JP2010022174A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置および電源電力変換装置の組を複数個備える電源システムにおいて、負荷装置の状態に応じて損失を適切に抑制する。
【解決手段】モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を含む負荷装置の状態に応じて、電源システムへの要求パワーおよびコンバータ１０，１２の出力電圧の目標電圧が設定される。要求パワーが基準値より低く、かつ、目標電圧ＶＲに照らしてコンバータ１０，１２による昇圧動作が不要のときには、上アームＯＮモードが選択される。上アームＯＮモードでは、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のうちの出力電圧が高い方に対応する一方のコンバータでは、上アームのスイッチング素子Ｑ１またはＱ３がオンに固定され、下アームのスイッチング素子Ｑ２またはＱ４がオフに固定される。他方のコンバータは動作を停止されて、各新陳グ素子がオフされる。
【選択図】図２

Description

この発明は、電源システムに関し、より特定的には、蓄電装置および電力変換装置の組を複数個備える電源システムにおける損失を抑制するための制御技術に関する。

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２００３−２０９９６９号公報（特許文献１）には、複数の電源ステージを備える電源制御システムを開示する。この電源制御システムは、互いに並列されて少なくとも１つインバータに直流電力を供給する複数の電源ステージを備える。そして各電源ステージは、電池およびブースト／バックＤＣ／ＤＣコンバータを含む。

特許文献１に開示される電源制御システムにおいては、複数の電源ステージにそれぞれ含まれる複数の電池を均等に充放電させてインバータへの出力電圧を維持するように、それら複数の電源ステージが制御される。

また、特開２００８−１７６６１号公報（特許文献２）には、蓄電装置およびコンバータの２つの組が並列接続された構成において、要求パワーが基準値よりも小さいときにはコンバータのいずれか一方が動作し、かつ他方が停止するように制御することが記載されている。このようにすると、要求パワーが小さい動作時に、コンバータでの電力損失を抑制することが可能となる。
特開２００３−２０９９６９号公報 特開２００８−１７６６１号公報

ここで、上記のように蓄電装置および電力変換装置の組を複数個備えた電源システムでは、負荷装置の要求パワーに従った電力が入出力されるように、複数の電力変換装置が制御される。この際に、要求パワーが低いときには、当該要求パワーに制御するための電力変換装置の動作によって生じる電力損失が無視できなくなる状況が生じる。すなわち、要求パワーが小さい領域では、コンバータの損失が相対的に大きくなりやすい。しかしながら、特開２００３−２０９９６９号公報（特許文献１）では、電源制御システムの損失を抑制するための各電源ステージの制御方法が具体的に開示されていない。

また、特開２００８−１７６６１号公報（特許文献２）のように負荷が車両駆動力発生用の交流電動機を含む構成では、交流電動機の動作状態によって、コンバータに要求される出力電圧値が異なってくるケースがある。しかしながら、特許文献２では、要求パワーに応じて２つのコンバータの動作・停止を制御することについては記載しているものの、コンバータに要求される出力電圧とコンバータの動作・停止の制御との関係については、記載していない。

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、蓄電装置および電源電力変換装置の組を複数個備える電源システムにおいて、負荷装置の状態に応じて損失を適切に抑制することが可能な電源システムの構成を提供することである。

この発明による電源システムは、負荷装置へ電力の入出力を制御する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、各電力変換装置の動作を制御する制御装置とを備える。複数の電力変換装置は、負荷装置と接続される電源配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源配線との間で双方向の直流電力変換を行なうように構成される。そして、各電力変換装置は、対応する蓄電装置および電源配線の間の電流経路に介挿接続される電力用半導体スイッチング素子と、対応する蓄電装置から電源配線へ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ダイオード素子とを含む。制御装置は、複数の蓄電装置のうちの最高出力電圧の蓄電装置を判別する電圧判定部と、負荷装置の状態に応じて、電源配線の電圧目標値を設定する目標値設定部と、モード判定部とを含む。モード判定部は、負荷装置からの要求パワーが基準値より低く、かつ、設定された電圧目標値が各電力変換装置による昇圧動作を不要とする値であるときに、最高出力電圧の蓄電装置に対応する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させる第１の動作モードを選択する。

上記電源装置によれば、負荷装置の状態に応じて、電力変換装置による昇圧動作の要否および要求パワーのレベルに応じて、出力電圧が最も高い蓄電装置に対応する電力変換装置で電力用半導体スイッチング素子をオン状態に固定するとともに、他の電力変換装置の動作を停止させる動作モード（第１の動作モード）を選択することができる。したがって、電力用半導体スイッチング素子のオンによって蓄電装置間に短絡電流が発生することを確実に防止した上で、スイッチング損失を抑制するための第１の動作モードを負荷装置の状態に応じて適切に選択できる。

好ましくは、電圧判定部は、複数の電力変換装置の所定の動作状態下における複数の蓄電装置からの出力電流の挙動に基づいて、最高出力電圧の蓄電装置を判別する。

このようにすると、複数の蓄電装置の出力電圧を検出するセンサの精度に依存することなく、出力電圧が最高である蓄電装置の判別、すなわち第１の動作モードにおいてスイッチング素子をオン固定する電力変換装置の選択を適切に実行することができる。

さらに好ましくは、電源システムは、各蓄電装置の出力電圧を測定する電圧検出器をさらに備える。そして、電圧判定部は、測定された出力電圧の差が所定値より大きいときには電圧検出器による測定値に従って最高出力電圧の蓄電装置を判別する一方で、出力電圧の差が所定値以下のときには、複数の蓄電装置からの出力電流の挙動に基づいて最高出力電圧の蓄電装置を判別する。

このようにすると、各蓄電装置の出力電圧を検出するセンサの検出精度を過度に要求することなく、スイッチング損失を抑制するための第１の動作モードを実行できる。

また、さらに好ましくは、電圧判定部は、複数の電圧変換装置のうちの１つによって電源電圧の電圧を徐々に低下させるように制御した状態における、その他の電圧変換装置に対応する蓄電装置からの出力電流の挙動に基づいて、最高出力電圧の蓄電装置を判別する。

このようにすると、電流検出回路等の新たなハード機構を配置することなく、複数の蓄電装置のうちのいずれの出力電圧が最高値であるかを判定することができる。

あるいは、さらに好ましくは、電源システムは、複数の蓄電装置のうちの第１および第２の蓄電装置の間に接続されて、所定方向の電流発生を検知するように構成された電流検出回路を含む。そして、電圧判定部は、各電力変換装置の動作を停止させた状態における、電流検出回路による電流発生の検知の有無に基づいて、最高出力電圧の蓄電装置を判別する。

このようにすると、電力検出回路を配置することによって、簡易かつ確実に、２つの蓄電装置間の出力電圧の高低を判別することができる。

また好ましくは、モード判定部は、要求パワーが基準値以上であるときには、複数の電力変換装置のうちの１つによって電源配線の電圧を目標電圧とするための電圧制御を実行するとともに、残余の電力変換装置では、対応する蓄電装置の入出力電流を制御する電流制御を実行する第２の動作モードを選択する。また、モード判定部は、要求パワーが基準値より低く、かつ、電圧目標値が各電力変換装置による昇圧動作を必要とする値であるときに、複数の電力変換装置のうちの１つによって電源配線の電圧を目標電圧とするための電圧制御を実行するとともに、残余の電力変換装置の動作を停止させる第３の動作モードを選択する。

このようにすると、負荷装置からの要求パワーおよび電源システムへの出力電圧要求に従って、複数の電力変換装置を適切に作動させて、負荷装置との間で要求に従った電力の授受を実行できる。

好ましくは、電源システムは車両に搭載され、負荷装置は、車両の駆動力を発生する交流回転電機と、交流回転電機と電源配線との間で、交流回転電機が指令値に従って動作するように双方向の電力変換を行なうように構成されたインバータとを含む。そして、目標値設定部は、交流回転電機の回転速度およびトルクに応じて、目標電圧を設定する。

このようにすると、比較的広い出力範囲（回転数，トルク）を有する車両駆動力発生用の交流回転電機を負荷装置に含む電源システムにおいて、負荷装置の状態に応じて設定される電源システムの出力電圧要求値および負荷装置の要求パワーに基づいて、適切に第１の動作モードを選択することによって、電源システムの損失低下、すなわち車両のエネルギー効率の向上（燃費向上）を図ることが可能となる。

この発明によれば、蓄電装置および電源電力変換装置の組を複数個備える電源システムにおいて、負荷装置の状態に応じて損失を適切に抑制することが可能である。

以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中における同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

図１は、本発明による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１を参照して、このハイブリッド車両１０００は、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構４と、車輪６とを備える。また、ハイブリッド車両１０００は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２と、コンバータ１０，１２と、コンデンサＣと、インバータ２０，２２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とをさらに備える。

なお、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、本発明における「複数の蓄電装置」およびに対応し、コンバータ１０，１２は、本発明における「複数の電圧変換装置」および「複数の電圧変換装置」に対応する。また、インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、この発明における「負荷装置」を構成する。また、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２およびコンバータ１０，１２、ならびに、これらに付随するセンサ、制御要素によって、本発明の「電源システム」が構成される。

ハイブリッド車両１０００は、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する。動力分割機構４は、エンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。動力分割機構４は、たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構から成り、この３つの回転軸がエンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸にそれぞれ接続される。なお、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空にしてその中心にエンジン２のクランク軸を通すことにより、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を動力分割機構４に機械的に接続することができる。また、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪６に結合される。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン２の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド車両１０００に組込まれる。モータジェネレータＭＧ２は、車輪６を駆動する電動機としてハイブリッド車両１０００に組込まれる。

蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂ１は、コンバータ１０へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１０によって充電される。蓄電装置Ｂ２は、コンバータ１２へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１２によって充電される。

なお、たとえば、蓄電装置Ｂ１には、蓄電装置Ｂ２よりも出力可能最大電力が大きい二次電池を用いることができ、蓄電装置Ｂ２には、蓄電装置Ｂ１よりも蓄電容量が大きい二次電池を用いることができる。これにより、２つの蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を用いてハイパワーかつ大容量の直流電源を構成することができる。また、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の少なくとも一方に大容量のキャパシタを用いてもよい。

コンバータ１０は、ＥＣＵ１００からの信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬＭへ出力する。また、コンバータ１０は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬＭを介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ１を充電する。さらに、コンバータ１０は、ＥＣＵ１００からシャットダウン信号ＳＤ１を受けるとスイッチング動作を停止する。

コンバータ１２は、コンバータ１０に並列して正極ラインＰＬＭおよび負極ラインＮＬに接続される。そして、コンバータ１２は、ＥＣＵ１００からの信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬＭへ出力する。また、コンバータ１２は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬＭを介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ２を充電する。さらに、コンバータ１２は、ＥＣＵ１００からシャットダウン信号ＳＤ２を受けるとスイッチング動作を停止する。

コンデンサＣは、正極ラインＰＬＭと負極ラインＮＬとの間に接続され、正極ラインＰＬＭと負極ラインＮＬとの間の電圧変動を平滑化する。正極ラインＰＬＭおよび負極ラインＮＬの間の直流電圧ＶＨは、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２およびコンバータ１０，１２によって構成される「電源システム」から、インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による「負荷装置」への出力電圧に相当する。この直流電圧ＶＨについて、以下では、システム電圧ＶＨとも称する。また、正極ラインＰＬＭは、本発明での「電源配線」に対応する。

インバータ２０は、ＥＣＵ１００からの信号ＰＷＩ１に基づいて正極ラインＰＬＭからの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン２の動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬＭへ出力する。

インバータ２２は、ＥＣＵ１００からの信号ＰＷＩ２に基づいて正極ラインＰＬＭからの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ２２は、車両の回生制動時、車輪６からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬＭへ出力する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、３相交流回転電機であり、たとえば３相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０によって回生駆動され、エンジン２の動力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２の始動時、インバータ２０によって力行駆動され、エンジン２をクランキングする。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ２２によって力行駆動され、車輪６を駆動するための駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、インバータ２２によって回生駆動され、車輪６から受ける回転力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２２へ出力する。

上記電源システムには、蓄電装置Ｂ１に対して配置される、電圧センサ４２、電流センサ５２、および温度センサ６２と、蓄電装置Ｂ２に対して配置される、電圧センサ４４、電流センサ５４、および温度センサ６４が設けられる。

電圧センサ４２は、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１を検出してＥＣＵ１００へ出力する。温度センサ６２は、蓄電装置Ｂ１の温度Ｔ１を検出してＥＣＵ１００へ出力する。電流センサ５２は、蓄電装置Ｂ１からコンバータ１０へ入出力される電流ＩＢ１を検出してＥＣＵ１００へ出力する。

電圧センサ４４は、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２を検出してＥＣＵ１００へ出力する。温度センサ６４は、蓄電装置Ｂ２の温度Ｔ２を検出してＥＣＵ１００へ出力する。電流センサ５４は、蓄電装置Ｂ２からコンバータ１２へ入出力される電流ＩＢ２を検出してＥＣＵ１００へ出力する。

さらに、コンデンサＣの端子間電圧、すなわちシステム電圧ＶＨを検出するための電圧センサ４６が配置される。電圧センサ４６による検出値は、ＥＣＵ１００へ出力される。

ＥＣＵ１００は、コンバータ１０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へ出力する。また、ＥＣＵ１００は、コンバータ１２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１２へ出力する。

また、ＥＣＵ１００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、ハイブリッド車両１０００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、ＥＣＵ１００は、インバータ２０，２２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２０，２２へ出力する。

図２は、図１に示したコンバータ１０，１２の構成を示す回路図である。
図２を参照して、コンバータ１０は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１とを含む。

本実施の形態において、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）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Ｑ１，Ｑ２は、正極ラインＰＬＭと負極ラインＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２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Ｑ１，Ｑ２の接続ノードに接続され、その他方端は、正極ラインＰＬ１に接続される。

コンバータ１２は、コンバータ１０と同様の構成を有する。コンバータ１０の構成において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４にそれぞれ置き換え、ダイオードＤ１，Ｄ２をダイオードＤ３，Ｄ４にそれぞれ置き換え、リアクトルＬ１、正極ラインＰＬ１をリアクトルＬ２、正極ラインＰＬ２にそれぞれ置き換えた構成がコンバータ１２の構成に対応する。

コンバータ１０，１２は、チョッパ回路から成る。そして、コンバータ１０（１２）は、ＥＣＵ１００（図１）からの信号ＰＷＣ１（ＰＷＣ２）に基づいて、正極ラインＰＬ１（ＰＬ２）の電圧をリアクトルＬ１（Ｌ２）を用いて昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬＭへ出力する。具体的には、スイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）および／またはスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４）のオン・オフ期間比（デューティ）を制御することによって、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からの出力電圧の昇圧比を制御できる。

一方、コンバータ１０（１２）は、ＥＣＵ１００（図示せず）からの信号ＰＷＣ１（ＰＷＣ２）に基づいて、正極ラインＰＬＭの電圧を降圧し、その降圧した電圧を正極ラインＰＬ１（ＰＬ２）へ出力する。具体的には、スイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）および／またはスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４）のオン・オフ期間比（デューティ）を制御することによって、正極ラインＰＬＭの電圧の降圧比を制御できる。

図３は、図１に示したＥＣＵ１００の機能ブロック図である。図３を参照して、ＥＣＵ１００は、コンバータ制御部２００と、インバータ制御部１１０，１２０とを含む。

コンバータ制御部２００は、電圧センサ４２によって検出された電圧ＶＢ１、電圧センサ４６によって検出された電圧ＶＨ、および電流センサ５２によって検出された電流ＩＢ１に基づいて、コンバータ１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン・オフするためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号ＰＷＣ１を生成する。また、コンバータ１０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Ｑ１およびＱ２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へ出力する。動作モードの選択については、後程詳細に説明する。

コンバータ制御部２００は、同様に、電圧センサ４４によって検出された電圧ＶＢ２、電圧ＶＨ、および電流センサ５４によって検出された電流ＩＢ２に基づいて、コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオン・オフするためのＰＷＭ信号ＰＷＣ２を生成する。また、コンバータ１２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Ｑ３およびＱ４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へ出力する。

コンバータ制御部２００は、さらに、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のそれぞれの残存容量（ＳＯＣ（State of Charge）とも呼ばれる）である残存容量ＳＯＣ１，ＳＯＣ２を受ける。この残存容量は、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。残存容量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。

インバータ制御部１１０は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１、モータ電流ＭＣＲＴ１およびロータ回転角θ１、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０に含まれるパワートランジスタをオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ１としてインバータ２０へ出力する。

インバータ制御部１２０は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ２、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２２に含まれるパワートランジスタをオン・オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ２としてインバータ２２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、コンバータ１０，１２の制御について詳細に説明する。まず、図４および図５を用いて、ＰＷＭ信号を生成するコンバータ制御について説明する。

図４は、コンバータ１０，１２の通常制御（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１２が電流制御されて、対応の蓄電装置Ｂ２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Ｂ１，Ｂ２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、図５に示すマップＭＰ０に従って、目標電圧ＶＲは設定される。

図５を参照して、マップＭＰ０は、回転速度ＭＲＮ（ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を総括的に示すもの、以下同じ）およびトルク指令値ＴＲ（ＴＲ１，ＴＲ２を総括的に示すもの、以下同じ）の組合わせによって示されるモータ動作点毎に、マップ値として目標電圧ＶＲを有する。マップＭＰ０の参照により、回転速度ＭＲＮおよびトルク（トルク指令値ＴＲ）に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に応じて適切な目標電圧ＶＲを設定できる。

基本的には、モータジェネレータＭＧ（ＭＧ１，ＭＧ２）を総括的に示すもの、以下同じ）による誘起電圧よりも高い電圧にシステム電圧ＶＨを設定して、モータ電流の制御が可能となるように、目標電圧ＶＲが設定される。また、システム電圧ＶＨに応じて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２での損失（銅損、鉄損）、インバータ２０，２２での損失（オン損失、スイッチング損失）、コンバータ１０，１２での損失（オン損失、スイッチング損失）、リアクトルＬ１，Ｌ２での損失（銅損、鉄損）等が変化するので、これらの損失特性についても考慮した上で、各モータ動作点でのマップ値（目標電圧ＶＲ）を設定することが好ましい。

具体的には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれに対してマップＭＰ０が別個に設定され、かつ、回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２およびトルク（トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２）に基づいたマップＭＰ０の参照により求められた、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれの目標電圧の最大値が、電源システム全体での目標電圧ＶＲに設定される。また、目標電流ＩＲは、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間の充電レベル（ＳＯＣ）が均衡するように考慮して設定される。

なお、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２の算出は、ユーザによるペダル操作を反映したハイブリッド車両１０００全体での要求パワーに基づいて実行される。特に、ハイブリッド自動車では、エンジンの出力パワーとモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生パワーとの配分が最適なものとなるように、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２が算出される。また、一般的に、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の入出力可能電力の制限値や、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２あるいはインバータ２０，２２等の温度上昇度合を反映して、必要に応じて制限される。

再び図４を参照して、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１２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（Ｑ２）のオン期間比が上昇（または、上アーム素子（Ｑ１）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Ｂ２からの出力電流ＩＢ２が目標電流ＩＲよりも低いとき、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（Ｑ４）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Ｂ２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（Ｑ３）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（Ｑ３）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Ｑ１および／またはＱ２ならびに下アーム素子Ｑ３および／またはＱ４のスイッチング（オン・オフ）動作による、コンバータ１０の電圧制御およびコンバータ１２の電流制御によって、システム電圧ＶＨおよび蓄電装置Ｂ１，Ｂ２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Ｂ１，Ｂ２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（正極ラインＰＬＭ）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（正極ラインＰＬＭ）上の充電電力により、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２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によって電圧制御が実行される一方で、コンバータ１２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Ｂ１，Ｂ２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。

（本実施の形態によるコンバータの動作モード制御）
図６は、図３に示したコンバータ制御部２００によるコンバータ１０，１２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６を参照して、コンバータ制御部２００（図３）は、コンバータ１０を制御するための、電圧／電流制御部２２０−１、上アームＯＮ指示部２３０−１、シャットダウン指示部２３５−１および指示選択部２４０−１を含む。

さらに、コンバータ制御部２００（図３）は、コンバータ１２を制御するための、電圧／電流制御部２２０−２、上アームＯＮ指示部２３０−２、シャットダウン指示部２３５−２および指示選択部２４０−２と、電圧判定部２５０と、モード判定部２６０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。上アームオン信号ＵＡ１に従えば、コンバータ１０において、上アームのスイッチング素子Ｑ１がオンに固定される一方で、下アームのスイッチング素子Ｑ２はオフに固定される。

シャットダウン指示部２３５−１は、コンバータ１０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。シャットダウン信号ＳＤ１に従えば、コンバータ１０において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はいずれもオフに固定される。

指示選択部２４０−１は、モード判定部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の他方によって構成され、目標電流ＩＲに従った電流制御または目標電圧ＶＲに従った電圧制御のための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１２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。上アームオン信号ＵＡ２に従えば、コンバータ１２において、上アームのスイッチング素子Ｑ３がオンに固定される一方で、下アームのスイッチング素子Ｑ４はオフに固定される。

シャットダウン指示部２３５−２は、コンバータ１２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。シャットダウン信号ＳＤ２に従えば、コンバータ１２において、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４はいずれもオフに固定される。

指示選択部２４０−２は、モード判定部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へ出力する。

電圧判定部２５０は、電圧センサ４２，４４に検出された電圧ＶＢ１，ＶＢ２および電流センサ５２，５４によって検出された電流ＩＢ１，ＩＢ２に基づいて、蓄電装置Ｂ１およびＢ２のいずれの出力電圧が高いかを判定して、その判定結果を示す信号ＦＶを出力する。すなわち信号ＦＶによって、複数の蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のうちの、出力電圧が最高である蓄電装置（以下、「最高電圧蓄電装置」とも称する）が示されることとなる。

モード判定部２６０は、負荷装置（インバータ２０，２２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１０，１２の動作モードを判定する。具体的には、モード判定部２６０は、コンバータ１０，１２の双方を動作させる「２ＣＮＶモード」、コンバータ１０，１２の一方のみを動作させて電圧制御を実行する「１ＣＮＶモード」、および最高電圧蓄電装置に対応するコンバータにおいて上アームのスイッチング素子をオンに固定する一方で、他方のコンバータの動作を停止させる「上アームＯＮモード」のいずれかを選択する。モード判定部２６０は、上アームＯＮモードでは、電圧判定部２５０からの信号ＦＶに従って、コンバータ１０，１２のうちのいずれが最高電圧蓄電装置であるかを判定する。

より詳細には、モード判定部２６０は、２ＣＮＶモードの選択時には、指示選択部２４０−１，２４０−２が、ＰＷＭ信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を選択してコンバータ１０，１２へ出力するように、モード制御信号ＭＳ１，ＭＳ２を設定する。また、モード判定部２６０は、１ＣＮＶモードの選択時には、電圧制御を実行させるコンバータ１０，１２の一方において、ＰＷＭ信号ＰＷＣ（ＰＷＣ１およびＰＷＣ２を総括的に表記するもの）が選択され、他方のコンバータにおいて、シャットダウン信号ＳＤ（ＳＤ１および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ＭＳ１，ＭＳ２を設定する。なお、１ＣＮＶモードにおいて電圧制御を実行させるコンバータについては、コンバータ１０，１２の所定の一方を固定的に選択するようにしてもよく、そのときの出力電圧やＳＯＣに応じて、電圧制御を実行させるコンバータを都度選択するようにしてもよい。

また、モード判定部２６０は、上アームＯＮモードでは、信号ＦＶによって示される最高電圧蓄電装置に対応するコンバータに対して、上アームオン信号（ＵＡ１，ＵＡ２を総括的に表記するもの）が出力され、他方のコンバータに対して、シャットダウン信号ＳＤが出力されるように、モード制御信号ＭＳ１，ＭＳ２を設定する。

図７は、モード判定部２６０による動作モード選択の制御処理を説明するフローチャートである。図７に示したフローチャートは、ＥＣＵ１００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。

図７を参照して、ＥＣＵ１００は、負荷装置の状態に応じて、より具体的には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルクおよび回転数に応じて、システム電圧ＶＨの目標電圧ＶＲを設定する（ステップＳ１００）。そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１０により、負荷装置（インバータ２０，２２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を取得する。この要求パワーＰＲは、上位の車両ＥＣＵ（図示せず）によって車両状態に基づいて決定される。あるいは、ＥＣＵ１００によって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値および回転数の積に基づく演算が実行されてもよい。

さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２０により、ステップＳ１１０で取得された要求パワーＰＲが、基準値Ｐｔｈよりも高いかどうかを判定する。この基準値Ｐｔｈは、一方のコンバータを停止させても、すなわち一方の蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の一方によって、要求パワーＰＲを供給可能な範囲に合わせて設定される。基準値Ｐｔｈは、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のスペックに応じた固定値であってもよく、ＳＯＣ１、ＳＯＣ２によって可変な値としてもよい。

要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも高い場合（ステップＳ１２０のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４０により、動作モードを２ＣＮＶモードに設定する。２ＣＮＶモードでは、コンバータ１０，１２の一方が電圧制御され、他方が電流制御される。すなわち、２ＣＮＶモードは、本発明での「第２の動作モード」に対応する。

なお、上述のように、電圧制御および電流制御の分担は予め固定されてもよく、そのときの蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の状態に応じて、適宜選択するようにしてもよい。

一方、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈ以下のとき（Ｓ１２０のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１３０に処理を進めて、目標電圧ＶＲに照らしてコンバータ１０，１２による昇圧動作が必要であるかどうかを判断する。

そして、ＥＣＵ１００は、昇圧動作が必要であるとき（Ｓ１３０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１５０により、動作モードを１ＣＮＶモードに設定する。１ＣＮＶモードでは、コンバータ１０，１２の一方で電圧制御が実行され、他方のコンバータがシャットダウン、すなわち動作を停止するように制御される。すなわち、１ＣＮＶモードは、本発明での「第３の動作モード」に対応する。なお、電圧制御を実行するコンバータは、コンバータ１０，１２のうちの一方を固定的に指定してもよく、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の状態（代表的には出力電圧あるいはＳＯＣの高・低）に応じて都度選択するようにしてもよい。

これに対して、ステップＳ１３０がＹＥＳ判定時のとき、すなわち要求パワーＰＲが一方の蓄電装置によって供給可能な範囲であり、かつ、コンバータ１０，１２による昇圧が不要であるときには、ＥＣＵ１００は、コンバータ１０，１２全体での損失をできるだけ抑制するために、ステップＳ２００により上アームＯＮモードを選択する。この上アームＯＮモードは、本発明での「第１の動作モード」に対応する。

図８は、ステップＳ２００における上アームＯＮモードでの処理を詳細に説明するフローチャートである。

図８を参照して、上アームＯＮモードが指定されると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１０により、電圧判定処理を実行する。電圧判定処理では、複数個の蓄電装置から、出力電圧が最も高い「最高電圧蓄電装置」を判別する。すなわち、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力電圧ＶＢ１，ＶＢ２の高低が判断される。

そして、ＥＣＵ２１０は、ＶＢ１≧ＶＢ２と判断されたとき（ステップＳ２２０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２３０に処理を進めて、コンバータ１０（ＣＮＶ１）を上アームＯＮ固定とする一方で、コンバータ１２（ＣＮＶ２）をシャットダウンする。反対に、ＶＢ１＜ＶＢ２と判断されたとき（ステップＳ２２０のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２４０に処理を進めて、コンバータ１０（ＣＮＶ１）をシャットダウンする一方で、コンバータ１２（ＣＮＶ２）を上アームＯＮ固定とする。すなわち、最高電圧蓄電装置に対応するコンバータが上アームＯＮ固定の対象とされ、残余のコンバータは動作を停止される。

ＥＣＵ１００は、さらに、ステップＳ２５０により、上アームＯＮ固定モードへの移行シーケンスを実行する。具体的には、ステップＳ２５０では、ステップＳ２３０，２４０によって、シャットダウンが指示されたコンバータの各スイッチング素子をターンオフするとともに、上アームＯＮ固定が指示されたコンバータによって、システム電圧ＶＨを一定レートで低下させる電圧制御をまず実行する。この処理時には、目標電圧ＶＲが現在の値から最高電圧蓄電装置の出力電圧に向けて一定レートで徐減されていく。そして、システム電圧ＶＨが所定レベル（最高電圧蓄電装置の出力電圧近傍）まで低下すると、上アームＯＮ固定が指示されたコンバータにおいて、上アームのスイッチング素子がオン状態に固定される。

なお、図示は省略しているが、ステップＳ２５０は、他モードから上アームＯＮモードへの移行時に実行されるものであり、上アームＯＮモードの継続中にはスキップされるものとする。

このように図７および図８に従った制御処理を行なうことにより、電源システムへの要求パワーが単一の蓄電装置によって供給可能な範囲であり、かつ、コンバータ１０、１２による昇圧動作が不要な目標電圧ＶＲが設定されているときには、上アームＯＮモードを選択して、コンバータ１０，１２での損失を抑制した上で、電源システムおよび負荷装置間の電力授受を実行できる。

さらに、最高電圧蓄電装置に対応したコンバータを上アームＯＮ固定のコンバータに指定することにより、蓄電装置間での短絡電流を生じさせることなく、上アームＯＮモードを開始できる。すなわち、蓄電装置およびコンバータ間を都度リレー等で遮断することなく、他の動作モードから上アームＯＮモードへの移行を実現できる。

ただし、最高電圧蓄電装置を判別する際に、電圧センサ４２，４４の精度が問題となる。すなわち、検出精度の低い電圧センサの出力値に基づいて、ステップＳ２１０，２２０（図８）の処理を実行すれば、上アームＯＮ固定とすべきコンバータを誤って指定してしまい、短絡電流を発生させるおそれがある。その一方で、電圧センサ４２，４４の高精度化を図れば、コストアップを招いてしまう。

そこで、本実施の形態では、以下に説明するように、電圧センサ４２，４４の検出精度のみに依存することなく、最高電圧蓄電装置を判別することとする。

図９は、図８のステップＳ２１０による電圧判定処理の詳細を示すフローチャートである。

図９を参照して、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１１では、電圧センサ４２，４４による検出値Ｖ１，Ｖ２の差（絶対値）が、判定値Ｖｔｈよりも大きいかどうかを判定する。判定値Ｖｔｈは、電圧センサ４２，４４の検出精度に合わせて設定される。

ＥＣＵ１００は、｜Ｖ１−Ｖ２｜＞Ｖｔｈのとき（Ｓ２１１のＹＥＳ判定時）、すなわち検出電圧差が大きいときには、電圧センサ４２，４４の検出値に基づいて、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力電圧ＶＢ１，ＶＢ２の高低を判断する。

すなわち、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１２により、電圧センサ４２，４４の検出値Ｖ１，Ｖ２を比較して、Ｖ１＞Ｖ２のとき（Ｓ２１２のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２１３に処理を進めて、ＶＢ１＞ＶＢ２と判断する。反対に、Ｖ１≦Ｖ２のとき（Ｓ２１２のＮＯ判定時）には、ステップＳ２１４に処理を進めて、ＶＢ１＜ＶＢ２と判断する。

一方、｜Ｖ１−Ｖ２｜≦Ｖｔｈのとき（Ｓ２１１のＮＯ判定時）、すなわち電圧センサによる検出値の差が小さいときには、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１５〜Ｓ２１９の処理によって、コンバータを所定の動作状態とした下での、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力電流ＩＢ１，ＩＢ２の挙動に基づいて、出力電圧ＶＢ１，ＶＢ２の高低を判断する。

具体的には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１５では、一方のコンバータをシャットダウンするか、あるいは、電流制御中のコンバータの目標電流ＩＲ＝０に設定する。たとえば、２ＣＮＶモードにおいて電流制御中のコンバータがシャットダウンの対象とされる。さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１６により、他方のコンバータで電圧制御を実行し、目標電圧ＶＲを一定レートで所定値まで徐々に低下させる。ここでは、一例として、ステップＳ２１５，Ｓ２１６により、コンバータ１２がシャットダウンされ、コンバータ１０が電圧制御を実行するものとする。

このような状態とすると、シャットダウンされたコンバータ１２に対応する蓄電装置Ｂ２の出力電圧ＶＢ２と、システム電圧ＶＨとの高低に応じて、蓄電装置Ｂ２の出力電流の挙動が異なってくる。すなわち、ＶＢ２＞ＶＨとなると蓄電装置Ｂ２からの出力電流（ＩＢ２＞０）が発生する一方で、ＶＨ＞ＶＢ２のときには出力電流ＩＢ２は発生しない（ＩＢ２＝０）。

したがって、コンバータ１２によってシステム電圧ＶＨを低下させつつ（Ｓ２１６）、蓄電装置Ｂ２の出力電流ＩＢ２を監視することによって、出力電圧ＶＢ２の電圧レベルを判別できる。たとえば、ＥＣＵ１００は、システム電圧ＶＨを蓄電装置Ｂ１の出力電圧相当まで低下させるまでに、所定値以上の出力電流ＩＢ２が発生するか否かを判定することによって、出力電圧ＶＢ１，ＶＢ２の高低を判断する。

すなわち、目標電圧ＶＲ（すなわちシステム電圧ＶＨ）が所定値まで低下される間に、所定以上の電流ＩＢ２が発生したとき（Ｓ２１７のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ１００は、蓄電装置Ｂ２の方が蓄電装置Ｂ１よりも出力電圧が高い（ＶＢ２＞ＶＢ１）と判断する（ステップＳ２１８）。一方、目標電圧ＶＲ（すなわちシステム電圧ＶＨ）が所定値まで低下されても、所定以上の電流ＩＢ２が発生しないとき（Ｓ２１７のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ１００は、蓄電装置Ｂ２の方が蓄電装置Ｂ１よりも出力電圧が低い（ＶＢ１＞ＶＢ２）と判断する（ステップＳ２１９）。

このように、図９に示す制御処理によれば、電圧センサ４２，４４の検出精度のみに依存することなく、一方のコンバータによってシステム電圧ＶＨを所定状態に制御した下での他方のコンバータに対応する蓄電装置からの出力電流挙動を監視することによって、図８のステップＳ２１０による電圧判定処理を実行できる。これにより、電圧センサ４２，４４の検出精度を過度に要求することなく、最高電圧蓄電装置を判別できる。

また、ステップＳ２１６での目標電圧ＶＲ（システム電圧ＶＨ）の低下については、一定レートとすることなく、出力電流に応じて可変レートとしてもよい。具体的には、電流非発生時の低下レートを相対的に大きくするとともに、電流発生後の低下レートを抑制することによって、電圧判定処理の所要時間を短縮することができる。

なお、一般的な電源システムでは、蓄電装置の出力電圧センサは配置されるため、図９ではその検出精度が確保困難な領域に限って、蓄電装置の出力電流挙動に基づく電圧判定処理を実行する構成を例示したが、全領域に渡って電圧センサ４２，４４の検出値を用いることなく上記電圧判定処理を実行することも原理的には可能であることを確認的に記載する。

あるいは、図１０に示すようなハード機構を設けることによっても、図８のステップＳ２１０による電圧判定処理を実現することができる。

図１０を参照して、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の間には、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のうちのいずれの出力電圧が高いかを判別するための電流検出回路３００が配置される。

電流判定回路３００は、図８のステップＳ２１０による電圧判定処理の実行時にオンされるスイッチ素子３０５と、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２と、フォトカプラ３１０とを含む。

スイッチ素子３０５、抵抗素子Ｒ１およびフォトカプラ３１０内の発光ダイオード３１２は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の正極端子間に接続される。発光ダイオード３１２は、蓄電装置Ｂ１の正極端子から蓄電装置Ｂ２の正極端子へ向かう方向を順方向として接続される。

フォトカプラ３１０は、発光ダイオード３１２の導通時に導通するトランジスタ３１４を有する。トランジスタ３１４は、直流電圧ＶＣＣおよび接地電圧ＧＮＤの間に、ノードＮ０を介して抵抗素子Ｒ２と直列に接続される。

これにより、コンバータ１０，１２の動作停止時にスイッチ素子３０５がオンされると、ＶＢ１（蓄電装置Ｂ１）がＶＢ２（蓄電装置Ｂ２）よりも高いときには、発光ダイオード３１２に電流が流れるのに応答してトランジスタ３１４が導通する。この結果、ノードＮ０の電圧が接地電圧ＧＮＤとなる。

一方で、スイッチ素子３０５をオンしても、ＶＢ２（蓄電装置Ｂ２）がＶＢ１（蓄電装置Ｂ１）よりも高いときには、発光ダイオード３１２は逆バイアスされるため電流が流れない。この結果、トランジスタ３１４はオフに維持されるため、ノードＮ０の電圧は、直流電圧ＶＣＣに維持される。

したがって、スイッチ素子３０５のオン期間におけるノードＮ０の電圧を監視することにより、ＥＣＵ１００は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力電圧ＶＢ１，ＶＢ２のうちのいずれかが高いかを判別することができる。このように、電流検出回路３００を配置することにより、ＶＢ１，ＶＢ２の高低、すなわち、最高電圧蓄電装置を判別できるようになる。

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、負荷装置（モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）の状態に応じて、コンバータ１０，１２による昇圧動作の要否および要求パワーＰＲのレベルに応じて、最高電圧蓄電装置に対応するコンバータで上アームのスイッチング素子をオン状態に固定するとともに、他のコンバータをシャットダウンさせる動作モード（上アームＯＮモード）を選択することができる。したがって、上アーム素子のオンによって蓄電装置間に短絡電流が発生することを確実に防止した上で、スイッチング損失を抑制するための上アームＯＮモードを、負荷装置の状態に応じて適切に選択できる。

（変形例）
以上説明した実施の形態では、蓄電装置Ｂ１、Ｂ２およびそれぞれに対応するコンバータ１０，１２が備えられる、すなわち、蓄電装置およびコンバータの組が２個備えられる電源システムについて説明したが、本発明の適用はこのような構成に限定されるものではない。

すなわち、図１１に示すように、蓄電装置および対応のコンバータの組が３以上の複数個並列接続される構成の電源システムにおいても、本実施の形態による動作モード制御を適用できる。

なお、蓄電装置が３個以上の場合には、負荷装置からの要求パワーＰＲに応じて、動作させるコンバータの個数をさらに細分化して設定することができる。そして、２個以上の蓄電装置によって電力を供給する場合には、これらの蓄電装置に対応する２個以上の電力変換装置について、いずれか１個によって電圧制御を実行するとともに、残余のコンバータには電流制御を実行させればよい。

そして、１個の蓄電装置によって要求パワーＰＲがカバー可能であり、かつ、各コンバータによる昇圧が不要であるときに、上アームＯＮモードを選択すればよい。蓄電装置が３個以上存在するときも、図９の制御処理あるいは図１０の電流検出回路の配置によって、複数の蓄電装置から最高電圧蓄電装置を判別することができる。

たとえば、図９の制御処理を適用する場合には、いずれか１つのコンバータによって電圧制御を実行することによって、システム電圧ＶＨを当該電圧制御コンバータに対応する蓄電装置の出力電圧まで低下させる過程で、一番早く出力電流が生じた蓄電装置を最高電圧蓄電装置と判別することができる。その一方で、上記の過程で電圧制御コンバータに対応する蓄電装置以外の蓄電装置のいずれにも出力電流が生じない場合には、電圧制御コンバータに対応する蓄電装置が最高電圧蓄電装置であると判別することができる。

あるいは、図１０に示した電流検出回路３００を、２個ずつの蓄電装置間に適宜設けることによっても、複数の電流検出回路３００からの出力信号の組合せに従って、最高電圧蓄電装置を判別することができる。

なお、ハイブリッド車両１０００に代えて、内燃機関を搭載しない電気自動車、燃料を用いて電気エネルギーを発生する燃料電池（Fuel Cell）をさらに搭載した燃料電池車にも本発明を適用できる。また、負荷装置を車両駆動力発生用の電動機（モータジェネレータ）に限定することなく、その他の負荷装置に適用される電源システムについても、蓄電装置およびコンバータ（電力変換装置）の組を複数個備える構成であれば、本願発明の適用が可能である。

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。

本発明による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。 図１に示したコンバータの構成を示す回路図である。 図１に示したＥＣＵの機能ブロック図である。 コンバータの通常制御（ＰＷＭ制御）を説明する機能ブロック図である。 目標電圧を設定するためのマップ構成を説明する概念図である。 図３に示したコンバータ制御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。 図６に示したモード判定部による動作モード選択の制御処理を説明するフローチャートである。 上アームＯＮモードでの処理を説明するフローチャートである。 図８中の電圧判定処理の詳細を示すフローチャートである。 電圧判定処理のハード機構による実現例を示す回路図である。 電源システムの構成の変形例を示すブロック図である。

符号の説明

２ エンジン、４ 動力分割機構、６ 車輪、１０，１２ コンバータ、２０，２２ インバータ、４２，４４，４６ 電圧センサ、５２，５４ 電流センサ、６２，６４ 温度センサ、１１０，１２０ 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 電圧判定部、２６０ モード判定部、３００ 電流検出回路、３０５ スイッチ素子、３１０ フォトカプラ、３１２ 発光ダイオード、３１４ トランジスタ、１０００ ハイブリッド車両、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 蓄電装置、Ｃ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード、ＦＶ 信号（電圧判定結果）、ＧＮＤ 接地電圧、ＩＢ１，ＩＢ２ 出力電流（蓄電装置）、ＩＲ 目標電流、Ｌ１，Ｌ２ リアクトル、ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２ モータ電流、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＭＰ０ マップ（目標電圧ＶＲ）、ＭＲＮ，ＭＲＮ１，ＭＲＮ２ 回転速度、ＭＳ１，ＭＳ２ モード制御信号、ＮＬ 負極ライン、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬＭ 正極ライン、ＰＲ 要求パワー、ＰＷＣ１，ＰＷＣ２ ＰＷＭ信号（コンバータ）、ＰＷＩ１，ＰＷＩ２ ＰＷＭ信号（インバータ）、Ｑ１〜Ｑ４ 電力用半導体スイッチング素子、Ｒ１，Ｒ２ 抵抗素子、ＳＤ１，ＳＤ２ シャットダウン信号、ＳＯＣ１，ＳＯＣ２ 残存容量、Ｔ１，Ｔ２ 温度、Ｔｏｎ１，Ｔｏｎ２ デューティ指令、ＴＲ１，ＴＲ２ トルク指令値、ＵＡ１，ＵＡ２ 上アームオン信号、Ｖ１，Ｖ２ 検出値（電圧センサ）、ＶＢ１，ＶＢ２ 出力電圧（蓄電装置）、ＶＨ システム電圧、ＶＲ 目標電圧、θ１，θ２ ロータ回転角。

Claims (8)

1. 負荷装置へ電力の入出力を制御する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源配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源配線との間で双方向の直流電力変換を行なうための複数の電力変換装置と、
   各前記電力変換装置の動作を制御する制御装置とを備え、
   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源配線の間の電流経路に介挿接続される電力用半導体スイッチング素子と、
   前記対応する蓄電装置から前記電源配線へ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ダイオード素子とを含み、
   前記制御装置は、
   前記複数の蓄電装置のうちの最高出力電圧の蓄電装置を判別する電圧判定部と、
   前記負荷装置の状態に応じて、前記電源配線の電圧目標値を設定する目標値設定部と、
   前記負荷装置からの要求パワーが基準値より低く、かつ、設定された前記電圧目標値が各前記電力変換装置による昇圧動作を不要とする値であるときに、前記最高出力電圧の蓄電装置に対応する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させる第１の動作モードを選択するモード判定部とを含む、電源システム。
2. 前記電圧判定部は、前記複数の電力変換装置の所定の動作状態下における前記複数の蓄電装置からの出力電流の挙動に基づいて、前記最高出力電圧の蓄電装置を判別する、請求項１記載の電源システム。
3. 各前記蓄電装置の出力電圧を測定する電圧検出器をさらに備え、
   前記電圧判定部は、測定された前記出力電圧の差が所定値より大きいときには前記電圧検出器による測定値に従って前記最高出力電圧の蓄電装置を判別する一方で、前記出力電圧の差が前記所定値以下のときには、前記複数の蓄電装置からの出力電流の挙動に基づいて前記最高出力電圧の蓄電装置を判別する、請求項２記載の電源システム。
4. 前記電圧判定部は、前記複数の電圧変換装置のうちの１つによって前記電源電圧の電圧を徐々に低下させるように制御した状態における、その他の電圧変換装置に対応する前記蓄電装置からの出力電流の挙動に基づいて、前記最高出力電圧の蓄電装置を判別する、請求項２または３記載の電源システム。
5. 前記複数の蓄電装置のうちの第１および第２の蓄電装置の間に接続されて、所定方向の電流発生を検知するように構成された電流検出回路をさらに備え、
   前記電圧判定部は、各前記電力変換装置の動作を停止させた状態における、前記電流検出回路による電流発生の検知の有無に基づいて、前記最高出力電圧の蓄電装置を判別する、請求項２または３記載の電源システム。
6. 前記モード判定部は、前記要求パワーが前記基準値以上であるときには、前記複数の電力変換装置のうちの１つによって前記電源配線の電圧を前記目標電圧とするための電圧制御を実行するとともに、残余の電力変換装置では、前記対応する蓄電装置の入出力電流を制御する電流制御を実行する第２の動作モードを選択する、請求項１または２記載の電源システム。
7. 前記モード判定部は、前記要求パワーが前記基準値より低く、かつ、前記電圧目標値が各前記電力変換装置による昇圧動作を必要とする値であるときに、前記複数の電力変換装置のうちの１つによって前記電源配線の電圧を前記目標電圧とするための電圧制御を実行するとともに、残余の電力変換装置の動作を停止させる第３の動作モードを選択する、請求項１または２記載の電源システム。
8. 前記電源システムは車両に搭載され、
   前記負荷装置は、
   前記車両の駆動力を発生する交流回転電機と、
   前記交流回転電機と前記電源配線との間で、前記交流回転電機が指令値に従って動作するように双方向の電力変換を行なうように構成されたインバータとを含み、
   前記目標値設定部は、前記交流回転電機の回転速度およびトルクに応じて、前記目標電圧を設定する、請求項１〜７記載の電源システム。

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