(57)【要約】【課題】電圧源間での電力の移動が可能である電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１５の制御部６５は、第１バッテリ４１の電力による片側駆動が可能であって、第１バッテリ４１の電力を第２バッテリ４２に移動させる場合、第１インバータ２０をモータジェネレータ１０の駆動要求に応じて制御し、第２インバータ３０において、非充電期間と充電期間とを切替周波数ｆｃにて切り替える。非充電期間は、第２インバータ３０が中性点化され、電力が第２バッテリ４２に供給されない。本実施形態では、第２インバータ３０の上アーム素子３１〜３３、または、下アーム素子３４〜３６の一方を全相オン、他方を全相オフすることで、第２インバータ３０を中性点化する。充電期間は、非充電期間とはスイッチング状態を切り替え、電力が第２バッテリ４２に供給される。これにより、第１バッテリ４１の電力を第２バッテリ４２に移動させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線（１１、１２、１３）を有する回転電機（１０）の電力を変換する電力変換装置であって、
第１スイッチング素子（２１〜２６）を有し、前記巻線の一端（１１１、１２１、１３１）および第１電圧源（４１）に接続される第１インバータ（２０）と、
第２スイッチング素子（３１〜３６）を有し、前記巻線の他端（１１２、１２２、１３２）および第２電圧源（４２）に接続される第２インバータ（３０）と、
前記回転電機の駆動要求に応じ、前記第１電圧源または前記第２電圧源の一方の電力を用いる片側駆動、または、前記第１電圧源および前記第２電圧源の両方の電力を用いる両側駆動により前記回転電機の駆動を制御する制御部（６５）と、
を備え、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、それぞれ、高電位側から低電位側への通電の許容および遮断を切り替え可能である素子部（２１１〜２１６、３１１〜３１６）、および、低電位側から高電位側への通電を許容するダイオード（２２１〜２２６、３２１〜３２６）を有し、
前記制御部は、
前記第１電圧源または前記第２電圧源の一方である放電側電圧源の電力による片側駆動が可能であって、前記放電側電圧源の電力を、前記第１電圧源または前記第２電圧源の他方である充電側電圧源に移動させる場合、
前記放電側電圧源に接続されるインバータである放電側インバータを、前記回転電機の駆動要求に応じて制御し、
前記充電側電圧源に接続されるインバータである充電側インバータにおいて、前記充電側インバータが中性点化され、電力が前記充電側電圧源側に供給されない非充電期間と、前記非充電期間とはスイッチング状態を切り替え、電力が前記充電側電圧源側に供給される充電期間とを、切替周波数にて切り替える電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記非充電期間において、前記充電側インバータの高電位側に接続されるスイッチング素子である上アーム素子、または、低電位側に接続されるスイッチング素子である下アーム素子の一方を全相オン、他方を全相オフすることで、前記充電側インバータを中性点化し、
前記充電期間において、前記充電側インバータの全てのスイッチング素子をオフにする全オフ状態、または、前記充電側インバータにおける各相のスイッチング状態を前記放電側インバータと同じとする同相スイッチング状態とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記充電期間を前記全オフ状態とし、前記全オフ状態の前の前記非充電期間と、当該全オフ状態の後の前記非充電期間とで、全相オンされるアームの上下を入れ替える請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記非充電期間と前記充電期間との比率は、前記第１電圧源の電圧および前記第２電圧源の電圧に応じて決定される請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記切替周波数は、前記第１電圧源および前記第２電圧源の充電状態に応じて決定される請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１インバータおよび前記第２インバータの高電位側同士または低電位側同士を、前記回転電機を介さずに接続する接続線（５１、５６）と、
前記接続線に設けられ、前記制御部により開閉状態が制御される開閉器（５２、５７）と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記回転電機の停止中に、前記放電側電圧源から前記充電側電圧源へ電力を移動させるとき、前記開閉器を閉とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記接続線が設けられる側のアームに設けられるスイッチング素子を接続側アーム素子、前記接続線が設けられない側のアームに設けられるスイッチング素子を開放側アーム素子とすると、
前記制御部は、
前記回転電機が停止しているときに、前記第１電圧源または前記第２電圧源の一方から他方へ電力を移動する場合、
前記放電側インバータの前記開放側アーム素子の全相をオン、前記接続側アーム素子の全相をオフとし、
前記放電側電圧源の電圧が前記充電側電圧源の電圧より高い場合、前記充電側インバータの全てのスイッチング素子をオフとし、
前記放電側電圧源の電圧が前記充電側電圧源の電圧以下の場合、
前記充電期間と前記非充電期間とを前記切替周波数にて切り替え、
前記充電期間において、前記充電側インバータの前記接続側アーム素子の全相をオン、前記開放側アーム素子の全相をオフとし、
前記非充電期間において、前記充電側インバータの全てのスイッチング素子をオフにする、または、前記充電側インバータの前記開放側アーム素子の全相をオン、前記接続側アーム素子の全相をオフとする請求項６に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つのインバータによりモータの電力を変換するインバータ駆動システムが知られている。例えば特許文献１では、高電圧時において、第１のインバータシステムと第２のインバータシステムのパルス幅変調信号（以下、パルス幅変調を「ＰＷＭ」という。）の基本波成分の位相を１８０［°］ずらすことで２つの電源が電気的に直列接続され、２つの電源電圧の和によりモータを駆動する。また、特許文献１では、低電圧時において、第１のインバータシステムまたは第２のインバータシステムの一方の上アームまたは下アームのいずれかを３相同時オンし、他方をＰＷＭ駆動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１では、２つの電源間での電力移動については、なんら考慮されていない。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電圧源間での電力の移動が可能である電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電力変換装置は、巻線（１１、１２、１３）を有する回転電機（１０）の電力を変換するものであって、第１インバータ（２０）と、第２インバータ（３０）と、制御部（６５）と、を備える。
第１インバータは、第１スイッチング素子（２１〜２６）を有し、巻線の一端（１１１、１２１、１３１）および第１電圧源（４１）に接続される。
第２インバータは、第２スイッチング素子（３１〜３６）を有し、巻線の他端（１１２、１２２、１３２）に接続される。
【０００６】
制御部は、回転電機の駆動要求に応じ、第１電圧源または第２電圧源の一方の電力を用いる片側駆動、または、第１電圧源および第２電圧源の両方の電力を用いる両側駆動により、回転電機の駆動を制御する。
【０００７】
ここで、第１電圧源または第２電圧源の一方を放電側電圧源、他方を充電側電圧源とする。また、放電側電圧源に接続されるインバータを放電側インバータ、充電側電圧源に接続されるインバータを充電側インバータとする。
制御部は、放電側電圧源の電力による片側駆動が可能であって、放電側電圧源の電力を充電側電圧源に移動させる場合、放電側インバータを回転電機の駆動要求に応じて制御し、充電側インバータにおいて、非充電期間と充電期間とを、切替周波数にて切り替える。非充電期間は、充電側インバータが中性点化され、電力が充電側電圧源に供給されない。充電期間は、非充電期間とはスイッチング状態を切り替え、電力が充電側電圧源に供給される。
【０００８】
充電期間において、非充電期間とはスイッチング状態を切り替えることで、充電期間にて巻線に蓄えられたエネルギが、充電側インバータの高電位側に設けられるダイオードを経由して、充電側電圧源に供給される。これにより、放電側電圧源の電圧が充電側電圧源の電圧以下であっても、回転電機を駆動しつつ、放電側電圧源の電力を充電側電圧源に移動させることがができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態による片側駆動モードにおける中性点切替制御を説明する説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態による片側駆動モードにおける中性点切替制御を説明する説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態による中性点切替制御による移動電力を説明する説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態による駆動制御処理を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態による切替周波数と移動エネルギとの関係を説明する説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるモータジェネレータ停止中における中性点切替制御を説明する説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態による中性点切替制御による移動電力を説明する説明図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による駆動制御処理を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の第３実施形態によるモータジェネレータ停止中における中性点切替制御を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明による電力変化装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図６に示す。
図１に示すように、回転電機駆動システム１は、回転電機としてのモータジェネレータ１０、および、電力変換装置１５を備える。
【００１１】
モータジェネレータ１０は、例えば電気自動車やハイブリッド車両等の電動自動車に適用され、図示しない駆動輪を駆動するためのトルクを発生する、所謂「主機モータ」である。モータジェネレータ１０は、駆動輪を駆動するための電動機としての機能、および、図示しないエンジンや駆動輪から伝わる運動エネルギによって駆動されて発電する発電機としての機能を有する。
【００１２】
モータジェネレータ１０は、３相交流の回転機であって、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、および、Ｗ相コイル１３を有する。Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３が「巻線」に対応し、以下適宜、モータジェネレータを「ＭＧ」、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３を「コイル１１〜１３」という。
本実施形態では、Ｕ相コイル１１に流れる電流をＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相コイル１２に流れる電流をＶ相電流Ｉｖ、Ｗ相コイル１３に流れる電流をＷ相電流Ｉｗとする。また、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、および、Ｗ相電流Ｉｗを、適宜、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗという。本実施形態では、第１インバータ２０側から第２インバータ３０側へ流れる電流を正、第２インバータ３０側から第１インバータ２０側へ流れる電流を負とする。
【００１３】
電力変換装置１５は、モータジェネレータ１０の電力を変換するものであって、第１インバータ２０、第２インバータ３０、および、制御部６５等を備える。
第１インバータ２０は、コイル１１〜１３の通電を切り替える３相インバータであり、スイッチング素子２１〜２６を有する。第２インバータ３０は、コイル１１〜１３の通電を切り替えるスイッチング素子３１〜３６を有する。
スイッチング素子２１は、素子部２１１および還流ダイオード２２１を有する。他のスイッチング素子２２〜２６、３１〜３６も同様、それぞれ、素子部２１２〜２１６、３１１〜３１６、および、還流ダイオード２２２〜２２６、３２１〜３２６を有する。本実施形態では、還流ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６が「ダイオード」に対応する。
【００１４】
素子部２１１〜２１６、３１１〜３１６は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であって、制御部６５によってオンオフ作動が制御される。素子部２１１〜２１６、３１１〜３１６は、オンされたときに高電位側から低電位側への通電が許容され、オフされたときに通電が遮断される。素子部２１１〜２１６、３１１〜３１６は、ＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴ等であってもよい。
【００１５】
還流ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６は、素子部２１１〜２１６、３１１〜３１６のそれぞれと並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する。例えば、還流ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６は、例えば、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード等のように、内蔵されていてもよいし、外付けされたものであってもよい。
【００１６】
第１インバータ２０において、高電位側にスイッチング素子２１〜２３が接続され、低電位側にスイッチング素子２４〜２６が接続される。また、スイッチング素子２１〜２３の高電位側を接続する第１高電位側配線２７が第１バッテリ４１の正極と接続され、スイッチング素子２４〜２６の低電位側を接続する第１低電位側配線２８が第１バッテリ４１の負極と接続される。
【００１７】
Ｕ相のスイッチング素子２１、２４の接続点にはＵ相コイル１１の一端１１１が接続され、Ｖ相のスイッチング素子２２、２５の接続点にはＶ相コイル１２の一端１２１が接続され、Ｗ相のスイッチング素子２３、２６の接続点にはＷ相コイル１３の一端１３１が接続される。すなわち、第１インバータ２０は、コイル１１、１２、１３と第１バッテリ４１との間に接続される。
【００１８】
第２インバータ３０において、高電位側にスイッチング素子３１〜３３が接続され、低電位側にスイッチング素子３４〜３６が接続される。また、スイッチング素子３１〜３３の高電位側を接続する第２高電位側配線３７が第２バッテリ４２の正極と接続され、スイッチング素子３４〜３６の低電位側を接続する第２低電位側配線３８が第２バッテリ４２の負極と接続される。
【００１９】
Ｕ相のスイッチング素子３１、３４の接続点にはＵ相コイル１１の他端１１２が接続され、Ｖ相のスイッチング素子３２、３５の接続点にはＶ相コイル１２の他端１２２が接続され、Ｗ相のスイッチング素子３３、３６の接続点にはＷ相コイル１３の他端１３２が接続される。すなわち、第２インバータ３０は、コイル１１、１２、１３と第２バッテリ４２との間に接続される。
このように、本実施形態では、第１インバータ２０および第２インバータ３０がコイル１１〜１３の両側に接続される。
以下適宜、高電位側に接続されるスイッチング素子２１〜２３、３１〜３３を「上アーム素子」、低電位側に接続されるスイッチング素子２４〜２６、３４〜３６を「下アーム素子」という。
【００２０】
リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源である第１電圧源としての第１バッテリ４１は、第１インバータ２０と接続され、第１インバータ２０を経由してモータジェネレータ１０と電力を授受可能に設けられる。
リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源である第２電圧源としての第２バッテリ４２は、第２インバータ３０と接続され、第２インバータ３０を経由してモータジェネレータ１０と電力を授受可能に設けられる。
以下、第１バッテリ４１の電圧を第１バッテリ電圧Ｖｂ１、第２バッテリ４２の電圧を第２バッテリ電圧Ｖｂ２とする。
【００２１】
第１コンデンサ４３は、第１高電位側配線２７と第１低電位側配線２８とに接続される。第１コンデンサ４３は、第１バッテリ４１から第１インバータ２０側への電流、または、第１インバータ２０から第１バッテリ４１側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
第２コンデンサ４４は、第２高電位側配線３７と第２低電位側配線３８とに接続される。第２コンデンサ４４は、第２バッテリ４２から第２インバータ３０側への電流、または、第２インバータ３０側から第２バッテリ４２側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
【００２２】
制御信号生成部６０は、第１ドライバ回路６１、第２ドライバ回路６２、および、制御部６５を有する。
制御部６５は、マイコンを主体として構成され、各種演算処理を行う。制御部６５における各処理は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
制御部６５は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。具体的には、トルク指令値ｔｒｑ*や電流指令値Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*等のモータジェネレータ１０の駆動に係る指令値に基づき、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６の素子部２１１〜２１６、３１１〜３１６のオンオフ作動を制御する制御信号を生成し、ドライバ回路６１、６２に出力する。以下適宜、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６の素子部２１１〜２１６、３１１〜３１６のオンオフ作動を制御することを、単にスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のオンオフ作動を制御する、という。
【００２３】
制御部６５は、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のオンオフ作動を制御する。
スイッチング素子２１〜２６は、例えば第１基本波Ｆ１とキャリア波とに基づいてオンオフ作動が制御される。また、スイッチング素子３１〜３６は、例えば第２基本波Ｆ２とキャリア波とに基づいてオンオフ作動が制御される。
基本波Ｆ１、Ｆ２の振幅は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【００２４】
基本波Ｆ１、Ｆ２に応じた制御は、基本波Ｆ１、Ｆ２の振幅がキャリア波の振幅以下である、すなわち変調率が１以下である正弦波ＰＷＭ制御とする。または、基本波Ｆ１、Ｆ２の振幅がキャリア波の振幅より大きい、すなわち変調率が１より大きい過変調ＰＷＭ制御であってもよい。さらにまた、振幅を無限大とみなし、基本波Ｆ１、Ｆ２の半周期ごとに各素子のオンオフが切り替えられる矩形波制御としてもよい。矩形波制御は、電気角の１８０°ごとに各素子のオンオフを切り替える１８０°通電制御と捉えることもできる。また、矩形波制御において、例えば１２０°通電等、通電位相は１８０°以外であってもよい。
【００２５】
第１ドライバ回路６１は、制御部６５からの制御信号に応じ、素子部２１１〜２１６のオンオフ作動を制御するゲート信号を生成して出力する。第２ドライバ回路６２は、制御部６５からの制御信号に応じ、素子部３１１〜３１６のオンオフ作動を制御するゲート信号を生成して出力する。素子部２１１〜２１６、３１１〜３１６が制御信号に応じてオンオフされることで、バッテリ４１、４２の直流電力が交流電力に変換され、モータジェネレータ１０へ供給される。これにより、モータジェネレータ１０の駆動は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を介して、制御部６５に制御される。
【００２６】
ここで、モータジェネレータ１０の駆動モードを説明する。本実施形態の回転電機駆動システム１における駆動モードには、第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の電力を用いて駆動する「片側駆動モード」、および、第１バッテリ４１および第２バッテリの電力を用いて駆動する「両側駆動モード」が含まれる。片側駆動モードとするか、両側駆動モードとするかは、例えばモータジェネレータ１０のトルクおよび回転数に基づくマップにより決定される。
【００２７】
モータジェネレータ１０を比較的軽負荷で駆動する場合、片側駆動モードとする。
第１バッテリ４１の電力にてモータジェネレータ１０を駆動する場合、第２インバータ３０の上アーム素子３１〜３３の全相、または、下アーム素子３４〜３６の全相の一方をオン、他方をオフし、第２インバータ３０を中性点化する。
以下適宜、上アーム素子３１〜３３の全相をオンすることを、「上アームをオン固定する」といい、下アーム素子３４〜３６の全相をオンすることを、「下アームをオン固定する」という。第１インバータ２０を中性点化する場合も同様とする。
また、第１バッテリ４１の電力にてモータジェネレータ１０を駆動する場合、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じ、ＰＷＭ制御や矩形波制御等により第１インバータ２０を制御する。
【００２８】
第２バッテリ４２の電力にてモータジェネレータ１０を駆動する場合、第１インバータ２０の上アーム素子２１〜２３の全相、または、下アーム素子２４〜２６の全相の一方をオン、他方をオフし、第１インバータ２０を中性点化する。また、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じ、ＰＷＭ制御や矩形波制御等により第２インバータ３０を制御する。
【００２９】
第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の電力にて駆動要求を満たせない比較的高負荷でモータジェネレータ１０を駆動する場合、両側電源を用いた両側駆動モードとする。両側駆動モードでは、第１バッテリ４１と第２バッテリ４２とが電気的に直列接続しているとみなせる状態となるように、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
【００３０】
両側駆動モードでは、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２の位相が反転される。換言すると、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２とは、位相が略１８０［°］ずれている。第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２との位相差を１８０［°］とすることで、第１バッテリ４１と第２バッテリ４２とが電気的に直列接続されている状態とみなすことができ、第１バッテリ４１の電圧と第２バッテリ４２の電圧との和に相当する電圧をモータジェネレータ１０に印加可能である。
なお、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２との位相差は、１８０［°］とするが、第１バッテリ４１の電圧および第２バッテリ４２の電圧の和に相当する電圧をモータジェネレータ１０に印加可能な程度のずれは許容されるものとする。
【００３１】
上述の通り、本実施形態では、高負荷でモータジェネレータ１０を駆動する場合、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の両方を用いる。そのため、両側駆動モードに移行する場合に備えて、両側駆動可能な程度の充電量としてのＳＯＣ（State Of Charge）を、バッテリ４１、４２のそれぞれに確保しておく必要がある。また、一方のバッテリ４１、４２を用いた片側駆動モードが継続される場合等、バッテリ４１、４２のＳＯＣに偏りが生じる場合がある。
そこで本実施形態では、バッテリ４１、４２のＳＯＣに応じ、電力をバッテリ間で移動させる。ここでは、第１バッテリ４１を放電側電圧源、第１インバータ２０を放電側インバータとし、第２バッテリ４２を充電側電圧源、第２インバータ３０を充電側インバータとし、第２インバータ３０を中性点側インバータとして片側駆動しているときに、第１バッテリ４１から第２バッテリ４２へ電力を移動させる場合を例に説明する。なお、図２等においては、煩雑になることを避けるため、素子部および還流ダイオードの符番を省略した。また、図２等において、オンである素子を実線、オフである素子を破線で示す。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、第１インバータ２０を駆動要求に応じてＰＷＭ制御により駆動し、第２インバータ３０の下アーム素子３４〜３６をオン固定することで、第２インバータ３０を中性点化する。例えば、第１インバータ２０にて、スイッチング素子２１、２５、２６がオンされているとき、矢印Ｙ１で示すように、Ｕ相コイル１１に正方向の電流が流れ、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３に負方向の電流が流れる。
このとき、第２バッテリ４２は充電されていないので、図２（ａ）に示す状態である期間を、非充電期間とする。非充電期間において、モータジェネレータ１０のコイル１１〜１３は、昇圧チョッパのインダクタとして機能し、エネルギが蓄えられた状態とみなすことができる。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、第２インバータ３０にてオン固定されている下アーム素子３４〜３６をオフすると、矢印Ｙ２で示すように、スイッチング素子３１、３５、３６の還流ダイオード３２１、３２５、３２６に電流が流れることで、第２バッテリ４２が充電される。図２（ｂ）に示す状態である期間を、充電期間とする。
非充電期間と充電期間とを繰り返すことで、第１バッテリ４１の電力を第２バッテリ４２に移動可能である。なお、図２では図示を省略しているが、第２コンデンサ４４も充電される。すなわち、「充電側電圧源側」には、第２バッテリ４２に加え、第２コンデンサ４４も含まれると捉えられる。図３、図８および図１２についても同様である。
以下、非充電期間と充電期間とを周期的に切り替える制御を「中性点切替制御」とする。
【００３４】
ここで、非充電期間、充電期間、非充電期間と切り替えるとき、充電期間の前後の非充電期間において、オン固定されるアームは、同じであってもよいし、異なってもよい。オン固定されるアームを入れ替えることで、スイッチング損失の偏りを低減することができる。
なお、例えば、非充電期間として下アーム素子３４〜３６がオンされている状態から、全オフ状態を経て、上アーム素子３１〜３３がオンされている状態に移行する場合、充電期間の完了前に、上アーム素子３１〜３３をオンしてもよい。このようにしても、コイル１１〜１３にエネルギが蓄積されている間は、第２バッテリ４２を充電可能である。
【００３５】
また、図３に示すように、充電期間にて、第２インバータ３０のスイッチング状態を、第１インバータ２０と同様となる同相スイッチング状態としてもよい。
図３（ａ）は、図２（ａ）と同様、第２インバータ３０の下アーム素子３４〜３６がオン固定されている。図３（ａ）の例では、Ｖ相とＷ相では、インバータ２０、３０にて、共に下アーム素子がオンされている。一方、Ｕ相では、第１インバータ２０にて上アーム素子２１がオンされ、第２インバータ３０にて下アーム素子３４がオンされている。そのため、図３（ａ）の状態から、同相スイッチング状態とするには、第２インバータ３０のＵ相のスイッチング状態を切り替える。同相スイッチング状態へ移行するには、図３（ｂ）に示すように、第２インバータ３０のＵ相のスイッチング素子３１、３４が共にオフとなるデッドタイム期間が必要である。また、図３（ｂ）の状態を経て、図３（ｃ）に示す同相スイッチング状態へ移行する。図３（ｃ）の状態から図３（ａ）の状態に戻る際も、図３（ｂ）の状態を経る必要がある。
【００３６】
図３（ｂ）に示すデッドタイム期間、および、図３（ｃ）に示す同相スイッチング期間において、矢印Ｙ３で示す経路の電流が流れ、第２バッテリ４２が充電される。すなわち、図３（ｂ）に示すデッドタイム期間、および、図３（ｃ）に示す同相スイッチング期間が、充電期間となる。
【００３７】
中性点切替制御では、コイル１１〜１３が昇圧コンバータにおけるインダクタとみなすことができる。非充電期間において、第２インバータ３０を中性点化することで、コイル１１〜１３が昇圧コンバータにおけるインダクタとして機能し、コイル１１〜１３にエネルギが蓄積される。充電期間に切り替わると、コイル１１〜１３に蓄積されたエネルギが放出され、第２バッテリ４２が充電される。これにより、第１バッテリ４１の電力が第２バッテリ４２に移動する。
【００３８】
詳細には、第２インバータ３０が中性点化されているときに素子部を経由して高電位側から低電位側に電流が流れているスイッチング素子をオフすることで通電経路が切り替わり、第１バッテリ４１の電力を第２バッテリ４２に移動可能である。例えば、図２および図３の（ａ）に示すように、下アーム素子３４〜３６がオン、Ｕ相電流Ｉｕが正、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗが負のとき、Ｕ相では素子部３１４、Ｖ相及びＷ相では還流ダイオード３２５、３２６に電流が流れる。この状態から、Ｕ相の下アーム素子３４をオフにすると、図２（ｂ）または図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｕ相電流Ｉｕは、還流ダイオード３２１に通電され、第２バッテリ４２の正極に流れ込む。これにより、第２バッテリ４２が充電される。上アーム素子３１〜３３をオンすることで第２インバータ３０が中性点化されている場合についても同様、素子部を経由して電流が流れている相のスイッチング素子をオフにすると、当該相における通電経路が切り替わることで、第２バッテリ４２が充電される。
【００３９】
図２および図３にて説明したように、非充電期間と充電期間とを繰り返すことで、チョッパ動作とみなすことができ、第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２以下の場合であっても、第１バッテリ４１の電力を第２バッテリ４２に移動可能である。第２インバータ３０を中性点状態から、同相スイッチング状態に切り替えることで電力を移動させる場合、第２インバータ３０において、１相または２相のスイッチング状態を切り替えればよく、スイッチング損失を抑えることができる。一方、第２インバータ３０を中性点状態から全オフ状態に切り替えることで電力を移動させる場合、第１インバータ２０のスイッチング状態を考慮する必要がなく、制御が容易である。
【００４０】
図４は、相電流および移動電力を示すタイムチャートである。図４において、（ａ）は中性点切替制御を行った場合の相電流、（ｂ）は中性点切替制御を行った場合の移動電力、（ｃ）は中性点切替制御を行わない場合の相電流、（ｄ）は中性点切替制御を行わない場合の移動電力である。
図４（ａ）、（ｃ）に示すように、中性点切替制御を行った場合の相電流は、中性点切替制御を行わない場合の電流に高調波成分が重畳された状態となる。中性点切替制御を行わない場合、図４（ｄ）に示すように、電力移動は生じない。一方、中性点切替制御を行うことで、図４（ｂ）に示すように、重畳された高調波成分に応じた電力を移動させることができる。
【００４１】
本実施形態の駆動制御処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、イグニッションスイッチ等である始動スイッチがオンされているときに、制御部６５にて所定の周期で実行される。以下、ステップＳ１０１の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。他のステップも同様である。
最初のＳ１０１では、制御部６５は、バッテリ４１、４２のＳＯＣを取得する。
【００４２】
Ｓ１０２では、制御部６５は、第１バッテリ４１のＳＯＣが電力移動可能閾値ＴＨ＿ａ１より大きく、かつ、第２バッテリ４２のＳＯＣが充電必要閾値ＴＨ＿ｂ２より小さいか否かを判断する。図中、第１バッテリ４１のＳＯＣを「ＳＯＣ１」、第２バッテリ４２のＳＯＣを「ＳＯＣ２」と記載する。電力移動可能閾値ＴＨ＿ａ１は、第２バッテリ４２に電力を移動しても差し支えない程度の比較的高い値に設定される。また、充電必要閾値ＴＨ＿ｂ２は、第１バッテリ４１からの電力供給を要する程度の比較的低い値に設定される。
【００４３】
第１バッテリ４１のＳＯＣが電力移動可能閾値ＴＨ＿ａ１以下、または、第２バッテリ４２のＳＯＣが充電必要閾値ＴＨ＿ｂ２以上であると判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、Ｓ１０７へ移行する。第１バッテリ４１のＳＯＣが電力移動可能閾値ＴＨ＿ａ１より大きく、かつ、第２バッテリ４２のＳＯＣが充電必要閾値ＴＨ＿ｂ２より小さいと判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、すなわち、第１バッテリ４１から第２バッテリ４２への電力移動が必要かつ可能である場合、Ｓ１０３へ移行する。
【００４４】
Ｓ１０３では、制御部６５は、充電期間と非充電期間との比率、および、切替周波数ｆｃを決定する。これにより、中性点切替制御における中性点側のスイッチングパターンが決定される。
第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２より高い場合、すなわちＶｂ１＞Ｖｂ２の場合、電圧差によらず、切替周期のうちの所定期間を充電期間とする。例えば、第２インバータ３０にてオン固定されるアームを切り替える場合、デッドタイムを充電期間とすればよい。また、充電期間は、デッドタイム以上であってもよい。
【００４５】
また、第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２以下の場合、第１バッテリ電圧Ｖｂ１および第２バッテリ電圧Ｖｂ２に応じ、所望の昇圧比となるように、充電期間と非充電期間との比率を決定する。充電期間の開始から、非充電期間を経て、次の充電開始までの期間を１周期とすると、１周期中の充電期間の割合Ｄは、式（１）を満たすように決定される。すなわち、バッテリ電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２の電圧差が大きくなるほど、非充電期間が長くなるようにする。また、充電期間は、上下短絡を防ぐためのデッドタイム期間以上とする。
Ｖｂ２＝｛１／（１−Ｄ）｝×Ｖｂ１    ・・・（１）
【００４６】
また、制御部６５は、ＳＯＣ状態に応じた移動エネルギＥｔ［ｋＷｈ］を算出し、移動エネルギＥｔに応じて切替周波数ｆｃを決定する。切替周波数ｆｃは、例えば図６に示すマップに基づいて決定される。ここでは、移動エネルギＥｔと切替周波数ｆｃとが線形的に変化するが、移動エネルギＥｔと切替周波数ｆｃとの関係は、どのようであってもよく、非線形的な関係であってもよい。本実施形態では、移動エネルギＥｔは、単位時間あたりの電力移動量であって、移動エネルギＥｔが大きいほど、切替周波数ｆｃが大きくなり、１周期が短くなるように設定される。
【００４７】
Ｓ１０４では、制御部６５は、モータジェネレータ１０が駆動中か否かを判断する。モータジェネレータ１０が駆動中ではないと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、Ｓ１１２へ移行する。モータジェネレータ１０が駆動中であると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｓ１０５へ移行する。
Ｓ１０５では、制御部６５は、モータジェネレータ１０の駆動要求に基づき、第１バッテリ４１での片側駆動が可能か否かを判断する。第１バッテリ４１での片側駆動が可能ではないと判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、すなわち、モータジェネレータ１０の駆動要求が比較的高負荷であり、第１バッテリ４１での片側駆動では駆動要求を満たせない場合、Ｓ１１２へ移行する。第１バッテリ４１での片側駆動が可能であると判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０６へ移行する。
【００４８】
Ｓ１０６では、制御部６５は、駆動時中性点切替制御により、インバータ２０、３０を制御する。具体的には、制御部６５は、第１インバータ２０をモータジェネレータ１０の駆動要求に応じて制御する。また、第２インバータ３０を、Ｓ１０３で決定された充電期間と非充電期間との比率、および、切替周波数ｆｃに基づく中性点切替制御とする。これにより、第１バッテリ４１の電力が第２バッテリ４２へ移動される。
【００４９】
第１バッテリ４１のＳＯＣが電力移動可能閾値ＴＨ＿ａ１以下、または、第２バッテリ４２のＳＯＣが充電必要閾値ＴＨ＿ｂ２以上であると判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）に移行するＳ１０７では、制御部６５は、第１バッテリ４１のＳＯＣが充電必要閾値ＴＨ＿ｂ１より小さく、かつ、第２バッテリ４２のＳＯＣが電力移動可能閾値ＴＨ＿ａ２より大きいか否かを判断する。電力移動可能閾値ＴＨ＿ａ２は、第１バッテリ４１に電力を移動しても差し支えない程度の比較的高い値に設定される。電力移動可能閾値ＴＨ＿ａ１、ＴＨ＿ａ２は、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。また、充電必要閾値ＴＨ＿ｂ１は、第２バッテリ４２からの電力供給を要する程度の比較的低い値に設定される。充電必要閾値ＴＨ＿ｂ１、ＴＨ＿ｂ２は、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
【００５０】
第１バッテリ４１のＳＯＣが充電必要閾値ＴＨ＿ｂ１以上、または、第２バッテリ４２のＳＯＣが電力移動可能閾値ＴＨ＿ａ２以下であると判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、Ｓ１１２へ移行する。本実施形態では、バッテリ４１、４２のＳＯＣが共に充電必要閾値ＴＨ＿ｂ１、ＴＨ＿ｂ２以上の場合、電力移動が不要であるので、中性点切替制御を行わない。バッテリ４１、４２の一方のＳＯＣが充電必要閾値ＴＨ＿ｂ１、ＴＨ＿ｂ２より小さく、かつ、バッテリ４１、４２の他方のＳＯＣが電力移動可能閾値ＴＨ＿ａ１、ＴＨ＿Ａ２より小さい場合、電力移動ができないので、中性点切替制御を行わない。すなわち、電力移動が不要の場合、または、電力移動ができない場合、Ｓ１０２およびＳ１０７にて否定判断され、Ｓ１１２へ移行する。
第１バッテリ４１のＳＯＣが充電必要閾値ＴＨ＿ｂ１より小さく、かつ、第２バッテリ４２のＳＯＣが電力移動可能閾値ＴＨ＿ａ２より大きいと判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、すなわち第２バッテリ４２から第１バッテリ４２への電力移動が必要かつ可能である場合、Ｓ１０８へ移行する。
【００５１】
Ｓ１０８およびＳ１０９の処理は、Ｓ１０３およびＳ１０４の処理と同様である。なお、充電期間と非充電期間との比率決定に係る式（１）については、Ｖｂ１とＶｂ２とを入れ替える。
Ｓ１０９にて肯定判断された場合に移行するＳ１１０では、制御部６５は、モータジェネレータ１０の駆動要求に基づき、第２バッテリ４２での片側駆動が可能か否かを判断する。第２バッテリ４２での片側駆動が可能ではないと判断された場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、すなわち、モータジェネレータ１０の駆動要求が比較的高負荷であり、第２バッテリ４２での片側駆動では駆動要求を満たせない場合、Ｓ１１２へ移行する。第２バッテリ４２での片側駆動が可能であると判断された場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１１１へ移行する。
なお、モータジェネレータ１０が停止中の場合、または、放電側バッテリでの片側駆動ができない場合、Ｓ１０１〜Ｓ１０３、Ｓ１０７、Ｓ１０８の処理を適宜省略するようにしてもよい。処理順についても適宜入れ替え可能である。
【００５２】
Ｓ１１１では、制御部６５は、第２インバータ３０をモータジェネレータ１０の駆動要求に応じて制御する。また、第１インバータ２０を、Ｓ１０８で決定された充電期間と非充電期間との比率、および、切替周波数ｆｃに基づく中性点切替制御とする。これにより、第２バッテリ４２の電力が第１バッテリ４１に移動される。
【００５３】
Ｓ１０２およびＳ１０７にて否定判断された場合、もしくは、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０９、または、Ｓ１１０にて否定判断された場合に移行するＳ１１２では、中性点切替制御を行わず、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じた通常制御とする。なお、上述の片側駆動モードまたは両側駆動モードにてインバータ２０、３０を制御することに加え、Ｓ１０４またはＳ１０９にて否定判断された場合にスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６の全オフ状態とする停止制御も通常制御に含まれる。
【００５４】
本実施形態では、モータジェネレータ１０の駆動領域が片側駆動領域であるとき、中性点側インバータにて、中性点切替制御を行うことで、モータジェネレータ１０を駆動しつつ、駆動側インバータに接続されるバッテリから、中性点側インバータに接続されるバッテリに、電力を移動させることができる。中性点切替制御では、コイル１１〜１３がインダクタとして機能することで、昇圧チョッパと同様の動作となるので、電圧が低い側のバッテリから高い側への電力移動が可能である。すなわち、バッテリ電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２によらず、いずれのバッテリにも電力を移動可能である。
また、バッテリ４１、４２の電圧に応じて充電期間と非充電期間との比率を決定するとともに、ＳＯＣに応じて切替周波数ｆｃを決定しているので、電圧差やＳＯＣに応じて、適切に電力を移動させることができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の電力変換装置１５は、コイル１１〜１３を有するモータジェネレータ１０の電力を変換するものであって、第１インバータ２０と、第２インバータ３０と、制御部６５と、を備える。
第１インバータ２０は、第１スイッチング素子２１〜２６を有し、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１および第１バッテリ４１に接続される。
第２インバータ３０は、第２スイッチング素子３１〜３６を有し、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２および第２バッテリ４２に接続される。
制御部６５は、第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の一方の電力を用いる片側駆動、または、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の両方の電力を用いる両側駆動により、モータジェネレータ１０の駆動を制御する。
【００５６】
スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、それぞれ、高電位側から低電位側への通電の許容および遮断を切り替え可能である素子部２１１〜２１６、３１１〜３１６、および、低電位側から高電位側への通電を許容するダイオードである還流ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６を有する。
【００５７】
ここで、第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の一方を放電側電圧源、他方を充電側電圧源とする。また、放電側電圧源に接続されるインバータを放電側インバータ、充電側電圧源に接続されるインバータを充電側インバータとする。ここでは、第１バッテリ４１が放電側電圧源、第１インバータ２０が放電側インバータであり、第２バッテリ４２が充電側電圧源、第２インバータ３０が充電側インバータである場合について言及する。なお、充電側と放電側を入れ替える場合は、第１バッテリ４１と第２バッテリ４２とを読み替えればよく、第１インバータ２０と第２インバータ３０とを読み替えればよい。後述の実施形態についても同様である。
【００５８】
制御部６５は、第１バッテリ４１の電力による片側駆動が可能であって、第１バッテリ４１の電力を第２バッテリ４２に移動させる場合、第１インバータ２０をモータジェネレータ１０の駆動要求に応じて制御し、第２インバータ３０において、非充電期間と充電期間とを切替周波数ｆｃにて切り替える。非充電期間は、第２インバータ３０が中性点化され、電力が第２バッテリ４２に供給されない。充電期間は、非充電期間とはスイッチング状態を切り替え、電力が第２バッテリ４２に供給される。
【００５９】
充電期間において、非充電期間とはスイッチング状態を切り替えることで、充電期間にてコイル１１〜１３に蓄えられたエネルギが、第２インバータ３０の上アーム素子３１〜３３の還流ダイオード３２１〜３２３を経由して、第２バッテリ４２に供給される。これにより、第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２以下であっても、モータジェネレータ１０を駆動しつつ、第１バッテリ４１の電力を第２バッテリ４２に移動させることができる。また、例えば、電圧源の一方に小容量のバッテリを用いた場合であっても、モータジェネレータ１０を片側駆動可能でなときに、電力を移動させておくことで電欠を防げる。したがって、モータジェネレータ１０を高負荷で駆動させるとき、両側駆動による高出力駆動が可能となる。
【００６０】
制御部６５は、非充電期間において、充電側インバータである第２インバータ３０の上アーム素子３１〜３３、または、下アーム素子３４〜３６の一方を全相オン、他方を全相オフすることで、第２インバータ３０を中性点化する。
制御部６５は、充電期間において、第２インバータ３０の全てのスイッチング素子３１〜３６をオフにする全オフ制御、または、第２インバータ３０における各相のスイッチング状態を第１インバータ２０と同じとする同相スイッチング状態とする。
これにより、第１バッテリ電圧Ｖｂ１および第２バッテリ電圧Ｖｂ２によらず、第２インバータ３０の上アーム素子３１〜３３の還流ダイオード３２１〜３２３を経由して、適切に電力移動を行うことができる。
【００６１】
制御部６５は、充電期間を全オフ状態とし、全オフ状態の前の非充電期間と、全オフ状態の後の非充電期間とで、全相オンされるアームの上下を入れ替える。中性点固定されるアームの上下を入れ替えることで、上下の入れ替えに伴うデッドタイムが充電期間となり、適切に電力移動を行うことができる。また、オン固定されるアームを入れ替えることで、スイッチング損失の偏りを低減することができる。
【００６２】
非充電期間と充電期間との比率は、第１バッテリ電圧Ｖｂ１および第２バッテリ電圧Ｖｂ２に応じて決定される。特に、放電側の電圧が充電側の電圧以下の場合、適切な昇圧比での電力移動が可能となる。
切替周波数ｆｃは、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の充電状態であるＳＯＣに応じて決定される。具体的には、移動したい電力量に応じて、切替周波数ｆｃを切り替える。より詳細には、移動したい電力量が大きいほど、切替周波数ｆｃを高める。これにより、所望の電力量を適切に移動させることができる。
【００６３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７〜図１０に示す。
図７に示すように、本実施形態の電力変換装置１６は、モータジェネレータ１０の電力を変換するものであって、第１インバータ２０、第２インバータ３０、低電位側接続線５１、開閉器５２、および、制御部６５等を備える。
低電位側接続線５１は、第１低電位側配線２８と第２低電位側配線３８とを接続する。低電位側接続線５１には、第１インバータ２０側と第２インバータ３０側との断接を切り替え可能である開閉器５２が設けられる。開閉器５２は、制御部６５により制御される。本実施形態では、停止時中性点切替制御を行うときを除き、開閉器５２を開とする。
モータジェネレータ１０の駆動中において、開閉器５２を開とすることで、第１実施形態と同様の駆動時中性点切替制御により、バッテリ４１、４２の一方から他方への電力移動が可能である。
【００６４】
また、開閉器５２を閉とすることで、モータジェネレータ１０の停止中に、バッテリ４１、４２の一方から他方への電力移動が可能である。
モータ停止中における中性点切替制御を図８に基づいて説明する。ここでは、第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２より低く、第１バッテリ４１から第２バッテリ４２に電力を移動させる場合を例に説明する。図８では（ａ）が非充電期間、（ｂ）、（ｃ）が充電期間に対応する。
【００６５】
図８（ａ）に示すように、非充電期間において、第１インバータ２０の上アーム素子２１〜２３をオン、第２インバータ３０の下アーム素子３４〜３６をオンにする。非充電期間において、電力の移動元となる第１インバータ２０側において、接続線５１が設けられるのと上下反対側のアームである上アーム素子２１〜２３がオンされ、電力の移動先となる第２インバータ３０側において、接続線５１が設けられる側のアームである下アーム素子３４〜３６がオンされる。
このとき、モータジェネレータ１０が回転しない状態にて、矢印Ｙ６で示す直流の電流が流れる。電流がコイル１１〜１３に流れることで、コイル１１〜１３が昇圧チョッパのインダクタＬとして機能し、エネルギが蓄えられる。
【００６６】
図８（ｂ）に示すように、充電期間においても、第１インバータ２０では、上アーム素子２１〜２３のオン固定を継続する。また、第２インバータ３０にて、非充電期間にオンされていた下アーム素子３４〜３６をオフすると、矢印Ｙ７で示すように、上アーム素子３１〜３３の還流ダイオード３２１〜３２３に電流が流れることで、第２バッテリ４２が充電される。
また、図８（ｃ）に示すように、第１インバータ２０にて上アーム素子２１〜２３のオン固定を継続しつつ、第２インバータ３０の上アーム素子３１〜３３を全相オンにする。この場合も、図８（ｂ）と同様、矢印Ｙ７で示す経路で電流が流れることで、第２バッテリ４２が充電される。
【００６７】
図８（ｂ）は、第２インバータ３０にて、オン固定されるアームの切り替えに伴うデッドタイムと捉えることができる。
本実施形態では、図８中の（ａ）と（ｃ）との間にデッドタイムとして（ｂ）を挟み、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｂ）、（ａ）、（ｂ）・・・と、第２インバータ３０のスイッチング状態を切り替えることで、第２バッテリ４２を充電する。チョッパ動作の詳細は、第１実施形態にて説明した通りである。
また、第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２より大きい場合、図８（ｂ）に示すように、第１インバータ２０の上アーム素子２１〜２３をオンにすることで、第１バッテリ４１の電力を第２バッテリ４２に移動可能である。
【００６８】
図９は、相電流および移動電力を示すタイムチャートである。図９において、（ａ）は中性点切替制御を行った場合の相電流、（ｂ）は中性点切替制御を行った場合の移動電力、（ｃ）は中性点切替制御を行わない場合の相電流、（ｄ）は中性点切替制御を行わない場合の移動電力である。
【００６９】
図９（ｃ）、（ｄ）に示すように、モータジェネレータ１０が停止しているとき、中性点切替制御を行わなければ、相電流は０であり、電力移動は生じない。
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、モータジェネレータ１０が停止している状態にて、中性点切替制御を行うことで、コイル１１〜１３には、直流の電流が流れ、この直流電流に応じた電力を移動させることができる。
【００７０】
第１実施形態と同様、充電期間の前後の非充電期間において、オン固定されるアームの上下を入れ替える場合、全オフ状態である期間を、オン固定されるアームの切り替えに伴うデッドタイムとみなすこともできる。オン固定されるアームを入れ替えることで、スイッチング損失の偏りを低減することができる。
【００７１】
本実施形態では、モータジェネレータ１０が停止しているとき、全相のコイル１１〜１３を用いて電力移動を行うが、１相または２相を用いて電力移動を行うようにしてもよい。例えば、バッテリ４１、４２のＳＯＣに応じ、電力移動量が閾値より小さい場合、１相または２相を用い、電力移動量が閾値より大きい場合、全相を用いるようにしてもよい。全相を用いる場合、コイル１１〜１３をインダクタＬとして最大限利用できるので、速やかに電力を移動させることができる。また、１相または２相にて電力移動を行う場合、電力移動の速度は遅くなるものの、スイッチング損失を低減することができる。また、１相または２相を用いて電力移動を行う場合、モータジェネレータ１０の図示しないロータの停止位置に応じ、インダクタＬが大きくなる相を選択することが好ましい。
【００７２】
本実施形態の駆動制御処理を図１０のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、イグニッションスイッチ等である始動スイッチがオンされているときに、制御部６５にて所定の周期で実行される。
Ｓ２０１〜Ｓ２０３の処理は、図５中のＳ１０１〜Ｓ１０３の処理と同様である。
【００７３】
Ｓ２０４では、Ｓ１０４と同様、制御部６５は、モータジェネレータ１０が駆動中か否かを判断する。モータジェネレータ１０が駆動中ではないと判断された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、Ｓ２０８へ移行する。モータジェネレータ１０が駆動中であると判断された場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、Ｓ２０５へ移行する。
Ｓ２０５では、制御部６５は、開閉器５２を開とする。
Ｓ２０６およびＳ２０７の処理は、図５中のＳ１０５およびＳ１０６の処理と同様である。Ｓ２０６にて否定判断された場合、Ｓ２１８へ移行する。
【００７４】
モータジェネレータ１０が駆動中ではない、すなわち停止中と判断された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）に移行するＳ２０８では、制御部６５は、開閉器５２を閉とする。
Ｓ２０９では、制御部６５は、停止時中性点切替制御により、インバータ２０、３０を制御する。具体的には、制御部６５は、第１インバータ２０の上アーム素子２１〜２３をオン固定する。また、第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２以下の場合、第２インバータ３０を、Ｓ２０３で決定された充電期間と非充電期間との比率、および、切替周波数ｆｃに基づく中性点切替制御とする。第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２より大きい場合、第２インバータ３０は、スイッチング素子３１〜３６が全オフである全オフ状態を継続する。
これにより、モータジェネレータ１０の停止中において、第１バッテリ４１の電力を第２バッテリ４２へ移動可能である。
【００７５】
Ｓ２０２にて否定判断された場合に移行するＳ２１０およびＳ２１１の処理は、図５中のＳ１０７およびＳ１０８の処理と同様である。
Ｓ２１２では、Ｓ２０４と同様、制御部６５は、モータジェネレータ１０が駆動中か否かを判断する。モータジェネレータ１０が駆動中ではないと判断された場合（Ｓ２１２：ＮＯ）、Ｓ２１６へ移行する。モータジェネレータ１０が駆動中であると判断された場合（Ｓ２１２：ＹＥＳ）、Ｓ２１３へ移行する。
Ｓ２１３では、制御部６５は、開閉器５２を開とする。
Ｓ２１４およびＳ２１５の処理は、図５中のＳ１１０およびＳ１１１の処置と同様である。Ｓ２１４にて否定判断された場合、Ｓ２１８へ移行する。
なお、上記実施形態と同様、中性点切替制御を行わない場合、Ｓ２０１〜Ｓ２０３、Ｓ２１０、Ｓ２１１の処理を適宜省略するようにしてもよい。この場合、処理順についても適宜入れ替え可能である。
【００７６】
モータジェネレータ１０が駆動中ではない、すなわち停止中と判断された場合（Ｓ２１２：ＮＯ）に移行するＳ２１６では、制御部６５は、開閉器５２を閉とする。
Ｓ２１７では、制御部６５は、停止時中性点切替制御により、インバータ２０、３０を制御する。具体的には、制御部６５は、第２インバータ３０の上アーム素子３１〜３３をオン固定する。また、第２バッテリ電圧Ｖｂ２が第１バッテリ電圧Ｖｂ１以下の場合、第１インバータ２０を、Ｓ２１１で決定された充電期間と非充電期間との比率、および、切替周波数ｆｃに基づく中性点切替制御とする。これにより、第２バッテリ４２の電力が第１バッテリ４１へ移動される。第２バッテリ電圧Ｖｂ２が第１バッテリ電圧Ｖｂ１より大きい場合、第１インバータ２０は、スイッチング素子２１〜２６が全オフである全オフ状態を継続する。
これにより、モータジェネレータ１０の停止中において、第２バッテリ４２の電力を第１バッテリ４１へ移動可能である。
【００７７】
本実施形態の電力変換装置１６は、インバータ２０、３０の低電位側を、モータジェネレータ１０を介さずに接続する低電位側接続線５１、および、低電位側接続線５１に設けられる開閉器５２を備える。開閉器５２を開とすることで、上記実施形態と同様の駆動時中性点切替制御を行うことができる。
【００７８】
また、開閉器５２を閉とすることで、モータジェネレータ１０の停止中においても、停止時中性点切替制御により、バッテリ４１、４２間での電力の移動が可能である。特に、低電位側接続線５１にて、インバータ２０、３０の低電位側をモータジェネレータ１０、を介さずに接続することで、全相のコイル１１〜１３をインダクタＬとして用いることができる。これにより、充電速度を高めることができる。
【００７９】
例えば、回転電機駆動システム１が、プラグインハイブリッド車両や電動車両に適用される場合のように、外部電源の電力によりバッテリ４１、４２を充電可能な場合、バッテリ４１、４２の一方を外部電源との接続に用いられるコネクタ等と接続すればよい。そして、一方のバッテリを外部電源により充電するとともに、停止時中性点切替制御により、他方のバッテリに電力を移動することで、他方のバッテリも充電可能である。これにより、車両の充電システムを簡素化することができる。
【００８０】
本実施形態の電力変換装置１６は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の低電位側同士を、モータジェネレータ１０を介さずに接続する低電位側接続線５１と、低電位側接続線５１に設けられ、制御部６５により開閉状態が制御される開閉器５２と、をさらに備える。
制御部６５は、モータジェネレータ１０の停止中に、放電側電圧源から充電側電圧源へ電力を移動させるとき、開閉器５２を閉とする。
これにより、モータジェネレータ１０の停止中においても、放電側電圧源から充電側電圧源への電力移動が可能である。特に、全相のコイル１１〜１３を用いて電力移動が可能であるので、１相または２相での電力移動を行う場合と比較し、電力移動を速やかに行うことができる。
【００８１】
以下、第１バッテリ４１および第１インバータ２０を放電側、第２バッテリ４２および第２インバータ３０を充電側として説明する。
制御部６５は、モータジェネレータ１０が停止しているときに、第１バッテリ４１から第２バッテリ４２にへ電力を移動する場合、第１インバータ２０の上アーム素子２１〜２３を全相オン、下アーム素子２４〜２６の全相をオフとする。
【００８２】
制御部６５は、放電側である第１バッテリ電圧Ｖｂ１が充電側である第２バッテリ電圧Ｖｂ２より高い場合、第２インバータ３０の全てのスイッチング素子３１〜３６をオフとする。
制御部６５は、第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２以下の場合、非充電期間と充電期間とを切替周波数ｆｃにて切り替える。充電期間において、第２インバータ３０の全てのスイッチング素子３１〜３６をオフにする、または、第２インバータ３０の上アーム素子３１〜３３を全相オン、下アーム素子３４〜３６を全相オフとする。
これにより、バッテリ電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２によらず、適切に電力移動を行うことができる。
【００８３】
本実施形態では、低電位側接続線５１が「接続線」に対応する。また、低電位側接続線５１にて、インバータ２０、３０の低電位側が接続されているので、上アーム素子２１〜２３、３１〜３３が「開放側アーム素子」、下アーム素子２４〜２６、３４〜３６が「接続側アーム素子」に対応する。
【００８４】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図１１および図１２に示す。
図１１に示すように、本実施形態の電力変換装置１７は、モータジェネレータ１０の電力を変換するものであって、第１インバータ２０、第２インバータ３０、高電位側接続線５６、開閉器５７、および、制御部６５等を備える。
高電位側接続線５６は、第１高電位側配線２７と第２高電位側配線３７とを接続する。高電位側接続線５６には、第１インバータ２０側と第２インバータ３０側との断接を切り替え可能である開閉器５７が設けられる。開閉器５７は、制御部６５により制御される。本実施形態では、第２実施形態の開閉器５２と同様、停止時中性点切替制御を行うときを除き、開閉器５７を開とする。
モータジェネレータ１０の駆動中において、開閉器５７を開とすることで、第１実施形態と同様の駆動時中性点切替制御により、バッテリ４１、４２の一方から他方への電力移動が可能である。
【００８５】
また、開閉器５７を閉とすることで、モータジェネレータ１０の停止中に、バッテリ４１、４２の一方から他方への電力移動が可能である。
モータ停止中における中性点切替制御を図１２に基づいて説明する。ここでは、第２実施形態と同様、第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２より低く、第１バッテリ４１から第２バッテリ４２に電力を移動させる場合を例に説明する。図１２では（ａ）が非充電期間、（ｂ）、（ｃ）が充電期間に対応する。
【００８６】
図１２（ａ）に示すように、非充電期間において、第１インバータ２０の下アーム素子２４〜２６をオン、第２インバータ３０の上アーム素子３１〜３３をオンにする。非充電期間において、電力の移動元となる第１インバータ２０側において、接続線５６が設けられるのと上下反対側のアームである下アーム素子２４〜２６がオン固定され、電力の移動先となる第２インバータ３０において、接続線５６が設けられる側のアームである上アーム素子３１〜３３がオンされる。
このとき、モータジェネレータ１０が回転しない状態にて、矢印Ｙ８で示す直流の電流が流れる。電流がコイル１１〜１３に流れることで、コイル１１〜１３が昇圧チョッパのインダクタＬとして機能し、エネルギが蓄えられる。
【００８７】
図１２（ｂ）に示すように、充電期間においても、第１インバータ２０では、下アーム素子２４〜２６のオン固定を継続する。また、第２インバータ３０にて、非充電期間にオンされている上アーム素子３１〜３３をオフすると、矢印Ｙ９で示すように、下アーム素子３４〜３６の還流ダイオード３２４〜３２６に電流が流れることで、第２バッテリ４２が充電される。
また、図１２（ｃ）に示すように、第１インバータ２０にて下アーム素子２４〜２６のオン固定を継続しつつ、第２インバータ３０の下アーム素子３４〜３６を全相オンにする。この場合も、図１２（ｂ）と同様、矢印Ｙ９で示す経路で電流が流れることで、第２バッテリ４２が充電される。
【００８８】
図１２（ｂ）は、第２インバータ３０にて、オン固定されるアームの切り替えに伴うデッドタイムと捉えることができる。
本実施形態では、図１２中の（ａ）と（ｃ）との間にデッドタイムとして（ｂ）を挟み、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｂ）、（ａ）、（ｂ）・・・と、第２インバータ３０のスイッチング状態を切り替えることで、第２バッテリ４２を充電する。チョッパ動作の詳細は、第１実施形態にて説明した通りである。
また、第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２より大きい場合、図１２（ｂ）に示すように、第１インバータ２０の下アーム素子２４〜２６をオンにすることで、第１バッテリ４１の電力を第２バッテリ４２に移動可能である。
【００８９】
本実施形態の駆動制御処理は、第２実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本実施形態の電力変換装置１７は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の高電位側同士を、モータジェネレータ１０を介さずに接続する高電位側接続線５６と、高電位側接続線５６に設けられ、制御部６５により開閉状態が制御される開閉器５７と、をさらに備える。
制御部６５は、モータジェネレータ１０の停止中に放電側電圧源から充電側電圧源へ電力を移動させるとき、開閉器５７を閉とする。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００９０】
本実施形態では、高電位側接続線５６が「接続線」に対応する。また、高電位側接続線５６にて、インバータ２０、３０の高電位側が接続されているので、上アーム素子２１〜２３、３１〜３３が「接続側アーム素子」、下アーム素子２４〜２６、３４〜３６が「開放側アーム素子」に対応する。
【００９１】
（他の実施形態）
（１）電圧源
上記実施形態では、電圧源として、リチウムイオン電池等を例示した。他の実施形態では、電圧源は、リチウムイオン電池以外の鉛蓄電池や燃料電池、または、電気二重層キャパシタ等であってもよい。
（２）回転電機
上記実施形態では、回転電機はモータジェネレータである。他の実施形態では、回転電機は、発電機の機能を持たない電動機であってもよいし、電動機の機能を持たない発電機であってもよい。また、上記実施形態の回転電機は３相である。他の実施形態では、回転電機は、４相以上としてもよい。
【００９２】
また、上記実施形態では、回転電機が電動車両の主機モータである。他の実施形態では、回転電機は、主機モータに限らず、例えばスタータ機能とオルタネータ機能とを併せ持つ、所謂ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）や、補機モータであってもよい。また、電力変換装置を車両以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１０・・・モータジェネレータ（回転電機）
１５〜１７・・・電力変換装置
２０・・・第１インバータ        ２１〜２６・・・第１スイッチング素子
３０・・・第２インバータ        ３１〜３６・・・第２スイッチング素子
２１１〜２１６、３１１〜３１６・・・素子部
２２１〜２２６、３２１〜３２６・・・還流ダイオード（ダイオード）
４１・・・第１バッテリ（第１電圧源）
４２・・・第２バッテリ（第２電圧源）
６５・・・制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018102069.tif 000008
【図７】
2018102069.tif 000009
【図８】
2018102069.tif 000010
【図９】
2018102069.tif 000011
【図１０】
2018102069.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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