(57)【要約】【課題】バッテリと昇圧コンバータで構成される直流電源を並列に接続した電源システムにおいて、バッテリの昇温時間を短縮する。【解決手段】第１バッテリ３３と出力電路１３との間で双方向に電圧変換を行う第１電圧変換器２０と、出力電路１３に対して並列に接続され、第２バッテリ５３と出力電路１３との間で双方向に電圧変換を行う第２電圧変換器４０とＰＷＭ１、ＰＷＭ２を生成して第１、第２電圧変換器２０，４０の制御を行う制御部７０を備える電源システム１００であって、第１、第２バッテリ３３，５３の温度が所定温度未満の場合に、ＰＷＭ１とＰＷＭ２とが周期的に同期、非同期を繰り返すように、各信号の位相を変化させる。【選択図】図１
2016082622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１パルス幅変調制御に従って第１バッテリと出力電路との間で双方向に電圧変換を行う第１電圧変換器と、
前記出力電路に対して前記第１電圧変換器と並列に接続され、第２パルス幅変調制御に従って第２バッテリと前記出力電路との間で双方向に電圧変換を行う第２電圧変換器と、
第１、第２パルス幅変調制御信号を生成して前記第１、第２電圧変換器の制御を行う制御部と、を備える電源システムであって、
前記制御部は、前記第１、第２バッテリのいずれか一方または両方の温度が所定温度未満の場合に、前記第１パルス幅変調制御信号と前記第２パルス幅変調制御信号とが周期的に同期、非同期を繰り返すように、前記各パルス幅制御信号の位相を変化させること、
を特徴とする電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源システムであって、
前記制御部は、
前記第１電圧変換器の出力電流と前記第２電圧変換器の出力電流との合計電流の絶対値が所定の閾値以上の場合には、前記各パルス幅制御信号の位相の変化周期を前記合計電流の絶対値が所定の閾値未満の場合よりも短くすること、
を特徴とする電源システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源システムであって、
前記位相の変化は、時間に対して連続的であること、
を特徴とする電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システム、特に、バッテリと昇圧コンバータで構成される直流電源を並列に接続した電源システムの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動車両の電源システムとして、バッテリと昇圧コンバータで構成される直流電源を２つ並列に接続し、２つの昇圧コンバータの合計出力電流をインバータに供給する電源システムが用いられている。昇圧コンバータは、スイッチング素子をオン・オフ動作させるＰＷＭ制御によりバッテリの電圧を昇圧するものであり、出力電流が変動する。このため、２つの昇圧コンバータからの出力電流の変動が重なった場合には、電源システムの出力電流の変動が大きくなり、インバータに供給する直流電流を平滑化するコンデンサが大きくなったり、振動、騒音が大きくなったりする場合がある。このため、２つの昇圧コンバータのＰＷＭ制御に用いられる搬送波の位相を１８０°ずらして、２つの昇圧コンバータの出力電流の変動をキャンセルし、電源システムから出力される電流の変動を低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５６２５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、バッテリの温度が低い場合には充放電特性が低下してしまう。このため、低温状態で電動車両が起動された場合等には、バッテリの温度を素早く上昇させて十分な充放電特性を確保する必要がある。しかし、特許文献１に記載されたようなＰＷＭ制御によって昇圧コンバータに発生する程度の電流変動では、バッテリの温度を上昇させるのに時間が掛ってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、バッテリと昇圧コンバータで構成される直流電源を並列に接続した電源システムにおいて、バッテリの昇温時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電源システムは、第１パルス幅変調制御に従って第１バッテリと出力電路との間で双方向に電圧変換を行う第１電圧変換器と、前記出力電路に対して前記第１電圧変換器と並列に接続され、第２パルス幅変調制御に従って第２バッテリと前記出力電路との間で双方向に電圧変換を行う第２電圧変換器と、第１、第２パルス幅変調制御信号を生成して前記第１、第２電圧変換器の制御を行う制御部と、を備える電源システムであって、前記制御部は、前記第１、第２バッテリのいずれか一方または両方の温度が所定温度未満の場合に、前記第１パルス幅変調制御信号と前記第２パルス幅変調制御信号とが周期的に同期、非同期を繰り返すように、前記各パルス幅制御信号の位相を変化させること、を特徴とする。
【０００７】
本発明の電源システムにおいて、前記制御部は、前記第１電圧変換器の出力電流と前記第２電圧変換器の出力電流との合計電流の絶対値が所定の閾値以上の場合には、前記各パルス幅制御信号の位相の変化周期を前記合計電流の絶対値が所定の閾値未満の場合よりも短くすること、としても好適である。
【０００８】
本発明の電源システムにおいて、前記位相の変化は、時間に対して連続的であること、としても好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、バッテリと昇圧コンバータで構成される直流電源を並列に接続した電源システムにおいて、バッテリの昇温時間を短縮することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態における電源システムの構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態の電源システムの制御ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の電源システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態の電源システムにおいて第１パルス幅制御信号と第２パルス幅制御信号の位相を１８０°、９０°ずらした場合と各パルス幅制御信号を同期させた場合の各電圧変換器のリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２及び、出力電路の高電圧ＶＨ、各電圧変換器のリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の合計電流（ＩＬ１＋ＩＬ２）の時間変化を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態の電源システムにおいて第１パルス幅制御信号と第２パルス幅制御信号の位相を１８０°ずらして動作させた場合の電流の流れを示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態の電源システムにおいて同期した第１パルス幅制御信号と第２パルス幅制御信号とを発生させるＰＷＭ信号生成部を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態の電源システムにおいて第１パルス幅制御信号と第２パルス幅制御信号とを同期させて動作させた場合の電流の流れを示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態の電源システムにおいて第１パルス幅制御信号と第２パルス幅制御信号の位相の変化と各電圧変換器のリアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の合計電流の絶対値（｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜）の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態の電源システム１００を電動車両２００に搭載した場合について説明する。電動車両２００は、モータ或いはモータジェネレータで駆動される車両のみならず、エンジンとモータジェネレータによって駆動されるハイブリッド車両であってもよい。図１に示すように、本実施形態の電源システム１００は、第１バッテリ３３と出力電路１３（後で説明するように、高圧電路１２とグランド電路１１とで構成される）との間で双方向に電圧変換を行う第１電圧変換器２０と、出力電路１３に対して第１電圧変換器２０と並列に接続され、出力電路１３との間で双方向に電圧変換を行う第２電圧変換器４０と、第１、第２電圧変換器２０、４０の制御を行う制御部７０と、を備えている。
【００１２】
第１電圧変換器２０は、第１バッテリ３３のマイナス側に接続された第１グランド電路２１と、第１バッテリ３３のプラス側に接続された第１低圧電路２３と、第１電圧変換器２０のプラス側出力端である第１高圧電路２２とを含んでいる。第１電圧変換器２０は、第１低圧電路２３と第１高圧電路２２との間に配置された第１上アームスイッチング素子２５と、第１グランド電路２１と第１低圧電路２３との間に配置された第１下アームスイッチング素子２６と、第１低圧電路２３に直列に配置された第１リアクトル２９と、第１リアクトル電流ＩＬ１を検出する第１リアクトル電流センサ３１と、第１低圧電路２３と第１グランド電路２１との間に配置された第１フィルタコンデンサ３０と、第１フィルタコンデンサ３０の両端の第１低電圧ＶＬ１を検出する第１低電圧センサ３２と、を含んでいる。また、各スイッチング素子２５，２６には、それぞれダイオード２７，２８が逆並列に接続されている。第１上アームスイッチング素子２５、第１下アームスイッチング素子２６は制御部７０に接続され、制御部７０の指令によってオン・オフ動作する。また、第１リアクトル電流センサ３１と第１低電圧センサ３２も制御部７０に接続され、各センサ３１，３２の検出信号は制御部７０に入力される。
【００１３】
第２バッテリ５３が接続されている第２電圧変換器４０は第１電圧変換器２０と同様の構成であり、第２グランド電路４１と、第２低圧電路４３と、第２高圧電路４２と、第２上アームスイッチング素子４５と、第２下アームスイッチング素子４６と、第２リアクトル４９と、第２リアクトル電流ＩＬ２を検出する第２リアクトル電流センサ５１と、第２フィルタコンデンサ５０と、第２フィルタコンデンサ３０の両端の第２低電圧ＶＬ２を検出する第２低電圧センサ５２と、ダイオード４７，４８とを含んでいる。
【００１４】
第１電圧変換器２０の第１グランド電路２１と第２電圧変換器４０の第２グランド電路４１は電源システム１００のグランド電路１１に接続され、第１電圧変換器２０の第１高圧電路２２と第２電圧変換器４０の第２高圧電路４２とは電源システム１００の高圧電路１２に接続されている。グランド電路１１と高圧電路１２とは電源システム１００の出力電路１３を構成する。このように、第１電圧変換器２０と第２電圧変換器４０とは出力電路１３に対して並列に接続されている。
【００１５】
図１に示すように、電源システム１００から出力された直流電力はインバータ１６によって交流電力に変換されてモータジェネレータ１７に供給される。モータジェネレータ１７の出力は出力軸１８からディファレンシャルギヤ１９を介して車軸６１に伝達され、電動車両２００の車輪６２を駆動する。また、電源システム１００とインバータ１６との間には、電源システム１００から出力された直流電力を平滑にする平滑コンデンサ１４と、出力電路１３の高電圧ＶＨを検出する高電圧センサ１５が接続されている。また、第１バッテリ３３、第２バッテリ５３には、各バッテリ３３，５３の温度Ｔ１，Ｔ２を検出する第１バッテリ温度センサ３４，第２バッテリ温度センサ５４が取り付けられている。高電圧センサ１５，各温度センサ３４，５４は制御部７０に接続され、各センサ１５，３４，５４の検出信号は制御部７０に入力される。
【００１６】
制御部７０は、内部にＣＰＵと記憶部を含むコンピュータであり、図２に示すように、高電圧センサ１５で検出した実高電圧ＶＨ、第１、第２リアクトル電流センサ３１，５１で検出した第１、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２、第１、第２低電圧センサ３２，５２で検出した第１、第２低電圧ＶＬ１，ＶＬ２をフィードバックして、第１電圧変換器２０の第１下、上アームスイッチング素子２６，２５をオン・オフさせる第１パルス幅変調信号（ＰＷＭ１）８３、ＰＷＭ１（８３）の反転信号／ＰＷＭ１（８４）及び、第２電圧変換器４０の第２下、上アームスイッチング素子４６，４５をオン・オフさせる第２パルス幅変調信号（ＰＷＭ２）９３、ＰＷＭ２（９３）の反転信号／ＰＷＭ２（９４）を生成、出力する。
【００１７】
図２に示すように、制御部７０には、高電圧ＶＨの指令値ＶＨ＊と高電圧センサ１５で検出した高電圧ＶＨとの差分を計算する差分器７１と、差分器７１で計算した差分が入力され、第１電圧変換器２０の出力指令値Ｐ１＊と第２電圧変換器４０の出力指令値Ｐ２＊とを出力する出力分配演算部７２と、各出力指令値Ｐ１＊、Ｐ２＊が入力され、第１、第２電圧変換器２０，４０の第１、第２デューティ値Ｄｕｔｙ１，Ｄｕｔｙ２を出力する第１、第２デューティ演算部７３，７４と、各デューティ値Ｄｕｔｙ１，Ｄｕｔｙ２を定める比較電圧の直線８１，９１と第１、第２搬送波（三角波）８２，９２とから第１パルス幅変調信号（ＰＷＭ１）８３、ＰＷＭ１の反転信号／ＰＷＭ１（８４）、第２パルス幅変調信号（ＰＷＭ２）９３、ＰＷＭ２の反転信号／ＰＷＭ２（９４）を生成するＰＷＭ信号生成部７５とを含んでいる。
【００１８】
ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）は、各搬送波８２，９２が各デューティ値Ｄｕｔｙ１，Ｄｕｔｙ２の直線８１，９１より上の場合にはハイレベルＨとなり、各搬送波８２，９２が各デューティ値Ｄｕｔｙ１，Ｄｕｔｙ２の直線８１，９１より下の場合にはローレベルＬとなる。また、／ＰＷＭ１（８４）、／ＰＷＭ２（９４）は、ＰＷＭ１（８３）、ＰＷＭ２（９３）の反転信号であり、各搬送波８２，９２が各デューティ値Ｄｕｔｙ１，Ｄｕｔｙ２の直線８１，９１より下の場合にはハイレベルＨとなり、各搬送波８２，９２が各デューティ値Ｄｕｔｙ１，Ｄｕｔｙ２の直線８１，９１より上の場合にはローレベルＬとなる。ＰＷＭ１（８３）は第１電圧変換器２０の第１下アームスイッチング素子２６をオン・オフ動作させる信号であり、／ＰＷＭ１（８４）は第１電圧変換器２０の第１上アームスイッチング素子２５をオン・オフ動作させる信号であり、ＰＷＭ２（９３）は第２電圧変換器４０の第２下アームスイッチング素子４６をオン・オフ動作させる信号であり、／ＰＷＭ２（９４）は第２電圧変換器４０の第２上アームスイッチング素子４５をオン・オフ動作させる信号である。各信号は、ハイレベルＨの際に各スイッチング素子２５，２６，４５，４６をオンとし、ローレベルＬの際に各スイッチング素子２５，２６，４５，４６をオフとする。
【００１９】
また、図２に示すように、第２搬送波９２は第１搬送波８２に対して位相Δφだけずれ、ＰＷＭ２（９３）はＰＷＭ１（８３）に対して位相Δφだけずれている。つまり、ＰＷＭ１（８３）のローレベルＬからハイレベルＨへの立ち上がりタイミングｔ０とＰＷＭ２（９３）のローレベルＬからハイレベルＨへの立ち上がりタイミングｔ´０の間の位相はΔφだけずれている。図２では、第２搬送波９２が第１搬送波８２に対して１８０°（ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）のデューティサイクルの半周期）ずれている場合を示している。この場合、図２に示すように、ＰＷＭ２（９３）もＰＷＭ１（８３）に対して１８０°ずれており、同様に／ＰＷＭ２（９４）も／ＰＷＭ１（８４）に対して１８０°（デューティサイクルの半周期）ずれている。
【００２０】
次に、図３から図７を参照して本実施形態の電源システム１００の動作について説明する。なお、以下の説明では、第１上アームスイッチング素子２５、第１下アームスイッチング素子２６、ダイオード２７，２８、第１リアクトル２９、第１フィルタコンデンサ３０、第１バッテリ３３をそれぞれ略号と符号を合わせて、Ｓ１１（２５）、Ｓ１２（２６）、Ｄ１１（２７）、Ｄ１２（２８）、Ｌ１（２９）、Ｃ１（３０）、Ｂ１（３３）として説明する。また、第２上アームスイッチング素子４５、第２下アームスイッチング素子４６、ダイオード４７，４８、第２リアクトル４９、第２フィルタコンデンサ５０、第２バッテリ５３もそれぞれ略号と符号を合わせて、Ｓ２１（４５）、Ｓ２２（４６）、Ｄ２１（４７）、Ｄ２２（４８）、Ｌ２（４９）、Ｃ２（５０）、Ｂ２（５３）として説明する。また、以下の実施形態の説明では、ＰＷＭ１（８３）、ＰＷＭ２（９３）の各デューティ比はそれぞれ５０％未満であるとして説明する。
【００２１】
＜制御シーケンス＞
図３のステップＳ１０１に示すように、制御部７０は、電源システム１００を始動すると第１、第２電圧変換器２０，４０を通常制御によって動作させる。通常制御は、ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）との位相、及び／ＰＷＭ１と／ＰＷＭ２との位相をそれぞれ１８０°（デューティサイクルの半周期）ずらした状態に固定して第１、第２電圧変換器２０，４０の制御を行うもので、図２を参照して説明したように、ＰＷＭ２（９３）を発生させる第２搬送波９２を、ＰＷＭ１（８３）を発生させる第１搬送波８２に対して１８０°ずらして制御するものである。通常制御の詳細については後で詳細に説明する。
【００２２】
次に制御部７０は、図３のステップＳ１０２に示すように、第１、第２バッテリ温度センサ３４，５４によってＢ１（３３）、Ｂ２（５３）の温度Ｔ１，Ｔ２を検出し、図３のステップＳ１０３に示すように、検出したＢ１（３３），Ｂ２（５３）の各温度Ｔ１、Ｔ２のいずれか一方または両方が所定の温度、例えば、０℃、或いは−５℃等未満となっているかどうかを判断する。制御部７０は、図３のステップＳ１０３で各温度Ｔ１，Ｔ２の両方が所定の温度以上（所定の温度未満となっていない）場合には、図３のステップＳ１０２に戻ってＢ１（３３），Ｂ２（５３）の各温度Ｔ１，Ｔ２の監視を続け、図３のステップＳ１０３で各温度Ｔ１，Ｔ２のいずれか一方または両方が所定の温度未満の場合には、図３のステップＳ１０４に進み、バッテリ昇温制御（位相周期変化制御）を開始する。バッテリ昇温制御（位相周期変化制御）は、ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）とが周期的に同期、非同期を繰り返すように、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）の位相を変化させる制御である。バッテリ昇温制御の詳細については後で詳しく説明する。
【００２３】
制御部７０は、図３のステップＳ１０４に示すように、第１リアクトル電流センサ３１、第２リアクトル電流センサ５１によって第１リアクトル電流ＩＬ１、第２リアクトル電流ＩＬ２を検出し、図３のステップＳ１０５に示すように、第１リアクトル電流ＩＬ１と第２リアクトル電流ＩＬ２との合計電流の絶対値（｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜）が所定の閾値ＩＬＳ未満かどうかを判断する。制御部７０は、図３のステップＳ１０５で｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜が所定の閾値ＩＬＳ未満であると判断した場合には、図３に示すステップＳ１０６に進み、ＰＷＭ１とＰＷＭ２の位相を長周期Ｔ０で同期、非同期の間で変化させてＢ１（３３）,Ｂ２（５３）の昇温を行い、図３のステップＳ１０７に示すようにＢ１（３３）、Ｂ２（５３）の各温度Ｔ１，Ｔ２を検出し、図３のステップＳ１０８に示すようにＢ１（３３）、Ｂ２（５３）の各温度Ｔ１，Ｔ２が昇温の目標温度、例えば、１０℃或いは２０℃に達するまで、バッテリ昇温制御を続ける。そして、図３のステップＳ１０８でＢ１（３３），Ｂ２（５３）が目標温度を超えたと判断したら、図３のステップＳ１０９に進み、バッテリ昇温制御を停止して通常制御に戻る。
【００２４】
また、制御部７０は、図３のステップＳ１０５で｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜が所定の閾値ＩＬＳ以上であると（ＩＬＳ未満でない）判断した場合には、図３に示すステップＳ１１０に進み、ＰＷＭ１とＰＷＭ２の位相を短周期Ｔ３で同期、非同期の間で変化させてＢ１（３３），Ｂ２（５３）の昇温を行い、図３のステップＳ１１１、Ｓ１１２に示すようにＢ１（３３），Ｂ２（５３）の温度Ｔ１，Ｔ２が目標温度を超えたら、図３のステップＳ１０９に進み、バッテリ昇温制御を停止して通常制御に戻る。
【００２５】
＜通常制御（位相１８０°固定制御）＞
以下、通常制御（位相１８０°固定制御）について詳細に説明する。ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）との位相を１８０°、つまり、デューティサイクルの半周期分だけずらした場合には、図２に示すように、ＰＷＭ１（８３）のローレベルＬからハイレベルＨへの立ち上がりタイミングｔ０とＰＷＭ２（９３）のローレベルＬからハイレベルＨへの立ち上がりタイミングｔ´０の間の位相は１８０°(デューティサイクルの半周期)だけずれている。このため、ＰＷＭ１（８３）、ＰＷＭ２（９３）の各デューティ比がそれぞれ５０％未満の場合には、ＰＷＭ１（８３）がハイレベルＨとなる期間は、ＰＷＭ２（９３）はローレベルＬであり、逆に、ＰＷＭ１（８３）がローレベルＬとなる期間は、ＰＷＭ２（９３）はハイレベルＨとなる。
【００２６】
図５を参照して上記のような制御を行った場合の各スイッチング素子２５，２６，４５，４６の動作と電流の流れを説明する。図５（ａ）は、ＰＷＭ１（８３）がハイレベルＨ（／ＰＷＭ１（８４）がローレベルＬ）でＰＷＭ２（９３）がローレベルＬ（／ＰＷＭ２（９４）がハイレベルＨ）の場合を示している。この場合、ＰＷＭ１（８３）によってオン・オフ制御されるＳ１２（２６）はオン状態となり、／ＰＷＭ１（８４）でオン・オフ制御されるＳ１１（２５）はオフ状態となる。また、ＰＷＭ２（９３）によってオン・オフ制御されるＳ２２（４６）はオフ状態で、／ＰＷＭ２（９４）によってオン・オフ制御されるＳ２１（４５）はオン状態となる。
【００２７】
図５（ａ）に示すように、第１電圧変換器２０では、Ｓ１２（２６）がオン、Ｓ１１（２５）がオフとなっているので、昇圧の場合には、Ｂ１（３３）→Ｌ１（２９）→Ｓ１２（２６）→Ｂ１（３３）と電流の流れる回路Ｒ１（実線で示す）が形成され、Ｂ１（３３）の電力がＬ１（２９）にチャージされる。また、第２電圧変換器４０では、Ｌ２（４９）→Ｄ２１（４７）→高圧電路１２→グランド電路１１→Ｂ２（５３）→Ｌ２（４９）と電流の流れる回路Ｒ７（実線で示す）が形成され、Ｌ２（４９）にチャージされていた電気エネルギが高電圧ＶＨに昇圧されて出力電路１３に出力される。また、電力回生の場合には、第１電圧変換器２０では、Ｌ１（２９）→Ｂ１（３３）→Ｓ１２（２６）→Ｌ１（２９）と電流の流れる回路Ｒ２（破線で示す。回路Ｒ１と経路が同様で電流の流れが逆方向の回路）が形成され、Ｌ１（２９）に蓄積されていた電気エネルギによってＢ１（３３）が充電される。また、第２電圧変換器４０では、高圧電路１２→Ｓ２１（４５）→Ｌ２（４９）→Ｂ２（５３）→グランド電路１１→高圧電路１２と電流の流れる回路Ｒ８（破線で示す）が形成され、出力電路１３の高電圧ＶＨが降圧されてＢ２（５３）に充電される。
【００２８】
図５（ａ）に示した状態からデューティサイクルが半周期経過すると、ＰＷＭ１（８３）、／ＰＷＭ１（９３）、ＰＷＭ２（８４）、／ＰＷＭ２（９４）がそれぞれ反転し、第１電圧変換器２０と第２電圧変換器４０に構成される回路が反転する。図５（ｂ）に示すように、Ｓ１１（２５）がオン、Ｓ１２（２６）がオフ、Ｓ２１（４５）がオフ、Ｓ２２（４６）がオンとなる。図５（ｂ）に示すように、第２電圧変換器４０では、昇圧の場合には、Ｂ２（５３）→Ｌ２（４９）→Ｓ２２（４６）→Ｂ２（５３）と電流の流れる回路Ｒ３（実線で示す）が形成され、Ｂ２（５３）の電力がＬ２（４９）にチャージされる。また、第１電圧変換器２０では、Ｌ１（２９）→Ｄ１１（２７）→高圧電路１２→グランド電路１１→Ｂ１（３３）→Ｌ１（２９）と電流の流れる回路Ｒ５（実線で示す）が形成され、Ｌ１（２９）にチャージされていた電気エネルギが高電圧ＶＨに昇圧されて出力電路１３に出力される。また、電力回生の場合には、第２電圧変換器４０では、Ｌ２（４９）→Ｂ２（５３）→Ｓ２２（４６）→Ｌ２（４９）と電流の流れる回路Ｒ４（破線で示す。回路Ｒ３と経路が同様で電流の流れが逆方向の回路）が形成され、Ｌ２（４９）に蓄積されていた電気エネルギによってＢ２（５３）が充電される。また、第１電圧変換器２０では、高圧電路１２→Ｓ１１（２５）→Ｌ１（２９）→Ｂ１（３３）→グランド電路１１→高圧電路１２と電流の流れる回路Ｒ６（破線で示す）が形成され、出力電路１３の高電圧ＶＨが降圧されてＢ１（３３）に充電される。
【００２９】
以上説明したように、通常制御では、電源システム１００は第１電圧変換器２０と第２電圧変換器４０とから交互に昇圧電力を出力電路１３に出力する。この場合、図４の時刻０から時刻ｔ６のように、第１電圧変換器２０の第１リアクトル電流ＩＬ１の変化曲線と第２電圧変換器４０の第２リアクトル電流ＩＬ２の変化曲線とは反転したものとなり、互いのピークと谷が重なる。このため、出力電路１３に出力される電流となる第１リアクトル電流ＩＬ１と第２リアクトル電流ＩＬ２との合計電流（ＩＬ１＋ＩＬ２）は変化の少ないものとなり、高電圧ＶＨも変化の少ないものとなる。先に図２を参照して説明したように、制御部７０は、高電圧センサ１５によって検出した実高電圧ＶＨをフィードバックして各電圧変換器２０，４０の制御を行っているので、実高電圧ＶＨの変動が少ないと高電圧の指令値ＶＨ＊と実高電圧ＶＨとの差分が小さくなり、安定した制御を行うことができる。このため、実高電圧ＶＨは略一定の電圧に制御される。
【００３０】
＜バッテリ昇温制御（位相周期変化制御）でＰＷＭ１とＰＷＭ２が同期している場合＞
次にバッテリ昇温制御について説明する。先に述べたように、バッテリ昇温制御は、２つのパルス幅変調制御信号であるＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）とが周期的に同期、非同期を繰り返すように、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）の位相を変化させる制御である。ここで、「同期」とは、２つの信号の位相がずれていない場合（Δφ＝０の場合）であり、非同期とは２つの信号の位相がずれている場合で、例えば、通常制御の場合のように位相が１８０°ずれている場合（Δφ＝１８０°）のような場合をいう。以下の説明では、Δφをゼロから１８０°の範囲で周期的に変化させる場合について説明する。
【００３１】
２つのパルス幅変調制御信号の位相が１８０°ずれた場合の動作は、先に説明した通常制御と同様なので、説明は省略し、２つのパルス幅変調制御信号であるＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）の位相差Δφがゼロで２つの信号が同期した場合の動作について説明する。
【００３２】
制御部７０は図６に示すように、ＰＷＭ信号生成部７５の処理において、ＰＷＭ１（８３）を生成する第１搬送波８２とＰＷＭ２（９３）を生成する第２搬送波９２を同期させ、各搬送波８２，９２の位相差Δφがゼロとなるようにする。これにより、２つのパルス幅制御信号のデューティサイクルが同期し、同期したＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）が生成される。この場合、図６に示すように、ＰＷＭ１（８３）のローレベルＬからハイレベルＨへの立ち上がりタイミングとＰＷＭ２（９３）のローレベルＬからハイレベルＨへの立ち上がりタイミングは同期するので、ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）は同時にローレベルＬからハイレベルＨとなる。
【００３３】
図７を参照して上記のような制御を行った場合の各スイッチング素子２５，２６，４５，４６の動作と電流の流れを説明する。図７（ａ）は、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）共にハイレベルＨ（／ＰＷＭ１（８４），／ＰＷＭ２（９４）が共にローレベルＬ）の場合を示し、図７（ｂ）は、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）共にローレベルＬ（／ＰＷＭ１（８４），／ＰＷＭ２（９４）が共にハイレベルＨ）の場合を示している。図７（ａ）に示す状態の第１電圧変換器２０の動作は図５（ａ）を参照して説明した動作と同様で、第２電圧変換器４０の動作は、図５（ｂ）を参照して説明した動作と同様で、第１、第２電圧変換器２０，４０共に、Ｂ１（３３），Ｂ２（５３）によってＬ１（２９），Ｌ２（４９）に電力をチャージする。図７（ｂ）に示す状態の第１電圧変換器２０の動作は、図５（ｂ）を参照して説明した動作と同様で、第２電圧変換器４０の動作は、図５（ａ）を参照して説明した動作と同様であり、第１、第２電圧変換器２０，４０共に、Ｌ１（２９），Ｌ２（４９）にチャージした電力を高電圧ＶＨに昇圧して出力電路１３に出力する。このように、ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）とを同期させた場合には、第１、第２電圧変換器２０，４０は同時にリアクトルチャージを行い、同時に電力を出力する。このため、図４の時刻ｔ２０からｔ２６に示すように、第１電圧変換器２０の第１リアクトル電流ＩＬ１と第２電圧変換器４０の第２リアクトル電流ＩＬ２の変動が同期し、これにより、出力電路１３に出力される電流となる第１リアクトル電流ＩＬ１と第２リアクトル電流ＩＬ２との合計電流（ＩＬ１＋ＩＬ２）が大きく変化し、高電圧ＶＨも大きく変化する。
【００３４】
先に図２を参照して説明したように、制御部７０は、高電圧センサ１５によって検出した実高電圧ＶＨをフィードバックして各電圧変換器２０，４０の制御を行っている。制御部７０の出力分配演算部７２、第１、第２デューティ演算部７３，７４内部のフィードバック制御或いは、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御の各制御定数は、先に説明した実高電圧ＶＨの変化が小さい通常制御（ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）の位相が１８０°ずれている）の場合に最適な応答性を発揮するように決定されているので、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）が同期して実高電圧ＶＨが大きく変動した場合には制御が不安定で発散系となってしまう。このため、第１リアクトル電流ＩＬ１，第２リアクトル電流ＩＬ２が自励振動し、その振幅は時間の経過と共に増大していく。一方、このように第１、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２が大きく振動するとＢ１（３３），Ｂ２（５３）の出力電流も大きく振動することになるので、Ｂ１（３３），Ｂ２（５３）の温度上昇が早くなる。
【００３５】
図４の時刻ｔ７から時刻ｔ１９の間のように、２つのパルス幅変調制御信号であるＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）の位相差Δφがゼロと１８０°の中間の９０°の場合には、実高電圧ＶＨは変動するが、その変動幅は、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）が同期している場合よりも小さくなる。
【００３６】
以上、説明したように、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）の位相が１８０°ずれている場合は制御が安定し、第１、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２はスイッチング素子２５，２６，４５，４６のオン・オフ動作に起因する変動にとどまっており、各バッテリ３３，５３の温度は徐々に上昇する。一方、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）を同期させる（位相差Δφがゼロ）場合は制御が不安定となり、第１、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２は自励振動により大きく振動し、その振幅は時間と共に増大していく。このため、各バッテリ３３，５３の温度は急速に上昇する。また、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）の位相のずれが１８０°とゼロの中間（例えば９０°）の場合は、制御が不安定となり、第１、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２が振動するものの、その振幅は、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）が同期した場合ほど大きくない。このため、各バッテリ３３，５３の温度上昇は、各信号の位相が同期している場合と１８０°ずれている場合の中間となる。
【００３７】
そこで、制御部７０は、図８（ｂ）に示すように、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）の位相のずれを周期的に１８０°（非同期）→ゼロ（同期）→１８０°（非同期）と変化させる。これにより、電源システム１００の制御は、安定（位相非同期）→不安定（位相同期）→安定（位相非同期）と周期的に変化し、バッテリの温度上昇速度は、通常（非同期）→急速（同期）→通常（非同期）と変化する。位相変化の周期は、制御が不安定状態になった際に電流振動が素子の許容電流まで増大する時間で決定する。つまり、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）の位相を同期させて制御を不安定にし、電流振動を発生させて各バッテリ３３，５３を急速に昇温し、振動電流の大きさが素子の許容電流近傍まで増大したら、ＰＷＭ１（８３），ＰＷＭ２（９３）の位相を非同期にして制御を安定方向に向かわせ、制御が完全に破綻しないようにする。そして、制御が安定し、電流振動が収まったら再度制御を不安定にして電流振動を発生させてバッテリ３３，５３を急速に昇温する。第１、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の合計電流（合計電流の絶対値、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜）が大きい場合、すなわち、電源システム１００の出力電力或いは回生電力が大きい場合には、出力電力或いは回生電力が小さい場合に比べて短い時間で素子の許容電流に達してしまう。このため、本実施形態では、第１、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の合計電流（合計電流の絶対値、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜）が所定の閾値ＩＬＳ以上の場合には、位相変化の周期を第１、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の合計電流（合計電流の絶対値）が所定の閾値ＩＬＳ未満の場合よりも短くするよう制御する。
【００３８】
図８（ａ）に示すように、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の合計電流（｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜、合計電流の絶対値）が所定の閾値ＩＬＳ未満のＩＬ０の場合、制御部７０は、時刻０において、ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）の位相差Δφが１８０°として電源システム１００の制御を行っている。したがって、時刻０では、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜はＩＬ０で安定している。図８（ｂ）に示すように、制御部７０は、時刻ｔ０から時刻ｔ３２の間にＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）の位相差Δφを１８０°（ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）とが非同期）からゼロ（ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）とが同期）まで変化させる。すると、先に説明したように、電源システム１００の制御が不安定になり、図８（ａ）に示すように、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜が振動し始める。この振動は、時間の経過と共に、或いは、位相差をゼロに近づけていくに従って大きくなる。このように、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜が振動するとそれにつれて第１、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２にもＰＷＭ制御におけるスイッチング素子のオン・オフ動作による電流変動よりも大きな電流振動が発生し、これにより各バッテリ３３，５３の出力電流或いは回生電流も大きく変動する。そして、この電流変動によって各バッテリ３３，５３は急速に昇温する。
【００３９】
図８（ａ）に示すように、時刻ｔ０から次第に増加した｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜の振動は時刻ｔ３２には、その振幅がΔＬ０に達する。スイッチング素子２５，２６，４５，４６やダイオード２７，２８，４７，４８に流れる電流は、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜がＩＬ０の場合に対応する電流に振動によって発生する電流を加えたものとなり、時刻ｔ３２には各素子に流れる瞬時電流が各素子の許容電流に近くなってくる。そこで、制御部７０は、時刻ｔ３２から時刻ｔ３４に向けて、ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）の位相差Δφをゼロから１８０°に広げていく。これにより、図８（ａ）に示すように、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜の振動が低減し始める。振動は、時間の経過と共に、或いは、位相差を１８０°に向けて大きくしていくに従って小さくなる。そして、時刻ｔ３４にＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）の位相差Δφが１８０°に達すると、電源システム１００の制御は安定した状態に戻り、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜の振動は消滅し、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜はＩＬ０で一定となる。そして、制御部７０は、時刻ｔ３４から再度ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）の位相差Δφを１８０°からゼロに向って減少させ、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜の振動を次第に大きくしていく。このように、制御部７０は、ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）の位相を時刻ｔ０から時刻ｔ３４の時間Ｔ０を周期として１８０°（非同期）とゼロ（同期）の間で変化させる。これによって、周期的に制御を不安定にして電流を振動させ、その電流振動によって周期的に各バッテリ３３，５３を急速に昇温する。
【００４０】
また、制御部７０は、図８（ａ）に示すように、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の合計電流（｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜、合計電流の絶対値）が所定の閾値ＩＬＳ以上のＩＬ３の場合には、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の合計電流（｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜、合計電流の絶対値）が所定の閾値ＩＬＳ未満の場合の時間Ｔ０よりも短い時間Ｔ３（時刻ｔ０と時刻ｔ３２の間）を周期として、ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）の位相差Δφを１８０°とゼロとの間で変化させる。このように、短周期でＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）の位相差Δφを変化させた場合、図８（ａ）に示すように、制御不安定状態による振幅があまり増大しないうちに制御を安定させてしまうので、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜の振幅は、先に説明したΔＬ０よりも小さいΔＬ３となる。この場合、スイッチング素子２５，２６，４５，４６やダイオード２７，２８，４７，４８に流れる電流は、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜がＩＬ０より大きいＩＬ３の場合に対応する電流と、電流の振幅がΔＬ０よりも小さいΔＬ３の合計電流となるので、時刻ｔ３１に各素子に流れる瞬時電流は先に説明した場合と同様各素子の許容電流に近く抑えられる。ただし、この場合には、電流振動の振幅ΔＬ３が先に説明した場合の振幅ΔＬ０よりも小さいので、各バッテリ３３，５３の温度上昇は先に説明した場合ほど速くない。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の電源システム１００は、ＰＷＭ１（８３）とＰＷＭ２（９３）の位相を周期的に１８０°（非同期）とゼロ（同期）の間で変化させて周期的に制御を不安定にして電流を振動させ、その電流振動によって周期的に各バッテリ３３，５３を急速に昇温することにより、バッテリ３３，５３の昇温時間を短縮することができる。また、本実施形態では、第１、第２リアクトル電流ＩＬ１，ＩＬ２の合計電流の絶対値｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜が閾値ＩＬＳよりも小さい場合には長周期Ｔ０で２つの信号の位相を変化させ、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜が閾値ＩＬＳよりも以上の場合には短周期Ｔ３で２つの信号の位相を変化させるように制御するので、制御不安定により電流振動を発生させても、各素子に流れる瞬時電流が各素子の許容電流を超えないようにしつつ、各バッテリ３３，５３の昇温時間を短縮することができる。
【００４２】
以上説明した実施形態では、２つの信号の位相差Δφを時間に比例させて１８０°とゼロとの間で連続的に変化させるようにしたが、位相差Δφの変化のさせ方は、これに限らず、例えば、時刻ｔ０に１８０°からゼロとして時刻０から時刻ｔ３２までゼロに保ち、時刻ｔ３２にゼロから１８０°に戻して時刻ｔ３２から時刻ｔ３４までは１８０°に保つようにしてもよい。また、本実施形態では位相差Δφの変化周期は、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜が閾値ＩＬＳ未満の場合は長周期Ｔ０、閾値ＩＬＳ以上の場合には短周期Ｔ３とすることとして説明したが、これに限らず、例えば、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜が閾値ＩＬＳの場合には基準周期とし、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜が閾値ＩＬＳを超える程度に応じて（例えば、比例させて）基準周期よりも周期を短くし、逆に、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜が閾値ＩＬＳ未満の場合は、｜ＩＬ１＋ＩＬ２｜が閾値ＩＬＳを下回る程度に応じて（例えば、比例させて）基準周期よりも周期を長くするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１１  グランド電路、１２  高圧電路、１３  出力電路、１４  平滑コンデンサ、１５  高電圧センサ、１６  インバータ、１７  モータジェネレータ、１８  出力軸、１９  ディファレンシャルギヤ、２０  第１電圧変換器、２１  第１グランド電路、２２  第１高圧電路、２３  第２低圧電路、２５  第１上アームスイッチング素子、２６  下アームスイッチング素子、２７，２８，４７，４８  ダイオード、２９  第１リアクトル、３０  第１フィルタコンデンサ、３１  第１リアクトル電流センサ、３２  第１低電圧センサ、３３  第１バッテリ、３４  第１バッテリ温度センサ、４０  第２電圧変換器、４１  第２グランド電路、４２  第２高圧電路、４３  第２低圧電路、４５  第２上アームスイッチング素子、４６  第２下アームスイッチング素子、４９  第２リアクトル、５０  第２フィルタコンデンサ、５１  第２リアクトル電流センサ、５２  第２低電圧センサ、５３  第２バッテリ、５４  第２バッテリ温度センサ、６１  車軸、６２  車輪、７０  制御部、７１  差分器、７２  出力分配演算部、７３，７４  デューティ演算部、７５  ＰＷＭ信号生成部、８１，９１  直線、８２  第１搬送波、９２  第２搬送波、１００  電源システム、２００  電動車両。
【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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