JP5287983B2 - 電源システムおよびそれを備える車両 - Google Patents

Description

この発明は、複数の蓄電装置を有する電源システムおよびそれを備える車両に関し、特に、電源システムの電力変換損失を低減させるための技術に関する。

近年、環境問題を考慮して、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などのように、電動機を駆動力源とする電動車両が注目されている。このような電動車両には、電動機に電力を供給したり、回生制動時に運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電したりするために、二次電池や電気二重層キャパシタなどからなる蓄電装置が搭載されている。

このような電動機を駆動力源とする車両においては、加速性能や走行持続距離などの走行性能を高めるためには、蓄電装置の充放電容量を大きくすることが望ましい。そのため、蓄電装置の充放電容量を大きくするための方法として、複数の蓄電装置を搭載する構成が提案されている。たとえば、特開平６−２７６６０９号公報（特許文献１）には、それぞれが蓄電池とインバータとの間に直流−直流変換器インタフェイスを有している複数（たとえば３つとする）の蓄電池を備える電気駆動システムが開示される。

また、特開２００３−２０９９６９号公報（特許文献２）には、高電圧車両牽引システムに所望の直流高電圧レベルを提供する電動モータ電源管理システムが開示されている。この電動モータ電源管理システムは、それぞれが電池とブースト／バック直流・直流コンバータとを有しかつ並列に接続された、少なくとも１つのインバータに直流電力を供給する複数の電源ステージと、複数の電源ステージの電池を均等に充電させて複数の電源ステージが少なくとも１つのインバータへの電池電圧を維持するように複数の電源ステージを制御するコントローラとを備える。

特開平６−２７６６０９号公報 特開２００３−２０９９６９号公報

ここで、車両に要求される駆動力は、走行状況に応じて大きく変化する。たとえば、低速走行時や下り坂走行時などにおいては、複数の蓄電装置における充放電許容電力の合計値に比較して、要求される電力は小さくなる。そこで、このような場合には、所定の蓄電装置に対応する電圧変換部（上記の直流−直流変換器インタフェイス、ブースト／バック直流・直流コンバータに相当）の電圧変換動作を停止し、電圧変換部における電力変換損失を低減することが望ましい。

しかしながら、上述の特開平６−２７６６０９号公報（特許文献１）に開示される電気駆動システムでは、個々の蓄電池のハード故障（たとえば、短絡または開路）が検出されたときには、対応の直流−直流変換器を不作動とすることにより駆動システムは２／３の容量で運転され、ソフト故障（蓄電池の劣化）の際には、外部の制御装置を用いて、他の２つの蓄電池を同じ電圧を保つように、劣化した蓄電池に対する負荷を減少させる構成となっており、電力変換損失を低減させるための直流−直流変換器インタフェイスの制御方法については特に検討されていない。

また、上述の特開２００３−２０９９６９号公報（特許文献２）に開示される電動モータ電源管理システムにおいても、電池に対する充電状態がバランスするように、各電源ステージを個別に電流制御することを開示するにすぎず、電力変換損失を低減させるための各電源ステージの制御方法については考慮されていない。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の蓄電装置を有する電源システムにおいて、電力変換損失を低減させるための制御を安定して実行可能な電源システムおよびそれを備える車両を提供することである。

この発明のある局面に従う電源システムは、各々が充放電可能に構成された複数の蓄電装置を有する電源システムである。電源システムは、負荷装置と電気的に接続された電力線対と、複数の蓄電装置と電力線対との間にそれぞれ設けられ、各々が電力線対と対応の蓄電装置との間で電圧変換動作を行なうように構成された複数の電圧変換部と、複数の蓄電装置にそれぞれ対応付けられ、対応の蓄電装置の出力電圧を検出するための複数の電圧検出部と、負荷装置からの要求電力に応じて複数の電圧変換部を制御する制御装置とを備える。複数の蓄電装置に含まれる第１および第２の蓄電装置のうち、一方の蓄電装置は他方の蓄電装置よりも電源電圧が第１の所定値だけ高くなるように構成される。第１の所定値は、複数の電圧検出部の検出値に含まれ得る誤差に応じて定められる。

好ましくは、制御装置は、負荷装置からの要求電力が閾値以下となるときには、複数の電圧検出部により検出される複数の蓄電装置の出力電圧に基づいて、複数の電圧変換部に含まれる第１および第２の電圧変換部のうち、各々に対応する蓄電装置の出力電圧が大きい方の電圧変換部の電圧変換動作を実行させるとともに、他方の電圧変換部の電圧変換動作を停止させるように第１および第２の電圧変換部を制御する。

好ましくは、第１の所定値は、第１および第２の蓄電装置の各々に対応する電圧検出部の検出値に含まれ得る誤差の合計値よりも高くなるように定められる。

好ましくは、複数の電圧変換部の各々は、インダクタと直列接続された上で、電力線対の一方の電力線と対応の蓄電装置の一方極との間に配置されたスイッチング素子と、電力線対の他方の電力線と対応の前記蓄電装置の他方極とを電気的に接続するための配線を含む。制御装置は、電圧変換動作を実行中の電圧変換部について、スイッチング素子をオン状態に維持する。

この発明の別の局面に従う電源システムは、各々が充放電可能に構成された複数の蓄電装置を有する電源システムである。電源システムは、負荷装置と電気的に接続された電力線対と、複数の蓄電装置と電力線対との間にそれぞれ設けられ、各々が電力線対と対応の蓄電装置との間で電圧変換動作を行なうように構成された複数の電圧変換部と、複数の蓄電装置にそれぞれ対応付けられ、対応の前記蓄電装置の電流を検出するための複数の電流検出部と、負荷装置からの要求電力に応じて複数の電圧変換部を制御する制御装置とを備える。複数の蓄電装置に含まれる第１および第２の蓄電装置のうち、一方の蓄電装置は他方の蓄電装置よりも電源電圧が第２の所定値だけ高くなるように構成される。第２の所定値は、複数の電流検出部の検出値に含まれ得る誤差に応じて定められる。

好ましくは、制御装置は、負荷装置からの要求電力が閾値以下となるときには、複数の電圧変換部の各々について、所定期間電力線対と対応の蓄電装置とを電気的に導通状態とするとともに、所定期間において複数の電流検出部に含まれる第１の電流検出部により検出される、対応の蓄電装置の電流に基づいて、複数の電圧変換部に含まれる第１および第２の電圧変換部のうち、各々に対応する蓄電装置の出力電圧が高い方の電圧変換部の電圧変換動作を実行させるとともに、他方の電圧変換部の電圧変換動作を停止させるように第１および第２の電圧変換部を制御する。

好ましくは、制御装置は、所定期間において第１の電流検出部により検出される対応の蓄電装置の電流の極性に基づいて、各々に対応する蓄電装置の出力電圧が高い方の電圧変換部を選択する。第２の所定値は、第１の電流検出部の検出値に含まれ得る誤差を、第１の蓄電装置の出力電圧と第２の蓄電装置の出力電圧との電圧差に換算した値よりも高くなるように定められる。

好ましくは、複数の電圧変換部の各々は、インダクタと直列接続された上で、電力線対の一方の電力線と対応の蓄電装置の一方極との間に配置されたスイッチング素子と、電力線対の他方の電力線と対応の前記蓄電装置の他方極とを電気的に接続するための配線を含む。制御装置は、電圧変換動作を実行中の電圧変換部について、スイッチング素子をオン状態に維持する。

この発明の別の局面に従う車両は、上述したいずれかの電源システムと、負荷装置として、電源システムから電力を受けて車両の駆動力を発生する駆動力発生部とを備える。

この発明によれば、複数の蓄電装置を有する電源システムにおいて、電圧変換部における電力変換損失を低減させるための制御を安定して行なうことができる。

この発明の実施の形態１に従う電源システムを搭載した車両の要部を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１に従うコンバータの概略構成図である。 本発明の実施の形態１に従う駆動力発生部への電力供給の概要を示す図である。 本発明の実施の形態１に従うコンバータＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。 図３（ｂ）に示す制御モードにおける第１コンバータおよび第２コンバータの作動状態図である。 出力電圧検出部の検出値に基づいて判別することが可能な蓄電装置間の電圧差の範囲を示す図である。 本発明の実施の形態２に従うコンバータＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。 図７のステップＳ１４での所定期間における第１コンバータおよび第２コンバータの作動状態図である。 第１蓄電装置および第２蓄電装置の間に形成される電流経路を簡略的に示す図である。 出力電流検出部の検出値に基づいて判別することが可能な蓄電装置間の電圧差の範囲を示す図である。 この発明の実施の形態３に従う電源システムを搭載した車両の要部を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態３に従うコンバータＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
（車両の概略構成）
図１は、この発明の実施の形態１に従う電源システム１を搭載した車両１００の要部を示す概略構成図である。

図１を参照して、車両１００は、電源システム１と、第１インバータ８−１と、第２インバータ８−２と、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２と、駆動ＥＣＵ４０とを備える。

本実施の形態１においては、複数の蓄電装置を備える電源システムの一例として、２つの蓄電装置４−１，４−２を備える電源システム１について説明する。

インバータ８−１，８−２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、駆動ＥＣＵ４０とは、車両１００の走行用の駆動力を発生するための駆動力発生部２を構成する。本明細書では、この駆動力発生部２を「負荷装置」とする場合について例示する。すなわち、車両１００は、電源システム１から駆動力発生部２へ供給される電力により生じる駆動力を車輪（図示せず）に伝達することで走行する。

（駆動力発生部の構成）
インバータ８−１および８−２は、それぞれ電力線対である主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに対して並列接続され、それぞれ電源システム１との間で電力の授受を行なう。すなわち、インバータ８−１，８−２は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬを介して供給される電力（直流電力）をそれぞれ交流電力に変換してモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２へ供給する一方、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２がそれぞれ発生する交流電力を直流電力に変換して回生電力として電源システム１へ返還する。一例として、インバータ８−１および８−２は、それぞれ三相分のアーム回路を含むブリッジ回路で構成され、それぞれの電力変換動作は、駆動ＥＣＵ４０からのスイッチング指令ＰＷＭ１，ＰＷＭ２により制御される。

モータジェネレータＭＧ１は、エンジン（図示せず）の作動により生じる動力を受けて発電可能な発電機（ジェネレータ）として作用し、動力分割機構４２を介して伝達される回転駆動力を受けて発電する。

一方、モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１で発電された電力および蓄電装置４−１，４−２からの電力の少なくとも一方からの電力により駆動力を発生する電動機（モータ）として作用する。モータジェネレータＭＧ２で発生した回転駆動力は、動力分割機構４２でエンジンの回転駆動力と合成されて車輪（図示せず）に与えられる。なお、モータジェネレータＭＧ２は、運転者のブレーキ操作などの車両制動時において、発電機（ジェネレータ）としても作用し、車両１００の運動エネルギーを電力エネルギーとして蓄電装置４−１，４−２へ回生することもできる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、一例として、永久磁石が埋設されたロータを含む永久磁石型の三相交流回転機からなる。また、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２のステータは、それぞれＹ（スター）結線された３相分のステータコイルを含む。

エンジンおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２がそれぞれ発生する駆動力が最適な比率となるように、駆動ＥＣＵ４０において演算処理が実行される。駆動ＥＣＵ４０は、予め格納されたプログラムを実行することで、図示しない各センサから送信された信号、走行状況、アクセル開度の変化率、および格納しているマップなどに基づいて、駆動力発生部２が電源システム１に対して要求する駆動電力（以下、要求電力とも称す）Ｐｓを算出し、その算出した要求電力Ｐｓに基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク目標値および回転数目標値を算出する。そして、駆動ＥＣＵ４０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生トルクおよび回転数がそれぞれトルク目標値および回転数目標値となるように、スイッチング指令ＰＷＭ１，ＰＭＷ２を生成してインバータ８−１，８−２を制御する。また、駆動ＥＣＵ４０は、算出した要求電力Ｐｓを電源システム１へ出力する。

（電源システムの構成）
電源システム１は、平滑コンデンサＣと、入出力電圧検出部１４と、第１コンバータ６−１と、第２コンバータ６−２と、出力電流検出部１０−１，１０−２と、出力電圧検出部１２−１，１２−２と、温度検出部１１−１，１１−２と、コンバータＥＣＵ３０と、電池ＥＣＵ２０とを備える。

平滑コンデンサＣは、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に接続され、コンバータ６−１，６−２から出力される駆動電力および駆動力発生部２から供給される回生電力に含まれる変動成分を低減する。入出力電圧検出部１４は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に接続され、駆動力発生部２との間で授受される駆動電力および回生電力の入出力電圧Ｖｈを検出し、その検出値をコンバータＥＣＵ３０へ出力する。

第１コンバータ６−１および第２コンバータ６−２は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに対して並列接続される。第１コンバータ６−１は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬと第１蓄電装置４−１との間に設けられ、コンバータＥＣＵ３０からのスイッチング指令ＰＷＣ１に基づいて、第１蓄電装置４−１と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電力変換動作を行なう。具体的には、第１コンバータ６−１は、第１蓄電装置４−１からの放電電力を所定の電圧に昇圧して駆動電力として供給する一方、駆動力発生部２から供給される回生電力を所定の電圧に降圧して第１蓄電装置４−１へ出力する。

第２コンバータ６−２は、コンバータＥＣＵ３０からのスイッチング指令ＰＷＣ２に基づいて、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬと第２蓄電装置４−２との間に設けられ、コンバータＥＣＵ３０からのスイッチング指令ＰＷＣ２に基づいて、第２蓄電装置４−２と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電力変換動作を行なう。具体的には、第２コンバータ６−２は、第２蓄電装置４−２からの放電電力を所定の電圧に昇圧して駆動電力として供給する一方、駆動力発生部２から供給される回生電力を所定の電圧に降圧して第２蓄電装置４−２へ出力する。

第１蓄電装置４−１および第２蓄電装置４−２は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池、もしくは電気二重層キャパシタからなる。蓄電装置４−１，４−２の電源電圧は、後述するように、一方の蓄電装置の電源電圧が他方の蓄電装置の電源電圧よりも所定値だけ高くなるように構成されている。このような構成は、一例として、各蓄電装置の内部に備えられる電池セルの数を調整することによって実現される。

なお、蓄電装置４−１，４−２を、車両１００のシステム起動状態において、エンジンの作動により生じる動力を受けて充電可能であるとともに、車両１００のシステム停止中において、図示しない充電ケーブルを介して外部電源と電気的に接続されて充電可能であるように構成してもよい。

出力電圧検出部１２−１は、第１蓄電装置４−１と第１コンバータ６−１とを接続する正線ＰＬ１および負線ＮＬ１の線間に接続され、第１蓄電装置４−１の入出力に係る出力電圧Ｖｂ１を検出し、その検出結果を電池ＥＣＵ２０およびコンバータＥＣＵ３０へ出力する。出力電圧検出部１２−２は、第２蓄電装置４−２と第２コンバータ６−２とを接続する正線ＰＬ２および負線ＮＬ２の線間に接続され、第２蓄電装置４−２の入出力に係る出力電圧Ｖｂ２を検出し、その検出結果を電池ＥＣＵ２０およびコンバータＥＣＵ３０へ出力する。

出力電流検出部１０−１，１０−２は、それぞれ蓄電装置４−１，４−２とコンバータ６−１，６−２とを接続する正線ＰＬ１，ＰＬ２に介挿され、それぞれ対応する蓄電装置４−１，４−２の入出力に係る出力電流Ｉｂ１，Ｉｂ２を検出し、その検出結果を電池ＥＣＵ２０およびコンバータＥＣＵ３０へ出力する。

温度検出部１１−１，１１−２は、それぞれ蓄電装置４−１，４−２を構成する電池セルなどに近接して配置され、蓄電装置４−１，４−２の温度Ｔｂ１，Ｔｂ２を検出し、その検出結果を電池ＥＣＵ２０へ出力する。なお、温度検出部１１−１，１１−２は、それぞれ蓄電装置４−１，４−２を構成する複数の電池セルに対応付けて配置された複数の検出素子の検出結果に基づいて、平均化処理などにより代表値を出力するように構成してもよい。

電池ＥＣＵ２０は、蓄電装置４−１，４−２を監視制御する装置であり、制御線を介して接続されたコンバータＥＣＵ３０と連係して、蓄電装置４−１，４−２の充電状態値（ＳＯＣ：State of Charge）を所定範囲に維持する。具体的には、電池ＥＣＵ２０は、出力電流検出部１０−１，１０−２からの出力電流Ｉｂ１，Ｉｂ２と、出力電圧検出部１２−１，１２−２からの出力電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２と、温度検出部１１−１，１１−２からの温度Ｔｂ１，Ｔｂ２とに基づいて、蓄電装置４−１，４−２のＳＯＣをそれぞれ算出する。なお、各蓄電装置のＳＯＣを算出する構成については、様々な周知技術を用いることができる。そして、電池ＥＣＵ２０は、算出したそれぞれのＳＯＣ、および当該ＳＯＣに依存して決定される許容電力（充電許容電力および放電許容電力）をコンバータＥＣＵ３０へ出力する。

コンバータＥＣＵ３０は、制御線を介してそれぞれ接続された電池ＥＣＵ２０および駆動ＥＣＵ４０と連係して、駆動力発生部２が要求する電力値（要求電力）Ｐｓを蓄電装置４−１および４−２が所定の比率で分担できるように、それぞれコンバータ６−１および６−２における電圧変換動作を制御する。具体的には、コンバータＥＣＵ３０は、コンバータ６−１，６−２のそれぞれについて、後述する制御モードのうち予め選択される制御モードに従ってスイッチング指令ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成する。

（コンバータの構成）
図２は、本発明の実施の形態１に従うコンバータ６−１，６−２の概略構成図である。

図２を参照して、第１コンバータ６−１は、チョッパ回路４０−１と、平滑コンデンサＣ１とからなる。

チョッパ回路４０−１は、コンバータＥＣＵ３０（図１）からのスイッチング指令ＰＷＣ１に応じて、放電時には第１蓄電装置４−１から受けた直流電力（駆動電力）を昇圧する一方、充電時には主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから受けた直流電力（回生電力）を降圧する。そして、チョッパ回路４０−１は、それぞれ正母線ＬＮ１Ａと、負母線ＬＮ１Ｃと、配線ＬＮ１Ｂと、スイッチング素子であるトランジスタＱ１Ａ，Ｑ１Ｂと、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂと、インダクタＬ１とを含む。

正母線ＬＮ１Ａは、その一方端がトランジスタＱ１Ｂのコレクタに接続され、他方端が主正母線ＭＰＬに接続される。また、負母線ＬＮ１Ｃは、その一方端が負線ＮＬ１に接続され、他方端が主負母線ＭＮＬに接続される。

トランジスタＱ１ＡおよびＱ１Ｂは、負母線ＬＮ１Ｃと正母線ＬＮ１Ａとの間に直列に接続される。そして、トランジスタＱ１Ａのエミッタは負母線ＬＮ１Ｃに接続され、トランジスタＱ１Ｂのコレクタは正母線ＬＮ１Ａに接続される。また、各トランジスタＱ１Ａ，Ｑ１Ｂのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂがそれぞれ接続されている。さらに、インダクタＬ１は、トランジスタＱ１ＡとトランジスタＱ１Ｂとの接続点に接続される。

配線ＬＮ１Ｂは、一方端が正線ＰＬ１に接続され、他方端がインダクタＬ１に接続される。

平滑コンデンサＣ１は、配線ＬＮ１Ｂと負母線ＬＮ１Ｃとの間に接続され、配線ＬＮ１Ｂと負母線ＬＮ１Ｃとの間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。

以下、第１コンバータ６−１の電圧変換動作（昇圧動作および降圧動作）について説明する。昇圧動作時において、コンバータＥＣＵ３０（図１）は、トランジスタＱ１Ｂをオフ状態に維持し、かつ、トランジスタＱ１Ａを所定のデューティー比でオン・オフさせる。トランジスタＱ１Ａのオン期間においては、第１蓄電装置４−１から配線ＬＮ１Ｂ、インダクタＬ１、ダイオードＤ１Ｂ、および正母線ＬＮ１Ａを順に介して、放電電流が主正母線ＭＰＬへ流れる。同時に、第１蓄電装置４−１から配線ＬＮ１Ｂ、インダクタＬ１、トランジスタＱ１Ａおよび負母線ＬＮ１Ｃを順に介して、ポンプ電流が流れる。インダクタＬ１は、このポンプ電流により電磁エネルギーを蓄積する。続いて、トランジスタＱ１Ａがオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタＬ１は、蓄積した電磁エネルギーを放電電流に重畳する。その結果、第１コンバータ６−１から主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ供給される直流電力の平均電圧は、デューティー比に応じてインダクタＬ１に蓄積される電磁エネルギーに相当する電圧だけ昇圧される。

一方、降圧動作時において、コンバータＥＣＵ３０は、トランジスタＱ１Ｂを所定のデューティー比でオン・オフさせ、かつ、トランジスタＱ１Ａをオフ状態に維持させる。トランジスタＱ１Ｂのオン期間においては、主正母線ＭＰＬから正母線ＬＮ１Ａ、トランジスタＱ１Ｂ、インダクタＬ１、および配線ＬＮ１Ｂを順に介して、充電電流が第１蓄電装置４−１へ流れる。続いて、トランジスタＱ１Ｂがオン状態からオフ状態に遷移すると、インダクタＬ１が電流変化を妨げるように磁束を発生するので、充電電流は、ダイオードＤ１Ａ、インダクタＬ１、および配線ＬＮ１Ｂを順に介して流れ続ける。一方で、電気エネルギー的に見ると、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬを介して直流電力が供給されるのはトランジスタＱ１Ｂのオン期間だけであるので、充電電流が一定に保たれるとすると（インダクタＬ１のインダクタンスが十分に大きいとすると）、第１コンバータ６−１から第１蓄電装置４−１へ供給される直流電力の平均電圧は、主正母線ＭＰＬ−主負母線ＭＮＬ間の直流電圧にデューティー比を乗じた値となる。

このような第１コンバータ６−１の電圧変換動作を制御するため、コンバータＥＣＵ３０は、トランジスタＱ１Ａのオン・オフを制御するスイッチング指令ＰＷＣ１Ａ、およびトランジスタＱ１Ｂのオン・オフを制御するスイッチング指令ＰＷＣ１Ｂからなるスイッチング指令ＰＷＣ１を生成する。

第２コンバータ６−２についても上述した第１コンバータ６−１と同様の構成および動作であるので、詳細な説明は繰返さない。

（制御構造）
以下、コンバータＥＣＵ３０における制御構造についてより詳細に説明を行なう。コンバータＥＣＵ３０は、図３に説明する考え方に従って、コンバータ６−１，６−２の電圧変換動作を制御する。

図３は、本発明の実施の形態１に従う駆動力発生部２への電力供給の概要を示す図である。図３（ａ）は、駆動力発生部２が要求する電力値（要求電力）Ｐｓが相対的に高い場合を示し、図３（ｂ）は、要求電力Ｐｓが相対的に低い場合を示す。

図３（ａ）を参照して、要求電力Ｐｓが高い場合には、第１蓄電装置４−１からの放電電力Ｐｂ１および第２蓄電装置４−２からの放電電力Ｐｂ２は、駆動力発生部２へ供給される。したがって、駆動力発生部２へ供給される供給電力Ｐｃと、蓄電装置４−１および４−２から放電される放電電力Ｐｂ１およびＰｂ２との間には、
放電電力Ｐｂ１＋放電電力Ｐｂ２＝供給電力Ｐｃ
の関係が成立する。

ここで、本実施の形態１に従う電源システム１においては、一例として、第１コンバータ６−１が「マスター」として作動するとともに、第２コンバータ６−２が「スレーブ」として作動する。そして、「マスター」として作動する第１コンバータ６−１は、電源システム１から駆動力発生部２へ供給される電力の電圧値（主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間の入出力電圧値Ｖｈ）を所定の電圧目標値とするための「電圧制御モード（昇圧）」に従って制御される。一方、「スレーブ」として作動する第２コンバータ６−２は、電源システム１から駆動力発生部２へ供給される電力のうち、対応の第２蓄電装置４−２が分担する電力（第２蓄電装置４−２と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で授受される電力）を所定の電力目標値とするための「電力制御モード」に従って制御される。これにより、第２蓄電装置４−２からの放電電力Ｐｂ２が任意に調整できるため、間接的に第１蓄電装置４−１からの放電電力Ｐｂ１についても制御できる。

ここで、要求電力Ｐｓが低下し、閾値Ｐｔｈ以下となると、図３（ｂ）に示すように、コンバータ６−１および６−１のうち、一方のコンバータの電圧変換動作を実行させるとともに、他方のコンバータの電圧変換動作を停止させるようにコンバータ６−１および６−２における制御モードが切替えられる。なお、閾値Ｐｔｈは、第１蓄電装置４−１および第２蓄電装置４−２の充放電許容電力に応じて設定される。すなわち、駆動力発生部２からの要求電力Ｐｓが蓄電装置４−１または４−２の充放電許容電力より小さければ、コンバータＥＣＵ３０は、一方のコンバータの電圧変換動作を停止させて、電力変換損失を低減する。

具体的には、コンバータＥＣＵ３０は、出力電圧検出部１２−１，１２−１（図１）から与えられる出力電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２に基づいて、蓄電装置４−１，４−２のうち、その出力電圧が高い方の蓄電装置に対応するコンバータを選択し、電圧変換動作を実行させる。これは、蓄電装置間の短絡電流の発生を抑制し、蓄電装置の異常劣化や不要な損失を回避するためである。すなわち、電圧変換動作を停止中のコンバータに接続される蓄電装置の出力電圧が他の蓄電装置の出力電圧より大きくなると、当該電圧変換動作を停止中のコンバータを逆流して、短絡電流が生じるからである。

本実施の形態１では、一例として、第１蓄電装置４−１の出力電圧Ｖｂ１が第２蓄電装置４−２の出力電圧Ｖｂ２よりも高い場合について説明する。この場合、第１コンバータ６−１を導通モードに切替えるとともに、第２コンバータ６−２を停止モードに切替える。すなわち、第１コンバータ６−１は、第１蓄電装置４−１と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間を電気的な導通状態に維持する。一方、第２コンバータ６−２は、電圧変換動作を停止する。したがって、駆動力発生部２へ供給される供給電力Ｐｃと、第１蓄電装置４−１から放電される放電電力Ｐｂ１との間には、
放電電力Ｐｂ１＝供給電力Ｐｃ
の関係が成立する。

このとき、第１コンバータ６−１においては、主正母線ＭＰＬに接続されたトランジスタＱ１Ｂ（図２）はオン状態に維持される。すなわち、トランジスタＱ１Ｂには、デューティー比が１００％のスイッチング指令ＰＷＣ１ＢがコンバータＥＣＵ３０から与えられる。一方、主負母線ＭＮＬに接続されたトランジスタＱ１Ａは、オフ状態に維持される。すなわち、トランジスタＱ１Ａには、デューティー比が０％のスイッチング指令ＰＷＣ１ＡがコンバータＥＣＵ３０から与えられる。この結果、正線ＰＬ１は、インダクタＬ１およびトランジスタＱ１Ｂを介して主正母線ＭＰＬと電気的に接続され、負線ＮＬ１は、直接的に主負母線ＭＮＬと接続される。

一方、第２コンバータ６−２においては、主正母線ＭＰＬに接続されたトランジスタＱ２Ｂ（図２）および主負母線ＭＮＬに接続されたトランジスタＱ２Ａは、いずれもオフ状態に維持される。すなわち、トランジスタＱ２Ｂ，Ｑ２Ａには、それぞれデューティー比が０％のスイッチング指令ＰＷＣ２Ｂ，ＰＷＣ２ＡがコンバータＥＣＵ３０から与えられる。
（処理フロー）
以上のような制御モードの切替えを実現するための制御構造について以下に説明する。

図４は、本発明の実施の形態１に従うコンバータＥＣＵ３０の制御構造を示すフローチャートである。なお、図４に示すフローチャートは、コンバータＥＣＵ３０において予め格納されたプログラムを実行することで実現できる。

図４を参照して、コンバータＥＣＵ３０は、駆動ＥＣＵ４０から要求電力Ｐｓを取得すると（ステップＳ０１）、要求電力Ｐｓが閾値Ｐｔｈを上回っているか否かを判断する（ステップＳ０２）。すなわち、要求電力が高負荷であるか否かが判断される。

要求電力Ｐｓが閾値Ｐｔｈを上回っている場合（ステップＳ０２においてＹＥＳの場合）、すなわち要求電力Ｐｓが高負荷である場合には、コンバータＥＣＵ３０は、第１コンバータ６−１を「マスター」として作動させるために、第１コンバータ６−１を電圧制御モード（昇圧）に設定するとともに、第２コンバータ６−２を「スレーブ」として作動させるために、第２コンバータ６−２を電力制御モードに設定する（ステップＳ０３）。

これに対して、要求電力Ｐｓが閾値Ｐｔｈ以下である場合（ステップＳ０２においてＮＯの場合）、すなわち要求電力Ｐｓが低負荷である場合には、出力電圧検出部１２−１，１２−２（図１）から蓄電装置４−１，４−２の出力電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２をそれぞれ取得する（ステップＳ０４）。そして、コンバータＥＣＵ３０は、第１蓄電装置４−１の出力電圧Ｖｂ１が第２蓄電装置４−２の出力電圧Ｖｂ２よりも高いか否かを判断する（ステップＳ０５）。

第１蓄電装置４−１の出力電圧Ｖｂ１が第２蓄電装置４−２の出力電圧Ｖｂ２よりも高い場合（ステップＳ０５においてＹＥＳの場合）には、コンバータＥＣＵ３０は、第１コンバータ６−１を導通モードに切替えるとともに、第２コンバータ６−２を停止モードに切替える（ステップＳ０６）。

これに対して、第１蓄電装置４−１の出力電圧Ｖｂ１が第２蓄電装置４−２の出力電圧Ｖｂ２以下となる場合（ステップＳ０５においてＮＯの場合）には、コンバータＥＣＵ３０は、第１コンバータ６−１を停止モードに切替えるとともに、第２コンバータ６−２を導通モードに切替える（ステップＳ０７）。

以上に述べたように、本実施の形態１によれば、要求電力Ｐｓが低負荷となると、出力電圧が高い方の蓄電装置に対応するコンバータが導通モードに切替えられるとともに、他方の蓄電装置に対応するコンバータが停止モードに切替えられる。これにより、駆動力発生部２への電力供給を継続しつつ、コンバータ６−１および６−２の一方が電圧変換動作を停止するので、対応の蓄電装置から主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへの電力供給に係るスイッチング損失（電力変換損失）を低減できる。したがって、単一の蓄電装置のみからの電力供給に伴なって、対応のコンバータを流れる電流値が比較的大きくなってとしても、不要な損失発生を抑制できる。この結果、電源システム１のエネルギー効率を向上できるため、電源システム１を搭載した車両１００における総合的な燃料消費効率をより高めることが可能となる。

（複数の蓄電装置の構成）
ここで、図４の処理フローのうちステップＳ０５に示される処理は、蓄電装置４−１，４−２にそれぞれ対応付けられた出力電圧検出部１２−１，１２−２の検出値（出力電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２）を互いに比較することによって行なわれる。

しかしながら、出力電圧検出部１２−１，１２−２の検出値の少なくとも一方が誤差を含んでいる場合には、出力電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２の比較結果に誤りが生じる可能性がある。そして、誤った比較結果に基づいてコンバータ６−１，６−２の制御モードの切替えが行なわれることによって、第１蓄電装置４−１および第２蓄電装置４−２の間には、図５に示すような短絡電流Ｉｓが発生する可能性がある。

図５は、図３（ｂ）に示す制御モードにおける第１コンバータ６−１および第２コンバータ６−２の作動状態図である。

図３（ｂ）で述べたように、要求電力Ｐｓが低負荷である場合には、コンバータＥＣＵ３０は、出力電圧検出部１２−１（図１）により検出された第１蓄電装置４−１の出力電圧Ｖｂ１が、出力電圧検出部１２−２（図１）により検出された第２蓄電装置４−２の出力電圧Ｖｂ２よりも高いという比較結果に基づいて、第１コンバータ６−１の制御モードを導通モードに切替えるとともに、第２コンバータ６−２の制御モードを停止モードに切替える。

これにより、第１コンバータ６−１においては、トランジスタＱ１Ｂがオン状態に維持される一方で、トランジスタＱ１Ａがオフ状態に維持される。この結果、正線ＰＬ１は、インダクタＬ１およびトランジスタＱ１Ｂを介して主正母線ＭＰＬと電気的に接続されている。また、第２コンバータ６−２においては、トランジスタＱ２ＢおよびＱ２Ａはいずれもオフ状態に維持される。

ここで、出力電圧検出部１２−１および１２−２の少なくとも一方において、対応の蓄電装置の出力電圧の検出値が真の出力電圧との誤差を含んでいる場合には、上述したコンバータＥＣＵ３０の比較結果に反して、第２蓄電装置４−２の真の出力電圧が第１蓄電装置４−１の真の出力電圧よりも高いという事態が起こり得る。

なお、このような事態は、たとえば、出力電圧検出部１２−１，１２−２の検出値がそれぞれ正側および負側に最大誤差を含んでいるときであって、出力電圧検出部１２−１の検出値に正側の最大誤差が重畳している一方で、出力電圧検出部１２−２の検出値に負側の最大誤差が重畳している場合などに起こり得る。

そして、出力電圧が低い方の第１蓄電装置４−１に対応する第１コンバータ６−１が導通モードに従って制御されるとともに、出力電圧が高い方の第２蓄電装置４−２に対応する第２コンバータ６−２が停止モードに従って制御されると、第２蓄電装置４−２から第２コンバータ６−２のダイオードＤ２Ｂ、主正母線ＭＰＬおよび第１コンバータ６−１のトランジスタＱ１Ｂを介して第１蓄電装置４−１へ流入する電流経路が形成されることになる。そして、この電流経路を短絡電流Ｉｓが流れることにより、第１蓄電装置４−１を劣化させるとともに、不要な損失を生じさせてしまう。したがって、蓄電装置間の短絡電流Ｉｓの発生を抑制するためには、各出力電圧検出部の検出値に含まれ得る誤差の影響を受けることなく、蓄電装置間での出力電圧の比較動作が正確に行なわれる必要がある。

図６には、出力電圧検出部１２−１，１２−２の検出値に基づいて判別することが可能な蓄電装置間の電圧差（＝Ｖｂ１−Ｖｂ２）の範囲が示される。図６を参照して、蓄電装置間の電圧差は、出力電圧検出部１２−１の検出値Ｖｂ１から出力電圧検出部１２−２の検出値Ｖｂ２を減じることによって算出される。すなわち、算出される電圧差（＝Ｖｂ１−Ｖｂ２）は、出力電圧検出部間での検出値の大小関係に応じて、正、０、負のいずれかの値を示す。

しかしながら、出力電圧検出部１２−１が正側および負側にそれぞれ最大誤差ΔＶ１を含み、かつ、出力電圧検出部１２−２が正側および負側にそれぞれ最大誤差ΔＶ２を含んでいるときには、出力電圧検出部１２−１の検出値Ｖｂ１に正側の最大誤差（＋ΔＶ１）が重畳するとともに、出力電圧検出部１２−２の検出値Ｖｂ２に負側の最大誤差（−ΔＶ２）が重畳する場合が起こり得る。そして、このような場合には、検出値Ｖｂ１，Ｖｂ２から算出される電圧差には、各出力電圧検出部の最大誤差を合計した値（＝ΔＶ１＋ΔＶ２）に相当する誤差が含まれることとなる。そのため、蓄電装置間の真の電圧差が上記の合計値を下回ると、真の電圧差に対して、検出値Ｖｂ１，Ｖｂ２に基づいた電圧差の符号（正負）が反転する。すなわち、検出値Ｖｂ１，Ｖｂ２の大小関係が真の出力電圧の大小関係から逆転するため、蓄電装置間での出力電圧の比較結果には誤りが生じてしまう。

図６では、各出力電圧検出部の正側の最大誤差の合計値β（＝ΔＶ１＋ΔＶ２）および各出力電圧検出部の負側の最大誤差の合計値−β（＝−ΔＶ１−ΔＶ２）がそれぞれ示される。そして、上述した比較結果の誤りは、蓄電装置間の真の電圧差が、この２つの合計値β，−βで囲まれた電圧範囲に属する場合に発生する。換言すれば、蓄電装置間の真の電圧差が合計値βを上回るとき（図中の領域ＲＧＮ１に相当）、あるいは真の電圧差が合計値−βを下回るとき（図中の領域ＲＧＮ２相当）であれば、各出力電圧検出部の最大誤差の影響を受けることなく、蓄電装置間での電圧値の比較結果を正確に行なうことができる。

そこで、本実施の形態１に従う電源システム１は、蓄電装置４−１，４−２に対して、一方の蓄電装置の電源電圧が他方の蓄電装置の電源電圧よりも所定値だけ高くなるように、予め電圧差を設ける構成とする。なお、本構成は、たとえば各蓄電装置の内部に備えられる電池セルの数を調整することによって実現することができる。

ここで、本構成における所定値は、上述した各出力電圧検出部の検出値に含まれ得る誤差に応じて定められる。具体的には、所定値は、蓄電装置間の電源電圧の差が図６に示す出力電圧検出部の検出値により判別可能な領域ＲＧＮ１，ＲＧＮ２のいずれかに属するように定められる。すなわち、所定値は、出力電圧検出部１２−１の最大誤差と出力電圧検出部１２−２の最大誤差との合計値βよりも高い値となる。

このような構成としたことにより、各出力電圧検出部の検出値に含まれ得る誤差に拘らず、出力電圧検出部１２−１，１２−２の検出値Ｖｂ１，Ｖｂ２の大小関係は、真の出力電圧の大小関係と常に一致したものとなる。これにより、蓄電装置間での出力電圧の比較結果に誤りが生じるのが抑制されるため、蓄電装置間の短絡電流の発生を抑制することができる。その結果、電圧変換部における電力変換損失を低減させるための制御を安定して行なうことが可能となる。

［実施の形態２］
上述したように、要求電力Ｐｓが低負荷のときには、コンバータＥＣＵ３０は、蓄電装置４−１，４−２のうち、出力電圧が高い方の蓄電装置に対応するコンバータの制御モードを導通モードに切替えるとともに、他方の蓄電装置に対応するコンバータの制御モードを停止モードに切替える。

ここで、出力電圧が高い方の蓄電装置に対応するコンバータを選択する方法については、先の実施の形態１では、コンバータＥＣＵ３０が出力電圧検出部１２−１，１２−２（図１）によりそれぞれ検出される出力電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２を互いに比較することによって行なう構成としたが、以下の実施の形態２に述べるように、出力電流検出部１０−１および１０−２（図１）のいずれかにより検出される出力電流Ｉｂ１またはＩｂ２に基づいて行なうことも可能である。

以下に、本実施の形態２に従うコンバータＥＣＵ３０の制御構造について説明する。なお、本実施の形態２に従う電源システムの構成は、図１に示す電源システム１の構成と同じであるため、図示ならびに詳細な説明は省略する。

図７は、本発明の実施の形態２に従うコンバータＥＣＵ３０の制御構造を示すフローチャートである。なお、図７に示すフローチャートは、コンバータＥＣＵ３０において予め格納されたプログラムを実行することで実現できる。

図７を参照して、コンバータＥＣＵ３０は、駆動ＥＣＵ４０から要求電力Ｐｓを取得すると（ステップＳ０１）、要求電力Ｐｓが閾値Ｐｔｈを上回っているか否かを判断する（ステップＳ０２）。すなわち、要求電力が高負荷であるか否かが判断される。

要求電力Ｐｓが閾値Ｐｔｈを上回っている場合（ステップＳ０２においてＹＥＳの場合）、すなわち要求電力Ｐｓが高負荷である場合には、コンバータＥＣＵ３０は、第１コンバータ６−１を「マスター」として作動させるために、第１コンバータ６−１を電圧制御モード（昇圧）に設定するとともに、第２コンバータ６−２を「スレーブ」として作動させるために、第２コンバータ６−２を電力制御モードに設定する（ステップＳ０３）。

これに対して、要求電力Ｐｓが閾値Ｐｔｈ以下である場合（ステップＳ０２においてＮＯの場合）、すなわち要求電力Ｐｓが低負荷である場合には、コンバータＥＣＵ３０は、所定期間、第１コンバータ６−１のトランジスタＱ１Ｂおよび第２コンバータ６−２のトランジスタＱ２Ｂを同時にオン状態に制御する（ステップＳ１４）。

図８には、当該所定期間における第１コンバータ６−１および第２コンバータ６−２の作動状態図が示される。図８を参照して、主正母線ＭＰＬに接続されたトランジスタＱ１Ｂ，Ｑ２Ｂは、いずれもオン状態に維持される。すなわち、トランジスタＱ１ＢおよびＱ２Ｂには、デューティー比が１００％のスイッチング指令がコンバータＥＣＵ３０から与えられる。一方、主負母線ＭＮＬに接続されたトランジスタＱ１Ａ，Ｑ２Ａは、いずれもオフ状態に維持される。すなわち、トランジスタＱ１Ａ，Ｑ２Ａには、デューティー比が０％のスイッチング指令がコンバータＥＣＵ３０から与えられる。

このように第１コンバータ６−１および第２コンバータ６−２がともに導通モードに切替えられる。この結果、正線ＰＬ１は、インダクタＬ１およびトランジスタＱ１Ｂを介して主正母線ＭＰＬと電気的に接続され、負線ＮＬ１は、直接的に主負母線ＭＮＬと接続される。また、正線ＰＬ２は、インダクタＬ２およびトランジスタＱ２Ｂを介して主正母線ＭＰＬと電気的に接続され、負線ＮＬ２は、直接的に主負母線ＭＮＬと接続される。そのため、第１蓄電装置４−１および第２蓄電装置４−２の間には電流経路が形成される。そして、この電流経路には、蓄電装置間の電圧差に応じた短絡電流Ｉｓが流れる。

図９は、第１蓄電装置４−１および第２蓄電装置４−２の間に形成される電流経路を簡略的に示す図である。図９を参照して、第１蓄電装置４−１の出力電圧Ｖｂ１は、第１蓄電装置４−１の起電圧Ｖｂ１ｏ、内部抵抗Ｒ１および電流値Ｉｂ１により、式（１）で示すことができる。

Ｖｂ１＝Ｖｂ１ｏ−Ｒ１×Ｉｂ１ ・・・（１）
同様に、第２蓄電装置４−２の出力電圧Ｖｂ２は、第２蓄電装置４−２の起電圧Ｖｂ２ｏ、内部抵抗Ｒ２および電流値Ｉｂ２により、式（２）で示すことができる。

Ｖｂ２＝Ｖｂ２ｏ−Ｒ２×Ｉｂ２ ・・・（２）
ここで、図８に示すようにコンバータ６−１，６−２の制御モードを導通モードに切替えると、第１蓄電装置４−１の正極と第２蓄電装置４−２の正極との間には、正線ＰＬ１、主正母線ＭＰＬおよび正線ＰＬ２により構成される電流経路が形成される。そして、この電流経路を流れる短絡電流Ｉｓは、上記の式（１），（２）から次式（３）で示すことができる。

Ｉｓ＝（Ｖｂ１ｏ−Ｖｂ２ｏ）／（Ｒ１−Ｒ２） ・・・（３）
式（３）からも明らかなように、短絡電流Ｉｓの方向（極性）は、蓄電装置間の起電圧の大小関係に応じて変化する。すなわち、起電圧Ｖｂ１ｏが起電圧Ｖｂ２ｏよりも大きいときには、短絡電流Ｉｓの方向は、第１蓄電装置４−１から第２蓄電装置４−２に向かう向きとなる。一方、起電圧Ｖｂ２ｏが起電圧Ｖｂ１ｏよりも大きいときには、短絡電流Ｉｓの方向は、第２蓄電装置４−２から第１蓄電装置４−１に向かう向きとなる。したがって、図９に示すように電流経路上に短絡電流Ｉｓの方向を検出するための電流センサを設ける構成とすれば、当該電流センサの検出値に基づいて起電圧Ｖｂ１ｏ，Ｖｂ２ｏの大小関係を判別することができる。

ここで、図９に示す電流センサとしては、蓄電装置４−１，４−２にそれぞれ対応付けられ、対応の蓄電装置の出力電流を検出するための出力電流検出部１０−１，１０−２のいずれか一方を用いることができる。本実施の形態２では、一例として、出力電流検出部１０−１により検出される出力電流Ｉｂ１の方向（極性）に基づいて、蓄電装置間の出力電圧の大小関係を判断するものとする。なお、以下では、第１蓄電装置４−１から正線ＰＬ１に流れる出力電流Ｉｂ１の向きを正とし、正線ＰＬ１から第１蓄電装置４−１に流れる出力電流の向きを負とする。

詳細には、再び図７を参照して、コンバータＥＣＵ３０は、ステップＳ１４の所定期間において、出力電流検出部１０−１から出力電流Ｉｂ１を取得すると（ステップＳ１５）、取得した出力電流Ｉｂ１が正であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。

出力電流Ｉｂが正である場合（ステップＳ１６においてＹＥＳの場合）には、コンバータＥＣＵ３０は、第１蓄電装置４−１の出力電圧Ｖｂ１が第２蓄電装置４−２の出力電圧Ｖｂ２よりも高いと判断する。そして、コンバータＥＣＵ３０は、第１コンバータ６−１を導通モードに切替えるとともに、第２コンバータ６−２を停止モードに切替える（ステップＳ１７）。

これに対して、出力電流Ｉｂ１が零以下である場合（ステップＳ１６においてＮＯの場合）には、コンバータＥＣＵ３０は、第２蓄電装置４−２の出力電圧Ｖｂ２が第１蓄電装置４−１の出力電圧Ｖｂ１以上であると判断する。この場合、コンバータＥＣＵ３０は、第１コンバータ６−１を停止モードに切替えるとともに、第２コンバータ６−２を導通モードに切替える（ステップＳ１８）。

以上に述べたように、本実施の形態２においても、先の実施の形態１と同様に、要求電力Ｐｓが低負荷となると、蓄電装置４−１および４−２のうち、出力電圧が高い方の蓄電装置に対応するコンバータが導通モードに切替えられるとともに、他方の蓄電装置に対応するコンバータが停止モードに切替えられる。これにより、駆動力発生部２への電力供給を継続しつつ、コンバータ６−１および６−２の一方が電圧変換動作を停止するので、対応の蓄電装置から主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへの電力供給に係るスイッチング損失を低減できる。

しかしながら、出力電流検出部１０−１の検出値（出力電流Ｉｂ１）が誤差を含んでいる場合には、検出値と真の出力電流との間に極性の不一致が生じる可能性がある。このような場合には、誤った検出値に基づいてコンバータ６−１，６−２の制御モードの切替えが行なわれることによって、第１蓄電装置４−１および第２蓄電装置４−２の間には短絡電流Ｉｓ（図５）が発生してしまう。

そこで、本実施の形態２に従う電源システムにおいては、蓄電装置４−１，４−２の電源電圧に対して、出力電流検出部１０−１の検出値に含まれ得る誤差に応じて定められた所定の電圧差を設ける構成とする。すなわち、蓄電装置４−１，４−２は、一方の蓄電装置の電源電圧が他方の蓄電装置の電源電圧よりも所定値だけ高くなるように構成される。

ここで、本構成における所定値は、蓄電装置間の電源電圧の差が図１０に示す領域ＲＧＮ３，ＲＧＮ４のいずれかに属するように定められる。詳細には、図１０には、出力電流検出部１０−１の検出値に基づいて判別することが可能な蓄電装置間の電圧差（＝Ｖｂ１−Ｖｂ２）の範囲が示される。

たとえば、出力電流検出部１０−１が正側および負側にそれぞれ最大誤差ΔＩを含んでいるとすると、出力電流検出部１０−１の検出値Ｉｂ１が−ΔＩ以上であって＋ΔＩ以下となる範囲内にあるときには、検出値Ｉｂ１の方向（極性）が真の出力電流の方向（極性）に一致しない場合が生じる。そのため、この検出値Ｉｂ１に基づいて蓄電装置間での出力電圧の比較動作を行なうと、比較結果に誤りが生じてしまう。

図１０には、この出力電流検出部１０−１の正側の最大誤差＋ΔＩに略等しい短絡電流が発生するときの蓄電装置間の電圧差α（α＝ΔＩ×（Ｒ１−Ｒ２））、および負側の最大誤差−ΔＩに略等しい短絡電流が発生するときの蓄電装置間の電圧差−αが示される。そして、上述した比較結果の誤りは、蓄電装置間の真の電圧差が、この２つの電圧差α，−αで囲まれた電圧範囲に属する場合に発生する。換言すれば、蓄電装置間の真の電圧差が電圧差αを上回るとき（図中の領域ＲＧＮ３に相当）、あるいは真の電圧差が電圧差−αを下回るとき（図中の領域ＲＧＮ４に相当）であれば、出力電流検出部１０−１の最大誤差の影響を受けることなく、蓄電装置間での出力電圧の比較動作を正確に行なうことができる。

したがって、本実施の形態２において、所定値は、出力電流検出部１０−１の最大誤差ΔＩを蓄電装置間の電圧差に換算した値αを上回る値に定められる。これによれば、出力電流検出部１０−１の検出値に含まれ得る誤差に拘らず、検出値Ｉｂ１から得られる蓄電装置間の出力電圧の大小関係は、真の出力電圧の大小関係と常に一致したものとなる。これにより、蓄電装置間での出力電圧の比較結果に誤りが生じるのが抑制されるため、蓄電装置間の短絡電流の発生を抑制することができる。その結果、電圧変換部における電力変換損失を低減させるための制御を安定して行なうことが可能となる。

［実施の形態３］
図１１は、この発明の実施の形態３に従う電源システム１Ａを搭載した車両１００の要部を示す概略構成図である。本実施の形態３に従う電源システム１Ａは、図１に示した電源システム１と比較して、２つの蓄電装置４−１，４−２に代えて、３つの蓄電装置４−１〜４−３を備える点で異なる。

図１１を参照して、電源システム１Ａは、平滑コンデンサＣと、入出力電圧検出部１４と、第１コンバータ６−１と、第２コンバータ６−２と、第３コンバータ６−３と、出力電流検出部１０−１〜１０−３と、出力電圧検出部１２−１〜１２−３と、温度検出部１１−１〜１１−３と、コンバータＥＣＵ３０Ａと、電池ＥＣＵ２０Ａとを備える。

第１コンバータ６−１、第２コンバータ６−２および第３コンバータ６−３は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに対して並列接続される。第１コンバータ６−１は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬと、第１蓄電装置４−１との間に設けられ、コンバータＥＣＵ３０Ａからのスイッチング指令ＰＷＣ１に基づいて、第１蓄電装置４−１と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電力変換動作を行なう。第２コンバータ６−２は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬと、第２蓄電装置４−２との間に設けられ、コンバータＥＣＵ３０Ａからのスイッチング指令ＰＷＣ２に基づいて、第２蓄電装置４−２と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電力変換動作を行なう。第３コンバータ６−３は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬと、第３蓄電装置４−３との間に設けられ、コンバータＥＣＵ３０Ａからのスイッチング指令ＰＷＣ３に基づいて、第３蓄電装置４−３と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電力変換動作を行なう。

切替装置１６は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとコンバータ６−１〜６−３との間に設けられ、コンバータＥＣＵ３０Ａからの切替指令ＳＷに従って、コンバータ６−１〜６−３のいずれか１つを主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから電気的に切離すことが可能に構成される。

具体的には、切替装置１６は、システムリレーＲＹ１〜ＲＹ３を含む。システムリレーＲＹ１は、第１蓄電装置４−１と第１コンバータ６−１との間に配設される。システムリレーＲＹ２は、第２蓄電装置４−２と第２コンバータ６−２との間に配設される。システムリレーＲＹ３は、第３蓄電装置４−３と第３コンバータ６−３との間に配設される。システムリレーＲＹ１〜ＲＹ３は、コンバータＥＣＵ３０Ａからの切替指令ＳＷに応答して遮断される。

第３蓄電装置４−３は、第１蓄電装置４−１および第２蓄電装置４−２と同様に、充放電可能な直流電源である。正線ＰＬ３に介挿された出力電流検出部１０−３が第３蓄電装置４−３の入出力に係る出力電流Ｉｂ３を検出し、正線ＰＬ３と負線ＮＬ３との線間に接続された出力電圧検出部１２−３が第３蓄電装置４−３の入出力に係る出力電圧Ｖｂ３を検出する。さらに、第３蓄電装置４−３を構成する電池セルに近接して配設された温度検出部１１−３が、第３蓄電装置４−３の温度Ｔｂ３を検出する。

電池ＥＣＵ２０Ａは、温度検出部１１−１〜１１−３で検出される温度Ｔｂ１〜Ｔｂ３、出力電流検出部１０−１〜１０−３で検出される出力電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３、および出力電圧検出部１２−１〜１２−３で検出される出力電圧Ｖｂ１〜Ｖｂ３に基づいて、各蓄電装置のＳＯＣを算出する。

コンバータＥＣＵ３０Ａは、制御線を介してそれぞれ接続された電池ＥＣＵ２０Ａおよび駆動ＥＣＵ４０と連係して、要求電力Ｐｓを蓄電装置４−１〜４−３が所定の比率で分担できるように、それぞれコンバータ６−１〜６−３における電圧変換動作を制御する。具体的には、コンバータＥＣＵ３０Ａは、出力電流検出部１０−１〜１０−３、出力電圧検出部１２−１〜１２−３および入出力電圧検出部１４からの各検出値、ならびに要求電力Ｐｓに基づいて、コンバータ６−１〜６−３をそれぞれ駆動するためのスイッチング指令ＰＷＣ１〜ＰＷＣ３を生成する。そして、コンバータＥＣＵ３０Ａは、生成したスイッチング指令ＰＷＣ１〜ＰＷＣ３をそれぞれコンバータ６−１〜６−３へ出力し、コンバータ６−１〜６−３を制御する。

また、コンバータＥＣＵ３０Ａは、要求電力Ｐｓが低負荷であるときには、コンバータ６−１〜６−３のいずれか１つを主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから電気的に切離すための切替指令ＳＷを生成して切替装置１６へ出力する。そして、残余の２台のコンバータのうち、一方のコンバータの電圧変換動作を実行させるとともに、他方のコンバータの電圧変換動作を停止させるように各コンバータの制御モードを切替える。

図１２は、本発明の実施の形態３に従うコンバータＥＣＵ３０Ａの制御構造を示すフローチャートである。なお、図１２に示すフローチャートは、コンバータＥＣＵ３０Ａにおいて予め格納されたプログラムを実行することで実現できる。

図１２を参照して、コンバータＥＣＵ３０Ａは、駆動ＥＣＵ４０から要求電力Ｐｓを取得すると（ステップＳ０１）、要求電力Ｐｓが閾値Ｐｔｈを上回っているか否かを判断する（ステップＳ０２）。すなわち、要求電力が高負荷であるか否かが判断される。

要求電力Ｐｓが閾値Ｐｔｈを上回っている場合（ステップＳ０２においてＹＥＳの場合）、すなわち要求電力Ｐｓが高負荷である場合には、コンバータＥＣＵ３０Ａは、第１コンバータ６−１を「マスター」として作動させるために、第１コンバータ６−１を電圧制御モード（昇圧）に設定するとともに、第２コンバータ６−２および第３コンバータ６−３を「スレーブ」として作動させるために、第２コンバータ６−２および第３コンバータ６−３を電力制御モードに設定する（ステップＳ０３）。

これに対して、要求電力Ｐｓが閾値Ｐｔｈ以下である場合（ステップＳ０２においてＮＯの場合）、すなわち要求電力Ｐｓが低負荷である場合には、コンバータＥＣＵ３０Ａは、所定期間、コンバータ６−１〜６−３の各々の上アームを構成するトランジスタを同時にオン状態に制御する（ステップＳ２１）。これにより、所定期間において、コンバータ６−１〜６−３はともに導通モードに制御される。コンバータＥＣＵ３０Ａは、この所定期間における出力電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３を出力電流検出部１０−１〜１０−３からそれぞれ取得する（ステップＳ２２）。

そして、コンバータＥＣＵ３０Ａは、取得した出力電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３に基づいて、出力電流の方向（極性）が負となる蓄電装置に対応するコンバータを選択すると、当該コンバータを主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから電気的に切離すための切替指令ＳＷを生成して切替装置１６へ出力する。これにより、当該コンバータと主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間に配設されたシステムリレーが遮断される（ステップＳ２３）。

このステップＳ２３においては、所定期間における各蓄電装置の出力電流の極性に基づいて、蓄電装置４−１〜４−３のうち出力電圧が最も低い蓄電装置が選択される。これは、所定期間においては蓄電装置４−１〜４−３の間に主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬを介して電流経路が形成されるところ、当該電流経路には、出力電圧が最も低い蓄電装置に向かって残余の２つの蓄電装置から短絡電流が流れ込むことに基づいている。

次に、コンバータＥＣＵ３０Ａは、以下のステップＳ２４〜Ｓ２７に示す処理を行なうことによって、残余の２台のコンバータのうち、出力電圧が高い方の蓄電装置に対応するコンバータを選択して電圧変換動作を実行させる。なお、ステップＳ２４〜Ｓ２７の処理は、図７のフローチャートのステップＳ１４〜Ｓ１８に示す処理と実質的に同じである。

具体的には、コンバータＥＣＵ３０Ａは、まず、所定期間、残余の２つの蓄電装置に対応する残余の２台のコンバータの上アームを構成するトランジスタを同時にオン状態に制御する（ステップＳ２４）。コンバータＥＣＵ３０Ａは、この所定期間において、残余の２つの蓄電装置の一方の蓄電装置の出力電流Ｉｂを対応の出力電流検出部から取得すると（ステップＳ２５）、その取得した出力電流Ｉｂの極性に基づいて、残余の２つの蓄電装置間の出力電圧の大小関係を判別する（ステップＳ２６）。

そして、コンバータＥＣＵ３０Ａは、出力電圧が高い方の蓄電装置に対応するコンバータを導通モードに切替えるとともに、他方の蓄電装置に対応するコンバータを停止モードに切替える（ステップＳ２７）。

以上に述べたように、本実施の形態３によれば、要求電力Ｐｓが低負荷となると、蓄電装置４−１〜４−３のうち、出力電圧が最も高い蓄電装置に対応するコンバータが導通モードに切替えられるとともに、残余の２つの蓄電装置に対応するコンバータが停止モードに切替えられる。これにより、駆動力発生部２への電力供給を継続しつつ、残余の蓄電装置に対応するコンバータが電圧変換動作を停止するので、残余の蓄電装置から主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへの電力供給に係るスイッチング損失を低減できる。したがって、単一の蓄電装置のみからの電力供給に伴なって、対応のコンバータを流れる電流値が比較的大きくなってとしても、不要な損失発生を抑制できる。

なお、本実施の形態３に従う電源システム１Ａにおいては、蓄電装置４−１〜４−３にそれぞれ対応付けられた出力電流検出部１０−１〜１０−３により検出される出力電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３の極性に基づいて、出力電圧が最も高い蓄電装置に対応するコンバータが選択される。したがって、各出力電流検出部１０−１〜１０−３の検出値に含まれる誤差の影響によって、蓄電装置間の出力電圧の比較結果に誤りが生じた場合には、蓄電装置間の短絡電流が発生する可能性がある。

そのため、本実施の形態３においても、蓄電装置４−１〜４−３の電源電圧には、出力電流検出部の検出値に含まれ得る誤差に応じて定められた所定の電圧差が設けられる。一例として、第２蓄電装置４−２は、第３蓄電装置４−３よりも電源電圧が所定値だけ高くなるように構成される。さらに、第１蓄電装置４−１は、第２蓄電装置４−２よりも電源電圧が所定値だけ高くなるように構成される。なお、このときの所定値は、図１０で説明したように、出力電流検出部の最大誤差ΔＩを蓄電装置間の電圧差に換算した値αよりも高い値に定められる。この結果、出力電流検出部の検出値に含まれ得る誤差に拘らず、検出値から得られる蓄電装置間の出力電圧の大小関係は、真の出力電圧の大小関係と常に一致したものとなる。これにより、蓄電装置間での出力電圧の比較結果に誤りが生じるのが抑制されるため、蓄電装置間の短絡電流の発生を抑制することができる。

以上に述べたように、本発明の実施の形態３によれば、電源システムが３台以上の蓄電装置およびコンバータから構成される場合であっても、上述した実施の形態１，２と同様の効果を発揮させることができる。これにより、負荷装置からの要求電力に応じて、コンバータおよび蓄電装置の数を比較的次中に設計することができる。よって、さまざまな大きさおよび種類の負荷装置に対して電力供給可能な電源システムおよびそれを備えた車両を実現できる。

なお、上記の各実施の形態においては、負荷装置の一例として、２つのモータジェネレータを含む駆動力発生部を用いる構成について説明したが、モータジェネレータの数は制限されない。さらに、負荷装置としては、車両の駆動力を発生する駆動力発生部に限られず、電力消費のみを行なう装置および電力消費および発電の両方が可能な装置のいずれにも適用することができる。

また、上記の各実施の形態においては、電源システムが搭載される車両の一例として、動力分割機構４２を用いてエンジンの動力がモータジェネレータＭＧ１と車輪とに分配される、いわゆるシリーズ／パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、エンジンの動力をモータジェネレータＭＧ１による発電のみに用い、モータジェネレータＭＧ２のみを用いて車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両にも、この発明は適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、複数の蓄電装置を有する電源システムおよびそれを備える車両に適用することができる。

１，１Ａ 電源システム、２ 駆動力発生部、４−１ 第１蓄電装置、４−２ 第２蓄電装置、４−３ 第３蓄電装置、６−１ 第１コンバータ、６−２ 第２コンバータ、６−３ 第３コンバータ、８−１ 第１インバータ、８−２ 第２インバータ、１０−１〜１０−３ 出力電流検出部、１１−１〜１１−３ 温度検出部、１２−１〜１２−３ 出力電圧検出部、１４ 入出力電圧検出部、１６ 切替装置、４０−１，４０−２ チョッパ回路、４２ 動力分割機構、１００ 車両、Ｃ，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１Ａ，Ｄ１Ｂ ダイオード、２０，２０Ａ 電池ＥＣＵ、３０，３０Ａ コンバータＥＣＵ、４０ 駆動ＥＣＵ、Ｌ１，Ｌ２ インダクタ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＭＮＬ 主負母線、ＭＰＬ 主正母線、ＮＬ１〜ＮＬ３ 負線、ＰＬ１〜ＰＬ３ 正線、Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ａ，Ｑ２Ｂ トランジスタ、ＲＹ１〜ＲＹ３ システムリレー。

Claims (9)

1. 各々が充放電可能に構成された複数の蓄電装置を有する電源システムであって、
   負荷装置と電気的に接続された電力線対と、
   前記複数の蓄電装置と前記電力線対との間にそれぞれ設けられ、各々が前記電力線対と対応の前記蓄電装置との間で電圧変換動作を行なうように構成された複数の電圧変換部と、
   前記複数の蓄電装置にそれぞれ対応付けられ、対応の前記蓄電装置の出力電圧を検出するための複数の電圧検出部と、
   前記負荷装置からの要求電力に応じて前記複数の電圧変換部を制御する制御装置とを備え、
   前記複数の蓄電装置に含まれる第１および第２の蓄電装置は、各蓄電装置の内部に備えられる電池セルの数を調整することによって、一方の蓄電装置が他方の蓄電装置よりも電源電圧が第１の所定値だけ高くなるように構成され、
   前記第１の所定値は、前記複数の電圧検出部の検出値に含まれ得る誤差に応じて定められる、電源システム。
2. 前記制御装置（３０）は、前記負荷装置からの要求電力が閾値以下となるときには、前記複数の電圧検出部（１２−１，１２−２）により検出される前記複数の蓄電装置（４−１，４−２）の出力電圧に基づいて、前記複数の電圧変換部（６−１，６−２）に含まれる第１および第２の電圧変換部のうち、各々に対応する前記蓄電装置の出力電圧が大きい方の前記電圧変換部の電圧変換動作を実行させるとともに、他方の前記電圧変換部の電圧変換動作を停止させるように前記第１および第２の電圧変換部を制御する、請求の範囲第１項に記載の電源システム。
3. 前記第１の所定値は、前記第１および第２の蓄電装置の各々に対応する前記電圧検出部の検出値に含まれ得る誤差の合計値よりも高くなるように定められる、請求の範囲第２項に記載の電源システム。
4. 前記複数の電圧変換部（６−１，６−２）の各々は、
   インダクタと直列接続された上で、前記電力線対（ＭＰＬ，ＭＮＬ）の一方の電力線と対応の前記蓄電装置の一方極との間に配置されたスイッチング素子と、
   前記電力線対（ＭＰＬ，ＭＮＬ）の他方の電力線と対応の前記蓄電装置の他方極とを電気的に接続するための配線を含み、
   前記制御装置（３０）は、電圧変換動作を実行中の前記電圧変換部について、前記スイッチング素子をオン状態に維持する、請求の範囲第２項に記載の電源システム。
5. 各々が充放電可能に構成された複数の蓄電装置を有する電源システムであって、
   負荷装置と電気的に接続された電力線対と、
   前記複数の蓄電装置と前記電力線対との間にそれぞれ設けられ、各々が前記電力線対と対応の前記蓄電装置との間で電圧変換動作を行なうように構成された複数の電圧変換部と、
   前記複数の蓄電装置にそれぞれ対応付けられ、対応の前記蓄電装置の電流を検出するための複数の電流検出部と、
   前記負荷装置からの要求電力に応じて前記複数の電圧変換部を制御する制御装置とを備え、
   前記複数の蓄電装置に含まれる第１および第２の蓄電装置は、各蓄電装置の内部に備えられる電池セルの数を調整することによって、一方の蓄電装置が他方の蓄電装置よりも電源電圧が第２の所定値だけ高くなるように構成され、
   前記第２の所定値は、前記複数の電流検出部の検出値に含まれ得る誤差に応じて定められる、電源システム。
6. 前記制御装置（３０）は、前記負荷装置からの要求電力が閾値以下となるときには、前記複数の電圧変換部（６−１，６−２）の各々について、所定期間前記電力線対（ＭＰＬ，ＭＮＬ）と対応の前記蓄電装置とを電気的に導通状態とするとともに、前記所定期間において前記複数の電流検出部（１０−１，１０−２）に含まれる第１の電流検出部により検出される、対応の前記蓄電装置の電流に基づいて、前記複数の電圧変換部（６−１，６−２）に含まれる第１および第２の電圧変換部のうち、各々に対応する前記蓄電装置の出力電圧が高い方の前記電圧変換部の電圧変換動作を実行させるとともに、他方の前記電圧変換部の電圧変換動作を停止させるように前記第１および第２の電圧変換部を制御する、請求の範囲第５項に記載の電源システム。
7. 前記制御装置（３０）は、前記所定期間において前記第１の電流検出部により検出される対応の前記蓄電装置の電流の極性に基づいて、各々に対応する前記蓄電装置の出力電圧が高い方の前記電圧変換部を選択し、
   前記第２の所定値は、前記第１の電流検出部の検出値に含まれ得る誤差を、前記第１の蓄電装置の出力電圧と前記第２の蓄電装置の出力電圧との電圧差に換算した値よりも高くなるように定められる、請求の範囲第６項に記載の電源システム。
8. 前記複数の電圧変換部（６−１，６−２）の各々は、
   インダクタと直列接続された上で、前記電力線対（ＭＰＬ，ＭＮＬ）の一方の電力線と対応の前記蓄電装置の一方極との間に配置されたスイッチング素子と、
   前記電力線対（ＭＰＬ，ＭＮＬ）の他方の電力線と対応の前記蓄電装置の他方極とを電気的に接続するための配線を含み、
   前記制御装置（３０）は、電圧変換動作を実行中の前記電圧変換部について、前記スイッチング素子をオン状態に維持する、請求の範囲第６項に記載の電源システム。
9. 請求の範囲第１項から請求の範囲第８項のいずれかに記載の電源システムと、
   前記負荷装置として、前記電源システムから電力を受けて車両（１００）の駆動力を発生する駆動力発生部（２）とを備える車両。

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