WO2008015863A1

WO2008015863A1 - Electric power supply apparatus and vehicle having electric power supply apparatus

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Publication number: WO2008015863A1
Application number: PCT/JP2007/063190
Authority: WO
Inventors: Wanleng Ang
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2008-02-07
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Description

明細書電源装置、および電源装置を備える車両技術分野

' この発明は、電源装置、および電源装置を備える車両に関し、特に複数の電圧コンバータを備える電源装置およびその電源装置を備える車両に関する。背景技術

近年、電気自動車、燃料電池自動車およびモータとエンジンとを併用するハイプリッド自動車等の環境にやさしい車両が注目されている。このような電源装置を搭载する車両において、複数のバッテリを搭載することも検討されている。特開 2 0 0 3— 2 0 9 9 6 9号公報は、車両の電動牽引モータの電¾?、制御システムであって、電動牽引モータに調整済みの電力を提供する少なくとも 1つのィンバータと、それぞれが電池とブースト Zバック直流 .直流コンバータとを有し且つ並列に配線され、インバータに直流電力を提供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放電させて複数の電源ステージがインバータへの出力電圧を維持するよう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電源制御システムを開示している。

バッテリの電力のみで走行する際に、最大出力を維持しつつ、かつ走行距離を伸ばすために、ハイブリッド車に複数種類のバッテリを複数個搭載することが検討されている。このような場合にも複数の電圧コンバータを使用することも考えられる。

し力し、複数のコンバータに対して独立した電流制御を行なうには、通常は、それぞれのコンバータに電流センサを設置する必要がある。し力し、電流センサ自体のコストも高く、また電流センサの信頼性を維持することにも労力ゃコストがかかるため、電流センサを増やすことは好ましくない。発明の開示この発明の目的は、電流センサの数の増加を抑えつつ複数の電圧コンバータを備える電源装置およびその電源装置を備える車両を提供することである。

この発明は、要約すると、電源装置であって、第 1、第 2の蓄電装置と、第 1 の蓄電装置と負荷回路との間に設けられる第 1の電圧コンバータと、第 2の蓄電装置と負荷回路との間に設けられる第 2の電圧コンバータと、第 1の電圧コンパータの出力に接続される第 1の電流経路と、第 2の電圧コンバータの出力に接続され、合流点において第 1の電流経路に接続される第 2の電流経路と、合流点と負荷回路との間に接続される第 3の電流経路と、第 3の電流経路を流れる電流を検出する電流センサと、第 1、第 2の電圧コンバータを制御し、かつ電流センサの電流検出値を監視する制御装置とを備える。制御装置は、周波数が等しくかつ位相差を有する第 1、第 2のキャリア信号に基づいて、第 1、第 2の電圧コンパータのパルス幅変調制御を行なう。そして制御装置は、位相差に対応する時間差を設けて電流検出値をサンプリングして、第 1、第 2の電圧コンパ^"タに流れる個別電流値を得る。

好ましくは、制御装置は、第 1のキャリア信号を発生する信号発生部と、第 1 の指令値と第 1のキヤリァ信号とに基づいて第 1の電圧コンバータに対する第 1 の駆動信号を生成する第 1の変調部と、第 1のキヤリァ信号に位相差を加えて第 2のキヤリァ信号を出力する位相変更部と、第 2の指令値と第 2のキヤリァ信号とに基づいて第 2の電圧コンバータに対する第 2の駆動信号を生成する第 2の変調部とを含む。 ·

より好ましくは、位相差は、 1 8 0度である。

好ましくは、位相変更部は、第 2の駆動信号の立上りタイミングが第 1の駆動信号の立下りタイミングと一致するように位相差を調整する。 - 好ましくは、電源装置は、第 3の電流経路上の接続点に一方端が接続され、第 1の電圧コンバータからの出力および第 2の電圧コンバータからの出力を平滑化して負荷回路に供給するためのコンデンサをさらに備える。電流センサは、第 3 の電流経路の合流点と接続点の間を流れる電流を検出する。

好ましくは、第 1、第 2の電圧コンバータの各々は、チヨッパ回路を含む。この発明の、他の局面では、上記いずれかの電源装置と、車輪駆動用モータを駆動するインバータとを備える車両であり、負荷回路は、インバータを含む。この発明によれば、複数の電圧コンバータを備える電源装置を実現する上で、電流センサの数の増加を抑えることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1の車両 100の主たる構成を示す図である。図 2は、図 1の制御装置 3· 0の機能プロック図である。

図 3は、図 2の昇圧コンバータ制御部 131の構成を説明する機能ブロック図である。

図 4は、昇圧コンバータの制御に関連する動作波形を示した図である。

図 5は、図 3に示した昇圧コンバータ制御部の変形例を示した機能ブロック図である。

図 6は、実施の形態 2における昇圧コンバータ 12 A, 12Bの出力電流の波形図である。

図 7は、実施の形態 3に係る車両 2◦ 0の構成を示したブロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

[実施の形態 1]

図 1は、本発明の実施の形態 1の車両 100の主たる構成を示す図である。なお車両 100は、モータとエンジンとを車両の駆動に併用するハイプリッド自動車であるが、本発明は、モータで車輪を駆動する電気自動車、燃料電池自動車等に対しても適用することができる。

図 1を参照して、車両 100は、バッテリ BA, B Bと、昇圧コンバータ 1 2

A, 12Bと、平滑用コンデンサ C IA, C 1 B, C 2と、電圧センサ 13， 2 1 A, 21 Bと、負荷回路 23と、エンジン 4と、モータジェネレータ MG 1， MG 2と、動力分割機構 3と、車輪 2と、制御装置 30とを含む。

車両 100は、さらに、電源ライン PL 1A, PL 1 B, PL 2と、接地ライン S Lと、バッテリ BAの端子間の電圧 VBAを検出する電圧センサ 10 Aと、ノッテリ BBの端子間の電圧 VB Bを検出する電圧センサ 10 Bを含む。

バッテリ B A, B Bとしては、たとえば、鉛蓄電池、二ッケル水素電池、リチゥムイオン電池等の二次電池を用いることができる。

コンデンサ C 1 Aは、バッテリ B Aの端子間電圧を平滑化する。コンデンサ C

1Aは、電源ライン P L 1 Aと接地ライン S L間に接続される。コンデンサ C 1 Bは、バッテリ BBの端子間電圧を平滑化する。コンデンサ C 1 Bは、電源ライン PL 1 Bと接地ライン SL間に接続される。

電圧センサ 21Aは、コンデンサ C 1 Aの両端間の電圧 VL Aを検知して制御装置 30に対して出力する。昇圧コンバータ 12 Aは、コンデンサ C I Aの端子間電圧を昇圧する。電圧センサ 2 1 Bは、コンデンサ C 1 Bの両端間の電圧 VL Bを検知して制御装置 30に対して出力する。昇圧コンバータ 12Bは、コンデンサ C 1 Bの端子間電圧を昇圧する。

コンデンサ C 2は、昇圧コンバータ 12A， 12 Bのいずれか一方または両方によって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ 13は、平滑用コンデンサ C 2の端子間電圧 VHを検知して制御装置 30に出力する。

負荷回路 23は、インバータ 14および 22を含む。インバータ 14は、昇圧コンバータ 12から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジエネレータ MG 1に出力する。

動力分割機構 3は、エンジン 4とモータジェネレータ MG 1， MG2に結合されて、これらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキヤリャ、リングギヤの 3つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この 3つの回転軸がエンジン 4、モータジェネレータ MG 1, MG 2の各回転軸にそれぞれ接続される。

なおモータジェネレータ MG 2の回転軸は、図示しない減速ギヤおよび差動ギャによって車輪 2に結合されている。また動力分割機構 3の内部にモータジエネレータ MG 2の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。また、この減速機の減速比を切り替え可能に構成しても良い。

昇圧コンバータ 12 Aは、一方端が電源ライン P L 1 Aに接続されるリアタトル L 1 Aと、電源ライン P L 2と接地ライン S Lとの間に直列に接続される I G 8丁素子(31 ， Q2Aと、 108丁素子<31八， Q 2 Aにそれぞれ並列に接続されるダイオード D 1A， D 2 Aとを含む。

リアクトル L 1 Aの他方端は I 08丁素子01 Aのエミッタおよび I GBT素子 Q 2 Aのコレクタに接続される。ダイオード D 1Aの力ソードは I GBT素子 Q 1 Aのコレクタと接続され、ダイォード D 1 Aのアノードは I GB T素子 Q 1 Aのエミッタと接続される。ダイォード D 2 Aのカソードは I 08丁素子(32 のコレクタと接続され、ダイォード D 2 Aのアノードは I G.BT素子 Q2Aのェミッタと接続される。

昇圧コンバータ 12 Bは、一方端が電源ライン P L I Bに接続されるリアクトル L 1 Bと、電源ライン PL 2と接地ライン S Lとの間に直列に接続される I G 8丁素子018， Q2Bと、 108丁素子<218， Q 2 Bにそれぞれ並列に接続されるダイオード D 1 B， D 2Bとを含む。

リアクトル L 1 Bの他方端は I 08丁素子(31 Bのエミッタおよび I GBT素子 Q 2 Bのコレクタに接続される。ダイオード D 1 Bの力ソードは I GBT素子 Q 1 Bのコレクタと接続され、ダイオード D 1 Bのアノードは I 08丁素子(31 Bのエミッタと接続される。ダイォード D 2 Bのカソードは I 08丁素子02 B のコレクタと接続され、ダイォード D 2 Bのアノードは I G B T素子 Q 2 Bのェミッタと接続される。

インバータ 14は、昇圧コンバータ 12 A， 1 2 Bから昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン 4を; 6台動させるために、モータジェネレータ MG 1を駆動する。また、インバータ 14は、エンジン 4から伝達される動力によってモ^ "タジェネレータ MG 1で発電された電力を昇圧コンバータ 12 Aまたは 1 2Bに戻す。このとき昇圧コンバータ 12 Aまたは 12 Bは、降圧回路として動作するように制御装置 3 0によつて制御される。

ィンパータ 14は、 U相アーム 15と、 V相アーム 16と、 "W相アーム 17とを含む。 U相アーム 15, V相アーム 16，および W相アーム 17は、電源ライン P L 2と接地ライン S Lとの間に並列に接続される。

U相アーム 1 5は、電源ライン P L 2と接地ライン S Lとの間に直列接続された I GBT素子 Q3, Q4と、 108丁素子<33, Q 4とそれぞれ並列に接続されるダイオード D 3， D4とを含む。ダイオード D 3の力ソードは I GBT素子 Q 3のコレクタと接続され、ダイオード D 3のアノードは I 08下素子(23のェミッタと接続される。ダイオード D 4の力ソードは I GBT素子 Q4のコレクタと接続され、ダイオード D 4のアノードは I GBT素子 Q 4のェミッタと接続される。

V相アーム 16は、電源ライン P L 2と接地ライン S Lとの間に直列接続された I GBT素子 Q5, Q6と、 I G B T素子 Q 5 , Q 6とそれぞれ並列に接続されるダイオード D 5， D 6とを含む。ダイオード D 5の力ソードは I GBT素子 Q 5のコレクタと接続され、ダイオード D 5のアノードは I GBT素子 Q5のェミッタと接続される。ダイオード D 6の力ソードは I 08丁素子06のコレクタと接続され、ダイオード D 6のアノードは I GBT素子 Q6のエミッタと接続される。

W相アーム 17は、電源ライン PL 2と接地ライン S Lとの間に直列接続された I GBT素子 Q 7, Q8と、 108丁素子<37, Q 8とそれぞれ並列に接続されるダイオード D 7， D 8とを含む。ダイオード D 7の力ソードは I GBT素子 Q 7のコレクタと接続され、ダイオード D 7のアノードは I 08丁素子<37のェミッタと接続される。ダイオード D 8の力ソードは I &8丁素子(38のコレクタと接続され、ダイォード D 8のアノードは I GB T素子 Q 8のエミッタと接続される。

各相のアームの中間点は、モータジェネレータ MG 1の各相のコイルの一端に接続されている。すなわち、モータジェネレータ MG 1は、三相の永久磁石同期モータであり、 U， V, W相の 3つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、 U相コイルの他方端が I GBT素子 Q 3， Q 4の接続ノードに接続される。また V相コィの他方端が I GBT素子 Q 5， Q 6の接続ノードに接続される。また W相コイルの他方端が I GBT素子 Q 7, Q8の接続ノードに接続される。

なお、以上の I GBT素子 Ql A, Q 2 A, Q 1 Β, Q 2 Β, Q3〜Q8に代えてパワー M〇 S FET等の他の電力スィツチング素子を用いても良い。電流センサ 24は、モータジェネレータ MG 1に流れる電流をモータ電流値 M CRT 1として検出し、モータ電流値 MCRT 1を制御装置 30へ出力する。 • インバータ 22は、電源ライン PL 2と接地ライン S Lに接続されている。ィンバータ 22は、車輪 2を駆動するモータジェネレータ MG 2に対して昇圧コンバータ 1 2A， 1 2 Bの出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ 22は、回生制動に伴い、モータジェネレータ MG2において発電された電力を昇圧コンバータ 12 A， 12Bに戻す。このとき昇圧コンバータ 12 A， 12Bは、降圧回路として動作するように制御装置 30によって制御される。なお、インバ一タ 22の内部の構成は、図示しないがインバータ 14と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

制御装置 30は、トルク指令値 TR 1， TR 2、モータ回転数 MRN 1, MR N2、電圧 VB, VH、電流 I Bの各値、モータ電流値 MCRT 1， MCRT 2 および起動指示 I GONを受ける。そして制御装置 30は、昇圧コンバータ 12 A, 1.2 Bに対して昇圧指示、降圧指示および動作禁止を指示する信号 PWCA， PWCBを出力する。 ,

さらに、制御装置 30は、インバータ 14に対して、駆動指示 PWMI 1と回生指示 PWMC 1とを出力する。駆動指示 PWMI 1は、昇圧コンバータ 12 A, 12 Bの出力である直流電圧をモータジェネレータ MG 1を駆動するための交流電圧に変換させる指示である。また、回生指示 PWMC 1は、モータジエネレータ MG1で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ 1 2A, 1 2 B側に戻すための指示である。 '

同様に制御装置 30は、ィンバータ 22に対して、駆動指示 PWM I 2と回生指示 PWMC 2とを出力する。駆動指示 PWMI 2は、モータジェネレータ MG 2を駆動するための流電圧に直流電圧を変換させる指示である。また回生指示 PWMC 2は、モータジェネレータ MG 2で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ 1 2A， 1 2 B側に戻すための指示である。

図 1を参照して、包括的に本実施の形態について説明すると、本実施の形態に係る電源装置は、ノッテリ BA， BBと、バッテリ BAと負荷回路 23との間に設けられる昇圧コンバータ 12 Aと、バッテリ BBと負荷回路 23との間に設けられる昇圧コンバータ 12Bと、昇圧コンバータ 1 2 Aの出力に接続される第 1 の電流経路と、昇圧コンバータ 1 2 Bの出力に接続され、合流点 N1において第 1の電流経路に接続される第 2の電流経路と、合流点 N1と負荷回路 23との間に接続される第 3の電流経路と、第 3の電流経路を流れる電流を検出する電流センサ 11と、昇圧コンバータ 12 A, 12 Bを制御し、かつ電流センサ 1 1の電 '流検出値を監視する制御装置 30とを備える。第 1〜第 3の電流経路をつなげたものが電源ライン P L 2である。制御装置 30は、後に図 3で示すように、周波数が等しく力つ位相差を有するキャリア信号 FCA， FCBに基づいて、昇圧コンバータ 12 A, 1 2 Bのパルス幅変調制御を行なう。制御装置 30は、位相差に対応する時間差を設けて電流検出値をサンプリングして、昇圧コンバータ 12 A, 12 Bに流れる個別電流値を得る。

好ましくは、電源装置は、第 3の電流経路上の接続点に一方端が接続され、昇圧コンバータ 1 2 Aからの出力および昇圧コンバータ 12 Bからの出力を平滑化して負荷回路 23に供給するためのコンデンサ C 2をさらに備える。電流センサ 1 1は、第 3の電流経路の合流点 N 1とコンデンサ C 2の接続点の間を流れる電流を検出する。

また好ましぐは、昇圧コンバータ 12A, 12Bの各々は、チヨッパ回路を含む。

図 2は、図 1の制御装置 30の機能プロック図である。なお、この制御装置 3 0は、ソフトウェアでもハードウェアでも実現が可能である。

図 1 , 図 2を参照して、制御装置 30は、昇圧コンバータ 1 2 A, 12Bを制御する昇圧コンバータ制御部 13 1と、モータジェネレータ MG 1を制御する M G 1用インバータ制御部 1 32と、モータジェネレータ MG 2を制御する MG 2 用ィンバータ制御部 1 33とを含む。

起動指示 I G ONに応じて、昇圧コンバータ制御部 131は昇圧可能な状態となる。昇圧コンバータ制御部 13 1からは、昇圧指示，降圧指示を行なうための駆動信号 PWCA, PWCBがそれぞれ図 1の昇圧コンバータ 12Α，' 1 2Bに向けて出力される。また、 MG1用インバータ制御部 132は、 'トルク指令値 Τ R 1とモータ回転数 MRN 1に基づいて、インバータ 14に対して駆動指示 PW MI 1、回生指示 PWMC 1を出力する。また、 MG 2用インバータ制御部 1 3 3は、トルク指令値 TR 2とモータ回転数 MRN 2に基づいて、インバ一タ 22 に対して駆動指示 PWMI 2、回生指示 PWMC 2を出力する。

図 3は、図 2の昇圧コンバータ制御部 131の構成を説明する機能プロック図である。なお、この昇圧コンバータ制御部 13 1は、ソフトウェアでもハードウエアでも実現が可能である。

図 3を参照して、昇圧コンバータ制御部 1 3 1は、発電機駆動必要電圧算出部 152と、モータ駆動必要電圧算出部 1 54と、最大値選択部 1 56とを含む。発電機駆動必要電圧算出部 15 2は、' トルク指令値 TR 1と回転数 MRN1と 'に基づいてモータジェネレータ MG 1の必要電圧を算出する。この必要電圧は、モータジエネレータ MG 1の回転で発生する誘起電圧よりも高い電圧となる。モータ駆動必要電圧算出部 154は、トルク指令値 TR 2と回転数 MR N 2とに基づいてモータジェネレータ MG 2の必要電圧を算出する。この必要電圧は、モータジェネレータ MG 2の回転で発生する誘起電圧よりも高い電圧となる。最大 ί直選択部 1 56は、発電機,駆動必要電圧算出部 1 52、モータ駆動必要電圧算出部 1 54の各々が算出した必要電圧のうちから最大値を選択して、電圧 V Ηの目標値 VH*を出力する。これにより、弱め界磁制御をなるベく行なわないようにして損失を抑え、かつ大きな出力を得ることが可能とな'る。

昇圧コンバータ制御部 13 1は、さらに、指令値生成部 162, 164を含む。指令値生成部 162は、電圧目標値 V Η *と電圧 V LA, V Ηおよび/または電流 I S (A) とに基づいて、昇圧コンバータ 12 Aに対応する指令値 MAを生成する。指令値生成部 1 64は、電圧 VLB, VHおよび/または電流 I S (B) に基づいて、昇圧コンバータ 12 Bに対応する指令値 MBを生成する。なお、指令値生成部 162， 164は、対応する昇圧コンバータの入力電流を目標値に設定して制御を行なう電流制御モードまたは出力電圧を目標値設定して制御を行なう電圧制御モードにおいて動作し、それぞれ指令値 MA, MBを生成することができる。

たとえば、指令値生成部 162は、バッテリ B Aから昇圧コンバータ 1 2 Aに供給される電流 I S (A) が所定の目標値に制御されるように電流電流 I S (A) に基づいて指令値 MAを生成し、指令値生成部 1 6 4は、電圧 VHが所定の目標値に制御されるように電圧 V L B , V Hおよび目標値 V H *に基づいて指令値 MBを生成することができる。なお、逆に、指令値生成部 1 6 2が電圧制御モードで動作し、指令値生成部 1 6 4が電流制御モードで動作するように制御しても良い。

昇圧コンバータ制御部 1 3 1は、さらに、キャリア信号 F CAを発生するキヤリア発生部 1 6 6と、指令 :MAとキャリア信号 F CAとに基づいて昇圧コンパータ 1 2 Aに対する駆動信号 PWC Aを生成する変調部 1 7 0と、キャリア信号 F C Aに位相差を加えてキヤリァ信号 F C Bを出力する位相変更部である位相反転部 1 6 8と、指令値 MBとキャリア信号 F CBとに基づいて昇圧コンバータ 1 2 Bに対する駆動信号 PWCBを生成する変調部 1 7 2とを含む。

なお、位相反転部 1 6 8の変更する位相差は、 1 8 0度である。

キャリア発生部 1 6 6は、 PWM信号を生成するためのキャリア信号 F C Aを発生する。キャリア信号 F C Aは三角波であり、その周期は、昇圧コンバータ 1 2 A, 1 2 Bのスイッチング損失を考慮して設定される。

' 位相反転部 1 6 8は、キャリア発生部 1 6 6からのキャリア信号 F CAを受け、キャリア信号 F C Aに対して位相を 1 8 0度シフトしたキャリア信号 F CBを出力する。 .

変調部 1 7 0は、コンパレータで実現することができ、指令値生成部 1 6 2力、らの指令値 MAをキャリア発生部 1 6 6からのキャリア信号 F C Aと比較し、その大小関係に応じて変化する信号 PWCAを生成する。変調部 1 7 2も同様にコンパレータで実現することができ、指令値生成部 1 6 4力らの指令値 M Bを位相反転部 1 6 8からのキャリア信号 F CBと比較し、その大小関係に応じて変化する信号 PWCBを生成する。

この昇圧コンバータ制御部 1 3 1においては、信号 PWCAは、キャリア信号

F CAに基づいて生成され、信号 PWCBは、キャリア信号 F C Aに対して位相を 1 8 0度シフトしたキャリア信号 F CBに基づいて生成される。これにより、昇圧コンバータ 1 2 Aの出力電流のリップルに対して昇圧コンバータ 1 2 Bの出力電流のリップルの位相が 1 8 0度ずれる。このため、コンデンサ C 2の長寿命化を図ることができる。また、コンデンサ C 2に要求される容量（サイズ）を低減することができる。さらに、昇圧コンパータ 12A, 12 Bから発生する音波の位相も反転されるので、昇圧コンバータ 12 A, 12 B全体からの騒音を低減することができる。

さらに、電流の測定について以下説明する利点がある。

図 3、図 4を参照して、キャリア発生部 166が発生するキャリア信号 FC A は、三角波である。そして位相反転部 168が出力するキャリア信号 FCBは、キャリア信号 FCAとは周波数が等しく、かつ位相が 1 80度シフトした三角波である。図 4では、指令値 MA， MBがともにゆっくり上昇していく場合が、例として示されている。

信号 PWCAは、キャリア信号 FC.A>指令値 MAとなったときにハイレベルとなり、その他の期間はローレべノレとなる。昇圧制御の場合、この信号 PWCA のハイレベル期間は、 1 8丁素子<32 の導通時に対応する。図 1のリアタトノレ L 1 Aに流れる電流 I Aは、信号 PWCAがハイレベルの時に増加し、信号 P W C Aがローレベルの時に減少する。

信号 PWCAのデューティー比が 50%の場合は、電流 I Aの増加量と減少量が概ね同じであり、この繰返しであるため電流 I Aは、ほぼ一定となる。信号 P WC Aのデューティー比が 50%未満の場合には、図の 5以降に示すように、減少分が増加分より大きいので電流 I Aは次第に減少する。逆に、信号 PWCA のデューティー比が 50%より大きい場合には、図の t 5以降に示すように、増加分が減少分より大きいので電流 I Aは次第に増加する。

キャリア信号 FCBの位相が反転している点は異なるが、信号 PWCB、リアタトル L 1 Bに流れる電流 I Bについても、信号 PWCA, 電流 I Aと同様なことがいえるので、上記の説明は繰返さない。

ここで、信号 PWCAがローレベルに変化すると、 108丁素子(32八がォフ状態に変化し、リアクトル L 1 Aに蓄積されたエネルギーがダイォード D 1 Aを通って電源ライン P L 2に向けて流れ、この電流成分が電流センサ 1 1で検出される。図 4の電流 I AUは、この電流成分、すなわち昇圧コンバータ 1 2 Aの上アームを流れる電流である。

同様に、信号 PWCBがローレベルに変化すると、 1 &8丁秦子(328がォフ状態に変化し、リァクトル 1 Bに蓄積されたエネルギーがダイォード D 1 Bを通って電源ライン PL 2に向けて流れ、この電流成分が電流センサ 1 1で検出される。図 4の電流 I AUは、この電流成分、すなわち昇圧コンバータ 12 Bの上アームを流れる電流である。

したがって、電流センサ 11で検出される電流 I Sは、電流 IAUと電流 I B Uを加算した値となる。

ここで、図 4を見ればわかるように、電流 I Sのィ直は、時刻 t 1 , t 3, t 5, t 7, t 9 , t i l, t 13においては、電流 I BUの値と等しい。また、電流 1 3の値は、時刻1 2， t 4, t 6, t 8, t l O, t 12においては、電流 I BUの値と等しい。

つまり、キャリア信号 FC Aが最小となる点 (t 2, t 4 · · · ) に合わせて電流センサ 1 1の検出値をサンプリングすれば、昇圧コンバータ 1 2 Aの電流値がわかる。また、キャリア信号 FCBが最小となる点（t l, t 3 · · · ) に合わせて電流センサ 11の検出値をサンプリングすれば、昇圧コンバータ 12 Aの電流値がわかる。

したがって、図 1の制御装置 30は、電流センサ 1 1の検出値をキヤリァ信号 FCAまたは F CBに基づいてサンプリングして、 2つの昇圧コンバータ 12 A, 1 2 Bの電流を知ることができる。たとえば、制御装置 30がマイクロコンビユータである場合には、電流センサ 1 1の出力を、内蔵する A/Dコンバータまたは外付けの A/Dコンバータで受けて、タイミングをキヤリァ周波数の位相のズレに合わせてずらして、サンプリングを行なえばよい。

このように、実施の形態 1においては、 2つの電圧コンバータから負荷回路に向けて設けられる電流経路の合流点より負荷回路寄りに 1つの電流センサを設け、 2つの電圧コンバータを駆動するためのキヤリァ信号をずらして制御することと、そのキャリア信号のズレに応じた時間差を設けて電流センサの出力をサンプリングすることで、 2つの電流値を 1つの電流センサから読み取ることができる。これにより、電流センサの個数を減らすことができるので、電流センサのコストと（故障の検出など）電流センサの信頼性を維持するためのコストを低減させることができる。 '

また、電流センサをコンバータ毎に設けていた場合には C P U等の演算で算出していた合計電流（システムの過電流の防止等に監視が必要）をそのまま読み取ることが可能となるので、 CPUの演算負荷がへるという利点もある。

[実施の形態 2] ·

実施の形態 1では、キャリア信号を 180度シフトさせて用いたが、シフトさせる量は 1 80度以外でも良い。

図 5を参照して、昇圧コンバータ制御部 1 3 1 Aは、発電機駆動必要電圧算出部 152と、モータ駆動必要電圧算出部 154と、最大値選択部 1 56と、指令値生成部 1 62， 164を含む。これらの構成要素の動作については、図 3の場合と同様であるので説明は繰返さない。

昇圧コンバータ制御部 131 Aは、さらに、キャリア信号 FCAを発生するキャリア発生部 166と、指令値 MAとキャリア信号 FC Aとに基づいて昇圧コンバータ 12 Aに対する駆動信号 PWC Aを生成する変調部 1 70と、キャリア信号 F C Aに位相差を加えてキヤリァ信号 F C Bを出力する位相変更部である位相調整部 1 74と、指令値 MBとキャリア信号 FCBとに基づいて昇圧コンバータ 1 2Bに対する駆動信号 PWC Bを生成する変調部 1 72とを含む。

位相調整部 174は、駆動信号 PWCBの立上りタイミングが駆動信号 P W C Aの立下りタイミングと一致するように位相差を調整する。

変調部 1 70, 172については、図 3の場合と同様な動作を行なうので、説明は繰返さない。

昇圧コンバータ制御部 131 Aにおいては、信号 PWCBの立上りタイミングが信号 PWC Aの立下りタイミングに同期するように、キヤリァ信号 FC Aに対してキャリア信号 FCBの位相が調整される。これにより、昇圧コンバータ 1 2 Aの出力電流のリップルに対してコンバータ 1 2 Bの出力電流のリップルの位相がずれるとともに、コンバータ 1 2 Aからのリップル電流とコンバータ 12 Bからのリツプル電流とがー部連続的になる。

図 6は、実施の形態 2における昇圧コンバータ 12A， 12 Bの出力電流の波形図である。

図 1, 図 6を参照して、電流 IAU， I BUは、それぞれ昇圧コンバータ 1 2 A, 12 Bの上アームからの出力電流を示す。電流 I Sは、電流センサ 1 1で検出される電流 I AU, I BUの合計値、すなわち、 2台の昇圧コンバータ 12 A, 12 Bからコンデンサ C 2へ供給されるトータル電流を示す。

上述のように、信号 PWCBの立上りタイミングを信号 PWC Aの立下りタイミングに同期させることにより、電流 I BUの立上りタイミングが電流 I AUの立下りタイミングに同期する。したがって、電流 I AUが流された後に連続して電流 I BUが流され、その結果、トータル電流 I Sのリップル周波数は、指令値 MA， MBが低い場合、図 4に示した実施の形態 1の場合に比べて半減する。なお、上記においては、信号 PWCBの立上りタイミングが信号 PWCAの立下りタイミングに同期するようにキャリア信号 FCA, FCBの位相差を調整したが、信号 PWCAの立上りタイミングが信号 PWCBの立下りタイミングに同期するようにキヤリァ信号 F C A， FCBの位相差を調整してもよい。

そして、この調整量に応じて電流センサ 1 1が検出した電流値をサンプリングすれば、昇圧コンバータ 1 2 Aの電流値と昇圧コンバータ 12 Bの電流値とを 1 つの電流センサを使用して得ることができる。すなわち図 9では、 Bき刻 t 21, t 23で電流， I Sを読み取ることにより、昇圧コンバータ 12 Aの電流 I AUの値を検出することができる。また、時刻 t 22, t 24で電流 I Sを読み取ることにより、昇圧コンバータ 12Bの電流 I BUの値を検出することができる。以上のように、この実施の形態 2においては、信号 PWC Aの立下りタイミン. グに信号 PWCBの立上りタイミングが同期するようにキャリア信号 FCA, F CBの位相差が調整されるので、昇圧コンバータ 1 2 Aの電流および昇圧コンパータ 1 2 Bからの電流がコンデンサ C 2において一部連続化される。これにより、実施の形態 1で得られる効果に加えて、トータル電流 I Sのリップル周波数が実施の形態 1に比べて半減するという効果も得られる。

[実施の形態 3] 図 1では、電流センサを電源ラインに設けたが、接地ラインに設けても良い。この場合には、電流センサはホール素子でも良いが、シャント抵抗を用いる場合にコスト的にメリットが大きくなる。

図 7は、実施の形態 3に係る車両 2 0 0の構成を示したブロック図である。図 7を参照して、車両 2 0 0は、バッテリ B A， B Bと、昇圧コンバータ 1 2

A, 1 2 Bと、コンデンサ C 2と、負荷回路 2 3と、電流センサ 2 1 0と、制御装置 3 0とを含む。

バッテリ B A， B B、昇圧コンバータ 1 2 A， 1 2 B、コンデンサ C 2、負荷回路 2 3については、図 7では簡略的に示されているが、図 1に示される構成を有しておりここでは説明は繰返さない。

電流センサ 2 1 0は、シャント抵抗 2 1 1と、シャント抵抗 2 1 1に電流が流れることによって生じる電位差を増幅するオペアンプ 2 1 2とを含む。オペアンプ 2 1 2の出力は、制御装置 3 0によってサンプリングされる。

昇圧コンバータ 1 2 A， 1 2 Bからの電源ライン P L 2は、合流した後にコンデンサ C 2および負荷回路 2 3に接続される。昇圧コンバータ 1 2 A，. 1 2 Bからの接地ライン S L 1は、合流した後に電流センサ 2 1 0内のシャント抵抗 2 1 1の一端に接続される。シャント抵抗 2 1 1の他端は、接地ライン S L 2によつてコンデンサ C 2および負荷回路 2 3に接続される。

このように、実施の形態 3においても、 2つの昇圧コンバータ 1 2 A， 1 2 B から負荷回路 2 3に向けて設けられる電流経路の合流点より負荷回路 2 3寄りに 1つの電流センサが設けられている。制御装置 3 0は、— 2つの昇圧コンバータ Γ 2 A, 1 2 Bを駆動するためのキャリア信号をずらして制御することと、そのキャリア信号のズレに応じた時間差を設けて電流センサの出力をサンプリングすることで、 2つの電流値を 1つの電流センサから読み取る。

ここで、シャト抵抗 2 1 1を含む電流センサ 2 1 0は、コスト的にはホール素子を用いる電流センサより安価である。そして、このような電流センサ 2 1 0 の出力は、通常の補機バッテリ電圧で駆動する E C Uである制御装置に入力される。電流センサ 2 1 0を電源ライン P L 2に設けると、補機バッテリ電圧（たとえば 1 2 V) と電源ライン P L 2の電圧（たとえば 2 0 0〜6 0 0 V) の差が大きいので、オペアンプ 2 1 2を絶縁型の高価なものにする必要がある。

これに対し、図 7で示したように、接地ライン側に電流センサ 2 1 0を設けると、補機バッテリ電圧と接地ラインの電圧の差はそれほど大きくなく、安価なォぺアンプを使用することが可能となり、車両コストの低減をすることができる。なお、本実施の形態では動力分割機構によりエンジンの動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ /パラレル型ハイブリッドシステムに適用した例を示した。しかし本発明は、発電機を駆動するためにのみエンジンを用い、発電機により発電された電力を使うモータでのみ車軸の駆動力を発生させるシリーズ型ハイプリッド自動車や、モータのみで走行する電気自動車にも適用できる。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であつ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。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1、第 2の蓄電装置と、

前記第 1の蓄電装置と負荷回路との間に設けられる第 1の電圧コンバータと、前記第 2の蓄電装置と前記負荷回路との間に設けられる第 2の電圧コンバータと、

前記第 1の電圧コンバータの出力に接続される第 1の電流経路と、

前記第 2の電圧コンバータの出力に接続され、合流点において前記第 1の電流経路に接続される第 2の電流経路と、

前記合流点と前記負荷回路との間に接続される第 3の電流経路と、

前記第 3の電流経路を流れる電流を検出する電流センサと、

前記第 1、第 2の電圧コンバータを制御し、かつ前記電流センサの電流検出値を監視する制御装置とを備え、

前記制御装置は、周波数が等しくかつ位相差を有する第 1、第 2のキャリア信号に基づいて、前記第 1、第 2の電圧コンバータのパス幅変調制御を行ない、前記制御装置は、前記位相差に対応する時間差を設けて前記電流検出値をサンプリングして、前記第 1、第 2の電圧コンバータに流れる個別電流値を得る、電源装置。

2 . 前記制御装置は、

第 1のキャリア信号を発生する信号発生部と、

第 1の指令値と前記第 1のキヤリァ信号とに基づいて前記第 1の電圧コンパ一タに対する第 1の駆動信号を生成する第 1の変調部と、

前記第 1のキヤリァ信号に前記位相差を加えて前記第 2のキヤリァ信号を出力する位相変更部と、

第 2の指令値と前記第 2のキャリア信号とに基づいて前記第 2の電圧コンバータに対する第 2の駆動信号を生成する第 2の変調部とを含む、請求の範囲第 1項 — に記載の電源装置。

3 . 前記位相差は、 1 8 0度である、請求の範囲第 2項に記載の電源装置。

4 · 前記位相変更部は、前記第 2の駆動信号の立ち上がりタイミングが前記第 1の駆動信号の立下りタイミングと一致するように前記位相差を調整する、請求の範囲第 1項に記載の電源装置。

5 . 前記第 3の電流経路上の接続点に一方端が接続され、前記第 1の電圧コンバータからの出力および前記第 2の電圧コンバータからの出力を平滑化して前記負荷回路に供給するためのコンデンサをさらに備え、

前記電流センサは、前記第 3の電流経路の前記合流点と前記接続点の間を流れる電流を検出する、請求の範囲第 1項に記載の電源装置。

6 . 前記第 1、第 2の電圧コンバータの各々は、

チヨツバ回路を含む、請求の範囲第 1項に記載の電源装置。

7 . 電源装置と車輪駆動用モータを駆動するインバータとを備える車両であつて、

前記電源装置は、 .

第 1、第 2の蓄電装置と、

前記第 1の蓄電装置と前記ィンバ一タとの間に設けられる第 1の電圧コンパ一タと、

前記第 2の蓄電装置と前記ィンバータとの間に設けられる第 2の電圧コンパ一タと、

前記第 2の電圧コンバータの出力に接続され、合流点において前記第 1の電流経路に接続される第 2の電流経路と、 . 前記合流点と前記ィンバータとの間に接続される第 3の電流経路と、前記第 3の電流経路を流れる電流を検出する電流センサと、

前記第 1、第 2の電圧コンバータを制御し、かつ前記電流センサの電流検出ィ直を監視する制御装置とを備え、

前記制御装置は、周波数が等しくかつ位相差を有する第 1、第 2のキャリア信号に基づいて、前記第 1、第 2の電圧コンバータのパルス幅変調制御を行ない、前記制御装置は、前記位相差に対応する時間差を設けて前記電流検出値をサンプリングして、前記第 1、第 2の電圧コンバータに流れる個別電流値を得る、車

8 . 前記制御装置は、

第 1のキヤリァ信号を発生する信号発生部と、

第 2の指令値と前記第 2のキヤリァ信号とに基づいて前記第 2の電圧コンバータに対する第 2の駆動信号を生成する第 2の変調部とを含む、請求の範囲第 7項に G载の皋両。

9 . 前記位相差は、 1 8 0度である、請求の範囲第 8項に記載の車両。

1 0 . 前記位相変更部は、前記第 2の駆動信号の立ち上がりタイミングが前記第 1の駆動信号の立下りタイミングと一致するように前記位相差を調整する、請求の範囲第 7項に記載の車両。

1 1 . 前記第 3の電流経路上の接続点に一方端が接続され、前記第 1の電圧コンバータからの出力および前記第 ₂の電圧コンバータからの出力を平滑化して前記ィンバータに供給するためのコンデンサをさらに備え、

前記電流センサは、前記第 3の電流経路の前記合流点と前記接続点の間を流れる電流を検出する、請求の範囲第 7項に記載の車両。

1 2 . 前記第 1、第 2の電圧コンバータの各々は、

チヨッパ回路を含む、請求の範囲第 7項に記載の車両。