JP6489111B2 - 電気自動車用の電源システム - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、電気自動車の走行用のモータに電力を供給する電源システムに関する。本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車が含まれる。

電気自動車は、バッテリと、そのバッテリの直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータを含む電源システムを備える。そのような電源システムの中には、バッテリとインバータの間に電圧コンバータを備えるものがある（特許文献１、２）。多くの電気自動車では、制動の際に車両の慣性エネルギを利用してモータで発電し、その電力（回生電力）をインバータが直流に変換し、バッテリを充電する。それゆえ、電源システムの電圧コンバータは、バッテリの電圧を昇圧してインバータへ出力する昇圧機能と、インバータから供給される回生電力の電圧を降圧してバッテリへ出力する降圧機能の双方を備える必要がある。そのような電圧コンバータは、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと呼ばれる。

典型的な双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、２個のスイッチング素子と、２個のダイオードと、リアクトルを備えている。２個のスイッチング素子は、インバータ側の正極端と負極端の間に直列に接続されている。夫々のダイオードは、夫々のスイッチング素子に逆並列に接続されている。リアクトルは、バッテリ側の正極端と、２個のスイッチング素子の直列接続の中点との間に接続されている。コントローラは、夫々のスイッチング素子を制御する。以下では、説明の便宜上、直列に接続された２個のスイッチング素子のうち、正極端側のスイッチング素子を上アーム素子と称し、負極端側のスイッチング素子を下アーム素子と称する場合がある。

特許文献１、２に開示されている電源システムの電圧コンバータも、上記した回路構成を備えている。コントローラは、夫々のスイッチング素子に対して駆動信号を供給する。駆動信号は、典型的には、所定のデューティ比のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ）信号である。特許文献１の電源システムの電圧コンバータは、リアクトルの温度が高くなったときに、下アーム素子のオンオフ動作を制限し、リアクトルを流れる電流を抑制する。また、特許文献２の電源システムでは、電圧コンバータの部品の負荷を抑えるべく、２個の電圧コンバータが並列に接続されている。なお、特許文献２には、上アーム素子をオンに固定し、下アーム素子をオフに固定する場合があることが述べられている。その場合、電圧コンバータは、バッテリの電圧をそのままインバータ側に出力する。以下では、説明の便宜上、上アーム素子をオンに固定し、下アーム素子をオフに固定する制御を上アームオン固定制御と称する。

特開２００９−１５９７４８号公報 特開２０１６−１００９３６号公報

バッテリとインバータの間で２個の電圧コンバータを並列に接続した電源システムの場合、電圧コンバータの固体差などにより、一方の電圧コンバータの温度が他方の電圧コンバータの温度よりも高くなる場合がある。電圧コンバータの固体差の例としては、電圧コンバータに付随する冷却器の性能差や、定格電流の差などがある。本明細書は、２個の電圧コンバータの並列接続を採用した電源システムにおいて、上アーム素子をオンに固定し、下アーム素子をオフに固定する制御（上アームオン固定制御）を実行しているときに、一方の電圧コンバータの温度が高くなりすぎたときに、可能な限りインバータ（モータ）への供給電力を低下させずに、その電圧コンバータの温度上昇を抑制する技術を提供する。

本明細書が開示する電源システムは、バッテリと、インバータと、第１電圧コンバータと、第２電圧コンバータと、コントローラを備えている。インバータは、走行用のモータに交流電力を供給する。第１電圧コンバータは、バッテリとインバータの間に接続されている。第２電圧コンバータは、第１電圧コンバータと並列に接続されている。第１電圧コンバータと第２電圧コンバータの夫々は、２個のスイッチング素子と２個のダイオードとリアクトルを備えている。２個のスイッチング素子は、インバータ側の正極端と負極端の間に直列に接続されている。２個のダイオードの夫々は、夫々のスイッチング素子に逆並列に接続されている。リアクトルは、２個のスイッチング素子の直列接続の中点とバッテリ側の正極端の間に接続されている。先に述べたように、２個のスイッチング素子のうち、正極端側のスイッチング素子が上アーム素子に相当し、負極端側のスイッチング素子が下アーム素子に相当する。

本明細書が開示する電源システムは、さらに、第１電圧コンバータの温度を取得する温度取得手段と、第２電圧コンバータを流れる電流の大きさを取得する電流取得手段を備えている。コントローラは、上記した上アームオン固定制御を実行しているときに、第１電圧コンバータの温度と第２電圧コンバータを流れる電流をモニタしており、以下の（１）と（２）の制御が実行可能である。（１）第１電圧コンバータの温度が温度閾値よりも高くなり、かつ、第２電圧コンバータを流れる電流が電流閾値よりも高い場合は、コントローラは、第１及び第２電圧コンバータに対して上アームオン固定制御を継続するとともにバッテリの出力を低減する。（２）第１電圧コンバータの温度が温度閾値よりも高くなり、かつ、第２電圧コンバータを流れる電流が電流閾値よりも低い場合は、コントローラは、第１電圧コンバータに対する上アームオン固定制御を解除する。そして、コントローラは、第１電圧コンバータの下アーム素子を第１デューティ比でスイッチングするとともに、第１電圧コンバータの上アーム素子を、第１電圧コンバータの下アーム素子のオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングする第１スイッチング制御を開始する。第２電圧コンバータに対しては、コントローラは、上アームオン固定制御を継続するか、あるいは、上アームオン固定制御を解除して次の第２スイッチング制御を開始する。第２スイッチング制御とは、第２電圧コンバータの下アーム素子を第１デューティ比よりも小さい第２デューティ比でスイッチングするとともに、第２電圧コンバータの上アーム素子を、第２電圧コンバータの下アーム素子のオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングする制御である。なお、上アーム素子を下アーム素子のオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングすることで、回生電力が生成されたときに、電圧コンバータはインバータから供給される回生電力の電圧を降圧してバッテリへ出力することが可能となる。第１デューティ比はゼロ以外で任意に選定してよい。第２デューティ比は、第１デューティ比よりも小さければ、任意に選定してよい。

（２）の処理により、第１電圧コンバータを流れる電流が減少し、その分、第２電圧コンバータを流れる電流が増える。第１電圧コンバータを流れる電流が減少するので、第１電圧コンバータの温度上昇を抑えることができる。一方、第１電圧コンバータの出力電力の減少分は、第２電圧コンバータが補うので、インバータ（モータ）に供給される電力は下がることがなく、自動車の走行性能は下がらない。なお、第２電圧コンバータを流れる電流が電流閾値に等しい場合を（１）と（２）のどちらに振り分けるかは任意でよい。

（２）の処理により第１電圧コンバータを流れる電流が減少するのは次の理由による。上アームオン固定制御を解除して第１電圧コンバータに対して上記した第１スイッチング制御を開始すると、スイッチングによって電流の向きが変化して交流電流になり、その結果、リアクトルの自己インダクタンスによって電流が減少する。また、第２電圧コンバータの温度をモニタするのではなく、電流をモニタするのは、瞬時に第２電圧コンバータに過電流が流れることを防止するためと、第２電圧コンバータの負荷を知るためである。第２電圧コンバータの負荷に余裕があれば（即ち、第２電圧コンバータを流れる電流が電流閾値より小さければ）、第１電圧コンバータの出力減少分を第２電圧コンバータで補えるからである。

第２電圧コンバータを流れる電流が電流閾値よりも高い場合は（即ち、第２電圧コンバータの負荷が大きい場合は）、第１電圧コンバータで減少する出力電力を第２電圧コンバータで補うことができないので、その場合は、（１）の処理を実行し、第１電圧コンバータと第２電圧コンバータを流れる電流を抑制する。この場合は、インバータ（モータ）へ供給される電力の減少を許容する。上記した電源システムは、第１電圧コンバータが過熱した場合、第１電圧コンバータを流れる電流を減少させるとともに、可能であれば、第１電圧コンバータの出力電力の減少分を第２電圧コンバータで補い、２個の電圧コンバータの総出力を保持する。

第１電圧コンバータは、複数の部品の夫々の温度を取得する部品温度取得手段を備えており、コントローラは、複数の部品のいずれかの温度が当該部品に対応した前記温度閾値よりも高くなった場合、当該部品の温度を第１電圧コンバータの温度として扱うとよい。そのような構成によって、第１電圧コンバータの複数の部品を過熱から保護することができる。

第１電圧コンバータの温度が第２電圧コンバータの温度よりも高くなる傾向にあってよい。例えば、電圧コンバータに付随する冷却器の性能差や、定格電流の差などにより、第１電圧コンバータは第２電圧コンバータよりも温度が高くなりやすい場合がある。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電源システムを含む電気自動車の電力系のブロック図である。 第１電圧コンバータのリアクトルの温度が温度閾値を超えたときの第１、第２電圧コンバータの動作のタイムチャートである。 第１電圧コンバータのリアクトルの温度が温度閾値を超えたときの第１、第２電圧コンバータの動作のタイムチャートである（変形例）。 変形例の電圧コンバータのブロック図である。

図面を参照して実施例の電源システム１００を説明する。図１に、電源システム１００を含む電気自動車の電力系のブロック図を示す。図１において、走行用のモータ３０を除くシステムが電源システム１００である。実施例の電源システム１００は、バッテリ１１、システムメインリレ−１３、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂ、及び、インバータ２０を備えている。電気自動車は、バッテリ１１の電力でモータ３０を駆動して走行する。インバータ２０が、バッテリ１１の直流電力を交流電力に変換してモータ３０に供給する。

バッテリ１１とインバータ２０の間には、第１電圧コンバータ１０ａが接続されている。バッテリ１１とインバータ２０の間には、第１電圧コンバータ１０ａと並列に第２電圧コンバータ１０ｂが接続されている。第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂとバッテリ１１の間には、システムメインリレ−１３が接続されている。システムメインリレ−１３、第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂ、インバータ２０は、コントローラ１９によって制御される。なお、図１では、コントローラ１９がひとつの矩形で描かれているが、コントローラ１９の機能は、複数のプロセッサが協働することによって実現されてもよい。また、図１では、矢印点線が信号線を表しているが、コントローラ１９とシステムメインリレ−１３の間の信号線と、コントローラ１９とインバータ２０の間の信号線は図示を省略してある。コントローラ１９は、不図示の車両メインスイッチが入れられるとシステムメインリレ−１３を閉じる。コントローラ１９は、車両のメインスイッチが切られると、システムメインリレ−１３を開く。

バッテリ１１の出力端には電流制限器１２が備えられている。電流制限器１２は、コントローラ１９からの指令により、バッテリ１１の出力電流を所定の値以下に制限する。コントローラ１９は、通常は、電流制限器１２を動作させず、バッテリ１１はその最大出力電流まで出力することが可能になっている。電流制限器１２を使う場合については後述する。

第１電圧コンバータ１０ａと第２電圧コンバータ１０ｂは、並列に接続されており、それらのバッテリ側の端子を低電圧端１７と称し、インバータ側の端子を高電圧端１８と称する。別言すれば、低電圧端１７と高電圧端１８は、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂで共通である。なお、低電圧端１７の負極端１７ｂと高電圧端１８の負極端１８ｂは、直接に接続されている。

低電圧端１７の正極端１７ａと負極端１７ｂの間にはフィルタコンデンサ１４が接続されており、高電圧端１８の正極端１８ａと負極端１８ｂの間には平滑コンデンサ１５が接続されている。

第１電圧コンバータ１０ａの回路を説明する。高電圧端１８の正極端１８ａと負極端１８ｂの間に２個のトランジスタ４ａ、５ａが直列に接続されている。トランジスタ４ａ、５ａの夫々に一つずつ合計２個のダイオード６ａ、７ａが逆並列に接続されている。２個のトランジスタ４ａ、５ａの直列接続の中点と低電圧端１７の正極端１７ａの間に、リアクトル３ａが接続されている。トランジスタ４ａ、５ａは、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。以下では、直列に接続された２個のトランジスタ４ａ、５ａのうち、正極端１８ａの側のトランジスタ４ａを上アームトランジスタ４ａと称し、負極端１８ｂの側のトランジスタ５ａを下アームトランジスタ５ａと称する場合がある。

第１電圧コンバータ１０ａは、低電圧端１７に印加された電力の電圧を昇圧して高電圧端１８に出力する昇圧機能と、高電圧端１８に印加された電力の電圧を降圧して低電圧端１７に出力する降圧機能の両方を有する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。上アームトランジスタ４ａのオンオフにより降圧動作が実現され、下アームトランジスタ５ａのオンオフで昇圧動作が実現する。低電圧端１７の電圧に対する高電圧端１８の電圧比は、トランジスタ４ａ、５ａに加える駆動信号のデューティ比で決定される。トランジスタ４ａ、５ａは、コントローラ１９によって制御される。コントローラ１９は、低電圧端１７の電圧に対する高電圧端１８の目標電圧比に基づいて、下アームトランジスタ５ａを所定のデューティ比でオンオフ動作させる。このとき、コントローラ１９は、下アームトランジスタ５ａがオンのときに上アームトランジスタ４ａがオフし、下アームトランジスタ５ａがオフのときに上アームトランジスタ４ａがオンするようにトランジスタ４ａ、５ａをスイッチングする。別言すれば、コントローラ１９は、下アームトランジスタ５ａを所定のデューティ比でスイッチングするとともに、上アームトランジスタ４ａを、下アームトランジスタ５ａのオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングする。先に述べたように、電気自動車は、車両の減速エネルギによりモータ３０が発電する場合がある。コントローラ１９は、一方のトランジスタがオン（オフ）のときに他方がオフ（オン）するように、２個のトランジスタ４ａ、５ａをスイッチング制御する。このことによって、回生電力が無い場合はバッテリ１１の電力の電圧が昇圧されてインバータ２０へ供給され、回生電力が発生すると、インバータ２０から供給される回生電力が降圧されてバッテリ１１へと流れる。上アームトランジスタ４ａに、下アームトランジスタ５ａの動作の反転動作を行わせることによって、回生電力の有無によって受動的に昇圧と降圧が切り換わるようになる。このことは、コントローラ１９が、力行と回生を区別することなく電圧コンバータを制御できるという点で優れている。なお、「力行」とは、バッテリの電力でモータを駆動している状態を意味し、「回生」とは、モータが車軸側から逆駆動されて発電している状態を意味する。

第１電圧コンバータ１０ａには、温度センサ９ａと電流センサ８ａが備えられている。温度センサ９ａは、リアクトル３ａの温度を計測する。電流センサ８ａは、リアクトル３ａに流れる電流、即ち、第１電圧コンバータ１０ａに流れる電流の大きさを計測する。

第２電圧コンバータ１０ｂは、第１電圧コンバータ１０ａと同じ回路構成を備えている。高電圧端１８の正極端１８ａと負極端１８ｂの間に２個のトランジスタ４ｂ、５ｂが直列に接続されている。２個のトランジスタ４ｂ、５ｂの夫々に一つずつ合計２個のダイオード６ｂ、７ｂが逆並列に接続されている。２個のトランジスタ４ｂ、５ｂの直列接続の中点と低電圧端１７の正極端１７ａの間に、リアクトル３ｂが接続されている。トランジスタ４ｂ、５ｂは、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。また、直列に接続された２個のトランジスタ４ｂ、５ｂのうち、正極端１８ａの側のトランジスタ４ｂを上アームトランジスタ４ｂと称し、負極端１８ｂの側のトランジスタ５ｂを下アームトランジスタ５ｂと称する場合がある。第２電圧コンバータ１０ｂには、温度センサ９ｂと電流センサ８ｂが備えられている。温度センサ９ｂは、リアクトル３ｂの温度を計測する。電流センサ８ｂは、リアクトル３ｂに流れる電流、即ち、第２電圧コンバータ１０ｂに流れる電流の大きさを計測する。

コントローラ１９は、第２電圧コンバータ１０ｂの上アームトランジスタ４ｂと下アームトランジスタ５ｂも、第１電圧コンバータ１０ａと同様に、一方がオン（オフ）のときに他方がオフ（オン）するようにスイッチング制御する。

通常、コントローラ１９は、第１電圧コンバータ１０ａの下アームトランジスタ５ａと第２電圧コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ５ｂを同じデューティ比でスイッチングさせる。先に述べたように、デューティ比は、低電圧端１７の電圧に対する高電圧端１８の目標電圧比に基づいて決定される。上アームトランジスタは下アームトランジスタの反転動作となるように制御されるので、第１電圧コンバータ１０ａの上アームトランジスタ４ａと第２電圧コンバータ１０ｂの上アームトランジスタ４ｂも同じタイミングでスイッチングされる。

コントローラ１９は、アクセル開度と車速からモータ３０の目標出力を決定し、その目標出力から、第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの目標電圧比を決定する。さらに、コントローラ１９は、目標電圧比に基づいて、第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの下アームトランジスタ５ａ、５ｂのデューティ比を決定する。目標電圧比が大きいほど、下アームトランジスタ５ａ、５ｂのデューティ比は大きくなる。

図１において、符号Ａ１が第１電圧コンバータ１０ａの上アームトランジスタ４ａに対する駆動信号を示しており、符号Ａ２が第１電圧コンバータ１０ａの下アームトランジスタ５ａに対する駆動信号を示している。符号Ｂ１が第２電圧コンバータ１０ｂの上アームトランジスタ４ｂに対する駆動信号を示しており、符号Ｂ２が第２電圧コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ５ｂに対する駆動信号を示している。

通常は、第１電圧コンバータ１０ａと第２電圧コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ５ａ、５ｂは、同じデューティ比でスイッチング制御される。なお、第１電圧コンバータ１０ａと第２電圧コンバータ１０ｂは同じ仕様であり、目標電圧比が同一であれば、第１電圧コンバータ１０ａと第２電圧コンバータ１０ｂは同じデューティ比で駆動される。詳しくは後述するが、一方の電圧コンバータの温度が高くなりすぎたとき、２つの電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは、異なるデューティ比でスイッチング制御されることがある。

コントローラ１９は、アクセル開度が小さい場合など、モータ３０の目標出力が小さい場合には、目標電圧比＝１となるように第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂを駆動する場合がある。目標電圧比＝１とは、上アームトランジスタ４ａ（４ｂ）をオンに固定し、下アームトランジスタ５ａ（５ｂ）をオフに固定することを意味する。以下、コントローラ１９が、上アームトランジスタ４ａ（４ｂ）をオンに固定し、下アームトランジスタ５ａ（５ｂ）をオフに固定することを、上アームオン固定制御と称する。コントローラ１９は、モータ３０の目標出力が小さい場合には、第１電圧コンバータ１０ａと第２電圧コンバータ１０ｂの夫々に対して上アームオン固定制御を実行する。

第１電圧コンバータ１０ａは、第２電圧コンバータ１０ｂよりも温度が高くなりやすい傾向がある。例えば、夫々のコンバータに付随する冷却器の性能や定格電流の相違などにより、第１電圧コンバータ１０ａは第２電圧コンバータ１０ｂよりも温度が高くなりやすい傾向がある。実施例の電圧コンバータの場合、リアクトルが他の部品よりも熱条件が厳しく、リアクトルの温度が電圧コンバータの温度を代表する。それゆえ、第１電圧コンバータ１０ａは、リアクトル３ａの温度を計測する温度センサ９ａを備えており、第２電圧コンバータ１０ｂは、リアクトル３ｂの温度を計測する温度センサ９ｂを備えている。温度センサ９ａ、９ｂの計測値は、コントローラ１９に送られる。今、第１電圧コンバータ１０ａの温度（リアクトル３ａの温度）が第２電圧コンバータ１０ｂの温度（リアクトル３ｂの温度）よりも高い状況を想定する。コントローラ１９は、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａの温度が所定の温度閾値よりも高い場合、リアクトル３ａを流れる電流を小さくし、リアクトル３ａの温度上昇を抑える。このとき、コントローラ１９は、可能であれば、リアクトル３ａを流れる電流の減少分（第１電圧コンバータ１０ａが出力する電力の減少分）を、第２電圧コンバータ１０ｂで補う。第１電圧コンバータ１０ａの出力の減少分を第２電圧コンバータ１０ｂが補うことによって、走行性能が低下することを回避する。

コントローラ１９は、第１電圧コンバータ１０ａと第２電圧コンバータ１０ｂの夫々に対して、上記した上アームオン固定制御を実施しているときに、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａの温度が所定の温度閾値よりも高くなった場合、次の（１）と（２）のいずれかの処理を実行する。（１）第１電圧コンバータ１０ａの温度（リアクトル３ａの温度）が温度閾値よりも高くなり、かつ、第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電流が電流閾値よりも高い場合は、第１及び第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂに対して上アームオン固定制御を継続するとともにバッテリ１１の出力を低減する。（２）第１電圧コンバータ１０ａの温度（リアクトル３ａの温度）が温度閾値よりも高くなり、かつ、第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電流が電流閾値よりも低い場合は、第１電圧コンバータ１０ａに対する上アームオン固定制御を解除し、第１電圧コンバータ１０ａの下アームトランジスタ５ａを第１デューティ比でスイッチングするとともに、第１電圧コンバータ１０ａの上アームトランジスタ４ａを、下アームトランジスタ５ａのオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングするスイッチング制御（第１スイッチング制御）を開始する。このとき、コントローラ１９は、第２電圧コンバータ１０ｂに対しては上アームオン固定制御を継続する。なお、第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電流は、電流センサ８ｂ（図１参照）により計測される。また、バッテリ１１の出力は、電流制限器１２（図１参照）により制限される。

上記（１）の処理では、バッテリ１１の出力が抑制されるので、第１電圧コンバータ１０ａ、第２電圧コンバータ１０ｂのいずれにも供給される電力が抑制される。その結果、第１電圧コンバータ１０ａの温度上昇が抑制される。ただし、この場合は、第１電圧コンバータ１０ａと第２電圧コンバータ１０ｂの合計の出力が低下するため、インバータ２０への供給電力、即ち、モータ３０の出力の低下を許容せざるを得ない。

一方、上記（２）の処理では、第１電圧コンバータ１０ａを流れる電流が抑制されるとともに、その抑制分だけ、第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電力が増える。その結果、第１電圧コンバータ１０ａと第２電圧コンバータ１０ｂの合計の出力は保持され、モータ３０の出力も保持される。

上記した（２）の処理において、第１電圧コンバータ１０ａのスイッチング動作を開始するとリアクトル３ａを流れる電流が減少するのは、次の理由による。即ち、上アームオン固定制御を解除して第１電圧コンバータ１０ａに対して第１スイッチング制御を開始すると、スイッチングによって電流の向きが変化して交流電流になる。その結果、リアクトルの自己インダクタンスによって電流が減少する。下アームトランジスタ５ａに対する第１デューティ比は任意でよい。

上記した（２）の処理において、第２電圧コンバータ１０ｂの温度（リアクトル３ｂの温度）をモニタするのではなく、電流ＩＬ２をモニタするのは、瞬時に第２電圧コンバータ１０ｂに過電流が流れることを防止するためと、第２電圧コンバータ１０ｂの負荷を知るためである。第２電圧コンバータ１０ｂの負荷に余裕があれば（即ち、第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電流が電流閾値より小さければ）、第１電圧コンバータ１０ａの出力減少分を第２電圧コンバータ１０ｂで補えるからである。

なお、コントローラ１９は、上記した（２）において、第２電圧コンバータ１０ｂに対しては上アームオン固定制御を継続するかわりに、上アームオン固定制御を解除し、第２電圧コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ５ｂを第１デューティ比よりも小さい第２デューティ比でスイッチングするとともに、第２電圧コンバータ１０ｂの上アームトランジスタ４ｂを、下アームトランジスタ５ｂのオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングするスイッチング制御（第２スイッチング制御）を開始してもよい。この点については後述する。

図２を参照して、上記（２）の動作を、具体例を用いて説明する。図２は、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａの温度が温度閾値を超えたときの第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの動作のタイムチャートである。（Ａ）は、第１電圧コンバータ１０ａの上アームトランジスタ４ａの動作のタイムチャートを示している。（Ｂ）は、第１電圧コンバータ１０ａの下アームトランジスタ５ａの動作のタイムチャートを示している。なお、第２電圧コンバータ１０ｂは、上アームオン固定制御が継続されるので、タイムチャートは割愛した。

図２の（Ｃ）は、第１電圧コンバータ１０ａと第２電圧コンバータ１０ｂの高電圧端１８（図１参照）の電圧ＶＨの変化を示している。図２（Ｄ）は、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａを流れる電流ＩＬ１の時間変化を示している。図２（Ｅ）は、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａの温度Ｔ１の時間変化を示している。図２（Ｆ）は、第２電圧コンバータ１０ｂのリアクトル３ｂを流れる電流ＩＬ２の時間変化を示している。図２（Ｇ）は、負荷（モータ）の電力の時間変化を示している。横軸は時間である。

図２（Ｇ）の太線のグラフＧｆは、負荷電力（モータ３０の出力）を示している。時刻ｔ１までは、負荷電力が小さいので、コントローラ１９は、第１電圧コンバータ１０ａと第２電圧コンバータ１０ｂに対して上アームオン固定制御を実行している。今、時刻ｔ１において、負荷電力が上昇したとする。負荷電力が上昇するので、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａを流れる電流ＩＬ１と、第２電圧コンバータ１０ｂのリアクトル３ｂを流れる電流ＩＬ２が共に上昇する（図２の（Ｄ）、（Ｆ）参照）。図２（Ｇ）のグラフＧｅは、第１電圧コンバータ１０ａと第２電圧コンバータ１０ｂの合計の出力電力を示しており、グラフＧｄは、第１電圧コンバータ１０ａの出力電力を示している。即ち、グラフＧｅとグラフＧｄの差が、第２電圧コンバータ１０ｂの出力電力を表す。第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの合計の出力（グラフＧｅ）は、一定の時間遅れとオーバーシュートを伴って、負荷電力に追従する。第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの合計の出力（グラフＧｅ）と負荷電力（グラフＧｆ）との差分は、平滑コンデンサ１５（図１参照）にチャージされた電力で調整される。２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの高電圧端１８の電圧ＶＨ（図２（Ｃ））が一時的に下がるのは、負荷電力に対する第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの合計の出力（グラフＧｅ）の不足分を補うように平滑コンデンサ１５が放電するからである。平滑コンデンサ１５のチャージが回復するにつれて電圧ＶＨも元の大きさに戻る。

負荷電力が増加し、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａを流れる電流ＩＬ１が増加するので（図２（Ｄ））、リアクトル３ａの温度Ｔ１が上昇する（図２（Ｅ））。時刻ｔｘで、リアクトル３ａの温度Ｔ１が温度閾値Ｔｈを超える。このとき、第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電流は電流閾値Ｉｈを超えていない。コントローラ１９は、上記した（２）の処理、即ち、第１電圧コンバータ１０ａの温度（リアクトル３ａの温度Ｔ１）が温度閾値Ｔｈよりも高くなり、かつ、第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電流（リアクトル３ｂを流れる電流ＩＬ２）が電流閾値Ｉｈよりも低い場合の処理を実行する。このとき、コントローラ１９は、第２電圧コンバータ１０ｂに対しては上アームオン固定制御を継続しつつ、第１電圧コンバータ１０ａに対する上アームオン固定制御を解除する。そして、コントローラ１９は、第１電圧コンバータ１０ａの下アームトランジスタ５ａを第１デューティ比でスイッチングするとともに、第１電圧コンバータ１０ａの上アームトランジスタ４ａを、下アームトランジスタ５ａのオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングするスイッチング制御（第１スイッチング制御）を開始する。コントローラ１９は、時刻ｔ２で第１スイッチング制御を開始する。図２における時間間隔ｔｐがトランジスタ４ａ、５ａに対する駆動信号（ＰＷＭ信号）の制御周期を表し、時間間隔ｔｄが下アームトランジスタ５ａのオン時間を表している。ｔｄ／ｔｐが第１デューティ比に相当する。

時刻ｔ２から時刻ｔ３の間、第１電圧コンバータ１０ａの下アームトランジスタ５ａがオンしており、この間、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａを流れる電流が減少するとともに、リアクトル３ａの温度Ｔ１も低下する。この間、リアクトル３ａの電流が減少する分、第２電圧コンバータ１０ｂのリアクトル３ｂを流れる電流ＩＬ２が増加し、第１電圧コンバータ１０ａの出力低下分を第２電圧コンバータ１０ｂが補う。以後、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間でも同様である。その結果、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａの温度Ｔ１は、温度閾値Ｔｈを下回るまで低下する。こうして、上記（２）の処理を行うことにより、負荷（モータ３０）に供給する電力を維持しつつ、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａの温度上昇を抑えることができる。

なお、図２において、グラフＧａは、第１スイッチング制御を開始せず、第１電圧コンバータ１０ａに対して上アームオン固定制御を継続したときのリアクトル３ａの電流ＩＬ１の時間変化を示している。また、グラフＧｂは、そのときのリアクトル３ｂの電流ＩＬ２を示している。グラフＧｃは、そのときの第１電圧コンバータ１０ａの出力電力を示している。グラフＧａ、Ｇｂ、Ｇｃと、太線グラフを対比すると理解されるように、上記した（２）の制御（第１スイッチング制御）を実施することで、第１電圧コンバータ１０ａを流れる電流が減少し、その分、第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電流が増加する。

先に述べたように、上記した（２）において、コントローラ１９は、第２電圧コンバータ１０ｂに対しては上アームオン固定制御を継続するかわりに、次の第２スイッチング制御を実行してもよい。第２スイッチング制御では、コントローラ１９は、第２電圧コンバータ１０ｂに対して上アームオン固定制御を解除し、下アームトランジスタ５ｂを第１デューティ比よりも小さい第２デューティ比でスイッチングするとともに、上アームトランジスタ４ｂを、下アームトランジスタ５ｂのオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングする。なお、第１デューティ比は、第１電圧コンバータ１０ａに対するスイッチング制御（第１スイッチング制御）における下アームトランジスタ５ａのデューティ比である。このときのトランジスタ４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂのタイムチャートを図３に示す。

図３（Ａ）は、第１電圧コンバータ１０ａの上アームトランジスタ４ａの動作のタイムチャートである。図３（Ｂ）は、第１電圧コンバータ１０ａの下アームトランジスタ５ａの動作のタイムチャートである。図３（Ｃ）は、第２電圧コンバータ１０ｂの上アームトランジスタ４ｂの動作のタイムチャートである。図３（Ｄ）は、第２電圧コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ５ｂの動作のタイムチャートである。横軸は全て時間である。時刻ｔ１までは、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａの温度は温度閾値を下回っている。時刻ｔ１に、リアクトル３ａの温度が温度閾値を上回ったとする。時刻ｔ１までは、コントローラ１９は、第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの夫々に対して上アームオン固定制御を実行する。即ち、時刻ｔ１までは、コントローラ１９は、第１、第２電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの夫々の上アームトランジスタ４ａ、４ｂをオンに固定し、下アームトランジスタ５ａ、５ｂをオフに固定する。時刻ｔ１で第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａの温度が温度閾値を超えたことが検知される。このとき、第２電圧コンバータ１０ｂのリアクトル３ｂを流れる電流は電流閾値を超えていないことが検知される。即ち、時刻ｔ１において、第１電圧コンバータ１０ａの温度（リアクトル３ａの温度）が温度閾値よりも高くなり、かつ、第２電圧コンバータ１０ｂを流れる電流が電流閾値よりも低いことが検知される。そこで、コントローラ１９は、第１電圧コンバータ１０ａに対する上アームオン固定制御を解除し、第１電圧コンバータ１０ａの下アームトランジスタ５ａを第１デューティ比でスイッチングするとともに、上アームトランジスタ４ａを、下アームトランジスタ５ａのオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングする制御（第１スイッチング制御）を開始する。図３において、時間Ｗが、トランジスタのＰＷＭ制御の周期を示している。時間Ｄ１が、下アームトランジスタ５ａのオンの時間である。第１デューティ比は、Ｄ１／Ｗとなる。コントローラ１９は、第２電圧コンバータ１０ｂに対しては、上アームオン固定制御を解除し、次の第２スイッチング制御を開始する。即ち、コントローラ１９は、下アームトランジスタ５ｂを第１デューティ比よりも小さい第２デューティ比でスイッチングするとともに、上アームトランジスタ４ｂを、下アームトランジスタ５ｂのオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングする。図３において、時間Ｗが、トランジスタのＰＷＭ制御の周期を示している。時間Ｄ２が、下アームトランジスタ５ｂのオンの時間である。第２デューティ比は、Ｄ２／Ｗとなる。Ｄ１＞Ｄ２であるから、明らかに第２デューティ比＜第１デューティ比である。この関係が満足されれば、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａを流れる電流は第１、第２スイッチング制御開始前よりも低下し、リアクトル３ａの温度上昇が抑制される。そして、第１電圧コンバータ１０ａの出力の低下分を、第２電圧コンバータ１０ｂが補う。その結果、モータ３０に供給される電力は第１、第２スイッチング制御開始前の状態を維持できる。

コントローラ１９は、第２電圧コンバータ１０ｂに対して上アームオン固定制御を維持する代わりに、上アームオン固定制御を解除して第２スイッチング制御を開始してもよい。ただし、第２電圧コンバータ１０ｂに対して上アームオン固定制御を維持することが、第１電圧コンバータ１０ａのリアクトル３ａの温度上昇を抑制するのに最も効果がある。

図４を参照して、電圧コンバータの変形例を説明する。図４は、第１電圧コンバータ１１０ａと、第２電圧コンバータ１１０ｂの回路図である。低電圧端１７よりバッテリ側と、高電圧端１８よりインバータ側は、図１と同じであるので図示を省略した。この変形例の第１電圧コンバータ１１０ａは、３個の温度センサ９ａ、１０９ａ、１１９ａを備えている。温度センサ９ａは、リアクトル３ａの温度を計測する。温度センサ１０９ａは、上アームトランジスタ４ａの温度を計測する。温度センサ１１９ａは、下アームトランジスタ５ａの温度を計測する。３個の温度センサ９ａ、１０９ａ、１１９ａの計測結果は、コントローラ２１９へ送られる。コントローラ２１９には、リアクトル３ａに対応する第１温度閾値と、上アームトランジスタ４ａに対応する第２温度閾値と、下アームトランジスタ５ａに対応する第３温度閾値が記憶されている。コントローラ２１９は、３個の温度センサ９ａ、１０９ａ、１１９ａのいずれかの計測値が、対応する温度閾値を超えたときに、その計測値を第１電圧コンバータ１０ａの温度として扱い、前述の（１）と（２）の処理のいずれかを実行する。変形例の電圧コンバータ１１０ａ、１１０ｂとコントローラ２１９を備える電源システムは、第１電圧コンバータ１１０ａの複数の部品について過熱を防止することができる。

第２電圧コンバータ１１０ｂも、３個の温度センサ９ｂ、１０９ｂ、１１９ｂを備えている。温度センサ９ｂは、リアクトル３ｂの温度を計測する。温度センサ１０９ｂは、上アームトランジスタ４ｂの温度を計測する。温度センサ１１９ｂは、下アームトランジスタ５ｂの温度を計測する。３個の温度センサ９ｂ、１０９ｂ、１１９ｂの計測結果は、コントローラ２１９へ送られる。コントローラ２１９は、第２電圧コンバータ１１０ｂに対しても、上記した第１電圧コンバータ１１０ａに対する温度管理の処理を実行する。なお、図４では、３個の温度センサ９ｂ、１０９ｂ、１１９ｂからコントローラ２１９への信号線は途中から省略した。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の温度センサ９ａ、１０９ａ、１１９ａが、温度取得手段の一例である。温度取得手段は、典型的にはサーミスタである。温度取得手段は、第１電圧コンバータ１０ａを冷却する冷媒の温度から、第１電圧コンバータ１０ａの温度を推定するものであってもよい。実施例の電流センサ８ａが、電流取得手段の一例である。実施例の上アームトランジスタ４ａ、４ｂが上アーム素子の一例である。下アームトランジスタ５ａ、５ｂが、下アーム素子の一例である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

３ａ、３ｂ：リアクトル
４ａ、４ｂ：上アームトランジスタ
５ａ、５ｂ：下アームトランジスタ
６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ：ダイオード
８ａ、８ｂ：電流センサ
９ａ、９ｂ、１０９ａ、１０９ｂ、１１９ａ、１１９ｂ：温度センサ
１０ａ、１１０ａ：第１電圧コンバータ
１０ｂ、１１０ｂ：第２電圧コンバータ
１１：バッテリ
１２：電流制限器
１４：フィルタコンデンサ
１５：平滑コンデンサ
１７：低電圧端
１８：高電圧端
１９、２１９：コントローラ
２０：インバータ
３０：モータ
１００：電源システム

Claims (3)

1. 電気自動車用の電源システムであり、
   バッテリと、
   走行用のモータに交流電力を供給するインバータと、
   前記バッテリと前記インバータの間に接続されている第１電圧コンバータと、
   前記第１電圧コンバータと並列に接続されている第２電圧コンバータと、
   前記第１電圧コンバータの温度を取得する温度取得手段と、
   前記第２電圧コンバータを流れる電流の大きさを取得する電流取得手段と、
   コントローラと、
   を備えており、
   前記第１電圧コンバータと前記第２電圧コンバータの夫々は、
   前記インバータ側の正極端と負極端の間に直列に接続されている２個のスイッチング素子と、
   ２個の前記スイッチング素子の夫々に一つずつ逆並列に接続されている２個のダイオードと、
   前記バッテリ側の正極端と、２個の前記スイッチング素子の直列接続の中点との間に接続されているリアクトルと、を備えており、
   前記コントローラは、
   前記第１電圧コンバータと前記第２電圧コンバータの夫々に対して、正極端側の前記スイッチング素子（上アーム素子）をオンに固定するとともに負極端側の前記スイッチング素子（下アーム素子）をオフに固定する上アームオン固定制御を実行しているときに、
   （１）前記第１電圧コンバータの温度が温度閾値よりも高くなり、かつ、前記第２電圧コンバータを流れる電流が電流閾値よりも高い場合は、前記第１及び第２電圧コンバータに対して前記上アームオン固定制御を継続するとともに前記バッテリの出力を低減し、
   （２）前記第１電圧コンバータの温度が前記温度閾値よりも高くなり、かつ、前記第２電圧コンバータを流れる電流が前記電流閾値よりも低い場合は、前記第１電圧コンバータに対する前記上アームオン固定制御を解除し、前記第１電圧コンバータの前記下アーム素子を第１デューティ比でスイッチングするとともに、前記第１電圧コンバータの前記上アーム素子を、前記第１電圧コンバータの前記下アーム素子のオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングする第１スイッチング制御を開始し、前記第２電圧コンバータに対しては前記上アームオン固定制御を継続するか、あるいは、前記上アームオン固定制御を解除し、前記第２電圧コンバータの前記下アーム素子を前記第１デューティ比よりも小さい第２デューティ比でスイッチングするとともに、前記第２電圧コンバータの前記上アーム素子を、前記第２電圧コンバータの前記下アーム素子のオンオフ動作の反転動作となるようにスイッチングする第２スイッチング制御を開始する、
   電気自動車用の電源システム。
2. 前記第１電圧コンバータは、複数の部品の夫々の温度を取得する部品温度取得手段を備えており、前記コントローラは、前記複数の部品のいずれかの温度が当該部品に対応した前記温度閾値よりも高くなった場合、当該部品の温度を前記第１電圧コンバータの温度として扱う、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記第１電圧コンバータの温度が前記第２電圧コンバータの温度よりも高くなる傾向にある、請求項１又は２に記載の電源システム。

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