(57)【要約】【課題】直流電源の内部抵抗による電力損失および電圧降下を考慮した上で、電圧変換器の出力電圧の必要な上限値を確保可能な、直流電源の出力電圧定格値を最適に設計する。【解決手段】昇圧チョッパタイプの電圧変換器１５は、直流電源１０と、負荷１７と接続された電源配線７との間で直流電圧変換を行う。制御装置５０は、直流電圧の出力電圧ＶＬに対する電源配線の直流電圧ＶＨの電圧変換比（ＶＨ／ＶＬ）を制御するように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフを制御する。直流電源１０の出力電圧定格値は、スイッチング素子をオンオフさせるための所定のデッドタイムＴｄと、スイッチング素子のスイッチング周波数と、直流電圧ＶＨの電圧制御範囲の上限値との積の２倍の値と同等である。【選択図】図１
2011166990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を出力する直流電源と、
前記直流電源と、負荷と接続された電源配線との間で直流電圧変換を行うための電圧変換器とを備え、
前記電圧変換器は、
前記直流電源の正極端子および第１のノードの間に電気的に接続されたインダクタと、
前記第１のノードから前記電源配線へ向かう方向を順方向として、前記第１のノードおよび前記電源配線の間に電気的に接続された第１の整流素子と、
前記直流電源の負極端子および前記第１のノードの間に電気的に接続された第１のスイッチング素子とを含み、
前記直流電源の出力電圧および前記電源配線の電圧の間の電圧変換比を制御するように、前記第１のスイッチング素子のオンオフを制御するための制御装置をさらに備え、
前記直流電源の出力電圧定格値は、前記第１のスイッチング素子をオンオフさせるための所定のデッドタイムと、前記第１のスイッチング素子のスイッチング周波数と、前記電源配線の電圧制御範囲の上限値との積の２倍の値と同等である、電源システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記電源配線の電圧を電圧指令値に制御するための、前記第１のスイッチング素子のスイッチング周期に対するオフ期間比で示されるデューティ比の指令値を算出するためのデューティ制御部と、
前記スイッチング周波数に相当する周波数の搬送波を発生するための搬送波発生部と、
前記デューティ制御部からの前記指令値と、前記搬送波発生部からの前記搬送波とに従って、前記第１のスイッチング素子のスイッチング制御信号を発生するためのスイッチング制御部とを含み、
前記搬送波発生部は、前記スイッチング周波数が第１の周波数の下での前記デューティ制御部により算出された前記指令値に従う前記第１のスイッチング素子のオフ期間が前記デッドタイムよりも短い場合には、前記搬送波の周波数を前記第１の周波数から第２の周波数へ低下させ、
前記直流電源の出力電圧定格値は、前記デッドタイムと、前記第２の周波数と、前記上限値との積の２倍の値と同等である、請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
前記電源システムは、電動車両に搭載され、
前記負荷は、
前記電源システムから供給された電力を用いて前記電動車両の駆動力を発生するための電動機を含む、請求項２記載の電源システム。
【請求項４】
前記電圧変換器は、
前記第１のノードおよび前記電源配線に電気的に接続された第２のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子に対して逆並列に接続された第２の整流素子とをさらに含み、
前記制御装置は、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子を相補的にオンオフ制御するとともに、当該オンオフ制御のデューティ比によって前記電圧変換比を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項５】
前記電源システムは、ハイブリッド車両に搭載され、
前記負荷は、
前記ハイブリッド車両の走行中に発電するための発電機と、
前記ハイブリッド車両の駆動力を発生するための電動機と、
前記電源配線および前記発電機の間で電力変換を行うための第１のインバータと、
前記電源配線および前記電動機の間で電力変換を行うための第２のインバータとを含み、
前記電動機は、前記電圧変換器を経由して前記電源配線へ出力される前記直流電源の出力電力と、前記第１のインバータを経由して前記電源配線へ出力される前記発電機による発電電力とを用いて、前記第２のインバータにより駆動されることによって前記駆動力を発生するように構成され、
前記制御装置は、
前記電源配線の電圧を電圧指令値に制御するための、前記第１のスイッチング素子のスイッチング周期に対するオフ期間比で示されるデューティ比の指令値を算出するためのデューティ制御部と、
前記スイッチング周期に相当する周波数の搬送波を発生するための搬送波発生部と、
前記デューティ制御部からの前記指令値と、前記搬送波発生部からの前記搬送波とに従って、前記第１のスイッチング素子のスイッチング制御信号を発生するためのスイッチング制御部とを含み、
前記ハイブリッド車両は、
車両状態に応じて、前記電動機の使用電力に対する前記発電機の発電電力および前記直流電源の出力電力の間のパワー配分を設定するためのパワー制御部を含み、
前記パワー制御部は、前記電圧変換器における前記デューティ比が所定の基準値よりも低いときには、前記デューティ比が前記基準値よりも高いときと比較して、前記電動機の使用電力に対する前記発電機の発電電力の割合を高めるように前記パワー配分を設定する、請求項１記載の電源システム。
【請求項６】
前記ハイブリッド車両には、内燃機関が搭載され、
前記発電機は、車両走行中に前記内燃機関の出力によって発電するように構成される、請求項５記載の電源システム。
【請求項７】
前記電圧変換器は、
前記第１のノードおよび前記電源配線に電気的に接続された第２のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子に対して逆並列に接続された第２の整流素子とをさらに含み、
前記制御装置は、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子を相補的にオンオフ制御するとともに、当該オンオフ制御のデューティ比によって前記電圧変換比を制御し、
前記電動機は、前記ハイブリッド車両の減速時には回生発電を行うように構成され、
前記第２のインバータは、前記電動機の回生発電時には、前記電動機による発電電力を直流電力へ変換して前記電源配線へ出力する、請求項５または６記載の電源システム。
【請求項８】
前記直流電源は、
前記正極端子および前記負極端子の間に直列に接続された、複数のセルユニットを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源システムに関し、より特定的には、直流電源の出力を電圧変換器によって昇圧するように構成された電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、バッテリに代表される直流電源の出力電圧を、電圧変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）によって昇圧して負荷へ供給する電源システムが知られている。このような電圧変換器としては、国際公開第２００３／０６１１０４号パンフレット（特許文献１）に記載されるような昇圧チョッパタイプのものが知られている。昇圧チョッパは、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）のオンオフを繰返すことにより、インダクタへの電磁エネルギの蓄積動作と、インダクタに蓄積された電磁エネルギの放出動作を組合せることによって、直流電源の出力電圧よりも高い電圧を負荷に供給することができる。
【０００３】
国際公開第２００３／０６１１０４号パンフレット（特許文献１）には、このような昇圧チョッパタイプのＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、バッテリの充放電電流Ｉｂが一定の範囲内となるように、スイッチング素子のデューティ比に制限を設けることが記載されている。具体的には、バッテリの内部抵抗Ｒｂと起電圧Ｖｂｏとに基づいて算出される、バッテリの出力が最大となるときの電流値（Ｖｂｏ／２Ｒｂ）を最適電流範囲ＩＲの上限値とするとともに、Ｉｂ≦ＩＲの範囲内となるようにデューティ比に制限を加えてＤＣ／ＤＣコンバータを駆動制御することが記載されている。
【０００４】
また、特開２００７−３００７９９号公報（特許文献２）には、特許文献１と同様の昇圧チョッパタイプの電圧変換装置において、スイッチング素子（トランジスタ)のデッドタイムの影響を低減するために、インダクタ電流に基づいて、トランジスタのスイッチング周波数に相当するキャリア周波数を変化させることが記載されている。
【０００５】
また、特開昭６４−６４５０４号公報（特許文献３）には、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）インバータによって交流モータを駆動する電気自動車において、交流モータの回転速度負荷に応じてインバータに供給されるＰＷＭ信号のキャリア周波数を変えることが記載されている。具体的には、モータの低回転速度負荷時には電磁騒音を下げるためにキャリア周波数を高くする一方で、中・高回転速度負荷時には、スイッチング素子の過熱を防止するためにキャリア周波数を低くすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００３／０６１１０４号パンフレット
【特許文献２】特開２００７−３００７９９号公報
【特許文献３】特開昭６４−６４５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および２に記載される昇圧チョッパタイプの電圧変換器では、スイッチング素子のデューティ比に応じて、直流電源（バッテリ）の出力電圧と、負荷への出力電圧との電圧変換比を制御することができる。したがって、負荷へ供給する電圧範囲と、電圧変換器で確保される電圧変換比とを考慮して、直流電源の出力電圧（定格値）を適切に設計する必要がある。特に、バッテリユニットを直列接続することによって当該直流電源を構成する場合には、直流電源の出力電圧定格値は、必要となるバッテリユニットの個数を決めることになるので、コストを左右する。
【０００８】
しかしながら、バッテリに代表される直流電源には内部抵抗が存在するため、直流電源から電力を取り出す際には、内部抵抗での電圧降下により、直流電源の出力電圧が低下する。したがって、このような出力電圧の低下を見込んだ上で、電圧変換器によって確保できる電圧変換比（昇圧比）を考慮して、直流電源の出力電圧定格値を決定する必要がある。この際に、直流電源の出力電圧定格値が低過ぎると、負荷へ十分な電圧を供給できなくなる虞がある一方で、出力電圧定格値にマージンを設け過ぎると、バッテリユニットの個数増加等により、直流電源のコストが上昇する。
【０００９】
この様に、昇圧チョッパタイプの電圧変換器によって直流電源の出力電圧を昇圧するように構成された電源システムでは、直流電源の出力電圧定格値を適切に決定することは、重要である。しかしながら、この点については明確な指針がなく、実機実験等により、試行錯誤で設計せざるを得なかった。なお、特許文献１には、バッテリの内部抵抗により消費される電力を考慮して、電圧変換器におけるデューティ比に制限を設けることは記載されているが、直流電源の出力電圧（定格値）の最適値の決定については、何ら言及されていない。
【００１０】
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、この発明の目的は、昇圧チョッパタイプの電圧変換器によって直流電源の出力電圧を昇圧するように構成された電源システムにおいて、直流電源の内部抵抗による電力損失および電圧降下を考慮した上で、電圧変換器の出力電圧の必要な上限値を確保可能である、直流電源の出力電圧定格値を最適に設計することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明による電源システムは、直流電圧を出力する直流電源と、電圧変換器と、制御装置とを備える。電圧変換器は、直流電源と、負荷と接続された電源配線との間で直流電圧変換を行うように構成され、インダクタと、第１の整流素子と、第１のスイッチング素子とを含む。インダクタは、直流電源の正極端子および第１のノードの間に電気的に接続される。第１の整流素子は、第１のノードから電源配線へ向かう方向を順方向として、第１のノードおよび電源配線の間に電気的に接続される。第１のスイッチング素子は、直流電源の負極端子および第１のノードの間に電気的に接続される。制御装置は、直流電源の出力電圧および電源配線の電圧の間の電圧変換比を制御するように、第１のスイッチング素子のオンオフを制御するように構成される。そして、直流電源の出力電圧定格値は、第１のスイッチング素子をオンオフさせるための所定のデッドタイムと、第１のスイッチング素子のスイッチング周波数と、電源配線の電圧制御範囲の上限値との積の２倍の値と同等である。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、デューティ制御部と、搬送波発生部と、スイッチング制御部とを含む。デューティ制御部は、電源配線の電圧を電圧指令値に制御するための、第１のスイッチング素子のスイッチング周期に対するオフ期間比で示されるデューティ比の指令値を算出する。搬送波発生部は、スイッチング周期に相当する周波数の搬送波を発生する。スイッチング制御部は、デューティ制御部からの指令値と、搬送波発生部からの搬送波とに従って、第１のスイッチング素子のスイッチング制御信号を発生する。搬送波発生部は、スイッチング周波数が第１の周波数の下でのデューティ制御部により算出された指令値に従う第１のスイッチング素子のオフ期間がデッドタイムよりも短い場合には、搬送波の周波数を第１の周波数から第２の周波数へ低下させる。そして、直流電源の出力電圧定格値は、デッドタイムと、第２の周波数と、上限値との積の２倍の値と同等である。
【００１３】
さらに好ましくは、電源システムは、電動車両に搭載される。そして、負荷は、電源システムから供給された電力を用いて電動車両の駆動力を発生するための電動機を含む。
【００１４】
また好ましくは、電圧変換器は、第２のスイッチング素子と、第２の整流素子とをさらに含む。第２のスイッチング素子は、第１のノードおよび電源配線に電気的に接続される。第２の整流素子は、第１のスイッチング素子に対して逆並列に接続される。そして、制御装置は、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を相補的にオンオフ制御するとともに、当該オンオフ制御のデューティ比によって電圧変換比を制御するように構成される。
【００１５】
好ましくは、電源システムは、ハイブリッド車両に搭載され、負荷は、ハイブリッド車両の走行中に発電するための発電機と、ハイブリッド車両の駆動力を発生するための電動機と、電源配線および発電機の間で電力変換を行うための第１のインバータと、電源配線および電動機の間で電力変換を行うための第２のインバータとを含む。電動機は、電圧変換器を経由して電源配線へ出力される直流電源の出力電力と、第１のインバータを経由して電源配線へ出力される発電機による発電電力とを用いて、第２のインバータにより駆動されることによって駆動力を発生するように構成される。そして、制御装置は、デューティ制御部と、搬送波発生部と、スイッチング制御部とを含む。デューティ制御部は、電源配線の電圧を電圧指令値に制御するための、第１のスイッチング素子のスイッチング周期に対するオフ期間比で示されるデューティ比の指令値を算出する。搬送波発生部は、スイッチング周期に相当する周波数の搬送波を発生する。スイッチング制御部は、デューティ制御部からの指令値と、搬送波発生部からの搬送波とに従って、第１のスイッチング素子のスイッチング制御信号を発生する。さらに、ハイブリッド車両は、車両状態に応じて、電動機の使用電力に対する発電機の発電電力および直流電源の出力電力の間のパワー配分を設定するためのパワー制御部を含む。パワー制御部は、電圧変換器におけるデューティ比が所定の基準値よりも低いときには、デューティ比が基準値よりも高いときと比較して、電動機の使用電力に対する発電機の発電電力の割合を高めるようにパワー配分を設定する。
【００１６】
さらに好ましくは、ハイブリッド車両には、内燃機関が搭載される。発電機は、車両走行中に内燃機関の出力によって発電するように構成される。
【００１７】
好ましくは、電圧変換器は、第２のスイッチング素子と、第２の整流素子とをさらに含む。第２のスイッチング素子は、第１のノードおよび電源配線に電気的に接続される。第２の整流素子は、第１のスイッチング素子に対して逆並列に接続される。そして、制御装置は、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を相補的にオンオフ制御するとともに、当該オンオフ制御のデューティ比によって電圧変換比を制御する。電動機は、ハイブリッド車両の減速時には回生発電を行うように構成される。第２のインバータは、電動機の回生発電時には、電動機による発電電力を直流電力へ変換して電源配線へ出力する。
【００１８】
好ましくは、直流電源は、正極端子および負極端子の間に直列に接続された、複数のセルユニットを含むように構成される。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、昇圧チョッパタイプの電圧変換器によって直流電源の出力電圧を昇圧するように構成された電源システムにおいて、直流電源の内部抵抗による電力損失および電圧降下を考慮した上で、電圧変換器の出力電圧の必要な上限値を確保可能である、直流電源の出力電圧定格値を最適に設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１による電源システムの構成を示す回路図である。
【図２】図１に示した制御装置によるコンバータ制御を説明する機能ブロック図である。
【図３】図２に示した変調部の機能を説明する波形図である。
【図４】内部抵抗を考慮したバッテリ（直流電源）の電力出力特性を示すグラフである。
【図５】図４に示したバッテリ出力電力の特性をコンバータのデューティ比を横軸に取って示したグラフである。
【図６】コンバータ制御におけるデッドタイムの設定を説明する動作波形図である。
【図７】一定のスイッチング周波数におけるデューティ比に対するバッテリ出力電力の特性を示すグラフである。
【図８】図７よりもスイッチング周波数を低下させた場合におけるデューティ比に対するバッテリ出力電力の特性を示すグラフである。
【図９】実施の形態２による電源システムにおけるコンバータのスイッチング周波数制御を説明する概念図である。
【図１０】実施の形態２による電源システムにおけるコンバータのスイッチング周波数制御を説明するフローチャートである。
【図１１】実施の形態３による電源システムのハイブリッド車両への適用例を説明する回路図である。
【図１２】図１１に示された動力分割機構の構成図である。
【図１３】実施の形態３による電源システムが搭載されたハイブリッド車両におけるパワー管理制御のための制御構成を示す機能ブロック図である。
【図１４】実施の形態３による電源システムが搭載されたハイブリッド車両におけるパワー配分制御を説明するための概念図である。
【図１５】実施の形態３による電源システムが搭載されたハイブリッド車両におけるパワー配分制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、以下図中の同一または相当部分には同一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。
【００２２】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１による電源システムの構成を示す回路図である。
【００２３】
図１を参照して、電源システム１００は、直流電源１０と、昇圧チョッパタイプの電圧変換器１５と、平滑コンデンサＣ０，Ｃ１と、制御装置５０とを含む。
【００２４】
直流電源１０は、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池により構成される。したがって、以下では、直流電源１０について、バッテリ１０とも称する。たとえば、バッテリ１０は、正極端子および負極端子の間に直列に接続された、複数のセルユニットＣＵを含むように構成される。このような構成では、直流電源１０の出力電圧は、各セルユニットＣＵの出力電圧（定格値）と、直列接続の個数との積により与えられる。逆に言えば、直流電源１０の出力電圧定格値に応じて、直列接続されるセルユニットＣＵの個数が決定される。
【００２５】
バッテリ１０に対して、電圧、電流、温度等を検出するためのバッテリセンサ１１が配置される。バッテリセンサにより検出された、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂは、制御装置５０へ出力される。通常、電圧および温度については、セルユニットＣＵ毎、あるいは、所定個数のセルユニットＣＵにより構成されるブロック毎にも検出される。ただし、以下では、バッテリ電圧Ｖｂは、バッテリ１０全体の出力電圧、すなわち、正極端子および負極端子の間の電圧を示すものとする。
【００２６】
平滑コンデンサＣ１は、接地配線５および電源配線６の間に接続される。平滑コンデンサＣ１は、電源配線６の直流電圧ＶＬのリプル成分を抑制するとともに、バッテリ１０に対して入出力される電力のバッファとしても作用する。電圧センサ１２は、電圧変換器１５の入力電圧に相当する直流電圧ＶＬを検出する。検出された直流電圧ＶＬは、制御装置５０へ伝達される。
【００２７】
電圧変換器１５は、インダクタＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とを含む。インダクタＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードＮｍと、電源配線６との間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電源配線７および接地配線５の間に接続される。
【００２８】
スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源配線７および接地配線５の間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオンオフは、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。本発明の実施の形態において、スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。
【００２９】
平滑コンデンサＣ０は、電源配線７および接地配線５の間に接続される。平滑コンデンサＣ０は、電源配線７の直流電圧ＶＨのリプル成分を抑制するとともに、負荷１７に対して電力が入出力される際の電力バッファとしても作用する。電圧センサ１３は、電圧変換器１５の出力電圧に相当する直流電圧ＶＨを検出する。検出された直流電圧ＶＨは、制御装置５０へ伝達される。
【００３０】
負荷１７としては、たとえばインバータ回路（図示せず）を介して駆動される交流電動機（図示せず）が適用される。そして、エンジン出力および／または電動機出力によって走行するハイブリッド自動車や、電動機出力のみによって走行する電気自動車、燃料電池自動車等への適用が、本発明の実施の形態による電源システムの代表的な適用例として挙げられる。この場合には、たとえば、直流電源（バッテリ）１０の出力電圧（電圧ＶＬ）が１００〜２００Ｖ程度とされる一方で、負荷１７へ供給すべき電圧、すなわち直流電圧ＶＨが１００Ｖ〜６５０Ｖ程度とされる。
【００３１】
制御装置５０は、図示しないＣＰＵ（Central  Processing  Unit）およびメモリ等を内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行うように構成される。あるいは、ＥＣＵの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
【００３２】
電源システム１００では、負荷１７への供給電圧となる電源配線７の電圧について、電圧指令値ＶＨｒが設定される。電圧指令値ＶＨｒは、固定値であってもよく、負荷１７の状態に応じて可変に設定されてもよい。たとえば、負荷１７が可変速駆動される交流電動機（代表的には、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車等の電動車両の走行用モータ）を含む場合には、交流電動機へ印加される電圧の振幅を、交流電動機の誘起電圧よりも高くするために、交流電動機の出力（トルク・回転速度）に応じて、電圧指令値ＶＨｒが可変に設定される。この様に、直流電圧ＶＨの制御範囲が設定され、電圧指令値ＶＨｒは、制御上限電圧ＶＨｍａｘ以下の範囲で設定される。すなわち、Ｖｂ≦ＶＨｒ≦ＶＨｍａｘの関係が成立する。
【００３３】
制御装置５０は、電源配線７の直流電圧ＶＨが電圧指令値ＶＨｒに一致するように、電圧変換器１５を制御する。具体的には、制御装置５０は、直流電圧ＶＬ，ＶＨおよび電圧指令値ＶＨｒに基づいて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフをそれぞれ制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。
【００３４】
電圧変換器１５では、スイッチング素子Ｑ２のオンオフを繰返すことにより、直流電圧ＶＬよりも高い直流電圧ＶＨを電源配線７に出力することができる。具体的には、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にはインダクタＬ１に電磁エネルギを蓄積するとともに、スイッチング素子Ｑ２のオフ期間において、バッテリ１０からの出力と、上記オン期間を蓄積されたエネルギとを、ダイオードＤ１を介して電源配線７へ供給することができる。
【００３５】
一方、電圧変換器１５では、スイッチング素子Ｑ２のオフ期間に、スイッチング素子Ｑ１をオンすることにより、電源配線７の電力によってバッテリ１０を充電することができる。スイッチング素子Ｑ１のオフ期間には、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にインダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギによって、ダイオードＤ２を介して、バッテリ１０が充電される。
【００３６】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、基本的には、相補的に交互にオンオフするように、制御装置５０によって制御される。そして、電圧変換器１５による電圧変換比（ＶＨ／ＶＬ）が、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比によって制御される。
【００３７】
本実施の形態では、デューティ比ＤＴを、スイッチング周期Ｔｃｙｃに対するスイッチング素子Ｑ２のオフ期間Ｔ２ｏｆｆの比（言い換えれば、スイッチング素子Ｑ１のオン期間Ｔ１ｏｎの比）として定義する。すなわち、デューティ比の定義は、下記（１）式で示される。
【００３８】
ＤＴ＝Ｔ２ｏｆｆ／Ｔｃｙｃ＝Ｔ１ｏｎ／Ｔｃｙｃ      …（１）
なお、スイッチング周期Ｔｃｙｃについて、Ｔｃｙｃ＝Ｔ１ｏｎ＋Ｔ２ｏｎ＝Ｔ１ｏｎ＋Ｔ１ｏｆｆ＝Ｔ２ｏｎ＋Ｔ２ｏｆｆである。
【００３９】
昇圧チョッパの特性に照らして、直流電圧ＶＬ，ＶＨと、デューティ比ＤＴとの間には、下記（２）式が成立することが理解される。
【００４０】
ＶＨ＝ＶＬ／ＤＴ      …（２）
スイッチング素子Ｑ２のオンオフが確保される範囲内で、デューティ比ＤＴを低くする程、すなわち、スイッチング素子Ｑ２のオフ期間を短くしてオン期間を長くする程、直流電圧ＶＨを上昇させることができる。
【００４１】
図１の構成では、電圧変換器１５において、力行時（バッテリ１０の放電時）に用いられる、スイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ１が、「第１のスイッチング素子」および「第１の整流素子」にそれぞれ対応する。また、回生時（バッテリ１０の充電時）に用いられる、スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ２が、「第２のスイッチング素子」および「第２の整流素子」にそれぞれ対応する。また、接続ノードＮｍが「第１のノード」に対応する。
【００４２】
図２は、制御装置５０による電圧変換器１５の制御を説明する機能ブロック図である。なお、図２を始めとする以下の機能ブロック図に記載される各ブロックは、所定プログラムの実行によるソフトウェア処理、および、専用の電子回路構築によるハードウェア処理のいずれによって実現することも可能である。
【００４３】
図２を参照して、制御装置５０は、デューティ制御部２１０と、変調部２２０と、搬送波発生部２３０と、信号生成部２５０とを有する。
【００４４】
デューティ制御部２１０は、電圧指令値ＶＨｒと、直流電圧ＶＬ，ＶＨとに基づいて、直流電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨｒに制御するためのデューティ指令値Ｄｃを設定する。たとえば、デューティ指令値Ｄｃは、電圧指令値ＶＨｒおよび直流電圧ＶＬによって定まる理論的な電圧変換比（ＶＬ／ＶＨｒ）と、直流電圧ＶＨの偏差（ＶＨ−ＶＨｒ）に基づいて演算することができる。
【００４５】
デューティ指令値Ｄｃは、０（％）〜１００（％）の範囲で設定される。デューティ指令値Ｄｃが低い程、電圧変換比ＶＨ／ＶＬ（以下、昇圧比とも称する）が高くなる。また、Ｄｃ＝０（％）のときは、上アーム素子であるスイッチング素子Ｑ１が固定的にオンされることとなり、ＶＨ＝ＶＬとなる。
【００４６】
搬送波発生部２３０は、一定周波数の搬送波ＣＷを生成する。搬送波ＣＷの周波数は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の各々のスイッチング周波数に相当する。
【００４７】
変調部２２０は、図３に示すようなパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse  Width  Modulation）に従って、デューティ制御部２１０によるデューティ指令値Ｄｃに基づいて、デューティ指令信号Ｓｄを生成する。
【００４８】
図３を参照して、変調部２２０は、周期的な搬送波ＣＷ（三角波またはのこぎり波）の電圧Ｖｃｗと、デューティ指令値Ｄｃとを比較する。デューティ指令値Ｄｃの０（％）〜１００（％）は、搬送波ＣＷのピーク−ピーク値と対応付けられる。搬送波ＣＷの周期Ｔｃｙｃは、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の各々のオンオフ周期であるスイッチング周期（スイッチング周波数ｆｃの逆数）に相当する。
【００４９】
変調部２２０は、デューティ指令値Ｄｃが搬送波電圧Ｖｃｗよりも高いときに、デューティ指令信号Ｓｄを論理ローレベル（以下、Ｌレベル）に設定する。一方、デューティ指令値Ｄｃが搬送波電圧Ｖｃｗよりも低いときには、デューティ指令信号Ｓｄは、論理ハイレベル（Ｈレベル）に設定される。
【００５０】
再び図２を参照して、信号生成部２５０は、デューティ指令信号ＳｄのＨレベル期間では、スイッチング素子Ｑ２をオフ（すなわち、スイッチング素子Ｑ１をオン）するように、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。反対に、信号生成部２５０は、デューティ指令信号ＳｄのＬレベル期間では、スイッチング素子Ｑ２をオン（すなわち、スイッチング素子Ｑ１をオフ）するように、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。
【００５１】
したがって、図３から理解されるように、デューティ指令値Ｄｃが上昇すると、スイッチング素子Ｑ２（下アーム）のオン期間比が短くなるために、電圧変換比（ＶＨ／ＶＬ）が低下する。反対に、デューティ指令値Ｄｃが低下すると、スイッチング素子Ｑ２（下アーム）のオン期間比が長くなるために、電圧変換比（ＶＨ／ＶＬ）が上昇する。
【００５２】
次に、バッテリ１０の電力出力特性について説明する。図示は省略したが、一般に、バッテリ１０には、内部抵抗Ｒｂが存在する。内部抵抗Ｒｂでは、バッテリ電流Ｉｂの通過による電圧降下および電力損失が発生する。
【００５３】
図４は、内部抵抗を考慮したバッテリ１０の電力出力特性を示すグラフである。図４には、電圧変換器１５によって直流電圧ＶＨが一定に制御された下での、バッテリ電流Ｉｂに対するバッテリ出力電力Ｐｂの特性が示される。
【００５４】
図４を参照して、バッテリ電流Ｉｂの増加に伴って、内部抵抗による電圧降下が大きくなるためバッテリ電圧Ｖｂが低下する。
【００５５】
ここで、バッテリの内部抵抗Ｒｂは下記（３）式で示されるため、バッテリ電圧Ｖｂは下記（４）式で示すことができる。なお、（３），（４）式中のＶｂｏは、バッテリ１０の開放電圧を示す。
【００５６】
Ｒｂ＝（Ｖｂｏ−Ｖｂ）／Ｉｂ      …（３）
Ｖｂ＝Ｖｂｏ−Ｉｂ×Ｒｂ      …（４）
バッテリ１０から実際に取り出すことが可能なバッテリ出力電力Ｐｂは、バッテリ開放電圧Ｖｂｏとバッテリ電流Ｉｂの積で示される全電力Ｐｂ♯から、内部抵抗による消費電力Ｐｌｓを差し引いたものとなる。バッテリ電流Ｉｂが増加すると内部抵抗での電力損失が増加するので、バッテリ出力電力Ｐｂは、バッテリ電流Ｉｂの増大に伴って単調に増加しない。
【００５７】
バッテリ出力電力Ｐｂは、下記（５）式で示される。
Ｐｂ＝Ｖｂ×Ｉｂ＝（Ｖｂｏ−Ｉｂ×Ｒｂ）×Ｉｂ
＝−Ｒｂ×（Ｉｂ−Ｖｂｏ／２Ｒｂ）2＋Ｖｂｏ2／４Ｒｂ      …（５）
（５）式から理解されるように、バッテリ出力電力Ｐｂは、バッテリ電流Ｉｂの二次関数となる。したがって、Ｉｂ＝Ｉｂ１において、バッテリ出力電力Ｐｂは最大値Ｐｍａｘ＝Ｖｂｏ2／４Ｒｂとなる。このときのバッテリ電流Ｉｂ１は下記（６）式で示される。
【００５８】
Ｉｂ１＝Ｖｂｏ／２Ｒｂ      …（６）
図５は、図４に示したバッテリ出力電力の特性を電圧変換器１５のデューティ比ＤＴを横軸に取って示したグラフである。
【００５９】
電圧変換器１５では、（２）式に示したように、ＶＨ＝ＶＬ／ＤＴの関係が成立する。したがって、電圧変換器１５の入力電圧ＶＬ＝Ｖｂとすれば、バッテリ出力電力Ｐｂについて下記（７）式が成立する。
【００６０】
Ｐｂ＝ＶＨ×Ｉｂ×ＤＴ      …（７）
また、バッテリ電流Ｉｂについても、直流電圧ＶＨおよびデューティ比ＤＴを用いて（８）式で示すことができる。
【００６１】
Ｉｂ＝（Ｖｂｏ−ＤＴ×ＶＨ）／Ｒｂ      …（８）
式（７），（８）より、バッテリ出力電力Ｐｂについて、デューティ比ＤＴを変数として、下記（９）式により表わすことができる。
【００６２】
Ｐｂ＝−ＶＨ2／Ｒｂ×（ＤＴ−Ｖｂｏ／２ＶＨ）2＋Ｖｂｏ2／４Ｒｂ…（９）
（９）式から、図６に示されるように、バッテリ出力電力Ｐｂは、デューティ比ＤＴの二次関数で表わされることが理解される。すなわち、デューティ比ＤＴ＝ＤＴ１において、バッテリ出力電力Ｐｂは最大値Ｐｍａｘ（Ｐｍａｘ＝Ｖｂｏ2／４Ｒｂ）となる。また、デューティ比ＤＴ１については下記（１０）式が成立する。
【００６３】
ＤＴ１＝Ｖｂｏ／２ＶＨ      …（１０）
このように、図１に示した電源システム１００において、電圧変換器１５のデューティ比ＤＴ＝ＤＴ１のとき、バッテリ１０（直流電源）から取り出せる電力が最大となることが理解される。なお、二次関数の特性から、ＤＴ１＝ＤＴ０×２において、Ｐｂ＝０となる。
【００６４】
一方、電圧変換器１５におけるデューティ制御では、理論的には、デューティ比ＤＴを低下させる程、直流電圧ＶＨを高くすることができる。しかしながら、電圧変換器１５において、スイッチング素子Ｑ２を安全にオンオフさせるためには、最低限のデッドタイムが必要となることが知られている。このため、実際の電圧変換器制御では、デューティ比ＤＴに下限値が存在することになる。
【００６５】
図６は、電圧変換器１５でのデッドタイム設定を説明する動作波形図である。
図６を参照して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を確実にオンオフさせるためには、所定のデッドタイムＴｄが必要である。デッドタイムＴｄは、スイッチング素子の特性や回路定数を考慮して、予め設定される固定値である。
【００６６】
したがって、デューティ制御部２１０によって、制御演算上、デューティ制御部２１０がデューティ指令値Ｄｃを０（％）近傍まで低下されても、スイッチング素子Ｑ２のオフ期間が最短でもデッドタイムＴｄ分確保される。この結果、デューティ指令値Ｄｃ＝０（％）となって、デューティ指令信号ＳｄがＬレベルに固定されるべき場合でも、実際のデューティ指令信号Ｓｄ♯は、デッドタイムＴｄ分だけＨレベル期間を有することになる。
【００６７】
この結果、デューティ比ＤＴには、デッドタイムＴｄに対応した、実際上の下限値Ｄｍｉｎ＝Ｔｄ／Ｔｃｙｃが存在することが理解される。この下限値Ｄｍｉｎは、電圧変換器１５によって昇圧比ＶＨ／ＶＬを最大限確保するときのデューティ比に相当する。
【００６８】
電源システム１００では、電圧変換器１５が直流電圧ＶＬを昇圧することによって、直流電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨｒに合致させても、バッテリ１０から電力を取り出すためにバッテリ電流Ｉｂが増加すると、バッテリ電圧Ｖｂが低下する。このため、電圧変換器１５での電圧変換比（昇圧比）をさらに上昇させる必要が生じる。一方で、上述の様に、電圧変換器１５での確保できる昇圧比には、デッドタイムＴｄに規定される上限が存在する。
【００６９】
したがって、実施の形態１による電源システム１００では、下記（１１）式に従って、バッテリ１０（直流電源）の定格出力電圧（開放電圧Ｖｂｏ）を決定する。これにより、直流電圧ＶＨの制御範囲（制御上限電圧ＶＨｍａｘ）を確保した上で、バッテリ１０（直流電源）の定格出力電圧（開放電圧Ｖｂｏ）を最低限に抑制することができる。
【００７０】
Ｖｂｏ／２ＶＨ＝Ｄｍｉｎ＝Ｔｄ／Ｔｃｙｃ      …（１１）
式（１１）では、図５に示した、最大電力をバッテリ１０から取り出すことが可能なデューティ比ＤＴ１を、デッドタイムＴｄに対応する、昇圧比が最も高い上記デューティ下限値Ｄｍｉｎと一致させている。さらに、上記式（１１）に、ＶＨ＝ＶＨｍａｘを代入し、キャリア周波数ｆｃ＝１／Ｔｃｙｃを代入すると、バッテリ１０（直流電源）の定格出力電圧は、下記（１２）式によって決められる。
【００７１】
Ｖｂｏ＝２ＶＨｍａｘ・Ｔｄ・ｆｃ      …（１２）
このようにすると、制御上限電圧ＶＨｍａｘに対応する電圧変換比（昇圧比）ＶＨｍａｘ／ＶＬを確保した状態で、バッテリ１０から取り出せる電力Ｐｂを最大限確保できる。言い換えると、バッテリ１０からの出力電力Ｐｂが最大となった場合でも、デッドタイムＴｄに対応するデューティ下限値により電圧変換器１５を動作させることによって、直流電圧ＶＨを制御上限電圧ＶＨｍａｘまで上昇させることが可能となる。
【００７２】
これより、制御上限電圧ＶＨｍａｘを確保するために必要な、最低限のバッテリ１０（直流電源）の定格出力電圧を、内部抵抗での電圧降下および電力損失を見込んだ上で、実機実験による試行錯誤を伴うことなく、一意に決定することができる。
【００７３】
この結果、バッテリ１０を構成するための、直列接続されるセルユニットの個数を最小限とすること等によって、バッテリ１０（直流電源）のコストを抑制した上で、負荷１７へ制御上限電圧ＶＨｍａｘまでの直流電圧ＶＨを確実に供給できる。すなわち、電圧変換器１５の制御上限電圧ＶＨｍａｘを確保可能であるバッテリ１０（直流電源）の出力電圧定格値を最適に設計することができる。
【００７４】
［実施の形態２］
実施の形態１では、搬送波の周波数、すなわち電圧変換器１５のスイッチング周波数を一定とした下での構成について説明した。実施の形態２では、スイッチング周波数を可変に設定可能とした場合における電源システムの構成について説明する。
【００７５】
図７には、スイッチング周波数ｆｃ＝ｆ０における、電圧変換器１５の出力電圧ＶＨを一定に維持したときのデューティ比ＤＴに対するバッテリ出力電力の特性が示される。図７の特性は、図５に示した特性と同一である。なお、周波数ｆ０は、実施の形態１の様な、スイッチング周波数ｆｃを一定とする場合に用いられる、基本的な周波数である。一般に、この基本周波数ｆ０は、電磁騒音が生じないような周波数帯に設定される。
【００７６】
一方、デッドタイムＴｄは、回路定数や素子定数に依存する一定値であるため、スイッチング周波数ｆｃを低下させること、電圧変換器１５により実現可能なデューティ下限値Ｄｍｉｎが低下する。たとえば、スイッチング周波数ｆ１に低下させると（ｆ１＜ｆ０）、電圧変換器１５により実現可能なデューティ下限値Ｄｍｉｎ♯（Ｄｍｉｎ♯＝Ｔｄ・ｆ１）は、基本周波数ｆ０におけるデューティ下限値Ｄｍｉｎよりも低くなる。
【００７７】
この結果、図８に示されるように、バッテリ１０から最大に電力を取り出せるデューティ比ＤＴ１♯についても、基本周波数ｆ０におけるデューティ比ＤＴ１より低くなる。したがって、スイッチング周波数ｆｃ＝ｆ０に固定する場合と比較して、電圧変換器１５が実現可能な昇圧比ＶＨ／ＶＬを高めることができる。
【００７８】
したがって、実施の形態２による電源システム１００では、図２に示した搬送波発生部２３０について、指令に応答して搬送波ＣＷの周波数を可変となるように構成する。たとえば、電圧制御発振器（ＶＣＯ）により搬送波発生部２３０を構成するとともに、当該指令に応じてＶＣＯへの入力電圧を可変とする機構を設けることによって、搬送波ＣＷの周波数を可変制御することが可能になる。
【００７９】
なお、実施の形態２による電源システム１００の構成は、上記の点を除いては、実施の形態１と同様である。したがって、以下では、実施の形態２と実施の形態１との相違点について説明することとし、実施の形態１との共通点については詳細な説明は繰返さない。
【００８０】
実施の形態２による電源システム１００では、スイッチング周波数ｆｃ＝ｆ１としてシステムを設計する。すなわち、上記式（１２）に従って、バッテリ１０（直流電源）の出力電圧定格の最適値は、下記（１３）式で示される。
【００８１】
Ｖｂｏ♯＝２ＶＨｍａｘ・Ｔｄ・ｆ１…（１３）
ｆ１＜ｆ０であるから、式（１３）のＶｂｏ♯は、実施の形態１におけるＶｂｏ（Ｖｂｏ♯＝２ＶＨｍａｘ・Ｔｄ・ｆ０）よりも低いことが理解される。この結果、バッテリ１０（直流電源）のコストをさらに低下できる。一方で、スイッチング周波数を基本周波数ｆ０から低下させることにより、電磁騒音が発生する可能性がある。したがって、実施の形態２による電源システム１００では、図９および図１０に示すように、デューティ比に応じてスイッチング周波数を制御する。
【００８２】
図１０を参照して、制御装置５０は、ステップＳ１００では、実施の形態１で説明したように、電圧制御の観点から、図２のデューティ制御部２１０と同様にデューティ指令値Ｄｃを算出する。そして、制御装置５０は、ステップＳ１１０により、Ｓ１００で算出されたデューティ指令値Ｄｃを、図８に示されたデューティ比ＤＴ１と比較する。
【００８３】
そして、制御装置５０は、Ｄｃ≧ＤＴ１のとき（Ｓ１１０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１３０により、電圧変換器１５のスイッチング周波数を、図７に示した基本周波数ｆ０に設定する。一方、制御装置５０は、Ｄｃ＜ＤＴ１のとき（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１２０により、電圧変換器１５のスイッチング周波数を、基本周波数ｆ０よりも低い周波数ｆ１に設定する。
【００８４】
この結果、図９に示されるように、必要な昇圧比を確保するためのデューティ比が、デッドタイムＴｄを考慮した上で基本周波数ｆ０の下で実現可能な範囲（Ｄｃ≧ＤＴ１）であるときは、基本周波数ｆ０により電圧変換器１５をスイッチング制御する。一方で、電圧制御のためのデューティ比が、基本周波数ｆ０では実現不可能な範囲（Ｄｃ＜ＤＴ１）のときには、スイッチング周波数をｆ１に低下させることによって、電圧変換器１５の電圧変換比（昇圧比）を確保する。
【００８５】
このように、必要とされる電圧変換比（昇圧比）に余裕がある範囲では、スイッチング周波数ｆｃを、最大の昇圧比が確保できる設計上の周波数ｆ０から低下させるように、デューティ比に応じて、電圧変換器１５のスイッチング周波数が制御される。さらに、必要とされる昇圧比が上昇した場合には、スイッチング周波数ｆｃ＝ｆ０に低下させることにより、式（１３）に従って出力電圧定格値が抑制されたバッテリ１０を用いて、制御上限電圧ＶＨｍａｘまでの直流電圧ＶＨを、負荷１７へ確実に供給できる。すなわち、電圧変換器１５の制御上限電圧ＶＨｍａｘを確保可能であるバッテリ１０（直流電源）の出力電圧定格値を最適に設計することができる。
【００８６】
このように実施の形態２による電源システムでは、実施の形態１と比較して、電圧変換器１５の制御上限電圧ＶＨｍａｘを確保するためのバッテリ１０（直流電源）の出力電圧定格値をより低くすることができる。したがって、バッテリ１０を構成するための、直列接続されるセルユニットの個数を最小限とすること等によって、バッテリ１０（直流電源）のコストをさらに抑制できる。
【００８７】
上述のように、実施の形態２による電源システムでは、昇圧比が高い領域では、スイッチング周波数を基本周波数ｆ０から低下させることにより、電磁騒音が発生する可能性がある。しかしながら、当該領域では、負荷１７の出力が高くなるため、負荷１７の動作音によって、電圧変換器１５での電磁騒音はユーザに感知され難くなることが期待される。この結果、実施の形態２のスイッチング周波数制御をより円滑に適用することができる。
【００８８】
特に、電源システム１００が電動車両に搭載されて、負荷１７が走行用モータを含む適用例では、電圧指令値ＶＨｒの上昇やバッテリ出力電力の増加（すなわち、バッテリ出力電圧の低下）によって昇圧比が高まるケースは、車両加速時に生じることが予想される。車両加速時には、機器の動作音等によって、電圧変換器１５での電磁騒音はユーザに感知され難くなることが期待される。すなわち、実施の形態２による電源システムは、電動車両への搭載に好適である。
【００８９】
［実施の形態３］
実施の形態３では、電源システムをハイブリッド車両に搭載した構成が示される。
【００９０】
図１１は、実施の形態３による電源システムのハイブリッド車両への適用例を説明する回路図である。
【００９１】
図１１を参照して、ハイブリッド車両１０１は、エンジン１１０と、動力分割機構１２０と、減速機１３０と、駆動軸１４０および車輪（駆動輪）１５０を備える。ハイブリッド車両１０１は、さらに、制御装置５０と、ＨＶ−ＥＣＵ５５と、電源システム１００と、電源システム１００の負荷１７を構成する、インバータ２０，３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを備える。実施の形態３では、制御装置５０は、電源システム１００の制御に止まらず、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御するためのインバータ２０，３０の制御機能も有する。ＨＶ−ＥＣＵ５５は、ハイブリッド車両１０１全体を制御するために、制御装置５０に対して上位のＥＣＵとして配置される。
【００９２】
エンジン１１０は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。エンジン１１０には、冷却水の温度を検知する冷却水温センサ１１２が設けられる。
【００９３】
モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１１０によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン１１０の始動を行う電動機として動作するものとして、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。
【００９４】
モータジェネレータＭＧ２の出力は、出力軸１２５および減速機１３０を介して、駆動軸１４０へ伝達される。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、走行用モータとしてハイブリッド車両１０１に組込まれる。さらに、モータジェネレータＭＧ２は、車輪１５０の回転方向と反対方向の出力トルクを発生することによって回生発電を行うように電動機および発電機への機能を併せ持つように構成される。
【００９５】
動力分割機構１２０は、エンジン１１０の発生する動力を、駆動軸１４０への経路とモータジェネレータＭＧ１への経路とに分割可能に構成される。図１２を用いて、動力分割機構２００についてさらに説明する。
【００９６】
図１２を参照して、動力分割機構２００は、サンギヤ１２２と、ピニオンギヤ１２４と、キャリア１２６と、リングギヤ１２８とを含む遊星歯車によって構成される。
【００９７】
ピニオンギヤ１２４は、サンギヤ１２２およびリングギヤ１２８と係合する。キャリア１２６は、ピニオンギヤ１２４が自転可能であるように支持する。サンギヤ１２２はモータジェネレータＭＧ１の回転軸に連結される。キャリア１２６はエンジン１１０のクランクシャフトに連結される。リングギヤ１２８はモータジェネレータＭＧ２の回転軸および減速機１３０に連結される。
【００９８】
エンジン１１０、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２が、遊星歯車からなる動力分割機構１２０を介して連結されることで、エンジン１１０、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２の回転速度は、たとえば、共線図において直線で結ばれる関係になる。
【００９９】
電源システム１００の構成は、図１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。なお、電圧変換器１５の配置により、電源配線７上の直流電圧を、直流電源（バッテリ）１０の出力電圧に固定することなく可変制御することができる。これにより、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に印加される交流電圧の振幅を可変制御して、高効率のモータ制御が可能となる。
【０１００】
インバータ２０および３０の直流電圧側は、共通の接地配線５および電源配線７を介して、電圧変換器１５と接続される。すなわち、電源配線７は「電源配線」に対応する。また、モータジェネレータＭＧ１は「発電機」に対応し、モータジェネレータＭＧ２は「電動機」に対応する。インバータ２０は「第１のインバータ」に対応し、インバータ３０は「第２のインバータ」に対応する。
【０１０１】
インバータ２０は、電源配線７および接地配線５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム２２と、Ｖ相アーム２４と、Ｗ相アーム２６とから成る。各相アームは、電源配線７および接地配線５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム２２は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム２４は、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム２６は、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６から成る。また、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対して、逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフは、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６によって制御される。
【０１０２】
モータジェネレータＭＧ１は、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１と、図示しない回転子とを含む。Ｕ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１の一端は、中性点Ｎ１で互いに接続され、その他端は、インバータ２０のＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６とそれぞれ接続される。インバータ２０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフ制御（スイッチング制御）により、電源システム１００およびモータジェネレータＭＧ１の間での双方向の電力変換を行う。
【０１０３】
具体的には、インバータ２０は、制御装置５０によるスイッチング制御に従って、電源配線７の直流電圧ＶＨ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へ出力することができる。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、エンジン１１０の出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置５０によるスイッチング制御に従って直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源配線７へ出力することもできる。
【０１０４】
インバータ３０は、インバータ２０と同様に構成されて、スイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６によってオンオフ制御されるスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６および、逆並列ダイオードＤ２１〜Ｄ２６を含んで構成される。
【０１０５】
モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に構成されて、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２と、図示しない回転子とを含む。モータジェネレータＭＧ１と同様に、Ｕ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２の一端は、中性点Ｎ２で互いに接続され、その他端は、インバータ３０のＵ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６とそれぞれ接続される。
【０１０６】
インバータ３０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のオンオフ制御（スイッチング制御）により、電源システム１００およびモータジェネレータＭＧ２の間での双方向の電力変換を行う。
【０１０７】
具体的には、インバータ３０は、制御装置５０によるスイッチング制御に従って、電源配線７の直流電圧ＶＨ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へ出力することができる。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、指定されたトルクを発生するように駆動される。電源配線７には、電圧変換器１５を経由してバッテリ１０からの出力電力が伝達されるとともに、インバータ２０を経由してモータジェネレータＭＧ１による発電電力が伝達される。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、これらの電力の和を用いて車両駆動力を発生する。言い換えれば、モータジェネレータＭＧ２の消費電力と、モータジェネレータＭＧ１の発電電力との差分が、バッテリ１０から出力される。
【０１０８】
また、インバータ３０は、ハイブリッド車両１０１の回生制動時、車輪１５０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相交流電圧を制御装置５０によるスイッチング制御に従って直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源配線７へ出力することができる。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【０１０９】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々には電流センサ２７および回転角センサ（レゾルバ）２８が設けられる。三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２７は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。回転角センサ２８は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の図示しない回転子の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置５０へ送出する。制御装置５０では、回転角θに基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度（回転角速度ω）を算出することができる。
【０１１０】
これらのセンサによって検出された、モータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ（１）およびロータ回転角θ（１）ならびに、モータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ（２）およびロータ回転角θ（２）は、制御装置５０へ入力される。さらに、制御装置５０は、モータ指令としての、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）および回生動作を示す制御信号ＲＧＥ（１）、ならびに、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）および回生動作を示す制御信号ＲＧＥ（２）の入力を受ける。
【０１１１】
制御装置５０は、ＨＶ−ＥＣＵ５５からのモータ指令に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が動作するように、電圧変換器１５およびインバータ２０，３０のスイッチングを制御する。具体的には、制御装置５０は、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２（電圧変換器１５）、Ｓ１１〜Ｓ１６（インバータ２０）、およびＳ２１〜Ｓ２６（インバータ３０）を生成する。
【０１１２】
さらに、制御装置５０には、バッテリ１０に関する、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）や充放電制限を示す入出力電力上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ等の情報が入力される。これ
により、制御装置５０は、バッテリ１０の過充電あるいは過放電が発生しないように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２での消費電力および発電電力（回生電力）を必要に応じて制限する機能を有する。
【０１１３】
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御における電圧変換器１５およびインバータ２０，３０の動作について説明する。
【０１１４】
電圧変換器１５の昇圧動作時には、制御装置５０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作状態に応じて直流電圧ＶＨ（インバータ２０，３０の直流側電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧ＶＨ」とも称する）の電圧指令値ＶＨｒを設定する。そして、制御装置５０は、実施の形態１または２で説明したデューティ制御に従って、直流電圧ＶＨが電圧指令値ＶＨｒと等しくなるように、電圧変換器１５のスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。
【０１１５】
インバータ３０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のオンオフ動作（スイッチング動作）により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）に従ったトルクが出力されるように、モータジェネレータＭＧ２を駆動する。トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）は、運転状況に応じたモータジェネレータＭＧ２への出力（トルク×回転数）要求に従って、正値（Ｔｑｃｏｍ（２）＞０）、零（Ｔｑｃｏｍ（２）＝０）、または負値（Ｔｑｃｏｍ（２）＜０）に適宜設定される。
【０１１６】
特に、ハイブリッド車両の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値は負に設定される（Ｔｑｃｏｍ（２）＜０）。この場合には、インバータ３０は、スイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング動作により、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を直流電圧に変換する。変換された直流電圧は、平滑コンデンサＣ０を介して電圧変換器１５へ供給される。
【０１１７】
また、インバータ２０は、上記のインバータ３０の動作と同様に、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に従ったスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフ制御により、モータジェネレータＭＧ１が指令値に従って動作するように電力変換を行う。
【０１１８】
トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御することにより、ハイブリッド車両１０１では、モータジェネレータＭＧ２での電力消費による車両駆動力の発生、モータジェネレータＭＧ１での発電によるバッテリ１０の充電電力またはモータジェネレータＭＧ２の消費電力の発生、およびモータジェネレータＭＧ２での回生制動動作（発電）によるバッテリ１０の充電電力の発生を、車両の運転状態に応じて適宜に実行できる。
【０１１９】
ハイブリッド車両１０１では、ＨＶ−ＥＣＵ５５によって、車両状態に応じて、モータジェネレータＭＧ２の出力のみによる走行（ＥＶ走行）と、エンジン１１０の出力とモータジェネレータＭＧ２の出力との両方を用いた走行（ＨＶ走行）とが使い分けられる。また、ハイブリッド車両１０１は、バッテリ１０のＳＯＣ低下時には、エンジン１１０の出力のみで走行可能であるとともに、エンジン１１０の出力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電することによってバッテリ１０を充電することもできる。さらに、ハイブリッド車両１０１の減速時には、モータジェネレータＭＧ２による回生発電によって、バッテリ１０が充電される。
【０１２０】
ＨＶ−ＥＣＵ５５は、車両発進時や低速走行時のように、エンジン１１０の効率が低下するときには、自動的にＥＶ走行を選択する。そして、ＨＶ−ＥＣＵ５５は、車速上昇によりエンジン１１０の効率が高い運転領域となったときや、加速要求により車両駆動力を増加させる場合には、必要な車両駆動力に応じて、エンジン１１０を始動してＨＶ走行へ移行する。ＨＶ走行では、エンジン１１０を高効率の動作点で限定的に作動させるとともに、不足分の車両駆動力をモータジェネレータＭＧ２が発生するように、車両全体でのパワー配分が制御される。このように、ハイブリッド車両１０１では、パワー管理制御を適切に行うことによって、車両のエネルギ効率、すなわち燃費を改善することができる。
【０１２１】
図１３は、ハイブリッド車両１０１におけるパワー管理制御のための制御構成を示す機能ブロック図である。図１３に示す制御構成は、ＨＶ−ＥＣＵ５５の機能の一部として設けられる。各ブロックは、所定プログラムの実行によるソフトウェア処理、および、専用の電子回路構築によるハードウェア処理のいずれによって実現することも可能である。
【０１２２】
図１３を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ５５は、エンジン制御部２８０と、ＭＧ制御部３００と、ＨＶ制御部３２０とを含む。ＨＶ制御部３２０は、トータルパワー制御部４００と、要求パワー算出部４１０と、ブレーキ協調制御部４５０とを含む。
【０１２３】
アクセル開度センサ３５０は、図示しないアクセルペダルの操作量を検出するように構成され、アクセル開度を示す信号Ｓａｃを出力する。ブレーキセンサ３６０は、ブレーキペダルの操作量を検知するように構成され、操作量（踏込量、踏込力）を示す信号Ｓｂｒを出力する。車速センサ３７０は、ハイブリッド車両１０１の速度を検出する。
【０１２４】
要求パワー算出部４１０は、センサ３５０，３７０の検出信号に基づいて、運転者が要求する車両運転に必要な駆動力を得るのに必要な車両要求パワーＰｒｑ（以下、単に要求パワーＰｒｑとも称する）を算出する。なお、走行モード（たとえば、アクセルレスポンスを向上させたパワーモードや、低燃費を優先させたエコノミーモード）を選択するためのユーザ操作を入力するためのスイッチ（図示せず）をさらに設けることも可能である。この場合には、要求パワー算出部４１０は、走行モードをさらに反映して、要求パワーＰｒｑを算出する。
【０１２５】
トータルパワー制御部４００には、さらに、バッテリ１０のＳＯＣが入力される。トータルパワー制御部４４０は、ＳＯＣに基づいて算出されるバッテリ１０の充電に必要な充電パワーＰｃｈと、要求パワーＰｒｑとの和に従って、下記（１４）式に従って、車両全体での出力パワーであるトータルパワーＰｔｔｌを算出する。
【０１２６】
Ｐｔｔｌ＝Ｐｒｑ＋Ｐｃｈ＋Ｐｌｏｓｓ      …（１４）
式（１４）中において、Ｐｌｏｓｓは、ハイブリッド車両の走行における損失パワーに相当する。損失パワーＰｌｏｓｓについては、車両走行状態（車速等）に応じて適正値を設定するマップを予め作成することが好ましい。また、ＳＯＣが十分高くバッテリ１０の充電が不要である場合には、Ｐｃｈ＝０に設定される。
【０１２７】
トータルパワー制御部４００は、式（１）に従って算出されたトータルパワーＰｔｔｌを、エンジンパワーＰｅｇおよびモータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２に配分する。モータパワーＰｍｇ１は、モータジェネレータＭＧ１の出力パワーであり、モータパワーＰｍｇ２は、モータジェネレータＭＧ２の出力パワーである。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発電時には、Ｐｍｇ２，Ｐｍｇ１はそれぞれ負値に設定される。
【０１２８】
トータルパワー制御部４００は、エンジン１１０の作動要否を判定した上で、上記のパワー配分を決定する。基本的には、要求パワーＰｒｑを所定の判定値と比較することによって、エンジン１１０の作動要否が判定される。すなわち、要求パワーＰｒｑが判定値を超えるとエンジン１１０の作動が指示される一方で、要求パワーＰｒｑが判定値よりも低いと、エンジン１１０の停止が指示される。
【０１２９】
なお、ユーザが強制的にあるいは優先的にＥＶ走行を選択可能とするスイッチ（図示せず）がさらに設けられる場合には、当該スイッチへの入力をさらに反映して、パワー配分が決められる。たとえば、ユーザによってＥＶ走行が選択されているときには、ＳＯＣ不足等に関連する所定のキャンセル条件が非成立となる限り、エンジン１１０を停止したＥＶ走行が優先的に実行される。
【０１３０】
トータルパワー制御部４００は、エンジン作動時には、トータルパワーＰｔｔｌおよびエンジン回転数Ｎｅｇに基づき、必要なエンジントルクを得るための、エンジンパワーＰｅｇおよびエンジン目標回転数Ｎｅｇｒを設定する。すなわち、バッテリ１０の充電時に上乗せされるべき充電パワーＰｃｈは、エンジンパワーＰｅｇへ反映される。
【０１３１】
また、基本的には、エンジントルクおよび回転数の組み合わせによって定義されるエンジン動作点が、高効率の運転領域内となるように、エンジンパワーＰｅｇおよびエンジン目標回転数Ｎｅｇｒが設定される。したがって、アクセル操作による加速要求には、基本的には、バッテリ１０からの電力を用いたモータジェネレータＭＧ２の出力によって対応する。
【０１３２】
エンジンＥＣＵ２８０は、トータルパワー制御部４００から送られたエンジンパワーＰｅｇおよびエンジン目標回転数Ｎｅｇｒが実現されるように、エンジン１１０の燃料噴射、点火時期、バルブタイミング等を制御する。さらに、トータルパワーＰｔｔｌが確保されるように、モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２が設定される。このようにして、トータルパワーＰｔｔｌに対する、エンジンパワーＰｅｇおよびモータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２の間のパワー配分が制御される。
【０１３３】
モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２は、ＭＧ１制御部３０１およびＭＧ２制御部３０２へ送られる。ＭＧ１制御部３０１およびＭＧ２制御部３０２は、モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２がそれぞれ出力するように、これらのモータジェネレータの出力トルクを制御する。具体的には、ＭＧ１制御部３０１およびＭＧ２制御部３０２は、モータパワーＰｍｇ１，Ｐｍｇ２に従うトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）,Ｔｑｃｏｍ（２）を設定するとともに、当該トルク指令値に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクが制御されるように、電圧変換器１５およびインバータ２０，３０を制御する。すなわち、ＭＧ１制御部３０１およびＭＧ２制御部３０２は、図１１の制御装置５０を含んでいる。ＭＧ１制御部３０１およびＭＧ２制御部３０２による機能のうちの、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）,Ｔｑｃｏｍ（２）に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクを制御する機能部分は、図１１の制御装置５０によって実現される。
【０１３４】
なお、モータパワーＰｍｇ２は、上記のパワー配分によって、モータジェネレータＭＧ２による走行や駆動力アシストに必要な出力パワーに基づいて設定されている。回生制動時には、モータパワーＰｍｇ２が負値に設定されることにより、モータジェネレータＭＧ２が発電する。さらに、ＭＧ１制御部３０１が、モータパワーＰｍｇ１に従ってモータジェネレータＭＧ１を制御することによって、モータジェネレータＭＧ１の発電電力が制御される。Ｐｅｇ２−Ｐｅｇ１＞０のときは、不足電力がバッテリ１０から出力される一方で、Ｐｅｇ１−Ｐｅｇ２＞０のときは、余剰電力によってバッテリ１０が充電される。したがって、特にＰｅｇ２＞０のときには、Ｐｍｇ１およびＰｍｇ２の設定により、モータジェネレータＭＧ２の使用電力に対する、モータジェネレータＭＧ１の発電電力およびバッテリ１０の出力電力の配分が決められることになる。
【０１３５】
ブレーキ協調制御部４５０は、ブレーキセンサ３６０によって検知されたブレーキ操作量および車速センサ３７０によって検知された車速に基づいて、ハイブリッド車両全体で必要なトータル制動力を算出するとともに、算出されたトータル制動力のうちの回生ブレーキによる分担量に相当する回生ブレーキ要求値Ｐｒｂｒを出力する。回生ブレーキ要求値Ｐｒｂｒは、バッテリ１０の充電電力上限値（Ｗｉｎ）を超えない範囲で設定される。
【０１３６】
上述のようなパワー配分制御が行われるハイブリッド車両１０１へ搭載される、実施の形態３による電源システム１００では、電圧変換器１５のデューティ比に応じて、上記パワー配分制御を図１４および図１５に示すように調整する。
【０１３７】
図１４は、実施の形態３に従う電源システムが搭載されたハイブリッド車両におけるパワー配分制御を説明するための概念図である。
【０１３８】
図１４には、図５および図７と同様に、電圧変換器１５によって直流電圧ＶＨを一定に制御した下での、デューティ比ＤＴに対するバッテリ出力電力Ｐｂの特性が示される。
【０１３９】
上述のように、デッドタイムＴｄに対応するデューティ下限値Ｄｍｉｎに相当するデューティ比ＤＴ１において、バッテリ１０から最大電力Ｐｍａｘを取り出すことができる。
【０１４０】
実施の形態３による電源システムでは、たとえば、ＶＨ＝ＶＨｍａｘのときの特性に従って、最大電力Ｐｍａｘよりも低い所定電力Ｐ２にデューティ比ＤＴ２を判定値として用いる。
【０１４１】
そして、電圧制御のためにデューティ制御部２１０（図２）によって設定されたデューティ指令値Ｄｃと、判定値となるデューティ比ＤＴ２との比較に従って、トータルパワー制御部４００（図１３）におけるパワー配分制御を以下のように切換える。
【０１４２】
図１５を参照して、トータルパワー制御部４００（ＨＶ−ＥＣＵ５５）は、ステップＳ１００では、実施の形態１で説明したように、電圧制御の観点から、図２のデューティ制御部２１０によりデューティ指令値Ｄｃを算出する。そして、トータルパワー制御部４００は、ステップＳ１５０により、Ｓ１００で算出されたデューティ指令値Ｄｃを、図１４に示されたデューティ比ＤＴ２と比較する。
【０１４３】
そして、トータルパワー制御部４００は、Ｄｃ≧ＤＴ２のとき（Ｓ１５０のＮＯ判定時）には、デューティ比が通常範囲であると判断して、ステップＳ１６０により、通常のパワー配分制御に従ってＰｍｇ１，Ｐｍｇ２，Ｐｅｇを算出する。
【０１４４】
一方で、トータルパワー制御部４００は、Ｄｃ＜ＤＴ２のとき（Ｓ１５０のＹＥＳ判定時）には、バッテリ１０からの出力電力の増加によって、バッテリ電圧が低下して必要な昇圧比が大きくなっていると判断する。そして、ステップＳ１７０により、通常時（Ｓ１６０）よりも、ＭＧ１の発電量が増大するように、パワー配分制御を変更してＰｍｇ１，Ｐｍ１２，Ｐｅ１を算出する。
【０１４５】
すなわち、ステップＳ１７０によれば、同一の要求パワーＰｒｑおよび車両状況（すなわち、同一のトータルパワーＰｔｔｌ）に対して、モータジェネレータＭＧ１による出力電力Ｐｍｇ１が、通常（Ｓ１６０）よりも高く設定されるように、トータルパワー制御部４００がパワー配分を制御する。これにより、モータジェネレータＭＧ２の使用電力に対する、モータジェネレータＭＧ１の発電電力の割合が高められるので、バッテリ１０からの出力電力が抑えられる。
【０１４６】
このように実施の形態３に従う電源システムでは、電圧変換器１５でのデューティ比に応じて、バッテリ１０からの出力電力（すなわち、バッテリ電流）が大きくなるときには、発電機であるモータジェネレータＭＧ１による発電量を増やすことによって、バッテリ１０からの出力電力を抑制することができる。これにより、ハイブリッド車両１０１に代表されるハイブリッド車両に搭載された電源システム１００において、バッテリ１０（直流電源）過放電を防止できる。
【０１４７】
なお、ハイブリッド車両に搭載された実施の形態３の電源システム１００において、実施の形態２による電圧変換器１５のスイッチング周波数制御をさらに組み合わせることも可能である。この場合には、必要な昇圧比の上昇に伴ってデューティ指令値Ｄｃが低下するのに応じて、スイッチング周波数ｆｃの低下および／またはハイブリッド車両でのパワー配分制御変更（モータジェネレータＭＧ１の発電量増加）が実行される。
【０１４８】
ここで、実施の形態３による電源システム１００が適用されるハイブリッド車両は、図１１に示した構成に限定されない点について確認的に記載する。すなわち、車載バッテリからの電力によって車両駆動力を発生する電動機（モータジェネレータ）と、運転中に発電する発電機（モータジェネレータ）とを搭載したハイブリッド車両であれば、ハイブリッド構成を図１に限定することなく、本発明を適用することができる。また、バッテリ１０が車両外部の電源によって充電可能であっても、本発明の適用可否には何ら影響がないことを確認的に記載する。
【０１４９】
また、以上説明した実施の形態１〜３では、電圧変換器１５について、バッテリ１０からの電力を出力するための昇圧チョッパとして最低限必要なスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ１に加えて、バッテリ１０の充電（回生）のためのスイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ２が設けられる構成を例示した。このような電圧変換器１５において、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的にオンオフするようにデューティ比制御を行うことにより、電源配線７の直流電圧ＶＨを制御した上で、特別に制御動作を切換えることなく、バッテリ１０からの電力出力（力行）と、バッテリ１０の充電（回生）との両方に円滑に対応することができる。
【０１５０】
しかしながら、実施の形態１〜３（特に、実施の形態１，２）において、電圧変換器１５からスイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ２の配置が省略された、いわゆる基本的な昇圧チョッパの構成に対しても適用可能であることを確認的に記載しておく。すなわち、このような電圧変換器の構成においても、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング期間について、Ｔｃｙｃ＝Ｔ２ｏｎ＋Ｔ２ｏｆｆ＝１／ｆｃと定義することができるので、実施の形態１，２と同様に定義されたデューティ比ＤＴの制御、バッテリ１０（直流電源）の出力電圧定格値の決定、および、スイッチング周波数の制御を行うことができる。
【０１５１】
これと関連して、実施の形態１，２による電源システム１００では、負荷１７について、電動車両に搭載される交流電動機およびインバータ回路に限定されるものではなく、負荷１７を特に限定することなく本発明の適用が可能である点について、確認的に記載する。
【０１５２】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明は、直流電源の出力を電圧変換器によって昇圧するように構成された電源システムに関する。
【符号の説明】
【０１５４】
１０  バッテリ、１１  バッテリセンサ、１２，１３  電圧センサ、１５  電圧変換器、１７  負荷、２０，３０  インバータ、２２，２４，２６，３２，３４，３６  各相アーム、２７  電流センサ、２８  回転角センサ、５０  制御装置、１００  電源システム、１０１  ハイブリッド車両、１１０  エンジン、１１２  冷却水温センサ、１２０  動力分割機構、１２２  サンギヤ、１２４  ピニオンギヤ、１２５  出力軸、１２６  キャリア、１２８  リングギヤ、１３０  減速機、１４０  駆動軸、１５０  車輪、２００  動力分割機構、２１０  デューティ制御部、２２０  変調部、２３０  搬送波発生部、２５０  信号生成部、２８０  エンジン制御部、３００  ＭＧ制御部、３０１  ＭＧ１制御部、３０２  ＭＧ２制御部、３２０  ＨＶ制御部、３５０  アクセル開度センサ、３６０  ブレーキセンサ、３７０  車速センサ、４００  トータルパワー制御部、４１０  要求パワー算出部、４４０  トータルパワー制御部、４５０  ブレーキ協調制御部、Ｃ０，Ｃ１  平滑コンデンサ、ＣＵ  セルユニット、ＣＷ  搬送波、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６  逆並列ダイオード、Ｄｃ  デューティ指令値、Ｄｍｉｎ  デューティ下限値（デッドタイム相当）、ＤＴ  デューティ比、ＤＴ１，ＤＴ２  デューティ比（判定値）、ｆ０，ｆ１  周波数、ｆｃ  キャリア周波数、Ｉｂ  バッテリ電流、Ｉｂ１  バッテリ電流（最大出力時）、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ  三相電流、Ｌ１  インダクタ、ＭＣＲＴ  モータ電流、ＭＧ１  モータジェネレータ（発電機）、ＭＧ２  モータジェネレータ（電動機）、Ｎ１，Ｎ２  中性点、Ｎｅｇ  エンジン回転数、Ｎｅｇｒ  エンジン目標回転数、Ｎｍｔ  回転数、Ｐｂ  バッテリ出力電力、Ｐｍａｘ  最大電力（バッテリ出力電力）、Ｐｍｇ１，Ｐｍｇ２  モータパワー、Ｐｒｂｒ  回生ブレーキ要求値、Ｐｒｑ  車両要求パワー、Ｐｔｔｌ  トータルパワー、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６  電力用半導体スイッチング素子、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６  スイッチング制御信号、Ｓｄ  デューティ指令信号、Ｔｂ  バッテリ温度、Ｔｃｙｃ  スイッチング周期、Ｔｄ  デッドタイム、Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）  トルク指令値、Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２  コイル巻線、Ｖｂ  バッテリ電圧、Ｖｂｏ  バッテリ開放電圧、Ｖｃｗ  搬送波電圧、ＶＨ  直流電圧、ＶＨｍａｘ  制御上限電圧、ＶＨｒ  電圧指令値、ＶＬ  直流電圧、θ  回転角。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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