JP2022007577A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１電源と第２電源が並列に接続された電源システムにおいて、設定電流値をより迅速に設定する。【解決手段】電力変換装置１０１は、第１導電路１１と第２導電路１２との間で電力変換を行う。電源内制御部３２（駆動部）は、設定電流値を基準として定電流を出力するように第２電力変換部２２（電力変換部）を動作させる定電流制御を少なくとも行う。電源内制御部３２は、第２電流値検出部５２（第１検出部）が検出した第２電源１０６の出力電流値Ｉｓと第２電圧値検出部４２（第２検出部）が検出した第２電源１０６の出力電圧値Ｖｓとに基づいて設定電流値を定める。【選択図】図２

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

電気自動車等においては、高電圧バッテリ（例えば、直流３００Ｖ）の電圧をＤＣ－ＤＣコンバータにより低電圧（例えば、直流１４Ｖ）に変換して負荷に供給する技術が採用されている。この種の電力変換装置では、電力供給先の負荷の必要電流が大きい場合、１つのＤＣ－ＤＣコンバータでは電流容量が不足してしまうことがある。その対策として、例えば、複数のＤＣ－ＤＣコンバータを並列接続して使用することが考えられる。特許文献１には、その一例が開示されている。

特開２０１５－１４４５３４号公報

本願の発明者は、複数の電源を並列に接続した電源システムとして、定電圧を出力する第１電源と定電流を出力する第２電源とを並列に接続した電源システムを想定した。このような電源システムでは、第２電源が負荷電流に応じた動作を行う場合、例えば、第２電源が電源システム全体の出力電流値を通信によって取得し、取得した出力電流値に基づいて第２電源単体の出力電流値を設定するような方法を採用することが考えられる。しかし、この方法では、第２電源が出力電流値を迅速に設定する上で懸念がある。

本開示は、第１電源と第２電源が並列に接続された電源システムにおいて、設定電流値をより迅速に設定し得る技術を提供することを目的の一つとする。

本開示の一つである電力変換装置は、
第１導電路と第２導電路との間に設けられるとともに定電圧を出力する第１電源を備えた電源システムに用いられ、前記第１導電路と前記第２導電路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
前記第１電源に対して並列に接続される第２電源を備え、
前記第２電源は、前記第１導電路と前記第２導電路との間で電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部を駆動する駆動部と、前記第２電源の出力電流値を検出する第１検出部と、前記第２電源の出力電圧値を検出する第２検出部と、を有し、
前記駆動部は、設定電流値を基準として定電流を出力するように前記電力変換部を動作させる定電流制御を少なくとも行い、前記第１検出部が検出した前記第２電源の出力電流値と前記第２検出部が検出した前記第２電源の出力電圧値とに基づいて前記設定電流値を定める。

本開示に係る技術は、第１電源と第２電源が並列に接続された電源システムにおいて、設定電流値をより迅速に設定し得る。

図１は、本開示の第１実施形態の電力変換装置を含む車載用の電源システムを概略的に例示するブロック図である。 図２は、第１実施形態の電力変換装置の電気的構成を模式的に例示するブロック図である。 図３は、第１実施形態の電力変換装置における第１電力変換部の具体的構成を例示する回路図である。 図４は、第１実施形態の電力変換装置における第２電力変換部の具体的構成を例示する回路図である。 図５は、主に第２電源の電源内制御部が実行する機能をブロックによって例示する機能ブロック図である。 図６は、第１実施形態の電力変換装置における制御部の構成を模式的に例示するブロック図である。

以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。なお、以下で例示される〔１〕～〔９〕の特徴は、矛盾しない範囲でどのように組み合わされてもよい。

〔１〕 第１導電路と第２導電路との間に設けられるとともに定電圧を出力する第１電源を備えた電源システムに用いられ、前記第１導電路と前記第２導電路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
前記第１電源に対して並列に接続される第２電源を備え、
前記第２電源は、前記第１導電路と前記第２導電路との間で電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部を駆動する駆動部と、前記第２電源の出力電流値を検出する第１検出部と、前記第２電源の出力電圧値を検出する第２検出部と、を有し、
前記駆動部は、設定電流値を基準として定電流を出力するように前記電力変換部を動作させる定電流制御を少なくとも行い、前記第１検出部が検出した前記第２電源の出力電流値と前記第２検出部が検出した前記第２電源の出力電圧値とに基づいて前記設定電流値を定める電力変換装置。

上記〔１〕の電力変換装置は、定電圧を出力する第１電源に対して第２電源が並列に接続された電源システムにおいて、第２電源が設定電流値を基準とする定電流動作を行い得る。更に、上記の電力変換装置では、第２電源が設定電流値を設定する際に、第２電源自身で得られた出力電流値及び出力電圧値に基づいて設定電流値をより迅速に設定し得る。

〔２〕 上記〔１〕の電力変換装置において、以下の特徴を有する。上記第２電源は、上記第１電源と通信を行う通信部を有する。上記通信部は、上記第１電源との通信により上記第１電源から上記第１電源の出力電圧値を取得する。上記駆動部は、上記第２電源の出力電流値と上記第２電源の出力電圧値と上記第１電源の出力電圧値とに基づいて上記設定電流値を定める。

上記〔２〕の電力変換装置は、第２電源が設定電流値を定めるにあたって、第２電源自身で得られた出力電流値及び出力電圧値に加え、第１電源の出力電圧値を反映して設定電流値を定めることができる。

〔３〕 上記〔１〕又は上記〔２〕に記載の電力変換装置において、上記駆動部は、上記第１電源及び上記第２電源から出力される出力電流の総電流値のうち、一定割合の値を上記設定電流値とする。

上記〔３〕の電力変換装置では、第２電源は、第１電源及び第２電源から出力される出力電流の総電流値を直接取得しなくても、上記総電流値に基づいて設定電流値を定めることができる。しかも、第２電源は、推測した総電流値の一定割合の値を設定電流値とすることができるため、上記総電流値を直接取得しなくても、第１電源からの出力電流の値と第２電源からの出力電流の値の比率を一定の比率に保ちやすくなる。

〔４〕 上記〔１〕から上記〔３〕のいずれか一つに記載の電力変換装置において、以下の特徴を有する。上記電源システムは、上記第１電源から出力電流が流れる経路である第１出力導電路と上記第２電源から出力電流が流れる経路である第２出力導電路とが接続点にて上記第２導電路に接続される。上記駆動部は、上記第２電源の出力電流値及び出力電圧値と、上記第１電源から上記接続点までの上記第１出力導電路の抵抗値と、上記第２電源から上記接続点までの上記第２出力導電路の抵抗値と、に基づいて上記設定電流値を定める。

〔４〕の電力変換装置では、第２電源は、自身が得た出力電流値及び出力電圧値に加え、第１電源から接続点までの第１出力導電路の抵抗値と、第２電源から接続点までの第２出力導電路の抵抗値とを反映して設定電流値を定め得る。

〔５〕 上記〔１〕から上記〔４〕のいずれか一つに記載の電力変換装置において、以下の特徴を有する。上記駆動部は、上記第２電源の出力電流値と、上記第２電源の出力電圧値と、上記第１電源の出力電圧値とに基づいて、上記第１電源及び上記第２電源から出力される総電流値を算出し、上記総電流値に基づいて上記設定電流値を定める。

上記〔５〕の電力変換装置では、第２電源が、上記第２電源の出力電流値及び出力電圧値と上記第１電源の出力電圧値とに基づいて総電流値を推測することができる。そして、第２電源は、この総電流値を反映して上記設定電流値を迅速に定めることができる。

〔６〕 上記〔４〕に記載の電力変換装置において、以下の特徴を有する。上記駆動部は、上記第２電源の出力電流値Ｉｓと、上記第２電源の出力電圧値Ｖｓと、上記第１電源の出力電圧値Ｖｍと、上記第１電源から上記接続点までの上記第１出力導電路の抵抗値Ｒｍと、上記第２電源から上記接続点までの上記第２出力導電路の抵抗値Ｒｓと、に基づいて、以下の数１の式によって上記第１電源及び上記第２電源から出力される総電流値Ｉｔを算出する。そして、上記総電流値Ｉｔに基づいて上記設定電流値を定める。

上記〔６〕の電力変換装置は、第２電源が上記総電流値Ｉｔをより正確に推測することができる。

〔７〕 〔１〕から〔６〕のいずれか一つに記載の電力変換装置において、前記第１電源の定格電流値よりも前記第２電源の定格電流値のほうが小さい。

上記〔７〕の電力変換装置は、第２電源の定格電流値を相対的に抑えることができ、定格電流値の抑えられた第２電源によって特徴的な動作を行うことができる。

〔８〕 〔１〕から〔７〕のいずれか一つに記載の電力変換装置において、上記第１電源を更に有する。

〔９〕 〔１〕から〔８〕のいずれか一つに記載の電力変換装置において、上記第１電源及び上記第２電源を制御する制御部を更に有する。

＜第１実施形態＞
１．全体構成
図１で示される第１実施形態に係る車載用の電源システム１００は、例えば電気自動車等の車両に搭載される車載用の直流電圧供給システムとして機能し得る。電源システム１００は、負荷１１０に直流電圧を供給し得る。電源システム１００は、電力変換装置１０１とバッテリ１０２とを備える。

負荷１１０は、車両に搭載される電気機器であればよく、例えば、エンジンやモータを稼動するのに必要な付属機器（セルモータ、オルタネータ及びラジエータクーリングファン等）であってもよい。負荷１１０の種類は限定されず、電動パワーステアリングシステム、電動パーキングブレーキ、照明、ワイパー駆動部、ナビゲーション装置等を含んでいてもよい。

バッテリ１０２は、例えば高電圧（例えば３００Ｖ）を供給するバッテリ（例えば２次電池）である。バッテリ１０２における高電位側の正極端子は、第１導電路１１に電気的に接続されている。バッテリ１０２における低電位側の負極端子は、図示されていないグラウンドに電気的に接続されている。

電力変換装置１０１は、第１導電路１１と第２導電路１２との間で電力変換を行う装置である。電力変換装置１０１は、主に、第１電源１０４と第２電源１０６と制御部１０８とを備える。第１電源１０４及び第２電源１０６は、第１導電路１１と第２導電路１２との間に並列に接続されている。図２のように、第１電力変換部２１及び第２電力変換部２２が第１導電路１１と第２導電路１２との間に並列に接続されている。電力変換装置１０１は、バッテリ１０２から第１導電路１１を介して入力される入力電圧を降圧し、第２導電路１２に対して第１導電路１１の電圧よりも低い出力電圧を印加する動作を行い得る。

なお、本明細書において、特別な説明が無い限り、電圧とはグラウンドとの電位差を意味する。例えば、第１導電路１１の電圧は、第１導電路１１とグラウンドとの電位差を意味し、第２導電路１２の電圧は、第２導電路１２とグラウンドとの電位差を意味する。

第１電源１０４及び第２電源１０６は、いずれもＤＣ－ＤＣコンバータとして機能する。第１電源１０４及び第２電源１０６はそれぞれ、バッテリ１０２から入力される直流電圧ＶＨを所定の出力電圧Ｖｍ及びＶｓにそれぞれ変換して、各々の出力端子から出力する。

第１電源１０４は、第１導電路１１と第２導電路１２との間に設けられ、第２導電路に定電圧を出力するように電力変換を行い得る装置である。図２に示されるように、第１電源１０４は、電力変換を行う第１電力変換部２１と、第１電力変換部２１を駆動する電源内制御部３１と、インタフェース部６１と、第１電圧値検出部４１と、第１電流値検出部５１と、を有する。以下の説明では、インタフェース部６１は、ＩＦ部６１とも称される。

第１電力変換部２１は、第１導電路１１と第２導電路１２との間で電力変換を行う装置であり、具体的には、第１導電路１１から第１入力路７１を介して入力される電力を変換し、第１出力路８１を介して第２導電路１２に電力を出力する動作を行う。第１入力路７１は、第１導電路１１から分岐した導電路であり、一端が第１導電路１１に電気的に接続され、他端が第１電力変換部２１に電気的に接続される。第１出力路８１は、一端が第１電力変換部２１に電気的に接続され、他端が第２導電路１２に電気的に接続される。

第１電力変換部２１は、例えば、図３のようなフルブリッジ方式の絶縁型のＤＣＤＣコンバータとして構成されている。図３では、第１電圧値検出部４１や第１電流値検出部５１などは省略されている。第１電力変換部２１は、入力回路部２１Ｘ、トランス部２１Ｙ、出力回路部２１Ｚを有する。入力回路部２１Ｘは、複数の半導体スイッチ素子２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄと、コンデンサ２１Ｅとを備え、トランス部２１Ｙの一次側コイル２１Ｆに電気的に接続される。入力回路部２１Ｘは、複数の半導体スイッチ素子２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄのスイッチング動作に応じて一次側コイル２１Ｆに交流電圧を生じさせる。複数の半導体スイッチ素子２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄのスイッチング動作の制御は電源内制御部３１によって行われ、具体的にはＣＶ（ＣｏｎｓｔａｎｔＶｏｌｔａｇｅ）制御が行われる。出力回路部２１Ｚは、ダイオード２１Ｊ，２１Ｋ、インダクタ２１Ｌ、コンデンサ２１Ｍを備え、トランス部２１Ｙの二次側コイル２１Ｇ，２１Ｈに電気的に接続され、二次側コイル２１Ｇ，２１Ｈに印加される交流電圧を整流して直流電圧を出力する。第１電力変換部２１は、半導体スイッチ素子２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄのスイッチング動作によって電圧変換を行う。第１電力変換部２１は、第１導電路１１に印加された入力電圧ＶＨ（第１導電路１１とグラウンド側の導電路１３Ａとの間の電位差）を降圧し、第１出力路８１に出力電圧（第１出力路８１とグラウンド側の導電路１３Ｂとの間の電位差）を生じさせる。導電路１３Ａ，１３Ｂは、例えば０Ｖ程度に維持される基準導電路である。

図２のように、第１電流値検出部５１は、第１出力路８１の途中に介在する。第１電流値検出部５１は、第１出力路８１を流れる電流の値（第１電流値Ｉｍ）を検出し、第１電流値Ｉｍを示す信号を電源内制御部３１に入力する。第１電力変換部２１が電力変換動作（具体的には降圧動作）を行う場合、第１電流値検出部５１は、第１電力変換部２１が第１出力路８１を介して出力する出力電流の値を第１電流値Ｉｍとして検出する。

第１電圧値検出部４１は、第１出力路８１の電圧値（第１電圧値Ｖｍ）を検出し、電源内制御部３１に第１電圧値Ｖｍを示す信号を入力する。第１電力変換部２１が電力変換動作を行う場合、第１電圧値検出部４１は、第１電力変換部２１が第１出力路８１に印加する出力電圧の値を第１電圧値Ｖｍとして検出し、この出力電圧の値（第１電圧値Ｖｍ）を示す信号を電源内制御部３１に入力する。

ＩＦ部６１は、制御部１０８から伝送されるデータを受信し、電源内制御部３１に入力する。更に、ＩＦ部６１は、電源内制御部３１と協働し、電源内制御部３１が取得した第１電流値Ｉｍ、第１電圧値Ｖｍを制御部１０８に送信し得る。

電源内制御部３１は、情報処理機能を有する制御装置として構成され、例えば、内部メモリを含むマイクロコンピュータによって構成されている。内部メモリには、電源内制御部３１が実行すべきプログラム及び必要なパラメータ等が記憶されている。電源内制御部３１は、ＩＦ部６１から受信したデータに基づき、第１電力変換部２１を制御し得る。例えば、電源内制御部３１は、第１電力変換部２１の動作に必要な設定値を算出し、第１電力変換部２１に設定する。

第２電源１０６は、第１導電路１１と第２導電路１２との間で電力変換を行い得る装置である。図２に示されるように、第２電源１０６は、第１導電路１１と第２導電路１２との間で電力変換を行う第２電力変換部２２と、第２電力変換部２２を駆動する電源内制御部３２と、インタフェース部６２と、第２電圧値検出部４２と、第２電流値検出部５２と、を有する。第２電力変換部２２は、電力変換部の一例に相当する。電源内制御部３２は、駆動部の一例に相当する。電源内制御部３２は、第２電力変換部２２（電力変換部）を駆動する機能を有する。以下の説明では、インタフェース部６２は、ＩＦ部６２とも称される。

第２電力変換部２２は、第１電力変換部２１に対して並列に接続される。第２電力変換部２２は、第１導電路１１から第２入力路７２を介して入力される電力を変換し、第２出力路８２を介して第２導電路１２に電力を出力する動作を行う。第２入力路７２は、第１導電路１１から分岐した導電路であり、一端が第１導電路１１に電気的に接続され、他端が第２電力変換部２２に電気的に接続される。第２出力路８２は、一端が第２電力変換部２２に電気的に接続され、他端が第２導電路１２に電気的に接続される。

図４で示されるように、第２電力変換部２２は、図３で示される第１電力変換部２１と同様のフルブリッジ方式の絶縁型のＤＣＤＣコンバータとして構成されている。図４では、第２電圧値検出部４２や第２電流値検出部５２などは図示が省略されている。第２電力変換部２２は、入力回路部２２Ｘ、トランス部２２Ｙ、出力回路部２２Ｚを有する。入力回路部２２Ｘは、複数の半導体スイッチ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄと、コンデンサ２２Ｅとを備え、トランス部２２Ｙの一次側コイル２２Ｆに電気的に接続される。入力回路部２２Ｘは、複数の半導体スイッチ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄのスイッチング動作に応じて一次側コイル２２Ｆに交流電圧を生じさせる。複数の半導体スイッチ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄのスイッチング動作の制御は電源内制御部３２によって行われ、具体的にはＣＶＣＣ（ＣｏｎｓｔａｎｔＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｓｔａｎｔＣｕｒｒｅｎｔ）制御が行われる。出力回路部２２Ｚは、ダイオード２２Ｊ，２２Ｋ、インダクタ２２Ｌ、コンデンサ２２Ｍを備え、トランス部２２Ｙの二次側コイル２２Ｇ，２２Ｈに電気的に接続され、二次側コイル２２Ｇ，２２Ｈに印加される交流電圧を整流して直流電圧を出力する。第２電力変換部２２は、半導体スイッチ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄのスイッチング動作によって電圧変換を行う。第２電力変換部２２は、第１導電路１１に印加された入力電圧ＶＨ（第１導電路１１とグラウンド側の導電路１３Ｃとの間の電位差）を降圧し、第２出力路８２に出力電圧（第２出力路８２とグラウンド側の導電路１３Ｄとの間の電位差）を生じさせる。導電路１３Ｃ，１３Ｄは、例えば０Ｖ程度に維持される基準導電路である。

図２のように、第２電流値検出部５２は、第２出力路８２の途中に介在する。第２電流値検出部５２は、第２出力路８２を流れる電流の値（第２電流値Ｉｓ）を検出し、第２電流値Ｉｓを示す信号を電源内制御部３２に入力する。第２電力変換部２２が電力変換動作（具体的には降圧動作）を行う場合、第２電流値検出部５２は、第２電力変換部２２が第２出力路８２を介して出力する出力電流の値を第２電流値Ｉｓとして検出する。第２電流値Ｉｓは、第２電源１０６の出力電流値の一例に相当する。第２電流値検出部５２は、第１検出部の一例に相当し、第２電源１０６の出力電流値（第２電流値Ｉｓ）を検出する。

第２電圧値検出部４２は、第２出力路８２の電圧値（第２電圧値Ｖｓ）を検出し、電源内制御部３２に第２電圧値Ｖｓを示す信号を入力する。第２電力変換部２２が電力変換動作を行う場合、第２電圧値検出部４２は、第２電力変換部２２が第２出力路８２に印加する出力電圧の値を第２電圧値Ｖｓとして検出し、この出力電圧を示す信号を電源内制御部３２に入力する。第２電圧値Ｖｓは、第２電源１０６の出力電圧値の一例に相当する。第２電圧値検出部４２は、第２検出部の一例に相当する。第２電圧値検出部４２は、第２電源１０６の出力電圧値（第２電圧値Ｖｓ）を検出する

ＩＦ部６２は、制御部１０８から伝送される情報を受信し、電源内制御部３２に入力する。更に、ＩＦ部６２は、電源内制御部３２と協働し、電源内制御部３２が取得した情報を制御部１０８に送信し得る。ＩＦ部６２及び電源内制御部３２は、通信部の一例に相当し、第１電源１０４と通信を行う機能を有する。例えば、ＩＦ部６２及び電源内制御部３２（通信部）は、第１電源１０４との通信により、第１電源１０４から第１電源１０４の出力電圧値（第１電圧値Ｖｍ）を取得する。

電源内制御部３２は、情報処理機能を有する制御装置として構成され、例えば、内部メモリを含むマイクロコンピュータによって構成されている。内部メモリには、電源内制御部３２が実行すべきプログラム及び必要なパラメータ等が記憶されている。電源内制御部３２は、第２電力変換部２２を制御し得る。例えば、電源内制御部３２は、第２電力変換部２２の動作に必要な設定値を算出し、第２電力変換部２２に設定する。

図６に示されるように、制御部１０８は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１２０、メモリ１２２、インタフェース部（以下、ＩＦ部という）１２４及びバス１２６を含む。制御部１０８における各部の間のデータ伝送は、バス１２６を介して行われる。メモリ１２２は、１以上の記憶媒体を有し、例えば、書換可能な半導体不揮発性メモリ等を含む。メモリ１２２には、ＣＰＵ１２０が実行するプログラム及び所定のパラメータ等が記憶されている。メモリ１２２の一部の領域は、ＣＰＵ１２０がプログラムを実行するときにワークエリアとして使用される。制御部１０８は、例えば、電気自動車等のＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）である。

ＣＰＵ１２０は、少なくとも第１電源１０４の動作を制御する機能を有し、第１電源１０４に指示を与えることで第１電力変換部２１を制御する。具体的には、ＣＰＵ１２０は、ＩＦ部１２４を介して第１電源１０４に対して第１目標電圧を伝送する。第１電源１０４は、上記第１目標電圧に基づいて定電圧モードで動作しうるようになっており、第１目標電圧に等しい電圧を出力するように動作する。ＣＰＵ１２０は、第２電源１０６の動作を制御する機能を有していてもよく、第２電源１０６に指示を与えることで第２電力変換部２２を制御してもよい。例えば、ＣＰＵ１２０は、ＩＦ部１２４を介して第２電源１０６に対して第１目標電圧又は第２目標電圧を伝送してもよい。

電源システム１００において、第１出力路８１は、第１出力導電路の一例に相当する。第１出力路８１は、第１電源１０４から出力電流が流れる経路である。第１出力路８１は、具体的には、第１電源１０４の出力端子Ｔ１（図３）から接続点Ｐ１までの導電路である。第２出力路８２は、第２出力導電路の一例に相当する。第２出力路８２は、第２電源１０６から出力電流が流れる経路である。第２出力路８２は、具体的には、第２電源１０６の出力端子Ｔ２（図４）から接続点Ｐ１までの導電路である。図１、図２の例では、第１出力路８１と第２出力路８２とが接続される部位が接続点である。第２導電路１２は、接続点Ｐ１よりも負荷１１０側の導電路である。

２．第１電源の動作
次の説明は、電力変換装置１０１が行う電力変換動作に関する。
第１電源１０４及び第２電源１０６は、所定の開始条件が成立した場合に各々が電力変換制御を行う。所定の開始条件は、例えば、車両が始動状態となった場合、電力変換装置１０１に対して電力供給が開始された場合、電力変換装置１０１に対して開始信号が与えられた場合、その他の開始条件が成立した場合などである。

本構成では、制御部１０８は、上記開始条件が成立した場合に、第１電源１０４に対して一定の出力電圧目標値を与えるように動作する。以下の説明では、制御部１０８が第１電源１０４に与える出力電圧目標値は「第１目標電圧」とも称される。また、以下の説明では、上記のＣＶ制御によって一定の目標電圧を出力するモードは、定電圧モードとも称される。

第１電源１０４は、制御部１０８から上記第１目標電圧が与えられた場合、第１出力路８１の電圧を上記第１目標電圧とするように電圧変換動作（降圧動作）を行い得る。具体的には、電源内制御部３１は、第１出力路８１に上記第１目標電圧を出力させるように第１電力変換部２１を駆動する。第１電力変換部２１は、電源内制御部３１による駆動（上記ＣＶ制御）によって定電圧モードで動作し、バッテリ１０２から入力される直流電圧ＶＨを降圧し、第１出力路８１の電圧を上記第１目標電圧とするように電圧変換動作を行う。

具体的には、電源内制御部３１が周期的にフィードバック演算を行い、半導体スイッチ素子２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄに与えるＰＷＭ信号のデューティを更新する。電源内制御部３１は、各周期のフィードバック演算において、上記第１目標電圧と第１電圧値検出部４１によって検出される第１電圧値Ｖｍ（第１出力路８１の電圧）との偏差を算出する。そして、電源内制御部３１は、各周期のフィードバック演算において、その偏差と予め定められたゲインとに基づいてＰＩ演算式又はＰＩＤ演算式によって第１出力路８１の電圧を第１目標電圧に近づけるための操作量（デューティの増減量）を決定する。そして、電源内制御部３１は、このように決定された操作量（デューティの増減量）を現在の制御量（変更前のデューティ）に加えて新たなデューティを算出する。このように、電源内制御部３１は、各周期のフィードバック演算により各周期においてＰＷＭ信号のデューティを更新し得る。

３．第２電源の動作
制御部１０８又は第１電源１０４は、上記開始条件が成立した場合に、第２電源１０６に対して出力電圧目標値又は出力電圧目標値を決定するための値を与えるように動作する。以下の説明では、第２電源１０６の出力電圧目標値は「第２目標電圧」とも称される。第２目標電圧は、例えば、第１目標電圧よりも少し高い値とされる。第２目標電圧は、制御部１０８又は第１電源１０４から第２電源１０６に直接与えられてもよく、制御部１０８又は第１電源１０４から第２電源１０６に第１目標電圧が与えられ、第２電源１０６が第１目標電圧よりも一定レベル高い電圧を第２目標電圧が設定してもよい。

第２電源１０６は、上述の開始条件が成立した場合に、設定電流値Ｉｂの設定を短い時間間隔で周期的に繰り返すように動作する。一方で、第２電源１０６は、外部装置（第１電源１０４又は制御部１０８）から情報を周期的に取得するように動作する。第２電源１０６が設定電流値Ｉｂの設定を更新する周期は、外部装置（例えば第１電源１０４）から第２電源１０６に対して情報が送信される周期よりも小さい。

電源内制御部３２（駆動部）は、設定電流値Ｉｂを更新する各周期の更新時に、第２電流値検出部５２が検出した第２電源１０６の出力電流値Ｉｓと第２電圧値検出部４２が検出した第２電源１０６の出力電圧値Ｖｓと第１電源１０４の出力電圧値Ｖｍとに基づいて設定電流値Ｉｂを定める。電源内制御部３２は、各周期の更新時において、最新の出力電流値Ｉｓ及び最新の出力電圧値Ｖｓと、更新時の直近に取得した第１電源１０４の出力電圧値Ｖｍと、を用いて以下の数１の式にて総電流値Ｉｔを算出することができる。

上記の数１の式において、Ｒｍは、第１電源１０４から接続点Ｐ１までの第１出力路８１（第１出力導電路）の抵抗値である。具体的には、抵抗値Ｒｍは、第１電源１０４の出力端子Ｔ１（図３）から接続点Ｐ１までの導電路の抵抗値である。Ｒｓは、第２電源１０６から接続点Ｐ１までの第２出力路８２（第２出力導電路）の抵抗値である。具体的には、抵抗値Ｒｓは、第２電源１０６の出力端子Ｔ２（図４）から接続点Ｐ１までの導電路の抵抗値である。電源内制御部３２は、抵抗値Ｒｍ及び抵抗値Ｒｓを固定値として備えている。即ち、抵抗値Ｒｍ及び抵抗値Ｒｓの各々は、電源内制御部３２において既知の値である。

電源内制御部３２は、上記の数１の式によって得られる総電流値Ｉｔに基づいて設定電流値Ｉｂを定める。具体的には、例えば、Ｉｂ＝Ｉｔ×αの式によって、設定電流値Ｉｂを定める。なお、上記のαは、０よりも大きく１よりも小さい値であり、より具体的には、例えば０．５よりも小さい値である。このように、電源内制御部３２は、第１電源１０４及び第２電源１０６から出力される出力電流の総電流値Ｉｔのうち、一定割合の値を設定電流値Ｉｂとする。なお、図５の例では、電源内制御部３２において設定電流値Ｉｂを算出及び設定する機能を有する部分が目標値設定部３２Ａとされている。

電源内制御部３２は、上記開始条件が成立した場合に、周期的に上記の設定電流値Ｉｂを更新し、上記第２目標電圧及び上記設定電流値Ｉｂに基づき、ＣＶＣＣ制御を行い得る。電源内制御部３２は、第２電力変換部２２に対してＣＣ（ＣｏｎｓｔａｎｔＣｕｒｒｅｎｔ）制御を行う場合、指定された一定電流値（設定電流値Ｉｂ）を出力するように第２電力変換部２２を動作させうる。即ち、電源内制御部３２は、設定電流値Ｉｂを目標電流値又は制限電流値として定電流を出力するように第２電力変換部２２を動作させる定電流制御（ＣＣ制御）を少なくとも行いうる。また、電源内制御部３２は、上述のＣＶ制御を行うこともでき、ＣＶ制御を行う場合、指定された一定電圧（第２目標電圧）を出力するように第２電力変換部２２を動作させうる。このように、第２電源１０６は、定電圧モードでの動作と定電流モードでの動作とを切り替え得る。

図５は、電源内制御部３２が実行する機能をブロックによって概念的に示す機能ブロック図である。図５における目標値設定部３２Ａ、定電流モード演算部３２Ｂ、定電圧モード演算部３２Ｃ、調停部３２Ｄ、ＰＷＭ信号生成部３２Ｅの各機能は、マイクロコンピュータ等によってソフトウエア的に実現されてもよく、ハードウェア回路によって実現されてもよい。目標値設定部３２Ａは、インタフェース部６２、第２電圧値検出部４２、第２電流値検出部５２からの情報に基づき、設定電流値Ｉｂ（電流制限値）を定電流モード演算部３２Ｂに与え、第２目標電圧Ｖｂを定電圧モード演算部３２Ｃに与える。

第２電力変換部２２は、定電流モードで動作する場合、バッテリ１０２から入力される直流電圧ＶＨを降圧し、第２出力路８２の電流を上記設定電流値Ｉｂとする電圧変換動作を行う。電源内制御部３２は、第２電力変換部２２を定電流モードで動作させるためのフィードバック演算を所定の演算周期で周期的に行い得る。具体的には、定電流モード演算部３２Ｂが上記演算周期で周期的にフィードバック演算を行い、操作量（第２出力路８２の電流値を設定電流値Ｉｂに近づけるための新たなデューティ）を算出する。定電流モード演算部３２Ｂは、各周期のフィードバック演算において、演算を行う周期における上記設定電流値Ｉｂと第２電流値検出部５２によって検出される第２電流値Ｉｓ（第２電源１０６の出力電流値）との偏差を算出する。そして、定電流モード演算部３２Ｂは、演算を行う周期において、当該周期の上記偏差と予め定められたゲインとに予め定められた演算式とによって第２出力路８２の電流値を上記設定電流値Ｉｂに近づけるための操作量（新たなデューティ）を決定する。上記演算式は、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ）演算式であってもよく、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）演算式であってもよい。例えば、定電流モード演算部３２Ｂは、ＰＩ演算式によって操作量（新たなデューティ）を算出する場合、上記偏差と予め定められた比例ゲイン及び積分ゲインとに基づいてＰＩ演算式によって操作量（新たなデューティ）を算出する。この操作量は、演算を行った周期のフィードバック演算結果であり、定電流モードの場合に現在のデューティから変化させるべき新たなデューティである。

第２電力変換部２２は、定電圧モードで動作する場合、バッテリ１０２から入力される直流電圧ＶＨを降圧し、第２出力路８２の電圧を上記第２目標電圧とする電圧変換動作を行う。電源内制御部３２は、第２電力変換部２２を定電圧モードで動作させるためのフィードバック演算を上記演算周期で周期的に行う。具体的には、定電圧モード演算部３２Ｃが上記演算周期で周期的にフィードバック演算を行い、操作量（第２出力路の電圧値を第２目標電圧に近づけるための新たなデューティ）を算出する。定電圧モード演算部３２Ｃは、各周期のフィードバック演算において、演算を行う周期における上記第２目標電圧Ｖｂと第２電圧値検出部４２によって検出される第２電圧値Ｖｓ（第２出力路８２の電圧）との偏差を算出する。そして、定電圧モード演算部３２Ｃは、演算を行う周期において、当該周期の上記偏差と予め定められたゲインとに基づいてＰＩ演算式又はＰＩＤ演算式によって第２出力路８２の電圧を第２目標電圧Ｖｂに近づけるための操作量を決定する。例えば、定電圧モード演算部３２Ｃは、ＰＩ演算式によって操作量（新たなデューティ）を算出する場合、上記偏差と予め定められた比例ゲイン及び積分ゲインとに基づいてＰＩ演算式によって操作量（新たなデューティ）を算出する。この操作量は、演算を行った周期のフィードバック演算結果であり、定電圧モードの場合に現在のデューティから変化させるべき新たなデューティである。

調停部３２Ｄは、定電流モード演算部３２Ｂによって算出された操作量（デューティ）と定電圧モード演算部３２Ｃによって算出された操作量（デューティ）のうちのいずれを選択するかを、予め定められた選択方式によって決定する。以下で説明される代表例では、定電流モード演算部３２Ｂ及び定電圧モード演算部３２Ｃによって算出された両操作量のうち小さい操作量（デューティが小さくなる演算結果）を選択する方法が採用される。なお、調停方法はこの決定方法に限定されず、他の決定方法が採用されてもよい。

調停部３２Ｄは、定電流モード演算部３２Ｂによって算出された操作量（デューティ）と定電圧モード演算部３２Ｃによって算出された操作量（デューティ）のうちの小さい操作量を選択する。そして、ＰＷＭ信号生成部３２Ｅは、調停部３２Ｄで選択された操作量（デューティ）のＰＷＭ信号を、例えば、この操作量が決定された演算周期の次の周期のＰＷＭ信号として出力する。

このような動作がなされるため、電源内制御部３２では、定電流モード演算部３２Ｂが算出した操作量が調停部３２Ｄによって採用される期間は、第２電力変換部２２を定電流モードで動作させる定電流制御が継続する。また、電源内制御部３２では、定電圧モード演算部３２Ｃが算出する操作量が調停部３２Ｄによって採用される期間は、第２電力変換部２２を定電圧モードで動作させる定電圧制御が継続する。

本開示の効果の例は、以下の通りである。
電力変換装置１０１は、定電圧を出力する第１電源１０４に対して第２電源１０６が並列に接続された電源システム１００において、第２電源１０６が設定電流値Ｉｂを基準とする定電流動作を行い得る。更に、第２電源１０６は、設定電流値Ｉｂを設定する際に、自身で得られた出力電流値Ｉｓ及び出力電圧値Ｖｓに基づいて設定電流値Ｉｂをより迅速に設定し得る。

第２電源１０６は、設定電流値Ｉｂを定めるにあたって、自身で得られた出力電流値Ｉｓ及び出力電圧値Ｖｓに加え、第１電源１０４の出力電圧値Ｖｍを反映して設定電流値Ｉｂを定めることができる。また、第２電源１０６は、設定電流値Ｉｂを算出する際に、出力電圧値Ｖｍの受信を長く待たずに算出時点で最新の出力電圧値Ｖｍを用いれば、出力電圧値Ｖｍを通信によって取得する際の通信の遅延の影響を抑えて迅速に設定電流値Ｉｂを定めることができる。

第２電源１０６は、第１電源１０４及び第２電源１０６から出力される出力電流の総電流値Ｉｔを直接取得しなくても、第２電源１０６自身が推測した総電流値Ｉｔに基づいて設定電流値Ｉｂを定めることができる。具体的には、第２電源１０６は、第２電源１０６の出力電流値Ｉｓ及び出力電圧値Ｖｓと第１電源１０４の出力電圧値Ｖｍとに基づいて総電流値Ｉｓを迅速に推測することができる。そして、第２電源１０６は、この総電流値Ｉｓを反映して設定電流値Ｉｂを迅速に定めることができる。しかも、第２電源１０６は、このように推測した総電流値Ｉｔの一定割合の値を設定電流値Ｉｂとすることができるため、総電流値Ｉｔを直接取得しなくても、第１電源１０４の出力電流値と第２電源１０６の出力電流値の比率を一定の比率に保ちやすくなる。

第２電源１０６は、第２電源１０６の出力電流値Ｉｓ及び出力電圧値Ｖｓ、抵抗値Ｒｍ、抵抗値Ｒｓ、第１電源１０４の出力電圧値Ｖｍとに基づいて、総電流値Ｉｔをより正確に推測し得る。そして、第２電源１０６は、正確に推測された総電流値Ｉｔに基づいて設定電流値Ｉｂを定めることができる。

電源システム１００では、第１電源１０４の定格電流値よりも第２電源１０６の定格電流値のほうが小さい。電力変換装置１０１は、第２電源１０６の定格電流値を相対的に抑えることができ、定格電流値の抑えられた第２電源１０６によって特徴的な動作を行うことができる。

＜他の実施形態＞
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。

上記実施形態では、第２電源１０６が第１電源１０４から第１電源１０４の出力電圧値Ｖｍを取得する構成であったが、取得しない構成であってもよい。例えば、第２電源１０６が、出力電圧値Ｖｍを既知の固定値として有していてもよい。

上記実施形態では、電力変換装置１０１が制御部１０８を含む装置であったが、上記制御部１０８を含まない装置が電力変換装置とされてもよい。例えば、図１に示される電力変換装置１０１から上記制御部１０８を除いた部分が電力変換装置とされてもよい。

上記実施形態では、電力変換装置１０１が第１電源１０４を含む装置であったが、第１電源を含まない装置が電力変換装置とされてもよい。例えば、図１に示される電力変換装置１０１から第１電源１０４を除いた部分が電力変換装置とされてもよく、電力変換装置１０１から第１電源１０４及び制御部１０８を除いた部分が電力変換装置とされてもよい。

上記実施形態では、第１電力変換部２１及び第２電力変換部２２の具体的構成として、図３、図４のような絶縁型ＤＣＤＣコンバータが例示されたが、図３、図４の構成以外のＤＣＤＣコンバータが用いられてもよい。

上記実施形態では、電源システム１００が電気自動車などの車両に搭載されるが、これに限定されない。電源システム１００は、これら以外の種類の車両、例えば、ＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に搭載されてもよく、車両以外の装置に搭載されてもよい。

なお、今回開示された実施の形態は全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、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１１ ：第１導電路
１２ ：第２導電路
１３Ａ ：導電路
１３Ｂ ：導電路
１３Ｃ ：導電路
１３Ｄ ：導電路
２１ ：第１電力変換部
２１Ａ ：半導体スイッチ素子
２１Ｂ ：半導体スイッチ素子
２１Ｃ ：半導体スイッチ素子
２１Ｄ ：半導体スイッチ素子
２１Ｅ ：コンデンサ
２１Ｆ ：一次側コイル
２１Ｇ ：二次側コイル
２１Ｈ ：二次側コイル
２１Ｊ ：ダイオード
２１Ｋ ：ダイオード
２１Ｌ ：インダクタ
２１Ｍ ：コンデンサ
２１Ｘ ：入力回路部
２１Ｙ ：トランス部
２１Ｚ ：出力回路部
２２ ：第２電力変換部（電力変換部）
２２Ａ ：半導体スイッチ素子
２２Ｂ ：半導体スイッチ素子
２２Ｃ ：半導体スイッチ素子
２２Ｄ ：半導体スイッチ素子
２２Ｅ ：コンデンサ
２２Ｆ ：一次側コイル
２２Ｇ ：二次側コイル
２２Ｈ ：二次側コイル
２２Ｊ ：ダイオード
２２Ｋ ：ダイオード
２２Ｌ ：インダクタ
２２Ｍ ：コンデンサ
２２Ｘ ：入力回路部
２２Ｙ ：トランス部
２２Ｚ ：出力回路部
３１ ：電源内制御部
３２ ：電源内制御部（駆動部、通信部）
３２Ａ ：目標値設定部
３２Ｂ ：定電流モード演算部
３２Ｃ ：定電圧モード演算部
３２Ｄ ：調停部
３２Ｅ ：ＰＷＭ信号生成部
４１ ：第１電圧値検出部
４２ ：第２電圧値検出部（第２検出部）
５１ ：第１電流値検出部
５２ ：第２電流値検出部（第１検出部）
６１ ：インタフェース部
６２ ：インタフェース部（通信部）
７１ ：第１入力路
７２ ：第２入力路
８１ ：第１出力路
８２ ：第２出力路
１００ ：電源システム
１０１ ：電力変換装置
１０２ ：バッテリ
１０４ ：第１電源
１０６ ：第２電源
１０８ ：制御部
１１０ ：負荷
１２０ ：ＣＰＵ
１２２ ：メモリ
１２４ ：ＩＦ部
１２６ ：バス
Ｐ１ ：接続点
Ｔ１ ：出力端子
Ｔ２ ：出力端子

Claims (4)

1. 第１導電路と第２導電路との間に設けられるとともに定電圧を出力する第１電源を備えた電源システムに用いられ、前記第１導電路と前記第２導電路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
   前記第１電源に対して並列に接続される第２電源を備え、
   前記第２電源は、前記第１導電路と前記第２導電路との間で電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部を駆動する駆動部と、前記第２電源の出力電流値を検出する第１検出部と、前記第２電源の出力電圧値を検出する第２検出部と、を有し、
   前記駆動部は、設定電流値を基準として定電流を出力するように前記電力変換部を動作させる定電流制御を少なくとも行い、前記第１検出部が検出した前記第２電源の出力電流値と前記第２検出部が検出した前記第２電源の出力電圧値とに基づいて前記設定電流値を定める電力変換装置。
2. 前記第２電源は、前記第１電源と通信を行う通信部を有し、
   前記通信部は、前記第１電源との通信により前記第１電源から前記第１電源の出力電圧値を取得し、
   前記駆動部は、前記第２電源の出力電流値と前記第２電源の出力電圧値と前記第１電源の出力電圧値とに基づいて前記設定電流値を定める
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記駆動部は、前記第１電源及び前記第２電源から出力される出力電流の総電流値のうち、一定割合の値を前記設定電流値とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記電源システムは、前記第１電源から出力電流が流れる経路である第１出力導電路と前記第２電源から出力電流が流れる経路である第２出力導電路とが接続点にて前記第２導電路に接続され、
   前記駆動部は、前記第２電源の出力電流値と、前記第２電源の出力電圧値と、前記第１電源から前記接続点までの前記第１出力導電路の抵抗値と、前記第２電源から前記接続点までの前記第２出力導電路の抵抗値と、に基づいて前記設定電流値を定める請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。

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