(57)【要約】【課題】２つのバッテリの間に設けられた電圧変換器の起動時に生じ得る突入電流の向きを一定にできる電源システムを提供すること。【解決手段】電源システムＳは、高出力型の第１バッテリ１０を有する第１回路１と、高容量型の第２バッテリ２０を有する第２回路２と、電圧変換器３と、１次側電圧センサ１５と、２次側電圧センサ２５と、電圧変換器３を制御するＥＣＵ５と、を備え、第２回路２は、上アーム３２及び下アーム３１の直列接続体の両端に接続され、第１回路１は、リアクトルＬを介して下アーム３１に接続される。ＥＣＵ５は、１次側電圧センサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓと、２次側電圧センサ値Ｖ２＿ｓｅｎｓと、１次側電圧センサ１５の誤差の最大値ε１と、２次側電圧センサ２５の誤差の最大値ε２と、に基づいて、電圧変換器３の起動時における上アーム３２及び下アーム３１の初期デューティ比γ１，γ２を設定する。【選択図】図１
2019075958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１蓄電器を有する第１回路と、
第２蓄電器を有する第２回路と、
上アーム、下アーム、及びリアクトルを有し、前記第１回路と前記第２回路との間で電圧を変換する電圧変換器と、
前記第１回路の電圧である第１電圧の値を取得する第１電圧取得手段と、
前記第２回路の電圧である第２電圧の値を取得する第２電圧取得手段と、
前記電圧変換器を制御する制御装置と、を備える電源システムであって、
前記第２回路は、前記上アーム及び前記下アームの直列接続体の両端に接続され、
前記第１回路は、前記リアクトルを介して前記下アームに接続され、
前記制御装置は、前記第１電圧取得手段による第１電圧取得値と、前記第２電圧取得手段による第２電圧取得値と、予め定められた前記第１電圧取得手段による前記第１電圧の取得誤差値と、予め定められた前記第２電圧取得手段による前記第２電圧の取得誤差値と、に基づいて、前記電圧変換器の起動時における前記上アーム及び前記下アームのデューティ比を設定することを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記第１電圧取得値をＶ１＿ｓｅｎｓとし、予め定められた前記第１電圧取得手段による前記第１電圧の取得誤差の最大値をε１とし、前記第２電圧取得値をＶ２＿ｓｅｎｓとし、予め定められた前記第２電圧取得手段による前記第２電圧の取得誤差の最大値をε２とし、前記制御装置は、前記電圧変換器の起動時における前記下アームのデューティ比γ１を下記式（１）に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【数１】
2019075958.tif 000006
【請求項３】
前記制御装置は、前記電圧変換器の起動時における前記上アームのデューティ比γ２を下記式（２）に基づいて設定することを特徴とする請求項２に記載の電源システム。
【数２】
2019075958.tif 000007
【請求項４】
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器のうち容量の大きい方は、外部充電器によって満充電になるまで充電可能であることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項５】
前記第２蓄電器は前記第１蓄電器よりも容量が大きく、
前記第２回路には、前記第２蓄電器を満充電にするための外部充電器が接続される接続部が設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関する。より詳しくは、２つのバッテリとこれらバッテリの間に設けられた電圧変換器とを備える電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特性の異なる２つのバッテリをコンバータで接続し、これら電源の間で電力の融通を可能にする車両の電源システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような２つのバッテリを備える電源システムでは、両バッテリには少なからず電位差が存在することから、コンバータは電位差に起因する突入電流が生じないように制御する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、車両の走行駆動力を発生する駆動装置と、第１バッテリと、第１バッテリと駆動装置の間に設けられた第１コンバータと、第１バッテリから第１コンバータに入力される第１電圧を検出する第１センサと、第２バッテリと、第２バッテリと駆動装置との間に設けられた第２コンバータと、第２バッテリから第２コンバータに入力される第２電圧を検出する第２センサと、を備える電源システムにおいて、突入電流が生じないように第１コンバータの上アームオン制御を実行する手順が示されている。
【０００４】
特許文献１の電源システムにおいて、上アームオン制御とは、第１コンバータによるスイッチング損失を低減するため、第１コンバータの上アーム及び下アームをそれぞれ導通状態及び停止状態に維持することをいう。例えば第２電圧が第１電圧よりも高い状態でこのような上アームオン制御を実行すると、この電位差によって第２バッテリから第１バッテリへ突入電流が流れてしまう場合がある。このため上アームオン制御の実行は、第１電圧が第２電圧よりも高い場合に許可される。
【０００５】
また上アームオン制御の実行の可否を判断するには、第１センサ及び第２センサの検出値が用いられるが、これらセンサには誤差が存在する。そこで特許文献１に記載の電源システムでは、上記のような突入電流が確実に生じないようにするため、第１センサ及び第２センサのセンサ誤差が最悪条件となる場合を想定して第１電圧と第２電圧の高低を比較し、上アームオン制御の実行の可否を判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−５９１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図４は、２つのバッテリを備える従来の電源システム１００の構成を模式的に示す図である。電源システム１００は、第１バッテリ１０１と、この第１バッテリ１０１よりも出力電圧が高い第２バッテリ１０２と、これらバッテリ１０１，１０２の間に設けられた電圧変換器１０３と、を備える。電圧変換器１０３は、所謂双方向ＤＣＤＣコンバータであり、昇圧チョッパとして動作することにより第１バッテリ１０１の出力を昇圧して第２バッテリ１０２側に供給したり、降圧チョッパとして動作することにより第２バッテリ１０２の出力を降圧して第１バッテリ１０１側に供給したりする。電圧変換器１０３を昇圧チョッパとして動作させる場合、その上アーム１０５のスイッチング素子と下アーム１０４のスイッチング素子とは、互いに相補的になるようにオン／オフ駆動する。
【０００８】
図５は、電圧変換器１０３の起動時における上アーム１０５及び下アーム１０４のスイッチング素子の制御の一例を示すタイムチャートである。より具体的には、起動時における下アーム１０４のスイッチング素子のオンデューティ比が、第１バッテリ１０１側の電圧Ｖ１及び第２バッテリ１０２側の電圧Ｖ２より定まる理論デューティ比（１−Ｖ１／Ｖ２）よりも低かった場合における各種電流の変化を示す図である。図５には、下段から順に下アーム１０４のダイオードを流れる電流ＩＤ１と、上アーム１０５のスイッチング素子を流れる電流ＩＱ２と、リアクトルを流れる電流ＩＬと、を示す。
【０００９】
図５に示すように、電源システム１００では、電圧変換器１０３の起動時における下アーム１０４のオンデューティ比が理論デューティ比よりも小さいと第１バッテリ１０１へ大きな突入電流が流れる場合がある。また図示を省略するが、下アーム１０４のオンデューティ比が理論デューティ比よりも大きいと第２バッテリ１０２へ大きな突入電流が流れる場合がある。
【００１０】
以上のように、２つのバッテリ１０１，１０２の間に電圧変換器１０３を設けた電源システム１００では、電圧変換器１０３の起動時のオンデューティ比と理論デューティ比とにずれがある場合にも突入電流が生じるおそれがある。しかしながら特許文献１の電源システムでは、上アームオン制御の開始時に生じる突入電流については留意されているものの、起動時のオンデューティ比のずれにより生じる突入電流については、十分に検討されていない。
【００１１】
上述のように起動時のオンデューティ比のずれに起因する突入電流は、第１バッテリ１０１側及び第２バッテリ１０２側の両方へ流れ得ることから、何れの向きへの突入電流に対し何らかの対策を講じる必要がある。
【００１２】
本発明は、２つの蓄電器の間に設けられた電圧変換器の起動時に生じ得る突入電流の向きを一定にできる電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）本発明の電源システム（例えば、後述の電源システムＳ）は、第１蓄電器（例えば、後述の第１バッテリ１０）を有する第１回路（例えば、後述の第１回路１）と、第２蓄電器（例えば、後述の第２バッテリ２０）を有する第２回路（例えば、後述の第２回路２）と、上アーム（例えば、後述の上アーム３２）、下アーム（例えば、後述の下アーム３１）、及びリアクトル（例えば、後述のリアクトルＬ）を有し、前記第１回路と前記第２回路との間で電圧を変換する電圧変換器（例えば、後述の電圧変換器３）と、前記第１回路の電圧である第１電圧の値を取得する第１電圧取得手段（例えば、後述の１次側電圧センサ１５）と、前記第２回路の電圧である第２電圧の値を取得する第２電圧取得手段（例えば、後述の２次側電圧センサ２５）と、前記電圧変換器を制御する制御装置（例えば、後述のＥＣＵ５）と、を備え、前記第２回路は、前記上アーム及び前記下アームの直列接続体の両端に接続され、前記第１回路は、前記リアクトルを介して前記下アームに接続され、前記制御装置は、前記第１電圧取得手段による第１電圧取得値（例えば、後述の１次側電圧センサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓ）と、前記第２電圧取得手段による第２電圧取得値（例えば、後述の２次側電圧センサ値Ｖ２＿ｓｅｎｓ）と、予め定められた前記第１電圧取得手段による前記第１電圧の取得誤差値（例えば、後述の定数ε１）と、予め定められた前記第２電圧取得手段による前記第２電圧の取得誤差値（例えば、後述の定数ε２）と、に基づいて、前記電圧変換器の起動時における前記上アーム及び前記下アームのデューティ比（例えば、後述の初期デューティ比γ１，γ２）を設定することを特徴とする。
【００１４】
（２）この場合、前記第１電圧取得値をＶ１＿ｓｅｎｓとし、予め定められた前記第１電圧取得手段による前記第１電圧の取得誤差の最大値をε１とし、前記第２電圧取得値をＶ２＿ｓｅｎｓとし、予め定められた前記第２電圧取得手段による前記第２電圧の取得誤差の最大値をε２とし、前記制御装置は、前記電圧変換器の起動時における前記下アームのデューティ比γ１を下記式（１）に基づいて設定することが好ましい。
【数１】
2019075958.tif 000003
【００１５】
（３）この場合、前記制御装置は、前記電圧変換器の起動時における前記上アームのデューティ比γ２を下記式（２）に基づいて設定することが好ましい。
【数２】
2019075958.tif 000004
【００１６】
（４）この場合、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器のうち容量の大きい方は、外部充電器（例えば、後述の外部充電器Ｃ）によって満充電になるまで充電可能であることが好ましい。
【００１７】
（５）この場合、前記第２蓄電器は前記第１蓄電器よりも容量が大きく、前記第２回路には、前記第２蓄電器を満充電にするための外部充電器（例えば、後述の外部充電器Ｃ）が接続される接続部（例えば、後述の外部正極端子２３、外部負極端子２４）が設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
（１）本発明の電源システムでは、第１蓄電器を有する第１回路と第２蓄電器を有する第２回路との間に、これらの間で電圧を変換する電圧変換器を設ける。このような電源システムでは、電圧変換器の起動時における上アーム及び下アームのデューティ比（以下、「初期デューティ比」ともいう）が、実際の第１電圧と第２電圧から定まる理論デューティ比からずれると、第１蓄電器側及び第２蓄電器側の何れかへ突入電流が流れ得る。また第１及び第２電圧取得手段によって取得される第１及び第２電圧取得値は、少なからず誤差が含まれるところ、何れの向きにも突入電流が流れないように、初期デューティ比を理論デューティ比に一致させることは困難である。そこで本発明の制御装置は、第１電圧取得手段による第１電圧取得値と、第２電圧取得手段による第２電圧取得値と、予め定められた第１電圧取得手段による第１電圧の取得誤差値と、予め定められた第２電圧取得手段による第２電圧の取得誤差値と、に基づいて、初期デューティ比を設定する。本発明の電源システムによれば、第１及び第２電圧取得値に加えて、その値が予め定められているこれらの取得誤差値を用いて初期デューティ比を設定することにより、第１及び第２電圧取得値が、上記取得誤差値の範囲内で真値からずれていたとしても、初期デューティ比を理論デューティ比に対し常に小さい方か大きい方に設定することができる。従って本発明の電源システムによれば、電圧変換器の起動時に発生し得る突入電流の向きを、第１蓄電器側か第２蓄電器側の何れか一方にのみに限定できるので、突入電流に対する対策も何れか一方にのみ施せば十分である。
【００１９】
（２）本発明の電源システムでは、予め定められた第１電圧の取得誤差の最大値ε１と第２電圧の取得誤差の最大値ε２とを用いて、上記式（１）に従って下アームの初期デューティ比γ１を設定する。本発明の電源システムによれば、上記式（１）に従って初期デューティ比γ１を設定することにより、第１電圧取得値Ｖ１＿ｓｅｎｓ及び第２電圧取得値Ｖ２＿ｓｅｎｓが真値に対し誤差の最大値ε１，ε２の範囲内でどのようにずれていたとしても、初期デューティ比γ１を常にその理論デューティ比よりも小さく設定することができる。このため電圧変換器の起動時に発生する突入電流の向きを、常に第２蓄電器側から第１蓄電器側に限定することができるので、突入電流に対する対策は第１蓄電器側にのみ施せば十分である。
【００２０】
（３）本発明の電源システムによれば、上記式（２）に従って初期デューティ比γ２を設定することにより、下アームと上アームとを相補的にオン／オフ駆動しつつ、電圧変換器の起動時に発生する突入電流の向きを、常に第２蓄電器側から第１蓄電器側に限定することができる。
【００２１】
（４）本発明の電源システムによれば、第１蓄電器及び第２蓄電器のうち容量の大きい方は、外部充電器によって満充電になるまで充電可能である。従って本発明の電源システムを搭載する車両によれば、その走行距離を長くすることができる。ところで外部充電器によって蓄電器が満充電にされた後に電源システムを起動すると、電圧変換器の起動に伴って発生する突入電流が、既に満充電となっている蓄電器に流入してしまい、蓄電器が劣化するおそれがある。一方、本発明の電源システムでは、上述のように電圧変換器の起動時に発生し得る突入電流の向きを第１蓄電器側か第２蓄電器側の何れか一方にのみ限定できる。したがって本発明の電源システムでは、電圧変換器の起動時に発生する突入電流を、第１及び第２蓄電器のうち外部充電器によって満充電にされ得る方に流れないようにすることにより、車両の走行距離の延ばしつつ蓄電器の劣化を抑制できる。
【００２２】
（５）上述のように本発明の電源システムによれば、電圧変換器の起動時に発生する突入電流の向きを、常に第２蓄電器側から第１蓄電器側に限定することができる。また本発明の電源システムでは、第１蓄電器よりも第２蓄電器の容量を大きくし、さらにこの第２蓄電器が設けられる第２回路には、第２蓄電器を満充電にするための外部充電器が接続される接続部を設ける。これにより、外部充電器を接続部に接続して第２蓄電器を満充電にした後、電源システムを起動する際には、満充電となっている第２蓄電器に突入電流が流れるのを防止できるので、第２蓄電器を満充電にしながら第２蓄電器の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源システムを搭載する車両と外部充電器との構成を示す図である。
【図２】電圧変換器を起動し、１次側電流センサの出力を用いたフィードバック制御を実行する手順を示すフローチャートである。
【図３】電圧変換器の起動時におけるリアクトル電流の変化の具体例を示す図である。
【図４】２つの電源を備える従来の電源システムの構成を模式的に示す図である。
【図５】電圧変換器の起動時における上アーム及び下アームのスイッチング素子の制御の一例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る電源システムＳを搭載する車両Ｖと、この車両に対する外部充電器Ｃと、の構成を示す図である。なお本実施形態では、車両Ｖとして、２つのバッテリとこれらバッテリの間に設けられた電圧変換器を備える所謂電気自動車を例に説明するが、本発明はこれに限るものではない。本発明に係る電源システムは、電気自動車に限らず、ハイブリッド車両や燃料電池自動車等、２つ以上のバッテリとこれらバッテリの間に設けられた電圧変換器とを備えるものであれば、どのような車両にも適用可能である。
【００２５】
外部充電器Ｃは、充電を主目的とする施設である充電ステーション、商業施設、及び公共施設等に設置された急速充電器である。この外部充電器Ｃは、所定の充電電圧の直流を、充電ケーブルを介して車両Ｖの電源システムＳへ出力する。外部充電器Ｃの正負極の両端子は、その充電ケーブルの先端に設けられた充電コネクタを車両Ｖのインレット（図示せず）に接続すると、電源システムＳに設けられる後述の外部正極端子２３及び外部負極端子２４に接続される。また外部充電器Ｃは、電源システムＳの両端子２３，２４に接続すると、外部充電器Ｃから電源システムＳへの電力の供給が可能になる。
【００２６】
車両Ｖは、電源システムＳと、モータＭと、駆動輪Ｗと、を備える。モータＭは、主として車両Ｖが走行するための動力を発生する。モータＭは、駆動輪Ｗに接続されている。電源システムＳからモータＭに電力を供給することによりモータＭで発生させたトルクは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Ｗに伝達され、駆動輪Ｗを回転させ、車両Ｖを走行させる。またモータＭは、車両Ｖの減速回生時には発電機として作用する。モータＭによって発電された電力は、電源システムＳが備える後述の第１バッテリ１０や第２バッテリ２０に充電される。
【００２７】
電源システムＳは、第１回路１と、第２回路２と、第１回路１と第２回路２との間に設けられた電圧変換器３と、インバータ４と、電圧変換器３及びインバータ４を制御する電子制御ユニット５（以下、「ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５」との略称を用いる）と、を備える。
【００２８】
第１回路１は、直流を出力する第１バッテリ１０と、この第１バッテリ１０の正極及び負極と電圧変換器３の１次側正極端子１１及び１次側負極端子１２（以下、これらをまとめて「１次側端子１１，１２」ともいう）とを接続する第１正極電力線１ｐ及び第１負極電力線１ｎ（以下、これらをまとめて「第１電力線１ｐ，１ｎ」ともいう）と、第１バッテリ１０と第１電力線１ｐ，１ｎとを電気的に接続又は遮断するコンタクタ（図示せず）を備える。
【００２９】
第１バッテリ１０は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。以下では、この第１バッテリ１０として、電極間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う所謂リチウムイオン蓄電池を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。
【００３０】
第１電力線１ｐ，１ｎには、電圧変換器３の１次側端子１１，１２の間の電圧Ｖ１（以下、「１次側電圧Ｖ１」ともいう）を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ５へ送信する１次側電圧センサ１０が設けられている。以下では、１次側電圧センサ１５の出力を１次側電圧センサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓと表記する。なおこの１次側電圧Ｖ１は、基本的には第１バッテリ１０の出力電圧と等しい。
【００３１】
また第１正極電力線１ｐには、この第１正極電力線１ｐを流れる電流Ｉ１（以下、「１次側電流Ｉ１」ともいう）を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ５へ送信する１次側電流センサ１６が設けられている。
【００３２】
第２回路２は、直流を出力する第２バッテリ２０と、この第２バッテリ２０の正極及び負極と電圧変換器３の２次側正極端子２１及び２次側負極端子２２（以下、これらをまとめて「２次側端子２１，２２」ともいう）とを接続する第２正極電力線２ｐ及び第２負極電力線２ｎ（以下、これらをまとめて「第２電力線２ｐ，２ｎ」ともいう）と、これら第２電力線２ｐ，２ｎにそれぞれ設けられた外部正極端子２３及び外部負極端子２４と、第２バッテリ２０と第２電力線２ｐ，２ｎとを電気的に接続又は遮断するコンタクタ（図示せず）を備える。
【００３３】
外部充電器Ｃによる外部充電時には、その正極出力端子及び負極出力端子は、外部正極端子２３及び外部負極端子２４に接続される。これにより第２バッテリ２０は、外部充電器Ｃによって充電される。なお第１バッテリ１０と外部充電器Ｃとの間には電圧変換器３が設けられているため、基本的には、第１バッテリ１０は外部充電器Ｃによって充電することができない。しかしながら外部充電時には、電圧変換器３を駆動し、後述の降圧機能を利用することによって外部充電器Ｃからの電力を第１バッテリ１０に供給し、第１バッテリ１０を充電してもよい。ただし、外部充電器Ｃによって第２バッテリ２０を満充電にする場合、車両Ｖの減速回生時にモータＭで発電した電力を第１バッテリ１０で回収できるようにするため、第１バッテリ１０は外部充電によって満充電にしないようにすることが好ましい。
【００３４】
第２バッテリ２０は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。以下では、この第２バッテリ２０として、電極間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う所謂リチウムイオン蓄電池を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。なお以下では、外部充電器Ｃによって第２バッテリ２０を満充電にできるよう、第２バッテリ２０として、その満充電時電圧は外部充電器Ｃの充電電圧よりも低いものを用いた場合について説明する。
【００３５】
第２電力線２ｐ，２ｎには、電圧変換器３の２次側端子２１，２２の間の電圧Ｖ２（以下、「２次側電圧Ｖ２」ともいう）を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ５へ送信する２次側電圧センサ２５が設けられている。以下では、２次側電圧センサ２５の出力を２次側電圧センサ値Ｖ２＿ｓｅｎｓと表記する。なおこの２次側電圧Ｖ２は、基本的には第２バッテリ２０の出力電圧と等しい。
【００３６】
ここで第１バッテリ１０と第２バッテリ２０の相違点について説明する。先ず、第１バッテリ１０の出力電圧は第２バッテリ２０の出力電圧よりも低い。従って１次側電圧Ｖ１は、基本的には２次側電圧Ｖ２よりも低い（Ｖ１＜Ｖ２）。また第２バッテリ２０は、第１バッテリ１０よりも出力重量密度は低いが、エネルギ重量密度は高い。すなわち、第２バッテリ２０はエネルギ重量密度の点で第１バッテリ１０よりも優れ、第１バッテリ１０は出力重量密度の点で第２バッテリ２０よりも優れる。なお、エネルギ重量密度とは、単位重量あたりの電力量［Ｗｈ／ｋｇ］であり、出力重量密度とは、単位重量あたりの電力［Ｗ／ｋｇ］である。したがって、エネルギ重量密度が優れている第２バッテリ２０は、高容量を主目的とした高容量型蓄電器であり、出力重量密度が優れている第１バッテリ１０は、高出力を主目的とした高出力型蓄電器である。
【００３７】
インバータ４は、例えば、複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）をブリッジ接続して構成されるブリッジ回路を備えたパルス幅変調によるＰＷＭインバータであり、直流電力と交流電力とを変換する機能を備える。インバータ４は、その直流入出力側において第２電力線２ｐ，２ｎに接続され、交流入出力側においてモータＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに接続されている。
【００３８】
インバータ４は、モータＭのＵ相に接続されたハイ側Ｕ相スイッチング素子及びロー側Ｕ相スイッチング素子と、モータＭのＶ相に接続されたハイ側Ｖ相スイッチング素子及びロー側Ｖ相スイッチング素子と、モータＭのＷ相に接続されたハイ側Ｗ相スイッチング素子及びロー側Ｗ相スイッチング素子と、を相毎にブリッジ接続して構成される。インバータ４は、ＥＣＵ５のゲートドライブ回路から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って上記各相のスイッチング素子をオン／オフ駆動することにより、第２電力線２ｐ，２ｎから供給される直流電力を交流電力に変換してモータＭに供給したり、モータＭから供給される交流電力を直流電力に変換して第２電力線２ｐ，２ｎに供給したりする。
【００３９】
電圧変換器３は、スイッチング素子としてのトランジスタＱ１を有する下アーム３１と、スイッチング素子としてのトランジスタＱ２を有する上アーム３２と、リアクトルＬと、１次側平滑コンデンサＣ１と、２次側平滑コンデンサＣ２と、１次側端子１１，１２と、２次側端子２１，２２と、を組み合わせて構成される所謂双方向ＤＣＤＣコンバータである。
【００４０】
下アーム３１のトランジスタＱ１のエミッタは２次側負極端子２２及び１次側負極端子１２に接続され、上アーム３２のトランジスタＱ２のコレクタは２次側正極端子２１に接続されている。またトランジスタＱ１のコレクタとトランジスタＱ２のエミッタとは、接続中点３３において接続されている。すなわち、第２回路２の第２電力線２ｐ，２ｎは、下アーム３１及び上アーム３２の直列接続体の両端に接続される。またこれらトランジスタＱ１，Ｑ２には、それぞれ逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が接続されている。逆並列ダイオードＤ１の順方向は、接続中点３３から２次側正極端子２１へ向かう向きであり、逆並列ダイオードＤ２の順方向は、２次側負極端子２２から接続中点３３へ向かう向きである。
【００４１】
これらトランジスタＱ１，Ｑ２には、電力用バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、電力用ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ、等が用いられる。トランジスタＱ１のスイッチング動作は、ＥＣＵ５のゲートドライブ回路から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号Ｐ１に従って制御される。またトランジスタＱ２のスイッチング動作は、ＥＣＵ５のゲートドライブ回路から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号Ｐ２に従って制御される。
【００４２】
リアクトルＬは、１次側正極端子１１と接続中点３３との間に接続されている。すなわち、第１回路１の第１電力線１ｐ，１ｎは、下アーム３１とリアクトルＬを介して接続されている。１次側平滑コンデンサＣ１は、１次側正極端子１１と１次側負極端子１２との間に接続されている。２次側平滑コンデンサＣ２は、２次側正極端子２１と２次側負極端子２２との間に接続されている。
【００４３】
以上のように構成された電圧変換器３は、ＥＣＵ５からのゲート駆動信号Ｐ１，Ｐ２によって昇圧チョッパとして動作させることにより１次側端子１１，１２から２次側端子２１，２２へ電圧を昇圧して出力させる昇圧機能と、ＥＣＵ５からのゲート駆動信号Ｐ１，Ｐ２によって降圧チョッパとして動作させることにより２次側端子２１，２２から１次側端子１１，１２へ電圧を降圧して出力させる降圧機能と、を備える。
【００４４】
ＥＣＵ５は、車両Ｖの走行制御、より具体的には、電圧変換器３及びインバータ４の制御を担うマイクロコンピュータである。またＥＣＵ５は、高出力型である第１バッテリ１０と高容量型である第２バッテリ２０の特性が生かされるように電圧変換器３を制御する。より具体的には、ＥＣＵ５は、モータＭにおける要求電力を基本的には高容量型である第２バッテリ２０から賄う。また例えば高負荷運転時等、モータＭにおける要求電力の全てを第２バッテリ２０で賄うことができない場合には、ＥＣＵ５は、この不足分を高出力型である第１バッテリ１０で賄うべく、不足分に応じた大きさの電流が第１バッテリ１０から電圧変換器３へ向けて流れるように、１次側電流センサ１６の出力を用いたフィードバック制御によって電圧変換器３を制御する。またＥＣＵ５は、記憶媒体としてのＲＡＭ５ａを備える。このＲＡＭ５ａには、予め１次側電圧センサ１５に対して試験を行うことによって特定されている１次側電圧センサ１５の検出誤差の最大値である後述の定数ε１と、予め２次側電圧センサ２５に対して試験を行うことによって特定されている２次側電圧センサ２５の検出誤差の最大値である後述の定数ε２と、が記憶されている。
【００４５】
図２は、ＥＣＵ５において電圧変換器３を起動し、１次側電流センサ１６の出力を用いたフィードバック制御を実行する手順を示すフローチャートである。図２のフローチャートは、電圧変換器３が停止した状態、すなわちトランジスタＱ１，Ｑ２がオフとなった状態で、電圧変換器３の起動要求が生じたことに応じてＥＣＵ５において実行される。
【００４６】
始めにＳ１では、ＥＣＵ５は、電圧変換器３を起動する直前における１次電圧センサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓ及び２次電圧センサ値Ｖ２＿ｓｅｎｓを取得する。
【００４７】
Ｓ２では、ＥＣＵ５は、電圧変換器３の起動時における下アーム３１のトランジスタＱ１及び上アーム３２のトランジスタＱ２のデューティ比である初期デューティ比γ１［％］，γ２［％］を設定する。より具体的には、ＥＣＵ５は、Ｓ１で取得したセンサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓ，Ｖ２＿ｓｅｎｓと、予め定められた０よりも僅かに大きな正の定数であるε１，ε２と、に基づいて、下記式（３−１）及び（３−２）に従ってトランジスタＱ１の初期デューティ比γ１及びトランジスタＱ２の初期デューティ比γ２を設定する。ここでトランジスタＱ１の初期デューティ比γ１は、デューティ周期をＴ［ｓｅｃ］とし、このデューティ周期Ｔの間でトランジスタＱ１をオンにする期間をｔ１［ｓｅｃ］とした場合、γ１＝ｔ１／Ｔ×１００で表される。またトランジスタＱ２の初期デューティ比Ｑ２は、デューティ周期Ｔの間でトランジスタＱ２をオンにする期間をｔ２［ｓｅｃ］とした場合、γ２＝ｔ２／Ｔ×１００で表される。
【数３】
2019075958.tif 000005
【００４８】
上記式（３−１）及び（３−２）において、定数ε１は、１次側電圧センサ１５の検出誤差の最大値であり、１次側電圧センサ１５に固有の値である。また定数ε２は、２次側電圧センサ２５の検出誤差の最大値であり、２次側電圧センサ２５に固有の値である。すなわち、１次側電圧の真値をＶ１と表記すると、センサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓは、Ｖ１−ε１からＶ１＋ε１の範囲内に存在する（Ｖ１−ε１≦Ｖ１＿ｓｅｎｓ≦Ｖ１＋ε１）。また２次側電圧の真値をＶ２と表記すると、センサ値Ｖ２＿ｓｅｎｓは、Ｖ２−ε２からＶ２＋ε２の範囲内に存在する（Ｖ２−ε２≦Ｖ２＿ｓｅｎｓ≦Ｖ２＋ε２）。なお上記演算において、定数ε１，ε２には、ＥＣＵ５のＲＡＭ５ａに予め記憶されている値が用いられる。
【００４９】
Ｓ３では、ＥＣＵ３は、Ｓ２で設定した初期デューティ比γ１，γ２の下で下アーム３１のトランジスタＱ１及び上アーム３２のトランジスタＱ２を相補的に駆動する。ここでトランジスタＱ１，Ｑ２を相補的に駆動するとは、具体的にはトランジスタＱ１を初期デューティ比γ１の下でオン／オフ駆動するとともに、トランジスタＱ１をオンにする間はトランジスタＱ２をオフにし、かつトランジスタＱ１をオフにする間はトランジスタＱ２をオンにすることをいう。
【００５０】
Ｓ４では、電圧変換器３の起動を開始してから、所定時間（例えば、数１０［ｍｓ］）が経過したか否かを判別する。Ｓ４の判定がＮＯの場合、Ｓ３に戻り所定時間が経過するまで初期デューティ比γ１，γ２の下でトランジスタＱ１，Ｑ２を相補的に駆動する。またＳ４の判定がＹＥＳの場合、Ｓ５に移る。
【００５１】
Ｓ５では、ＥＣＵ５は、１次側電流センサ１６の出力を用いた電圧変換器３のフィードバック制御を開始する。より具体的には、ＥＣＵ５は、モータＭにおける要求電力に基づいて第１バッテリ１０からの出力電流に対する目標値を設定するとともに、１次側電流センサ１６の検出値がこの目標値に一致するようにトランジスタＱ１，Ｑ２に対するデューティ比を設定し、この設定が実現するようにトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフ駆動する。
【００５２】
ここで、電圧変換器３の起動時に、上述のように設定した初期デューティ比γ１，γ２の下で電圧変換器３を駆動することの技術的な意義を説明する。
【００５３】
図３は、電圧変換器３の起動時におけるリアクトル電流の変化の具体例を示す図である。なお図３には、起動時におけるトランジスタＱ１の初期デューティ比γ１を１次側電圧の真値Ｖ１及び２次側電圧の真値Ｖ２に応じて定まる理論デューティ比（１−Ｖ１／Ｖ２）とした場合を実線で示す。また図３には、初期デューティ比γ１を上記理論デューティ比よりも大きくした場合を破線で示し、初期デューティ比γ１を上記理論デューティ比よりも小さくした場合を一点鎖線で示す。また図３において、時刻ｔ１から時刻ｔ３が、１つのデューティ周期となっている。
【００５４】
図３において実線で示すように、時刻ｔ１においてトランジスタＱ１オフからオンにすると、リアクトル電流ＩＬは正の向き（第１バッテリ１０側から第２バッテリ２０側）へ増加し始める。その後、時刻ｔ２においてトランジスタＱ１をオンからオフにするとともにトランジスタＱ２をオフからオンにすると、リアクトル電流ＩＬは減少し始め、時刻ｔ３において負の向きへ最大となる。ここでトランジスタＱ１の初期デューティ比を正確に理論デューティ比に設定すると、リアクトル電流ＩＬの正の向きへの最大値と負の向きへの最大値とが一致するため、第１バッテリ１０側と第２バッテリ２０側の何れの向きへも突入電流は発生しない。
【００５５】
これに対し、初期デューティ比γ１が理論デューティ比よりも大きくなった場合には、過大昇圧となり、リアクトル電流ＩＬは正の向きへデューティ周期毎に増加し、第１バッテリ１０側から第２バッテリ２０側へ突入電流が発生する。一方、初期デューティ比γ１が理論デューティ比よりも小さくなった場合には、過少昇圧となり、リアクトル電流ＩＬは負の向きへデューティ周期毎に増加し、第２バッテリ２０側から第１バッテリ１０側へ突入電流が発生する。上述のようにセンサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓ，Ｖ２＿ｓｅｎｓは、真値Ｖ１，Ｖ２に対し誤差の範囲内で変化することから、センサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓ，Ｖ２＿ｓｅｎｓを、理論デューティ比を定める式に入力することによって初期デューティ比γ１を設定すると（すなわち、γ１＝１−Ｖ１＿ｓｅｎｓ／Ｖ２＿ｓｅｎｓ）、過大昇圧も過少昇圧も発生し得ることとなる。
【００５６】
一方、図１を参照して説明したように、高容量型である第２バッテリ２０は、その特性が生かされるように外部充電器Ｃによって満充電にされ得る。また高出力型である第１バッテリ１０は、回生電力を受け入れられるように、基本的には満充電にされないようになっている。したがって過大昇圧となり、満充電状態である可能性が比較的高い第２バッテリ２０へ突入電流が流れると、第２バッテリ２０の劣化を促進してしまう可能性がある。よって電圧変換器３の起動時に発生する突入電流は、第１バッテリ１０側へ流れるようにすることが好ましい。
【００５７】
そこでＥＣＵ５は、電圧変換器３の起動時における初期デューティ比γ１を、上記式（３−１）によって定める。すなわち、実際の１次側電圧及び２次側電圧は、実際にセンサ１５，２５によって取得されるセンサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓ，Ｖ２＿ｓｅｎｓに対し、±ε１，±ε２の範囲内で存在しうるところ、１次側電圧は誤差の範囲内でできるだけ大きな値で見積もり、２次側電圧は誤差の範囲内でできるだけ小さな値で見積もり、誤差の範囲内で最大に初期デューティ比γ１を設定することにより、センサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓ，Ｖ２＿ｓｅｎｓが誤差の範囲内でどのように変化しても常に過少昇圧となるように電圧変換器３を起動することができる。これにより、電圧変換器３の起動時には、第２バッテリ２０側から第１バッテリ１０側へ突入電流が流れることとなるが、第１バッテリ１０は満充電となっておらず突入電流を受け入れる余裕があるため、第１バッテリ１０及び第２バッテリ２０共に劣化を抑制できる。
【００５８】
本実施形態の電源システムＳによれば、以下の効果を奏する。
（１）電源システムＳでは、第１バッテリ１０を有する第１回路１と第２バッテリ２０を有する第２回路２０との間に、これらの間で電圧を変換する電圧変換器３を設ける。ＥＣＵ５は、１次側電圧センサ１５による１次側電圧センサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓと、２次側電圧センサ２５による２次側電圧センサ値Ｖ２＿ｓｅｎｓと、１次側電圧センサ１５による１次側電圧の取得誤差の最大値ε１と、２次側電圧センサ２５による２次側電圧の取得誤差の最大値ε２と、に基づいて、初期デューティ比γ１，γ２を設定する。電源システムＳによれば、１次側電圧センサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓ及び２次側電圧センサ値Ｖ２＿ｓｅｎｓに加えて、これらの誤差の最大値ε１，ε２を用いて初期デューティ比γ１，γ２を設定することにより、１次側電圧センサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓ及び２次側電圧センサ値Ｖ２＿ｓｅｎｓが、上記取得誤差の最大値ε１，ε２の範囲内で真値からずれていたとしても、初期デューティ比を理論デューティ比に対し常に小さい方か大きい方に設定することができる。従って電源システムＳによれば、電圧変換器３の起動時に発生し得る突入電流の向きを、第１バッテリ１０側か第２バッテリ２０側の何れか一方にのみに限定できるので、突入電流に対する対策も何れか一方にのみ施せば十分である。
【００５９】
（２）電源システムＳでは、１次側電圧の取得誤差の最大値ε１と２次側電圧の取得誤差の最大値ε２とを用いて、上記式（３−１）に従って下アーム３１の初期デューティ比γ１を設定する。電源システムＳによれば、上記式（３−１）に従って初期デューティ比γ１を設定することにより、１次側電圧センサ値Ｖ１＿ｓｅｎｓ及び２次側電圧センサ値Ｖ２＿ｓｅｎｓが真値に対し誤差の最大値ε１，ε２の範囲内でどのようにずれていたとしても、初期デューティ比γ１を常にその理論デューティ比よりも小さく設定することができる。このため電圧変換器３の起動時に発生する突入電流の向きを、常に第２バッテリ２０側から第１バッテリ１０側に限定することができるので、突入電流に対する対策は第１バッテリ１０側にのみ施せば十分である。
【００６０】
（３）電源システムＳによれば、上記式（３−２）に従って初期デューティ比γ２を設定することにより、下アーム３１と上アーム３２とを相補的にオン／オフ駆動しつつ、電圧変換器３の起動時に発生する突入電流の向きを、常に第２バッテリ２０側から第１バッテリ１０側に限定することができる。
【００６１】
（４）電源システムＳによれば、第１バッテリ１０及び第２バッテリ２０のうち容量の大きい方は、外部充電器Ｃによって満充電になるまで充電可能である。従って電源システムＳを搭載する車両Ｖによれば、その走行距離を長くすることができる。電源システムＳでは、上述のように電圧変換器３の起動時に発生し得る突入電流の向きを第１バッテリ１０側か第２バッテリ２０側の何れか一方にのみ限定できる。したがって電源システムＳでは、電圧変換器３の起動時に発生する突入電流を、第１バッテリ１０及び第２バッテリ２０のうち外部充電器Ｃによって満充電にされ得る方に流れないようにすることにより、車両Ｖの走行距離の延ばしつつバッテリ１０，２０の劣化を抑制できる。
【００６２】
（５）上述のように電源システムＳによれば、電圧変換器３の起動時に発生する突入電流の向きを、常に第２バッテリ２０側から第１バッテリ１０側に限定することができる。また電源システムＳでは、第１バッテリ１０よりも第２バッテリ２０の容量を大きくし、さらにこの第２バッテリ２０が設けられる第２回路２には、第２バッテリ２０を満充電にするための外部充電器Ｃが接続される外部正極端子２３及び外部負極端子２４を設ける。これにより、外部充電器Ｃを両端子２３，２４に接続して第２バッテリ２０を満充電にした後、電源システムＳを起動する際には、満充電となっている第２バッテリ２０に突入電流が流れるのを防止できるので、第２バッテリ２０を満充電にしながら第２バッテリ２０の劣化を抑制できる。
【００６３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
【００６４】
例えば、上記実施形態では、第２バッテリ２０は第１バッテリ１０よりもエネルギ重量密度が優れている高容量型とし、第１バッテリ１０は第２バッテリ２０よりも出力重量密度が優れている高出力型とした場合について説明したが、本発明はこれに限らない。第１バッテリ１０を高容量型とし、第２バッテリ２０を高出力型としてもよい。
【００６５】
また上記実施形態では、第１バッテリ１０と第２バッテリ２０との間に１つの電圧変換器３を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。２つのバッテリの間には、２つの電圧変換器を設けてもよい。この場合、２つの電圧変換器のうち一方は上アーム及び下アームを共にオンとする直結制御を実行し、他方は図２を参照して説明した手順に従って初期デューティ比γ１，γ２の下で起動するようにしてもよい。
【００６６】
また上記実施形態では、電源システムＳに搭載する蓄電器として、二次電池である第１バッテリ１０と、二次電池である第２バッテリ２０とを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、第１バッテリ１０の代わりに放電及び充電が可能なキャパシタを用いてもよい。また第２バッテリ２０も同様に、放電及び充電が可能なキャパシタを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
Ｖ…車両
Ｃ…外部充電器
Ｓ…電源システム
１…第１回路
１０…第１バッテリ（第１蓄電器）
１５…１次側電圧センサ（第１電圧取得手段）
２…第２回路
２０…第２バッテリ（第２蓄電器）
２３…外部正極端子（接続部）
２４…外部負極端子（接続部）
２５…２次側電圧センサ（第２電圧取得手段）
３…電圧変換器
３１…下アーム
３２…上アーム
Ｌ…リアクトル
５…ＥＣＵ（制御装置）
【図１】
2019075958.tif 000008
【図２】
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【図３】
2019075958.tif 000010
【図４】
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【図５】
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