(57)【要約】【課題】二電源間の電力を変電機により相互に補完する電源システムにおいて、低温状態の電源を効果的に昇温し、出力能力の低下を解消する電源システムを提供する。【解決手段】電源システム１０の変電機４０は、出力型電源で構成される高圧電源５と、容量型電源で構成される低圧電源３とを双方向に変圧可能に接続する。変電機制御装置７０は、低圧電源３または高圧電源５の一方の容量もしくは入出力が適正範囲から外れたとき、低圧電源３または高圧電源５の他方の電源により補完するように変電機４０を制御する。温度センサ７８、７６は、高圧電源温度ＴＨ及び低圧電源温度ＴＬを検出する。変電機制御装置７０は、高圧電源温度ＴＨまたは低圧電源温度ＴＬが、それぞれの下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍより低い電源低温時に、変電機４０による高圧電源５と低圧電源３との間の電力移動の動作頻度を、電源常温時よりも増加させる昇温運転を実行する。【選択図】図１
2018042341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力型電源または容量型電源の一方で構成され、第１負荷（６）に直流電力を供給可能な高圧電源（５、５５）と
出力型電源または容量型電源の他方で構成され、前記高圧電源の出力電圧より低い電圧の直流電力を前記第１負荷とは異なる第２負荷（２）に供給可能な低圧電源（３、３５）と、
前記高圧電源と前記低圧電源とを双方向に変圧可能に接続する変電機（４０）と、
前記低圧電源または前記高圧電源の一方の容量もしくは入出力が適正範囲から外れたとき、前記低圧電源または前記高圧電源の他方により容量もしくは入出力を補完するように前記変電機を制御する変電機制御装置（７０）と、
前記高圧電源の電源温度（ＴＨ）または前記低圧電源の電源温度（ＴＬ）のうち少なくともいずれか一方を検出または推定する電源温度取得部（７８、７６）と、
を備え、
前記変電機制御装置は、
前記高圧電源及び前記低圧電源の電源温度について、それぞれの入出力特性に基づいて設定された制御閾値である下限温度（ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍ）の情報を有し、
前記高圧電源または前記低圧電源の少なくともいずれか一方の電源温度がそれぞれの前記下限温度よりも低い電源低温時に、前記変電機による前記高圧電源と前記低圧電源との間の電力移動の動作頻度を、前記高圧電源および前記低圧電源の電源温度がそれぞれの前記下限温度以上である電源常温時よりも増加させる昇温運転を実行する電源システム。
【請求項２】
前記変電機制御装置は、
前記変電機による変電電力の制御目標である変電要求電力（ＰＤｒｅｑ）を前記高圧電源の容量（ＥＨ）と前記低圧電源の容量（ＥＬ）との容量比（Ｘ）に基づいて決定し、
前記容量比が所定のバランス範囲から外れたとき、前記容量比が前記バランス範囲に入るように前記変電機を動作させる請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記変電機制御装置は、
前記電源低温時における前記容量比の前記バランス範囲を、前記電源常温時における前記容量比の前記バランス範囲よりも狭く設定する請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記変電機制御装置は、
前記変電要求電力を、前記低圧電源の電源温度に基づいて設定される入出力電力の許容上限値以下に制限する請求項２または３に記載の電源システム。
【請求項５】
前記変電機制御装置は、
前記高圧電源及び前記低圧電源の電源温度について、前記昇温運転における制御目標値として、それぞれの前記下限温度以上の温度に設定された目標温度（ＴＨ＿ｔｇｔ、ＴＬ＿ｔｇｔ）の情報を有し、
前記高圧電源及び前記低圧電源の電源温度がそれぞれの前記目標温度に到達するまで前記昇温運転を継続する請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項６】
前記変電機制御装置は、
前記高圧電源及び前記低圧電源の電源温度について、それぞれの入出力特性に基づいて、それぞれの前記下限温度よりも高く設定された制御閾値である上限温度（ＴＨ＿ｌｉｍ＿Ｕ、ＴＬ＿ｌｉｍ＿Ｕ）の情報を有し、
前記高圧電源または前記低圧電源の電源温度が、それぞれの前記上限温度を超えたとき、入出力電力を抑制しつつ、前記高圧電源と前記低圧電源との間の電力移動を制限する請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項７】
前記変電機制御装置は、
前記高圧電源または前記低圧電源の一方の電力変化に基づいて将来の要求電力を予測し、前記高圧電源または前記低圧電源の一方の出力が前記適正範囲の下限に対し不足する、或いは、入力が前記適正範囲の上限に対し過剰となると予測されたとき、前記高圧電源または前記低圧電源の他方との間で充放電するように前記変電機を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二電源を備える電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハイブリッド自動車の主機を駆動するインバータ等の高圧側負荷に直流電力を供給する電源システムにおいて、短時間に大電力を出力する出力型の電源と、長時間にわたって小電力を出力する容量型の電源との二電源を備えるものが知られている。例えば、特許文献１に記載の電源システム（電源装置）は、瞬発的に大電力を出力可能な瞬発性蓄電池と、持続的に一定の電圧を出力可能な持続性蓄電池とが並列に接続されている。
また、一般に低温状態では、電源の出力能力が低下する。そこで、例えば特許文献２には、電力供給装置を構成するキャパシタまたは蓄電池の温度が所定の温度より低いと判定されたとき、キャパシタと蓄電池との間で充放電を行わせる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２５２７１１号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９２５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
キャパシタに代表される瞬発性蓄電池は蓄電量による電圧の変化が大きい。特許文献１の電源システムは、持続性蓄電池と瞬発性蓄電池とから同等の電圧を共通の出力端子に印加する構成を前提としており、第２の実施の形態として、瞬発性蓄電池の電圧変動を抑制するため、瞬発性蓄電池と出力端子との間に電流制御装置を設けている。
その結果、出力端子を介して負荷に供給される最大出力は電流制御装置の出力能力で規制されるため、瞬発性蓄電池の応答性が低下することとなる。また、せっかく瞬発性蓄電池が出力した大電力を負荷に供給しようとすると、電流制御装置の要求出力を大きくせざるを得ない。したがって、電流制御装置が大型化し、コストが上昇するという問題がある。
要するに特許文献１の技術では、高圧側負荷の要求特性に応じて、各電源の能力を適切に反映した効率的な電力供給制御を十分に実行することができない。
【０００５】
また、特許文献２には、キャパシタまたは蓄電池の温度低下時におけるキャパシタと蓄電池との間での電力移動タイミングや充放電の制御目標について、具体的に記載されていない。そのため、充放電を繰り返すことで、内部抵抗による発熱や電力変換に伴う損失により、エネルギーが枯渇する可能性がある。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、二電源間の電力を変電機により相互に補完する電源システムにおいて、低温状態の電源を効果的に昇温し、出力能力の低下を解消する電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電源システムは、高圧電源（５、５５）、低圧電源（３、３５）、変電機（４０）、変電機制御装置（７０）及び電源温度取得部（７８、７６）を備える。
高圧電源は、出力型電源または容量型電源の一方で構成され、第１負荷（６）に直流電力を供給可能である。
低圧電源は、出力型電源または容量型電源の他方で構成され、高圧電源の出力電圧より低い電圧の直流電力を第１負荷とは異なる第２負荷（２）に供給可能である。
変電機は、高圧電源と低圧電源とを双方向に変圧可能に接続する。
変電機制御装置は、低圧電源または高圧電源の一方の容量もしくは入出力が適正範囲から外れたとき、低圧電源または高圧電源の他方により容量もしくは入出力を補完するように変電機を制御する。
ここで、「適正範囲」とは、電源の入出力特性に応じて、要求される電力を適正に入出力可能な範囲をいう。「入出力が適正範囲から外れたとき」とは、要求出力に対して実際の出力が不足するとき、及び、入力が電源の許容上限値に対して過剰となるときを含む。
【０００８】
例えば第１負荷としては、主機としての回転機を駆動する回転機システム等が該当する。この場合、回転機システムの駆動対象である主機は、ハイブリッド自動車の駆動力源として用いられる回転機に限らず、当該電源システムの主要な電力供給対象となる装置を指す。
また、例えば第２負荷としては、補機負荷等が該当する。この補機負荷は、車両に搭載される装置に限らず、低圧電源が供給する電力で駆動される装置全般を指す。
【０００９】
電源温度取得部は、高圧電源の電源温度（ＴＨ）または低圧電源の電源温度（ＴＬ）のうち少なくともいずれか一方を検出または推定する。
変電機制御装置は、高圧電源及び低圧電源の電源温度について、それぞれの入出力特性に基づいて設定された制御閾値である下限温度（ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍ）の情報を有する。ここで、「高圧電源または低圧電源の少なくともいずれか一方の電源温度が、それぞれの下限温度より低い時を「電源低温時」という。また、高圧電源及び低圧電源の電源温度がそれぞれの下限温度以上である時を「電源常温時」という。
変電機制御装置は、電源低温時に、変電機による高圧電源と低圧電源との間の電力移動の動作頻度を、電源常温時よりも増加させる「昇温運転」を実行する。
【００１０】
本発明では、低圧電源または高圧電源の一方の容量もしくは入出力が適正範囲から外れたとき、低圧電源または高圧電源の他方により容量もしくは入出力を補完するように変電機を制御するため、各電源の長所を生かしつつ、短所を補うことができる。したがって、電源仕様を過剰に大きくすることなく、高圧側負荷の要求特性に応じて、出力と容量とのバランスを適正化することができる。よって、小型で低コストの電源システムを提供することができる。
【００１１】
また、変電機制御装置は、電源低温時に、変電機による高圧電源と低圧電源との間の電力移動の動作頻度を、電源常温時よりも増加させ、積極的に充放電させることで、電源の内部抵抗を利用し電源を昇温させる。
これにより、二電源間の電力を変電機により相互に補完する電源システムにおいて、低温状態の電源を効果的に昇温し、出力能力の低下を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態による電源システムの全体構成図。
【図２】図１の電源システムの制御ブロック図。
【図３】（ａ）各種電源のラゴンプロット。（ｂ）本発明が目標とする電源仕様を説明する容量と出力との関係図。
【図４】比較例の電源システムの全体構成図。
【図５】図１の電源システムによる通常処理のメインフローチャート。
【図６】（ａ）低圧容量と入出力制限値との関係を示すマップ。（ｂ）高圧容量と入出力制限値との関係を示すマップ。
【図７】高圧電源の開回路電圧と高圧容量との関係を示すマップ。
【図８】低圧容量と低圧電源要求電力との関係を示すマップ。
【図９】高圧／低圧容量比と変電要求電力との関係を示すマップ。
【図１０】高圧電源要求電力の予測を説明する図。
【図１１】電源の温度と入出力電力の許容上限値との関係を示す特性図。
【図１２】図５の変電要求電力演算処理のサブフローチャート。
【図１３】電源低温時の高圧／低圧容量比と変電要求電力との関係を示すマップ。
【図１４】電源低温時の（ａ）低圧容量と入出力制限値との関係を示すマップ。（ｂ）高圧容量と入出力制限値との関係を示すマップ。
【図１５】第２実施形態による電源システムの全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、電源システムの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態、及び比較例の構成において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
以下の実施形態の電源システムは、エンジン、及び、主機として用いられる回転機（モータジェネレータ）を動力源とするハイブリッド自動車に搭載され、回転機を駆動する回転機システムに高圧の直流電力を供給し、且つ、各種の補機負荷に低圧の直流電力を供給する電源システムである。
【００１４】
（第１実施形態）
第１実施形態の電源システムについて、図１〜図１４を参照して説明する。
最初に、電源システムの全体構成について図１を参照する。電源システム１０は、高圧側の「第１負荷」としての回転機システム６と、低圧側の「第２負荷」としての補機負荷２との間に設けられる。
回転機システム６は、車両の動力源である主機としての回転機を駆動するシステムであり、典型的には、直流電力を交流電力に変換し回転機に供給するインバータが該当する。システムによっては、インバータの入力側に、更に昇圧コンバータが設けられてもよい。
補機負荷２は、電動パワーステアリング装置、パワーウインドウ装置、ブロワ、ファン等、主機とは異なる各種機能を担う装置である。
【００１５】
電源システム１０は、高圧電源５、低圧電源３、変電機４０、変電機制御装置７０（図２参照）、及び、「電源温度取得部」としての温度センサ７８、７６を含む。
【００１６】
高圧電源５は、回転機システム６に直結され、回転機システム６に例えば１００Ｖを超える高圧電力を供給可能である。低圧電源３は、高圧電源５の出力電圧より低い電圧の直流電力、例えば１４Ｖ程度の低圧電力を補機負荷２に供給可能である。第１実施形態では、高圧電源５は、ＬｉＣ（リチウムイオンキャパシタ）等の出力型電源で構成され、低圧電源３は、ＬｉＢ（リチウムイオン二次電池）等の容量型電源で構成されている。
温度センサ７８は、高圧電源５の内部温度（以下、「高圧電源温度」）ＴＨを検出する。温度センサ７６は、低圧電源３の内部温度（以下、「低圧電源温度」）ＴＬを検出する。
【００１７】
変電機４０は、低圧電源３と高圧電源５とを双方向に変圧可能に接続する直流電力変換装置である。変電機４０は、一般にＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＤＣ）と呼ばれる。
変電機４０は、中圧部（ＭＶ）４６と、高圧部（ＨＶ）４８と、中圧部（ＭＶ）４６と高圧部（ＨＶ）４８との間に設けられた変圧器４７と、を有する。中圧部４６の電圧は、概ね２４〜６０Ｖの範囲であり、例えば４８Ｖである。高圧部４８の電圧は、６０Ｖを超え数百Ｖまでの範囲であり、典型的には１００Ｖを超える。また、補機負荷２には例えば１４Ｖ程度の低圧の電圧が供給される。そのため本実施形態の変電機４０には、中圧部４６の電圧を降圧して補機負荷２に供給する降圧コンバータ４２が併設されている。
なお、本実施形態における「高圧、中圧、低圧」という用語は、便宜上、相対的な意味で用いるものであって、具体的な電圧範囲を限定するものではない。
【００１８】
以下、図１の構成における電力収支について言及するにあたり、各出力変数の符号を矢印の向きで定義する。図１に示すように、補機負荷２側から回転機システム６側に向かう電力の符号、すなわち矢印の向きを正とし、その逆向きの電力の符号を負とする。
各部における電力について、補機負荷２が入出力する電力をＰｏ、低圧電源３が入出力する電力をＰＬ、高圧電源５が入出力する電力をＰＨ、変電機４０が変電する目標電力をＰＤＣｔｇｔ、変電機４０の高圧部４８が回転機システム６へ供給する目標電力をＰＩｔｇｔというように記す。
【００１９】
回転機の力行動作時や低圧電源３への電力供給時に高圧電源５が放電するときの高圧出力ＰＨｏｕｔ、及び、補機負荷２の駆動時や高圧電源５への電力供給のために低圧電源３が放電するときの低圧出力ＰＬｏｕｔは、０または正の値で表される（ＰＨｏｕｔ≧０、ＰＬｏｕｔ≧０）。
一方、回転機の回生動作時や低圧電源３からの電力供給時に高圧電源５が充電されるときの高圧入力ＰＨｉｎ、及び、補機負荷２の出力や高圧電源５からの電力供給により低圧電源３が充電されるときの低圧入力ＰＬｉｎは、０または負の値で表される（ＰＨｉｎ≦０、ＰＬｉｎ≦０）。
【００２０】
また、ＰＨｏｕｔ、ＰＬｏｕｔは、電源特性に基づき、高圧電源５及び低圧電源３からの放電が許容される電力の制限値である「出力制限値」を表す。同様に、ＰＨｉｎ、ＰＬｉｎは、電源特性に基づき、高圧電源５及び低圧電源３への充電が許容される電力の制限値である「入力制限値」を表す。
以下、本明細書では、対となる出力制限値及び入力制限値を表す場合、「低圧電源３の入出力制限値ＰＬｏｕｔ、ＰＬｉｎ」、「高圧電源５の入出力制限値ＰＨｏｕｔ、ＰＨｉｎ」のように、出力、入力の順で記号を付す。
【００２１】
次に、電源システム１０の制御構成について、図２を参照して説明する。
変電機制御装置７０は、低圧電源３に対応する低圧演算装置７３、高圧電源５に対応する高圧演算装置７５、及び、変電機４０に対応する変電演算装置７４を有している。
低圧演算装置７３は、低圧電源３の入力制限値ＰＬｉｎ及び出力制限値ＰＬｏｕｔを演算し、変電演算装置７４に通知する。
高圧演算装置７５は、高圧電源５の入力制限値ＰＨｉｎ及び出力制限値ＰＨｏｕｔを演算し、変電演算装置７４に通知する。
変電演算装置７４は、低圧演算装置７３から低圧電源３の入出力制限値ＰＬｏｕｔ、ＰＬｉｎを取得し、高圧演算装置７５から高圧電源５の入出力制限値ＰＨｏｕｔ、ＰＨｉｎを取得する。また、変電機制御装置７０には、温度センサ７８、７６が検出した高圧電源温度ＴＨ及び低圧電源温度ＴＬが入力される。
【００２２】
そして、変電機制御装置７０は、低圧電源３または高圧電源５の一方の容量もしくは入出力が適正範囲から外れたとき、低圧電源３または高圧電源５の他方により容量もしくは入出力を補完するように変電機４０を制御する。
ここで、「適正範囲」とは、電源の入出力特性に応じて、要求される電力を適正に入出力可能な範囲をいう。「入出力が適正範囲から外れたとき」とは、要求出力に対して実際の出力が不足するとき、及び、入力が電源の許容上限値に対して過剰となるときを含む。
入出力が適正範囲内にあるか否かの具体的な判断方法については後述する。
【００２３】
回転機制御装置８は、回転機システム６のインバータの駆動を制御することにより回転機の通電を制御する制御装置であり、いわゆるＭＧ−ＥＣＵに相当する。以下、回転機システム６の駆動電力を「高圧動力ＰＩ」という。回転機制御装置８は、高圧動力の要求電力ＰＩｒｅｑを演算し、さらに、高圧動力への目標出力ＰＩｔｇｔを演算する。
【００２４】
電源システム１０は、変電機制御装置７０と回転機制御装置８との間で、下記のように演算値を相互に通信しつつ処理を実行する。ここでは処理の概要のみを記載し、各演算の詳細については後述する。
（Ｉ）変電機制御装置７０から回転機制御装置８に対し、低圧電源３の入出力制限値ＰＬｏｕｔ、ＰＬｉｎ、高圧電源５の入出力制限値ＰＨｏｕｔ、ＰＨｉｎ、及び、補機出力Ｐｏに基づき、式（１．１）、（１．２）により算出した電源システム出力ガード値ＰＳｏｕｔ、及び電源システム入力ガード値ＰＳｉｎを通知する。
【００２５】
ＰＳｏｕｔ＝ＰＨｏｕｔ＋ＰＬｏｕｔ＋Ｐｏ  ・・・（１．１）
ＰＳｉｎ  ＝ＰＨｉｎ  ＋ＰＬｉｎ  ＋Ｐｏ  ・・・（１．２）
【００２６】
（ＩＩ。^回転機制御装置８は、高圧動力の要求電力ＰＩｒｅｑ、及び、通知されたガード値ＰＳｏｕｔ、ＰＳｉｎに基づき、高圧動力の供給目標電力ＰＩｔｇｔを演算する。
（ＩＩＩ）変電機制御装置７０は、高圧動力の供給目標電力ＰＩｔｇｔを回転機制御装置８から取得し、変電機４０の目標出力ＰＤＣｔｇｔを演算する。そして、演算結果に基づき低圧電源３と高圧電源５との間で電力を変換する。
【００２７】
ここで、本実施形態の基本的な考え方について、図３を参照して説明する。
図３（ａ）は、電源として用いられるキャパシタまたは電池の容量密度と出力密度との関係を示すラゴンプロットである。短破線領域の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）やＬｉＣは、容量密度が低く出力密度が高い。長破線領域の出力型ＬｉＢやニッケル金属水素化物電池（ＮｉＭＨ）は、容量密度、出力密度が中程度である。一点鎖線領域の容量型ＬｉＢは、容量密度が高く出力密度が低い。
【００２８】
このように、電源種によって出力対容量の比（以下、「出力／容量比」）が決まるため、要求される出力／容量比と一致するように電源特性を設定すれば、ムダのない電源仕様を実現することができ、電源システムの小型化やコスト低減につながる。そこで、本実施形態では、二電源協調による出力／容量比の適正化により、電源仕様の最小化を図る。
図３（ｂ）は、本実施形態が目標とする電源仕様を説明する容量と出力との関係図である。ここでは、図１における低圧電源３が容量型ＬｉＢであり、高圧電源５がＬｉＣである例を想定して説明する。
【００２９】
まず、本実施形態と対比する比較例の電源システムについて、図４を参照する。なお、図４では、温度センサを図示しない。比較例の電源システム１９では、変電機４０９に、例えば１４Ｖの補機用電池３９に接続された低圧部（ＬＶ）４４と、例えば１００Ｖ超の高圧電源５９に接続された高圧部（ＨＶ）４８とが変圧器４９を介して接続されている。高圧電源５９は、出力型ＬｉＢにより構成されている。この電源システム１９では、要求される出力／容量比を得るために長破線で示す仕様の電源を選定する必要があるため、容量が過剰（オーバースペック）となる。
【００３０】
それに対し本実施形態では、短破線で示すＬｉＣ、及び、一点鎖線で示す容量型ＬｉＢの二電源を、それぞれの長所を生かしつつ併用する。つまり、高出力を生成可能なＬｉＣをベースとして回転機システム６に電力を供給しつつ、ＬｉＣの容量不足分を容量型ＬｉＢで補う。
【００３１】
ところで、特許文献１（特開平１１−２５２７１１号公報）の従来技術では、瞬発性蓄電池と出力端子との間に電流制御装置を設けている。このように、ＬｉＣと回転機システム６との間に変電装置を介在させると、回転機システム６への供給可能な最大出力は変電装置の出力能力で規制されるため、ＬｉＣの長所である応答性を低下させることとなる。したがって、ＬｉＣの高圧電源５は、回転機システム６に直結されることが好ましい。
【００３２】
一方、ＬｉＣの高圧電源５の容量不足を解消するため、容量型ＬｉＢの低圧電源３から、変電機４０を介してＬｉＣに給電し、ＬｉＣの容量（ＳＯＣ）を調整する。
図３（ｂ）において、ＬｉＣの容量Ｅｃ、容量型ＬｉＢの容量Ｅｂ、及び要求容量Ｅｒの関係は、「Ｅｃ＋Ｅｂ≧Ｅｒ」となるように設定される。
【００３３】
次に、変電機制御装置７０及び回転機制御装置８において実行される電力供給制御処理について、図５の基本フローチャート、及び、図６〜図１０の特性図（マップ）を参照して説明する。以下のフローチャートの説明で記号Ｓは「ステップ」を表す。
後述のように、本実施形態は、電源温度ＴＨ、ＴＬの少なくともいずれか一方が低温状態または高温状態であることを考慮した動作を行うが、まず、電源温度ＴＨ、ＴＬを考慮しない場合の基本動作を説明する。
図５に示す処理ルーチンは、回転機システム６または補機負荷２の少なくとも一方が動作している間、所定の周期で繰り返される。本実施形態では、主に車両のアイドリング時または走行時に電源システム１０から回転機システム６に効率的に電力を供給することを目的とする。
【００３４】
変電機制御装置７０は、まず、現在の低圧電源３の容量（以下、「低圧容量」）ＥＬ、及び、高圧電源５の容量（以下、「高圧容量」）ＥＨを推定し、低圧電源３の入出力制限値ＰＬｏｕｔ、ＰＬｉｎ、及び高圧電源５の入出力制限値ＰＨｏｕｔ、ＰＨｉｎを演算する。ここで、低圧容量ＥＬ、高圧容量ＥＨは、いわゆるＳＯＣ（蓄電量）に相当する。
低圧電源３の入出力制限値ＰＬｏｕｔ、ＰＬｉｎは低圧容量ＥＬに応じて変化し、高圧電源５の入出力制限値ＰＨｏｕｔ、ＰＨｉｎは高圧容量ＥＨに応じて変化する。以下、出力変数の依存関係について、適宜、変数記号の後の（  ）内に、その変数が依存する変数を関数の引数として記載することにより表す。
【００３５】
Ｓ２０１では、低圧容量ＥＬを推定する。また、低圧電源温度ＴＬの情報を取得する。
Ｓ２０２では、図６（ａ）のマップを用いて、低圧容量ＥＬと電源温度ＴＬとに依存する低圧電源３の入出力制限値ＰＬｏｕｔ（ＥＬ、ＴＬ）、ＰＬｉｎ（ＥＬ、ＴＬ）を演算する。入力制限値ＰＬｉｎは、いわゆる充電許容電力Ｗｉｎに相当し、出力制限値ＰＬｏｕｔは、いわゆる放電許容電力Ｗｏｕｔに相当する。
【００３６】
図６（ａ）に示す通り、充電時、低圧容量ＥＬが最大低圧容量ＥＬｍａｘ未満の領域では、入力制限値ＰＬｉｎの絶対値が低圧容量ＥＬの増加に従って緩やかな勾配で減少し、低圧容量ＥＬが最大低圧容量ＥＬｍａｘに近づくと急に減少する。そして、低圧容量ＥＬが最大低圧容量ＥＬｍａｘに到達すると、入力制限値ＰＬｉｎは０になる。
また、放電時、低圧容量ＥＬが最小低圧容量ＥＬｍｉｎより大きい領域では、出力制限値ＰＬｏｕｔの絶対値が低圧容量ＥＬの減少に従って緩やかな勾配で減少し、低圧容量ＥＬが最小低圧容量ＥＬｍｉｎに近づくと急に減少する。そして、低圧容量ＥＬが最小低圧容量ＥＬｍｉｎに到達すると、出力制限値ＰＬｏｕｔは０になる。
変電機制御装置７０は、このように低圧容量ＥＬと低圧電源３の入出力制限値ＰＬｏｕｔ、ＰＬｉｎとの関係が規定されたマップを用い、ＥＬ≧ＥＬｍａｘのとき、ＰＬｉｎ＝０とし、過充電を防止する。また、ＥＬ≦ＥＬｍｉｎのとき、ＰＬｏｕｔ＝０とし、過放電を防止する。
【００３７】
同様に、Ｓ４０１では、高圧容量ＥＨを推定する。また、高圧電源温度ＴＨの情報を取得する。
Ｓ４０２では、図６（ｂ）のマップを用いて、高圧容量ＥＨと電源温度ＴＨとに依存する高圧電源５の入出力制限値ＰＨｏｕｔ（ＥＨ、ＴＨ）、ＰＨｉｎ（ＥＨ、ＴＨ）を演算する。入力制限値ＰＨｉｎは、いわゆる充電許容電力Ｗｉｎに相当し、出力制限値ＰＨｏｕｔは、いわゆる放電許容電力Ｗｏｕｔに相当する。
【００３８】
図６（ｂ）における充電時の高圧容量ＥＨ、最大高圧容量ＥＨｍａｘと入力制限値ＰＨｉｎとの関係、及び、放電時の高圧容量ＥＨ、最小高圧容量ＥＨｍｉｎと出力制限値ＰＨｏｕｔとの関係は、基本的に図６（ａ）と同様である。ただし、最大高圧容量ＥＨｍａｘ及び最小高圧容量ＥＨｍｉｎは、最大低圧容量ＥＬｍａｘ及び最小低圧容量ＥＬｍｉｎに比べ相対的に小さい。また、高圧電源５の入出力制限値ＰＨｏｕｔ、ＰＨｉｎの絶対値は、低圧電源３の入出力制限値ＰＬｏｕｔ、ＰＬｉｎの絶対値に比べ相対的に大きい。
変電機制御装置７０は、このように高圧容量ＥＨと高圧電源５の入出力制限値ＰＨｏｕｔ、ＰＨｉｎとの関係が規定されたマップを用い、ＥＨ≧ＥＨｍａｘのとき、ＰＨｉｎ＝０とし、過充電を防止する。また、ＥＨ≦ＥＨｍｉｎのとき、ＰＨｏｕｔ＝０とし、過放電を防止する。
【００３９】
以下、電源の過充電及び過放電の防止についてまとめて言及するとき、入力側、出力側共に電力を絶対値で表し、マップに実線で示す特性線を「許容上限値」と呼ぶ。第１実施形態では、出力型電源で構成される高圧電源５よりも容量型電源で構成される低圧電源３の方が入出力電力の許容上限値が小さい。したがって、変電機４０による最大入出力電力は、低圧電源３の入出力電力の許容上限値によって制限を受ける。
【００４０】
ところで、図７に示すように、高圧容量ＥＨは、高圧電源５の開回路電圧ＯＣＶ＿Ｈの関数として表され、開回路電圧ＯＣＶ＿Ｈは、高圧電源５の電圧ＶＨ、内部抵抗ＲＨ、及び電流ＩＨを用いて、「ＯＣＶ＿Ｈ＝ＶＨ−ＲＨ×ＩＨ」と規定される。この関係から、高圧電源５の状態を、容量ＥＨに代えて電圧ＶＨに基づいて判断することもできる。
【００４１】
続いて、Ｓ５０２では、低圧電力ＰＬに依存する低圧電源要求電力ＰＬｒｅｑ（ＰＬ）を演算する。低圧電源要求電力ＰＬｒｅｑは、電源システム１０における最大蓄電装置である低圧電源３の容量ＥＬ（ＳＯＣ）に応じた入出力要求を示す。
図８において、ＳＯＣ＝０％に相当する低圧容量ＥＬをＥＬ0、ＳＯＣ＝１００％に相当する低圧容量ＥＬをＥＬ100とする。また、補機最大出力の絶対値をＰｏｍａｘ、必要持続時間をＴｃＬとする。
【００４２】
補機負荷２の駆動を維持可能な低圧容量ＥＬの最小値ＥＬｍｉｎ＿Ｌｄ及び最大値ＥＬｍａｘ＿Ｌｄは、式（２．１）、（２．２）で表される。
ＥＬｍｉｎ＿Ｌｄ＝ＥＬ0  ＋Ｐｏｍａｘ×ＴｃＬ  ・・・（２．１）
ＥＬｍａｘ＿Ｌｄ＝ＥＬ100−Ｐｏｍａｘ×ＴｃＬ  ・・・（２．２）
変電機制御装置７０は、低圧容量ＥＬが最小値ＥＬｍｉｎ＿Ｌｄを下回る場合、低圧電源３への充電を要求し、低圧容量ＥＬが最大値ＥＬｍａｘ＿Ｌｄを上回る場合、低圧電源３からの放電を要求する。
【００４３】
Ｓ５０３では、変電機制御装置７０は、回転機制御装置８に対し、「電源システム１０の全電源の能力」に相当する「高圧電源５及び低圧電源３の入出力能力の合計値に補機出力Ｐｏを加えた値」を「高圧動力（回転機システム６）の電力制限」として通知する。すなわち、上述の式（１．１）により算出される電源システム出力ガード値ＰＳｏｕｔを放電制限として通知し、式（１．２）により算出される電源システム入力ガード値ＰＳｉｎを充電制限として通知する。
【００４４】
Ｓ５０４では、高圧容量ＥＨ及び低圧容量ＥＬに依存する変電要求電力ＰＤｒｅｑ（ＥＨ、ＥＬ）を演算する。なお、電源温度ＴＨ、ＴＬを考慮したＳ５０４の詳細なサブフローについては後述する。
図９は、低圧容量ＥＬに対する高圧容量ＥＨの比である容量比Ｘ＝（ＥＨ／ＥＬ）を横軸とし、変電要求電力ＰＤｒｅｑを縦軸としたマップである。
容量比Ｘは、回転機システム６による車両駆動に伴う充放電や補機負荷２の電力消費等によって常に変動する。変電機制御装置７０は、容量比Ｘが基準値Ｘｒｅｆに近づくように変電目標電力ＰＤＣｔｇｔを決定する。
【００４５】
変電機制御装置７０は、低圧容量ＥＬに比べ高圧容量ＥＨが小さく、容量比Ｘが下限閾値Ｘｍｉｎよりも小さいとき、変電要求電力ＰＤｒｅｑを正の値であるＰＤｒｅｑ（Ｌ−Ｈ）に設定し、低圧電源３から高圧電源５へ充電する。
一方、高圧容量ＥＨに比べ低圧容量ＥＬが小さく、容量比Ｘが上限閾値Ｘｍａｘよりも大きいとき、変電要求電力ＰＤｒｅｑを負の値であるＰＤｒｅｑ（Ｈ−Ｌ）に設定し、高圧電源５から低圧電源３へ充電する。
ここで、変電要求電力ＰＤｒｅｑ（Ｌ−Ｈ）及びＰＤｒｅｑ（Ｈ−Ｌ）の絶対値は、図６（ａ）に示す低圧電源３の入出力電力の許容上限値以下に設定されることで、充放電に伴う低圧電源３の劣化を防止することができる。
【００４６】
また、下限閾値Ｘｍｉｎ及び上限閾値Ｘｍａｘは、設計や実験により規定される。なお、閾値Ｘｍｉｎ、Ｘｍａｘを基準値Ｘｒｅｆに対して非対称に設定してもよい。さらに、閾値Ｘｍｉｎ、Ｘｍａｘを固定値とするのでなく、運転状態等に応じて可変に設定してもよい。
以下、下限閾値Ｘｍｉｎから上限閾値Ｘｍａｘまでの範囲を「バランス範囲」という。容量比Ｘがバランス範囲内にあるとき（Ｘｍｉｎ≦Ｘ≦Ｘｍａｘ）、高圧電源５と低圧電源３との間での充放電、すなわち電力移動は行われない。これに対し、容量比Ｘがバランス範囲を外れたとき（Ｘ＜Ｘｍｉｎ、または、Ｘｍａｘ＜Ｘ）、変電機制御装置７０は、容量（ＳＯＣ）の大きい電源から小さい電源へ電力を移動させ、容量比Ｘがバランス範囲に入るように変電機４０を動作させる。
【００４７】
容量比Ｘが一旦バランス範囲に入った後、回転機システム６による回転機の駆動や補機負荷２の電力消費等によって再びバランス範囲を外れると、再度、高圧電源５と低圧電源３との間で電力をやり取りする動作が繰り返される。
なお、図８において、低圧容量ＥＬが最小値ＥＬｍｉｎ＿Ｌｄを下回る領域では、低圧電源３が強制充電される。また、容量比Ｘ＝（ＥＨ／ＥＬ）に基づく図９に代えて、「ＥＨ対ＥＬ対ＰＤｒｅｑ」の三次元マップを使用してもよい。
【００４８】
Ｓ５０５では、高圧電力ＰＨに依存する高圧電源要求電力ＰＨｒｅｑ（ＰＨ）を演算する。図１０に示す例では、高圧電源５の出力ＰＨ（＞０）が時刻ｔ１から時刻ｔ２まで増加し、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで減少するように山型に変化しており、時刻ｔ２を跨ぐ期間に出力制限値ＰＨｏｕｔを上回っている。将来の要求電力を予測しない場合、高圧電力ＰＨから出力制限値ＰＨｏｕｔを減じた差分である静的要求電力ＰＨｒｅｑ＿ｓは、破線のハッチング領域で示される。
【００４９】
これに対し本実施形態では、変電機制御装置７０は、高圧電源５の電力変化、すなわち電力の時間微分値（ｄＰＨ／ｄｔ）に基づいて将来の要求電力を予測し、高圧電源要求電力ＰＨｒｅｑを演算する。図１０において、電力変化（ｄＰＨ／ｄｔ）に適合要素αを乗じた進み補償項「α×（ｄＰＨ／ｄｔ）」は、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで正、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで負となる。
将来の要求電力ＰＨｒｅｑは、静的要求電力ＰＨｒｅｑ＿ｓに進み補償項を加算した式（３）により演算される。
ＰＨｒｅｑ＝ＰＨ＋α×（ｄＰＨ／ｄｔ）−ＰＨｏｕｔ  ・・・（３）
【００５０】
実線のハッチング領域で示す通り、進み補償項を加算した要求電力ＰＨｒｅｑは、静的要求電力ＰＨｒｅｑ＿ｓに対し進み側にシフトする。このように予測を行うことにより、例えば、高圧電源５の出力ＰＨが出力制限値ＰＨｏｕｔを上回り、出力が不足すると予測されたとき、変電機制御装置７０は、予め低圧電源３から高圧電源５に充電するように変電機４０を制御する。同様に、高圧電源５の入力ＰＨ（＜０）が入力制限値ＰＨｉｎを下回り、入力が過剰となると予測されたとき、変電機制御装置７０は、予め高圧電源５から低圧電源３に放電するように変電機４０を制御する。
【００５１】
Ｓ６０１及びＳ６０２は、回転機制御装置８にて実行される。
Ｓ６０１では、回転機制御装置８は、エンジンの熱効率改善や回生電力等の駆動主機系からの要求が反映された高圧動力要求電力ＰＩｒｅｑを演算する。
Ｓ６０２では、回転機制御装置８は、高圧動力、すなわち回転機システム６への供給目標電力ＰＩｔｇｔを式（４）により演算する。この演算では、高圧動力要求電力ＰＩｒｅｑと低圧電源要求電力ＰＬｒｅｑとの和に対し、正側の上限を電源システム出力ガード値ＰＳｏｕｔで制限し、負側の下限を電源システム入力ガード値ＰＳｉｎで制限する。
【数１】
2018042341.tif 000003
【００５２】
Ｓ７００では、変電機制御装置７０は、回転機制御装置８が演算した高圧動力要求電力ＰＩｒｅｑに基づいて、変電目標電力ＰＤＣｔｇｔを式（５）により演算する。
【数２】
2018042341.tif 000004
【００５３】
式（５）の第１項は、高圧動力要求電力ＰＩｒｅｑに対する高圧電力ＰＨの不足量の現在値、すなわちリアルタイム値を意味する。第２項の変電要求電力ＰＤｒｅｑは、Ｓ５０４で得られ、高圧電源５と低圧電源３との容量比Ｘ＝（ＥＨ／ＥＬ）を一定範囲に維持する要求が反映されている。第３項の高圧電源要求電力ＰＨｒｅｑは、Ｓ５０５で得られ、将来の電力予測を見込んだ値である。
【００５４】
最後のステップであるＳ９００では、変電機４０の回路スイッチ動作を行う。このステップは周知技術であるため、詳細な説明を省略する。
以上で基本フローチャートの説明を終了する。
【００５５】
次に、電源システム１０の動作について、図１１〜図１４を参照して説明する。
まず、一般的な電源の温度と入出力電力の許容上限値との関係について図１１を参照する。実線は、低圧電源３である電池の入出力特性ＰＬｏｕｔ＿ｍａｘ、ＰＬｉｎ＿ｍａｘを示し、一点鎖線は、高圧電源５であるキャパシタの入出力特性ＰＨｏｕｔ＿ｍａｘ、ＰＨｉｎ＿ｍａｘを示す。
ここでは、入出力とも絶対値で扱い、特性線の値を「上限値」という。図の上半分に表される出力電力の許容上限値ＰＨｏｕｔ＿ｍａｘ、ＰＬｏｕｔ＿ｍａｘと、下半分に表される入力電力の許容上限値ＰＨｉｎ＿ｍａｘ、ＰＬｉｎ＿ｍａｘとは、ほぼ対称である。
【００５６】
電池及びキャパシタの入出力特性は、いずれも中間部の温度領域で一定である。この一定特性領域の低温側では、温度が低くなるに従い、相対的に緩やかな勾配で特性が低下する。一方、一定特性領域の高温側では、温度が高くなるに従い、相対的に急な勾配で特性が低下する。キャパシタの入出力電力の許容上限値ＰＨｏｕｔ＿ｍａｘ、ＰＨｉｎ＿ｍａｘは、電池の入出力電力の許容上限値ＰＬｏｕｔ＿ｍａｘ、ＰＬｉｎ＿ｍａｘに対し、全体的に絶対値が大きい。
【００５７】
一定特性領域の低温側で入出力特性が低下する温度領域において、キャパシタ及び電池の低温側境界温度をそれぞれＴＨα、ＴＬαと記す。また、一定特性領域の高温側で入出力特性が低下する温度領域において、キャパシタ及び電池の高温側境界温度を、それぞれＴＨβ、ＴＬβと記す。境界温度ＴＨα、ＴＬα、ＴＨβ、ＴＬβは、電源の温度特性を説明するための概念的な温度である。
【００５８】
そして、高圧電源温度ＴＨ及び低圧電源温度ＴＬについて、各温度領域を以下のように定義する。
「低温領域」・・・ＴＨ＜ＴＨα、ＴＬ＜ＴＬαの温度領域
「通常温度領域」・・・ＴＨα≦ＴＨ＜ＴＨβ、ＴＬα≦ＴＬ＜ＴＬβの温度領域
「高温領域」・・・ＴＨβ≦ＴＨ、ＴＬβ≦ＴＬの温度領域
【００５９】
高圧電源５及び低圧電源３の要求出力と、非通常温度領域（すなわち低温領域及び高温領域）での電源温度との関係は、例えば次のように説明することができる。
高圧電源温度ＴＨがＴＨα未満またはＴＨβ以上の領域では、高圧側負荷である回転機を駆動するための高圧電源５の出力が不足する。
低圧電源温度ＴＬがＴＬα未満またはＴＬβ以上の領域では、変電機４０の電力変換能力に対して低圧電源３の入出力が不足する。
一般に電池等の容量型電源は、キャパシタ等の出力型電源に比べ、低温領域における入出力電力の許容上限値が低く、低温特性が劣る。例えばリチウム電池の場合、−１０℃以下の領域では入出力能力が極端に低下する。
【００６０】
また、図１１に、変電機制御に用いられる制御設定値である各温度を示す。なお、図示における各温度の位置や間隔は、実際の温度や温度差を反映するものではない。
高圧電源温度ＴＨの下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、及び、低圧電源温度ＴＬの下限温度ＴＬ＿ｌｉｍは、それぞれ、高圧電源５及び低圧電源３の入出力特性に基づいて設定された制御閾値である。下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍは、概念的な低温側境界温度ＴＨα、ＴＬαをそのまま適用してもよい。或いは、検出誤差や制御誤差等を考慮して、低温側境界温度ＴＨα、ＴＬαよりも高めの温度を下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍとして設定してもよい。場合によっては、逆に、低温側境界温度ＴＨα、ＴＬαよりも低めの温度を下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍとして設定してもよい。
【００６１】
高圧電源温度ＴＨの目標温度ＴＨ＿ｔｇｔ、及び、低圧電源温度ＴＬの目標温度ＴＬ＿ｔｇｔは、後述する昇温運転における制御目標値として、それぞれの下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍ以上の温度に設定される。
高圧電源温度ＴＨの目標温度ＴＨ＿ｔｇｔと下限温度ＴＨ＿ｌｉｍとの差をマージンΔＴＨと記し、低圧電源温度ＴＬの目標温度ＴＬ＿ｔｇｔと下限温度ＴＬ＿ｌｉｍとの差をマージンΔＴＬと記す。すると、目標温度ＴＨ＿ｔｇｔ、ＴＬ＿ｔｇｔは、下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍに対し、マージンΔＴＨ、ΔＴＬとして、例えば数℃〜数十℃高い温度に設定される。
【００６２】
高圧電源温度ＴＨの上限温度ＴＨ＿ｌｉｍ＿Ｕ、及び、低圧電源温度ＴＬの上限温度ＴＬ＿ｌｉｍ＿Ｕは、それぞれ、高圧電源５及び低圧電源３の入出力特性に基づいて、下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍよりも高く設定された制御閾値である。下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍの場合と同様に、上限温度ＴＨ＿ｌｉｍ＿Ｕ、ＴＬ＿ｌｉｍ＿Ｕは、高温側境界温度ＴＨβ、ＴＬβをそのまま適用してもよく、或いは、高温側境界温度ＴＨβ、ＴＬβよりも低めの温度を設定してもよいし、その逆でもよい。
なお、上限温度の記号末尾に「＿Ｕ」を記すこととの対応からは、下限温度の記号末部に「＿Ｌ」を記すことも考えられる。しかし、低圧を示す「Ｌ」との混同を避けるため、あえて下限温度には末尾記号を付記しない。すなわち、単なる「ｌｉｍ」が下限温度を表し、「ｌｉｍ＿Ｕ」が上限温度を表すこととする。
【００６３】
変電機制御装置７０は、下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍ、目標温度ＴＨ＿ｔｇｔ、ＴＬ＿ｔｇｔ、及び、上限温度ＴＨ＿ｌｉｍ＿Ｕ、ＴＬ＿ｌｉｍ＿Ｕを自ら設定してもよい。或いは、外部で設定された情報を変電機制御装置７０が取得してもよい。つまり、変電機制御装置７０は、変電機制御の実行時に、これらの制御閾値及び制御目標値の情報を有していればよい。
【００６４】
以下、高圧電源温度ＴＨまたは低圧電源温度ＴＬの少なくともいずれか一方がそれぞれの下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍより低いときを「電源低温時」という。一方、高圧電源温度ＴＨ及び低圧電源温度ＴＬがそれぞれの下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍ以上であるときを「電源常温時」という。なお、ここでは、電源が高温状態である場合を区別せず、電源常温時に含むものとする。
本実施形態の変電機制御装置７０は、少なくとも、電源低温時における制御として「昇温運転」を実行する。さらに変電機制御装置７０は、オプションとして、高圧電源温度ＴＨまたは低圧電源温度ＴＬの少なくともいずれか一方が上限温度ＴＨ＿ｌｉｍ＿Ｕ、ＴＬ＿ｌｉｍ＿Ｕを超えたとき、高温時の制御を実行してもよい。ただし、高温時の制御を実行しない場合、上限温度ＴＨ＿ｌｉｍ＿Ｕ、ＴＬ＿ｌｉｍ＿Ｕを設定しなくてもよい。
【００６５】
続いて、主に電源低温時における変電機制御装置７０の動作について図１２〜図１４を参照する。
図５の基本フローチャートにおけるＳ５０４の変電要求電力演算処理に関し、電源温度ＴＨ、ＴＬに基づく判断を含むサブフローチャートを図１２に示す。
Ｓ５０４１では、温度センサ７８、７６により高圧電源温度ＴＨ及び低圧電源温度ＴＬを検出する。Ｓ５０４２では、高圧電源温度ＴＨまたは低圧電源温度ＴＬの少なくともいずれか一方がそれぞれの下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍより低いか否か判断する。
電源低温時には、Ｓ５０４２でＹＥＳと判定され、Ｓ５０４３に移行する。電源常温時には、Ｓ５０４２でＮＯと判定され、Ｓ５０４４に移行する。
【００６６】
Ｓ５０４３では、図１３のマップでの高圧／低圧容量比Ｘ（＝ＥＨ／ＥＬ）の変電閾値を電源低温時の下限閾値Ｘｍｉｎ*及び上限閾値Ｘｍａｘ*に設定する。
一方、Ｓ５０４４では、容量比Ｘの変電閾値を電源常温時の下限閾値Ｘｍｉｎ及び上限閾値Ｘｍａｘに設定する。
【００６７】
図１３に示す通り、電源低温時の閾値Ｘｍｉｎ*、Ｘｍａｘ*は、電源常温時の閾値Ｘｍｉｎ、Ｘｍａｘ及び基準値Ｘｒｅｆに対し、「Ｘｍｉｎ＜Ｘｍｉｎ*＜Ｘｒｅｆ」かつ「Ｘｒｅｆ＜Ｘｍａｘ*＜Ｘｍａｘ」の関係となるように設定されている。つまり、変電機制御装置７０は、高圧電源５と低圧電源３との間での電力移動を行わない容量比Ｘのバランス範囲について、電源低温時におけるバランス範囲を、電源常温時におけるバランス範囲よりも狭く設定する。
なお、電源低温時の閾値Ｘｍｉｎ*、Ｘｍａｘ*についても、基準値Ｘｒｅｆに対して非対称に設定してもよく、運転状態等に応じて可変に設定してもよい。
【００６８】
その結果、電源低温時には電源常温時に比べ、容量比が変動したときバランス範囲から外れやすくなり、変電機４０による充放電の動作がより頻繁に発生することになる。こうして変電機４０の動作頻度が増加すると、高圧電源５及び低圧電源３が電力の授受を繰り返すことで次第に温度が上昇する。つまり、閾値Ｘｍｉｎ*、Ｘｍａｘ*は、動作頻度を変化させる適合要素としての意味を持つ。
【００６９】
変電機制御装置７０によるこの変電機４０の動作を「昇温運転」という。すなわち本実施形態では、電源低温時に変電機制御装置７０が変電機４０の昇温運転を実行することにより、電源温度ＴＨ、ＴＬを低温領域から通常温度領域に移行させる。
変電機制御装置７０は、高圧電源温度ＴＨ及び低圧電源温度ＴＬがそれぞれの目標温度ＴＨ＿ｔｇｔ、ＴＬ＿ｔｇｔに到達するまで昇温運転を継続する。
ここで、目標温度ＴＨ＿ｔｇｔ、ＴＬ＿ｔｇｔの設定において、マージンΔＴＨ、ΔＴＬが小さ過ぎると、昇温運転を停止した後、すぐに電源温度ＴＨ、ＴＬが下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍまで低下し、昇温運転を頻繁に繰り返す可能性が高くなる。一方、マージンΔＴＨ、ΔＴＬが大き過ぎると、一回の昇温運転にかかる時間が長くなり、トータルでの昇温運転の回数が少なくなる。そのため、目標温度ＴＨ＿ｔｇｔ、ＴＬ＿ｔｇｔは、昇温運転を停止した後、すぐに電源温度ＴＨ、ＴＬが下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍまで低下せず、且つ、過剰に高温でない温度に設定されることが好ましい。
【００７０】
Ｓ５０４５では、図１３のマップに基づき、変電要求電力ＰＤｒｅｑを演算する。
ここで、図１４（ａ）に示すように、低圧電源３の低圧容量ＥＬと、入出力制限値ＰＬｏｕｔ（ＥＬ、ＴＬ）、ＰＬｉｎ（ＥＬ、ＴＬ）との関係において、太実線で示す低温時には常温時に対し、入出力制限値ＰＬｏｕｔ（ＥＬ、ＴＬ）、ＰＬｉｎ（ＥＬ、ＴＬ）の絶対値が小さくなる。
同様に、図１４（ｂ）に示すように、高圧電源５の高圧容量ＥＨと、入出力制限値ＰＨｏｕｔ（ＥＨ、ＴＨ）、ＰＬｉｎ（ＥＨ、ＴＨ）との関係において、太実線で示す低温時には常温時に対し、入出力制限値ＰＨｏｕｔ（ＥＨ、ＴＨ）、ＰＨｉｎ（ＥＨ、ＴＨ）の絶対値が小さくなる。
【００７１】
したがって、図１３のマップにおける変電電力ＰＤｒｅｑと電源温度ＴＬとの関係は、次のようになる。
低圧電源温度ＴＬの低温時に容量比Ｘが下限閾値Ｘｍｉｎ*よりも小さいとき、低圧電源３から高圧電源５への変電電力ＰＤｒｅｑ（Ｌ−Ｈ）*は、変電電力ＰＤｒｅｑ（Ｌ−Ｈ）よりも小さく設定される。
低圧電源温度ＴＬの低温時に容量比Ｘが上限閾値Ｘｍａｘ*よりも大きいとき、高圧電源５から低圧電源３への変電電力ＰＤｒｅｑ（Ｈ−Ｌ）*は、変電電力ＰＤｒｅｑ（Ｈ−Ｌ）よりも絶対値が小さく設定される。
このように、低圧電源温度ＴＬに応じて、低圧電源３の入出力電力の許容範囲内で変電機４０を動作させることで、低圧電源３の劣化を防止することができる。
【００７２】
以上、電源温度ＴＨ、ＴＬが低温領域にある場合の変電機制御装置７０の動作について説明した。次に、電源温度ＴＨ、ＴＬが高温領域にある場合の変電機制御装置７０の動作について補足する。例えばリチウム電池の場合、６０℃以上の領域で入出力能力が極端に低下する。
【００７３】
高圧電源温度ＴＨまたは低圧電源温度ＴＬがそれぞれの上限温度を超えたとき、変電機制御装置７０は、入出力電力を抑制しつつ、高圧電源５と低圧電源３との間の電力移動を制限することで温度の上昇を抑制する。「電力移動を制限する」とは、例えば、車両機能を維持可能な最低限の電力のみを高圧電源５から低圧電源３へ供給することを意味する。
また、電源低温時における図１３のマップと同様に、電源高温時における変電要求電力ＰＤｒｅｑを低圧電源３の入出力電力の許容上限値以下に制限することで、充放電に伴う低圧電源３の劣化を防止することができる。
【００７４】
また、高圧電源５または低圧電源３の一方が低温状態かつ他方が高温状態の場合、変電機制御装置７０は、低温状態の電源の昇温を優先させ、入出力電力を各電源の入出力電力の許容上限値で絞りつつ充放電頻度を増加させる。高温状態の電源は、入出力電力が絞られるため内部抵抗による温度上昇量が減少し、冷却により電源温度が低下する。
【００７５】
（効果）
（１）第１実施形態の電源システム１０において、変電機４０は、出力型電源で構成され、回転機システム６に大電力を供給可能な高圧電源５と、容量型電源で構成され、補機負荷２に電力を供給可能な低圧電源３とを双方向に変圧可能に接続する。
変電機制御装置７０は、低圧電源３または高圧電源５の一方の容量もしくは入出力が適正範囲から外れたとき、低圧電源３または高圧電源５の他方により容量もしくは入出力を補完するように変電機４０を制御するため、各電源の長所を生かしつつ、短所を補うことができる。
これにより、電源仕様を過剰に大きくすることなく、回転機システム６の要求特性に応じて、出力と容量とのバランスを適正化することができる。よって、小型で低コストの電源システムを提供することができる。
【００７６】
また、電源システム１０は、高圧電源温度ＴＨ及び低圧電源温度ＴＬを検出する「電源温度取得部」としての温度センサ７８、７６を備える。
変電機制御装置７０は、高圧電源５及び低圧電源３の電源温度ＴＨ、ＴＬについて、それぞれの入出力特性に基づいて設定された制御閾値である下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍの情報を有する。そして、変電機制御装置７０は、高圧電源温度ＴＨまたは低圧電源温度ＴＬがそれぞれの下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍより低い電源低温時に、変電機４０による高圧電源５と低圧電源３との間の電力移動の動作頻度を、電源常温時よりも増加させる「昇温運転」を実行する。
二電源間で電力移動を行うことにより、低温状態の電源を効果的に昇温し、出力能力の低下を解消することができる。また、電源５、３の内部抵抗を利用し電力の移動のみにより電源を昇温するため、外部ヒータ等を用いる加熱方式に比べ、装置サイズの拡大や部品コストの増加を抑制することができる。
【００７７】
（２）変電機制御装置７０は、変電機４０による変電電力の制御目標である変電要求電力ＰＤｒｅｑを「高圧容量ＥＨと低圧容量ＥＬとの容量比Ｘ」に基づいて決定する。そして、容量比Ｘが所定のバランス範囲から外れたとき、容量比Ｘがバランス範囲に入るように変電機４０を動作させる。これにより、頻繁な電力移動による過放電、過充電を防止し、高圧電源５及び低圧電源３の容量すなわち蓄電量（ＳＯＣ）を適正範囲に維持することができる。
【００７８】
（３）変電機制御装置７０は、電源低温時における容量比Ｘのバランス範囲を、電源常温時における容量比Ｘのバランス範囲よりも狭く設定する。これにより、変電要求電力ＰＤｒｅｑの演算ロジックを変えることなく、パラメータの変更のみで、変電機４０の動作頻度を効果的に増加させることができる。
【００７９】
（４）変電機制御装置７０は、変電要求電力ＰＤｒｅｑを、低圧電源３の電源温度ＴＬに基づいて設定される入出力電力ＰＬｏｕｔ（ＥＬ、ＴＬ）、ＰＬｉｎ（ＥＬ、ＴＬ）の許容上限値以下に制限する。これにより、充放電に伴う低圧電源３の劣化を防止することができる。特に低圧電源３が出力型電源よりも低温特性が劣り、劣化しやすい容量型電源である場合に効果が顕著となる。なお、低圧電源３が出力型電源の場合にも変電要求電力ＰＤｒｅｑを同様に制限してもよい。
【００８０】
（５）変電機制御装置７０は、高圧電源５及び低圧電源３の電源温度ＴＨ、ＴＬについて、昇温運転における制御目標値として、それぞれの下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍ以上の温度に設定された目標温度ＴＨ＿ｔｇｔ、ＴＬ＿ｔｇｔの情報を有する。そして、変電機制御装置７０は、高圧電源温度ＴＨ及び低圧電源温度ＴＬがそれぞれの目標温度ＴＨ＿ｔｇｔ、ＴＬ＿ｔｇｔに到達するまで昇温運転を継続する。目標温度ＴＨ＿ｔｇｔ、ＴＬ＿ｔｇｔとして、下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍからのマージンΔＴＨ、ΔＴＬが小さ過ぎず、且つ、大き過ぎない適切な値に設定されることにより、変電機制御装置７０は、昇温運転を過不足無く実行することができる。
【００８１】
（６）変電機制御装置７０は、高圧電源５及び低圧電源３の電源温度ＴＨ、ＴＬについて、それぞれの入出力特性に基づいて、それぞれの下限温度ＴＨ＿ｌｉｍ、ＴＬ＿ｌｉｍよりも高く設定された制御閾値である上限温度ＴＨ＿ｌｉｍ＿Ｕ、ＴＬ＿ｌｉｍ＿Ｕの情報を有する。そして、変電機制御装置７０は、高圧電源温度ＴＨまたは低圧電源温度ＴＬが、それぞれの上限温度ＴＨ＿ｌｉｍ＿Ｕ、ＴＬ＿ｌｉｍ＿Ｕを超えたとき、入出力電力を抑制しつつ、高圧電源５と低圧電源３との間の電力移動を制限する。これにより、電源高温時に、劣化を防止しつつ電源温度ＴＨ、ＴＬの上昇を抑制することができる。
【００８２】
（７）変電機制御装置７０は、高圧電源５の電力変化（ｄＰＨ／ｄｔ）に基づいて将来の高圧電源要求電力ＰＨｒｅｑを予測する。その結果、例えば高圧電力要求に対する不足分を低圧電源３から補い出力をアシストすることができるため、高圧電源５の出力仕様を低減することができる。
【００８３】
例えばハイブリッド自動車に搭載される、一つの電源を備える電源装置では、低温下の長時間放置後にエンジンを始動する場合など、ヒータ等で予め電源を暖めておくプレヒートを実施することで、主機の始動ができなくなることを防止している。ただし、プレヒートの実施には、昇温の開始時間をスケジューリングする煩わしさや、ヒータの電力消費によるエネルギー枯渇等の問題がある。
【００８４】
一方、本実施形態では、低温時の出力特性に優れたキャパシタで高圧電源５を構成していることに加え、低圧電源３により高圧電源５の出力をアシストすることができるため、回転機システム６の始動が可能である。したがって、走行しながらの電源の昇温が可能であり、プレヒートの必要性やエネルギー枯渇のおそれが無い。
なお、低圧電源３の電力変化に基づいて将来の低圧電源要求電力ＰＬｒｅｑを予測し、低圧電力要求に対する不足分を高圧電源５から低圧電源３に補うようにしてもよい。これにより、低圧電源３は直流電力を補機負荷２に供給可能となる、
【００８５】
（第２実施形態）
第２実施形態の電源システムを図１５に示す。第２実施形態の電源システム１５は、第１実施形態とは逆に、高圧電源５５として容量型電源を用い、低圧電源３５として出力型電源を用いる。
電源システム１５は、第１実施形態と同様に電源温度ＴＨ、ＴＬを検出する温度センサ７８、７６を備える。また、変電機制御装置７０は、低圧電源３５または高圧電源５５の容量または入出力が適正範囲から外れたとき、他方の電源により補完するように変電機４０を制御する。
【００８６】
上述の通り一般に容量型電源は出力型電源に比べて低温性能が劣るため、容量型電源を高圧電源５５として用いる第２実施形態では、低温時の出力特性がより低下する傾向となる。ただし、この構成でも、高圧電源５５の出力ＰＨが出力制限値ＰＨｏｕｔを上回り、出力が不足する場合には、変電機制御装置７０により、低圧電源３５から高圧電源５５へ電力移動させて出力をアシストすることで、回転機システム６の始動等が可能となる。
【００８７】
（その他の実施形態）
（ａ）出力型電源及び容量型電源の具体的な選定は上記実施形態に例示したものに限らない。第１負荷（回転機システム）の要求仕様に応じて、適当な電源を選択すればよい。
また、図１、図１５の構成では、変電機４０の一部に降圧コンバータ４２を設け、中圧部４６の電圧を降圧して補機負荷２に供給している。その他の実施形態では、変電機４０に降圧コンバータ４２を設けず、低圧電力ＰＬをそのまま補機負荷２に出力してもよい。
【００８８】
（ｂ）電源温度取得部は、電源温度ＴＨ、ＴＬを直接検出する温度センサ７８、７６以外に、関連情報に基づいて電源温度ＴＨ、ＴＬを推定するものであってもよい。例えば、電源温度取得部は、電源に出入りする電流の大きさと内部抵抗から温度上昇量を算出し、初期温度に加算して現在の電源温度ＴＨ、ＴＬを推定してもよい。この場合、初期温度として、外気温等を代用してもよい。なお、エンジンを備えるハイブリッド車に適用される電源システムの場合、エンジン冷却水温や油温、或いは、クランキング時間等の情報に基づいて電源温度ＴＨ、ＴＬを推定してもよい。
また、電源温度取得部は、高圧電源温度ＴＨ及び低圧電源温度ＴＬの両方でなく、いずれか一方のみを検出または推定するようにしてもよい。
【００８９】
（ｃ）上記実施形態の変電機制御装置７０は、電源低温時に、容量比Ｘのバランス範囲（Ｘｍｉｎ*≦Ｘ≦Ｘｍａｘ*）を電源常温時の容量比Ｘのバランス範囲（Ｘｍｉｎ≦Ｘ≦Ｘｍａｘ）よりも狭く設定することにより、電力移動の動作頻度を増加させている。
この方式に限らず、変電機制御装置は、例えば電源温度が低いほど頻繁に、高圧電源５と低圧電源３との間での充放電を強制的に実行するようにしてもよい。
例えば変電機制御装置は、電源温度が低いほど充放電頻度が多くなる関係を規定した、電源温度と充放電頻度とのマップを有し、電源温度が閾値温度以下の場合、容量比にかかわらずに充放電を実行するという構成が考えられる。この構成では、温度が低いほどバランス範囲を狭める方式と同様の作用効果が得られる。
【００９０】
（ｄ）図９、図１３に示すように、上記実施形態では、変電要求電力ＰＤｒｅｑを高圧容量ＥＨと低圧容量ＥＬとの容量比Ｘ（＝ＥＨ／ＥＬ）に基づいて決定する。この場合、容量比Ｘについて直接的にバランス範囲を設定するのでなく、高圧容量ＥＨ及び低圧容量ＥＬについてそれぞれ、下限閾値から上限閾値までの幅を有する判定範囲を設定してもよい。例えば、高圧容量ＥＨが上限閾値を上回り、低圧容量ＥＬが下限閾値を下回るとき、容量比Ｘが上限閾値Ｘｍａｘを上回る場合に相当する。また、高圧容量ＥＨが下限閾値を下回り、低圧容量ＥＬが上限閾値を上回るとき、容量比Ｘが下限閾値Ｘｍｉｎを下回る場合に相当する。
要するに、高圧容量ＥＨ及び低圧容量ＥＬがそれぞれの上下限範囲に含まれるか否かの判断は、結果的に、容量比Ｘが所定範囲に含まれるか否かの判断につながるものである。したがって、各容量がそれぞれの上下限範囲に含まれるように変電機４０を動作させる制御は、特許請求の範囲に記載の「前記容量比が前記バランス範囲に入るように前記変電機を動作させる」制御に該当するものと解釈する。
【００９１】
（ｅ）本発明の電源システムは、ハイブリッド自動車に搭載される回転機システム及び補機負荷に限らず、他のいかなる用途の高圧システム及び低圧負荷に直流電力を供給する電源システムに適用されてもよい。例えば重機の動力源のように、瞬発的に大電力を出力する要求と小電力を持続的に出力する要求とが併存するシステムにおいて、本発明は有効に適用される。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１０、１５・・・電源システム、
２  ・・・補機負荷（第２負荷）、
３、３５・・・低圧電源、
４０・・・変電機、
５、５５・・・高圧電源、
６  ・・・回転機システム（第１負荷）、
７０・・・変電機制御装置、
７６、７８・・・電源温度取得部。
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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