JP6160601B2 - 電源システム - Google Patents

Description

この発明は、電源システムに関し、より特定的には、車両駆動力を発生するための電動機を搭載した電動車両に適用され、かつ、蓄電装置からの電圧を昇圧するための昇圧コンバータを含んで構成された電源システムに関する。

電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両の電源システムとして、蓄電装置からの電圧を昇圧して負荷へ出力する昇圧コンバータを含む構成が、たとえば、特開２０１１−８７４０６号公報（特許文献１）に記載されている。

特許文献１には、昇圧コンバータの冷却水温度に応じて、昇圧コンバータを流れる電流の最大値を設定すること、および、当該電流が最大値に制限された状態での走行が継続する時間を学習することが記載されている。特許文献１には、さらに、当該学習の結果に応じて、昇圧コンバータを流れる電流の最大値を補正することが記載されている。

特開２０１１−８７４０６号公報

特許文献１の電源システムでは、冷却水温度の上昇時に、昇圧コンバータを流れる電流の最大値を下げることによって、昇圧コンバータの過熱を防止することができる。ただし、昇圧コンバータの電流制限は、車両用駆動力発生用の電動機でのトルク制限につながるので、車両走行性能を低下させてしまう。このため、電流の最大値は、なるべく高く設定することが好ましい。

一方、昇圧コンバータでの温度上昇量は、昇圧比等の昇圧コンバータの動作状態にも影響を受ける。しかしながら、特許文献１では、昇圧コンバータの動作状態については考慮することなく、結果として生じた冷却水温度の上昇のみに応じて昇圧コンバータの電流上限値を設定する。このため、電流上限値は、昇圧コンバータでの温度上昇量が最大となるような動作状態に対応して設計せざるを得なくなる。言い換えると、特許文献１の電源システムでは、昇圧コンバータの電流上限値を低下させる余地があると言える。

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、この発明の目的は、蓄電装置からの電圧を昇圧して出力するための昇圧コンバータを含むように構成された電動車両の電源システムにおいて、車両走行性の走行性を過度に低下させることなく、昇圧コンバータを過熱から保護することである。

この発明による電源システムは、車両駆動力を発生するための電動機を搭載した電動車両の電源システムであって、第１および第２の電力線と、蓄電装置と、昇圧コンバータと、冷却装置と、制御装置とを備える。第１の電力線は、電動機を含む負荷と接続される高圧側の電力線であり、第２の電力線は、負荷と接続される低圧側の電圧線である。蓄電装置は、電動機への供給電力を蓄積するために設けられる。昇圧コンバータは、蓄電装置および負荷の間に接続される。昇圧コンバータは、ダイオードと、スイッチング素子と、リアクトルとを含む。ダイオードは、第１の電力線および第１のノードの間に、第１のノードから第１の電力線へ向かう電流経路を形成するように接続される。スイッチング素子は、第１のノードおよび第２の電力線間に接続される。リアクトルは、第１のノードおよび第２の電力線の間に蓄電装置と直列に接続される。冷却装置は、ダイオードおよびスイッチング素子を冷却するための冷媒循環機構を有するように構成される。制御装置は、昇圧コンバータおよび負荷の動作を制御するように構成される。制御装置は、電圧制御部と、上限電流設定部と、電力制限部とを含む。電圧制御部は、第１および第２の電力線間の直流電圧を制御するためにスイッチング素子をオンオフ制御するように構成される。上限電流設定部は、冷媒循環機構の冷媒温度と直流電圧とに基づいて、昇圧コンバータの電流上限値を設定するように構成される。電力制限部は、昇圧コンバータを流れる電流が電流上限値を超えないように負荷の電力を制限するように構成される。

上記電源システムによれば、上アームのダイオードおよび下アームのスイッチング素子によって昇圧チョッパが構成される昇圧コンバータの熱保護のための電流上限値を、冷媒温度のみではなく、昇圧コンバータの出力電圧に基づいて設定することができる。これにより、負荷への力行電流が流れるために熱保護の主対象となるダイオードでの発熱量が、昇圧コンバータの出力電圧の上昇に応じて低下する特性を考慮して、電流上限値を設定することができる。この結果、蓄電装置から負荷への出力電力の制限が過度にならないように、熱保護のための電流上限値を適切に設定することができるので、電動車両の車両走行性を過度に低下させることなく、昇圧コンバータを過熱から保護することが可能となる。

好ましくは、上限電流設定部は、冷媒温度が所定の判定温度よりも低い領域では、直流電圧に基づいて電流上限値の設定を解除する一方で、冷媒温度が判定温度よりも高い領域では、直流電圧および冷媒温度に基づいて電流上限値を設定する。

このような構成とすることにより、昇圧コンバータの出力電圧および冷媒温度に応じて、昇圧コンバータを過熱から保護するための電流上限値をさらに適切に設定することができる。

また好ましくは、制御装置は、下限電圧設定部と、電圧指令値設定部とさらに含む。下限電圧設定部は、冷媒温度および昇圧コンバータの電流に基づいて直流電圧の下限電圧を設定するように構成される。電圧指令値設定部は、下限電圧設定部よりも高い電圧範囲に直流電圧の電圧指令値を設定するように構成される。電圧制御部は、電圧指令値に従って直流電圧を制御するためにスイッチング素子のオンオフを制御する。

このような構成とすることにより、冷媒温度および昇圧コンバータの電流によっては、昇圧コンバータの温度上昇を抑制するために、昇圧コンバータの出力電圧を上昇することができる。これにより、たとえば、冷媒温度が所定温度よりも低い領域において、昇圧コンバータの温度上昇抑制を優先して昇圧コンバータの出力電圧を上昇することで、昇圧コンバータでの電流制限の発生を回避することができる。

さらに好ましくは、電力制限部は、蓄電装置の状態に応じて設定されたベース値と、昇圧コンバータの電流が電流上限値よりも高いときに負値に設定される修正量との和に従って蓄電装置からの放電電力上限値を設定する。そして、負荷の動作指令は、蓄電装置からの出力電圧が放電電力上限値を超えない範囲に制限して生成される。

このような構成とすることにより、電流上限値を超えた電流が昇圧コンバータを流れる場合には、放電電力制限値の減少によって負荷の動作を制限することによって、昇圧コンバータを流れる電流が電流上限値を超えないように確実に制御することができる。

また好ましくは、電力制限部は、前記電流上限値と前記蓄電装置の電圧との積に従った電力上限値の最小値を超えないように、前記ベース値を制限する。

このような構成とすることにより、設定された電流上限値と蓄電装置の電圧との積に従った電力上限値を超えないように、蓄電装置の放電電力上限値を設定することができる。この結果、昇圧コンバータを流れる電流が電流上限値を超えないように確実に制御することができる
さらに好ましくは、制御装置は、電動車両の動作状態に応じて、放電電力上限値を一時的に緩和するように構成される。電力制限部は、一時的な緩和時における放電電力上限値の加算量を、緩和後の放電電力上限値が電流上限値と蓄電装置の電圧との積に従った電力上限値を超えない範囲内で設定するように構成される。

このような構成とすることにより、昇圧コンバータを流れる電流が電流上限値を超えないように制御することによって昇圧コンバータを過熱から保護するとともに、電動車両の車両状態に応じて放電電力制限値を一時的に緩和することによって走行性能を確保することができる。

この発明によれば、蓄電装置からの電圧を昇圧するための昇圧コンバータを含んで構成された電動車両の電源システムにおいて、車両走行性を過度に低下させることなく、昇圧コンバータを過熱から保護することができる。

本実施の形態に従う電源システムの構成を説明するブロック図である。 図１中の負荷の第１の構成例を説明するブロック図である。 図１中の負荷の第２の構成例を説明するブロック図である。 昇圧コンバータでのスイッチング動作を説明する動作波形図である。 昇圧コンバータの冷却機構を説明するブロック図である。 比較例として示される、昇圧コンバータを流れるバッテリ電流の最大値を設定するためのマップを説明する概念図である。 昇圧コンバータの上アームに配置されたダイオードの電力損失特性を説明するためのグラフである。 本実施の形態に従う電源システムにおける冷却水温度と昇圧コンバータの出力電圧および電流上限値との対応関係を示す概念図である。 実施の形態１に従う昇圧コンバータの熱保護のための制御を説明する機能ブロック図である。 実施の形態２に従う昇圧コンバータの熱保護のための制御を説明する機能ブロック図である。 実施の形態３に従う昇圧コンバータの熱保護のための制御を説明する機能ブロック図である。 ＶＨ下限電圧の設定マップを説明するための概念図である。 実施の形態４に従う電源システムが適用される電動車両におけるバッテリからの放電電力上限値の一時的緩和のための制御処理を説明するフローチャートである。 実施の形態４に従う昇圧コンバータの熱保護のための制御を説明する機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。また、以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態に従う電源システムの構成を説明するブロック図である。

図１を参照して、本発明の実施の形態に従う電源システム１００は、蓄電装置１０と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ２０と、制御装置３０とを備える。

蓄電装置１０は、再充電可能な直流電源であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などのバッテリによって構成される。あるいは、電気二重層キャパシタ等によっても、蓄電装置１０を構成することができる。以下では、蓄電装置１０をバッテリ１０とも称することとする。

バッテリ１０には、出力電圧Ｖｂ（バッテリ電圧）を検出するための電圧センサ１１と、バッテリ温度Ｔｂを検出するための温度センサ１２と、バッテリ１０からの出力電流Ｉｂを検出するための電流センサ１３とが配置されている。

システムリレーＳＲ１は、バッテリ１０の正極端子および電力線６の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、バッテリ１０の負極端子および電力線５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの制御信号ＳＥによりオンオフされる。平滑コンデンサＣ１は、電力線６および電力線５の間に接続される。

昇圧コンバータ２０は、高電圧側の電力線７および低電圧側の電力線５を経由して、負荷４０と接続される。昇圧コンバータ２０は、電力線７および電力線５間の直流電圧ＶＨを、電圧指令値ＶＨ＊に従って制御する。

直流電圧ＶＨは、負荷４０へ供給される。負荷４０は、蓄電装置１０からの電力により、制御装置３０からの制御指令に応じて動作する（力行動作）。あるいは、負荷４０は、発電機能を具備するように構成されてもよい。この場合には、負荷４０は、制御装置３０からの制御指令に応じて動作することにより、蓄電装置１０の充電電力を発生する（回生動作）。回生動作時の負荷４０からの電力は、昇圧コンバータ２０を経由して蓄電装置１０を充電する。

昇圧コンバータ２０は、非絶縁型の昇圧チョッパ回路によって構成されるため、電力線５は、負荷４０および蓄電装置１０と共通に電気的に接続される。平滑コンデンサＣ２は、電力線７および電力線５の間に接続される。

昇圧コンバータ２０は、リアクトルＬと、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線７および電力線５の間に直列に接続される。この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタなどを用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、ダイオードＤ１，Ｄ２が逆並列に接続されている。

電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオンオフ（スイッチング動作）は、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。リアクトルＬは、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードＮ１と電力線６との間に、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２を経由して、バッテリ１０と直列に電気的に接続される。

なお、図１に例示された昇圧コンバータ２０において、電力線７は「第１の電力線」に対応し、電力線５は「第２の電力線」に対応し、接続ノードＮ１は「第１のノード」に対応する。さらに、ダイオードＤ１は「ダイオード」に対応し、スイッチング素子Ｑ２は「スイッチング素子」に対応する。

図２および図３は、負荷４０の構成例を説明するブロック図である。
図２および図３に示されるように、図１に示した電源システムは、ハイブリッド自動車および電気自動車等の、車両駆動力発生用の電動機を搭載した電動車両に適用されるものである。

図２を参照して、負荷４０は、たとえば、電力線５，７に接続されたインバータ４１と、モータジェネレータ４２を含む。モータジェネレータ４２は、代表的には、三相同期電動機によって構成される。インバータ４１は、昇圧コンバータ２０からの直流電圧ＶＨを三相交流電圧に変換して、モータジェネレータ４２へ供給する。これにより、バッテリ１０からの電力によってモータジェネレータ４２が駆動力を発生する、力行動作が実行される。代表的には、インバータ４１は、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路によって構成される。

一方で、電動車両の減速時には、モータジェネレータ４２が負トルクの出力による発電を行うことによって、減速エネルギを電気エネルギに変換する回生制動を行うことができる。回生制動時には、インバータ４１は、モータジェネレータ４２が発電した三相交流電力を直流電力に変換して、電力線５，７に直流電圧ＶＨを出力する。図１に例示された昇圧コンバータ２０は、直流電圧ＶＨを降圧してバッテリ１０を充電することができる。これにより、モータジェネレータ４２の発電電力によってバッテリ１０が充電される、回生動作が実行される。

あるいは、図３を参照して、負荷４０は、電力線５，７に並列に接続されたインバータ４１，４３と、インバータ４１，４３とそれぞれ接続されたモータジェネレータ４２，４４とを含むように構成される。このような構成では、エンジン（図示せず）がさらに配置されて、エンジンの出力によって、一方のモータジェネレータが発電するように構成されてもよい。このような形式では、エンジンの機械的出力を発電および車両駆動力の両方に使用可能な、いわゆるシリーズ・パラレルハイブリッド構成、および、エンジンの出力を発電専用とするシリーズハイブリッド構成のいずれを適用することも可能である。

あるいは、図２の構成において、図示しない燃料電池をさらに配置するように負荷４０を構成することも可能である。このように、本実施の形態に従う電源システムが適用される電動車両は、これら電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などを含む概念である。

再び図１を参照して、制御装置３０は、代表的には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）で構成されて、各センサによる検出値に基づいて、電源システム１００の動作を制御する。制御装置３０は、電源システム１００の起動・停止指令に従ってシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２のオンオフを制御する制御信号ＳＥを生成する。制御信号ＳＥは、電源システム１００の起動に応じてシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２がオンされるように生成され、かつ、電源システム１００の停止時にシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２がオフされるように制御される。

制御装置３０には、電圧センサ１１からのバッテリ電圧Ｖｂ、温度センサ１２からのバッテリ温度Ｔｂ、電流センサ１３からのバッテリ電流Ｉｂ、電圧センサ１４からの入力電圧ＶＬおよび電圧センサ１５からの出力電圧ＶＨの検出値が入力される。

制御装置３０は、主にバッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂに基づき、バッテリ１０の残容量を示すＳＯＣ（State Of Charge）を算出する。公知のように、ＳＯＣは、満充電状態に対する現在の残容量を百分率で示したものである。

さらに、制御装置３０は、電源システム１００の作動時には、これらの検出値に基づき昇圧コンバータ２０で所望の電圧変換が行なわれるように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作（オンオフ動作）を制御するスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

また、制御装置３０は、負荷４０の動作指令を生成する。負荷４０が、図２または図３に例示されるように、電動車両の車両駆動力発生用のモータジェネレータを含む場合には、動作指令は、当該モータジェネレータのトルク指令を含む。

次に、電源システム１００の動作を説明する。
システムリレーＳＲ１，ＳＲ２のオン期間において、バッテリ１０からの出力電圧であるバッテリ電圧Ｖｂが、電力線５および電力線６の間に印加される。昇圧コンバータ２０へは、電力線５および電力線６に接続された平滑コンデンサＣ１の電圧ＶＬが入力される。

昇圧コンバータ２０は、バッテリ１０から入力された直流電圧ＶＬを、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に従ったスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作によって昇圧して、電力線５および電力線７の間に直流電圧ＶＨを発生することができる。直流電圧ＶＨは平滑コンデンサＣ２によって平滑されて負荷４０へ供給される。

また、昇圧コンバータ２０は、平滑コンデンサＣ２を介して負荷４０から供給された直流電圧ＶＨを、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に従ったスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作によって降圧して、電力線５および電力線６の間に直流電圧ＶＬを発生することができる。直流電圧ＶＬは、平滑コンデンサＣ１によって平滑されて、バッテリ１０の充電に用いられる。

昇圧コンバータ２０は、双方向に電力変換可能なコンバータとして動作可能であるが、本実施の形態では、バッテリ（直流電源）１０から供給された直流電圧ＶＬを負荷４０へ供給される直流電圧ＶＨへ変換する電圧変換動作（昇圧動作）を主に説明の対象とする。したがって、以下では、直流電圧ＶＬを入力電圧ＶＬとも称し、直流電圧ＶＨを出力電圧ＶＨとも称する。

図４は、昇圧コンバータ２０でのスイッチング動作を説明する動作波形図である。
図４を参照して、スイッチング素子Ｑ２のオン期間およびオフ期間が、設定されたデューティ比ｄ（ｄ＝Ｔｏｎ／Ｔ：オン期間比）に従って交互に設けられる。ここで、Ｔは、所定のスイッチング周期（Ｔ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）である。

スイッチング素子Ｑ２のオン期間にはバッテリ１０からリアクトルＬに電力が蓄積され、オフ期間には、バッテリ１０およびリアクトルＬから負荷４０へ電力が供給される。すなわち、昇圧コンバータ２０は、いわゆる昇圧チョッパとして動作する。

昇圧動作時における昇圧コンバータ２０の定常状態での昇圧比（ＶＨ／ＶＬ）は、デューティ比ｄ（ｄ＝Ｔｏｎ／Ｔ）の関数として下記（１）式で示される。

ＶＨ＝１／（１−ｄ）・ＶＬ …（１）
スイッチング素子Ｑ１は、基本的には、スイッチング素子Ｑ２と相補的にオンオフされる。なお、スイッチング素子Ｑ１については、常にオフ状態としても、昇圧コンバータ２０を昇圧チョッパとして動作させることが可能である。ただし、スイッチング素子Ｑ１のオン期間には、電力線７から電力線６へ電流を流すことが可能であるので、同一のスイッチングパターンによって、出力電圧ＶＨを制御しながら回生動作および力行動作の両方への対応が可能である。

また、昇圧が不要である場合には（ＶＨ＝ＶＬ）、ｄ＝０としてスイッチング素子Ｑ１をオンに固定する一方で、スイッチング素子Ｑ２をオフすることも可能である。この場合には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２でのスイッチング損失が発生しないので、昇圧コンバータ２０での電力損失を抑制することができる。

なお、昇圧コンバータ２０は、バッテリ１０から負荷４０への電力供給（すなわち、力行動作）のみを行う場合には、下アームのスイッチング素子Ｑ２および上アームのダイオードＤ１のみでも構成することが可能である。

言い換えると、図１の構成例では、昇圧コンバータ２０は、上アームにスイッチング素子Ｑ１を配置し、下アームにダイオードＤ２をさらに配置することによって、負荷４０からの電力供給によるバッテリ１０の充電（すなわち、回生動作）についても実行可能に構成されている。

図５は、昇圧コンバータ２０の冷却機構を説明するブロック図である。
図５を参照して、昇圧コンバータ２０は、冷却装置１５０によって冷却される。冷却装置１５０は、冷媒循環経路を形成するための、冷却配管１５１、冷媒ポンプ１５２、リザーバタンク１５４、およびラジエータ１５６を有する。冷却装置１５０での冷媒は、代表的には、水(以下、冷却水とも称する）が使用される。したがって、以下では、冷媒ポンプ１５２をウォータポンプ１５２とも称する。

冷却配管１５１は、冷却対象となる機器（昇圧コンバータ２０）を含む冷媒循環経路に冷却水を循環通流させるように構成される。冷媒循環経路は、冷却対象となる機器（昇圧コンバータ２０）を冷却水が通過すると、発熱した素子と冷却水との熱交換によって、当該機器を冷却するように構成される。冷媒循環経路には、冷却水温度Ｔｃｗを測定するための温度センサ１５５が設けられる。温度センサ１５５によって測定された冷却水温度Ｔｃｗは、制御装置３０へ送出される。

なお、本実施の形態では、冷却水温度Ｔｃｗによって昇圧コンバータ２０の温度状態を推定するので、温度センサ１５５は、冷媒循環経路中の昇圧コンバータ２０の下流側近傍に配置されることが好ましい。冷却水温度Ｔｃｗは、「冷媒温度」に対応する。

ウォータポンプ１５２は、冷媒（冷却水）に対して、冷却配管１５１を循環するための加速力を付与する。ウォータポンプ１５２の動作は、制御装置３０によって制御される。たとえば、ウォータポンプ１５２の回転数が、冷却水温度Ｔｃｗに応じて制御される。

ラジエータ１５６は、熱交換によって高温になった冷却水を、空冷による放熱等によって冷却するように構成される。昇圧コンバータ２０以外の冷却対象機器４５が、さらに冷却配管１５１と接続されて、昇圧コンバータ２０と共通の冷媒循環経路によって冷却されてもよい。たとえば、冷却対象機器４５は、図２，３に示された、インバータ４１，４３および／またはモータジェネレータ４２，４４を含むことができる。

リザーバタンク１５４は、冷却水の予備タンクとして機能するものであって、冷却配管１５１内の冷却水の温度や冷却水が循環されることによる冷却配管１５１の容積の変化に対応するために設けられる。たとえば、リザーバタンク１５４の配置によって、冷却配管１５１の容積に対する冷却水の容量不足によって生じる、冷却配管１５１内またはウォータポンプ１５２でのエアの発生を防止することができる。

再び図１を参照して、電流センサ１３によって測定されるバッテリ電流Ｉｂは、昇圧コンバータ２０においてリアクトルＬを通過する電流である。すなわち、バッテリ電流Ｉｂは、昇圧コンバータ２０の通過電流に相当する。したがって、バッテリ電流Ｉｂが増加すると、昇圧コンバータ２０の温度が上昇する。

図６は、比較例として示される、昇圧コンバータ２０を流れるバッテリ電流Ｉｂの最大値を設定するためのマップである。図５には、昇圧コンバータ２０の過熱から保護するための熱保護の面からの、バッテリ電流の上限値Ｉｂｍａｘ（以下、電流上限値Ｉｂｍａｘ）が示される。電流上限値Ｉｂｍａｘは、昇圧コンバータ２０を流れる電流についての電流上限値に相当する。

図６を参照して、温度センサ１５５によって検出される冷却水温度Ｔｃｗに応じて、電流上限値Ｉｂｍａｘが設定される。冷却水温度が所定の判定値Ｔｔｈを超えるまでは、電流上限値Ｉｂｍａｘはデフォルト値Ｉ０に設定される。このデフォルト値Ｉ０は、たとえば、バッテリ１０や各構成部品の電流定格等から決まる定格値と同等に設定される。すなわち、Ｉｂｍａｘ＝Ｉ０の状態は、熱保護のために昇圧コンバータ２０の電流上限値が設定されていない状態と等価である。

これに対して、冷却水温度Ｔｃｗが判定値Ｔｔｈを超えると、電流上限値Ｉｂｍａｘはデフォルト値Ｉ０よりも低下される。これにより、最終的な電流上限値Ｉｂｍａｘについても、昇圧コンバータ２０の熱保護の面から制限されるようになる。

なお、バッテリ１０の電流上限値Ｉｂｍａｘおよびバッテリ電圧Ｖｂの積によって、バッテリ１０からの出力電力が制限される。したがって、電流上限値Ｉｂｍａｘの制限は、バッテリ１０からの放電電力上限値Ｗｏｕｔの制限と等価であることが理解される。

通常、バッテリ１０に対しては、放電電力上限値Ｗｏｕｔおよび充電電力上限値Ｗｉｎが、バッテリ１０の状態（代表的には、ＳＯＣおよびバッテリ温度Ｔｂ）に従って設定される。たとえば、低ＳＯＣ時にはＷｏｕｔが制限され、高ＳＯＣ時にはＷｉｎが制限される。また、バッテリ１０の低温時または高温時には、Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔが制限される。

そして、制御装置３０は、負荷４０の動作指令を、バッテリ１０の入出力電力がＷｉｎ〜Ｗｏｕｔの範囲内となるように制限して生成する。たとえば、図２および／または図３に示されたモータジェネレータ４２，４４のトルク指令値は、モータジェネレータ４２，４４のそれぞれでの電力（回転速度×トルク指令値）の和が、Ｗｉｎ〜Ｗｏｕｔの範囲内となるように制限して生成される。

図６の制御によれば、冷却水温度Ｔｃｗによって検知された昇圧コンバータ２０の温度上昇時には、バッテリ１０の電流上限値Ｉｂｍａｘの制限、および、これに派生するバッテリ１０の放電電力の制限により、昇圧コンバータ２０を過熱から保護することが可能となる。この結果、過熱によって昇圧コンバータ２０の構成素子が故障することを防止できる。

しかしながら、電流上限値Ｉｂｍａｘまたは放電電力上限値Ｗｏｕｔの制限（以下、包括的に「出力制限」とも称する）は、負荷４０で使用できる電力を制限することにつながるので、図２および図３に例示したような電動車両に適用された電源システムでは、モータジェネレータ４２，４４のトルク制限によって、加速性能が低下する等の走行性の低下が懸念される。すなわち、昇圧コンバータ２０の熱保護のための出力制限は、過熱による素子故障を回避できる範囲内において、最小化することが好ましい。

この観点から、昇圧コンバータ２０の動作特性についてさらに考察する。再び図１を参照して、昇圧コンバータ２０では、負荷４０への電力供給時（力行動作時）には、上アームのダイオードＤ１に電流が流れるので、ダイオードＤ１が最も温度上昇が大きい素子となる傾向にある。したがって、実際には、昇圧コンバータ２０における過熱保護は、ダイオードＤ１の過熱保護と等価である。次に、ダイオードＤ１での温度上昇の特性について、図７を用いて説明する。

図７は、昇圧コンバータ２０の上アームのダイオードＤ１における電力損失特性を説明するためのグラフである。

図７の横軸には、昇圧コンバータ２０の出力電圧ＶＨが示され、縦軸には、ダイオードＤ１での電力損失が示される。ダイオードＤ１における発熱量は、電力損失に比例する。

図７を参照して、ダイオードＤ１でのトータル電力損失は特性線１１０で示される。トータル電力損失は、特性線１１１に示される導通損失Ｐｄと、特性線１１２に示されるオンオフ損失Ｐｌとを含む。図７では、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂ（ＶＬ＝Ｖｂ）が一定である下で、昇圧コンバータ２０の制御によって、出力電圧ＶＨをＶＬ（ＶＬ＝Ｖｂ）から制御上限電圧ＶＨｍａｘまで変化させたときの損失特性が示されている。制御上限電圧ＶＨｍａｘは、電源システムの構成部品の耐圧定格等から定まる、出力電圧ＶＨの上限電圧に相当する。

図１から理解されるように、昇圧コンバータ２０の力行動作時には、下アームのスイッチング素子Ｑ２がオンされてリアクトルＬにエネルギが蓄積される期間（図４のＴｏｎ）と、スイッチング素子Ｑ２のオフにより上アームのダイオードＤ１を経由して負荷４０へ電流が供給される期間（図４のＴｏｆｆ）とが交互に発生する。そして、式（１）に示されるように、昇圧比（ＶＨ／ＶＬ）が上昇する程、スイッチング素子Ｑ２のデューティ比ｄが上昇する。この結果、出力電圧ＶＨが高くなる程、ダイオードＤ１を電流が流れる期間が減少することが理解される。

したがって、ダイオードＤ１の導通損失Ｐｄは、下記の式（２）によって示される。
Ｐｄ＝（ＶＬ／ＶＨ）・Ｉｂ・Ｖｆ… （２）
式（２）中のＶｆは、ダイオードＤ１の順方向電圧である。順方向電圧Ｖｆは、ダイオード素子の性能に依存した固有値である。式（２）から、導通損失Ｐｄは、昇圧コンバータ２０の通過電流に相当するバッテリ電流Ｉｂに比例する一方で、昇圧比（ＶＨ／ＶＬ）に反比例することが理解される。

これに対して、ダイオードＤ１でのオンオフ損失Ｐｌは、下記の式（３）によって示される。

Ｐｌ＝ｋ・ＶＨ・Ｉｂ… （３）
式（３）中のｋは比例係数であり、式（３）は、オンオフ損失が、出力電圧ＶＨおよび、オンオフされる電流Ｉｂの積に比例することを示している。

このように、ダイオードＤ１では、出力電圧ＶＨが上昇すると導通損失Ｐｄが低下する。この効果により、特性線１１０に示されるように、出力電圧ＶＨの上昇に応じて、トータル電力損失も低下する。

図７中には、ダイオードＤ１での発熱量と、冷却機構（図２）による冷却能力との関係から定められる、ダイオードＤ１での温度上昇を回避するための電力損失のしきい値Ｐｔが示される。

図７において、トータル電力損失がしきい値Ｐｔよりも高い領域１２１では、ダイオードＤ１でのトータル電力損失による発熱量が、冷却機構の冷却能力を超えている。式（２）および（３）から、バッテリ電流Ｉｂを減少することにより、導通損失Ｐｄおよびオンオフ損失Ｐｌの両方が低減できることが理解される。したがって、領域１２１では、ダイオードＤ１の温度上昇を防止するためには、バッテリ電流Ｉｂの制限が必要となる。

これに対して、トータル電力損失がしきい値Ｐｔよりも低い領域１２１では、冷却機構の冷却能力によって、ダイオードＤ１でのトータル電力損失による温度上昇を防止することができる。

このように、同一のバッテリ電流Ｉｂに対しても、出力電圧ＶＨに依存して、ダイオードＤ１での電力損失（すなわち、発熱量）が変化する。特に、出力電圧ＶＨの高低によって、昇圧コンバータ２０の熱保護のための出力制限が必要な領域（図７中の１２１）と、不要な領域（図７中の１２２）とが存在することが理解される。むしろ、領域１２２では、バッテリ電流Ｉｂ（昇圧コンバータ２０を流れる電流）を上昇させる余地がある。

なお、昇圧コンバータ２０全体での電力損失は、昇圧比が１．０となる、ＶＨ＝ＶＬの状態で最小となる。スイッチング素子Ｑ１がオンに固定され、スイッチング素子Ｑ２がオフにされるため、スイッチング素子のオンオフ損失が発生しないからである。一方で、ダイオードＤ１での電力損失は、ＶＨ＝ＶＬのとき最大値となる（動作点１２５）。すなわち、昇圧コンバータ２０の電力損失を低下するように出力電圧ＶＨを設定すると、その一方で、ダイオードＤ１の発熱量となることにより、冷却水温度Ｔｃｗの上昇によって出力制限が必要となる可能性がある。

図５に示された比較例では、昇圧コンバータ２０の温度上昇の結果として上昇した冷却水温度Ｔｃｗのみに基づいて電流上限値Ｉｂｍａｘが設定される。したがって、電流上限値Ｉｂｍａｘは、ダイオードＤ１の発熱量が最大となる、図７中の動作点１２５（ＶＨ＝ＶＬ）でのダイオードＤ１の発熱量に対応させて、少なくともトータル電力損失がＰｔよりも低くなるように設定することが必要となる。

これに対して、昇圧コンバータ２０での過熱保護の対象となるダイオードＤ１での発熱量を規定するトータル電力損失は、出力電圧ＶＨの上昇に応じて低下する。したがって、図５の比較例のように、冷却水温度Ｔｃｗのみに応じて電流上限値Ｉｂｍａｘを設定した場合には、出力電圧ＶＨに対して電流上限値Ｉｂｍａｘが過度に低く設定されることによって、バッテリ１０からの出力制限が過度になることが懸念される。これにより、電源システムが適用された電動車両では、負荷４０を構成するモータジェネレータ４２，４４（図３，４）のトルクが過度に制限されることによって、車両走行性が低下することが懸念される。

特に、電動車両では、モータジェネレータ４２，４４の高回転数時には、誘起電圧が高くなるため、出力電圧ＶＨもこれに応じて高く設定される。このような、モータジェネレータが高出力を要求される場面で、昇圧コンバータ２０の熱保護のために電流上限値Ｉｂｍａｘが過度に制限されると、車両走行性がさらに低下することが懸念される。

したがって、本実施の形態に従う電源システムでは、昇圧コンバータ２０の過熱保護のための出力制限用の電流上限値Ｉｂｍａｘついて、実質的な過熱保護の対象となるダイオードＤ１での損失特性に着目して、以下のように設定する。

図８は、本実施の形態に従う電源システムにおける冷却水温度Ｔｃｗと出力電圧ＶＨおよび熱保護のための電流上限値ＩｂｍａｘＤとの対応関係を示す概念図である。

図８の横軸には、冷却水温度Ｔｃｗが示され、縦軸には、昇圧コンバータ２０の出力電圧ＶＨおよびバッテリ電流Ｉｂが示される。上述のように、バッテリ電流Ｉｂは、昇圧コンバータ２０の通過電流と等価である。

図８では、ダイオードＤ１の熱保護のために定められる電流上限値ＩｂｍａｘＤが点線で示される。一方で、ダイオードＤ１の熱保護の観点から定められる出力電圧ＶＨの下限値ＶＨＤ（以下、ＶＨ下限電圧ＶＨＤとも称する）が実線で示される。

図８を参照して、Ｔｃｗ≦Ｔ１の領域では、ＶＨ≧ＶＨＤに設定することにより、バッテリ電流Ｉｂ＝Ｉ０（図６）として、熱保護の面からの電流上限値を設定しなくても、ダイオードＤ１が過高温とならない、すなわち、熱保護のために昇圧コンバータ２０の電流上限値の設定を解除することができる。なお、冷却水温Ｔｃｗが低い領域では、温度上昇を許容する余地が相対的に大きくなる。昇圧比（ＶＨ／ＶＬ）を高めると昇圧コンバータ２０全体での電力損失は増加するので、ＶＨ下限電圧ＶＨＤは、冷却水温Ｔｃｗが低い領域では、低電圧に抑えられている。

一方で、Ｔｃｗ＞Ｔ１の領域では、ＶＨ＝ＶＨｍａｘとしても、ダイオードＤ１を過熱から保護することが困難となるので、ＩｂｍａｘＤ＜Ｉ０に設定することが必要となる。これにより、バッテリ１０の電流上限値Ｉｂｍａｘは、昇圧コンバータ２０の熱保護のために制限されるようになる。

このように、昇圧チョッパで構成された昇圧コンバータ２０では、冷却水温度Ｔｃｗのみでなく、出力電圧ＶＨに応じてダイオードＤ１での発熱量が変化する特性を考慮して、昇圧コンバータ２０の電流上限値を設定することが好ましい。たとえば、図７および図８に示された特性に従って、冷却水温度Ｔｃｗおよび出力電圧ＶＨに対して、昇圧コンバータ２０（ダイオードＤ１）の熱保護の観点からの電流上限値ＩｂｍａｘＤを設定するためのマップ（電流上限値マップ）を予め規定することができる。

たとえば、電流上限値マップは、図８でのＴｃｗ≦Ｔ１の領域では、冷却水温度Ｔｃｗに応じて予め決定されるＶＨ下限電圧ＶＨＤに従って、ＶＨ≧ＶＨＤの領域ではＩｂｍａｘＤ＝Ｉ０とするように、予め作成することができる。

Ｔｃｗ≦Ｔ１の領域であっても、ＶＨ＜ＶＨＤのときには、昇圧コンバータ２０の熱保護のために、電流上限値ＩｂｍａｘＤ＜Ｉｂ０に設定することができる。この際にも、直流電圧ＶＨに対して電流上限値ＩｂｍａｘＤを設定することにより、電流制限（すなわち、バッテリ１０からの出力制限）を最小化することができる。定性的には、出力電圧ＶＨが低くなるほどＩｂｍａｘは低く設定される。

このように、Ｔｃｗ≦Ｔ１の領域であっても直流電圧ＶＨに応じた適度な電流制限を行うことによって、冷却装置１５０（図５）による冷却能力が同等である下では、図５の比較例における判定温度Ｔｈｔよりも高温側に、所定温度Ｔ１を設定することができる。

一方で、電流上限値マップは、図８でのＴｃｗ＞Ｔ１の領域では、出力電圧ＶＨおよび冷却水温度Ｔｃｗを変数としてＩｂｍａｘＤが設定されるように、予め作成することができる。特に、ＶＨ＝ＶＨｍａｘのときには、図８中の点線に従ってＩｂｍａｘＤが設定される。一方で、ＶＨ＜ＶＨｍａｘのときには、図８に示された点線よりも低電流側の領域内にＩｂｍａｘＤが設定される。このとき、出力電圧ＶＨが低くなるほどＩｂｍａｘＤも低くなるように設定される。

図９は、実施の形態１に従う昇圧コンバータ２０の熱保護のための制御を説明する機能ブロック図である。なお、図９を始めとする各ブロック図中の各機能ブロックは、制御装置３０による所定プログラム実行によるソフトウェア処理、あるいは、専用の電子回路によるハードウェア処理によって実現されるものとする。

図９を参照して、ＶＨ制御部３００は、出力電圧ＶＨが電圧指令値ＶＨ＊と一致するような、昇圧コンバータ２０でのデューティ比制御が行なわれるように、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。たとえば、昇圧コンバータ２０のデューティ比ｄは、電圧指令値ＶＨ＊および出力電圧ＶＨの電圧偏差（ＶＨ＊−ＶＨ）に基づくフィードバック制御と、電圧指令値ＶＨ＊および入力電圧ＶＬの電圧比に従ったフィードフォワード制御との組み合わせによって算出することができる。ＶＨ制御部３００は、算出されたデューティ比ｄに従って、図４に示したようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

電流上限設定部２００は、出力電圧ＶＨおよび冷却水温度Ｔｃｗに基づいて、昇圧コンバータ２０（ダイオードＤ１）の熱保護の観点からの電流上限値ＩｂｍａｘＤを設定する。電流上限設定部２００は、電圧センサ１５による出力電圧ＶＨの検出値および温度センサ１５５による冷却水温度Ｔｃｗの検出値を変数として、上述の電流上限値マップを参照することによって、電流上限値ＩｂｍａｘＤを設定することができる。

最小値抽出部２１０は、種々の要件から設定されたバッテリ電流Ｉｂの上限値のうちの最小値を抽出して、バッテリ１０の電流上限値Ｉｂｍａｘに設定する。たとえば、他の素子について熱保護等の保護上の要件から定められる上限値についても、最小値抽出部２１０へ入力される。

電流上限設定部２００によって設定された電流上限値ＩｂｍａｘＤは、これらのバッテリ電流Ｉｂの上限値のうちの１つとして、最小値抽出部２１０へ入力される。したがって、電流上限設定部２００によって、ＩｂｍａｘＤがデフォルト値Ｉ０よりも下げられると、少なくともＩｂｍａｘ≦ＩｂｍａｘＤとなるように、バッテリ１０の電流上限値Ｉｂｍａｘが設定される。昇圧コンバータ２０の熱保護を含め、素子保護上の要件からの上限値が設定されない場合には、定格値に従ってＩｂｍａｘ＝Ｉ０に設定される。

放電制限部２５０は、バッテリ１０の状態に基づいて、バッテリ１０から負荷４０へ出力可能な電力の上限値である、放電電力上限値のベース値ＷｏｕｔＢを設定する。たとえば、ＳＯＣおよびバッテリ温度Ｔｂに基づいてベース値ＷｏｕｔＢを設定するためのマップを、予め規定することができる。たとえば、ベース値ＷｏｕｔＢは、ＳＯＣが低下すると引き下げられ、バッテリ１０の低温領域および高温領域でも引き下げられる。

電流フィードバック部２３０は、最小値抽出部２１０によって設定されたバッテリ１０の電流上限値Ｉｂｍａｘと、電流センサ１３によって検出されたバッテリ電流Ｉｂとを比較する。電流フィードバック部２３０は、Ｉｂ＞Ｉｂｍａｘのときには、放電電力上限値Ｗｏｕｔを低下するための修正量ΔＷｏｕｔを、偏差（Ｉｂｍａｘ−Ｉｂ）に従って負値に設定する。一方で、Ｉｂ≦Ｉｂｍａｘのときには、ΔＷｏｕｔ＝０に設定される。

Ｗｏｕｔ設定部２６０は、放電制限部２５０からのベース値ＷｏｕｔＢと、電流フィードバック部２３０からの修正量ΔＷｏｕｔとに従って、バッテリ１０の最終的な放電電力上限値Ｗｏｕｔを設定する。具体的には、Ｗｏｕｔ＝ＷｏｕｔＢ＋ΔＷｏｕｔに設定される。

これにより、Ｉｂ≦Ｉｂｍａｘのときには（ΔＷｏｕｔ＝０）、バッテリ１０の状態に従って放電電力上限値Ｗｏｕｔが設定される（Ｗｏｕｔ＝ＷｏｕｔＢ）。一方で、Ｉｂ＞Ｉｂｍａｘのときには、放電電力上限値Ｗｏｕｔが低下されることにより、Ｉｂ＜Ｉｂｍａｘとなるまでバッテリ１０からの出力が制限される。上述のように、負荷４０の動作指令を制限することによって、バッテリ１０の出力電力がＷｏｕｔを超えないように制御することができる。

この結果、昇圧コンバータ２０の熱保護のためにＩｂｍａｘＤが低下されると、バッテリ１０の電流上限値Ｉｂｍａｘにこれが反映されることにより、バッテリ電流Ｉｂ（昇圧コンバータ２０の通過電流）がＩｂｍａｘを超えないように制御することができる。

実施の形態１に従う電源システムによれば、昇圧コンバータ２０の熱保護のための制御において、電流上限値ＩｂｍａｘＤを、冷却水温度Ｔｃｗおよび出力電圧ＶＨに基づいて設定する。これにより、図８に示したように、出力電圧ＶＨの上昇に応じて、昇圧コンバータ２０での過熱保護の主対象であるダイオードＤ１での発熱量が減少する特性を反映させて、特に図８での領域１２２において、電流上限値ＩｂｍａｘＤを適切に設定することができる。

この結果、バッテリ１０からの出力制限による負荷４０での電力制限を過度にすることなく、昇圧コンバータ２０の熱保護を図ることができる。したがって、電動車両に適用された電源システムにおいて、車両走行性を過度に低下させることなく、昇圧コンバータを過熱から保護することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、バッテリ電流Ｉｂ，すなわち、昇圧コンバータ２０の通過電流をさらに確実に制限するための制御について説明する。

図１０は、実施の形態２に従う昇圧コンバータの熱保護のための制御を説明するブロック図である。

図１０を図９と比較して、実施の形態２に従う制御では、Ｗｏｕｔ制限部２７０と、上限ガード部２８０とがさらに設けられる。

Ｗｏｕｔ制限部２７０は、電流上限設定部２００によって設定された電流上限値ＩｂｍａｘＤと、電圧センサ１１によって検出されたバッテリ電圧Ｖｂとに従って、昇圧コンバータ２０の熱保護のための放電電力上限値ＷｏｕｔＤを設定する。具体的には、ＷｏｕｔＤ＝ＩｂｍａｘＤ・Ｖｂに設定される。

上限ガード部２８０は、放電制限部２５０によって設定されたベース値ＷｏｕｔＢが、図９のＷｏｕｔ制限部２７０によって設定されたＷｏｕｔＤを超えないようにガードする。すなわち、上限ガード部２８０は、ＷｏｕｔＢ≦ＷｏｕｔＤのときは、ＷｏｕｔＢを維持する一方で、ＷｏｕｔＢ＞ＷｏｕｔＤのときには、ＷｏｕｔＢ＝ＷｏｕｔＤに制限する。

Ｗｏｕｔ設定部２６０は、上限ガード部２８０からのＷｏｕｔＢと、電流フィードバック部２３０からの修正量ΔＷｏｕｔとに従って、バッテリ１０の最終的な放電電力上限値Ｗｏｕｔを設定する。具体的には、Ｗｏｕｔ＝ＷｏｕｔＢ＋ΔＷｏｕｔに設定される。図１０のその他の機能ブロックは、図９と同様に機能するので詳細な説明は繰り返さない。

このようにすると、電流上限設定部２００によって電流上限値ＩｂｍａｘＤが引き下げられたときに、電流フィードバック部２３０によってΔＷｏｕｔ＜０に設定されることを待つことなく、即座に、放電電力上限値Ｗｏｕｔを電流上限値ＩｂｍａｘＤに対応する値まで低下させることができる。

したがって、実施の形態２に従う制御では、実施の形態１に従う制御と比較して、昇圧コンバータ２０の過熱からの保護をさらに確実にすることが可能となる。

［実施の形態３］
実施の形態３では、昇圧コンバータ２０（ダイオードＤ１）の熱保護のために出力電圧ＶＨを積極的に上昇させるための制御について説明する。

図１１は、実施の形態３に従う昇圧コンバータの熱保護のための制御を説明する機能ブロック図である。

図１１を参照して、実施の形態３に従う構成では、下限電圧設定部３０５と、電圧指令値設定部３１０とがさらに設けられる。

下限電圧設定部３０５は、温度センサ１５５によって検出される冷却水温度Ｔｃｗおよび電流センサ１３によって検出されるバッテリ電流Ｉｂに応じて、昇圧コンバータ２０の熱保護の観点からのＶＨ下限電圧ＶＨＤを設定する。

ＶＨ下限電圧ＶＨＤは、たとえば、図８に示した特性に従って設定される。具体的には、Ｔｃ≦Ｔｃｗの領域では、冷却水温度Ｔｃｗに応じてＶＨＤは上昇する。好ましくは、Ｔｃｗ＞Ｔ１の領域では、ＶＨＤ＝ＶＨｍａｘに設定される。

図８では、一定のバッテリ電流Ｉｂに対するＶＨＤの特性が示されている。したがって、バッテリ電流Ｉｂの変化に応じて、昇圧コンバータ２０の熱保護のための電流制限を不要とするための下限電圧ＶＨＤも変化することが理解される。

したがって、実機試験やシミュレーションの結果に従って、冷却水温度Ｔｃｗおよびバッテリ電流Ｉｂを変数としてＶＨ下限電圧ＶＨＤを定めるためのマップ（ＶＨＤマップ）を予め設定することができる。

図１２を参照して、たとえば、ＶＨ下限電圧ＶＨＤは、Ｔｃｗ＜Ｔ１の領域では、冷却水温度Ｔｃｗが上昇するにつれて上昇し、バッテリ電流Ｉｂが減少するにつれて低下するように設定することができる。一方で、Ｔｃｗ＞Ｔ１の領域では、基本的には、ＶＨＤ＝ＶＨｍａｘに設定される。あるいは、バッテリ電流Ｉｂが小さい領域では、ＶＨＤ＜ＶＨｍａｘに設定してもよい。

再び図１１を参照して、電圧指令値設定部３１０には、昇圧コンバータ２０の熱保護の観点からの下限電圧ＶＨＤの他、制御上限電圧ＶＨｍａｘや負荷４０の動作状態に応じた要求下限電圧ＶＨｒｑが入力される。

たとえば、図２，３に示されるように、負荷４０がモータジェネレータ４２，４４を含んで構成される場合には、インバータ４１，４３へ供給される直流電圧、すなわち、昇圧コンバータ２０の出力電圧ＶＨを、モータジェネレータ４２，４４での誘起電圧の振幅よりも高電圧に制御することが必要となる。この場合には、要求下限電圧ＶＨｒｑは、主に、モータジェネレータ４２，４４の回転数に応じて設定される。

さらに、昇圧コンバータ２０以外の素子保護のために、出力電圧ＶＨを抑制するための上限電圧についても、電圧指令値設定部３１０の入力に含むことができる。さらに、制御上限電圧ＶＨｍａｘも電圧指令値設定部３１０の入力に含まれる。

電圧指令値設定部３１０は、これらの入力値を用いた上下限ガードによって、昇圧コンバータ２０への電圧指令値ＶＨ＊を設定する。具体的には、電圧指令値ＶＨ＊は、上限電圧のうちの最小値を超えることがないように設定される。すなわち、電圧指令値ＶＨ＊は、制御上限電圧ＶＨｍａｘ以下の範囲内、あるいは、さらに素子保護上の上限電圧が設定された場合には、当該上限電圧以下の範囲内に設定される。

電圧指令値ＶＨ＊は、さらに、上記の上限電圧以下の範囲内で、下限電圧のうちの最大値に従って設定される。たとえば、ＶＨＤ＜ＶＨｒｑのときはＶＨ＊＝ＶＨｒｑに設定する一方で、ＶＨＤ≧ＶＨｒｑのときはＶＨ＊＝ＶＨＤに設定することができる。

この結果、他要件との関連から支障がある場合を除いて、昇圧コンバータ２０での熱保護のための電流制限を回避するための下限電圧ＶＨＤに対して、電圧指令値ＶＨ＊をＶＨＤ以上に設定することが可能となる。

したがって、実施の形態３による昇圧コンバータの熱保護のための制御では、昇圧コンバータ２０の出力電圧ＶＨを積極的に上昇させることにより、昇圧コンバータ２０（ダイオードＤ１）の発熱量を抑制することができる。この結果、たとえば、図８でのＴｃｗ＜Ｔ１の領域において、昇圧コンバータ２０の温度上昇抑制を優先して出力電圧ＶＨを上昇することで、バッテリ１０からの出力制限を生じされる昇圧コンバータ２０での電流制限の発生を回避することができる。

［実施の形態４］
電動車両では、車両状態に応じて、バッテリ１０からの出力を短期間高めることが好ましい状況が生じる。たとえば、ドライバによってアクセルペダルが踏み込まれた場合には、十分な車両加速力を得るために、モータジェネレータの出力トルクを高めることが必要である。この際には、バッテリ１０からの出力電力を一時的に高めることが好ましい。あるいは、ハイブリッド車両において自動的に間欠運転されるエンジンを停止状態から始動する際にも、十分なクランキングトルクを確保するために、バッテリ１０からの出力電力を一時的に高めることが好ましい。

一方で、短時間（たとえば、数秒程度）であれば、ＳＯＣおよびバッテリ温度Ｔｂ等のバッテリ状態から決められる放電電力上限値のベース値から少し放電電力を高めても、バッテリ１０の劣化等に影響が生じなる可能性は低い。

実施の形態４では、このような放電電力上限値を一時的に緩和する制御に対して、昇圧コンバータ２０の熱保護のための電流上限値Ｉｂｍａｘを反映する制御について説明する。

図１３は、実施の形態４に従う電源システムが適用される電動車両におけるバッテリ１０からの放電電力上限値の一時的な緩和のための制御処理を説明するフローチャートである。図１３に示したフローチャートは、車両走行中に制御装置３０によって繰返し実行される。

図１３を参照して、制御装置３０は、ステップＳ１００により、放電電力上限値Ｗｏｕｔの一時的緩和が必要な車両状態であることを示す所定条件が成立しているかどうかを判定する。たとえば、ステップＳ１００は、停止状態のエンジンを始動する場合における区ランキングトルクの出力期間、あるいはドライバによるアクセル操作凌駕が所定量を超えている期間において、ＹＥＳ判定とされる。

制御装置３０は、所定条件の非成立時（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、ステップＳ１１０に処理を進めて、放電電力上限値Ｗｏｕｔの加算量Ｗｏｕｐ＝０に設定する。

一方で、制御装置３０は、所定条件の成立時（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１２０に処理を進めて、放電電力上限値Ｗｏｕｔの加算量を設定する（Ｗｏｕｐ＞０）。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ１３０により、図９または図１０のＷｏｕｔ設定部によって設定された放電電力上限値Ｗｏｕｔに、一時的緩和のための加算量Ｗｏｕｐを加えることにより、最終的な放電電力上限値Ｗｏｕｔを設定する。

図１４は、実施の形態４に従う昇圧コンバータの熱保護のための制御を説明する機能ブロック図である。図１４には、昇圧コンバータの熱保護を考慮して一時的緩和のための加算量Ｗｏｕｐを設定するための制御が示される。

図１４を参照して、ベース値設定部４００は、バッテリ１０の状態（代表的には、ＳＯＣおよびＴｂ）に従って、一時的緩和量のベース値ＷｏｕｐＢを設定する。たとえば、ベース値ＷｏｕｐＢは、高ＳＯＣ時には、低ＳＯＣ時よりも高く設定できる。また、バッテリ１０の低温時または高温時には、常温時と比較してベース値ＷｏｕｐＢも抑制される。

減算部４１０は、昇圧コンバータ２０の熱保護のための電流上限値ＩｂｍａｘＤに従う放電電力上限値ＷｏｕｔＤから、放電制限部２５０（図９）によって設定された放電電力上限値のベース値ＷｏｕｔＢを減算する。なお、放電電力上限値ＷｏｕｔＤは、図１０のＷｏｕｔ制限部２７０での演算と同様に、ＷｏｕｔＤ＝ＩｂｍａｘＤ・Ｖｂの演算によって求めることができる。

減算部４１０は、減算によって求められたＷｏｕｐＤを出力する。すなわち、ＷｏｕｐＤ＝ＷｏｕｔＤ−ＷｏｕｔＢである。減算部４１０によって得られたＷｏｕｐＤは、昇圧コンバータ２０の熱保護のための電流上限値ＩｂｍａｘＤに従う放電電力制限値ＷｏｕｔＤを超えないための、放電電力制限値のベース値ＷｏｕｔＢからの上昇量の上限値を示している。

最小値抽出部４２０は、減算部４１０によって設定された上限値ＷｏｕｐＤと、ベース値設定部４００によって設定された一時的緩和量のベース値ＷｏｕｐＢのうちの最小値を抽出して、放電電力上限値を一時的に緩和するための加算量Ｗｏｕｐ（図１３のステップＳ１２０）を設定する。これにより、一時的に緩和された放電電力制限値Ｗｏｕｔ（図１３のステップＳ１３０）が、電流上限値ＩｂｍａｘＤに従う放電電力上限値ＷｏｕｔＤを超えないように、加算量Ｗｏｕｐを設定することができる。

したがって、実施の形態４に従う電源システムによれば、昇圧コンバータ２０の電流が電流上限値Ｉｂｍａｘを超えないように制御することによって昇圧コンバータ２０を過熱から保護した上で、車両状態に応じて放電電力制限値Ｗｏｕｔを一時的に緩和することによって走行性能を確保することが可能である。

なお、本実施の形態では、電源システムが搭載される電動車両の電気系の負荷構成として図２および図３を例示したが、電動車両における負荷４０（図１）の構成は上記に限定されるものではない点について確認的に記載する。

また、本実施の形態における昇圧コンバータの熱保護のための制御は、力行電流が流れるダイオードの発熱量の特性に着目したものであるから、このようなダイオードを含んで構成されたコンバータを含む電源システムに対して共通に適用することが可能である。代表的には、力行動作専用に構成された昇圧コンバータ、具体的には、図１の昇圧コンバータ２０からスイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ２の配置が省略された場合にも、本実施の形態に従う昇圧コンバータの熱保護のための制御を適用することが可能である。

本実施の形態において、ＶＨ制御部（図９等）は「電圧制御部」に対応し、Ｗｏｕｔ設定部２６０（図９等）は「電力制限部」に対応する。

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て特許請求の範囲によって示され、特許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。

５，６，７ 電力線、１０ 蓄電装置、１０ バッテリ、１１ 電圧センサ（バッテリ）、１２ 温度センサ（バッテリ）、１３ 電流センサ（バッテリ）、１４ 電圧センサ（ＶＬ）、１５ 電圧センサ（ＶＨ）、２０ 昇圧コンバータ、３０ 制御装置、４０ 負荷、４１，４３ インバータ、４２，４４ モータジェネレータ、４５ 冷却対象機器、１００ 電源システム、１１０〜１１２ 特性線（電力損失）、１２１，１２２ 領域、１２５ 動作点、１５０ 冷却装置、１５１ 冷却配管、１５２ 冷媒ポンプ（ウォータポンプ）、１５４ リザーバタンク、１５５ 温度センサ（冷却水温度）、１５６ ラジエータ、２００ 電流上限設定部、２１０，２８０，４２０ 最小値抽出部、２３０ 電流フィードバック部、２５０ 放電制限部、２６０ Ｗｏｕｔ設定部、２７０ Ｗｏｕｔ制限部、３００ ＶＨ制御部、３０５ 下限電圧設定部、３１０ 電圧指令値設定部、４００ ベース値設定部、４１０ 減算部、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｉ０ デフォルト値、Ｉｂ バッテリ電流（昇圧コンバータ電流）、Ｉｂｍａｘ，ＩｂｍａｘＤ 電流上限値、Ｌ リアクトル、Ｎ１ 接続ノード、Ｑ１，Ｑ２ 電力用半導体スイッチング素子、Ｓ１，Ｓ２ スイッチング制御信号、ＳＥ 制御信号（システムリレー）、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｔ１ 所定温度、Ｔｂ バッテリ温度、Ｔｃｗ 冷却水温度、Ｔｈｔ 判定温度、ＶＨ 直流電圧（昇圧コンバータ出力電圧）、ＶＨ＊ 電圧指令値、ＶＨＤ 下限電圧（ＶＨ）、ＶＨｍａｘ 制御上限電圧、ＶＨｒｑ 要求下限電圧、ＶＬ 直流電圧（昇圧コンバータ入力電圧）、Ｖｂ バッテリ電圧、Ｗｏｕｐ 加算量、ＷｏｕｐＢ ベース値（放電電力制限値）、Ｗｏｕｔ 放電電力制限値（最終）、ＷｏｕｔＤ 放電電力制限値（昇圧コンバータ熱保護）。

Claims (7)

1. 車両駆動力を発生するための電動機を搭載した電動車両の電源システムであって、
   前記電動機を含む負荷と接続された高圧側の第１の電力線および低圧側の第２の電力線と、
   前記電動機への供給電力を蓄積するための蓄電装置と、
   前記蓄電装置および前記負荷の間に接続された昇圧コンバータとを備え、
   前記昇圧コンバータは、
   前記第１の電力線および第１のノードの間に、前記第１のノードから前記第１の電力線へ向かう電流経路を形成するように接続されたダイオードと、
   前記第１のノードおよび前記第２の電力線間に接続されたスイッチング素子と、
   前記第１のノードおよび前記第２の電力線の間に前記蓄電装置と直列に接続されたリアクトルとを含み、
   前記ダイオードおよび前記スイッチング素子を冷却するための冷媒循環機構を有する冷却装置と、
   前記昇圧コンバータおよび前記負荷の動作を制御するための制御装置とをさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記第１および第２の電力線間の直流電圧を制御するために前記スイッチング素子をオンオフ制御する電圧制御部と、
   前記冷媒循環機構の冷媒温度と前記直流電圧とに基づいて、前記昇圧コンバータの電流上限値を設定する上限電流設定部と、
   前記昇圧コンバータを流れる電流が前記電流上限値を超えないように前記負荷の電力を制限するための電力制限部とを含み、
   前記制御装置は、
   前記冷媒温度および前記昇圧コンバータの電流に基づいて前記直流電圧の下限電圧を設定するための下限電圧設定部と、
   前記下限電圧よりも高い電圧範囲に前記直流電圧の電圧指令値を設定するための電圧指令値設定部とさらに含み、
   前記電圧制御部は、前記電圧指令値に従って前記直流電圧を制御するために前記スイッチング素子のオンオフを制御し、
   前記下限電圧設定部は、前記冷媒温度が所定温度よりも高い領域では前記下限電圧を設定しない一方で、前記冷媒温度が所定温度よりも低い領域では、前記昇圧コンバータの電流が小さいほど、および、前記冷媒温度が低いほど前記下限電圧を低く設定する、電源システム。
2. 車両駆動力を発生するための電動機を搭載した電動車両の電源システムであって、
   前記電動機を含む負荷と接続された高圧側の第１の電力線および低圧側の第２の電力線と、
   前記電動機への供給電力を蓄積するための蓄電装置と、
   前記蓄電装置および前記負荷の間に接続された昇圧コンバータとを備え、
   前記昇圧コンバータは、
   前記第１の電力線および第１のノードの間に、前記第１のノードから前記第１の電力線へ向かう電流経路を形成するように接続されたダイオードと、
   前記第１のノードおよび前記第２の電力線間に接続されたスイッチング素子と、
   前記第１のノードおよび前記第２の電力線の間に前記蓄電装置と直列に接続されたリアクトルとを含み、
   前記ダイオードおよび前記スイッチング素子を冷却するための冷媒循環機構を有する冷却装置と、
   前記昇圧コンバータおよび前記負荷の動作を制御するための制御装置とをさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記第１および第２の電力線間の直流電圧を制御するために前記スイッチング素子をオンオフ制御する電圧制御部と、
   前記冷媒循環機構の冷媒温度と前記直流電圧とに基づいて、前記昇圧コンバータの電流上限値を設定する上限電流設定部と、
   前記昇圧コンバータを流れる電流が前記電流上限値を超えないように前記負荷の電力を制限するための電力制限部とを含み、
   前記電力制限部は、前記蓄電装置の状態に応じて設定されたベース値と、前記昇圧コンバータの電流が前記電流上限値よりも高いときに負値に設定される修正量との和に従って前記蓄電装置からの放電電力上限値を設定し、
   前記負荷の動作指令は、前記蓄電装置からの出力電力が前記放電電力上限値を超えない範囲に制限して生成される、電源システム。
3. 前記上限電流設定部は、前記冷媒温度が所定の判定温度よりも低い領域では、前記直流電圧に基づいて前記電流上限値の設定を解除する一方で、前記冷媒温度が前記判定温度よりも高い領域では、前記直流電圧および前記冷媒温度に基づいて前記電流上限値を設定する、請求項１または２に記載の電源システム。
4. 前記制御装置は、
   前記冷媒温度および前記昇圧コンバータの電流に基づいて前記直流電圧の下限電圧を設定するための下限電圧設定部と、
   前記下限電圧よりも高い電圧範囲に前記直流電圧の電圧指令値を設定するための電圧指令値設定部とさらに含み
   前記電圧制御部は、前記電圧指令値に従って前記直流電圧を制御するために前記スイッチング素子のオンオフを制御する、請求項２記載の電源システム。
5. 前記電力制限部は、前記蓄電装置の状態に応じて設定されたベース値と、前記昇圧コンバータの電流が前記電流上限値よりも高いときに負値に設定される修正量との和に従って前記蓄電装置からの放電電力上限値を設定し、
   前記負荷の動作指令は、前記蓄電装置からの出力電力が前記放電電力上限値を超えない範囲に制限して生成される、請求項１記載の電源システム。
6. 前記電力制限部は、前記電流上限値と前記蓄電装置の電圧との積に従った電力上限値の最小値を超えないように、前記ベース値を制限する、請求項２または５記載の電源システム。
7. 前記制御装置は、前記電動車両の動作状態に応じて、前記放電電力上限値を一時的に緩和するように構成され、
   前記電力制限部は、
   一時的な緩和時における前記放電電力上限値の加算量を、緩和後の前記放電電力上限値
   が前記電流上限値と前記蓄電装置の電圧との積に従った電力上限値を超えない範囲内で設定する、請求項２、５および６のいずれか１項に記載の電源システム。

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