JPWO2019035174A1 - 電力制御システム - Google Patents

Abstract

低電圧の電力を生成する電力生成装置と、電力生成装置により生成される電力で充電される高電圧バッテリと、高電圧バッテリから電力の供給を受ける外部負荷と、電力生成装置と高電圧バッテリの間に接続された電力変換器と、を備え、電力変換器が、絶縁型電力変換器を含む電力制御システム。

Description

この発明は、電力制御システムに関する。

燃料電池や内燃機関等の電力生成装置で生成された電力を制御しつつ、モータ等の外部負荷への供給及びバッテリへの充電を行う電力制御システムが知られている。このような電力制御システムにおいては、負荷の要求又はバッテリの要求充電量などに応じて電力生成装置からの出力電圧をＤＣＤＣコンバータ等の電力変換器で調節している。

例えば、ＪＰ４６１６２４７Ｂには、電力生成装置としての燃料電池スタックと外部負荷及び電力貯蔵装置との間にＤＣＤＣコンバータを配置し、ＤＣＤＣコンバータによって電力貯蔵装置の要求に応じて燃料電池スタックからパルス電流を取り出すシステムが提案されている。

しかしながら、従来の電力制御システムでは、電力生成装置の出力電圧よりもバッテリ電圧が定常的に高いシステムについては想定されていなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力生成装置の出力電圧よりも高電圧のバッテリを有する好適な電力制御システムを提供することにある。

本発明のある態様によれば、低電圧の電力を生成する電力生成装置と、電力生成装置により生成される電力で充電される高電圧バッテリと、高電圧バッテリから電力の供給を受ける外部負荷と、電力生成装置と高電圧バッテリの間に接続された電力変換器と、を備える電力制御システムが提供される。そして、電力制御システムにおいて、電力変換器は絶縁型電力変換器を含む。

図１は、第１実施形態による電力制御システムの構成を説明する図である。 図２は、第２実施形態による電力制御システムの構成を説明する図である。 図３は、第３実施形態による電力制御システムの構成を説明する図である。 図４は、第３実施形態のコンバータ制御の流れを示すフローチャートである。 図５は、２つのＳＯＦＣにおける相互の出力特性の違いを説明するグラフである。 図６は、第４実施形態による電力制御システムの構成を説明する図である。 図７は、第５実施形態による電力制御システムの構成を説明する図である。 図８は、第５実施形態のコンバータ制御の流れを示すフローチャートである。 図９は、第６実施形態による電力制御システムの構成を説明する図である。 図１０は、第７実施形態による電力制御システムの構成を説明する図である。 図１１は、第７実施形態のコンバータ制御の流れを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる電力制御システム１００の概略構成を説明する図である。

図示のように、電力制御システム１００は、電力生成装置としてのＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池：solid oxide fuel cell）１０と、ＳＯＦＣ１０が生成（発電）する電力で充電される高電圧バッテリ１２と、ＳＯＦＣ１０と高電圧バッテリ１２の間に配置された電力変換器としてのＦＣ絶縁コンバータ１４と、高電圧バッテリ１２から供給される電力で駆動する外部負荷としての走行モータ１６と、を有している。

ＳＯＦＣ１０は、セラミック等の固体酸化物で形成された電解質層を、アノード（燃料極）とカソード（空気極）により挟み込んで得られるセルを積層してなるＳＯＦＣスタックとして構成される。ＳＯＦＣ１０は、燃料極に燃料ガス（水素）の供給を受けるとともに、空気極に酸化ガス（酸素）の供給を受けることで発電する。

本実施形態におけるＳＯＦＣ１０は、例えば高電圧バッテリ１２の充電電力が要求に対して不足している場合などに、ＦＣ絶縁コンバータ１４により要求電力に応じた所定の電流の出力（発電）が行われる。

なお、ＳＯＦＣ１０を構成する各単位セルは、１．０Ｖ程度の出力電圧となる。したがって、単位セルの積層数を適宜調整することで、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を任意に調節することができる。例えば、ＳＯＦＣ１０の最大出力電圧が６０Ｖ〜２００Ｖの範囲となるように、単位セルの積層数を設定することができる。

しかしながら、本実施形態では、より安全性を高める観点からＳＯＦＣ１０の電圧をできるだけ低くするように、単位セルの積層数を調節する。特に、ＳＯＦＣ１０の最大出力電圧が６０Ｖ未満となるように、単位セルの積層数を調節する。なお、ＳＯＦＣ１０は、さらに燃料系補機及び空気系補機を含む燃料電池システムとして構成されていても良い。

高電圧バッテリ１２は、例えば、リチウムイオンバッテリー等の二次電池で構成される。また、高電圧バッテリ１２は、ＦＣ絶縁コンバータ１４により調整されたＳＯＦＣ１０の発電電力によって充電される。また、高電圧バッテリ１２は、走行モータ１６からの電力要求に基づき、走行モータ１６に適宜電力を供給する。

ＦＣ絶縁コンバータ１４は、ＳＯＦＣ１０の発電電力を高電圧バッテリ１２に充電すべく、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を調節する絶縁型のＤＣＤＣコンバータにより構成される。ＦＣ絶縁コンバータ１４は、ＳＯＦＣ１０側の低電圧ライン２０に接続する低圧側スイッチング部１４ａと、高電圧バッテリ１２及び走行モータ１６に結線される高電圧ライン２２に接続する高圧側スイッチング部１４ｂと、低圧側スイッチング部１４ａと高圧側スイッチング部１４ｂの間を接続する絶縁トランス１４ｃを有する。

そして、絶縁トランス１４ｃは、入力側の低電圧ライン２０の電圧を所定の昇圧比で昇圧して高電圧ライン２２に出力できるように、当該昇圧比に対応する巻数比が設定されている。以下では、絶縁トランス１４ｃの巻数比に応じて定まる昇圧比を「基本昇圧比」とも称する。

さらに、図１には示していないが、ＦＣ絶縁コンバータ１４は、絶縁トランス１４ｃの巻数比に応じた基本昇圧比を微調整するためのコンデンサ又はリアクトル等で構成される共振回路を含んでいる。

上記構成により、本実施形態の電力制御システム１００では、ＦＣ絶縁コンバータ１４の低圧側スイッチング部１４ａ又は高圧側スイッチング部１４ｂに対して所定のスイッチング制御を行うによって、高電圧バッテリ１２に充電要求に応じて当該高電圧バッテリ１２にＳＯＦＣ１０の発電電力を供給することができるように、ＳＯＦＣ１０の出力電圧（低電圧ライン２０の電圧）を調節することができる。

そして、特に、ＦＣ絶縁コンバータ１４が絶縁トランス１４ｃを有していることで、当該ＦＣ絶縁コンバータ１４を挟んだ低電圧ライン２０（ＳＯＦＣ１２側）と高電圧ライン２２（高電圧バッテリ１２側）を電気的に絶縁しつつも、ＳＯＦＣ１０から高電圧バッテリ１２への電力供給が可能となっている。

一方、走行モータ１６は、三相交流モータで構成されている。走行モータ１６は、高電圧バッテリ１２から供給される電力によって駆動される。また、走行モータ１６には、高電圧バッテリ１２から供給される直流電力を交流電力に変換するモータインバータ１６ａが設けられている。

なお、電力制御システム１００には、必要に応じて、ＳＯＦＣ１０の停止中などにおいて、高電圧バッテリ１２とＳＯＦＣ１０の接続を物理的に遮断するためのリレーを、低電圧ライン２０などに設けても良い。

上記構成の電力制御システム１００によれば、ＦＣ絶縁コンバータ１４により、高電圧側の高電圧バッテリ１２及び走行モータ１６と、低電圧側のＳＯＦＣ１０を電気的に絶縁しつつ、ＳＯＦＣ１０の発電電力を高電圧バッテリ１２に充電することができる。

以上説明した第１実施形態にかかる電力制御システム１００によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態の電力制御システム１００は、低電圧の電力を生成する電力生成装置としてのＳＯＦＣ１０と、高電圧バッテリ１２から電力の供給を受ける外部負荷としての走行モータ１６と、ＳＯＦＣ１０により生成される電力で充電される高電圧バッテリ１２と、ＳＯＦＣ１０と高電圧バッテリ１２の間に接続された電力変換器と、を備える。そして、電力変換器は、絶縁型電力変換器としてのＦＣ絶縁コンバータ１４を含む。なお、本実施形態においてＳＯＦＣ１０が生成する「低電圧の電力」とは、ＳＯＦＣ１０の出力電圧が高電圧バッテリ１２の動作電圧と比べて低い電圧であることを意味する。

このように、高電圧の高電圧バッテリ１２と、低電圧のＳＯＦＣ１０の間にこれらを電気的に絶縁する絶縁型電力変換器としてのＦＣ絶縁コンバータ１４が配置されたことで、電気的な安全性を保ちつつ、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を低く設定することができる。すなわち、ＦＣ絶縁コンバータ１４によって、高電圧バッテリ１２からＳＯＦＣ１０への電流の流れる抑制することができるので、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を低くしても、当該ＳＯＦＣ１０の電気的な安全性を確保することができる。

なお、本実施形態の電力制御システム１００においては、高電圧系の高電圧バッテリ１２に高電圧ライン２２を介して走行モータ１６が接続されており、高電圧バッテリ１２から走行モータ１６への電力供給が可能となっている。

これにより、上述のように電気的な安全性を向上させたＳＯＦＣ１０の発電電力で高電圧バッテリ１２に充電しつつ、高電圧バッテリ１２に充電された電力を走行モータ１６に供給するいわゆるシリーズ方式のハイブリッドシステムを構成することができる。

さらに、本実施形態の電力制御システム１００は、車両（特に自動車）に搭載されており、外部負荷が走行モータ１６として構成されている。すなわち、本実施形態の電力制御システム１００を、一定の電気的安全性が要求される移動体としての車両に用いることで、電気的な安全性を向上させたＳＯＦＣ１０によるメリットをより好適に享受することができる。

また、ＦＣ絶縁コンバータ１４は、ＳＯＦＣ１０から高電圧バッテリ１２に供給される電力を所定の昇圧比で昇圧する昇圧回路としての低圧側スイッチング部１４ａ、高圧側スイッチング部１４ｂ、及び絶縁トランス１４ｃを有する。

これにより、ＳＯＦＣ１０の出力電圧をより好適に昇圧して高電圧バッテリ１２を充電することができる。すなわち、上述のようにＳＯＦＣ１０の出力電圧をより低く構成すると、ＳＯＦＣ１０と高電圧バッテリ１２の間の電圧差が大きくなる。これに対して、本実施形態のＦＣ絶縁コンバータ１４の昇圧回路によって、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を高電圧バッテリ１２への充電のために適切な電圧により好適に調整することができる。結果として、高電圧バッテリ１２の電圧に対してより小さい出力電圧のＳＯＦＣ１０を構成することができる。

特に、本実施形態の電力制御システム１００では、ＦＣ絶縁コンバータ１４の昇圧回路は、絶縁トランス１４ｃを含んでいる。

これにより、絶縁トランス１４ｃによって上述したＳＯＦＣ１０と高電圧バッテリ１２との間の電気的絶縁を確保しつつも、当該絶縁トランス１４ｃの一次側コイル（ＳＯＦＣ１０側）と二次側コイル（高電圧バッテリ１２側）の間の巻数比を適宜設定することで、ＳＯＦＣ１０の出力電圧の昇圧比を好適に設定することができる。すなわち、絶縁トランス１４ｃを設けるという簡易な構成で、ＳＯＦＣ１０と高電圧バッテリ１２の電気的絶縁及び昇圧回路としての機能の双方を実現することができる。

以上、説明した第１実施形態の電力制御システム１００においては、種々の変更が可能である。例えば、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を電力制御システム１００が搭載される装置の要求等に応じて適宜設定することが可能である。

例えば、ＳＯＦＣ１０は、電力制御システム１００が搭載される装置（自動車及び鉄道車両等）において所定の安全要求が課される高電圧安全要求対象部品と判断される基準となる所定電圧未満の最大出力電圧をとるように構成されても良い。

すなわち、電力制御システム１００が搭載される装置によっては、人体等に対する電気的安全性を確保する観点から、当該装置内における配置位置や所定の絶縁処理を施す等のより厳しい安全対策が要求される高電圧安全要求対象部品が法規等によって定められている場合がある。そして、ある部品がこのような高電圧安全要求対象部品であるか否かの判断は、通常、当該部品の動作電圧の大きさを基準として行われる。

このような事情に鑑みて、電力制御システム１００が搭載される装置に応じて高電圧安全要求対象部品であると判断される基準となる電圧を上記所定電圧とすることで、ＳＯＦＣ１０の最大出力電圧を高電圧安全要求対象部品と判断される電圧未満とすることができる。

これにより、ＳＯＦＣ１０を電力制御システム１００が搭載される装置の電気的安全性の観点から定められる高電圧安全要求対象部品から外すことができる。

特に、ＳＯＦＣ１０は、最大出力電圧が６０Ｖ未満となるように構成されても良い。このようにＳＯＦＣ１０の最大出力電圧を設定することで、本実施形態の電力制御システム１００が特に自動車に搭載される場合において、当該ＳＯＦＣ１０をより確実に高電圧安全要求対象部品から外すことができる。

ここで、自動車においては、衝突時に比較的大きく損傷することが想定される車両の前方領域や後方領域（以下、単に「衝突領域」とも記載する）においては、安全上の観点から高電圧安全要求対象部品を設置しないことが要求されている。そして、高電圧安全要求対象部品と判断される基準となる電圧は、概ね６０Ｖと定められている。

このような状況に対して、ＳＯＦＣ１０をその最大出力電圧が６０Ｖ未満となるように構成して高電圧安全要求対象部品の対象から外していることで、高電圧安全要求対象部品であれば設置が想定されない車両の前方領域や後方領域においてもＳＯＦＣ１０を設置することができる。

さらに、このようにＳＯＦＣ１０の最大出力電圧を６０Ｖ未満としても、ＳＯＦＣ１０を高電圧バッテリ１２等の高電圧系統と直接電気的に接続させると、高電圧バッテリ１２とともにＳＯＦＣ１０が高電圧安全要求対象部品に該当することとなる。

しかしながら、本実施形態の電力制御システム１００では、既に説明したように、ＦＣ絶縁コンバータ１４によって、ＳＯＦＣ１０と高電圧バッテリ１２及び走行モータ１６の間が相互に電気的に絶縁されている。これにより、ＳＯＦＣ１０が高電圧バッテリ１２を含む高電圧系統から独立した部品とすることができる。したがって、ＦＣ絶縁コンバータ１４によりＳＯＦＣ１０をより確実に高電圧安全要求対象部品から外すことができる。結果として、ＳＯＦＣ１０を、自動車の衝突領域を含めた任意の領域に設置することができるので、車両レイアウトの自由度を向上させることができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図２は、第２実施形態における電力制御システム１００の構成を説明する図である。

図示のように、本実施形態の電力制御システム１００は、２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２が配置されている。また、２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２のそれぞれに、第１実施形態で説明したＦＣ絶縁コンバータ１４が個別に接続されている。なお、以下では、ＳＯＦＣ１０−１に接続されたＦＣ絶縁コンバータ１４を「ＦＣ絶縁コンバータ１４−１」と称し、ＳＯＦＣ１０−２に接続されたＦＣ絶縁コンバータ１４を「ＦＣ絶縁コンバータ１４−２」と称する。

ここで、本実施形態において、２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２を配置した背景の一つについて説明する。しかしながら、以下で説明する背景は本実施形態の構成を限定するものではない。

既に説明したように、出力電圧の小さいＳＯＦＣ１０を構成すれば、当該ＳＯＦＣ１０の電気的安全性が向上することとなる。一方で、出力電圧の小さいＳＯＦＣ１０の場合、例えば高電圧バッテリ１２の要求充電量が比較的大きい場合等のＳＯＦＣ１０に対する要求発電電力が大きい場合においては、当該要求発電電力を確保すべくＳＯＦＣ１０からの取り出し電流を増大させる必要がある。しかしながら、単体のＳＯＦＣ１０から取り出すことのできる電流の大きさには限度がある。

これに対して、本実施形態の電力制御システム１００では、出力電圧の小さいＳＯＦＣ１０を配置した場合であっても、より好適に要求発電電力を確保する観点から、２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２を並列に配置している。

さらに、２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２を並列に配置する場合においても、一台のＦＣ絶縁コンバータ１４によって２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２からの取り出し電流をまとめて制御することが可能である。しかしながら、２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２の個体差などの要因でこれらの出力特性（ＩＶ特性）がばらつくことが想定される。

このように出力特性がばらついた２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２において、各ＳＯＦＣ１０−１，１０−２から同一の取り出し電流を取り出すと、それぞれの電圧の低下度合が異なるため、ＳＯＦＣ１０−１，１０−２の間の電圧がばらつくこととなる。特に、取り出し電流が大きくなると、出力特性の相違による電圧のばらつきが大きくなる（図５参照）。

したがって、一台のＦＣ絶縁コンバータ１４によって２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２からの取り出し電流をまとめて制御する場合には、これらの内のより低い方の特性に合わせて電流の取り出しを行う必要がある。すなわち、２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２の内の出力特性が低い方がボトルネックとなって、出力特性が高い方のパフォーマンスを十分に引き出せないという状況が想定される。

本発明者らは、このような状況に着目して、各ＳＯＦＣ１０−１，１０−２に個別にＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２を接続することで、ＳＯＦＣ１０−１，１０−２のそれぞれの出力特性に応じた取り出し電流の制御を行うことに想到した。これにより、いずれのＳＯＦＣ１０−１，１０−２からも出力特性に応じた個別の好適な電流の取り出しを実行することができる。

以上説明した第２実施形態にかかる電力制御システム１００によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態の電力制御システム１００では、ＳＯＦＣ１０を２つ備え、それぞれのＳＯＦＣ１０−１，１０−２にＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２が個別に接続される。

これにより、一つのＳＯＦＣ１０を設ける場合と比較して、要求発電電力に応じた取り出し電流をより好適に実現することができる。その上で、２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２のそれぞれの出力特性に応じて好適に取り出し電流を設定することができる。

さらに、本実施形態では、ＳＯＦＣ１０−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−１と、ＳＯＦＣ１０−２及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２と、が別々の系統として構成されることとなる。したがって、１台のＦＣ絶縁コンバータ１４に２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２を接続する場合と異なり、ＳＯＦＣ１０−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−１と、ＳＯＦＣ１０−２及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２と、を適宜分散してレイアウトすることが可能となる。

これにより、電力制御システム１００を車両に搭載する場合において、これらＳＯＦＣ１０−１，１０−２及びＦＣ絶縁コンバータ１４−１，１４−２を配置レイアウトの自由度をより向上させることができる。

さらに、本実施形態の電力制御システム１００では、ＳＯＦＣ１０−１とＦＣ絶縁コンバータ１４−１を接続する低電圧ライン２０−１、及びＳＯＦＣ１０−２とＦＣ絶縁コンバータ１４−２を接続する低電圧ライン２０−２が別々の配線系統で構成されている。これにより、１台のＦＣ絶縁コンバータ１４に２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２を一つの配線系統で接続する場合と比較して各低電圧ライン２０−１，２０−２に導通させる電流が減少することとなる。

これにより、低電圧ライン２０−１及び低電圧ライン２０−２の線径をより細く形成することができるため、より高い曲率で屈曲変形させることができる。したがって、配線レイアウトの自由度が向上するため、ＳＯＦＣ１０及びＦＣ絶縁コンバータ１４の配置レイアウトの自由度のさらなる向上に資することとなる。

また、１台のＦＣ絶縁コンバータ１４に２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２を接続する場合であっても、各ＳＯＦＣ１０−１，１０−２の出力制御を行うために必要な回路素子等を構成する必要がある。

一方で、本実施形態のように、２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２ごとにＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２を分散して構成する場合には、各ＳＯＦＣ１０−１，１０−２の出力制御に必要な回路素子等の構成も分散される。さらに、ＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２の回路を導通する電流は、１台のＦＣ絶縁コンバータ１４を２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２に接続する場合と比べて小さくなる。

したがって、各ＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２は、１台で構成されるＦＣ絶縁コンバータ１４に対してトータルの部品点数をほとんど増やすことなく構成することができ、それぞれの大きさを１台で構成される場合のＦＣ絶縁コンバータ１４よりも小型化することができる。

したがって、本実施形態のように各ＳＯＦＣ１０−１，１０−２にＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２を個別に接続する場合であっても、ＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２の全体的サイズの増加及びコストの増加を抑制することができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態又は第２実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施形態では、第２実施形態で説明した電力制御システム１００の構成を前提とした電力制御について説明する。

図３は、本実施形態における電力制御システム１００の構成を説明する図である。図示のように、本実施形態における電力制御システム１００は、図２において説明した構成に加えて、ＳＯＦＣ１０−１とＦＣ絶縁コンバータ１４−１の間の低電圧ライン２０−１に配置された低圧側電流センサ３０−１及び低圧側電圧センサ３２−１と、ＳＯＦＣ１０−２とＦＣ絶縁コンバータ１４−２の間の低電圧ライン２０−２に配置された低圧側電流センサ３０−２及び低圧側電圧センサ３２−２と、ＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２の出力側の高電圧ライン２２に配置された高圧側電圧センサ３４と、を有している。

低圧側電流センサ３０−１は、ＳＯＦＣ１０−１の取り出し電流に相当する低電圧ライン２０−１の電流（以下では、単に「第１低圧側電流Ｉｌｏｗ１」とも称する）を検出する。また、低圧側電圧センサ３２−１は、ＳＯＦＣ１０−１の出力電圧（ＦＣ絶縁コンバータ１４−１の入力電圧）に相当する電圧（以下では、単に「第１低圧側電圧Ｖｌｏｗ１」とも称する）を検出する。

さらに、低圧側電流センサ３０−２は、ＳＯＦＣ１０−２の取り出し電流に相当する低電圧ライン２０−２の電流（以下では、単に「第２低圧側電流Ｉｌｏｗ２」とも称する）を検出する。また、低圧側電圧センサ３２−２は、ＳＯＦＣ１０−２の出力電圧（ＦＣ絶縁コンバータ１４−２の入力電圧）に相当する電圧（以下では、単に「第２低圧側電圧Ｖｌｏｗ２」とも称する）を検出する。

また、高圧側電圧センサ３４は、ＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２の出力電圧に相当する高電圧ライン２２の電圧（以下では、単に「高圧側電圧Ｖｈｉｇｈ」とも記載する）を検出する。

さらに、電力制御システム１００は、ＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２を制御する変圧器個別制御ユニットとしてのコントローラ９０を備えている。

コントローラ９０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたコンピュータ、特にマイクロコンピュータで構成される。そして、コントローラ９０は、本実施形態の処理を実行可能にプログラムされている。なお、コントローラ９０は一つの装置として構成されていても良いし、複数の装置に分けられ、本実施形態の各制御を当該複数の装置で分散処理するように構成されていても良い。

そして、本実施形態においてコントローラ９０は、低圧側電流センサ３０−１、低圧側電圧センサ３２−１、低圧側電流センサ３０−２、及び低圧側電圧センサ３２−２でそれぞれ検出される第１低圧側電流検出値Ｉｌｏｗ１ｄ、第１低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗ１ｄ、第２低圧側電流検出値Ｉｌｏｗ２ｄ、第２低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗ２ｄ、及び高圧側電圧検出値Ｖｈｉｇｈｄに基づいてＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２のそれぞれをスイッチング制御して昇圧比を制御する。以下、コントローラ９０による制御をより詳細に説明する。

図４は、本実施形態の電力制御システム１００の制御態様を説明するフローチャートである。なお、本フローチャートで示す各ステップは必ずしも以下で説明する順番に限定されるものではなく、可能な範囲で各ステップの入れ替えが可能である。

図示のように、ステップＳ１１０において、コントローラ１９０は、例えば図示しない充電量（ＳＯＣ）センサの検出値に基づいて高電圧バッテリ１２の受け入れ可能電力（要求充電電力）を演算する。

ステップＳ１２０において、コントローラ１９０は、演算した高電圧バッテリ１２の要求充電電力からＳＯＦＣ１０−１及びＳＯＦＣ１０−２のトータルの要求発電電力を演算する。

ステップＳ１３０において、コントローラ９０は、第１低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ１ｔ及び第２低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ２ｔを演算する。具体的に、コントローラ９０は、演算した要求発電電力を満たしつつ、取得した第１低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗ１ｄと第２低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗ２ｄの偏差が許容値ΔＶ以下となるように第１低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ１ｔ及び第２低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ２ｔを演算する。

すなわち、コントローラ９０は、高電圧バッテリ１２の要求充電電力を満たしつつ、第１低圧側電圧Ｖｌｏｗ１（ＳＯＦＣ１０−１の電圧）と第２低圧側電圧Ｖｌｏｗ２（ＳＯＦＣ１０−２の電圧）のばらつきを抑制する観点から、第１低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ１ｔ（ＳＯＦＣ１０−１の取り出し電流目標値）及び第２低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ２ｔ（ＳＯＦＣ１０−２の取り出し電流目標値）を演算する。

図５は、相互に出力特性が異なる２つのＳＯＦＣ１０−１及びＳＯＦＣ１０−２のそれぞれのＩＶ曲線の概要を示す図である。なお、図においては、ＳＯＦＣ１０−１のＩＶ曲線を実線で示し、ＳＯＦＣ１０−２のＩＶ曲線を破線で示す。すなわち、本実施形態では、ＳＯＦＣ１０−１の出力特性がＳＯＦＣ１０−２の出力特性よりも高いと仮定する。

図から理解されるように、相互に出力特性が異なるＳＯＦＣ１０−１及びＳＯＦＣ１０−２の場合には、同じ電流を取り出しでもそれに応じた出力電圧が相違することとなる。特に、取り出し電流が大きくなる領域では、第１低圧側電圧Ｖｌｏｗ１と第２低圧側電圧Ｖｌｏｗ２の差は大きくなる。したがって、本実施形態では、第１低圧側電圧Ｖｌｏｗ１と第２低圧側電圧Ｖｌｏｗ２の差を小さくする観点から、各ＳＯＦＣ１０−１，１０−２からの取り出し電流の目標値である第１低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ１ｔ及び第２低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ２ｔをそれぞれの出力特性に応じて設定する。

例えば、コントローラ９０は、図５の点線で示す第１低圧側電流Ｉｌｏｗ１の値を第１低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ１ｔに設定した場合、当該第１低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ１ｔに相当する電流をＳＯＦＣ１０−１から取り出した場合の第１低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗ１ｄに対して、ＳＯＦＣ１０−２の出力電圧に相当する第２低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗ２ｄが上記許容値ΔＶ以下の範囲に収まる領域（図５のハッチングされた領域）から、上記トータルの要求発電電力を考慮した第２低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ２ｔを選択する。

そして、ステップＳ１４０において、コントローラ９０は、第１低圧側電流検出値Ｉｌｏｗ１ｄ及び第２低圧側電流検出値Ｉｌｏｗ２ｄが、それぞれステップＳ１３０で演算した第１低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ１ｔ及び第２低圧側電流目標値Ｉｌｏｗ２ｔに近づくように、ＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２のそれぞれの昇圧比を制御する。

以上説明したように、本実施形態では、２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２のそれぞれの出力特性に応じた好適な取り出し電流の設定が可能となる各ＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２のスイッチング制御が実現される。

以上説明した第３実施形態にかかる電力制御システム１００によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態の電力制御システム１００では、それぞれのＳＯＦＣ１０−１及びＳＯＦＣ１０−２に接続されるＦＣ絶縁コンバータ１４−１及びＦＣ絶縁コンバータ１４−２を個別に制御するコントローラ９０をさらに備える。

これにより、ＳＯＦＣ１０−１及びＳＯＦＣ１０−２からの発電電力（出力電流）を、それぞれの出力特性の相違に応じて個別に調整する制御が実現されることとなる。

特に、本実施形態では、それぞれのＳＯＦＣ１０−１及びＳＯＦＣ１０−２の出力電圧としての第１低圧側電圧Ｖｌｏｗ１と第２低圧側電圧Ｖｌｏｗ２の差が所定値（許容値ΔＶ）以下となるように、それぞれのＳＯＦＣ１０−１及びＳＯＦＣ１０−２の取り出し電流を設定する（図４のステップＳ１３０）。

これにより、ＳＯＦＣ１０−１及びＳＯＦＣ１０−２の相互の出力特性の違いに起因する出力電圧のばらつきを抑制しつつ、ＳＯＦＣ１０−１及びＳＯＦＣ１０−２の出力特性に応じた適切な取り出し電流を設定することができる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について説明する。なお、第１〜第３実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６は、本実施形態に係る電力制御システム１００の構成を説明する図である。なお、図面簡略化のため、図６では電力制御システム１００の要部構成のみを示している。

図示のように、本実施形態の電力制御システム１００の電力変換器は、第１実施形態で説明したＦＣ絶縁コンバータ１４に加えて、ＦＣ絶縁コンバータ１４の出力電圧を所定の昇圧比で昇圧する補助昇圧器としての非絶縁型昇圧コンバータ４０を有している。

非絶縁型昇圧コンバータ４０は、スイッチング制御により一定範囲で昇圧比を設定し得るチャージポンプ方式等の昇圧コンバータとして構成される。そして、本実施形態において、非絶縁型昇圧コンバータ４０は、ＦＣ絶縁コンバータ１４と高電圧バッテリ１２の間に接続されている。

以上の構成を有する本実施形態の電力制御システム１００では、ＦＣ絶縁コンバータ１４は、低電圧ライン２０におけるＳＯＦＣ１０の出力電圧を基本昇圧比で昇圧して中電圧ライン２１に出力する。そして、非絶縁型昇圧コンバータ４０は、中電圧ライン２１の電圧を所定の昇圧比（以下では、「補助昇圧比」とも称する）で昇圧して高電圧ライン２２に出力する。

すなわち、本実施形態では、ＳＯＦＣ１０の出力電圧が、ＦＣ絶縁コンバータ１４及び非絶縁型昇圧コンバータ４０の順で２段階昇圧された後に高電圧バッテリ１２に供給されることとなる。

特に、本実施形態では、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を第１段目のＦＣ絶縁コンバータ１４の昇圧回路（絶縁トランス１４ｃ）で比較的大きい基本昇圧比で昇圧しつつ、第２段目の非絶縁型昇圧コンバータ４０の制御によって補助昇圧比を高精度に調節することができる。結果として、高電圧バッテリ１２の要求充電電力等に応じて、ＦＣ絶縁コンバータ１４及び非絶縁型昇圧コンバータ４０による実質的なＳＯＦＣ１０の出力電圧に対する昇圧比（基本昇圧比×補助昇圧比）を好適に調節することが可能となる。

より具体的には、本実施形態の電力制御システム１００では、ＳＯＦＣ１０の出力電圧が基本的にＦＣ絶縁コンバータ１４の基本昇圧によって、高電圧バッテリ１２の要求充電電力に応じた所望の目標電圧付近まで昇圧される。

しかしながら、例えば、高電圧バッテリ１２の要求電力の変動等に起因して、ＳＯＦＣ１０の出力電圧の昇圧比を比較的短い時間で適宜調節する必要が生じることが想定される。本実施形態では、非絶縁型昇圧コンバータ４０によって、比較的短時間の間におけるＳＯＦＣ１０の出力電圧の実質的な昇圧比の調節にも好適に対応することができる。

以上説明した第４実施形態にかかる電力制御システム１００によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態の電力制御システム１００における電力変換器は、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を所定の昇圧比で昇圧する補助昇圧器としての非絶縁型昇圧コンバータ４０をさらに含む。

これによれば、ＦＣ絶縁コンバータ１４によって、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を高電圧バッテリ１２の要求電力等に応じて定まる所望の電圧に概ね昇圧させつつも、非絶縁型昇圧コンバータ４０によって、比較的短時間の間におけるＳＯＦＣ１０の出力電圧の実質的な昇圧比の調節にも好適に対応することができる。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について説明する。なお、第１〜第４実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施形態では、第４実施形態で説明した電力制御システム１００の構成を前提とした電力制御の一例について説明する。

図７は、本実施形態における電力制御システム１００の構成を説明する図である。図示のように、本実施形態における電力制御システム１００は、図６において説明した構成に加えて、低電圧ライン２０に配置された低圧側電流センサ３０及び低圧側電圧センサ３２と、中電圧ライン２１に配置された中電圧側電流センサ５０及び中電圧側電圧センサ５２と、高電圧ライン２２に配置された高圧側電圧センサ３４と、を有している。

低圧側電流センサ３０は、ＳＯＦＣ１０の出力電流に相当する低圧側電流Ｉｌｏｗを検出する。また、低圧側電圧センサ３２は、低電圧ライン２０の電圧である低圧側電圧Ｖｌｏｗを検出する。

また、中電圧側電流センサ５０は、ＦＣ絶縁コンバータ１４から非絶縁型昇圧コンバータ４０への入力電流に相当する中電圧側電流Ｉｍｅｄを検出する。また、中電圧側電圧センサ５２は、中電圧ライン２１の電圧である中電圧側電圧Ｖｍｅｄを検出する。

さらに、高圧側電圧センサ３４は、高電圧ライン２２の電圧（高電圧バッテリ１２の電圧に相当）である高圧側電圧Ｖｈｉｇｈを検出する。

さらに、電力制御システム１００は、ＦＣ絶縁コンバータ１４及び非絶縁型昇圧コンバータ４０を制御するコントローラ１９０を備えている。

コントローラ１９０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたコンピュータ、特にマイクロコンピュータで構成される。そして、コントローラ９０は、本実施形態の処理を実行可能にプログラムされている。なお、コントローラ１９０は一つの装置として構成されていても良いし、複数の装置に分けられ、本実施形態の各制御を当該複数の装置で分散処理するように構成されていても良い。

そして、本実施形態においてコントローラ１９０は、低圧側電流センサ３０、低圧側電圧センサ３２、中電圧側電流センサ５０、中電圧側電圧センサ５２、及び高圧側電圧センサ３４でそれぞれ検出される低圧側電流検出値Ｉｌｏｗｄ、低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗｄ、中電圧側電流検出値Ｉｍｅｄｄ、中電圧側電圧検出値Ｖｍｅｄｄ、及び高圧側電圧検出値Ｖｈｉｇｈｄに基づいてＦＣ絶縁コンバータ１４及び非絶縁型昇圧コンバータ４０を制御する。以下、本実施形態におけるコントローラ１９０による制御をより詳細に説明する。

図８は、本実施形態の電力制御システム１００の制御態様を説明するフローチャートである。なお、本フローチャートで示す各ステップは必ずしも以下で説明する順番に限定されるものではなく、可能な範囲で各ステップの入れ替えが可能である。

図示のように、ステップＳ２１０において、コントローラ１９０は、例えば図示しない充電量（ＳＯＣ）センサにより検出される高電圧バッテリ１２の充電量検出値（又は推定値）に基づいて、高電圧バッテリ１２の受け入れ可能電力（要求充電電力）を演算する。

ステップＳ２２０において、コントローラ１９０は、演算した高電圧バッテリ１２の要求充電電力からＳＯＦＣ１０に対する要求発電電力を演算する。

ステップＳ２３０において、コントローラ１９０は、演算した要求発電電力、及び低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗｄに基づいてＳＯＦＣ１０の取り出し電流補正目標値（以下では、「第１取り出し電流目標値」とも称する）を演算する。すなわち、第１取り出し電流目標値は、高電圧バッテリ１２の充電電力の要求を満たしつつも、低電圧ライン２０の電圧（低圧側電圧Ｖｌｏｗ）がある上限値を超えないように制限する観点から演算されるＳＯＦＣ１０の取り出し電流（低圧側電流Ｉｌｏｗ）の目標値である。

具体的に、本実施形態において、コントローラ１９０は、先ず、演算した要求発電電力に基づいてＳＯＦＣ１０の基本取り出し電流目標値を演算する。そして、ＳＯＦＣ１０の出力特性（ＩＶ特性）に基づいて低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗｄが所定の上限電圧Ｖｌｉｍ（例えば６０Ｖ）未満となるように基本取り出し電流目標値を補正した値を第１取り出し電流目標値として設定する。

なお、第１取り出し電流目標値は、要求発電電力を満たしつつも低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗｄを制限する観点から演算される目標値であるので、本来の第１取り出し電流目標値に基づいて定まる基本取り出し電流目標値以上の値に設定されることとなる。

ステップＳ２４０において、コントローラ１９０は、ステップＳ２３０で演算した第１取り出し電流目標値及び高圧側電圧検出値Ｖｈｉｇｈｄに基づいて、ＦＣ絶縁コンバータ１４及び非絶縁型昇圧コンバータ４０を制御する。

具体的には、コントローラ１９０は、低圧側電流検出値Ｉｌｏｗｄが第１取り出し電流目標値に近づくように、ＦＣ絶縁コンバータ１４及び非絶縁型昇圧コンバータ４０をスイッチング制御してトータルの昇圧比（基本昇圧比＋補助昇圧比）を調節する。

したがって、本実施形態によれば、低圧側電圧Ｖｌｏｗを上限電圧Ｖｌｉｍ未満に維持しつつ、高電圧バッテリ１２に所望の電力を充電し得る各コンバータの制御の一態様が提供されることとなる。

以上説明した第５実施形態にかかる電力制御システム１００によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態の電力制御システム１００では、非絶縁型昇圧コンバータ４０は、ＦＣ絶縁コンバータ１４と高電圧バッテリ１２の間に配置される。すなわち、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を、ＦＣ絶縁コンバータ１４及び非絶縁型昇圧コンバータ４０の順に２段階で昇圧しつつ、高電圧バッテリ１２に供給できるシステムが提供される。

そして、本実施形態では、ＦＣ絶縁コンバータ１４及び非絶縁型昇圧コンバータ４０を制御する昇圧制御ユニットとしてのコントローラ１９０をさらに有する。また、コントローラ１９０は、少なくともＳＯＦＣ１０の出力電圧（低圧側電圧Ｖｌｏｗ）及び高電圧バッテリ１２の電圧（高圧側電圧Ｖｈｉｇｈ）に基づいて、非絶縁型昇圧コンバータ４０の昇圧比を制御する。

これにより、高電圧バッテリ１２の要求充電電力に応じて、ＦＣ絶縁コンバータ１４及び非絶縁型昇圧コンバータ４０によるＳＯＦＣ１０の出力電圧の２段階の昇圧を非絶縁型昇圧コンバータ４０の制御によって好適に実行することができる。

さらに、本実施形態のコントローラ１９０は、ＳＯＦＣ１０の出力電圧に相当する低圧側電圧Ｖｌｏｗを所定値（上限電圧Ｖｌｉｍ）未満に制限する（図８のステップＳ２３０）。

これにより、高電圧バッテリ１２に対して要求充電電力に応じた電力の供給を可能としつつも、低圧側電圧Ｖｌｏｗを一定値未満に維持することのできる具体的な制御態様の一例が提供されることとなる。

ここで、本実施形態の電力制御システム１００は、ＦＣ絶縁コンバータ１４の絶縁トランス１４ｃにより低電圧ライン２０と中電圧ライン２１の間が電気的に絶縁されている。したがって、低電圧ライン２０の電圧である低圧側電圧Ｖｌｏｗが上限電圧Ｖｌｉｍ未満に維持されると、ＦＣ絶縁コンバータ１４の入力側の低電圧ライン２０及びＳＯＦＣ１０の動作電圧を実質的に上限電圧Ｖｌｉｍ未満とすることができる。すなわち、低電圧ライン２０及びＳＯＦＣ１０の電気的安全性をより向上させることができる。

特に、本実施形態の電力制御システム１００が自動車に搭載される場合であって、上限電圧Ｖｌｉｍを６０Ｖ未満の値に設定すれば、低電圧ライン２０及びＳＯＦＣ１０を実質的に動作電圧が６０Ｖ未満の部品に設定できるので、これらを既に説明した高電圧安全要求対象部品から外すことができる。

結果として、本実施形態における電力制御システム１００を自動車に搭載する際において、低電圧ライン２０及びＳＯＦＣ１０の車両上の配置レイアウト自由度を向上させることができる。

なお、さらに、本実施形態の電力制御システム１００において、ＳＯＦＣ１０の実質的な最大出力電圧が６０Ｖ未満となるように当該ＳＯＦＣ１０を構成しても良い。これにより、上述の低圧側電圧Ｖｌｏｗが６０Ｖ未満に維持される制御と相まってより確実に、ＳＯＦＣ１０及び低電圧ライン２０を含む低電圧系の部品を６０Ｖ未満に維持することができるので、これら部品の電気的な安全性をより一層高めることができる。

（第６実施形態）
以下、第６実施形態について説明する。なお、第１〜第５実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図９は、本実施形態に係る電力制御システム１００の構成を説明する図である。なお、図面簡略化のため、図９では電力制御システム１００の要部構成のみを示している。

図示のように、本実施形態では第４実施形態に係る電力制御システム１００に対して、非絶縁型昇圧コンバータ４０とＦＣ絶縁コンバータ１４の配置位置が入れ替わった構成をとっている。すなわち、本実施形態の電力制御システム１００では、ＳＯＦＣ１０とＦＣ絶縁コンバータ１４の間に非絶縁型昇圧コンバータ４０が配置されている。なお、他の構成については第４実施形態に係る電力制御システム１００と同様である。

以上の構成を有する本実施形態の電力制御システム１００では、非絶縁型昇圧コンバータ４０は、低電圧ライン２０におけるＳＯＦＣ１０の出力電圧を昇圧して中電圧ライン２１に出力する。そして、ＦＣ絶縁コンバータ１４は、中電圧ライン２１の電圧を昇圧して高電圧ライン２２に出力する。すなわち、本実施形態においては、ＳＯＦＣ１０の出力電圧が、非絶縁型昇圧コンバータ４０及びＦＣ絶縁コンバータ１４の順で２段階昇圧された後に高電圧バッテリ１２に供給されることとなる。

特に、本実施形態では、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を第１段目の非絶縁型昇圧コンバータ４０の制御に応じて高電圧バッテリ１２の要求に応じた補助昇圧比の調節を行いつつ、当該非絶縁型昇圧コンバータ４０により昇圧された中電圧ライン２１の電圧をさらに第２段目のＦＣ絶縁コンバータ１４によって昇圧することで、ＦＣ絶縁コンバータ１４から高電圧ライン２２への出力電圧を適切に調整することができる。

また、本実施形態においても、第５実施形態と同様に、高電圧バッテリ１２の要求電力の変動等に応じた非絶縁型昇圧コンバータ４０及びＦＣ絶縁コンバータ１４の２段昇圧におけるトータルの昇圧比（補助昇圧比×基本昇圧比）を、応答性の良い非絶縁型昇圧コンバータ４０に対するスイッチング制御によって好適に調節することができる。

以上説明した第６実施形態にかかる電力制御システム１００によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態の電力制御システム１００では、補助昇圧器としての非絶縁型昇圧コンバータ４０は、ＳＯＦＣ１０とＦＣ絶縁コンバータ１４の間に配置される。

これにより、高電圧バッテリ１２の要求充電電力に応じて、ＳＯＦＣ１０の出力電圧を非絶縁型昇圧コンバータ４０及びＦＣ絶縁コンバータ１４による２段階の昇圧制御によって好適に調節することができる。

さらに、本実施形態の電力制御システム１００では、非絶縁型昇圧コンバータ４０の入力側にＳＯＦＣ１０が配置されている構成をとっているので、ＳＯＦＣ１０の出力電力の大きさによってはＳＯＦＣ１０から非絶縁型昇圧コンバータ４０へ入力される電流が比較的大きくなること状況が想定される。

このような状況に対して本実施形態では、非絶縁型昇圧コンバータ４０の回路に絶縁トランス１４ｃが用いられない非絶縁型コンバータとして構成されるので、ＳＯＦＣ１０からの入力電流が大きくなることによる非絶縁型昇圧コンバータ４０のサイズの大型化が抑制される。

より詳細に説明すると、絶縁トランス１４ｃを有するＦＣ絶縁コンバータ１４にＳＯＦＣ１０から直接的に電流が入力される構成の場合、当該入力電流が大きくなるとそれを許容すべく絶縁トランス１４ｃの構成部品（巻線及び鉄心等）が大型に構成されることとなり、ＦＣ絶縁コンバータ１４全体のサイズアップに繋がる。

これに対して、非絶縁型昇圧コンバータ４０は、主としてインダクタ又はコンデンサ等の回路素子で構成されるので、入力電流が大きくなってもこれら回路素子のサイズアップはＦＣ絶縁コンバータ１４と比べると限定的にすることができる。したがって、本実施形態のように非絶縁型昇圧コンバータ４０をＳＯＦＣ１０とＦＣ絶縁コンバータ１４の間に配置することで、非絶縁型昇圧コンバータ４０を含みシステム全体の大型化も抑制することができる。

結果として、本実施形態の電力制御システム１００において出力の比較的大きいＳＯＦＣ１０を配置しても、出力が大きいことに起因する非絶縁型昇圧コンバータ４０への入力電流の増大に対するシステムのサイズアップの度合いがより小さくなるので、システムの大型化を抑制しつつ、より出力の大きいＳＯＦＣ１０を採用することができる。

（第７実施形態）
以下、第７実施形態について説明する。なお、第１〜第６実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施形態では、第６実施形態で説明した電力制御システム１００の構成を前提とした電力制御の一例について説明する。

図１０は、本実施形態における電力制御システム１００の構成を説明する図である。図示のように、本実施形態における電力制御システム１００には、図９において説明した構成に加えて、第５実施形態と同様に低圧側電流センサ３０及び低圧側電圧センサ３２と、中電圧側電流センサ５０及び中電圧側電圧センサ５２と、高圧側電圧センサ３４と、が配置されている。

ここで、本実施形態の低圧側電流センサ３０が検出する低圧側電流Ｉｌｏｗは、ＳＯＦＣ１０から非絶縁型昇圧コンバータ４０への入力電流に相当する。また、本実施形態の中電圧側電流センサ５０が検出する中電圧側電流Ｉｍｅｄは、非絶縁型昇圧コンバータ４０からＦＣ絶縁コンバータ１４への入力電流に相当する。

さらに、電力制御システム１００は、低圧側電流センサ３０、低圧側電圧センサ３２、中電圧側電流センサ５０、中電圧側電圧センサ５２、及び高圧側電圧センサ３４によってそれぞれ検出される低圧側電流検出値Ｉｌｏｗｄ、低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗｄ、中電圧側電流検出値Ｉｍｅｄｄ、中電圧側電圧検出値Ｖｍｅｄｄ、及び高圧側電圧検出値Ｖｈｉｇｈｄに基づいて非絶縁型昇圧コンバータ４０及びＦＣ絶縁コンバータ１４を制御する第５実施形態と同様のハードウェア構成を有するコントローラ１９０を備えている。以下、本実施形態におけるコントローラ１９０による制御をより詳細に説明する。

図１１は、本実施形態の電力制御システム１００の制御態様を説明するフローチャートである。なお、本フローチャートで示す各ステップは必ずしも以下で説明する順番に限定されるものではなく、可能な範囲で各ステップの入れ替えが可能である。

図示のように、ステップＳ２１０において、コントローラ１９０は、第５実施形態と同様に、高電圧バッテリ１２の充電量検出値（又は推定値）に基づいて、高電圧バッテリ１２の要求充電電力を演算する。

ステップＳ３２０において、コントローラ１９０は、演算した高電圧バッテリ１２の要求充電電力からＳＯＦＣ１０に対する要求発電電力を演算する。

ステップＳ３３０において、コントローラ１９０は、演算した要求発電電力、及び低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗｄに基づいてＳＯＦＣ１０の取り出し電流補正目標値（以下では、「第２取り出し電流目標値」とも称する）及び中電圧側電流目標値を演算する。

ここで、第２取り出し電流目標値は、高電圧バッテリ１２の充電電力の要求を満たしつつも、低電圧ライン２０の電圧（低圧側電圧Ｖｌｏｗ）がある上限値を超えないように制限する観点から演算されるＳＯＦＣ１０の取り出し電流（低圧側電流Ｉｌｏｗ）の目標値である。

したがって、本実施形態において、コントローラ１９０は、第５実施形態で説明した第１取り出し電流目標値の演算と同様の演算によって、第２取り出し電流目標値を演算する。

さらに、ステップＳ３４０において、コントローラ１９０は、低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗｄ、中電圧側電圧検出値Ｖｍｅｄｄ、及び演算した第２取り出し電流目標値に基づいて中電圧側電流目標値を演算する。

ここで、中電圧側電流目標値は、中電圧ライン２１の電圧（中電圧側電圧Ｖｍｅｄ）がある上限値を超えないように制限する観点から演算される中電圧側電流Ｉｍｅｄ（非絶縁型昇圧コンバータ４０の出力電流に相当）の目標値である。

具体的に、コントローラ１９０は、低圧側電圧検出値Ｖｌｏｗｄと演算された第２取り出し電流目標値を乗算して供給電力Ｐを演算する。そして、コントローラ１９０は、演算した供給電力Ｐに基づいて基本中電圧側電流目標値を演算する。さらに、コントローラ１９０は、中電圧側電圧検出値Ｖｍｅｄｄが上限電圧Ｖｌｉｍ未満となるように基本中電圧側電流目標値を補正した値を中電圧側電圧目標値として設定する。

そして、ステップＳ３５０において、コントローラ１９０は、演算した第２取り出し電流目標値及び中電圧側電流目標値に基づいて、非絶縁型昇圧コンバータ４０及びＦＣ絶縁コンバータ１４を制御する。

具体的には、コントローラ１９０は、低圧側電流検出値Ｉｌｏｗｄ及び中電圧側電圧検出値Ｖｍｅｄｄがそれぞれ第１取り出し電流目標値及び中電圧側電流目標値に近づくように、非絶縁型昇圧コンバータ４０及びＦＣ絶縁コンバータ１４をスイッチング制御してトータルの昇圧比（基本昇圧比＋補助昇圧比）を調節する。

したがって、本実施形態では、上記各ステップ、特にステップＳ３３０〜ステップＳ３５０の処理によって、低圧側電圧Ｖｌｏｗ及び中電圧側電圧Ｖｍｅｄはいずれも上限電圧Ｖｌｉｍ未満に制御されることとなる。

以上説明した第７実施形態にかかる電力制御システム１００によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態の電力制御システム１００では、非絶縁型昇圧コンバータ４０及びＦＣ絶縁コンバータ１４を制御する昇圧制御ユニットとしてのコントローラ１９０をさらに有する。また、コントローラ１９０は、少なくともＳＯＦＣ１０の出力電圧（低圧側電圧Ｖｌｏｗ）及び高電圧バッテリ１２の電圧（高圧側電圧Ｖｈｉｇｈ）に基づいて、非絶縁型昇圧コンバータ４０の昇圧比を制御する。

これにより、高電圧バッテリ１２の要求充電電力に応じて、非絶縁型昇圧コンバータ４０及びＦＣ絶縁コンバータ１４によるＳＯＦＣ１０の出力電圧の２段階の昇圧を、非絶縁型昇圧コンバータ４０の制御によって好適に実行することができる。

さらに、本実施形態のコントローラ１９０は、ＳＯＦＣ１０の出力電圧に相当する低圧側電圧Ｖｌｏｗ及び非絶縁型昇圧コンバータ４０の出力電圧に相当する中電圧側電圧Ｖｍｅｄを所定値（上限電圧Ｖｌｉｍ）未満に制限する（図１１のステップＳ３３０〜ステップＳ３５０）。

これにより、に対して要求充電電力に応じた電力の供給を可能としつつも、低圧側電圧Ｖｌｏｗ及び中電圧側電圧Ｖｍｅｄの双方が一定値以下に維持される具体的な制御態様の一例が提供されることとなる。

ここで、本実施形態の電力制御システム１００は、ＦＣ絶縁コンバータ１４の絶縁トランス１４ｃにより中電圧ライン２１と高電圧ライン２２の間が電気的に絶縁されている。したがって低圧側電圧Ｖｌｏｗ及び中電圧側電圧Ｖｍｅｄの双方が上限電圧Ｖｌｉｍ未満に維持されると、中電圧ライン２１、非絶縁型昇圧コンバータ４０、低電圧ライン２０、及びＳＯＦＣ１０の動作電圧を実質的に上限電圧Ｖｌｉｍ未満とすることができる。すなわち、これら各部品の電気的安全性をより向上させることができる。

特に、本実施形態の電力制御システム１００が自動車に搭載される場合であって、上限電圧Ｖｌｉｍを６０Ｖ未満の値に設定すれば、中電圧ライン２１、非絶縁型昇圧コンバータ４０、低電圧ライン２０、及びＳＯＦＣ１０を実質的に動作電圧が６０Ｖ未満の部品に設定できるので、これらを既に説明した高電圧安全要求対象部品から外すことができる。

結果として、本実施形態における電力制御システム１００を自動車に搭載する際において、中電圧ライン２１、非絶縁型昇圧コンバータ４０、低電圧ライン２０、及びＳＯＦＣ１０というより多くの種類の部品に対して、車両上の配置レイアウト自由度を向上させることができる。

なお、さらに、本実施形態の電力制御システム１００において、ＳＯＦＣ１０の実質的な最大出力電圧が６０Ｖ未満となるように当該ＳＯＦＣ１０を構成しても良い。これにより、上述の低圧側電圧Ｖｌｏｗ及び中電圧側電圧Ｖｍｅｄが６０Ｖ未満に維持される制御と相まってより確実に、ＳＯＦＣ１０、低電圧ライン２０を含む低電圧系の部品、及び中電圧ライン２１を含む中電圧系の部品を６０Ｖ未満に維持することができるので、これら部品の電気的な安全性をより一層高めることができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、上記各実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記各実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記第３実施形態、第５実施形態、及び第７実施形態で説明したＦＣ絶縁コンバータ１４又は非絶縁型昇圧コンバータ４０の制御態様は何れも一例であり、種々変更が可能である。すなわち、第３実施形態のＦＣ絶縁コンバータ１４−１，１４−２の制御においては、各ＳＯＦＣ１０−１，１０−２の出力特性に応じてそれぞれの出力電流を調節することが可能であるならば、ＦＣ絶縁コンバータ１４−１，１４−２の制御に用いた高圧側電圧Ｖｈｉｇｈ等のパラメータに代えて、又はこれとともに適宜任意のパラメータを用いても良い。

同様に、第５実施形態及び第７実施形態におけるＦＣ絶縁コンバータ１４又は非絶縁型昇圧コンバータ４０の制御においても、高電圧バッテリ１２にその要求充電電力に応じた電力を供給しつつ、低圧側電圧Ｖｌｏｗ、又は低圧側電圧Ｖｌｏｗ及び中電圧側電圧Ｖｍｅｄを上限電圧Ｖｌｉｍ未満に制御することが可能であるならば、これら第５実施形態及び第７実施形態の制御に用いた各パラメータに代えて、又はこれとともに適宜任意のパラメータを用いても良い。

さらに、上記各実施形態では、絶縁型電力変換器を含むＦＣ絶縁コンバータ１４が、絶縁トランス１４ｃにより絶縁機能を実現した例について説明した。

しかしながら、上記各実施形態のＦＣ絶縁コンバータ１４に代えて、入出力の間で実質的な電気的絶縁を維持しながら、高電圧バッテリ１２への供給すべき電力に相当するエネルギーを入力から出力へ伝達可能な任意の構成（回路素子等）を備えた絶縁型電力変換器を用いても良い。

すなわち、上記各実施形態で説明した絶縁トランス１４ｃの機能を代替する回路素子等の任意の構成については、本出願の出願日以前に存在していた技術はもとより、出願日以降において新規に見出される技術であっても、既に説明した本発明で要求される絶縁トランス１４ｃの機能を奏する範囲において本発明の技術的範囲から除外されるものではない。

また、第２〜第４実施形態において、２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２を設け、それぞれに個別にＦＣ絶縁コンバータ１４−１，１４−２を接続した例を説明した。これら実施形態に代えて、ｎ個（ｎ≧３）のＳＯＦＣ１０を配置し、これらｎ個のＳＯＦＣ１０に個別にｎ個のＦＣ絶縁コンバータ１４を接続するようにしても良い。これにより、ｎ個のＳＯＦＣ１０の各出力特性に応じて、個別に取り出し電流を制御するようにしても良い。

さらに、ｎ個のＳＯＦＣ１０の内の所定個数ごとのＳＯＦＣ１０のグループを形成し、当該グループに対して１つのＦＣ絶縁コンバータ１４を接続し、グループ単位でＳＯＦＣ１０の取り出し電流を制御するようにしても良い。

また、第２〜第４実施形態の構成と第５〜第７実施形態の構成を任意に組み合わせても良い。例えば、第２〜第４実施形態に係る２つのＳＯＦＣ１０−１，１０−２にそれぞれ個別にＦＣ絶縁コンバータ１４−１，１４−２が接続された電力制御システム１００において、非絶縁型昇圧コンバータ４０を設けても良い。

より詳細には、第２〜第４実施形態における電力制御システム１００において、ＳＯＦＣ１０−１（１０−２）とＦＣ絶縁コンバータ１４−１（１４−２）の間又はＦＣ絶縁コンバータ１４−１（１４−２）と高電圧バッテリ１２の間に非絶縁型昇圧コンバータ４０−１（４０−２）を設け、ＦＣ絶縁コンバータ１４−１（１４−２）及び非絶縁型昇圧コンバータ４０−１（４０−２）に対して第５実施形態及び第７実施形態で説明した制御を実行するようにしても良い。

さらに、第５〜第７実施形態においてＦＣ絶縁コンバータ１４の絶縁トランス１４ｃを、電気的な絶縁機能のみに用いて巻数による昇圧を行わない構成としても良い。すなわち、絶縁トランス１４ｃの一次側コイルの巻数と二次側コイルの巻数を等しくするなどして絶縁トランス１４ｃによる昇圧比を１：１とした上で、ＦＣ絶縁コンバータ１４における絶縁トランス１４ｃ以外の素子からなる昇圧回路、及び非絶縁型昇圧コンバータ４０によってＳＯＦＣ１０の出力電圧の昇圧を行う構成としても良い。

また、上記各実施形態では、電力生成装置がＳＯＦＣ１０である例について説明したが、内燃機関及びオルタネーター等の他の電力生成装置を採用しても良い。さらに、上記各実施形態の電力制御システム１００は、自動車以外の鉄道車両等の電力の供給を受けて駆動する外部負荷（モータ）を備えた任意の車両又はその他の電力で駆動される外部負荷を備えた装置に適用することができる。

Claims (16)

1. 低電圧の電力を生成する電力生成装置と、
   前記電力生成装置により生成される電力で充電される高電圧バッテリと、
   前記高電圧バッテリから電力の供給を受ける外部負荷と、
   前記電力生成装置と前記高電圧バッテリの間に接続された電力変換器と、を備え、
   前記電力変換器が、絶縁型電力変換器を含む、
   電力制御システム。
2. 請求項１に記載の電力制御システムであって、
   前記絶縁型電力変換器は、前記電力生成装置の出力電圧を所定の昇圧比で昇圧する昇圧回路を有する、
   電力制御システム。
3. 請求項２に記載の電力制御システムであって、
   前記昇圧回路は、絶縁トランスを含む、
   電力制御システム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の電力制御システムであって、
   前記電力生成装置を少なくとも２つ備え、
   それぞれの前記電力生成装置に前記絶縁型電力変換器が個別に接続される、
   電力制御システム。
5. 請求項４に記載の電力制御システムであって、
   それぞれの前記電力生成装置に接続される前記絶縁型電力変換器を個別に制御する変圧器個別制御ユニットをさらに備える、
   電力制御システム。
6. 請求項５に記載の電力制御システムであって、
   前記変圧器個別制御ユニットは、それぞれの前記電力生成装置の出力電圧の差が所定値以下となるように、それぞれの前記電力生成装置の取り出し電流を個別に設定する、
   電力制御システム。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の電力制御システムであって、
   前記電力変換器は、前記電力生成装置の出力電圧を所定の昇圧比で昇圧する補助昇圧器をさらに含む、
   電力制御システム。
8. 請求項７に記載の電力制御システムであって、
   前記補助昇圧器は、前記絶縁型電力変換器と前記高電圧バッテリの間に配置される、
   電力制御システム。
9. 請求項８に記載の電力制御システムであって、
   前記絶縁型電力変換器及び前記補助昇圧器を制御する昇圧制御ユニットをさらに有し、
   前記昇圧制御ユニットは、少なくとも前記電力生成装置の出力電圧及び前記高電圧バッテリの電圧に基づいて、前記補助昇圧器の昇圧比を制御する、
   電力制御システム。
10. 請求項９に記載の電力制御システムであって、
    前記昇圧制御ユニットは、前記電力生成装置の出力電圧を所定値未満に制限する、電力制御システム。
11. 請求項７に記載の電力制御システムであって、
    前記補助昇圧器は、前記電力生成装置と前記絶縁型電力変換器の間に配置される、
    電力制御システム。
12. 請求項１１に記載の電力制御システムであって、
    前記補助昇圧器及び前記絶縁型電力変換器を制御する昇圧制御ユニットをさらに有し、
    前記昇圧制御ユニットは、少なくとも前記電力生成装置の出力電圧及び前記高電圧バッテリの電圧に基づいて、前記絶縁型電力変換器の昇圧比を制御する、
    電力制御システム。
13. 請求項１２に記載の電力制御システムであって、
    前記昇圧制御ユニットは、前記電力生成装置の出力電圧及び前記補助昇圧器の出力電圧をそれぞれ所定値未満に制限する、
    電力制御システム。
14. 請求項１〜１３の何れか１項に記載の電力制御システムであって、
    前記電力生成装置は、電力制御システムが搭載される装置において所定の安全要求が課される高電圧安全要求対象部品と判断される基準となる所定電圧未満の最大出力電圧をとるように構成される、
    電力制御システム。
15. 請求項１４に記載の電力制御システムであって、
    前記電力生成装置は、最大出力電圧が６０Ｖ未満となるように構成される、
    電力制御システム。
16. 請求項１〜１５の何れか１項に記載の電力制御システムであって、
    車両に搭載され、
    前記外部負荷が走行モータである、
    電力制御システム。

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