JP6024706B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備えた電力変換装置に関する。

互いに並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備えた電力変換装置として、特許文献１に記載の装置がある。特許文献１に記載の装置は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（出力電圧Ｖ１）の出力端子と負荷の一方の端子との間に、抵抗値Ｒ１の直列抵抗が接続されており、同様に、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（出力電圧Ｖ２）の出力端子と負荷の上記一方の端子との間に、抵抗値Ｒ２の直列抵抗が接続されている。

そして、負荷電流Ｉｏが閾値（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒ１以下である場合は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータが作動し、出力電流Ｉ１が出力される。一方、負荷電流Ｉｏが上記閾値を超える場合は、第１及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータが作動し、出力電流Ｉ１及びＩ２が出力される。このとき、負荷電流Ｉｏが増大するにつて出力電流Ｉ１とＩ２との差が小さくなり、負荷電流Ｉｏ＝（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｒ１−Ｒ２）となった時点で、出力電流Ｉ１＝Ｉ２となる。

特開２００２−２９１２４７号公報

上記電力変換装置において、電力変換装置全体の信頼性及び効率を高めるためには、できる限り各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を互いに等しく制御することが望ましい。各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流値を等しく制御する方法として、第１及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれマスタ及びスレーブとし、スレーブを、マスタから送信された電流指令値に基づいて作動させる方法が考えられる。

しかしながら、このような方法を用いた場合に、マスタからスレーブへの通信速度よりも速い負荷の急変動が発生すると、スレーブは、負荷の変動に応じた電流指令値を受け取ることができず、出力すべき電流を出力できない。その結果、マスタだけで負荷の急変動に対応できなくなると、電力変換装置は、負荷の増減に応じて、出力電圧を下降又は上昇させて出力電流を増加又は減少させる。そのため、電力変換装置の出力電圧が大きく変動し、ひいては、電力変換装置が負荷の急変動に対応した所望の電力を出力できないという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑み、マスタコンバータからの電流指令値に基づいて動作するスレーブコンバータを備える電力変換装置において、出力電圧の急変動を抑制することを主たる目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、互いに負荷に対して並列接続された第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータを備える電力変換装置であって、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータよりも優先して動作し、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電力変換装置の出力電圧を検出する電圧検出手段と、目標指令値に基づいて前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電圧検出手段により検出された前記出力電圧の所定時間当たりの変動量が第１閾値未満の場合に、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータから受信した電流指令値を前記目標指令値とし、前記変動量が前記第１閾値を超える場合に、前記出力電圧の変動を抑制するように算出した第１電圧指令値を前記目標指令値とする。

本発明によれば、第１のＤＣ／ＤＣコンバータがマスタとして優先して動作し、第２のＤＣ／ＤＣコンバータがスレーブとして動作する。ここで、負荷の急変動が発生すると、マスタだけでは負荷の急変動に対応した電流を出力できなくなる。しかしならが、マスタからスレーブへの電流指令値の通信速度よりも負荷の変動速度が速いと、スレーブの出力がマスタから受信した電流指令値に基づいて制御される場合、スレーブは負荷の急変動に応じた電流を出力できない。その結果、電力変換装置の出力電圧が大きく変動する。

そこで、出力電圧の所定時間当たりの変動量が第１閾値以下の場合、すなわち、負荷の急変動が発生していない場合には、スレーブの出力は、マスタから受信した電流指令値に基づいて制御される。この場合、例えばマスタの出力電流と同じ電流を出力するようにスレーブを制御して、電力変換装置を高い効率で運転させることができる。

一方、出力電圧の所定時間当たりの変動量が第１閾値を超える場合、すなわち負荷の急変動が発生した場合には、スレーブの出力は、マスタから受信する電流指令値ではなく、出力電圧の変動を抑制するように自ら算出した電圧指令値に基づいて制御される。よって、負荷の急変動が発生した場合には、スレーブは、例えば出力の制御を電流制御から電圧制御に切り替えて、負荷の急変動に追従した電流を出力することができる。したがって、マスタからの電流指令値に基づいて動作するスレーブを備える電力変換装置において、出力電圧の急変動を抑制することができる。

本実施形態に係る電力変換装置を備えた電力システムの概略構成を示す図。 本実施形態に係る電力変換装置の動作の一例を説明する図。 負荷急変時に電流制御を行った場合における本実施形態に係る電力変換装置の出力の時間変化を示す図。 負荷急変時に電圧制御を行った場合における本実施形態に係る電力変換装置の出力の時間変化を示す図。 本実施形態に係る電力変換装置が備えるスレーブの出力制御の処理手順を示すフローチャート。 他の実施形態に係る電力変換装置を備えた電力システムの概略構成を示す図。

以下、電力変換装置を具現化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。まず、図１を参照して、本実施形態に係る電力変換装置を適用する電力システムの全体構成を説明する。本実施形態に係る電力変換装置を適用する電力システムは、ハイブリッド車両等の電動車両に搭載されることを想定している。

＜電力システムの全体構成＞
図１に示す電力システム１０は、高圧バッテリ１１、電力変換装置１２、低圧バッテリ１３、車載負荷１４、及び車両ＥＣＵ１５を備えている。

高圧バッテリ１１は、リチウムイオン二次電池等の直流電源であり、低圧バッテリ１３の出力電圧よりも高い出力電圧（例えば２８８Ｖ）を出力可能に構成されている。電力変換装置１２は、高圧バッテリ１１から出力された高電圧の直流電力を、所定の低電圧（例えば１２Ｖ）の直流電力に変換可能に構成されている。

電力変換装置１２は、互いに並列接続された第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータとして、第１コンバータ２１及び第２コンバータ２２を備えている。第１コンバータ２１の高圧側入力端子Ｔ１１は、高圧バッテリ１１の高圧側端子（正極側端子）に接続されている。また、第１コンバータ２１の低圧側入力端子Ｔ１２は、高圧バッテリ１１の低圧側端子（負極側端子）に接続されている。同様に、第２コンバータ２２の高圧側入力端子Ｔ２１は、高圧バッテリ１１の高圧側端子に接続されている。また、第２コンバータ２２の低圧側入力端子Ｔ２２は、高圧バッテリ１１の低圧側端子に接続されている。

電力変換装置１２の出力側、すなわち第１コンバータ２１及び第２コンバータ２２の出力側には、低圧バッテリ１３、車載負荷１４及び車両ＥＣＵ１５が並列に接続されている。詳しくは、低圧バッテリ１３、車載負荷１４及び車両ＥＣＵ１５の高圧側端子には、第１コンバータ２１の高圧側出力端子Ｔ１３、及び第２コンバータ２２の高圧側出力端子Ｔ２３が接続されている。同様に、低圧バッテリ１３、車載負荷１４及び車両ＥＣＵ１５の低圧側端子には、第１コンバータ２１の低圧側出力端子Ｔ１４、及び第２コンバータ２２の低圧側出力端子Ｔ２４が接続されている。

低圧バッテリ１３は、鉛蓄電池等の直流電源であって、高圧バッテリ１１の出力電圧よりも低い出力電圧（例えば１２Ｖ）を出力可能に構成されている。車載負荷１４は、上述の電動車両に搭載された電気機器（空調装置、オーディオ装置、照明装置等）であって、電力変換装置１２及び／又は低圧バッテリ１３の出力によって駆動されるように設けられている。

車両ＥＣＵ１５は、上述の電動車両の各部（電力変換装置１２及び車載負荷１４を含む）の動作を統括的に制御する電子制御ユニットであって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏ等を含むマイクロコンピュータを備えている。車両ＥＣＵ１５は、低圧バッテリ１３からの電源供給を受けて動作する。そして、車両ＥＣＵ１５は、上述の電動車両の運転状態に基づいて電力変換装置１２が出力すべき電圧である出力電圧指令値Ｖｃを算出し、算出した出力電圧指令値Ｖｃを電力変換装置１２へ出力する。

＜電力変換装置の構成＞
次に、電力変換装置１２の構成について詳細に説明する。電力変換装置１２が備える第１コンバータ２１は、第２コンバータ２２よりも上位のマスタコンバータとして、第２コンバータ２２よりも優先して動作する。一方、第２コンバータ２２は、主として、第１コンバータ２１に従属するスレーブコンバータとして動作する。

第１コンバータ２１は、制御入力端子Ｔ１５と制御出力端子Ｔ１６とを有している。制御入力端子Ｔ１５は、車両ＥＣＵ１５から出力された各種の制御信号（電圧指令値Ｖｃを含む）が入力されるように設けられている。制御出力端子Ｔ１６は、第２コンバータ２２に対して各種の制御信号を出力するように設けられている。また、第２コンバータ２２は、制御入力端子Ｔ２５を有している。制御入力端子Ｔ２５は、第１コンバータ２１の制御出力端子Ｔ１６に接続されている。

第２コンバータ２２は、いわゆる絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであって、トランス３０、一次側回路３１、二次側回路３２、及び制御回路４１、を備えている。第１コンバータ２１も、いわゆる絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであって、第２コンバータ２２と同様の回路構成となっている。

以下、第２コンバータ２２の回路構成について詳細に説明する。なお、第１コンバータ２１は、制御回路４２に代えて制御回路４１を備えている以外は、第２コンバータ２２と同様の回路構成である。よって、第１コンバータ２１の回路構成の説明については、技術的な矛盾が生じない限り、以下の第２コンバータ２２についての説明が適宜援用される。

一次側回路３１は、トランス３０の一次側コイル３０１に接続されている。一方、二次側回路３２は、トランス３０の二次側コイル３０２に接続されている。

一次側回路３１は、いわゆるフルブリッジ回路であって、４つのスイッチング素子３１１〜３１４を備えている。高電位（上アーム）側のスイッチング素子３１１及び３１２の入力端子は、高圧側入力端子Ｔ２１を介して、高圧バッテリ１１の高圧側端子に接続されている。また、低電位（下アーム）側のスイッチング素子３１３及び３１４の出力端子は、低圧側入力端子Ｔ２２を介して、高圧バッテリ１１の低圧側端子に接続されている。

さらに、直列接続されたスイッチング素子３１１とスイッチング素子３１３との接続部は、一次側コイル３０１の一端に接続されている。また、直列接続されたスイッチング素子３１２とスイッチング素子３１４との接続部は、一次側コイル３０１の他端に接続されている。

本実施形態では、スイッチング素子３１１〜３１４は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタから構成されている。各スイッチング素子３１１〜３１４において、入力端子（ドレイン）と出力端子（ソース）との間には、図示しないフリーホイールダイオードが接続されている。なお、このフリーホイールダイオードは、スイッチング素子３１１〜３１４の寄生ダイオードであってもよいし、スイッチング素子３１１〜３１４に対して外付けされたものであってもよい。

二次側回路３２は、ダイオード３２１，３２２、及び平滑回路３２３を備えている。ダイオード３２１のアノードは、二次側コイル３０２の一端に接続されている。ダイオード３２２のアノードは、二次側コイル３０２の他端に接続されている。ダイオード３２１のカソードと、ダイオード３２２のカソードとは、互いに短絡されている。また、二次側コイル３０２のセンタータップＣは、グラウンドラインＧＬに接続されている。グラウンドラインＧＬは、低圧側出力端子Ｔ２４に接続されている。

平滑回路３２３は、いわゆるＬＣフィルタであって、リアクトル３２３ａとコンデンサ３２３ｂとを備えている。リアクトル３２３ａの一端は、ダイオード３２１及び３２２のカソードに接続されている。リアクトル３２３ａの他端は、高圧側出力端子Ｔ２３に接続されている。コンデンサ３２３ｂは、リアクトル３２３ａの上記他端とグラウンドラインＧＬとの間に設けられている。

一次側回路３１には、入力電圧センサ３５１及び入力電流センサ３５２が設けられている。また、二次側回路３２には、出力電圧センサ３５３（電圧検出部）が設けられている。入力電圧センサ３５１は、一次側回路３１の入力電圧を検出する。一次側回路３１の入力電圧は、高圧側入力端子Ｔ２１と低圧側入力端子Ｔ２２との間の端子間電圧である。入力電流センサ３５２は、高圧側入力端子Ｔ２１とスイッチング素子３１１の入力端子との間に設けられた、いわゆるカレントトランスであって、一次側回路３１に流入する入力電流を検出する。出力電圧センサ３５３は、二次側回路３２のスレーブ出力電圧Ｖｏ２を検出する。二次側回路３２のスレーブ出力電圧Ｖｏ２は、高圧側出力端子Ｔ２３と低圧側出力端子Ｔ２４との間の端子間電圧である。

制御回路４２（制御部）は、車両ＥＣＵ１５よりも下位のＥＣＵであって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏ等を含むマイクロコンピュータを備えている。ＲＯＭには、電力システム１０の動作を制御するための制御プログラム、及びこれを実行する際に参照されるマップ（ルックアップテーブル）等が予め格納されている。ＲＡＭは、ＣＰＵが上述の制御プログラムを実行する際にデータを一時的に格納可能に設けられている。ＣＰＵは、上述の制御プログラムを実行することで、各種の制御信号を生成及び出力する。

＜動作＞
以下、本実施形態に係る電力変換装置１２の動作について、詳しく説明する。

第１コンバータ２１の制御回路４１は、車両の運転状態に基づいて、車両ＥＣＵ１５により算出された出力電圧指令値Ｖｃ（電力変換装置１２の出力電圧Ｖｏの指令値）を、制御入力端子Ｔ１５を介して車両ＥＣＵ１５から受け取る。また、制御回路４１は、入力電圧センサ、入力電流センサ及び出力電圧センサによりそれぞれ検出された、マスタ入力電圧Ｖｉ１、マスタ入力電流Ｉｉ１、及びマスタ出力電圧Ｖｏ１を取得する。

そして、制御回路４１は、受け取った出力電圧指令値Ｖｃ、取得したマスタ入力電圧Ｖｉ１、マスタ入力電流Ｉｉ１、及びマスタ出力電圧Ｖｏ１に基づいて、４つのスイッチング素子のゲート端子に対するＰＷＭ制御信号、電流指令値Ｉｃ２及び電圧指令値Ｖｃ２を生成する。電圧指令値Ｖｃ２は、マスタ出力電圧Ｖｏ１と等しい値に生成する。制御回路４１は、このＰＷＭ制御信号に基づいて、４つのスイッチング素子をＰＷＭ制御する。すなわち、制御回路４１は、マスタ出力電圧Ｖｏ１が出力電圧指令値Ｖｃとなるようにフィードバック制御する。また、制御回路４１は、生成した電流指令値Ｉｃ２及び電圧指令値Ｖｃ２（第２電圧指令値）を、制御出力端子Ｔ１６を介して第２コンバータ２２に送信する。

第２コンバータ２２の制御回路４２は、入力電圧センサ３５１、入力電流センサ３５２及び出力電圧センサ３５３によりそれぞれ検出された、スレーブ入力電圧Ｖｉ２、スレーブ入力電流Ｉｉ２、及びスレーブ出力電圧Ｖｏ２を取得する。また、制御回路４２は、電流指令値Ｉｃ２及び電圧指令値Ｖｃ２を、制御入力端子Ｔ２５を介して制御回路４１から受信する。

そして、制御回路４２は、電流指令値Ｉｃ２及び電圧指令値Ｖｃ２ａ（第１電圧指令値）のいずれかを目標指令値とし、目標指令値に基づいて、第２コンバータ２２の出力を制御する。詳しくは、制御回路４２は、スレーブ入力電圧Ｖｉ２、スレーブ入力電流Ｉｉ２及びスレーブ出力電圧Ｖｏ２の取得値と、目標指令値とに基づいて、スイッチング素子３１１〜３１４のゲート端子に対するＰＷＭ制御信号を生成する。そして、制御回路４２は、ＰＷＭ制御信号をスイッチング素子３１１〜３１４に出力して、スイッチング素子３１１〜３１４をＰＷＭ制御する。ここで、電圧指令値Ｖｃ２ａは、電圧指令値Ｖｃ２に基づいて算出された電圧指令値である。

制御回路４２は、負荷の急変動が発生していない通常時においては、電流指令値Ｉｃ２を目標指令値とする（電流制御）。すなわち、制御回路４２は、通常時において、スレーブ出力電流Ｉｏ２が電流指令値Ｉｃ２となるようにフィードバック制御する。一方、制御回路４１は、負荷の急変動を検知すると、目標指令値を電流指令値Ｉｃ２から電圧指令値Ｖｃ２ａに切り替え、電圧指令値Ｖｃ２ａを目標指令値とする（電圧制御）。すなわち、制御回路４１は、負荷の急変動発生時において、スレーブ出力電圧Ｖｏ２が電圧指令値Ｖｃ２ａになるようにフィードバック制御する。なお、負荷の急変動は、第１コンバータ２１から第２コンバータ２２への通信速度よりも速い負荷電流の増加又は減少のことをいう。

次に、電流指令値Ｉｃ２を目標指令値とする電流制御について、図２を参照して説明する。図２における「η１」は、第１コンバータ２１のみを電力変換動作させた場合（スレーブ停止モード）における、負荷を流れる出力電流Ｉｏと電力変換効率との関係を示すグラフである。また、「η２」は、第１コンバータ２１及び第２コンバータ２２を、ともに同じ出力電流となるように、電力変換動作させた場合（Ｉｏ１＝Ｉｏ２＝Ｉｏ／２：スレーブ動作モード）における、出力電流Ｉｏと電力変換効率との関係を示すグラフである。さらに、「Ｉη」は、曲線η１と曲線η２との交点に対応する出力電流Ｉｏである。なお、Ｉｏ１はマスタ出力電流、Ｉｏ２はスレーブ出力電流であり、Ｉｏ＝Ｉｏ１＋Ｉｏ２の関係が成立する。

制御回路４１は、出力電流ＩｏがＩη未満である場合には、電流指令値Ｉｃ２を「０」に設定することで、第１コンバータ２１のみを電力変換動作させる。一方、制御回路４１は、出力電流ＩｏがＩηを超える場合には、電流指令値Ｉｃ２を「Ｉｏ／２＝Ｉｏ１」に設定することで、第１コンバータ２１及び第２コンバータ２２を電力変換動作させる。

制御回路４１は、スレーブ停止モードにおいて、マスタ入力電流Ｉｉ１の取得値Ｉｓが所定値Ｉｔｈ１を超えた場合に、電力変換装置１２の動作モードをスレーブ停止モードからスレーブ動作モードに切り替える。また、制御回路４１は、スレーブ動作モードにおいて上記取得値Ｉｓが所定値Ｉｔｈ２未満となった場合に、電力変換装置１２の動作モードをスレーブ動作モードからスレーブ停止モードに切り替える。

ここで、所定値Ｉｔｈ１及びＩｔｈ２は、Ｉｔｈ１＝（Ｉη＋α）／ｎ、Ｉｔｈ２＝（Ｉη−α）／（２ｎ）に設定されている。αは所定値（α＞０）、ｎはトランス３０における巻数比を示す。すなわち、制御回路４１は、出力電流ＩｏがＩη未満の状態から「Ｉη＋α」に達した時点で、スレーブ停止モードからスレーブ動作モードに切り替える。また、制御回路４１は、出力電流ＩｏがＩηを超える状態から「Ｉη−α」に達した時点で、スレーブ動作モードからスレーブ停止モードに切り替える。このように、動作モードの切り替えに対して、ヒステリシス特性が与えられている。

次に、制御回路４２による目標指令値の切り替えについて説明する。図３は、スレーブ停止モードの電流制御時に、負荷の急激な増加が発生した場合における目標出力電流、出力電圧Ｖｏ、マスタ出力電流Ｉｏ１、スレーブ出力電流Ｉｏ２の時間変動のシミュレーション結果を示すグラフである。

図３に示すように、第２コンバータ２２が電流指令値Ｉｃ２を受信した後、次の電流指令値Ｉｃ２を受信するまでの間に、負荷の急激な増加が発生している。このような負荷の急激な増加は、ヘッドライトを点滅させるパッシング時、パワーステアリングの据え切り時、ＡＢＳ（Antilock Brake System）作動等に発生する。

負荷の急激な増加が発生すると、目標出力電流が急激に増加する。それに伴い、マスタ出力電流Ｉｏ１は急激に増加して最大出力電流に到達している。出力電圧Ｖｏは、負荷の急激な増加に伴いアンダーシュートした後、出力電圧Ｖｏの変動がフィードバックされて一旦回復に向かうが徐々に低下し、マスタ出力電流Ｉｏ１が最大電流となった時点で大きく減少している。そして、第２コンバータ２２が負荷の急激な増加に応じた電流指令値Ｉｃ２を受信し、スレーブ出力電流Ｉｏ２が増加し始めると、出力電圧Ｖｏも上昇し始めている。なお、出力電圧Ｖｏは車載負荷１４に印加される電圧である。

負荷が急激な増加を開始してから、第２コンバータ２２が負荷の急激な増加に応じた電流指令値Ｉｃ２を受信するまでの間は、第１コンバータ２１だけで負荷の急激な増加に対応した電流を出力しなければならない。そのため、第１コンバータ２１の出力電力が最大出力電力となった状態から、更にマスタ出力電流Ｉｏ１を大きくしようとして、出力電圧Ｖｏの低下が発生する。また、スレーブ出力電流Ｉｏ２が増加し始めるまで、出力電流Ｉｏはマスタ出力電流Ｉｏ１の最大値よりも大きくならないため、出力電流Ｉｏと目標出力電流が乖離した状態となる。

このような問題は、負荷の急変動が開始してから、第２コンバータ２２が負荷の急変動に応じた電流指令値Ｉｃ２を受信するまでの遅延に起因するものである。このような問題は、スレーブ動作モードの電流制御時に負荷の急激な増加が発生した場合にも、同様に生じる。

また、スレーブ動作モードの電流制御時に負荷の急激な減少が発生した場合は、負荷が急激な減少を開始してから、第２コンバータ２２が負荷の急激な減少に応じた電流指令値Ｉｃ２を受信するまでの間、負荷には目標出力電流よりも大きな電流が流れる。そのため、負荷の急激な減少が発生すると、出力電圧Ｖｏはオーバーシュートする。すなわち、負荷の急変動が発生すると、出力電圧Ｖｏが大きく変動する。

そこで、第２コンバータ２２の制御回路４２は、負荷の急変動に伴うスレーブ出力電圧Ｖｏ２の変動を検知すると、目標指令値を、スレーブ出力電圧Ｖｏ２の変動を抑制するように算出した電圧指令値Ｖｃ２ａに切り替える。詳しくは、制御回路４２は、第１コンバータ２１から受信した電圧指令値Ｖｃ２のうち、最新の電圧指令値Ｖｃ２に対して所定の偏差（例えば０．５ｖ）を有する値を、電圧指令値Ｖｃ２ａとして算出する。本実施形態では、電圧指令値Ｖｃ２よりも所定の偏差分低い電圧値を電圧指令値Ｖｃ２ａとする。

コンバータ間の通信遅延のため、第２コンバータ２２が有する最新の電圧指令値Ｖｃ２は、現時点のマスタ出力電圧Ｖｏ１よりも、１つ前の時点のマスタ出力電圧Ｖｏ１と等しい値に生成されたものとなる。そのため、電圧指令値Ｖｃ２と電圧指令値Ｖｃ２ａとを等しい値にすると、マスタ出力電圧Ｖｏ１がばらつき増減した場合に、マスタ出力電圧Ｖｏ１とスレーブ出力電圧Ｖｏ２とが逆転を繰り返すおそれがある。よって、電圧指令値Ｖｃ２と電圧指令値Ｖｃ２ａとの間に、所定の偏差を設定する。なお、第１コンバータ２１及び第２コンバータ２２は、互いに負荷に対して並列に接続されているため、出力電圧Ｖｏの変動はスレーブ出力電圧Ｖｏ２の変動として現れる。

一般に、ＤＣ／ＤＣコンバータでは、負荷が急変動しても、電圧指令値はほぼ一定の値とする。電圧指令値の制御周期は、電流指令値の制御周期よりも長い。よって、負荷の急変動が開始する前と後とで、車両ＥＣＵ１５から第１コンバータ２１へ送信される出力電圧指令値Ｖｃはほぼ等しい値となる。同様に、負荷の急変動が開始する前と後とで、第１コンバータ２１から第２コンバータ２２へ送信される電圧指令値Ｖｃ２はほぼ等しい値となる。

このため、制御回路４２は、負荷の急変動する前に受信した電圧指令値Ｖｃ２に基づいて、電圧指令値Ｖｃ２ａを算出しても問題がない。制御回路４２は、スレーブ出力電圧Ｖｏ２が電圧指令値Ｖｃ２ａとなるようにフィードバック制御して、負荷の急変動に応じたスレーブ出力電流Ｉｏ２を出力させる。

図４は、スレーブ停止モードの電流制御時において、負荷が急激な増加を開始した後に、第２コンバータ２２を電圧制御に切り替えた場合における目標出力電流、出力電圧Ｖｏ、マスタ出力電流Ｉｏ１、スレーブ出力電流Ｉｏ２の時間変動の概略を示すグラフである。

図４に示すように、制御回路４２は、負荷の急激な増加に伴うスレーブ出力電圧Ｖｏ２の低下を検知すると、目標指令値を電圧指令値Ｖｃ２ａ（例えば１３．５Ｖ）にして、第２コンバータ２２を起動している。すなわち、制御回路４２は、電圧制御でスイッチング素子３１１〜３１４を動作させて、スレーブ出力電流Ｉｏ２を０から増加させている。

そして、スレーブ出力電流Ｉｏ２が増加すると、負荷の急変動に伴い低下した出力電圧Ｖｏは上昇している。さらに、スレーブ出力電流Ｉｏ２とマスタ出力電流Ｉｏ１の合計が目標出力電流となった時点で、スレーブ出力電流Ｉｏ２は一定値となるとともに、出力電圧Ｖｏの変動が収まっている。すなわち、第１コンバータ２１及び第２コンバータ２２は、負荷の急激な増加に応じた目標出力電流を安定して出力している。本実施形態では、第１コンバータ２１に対する出力電圧指令値Ｖｃよりも、第２コンバータ２２に対する電圧指令値Ｖｃ２ａの方が低い値のため、マスタ出力電流Ｉｏ１よりもスレーブ出力電流Ｉｏ２は小さくなっている。なお、出力電圧指令値Ｖｃよりも電圧指令値Ｖｃ２ａの方を高い値にする場合には、マスタ出力電流Ｉｏ１よりもスレーブ出力電流Ｉｏ２は大きくなる。

また、制御回路４２は、出力電流Ｉｏを目標出力電流に急峻に近づけるため、目標指令値を電圧指令値Ｖｃ２ａに切り替えてから期間Ｔ１（第１期間）経過するまでの間、他の期間よりも大きい制御ゲインを用いて、第２コンバータ２２の出力を制御する。制御ゲインは、いわゆるフィードバックゲインである。他の期間よりも大きい制御ゲインは、負荷の急変動時以外に用いると、スレーブ出力電圧Ｖｏ２がオーバーシュートするような大きさである。これにより、スレーブ出力電流Ｉｏ２の増加速度は、マスタ出力電流Ｉｏ１の増加速度よりも大きくなっている。

目標指令値を電圧指令値Ｖｃ２ａに切り替えることで、負荷の急変動に対する電力変換装置１２の出力の応答性は高くなるが、電力変換装置１２の効率は低下する。そこで、制御回路４２は、電力変換装置１２の効率の低下を最小限にするため、目標指令値を電圧指令値Ｖｃ２ａに切り替えた後、スレーブ出力電圧Ｖｏ２の変動が収まってから期間Ｔ２（第２期間）経過した時点で、目標指令値を電流指令値Ｉｃ２に切り替える。すなわち、制御回路４２は、電力変換装置１２の出力が安定して期間Ｔ２経過した後、効率の高い電流制御（Ｉｏ１＝Ｉｏ２＝Ｉｏ／２）に切り替える。

また、第２コンバータ２２の動作中に負荷が急激に減少した場合、第２コンバータ２２は、目標指令値が変化するまで、急激に減少する前の負荷に応じた電流を出力する。そのため、電力変換装置１２は、負荷よりも大きい電流を出力することになり、出力電圧Ｖｏが急上昇することになる。そこで、制御回路４２は、スレーブ動作モードの電流制御時に負荷の急激な減少が発生し、スレーブ出力電圧Ｖｏ２が急上昇した場合には、スイッチング素子３１１〜３１４の動作を停止させて、第２コンバータ２２の出力を停止させる。あるいは、この場合、制御回路４２は、第２コンバータ２２の出力電流Ｉｏ２を下げるように、スイッチング素子３１１〜３１４を動作させてもよい。

次に、第２コンバータ２２の出力制御について、図５のフローチャートを参照して説明する。本出力制御は、制御回路４２が繰り返し実行する。

まず、スレーブ出力電圧Ｖｏ２の所定時間当たりの変動量ΔＶが、ΔＶｔｈ１（第１閾値）を超えているか否か判定する（Ｓ１０）。すなわち、負荷の急変動に伴うスレーブ出力電圧Ｖｏ２の変動が発生しているか否か判定する。変動量ΔＶがΔＶｔｈ１以下の場合は（Ｓ１０：ＮＯ）、電流指令値Ｉｃ２を目標指令値として、第２コンバータ２２の出力制御を行う（Ｓ１８）。

一方、変動量ΔＶがΔＶｔｈ１を超えている場合は（Ｓ１０：ＹＥＳ）、次に、スレーブ出力電圧Ｖｏ２の所定時間当たりの増加量ΔＶが、ΔＶｔｈ２（第２閾値）を超えているか否か判定する（Ｓ１１）。すなわち、負荷の急減少に伴うスレーブ出力電圧Ｖｏ２の急上昇が発生しているか否か判定する。ΔＶｔｈ２はΔＶｔｈ１と等しい値でもよいし、ΔＶｔｈ１よりも大きな値でもよい。

増加量ΔＶがΔＶｔｈ２以下の場合（Ｓ１１：ＮＯ）、第１コンバータ２１から受信した電圧指令値Ｖｃ２に基づいて電圧指令値Ｖｃ２ａを算出する（Ｓ１２）。このような場合としては、負荷の急増加に伴うスレーブ出力電圧Ｖｏ２の低下が発生している場合、又は負荷の急減少に伴い、所定時間当たりの増加量がΔＶｔｈ２以下のスレーブ出力電圧Ｖｏ２の上昇が発生している場合が含まれる。

続いて、電圧指令値Ｖｃ２ａを目標指令値として、第２コンバータ２２の出力制御を行う（Ｓ１３）。

続いて、スレーブ出力電圧Ｖｏ２の所定時間当たりの変動量ΔＶがΔＶｔｈ１以下となってから、期間Ｔ２経過したか否か判定する（Ｓ１４）。すなわち、スレーブ出力電圧Ｖｏ２の変動が収まってから、期間Ｔ２経過したか否か判定する。期間Ｔ２経過していない場合は（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１３の処理に戻る。期間Ｔ２経過している場合は（Ｓ１４：ＹＥＳ）、電流指令値Ｉｃ２を目標指令値として、第２コンバータ２２の出力制御を行う（Ｓ１８）。

スレーブ出力電圧Ｖｏ２の所定時間当たりの増加量ΔＶが、ΔＶｔｈ２を超えている場合は（Ｓ１１：ＹＥＳ）、第２コンバータ２２のスイッチング素子３１１〜３１４が動作中か否か判定する（Ｓ１５）。第２コンバータ２２が停止している場合（Ｓ１５：ＮＯ）、すなわち、第１コンバータ２１のみが動作している場合は、このまま本処理を終了する。この場合は、第１コンバータ２１の制御回路４１が、マスタ出力電圧Ｖｏ１の急上昇を抑制する処理を行う。

一方、第２コンバータ２２が動作中の場合は（Ｓ１５：ＹＥＳ）、直ちに第２コンバータ２２のスイッチング素子３１１〜３１４を停止させ、第２コンバータ２２の出力を停止させる（Ｓ１６）。あるいは、スイッチング素子３１１〜３１４を停止させず、第２コンバータ２２の出力電流Ｉｏ２を下げるように、スイッチング素子３１１〜３１４を動作させてもよい。これにより、スレーブ出力電圧Ｖｏ２の上昇が抑制される。

続いて、スレーブ出力電圧Ｖｏ２の所定時間当たりの変動量ΔＶがΔＶｔｈ１以下となってから、期間Ｔ２経過したか否か判定する（Ｓ１７）。期間Ｔ２経過していない場合は（Ｓ１７：ＮＯ）、Ｓ１６の処理に戻る。期間Ｔ２経過している場合は（Ｓ１７：ＹＥＳ）、電流指令値Ｉｃ２を目標指令値として、第２コンバータ２２の出力制御を行う（Ｓ１８）。以上で本処理を終了する。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。

・スレーブ出力電圧Ｖｏ２の所定時間当たりの変動量ΔＶがΔＶｔｈ１以下の場合には、第２コンバータ２２の出力は、第１コンバータ２１から受信した電流指令値Ｉｃ２に基づいて制御される。この場合、電力変換装置１２を高い効率で運転させることができる。

一方、負荷の急変動に伴い、スレーブ出力電圧Ｖｏ２の所定時間当たりの変動量ΔＶがΔＶｔｈ１を超える場合には、第２コンバータ２２の出力は、スレーブ出力電圧Ｖｏ２の変動を抑制するように、自ら算出した電圧指令値Ｖｃ２ａに基づいて制御される。よって、負荷の急変動が発生した場合には、第２コンバータ２２は、目標指令値を電流指令値Ｉｃ２から電圧指令値Ｖｃ２ａに切り替えて、負荷の急変動に追従したスレーブ出力電流Ｉｏ２を出力することができる。したがって、マスタからの電流指令値Ｉｃ２に基づいて動作するスレーブを備える電力変換装置１２において、出力電圧Ｖｏの急変動を抑制することができる。

・第２コンバータ２２の動作中における負荷の急激な減少に伴い、スレーブ出力電圧Ｖｏ２の所定時間当たりの増加量ΔＶがＶｔｈ２を超える場合には、第２コンバータ２２の出力を停止させる。あるいは、第２コンバータ２２の出力電流Ｉｏ２を下げる。これにより、出力電圧Ｖｏの上昇を抑制して負荷を保護することができる。

・負荷の急変動が発生した場合には、第２コンバータ２２の制御回路４２は、第１コンバータ２１から受信した電圧指令値Ｖｃ２に基づいて、自身が動作するための電圧指令値Ｖｃ２ａを算出できる。これにより、第２コンバータ２２が電流指令値Ｉｃ２に基づいて動作する場合よりも、電力変換装置１２の効率が落ちるおそれはあるが、第２コンバータ２２は負荷の急変動に対応したスレーブ出力電流Ｉｏ２を出力できる。ひいては、電力変換装置１２は負荷の急変動に対応した所望の電力を出力できる。

・第１コンバータ２１に対する出力電圧指令値Ｖｃと、第２コンバータ２２に対する電圧指令値Ｖｃ２ａとが所定の偏差を有することにより、マスタ出力電圧Ｖｏ１がばらつき増減した場合に、マスタ出力電圧Ｖｏ１とスレーブ出力電圧Ｖｏ２とが逆転を繰り返すことを抑制することができる。

・目標指令値を電流指令値Ｉｃ２から電圧指令値Ｖｃ２ａに切り替えてから、期間Ｔ１経過するまでの間は、他の期間よりも大きい制御ゲインを用いることにより、負荷の急変動に対する出力電流Ｉｏの応答性を高くすることができる。

・目標指令値を電流指令値Ｉｃ２から電圧指令値Ｖｃ２ａに切り替えることにより、負荷の急変動に対する応答性は高くなり、電力変換装置１２の出力電圧Ｖｏは安定するが、電力変換装置１２の効率は低下するおそれがある。そこで、電力変換装置１２の出力電圧Ｖｏが安定して期間Ｔ２経過した後に、目標指令値を電流指令値Ｉｃ２に切り替える。このようにして、マスタ出力電流Ｉｏ１とスレーブ出力電流Ｉｏ２を等しくなるように制御することで、電力変換装置１２の効率の低下を最小限に抑制できる。

（他の実施形態）
・車両ＥＣＵ１５から出力電圧指令値Ｖｃを、第１コンバータ２１だけでなく第２コンバータ２２へも送るようにしてもよい。第２コンバータ２２の制御回路４２は、車両ＥＣＵ１５から受信した出力電圧指令値Ｖｃに基づいて、電圧指令値Ｖｃ２ａを算出してもよい。

・電流指令値Ｉｃ２は、マスタ出力電流Ｉｏ１とスレーブ出力電流Ｉｏ２とが等しくなるように生成されたものに限らない。マスタ出力電流Ｉｏ１とスレーブ出力電流Ｉｏ２とが異なる値となるように生成された電流指令値Ｉｃ２に基づいて、第２コンバータ２２が電流制御されている場合でも、負荷の急変動が発生したときに、電圧制御に切り替えることで出力電圧Ｖｏの変動を抑制できる。

・マスタ出力電圧Ｖｏ１とスレーブ出力電圧Ｖｏ２とが逆転を繰り返すおそれはあるが、制御回路４２は、受信している中で最新の電圧指令値Ｖｃ２を電圧指令値Ｖｃ２ａとしてもよい。

・二次側回路３２のダイオード３２１及び３２２に代えて、スイッチング素子が設けられていてもよい。すなわち、第１コンバータ２１及び第２コンバータ２２の二次側回路３２は、いわゆる同期整流回路であってもよい。

・入力電流センサ３５２は、低圧側入力端子Ｔ１２側に設けられていてもよいし、一次側回路３１と一次側コイル３０１との間に設けられていてもよい。

・電力変換装置１２は、負荷に対して互いに並列接続された３台以上のＤＣ／ＤＣコンバータを備えていてもよい。例えば、図６に示すように、電力変換装置１２は、第１コンバータ２１、第２コンバータ２２及び第３コンバータ２３の並列接続体であってもよい。この場合、第３コンバータ２３は、第２コンバータ２２と同様に構成されたスレーブとなる。

また、第１コンバータ２１のみが動作しているときに、負荷の急激な増加が発生した場合には、第２コンバータ２２及び第３コンバータ２３を電圧制御で起動させてもよいし、どちらか一方のみを電圧制御で起動させてもよい。さらに、全てのコンバータが動作しているときに、負荷の急激な減少が発生した場合には、第２コンバータ及び第３コンバータ２３の少なくとも一方を停止させてもよいし、第２コンバータ及び第３コンバータの出力電流の少なくとも一方を下げてもよい。４台以上のＤＣ／ＤＣコンバータが並列接続されている電力変換装置の場合も同様である。

１４…車載負荷、２１…第１コンバータ、２２…第２コンバータ、４１，４２…制御回路、３５３…出力電圧センサ。

Claims (6)

1. 互いに負荷（１４）に対して並列接続された第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１）及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）を備える電力変換装置（１２）であって、
   前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータよりも優先して動作し、
   前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電力変換装置の出力電圧を検出する電圧検出部（３５３）と、目標指令値に基づいて前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御する制御部（４２）と、を備え、
   前記制御部は、前記電圧検出部により検出された前記出力電圧の所定時間当たりの変動量が第１閾値未満の場合に、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータから受信した電流指令値を前記目標指令値とし、前記変動量が前記第１閾値を超える場合に、前記出力電圧の変動を抑制するように算出した第１電圧指令値を前記目標指令値とする電力変換装置。
2. 前記制御部は、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの動作中に、前記電圧検出部により検出された前記出力電圧の所定時間当たりの増加量が第２閾値を超える場合には、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を停止させる請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータから受信した電圧指令値である第２電圧指令値のうちの最新の前記第２電圧指令値に基づいて、前記第１電圧指令値を算出する請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記第２電圧指令値は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧であり、
   前記制御部は、前記第２電圧指令値に対して所定の偏差を有する値を前記第１電圧指令値として算出する請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、前記目標指令値を前記第１電圧指令値に切り替えてから第１期間経過するまでの間、他の期間よりも大きい制御ゲインを用いて、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御する請求項１〜４のいずれかに記載の電力変換装置。
6. 前記電流指令値は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流と等しい値であり、
   前記制御部は、前記目標指令値を前記第１電圧指令値に切り替えた後、前記出力電圧の変動が前記第１閾値未満となってから第２期間経過時点で、前記目標指令値を前記電流指令値に切り替える請求項１〜５のいずれかに記載の電力変換装置。

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