JP2015149815A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備えた電力変換装置において、よりいっそう高効率な動作を実現すること。
【解決手段】本発明は、互いに並列接続された第一のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１）と第二のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）とを備えた電力変換装置（１２）であって、第二のＤＣ／ＤＣコンバータを動作停止させつつ第一のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させた場合の電流と変換効率との関係を表す第一の特性曲線と、第一のＤＣ／ＤＣコンバータ及び第二のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させた場合の電流と変換効率との関係を表す第二の特性曲線と、に基づいて設定された電流閾値と、当該電力変換装置における入力又は出力電流と、に基づいて、第二のＤＣ／ＤＣコンバータの動作と動作停止とを切り換える制御部（４１）を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備えた、電力変換装置に関する。

従来のこの種の装置として、例えば、特開２００２−２９１２４７号公報に開示されたものが知られている。かかる従来の装置は、並列接続された第一及び第二のスイッチング電源装置を備えていて、負荷電流が第一の値未満である場合は一方の動作を停止させるように構成されている。

具体的には、上述の従来の装置においては、第一のスイッチング電源装置（出力電圧Ｖ１）の出力端子と、負荷における一方の端子との間には、抵抗値Ｒ１のシリーズ抵抗が挿入されている。同様に、第二のスイッチング電源装置（出力電圧Ｖ２）の出力端子と、負荷における上述の端子との間には、抵抗値Ｒ２のシリーズ抵抗が挿入されている。そして、負荷電流が所定の閾値「（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒ１」以下である場合は、並列接続された第一及び第二のスイッチング電源装置のうちの一方が動作しつつ他方が動作停止する。一方、負荷電流が上述の閾値を超える場合は、双方のスイッチング電源装置が動作する。

特開２００２−２９１２４７号公報

この種の装置において、よりいっそう高効率な動作を実現することが求められている。本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。

本発明は、
互いに並列接続された第一のＤＣ／ＤＣコンバータと第二のＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた、電力変換装置であって、
前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータを動作停止させつつ前記第一のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させた場合の電流と変換効率との関係を表す第一の特性曲線と、前記第一のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させた場合の電流と変換効率との関係を表す第二の特性曲線と、に基づいて設定された電流閾値と、当該電力変換装置における入力又は出力電流と、に基づいて、前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータの動作と動作停止とを切り換えるように設けられた、制御部を備えたことを特徴とする。

かかる構成を備えた、本発明の前記電力変換装置においては、互いに並列接続された前記第一のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータとにおける動作個数の切換制御を行うための電流閾値が、前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータを動作停止させつつ前記第一のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させた場合の電流と変換効率との関係を表す前記第一の特性曲線と、前記第一のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させた場合の電流と変換効率との関係を表す前記第二の特性曲線と、に基づいて設定されている。したがって、かかる構成によれば、従来のこの種の装置よりも、よりいっそう高効率な動作を実現することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電力変換装置を備えた電力システムの概略的な回路構成を示す図。 図１に示されている電力変換装置の動作の一例を説明するためのグラフ。 図１に示されている電力変換装置の動作の一例を説明するためのフローチャート。 図１に示されている電力変換装置の動作の他の一例を説明するためのフローチャート。 図１に示されている電力変換装置の動作のさらに他の一例を説明するためのフローチャート。 本発明の他の一実施形態に係る電力変換装置を備えた電力システムの概略的な回路構成を示す図。 図６に示されている電力変換装置の動作の一例を説明するためのグラフ。

以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、変形例（上述の一実施形態に対して施され得る変更の例示）は、当該実施形態の説明中に挿入されると首尾一貫した一実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜電力システムの全体構成＞
図１に示されている電力システム１０は、いわゆる「ハイブリッド自動車」等の電動車両に搭載されている。この電力システム１０は、高圧バッテリ１１と、電力変換装置１２と、低圧バッテリ１３と、車載負荷１４と、車両ＥＣＵ１５（ＥＣＵは“Electric Control Unit”の略）と、を備えている。

高圧バッテリ１１は、直流電源を構成する二次電池（例えばリチウムイオン蓄電池等）であって、低圧バッテリ１３の出力電圧よりも高い所定電圧（例えば２８８Ｖ）を出力可能に構成されている。電力変換装置１２は、高圧バッテリ１１が出力した上述の高電圧の直流電力を、所定の低電圧（例えば１２Ｖ）の直流電力に変換可能に設けられている。

電力変換装置１２は、互いに並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータとしての、第一コンバータ２１及び第二コンバータ２２を備えている。すなわち、第一コンバータ２１における高圧側入力端子Ｔ１１は、高圧バッテリ１１における高圧側端子（正極側端子）に接続されている。また、第一コンバータ２１における低圧側入力端子Ｔ１２は、高圧バッテリ１１における低圧側端子（負極側端子）に接続されている。同様に、第二コンバータ２２における高圧側入力端子Ｔ２１は、高圧バッテリ１１における高圧側端子に接続されている。また、第二コンバータ２２における低圧側入力端子Ｔ２２は、高圧バッテリ１１における低圧側端子に接続されている。

電力変換装置１２（本実施形態においては第一コンバータ２１及び第二コンバータ２２の並列接続体）における出力側には、低圧バッテリ１３、車載負荷１４及び車両ＥＣＵ１５が並列に接続されている。すなわち、低圧バッテリ１３、車載負荷１４及び車両ＥＣＵ１５における高圧側端子には、第一コンバータ２１における高圧側出力端子Ｔ１３と第二コンバータ２２における高圧側出力端子Ｔ２３とが接続されている。同様に、低圧バッテリ１３、車載負荷１４及び車両ＥＣＵ１５における低圧側端子には、第一コンバータ２１における低圧側出力端子Ｔ１４と第二コンバータ２２における低圧側出力端子Ｔ２４とが接続されている。

低圧バッテリ１３は、直流電源を構成する二次電池（例えば鉛蓄電池等）であって、高圧バッテリ１１の出力電圧よりも低い所定電圧（例えば１２Ｖ）を出力可能に構成されている。車載負荷１４は、上述の電動車両に搭載された電気機器（空調装置、オーディオ装置、照明装置、等。）であって、電力変換装置１２及び／又は低圧バッテリ１３の出力によって駆動されるように設けられている。

車両ＥＣＵ１５は、上述の電動車両の各部（電力変換装置１２及び車載負荷１４を含む）の動作を統括的に制御する電子制御ユニットであって、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＣＰＵを含むマイクロコンピュータを内部に備えている。この車両ＥＣＵ１５は、低圧バッテリ１３からの電源供給を受けて動作するように設けられている。すなわち、車両ＥＣＵ１５は、上述の電動車両の運転状態に基づいて電力変換装置１２における出力電圧指令値を算出し、この出力電圧指令値を電力変換装置１２に向けて出力するようになっている。

＜電力変換装置の構成＞
以下、本実施形態における電力変換装置１２の構成について、より詳細に説明する。本実施形態においては、第一コンバータ２１が第二コンバータ２２よりも上位の「マスターコンバータ」として動作する一方で、第二コンバータ２２が第一コンバータ２１に従属する「スレーブコンバータ」として動作するように、電力変換装置１２が構成されている。

すなわち、第一コンバータ２１は、制御入力端子Ｔ１５と制御出力端子Ｔ１６とを有している。制御入力端子Ｔ１５は、車両ＥＣＵ１５から出力された各種の制御信号（上述の出力電圧指令値を含む）が入力されるように設けられている。制御出力端子Ｔ１６は、第二コンバータ２２に対して各種の制御信号を出力するように設けられている。また、第二コンバータ２２は、制御入力端子Ｔ２５を有している。制御入力端子Ｔ２５は、第一コンバータ２１における制御出力端子Ｔ１６に接続されている。

第一コンバータ２１は、いわゆる絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであって、トランス３０と、一次側回路３１と、二次側回路３２と、制御回路４１と、を備えている。第二コンバータ２２も、いわゆる絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであって、第一コンバータ２１と同様の上述のような回路構成を有している。

以下、第一コンバータ２１における内部の回路構成について詳述する。なお、第二コンバータ２２は、制御回路４１に代えて制御回路４２を備えている以外は、第一コンバータ２１と同様である。よって、第二コンバータ２２における内部の回路構成の説明については、技術的な矛盾が生じない限り、下記の第一コンバータ２１についての説明が適宜援用されるものとする。

一次側回路３１は、トランス３０の一次側に設けられている。一方、二次側回路３２は、トランス３０の二次側に設けられている。すなわち、トランス３０における一次側コイル３０１は、一次側回路３１に接続されている。また、トランス３０における二次側コイル３０２は、二次側回路３２に接続されている。

一次側回路３１は、いわゆるフルブリッジ回路であって、４つのスイッチング素子３１１〜３１４を備えている。すなわち、高電位（上アーム）側のスイッチング素子３１１及び３１２における入力端子は、高圧側入力端子Ｔ１１を介して、高圧バッテリ１１における高圧側端子（正極側端子）に接続されている。また、低電位（下アーム）側のスイッチング素子３１３及び３１４における出力端子は、低圧側入力端子Ｔ１２を介して、高圧バッテリ１１における低圧側端子（負極側端子）に接続されている。

さらに、互いに直列接続されたスイッチング素子３１１とスイッチング素子３１３との間の接続部は、一次側コイル３０１における一端に接続されている。また、互いに直列接続されたスイッチング素子３１２とスイッチング素子３１４との間の接続部は、一次側コイル３０１における他端に接続されている。

なお、図１に示されているように、本実施形態においては、スイッチング素子３１１〜３１４として、ＮチャネルＭＯＳトランジスタが用いられているものとする。また、各スイッチング素子３１１〜３１４において、入力端子（ドレイン）と出力端子（ソース）との間には、図示しないフリーホイールダイオードが接続されているものとする（このフリーホイールダイオードは、スイッチング素子３１１等における寄生ダイオードであってもよいし、スイッチング素子３１１に対して外付けされたものであってもよい。）。

二次側回路３２は、ダイオード３２１及び３２２と、平滑回路３２３と、を備えている。ダイオード３２１におけるアノードは、二次側コイル３０２における一端に接続されている。ダイオード３２２におけるアノードは、二次側コイル３０２における他端に接続されている。ダイオード３２１におけるカソードと、ダイオード３２２におけるカソードとは、互いに短絡されている。また、二次側コイル３０２におけるセンタータップＣは、グラウンドラインＧＬに接続されている。グラウンドラインＧＬは、低圧側出力端子Ｔ１４に接続されている。

平滑回路３２３は、いわゆるＬＣフィルタであって、リアクトル３２３ａとコンデンサ３２３ｂとを備えている。リアクトル３２３ａにおける一端は、ダイオード３２１及び３２２におけるカソードに接続されている。リアクトル３２３ａにおける他端は、高圧側出力端子Ｔ１３に接続されている。コンデンサ３２３ｂは、リアクトル３２３ａにおける上述の他端とグラウンドラインＧＬとの間に設けられている。

一次側回路３１には、入力電圧センサ３５１と入力電流センサ３５２とが設けられている。また、二次側回路３２には、出力電圧センサ３５３が設けられている。入力電圧センサ３５１は、一次側回路３１における入力側の端子間電圧（入力電圧：高圧側入力端子Ｔ１１と低圧側入力端子Ｔ１２との間の端子間電圧）に対応する出力を生じるように設けられている。入力電流センサ３５２は、高圧側入力端子Ｔ１１とスイッチング素子３１１における入力端子との間に介装された、いわゆるカレントトランスであって、一次側回路３１に流入する電流（入力電流）に対応する出力を生じるように設けられている。出力電圧センサ３５３は、二次側回路３２における端子間電圧（出力電圧：高圧側出力端子Ｔ１３と低圧側出力端子Ｔ１４との間の端子間電圧）に対応する出力を生じるように設けられている。

本実施形態において本発明の「制御部」に対応する制御回路４１は、車両ＥＣＵ１５よりも下位のＥＣＵであって、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＣＰＵを含むマイクロコンピュータを内部に備えている。ＲＯＭには、電力システム１０の動作を制御するための制御プログラム及びこれを実行する際に参照されるマップ（ルックアップテーブル）等が予め格納されている。ＲＡＭは、ＣＰＵが上述の制御プログラムを実行する際にデータを一時的に格納可能に設けられている。ＣＰＵは、上述の制御プログラムを実行することで、各種の制御信号を生成及び出力するように設けられている。

本実施形態においては、制御回路４１は、第一コンバータ２１における入力電圧と入力電流と出力電圧とに加えて、制御入力端子Ｔ１５を介して車両ＥＣＵ１５から受け取った出力電圧指令値Ｖｃに基づいて、各種の制御信号を生成及び出力するように構成されている。すなわち、制御回路４１は、スイッチング素子３１１〜３１４の制御端子（ゲート端子）に対する入力信号（以下単に「ＰＷＭ制御信号」と称する）を生成して、かかるＰＷＭ制御信号をスイッチング素子３１１〜３１４に出力するようになっている。また、制御回路４１は、第二コンバータ２２に対する出力電圧指令値Ｖｃ２及び出力電流指令値Ｉｃ２のうちの少なくともいずれか一方を生成して、これを制御出力端子Ｔ１６に出力するようになっている。

制御回路４２は、第二コンバータ２２における入力電圧と入力電流と出力電圧とに加えて、制御入力端子Ｔ２５を介して制御回路４１から受け取った出力電圧指令値Ｖｃ２及び／又は出力電流指令値Ｉｃ２に基づいて、第二コンバータ２２におけるＰＷＭ制御信号を生成及び出力するようになっている。

＜動作＞
以下、本実施形態の構成における動作について、当該構成の特徴及び作用・効果とともに説明する。

第一コンバータ２１における制御回路４１は、上述の電動車両の運転状態に基づいて車両ＥＣＵ１５により算出された出力電圧指令値Ｖｃ（第一コンバータ２１と第二コンバータ２２との並列接続体すなわち電力変換装置１２からの出力電圧Ｖｏの指令値）を、制御入力端子Ｔ１５を介して車両ＥＣＵ１５から受け取る。また、制御回路４１は、入力電圧センサ３５１の出力に基づいて、第一コンバータ２１における入力電圧（以下「入力電圧Ｖｉ１」と称する）を取得する。同様に、制御回路４１は、入力電流センサ３５２の出力に基づいて、第一コンバータ２１における入力電流（以下「入力電流Ｉｉ１」と称する）を取得する。また、制御回路４１は、出力電圧センサ３５３の出力に基づいて、第一コンバータ２１における出力電圧（以下「出力電圧Ｖｏ１」と称する）を取得する。

すると、制御回路４１は、受け取った出力電圧指令値Ｖｃと、取得した入力電圧Ｖｉ１、入力電流Ｉｉ１、及び出力電圧Ｖｏ１と、に基づいて、上述のＰＷＭ制御信号と、出力電流指令値Ｉｃ２及び出力電圧指令値Ｖｃ２のうちの少なくともいずれか一方と、を生成する。制御回路４１は、このＰＷＭ制御信号に基づいて、４つのスイッチング素子３１１〜３１４をＰＷＭ制御する。また、制御回路４１は、生成した出力電流指令値Ｉｃ２及び／又は出力電圧指令値Ｖｃ２を、制御出力端子Ｔ１６を介して第二コンバータ２２に出力する。

第二コンバータ２２における制御回路４２は、第一コンバータ２１における制御回路４１と同様にして、第二コンバータ２２における入力電圧、入力電流及び出力電圧（これらを以下「入力電圧Ｖｉ２」、「入力電流Ｉｉ２」及び「出力電圧Ｖｏ２」と称する。）を取得する。また、制御回路４２は、出力電流指令値Ｉｃ２及び／又は出力電圧指令値Ｖｃ２を、制御入力端子Ｔ２５を介して制御回路４１から受け取る。そして、制御回路４２は、入力電圧Ｖｉ２、入力電流Ｉｉ２及び出力電圧Ｖｏ２の取得値と、制御回路４１から受け取った出力電流指令値Ｉｃ２及び／又は出力電圧指令値Ｖｃ２と、に基づいて、第二コンバータ２２におけるＰＷＭ制御信号を生成及び出力する。

すなわち、本実施形態においては、「マスターコンバータ」としての第一コンバータ２１における制御回路４１にて、「スレーブコンバータ」としての第二コンバータ２２における出力電圧Ｖｏ２及び出力電流Ｉｏ２の目標値（指令値）が設定される。そして、制御回路４２は、これらの目標値に基づいて、第二コンバータ２２におけるＰＷＭ制御を実行する。

ここで、図２における「η１」は、第一コンバータ２１のみを電力変換動作させた場合（以下「スレーブ停止モード」と称する）の、出力電流Ｉｏと電力変換効率との関係を示すグラフである。また、「η２」は、第一コンバータ２１及び第二コンバータ２２をともに同じ出力電流となるように電力変換動作させた場合（Ｉｏ１＝Ｉｏ２＝Ｉｏ／２：以下「スレーブ動作モード」と称する）の、出力電流Ｉｏと電力変換効率との関係を示すグラフである。さらに、「Ｉη」は、曲線η１（本発明における「第一の特性曲線」に相当する）と曲線η２（本発明における「第二の特性曲線」に相当する）との交点に対応する出力電流Ｉｏである。ここで、「Ｉｏ１」は、第一コンバータ２１の出力電流である。また、「Ｉｏ２」は、第二コンバータ２２の出力電流である。当然のことながら、Ｉｏ＝Ｉｏ１＋Ｉｏ２の関係が成立する。

図２を参照すると、本実施形態においては、制御回路４１は、出力電流ＩｏがＩη未満である場合には、出力電流指令値Ｉｃ２を「０」に設定することで、第一コンバータ２１のみを電力変換動作させる（スレーブ停止モード）。一方、制御回路４１は、出力電流ＩｏがＩηを超える場合には、出力電流指令値Ｉｃ２を「Ｉｏ／２＝Ｉｏ１」に設定することで、第一コンバータ２１及び第二コンバータ２２を電力変換動作させる（スレーブ動作モード）。なお、この「Ｉη」は、本発明における「電流閾値」に対応するものである。

上述の動作を実現するため、制御回路４１は、（１）スレーブ停止モードにおいて、第一コンバータ２１に設けられた入力電流センサ３５２による入力電流Ｉｉ１の取得値Ｉｓが所定値Ｉｔｈ１を超えた場合に、電力変換装置１２の動作モードをスレーブ停止モードからスレーブ動作モードに切り換え、（２）スレーブ動作モードにおいて上述の取得値Ｉｓが所定値Ｉｔｈ２未満となった場合に、電力変換装置１２の動作モードをスレーブ動作モードからスレーブ停止モードに切り換える。

ここで、所定値Ｉｔｈ１及びＩｔｈ２は、上述のＩηに基づいて、以下の式の通りに設定されている。なお、下記の式において、αは所定値（α＞０）、ｎはトランス３０における巻数比を示す。また、「Ｉｔｈ１」あるいは「Ｉη＋α」は、本発明における「第一の電流閾値」に対応する。さらに、「Ｉｔｈ２」あるいは「Ｉη−α」は、本発明における「第二の電流閾値」に対応する。

Ｉｔｈ１＝（Ｉη＋α）／ｎ
Ｉｔｈ２＝（Ｉη−α）／２ｎ
すなわち、本実施形態においては、出力電流ＩｏがＩη未満の状態から「Ｉη＋α」に達した時点で、動作モードがスレーブ停止モードからスレーブ動作モードに切り換えられる。一方、出力電流ＩｏがＩηを超える状態から「Ｉη−α」に達した時点で、動作モードがスレーブ動作モードからスレーブ停止モードに切り換えられる。このようにして、本実施形態においては、動作モードの切り換えに対して、ヒステリシス特性が与えられている。

以上の動作を、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、以下に参照する図３等にて図示されたフローチャートにおいては、「ステップ」は「Ｓ」と略記されているものとする。

制御回路４１における上述のＣＰＵは、図３のフローチャートに示されているルーチンを、所定インターバル（例えば５ｍｓｅｃ）毎に繰り返し起動する。かかるルーチンが起動されると、まず、ステップ３１０にて、現在の動作モードがスレーブ停止モードであるか否かが判定される。

現在の動作モードがスレーブ停止モードである場合（ステップ３１０＝ＹＥＳ）、処理がステップ３２０に進行し、入力電流Ｉｉ１の取得値Ｉｓが所定値Ｉｔｈ１を超えたか否かが判定される。Ｉｓ＞Ｉｔｈ１である場合（ステップ３２０＝ＹＥＳ）、処理がステップ３３０に進行し、第二コンバータ２２（スレーブコンバータ）が起動される。すなわち、動作モードが、スレーブ停止モードからスレーブ動作モードに切り換えられる。その後、本ルーチンが一旦終了する。一方、Ｉｓ≦Ｉｔｈ１である場合（ステップ３２０＝ＮＯ）、ステップ３３０の処理がスキップされてスレーブ停止モードが維持された後、本ルーチンが一旦終了する。

現在の動作モードがスレーブ動作モードである場合（ステップ３１０＝ＮＯ）、処理がステップ３４０に進行し、入力電流Ｉｉ１の取得値Ｉｓが所定値Ｉｔｈ２未満であるか否かが判定される。Ｉｓ＜Ｉｔｈ２である場合（ステップ３４０＝ＹＥＳ）、処理がステップ３５０に進行し、第二コンバータ２２（スレーブコンバータ）の動作が停止される。すなわち、動作モードが、スレーブ動作モードからスレーブ停止モードに切り換えられる。その後、本ルーチンが一旦終了する。一方、Ｉｓ≧Ｉｔｈ２である場合（ステップ３４０＝ＮＯ）、ステップ３５０の処理がスキップされてスレーブ動作モードが維持された後、本ルーチンが一旦終了する。

このように、本実施形態の構成においては、変換効率と電流との特性に基づいて設定された電流閾値を用いることで、図２における実線で示されているように、出力電圧Ｉｏに対して最も変換効率が良好な動作モードが選択される。したがって、本実施形態によれば、低出力領域から高出力領域に至る幅広い運転領域にて、従来のこの種の装置よりも、よりいっそう高効率な動作を実現することが可能となる。

また、本実施形態の構成においては、上述のように、動作モードの切り換えに対して、ヒステリシス特性が与えられている。したがって、本実施形態によれば、切換動作に伴う制御ハンチングの発生が、良好に抑制される。

さらに、本実施形態の構成においては、動作モードの切り換えに際して、第一コンバータ２１に設けられたカレントトランスである入力電流センサ３５２による、入力電流Ｉｉ１の取得値Ｉｓが用いられている。すなわち、かかる構成においては、比較的大電流となる出力電流Ｉｏそのものを検出したり、特開２００２−２９１２４７号公報に記載の従来技術のように出力側にシリーズ抵抗を設けたりすることなく、動作モードの設定及び切り換えが良好に行われる。したがって、本実施形態によれば、エネルギ損失の発生や製造コストが、良好に抑制される。

＜変形例＞
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の一部、及び、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

二次側回路３２におけるダイオード３２１及び３２２に代えて、スイッチング素子が設けられていてもよい。すなわち、第一コンバータ２１及び第二コンバータ２２における二次側回路３２は、いわゆる同期整流回路であってもよい。

入力電流センサ３５２の配置も、上述の具体例に限定されない。すなわち、例えば、入力電流センサ３５２は、低圧側入力端子Ｔ１２側に設けられていてもよいし、一次側回路３１と一次側コイル３０１との間に設けられていてもよい。また、第一コンバータ２１に設けられた入力電流センサ３５２による入力電圧Ｖｉ１の取得値Ｉｓに代えて、車両ＥＣＵ１５により算出された出力電流指令値Ｉｃを用いて、上述のような動作モードの設定及び切換が行われてもよい。

上述の具体例において、Ｉｔｈ１＝（Ｉη＋α）／ｎ且つＩｔｈ２＝Ｉη／２ｎであってもよいし、Ｉｔｈ１＝Ｉη／ｎ且つＩｔｈ２＝（Ｉη−α）／２ｎであってもよい。あるいは、上述の具体例において、Ｉｔｈ１＝（Ｉη＋α）／ｎ且つＩｔｈ２＝（Ｉη＋β）／２ｎであってもよいし、Ｉｔｈ１＝（Ｉη−α）且つＩｔｈ２＝（Ｉη−γ）／２ｎであってもよい（但しα＞β＞０，０＜α＜γ）。

第一コンバータ２１における出力電圧Ｖｏ１と、第二コンバータ２２における出力電圧Ｖｏ２とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、第一コンバータ２１における出力定格（出力電流Ｉｏ１の定格値）と、第二コンバータ２２における出力定格（出力電流Ｉｏ２の定格値）とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

第一コンバータ２１における出力定格と、第二コンバータ２２における出力定格とが異なっている場合、上述の実施形態の構成を前提とすると、第一コンバータ２１における出力定格の方が第二コンバータ２２における出力定格よりも低いことが好ましい。すなわち、出力定格が低くトランス損失の小さい第一コンバータ２１を優先的に動作させる（先に、すなわち、より低出力側から出力動作させる）ことにより、低出力領域における変換効率がよりいっそう向上する。

制御回路４１は、第一コンバータ２１と第二コンバータ２２とのうちのいずれを優先的に動作させるかを、運転履歴（起動回数及び／又は起動時間）に基づいて切り換えるようになっていてもよい。かかる変形例によれば、電力変換装置１２における製品寿命を可及的に長くすることが可能になる。図４及び図５は、かかる変形例に対応するフローチャートである。

図４のフローチャートに示されているルーチンは、電力システム１０の起動時（上述の電動車両に設けられた図示しないイグニッションスイッチのオン操作時）に、制御回路４１における上述のＣＰＵにて起動される。かかるルーチンが起動されると、まず、ステップ４０１にて、前回の電力システム１０の起動時に第一コンバータ２１（マスターコンバータ）が優先的に動作させられたか否かが判定される。

前回の電力システム１０の起動時に第一コンバータ２１が優先的に動作させられた場合（ステップ４０１＝ＹＥＳ）、処理がステップ４０２に進行する。ステップ４０２においては、今回の電力システム１０の起動時にて、第二コンバータ２２（スレーブコンバータ）が優先的に動作させられるように、電力変換装置１２の動作モードが設定される。すなわち、ステップ４０２においては、上述の実施形態とは逆に、低出力領域にて第二コンバータ２２のみが動作する一方、高出力領域にて第一コンバータ２１及び第二コンバータ２２の双方が動作するように、電力変換装置１２の動作モードの切り換えが行われる。その後、本ルーチンが終了する。

前回の電力システム１０の起動時に第二コンバータ２２が優先的に動作させられた場合（ステップ４０１＝ＮＯ）、処理がステップ４０３に進行する。ステップ４０３においては、今回の電力システム１０の起動時にて、第一コンバータ２１（マスターコンバータ）が優先的に動作させられるように、電力変換装置１２の動作モードが設定される。すなわち、ステップ４０３においては、上述の実施形態と同様に、低出力領域にて第一コンバータ２１のみが動作する一方、高出力領域にて第一コンバータ２１及び第二コンバータ２２の双方が動作するように、電力変換装置１２の動作モードの切り換えが行われる。その後、本ルーチンが終了する。

図５のフローチャートに示されているルーチンは、電力システム１０の起動時に、制御回路４１における上述のＣＰＵにて起動される。かかるルーチンが起動されると、まず、ステップ５０１にて、第一コンバータ２１の累積動作時間Ｔｍと、第二コンバータ２２の累積動作時間Ｔｓとが比較される。なお、本具体例においては、累積動作時間Ｔｍ，Ｔｓは、制御回路４１にて計時及び記憶されているものとする。

Ｔｍ＞Ｔｓである場合（ステップ５０１＝ＹＥＳ）、処理がステップ５０２に進行する。ステップ５０２においては、今回の電力システム１０の起動時にて、第二コンバータ２２（スレーブコンバータ）が優先的に動作させられるように、電力変換装置１２の動作モードが設定される。その後、本ルーチンが終了する。

Ｔｍ≦Ｔｓである場合（ステップ５０１＝ＮＯ）、処理がステップ５０３に進行する。ステップ５０３においては、今回の電力システム１０の起動時にて、第一コンバータ２１（マスターコンバータ）が優先的に動作させられるように、電力変換装置１２の動作モードが設定される。その後、本ルーチンが終了する。

上記の変形例のように、優先起動する（すなわち最初に起動する）１台目のＤＣ／ＤＣコンバータを運転履歴に基づいて切り換える場合であって、且つ第一コンバータ２１における出力定格と第二コンバータ２２における出力定格とが異なっているときは、出力定格の違いに基づいて、切り換えに「重み付け」が設けられていてもよい。すなわち、例えば、第一コンバータ２１における出力定格の方が第二コンバータ２２における出力定格よりも低い場合、ステップ４０１の判定は、「前々回及び前回の電力システム１０の起動時に第一コンバータ２１（マスターコンバータ）が優先的に動作させられたか否か」であってもよい。あるいは、ステップ５０１の判定は、「Ｔｍ>ｋ・Ｔｓ？」であってもよい（定数ｋ>１）。

動作モードの切り換え制御は、制御回路４１に代えて、これよりも上位の車両ＥＣＵ１５にて行われてもよい。この場合、第二コンバータ２２及び制御回路４２も、第一コンバータ２１及び制御回路４１と同様に、車両ＥＣＵ１５からの制御信号を受信可能に構成されていてもよい。

電力変換装置１２は、互いに並列接続された３台以上のＤＣ／ＤＣコンバータを備えていてもよい。図６及び図７は、かかる変形例に対応する図である。

すなわち、例えば、図６に示されているように、電力変換装置１２は、第一コンバータ２１、第二コンバータ２２及び第三コンバータ２３の並列接続体であってもよい。この場合、第三コンバータ２３は、第二コンバータ２２と同様に構成されている。具体的には、第三コンバータ２３は、制御回路４３と、高圧側入力端子Ｔ３１と、低圧側入力端子Ｔ３２と、高圧側出力端子Ｔ３３と、低圧側出力端子Ｔ３４と、制御入力端子Ｔ３５と、を備えている。

図７における「η１」は、第一コンバータ２１のみを電力変換動作させた場合の、出力電流Ｉｏと電力変換効率との関係を示すグラフである。また、「η２」は、第一コンバータ２１及び第二コンバータ２２をともに同じ出力電流となるように電力変換動作させつつ、第三コンバータ２３のみを停止させた場合（Ｉｏ１＝Ｉｏ２＝Ｉｏ／２）の、出力電流Ｉｏと電力変換効率との関係を示すグラフである。さらに、「η３」は、第一コンバータ２１〜第三コンバータ２３をすべて同じ出力電流となるように電力変換動作させた場合（Ｉｏ１＝Ｉｏ２＝Ｉｏ３＝Ｉｏ／３）の、出力電流Ｉｏと電力変換効率との関係を示すグラフである。「Ｉη１」は、曲線η１と曲線η２との交点に対応する出力電流Ｉｏである。「Ｉη２」は、曲線η２と曲線η３との交点に対応する出力電流Ｉｏである。

本変形例においても、図７における実線で示されているように、出力電圧Ｉｏに対して最も変換効率が良好な動作モードが選択される。したがって、本変形例によれば、低出力領域から高出力領域に至る幅広い運転領域にて、従来のこの種の装置よりも、よりいっそう高効率な動作を実現することが可能となる。

なお、図６に示されているように３台のＤＣ／ＤＣコンバータが並列配置されている構成の場合、運転台数の切り換え態様は、上記の例（１台←→２台←→３台）に限定されない。すなわち、運転台数の増加及び／又は減少の際に、１台運転と３台（全数）運転との間の切り換えが行われてもよい。具体的には、例えば、運転台数が「１台→２台→３台→１台」と変化してもよいし、「１台→３台→２台→１台」と変化してもよい。このような運転台数の変更態様は、例えば、電力システム１０すなわち上述の電動車両における、運転状態及び／又は仕様（各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力定格等）に応じて適宜選択され得る。４台以上のＤＣ／ＤＣコンバータが並列配置されている構成の場合も同様である。

上述の実施形態及び変形例は、一組のトランス３０、一次側回路３１、及び二次側回路３２を備えた第一コンバータ２１等を複数並列に設けた構成を有していたが、本発明はかかる構成に限定されない。すなわち、本発明は、上記のような具体的な回路構成以外の態様に対しても、好適に適用され得る。すなわち、例えば、図１や図６の構成において、第一コンバータ２１の回路構成と第二コンバータ２２の回路構成とが、高圧側入力端子Ｔ１１及び低圧側入力端子Ｔ１２と高圧側出力端子Ｔ１３及び低圧側出力端子Ｔ１４との間にて、並列に設けられていてもよい。

その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構成及びその均等物の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構成をも含む。

１０…電力システム、１１…高圧バッテリ、１２…電力変換装置、１４…車載負荷、１５…車両ＥＣＵ、２１…第一コンバータ、２２…第二コンバータ、３０…トランス、３１…一次側回路、３２…二次側回路、４１…制御回路、３５２…入力電流センサ。

Claims (5)

1. 互いに並列接続された第一のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１）と第二のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）とを備えた、電力変換装置（１２）であって、
   前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータを動作停止させつつ前記第一のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させた場合の電流と変換効率との関係を表す第一の特性曲線と、前記第一のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータを動作させた場合の電流と変換効率との関係を表す第二の特性曲線と、に基づいて設定された電流閾値と、当該電力変換装置における入力又は出力電流と、に基づいて、前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータの動作と動作停止とを切り換えるように設けられた、制御部（４１）を備えたことを特徴とする、電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記第一のＤＣ／ＤＣコンバータは、トランス（３０）と、前記トランスの一次側に設けられた一次側回路（３１）と、前記トランスの二次側に設けられた二次側回路（３２）と、を備え、
   前記一次側回路には、前記第一のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流に対応した出力を生じるカレントトランス（３５２）が設けられ、
   前記制御部は、前記電流閾値と、前記カレントトランスにより取得された電流検出値と、に基づいて、前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータの動作と動作停止とを切り換えることを特徴とする、電力変換装置。
3. 請求項１又は２に記載の電力変換装置であって、
   前記制御部は、
   前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータを動作停止状態から動作状態に切り換えるための前記電流閾値である第一の電流閾値と、
   前記第二のＤＣ／ＤＣコンバータを動作状態から動作停止状態に切り換えるための前記電流閾値であって前記第一の電流閾値とは異なる第二の電流閾値と、
   を有することを特徴とする、電力変換装置。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
   前記制御部は、当該電力変換装置に備えられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうちのいずれを前記第一のＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させるかを、出力定格に基づいて設定することを特徴とする、電力変換装置。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の電力変換装置であって、
   前記制御部は、当該電力変換装置に備えられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうちのいずれを前記第一のＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させるかを、運転履歴に基づいて切り換えることを特徴とする、電力変換装置。

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