(57)【要約】  負荷（１０）に電力を供給する電源システム（２０）は、第１の蓄電装置（１００）と、第２の蓄電装置（１５０）と、負荷（１０）に対して入出力される電力を伝達するための電力線（ＨＰＬ）と、第１の蓄電装置（１００）と電力線（ＨＰＬ）との間で双方向の直流電圧変換を実行するためのコンバータ（１１０）と、第２の蓄電装置（１５０）と電力線（ＨＰＬ）との間に接続された開閉器（ＲＬ１）とを備える。制御装置（３００）は、開閉器（ＲＬ１）のオフ時には、電力線（ＨＰＬ）の電圧値が電圧指令値となるようにコンバータ（１１０）を電圧制御する一方で、開閉器（ＲＬ１）のオン時には、第１の蓄電装置（１００）の電流値が電流指令値となるように前記コンバータ（１１０）を電流制御する。
2013046314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷（１０）に電力を供給する電源システム（２０）であって、
第１の蓄電装置（１００）と、
第２の蓄電装置（１５０）と、
前記負荷（１０）に対して入出力される電力を伝達するための電力線（ＨＰＬ）と、
前記第１の蓄電装置（１００）と前記電力線（ＨＰＬ）との間で双方向の直流電圧変換を実行するためのコンバータ（１１０）と、
前記第２の蓄電装置（１５０）と前記電力線（ＨＰＬ）との間に接続された開閉器（ＲＬ１）と、
前記開閉器（ＲＬ１）のオンオフおよび前記コンバータ（１１０）を制御する制御装置（３００）とを備え、
前記制御装置（３００）は、前記開閉器（ＲＬ１）のオフ時には、前記電力線（ＨＰＬ）の電圧値が電圧指令値となるように前記コンバータ（１１０）を電圧制御する一方で、前記開閉器（ＲＬ１）のオン時には、前記第１の蓄電装置（１００）の電流値が電流指令値となるように前記コンバータ（１１０）を電流制御する、電源システム。
【請求項２】
前記制御装置（３００）は、
前記負荷（１０）の動作状態に応じて、前記開閉器（ＲＬ１）のオンオフを切替える切替部と、
前記電圧指令値に対する前記電力線（ＨＰＬ）の電圧値の偏差を積分する積分要素を少なくとも含む電圧フィードバック制御要素（２４）の出力に応じて、前記コンバータ（１１０）を電圧制御する電圧制御部と、
前記電流指令値に対する前記第１の蓄電装置（１００）の電流値の偏差を積分する積分要素を少なくとも含む電流フィードバック制御要素（１６）の出力に応じて、前記コンバータ（１１０）を電流制御する電流制御部とを含み、
前記電圧制御部は、前記開閉器（ＲＬ１）をオンからオフに切替えるときには、前記電圧フィードバック制御要素（２４）における積分要素の初期値として、前記電流フィードバック制御要素（１６）における積分要素の出力を、前記電流制御部から引き継ぐ、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記電流制御部は、前記開閉器（ＲＬ１）をオフからオンに切替えるときには、前記電流フィードバック制御要素（１６）における積分要素の初期値として、前記電圧フィードバック制御要素（２４）における積分要素の出力を、前記電圧制御部から引き継ぐ、請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記電圧制御部は、
前記電圧指令値に対する前記電力線（ＨＰＬ）の電圧値の偏差を比例積分演算し、算出した制御量を前記電流指令値として出力する電圧制御演算部（４４０）と、
前記電圧制御演算部（４４０）から出力される前記電流指令値に対する前記第１の蓄電装置（１００）の電流値の偏差を比例積分演算し、算出した制御量を前記コンバータ（１１０）へのデューティ比指令値として出力する電流制御演算部（４４２）とを含み、
前記電流制御演算部（４４２）は、前記開閉器（ＲＬ１）のオン時には、前記電圧制御演算部（４４０）から出力される前記電流指令値に代えて、前記第１の蓄電装置（１００）が分担すべき電力目標値に応じて設定された前記電流指令値を受けるように構成されることにより、前記電流制御部として機能する、請求項２または３に記載の電源システム。
【請求項５】
前記負荷（１０）は、前記電源システム（２０）から供給される電力を受けて車両駆動力を発生する電動機（ＭＧ２）を含み、
前記電圧制御部は、前記電動機（ＭＧ２）のトルクおよび回転数に応じて前記電力線（ＨＰＬ）の必要最低電圧を算出するとともに、前記必要最低電圧以上の範囲で前記電圧指令値を設定し、
前記電流制御部は、前記電動機（ＭＧ２）のトルクおよび回転数に応じて前記電動機（ＭＧ２）の必要電力を算出するとともに、前記電動機（ＭＧ２）の必要電力に応じて前記第１の蓄電装置（１００）が分担すべき電力目標値を決定し、かつ、前記電力目標値を前記第１の蓄電装置（１００）の電圧で除算することにより記電流目標値を設定する、請求項１に記載の電源システム。
【請求項６】
負荷（１０）に電力を供給する電源システム（２０）の制御方法であって、
前記電源システム（２０）は、
第１の蓄電装置（１００）と、
第２の蓄電装置（１５０）と、
前記負荷（１０）に対して入出力される電力を伝達するための電力線（ＨＰＬ）と、
前記第１の蓄電装置（１００）と前記電力線（ＨＰＬ）との間で双方向の直流電圧変換を実行するためのコンバータ（１１０）と、
前記２の蓄電装置（１５０）と前記電力線（ＨＰＬ）との間に接続された開閉器（ＲＬ１）とを含み、
前記制御方法は、
前記開閉器（ＲＬ１）のオフ時には、前記電力線（ＨＰＬ）の電圧値が電圧指令値となるように前記コンバータ（１１０）を電圧制御するステップと、
前記開閉器（ＲＬ１）のオン時には、前記第１の蓄電装置（１００）の電流値が電流指令値となるように前記コンバータ（１１０）を電流制御するステップとを備える、電源システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、複数の蓄電装置を搭載した電源システムの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両に適用される電源システムにおいては、車載される蓄電装置の出力電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換装置を、蓄電装置の出力電圧を昇圧可能なコンバータと、コンバータの出力直流電圧を交流電圧に変換してモータに印加するインバータとの組合せにより構成することが採用されている。【０００３】
特開２００９−１５９６６３号公報（特許文献１）には、複数の蓄電装置と、インバータに接続される直流電力線と複数の蓄電装置との間にそれぞれ設けられた複数のコンバータとを備えた電源システムが開示される。この特許文献１に記載の電源システムでは、２つのコンバータのうちの一方を、直流電力線の電圧値を所定の電圧目標値とするための電圧制御に従って制御する一方、他方を、対応する蓄電装置の充放電電流が所定の電流目標値とするための電流制御に従って制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５９６６３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８８３４６号公報
【特許文献３】特開２０１０−２０６９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に記載される電源システムでは、各蓄電装置の充放電電力を制御するためのコンバータが、各蓄電装置に対応付けて設けられている。これにより、各蓄電装置に対する充放電を独立に行なうことできる。【０００６】
しかしながら、いずれの蓄電装置の充放電に対しても、コンバータでの電力損失が発生する。また、電動車両の航続可能距離を拡大するためには、搭載する蓄電装置の個数を増やすことによって蓄電装置の充放電容量を大きくすることが望ましいが、コンバータの個数も増やすことが必要となり、電力損失を増大させるとともに、電源システムの大型化およびコスト上昇を招いてしまう。したがって、コンバータによる直流電圧の可変制御機能を確保しつつ、複数の蓄電装置を有効に活用するための仕組みを構築する必要がある。【０００７】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の蓄電装置が搭載された電源システムを、直流電圧の可変制御機能を確保しつつ、簡素かつ効率的に構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のある局面に従えば、負荷に電力を供給する電源システムであって、第１の蓄電装置と、第２の蓄電装置と、負荷に対して入出力される電力を伝達するための電力線と、第１の蓄電装置と電力線との間で双方向の直流電圧変換を実行するためのコンバータと、第２の蓄電装置と電力線との間に接続された開閉器と、開閉器のオンオフおよびコンバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、開閉器のオフ時には、電力線の電圧値が電圧指令値となるようにコンバータを電圧制御する一方で、開閉器のオン時には、第１の蓄電装置の電流値が電流指令値となるようにコンバータを電流制御する。【０００９】
好ましくは、制御装置は、負荷の動作状態に応じて、開閉器のオンオフを切替える切替部と、電圧指令値に対する電力線の電圧値の偏差を積分する積分要素を少なくとも含む電圧フィードバック制御要素の出力に応じて、コンバータを電圧制御する電圧制御部と、電流指令値に対する第１の蓄電装置の電流値の偏差を積分する積分要素を少なくとも含む電流フィードバック制御要素の出力に応じて、コンバータを電流制御する電流制御部とを含む。電圧制御部は、開閉器をオンからオフに切替えるときには、電圧フィードバック制御要素における積分要素の初期値として、電流フィードバック制御要素における積分要素の出力を、電流制御部から引き継ぐ。【００１０】
好ましくは、電流制御部は、開閉器をオフからオンに切替えるときには、電流フィードバック制御要素における積分要素の初期値として、電圧フィードバック制御要素における積分要素の出力を、電圧制御部から引き継ぐ。【００１１】
好ましくは、電圧制御部は、電圧指令値に対する電力線の電圧値の偏差を比例積分演算し、算出した制御量を電流指令値として出力する電圧制御演算部と、電圧制御演算部から出力される電流指令値に対する第１の蓄電装置の電流値の偏差を比例積分演算し、算出した制御量をコンバータへのデューティ比指令値として出力する電流制御演算部とを含む。電流制御演算部は、開閉器のオン時には、電圧制御演算部から出力される電流指令値に代えて、第１の蓄電装置が分担すべき電力目標値に応じて設定された電流指令値を受けるように構成されることにより、電流制御部として機能する。【００１２】
好ましくは、負荷は、電源システムから供給される電力を受けて車両駆動力を発生する電動機を含む。電圧制御部は、電動機のトルクおよび回転数に応じて電力線の必要最低電圧を算出するとともに、必要最低電圧以上の範囲で電圧指令値を設定する。電流制御部は、電動機のトルクおよび回転数に応じて電動機の必要電力を算出するとともに、電動機の必要電力に応じて第１の蓄電装置が分担すべき電力目標値を決定し、かつ、電力目標値を第１の蓄電装置の電圧で除算することにより電流目標値を設定する。【００１３】
この発明の別の局面に従えば、負荷に電力を供給する電源システムの制御方法であって、電源システムは、第１の蓄電装置と、第２の蓄電装置と、負荷に対して入出力される電力を伝達するための電力線と、第１の蓄電装置と電力線との間で双方向の直流電圧変換を実行するためのコンバータと、第２の蓄電装置と電力線との間に接続された開閉器とを含む。制御方法は、開閉器のオフ時には、電力線の電圧値が電圧指令値となるようにコンバータを電圧制御するステップと、開閉器のオン時には、第１の蓄電装置の電流値が電流指令値となるようにコンバータを電流制御するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の蓄電装置が搭載された電源システムにおいて、一部の蓄電装置のみにコンバータを設ける構成としても、複数の蓄電装置を協調的に使用して負荷に電力を供給することができる。この結果、複数の蓄電装置を有効に活用して負荷に電力を供給することができるので、電源システムを小型化かつ低コストで効率的に構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に従う電源システムが適用される電動車両の概略構成図である。
【図２】システム電圧とモータジェネレータの動作可能領域との関係を示す概念図である。
【図３】本発明の実施の形態による電源システムの制御処理の一例を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態による電源システムにおけるコンバータの制御処理を説明するフローチャートである。
【図５】制御装置におけるコンバータの電流制御を実現するための制御ブロックの構成例を説明する図である。
【図６】制御装置におけるコンバータの電圧制御を実現するための制御ブロックの構成例を説明する図である。
【図７】制御装置におけるコンバータの電流制御および電圧制御の切替えを実現するための制御ブロックの構成例を説明する図である。
【図８】コンバータの電流制御および電圧制御の切替えを実現するための制御装置の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１７】
［車両の基本構成］
図１は、本発明の実施の形態に従う電源システムが適用される電動車両の概略構成図である。
【００１８】
図１を参照して、本発明の実施の形態においては、電動車両５の駆動力を発生する駆動系を負荷１０とする場合について例示する。電動車両５は、電源システム２０から負荷１０へ供給される電力により生じる駆動力を駆動輪２６０に伝えることによって走行する。また、電動車両５は、回生時において、負荷１０によって運動エネルギーから電力を生じさせて電源システム２０に回収する。
【００１９】
電動車両５は、代表的にハイブリッド車両であり、内燃機関（エンジン）２２０と電動機（ＭＧ：Motor  Generator）とを搭載し、それぞれからの駆動力を最適な比率に制御して走行する。電動車両５は、このモータジェネレータに電力を供給するための複数（たとえば２個）の蓄電装置を搭載する。これらの蓄電装置は、電動車両５のシステム起動状態において、エンジン２２０の作動により生じる動力を受けて充電可能であるとともに、電動車両５のシステム停止中において、図示しない接続部を介して車両外部の電源と電気的に接続されて充電可能である。
【００２０】
なお、本実施の形態においては、電動車両５が２つのモータジェネレータおよびそれに対応するインバータを備える例について説明するが、１つのモータジェネレータおよびインバータを備える場合でも、３つ以上のモータジェネレータおよびインバータを備える場合でも本発明を適用可能である。
【００２１】
電動車両５は、負荷１０と、電源システム２０と、制御装置３００とを備える。負荷１０は、インバータ１２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構２５０と、エンジン２２０と、駆動輪２６０とを含む。
【００２２】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２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と中性点でＹ結線された三相コイルを有するステータとを備える永久磁石型同期電動機である。
【００２３】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクは、動力分割機構２５０を介して駆動輪２６０に伝達されて、電動車両５を走行させる。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、電動車両５の回生制動時には、駆動輪２６０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、コンバータ１１０およびインバータ１２０によって蓄電装置１００および／または１５０の充電電力に変換される。
【００２４】
また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構２５０を介してエンジン２２０とも結合される。そして、制御装置３００により、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン２２０が協働的に運転されて必要な車両駆動力が発生される。さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、エンジン２２０の回転により発電が可能であり、この発電電力を用いて蓄電装置１００および／または１５０を充電することができる。なお、本実施の形態においては、モータジェネレータＭＧ２を主として駆動輪２６０を駆動するための電動機として用い、モータジェネレータＭＧ１を主としてエンジン２２０により駆動される発電機として用いるものとする。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、車両駆動力を発生するための「電動機」に対応する。
【００２５】
動力分割機構２５０は、エンジン２２０の動力を、駆動輪２６０とモータジェネレータＭＧ１とに振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリギヤ）を含んで構成される。
【００２６】
電流センサ２３０，２４０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ流れるモータ電流（すなわち、インバータ出力電流）ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２をそれぞれ検出し、その検出したモータ電流を制御装置３００へ出力する。なお、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、電流センサ２３０，２４０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のうちの２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。
【００２７】
回転角センサ（たとえば、レゾルバ）２７０，２８０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２をそれぞれ検出し、その検出した回転角θ１，θ２を制御装置３００へ送出する。制御装置３００では、回転角θ１，θ２に基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度および角速度が算出できる。なお、回転角センサ２７０，２８０については、回転角θ１，θ２を制御装置３００にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。
【００２８】
インバータ１２０は、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１間の直流電力と、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２に入出力される交流電力との間で双方向の電力変換を実行する。すなわち、電源ラインＨＰＬは、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２に対して入出力される電力を伝達するための「電力線」に対応する。
【００２９】
インバータ１２０は、図示は省略するが、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための第１インバータと、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための第２インバータとを含む。主として、第１インバータは、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、エンジン２２０の出力によってモータジェネレータＭＧ１が発生する交流電力を直流電力に変換し、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１へ供給する。このとき、コンバータ１１０は、降圧回路として動作するように制御装置３００によって制御される。これにより、車両走行中も、エンジン２２０の出力によって蓄電装置１００および／または蓄電装置１５０を能動的に充電できる。
【００３０】
また、第１インバータは、エンジン２２０の始動時には、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、蓄電装置１００および蓄電装置１５０からの直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータＭＧ１へ供給する。これにより、エンジン２２０は、モータジェネレータＭＧ１をスタータとして始動することができる。
【００３１】
第２インバータは、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１を介して供給される直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータＭＧ２へ供給する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、電動車両５の駆動力を発生する。
【００３２】
一方、電動車両５の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪２６０の減速に伴なって交流電力を発電する。このとき、第２インバータは、制御装置３００からの制御信号ＰＷＩに応じて、モータジェネレータＭＧ２が発生する交流電力を直流電力に変換し、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１へ供給する。これにより、減速時や降坂走行時に蓄電装置１００および／または蓄電装置１５０が充電される。
【００３３】
電源システム２０は、「第１の蓄電装置」に対応する蓄電装置１００と、「第２の蓄電装置」に対応する蓄電装置１５０と、システムメインリレー１９０と、リレーＲＬ１〜ＲＬ３および抵抗Ｒ２と、コンバータ１１０と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。
【００３４】
蓄電装置１００，１５０は、再充電可能な電力貯蔵要素であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池が適用される。したがって、以下では、蓄電装置１００および蓄電装置１５０を、それぞれバッテリ１００およびバッテリ１５０とも称する。ただし、電気二重層キャパシタなどの電池以外の電力貯蔵要素、あるいは電池以外の電力貯蔵要素とバッテリとの組合せによって、蓄電装置１００，１５０を構成してもよい。
【００３５】
また、蓄電装置１００および１５０は、同一種類の蓄電装置によって構成されてもよく、異なる種類の蓄電装置によって構成されてもよい。
【００３６】
バッテリ１００および１５０の各々は、直列接続された複数の電池セルによって構成される。すなわち、バッテリ１００および１５０のそれぞれの出力電圧の定格値は、直列接続される電池セルの個数に依存する。
【００３７】
バッテリ１００には、バッテリ電圧Ｖｂ１、バッテリ電流Ｉｂ１を検出するための電池センサ１０５が設けられる。同様に、バッテリ１５０には、バッテリ電圧Ｖｂ２、バッテリ電流Ｉｂ２を検出するための電池センサ１５５が設けられる。電池センサ１０５，１５５による検出値は、制御装置３００へ伝達される。
【００３８】
システムメインリレー１９０は、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３および抵抗Ｒ１を含む。リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、電源ラインＰＬ１および接地ラインＮＬ１にそれぞれ介挿される。リレーＳＭＲ３は、リレーＳＭＲ２に対して並列に、かつ抵抗Ｒ１に対して直列に接続される。すなわち、リレーＳＭＲ３と抵抗Ｒ１とが直列に接続された回路が、リレーＳＭＲ２に対して並列に接続される。リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置３００から与えられるリレー制御信号ＳＥ１〜ＳＥ３に応じてオン（閉成）／オフ（開放）が制御される。
【００３９】
リレーＲＬ１は、電源ラインＨＰＬと蓄電装置１５０の正極端子との間に接続される。リレーＲＬ２は、蓄電装置１５０の負極端子と接地ラインＮＬ１との間に接続される。リレーＲＬ３は、リレーＲＬ２に対して並列に、かつ抵抗Ｒ２に対して直列に接続される。すなわち、リレーＲＬ３と抵抗Ｒ２とが直列に接続された回路が、リレーＲＬ２に対して並列に接続される。リレーＲＬ１〜ＲＬ３は、制御装置３００から与えられるリレー制御信号ＳＲ１〜ＳＲ３に応じてオン（閉成）／オフ（開放）が制御される。リレーＲＬ１は、蓄電装置１５０と電源ラインＨＰＬとの電気的接続を遮断可能な「開閉器」の代表例として用いられる。すなわち、任意の形式の開閉器をリレーＲＬ１に代えて適用することができる。
【００４０】
コンバータ１１０は、蓄電装置１００とインバータ１２０の直流リンク電圧を伝達する電源ラインＨＰＬとの間で、双方向の直流電圧変換を実行するように構成される。すなわち、蓄電装置１００の入出力電圧と、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１間の直流電圧とは、双方向に昇圧または降圧される。
【００４１】
具体的には、コンバータ１１０は、一方端が電源ラインＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１の間に直列に接続されるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子は、代表的にはＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）、もしくはＧＴＯ（Gate  Turn  Off  Thyristor）などが用いられる。なお、本実施の形態においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴを使用した場合を例として説明する。
【００４２】
リアクトルＬ１の他方端はスイッチング素子Ｑ１のエミッタおよびスイッチング素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはスイッチング素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはスイッチング素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはスイッチング素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはスイッチング素子Ｑ２のエミッタと接続される。
【００４３】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、制御装置３００からの制御信号ＰＷＣによってオンまたはオフに制御される。
【００４４】
平滑コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１および接地ラインＮＬ１の間に接続され、電源ラインＰＬ１および接地ラインＮＬ１間の電圧変動を減少させる。電圧センサ１７０は、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＬを検出して制御装置３００に対して出力する。コンバータ１１０は、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。電流センサ１６０は、電源ラインＰＬ１に介挿され、リアクトルＬ１を流れる電流（蓄電装置１００の充放電に係る電流に相当）ＩＬを検出して制御装置３００に対して出力する。なお、電流センサ１６０は必須ではなく、蓄電装置１００に備えられた電池センサ１０５によって検出されるバッテリ電流Ｉｂ１によって電流ＩＬを代替してもよい。
【００４５】
平滑コンデンサＣ２は、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１の間に接続され、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１間の電圧変動を減少させる。すなわち、平滑コンデンサＣ２は、コンバータ１１０によって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１８０は、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨを検出して制御装置３００に対して出力する。以下では、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨ（すなわち、インバータ１２０の直流側電圧）を「システム電圧ＶＨ」とも称する。
【００４６】
制御装置３００は、いずれも図示しないがＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、コンバータ１１０およびインバータ１２０を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。
【００４７】
制御装置３００は、電流センサ２３０，２４０によって検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれに流れるモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２の検出値を受ける。制御装置３００は、回転角センサ２７０，２８０によって検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２の検出値を受ける。また、制御装置３００は、電圧センサ１７０，１８０によって検出された平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧ＶＬ，ＶＨの検出値、および電流センサ１６０によって検出された蓄電装置１００の充放電に係る電流ＩＬの検出値を受ける。さらに、制御装置３００は、図示しないイグニッションスイッチのオン／オフ状態を示すイグニッション信号ＩＧを受ける。
【００４８】
制御装置３００は、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧ＶＬ，ＶＨに基づいて、コンバータ１１０の制御信号ＰＷＣを生成する。そして、制御装置３００は、制御信号ＰＷＣによりコンバータ１１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動することによって、コンバータ１１０に昇圧動作または降圧動作を行なわせる。
【００４９】
また、制御装置３００は、電流センサ２３０，２４０によって検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれに流れるモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２、および回転角センサ２７０，２８０によって検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２に基づいて、インバータ１２０を駆動するための制御信号ＰＷＩを生成する。そして、制御装置３００は、制御信号ＰＷＩによりインバータ１２０のスイッチング素子を駆動することによって、コンバータ１１０から供給された直流電力を、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するための交流電力に変換する。
【００５０】
制御装置３００は、イグニッション信号ＩＧに基づいてリレー制御信号ＳＥ１〜ＳＥ３を生成する。そして、制御装置３００は、リレー制御信号ＳＥ１〜ＳＥ３によりシステムメインリレー１９０のリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３のオンオフを制御する。具体的には、運転者がイグニッションスイッチをオンすることによりイグニッション信号ＩＧがオフ状態からオン状態に切替わると、制御装置３００は、まず、リレーＳＭＲ２をオフ状態のまま、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ３をオンする。このとき、抵抗Ｒ１により一部の電流が消費されて、平滑コンデンサＣ１に流れ込む電流を小さくできるので、平滑コンデンサＣ１への突入電流を防止することができる。その後、平滑コンデンサＣ１のプリチャージが完了すると、リレーＳＭＲ２がオンされ、それに引き続いてリレーＳＭＲ３がオフされる。
【００５１】
制御装置３００は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態および各センサの検出値に基づいて、リレー制御信号ＳＲ１〜ＳＲ３を生成する。そして、制御装置３００は、リレー制御信号ＳＲ１〜ＳＲ３によりリレーＲＬ１〜ＲＬ３のオンオフを制御する。具体的には、蓄電装置１５０を電源ラインＨＰＬに対して電気的に接続する際には、制御装置３００は、まず、リレーＲＬ２をオフ状態のまま、リレーＲＬ１，ＲＬ３をオンする。このとき、抵抗Ｒ２により一部の電流が消費されて、平滑コンデンサＣ２に流れ込む電流を小さくできるので、平滑コンデンサＣ２への突入電流を防止することができる。その後、平滑コンデンサＣ２のプリチャージが完了すると、リレーＲＬ２がオンされ、それに引き続いてリレーＲＬ３がオフされる。
【００５２】
このように、本発明の実施の形態による電源システム２０は、複数の蓄電装置１００および１５０を含んで構成される。そして、蓄電装置１５０は、コンバータ１１０を介することなく、直接、電源ラインＨＰＬに対して電気的に接続される。したがって、リレーＲＬ１，ＲＬ２のオン時には、システム電圧ＶＨをバッテリ電圧Ｖｂ２によりも高くすることができない。
【００５３】
一方、蓄電装置１００は、コンバータ１１０を介して電源ラインＨＰＬに接続される。したがって、バッテリ電圧Ｖｂ１がシステム電圧ＶＨよりも低い状態でも、蓄電装置１００から電源ラインＨＰＬへ電力を供給できるとともに、電源ラインＨＰＬの電力によって蓄電装置１００を充電することができる。
【００５４】
このため、蓄電装置１００の出力電圧の定格値は、蓄電装置１５０の出力電圧の定格値よりも低くすることが好ましい。このようにすると、蓄電装置１００での直列接続される電池セル数を少なくしても、蓄電装置１００および１５０を並列に使用することができる。
【００５５】
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態と、システム電圧ＶＨとの関係について詳細に説明する。
【００５６】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を円滑に駆動するためには、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作点、具体的には、回転数およびトルクに応じて、システム電圧ＶＨを適切に設定する必要がある。第１に、インバータ１２０における電力変換の変調率には一定の限界があるため、システム電圧ＶＨに対して、出力可能な上限トルクが存在する。
【００５７】
図２は、システム電圧とモータジェネレータの動作可能領域との関係を示す概念図である。
【００５８】
図２を参照して、モータジェネレータの動作可能領域および動作点は、回転数およびトルクの組合せによって示される。最大出力線２００は、システム電圧ＶＨ＝Ｖｍａｘ（上限電圧）であるときの動作可能領域の限界を示すものである。最大出力線２００は、トルクＴ＜Ｔｍａｘ（最大トルク）かつ回転数Ｎ＜Ｎｍａｘ（最高回転数）であっても、出力電力に相当するＴ×Ｎによって制限される部分を有する。システム電圧ＶＨが低下すると、動作可能領域は狭くなっていく。
【００５９】
たとえば、動作点Ｐ１は、システム電圧ＶＨ＝Ｖａで実現可能である。この状態から、ユーザのアクセル操作によって、電動車両５が加速する場合には、車両駆動力の要求値が高くなる。これにより、モータジェネレータＭＧ２の出力トルクが増加するので、動作点はＰ２に変化する。しかしながら、動作点Ｐ２には、システム電圧ＶＨをＶｂ（Ｖｂ＞Ｖａ）に上昇させなければ対応することができない。
【００６０】
図２に示した、システム電圧ＶＨと動作領域の限界線との関係に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各動作点（回転数、トルク）における、システム電圧ＶＨの下限値（必要最低電圧ＶＨｍｉｎ）を求めることができる。
【００６１】
また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２には、回転数に応じた誘起電圧が発生する。この誘起電圧がシステム電圧ＶＨよりも高くなると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の電流を制御できなくなる。したがって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数が高くなる電動車両５の高速走行時には、システム電圧ＶＨの必要最低電圧ＶＨｍｉｎが上昇する。
【００６２】
これらの観点から、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作点に対応させて、当該動作点に従った出力を確保するための必要最低電圧ＶＨｍｉｎを予め算出可能であることが理解される。
【００６３】
図３は、本発明の実施の形態による電源システムの制御処理の一例を説明するフローチャートである。図３を始めとして、以下に示すフローチャートの各ステップの処理は、制御装置３００によるソフトウェア処理またはハードウェア処理によって実行される。また、以下に示すフローチャートの各々による一連の制御処理は、制御装置３００によって所定の制御周期毎に実行される。
【００６４】
図３を参照して、制御装置３００は、ステップＳ０１において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態より、上述の必要電圧マップを用いて必要最低電圧ＶＨｍｉｎを算出する。さらに、制御装置３００は、必要最低電圧ＶＨｍｉｎを考慮して電圧指令値ＶＨ＊を設定する。電圧指令値ＶＨ＊は、必要最低電圧ＶＨｍｉｎ以上となるように設定される。たとえば、ＶＨ＞ＶＨｍｉｎのときよりも、電源システム２０および負荷１０での損失が最小となる電圧が存在するときには、燃費優先の観点から、電圧指令値ＶＨ＊を当該電圧に設定することが好ましい。一方、蓄電装置１５０を積極的に使用したい場合には、電圧指令値ＶＨ＊が低いほうが好ましいので、電圧指令値ＶＨ＊＝ＶＨｍｉｎに設定してもよい。
【００６５】
このように、電圧指令値ＶＨ＊は、必要最低電圧ＶＨｍｉｎを考慮したうえで、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作点に対応して算出できる。このため、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作点に対応させて、当該動作点に従った電圧指令値ＶＨ＊を算出するためのマップ（電圧指令値マップ）を予め作成することができる。電圧指令値マップは、制御装置３００の図示しないメモリに記憶される。このように、本実施の形態による電動車両では、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を円滑かつ効率的に駆動するために、システム電圧ＶＨを可変制御している。すなわち、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ印加される電圧振幅（パルス電圧振幅）が、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態（回転数およびトルク）に応じて可変制御される。
【００６６】
制御装置３００は、ステップＳ０２では、図１に示した電池センサ１０５，１５５の検出値に基づいて、バッテリ情報を読み込む。バッテリ情報には、バッテリ電圧Ｖｂ２が少なくとも含まれる。
【００６７】
制御装置３００は、ステップＳ０３により、バッテリ電圧Ｖｂ２と、ステップＳ０１で設定された電圧指令値ＶＨ＊とを比較する。バッテリ電圧Ｖｂ２が電圧指令値ＶＨ＊以上となるとき（ステップＳ０３のＹＥＳ判定時）には、制御装置３００は、ステップＳ０４に処理を進めて、リレーＲＬ１，ＲＬ２をオンする。これにより、蓄電装置１５０が電源ラインＨＰＬに接続される。
【００６８】
コンバータ１１０は、後述する方法によって、蓄電装置１００からの電流ＩＬ（バッテリ電流Ｉｂ１に相当）を所定の電流目標値Ｉｂ１＊と一致させるように、蓄電装置１００の充放電を制御する。これにより、蓄電装置１００の充放電電力Ｐｂ１を任意に調整できるため、間接的に蓄電装置１５０の充放電電力Ｐｂ２についても制御できる。その結果、蓄電装置１００，１５０を並列に用いて、負荷１０に対する充放電を制御することができる。この状態で電動車両５が回生制動を行なうと、蓄電装置１００，１５０を並列に充電することができる。
【００６９】
一方、バッテリ電圧Ｖｂ２が電圧指令値ＶＨ＊を下回るとき（ステップＳ０３のＮＯ判定時）には、制御装置３００は、ステップＳ０５に処理を進めて、リレーＲＬ１，ＲＬ２をオフする。これにより、蓄電装置１５０は電源ラインＨＰＬから切り離される。上述のように、電圧指令値ＶＨ＊≧ＶＨｍｉｎであるから、少なくとも、Ｖｂ２＜ＶＨｍｉｎのときにはリレーＲＬ１，ＲＬ２は確実にオフされる。
【００７０】
このときには、コンバータ１１０を介して、蓄電装置１００のみを用いて負荷１０に対する充放電が制御される。コンバータ１１０は、後述する方法によって、システム電圧ＶＨを所定の電圧指令値ＶＨ＊と一致させるように、蓄電装置１００の充放電を制御する。この状態で、電動車両５が回生制動を行なうと、蓄電装置１００のみが充電される。
【００７１】
このように、本実施の形態による電動車両では、複数の蓄電装置１００，１５０を用いた電源システムにおいて、蓄電装置１００のみにコンバータを設ける構成としても、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態に応じたシステム電圧ＶＨの可変制御を実現することができる。この結果、複数の蓄電装置１００，１５０の電力によりモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力による走行距離を拡大できる電源システムを、簡素かつ効率的に構成できる。
【００７２】
特に、車両加速時等に対応したシステム電圧ＶＨの高電圧領域に対しては、電圧指令値（必要最低電圧）よりも出力電圧が低い蓄電装置１５０を電源ラインＨＰＬから切り離すとともに、蓄電装置１００の出力電圧をコンバータ１１０によって昇圧することで対応できるまた、蓄電装置１５０の出力電圧が、電圧指令値（必要最低電圧）よりも高く、蓄電装置１５０が使用可能であるときには、蓄電装置１００，１５０を並列に使用することができる。このように、複数の蓄電装置１００，１５０を有効に活用して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給することができるので、電源システムを小型化かつ低コストで効率的に構成することが可能となる。
【００７３】
（コンバータの電圧変換制御）
以上のように、本発明の実施の形態による電源システム２０では、蓄電装置１５０が使用される第１のモードと、蓄電装置１５０が不使用とされる第２のモードとが選択される。この第１および第２のモードのそれぞれについて、制御装置３００は、コンバータ１１０での電圧変換動作を以下のように制御する。
【００７４】
図４は、本発明の実施の形態による電源システムにおけるコンバータの制御処理を説明するフローチャートである。
【００７５】
図４を参照して、制御装置３００は、ステップＳ１１において、蓄電装置１５０が使用される第１のモードが選択されているか否かを判定する。蓄電装置１５０が使用される第１のモードが選択されている場合（ステップＳ１１のＹＥＳ判定時）には、制御装置３００は、ステップＳ１２により、電源システム２０から負荷１０に供給される電力のうち、蓄電装置１００が分担すべき電力目標値（すなわち、蓄電装置１００の充放電電力Ｐｂ１の目標値）Ｐｂ１＊を算出する。
【００７６】
ここで、蓄電装置１５０を使用する第１のモードでは、蓄電装置１００，１５０が並列に使用される。したがって、蓄電装置１００の充放電電力Ｐｂ１と蓄電装置１５０の充放電電力Ｐｂ２との和が、電源システム２０から負荷１０に充放電される電力となる。この負荷１０の充放電電力は、モータジェネレータＭＧ１で発電／消費される電力Ｐｇと、モータジェネレータＭＧ２で発電／消費される電力Ｐｍとを含むことから、蓄電装置１００の充放電電力Ｐｂ１および蓄電装置１５０の充放電電力Ｐｂ２と、負荷１０の充放電電力との関係は下記式（１）で示される。
Ｐｂ１＋Ｐｂ２＝Ｐｇ＋Ｐｍ  ・・・（１）
蓄電装置１００，１５０が並列に使用される状態では、コンバータ１１０による蓄電装置１００の充放電制御に付随して、蓄電装置１５０の充放電電力Ｐｂ２が定まる。すなわち、蓄電装置１５０の充放電電力Ｐｂ２は成り行きで定まる。そのため、第１のモードでは、制御装置３００は、電源システム２０から負荷１０に供給される電力のうち、蓄電装置１００が分担する電力（充放電電力Ｐｂ１）を所定の電力目標値Ｐｂ１＊となるように、コンバータ１１０を制御する。これにより、蓄電装置１００の充放電電力Ｐｂ１を任意に調整できるため、間接的に蓄電装置１５０の充放電電力Ｐｂ２についても制御することができる。その結果、蓄電装置１００，１５０を協調的に使用して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給することが可能となる。
【００７７】
具体的には、制御装置３００は、ステップＳ１２により電力目標値Ｐｂ１＊を算出すると、ステップＳ１３において、電力目標値Ｐｂ１＊を蓄電装置１００のバッテリ電圧Ｖｂ１で割り算し、蓄電装置１００の電流指令値Ｉｂ１＊を算出する。そして、制御装置３００は、ステップＳ１４により、蓄電装置１００からの電流ＩＬが電流指令値Ｉｂ１＊となるように、コンバータ１１０を制御する。これにより、コンバータ１１０は、蓄電装置１００での電力配分を実現するように、電流制御に従って電圧変換動作を行なう。
【００７８】
これに対して、蓄電装置１５０を不使用とする第２のモードが選択されている場合（ステップＳ１１のＮＯ判定時）には、制御装置３００は、ステップＳ１５により、電圧指令値ＶＨ＊を算出する。電圧指令値ＶＨ＊の算出については、図３のステップＳ０１で示した処理が実行される。
【００７９】
制御装置３００は、ステップＳ１６では、システム電圧ＶＨが電圧指令値ＶＨ＊となるように、コンバータ１１０を制御する。したがって、コンバータ１１０は、システム電圧ＶＨを安定化するように、電圧制御に従って電圧変換動作を行なう。
【００８０】
図５は、制御装置３００におけるコンバータ１１０の電流制御を実現するための制御ブロックの構成例を説明する図である。
【００８１】
図５を参照して、制御装置３００は、コンバータ１１０を電流制御するための構成として、電力目標値生成部３０と、除算部３２と、減算部３４と、ＰＩ制御部３６と、伝達関数（Ｇｉ）３８とを含む。
【００８２】
電力目標値生成部３０は、蓄電装置１００の充放電可能な電力範囲内において、蓄電装置１００の電力目標値Ｐｂ１＊を算出する。なお、蓄電装置１００の充放電可能な電力範囲は、充電電力上限値および放電電力上限値によって規定される。
【００８３】
除算部３２は、電力目標値Ｐｂ１＊を蓄電装置１００のバッテリ電圧Ｖｂ１で割り算し、蓄電装置１００の電流目標値Ｉｂ１＊を算出し、減算部３４へ出力する。
【００８４】
減算部３４は、電流目標値Ｉｂ１＊と電流ＩＬとの差から電流偏差ΔＩＬを演算し、ＰＩ制御部３６へ出力する。ＰＩ制御部３６は、所定の比例ゲインおよび積分ゲインに従って、電流偏差ΔＩＬに応じたＰＩ出力を生成し、伝達関数３８へ出力する。ＰＩ制御部３６は、電流フィードバック制御要素を構成する。
【００８５】
具体的には、ＰＩ制御部３６は、比例要素（Ｐ：proportional  element）と、積分要素（Ｉ：integral  element）と、加算部とを含む。比例要素は、電流偏差ΔＩＬに所定の比例ゲインＫｐを乗じて加算部へ出力し、積分要素は、所定の積分ゲインＫｉ（積分時間：１／Ｋｉ）で電流偏差ΔＩＬを積分して加算部へ出力する。そして、加算部は、比例要素および積分要素からの出力を加算してＰＩ出力を生成する。このＰＩ出力は、電流制御を実現するためのフィードバック制御量に相当する。ＰＩ制御部３６は、フィードバック制御量と、フィードフォワード制御量ＤｉＦＦとの和に従って、電流制御のためのデューティ比指令値Ｄｉを生成する。デューティ比指令値Ｄｉは、電流制御におけるコンバータ１１０のスイッチング素子Ｑ２（図１）のオン・デューティを規定する制御指令である。また、電流制御におけるフィードフォワード制御量ＤｉＦＦは、電圧指令値ＶＨ＊と蓄電装置１００の電圧Ｖｂ１との電圧差に応じて設定される。伝達関数（Ｇｉ）３８は、電流源として動作する蓄電装置１００に対するコンバータ１１０の伝達関数に相当する。
【００８６】
図６は、制御装置３００におけるコンバータ１１０の電圧制御を実現するための制御ブロックの構成例を説明する図である。
【００８７】
図６を参照して、制御装置３００は、コンバータ１１０を電圧制御するための構成として、電圧指令値生成部４０と、減算部４２と、ＰＩ制御部４４と、伝達関数（Ｇｉ）３８と、伝達関数（Ｇｖ）４６とを含む。
【００８８】
電圧指令値生成部４０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態に基づいて、電圧指令値ＶＨ＊を設定する。電圧指令値生成部４０は、図２で説明したように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態より、必要最低電圧ＶＨｍｉｎを算出し、算出した必要最低電圧ＶＨｍｉｎを考慮して電圧指令値ＶＨ＊を設定する。
【００８９】
減算部４２は、電圧指令値ＶＨ＊とシステム電圧ＶＨとの差から電圧偏差ΔＶＨを演算し、ＰＩ制御部４４へ出力する。ＰＩ制御部４４は、所定の比例ゲインおよび積分ゲインに従って、電圧偏差ΔＶＨに応じたＰＩ出力を生成し、伝達関数３８へ出力する。ＰＩ制御部４４は、電圧フィードバック制御要素を構成する。
【００９０】
具体的には、ＰＩ制御部４４は、比例要素と、積分要素と、加算部とを含む。比例要素は、電圧偏差ΔＶＨに所定の比例ゲインＫｐを乗じて加算部へ出力し、積分要素は、所定の積分ゲインＫｉ（積分時間：１／Ｋｉ）で電圧偏差ΔＶＨを積分して加算部へ出力する。加算部は、比例要素および積分要素からの出力を加算してＰＩ出力を生成する。このＰＩ出力は、電圧制御を実現するためのフィードバック制御量に相当する。ＰＩ制御部４４は、フィードバック制御量と、フィードフォワード制御量ＤｖＦＦとの和に従って、電圧制御のためのデューティ比指令値Ｄｖを生成する。デューティ比指令値Ｄｖは、電圧制御におけるコンバータ１１０のスイッチング素子Ｑ２（図１）のオン・デューティを規定する制御指令である。また、電圧制御におけるフィードフォワード制御量ＤｖＦＦは、電圧指令値ＶＨ＊と蓄電装置１００の電圧Ｖｂ１との電圧差に応じて設定される。伝達関数（Ｇｉ）３８および伝達関数（Ｇｖ）４６は、電圧源として動作する蓄電装置１００に対するコンバータ１１０の伝達関数に相当する。
【００９１】
以上のように、コンバータ１１０は、蓄電装置１５０を使用する第１のモードでは、電流制御に従って電圧変換動作を行ない、蓄電装置１５０を不使用とする第２のモードでは、電圧制御に従って電圧変換動作を行なう。そのため、第１のモードと第２のモードとが切替わるごとに、コンバータ１１０では、電流制御と電圧制御とが切替えて適用されることとなる。これにより、制御が切替わるタイミングにおいて、コンバータ１１０の出力電圧であるシステム電圧ＶＨに変動が生じる虞がある。
【００９２】
そこで、本発明の実施の形態による電源システムでは、電流制御と電圧制御との切替時には、切替前の制御でのフィードバック制御要素のうちの積分要素の出力（積分項）を、切替後の制御でのフィードバック制御要素のうちの積分要素の初期値として引き継ぐこととする。
【００９３】
具体的には、図５の制御ブロックにおいて、ＰＩ制御部３６は、電流偏差ΔＩＬに基づく制御演算、代表的には、下記式（２）に従う比例積分（ＰＩ）演算に基づいて、電流ＩＬのフィードバック制御量ＩＬｆｂを算出する。
ＩＬｆｂ＝ＩＬｆｂ（Ｐ）＋ＩＬｆｂ（Ｉ）
＝Ｋｐ・ΔＩＬ＋Σ（Ｋｉ・ΔＩＬ）        ・・・（２）
式（２）において、ＩＬｆｂ（Ｐ）は比例項であり、ＩＬｆｂ（Ｉ）は積分項である。また、ΔＩＬは、今回の制御周期における電流偏差であり、Ｋｐ，Ｋｉはフィードバックゲインである。
【００９４】
制御装置３００は、第１のモードから第２のモードへの切替時、すなわち、電流制御から電圧制御への切替時には、式（２）における積分項ＩＬｆｂ（Ｉ）を、図６の制御ブロックのＰＩ制御部４４における積分要素の初期値として用いる。すなわち、電流制御から電圧制御への切替時には、ＰＩ制御部４４は、前回の制御周期において算出された積分項に、今回の制御周期における電流偏差ΔＩＬおよび積分ゲインＫｉの積を加えた値を、今回の制御周期における積分項として出力する。このように、ＰＩ制御部３６とＰＩ制御部４４との間で、フィードバック制御量における積分項を引き継ぐことによって、制御の切替時にフィードバック制御量が不連続となるのを防止することができる。これにより、システム電圧ＶＨの変動の発生を回避できる。
【００９５】
以下に、制御装置３００におけるコンバータ１１０の電流制御および電圧制御の切替えを実現するための制御ブロックの構成を説明する。
【００９６】
図７は、制御装置３００におけるコンバータ１１０の電流制御および電圧制御の切替えを実現するための制御ブロックの構成例を説明する図である。
【００９７】
図７を参照して、制御装置３００は、モード判定部５０と、指令値生成部５２と、切替部５４と、除算部３２と、減算部４２と、ＰＩ制御部４４と、伝達関数３８，４６と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２とを含む。
【００９８】
モード判定部５０は、図３に示したフローチャートに従って蓄電装置１５０を使用する第１のモードおよび蓄電装置１５０を不使用とする第２のモードの一方が選択されると、その選択されたモードに従って、電流制御および電圧制御の一方を選択する。モード判定部５０は、電流制御および電圧制御のいずれか選択されているかを示す信号を生成して、指令値生成部５２および切替部５４へ送出する。
【００９９】
指令値生成部５２は、モード判定部５０によって選択された制御に応じて、電力目標値Ｐｂ１＊および電圧指令値ＶＨ＊の一方を生成する。具体的には、電流制御が選択されている場合には、指令値生成部５２は、蓄電装置１００の充放電可能な電力範囲内において、蓄電装置１００の電力目標値Ｐｂ１＊を算出する。一方、電圧制御が選択されている場合には、指令値生成部５２は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態に基づいて、電圧指令値ＶＨ＊を設定する。すなわち、指令値生成部５２は、図５に示した電力目標値生成部３０および図６に示した電圧指令値生成部４０の機能を併せ持つ。
【０１００】
図７に示す構成において、減算部４２、ＰＩ制御部４４、伝達関数（Ｇｉ）３８および伝達関数（Ｇｖ）４６は、コンバータ１１０を電圧制御するための電圧フィードバックループを形成する。この電圧フィードバックループは、図６に示した制御ブロックと同一の制御構造を有する。
【０１０１】
詳細には、減算部４２は、電圧指令値ＶＨ＊とシステム電圧ＶＨとの差から電圧偏差ΔＶＨを演算し、ＰＩ制御部４４へ出力する。ＰＩ制御部４４は、電圧制御演算部４４０と、減算部３４と、電流制御演算部４４２とを含む。
【０１０２】
電圧制御演算部４４０は、電圧偏差ΔＶＨを用いて、システム電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨ＊に一致させるための制御演算（比例積分演算）を実行する。そして、電圧制御演算部４４０は、算出された制御量を電流指令値ＩＬ＊として出力する。すなわち、電圧制御演算部４４０は、システム電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨ＊に一致させるための制御演算を実行することにより、電圧偏差ΔＶＨに応じた電流指令値ＩＬ＊を生成する。
【０１０３】
減算部３４は、電圧制御演算部４４０から出力される電流指令値ＩＬ＊と電流ＩＬとの差から電流偏差ΔＩＬを演算し、電流制御演算部４４２へ出力する。
【０１０４】
電流制御演算部４４２は、電流偏差ΔＩＬを用いて、電流ＩＬを電流指令値ＩＬ＊に一致させるための制御演算（比例積分演算）を実行する。そして、電流制御演算部４４２は、算出された制御量とフィードフォワード制御量との和に従って、電圧制御のためのデューティ比指令値Ｄを生成する。すなわち、電流制御演算部４４２は、電圧制御演算部４４０のＰＩ出力を電流ＩＬの電流指令値ＩＬ＊として、電流ＩＬを電流指令値ＩＬ＊に一致させるための制御演算を実行する。これにより、電流指令値ＶＨ＊に対するシステム電圧ＶＨの偏差が発生すると、その偏差をなくすように電流指令値ＩＬ＊が修正され、電流ＩＬが電流指令値ＩＬ＊に一致するように電流制御が実行される。
【０１０５】
図７に示した電圧フィードバックループにおいて、減算部４２、電流制御演算部４４２、減算部３４、電流制御演算部４４２および伝達関数３８，４６は、システム電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨ＊に一致させるためのメインループを形成し、減算部３４、電流制御演算部４４２および伝達関数３８は、電流ＩＬを電流指令値ＩＬ＊に一致させるためのマイナーループを形成する。
【０１０６】
制御装置３００は、このマイナーループに除算部３２を付加することにより、マイナーループをコンバータ１１０を電流制御するための電流フィードバックループとしても機能させる。この電流フィードバックループは、図５に示した制御ブロックと同一の制御構造を有している。
【０１０７】
詳細には、除算部３２は、電力目標値Ｐｂ１＊を蓄電装置１００のバッテリ電圧Ｖｂ１で割り算し、蓄電装置１００の電流目標値Ｉｂ１＊を算出し、減算部３４へ出力する。
【０１０８】
減算部３４は、電流目標値Ｉｂ１＊と電流ＩＬとの差から電流偏差ΔＩＬを演算し、電流制御演算部４４２へ出力する。
【０１０９】
電流制御演算部４４２は、電流偏差ΔＩＬを用いて、電流ＩＬを電流指令値ＩＬ＊に一致させるための制御演算（比例積分演算）を実行する。そして、電流制御演算部４４２は、算出された制御量とフィードフォワード制御量との和に従って、電流制御のためのデューティ比指令値Ｄを生成する。すなわち、電流制御演算部４４２は、電力目標値Ｐｂ１＊から算出される電流ＩＬを電圧指令値ＩＬ＊として、電流ＩＬを電流指令値ＩＬ＊に一致させるための制御演算を実行する。これにより、電力目標値Ｐｂ１＊に対する蓄電装置１００の充放電電力Ｐｂ１の偏差が発生すると、その偏差をなくすように電流指令値ＩＬ＊が修正され、電流ＩＬが電流指令値ＩＬ＊に一致するように電流制御が実行される。
【０１１０】
スイッチＳＷ１は、上記の電圧フィードバックループにおいて、減算部４２と電圧制御演算部４４０との間に設けられる。スイッチＳＷ２は、上記の電流フィードバックループにおいて、除算部３２と減算部３４との間に設けられる。スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフは、切替部５４からの制御信号に従ってそれぞれ制御される。
【０１１１】
具体的には、切替部５４は、モード判定部５０によって選択された制御に応じて、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンオフするための制御信号を生成する。モード判定部５０によって電流制御が選択されたときには、切替部５４は、スイッチＳＷ１をオフする一方で、スイッチＳＷ２をオンするように制御信号を生成する。これにより、電流制御時には、除算部３２と減算部３４とが接続され、上述した電流フィードバックループが形成される。
【０１１２】
これに対して、モード判定部５０によって電圧制御が選択されたときには、切替部５４は、スイッチＳＷ１をオンする一方で、スイッチＳＷ２をオフするように制御信号を生成する。これにより、電圧制御時には、減算部４２と電圧制御演算部４４０とが接続され、上述した電圧フィードバックループが形成される。
【０１１３】
さらに、この電圧フィードバックループにおけるマイナーループが、電流フィードバックループとしても機能する構成としたことにより、電流制御から電圧制御への切替時においては、切替前に電流制御演算部４４２が電流偏差ΔＩＬの制御演算（比例積分演算）により算出した制御量（積分項）を、切替後に電流制御演算部４４２が電流偏差ΔＩＬの制御演算により算出する制御量（積分項）の初期値として、引き継ぐことができる。これにより、蓄電装置１００を使用する第１のモードから蓄電装置１５０を不使用とする第２のモードへの切替時において、システム電圧ＶＨの変動が発生するのを回避することができる。
【０１１４】
また、電圧制御から電流制御への切替時においては、電流制御演算部４４２における制御量（積分項）を、電流制御での制御量の初期値として引き継ぐことに加えて、電圧制御演算部４４０から出力される電流指令値ＩＬ＊の最終値を、電流制御演算部４４２に引き継ぐことができる。これにより、第２のモードから第１のモードへの切替時においても、システム電圧ＶＨの変動が発生するのを回避できる。
【０１１５】
図８は、上述したコンバータ１１０の電流制御および電圧制御の切替えを実現するための制御装置３００の処理手順を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートの各ステップは、基本的には制御装置３００によるソフトウェア処理によって実現されるが、制御装置３００に設けられた電子回路等によるハードウェア処理によって実現されてもよい。
【０１１６】
図８を参照して、制御装置３００は、ステップＳ２１により、蓄電装置１５０を使用する第１のモードが選択されているか否か、すなわち、コンバータ１１０を電流制御に従って制御しているか否かを判定する。
【０１１７】
第１のモードが選択されている場合、すなわち、コンバータ１１０を電流制御に従って制御している場合（ステップＳ２１のＹＥＳ判定時）には、制御装置３００は、続いてステップＳ２２により、第２のモードが選択されたか否か、すなわち、電圧制御が選択されたか否かを判定する。第２のモードが選択されていない場合（ステップＳ２２のＮＯ判定時）には、以降の制御の切替処理をすることなく処理を終了する。
【０１１８】
一方、第２のモードが選択されたことに従って電圧制御が選択された場合（ステップＳ２２のＹＥＳ判定時）には、制御装置３００は、ステップＳ２３により、スイッチＳＷ１をオンする一方で、スイッチＳＷ２をオフするように制御信号を生成して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２へ出力する。さらに、制御装置３００は、ステップＳ２４に処理を進めて、リレーＲＬ１，ＲＬ２をオフする。蓄電装置１５０が電源ラインＨＰＬから切り離されて不使用とされると、制御装置３００は、ステップＳ２５により、コンバータ１１０を電圧制御に従って制御する。
【０１１９】
これに対して、第２のモードが選択されている場合、すなわち、コンバータ１１０を電圧制御に従って制御している場合（ステップＳ２１のＮＯ判定時）には、制御装置３００は、続いてステップＳ２６により、第１のモードが選択されたか否か、すなわち、電流制御が選択されたか否かを判定する。第１のモードが選択されていない場合（ステップＳ２６のＮＯ判定時）には、以降の制御の切替処理をすることなく処理を終了する。
【０１２０】
一方、第１のモードが選択されたことに従って電流制御が選択された場合（ステップＳ２６のＹＥＳ判定時）には、制御装置３００は、ステップＳ２７により、スイッチＳＷ１をオフする一方で、スイッチＳＷ２をオンするように制御信号を生成して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２へ出力する。さらに、制御装置３００は、ステップＳ２８に処理を進めて、リレーＲＬ１，ＲＬ２をオンする。蓄電装置１５０が電源ラインＨＰＬに接続されると、制御装置３００は、ステップＳ２９により、コンバータ１１０を電流制御に従って制御する。
【０１２１】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、複数の蓄電装置１００，１５０を備えた電源システムにおいて、蓄電装置１００のみにコンバータを設ける構成としても、蓄電装置１００が分担する電力が所定の電力目標値となるように、コンバータ１１０を電流制御に従って制御することにより、蓄電装置１５０の充放電電力についても間接的に制御することができる。これにより、蓄電装置１００，１５０を協調的に使用して負荷に電力を供給することができる。この結果、複数の蓄電装置１００，１５０を有効に活用して負荷に電力を供給することができるので、電源システムを小型化かつ低コストで効率的に構成することが可能となる。
【０１２２】
また、蓄電装置１５０の使用および不使用の切替えに従って、コンバータ１１０を電流制御と電圧制御との間で切替えるときには、切替前の制御でのフィードバック制御要素のうちの積分要素の出力（積分項）を、切替後の制御でのフィードバック制御要素のうちの積分要素の初期値として引き継ぐことにより、制御の切替時におけるシステム電圧ＶＨの変動の発生を回避することができる。
【０１２３】
なお、図１に示した電動車両５の負荷１０（すなわち、駆動系）の構成は、図示された構成に限定されるものではない。すなわち、電気自動車、燃料電池自動車等、走行用電動機を搭載した電動車両に対して、本発明は共通に適用することができる。さらに、負荷１０としては、車両の駆動力を発生する駆動系に限定されず、電力消費を行なう装置に適用することができることを確認的に記載する。
【０１２４】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
この発明は、複数の蓄電装置を搭載した電源システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
５  電動車両、１０  負荷、２０  電源システム、３０  電力目標値生成部、３２  除算部、３４，４２  減算部、３６，４４  ＰＩ制御部、３８，４６  伝達関数、４０  電圧指令値生成部、５０  モード判定部、５２  指令値生成部、５４  切替部、１００，１５０  蓄電装置、１０５，１５５  電池センサ、１１０  コンバータ、１２０  インバータ、１６０，２３０，２４０  電流センサ、１７０，１８０  電圧センサ、１９０  システムメインリレ、２２０  エンジン、２５０  動力分割機構、２６０  駆動輪、２７０，２８０  回転角センサ、３００  制御装置、４４０  電圧制御演算部、４４２  電流制御演算部、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３，ＲＬ１〜ＲＬ３  リレー。
【図１】
2013046314.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月12日(2014.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する電源システムであって、
第１の蓄電装置と、
第２の蓄電装置と、
前記負荷に対して入出力される電力を伝達するための電力線と、
前記第１の蓄電装置と前記電力線との間で双方向の直流電圧変換を実行するためのコンバータと、
前記第２の蓄電装置と前記電力線との間に接続された開閉器と、
前記開閉器のオンオフおよび前記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、前記開閉器のオフ時には、前記電力線の電圧値が電圧指令値となるように前記コンバータを電圧制御する一方で、前記開閉器のオン時には、前記第１の蓄電装置の電流値が電流指令値となるように前記コンバータを電流制御するように構成され、
前記制御装置は、
前記負荷の動作状態に応じて、前記開閉器のオンオフを切替える切替部と、
前記電圧指令値に対する前記電力線の電圧値の偏差を積分する積分要素を少なくとも含む電圧フィードバック制御要素の出力に応じて、前記コンバータを電圧制御する電圧制御部と、
前記電流指令値に対する前記第１の蓄電装置の電流値の偏差を積分する積分要素を少なくとも含む電流フィードバック制御要素の出力に応じて、前記コンバータを電流制御する電流制御部とを含み、
前記電圧制御部は、前記開閉器をオンからオフに切替えるときには、前記電圧フィードバック制御要素における積分要素の初期値として、前記電流フィードバック制御要素における積分要素の出力を、前記電流制御部から引き継ぐ、電源システム。
【請求項２】
前記電流制御部は、前記開閉器をオフからオンに切替えるときには、前記電流フィードバック制御要素における積分要素の初期値として、前記電圧フィードバック制御要素における積分要素の出力を、前記電圧制御部から引き継ぐ、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記電圧制御部は、
前記電圧指令値に対する前記電力線の電圧値の偏差を比例積分演算し、算出した制御量を前記電流指令値として出力する電圧制御演算部と、
前記電圧制御演算部から出力される前記電流指令値に対する前記第１の蓄電装置の電流値の偏差を比例積分演算し、算出した制御量を前記コンバータへのデューティ比指令値として出力する電流制御演算部とを含み、
前記電流制御演算部は、前記開閉器のオン時には、前記電圧制御演算部から出力される前記電流指令値に代えて、前記第１の蓄電装置が分担すべき電力目標値に応じて設定された前記電流指令値を受けるように構成されることにより、前記電流制御部として機能する、請求項１または２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記負荷は、前記電源システムから供給される電力を受けて車両駆動力を発生する電動機を含み、
前記電圧制御部は、前記電動機のトルクおよび回転数に応じて前記電力線の必要最低電圧を算出するとともに、前記必要最低電圧以上の範囲で前記電圧指令値を設定し、
前記電流制御部は、前記電動機のトルクおよび回転数に応じて前記電動機の必要電力を算出するとともに、前記電動機の必要電力に応じて前記第１の蓄電装置が分担すべき電力目標値を決定し、かつ、前記電力目標値を前記第１の蓄電装置の電圧で除算することにより前記電流指令値を設定する、請求項１に記載の電源システム。
【請求項５】
負荷に電力を供給する電源システムの制御方法であって、
前記電源システムは、
第１の蓄電装置と、
第２の蓄電装置と、
前記負荷に対して入出力される電力を伝達するための電力線と、
前記第１の蓄電装置と前記電力線との間で双方向の直流電圧変換を実行するためのコンバータと、
前記２の蓄電装置と前記電力線との間に接続された開閉器とを含み、
前記制御方法は、
前記負荷の動作状態に応じて、前記開閉器のオンオフを切替えるステップと、
前記開閉器のオフ時には、前記電力線の電圧値が電圧指令値となるように前記コンバータを電圧制御するステップと、
前記開閉器のオン時には、前記第１の蓄電装置の電流値が電流指令値となるように前記コンバータを電流制御するステップとを備え、
前記コンバータを電圧制御するステップは、前記電圧指令値に対する前記電力線の電圧値の偏差を積分する積分要素を少なくとも含む電圧フィードバック制御要素の出力に応じて、前記コンバータを電圧制御し、
前記コンバータを電流制御するステップは、前記電流指令値に対する前記第１の蓄電装置の電流値の偏差を積分する積分要素を少なくとも含む電流フィードバック制御要素の出力に応じて、前記コンバータを電流制御し、
前記コンバータを電圧制御するステップは、前記開閉器をオンからオフに切替えるときには、前記電圧フィードバック制御要素における積分要素の初期値として、前記電流フィードバック制御要素における積分要素の出力を、前記コンバータを電流制御するステップから引き継ぐ、電源システムの制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2013046314.tif 000011
【国際調査報告】
2013046314.tif 000012
2013046314.tif 000013