(57)【要約】【課題】複数の蓄電装置を搭載した電動車両において、当該複数の蓄電装置に蓄えられた電力を有効活用する。【解決手段】電動車両１００は、再充電可能な第１蓄電装置１５０と、第１蓄電装置１５０とインバータ１２０との間に設けられ、インバータ１２０の入力電圧を第１蓄電装置１５０の電圧以上に昇圧するための電圧コンバータ１１０と、電圧コンバータ１１０からの出力電圧を平滑化してインバータ１２０へ供給する平滑コンデンサＣ１と、平滑コンデンサＣ１とインバータ１２０との間において、平滑コンデンサＣ１と並列に接続される第２蓄電装置２００とを備える。第２蓄電装置２００は、複数の蓄電部ＢＡＴ１，ＢＡＴ２を含む。制御装置３０は、インバータ１２０の入力電圧に関する所定の制限条件が成立したときには、蓄電部ＢＡＴ１，ＢＡＴ２の接続を、直列接続から並列接続に切替える。【選択図】図１
2013051831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両の電源制御装置であって、
走行用電動機を駆動するインバータと、
再充電可能な第１蓄電装置と、
前記第１蓄電装置と前記インバータとの間に設けられ、前記インバータの入力電圧を前記第１蓄電装置の電圧以上に昇圧するための電圧コンバータと、
前記電圧コンバータからの出力電圧を平滑化して前記インバータへ供給する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと前記インバータとの間において、前記平滑コンデンサと並列に接続される第２蓄電装置とを備え、
前記第２蓄電装置は、複数の蓄電部を含み、
前記インバータの入力電圧に関する所定の制限条件が成立したときに、前記複数の蓄電部の接続を、直列接続から並列接続に切換えるように構成された制御装置をさらに備える、電動車両の電源制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、大気圧が判定値を超えたときに、前記複数の蓄電部の接続を、直列接続から並列接続に切換える、請求項１に記載の電動車両の電源制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記電圧コンバータの昇圧機能に異常が検出されたときに、前記複数の蓄電部の接続を、直列接続から並列接続に切換える、請求項１に記載の電動車両の電源制御装置。
【請求項４】
前記電圧コンバータと前記インバータとの間を接続する電源線をさらに備え、
前記第２蓄電装置は、隣り合う蓄電部の間、および各蓄電部と前記電源線との間にそれぞれ設けられた複数の開閉器をさらに含み、
前記制御装置は、各前記複数の開閉器の開閉動作を制御することにより、前記複数の蓄電部の接続を切換えるように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動車両の電源制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記平滑コンデンサの端子間電圧が前記複数の蓄電部を並列接続したときの前記第２蓄電装置の電圧となるように、前記平滑コンデンサを放電させた後に、前記複数の蓄電部の接続を、直列接続から並列接続に切換えるように構成される、請求項４に記載の電動車両の電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両の電源制御装置に関し、より特定的には、複数の蓄電装置を搭載した電動車両の電源制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両に適用される電源制御装置においては、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】
このような電動車両として、たとえば特開２００７−２０９１１４号公報（特許文献１）には、高電圧の走行用バッテリと、走行用バッテリより低電圧で充放電される補機バッテリと、走行用バッテリからの電圧が開閉スイッチを介して入力されるインバータ回路と、走行用バッテリとインバータ回路との間に並列に設けられた平滑コンデンサと、補機バッテリの出力電圧を昇圧してインバータの入力電圧とするＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた構成が開示される。この特許文献１では、走行用バッテリからインバータ回路への通電を開始する前に、ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧を制御して平滑コンデンサをプリチャージする。そして、平滑コンデンサのプリチャージ後に開閉スイッチを閉じることにより、走行用バッテリとインバータ回路とを電気的に接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０９１１４号公報
【特許文献２】特開２００５−２８７２２２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では、平滑コンデンサのプリチャージ後に開閉スイッチを閉じることにより、インバータの入力電圧（システム電圧）は、走行用バッテリの出力電圧に固定される。
【０００６】
一方、電動車両が高地などの大気圧が低い地域を走行する場合には、走行用モータの絶縁性能が低下するため、インバータの入力電圧（システム電圧）を低下させる必要がある。上記の特許文献１においては、開閉スイッチを開放して走行用バッテリを遮断することにより、インバータの入力電圧を低下させることができる。しかしながら、走行用バッテリを遮断すると、走行用バッテリに蓄えられた電力を用いた走行ができず、電動車両の航続距離が制限されてしまうという問題がある。
【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、車載される複数の蓄電装置に蓄えられた電力を有効活用することができる電動車両の電源制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のある局面では、電動車両の電源制御装置であって、走行用電動機を駆動するインバータと、再充電可能な第１蓄電装置と、第１蓄電装置とインバータとの間に設けられ、インバータの入力電圧を第１蓄電装置の電圧以上に昇圧するための電圧コンバータと、電圧コンバータからの出力電圧を平滑化してインバータへ供給する平滑コンデンサと、平滑コンデンサとインバータとの間において、平滑コンデンサと並列に接続される第２蓄電装置とを備える。第２蓄電装置は、複数の蓄電部を含む。電動車両は、インバータの入力電圧に関する所定の制限条件が成立したときに、複数の蓄電部の接続を、直列接続から並列接続に切替えるように構成された制御装置をさらに備える。
【０００９】
好ましくは、制御装置は、大気圧が判定値を超えたときに、複数の蓄電部の接続を、直列接続から並列接続に切替える。
【００１０】
好ましくは、制御装置は、電圧コンバータの昇圧機能に異常が検出されたときに、複数の蓄電部の接続を、直列接続から並列接続に切替える。
【００１１】
好ましくは、電動車両は、電圧コンバータとインバータとの間を接続する電源線をさらに備える。第２蓄電装置は、隣り合う蓄電部の間、および各蓄電部と電源線との間にそれぞれ設けられた複数の開閉器をさらに含む。制御装置は、各複数の開閉器の開閉動作を制御することにより、複数の蓄電部の接続を切替えるように構成される。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧が複数の蓄電部を並列接続したときの第２蓄電装置の電圧となるように、平滑コンデンサを放電させた後に、複数の蓄電部の接続を、直列接続から並列接続に切換えるように構成される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、複数の蓄電装置を搭載した電動車両において、当該複数の蓄電装置に蓄えられた電力を有効活用することができる。その結果、当該複数の蓄電装置に蓄えられた電力によって電動車両が走行可能な距離（航続距離）を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に従う電源制御装置を搭載した電動車両の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態による電動車両における第２蓄電装置の複数の蓄電部の接続の切換制御を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ０３の処理をさらに詳細に説明するタイミングチャートである（その１）。
【図４】図２のステップＳ０３の処理をさらに詳細に説明するタイミングチャートである（その２）。
【図５】本発明の実施の形態の変更例による電動車両における第２蓄電装置の複数の蓄電部の接続の切換制御を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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が繰返さない。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に従う電源制御装置を搭載した電動車両１００の概略構成図である。
【００１７】
図１を参照して、電動車両１００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１００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１００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１００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。
【００１８】
なお、本実施の形態においては、電動車両１００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。
【００１９】
電動車両１００は、第１蓄電装置１５０と、電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power  Control  Unit）２１０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、システムメインリレー１９０と、電流センサ２３０，２４０と、回転角センサ２７０，２８０と、制御装置３０とを備える。
【００２０】
第１蓄電装置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。あるいは、電気二重層キャパシタなどの電池以外の電力貯蔵要素によって、第１蓄電装置１５０を構成してもよい。
【００２１】
第１蓄電装置１５０は、システムメインリレー１９０を介して、電源ラインＰＬ１および接地ラインＮＬ１によってＰＣＵ２１０に接続される。そして、第１蓄電装置１５０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するための直流電力をＰＣＵ２１０に供給する。また、第１蓄電装置１５０は、ＰＣＵ２１０を介して供給される、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２によって発生された電力を蓄電する。
【００２２】
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ＳＭＲ１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ＳＭＲ１に対して並列に接続される。リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置３０から与えられるリレー制御信号ＳＥ１〜ＳＥ３に応じて導通状態（オン）／非導通状態（オフ）が制御されることにより、第１蓄電装置１５０およびＰＣＵ２１０の間での電力の供給と遮断とを切替える。システムメインリレー１９０は、第１蓄電装置１５０とＰＣＵ２１０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システムメインリレー１９０に代えて適用することができる。
【００２３】
ＰＣＵ２１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と第１蓄電装置１５０との間で双方向に電力変換するように構成される。具体的には、ＰＣＵ２１０は、第１蓄電装置１５０からの直流電力を、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。また、ＰＣＵ２１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２によって発生した交流電力を、第１蓄電装置１５０および第２蓄電装置２００を充電するための直流電力に変換する。
【００２４】
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。
【００２５】
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１００を走行させる。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、電動車両１００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、電圧コンバータ１１０およびインバータ１２０によって第１蓄電装置１５０および第２蓄電装置２００の充電電力に変換される。
【００２６】
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３０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第１蓄電装置１５０および第２蓄電装置２００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。
【００２７】
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。
【００２８】
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３０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。
【００２９】
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３０へ送出する。制御装置３０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３０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。
【００３０】
ＰＣＵ２１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０と、電圧コンバータ１１０と、インバータ１２０と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、第２蓄電装置２００と、電圧センサ１７０，１８０とを含む。
【００３１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、第１蓄電装置１５０と電圧コンバータ１１０との間において、電圧コンバータ１１０と並列に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、直流電圧を降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０から出力される電力は、図示しない補機バッテリに充電される。なお、補機バッテリに充電された電力は、空調装置の電動コンプレッサ等の補機負荷および制御装置３０に供給される。
【００３２】
電圧コンバータ１１０は、第１蓄電装置１５０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、第１蓄電装置１５０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。
【００３３】
具体的には、電圧コンバータ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。
【００３４】
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。
【００３５】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、制御装置３０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。
【００３６】
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３０に対して出力する。電圧コンバータ１１０は、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。
【００３７】
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、電圧コンバータ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３０に対して出力する。
【００３８】
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。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３０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、電圧コンバータ１１０は、降圧回路として動作するように制御装置３０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の出力によって第１蓄電装置１５０および第２蓄電装置２００を能動的に充電できる。
【００３９】
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３０からの制御信号ＰＷＩに応じて、第１蓄電装置１５０および第２蓄電装置２００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。
【００４０】
第２インバータは、制御装置３０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１００の駆動力を発生する。
【００４１】
一方、電動車両１００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３０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第１蓄電装置１５０および第２蓄電装置２００が充電される。
【００４２】
第２蓄電装置２００は、平滑コンデンサＣ２とインバータ１２０との間において、平滑コンデンサＣ２と並列に接続される。第２蓄電装置２００は、複数の蓄電部を含む。図１では、一例として第２蓄電装置２００は、２個の蓄電部ＢＡＴ１，ＢＡＴ２を含む。なお、蓄電部の個数は２個に限定されない。電動車両１００に要求される走行性能などに応じて、２個以上の蓄電部を搭載する構成を採用することができる。
【００４３】
第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２は、いずれも再充電可能な電力貯蔵要素であり、代表的にリチウムイオン電池やニッケル水素などの二次電池、もしくは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子で構成される。
【００４４】
図１に示した電動車両１００は、蓄電装置に蓄えられた電力によって車両駆動力を発生可能に構成される。したがって、エンジン２２０を可能な限り停止状態に維持して蓄電装置に蓄えられた電力を用いて走行することで、エネルギ効率を向上させることができる。このような走行モードは、ＥＶ（Electric  Vehicle）走行モードとも称される。
【００４５】
このＥＶ走行モードによる車両の航続距離を伸ばすためには、蓄電装置からできる限り多くの電力量を取り出すことが必要となる。図１に示した電動車両１００においては、第１蓄電装置１５０の電圧を増やすことによって、第１蓄電装置１５０から取り出される電力量を増やすことができる。しかしながら、第１蓄電装置１５０の電圧を増やすと、電圧コンバータ１１０の入力側に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ１３０において、高電圧に対応させるための変更が必要となってしまう。
【００４６】
そこで、本発明の実施の形態による電動車両１００では、電圧コンバータ１１０の出力側に高電圧の第２蓄電装置２００を設けている。このような構成としたことにより、第１蓄電装置１５０および電圧コンバータ１１０の間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の変更が不要となるため、電動車両１００に搭載される電源システムの変更規模を低減することができる。
【００４７】
第２蓄電装置２００は、蓄電部ＢＡＴ１および蓄電部ＢＡＴ２の間、および、各蓄電部と電源ラインＨＰＬまたは接地ラインＮＬ１との間にそれぞれ設けられた複数のリレーＳＭＲ４〜ＳＭＲ８をさらに含む。リレーＳＭＲ５は、電源ラインＨＰＬと第１蓄電部ＢＡＴ１の正極端子との間に接続される。リレーＳＭＲ６は、第１蓄電部ＢＡＴ１の負極端子と第２蓄電部ＢＡＴ２の正極端子との間に接続される。リレーＳＭＲ７は、第２蓄電部ＢＡＴ２の負極端子と接地ラインＮＬ１との間に接続される。リレーＳＭＲ４は、電源ラインＨＰＬと第２蓄電部ＢＡＴ２の正極端子との間に接続される。リレーＳＭＲ８は、第１蓄電部ＢＡＴ１の負極端子と接地ラインＮＬ１との間に接続される。
【００４８】
リレーＳＭＲ４〜ＳＭＲ８は、制御装置３０から与えられるリレー制御信号ＳＥ４〜ＳＥ８に応じて導通状態（オン）／非導通状態（オフ）がそれぞれ制御されることにより、第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２の間、または第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２と電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１との間の電気的接続と遮断とを切換える。
【００４９】
制御装置３０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、PCU２１０内の電圧コンバータ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。
【００５０】
制御装置３０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３０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３０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の検出値を受ける。
【００５１】
さらに、制御装置３０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。また、制御装置３０は、車両周囲の大気圧を検出する大気圧センサ３００によって検出された大気圧Ｐの検出値を受ける。制御装置３０は、大気圧Ｐの検出値に基づいて、電動車両１００が高地を走行中であるか否かを判定する。
【００５２】
制御装置３０は、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧ＶＬ，ＶＨに基づいて、電圧コンバータ１１０の制御信号ＰＷＣを生成する。そして、制御装置３０は、制御信号ＰＷＣにより電圧コンバータ１１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動することによって、電圧コンバータ１１０に昇圧動作または降圧動作を行なわせる。
【００５３】
また、制御装置３０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ＰＷＩ２を生成する。そして、制御装置３０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、電圧コンバータ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。
【００５４】
制御装置３０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３０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３０は、リレー制御信号ＳＥ１〜ＳＥ３をオンに設定する。制御信号ＳＥ１〜ＳＥ３がオンに設定されると、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３がオンされて、蓄電装置１５０からＰＣＵ２１０へ電力が供給される。一方、制御信号ＳＥ１〜ＳＥ３がオフに設定されるとリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３がオフされ、蓄電装置１５０からＰＣＵ２１０への電力の供給が遮断される。
【００５５】
制御装置３０は、さらに、大気圧センサ３００によって検出された大気圧Ｐに基づいて、リレー制御信号ＳＥ４〜ＳＥ８を生成する。そして、制御装置３０は、リレー制御信号ＳＥ４〜ＳＥ８により第２蓄電装置２００に設けられたリレーＳＭＲ４〜ＳＭＲ８オンオフを制御する。具体的には、制御装置３０は、リレーＳＭＲ４〜ＳＭＲ８のオンオフを制御することにより、第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２の接続を、直列接続と並列接続とで切換えることができる。このようにすることで、電圧コンバータ１１０の出力電圧（すなわち、インバータ１２０の入力電圧）ＶＨを、大気圧Ｐに応じて変更することが可能となる。
【００５６】
図１に示す構成において、モータジェネレータＭＧ（ＭＧ１，ＭＧ２を総括的に表記するもの、以下同じ）を円滑に駆動するためには、モータジェネレータＭＧの動作点、回転数およびトルクに応じて、インバータ１２０の入力電圧（システム電圧）ＶＨを適切に設定する必要がある。
【００５７】
モータジェネレータＭＧの動作可能領域は、回転数およびトルクの組み合わせによって示される。モータジェネレータＭＧでは、回転数やトルクが増加すると誘起電圧が高くなり、その必要電圧が高くなる。このモータ必要電圧（誘起電圧）の最大値は、システム電圧ＶＨで決まる。システム電圧ＶＨが増加すると、モータジェネレータＭＧの動作可能領域は拡大される。すなわち、モータジェネレータＭＧの出力可能な最大トルク（トルク上限値）は大きくなる。
【００５８】
本実施の形態では、システム電圧ＶＨを最大限高くする。具体的には、制御装置３０は、第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２が、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ように、リレーＳＭＲ４〜ＳＭＲ８を制御する。このとき、制御装置３０は、リレー制御信号ＳＥ５，ＳＥ６，ＳＥ７をオンに設定する一方でリレー制御信号ＳＥ４，ＳＥ８をオフに設定する。このようにすることで、リレーＳＭＲ５，ＳＭＲ６，ＳＭＲ７のみがオンされて、第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２が直列接続される。
【００５９】
なお、システム電圧ＶＨの上限値は、インバータ１２０を構成するスイッチング素子に発生するサージ電圧などを考慮して、当該スイッチング素子の耐圧を超えないように定める必要がある。第２蓄電装置２００において、第１蓄電部ＢＡＴ１の電圧と第２蓄電部ＢＡＴ２の電圧との合計値をシステム電圧ＶＨの上限値相当とすることで、スイッチング素子を保護しながら、モータジェネレータＭＧのトルク上限値を大きくすることができる。
【００６０】
一方で、電動車両１００が山間部等の高地を走行中である場合には、大気圧が低いために空気の誘電率が上昇することによって、モータジェネレータＭＧにおいて絶縁体内への部分放電が増加するという問題が生じる。部分放電量が増加すると、絶縁体の絶縁性能が劣化し、耐久需要の劣化を招く虞がある。このような大気圧の変化による絶縁性能の劣化を防止するためには、部分放電量が絶縁体の絶縁性能の劣化の促進を抑制できる許容範囲内になるように、システム電圧ＶＨを低下させる必要がある。
【００６１】
上記のように、電圧コンバータ１１０の出力側に高電圧の第２蓄電装置２００を設ける構成とした場合、電圧コンバータ１１０の出力電圧が第２蓄電装置２００の電圧に固定されてしまうため、絶縁体の絶縁性能を維持させることが困難となる。したがって、高地走行中は第２蓄電装置２００を電源システムに接続させることができず、ＥＶ走行での航続距離の拡大という本来の性能を引き出すことができなくなる。また、第２蓄電装置２００を遮断したことによって、第２蓄電装置２００の充放電ができないために、第２蓄電装置２００を過放電状態に晒してしまう虞がある。
【００６２】
そこで、本発明の実施の形態による電動車両では、大気圧センサ３００による大気圧Ｐの検出値に基づいて電動車両１００が高地走行中であると判定された場合には、第２蓄電装置２００において、第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２の接続を、直列接続から並列接続に切換える。具体的には、制御装置３０は、第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２が、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１の間に並列に接続されるように、リレーＳＥ４〜ＳＥ８を制御する。すなわち、制御装置３０は、リレー制御信号ＳＥ６をオフに設定する一方で、リレー制御信号ＳＥ４，ＳＥ５，ＳＥ７，ＳＥ８をオンに設定する。このようにすることで、リレーＳＭＲ４およびＳＭＲ７，ＳＭＲ５およびＳＭＲ８がオンされて、第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２が並列接続される。
【００６３】
このような構成とすることにより、電動車両１００が高地を走行中である場合には、第２蓄電装置２００の電圧が、蓄電部１個分の電圧相当にまで低下するため、システム電圧ＶＨを下げることができる。その結果、電動車両１００が高地を走行中であるときでも、第２蓄電装置２００を遮断することなく、第２蓄電装置２００に蓄えられた電力を有効に活用することが可能となる。また、第２蓄電装置２００が過放電状態となるのを防止できるため、第２蓄電装置２００の寿命を確保できる。
【００６４】
図２は、本発明の実施の形態による電動車両における第２蓄電装置の複数の蓄電部の接続の切換制御を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。図２のフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。
【００６５】
図２を参照して、制御装置３０は、ステップＳ０１により、第２蓄電装置２００において、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が直列接続されているか否かを判定する。蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が直列接続されている場合（ステップＳ０１においてＹＥＳ）には、制御装置３０はさらに、ステップＳ０２により、大気圧センサ３００によって検出された大気圧Ｐの検出値が判定値Ｐ１よりも低いか否かを判定する。なお、ステップＳ０２の処理において、判定値Ｐ１は、これ以下に大気圧が低下すると絶縁体の絶縁性能の劣化が促進される虞があるような、スペック上の限界値に相当する。
【００６６】
大気圧センサ３００による大気圧Ｐの検出値が判定値Ｐ１よりも低い場合（ステップＳ０２においてＹＥＳ）、制御装置３０は、ステップＳ０３により、第２蓄電装置２００において、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続を、直列接続から並列接続に切換える。一方、大気圧Ｐの検出値が判定値Ｐ１以上となる場合（ステップＳ０２においてＮＯ）には、制御装置３０は、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続を、直列接続に維持する。
【００６７】
これに対して、制御装置３０は、ステップＳ０１において蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が直列接続されていないと判定された場合（ステップＳ０１においてＮＯ）には、ステップＳ０４に進み、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が並列接続されているか否かを判定する。蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が並列接続されている場合（ステップＳ０４においてＹＥＳ）には、制御装置３０は、ステップＳ０５により、大気圧センサ３００によって検出された大気圧Ｐの検出値が判定値Ｐ２よりも高いか否かを判定する。なお、ステップＳ０５の処理において、判定値Ｐ２は、大気圧が、絶縁体の絶縁性能の劣化を促進させる領域であるか否かを判別するための閾値である。なお、ステップＳ０２における判定値Ｐ１と、ステップＳ０５における判定値Ｐ２との間にはヒステリシスは設けられている。これは、大気圧の変動を受けて蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続が、直列接続と並列接続との間で頻繁に切換わるのを防止するためである。
【００６８】
大気圧センサ３００による大気圧Ｐの検出値が判定値Ｐ２よりも高い場合（ステップＳ０５においてＹＥＳ）には、制御装置３０は、ステップＳ０６により、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続を、並列接続から直列接続に切換える。一方、大気圧Ｐの検出値が判定値Ｐ２以下となる場合（ステップＳ０５においてＮＯ）には、制御装置３０は、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続を、並列接続に維持する。
【００６９】
一方、ステップＳ０４において、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が並列接続されていない、すなわち、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が未接続状態であると判定された場合（ステップＳ０４においてＮＯ）には、制御装置３０は、ステップＳ０３により、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２を並列接続させる。
【００７０】
図３および図４は、図２のステップＳ０３の処理をさらに詳細に説明するタイミングチャートである。図３は、直列接続から並列接続に切換えるための制御処理手順を示すタイミングチャートである。図４は、未接続状態から並列接続に切換えるための制御処理手順を示すタイミングチャートである。
【００７１】
図３を参照して、時刻ｔ０では、第２蓄電装置２００において、第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２は、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１の間に直列接続されている。したがって、システム電圧ＶＨは、第１蓄電部ＢＡＴ１の電圧および第２蓄電部ＢＡＴ２の電圧の合計値に相当する電圧Ｖ１を示している。
【００７２】
このような状態で蓄電部ＢＡＴ１および蓄電部ＢＡＴ２の接続を直列接続から並列接続に切換える場合には、制御装置３０は、最初にリレーＳＭＲ６のみをオフする（時刻ｔ１）。これにより、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１から第２蓄電装置２００を遮断する。
【００７３】
そして、制御装置３０は、第２蓄電装置２００を遮断した状態において、平滑コンデンサＣ２に蓄えられている電荷を放電させる。平滑コンデンサＣ２の放電は、たとえば、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１の間に、平滑コンデンサＣ２と並列に接続された高抵抗値の抵抗を用いて行なうことができる。
【００７４】
あるいは、制御装置３０は、平滑コンデンサＣ２に蓄えられている電荷をモータジェネレータＭＧ１および／またはＭＧ２によって放電するように、制御信号ＰＷＩを生成してインバータ１２０に出力する。具体的には、たとえば３相／２相変換後の電流指令のｄ軸電流成分のみが流れるような指令となるように、制御信号ＰＷＩが生成される。このようにすることで、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２によって駆動力を生成させずに、かつモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２によって平滑コンデンサＣ２に蓄えられている電荷を短時間で消費することができる。
【００７５】
平滑コンデンサＣ２に蓄えられている電荷を放電することによって、時刻ｔ１以降において、システム電圧ＶＨは徐々に低下する。そして、時刻ｔ２において、システム電圧ＶＨが蓄電部１個分の電圧に相当する電圧Ｖ２に到達すると、制御装置３０は、リレーＳＭＲ４およびＳＭＲ８をオンする。これにより、第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２は、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１の間に並列接続される。
【００７６】
このように、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続を、直列接続から並列接続に切換える際に平滑コンデンサＣ２の放電動作を行なうことにより、リレーＳＭＲ４およびＳＭＲ８をオンしたタイミングにおいて、リレーＳＭＲ４，ＳＭＲ５，ＳＭＲ７およびＳＭＲ８に流れ込む電流を小さくできるので、これらのリレーへの突入電流を防止することができる。
【００７７】
一方、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２を未接続状態から並列接続に切換える場合には、図４に示すように、最初にリレーＳＭＲ６をオフすると（時刻ｔ１）、続く時刻ｔ２においてリレーＳＭＲ５およびＳＭＲ７をオンする。これにより、第１蓄電部ＢＡＴ１では、正極端子が電源ラインＨＰＬに接続される。第２蓄電部ＢＡＴ２では、負極端子が接地ラインＮＬ１に接続される。
【００７８】
制御装置３０は、第２蓄電装置２００を遮断した状態において、電圧コンバータ１１０が昇圧動作を行なうように、制御信号ＰＷＣを生成する。具体的には、制御装置３０は、システム電圧ＶＨが蓄電部１個分の電圧に相当する電圧Ｖ２に等しくなるように、制御信号ＰＷＣを生成する。
【００７９】
電圧コンバータ１１０に昇圧動作を行なわせることにより、時刻ｔ１以降において、システム電圧ＶＨは徐々に増加する。そして、時刻ｔ２において、システム電圧ＶＨが蓄電部１個分の電圧に相当する電圧Ｖ２に到達すると、制御装置３０は、リレーＳＭＲ４およびＳＭＲ８をオンする。これにより、第１蓄電部ＢＡＴ１および第２蓄電部ＢＡＴ２は、電源ラインＨＰＬおよび接地ラインＮＬ１の間に並列接続される。
【００８０】
このように、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続を、未接続状態から並列接続に切換える際には、電圧コンバータ１１０に昇圧動作を行なわせることにより、リレーＳＭＲ４およびＳＭＲ８をオンしたタイミングにおいて、リレーＳＭＲ４，ＳＭＲ５，ＳＭＲ７およびＳＭＲ８に流れ込む電流を小さくできるので、これらのリレーへの突入電流を防止することができる。
【００８１】
（変更例）
上記の実施の形態では、第２蓄電装置２００における蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続の切換制御の一態様として、電動車両１００が高地を走行中である場合に、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続を、直列接続から並列接続に切換える構成について例示した。本変更例では、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続の切換制御の他の態様について説明する。
【００８２】
図５は、本発明の実施の形態の変更例による電動車両における第２蓄電装置の複数の蓄電部の接続の切換制御を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。図５のフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。
【００８３】
図５を参照して、制御装置３０は、ステップＳ１１により、第２蓄電装置２００において、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が直列接続されているか否かを判定する。蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が直列接続されている場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）には、制御装置３０はさらに、ステップＳ１２により、電圧コンバータ１１０の昇圧機能に異常が発生しているか否かを判定する。このステップＳ１２の処理では、電圧コンバータ１１０のスイッチング素子Ｑ２（下アームに相当）のオンオフ制御が可能か否かを判定する。
【００８４】
電圧コンバータ１１０は、昇圧動作時には、制御装置３０からの制御信号ＰＷＣに応答して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比（オン期間比）が設定され、昇圧比は、デューティ比に応じたものとなる。制御装置３０は、電圧コンバータ１０の昇圧機能に異常が検出された場合には、スイッチング素子Ｑ１をオン状態に維持するとともに、スイッチング素子Ｑ２をオフ状態に維持する。これにより、電圧コンバータ１１０の昇圧動作が停止されて、出力電圧ＶＨは、第１蓄電装置１５０の出力電圧と同等となる（昇圧比＝１．０）。
【００８５】
制御装置３０は、電圧コンバータ１１０の昇圧機能に異常が検出された場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、ステップＳ０３により、第２蓄電装置２００において、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続を、直列接続から並列接続に切換える。一方、電圧コンバータ１１０の昇圧機能が正常である場合（ステップＳ１２においてＮＯ）には、制御装置３０は、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続を、直列接続に維持する。
【００８６】
これに対して、制御装置３０は、ステップＳ１１において蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が直列接続されていないと判定された場合（ステップＳ１１においてＮＯ）には、ステップＳ１４に進み、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が並列接続されているか否かを判定する。蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が並列接続されている場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）には、制御装置３０は、ステップＳ１５により、電圧コンバータ１１０の昇圧機能に異常が発生しているか否かを判定する。
【００８７】
電圧コンバータ１１０の昇圧機能に異常が検出された場合（ステップＳ１５においてＹＥＳ）には、制御装置３０は、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続を、並列接続に維持する。一方、電圧コンバータ１１０の昇圧機能が正常である場合（ステップＳ１５においてＮＯ）には、制御装置３０は、ステップＳ１６により、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２の接続を、並列接続から直列接続に切換える。
【００８８】
また、ステップＳ１４において、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が並列接続されていない、すなわち、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２が未接続状態であると判定された場合（ステップＳ１４においてＮＯ）には、制御装置３０は、ステップＳ１３により、蓄電部ＢＡＴ１およびＢＡＴ２を並列接続させる。
【００８９】
以上説明したように、この発明の実施の形態によれば、第１蓄電装置の出力電圧を昇圧可能な電圧コンバータの出力側に高電圧の第２蓄電装置を備えた電源制御装置において、第２蓄電装置を構成する複数の蓄電部の接続を、直列接続と並列接続とで切換え可能とすることにより、第２蓄電装置の出力電圧を変更することができる。このような構成としたことにより、インバータの入力電圧（システム電圧）ＶＨを低下させる必要がある場面においても、第２蓄電装置を遮断することなく、第２蓄電装置に蓄えられた電力を有効に利用することができる。その結果、複数の蓄電装置を搭載したことによるＥＶ走行モードでの航続距離の拡張という利益を十分に享受することができる。
【００９０】
なお、上記の実施の形態では、インバータの入力電圧に関する所定の制限条件として、電動車両が高地を走行中であるとき、または、電圧コンバータの昇圧機能に異常が検出されたときを例示したが、本発明の適用はこれらの条件に限定されるものではない、すなわち、インバータの入力電圧（システム電圧）の低下が必要とされる限り、本発明の適用が可能であることについて、確認的に記載しておく。
【００９１】
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。
【符号の説明】
【００９２】
３０  制御装置、１００  電動車両、１１０  電圧コンバータ、１２０  インバータ、１３０  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０  第１蓄電装置、１７０，１８０  電圧センサ、１９０  システムメインリレー、２００  第２蓄電装置、２１０  ＰＣＵ、２２０  エンジン、２３０，２４０  電流センサ、２５０  動力分割機構、２６０  駆動輪、２７０，２８０  回転角センサ、３００  大気圧センサ、ＢＡＴ１，ＢＡＴ２  蓄電部、Ｃ１，Ｃ２  平滑コンデンサ、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ８  リレー。
【図１】
2013051831.tif 000003
【図２】
2013051831.tif 000004
【図３】
2013051831.tif 000005
【図４】
2013051831.tif 000006
【図５】
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