JP5949264B2 - 電源装置およびそれを備える車両ならびに電源装置の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電源装置に関し、特に、複数の蓄電装置を有する電源装置に関する。

特開２０１１−１９９９３４号公報（特許文献１）は、複数の蓄電装置を有する電源装置を開示している。この電源装置においては、通常時は、第１蓄電装置からの電力のみが負荷へ供給される。第１蓄電装置の供給可能電力以上の電力が要求されると、第２蓄電装置からの電力によって不足した電力が補われる（特許文献１参照）。

特開２０１１−１９９９３４号公報 特開２００９−２１３２９９号公報 特開２００３−２０９９６９号公報

しかしながら、上記のような電源装置では、第１蓄電装置の出力のみでは足りない電力を第２蓄電装置の出力で補うことを開示しているにすぎず、電源装置全体としての損失を抑制する方法については特に検討されていない。

それゆえに、この発明の目的は、複数の蓄電装置を有する電源装置において、損失を抑制可能な電源装置およびそれを備える車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、複数の蓄電装置を有する電源装置において、損失を抑制可能な電源装置の制御方法を提供することである。

この発明によれば、電源装置は、第１蓄電装置と、第２蓄電装置と、電力調整部と、制御装置とを備える。第１蓄電装置は、負荷に電力を供給する。第２蓄電装置は、第１蓄電装置に並列に設けられ、負荷に電力を供給する。電力調整部は、第１蓄電装置と負荷との間に設けられ、第１蓄電装置の入出力電力を調整する。制御装置は、負荷に対する要求電力と、第１蓄電装置の内部抵抗損失と、第２蓄電装置の内部抵抗損失とに基づいて、電力調整部を制御する。

好ましくは、制御装置は、要求電力と、第１蓄電装置の電圧値および内部抵抗値と、第２蓄電装置の電圧値および内部抵抗値とに基づいて、第１蓄電装置の入出力電力および第２蓄電装置の入出力電力を調整するように電力調整部を制御する。

好ましくは、制御装置は、第１蓄電装置の内部抵抗損失および第２蓄電装置の内部抵抗損失の合計が低下する方向に、第１蓄電装置の入出力電力と第２蓄電装置の入出力電力との電力比を調整する。

好ましくは、制御装置は、要求電力が所定値よりも小さいときに、第１蓄電装置の残容量と第２蓄電装置の残容量との残容量比を所定比に調整するように電力調整部を制御する。

好ましくは、制御装置は、残容量比を所定比に調整する場合に発生する電力移動損失を予め算出する。制御装置は、電力移動損失に基づいて、電力調整部を制御する。

好ましくは、電力調整部は、第１蓄電装置の電圧を昇圧して、負荷に供給することが可能に構成された昇圧回路を有する。

好ましくは、電力調整部は、昇圧回路の出力と第２蓄電装置との間に設けられ、第２蓄電装置への電流の流れを規制する整流素子をさらに有する。

好ましくは、電力調整部は、整流素子に並列に設けられたスイッチング素子をさらに有する。

また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの電源装置を備える。
また、この発明によれば、電源装置の制御方法は、第１蓄電装置と、第２蓄電装置と、電力調整部と、制御装置とを備える電源装置の制御方法である。第１蓄電装置は、負荷に電力を供給する。第２蓄電装置は、第１蓄電装置に並列に設けられ、負荷に電力を供給する。電力調整部は、第１蓄電装置と負荷との間に設けられ、第１蓄電装置の入出力電力を調整する。制御方法は、負荷に対する要求電力と、第１蓄電装置の内部抵抗損失と、第２蓄電装置の内部抵抗損失とを取得するステップと、要求電力と、第１蓄電装置の内部抵抗損失と、第２蓄電装置の内部抵抗損失とに基づいて、電力調整部を制御するステップとを含む。

好ましくは、制御するステップは、要求電力と、第１蓄電装置の電圧値および内部抵抗値と、第２蓄電装置の電圧値および内部抵抗値とに基づいて、第１蓄電装置の入出力電力および第２蓄電装置の入出力電力を調整するように電力調整部を制御するステップを含む。

好ましくは、制御するステップは、第１蓄電装置の内部抵抗損失および第２蓄電装置の内部抵抗損失の合計が低下する方向に、第１蓄電装置の入出力電力と第２蓄電装置の入出力電力との電力比を調整するステップをさらに含む。

好ましくは、制御するステップは、要求電力が所定値よりも小さいときに、第１蓄電装置の残容量と第２蓄電装置の残容量との残容量比を所定比に調整するように電力調整部を制御するステップを含む。

好ましくは、制御するステップは、残容量比を所定比に調整する場合に発生する電力移動損失を予め算出するステップと、電力移動損失に基づいて、電力調整部を制御するステップとをさらに含む。

この発明においては、電力調整部は、要求電力と、第１蓄電装置の内部抵抗損失と、第２蓄電装置の内部抵抗損失とに基づいて制御される。これにより、第１蓄電装置および第２蓄電装置で発生する損失を考慮して第１蓄電装置および第２蓄電装置の出力を調整することができる。したがって、この発明によれば、複数の蓄電装置を有する電源装置において、損失を抑制することができる。

この発明の実施の形態１による電源装置を搭載したハイブリッド車両の全体ブロック図である。 図１に示すコンバータの構成を示す回路図である。 図１に示すＥＣＵの機能ブロック図である。 図３に示すコンバータ制御部の詳細な機能ブロック図である。 第１蓄電装置の出力割合と第１蓄電装置および第２蓄電装置全体の損失との関係を示した図である。 図４に示すコンバータ制御部による処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１の変形例によるコンバータ制御部による処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１の別の変形例によるコンバータ制御部による処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による電源装置を搭載したハイブリッド車両の全体ブロック図である。 この発明の実施の形態３による電源装置を搭載したハイブリッド車両の全体ブロック図である。

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は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電源装置を搭載したハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１を参照して、このハイブリッド車両１００は、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置４と、車輪６とを備える。また、ハイブリッド車両１００は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２と、電力調整部８０と、コンデンサＣと、インバータ２０，２２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０とをさらに備える。さらに、ハイブリッド車両１００は、電圧センサ４２，４４，４６と、電流センサ５２，５４とをさらに備える。

このハイブリッド車両１００は、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する。動力分割装置４は、エンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。動力分割装置４は、たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構から成り、この３つの回転軸がエンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸にそれぞれ接続される。なお、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空にしてその中心にエンジン２のクランク軸を通すことにより、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を動力分割装置４に機械的に接続することができる。また、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや差動ギヤによって車輪６に結合される。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン２の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド車両１００に組込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、車輪６を駆動する電動機としてハイブリッド車両１００に組込まれる。

蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池を含む。蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、負荷であるインバータ２０，２２へ電力を供給し、また、電力回生時には、インバータ２０，２２からの電力によって充電される。

なお、たとえば、蓄電装置Ｂ１には、蓄電装置Ｂ２よりも出力可能最大電力が大きい二次電池を用いることができ、蓄電装置Ｂ２には、蓄電装置Ｂ１よりも蓄電容量が大きい二次電池を用いることができる。これにより、２つの蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を用いてハイパワーかつ大容量の直流電源を構成することができる。なお、蓄電装置Ｂ１に、蓄電装置Ｂ２よりも蓄電容量が大きい二次電池を用い、蓄電装置Ｂ２に、蓄電装置Ｂ１よりも出力可能最大電力が大きい二次電池を用いる構成を採用してもよい。また、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２が異なる種類の二次電池の組み合わせであってもよく、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の少なくとも一方に大容量のキャパシタを用いてもよい。

電力調整部８０は、蓄電装置Ｂ１とインバータ２０，２２との間に設けられ、コンバータ１０を含んで構成される。電力調整部８０は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２から受ける電力をインバータ２０，２２へ供給する。また、電力調整部８０は、インバータ２０，２２から受ける電力を蓄電装置Ｂ１，Ｂ２へ供給する。このとき、電力調整部８０は、コンバータ１０の動作を調整することによって、蓄電装置Ｂ１の入出力電力および蓄電装置Ｂ２の入出力電力を調整することができる。さらに、電力調整部８０は、蓄電装置Ｂ１と蓄電装置Ｂ２との間で移動する電力を調整することができる。

コンバータ１０は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。蓄電装置Ｂ２は、正極ラインＰＬ２を介して、正極ラインＰＬ３へ接続される。また、コンバータ１０は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬ３を介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ１を充電する。

コンデンサＣは、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間に接続され、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間の電圧変動を平滑化する。

インバータ２０は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ１に基づいて正極ラインＰＬ３からの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン２の動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。

インバータ２２は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ２に基づいて正極ラインＰＬ３からの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ２２は、車両の回生制動時、車輪６からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、３相交流回転電機であり、たとえば３相交流同期電動発電機を含む。モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０によって回生駆動され、エンジン２の動力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２の始動時、インバータ２０によって力行駆動され、エンジン２をクランキングする。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ２２によって力行駆動され、車輪６を駆動するための駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、インバータ２２によって回生駆動され、車輪６から受ける回転力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２２へ出力する。

電圧センサ４２は、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ５２は、蓄電装置Ｂ１からコンバータ１０へ出力される電流Ｉ１を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電圧センサ４４は、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ５４は、蓄電装置Ｂ２から出力される電流Ｉ２を検出してＥＣＵ３０へ出力する。電圧センサ４６は、コンデンサＣの端子間電圧、すなわち負極ラインＮＬに対する正極ラインＰＬ３の電圧ＶＨを検出し、その検出した電圧ＶＨをＥＣＵ３０へ出力する。

ＥＣＵ３０は、電圧ＶＢ１および電流Ｉ１に基づいて、蓄電装置Ｂ１の内部抵抗値Ｒ１を算出する。ＥＣＵ３０は、電圧ＶＢ２および電流Ｉ２に基づいて、蓄電装置Ｂ２の内部抵抗値Ｒ２を算出する。

ＥＣＵ３０は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２に対して要求されるパワー（以下、単に「要求パワー」と称する。）ＰＲと、電圧ＶＢ１と、内部抵抗値Ｒ１と、電圧ＶＢ２と、内部抵抗値Ｒ２とに基づいて、コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣ１を生成し、その生成した信号ＰＷＣ１をコンバータ１０へ出力する。なお、要求パワーＰＲは、アクセルペダルの開度や車両速度等に基づいて、図示されない車両ＥＣＵによって演算される。

さらに、ＥＣＵ３０は、インバータ２０，２２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれインバータ２０，２２へ出力する。

図２は、図１に示したコンバータ１０の構成を示す回路図である。図２を参照して、コンバータ１０は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、正極ラインＰＬ３と負極ラインＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬの一方端は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続ノードに接続され、その他方端は、正極ラインＰＬ１に接続される。なお、上記のｎｐｎ型トランジスタとして、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。

このコンバータ１０は、チョッパ回路を含む。そして、コンバータ１０は、ＥＣＵ３０（図示せず）からの信号ＰＷＣ１に基づいて、正極ラインＰＬ１の電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬ３へ出力する。

具体的には、コンバータ１０は、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のオン時に流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積する。そして、コンバータ１０は、その磁場エネルギーをｎｐｎ型トランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して正極ラインＰＬ３へ出力することによって正極ラインＰＬ１の電圧を昇圧する。

図３は、図１に示したＥＣＵ３０の機能ブロック図である。図３を参照して、ＥＣＵ３０は、コンバータ制御部３２と、インバータ制御部３４，３６とを含む。

コンバータ制御部３２は、要求パワーＰＲと、電圧ＶＢ１と、電流Ｉ１と、電圧ＶＢ２と、電流Ｉ２とに基づいて、コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＣ１としてコンバータ１０へ出力する。

インバータ制御部３４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令ＴＲ１、モータ電流ＭＣＲＴ１、ロータ回転角θ１、および電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０に含まれるパワートランジスタをオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ１としてインバータ２０へ出力する。

インバータ制御部３６は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ２、ロータ回転角θ２、および電圧ＶＨに基づいて、インバータ２２に含まれるパワートランジスタをオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ２としてインバータ２２へ出力する。

なお、トルク指令ＴＲ１，ＴＲ２は、たとえば、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度等に基づいて、図示されない車両ＥＣＵによって算出される。また、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ１，θ２の各々は、図示されないセンサによって検出される。

図４は、図３に示したコンバータ制御部３２の詳細な機能ブロック図である。図４を参照して、コンバータ制御部３２は、目標電力比算出部１０２と、駆動信号生成部１０４とを含む。

目標電力比算出部１０２は、電圧ＶＢ１と、電流Ｉ１とに基づいて、蓄電装置Ｂ１の内部抵抗値Ｒ１を算出し、電圧ＶＢ２と、電流Ｉ２とに基づいて、蓄電装置Ｂ２の内部抵抗値Ｒ２を算出する。目標電力比算出部１０２は、要求パワーＰＲと、電圧ＶＢ１と、内部抵抗値Ｒ１と、電圧ＶＢ２と、内部抵抗値Ｒ２とに基づいて、蓄電装置Ｂ１の入出力電力および蓄電装置Ｂ２の入出力電力の割合を示す目標電力比を算出する。目標電力比算出部１０２は、算出した目標電力比を駆動信号生成部１０４へ出力する。

駆動信号生成部１０４は、目標電力比算出部１０２から受ける目標電力比に基づいて、信号ＰＷＣ１を生成してコンバータ１０へ出力する。具体的には、駆動信号生成部１０４は、要求パワーＰＲおよび目標電力比から蓄電装置Ｂ１の目標入出力電力および蓄電装置Ｂ２の目標入出力電力を算出する。駆動信号生成部１０４は、電圧ＶＢ１と、電流Ｉ１とに基づいて、蓄電装置Ｂ１の実際の入出力電力ＰＢ１を算出し、電圧ＶＢ２と、電流Ｉ２とに基づいて、蓄電装置Ｂ２の実際の入出力電力ＰＢ２を算出する。駆動信号生成部１０４は、入出力電力ＰＢ１，ＰＢ２が目標入出力電力となるようにｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を計算し、信号ＰＷＣ１を生成する。駆動信号生成部１０４は、生成した信号ＰＷＣ１をコンバータ１０へ出力する。

ここで、目標電力比算出部１０２は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２全体の損失を抑制する観点から、蓄電装置Ｂ１の入出力電力および蓄電装置Ｂ２の入出力電力の目標電力比を決定する。以下、この考え方について説明する。

図５は、蓄電装置Ｂ１の出力割合と蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２全体の損失との関係を示した図である。蓄電装置Ｂ１の出力割合とは、蓄電装置Ｂ１の出力および蓄電装置Ｂ２の出力の合計に対して蓄電装置Ｂ１の出力が占める割合である。

蓄電装置において、電流を入出力する際に内部抵抗による内部抵抗損失が発生する。この内部抵抗損失は、内部抵抗値と電流の２乗とを乗算することによって算出される。図５に示すように、要求パワーＰＲが一定である場合、蓄電装置Ｂ１の出力割合の変化に伴なって、蓄電装置Ｂ１の内部抵抗損失および蓄電装置Ｂ２の内部抵抗損失の合計である全体損失が変化する。なお、等要求パワー線ＬＮ１は、等要求パワー線ＬＮ２よりも要求パワーＰＲが大きい場合の全体損失を示し、等要求パワー線ＬＮ３は、等要求パワー線ＬＮ２よりも要求パワーＰＲが小さい場合の全体損失を示す。

従来の電源装置では、蓄電装置Ｂ２の出力電力よりも要求パワーＰＲが大きい場合に、不足する電力を蓄電装置Ｂ１からの出力電力によって補うように制御されている。このように、電力比は損失に拘わらず決定されるため、蓄電装置Ｂ１の出力割合Ｋ１が選択される場合がある。この場合、全体損失Ｌ１が発生することにより、電源装置の充放電効率が低下する。

これに対し、本発明では、全体損失が最小となる出力割合Ｋ２が選択される。この場合、全体損失Ｌ１よりも低い全体損失Ｌ２が発生する。このため、全体損失が低下することによって、電源装置の充放電効率が向上する。

ここで、全体損失が最小となる電力比の算出方法の一例を示す。要求パワーＰＲは、蓄電装置Ｂ１の出力Ｐ１および蓄電装置Ｂ２の出力Ｐ２の和である。

ＰＲ＝Ｐ１＋Ｐ２ …（１）
蓄電装置Ｂ１において、出力Ｐ１は、電圧ＶＢ１と、電流Ｉ１と、内部抵抗値Ｒ１とを用いて、次式にて表される。

Ｐ１＝（ＶＢ１−Ｒ１×Ｉ１）Ｉ１ …（２）
同様に、蓄電装置Ｂ２において、出力Ｐ２は、電圧ＶＢ２と、電流Ｉ２と、内部抵抗値Ｒ２とを用いて、次式にて表される。

Ｐ２＝（ＶＢ２−Ｒ２×Ｉ２）Ｉ２ …（３）
全体損失Ｌｏｓｓは、蓄電装置Ｂ１の損失および蓄電装置Ｂ２の損失の合計であるので、次式にて表される。

Ｌｏｓｓ＝Ｒ１×Ｉ１²＋Ｒ２×Ｉ２² …（４）
ｄＬｏｓｓ／ｄＰ１が零となるときに、全体損失Ｌｏｓｓが最小となる。

ｄＬｏｓｓ／ｄＰ１＝０ …（５）
式（１）〜（５）から全体損失Ｌｏｓｓが最小となる電力比は、次式にて表される。

Ｐ１／ＰＲ＝Ｒ２×ＶＢ１²／（Ｒ２×ＶＢ１²＋Ｒ１×ＶＢ２²） …（６）
このように、全体損失Ｌｏｓｓが最小となる電力比は、蓄電装置Ｂ１の内部抵抗値Ｒ１および電圧ＶＢ１と、蓄電装置Ｂ２の内部抵抗値Ｒ２および電圧ＶＢ２とに基づいて算出することができる。

なお、損失として蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の内部抵抗損失を考慮して電力比を算出したが、電力調整部８０における損失等をさらに考慮して電力比を算出してもよい。電力調整部８０における損失とは、たとえば、コンバータ１０における損失である。

図６は、図４に示したコンバータ制御部３２による処理の流れを示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図６を参照して、コンバータ制御部３２は、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２の状態量を検出する（ステップＳ１００）。具体的には、コンバータ制御部３２は、電圧ＶＢ１および電流Ｉ１を検出し、これらに基づいて内部抵抗値Ｒ１を算出する。コンバータ制御部３２は、電圧ＶＢ２および電流Ｉ２を検出し、これらに基づいて内部抵抗値Ｒ２を算出する。

続いてステップＳ２００において、コンバータ制御部３２は、蓄電装置Ｂ１の内部抵抗損失と蓄電装置Ｂ２の内部抵抗損失の合計が最小となる電力比Ｘを目標電力比として決定する。コンバータ制御部３２は、上記式（６）から内部抵抗値Ｒ１，Ｒ２および電圧ＶＢ１，ＶＢ２に基づいてＰ１／ＰＲを電力比Ｘとして算出する。

続いてステップＳ３００において、コンバータ制御部３２は、要求パワーＰＲと、目標電力比とに基づいて蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の目標入出力電力を算出し、実際の入出力電力が目標入出力電力となるように信号ＰＷＣ１を生成してコンバータ１０へ出力する。

また、電力調整部８０は、コンバータ１０の昇圧動作によって、蓄電装置Ｂ１と蓄電装置Ｂ２との間の電力移動を調整することができる。コンバータ１０が電圧ＶＨを電圧ＶＢ２よりも高くすると、蓄電装置Ｂ２が充電される。一方、コンバータ１０が電圧ＶＨを電圧ＶＢ２よりも低くすると、蓄電装置Ｂ２が放電する。このように、コンバータ１０が電圧ＶＨを変化させることによって、蓄電装置Ｂ１と蓄電装置Ｂ２との間の電力移動を調整することができる。

以上のように、この実施の形態１においては、電力調整部８０は、要求パワーＰＲと、蓄電装置Ｂ１の内部抵抗損失と、蓄電装置Ｂ２の内部抵抗損失とに基づいて制御される。これにより、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２で発生する損失を考慮して蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力を調整することができる。したがって、この実施の形態１によれば、複数の蓄電装置を有する電源装置において、損失を抑制することができる。

また、この実施の形態１においては、電力調整部８０は、要求パワーＰＲと、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１および内部抵抗値Ｒ１と、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２および内部抵抗値Ｒ２とに基づいて、蓄電装置Ｂ１の入出力電力および蓄電装置Ｂ２の入出力電力を調整するように制御される。よって、蓄電装置Ｂ１の入出力電力および蓄電装置Ｂ２の入出力電力を調整することによって、損失を抑制することができる。

また、この実施の形態１においては、蓄電装置Ｂ１の入出力電力と蓄電装置Ｂ２の入出力電力との電力比は、蓄電装置Ｂ１の内部抵抗損失および蓄電装置Ｂ２の内部抵抗損失の合計が低下する方向に調整されてもよい。よって、蓄電装置Ｂ１の入出力電力と蓄電装置Ｂ２の入出力電力との電力比を調整することによって、損失を抑制することができる。

また、この実施の形態１においては、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１を昇圧可能に構成されたコンバータ１０を有する。よって、コンバータ１０の昇圧動作を制御することにより、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の入出力電力を調整することができる。

［実施の形態１の変形例］
実施の形態１では、蓄電装置の残容量に拘わらず、蓄電装置の内部抵抗損失が最小となる電力比で電力を出力する構成とした。このため、蓄電装置Ｂ１の残容量と蓄電装置Ｂ２の残容量との間に偏りがある場合、一方の蓄電装置の容量が先に下限に到達してしまうため、上記電力比を維持して両方の蓄電装置の残容量を使い切ることができないことがある。そこで、実施の形態１の変形例では、要求パワーＰＲが小さいときに、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２間で電力を移動させることにより、上記電力比を維持して両方の蓄電装置の残容量を使い切ることができる。

図７は、この発明の実施の形態１の変形例によるコンバータ制御部３２による処理の流れを示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図７を参照して、ステップＳ１００，Ｓ２００，Ｓ３００については、実施の形態１と同様であるので説明を繰り返さない。

ステップＳ１１０において、コンバータ制御部３２は、要求パワーＰＲが所定値Ｐｔｈよりも小さいか否かを判定する。なお、所定値Ｐｔｈは、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２の内部抵抗損失が顕著となる値である。この処理で肯定的な判断がなされると（ステップＳ１１０にてＹＥＳ）、処理がステップＳ１２０に進められる。一方、ステップＳ１１０にて否定的な判断がなされると（ステップＳ１１０にてＮＯ）、処理がステップＳ２００に進められる。

ステップＳ１２０において、コンバータ制御部３２は、蓄電装置Ｂ１の残容量および蓄電装置Ｂ２の残容量間に偏りがあるかを判定する。たとえば、コンバータ制御部３２は、蓄電装置Ｂ１の残容量および蓄電装置Ｂ２の残容量の比が電力比Ｘと異なる場合に、偏りがあると判定する。なお、残容量は、電力量［Ｗｈ］によって表され、種々の公知の手法を用いて算出される。この処理で肯定的な判断がなされると（ステップＳ１２０にてＹＥＳ）、処理がステップＳ１３０に進められる。一方、ステップＳ１２０にて否定的な判断がなされると（ステップＳ１２０にてＮＯ）、処理がステップＳ２００に進められる。

ステップＳ１３０において、コンバータ制御部３２は、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２間での電力移動量を算出する。この電力移動量は、電力移動によって発生する損失、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２の残容量に基づいて算出される単位時間あたりに移動する電力量であり、たとえば、任意の値とすることができる。

続いてステップＳ１４０において、コンバータ制御部３２は、電力移動を伴う電力比Ｙを目標電力比として決定する。電力比Ｙは、要求パワーＰＲおよびステップＳ１３０において算出した電力移動量に基づいて算出される。電力比が電力比Ｙに調整されることにより、一方の蓄電装置から要求パワーＰＲおよび電力移動量の合計が出力され、他方の蓄電装置は電力移動量分の電力が充電される。

以上のように、この実施の形態１の変形例においては、要求パワーＰＲが小さいときに、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２間で電力を移動させる。したがって、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２の内部抵抗損失が最小となる電力比を維持して両方の蓄電装置の残容量を使い切ることができる。

［実施の形態１の別の変形例］
実施の形態１の変形例では、要求パワーＰＲが小さいときに、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２間で電力を移動させることにより、蓄電装置の内部抵抗損失が最小となる電力比を維持して両方の蓄電装置の残容量を使い切ることができる構成とした。しかしながら、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２間で電力を移動させることにより発生する移動損失が大きい場合には、電源装置の効率が低下してしまうことがある。そこで、実施の形態１の別の変形例では、移動損失を考慮して、電力比を決定し、電力移動による効率の悪化を抑制する。

図８は、この発明の実施の形態１の別の変形例によるコンバータ制御部３２による処理の流れを示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図８を参照して、ステップＳ１００，Ｓ１１０〜Ｓ３００については、実施の形態１およびその変形例と同様であるので説明を繰り返さない。

ステップＳ１０２において、コンバータ制御部３２は、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２の内部抵抗損失が最小となる電力比における損失Ａを算出する。

続いてステップＳ１０４において、コンバータ制御部３２は、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２間の残容量比を電力比とした場合における損失Ｂを算出する。

続いてステップＳ１０６において、コンバータ制御部３２は、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２間での電力移動による損失Ｍを算出する。ここで、損失Ｍの算出方法の一例を示す。

まず、出力Ｐは、電圧Ｖと、電流Ｉと、内部抵抗値Ｒとを用いて、次式にて表される。
Ｐ＝（Ｖ−Ｒ×Ｉ）Ｉ …（７）
そして、蓄電装置における損失Ｌｂは、次式にて表される。

Ｌｂ＝Ｒ×Ｉ² …（８）
式（７）、（８）より、損失Ｌｂは、内部抵抗値Ｒと、電圧Ｖと、出力Ｐとを用いて、次式にて表される。

蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２の残容量比を１：ａとし、要求パワーＰＲの平均値をＰｖとする。残容量比を電力比とした場合、蓄電装置Ｂ１の出力は、１／（１＋ａ）×Ｐｖであり、蓄電装置Ｂ２の出力は、ａ／（１＋ａ）×Ｐｖである。よって、電力移動を行わないときの損失Ｌｂ１は、次式にて表される。

一方、蓄電装置Ｂ２から蓄電装置Ｂ１への電力移動量をＰｍとすると、蓄電装置Ｂ１の出力は、１／（１＋ａ）×Ｐｖ−Ｐｍであり、蓄電装置Ｂ２の出力は、ａ／（１＋ａ）×Ｐｖ＋Ｐｍである。よって、電力移動を行うときの損失Ｌｂ２は、次式にて表される。

蓄電装置Ｂ２から蓄電装置Ｂ１へ移動する電力量をＷとすると、電力移動に要する時間ｔは、Ｗ×３６００／Ｐｍとなり、損失Ｍは、（Ｌｂ２−Ｌｂ１）×ｔとなる。

続いてステップＳ１０８において、コンバータ制御部３２は、損失Ａおよび損失Ｍの合計が損失Ｂよりも大きいか否かを判定する。この処理で肯定的な判断がなされると（ステップＳ１０８にてＹＥＳ）、処理がステップＳ１０９に進められる。一方、ステップＳ１０８にて否定的な判断がなされると（ステップＳ１０８にてＮＯ）、処理がＳ１１０に進められる。

ステップＳ１０９において、コンバータ制御部３２は、電力比を蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２間の残容量比である電力比Ｚを目標電力比として決定する。

以上のように、この実施の形態１の別の変形例においては、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２の内部抵抗損失が最小となる電力比における損失と、電力移動に要する損失との合計が、蓄電装置Ｂ１および蓄電装置Ｂ２間の残容量比による電力比における損失よりも大きいときは、電力移動を行わない。したがって、電力移動による効率の悪化を抑制することができる。

［実施の形態２］
この発明の実施の形態２は、実施の形態１と比較して、電力調整部がダイオードを有する点が異なる。これにより、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２以上の電圧をインバータ２０，２２に供給することができる。

図９は、この発明の実施の形態２による電源装置を搭載したハイブリッド車両の全体ブロック図である。図９を参照して、このハイブリッド車両１００Ａは、電力調整部８０に代えて、電力調整部８０Ａを備える。

電力調整部８０Ａは、上述したコンバータ１０に加えて、ダイオードＤ３を含む。ダイオードＤ３は、正極ラインＰＬ３から分岐して蓄電装置Ｂ２に接続される正極ラインＰＬ２上に設けられる。ダイオードＤ３は、蓄電装置Ｂ２への電流の流れを規制するように設けられる。

以上のように、この実施の形態２においては、ダイオードＤ３が設けられるので、蓄電装置Ｂ２を充電する方向へ電流が流れない。よって、コンバータ１０によって、電圧ＶＨを蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２以上に昇圧することができる。したがって、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２以上の電圧をインバータ２０，２２に供給することができる。

［実施の形態３］
この発明の実施の形態３は、実施の形態２と比較して、電力調整部がダイオードに加えてｎｐｎ型トランジスタを有する点が異なる。これにより、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２以上の電圧をインバータ２０，２２に供給する一方、蓄電装置Ｂ２を充電することができる。

図１０は、この発明の実施の形態３による電源装置を搭載したハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１０を参照して、このハイブリッド車両１００Ｂは、電力調整部８０Ａに代えて、電力調整部８０Ｂを備える。

電力調整部８０Ｂは、上述したコンバータ１０およびダイオードＤ３に加えて、ｎｐｎ型トランジスタＱ３を含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ３は、正極ラインＰＬ２上においてダイオードＤ３に逆並列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ３は、ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ２によってオン状態とオフ状態とが切替られる。蓄電装置Ｂ２の充電を行う場合は、ＥＣＵ３０は、ｎｐｎ型トランジスタＱ３をオン状態とする信号ＰＷＣ２をｎｐｎ型トランジスタＱ３へ送る。

以上のように、この実施の形態３においては、ｎｐｎ型トランジスタＱ３が設けられるので、ｎｐｎ型トランジスタＱ３のオフ時には、蓄電装置Ｂ２を充電する方向へ電流が流れない。一方、ｎｐｎ型トランジスタＱ３のオン時には、電圧ＶＨが電圧ＶＢ２以上であれば、蓄電装置Ｂ２を充電する方向へ電流が流れる。したがって、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２以上の電圧をインバータ２０，２２に供給する一方、蓄電装置Ｂ２を充電することができる。

なお、上記の各実施の形態において、コンバータ制御部３２における制御は、実際には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって行なわれ、ＣＰＵは、図６〜図８に示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、その読出したプログラムを実行して図６〜図８に示したフローチャートに従って処理を実行する。したがって、ＲＯＭは、図６〜図８に示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取可能な記録媒体に相当する。

また、上記の各実施の形態においては、動力分割装置４を用いてエンジン２の動力がモータジェネレータＭＧ１と車輪６とに分配される、いわゆるシリーズ／パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、エンジン２の動力をモータジェネレータＭＧ１による発電のみに用い、モータジェネレータＭＧ２のみを用いて車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両にも、この発明は適用可能である。

また、この発明は、エンジン２を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、電源として燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。

なお、上記において、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、それぞれこの発明における「第１蓄電装置」および「第２蓄電装置」に対応し、コンバータ１０は、この発明における「昇圧回路」に対応する。また、ＥＣＵ３０は、この発明における「制御装置」に対応し、ダイオードＤ３は、この発明における「整流素子」に対応する。また、ｎｐｎ型トランジスタＱ３は、この発明における「スイッチング素子」に対応し、インバータ２０，２２は、この発明における「負荷」に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した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。

２ エンジン、４ 動力分割装置、６ 車輪、１０ コンバータ、２０，２２ インバータ、３０ ＥＣＵ、３２ コンバータ制御部、３４，３６ インバータ制御部、４２，４４，４６ 電圧センサ、５２，５４ 電流センサ、８０，８０Ａ，８０Ｂ 電力調整部、１００，１００Ａ，１００Ｂ ハイブリッド車両、Ｂ１，Ｂ２ 蓄電装置。

Claims (6)

1. 負荷に電力を供給する第１蓄電装置と、
   前記第１蓄電装置に並列に設けられ、前記負荷に電力を供給する第２蓄電装置と、
   前記第１蓄電装置と前記負荷との間に設けられ、前記第１蓄電装置の入出力電力を調整する電力調整部と、
   前記電力調整部を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記負荷に対する要求電力と、前記第１蓄電装置の電圧値および内部抵抗値と、前記第２蓄電装置の電圧値および内部抵抗値とに基づいて、前記第１蓄電装置の内部抵抗損失および前記第２蓄電装置の内部抵抗損失の合計が極小となるように、前記第１蓄電装置の入出力電力と前記第２蓄電装置の入出力電力との電力比を調整するように前記電力調整部を制御し、
   前記制御装置は、前記要求電力が所定値よりも小さいときには、前記第１蓄電装置の内部抵抗損失および前記第２蓄電装置の内部抵抗損失の合計が極小となるように前記電力比を調整することに代えて、前記第１蓄電装置の残容量と前記第２蓄電装置の残容量との残容量比を所定比に調整するように前記電力調整部を制御し、
   前記制御装置は、前記残容量比を前記所定比に調整する場合に発生する電力移動損失を予め算出し、前記電力移動損失に基づいて、前記電力調整部を制御する、電源装置。
2. 前記電力調整部は、前記第１蓄電装置の電圧を昇圧して、前記負荷に供給することが可能に構成された昇圧回路を有する、請求項１に記載の電源装置。
3. 前記電力調整部は、前記昇圧回路の出力と前記第２蓄電装置との間に設けられ、前記第２蓄電装置への電流の流れを規制する整流素子をさらに有する、請求項２に記載の電源装置。
4. 前記電力調整部は、前記整流素子に並列に設けられたスイッチング素子をさらに有する、請求項３に記載の電源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置を備える車両。
6. 電源装置の制御方法であって、
   前記電源装置は、
   負荷に電力を供給する第１蓄電装置と、
   前記第１蓄電装置に並列に設けられ、前記負荷に電力を供給する第２蓄電装置と、
   前記第１蓄電装置と前記負荷との間に設けられ、前記第１蓄電装置の入出力電力を調整する電力調整部とを備え、
   前記制御方法は、
   前記負荷に対する要求電力と、前記第１蓄電装置の内部抵抗損失と、前記第２蓄電装置の内部抵抗損失とを取得するステップと、
   前記要求電力と、前記第１蓄電装置の電圧値および内部抵抗値と、前記第２蓄電装置の電圧値および内部抵抗値とに基づいて、前記第１蓄電装置の内部抵抗損失および前記第２蓄電装置の内部抵抗損失の合計が極小となるように、前記第１蓄電装置の入出力電力と前記第２蓄電装置の入出力電力との電力比を調整するように前記電力調整部を制御するステップとを含み、
   前記制御するステップは、前記要求電力が所定値よりも小さいときに、前記第１蓄電装置の内部抵抗損失および前記第２蓄電装置の内部抵抗損失の合計が極小となるように前記電力比を調整することに代えて、前記第１蓄電装置の残容量と前記第２蓄電装置の残容量との残容量比を所定比に調整するように前記電力調整部を制御し、
   前記制御するステップは、前記残容量比を前記所定比に調整する場合に発生する電力移動損失を予め算出するステップと、
   前記電力移動損失に基づいて、前記電力調整部を制御するステップとを含む、電源装置の制御方法。

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