JP5545372B2 - 車両の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、直流電源の電圧を昇圧して電気負荷に出力可能な電圧変換器を備えた車両の制御に関する。

近年、電力で駆動力を得ることが可能な電動車両が実用化されている。電動車両には、車両駆動力を得るための電力を蓄えるバッテリの電圧を昇圧コンバータによって昇圧してモータ動作電圧を発生し、モータ動作電圧をインバータで交流電圧に変換して車輪駆動用のモータを駆動制御する構成が採用されるものがある。

このような構成を採用した電動車両において、特開２０１０−４１７５２号公報（特許文献１）に開示された制御システムは、モータの目標トルク及び回転速度に応じて設定される昇圧指令値を決定し、昇圧指令値が直流電源の電圧を越えたことを条件として、昇圧コンバータを非昇圧状態から昇圧状態に移行させる。この移行時に過渡的にバッテリの電力が上昇する影響で直流電源の出力許容電力（定格電力）以上の電力が直流電源から出力されることを防止するために、特許文献１に開示された制御システムは、過渡的な上昇電力に相当する電圧分を予め常に電圧指令値に上乗せしておく。これにより、実際に必要な昇圧指令値がバッテリ電圧を超える前に予め非昇圧から昇圧への移行を開始することができ、直流電源の定格電力以上の電力が直流電源から出力されることが防止される。

特開２０１０−４１７５２号公報 特開２００５−２１０７７９号公報

ところで、電力は電圧と電流との積であるから、電圧が高いが電流が小さく電力としては定格電力を超えない場合もある。このような場合は、部品保護（過電流防止）を目的とする昇圧は必要ない。

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、定格電力以上の出力を防止するための具体的な手法として、電圧指令値を予め常に余分に高めておくものに過ぎない。したがって、特許文献１では、本来であれば昇圧する必要のない場合（ユーザが要求するトルクを出力することを目的とする昇圧も部品保護を目的とする昇圧も必要ない場合）にまで昇圧を開始してしまう場合が生じ、昇圧コンバータの不必要な作動による損失が大きくなるという問題が生じる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電圧変換器の作動による損失を抑制しつつ、直流電源および直流電源に接続される部品を適切に保護することである。

この発明に係る制御装置は、直流電源の電圧を昇圧して電気負荷に出力可能な電圧変換器を備えた車両を制御する。この制御装置は、電圧変換器の出力電圧指令値が直流電源の電圧を超えるという第１条件の成否、および、電圧変換器による昇圧開始に応じた過渡的な直流電源の出力増加を考慮して設定されたしきい値を直流電源の出力が超えるという第２条件の成否を判断する判断部と、第１、第２条件の少なくとも一方が成立した場合に、昇圧を開始するように電圧変換器を制御する制御部とを備える。

好ましくは、制御部は、第１、第２条件の双方が不成立の場合に電圧変換器を非昇圧状態とし、第１、第２条件の少なくとも一方が成立した場合に電圧変換器を昇圧状態とする。

好ましくは、第２条件は、昇圧開始に応じた過渡的な直流電源の出力電力の増加量を考慮して設定された電力しきい値を直流電源の出力電力が超えるという電力条件、および昇圧開始に応じた過渡的な直流電源の出力電流の増加量を考慮して設定された電流しきい値を直流電源の出力電流が超えるという電流条件の少なくともいずれかを含む。制御部は、第１条件、電力条件および電流条件の少なくともいずれかが成立した場合に、昇圧を開始するように電圧変換器を制御する。

好ましくは、車両は、電圧変換器の出力電圧を電気負荷に供給するための正極線および負極線と、正極線および負極線の間に設けられたコンデンサとをさらに備える。電力しきい値は、昇圧開始に応じて過渡的にコンデンサに充電されるチャージ電力を直流電源の放電許容電力から減じた値である。電流しきい値は、昇圧開始に応じて過渡的にコンデンサに充電されるチャージ電流を電圧変換器の許容電流から減じた値である。

好ましくは、判断部は、昇圧を開始する直前の直流電源の電圧に応じて、電力しきい値および電流しきい値を可変とする。

好ましくは、電力しきい値および電流しきい値は、昇圧を開始する直前の直流電源の電圧が低いほど、大きい値に設定される。

好ましくは、電圧変換器は、直流電源の正極に一端が結合されるリアクトルと、リアクトルの他端と電気負荷との間に設けられる第１のスイッチング素子と、リアクトルの他端と直流電源の負極との間に設けられる第２のスイッチング素子とを含む。制御部は、電圧変換器を昇圧状態に制御する場合、第１および第２のスイッチング素子が同時に導通状態になるのを防止するためのデッドタイムを設けるとともに、昇圧を開始する時に、デッドタイムの影響を考慮して出力電圧指令値を不連続的に増加させる。昇圧開始時の過渡的な直流電源の出力増加は、出力電圧指令値を不連続的に増加させることに起因して生じる現象である。

この発明の別の局面に係る制御方法は、直流電源の電圧を昇圧して電気負荷に出力可能な電圧変換器を備えた車両の制御装置が行なう制御方法である。この制御方法は、電圧変換器の出力電圧指令値が直流電源の電圧を超えるという第１条件の成否、および、電圧変換器による昇圧開始に応じた過渡的な直流電源の出力増加を考慮して設定されたしきい値を直流電源の出力が超えるという第２条件の成否を判断するステップと、第１、第２条件の少なくとも一方が成立した場合に、昇圧を開始するように電圧変換器を制御するステップとを含む。

本発明によれば、昇圧開始条件（非昇圧状態から昇圧状態に移行させる条件）として、電圧変換器の目標出力電圧が直流電源の電圧を超えるという第１条件に加えて、昇圧開始に応じた過渡的な直流電源の出力増加を考慮した第２条件を新たに設け、第１、第２条件の少なくとも一方が成立した時点で昇圧を開始する。そのため、たとえば昇圧開始条件を第１条件のみとし、その第１条件そのものを昇圧開始に応じて生じる過渡的な出力増加を考慮して成立し易くなるように変更する場合（特許文献１相当）に比べて、電力変換器の不必要な作動による損失を抑制しつつ、直流電源および直流電源に接続される部品を適切に保護することができる。

車両の全体ブロック図である。 コンバータのスイッチング素子の動作と昇圧との関係を示した図である。 電圧Ｖｍと、出力電力Ｐおよび電流Ｉｂの増加量とを示した図である。 ＥＣＵの機能ブロック図（その１）である。 ＥＣＵの処理手順を示すフローチャート（その１）である。 電圧Ｖｍとチャージ電圧ΔＰとの関係を示す図である。 ＥＣＵの機能ブロック図（その２）である。 ＥＣＵの処理手順を示すフローチャート（その２）である。

以下、本発明の実施例について、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り返さない。
［実施例１］
図１は、本実施例に従う制御装置を備えた車両の全体ブロック図である。図１を参照して、車両は、電源システム１と、駆動力発生部２と、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、以下、「ＥＣＵ」という）１００とを含む。

駆動力発生部２は、インバータ３０と、第１モータジェネレータ（ＭＧ）３２−１と、第２ＭＧ３２−２と、動力分割装置３４と、エンジン３６と、駆動輪３８とを含む。第１ＭＧ３２−１、第２ＭＧ３２−２およびエンジン３６は、動力分割装置３４に連結される。車両は、エンジン３６および第２ＭＧ３２−２の少なくとも一方からの駆動力によって走行するハイブリッド車両である。なお、この発明に従う制御装置を適用可能な車両は、以下に示すハイブリッド車両に限定されるものではなく、少なくとも電力を用いて駆動力を得ることが可能な電動車両全般に適用可能である。したがって、この発明に従う制御装置を適用可能な車両について、エンジンの有無、モータジェネレータの数は問わない。

エンジン３６は、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ３により制御される。エンジン３６が発生する動力は、動力分割装置３４によって、駆動輪３８へ伝達される経路と、第１ＭＧ３２−１へ伝達される経路とに分割される。動力分割装置３４によって分割されたエンジン３６の動力を用いて第１ＭＧ３２−１による発電が行なわれる。第１ＭＧ３２−１によって発電された電力は電源システム１および第２ＭＧ３２−２へ供給される。

第２ＭＧ３２−２は、電源システム１から供給される電力および第１ＭＧ３２−１により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、第２ＭＧ３２−２の駆動力は、駆動輪３８に伝達される。なお、車両の制動時等には、駆動輪３８により第２ＭＧ３２−２が駆動され、第２ＭＧ３２−２が発電機として作動する。これにより、第２ＭＧ３２−２は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。そして、第２ＭＧ３２−２により発電された電力は、電源システム１へ供給される。

動力分割装置３４は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン３６のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、第１ＭＧ３２−１の回転軸に連結される。リングギヤは第２ＭＧ３２−２の回転軸に連結される。

インバータ３０は、第１インバータ３０−１と、第２インバータ３０−２とを含む。第１インバータ３０−１、第２インバータ３０−２は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路から成る。第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２は、電源システム１に対して互いに並列に接続される。そして、第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２は、電源システム１から供給される直流電力を交流電力に変換してそれぞれ第１ＭＧ３２−１および第２ＭＧ３２−２へ出力する。また、第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２は、それぞれ第１ＭＧ３２−１および第２ＭＧ３２−２が発電する交流電力を直流電力に変換して電源システム１へ出力する。

第１インバータ３０−１および第２インバータ３０−２は、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ２に応じてスイッチング動作を行なうことにより、第１ＭＧ３２−１および第２ＭＧ３２−２を駆動する。

電源システム１は、主正極線ＭＰＬおよび主負極線ＭＮＬによって駆動力発生部２（具体的にはインバータ３０）に接続される。電源システム１は、蓄電装置１０と、コンバータ１２と、平滑コンデンサＣ２とを含む。

平滑コンデンサＣ２は、主正極線ＭＰＬと主負極線ＭＮＬとの間に接続され、主正極線ＭＰＬおよび主負極線ＭＮＬに含まれる電力変動成分を低減する。

蓄電装置１０は、たとえばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池で構成される直流電源である。蓄電装置１０の出力電圧は、たとえば２００ボルトを超える高い電圧である。

コンバータ１２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１と、平滑コンデンサＣ１とを含む。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、主正極線ＭＰＬと主負極線ＭＮＬとの間に互いに直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２として、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることができる。

リアクトルＬ１は、環状のコア部と、コア部の外周に巻き付けられたコイルとによって構成される。リアクトルＬ１のコイルの一方端は、正極線ＰＬ１を介して蓄電装置１０の正極端子に接続される。リアクトルＬ１のコイルの他方端は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間の点に接続される。

ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１に逆並列に接続される。すなわち、ダイオードＤ１は、主正極線ＭＰＬへ向かう方向を順方向として、スイッチング素子Ｑ１に並列に接続される。

ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑ２に逆並列に接続される。すなわち、ダイオードＤ２は、リアクトルＬ１へ向かう方向を順方向として、スイッチング素子Ｑ２に並列に接続される。

平滑コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間に接続され、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１の間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。

コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＥＣＵ１００からの制御信号Ｓ１に基づいて、互いに逆の状態（すなわち、Ｑ１オンのときはＱ２オフ、Ｑ１オフのときはＱ２オン）となるように制御される。Ｑ１オン期間（Ｑ２オフ期間）とＱ２オン期間（Ｑ１オフ期間）とが交互に繰り返されることによって、主正極線ＭＰＬおよび主負極線ＭＮＬの間の電圧（すなわち平滑コンデンサＣ２の両端電圧、以下「電圧Ｖｍ」という）が蓄電装置１０の出力電圧以上の電圧に制御される。

さらに、車両は、電流センサ２４と、電圧センサ２５，２６とを備える。電流センサ２４は、蓄電装置１０を流れる電流（以下、「電流Ｉｂ」という）を検出する。電圧センサ２５は、蓄電装置１０の両端電圧（以下、「電圧Ｖｂ」という）を検出する。電圧センサ２６は、コンバータ１２の出力電圧、すなわち上述した電圧Ｖｍを検出する。これらの各センサは、検出結果をＥＣＵ１００へ出力する。

ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびメモリを内蔵し、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、所定の演算処理を実行するように構成される。

ＥＣＵ１００は、運転者によるアクセル操作量、車速などに基づいて車両全体に要求される車両要求パワーＰｒｅｑを算出し、車両要求パワーＰｒｅｑに基づいて、コンバータ１２を駆動するための制御信号Ｓ１、インバータ３０を駆動するための制御信号Ｓ２、エンジン３６を制御するための制御信号Ｓ３を生成する。そして、ＥＣＵ１００は、制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をそれぞれコンバータ１２、インバータ３０、エンジン３６へ出力する。

図２は、コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作と昇圧との関係を示した図である。スイッチング素子Ｑ１をオン固定（スイッチング素子Ｑ２はオフ固定）した場合、コンバータ１２による昇圧が行なわれない非昇圧状態となる。この非昇圧状態では、蓄電装置１０が出力する電圧Ｖｂがそのまま主正極線ＭＰＬおよび主負極線ＭＮＬの間に出力される。なお、非昇圧状態は、後述するデューティ比Ｄｕｔｙが１００パーセントの場合に相当する。

一方、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が所定周期で交互にオンされることによって、コンバータ１２による昇圧が行われる昇圧状態となる。この昇圧状態では、デューティ比Ｄｕｔｙ（Ｑ１オン期間とＱ２オン期間との合計期間に対するＱ１オン期間の割合）に応じて電圧Ｖｂが昇圧されて主正極線ＭＰＬおよび主負極線ＭＮＬの間に出力される。つまり、コンバータ１２の出力電圧である電圧Ｖｍは、コンバータ１２の入力電圧である電圧Ｖｂよりも高くなる。なお、本実施例では、Ｄｕｔｙ＝１００％の場合に昇圧比が１倍（非昇圧）となり、Ｄｕｔｙの減少に応じて昇圧比が増加し、Ｄｕｔｙ＝５０％の場合に昇圧比が２倍（最大）になる。

昇圧状態においては、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の双方を同時にオフにする期間であるデッドタイムＴｄが設定される。デッドタイムＴｄの設定によって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が同時にオンとなる瞬間が生じて短絡してしまうことが防止される。なお、図２には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のいずれか一方のオフ動作（オンからオフへの変化）を優先させ、一方のオフ動作のタイミングに対して他方のオン動作（オフからオンへの変化）のタイミングをデッドタイムＴｄだけ遅らせる例が示されている。

昇圧開始時（非昇圧状態から昇圧状態への移行時）に、コンバータ１２による昇圧量を極僅かな値にする（たとえばＤｕｔｙ＝９９％とする）と、デッドタイムＴｄの影響で、コンバータ１２を流れる電流の方向によっては指令通りの昇圧を行なうことができない場合がある。このような問題を回避するために、本実施例においては、昇圧開始時に、電圧指令値Ｖｍｃｏｍ（電圧Ｖｍの指令値）を、連続的に増加させるのではなく、不連続的（離散的）に増加させる。

図３は、昇圧開始時における電圧Ｖｍと、出力電力Ｐおよび電流Ｉｂの増加量とを模式的に示した図である。なお、出力電力Ｐとは、蓄電装置１０から出力される電力（単位はワット）である。

上述したように、昇圧開始時には、電圧指令値Ｖｍｃｏｍが不連続的に増加される。すなわち、図３に示すように、昇圧開始時に、電圧指令値Ｖｍｃｏｍが電圧Ｖｍ１から電圧Ｖｍ１よりも所定値ΔＶ１だけ大きい値に離散的に増加される。この影響で、実際の電圧Ｖｍは僅かな時間ΔＴで電圧Ｖｍ１から電圧Ｖｍ２まで急増する。なお、電圧Ｖｍ１は、昇圧開始直前の電圧Ｖｍ、すなわち電圧Ｖｂと同じ値である。

この電圧Ｖｍの急増により主正極線ＭＰＬと主負極線ＭＮＬとの間に接続された平滑コンデンサＣ２に電荷がチャージされ、そのチャージ分に相当する電力が蓄電装置１０から持ち出されることになる。この影響で、出力電力Ｐは過渡的に所定電力ΔＰだけ増加し、また、電流Ｉｂも過渡的に所定電流ΔＩだけ増加してしまう。このように、所定電力ΔＰおよび所定電流ΔＩは平滑コンデンサＣ２にチャージされる電力および電流に相当するため、以下では、所定電力ΔＰを「チャージ電力ΔＰ」、所定電流ΔＩを「チャージ電流ΔＩ」ともいう。

このチャージ電力ΔＰが第２ＭＧ３２−２などのモータで消費される電力に加算されて蓄電装置１０から出力されることになる。したがって、実際の出力電力Ｐが蓄電装置１０の定格電力（蓄電装置１０からの放電が許容された電力の大きさ、以下、「定格電力Ｗｏｕｔ」という）にほぼ達している状態で昇圧を開始すると、出力電力Ｐが定格電力Ｗｏｕｔを超えてしまい蓄電装置１０の劣化の要因となるおそれがある。同様に、電流Ｉｂが蓄電装置１０とインバータ３０との間の通電経路上の部品（たとえば、コンバータ１２を構成するリアクトルＬ１、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２など）の電流許容値にほぼ達している状態で昇圧を開始すると、電流Ｉｂが電流許容値を越えてしまい通電部品の故障の要因となるおそれがある。

この問題を解決すべく、本実施例に従うＥＣＵ１００は、上述した昇圧開始時に生じる出力電力Ｐや電流Ｉｂの過渡的な増加量（チャージ電力ΔＰ、チャージ電流ΔＩ）を考慮して、昇圧を開始する。すなわち、従来の昇圧制御では、車速やアクセルぺダル操作量などに基づいてユーザが要求するトルクを求め、ユーザが要求するトルクに応じた電圧要求値Ｖｍｒｅｑを求め、その電圧要求値Ｖｍｒｅｑが電圧Ｖｂ（非昇圧時の電圧Ｖｍ）を超えた場合に、ユーザによる昇圧要求があったとものとして、昇圧を開始していた。これに対し、本実施例では、昇圧開始条件として、ユーザによる昇圧要求があったという従来の電圧に関する条件に加えて、昇圧開始時の出力電力Ｐ（すなわち昇圧開始直前の出力電力Ｐにチャージ電力ΔＰを加えた値）が定格電力Ｗｏｕｔを超えるという電力に関する条件を新たに設け、少なくともいずれか一方の条件が成立した時点で昇圧を開始する。すなわち、電圧に関する条件と、電力に関する条件とを独立して設け、少なくともいずれか一方の条件が成立した時点で昇圧を開始する。したがって、ユーザによる昇圧要求がない場合（電圧に関する条件が成立していない場合）であっても、昇圧開始時の出力電力Ｐが定格電力Ｗｏｕｔを超えると予測される場合（電力に関する条件が成立している場合）には、予め昇圧を開始しておく。この点が、本実施例の最も特徴的な点である。

図４は、ＥＣＵ１００の、コンバータ１２の制御に関する部分の機能ブロック図である。なお、図４に示した各機能ブロックは、ハードウェア（電子回路等）によって実現してもよいし、ソフトウェア（プログラムの実行等）によって実現してもよい。

ＥＣＵ１００は、算出部１０１〜１０３、生成部１０４、判断部１１０、制御部１２０を含む。

算出部１０１は、電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂに基づいて蓄電装置１０の出力電力Ｐ（＝Ｖｂ・Ｉｂ）を算出し、判断部１１０に出力する。

算出部１０２は、上述したチャージ電力ΔＰを算出し、判断部１１０に出力する。チャージ電力ΔＰは、予め実験等によって算出して記憶しておいてもよいし、電圧Ｖｍなどに応じて算出するようにしてもよい。本実施例では、チャージ電力ΔＰは、昇圧開始時に蓄電装置１０から平滑コンデンサＣ２に持ち出される電力の最大値を予め実験等によって求めて記憶しておいた値（固定値）として説明する。なお、チャージ電力ΔＰは、図３に示す領域αの面積に相当する。

算出部１０３は、蓄電装置１０の温度などに基づいて、蓄電装置１０の定格電力Ｗｏｕｔを算出する。

生成部１０４は、車速やアクセルぺダル操作量などに基づいてユーザの昇圧要求の有無を判断する。生成部１０４は、上述したように、車速やアクセルぺダル操作量などに基づいてユーザが要求するトルクを求め、ユーザが要求するトルクに応じた電圧要求値Ｖｍｒｅｑを求め、その電圧要求値Ｖｍｒｅｑが電圧Ｖｂ（非昇圧時の電圧Ｖｍ）を超えた場合に、ユーザによる昇圧要求があると判断する。生成部１０４は、ユーザによる昇圧要求があると判断した場合に、昇圧要求信号Ｒｅｑを生成し、判断部１１０に出力する。

判断部１１０は、出力電力Ｐ、チャージ電力ΔＰ、定格電力Ｗｏｕｔ、および、昇圧要求信号Ｒｅｑに基づいて、昇圧開始条件が成立しているか否かを判断する。判断部１１０は、昇圧要求信号Ｒｅｑを受信した（すなわち電圧要求値Ｖｍｒｅｑが電圧Ｖｂを超えている）という第１条件、出力電力Ｐが定格電力Ｗｏｕｔからチャージ電力ΔＰを減じた値よりも高い（すなわち昇圧開始に応じて出力電力Ｐが定格電力Ｗｏｕｔを超えると予測される）という第２条件の少なくともいずれかの条件が成立した場合に、昇圧開始条件が成立したと判断する。一方、判断部１１０は、第１条件および第２条件のいずれもが成立していない場合、昇圧開始条件が成立していないと判断する。判断部１１０は、判断結果を制御部１２０に出力する。

制御部１２０は、昇圧開始条件が成立していない場合、コンバータ１２を非昇圧状態に制御する。すなわち、制御部１２０は、スイッチング素子Ｑ１をオンに固定（スイッチング素子Ｑ２をオフに固定）するように制御信号Ｓ１を生成し、コンバータ１２に出力する。一方、昇圧開始条件が成立した場合、制御部１２０は、コンバータ１２を非昇圧状態から昇圧状態に移行させる。この際、上述したように、制御部１２０は、制御信号Ｓ１で指示される電圧指令値Ｖｍｃｏｍを不連続的（離散的）に増加させる。これにより、デッドタイムＴｄが設けられる場合であっても、実際の電圧Ｖｍが電圧指令値Ｖｍｃｏｍに精度よく追従される。

図５は、上述した機能を実現するためのＥＣＵ１００の処理手順を示すフローチャートである。以下に示すフローチャートの各ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）は、上述したようにハードウェアによって実現してもよいしソフトウェアによって実現してもよい。

Ｓ１０にて、ＥＣＵ１００は、昇圧要求信号Ｒｅｑを受信したか否かを判断する。昇圧要求信号Ｒｅｑを受信した場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、処理はＳ４０に移される。そうでない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、処理はＳ２０に移される。

Ｓ２０にて、ＥＣＵ１００は、出力電力Ｐが定格電力Ｗｏｕｔからチャージ電力ΔＰを減じた値を超えている（Ｐ＞Ｗｏｕｔ−ΔＰである）か否かを判断する。Ｐ＞Ｗｏｕｔ−ΔＰである場合（Ｓ２０にてＹＥＳ）、処理はＳ４０に移される。そうでない場合（Ｓ２０にてＮＯ）、処理はＳ３０に移される。

Ｓ３０にて、ＥＣＵ１００は、コンバータ１２を非昇圧状態に制御する。すなわち、スイッチング素子Ｑ１をオンに固定する。

Ｓ４０にて、ＥＣＵ１００は、コンバータ１２を昇圧状態に制御する。この処理の直前において、コンバータ１２が非昇圧状態である場合には、上述したように、電圧指令値Ｖｍｃｏｍを所定値ΔＶ１だけ増加させた値に離散的に増加させ、その後、電圧指令値Ｖｍｃｏｍを徐々に電圧要求値Ｖｍｒｅｑに追従させる。

以上のように、本実施例に従うＥＣＵ１００は、昇圧要求信号Ｒｅｑを受信したという第１条件（従来相当の電圧に関する条件）に加えて、出力電力Ｐが定格電力Ｗｏｕｔからチャージ電力ΔＰを減じた値よりも高いという第２条件（電力に関する条件）を新たに設け、第１、第２条件の少なくとも一方が成立した場合に、昇圧開始条件が成立したと判断して、コンバータ１２の昇圧を開始する。そのため、本実施例においては、たとえば昇圧開始条件を従来の第１条件のみとする場合や、従来の第１条件を成立し易くなるように変更する場合（たとえばチャージ電力ΔＰを考慮して電圧要求値Ｖｍｒｅｑをユーザ要求よりも高い値にする場合）に比べて、必要かつ十分に昇圧を開始させることができる。すなわち、ユーザの要求に応えつつ、コンバータ１２の損失抑制と蓄電装置１０の保護とを適切に行なうことができる。

［実施例１の変形例］
上述の実施例１ではチャージ電力ΔＰを固定値として説明したが、既に述べたように、チャージ電力ΔＰを可変値として算出するようにしてもよい。以下、チャージ電力ΔＰの算出手法について詳細に説明する。

チャージ電力ΔＰは平滑コンデンサＣ２の蓄電量（＝（１／２）・Ｃ・（Ｖｍ）^２）の変化量であるため、電圧Ｖｍの増加量が同じであっても電圧Ｖｍが高いほどチャージ電力ΔＰは大きくなる。この点がチャージ電力ΔＰに反映されるように、チャージ電力ΔＰを次式（１）で算出するようにしてもよい。

ΔＰ＝（１／２）・Ｃ・｛（Ｖｍ１＋ΔＶ）^２−（Ｖｍ１）^２｝／ΔＴ・・・式（１）
ここで、「Ｃ」はコンデンサ容量である。また、「Ｖｍ１」は昇圧開始直前の電圧Ｖｍ（すなわち昇圧開始直前の電圧Ｖｂ）、「ΔＶ」は昇圧開始時の電圧Ｖｍの増加量、「ΔＴ」は昇圧開始時に電圧Ｖｍが増加量ΔＶだけ増加するのに要する時間である（図３参照）。

コンデンサ容量Ｃは平滑コンデンサＣ２の仕様によって決まるため、たとえば時間ΔＴおよび増加量ΔＶを予め実験等で求めておけば、昇圧開始直前の「電圧Ｖｍ１」を電圧センサ２６で検出して式（１）に代入することで、チャージ電力ΔＰを算出できる。なお、ΔＶを電圧センサ２６で検出してもよい。

このように、電圧Ｖｍ１の検出値を式（１）に代入してチャージ電力ΔＰを算出することによって、電圧Ｖｍ１が高いほど、チャージ電力ΔＰを大きい値にすることができる。

図６は、電圧Ｖｍとチャージ電圧ΔＰとの関係を示す図である。電圧Ｖｍ＝Ｖ１の場合のチャージ電圧ΔＰ１と、電圧Ｖｍ＝Ｖ２（＞Ｖ１）の場合のチャージ電圧ΔＰ２とを比較すると、ΔＰ１＜ΔＰ２の関係が成立する。すなわち、実際に平滑コンデンサＣ２にチャージされる電力は昇圧開始直前の電圧Ｖｍが高いほど大きくなるが、式（１）に従えば、チャージ電力ΔＰを、実際に平滑コンデンサＣ２にチャージされる電力に近づけることができる。これにより、チャージ電力ΔＰの算出精度が向上され、図５のＳ２０の処理で出力電力Ｐとの比較に用いられるしきい値（＝Ｗｏｕｔ−ΔＰ）を、電圧Ｖｍが低いほど、大きい値に設定することができる。図６を用いて説明すれば、電圧Ｖｍ＝Ｖ２の場合のしきい値（＝Ｗｏｕｔ−ΔＰ２）よりも、電圧Ｖｍ＝Ｖ１（＜Ｖ２）の場合のしきい値（＝Ｗｏｕｔ−ΔＰ１）を大きい値に設定することができる。そのため、必要のない昇圧を防止してより適切なタイミングで昇圧を開始させることができ、損失の更なる低減が可能となる。

［実施例２］
上述の実施例１では、蓄電装置１０の定格電力を守るための条件を昇圧開始の第２条件に設定した。これに対し、実施例２では、コンバータ１２の定格電流（コンバータ１２を流れる電流の許容値、以下「定格電流Ｉｍａｘ」ともいう）を守るための条件を昇圧開始の第２条件に設定する。その他の構造、機能、処理は、上述の実施例１と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。

図７は、実施例２に従うＥＣＵ１００ａの機能ブロック図である。なお、図７に示した機能ブロックのうち、前述の図４に示した機能ブロックと同じ符号を付している機能ブロックについては、既に説明したため詳細な説明はここでは繰り返さない。

ＥＣＵ１００ａは、算出部１０５，記憶部１０６、生成部１０４、判断部１１０ａ、制御部１２０を含む。

算出部１０５は、上述したチャージ電流ΔＩを算出し、判断部１１０ａに出力する。チャージ電流ΔＩは、予め実験等によって算出して記憶しておいてもよいし、電圧Ｖｍなどに応じて算出するようにしてもよい。本実施例では、チャージ電流ΔＩは、昇圧開始時に蓄電装置１０から平滑コンデンサＣ２に持ち出される電流の最大値を予め実験等によって求めて記憶しておいた値（固定値）として説明する。なお、チャージ電流ΔＩは、図３に示す領域βの面積に相当する。

記憶部１０６は、コンバータ１２の定格電流Ｉｍａｘを記憶し、必要に応じて定格電流Ｉｍａｘを判断部１１０ａに出力する。なお、定格電流Ｉｍａｘは、コンバータ１２を構成するリアクトルＬ１、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２等の部品のうち、許容電流値が最も低い部品に合わせて設定される。なお、ここでは、コンバータ１２の定格電流Ｉｍａｘについて説明するが、蓄電装置１０とインバータ３０との間に設けられたすべての通電部品の許容電流値を考慮するようにしてもよい。

判断部１１０ａは、電流Ｉｂ（電流センサ２４の検出値）、チャージ電流ΔＩ、定格電流Ｉｍａｘ、および、昇圧要求信号Ｒｅｑに基づいて、昇圧開始条件が成立しているか否かを判断する。判断部１１０ａは、昇圧要求信号Ｒｅｑを受信したという第１条件、電流Ｉｂが定格電流Ｉｍａｘからチャージ電流ΔＩを減じた値よりも高い（すなわち昇圧開始に応じて定格電流Ｉｍａｘを超える電流がコンバータ１２を流れると予測される）という第２条件の少なくともいずれかの条件が成立した場合に、昇圧開始条件が成立したと判断する。一方、判断部１１０ａは、第１条件および第２条件のいずれもが成立していない場合、昇圧開始条件が成立していないと判断する。判断部１１０ａは、判断結果を制御部１２０に出力する。

図８は、上述した機能を実現するためのＥＣＵ１００ａの処理手順を示すフローチャートである。なお、図８に示したステップのうち、前述の図５に示したステップと同じ番号を付しているステップについては、既に説明したため詳細な説明はここでは繰り返さない。

Ｓ２０ａにて、ＥＣＵ１００は、電流Ｉｂが定格電流Ｉｍａｘからチャージ電流ΔＩを減じた値を超えている（Ｉｂ＞Ｉｍａｘ−ΔＩである）か否かを判断する。Ｉｂ＞Ｉｍａｘ−ΔＩである場合（Ｓ２０ａにてＹＥＳ）、処理はＳ４０に移される。そうでない場合（Ｓ２０ａにてＮＯ）、処理はＳ３０に移される。

以上のように、本実施例に従うＥＣＵ１００ａは、昇圧要求信号Ｒｅｑを受信したという第１条件（従来相当の電圧に関する条件）に加えて、電流Ｉｂが定格電流Ｉｍａｘからチャージ電流ΔＩを減じた値よりも高いという第２条件（電流に関する条件）を新たに設け、第１、第２条件の少なくとも一方が成立した場合に、昇圧開始条件が成立したと判断して、コンバータ１２の昇圧を開始する。そのため、前述の実施例１と同様、たとえば昇圧開始条件を第１条件のみとする場合や、チャージ電流ΔＩを考慮して第１条件が成立し易くなるように変更する場合に比べて、必要かつ十分に昇圧を開始させることができる。すなわち、ユーザの要求に応えつつ、コンバータ１２の損失抑制とコンバータ１２の保護とを適切に行なうことができる。

［実施例２の変形例１］
上述の実施例２ではチャージ電流ΔＩを固定値として説明したが、既に述べたように、チャージ電流ΔＩを可変値として算出してもよい。たとえば、チャージ電流ΔＩを次式（２）で算出するようにしてもよい。

ΔＩ＝（１／２）・Ｃ・｛（Ｖｍ１＋ΔＶ）^２−（Ｖｍ１）^２｝／ΔＴ／Ｖｍ１・・・式（２）
すなわち、上述した式（１）で求めたチャージ電力ΔＰを電圧Ｖｍ１で除算した値を、チャージ電流ΔＩとして算出すればよい。

このように、電圧Ｖｍ１の検出値を式（２）に代入してチャージ電流ΔＩを算出することによって、電圧Ｖｍ１が高いほど、チャージ電流ΔＩを大きい値にすることができ、チャージ電流ΔＩを実際の値に近づけることができる。これにより、チャージ電流ΔＩの算出精度が向上され、より適切なタイミングで昇圧を開始させることができるので、必要のない昇圧を防止して損失をより低減することができる。

［実施例２の変形例２］
昇圧開始条件の第２条件として、実施例１で述べた蓄電装置１０の定格電力を守るための条件と、実施例２で述べたコンバータ１２の定格電流を守るための条件とを組合せてもよい。この場合、昇圧要求信号Ｒｅｑを受信したという条件、蓄電装置１０の定格電力を守るための条件、実施例２で述べたコンバータ１２の定格電流を守るための条件の少なくともいずれかの条件が成立した時点で昇圧を開始すればよい。

今回開示された実施例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。

１ 電源システム、２ 駆動力発生部、１０ 蓄電装置、１２ コンバータ、２４ 電流センサ、２５，２６ 電圧センサ、３０ インバータ、３０−１ 第１インバータ、３０−２ 第２インバータ、３４ 動力分割装置、３６ エンジン、３８ 駆動輪、１００ ＥＣＵ、１０１〜１０３，１０５ 算出部、１０４ 生成部、１０６ 記憶部、１１０，１１０ａ 判断部、１２０，１２０ａ 制御部、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＮＬ 主負極線、ＭＰＬ 主正極線、ＮＬ１ 負極線、ＰＬ１ 正極線、Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子。

Claims (8)

1. 直流電源（１０）の電圧を昇圧して電気負荷（２）に出力可能な電圧変換器（１２）を備えた車両の制御装置であって、
   前記電圧変換器の出力電圧指令値が前記直流電源の電圧を超えるという第１条件の成否、および、前記電圧変換器による昇圧開始に応じた過渡的な前記直流電源の出力増加を考慮して設定されたしきい値を前記直流電源の出力が超えるという第２条件の成否を判断する判断部（１１０）と、
   前記第１、第２条件の少なくとも一方が成立した場合に、昇圧を開始するように前記電圧変換器を制御する制御部（１２０）とを備える、車両の制御装置。
2. 前記制御部（１２０）は、前記第１、第２条件の双方が不成立の場合に前記電圧変換器を非昇圧状態とし、前記第１、第２条件の少なくとも一方が成立した場合に前記電圧変換器を昇圧状態とする、請求の範囲第１項に記載の車両の制御装置。
3. 前記第２条件は、前記昇圧開始に応じた過渡的な前記直流電源の出力電力の増加量を考慮して設定された電力しきい値を前記直流電源の出力電力が超えるという電力条件、および前記昇圧開始に応じた過渡的な前記直流電源の出力電流の増加量を考慮して設定された電流しきい値を前記直流電源の出力電流が超えるという電流条件の少なくともいずれかを含み、
   前記制御部は、前記第１条件、前記電力条件および前記電流条件の少なくともいずれかが成立した場合に、前記昇圧を開始するように前記電圧変換器を制御する、請求の範囲第１項に記載の車両の制御装置。
4. 前記車両は、前記電圧変換器の出力電圧を前記電気負荷に供給するための正極線（ＭＰＬ）および負極線（ＭＮＬ）と、前記正極線および前記負極線の間に設けられたコンデンサ（Ｃ２）とをさらに備え、
   前記電力しきい値は、前記昇圧開始に応じて過渡的に前記コンデンサに充電されるチャージ電力を前記直流電源の放電許容電力から減じた値であり、
   前記電流しきい値は、前記昇圧開始に応じて過渡的に前記コンデンサに充電されるチャージ電流を前記電圧変換器の許容電流から減じた値である、請求の範囲第３項に記載の車両の制御装置。
5. 前記判断部は、前記昇圧を開始する直前の前記直流電源の電圧に応じて、前記電力しきい値および前記電流しきい値を可変とする、請求の範囲第４項に記載の車両の制御装置。
6. 前記電力しきい値および前記電流しきい値は、前記昇圧を開始する直前の前記直流電源の電圧が低いほど、大きい値に設定される、請求の範囲第５項に記載の車両の制御装置。
7. 前記電圧変換器は、前記直流電源の正極に一端が結合されるリアクトル（Ｌ１）と、前記リアクトルの他端と前記電気負荷との間に設けられる第１のスイッチング素子（Ｑ１）と、前記リアクトルの他端と前記直流電源の負極との間に設けられる第２のスイッチング素子（Ｑ２）とを含み、
   前記制御部は、前記電圧変換器を昇圧状態に制御する場合、前記第１および第２のスイッチング素子が同時に導通状態になるのを防止するためのデッドタイムを設けるとともに、前記昇圧を開始する時に、前記デッドタイムの影響を考慮して前記出力電圧指令値を不連続的に増加させ、
   前記昇圧開始時の過渡的な前記直流電源の出力増加は、前記出力電圧指令値を不連続的に増加させることに起因して生じる現象である、請求の範囲第１項に記載の車両の制御装置。
8. 直流電源（１０）の電圧を昇圧して電気負荷（２）に出力可能な電圧変換器（１２）を備えた車両の制御装置が行なう制御方法であって、
   前記電圧変換器の出力電圧指令値が前記直流電源の電圧を超えるという第１条件の成否、および、前記電圧変換器による昇圧開始に応じた過渡的な前記直流電源の出力増加を考慮して設定されたしきい値を前記直流電源の出力が超えるという第２条件の成否を判断するステップと、
   前記第１、第２条件の少なくとも一方が成立した場合に、昇圧を開始するように前記電圧変換器を制御するステップとを含む、車両の制御方法。

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