JP5949365B2 - 電源システム - Google Patents

Description

この発明は、電源システムに関し、特に、複数の蓄電装置を備える電源システムに関する。

特開２００７−２７４８３４号公報（特許文献１）は、車両用電力供給装置を開示している。この車両用電力供給装置は、複数の蓄電装置と、複数の蓄電装置の接続を直列接続と並列接続との間で切替えるためのスイッチ手段と、制限抵抗と、スイッチ手段を制御する制御手段とを備える。この車両用電力供給装置においては、制限抵抗によって接続切替時の突入電流が抑制される（特許文献１参照）。

特開２００７−２７４８３４号公報 特開２００７−２７４８３０号公報 特開平５−２３６６０８号公報

しかしながら、上記のような車両用電力供給装置では、接続切替時の突入電流を抑制するために制限抵抗を設ける必要がある。このため、制限抵抗を設けることによるコストの増加や装置の大型化が問題となる。

それゆえに、この発明の目的は、複数の蓄電装置の接続を切替え可能な電源システムにおいて、制限抵抗を設けることなく接続切替時の突入電流を抑制することである。

この発明によれば、電源システムは、第１および第２の蓄電装置と、切替装置と、制御装置とを備える。切替装置は、負荷装置に対する複数の蓄電装置の接続を、負荷装置の負荷状態に応じて直列接続と並列接続との間で切替え可能に構成される。制御装置は、第１および第２の蓄電装置の電圧差がしきい値を上回ったときに、負荷装置の負荷状態に拘わらず、接続が並列接続となるように切替装置を制御する。

また、この発明によれば、電源システムは、第１および第２の蓄電装置と、切替装置と、制御装置とを備える。切替装置は、負荷装置に対する第１および第２の蓄電装置の接続を切替え可能に構成される。切替装置は、第１のスイッチと、第２のスイッチと、第３のスイッチとを含む。第１のスイッチは、第１の蓄電装置の正極を負荷装置に接続する第１の電力線と、第２の蓄電装置の正極との間に設けられる。第２のスイッチは、第１の蓄電装置の負極と、第２の蓄電装置の正極との間に設けられる。第３のスイッチは、第１の蓄電装置の負極と、第２の蓄電装置の負極を負荷装置に接続する第２の電力線との間に設けられる。制御装置は、接続の直列接続から並列接続への切替えが要求された場合に、第１および第２の蓄電装置の電圧差が所定値よりも大きく、かつ、第１の蓄電装置の電圧値が第２の蓄電装置の電圧値よりも大きいときは、第３のスイッチを導通状態とし、第１および第２のスイッチを非導通状態とするように切替装置を制御する。

また、この発明によれば、電源システムは、複数の蓄電装置と、切替装置と、制御装置とを備える。切替装置は、蓄電素子を有する負荷装置に対する複数の蓄電装置の接続を、直列接続、並列接続および非接続のいずれかに切替え可能に構成される。制御装置は、接続の直列接続から並列接続への切替えが要求された場合に、接続を直列接続から非接続へ切替えるように切替装置を制御し、蓄電素子の電圧が低下した後に接続を非接続から並列接続へ切替えるように切替装置を制御する。

また、この発明によれば、電源システムは、複数の蓄電装置と、切替装置と、制御装置とを備える。切替装置は、蓄電素子を有する負荷装置に対する複数の蓄電装置の接続を、直列接続、並列接続および非接続のいずれかに切替え可能に構成される。制御装置は、接続の並列接続から直列接続への切替えが要求された場合に、接続を並列接続から非接続へ切替えた後に蓄電素子の電圧を上昇させるように負荷装置を制御し、蓄電素子の電圧が上昇した後に接続を非接続から直列接続へ切替えるように切替装置を制御する。

この発明によれば、複数の蓄電装置の接続を切替え可能な電源システムにおいて、制限抵抗を設けることなく接続切替時の突入電流を抑制することができる。

この発明の実施の形態１による電源システムが適用される車両の全体構成を示すブロック図である。 図１に示す制御装置が実行する直列接続から並列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による電源システムにおける蓄電装置の電圧および出力の変化の一例を示すグラフである。 この発明の実施の形態２による電源システムの制御装置が実行する直列接続から並列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３による電源システムの制御装置が実行する直列接続から並列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３の変形例による電源システムが適用される車両におけるモータジェネレータのトルク変化の一例を示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態３の変形例による電源システムの制御装置が実行する直列接続から並列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４による電源システムの制御装置が実行する並列接続から直列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４の変形例による電源システムが適用される車両の全体構成を示すブロック図である。 図９に示す制御装置が実行する並列接続から直列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。

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、この発明の実施の形態１による電源システムが適用される車両の全体構成を示すブロック図である。図１を参照して、車両１００は、モータジェネレータＭＧと、車輪６と、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２と、電気機器１０と、インバータ２０と、コンデンサＣと、切替装置４０と、制御装置５０と、電圧センサ６１，６２，６３とを備える。

モータジェネレータＭＧは、交流電動機であり、たとえば、３相交流同期電動機である。モータジェネレータＭＧは、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって車両１００の駆動トルクを発生する。モータジェネレータＭＧの駆動トルクは、車輪６に伝えられ、車両１００を走行させる。

一方、車両１００の回生制動時には、車輪６によりモータジェネレータＭＧが駆動され、モータジェネレータＭＧが発電機として作動する。これにより、モータジェネレータＭＧは、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータＭＧにより発電された電力は、インバータ２０を介して蓄電装置Ｂ１，Ｂ２に蓄えられる。

蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池、燃料電池、あるいはキャパシタなどによって構成される。蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、負荷装置であるインバータ２０へ電力を供給し、また、電力回生時には、インバータ２０からの電力によって充電される。さらに、蓄電装置Ｂ２は、電気機器１０へ電力を供給する。

電気機器１０は、蓄電装置Ｂ２に並列に接続されて、蓄電装置Ｂ２の電力を消費する機器を含む。電気機器１０は、たとえば、車両１００に搭載された補機へ電力を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータ、電動エアコンなどによって構成される。電気機器１０は、制御装置５０からの信号ＬＩに基づいて動作する。

インバータ２０は、制御装置５０から受ける信号ＰＷＩに基づいて動作する。インバータ２０は、コンデンサＣの直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧへ出力する。また、インバータ２０は、車両１００の回生制動時にモータジェネレータＭＧが発電した３相交流電圧を直流電圧に変換してコンデンサＣへ出力する。

コンデンサＣは、電力線ＰＬ１，ＰＬ２間に接続され、電力線ＰＬ１，ＰＬ２間の電圧変動を平滑化する。

切替装置４０は、制御装置５０から受ける信号ＳＥに基づいて動作する。切替装置４０は、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続を、直列接続と並列接続との間で切替えるためのものである。切替装置４０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３と、ダイオードＤ１〜Ｄ３とを含む。

スイッチング素子Ｑ１は、電力線ＰＬ１と、蓄電装置Ｂ２の正極との間に設けられる。電力線ＰＬ１は、蓄電装置Ｂ１の正極をインバータ２０に接続する。スイッチング素子Ｑ２は、蓄電装置Ｂ１の負極と、蓄電装置Ｂ２の正極との間に設けられる。スイッチング素子Ｑ３は、蓄電装置Ｂ１の負極と、電力線ＰＬ２との間に設けられる。電力線ＰＬ２は、蓄電装置Ｂ２の負極をインバータ２０に接続する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、オン時に導通状態となり、オフ時に非導通状態となる。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を含む。ダイオードＤ１〜Ｄ３は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に逆並列にそれぞれ接続される。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、制御装置５０から受ける信号ＳＥに応じてオン／オフされる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３がともにオフであり、スイッチング素子Ｑ２がオンであるときに、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、インバータ２０に対して直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３がともにオンであり、スイッチング素子Ｑ２がオフであるときに、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、インバータ２０に対して並列に接続される。

電圧センサ６１は、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１を検出して制御装置５０へ出力する。電圧センサ６２は、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２を検出して制御装置５０へ出力する。電圧センサ６３は、コンデンサＣの電圧ＶＨを検出して制御装置５０へ出力する。

制御装置５０は、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度等に基づいてモータジェネレータＭＧの要求出力を決定する。制御装置５０は、モータジェネレータＭＧの出力が要求出力と一致するようにインバータ２０を制御する。制御装置５０は、インバータ２０を制御するための信号ＰＷＩを生成し、インバータ２０へ出力する。

制御装置５０は、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続を、直列接続と並列接続との間で切替えるように切替装置４０を制御する。制御装置５０は、切替装置４０を制御するための信号ＳＥを生成し、切替装置４０へ出力する。

上記接続が直列接続とされると、電圧ＶＨが上昇することで、モータジェネレータＭＧの最大出力を大きくすることができる。上記接続が並列接続とされると、電圧ＶＨが低下することで、インバータ２０における損失を抑制することができる。そこで、制御装置５０は、インバータ２０における負荷状態に応じて上記接続を直列接続と並列接続との間で切替えるように切替装置４０を制御する。

また、電気機器１０は、蓄電装置Ｂ２のみから電力の供給を受ける。このため、蓄電装置Ｂ１の充電状態を示すＳＯＣ（State Of Charge）と、蓄電装置Ｂ２のＳＯＣとの間に差が生じる。蓄電装置Ｂ１のＳＯＣと、蓄電装置Ｂ２のＳＯＣと間に差が生じることによって一方の蓄電装置のＳＯＣのみが下限に達すると、上記接続が直列接続である場合は、他方の蓄電装置に電力が蓄えられている場合であっても、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からインバータ２０へ電力を供給することができなくなる。

しかしながら、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１と、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２との差が大きい状態で直列接続から並列接続への切替が行われると、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間に大きな突入電流が流れる。蓄電装置Ｂ１，Ｂ２および切替装置４０が有する素子を保護する観点から、突入電流を抑制することが望ましい。

そこで、本実施の形態１では、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の電圧差がしきい値を上回ったときに、インバータ２０の負荷状態に拘わらず、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続を直列接続から並列接続へ切替えるための切替制御が実行される。これにより、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の電圧差が大きくなることが抑制され、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２および切替装置４０が有する素子の許容電流を超える電流が流れることを防止することができる。以下、上記切替制御の内容を詳しく説明する。

図２は、図１に示す制御装置５０が実行する直列接続から並列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。なお、図２に示されるフローチャート中の各ステップについては、制御装置５０に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期もしくは所定の条件が成立したことに応答して実行されることによって実現される（以下説明する図４，図５，図８，図１０に示されるフローチャートについても同様である。）。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図２を参照して、制御装置５０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１１０にて、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が直列接続であるか否かを判定する。上記接続が直列接続でないと判定された場合は（Ｓ１１０にてＮＯ）、制御装置５０は、直列接続から並列接続へ上記接続を切替える処理を行わない。

上記接続が直列接続であると判定された場合は（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１と、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２との差がしきい値Ｖ１よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１２０）。蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１と、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２との差がしきい値Ｖ１以下であると判定された場合は（Ｓ１２０にてＮＯ）、制御装置５０は、直列接続から並列接続へ上記接続を切替える処理を行わない。

なお、しきい値Ｖ１は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２および切替装置４０が有する素子の許容電流に基づいて設定される値である。すなわち、電圧差がしきい値Ｖ１以下である場合は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間に流れる電流の大きさは、許容電流以下に抑えられる。

蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１と、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２との差がしきい値Ｖ１よりも大きいと判定された場合は（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、上記接続を並列接続へ切替えるように切替装置４０を制御する（Ｓ１３０）。具体的には、制御装置５０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３をオンとし、スイッチング素子Ｑ２をオフとする。

以上のように、この実施の形態１においては、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の電圧差がしきい値を上回ったときに、インバータ２０の負荷状態に拘わらず、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続を直列接続から並列接続へ切替えるための切替制御が実行される。これにより、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の電圧差が大きくなることが抑制され、許容電流を超える電流が流れることを防止することができる。したがって、実施の形態１によれば、上記接続が切替えられる際に蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間に流れる突入電流を抑制することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の電圧差がしきい値を上回ったときに、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が並列接続とされる構成とした。このため、インバータ２０の要求電力が大きい場合であっても、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の電圧差がしきい値を上回ったときは、強制的に上記接続が並列接続となる。よって、インバータ２０の要求電力に対して、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からの出力が不足する場合がある。

実施の形態２では、上記接続が直列接続から並列接続へ切替えられる場合に、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１と、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２との差がしきい値よりも大きいときは、電圧が高い方の蓄電装置のみからインバータ２０へ電力が供給される。そして、電圧ＶＢ１，ＶＢ２間の差が小さくなった後に、接続が並列接続へ切替えられる。これにより、上記接続が直列接続から並列接続へ切替えられる際に大きな電流が発生することを抑制することができる。よって、電圧ＶＢ１，ＶＢ２間の差が大きい場合であっても直列接続から並列接続へ切替える処理を行うことができる。したがって、インバータ２０の要求電力が大きい場合に、電圧ＶＢ１，ＶＢ２間の差に拘わらず直列接続とすることができる。

実施の形態２による電源システムの回路構成は、図１に示した実施の形態１による電源システムの構成と同じである。

図３は、この発明の実施の形態２による電源システムにおける電圧ＶＢ１，ＶＢ２、蓄電装置Ｂ１の出力ＰＢ１、および蓄電装置Ｂ２の出力ＰＢ２の変化の一例を示すグラフである。図３を参照して、出力ＰＢ１，ＰＢ２の合計である車両要求出力ＰＲＥＱが零であるときに、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１は、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２よりも高いものとする。このとき、制御装置５０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ３をオンするように切替装置４０を制御する。これにより、蓄電装置Ｂ１のみからインバータ２０へ電力が供給される。よって、電圧ＶＢ１，ＶＢ２間の差を小さくすることができる。

車両要求出力ＰＲＥＱが零から上昇すると、蓄電装置Ｂ１の出力ＰＢ１が上昇して、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１が低下する。

蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１と、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２との差が小さくなると、車両要求出力ＰＲＥＱがＰ１において、制御装置５０は、スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３をオンするように切替装置４０を制御する。これにより、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続は、並列接続となる。

車両要求出力ＰＲＥＱがＰ１から上昇すると、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からインバータ２０へ電力が供給されるので、電圧ＶＢ１，ＶＢ２が同様に低下する。そして、蓄電装置Ｂ１の出力ＰＢ１，ＰＢ２がともに上昇する。

このように、電圧ＶＢ１，ＶＢ２間の差が大きい場合は、電圧が高い方の蓄電装置のみからインバータ２０へ電力が供給されることによって、電圧ＶＢ１，ＶＢ２間の差を小さくすることができる。これにより、電圧ＶＢ１，ＶＢ２間の差が大きい場合であっても直列接続から並列接続へ切替える処理を行うことができる。

図４は、この発明の実施の形態２による電源システムの制御装置５０が実行する直列接続から並列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。

図４を参照して、制御装置５０は、Ｓ２１０にて、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が直列接続であるか否かを判定する。

上記接続が直列接続であると判定された場合は（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、直列接続から並列接続への切替要求があるか否かを判定する（Ｓ２２０）。上記切替要求がないと判定された場合は（Ｓ２２０にてＮＯ）、制御装置５０は、接続を切替える処理を行わない。

なお、制御装置５０は、インバータ２０の要求電力に基づいて上記切替要求があるか否かを判定する。インバータ２０の要求電力がしきい値よりも小さいときに、制御装置５０は、上記切替要求があると判定する。一方、インバータ２０の要求電力がしきい値以上であるときに、制御装置５０は、上記切替要求がないと判定する。

上記切替要求があると判定された場合は（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１と、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２との差がしきい値Ｖ１よりも大きいか否かを判定する（Ｓ２３０）。蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１と、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２との差がしきい値Ｖ１以下であると判定された場合は（Ｓ２３０にてＮＯ）、制御装置５０は、直列接続から並列接続へ切替えるように切替装置４０を制御する（Ｓ２７０）。

蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１と、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２との差がしきい値Ｖ１よりも大きいと判定された場合は（Ｓ２３０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、電圧ＶＢ１が電圧ＶＢ２よりも高いか否かを判定する（Ｓ２４０）。

電圧ＶＢ１が電圧ＶＢ２よりも高いと判定された場合は（Ｓ２４０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ３をオンするように切替装置４０を制御する（Ｓ２５０）。これにより、蓄電装置Ｂ１の電力のみがインバータ２０へ供給される。また、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間に電流は流れない。電圧ＶＢ１が電圧ＶＢ２以下であると判定された場合は（Ｓ２４０にてＮＯ）、制御装置５０は、スイッチング素子Ｑ１をオンし、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオフするように切替装置４０を制御する（Ｓ２６０）。これにより、蓄電装置Ｂ２の電力のみがインバータ２０へ供給される。また、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間に電流は流れない。

Ｓ２１０にて上記接続が直列接続でないと判定された場合は（Ｓ２１０にてＮＯ）、制御装置５０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３の一方のみがオン状態であり、かつ、スイッチング素子Ｑ２がオフ状態であるか否かを判定する（Ｓ２８０）。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３の一方のみがオン状態であり、かつ、スイッチング素子Ｑ２がオフ状態であると判定された場合は（Ｓ２８０にてＹＥＳ）、処理がＳ２３０へ進められる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３の一方のみがオン状態であり、かつ、スイッチング素子Ｑ２がオフ状態であると判定されない場合は（Ｓ２８０にてＮＯ）、制御装置５０は、接続を切替える処理を行わない。

以上のように、この実施の形態２においては、電圧ＶＢ１，ＶＢ２間の差が大きい場合に、電圧が高い方の蓄電装置のみからインバータ２０へ電力が供給される。そして、電圧ＶＢ１，ＶＢ２間の差が小さくなった後に、接続が並列接続へ切替えられる。したがって、実施の形態２によれば、インバータ２０の負荷状態に応じてインバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が直列接続から並列接続へ切替えられる場合において、上記接続が切替える際に蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間に流れる突入電流を抑制することができる。

［実施の形態３］
実施の形態１，２では、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が切替えられる際に、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間に流れる電流を抑制するための構成を説明した。実施の形態３では、上記接続が切替えられる際に、コンデンサＣから蓄電装置Ｂ１，Ｂ２へ流れる突入電流を抑制するための構成が示される。

実施の形態３による電源システムの回路構成は、図１に示した実施の形態１による電源システムの構成と同じである。

図５は、この発明の実施の形態３による電源システムの制御装置５０が実行する直列接続から並列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。

図５を参照して、制御装置５０は、Ｓ３１０にて、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が直列接続であるか否かを判定する。上記接続が直列接続でないと判定された場合は（Ｓ３１０にてＮＯ）、制御装置５０は、接続を切替える処理を行わない。

上記接続が直列接続であると判定された場合は（Ｓ３１０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、直列接続から並列接続への切替要求があるか否かを判定する（Ｓ３２０）。上記切替要求がないと判定された場合は（Ｓ３２０にてＮＯ）、制御装置５０は、接続を切替える処理を行わない。なお、上記切替要求があるか否かの判定については、実施の形態２と同様であるので、説明を繰り返さない。

上記切替要求があると判定された場合は（Ｓ３２０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、スイッチング素子Ｑ２をオフとするように切替装置４０を制御する（Ｓ３３０）。すると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のすべてがオフとなるので、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続は非接続となる。

続いてＳ３４０において、制御装置５０は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２が並列接続とされるときの蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の電圧を示す電圧ＶＰと、コンデンサＣの電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ２よりも小さいか否かを判定する。電圧ＶＰと電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ２以上であると判定された場合は（Ｓ３４０にてＮＯ）、制御装置５０は、電圧ＶＰと電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ２よりも小さくなるまで待機する。このとき、インバータ２０がコンデンサＣの蓄電電力を消費することによって、電圧ＶＨは低下する。

なお、しきい値Ｖ２は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２および切替装置４０が有する素子の許容電流に基づいて設定される値である。すなわち、電圧ＶＰと電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ２以下である場合は、コンデンサＣと蓄電装置Ｂ１，Ｂ２との間に流れる電流は、許容電流以下に抑えられる。

電圧ＶＰと電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ２よりも小さいと判定された場合は（Ｓ３４０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３をオンとするように切替装置４０を制御する。すると、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続は、並列接続となる。

以上のように、この実施の形態３においては、インバータ２０の負荷状態に応じて接続が直列接続から並列接続へ切替えられる場合に、直列接続から非接続へ切替えられた後に、コンデンサＣの電圧ＶＨを低下させ、電圧ＶＨが低下した後に、非接続から並列接続へ切替える制御が実行される。よって、電圧ＶＰと電圧ＶＨとの差が小さい状態で、接続が並列接続とされる。したがって、実施の形態３によれば、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が切替えられる際にコンデンサＣから蓄電装置Ｂ１，Ｂ２へ流れる突入電流を抑制することができる。

［実施の形態３の変形例］
実施の形態３では、インバータ２０の負荷状態に応じて接続が直列接続から並列接続へ切替えられる場合に、上記接続を直列接続から非接続へ切替えた後に、コンデンサＣの電圧ＶＨを低下させ、電圧ＶＨが低下した後に、上記接続を非接続から並列接続へ切替える制御が実行される構成を説明した。しかしながら、上記接続が非接続であるときに、車両１００の回生制動が実行されると、回生電力によって電圧ＶＨが上昇する。このため、上記接続を並列接続にすることが困難になる場合がある。

実施の形態３の変形例による電源システムの回路構成は、図１に示した実施の形態１による電源システムの構成と同じである。

そこで、実施の形態３の変形例では、直列接続から並列接続へ切替える切替処理を、回生制動が開始されるまでに完了できるか否かが判定される。そして、切替処理を回生制動が開始されるまでに完了できる場合にのみ、切替処理の実行が許可される。これにより、非接続状態が継続されて切替制御が破綻することを防止できる。

図６は、この発明の実施の形態３の変形例による電源システムが適用される車両１００におけるモータジェネレータＭＧのトルク変化の一例を示すタイムチャートである。

図６を参照して、時刻ｔ１において、モータジェネレータＭＧは、力行動作の状態である。このとき、上記接続の直列接続から並列接続への切替要求があると、制御装置５０は、このときのトルクＴｒ１と、トルク変化率の最大レートとに基づいて、モータジェネレータＭＧが回生動作に移行する時刻ｔ２までのモータジェネレータＭＧのトルクおよび回転数の変化を予測する。制御装置５０は、予測されたトルクおよび回転数に基づいて電力Ｐｍを算出する。電力Ｐｍは、このときからモータジェネレータＭＧが回生動作になるまでにモータジェネレータＭＧで消費される電力である。

制御装置５０は、電圧ＶＰと電圧ＶＨとの差をしきい値Ｖ２よりも小さくするためにコンデンサＣから放電しなければならない電力Ｐｃを、コンデンサＣの容量および電圧ＶＨに基づいて算出する。制御装置５０は、電力Ｐｍが電力Ｐｃよりも大きい場合に、上記接続を直列接続から並列接続へ切替える切替処理の実行を許可する。すなわち、制御装置５０は、切替処理を回生制動が開始するまでに完了できる場合にのみ、切替処理の実行を許可する。

なお、制御装置５０は、トルク変化率の最大レートを用いることで、電力Ｐｍが最小となる条件で予測することができる。このため、直列接続から並列接続へ切替える処理を完了できるか否かを確実に判定することができる。

図７は、この発明の実施の形態３の変形例による電源システムの制御装置５０が実行する直列接続から並列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。図７を参照して、Ｓ３１０，Ｓ３２０，Ｓ３３０〜Ｓ３５０については、実施の形態３と同様であるので説明を繰り返さない。

Ｓ３２０にてインバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続の直列接続から並列接続への切替要求があると判定された場合は（Ｓ３２０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、切替許可条件が成立するか否かを判定する（Ｓ３２５）。切替許可条件は、直列接続から並列接続へ切替える切替処理を、回生制動が開始するまでに完了できるか否かを判定するための条件である。具体的には、制御装置５０は、上述した電力Ｐｍが電力Ｐｃよりも大きい場合に、切替許可条件が成立すると判定する。切替許可条件が成立しないと判定された場合は（Ｓ３２５にてＮＯ）、制御装置５０は、接続を切替える処理を行わない。

切替許可条件が成立すると判定された場合は（Ｓ３２５にてＹＥＳ）、制御装置５０は、処理をＳ３３０へ進めて、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続を、非接続とする。そして、実施の形態３と同様に並列接続へ切替えるための処理が実行される。

以上のように、実施の形態３の変形例においては、直列接続から並列接続へ切替える切替処理を、回生制動が開始するまでに完了できるか否かを判定する。そして、切替処理を回生制動が開始するまでに完了できる場合にのみ、切替処理の実行が許可される。これにより、非接続状態が継続されて切替制御が破綻することを防止できる。

［実施の形態４］
実施の形態３では、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が直列接続から並列接続へ切替えられる際に、コンデンサＣと蓄電装置Ｂ１，Ｂ２との間に流れる電流を抑制する構成を説明した。実施の形態４では、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が並列接続から直列接続へ切替えられる際に、コンデンサＣと蓄電装置Ｂ１，Ｂ２との間に流れる電流を抑制する構成が示される。

実施の形態４による電源システムの回路構成は、図１に示した実施の形態１による電源システムの構成と同じである。

図８は、この発明の実施の形態４による電源システムの制御装置５０が実行する並列接続から直列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。

図８を参照して、制御装置５０は、Ｓ４１０にて、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が並列接続であるか否かを判定する。上記接続が並列接続でないと判定された場合は（Ｓ４１０にてＮＯ）、制御装置５０は、接続を切替える処理を行わない。

上記接続が並列接続であると判定された場合は（Ｓ４１０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続の並列接続から直列接続への切替要求があるか否かを判定する（Ｓ４２０）。上記切替要求がないと判定された場合は（Ｓ４２０にてＮＯ）、制御装置５０は、接続を切替える処理を行わない。

なお、制御装置５０は、インバータ２０の要求電力に基づいて上記切替要求があるか否かを判定する。インバータ２０の要求電力がしきい値よりも大きいときに、制御装置５０は、上記切替要求があると判定する。一方、インバータ２０の要求電力がしきい値以下であるときに、制御装置５０は、上記切替要求がないと判定する。

上記切替要求があると判定された場合は（Ｓ４２０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３をオフとするように切替装置４０を制御する（Ｓ４３０）。すると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のすべてがオフとなるので、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続は非接続となる。

続いてＳ４４０において、制御装置５０は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２が直列接続されるときの電圧ＶＢ１および電圧ＶＢ２の和を示す電圧ＶＳと、コンデンサＣの電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ３よりも小さいか否かを判定する。電圧ＶＳと電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ３以上であると判定された場合は（Ｓ４４０にてＮＯ）、制御装置５０は、電圧ＶＳと電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ３よりも小さくなるまで、回生制御を実行する（Ｓ４６０）。回生制御では、モータジェネレータＭＧのトルク指令が回生側となるように変更される。これにより、インバータ２０からコンデンサＣへ電力が供給されることによって、電圧ＶＨは上昇する。

なお、しきい値Ｖ３は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２および切替装置４０が有する素子の許容電流に基づいて設定される値である。すなわち、電圧ＶＳと電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ３以下である場合は、コンデンサＣと蓄電装置Ｂ１，Ｂ２との間に許容電流以下の電流が流れる。

電圧ＶＳと電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ３よりも小さいと判定された場合は（Ｓ４４０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、スイッチング素子Ｑ２をオンとするように切替装置４０を制御する。すると、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続は、直列接続となる。

以上のように、この実施の形態４においては、インバータ２０の負荷状態に応じて接続が並列接続から直列接続へ切替えられる場合に、上記接続を並列接続から非接続へ切替えた後に、コンデンサＣの電圧ＶＨを上昇させ、電圧ＶＨが上昇した後に、上記接続を非接続から直列接続へ切替える制御が実行される。よって、電圧ＶＳと電圧ＶＨとの差が小さい状態で、上記接続が直列接続となる。したがって、実施の形態４によれば、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が切替えられる際に、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からコンデンサＣへ流れる突入電流を抑制することができる。

［実施の形態４の変形例］
実施の形態４では、車両１００の走行中において、モータジェネレータＭＧの回生電力のみによって蓄電装置Ｂ１，Ｂ２が充電される構成を説明した。実施の形態４の変形例では、実施の形態４の構成に加え、コンデンサＣへ電力を供給することができる発電機をさらに備える構成を説明する。このため、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続が切替えられる際にモータジェネレータを回生制御する必要がないので、ドライバビリティを損なうことなく接続の切替を行うことができる。

図９は、この発明の実施の形態４の変形例による電源システムが適用される車両の全体構成を示すブロック図である。図９を参照して、車両１００Ａは、実施の形態１の構成に対し、モータジェネレータＭＧに代えて、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置４とを備える。

車両１００Ａは、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する。動力分割装置４は、エンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。動力分割装置４は、たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構から成り、この３つの回転軸がエンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸にそれぞれ接続される。なお、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空にしてその中心にエンジン２のクランク軸を通すことにより、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を動力分割装置４に機械的に接続することができる。また、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや差動ギヤによって車輪６に結合される。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン２の始動を行ない得る電動機として動作するものとして車両１００Ａに組込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、車輪６を駆動する電動機として車両１００Ａに組込まれる。

制御装置５０は、エンジン２を制御するための信号ＤＲＶをエンジン２へ出力する。制御装置５０は、モータジェネレータＭＧ１を制御するための信号ＰＷＩ１、およびモータジェネレータＭＧ２を制御するための信号ＰＷＩ２をインバータ２０へ出力する。制御装置５０は、エンジン２の駆動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電するための発電制御を実行する。

図１０は、図９に示す制御装置５０が実行する並列接続から直列接続への切替制御に関する処理の制御構造を示すフローチャートである。図１０を参照して、Ｓ４１０〜Ｓ４５０については、実施の形態４と同様であるので説明を繰り返さない。

Ｓ４４０にて電圧ＶＳと電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ３以上であると判定された場合は（Ｓ４４０にてＮＯ）、制御装置５０は、電圧ＶＳと電圧ＶＨとの差がしきい値Ｖ３よりも小さくなるまで発電制御を実行する（Ｓ４７０）。これにより、インバータ２０からコンデンサＣへ電力が供給されることによって、電圧ＶＨは上昇する。

以上のように、この実施の形態４の変形例においては、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を充電することができる発電機が設けられる。このため、インバータ２０に対する蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の接続を切替える際に、モータジェネレータＭＧを回生制御する必要がないので、ドライバビリティを損なうことなく、接続の切替を行うことができる。

なお、上記の各実施の形態においては、切替装置４０がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３と、ダイオードＤ１〜Ｄ３とを含む構成について説明したが、スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１によって構成される回路、スイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２によって構成される回路、およびスイッチング素子Ｑ３およびダイオードＤ３によって構成される回路の各々が、リレーであってもよい。

なお、上記の実施の形態１〜４においては、モータジェネレータＭＧを備える電気自動車について説明したが、エンジンをさらに備えるハイブリッド車両であってもよい。また、上記の実施の形態４の変形例においては、動力分割装置４を用いてエンジン２の動力がモータジェネレータＭＧ１と車輪６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２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であってもよい。また、発電機能を有するプラグインハイブリッド車、航続距離拡張機能（レンジエクステンダー）付電気自動車、あるいはレンジエクテンディッド電気自動車と呼ばれる車両であってもよい。

なお、上記の実施の形態においては、電源システムが２つの蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を備える構成について説明したが、電源システムが３つ以上の蓄電装置を備える場合についても本発明の考え方を適用することができる。

なお、上記において、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、それぞれこの発明における「第１の蓄電装置」および「第２の蓄電装置」に対応し、インバータ２０は、この発明における「負荷装置」に対応する。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、この発明における「第１〜第３のスイッチ」に対応し、コンデンサＣは、この発明における「蓄電素子」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、上記した実施の形態の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。

２ エンジン、４ 動力分割装置、６ 車輪、１０ 電気機器、２０ インバータ、４０ 切替装置、５０ 制御装置、６１，６２，６３ 電圧センサ、１００，１００Ａ 車両、Ｂ１，Ｂ２ 蓄電装置、Ｃ コンデンサ。

Claims (1)

1. 第１および第２の蓄電装置と、
   負荷装置に対する前記第１および第２の蓄電装置の接続を、前記負荷装置の負荷状態に応じて直列接続と並列接続との間で切替え可能に構成された切替装置と、
   前記切替装置を制御するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第１および第２の蓄電装置の電圧差がしきい値以下である場合に、前記負荷状態が第１の負荷状態であるときは、前記接続が並列接続となるように前記切替装置を制御し、前記負荷状態が前記第１の負荷状態よりも大きい第２の負荷状態であるときは、前記接続が直列接続となるように前記切替装置を制御し、
   前記制御装置は、前記電圧差が前記しきい値を上回ったときに、前記負荷装置の負荷状態が前記第２の負荷状態であったとしても、前記接続が並列接続となるように前記切替装置を制御する、電源システム。

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