＳＷ１に従って、第１蓄電装置１０−１と第１コンバータ１２−１との電気的な接続状態を切り替える。より具体的には、第１切替装置１８−１は、システムリレーＲＹ１を含む。切替信号ＳＷ１が非活性化されているとき、システムリレーＲＹ１はオンされ、切替信号ＳＷ１が活性化されているとき、システムリレーＲＹ１はオンされる。切替信号ＳＷ１は、図示しないイグニッションスイッチがユーザによってオンされた時に活性化される。すなわち、車両１００の走行時においては、システムリレーＲＹ１はオンに維持される。

第２切替装置１８−２は、第２蓄電装置１０−２および第３蓄電装置１０−３と第２コンバータ１２−２との間に設けられ、ＥＣＵ８０００からの切替信号ＳＷ２に従って、第２蓄電装置１０−２および第３蓄電装置１０−３と第２コンバータ１２−２との電気的な接続状態を切り替える。より具体的には、第２切替装置１８−２は、システムリレーＲＹ２，ＲＹ３を含む。システムリレーＲＹ２は、第２蓄電装置１０−２と第２コンバータ１２−２との間に配設される。システムリレーＲＹ３は、第３蓄電装置１０−３と第２コンバータ１２−２との間に配設される。そして、ＥＣＵ８０００は、システムリレーＲＹ２，ＲＹ３のそれぞれのオン，オフを制御するための切替信号ＳＷ２を生成して第２切替装置１８−２へ出力する。

第１コンバータ１２−１および第２コンバータ１２−２は、互いに並列して主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに接続される。第１コンバータ１２−１は、ＥＣＵ８０００からの駆動信号ＰＷＣ１に基づいて、第１蓄電装置１０−１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。第２コンバータ１２−２は、ＥＣＵ８０００からの駆動信号ＰＷＣ２に基づいて、第２切替装置１８−２によって第２コンバータ１２−２に電気的に接続される第２蓄電装置１０−２および第３蓄電装置１０−３のいずれかと主正母線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２０は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間の電圧Ｖｈを検出し、その検出値をＥＣＵ８０００へ出力する。なお、電圧Ｖｈは、第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２に入力される電圧である。以下においては、この電圧Ｖｈを「システム電圧Ｖｈ」とも記載する。

電流センサ１４−１〜１４−３は、第１蓄電装置１０−１に対して入出力される電流Ｉｂ１、第２蓄電装置１０−２に対して入出力される電流Ｉｂ２、および第３蓄電装置１０−３に対して入出力される電流Ｉｂ３をそれぞれ検出し、その検出値をＥＣＵ８０００へ出力する。なお、各電流センサ１４−１〜１４−３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、この図１では、各電流センサ１４−１〜１４−３が正極線の電流を検出する場合が示されているが、各電流センサ１４−１〜１４−３は負極線の電流を検出してもよい。

電圧センサ１６−１〜１６−３は、第１蓄電装置１０−１の電圧Ｖｂ１、第２蓄電装置１０−２の電圧Ｖｂ２、および第３蓄電装置１０−３の電圧Ｖｂ３をそれぞれ検出し、その検出値をＥＣＵ８０００へ出力する。

ＥＣＵ８０００は、電流センサ１４−１〜１４−３および電圧センサ１６−１〜１６−３，２０からの各検出値、ならびに車両要求パワーＰｓに基づいて、第１コンバータ１２−１および第２コンバータ１２−２をそれぞれ駆動するための駆動信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２、第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２をそれぞれ駆動するための駆動信号ＰＷＩＶ１，ＰＷＩＶ２、エンジン３６を制御するＰＷＥＮＧを生成する。そして、ＥＣＵ８０００は、その生成した駆動信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２，ＰＷＩＶ１，ＰＷＩＶ２，ＰＷＥＮＧを、それぞれ第１コンバータ１２−１、第２コンバータ１２−２、第１インバータ３０−１、第２インバータ３０−２、エンジン３６へ出力する。

ここで、ＥＣＵ８０００は、電源システム１から駆動力発生部２へ電力を供給する放電モード時（すなわち車両要求パワーＰｓ＞０）、第１コンバータ１２−１に接続される第１蓄電装置１０−１の放電余裕電力量と、第２切替装置１８−２によって第２コンバータ１２−２に接続可能な第２蓄電装置１０−２および第３蓄電装置１０−３の放電余裕電力量の合計との比率に応じて、第１蓄電装置１０−１と第２切替装置１８−２によって第２コンバータ１２−２に電気的に接続された蓄電装置とから放電される電力の配分を示す放電分配率を算出する。そして、ＥＣＵ８０００は、その算出された放電分配率に従って第１コンバータ１２−１および第２コンバータ１２−２を制御する。

また、ＥＣＵ８０００は、駆動力発生部２から電源システム１へ電力が供給される充電モード時（すなわち車両要求パワーＰｓ＜０）、第１蓄電装置１０−１の充電余裕電力量と、第２切替装置１８−２によって第２コンバータ１２−２に電気的に接続された蓄電装置の充電余裕電力量との比率に応じて、第１蓄電装置１０−１と第２コンバータ１２−２に接続された蓄電装置とへ充電される電力の配分を示す充電分配率を算出する。そして、ＥＣＵ８０００は、その算出された充電分配率に従って第１コンバータ１２−１および第２コンバータ１２−２を制御する。

さらに、車両１００には、ＨＶスイッチ１７が備えられる。ＨＶスイッチ１７は、ＨＶ走行を要求していることを示すＨＶ要求を運転者が入力するためのスイッチである。運転者によってＨＶスイッチ１７がオンされると、ＨＶスイッチ１７は、ＨＶ要求信号ＲｈｖをＥＣＵ８０００に出力する。

ＥＣＵ８０００は、車両要求パワーＰｓ、各電源のＳＯＣ、ＨＶスイッチ１７からのＨＶ要求信号Ｒｈｖなどに基づいて、ＥＶ走行制御およびＨＶ走行制御のいずれの走行制御を実行する。

ＨＶ走行制御時には、各電源のＳＯＣが所定の範囲に含まれるように各ＭＧによる発電や回生、モータ出力が制御される。たとえば、ＥＣＵ８０００は、上述したように、各電源の充電が必要な場合には、停止中のエンジン３６を始動したり運転中のエンジン３６の出力を増加したりして各ＭＧによる発電量を増やして各電源に対する充電量を増加させる。

ＥＣＵ８０００は、ＨＶ走行制御時およびＥＶ走行制御のいずれにおいても、第１コンバータ１２−１および第２コンバータ１２−２の少なくともいずれかを制御することによって、システム電圧Ｖｈを、各ＭＧを作動するのに最適な電圧範囲（以下、単に「電圧制御範囲」ともいう）に含まれる値に調整する。

図２に、上述の電圧制御範囲と、各蓄電装置の出力電圧との関係を示す。なお、以下の説明においては、第１蓄電装置１０−１を「マスタ電源」、第２蓄電装置１０−２を「第１スレーブ電源」、第３蓄電装置１０−３を「第２スレーブ電源」とも称する。

図２に示すように、ＥＶ走行制御時の電圧制御範囲αは、下限値Ｖｌｏｗ（ＥＶ）から上限値Ｖｈｉまでの範囲である。一方、ＨＶ走行制御時の電圧制御範囲βは、下限値Ｖｌｏｗ（ＨＶ）から上限値Ｖｈｉまでの範囲である。下限値Ｖｌｏｗ（ＥＶ）は、下限値Ｖｌｏｗ（ＨＶ）よりも高い値である。たとえば、上限値Ｖｈｉは６５０ボルト程度、下限値Ｖｌｏｗ（ＥＶ）は５００ボルト程度、下限値Ｖｌｏｗ（ＨＶ）は２００ボルト程度の値であってもよい。

ＥＣＵ８０００は、ＥＶ走行制御時にはシステム電圧Ｖｈが電圧制御範囲αに含まれ、ＨＶ走行制御時にはシステム電圧Ｖｈが電圧制御範囲βに含まれるように、第１コンバータ１２−１および第２コンバータ１２−２の少なくともいずれかを制御する。

マスタ電源（第１蓄電装置１０−１）の出力電圧Ｖｍは、ＨＶ走行制御時の電圧制御範囲βの下限値Ｖｌｏｗ（ＨＶ）に設定されている。第１スレーブ電源（第２蓄電装置１０−２）の出力電圧Ｖｓ１と、第２スレーブ電源（第３蓄電装置１０−３）の出力電圧Ｖｓ２とは、下限値Ｖｌｏｗ（ＨＶ）と下限値Ｖｌｏｗ（ＥＶ）との間の値に設定される。

このような出力電圧を実現するための、マスタ電源、第１スレーブ電源、第２スレーブ電源の電池セルの配分について以下に説明する。

所定の目標走行可能距離をＥＶ走行で実現するために必要な電池セルの数（以下「必要セル総数」ともいう）がＮ個である場合、まず、マスタ電源の出力電圧Ｖｍが下限値Ｖｌｏｗ（ＨＶ）になるようにマスタ電源の電池セル数Ｎｍを決定する。次に、必要セル総数Ｎからマスタ電源の電池セル数Ｎｍを除いた残余の（Ｎ−Ｎｍ）個の電池セルを、第１スレーブ電源と、第２スレーブ電源とに分配する。本実施例においては、残余の（Ｎ−Ｎｍ）個の電池セルを第１スレーブ電源と、第２スレーブ電源とに均等に分配している。すなわち、第１スレーブ電源および第２スレーブ電源にはそれぞれ｛（Ｎ−Ｎｍ）／２｝個の電池セルが分配される。これにより、第１スレーブ電源の出力電圧Ｖｓ１と、第２スレーブ電源の出力電圧Ｖｓ２とが同じ値となっている。

たとえば、１つの電池セルの出力電圧が約３．６ボルト、必要セル総数Ｎが２８８個、下限値Ｖｌｏｗ（ＨＶ）が２００ボルト程度である場合、マスタ電源の電池セル数Ｎｍを５６個とし、第１スレーブ電源および第２スレーブ電源にそれぞれ１１６個の電池セルを分配する。これにより、Ｖｍ＝約２０１ボルト、Ｖｓ１＝Ｖｓ２＝約４１７ボルトとなる。

なお、図２の一点鎖線で示す電圧値Ｖａｖｅは、必要セル総数Ｎ個をマスタ電源、第１スレーブ電源、第２スレーブ電源の３つの電源で均等に分配した場合の各電源の出力電圧を示す。

図３に、本実施例に係る車両の制御装置であるＥＣＵ８０００の機能ブロック図を示す。ＥＣＵ８０００は、入力インターフェイス８１００と、演算処理部８２００と、記憶部８３００と、出力インターフェイス８４００とを含む。

入力インターフェイス８１００は、各センサなどの検出結果を受信して、演算処理部８２００に送信する。

記憶部８３００には、各種情報、プログラム、しきい値、マップ等が記憶され、必要に応じて演算処理部８２００からデータが読み出されたり、格納されたりする。

演算処理部８２００は、走行制御部８２１０と、ＳＯＣ算出部８２２０と、切替制御部８２３０とを含む。

走行制御部８２１０は、各電源のＳＯＣ、ＨＶ要求信号Ｒｈｖなどに基づいて、ＥＶ走行制御およびＨＶ走行制御のいずれの走行制御を実行する。走行制御部８２１０は、第１スレーブ電源のＳＯＣｓ１および第２スレーブ電源のＳＯＣｓ２のいずれかが所定のしきい値（たとえば２０％）を超えていると、ＥＶ走行制御を実行し、第１スレーブ電源のＳＯＣｓ１および第２スレーブ電源のＳＯＣｓ２の双方がしきい値よりも低下すると、ＨＶ走行制御を実行する。また、走行制御部８２１０は、ＥＶ走行制御中にＨＶ要求信号Ｒｈｖが受信されると、ＥＶ走行制御を停止して強制的にＨＶ走行制御を実行する。以下の説明においては、ＨＶ要求信号Ｒｈｖに基づいて実行されるＨＶ走行制御を、通常のＨＶ走行制御と区別するために「強制ＨＶ走行制御」とも記載する。

さらに、走行制御部８２１０は、実行される走行制御に応じてシステム電圧Ｖｈの制御範囲を切り替える。すなわち、走行制御部８２１０は、ＥＶ走行制御時にはシステム電圧Ｖｈが上述の電圧制御範囲αに含まれ、ＨＶ走行制御時にはシステム電圧Ｖｈが上述した電圧制御範囲βに含まれるように、第１コンバータ１２−１および第２コンバータ１２−２の少なくともいずれかを制御する。

走行制御部８２１０は、これらの制御を実現させる駆動信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２，ＰＷＩＶ１，ＰＷＩＶ２，ＰＷＥＮＧを生成し、それぞれ第１コンバータ１２−１、第２コンバータ１２−２、第１インバータ３０−１、第２インバータ３０−２、エンジン３６へ、出力インターフェイス８４００経由で出力する。

ＳＯＣ算出部８２２０は、電流センサ１４−１〜１４−３および電圧センサ１６−１〜１６−３，２０からの各検出値に基づいて、マスタ電源のＳＯＣｍ、第１スレーブ電源のＳＯＣｓ１、第２スレーブ電源のＳＯＣｓ２を算出する。

切替制御部８２３０は、実行される走行制御や各電源のＳＯＣなどに基づいて、第１スレーブ電源および第２スレーブ電源と第２コンバータ１２−２との電気的な接続状態を切り替える切替信号ＳＷ２を生成し、第２切替装置１８−２に出力インターフェイス８４００経由で出力する。

切替制御部８２３０は、第１スレーブ電源のＳＯＣｓ１がしきい値を超えていると、第１スレーブ電源を接続させて第２スレーブ電源を切り離す（システムリレーＲＹ２をオンさせ、かつ、システムリレーＲＹ３をオフさせる）ように切替信号ＳＷ２を生成する。

切替制御部８２３０は、第１スレーブ電源のＳＯＣｓ１がしきい値よりも低下し、かつ第２スレーブ電源のＳＯＣｓ２がしきい値を超えている場合、第１スレーブ電源を切り離して第２スレーブ電源を接続する（システムリレーＲＹ２をオフさせ、かつ、システムリレーＲＹ３をオンさせる）ように切替信号ＳＷ２を生成する。

切替制御部８２３０は、第１スレーブ電源のＳＯＣｓ１および第２スレーブ電源のＳＯＣｓ２の双方がしきい値よりも低下した場合、第１スレーブ電源および第２スレーブ電源の双方を切り離す（システムリレーＲＹ２、ＲＹ３を双方ともオフさせる）ように切替信号ＳＷ２を生成する。

なお、切替制御部８２３０は、ＥＶ走行制御中にＨＶ要求信号Ｒｈｖが受信されたことに応じて強制ＨＶ走行制御が実行される場合、第１スレーブ電源および第２スレーブ電源の双方を切り離す切替信号ＳＷ２を生成するのではなく、ＨＶ要求信号Ｒｈｖが受信された時点の切替信号ＳＷ２をそのまま維持する。

上述した機能は、ソフトウェアによって実現されるようにしてもよく、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。以下の説明では、上述した機能がソフトウェアによって実現される場合、具体的には、演算処理部８２００であるＣＰＵが記憶部８３００に記憶されたプログラムを実行することによって上述した機能が実現される場合について説明する。

以下、図４を参照して、本実施例に係る制御装置であるＥＣＵ８０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ８０００は、第１スレーブ電源のＳＯＣｓ１がしきい値を超えているか否かを判断する。ＳＯＣｓ１がしきい値を超えていると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。そうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１０４に移される。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ８０００は、第１スレーブ電源を接続させて第２スレーブ電源を切り離す切替信号ＳＷ２を生成して第２切替装置１８−２に出力する。これにより、各インバータにマスタ電源と第１スレーブ電源とが接続された状態となる。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ８０００は、第２スレーブ電源のＳＯＣｓ２がしきい値を超えているか否かを判断する。ＳＯＣｓ２がしきい値を超えていると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。そうでないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１０８に移される。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ８０００は、第１スレーブ電源を切り離して第２スレーブ電源を接続させる切替信号ＳＷ２を生成して第２切替装置１８−２に出力する。これにより、各インバータにマスタ電源と第２スレーブ電源とが接続された状態となる。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ８０００は、ＥＶ走行制御を実行する。なお、ＥＶ走行制御時には、システム電圧Ｖｈが上述の電圧制御範囲αに含まれるように、第１コンバータ１２−１および第２コンバータ１２−２が制御される。より具体的には、ＥＣＵ８０００は、システム電圧Ｖｈを電圧制御範囲αの下限値Ｖｌｏｗ（ＥＶ）に制御するとともに、必要に応じてシステム電圧Ｖｈを電圧制御範囲α内で上昇させる。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ８０００は、ＥＶ走行制御中において、運転者によってＨＶスイッチ１７がオンされたか否か（ＨＶ要求信号Ｒｈｖを受信したか否か）を判断する。ＨＶスイッチ１７がオンされると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。そうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１１２にて、ＥＣＵ８０００は、強制ＨＶ走行制御を実行する。なお、強制ＨＶ走行制御時においては、ＨＶ要求信号Ｒｈｖが受信された時点の切替信号ＳＷ２がそのまま維持される。

Ｓ１１４にて、ＥＣＵ８０００は、第１スレーブ電源および第２スレーブ電源の双方を切り離す切替信号ＳＷ２を生成して第２切替装置１８−２に出力する。これにより、各インバータにマスタ電源のみが接続された状態となる。

Ｓ１１６にて、ＥＣＵ８０００は、ＨＶ走行制御を実行する。なお、ＨＶ走行制御時には、システム電圧Ｖｈが上述の電圧制御範囲βに含まれるように、第１コンバータ１２−１が制御される。より具体的には、ＥＣＵ８０００は、システム電圧Ｖｈを電圧制御範囲βの下限値Ｖｌｏｗ（ＨＶ）に制御するとともに、必要に応じてシステム電圧Ｖｈを電圧制御範囲β内で上昇させる。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施例に係る制御装置であるＥＣＵ８０００の制御動作について説明する。

図５は、各電源のＳＯＣを上限値（たとえば８０パーセント程度の値）まで充電した後に車両を継続走行させた場合の、各電源のＳＯＣと、実行される走行制御と、各電源の接続状態とを示すタイミングチャートである。

車両１００の走行時（イグニッションオン時）においては、システムリレーＲＹ１はオンに維持されるため、マスダ電源は第１コンバータ１２−１経由で各インバータに常時接続されている。

走行開始直後は、ＳＯＣｓ１がしきい値を超えているため（Ｓ１００にてＹＥＳ）、第２コンバータ１２−２に第１スレーブ電源が接続された状態（Ｓ１０２）でＥＶ走行制御が実行される（Ｓ１０８）。したがって、ＳＯＣｓ１がしきい値まで低下する時刻ｔ１までは、マスタ電源と第１スレーブ電源との電力でＥＶ走行制御が行なわれる。

時刻ｔ１にてＳＯＣｓ１がしきい値まで低下すると（Ｓ１００にてＮＯ）、ＳＯＣｓ２がしきい値を超えているため（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、第１スレーブ電源が切り離されるとともに、第２コンバータ１２−２に第２スレーブ電源が接続されて（Ｓ１０６）、ＥＶ走行制御が継続して実行される（Ｓ１０８）。ＳＯＣｓ２がしきい値まで低下する時刻ｔ２までは、マスタ電源と第２スレーブ電源との電力でＥＶ走行制御が行なわれる。

なお、図５に示すように、ＥＶ走行制御中は、第２スレーブ電源のＳＯＣｓ２が下限値となるタイミングで、マスタ電源のＳＯＣｍも下限値となるように、マスタ電源の充放電が制御される。

このように、各電源のＳＯＣがそれぞれ下限値になるまでＥＶ走行制御が行なわれる。ここで、各電源に備えられる電池セル数の合計は、必要セル総数Ｎ個である。したがって、所定の目標走行可能距離をＥＶ走行で実現することができる。

なお、ＥＶ走行制御時の電圧制御範囲αの下限値Ｖｌｏｗ（ＥＶ）は、マスタ電源の出力電圧Ｖｍ、第１スレーブ電源の出力電圧Ｖｓ１、および第２スレーブ電源の出力電圧Ｖｓ２よりも高い。そのため、図５の矢印に示すように、ＥＶ走行制御時においては、Ｖｍ、Ｖｓ１およびＶｓ２がそれぞれ第１コンバータ１２−１および第２コンバータ１２−２によって少なくとも下限値Ｖｌｏｗ（ＥＶ）まで昇圧される。

時刻ｔ２にてＳＯＣｓ２がしきい値まで低下すると（Ｓ１０４にてＮＯ）、第１スレーブ電源および第２スレーブ電源の双方が第２コンバータ１２−２から切り離される（Ｓ１１４）とともに、ＥＶ走行制御からＨＶ走行制御に切り替えられる（Ｓ１１６）。したがって、時刻ｔ２以降は、マスタ電源のみでＨＶ走行制御が行なわれる。

ここで、たとえば、必要セル総数Ｎ個を各電源に均等に分配した場合、マスタ電源の出力電圧は、図５に示すＶａｖｅとなり、ＨＶ走行制御時の電圧制御範囲βの下限値Ｖｌｏｗ（ＨＶ）を超えてしまう。そのため、ＨＶ走行制御時のシステム電圧Ｖｈが不必要に高くなってしまい、最適な電圧設定とならない。

そこで、本実施例においては、ＨＶ走行制御時の電源をマスタ電源のみとし、必要セル総数Ｎ個のうち、マスタ電源の出力電圧ＶｍをＨＶ走行制御時の電圧制御範囲βの下限値Ｖｌｏｗ（ＨＶ）にするＮｍ個の電池セルをマスタ電源に分配し、残余の（Ｎ−Ｎｍ）個の電池セルを、第１スレーブ電源と、第２スレーブ電源とに均等に分配する。

これにより、ＨＶ走行制御時のシステム電圧Ｖｈが、第１コンバータ１２−１による昇圧動作を行なうことなく下限値Ｖｌｏｗ（ＨＶ）となる。そのため、昇圧による電力損失を低減することができる。さらに、必要セル総数Ｎ個を各電源で均等に分配した場合に比べて、システム電圧Ｖｈが不必要に高くなることを抑制して消費電力の低減を図ることができる。

なお、本実施例においては、ＥＶ走行制御中において、運転者によってＨＶスイッチ１７がオンされると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、強制ＨＶ走行制御を実行される（Ｓ１１２）。強制ＨＶ走行制御時においては、各電源との接続状態は、ＨＶスイッチ１７がオンされた時点（ＨＶ要求信号Ｒｈｖが受信された時点）の状態に維持される。したがって、メイン電源およびスレーブ電源のＳＯＣを所定の範囲に維持した走行が可能となる。このような走行は、たとえば、目的地到着後に各電源の電力が必要となる場合など、何らかの事情で運転者が電力を維持しておきたい場合に有効である。

以上のように、本実施例に係る制御装置によれば、ＨＶ走行制御時にＭＧに接続される電源をマスタ電源のみとし、必要セル総数のうち、マスタ電源の出力電圧をＨＶ走行制御時の電圧制御範囲の下限値にする電池セル数をマスタ電源に分配し、残余の電池セル数を、残りのスレーブ電源に均等に分配する。これにより、ＥＶ走行時に必要な電池容量を確保しつつ、ＨＶ走行制御時のシステム電圧を最適な電圧に設定することができる。

なお、本実施例においては、２つのスレーブ電源を備える場合について説明したが、本発明は、スレーブ電源を３つ以上備えるハイブリッド車両にも適用可能である。

今回開示された実施例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。

Claims (10)

1. 内燃機関（３６）および回転電機（３２−２）の少なくともいずれかを動力源とするハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記回転電機（３２−２）に接続され、前記回転電機（３２−２）と電力を授受可能な主電源（１０−１）と、
   前記回転電機（３２−２）と電力を授受可能な複数の副電源（１０−２、１０−３）と、
   前記複数の副電源（１０−２、１０−３）と前記回転電機（３２−２）との間に設けられ、与えられる指令に従って前記複数の副電源（１０−２、１０−３）のいずれか１つを前記回転電機（３２−２）に接続可能に構成された切替装置（１８−２）と、
   前記切替装置（１８−２）を制御する切替制御部（８２３０）と、
   前記内燃機関（３６）および前記回転電機（３２−２）の少なくともいずれかの動力で前記ハイブリッド車両を走行させるハイブリッド走行制御、および前記内燃機関（３６）を用いずに前記回転電機（３２−２）の動力で前記ハイブリッド車両を走行させる電気走行制御のいずれかの走行制御を実行する走行制御部（８２１０）とを含み、
   前記切替制御部（８２３０）は、前記ハイブリッド走行制御中は、前記電気走行制御中よりも、前記回転電機（３２−２）に接続される前記複数の副電源（１０−２、１０−３）の数が少なくなるように、前記切替装置を制御する、ハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記切替制御部（８２３０）は、前記電気走行制御中は、前記複数の副電源（１０−２、１０−３）のいずれか１つを前記回転電気に接続し、前記ハイブリッド走行制御中は、前記複数の副電源（１０−２、１０−３）を前記回転電機（３２−２）から切り離す、請求の範囲第１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記切替制御部（８２３０）は、前記電気走行制御中である場合に、前記複数の副電源（１０−２、１０−３）のうち前記回転電機（３２−２）に接続された第１の副電源（１０−２）の充電状態が所定状態よりも低下したとき、前記第１の副電源（１０−２）を前記回転電機（３２−２）から切り離して他の第２の副電源（１０−３）を前記回転電機（３２−２）に接続する、請求の範囲第１または２項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記走行制御部（８２１０）は、前記複数の副電源（１０−２、１０−３）のすべての充電状態が前記所定状態よりも低下した場合、前記電気走行制御に代えて前記ハイブリッド走行制御を実行する、請求の範囲第３項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 前記制御装置は、前記ハイブリッド走行制御での走行を要求していることを示すハイブリッド走行走行要求を運転者が入力する入力部（１７）をさらに含み、
   前記走行制御部（８２１０）は、前記電気走行制御中に前記ハイブリッド走行要求が入力された場合、前記電気走行制御を停止して前記ハイブリッド走行制御を強制的に実行し、
   前記切替制御部（８２３０）は、前記ハイブリッド走行要求が入力されたことに応じて前記ハイブリッド走行制御が強制的に実行される場合は、前記ハイブリッド走行要求が入力された時点における前記回転電機（３２−２）と前記複数の副電源（１０−２、１０−３）のいずれか１つとの接続状態を維持する、請求の範囲第１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
6. 前記主電源（１０−１）の出力電圧は、前記複数の副電源（１０−２、１０−３）のいずれの出力電圧よりも低い値に設定される、請求の範囲第１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
7. 前記制御装置は、
   前記回転電機（３２−２）と前記主電源（１０−１）との間に設けられ、前記主電源（１０−１）の出力電圧を前記回転電機（３２−２）の制御電圧範囲に含まれる値に変換して前記回転電機（３２−２）に出力する第１のコンバータ（１２−１）と、
   前記回転電機（３２−２）と前記複数の副電源（１０−２、１０−３）との間に設けられ、前記複数の副電源（１０−２、１０−３）の出力電圧を前記回転電機（３２−２）の制御電圧範囲に含まれる値に変換して前記回転電機（３２−２）に出力する第２のコンバータ（１２−２）とをさらに含み、
   前記ハイブリッド走行制御時における前記回転電機（３２−２）の最適制御電圧範囲の第１の下限値は、前記電気走行制御時における前記回転電機（３２−２）の制御電圧範囲の第２の下限値よりも低く、
   前記主電源（１０−１）の出力電圧は、前記第１の下限値に設定され、
   前記複数の副電源（１０−２、１０−３）の出力電圧は、前記第１の下限値と前記第２の下限値の間の値に設定される、請求の範囲第１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
8. 前記主電源（１０−１）および前記複数の副電源（１０−２、１０−３）の各々の内部には、直列に接続された複数の電池セルが備えられ、
   前記主電源（１０−１）および前記複数の副電源（１０−２、１０−３）の各々は、内部に備えられた電池セルの数に応じた出力電圧を出力し、
   前記主電源（１０−１）には、前記電気走行制御時の走行可能距離を所定の目標距離以上に確保するために必要な電池セルの総数のうち、前記主電源（１０−１）の出力電圧が前記第１の下限値となる数の電池セルが備えられ、
   前記複数の副電源（１０−２、１０−３）には、前記必要な電池セルの総数のうち、前記主電源（１０−１）に備えられた数以外の残余の数の電池セルが前記複数の副電源（１０−２、１０−３）の各々に均等に備えられる、請求の範囲第１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
9. 前記ハイブリッド車両は、車両外部の電源（１９）からの電力を前記主電源（１０−１）および前記複数の副電源（１０−２、１０−３）に充電可能なプラグインハイブリッド車両である、請求の範囲第１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
10. 内燃機関（３６）および回転電機（３２−２）の少なくともいずれかを動力源とするハイブリッド車両の制御装置（８０００）が行なう制御方法であって、前記制御装置（８０００）には、前記回転電機（３２−２）に接続され、前記回転電機（３２−２）と電力を授受可能な主電源（１０−１）と、前記回転電機（３２−２）と電力を授受可能な複数の副電源（１０−２、１０−３）と、前記複数の副電源（１０−２、１０−３）と前記回転電機（３２−２）との間に設けられ、与えられる指令に従って前記複数の副電源（１０−２、１０−３）のいずれか１つを前記回転電機（３２−２）に接続可能に構成された切替装置（１８−２）とが備えられ、
    前記制御方法は、
    前記内燃機関（３６）および前記回転電機（３２−２）の少なくともいずれかの動力で前記ハイブリッド車両を走行させるハイブリッド走行制御、および前記内燃機関（３６）を用いずに前記回転電機（３２−２）の動力で前記ハイブリッド車両を走行させる電気走行制御のいずれかの走行制御を実行するステップと、
    前記ハイブリッド走行制御中は、前記電気走行制御中よりも、前記回転電機（３２−２）に接続される前記複数の副電源（１０−２、１０−３）の数が少なくなるように、前記切替装置を制御するステップとを含む、ハイブリッド車両の制御方法。

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