JP7276236B2 - 電源回路の制御装置及び電源回路制御プログラム - Google Patents

電源回路の制御装置及び電源回路制御プログラム Download PDF

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Description

この発明は、電源回路の制御装置及び電源回路制御プログラムに関する。
特許文献１に開示された電力システムは、二次電池で構成された第１バッテリを有する。第１バッテリには、当該第１バッテリの出力電圧を検出する電圧センサが接続されている。また、第１バッテリには、電気的接続を断接するリレーを介して電気負荷が接続されている。また、電力システムは、第１バッテリよりも定格電圧の低い第２バッテリを有する。第２バッテリには、当該第２バッテリの出力電圧を昇圧するコンバータが接続されている。コンバータは、リレーよりも電気負荷側の部分に接続され、電気負荷に昇圧した出力電圧を供給する。
電力システムの制御装置は、第１バッテリから電気負荷への電力供給を開始するのに先立って、リレーによって第１バッテリと電気負荷との電気的接続を遮断した状態で、コンバータから電気負荷に供給される出力電圧が目標電圧に略一致するまでコンバータを昇圧駆動するプリチャージ処理を行う。制御装置は、プリチャージ処理を行う際、電圧センサが検出する第１バッテリの出力電圧を目標電圧として定める。
特開２００８－２８９３２６号公報
特許文献１のような技術において、例えば制御装置と電圧センサとの間の通信障害や、電圧センサの故障等により、制御装置において第１バッテリの出力電圧を把握できないことがある。この場合、目標電圧を設定できないため、プリチャージ処理を実行できない。
上記課題を解決するための電源回路の制御装置は、第１バッテリと、前記第１バッテリの出力電圧を検出する電圧センサと、前記第１バッテリから負荷への電気的接続を断接するリレーと、前記第１バッテリよりも定格電圧の低い第２バッテリと、前記第２バッテリの出力電圧を昇圧して、前記リレーよりも前記負荷側へと出力するコンバータとを有する電源回路に適用され、前記リレーによって前記第１バッテリと前記負荷との間の電気的接続を遮断した状態で、前記コンバータの出力電圧が前記第１バッテリの出力電圧に基づき定められる目標電圧範囲内の値になるまで前記コンバータの昇圧駆動を行い、且つ前記コンバータの出力電圧が前記目標電圧範囲内の値になると、前記コンバータの昇圧駆動を停止した上で、前記リレーによって前記第１バッテリと前記負荷との間を電気的に接続した状態に切り替えるプリチャージ処理を実行する制御装置であって、前記第１バッテリの充電率を算出する充電率算出部と、前記目標電圧範囲を算出する目標算出部とを有し、前記充電率算出部は、前記電圧センサが検出する前記第１バッテリの出力電圧を取得できない取得異常が発生した場合、前記取得異常が発生したタイミング以降では、前記取得異常が発生するよりも前のタイミングで算出した前記第１バッテリの充電率を保持充電率として算出し、前記目標算出部は、前記取得異常が発生している状態で前記プリチャージ処理が実行される場合、前記保持充電率に基づいて前記第１バッテリの推定出力電圧を算出し、当該推定出力電圧に基づいて前記目標電圧範囲を算出する。
上記構成では、取得異常が発生する前の第１バッテリの推定出力電圧を目標電圧範囲の算出に利用している。ここで、取得異常が発生する前のタイミングにおいて、リレーによって第１バッテリと負荷との間が電気的に接続されているものとする。この場合、第１バッテリと負荷との間に電力の授受があることから、第１バッテリの出力電圧は、当該第１バッテリに電流が流れていない状態での出力電圧である開放電圧に対して上下する。このような、開放電圧に対して上下する変動分を含んだ出力電圧を目標電圧範囲の算出に利用すると、目標電圧範囲を適切な値に定めるのが困難になる。
これに対して、第１バッテリの充電率は、第１バッテリと負荷との間に電力の授受があるか否かに拘わらず開放電圧に応じた値となる。そのため、この充電率に基づいて、取得異常が発生する前の第１バッテリの開放電圧を上記推定出力電圧として算出できる。そして、この推定出力電圧を基に目標電圧範囲を算出することで、目標電圧範囲を適切に定めることができる。したがって、取得異常が発生した場合でも、プリチャージ処理の実行が可能になる。
電源回路の制御装置において、前記充電率算出部は、前記取得異常が発生した場合、前記取得異常が発生するよりも前に算出した前記第１バッテリの充電率のうち最後に算出した前記第１バッテリの充電率を前記保持充電率として算出してもよい。
上記構成によれば、推定出力電圧として、取得異常が発生する直前のタイミングの第１バッテリの開放電圧を算出できる。そのため、目標電圧範囲を適切に定める上で好適である。
上記課題を解決するための電源回路制御プログラムは、第１バッテリと、前記第１バッテリの出力電圧を検出する電圧センサと、前記第１バッテリから負荷への電気的接続を断接するリレーと、前記第１バッテリよりも定格電圧の低い第２バッテリと、前記第２バッテリの出力電圧を昇圧して、前記リレーよりも前記負荷側へと出力するコンバータとを有する電源回路の制御装置に、前記リレーによって前記第１バッテリと前記負荷との間の電気的接続を遮断した状態で、前記コンバータの出力電圧が前記第１バッテリの出力電圧に基づき定められる目標電圧範囲内の値になるまで前記コンバータの昇圧駆動を行い、且つ前記コンバータの出力電圧が前記目標電圧範囲内の値になると、前記コンバータの昇圧駆動を停止した上で、前記リレーによって前記第１バッテリと前記負荷との間を電気的に接続した状態に切り替えるプリチャージ処理と、前記第１バッテリの充電率を算出する充電率算出処理と、前記目標電圧範囲を算出する目標算出処理とを実行させ、前記充電率算出処理は、前記電圧センサが検出する出力電圧を取得できない取得異常が発生した場合、前記取得異常が発生したタイミング以降では、前記取得異常が発生するよりも前のタイミングで算出した前記第１バッテリの充電率を保持充電率として算出する処理を含み、前記目標算出処理は、前記取得異常が発生している状態で前記プリチャージ処理が実行される場合、前記保持充電率に基づいて前記第１バッテリの推定出力電圧を算出し、当該推定出力電圧に基づいて前記目標電圧範囲を算出する処理を含む。
上記構成では、取得異常が発生する前の第１バッテリの推定出力電圧を目標電圧範囲の算出に利用している。ここで、取得異常が発生する前のタイミングにおいて、リレーによって第１バッテリと負荷との間が電気的に接続されているものとする。この場合、第１バッテリと負荷との間に電力の授受があることから、第１バッテリの出力電圧は、当該第１バッテリに電流が流れていない状態での出力電圧である開放電圧に対して上下する。このような、開放電圧に対して上下する変動分を含んだ出力電圧を目標電圧範囲の算出に利用すると、目標電圧範囲を適切な値に定めるのが困難になる。
これに対して、第１バッテリの充電率は、第１バッテリと負荷との間に電力の授受があるか否かに拘わらず開放電圧に応じた値として算出される。そのため、この充電率に基づいて、取得異常が発生する前の第１バッテリの開放電圧を上記推定出力電圧として算出できる。そして、この推定出力電圧を基に目標電圧範囲を算出することで、目標電圧範囲を適切に定めることができる。したがって、取得異常が発生した場合でも、プリチャージ処理の実行が可能になる。
車両の電力システムの概略構成図。 充電率算出処理の処理手順を表したフローチャート。 特性マップの例を表した図。 プリチャージ処理の処理手順を表したフローチャート。 充電率算出処理及びプリチャージ処理に係る各パラメータの時間変化の例を表したタイムチャート。
以下、電源回路の制御装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。
先ず、車両に搭載されている電力システムの概略構成を説明する。
図１に示すように、ハイブリッド車両（以下、単に車両と記す。）１０には、当該車両１０の駆動源となる内燃機関１２が搭載されている。また、車両１０には、内燃機関１２とは別の起動源となるモータジェネレータ１４が搭載されている。モータジェネレータ１４はモータ及び発電機の双方の機能を有する。
車両１０には、モータジェネレータ１４と電力を授受する二次電池である第１バッテリ２２が搭載されている。すなわち、第１バッテリ２２は、モータジェネレータ１４に電力を供給したり、モータジェネレータ１４が発電した電力を蓄えたりする。第１バッテリ２２は、車両１０の走行用のバッテリであり、定格電圧が例えば２００［Ｖ］～２５０［Ｖ］程度になっている。第１バッテリ２２の端子間には、第１バッテリ２２の出力電圧をバッテリ出力電圧ＶＢとして検出する第１バッテリ電圧センサ２４が接続されている。
第１バッテリ２２は、一対の電力ラインを介して、電圧を昇降圧して出力する昇降圧コンバータ８０に接続されている。具体的には、第１バッテリ２２の正極端子は、第１正極ライン３１を介して昇降圧コンバータ８０に接続されている。また、第１バッテリ２２の負極端子は、第１負極ライン３２を介して昇降圧コンバータ８０に接続されている。
第１正極ライン３１の途中には、第１バッテリ２２に流れる充放電電流ＡＢを検出する電流センサ２６が取り付けられている。この実施形態では、充放電電流ＡＢは、第１バッテリ２２の放電時には正の値、充電時には負の値として検出される。
第１正極ライン３１における、電流センサ２６よりも昇降圧コンバータ８０側の部分には、第１バッテリ２２と昇降圧コンバータ８０との間の電気的接続を断接する正極リレー３５が取り付けられている。また、第１負極ライン３２の途中には、第１バッテリ２２と昇降圧コンバータ８０との間の電気的接続を断接する負極リレー３６が取り付けられている。正極リレー３５及び負極リレー３６が遮断状態に切り替わると、第１バッテリ２２と昇降圧コンバータ８０との電気的接続がオフになる。正極リレー３５及び負極リレー３６が接続状態に切り替わると、第１バッテリ２２と昇降圧コンバータ８０との電気的接続がオンになる。
第１正極ライン３１と第１負極ライン３２とには、双方向コンバータ５０が接続されている。双方向コンバータ５０は、詳細には、第１正極ライン３１における、正極リレー３５よりも昇降圧コンバータ８０側の部分と、第１負極ライン３２における、負極リレー３６よりも昇降圧コンバータ８０側の部分とに接続されている。双方向コンバータ５０には、二次電池である第２バッテリ２９が接続されている。第２バッテリ２９は、補機駆動用のバッテリであり、定格電圧が例えば１２［Ｖ］～４８［Ｖ］程度になっている。
図示は省略するが、双方向コンバータ５０は、トランジスタやダイオードを含んで構成されていて、電圧を昇降圧して出力する。具体的には、双方向コンバータ５０は、第２バッテリ２９の出力電圧を昇圧して第１正極ライン３１及び第１負極ライン３２に出力する。また、双方向コンバータ５０は、第１正極ライン３１及び第１負極ライン３２の電圧を降圧して第２バッテリ２９に出力する。双方向コンバータ５０には、当該双方向コンバータ５０から第１正極ライン３１及び第１負極ライン３２への出力電圧をコンバータ出力電圧ＶＤとして検出するコンバータ電圧センサ５２が接続されている。
この実施形態では、第１バッテリ２２、第１バッテリ電圧センサ２４、電流センサ２６、第１正極ライン３１、第１負極ライン３２、正極リレー３５、負極リレー３６、第２バッテリ２９、双方向コンバータ５０、及びコンバータ電圧センサ５２を含んで電源回路１６が構成されている。
第１正極ライン３１と第１負極ライン３２とには、第１バッテリ２２と昇降圧コンバータ８０との間の電圧を平滑化する第１コンデンサ４１が接続されている。第１コンデンサ４１は、詳細には、第１正極ライン３１における、双方向コンバータ５０の接続点よりも昇降圧コンバータ８０側の部分と、第１負極ライン３２における、双方向コンバータ５０の接続点よりも昇降圧コンバータ８０側の部分とに接続されている。第１コンデンサ４１の端子間には、第１コンデンサ４１の充電電圧を第１充電電圧ＶＣ１として検出する第１コンデンサ電圧センサ４３が接続されている。
上述した昇降圧コンバータ８０においては、スイッチング素子である第１トランジスタ８１及び第２トランジスタ８２が直列に接続されている。第１トランジスタ８１及び第２トランジスタ８２は、いずれもｎｐｎ型のトランジスタである。第１トランジスタ８１には、還流用の第１ダイオード８５が並列に接続されている。第２トランジスタ８２には、還流用の第２ダイオード８６が並列に接続されている。
第１トランジスタ８１のエミッタ端子及び第２トランジスタ８２のコレクタ端子の接続点には、リアクトル８８を介して第１正極ライン３１が接続されている。第１トランジスタ８１のコレクタ端子には、第２正極ライン７１を介してインバータ９０が接続されている。第２トランジスタ８２のエミッタ端子には、第１負極ライン３２が接続されているとともに、第２負極ライン７２を介してインバータ９０が接続されている。インバータ９０は、モータジェネレータ１４に接続されている。なお、図示は省略するが、第１トランジスタ８１のベース端子、及び第２トランジスタ８２のベース端子には、これらのトランジスタのオン・オフを切り替えるための制御電圧が入力される。インバータ９０は、昇降圧コンバータ８０とモータジェネレータ１４との間で、直流電力と交流電力とを変換する。
第２正極ライン７１と第２負極ライン７２とには、昇降圧コンバータ８０とインバータ９０との間の電圧を平滑化する第２コンデンサ６１が接続されている。第２コンデンサ６１の端子間には、第２コンデンサ６１の充電電圧を第２充電電圧ＶＣ２として検出する第２コンデンサ電圧センサ６３が接続されている。
この実施形態では、モータジェネレータ１４、インバータ９０、及び昇降圧コンバータ８０を含んで電気負荷（以下、単に負荷と称する。）１８が構成されている。そして、負荷１８、電源回路１６、さらに第１コンデンサ４１や第２コンデンサ６１を含んだ一連の電力系統は電力システムを構成している。
次に、車両１０の制御構成について説明する。
車両１０には、電力システムを含めた車両１０の各種部位を制御する車両制御装置１００が搭載されている。車両制御装置１００は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って各種処理を実行する１つ以上のプロセッサとして構成し得る。なお、車両制御装置１００は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路、またはそれらの組み合わせを含む回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）として構成してもよい。プロセッサは、ＣＰＵ及び、ＲＡＭ並びにＲＯＭ等のメモリを含む。メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。
車両制御装置１００には、車両１０に取り付けられている各種センサからの検出信号が入力される。具体的には、車両制御装置１００には、つぎの各検出信号が入力される。
・第１バッテリ電圧センサ２４が検出するバッテリ出力電圧ＶＢ
・電流センサ２６が検出する充放電電流ＡＢ
・コンバータ電圧センサ５２が検出するコンバータ出力電圧ＶＤ
・第１コンデンサ電圧センサ４３が検出する第１充電電圧ＶＣ１
・第２コンデンサ電圧センサ６３が検出する第２充電電圧ＶＣ２
ここで、第１バッテリ電圧センサ２４と車両制御装置１００との間の通信線の異常等に起因して、第１バッテリ電圧センサ２４が検出するバッテリ出力電圧ＶＢを車両制御装置１００で取得できないことがある。車両制御装置１００は、バッテリ出力電圧ＶＢを取得できない取得異常が発生しているか否かを判定する異常判定部１０２を有する。
車両制御装置１００は、第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣを算出する充電率算出部１０４を有する。充電率ＳＯＣとは、次の式（１）で示すように、第１バッテリ２２の残容量ＹＬを満充電容量ＹＡで除した値である。
ＳＯＣ［％］＝ＹＬ［Ａｈ］／ＹＡ［Ａｈ］×１００ ・・・（１）
充電率算出部１０４は、取得異常が発生した場合の対処用に保持する充電率ＳＯＣとして、保持充電率ＫＳＯＣを算出する。この実施形態では、充電率算出部１０４は、取得異常の発生の有無に拘わらず保持充電率ＫＳＯＣを算出する。充電率算出部１０４は、取得異常が発生していない場合、第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣをそのまま保持充電率ＫＳＯＣとして算出する。充電率算出部１０４は、取得異常が発生した場合、当該取得異常が発生したタイミング以降では、取得異常が発生するよりも前のタイミングで算出した第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣを保持充電率ＫＳＯＣとして算出する。この実施形態では、充電率算出部１０４は、取得異常が発生した場合、取得異常が発生するよりも前に算出した第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣのうち最後に算出した第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣを保持充電率ＫＳＯＣとして算出する。
ここで、車両１０のイグニッションスイッチＧがオンにされると、正極リレー３５及び負極リレー３６が接続状態に切り替わって第１バッテリ２２から昇降圧コンバータ８０への電力供給が開始される。その際、高電圧である第１バッテリ２２から昇降圧コンバータ８０へ向けて瞬間的に大電流が流れると、正極リレー３５及び負極リレー３６が溶着するおそれがある。そこで、第１バッテリ２２から昇降圧コンバータ８０へ電力供給を開始するのに先立って、第１バッテリ２２と昇降圧コンバータ８０との間の電気的接続を遮断した状態で、第１コンデンサ４１を充電する処理が必要になる。第１コンデンサ４１を充電しておくことで、第１バッテリ２２と第１コンデンサ４１との電圧差が小さくなり、正極リレー３５及び負極リレー３６に流れる電流を小さく抑えることができる。
車両制御装置１００は、第１コンデンサ４１を充電する処理であるプリチャージ処理を実行するプリチャージ実行部１０６を有する。プリチャージ実行部１０６は、このプリチャージ処理では、双方向コンバータ５０やリレーといった電源回路１６の各種部位の制御を担う。そして、プリチャージ実行部１０６は、プリチャージ処理では、正極リレー３５及び負極リレー３６を遮断状態に維持しつつ、双方向コンバータ５０の出力電圧が第１バッテリ２２の出力電圧に基づいて定められる目標電圧範囲ＶＺ内の値になるまで双方向コンバータ５０の昇圧駆動を行う。なお、プリチャージ処理の実行中において第１コンデンサ４１の充電電圧は、双方向コンバータ５０の出力電圧と略同じになる。また、プリチャージ処理を行うときは昇降圧コンバータ８０もインバータ９０も非駆動状態である。このとき、第１ダイオード８５を介して第１正極ライン３１と第２正極ライン７１とが接続されることで、第２コンデンサ６１の充電電圧も双方向コンバータ５０の出力電圧と略同じになる。したがって、プリチャージ実行部１０６は、プリチャージ処理では、第１コンデンサ４１及び第２コンデンサ６１の充電電圧を目標電圧範囲ＶＺまで高めることになる。
プリチャージ実行部１０６は、プリチャージ処理の実行に際して、上記目標電圧範囲ＶＺを算出する。プリチャージ実行部１０６は、取得異常が発生していない場合、第１バッテリ電圧センサ２４が検出するバッテリ出力電圧ＶＢに基づいて目標電圧範囲ＶＺを算出する。プリチャージ実行部１０６は、取得異常が発生している場合、第１バッテリ２２に係る保持充電率ＫＳＯＣに基づいて第１バッテリ２２の推定出力電圧ＥＶＢを算出し、当該推定出力電圧ＥＶＢに基づいて目標電圧範囲ＶＺを算出する。このように、この実施形態では、プリチャージ実行部１０６は、目標電圧範囲ＶＺを算出する目標算出部として機能する。
車両制御装置１００は、第１バッテリ２２の充放電の可否を決定する充放電決定部１０８を有する。充放電決定部１０８は、取得異常が発生していない場合、第１バッテリ２２の充放電を許可する。一方、充放電決定部１０８は、取得異常が発生している場合、第１バッテリ２２の充放電を禁止する。充放電決定部１０８は、第１バッテリ２２の充放電の可否をモータジェネレータ１４の制御に反映させるために、第１バッテリ２２の充放電の禁止を示す充放電禁止フラグＦＮを設定する。充放電決定部１０８は、取得異常が発生していない場合、充放電禁止フラグＦＮをオフにする。充放電決定部１０８は、取得異常が発生している場合、充放電禁止フラグＦＮをオンにする。
車両制御装置１００は、内燃機関１２及びモータジェネレータ１４を制御する駆動源制御部１１０を有する。なお、駆動源制御部１１０は、実質的には昇降圧コンバータ８０及びインバータ９０を制御することでモータジェネレータ１４を制御する。駆動源制御部１１０は、充放電禁止フラグＦＮがオフの場合、昇降圧コンバータ及びインバータ９０を駆動状態にし、モータジェネレータ１４を駆動状態に制御する。一方、駆動源制御部１１０は、充放電禁止フラグＦＮがオンの場合、昇降圧コンバータ及びインバータ９０を非駆動状態にし、モータジェネレータ１４を非駆動状態に制御する。すなわち、駆動源制御部１１０は、モータジェネレータ１４をモータとしても発電機としても機能させない。この場合、駆動源制御部１１０は、内燃機関１２のみを駆動させる。
次に、異常判定部１０２が実行する取得異常の有無の判定処理について説明する。異常判定部１０２は、イグニッションスイッチＧがオンになってからオフになるまでの間、取得異常の有無の判定処理を繰り返す。なお、この処理の前提として、異常判定部１０２は、第１バッテリ電圧センサ２４が検出するバッテリ出力電圧ＶＢを繰り返し受け付ける。
異常判定部１０２は、第１バッテリ電圧センサ２４からバッテリ出力電圧ＶＢを取得できない状況が予め定められた所定時間以上継続する場合、取得異常が発生したと判定する。上記所定時間は、バッテリ出力電圧ＶＢの受付周期よりも十分に長い時間として定められている。なお、異常判定部１０２がバッテリ出力電圧ＶＢを取得できない状況は、例えば第１バッテリ電圧センサ２４と車両制御装置１００との間の通信線が断線したり、当該通信線のコネクタが車両制御装置１００の入力ポートから外れたりして通信障害が生じた場合に生じる。
また、異常判定部１０２は、第１バッテリ電圧センサ２４からのバッテリ出力電圧ＶＢを取得できる場合でも、当該バッテリ出力電圧ＶＢが予め定められた正常範囲から外れた値であるときには、取得異常が発生したと判定する。上記正常範囲は、バッテリ出力電圧ＶＢが通常取り得る値の範囲として定められている。なお、バッテリ出力電圧ＶＢが正常範囲から外れた値となる状況は、例えば、第１バッテリ電圧センサ２４に異常が生じ、第１バッテリ電圧センサ２４がバッテリ出力電圧ＶＢを適切に検出できないときに生じる。
異常判定部１０２は、上記のいずれにも該当しない場合には、取得異常は発生していないと判定する。異常判定部１０２は、取得異常が発生していると判定した場合、取得異常フラグＦＣをオンにする。異常判定部１０２は、取得異常が発生していないと判定した場合、取得異常フラグＦＣをオフにする。
次に、充電率算出部１０４が実行する充電率算出処理について説明する。充電率算出処理は、第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣ及び保持充電率ＫＳＯＣを算出する処理である。充電率算出部１０４は、イグニッションスイッチＧがオンになってからオフになるまでの間、充電率算出処理を繰り返し実行する。なお、充電率算出部１０４は、イグニッションスイッチＧがオフに切り替わった場合、その時点で保持している保持充電率ＫＳＯＣをクリアせずに次にイグニッションスイッチＧがオンになるまで当該保持充電率ＫＳＯＣを記憶している。
図２に示すように、充電率算出部１０４は、充電率算出処理を開始すると、ステップＳ１０の処理を実行する。ステップＳ１０において、充電率算出部１０４は、取得異常フラグＦＣがオンであるか否かを判定する。充電率算出部１０４は、取得異常フラグＦＣがオフである場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、処理をステップＳ１１０に進める。
ステップＳ１１０において、充電率算出部１０４は、第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣを算出する。この実施形態では、充電率算出部１０４は、所謂電流積算法を利用して充電率ＳＯＣを算出する。ここで、充電率算出部１０４は、イグニッションスイッチＧがオンになってからの充放電電流ＡＢの積分値ＳＡＢをバックグラウンドで算出している。充電率算出部１０４は、充電率ＳＯＣの算出に際し、最新の充放電電流ＡＢの積分値ＳＡＢを取得する。そして、充電率算出部１０４は、次の式（２）で示すように、充放電電流ＡＢの積分値ＳＡＢを第１バッテリ２２の満充電容量ＹＡで除した値を初期充電率ＹＳに加算して、充電率ＳＯＣを算出する。充電率算出部１０４は、第１バッテリ２２の満充電容量ＹＡを予め記憶している。初期充電率ＹＳは、イグニッションスイッチＧがオンになった時点での第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣ、すなわち、イグニッションスイッチＧがオンになった時点で充電率算出部１０４が記憶している保持充電率ＫＳＯＣである。充電率算出部１０４は、初期充電率ＹＳをイグニッションスイッチＧがオンである間に亘って記憶している。
ＳＯＣ［％］＝ＹＳ［％］＋（ＳＡＢ［Ａｈ］÷ＹＡ［Ａｈ］）×１００ ・・・（２）
充電率算出部１０４は、ステップＳ１１０の処理を実行すると、処理をステップＳ１２０に進める。
ステップＳ１２０において、充電率算出部１０４は、保持充電率ＫＳＯＣを算出する。具体的には、充電率算出部１０４は、ステップＳ１１０で算出した充電率ＳＯＣを保持充電率ＫＳＯＣとして算出する。充電率算出部１０４は、ステップＳ１２０の処理を実行すると、充電率算出処理の一連の処理を一旦終了する。そして、充電率算出部１０４は、再度ステップＳ１０の処理を実行する。
一方、ステップＳ１０において、充電率算出部１０４は、取得異常フラグＦＣがオンである場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２０に進める。ステップＳ２０において、充電率算出部１０４は、ステップＳ２０を実行する時点で保持している保持充電率ＫＳＯＣを最新の保持充電率ＫＳＯＣとして算出する。充電率算出部１０４は、ステップＳ２０の処理を実行すると、充電率算出処理の一連の処理を一旦終了する。そして、充電率算出部１０４は、再度ステップＳ１０の処理を実行する。
次に、プリチャージ実行部１０６が行うプリチャージ処理について説明する。プリチャージ実行部１０６は、イグニッションスイッチＧがオンになってからオフになるまでの間においてプリチャージ処理を１度のみ実行する。なお、プリチャージ実行部１０６がプリチャージ処理を行っている間、電源回路１６に対する制御については、プリチャージ実行部１０６による制御が他の機能部による制御よりも優先される。また、イグニッションスイッチＧになった時点では、正極リレー３５及び負極リレー３６は遮断状態になっている。
プリチャージ実行部１０６は、イグニッションスイッチＧがオンにされると、プリチャージ処理を開始する。図４に示すように、プリチャージ実行部１０６は、プリチャージ処理を開始すると、ステップＳ２００の処理を実行する。ステップＳ２００において、プリチャージ実行部１０６は、正極リレー３５及び負極リレー３６の接続状態への切り替えを禁止する。すなわち、正極リレー３５及び負極リレー３６の遮断状態を維持する。この後、プリチャージ実行部１０６は、処理をステップＳ２１０に進める。
ステップＳ２１０において、プリチャージ実行部１０６は、取得異常フラグＦＣがオンであるか否かを判定する。プリチャージ実行部１０６は、取得異常フラグＦＣがオフである場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、処理をステップＳ３００に進める。
ステップＳ３００において、プリチャージ実行部１０６は、第１バッテリ電圧センサ２４が検出したバッテリ出力電圧ＶＢに基づいて目標電圧範囲ＶＺを算出する。具体的には、プリチャージ実行部１０６は、最新のバッテリ出力電圧ＶＢを取得する。そして、プリチャージ実行部１０６は、バッテリ出力電圧ＶＢから許容差電圧ＶＰを減算した値を目標電圧範囲ＶＺの下限値として算出する。また、プリチャージ実行部１０６は、バッテリ出力電圧ＶＢに許容差電圧ＶＰを加算した値を目標電圧範囲ＶＺの上限値として算出する。プリチャージ実行部１０６は、許容差電圧ＶＰを予め記憶している。許容差電圧ＶＰは、第１バッテリ２２と第１コンデンサ４１の電圧差に関して、正極リレー３５及び負極リレー３６を接続状態としたときにこれら正極リレー３５及び負極リレー３６が溶着しない電圧差として実験やシミュレーションによって予め定められている。プリチャージ実行部１０６は、ステップＳ３００の処理を実行すると、処理をステップＳ２４０に進める。
一方、プリチャージ実行部は、ステップＳ２１０において取得異常フラグがオンの場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２２０に進める。ステップＳ２２０において、プリチャージ実行部１０６は、保持充電率ＫＳＯＣに基づいて第１バッテリ２２の推定出力電圧ＥＶＢを算出する。ここで、プリチャージ実行部１０６は、第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣと第１バッテリ２２の開放電圧ＯＣＶとの関係性を表した特性マップを予め記憶している。第１バッテリ２２の開放電圧ＯＣＶとは、第１バッテリ２２に充放電電流が流れていない状態での第１バッテリ２２の出力電圧である。第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣと第１バッテリ２２の開放電圧ＯＣＶとの関係性を表す上記特性マップは、第１バッテリ２２の製品毎に定まる。特性マップは、実験やシミュレーション等から作成されている。図３に示すように、特性マップにおいては、概略的には、充電率ＳＯＣが大きいほど、開放電圧ＯＣＶが大きくなっている。
プリチャージ実行部１０６は、推定出力電圧ＥＶＢの算出に際して、先ず、充電率算出部１０４が算出した最新の保持充電率ＫＳＯＣを取得する。また、充電率算出部１０４は、特性マップを参照する。そして、充電率算出部１０４は、特性マップにおいて、保持充電率ＫＳＯＣに対応する開放電圧ＯＣＶを推定出力電圧ＥＶＢとして算出する。充電率算出部１０４は、図４に示すステップＳ２２０の処理を実行すると、処理をステップＳ２３０に進める。
ステップＳ２３０において、プリチャージ実行部１０６は、推定出力電圧ＥＶＢに基づいて目標電圧範囲ＶＺを算出する。具体的には、プリチャージ実行部１０６は、推定出力電圧ＥＶＢから許容差電圧ＶＰを減算した値を目標電圧範囲ＶＺの下限値として算出する。また、プリチャージ実行部１０６は、推定出力電圧ＥＶＢに許容差電圧ＶＰを加算した値を目標電圧範囲ＶＺの上限値として算出する。プリチャージ実行部１０６は、ステップＳ２３０の処理を実行すると、処理をステップＳ２４０に進める。なお、ステップＳ２２０、Ｓ２３０、Ｓ３００の処理は、目標算出処理である。
ステップＳ２４０において、プリチャージ実行部１０６は、双方向コンバータ５０の昇圧駆動を開始する。この後、プリチャージ実行部１０６は、処理をステップＳ２５０に進める。
ステップＳ２５０において、プリチャージ実行部１０６は、コンバータ電圧センサ５２が検出するコンバータ出力電圧ＶＤが目標電圧範囲ＶＺ内の値であるか否かを判定する。具体的には、プリチャージ実行部１０６は、最新のコンバータ出力電圧ＶＤを取得する。そして、プリチャージ実行部１０６は、コンバータ出力電圧ＶＤを目標電圧範囲ＶＺの下限値及び上限値と比較する。プリチャージ実行部１０６は、コンバータ出力電圧ＶＤが目標電圧範囲ＶＺから外れた値である場合（ステップＳ２５０：ＮＯ）、再度ステップＳ２５０の処理を実行する。プリチャージ実行部１０６は、コンバータ出力電圧ＶＤが目標電圧範囲ＶＺ内の値になるまでステップＳ２５０の処理を繰り返す。そして、プリチャージ実行部１０６は、コンバータ出力電圧ＶＤが目標電圧範囲ＶＺ内の値になると（ステップＳ２５０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２６０に進める。
ステップＳ２６０において、プリチャージ実行部１０６は、双方向コンバータ５０の昇圧駆動を停止する。この後、プリチャージ実行部１０６は、処理をステップＳ２７０に進める。
ステップＳ２７０において、プリチャージ実行部１０６は、正極リレー３５及び負極リレー３６を接続状態に切り替える。そして、プリチャージ実行部１０６は、プリチャージ処理の一連の処理を終了する。
次に、本実施形態の作用について説明する。
時刻Ｔ１において、車両１０が走行していて図５の（ｂ）に示すように正極リレー３５も負極リレー３６も接続状態になっているものとする。また、時刻Ｔ１においては、取得異常が発生していないものとする。このとき、図５の（ｄ）に示すように取得異常フラグＦＣはオフになっており、それに伴い図５の（ｃ）に示すように充放電禁止フラグＦＮもオフになっている。すなわち、モータジェネレータ１４は駆動状態になっている。
時刻Ｔ１よりも後の時刻Ｔ２において取得異常が発生したものとする。この場合、図５の（ｄ）に示すように、取得異常フラグＦＣがオンに切り替わる。それとともに、図５の（ｃ）で示すように充放電禁止フラグＦＮがオンに切り替わり、モータジェネレータ１４が非駆動状態とされる。この後、車両１０は内燃機関１２の出力のみを利用して走行する。また、時刻Ｔ２において取得異常フラグＦＣがオンに切り替わると、それ以降は、取得異常フラグＦＣがオンに切り替わる前の最後のタイミングで算出された第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣである異常発生前充電率ＬＳＯＣが保持充電率ＫＳＯＣとして算出される。
図５の（ａ）に示すように、時刻Ｔ２よりも後の時刻Ｔ３においてイグニッションスイッチＧがオフにされたものとする。すると、図５の（ｂ）に示すように、正極リレー３５及び負極リレー３６が遮断状態に切り替わる。この後の時刻Ｔ４において、図５の（ａ）に示すように、再度イグニッションスイッチＧがオンにされたものとする。そして、この時刻Ｔ４以降も取得異常が継続しているものとする。この場合、図５の（ｅ）に示すように、時刻Ｔ４以降も、異常発生前充電率ＬＳＯＣが保持充電率ＫＳＯＣとして算出される。
さて、時刻Ｔ４においてイグニッションスイッチＧがオンにされると、プリチャージ処理を開始すべく目標電圧範囲ＶＺが算出される。取得異常が発生していることから、目標電圧範囲ＶＺは、保持充電率ＫＳＯＣに基づく推定出力電圧ＥＶＢから算出される。この推定出力電圧ＥＶＢは、取得異常が発生する直前の第１バッテリ２２の開放電圧である。ここで、取得異常が発生した時刻Ｔ２においてモータジェネレータ１４が非駆動状態とされることから、時刻Ｔ２から時刻Ｔ４の間において第１バッテリ２２の開放電圧ＯＣＶは、取得異常が発生した時刻Ｔ２での値と略同じ値に維持される。したがって、プリチャージ処理が行われるときの開放電圧ＰＯＣＶは、上記推定出力電圧ＥＶＢである。
目標電圧範囲ＶＺが算出されると、双方向コンバータ５０の昇圧駆動が開始される。ここで、図５の（ｆ）に示すように、時刻Ｔ３においてイグニッションスイッチＧがオフにされることに伴い、コンバータ出力電圧ＶＤは時刻Ｔ４までにゼロに低下している。そして、上記のとおり時刻Ｔ４から双方向コンバータ５０が昇圧駆動されると、コンバータ出力電圧ＶＤはゼロから大きくなる。やがて時刻Ｔ５においてコンバータ出力電圧ＶＤが目標電圧範囲ＶＺ内の値になると、双方向コンバータ５０の昇圧駆動が停止される。そして、図５の（ｂ）に示すように、正極リレー３５及び負極リレー３６が接続状態へと切り替えられる。
次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）上記構成では、取得異常が発生する前の第１バッテリ２２の推定出力電圧ＥＶＢを目標電圧範囲ＶＺの算出に利用している。ここで、取得異常が発生する前のタイミングにおいては、正極リレー３５及び負極リレー３６が接続状態である。したがって、第１バッテリ２２と負荷１８とが電気的に接続されており、第１バッテリ２２と負荷１８との間で電力の授受がある。第１バッテリ２２と負荷１８との間で電力の授受があると、第１バッテリ電圧センサ２４によって検出されるバッテリ出力電圧ＶＢは、第１バッテリ２２の開放電圧ＯＣＶに対して上下する。このような、開放電圧ＯＣＶに対して上下する変動分を含んだ出力電圧を目標電圧範囲ＶＺの算出に適用すると、目標電圧範囲ＶＺを適切な値に定めるのが困難になる。
これに対して、第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣは、第１バッテリ２２と負荷１８との間で電力の授受に拘わらず開放電圧ＯＣＶに応じた値となる。そのため、第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣに基づいて、取得異常が発生する前の第１バッテリ２２の開放電圧ＯＣＶを上記推定出力電圧ＥＶＢとして算出できる。その上、上記構成では、取得異常が発生する前の最後のタイミングで算出した第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣから推定出力電圧ＥＶＢを算出している。そのため、推定出力電圧ＥＶＢとして、取得異常が発生する直前のタイミングの第１バッテリ２２の開放電圧ＯＣＶを算出できる。こうした推定出力電圧ＥＶＢを基に目標電圧範囲ＶＺを算出することで、目標電圧範囲ＶＺを適切に定めることができる。そして、目標電圧範囲ＶＺを定めることで、取得異常が発生した場合でも、プリチャージ処理の実行が可能になる。
（２）上記構成では、取得異常が発生した場合、第１バッテリ２２の充放電を禁止する。そのため、上記作用に記載したとおり、取得異常が発生してからプリチャージ処理を実行するまでの間、第１バッテリ２２の開放電圧ＯＣＶは、取得異常が発生する直前の値と略同じ値に維持される。つまり、取得異常が発生してからプリチャージ処理を実行するまでの間に、第１バッテリ２２の開放電圧ＯＣＶが変化することが抑制される。そして、取得異常が発生する直前の充電率ＳＯＣに基づく推定出力電圧ＥＶＢは、実際にプリチャージ処理を実行しているときの第１バッテリ２２の開放電圧ＯＣＶに一致する可能性が高まる。こうした推定出力電圧ＥＶＢから目標電圧範囲ＶＺを定めることで、第１バッテリ電圧センサ２４からバッテリ出力電圧ＶＢを取得できる場合と略同じ値を入力として目標電圧範囲ＶＺを定めることができる。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・目標電圧範囲ＶＺの算出方法は、上記実施形態の例に限定されない。例えば、目標電圧範囲ＶＺの下限値の算出に用いる許容差電圧ＶＰと、上限値の算出に用いる許容差電圧ＶＰとを異なる値にしてもよい。この場合、正極リレー３５及び負極リレー３６に溶着が生じないように、下限値を算出する許容差電圧ＶＰと上限値を算出する許容差電圧ＶＰとをそれぞれ適宜定めればよい。
・許容差電圧ＶＰは、溶着に限らず、正極リレー３５及び負極リレー３６を接続状態にしたときにこれらのリレーの動作に異常が生じる程に大きな電流が流れない値であればよい。
・正極リレー３５や負極リレー３６として、高電圧や大電流に耐えうるものを利用するのであれば、許容差電圧ＶＰをゼロにしてもよい。この場合、目標電圧範囲ＶＺが一定の幅をもったものでなく、特定の値となることもある。
・双方向コンバータ５０を昇圧駆動の終了を判定する手法は、上記実施形態の例に限定されない。例えば、第１コンデンサ電圧センサ４３が検出する第１充電電圧ＶＣ１が目標電圧範囲ＶＺ内であるか否かを判定してもよい。第２コンデンサ電圧センサ６３が検出する第２充電電圧ＶＣ２が目標電圧範囲ＶＺ内であるか否かを判定してもよい。コンバータ出力電圧ＶＤと、第１充電電圧ＶＣ１と、第２充電電圧ＶＣ２のうちの１つのみを利用するのではなく、誤判定の防止用にこれら３つのうちの複数に関して目標電圧範囲ＶＺ内であるか否かの判定を行ってもよい。
・保持充電率ＫＳＯＣの算出方法は上記実施形態の例に限定されない。保持充電率ＫＳＯＣの算出方法は、取得異常が発生したタイミング以降において、取得異常が発生するよりも前のタイミングで算出した第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣを保持充電率ＫＳＯＣとして算出できる構成であればよい。例えば、取得異常が発生したタイミング以降に関して、上記実施形態のように保持充電率ＫＳＯＣを繰り返し算出するのではなく、保持充電率ＫＳＯＣを一度算出した後は当該保持充電率ＫＳＯＣをそのまま記憶しておいてもよい。
・取得異常が発生したタイミング以降に算出する保持充電率ＫＳＯＣは、取得異常が発生するよりも前に算出した第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣのうち最後に算出した第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣでなくてもよい。異常取得が発生するタイミングに近いタイミングで算出した第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣであれば、上記最後に算出した第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣとさほど変わらない。
・取得異常が発生していないときの保持充電率ＫＳＯＣの算出を省略してもよい。
・特性マップは、表やグラフに限定されず、数式でもよい。
・第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣの算出方法は、上記実施形態の例に限定されない。例えば、第１バッテリ２２の充放電電流ＡＢの絶対値が小さい状況下では、第１バッテリ電圧センサ２４が検出するバッテリ出力電圧ＶＢを利用して第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣを算出してもよい。具体的には、第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣの算出に際し、特性マップを参照し、当該特性マップにおいてバッテリ出力電圧ＶＢに対応する充電率ＳＯＣを算出すればよい。
・充放電決定部１０８を設けることは必至ではない。充放電決定部１０８を廃止した場合、取得異常が発生したタイミング以降において第１バッテリ２２の充放電が許容される。この場合でも、取得異常が発生するよりも前のタイミングで算出した第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣを保持充電率ＫＳＯＣとして算出すれば、当該保持充電率ＫＳＯＣに基づいて、取得異常が発生する前の第１バッテリ２２の開放電圧を算出できる。この開放電圧に基づいて目標電圧範囲ＶＺを算出することは、目標電圧範囲ＶＺを適切な値に定める上で好適である。
・上記変更例のように、取得異常が発生したときに第１バッテリの充放電を禁止する構成を廃止するのであれば、上記実施形態の充電率算出処理及びプリチャージ処理を、内燃機関を有さない電気自動車に適用することも可能である。
・車両制御装置１００を複数の制御装置によって構成してもよい。そして、充電率算出部１０４等の各機能部を、一つの制御装置にまとめて設けるのではなく、複数の制御装置に分けて設けてもよい。この場合でも、複数の制御装置間で互いに情報を授受できるようになっていればよい。
・上記変更例のように車両制御装置１００を複数の制御装置で構成する場合において、複数の制御装置を跨いで一つの機能部を設けてもよい。例えば、充電率出部に関して、第１バッテリ２２の充電率ＳＯＣを算出する制御装置と、保持充電率ＫＳＯＣを算出する制御装置とが別々になっていてもよい。この場合、これら二つの制御装置によって充電率算出部１０４が構成される。
・目標算出部をプリチャージ実行部１０６とは別の機能部として設けてもよい。
・電源回路１６の構成は、上記実施形態の例に限定されない。例えば、双方向コンバータ５０の昇圧駆動の終了を判定するのに際して第１コンデンサ電圧センサ４３が検出する第１充電電圧ＶＣ１を利用し、コンバータ電圧センサ５２が検出するコンバータ出力電圧ＶＤを利用しないのであれば、コンバータ電圧センサ５２を廃止してもよい。
・負荷１８の構成は、上記実施形態の例に限定されない。例えば、負荷をモータジェネレータ１４とインバータ９０のみで構成してもよい。
・モータジェネレータ１４の数は適宜変更してよい。
１６…電源回路
１８…負荷
２２…第１バッテリ
２４…第１バッテリ電圧センサ
２９…第２バッテリ
３５…正極リレー
３６…負極リレー
５０…双方向コンバータ
１００…車両制御装置
１０４…充電率算出部
１０６…プリチャージ実行部（目標算出部）
１０８…充放電決定部

Claims (3)

  1. 第１バッテリと、
    前記第１バッテリの出力電圧を検出する電圧センサと、
    前記第１バッテリから負荷への電気的接続を断接するリレーと、
    前記第１バッテリよりも定格電圧の低い第２バッテリと、
    前記第２バッテリの出力電圧を昇圧して、前記リレーよりも前記負荷側へと出力するコンバータと
    を有する電源回路に適用され、
    前記リレーによって前記第１バッテリと前記負荷との間の電気的接続を遮断した状態で、前記コンバータの出力電圧が前記第１バッテリの出力電圧に基づき定められる目標電圧範囲内の値になるまで前記コンバータの昇圧駆動を行い、且つ前記コンバータの出力電圧が前記目標電圧範囲内の値になると、前記コンバータの昇圧駆動を停止した上で、前記リレーによって前記第１バッテリと前記負荷との間を電気的に接続した状態に切り替えるプリチャージ処理を実行する制御装置であって、
    前記第１バッテリの充電率を算出する充電率算出部と、
    前記目標電圧範囲を算出する目標算出部とを有し、
    前記充電率算出部は、前記電圧センサが検出する前記第１バッテリの出力電圧を取得できない取得異常が発生した場合、前記取得異常が発生したタイミング以降では、前記取得異常が発生するよりも前のタイミングで算出した前記第１バッテリの充電率を保持充電率として算出し、
    前記目標算出部は、前記取得異常が発生している状態で前記プリチャージ処理が実行される場合、前記保持充電率に基づいて前記第１バッテリの推定出力電圧を算出し、当該推定出力電圧に基づいて前記目標電圧範囲を算出する
    電源回路の制御装置。
  2. 前記充電率算出部は、前記取得異常が発生した場合、前記取得異常が発生するよりも前に算出した前記第１バッテリの充電率のうち最後に算出した前記第１バッテリの充電率を前記保持充電率として算出する
    請求項１に記載の電源回路の制御装置。
  3. 第１バッテリと、
    前記第１バッテリの出力電圧を検出する電圧センサと、
    前記第１バッテリから負荷への電気的接続を断接するリレーと、
    前記第１バッテリよりも定格電圧の低い第２バッテリと、
    前記第２バッテリの出力電圧を昇圧して、前記リレーよりも前記負荷側へと出力するコンバータと
    を有する電源回路の制御装置に、
    前記リレーによって前記第１バッテリと前記負荷との間の電気的接続を遮断した状態で、前記コンバータの出力電圧が前記第１バッテリの出力電圧に基づき定められる目標電圧範囲内の値になるまで前記コンバータの昇圧駆動を行い、且つ前記コンバータの出力電圧が前記目標電圧範囲内の値になると、前記コンバータの昇圧駆動を停止した上で、前記リレーによって前記第１バッテリと前記負荷との間を電気的に接続した状態に切り替えるプリチャージ処理と、
    前記第１バッテリの充電率を算出する充電率算出処理と、
    前記目標電圧範囲を算出する目標算出処理とを実行させ、
    前記充電率算出処理は、前記電圧センサが検出する出力電圧を取得できない取得異常が発生した場合、前記取得異常が発生したタイミング以降では、前記取得異常が発生するよりも前のタイミングで算出した前記第１バッテリの充電率を保持充電率として算出する処理を含み、
    前記目標算出処理は、前記取得異常が発生している状態で前記プリチャージ処理が実行される場合、前記保持充電率に基づいて前記第１バッテリの推定出力電圧を算出し、当該推定出力電圧に基づいて前記目標電圧範囲を算出する処理を含む
    電源回路制御プログラム。
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