(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の蓄電モジュールを備えて出力電圧を階段状に切り替え可能で、車両の回転電機に電力を供給可能な電源装置に並列に接続されたコンデンサの損傷を抑制すること。【解決手段】複数の蓄電モジュール５aー５dを有する蓄電手段５と、蓄電モジュールの接続状態を直列接続、並列接続および直並列接続のうちのいずれか一つから他のいずれか一つに切り替える複数のスイッチ手段５eー５mと、スイッチ手段を制御する電圧制御手段と、蓄電手段の電力により回転電機を駆動する駆動手段と、駆動手段に対して蓄電手段と並列に接続されたコンデンサとを備えた電源装置である。蓄電モジュールの接続状態を切り替える場合、駆動手段において回生された電力をコンデンサに供給し、切り替え後の蓄電手段の電圧とコンデンサの電圧との電位差が所定値未満になった後に、蓄電手段の電圧の切り替えを行う制御手段を備える。【選択図】図２
2019054673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電モジュールを有する蓄電手段と、
前記複数の蓄電モジュールのいずれかに接続され、電流を導通または遮断し、前記複数の蓄電モジュールの接続状態を、直列接続、並列接続、および直並列接続のいずれか一つから、前記直列接続、前記並列接続、および前記直並列接続のいずれか一つに切り替える複数のスイッチ手段と、
前記複数のスイッチ手段による電流の導通状態と電流の遮断状態とを切り替える制御を行うことによって、前記蓄電手段の電圧を切り替える電圧制御手段と、
前記蓄電手段に直列に接続され、前記蓄電手段により供給される電力を用いて外部の回転電機を駆動可能に構成された駆動手段と、
前記駆動手段と並列に接続されたコンデンサと、を備えた電源装置であって、
前記電圧制御手段によって前記蓄電手段の電圧を切り替える際に、前記蓄電手段の電圧が上昇する場合には前記駆動手段において回生された電力を前記コンデンサに供給し、前記蓄電手段の電圧が降下する場合には前記コンデンサを放電させ、前記切り替え後の前記蓄電手段の電圧と前記コンデンサの電圧との電圧差の絶対値が所定値未満になった後に、前記切り替え後の前記蓄電手段の電圧が前記コンデンサに印加される状態に制御する制御手段を備える
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記蓄電手段と前記駆動手段との間に、前記蓄電手段と前記駆動手段との電気的な接続および遮断を、前記制御手段の制御によって切り替える遮断スイッチ手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記遮断スイッチ手段をオフ状態に制御して前記蓄電手段と前記駆動手段とを電気的に遮断した後、前記駆動手段において回生された電力を前記コンデンサに供給、または前記コンデンサを放電させる
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記所定値は、前記蓄電手段の電圧が上昇または降下する場合における、前記蓄電手段の電圧変化の絶対値の最小値未満である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の蓄電モジュールを備える電源装置が知られている。例えば、特許文献１には、複数の電池の接続状態を直列接続状態にするか並列接続状態にするかを、複数のスイッチ手段によって切り替える電源装置が記載されている。このように複数の電池の接続状態を切り替えることによって、電源装置の電圧を所望の電圧に変更することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３９７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載された電源装置は例えば、車両の回転電機（モータジェネレータ）にインバータを介して電力を供給する電子回路に用いられる。回転電機に電力を供給する電子回路においては、蓄電モジュールとインバータとの間を流れる電力の平滑化を行うために、電源装置に対してコンデンサが並列に接続される。電源装置においては、スイッチ手段によって蓄電モジュールの接続状態が切り替えられて、電圧が階段状に切り替えられる。しかしながら、電源装置における複数の蓄電モジュールの接続状態を切り替えると、切り替え時における電源装置からの出力電圧の急峻な変動に起因して、コンデンサとの間に電圧差が発生して突入電流が流れる場合があるので、電源装置やインバータなどにおける素子やスイッチ手段に不具合が生じる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数の蓄電モジュールを備えて出力電圧を階段状に切り替え可能で、車両の回転電機に電力を供給可能な、コンデンサが並列に接続された電源装置において、素子やスイッチ手段に生じる不具合を抑制できる電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、複数の蓄電モジュールを有する蓄電手段と、前記複数の蓄電モジュールのいずれかに接続され、電流を導通または遮断し、前記複数の蓄電モジュールの接続状態を、直列接続、並列接続、および直並列接続のいずれか一つから、前記直列接続、前記並列接続、および前記直並列接続のいずれか一つに切り替える複数のスイッチ手段と、前記複数のスイッチ手段による電流の導通状態と電流の遮断状態とを切り替える制御を行うことによって、前記蓄電手段の電圧を切り替える電圧制御手段と、前記蓄電手段に直列に接続され、前記蓄電手段により供給される電力を用いて外部の回転電機を駆動可能に構成された駆動手段と、前記駆動手段と並列に接続されたコンデンサと、を備えた電源装置であって、前記電圧制御手段によって前記蓄電手段の電圧を切り替える際に、前記蓄電手段の電圧が上昇する場合には前記駆動手段において回生された電力を前記コンデンサに供給し、前記蓄電手段の電圧が降下する場合には前記コンデンサを放電させ、前記切り替え後の前記蓄電手段の電圧と前記コンデンサの電圧との電圧差の絶対値が所定値未満になった後に、前記切り替え後の前記蓄電手段の電圧が前記コンデンサに印加される状態に制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、前記蓄電ｆ手段と前記駆動手段との間に、前記蓄電手段と前記駆動手段との電気的な接続および遮断を、前記制御手段の制御によって切り替える遮断スイッチ手段をさらに備え、前記制御手段は、前記遮断スイッチ手段をオフ状態に制御して前記蓄電手段と前記駆動手段とを電気的に遮断した後、前記駆動手段において回生された電力を前記コンデンサに供給、または前記コンデンサを放電させても良い。
【０００８】
この構成により、蓄電手段と駆動手段とを電気的に遮断した状態で、駆動手段からコンデンサに電力を供給できるので、コンデンサの電圧を速やかに所望の電圧にすることができる。
【０００９】
また、前記所定値は、前記蓄電手段の電圧が上昇または降下する場合における、前記蓄電手段の電圧変化の絶対値の最小値未満であっても良い。
【００１０】
この構成によれば、蓄電手段からコンデンサに突入電流が流れる状況を回避することができるので、コンデンサに過大な突入電流が流入することをより一層抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電源装置によれば、蓄電手段の電圧を切り替える際に、切り替え後の蓄電手段の電圧と、駆動手段と並列に接続されたコンデンサの電圧との電圧差の絶対値を低減できるので、過大な突入電流の発生を抑制でき、複数の蓄電モジュールを備えて出力電圧を階段状に切り替え可能で、車両の回転電機に電力を供給可能な、コンデンサが並列に接続された電源装置において、素子やスイッチ手段に生じる不具合を抑制可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による電源装置を搭載した車両の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による蓄電部の一例を示す回路構成図である。
【図３】図３は、蓄電モジュールの接続状態とスイッチ素子のオン／オフ状態との関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態によるＨＶ−ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、従来技術の問題点を説明するための、車速と蓄電部の電圧値との関係の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、従来技術による蓄電部の電圧値の変化の一例、および点線囲み部における電圧値、および対応する電流値の時間変化を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の一実施形態による電源装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の一実施形態による制御方法を実行した場合における、蓄電部の電圧値の変化の一例、ならびに点線囲み部における電圧値、および対応する電流値の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。
【００１４】
まず、本発明の一実施形態による電源装置について説明する。図１は、一実施形態による電源装置を搭載した車両の概略構成図である。
【００１５】
図１に示すように、車両Ｖｅは、ハイブリッド走行モードやＥＶ走行モードで走行可能なハイブリッド車両であり、電源装置１００を備える。車両Ｖｅは、内燃機関としてのエンジン（ＥＮＧ）１、動力分割機構２、駆動輪３、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、インバータ（ＩＮＶ）４ａ，４ｂ、および蓄電部５を備える。車両Ｖｅはさらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびインバータ４ａ，４ｂと蓄電部５との間において電力のやりとりを行う電子回路として、コンデンサ１１、電圧センサ１２ａ，１２ｂ、電流センサ１３、温度センサ１４、遮断スイッチ部１５、ＨＶ−ＥＣＵ（Hybrid-Electronic  Control  Unit）２１、および電池ＥＣＵ２２を備える。この一実施形態による電源装置１００は、少なくとも蓄電部５、コンデンサ１１、電流センサ１３、遮断スイッチ部１５、および電池ＥＣＵ２２を含んで構成される。
【００１６】
エンジン１は、ガソリンエンジンやディ−ゼルエンジン等の周知の機関である。回転電機としてのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、電動機および発電機の両方の機能を有する。動力分割機構２は例えば、サンギヤ、プラネタリキャリア、およびリングギヤの三要素を有する遊星歯車機構からなる。エンジン１、およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２はそれぞれ、三要素のいずれかに連結されている。
【００１７】
車両Ｖｅの走行時において、動力分割機構２は例えば、エンジン１が出力する駆動力を二分割し、一方の駆動力をモータジェネレータＭＧ１側に配分し、他方の駆動力をモータジェネレータＭＧ２側に配分する。モータジェネレータＭＧ１側に配分された駆動力は、モータジェネレータＭＧ１の発電に用いられる。モータジェネレータＭＧ２側に配分された駆動力は、モータジェネレータＭＧ２が出力する駆動力と合成されて、駆動輪３に出力される。
【００１８】
駆動手段としてのインバータ４ａ，４ｂは、直流電力と交流電力とを相互に変換する機能を有し、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動可能に構成される。インバータ４ａ，４ｂは、正線ＰＬおよび負線ＮＬを介して蓄電部５に接続されている。正線ＰＬに設けられた遮断スイッチ手段としての遮断スイッチ部１５は、蓄電部５とインバータ４ａ，４ｂとを電気的に接続したり遮断したりする。インバータ４ａは、例えばモータジェネレータＭＧ１が発電した交流電力を直流電力に変換して、蓄電部５に供給する。インバータ４ｂは、例えば蓄電部５から供給された直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータＭＧ２に供給し、駆動力を発生させる。
【００１９】
蓄電手段としての蓄電部５は、正線ＰＬおよび負線ＮＬを介してインバータ４ａ，４ｂ側に電力を放電し、またはインバータ４ａ，４ｂ側から供給される電力を充電する。図２は、この一実施形態による蓄電部５の一例を示す回路構成図である。
【００２０】
図２に示すように、この一実施形態による蓄電部５は、複数の蓄電モジュール、複数のスイッチ素子、正極側入出力部５ｎ、負極側入出力部５ｏ、およびコイル５ｐを備える。具体的に、この一実施形態において複数の蓄電モジュールは、例えば４個の蓄電モジュール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄからなり、複数のスイッチ素子は、例えば９個のスイッチ素子５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ，５ｉ，５ｊ，５ｋ，５ｌ，５ｍからなる。
【００２１】
蓄電モジュール５ａ〜５ｄはそれぞれ、二次電池が複数個、直列接続して構成される。二次電池は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等である。また、蓄電モジュール５ａ〜５ｄの構成要素としては、二次電池に替えてキャパシタを用いても良い。蓄電モジュール５ａ〜５ｄについて、それぞれの正極が共通の正極側入出力部５ｎに電気的に接続されているとともに、それぞれの負極が共通の負極側入出力部５ｏに電気的に接続されている。
【００２２】
スイッチ手段としてのスイッチ素子５ｅ〜５ｍはそれぞれ、トランジスタ等の半導体スイッチ素子およびダイオートから構成される。スイッチ素子５ｅ〜５ｍは、外部から制御信号が供給されることにより、オン／オフ状態が、電流の導通状態（オン状態）と電流の遮断状態（オフ状態）とで切り替わる。なお、スイッチ手段としてリレー素子を用いても良い。
【００２３】
スイッチ素子５ｅ〜５ｍは、蓄電モジュール５ａ〜５ｄのいずれかに電気的に接続されている。具体的には、スイッチ素子５ｅ，５ｈ，５ｋはそれぞれ、蓄電モジュール５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれの正極、および正極側入出力部５ｎに電気的に接続されている。スイッチ素子５ｇ，５ｊ，５ｍはそれぞれ、蓄電モジュール５ｂ，５ｃ，５ｄのそれぞれの負極、および負極側入出力部５ｏに電気的に接続されている。スイッチ素子５ｆは、蓄電モジュール５ａの正極とスイッチ素子５ｅとの間の配線、および蓄電モジュール５ｂの負極とスイッチ素子５ｇとの間の配線に電気的に接続されている。スイッチ素子５ｉは、蓄電モジュール５ｂの正極とスイッチ素子５ｈとの間の配線、および蓄電モジュール５ｃの負極とスイッチ素子５ｊとの間の配線に電気的に接続されている。スイッチ素子５ｌは、蓄電モジュール５ｃの正極とスイッチ素子５ｋとの間の配線、および蓄電モジュール５ｄの負極とスイッチ素子５ｍとの間の配線に電気的に接続されている。また、コイル５ｐは、蓄電モジュール５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄのそれぞれの正極、および正極側入出力部５ｎに電気的に接続されている。
【００２４】
蓄電モジュール５ａ〜５ｄは、スイッチ素子５ｅ〜５ｍのオン／オフ状態の切り替えによって、接続状態が、直列接続、並列接続、および直並列接続のいずれか一つの接続状態から、他のいずれか一つの接続状態に切り替えられる。図３は、この一実施形態による蓄電モジュール５ａ〜５ｄの接続状態とスイッチ素子５ｅ〜５ｍのオン／オフ状態との関係の一例を示す図である。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、具体的に例えば、丸で囲んだスイッチ素子５ｅ，５ｇ，５ｈ，５ｊ，５ｋ，５ｍをオン状態にし、「×」を付したスイッチ素子５ｆ，５ｉ，５ｌをオフ状態にする。これによって、蓄電モジュール５ａ〜５ｄの接続状態は、全てが並列接続する、いわゆる並列接続状態になり、放電時には太矢線で示すように電流が流れる。また、図３（ｂ）に示すように、スイッチ素子５ｆ，５ｈ，５ｊ，５ｌをオン状態にし、スイッチ素子５ｅ，５ｇ，５ｉ，５ｋ，５ｍをオフ状態にする。これによって、蓄電モジュール５ａ〜５ｄの接続状態は、蓄電モジュール５ａと蓄電モジュール５ｂとが直列接続し、蓄電モジュール５ｃと蓄電モジュール５ｄとが直列接続し、蓄電モジュール５ａ，５ｂと蓄電モジュール５ｃ，５ｄとが並列接続する、いわゆる直並列接続状態になり、放電時には太矢線で示すように電流が流れる。また、図３（ｃ）に示すように、スイッチ素子５ｆ，５ｉ，５ｌをオン状態にし、スイッチ素子５ｅ，５ｇ，５ｈ，５ｊ，５ｋ，５ｍをオフ状態にすることによって、蓄電モジュール５ａ〜５ｄの接続状態は、全てが直列接続する、いわゆる直列接続状態になり、放電時には太矢線で示すように電流が流れる。なお、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）の接続状態の場合における蓄電部５の電圧Ｖｂをそれぞれ、Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３とする。
【００２６】
また、図１に示すように、コンデンサ１１は、正線ＰＬおよび負線ＮＬによって、蓄電部５と接続されている。コンデンサ１１は、蓄電部５とインバータ４ａおよび４ｂとの間を流れる電力の平滑化を行う。電圧センサ１２ａは、正線ＰＬおよび負線ＮＬに接続され、コンデンサ１１に印加される電圧Ｖｈを検出して、ＨＶ−ＥＣＵ２１に供給する。
【００２７】
電流センサ１３は、正線ＰＬに設けられ、蓄電部５が放電または充電する電力の電流値Ｉｂを検出して、電池ＥＣＵ２２に出力する。電圧センサ１２ｂは、正線ＰＬおよび負線ＮＬに接続され、蓄電部５の電圧Ｖｂを検出して、電池ＥＣＵ２２に出力する。温度センサ１４は、蓄電部５の近傍に設けられ、蓄電部５の温度値Ｔｂを検出し、電池ＥＣＵ２２に出力する。
【００２８】
ＨＶ−ＥＣＵ２１および電池ＥＣＵ２２は、物理的には、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）および入出力等のインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体にする電子回路である。上述したＨＶ−ＥＣＵ２１および電池ＥＣＵ２２の各機能は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＣＰＵの制御のもとで制御対象を動作させるとともに、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出しおよび書き込みを行うことで実現される。
【００２９】
ＨＶ−ＥＣＵ２１と電池ＥＣＵ２２とは、相互に通信可能に構成され、各種指令や各種センサの検知結果などの各信号の送受信を行うことができる。ＨＶ−ＥＣＵ２１は、主に、車両Ｖｅの走行時においてドライバの要求に応じた車両駆動力を発生させるために、エンジン１およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御するとともに、蓄電部５の電圧Ｖｂを制御する。ＨＶ−ＥＣＵ２１には、例えば、エンジン１の回転数ＮＥ、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数、車速、アクセル開度、温度値Ｔｂ、および蓄電部５の充電状態値（ＳＯＣ：State  Of  Charge）などの各信号が入力される。ＨＶ−ＥＣＵ２１は、入力された情報に基づいて算出された、エンジン１に対する電子スロットル弁制御信号（弁制御信号）および点火信号、インバータ４ａ，４ｂに対するＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御信号である信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２、および蓄電部５の電圧Ｖｂを要求電圧に切り替えるための指令信号を出力する。ここで、蓄電部５に対する要求電圧は、蓄電部５に掛かる負荷に応じて算出される。
【００３０】
ここで、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するための制御手段としてのＨＶ−ＥＣＵ２１の構成、特にインバータ４ａ，４ｂの動作を制御するための構成について説明する。図４は、この一実施形態によるＨＶ−ＥＣＵ２１の構成を示すブロック図である。
【００３１】
図４に示すように、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、主として、電流指令変換部３１、電流制御部３２、２相／３相変換部３３、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）変換部３４、および３相／２相変換部３５を備える。ＨＶ−ＥＣＵ２１はさらに、減算器３６、ＰＩ制御部３７、および切替スイッチ部３８を備える。
【００３２】
電流指令変換部３１は、３相交流電動機であるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ、または所定の指令値ＴＲ＊に基づいて、２相電流指令信号としてｄ軸電流指令信号Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令信号Ｉｑ＊を生成する。電流指令変換部３１は、ｄ軸電流指令信号Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令信号Ｉｑ＊を、電流制御部３２に供給する。
【００３３】
３相／２相変換部３５は、インバータ４ａ，４ｂから、フィードバック情報としてＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗのうちの少なくとも２つ、具体的に例えば、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを取得する。３相／２相変換部３５は、インバータ４ａ，４ｂから取得したＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のレゾルバ４０からの回転角度θを用いて３相／２相変換する。すなわち、３相電流値に相当するＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを、２相電流値に相当するｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換する。３相／２相変換部３５は、変換したｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを電流制御部３２に供給する。
【００３４】
電流制御部３２は、電流指令変換部３１から出力されるｄ軸電流指令信号Ｉｄ＊と、３相／２相変換部３５から出力されるｄ軸電流Ｉｄとの差分に基づいて、２相電圧指令信号に相当するｄ軸電圧指令信号Ｖｄを生成する。これとともに、電流制御部３２は、電流指令変換部３１から出力されるｑ軸電流指令信号Ｉｑ＊と、３相／２相変換部３５から出力されるｑ軸電流Ｉｑとの差分に基づいて、２相電圧指令信号に相当するｑ軸電圧指令信号Ｖｑを生成する。このとき、電流制御部３２は、例えば、ＰＩ（Proportional  Integral）制御、またはＰＩＤ（Proportional  Integral  Derivative）制御を用いて、ｄ軸電圧指令信号Ｖｄおよびｑ軸電圧指令信号Ｖｑを生成しても良い。電流制御部３２は、ｄ軸電圧指令信号Ｖｄおよびｑ軸電圧指令信号Ｖｑを、２相／３相変換部３３に供給する。
【００３５】
２相／３相変換部３３は、供給されたｄ軸電圧指令信号Ｖｄおよびｑ軸電圧指令信号Ｖｑを、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のレゾルバ４０からの回転角度θを用いて、３相電圧指令信号であるＵ相電圧指令信号Ｖｕ、Ｖ相電圧指令信号Ｖｖ、およびＷ相電圧指令信号Ｖｗに変換する。２相／３相変換部３３は、Ｕ相電圧指令信号Ｖｕ、Ｖ相電圧指令信号Ｖｖ、およびＷ相電圧指令信号ＶｗをＰＷＭ変換部３４に供給する。
【００３６】
ＰＷＭ変換部３４は、所定のキャリア周波数ｆを有するキャリア信号ＣａｒとＵ相電圧指令信号Ｖｕとの大小関係に基づいて、インバータ４ａ，４ｂにおけるｐ側およびｎ側のスイッチング素子を駆動するためのＵ相ＰＷＭ信号Ｇｕｐ，Ｇｕｎを生成する。ＰＷＭ変換部３４は、Ｕ相ＰＷＭ信号Ｇｕｐ，Ｇｕｎをインバータ４ａ，４ｂに供給する。同様に、ＰＷＭ変換部３４は、キャリア信号ＣａｒとＶ相電圧指令信号Ｖｖとの大小関係に基づいて、Ｖ相ＰＷＭ信号Ｇｖｐ，Ｇｖｎを生成する。さらに、ＰＷＭ変換部３４は、キャリア信号ＣａｒとＷ相電圧指令信号Ｖｗとの大小関係に基づいて、Ｗ相ＰＷＭ信号Ｇｗｐ，Ｇｗｎを生成する。これらのＵ相ＰＷＭ信号Ｇｕｐ，Ｇｕｎ、Ｖ相ＰＷＭ信号Ｇｖｐ，Ｇｖｎ、Ｗ相ＰＷＭ信号Ｇｗｐ，Ｇｗｎはいずれも、信号ＰＷＭ１としてインバータ４ａに供給されるとともに、信号ＰＷＭ２としてインバータ４ｂに供給される。
【００３７】
減算器３６は、電圧センサ１２ａから供給されるコンデンサ１１の電圧Ｖｈと、蓄電部５において電圧が切り替えられる場合の切り替え後の蓄電部５の目標電圧Ｖｂ＊との差分すなわち電位差（Ｖｂ＊−Ｖｈ）を演算する。減算器３６は、演算した電位差（Ｖｂ＊−Ｖｈ）をＰＩ制御部３７に供給する。
【００３８】
ＰＩ制御部３７は、電位差（Ｖｂ＊−Ｖｈ）に対してＰＩ（比例・積分）ゲインを用いて、指令値ＴＲ＊を演算して切替スイッチ部３８に出力する。一方、外部のＥＣＵからはトルク指令値ＴＲが切替スイッチ部３８に出力される。切替スイッチ部３８は、電流指令変換部３１に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ、および所定の指令値ＴＲ＊のいずれを供給するかを切り替えるためのスイッチである。
【００３９】
電圧制御手段としての電池ＥＣＵ２２は、主に、蓄電部５の充電状態の管理や異常検出や電圧制御を行う。電池ＥＣＵ２２には、例えば、温度値Ｔｂ、電圧Ｖｂ、および電流値Ｉｂなどの各信号が入力される。電池ＥＣＵ２２は、温度値Ｔｂ、電圧Ｖｂ、および電流値Ｉｂに基づいて蓄電部５のＳＯＣを算出する。電池ＥＣＵ２２は、温度値Ｔｂや、ＳＯＣなどの各信号をＨＶ−ＥＣＵ２１に送信する。電池ＥＣＵ２２は、ＨＶ−ＥＣＵ２１から受信した指令信号に基づいて、蓄電部５のスイッチ素子５ｅ〜５ｍのオン／オフ状態を切り替えるための制御信号を出力する。スイッチ素子５ｅ〜５ｍは、電池ＥＣＵ２２から供給された制御信号によって、オン／オフ状態が切り替えられる。これにより、蓄電モジュール５ａ〜５ｄは、要求電圧に応じた接続状態に切り替えられる。
【００４０】
ここで、電源装置１００の蓄電部５の電圧を切り替える際に発生し得る問題点について説明する。図５は、従来技術の問題点を説明するための、車速と蓄電部の電圧値および電流値との関係の一例を示すグラフである。図６は、蓄電部５の電圧値の変化の一例、ならびに点線囲み部における電圧値および対応する電流値の時間変化を示すグラフである。図５に示す例においては、車速が高く蓄電部５に掛かる負荷が高いときに、蓄電部５の電圧Ｖｂが高い接続状態とされる。また、以下の説明において、図１に示す遮断スイッチ部１５は、オン状態が維持されている。
【００４１】
図５に示すように、例えば、時刻Ｔ１において、車両Ｖｅの車速の増加に応じて、電圧Ｖｂの値をＶｂ１からＶｂ１よりも高いＶｂ２に切り替えると、正方向へサージ状の突入電流が流れる場合がある。同様に、時刻Ｔ２において、電圧Ｖｂの値をＶｂ２からＶｂ２よりも高いＶｂ３に切り替えると、正方向へ突入電流が流れる場合がある。同様に、時刻Ｔ３、Ｔ４においてそれぞれ、車両Ｖｅの車速の低下に応じて、電圧Ｖｂの値をＶｂ３からＶｂ２、Ｖｂ２からＶｂ１に切り替えると、負方向へ突入電流が流れる場合がある。ここで、正方向とは蓄電部５の放電時に電流が流れる方向であり、負方向とは蓄電部５の充電時に電流が流れる方向である。この突入電流は、蓄電部５の電圧Ｖｂを切り替えたときに、図１に示す蓄電部５とコンデンサ１１との間に電位差が生じることに起因して生じると考えられる。このような突入電流が流れると蓄電部５の素子やスイッチ手段などに不具合が生じる可能性がある。
【００４２】
そこで、特開２００５−２５３２０６号公報において、蓄電部５とインバータ４ａ，４ｂとの間に、蓄電部５に対して直列に、蓄電部５とインバータ４ａ，４ｂとの導通状態を維持しつつ挿入と切り離しとを切り替え可能な、抵抗を設ける方法が提案された。当該文献には、蓄電部５とコンデンサ１１との間に電位差が生じた場合に、上述の抵抗を挿入して、コンデンサ１１を緩やかに充電または放電する方法が提案されている。具体的に例えば、図６に示すように、時刻Ｔ２において電圧Ｖｂの値をＶｂ２からＶｂ３に切り替える場合を想定する。この場合、時刻Ｔ２において蓄電部５の電圧ＶｂがＶｂ２からＶｂ３に階段状に上昇する一方、コンデンサ１１の電圧Ｖｈは、Ｖｂ２からＶｂ３まで所定時間ΔＴを経過して緩やかに増加する。これに伴って、蓄電部５の電流センサ１３により計測される電流値Ｉｂは、一旦増加した後に所定時間ΔＴで緩やかに減少する。すなわち、当該文献に記載の方法においては、蓄電部５とコンデンサ１１との間の電位差がなくなるまでに時間を要するという問題があった。さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動中に蓄電部５に抵抗を直列に接続すると、蓄電部５の充放電の電流が接続された抵抗にも流れるため、コンデンサ１１の電圧Ｖｈが急激に上昇したり下降したりする場合があるという問題も生じる。
【００４３】
そこで、本発明者は、突入電流の発生を抑制するとともに、コンデンサ１１に対する充放電を速やかに実行可能な制御方法について、鋭意検討を行った。本発明者は、鋭意検討の結果、蓄電部５において電圧Ｖｂを切り替える場合に、コンデンサ１１の電圧Ｖｈを調整して、蓄電部５の切り替え後の電圧Ｖｂに近づける方法を案出した。これにより、蓄電部５とコンデンサ１１との電圧の差が低減されるので、コンデンサ１１に切り替え後の蓄電部５の電圧Ｖｂを印加しても、蓄電部５からコンデンサ１１への突入電流を低減できる。
【００４４】
本発明者は、具体的に、蓄電部５の電圧Ｖｂを切り替えた後の目標とする電圧（目標電圧Ｖｂ＊）と、コンデンサ１１の電圧Ｖｈとの差が所定値未満になった後に、蓄電部５による目標電圧Ｖｂ＊をコンデンサ１１に印加する方法を案出した。コンデンサ１１の電圧Ｖｈの調整方法としては、電圧Ｖｈを上昇させる際にはインバータ４ａ，４ｂにおいて回生された電力をコンデンサ１１に供給し、電圧Ｖｈを降下させる際にはインバータ４ａ，４ｂによってコンデンサ１１を放電させることが好ましい。また、コンデンサ１１の電圧Ｖｈの調整は、蓄電部５とインバータ４ａ，４ｂとを電気的に遮断した後に行うことが好ましく、この場合、蓄電部５とインバータ４ａ，４ｂとを導通させることによって、蓄電部５による目標電圧Ｖｂ＊をコンデンサ１１に印加する。
【００４５】
図７は、本発明の一実施形態による電源装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。図７に示すフローチャートは、車両ＶｅのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が稼働している状態において、ＨＶ−ＥＣＵ２１により繰り返し実行される。
【００４６】
図７に示すように、この一実施形態による制御方法においては、まず、ステップＳＴ１において、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、車両Ｖｅの車速の増減に伴って、電池ＥＣＵ２２による蓄電部５に対する電圧Ｖｂの切り替えの要求の有無を判定する。なお、この時点において、図１に示す遮断スイッチ部１５はＨＶ−ＥＣＵ２１によってオン状態に制御され、蓄電部５とインバータ４ａ，４ｂとは導通状態である。
【００４７】
ここで、蓄電部５における電圧Ｖｂの切り替えの要求の判定方法の一例について説明する。すなわち、電池ＥＣＵ２２において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の誘起電圧に対応する必要最小電圧ＶＨminから最大出力電圧ＶＨmaxまでの電圧範囲内において、システム電圧ＶＨの候補電圧を決定する。その後、電池ＥＣＵ２２は、それぞれの候補電圧において、蓄電部５、インバータ４ａ，４ｂ、およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２における電力損失を推定して、システム全体における推定電力損失の総和を算出する。算出後、電池ＥＣＵ２２は、上述した候補電圧のうちの推定電力損失の総和が最小となる候補電圧に基づいて、電圧指令値ＶＨ♯を設定する。電池ＥＣＵ２２は、設定した電圧指令値ＶＨ＃と、電圧センサ１２ｂにより計測された蓄電部５の電圧Ｖｂとを比較する。電圧指令値ＶＨ＃と蓄電部５の電圧Ｖｂとの電圧差の絶対値が所定値以上になった場合、電池ＥＣＵ２２は、ＨＶ−ＥＣＵ２１に対して、蓄電部５の電圧Ｖｂの切り替えの要求の信号を供給する。なお、蓄電部５における電圧Ｖｂの切り替えの要求の判定方法については、上述した判定方法に限定されず、上述した以外の種々の判定方法を採用することが可能である。
【００４８】
ステップＳＴ１においてＨＶ−ＥＣＵ２１が、電池ＥＣＵ２２による蓄電部５の電圧Ｖｂの切り替えの要求がないと判定した場合（ステップＳＴ１：Ｎｏ）、制御処理は終了する。一方、ステップＳＴ１においてＨＶ−ＥＣＵ２１が、電池ＥＣＵ２２による蓄電部５の電圧Ｖｂの切り替えの要求があると判定した場合（ステップＳＴ１：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ２に移行する。
【００４９】
ステップＳＴ２においてＨＶ−ＥＣＵ２１は、減算器３６において、電池ＥＣＵ２２から供給される蓄電部５において電圧の切り替え後の目標電圧Ｖｂ＊と、電圧センサ１２ａから供給されるコンデンサ１１の電圧Ｖｈとの電位差（Ｖｂ＊−Ｖｈ）の絶対値を算出する。その後、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、電位差（Ｖｂ＊−Ｖｈ）の絶対値が所定値未満であるか否かを判定する。すなわち、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、以下の（１）式が成立するか否を判定する。
｜切り替え後蓄電部目標電圧（Ｖｂ＊）−コンデンサ電圧（Ｖｈ）｜＜所定値…（１）
なお、所定値は、コンデンサ１１の静電容量や、インバータ４ａ，４ｂおよび蓄電部５の特性などに応じてあらかじめ決定される定数である。所定値は、少なくとも、蓄電部５において階段状に切り替えられる電圧Ｖｂの電圧変化の絶対値、具体的には１段分の差の絶対値（｜Ｖｂ２−Ｖｂ１｜、｜Ｖｂ３−Ｖｂ２｜）未満であることが望ましく、これらの１段分の電圧変化の絶対値の中の最小値未満であることがより好ましい。
【００５０】
ステップＳＴ２においてＨＶ−ＥＣＵ２１が、電位差（Ｖｂ＊−Ｖｈ）の絶対値は所定値未満であると判定した場合（ステップＳＴ２：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ３に移行する。ステップＳＴ３においてＨＶ−ＥＣＵ２１は、遮断スイッチ部１５がオフ状態である場合にはオン状態に切り替え、オン状態である場合にはオン状態を維持する。これとともに、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、電池ＥＣＵ２２に蓄電部５の電圧Ｖｂを切り替える指令信号を供給する。電池ＥＣＵ２２の制御によって、蓄電部５の電圧Ｖｂは目標電圧Ｖｂ＊に切り替えられる。その後、ステップＳＴ４に移行する。
【００５１】
ステップＳＴ４においてＨＶ−ＥＣＵ２１は、制御を通常のトルク指令値入力モードに設定する。すなわち、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、図４に示す切替スイッチ部３８をトルク指令値入力モード時の側に切り替える。これにより、ＨＶ−ＥＣＵ２１における電流指令変換部３１には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対するトルク指令値ＴＲが入力される。以上により、ＨＶ−ＥＣＵ２１による制御処理が終了する。
【００５２】
ステップＳＴ２においてＨＶ−ＥＣＵ２１が、電位差（Ｖｂ＊−Ｖｈ）の絶対値は所定値以上であると判定した場合（ステップＳＴ２：Ｎｏ）、ステップＳＴ５に移行する。ステップＳＴ５においてＨＶ−ＥＣＵ２１は、制御をコンデンサ電圧制御モードに設定する。すなわち、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、図４に示す切替スイッチ部３８を、コンデンサ電圧制御モード時の側に切り替える。ＨＶ−ＥＣＵ２１における電流指令変換部３１には、蓄電部５の目標電圧Ｖｂ＊とコンデンサ１１の電圧Ｖｈとの電位差（Ｖｂ＊−Ｖｈ）に基づいた指令値ＴＲ＊が入力される。ＨＶ−ＥＣＵ２１は一方で、図１に示す遮断スイッチ部１５をオフ状態に制御する。これにより、蓄電部５とインバータ４ａ，４ｂおよびコンデンサ１１とは電気的に遮断状態になる。その後、ステップＳＴ６に移行する。
【００５３】
ステップＳＴ６においてＨＶ−ＥＣＵ２１は、インバータ４ａ，４ｂを制御することによって、コンデンサ１１の電圧Ｖｈを調整する。すなわち、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、インバータ４ａ，４ｂを制御して、コンデンサ１１に対する充電、またはコンデンサ１１からの放電を行う。具体的に、以下の（２−１）式が成立する場合には、コンデンサ１１に対して充電を行うことによって、コンデンサ１１の電圧Ｖｈを上昇させる。
切り替え後蓄電部目標電圧（Ｖｂ＊）−コンデンサ電圧（Ｖｈ）＞０  …（２−１）
一方、以下の（２−２）式が成立する場合には、コンデンサ１１からの充電を行うことによって、コンデンサ１１の電圧Ｖｈを降下させる。
切り替え後蓄電部目標電圧（Ｖｂ＊）−コンデンサ電圧（Ｖｈ）＜０  …（２−２）
【００５４】
コンデンサ１１の電圧Ｖｈが調整された後、制御処理はステップＳＴ２に復帰する。上述したステップＳＴ２，ＳＴ５，ＳＴ６は、ステップＳＴ２において（１）式が成立するまで順次繰り返し実行される。ステップＳＴ２において（１）式が成立した後は、ＨＶ−ＥＣＵ２１によって遮断スイッチ部１５がオン状態に制御されるとともに、ステップＳＴ３，ＳＴ４が順次実行され、ＨＶ−ＥＣＵ２１による制御処理が終了する。
【００５５】
図８は、電源装置１００において、この一実施形態による電源装置１００の制御方法を実行した場合における、蓄電部５の電圧値の変化の一例、ならびに点線囲み部における電圧値および対応する電流値の時間変化を示すグラフである。
【００５６】
図８に示すように、図６の場合と同様に、時刻Ｔ２において電圧ＶｂをＶｂ２からＶｂ３に切り替える場合を想定する。この場合、一実施形態による制御方法においては、蓄電部５の目標電圧Ｖｂ＊としてＶｂ３が設定され、蓄電部５における電圧Ｖｂの切り替え直前におけるコンデンサ１１の電圧Ｖｈは略Ｖｂ２である。（１）式における所定値は、蓄電部５において切り替えられる１段分の電圧差よりも小さいため、蓄電部５の目標電圧Ｖｂ＊（Ｖｂ３）と、コンデンサ１１の電圧Ｖｈとの電位差（Ｖｂ＊−Ｖｈ）の絶対値は所定値以上である。そのため、蓄電部５の電圧Ｖｂの切り替え時において遮断スイッチ部１５はオフ状態であるため、蓄電部５からの電流値Ｉｂは、時刻Ｔ２の前後の近傍において０になる。一方、インバータ４ａ，４ｂによって電圧Ｖｈが調整されるコンデンサ１１には、蓄電部５の電圧Ｖｂが切り換わる時刻Ｔ２直前において、従来の電流の流れる所定時間ΔＴよりも短時間で、インバータ４ａ，４ｂから電流Ｉｈが流入する。この場合、電流Ｉｈの大きさはインバータ４ａ，４ｂによって制御できるので、コンデンサ１１に過大な突入電流が流入することを抑制できる。
【００５７】
以上説明した本発明の一実施形態によれば、蓄電部５の電圧Ｖｂを切り替える際に、蓄電部５とコンデンサ１１とを電気的に遮断して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に接続されたインバータ４ａ，４ｂによってコンデンサ１１の電圧Ｖｈを切り替え後の目標電圧Ｖｂ＊に略一致させた後、蓄電部５の電圧Ｖｂを目標電圧Ｖｂ＊に切り替えている。これにより、車両Ｖｅの走行パワーによってコンデンサ１１の電圧Ｖｈを目標電圧Ｖｂ＊に近い電圧にまで短時間で調整できるので、蓄電部５の電圧Ｖｂの切り替えを高速に実行できるとともに、コンデンサ１１に過大な突入電流が流入することを抑制できる。したがって、電源装置１００における素子やスイッチ手段の破損を抑制することができる。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いても良い。
【００５９】
上述の一実施形態においては、ＨＶ−ＥＣＵ２１および電池ＥＣＵ２２をそれぞれ別の制御部として記載しているが、必ずしも別の制御部に限定されるものではない。すなわち、ＨＶ−ＥＣＵ２１および電池ＥＣＵ２２の機能を、一つのＥＣＵ、制御部、または制御システムにより実行するように構成しても良い。
【００６０】
また、本発明の一実施形態による電源装置１００は、蓄電部５を備える車両であれば種々の車両に搭載することができる。具体的に、電源装置１００は、ハイブリッド（ＨＶ）車両、プラグインハイブリッド（ＰＨＶ）車両、エンジンを備えない電気自動車（ＥＶ車両）、および燃料電池自動車（ＦＣＥＶ車両）などに搭載することが可能である。
【００６１】
また、上述の一実施形態においては、インバータ４ａ，４ｂは２つ設けられているが、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動用のインバータを３つ以上設けても良い。
【符号の説明】
【００６２】
４ａ，４ｂ  インバータ
５  蓄電部
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  蓄電モジュール
５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ，５ｉ，５ｊ，５ｋ，５ｌ，５ｍ  スイッチ素子
１１  コンデンサ
１２ａ，１２ｂ  電圧センサ
１３  電流センサ
１４  温度センサ
１５  遮断スイッチ部
２１  ＨＶ−ＥＣＵ
２２  電池ＥＣＵ
１００  電源装置
ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ
【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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