JP2010093981A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置および電力変換装置の組を複数個備える電源システムにおいて、蓄電装置間の短絡を速やかに検出可能な構成を提供する。
【解決手段】電源システムは、負荷装置（モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）の要求パワーＰＲが基準値より低く、かつコンバータ１０，１２による昇圧動作が不要な場合には、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のうち出力電圧が最高である蓄電装置に対応するコンバータの上アームのスイッチング素子をオン状態に固定するとともに、他のコンバータをシャットダウンさせる動作モード（上アームＯＮモード）を選択する。さらに電源システムは、その上アームＯＮモードにおいて過電流検知レベルを低下させる。これにより、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間に短絡電流が発生した場合であっても、その短絡電流が大きくなる前に蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間の短絡を速やかに検出できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電源システムに関し、より特定的には、蓄電装置および電力変換装置の組を複数個備える電源システムの制御技術に関する。

近年、走行駆動力源として電動機を搭載するハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両において、加速性能や走行持続距離などの走行性能を高めるために、蓄電機構の大容量化が進んでいる。そして、蓄電機構を大容量化するための一手法として、複数個の蓄電装置を並列に配置する構成が提案されている。

たとえば、特開２００８−１７６６１号公報（特許文献１）には、蓄電装置およびコンバータの２つの組が並列接続された構成において、要求パワーが基準値よりも小さいときにはコンバータのいずれか一方が動作し、かつ他方が停止するように制御することが記載されている。このようにすると、要求パワーが小さい動作時に、コンバータでの電力損失を抑制することが可能となる。

また、たとえば、特開２００８−１７２９６６号公報（特許文献２）には、蓄電装置と昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、非昇圧時においてＤＣ／ＤＣコンバータの上アームがオン状態となることが記載されている。
特開２００８−１７６６１号公報 特開２００８−１７２９６６号公報

上記のように蓄電装置およびコンバータの組を複数個備えた電源システムでは、負荷装置の要求パワーに従った電力が入出力されるように、複数のコンバータが制御される。この際に、要求パワーが低いときには、当該要求パワーに制御するための電力変換装置の動作によって生じる電力損失が無視できなくなる状況が生じる。すなわち、要求パワーが小さい領域では、コンバータの損失が相対的に大きくなりやすい。しかしながら、特開２００８−１７６６１号公報（特許文献１）に記載の技術によれば、要求パワーが小さい場合にも複数（具体的には２つ）のコンバータのうちの少なくとも１つが動作するので、コンバータの損失が相対的に大きくなる可能性が考えられる。

このような問題を解決するために、特開２００８−１７２９６６号公報（特許文献２）に記載されているように、コンバータによる昇圧動作が不要である場合にはコンバータの上アームをオン状態にすることが考えられる。しかしながら蓄電装置およびコンバータの組を複数個備えた構成では、複数の蓄電装置の間で出力電圧が異なる場合が生じ得る。仮に複数のコンバータのいずれかの上アームをオンすることにより高電圧の蓄電装置から低電圧の蓄電装置への電流経路が発生した場合、２つの蓄電装置が短絡された状態となるので、これらの蓄電装置の間に大電流が流れる可能性がある。しかしながら、特許文献１および２のいずれにも、このような問題の可能性については特に説明されていない。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、蓄電装置および電力変換装置の組を複数個備える電源システムにおいて、蓄電装置間の短絡を速やかに検出可能な構成を提供することである。

本発明は要約すれば、電力線に接続された負荷装置への電力の入出力を制御する電源システムであって、複数の蓄電装置と、複数の蓄電装置に対応してそれぞれ設けられて、複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と電力線との間で双方向の直流電力変換を行なう複数の電力変換装置と、複数の電力変換装置の動作を制御する制御装置と、複数の蓄電装置の入力電流および出力電流の少なくとも一方の電流の値が過電流レベルを越えた場合に、少なくとも一方の電流が過電流であることを検知する過電流検知部とを備える。複数の電力変換装置の各々は、対応する蓄電装置と電力線の間の電流経路に介挿接続される電力用半導体スイッチング素子と、対応する蓄電装置から電力線へ向かう方向を順方向として、電力用半導体スイッチング素子と並列に接続されるダイオード素子とを含む。制御装置は、モード判定部を含む。モード判定部は、各電力変換装置による直流電力変換を不要とする所定の条件を満たす場合に、複数の蓄電装置の中から選択された蓄電装置に対応する電力変換装置において電力用半導体スイッチング素子をオン固定するとともに、残余の電力変換装置の動作を停止させる第１の動作モードを選択し、所定の条件が成立しない場合においては、複数の電力変換装置のうちの少なくとも１つが直流電力変換を実行する第２の動作モードを選択する。過電流検知部は、第１の動作モードが選択された場合には、第２の動作モードが選択された場合に比較して、過電流レベルを低く設定する。

好ましくは、複数の電力変換装置の各々は、電力用半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路をさらに含む。過電流検知部は、駆動回路の内部に配置される。

好ましくは、電源システムは、過電流検知部により過電流が検出された場合において、電力用半導体スイッチング素子を停止させる停止処理部をさらに備える。

好ましくは、選択された蓄電装置は、複数の蓄電装置のうち、最も高い出力電圧を有する蓄電装置である。制御装置は、複数の蓄電装置の各々の出力電圧に基づいて、複数の蓄電装置のうち、選択された蓄電装置を判別する電圧判定部をさらに含む。

本発明によれば、蓄電装置および電力変換装置の組を複数個備える電源システムにおいて、蓄電装置間の短絡を速やかに検出することができる。

以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中における同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

図１は、本発明による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１を参照して、このハイブリッド車両１０００は、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構４と、車輪６とを備える。また、ハイブリッド車両１０００は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２と、コンバータ１０，１２と、コンデンサＣと、インバータ２０，２２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とをさらに備える。

なお、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、本発明における「複数の蓄電装置」に対応し、コンバータ１０，１２は、本発明における「複数の電力変換装置」に対応する。また、インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、この発明における「負荷装置」を構成する。また、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２およびコンバータ１０，１２、ならびに、これらに付随するセンサ、制御要素によって、本発明の「電源システム」が構成される。

ハイブリッド車両１０００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。動力分割機構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。動力分割機構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を動力分割機構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作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ハイブリッド車両１０００に組込まれる。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ハイブリッド車両１０００に組込まれる。

蓄電装置Ｂ１，Ｂ２は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂ１は、コンバータ１０へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１０によって充電される。蓄電装置Ｂ２は、コンバータ１２へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１２によって充電される。

なお、たとえば、蓄電装置Ｂ１には、蓄電装置Ｂ２よりも出力可能最大電力が大きい二次電池を用いることができ、蓄電装置Ｂ２には、蓄電装置Ｂ１よりも蓄電容量が大きい二次電池を用いることができる。これにより、２つの蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を用いてハイパワーかつ大容量の直流電源を構成することができる。また、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の少なくとも一方に大容量のキャパシタを用いてもよい。

コンバータ１０は、ＥＣＵ１００からの信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬＭへ出力する。また、コンバータ１０は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬＭを介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ１に基づいて蓄電装置Ｂ１の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ１を充電する。さらに、コンバータ１０は、ＥＣＵ１００からシャットダウン信号ＳＤ１を受けるとスイッチング動作を停止する。さらにコンバータ１０は、自身の非昇圧時において蓄電装置Ｂ１が蓄電装置Ｂ２と短絡していることを検出すると、短絡信号ＳＨ１をＥＣＵ１００に送信する。

コンバータ１２は、コンバータ１０に並列して正極ラインＰＬＭおよび負極ラインＮＬに接続される。そして、コンバータ１２は、ＥＣＵ１００からの信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２からの電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬＭへ出力する。また、コンバータ１２は、インバータ２０，２２から正極ラインＰＬＭを介して供給される回生電力を信号ＰＷＣ２に基づいて蓄電装置Ｂ２の電圧レベルに降圧し、蓄電装置Ｂ２を充電する。さらに、コンバータ１２は、ＥＣＵ１００からシャットダウン信号ＳＤ２を受けるとスイッチング動作を停止する。さらにコンバータ１２は、自身の非昇圧時において蓄電装置Ｂ１が蓄電装置Ｂ２と短絡していることを検出すると、短絡信号ＳＨ２をＥＣＵ１００に送信する。

コンデンサＣは、正極ラインＰＬＭと負極ラインＮＬとの間に接続され、正極ラインＰＬＭと負極ラインＮＬとの間の電圧変動を平滑化する。正極ラインＰＬＭおよび負極ラインＮＬの間の直流電圧ＶＨは、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２およびコンバータ１０，１２によって構成される「電源システム」から、インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による「負荷装置」への出力電圧に相当する。この直流電圧ＶＨについて、以下では、システム電圧ＶＨとも称する。また、正極ラインＰＬＭは、本発明での「電力線」に対応する。

インバータ２０は、ＥＣＵ１００からの信号ＰＷＩ１に基づいて正極ラインＰＬＭからの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン２の動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬＭへ出力する。

インバータ２２は、ＥＣＵ１００からの信号ＰＷＩ２に基づいて正極ラインＰＬＭからの直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ２２は、車両の回生制動時、車輪６からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を信号ＰＷＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ラインＰＬＭへ出力する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、３相交流回転電機であり、たとえば３相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０によって回生駆動され、エンジン２の動力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２の始動時、インバータ２０によって力行駆動され、エンジン２をクランキングする。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ２２によって力行駆動され、車輪６を駆動するための駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、インバータ２２によって回生駆動され、車輪６から受ける回転力を用いて発電した３相交流電圧をインバータ２２へ出力する。

上記電源システムには、蓄電装置Ｂ１に対して配置される、電圧センサ４２、電流センサ５２、および温度センサ６２と、蓄電装置Ｂ２に対して配置される、電圧センサ４４、電流センサ５４、および温度センサ６４が設けられる。

電圧センサ４２は、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１を検出してＥＣＵ１００へ出力する。温度センサ６２は、蓄電装置Ｂ１の温度Ｔ１を検出してＥＣＵ１００へ出力する。電流センサ５２は、蓄電装置Ｂ１からコンバータ１０へ入出力される電流Ｉ１を検出してＥＣＵ１００へ出力する。

電圧センサ４４は、蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２を検出してＥＣＵ１００へ出力する。温度センサ６４は、蓄電装置Ｂ２の温度Ｔ２を検出してＥＣＵ１００へ出力する。電流センサ５４は、蓄電装置Ｂ２からコンバータ１２へ入出力される電流Ｉ２を検出してＥＣＵ１００へ出力する。

さらに、コンデンサＣの端子間電圧、すなわちシステム電圧ＶＨを検出するための電圧センサ４６が配置される。電圧センサ４６による検出値は、ＥＣＵ１００へ出力される。

ＥＣＵ１００は、コンバータ１０を制御するための信号ＰＷＣ１，ＳＤ１，ＵＡ１を生成し、負荷装置の状態に応じて選択されたいずれかの信号をコンバータ１０へ出力する。また、ＥＣＵ１００は、コンバータ１２を制御するための信号ＰＷＣ２，ＳＤ２，ＵＡ２を生成し、いずれかの信号をコンバータ１２へ出力する。

ＥＣＵ１００は、コンバータ１０から短絡信号ＳＨ１を受けるとシャットダウン信号ＳＤ１をコンバータ１０へ出力する。同様にＥＣＵ１００は、コンバータ１２から短絡信号ＳＨ２を受けるとシャットダウン信号ＳＤ２をコンバータ１２へ出力する。

また、ＥＣＵ１００は、負荷装置の駆動のために電源システムに対して要求されるパワー（以下では「要求パワー」と称する。）ＰＲの入力を受ける。たとえば、要求パワーＰＲは、アクセルペダルの開度や車両速度などに基づいて、ハイブリッド車両１０００の全体を統合制御する車両ＥＣＵ（図示せず）によって演算される。

さらに、ＥＣＵ１００は、インバータ２０，２２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれインバータ２０，２２へ出力する。

図２は、図１に示したコンバータ１０，１２の構成を示す回路図である。図２を参照して、コンバータ１０は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１と、駆動回路３１，３２とを含む。

本実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用されるものとするが、制御信号によってオン・オフを制御可能であれば任意のスイッチング素子を適用可能である。たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やバイポーラトランジスタ等についても用いることができる。なお、これらの半導体スイッチング素子の制御電極を、以下では「ゲート」と総称することにする。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、正極ラインＰＬＭと負極ラインＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬ１の一方端は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードに接続され、その他方端は、正極ラインＰＬ１に接続される。駆動回路３１，３２はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電極にそれぞれ接続される。駆動回路３１，３２はＥＣＵ１００からの信号ＰＷＣ１に従って、対応するスイッチング素子のゲート電極にゲート信号（駆動電圧）を供給する。これによりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が駆動される。

コンバータ１２は、コンバータ１０と同様の構成を有する。コンバータ１０の構成において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４にそれぞれ置き換え、ダイオードＤ１，Ｄ２をダイオードＤ３，Ｄ４にそれぞれ置き換え、リアクトルＬ１、正極ラインＰＬ１をリアクトルＬ２、正極ラインＰＬ２にそれぞれ置き換え、駆動回路３１，３２を駆動回路３３，３４にそれぞれ置き換えた構成がコンバータ１２の構成に対応する。

コンバータ１０，１２は、チョッパ回路から成る。そして、コンバータ１０（１２）は、ＥＣＵ１００（図１）からの信号ＰＷＣ１（ＰＷＣ２）に基づいて、正極ラインＰＬ１（ＰＬ２）の電圧をリアクトルＬ１（Ｌ２）を用いて昇圧し、その昇圧した電圧を正極ラインＰＬＭへ出力する。具体的には、スイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）および／またはスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４）のオン・オフ期間比（デューティ）を制御することによって、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２からの出力電圧の昇圧比を制御できる。

一方、コンバータ１０（１２）は、ＥＣＵ１００（図示せず）からの信号ＰＷＣ１（ＰＷＣ２）に基づいて、正極ラインＰＬＭの電圧を降圧し、その降圧した電圧を正極ラインＰＬ１（ＰＬ２）へ出力する。具体的には、スイッチング素子Ｑ１（Ｑ３）および／またはスイッチング素子Ｑ２（Ｑ４）のオン・オフ期間比（デューティ）を制御することによって、正極ラインＰＬＭの電圧の降圧比を制御できる。

図３は、図１に示したＥＣＵ１００の機能ブロック図である。図３を参照して、ＥＣＵ１００は、コンバータ制御部２００と、インバータ制御部１１０，１２０とを含む。

コンバータ制御部２００は、電圧センサ４２によって検出された電圧ＶＢ１、電圧センサ４６によって検出された電圧ＶＨ、および電流センサ５２によって検出された電流Ｉ１に基づいて、コンバータ１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン・オフするためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号ＰＷＣ１を生成する。また、コンバータ１０を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ１および、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定する上アームオン信号ＵＡ１を生成する。

そして、コンバータ制御部２００は、負荷装置の状態に応じて選択される動作モードに従って、ＰＷＭ信号ＰＷＣ１、シャットダウン信号ＳＤ１および上アームオン信号ＵＡ１のうちの１つを選択的にコンバータ１０へ出力する。動作モードの選択については、後程詳細に説明する。

コンバータ制御部２００は、同様に、電圧センサ４４によって検出された電圧ＶＢ２、電圧ＶＨ、および電流センサ５４によって検出された電流Ｉ２に基づいて、コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオン・オフするためのＰＷＭ信号ＰＷＣ２を生成する。また、コンバータ１２を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ２および、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４をオンおよびオフにそれぞれ固定する上アームオン信号ＵＡ２を生成する。

そして、コンバータ制御部２００は、負荷装置の状態に応じて選択される動作モードに従って、ＰＷＭ信号ＰＷＣ２、シャットダウン信号ＳＤ２および上アームオン信号ＵＡ２のうちの１つを選択的にコンバータ１０へ出力する。

コンバータ制御部２００は、さらに、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のそれぞれの残存容量（ＳＯＣ（State of Charge）とも呼ばれる）である残存容量ＳＯＣ１，ＳＯＣ２を受ける。この残存容量は、たとえば蓄電装置が満充電状態であるときに１００％であると定義され、蓄電装置が完全に放電した状態であるときに０％であると定義される。残存容量ＳＯＣ１（ＳＯＣ２）は、電圧ＶＢ１（ＶＢ２）や電流Ｉ１（またはＩ２）、温度Ｔ１（またはＴ２）などを用いて、種々の公知の手法により算出することができる。

コンバータ制御部２００は、さらに短絡信号ＳＨ１，ＳＨ２を受ける。コンバータ制御部２００は、短絡信号ＳＨ１を受けた場合にはシャットダウン信号ＳＤ１を出力する一方、短絡信号ＳＨ２を受けた場合にはシャットダウン信号ＳＤ２を出力する。

インバータ制御部１１０は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１、モータ電流ＭＣＲＴ１およびロータ回転角θ１、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０に含まれるパワートランジスタをオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ１としてインバータ２０へ出力する。

インバータ制御部１２０は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ２、ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２２に含まれるパワートランジスタをオン・オフするためのＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩ２としてインバータ２２へ出力する。

なお、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２は、たとえば、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度などに基づいて、図示されない車両ＥＣＵによって算出される。また、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ１，θ２の各々は、図示されないセンサによって検出される。

次に、コンバータ１０，１２の制御について詳細に説明する。まず、図４および図５を用いて、ＰＷＭ信号を生成するコンバータ制御について説明する。

図４は、コンバータ１０，１２の通常制御（電圧／電流制御）を説明する機能ブロック図である。図４を参照して、コンバータ制御部２００（図３）は、目標値設定部２１０と、電圧制御部２１５−１と、電流制御部２１５−２とを含む。図４の例では、通常制御時には、コンバータ１０が電圧制御されてシステム電圧ＶＨを目標電圧ＶＲに制御する一方で、コンバータ１２が電流制御されて、対応の蓄電装置Ｂ２の充放電電流を目標電流ＩＲに制御するものとする。

目標値設定部２１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク（代表的には、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２）および回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２（指令値あるいは、回転角θ１，θ２の検出に基づく検出値）、ならびに蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のＳＯＣ１，ＳＯＣ２に基づいて、電圧制御されるコンバータの目標電圧ＶＲおよび、電流制御されるコンバータの目標電流ＩＲを生成する。

目標値設定部２１０は、モータジェネレータＭＧ１および／またはＭＧ２の力行動作時および回生制動時においては、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２および回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に応じて、システム電圧ＶＨが適切なレベルとなるように目標電圧ＶＲを設定する。たとえば、図５に示すマップＭＰ０に従って、目標電圧ＶＲは設定される。

図５を参照して、マップＭＰ０は、回転速度ＭＲＮ（ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を総括的に示すもの、以下同じ）およびトルク指令値ＴＲ（ＴＲ１，ＴＲ２を総括的に示すもの、以下同じ）の組合わせによって示されるモータ動作点毎に、マップ値として目標電圧ＶＲを有する。マップＭＰ０の参照により、回転速度ＭＲＮおよびトルク（トルク指令値ＴＲ）に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に応じて適切な目標電圧ＶＲを設定できる。

基本的には、モータジェネレータＭＧ（ＭＧ１，ＭＧ２）を総括的に示すもの、以下同じ）による誘起電圧よりも高い電圧にシステム電圧ＶＨを設定して、モータ電流の制御が可能となるように、目標電圧ＶＲが設定される。また、システム電圧ＶＨに応じて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２での損失（銅損、鉄損）、インバータ２０，２２での損失（オン損失、スイッチング損失）、コンバータ１０，１２での損失（オン損失、スイッチング損失）、リアクトルＬ１，Ｌ２での損失（銅損、鉄損）等が変化するので、これらの損失特性についても考慮した上で、各モータ動作点でのマップ値（目標電圧ＶＲ）を設定することが好ましい。

具体的には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれに対してマップＭＰ０が別個に設定され、かつ、回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２およびトルク（トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２）に基づいたマップＭＰ０の参照により求められた、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれの目標電圧の最大値が、電源システム全体での目標電圧ＶＲに設定される。また、目標電流ＩＲは、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間の充電レベル（ＳＯＣ）が均衡するように考慮して設定される。

なお、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２の算出は、ユーザによるペダル操作を反映したハイブリッド車両１０００全体での要求パワーに基づいて実行される。特に、ハイブリッド自動車では、エンジンの出力パワーとモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生パワーとの配分が最適なものとなるように、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２が算出される。また、一般的に、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２は、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の入出力可能電力の制限値や、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２あるいはインバータ２０，２２等の温度上昇度合を反映して、必要に応じて制限される。

再び図４を参照して、電圧制御部２１５−１は、減算部２２２−１，２２６−１と、ＰＩ制御部２２４−１と、変調部２２８−１とを含む。減算部２２２−１は、目標電圧ＶＲからシステム電圧ＶＨを減算し、その演算結果をＰＩ制御部２２４−１へ出力する。ＰＩ制御部２２４−１は、目標電圧ＶＲとシステム電圧ＶＨとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部２２６−１へ出力する。

減算部２２６−１は、電圧ＶＢ１／目標電圧ＶＲで示されるコンバータ１０の理論昇圧比の逆数からＰＩ制御部２２４−１の出力を減算し、その演算結果をデューティ指令Ｔｏｎ１として変調部２２８−１へ出力する。変調部２２８−１は、デューティ指令Ｔｏｎ１と図示しない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいてＰＷＭ信号ＰＷＣ１を生成する。

電流制御部２１５−２は、減算部２２２−２，２２６−２と、ＰＩ制御部２２４−２と、変調部２２８−２とを含む。減算部２２２−２は、目標電流ＩＲから電流Ｉ２を減算し、その演算結果をＰＩ制御部２２４−２へ出力する。ＰＩ制御部２２４−２は、目標電流ＩＲと電流Ｉ２との偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部２２６−２へ出力する。

減算部２２６−２は、ＶＢ２／ＶＲで示されるコンバータ１２の理論昇圧比の逆数からＰＩ制御部２２４−２の出力を減算し、その演算結果をデューティ指令Ｔｏｎ２として変調部２２８−２へ出力する。変調部２２８−２は、デューティ指令Ｔｏｎ２と図示されない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいてＰＷＭ信号ＰＷＣ２を生成する。

電圧制御部２１５−１は、目標電圧ＶＲに対してシステム電圧ＶＨが低い場合、および理論昇圧比の逆数（ＶＢ１／ＶＲ）が低下した場合には、下アーム素子（Ｑ２）のオン期間比が上昇（または、上アーム素子（Ｑ１）のオフ期間比が上昇）するように、ＰＷＭ信号ＰＷＣ１を生成する。

一方、電流制御部２１５−２は、蓄電装置Ｂ２から出力される電流Ｉ２が目標電流ＩＲよりも低いとき、および理論昇圧比の逆数（ＶＢ２／ＶＲ）が上昇した場合には、下アーム素子（Ｑ４）のオン期間比が上昇するようにＰＷＭ信号ＰＷＣ２を生成する。

なお、電流制御部２１５−２は、蓄電装置Ｂ２の充電時、すなわち目標電流ＩＲが負値（ＩＲ＜０）に設定される場合には、目標電流ＩＲよりも電流Ｉ２（Ｉ２＜０）が低いときに（｜ＩＲ｜＜｜Ｉ２｜、すなわち充電電流過大時）、上アーム素子（Ｑ３）のオン期間比が低下するようにＰＷＭ信号ＰＷＣ２を生成する。反対に、充電電流不足時（ＩＲ＜Ｉ２、すなわち｜ＩＲ｜＞｜Ｉ２｜のとき）には、上アーム素子（Ｑ３）のオン期間比が上昇するようにＰＷＭ信号ＰＷＣ２が生成される。

図４に示した制御構成によって、上アーム素子Ｑ１および／またはＱ３ならびに下アーム素子Ｑ２および／またはＱ４のスイッチング（オン・オフ）動作による、コンバータ１０の電圧制御およびコンバータ１２の電流制御によって、システム電圧ＶＨおよび蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の充放電バランスを制御することができる。

これにより、本実施の形態の電源システムでは、力行動作時には、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２から放電された電力を、負荷装置の入力電圧としてのシステム電圧ＶＨに変換して、電力線（正極ラインＰＬＭ）に出力するように電力変換動作が実行される。一方、回生制動動作時には、電力線（正極ラインＰＬＭ）上の充電電力により、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２を充電するように電力変換動作が実行される。

なお、図４では、コンバータ１０によって電圧制御が実行される一方で、コンバータ１２によって電流制御が実行される構成例が示されるが、電圧制御および電流制御をいずれのコンバータで実行するかについては切換可能である。たとえば、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のＳＯＣ等に応じて、電圧制御／電流制御を行なうコンバータを切換えることが可能である。

図６は、図３に示したコンバータ制御部２００によるコンバータ１０，１２の動作モード制御の構成を説明する機能ブロック図である。

図６を参照して、コンバータ制御部２００（図３）は、コンバータ１０を制御するための、電圧／電流制御部２２０−１、上アームＯＮ指示部２３０−１、シャットダウン指示部２３５−１および指示選択部２４０−１を含む。

さらに、コンバータ制御部２００（図３）は、コンバータ１２を制御するための、電圧／電流制御部２２０−２、上アームＯＮ指示部２３０−２、シャットダウン指示部２３５−２および指示選択部２４０−２と、電圧判定部２５０と、モード判定部２６０とを含む。

電圧／電流制御部２２０−１は、たとえば、図４に示した電圧制御部２１５−１および電流制御部２１５−２の一方によって構成され、目標電圧ＶＲに従った電圧制御または目標電流ＩＲに従った電流制御のためのＰＷＭ信号ＰＷＣ１を発生する。上アームＯＮ指示部２３０−１は、コンバータ１０を上アームオン固定するための上アームオン信号ＵＡ１を発生する。上アームオン信号ＵＡ１に従えば、コンバータ１０において、上アームのスイッチング素子Ｑ１がオンに固定される一方で、下アームのスイッチング素子Ｑ２はオフに固定される。

シャットダウン指示部２３５−１は、コンバータ１０の動作を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ１を出力する。シャットダウン信号ＳＤ１に従えば、コンバータ１０において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はいずれもオフに固定される。

指示選択部２４０−１は、モード判定部２６０からのモード制御信号ＭＳ１に従って、ＰＷＭ信号ＰＷＣ１、上アームオン信号ＵＡ１およびシャットダウン信号ＳＤ１のうちの１つをコンバータ１０へ出力する。

同様に、電圧／電流制御部２２０−２は、たとえば、図４に示した電圧制御部２１５−１および電流制御部２１５−２の他方によって構成され、目標電流ＩＲに従った電流制御または目標電圧ＶＲに従った電圧制御のためのＰＷＭ信号ＰＷＣ２を発生する。上アームＯＮ指示部２３０−２は、コンバータ１２を上アームオン固定するための上アームオン信号ＵＡ２を発生する。上アームオン信号ＵＡ２に従えば、コンバータ１２において、上アームのスイッチング素子Ｑ３がオンに固定される一方で、下アームのスイッチング素子Ｑ４はオフに固定される。

シャットダウン指示部２３５−２は、コンバータ１２の動作を停止するためのシャットダウン信号ＳＤ２を出力する。シャットダウン信号ＳＤ２に従えば、コンバータ１２において、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４はいずれもオフに固定される。

指示選択部２４０−２は、モード判定部２６０からのモード制御信号ＭＳ１に従って、ＰＷＭ信号ＰＷＣ１、上アームオン信号ＵＡ１およびシャットダウン信号ＳＤ１のうちの１つをコンバータ１０へ出力する。

電圧判定部２５０は、電圧センサ４２，４４に検出された電圧ＶＢ１，ＶＢ２に基づいて、蓄電装置Ｂ１およびＢ２のいずれの出力電圧が高いかを判定して、その判定結果を示す信号ＦＶを出力する。すなわち信号ＦＶによって、複数の蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のうちの、出力電圧が最高である蓄電装置（以下、「最高電圧蓄電装置」とも称する）が示されることとなる。

モード判定部２６０は、負荷装置（インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）の駆動のために、電源システムに対して要求される要求パワーＰＲと、目標値設定部２１０によって設定された目標電圧ＶＲとに基づいて、コンバータ１０，１２の動作モードを判定する。具体的には、モード判定部２６０は、コンバータ１０，１２の双方を動作させる「２ＣＮＶモード」、コンバータ１０，１２の一方のみを動作させて電圧制御を実行する「１ＣＮＶモード」、および最高電圧蓄電装置に対応するコンバータにおいて上アームのスイッチング素子をオンに固定する一方で、他方のコンバータの動作を停止させる「上アームＯＮモード」のいずれかを選択する。モード判定部２６０は、上アームＯＮモードでは、電圧判定部２５０からの信号ＦＶに従って、コンバータ１０，１２のうちのいずれが最高電圧蓄電装置であるかを判定する。

より詳細には、モード判定部２６０は、２ＣＮＶモードの選択時には、指示選択部２４０−１，２４０−２が、ＰＷＭ信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を選択してコンバータ１０，１２へ出力するように、モード制御信号ＭＳ１，ＭＳ２を設定する。また、モード判定部２６０は、１ＣＮＶモードの選択時には、電圧制御を実行させるコンバータ１０，１２の一方において、ＰＷＭ信号ＰＷＣ（ＰＷＣ１およびＰＷＣ２を総括的に表記するもの）が選択され、他方のコンバータにおいて、シャットダウン信号ＳＤ（ＳＤ１およびＳＤ２を総括的に表記するもの）が選択されるように、モード制御信号ＭＳ１，ＭＳ２を設定する。なお、１ＣＮＶモードにおいて電圧制御を実行させるコンバータについては、コンバータ１０，１２の所定の一方を固定的に選択するようにしてもよく、そのときの出力電圧やＳＯＣに応じて、電圧制御を実行させるコンバータを都度選択するようにしてもよい。

また、モード判定部２６０は、上アームＯＮモードでは、信号ＦＶによって示される最高電圧蓄電装置に対応するコンバータに対して、上アームオン信号ＵＡ（ＵＡ１，ＵＡ２を総括的に表記するもの）が出力され、他方のコンバータに対して、シャットダウン信号ＳＤが出力されるように、モード制御信号ＭＳ１，ＭＳ２を設定する。

図７は、図２に示した駆動回路３１の構成を説明するブロック図である。図７を参照して、駆動回路３１は、ゲート駆動回路７１と、上アームＯＮ判定回路７２と、ゲート遮断指令生成回路７３と、ＡＮＤ回路７４と、過電流検知レベル切換回路７５と、センス抵抗７６と、比較器７７とを備える。なお、上アームＯＮ判定回路７２、ＡＮＤ回路７４、過電流検知レベル切換回路７５、センス抵抗７６、および比較器７７は、本発明の「過電流検知部」を構成する。

ゲート駆動回路７１は、ＥＣＵ１００からの信号に応答してスイッチング素子Ｑ１を駆動する（スイッチング素子Ｑ１のゲート電極に供給する）ためのゲート信号Ｇを生成する。ゲート駆動回路７１はたとえば信号ＰＷＣ１を増幅することによりゲート信号Ｇを生成する。さらにゲート駆動回路７１は、ＥＣＵ１００からの信号がシャットダウン信号ＳＤ１である場合、またはゲート遮断指令生成回路７３からの指令ＳＧを受けた場合には、スイッチング素子Ｑ１の動作を停止させる（ゲートを遮断する）ためのゲート信号Ｇを生成する。

上アームＯＮ判定回路７２は、ＥＣＵ１００からの信号が信号ＵＡ１であることを検知すると、コンバータ１０の上アーム（スイッチング素子Ｑ１）がオン状態に固定されたと判定する。上アームＯＮ判定回路７２は、その判定結果を示すフラグＦＬＧをオンする。なお本実施の形態では、「フラグＦＬＧがオン」とは、フラグＦＬＧの電位レベルがＨ（論理ハイ）レベルであることを意味し、「フラグＦＬＧがオフ」とは、フラグＦＬＧの電位レベルがＬ（論理ロー）レベルであることを意味する。

ゲート遮断指令生成回路７３は、スイッチング素子Ｑ１に過電流が流れた場合に、指令ＳＧを生成してゲート駆動回路７１に出力する。

過電流検知レベル切換回路７５は、フラグＦＬＧがオフしている場合には、過電流検知レベルに対応する電圧ＶＬＶの値をある初期値に設定し、フラグＦＬＧがオンした場合には、電圧ＶＬＶの値をその初期値よりも低く設定する。

センス抵抗７６は、スイッチング素子Ｑ１から出力される電流Ｉｃを検出するためのものである。スイッチング素子Ｑ１からは電流Ｉｃ，Ｉｓが出力される。電流Ｉｃは、図３に示すリアクトルＬ１等に流れる電流である。一方、電流Ｉｓは電流Ｉｃに比例した大きさを有する電流である。したがって電流Ｉｓを検知することによって電流Ｉｃの大きさを把握することができる。

電流Ｉｓはセンス抵抗７６によって電圧Ｖｓに変換される。以後、この電圧Ｖｓを「センス電圧」と呼ぶことにする。

比較器７７は、センス電圧Ｖｓと電圧ＶＬＶとを比較する。電流Ｉｃの増大に伴って電流Ｉｓが大きくなると、センス電圧Ｖｓが電圧ＶＬＶよりも大きくなる。この場合、比較器７７は検知信号ＯＣを出力する。なお「検知信号ＯＣの出力」とは、検知信号ＯＣの電位レベルがＨレベルであることを意味する。

ＡＮＤ回路７４は、フラグＦＬＧと検知信号ＯＣとを受ける。フラグＦＬＧおよび検知信号ＯＣの電位レベルがともにＨレベルである場合、ＡＮＤ回路７４は短絡信号ＳＨ１を出力する。フラグＦＬＧおよび検知信号ＯＣの電位レベルがともにＨレベルということは、コンバータ１０の上アーム（スイッチング素子Ｑ１）がオン状態であり、かつスイッチング素子Ｑ１に過電流が流れた状態である。なお「短絡信号ＳＨ１の出力」とは短絡信号ＳＨ１の電位レベルがＨレベルであることを意味する。

図２に戻り、蓄電装置Ｂ２の電圧（ＶＢ２）が蓄電装置Ｂ１の電圧（ＶＢ１）よりも高いにも関わらず、スイッチング素子Ｑ１がオン状態になった場合には、正極ラインＰＬ２、リアクトルＬ２、ダイオードＤ３、正極ラインＰＬＭ、スイッチング素子Ｑ１、リアクトルＬ１によって、蓄電装置Ｂ２と蓄電装置Ｂ１とを短絡する電流経路が形成される。したがって蓄電装置Ｂ２から蓄電装置Ｂ１に大電流が流れるおそれがある。すなわち、出力電圧の低いほうの蓄電装置に対応するコンバータの上アームがオン固定されると、大電流が流れるおそれがある。

本実施の形態では、コンバータ１０の上アーム（スイッチング素子Ｑ１）がオン状態である場合に、過電流検知レベルを低下させる。これにより蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の短絡を速やかに検出できる。したがって、蓄電装置、スイッチング素子、ダイオード等、大電流により損傷を受ける可能性がある素子を速やかに保護することができる。

図８は、スイッチング素子Ｑ１および駆動回路３１の物理的配置を示した模式図である。図８を参照して、スイッチング素子Ｑ１および駆動回路３１の各々は１つの半導体チップにより形成され、かつモジュール８０に搭載される。すなわち駆動回路３１はスイッチング素子Ｑ１の近傍に配置される。

スイッチング素子Ｑ１と駆動回路３１とはワイヤ８１により電気的に接続される。具体的にはスイッチング素子Ｑ１および駆動回路３１はパッド８２，８３をそれぞれ有する。パッド８２，８３はワイヤ８１により電気的に接続される。

スイッチング素子Ｑ１は、同一の処理により製造された複数のセルトランジスタＣＬを有する。複数のセルトランジスタＣＬの一部は、スイッチング素子Ｑ１の出力電流（図７の電流Ｉｃ）を検知するためのセンス素子ＳＮＳとして機能する。複数のセルトランジスタＣＬの各々は基本的に同一の特性を有するので、センス素子ＳＮＳに含まれるセルトランジスタＣＬの数と、スイッチング素子Ｑ１のうちセンス素子ＳＮＳ以外の残りの部分に含まれるセルトランジスタＣＬの数との比は、電流Ｉｓと電流Ｉｃとの比に等しいとみなすことができる。したがって電流Ｉｓを検出すれば電流Ｉｃを検出できる。

駆動回路３３はスイッチング素子Ｑ１に代えてスイッチング素子Ｑ３を駆動する点、および短絡信号ＳＨ１に代えて短絡信号ＳＨ２を出力する点において駆動回路３１と異なるものの、その構成は図７に示す駆動回路３１の構成と同様である。また、スイッチング素子Ｑ３および駆動回路３３の物理的配置は図８に示したスイッチング素子Ｑ１および駆動回路３１の物理的配置と同様である。すなわち駆動回路３３はスイッチング素子Ｑ３の近傍に配置される。

図９は、モード判定部２６０による動作モード選択の制御処理を説明するフローチャートである。図９に示したフローチャートは、ＥＣＵ１００に予め格納されたプログラムを所定の制御周期で実行することによって実現される。

図９を参照して、ＥＣＵ１００は、負荷装置の状態に応じて、より具体的には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルクおよび回転数に応じて、システム電圧ＶＨの目標電圧ＶＲを設定する（ステップＳ１００）。そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１０により、負荷装置（インバータ２０，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）の駆動のために、電源システムに対して要求される要求パワーＰＲを取得する。この要求パワーＰＲは、上位の車両ＥＣＵ（図示せず）によって車両状態に基づいて決定される。あるいは、ＥＣＵ１００によって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値および回転数の積に基づく演算が実行されてもよい。

さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２０により、ステップＳ１１０で取得された要求パワーＰＲが、基準値Ｐｔｈよりも高いかどうかを判定する。この基準値Ｐｔｈは、一方のコンバータを停止させても、すなわち一方の蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の一方によって、要求パワーＰＲを供給可能な範囲に合わせて設定される。基準値Ｐｔｈは、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２のスペックに応じた固定値であってもよく、ＳＯＣ１、ＳＯＣ２によって可変な値としてもよい。

要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈよりも高い場合（ステップＳ１２０のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４０により、動作モードを２ＣＮＶモードに設定する。２ＣＮＶモードでは、コンバータ１０，１２の一方が電圧制御され、他方が電流制御される。

なお、上述のように、電圧制御および電流制御の分担は予め固定されてもよく、そのときの蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の状態に応じて、適宜選択するようにしてもよい。

一方、要求パワーＰＲが基準値Ｐｔｈ以下のとき（Ｓ１２０のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１３０に処理を進めて、目標電圧ＶＲに照らしてコンバータ１０，１２による昇圧動作が必要であるかどうかを判断する。

そして、ＥＣＵ１００は、昇圧動作が必要であるとき（Ｓ１３０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１５０により、動作モードを１ＣＮＶモードに設定する。１ＣＮＶモードでは、コンバータ１０，１２の一方で電圧制御が実行され、他方のコンバータがシャットダウン、すなわち動作を停止するように制御される。なお、電圧制御を実行するコンバータは、コンバータ１０，１２のうちの一方を固定的に指定してもよく、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の状態（代表的には出力電圧あるいはＳＯＣの高・低）に応じて都度選択するようにしてもよい。

これに対して、ステップＳ１３０がＮＯ判定時のとき、すなわち要求パワーＰＲが一方の蓄電装置によって供給可能な範囲であり、かつ、コンバータ１０，１２による昇圧が不要であるときには、ＥＣＵ１００は、コンバータ１０，１２全体での損失をできるだけ抑制するために、ステップＳ２００により上アームＯＮモードを選択する。

図１０は、ステップＳ２００における上アームＯＮモードでの処理を詳細に説明するフローチャートである。図１０を参照して、上アームＯＮモードが指定されると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１０により、電圧判定処理を実行する。電圧判定処理では、複数個の蓄電装置から、出力電圧が最も高い「最高電圧蓄電装置」を判別する。すなわち、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の出力電圧ＶＢ１，ＶＢ２の高低が判断される。

そして、ＥＣＵ２１０は、ＶＢ１≧ＶＢ２と判断されたとき（ステップＳ２２０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２３０に処理を進めて、コンバータ１０（ＣＮＶ１）を上アームＯＮ固定とする一方で、コンバータ１２（ＣＮＶ２）をシャットダウンする。反対に、ＶＢ１＜ＶＢ２と判断されたとき（ステップＳ２２０のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２４０に処理を進めて、コンバータ１０（ＣＮＶ１）をシャットダウンする一方で、コンバータ１２（ＣＮＶ２）を上アームＯＮ固定とする。すなわち、最高電圧蓄電装置に対応するコンバータが上アームＯＮ固定の対象とされ、残余のコンバータは動作を停止される。

ＥＣＵ１００は、さらに、ステップＳ２５０により、上アームＯＮ固定モードへの移行シーケンスを実行する。具体的には、ステップＳ２５０では、ステップＳ２３０，２４０によって、シャットダウンが指示されたコンバータの各スイッチング素子をターンオフするとともに、上アームＯＮ固定が指示されたコンバータによって、システム電圧ＶＨを一定レートで低下させる電圧制御をまず実行する。この処理時には、目標電圧ＶＲが現在の値から最高電圧蓄電装置の出力電圧に向けて一定レートで徐減されていく。そして、システム電圧ＶＨが所定レベル（最高電圧蓄電装置の出力電圧近傍）まで低下すると、上アームＯＮ固定が指示されたコンバータにおいて、上アームのスイッチング素子がオン状態に固定される。

なお、図１０に示していないものの、ステップＳ２５０は、他モードから上アームＯＮモードへの移行時に実行されるものであり、上アームＯＮモードの継続中にはスキップされるものとする。

このように図９および図１０に従った制御処理を行なうことにより、電源システムへの要求パワーが単一の蓄電装置によって供給可能な範囲であり、かつ、コンバータ１０、１２による昇圧動作が不要な目標電圧ＶＲが設定されているときには、上アームＯＮモードを選択して、コンバータ１０，１２での損失を抑制した上で、電源システムおよび負荷装置間の電力授受を実行できる。

さらに、最高電圧蓄電装置に対応したコンバータを上アームＯＮ固定のコンバータに指定することにより、蓄電装置間での短絡電流を生じさせることなく、上アームＯＮモードを開始できる。すなわち、蓄電装置およびコンバータ間を都度リレー等で遮断することなく、他の動作モードから上アームＯＮモードへの移行を実現できる。

ただし、最高電圧蓄電装置を判別する際に、電圧センサ４２，４４の精度が問題となる。すなわち、検出精度の低い電圧センサの出力値に基づいて、ステップＳ２１０，２２０（図１０）の処理を実行すれば、上アームをオン固定とすべきコンバータを誤って指定してしまうおそれがある。この場合には、上記のように、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２の間に大電流が流れるおそれがある。

また、蓄電装置が放電されることにより、その電圧が低下する。したがって、たとえば上アームＯＮモードが選択された時点には、蓄電装置Ｂ１の電圧ＶＢ１が蓄電装置Ｂ２の電圧ＶＢ２より高くても、蓄電装置Ｂ１を放電させるうちに、電圧ＶＢ１が電圧ＶＢ２より低くなる可能性がある。しかしながら上アームＯＮモードが選択された時点においては蓄電装置Ｂ１が最高電圧蓄電装置に設定されているため、コンバータ１０の上アームがオン固定されている。したがって、蓄電装置Ｂ１の放電によって電圧ＶＢ１が電圧ＶＢ２よりも低下した場合に、蓄電装置Ｂ１，Ｂ２間に大電流が流れるおそれがある。

そこで、本実施の形態では、以下に説明するように、コンバータ１０（１２）の上アームがオン状態である場合に、過電流検知レベル切換回路７５が過電流検知レベル（電圧ＶＬＶ）を低下させる。さらに過電流が検知された場合（検知信号ＯＣが比較器７７から出力された場合）には、オン状態にある上アーム（スイッチング素子Ｑ１またはＱ３）を停止する（オフ状態にする）。

図１１は、スイッチング素子の駆動回路により過電流が検知された場合のＥＣＵ１００の処理を示すフローチャートである。図１１に示したフローチャートは、ＥＣＵ１００に予め格納されたプログラムを所定の制御周期で実行することによって実現される。

図１１を参照して、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３１０により短絡信号ＳＨ１（またはＳＨ２）を受信したか否かを判定する。信号ＳＨ１，ＳＨ２のいずれも受信していない場合（ステップＳ３１０のＮＯ判定時）には、全体の処理はメインルーチンに戻される。ＥＣＵ１７０は、信号ＳＨ１，ＳＨ２のいずれかを受信した場合（ステップＳ３１０のＹＥＳ判定時）、ステップＳ３２０により、対応するコンバータの上アームを停止する（オフする）。すなわち、ＥＣＵ１７０は、信号ＳＨ１を受信した場合には、コンバータ１０の上アームをオフする。一方、ＥＣＵ１７０は、信号ＳＨ２を受信した場合には、コンバータ１２の上アームをオフする。

図１２は、スイッチング素子の駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。なお図１２のタイミングチャートは駆動回路３１の動作を示すものであるが、駆動回路３３の動作についても図１２に示すタイミングチャートと同様である。

図１２および図７を参照して、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間においては、ＥＣＵ１００は、コンバータ１０を２ＣＮＶモードあるいは１ＣＮＶモードに従って制御する。この期間にはＥＣＵ１００から駆動回路３１に信号ＰＷＣ１が送信される。ゲート駆動回路７１は信号ＰＷＣ１に同期したゲート信号Ｇを生成する。

また、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間においては、ＥＣＵ１００からの信号（信号ＰＷＣ１）が周期Ｔで変化する。したがって上アームＯＮ判定回路７２は、上アームがオン固定されていないと判断して、フラグＦＬＧをオフ状態にする。過電流検知レベル切換回路７５は、オフ状態のフラグＦＬＧに応じて、過電流検知レベルを示す電圧ＶＬＶの値を初期値に設定する。

スイッチング素子Ｑ１はゲート信号Ｇに応答してオンおよびオフする。これにより電流Ｉｃ，Ｉｓが周期的に変化する。ただし電流Ｉｓのピーク値は過電流検知レベルよりも小さい。すなわちセンス電圧Ｖｓが電圧ＶＬＶよりも小さい。したがって、比較器７７は検知信号ＯＣを出力しない。すなわち検知信号ＯＣの電位はＬレベルである。

フラグＦＬＧがオフ状態であり、かつ検知信号ＯＣが出力されていないため、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間においては、ＡＮＤ回路７４は短絡信号ＳＨ１を出力しない。

時刻ｔ２において、ＥＣＵ１００は上アームＯＮモードに従ってコンバータ１０を制御する。この場合、ＥＣＵ１００からの信号（信号ＵＡ１）は信号ＰＷＣ１の周期Ｔよりも長い期間、Ｈレベルに保たれる。上アームＯＮ判定回路７２は、ＥＣＵ１００からの信号がＨレベルである期間ＴＡがＴよりも長いため、上アーム（スイッチング素子Ｑ１）がオン固定されたと判断し、フラグＦＬＧをオンする。フラグＦＬＧがオフ状態からオン状態に切換わることにより、過電流検知レベル切換回路７５は、電圧ＶＬＶを低下させる。

ここで、図１２のタイミングチャートは、電圧センサの誤動作等の理由により、上アーム（スイッチング素子Ｑ１）がオン固定され、時刻ｔ２以後において電流Ｉｃ，Ｉｓが急激に増加したことを示している。そして時刻ｔ３において電流Ｉｓの値が過電流検知レベルに達する。従ってセンス電圧Ｖｓが電圧ＶＬＶより大きくなる。

比較器７７は、センス電圧Ｖｓが電圧ＶＬＶより大きくなったことに応じて検知信号ＯＣを出力する。さらに、ＡＮＤ回路７４は、フラグＦＬＧがオン状態であり、かつ検知信号ＯＣが出力されているので、短絡信号ＳＨ１を出力する。

ゲート遮断指令生成回路７３は、検知信号ＯＣの出力に応答して、ゲート信号Ｇをオフするための指令ＳＧをゲート駆動回路７１に出力する。この指令ＳＧに応じてゲート駆動回路７１はスイッチング素子Ｑ１のゲートをオフする（遮断する）。よって上アーム（スイッチング素子Ｑ１）が停止する。

また、ＥＣＵ１００は、短絡信号ＳＨ１を受けてシャットダウン信号ＳＤ１を出力する。ただしＥＣＵ１００は、信号ＵＡ１を出力する処理を所定の制御周期で繰返している。したがってＥＣＵ１００は、シャットダウン信号ＳＤ１を受信した時点における制御ルーチンの次のルーチンでシャットダウン信号ＳＤ１を出力する。このため時刻ｔ３において短絡信号ＳＨ１がＡＮＤ回路７４から送信されても、ＥＣＵ１００からシャットダウン信号が送信されるまでに、ある程度の期間ＴＢ（たとえばＥＣＵ１００の制御周期のほぼ１周期分）を要する。

本実施の形態では、ＥＣＵ１００に加えてゲート遮断指令生成回路７３がスイッチング素子Ｑ１のゲートを遮断するための指令を生成する。図８に示したように、ゲート遮断指令生成回路７３を含む駆動回路３１はスイッチング素子Ｑ１の近傍に配置されている。したがって、比較器７７による過電流の検知から、スイッチング素子Ｑ１のゲートの遮断までに要する時間を短くすることができる。したがってスイッチング素子Ｑ１に大電流が流れるのを未然に防ぐことができる。

さらに、ＥＣＵ１００からのシャットダウン信号ＳＤ１に応じて上アームＯＮ判定回路７２がフラグＦＬＧをオフする。過電流検知レベル切換回路７５はフラグＦＬＧがオフになると電圧ＶＬＶの値を初期値に戻す。さらに、ＡＮＤ回路７４はフラグＦＬＧがオフになると短絡信号ＳＨ１の出力を終了する。さらにスイッチング素子Ｑ１が停止しているために電流Ｉｓが流れなくなるので、センス電圧Ｖｓが０となる。また、フラグＦＬＧがオフになるため、過電流検知レベル切換回路７５は電圧ＶＬＶの値を初期値に戻す。したがって、比較器７７からの検知信号ＯＣの出力が終了する。応じてゲート遮断指令生成回路７３は指令ＳＧの出力を終了する。

スイッチング素子Ｑ１が停止した後には、ＥＣＵ１００がコンバータの制御を通常の制御（たとえば１ＣＮＶモード）に復帰させる（時刻ｔ４）。コンバータの制御を通常制御に復帰させるための条件は特に限定されない。たとえばスイッチング素子Ｑ１を停止させてから所定の時間が経過した後にコンバータの制御を通常の制御に復帰させてもよい。

以上説明したように、本実施の形態による電源システムによれば、負荷装置（モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）の状態に応じて、コンバータ１０，１２による昇圧動作の要否および要求パワーＰＲのレベルに応じて、最高電圧蓄電装置に対応するコンバータで上アームのスイッチング素子をオン状態に固定するとともに、他のコンバータをシャットダウンさせる動作モード（上アームＯＮモード）を選択することができる。したがって、上アーム素子のオンによって蓄電装置間に短絡電流が発生することを防止しつつ、スイッチング損失を抑制するための上アームＯＮモードを、負荷装置の状態に応じて適切に選択できる。

そして本実施の形態による電源システムによれば、上アームＯＮモードにおいて過電流検知レベルを低下させる。これにより、蓄電装置間に短絡電流が発生した場合であっても、その短絡電流が大きくなる前に蓄電装置間の短絡を速やかに検出できる。

さらに、本実施の形態による電源システムによれば、過電流の発生をスイッチング素子の駆動回路内に設けられた過電流検知部により検出する。これにより蓄電装置間の短絡を速やかに検知できるとともに、蓄電装置、スイッチング素子等の素子を速やかに保護することができる。

さらに、本実施の形態による電源システムによれば、過電流の発生が検出された場合において、駆動回路３１およびＥＣＵ１００により上アームを停止する。これにより蓄電装置、スイッチング素子等の素子を過電流から保護することができる。特に駆動回路３１により上アームを停止することで速やかな保護が実現できる。また駆動回路３１およびＥＣＵ１００により上アームを停止することで上記の素子を過電流から確実に保護することができる。

（変形例）
以上説明した実施の形態では、蓄電装置Ｂ１、Ｂ２およびそれぞれに対応するコンバータ１０，１２が備えられる、すなわち、蓄電装置およびコンバータの組が２個備えられる電源システムについて説明したが、本発明の適用はこのような構成に限定されるものではない。

すなわち、図１３に示すように、蓄電装置および対応のコンバータの組が３以上の複数個並列接続される構成の電源システムにおいても、本発明を適用できる。

なお、蓄電装置が３個以上の場合には、負荷装置からの要求パワーＰＲに応じて、動作させるコンバータの個数をさらに細分化して設定することができる。そして、２個以上の蓄電装置によって電力を供給する場合には、これらの蓄電装置に対応する２個以上の電力変換装置について、いずれか１個によって電圧制御を実行するとともに、残余のコンバータには電流制御を実行させればよい。

そして、１個の蓄電装置によって要求パワーＰＲがカバー可能であり、かつ、各コンバータによる昇圧が不要であるときに、上アームＯＮモードを選択すればよい。

蓄電装置が３個以上存在するときも、電圧センサの検出結果に基づいて複数の蓄電装置から最高電圧蓄電装置を判別し、その最高電圧蓄電装置に対応するコンバータの上アームをオン固定すればよい。この場合にも、電圧センサの精度により最高電圧蓄電装置の判別を誤る可能性、あるいは、上アームのオン固定中に蓄電装置の電圧が変動する可能性が考えられる。すなわち蓄電装置間の短絡が生じる可能性が考えられる。したがって本発明を適用することが可能である。

なお、ハイブリッド車両１０００に代えて、内燃機関を搭載しない電気自動車、燃料を用いて電気エネルギーを発生する燃料電池（Fuel Cell）をさらに搭載した燃料電池車にも本発明を適用できる。また、負荷装置を車両駆動力発生用の電動機（モータジェネレータ）に限定することなく、その他の負荷装置に適用される電源システムについても、蓄電装置およびコンバータ（電力変換装置）の組を複数個備える構成であれば、本願発明の適用が可能である。

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。

本発明による電源システムを搭載した車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体ブロック図である。 図１に示したコンバータ１０，１２の構成を示す回路図である。 図１に示したＥＣＵ１００の機能ブロック図である。 コンバータ１０，１２の通常制御（電圧／電流制御）を説明する機能ブロック図である。 目標電圧を設定するためのマップ構成を説明する概念図である。 図３に示したコンバータ制御部２００によるコンバータ１０，１２の動作モード制御の構成を説明する機能ブロック図である。 図２に示した駆動回路３１の構成を説明するブロック図である。 スイッチング素子Ｑ１および駆動回路３１の物理的配置を示した模式図である。 モード判定部２６０による動作モード選択の制御処理を説明するフローチャートである。 ステップＳ２００における上アームＯＮモードでの処理を詳細に説明するフローチャートである。 スイッチング素子の駆動回路により過電流が検知された場合のＥＣＵ１００の処理を示すフローチャートである。 スイッチング素子の駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 電源システムの構成の変形例を示すブロック図である。

符号の説明

２ エンジン、４ 動力分割機構、６ 車輪、１０，１２ コンバータ、２０，２２ インバータ、３１〜３４ 駆動回路、４２，４４，４６ 電圧センサ、５２，５４ 電流センサ、６２，６４ 温度センサ、７１ ゲート駆動回路、７２ 上アームＯＮ判定回路、７３ ゲート遮断指令生成回路、７４ ＡＮＤ回路、７５ 過電流検知レベル切換回路、７６ センス抵抗、７７ 比較器、８０ モジュール、８１ ワイヤ、８２，８３ パッド、１１０，１２０ インバータ制御部、２００ コンバータ制御部、２１０ 目標値設定部、２１５−１ 電圧制御部、２１５−２ 電流制御部、２２０−１ 電圧／電流制御部、２２２−１，２２２−２，２２６−１，２２６−２ 減算部、２２４−１，２２４−２ ＰＩ制御部、２２８−１，２２８−２ 変調部、２３０−１，２３０−２ 上アームＯＮ指示部、２３５−１，２３５−１ シャットダウン指示部、２４０−１，２４０−２ 指示選択部、２５０ 電圧判定部、２６０ モード判定部、１０００ ハイブリッド車両、Ｂ１，Ｂ２ 蓄電装置、Ｃ コンデンサ、ＣＬ セルトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード、Ｌ１，Ｌ２ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＭＰ０ マップ、ＮＬ 負極ライン、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬＭ 正極ライン、Ｑ１〜Ｑ４ 電力用半導体スイッチング素子、ＳＮＳ センス素子。

Claims (4)

1. 電力線に接続された負荷装置への電力の入出力を制御する電源システムであって、
   複数の蓄電装置と、
   前記複数の蓄電装置に対応してそれぞれ設けられて、前記複数の蓄電装置のうちの対応する蓄電装置と前記電力線との間で双方向の直流電力変換を行なう複数の電力変換装置と、
   前記複数の電力変換装置の動作を制御する制御装置と、
   前記複数の蓄電装置の入力電流および出力電流の少なくとも一方の電流の値が過電流レベルを越えた場合に、前記少なくとも一方の電流が過電流であることを検知する過電流検知部とを備え、
   前記複数の電力変換装置の各々は、
   前記対応する蓄電装置と前記電力線の間の電流経路に介挿接続される電力用半導体スイッチング素子と、
   前記対応する蓄電装置から前記電力線へ向かう方向を順方向として、前記電力用半導体スイッチング素子と並列に接続されるダイオード素子とを含み、
   前記制御装置は、
   各前記電力変換装置による前記直流電力変換を不要とする所定の条件を満たす場合に、前記複数の蓄電装置の中から選択された蓄電装置に対応する電力変換装置において前記電力用半導体スイッチング素子をオン固定するとともに、残余の電力変換装置の動作を停止させる第１の動作モードを選択し、前記所定の条件が成立しない場合においては、前記複数の電力変換装置のうちの少なくとも１つが前記直流電力変換を実行する第２の動作モードを選択するモード判定部を含み、
   前記過電流検知部は、前記第１の動作モードが選択された場合には、第２の動作モードが選択された場合に比較して、前記過電流レベルを低く設定する、電源システム。
2. 前記複数の電力変換装置の各々は、
   前記電力用半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路をさらに含み、
   前記過電流検知部は、前記駆動回路の内部に配置される、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記電源システムは、前記過電流検知部により前記過電流が検出された場合において、前記電力用半導体スイッチング素子を停止させる停止処理部をさらに備える、請求項２に記載の電源システム。
4. 前記選択された蓄電装置は、前記複数の蓄電装置のうち、最も高い出力電圧を有する蓄電装置であり、
   前記制御装置は、前記複数の蓄電装置の各々の出力電圧に基づいて、前記複数の蓄電装置のうち、前記選択された蓄電装置を判別する電圧判定部をさらに含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の電源システム。

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