JP2008092761A - モータ駆動用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーの利用効率が高いモータ駆動用電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置１００は、エネルギー型ＬＩＢ１、パワー型ＬＩＢ２、抵抗３、回生電流制御装置４およびインバータ５を備え、スイッチＳＷ_１、ＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４の切替によって接続変更可能に構成される。力行モードにおいては、負荷電流が所定のしきい値以下であればエネルギー型ＬＩＢ１が回生電流制御装置４を介してインバータ５に電流を供給し、負荷電流が所定のしきい値を超えればエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２がインバータ５に電流を供給する。回生モードにおいては、回生電流制御装置４が、インバータ５から電流を受けて、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２の充電状態や最大許容電流値に応じて電流を振り分ける。すなわち、満充電でないエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２にそれぞれの最大許容電流値を超えない電流が供給される。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータ駆動用電源装置に関する。

電気自動車の走行用の蓄電池およびキャパシタ（コンデンサ）を併用することによって、走行距離の延伸や蓄電池寿命の延長を図ることが提案されている。また、モータ駆動用電源装置において、電池およびキャパシタを併用することによって、キャパシタの蓄電エネルギーを効率的に使用することが提案されている（例えば、特許文献１）。この場合、モータの負荷変動に応じて、電池は小電力ながら長時間に亘って平均電力をモータに供給する機能を有し、キャパシタは短時間ながら大電力をモータに供給する機能を有する。
特開平１０−８４６０１号公報

しかしながら、キャパシタを用いた場合には、単位体積あたりのエネルギー密度が低い（電力容量が少ない）ため、すぐに蓄電量が減るし、減速時にモータから供給される回生電流を十分に利用することができないという問題がある。また、キャパシタは、その蓄電量がゼロになると、その極性が反転するという問題もある。このような問題への対応として、充放電特性の異なる２つの蓄電池をそれぞれ主電源および副電源として併用することが考えられる。例えば、エネルギー型（エネルギー密度の高い）蓄電池と、パワー型（高電圧の）蓄電池とを併用することにより、モータへの電力供給を安定的に行うとともに、要求電力のピーク時にも対応できるようになる。ただし、この場合、モータからの回生電流を十分に利用するためには、２つの蓄電池に回生電流を効率的に供給する必要がある。

そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、エネルギーの利用効率が高いモータ駆動用電源装置を提供することを主たる目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、モータ駆動用電源装置であって、少なくとも、エネルギー密度が高い第１の電源と、第１の電源と比べて、エネルギー密度が低く、パワー密度が高い第２の電源と、第１の電源または第２の電源から受けた直流電流をインバータに供給するとともに、そのインバータから受けた直流電流を第１の電源および第２の電源に振り分ける回生電流制御装置と、回生電流制御装置から供給される直流電流を交流電流に変換し、その変換後の交流電流を外部のモータに供給するとともに、モータから供給される交流電流を直流電流に変換し、その変換後の直流電流を回生電流制御装置に供給するインバータと、インバータに内蔵または外部接続されるとともに、直流電流が第１の電源または第２の電源から回生電流制御装置を介してインバータに供給される場合に、その直流電流の量が所定のしきい値以下であるときに、第１の電源から電流を供給し、その直流電流の量が所定のしきい値より大きいときに、第１の電源および第２の電源から電流を供給し、直流電流がインバータから回生電流制御装置を介して第１の電源および第２の電源に振り分けられる場合に、第１の電源および第２の電源の充電状態に応じて直流電流の供給を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、インバータに供給される直流電流は、第１の電源の劣化にならない範囲内（所定のしきい値以下）であれば、第１の電源から供給される。また、インバータに供給される直流電流は、第１の電源の劣化にならない範囲を超えた（所定のしきい値より大きい）ものであれば、第１の電源および第２の電源から供給される。一方、インバータから供給される直流電流は、第１の電源および第２の電源に振り分けられる。

また、本発明は、モータ駆動用電源装置であって、直流電流がインバータから回生電流制御装置を介して第１の電源および第２の電源に振り分けられる場合に、制御装置が、第１の電源が満充電でないときに第１の電源に第１の電流を供給し、第２の電源が満充電でないときに第２の電源に第２の電流を供給するように制御し、回生電流制御装置が、第２の電源に対して、直流電流の範囲内で第２の電源の最大許容電流値を超えない第２の電流を供給し、第１の電源に対して、直流電流から第２の電流を引いた値の範囲内で第１の電源の最大許容電流値を超えない第１の電流を供給することを特徴とする。

この構成によれば、制御装置によって、満充電でない第１の電源に対して第１の電流が供給され、満充電でない第２の電源に対して第２の電流が供給される。この場合、回生電流制御装置によって、第２の電流は、直流電流の範囲内で第２の電源の最大許容電流値を超えないものになる。また、第１の電流は、直流電流から第２の電流を引いた値の範囲内で第１の電源の最大許容電流値を超えないものになる。

また、本発明は、モータ駆動用電源装置であって、インバータおよび制御装置が一体化されていることを特徴とする。この構成によれば、インバータとは別の筐体の制御装置を設置することが不要になる。

その他、本願が開示する課題およびその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、および図面により明らかにされる。

本発明によれば、エネルギーの利用効率が高いモータ駆動用電源装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明の実施の形態に係るモータ駆動用電源装置（以下、電源装置という）は、エネルギー密度が高い（電力容量が大きい）主電源と、パワー密度が高い（動作電圧が高い）副電源とを用いることで、モータに対する電力供給を安定的かつ要求電力のピークに対応可能なように行うとともに、電源装置全体としてエネルギーの効率的な利用を図るものである。

≪電源装置の特性と対応≫
まず、電源装置に求められる特性およびその特性を実現するための対応について説明する。電源装置は、モータに交流電流を供給し、そのモータが駆動回転することによって、電気自動車が走行する。従って、電気自動車の駆動力は、電源装置を構成する電源が供給する電流によって制御される。

図１は、電気自動車の速度特性および電源の電流特性の関係を示す図である。図１（ａ）が電気自動車の速度Ｖの時間的変化を示し、図１（ｂ）が電源の負荷電流Ｉ_Ｂの時間的変化を示す。電気自動車の速度Ｖが上昇したり、比較的安定したりする時間帯（例えば、ｔ１〜ｔ４）では、電源の負荷電流Ｉ_Ｂが正の値を示している。これは、電源装置から負荷装置（モータなど）に電力を供給している状態であり、力行モードとよばれる。一方、電気自動車の速度Ｖが下降（減速）している時間帯（例えば、ｔ４〜ｔ５）では、電源の負荷電流Ｉ_Ｂが負の値を示している。これは、負荷装置が電源装置に電力を戻している状態であり、回生モードとよばれる。なお、予め電源装置の特性に応じて０または０に近い値を回生電流制御切替ポイント（以下、しきい値という）Ｔ２に設定し、随時負荷電流Ｉ_Ｂとしきい値Ｔ２との大小比較を行うことによって、通常の電力供給を行うかまたは回生電流制御を行うかが判断される。

電源装置は、後記するようにエネルギー型ＬＩＢ（Lithium Ion Battery、リチウムイオン蓄電池）およびパワー型ＬＩＢを備える。エネルギー型ＬＩＢは、エネルギー密度が高い主電源であり、パワー型ＬＩＢは、エネルギー型ＬＩＢと比べて、エネルギー密度が低く、パワー密度が高い副電源である。力行モードにおいては、電源に必要となる負荷電流Ｉ_Ｂがインバータ印加電圧切替ポイント（以下、しきい値という）Ｔ１以下であるか、またはしきい値Ｔ１を超えるかを判断して、エネルギー型ＬＩＢ単独により、またはエネルギー型ＬＩＢおよびパワー型ＬＩＢの直列接続により負荷装置に電流を供給する。回生モードにおいては、負荷装置からの回生電流をエネルギー型ＬＩＢおよびパワー型ＬＩＢに戻す。それらの詳細を以下に説明する。

≪電源装置の構成と概要≫
図２は、電源装置の構成を示す図である。電源装置１００は、エネルギー型ＬＩＢ（第１の電源）１、パワー型ＬＩＢ（第２の電源）２、抵抗３、回生電流制御装置４およびインバータ５を備え、スイッチＳＷ_１、ＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４の切替によって接続変更可能に構成される。力行モードにおいては、インバータ５に対して、エネルギー型ＬＩＢ１が単独で接続され、またはエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２が直列に接続される。回生モードにおいては、インバータ５に対して、エネルギー型ＬＩＢ１、パワー型ＬＩＢ２もしく抵抗３が択一的に接続され、またはエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢが並列に接続される。

エネルギー型ＬＩＢ１は、リチウムイオン蓄電池のうち、特にエネルギー密度の高いものを用いた主電源である。その特性は、しきい値Ｔ１以下の電流である限りは、長時間安定的に供給可能であるが、しきい値Ｔ１を超えた電流を供給すると劣化が進む。パワー型ＬＩＢ２は、リチウムイオン蓄電池のうち、特にパワー密度の高いものを用いた副電源である。その特性は、力行モードにおいて充電が少ない状態であっても瞬発的な高電圧を実現するとともに、回生モードにおいてエネルギー型ＬＩＢ１より充電効率が高いという特徴を持つ。

抵抗３は、回生モードにおいてエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２がともに満充電である場合に、電源装置１００内で回生電流を消費するためのものである。なお、回生電流制御装置４の制御によって、力行モードにおいては、抵抗３に電流が供給されることはない。

回生電流制御装置４は、文字通り、回生モードにおいて、モータＭからの回生電流Ｉ_Ｇ（図４参照）に伴うインバータ５からの電流Ｉ_Ｒ（図４参照）を受けて、その電流Ｉ_Ｒの範囲内で、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２に対して各電源の最大許容電流値を超えない電流を供給する。また、電流Ｉ_Ｒとエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２の最大許容電流値との関係によっては、電流Ｉ_Ｒを抵抗３に供給して消費させることもある。なお、力行モードにおいては、エネルギー型ＬＩＢ１またはパワー型ＬＩＢ２から受けた負荷電流Ｉ_Ｂ（Ｉ_Ｂ１またはＩ_Ｂ２）をそのままインバータ５に供給する。

インバータ５は、エネルギー型ＬＩＢ１またはパワー型ＬＩＢ２から回生電流制御装置４を介して受けた負荷電流Ｉ_Ｂを変換して、その変換後の交流電流Ｉ_ＭをモータＭに供給するものである。逆に、モータＭから供給される交流の回生電流Ｉ_Ｇ（図４参照）を変換して、その変換後の直流電流Ｉ_Ｒ（図４参照）を回生電流制御装置４に供給することもある。

スイッチＳＷ_１は、エネルギー型ＬＩＢ１と回生電流制御装置４およびインバータ５との接続を開閉するものである。スイッチＳＷ_２は、パワー型ＬＩＢ２と回生電流制御装置４およびインバータ５との接続を開閉するものである。エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２は個別にまたは同時に回生電流制御装置４およびインバータ５に接続されるので、スイッチＳＷ_１およびＳＷ_２は適宜開閉される。スイッチＳＷ_３は、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２の直列接続を開閉するものである。スイッチＳＷ_４は、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２の並列接続を開閉するものである。なお、スイッチＳＷ_３およびＳＷ_４が同時に閉じられることはない。

≪電源装置の接続構成≫
図２ないし図７は、それぞれ電源装置の接続構成を示す図であり、図１（ｂ）に示す電源装置の電流特性および電源（エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２）の充電状態によって切り替わる接続構成である。接続構成の切替はスイッチＳＷ_１、ＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４によって可能となるが、このスイッチ切替の制御はインバータ５によって行われるものとする。すなわち、インバータ５と切替の制御装置とが一体化されている。以下、各接続構成について説明する。

図２は、力行モードにおいて、電源装置１００の電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ１以下である場合の接続構成を示す図である。この場合、スイッチＳＷ_１が閉じられ、スイッチＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４が開かれているため、回生電流制御装置４にエネルギー型ＬＩＢ１が接続された状態になっている。この接続によれば、エネルギー型ＬＩＢ１が回生電流制御装置４を介してインバータ５に負荷電流Ｉ_Ｂ１を安定的に供給することができ、インバータ５から電流Ｉ_Ｍを受けたモータＭの回転によって電気自動車の安定走行が実現される。

図３は、力行モードにおいて、電源装置１００の電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ１を超える場合の接続構成を示す図である。この場合、スイッチＳＷ_２およびＳＷ_３が閉じられ、スイッチＳＷ_１およびＳＷ_４が開かれているため、回生電流制御装置４にエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２が直列接続された状態になっている。この接続によれば、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２が回生電流制御装置４を介してインバータ５に高電圧の負荷電流Ｉ_Ｂ２を供給することができ、インバータ５から電流Ｉ_Ｍを受けたモータＭの回転によって電気自動車の加速性能が実現される。また、この場合、インバータ５の電圧Ｖ_２が安定走行時の電圧Ｖ_１（図２参照）と比べて約２倍になるので、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２が高電圧であっても、負荷電流Ｉ_Ｂ２が安定走行時の負荷電流Ｉ_Ｂ１（図２参照）からあまり変化することはない。これによれば、負荷を抑制できるので、電源装置１００の劣化を防止することができる。

図４は、回生モードにおいて、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２が満充電でない（充電制限電圧以下である）場合の接続構成を示す図である。この場合、スイッチＳＷ_１、ＳＷ_２およびＳＷ_４が閉じられ、スイッチＳＷ_３が開かれているため、回生電流制御装置４にエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２が並列接続された状態になっている。この接続によって、モータＭから回生電流Ｉ_Ｇを受けたインバータ５が電流Ｉ_Ｒを回生電流制御装置４に供給し、回生電流制御装置４が電流Ｉ_Ｒを受けて、エネルギー型ＬＩＢ１の電圧やパワー型ＬＩＢ２の電圧などに応じて適切な電流Ｉ_Ｒ１（第１の電流）およびＩ_Ｒ２（第２の電流）をそれぞれに供給し、充電する。その詳細は後記する。

図５は、回生モードにおいて、エネルギー型ＬＩＢ１が満充電でなく、パワー型ＬＩＢ２が満充電である場合の接続構成を示す図である。この場合、スイッチＳＷ_１が閉じられ、スイッチＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４が開かれているため、回生電流制御装置４にエネルギー型ＬＩＢ１が接続された状態になっている。この接続によって、モータＭから回生電流Ｉ_Ｇを受けたインバータ５が電流Ｉ_Ｒを回生電流制御装置４に供給し、回生電流制御装置４が電流Ｉ_Ｒを受けて、エネルギー型ＬＩＢ１の電圧などに応じて適切な電流Ｉ_Ｒ１をエネルギー型ＬＩＢ１に供給し、充電する。その詳細は後記する。

図６は、回生モードにおいて、エネルギー型ＬＩＢ１が満充電であり、パワー型ＬＩＢ２が満充電でない場合の接続構成を示す図である。この場合、スイッチＳＷ_２およびＳＷ_４が閉じられ、スイッチＳＷ_１およびＳＷ_３が開かれているため、回生電流制御装置４にパワー型ＬＩＢ２が接続された状態になっている。この接続によって、モータＭから回生電流Ｉ_Ｇを受けたインバータ５が電流Ｉ_Ｒを回生電流制御装置４に供給し、回生電流制御装置４が電流Ｉ_Ｒを受けて、パワー型ＬＩＢ２の電圧などに応じて適切な電流Ｉ_Ｒ２をパワー型ＬＩＢ２に供給し、充電する。その詳細は後記する。

図７は、回生モードにおいて、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２が満充電である場合の接続構成を示す図である。この場合、スイッチＳＷ_１、ＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４が開かれているため、回生電流制御装置４にエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２が接続されず、抵抗３だけが接続された状態になっている。この接続によれば、モータＭから回生電流Ｉ_Ｇを受けたインバータ５が電流Ｉ_Ｒを回生電流制御装置４に供給し、回生電流制御装置４が電流Ｉ_Ｒを受けて抵抗３に供給し、消費させる。これは、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２が満充電であるので、さらなる回生電流Ｉ_Ｇすなわち余剰の電流Ｉ_Ｒを消費するための措置である。従って、必ずしも電流Ｉ_Ｒを抵抗３で消費する必要はなく、抵抗３の代わりに蓄電池（ＬＩＢなど）を接続して、その蓄電池を電流Ｉ_Ｒによって充電するようにしてもよい。また、その後エネルギー型ＬＩＢ１またはパワー型ＬＩＢ２が満充電でなくなった場合には、その蓄電池から電流を供給してエネルギー型ＬＩＢ１またはパワー型ＬＩＢ２を充電するようにしてもよい。

≪回生電流制御装置の構成と概要≫
続いて、電源装置１００が備える回生電流制御装置４の構成と概要について説明する。図８は、回生電流制御装置４の構成を示す図である。回生電流制御装置４は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）４１、ホールセンサ４２、ＤＡ（Digital Analog）コンバータ４３、４４および４５、ならびに回生電流制御器４６、４７および４８を含んで構成される。ＭＰＵ４１は、回生電流制御装置４全体を制御するものであり、エネルギー型ＬＩＢ１の電圧Ｖ_ＬＩＢ１および温度Ｔ_ＬＩＢ１ならびにパワー型ＬＩＢ２の電圧Ｖ_ＬＩＢ２および温度Ｔ_ＬＩＢ２を所定のセンサから取得し、その取得した値に基づいてインバータ５からの電流Ｉ_Ｒをエネルギー型ＬＩＢ１への電流Ｉ_Ｒ１、パワー型ＬＩＢ２への電流Ｉ_Ｒ２および抵抗３への電流Ｉ_Ｒ３に振り分ける機能を有する。ＭＰＵ４１は、所定のメモリに格納されたプログラムを実行することによってその機能を実現する。ホールセンサ４２は、磁束量を電流値に変換するセンサであり、インバータ５からの電流Ｉ_Ｒの値をＭＰＵ４１に通知する機能を持つ。ＤＡコンバータ４３、４４および４５は、ＭＰＵからのデジタル信号をアナログ信号に変換し、そのアナログ信号をそれぞれ回生電流制御器４６、４７および４８に伝達する機能を持つ。回生電流制御器４６、４７および４８は、それぞれＤＡコンバータ４３、４４および４５から受けたアナログ信号に応じて、それぞれ電流Ｉ_Ｒ１、電流Ｉ_Ｒ２および電流Ｉ_Ｒ３を制御する。

ここで、ＭＰＵ４１が電流を振り分ける場合の、各電流値の算出方法について説明する。その算出方法は、次の式１、式２および式３によって表される。
Ｉ_Ｒ１＝Ｉ_Ｒ−Ｉ_Ｒ２（ただし、Ｃ_１×Ａ以下の値） ・・・式１
Ｉ_Ｒ２＝Ｃ_２×Ｂ ・・・式２
Ｉ_Ｒ３＝Ｉ_Ｒ−Ｉ_{Ｒ１ＭＡＸ}−Ｉ_{Ｒ２ＭＡＸ}
（ただし、Ｉ_Ｒ−Ｉ_{Ｒ１ＭＡＸ}−Ｉ_{Ｒ２ＭＡＸ}＞０の場合） ・・・式３
（Ｃ_１：エネルギー型ＬＩＢ１の定格容量［Ａｈ］、Ｃ_２：パワー型ＬＩＢ２の定格容量［Ａｈ］、Ａ、Ｂ：定数、Ｉ_{Ｒ１ＭＡＸ}：エネルギー型ＬＩＢ１の最大許容電流値、Ｉ_{Ｒ２ＭＡＸ}：パワー型ＬＩＢ２の最大許容電流値）

なお、定数Ａは、エネルギー型ＬＩＢ１の電圧Ｖ_ＬＩＢ１および温度Ｔ_ＬＩＢ１に基づくとともに、インバータ５からの電流Ｉ_Ｒが大きくても、エネルギー型ＬＩＢ１への電流Ｉ_Ｒ１が最大許容電流値Ｉ_{Ｒ１ＭＡＸ}を超えないように決定される。定数Ｂは、パワー型ＬＩＢ２のパワー型ＬＩＢ２の電圧Ｖ_ＬＩＢ２および温度Ｔ_ＬＩＢ２に基づくとともに、パワー型ＬＩＢ２への電流Ｉ_Ｒ２が最大許容電流値Ｉ_{Ｒ２ＭＡＸ}を超えないように決定される。

式１、式２および式３によれば、ＭＰＵ４１の制御によって、インバータ５から供給される電流Ｉ_Ｒの範囲内で、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２の各電源に対しては各電源の最大許容電流値を超えない電流が供給され、一方、各電源の最大許容電流値の合計を超えた余剰電流が、抵抗３に供給されて消費される。

≪スイッチ切替制御処理の流れと回生電流制御処理≫
続いて、電源装置１００におけるスイッチ切替制御処理の流れとそれに伴う回生電流制御処理について説明する。図９は、スイッチ切替制御処理の流れを示すフローチャートである。まず、インバータ５は、電源装置１００の電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ１より大きいか否かをチェックする（ステップＳ９０１）。しきい値Ｔ１は、既に説明したように、主電源であるエネルギー型ＬＩＢ１が長時間安定的に供給可能な電流の最大値であり、それを超えた電流をエネルギー型ＬＩＢ１が供給すると劣化が進むしきい値である。電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ１より大きい場合（ステップＳ９０１のＹ）、スイッチＳＷ_２およびＳＷ_３を閉状態にして、スイッチＳＷ_１およびＳＷ_４を開状態にする（ステップＳ９０２、図３参照）。これによって、直列接続されたエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２から回生電流制御装置４を介してインバータ５に電流Ｉ_Ｂ２が供給され、インバータ５からモータＭに電流Ｉ_Ｍが供給される。

電源装置１００の電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ１より大きくない場合（ステップＳ９０１のＮ）、インバータ５は電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ２以上であるか否かをチェックする（ステップＳ７０３）。これは、電源装置１００の状態が力行モード（電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ２以上）か、回生モード（電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ２より小さい）かを判断するものである。電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ２以上である場合（ステップＳ９０３のＹ）、スイッチＳＷ_１を閉状態にして、スイッチＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４を開状態にする（ステップＳ９０４、図２参照）。これによって、エネルギー型ＬＩＢ１から回生電流制御装置４を介してインバータ５に電流Ｉ_Ｂ１が供給され、インバータ５からモータＭに電流Ｉ_Ｍが供給される。以上は力行モードにおける制御の説明であり、ここからは回生モードにおける制御の説明になる。

電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ２より小さい場合（ステップＳ９０３のＮ）、インバータ５はエネルギー型ＬＩＢ１が満充電であるか否かをチェックする（ステップＳ９０５）。エネルギー型ＬＩＢ１が満充電でない場合（ステップＳ９０５のＮ）、パワー型ＬＩＢ２が満充電であるか否かをチェックする（ステップＳ９０６）。パワー型ＬＩＢ２が満充電でない場合（ステップＳ９０６のＮ）、スイッチＳＷ_１、ＳＷ_２およびＳＷ_４を閉状態にして、スイッチＳＷ_３を開状態にする（ステップＳ９０７、図４参照）。これによって、インバータ５から電流Ｉ_Ｒ（電流Ｉ_Ｂと逆方向）を受けた回生電流制御装置４から、さらにエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２に電流が供給される。この場合の回生電流制御処理Ｐ１では、式１による電流Ｉ_Ｒ１がエネルギー型ＬＩＢ１に供給され、式２による電流Ｉ_Ｒ２がパワー型ＬＩＢ２に供給され、さらに電流Ｉ_Ｒが余っていれば、式３による電流Ｉ_Ｒ３が抵抗３に供給される。

ステップＳ９０６でパワー型ＬＩＢ２が満充電である場合（ステップＳ９０６のＹ）、スイッチＳＷ_１を閉状態にして、スイッチＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４を開状態にする（ステップＳ９０８、図５参照）。これによって、インバータ５から電流Ｉ_Ｒを受けた回生電流制御装置４から、さらにエネルギー型ＬＩＢ１に電流Ｉ_Ｒ１が供給される。この場合の回生電流制御処理Ｐ２では、式１による電流Ｉ_Ｒ１（電流Ｉ_Ｒ２は供給されないので、最大許容電流値Ｉ_{Ｒ１ＭＡＸ}を超えない値）がエネルギー型ＬＩＢ１に供給され、さらに電流Ｉ_Ｒが余っていれば（Ｉ_{Ｒ２ＭＡＸ}＝０なので、Ｉ_Ｒ−Ｉ_{Ｒ１ＭＡＸ}＞０であれば）、式３（Ｉ_Ｒ３＝Ｉ_Ｒ−Ｉ_{Ｒ１ＭＡＸ}）による電流Ｉ_Ｒ３が抵抗３に供給される。

ステップＳ９０５でエネルギー型ＬＩＢ１が満充電である場合（ステップＳ９０５のＹ）、パワー型ＬＩＢ２が満充電であるか否かをチェックする（ステップＳ９０９）。パワー型ＬＩＢ２が満充電でなければ（ステップＳ９０９のＮ）、スイッチＳＷ_２およびＳＷ_４を閉状態にして、スイッチＳＷ_１およびＳＷ_３を開状態にする（ステップＳ９１０、図６参照）。これによって、インバータ５から電流Ｉ_Ｒを受けた回生電流制御装置４から、さらにパワー型ＬＩＢ２に電流が供給される。この場合の回生電流制御処理Ｐ３では、式２による電流Ｉ_Ｒ２がパワー型ＬＩＢ２に供給され、さらに電流Ｉ_Ｒが余っていれば（Ｉ_{Ｒ１ＭＡＸ}＝０なので、Ｉ_Ｒ−Ｉ_{Ｒ２ＭＡＸ}＞０であれば）、式３（Ｉ_Ｒ３＝Ｉ_Ｒ−Ｉ_{Ｒ２ＭＡＸ}）による電流Ｉ_Ｒ３が抵抗３に供給される。

ステップＳ９０９でパワー型ＬＩＢ２が満充電であれば（ステップＳ９０９のＹ）、スイッチＳＷ_１、ＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４を開状態にする（ステップＳ９１１、図７参照）。これによって、インバータ５から電流Ｉ_Ｒ（電流Ｉ_Ｂと逆方向）を受けた回生電流制御装置４から、さらに抵抗３に電流が供給される。この場合の回生電流制御処理Ｐ４では、電流Ｉ_Ｒ１および電流Ｉ_Ｒ２は供給されないので、式３（Ｉ_{Ｒ１ＭＡＸ}＝Ｉ_{Ｒ２ＭＡＸ}＝０なので、Ｉ_Ｒ３＝Ｉ_Ｒ）による電流Ｉ_Ｒ３が抵抗３に供給される。

以上説明した本実施の形態の電源装置によれば、インバータ５への電流Ｉ_Ｂは、しきい値Ｔ１以下であれば、エネルギー型ＬＩＢ１から供給されるため、電流を長時間に亘って安定的に供給できるので、電気自動車の安定走行および走行距離の延伸を図ることができる。また、インバータ５への電流Ｉ_Ｂは、しきい値Ｔ１より大きければ、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２から供給されるため、パワー型ＬＩＢ２による補償によってエネルギー型ＬＩＢ１に係る負荷電流を安定的な範囲に抑えることができるので、エネルギー型ＬＩＢ１の劣化を防止することができる。また、この場合、パワー型ＬＩＢ２を含んで用いるため、その放電特性を生かして高電圧による電流の供給ができるので、電気自動車の発進、加速の性能を確保することができる。一方、インバータ５からの電流Ｉ_Ｒは、回生電流制御装置４を介してエネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２に振り分けて供給されるので、十分な利用が図られる。以上によれば、電源装置１００全体として力行モードおよび回生モードにおいてエネルギーの利用効率を上げることができる。

次に、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２に対して、各電源が満充電でないときに電流が供給されるので、各電源の劣化を防止することができる。また、各電源の最大許容電流値を超えない電流が供給されるので、さらに各電源の劣化を防止することができる。さらに、パワー型ＬＩＢ２をエネルギー型ＬＩＢ１に優先して充電するので、充放電特性に即した、効率的なエネルギーの利用を図ることができる。

また、インバータ５がスイッチＳＷ_１、ＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４の切替制御を行うため、制御装置を設置することがないので、電源装置１００を簡易な構成にすることができる。これによれば、電源装置１００の製造コストを抑え、製造期間を短くするとともに、電源装置１００の設置スペースを節約することができる。

≪その他の実施の形態≫
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、以下のような実施の形態が考えられる。

（１）前記実施の形態では、２つのスイッチＳＷ_３およびＳＷ_４によって、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２の直列接続または並列接続の切替を行うように記載したが、１つのスイッチによって、直列接続、並列接続またはいずれの接続もなし（開状態）の３つの状態の切替を行うようにしてもよい。

（２）前記実施の形態では、インバータ５がスイッチＳＷ_１、ＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４を制御するように記載したが、インバータ５に内蔵または外部接続される別の制御装置を設けて、その制御装置がスイッチＳＷ_１、ＳＷ_２、ＳＷ_３およびＳＷ_４を制御するようにしてもよい。

（３）前記実施の形態では、モータ駆動用電源装置を電気自動車に用いるように記載したが、電気自動車以外に用いるようにしてもよい。

電気自動車の速度特性および電源の電流特性の関係を示す図であり、（ａ）が電気自動車の速度Ｖの時間的変化を示し、（ｂ）が電源の負荷電流Ｉ_Ｂの時間的変化を示す。 電源装置１００の構成を示す図であり、力行モードにおいて、電源装置１００の電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ１以下である場合の接続構成を示す図である。 力行モードにおいて、電源装置１００の電流Ｉ_Ｂがしきい値Ｔ１を超える場合の接続構成を示す図である。 回生モードにおいて、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２が満充電でない場合の接続構成を示す図である。 回生モードにおいて、エネルギー型ＬＩＢ１が満充電でなく、パワー型ＬＩＢ２が満充電である場合の接続構成を示す図である。 回生モードにおいて、エネルギー型ＬＩＢ１が満充電であり、パワー型ＬＩＢ２が満充電でない場合の接続構成を示す図である。 回生モードにおいて、エネルギー型ＬＩＢ１およびパワー型ＬＩＢ２が満充電である場合の接続構成を示す図である。 回生電流制御装置４の構成を示す図である。 インバータ５が所定時間ごとに行うスイッチ切替制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 電源装置
１ エネルギー型ＬＩＢ（第１の電源）
２ パワー型ＬＩＢ（第２の電源）
３ 抵抗
４ 回生電流制御装置
５ インバータ
Ｉ_Ｒ１ 電流（第１の電流）
Ｉ_Ｒ２ 電流（第２の電流）
Ｍ モータ
ＳＷ_１、ＳＷ_２、ＳＷ_３、ＳＷ_４ スイッチ

Claims (3)

1. 少なくとも、
   エネルギー密度が高い第１の電源と、
   前記第１の電源と比べて、エネルギー密度が低く、パワー密度が高い第２の電源と、
   前記第１の電源または前記第２の電源から受けた直流電流をインバータに供給するとともに、そのインバータから受けた直流電流を前記第１の電源および前記第２の電源に振り分ける回生電流制御装置と、
   前記回生電流制御装置から供給される直流電流を交流電流に変換し、その変換後の交流電流を外部のモータに供給するとともに、前記モータから供給される交流電流を直流電流に変換し、その変換後の直流電流を前記回生電流制御装置に供給するインバータと、
   前記インバータに内蔵または外部接続されるとともに、前記直流電流が前記第１の電源または前記第２の電源から前記回生電流制御装置を介して前記インバータに供給される場合に、その直流電流の量が所定のしきい値以下であるときに、前記第１の電源から電流を供給し、その直流電流の量が所定のしきい値より大きいときに、前記第１の電源および前記第２の電源から電流を供給し、
   前記直流電流が前記インバータから前記回生電流制御装置を介して前記第１の電源および前記第２の電源に振り分けられる場合に、前記第１の電源および前記第２の電源の充電状態に応じて前記直流電流の供給を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動用電源装置。
2. 前記直流電流が前記インバータから前記回生電流制御装置を介して前記第１の電源および前記第２の電源に振り分けられる場合に、
   前記制御装置は、前記第１の電源が満充電でないときに前記第１の電源に第１の電流を供給し、前記第２の電源が満充電でないときに前記第２の電源に第２の電流を供給するように制御し、
   前記回生電流制御装置は、前記第２の電源に対して、前記直流電流の範囲内で前記第２の電源の最大許容電流値を超えない前記第２の電流を供給し、前記第１の電源に対して、前記直流電流から前記第２の電流を引いた値の範囲内で前記第１の電源の最大許容電流値を超えない前記第１の電流を供給する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動用電源装置。
3. 前記インバータおよび前記制御装置が一体化されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動用電源装置。

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