JP7099277B2

JP7099277B2 - 電動自動車

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Publication number: JP7099277B2
Application number: JP2018218649A
Authority: JP
Inventors: 昌行杉田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2038-11-21
Also published as: JP2020089024A

Description

本明細書が開示する技術は、電動自動車に関する。特に、バッテリと走行用モータの間に複数の電力変換器が並列に接続されている電動自動車に関する。
本明細書でいう「電動自動車」には、走行用モータを備えるがエンジンは備えない電気自動車のほか、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車を含む。さらに燃料電池車も「電動自動車」に含まれる。

バッテリの電圧を昇圧して交流に変換して走行用モータに供給する電動自動車が知られており、昇圧回路を内蔵する電力変換器が知られている。昇圧用スイッチング素子に流れる電流値を許容値内に抑えるために、あるいは昇圧用スイッチング素子のスイッチングに伴って発生するリップルを抑制するために、複数の電力変換器を並列に接続して用いることがある。

バッテリは、低温時に能力が低下してしまう。始動時等においては、バッテリを昇温する必要が生じる場合がある。特許文献１に、スイッチング素子のスイッチングに伴って発生するリプル電流を利用してバッテリを昇温する技術が開示されている。通常時には、並列接続している複数のスイッチング素子を逆位相でスイッチングすることでリップル電流が打ち消しあう関係とする。バッテリの温度が閾値より低い場合は、複数のスイッチング素子を同位相でスイッチングすることでリプル電流が重畳する関係とする。リプル電流を重畳させることによって、バッテリの昇温速度を速める。

特開２０１７－１１２６６４号公報

特許文献１の技術によってバッテリの昇温速度が上昇したものの、不十分である。本明細書では、バッテリの昇温速度をさらに早める技術を提示する。

本明細書が開示する電動自動車は、バッテリと走行用モータ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、バッテリの温度を計測する温度センサと、コントローラを備えている。

電力変換器はリアクトルを備えており、そのうちの少なくとも１個の電力変換器は、リアクトルの通電方向を切換える切換回路を備えている。また、リアクトル群は、相互に磁気結合している。

コントローラは、切換回路によって、温度センサの計測値が閾値温度より低い場合はリアクトル群が和動接続となる向きの通電方向を選択し、温度センサの計測値が閾値温度より高い場合はリアクトル群が差動接続となる向きの通電方向を選択する。

本明細書で開示する技術では、複数のスイッチング素子を同位相でスイッチングすることでリプル電流が重畳する関係を得ることができる。また、相互に磁気結合しているリアクトル群を利用することで、重畳したリプル電流の大きさを増大することができる。

本明細書では磁気結合しているリアクトル群のまとまりを結合リアクトルと表現する。上述した電動自動車では、温度センサの計測値が閾値温度よりも低い場合に、当該リアクトルが生成する磁束の向きと、他のリアクトルが生成する磁束であって当該リアクトルを通過する磁束の向きが一致する関係となる方向に通電する。すなわち、結合リアクトルが和動接続となる方向に通電する。この場合、結合リアクトルで磁気飽和現象が発生し、その結果、結合リアクトルのインダクタンス値は低くなる。

リプル電流の値は、結合リアクトルのインダクタンス値と略相関関係をもつ。具体的には、リプル電流の値は、結合リアクトルのインダクタンス値に略反比例し、結合リアクトルのインダクタンス値が小さくなればリプル電流の値は大きくなり、結合リアクトルのインダクタンス値が大きくなればリプル電流の値は小さくなる。各リアクトルに磁気飽和が発生すればリプル電流の値は大きくなり、磁気飽和が緩和すればリプル電流の値は小さくなる。

このように、本明細書が開示する電動自動車は、結合リアクトルに磁気飽和を発生させることで結合リアクトルのインダクタンス値を低下させ、リプル電流を増大することができる。すなわち、スイッチング素子に流れる電流値自体は一定でも、リプル電流を大きくしてバッテリ昇温速度を速めることができる。

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。

実施例のハイブリッド車の電源システムの電力系のブロック図である。リアクトルを流れる電流の向きを示すリレースイッチの拡大図である。実施例のハイブリッド車における結合リアクトルの平面図である。実施例のハイブリッド車においてコントローラが行うフローチャートである。バッテリ温度とインダクタンス値とリプルの関係の一例を示すタイムチャートである。

図面を参照して実施例の電動自動車の一例であるハイブリッド車１について説明する。図１に、ハイブリッド車１が搭載する電源システムの電力系のブロック図を示す。ハイブリッド車１は、電源システム２と、インバータ６と、走行用のモータ４を有している。また、ハイブリッド車１では、電源システム２から供給される直流電力をインバータ６が交流電力に変換する。インバータ６が変換した交流電力により走行用モータ４が回転し、ハイブリッド車１が走行する。

電源システム２は、結合リアクトル２０、バッテリ２６、リレースイッチ２２、２個の昇圧用スイッチング素子１０ａ、１０ｂ、フィルタコンデンサ２４、平滑コンデンサ８、温度センサ３０、コントローラ２８を備える。電源システム２は、インバータ６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２６の電力を昇圧してインバータ６へ供給する。電源システム２は、結合リアクトル２０と２個の昇圧用スイッチング素子１０ａ、１０ｂを用いてバッテリ２６の電圧を昇圧し、インバータ６へ供給する。電源システム２は、結合リアクトル２０と昇圧用スイッチング素子１０ａ、１０ｂを用いてインバータ６から送られる回生電力を降圧してバッテリ２６を充電することもできる。以下では、昇圧用スイッチング素子１０ａを第１スイッチング素子１０ａと称し、昇圧用スイッチング素子ｂを第２スイッチング素子１０ｂと称する。また、説明の都合上、バッテリ２６の側を入力端１９と称し、インバータ６の側を出力端９と称する。入力端１９の正極と負極を夫々、入力正極端１９ａ、入力負極端１９ｂと称する。出力端９の正極と負極を夫々、出力正極端９ａ、出力負極端９ｂと称する。

結合リアクトル２０は、第１リアクトル２０ａと第２リアクトル２０ｂを備えている。第１リアクトル２０ａの一端はリレースイッチ２２のスイッチＳＷ１を介して入力正極端１９ａに接続されており、他端はリレースイッチ２２のスイッチＳＷ４を介して２個のトランジスタ１６ａ、１８ａの直列接続の中点に接続されている。第２リアクトル２０ｂの一端はリレースイッチ２２のスイッチＳＷ５を介して入力正極端子１９ａに接続されており、他端は２個のトランジスタ１６ｂ、１８ｂの直列接続の中点に接続されている。なお、詳細は後述するが、第１リアクトル２０ａと第２リアクトル２０ｂは相互に磁気結合している。

バッテリ２６は、例えばリチウムイオンバッテリである。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。バッテリ２６とインバータ６の間に、２個の昇圧用スイッチング素子１０ａ、１０ｂが並列に接続されている。

バッテリ２６と２個の昇圧用スイッチング素子１０ａ、１０ｂの間にはリレースイッチ２２が挿入されている。リレースイッチ２２は、第１スイッチング素子１０ａに接続する回路にスイッチＳＷ１～ＳＷ４を有している。また、第２スイッチング素子１０ｂに接続する回路にスイッチＳＷ５を有している。スイッチＳＷ１は、入力正極端１９ａと第１リアクトル２０ａの間に挿入されている。スイッチＳＷ４は、第１リアクトル２０ａと２個のトランジスタ１６ａ、１８ａの直列接続の中点の間に挿入されている。また、第１リアクトル２０ａとスイッチＳＷ１の中点と、第１リアクトル２０ａとスイッチＳＷ４の中点を接続する回路にスイッチＳＷ３が設けられている。スイッチＳＷ２は、入力正極端１９ａとスイッチＳＷ１の中点と、第１リアクトル２０ａとスイッチＳＷ３の中点を接続する回路に設けられている。第２リアクトル２０ｂと、入力正極端１９ａの間にはスイッチＳＷ５が挿入されている。リレースイッチ２２は、コントローラ２８からの指示で各スイッチを開閉する。

先に述べたように、電源システム２では、バッテリ２６とインバータ６の間に、第１スイッチング素子１０ａと第２スイッチング素子１０ｂが並列に接続されている。第１スイッチング素子１０ａと第２スイッチング素子１０ｂは同じ回路構成を有する。第１スイッチング素子１０ａについて説明する。第１スイッチング素子１０ａは、２個のトランジスタ１６ａ、１８ａ、２個のダイオード１２ａ、１４ａを備えている。２個のトランジスタ１６ａ、１８ａはＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。２個のトランジスタ１６ａ、１８ａは直列に接続されている。２個のトランジスタ１６ａ、１８ａの直列接続の高電位側が出力正極端９ａに接続されており、低電位側が出力負極端９ｂに接続されている。出力負極端９ｂは入力負極端１９ｂに直接に接続されている。ダイオード１２ａは直列接続の高電位側のトランジスタ１６ａに対して逆並列に接続されており、ダイオード１４ａは低電位側のトランジスタ１８ａ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１６ａを上アームトランジスタ１６ａと称し、低電位側のトランジスタ１８ａを下アームトランジスタ１８ａと称する。

第２スイッチング素子１０ｂは、２個のトランジスタ１６ｂ、１８ｂ、ダイオード１２ｂ、１４ｂを備える。図１に示すように、第２スイッチング素子１０ｂの回路構成は第１１０ａの回路構成と同じであるため説明は省略する。第１スイッチング素子１０ａ同様に、直列に接続された２個のトランジスタ１６ｂ、１８ｂ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１６ｂ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１８ｂと称する。

入力正極端１９ａと入力負極端１９ｂの間にフィルタコンデンサ２４が接続されている。フィルタコンデンサ２４は、２個の昇圧用スイッチング素子１０ａ、１０ｂに対して共通のコンデンサであり、リアクトル２０ａ、２０ｂ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９ａと出力負極端９ｂの間には平滑コンデンサ８が接続されている。平滑コンデンサ８も２個の昇圧用スイッチング素子１０ａ、１０ｂに対して共通のコンデンサであり、昇圧用スイッチング素子１０ａ、１０ｂからインバータ６へ供給される電流を平滑化する。

電源システム２は、バッテリ２６の温度を計測する温度センサ３０を備えており、温度センサ３０が計測したバッテリ２６の温度はコントローラ２８へ送られる。

先に述べたように、電源システム２は、バッテリ２６の電圧を昇圧してインバータ６へ供給する昇圧動作と、インバータ６から送られる回生電力を降圧してバッテリ２６へ供給する降圧動作を行うことができる。第１スイッチング素子１０ａの下アームトランジスタ１８ａが昇圧動作に関与し、上アームトランジスタ１６ａが降圧動作に関与する。同様に、第２スイッチング素子１０ｂの下アームトランジスタ１８ｂが昇圧動作に関与し、上アームトランジスタ１６ｂが降圧動作に関与する。トランジスタ１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ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１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂを駆動するＰＷＭ信号は、コントローラ２８が生成する。説明の便宜上、上アームトランジスタ１６ａ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１８ａ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１６ｂ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１８ｂ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。

コントローラ２８は、第１スイッチング素子１０ａと第２スイッチング素子１０ｂが同じ動作を行うように、夫々の昇圧用スイッチング素子の上アームトランジスタ１６ａ、１８ｂ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２８は、夫々の昇圧用スイッチング素子の下アームトランジスタ１６ａ、１８ｂ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２８は、不図示のアクセルペダルの踏込量に応じて電源システム２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１６ａ、１６ｂのデューティ比は同じであり、下アームトランジスタ１８ａ、１８ｂのディーティ比も同じである。

図２を用いてリレースイッチ２２の動きと夫々のリアクトルを流れる電流について説明する。図２は、リレースイッチ２２の拡大図である。以下、電源システム２のバッテリ２６が接続されている側を上流と表現し、インバータ６やモータ４（図１参照）が接続されている側を下流と表現する。

図２（ａ）を用いて、上流から下流方向へ第１リアクトル２０ａを電流が流れる場合のリレースイッチ２２の動きについて説明する。リレースイッチ２２は、コントローラ２８からの指令により、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ４をショートするとともに、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３をオープンにする。これにより、上流から下流方向へ第１リアクトル２０ａを通過する電流Ｉａ１が流れる。
次に、図２（ｂ）を用いて下流から上流方向へ第１リアクトル２０ａを電流が流れる場合のリレースイッチ２２の動きについて説明する。リレースイッチ２２は、スイッチＳＷ１とＳＷ４をオープンにし、スイッチＳＷ２と、ＳＷ３をショートする。この場合、下流から上流方向へ第１リアクトル２０ａを通過する電流Ｉａ２が流れる。このように、リレースイッチ２２は、第１リアクトル２０ａの通電方向を切換えることができる。

また、リレースイッチ２２は、コントローラ２８からの指令により、スイッチＳＷ５をショートする。すると、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、上流から下流方向へ第２リアクトル２０ｂを通過する電流Ｉｂ１が流れる。なお、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ５は電源システム２のシステムメインリレーとしての機能も有している。実施例のハイブリッド車１では、スイッチＳＷ５は通常走行時は常にショートされており、下流のスイッチング素子等に異常が発生した場合や、ハイブリッド車１のメインスイッチ（不図示）がオフされた場合に限りオープンとなる。

図３を用いてリアクトルを流れる電流の向きと結合リアクトル２０に発生する磁束について説明する。図３に示すように、結合リアクトル２０は、第１リアクトル２０ａと第２リアクトル２０ｂ、コア３２、ケース３４、第１、第２入力端子、第１、第２出力端子を有している。第１リアクトル２０ａと第２リアクトル２０ｂは、絶縁膜で被覆された銅の平角線をエッジワイズに巻回したコイルである。第１リアクトル２０ａは、第１入力端子３６ａと、第１出力端子３８ａを有している。第２リアクトル２０ｂも、第１入力端子３６ｂと、第１出力端子３８ｂを有している。コア３２は、対向する一対のＵ字型のコアで構成されている。コア３２は、磁性体の粉体を固めることで形成されている。コア３２は、Ｕ字の柱状部を第１リアクトル２０ａと第２リアクトル２０ｂに挿入している。そのため、第１、第２リアクトルに電流が流れると、コア３２に磁束が発生する。

例えば、電流Ｉａ１が第１リアクトル２０ａを上流から下流方向へ通過すると、コア３２は磁束Ｂ１を発生させる。また、電流Ｉｂ１が第２リアクトル２０ａを上流から下流方向へ通過すると、コア３２は磁束Ｂ２を発生させる。図３に示すように、磁束Ｂ１と磁束Ｂ２は、互いに加わる方向を向いている。すなわち、第１リアクトル２０ａと第２リアクトル２０ｂは和動接続されている。

先に述べたように、第１リアクトル２０ａの通電方向はリレースイッチ２２により切替ることができる。リレースイッチ２２により第１リアクトル２０ａの通電方向が切換えられ、電流Ｉａ２が第１リアクトル２０ａを下流側から上流側へ通過すると、コア３２は、磁束Ｂ３を発生させる。この磁束Ｂ３は、第２リアクトル２０ａに電流Ｉｂ１が流れたことにより発生した磁束Ｂ２と逆向きである。磁束Ｂ３と磁束Ｂ２は互いに打ち消しあう。すなわち、第１リアクトル２０ａと第２リアクトル２０ｂは差動接続されている。なお、図３では、電流Ｉａ２及び磁束Ｂ３を破線で示している。

このように、実施例のハイブリッド車１は、第１リアクトル２０ａと第２リアクトル２０ｂで共通のコア３２に磁束を発生させ、リレースイッチ２２で第１リアクトル２０ａの通電方向を切換えることで、結合リアクトル２０を和動接続か差動接続に切換えることができる。

ここで、結合リアクトル２０が和動接続されている場合にコア３２に発生する磁気飽和現象について説明する。コア３２は磁性体により形成されているが、磁性体では、材料や形状によって発生させることができる最大磁束密度が決まる。この最大磁束密度を超えて磁性体に磁束が発生すると、磁性体はそれ以上の磁束を発生することができない。コア３２に発生した磁束がコア３２の最大磁束密度に達した状態を磁気飽和現象という。磁気飽和現象が発生すると、コア３２のインダクタンス値は低くなる。

先に述べたように、結合リアクトル２０が和動接続されている場合、コア３２に発生する磁束Ｂ１と磁束Ｂ２は互いに加わる方向を向いている。すなわち、コア３２には、磁束Ｂ１に磁束Ｂ２を加えた大きな磁束が発生している。この和動接続により発生する大きな磁束がコア３２の最大磁束密度に達すると、コア３２は磁気飽和現象を発生する。その結果、結合リアクトル２０のインダクタンス値は低くなる。

結合リアクトル２０が差動接続されている場合は、コア３２に発生する磁束Ｂ２と磁束Ｂ３は打ち消しあう。すなわち、コア３２の磁気飽和は緩和される。その結果、結合リアクトル２０のインダクタンス値は高くなる。

また、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電流と呼ばれる脈動電流を生ずる。リプル電流は、他のデバイスに影響を与えて振動させ、騒音の原因になる。それゆえ、通常は、リプル電流の値は小さい方がよい。しかし、本明細書が開示するハイブリッド車１に搭載される電源システム２では、バッテリ２６の温度が適正範囲よりも低い場合には、リプル電流を積極的に活用してバッテリ２６を昇温する。

ここで、バッテリ２６を昇温するリプル電流の値は、結合リアクトルのインダクタンス値と略相関関係をもつ。具体的には、リプル電流の値は、結合リアクトルのインダクタンス値に略反比例し、結合リアクトルのインダクタンス値が小さくなればリプル電流の値は大きくなり、結合リアクトルのインダクタンス値が大きくなればリプル電流の値は小さくなる。各リアクトルに磁気飽和が発生すればリプル電流の値は大きくなり、磁気飽和が緩和すればリプル電流の値は小さくなる。

このように、本明細書が開示する電動自動車は、結合リアクトルを和動接続する方向に電流を流すことで結合リアクトルのコアに磁気飽和を発生させる。すなわち、結合リアクトルを流れる電流の値は増加させずにコアに磁気飽和を発生させることで、バッテリを昇温するリプル電流の値を大きくする。スイッチング素子に流れる電流自体は一定でも昇温速度を速めることができる。

図４に、コントローラ２８が実行する制御のフローチャートを示す。図４の処理は、定期的に繰り返し実行される。コントローラ２８は、まず、バッテリ２６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２６の温度を計測する温度センサ３０を備えており、コントローラ２８は、温度センサ３０からバッテリ２６の温度を取得する。次にコントローラ２８は、バッテリ２６の温度Ｔｂａｔを閾値温度Ｔｔｈと比較する（Ｓ４）。閾値温度Ｔｔｈは、バッテリ２６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２６の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも低いときには、バッテリ２６の性能が低下する。別言すれば、閾値温度Ｔｔｈは、バッテリ２６の使用時の適正温度範囲の下限値に相当する。

コントローラ２８は、バッテリ２６の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも低い場合（Ｓ４：ＮＯ）、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ４をショートし、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３をオープンするとともに（すなわち、図２（ａ）の状態）、第１スイッチング素子１０ａの駆動信号を生成するためのキャリア信号と、第２スイッチング素子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（Ｓ６）。即ち、コントローラ２８は、バッテリ２６の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも低い場合（Ｓ４：ＮＯ）、結合リアクトル２０が和動接続となる通電方向を選択するとともに、スイッチング素子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。

一方、コントローラ２８は、バッテリ２６の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも高い場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ１とＳＷ４をオープンし、スイッチＳＷ２とＳＷ３をショートするとともに（すなわち、図２（ｂ）の状態）、第１スイッチング素子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スイッチング素子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（Ｓ８）。即ち、コントローラ２８は、バッテリ２６の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも高い場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、結合リアクトル２０が差動接続となる通電方向を選択するとともに、スイッチング素子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２６の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈと等しい場合にステップＳ６とステップＳ８のどちらに移行するかは任意でよい。

２個の昇圧用スイッチング素子１０ａ、１０ｂの対応するトランジスタ（例えばトランジスタ１６ａ、１６ｂ）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電流を発生する。また、先に述べたように、結合リアクトル２０が和動接続となり磁気飽和が発生すると、結合リアクトルのインダクタンス値が下がり、リプル電流の値が大きくなる。磁気飽和により大きくなったリプル電流は、同じタイミングで発生することにより重畳する。結合リアクトル２０は、バッテリ２６と導通しているため、重畳したリプルは、バッテリ２６に到達する。振幅の大きいリプル電流がバッテリ２６に入り込むことによってバッテリ２６が発熱し、その温度が上昇する。このように、リプル電流の重畳の効果をさらに大きくし、バッテリの昇温速度を速めることができる。

一方、バッテリ２６の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも大きい場合、即ち、バッテリ２６を積極的に昇温する必要がないときには、コントローラ２８は、昇圧用スイッチング素子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１６ａと１６ｂ）は、位相が１８０度シフトしたリプル電流を発生する。そうすると、互いのリプル電流が相殺され、バッテリ２６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２６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２６に到達する。また、コントローラ２８が２個の昇圧用スイッチング素子１０ａ、１０ｂに同期した駆動信号を供給する場合、インバータ６にも重畳したリプルが到達し、インバータ６も発熱する。しかし、バッテリ２６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６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６の発熱は問題にならない。電源システム２は、バッテリ２６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２６の昇温を優先し、バッテリ２６が速やかに適正な性能を出せるようにする。

図５を参照して、バッテリ２６の温度と駆動信号とリプルの関係の一例を説明する。図５は、タイムチャートであり、グラフＡがバッテリ２６の温度を示す。グラフＢはＡ２駆動信号、即ち、第１スイッチング素子１０ａの下アームトランジスタ１８ａ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スイッチング素子１０ｂの下アームトランジスタ１８ｂに供給する駆動信号を示す。グラフＤ１、Ｄ２は、夫々の昇圧用スイッチング素子に接続されるリアクトルを流れるリプル電流の波形を示す。実線（グラフＤ１）が第１リアクトル２０ａを流れるリプル電流を示しており、破線（グラフＤ２）は第２リアクトル２０ｂを流れるリプル電流を示している。グラフＥは、バッテリ２６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リアクトル２０ａのリプル（グラフＤ１）に対して第２リアクトル２０ｂ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２６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２６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でハイブリッド車１のメインスイッチが入れられ、電源システム２を含むハイブリッド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２６の温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｔｈよりも低いため、コントローラ２８は、結合リアクトル２０が和動接続となる通電方向を選択するとともに、Ａ２駆動信号とＢ２駆動信号を同期させる。このとき、第１リアクトル２０ａを流れるリプル電流と第２リアクトル２０ｂを流れるリプル電流が同期した波形となる（期間Ｐ１におけるグラフＤ１、Ｄ２）。従って、磁気飽和により大きくなったリプル電流は、重複することによりさらに大きくなってバッテリ２６に入力される（期間Ｐ１におけるグラフＥ）。

時刻ｔ２でバッテリ２６の温度が閾値温度Ｔｔｈを越える。コントローラ２８は、時刻ｔ２以降は、結合リアクトル２０が差動接続となる通電方向を選択するとともに、第１スイッチング素子１０ａの下アームトランジスタ１８ａに与える駆動信号（Ａ２駆動信号）に対して第２スイッチング素子１０ｂの下アームトランジスタ１８ｂ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。結合リアクトル２０が差動接続となり、磁気飽和が緩和されたことで、結合リアクトル２０のインダクタンス値は大きくなる。これにより、第１リアクトル２０ａを流れるリプル電流と第２リアクトル２０ｂを流れるリプル電流の値は小さくなる（期間Ｐ２におけるグラフＤ１、Ｄ２）。また、このとき、第１リアクトル２０ａを流れるリプル電流と第２リアクトル２０ｂを流れるリプル電流の位相が１８０度シフトする。従って、互いのリプル電流は相殺し、バッテリ２６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。

時刻ｔ２以降は、バッテリ２６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２６の温度は、バッテリ２６の出力の増減に応じて変化する。

上述した実施例では、バッテリ２６の温度が閾値温度Ｔｔｈを超えた場合に、コントローラ２８は、結合リアクトル２０が差動接続となる通電方向を選択すると同時に、２個の下アームトランジスタ１８ａと１８ｂに与える駆動信号の位相を１８０度ずらしている。しかし、先に述べたように、結合リアクトルの磁気飽和が緩和されればリプル電流の値は小さくなる。すなわち、結合リアクトルを差動接続にすれば、昇温速度は遅くなるがリプル電流に起因する騒音に対しては有利となる。このため、搭載するバッテリの温度変化によっては、例えば先に結合リアクトル２０が差動接続となる通電方向を選択することでリプル電流の値を小さくし、その後駆動信号の位相を１８０度ずらすことでリプル電流を相殺するという二段階の制御をしてもよい。このように制御することで、リプル電流がもつバッテリの昇温効果と騒音原因という２つの特性を、より細かく制御することができる。

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ができる。また、電力変換器は、バッテリに接続されるインバータであってもよい。

実施例のトランジスタ１６ａ、１８ａ、１６ｂ、１８ｂはＩＧＢＴに限られない。トランジスタは、例えばＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等、その他の素子であってもよい。

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。

１：ハイブリッド車
２：電源システム
４：モータ
６：インバータ
８：平滑コンデンサ
９：出力端
１０ａ：第１スイッチング素子
１０ｂ：第２スイッチング素子
１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ：ダイオード
１６ａ、１６ｂ：上アームトランジスタ
１８ａ、１８ｂ：下アームトランジスタ
１９：入力端
２０：結合リアクトル
２０ａ：第１リアクトル
２０ｂ：第２リアクトル
２２：リレースイッチ
２４：フィルタコンデンサ
２６：バッテリ
２８：コントローラ
３０：温度センサ
３２：コア
３４：ケース
３６ａ：第１入力端子
３６ｂ：第１出力端子
３８ａ：第２入力端子
３８ｂ：第２出力端子
Ｉａ１、Ｉａ２、Ｉｂ１：電流
ＳＷ１～ＳＷ５：スイッチ
Ｂ１～Ｂ３：磁束

Claims

バッテリと走行用モータ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、
コントローラと、
を備えている電動自動車であり、
前記各電力変換器は、リアクトルを備えており、
前記リアクトル群は、相互に磁気結合しており、
少なくとも１個の前記電力変換器は、前記リアクトルの通電方向を切換える切換回路を備えており、
前記コントローラは、前記切換回路によって、前記温度センサの計測値が閾値温度より低い場合は前記リアクトル群が和動接続となる通電方向を選択し、前記温度センサの計測値が前記閾値温度より高い場合は前記リアクトル群が差動接続となる向きの通電方向を選択することを特徴とする、電動自動車。