JP4835383B2 - 電力供給ユニットの制御装置および制御方法、その方法をコンピュータに実現させるためのプログラム、そのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、電力供給ユニットの制御技術に関し、特に、二次電池の定格電圧をコンバータにより昇圧した電力を負荷に供給する電力供給ユニットの制御技術に関する。

バッテリを動力源とするモータの出力により走行する電気自動車や、エンジンの出力とバッテリを動力源とするモータの出力とにより走行するハイブリッド自動車が知られている。モータの動力源であるバッテリは、温度が低いほど内部抵抗が大きくなり入出力特性が低下する。そのため、バッテリ温度が低い場合には、モータへの放電や回生エネルギの充電が十分に行なえなくなり、車両の動力性能や燃費性能が低下する。これらの性能の低下を回避するために、バッテリを早期に暖機して、バッテリの入出力特性を回復させる必要がある。バッテリ温度が低い場合にバッテリを暖機する技術に関して、たとえば、特開２００１−２６８７１５号公報（特許文献１）に開示された技術がある。

この公報に開示されたハイブリッド電気自動車は、エンジンの動力により走行するための手段と、バッテリを動力源としてモータの動力により走行するための手段と、バッテリの温度を検出するためのバッテリ温度検出手段と、バッテリ温度検出手段により検出されたバッテリ温度が予め定められた温度よりも低いときエンジンの動力により走行する駆動力を予め定められた値だけ減らした値を指令値とするためのエンジン出力指令手段と、モータの動力により走行する駆動力を予め定められた値だけ増やした値を指令値とするためのモータ出力指令手段と、エンジン出力指令値とモータ出力指令値に基づきバッテリに放電指令を与えるための放電指令手段とを含む。

この公報に開示されたハイブリッド電気自動車によると、バッテリ温度が予め定められた温度よりも低いと、モータ出力指令値が増やされる。そのため、バッテリ温度が予め定められた温度よりも高い場合に比べて、バッテリからの放電電力をより高くして、バッテリを暖機することができる。さらに、モータ出力指令値が増やされることに伴って、エンジン出力指令値が減らされる。そのため、車両の走行にはなんら影響を与えることなく、バッテリの入出力特性を改善することができる。
特開２００１−２６８７１５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたハイブリッド電気自動車において、バッテリ温度が低い場合、上述のように、バッテリの出力特性が低下する。そのため、実際には、バッテリ低温時においてバッテリの放電電力が制限され、バッテリを早期に暖機することができない場合がある。さらに、バッテリ低温時において放電が長時間継続されると、バッテリが過放電となり著しく劣化するおそれがある。

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、二次電池とコンバータとを備えた電力供給ユニットにおいて、二次電池の過放電による劣化を抑制しつつ、低温の二次電池を早期に暖機することができる電力供給ユニットの制御装置および制御方法、その方法をコンピュータに実現させるためのプログラム、そのプログラムを記録した記録媒体を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、負荷に電力を供給する二次電池と、負荷と二次電池との間に設けられ、スイッチング素子のオンオフにより入力電圧を変圧して出力するコンバータとを備えた電力供給ユニットを制御する。この制御装置は、負荷に要求される出力を算出するための手段と、要求される出力に基づいて、コンバータによる変圧が必要であるか否かを判断するための変圧判断手段と、二次電池の温度を検出するための手段と、二次電池の温度が予め定められた温度以下であるか否かを判断するための温度判断手段と、変圧判断手段により変圧が必要でないと判断され、かつ温度判断手段により二次電池の温度が予め定められた温度以下であると判断されると、コンバータを作動するように制御するための制御手段とを含む。第６の発明に係る制御方法は、第１の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第１または６の発明によると、二次電池の定格電圧がコンバータにより変圧されて負荷に供給される。二次電池は、低温の場合に出力特性が低下するため、負荷への電力供給を十分に行なえない場合がある。そのため、二次電池を早期に暖機して、二次電池の入出力特性を回復させる必要がある。そこで、負荷に要求される出力が低くコンバータによる変圧が必要ないと判断された場合であっても、二次電池が予め定められた温度以下の低温である場合には、コンバータが作動される。たとえば、二次電池の定格電圧を最大昇圧値に昇圧するようにコンバータが作動される。コンバータを作動すると、スイッチング素子のオンオフに起因して、直流成分に交流成分が重畳した電流（リプル電流）が発生し、二次電池には、直流成分に交流成分が重畳した充放電電流が流れる。そのため、充放電電流の直流成分が小さい場合であっても、交流成分によって二次電池内部での発熱を促進して、二次電池をより早期に暖機することができる。さらに、充放電電流の直流成分より交流成分が大きくなるようにコンバータが制御された場合には、スイッチング素子がオンオフされるたびに、充放電が繰返される。そのため、放電が長時間継続されることによる過放電を防止することができる。その結果、二次電池とコンバータとを備えた電力供給ユニットにおいて、二次電池の過放電による劣化を抑制しつつ、低温の二次電池を早期に暖機することができる電力供給ユニットの制御装置および制御方法を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、変圧判断手段は、コンバータによる昇圧が必要であるか否かを判断するための手段を含む。制御装置は、変圧判断手段により昇圧が必要であると判断されると、二次電池の定格電圧を要求される出力に応じた値に昇圧するように、コンバータを制御するための手段をさらに含む。制御手段は、定格電圧を予め定められた値に昇圧するように、コンバータを制御するための手段を含む。第７の発明に係る制御方法は、第２の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第２または７の発明によると、変圧判断手段による昇圧が必要であると判断されると、二次電池の定格電圧は負荷から要求される出力に応じた値に昇圧される。一方、変圧判断手段による変圧が必要ないと判断され、かつ二次電池が低温である場合には、二次電池の定格電圧が予め定められた値に昇圧される。これにより、負荷に要求される出力の大きさに関わらず、二次電池からの放電電流の交流成分の大きさを予め定められた値にすることができる。そのため、たとえば、放電電流の交流成分の大きさが最大となるように、二次電池の定格電圧を最大昇圧値に昇圧して、二次電池をより早期に暖機することができる。

第３の発明に係る制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、予め定められた値は、コンバータにおける最大昇圧値である。第８の発明に係る制御方法は、第３の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第３または８の発明によると、二次電池の定格電圧は、コンバータにおける最大昇圧値に昇圧される。このとき、放電電流の交流成分の振幅は最大となり、二次電池内部で発生するジュール熱が最大となる。そのため、二次電池を最短時間で暖機させることができる。

第４の発明に係る制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、電力供給ユニットは、コンバータと負荷との間に設けられ、入力電流を変換して出力するインバータをさらに含む。制御装置は、要求される出力に基づいて、負荷から要求される電力を算出するための手段と、コンバータの出力電圧を検出するための手段と、要求される電力と出力電圧とに基づいて、要求される電力が負荷に供給されるように、インバータにより変換される電流を制御するための手段とをさらに含む。第９の発明に係る制御方法は、第４の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第４または９の発明によると、たとえば、二次電池が低温でありコンバータにより最大昇圧されると、インバータで変換される電流値が小さくされる。そのため、バッテリを暖機するためにコンバータにより昇圧しつつ、要求に応じた電力を負荷に供給することができる。

第５の発明に係る制御装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、電力供給ユニットは、車両に搭載される。負荷は、二次電池の電力により車両の駆動力を発生するとともに、車両の制動時に回生電力を発生する回転電機である。第１０の発明に係る制御方法は、第５の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第５または１０の発明によると、車両に要求される駆動力が低く回転電機から要求される電力が低い場合でも、二次電池が低温の場合には、コンバータの昇圧により二次電池が早期に暖機される。これにより、二次電池の入出力特性をより早期に回復させて、車両の駆動力を回転電機に十分に出力させるとともに、車両の制動時に回転電機が発生する回生電力をより多く回収することができる。

第１１の発明に係るプログラムは、第６〜１０のいずれかの発明に係る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である。第１２の発明に係る記録媒体は、第６〜１０のいずれかの発明に係る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コンピュータ読み取り可能に記録した記録媒体である。

第１１または１２の発明によると、コンピュータ（汎用でも専用でもよい）を用いて、第６〜１０のいずれかの発明に係る制御方法を実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係る電力供給ユニットの制御装置が搭載された車両について説明する。この車両は、バッテリ１００と、インバータ２００と、モータジェネレータ（ＭＧ）３００と、平滑コンデンサ４００と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６００と、昇圧コンバータ８００とを含む。なお、本発明の実施の形態に係る電力供給ユニットは、バッテリ１００、昇圧コンバータ８００、平滑コンデンサ４００、およびインバータ２００で構成され、ＭＧ３００にバッテリ１００の電力を供給する。

バッテリ１００は、複数のセルを直列に接続したモジュールをさらに複数直列に接続した組電池である。バッテリ１００は、低温であるほど、内部抵抗が大きくなり入出力特性が低下する。

インバータ２００は、６つのＩＧＢＴ（Ｉnsulated Gate Bipolar Transistor）と、ＩＧＢＴのエミッタ側からコレクタ側に電流を流すように、各ＩＧＢＴにそれぞれ並列に接続された６つのダイオードとを含む。インバータ２００は、ＥＣＵ６００からの制御信号に基づいて、ＭＧ３００をモータまたはジェネレータとして機能させる。

インバータ２００は、ＭＧ３００をモータとして機能させる場合、バッテリ１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、ＭＧ３００に供給する。インバータ２００は、各ＩＧＢＴのゲートをオン／オフ（通電／遮断）してＭＧ３００に供給する電力（電流の大きさ）を制御することにより、ＭＧ３００がＥＣＵ６００からの制御信号で要求される出力状態になるように制御する。

インバータ２００は、ＭＧ３００をジェネレータとして機能させる場合、ＭＧ３００が発電した交流電力を直流電力に変換し、バッテリ１００に充電する。インバータ２００は、各ＩＧＢＴのゲートをオン／オフしてＭＧ３００が発電する回生電力（回生電流の大きさ）を制御することにより、ＥＣＵ６００からの制御信号で要求される回生制動力（回生トルク）が車両に作用するように制御する。

ＭＧ３００は、三相交流モータであるとともに、車両の回生制動時に発電するジェネレータである。ＭＧ３００の回転軸は、最終的には車両のドライブシャフト（図示せず）に接続される。車両は、ＭＧ３００からの駆動力により走行する。

平滑コンデンサ４００は、インバータ２００と並列に接続されている。平滑コンデンサ４００は、バッテリ１００から供給された電力、またはインバータ２００から供給された電力を平滑化するため、電荷を一旦蓄積する。平滑化された電力は、インバータ２００またはバッテリ１００に供給される。

昇圧コンバータ８００は、ＥＣＵ６００に接続され、バッテリ１００と平滑コンデンサ４００との間に設けられる。昇圧コンバータ８００は、第１スイッチング素子（ＳＷ（１））８１０と、第２スイッチング素子（ＳＷ（２））８２０と、ＳＷ（１）８１０およびＳＷ（２）８２０にそれぞれ並列に接続されるダイオード８１２および８２２と、電流変化を妨げるリアクトル８３０と、コンデンサ８４０とから構成される。

ＳＷ（１）８１０およびＳＷ（２）８２０は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりオン／オフ（スイッチング）されるＩＧＢＴである。

ＥＣＵ６００からの制御信号によりＳＷ（１）８１０およびＳＷ（２）８２０がオン／オフされると、昇圧コンバータ８００の出力電圧値ＶＨは、入力電圧値ＶＬ（通常はバッテリ１００の定格電圧値ＶＢ）を昇圧させた値となる。

ＥＣＵ６００からの制御信号が停止されてＳＷ（１）８１０およびＳＷ（２）８２０のオン／オフが停止されると、昇圧コンバータ８００の出力電圧値ＶＨは、入力電圧値ＶＬのままとなる。

ＥＣＵ６００には、バッテリ温度センサ１０２、第１電圧計８０２、第２電圧計８０４、車速センサ７０２、アクセル開度センサ７０４、およびブレーキ踏力センサ７０６が接続される。

バッテリ温度センサ１０２は、バッテリ１００の温度を検出し、バッテリ温度を表わす信号をＥＣＵ６００に送信する。第１電圧計８０２は、昇圧コンバータ８００の入力電圧値ＶＬを検出し、入力電圧値ＶＬを表わす信号をＥＣＵ６００に送信する。第２電圧計８０４は、昇圧コンバータ８００の出力電圧値ＶＨを検出し、出力電圧値ＶＨを表わす信号をＥＣＵ６００に送信する。

車速センサ７０２は、車速を検出し、車速を表わす信号をＥＣＵ６００に送信する。アクセル開度センサ７０４は、車両の運転者によるアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出し、アクセル開度を表わす信号をＥＣＵ６００に送信する。ブレーキ踏力センサ７０６は、車両の運転者によるブレーキ踏力を検出し、ブレーキ踏力を表わす信号をＥＣＵ６００に送信する。

ＥＣＵ６００は、車速センサ７０２、アクセル開度センサ７０４およびブレーキ踏力センサ７０６等の各センサから送信される信号などに基づいて、ＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶されたプログラムを実行する。このプログラムにより、インバータ２００や昇圧コンバータ８００等が制御されて、車両は所望の状態で走行するように制御される。このプログラムは記録媒体に記録されて市場を流通する場合もある。

また、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００の温度やＳＯＣ（State Of Charge）をパラメータとするマップなどに基づいて、バッテリ１００への充電電力制限値（充電される電力の最大値）ＷＩＮおよび放電電力制限値（放電される電力の最大値）ＷＯＵＴを算出する。充電電力制限値ＷＩＮおよび放電電力制限値ＷＯＵＴは、バッテリ１００が低温であるほど（すなわちバッテリ１００の入出力特性が低下しているほど）小さな値となるように算出される。ＥＣＵ６００は、バッテリ１００の充放電電力を充電電力制限値ＷＩＮおよび放電電力制限値ＷＯＵＴに制限するように、インバータ２００および昇圧コンバータ８００を制御する。これにより、バッテリ１００の過放電や過充電が防止される。

図２を参照して、昇圧コンバータ８００を流れる電流について説明する。ＳＷ（１）８１０およびＳＷ（２）８２０は、ＥＣＵ６００からの制御信号により、たとえば１０ＫＨｚ程度の高周波数でスイッチングされ、図２に示すように、オン／オフが互いに異なるように制御される。

ＳＷ（２）８２０がオン（ＳＷ（１）８１０がオフ）されることより、バッテリ１００からの電流がリアクトル８３０に充電され、リアクトル８３０内の電圧が上昇される。ＳＷ（２）８２０をオフ（ＳＷ（１）８１０がオン）されると、リアクトル８３０内に昇圧された電力がインバータ２００に放電される。

このようなリアクトル８３０の充電と放電とが繰返されることにより、リアクトル８３０を流れる電流Ｉ（Ｌ）は、図２に示すように、直流成分ＩＬ（ＤＣ）に交流成分ＩＬ（ＡＣ）が重畳した電流（電流）となる。交流成分ＩＬ（ＡＣ）の振幅値Ａ（Ｌ）は、昇圧コンバータ８００の出力電圧値ＶＨが大きいほど大きな値となる。

図３を参照して、本実施の形態に係る電力供給ユニットの制御装置の機能ブロック図について説明する。図３に示すように、この制御装置は、要求トルク値算出部６１０と、要求電力値算出部６２０と、要求トルク値算出部６１０に接続される昇圧判断部６３０と、暖機判断部６４０と、昇圧判断部６３０と暖機判断部６４０とに接続されるコンバータ指令部６５０と、要求電力値算出部６２０とコンバータ指令部６５０とに接続されるインバータ指令部６６０とを含む。

要求トルク値算出部６１０は、車速センサ７０２、アクセル開度センサ７０４およびブレーキ踏力センサ７０６等の各センサから送信される信号やＲＯＭに記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、ＭＧ３００に要求されるトルク値（要求トルク値）Ｔ（ＭＧ）を算出する。

要求電力値算出部６２０は、車速センサ７０２、アクセル開度センサ７０４およびブレーキ踏力センサ７０６等の各センサから送信される信号やＲＯＭに記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、ＭＧ３００から要求される電力値（要求電力値）Ｐ（ＭＧ）を算出する。

昇圧判断部６３０は、要求トルク値Ｔ（ＭＧ）に基づいて、バッテリ１００の定格電圧ＶＢを昇圧した電力をＭＧ３００に供給する必要があるか否かを判断する。

暖機判断部６４０は、バッテリ温度計１０２からの信号に基づいて、バッテリ１００を暖機する必要があるか否かを判断する。

コンバータ指令部６５０は、要求トルク値Ｔ（ＭＧ）および暖機判断部６３０の判断結果に応じた出力電圧値ＶＨとなるような指令（制御信号）を、昇圧コンバータ８００に出力する。

インバータ指令部６６０は、要求電力値Ｐ（ＭＧ）および出力電圧値ＶＨに基づいて、インバータ２００に指令（制御信号）を出力する。

このような機能ブロックを有する本実施の形態に係る制御装置は、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、ＥＣＵに含まれるＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリとメモリから読み出されてＣＰＵで実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアで実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。以下においては、ソフトウェアとして制御装置を実現した場合を説明する。なお、このようなプログラムを記録した記録媒体についても本発明の一態様である。

図４を参照して、本実施の形態に係る電力供給ユニットの制御装置であるＥＣＵ６００が実行す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、ＥＣＵ６００は、車速センサ７０２、アクセル開度センサ７０４およびブレーキ踏力センサ７０６等の各センサから送信される信号などに基づいて、要求トルク値Ｔ（ＭＧ）を算出する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ６００は、車速センサ７０２、アクセル開度センサ７０４およびブレーキ踏力センサ７０６等の各センサから送信される信号などに基づいて、要求電力値Ｐ（ＭＧ）を算出する。なお、ＥＣＵ６００は、要求トルク値Ｔ（ＭＧ）に基づいて、要求電力値Ｐ（ＭＧ）を算出するようにしてもよい。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ６００は、要求トルク値Ｔ（ＭＧ）に基づいて、バッテリ１００の定格電圧値ＶＢを昇圧した電力をＭＧ３００に供給する必要があるか否かを判断する。ＥＣＵ６００は、たとえば、要求トルク値Ｔ（ＭＧ）が予め定められたしきい値より大きい場合に、昇圧した電力を供給する必要があると判断する。なお、ＥＣＵ６００は、要求電力値Ｐ（ＭＧ）に基づいて、バッテリ１００の定格電圧値ＶＢを昇圧した電力をＭＧ３００に供給する必要があるか否かを判断するようにしてもよい。昇圧した電力を供給する必要があると（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、ＥＣＵ６００は、出力電圧値ＶＨが、要求トルク値Ｔ（ＭＧ）に応じた値ＶＨ（ＭＧ）となるように、昇圧コンバータ８００に昇圧指令を出力する。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ１００を暖機する必要があるか否かを判断する。ＥＣＵ６００は、たとえば、バッテリ温度計１０２から送信されるバッテリ温度が予め定められた温度以下である場合に、バッテリ１００を暖機する必要があると判断する。暖機する必要があると（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。そうでないと（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ６００は、出力電圧値ＶＨが、最大電圧値ＶＨ（ＭＡＸ）になるように、昇圧コンバータ８００に昇圧指令を出力する。

Ｓ１１２にて、ＥＣＵ６００は、出力電圧値ＶＨが、バッテリ１００の定格電圧値ＶＢとなるように、昇圧コンバータ８００への指令を停止する。

Ｓ１１４にて、ＥＣＵ６００は、出力電圧値ＶＨと要求電力値Ｐ（ＭＧ）とに基づいて、インバータ２００で変換する電流値Ｉ（ＩＮ）を算出する。たとえば、ＥＣＵ６００は、要求電力値Ｐ（ＭＧ）を出力電圧値ＶＨで除算した値を電流値Ｉ（ＩＮ）として算出する。

Ｓ１１６にて、ＥＣＵ６００は、インバータ２００で電流値Ｉ（ＩＮ）の大きさの電流が変換されるように、インバータ２００に変換指令を出力する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ６００により制御される電力供給ユニットの動作について説明する。

車両の運転が開始さると、ＭＧ３００の要求トルク値Ｔ（ＭＧ）および要求電力値Ｐ（ＭＧ）が算出される（Ｓ１００、Ｓ１０２）。

ところで、バッテリ１００の温度が低いと、バッテリ１００に内部抵抗が大きくなり入出力特性が低下する。そのため、放電電力制限値ＷＯＵＴが小さな値となる。これにより、要求トルク値Ｔ（ＭＧ）が高い場合であっても、バッテリ１００からの放電を十分に行なえない場合がある。また、ＭＧ３００が大きな回生電力を発生した場合であっても、バッテリ１００への充電を十分に行なえない場合がある。

そこで、要求トルク値Ｔ（ＭＧ）が予め定められたしきい値より小さく、バッテリ１００の定格電圧値ＶＢを昇圧した電力を供給する必要がないと判断された場合（Ｓ１０４にてＮＯ）であっても、バッテリ温度が予め定められた温度以下であると、バッテリ１００を暖機する必要があると判断され（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、昇圧コンバータ８００の出力電圧値ＶＨが、最大電圧値ＶＨ（ＭＡＸ）に制御される（Ｓ１１０）。

これにより、リアクトル８３０を流れる電流Ｉ（Ｌ）は、上述したように、直流成分ＩＬ（ＤＣ）に交流成分ＩＬ（ＡＣ）が重畳した電流となる。このリアクトル８３０を流れる電流Ｉ（Ｌ）がコンデンサ８４０を経由してバッテリ１００に流れる。その結果、バッテリ１００を流れる電流Ｉ（Ｂ）は、図５に示すように、直流成分ＩＢ（ＤＣ）に交流成分ＩＢ（ＡＣ）が重畳した電流となる。

直流成分ＩＢ（ＤＣ）に加えて交流成分ＩＢ（ＡＣ）によってバッテリ１００内部での発熱が促進される。そのため、図６に示すように、直流成分ＩＢ（ＤＣ）のみの場合（すなわち昇圧コンバータ８００による昇圧を行なわない場合）に比べて、バッテリ１００をより早期に暖機することができる。

これにより、その後に要求トルク値Ｔ（ＭＧ）が高くなった場合やＭＧ３００が大きな回生電力を発生した場合に備えて、バッテリ１００の入出力特性をより早期に回復して、車両の動力性能や回生電力の回収率が低下することを抑制することができる。

また、出力電圧値ＶＨが最大電圧値ＶＨ（ＭＡＸ）に昇圧されておりリアクトル８３０を流れる電流Ｉ（Ｌ）の振幅Ａ（Ｌ）が最大となる。そのため、バッテリ１００を流れる電流Ｉ（Ｂ）の交流成分ＩＢ（ＡＣ）の振幅Ａ（Ｂ）も最大となり、バッテリ１００内部で発生するジュール熱が最大となる。これにより、バッテリ１００を最短時間で暖機させることができる。

さらに、図６に示すように、バッテリ１００を流れる電流Ｉ（Ｂ）の直流成分ＩＢ（ＤＣ）よりも交流成分ＩＢ（ＡＣ）の振幅Ａ（Ｂ）が大きいと、ＳＷ（１）８１０およびＳＷ（２）８２０がオン／オフされるたびに、バッテリ１００の充放電が繰返される。そのため、バッテリ１００の低温時において、放電が長時間継続されることによる過放電を防止することができる。

インバータ２００で変換される電流値Ｉ（ＩＮ）は、要求電力値Ｐ（ＭＧ）を出力電圧値ＶＨで除算した値に制御される（Ｓ１１４、Ｓ１１６）。すなわち、出力電圧値ＶＨが昇圧されたことに応じて、インバータ２００で変換される電流値Ｉ（ＩＮ）が小さく制御される。そのため、ＭＧ３００には、要求電力値Ｐ（ＭＧ）の電力が供給される。

以上のように、本実施の形態に係る電力制御ユニットの制御装置によれば、モータジェネレータの要求トルクが小さく、バッテリの定格電圧を昇圧した電力をモータジェネレータに供給する必要がない場合であっても、バッテリ温度が低い場合には、最大昇圧値で昇圧するように昇圧コンバータが制御される。これにより、バッテリに交流成分を含む電流が流れるため、バッテリ内部での発熱がより促進される。さらに、バッテリを流れる電流の直流成分よりも交流成分の振幅が大きいと、昇圧コンバータのスイッチング素子がオン／オフされるたびに、バッテリの充放電が繰返される。そのため、放電が長時間継続されることによる過放電を防止することができる。これにより、バッテリの過放電による劣化を抑制しつつ、バッテリをより早期に暖機することができる。

なお、本実施の形態においては、交流成分がバッテリ１００の放電電流に含まれる場合について説明したが、本発明に係る電力制御ユニットの制御装置において、交流成分が含まれる電流がバッテリ１００の放電電流であることに限定されない。すなわち、交流成分がバッテリ１００の充電電流に含まれる場合であっても、バッテリをより早期に暖機するこができる。

＜第１の変形例＞
上述した実施の形態においては、バッテリ１００からの電力のみをＭＧ３００に供給する電力供給ユニットについて説明したが、本発明に係る制御装置が適用できる電力供給ユニットはこれに限定されない。

たとえば、図７に示すように、第１の実施の形態に係る電力供給ユニットと比べて、平滑コンデンサ４００とインバータ２００との間にバッテリ１００と並列に接続され、水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電する燃料電池２０１０を含む電力供給ユニットにも、本発明に係る制御装置が適用できる。

このような電力供給ユニットにおいては、バッテリ１００の電力と燃料電池２０１０の電力とを、ＭＧ３００の負荷に応じて最適に制御することが可能である。たとえば、ＭＧ３００の要求トルク値Ｔ（ＭＧ）が低い場合には、燃料電池２０１０からの電力のみをＭＧ３００に供給し、ＭＧ３００の要求トルク値Ｔ（ＭＧ）が高く燃料電池２０１０の電力だけでは不足する場合には、バッテリ１００の電力が補充される。

このようにバッテリ１００の電力が必要になる場合に備えて、要求トルク値Ｔ（ＭＧ）が低い場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）であっても、バッテリ温度が低温であると（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、昇圧するように昇圧コンバータ８００が制御される（Ｓ１１０）。これにより、バッテリ１００を早期に暖機して、ＭＧ３００の要求トルク値Ｔ（ＭＧ）が高くなったときに、バッテリ１００の電力を十分に補充することができる。

なお、燃料電池２０１０の代わりに、たとえば、バッテリ１００よりも入出力特性が優れるキャパシタを備えてもよい。この場合であっても、バッテリ１００を早期に暖機して、バッテリ１００の入出力特性を早期に回復させることができる。

＜第２の変形例＞
上述した実施の形態においては、電力供給ユニットの制御装置が搭載される車両が、ＭＧ３００からの駆動力のみにより走行する電気自動車として説明したが、本発明に係る電力供給ユニットが搭載される車両は、電気自動車に限定されない。たとえば、図８に示すように、ハイブリッド車両であってもよい。

このハイブリッド車両は、第１の実施の形態に係る車両と比べて、インバータ２００とＭＧ３００とに代えて、エンジン１０００と、ＭＧ（１）１３００と、ＭＧ（２）１３１０と、エンジン１０００とＭＧ（１）１３００とＭＧ（２）１３１０とに接続される動力分割機構１４００と、ＭＧ（１）１３００に接続されるインバータ（１）１２００と、ＭＧ（２）１３１０に接続されるインバータ（２）１２１０と、減速機１０４０と、ドライブシャフト１０５０と、駆動輪１０６０とを含む。

この車両は、エンジン１０００およびＭＧ（２）１３１０の少なくともいずれか一方からの動力が、減速機１０４０およびドライブシャフト１０５０を経由して駆動輪１０６０に伝達されることにより走行する。エンジン１０００が発生する動力は、動力分割機構１４００により２経路に分割される。一方は減速機１０４０およびドライブシャフト１０５０を介して駆動輪１０６０を駆動する経路である。もう一方は、ＭＧ（１）１３００を駆動させて発電する経路である。

このような車両において、ＭＧ（１）１３００およびＭＧ（２）１３１０の要求トルクが低い場合であっても、バッテリ温度が低温であると（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、昇圧するように昇圧コンバータ８００が制御される（Ｓ１１０）。これにより、ＭＧ（１）１３００およびＭＧ（２）１３１０の要求トルクが高くなるときに備えて、バッテリ１００を早期に暖機することができる。

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。

本発明の実施の形態に係る電力供給ユニットの制御装置が搭載される車両の構造を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給ユニットを構成するコンバータを流れる電流を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給ユニットの制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給ユニットの制御装置であるＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る電力供給ユニットを構成するバッテリを流れる電流を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給ユニットを構成するバッテリの温度の時間変化を示す図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係る電力供給ユニットの制御装置が搭載される車両の構造を示す図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例に係る電力供給ユニットの制御装置が搭載される車両の構造を示す図である。

符号の説明

１００ バッテリ、１０２ バッテリ温度計、２００ インバータ、３００ モータジェネレータ、４００ 平滑コンデンサ、６００ ＥＣＵ、８００ 昇圧コンバータ、８０２ 第１電圧計、８０４ 第２電圧計、８１０ 第１スイッチング素子、８２０ 第２スイッチング素子、８１２，８２２ ダイオード、８３０ リアクトル、８４０ コンデンサ、７０２ 車速センサ、７０４ アクセル開度センサ、７０６ ブレーキ踏力センサ、１０００ エンジン、１３００ ＭＧ（１）、１３１０ ＭＧ（２）、１４００ 動力分割機構、１２００ インバータ（１）、１２１０ インバータ（２）、１０４０ 減速機、１０５０ ドライブシャフト、１０６０ 駆動輪、２０１０ 燃料電池。

Claims (12)

1. 負荷に電力を供給する二次電池と、前記負荷と前記二次電池との間に設けられ、スイッチング素子のオンオフにより入力電圧を変圧して出力するコンバータとを備えた電力供給ユニットの制御装置であって、
   前記負荷に要求される出力を算出するための手段と、
   前記要求される出力に基づいて、前記コンバータによる変圧が必要であるか否かを判断するための変圧判断手段と、
   前記二次電池の温度を検出するための手段と、
   前記二次電池の温度が予め定められた温度以下であるか否かを判断するための温度判断手段と、
   前記変圧判断手段により前記変圧が必要でないと判断され、かつ前記温度判断手段により前記二次電池の温度が予め定められた温度以下であると判断されると、前記コンバータを作動するように制御するための制御手段とを含む、電力供給ユニットの制御装置。
2. 前記変圧判断手段は、前記コンバータによる昇圧が必要であるか否かを判断するための手段を含み、
   前記制御装置は、前記変圧判断手段により前記昇圧が必要であると判断されると、前記二次電池の定格電圧を前記要求される出力に応じた値に昇圧するように、前記コンバータを制御するための手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記定格電圧を予め定められた値に昇圧するように、前記コンバータを制御するための手段を含む、請求項１に記載の電力供給ユニットの制御装置。
3. 前記予め定められた値は、前記コンバータにおける最大昇圧値である、請求項２に記載の電力供給ユニットの制御装置。
4. 前記電力供給ユニットは、前記コンバータと前記負荷との間に設けられ、入力電流を変換して出力するインバータをさらに含み、
   前記制御装置は、
   前記要求される出力に基づいて、前記負荷から要求される電力を算出するための手段と、
   前記コンバータの出力電圧を検出するための手段と、
   前記要求される電力と前記出力電圧とに基づいて、前記要求される電力が前記負荷に供給されるように、前記インバータにより変換される電流を制御するための手段とをさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の電力供給ユニットの制御装置。
5. 前記電力供給ユニットは、車両に搭載され、
   前記負荷は、前記二次電池の電力により前記車両の駆動力を発生するとともに、前記車両の制動時に回生電力を発生する回転電機である、請求項１〜４のいずれかに記載の電力供給ユニットの制御装置。
6. 負荷に電力を供給する二次電池と、前記負荷と前記二次電池との間に設けられ、スイッチング素子のオンオフにより入力電圧を変圧して出力するコンバータとを備えた電力供給ユニットの制御方法であって、
   前記負荷に要求される出力を算出するステップと、
   前記要求される出力に基づいて、前記コンバータによる変圧が必要であるか否かを判断する変圧判断ステップと、
   前記二次電池の温度を検出するステップと、
   前記二次電池の温度が予め定められた温度以下であるか否かを判断する温度判断ステップと、
   前記変圧判断ステップにより前記変圧が必要でないと判断され、かつ前記温度判断ステップにより前記二次電池の温度が予め定められた温度以下であると判断されると、前記コンバータを作動するように制御する制御ステップとを含む、電力供給ユニットの制御方法。
7. 前記変圧判断ステップは、前記コンバータによる昇圧が必要であるか否かを判断するステップを含み、
   前記制御方法は、前記変圧判断ステップにより前記昇圧が必要であると判断されると、前記二次電池の定格電圧を前記要求される出力に応じた値に昇圧するように、前記コンバータを制御するステップをさらに含み、
   前記制御ステップは、前記定格電圧を予め定められた値に昇圧するように、前記コンバータを制御するステップを含む、請求項６に記載の電力供給ユニットの制御方法。
8. 前記予め定められた値は、前記コンバータにおける最大昇圧値である、請求項７に記載の電力供給ユニットの制御方法。
9. 前記電力供給ユニットは、前記コンバータと前記負荷との間に設けられ、入力電流を変換して出力するインバータをさらに含み、
   前記制御方法は、
   前記要求される出力に基づいて、前記負荷から要求される電力を算出するステップと、
   前記コンバータの出力電圧を検出するステップと、
   前記要求される電力と前記出力電圧とに基づいて、前記要求される電力が前記負荷に供給されるように、前記インバータにより変換される電流を制御するステップとをさらに含む、請求項６〜８のいずれかに記載の電力供給ユニットの制御方法。
10. 前記電力供給ユニットは、車両に搭載され、
    前記負荷は、前記二次電池の電力により前記車両の駆動力を発生するとともに、前記車両の制動時に回生電力を発生する回転電機である、請求項６〜９のいずれかに記載の電力供給ユニットの制御方法。
11. 請求項６〜１０のいずれか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。
12. 請求項６〜１０のいずれか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コンピュータ読み取り可能に記録した記録媒体。

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