JP7063745B2 - 電源システム - Google Patents

Description

本発明は、電源システムに関する。

従来、車両外部からの電力によって複数の電池を充電する充電装置が知られている。例えば特許文献１では、電圧が高い方の電池の電力エネルギを、外部コンデンサを介して電圧が低い方の電池に移動させ、電圧を均等化している。

特開２０１２－５１７３号公報

ところで、例えば、２つの電圧源がモータのオープン巻線の両端にインバータを介して接続されている「２電源２インバータ」の構成において、インバータに平滑コンデンサが接続されていることがある。当該構成において、特許文献１のように、外部コンデンサを用いて電圧を揃えようとすると、外部コンデンサと接続した瞬間に外部コンデンサと平滑コンデンサとの間に突入電流が流れ、外部コンデンサとの断接を切り替えるリレーやコンデンサが損傷する虞がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、並列充電時の過電流を回避可能な電源システムを提供することにある。

本発明の電源システムは、多相巻線（８１、８２、８３）を有する回転電機（８０）に電力を供給可能であって、第１蓄電部（１１）と、第２蓄電部（２１）と、第１インバータ（６０）と、第２インバータ（７０）と、第１コンデンサ（６９）と、第２コンデンサ（７９）と、第１リレー（１２、１３）と、第２リレー（２２、２３）と、高電位側並列リレー（９３）と、低電位側並列リレー（９４）と、制御部（３０）と、を備える。

第１蓄電部は、充電器（１００）からの電力により充電可能である。第２蓄電部は、充電器からの電力により第１蓄電部と並列に充電可能である。第１インバータは、第１スイッチング素子（６１～６６）を有し、多相巻線の一端（８１１、８２１、８３１）および第１蓄電部と接続される。第２インバータは、第２スイッチング素子（７１～７６）を有し、多相巻線の他端（８１２、８２２、８２３）および第２蓄電部と接続される。第１コンデンサは、第１インバータと並列に接続される。第２コンデンサは、第２インバータと並列に接続される。

第１リレーは、第１蓄電部と、第１インバータおよび第１コンデンサと、の断接を切り替え可能である。第２リレーは、第２蓄電部と、第２インバータおよび第２コンデンサと、の断接を切り替え可能である。高電位側並列リレーは、第１インバータの高電位側と第２インバータの高電位側とを接続する高電位側接続線（９１）に設けられる。低電位側並列リレーは、第１インバータの低電位側と第２インバータの低電位側とを接続する低電位側接続線（９２）に設けられる。

制御部は、インバータ制御部（３１）、リレー制御部（３２）、および、充電制御部（３３）を有する。インバータ制御部は、第１インバータおよび第２インバータを制御する。リレー制御部は、第１リレー、第２リレー、高電位側並列リレー、および、低電位側並列リレーの開閉を制御する。充電制御部は、第１蓄電部および第２蓄電部の充電を制御する。

高電位側並列リレーおよび低電位側並列リレーを閉とし、第１蓄電部と第２蓄電部とを並列接続して充電器により充電する並列充電の前段階において、制御部は、第１インバータおよび第２インバータを制御することで、第１コンデンサと第２コンデンサとの電圧差を低減する電圧差低減処理を行う。これにより、別途の部品を追加することなく、バッテリ１１、２１を並列接続したときの突入電流を低減することができる。

一実施形態による電源システムを示すブロック図である。 一実施形態による充電制御処理を説明するフローチャートである。 一実施形態によるディスチャージ処理を説明する説明図である。 一実施形態によるディスチャージ処理を説明するフローチャートである。 プリチャージ処理を行わない場合のコンデンサ電流を説明するタイムチャートである。 一実施形態によるプリチャージ処理を行う場合のコンデンサ電流を説明するタイムチャートである。 一実施形態によるプリチャージ処理を説明するタイムチャートである。

（一実施形態）
以下、電源システムを図面に基づいて説明する。図１に示すように、電源システム１は、車両９８に搭載される。車両９８は、例えば電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両である。車両９８には、インレット９９が設けられる。インレット９９は、充電器１００の充電器コネクタ１１５と接続可能であり、インレット９９と充電器コネクタ１１５とを接続することで、電源システム１には、充電器１００から給電される。

充電器１００は、例えば急速充電器であって、電力供給部１０１、リレー１０２、１０３、および、充電器コネクタ１１５を有する。電力供給部１０１は、図示しない商用電源等から供給される交流電力を直流電力に変換し、直流電力を、リレー１０２、１０３、ケーブル１１６および充電器コネクタ１１５を経由して、車両９８に供給する。

電源システム１は、バッテリ１１、２１、メインリレー１２、１３、２２、２３、電圧検出部１５、２５、制御部３０、第１インバータ６０、第２インバータ７０、コンデンサ６９、７９、回転電機としてのモータジェネレータ８０、並列リレー９３、９４等を備える。以下適宜、モータジェネレータを「ＭＧ」と記載する。

第１バッテリ１１は、第１インバータ６０と接続され、第１インバータ６０を経由してＭＧ８０と電力を授受可能に設けられる。第２バッテリ２１は、第２インバータ７０と接続され、第２インバータ７０を経由してＭＧ８０と電力を授受可能に設けられる。バッテリ１１、２１は、充電器１００にて充電可能に設けられる。バッテリ１１、２１の充電方法の詳細は、後述する。

メインリレー１２は第１バッテリ１１の高電位側に設けられ、メインリレー１３は第１バッテリ１１の低電位側に設けられる。メインリレー２２は第２バッテリ２１の高電位側に設けられ、メインリレー２３は第２バッテリ２１の低電位側に設けられる。

電圧検出部１５は、第１バッテリ１１の電圧である第１バッテリ電圧Ｖ１を検出する。電圧検出部２５は、第２バッテリ２１の電圧である第２バッテリ電圧Ｖ２を検出する。電圧検出部１５、２５の検出値は、制御部３０に出力される。

ＭＧ８０は、例えば永久磁石式同期型の３相交流モータであって、Ｕ相コイル８１、Ｖ相コイル８２、および、Ｗ相コイル８３を有する。ＭＧ８０は、図示しない駆動輪を駆動するためのトルクを発生する、いわゆる主機モータであり、駆動輪を駆動するための電動機としての機能、および、図示しないエンジンや駆動輪から伝わる運動エネルギによって駆動されて発電する発電機としての機能を有する。

ＭＧ８０には、第１バッテリ１１および第２バッテリ２１から電力が供給される。第１バッテリ１１と第２バッテリ２１とは、絶縁されている。バッテリ１１、２１は、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充放電可能な蓄電装置である。二次電池に替えて、電気二重層キャパシタ等を用いてもよい。本実施形態では、バッテリ１１、２１は、同電圧、同容量であって同等の性能とするが、例えば一方に出力型のものを用い、他方に容量型のものを用いる、といった具合に、電池性能が異なっていてもよい。本実施形態では、バッテリ１１、２１の定格電圧が異なる場合、定格電圧が小さいものを第１バッテリ１１とし、定格電圧が大きいものを第２バッテリ２１とする。第１バッテリ１１に流すことのできる最大電流を許容電流Ｉｌｉｍ１、第２バッテリ２１に流すことのできる最大電流を許容電流Ｉｌｉｍ２とする。

第１インバータ６０は、コイル８１～８３の通電を切り替える３相インバータであって、スイッチング素子６１～６６を有し、第１バッテリ１１およびＭＧ８０に接続される。第２インバータ７０は、コイル８１～８３の通電を切り替える３相インバータであって、スイッチング素子７１～７６を有し、第２バッテリ２１およびＭＧ８０に接続される。

スイッチング素子６１～６６、７１～７６は、それぞれ、スイッチ部および還流ダイオードを有する。スイッチ部は、制御部３０によりオンオフ作動が制御される。本実施形態では、スイッチ部はＩＧＢＴであるが、ＭＯＳＦＥＴ等、他の素子を用いてもよい。また、第１スイッチング素子６１～６６と第２スイッチング素子７１～７６とで、用いる素子の種類が異なっていてもよい。

還流ダイオードは、各スイッチ部と並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する。還流ダイオードは、例えばＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードのように内蔵されていてもよいし、外付けされたものであってもよい。また、還流できるように接続されたＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチであってもよい。

第１インバータ６０において、高電位側にスイッチング素子６１～６３が接続され、低電位側にスイッチング素子６４～６６が接続される。以下適宜、高電位側のスイッチング素子６１～６３を「第１上アーム素子」、低電位側のスイッチング素子６４～６６を「第１下アーム素子」とする。第１上アーム素子６１～６３の高電位側を接続する第１高電位側配線１１１が第１バッテリ１１の正極と接続され、第１下アーム素子６４～６６の低電位側を接続する第１低電位側配線１１２が第１バッテリ１１の負極と接続される。

Ｕ相のスイッチング素子６１、６４の接続点にはＵ相コイル８１の一端８１１が接続され、Ｖ相のスイッチング素子６２、６５の接続点にはＶ相コイル８２の一端８２１が接続され、Ｗ相のスイッチング素子６３、６６の接続点にはＷ相コイル８３の一端８３１が接続される。

第２インバータ７０において、高電位側にスイッチング素子７１～７３が接続され、低電位側にスイッチング素子７４～７６が接続される。以下適宜、高電位側のスイッチング素子７１～７３を「第２上アーム素子」、低電位側のスイッチング素子７４～７６を「第２下アーム素子」とする。第２上アーム素子７１～７３の高電位側を接続する第２高電位側配線１２１が第２バッテリ２１の正極と接続され、第２下アーム素子７４～７６の低電位側を接続する第２低電位側配線１２２が第２バッテリ２１の負極と接続される。

Ｕ相のスイッチング素子７１、７４の接続点にはＵ相コイル８１の他端８１２が接続され、Ｖ相のスイッチング素子７２、７５の接続点にはＶ相コイル８２の他端８２２が接続され、Ｗ相のスイッチング素子７３、７６の接続点にはＷ相コイル８３の他端８３２が接続される。

このように、本実施形態では、ＭＧ８０のコイル８１～８３は、オープン巻線化されており、第１インバータ６０および第２インバータ７０が、コイル８１～８３の両側に接続されてる「２電源２インバータ」の電動機駆動システムとなっている。

第１高電位側配線１１１と第２高電位側配線１２１とは、高電位側接続線９１にて接続される。第１低電位側配線１１２と第２低電位側配線１２２とは、低電位側接続線９２にて接続される。

第１コンデンサ６９は、高電位側配線１１１と低電位側配線１１２とに接続され、第１インバータ６０と並列に設けられる。第２コンデンサ７９は、高電位側配線１２１と低電位側配線１２２とに接続され、第２インバータ７０と並列に設けられる。コンデンサ６９、７９は、平滑コンデンサであって、インバータ６０、７０に印加される電圧を平滑化する。

本実施形態では、第１バッテリ１１側に充電器１００が設けられる。詳細には、第１高電位側配線１１１および第１低電位側配線１１２が、インレット９９に接続されている。高電位側接続線９１には高電位側並列リレー９３が設けられ、低電位側接続線９２には低電位側並列リレー９４が設けられる。高電位側並列リレー９３を閉とすることで高電位側配線１１１、１２１が接続され、低電位側並列リレー９４を閉とすることで低電位側配線１１２、１２２が接続される。並列リレー９３、９４を閉とすることで、バッテリ１１、２１が並列接続され、充電器１００からの電力を第２バッテリ２１側へ供給可能となる。

以下適宜、並列リレー９３、９４を介さずに充電器１００と接続される第１バッテリ１１を「充電器１００と直接的に接続されている」とし、並列リレー９３、９４を介して充電器１００と接続される第２バッテリ２１を「充電器１００と間接的に接続されている」とする。

制御部３０は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれもＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部３０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、例えばＦＰＧＡ（field-programmable gate array）のような電子回路によるハードウェア処理であってもよい。

制御部３０は、インバータ制御部３１、リレー制御部３２、および、充電量制御部３３等を有する。インバータ制御部３１、リレー制御部３２、および、充電量制御部３３は、１つのマイコンにて構成されていてもよいし、別途のマイコンにて構成されていてもよい。また、第１インバータ６０を制御するマイコンと第２インバータ７０を制御するマイコンとが別途に設けられていてもよい。

インバータ制御部３１は、スイッチング素子６１～６６、７１～７６のオンオフ作動を制御する。第１インバータ６０の駆動制御に係る制御信号は、ドライブ回路３６を経由して第１インバータ６０に出力される。第２インバータ７０の駆動制御に係る制御信号は、ドライブ回路３７を経由して第２インバータ７０に出力される。リレー制御部３２は、メインリレー１２、１３、２２、２３、および、並列リレー９３、９４の開閉作動を制御する。なお、メインリレー１２、１３、２２、２３は、例えば、車両９８の全体の制御を司る上位制御部を構成するマイコンにより開閉が制御されるようにしてもよい。

充電量制御部３３は、バッテリ１１、２１の充電に係る充電電流指令値Ｉｃ^*を演算し、バッテリ１１、２１の充電を制御する。充電電流指令値Ｉｃ^*は、通信等にて、充電器１００に送信される。これにより、充電電流指令値Ｉｃ^*に応じた電力が充電器１００から電源システム１に供給される。

インバータ制御部３１は、例えば第１基本波Ｆ１とキャリア波とに基づいて第１インバータ６０を制御し、第２基本波Ｆ２とキャリア波とに基づいて第２インバータ７０を制御する。基本波Ｆ１、Ｆ２に応じた制御には、基本波Ｆ１、Ｆ２の振幅がキャリア波の振幅以下である、すなわち変調率が１以下である正弦波ＰＷＭ制御や、基本波Ｆ１、Ｆ２の振幅がキャリア波の振幅より大きい、すなわち変調率が１より大きい過変調ＰＷＭ制御が含まれる。また、基本波Ｆ１、Ｆ２の振幅を無限大とみなし、基本波Ｆ１、Ｆ２の半周期ごとに各素子のオンオフが切り替えられる矩形波制御としてもよい。矩形波制御は、電気角の１８０°ごとに各素子のオンオフを切り替える１８０°通電制御と捉えることもできる。また、矩形波制御において、例えば１２０°通電等、通電位相は１８０°以外であってもよい。

ここで、ＭＧ８０の駆動モードを説明する。本実施形態では、ＭＧ８０の駆動に、第１バッテリ１１または第２バッテリ２１の電力を用いる「片側駆動モード」、第１バッテリ１１および第２バッテリ２１の電力を用いる「両側駆動モード」が含まれる。ここでは、動作点に応じた駆動領域を、便宜上、「片側駆動領域」、「両側駆動領域」とするが、運転条件等に応じ、片側駆動領域において、両側駆動を行ってもよい。

片側駆動モードでは、第１バッテリ１１の電力にてＭＧ８０を駆動する場合、第２インバータ７０の上アーム素子７１～７３の全相、または、下アーム素子７４～７６の全相の一方をオン、他方をオフとし、第２インバータ７０を中性点化する。また、ＭＧ８０の駆動要求に応じ、ＰＷＭ制御や矩形波制御等により、第１インバータ６０を制御する。

また、第２バッテリ２１の電力にてＭＧ８０を駆動する場合、第１インバータ６０の上アーム素子６１～６３の全相、または、下アーム素子６４～６６の全相の一方をオン、他方をオフとし、第１インバータ６０を中性点化する。また、ＭＧ８０の駆動要求に応じ、ＰＷＭ制御や矩形波制御等により、第２インバータ７０を制御する。

両側駆動モードでは、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２の位相が反転される。換言すると、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２とは、位相が略１８０［°］ずれている。第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２との位相差を１８０［°］とすることで、第１バッテリ１１と第２バッテリ２１とが電気的に直列接続されている状態とみなすことができ、第１バッテリ１１の電圧と第２バッテリ２１の電圧との和に相当する電圧をＭＧ８０に印加可能である。なお、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２との位相差は、１８０［°］とするが、第１バッテリ１１の電圧および第２バッテリ２１の電圧の和に相当する電圧をＭＧ８０に印加可能な程度のずれは許容されるものとする。

ところで、本実施形態では、バッテリ１１、２１を、１つの充電器１００により充電する。絶縁された２つのバッテリ１１、２１を並列充電する場合、電圧差があると、電圧差に応じた電流がバッテリ１１、２１間で流れるため、充電器１００から投入できる電流が減少し、充電時間が長くなる。参考例として、外部コンデンサを用いて電圧の高い方から低い方へと電力を受け渡すことで、電圧差を解消することが考えられる。

しかしながら、本実施形態のように、２電源２インバータの構成の場合、電源システム１と外部コンデンサとを接続した瞬間に、インバータ６０、７０に接続されているコンデンサ６９、７９と、外部コンデンサとの間で大きなパルス電流が流れるため、開閉器やコンデンサ６９、７９が損傷する虞がある。一般に、コンデンサ６９、７９の内部インピーダンスは、バッテリ１１、２１の内部インピーダンスよりも小さいため、バッテリ１１、２１と外部コンデンサとの間のパルス電流よりも、コンデンサ６９、７９と外部コンデンサとの間のパルス電流の方が大きくなる蓋然性が高い。そのため、参考例のように、外部コンデンサを用いてバッテリ１１、２１の電圧を揃える場合、コンデンサ６９、７９と外部コンデンサとを切り離すための開閉器を追加で設ける必要があり、部品点数が増大する。

そこで本実施形態では、外部コンデンサを用いずに、充電器１００からバッテリ１１、２１の並列充電を実現する。具体的には、並列リレー９３、９４を接続する前段階として、インバータ６０、７０およびＭＧ８０を用いた電圧差低減処理を行うことで、別途の部品を追加することなく、並列リレー９３、９４接続時の突入電流を抑制する。

本実施形態の充電制御処理を図２のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、インレット９９と充電器コネクタ１１５とが接続されているときに、制御部３０にて実行される。以下、ステップＳ１０１の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。他のステップも同様である。

Ｓ１０１では、制御部３０は、バッテリ電圧Ｖ１、Ｖ２を取得する。Ｓ１０２では、制御部３０は、バッテリ１１、２１の並列充電が可能か否かを判断する。本実施形態では、バッテリ電圧Ｖ１、Ｖ２の差が第１電圧判定閾値Ｖｔｈ１より小さい場合、並列充電が可能であると判断する。以下、バッテリ電圧Ｖ１、Ｖ２の差の絶対値を電圧差ΔＶとする。並列充電が可能であると判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、すなわちΔＶ＜Ｖｔｈの場合、Ｓ１０４へ移行する。並列充電ができないと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、すなわちΔＶ≧Ｖｔｈの場合、Ｓ１０３へ移行する。

式（１）に示すように、電池間電流Ｉｂは、バッテリ１１、２１の内部インピーダンスによって決まる。式中のＺ１は第１バッテリ１１のインピーダンスであり、Ｚ２はバッテリ２１のインピーダンスである。すなわち、電池間電流Ｉｂは、バッテリ１１、２１の電圧差を、バッテリ１１、２１の直列インピーダンスで除した値として求められる。

Ｉｂ＝｜Ｖ１－Ｖ２｜／（Ｚ１＋Ｚ２）
＝ΔＶ／（Ｚ１＋Ｚ２） ・・・（１）

本実施形態の電源システム１では、電池間電流Ｉｂが、バッテリ１１、２１の許容電流Ｉｌｉｍより小さい場合、並列充電が可能である。許容電流Ｉｌｉｍは、バッテリ１１、２１の性能が異なっている場合、第１バッテリ１１の許容電流Ｉｌｉｍ１、または、第２バッテリ２１の許容電流Ｉｌｉｍ２の小さい方の値とする。Ｚ１＋Ｚ２を所定値とすれば、Ｉｂ＜Ｉｌｉｍとなる電圧判定閾値Ｖｔｈを予め設定可能である。Ｓ１０２では、電圧差ΔＶが電圧判定閾値Ｖｔｈより小さい場合、並列充電が可能であるとして肯定判断し、電圧判定閾値Ｖｔｈ以上の場合、並列充電ができないとして否定判断する。なお、電池間電流Ｉｂを都度演算して、並列充電の可否を判定するようにしてもよい。

並列充電不可であるＳ１０３では、制御部３０は、電圧が低い側のバッテリを充電する低電圧側片側充電制御とする。低電圧側片側充電制御において、Ｖ１＜Ｖ２の場合、リレー制御部３２は、リレー１２、１３を閉、リレー２２、２３を開とし、第１バッテリ１１を充電する。また、充電量制御部３３は、第１バッテリ１１の許容電流Ｉｌｉｍ１を、充電電流指令値Ｉｃ^*とする。

Ｖ１＞Ｖ２の場合、リレー制御部３２は、リレー１２、１３を開、リレー２２、２３、９３、９４を閉とし、第２バッテリ２１を充電する。また、充電量制御部３３は、第２バッテリ２１の許容電流Ｉｌｉｍ２を充電電流指令値Ｉｃ^*とする。そして、Ｓ１０１へ戻り、充電制御を継続する。

Ｓ１０４では、制御部３０は、電圧差ΔＶが、第２電圧判定閾値Ｖｔｈ２以上、第１電圧判定閾値Ｖｔｈ１以下か否かを判断する。第２電圧判定閾値Ｖｔｈ２は、メインリレー１２、１３、２２、２３が閉の状態にて、並列リレー９３、９４を閉としたときのコンデンサ電流Ｉｃｏｎが許容値Ｉｘを超えないような値に設定される。電圧差ΔＶが第２電圧判定閾値Ｖｔｈ２以上、第１電圧判定閾値Ｖｔｈ１以下であると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｓ１０５へ移行し、ディスチャージ処理を行う。電圧差ΔＶが第２電圧判定閾値Ｖｔｈ２より小さいと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、Ｓ１０６へ移行し、プリチャージ処理を行う。

Ｓ１０５およびＳ１０６に続いて移行するＳ１０７では、制御部３０は、充電電流指令値Ｉｃ^*を演算し、充電器１００に送信する。充電電流指令値Ｉｃ^*は、電圧差ΔＶに応じた電池間電流Ｉｂに基づき、バッテリ電流Ｉ１、Ｉ２が許容電流Ｉｌｉｍ１、Ｉｌｉｍ２を超えない値に設定される。

Ｓ１０８では、制御部３０は、バッテリ電圧Ｖ１、Ｖ２が目標電圧Ｖｔに到達したか否かを判断する。バッテリ電圧Ｖ１、Ｖ２が目標電圧Ｖｔに到達していないと判断された場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、Ｓ１０８へ移行し、並列充電を継続する。バッテリ電圧Ｖ１、Ｖ２が目標電圧Ｖｔに到達したと判断された場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、充電制御処理を終了する。

ディスチャージ処理を図３および図４に基づいて説明する。ディスチャージ処理では、メインリレー１２、１３、２２、２３および並列リレー９３、９４を開の状態にて、ＭＧ８０に無効電流を流し、導通損を利用し、コンデンサ６９、７９の充電量を所定値以下にする。ここでは、トルクがゼロとなるように、インバータ６０、７０を制御する。図３では、実線で示したスイッチング素子６１、６５、６６、７２、７３、７４がオン、破線で示したスイッチング素子６２、６３、６４、７１、７５、７６がオフされている状態を示し、通電経路を二点鎖線で示した。

そして、電圧差ΔＶが十分に低減した状態にて、並列リレー９３、９４を閉とし、その後、メインリレー１２、１３、２２、２３を閉とする。電圧差ΔＶが十分に小さくなったか否かは、コンデンサ電圧に基づいて判断してもよい。また、ディスチャージ処理開始からの経過時間が、電圧差ΔＶの低減に要する時間に応じたて設定される判定時間Ｔｔｈ１を超えた場合、電圧差ΔＶが十分に小さくなったとみなしてもよい。

ディスチャージ処理を図４のフローチャートに基づいて説明する。図２中のＳ１０４にて否定判断されて移行するＳ１５１では、インバータ制御部３１は、図３にて説明したように、ＭＧ８０に無効電流が流れるように、インバータ６０、７０を制御する。

Ｓ１５２では、制御部３０は、コンデンサ６９、７９のディスチャージが完了したか否かを判断する。ディスチャージが完了していないと判断された場合（Ｓ１５２：ＮＯ）、Ｓ１５１へ移行する。ディスチャージが完了したと判断された場合（Ｓ１５２：ＹＥＳ）、Ｓ１５３へ移行する。

Ｓ１５３では、リレー制御部３２は、並列リレー９３、９４を閉とする。Ｓ１５４では、リレー制御部３２は、メインリレー１２、１３を閉とする。Ｓ１５５では、リレー制御部３２は、メインリレー２２、２３を閉とする。ディスチャージ処理完了後は、図２中のＳ１０７へ移行し、バッテリ１１、２１の並列充電を行う。

プリチャージ処理を図５～図７に基づいて説明する。図５および図６は、共通時間軸を横軸とし、上段にバッテリ電圧Ｖ１、Ｖ２、下段に電池間電流Ｉｂおよびコンデンサ電流Ｉｃｏｎを示す。なお説明のため、タイムスケールは適宜変更している。また、線種がわかるよう、値が重なる箇所については、若干ずらして記載した。図５の参考例では、時刻ｔ１１以前は、メインリレー１２、１３、２２、２３が閉、並列リレー９３、９４が開の状態である。電圧差ΔＶが比較的大きい状態にて、時刻ｔ１１にて、並列リレー９３、９４をオンにすると、コンデンサ６９、７９間に大きなパルス電流が流れ、コンデンサ６９、７９および並列リレー９３、９４が損傷する虞がある。

そこで本実施形態では、並列リレー９３、９４を接続する前に、プリチャージ処理を行う。図６では、時刻ｔ２１以前は、メインリレー１２、１３、２２、２３が閉、並列リレー９３、９４が開の状態である。時刻ｔ２１にて、低電位側の並列リレー９４、および、インバータ６０、７０の上アーム素子６１～６３、７１～７３をオンにする。

低電位側の並列リレー９４、および、インバータ６０、７０の上アーム素子６１～６３、７１～７３をオンにすることで、インバータ６０、７０およびＭＧ８０のインピーダンスを介して第１バッテリ１１およびコンデンサ６９と、第２バッテリ２１およびコンデンサ７９とを接続する。これにより、電圧差ΔＶが低減する。なお、インバータ６０、７０およびＭＧ８０での電圧降下があるため、電圧差ΔＶは理論上ゼロとはならず、電圧降下分の差ΔＶｄが残る。

インバータ６０、７０およびＭＧ８０のインピーダンスの時定数を考慮し、電圧差ΔＶが低減するのに要する時間が経過した時刻ｔ２２にて、並列リレー９３を閉とする。電圧差ΔＶを低減させてから並列リレー９３を閉とすることで、コンデンサ６９、７９間のパルス電流を低減することができる。また、並列リレー９３を閉とした後、インバータ６０、７０の全スイッチング素子６１～６６、７１～７６をオフとする。

なお、時刻ｔ２１では、低電位側の並列リレー９４および上アーム素子６１～６３、７１～７３を閉とすることに替えて、高電位側の並列リレー９３および下アーム素子６４～６６、７４～７６を閉としてもよい。この場合、時刻ｔ２２では、並列リレー９４を閉とする。プリチャージ処理において、上アーム素子６１～６３、７１～７３、または、下アーム素子６４～６６、７４～７６の全相をオンにする必要はなく、少なくとも１相をオンにすればよい。

プリチャージ処理を図７のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ１６１では、リレー制御部３２は、メインリレー１２、１３、２２、２３を閉にする。Ｓ１６２では、リレー制御部３２は、低電位側の並列リレー９４を閉にする。Ｓ１６３では、インバータ制御部３１は、第１インバータ６０の上アーム素子６１～６３、および、第２インバータ７０の上アーム素子７１～７３をオンにする。

Ｓ１６４では、制御部３０は、プリチャージが完了したか否かを判断する。ここでは、プリチャージ処理開始からの経過時間が、電圧差ΔＶの低減に要する時間に応じて設定される判定時間Ｔｔｈ２を超えた場合、プリチャージが完了したと判定する。プリチャージが完了していないと判断された場合（Ｓ１６４：ＮＯ）、この判断処理を繰り返す。プリチャージが完了したと判断された場合（Ｓ１６４：ＹＥＳ）、Ｓ１６５へ移行する。

Ｓ１６５では、リレー制御部３２は、高電位側の並列リレー９３を閉にする。Ｓ１６６では、インバータ制御部３１は、第１インバータ６０の上アーム素子６１～６３および第２インバータ７０の上アーム素子７１～７３をオフにする。プリチャージ処理完了後は、図２中のＳ１０７へ移行し、バッテリ１１、２１の並列充電を行う。

本実施形態では、並列リレー９３、９４を閉にしてのバッテリ１１、２１の並列充電の前段階とし、インバータ６０、７０およびモータ８０を用いたディスチャージ処理またはプリチャージ処理を行って電圧差ΔＶを低減し、その後、並列充電に移行する。これにより、別途の部品を追加することなく、並列接続時の突入電流を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態の電源システム１は、コイル８１～８３を有するＭＧ８０に電力を供給可能であって、第１バッテリ１１と、第２バッテリ２１と、第１インバータ６０と、第２インバータ７０と、第１コンデンサ６９と、第２コンデンサ７９と、第１メインリレー１２、１３と、第２メインリレー２２、２３と、高電位側並列リレー９３と、低電位側並列リレー９４と、制御部３０と、を備える。

第１バッテリ１１は、充電器１００からの電力により充電可能である。第２バッテリ２１は、充電器１００からの電力により、第１バッテリ１１と並列に充電可能である。第１インバータ６０は、スイッチング素子６１～６６を有し、コイル８１、８２、８３の一端８１１、８２１、８３１、および、第１バッテリ１１に接続される。第２インバータ７０は、第２スイッチング素子７１～７６を有し、コイル８１、８２、８３の他端８１２、８２２、８３２、および、第２バッテリ２１に接続される。第１コンデンサ６９は、第１インバータ６０と並列に接続される。第２コンデンサ７９は、第２インバータ７０と並列に接続される。

第１メインリレー１２、１３は、第１バッテリ１１と、第１インバータ６０および第１コンデンサ６９との断接を切り替え可能である。第２メインリレー２２、２３は、第２バッテリ２１と、第２インバータ７０および第２コンデンサ７９との断接を切り替え可能である。

高電位側並列リレー９３は、第１インバータ６０の高電位側と第２インバータ７０の高電位側とを接続する高電位側接続線９１に設けられる。低電位側並列リレー９４は、第１インバータ６０の低電位側と第２インバータ７０の低電位側とを接続する低電位側接続線９２に設けられる。

制御部３０は、インバータ制御部３１、リレー制御部３２、および、充電量制御部３３を有する。インバータ制御部３１は、第１インバータ６０および第２インバータ７０を制御する。リレー制御部３２は、第１メインリレー１２、１３、第２メインリレー２２、２３、高電位側並列リレー９３、および、低電位側並列リレー９４の開閉を制御する。充電量制御部３３は、第１バッテリ１１および第２バッテリ２１の充電を制御する。

高電位側並列リレー９３および低電位側並列リレー９４を閉とし、第１バッテリ１１と第２バッテリ２１とを並列接続して充電器１００により充電する並列充電の前段階において、制御部３０は、第１インバータ６０および第２インバータ７０を制御することで、第１コンデンサ６９と第２コンデンサ７９との電圧差を低減する電圧差低減処理を行う。これにより、別途の部品を追加することなく、バッテリ１１、２１を並列接続したときの突入電流を低減することができる。

電圧差低減処理として、ディスチャージ処理、および、プリチャージ処理の少なくとも一方を行う。ディスチャージ処理では、第１メインリレー１２、１３および第２メインリレー２２、２３を開にした状態にて、第１インバータ６０および第２インバータ７０を制御する。プリチャージ処理では、第１メインリレー１２、１３および第２メインリレー２２、２３を閉にした状態にて第１インバータ６０および第２インバータ７０を制御する。

第１スイッチング素子６１～６６には、高電位側に接続される第１上アーム素子６１～６３、および、低電位側に接続される第１下アーム素子６４～６６が含まれる。第２スイッチング素子７１～７６には、高電位側に接続される第２上アーム素子７１～７３、および、低電位側に接続される第２下アーム素子７４～７６が含まれる。

プリチャージ処理において、制御部３０は、低電位側並列リレー９４を閉、第１上アーム素子６１～６３および第２上アーム素子７１～７３の少なくとも１相をオンとし、第１コンデンサ６９および第２コンデンサ７９のプリチャージが完了した後、高電位側並列リレー９３を閉とする。もしくは、制御部３０は、高電位側並列リレー９３を閉、第１下アーム素子６４～６６および第２下アーム素子７４～７６をオンとし、第１コンデンサ６９および第２コンデンサ７９のプリチャージが完了した後、低電位側並列リレー９４を閉とする。

これにより、インバータ６０、７０およびＭＧ８０のインピーダンスを利用して２つのバッテリ１１、２１および２つのコンデンサ６９、７９を接続することで、電圧差ΔＶが低減される。プリチャージによる電圧差ΔＶを低減させた後、並列リレー９３、９４を接続してバッテリ１１、２１を並列接続することで、並列リレー９３、９４接続時の突入電流を低減することができる。

ディスチャージ処理において、インバータ制御部３１は、コイル８１～８３に無効電流が通電されるように、第１インバータ６０および第２インバータ７０を制御する。リレー制御部３２は、第１コンデンサ６９および第２コンデンサ７９のディスチャージが完了した後、高電位側並列リレー９３および低電位側並列リレー９４を閉とする。

導通損を利用して、コンデンサ６９、７９の充電量を減らし、コンデンサ６９、７９の電圧差が低減した後、並列リレー９３、９４を接続してバッテリ１１、２１を並列接続することで、並列リレー９３、９４接続時の突入電流を低減することができる。

第１バッテリ１１の電圧である第１バッテリ電圧Ｖ１と、第２バッテリ２１の電圧である第２バッテリ電圧Ｖ２との差である電圧差ΔＶが、第２電圧判定閾値Ｖｔｈ２以上、第１電圧判定閾値Ｖｔｈ１以下の場合、ディスチャージ処理を行い、電圧差ΔＶが第２電圧判定閾値Ｖｔｈ２より小さい場合、プリチャージ処理を行う。これにより、電圧差ΔＶに応じて、適切な電圧低減処理を行うことができる。

電圧差ΔＶが第１電圧判定閾値Ｖｔｈ１より大きい場合、第１バッテリ１１または第２バッテリ２１の一方を充電する片側充電とする。電圧差ΔＶが大きい状態にてバッテリ１１、２１を並列接続したとき、電池間電流Ｉｂがバッテリ１１、２１の許容電流Ｌｉｍ１、Ｉｌｉｍ２を超えると、バッテリ１１、２１が劣化する虞がある。本実施形態では、電圧差ΔＶが第１電圧判定閾値Ｖｔｈ１より大きい場合、片側充電とすることで、バッテリ１１、２１の劣化を抑制し、適切に充電することができる。

本実施形態では、第１バッテリ１１が「第１蓄電部」、第２バッテリ２１が「第２蓄電部」、第１メインリレー１２、１３が「第１リレー」、第２メインリレー２２、２３が「第２リレー」、充電量制御部３３が「充電制御部」、ＭＧ８０が「回転電機」、コイル８１～８３が「多相巻線」に対応する。また、第１バッテリ電圧Ｖ１が「第１蓄電部電圧」、第２バッテリ電圧Ｖ２が「第２蓄電部電圧」、電圧差ΔＶが「蓄電部電圧差」に対応する。

（他の実施形態）
上記実施形態の回転電機は３相である。他の実施形態では、回転電機は４相以上としてもよい。上記実施形態では、回転電機は電動車両の主機モータとして用いられている。他の実施形態では、回転電機は、主機モータに限らず、例えばスタータ機能とオルタネータ機能とを併せ持つ、所謂ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）や、補機モータであってもよい。また、電源システムを車両以外の装置に適用してもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１・・・電源システム
１１・・・第１バッテリ（第１蓄電部） ２１・・・第２バッテリ（第２蓄電部）
１２、１３・・・第１メインリレー（第１リレー）
２２、２３・・・第２メインリレー（第２リレー）
３０・・・制御部 ３１・・・インバータ制御部
３２・・・リレー制御部 ３３・・・充電制御部
６０・・・第１インバータ ７０・・・第２インバータ
６９・・・第１コンデンサ ７９・・・第２コンデンサ
８０・・・ＭＧ（回転電機）
９３・・・高電位側並列リレー ９４・・・低電位側並列リレー
１００・・・充電器

Claims (6)

1. 多相巻線（８１、８２、８３）を有する回転電機（８０）に電力を供給可能な電源システムであって、
   充電器（１００）からの電力により充電可能な第１蓄電部（１１）と、
   前記充電器からの電力により前記第１蓄電部と並列に充電可能である第２蓄電部（２１）と、
   第１スイッチング素子（６１～６６）を有し、前記多相巻線の一端（８１１、８２１、８３１）および前記第１蓄電部（１１）と接続される第１インバータ（６０）と、
   第２スイッチング素子（７１～７６）を有し、前記多相巻線の他端（８１２、８２２、８３２）および前記第２蓄電部（２１）と接続される第２インバータ（７０）と、
   前記第１インバータと並列に接続される第１コンデンサ（６９）と、
   前記第２インバータと並列に接続される第２コンデンサ（７９）と、
   前記第１蓄電部と、前記第１インバータおよび前記第１コンデンサとの断接を切り替え可能な第１リレー（１２、１３）と、
   前記第２蓄電部と、前記第２インバータおよび前記第２コンデンサとの断接を切り替え可能な第２リレー（２２、２３）と、
   前記第１インバータの高電位側と前記第２インバータの高電位側とを接続する高電位側接続線（９１）に設けられる高電位側並列リレー（９３）と、
   前記第１インバータの低電位側と前記第２インバータの低電位側とを接続する低電位側接続線（９２）に設けられる低電位側並列リレー（９４）と、
   前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御するインバータ制御部（３１）、前記第１リレー、前記第２リレー、前記高電位側並列リレーおよび前記低電位側並列リレーの開閉を制御するリレー制御部（３２）、ならびに、前記第１蓄電部および前記第２蓄電部の充電を制御する充電制御部（３３）を有する制御部（３０）と、
   を備え、
   前記高電位側並列リレーおよび前記低電位側並列リレーを閉とし、前記第１蓄電部と前記第２蓄電部とを並列接続して前記充電器により充電する並列充電の前段階において、
   前記制御部は、前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御することで、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの電圧差を低減する電圧差低減処理を行う電源システム。
2. 前記電圧差低減処理として、
   前記第１リレーおよび前記第２リレーを開にした状態にて前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御するディスチャージ処理、および、
   前記第１リレーおよび前記第２リレーを閉にした状態にて前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御するプリチャージ処理の少なくとも一方を行う請求項１に記載の電源システム。
3. 前記第１スイッチング素子には、高電位側に接続される第１上アーム素子（６１～６３）、および、低電位側に接続される第１下アーム素子（６４～６６）が含まれ、
   前記第２スイッチング素子には、高電位側に接続される第２上アーム素子（７１～７３）、および、低電位側に接続される第２下アーム素子（７４～７６）が含まれ、
   前記プリチャージ処理において、
   前記制御部は、
   前記低電位側並列リレーを閉、前記第１上アーム素子および前記第２上アーム素子の少なくとも１相をオンとし、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサのプリチャージが完了した後、前記高電位側並列リレーを閉とする、
   または、
   前記高電位側並列リレーを閉、前記第１下アーム素子および前記第２下アーム素子の少なくとも１相をオンとし、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサのプリチャージが完了した後、前記低電位側並列リレーを閉とする請求項２に記載の電源システム。
4. 前記ディスチャージ処理において、
   前記インバータ制御部は、前記多相巻線に無効電流が通電されるように前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御し、
   前記リレー制御部は、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサのディスチャージが完了した後、前記高電位側並列リレーおよび前記低電位側並列リレーを閉とする請求項２または３に記載の電源システム。
5. 前記第１蓄電部の電圧である第１蓄電部電圧と前記第２蓄電部の電圧である第２蓄電部電圧との差である蓄電部電圧差が第２電圧判定閾値以上、第１電圧判定閾値以下の場合、前記ディスチャージ処理を行い、
   前記蓄電部電圧差が前記第２電圧判定閾値より小さい場合、前記プリチャージ処理を行う請求項２～４のいずれか一項に記載の電源システム。
6. 前記蓄電部電圧差が、前記第１電圧判定閾値より大きい場合、前記第１蓄電部または前記第２蓄電部の一方を充電する片側充電とする請求項５に記載の電源システム。

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