JP2017112664A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、バッテリと負荷装置の間に少なくとも２個の電力変換器が並列に接続されている電源システムに関し、バッテリの温度が低い場合に速やかに昇温する電源システムを提供する。
【解決手段】電源システム２は、バッテリ３と２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂと、コントローラ９を備える。２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは、バッテリ３とインバータ２０の間に並列に接続されている。コントローラ９は、電力変換器１０ａ、１０ｂのトランジスタに同じ波形の駆動信号を供給する。コントローラ９は、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの各々のトランジスタに対して、バッテリ３の温度が所定の閾値温度よりも低い場合、同じ波形の駆動信号であって、バッテリ３の温度が閾値温度よりも高い場合と比較して位相差の小さい駆動信号を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷装置に電力を供給する電源システムに関する。特に、スイッチング素子を使った複数の電力変換器がバッテリと負荷装置の間に並列に接続されている電源システムに関する。

スイッチング素子を使った電力変換器を並列接続した電源システムが知られている。例えば特許文献１には、スイッチング素子を使った複数の電圧コンバータをバッテリに並列に接続し、複数の電圧コンバータの出力をインバータに供給する電源システムが開示されている。スイッチング素子はそのスイッチング動作に伴ってリプルを発生する。特許文献１では、複数の電圧コンバータのスイッチング素子の動作の位相をずらし、リプルが重畳するのを回避し、リプルの重畳による騒音の増大を防いでいる。

特開２０１２−２１０１３８号公報

一方、リプルはバッテリの昇温にも用いられる。バッテリは温度が低いと十分な性能を出すことができないところ、リプルがバッテリに到達すると、その振幅に応じてバッテリが発熱し、バッテリの温度を上げることができる。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、上記のように位相をずらすことによって、リプルが重畳することを回避しているため、リプルの振幅が小さく、リプルによるバッテリの昇温が十分に行えないという問題があった。本発明は、リプルの重畳による騒音の増大を防ぎつつ、バッテリの昇温を十分に行う電源システムを提供することを目的とする。

本明細書が開示する電源システムは、バッテリと、少なくとも２個の電力変換器と、コントローラと、温度センサを備えている。少なくとも２個の電力変換器は、バッテリと負荷装置の間に並列に接続されている。各電力変換器は、バッテリと導通している電力変換用のスイッチング素子を含んでいる。コントローラは、夫々の電力変換器のスイッチング素子に同じ波形の駆動信号を供給する。なお、後述するように、コントローラは、波形が同じであって位相が異なる駆動信号を夫々の電力変換器のスイッチング素子へ供給する。温度センサは、バッテリの温度を計測する。コントローラは、少なくとも２個の電力変換器の各々のスイッチング素子に対して、前記バッテリの温度が所定の閾値温度よりも低い場合、同じ波形の駆動信号であってバッテリの温度が閾値温度よりも高い場合と比較して位相差の小さい駆動信号を供給する。各々のスイッチング素子に供給する駆動信号の位相差が小さいと、複数の電力変換器のリプルが時間的に近接し、リプルの振幅が大きくなってバッテリを昇温する効果が高まる。一方、コントローラは、バッテリの温度が高いときには複数の電力変換装置の各々のスイッチング素子に位相差の大きい駆動信号を供給し、複数の電力変換器のスイッチング素子が発するリプルを相殺し、リプルに起因する騒音を低減する。なお、例えば、２つの駆動信号の位相が９０度ずれていることと、２７０度ずれていることは、相対的な意味では等価である。そのような場合、本明細書では、値の小さい方の位相をその２つの駆動信号の位相差として採用する。

一態様の電源システムにおいては、コントローラは、バッテリの温度が所定の閾値温度よりも高い場合は、少なくとも２個の電力変換器のスイッチング素子に対して、波形が同じで位相が異なる駆動信号を供給し、バッテリの温度が所定の閾値温度よりも低い場合は、少なくとも２個の電力変換器のスイッチング素子に対して、波形が同じで位相も同じの駆動信号を供給する。なお、波形が同じで位相も同じ駆動信号とは、スイッチング素子をオンさせるタイミングが同じであり、オフさせるタイミングも同じである駆動信号を意味する。波形が同じで位相が異なる駆動信号とは、波形は同じであるが、スイッチング素子をオンさせるタイミングが相違し、オフさせるタイミングも相違する駆動信号を意味する。

上記した一態様の電源システムは、バッテリの温度が低いときには少なくとも２個の電力変換器のスイッチング素子を同期させる。各スイッチング素子が発するリプルは重畳してバッテリに伝わる。バッテリは、重畳したリプルを受けて発熱し、温度が速やかに上昇する。一方、バッテリの温度が高くなると、電源システムは、複数の電力変換器の夫々のスイッチング素子与える駆動信号の位相をずらす。位相をずらすことで複数の電力変換器のスイッチング素子が発するリプルを相殺し、リプルに起因する騒音を抑える。

なお、電源システムが２個の電力変換器を備える場合、２個の電力変換器のスイッチング素子に与える駆動信号の位相差は最大で１８０度である。即ち、２個の電力変換器を備える電源システムの場合、コントローラは、バッテリの温度が所定の閾値温度よりも高い場合は、２個の電力変換器のスイッチング素子に対して、波形が同じで位相が１８０度異なる駆動信号を供給するとよい。位相が１８０度異なる駆動信号によって、リプルを効果的に相殺することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電源システムを含む電気自動車の電力系のブロック図である。 コントローラが実行する位相制御のフローチャートである。 バッテリ温度と駆動信号とリプルの関係の一例を示すタイムチャートである。 変形例の位相制御におけるタイムチャートである。

図面を参照して実施例の電源システム２を説明する。電源システム２は、電気自動車に搭載されている。図１に、実施例の電源システム２を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。実施例の電気自動車１００は、電源システム２と、インバータ２０と、走行用のモータ３０を有する。電気自動車１００は、電源システム２から供給される直流電力をインバータ２０が交流電力に変換する。インバータ２０が変換した交流電力により走行用モータ３０が回転し、電気自動車１００が走る。電気自動車１００では、運転者がブレーキを踏んだときに、モータ３０が出力軸側から逆駆動され、モータ３０が発電する。モータ３０がトルクを出力して車両が走行することを「力行」と称し、モータ３０が発電機として機能して電力を作ることを「回生」と称する。回生により生成された電力は回生電力と称する。回生電力はバッテリ３の充電に使われる。

電源システム２は、バッテリ３、温度センサ１２、システムメインリレー１３、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂ、フィルタコンデンサ１４、平滑コンデンサ１５、コントローラ９を備える。電源システム２は、インバータ２０に直流電力を供給する電源である。電源システム２は、バッテリ３の電力を昇圧してインバータ２０へ供給する。電源システム２は、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの夫々でバッテリ３の電圧を昇圧し、インバータ２０へ供給する。なお、夫々の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは、インバータ２０から送られる回生電力を降圧してバッテリ３を充電することもできる。即ち、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。以下では、電圧コンバータ１０ａを第１コンバータ１０ａと称し、電圧コンバータ１０ｂを第２コンバータ１０ｂと称する場合がある。

バッテリ３は、例えばリチウムイオン電池である。バッテリ３とインバータ２０の間に、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂが並列に接続されている。さらに、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであるが、説明の都合上、バッテリ３の側を入力端１７と称し、インバータ２０の側を出力端１８と称する。入力端１７の正極と負極を夫々、入力正極端１７ａ、入力負極端１７ｂと称する。出力端１８の正極と負極を夫々、出力正極端１８ａ、出力負極端１８ｂと称する。

バッテリ３と２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの間にはシステムメインリレー１３が挿入されている。システムメインリレー１３は、車両のメインスイッチ（不図示）と連動している。車両のメインスイッチ（不図示）がオンされるとシステムメインリレー１３が閉じ、バッテリ３と２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂが接続される。メインスイッチがオフされるとシステムメインリレー１３が開き、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂがバッテリ３から遮断される。

第１コンバータ１０ａと第２コンバータ１０ｂは同じ回路構成を有する。第１コンバータ１０ａについて説明する。第１コンバータ１０ａは、リアクトル４ａ、２個のトランジスタ５ａ、６ａ、２個のダイオード７ａ、８ａを備えている。２個のトランジスタ５ａ、６ａはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。２個のトランジスタ５ａ、６ａは直列に接続されている。２個のトランジスタ５ａ、６ａの直列接続の高電位側が出力正極端１８ａに接続されており、低電位側が出力負極端１８ｂに接続されている。出力負極端１８ｂは入力負極端１７ｂに直接に接続されている。リアクトル４ａの一端は入力正極端１７ａに接続されており、他端は２個のトランジスタ５ａ、６ａの直列接続の中点に接続されている。ダイオード７ａは直列接続の高電位側のトランジスタ５ａに対して逆並列に接続されており、ダイオード８ａは低電位側のトランジスタ６ａに対して逆並列に接続されている。説明の便宜上、直列接続の高電位側のトランジスタ５ａを上アームトランジスタ５ａと称し、低電位側のトランジスタ６ａを下アームトランジスタ６ａと称する場合がある。

第２コンバータ１０ｂは、２個のトランジスタ５ｂ、６ｂ、リアクトル４ｂ、ダイオード７ｂ、８ｂを備える。図１から理解されるように、第２コンバータ１０ｂの回路構成は第１コンバータ１０ａの回路構成と同じである。それゆえ、詳しい説明は割愛する。説明の便宜上、直列に接続された２個のトランジスタ５ｂ、６ｂのうち、高電位側のトランジスタを上アームトランジスタ５ｂと称し、低電位側のトランジスタを下アームトランジスタ６ｂと称する場合がある。

入力正極端１７ａと入力負極端１７ｂの間にフィルタコンデンサ１４が接続されている。フィルタコンデンサ１４は、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂに対して共通のコンデンサであり、リアクトル４ａ、４ｂと連動して電気エネルギを一時的に蓄えたり放出したりする。出力正極端１８ａと出力負極端１８ｂの間には平滑コンデンサ１５が接続されている。平滑コンデンサ１５も２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂに対して共通のコンデンサであり、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂからインバータ２０へ供給される電流を平滑化する。

先に述べたように、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは、バッテリ３の電圧を昇圧してインバータ２０へ供給する昇圧動作と、インバータ２０から送られる回生電力を降圧してバッテリ３へ供給する降圧動作を行うことができる。第１コンバータ１０ａの下アームトランジスタ６ａが昇圧動作に関与し、上アームトランジスタ５ａが降圧動作に関与する。同様に、第２コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ６ｂが昇圧動作に関与し、上アームトランジスタ５ｂが降圧動作に関与する。トランジスタ５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂは、夫々、ゲートに与えられるＰＷＭ信号（駆動信号）によりオンとオフが切り換えられる。トランジスタ５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂを駆動するＰＷＭ信号は、コントローラ９が生成する。説明の便宜上、上アームトランジスタ５ａへ供給する駆動信号をＡ１駆動信号と称し、下アームトランジスタ６ａへ供給する駆動信号をＡ２駆動信号と称する。同様に、上アームトランジスタ５ｂへ供給する駆動信号をＢ１駆動信号と称し、下アームトランジスタ６ｂへ供給する駆動信号をＢ２駆動信号と称する。図中の「Ａ１」、「Ａ２」、「Ｂ１」、「Ｂ２」が夫々、Ａ１駆動信号、Ａ２駆動信号、Ｂ１駆動信号、Ｂ２駆動信号を意味する。

電源システム２は、また、バッテリ３の温度を計測する温度センサ１２を備えており、温度センサ１２が計測したバッテリ３の温度はコントローラ９へ送られる。

電気自動車１００では、アクセルペダルとブレーキペダルが頻繁に踏み代えられる。すなわち、電気自動車１００では、力行と回生が頻繁に入れ替わる。すなわち、第１コンバータ１０ａにおける電流の向きが頻繁に入れ替わる。そこで、電源システム２のコントローラ９は、トランジスタ５ａと６ａに相補的な駆動信号（ＰＷＭパルス信号）を供給する。具体的には、昇圧動作に関与する下アームトランジスタ６ａに供給するＰＷＭ信号（Ａ２駆動信号）のＨＩＧＨ電位とＬＯＷ電位を反転させたＰＷＭ信号をＡ１駆動信号として上アームトランジスタ５ａに供給する。そうすると、第１コンバータ１０ａは、電流の向きに関わらずに、低圧側の電圧と高圧側の電圧の比を一定に保持するように動作する。第２コンバータ１０ｂについても同様である。即ち、コントローラ９は、トランジスタ５ｂと６ｂに相補的な駆動信号（ＰＷＭパルス信号）を供給する。具体的には、昇圧動作に関与する下アームトランジスタ６ｂに供給するＰＷＭ信号（Ｂ２駆動信号）のＨＩＧＨ電位とＬＯＷ電位を反転させたＰＷＭ信号をＢ１駆動信号として上アームトランジスタ５ｂに供給する。

コントローラ９は、第１コンバータ１０ａと第２コンバータ１０ｂが同じ動作を行うように、夫々の電圧コンバータの上アームトランジスタ５ａ、５ｂに同じ波形の駆動信号（Ａ１駆動信号とＢ１駆動信号）を供給する。同様にコントローラ９は、夫々の電圧コンバータの下アームトランジスタ６ａ、６ｂに同じ波形の駆動信号（Ａ２駆動信号とＢ２駆動信号）を供給する。ここで、同じ波形とは、同じデューティ比であることを意味する。コントローラ９は、不図示のアクセルペダルの踏込量に応じて電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの合計の出力電圧を設定し、その合計の出力電圧が実現するように、各トランジスタに与える駆動信号、即ち、ＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。先に述べたように、上アームトランジスタ５ａ、５ｂのデューティ比は同じであり、下アームトランジスタ６ａ、６ｂのディーティ比も同じである。

ただし、コントローラ９は、バッテリ３の温度に応じて、Ａ１駆動信号とＢ１駆動信号の位相を変える。同様にコントローラ９はバッテリ３の温度に応じてＡ２駆動信号とＢ２駆動信号の位相を変える。ＰＷＭパルス信号である駆動信号は、キャリア信号と呼ばれる三角波形の信号に基づいて生成される。従って、第１コンバータ１０ａの駆動信号を生成するためのキャリア信号と、第２コンバータ１０ｂの駆動信号を生成するためのキャリア信号の位相を変えることで、第１コンバータ１０ａのトランジスタ５ａ、６ａに与える駆動信号と第２コンバータ１０ｂのトランジスタ５ｂ、６ｂに与える駆動信号の位相をずらすことができる。

コントローラ９は、バッテリ３の温度に応じて、第１コンバータ１０ａに与える駆動信号と第２コンバータ１０ｂに与える駆動信号の位相を変える。図２に、コントローラ９が実行する駆動信号の位相制御のフローチャートを示す。図２の処理は、定期的に繰り返し実行される。コントローラ９は、まず、バッテリ３の温度Ｔｂａｔを取得する（Ｓ２）。なお、先に述べたように、電源システム２は、バッテリ３の温度を計測する温度センサ１２を備えており、コントローラ９は、温度センサ１２からバッテリ３の温度を取得する。次にコントローラ９は、バッテリ３の温度Ｔｂａｔを閾値温度Ｔｔｈと比較する（Ｓ３）。閾値温度Ｔｔｈは、バッテリ３の温度がその温度（閾値温度Ｔｔｈ）よりも高ければ正常な能力を出せる値に設定されている。逆にいえば、バッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも低いときには、バッテリ３の性能が低下する。なお、別言すれば、閾値温度Ｔｔｈは、バッテリ３の使用時の適正温度範囲の下限値に相当する。バッテリ３は例えばリチウムイオンバッテリであり、リチウムイオンバッテリは、温度が低いと出力が低下することが知られている。

コントローラ９は、バッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも低い場合（Ｓ３：ＮＯ）、第１コンバータ１０ａの駆動信号を生成するためのキャリア信号と、第２コンバータ１０ｂの駆動信号を生成するためのキャリア信号を同期させる（Ｓ４）。即ち、コントローラ９は、バッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも低い場合（Ｓ３：ＮＯ）、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの対応するトランジスタに波形が同じで位相も同じ駆動信号を供給する。なお、第１コンバータ１０ａの上アームトランジスタ５ａには第２コンバータ１０ｂの上アームトランジスタ５ｂが対応し、第１コンバータ１０ａの下アームトランジスタ６ａには第２コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ６ｂが対応する。一方、コントローラ９は、バッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも高い場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、第１コンバータ１０ａの駆動信号を生成するためのキャリア信号の位相を、第２コンバータ１０ｂの駆動信号を生成するためのキャリア信号の位相から１８０度ずらす（Ｓ５）。即ち、コントローラ９は、バッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも高い場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの対応するトランジスタに波形が同じで位相が相違する駆動信号を供給する。

なお、バッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈと等しい場合にステップＳ４とステップＳ５のどちらに移行するかは任意でよい。

一般にトランジスタはスイッチング動作の立ち上がりと立下りにリプルと呼ばれる脈動電流を生ずる。リプルは、他のデバイスに流れるとそのデバイスを振動させ、騒音の原因になる。それゆえ、通常は、リプルは小さい方がよい。しかし、電源システム２では、バッテリ３の温度が適正範囲よりも低い場合には、リプルを積極的に活用してバッテリ３を昇温する。２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの対応するトランジスタ（例えばトランジスタ５ａ、５ｂ）に同じ波形で同じ位相の駆動信号を供給すると、対応するトランジスタが同じタイミングでＯＮし、また、同じタイミングでＯＦＦする。即ち、対応するトランジスタが同じタイミングでリプルを発生する。電圧コンバータ１０ａ、１０ｂのトランジスタはバッテリ３と導通しているので、対応するトランジスタが発生したリプルは重畳して、即ち、ほぼ倍の振幅となってバッテリ３に到達する。振幅の大きいリプルがバッテリ３に入り込むことによってバッテリ３が発熱し、その温度が上昇する。

一方、バッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも大きい場合、即ち、バッテリ３を積極的に昇温する必要がないときには、コントローラ９は、電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの対応するトランジスタに対して波形が同じで位相が１８０度シフトした駆動信号を供給する。対応するトランジスタ（例えばトランジスタ５ａと５ｂ）は、位相が１８０度シフトしたリプルを発生する。そうすると、互いのリプルが相殺され、バッテリ３に対するリプルの影響が低減される。また、互いのリプルが相殺されるので、リプルに起因する騒音が抑えられる。電源システム２は、バッテリ３を積極的に昇温する必要がないときには、対応するトランジスタが発生するリプルを相殺させ、リプルに起因する騒音を抑える。

なお、リプルは電流における高周波の脈動成分であり、電流の直流成分の方向に関わらず、トランジスタから電流上流と下流の双方に伝播する。従って、力行と回生のいずれの場合にも、同期した駆動信号により、重畳したリプルがバッテリ３に到達する。また、コントローラ９が２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂに同期した駆動信号を供給する場合、インバータ２０にも重畳したリプルが到達し、インバータ２０も発熱する。しかし、バッテリ３の温度が低いときの典型は、寒い環境下で車両のメインスイッチが入れられたときである。そのような場合にはインバータ２０の温度も低い可能性が高く、重畳したリプルによるインバータ２０の発熱は問題にならない。電源システム２は、バッテリ３の温度が低いときには騒音抑制やインバータ２０の発熱抑制よりもバッテリ３の昇温を優先し、バッテリ３が速やかに適正な性能を出せるようにする。

図３を参照して、バッテリ３の温度と駆動信号とリプルの関係の一例を説明する。図３は、タイムチャートであり、グラフＡがバッテリ３の温度を示す。グラフＢはＡ２駆動信号、即ち、第１コンバータ１０ａの下アームトランジスタ６ａに供給する駆動信号を示す。グラフＣはＢ２駆動信号、即ち、第２コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ６ｂに供給する駆動信号を示す。グラフＤ１、Ｄ２は、夫々の電圧コンバータのリアクトルに流れるリプル電流の波形を示す。実線（グラフＤ１）が第１コンバータ１０ａのリアクトル４ａを流れるリプル電流を示しており、破線（グラフＤ２）は第２コンバータ１０ｂのリアクトル４ｂを流れるリプル電流を示している。グラフＥは、バッテリ３に到達するリプル電流の波形を示している。なお、グラフＤ１、Ｄ２、Ｅは、リプル電流だけを示しており、電流のＤＣ成分は含んでいない。また、グラフＤ１、Ｄ２では、理解を助けるために、第１コンバータ１０ａのリプル（グラフＤ１）に対して第２コンバータ１０ｂのリプル（グラフＤ２）をわずかに下にずらして描いてある。なお、期間Ｐ１は、バッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも低い期間であり、期間Ｐ２は、バッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも高い期間を示している。

時刻ｔ１で電気自動車１００のメインスイッチが入れられ、電源システム２を含む電気自動車の全体システムが起動する。システム起動時はバッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも低いため、コントローラ９は、Ａ２駆動信号とＢ２駆動信号を同期させる。すなわち、コントローラ９は、第１コンバータ１０ａの下アームトランジスタ６ａと第２コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ６ｂに波形が同じで位相も同じ（即ち同期した）駆動信号を供給する。このとき、第１コンバータ１０ａのリアクトル４ａを流れるリプル電流と第２コンバータ１０ｂのリアクトル４ｂを流れるリプル電流も同期した波形となる（期間Ｐ１におけるグラフＤ１、Ｄ２）。従って、バッテリ３には、下アームトランジスタ６ａ、６ｂのリプルが重畳して振幅が大きくなったリプルが入力される（期間Ｐ１におけるグラフＥ）。バッテリ３は振幅の大きなリプルにより速やかに温度が上昇する。

時刻ｔ２にバッテリ３の温度が閾値温度Ｔｔｈを越える。コントローラ９は、時刻ｔ２以降は、第１コンバータ１０ａの下アームトランジスタ６ａに与える駆動信号（Ａ２駆動信号）に対して第２コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ６ｂに与える駆動信号（Ｂ２駆動信号）の位相を１８０度ずらす。図３の符号Ｐｈａが示す箇所が、Ａ２駆動信号（グラフＢ）に対してＢ２駆動信号（グラフＣ）の位相を１８０度ずらしたことを示している。この駆動信号のシフトにより、第１コンバータ１０ａのリアクトル４ａを流れるリプル電流に対して第２コンバータ１０ｂのリアクトル４ｂを流れるリプル電流は位相が１８０度シフトする（期間Ｐ２におけるグラフＤ１、Ｄ２）。従って、２個の対応するトランジスタ（下アームトランジスタ６ａ、６ｂ）から発生するリプル電流は相殺し、バッテリ３には影響を及ぼさない（期間Ｐ２におけるグラフＥ）。リプル電流が相殺するので、リプル電流に起因する騒音も抑制される。

なお、時刻ｔ２以降は、バッテリ３が出力を続けることにより徐々に温度が上昇する。バッテリ３の温度は、バッテリ３の出力の増減に応じて変化する。

先に述べたように、上アームトランジスタ５ａ（５ｂ）の駆動信号は、下アームトランジスタ６ａ（６ｂ）の駆動信号の相補的な信号である。それゆえ、下アームトランジスタ６ａ、６ｂに波形が同じで同期した駆動信号が供給されるときには上アームトランジスタ５ａ、５ｂにも同期した駆動信号が供給される。同様に、下アームトランジスタ６ａ、６ｂに波形が同じで位相が異なる駆動信号が供給されるときには上アームトランジスタ５ａ、５ｂにも波形が同じで位相が異なる駆動信号が供給される。

位相制御の変形例を説明する。図４は、変形例の位相制御におけるタイムチャートである。グラフＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ１、Ｄ２、Ｅの意味は、図３の場合と同じである。この変形例では、コントローラ９は、２種類の閾値温度（第１閾値温度Ｔｈ１と第２閾値温度Ｔｈ２）を記憶している。ここで、第１閾値温度Ｔｈ１は第２閾値温度Ｔｈ２よりも高い。コントローラ９は、バッテリ３の温度が第１閾値温度Ｔｈ１を超えている場合、下アームトランジスタ６ａ、６ｂに、波形が同じで位相が１８０度ずれている駆動信号を供給する。図４において、符号Ｐｈａが示す箇所が、駆動信号の位相が１８０度ずれていることを示している。また、期間Ｐ２が、バッテリ３の温度が第１閾値温度Ｔｈ１を超えている期間であり、位相が１８０度ずれている駆動信号が供給されている区間である。

バッテリ３の温度が第１閾値温度Ｔｈ１よりも低く、第２閾値温度Ｔｈ２よりも高い場合は、コントローラ９は、下アームトランジスタ６ａ、６ｂに、波形が同じで位相が９０度ずれている駆動信号を供給する。図４において、符号Ｐｈｂ示す箇所が、駆動信号の位相が９０度ずれていることを示している。なお、位相が９０度ずれていることと、２７０度ずれていることは、２つの駆動信号の相対関係においては等価である。本明細書では、小さい方の値をもって位相のずれとする。図４において期間Ｐｍが、バッテリ３の温度が第１閾値温度Ｔｈ１よりも低く、第２閾値温度Ｔｈ２よりも高い期間であり、位相が９０度ずれている駆動信号が供給されている区間を示している。

コントローラ９は、バッテリ３の温度が第２閾値温度Ｔｈ２よりも低い場合、下アームトランジスタ６ａ、６ｂに、波形が同じで位相が一致している駆動信号を供給する。図４において、期間Ｐ１が、位相が一致している駆動信号が供給されている区間に相当する。

バッテリ３に流れるリプルは、駆動信号の位相が一致している間（期間Ｐ１）が最も大きく、次は、駆動信号の位相差が９０度のときである（期間Ｐ２）。図４の符号Ｈ１が示す振幅が、駆動信号の位相が一致しているときのリプルの振幅を示しており、符号Ｈ２の振幅が、駆動信号の位相が９０度のときのリプルの振幅を示している。位相が１８０度の場合、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの下アームトランジスタ６ａ、６ｂのリプルはほぼ完全に相殺するのでバッテリ３に届くリプルはゼロとなる。バッテリ３に到達するリプルの振幅が最も大きい期間Ｐ１でバッテリ３の温度上昇率が最も大きくなり、次にリプルの振幅が大きい期間Ｐｍでバッテリ３の温度上昇率が大きい。期間Ｐ２では、リプルに起因するバッテリ３の温度上昇はほぼ無いが、バッテリ３の電力を使うことによるバッテリ３の温度上昇が観測される。

第１閾値温度Ｔｈ１の付近、第２閾値温度Ｔｈ２の付近のいずれにおいても、コントローラ９は、次の処理を実行する。コントローラ９は、バッテリ３の温度が所定の閾値温度（第１閾値温度Ｔｈ１、あるいは、第２閾値温度Ｔｈ２）よりも低い場合、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの下アームトランジスタ６ａ、６ｂに対して、同じ波形の駆動信号であってバッテリ３の温度が上記閾値温度よりも高い場合と比較して位相差の小さい駆動信号を供給する。特に、コントローラ９は、バッテリ３の温度が第２閾値温度Ｔｈ２よりも高い場合は、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの下アームトランジスタ６ａ、６ｂに対して、波形が同じで位相が異なる駆動信号を供給し、バッテリ３の温度が第２閾値温度よりも低い場合は、下アームトランジスタ６ａ、６ｂに対して、波形が同じで位相も同じ駆動信号を供給する。

実施例の電源システムの特徴をまるめると以下の通りである。電源システム２では、バッテリ３とインバータ２０の間に２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂが並列に接続されている。各電圧コンバータ１０ａ、１０ｂは、バッテリ３と導通している電力変換用のトランジスタを含んでいる。バッテリ３の温度は温度センサ１２により計測される。コントローラ９は、温度センサ１２により計測された温度に基づいて、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの対応するトランジスタに与える駆動信号の位相を変える。第１コンバータ１０ａの上アームトランジスタ５ａには第２コンバータ１０ｂの上アームトランジスタ５ｂが対応し、第１コンバータ１０ａの下アームトランジスタ６ａには第２コンバータ１０ｂの下アームトランジスタ６ｂが対応する。コントローラ９は、バッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも高い場合、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの対応するトランジスタに対して、波形が同じで位相が１８０度シフトしている駆動信号を供給する。波形が同じで位相が１８０度シフトしている駆動信号は、波形が同じで位相が異なる駆動信号の典型例である。コントローラ９は、バッテリ３の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも低い場合、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの対応するトランジスタに対して、波形が同じで位相も同じ駆動信号を供給する。

変形例の電源システムでは、コントローラ９は、バッテリ３の温度が所定の閾値温度（第１閾値温度Ｔｈ１、あるいは、第２閾値温度Ｔｈ２）よりも低い場合、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの下アームトランジスタ６ａ、６ｂに対して、同じ波形の駆動信号であってバッテリ３の温度が上記閾値温度よりも高い場合と比較して位相差の小さい駆動信号を供給する。

駆動信号はＰＷＭパルス信号であるので、「同じ波形の駆動」とは、「同じデューティ比のＰＷＭ信号」を意味する。従って、上記したコントローラ９の処理は、別言すれば次の通りである。コントローラ９は、バッテリ３の温度が所定の閾値温度（第１閾値温度Ｔｈ１、あるいは、第２閾値温度Ｔｈ２）よりも低い場合、２個の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂの下アームトランジスタ６ａ、６ｂに対して、同じデューティ比のＰＷＭ信号（駆動信号）であってバッテリ３の温度が上記閾値温度よりも高い場合と比較してＰＷＭ信号同士の位相差の小さい駆動信号を供給する。さらに、コントローラ９は、バッテリ３の温度が第２閾値温度Ｔｈ２よりも高い場合は、下アームトランジスタ６ａ、６ｂに対して、デューティ比が同じでＰＷＭ信号同士の位相が異なる駆動信号を供給する。コントローラ９は、バッテリ３の温度が第２閾値温度よりも低い場合は、下アームトランジスタ６ａ、６ｂに対して、デューティ比が同じでＰＷＭ信号のパルスのタイミングも同じである駆動信号を供給する。

実施例のインバータ２０やモータ３０が請求項の「負荷装置」の一例に相当する。負荷装置はインバータやモータに限られない。実施例の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂが、請求項の「少なくとも２個の電力変換器」の一例に相当する。電力変換器は実施例の電圧コンバータ１０ａ、１０ｂ限られない。電力変換器は、電圧コンバータを介さずにバッテリに接続されているインバータであってもよい。例えば、３相交流を出力するインバータにおいて、１つの相の交流を生成する回路を、同構造の２個の回路の並列接続で実現する。そして、その並列に接続された複数の回路の夫々のスイッチング素子へ供給する駆動信号の位相を、バッテリの温度に応じて変える。この場合、一つの相の交流を生成するために並列に接続された２個の回路が、請求項の「２個の電力変換器」に相当する。

また、本明細書が開示する技術は、３個以上の電力変換器を並列に接続した電源システムに適用することも好適である。その場合、３個以上の電力変換器のうち、２個以上の電力変換器について、バッテリの温度に応じて駆動信号の位相を変えればよい。

実施例のトランジスタ５ａ、６ａ、５ｂ、６ｂ、が請求項の「スイッチング素子」の一例に相当する。「スイッチング素子」はＩＧＢＴに限られない。請求項の「スイッチング素子」は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、その他の素子であってもよい。

夫々の電圧変換器が複数のスイッチング素子を備えている場合、コントローラは、一方の電力変換器の第１トランジスタと、他方の電力変換器において第１トランジスタと対応するトランジスタに同じ波形の駆動信号を供給する。「同じ波形の駆動信号」の一例は、同じデューティ比のＰＷＭ信号である。

駆動信号の位相を変えるのは、キャリア信号の位相を変えるほか、ＰＷＭ信号の各周期のスタートトリガのタイミングをずらすことでも実現できる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電源システム
３：バッテリ
４ａ、４ｂ：リアクトル
５ａ、５ｂ：上アームトランジスタ
６ａ、６ｂ：下アームトランジスタ
７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ：ダイオード
９：コントローラ
１０ａ：第１コンバータ（電圧コンバータ）
１０ｂ：第２コンバータ（電圧コンバータ）
１２：温度センサ
１３：システムメインリレー
１４：フィルタコンデンサ
１５：平滑コンデンサ
１７：入力端
１８：出力端
２０：インバータ
３０：走行用モータ
１００：電気自動車

Claims (3)

1. 負荷装置に電力を供給する電源システムであり、
   バッテリと、
   前記バッテリと導通している電力変換用のスイッチング素子を含んでいる少なくとも２個の電力変換器であって前記バッテリと前記負荷装置の間に並列に接続されている少なくとも２個の電力変換器と、
   前記バッテリの温度を計測する温度センサと、
   夫々の前記電力変換器のスイッチング素子に同じ波形の駆動信号を供給するコントローラと、
   を備えており、
   前記コントローラは、少なくとも２個の前記電力変換器のスイッチング素子に対して、前記バッテリの温度が所定の閾値温度よりも低い場合、同じ波形の駆動信号であって前記バッテリの温度が前記閾値温度よりも高い場合と比較して位相差の小さい駆動信号を供給する、
   電源システム。
2. 前記コントローラは、
   前記バッテリの温度が前記閾値温度よりも高い場合は、少なくとも２個の前記電力変換器のスイッチング素子に対して、波形が同じで位相が異なる駆動信号を供給し、
   前記バッテリの温度が前記閾値温度よりも低い場合は、少なくとも２個の前記電力変換器のスイッチング素子に対して、波形が同じで位相も同じ駆動信号を供給する、
   請求項１に記載の電源システム。
3. ２個の前記電力変換器を備えており、
   前記コントローラは、前記バッテリの温度が前記閾値温度よりも高い場合は、２個の前記電力変換器のスイッチング素子に対して、波形が同じで位相が１８０度異なる駆動信号を供給する、請求項１又は２に記載の電源システム。

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