JP2015220923A - 電源制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】一方の蓄電装置との間で電力変換を行うと共に他方の蓄電装置との間で電力変換を行わない動作モードで動作する電力変換器のスイッチング損失を低減する。【解決手段】電源制御装置(100)は、電力変換器(33)が第1及び第2の蓄電装置(31、32)のうちのいずれかとの間で電力変換を行う場合に、電力変換を行うためにスイッチング状態を切り替えるべき所定アーム素子を構成する2つのスイッチング素子から一のスイッチング素子を選択する選択手段と、一のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替え且つ他のスイッチング素子のスイッチング状態をオン状態で固定するように電力変換器を制御する制御手段とを備え、選択手段は、所定アーム素子を構成する2つのスイッチング素子の温度の差分が小さくなるように、一のスイッチング素子を新たに選択する。【選択図】図12

Description

本発明は、例えば、蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換器を備える電源システムを制御する電源制御装置の技術分野に関する。
スイッチング素子のスイッチング状態を切り替えることで、2次電池やキャパシタ等の蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換器が知られている。特に、近年、特許文献1に開示されているように、複数の蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換器が提案されている。このような電力変換器は、複数の蓄電装置との間で電力変換を行うためのスイッチング素子として、電気的に直列に接続された3つ以上のスイッチング素子を備えている。例えば、2つの蓄電装置から出力される電力を用いて走行する車両に搭載される電力変換器は、2つの蓄電装置との間で同時に電力を変換するためのスイッチング素子として、電気的に直列に接続された4つのスイッチング素子を備えている。
特開2013−013234号公報
スイッチング素子を備える電力変換器では、スイッチング素子におけるスイッチング損失を低減することが望ましい。特許文献1では、スイッチング損失を低減するために、第1の蓄電装置との間で行われる電力変換を制御するための第1のキャリア信号と第2の蓄電装置との間で行われる電力変換を制御するための第2のキャリア信号との位相差を適宜変化させている。この場合、位相差を適宜変化させることで、第1の蓄電装置を経由して流れる電流と第2の蓄電装置を経由して流れる電流とがスイッチング素子上で相殺される。その結果、スイッチング損失が低減される。
ところで、特許文献1では、第1の蓄電装置及び第2の蓄電装置の双方との間で同時に電力変換を行う動作モードで動作する電力変換器が想定されている。一方で、第1の蓄電装置のみとの間で電力変換を行う動作モードで電力変換器が動作する場合も想定される。
しかしながら、このような動作モードで電力変換器が動作している場合には、第2の蓄電装置との間で電力変換を行わないがゆえに、第2の蓄電装置を経由して電流が流れることがない。このため、第1の蓄電装置を経由して流れる電流と第2の蓄電装置を経由して流れる電流とがスイッチング素子上で相殺されることはない。このため、特許文献1に開示された制御方法では、スイッチング損失を低減させることができないおそれがある。
尚、第2の蓄電装置のみとの間で電力変換を行う動作モードで電力変換器が動作する場合においても同様に、特許文献1に開示された制御方法では、スイッチング損失を低減させることができないおそれがある。
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、第1の蓄電装置及び第2の蓄電装置のうちのいずれか一方の蓄電装置との間で電力変換を行う電力変換器のスイッチング損失を低減することが可能な電源システムを提供することを課題とする。
<1>
本発明の電源制御装置は、(i)第1及び第2の蓄電装置と、(ii)電気的に直列に接続されると共に夫々が前記第1の蓄電装置との間で電力変換を行うために前記第1の蓄電装置を経由して形成される第1の電力変換経路及び前記第2の蓄電装置との間で電力変換を行うために前記第2の蓄電装置を経由して形成される第2の電力変換経路の双方に含まれるように配置される複数のスイッチング素子を含む電力変換器とを備える電源システムを制御する電源制御装置であって、前記電力変換器が前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置のうちのいずれか一方の蓄電装置との間で電力変換を行う場合に、前記複数のスイッチング素子のうち前記一方の蓄電装置との間での電力変換を行うためにスイッチング状態を切り替えるべき所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子から一のスイッチング素子を選択する選択手段と、前記一のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替える一方で、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうち前記一のスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子のスイッチング状態をオン状態で固定するように、前記電力変換器を制御する制御手段とを備え、前記選択手段は、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの少なくとも一方の温度が所定条件を満たす場合に、前記一のスイッチング素子を新たに選択しなかった場合と比較して、前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が小さくなるように、前記一のスイッチング素子を新たに選択する。
本発明の電源制御装置によれば、第1及び第2の蓄電装置と電力変換器とを備える電源システムを制御することができる。
電力変換器は、電源制御装置の制御下で、第1の蓄電装置及び第2の蓄電装置との間で電力変換を行うことができる。電力変換器は、第1の蓄電装置及び第2の蓄電装置との間で電力変換を行うために、複数のスイッチング素子を備えている。複数のスイッチング素子の夫々は、第1の蓄電装置との間で電力変換を行うために第1の蓄電装置を経由して形成される第1の電力変換経路に含まれるように配置されている。更に、複数のスイッチング素子の夫々は、第1の電力変換経路に加えて、第2の蓄電装置との間で電力変換を行うために第2の蓄電装置を経由して形成される第2の電力変換経路に含まれるように配置される。更に、複数のスイッチング素子は、電気的に直列に接続されている。電力変換器は、このような態様で配置される複数のスイッチング素子のスイッチング状態を適宜切り替えることで、第1の蓄電装置及び第2の蓄電装置との間で電力変換を行うことができる。
ここで、電力変換器は、第1の蓄電装置及び第2の蓄電装置のうちのいずれか一方の蓄電装置との間で電力変換を行うことができる。例えば、他方の蓄電装置のSOC(State Of Charge)が過度に低い場合又は他方の蓄電装置が出力制限(例えば、Wout制限)若しくは入力制限(例えば、Win制限)を受ける場合には、電力変換器は、他方の蓄電装置との間で電力変換を行うことなく一方の蓄電装置との間で電力変換を行うことができる。
本発明では特に、電源制御装置は、このような電源システムを制御するために、選択手段と、制御手段とを備える。
選択手段は、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子から一のスイッチング素子を選択する。ここで、「所定アーム素子」は、複数のスイッチング素子のうち一方の蓄電装置との間での電力変換を行うためにスイッチング状態を切り替えるべきスイッチング素子から構成されるアーム素子を意味する。例えば、一方の蓄電装置から電力が出力されている(つまり、一方の蓄電装置が放電している)場合には、所定アーム素子は、一方の蓄電装置に対する下アームである。一方で、一方の蓄電装置に電力が入力されている(例えば、一方の蓄電装置が充電されている)場合には、所定アーム素子は、一方の蓄電装置に対する上アームである。
選択手段が選択した一のスイッチング素子は、制御手段の制御下で、一方の蓄電装置との間での電力変換を行うためにスイッチング状態を切り替えるスイッチング素子として用いられる。一方で、選択手段が選択した一のスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子は、制御手段の制御下で、スイッチング状態がオン状態に固定されるスイッチング素子として用いられる。つまり、制御手段は、選択手段が選択した一のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替えつつ、選択手段が選択した一のスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子のスイッチング状態をオン状態で固定するように、電力変換器を制御する。
このような態様で電力変換器が動作するため、本発明では、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の全てのスイッチング状態を同時に又は並行して切り替える場合と比較して、スイッチング回数が低減される。従って、スイッチング回数の低減に起因して、スイッチング損失もまた低減される。
特に、本発明では、スイッチング回数の低減に起因して、スイッチング損失の低減が実現される。つまり、第1の蓄電装置を経由して流れる電流と第2の蓄電装置を経由して流れる電流とがスイッチング素子上で相殺されることを利用することなく、スイッチング損失の低減が実現される。従って、本発明では、電力変換器が一方の蓄電装置との間で電力変換を行うと共に他方の蓄電装置との間で電力変換を行わない場合であっても、スイッチング損失が好適に低減される。
本発明では更に、選択手段は、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が小さくなるように、一のスイッチング素子を選択する。より具体的には、選択手段は、一のスイッチング素子を新たに選択しなかった場合と比較して、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が小さくなるように、一のスイッチング素子を新たに選択する。このような選択手段による一のスイッチング素子の新たな選択は、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子のうちの少なくとも一方が所定条件を満たす場合に行われることが好ましい。
その結果、電力変換器は、選択手段がこれまで選択していた一のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替えることに代えて、選択手段が新たに選択した一のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替えるように動作することができる。つまり、電力変換器は、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が小さくなるようにスイッチング状態を切り替えるスイッチング素子を適宜変更することができる。その結果、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が相対的に小さくなる(例えば、所定量よりも小さくなる)。このため、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング素子の温度の過度な増加が好適に抑制される。言い換えれば、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の夫々の温度が相対的に均一化される(言い換えれば、温度の過度なばらつきが抑制される)。その結果、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方の温度の過度な増加に起因した電源システムの出力制限又は入力制限の実行が好適に抑制される。
<2>
本発明の電源制御装置の他の態様では、前記選択手段は、現在選択している前記一のスイッチング素子の温度が第1閾値よりも大きくなった場合に、前記一のスイッチング素子を新たに選択する。
この態様によれば、選択手段による一のスイッチング素子の新たな選択は、現在選択している一のスイッチング素子の温度を対象とする所定条件に基づいて行われる。つまり、選択手段による一のスイッチング素子の新たな選択は、現在選択している一のスイッチング素子の温度が第1閾値よりも大きくなるという所定条件が満たされる場合に行われる。
ここで、スイッチング状態が切り替えられているスイッチング素子の温度は、スイッチング状態がオン状態で固定されているスイッチング素子の温度よりも増加しやすい。つまり、現在選択されている一のスイッチング素子の温度は、現在選択されている一のスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子の温度よりも増加しやすい。その結果、現在選択されている一のスイッチング素子の温度は、現在選択されている一のスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子の温度よりも大きくなっている(つまり、高くなっている)可能性が高い。従って、仮に一のスイッチング素子が新たに選択されなければ(つまり、現在選択されている一のスイッチング素子のスイッチング状態が切り替え続けられれば)、現在選択されている一のスイッチング素子の温度が過度に増加してしまうおそれがある。
しかるに、この態様では、現在選択されている一のスイッチング素子の温度が第1閾値よりも大きくなった場合に一のスイッチング素子が新たに選択されるがゆえに、現在選択されている一のスイッチング素子の温度の過度な増加が好適に抑制される。つまり、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング素子の温度の過度な増加が好適に抑制される。その結果、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が相対的に小さくなる。つまり、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の夫々の温度が相対的に均一化される。
<3>
本発明の電源制御装置の他の態様では、前記選択手段は、前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が第2閾値よりも大きくなった場合に、前記一のスイッチング素子を新たに選択する。
この態様によれば、選択手段による一のスイッチング素子の新たな選択は、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分を対象とする所定条件に基づいて行われる。つまり、選択手段による一のスイッチング素子の新たな選択は、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が第2閾値よりも大きくなるという所定条件が満たされる場合に行われる。その結果、現在選択されている一のスイッチング素子(或いは、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング素子)の温度の過度な増加が好適に抑制される。その結果、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が相対的に小さくなる(つまり、温度が相対的に均一化される)。
<4>
上述の如く現在選択している一のスイッチング素子の温度が第1閾値よりも大きくなった場合又は所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が第2閾値よりも大きくなった場合に一のスイッチング素子が新たに選択される電源制御装置の他の態様では、前記選択手段は、現在選択している前記一のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替え続けた場合における前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分よりも、新たに選択した前記一のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替えている場合における前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が小さくなるように、前記一のスイッチング素子を新たに選択する。
この態様によれば、現在選択されている一のスイッチング素子(或いは、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング素子)の温度の過度な増加が好適に抑制される。その結果、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が相対的に小さくなる(つまり、温度が相対的に均一化される)。
<5>
本発明の電源制御装置の他の態様では、前記選択手段は、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの第1のスイッチング素子が前記一のスイッチング素子として選択されている状態で当該第1のスイッチング素子の温度が第1閾値より大きくなった場合に、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの前記第1のスイッチング素子とは異なる第2のスイッチング素子を前記一のスイッチング素子として新たに選択する。
この態様によれば、選択手段による一のスイッチング素子の新たな選択は、現在選択している一のスイッチング素子の温度を対象とする所定条件に基づいて行われる。つまり、選択手段による一のスイッチング素子の新たな選択は、現在一のスイッチング素子として選択されている第1のスイッチング素子の温度が第1閾値よりも大きくなるという所定条件が満たされる場合に行われる。このような所定条件が満たされる場合には、第1のスイッチング素子とは異なる第2のスイッチング素子が新たな一のスイッチング素子として新たに選択される。その結果、電力変換器は、第1のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替えることに代えて、第2のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替えるように動作する。このため、現在一のスイッチング素子として選択されている第1のスイッチング素子(或いは、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング素子)の温度の過度な増加が好適に抑制される。その結果、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が相対的に小さくなる(つまり、温度が相対的に均一化される)。
<6>
本発明の電源制御装置の他の態様では、前記選択手段は、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの第1のスイッチング素子が前記一のスイッチング素子として選択されている状態で前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が第2閾値より大きくなった場合に、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの前記第1のスイッチング素子とは異なる第2のスイッチング素子を前記一のスイッチング素子として新たに選択する。
この態様によれば、選択手段による一のスイッチング素子の新たな選択は、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分を対象とする所定条件に基づいて行われる。つまり、選択手段による一のスイッチング素子の新たな選択は、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が第2閾値よりも大きくなるという所定条件が満たされる場合に行われる。このような所定条件が満たされる場合には、第1のスイッチング素子とは異なる第2のスイッチング素子が新たな一のスイッチング素子として新たに選択される。その結果、電力変換器は、第1のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替えることに代えて、第2のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替えるように動作する。このため、現在一のスイッチング素子として選択されている第1のスイッチング素子(或いは、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング素子)の温度の過度な増加が好適に抑制される。その結果、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が相対的に小さくなる(つまり、温度が相対的に均一化される)。
<7>
上述の如く第1のスイッチング素子の温度が第1閾値よりも大きくなった場合又は所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が第2閾値よりも大きくなった場合に一のスイッチング素子が新たに選択される電源制御装置の他の態様では、前記選択手段は、前記第1のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替え続けた場合における前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分よりも、前記第2のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替えている場合における前記温度の差分が小さくなるように、前記第2のスイッチング素子を前記一のスイッチング素子として新たに選択する。
この態様によれば、現在選択されている一のスイッチング素子(或いは、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング素子)の温度の過度な増加が好適に抑制される。その結果、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が相対的に小さくなる(つまり、温度が相対的に均一化される)。
<8>
本発明の電源制御装置の他の態様では、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの少なくとも一方の温度が第3閾値より大きくなった場合に、前記電源システムに入力される電力を制限する入力制限及び前記電源システムから出力される電力を制限する出力制限のうちの少なくとも一方を実行する制限手段を更に備える。
この態様によれば、仮に所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング素子の温度の過度な増加が発生してしまった場合には、電源システムが出力制限又は入力制限を受ける。このため、電源システムが好適に保護される。
<9>
本発明の電源制御装置の他の態様では、前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度を直接的に又は間接的に示す温度特性値を取得する取得手段を更に備え、前記選択手段は、前記取得手段が取得した前記温度特性値に基づいて前記一のスイッチング素子を選択する。
この態様によれば、選択手段は、取得手段が取得した温度特性値に基づいて、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が小さくなるように、一のスイッチング素子を新たに選択することができる。例えば、選択手段は、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子のうちの少なくとも一方の温度が所定条件を満たすことを温度特性値が示している場合に、一のスイッチング素子を新たに選択することができる。例えば、選択手段は、現在選択している一のスイッチング素子の温度が第1閾値よりも大きくなったことを温度特性値が示している場合に、一のスイッチング素子を新たに選択することができる。例えば、選択手段は、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が第2閾値よりも大きくなったことを温度特性値が示している場合に、一のスイッチング素子を新たに選択することができる。
<10>
上述の如く温度特性値を取得する電源制御装置の他の態様では、前記温度特性値は、(i)前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの少なくとも一方の温度を検出する温度センサの出力値、(ii)前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの少なくとも一方のスイッチング損失、(iii)前記一のスイッチング素子のスイッチング回数、及び(iv)前記他のスイッチング素子がオン状態で固定されている期間のうちの少なくとも一つを含む。
この態様によれば、選択手段は、温度センサの出力値、スイッチング損失、スイッチング回数及びオン状態で固定されている期間のうちの少なくとも一つに基づいて、所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が小さくなるように、一のスイッチング素子を新たに選択することができる。
尚、温度センサの出力値は、スイッチング素子の温度を示していることは言うまでもない。スイッチング損失は、スイッチング損失が大きくなればなるほどスイッチング素子の温度が大きくなる可能性が高いことを考慮すれば、スイッチング素子の温度を示していると言える。スイッチング回数は、スイッチング回数が多くなればなるほどスイッチング素子の温度が大きくなる可能性が高いことを考慮すれば、スイッチング素子の温度を示していると言える。オン状態で固定されている期間は、オン状態で固定されている期間が長くなればなるほどオン状態で固定されていない(つまり、スイッチング状態が切り替えられている)スイッチング素子の温度が大きくなる可能性が高いことを考慮すれば、スイッチング素子の温度を示していると言える。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
本実施形態の車両の構成を示すブロック図である。 電力変換器の回路構成を示す回路図である。 電力変換器の動作の全体の流れを示すフローチャートである。 電力変換器が第1の単一電源駆動モードで動作する場合のスイッチング素子のスイッチング状態及びリアクトルに流れる電流を示すタイミングチャートである。 電力変換器が第1の単一電源駆動モードで動作する場合の電力変換器における電流経路を示す回路図である。 電力変換器が第2の単一電源駆動モードで動作する場合のスイッチング素子のスイッチング状態及びリアクトルに流れる電流を示すタイミングチャートである。 電力変換器が第2の単一電源駆動モードで動作する場合の電力変換器における電流経路を示す回路図である。 電力変換器が第3の単一電源駆動モードで動作する場合のスイッチング素子のスイッチング状態及びリアクトルに流れる電流を示すタイミングチャートである。 電力変換器が第3の単一電源駆動モードで動作する場合の電力変換器における電流経路を示す回路図である。 電力変換器が第4の単一電源駆動モードで動作する場合のスイッチング素子のスイッチング状態及びリアクトルに流れる電流を示すタイミングチャートである。 電力変換器が第4の単一電源駆動モードで動作する場合の電力変換器における電流経路を示す回路図である。 第1の素子温度均一化動作の流れを示すフローチャートである。 第2の素子温度均一化動作の流れを示すフローチャートである。 第3の素子温度均一化動作の流れを示すフローチャートである。 第4の素子温度均一化動作の流れを示すフローチャートである。 上述した第1から第4の単一電源駆動モードで電力変換器33が動作している場合のスイッチング素子のスイッチング状態を、上アーム又は下アームとなる2つのスイッチング素子の双方のスイッチング状態が同時に切り替えられる第1比較動作例で電力変換器が動作している場合のスイッチング素子のスイッチング状態と共に示すタイミングチャートである。 第1の素子温度均一化動作が行われている場合のスイッチング素子のスイッチング状態並びに素子温度を、素子温度に関わらずにスイッチングパターンが変更されない第2比較動作例で電力変換器が動作している場合のスイッチング素子のスイッチング状態並びに素子温度と共に示すタイミングチャートである。 第1の素子温度均一化動作の変形例の流れを示すフローチャートである。 温度パラメータTP1から温度パラメータTP4の一例を示すタイミングチャートである。
以下、本発明の電源システムの実施形態について説明する。尚、以下では、本発明の電源システムが、車両(特に、蓄電装置から出力される電力を用いて走行する車両)に対して適用される実施形態を例にあげて説明を進める。しかしながら、電力変換器は、車両以外の任意の機器に対して適用されてもよい。
(1)車両1の構成
はじめに、図1を参照して、本実施形態の車両1の構成について説明する。ここに、図1は、本実施形態の車両1の構成の一例を示すブロック図である。
図1に示すように、車両1は、モータジェネレータ10と、車軸21と、車輪22と、電源システム30と、「電源制御装置」の一具体例であるECU(Electric Control Unit)40とを備える。
モータジェネレータ10は、力行時には、主として、電源システム30から出力される電力を用いて駆動することで、車軸21に動力(つまり、車両1の走行に必要な動力)を供給する電動機として機能する。車軸21に伝達された動力は、車輪22を介して車両1を走行させるための動力となる。更に、モータジェネレータ10は、回生時には、主として、電源システム30が備える第1電源31及び第2電源32を充電するための発電機として機能する。
尚、車両1は、2つ以上のモータジェネレータ10を備えていてもよい。更に、車両1は、モータジェネレータ10に加えて、エンジンを備えていてもよい。
電源システム30は、力行時には、モータジェネレータ10が電動機として機能するために必要な電力をモータジェネレータ10に対して出力する。更に、電源システム30には、回生時には、発電機として機能するモータジェネレータ10が発電する電力が、モータジェネレータ10から入力される。
このような電源システム30は、「第1の蓄電装置」の一具体例である第1電源31と、「第2の蓄電装置」の一具体例である第2電源32と、電力変換器33と、インバータ35とを備えている。
第1電源31及び第2電源32の夫々は、電力の出力(つまり、放電)を行うことが可能な電源である。第1電源31及び第2電源32の夫々は、電力の出力を行うことに加えて、電力の入力(つまり、充電)を行うことが可能な電源であってもよい。第1電源31及び第2電源32のうちの少なくとも一方は、例えば、鉛蓄電池や、リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池や、燃料電池や、電気二重層コンデンサ等であってもよい。
電力変換器33は、ECU40の制御下で、第1電源31が出力する電力及び第2電源32が出力する電力を、電源システム30に要求されている要求電力(典型的には、電源システム30がモータジェネレータ10に対して出力するべき電力)に応じて変換する。電力変換器33は、変換した電力を、インバータ35に出力する。更に、電力変換器33は、ECU40の制御下で、インバータ35から入力される電力(つまり、モータジェネレータ10の回生によって発生した電力)を、電源システム30に要求されている要求電力(典型的には、電源システム30に対して入力するべき電力であり、実質的には、第1電源31及び第2電源32に対して入力するべき電力)に応じて変換する。電力変換器33は、変換した電力を、第1電源31及び第2電源32の少なくとも一方に出力する。このような電力変換により、電力変換器33は、実質的には、第1電源31及び第2電源32とインバータ35との間における電力の分配及び第1電源31と第2電源32との間における電力分配を行うことができる。
インバータ35は、力行時には、電力変換器33から出力される電力(直流電力)を交流電力に変換する。その後、インバータ35は、交流電力に変換した電力を、モータジェネレータ10に供給する。更に、インバータ35は、回生時には、モータジェネレータ10が発電した電力(交流電力)を直流電力に変換する。その後、インバータ35は、直流電力に変換した電力を、電力変換器33に供給する。
ECU40は、車両1の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。特に、本実施形態では、ECU40は、電源システム30の動作全体を制御することが可能である。
(2)電力変換器33の回路構成
続いて、図2を参照しながら、電力変換器33の回路構成について説明する。図2は、電力変換器33の回路構成を示す回路図である。
図2に示すように、電力変換器33は、スイッチング素子S1と、スイッチング素子S2と、スイッチング素子S3と、スイッチング素子S4と、ダイオードD1と、ダイオードD2と、ダイオードD3と、ダイオードD4と、リアクトルL1と、リアクトルL2と、平滑コンデンサCと、温度センサTS1と、温度センサTS2と、温度センサTS3と、温度センサTS4を備える。
スイッチング素子S1は、ECU40から出力される制御信号に応じてスイッチングすることができる。つまり、スイッチング素子S1は、EUC40から出力される制御信号に応じて、スイッチング状態をオン状態からオフ状態へ又はオフ状態からオン状態へと切り替えることができる。このようなスイッチング素子S1として、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)や、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタや、電力用バイポーラトランジスタが用いられる。尚、スイッチング素子S2、スイッチング素子S3及びスイッチング素子S4についても、スイッチング素子S1と同様である。
スイッチング素子S1、スイッチング素子S2、スイッチング素子S3及びスイッチング素子S4は、電源ラインPLと接地ラインGLとの間において、電気的に直列に接続される。具体的には、スイッチング素子S1は、電源ラインPLとノードN1との間に電気的に接続される。スイッチング素子S2は、ノードN1とノードN2との間に電気的に接続される。スイッチング素子S3は、ノードN2とノードN3との間に電気的に接続される。スイッチング素子S4は、ノードN3と接地ラインGLとの間に電気的に接続される。
ダイオードD1は、スイッチング素子S1に対して電気的に並列に接続される。ダイオードD2は、スイッチング素子S2に対して電気的に並列に接続される。ダイオードD3は、スイッチング素子S3に対して電気的に並列に接続される。ダイオードD4は、スイッチング素子S4に対して電気的に並列に接続される。尚、ダイオードD1は、スイッチング素子S1に対して逆並列の関係を有する向きで接続される。ダイオードD2からダイオードD4についても同様である。
リアクトルL1は、第1電源31の正極端子とノードN2との間に電気的に接続される。リアクトルL2は、第2電源32の正極端子とノードN1との間に電気的に接続される。平滑コンデンサCは、電源ラインPLと接地ラインGLとの間に電気的に接続される。第1電源31の負極端子は、接地ラインGLに電気的に接続される。第2電源32の負極端子は、ノードN3に電気的に接続される。インバータ35は、電源ラインPL及び接地ラインGLの夫々に電気的に接続される。
電力変換器33は、第1電源31及び第2電源32の夫々に対応する昇圧チョッパ回路を備えている。その結果、電力変換器33は、第1電源31及び第2電源32の双方との間で電力変換を行うことができる。
具体的には、第1電源31に対しては、スイッチング素子S1及びS2が上アームとなる一方で、スイッチング素子S3及びS4が下アームとなる第1チョッパ回路が形成される。車両1が力行している場合には、第1チョッパ回路は、第1電源31に対する昇圧チョッパ回路として機能してもよい。この場合、スイッチング素子S3及びS4がオン状態にある期間中に、第1電源31から出力される電力がリアクトルL1に蓄積される。リアクトルL1に蓄積された電力は、スイッチング素子S3及びS4の少なくとも一方がオフ状態にある期間中に、スイッチング素子S1及びS2並びにダイオードD1及びD2の少なくとも一部を介して電源ラインPLに放出される。一方で、車両1が回生している場合には、第1チョッパ回路は、第1電源31に対する降圧チョッパ回路として機能してもよい。この場合、スイッチング素子S1及びS2がオン状態にある期間中に、回生によって生成された電力がリアクトルL1に蓄積される。リアクトルL1に蓄積された電力は、スイッチング素子S1及びS2の少なくとも一方がオフ状態にある期間中に、スイッチング素子S3及びS4並びにダイオードD3及びD4の少なくとも一部を介して接地ラインGLに放出される。
他方で、第2電源32に対しては、スイッチング素子S4及びS1が上アームとなる一方で、スイッチング素子S2及びS3が下アームとなる第2チョッパ回路が形成される。車両1が力行している場合には、第2チョッパ回路は、第2電源32に対する昇圧チョッパ回路として機能してもよい。この場合、スイッチング素子S2及びS3がオン状態にある期間中に、第2電源32から出力される電力がリアクトルL2に蓄積される。リアクトルL2に蓄積された電力は、スイッチング素子S2及びS3の少なくとも一方がオフ状態にある期間中に、スイッチング素子S4及びS1並びにダイオードD4及びD1の少なくとも一部を介して電源ラインPLに放出される。一方で、車両1が回生している場合には、第2チョッパ回路は、第2電源32に対する降圧チョッパ回路として機能してもよい。この場合、スイッチング素子S4及びS1がオン状態にある期間中に、回生によって生成された電力がリアクトルL2に蓄積される。リアクトルL2に蓄積された電力は、スイッチング素子S4及びS1の少なくとも一方がオフ状態にある期間中に、スイッチング素子S2及びS3並びにダイオードD2及びD3の少なくとも一部を介して、第2電源32の負極端子が接続されているラインに放出される。
尚、スイッチング素子S1からスイッチング素子S4のスイッチング状態の切り替えに伴う電源ラインPLと接地ラインGLとの間の端子間電圧の変動は、平滑コンデンサCによって抑制される。
温度センサTS1は、スイッチング素子S1の素子温度CT1を検出するセンサである。温度センサTS1の検出結果(つまり、素子温度CT1)は、ECU40によって監視される。温度センサTS2は、スイッチング素子S2の素子温度CT2を検出するセンサである。温度センサTS2の検出結果(つまり、素子温度CT2)は、ECU40によって常時監視される。温度センサTS3は、スイッチング素子S3の素子温度CT3を検出するセンサである。温度センサTS3の検出結果(つまり、素子温度CT3)は、ECU40によって常時監視される。温度センサTS4は、スイッチング素子S4の素子温度CT4を検出するセンサである。温度センサTS4の検出結果(つまり、素子温度CT4)は、ECU40によって常時監視される。尚、素子温度CT1から素子温度CT4は、「温度特性値」の一具体例である。
(3)電力変換器33の動作
続いて、図3からを用いて図17を参照しながら、電力変換器33の動作について説明する。
(3−1)電力変換器33の動作の全体の流れ
初めに、図3を参照しながら、電力変換器33の動作の全体の流れについて説明する。図3は、電力変換器33の動作の全体の流れを示すフローチャートである。
図3に示すように、「取得手段」の一具体例であるECU40は、温度センサTS1から温度センサTS4の検出結果を監視することで、素子温度CT1から素子温度CT4を取得する(ステップS01)。
その後、ECU40は、電力変換器33の駆動モードが単一電源駆動モードであるか否か(或いは、単一電源駆動モードに移行するか否か)を判定する(ステップS02)。ここで、単一電源駆動モードとは、第1電源31及び第2電源32のうちのいずれか一方との間で電力変換を行う(言い換えれば、第1電源31及び第2電源32のうちのいずれか他方との間で電力変換を行わない)駆動モードを意味する。つまり、単一電源駆動モードとは、第1電源31及び第2電源32のうちのいずれか一方と電力変換器33との間に電流が流れる(言い換えれば、第1電源31及び第2電源32のうちのいずれか他方と電力変換器33との間に電流が流れない)駆動モードを意味する。
ステップS02の判定の結果、電力変換器33の駆動モードが単一電源駆動モードでない(或いは、単一電源駆動モードに移行しない)と判定される場合には(ステップS02:No)、電力変換器33の駆動モードが複数電源駆動モードである(或いは、複数電源駆動モードに移行する)と推定される。ここで、複数電源駆動モードとは、第1電源31及び第2電源32の双方との間で同時に電力変換を行う駆動モードを意味する。つまり、複数電源駆動モードとは、第1電源31及び第2電源32の双方と電力変換器33との間に電流が流れる駆動モードを意味する。この場合には、ECU40は、後述するステップS03以降の動作を行わなくてもよい。更に、ECU40は、電力変換器33が複数電源駆動モードで動作するように、電力変換器33を制御してもよい。尚、複数電源駆動モードは、例えば特許文献1等に記載されている駆動モードであってもよい。従って、説明の簡略化のため、本明細書では、複数電源駆動モードの詳細な説明を省略する。
他方で、ステップS02の判定の結果、電力変換器33の駆動モードが単一電源駆動モードである(或いは、単一電源駆動モードに移行する)と判定される場合には(ステップS02:Yes)、続いて、ECU40は、電力変換器33が第1電源31との間で電力変換を行うか否かを判定する(ステップS03)。
ステップS03の判定の結果、電力変換器33が第1電源31との間で電力変換を行うと判定される場合には(ステップS03:Yes)、続いて、ECU40は、車両1が力行しているか否かを判定する(ステップS04)。
ステップS04の判定の結果、車両1が力行していると判定される場合には(ステップS04:Yes)、「制御手段」の一具体例であるECU40は、車両1が力行している状態で第1電源31との間で電力変換を行う駆動モードに相当する「第1の単一電源駆動モード」で動作するように、電力変換器33を制御する(ステップS05)。更に、ステップS05の動作に続いて、ステップS05の動作の前に、又はステップS05の動作と並行して、ECU40は、第1の単一電源駆動モードで動作している電力変換器33の素子温度CT1から素子温度CT4を均一化する(言い換えれば、差分を相対的に小さくする又は所定量よりも小さくする、以下同じ)ための第1の素子温度均一化動作を行う(ステップS10)。尚、第1の単一電源駆動モードについては後に詳述する(図4から図5参照)。また、第1の素子温度均一化動作の流れについては後に詳述する(図12参照)。
他方で、ステップS04の判定の結果、車両1が力行していないと判定される場合には(ステップS04:No)、車両1が回生していると推定される。この場合には、「制御手段」の一具体例であるECU40は、車両1が回生している状態で第1電源31との間で電力変換を行う駆動モードに相当する「第2の単一電源駆動モード」で動作するように、電力変換器33を制御する(ステップS06)。更に、ステップS06の動作に続いて、ステップS06の動作の前に、又はステップS06の動作と並行して、ECU40は、第2の単一電源駆動モードで動作している電力変換器33の素子温度CT1から素子温度CT4を均一化するための第2の素子温度均一化動作を行う(ステップS20)。尚、第2の単一電源駆動モードについては後に詳述する(図6から図7参照)。また、第2の素子温度均一化動作の流れについては後に詳述する(図13参照)。
他方で、ステップS03の判定の結果、電力変換器33が第1電源31との間で電力変換を行わないと判定される場合には(ステップS03:No)、電力変換器33が第2電源32との間で電力変換を行うと推定される。この場合には、ECU40は、車両1が力行しているか否かを判定する(ステップS07)。
ステップS07の判定の結果、車両1が力行していると判定される場合には(ステップS07:Yes)、「制御手段」の一具体例であるECU40は、車両1が力行している状態で第2電源32との間で電力変換を行う駆動モードに相当する「第3の単一電源駆動モード」で動作するように、電力変換器33を制御する(ステップS08)。更に、ステップS08の動作に続いて、ステップS08の動作の前に、又はステップS08の動作と並行して、ECU40は、第3の単一電源駆動モードで動作している電力変換器33の素子温度CT1から素子温度CT4を均一化するための第3の素子温度均一化動作を行う(ステップS30)。尚、第3の単一電源駆動モードについては後に詳述する(図8から図9参照)。また、第3の素子温度均一化動作の流れについては後に詳述する(図14参照)。
他方で、ステップS07の判定の結果、車両1が力行していないと判定される場合には(ステップS07:No)、車両1が回生していると推定される。この場合には、「制御手段」の一具体例であるECU40は、車両1が回生している状態で第2電源32との間で電力変換を行う駆動モードに相当する「第4の単一電源駆動モード」で動作するように、電力変換器33を制御する(ステップS09)。更に、ステップS09の動作に続いて、ステップS09の動作の前に、又はステップS09の動作と並行して、ECU40は、第4の単一電源駆動モードで動作している電力変換器33の素子温度CT1から素子温度CT4を均一化するための第4の素子温度均一化動作を行う(ステップS40)。尚、第4の単一電源駆動モードについては後に詳述する(図10から図11参照)。また、第4の素子温度均一化動作の流れについては後に詳述する(図15参照)。
以上の動作を、ECU40は、周期的に又は非周期的に繰り返し実行してもよい。
(3−2)単一電源駆動モード
続いて、図4から図11を参照しながら、第1から第4の単一電源駆動モード(図3のステップS05からステップS09)について順に説明する。
(3−2−1)第1の単一電源駆動モード
初めに、図4並びに図5(a)及び図5(b)を参照しながら、第1の単一電源駆動モード(図3のステップS05)について説明する。図4は、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードで動作する場合のスイッチング素子S3及びS4のスイッチング状態並びにリアクトルL1に流れる電流I(L1)を示すタイミングチャートである。図5(a)及び図5(b)は、夫々、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードで動作する場合の電力変換器33における電流経路を示す回路図である。
第1の単一電源駆動モードで動作する電力変換器33は、主として、第1電源31に対する昇圧チョッパ回路として機能する。電力変換器33が第1電源31に対する昇圧チョッパ回路となる場合には、第1電源31に対する下アームとなるスイッチング素子S3及びS4のスイッチング状態が切り替えられることは上述したとおりである。本実施形態では特に、下アームとなるスイッチング素子S3及びS4のスイッチング状態は、以下に示す態様で切り替えられる。
具体的には、下アームとなる2つのスイッチング素子(つまり、スイッチング素子S3及びS4)のうちのいずれか一方のスイッチング状態が固定されたまま、下アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられる。言い換えれば、下アームとなる2つのスイッチング素子は、オン状態からオフ状態に(更には、オフ状態からオン状態に)同時に切り替わらない。
このとき、下アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング状態がオン状態に固定されたまま、下アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられることが好ましい。例えば、図4に示す例では、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されている間に、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替わる(つまり、オン状態からオフ状態を経てオン状態へと切り替わる)。つまり、スイッチング素子S3がオフ状態にある間は、スイッチング素子S4はオン状態にある。同様に、例えば、図4に示す例では、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定されている間に、スイッチング素子S4のスイッチング状態が切り替わる。つまり、スイッチング素子S4がオフ状態にある間は、スイッチング素子S3はオン状態にある。
電力変換器33が第1の単一電源駆動モードでの動作を開始する際には、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されつつ、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替わってもよい。つまり、初期状態では、スイッチング状態が切り替わるスイッチング素子として、スイッチング素子S3が用いられてもよい。或いは、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードでの動作を開始する際には、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定されつつ、スイッチング素子S4のスイッチング状態が切り替わってもよい。つまり、初期状態では、スイッチング状態が切り替わるスイッチング素子として、スイッチング素子S4が用いられてもよい。例えば、特許文献1に記載した手法で電力変換器33が複数電源駆動モードで動作している場合には、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定される。従って、スイッチング素子S3の損失がスイッチング素子S4の損失よりも小さい可能性が高くなる。その結果、素子温度CT4が素子温度CT3よりも高くなっている可能性が高い。このため、素子温度CT4の過度な増加を抑制するためには、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定される(つまり、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられる)ことが好ましい。このため、このような状況では、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードでの動作を開始する(例えば、複数電源駆動モードから第1の単一電源駆動モードに移行する)際には、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されつつ、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替わることが好ましい。
スイッチング素子S3及びS4の双方がオン状態にある場合には、図5(a)中の矢印で示す電流経路が形成される。その結果、第1電源31から出力される電力がリアクトルL1に蓄積される。
一方で、スイッチング素子S3及びS4のいずれか一方がオフ状態にある場合には、図5(b)中の矢印で示す電流経路が形成される。その結果、リアクトルL1に蓄積された電力が、スイッチング素子S1及びS2並びにダイオードD1及びD2の少なくとも一部を介して電源ラインPLに放出される。つまり、スイッチング素子S3及びS4のいずれか一方がオフ状態にある場合においても、スイッチング素子S3及びS4の双方がオフ状態にある場合と同様に、リアクトルL1に蓄積された電力が電源ラインPLに放出される。尚、図5(b)は、スイッチング素子S3がオフ状態にあり且つスイッチング素子S4がオン状態にある場合の電流経路の例を示している。しかしながら、スイッチング素子S3がオン状態にあり且つスイッチング素子S4がオフ状態にある場合であっても、図5(b)に示す電流経路と同様の電流経路が形成される。
従って、下アームとなるスイッチング素子S3及びS4のうちのいずれか一方のスイッチング状態が固定されたまま、スイッチング素子S3及びS4のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられる場合であっても、電力変換器33は、第1電源31に対する昇圧チョッパ回路として機能することができる。
以上の説明は、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードで動作している場合の下アームとなるスイッチング素子S3及びS4のスイッチング状態についての説明である。一方で、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードで動作している場合に第1電源31に対する上アームとなるスイッチング素子S1及びS2の夫々のスイッチング状態は、どのような状態であってもよい。例えば、スイッチング素子S1のスイッチング状態は、オン状態のまま固定されていてもよいし、オフ状態のまま固定されていてもよいし、任意のタイミングで切り替えられてもよい。同様に、例えば、スイッチング素子S2のスイッチング状態は、オン状態のまま固定されていてもよいし、オフ状態のまま固定されていてもよいし、任意のタイミングで切り替えられてもよい。但し、電源ラインPLと接地ラインGLとの短絡(ショート)を防止するためには、スイッチング素子S3及びS4が共にオン状態にある場合には、スイッチング素子S1及びS2の少なくとも一方がオフ状態にあることが好ましい。また、素子温度CT1及びCT2の増加を抑制するためには、スイッチング素子S1及びS2の双方がオフ状態にあることが好ましい。また、第2電源32から電力変換器33に対して又は電力変換器33から第2電源32に対して電流が流れることを防止するためには、少なくとも、上アームとなるスイッチング素子S1のスイッチング状態がオフ状態に固定されていることが好ましい。
(3−2−2)第2の単一電源駆動モード
続いて、図6並びに図7(a)及び図7(b)を参照しながら、第2の単一電源駆動モード(図3のステップS06)について説明する。図6は、電力変換器33が第2の単一電源駆動モードで動作する場合のスイッチング素子S1及びS2のスイッチング状態並びにリアクトルL1に流れる電流I(L1)を示すタイミングチャートである。図7(a)及び図7(b)は、電力変換器33が第2の単一電源駆動モードで動作する場合の電力変換器33における電流経路を示す回路図である。
第2の単一電源駆動モードで動作する電力変換器33は、主として、第1電源31に対する降圧チョッパ回路として機能する。電力変換器33が第1電源31に対する降圧チョッパ回路となる場合には、第1電源31に対する上アームとなるスイッチング素子S1及びS2のスイッチング状態が切り替えられることは上述したとおりである。本実施形態では特に、上アームとなるスイッチング素子S1及びS2のスイッチング状態は、以下に示す態様で切り替えられる。
具体的には、上アームとなる2つのスイッチング素子(つまり、スイッチング素子S1及びS2)のうちのいずれか一方のスイッチング状態が固定されたまま、上アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられる。言い換えれば、上アームとなる2つのスイッチング素子は、オン状態からオフ状態に(更には、オフ状態からオン状態に)同時に切り替わらない。
このとき、上アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング状態がオン状態に固定されたまま、上アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられることが好ましい。例えば、図6に示す例では、スイッチング素子S2のスイッチング状態がオン状態に固定されている間に、スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替わる。つまり、スイッチング素子S1がオフ状態にある間は、スイッチング素子S2はオン状態にある。同様に、例えば、図6に示す例では、スイッチング素子S1のスイッチング状態がオン状態に固定されている間に、スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替わる。つまり、スイッチング素子S2がオフ状態にある間は、スイッチング素子S1はオン状態にある。
電力変換器33が第2の単一電源駆動モードでの動作を開始する際には、スイッチング素子S1のスイッチング状態がオン状態に固定されつつ、スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替わってもよい。或いは、電力変換器33が第2の単一電源駆動モードでの動作を開始する際には、スイッチング素子S2のスイッチング状態がオン状態に固定されつつ、スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替わってもよい。
スイッチング素子S1及びS2の双方がオン状態にある場合には、図7(a)中の矢印で示す電流経路が形成される。その結果、回生によって生成された電力がリアクトルL1に蓄積される。
一方で、スイッチング素子S1及びS2のいずれか一方がオフ状態にある場合には、図7(b)中の矢印で示す電流経路が形成される。その結果、リアクトルL1に蓄積された電力が、スイッチング素子S3及びS4並びにダイオードD3及びD4の少なくとも一部を介して接地ラインGLに放出される。つまり、スイッチング素子S1及びS2のいずれか一方がオフ状態にある場合においても、スイッチング素子S1及びS2の双方がオフ状態にある場合と同様に、リアクトルL1に蓄積された電力が接地ラインGLに放出される。尚、図7(b)は、スイッチング素子S1がオフ状態にあり且つスイッチング素子S2がオン状態にある場合の電流経路の例を示している。しかしながら、スイッチング素子S1がオン状態にあり且つスイッチング素子S2がオフ状態にある場合であっても、図7(b)に示す電流経路と同様の電流経路が形成される。
従って、上アームとなるスイッチング素子S1及びS2のうちのいずれか一方のスイッチング状態が固定されたまま、スイッチング素子S1及びS2のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられる場合であっても、電力変換器33は、第1電源31に対する降圧チョッパ回路として機能することができる。
以上の説明は、電力変換器33が第2の単一電源駆動モードで動作している場合の上アームとなるスイッチング素子S1及びS2のスイッチング状態についての説明である。一方で、電力変換器33が第2の単一電源駆動モードで動作している場合に第1電源31に対する下アームとなるスイッチング素子S3及びS4の夫々のスイッチング状態は、車両1が力行している場合と同様に、どのような状態であってもよい。但し、電源ラインPLと接地ラインGLとの短絡(ショート)を防止するためには、スイッチング素子S1及びS2が共にオン状態にある場合には、スイッチング素子S3及びS4の少なくとも一方がオフ状態にあることが好ましい。また、素子温度CT3及びCT4の増加を抑制するためには、スイッチング素子S3及びS4の双方がオフ状態にあることが好ましい。また、第2電源32から電力変換器33に対して又は電力変換器33から第2電源32に対して電流が流れることを防止するためには、少なくとも、下アームとなるスイッチング素子S4のスイッチング状態がオフ状態に固定されていることが好ましい。
(3−2−3)第3の単一電源駆動モード
続いて、図8並びに図9(a)及び図9(b)を参照しながら、第3の単一電源駆動モード(図3のステップS08)について説明する。図8は、電力変換器33が第3の単一電源駆動モードで動作する場合のスイッチング素子S2及びS3のスイッチング状態及びリアクトルL2に流れる電流I(L2)を示すタイミングチャートである。図9(a)及び図9(b)は、電力変換器33が第3の単一電源駆動モードで動作する場合の電力変換器33における電流経路を示す回路図である。
第3の単一電源駆動モードで動作する電力変換器33は、主として、第2電源32に対する昇圧チョッパ回路として機能する。電力変換器33が第2電源32に対する昇圧チョッパ回路となる場合には、第2電源32に対する下アームとなるスイッチング素子S2及びS3のスイッチング状態が切り替えられることは上述したとおりである。電力変換器33が第3の単一電源駆動モードで動作している場合には、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードで動作している場合と同様に、下アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング状態が固定されたまま、下アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられる。
例えば、図8に示す例では、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定されている間に、スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替わる。つまり、スイッチング素子S2がオフ状態にある間は、スイッチング素子S3はオン状態にある。同様に、例えば、図8に示す例では、スイッチング素子S2のスイッチング状態がオン状態に固定されている間に、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替わる。つまり、スイッチング素子S3がオフ状態にある間は、スイッチング素子S2はオン状態にある。
電力変換器33が第3の単一電源駆動モードでの動作を開始する際には、スイッチング素子S2のスイッチング状態がオン状態に固定されつつ、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替わってもよい。或いは、電力変換器33が第3の単一電源駆動モードでの動作を開始する際には、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定されつつ、スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替わってもよい。例えば、第2電源32の電圧が第1電源31の電圧よりも高い場合には、スイッチング素子S3の負荷が高くなることに起因して、素子温度CT3が相対的に高くなっている可能性が高い。このため、素子温度CT3の過度な増加を抑制するためには、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定される(つまり、スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替えられる)ことが好ましい。このため、このような状況では、電力変換器33が第3の単一電源駆動モードでの動作を開始する際には、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定されつつ、スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替わることが好ましい。
スイッチング素子S2及びS3の双方がオン状態にある場合には、図9(a)中の矢印で示す電流経路が形成される。その結果、第2電源32から出力される電力がリアクトルL2に蓄積される。
一方で、スイッチング素子S2及びS3のいずれか一方がオフ状態にある場合には、図9(b)中の矢印で示す電流経路が形成される。その結果、リアクトルL2に蓄積された電力が、スイッチング素子S1及びS4並びにダイオードD1及びD4の少なくとも一部を介して電源ラインPLに放出される。つまり、スイッチング素子S2及びS3のいずれか一方がオフ状態にある場合においても、スイッチング素子S2及びS3の双方がオフ状態にある場合と同様に、リアクトルL2に蓄積された電力が電源ラインPLに放出される。尚、図9(b)は、スイッチング素子S2がオフ状態にあり且つスイッチング素子S3がオン状態にある場合の電流経路の例を示している。しかしながら、スイッチング素子S2がオン状態にあり且つスイッチング素子S3がオフ状態にある場合であっても、図9(b)に示す電流経路と同様の電流経路が形成される。
従って、下アームとなるスイッチング素子S2及びS3のうちのいずれか一方のスイッチング状態が固定されたまま、スイッチング素子S2及びS3のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられる場合であっても、電力変換器33は、第2電源32に対する昇圧チョッパ回路として機能することができる。
以上の説明は、電力変換器33が第3の単一電源駆動モードで動作している場合の下アームとなるスイッチング素子S2及びS3のスイッチング状態についての説明である。一方で、電力変換器33が第3の単一電源駆動モードで動作している場合に第2電源32に対して上アームとなるスイッチング素子S1及びS4の夫々のスイッチング状態は、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードで動作している場合と同様に、どのような状態であってもよい。但し、電源ラインPLと接地ラインGLとの短絡(ショート)を防止するためには、スイッチング素子S2及びS3が共にオン状態にある場合には、スイッチング素子S1及びS4の少なくとも一方がオフ状態にあることが好ましい。また、素子温度CT1及びCT4の増加を抑制するためには、スイッチング素子S1及びS4の双方がオフ状態にあることが好ましい。また、第1電源31から電力変換器33に対して又は電力変換器33から第1電源31に対して電流が流れることを防止するためには、少なくとも、上アームとなるスイッチング素子S1がオフ状態に固定されていることが好ましい。
(3−2−4)第4の単一電源駆動モード
続いて、図10並びに図11(a)及び図11(b)を参照しながら、第4の単一電源駆動モード(図3のステップS09)について説明する。図10は、電力変換器33が第4の単一電源駆動モードで動作する場合のスイッチング素子S1及びS4のスイッチング状態及びリアクトルL2に流れる電流I(L2)を示すタイミングチャートである。図11(a)及び図11(b)は、電力変換器33が第4の単一電源駆動モードで動作する場合の電力変換器33における電流経路を示す回路図である。
第4の単一電源駆動モードで動作する電力変換器33は、主として、第2電源32に対する降圧チョッパ回路として機能する。電力変換器33が第2電源32に対する降圧チョッパ回路となる場合には、第2電源32に対する上アームとなるスイッチング素子S1及びS4のスイッチング状態が切り替えられることは上述したとおりである。電力変換器33が第4の単一電源駆動モードで動作している場合には、電力変換器33が第2の単一電源駆動モードで動作している場合と同様に、上アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング状態が固定されたまま、上アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられる。
例えば、図10に示す例では、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されている間に、スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替わる。つまり、スイッチング素子S1がオフ状態にある間は、スイッチング素子S4はオン状態にある。同様に、例えば、図11に示す例では、スイッチング素子S1のスイッチング状態がオン状態に固定されている間に、スイッチング素子S4のスイッチング状態が切り替わる。つまり、スイッチング素子S4がオフ状態にある間は、スイッチング素子S1はオン状態にある。
電力変換器33が第4の単一電源駆動モードでの動作を開始する際には、スイッチング素子S1のスイッチング状態がオン状態に固定されつつ、スイッチング素子S4のスイッチング状態が切り替わってもよい。或いは、電力変換器33が第4の単一電源駆動モードでの動作を開始する際には、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されつつ、スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替わってもよい。
スイッチング素子S1及びS4の双方がオン状態にある場合には、図11(a)中の矢印で示す電流経路が形成される。その結果、回生によって生成された電力がリアクトルL2に蓄積される。
一方で、スイッチング素子S1及びS4のいずれか一方がオフ状態にある場合には、図11(b)中の矢印で示す電流経路が形成される。その結果、リアクトルL2に蓄積された電力が、スイッチング素子S2及びS3並びにダイオードD2及びD3の少なくとも一部を介して第2電源32の負極端子が接続されているラインに放出される。つまり、スイッチング素子S1及びS4のいずれか一方がオフ状態にある場合においても、スイッチング素子S1及びS4の双方がオフ状態にある場合と同様に、リアクトルL2に蓄積された電力が放出される。尚、図11(b)は、スイッチング素子S1がオフ状態にあり且つスイッチング素子S4がオン状態にある場合の電流経路の例を示している。しかしながら、スイッチング素子S1がオン状態にあり且つスイッチング素子S4がオフ状態にある場合であっても、図11(b)に示す電流経路と同様の電流経路が形成される。
従って、上アームとなるスイッチング素子S1及びS4のうちのいずれか一方のスイッチング状態が固定されたまま、スイッチング素子S1及びS4のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられる場合であっても、電力変換器33は、第2電源32に対する降圧チョッパ回路として機能することができる。
以上の説明は、電力変換器33が第4の単一電源駆動モードで動作している場合の上アームとなるスイッチング素子S1及びS4のスイッチング状態についての説明である。一方で、電力変換器33が第4の単一電源駆動モードで動作している場合に第2電源32に対して下アームとなるスイッチング素子S2及びS3の夫々のスイッチング状態は、電力変換器33が第2の単一電源駆動モードで動作している場合と同様に、どのような状態であってもよい。但し、電源ラインPLと接地ラインGLとの短絡(ショート)を防止するためには、スイッチング素子S1及びS4が共にオン状態にある場合には、スイッチング素子S2及びS3の少なくとも一方がオフ状態にあることが好ましい。また、素子温度CT2及びCT3の増加を抑制するためには、スイッチング素子S2及びS3の双方がオフ状態にあることが好ましい。また、第1電源31から電力変換器33に対して又は電力変換器33から第1電源31に対して電流が流れることを防止するためには、少なくとも、下アームとなるスイッチング素子S2がオフ状態に固定されていることが好ましい。
(3−3)素子温度均一化動作
続いて、図12から図15を参照しながら、第1の素子温度均一化動作から第4の素子温度均一化動作(図3のステップS10からステップS40)について順に説明する。
(3−3−1)第1の素子温度抑制動作
初めに、図12を参照しながら、第1の素子温度均一化動作の流れについて説明する。図12は、第1の素子温度均一化動作の流れを示すフローチャートである。
図12に示すように、ECU40は、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられているか否かを判定する(ステップS101)。言い換えれば、ECU40は、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されているか否かを判定する(ステップS101)。
ステップS101の判定の結果、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられている(つまり、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されている)と判定される場合には(ステップS101:Yes)、素子温度CT3が素子温度CT4よりも高くなっている可能性が高い。従って、ECU40は、素子温度CT3の過度な増加を抑制することで素子温度CT3と素子温度CT4との差分を相対的に小さくする(つまり、素子温度CT3及びCT4を均一化する)ように、以下のステップS111からステップS116に示す動作を行う。
具体的には、ECU40は、素子温度CT3が第1閾値TH1よりも大きいか否かを判定する(ステップS111)。ここで、第1閾値TH1は、後述する第2閾値TH2よりも小さな値である。
尚、第2閾値TH2は、電源システム30から出力される電力又は電源システム30に入力される電力の制限(以降、適宜“入出力制限”と称する)を開始する素子温度を示す。従って、素子温度CT1から素子温度CT4の少なくとも一つが第2閾値TH2を超過した場合には、入出力制限が実行される。
このような第2閾値TH2よりも小さい第1閾値TH1は、入出力制限を開始するほど素子温度が高くないものの、これ以上の素子温度の増加を抑制することが好ましいか否かを判定するために用いられる閾値であると言える。従って、第1閾値TH1が小さくなるほど、より早いタイミングで素子温度の増加が抑制される。
ステップS111の判定の結果、素子温度CT3が第1閾値TH1よりも大きいと判定される場合には(ステップS111:Yes)、ECU40は更に、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きいか否かを判定する(ステップS112)。
ステップS112の判定の結果、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きくないと判定される場合には(ステップS112:No)、入出力制限を開始するほど素子温度CT3が高くないものの、これ以上の素子温度CT3の増加を抑制することが好ましいと推定される。従って、この場合には、「選択手段」の一具体例であるECU40は、スイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンを変更する(ステップS113)。具体的には、ECU40は、スイッチング状態を切り替えるべきスイッチング素子を、スイッチング素子S3からスイッチング素子S4へと変更する(ステップS113)。つまり、ECU40は、スイッチング状態を切り替えるべきスイッチング素子として、これまで選択していたスイッチング素子S3に代えて、スイッチング素子S4を新たに選択する。言い換えれば、ECU40は、スイッチング状態をオン状態に固定するべきスイッチング素子を、スイッチング素子S4からスイッチング素子S3へと変更する(ステップS113)。つまり、ECU40は、スイッチング状態をオン状態に固定するべきスイッチング素子として、これまで選択していたスイッチング素子S4に代えて、スイッチング素子S3を新たに選択する。
その結果、スイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンは、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されつつスイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられる第1のスイッチングパターンから、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定されつつスイッチング素子S4のスイッチング状態が切り替えられる第2のスイッチングパターンへと変更される。スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定される場合には、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられている場合と比較して、スイッチング状態の切り替えに伴うスイッチング損失が小さくなる。このため、スイッチング素子S3の発熱量もまた低減される。その結果、素子温度CT3の過度な増加が抑制される。従って、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT3と素子温度CT4との差分(更には、素子温度CT3と素子温度CT1及びCT2との差分)が小さくなる。結果、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT3及び素子温度CT4(更には、素子温度CT3並びに素子温度CT1及びCT2)が均一化される。
他方で、ステップS112の判定の結果、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きいと判定される場合には(ステップS112:Yes)、入出力制限を開始するべきであるほどに素子温度CT3が高いと推定される。従って、この場合には、「選択手段」の一具体例であるECU40は、ステップS113と同様の態様でスイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンを変更する。更に、この場合には、「制限手段」の一具体例であるECU40は、入出力制限を実行する(ステップS114)。
他方で、ステップS111の判定の結果、素子温度CT3が第1閾値TH1よりも大きくないと判定される場合には(ステップS111:No)、スイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンを変更することで素子温度CT3の過度な増加を抑制する必要性が相対的に小さいと推定される。一方で、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられている場合には素子温度CT3が素子温度CT4よりも高くなっている可能性が高いものの、何らかの要因によって素子温度CT4が素子温度CT3よりも高くなっている可能性も否定できない。素子温度CT4が素子温度CT3よりも高くなっている場合には、ECU40は、既にスイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されているがゆえにスイッチングパターンを変更することで素子温度CT4の過度な増加を抑制することが困難であるものの、入出力制限を実行することはできる。そこで、ECU40は、素子温度CT4が第2閾値TH2よりも大きいか否かを判定する(ステップS115)。
ステップS115の判定の結果、素子温度CT4が第2閾値TH2よりも大きいと判定される場合には(ステップS115:Yes)、入出力制限を開始するべきであるほどに素子温度CT4が高いと推定される。従って、この場合には、「制限手段」の一具体例であるECU40は、入出力制限を実行する(ステップS116)。他方で、ステップS115の判定の結果、素子温度CT4が第2閾値TH2よりも大きくないと判定される場合には(ステップS115:No)、ECU40は、入出力制限を実行しなくてもよい。
他方で、ステップS101の判定の結果、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられていない(つまり、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されていない)と判定される場合には(ステップS101:No)、スイッチング素子S4のスイッチング状態が切り替えられている(つまり、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定されている)と推定される。この場合には、素子温度CT4が素子温度CT3よりも高くなっている可能性が高い。従って、ECU40は、素子温度CT4の過度な増加を抑制することで素子温度CT3と素子温度CT4との差分を小さくする(つまり、素子温度CT3及びCT4を均一化する)ように、以下のステップS121からステップS126に示す動作を行う。尚、ステップS121からステップS126に示す動作は、夫々、上述したステップS111からステップS116に示す動作と比較して、「スイッチング素子S3」が「スイッチング素子S4」に読み替えられ、「スイッチング素子S4」が「スイッチング素子S3」に読み替えられ、「素子温度CT3」が「素子温度CT4」に読み替えられ且つ「素子温度CT4」が「素子温度CT3」に読み替えられていると言う点で異なっている。ステップS121からステップS126に示す動作のその他の特徴は、夫々、上述したステップS111からステップS116に示す動作のその他の特徴と同一であってもよい。
具体的には、素子温度CT4が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT4が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS121:Yes且つステップS122:No)、ECU40は、スイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンを変更する(ステップS123)。具体的には、ECU40は、スイッチング状態を切り替えるべきスイッチング素子を、スイッチング素子S4からスイッチング素子S3へと変更する(ステップS123)。その結果、素子温度CT4の過度な増加が抑制される。従って、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT4と素子温度CT3との差分(更には、素子温度CT4と素子温度CT1及びCT2との差分)が小さくなる。結果、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT4及び素子温度CT3(更には、素子温度CT4並びに素子温度CT1及びCT2)が均一化される。
素子温度CT4が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT4が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS121:Yes且つステップS122:Yes)、ECU40は、ステップS123と同様の態様でスイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンを変更し、且つ、入出力制限を実行する(ステップS124)。
素子温度CT4が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS121:No且つステップS125:Yes)、ECU40は、入出力制限を実行する(ステップS126)。
素子温度CT4が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS121:No且つステップS125:No)、ECU40は、スイッチングパターンを変更しなくてもよく、且つ、入出力制限を実行しなくてもよい。
尚、第1の素子温度抑制動作では、ECU40は、第1電源31に対する下アームとなるスイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンを変更している。しかしながら、ECU40は、スイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンを変更する場合と同様に、第1電源31に対する上アームとなるスイッチング素子S1及びS2のスイッチングパターンを変更してもよい。例えば、第1電源31に対する上アームとなるスイッチング素子S1及びS2のうちの少なくとも一方のスイッチング状態が切り替えられている又はオン状態に固定されている場合には、ECU40は、第1電源31に対する上アームとなるスイッチング素子S1及びS2のスイッチングパターンを変更することが好ましい。但し、第1電源31に対する上アームとなるスイッチング素子S1及びS2のスイッチング状態がオフ状態に固定されている場合は、素子温度CT1及びCT2が過度に増加する可能性が相対的に低いがゆえに、ECU40は、第1電源31に対する上アームとなるスイッチング素子S1及びS2のスイッチングパターンを変更しなくてもよい。
(3−3−2)第2の素子温度抑制動作
続いて、図13を参照しながら、第2の素子温度均一化動作の流れについて説明する。図13は、第2の素子温度均一化動作の流れを示すフローチャートである。
図13に示すように、第2の素子温度均一化動作では、ECU40は、ステップS201からステップS226に示す動作を行う。尚、ステップS201からステップS226に示す動作は、夫々、上述したステップS101からステップS126に示す動作と比較して、「スイッチング素子S3」が「スイッチング素子S1」に読み替えられ、「スイッチング素子S4」が「スイッチング素子S2」に読み替えられ、「素子温度CT3」が「素子温度CT1」に読み替えられ且つ「素子温度CT4」が「素子温度CT2」に読み替えられていると言う点で異なっている。ステップS201からステップS226に示す動作のその他の特徴は、夫々、上述したステップS101からステップS126に示す動作のその他の特徴と同一であってもよい。
具体的には、スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT1が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT1が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS201:Yes、ステップS211:Yes且つステップS212:No)、ECU40は、スイッチング素子S1及びS2のスイッチングパターンを変更する(ステップS213)。具体的には、ECU40は、スイッチング状態を切り替えるべきスイッチング素子を、スイッチング素子S1からスイッチング素子S2へと変更する(ステップS213)。その結果、素子温度CT1の過度な増加が抑制される。従って、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT1と素子温度CT2との差分(更には、素子温度CT1と素子温度CT3及びCT4との差分)が小さくなる。結果、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT1及び素子温度CT2(更には、素子温度CT1並びに素子温度CT3及びCT4)が均一化される。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT1が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT1が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS201:Yes、ステップS211:Yes且つステップS212:Yes)、ECU40は、ステップS213と同様の態様でスイッチング素子S1及びS2のスイッチングパターンを変更し、且つ、入出力制限を開始する(ステップS214)。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT1が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT2が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS201:Yes、ステップS211:No且つステップS215:Yes)、ECU40は、入出力制限を実行する(ステップS216)。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT1が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT2が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS201:Yes、ステップS211:No且つステップS215:No)、ECU40は、スイッチングパターンを変更しなくてもよく、且つ、入出力制限を実行しなくてもよい。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT2が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT2が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS201:No、ステップS221:Yes且つステップS222:No)、ECU40は、スイッチング素子S1及びS2のスイッチングパターンを変更する(ステップS223)。具体的には、ECU40は、スイッチング状態を切り替えるべきスイッチング素子を、スイッチング素子S2からスイッチング素子S1へと変更する(ステップS223)。その結果、素子温度CT2の過度な増加が抑制される。従って、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT2と素子温度CT1との差分(更には、素子温度CT2と素子温度CT3及びCT4との差分)が小さくなる。結果、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT2及び素子温度CT1(更には、素子温度CT2並びに素子温度CT3及びCT4)が均一化される。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT2が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT2が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS201:No、ステップS221:Yes且つステップS222:Yes)、ECU40は、ステップS223と同様の態様でスイッチング素子S1及びS2のスイッチングパターンを変更し、且つ、入出力制限を実行する(ステップS224)。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT2が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT1が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS201:No、ステップS221:No且つステップS225:Yes)、ECU40は、入出力制限を実行する(ステップS226)。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT2が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT1が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS201:No、ステップS221:No且つステップS225:No)、ECU40は、スイッチングパターンを変更しなくてもよく、且つ、入出力制限を実行しなくてもよい。
尚、第2の素子温度抑制動作においても、第1の素子温度抑制動作と同様に、ECU40は、第1電源31に対する下アームとなるスイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンを変更してもよい。つまり、ECU40は、スイッチング素子S1及びS3のスイッチングパターンを変更する場合と同様に、第1電源31に対する下アームとなるスイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンを変更してもよい。
(3−3−3)第3の素子温度抑制動作
続いて、図14を参照しながら、第3の素子温度均一化動作の流れについて説明する。図14は、第3の素子温度均一化動作の流れを示すフローチャートである。
図14に示すように、第3の素子温度均一化動作では、ECU40は、ステップS301からステップS326に示す動作を行う。尚、ステップS301からステップS326に示す動作は、夫々、上述したステップS101からステップS126に示す動作と比較して、「スイッチング素子S3」が「スイッチング素子S2」に読み替えられ、「スイッチング素子S4」が「スイッチング素子S3」に読み替えられ、「素子温度CT3」が「素子温度CT2」に読み替えられ且つ「素子温度CT4」が「素子温度CT3」に読み替えられていると言う点で異なっている。ステップS301からステップS326に示す動作のその他の特徴は、夫々、上述したステップS101からステップS126に示す動作のその他の特徴と同一であってもよい。
具体的には、スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT2が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT2が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS301:Yes、ステップS311:Yes且つステップS312:No)、ECU40は、スイッチング素子S2及びS3のスイッチングパターンを変更する(ステップS313)。具体的には、ECU40は、スイッチング状態を切り替えるべきスイッチング素子を、スイッチング素子S2からスイッチング素子S3へと変更する(ステップS313)。その結果、素子温度CT2の過度な増加が抑制される。従って、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT2と素子温度CT3との差分(更には、素子温度CT2と素子温度CT1及びCT4との差分)が小さくなる。結果、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT2及び素子温度CT3(更には、素子温度CT2並びに素子温度CT1及びCT4)が均一化される。
スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT2が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT2が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS301:Yes、ステップS311:Yes且つステップS312:Yes)、ECU40は、ステップS313と同様の態様でスイッチング素子S2及びS3のスイッチングパターンを変更し、且つ、入出力制限を実行する(ステップS314)。
スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT2が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS301:Yes、ステップS311:No且つステップS315:Yes)、ECU40は、入出力制限を実行する(ステップS316)。
スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT2が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS301:Yes、ステップS311:No且つステップS315:No)、ECU40は、スイッチングパターンを変更しなくてもよく、且つ、入出力制限を実行しなくてもよい。
スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT3が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS301:No、ステップS321:Yes且つステップS322:No)、ECU40は、スイッチング素子S2及びS3のスイッチングパターンを変更する(ステップS323)。具体的には、ECU40は、スイッチング状態を切り替えるべきスイッチング素子を、スイッチング素子S3からスイッチング素子S2へと変更する(ステップS323)。その結果、素子温度CT3の過度な増加が抑制される。従って、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT3と素子温度CT2との差分(更には、素子温度CT3と素子温度CT1及びCT4との差分)が小さくなる。結果、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT3及び素子温度CT2(更には、素子温度CT3並びに素子温度CT1及びCT4)が均一化される。
スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT3が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS301:No、ステップS321:Yes且つステップS322:Yes)、ECU40は、ステップS323と同様の態様でスイッチング素子S2及びS3のスイッチングパターンを変更し、且つ、入出力制限を実行する(ステップS324)。
スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT3が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT2が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS301:No、ステップS321:No且つステップS325:Yes)、ECU40は、入出力制限を実行する(ステップS326)。
スイッチング素子S2のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT3が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT2が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS301:No、ステップS321:No且つステップS325:No)、ECU40は、スイッチングパターンを変更しなくてもよく、且つ、入出力制限を実行しなくてもよい。
尚、第3の素子温度抑制動作においても、第1の素子温度抑制動作と同様に、ECU40は、第2電源32に対する上アームとなるスイッチング素子S1及びS4のスイッチングパターンを変更してもよい。つまり、ECU40は、スイッチング素子S2及びS3のスイッチングパターンを変更する場合と同様に、第2電源32に対する上アームとなるスイッチング素子S1及びS4のスイッチングパターンを変更してもよい。
(3−3−4)第4の素子温度抑制動作
続いて、図15を参照しながら、第4の素子温度均一化動作の流れについて説明する。図15は、第4の素子温度均一化動作の流れを示すフローチャートである。
図15に示すように、第4の素子温度均一化動作では、ECU40は、ステップS401からステップS426に示す動作を行う。尚、ステップS401からステップS426に示す動作は、夫々、上述したステップS101からステップS126に示す動作と比較して、「スイッチング素子S3」が「スイッチング素子S1」に読み替えられ且つ「素子温度CT3」が「素子温度CT1」に読み替えられていると言う点で異なっている。ステップS401からステップS426に示す動作のその他の特徴は、夫々、上述したステップS101からステップS126に示す動作のその他の特徴と同一であってもよい。
具体的には、スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT1が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT1が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS401:Yes、ステップS411:Yes且つステップS412:No)、ECU40は、スイッチング素子S1及びS4のスイッチングパターンを変更する(ステップS413)。具体的には、ECU40は、スイッチング状態を切り替えるべきスイッチング素子を、スイッチング素子S1からスイッチング素子S4へと変更する(ステップS413)。その結果、素子温度CT1の過度な増加が抑制される。従って、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT1と素子温度CT4との差分(更には、素子温度CT1と素子温度CT2及びCT3との差分)が小さくなる。結果、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT1及び素子温度CT4(更には、素子温度CT1並びに素子温度CT2及びCT3)が均一化される。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT1が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT1が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS401:Yes、ステップS411:Yes且つステップS412:Yes)、ECU40は、ステップS413と同様の態様でスイッチング素子S1及びS4のスイッチングパターンを変更し、且つ、入出力制限を実行する(ステップS414)。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT1が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT2が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS401:Yes、ステップS411:No且つステップS415:Yes)、ECU40は、入出力制限を実行する(ステップS416)。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられており、素子温度CT1が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT2が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS401:Yes、ステップS411:No且つステップS415:No)、ECU40は、スイッチングパターンを変更しなくてもよく、且つ、入出力制限を実行しなくてもよい。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT4が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT4が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS401:No、ステップS421:Yes且つステップS422:No)、ECU40は、スイッチング素子S1及びS4のスイッチングパターンを変更する(ステップS423)。具体的には、ECU40は、スイッチング状態を切り替えるべきスイッチング素子を、スイッチング素子S4からスイッチング素子S1へと変更する(ステップS423)。その結果、素子温度CT4の過度な増加が抑制される。従って、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT4と素子温度CT1との差分(更には、素子温度CT4と素子温度CT2及びCT3との差分)が小さくなる。結果、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT4及び素子温度CT1(更には、素子温度CT4並びに素子温度CT2及びCT3)が均一化される。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT4が第1閾値TH1よりも大きく、且つ、素子温度CT4が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS401:No、ステップS421:Yes且つステップS422:Yes)、ECU40は、ステップS423と同様の態様でスイッチング素子S1及びS4のスイッチングパターンを変更し、且つ、入出力制限を実行する(ステップS424)。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT4が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT1が第2閾値TH2よりも大きい場合には(ステップS401:No、ステップS421:No且つステップS425:Yes)、ECU40は、入出力制限を実行する(ステップS426)。
スイッチング素子S1のスイッチング状態が切り替えられておらず、素子温度CT4が第1閾値TH1よりも大きくなく、且つ、素子温度CT1が第2閾値TH2よりも大きくない場合には(ステップS401:No、ステップS421:No且つステップS425:No)、ECU40は、スイッチングパターンを変更しなくてもよく、且つ、入出力制限を実行しなくてもよい。
(3−4)技術的効果
続いて、図16から図17を参照しながら、本実施形態のECU40の制御下で実現される単一電源駆動モード及び素子温度均一化動作の技術的効果について説明する。図16は、上述した第1から第4の単一電源駆動モードで電力変換器33が動作している場合のスイッチング素子S1からスイッチング素子S4のスイッチング状態を、上アーム又は下アームとなる2つのスイッチング素子の双方のスイッチング状態が同時に切り替えられる第1比較動作例で電力変換器33が動作している場合のスイッチング素子S1からスイッチング素子S4のスイッチング状態と共に示すタイミングチャートである。図17は、第1の素子温度均一化動作が行われている場合のスイッチング素子S3及びS4のスイッチング状態並びに素子温度CT3及びCT4を、素子温度CT3及びCT4に関わらずにスイッチングパターンが変更されない第2比較動作例で電力変換器33が動作している場合のスイッチング素子S3及びS4のスイッチング状態並びに素子温度CT3及びCT4と共に示すタイミングチャートである。
図16(a)に示すように、第1比較動作例では、車両1が力行している場合には、下アームとなる2つのスイッチング素子の双方のスイッチング状態が同時に切り替えられる。例えば、第1比較動作例では、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードで動作する場合には、下アームとなるスイッチング素子S3及びS4の双方のスイッチング状態が同時に切り替えられる。同様に、例えば、第1比較動作例では、電力変換器33が第3の単一電源駆動モードで動作する場合には、上アームとなるスイッチング素子S2及びS3の双方のスイッチング状態が同時に切り替えられる。
一方で、本実施形態では、車両1が力行している場合には、下アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング状態が固定されたまま、下アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられる。このため、第1比較動作例と比較して、下アームとなる2つのスイッチング素子の夫々のスイッチング回数が減少(例えば、半減)する。従って、スイッチング回数の減少に起因して、電力変換器33におけるスイッチング損失もまた低減される。
図16(b)に示すように、第1比較動作例では、車両1が回生している場合には、上アームとなる2つのスイッチング素子の双方のスイッチング状態が同時に切り替えられる。例えば、第1比較動作例では、電力変換器33が第2の単一電源駆動モードで動作する場合には、上アームとなるスイッチング素子S1及びS2の双方のスイッチング状態が同時に切り替えられる。同様に、例えば、第1比較動作例では、電力変換器33が第4の単一電源駆動モードで動作する場合には、上アームとなるスイッチング素子S1及びS4の双方のスイッチング状態が同時に切り替えられる。
一方で、本実施形態では、車両1が回生している場合には、上アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング状態が固定されたまま、上アームとなる2つのスイッチング素子のうちのいずれか他方のスイッチング状態が切り替えられる。このため、比較例と比較して、上アームとなる2つのスイッチング素子の夫々のスイッチング回数が減少(例えば、半減)する。従って、スイッチング回数の減少に起因して、電力変換器33におけるスイッチング損失もまた低減される。
特に、本実施形態では、スイッチング回数の低減に起因して、スイッチング損失の低減が実現される。つまり、第1電源31を経由して流れる電流と第2電源32を経由して流れる電流とがスイッチング素子S1からスイッチング素子S4の少なくとも一つの上で相殺されることを利用することなく、スイッチング損失の低減が実現される。一方で、特許文献1に記載された発明によれば、第1電源31を経由して流れる電流と第2電源32を経由して流れる電流とがスイッチング素子S1からスイッチング素子S4の少なくとも一つの上で相殺されることを利用して、スイッチング損失の低減が実現されている。このため、特許文献1に記載された発明によれば、単一電源駆動モードで電力変換器33が動作している場合には、スイッチング損失が低減されないおそれがある。しかるに、本実施形態では、単一電源駆動モードで電力変換器33が動作する場合であっても、スイッチング損失が好適に低減される。
続いて、図17(a)に示すように、第2比較動作例では、素子温度CT1から素子温度CT4に関わらず、スイッチングパターンが変更されない。例えば、第2比較動作例では、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードで動作する場合には、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定されたまま、スイッチング素子S4のスイッチング状態が切り替えられ続ける。このため、第2比較動作例では、素子温度CT3と比較して、素子温度CT4が増加しやすくなる。つまり、下アームを構成する2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方の素子温度のみが過度に増加しやすくなる。その結果、第2比較動作例では、素子温度CT4が第2閾値TH2を超過しやすくなるがゆえに、電源システム30の入出力制限が実行される頻度が相対的に高くなる。尚、図17(a)に示すように、このような下アームを構成する2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方の素子温度のみの過度の増加は、下アームを構成する2つのスイッチング素子の素子温度の差分の過度の増加となって現れることが分かる。
一方で、本実施形態では、素子温度CT1から素子温度CT4に基づいて、スイッチングパターンが変更される。例えば、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードで動作する場合には、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられている状態で素子温度CT3が第1閾値TH1を超過している場合には、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態に固定される。同様に、スイッチング素子S4のスイッチング状態が切り替えられている状態で素子温度CT4が第1閾値TH1を超過している場合には、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定される。その結果、本実施形態では、素子温度CT3のみ又は素子温度CT4のみの過度な増加が好適に抑制される。つまり、下アームを構成する2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方の素子温度のみの過度な増加が好適に抑制される。その結果、本実施形態では、素子温度CT3及び素子温度CT4が第2閾値TH2を超過しにくくなるがゆえに、電源システム30の入出力制限が行われる頻度が相対的に低くなる。
尚、図17(b)に示すように、下アームを構成する2つのスイッチング素子のうちのいずれか一方の素子温度のみの過度な増加が抑制されると、下アームを構成する2つのスイッチング素子の素子温度の差分の過度の増加もまた抑制される。つまり、素子温度CT3及びCT4の均一化が実現されていることが分かる。従って、下アームを構成する2つのスイッチング素子のうちの少なくとも一方の素子温度が第1閾値TH1よりも大きくなる場合にスイッチングパターンを変更する動作は、下アームを構成する2つのスイッチング素子の素子温度の差分を小さくする(例えば、所定量よりも小さくする又はスイッチングパターンを変更する前と比較して小さくする)ようにスイッチングパターンを変更する動作であるとも言える。
尚、図17(a)及び図17(b)では、説明の簡略化のために、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードで動作する場合を例に挙げて説明している。しかしながら、電力変換器33が第2から第4の単一電源駆動モードで動作する場合であっても同様の技術的効果が得られることは言うまでもない。
(4)素子温度均一化動作の変形例
続いて、図18を参照しながら、素子温度均一化動作の変形例について説明する。以下、第1の素子温度均一化動作の変形例を例にあげて説明する。図18は、第1の素子温度均一化動作の変形例の流れを示すフローチャートである。尚、上述した本実施形態の第1の素子温度均一化動作と同一の動作については、同一のステップ番号を付してその詳細な説明を省略する。
上述した本実施形態の第1の素子温度均一化動作では、ECU40は、素子温度CT3又はCT4が第1閾値TH1よりも大きいか否かの判定結果に応じた動作を行っている。変形例の第1の素子温度均一化動作では、ECU40は、素子温度CT3若しくはCT4が第1閾値TH1よりも大きいか否かの判定結果に応じた動作に加えて又は代えて、素子温度CT3と素子温度CT4との差分の絶対値が第3閾値TH3よりも大きいか否かの判定結果に応じた動作を行う。以下では、素子温度CT3若しくはCT4が第1閾値TH1よりも大きいか否かの判定結果に応じて定まる動作に代えて、素子温度CT3と素子温度CT4との差分の絶対値が第3閾値TH3よりも大きいか否かの判定結果に応じて定まる動作を行う例について説明する。
図18に示すように、変形例においても、ECU40は、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられているか否かを判定する(ステップS101)。
ステップS101の判定の結果、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられていると判定される場合には(ステップS101:Yes)、ECU40は、素子温度CT3と素子温度CT4との差分の絶対値が第3閾値TH3よりも大きいか否かを判定する(ステップS131)。尚、第3閾値TH3は、第2閾値TH2よりも小さな値である。第3閾値TH3は、第1閾値TH1よりも小さな値であることが好ましい。第3閾値TH3は、素子温度CT3と素子温度CT4との差分の絶対値が第3閾値TH3よりも大きくなっている場合に素子温度CT3又はCT4が第1閾値TH1よりも大きくなっている可能性が高くなるという観点から設定される値であってもよい。
ステップS131の判定の結果、素子温度CT3と素子温度CT4との差分の絶対値が第3閾値TH3よりも大きいと判定される場合には(ステップS131:Yes)、素子温度CT3及びCT4のいずれか一方が過度に増加している可能性が相対的に高いと推定される。この場合、ECU40は、素子温度CT3及びCT4のどちらが過度に増加しているかを判定するために、素子温度CT3が素子温度CT4よりも大きいか否かを判定する(ステップS132)。
ステップS132の判定の結果、素子温度CT3が素子温度CT4よりも大きいと判定される場合には(ステップS132:Yes)、素子温度CT3が過度に増加している可能性が高いと推定される。この場合、ECU40は、更に、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きいか否かを判定する(ステップS133)。
ステップS133の判定の結果、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きくないと判定される場合には(ステップS133:No)、入出力制限を開始するほど素子温度CT3が高くないものの、これ以上の素子温度CT3の増加を抑制することが好ましいと推定される。従って、この場合には、ECU40は、スイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンを変更する(ステップS113)。その結果、素子温度CT3の過度な増加が抑制される。従って、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT3と素子温度CT4との差分(更には、素子温度CT3と素子温度CT1及びCT2との差分)が小さくなる。結果、スイッチングパターンが変更される前と比較して、素子温度CT3及び素子温度CT4(更には、素子温度CT3並びに素子温度CT1及びCT2)が均一化される。
他方で、ステップS133の判定の結果、素子温度CT3が第2閾値TH2よりも大きいと判定される場合には(ステップS133:Yes)、入出力制限を開始するべきであるほどに素子温度CT3が高いと推定される。従って、この場合には、ECU40は、ステップS113と同様の態様でスイッチング素子S3及びS4のスイッチングパターンを変更し、且つ、入出力制限を実行する(ステップS114)。
他方で、ステップS132の判定の結果、素子温度CT3が素子温度CT4よりも大きくないと判定される場合には(ステップS132:No)、素子温度CT4が過度に増加している可能性が高いと推定される。但し、既にスイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されているがゆえに、ECU40は、スイッチングパターンを変更することで素子温度CT4の過度な増加を抑制することが困難である。一方で、ECU40は、入出力制限を実行することはできる。そこで、ECU40は、素子温度CT4が第2閾値TH2よりも大きいか否かを判定する(ステップS135)。
ステップS135の判定の結果、素子温度CT4が第2閾値TH2よりも大きいと判定される場合には(ステップS135:Yes)、入出力制限を開始するべきであるほどに素子温度CT4が高いと推定される。従って、この場合には、ECU40は、入出力制限を実行する(ステップS116)。他方で、ステップS135の判定の結果、素子温度CT4が第2閾値TH2よりも大きくないと判定される場合には(ステップS135:No)、ECU40は、入出力制限を実行しなくてもよい。
他方で、ステップS131の判定の結果、素子温度CT3と素子温度CT4との差分の絶対値が第3閾値TH3よりも大きくないと判定される場合には(ステップS131:No)、素子温度CT3及びCT4のいずれか一方のみが過度に増加している可能性が相対的に低いと推定される。一方で、素子温度CT3と素子温度CT4との差分の絶対値が第3閾値TH3よりも大きくないと判定される場合であっても、素子温度CT3及びCT4の双方が過度に増加している可能性はある。そこで、ECU40は、素子温度CT3及びCT4のうちの少なくとも一方が第2閾値TH2よりも大きいか否かを判定する(ステップS134及びS135)。
ステップS134及びS135の判定の結果、素子温度CT3及びCT4の少なくとも一方が第2閾値TH2よりも大きいと判定される場合には(ステップS134:Yes、又は、ステップS135:Yes)、ECU40は、入出力制限を実行する(ステップS116)。他方で、ステップS134及びS135の判定の結果、素子温度CT3及びCT4の双方が第2閾値TH2よりも大きくないと判定される場合には(ステップS134:No、又は、ステップS135:No)、ECU40は、入出力制限を実行しなくてもよい。
他方で、ステップS101の判定の結果、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられていないと判定される場合には(ステップS101:No)、ECU40は、図18に示すステップS141からステップS145及びステップS123からステップS125に示す動作を行う。尚、ステップS141からステップS145及びステップS123からステップS125に示す動作は、夫々、上述したステップS131からステップS135及びステップS113からステップS115に示す動作と比較して、「スイッチング素子S3」が「スイッチング素子S4」に読み替えられ、「スイッチング素子S4」が「スイッチング素子S3」に読み替えられ、「素子温度CT3」が「素子温度CT4」に読み替えられ且つ「素子温度CT4」が「素子温度CT3」に読み替えられていると言う点で異なっている。ステップS141からステップS145及びステップS123からステップS125に示す動作のその他の特徴は、夫々、上述したステップS131からステップS135及びステップS113からステップS115に示す動作のその他の特徴と同一であってもよい。従って、説明の簡略化のために、ステップS141からステップS145及びステップS123からステップS125の詳細な説明は省略する。
このような第1の素子温度均一化動作の変形例においても、上述した本実施形態の第1の素子温度均一化動作によって享受することができる各種効果が好適に享受される。
尚、図18は、第1の素子温度均一化動作の変形例を示している。しかしながら、第2の素子温度均一化動作においても、第1の素子温度均一化動作の変形例と同様に、素子温度CT1と素子温度CT2との差分の絶対値が第3閾値TH3よりも大きいか否かの判定結果に応じた動作が行われてもよい。第2の素子温度均一化動作の変形例は、図18に示す第1の素子均一化動作と比較して、「スイッチング素子S3」が「スイッチング素子S1」に読み替えられ、「スイッチング素子S4」が「スイッチング素子S2」に読み替えられ、「素子温度CT3」が「素子温度CT1」に読み替えられ且つ「素子温度CT4」が「素子温度CT2」に読み替えられていると言う点で異なっている。第2の素子温度均一化動作の変形例のその他の特徴は、図18に示す第1の素子均一化動作のその他の特徴と同一であってもよい。
同様に、第3の素子温度均一化動作においても、第1の素子温度均一化動作の変形例と同様に、素子温度CT2と素子温度CT3との差分の絶対値が第3閾値TH3よりも大きいか否かの判定結果に応じた動作が行われてもよい。第3の素子温度均一化動作の変形例は、図18に示す第1の素子均一化動作と比較して、「スイッチング素子S3」が「スイッチング素子S2」に読み替えられ、「スイッチング素子S4」が「スイッチング素子S3」に読み替えられ、「素子温度CT3」が「素子温度CT2」に読み替えられ且つ「素子温度CT4」が「素子温度CT3」に読み替えられていると言う点で異なっている。第3の素子温度均一化動作の変形例のその他の特徴は、図18に示す第1の素子均一化動作のその他の特徴と同一であってもよい。
同様に、第4の素子温度均一化動作においても、第1の素子温度均一化動作の変形例と同様に、素子温度CT1と素子温度CT4との差分の絶対値が第3閾値TH3よりも大きいか否かの判定結果に応じた動作が行われてもよい。第4の素子温度均一化動作の変形例は、図18に示す第1の素子均一化動作と比較して、「スイッチング素子S3」が「スイッチング素子S1」に読み替えられ且つ「素子温度CT3」が「素子温度CT1」に読み替えられていると言う点で異なっている。第4の素子温度均一化動作の変形例のその他の特徴は、図18に示す第1の素子均一化動作のその他の特徴と同一であってもよい。
(5)素子温度の変形例
続いて、ECU40による素子温度CT1から素子温度CT4の取得動作の変形例について説明する。上述した実施形態では、ECU40は、温度センサTS1から温度センサTS4の検出結果を監視することで、素子温度CT1から素子温度CT4を直接的に取得している。しかしながら、変形例では、ECU40は、温度センサTS1から温度センサTS4の検出結果を監視することで素子温度CT1から素子温度CT4を直接的に取得することに加えて又は代えて、素子温度CT1から素子温度CT4と夫々一定の相関関係を有する温度パラメータTP1から温度パラメータTP4を取得してもよい。尚、温度パラメータTP1から温度パラメータTP4を取得する場合には、電力変換器33は、温度センサTS1、温度センサTS2、温度センサTS3及び温度センサTS4のうちの少なくとも一つを備えていなくてもよい。
この場合、ECU40は、取得した温度パラメータTP1から温度パラメータTP4に基づいて素子温度CT1から素子温度CT4を算出すると共に、当該算出した素子温度CT1から素子温度CT4を用いて上述した第1から第4の素子温度均一化動作を行ってもよい。
或いは、ECU40は、取得した温度パラメータTP1から温度パラメータTP4を素子温度CT1から素子温度CT4と実質的に等価なものとして用いることで、上述した第1から第4の素子温度均一化動作を行ってもよい。この場合、ECU40は、上述した第1閾値TH1から第3閾値TH3に対して、温度パラメータTP1から温度パラメータTP4と素子温度CT1から素子温度CT4との間の関係を考慮した演算を施すことで得られる値を、上述した第1閾値TH1から第3閾値THに相当する閾値として用いることが好ましい。
或いは、ECU40は、温度センサTS1から温度センサTS4から取得される素子温度CT1から素子温度CT4のうちの少なくとも一つと、温度パラメータTP1から温度パラメータTP4のうちの少なくとも一つを適宜組み合わせることで、上述した第1から第4の素子温度均一化動作を行ってもよい。
以下、図19(a)から図19(c)を参照しながら、温度パラメータTP1から温度パラメータTP4の3つの例について説明する。図19(a)から図19(c)は、夫々、温度パラメータTP3及びTP4の一例を示すタイミングチャートである。尚、図19(a)から図19(c)では、説明の便宜上、電力変換器33が第1の単一電源駆動モードで動作している場合に用いられる温度パラメータTP3及びTP4に着目して説明を進める。但し、温度パラメータTP1及びTP2についても同様である。
(5−1)温度パラメータの第1の例
図19(a)に示すように、温度パラメータTP3は、スイッチング素子S3の損失の累積値であってもよい。というのも、スイッチング素子S3の損失の累積値が大きくなるほど素子温度CT3が大きくなるからである。同様に、温度パラメータTP4は、スイッチング素子S4の損失の累積値であってもよい。というのも、スイッチング素子S4の損失の累積値が大きくなるほど素子温度CT4が大きくなるからである。尚、スイッチング素子S3の損失は、(i)スイッチング素子S3のスイッチング状態がオフ状態からオン状態に切り替えられる際に発生する損失(スイッチングオン損)と、(ii)スイッチング素子S3がオン状態にある際に発生する損失(定常損)と、(iii)スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態からオフ状態に切り替えられる際に発生する損失(スイッチングオフ損)との総和であってもよい。スイッチング素子S4の損失についても同様である。
ECU40は、電力変換器33の動作状態を特定可能な動作パラメータと損失との対応付けを示すマッピング(或いは、任意の近似式等)を用いて、損失の累積値に相当する温度パラメータTP3及びTP4を算出してもよい。動作パラメータは、例えば、リアクトルL1に流れるリアクトル電流I(L1)、電源ラインPLと接地ラインGLとの間の端子間電圧及びスイッチング素子S1からスイッチング素子S4のスイッチング状態を制御する際に用いられるキャリア信号の周波数の少なくとも一つを含んでいてもよい。
ここで、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されつつスイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられている状態(時刻t11参照)で、第1の例の温度パラメータTP3及びTP4に基づいてスイッチングパターンを切り替える動作について説明する。この場合、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられているがゆえに、スイッチング素子S3の損失は、スイッチング素子S4の損失よりも増加しやすい。つまり、温度パラメータTP3は、温度パラメータTP4よりも先に、第1閾値TH1に相当する閾値よりも大きくなる(時刻t12参照)。温度パラメータTP3が第1閾値TH1に相当する閾値よりも大きくなると、ECU40は、スイッチングパターンを切り替える。更に、スイッチングパターンの切り替えに伴って、ECU40は、温度パラメータTP3及びTP4を初期化する。その後は、同様の動作が繰り返される。
(5−2)温度パラメータの第2の例
図19(b)に示すように、温度パラメータTP3は、スイッチング素子S3のスイッチング回数であってもよい。というのも、スイッチング素子S3のスイッチング回数が大きくなるほど素子温度CT3が大きくなるからである。同様に、温度パラメータTP4は、スイッチング素子S4のスイッチング回数であってもよい。というのも、スイッチング素子S4のスイッチング回数が大きくなるほど素子温度CT4が大きくなるからである。
ここで、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されつつスイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられている状態(時刻t21参照)で、第2の例の温度パラメータTP3及びTP4に基づいてスイッチングパターンを切り替える動作について説明する。この場合、スイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられているがゆえに、温度パラメータTP3が徐々に増加していく。その後、時刻t22において、温度パラメータTP3が第1閾値TH1に相当する閾値よりも大きくなる。温度パラメータTP3が第1閾値TH1に相当する閾値よりも大きくなると、ECU40は、スイッチングパターンを切り替える。更に、スイッチングパターンの切り替えに伴って、ECU40は、温度パラメータTP3及びTP4を初期化する。その後は、同様の動作が繰り返される。
(5−3)温度パラメータの第3の例
図19(c)に示すように、温度パラメータTP3は、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間の長さであってもよい。というのも、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間が長くなるほど、スイッチング素子S3のスイッチング回数が大きくなり、結果、素子温度CT3が大きくなるからである。同様に、温度パラメータTP4は、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間の長さであってもよい。というのも、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間が長くなるほど、スイッチング素子S4のスイッチング回数が大きくなり、結果、素子温度CT4が大きくなるからである。
図19に示す例に限らず、あるスイッチング素子Si(但し、iは1から4の整数)の素子温度CTiを特定可能な温度パラメータTPiは、当該あるスイッチング素子Siと共に上アーム素子又は下アーム素子を構成する他のスイッチング素子Sj(但し、jはiとは異なる1から4の整数)のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間の長さであってもよい。
例えば、電力変換器33が第1又は第2の単一電源駆動モードで動作している場合には、温度パラメータTP1は、スイッチング素子S2のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間の長さであってもよい。温度パラメータTP2は、スイッチング素子S1のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間の長さであってもよい。温度パラメータTP3は、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間の長さであってもよい。温度パラメータTP4は、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間の長さであってもよい。
例えば、電力変換器33が第3又は第4の単一電源駆動モードで動作している場合には、温度パラメータTP1は、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間の長さであってもよい。温度パラメータTP2は、スイッチング素子S3のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間の長さであってもよい。温度パラメータTP3は、スイッチング素子S2のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間の長さであってもよい。温度パラメータTP4は、スイッチング素子S1のスイッチング状態がオン状態で固定されている期間の長さであってもよい。
ここで、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されつつスイッチング素子S3のスイッチング状態が切り替えられている状態(時刻t31参照)で、第3の例の温度パラメータTP3及びTP4に基づいてスイッチングパターンを切り替える動作について説明する。この場合、スイッチング素子S4のスイッチング状態がオン状態に固定されているがゆえに、温度パラメータTP3が徐々に増加していく。その後、時刻t32において、温度パラメータTP3が第1閾値TH1に相当する閾値よりも大きくなる。温度パラメータTP3が第1閾値TH1に相当する閾値よりも大きくなると、ECU40は、スイッチングパターンを切り替える。更に、スイッチングパターンの切り替えに伴って、ECU40は、温度パラメータTP3及びTP4を初期化する。その後は、同様の動作が繰り返される。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電源制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
1 車両
30 電源システム
31 電源
32 電源
33 電力変換器
36 PCU(Power Control Unit)
C 平滑コンデンサ
L1、L2 リアクトル
S1、S2、S3、S4 スイッチング素子
CT1、CT2、CT3、CT4 素子温度

Claims (10)

  1. (i)第1及び第2の蓄電装置と、(ii)電気的に直列に接続されると共に夫々が前記第1の蓄電装置との間で電力変換を行うために前記第1の蓄電装置を経由して形成される第1の電力変換経路及び前記第2の蓄電装置との間で電力変換を行うために前記第2の蓄電装置を経由して形成される第2の電力変換経路の双方に含まれるように配置される複数のスイッチング素子を含む電力変換器とを備える電源システムを制御する電源制御装置であって、
    前記電力変換器が前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置のうちのいずれか一方の蓄電装置との間で電力変換を行う場合に、前記複数のスイッチング素子のうち前記一方の蓄電装置との間での電力変換を行うためにスイッチング状態を切り替えるべき所定アーム素子を構成する少なくとも2つのスイッチング素子から一のスイッチング素子を選択する選択手段と、
    前記一のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替える一方で、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうち前記一のスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子のスイッチング状態をオン状態で固定するように、前記電力変換器を制御する制御手段と
    を備え、
    前記選択手段は、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの少なくとも一方の温度が所定条件を満たす場合に、前記一のスイッチング素子を新たに選択しなかった場合と比較して、前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が小さくなるように、前記一のスイッチング素子を新たに選択する
    ことを特徴とする電源制御装置。
  2. 前記選択手段は、現在選択している前記一のスイッチング素子の温度が第1閾値よりも大きくなった場合に、前記一のスイッチング素子を新たに選択する
    ことを特徴とする請求項1に記載の電源制御装置。
  3. 前記選択手段は、前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が第2閾値よりも大きくなった場合に、前記一のスイッチング素子を新たに選択する
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電源制御装置。
  4. 前記選択手段は、現在選択している前記一のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替え続けた場合における前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分よりも、新たに選択した前記一のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替えている場合における前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が小さくなるように、前記一のスイッチング素子を新たに選択する
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電源制御装置。
  5. 前記選択手段は、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの第1のスイッチング素子が前記一のスイッチング素子として選択されている状態で当該第1のスイッチング素子の温度が第1閾値より大きくなった場合に、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの前記第1のスイッチング素子とは異なる第2のスイッチング素子を前記一のスイッチング素子として新たに選択する
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電源制御装置。
  6. 前記選択手段は、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの第1のスイッチング素子が前記一のスイッチング素子として選択されている状態で前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分が第2閾値より大きくなった場合に、前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの前記第1のスイッチング素子とは異なる第2のスイッチング素子を前記一のスイッチング素子として新たに選択する
    ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電源制御装置。
  7. 前記選択手段は、前記第1のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替え続けた場合における前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度の差分よりも、前記第2のスイッチング素子のスイッチング状態を切り替えている場合における前記温度の差分が小さくなるように、前記第2のスイッチング素子を前記一のスイッチング素子として新たに選択する
    ことを特徴とする請求項5又は6に記載の電源制御装置。
  8. 前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの少なくとも一方の温度が第3閾値より大きくなった場合に、前記電源システムに入力される電力を制限する入力制限及び前記電源システムから出力される電力を制限する出力制限のうちの少なくとも一方を実行する制限手段を更に備える
    ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電源制御装置。
  9. 前記少なくとも2つのスイッチング素子の温度を直接的に又は間接的に示す温度特性値を取得する取得手段を更に備え、
    前記選択手段は、前記取得手段が取得した前記温度特性値に基づいて前記一のスイッチング素子を新たに選択する
    ことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の電源制御装置。
  10. 前記温度特性値は、(i)前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの少なくとも一方の温度を検出する温度センサの出力値、(ii)前記少なくとも2つのスイッチング素子のうちの少なくとも一方のスイッチング損失、(iii)前記一のスイッチング素子のスイッチング回数、及び(iv)前記他のスイッチング素子がオン状態で固定されている期間のうちの少なくとも一つを含む
    ことを特徴とする請求項9に記載の電源制御装置。
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