JP6874661B2 - 電源システム - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、多相コンバータを備えている電源システムに関する。

特許文献１の電源システムは、燃料電池と、燃料電池の出力電圧を昇圧するコンバータと、コンバータで昇圧した電圧をスイッチングするインバータを備えており、インバータの出力でモータを駆動する。特許文献１では、複数個の昇圧回路を並列に接続した多相コンバータを利用する。各昇圧回路は、リアクトルとスイッチング素子の直列回路で構成されており、その直列回路が、直流電源（燃料電池）の高電位端子と低電位端子の間に接続されている。すなわち、高電位端子と低電位端子の間に、複数個の昇圧回路が並列に接続されている。各昇圧回路におけるリアクトルとスイッチング素子の接続点の各々は、インバータの一方の端子に接続されており、インバータの他方の端子は、低電位端子に接続されている。

複数個の昇圧回路を並列に接続すると、大容量の電力をインバータに供給することが可能となる。本明細書でいう多相コンバータは、複数個の昇圧回路を並列に接続したものをいい、昇圧回路同士の間に位相差を設けるものに限定されない。並列接続されている複数のスイッチング素子の中に同時にオンするものが存在していても多相コンバータという。

特許文献１の電源システムでは、複数個のリアクトルの全てに電流センサが設けられており、リアクトル毎に異常現象の発生を監視することができる。

特開２０１３−１２５６１３号公報

多相コンバータを備えている電源システムの場合、複数個存在するリアクトルの各々を過電流、過熱等から保護する必要がある。特許文献１のように全てのリアクトルにセンサを設ければ、各センサの計測値に基づいて各リアクトルに対する保護処理（例えば、多相コンバータの出力電圧の指令値を下げるといった処理）の実行タイミングを判断することができる。しかし特許文献１のように、複数個のリアクトルの全てにセンサを設ける場合、多相コンバータが大型化する等の問題が生じる。

本明細書では、多相コンバータを備えている電源システムにおいて、少ない個数のセンサで複数個のリアクトルを保護する技術を開示する。

各昇圧回路では、スイッチング素子がオンした時にリアクトルへの通電を開始し、経過時間とともに通電電流値が増大する。通常、通電電流値が一定値で安定するよりも早いタイミングでスイッチング素子をオフする。オンタイミングからオフタイミングまでの時間が長いほど、リアクトルの通電電流値は大きな値に達する。例えば、同じデューティ比の場合、ターンオンから次のターンオンまでの時間（周期）が長い場合と短い場合を比較すると、周期が長い場合はオンからオフまでの時間が長くなって通電電流値が大きな値に達するのに対し、周期が短い場合はオンからオフまでの時間が短くなって通電電流値が大きな値に達しない。周期が長ければ（すなわちターンオン信号の繰返し周波数が低ければ）、リアクトルの発熱量が大きくなり、周期が短ければ（ターンオン信号の繰返し周波数が高ければ）リアクトルの発熱量は小さくなる。本明細書で開示する技術では、上記現象を利用して発熱量が大きいリアクトルと発熱量が小さいリアクトルを作り出し、発熱量が小さいリアクトルの監視を不用化する。

本明細書が開示する電源システムは、直流電源と多相コンバータと負荷とセンサと制御装置と保護装置を備えている。直流電源は、高電位端子と低電位端子を備えている。多相コンバータは、リアクトルとスイッチング素子を直列に接続した直列回路の複数個を備えており、複数個の直列回路を高電位端子と低電位端子の間に並列に接続している。インバータとモータといった負荷は、各直列回路におけるリアクトルとスイッチング素子の各接続点と低電位端子の間に接続されている。すなわち、全接続点に負荷が接続されている。センサは、並列接続されている複数個のリアクトルのうちの特定リアクトルだけに設けられている。センサは、特定リアクトルを流れる電流または特定リアクトルの温度のうちの少なくとも一方を計測する。制御装置は、並列接続されている複数個のスイッチング素子のデューティ比を制御する。保護装置は、複数個のリアクトルを保護する保護処理を実行する。制御装置は、特定リアクトルに接続されている特定スイッチング素子には第１周波数のターンオン信号を供給し、特定スイッチング素子以外のスイッチング素子には第２周波数のターンオン信号を供給する。第２周波数は第１周波数より高周波である。保護装置は、センサの計測値に基づいて、保護処理の実行時を判断する。

制御装置は、並列接続されている複数個のスイッチング素子を、基本的には同じデューティ比で動作させる。ただし、特定スイッチング素子には第１周波数でターンオン信号を供給し、他のスイッチング素子には第２周波数でターンオン信号を供給する。第２周波数は第１周波数より高周波である。ここでいう周波数は、短時間当たりに出力するターンオン信号の回数をいい、周波数が低いほど、ターンオン信号から次のターンオン信号までの時間が長い。本明細書に記載の技術では、特定スイッチング素子には低周波信号を用い、他のスイッチング素子には高周波信号を用いることから、同じデューティ比でも、特定スイッチング素子ではオン持続時間が長く、他のスイッチング素子ではオン持続時間が短い。特定スイッチング素子では通電電流値が大きな値に達するのに対し、他のスイッチング素子では通電電流値が大きな値に達しない。特定リアクトルの発熱量が大きくなり、他のリアクトルの発熱量は小さくなる。本明細書で開示する技術では、発熱量が大きいリアクトルを監視する。そのリアクトルで異常が生じなければ、他のリアトルでも異常が生じていないとすることができ、他のリアクトルにセンサを設ける必要が無くなる。少ない個数のセンサで複数個のリアクトルを保護することができる。

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搭載した電気自動車の駆動系のブロック図である。 実施例の電源システムに含まれるＦＣ昇圧コンバータの回路図である。 ＦＣ昇圧コンバータのコントローラが実行する制御処理のフローチャートである。

以下に説明する実施例の特徴を整理しておく。
（特徴１）制御装置は、１個の昇圧回路のみを動作させれば足りる場合は、センサが設けられている昇圧回路を動作させる。
（特徴２）制御装置は、１個の昇圧回路のみを動作させれば足りる場合は、センサが設けられている昇圧回路を、第２周波数で動作させる。これによって、リアクトルの発熱量を抑制する。
（特徴３）制御装置は、複数個の昇圧回路を動作させる必要がある場合は、センサが設けられている昇圧回路を第１周波数で動作させ、センサが設けられていない昇圧回路を第２周波数で動作させる。

図面を参照して実施例の電源システム２を説明する。図１は、実施例の電源システム２を搭載した電気自動車１００の駆動系のブロック図である。電気自動車１００は、走行用モータ１０が発生する駆動力を利用して走行する電動車両である。走行用モータ１０が発生した駆動力は、ドライブシャフト１１を介してディファレンシャルギア１２に入力されて駆動輪１５、１６に伝達される。制動時は、走行用モータ１０が発電機として機能する。走行用モータ１０の駆動のための電力は、燃料電池３とメインバッテリ４からＰＣＵ６を介して走行用モータ１０に供給される。ＰＣＵは、パワーコントロールユニットの略称である。

燃料電池３は、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックであり、例えば、不図示の水素タンクから供給される水素と外部から取り込まれる酸素との電気化学反応により直流電圧を出力する直流電源である。燃料電池３は、ＦＣ（フューエルセル）と称される場合もある。メインバッテリ４は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を直列及び並列に多数接続した電池スタックである。燃料電池３及びメインバッテリ４は、いずれも、出力電圧が１００ボルト以上である。

これに対して、走行用モータ１０は、数１００ボルト以上の三相交流電力で駆動する。そのため、電気自動車１００は、ＦＣ昇圧コンバータ（ＦＤＣ）２０と双方向コンバータ（ＢＤＣ）７を備える。電源の電力は、各コンバータ２０、７によって走行用モータ１０に適した電圧に昇圧された後、インバータ（ＩＮＶ）８によって走行用モータ１０を駆動可能な交流電力に変換される。双方向コンバータ７とインバータ８は、ＰＣＵ６に含まれる。

双方向コンバータ７は、メインバッテリ４からシステムメインリレー５を介して供給される電力の電圧を走行用モータ１０の駆動に適した電圧まで昇圧する機能と、走行用モータ１０が発電した電力の電圧をメインバッテリ４の充電に適した電圧まで降圧する機能を有するものである。また双方向コンバータ７は、燃料電池３からＦＣ昇圧コンバータ２０を介して供給される電力の電圧をメインバッテリ４の充電に適した電圧まで降圧する機能も有する。双方向コンバータ７は、主にリアクトルと２個のスイッチング素子で構成される既知の回路構成を有する。双方向コンバータ７の回路構成の詳細な説明は省略する。

インバータ８は、双方向コンバータ７から供給される直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流電力に変換して走行用モータ１０に供給したり、走行用モータ１０が発電した三相交流電力を直流電力に変換して双方向コンバータ７へ供給したりする。インバータ８は、主に２個のスイッチング素子の直列回路が３組並列に接続された既知の回路構成を有している。インバータ８の回路構成の詳細な説明は省略する。

ＰＣＵ６とメインバッテリ４の間には、両者の電気的な接続をオン・オフ可能なシステムメインリレー５が挿入されている。また、ＦＣ昇圧コンバータ２０とＰＣＵ６の間にも、両者の電気的な接続をオン・オフ可能なリレー（不図示）が挿入されている場合がある。

ＦＣ昇圧コンバータ２０は、燃料電池３から供給される電力の電圧を走行用モータ１０の駆動に適した電圧まで昇圧する機能を有するものである。図２に、ＦＣ昇圧コンバータ２０の回路図を示す。

（ＦＣ昇圧コンバータ２０の構成；図２）
ＦＣ昇圧コンバータ２０は、燃料電池３の高電位端子と低電位端子のそれぞれに接続されている入力側の高電位端子２０ａと低電位端子２０ｂを備えている。また、ＦＣ昇圧コンバータ２０は、ＰＣＵ６の高電位端子と低電位端子のそれぞれに接続されている出力側の高電位端子２０ｃと低電位端子２０ｄを備えている。

ＦＣ昇圧コンバータ２０は、いわゆる多相コンバータである。ＦＣ昇圧コンバータ２０は、昇圧回路２１ａ〜２１ｄを４相分並列に接続している。各昇圧回路２１ａ〜２１ｄは、同じ構成を有している。以下では、二点鎖線で示す昇圧回路２１ａの構成を代表して説明する。昇圧回路２１ａは、リアクトル２２ａとスイッチング素子２３ａの直列回路を含んでおり、その直列回路は入力側の高電位端子２０ａと低電位端子２０ｂの間に接続されている。リアクトル２２ａの一端は、入力側の高電位端子２０ａに接続され、その他端がスイッチング素子２３ａのコレクタ端子に接続されている。スイッチング素子２３ａのエミッタ端子は、入力側の低電位端子２０ｂと出力側の低電位端子２０ｄを接続する低電位線ＮＬに接続されている。なお、スイッチング素子２３ａは、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：IGBT）である。スイッチング素子２３ａは、パワーＭＯＳＦＥＴであってもよい。

昇圧回路２１ａは、さらに、ダイオード２４ａ、２５ａを含む。ダイオード２４ａは、スイッチング素子２３ａに逆並列に接続されている還流用のダイオードである。ダイオード２５ａは、出力側から入力側への電流の逆流を防ぐためのダイオードである。ダイオード２５ａのアノード電極は、リアクトル２２ａとスイッチング素子２３ａの接続点Ｍａに接続されており、ダイオード２５ａのカソード電極は、高電位線ＰＬを介して出力側の高電位端子２０ｃに接続されている。なお、他の昇圧回路２１ｂ〜２１ｄのダイオード２５ｂ〜２５ｄのカソード電極も高電位線ＰＬを介して出力側の高電位端子２０ｃに接続されている。即ち、４相分の昇圧回路２１ａ〜２１ｄ内の接続点Ｍａ〜Ｍｄの全部が、高電位線ＰＬを介して出力側の高電位端子２０ｃに接続されている。

ＦＣ昇圧コンバータ２０は、電流センサ２６、２８ａと、温度センサ２７ａと、電圧センサ２９、３０を備えている。電流センサ２６は、燃料電池３から入力側の高電位端子２０ａに流れる電流Ｉｆｃを計測する。電流センサ２６は、例えば、入力側の高電位端子２０ａと４相分のリアクトル２２ａ〜２２ｄを並列に接続している分岐点Ｐ１の間の配線に挿入して設けられる。電流センサ２８ａは、特定リアクトル２２ａを流れる電流Ｉａを計測する。電流センサ２８ａは、特定リアクトル２２ａと接続点Ｍａの間の配線に挿入して設けられる。なお、電流センサ２６、２８ａは、配線に隣接して設けられてもよい。

温度センサ２７ａは、特定リアクトル２２ａの温度を計測する。電圧センサ２９は、入力側の高電位端子２０ａと低電位端子２０ｂの間の入力電圧ＶＬ（即ち、燃料電池３の出力電圧）を計測する。電圧センサ３０は、出力側の高電位端子２０ｃと低電位端子２０ｄの間の出力電圧ＶＨを計測する。

各センサ２６、２７ａ、２８ａ、２９、３０はコントローラ３５に接続されており、それぞれの計測値（温度及び電流値）をコントローラ３５に出力する。

コントローラ３５は、スイッチング素子２３ａ〜２３ｄを制御する。コントローラ３５は、スイッチング素子２３ａ〜２３ｄのそれぞれのゲート端子と接続されている。コントローラ３５は、４相分のスイッチング素子２３ａ〜２３ｄを個別にオン・オフ制御するパルス信号を生成する。そして、コントローラ３５は、生成したパルス信号をスイッチング素子２３ａ〜２３ｄに供給し、スイッチング素子２３ａ〜２３ｄを制御する。

コントローラ３５は、上記した各センサ２６、２７ａ、２８ａ、２９、３０だけでなく、コントローラ３５及びＰＣＵ６に指令を供給する上位のＨＶコントローラ４０にも接続されている。コントローラ３５は、各センサ２６、２７ａ、２８ａ、２９、３０からの計測値と、ＨＶコントローラ４０からの指令に基づいて、４相分のスイッチング素子２３ａ〜２３ｄを制御する。

上記したように、本実施例の電源システム２は、２個の電流センサ２６、２８ａを備えている。特定リアクトル２２ａを流れる電流Ｉａは、電流センサ２８ａによって計測可能である。一方、特定リアクトル２２ａ以外の他のリアクトル２２ｂ〜２２ｄを流れる電流Ｉｂ〜Ｉｄは、電流センサ２６の計測値（即ち、電流Ｉｆｃ）と、電流センサ２８ａの計測値（即ち、電流Ｉａ）と、その他の情報（例えば、パルス信号の周波数）を利用して、推測可能である。コントローラ３５は、各リアクトル２２ａ〜２２ｄに流れる電流の電流値を知ることができ、当該電流値を利用して、各スイッチング素子２３ａ〜２３ｄを制御することができる。

ＨＶコントローラ４０は、例えば、電気自動車１００の運転席に設けられている車両のスタートスイッチのオン信号を受けて、システムメインリレー５をオンに切り換える。また、ＨＶコントローラ４０は、電気自動車１００の車速やアクセル開度などの運転操作情報に基づいて、駆動系が出力すべき走行トルクを算出し、走行トルクに基づく指令をＰＣＵ６のコントローラに出力する。さらに、ＨＶコントローラ４０は、走行トルクに基づいて、ＦＣ昇圧コンバータ２０が出力すべき電圧の指令値（以下では「指令電圧値」と呼ぶ）を算出し、算出した指令電圧値をコントローラ３５に供給する。

また、ＨＶコントローラ４０は、コントローラ３５から特定リアクトル２２ａに設けられている温度センサ２７ａの計測値を取得する。ＨＶコントローラ４０は、温度センサ２７ａの計測値が所定の条件（例えば、計測値が所定の温度を超える条件）を満たす場合に、ＦＣ昇圧コンバータ２０内の４相分のリアクトル２２ａ〜２２ｄを保護するための保護処理を実行する。例えば、ＦＣ昇圧コンバータ２０の出力電圧を下げるための指令をコントローラ３５に供給する。これにより、４相分のリアクトル２２ａ〜２２ｄのそれぞれに流れる電流が下がり、各リアクトルの温度上昇を抑制することができる。なお、他の例では、ＨＶコントローラ４０は、特定リアクトル２２ａに設けられている電流センサ２８ａの計測値も取得してもよい。そして、ＨＶコントローラ４０は、温度センサ２７ａと電流センサ２８ａの計測値のうちの少なくとも一方に基づいて、保護処理を実行すべきことを判断してもよい。温度センサ２７ａと電流センサ２８ａの計測値をコントローラ３５で処理し、コントローラ３５で保護処理を実行するか否かを判断するようにしてもよい。

図２に示すように、ＦＣ昇圧コンバータ２０内の４相分のリアクトル２２ａ〜２２ｄのうちの特定リアクトル２２ａにのみ温度センサ２７ａが設けられており、他のリアクトル２２ｂ〜２２ｄには、温度センサが設けられていない。即ち、他のリアクトル２２ｂ〜２２ｄの温度を直接計測することができない。しかし、本実施例の電源システム２では、次に説明する制御処理をコントローラ３５が行うことにより、特定リアクトル２２ａの温度のみを利用して、４相分のリアクトル２２ａ〜２２ｄの保護を行うことを可能としている。以下、図３を参照してコントローラ３５が行う制御処理を説明する。

（制御処理；図３）
図３の制御処理は、システムメインリレー５がオンに切り換えられた後にＨＶコントローラ４０から指令電圧値を最初に取得することをトリガにして開始される。なお、図３の制御処理は、車両のスタートスイッチのオフ信号を受けたＨＶコントローラ４０から終了信号を取得する場合に終了する。

Ｓ１０では、コントローラ３５は、電流センサ２６と電圧センサ２９、３０の現在の計測値（即ち、電流Ｉｆｃ、入力電圧ＶＬ、出力電圧ＶＨ）と指令電圧値に基づいて、４相分のスイッチング素子２３ａ〜２３ｄに供給すべきパルス信号のデューティ比を決定する。ここで、デューティ比は、パルス信号（オンオフ信号）におけるオン電圧持続時間（ターンオン信号からターンオフ信号までの時間）をパルス周期（ターンオン信号から次のターンオン信号までの時間）で除算した比である。Ｓ１０の段階では、４相分のスイッチング素子２３ａ〜２３ｄに対して共通のデューティ比を決定する。

Ｓ１２では、コントローラ３５は、電流センサ２６の計測値（即ち、電流Ｉｆｃ）に基づいて、単相動作を実行するのか複数相動作を実行するのかを決定する。単相動作は、４相分の昇圧回路２１ａ〜２１ｄのうちの特定昇圧回路２１ａのみを利用して、燃料電池３から供給される電力の電圧を昇圧する動作である。一方、複数相動作は、４相分の昇圧回路２１ａ〜２１ｄのうち、特定昇圧回路２１ａを含む２個以上４個以下の昇圧回路を利用して、燃料電池３から供給される電力の電圧を昇圧する動作である。

例えば、コントローラ３５は、電流Ｉｆｃが所定の電流値（例えば、特定リアクトル２２ａの許容電流値）より低い場合には、単相動作を実行することを決定する。一方、コントローラ３５は、電流Ｉｆｃが所定の電流値より大きい場合には、複数相動作を実行することを決定する。特に、コントローラ３５は、電流Ｉｆｃが大きくなるほどに、利用する昇圧回路の個数を増やし、各昇圧回路を流れる電流値が過大とならないようにする。例えば、コントローラ３５が２個の昇圧回路を利用した２相動作を実行することを決定する場合、特定昇圧回路２１ａと他の昇圧回路２１ｂを利用することを決定する。なお、他の例では、コントローラ３５は、ＦＣ昇圧コンバータ２０を複数相動作させる場合に、常に、４相分の昇圧回路２１ａ〜２１ｄを利用してもよい。

コントローラ３５は、Ｓ１２においてＦＣ昇圧コンバータ２０を単相動作させることを決定した場合は、Ｓ１４でＹＥＳと判断して、Ｓ１６に進む。Ｓ１６では、コントローラ３５は、特定リアクトル２２ａと直列に接続されているスイッチング素子２３ａ（以下では「特定スイッチング素子２３ａ」と呼ぶ）に供給すべきパルス信号の周波数を第２周波数Ｆ２（例えば、９．５ｋＨｚ）に決定する。ここでいう周波数は、ターンオン信号の出力タイミングに関する周波数であり、毎秒あたり９５００回のターンオン信号を等間隔で出力する。オン信号の持続時間はデューティ比によって変化することから、ターンオフ信号は等間隔でない可能性が有るが、ターンオン信号は等間隔で出力されることから、周波数が存在する。

また、コントローラ３５は、Ｓ１２においてＦＣ昇圧コンバータ２０を複数相動作させることを決定した場合は、Ｓ１４でＮＯと判断して、Ｓ１８に進む。Ｓ１８では、コントローラ３５は、特定スイッチング素子２３ａに供給すべきパルス信号（以下では「特定パルス信号」と呼ぶ）の周波数を第２周波数Ｆ２よりも低い第１周波数Ｆ１（例えば、７．５ｋＨｚ）に決定する。そして、コントローラ３５は、複数相動作に利用されるべき２個以上４個以下のスイッチング素子であって特定スイッチング素子２３ａ以外の他のスイッチング素子（例えば、スイッチング素子２３ｂ）に供給すべきパルス信号の周波数を第２周波数Ｆ２（＞Ｆ１）に決定する。Ｓ１６又はＳ１８が終了すると、Ｓ３０に進む。

Ｓ３０では、コントローラ３５は、Ｓ１０で決定したデューティ比を有するパルス信号を各スイッチング素子に供給することを開始する。ここで、コントローラ３５は、Ｓ４０において、ＨＶコントローラ４０から指令電圧値を新たに取得することを監視している。そして、コントローラ３５は、ＨＶコントローラ４０から指令電圧値を新たに取得する（Ｓ４０でＹＥＳ）と、Ｓ１０に戻る。一方、コントローラ３５は、ＨＶコントローラ４０から指令電圧値を取得しない間（Ｓ４０でＮＯ）、Ｓ４２〜Ｓ４８の処理を繰り返し、出力電圧ＶＨが指令電圧値となるようにフィードバック制御を実行する。以下では、単相動作の場合と複数相動作の場合のそれぞれについて、Ｓ４２〜Ｓ４８の処理を説明する。

（単相動作の場合）
コントローラ３５は、Ｓ４２において、電圧センサ３０の計測値（即ち、出力電圧ＶＨ）が指令電圧値より小さいのか否かを判断し、Ｓ４６において、出力電圧ＶＨが指令電圧値より大きいのか否かを判断する。

コントローラ３５は、出力電圧ＶＨが指令電圧値より小さいと判断する場合（Ｓ４２でＹＥＳ）に、Ｓ４４において、特定リアクトル２２ａに設けられている電流センサ２８ａの計測値（即ち、電流Ｉａ）と、出力電圧ＶＨと指令電圧値の差分に基づいて、特定パルス信号のデューティ比を適切な量だけ上げる。これにより、特定リアクトル２２ａを流れる電流が上昇し、出力電圧ＶＨが上昇する。Ｓ４４が終了するとＳ４０に戻る。

また、コントローラ３５は、出力電圧ＶＨが指令電圧値より大きいと判断する場合（Ｓ４６でＹＥＳ）に、Ｓ４８において、電流センサ２８ａの計測値（即ち、電流Ｉａ）と、出力電圧ＶＨと指令電圧値の差分に基づいて、特定パルス信号のデューティ比を適切な量だけ下げる。これにより、特定リアクトル２２ａを流れる電流が下降し、出力電圧ＶＨが下降する。Ｓ４８が終了するとＳ４０に戻る。

また、コントローラ３５は、出力電圧ＶＨが指令電圧値と等しい場合（Ｓ４４でＮＯ、Ｓ４６でＮＯ）に、Ｓ４０に戻る。なお、コントローラ３５は、出力電圧ＶＨが指令電圧値を中心値とする所定の値域内に含まれる場合に、Ｓ４０に戻ってもよい。これに伴い、コントローラ３５は、Ｓ４２において、出力電圧ＶＨが上記の所定の値域の下限値より小さいのか否かを判断してもよいし、Ｓ４６において、出力電圧ＶＨが上記の所定の値域の上限値より大きいのか否かを判断してもよい。

（複数相動作の場合）
Ｓ４２、Ｓ４６の処理の内容は、単相動作の場合と同様である。Ｓ４４では、コントローラ３５は、特定パルス信号のデューティ比のみを上げ、他のスイッチング素子２３ｂ等に供給すべきパルス信号（以下では「他のパルス信号」と呼ぶ）のデューティ比を現在の値に維持する。これにより、特定リアクトル２２ａを流れる電流が上昇するものの、他のリアクトル２２ｂ等を流れる電流は上昇しない。詳しくは後述するが、特定パルス信号の周波数が他のパルス信号の周波数より小さいことによって、特定リアクトル２２ａを流れる電流が、他のリアクトル２２ｂ等を流れる電流より大きい状態が意図的に作られる。特定リアクトル２２ａを流れる電流のみを上昇させることで、上記の意図的な状態を維持することができる。なお、変形例では。上記の意図的な状態を維持する限り、他のパルス信号のデューティ比を上げてもよい。

また、Ｓ４８では、コントローラ３５は、特定パルス信号のみならず、他のパルス信号のデューティ比も下げる。ここで、コントローラ３５は、電流Ｉｆｃ、電流Ｉａ、各パルス信号の周波数Ｆ１、Ｆ２に基づいて、他のリアクトル２２ｂ等を流れる電流Ｉｂを推測し、電流Ｉｂの推測値に基づいて、他のパルス信号のデューティ比を適切な量だけ下げる。特定パルス信号のデューティ比のみを下げると、特定リアクトル２２ａを流れる電流が、他のリアクトル２２ｂ等を流れる電流より大きい意図的な状態が維持できなくなる場合がある。これに対して、複数相分のパルス信号を全て下げることで、上記の意図的な状態を維持することができる。

本実施例の効果を説明する。一般に、リアクトルへの通電をオン・オフすると、パルス信号の立ち上り立ち下がりにリプル電流が生じる。リプル電流の振幅は、パルス信号の周波数を小さくすると、大きくなる。また、リプル電流の振幅が大きくなると、リアクトルの発熱量が増大する。

上記したように、本実施例では、特定スイッチング素子２３ａに供給されるパルス信号の周波数Ｆ１は、他のスイッチング素子２３ｂ等に供給されるパルス信号の周波数Ｆ２よりも低い（図３のＳ１８）。これにより、特定リアクトル２２ａへ流れるリプル電流が、他のリアクトル２２ｂ等へ流れるリプル電流より大きくなる。この結果、特定リアクトル２２ａの電流及び温度が、他のリアクトル２２ｂ等の電流及び温度より高くなる。即ち、図３の制御処理を実行することにより、特定リアクトル２２ａの電流及び温度が、他のリアクトル２２ｂ等の電流及び温度より大きい意図的な状態が作られる。温度センサ２７ａは、４相分のリアクトル２２ａ〜２２ｄのうち、温度が最も高い特定リアクトル２２ａに設けられている。このため、ＨＶコントローラ４０は、温度センサ２７ａの計測値に基づいて、４相分のリアクトル２２ａ〜２２ｄを保護するための保護処理を実行すべき時機を判断することができる。温度センサを４相分のリアクトル２２ａ〜２２ｄの全てに設ける必要がなく、特定リアクトル２２ａにのみ設ければいいので、少ない個数の温度センサで複数相分のリアクトルの保護を実現することができる。

また、コントローラ３５は、単相動作を実行する場合に、複数相動作時に特定スイッチング素子２３ａに供給されるパルス信号の周波数Ｆ１よりも高い周波数Ｆ２を有するパルス信号を特定スイッチング素子２３ａに供給する（Ｓ１６）。これにより、単相動作時には、特定リアクトル２２ａに流れるリプル電流を低減して特定リアクトル２２ａの温度上昇を抑制することができる。

（対応関係）
燃料電池３が請求項の「直流電源」の一例であり、出力側の高電位端子２０ｃと低電位端子２０ｄの間に接続されるＰＣＵ６とモータ１０が「負荷」の一例であり、温度センサ２７ａまたは電流センサ２８ａが「センサ」の一例であり、コントローラ３５が「制御装置」の一例であり。ＨＶコントローラ４０が「保護装置」の一例である。また、コントローラ３５が２個の昇圧回路を利用した２相動作を実行することを決定する場合、２相が「複数相」の一例であり、コントローラ３５が４個の昇圧回路を利用した４相動作を実行することを決定する場合、４相が「複数相」の一例である。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。ＨＶコントローラ４０は、電流センサ２８ａの計測値が所定の条件（例えば、計測値が所定の電流値を超える条件）を満たす場合に、保護動作を実行してもよい。さらには、温度センサ２７ａと電流センサ２８ａの計測値に基づいて、保護動作を実行すべきことを判断してもよい。即ち、請求項の「センサ」は、電流センサでもよいし、温度センサと電流センサの双方でもよい。

コントローラ３５は、図３のＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６を実行せず、Ｓ１０の後にＳ１８を実行してもよい。即ち、コントローラ３５は、単相動作を実行せずに、常に、４相分の昇圧回路２１ａ〜２１ｄを利用した複数相動作を実行してもよい。

ＦＣ昇圧コンバータ２０は、４相分の昇圧回路に限らず、２相以上（例えば、５相）分の昇圧回路を備えていてもよい。

「保護処理」は、ＦＣ昇圧コンバータ２０の出力電圧を下げるための指令をコントローラ３５に供給する処理に限らず、例えば、ＦＣ昇圧コンバータ２０を停止するための指令をコントローラ３５に供給する処理であってもよい。一般的に言えば、「保護処理」は、複数個のリアクトルを保護する処理であればよい。

昇圧回路２１ａにおいて、リアクトル２２ａとスイッチング素子２３ａの位置が逆であってもよい。即ち、昇圧回路２１ａが、分岐点Ｐ１と接続点Ｍａの間にスイッチング素子２３ａが接続され、接続点Ｍａと低電位線ＮＬの間にリアクトル２２ａが接続されているいわゆる反転コンバータであってもよい。一般的に言えば、「リアクトルとスイッチング素子」は、直流電源の高電位端子と低電位端子の間に直列に接続されていればよい。

本実施例で示した技術は、燃料電池３の出力電圧を昇圧する多相コンバータを備えている電源システムに限らず、他の電池（例えば、リチウムイオン電池等の二次電池）の出力電圧を昇圧する多相コンバータを備えている電源システムにも採用することができる。

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。

２ ：電源システム
３ ：燃料電池
４ ：メインバッテリ
５ ：システムメインリレー
７ ：双方向コンバータ
８ ：インバータ
１０ ：走行用モータ
１１ ：ドライブシャフト
１２ ：ディファレンシャルギア
１５、１６ ：駆動輪
２０ ：ＦＣ昇圧コンバータ
２０ａ ：高電位端子
２０ｂ ：低電位端子
２０ｃ ：高電位端子
２０ｄ ：低電位端子
２１ａ〜２１ｄ ：昇圧回路
２２ａ〜２２ｄ ：リアクトル
２３ａ〜２３ｄ ：スイッチング素子
２４ａ〜２４ｄ ：ダイオード
２５ａ〜２５ｄ ：ダイオード
２６ ：電流センサ
２７ａ ：温度センサ
２８ａ ：電流センサ
２９、３０ ：電圧センサ
３５ ：コントローラ
４０ ：ＨＶコントローラ
１００ ：電気自動車
Ｆ１、Ｆ２ ：周波数
Ｉａ〜Ｉｄ ：電流
Ｉｆｃ ：電流
ＶＨ ：出力電圧
ＶＬ ：入力電圧
Ｍａ〜Ｍｄ ：接続点
Ｐ１ ：分岐点
ＮＬ ：低電位線
ＰＬ ：高電位線

Claims (1)

1. 高電位端子と低電位端子を備えている直流電源と、
   リアクトルとスイッチング素子の直列回路の複数個を前記高電位端子と前記低電位端子の間に並列に接続した多相コンバータと、
   各直列回路における前記リアクトルと前記スイッチング素子の各接続点と前記低電位端子の間に接続されている負荷と、
   複数個の前記リアクトルのうちの特定リアクトルを流れる電流または前記特定リアクトルの温度のうちの少なくとも一方を計測するセンサと、
   複数個の前記スイッチング素子のデューティ比を制御する制御装置と、
   複数個の前記リアクトルを保護する保護処理を実行する保護装置を備えており、
   前記制御装置は、前記特定リアクトルに接続されている特定スイッチング素子には第１周波数のターンオン信号を供給し、前記特定スイッチング素子以外のスイッチング素子には前記第１周波数より高周波である第２周波数のターンオン信号を供給し、
   前記保護装置は、前記センサの計測値に基づいて、前記保護処理の実行時を判断する、電源システム。

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