(57)【要約】【課題】車両が走行する路面の勾配状態の変化に備えて、第１電源としての高圧電源２０の充電量、及び第２電源としての中圧電源３０の充電量を適正に調整できる電源制御装置を提供する。【解決手段】電源制御装置は、車両の走行路面が上り勾配であると判定している場合、中圧電源３０の充電量ＥＬｒが低下して中圧下限値ＥＬｍｉｎに到達するまで中圧電源３０から高圧電源２０へと電力が供給されるように電力変換器を操作する。電源制御装置は、車両の走行路面が下り勾配であると判定している場合、中圧電源３０の充電量ＥＬｒが上昇して中圧上限値ＥＬｍａｘに到達するまで高圧電源２０から中圧電源３０へと電力が供給されるように電力変換器を操作する。【選択図】      図６
2017073934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載主機となる回転電機（７１）と電力の授受を行う第１電源（２０；２１）と、
前記回転電機以外の負荷（５０）と電力の授受を行う第２電源（３０；３１）と、
前記第１電源と前記第２電源との間を双方向に電力伝達可能に接続する電力変換器（４０）と、を備える車両に適用され、
前記第１電源及び前記第２電源のうちいずれか一方を容量型電源とし、他方を出力型電源とし、前記容量型電源は、前記出力型電源よりも蓄積可能な電力量が大きいものであり、前記出力型電源は、前記容量型電源よりも出力が大きいものであり、
前記車両が走行する路面の勾配が上り勾配及び下り勾配のいずれであるかを判定する勾配判定部（８０）と、
前記勾配判定部による判定結果に基づいて、前記第１電源及び前記第２電源のうちいずれか一方を供給元電源として選択し、他方を供給先電源として選択する選択部（８０）と、
前記供給元電源から前記供給先電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作する操作部（８０）と、を備える電源制御装置。
【請求項２】
前記選択部は、前記勾配判定部により上り勾配であると判定されている場合、前記第２電源を前記供給元電源として選択し、前記第１電源を前記供給先電源として選択し、
前記操作部は、前記勾配判定部により上り勾配であると判定されている場合、前記第２電源の充電量がその制御範囲の下限値に到達するまで前記第２電源から前記第１電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作する請求項１に記載の電源制御装置。
【請求項３】
前記選択部は、前記勾配判定部により下り勾配であると判定されている場合、前記第１電源を前記供給元電源として選択し、前記第２電源を前記供給先電源として選択し、
前記操作部は、前記勾配判定部により下り勾配であると判定されている場合、前記第２電源の充電量がその制御範囲の上限値に到達するまで前記第１電源から前記第２電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作する請求項１又は２に記載の電源制御装置。
【請求項４】
前記操作部は、前記電力変換器における電力変換効率が最大となる一定電力で前記供給元電源から前記供給先電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源制御装置。
【請求項５】
前記車両の運動エネルギを入力として前記回転電機に回生発電させることにより、少なくとも前記第１電源に供給する電力を生成する発電制御部（８０）を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源制御装置。
【請求項６】
前記第２電源は、前記第１電源よりも出力電圧が低いものであり、
前記電力変換器は、前記第１電源と前記第２電源との間を双方向に変圧可能に接続するものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源制御装置。
【請求項７】
前記電力変換器は、前記第１電源及び前記第２電源の間を電気的に絶縁しつつ、前記第１電源と前記第２電源との間を双方向に変圧可能に接続する請求項６に記載の電源制御装置。
【請求項８】
前記第１電源は、前記出力型電源であり、
前記第２電源は、前記容量型電源である請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載主機となる回転電機と電力の授受を行う第１電源と、前記回転電機以外の負荷と電力の授受を行う第２電源と、前記第１電源と前記第２電源との間を双方向に電力伝達可能に接続する電力変換器と、を備える車両に適用される電源制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電源制御装置としては、下記特許文献１に見られるように、第１電源と、第１電源よりも容量が小さくてかつ出力が大きい第２電源と、第１電源及び第２電源の間で電力伝達を可能とする電力変換器とを備える車両に適用されるものが知られている。下記特許文献１では、第１電源として電池が用いられており、第２電源としてキャパシタが用いられている。
【０００３】
この電源制御装置は、車速が高いほど、第１電源から第２電源への電力変換器を介した第１電力授受レートを小さく設定し、車速が高いほど、第２電源から第１電源への電力変換器を介した第２電力授受レートを大きく設定する。これにより、第１電源及び第２電源間の電力の授受に起因した損失の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５８０９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、第１電源及び第２電源の間で無駄な電力の授受を行わない等、第１電源及び第２電源を有効に活用するためには、車両の運動エネルギよりも大きな位置エネルギを最適化する必要がある。この最適化のためには、車両が走行する路面の勾配情報を把握する必要がある。すなわち、第１電源及び第２電源のそれぞれの充電量を、車両が走行する路面の勾配状態の変化に備えた適正な値とすることが要求される。
【０００６】
本発明は、車両が走行する路面の勾配状態の変化に備えて第１電源及び第２電源の充電量を適正に調整できる電源制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００８】
本発明は、車載主機となる回転電機（７１）と電力の授受を行う第１電源（２０；２１）と、前記回転電機以外の負荷（５０）と電力の授受を行う第２電源（３０；３１）と、前記第１電源と前記第２電源との間を双方向に電力伝達可能に接続する電力変換器（４０）と、を備える車両に適用され、前記第１電源及び前記第２電源のうちいずれか一方を容量型電源とし、他方を出力型電源とし、前記容量型電源は、前記出力型電源よりも蓄積可能な電力量が大きいものであり、前記出力型電源は、前記容量型電源よりも出力が大きいものであり、前記車両が走行する路面の勾配が上り勾配及び下り勾配のいずれであるかを判定する勾配判定部（８０）と、前記勾配判定部による判定結果に基づいて、前記第１電源及び前記第２電源のうちいずれか一方を供給元電源として選択し、他方を供給先電源として選択する選択部（８０）と、前記供給元電源から前記供給先電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作する操作部（８０）と、を備える。
【０００９】
上記発明が適用される車両は、回転電機と電力の授受を行う第１電源、回転電機以外の負荷と電力の授受を行う第２電源、及び第１電源と第２電源との間を双方向に電力伝達可能に接続する電力変換器を備えている。これにより、第１電源と第２電源との間で電力を相互に補完することができる。ただし、この補完のための時間あたりの充電量の変化、すなわち電力の大きさは電力変換器の最大電力により律速されるために、各電源が過充電・過放電状態とならないように、充電量状態に応じて適切に電力変換器の電力を制御する必要がある。
【００１０】
この構成を前提として、上記発明では、勾配判定部により、車両が走行する路面の勾配が上り勾配及び下り勾配のいずれであるかを判定する。そして、その判定結果に基づいて、第１電源及び第２電源のうちいずれか一方を供給元電源として選択し、他方を供給先電源として選択する。そして、供給元電源から供給先電源へと電力が供給されるように電力変換器を操作する。このように上記発明では、勾配判定部による判定結果を用いることにより、車両が走行する路面の勾配状態の変化に備えて第１電源及び第２電源の充電量を適正に調整することができる。これにより、第１電源及び第２電源の充電量が過不足となる頻度を低減し、第１電源及び第２電源を有効に活用できる。したがって、電力の授受に起因した損失を低減することができる。
【００１１】
ここで、選択部としては、例えば、前記勾配判定部により上り勾配であると判定されている場合、前記第２電源を前記供給元電源として選択し、前記第１電源を前記供給先電源として選択するものを採用することができる。この場合、操作部としては、前記勾配判定部により上り勾配であると判定されている場合、前記第２電源の充電量がその制御範囲の下限値に到達するまで前記第２電源から前記第１電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作するものを採用することができる。
【００１２】
車両が登坂路を走行する状況において、その後の降坂路における回転電機の回生発電に備えて、第２電源の充電量を予め減らしておくことが望ましい。上記発明によれば、車両が登坂路を走行中に第２電源の放電電力により第１電源が充電される。このため、第２電源の充電量を、その後の降坂時の回生発電に備えて減らすことができる。
【００１３】
また、選択部としては、例えば、前記勾配判定部により下り勾配であると判定されている場合、前記第１電源を前記供給元電源として選択し、前記第２電源を前記供給先電源として選択するものを採用することができる。この場合、操作部としては、前記勾配判定部により下り勾配であると判定されている場合、前記第２電源の充電量がその制御範囲の上限値に到達するまで前記第１電源から前記第２電源へと電力が供給されるように前記電力変換器を操作するものを採用することができる。
【００１４】
車両が降坂路を走行する状況において、その後の登坂路における回転電機の力行運転に備えて、第２電源の充電量を予め増加させておくことが望ましい。上記発明によれば、車両が降坂路を走行中に第１電源の放電電力により第２電源が充電される。このため、第２電源の充電量を、その後の登坂時における回転電機の力行運転に備えて増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る車載システムの全体構成を示す図。
【図２】電源の充放電処理の手順を示すフローチャート。
【図３】容量型電源である中圧電源の入出力制限値と中圧充電量との関係を示す図。
【図４】出力型電源である高圧電源の入出力制限値と高圧充電量との関係を示す図。
【図５】中圧側要求電力と中圧充電量との関係を示す図。
【図６】変電要求電力の算出処理の手順を示すフローチャート。
【図７】走行路面が上り勾配及び下り勾配の場合における変電要求電力の算出手法を示す図。
【図８】走行路面が上り勾配及び下り勾配以外の場合における変電要求電力の算出手法を示す図。
【図９】予測電力を説明するためのタイムチャート。
【図１０】その他の実施形態に係る車載システムの全体構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る電源制御装置を車両に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る車両は、走行動力源として、回転電機及び内燃機関が搭載されているハイブリッド車両である。
【００１７】
図１に示すように、車両は、電源システム１０を備えている。電源システム１０は、第１電源としての高圧電源２０と、第２電源としての中圧電源３０とを有している。本実施形態では、高圧電源２０として出力型電源を用い、中圧電源３０として容量型電源を用いている。容量型電源は、出力型電源よりもエネルギ密度が大きく、電池容量、すなわち蓄積可能な最大電力量が大きいものである。出力型電源は、容量型電源よりも出力密度が大きく、容量型電源よりも最大出力が大きいものである。
【００１８】
高圧電源２０の出力電圧は、中圧電源３０の出力電圧よりも高い。具体的には、高圧電源２０の出力電圧は、例えば１００Ｖを超える電圧であり、中圧電源３０の出力電圧は、例えば、数十Ｖ程度であり、具体的には４８Ｖ程度の電圧である。なお、高圧電源２０としては、例えばリチウムイオンキャパシタ（ＬｉＣ）を用いることができ、中圧電源３０としては、例えばリチウムイオン２次電池（ＬｉＢ）を用いることができる。
【００１９】
電源システム１０は、高圧電源２０と中圧電源３０との間で直流電力の授受を行うために、高圧電源２０と中圧電源３０との間を変圧可能に接続する電力変換器４０を備えている。本実施形態では、電力変換器４０として、高圧電源２０と中圧電源３０との間を電気的に絶縁しつつ、高圧電源２０と中圧電源３０との間を変圧可能に接続する双方向絶縁型ＤＣＤＣコンバータを用いている。詳しくは、電力変換器４０は、中圧部４１、高圧部４２、及び中圧部４１と高圧部４２との間を電気的に絶縁しつつ中圧部４１と高圧部４２との間で電力伝達を行う変圧器４３を備えている。中圧部４１及び高圧部４２は、スイッチング素子を備えている。中圧部４１の電圧は、例えば、概ね２４〜６０Ｖの範囲であり、具体的には４８Ｖである。高圧部４２の電圧は、例えば、６０Ｖを超え数百Ｖまでの範囲であり、通常は１００Ｖを超える。なお、双方向絶縁型ＤＣＤＣコンバータは周知であるため、その詳細な説明は省略する。
【００２０】
電力変換器４０は、上記スイッチング素子の操作によって中圧電源３０の出力電圧を昇圧して高圧電源２０に印加することにより、中圧電源３０から高圧電源２０へと電力を供給する昇圧動作を行う。電力変換器４０は、上記スイッチング素子の操作によって高圧電源２０の出力電圧を降圧して中圧電源３０に印加することにより、高圧電源２０から中圧電源３０へと電力を供給する降圧動作を行う。
【００２１】
電源システム１０は、中圧電源３０の出力電圧を降圧して補機負荷５０に印加するチョッパ方式の降圧コンバータ４４を備えている。補機負荷５０には、例えば１４Ｖ程度の電圧が印加される。本実施形態において、補機負荷５０には、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、及びファン等が含まれる。なお、中圧電源３０よりも出力電圧の低い図示しない低圧電源が補機負荷５０の電力供給源になり得る。また、本実施形態では、降圧コンバータ４４として、電力変換器４０と一体化されているものを想定している。
【００２２】
車両は、高圧負荷として、インバータ６０と、インバータ６０に接続された駆動装置７０としてのモータジェネレータ７１とを備えている。インバータ６０は、高圧電源２０と電力の授受を行う。モータジェネレータ７１は、車両の走行動力源である。モータジェネレータ７１としては、例えば３相の同期機を用いることができる。モータジェネレータ７１の力行運転時において、モータジェネレータ７１には、インバータ６０から交流電圧が印加される。モータジェネレータ７１の回生運転時においては、モータジェネレータ７１により発電された電力が、インバータ６０を介して高圧電源２０に供給されたり、さらに電力変換器４０を介して中圧電源３０に供給されたりする。なお、インバータ６０と高圧電源２０との間に昇圧コンバータが設けられてもよい。
【００２３】
上述した電源システム１０は、蓄積可能な最大電力量が大きい方の電源である中圧電源３０を高圧負荷及び補機負荷５０のメイン電源とするために構成されている。この構成によれば、中圧電源３０が備えられる低圧システムとは電気的に絶縁された高圧システムに備えられる高圧負荷に対しては、必要に応じて中圧電源３０から電力供給される。
【００２４】
車両は、走行動力源となる駆動装置７０として、さらにエンジン７２を備えている。モータジェネレータ７１及びエンジン７２により生成された動力は、車両の駆動輪に伝達される。車両は、摩擦ブレーキにより車輪に制動力を付与する制動装置９０を備えている。
【００２５】
車両は、高圧電源２０の温度を検出する高圧温度検出部８１と、中圧電源３０の温度を検出する中圧温度検出部８２とを備えている。車両は、車速を検出する車速検出部８３と、モータジェネレータ７１に流れる電流を検出する電流検出部８４と、モータジェネレータ７１のロータの回転角を検出する回転角検出部８５とを備えている。なお、車速検出部８３としては、例えば車輪速センサを用いることができ、回転角検出部８５としては、例えばレゾルバを用いることができる。各検出部の検出値は、車載制御装置８０に入力される。
【００２６】
制御装置８０は、電力変換器４０、降圧コンバータ４４、補機負荷５０、インバータ６０、及びエンジン７２を制御する。具体的には例えば、制御装置８０は、モータジェネレータ７１のトルクを目標トルクに制御すべく、インバータ６０を操作する。
【００２７】
なお、実際には、電力変換器４０、補機負荷５０、インバータ６０及びエンジン７２等のそれぞれに対応して個別に制御装置が設けられる。本実施形態では、制御装置が個別設けられる点が要部ではないため、便宜上、これら制御装置を単一の制御装置８０として図示した。
【００２８】
制御装置８０は、高圧電源２０及び中圧電源３０の間で電力を授受し合う充放電処理を行う。以下、この処理について説明する。
【００２９】
図２は、充放電処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、制御装置８０により例えば所定周期で繰り返し実行される。なお本実施形態において、制御装置８０が、勾配判定部、選択部、操作部及び発電制御部を含む。また、以下の説明において、基本的には、補機負荷５０側からモータジェネレータ７１側へと向かう方向の電力の符号を正とし、その逆向きの方向の電力の符号を負とする。
【００３０】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、中圧電源３０の現在の充電量である中圧充電量ＥＬｒを推定する。中圧充電量ＥＬｒは、いわゆるＳＯＣに相当する。なお、充電量の推定手法は、周知のものを用いることができるため、その詳細な説明を省略する。
【００３１】
続くステップＳ１１では、推定した中圧充電量ＥＬｒと、中圧温度検出部８２により検出された中圧電源３０の温度ＴＬとに基づいて、中圧電源３０の出力制限値ＰＬｏｕｔと、中圧電源３０の入力制限値ＰＬｉｎとを算出する。出力制限値ＰＬｏｕｔは、中圧電源３０から単位時間あたりに出力可能な上限電力であり、入力制限値ＰＬｉｎは、中圧電源３０に単位時間あたりに入力可能な上限電力である。本実施形態では、中圧電源３０の入出力電力ＰＬについて、中圧電源３０から放電される場合を正の値で表し、中圧電源３０に充電される場合を負の値で表す。このため、出力制限値ＰＬｏｕｔは０以上の値となり、入力制限値ＰＬｉｎは０以下の値をとる。
【００３２】
本実施形態では、中圧充電量ＥＬｒ及び温度ＴＬと関係付けられた入出力制限値ＰＬｉｎ，ＰＬｏｕｔが規定されたマップを用いて、入出力制限値ＰＬｉｎ，ＰＬｏｕｔを算出する。ここで、入出力制限値ＰＬｉｎ，ＰＬｏｕｔと中圧充電量ＥＬｒとの関係は、図３に示すものとなる。詳しくは、出力制限値ＰＬｏｕｔは、中圧充電量ＥＬｒがその制御範囲の下限値である中圧下限値ＥＬｍｉｎ以下の場合に０とされる。これにより、中圧電源３０の過放電を防止する。一方、中圧充電量ＥＬｒが中圧下限値ＥＬｍｉｎよりも大きい場合、出力制限値ＰＬｏｕｔは、０よりも大きい値とされる。具体的には、中圧充電量ＥＬｒが中圧下限値ＥＬｍｉｎよりも大きい場合、出力制限値ＰＬｏｕｔは、中圧充電量ＥＬｒが大きいほど大きい値とされる。なお、中圧下限値ＥＬｍｉｎは、例えば、中圧電源３０の信頼性を維持可能な中圧充電量の許容下限値よりも大きい値に設定されればよい。
【００３３】
入力制限値ＰＬｉｎは、中圧充電量ＥＬｒがその制御範囲の上限値である中圧上限値ＥＬｍａｘ以上の場合に０とされる。これにより、中圧電源３０の過充電を防止する。中圧充電量ＥＬｒが中圧上限値ＥＬｍａｘ未満の場合、入力制限値ＰＬｉｎは、０よりも小さい値とされる。具体的には、中圧充電量ＥＬｒが中圧上限値ＥＬｍａｘ未満の場合、入力制限値ＰＬｉｎは、中圧充電量ＥＬｒが小さいほど小さい値とされる。なお、中圧上限値ＥＬｍａｘは、例えば、中圧電源３０の信頼性を維持可能な中圧充電量の許容上限値よりも小さい値に設定されればよい。
【００３４】
先の図２の説明に戻り、続くステップＳ１２では、高圧電源２０の現在の充電量である高圧充電量ＥＨｒを推定する。高圧充電量ＥＨｒは、いわゆるＳＯＣに相当する。なお、充電量の推定手法は、周知のものを用いることができるため、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
続くステップＳ１３では、推定した高圧充電量ＥＨｒと、高圧温度検出部８１により検出された高圧電源２０の温度ＴＨとに基づいて、高圧電源２０の出力制限値ＰＨｏｕｔと、高圧電源２０の入力制限値ＰＨｉｎとを算出する。出力制限値ＰＨｏｕｔは、高圧電源２０から単位時間あたりに出力可能な上限電力であり、入力制限値ＰＨｉｎは、高圧電源２０に単位時間あたりに入力可能な上限電力である。本実施形態では、高圧電源２０の入出力電力ＰＨについて、高圧電源２０から放電される場合を正の値で表し、高圧電源２０に充電される場合を負の値で表す。このため、出力制限値ＰＨｏｕｔは０以上の値となり、入力制限値ＰＨｉｎは０以下の値をとる。
【００３６】
本実施形態では、高圧充電量ＥＨｒ及び温度ＴＨと関係付けられた入出力制限値ＰＨｉｎ，ＰＨｏｕｔが規定されたマップを用いて、入出力制限値ＰＨｉｎ，ＰＨｏｕｔを算出する。ここで、入出力制限値ＰＨｉｎ，ＰＨｏｕｔと高圧充電量ＥＨｒとの関係は、図４に示すものとなる。なお、高圧電源２０の入出力制限値ＰＨｉｎ，ＰＨｏｕｔの算出手法は、中圧電源３０の入出力制限値ＰＬｉｎ，ＰＬｏｕｔの算出手法と同様であるため、その詳細な説明を省略する。なお図４には、高圧充電量ＥＨｒの制御範囲の下限値である高圧下限値ＥＨｍｉｎと、高圧充電量ＥＨｒの制御範囲の上限値である高圧上限値ＥＨｍａｘとを示した。高圧下限値ＥＨｍｉｎは、例えば、高圧電源２０の信頼性を維持可能な高圧充電量の許容下限値よりも大きい値に設定されればよく、高圧上限値ＥＨｍａｘは、例えば、高圧電源２０の信頼性を維持可能な高圧充電量の許容上限値よりも小さい値に設定されればよい。
【００３７】
先の図２の説明に戻り、続くステップＳ１４では、中圧電源３０の充放電要求を示す中圧側要求電力ＰＬｒｅｑを算出する。中圧側要求電力ＰＬｒｅｑは、中圧充電量ＥＬｒに応じた入出力要求を示す。以下、図５を用いて、中圧側要求電力ＰＬｒｅｑの算出手法について説明する。
【００３８】
図５において、中圧電源３０のＳＯＣ＝０％に対応する中圧充電量ＥＬｒをＥＬ０、ＳＯＣ＝１００％に対応する中圧充電量ＥＬｒをＥＬ１００とする。また、補機負荷５０の最大出力の絶対値をＰｏｍａｘとし、補機負荷５０の最大出力の必要持続時間をＴＣとする。本実施形態において、補機負荷５０の出力は、外部から給電されて電力を消費する場合に正の値とされる。
【００３９】
補機負荷５０の駆動を維持可能な中圧充電量ＥＬｒの最小値ＭＩＮＬｄ及び最大値ＭＡＸＬｄは、下式（ｅｑ１），（ｅｑ２）で表される。
【００４０】
【数１】
2017073934.tif 000003
【００４１】
【数２】
2017073934.tif 000004
中圧充電量ＥＬｒが最小値ＭＩＮＬｄを下回る場合、中圧電源３０の充電を要求すべく中圧側要求電力ＰＬｒｅｑを負の値とし、中圧充電量ＥＬｒが最大値ＭＡＸＬｄを上回る場合、中圧電源３０の放電を要求すべく中圧側要求電力ＰＬｒｅｑを正の値とする。一方、中圧充電量ＥＬｒが最小値ＭＩＮＬｄ以上であってかつ最大値ＭＡＸＬｄ以下である場合、中圧側要求電力ＰＬｒｅｑを０とする。なお、上記最小値ＭＩＮＬｄは、例えば中圧下限値ＥＬｍｉｎ以上の値に設定され、上記最大値ＭＡＸＬｄは、例えば中圧上限値ＥＬｍａｘ以下の値に設定されればよい。
【００４２】
先の図２の説明に戻り、続くステップＳ１５では、高圧電源２０の出力制限値ＰＨｏｕｔ、中圧電源３０の出力制限値ＰＬｏｕｔ、及び補機負荷５０の現在の入出力である補機出力Ｐｏを加算することにより、出力ガード値ＰＳｏｕｔを算出する。また、高圧電源２０の入力制限値ＰＨｉｎ、中圧電源３０の入力制限値ＰＬｉｎ及び補機出力Ｐｏを加算することにより、入力ガード値ＰＳｉｎを算出する。
【００４３】
続くステップＳ１６では、電力変換器４０を介した高圧電源２０及び中圧電源３０の間の授受電力の要求値である変電要求電力ＰＤｒｅｑを算出する。本実施形態では、車両の走行路面の勾配状態に応じて変電要求電力ＰＤｒｅｑを算出する点に特徴がある。
【００４４】
図６に、変電要求電力ＰＤｒｅｑの算出処理の手順を示す。
【００４５】
この一連の処理では、ステップＳ１００〜Ｓ１０２，Ｓ１０５において、走行路面が上り勾配であるか下り勾配であるかを判定する。詳しくは、まずステップＳ１００では、加減速パワーＰｖｏｂｓから制駆動パワーＰｄｏｂｓを減算することにより、外乱パワーＰｄｅｘｔを推定する。加減速パワーＰｖｏｂｓとは、車両の運動エネルギの時間変化率である。制駆動パワーＰｄｏｂｓとは、駆動装置７０及び制動装置９０から駆動輪に付与されたパワーである。本実施形態では、加減速パワーＰｖｏｂｓ及び制駆動パワーＰｄｏｂｓを以下のように推定する。
【００４６】
加減速パワーＰｖｏｂｓの推定手法について説明する。まず、車速検出部８３により検出された車速Ｖｖに基づいて、加減速パワーＰｖｏｂｓを推定する。詳しくは、車両質量Ｍｖ、車速Ｖｖ、及び車速Ｖｖから算出された車両加速度を積算することにより、下式（ｅｑ３）のように加減速パワーＰｖｏｂｓを推定する。
【００４７】
【数３】
2017073934.tif 000005
なお、加減速パワーＰｖｏｂｓの推定に用いる車両質量Ｍｖは、以下の手法により取得すればよい。詳しくは例えば、車輪を懸架するサスペンションの作用荷重を検出する車載荷重検出部の検出値に基づいて車両質量Ｍｖを算出することにより、車両質量Ｍｖを取得してもよい。また例えば、制御装置８０の記憶部としてのメモリに車両質量Ｍｖが予め記憶され、メモリから車両質量Ｍｖを読み出すことにより車両質量Ｍｖを取得してもよい。
【００４８】
続いて、下式（ｅｑ４）により制駆動パワーＰｄｏｂｓを推定する。
【００４９】
【数４】
2017073934.tif 000006
上式（ｅｑ４）において、Ｐｍはモータジェネレータ７１が駆動輪に与えたパワーであるモータパワーを示す。本実施形態において、モータパワーＰｍは、力行運転時に正の値となり、回生運転時に負の値となる。モータパワーＰｍは、モータジェネレータ７１のトルクＴｍとモータジェネレータ７１の回転角速度ωｍとを乗算することにより推定されればよい。ここでモータジェネレータ７１のトルクＴｍは、電流検出部８４により検出された電流値に基づいて算出されればよく、モータジェネレータ７１の回転角速度ωｍは、回転角検出部８５により検出された回転角の時間微分値として算出されればよい。
【００５０】
上式（ｅｑ４）において、Ｐｂｒｋは制動装置９０から駆動輪に付与された制動パワーを示す。本実施形態において、制動パワーＰｂｒｋは０以下の値となる。
【００５１】
上式（ｅｑ４）において、Ｐｅはエンジン７２の出力パワーを示し、ｋは駆動寄与率を示す。本実施形態において、エンジン７２の出力パワーＰｅは０以上の値となる。駆動寄与率ｋは、エンジン７２の出力パワーＰｅのうち、車両の走行動力源として使用されたパワーの比率である。発電など駆動以外の目的で消費されたエンジン７２のパワーをＰｃとすると、駆動寄与率ｋは「（Ｐｅ−Ｐｃ）／Ｐｅ」で表される。
【００５２】
続くステップＳ１０１では、車速Ｖｖに基づいて、車両の走行に伴い車両が受ける抵抗パワーＲＬ（＞０）を推定する。抵抗パワーＲＬには、車輪のころがり抵抗、及び空気抵抗に起因するパワーが含まれる。抵抗パワーＲＬは、車速Ｖｖが高いほど大きく推定されればよい。
【００５３】
続くステップＳ１０２では、外乱パワーＰｄｅｘｔから抵抗パワーＲＬを減算した値が第１閾値Ｓｔｈ１（＞０）を上回っているか否かを判定する。この処理は、現在の走行路面が上り勾配であるかを判定するための処理である。つまり、平坦な走行路面では、外乱パワーＰｄｅｘｔから抵抗パワーＲＬを減算した値は０に近い値となる。一方、登坂路では、外乱パワーＰｄｅｘｔから抵抗パワーＲＬを減算した値は、正の値となり、上り勾配が大きくなるほどその絶対値が大きくなる傾向にある。
【００５４】
ステップＳ１０２において肯定判定した場合には、上り勾配であると判定し、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、中圧充電量ＥＬｒが中圧下限値ＥＬｍｉｎを上回っているか否かを判定する。
【００５５】
ステップＳ１０３において肯定判定した場合には、ステップＳ１０４に進み、中圧電源３０から高圧電源２０へと電力が供給されるように変電要求電力ＰＤｒｅｑを算出する。この処理は、その後の降坂路のモータジェネレータ７１による回生発電に備えて、登坂路の走行中に中圧電源３０を放電させて中圧充電量ＥＬｒを小さくするためのものである。本実施形態では、変電要求電力ＰＤｒｅｑを、図７に示すように、電力変換器４０における電力変換効率が最大となる一定電力として算出する。本実施形態において、ステップＳ１０４で算出される変電要求電力ＰＤｒｅｑは正の値となる。
【００５６】
ステップＳ１０２において否定判定した場合には、ステップＳ１０５に進み、外乱パワーＰｄｅｘｔから抵抗パワーＲＬを減算した値が第２閾値Ｓｔｈ２（＜０）未満であるか否かを判定する。この処理は、現在の走行路面が下り勾配であるかを判定するための処理である。つまり、降坂路では、外乱パワーＰｄｅｘｔから抵抗パワーＲＬを減算した値は、負の値となり、下り勾配が大きくなるほどその絶対値が大きくなる傾向にある。
【００５７】
ステップＳ１０５において肯定判定した場合には、下り勾配であると判定し、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、中圧充電量ＥＬｒが中圧上限値ＥＬｍａｘ未満であるか否かを判定する。
【００５８】
ステップＳ１０６において肯定判定した場合には、ステップＳ１０７に進み、高圧電源２０から中圧電源３０へと電力が供給されるように変電要求電力ＰＤｒｅｑを算出する。この処理は、その後の登坂路のモータジェネレータ７１の加速要求に備えて、降坂路の走行中に中圧電源３０を充電して中圧充電量ＥＬｒを大きくするためのものである。本実施形態では、変電要求電力ＰＤｒｅｑを、電力変換器４０における電力変換効率が最大となる一定電力として算出する。本実施形態において、ステップＳ１０７で算出される変電要求電力ＰＤｒｅｑは負の値となる。
【００５９】
ステップＳ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１０６において否定判定した場合には、ステップＳ１０８に進み、通常時における変電要求電力ＰＤｒｅｑの算出処理を行う。以下、図８を用いて、この処理について説明する。
【００６０】
図８は、中圧充電量ＥＬｒに対する高圧充電量ＥＨｒの比率である充電量比Ｘ（＝ＥＨｒ／ＥＬｒ）を横軸とし、変電要求電力ＰＤｒｅｑを縦軸としたマップである。図示されるように、中圧充電量ＥＬｒに対して高圧充電量ＥＨｒが小さく、充電量比Ｘが下限閾値Ｘｍｉｎよりも小さい場合、中圧電源３０から高圧電源２０へと電力を供給すべく変電要求電力ＰＤｒｅｑを正の値に設定する。一方、高圧充電量ＥＨｒに対して中圧充電量ＥＬｒが小さく、充電量比Ｘが上限閾値Ｘｍａｘ（＞Ｘｍｉｎ）よりも大きい場合、高圧電源２０から中圧電源３０へと電力を供給すべく変電要求電力ＰＤｒｅｑを負の値に設定する。他方、充電量比Ｘが下限閾値Ｘｍｉｎ以上であってかつ上限閾値Ｘｍａｘ以下である場合、変電要求電力ＰＤｒｅｑを０に設定する。なお、下限閾値Ｘｍｉｎ及び上限閾値Ｘｍａｘは、予め実験等により設定される。
【００６１】
ちなみに本実施形態の図６において、０を跨いで第１閾値Ｓｔｈ１と第２閾値Ｓｔｈ２とを設定したのは、走行路面の実際の勾配が０を跨いで微小に変動する場合において、ステップＳ１０４，Ｓ１０７の処理が実行されるのを防止するためである。
【００６２】
先の図２の説明に戻り、続くステップＳ１７では、高圧電源２０の入出力電力ＰＨに依存する予測電力ＰＨｒｅｑを算出する。以下、図９を用いて、予測電力ＰＨｒｅｑの算出手法について説明する。
【００６３】
図９に示す例では、高圧電源２０の入出力電力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、高圧電源２０の入出力電力ＰＨから出力制限値ＰＨｏｕｔを減算した値である静的要求電力ＰＨｒｅｑｓは、破線のハッチング領域で示されるものとなる。
【００６４】
これに対し本実施形態では、高圧電源２０の入出力電力の時間微分値「ｄＰＨ／ｄｔ」に基づいて、将来の要求電力である予測電力ＰＨｒｅｑを算出する。図９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までの期間において正の値となり、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において負の値となる。
【００６５】
予測電力ＰＨｒｅｑは、下式（ｅｑ５）により算出される。
【００６６】
【数５】
2017073934.tif 000007
図９の実線のハッチング領域で示すように、進み補償項に基づき算出された予測電力ＰＨｒｅｑは、静的要求電力ＰＨｒｅｑｓに対し進み側にシフトする。これにより、例えば、高圧電源２０の出力電力が出力制限値ＰＨｏｕｔを上回り、高圧電源２０の出力が不足すると予測された場合、予め中圧電源３０から高圧電源２０へと充電されるように電力変換器４０が操作される。一方、高圧電源２０の入力電力が入力制限値ＰＨｉｎを下回り、高圧電源２０の入力が過剰になると予測された場合、予め高圧電源２０から中圧電源３０へと放電されるように電力変換器４０が操作される。
【００６７】
先の図２の説明に戻り、続くステップＳ１８では、インバータ６０を含む高圧負荷の要求電力である高圧側要求電力ＰＩｒｅｑを算出する。本実施形態において、高圧側要求電力ＰＩｒｅｑは、モータジェネレータ７１の力行運転時において正の値となる。なお、高圧側要求電力ＰＩｒｅｑには、エンジン７２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ている。
【００６８】
続くステップＳ１９では、高圧負荷へ供給する高圧目標電力ＰＩｔｇｔを下式（ｅｑ６）により算出する。この演算では、高圧側要求電力ＰＩｒｅｑと中圧側要求電力ＰＬｒｅｑとの和に対し、正側の上限を出力ガード値ＰＳｏｕｔで制限し、負側の下限を入力ガード値ＰＳｉｎで制限する。
【００６９】
【数６】
2017073934.tif 000008
続くステップＳ２０では、高圧側要求電力ＰＩｒｅｑに基づいて、電力変換器４０を介した授受電力の目標値である最終目標電力ＰＤＣｔｇｔを下式（ｅｑ７）により算出する。
【００７０】
【数７】
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上式（ｅｑ７）の第１項は、高圧側要求電力ＰＩｒｅｑに対する高圧電源２０の入出力電力ＰＨの不足量の現在値を示す。
【００７１】
続くステップＳ２１では、電力変換器４０を介した高圧電源２０及び中圧電源３０の間の授受電力を最終目標電力ＰＤＣｔｇｔに制御すべく、電力変換器４０のスイッチング素子を操作する。
【００７２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００７３】
走行路面が上り勾配であると判定されている期間に渡って、中圧充電量ＥＬｒが低下して中圧下限値ＥＬｍｉｎに到達するまで中圧電源３０から高圧電源２０へと電力が供給されるように電力変換器４０を操作した。これにより、中圧充電量ＥＬｒを、その後の降坂路における回生発電に備えて減らすことができる。また、走行路面が下り勾配であると判定されている期間に渡って、中圧充電量ＥＬｒが上昇して中圧上限値ＥＬｍａｘに到達するまで高圧電源２０から中圧電源３０へと電力が供給されるように電力変換器４０を操作した。これにより、中圧充電量ＥＬｒを、その後の登坂路におけるモータジェネレータ７１の力行運転に備えて増加させることができる。このように本実施形態によれば、走行路面の勾配状態の変化に備えて、高圧充電量ＥＨｒ及び中圧充電量ＥＬｒを適正に調整でき、高圧電源２０及び中圧電源３０を有効に活用できる。これにより、中圧電源３０の充電量を低下させることで、次に来る下り勾配での回生電力を十分に受け入れることが可能となり、車両の燃費を向上できる。
【００７４】
上り勾配であると判定している期間に渡って、電力変換器４０における電力変換効率が最大となる一定電力で中圧電源３０から高圧電源２０へと電力が供給されるように電力変換器４０を操作した。また、下り勾配であると判定している期間に渡って、電力変換器４０における電力変換効率が最大となる一定電力で高圧電源２０から中圧電源３０へと電力が供給されるように電力変換器４０を操作した。これにより、電力変換器４０における損失を最小化することができる。
【００７５】
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００７６】
・図１０に示すように、高圧電源２１を容量型電源とし、中圧電源３１を出力型電源としてもよい。なお図１０において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【００７７】
・路面の勾配が上り勾配であるか下り勾配であるかを判定する手法としては、上記実施形態に例示したものに限らない。例えば、路面勾配を検出する勾配センサを車両に備え、勾配センサの検出結果に基づいて、上り勾配であるか下り勾配であるかを判定してもよい。
【００７８】
・上り勾配であると判定されている期間に渡って、電力変換器４０における電力変換効率が最大とならない動作点において、中圧電源３０から高圧電源２０へと電力を供給してもよい。なお、下り勾配であると判定されている期間についても同様である。
【００７９】
・電力変換器４０としては上記実施形態に例示したものに限らない。
【００８０】
・上記実施形態では、電源システム１０に備えられる２つの電源である高圧電源２０及び中圧電源３０の出力電圧が異なっていたがこれに限らず、同等であってもよい。この場合、電力変換器として、２つの電源の間を電気的に絶縁しない非絶縁型ＤＣＤＣコンバータを用いてもよい。
【００８１】
・電力変換器４０で低圧まで降圧する構成を採用することにより、降圧コンバータ４４を無くし、中圧電源３０を低圧電源とする構成にしてもよい。
【００８２】
・車両としては、ハイブリッド車両に限らず、燃料電池を有する車両等、他の発電源を持つ車両であってもよい。なお車両としては、走行動力源としてモータジェネレータのみを備える車両であってもよい。
【符号の説明】
【００８３】
２０…高圧電源、３０…中圧電源、４０…電力変換器、５０…補機負荷、７１…モータジェネレータ、８０…制御装置。
【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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