特許 6181475 電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6181475

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20170807BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20170807BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/155 H

   B60L9/18 J

   H02M3/155 U

   H02M3/155 W

   H02M7/48 E

【請求項の数】11

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2013-176816(P2013-176816)

(22)【出願日】2013年8月28日

(65)【公開番号】特開2015-47012(P2015-47012A)

(43)【公開日】2015年3月12日

【審査請求日】2016年7月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石垣 将紀

(72)【発明者】

【氏名】戸村 修二

(72)【発明者】

【氏名】柳沢 直樹

(72)【発明者】

【氏名】岡村 賢樹

【審査官】 小原 正信

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０１３２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５２０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６０８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８１６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００７１４６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１８７８８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｂ６０Ｌ ９／１８

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷と、
前記負荷に接続された電力線と、
複数の直流電源と、
前記複数の直流電源および前記電力線の間に接続された電力変換器と、
前記電力変換器の動作を制御するための制御装置とを備え、
前記電力変換器は、複数のスイッチング素子を含み、かつ、前記複数の直流電源と前記電力線との間での電力変換の態様が異なる複数の動作モードのうちの１つの動作モードを適用されて動作することによって前記電力線の電圧を制御するように構成され、
前記制御装置は、
前記負荷の動作指令値に応じて、前記電力変換器が前記電力線に出力する出力電圧についての負荷要求電圧を設定するための設定手段と、
前記複数の直流電源の出力電圧の和電圧が前記負荷要求電圧以上であるときに、前記和電圧および前記負荷の動作状態に応じて前記複数の動作モードのうちの直列直結モードを選択するためのモード選択手段とを含み、
前記負荷要求電圧は、前記負荷が前記動作指令値に従って動作できる電圧範囲内に設定され、
前記電力変換器は、前記直列直結モードにおいて、前記電力線に対して前記複数の直流電源が直列に接続された状態を維持するように前記複数のスイッチング素子のオンオフを固定するように制御される、電源システム。

【請求項2】

前記モード選択手段は、前記和電圧および前記負荷要求電圧の差が判定電圧よりも小さいときに、前記直列直結モードを選択し、
前記判定電圧は、前記負荷の入出力電力に応じて可変に決められる、請求項１記載の電源システム。

【請求項3】

前記複数の動作モードは、
前記複数のスイッチング素子のスイッチング制御によって前記出力電圧を電圧指令値に制御する電圧制御モードをさらに含み、
前記制御装置は、
前記モード選択手段が前記直列直結モードを選択したときに、前記電圧制御モードにおける前記電圧指令値を前記和電圧へ向けて変化させるための手段と、
前記出力電圧と前記和電圧との差が所定値より小さくなった後に、前記動作モードを前記電圧制御モードから前記直列直結モードへ切換えるための手段とをさらに含む、請求項１または２記載の電源システム。

【請求項4】

前記制御装置は、
前記負荷の動作指令値に従った入出力電力と前記複数の直流電源のそれぞれの出力電圧とに基づいて、前記直列直結モードが適用された場合における前記複数の直流電源の入出力電力を予測するための手段と、
前記複数の直流電源のいずれかにおいて、予測された入出力電力が、当該直流電源の状態に応じて設定された放電上限電力および充電上限電力の間の範囲から外れているときに、前記モード選択手段による前記直列直結モードの選択を禁止するための手段とをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源システム。

【請求項5】

前記複数の直流電源は、第１および第２の直流電源によって構成され、
前記複数のスイッチング素子は、
第１のノードおよび前記電力線の間に電気的に接続された第１のスイッチング素子と、
第２のノードおよび前記第１のノードの間に電気的に接続された第２のスイッチング素
子と、
前記第２の直流電源の負極端子と電気的に接続された第３のノードおよび前記第２のノードの間に電気的に接続された第３のスイッチング素子と、
前記第１の直流電源の負極端子および前記第３のノードの間に電気的に接続された第４のスイッチング素子とを含み、
前記電力変換器は、
前記第２のノードおよび前記第１の直流電源の正極端子の間に電気的に接続された第１のリアクトルと、
前記第１のノードおよび前記第２の直流電源の正極端子の間に電気的に接続された第２のリアクトルとをさらに含み、
前記複数の動作モードは、
前記第１から第４のスイッチング素子のオンオフ制御によって、前記出力電圧を電圧指令値に制御するように前記第１および第２の直流電源が前記電力線との間で並列に直流電圧変換を実行する第１のモードと、
前記第３のスイッチング素子をオン固定するとともに前記第１、第２および第４のスイッチング素子をオンオフ制御することによって、前記出力電圧を前記電圧指令値に制御するように前記第１および前記第２の直流電源が直列接続された状態で前記電力線との間で直流電圧変換を実行する第２のモードと、
前記第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、前記電力線に対して前記第１および第２の直流電源が直列に接続された状態を維持する第３のモードとを含み、
前記直列直結モードは、前記第３のモードである、請求項１記載の電源システム。

【請求項6】

前記複数の動作モードは、
前記第１から第４のスイッチング素子のオンオフ制御によって、前記出力電圧を前記電圧指令値に制御するように前記第１および第２の直流電源の一方の直流電源と前記電力線との間で直流電圧変換を実行する第４のモードと、
前記第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、前記第１および第２の直流電源の一方が前記電力線に電気的に接続される一方で、前記第１および第２の直流電源の他方が前記電力線から電気的に切り離された状態を維持する第５のモードと、
前記第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、前記電力線に対して前記第１および第２の直流電源が並列に接続された状態を維持する第６のモードとをさらに含む、請求項５記載の電源システム。

【請求項7】

前記モード選択手段は、前記第１および第２の直流電源の出力電圧の和電圧および前記負荷要求電圧の差が判定電圧よりも小さいときに、前記直列直結モードを選択し、
前記判定電圧は、前記負荷の入出力電力に応じて可変に決められる、請求項５または６記載の電源システム。

【請求項8】

前記制御装置は、
前記モード選択手段が前記第３のモードを選択したときに、前記第１または第４のモードを適用した状態で前記出力電圧の電圧指令値を前記和電圧へ向けて変化させるための手段と、
前記出力電圧と前記和電圧との差が所定値より小さくなった後に、前記動作モードを前記第１または第４のモードから前記第３のモードへ切換えるための手段とをさらに含む、請求項６記載の電源システム。

【請求項9】

前記制御装置は、
前記負荷の動作指令値に従った入出力電力と前記第１および第２直流電源のそれぞれの出力電圧とに基づいて、前記第３のモードが適用された場合における前記第１および第２の直流電源の入出力電力を予測するための手段と、
前記第１および第２の直流電源のいずれかにおいて、予測された入出力電力が、当該直流電源の状態に応じて設定された放電上限電力および充電上限電力の間の範囲から外れているときに、前記モード選択手段による前第３のモードの選択を禁止するための手段とをさらに含む、請求項５〜８のいずれか１項に記載の電源システム。

【請求項10】

前記負荷は、
電動車両に搭載された車両駆動用電動機と、
前記電力線および前記車両駆動用電動機の間に接続されたインバータとを含み、
前記負荷要求電圧は、前記車両駆動用電動機がトルク指令値に従ったトルクを出力可能である前記出力電圧の下限値以上の範囲に設定される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電源システム。

【請求項11】

前記負荷要求電圧は、前記下限値以上の範囲において、前記車両駆動用電動機および前記インバータの電力損失が最小化される前記出力電圧に設定される、請求項１０記載の電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、電源システムに関し、より特定的には、複数の直流電源と電力線との間に接続された電力変換器を含んで構成された電源システムの制御に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の電源を組み合せて負荷へ電源を供給する電力供給装置が、たとえば、特開２０１０−５７２８８号公報（特許文献１）に記載されている。特許文献１に記載された電力供給装置では、第１蓄電ユニットおよび第２蓄電ユニットの直列接続と並列接続とを切換えるスイッチが設けられる。

【0003】

特許文献１には、負荷の要求駆動電力と、並列接続状態および直列接続状態の各々における最大供給電力と総損失との差と、総損失とに基づいて、直列接続および並列接続を切換えるように電力供給装置を制御することが記載されている。これにより、負荷のあらゆる使用状態において、要求駆動電力を可能な限り実現するとともに総損失を低減して相互効率を向上させることが可能な電力供給装置が提供される。

【0004】

また、特開２０１２−７０５１４号公報（特許文献２）には、複数のスイッチング素子の制御によって、２つの直流電源を直列接続した状態でＤＣ／ＤＣ変換を行なう動作モード（直列接続モード）と、２つの直流電源を並列に使用する状態でＤＣ／ＤＣ変換を行なう動作モード（並列接続モード）とを切換えることが可能な電力変換器の構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−５７２８８号公報

【特許文献2】特開２０１２−７０５１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載された電力供給装置では、２つの蓄電ユニットの並列接続状態および直列接続状態を切換えることができるものの、蓄電ユニットと負荷が接続された電力線の間の電圧制御機能（昇圧機能）がないため、電源電圧の低下時に、負荷に十分な電圧を供給できない可能性がある。このため、現実的には効率を追求して蓄電ユニットの接続形態を柔軟に切換えることは困難である。

【0007】

特許文献２には、複数の動作モードを有する電力変換器が記載されている。しかしながら、特許文献２には、これらの動作モードを選択するための具体的な処理については詳細に記載されていない。

【0008】

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、複数の直流電源と電力線との間に接続された電力変換器が複数の動作モードを有するように構成された電源システムにおいて、システム全体の効率向上を図るように電力変換器の動作モードを選択することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明のある局面では、電源システムは、負荷と、負荷に接続された電力線と、複数の直流電源と、複数の直流電源および電力線の間に接続された電力変換器と、電力変換器の動作を制御するための制御装置とを含む。電力変換器は、複数のスイッチング素子を含み、かつ、複数の直流電源と電力線との間での電力変換の態様が異なる複数の動作モードのうちの１つの動作モードを適用されて動作することによって電力線の電圧を制御するように構成される。制御装置は、設定手段と、モード選択手段とを有する。設定手段は、負荷の動作指令値に応じて、電力変換器が電力線に出力する出力電圧についての負荷要求電圧を設定する。モード選択手段は、複数の直流電源の出力電圧の和電圧が負荷要求電圧以上であるときに、和電圧および負荷の動作状態に応じて複数の動作モードのうちの直列直結モードを選択する。負荷要求電圧は、負荷が動作指令値に従って動作できる電圧範囲内に設定される。そして、電力変換器は、直列直結モードにおいて、電力線に対して複数の直流電源が直列に接続された状態を維持するように複数のスイッチング素子のオンオフを固定するように制御される。

【0010】

好ましくは、モード選択手段は、和電圧および負荷要求電圧の差が判定電圧よりも小さいときに、直列直結モードを選択する。判定電圧は、負荷の入出力電力に応じて可変に決められる。

【0011】

さらに好ましくは、複数の動作モードは、電圧制御モードをさらに含む。電圧制御モードでは、電力変換器は、複数のスイッチング素子のスイッチング制御によって出力電圧を電圧指令値に制御するように動作する。制御装置は、モード選択手段が直列直結モードを選択したときに電圧制御モードにおける電圧指令値を和電圧へ向けて変化させるための手段と、出力電圧と和電圧との差が所定値より小さくなった後に、動作モードを電圧制御モードから直列直結モードへ切換えるための手段とをさらに含む。

【0012】

また好ましくは、制御装置は、負荷の動作指令値に従った入出力電力と複数の直流電源のそれぞれの出力電圧とに基づいて、直列直結モードが適用された場合における複数の直流電源の入出力電力を予測するための手段と、複数の直流電源のいずれかにおいて、予測された入出力電力が、当該直流電源の状態に応じて設定された放電上限電力および充電上限電力の間の範囲から外れているときに、モード選択手段による直列直結モードの選択を禁止するための手段とをさらに含む。

【0013】

好ましくは、複数の直流電源は、第１および第２の直流電源によって構成される。複数のスイッチング素子は、第１から第４のスイッチング素子を有する。第１のスイッチング素子は、第１のノードおよび電力線の間に電気的に接続される。第２のスイッチング素子は、第２のノードおよび第１のノードの間に電気的に接続される。第３のスイッチング素子は、第２の直流電源の負極端子と電気的に接続された第３のノードおよび第２のノードの間に電気的に接続される。第４のスイッチング素子は、第１の直流電源の負極端子および第３のノードの間に電気的に接続される。電力変換器は、第１および第２のリアクトルをさらに有する。第１のリアクトルは、第２のノードおよび第１の直流電源の正極端子の間に電気的に接続される。第２のリアクトルは、第１のノードおよび第２の直流電源の正極端子の間に電気的に接続される。複数の動作モードは、第１から第３のモードを含む。第１のモードでは、電力変換器は、第１から第４のスイッチング素子のオンオフ制御によって、出力電圧を電圧指令値に制御するように第１および第２の直流電源が電力線との間で並列に直流電圧変換を実行する。第２のモードでは、電力変換器は、第３のスイッチング素子をオン固定するとともに第１、第２および第４のスイッチング素子をオンオフ制御することによって、出力電圧を電圧指令値に制御するように第１および第２の直流電源が直列接続された状態で電力線との間で直流電圧変換を実行する。電力変換器は、第３のモードでは、第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、電力線に対して第１および第２の直流電源が直列に接続された状態を維持するように動作する。直列直結モードは、第３のモードである。

【0014】

さらに好ましくは、複数の動作モードは、第４から第６のモードをさらに含む。電力変換器は、第４のモードにおいて、第１から第４のスイッチング素子のオンオフ制御によって、出力電圧を電圧指令値に制御するように第１および第２の直流電源の一方の直流電源と電力線との間で直流電圧変換を実行する。電力変換器は、第５のモードにおいて、第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、第１および第２の直流電源の一方が電力線に電気的に接続される一方で、第１および第２の直流電源の他方が電力線から電気的に切り離された状態を維持するように動作する。電力変換器は、第６のモードにおいて、第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、電力線に対して第１および第２の直流電源が並列に接続された状態を維持するように動作する。

【0015】

また、さらに好ましくは、モード選択手段は、第１および第２の直流電源の出力電圧の和電圧および負荷要求電圧の差が判定電圧よりも小さいときに、直列直結モードを選択する。判定電圧は、負荷の入出力電力に応じて可変に決められる。

【0016】

あるいは、さらに好ましくは、制御装置は、モード選択手段が第３のモードを選択したときに第１または第４のモードを適用した状態で出力電圧の電圧指令値を和電圧へ向けて変化させるための手段と、出力電圧と和電圧との差が所定値より小さくなった後に動作モードを第１または第４のモードから第３のモードへ切換えるための手段とをさらに含む。

【0017】

また好ましくは、制御装置は、負荷の動作指令値に従った入出力電力と第１および第２直流電源のそれぞれの出力電圧とに基づいて、第３のモードが適用された場合における第１および第２の直流電源の入出力電力を予測するための手段と、第１および第２の直流電源のいずれかにおいて、予測された入出力電力が、当該直流電源の状態に応じて設定された放電上限電力および充電上限電力の間の範囲から外れているときに、モード選択手段による前第３のモードの選択を禁止するための手段とをさらに含む。

【0018】

好ましくは、負荷は、電動車両に搭載された車両駆動用電動機と、電力線および車両駆動用電動機の間に接続されたインバータとを含む。負荷要求電圧は、車両駆動用電動機が指示されたトルクを出力可能である出力電圧の下限値以上の範囲に設定される。

【0019】

さらに好ましくは、負荷要求電圧は、下限値以上の範囲において、車両駆動用電動機およびインバータの電力損失が最小化される出力電圧に設定される。

【発明の効果】

【0020】

この発明によれば、複数の直流電源と電力線との間に接続された電力変換器が複数の動作モードを有するように構成された電源システムにおいて、システム全体の効率向上を図るように電力変換器の動作モードを適切に選択することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施の形態１に従う電力変換器を含む電源システムの構成を示す回路図である。

【図2】図１に示した負荷の構成例を示す概略図である。

【図3】図１に示した電力変換器が有する複数の動作モードを説明するための図表である。

【図4】図１に示した２個の直流電源を異なる種類の電源で構成した場合における両直流電源の特性の一例を示す概念図である。

【図5】ＰＢモードにおける第１の回路動作を説明する回路図である。

【図6】ＰＢモードにおける第２の回路動作を説明する回路図である。

【図7】ＰＢモードにおける第１の直流電源に対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する回路図である。

【図8】ＰＢモードにおける第２の直流電源に対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する回路図である。

【図9】ＰＢモードにおける電力変換器のスイッチング素子の制御動作例を示す波形図である。

【図10】ＰＢモードにおける各スイッチング素子の制御信号を設定するための論理演算式を説明するための図表である。

【図11】ＳＢモードにおける回路動作を説明する回路図である。

【図12】ＳＢモードにおけるＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する回路図である。

【図13】ＳＢモードにおける電力変換器のスイッチング素子の制御動作例を示す波形図である。

【図14】ＳＢモードにおける各スイッチング素子の制御信号を設定するための論理演算式を説明するための図表である。

【図15】図３に示した各動作モードにおける直流電源間での電力分配比の制御可否および出力電圧の設定可能範囲を比較するための図表である。

【図16】負荷要求電圧の電圧範囲の定義を説明するための概念図である。

【図17】出力電圧の変化に対する電源システムの損失の特性を説明するための第１の概念図である。

【図18】出力電圧の変化に対する電源システムの損失特性を説明するための第２の概念図である。

【図19】ＳＤモードを選択したときにトータル損失が最小となる動作領域を説明するための概念図である。

【図20】図１９の縦軸に示された電圧差（ΔＶＨｒｑ）の定義を説明するための概念図である。

【図21】本実施の形態に従う電源システムにおけるＳＤモード選択制御のための制御構成を示す機能ブロック図である。

【図22】図２１に示されたＳＤモード選択部によってＳＤモードの選択が指示されたときの動作モード切換の好ましい態様を説明するため概念的な波形図である。

【図23】図２１に示されたＳＳＤモード選択部による選択結果を反映した動作モード選択のための制御構成を示す機能ブロック図である。

【図24】本実施の形態の変形例に従うＳＤモード選択制御を説明するための機能ブロック図である。

【図25】図２４に示されたＳＤモード禁止部による制御処理を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

（電力変換器の回路構成）
図１は、本発明の実施の形態１に従う電力変換器を含む電源システムの構成を示す回路図である。

【0023】

図１を参照して、電源システム５は、複数の直流電源１０ａおよび１０ｂと、負荷３０と、電力変換器５０とを備える。

【0024】

本実施の形態において、直流電源１０ａおよび１０ｂの各々は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池のような二次電池、あるいは、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等の出力特性に優れた直流電圧源要素により構成される。直流電源１０ａおよび直流電源１０ｂは、「第１の直流電源」および「第２の直流電源」にそれぞれ対応する。

【0025】

電力変換器５０は、直流電源１０ａおよび１０ｂと、電力線２０との間に接続される。電力変換器５０は、負荷３０と接続された電力線２０上の直流電圧（以下、出力電圧ＶＨとも称する）を電圧指令値ＶＨ＊に従って制御する。すなわち、電力線２０は、直流電源１０ａおよび１０ｂに対して共通に設けられる。

【0026】

負荷３０は、電力変換器５０の出力電圧ＶＨを受けて動作する。電圧指令値ＶＨ＊は、負荷３０の動作に適した電圧に設定される。さらに、負荷３０は、回生発電等によって、直流電源１０ａ，１０ｂの充電電力を発生可能に構成されてもよい。

【0027】

電力変換器５０は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４と、リアクトルＬ１，Ｌ２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）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるい
は電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に対しては、逆並列ダイオードＤ１〜Ｄ４が配置されている。また、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４にそれぞれ応答して、オンオフを制御することが可能である。すなわち、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４がハイレベル（以下、Ｈレベル）のときにオンする一方で、ローレベル（以下、Ｌレベル）のときにオフする。

【0028】

スイッチング素子Ｓ１は、電力線２０およびノードＮ１の間に電気的に接続される。リアクトルＬ２は、ノードＮ１と直流電源１０ｂの正極端子との間に接続される。スイッチング素子Ｓ２はノードＮ１およびＮ２の間に電気的に接続される。リアクトルＬ１はノードＮ２と直流電源１０ａの正極端子との間に接続される。

【0029】

スイッチング素子Ｓ３は、ノードＮ２およびＮ３の間に電気的に接続される。ノードＮ３は、直流電源１０ｂの負極端子と電気的に接続される。スイッチング素子Ｓ４は、ノードＮ３および接地配線２１の間に電気的に接続される。接地配線２１は、負荷３０および、直流電源１０ａの負極端子と電気的に接続される。

【0030】

図１から理解されるように、電力変換器５０は、直流電源１０ａおよび直流電源１０ｂの各々に対応して昇圧チョッパ回路を備えた構成となっている。すなわち、直流電源１０ａに対しては、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を上アーム素子とする一方で、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を下アーム素子とする電流双方向の第１の昇圧チョッパ回路が構成される。同様に、直流電源１０ｂに対しては、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を上アーム素子とする一方で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３を下アーム素子とする電流双方向の第２の昇圧チョッパ回路が構成される。

【0031】

そして、第１の昇圧チョッパ回路によって、直流電源１０ａおよび電力線２０の間に形成される電力変換経路と、第２の昇圧チョッパ回路によって、直流電源１０ｂおよび電力線２０の間に形成される電力変換経路との両方に、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が含まれる。

【0032】

制御装置４０は、たとえば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成されて、当該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、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、制御装置４０の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

【0033】

制御装置４０は、負荷３０への出力電圧ＶＨを制御するために、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフを制御する制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４を生成する。なお、図１では図示を省略しているが、直流電源１０ａの電圧（以下、Ｖａと表記する）および電流（以下、Ｉａと表記する）、直流電源１０ｂの電圧（以下、Ｖｂと表記する）および電流（以下、Ｉｂと表記する）、ならびに、出力電圧ＶＨの検出器（電圧センサ，電流センサ）が設けられている。さらに、直流電源１０ａおよび１０ｂの温度（以下、ＴａおよびＴｂと表記する）の検出器（温度センサ）についても配置することが好ましい。これらの検出器の出力は、制御装置４０へ与えられる。

【0034】

図１の構成において、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、「第１のスイッチング素子」〜「第４のスイッチング素子」にそれぞれ対応し、リアクトルＬ１およびＬ２は、「第１のリアクトル」および「第２のリアクトル」にそれぞれ対応する。

【0035】

図２は、負荷３０の構成例を示す概略図である。
図２を参照して、負荷３０は、たとえば電動車両の走行用電動機を含むように構成される。負荷３０は、平滑コンデンサＣＨと、インバータ３２と、モータジェネレータ３５と、動力伝達ギヤ３６と、駆動輪３７とを含む。

【0036】

モータジェネレータ３５は、車両駆動力を発生するための走行用電動機であり、たとえば、複数相の永久磁石型同期電動機で構成される。モータジェネレータ３５の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ３６を経由して、駆動輪３７へ伝達される。駆動輪３７に伝達されたトルクにより電動車両が走行する。また、モータジェネレータ３５は、電動車両の回生制動時には、駆動輪３７の回転力によって発電する。この発電電力は、インバータ３２によってＡＣ／ＤＣ変換される。この直流電力は、電源システム５に含まれる直流電源１０ａ，１０ｂの充電電力として用いることができる。

【0037】

モータジェネレータの他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ３５を協調的に動作させることによって、電動車両に必要な車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて直流電源１０ａ，１０ｂを充電することも可能である。

【0038】

このように、電動車両は、走行用電動機を搭載する車両を包括的に示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車と、エンジンを搭載しない電気自動車および燃料電池車との両方を含むものである。

【0039】

負荷３０（モータジェネレータ３５）の動作は、電動車両の走行状態（代表的には車速）およびドライバ操作（代表的には、アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作）に応じて、必要な車両駆動力または車両制動力が得られるように制御される。すなわち、負荷３０の動作指令（たとえば、モータジェネレータ３５のトルク指令値）は、電動車両の走行制御によって設定される。当該走行制御は、制御装置４０（図１）とは別個の上位ＥＣＵによって実行されることが好ましい。

【0040】

（電力変換器の動作モード）
電力変換器５０は、直流電源１０ａ，１０ｂと電力線２０との間での直流電力変換の態様が異なる複数の動作モードを有する。

【0041】

図３には、電力変換器５０が有する複数の動作モードが示される。
図３を参照して、動作モードは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の周期的なオンオフ制御に伴って直流電源１０ａおよび／または１０ｂの出力電圧を昇圧する「昇圧モード（Ｂ）」と、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフを固定して直流電源１０ａおよび／または１０ｂを電力線２０と電気的に接続する「直結モード（Ｄ）」とに大別される。

【0042】

昇圧モードには、直流電源１０ａおよび１０ｂと電力線２０との間で並列なＤＣ／ＤＣ変換を行なう「パラレル昇圧モード（以下、ＰＢモード）」と、直列接続された直流電源１０ａおよび１０ｂと電力線２０との間でＤＣ／ＤＣ変換を行なう「シリーズ昇圧モード（以下、ＳＢモード）」とが含まれる。ＰＢモードは、特許文献２での「パラレル接続モード」に対応し、ＳＢモードは、特許文献２での「シリーズ接続モード」に対応する。

【0043】

さらに、昇圧モードには、直流電源１０ａのみを用いて電力線２０との間でＤＣ／ＤＣ変換を行なう「直流電源１０ａによる単独モード（以下、ａＢモード）」と、直流電源１０ｂのみを用いて電力線２０との間でＤＣ／ＤＣ変換を行なう「直流電源１０ｂによる単独モード（以下、ｂＢモード）」とが含まれる。ａＢモードでは、直流電源１０ｂは、出力電圧ＶＨが直流電源１０ｂの電圧Ｖｂよりも高く制御されている限りにおいて、電力線２０と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。同様に、ｂＢモードでは、直流電源１０ａは、出力電圧ＶＨが直流電源１０ａの電圧Ｖａよりも高く制御されている限りにおいて、電力線２０と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。

【0044】

昇圧モードに含まれる、ＰＢモード、ＳＢモード、ａＢモードおよびｂＢモードの各々では、電力線２０の出力電圧ＶＨは、電圧指令値ＶＨ＊に従って制御される。これらの各モードにおけるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の制御については後述する。

【0045】

直結モードには、直流電源１０ａおよび１０ｂを電力線２０に対して並列に接続した状態を維持する「並列直結モード（以下、ＰＤモード）」と、直流電源１０ａおよび１０ｂを電力線２０に対して直列に接続した状態を維持する「シリーズ直結モード（以下、ＳＤモード）」とが含まれる。

【0046】

ＰＤモードでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４をオンに固定する一方で、スイッチング素子Ｓ３がオフに固定される。これにより、出力電圧ＶＨは、直流電源１０ａ，１０ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂ（厳密にはＶａ，Ｖｂのうちの高い方の電圧）と同等となる。Ｖａ，Ｖｂ間の電圧差は直流電源１０ａ，１０ｂに短絡電流を生じさせるので、当該電圧差が小さいときに限定して、ＰＤモードを適用することができる。

【0047】

ＳＤモードでは、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオフに固定される一方で、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３がオンに固定される。これにより、出力電圧ＶＨは、直流電源１０ａ，１０ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの和に従って一意に決まる（ＶＨ＝Ｖａ＋Ｖｂ）。

【0048】

さらに、直結モードには、直流電源１０ａのみを電力線２０と電気的に接続する「直流電源１０ａの直結モード（以下、ａＤモード）」と、直流電源１０ｂのみを電力線２０と電気的に接続する「直流電源１０ｂの直結モード（以下、ｂＤモード）」とが含まれる。

【0049】

ａＤモードでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がオンに固定される一方で、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４がオフに固定される。これにより、直流電源１０ｂは電力線２０から切り離された状態となり、出力電圧ＶＨは、直流電源１０ａの電圧Ｖａと同等となる（ＶＨ＝Ｖａ）。ａＤモードでは、直流電源１０ｂは、電力線２０と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。なお、Ｖｂ＞Ｖａの状態でａＤモードを適用すると、スイッチング素子Ｓ２を介して直流電源１０ｂから１０ａに短絡電流が生じる。このため、ａＤモードの適用には、Ｖａ＞Ｖｂが必要条件となる。

【0050】

同様に、ｂＤモードでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオンに固定される一方で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフに固定される。これにより、直流電源１０ａは電力線２０から切り離された状態となり、出力電圧ＶＨは、直流電源１０ｂの電圧Ｖｂと同等となる（ＶＨ＝Ｖｂ）。ｂＤモードでは、直流電源１０ａは、電力線２０と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。なお、Ｖａ＞Ｖｂの状態でｂＤモードを適用すると、ダイオードＤ２を介して直流電源１０ａから１０ｂに短絡電流が生じる。このため、ｂＤモードの適用には、Ｖｂ＞Ｖａが必要条件となる。

【0051】

直結モードに含まれる、ＰＤモード、ＳＤモード、ａＤモードおよびｂＤモードの各々では、電力線２０の出力電圧ＶＨは、直流電源１０ａ，１０ｂの電圧Ｖａ，Ｖｂに依存して決まるため、直接制御することができなくなる。このため、直結モードに含まれる各モードでは、出力電圧ＶＨが負荷３０の動作に適した電圧に設定できなくなることにより、負荷３０での電力損失が増加する可能性がある。

【0052】

一方で、直結モードでは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がオンオフされないため、電力変換器５０の電力損失が大幅に抑制される。したがって、負荷３０の動作状態によっては、直結モードの適用によって、負荷３０の電力損失増加量よりも電力変換器５０での電力損失減少量が多くなることにより、電源システム５全体での電力損失が抑制できる可能性がある。

【0053】

図３において、ＳＤモードは、電力変換器５０における「直列直結モード」に相当し、ａＢモード、ｂＢモードおよびＰＢモードの各々は、電力変換器５０における「電圧制御モード」に相当する。また、ＰＢモードは「第１のモード」に対応し、ＳＢモードは「第２のモード」に対応し、ＳＤモードは「第３のモード」に対応する。さらに、ａＢモードおよびｂＢモードは「第４のモード」に対応し、ａＤモードおよびｂＤモードは「第５のモード」に対応し、ＰＤモードは「第６のモード」に対応する。

【0054】

図４は、直流電源１０ａ，１０ｂを異なる種類の電源で構成した場合における両直流電源の特性の一例を示す概念図である。図４には、横軸にエネルギ、縦軸に電力をプロットした、いわゆるラゴンプロットが示される。一般的に、直流電源の出力パワーおよび蓄積エネルギはトレードオフの関係にあるため、高容量型のバッテリでは高出力を得ることが難しく、高出力型のバッテリでは蓄積エネルギを高めることが難しい。

【0055】

したがって、直流電源１０ａ，１０ｂは、一方が、蓄積エネルギが高い、いわゆる高容量型の電源で構成されるのに対して、他方が、出力パワーが高い、いわゆる高出力型の電源で構成されることが好ましい。このようにすると、高容量型の電源に蓄積されたエネルギを平準的に長期間使用する一方で、高出力型の電源をバッファとして使用して、高容量型の電源による不足分を出力することができる。

【0056】

図４の例では、直流電源１０ａが高容量型の電源で構成される一方で、直流電源１０ｂは高出力型の電源で構成される。したがって、直流電源１０ａの動作領域１１０は、直流電源１０ｂの動作領域１２０と比較して、出力可能な電力範囲が狭い。一方で、動作領域１２０は、動作領域１１０と比較して、蓄積可能なエネルギ範囲が狭い。

【0057】

負荷３０の動作点１０１では、高パワーが短時間要求される。たとえば、電動車両では、動作点１０１は、ユーザのアクセル操作による急加速時に対応する。これに対して、
負荷３０の動作点１０２では、比較的低パワーが長時間要求される。たとえば、電動車両では、動作点１０２は、継続的な高速定常走行に対応する。

【0058】

動作点１０１に対しては、主に、高出力型の直流電源１０ｂからの出力によって対応することができる。一方で、動作点１０２に対しては、主に、高容量型の直流電源１０ａからの出力によって対応することができる。これにより、電動車両では、高容量型のバッテリに蓄積されたエネルギを長時間に亘って使用することによって、電気エネルギによる走行距離を延ばすことができるとともに、ユーザのアクセル操作に対応した加速性能を速やかに確保することができる。

【0059】

このように、種類および容量の異なる直流電源を組み合わせることにより、各直流電源の特性を活かして、システム全体で有効に蓄積エネルギを使用することができる。ただし、直流電源１０ａ，１０ｂの組み合わせはこの例に限定されるものではなく、同種および／または同容量の直流電源（蓄電装置）によって構成することも可能である。

【0060】

また、直流電源がバッテリによって構成される場合には、低温時に出力特性が低下する可能性や、高温時に劣化進行を抑制するために充放電が制限される可能性がある。特に、電動車両では、搭載位置の差異によって、直流電源１０ａ，１０ｂの間に温度差が発生するケースも生じる。したがって、電源システム５では、直流電源１０ａ，１０ｂの動作状態（特に温度）に応じて、あるいは、上述したような負荷３０の要求に応じて、いずれか一方の直流電源のみを使用した方が、効率的であるケースが存在する。上述したような、直流電源１０ａ，１０ｂの一方のみを使用するモード（ａＢモード，ｂＢモード，ａＤモード，ｂＤモード）を設けることによって、これらのケースに対応することができる。

【0061】

すなわち、本実施の形態１に従う電力変換器５０では、直流電源１０ａ，１０ｂおよび／または負荷３０の動作状態に応じて、図３に示した、複数の動作モードのうちのいずれかの動作モードが選択される。動作モードを選択するための処理の詳細については、後程説明する。

【0062】

（各動作モードでの回路動作）
次に、各動作モードにおける電力変換器５０の回路動作を説明する。まず、直流電源１０ａおよび１０ｂと電力線２０との間で並列なＤＣ／ＤＣ変換を行なうＰＢモードでの回路動作について、図５〜図８を用いて説明する。

【0063】

（ＰＢモードにおける回路動作）
図５および図６に示されるように、スイッチング素子Ｓ４またはＳ２をオンすることによって、直流電源１０ａおよび１０ｂを電力線２０に対して並列に接続することができる。ここで、並列接続モードでは、直流電源１０ａの電圧Ｖａと直流電源１０ｂの電圧Ｖｂとの高低に応じて等価回路が異なってくる。

【0064】

図５（ａ）に示されるように、Ｖｂ＞Ｖａのときは、スイッチング素子Ｓ４をオンすることにより、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３を介して、直流電源１０ａおよび１０ｂが並列に接続される。このときの等価回路が図５（ｂ）に示される。

【0065】

図５（ｂ）を参照して、直流電源１０ａおよび電力線２０の間では、スイッチング素子Ｓ３のオンオフ制御によって、下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。同様に、直流電源１０ｂおよび電力線２０の間では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３を共通にオンオフ制御することによって、昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ１は、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。

【0066】

一方、図６（ａ）に示されるように、Ｖａ＞Ｖｂのときには、スイッチング素子Ｓ２をオンすることにより、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を介して、直流電源１０ａおよび１０ｂが並列に接続される。このときの等価回路が図６（ｂ）に示される。

【0067】

図６（ｂ）を参照して、直流電源１０ｂおよび電力線２０の間では、スイッチング素子Ｓ３のオンオフ制御によって、下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。同様に、直流電源１０ａおよび電力線２０の間では、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を共通にオンオフ制御することによって、昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ１は、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。

【0068】

次に、図７および図８を用いて、電力変換器５０のＰＢモードにおける昇圧動作について詳細に説明する。

【0069】

図７には、ＰＢモードにおける直流電源１０ａに対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）が示される。

【0070】

図７（ａ）を参照して、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のペアをオンし、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のペアをオフすることによって、リアクトルＬ１にエネルギを蓄積するため
の電流経路３５０が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。

【0071】

これに対して、図７（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のペアをオフするとともに、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のペアをオンすることによって、リアクトルＬ１の蓄積エネルギを直流電源１０ａのエネルギとともに出力するための電流経路３５１が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。

【0072】

スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の少なくとも一方がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の少なくとも一方がオフされている第２の期間とを交互に繰返すことにより、図７（ａ）の電流経路３５０および図７（ｂ）の電流経路３５１が交互に形成される。

【0073】

この結果、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のペアを等価的に上アーム素子とし、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のペアを等価的に下アーム素子とする昇圧チョッパ回路が、直流電源１０ａに対して構成される。図７に示されるＤＣ／ＤＣ変換動作では、直流電源１０ｂへの電流流通経路がないため、直流電源１０ａおよび１０ｂは互いに非干渉である。すなわち、直流電源１０ａおよび１０ｂに対する電力の入出力を独立に制御することが可能である。

【0074】

このようなＤＣ／ＤＣ変換において、直流電源１０ａの電圧Ｖａと、電力線２０の出力電圧ＶＨとの間には、下記（１）式に示す関係が成立する。（１）式では、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のペアがオンされる期間のデューティ比をＤａとする。

【0075】

ＶＨ＝１／（１−Ｄａ）・Ｖａ …（１）
図８には、ＰＢモードにおける直流電源１０ｂに対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）が示される。

【0076】

図８（ａ）を参照して、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のペアをオンし、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のペアをオフすることによって、リアクトルＬ２にエネルギを蓄積するための電流経路３６０が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。

【0077】

これに対して、図８（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のペアをオフするとともに、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のペアをオンすることによって、リアクトルＬ２の蓄積エネルギを直流電源１０ｂのエネルギとともに出力するための電流経路３６１が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。

【0078】

スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４の少なくとも一方がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３の少なくとも一方がオフされている第２の期間とを交互に繰返すことにより、図８（ａ）の電流経路３６０および図８（ｂ）の電流経路３６１が交互に形成される。

【0079】

この結果、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のペアを等価的に上アーム素子とし、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のペアを等価的に下アーム素子とする昇圧チョッパ回路が、直流電源１０ｂに対して構成される。図８に示されるＤＣ／ＤＣ変換動作では、直流電源１０ａを含む電流経路がないため、直流電源１０ａおよび１０ｂは互いに非干渉である。すなわち、直流電源１０ａおよび１０ｂに対する電力の入出力を独立に制御することが可能である。

【0080】

このようなＤＣ／ＤＣ変換において、直流電源１０ｂの電圧Ｖｂと、電力線２０の出力電圧ＶＨとの間には、下記（２）式に示す関係が成立する。（２）式では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のペアがオンされる期間のデューティ比をＤｂとする。

【0081】

ＶＨ＝１／（１−Ｄｂ）・Ｖｂ …（２）
また、図７および図８から理解されるように、ＰＢモードでは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に、直流電源１０ａと電力線２０との間のＤＣ／ＤＣ変換による電流と、直流電源１０ｂおよび電力線２０の間でのＤＣ／ＤＣ変換による電流との両方が流れる。

【0082】

したがって、両者の電力変換によって流れる電流が、各スイッチング素子において逆方向である場合、たとえば、図７（ａ）における電流経路３５０と、図８（ｂ）における電流経路３６１とが同時に形成されている場合には、両電流経路の電流が打ち消し合うため、スイッチング素子Ｓ４の通過電流は小さくなる。このような現象により、ＰＢモードでは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４における損失は、単独の直流電源を用いてＤＣ／ＤＣ変換を実行するａＢモードまたはｂＢモードと比較して小さくできる場合がある。

【0083】

図９には、ＰＢモードにおけるスイッチング素子の制御動作例を説明するための波形図が示される。図９には、直流電源１０ａのＰＷＭ制御に用いられるキャリア波ＣＷａと、直流電源１０ｂのＰＷＭ制御に用いられるキャリア波ＣＷｂとは、同一周波数かつ同一位相であるときの例が示される。

【0084】

図９を参照して、たとえば、ＰＢモードでは、特許文献２に記載されるように、直流電源１０ａおよび１０ｂの一方の出力を、出力電圧ＶＨの電圧偏差ΔＶＨ（ΔＶＨ＝ＶＨ＊−ＶＨ）を補償するように制御（電圧制御）するとともに、直流電源１０ａおよび１０ｂの他方の出力を、電流ＩａまたはＩｂの電流偏差を補償するように制御（電流制御）することができる。この際に、電流制御の指令値（Ｉａ＊またはＩｂ＊）は、当該電源の入出力電力を制御するように設定することができる。

【0085】

一例として、直流電源１０ｂの出力を電圧制御する一方で、直流電源１０ａの出力を電流制御するようにすると、デューティ比Ｄａは電流偏差ΔＩａ（ΔＩａ＝Ｉａ＊−Ｉａ）に基づいて演算される一方で、デューティ比Ｄｂは、電圧偏差ΔＶＨ（ΔＶＨ＝ＶＨ＊−ＶＨ）に基づいて演算される。

【0086】

直流電源１０ａの出力を制御するためのデューティ比Ｄａと、キャリア波ＣＷａとの電圧比較に基づいて、制御パルス信号ＳＤａが生成される。同様に、直流電源１０ｂの出力を制御するためのデューティ比Ｄｂと、キャリア波ＣＷｂとの比較に基づいて制御パルス信号ＳＤｂが生成される。制御パルス信号／ＳＤａ，／ＳＤｂは、制御パルス信号ＳＤａ，ＳＤｂの反転信号である。

【0087】

図１０に示されるように、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４は、制御パルス信号ＳＤａ（／ＳＤａ）およびＳＤｂ（／ＳＤｂ）の論理演算に基づいて設定される。

【0088】

スイッチング素子Ｓ１は、図７および図８の昇圧チョッパ回路の各々で上アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ１のオンオフを制御する制御信号ＳＧ１は、制御パルス信号／ＳＤａおよび／ＳＤｂの論理和によって生成される。この結果、スイッチング素子Ｓ１は、図７の昇圧チョッパ回路（直流電源１０ａ）の上アーム素子および、図８の昇圧チョッパ回路（直流電源１０ｂ）の上アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。

【0089】

スイッチング素子Ｓ２は、図７の昇圧チョッパ回路では上アーム素子を形成し、図８の昇圧チョッパ回路では下アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ２のオンオフを制御する制御信号ＳＧ２は、制御パルス信号／ＳＤａおよびＳＤｂの論理和によって生成される。これにより、スイッチング素子Ｓ２は、図７の昇圧チョッパ回路（直流電源１０ａ）の上アーム素子および、図８の昇圧チョッパ回路（直流電源１０ｂ）の下アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。

【0090】

同様にして、スイッチング素子Ｓ３の制御信号ＳＧ３は、制御パルス信号ＳＤａおよびＳＤｂの論理和によって生成される。これにより、スイッチング素子Ｓ３は、図７の昇圧チョッパ回路（直流電源１０ａ）の下アーム素子および、図８の昇圧チョッパ回路（直流電源１０ｂ）の下アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。また、スイッチング素子Ｓ４の制御信号ＳＧ４は、制御パルス信号ＳＤａおよび／ＳＤｂの論理和によって生成される。これにより、スイッチング素子Ｓ４は、図７の昇圧チョッパ回路（直流電源１０ａ）の下アーム素子および、図８の昇圧チョッパ回路（直流電源１０ｂ）の上アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。

【0091】

ＰＢモードでは、制御信号ＳＧ２およびＳＧ４が相補のレベルに設定されているので、スイッチング素子Ｓ２およびＳ４は相補的にオンオフされる。これにより、図５に示したＶｂ＞Ｖａのときの動作と、図６に示したＶａ＞Ｖｂの動作とが、自然に切替えられる。さらに、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３が相補にオンオフされることにより、直流電源１０ａ，１０ｂについて、デューティ比Ｄａ，Ｄｂに従った直流電力変換が実行できる。

【0092】

再び図９を参照して、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４は、図１０に示された論理演算式に従って、制御パルス信号ＳＤａ（／ＳＤａ）およびＳＤｂ（／ＳＤｂ）に基づいて生成される。制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４に従ってスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をオンオフすることにより、リアクトルＬ１を流れる電流Ｉ（Ｌ１）およびリアクトルＬ２を流れる電流Ｉ（Ｌ２）が制御される。電流Ｉ（Ｌ１）は直流電源１０ａの電流Ｉａに相当し、電流Ｉ（Ｌ２）は直流電源１０ｂの電流Ｉｂに相当する。

【0093】

このように、ＰＢモードでは、直流電源１０ａ，１０ｂと電力線２０との間で並列に直流電力を入出力するＤＣ／ＤＣ変換を実行した上で、出力電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨ＊に制御することができる。さらに、電流制御の対象となる直流電源の電流指令値に応じて、当該直流電源の入出力電力を制御することができる。

【0094】

ＰＢモードでは、負荷３０の入出力電力（以下、負荷電力ＰＬとも称する）に対する、電流制御される直流電源からの入出力電力による不足分が、電圧制御される直流電源から入出力されることになる。このため、電流制御での電流指令値の設定によって、直流電源間での電力分配比率を間接的に制御することが可能となる。なお、以下では、電力Ｐａ，Ｐｂ、直流電源１０ａ，１０ｂ全体が電力線２０に対して入出力する総電力ＰＨ（ＰＨ＝Ｐａ＋Ｐｂ）、および負荷電力ＰＬは、各直流電源１０ａ，１０ｂの放電時および負荷３０の力行動作時の電力値を正値で表し、各直流電源１０ａ，１０ｂの充電時および負荷３０の回生動作時の電力値を負値で表すこととする。

【0095】

なお、以下では、電力Ｐａ，Ｐｂ、総電力ＰＨおよび負荷電力ＰＬは、各直流電源１０ａ，１０ｂの放電時および負荷３０の力行動作時の電力値を正値で表し、各直流電源１０ａ，１０ｂの充電時および負荷３０の回生動作時の電力値を負値で表すこととする。

【0096】

（ａＢモードおよびｂＢモードにおける回路動作）
直流電源１０ａ，１０ｂの一方のみを用いる昇圧モード（ａＢモード，ｂＢモード）における回路動作は、図７および図８における回路動作と共通する。

【0097】

ａＢモードにおいては、図７（ａ），（ｂ）に示すスイッチング動作によって、直流電源１０ｂを不使用とする一方で、直流電源１０ａおよび電力線２０（負荷３０）の間で双方向のＤＣ／ＤＣ変換が実行される。したがって、ａＢモードでは、直流電源１０ａの出力を制御するためのデューティ比Ｄａに基づく制御パルス信号ＳＤａに従って、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が制御される。

【0098】

具体的には、図７（ａ），（ｂ）に示した昇圧チョッパ回路の下アーム素子を構成するスイッチング素子Ｓ３およびＳ４は、制御パルス信号ＳＤａに従って共通にオンオフ制御される。同様に、昇圧チョッパ回路の上アーム素子を構成するスイッチング素子Ｓ１およびＳ２は、制御パルス信号／ＳＤａに従って共通にオンオフ制御される。

【0099】

同様に、ｂＢモードにおいては、図８（ａ），（ｂ）に示すスイッチング動作によって、直流電源１０ａを不使用とする一方で、直流電源１０ｂおよび電力線２０（負荷３０）の間で双方向のＤＣ／ＤＣ変換が実行される。したがって、ｂＢモードでは、直流電源１０ｂの出力を制御するためのデューティ比Ｄｂに基づく制御パルス信号ＳＤｂに従って、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が制御される。

【0100】

具体的には、図８（ａ），（ｂ）に示した昇圧チョッパ回路の下アーム素子を構成するスイッチング素子Ｓ２およびＳ３は、制御パルス信号ＳＤｂに従って共通にオンオフ制御される。同様に、昇圧チョッパ回路の上アーム素子を構成するスイッチング素子Ｓ１およびＳ４は、制御パルス信号／ＳＤｂに従って共通にオンオフ制御される。

【0101】

（直結モードにおける回路動作）
直結モードでは、図３に従ってスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフを固定することによって、ＰＤモード、ＳＤモード、ａＤモードおよびｂＤモードの各々を実現できることが理解される。

【0102】

（ＳＢモードにおける回路動作）
次に、ＳＢモードでの回路動作を、図１１および図１２を用いて説明する。

【0103】

図１１（ａ）に示されるように、スイッチング素子Ｓ３をオン固定することによって、直流電源１０ａおよび１０ｂを電力線２０に対して直列に接続することができる。このときの等価回路が図１１（ｂ）に示される。

【0104】

図１１（ｂ）を参照して、ＳＢモードでは、直列接続された直流電源１０ａおよび１０ｂと電力線２０との間では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４を共通にオンオフ制御することによって、昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ１は、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のオフ期間にオンされることによって、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。また、オン固定されたスイッチング素子Ｓ３により、リアクトルＬ１をスイッチング素子Ｓ４と接続する配線１５が等価的に形成される。

【0105】

次に、図１２を用いて、ＳＢモードにおけるＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する。
図１２（ａ）を参照して、直流電源１０ａおよび１０ｂを直列接続するためにスイッチング素子Ｓ３がオン固定される一方で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のペアがオンし、スイッチング素子Ｓ１がオフされる。これにより、リアクトルＬ１，Ｌ２にエネルギを蓄積するための電流経路３７０，３７１が形成される。この結果、直列接続された直流電源１０ａ，１０ｂに対して、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。

【0106】

これに対して、図１２（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ３をオン固定したままで、図１２（ａ）とは反対に、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のペアがオフし、スイッチング素子Ｓ１がオンされる。これにより、電流経路３７２が形成される。電流経路３７２により、直列接続された直流電源１０ａ，１０ｂからのエネルギと、リアクトルＬ１，Ｌ２に蓄積されたエネルギとの和が電力線２０へ出力される。この結果、直列接続された直流電源１０ａ，１０ｂに対して、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。

【0107】

スイッチング素子Ｓ３がオン固定された下で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のペアがオンされる一方でスイッチング素子Ｓ１がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ１がオンされる一方でスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオフされている第２の期間とを交
互に繰返すことにより、図１２（ａ）の電流経路３７０，３７１および図１２（ｂ）の電流経路３７２が交互に形成される。

【0108】

ＳＢモードのＤＣ／ＤＣ変換では、直流電源１０ａの電圧Ｖａ、直流電源１０ｂの電圧Ｖｂ、および、電力線２０の出力電圧ＶＨの間には、下記（３）式に示す関係が成立する。（３）式では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のペアがオンされる第１の期間のデューティ比をＤｃとする。

【0109】

ＶＨ＝１／（１−Ｄｃ）・（Ｖａ＋Ｖｂ） …（３）
ただし、ＶａおよびＶｂが異なるときや、リアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスが異なるときには、図１２（ａ）の動作終了時におけるリアクトルＬ１，Ｌ２の電流値がそれぞれ異なる。したがって、図１２（ｂ）の動作への移行直後には、リアクトルＬ１の電流の方が大きいときには電流経路３７３を介して差分の電流が流れる。一方、リアクトルＬ２の電流の方が大きいときには電流経路３７４を介して、差分の電流が流れる。

【0110】

図１３には、ＳＢモードにおけるスイッチング素子の制御動作例を説明するための波形図が示される。

【0111】

ＳＢモードでは、特許文献３に記載されるように、出力電圧ＶＨの電圧偏差ΔＶＨ（ΔＶＨ＝ＶＨ＊−ＶＨ）を補償するように、（３）式のデューティ比Ｄｃが演算される。そして、キャリア波ＣＷとデューティ比Ｄｃとの電圧比較に基づいて、制御パルス信号ＳＤｃが生成される。制御パルス信号／ＳＤｃは、制御パルス信号ＳＤｃの反転信号である。ＳＢモードでは、直流電圧（Ｖａ＋Ｖｂ）と、出力電圧ＶＨとの間のＤＣ／ＤＣ変換が、図１０に示された昇圧チョッパ回路によって実行される。

【0112】

図１４に示されるように、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４は、制御パルス信号ＳＤｃ（／ＳＤｃ）の論理演算に基づいて設定することができる。

【0113】

制御パルス信号ＳＤｃは、昇圧チョッパ回路の下アーム素子を構成するスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のペアの制御信号ＳＧ２，ＳＧ４とされる。同様に、昇圧チョッパ回路の上アーム素子を構成するスイッチング素子Ｓ１の制御信号ＳＧ１は、制御パルス信号／ＳＤｃによって得られる。この結果、下アーム素子を構成するスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のペアがオンされる期間と、上アーム素子を構成するスイッチング素子Ｓ１がオンされる期間とが相補的に設けられる。

【0114】

ＳＢモードでは、直流電源１０ａおよび１０ｂが直列接続された状態で、電力線２０（負荷３０）との間で双方向のＤＣ／ＤＣ変換が実行される。したがって、直流電源１０ａの電力Ｐａおよび直流電源１０ｂの電力Ｐｂを直接制御することができない。すなわち、直流電源１０ａ，１０ｂの電力Ｐａ，Ｐｂの比は、電圧Ｖａ，Ｖｂの比によって、下記（４）式に従って自動的に決まる。

【0115】

Ｐａ：Ｐｂ＝Ｖａ：Ｖｂ …（４）
なお、直流電源１０ａ，１０ｂの電力の和（Ｐａ＋Ｐｂ）によって負荷３０へ入出力される供給されることは、ＰＢモードと同様である。

【0116】

（動作モードの選択）
以下に、本実施の形態に従う電力変換器制御における動作モードの選択処理について詳細に説明する。

【0117】

図１５には、図３に示した各動作モードにおける、直流電源１０ａ，１０ｂ間での電力配分の制御可否および出力電圧ＶＨの設定可能範囲が示される。

【0118】

図１５を参照して、ＰＢモードでは、電流制御対象となる直流電源での電流指令値の設定により、直流電源１０ａ，１０ｂ間の電力分配比ｋを制御することができる。なお、電力分配比ｋは、総電力ＰＨ（ＰＨ＝Ｐａ＋Ｐｂ）に対する直流電源１０ａの電力Ｐａの比で定義される（ｋ＝Ｐａ／ＰＨ）。すなわち、ＰＢモードでは、０〜１．０の範囲内で任意の値に、電力分配比ｋを設定することができる。なお、ＰＢモードでは、出力電圧ＶＨは、電圧ＶａおよびＶｂの最大値であるｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）から、出力電圧ＶＨの制御上限値である上限電圧ＶＨｍａｘまでの範囲内で制御することができる（ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）≦ＶＨ≦ＶＨｍａｘ）。なお、ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）について、Ｖａ＞Ｖｂのときはｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）＝Ｖａであり、Ｖｂ＞Ｖａのときはｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）＝Ｖｂである。また、上限電圧ＶＨｍａｘは、部品の耐圧等を考慮して定められる上限値である。

【0119】

ＳＢモードでは、電力分配比ｋは、（４）式に示したように、電圧Ｖａ，Ｖｂによって自動的に決まるため、各直流電源１０ａ，１０ｂの電力Ｐａ，Ｐｂを独立に制御することはできない。また、出力電圧ＶＨは（Ｖａ＋Ｖｂ）よりも低く設定することができない。ＳＢモードでは、出力電圧ＶＨは、（Ｖａ＋Ｖｂ）から上限電圧ＶＨｍａｘまでの範囲内で制御することができる（Ｖａ＋Ｖｂ＜ＶＨ≦ＶＨｍａｘ）。

【0120】

ａＢモードでは、直流電源１０ａのみが使用されるので電力分配比ｋ＝１．０に固定される。そして、式（１）のデューティ比Ｄａに基づいて図８に示した昇圧チョッパ回路を制御することにより、出力電圧ＶＨは、ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）から上限電圧ＶＨｍａｘまでの範囲内で制御することができる（ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）＜ＶＨ≦ＶＨｍａｘ）。

【0121】

ｂＢモードでは、直流電源１０ｂのみが使用されるため、電力分配比ｋ＝０に固定される。そして、式（２）のデューティ比Ｄｂに基づいて図８に示した昇圧チョッパ回路を制御することにより、出力電圧ＶＨは、ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）からＶＨｍａｘの範囲内で制御することができる（ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）＜ＶＨ≦ＶＨｍａｘ）。

【0122】

ＰＤモードでは、直流電源１０ａおよび１０ｂが並列に電力線２０に対して接続される。このため、電力分配比ｋは、直流電源１０ａおよび１０ｂの内部抵抗に依存して一意に決まるので、各直流電源１０ａ，１０ｂの電力Ｐａ，Ｐｂを独立に制御することはできない。具体的には、直流電源１０ａの内部抵抗Ｒａおよび直流電源１０ｂの内部抵抗Ｒｂを用いると、ｋ＝Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）となる。また、ＶＨ＝Ｖａ（ＶＨ＝Ｖｂ）に固定されるため、電圧指令値ＶＨ＊に応じて出力電圧ＶＨを制御することはできない。なお、上述のように、ＰＤモードは、電圧ＶａおよびＶｂの電圧差が小さいときに限定して適用することができる。

【0123】

ＳＤモードでは、直流電源１０ａおよび１０ｂが直列に電力線２０に対して電気的に接続される。このため、出力電圧ＶＨ＝Ｖａ＋Ｖｂに固定される。すなわち、電圧指令値ＶＨ＊に応じて出力電圧ＶＨを制御することはできない。また、電力分配比ｋは、ＳＢモードと同様に、電圧ＶａおよびＶｂに従って自動的に決まるため、任意には制御できない。

【0124】

ａＤモードの適用時には、上述のようにＶａ＞Ｖｂが条件であるため、直流電源１０ｂが電力線２０から切り離される一方で、直流電源１０ａが電力線２０に対して接続される。このため、出力電圧ＶＨ＝Ｖａに固定される。また、電力供給は直流電源１０ａからのみ実行されるので、電力分配比ｋ＝１．０に固定される。

【0125】

同様に、ｂＤモードの適用時には、上述のようにＶｂ＞Ｖａが条件であるため、直流電源１０ａが電力線２０から切り離される一方で、直流電源１０ｂが電力線２０に対して接続される。このため、出力電圧ＶＨ＝Ｖｂに固定される。また、電力供給は直流電源１０ｂからのみ実行されるので、電力分配比ｋ＝０に固定される。

【0126】

図１５から理解されるように、各動作モードにおいて、電力変換器５０が出力可能な出力電圧ＶＨの範囲が異なる。また、上述のように、ＰＢモードでは直流電源１０ａ，１０ｂの間での電力配分が制御可能である。一方、その他のＳＢモード、ＳＤモード、ａＢモード、ｂＢモード、ａＤモード、ｂＤモードおよびＰＤモードでは、直流電源１０ａ，１０ｂの間での電力配分が任意には制御できない。

【0127】

ここで、負荷３０へ供給される出力電圧ＶＨは、負荷３０への動作状態に応じて、一定電圧以上に設定することが必要となる。図２に例示するように、負荷３０が、モータジェネレータ３５を含んで構成される場合には、インバータ３２の直流リンク側電圧に相当する出力電圧ＶＨが、モータジェネレータ３５のコイル巻線（図示せず）に生じる誘起電圧以上であることが必要である。

【0128】

また、モータジェネレータ３５が出力可能なトルク範囲は、出力電圧ＶＨに応じて変化する。具体的には、出力電圧ＶＨを高くすると出力可能なトルクも大きくなる。したがって、たとえば、出力電圧ＶＨは、電動車両の走行制御によって定められたトルク指令値に相当するトルクをモータジェネレータ３５が出力可能な電圧範囲とすることが必要である。

【0129】

これらの観点から、負荷３０の動作状態（図２の構成例では、モータジェネレータ３５のトルクおよび回転数）に応じて、負荷３０を動作指令値に従って動作させるための、出力電圧ＶＨの最小値に相当する負荷最低電圧ＶＨｍｉｎを予め定めることができる。したがって、負荷要求電圧ＶＨｒｑは、負荷最低電圧ＶＨｍｉｎに対応させて定めることができる。

【0130】

さらに、モータジェネレータ３５のトルク制御において、同一トルクを出力する際の電流位相は、インバータ３２の直流リンク電圧（出力電圧ＶＨ）によって変化する。また、モータジェネレータ３５での電流振幅に対する出力トルクの比、すなわち、モータ効率は、電流位相に応じて変化する。したがって、モータジェネレータ３５のトルク指令値が設定されると、当該トルク指令値に対応させて、モータジェネレータ３５での効率が最大、すなわち、モータジェネレータ３５での電力損失が最小となる最適な電流位相、および、この最適な電流位相を実現するための出力電圧ＶＨを定めることができる。

【0131】

このように、出力電圧ＶＨに応じて、モータジェネレータ３５およびインバータ３２における電力損失、すなわち負荷損失Ｐｌｄが変化することが理解される。したがって、負荷要求電圧ＶＨｒｑは、ＶＨｒｑ≧ＶＨｍｉｎの範囲で、負荷３０での効率をさらに考慮して定めることが好ましい。

【0132】

これらの要素を考慮して、負荷３０の動作状態および動作指令値(たとえば、トルク指令値）に対応させて、出力電圧ＶＨに関する負荷要求電圧ＶＨｒｑを予め設定することができる。上述のように、少なくともＶＨｒｑ≧ＶＨｍｉｎは保障されているので、電力変換器５０は、ＶＨ≧ＶＨｒｑの範囲に出力電圧ＶＨを制御することにより、負荷３０の動作を確保することができる。負荷損失Ｐｌｄをさらに考慮して負荷要求電圧ＶＨｒｑが定められている場合には、ＶＨ＝ＶＨｒｑとすれば、負荷３０での損失を抑制することができるものとする。

【0133】

このように、負荷３０の動作指令値に応じて設定された負荷要求電圧ＶＨｒｑの範囲に依存して、ＶＨ≧ＶＨｒｑを実現できる動作モード、すなわち、適用可能な動作モードが異なることが理解される。

【0134】

図１６には、負荷要求電圧ＶＨｒｑの電圧範囲ＶＲ１〜ＶＲ３の定義が示される。図１７には、各電圧範囲における動作モードの選択を説明するための図表が示される。

【0135】

図１６を参照して、負荷要求電圧ＶＨｒｑは、電圧範囲ＶＲ１（ＶＨｒｑ≦ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）、ＶＲ２（ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）＜ＶＨｒｑ≦Ｖａ＋Ｖｂ）および、ＶＲ３（Ｖａ＋Ｖｂ＜ＶＨｒｑ≦ＶＨｍａｘ）のいずれかに設定される。

【0136】

電力変換器５０は、ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）よりも低い電圧を出力することができないため、負荷要求電圧ＶＨｒｑが電圧範囲ＶＲ１内であるときには、出力電圧ＶＨを負荷要求電圧ＶＨｒｑと一致させることができない。したがって、電圧範囲ＶＲ１では、ＶＨ≧ＶＨｒｑの範囲でなるべくＶＨをＶＨｒｑに近付けるため、ａＤモード、ｂＤモードおよびＰＤモードのいずれかを選択することが好ましい。

【0137】

なお、上述のように、電圧Ｖａ，Ｖｂの関係に応じて、適用可能な動作モードも異なる。すなわち、Ｖａ＞Ｖｂのときには、ａＤモードのみが適用可能である一方で、ｂＤモードおよびＰＤモードを適用することができない。同様に、Ｖｂ＞Ｖａのときには、ｂＤモードのみが適用可能である一方で、ａＤモードおよびＰＤモードを適用することができない。これに対して、ＶａおよびＶｂの電圧差が小さく、Ｖａ＝Ｖｂとみなせる場合には、ａＤモード、ｂＤモードおよびＰＤモードを適用することが可能である。

【0138】

昇圧モードに属するａＢモード、ｂＢモードおよびＰＢモードでは、出力電圧ＶＨは、ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）〜ＶＨｍａｘの範囲内であれば、電圧指令値ＶＨ＊に従って制御することができる。一方で、ＳＢモードでは、出力電圧ＶＨを（Ｖａ＋Ｖｂ）より低く制御することができない。すなわち、出力電圧ＶＨは、（Ｖａ＋Ｖｂ）〜ＶＨｍａｘの範囲内であれば、電圧指令値ＶＨ＊に従って制御することができる。

【0139】

電圧範囲ＶＲ２では、上述した各動作モードでの出力電圧ＶＨの制御可能範囲に照らして、ａＢモード、ｂＢモードおよびＰＢモードを選択することができる。これらの動作モードの適用時には、ＶＨ＊＝ＶＨｒｑとすることにより、出力電圧ＶＨを負荷要求電圧ＶＨｒｑと一致させることが可能である。一方で、ａＤモード、ｂＤモードおよびＰＤモードは、適用することができない。

【0140】

さらに、ＳＤモードは、ＶＨ≧ＶＨｒｑの条件を満たすため、電圧範囲ＶＲ２において適用可能である。ＳＤモードでは、出力電圧ＶＨ（ＶＨ＝Ｖａ＋Ｖｂ）を負荷要求電圧ＶＨｒｑに一致させることはできないが、電力変換器５０での損失が大幅に抑制される。このため、電源システム５全体の損失については、ａＢモード、ｂＢモードおよびＰＢモードの適用時よりも抑制できる可能性がある。したがって、ＳＤモードについても、電圧範囲ＶＲ２での適用可能な動作モード群に含めることができる。

【0141】

電圧範囲ＶＲ３では、上述した各動作モードでの出力電圧ＶＨの制御可能範囲に照らして、ＰＢモード、ＳＢモード、ａＢモード、ｂＢモードおよびＰＢモードが、適用可能な動作モード群として選択される。これらの動作モードの適用時には、ＶＨ＊＝ＶＨｒｑとすることにより、出力電圧ＶＨを負荷要求電圧ＶＨｒｑと一致させることが可能である。一方で、各直結モード（ａＤモード、ｂＤモード、ＰＤモードおよびＳＤモード）は、適用することができない。

【0142】

このように、負荷要求電圧ＶＨｒｑに関連する出力電圧ＶＨ（ＶＨ≧ＶＨｒｑ）と、電圧Ｖａ，Ｖｂとの間の関係に応じて、選択可能な動作モードが異なってくる。その中で、動作モードは、電源システム５全体の損失を抑制するように選択することが好ましい。

【0143】

図１７および図１８には、出力電圧ＶＨの変化に対する電源システムの損失特性を説明するための概念図が示される。なお、図１７には、負荷電力ＰＬが比較的大きい領域での特性が示される一方で、図１８には、比較的負荷電力ＰＬが小さい領域での損失特性が示される。

【0144】

図１７および図１８の横軸には、電力変換器５０の出力電圧ＶＨが示され、縦軸には電源システムの損失が示される。図１７および図１８には、負荷３０の動作点（モータジェネレータ３５の回転数およびトルク）、すなわち、負荷電力ＰＬが同一である下での出力電圧ＶＨの変化に対する電源システムの損失の特性が示される。

【0145】

図１７を参照して、電力変換器５０の電力損失（以下、コンバータ損失Ｐｃｖとも称する）は、ＶＨ≦ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）の電圧範囲では、ａＤモード、ｂＤモードまたはＰＤモードの適用により抑制される。ＶＨ＞ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）の電圧範囲では、出力電圧ＶＨの上昇に応じて昇圧比が大きくなるため、コンバータ損失Ｐｃｖが増大する。

【0146】

ＶＨ＝Ｖａ＋Ｖｂのときには、ＳＤモードの適用により、コンバータ損失Ｐｃｖは特異的に減少する。ＶＨ＞（Ｖａ＋Ｖｂ）の電圧範囲では、ＳＢモードを適用することができるが、出力電圧ＶＨの上昇に応じてコンバータ損失Ｐｃｖが増大する。上述のように、ＳＢモードでは、電力変換器５０での昇圧比が小さくなるため、ＰＢモード、ａＢモードおよびｂＢモードの適用時と比較して、コンバータ損失Ｐｃｖを抑制することができる。ただし、ＳＢモードにおけるコンバータ損失Ｐｃｖは、ＳＤモード使用時のコンバータ損失Ｐｃｖよりは大きい。

【0147】

上述のように、負荷３０での損失を考慮して負荷要求電圧ＶＨｒｑを設定することにより、ＶＨ＝ＶＨｒｑのときに、負荷３０での電力損失（以下、単に負荷損失Ｐｌｄとも称する）は最小となる。負荷損失Ｐｌｄは、図２の構成例では、インバータ３２およびモータジェネレータ３５の電力損失の和に対応する。したがって、電圧指令値ＶＨ＊＝ＶＨｒｑと設定することにより、負荷損失Ｐｌｄを抑制しつつ、負荷３０の動作を確保するように、出力電圧ＶＨを制御することができる。このように、負荷電力ＰＬが比較的大きい領域では、上述の負荷最低電圧ＶＨｍｉｎと比較すると、ＶＨｒｑ＞ＶＨｍｉｎとなる。

【0148】

ただし、ＶＨ＝Ｖａ＋Ｖｂのときにコンバータ損失Ｐｃｖを大幅に減少できるため、ＶＨ＝ＶＨｒｑに制御しても、電源システム５のトータル損失Ｐｔｌは最小にならない可能性がある。ここで、トータル損失Ｐｔｌは、コンバータ損失Ｐｃｖおよび負荷損失Ｐｌｄの和に対応する。

【0149】

図１８を参照して、電源システム５は、負荷電力ＰＬが小さい領域では、出力電圧ＶＨの上昇に従って、コンバータ損失Ｐｃｖおよび負荷損失Ｐｌｄの両方が上昇するような損失特性を有する。このため、出力電圧ＶＨが低いほどトータル損失Ｐｔｌも小さいため、負荷３０を動作させることが可能な電圧範囲の最小値を、負荷要求電圧ＶＨｒｑに設定することが好ましい。したがって、負荷電力ＰＬが比較的小さい領域では、ＶＨｒｑ＝ＶＨｍｉｎに設定される。

【0150】

図１８に示されるように、負荷要求電圧ＶＨｒｑと（Ｖａ＋Ｖｂ）との差が大きい場合には、ＳＤモードを強制的に適用することでコンバータ損失Ｐｃｖが減少しても、出力電圧ＶＨが（Ｖａ＋Ｖｂ）まで上昇することによる負荷損失Ｐｌｄの上昇の方が大きくなることがある。この場合には、ＳＤモードを強制的に適用すると、電源システム５の効率が低下してしまう。

【0151】

このように、ＶＨ≧ＶＨｒｑの領域において、ＳＤモードを選択した場合にトータル損失Ｐｔｌが最小となるか否かは、直流電源１０ａ，１０ｂの電圧の和（Ｖａ＋Ｖｂ）および負荷３０の状態によって変わることが理解される。したがって、本実施の形態による電源システムでは、（Ｖａ＋Ｖｂ）および負荷状態に基づいて、ＳＤモードを強制的に選択すべきか否かを判断する制御（以下、「ＳＤモード選択制御」とも称する）を実行することとする。

【0152】

図１９は、ＳＤモードを選択したときにトータル損失が最小となる動作領域を説明するための概念図である。

【0153】

図１９を参照して、横軸には負荷電力ＰＬが示され、縦軸には電圧差ΔＶＨｒｑが示される。

【0154】

図２０には、電圧差ΔＶＨｒｑの定義を説明するための概念図が示される。
図２０を参照して、電圧差ΔＶＨｒｑは、直流電源１０ａ，１０ｂの出力電圧の和Ｖａ＋Ｖｂから負荷要求電圧ＶＨｒｑを差引くことによって求められる。すなわち、ΔＶＨｒｑ＝（Ｖａ＋Ｖｂ）−ＶＨｒｑで示される。

【0155】

図１９には、ＳＤモードを選択したときに、トータル損失Ｐｔｌが最小となる動作点１０５がプロットされている。すなわち、図１９に示された各動作点１０５において、ＳＤモードを選択したときのトータル損失Ｐｔｌが、他の動作モードを選択したときのトータル損失Ｐｔｌが小さいことを意味する。

【0156】

負荷電力ＰＬが同一であっても、モータジェネレータ３５の回転数およびトルクの組合せが変化すると、電源システム５での電力損失は異なる。このため、同一の負荷電力ＰＬに対して、複数の動作点１０５が示されることになる。

【0157】

図１９から理解されるように、負荷電力ＰＬが小さい領域では、ＳＤモードの適用が有利となるΔＶＨｒｑの領域が比較的狭くなっている。これは、図１８で説明したように、低負荷領域では、出力電圧ＶＨが負荷要求電圧ＶＨｒｑ（ＶＨｍｉｎ）から離れることによって負荷損失Ｐｌｄが増加するデメリットが、ＳＤモードを選択することによってコンバータ損失Ｐｃｖが低減するメリットを上回る傾向にあるからである。

【0158】

これに対して、負荷電力ＰＬが大きい領域では、図１７で説明したように、コンバータ損失Ｐｃｖの低減効果が拡大することから、電圧差ΔＶＨｒｑが大きい領域でも、ＳＤモードを選択することによって、トータル損失Ｐｔｌを低下できていることが理解される。

【0159】

図１９に示された動作点１０５の分布に従って、電圧差ΔＶＨｒｑおよび負荷電力ＰＬの二次元平面上で、ＳＤモードを強制的に選択することがシステム効率上で有利である動作領域を画定するための判定ライン１０７を予め定めることができる。

【0160】

これにより、電圧差ΔＶＨｒｑと、判定ライン１０７上の判定電圧との比較によって、ＳＤモードを選択すべきか否かを判定可能であることが理解できる。言い換えると、判定電圧は、判定ライン１０７上において、負荷電力ＰＬに対して一意に予め定めることができる。

【0161】

図２１は、本実施の形態に従う電源システムにおけるＳＤモード選択制御のための制御構成を示す機能ブロック図である。なお、図２１を始めとする各機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、制御装置４０によるハードウェア処理および／またはソフトウェア処理によって実現されるものとする。

【0162】

図２１を参照して、ＶＨｒｑ設定部５００は、負荷３０の動作状態および動作指令値に応じて、負荷要求電圧ＶＨｒｑを設定する。図２の構成例のように、負荷３０がモータジェネレータ３５を含む場合には、モータジェネレータ３５の回転数およびトルク指令値に基づいて、負荷要求電圧ＶＨｒｑを決定することができる。あるいは、負荷３０の動作状態として、モータジェネレータ３５が搭載された電動車両の動作状態（車速、アクセル開度等）を用いて負荷要求電圧ＶＨｒｑを設定することも可能である。ＶＨｒｑ設定部５００によって、「設定手段」の機能が実現される。

【0163】

上述のように、負荷要求電圧ＶＨｒｑは、モータジェネレータ３５がトルク指令値に従ったトルクを出力可能な出力電圧ＶＨの最低電圧ＶＨｍｉｎ以上に設定される。さらに、負荷要求電圧ＶＨｒｑは、ＶＨｒｑ≧ＶＨｍｉｎの範囲内で、モータジェネレータ３５およびインバータ３２での損失の和（負荷損失Ｐｌｄ）が最小となる領域に対応して設定することが好ましい。

【0164】

ＳＤモード選択部５１０は、負荷状態と、負荷要求電圧ＶＨｒｑと、電圧Ｖａ，Ｖｂに基づいて、ＳＤ選択フラグＦｓｄを生成する。負荷状態には、負荷電力指令値ＰＬ＊が含まれる。負荷電力指令値ＰＬ＊は、負荷３０が動作指令に従って動作した場合の負荷電力ＰＬに相当する。たとえば、負荷電力指令値ＰＬ＊は、モータジェネレータ３５の回転数およびトルク指令値から求めることができる。

【0165】

特性マップ５２０は、負荷電力ＰＬと判定電圧Ｖｔとの対応関係を記憶する。上述のように、判定電圧Ｖｔは、図１９に示した、判定ライン１０７に従って設定することができる。

【0166】

ＳＤモード選択部５１０は、電圧Ｖａ，Ｖｂの和（Ｖａ＋Ｖｂ）と、負荷要求電圧ＶＨｒｑとを比較する。そして、ＳＤモード選択部５１０は、Ｖａ＋Ｖｂ＞ＶＨｒｑのときには、負荷電力指令値ＰＬ＊に対応した判定電圧Ｖｔを特性マップ５２０から読み出すとともに、電圧差ΔＶＨｒｑ＝（Ｖａ＋Ｖｂ）−ＶＨｒｑを演算する。

【0167】

ＳＤモード選択部５１０は、さらに、電圧差ΔＶＨｒｑと、負荷電力に応じた判定電圧Ｖｔとを比較して、ΔＶＨｒｑ＜Ｖｔのときには、ＳＤ選択フラグＦｓｄをオンする。図１９の特性に照らして、ＳＤモードの選択によってＶＨ＝Ｖａ＋Ｖｂとしても、コンバータ損失Ｐｃｖの低下の効果が大きいためトータル損失Ｐｔｌが低減すると判断されるからである。

【0168】

一方、ＳＤモード選択部５１０は、ΔＶＨｒｑ≧Ｖｔのときには、ＳＤ選択フラグＦｓｄをオフする。ＳＤモードの選択によって、ＶＨ＝Ｖａ＋Ｖｂとすると、負荷損失Ｐｌｄの増大の影響が大きく、トータル損失Ｐｔｌが増加すると判断されるからである。

【0169】

このように、電圧Ｖａ＋Ｖｂおよび負荷状態に応じて、ＳＤモードの選択によって電源システム５のトータル損失Ｐｔｌを低下できるか否かを予測して、ＳＤモードの選択を指定することができる。なお、負荷状態として、負荷電力ＰＬに応じて、ＳＤモード選択可否の判定値（判定電圧Ｖｔ）を設定する例を説明したが、負荷電力ＰＬとは異なるパラメータに応じて、当該判定値を設定することも可能である。

【0170】

あるいは、モータジェネレータ３５の動作状態（トルク，回転数等）ならびに出力電圧ＶＨから負荷損失Ｐｌｄを算出するための損失推定マップと、電力変換器５０の動作状態（ＰＨ，Ｖａ，Ｖｂ，ＶＨ等）から動作モード毎のコンバータ損失Ｐｃｖを算出するための損失推定マップとを予め準備して、当該損失推定マップを用いて、ＳＤモード選択部５１０によるＳＤモードの選択可否を判定することも可能である。たとえば、ＶＨ＝Ｖａ＋Ｖｂ（ＳＤモード選択時）の場合および、ＶＨ＝ＶＨｒｑ（ａＢモード、ｂＢモードおよびＰＢモード選択時）の場合のそれぞれについて、損失推定マップを用いて負荷損失Ｐｌｄおよびコンバータ損失Ｐｃｖの和としてトータル損失Ｐｔｌを推定するとともに、ＶＨ＝Ｖａ＋Ｖｂとした方がトータル損失Ｐｔｌが低いときに、ＳＤ選択フラグＦｓｄをオンすることができる。

【0171】

図２２は、ＳＤモード選択部５１０によってＳＤモードの選択が指示されたときの動作モード切換の好ましい態様を説明するため概念的な波形図である。

【0172】

図２２を参照して、時刻ｔ１以前においては、ＳＤ選択フラグＦｓｄがオフされるような負荷状態であり、ＳＤモード以外の動作モード、たとえば、ＰＢモード、ａｂモードまたはｂＢモードが選択されている。これらの動作モードの適用時には、出力電圧ＶＨは、電圧指令値ＶＨ＊に従って制御されている。

【0173】

時刻ｔ１において、負荷３０の動作状態に応じて、ＳＤモード選択部５１０がＳＤ選択フラグＦｓｄをオンする。しかしながら、時刻ｔ１の時点では、出力電圧ＶＨと、（Ｖａ＋Ｖｂ）との電圧差が大きい。したがって、この時点で直ちに動作モードをＳＤモードに切換えると、大きな電流が生じるおそれがある。

【0174】

したがって、時刻ｔ１においてＳＤ選択フラグＦｓｄがオンされると、電圧指令値ＶＨ＊は、徐々に（Ｖａ＋Ｖｂ）に近づけるように変化される。これにより、出力電圧ＶＨと（Ｖａ＋Ｖｂ）との差が小さくなってから、時刻ｔ２において、電圧制御可能な動作モードからＳＤモードへの切換えが実行される。

【0175】

図２３は、ＳＤモード選択部による選択結果を反映した動作モード選択のための制御構成を示す機能ブロック図である。

【0176】

図２３を参照して、動作モード選択部６００は、負荷状態、負荷要求電圧ＶＨｒｑおよび、ＳＤ選択フラグＦｓｄに基づいて、動作モードの選択結果を示すモード選択信号ＭＤを生成する。

【0177】

動作モード選択部６００は、ＶＨｒｑ設定部５００(図２１）からの負荷要求電圧ＶＨｒｑと、負荷状態（たとえば、負荷電力指令値ＰＬ＊を含む）と、直流電源１０ａ，１０ｂの動作状態（電源状態）と、直流電源］１０ａ，１０ｂの状態（電源状態）と、ＳＤモード選択部５１０からのＳＤ選択フラグＦｓｄとに基づいて動作モードを選択する。

【0178】

動作モード選択部６００は、ＳＤ選択フラグＦｓｄのオフ時には、負荷要求電圧ＶＨｒｑが図１６に示した電圧範囲ＶＲ１〜ＶＲ３のいずれにあるかに応じて、電源システム５全体の効率が向上するように考慮して、動作モードを選択する。

【0179】

一方で、動作モード選択部６００は、ＳＤ選択フラグＦｓｄがオンされている場合には、現在の出力電圧ＶＨと（Ｖａ＋Ｖｂ）との差（｜ＶＨ−（Ｖａ＋Ｖｂ）｜）が基準値Ｖｅよりも小さいことを条件に、ＳＤモードを選択するようにモード選択信号ＭＤを生成する。なお、基準値Ｖｅは、出力電圧ＶＨと（Ｖａ＋Ｖｂ）とが略等しいことを検出するためのものである。たとえば、ＳＤモードへの移行によって出力電圧ＶＨが変化しても、電力変換器５０ないし負荷３０内に過電流が生じないような電圧差に対応させて、基準値Ｖｅを設定することができる。

【0180】

電圧指令生成部６１０は、モード選択信号ＭＤ、負荷要求電圧ＶＨｒｑおよびＳＤ選択フラグＦｓｄに基づいて、電圧指令値ＶＨ＊を設定する。電圧指令生成部６１０は、動作モードに応じて電圧指令値ＶＨ＊を設定する。基本的には、スイッチング制御による出力電圧制御が実行されるＰＢモード、ＳＢモード、ａＢモードおよびｂＢモードでは、電圧指令値ＶＨ＊は、負荷要求電圧ＶＨｒｑに従って設定される。一方、ＳＤモード、ＰＤモード、ａＤモードおよびｂＢモードでは、図３に示されるように、出力電圧ＶＨは、電圧Ｖａおよび／またはＶｂによって一意的に決まる。したがって、これらの直結モードでは、電圧指令値ＶＨ＊は、各モードでの電圧Ｖａおよび／またはＶｂに従った電圧値に設定することができる。

【0181】

さらに、電圧指令生成部６１０は、ＳＤモード以外の動作モードが選択されている場合に、ＳＤ選択フラグＦｓｄがオンされると、電圧指令値ＶＨ＊を（Ｖａ＋Ｖｂ）へ向けて徐々に変化させる。これにより、図２２の時刻ｔ１〜ｔ２間に示したように、ＳＤ選択フラグＦｓｄのオンに応じて電圧指令値ＶＨ＊が変化するのに応じて、出力電圧ＶＨは（Ｖａ＋Ｖｂ）へ向けて変化する。

【0182】

動作モード選択部６００は、出力電圧ＶＨが（Ｖａ＋Ｖｂ）に近付いてから、動作モード選択部６００は、電力変換器５０の動作モードを、電圧制御可能な動作モード（ＰＢモード、ａＢモードまたは、ｂＢモード）からＳＤモードへ切換える。この結果、トータル損失Ｐｔｌを低減されるためのＳＤモードへの切換に際して、電力変換器５０ないし負荷３０に過大な電流が生じることを回避できる。

【0183】

以上説明したように、本実施の形態による電源システムによれば、負荷３０の状態に応じて適切に、コンバータ損失Ｐｃｖの低減効果が大きいＳＤモードを選択することによって、トータル損失Ｐｔｌが最小となるように電力変換器５０の動作モードを選択することができる。この結果、電源システム５に独特のＳＤモード（直列直結モード）を適切に活用して、電源システム５を高効率で動作させることが可能となる。

【0184】

［変形例］
上述のように、ＳＤモードでは、電力変換器５０の電力損失（コンバータ損失Ｐｃｖ）が大幅に低減される一方で、直流電源１０ａ，１０ｂの電力を直接制御することができなくなる。したがって、電源システム５の効率面からはＳＤモードが選択されるべき場面であっても、直流電源１０ａ，１０ｂを保護する観点からは、ＳＤモードの選択が不適当であるケースが考えられる。

【0185】

図２４は、本実施の形態の変形例に従うＳＤモード選択制御を説明するための機能ブロック図である。

【0186】

図２４を参照して、実施の形態の変形例に従うＳＤモード選択制御では、図２１に示した制御構成に対して、ＳＤモード禁止部５５０がさらに設けられる。ＳＤモード禁止部５５０は、負荷状態（負荷電力指令値ＰＬ＊を含む）および電源状態に基づいて、ＳＤ禁止フラグＰｓｄを生成する。

【0187】

なお、直流電源１０ａ，１０ｂの電源状態は、電圧Ｖａ，Ｖｂ（またはＳＯＣａ，ＳＯＣｂ）、ならびに、直流電源１０ａ，１０ｂの電力上限値Ｐａｍａｘ，Ｐｂｍａｘおよび電力下限値Ｐａｍｉｎ，Ｐｂｍｉｎを含む。

【0188】

電力上限値Ｐａｍａｘ，Ｐｂｍａｘは、直流電源１０ａ，１０ｂの放電電力の上限値をそれぞれ示しており、０または正に設定される。電力上限値＝０に設定されたときは、直流電源からの放電が禁止されることを意味する。たとえば、電力上限値Ｐａｍａｘは、直流電源１０ａの状態（ＳＯＣａ、Ｔａ，Ｉａ，Ｖａ）に基づいて設定することができる。電力上限値Ｐｂｍａｘについても、Ｐａｍａｘと同様に、直流電源１０ｂの状態（ＳＯＣｂ、Ｔｂ，Ｉｂ，Ｖｂ）に基づいて設定することができる。

【0189】

電力下限値Ｐａｍｉｎ，Ｐｂｍｉｎは、直流電源１０ａ，１０ｂの充電電力の上限値をそれぞれ示しており、０または負に設定される。電力下限値＝０に設定されたときは、直流電源の充電が禁止されることを意味する。たとえば、電力下限値Ｐａｍｉｎは、直流電源１０ａの状態（ＳＯＣａ，Ｔａ，Ｉａ，Ｖａ）に基づいて設定される。電力下限値Ｐｂｍｉｎについても、Ｐａｍｉｎと同様に、直流電源１０ｂの状態（ＳＯＣｂ、Ｔｂ，Ｉｂ，Ｖｂ）に基づいて設定することができる。

【0190】

ＳＤモード禁止部５５０がＳＤ禁止フラグＰｓｄをオンすると、ＳＤモード選択部５１０は、負荷３０の動作状態にかかわらず、ＳＤ選択フラグＦｓｄをオフに維持する。すなわち、ＳＤモードの選択が禁止される。

【0191】

図２５は、ＳＤモード禁止部５５０による制御処理を説明するためのフローチャートである。たとえば、図２５に示されたフローチャートに従う制御処理が制御装置４０によって実行されることにより、図２４に示したＳＤモード禁止部５５０の機能が実現される。

【0192】

図２５を参照して、制御装置４０は、ステップＳ１００により、負荷電力指令値ＰＬ＊および直流電源１０ａ，１０ｂの電圧Ｖａ，Ｖｂを読込む。そして、制御装置４０は、ＳＤモード選択時における直流電源１０ａの電力Ｐａ（ＳＤ）および直流電源１０ｂの電力Ｐｂ（ＳＤ）を算出する。Ｐａ（ＳＤ）およびＰｂ（ＳＤ）は、式（４）に基づいて、下記（５），（６）式に従って算出することができる。

【0193】

Ｐａ（ＳＤ）＝ＰＬ＊・Ｖａ／（Ｖａ＋Ｖｂ） …（５）
Ｐｂ（ＳＤ）＝ＰＬ＊・Ｖｂ／（Ｖａ＋Ｖｂ） …（６）
制御装置４０は、ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で算出されたＰａ（ＳＤ）が、直流電源１０ａの電力上限値Ｐａｍａｘ〜電力下限値Ｐａｍｉｎの範囲内であるか否かを判定する。Ｐａｍｉｎ≦Ｐａ（ＳＤ）≦Ｐａｍａｘであるときには、Ｓ１１０がＹＥＳ判定とされる一方で、そうでないときにはＳ１１０はＮＯ判定とされる。

【0194】

制御装置４０は、ステップＳ１２０では、ステップＳ１００で算出されたＰｂ（ＳＤ）が直流電源１０ｂの電力上限値Ｐｂｍａｘ〜電力下限値Ｐｂｍｉｎの範囲内であるか否かを判定する。Ｐｂｍｉｎ≦Ｐｂ（ＳＤ）≦Ｐｂｍａｘであるときには、Ｓ１２０がＹＥＳ判定とされる一方で、そうでないときにはＳ１２０はＮＯ判定とされる。

【0195】

さらに、制御装置４０は、ステップＳ１３０では、直流電源１０ａ，１０ｂのＳＯＣａ，ＳＯＣｂの上下限マージンが十分であるかどうかを判定する。たとえば、上下限マージンは、ＳＯＣａ，ＳＯＣｂのそれぞれについての制御上限値および制御下限値と、現在のＳＯＣａ，ＳＯＣｂとの差分が、所定の基準値よりも大きいか否かによって判定することができる。当該差分が基準値よりも大きいとＳ１３０はＹＥＳ判定とされ、そうでないときには、Ｓ１３０はＮＯ判定とされる。

【0196】

制御装置４０は、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０のすべてがＹＥＳ判定であるときには、ステップＳ１４０に処理を進めてＳＤ禁止フラグＰｓｄをオフする。これにより、ＳＤモード選択部５１０によるＳＤモードの選択が可能となる。

【0197】

これに対して、制御装置４０は、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０の少なくともいずれかがＮＯ判定であるときには、ステップＳ１５０に処理を進めて、ＳＤ禁止フラグＰｓｄをオンする。この場合には、ＳＤモード選択部５１０におけるＳＤモードの選択が禁止されることになる。

【0198】

本実施の形態の変形例に従うＳＤモード選択制御によれば、直流電源１０ａまたは１０ｂにおいて、充電電力もしくは放電電力が大きいとき、または、ＳＯＣが上昇もしくは低下したときには、高効率である一方で直流電源毎の電力を制御できないＳＤモードが選択されることを回避できる。これにより、電源システム５を高効率で動作させるための本実施の形態に従うＳＤモード選択制御を、直流電源１０ａ，１０ｂを適切に保護しながら実現することが可能となる。

【0199】

なお、本実施の形態では、２個の直流電源１０ａ，１０ｂと、共通の電力線２０との間でＤＣ／ＤＣ変換を実行する電力変換器５０を例示したが、本発明の適用は、このような場合に限定されるものではない。たとえば、３個以上の直流電源と電力線との間に電力変換器が配置された電源システムの構成に対しても、３以上の複数個の直流電源のうちの、大容量の直流電源および小容量の直流電源との間での充放電によって、同様の電圧調整制御を適用することが可能である。

【0200】

電圧変換器の構成についても、ＳＤモードと同様に、複数の直列電源が電力線に対して直列に接続される状態が維持される動作モードを有するとともに、当該動作モード以外において複数の直流電源の充放電を個別に制御可能であれば、電力変換器５０とは異なる回路構成を適用することも可能である。

【0201】

さらに、負荷３０は、電力変換器によって制御される直流電圧によって動作する機器であれば、任意の機器によって構成できる点について確認的に記載する。すなわち、本実施の形態では、電動車両の走行用電動機を含むように負荷３０が構成される例を説明したが、本発明の適用はこのような負荷に限定されるものではない。

【0202】

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。

【符号の説明】

【0203】

５ 電源システム、１０ａ，１０ｂ 直流電源、１５ 配線、２０ 電力線、２１ 接地配線、３０ 負荷、３２ インバータ、３５ モータジェネレータ、３６ 動力伝達ギヤ、３７ 駆動輪、４０ 制御装置、５０ 電力変換器、１０１，１０２，１０５ 動作点、１０７ 判定ライン、１１０，１２０ 動作領域、３５０，３５１，３６０，３６１，３７０〜３７４ 電流経路、５００ ＶＨｒｑ設定部、５１０ ＳＤモード選択部、５２０ 特性マップ、５５０ ＳＤモード禁止部、６００ 動作モード選択部、６１０ 電圧指令生成部、ＣＨ 平滑コンデンサ、ＣＷ，ＣＷａ，ＣＷｂ キャリア波、Ｄ１〜Ｄ４ 逆並列ダイオード、Ｄａ，ＤｂＤｃ デューティ比、Ｆｓｄ ＳＤ選択フラグ、Ｉａ，Ｉｂ 電流（直流電源）、Ｌ１，Ｌ２ リアクトル、ＭＤ モード選択信号、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ ノード、ＰＨ 総電力、ＰＬ 負荷電力、ＰＬ＊ 負荷電力指令値、Ｐａ，Ｐｂ 電力（直流電源）、Ｐａｍａｘ，Ｐｂｍａｘ 電力上限値、Ｐａｍｉｎ，Ｐｂｍｉｎ 電力下限値、Ｐｃｖ コンバータ損失、Ｐｌｄ 負荷損失、Ｐｓｄ ＳＤ禁止フラグ、Ｐｔｌ トータル損失、Ｓ１〜Ｓ４ スイッチング素子、ＳＤａ，ＳＤｂ，ＳＤｃ 制御パルス信号、ＳＧ１〜ＳＧ４ 制御信号、Ｔａ，Ｔｂ 温度（直流電源）、ＶＨ 出力電圧、ＶＨ＊ 電圧指令値、ＶＨｍａｘ 上限電圧、ＶＨｒｑ 負荷要求電圧、ＶＲ１〜ＶＲ３ 電圧範囲、Ｖａ，Ｖｂ 電圧（直流電源）、Ｖｔ 判定電圧。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】