JP2010136553A - 電源システムおよびそれを搭載した電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】複数組の蓄電装置および電力変換装置を備える電源システムにおいて、蓄電装置の過充電または過放電を確実の防止した上で、効率改善のための上アームオン固定モードを導入することである。
【解決手段】複数組の蓄電装置および電力変換装置を備える電源システムにおいて、コンバータの上アームオン固定モード中の蓄電装置に入出力される電流積分値に基づいて、上アームオン固定モードを終了する。これにより、ＳＯＣ推定値の精度に過度に依存することなく、簡便な判定方法に基づいて適切に上アームオン固定モードを終了することができる。その結果、蓄電装置の過充電または過放電を確実に防止した上で、上アームオン固定モードを導入することが可能となる。
【選択図】図７

Description

この発明は、電源システムおよびそれを搭載した電動車両に関し、より特定的には、蓄電装置および電力変換装置を複数組備える電源システムにおいて、蓄電装置の過充電・過放電を防止する技術に関する。

近年、走行駆動力源として電動機を搭載するハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両において、加速性能や走行持続距離などの走行性能を高めるために、蓄電機構の大容量化が進んでいる。そして、蓄電機構を大容量化するための一手法として、複数個の蓄電装置を並列に配置する構成が提案されている。

たとえば、特開２００８−１０９８４０号公報（特許文献１）には、複数個の蓄電装置を備える電源システムにおいて、各蓄電装置の許容放電電力が制限されるまでの放電可能容量の比率に応じて、蓄電装置の放電電力分配率を算出するとともに、許容充電電力が制限されるまでの充電可能容量の比率に応じて、蓄電装置の充電電力分配率を算出して、これらの放電電力および充電電力分配率に従ってコンバータを制御する技術が開示されている。

この技術によれば、上記分配率に従うことにより各蓄電装置に均等に充放電がなされるので、充放電特性が異なる複数の蓄電装置において、システム性能を最大限に引き出すことが可能となる。

また、特開２００３−００２２９号公報（特許文献２）には、コンバータの負荷側の電圧と蓄電装置の電圧との電圧差が所定値以上であるときには、コンバータの出力側の電力線間に接続されたコンデンサに蓄積された電力を、蓄電装置にチャージバックするようにコンデンサを制御する電源システムが開示されている。
特開２００８−１０９８４０号公報 特開２００３−００２２９号公報

蓄電装置を備える電源システムにおいては、充放電制御の際に蓄電装置と当該電源システムに接続される負荷装置との間の直流電圧を調整するために、昇降圧コンバータが備えられる場合がある。このコンバータは、たとえば電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する。）を有するチョッパ回路を含んで構成される。

このように、スイッチング素子を含むコンバータでは、その電力変換動作をする際の各スイッチング素子のオン・オフ動作に伴う電力損失（以下、「スイッチング損失」とも称する。）が発生する。上記のような、複数の蓄電装置を有する電源システムでは、各コンバータでスイッチング損失が発生することにより、システム全体の効率低下が懸念される。特に、入出力電力が小さい軽負荷時においては、このスイッチング損失による効率の低下が顕著になる。

このような軽負荷時において、コンバータによる昇圧・降圧動作が不要であるような場合は、複数のコンバータのうちの、１つのコンバータに含まれるチョッパ回路のスイッチング素子の一方（上アーム）をオン状態に、そして他方（下アーム）をオフ状態に固定し、残りのコンバータについては動作を停止するような充放電をすることで、スイッチング損失を減少させる動作モード（以下、「上アームオン固定モード」とも称する。）が可能である。

ただし、このような上アームオン固定モード中は、充放電状態については制御されないので、上アームオン固定モードを適切に終了させなければ、蓄電装置に過充電・過放電が発生するおそれがある。

たとえば、蓄電装置の残存容量（以下、「ＳＯＣ（State of Charge）」とも称する。）の推定値（絶対値）に基づいて、上アームオン固定モードを終了させて通常のスイッチング動作に移行する手法が考えられる。しかし、一般的に蓄電装置のＳＯＣ推定には誤差が生じるので、ＳＯＣ推定値に過度に依存して上アームオン固定モードの終了を判定すると、当該モードを不適切に継続することによって蓄電装置の過充電・過放電が発生する可能性がある。

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数組の蓄電装置および電力変換装置を備える電源システムにおいて、蓄電装置の過充電または過放電を確実に防止した上で、効率改善のための上アームオン固定モードを導入することである。

本発明による電源システムは、負荷装置と双方向に電力の授受が可能な電源システムであって、複数の蓄電装置と、複数の電力変換装置と、制御装置と、各蓄電装置に対応して設けられ、各蓄電装置に入出力される電流を検出するための電流検出器とを備えている。電力変換装置は、負荷装置と接続される電力線と複数の蓄電装置との間にそれぞれ接続され、各々が、複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と電力線との間で双方向に直流電力変換を行う。また、制御装置は複数の電力変換装置の動作を制御する。そして、各電力変換装置は、対応する蓄電装置および電力線の間に挿入接続される電力用半導体スイッチング素子と、蓄電装置から電力線に向かう方向を順方向として、電力用半導体スイッチング素子と並列に接続される整流素子とを含んでいる。また、制御装置は、所定条件の成立に応答して開始される、複数の電力変換装置のうちの、１つの電力変換装置において電力用半導体スイッチング素子をオン固定するとともに、残余の電力変換装置の動作を停止する所定動作モードの終了を判定するための判定部と、電力用半導体スイッチング素子をオン固定した１つの電力変換装置に対応する蓄電装置に入出力される電流を、所定動作モードの開始時から積分した電流積分値を検出する検出部とを含んでいる。そして、この判定部は、電流積分値に基づいて本所定動作モードを終了する。

上記の電源システムによれば、複数組の蓄電装置および電力変換装置を備える電源システムにおいて、所定動作モード（上アームオン固定モード）中における蓄電装置の入出力される電流の電流積分値に基づいて、上アームオン固定モードを終了することが可能となる。この結果、複数の電力変換装置全体でのスイッチング損失減少による効率改善効果が高い一方で、充放電状態を制御できない上アームオン固定モードについて、簡便な判定に基づいて適切に終了させることができる。すなわち、効率改善のための上アームオン固定モードを、蓄電装置の過充電または過放電を確実に防止した上で導入することができる。

また、好ましくは、制御装置は、各蓄電装置の状態に基づいて、各蓄電装置の残存容量推定値を算出する推定部をさらに備えている。そして、判定部において、検出部による電流積分値と推定部による残存容量推定値との両方に基づいて、本所定動作モードを終了する。

このような構成とすることで、電流積分値と蓄電装置の残存容量推定値（ＳＯＣ推定値）との両方に基づいて、上アームオン固定モードの終了判定をすることができる。この結果、電流積分値に加えてＳＯＣ推定値も考慮して上アームオン固定モードの終了判定ができるので、さらなる効率改善および蓄電装置の過充電・過放電の確実な防止が可能となる。

また、好ましくは、判定部は、電流積分値と所定の基準値との比較に基づいて所定動作モードを終了させるとともに、所定動作モード開始時における残存容量推定値に応じて基準値を可変とする。

このような構成とすることで、電流積分値と所定の基準値とを比較するという簡便な判定手法によって、上アームオン固定モードの終了判定が可能となる。また、上アームオン固定モード開始時のＳＯＣ推定値に応じて、この基準値を可変とすることができる。一般的にＳＯＣの値が小さい（すなわち、完全放電状態に近い）場合、またはＳＯＣの値が大きい（すなわち、満充電状態に近い）場合は、ＳＯＣ推定値は比較的誤差が少なく信頼性も高くなる。そのため、このようにＳＯＣ推定値に応じて電流基準値を可変とすることで、ＳＯＣ推定値の信頼性が比較的高くなる領域では、電流基準値に余裕を持たせて上アームオン固定モードを継続することで、スイッチング損失を低減することが可能となる。

あるいは好ましくは、判定部は、電力用半導体スイッチング素子をオン固定した１つの電力変換装置に対応する蓄電装置の充電時には、前記残存容量推定値が、残存容量推定値の信頼性が相対的に低下する残存容量領域に対応して予め定義される第１の領域のときには、電流積分値に基づいて所定動作モードを終了させる一方で、残存容量推定値が前記第１の領域より小さいときには、所定動作モードを継続させる。

このような構成とすることで、蓄電装置が充電時には、ＳＯＣ推定値が、ＳＯＣの信頼性が相対的に低下する所定の第１の領域においては、充放電電流の積分値を用いて上アームオン固定モードの終了判定を行う一方で、ＳＯＣ推定値が第１の領域より小さいときには、上アームオン固定モードを継続させることが可能となる。この結果、充電時において、ＳＯＣ推定値の信頼性が低い領域を含んだ第１の領域においては、過充電の防止を優先しつつ、ＳＯＣ推定値の信頼性が比較的高くかつ充電電力に十分余裕があるような領域においては、スイッチング損失の低減を優先することが可能となる。

また好ましくは、判定部は、電力用半導体スイッチング素子をオン固定した１つの電力変換装置に対応する蓄電装置の放電時には、前記残存容量推定値が、残存容量推定値の信頼性が相対的に低下する残存容量領域に対応して予め定義される第２の領域のときには、電流積分値に基づいて所定動作モードを終了させる一方で、残存容量推定値が前記第２の領域より大きいときには、所定動作モードを継続させる。

このような構成とすることで、蓄電装置が放電時には、ＳＯＣ推定値が、ＳＯＣの信頼性が相対的に低下する所定の第２の領域においては、充放電電流の積分値を用いて上アームオン固定モードの終了判定を行う一方で、ＳＯＣ推定値が第２の領域より大きいときには、上アームオン固定モードを継続させることが可能となる。この結果、放電時において、ＳＯＣ推定値の信頼性が低い領域を含んだ第２の領域においては、過充電の防止を優先しつつ、ＳＯＣ推定値の信頼性が比較的高くかつ放電電力に十分余裕があるような領域においては、スイッチング損失の低減を優先することが可能となる。

好ましくは、判定部は、電力用半導体スイッチング素子をオン固定した１つの電力変換装置に対応する蓄電装置の充電時には、残存容量推定値が、蓄電装置の充電限界として設定される所定の第３の残存容量基準値よりも上昇したときには、電流積分値にかかわらず所定動作モードを終了する。

このような構成とすることで、充電時には、ＳＯＣ推定値が蓄電装置の充電限界として設定される所定の管理上限値を超えるような場合には、上アームオン固定モードの終了を行うことができるので、蓄電装置の過充電をより確実に防止することができる。

また好ましくは、判定部は、電力用半導体スイッチング素子をオン固定した１つの電力変換装置に対応する蓄電装置の放電時には、残存容量推定値が、蓄電装置の放電限界として設定される所定の第４の残存容量基準値より低下したときには、電流積分値にかかわらず所定動作モードを終了する。

このような構成とすることで、放電時には、ＳＯＣ推定値が蓄電装置の放電限界として設定される所定の管理下限値を超えるような場合には、上アームオン固定モードの終了を行うことができるので、蓄電装置の過放電をより確実に防止することができる。

また好ましくは、電源システムは、負荷装置に入出力される電力の電圧を検出する電圧検出器をさらに備えており、判定部は、電圧検出器によって検出された電圧の所定時間あたりの変化量が所定の電圧変化量基準値を超過した時は、電流積分値にかかわらず所定動作モードを終了する。

このような構成にすることで、充放電電圧の急激な変化が発生した場合に、その電圧の変化量に基づいて上アームオン固定モードの終了を行うことができるので、蓄電装置の過充電・過放電をより確実に防止することができる。

また好ましくは、電動車両は、負荷装置と上記の電源システムとを備えており、この負荷装置は駆動力を発生するように構成された回転電機と、電力線および回転電機の間に接続され、電力線と回転電機との間で双方向に電力変換を行なうように構成されたインバータ装置とを含んでいる。

このような構成とすることで、上記のような電源システムを搭載した電動車両において、たとえば緩い勾配の登坂路または降坂路が継続するような場合、すなわち少量の充放電電力が継続的に入出力される場合に、蓄電装置の過充電または過放電を確実に防止した上で、上アームオン固定モードを導入して電力変換装置の効率を改善することができる。

この発明によれば、複数組の蓄電装置および電力変換装置を備える電源システムにおいて、蓄電装置の過充電または過放電を確実に防止した上で、効率改善のための上アームオン固定モードを導入することが可能となる。

以下において、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、図中の同一または相当部分については、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に従う、電動車両１００の全体ブロック図である。なお、電動車両１００は、充電可能な蓄電装置からの電力によって走行可能であれば、その構成は特に限定されるものではない。電動車両１００には、たとえばハイブリッド自動車，電気自動車および燃料電池自動車などが含まれる。

図１を参照して、電動車両１００は、電源システム８０と負荷装置９０とを備える。
負荷装置９０は、インバータ２０−１，２０−２と、モータジェネレータＭＧ１,ＭＧ２と、エンジン２と、動力分割機構４と、車輪６とを含む。図１においては、電動車両１００としてエンジン２を備えたハイブリッド車両を例として説明するが、電気自動車および燃料電池自動車の場合には、このエンジン２の配置は省略される。

インバータ２０−１，２０−２は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに互いに並列して接続される。そして、インバータ２０−１，２０−２は、ＥＣＵ３０からの駆動信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２に基づいて、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから供給される駆動電力（直流電力）を交流電力に変換してそれぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ出力する。また、インバータ２０−１，２０−２は、それぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が発電する交流電力を直流電力に変換して回生電力として主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ出力する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれインバータ２０−１，２０−２から供給される交流電力を受けて回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、外部から回転力を受けて交流電力を発生する。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータとＹ結線された三相コイルを有するステータとを備える三相交流回転電機から成る。そして、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構４と連結され、動力分割機構４にさらに連結される駆動軸を介して回転駆動力が車輪６へ伝達される。

また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構４を介してエンジン２にも連結される。そして、ＥＣＵ３０によって、エンジン２の発生する駆動力とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御が実行される。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。

電源システム８０は、蓄電装置１５−１，１５−２と、コンバータ１０−１，１０−２と、ＥＣＵ３０と、電圧センサ４０−１，４０−２，４６と、電流センサ５０−１，５０−２と、温度センサ６０−１，６０−２と、平滑コンデンサＣとを含む。

蓄電装置１５−１，１５−２は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１５−１，１５−２は、たとえば、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの二次電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子により構成される。蓄電装置１５−１は、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１によってコンバータ１０−１に接続され、蓄電装置１５−２は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２によってコンバータ１０−２に接続される。

コンバータ１０−１，１０−２は、互いに並列に主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに接続される。コンバータ１０−１は、ＥＣＵ３０からの駆動信号ＰＷＣ１，ＵＡ１，ＳＤ１に基づいて、蓄電装置１５−１と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電力変換を行なう。コンバータ１０−２は、ＥＣＵ３０からの駆動信号ＰＷＣ２，ＵＡ２，ＳＤ２に基づいて、蓄電装置１５−２と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電力変換を行なう。

電流センサ５０−１，５０−２は、蓄電装置１５−１に対して入出力される電流Ｉｂ１、蓄電装置１５−２に対して入出力される電流Ｉｂ２をそれぞれ検出し、その検出値をＥＣＵ３０へ出力する。なお、各電流センサ５０−１，５０−２は、対応の蓄電装置から出力される電流（放電電流）を正値として検出し、対応の蓄電装置に入力される電流（充電電流）を負値として検出するものとする。なお、この図１では、各電流センサ５０−１，５０−２が正極線の電流を検出する場合が示されているが、各電流センサ５０−１，５０−２は負極線の電流を検出してもよい。

電圧センサ４０−１，４０−２は、蓄電装置１５−１の電圧Ｖｂ１、蓄電装置１５−２の電圧Ｖｂ２をそれぞれ検出し、その検出値をＥＣＵ３０へ出力する。また、温度センサ６０−１，６０−２は、蓄電装置１５−１の温度Ｔ１、蓄電装置１５−２の温度Ｔ２をそれぞれ検出し、その検出値をＥＣＵ３０へ出力する。

平滑コンデンサＣは、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に接続され、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに含まれる電圧変動成分を低減する。電圧センサ４６は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間の電圧ＶＨを検出し、その検出値をＥＣＵ３０へ出力する。

ＥＣＵ３０は、コンバータ１０−１を制御するための信号ＰＷＣ１，ＳＤ１，ＵＡ１を生成し、負荷装置の状態に応じて選択されたいずれかの信号をコンバータ１０−１へ出力する。また、ＥＣＵ３０は、コンバータ１０−２を制御するための信号ＰＷＣ２，ＳＤ２，ＵＡ２を生成し、いずれかの信号をコンバータ１０−２へ出力する。

また、ＥＣＵ３０は、負荷装置の駆動のために電源システムに対して要求されるパワー（以下では「要求パワー」とも称する。）ＰＲの入力を受ける。たとえば、要求パワーＰＲは、アクセルペダルの開度や車両速度などに基づいて、電動車両１００の全体を統合制御する車両ＥＣＵ（図示せず）によって演算される。

さらに、ＥＣＵ３０は、インバータ２０−１，２０−２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２０−１，２０−２へ出力する。

なお、ＥＣＵ３０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサの入力や各機器への制御指令の出力を行い、電動車両１００および各機器の制御を行なう。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、一部を専用のハードウエア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

図２は、図１に示したコンバータ１０−１，１０−２の構成を示す図である。
図２を参照して、コンバータ１０−１は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂと、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂと、リアクトルＬ１と、平滑コンデンサＣ１とを含む。

本実施の形態において、スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用されるものとするが、制御信号によってオン・オフを制御可能であれば任意のスイッチング素子を適用可能である。たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やバイポーラトランジスタ等についても用いることができる。

スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂは主正母線ＭＰＬに接続された正母線ＬＮ１Ａと主負母線ＭＮＬに接続された負母線ＬＮ１Ｃの間に直列に接続され、ＥＣＵ３０からのＰＷＣ１，ＳＤ１，ＵＡ１の信号に従って、図示しないドライバー回路を介してオン・オフの動作を行う。また、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂは、それぞれスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂに逆並列に接続される。リアクトルＬ１の一方端は、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂの接続ノードに接続され、他方端は正極線ＰＬ１に接続された正極線ＬＮ１Ｂに接続される。平滑コンデンサＣ１は、正極線ＬＮ１Ｂと負極線ＮＬ１に接続された負母線ＬＮ１Ｃとの間に接続され、正極線ＬＮ１Ｂおよび負母線ＬＮ１Ｃ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１０−１はチョッパ回路１１−１からなる。コンバータ１０−１は、基本的には、各スイッチング周期内でＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣ１に従って、スイッチング素子Ｑ１ＡおよびＱ１Ｂが相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１０−１は、昇圧動作時には、蓄電装置１５−１から供給された直流電圧Ｖｂ１を直流電圧ＶＨ（インバータ２０−１，２０−２への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する）に昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ１Ａのオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１Ｂおよび逆並列ダイオードＤ１Ｂを介して、正母線ＬＮ１Ａへ供給することにより行なわれる。

また、コンバータ１０−１は、降圧動作時には、直流電圧ＶＨを直流電圧Ｖｂ１に降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１Ｂのオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１Ａおよび逆並列ダイオードＤ１Ａを介して、負母線ＬＮ１Ｃへ供給することにより行なわれる。これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比（ＶＨおよびＶｂ１の比）は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂのオン期間比（デューティ比）により制御される。なお、スイッチング素子Ｑ１ＡおよびＱ１Ｂをオフおよびオンにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝Ｖｂ１（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。

さらに、コンバータ１０−１は、ＥＣＵ３０からの信号ＵＡ１に従って、上アームのスイッチング素子Ｑ１Ｂがオンに固定されるとともに、下アームのスイッチング素子Ｑ１Ａがオフに固定される。このような動作によって、スイッチング損失を低減しつつ蓄電装置１５−１からの充放電電力の入出力が可能となる。

また、コンバータ１０−１は、ＥＣＵ３０からの信号ＳＤ１に従って、上下アームのスイッチング素子Ｑ１ＢおよびＱ１Ａの両方がオフに固定される。これにより、蓄電装置１５−１からの充放電電力の入出力を停止することができる。

コンバータ１０−２は、コンバータ１０−１と同様の構成を有する。コンバータ１０−１において、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂをスイッチング素子Ｑ２Ａ，Ｑ２Ｂにそれぞれ置き換え、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１ＢをそれぞれダイオードＤ２Ａ，Ｄ２Ｂに置き換え、リアクトルＬ１をリアクトルＬ２に置き換え、平滑コンデンサＣ１を平滑コンデンサＣ２に置き換え、正母線ＬＮ１Ａ，負母線ＬＮ１Ｃ，正極線ＬＮ１Ｂをそれぞれ正母線ＬＮ２Ａ，負母線ＬＮ２Ｃ，正極線ＬＮ２Ｂに置き換え、正極線ＰＬ１，負極線ＮＬ１をそれぞれ正極線ＰＬ２，負極線ＮＬ２に置き換え、チョッパ回路１１−１をチョッパ回路１１−２に置き換えた構成が、コンバータ１０−２の構成となる。

図３は、図１に示したＥＣＵ３０の制御ブロック図である。図３を参照して、ＥＣＵ３０は、コンバータ制御部２００とインバータ制御部１１０を含む。

コンバータ制御部２００は、電圧センサ４０−１で検出された電圧Ｖｂ１、電圧センサ４６で検出された電圧ＶＨ、および電流センサ５０−１で検出された電流Ｉｂ１を受け、これらに基づいてコンバータ１０−１のスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂをオン・オフさせるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号ＰＷＣ１を生成する。また、コンバータ１０−１を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ１および、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂをオフおよびオンにそれぞれ固定する上アームオン信号ＵＡ１を生成する。

そして、コンバータ制御部２００は、負荷装置の状態に応じて選択される動作モードに従って、ＰＷＭ信号ＰＷＣ１、シャットダウン信号ＳＤ１および上アームオン信号ＵＡ１のうちの１つを選択的にコンバータ１０−１へ出力する。

コンバータ制御部２００は、同様に、電圧センサ４０−２で検出された電圧Ｖｂ２、電圧センサ４６で検出された電圧ＶＨ、および電流センサ５０−２で検出された電流Ｉｂ１を受け、これらに基づいてコンバータ１０−２のスイッチング素子Ｑ２Ａ，Ｑ２Ｂをオン・オフさせるＰＷＭ信号ＰＷＣ２を生成する。また、コンバータ１０−２を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ２および、スイッチング素子Ｑ２Ａ，Ｑ２Ｂをオンおよびオフにそれぞれ固定する上アームオン信号ＵＡ２を生成する。

そして、コンバータ制御部２００は、負荷装置の状態に応じて選択される動作モードに従って、ＰＷＭ信号ＰＷＣ２、シャットダウン信号ＳＤ２および上アームオン信号ＵＡ２のうちの１つを選択的にコンバータ１０−２へ出力する。

インバータ制御部１１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ１，θ２、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０−１，２０−２に含まれる電力用半導体スイッチング素子をオン／オフするためのＰＷＭ信号ＰＷＩ１，ＰＷＭ２を生成し、その生成したＰＷＩ１，ＰＷＭ２をインバータ２０−１，２０−２へ出力する。

なお、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２は、たとえば、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度などに基づいて、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。

次に、図４を用いて、図３で示したコンバータ制御部２００におけるコンバータ１０−１，１０−２の制御を説明する。図４は、コンバータ１０−１，１０−２の電圧／電流制御を説明する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２００（図３）は、目標値設定部２１０と、電圧制御部２１５−１と、電流制御部２１５−２とを含む。図４の例では、通常制御時には、コンバータ１０−１が電圧制御されて、システム電圧ＶＨを目標電圧ＶＲに制御する一方で、コンバータ１０−２が電流制御されて、対応の蓄電装置１５−２の充放電電流を目標電流ＩＲに制御するものとする。

目標値設定部２１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク（代表的には、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２）および回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２（指令値あるいは、回転角θ１，θ２の検出に基づく検出値）、ならびに蓄電装置１５−１，１５−２のＳＯＣ１，ＳＯＣ２に基づいて、電圧制御されるコンバータの目標電圧ＶＲおよび、電流制御されるコンバータの目標電流ＩＲを生成する。

目標値設定部２１０は、モータジェネレータＭＧ１および／またはＭＧ２の力行動作時および回生制動時においては、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２および回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に応じて、システム電圧ＶＨが適切なレベルとなるように目標電圧ＶＲを設定する。たとえば、目標電圧ＶＲは予め設定されたマップによって設定される。なお、このマップは一般的にモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対して個別のマップが設定されており、各々のマップによって設定された目標電圧の最大値をシステム全体の目標電圧ＶＲとして設定する。また、目標電流ＩＲは、蓄電装置１５−１，１５−２間のＳＯＣが均衡するように考慮して設定されることが好ましい。

電圧制御部２１５−１は、減算部２２２−１，２２６−１と、ＰＩ制御部２２４−１と、変調部２２８−１とを含む。減算部２２２−１は、目標電圧ＶＲからシステム電圧ＶＨを減算し、その演算結果をＰＩ制御部２２４−１へ出力する。ＰＩ制御部２２４−１は、目標電圧ＶＲとシステム電圧ＶＨとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部２２６−１へ出力する。

減算部２２６−１は、電圧Ｖｂ１／目標電圧ＶＲで示されるコンバータ１０−１の理論昇圧比の逆数からＰＩ制御部２２４−１の出力を減算し、その演算結果をデューティ指令Ｔｏｎ１として変調部２２８−１へ出力する。変調部２２８−１は、デューティ指令Ｔｏｎ１と図示しない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいてＰＷＭ信号ＰＷＣ１を生成する。

電流制御部２１５−２は、減算部２２２−２，２２６−２と、ＰＩ制御部２２４−２と、変調部２２８−２とを含む。減算部２２２−２は、目標電流ＩＲから電流Ｉｂ２を減算し、その演算結果をＰＩ制御部２２４−２へ出力する。ＰＩ制御部２２４−２は、目標電流ＩＲと電流Ｉｂ２との偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部２２６−２へ出力する。

減算部２２６−２は、Ｖｂ２／ＶＲで示されるコンバータ１０−２の理論昇圧比の逆数からＰＩ制御部２２４−２の出力を減算し、その演算結果をデューティ指令Ｔｏｎ２として変調部２２８−２へ出力する。変調部２２８−２は、デューティ指令Ｔｏｎ２と図示されない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいてＰＷＭ信号ＰＷＣ２を生成する。

電圧制御部２１５−１は、目標電圧ＶＲに対してシステム電圧ＶＨが低い場合、および理論昇圧比の逆数（Ｖｂ１／ＶＲ）が低下した場合には、下アーム素子（Ｑ１Ａ）のオン期間比が上昇（または、上アーム素子（Ｑ１Ｂ）のオフ期間比が上昇）するように、ＰＷＭ信号ＰＷＣ１を生成する。

一方、電流制御部２１５−２は、蓄電装置１５−２からの出力電流Ｉｂ２が目標電流ＩＲよりも低い場合、および理論昇圧比の逆数（Ｖｂ２／ＶＲ）が上昇した場合には、下アーム素子（Ｑ２Ａ）のオン期間比が上昇するようにＰＷＭ信号ＰＷＣ２を生成する。

なお、電流制御部２１５−２は、蓄電装置１５−２の充電時、すなわち目標電流ＩＲが負値（ＩＲ＜０）に設定される場合には、目標電流ＩＲよりも電流Ｉｂ２（Ｉｂ２＜０）が低いときに（｜ＩＲ｜＜｜Ｉｂ２｜、すなわち充電電流過大時）、上アーム素子（Ｑ２Ｂ）のオン期間比が低下するようにＰＷＭ信号ＰＷＣ２を生成する。反対に、充電電流不足時（ＩＲ＜Ｉｂ２、すなわち｜ＩＲ｜＞｜Ｉｂ２｜のとき）には、上アーム素子（Ｑ２Ｂ）のオン期間比が上昇するようにＰＷＭ信号ＰＷＣ２が生成される。

図４に示した制御構成によって、上アーム素子Ｑ１Ｂおよび／またはＱ２Ｂならびに下アーム素子Ｑ１Ａおよび／またはＱ２Ａのスイッチング（オン・オフ）動作による、コンバータ１０−１の電圧制御およびコンバータ１０−２の電流制御によって、システム電圧ＶＨおよび蓄電装置１５−１，１５−２の充放電バランスを制御することができる。

これにより、本実施の形態の電源システムでは、力行動作時には、蓄電装置１５−１，１５−２から放電された電力を、負荷装置の入力電圧としてのシステム電圧ＶＨに変換して、電源配線（主正母線ＭＰＬ）に出力するように電力変換動作が実行される。一方、回生制動動作時には、電源配線（主正母線ＭＰＬ）上の充電電力により、蓄電装置１５−１，１５−２を充電するように電力変換動作が実行される。

なお、図４では、コンバータ１０−１によって電圧制御が実行される一方で、コンバータ１０−２によって電流制御が実行される構成例が示されるが、電圧制御および電流制御をいずれのコンバータで実行するかについては切換可能である。たとえば、蓄電装置１５−１，１５−２のＳＯＣ等に応じて、電圧制御／電流制御を行なうコンバータを切換えることが可能である。

図５は、図３に示したコンバータ制御部２００によるコンバータ１０−１，１０−２の動作モード制御の構成を説明する機能ブロック図である。

図５を参照して、コンバータ制御部２００（図３）は、コンバータ１０−１を制御するための電圧／電流制御部２２０−１と、上アームＯＮ指示部２３０−１と、シャットダウン指示部２３５−１と、指示選択部２４０−１とを含む。

さらに、コンバータ制御部２００は、コンバータ１０−２を制御するための電圧／電流制御部２２０−２と、上アームＯＮ指示部２３０−２と、シャットダウン指示部２３５−２と、指示選択部２４０−２と、蓄電装置１５−１，１５−２のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部２７０と、判定部２５０と、モード選択部２６０と、検出部２８０とを含む。

電圧／電流制御部２２０−１は、たとえば、図４に示した電圧制御部２１５−１および電流制御部２１５−２の一方によって構成され、目標電圧ＶＲに従った電圧制御または目標電流ＩＲに従った電流制御のためのＰＷＭ信号ＰＷＣ１を発生する。上アームＯＮ指示部２３０−１は、コンバータ１０−１を上アームオン固定するための上アームオン信号ＵＡ１を発生する。

シャットダウン指示部２３５−１は、コンバータ１０−１の動作を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ１を出力する。

指示選択部２４０−１は、モード選択部２６０からのモード制御信号ＭＳ１に従って、ＰＷＭ信号ＰＷＣ１、上アームオン信号ＵＡ１およびシャットダウン信号ＳＤ１のうちの１つをコンバータ１０−１へ出力する。

同様に、電圧／電流制御部２２０−２は、たとえば、図４に示した電圧制御部２１５−１および電流制御部２１５−２の一方によって構成され、目標電圧ＶＲに従った電圧制御または目標電流ＩＲに従った電流制御のためのＰＷＭ信号ＰＷＣ２を発生する。上アームＯＮ指示部２３０−２は、コンバータ１０−２を上アームオン固定するための上アームオン信号ＵＡ２を発生する。

シャットダウン指示部２３５−２は、コンバータ１０−２の動作を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ２を出力する。

指示選択部２４０−２は、モード選択部２６０からのモード制御信号ＭＳ２に従って、ＰＷＭ信号ＰＷＣ２、上アームオン信号ＵＡ２およびシャットダウン信号ＳＤ２のうちの１つをコンバータ１０−２へ出力する。

ＳＯＣ推定部２７０は、電圧センサ４０−１，４０−２で検出された電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２、電流センサ５０−１，５０−２で検出されたＩｂ１，Ｉｂ２、温度センサ６０−１，６０−２で検出された温度Ｔ１，Ｔ２などに基づいて、各蓄電装置１５−１，１５−２のＳＯＣ１，ＳＯＣ２を算出し、判定部２５０に出力する。このＳＯＣは、たとえば蓄電装置が満充電状態であるときに１００％であると定義され、蓄電装置が完全に放電した状態であるときに０％であると定義される。ＳＯＣ１（ＳＯＣ２）は、電圧Ｖｂ１（Ｖｂ２）や電流Ｉｂ１（またはＩｂ２）、温度Ｔ１（またはＴ２）などを用いて、種々の公知の手法により算出することができる。

モード選択部２６０は、負荷装置（インバータ２０−１，２０−２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）の駆動のために電源システムに対して要求される要求パワーＰＲと、目標値設定部２１０によって設定された目標電圧ＶＲとに基づいて、コンバータ１０−１，１０−２の動作モードを選択する。具体的には、モード選択部２６０は、コンバータ１０−１，１０−２の一方を電圧制御とし他方を電流制御とする「電圧／電流制御モード」、もしくは一方のコンバータの上アームスイッチング素子をオン固定に設定する一方で他方のコンバータの動作を停止させる「上アームオン固定モード」のいずれかを選択する。なお、この上アームオン固定モードについては、基本的には、１つの蓄電装置で充放電をまかなうことができ、かつ昇圧・降圧が不要であるような範囲内の任意の条件で選択される。

より詳細には、モード選択部２６０は、「電圧／電流制御モード」選択時には、ＰＷＣ１、ＰＷＣ２を選択してインバータ２０−１，２０−２に出力するように、指示選択部２４０−１，２４０−２に対してモード制御信号ＭＳ１，ＭＳ２を出力する。また、モード選択部２６０は、「上アームオン固定モード」選択時には、電圧Ｖｂ１，２およびＳＯＣ１，２などの蓄電装置１５−１，１５−２の状態に基づいて、上アームオン固定とするコンバータを選択する。そして、モード選択部２６０は、上アームオン固定と選択されたコンバータ側の指示選択部に対しては、上アームオン信号ＵＡ（ＵＡ１，ＵＡ２を総括的に表記するもの）が選択されるようにモード制御信号を設定する。一方、他方のコンバータ側の指示選択部に対してはシャットダウン信号ＳＤ（ＳＤ１，ＳＤ２を総括的に表記するもの）が選択されるようにモード制御信号を設定する。

また、モード選択部２６０は、上アームオン固定モード選択中に、判定部２５０から入力される上アームオン終了信号ＣＳＴＰがオンされた場合は、上アームオン固定モードを終了し「電圧／電流制御モード」を選択するように、モード制御信号ＭＳ１，ＭＳ２を設定する。

検出部２８０は、電流センサ５０−１，５０−２で検出されたＩｂ１，Ｉｂ２と、モード選択部２６０からのモード制御信号ＭＳ１，２との入力を受ける。そして、検出部２８０は、モード制御信号ＭＳ１，２のいずれかが、上アームオン固定モードである場合に、
上アームオン固定モードとなっているコンバータに対応する蓄電装置に入出力される電流の、上アームオン固定モード開始時からの電流積分値ΣＩｂを検出する。そして、その電流積分値ΣＩｂを判定部２５０に出力する。

より詳細には、所定時間における上記電流積分値ΣＩｂを検出することによって、検出部２８０は、蓄電装置から入出力された充放電量を算出することができる。そして、この算出された充放電量と蓄電装置の定格容量とから、ＳＯＣの変化量を算出することが可能となる。また、上アームオン固定モードの場合は、充放電を行っているときの電圧がほぼ一定であるので、検出した電流積分値ΣＩｂと充放電中の蓄電装置の電圧Ｖｂとによって、充放電電力を算出することも可能である。すなわち、上記で検出された電流積分値ΣＩｂは、充放電実動作中における蓄電装置のＳＯＣの変化量および充放電電力を反映するものと考えることもできる。したがって、本実施の形態では電流積分値ΣＩｂに基づいて上アームオン固定モードの終了判定を行っているが、これは電流Ｉｂに基づいてＳＯＣ推定を行っている場合のＳＯＣの変化量に基づいて判定を行うこと、および実際の充放電電力に基づいて判定を行うことを含む概念であるといえる。そのため、電流積分値ΣＩｂに基づいて上アームオン固定モードの終了判定を行うことにより、ＳＯＣ推定値（絶対値）を用いる場合と比較して、より正確かつ簡便に上アームオン固定モードを終了することが可能となるので、蓄電装置の過充電または過放電を確実に防止した上で、上アームオン固定モードを導入することが可能となる。

判定部２５０は、ＳＯＣ推定部２７０で推定されたＳＯＣ１，２、電圧センサ４６で検出された電圧ＶＨ、検出部２８０で検出された電流積分値ΣＩｂ、およびモード選択部２６０からのモード制御信号ＭＳ１，２の入力を受ける。そして、判定部２５０は、モード制御信号ＭＳ１，２のいずれかが、上アームオン固定モードである場合に、上記入力される信号の状態に基づいて上アームオン固定モードを終了するか否かを判定する。そして、判定部２５０は、上アームオン終了信号ＣＳＴＰをモード選択部２６０に出力する。この、上アームオン終了信号ＣＳＴＰは、上記の判定において、上アームオン固定モードを終了する場合にオンされる。

図６には、蓄電装置のＳＯＣと電圧との関係の例が示される。図中のＷ１がＳＯＣと電圧の関係を表す曲線の例である。蓄電装置に含まれる電池の種類によっては、図６に示すように、ＳＯＣの中間部（図中の領域Ａ２）において、ＳＯＣの変化に対して電圧の変化が小さくなってしまうことがある。そのため、蓄電装置の出力電圧Ｖｂ（Ｖｂ１，Ｖｂ２を総括的に表記するもの）や温度Ｔ（Ｔ１，Ｔ２を総括的に表記するもの）などに基づいてＳＯＣを推定した場合、たとえば実際には図中のｂ２の状態であったときであっても、検出誤差などによって、図中のｂ１の状態と推定する可能性がある。このような場合は、蓄電装置への充電を行う際に、実際には蓄電装置のＳＯＣが大きいにも関らず、実際よりもＳＯＣを小さい（充電電力に余裕がある）と推定してしまうこととなる。そのため、ＳＯＣ推定値のみに過度に依存して上アームオン固定モードの終了を判定してしまうと、実際に可能な充電電力以上の電力が入力されて過充電となってしまうおそれがある。

そのために、本実施の形態１においては、図５の説明にて述べたように、上アームオン固定モードの終了判定として、電流積分値ΣＩｂを制限することによって、蓄電装置に対する過大な充放電電力を抑制する。これによって、上アームオン固定モード時の過充電・過放電を防止することが可能となる。

図７は、図５の機能ブロック図で示した上アームオン固定モードの終了判定制御処理を詳細に説明するフローチャートである。図７を始めとして、以降に示すフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ３０に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

なお、図７においては、蓄電装置を充電する場合について説明する。また、本フローチャートは、各コンバータに対応して個別に適用されるが、図７ではコンバータ１０−１に対して適用した場合について説明する。

図７を参照して、ＥＣＵ３０は、まずステップ（以下、ステップをＳと略す。）４００において、蓄電装置１５−１の電流Ｉｂ１、電圧Ｖｂ１、および温度Ｔ１、システム電圧ＶＨ、要求パワーＰＲ等の各データを取得するとともに、取得したデータに基づいてＳＯＣ１を推定する。

次に、ＥＣＵ３０は、Ｓ４１０にて判定に必要となる、ＳＯＣの上下限値および電流積分基準値などの基準値を設定する。なお、上記電流積分基準値は、所定の固定値と設定してもよいし、該当の蓄電装置の上アームオン固定開始時のＳＯＣ推定値によって可変にするように設定してもよい。たとえば、ＳＯＣ推定値が増加するにしたがって、徐々に電流積分基準値が変化するように設定してもよいし、ＳＯＣ推定値が大きい領域、中程度の領域、小さい領域のように区分して、各区分ごとに電流積分基準値を設定することとしてもよい。このようにすることで、充電時であれば、ＳＯＣ推定値が小さい場合は、たとえＳＯＣ推定値に多少の誤差があった場合でも、過充電となるまでには充電電力に十分余裕があるので、電流積分基準値を大きく設定して上アームオン固定を実施する期間を可能な限り長くすることで、スイッチング損失の低減を優先することができる。

そして、次に、ＥＣＵ３０は、Ｓ４２０において、上アームオン固定モード選択中であるか否かを判定する。

上アームオン固定モードでない場合（Ｓ４２０にてＮＯ）、すなわち「電圧／電流制御モード」である場合には、Ｓ５００に制御が移され、ＥＣＵ３０は、引き続き「電圧／電流制御モード」を選択する。そして、Ｓ４９０にてコンバータ１０−１にＰＷＭ信号ＰＷＣ１を出力する。

一方、上アームオン固定モードである場合（Ｓ４２０にてＹＥＳ）は、次にＥＣＵ３０は、蓄電装置１５−１，１５−２の状態に基づいて、当該コンバータが上アームオン固定対象のコンバータか否かを判定する（Ｓ４３０）。具体的には、ＳＯＣ１および２、または電圧Ｖｂ１およびＶｂ２の比較に基づいて判定が行われる。

上アームオン固定対象のコンバータではない場合（Ｓ４３０にてＮＯ）は、処理がＳ５１０に移され、ＥＣＵ３０は、当該コンバータのスイッチング動作を停止するように選択する。そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ４９０にて、当該コンバータにシャットダウン信号ＳＤ１を出力する。

また、当該コンバータが上アームオン固定対象のコンバータである場合（Ｓ４３０にてＹＥＳ）は、次にＳ４４０にて、蓄電装置の充電状態、車両の走行状態および負荷装置の状態に基づいて、上アームオン固定の開始条件が成立しているか否かが判定される。

そして、上アームオン固定の開始条件が不成立の場合（Ｓ４４０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３０は上アームオン固定モードを終了し、Ｓ５００に処理が移されて「電圧／電流制御モード」が選択される。そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ４９０にてコンバータ１０−１にＰＷＭ信号ＰＷＣ１を出力する。

一方、上アームオン固定の開始条件が成立している場合（Ｓ４４０にてＹＥＳ）は、次にＳ４５０に処理が移される。そして、Ｓ４５０では、Ｓ４００で推定した上アームオン固定モードに選択されたコンバータに対応する蓄電装置のＳＯＣ推定値が、蓄電装置の充電可能な管理上限として設定されるＳＯＣ上限値を超過しているか否かが判定される。

ＳＯＣ推定値が上記のＳＯＣ上限値を超過している場合（Ｓ４５０にてＮＯ）は、たとえＳＯＣ推定値に多少の誤差があって実際よりも過大に推定していたとしても、それ以上の充電によって過充電となる可能性が非常に高いといえる。そのため、このような場合には、過充電を防止を優先するために、Ｓ５００に処理が移されて、直ちに上アームオン固定モードが終了されるとともに「電圧／電流制御モード」が選択される。そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ４９０にてコンバータ１０−１にＰＷＭ信号ＰＷＣ１を出力する。

一方、Ｓ４５０にて、ＳＯＣ推定値が上記のＳＯＣ上限値以下の場合（Ｓ４５０にてＹＥＳ）は、次にＳ４６０に処理が移され、インバータ２０−１，２０−２からの回生電流、すなわち蓄電装置への充電電流の積分処理が行われる。これによって、上アームオン固定モードが開始されてからの、上アームオン固定モード中の電流積分値ΣＩｂを得ることができる。なお、本実施の形態においては、上述のように充電電流を負値として表す。

次に、ＥＣＵ３０は、Ｓ４７０にて、Ｓ４６０で処理した電流積分値ΣＩｂの絶対値がＳ４１０にて設定した電流積分基準値を超過するか否かを判定する。

電流積分値ΣＩｂの絶対値が電流積分基準値を超過する場合（Ｓ４７０にてＮＯ）は、Ｓ５００に処理が移されて、上アームオン固定モードが終了され「電圧／電流制御モード」が選択される。そして、Ｓ４９０にてコンバータ１０−１にＰＷＭ信号ＰＷＣ１を出力する。

一方、電流積分値ΣＩｂの絶対値が電流積分基準値以下の場合（Ｓ４７０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３０は、引き続き上アームオン固定モードを選択する（Ｓ４８０）。そして、コンバータ１０−１の上アームのスイッチング素子Ｑ１Ｂをオン固定とするとともに、下アームのスイッチング素子Ｑ１Ａをオフに固定するように、コンバータ１０−１に対し上アームオン信号ＵＡ１を出力する（Ｓ４９０）。

このような構成とすることにより、複数組の蓄電装置および電力変換装置を備える電源システムにおいて、充電電流の積分値に基づいて、コンバータの上アームオン固定モードを終了することが可能となる。その結果、ＳＯＣ推定値の精度に依存することなく、過充電となることを防止することができる。なお、上記で説明した図７のフローチャートにおいては、Ｓ４５０のステップがなくとも上述の効果を得ることができる。また、コンバータ１０−２についても、上述の同様の処理が適用される。

なお、上記では蓄電装置を充電する場合について説明したが、蓄電装置から放電する場合についても同様の処理が可能である。この場合、電流の積分値については、回生電流ではなく蓄電装置からの放電電流の積分値によって判定を行うこととすればよい。また、Ｓ４５０におけるＳＯＣ推定値と制限値との比較については、ＳＯＣ上限値に代えてＳＯＣ下限値と比較し、ＳＯＣ推定値がＳＯＣ下限値より小さい場合に上アームオン固定モードを終了することとすればよい。また、充電時と放電時において、上記判定を行うための電流積分基準値は異なる値としてもよい。

また、一度上記のフローチャートの処理に従って上アームオン固定モードが終了されて「電圧／電流制御モード」が選択された場合であっても、その後再度上アームオン固定モードを選択可能な条件が整えば、その時点で上アームオン固定モードの選択を再開することができる。このとき、蓄電装置の状態（ＳＯＣ，電圧など）によって、前回上アームオン固定としたコンバータと同じコンバータを再度選択してもよいし、前回シャットダウンしていた他方のコンバータを上アームオン固定に選択してもよい。

［実施の形態１の変形例］
上記の実施の形態１では、ＳＯＣ推定値が蓄電装置のＳＯＣ上下限範囲内において、上アームオン条件が成立しているときには、常に電流積分値ΣＩｂにより上アームオン固定モードの終了判定を行う場合について説明した。

実施の形態１の変形例では、ＳＯＣ推定値がＳＯＣ上下限範囲内であっても、ＳＯＣ推定値を考慮して、電流積分値ΣＩｂによる上アームオン固定モードの終了判定を省略する場合について説明する。

実施の形態１の場合、ＳＯＣが比較的小さい領域において、電流積分値ΣＩｂによる充放電電力によって上アームオン固定モードを終了すると、まだＳＯＣに十分余裕がある場合であっても、通常の「電圧／電流制御モード」となってしまい、スイッチング損失低減効果が小さくなる場合がある。

図６に示したように、ＳＯＣが小さい領域（図６中の領域Ａ１）やＳＯＣが大きい領域（図６中の領域Ａ３）では、ＳＯＣの変化に対する電圧の変化が大きいため、ＳＯＣ推定値の信頼性が比較的高くなる一方で、図６中の領域Ａ２ではＳＯＣ推定値の信頼性が相対的に低くなる。そのため、たとえば充電の場合には、ＳＯＣが小さい領域（Ａ１）では、電流積分値ΣＩｂによる上アームオン固定モードの終了判定を行わず上アームオン固定を継続する一方で、ＳＯＣ推定値が所定のＳＯＣ基準値（たとえば図６中のＳ１）以上となったときから、電流積分値ΣＩｂによる上アームオン固定モードの終了判定を行う手法をとることも可能である。これにより、ＳＯＣ推定値の信頼性が比較的高い領域ではスイッチング損失の低減を優先しつつ、ＳＯＣ推定値の信頼性が相対的に低い領域では過充電防止を優先することが可能となる。

図８に、本変形例における上アームオン固定モードの終了判定制御処理を説明するフローチャートである。図８は、実施の形態１で示した図７のフローチャートにＳ４５１が追加されたものとなっている。なお、図７と重複するステップについては説明は繰り返さない。

図８を参照して、Ｓ４５０にて、ＳＯＣ推定値がＳＯＣ上限値以下の場合（Ｓ４５０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３０は、次にＳ４５１に処理を進め、ＳＯＣ推定値が所定のＳＯＣ基準値より小さいか否かを判定する。ここで、この所定のＳＯＣ基準値は、たとえば図６におけるＳ１のように、ＳＯＣ上限値より小さく、かつＳＯＣの変化に対する電圧の変化が小さくなる領域、すなわちＳＯＣ推定値の信頼性が低くなる領域を区別できるような値に設定することが好ましい。

そして、ＳＯＣ推定値が上記所定のＳＯＣ基準値より小さい場合（Ｓ４５１にてＹＥＳ）、すなわちＳＯＣ推定値の信頼性が比較的高く、かつ蓄電装置の充電電力に余裕のある領域であるような場合は、ＥＣＵ３０は、Ｓ４６０およびＳ４７０の回生電流の積分処理と、その電流積分値ΣＩｂに基づく上アームオン固定モードの終了判定処理をスキップして、Ｓ４８０の処理に進んで上アームオン固定モードの継続を選択する。そして、該当コンバータの上アームのスイッチング素子をオン固定するとともに、下アームのスイッチング素子をオフに固定するように、該当のコンバータに対し上アームオン信号ＵＡを出力する（Ｓ４９０）。

一方、ＳＯＣ推定値が所定のＳＯＣ基準値以上の場合（Ｓ４５１にてＮＯ）、すなわちＳＯＣ推定値の信頼性が低い領域または蓄電装置の充電電力にあまり余裕がない領域であるような場合は、実施の形態１と同様に、Ｓ４６０に処理が移されて、電流積分値ΣＩｂによる上アームオン固定モードの終了判定を行う。

このような構成とすることによって、ＳＯＣ推定値の信頼性が比較的高く、かつ蓄電装置の充電電力（放電の場合は放電電力）に余裕のある領域においては、過充電（放電の場合は過放電）となる可能性が低いので、上アームオン固定モードを継続することでスイッチング損失の改善を優先するとともに、ＳＯＣ推定値の信頼性が低い領域または充電電力（放電の場合は放電電力）にあまり余裕がない領域においては、電流積分値ΣＩｂによる上アームオン固定モードの終了判定を行うことにより、過充電（放電の場合は過放電）の防止を優先して行うことができる。

なお、本説明においても蓄電装置に充電する場合について説明したが、実施の形態１での説明と同様に、放電する場合についても適用可能である。すなわち、Ｓ４５１においては、ＳＯＣ推定値が所定のＳＯＣ基準値以下の場合に、放電電流積分値ΣＩｂによる上アームオン固定モードの終了判定を行うように処理を実行すればよい。

上記の充電時における所定のＳＯＣ基準値以上の領域が、本発明における「第１の領域」に対応し、放電時における所定のＳＯＣ基準値以下の領域が、本発明における「第２の領域」に対応する。

［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１による判定に加えて、システム電圧ＶＨの急激な変化が起こった場合に、上アームオン固定モードの終了判定をさらに行う場合について説明する。

上アームオン固定モード選択時には、システム電圧ＶＨと充電装置の電圧Ｖｂがほぼ同じであって、コンバータによる昇圧および降圧動作が不要な状態であることが必要である。しかしながら、急ブレーキや急加速をしたような場合は、充電または放電の要求パワーが急変するために、システム電圧ＶＨが急激に増減する。

このような場合、充電時には過大な回生パワーが短時間に蓄電装置に入力されることとなり、一方、放電時には過大な放電パワーが短時間に蓄電装置から出力されることになる。そのため、平滑コンデンサＣによって吸収ができないような急激なシステム電圧ＶＨの変動が発生した場合に、ＳＯＣの状態および電流積分値の状態によっては、上アームオン固定モードの終了判定が遅れてしまい、蓄電装置の過充電・過放電となってしまう可能性がある。

そのため、実施の形態２では、システム電圧ＶＨの所定時間あたりの変化量を監視することによって、上アームオン固定モードの終了判定をさらに行うことで、急激な充電・放電パワーの変動があった場合に速やかに上アームオン固定モードを終了できるようにする。

図９は、実施の形態２における上アームオン固定モードの終了判定制御処理を説明するフローチャートである。図９は、実施の形態１で示した図７のフローチャートにＳ４１５が追加されたものとなっている。なお、図７と重複するステップについては説明は繰り返さない。また、本説明についても蓄電装置に充電する場合について説明するが、実施の形態１での説明と同様に、放電の場合についても適用可能である。また、本実施の形態２は実施の形態１の変形例についても同様に適用可能である。

図９を参照して、Ｓ４１０にて判定に必要な各基準値を設定後、ＥＣＵ３０は、Ｓ４１５にてシステム電圧ＶＨの単位時間あたりの変化量を検出することによって、その変化量が所定の電圧変化量基準値（閾値）より小さいか否か、すなわち急激な電圧変動が発生しているか否かを判定する。

ここで、判定に用いるシステム電圧ＶＨの変化量については、電圧センサ４６の検出誤差に起因する変動の影響を少なくするように、たとえば制御周期のｎ回分（ｎ：自然数）の移動平均値の変化量などを用いることが好ましい。

そして、システム電圧ＶＨの変化量が所定の電圧変化量基準値以上の場合（Ｓ４１５にてＮＯ）は、処理がＳ５００に移され、上アームオン固定モードが終了されるとともに、「電圧／電流制御モード」が選択される。そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ４９０にて該当コンバータに対しＰＷＭ信号を出力する。

一方、システム電圧ＶＨの変化量が所定の電圧変化量基準値より小さい場合（Ｓ４１５にてＹＥＳ）は、Ｓ４２０に処理が移され、実施の形態１と同様にＳ４２０以降の処理が実施される。

このような構成とすることによって、急激な充放電パワーの変化によってシステム電圧ＶＨが急変した場合には、速やかに上アームオン固定モードを終了し、蓄電装置が過充電・過放電となることが防止できる。

なお、実施の形態１、変形例および実施の形態２においては、２つのコンバータとそれぞれに対応する蓄電装置を備えた電源システムについて説明したが、３つ以上のコンバータおよび蓄電装置を備えた電源システムについても適用可能である。この場合、上アームオン固定モード選択中には、上アームオン固定となるコンバータに対し１つの蓄電装置が対応する形態となるようにすれば、コンバータと蓄電装置が同数で１対１に接続される形態としてもよいし、ある１つのコンバータに複数の蓄電装置が接続されシステムリレー等によって切替る形態としてもよい。また、コンバータ、蓄電装置とも１つの電源システムについても、適用可能である。

なお、コンバータ１０−１，１０−２が本発明の「電力変換装置」に対応する。ＥＣＵ３０が本発明の「制御装置」に対応する。また、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＰＬが本発明による「電力線」に対応する。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が本発明の「回転電機」に対応する。また、充電時のＳ４５０での判定に用いたＳＯＣ上限値が本発明の「第１の残存容量基準値」に対応し、放電時のＳ４５０での判定に用いたＳＯＣ下限値が本発明の「第２の残存容量基準値」に対応する。

なお、上述した機能ブロック図およびフローチャートについては、記載したすべての機能ブロックおよびステップを備えることは必須ではなく、必要に応じて一部の機能ブロック、ステップを省略することが可能であることを、確認的に述べておく。

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。

実施の形態１に従う、電動車両の全体ブロック図である。 実施の形態１による、コンバータの構成を示す図である。 実施の形態１による、ＥＣＵの制御ブロック図である。 実施の形態１による、コンバータ制御部におけるコンバータの制御を説明する図である。 実施の形態１による、コンバータ制御部によるコンバータの動作モード制御の構成を説明する機能ブロック図である。 蓄電装置の残存容量ＳＯＣと端子電圧との関係の例を示す図である。 実施の形態１における上アームオン固定モードの終了判定制御処理を説明するフローチャートである。 変形例における上アームオン固定モードの終了判定制御処理を説明するフローチャートである。 実施の形態２における上アームオン固定モードの終了判定制御処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

２ エンジン、４ 動力分割機構、６ 車輪、１０−１，１０−２ コンバータ、１１−１，１１−２ チョッパ回路、１５−１，１５−２ 蓄電装置、２０−１，２０−２ インバータ、３０ ＥＣＵ、４０−１，４０−２，４６ 電圧センサ、５０−１，５０−２ 電流センサ、６０−１，６０−２ 温度センサ、８０ 電源システム、９０ 負荷装置、１００ 電動車両、１１０ インバータ制御部、２００ コンバータ制御部、２１０ 目標値設定部、２１５−１ 電圧制御部、２１５−２ 電流制御部、２２０−１，２２０−２ 電圧／電流制御部、２２２−１，２２２−２，２２６−１，２２６−２ 減算部、２２４−１，２２４−２ ＰＩ制御部、２２８−１，２２８−２ 変調部、２３０−１，２３０−２ 上アームＯＮ指示部、２３５−１，２３５−２ シャットダウン指示部、２４０−１，２４０−２ 指示選択部、２５０ 判定部、２６０ モード選択部、２７０ ＳＯＣ推定部、Ｃ，Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、ＣＳＴＰ 上アームオン終了信号、Ｄ１Ａ，Ｄ１Ｂ，Ｄ２Ａ，Ｄ２Ｂ ダイオード、Ｉｂ１，Ｉｂ２ 電流、ＩＲ 目標電流、Ｌ１，Ｌ２ リアクトル、ＬＮ１Ａ，ＬＮ２Ａ 正母線、ＬＮ１Ｂ，ＬＮ２Ｂ 正極線、ＬＮ１Ｃ，ＬＮ２Ｃ 負母線、ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２ モータ電流、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＭＮＬ 主負母線、ＭＰＬ 主正母線、ＭＲＮ１，ＭＲＮ２ 回転速度、ＭＳ１，ＭＳ２ モード制御信号、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＰＲ 要求パワー、Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ａ，Ｑ２Ｂ 電力用半導体スイッチング素子、Ｔ１，Ｔ２ 温度、ＴＲ１，ＴＲ２ トルク指令値、Ｖｂ１，Ｖｂ２，ＶＨ 電圧、ＶＲ 目標電圧、θ１，θ２ 回転角。

Claims (9)

1. 負荷装置と双方向に電力の授受が可能な電源システムであって、
   複数の蓄電装置と、
   前記負荷装置と接続される電力線と前記複数の蓄電装置との間にそれぞれ接続され、各々が、前記複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と前記電力線との間で双方向に直流電力変換を行うための複数の電力変換装置と、
   前記複数の電力変換装置の動作を制御する制御装置と、
   各前記蓄電装置に対応して設けられ、各前記蓄電装置に入出力される電流を検出するための電流検出器とを備え、
   各前記電力変換装置は、
   前記対応する蓄電装置および前記電力線の間に挿入接続される電力用半導体スイッチング素子と、
   前記蓄電装置から前記電力線に向かう方向を順方向として、前記電力用半導体スイッチング素子と並列に接続される整流素子とを含み、
   前記制御装置は、
   所定条件の成立に応答して開始される、前記複数の電力変換装置のうちの、１つの電力変換装置において前記電力用半導体スイッチング素子をオン固定するとともに、残余の電力変換装置の動作を停止する所定動作モードの終了を判定するための判定部と、
   前記電力用半導体スイッチング素子をオン固定した前記１つの電力変換装置に対応する蓄電装置に入出力される前記電流を、前記所定動作モードの開始時から積分した電流積分値を検出する検出部とを含み、
   前記判定部は、前記電流積分値に基づいて前記所定動作モードを終了させる、電源システム。
2. 前記制御装置は、
   各前記蓄電装置の状態に基づいて、各前記蓄電装置の残存容量推定値を算出する推定部をさらに備え、
   前記判定部は、前記検出部による前記電流積分値と前記推定部による前記残存容量推定値との両方に基づいて、前記所定動作モードを終了させる、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記判定部は、前記電流積分値と所定の基準値との比較に基づいて前記所定動作モードを終了させるとともに、前記所定動作モード開始時における前記残存容量推定値に応じて前記基準値を可変とする、請求項２に記載の電源システム。
4. 前記判定部は、前記電力用半導体スイッチング素子をオン固定した前記１つの電力変換装置に対応する蓄電装置の充電時には、前記残存容量推定値が、前記残存容量推定値の信頼性が相対的に低下する残存容量領域に対応して予め定義される第１の領域のときには、前記電流積分値に基づいて前記所定動作モードを終了させる一方で、前記残存容量推定値が前記第１の領域より小さいときには、前記所定動作モードを継続させる、請求項２に記載の電源システム。
5. 前記判定部は、前記電力用半導体スイッチング素子をオン固定した前記１つの電力変換装置に対応する蓄電装置の放電時には、前記残存容量推定値が、前記残存容量推定値の信頼性が相対的に低下する残存容量領域に対応して予め定義される第２の領域のときには、前記電流積分値に基づいて前記所定動作モードを終了させる一方で、前記残存容量推定値が前記第２の領域より大きいときには、前記所定動作モードを継続させる、請求項２に記載の電源システム。
6. 前記判定部は、前記電力用半導体スイッチング素子をオン固定した前記１つの電力変換装置に対応する蓄電装置の充電時には、前記残存容量推定値が、前記蓄電装置の充電限界として設定される所定の第１の残存容量基準値よりも上昇したときには、前記電流積分値にかかわらず前記所定動作モードを終了する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電源システム。
7. 前記判定部は、前記電力用半導体スイッチング素子をオン固定した前記１つの電力変換装置に対応する蓄電装置の放電時には、前記残存容量推定値が、前記蓄電装置の放電限界として設定される所定の第２の残存容量基準値より低下したときには、前記電流積分値にかかわらず前記所定動作モードを終了する、請求項２、請求項３または請求項５のいずれか１項に記載の電源システム。
8. 前記負荷装置に入出力される電力の電圧を検出するための電圧検出器をさらに備え、
   前記判定部は、前記電圧検出器によって検出された電圧の所定時間あたりの変化量が所定の電圧変化量基準値を超過したときは、前記電流積分値にかかわらず前記所定動作モードを終了する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源システム。
9. 前記負荷装置と、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記電源システムとを備えた電動車両であって、
   前記負荷装置は、
   車両駆動力を発生するように構成された回転電機と、
   前記電力線および前記回転電機の間に接続され、前記電力線と前記回転電機との間で双方向に電力変換を行なうように構成されたインバータ装置とを含む、電動車両。

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