(57)【要約】【課題】２つの直流電源と電力線との間で直流電圧変換を実行する電源システムにおいて、電力線に接続されたキャパシタを、エネルギ損失を抑制して速やかに放電する。【解決手段】電力変換器５０は、電力線２０および２１の間に直列に接続されたスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４と、リアクトルＬ１，Ｌ２とを有する。直流電源１０ａは、リレーＳＭＲ１を経由して、ノードＮ２および電力線２１の間に電気的に接続される。直流電源１０ｂは、リレーＳＭＲ２を経由して、ノードＮ１およびＮ３の間に電気的に接続される。電力変換器５０は、リレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２の少なくとも一方がオンされた状態において、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフ制御を伴って、電力線２０および２１の間に接続された出力キャパシタＣＨからの放電電流によって直流電源１０ａまたは１０ｂを充電する強制放電モードを有する。【選択図】図１
2016015828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷と接続された第１および第２の電力線間に直流電圧を出力するための電源システムであって、
前記第１および第２の電力線間に電気的に接続された出力キャパシタと、
第１の直流電源と、
第２の直流電源と、
前記第１の直流電源に対応する第１の開閉器と、
前記第２の直流電源に対応する第２の開閉器と、
前記第１および第２の電力線の間に順に直列接続された、第１から第４のスイッチング素子と、
前記第２および第３のスイッチング素子の接続ノードと前記第２の電力線との間に、前記第１の直流電源および前記第１の開閉器と直列に電気的に接続された第１のリアクトルと、
前記第１および第２のスイッチング素子の接続ノードと、前記第３および第４のスイッチング素子の接続ノードとの間に、前記第２の直流電源および第２の開閉器と直列に電気的に接続された第２のリアクトルとを備え、
前記第１から第４のスイッチング素子のオンオフおよび前記第１および第２の開閉器のオンオフを制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第１および第２の開閉器の少なくとも一方が閉成された状態において、複数の動作モードのうちの１つの動作モードを選択的に適用されて動作することによって前記直流電圧を制御するように構成され、
前記複数の動作モードは、
前記第１および第２の開閉器の少なくとも一方が閉成された状態において、前記第１から第４のスイッチング素子の周期的なオンオフ制御を伴って、前記出力キャパシタからの放電によって前記第１または第２の直流電源を充電する強制放電モードを有する、電源システム。
【請求項２】
前記強制放電モードは、
少なくとも前記第１の開閉器が閉成された状態において、前記第１から第４のスイッチング素子の各々がオフされた第１の期間と、前記第１および第２のスイッチング素子がオンされるとともに前記第３および第４のスイッチング素子がオフされる第２の期間とを周期的に繰り返すことによって、前記出力キャパシタの電圧を前記第１の直流電源の電圧まで低下させる第１の放電モードと、
少なくとも前記第２の開閉器が閉成された状態において、前記第１の期間と、前記第１および第４のスイッチング素子がオンされるとともに前記第２および第３のスイッチング素子がオフされる第３の期間とが交互に繰り返されることによって、前記出力キャパシタの電圧を前記第２の直流電源の電圧まで低下させる第２の放電モードとを有する、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、
前記出力キャパシタに対して並列に電気的に接続された放電抵抗をさらに備え、
前記制御装置は、
前記電源システムの停止時において、前記強制放電モードによって前記出力キャパシタの電圧を前記第１または第２の直流電源の電圧まで低下させた後、前記第１から第４のスイッチング素子をオフに維持して前記放電抵抗によって前記出力キャパシタの電荷を放電する、請求項１または２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記電源システムは、
前記第１の開閉器を経由して前記第１の直流電源と並列に接続された第１のキャパシタと、
前記第２の開閉器を経由して前記第２の直流電源と並列に接続された第２のキャパシタと、
前記第１および第２の直流電源のうちの一方の直流電源のみに対応して設けられ、前記第１および第２の開閉器のうちの対応する一方の開閉器に対して並列に接続された電流制限回路とをさらに備え、
前記電流制限回路は、直列に接続された第３の開閉器および電流制限抵抗を有し、
前記第３の開閉器のオンオフは、前記制御装置によって制御され、
前記制御装置は、
前記電源システムの起動時において、前記第１および第２の開閉器が開放された状態で前記第３の開閉器を閉成する第１の状態を形成して、前記第１および第２のキャパシタのうちの前記第３の開閉器と接続された一方のキャパシタおよび前記出力キャパシタを前記一方の直流電源の出力電圧へプリチャージするための第１のプリチャージと、
前記第１のプリチャージの完了に応じて、前記第３の開閉器を開放する一方で前記第１および第２の開閉器のうちの前記一方の開閉器を閉成する第２の状態を形成するとともに、当該第２の状態下で、前記第１および第２のキャパシタのうちの他方のキャパシタを、前記第１および第４のスイッチング素子の周期的なオンオフ制御を伴って前記第１および第２の直流電源のうちの他方の直流電源の出力電圧へプリチャージするための第２のプリチャージとを実行し、さらに、
前記第２のプリチャージの完了に応じて、前記第１および第２の開閉器のうちの他方の開閉器を閉成することによって、前記第１および第２の開閉器が閉成されるとともに前記第３の開閉器が開放され、かつ、前記出力キャパシタの電圧が前記第１および第２の直流電源の出力電圧のうちの高い方の電圧に制御された第３の状態を形成し、
前記第２のプリチャージにおいて、前記一方の直流電源の電圧を昇圧して前記出力キャパシタを充電する昇圧制御と、前記昇圧制御後に前記強制放電モード用いて前記出力キャパシタの電圧を前記高い方の電圧まで低下させるための放電制御とが実行される、請求項１または２に記載の電源システム。
【請求項５】
前記一方の直流電源の出力電圧は、前記他方の直流電源の出力電圧よりも低く、
前記制御装置は、前記第２のプリチャージにおいて、
前記昇圧制御を行った後に、前記他方のキャパシタの電圧を前記一方の直流電源の出力電圧まで上昇させるように、前記第１から第４のスイッチング素子を周期的にオンオフ制御するための第１のプリチャージモードを実行し、
前記第１のプリチャージモードの完了後、前記出力キャパシタの電圧を前記一方の直流電源の出力電圧まで低下させるために前記放電制御を実行し、
前記放電制御の完了後に、前記他方のキャパシタおよび前記出力キャパシタの電圧を、前記他方の直流電源の出力電圧まで上昇させるように、前記第１から第４のスイッチング素子を周期的にオンオフ制御するための第２のプリチャージモードを実行し、
前記第２のプリチャージモードによって前記出力キャパシタの電圧が前記他方の直流電源の出力電圧まで上昇すると、前記他方の開閉器を閉成する、請求項４記載の電源システム。
【請求項６】
前記一方の直流電源の出力電圧は、前記他方の直流電源の出力電圧よりも高く、
前記制御装置は、
前記第２のプリチャージにおいて、前記昇圧制御を行った後に、前記他方のキャパシタの電圧を前記他方の直流電源の出力電圧まで上昇させるように、前記第１から第４のスイッチング素子を周期的にオンオフ制御するための第１のプリチャージモードを実行し、
前記第１のプリチャージモードの完了後、前記他方の開閉器を閉成するとともに、前記出力キャパシタの電圧を前記一方の直流電源の出力電圧まで低下させるために前記放電制御を実行する、請求項４記載の電源システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記第１のプリチャージモードにおいて、前記他方のキャパシタを前記第１および第２のリアクトルを経由して前記一方の直流電源に対して並列に接続する第１の動作と、前記一方の直流電源および前記他方のキャパシタを直列に前記第１および第２のリアクトルを経由して前記第１および第２の電力線の間に電気的に接続する第２の動作とを周期的に繰り返すように、前記第１から第４のスイッチング素子の周期的なオンオフを制御する、請求項５または６記載の電源システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記第２のプリチャージモードにおいて、前記一方の直流電源および前記第１または第２のリアクトルによる電流循環経路を形成する第３の動作と、前記一方の直流電源および前記第１または第２のリアクトルを直列に前記第１および第２の電力線の間に電気的に接続する第４の動作とを周期的に繰り返すように、前記第１から第４のスイッチング素子の周期的なオンオフを制御する、請求項５に記載の電源システム。
【請求項９】
前記複数の動作モードは、
前記第１および第２の開閉器が閉成された状態において、前記第１から第４のスイッチング素子のオンオフ制御によって、前記第１および第２の直流電源が前記第１および第２の電力線との間で並列に直流電圧変換を実行する第１のモードと、
前記第１および第２の開閉器が閉成された状態において、前記第３のスイッチング素子をオン固定するとともに前記第１、第２および第４のスイッチング素子をオンオフ制御することによって、前記第１および前記第２の直流電源が直列接続された状態で前記第１および第２の電力線との間で直流電圧変換を実行する第２のモードと、
前記第１および第２の開閉器が閉成された状態において、前記第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、前記第１および第２の電力線に対して前記第１および第２の直流電源が直列に接続された状態を維持する第３のモードと、
前記第１および第２の開閉器の少なくとも一方が閉成された状態において、前記第１から第４のスイッチング素子のオンオフ制御によって、前記第１および第２の直流電源のうちの一方と前記第１および第２の電力線との間で直流電圧変換を実行する第４のモードと、
前記第１および第２の開閉器の少なくとも一方が閉成された状態において、前記第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、前記第１および第２の直流電源のうちの一方が前記第１および第２の電力線に電気的に接続される一方で、前記第１および第２の直流電源の他方が前記第１および第２の電力線から電気的に切り離された状態を維持する第５のモードと、
前記第１および第２の開閉器が閉成された状態において、前記第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、前記第１および第２の電力線に対して前記第１および第２の直流電源が並列に接続された状態を維持する第６のモードとを含む、請求項１〜８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、２つの直流電源とキャパシタが接続された電力線との間で直流電圧変換を実行する電源システムの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１３−１３２３４号公報（特許文献１）には、複数のスイッチング素子のスイッチングパターンを切換えることよって、２つの直流電源を直列接続した状態でＤＣ／ＤＣ変換を行なう動作モード（直列接続モード）と、２つの直流電源を並列に使用する状態でＤＣ／ＤＣ変換を行なう動作モード（並列接続モード）とを切替えることが可能な電力変換器を含む電源システムの構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直流電圧変換を実行する電源システムでは、電力変換器の出力側で負荷と接続される電力線に平滑キャパシタが接続されることが一般的である。特許文献１に記載された電源システムでは、電力変換器が昇圧機能を有するため、電力線と接続された平滑キャパシタの電圧は、各直流電源の電圧に制約されず、高電圧まで上昇できる。
【０００５】
このため、電源システムの状態によっては、上昇した平滑キャパシタの電圧を速やかに低下させることが必要になる可能性がある。一般的には、平滑キャパシタに対して並列に、電源オフ後の残留電荷放電用の放電抵抗を接続する構成が公知であるが、当該放電抵抗には常時電流が流れるので、その抵抗値はある程度高くせざるを得ない。
【０００６】
したがって、放電抵抗による電荷の放電では、平滑キャパシタの電圧を速やかに低下させることが困難である。さらに、放電抵抗を用いると、電圧低下に伴ってエネルギ損失の発生を余儀なくされる。
【０００７】
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、２つの直流電源と電力線との間で直流電圧変換を実行する電源システムにおいて、電力線に接続されたキャパシタを、エネルギ損失を抑制して速やかに放電することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による電源システムは、負荷と接続された第１および第２の電力線間に直流電圧を出力する。電源システムは、第１および第２の電力線間に電気的に接続された出力キャパシタと、第１および第２の直流電源と、第１の直流電源に対応する第１の開閉器と、第２の直流電源に対応する第２の開閉器と、第１から第４のスイッチング素子と、第１および第２のリアクトルと、第１から第４のスイッチング素子のオンオフおよび第１および第２の開閉器のオンオフを制御する制御装置とを備える。第１から第４のスイッチング素子は、第１および第２の電力線の間に順に直列接続される。第１のリアクトルは、第２および第３のスイッチング素子の接続ノードと第２の電力線との間に、第１の直流電源および第１の開閉器と直列に電気的に接続される。第２のリアクトルは、第１および第２のスイッチング素子の接続ノードと、第３および第４のスイッチング素子の接続ノードとの間に、第２の直流電源および第２の開閉器と直列に電気的に接続される。制御装置は、第１および第２の開閉器の少なくとも一方が閉成された状態において、複数の動作モードのうちの１つの動作モードを選択的に適用されて動作することによって直流電圧を制御するように構成される。複数の動作モードは、第１および第２の開閉器の少なくとも一方が閉成された状態において、第１から第４のスイッチング素子の周期的なオンオフ制御を伴って、出力キャパシタからの放電によって第１または第２の直流電源を充電する強制放電モードを有する。
【０００９】
好ましくは、強制放電モードは、第１の放電モードと、第２の放電モードとを含む。第１の放電モードでは、少なくとも第１の開閉器が閉成された状態において、第１から第４のスイッチング素子の各々がオフされた第１の期間と、第１および第２のスイッチング素子がオンされるとともに第３および第４のスイッチング素子がオフされる第２の期間とを周期的に繰り返すことによって、出力キャパシタの電圧が第１の直流電源の電圧まで低下される。第２の放電モードでは、少なくとも第２の開閉器が閉成された状態において、第１の期間と、第１および第４のスイッチング素子がオンされるとともに第２および第３のスイッチング素子がオフされる第３の期間とが交互に繰り返されることによって、出力キャパシタの電圧が第２の直流電源の電圧まで低下される。
【００１０】
さらに好ましくは、電源システムは、出力キャパシタに対して並列に電気的に接続された放電抵抗をさらに備える。制御装置は、電源システムの停止時において、強制放電モードによって出力キャパシタの電圧を第１または第２の直流電源の電圧まで低下させた後、第１から第４のスイッチング素子をオフに維持して放電抵抗によって出力キャパシタの電荷を放電する。
【００１１】
また好ましくは、電源システムは、第１および第２のキャパシタと、電流制限回路とを備える。第１のキャパシタは、第１の開閉器を経由して第１の直流電源と並列に接続される。第２のキャパシタは、第２の開閉器を経由して第２の直流電源と並列に接続される。電流制限回路は、第１および第２の直流電源のうちの一方の直流電源のみに対応して設けられ、第１および第２の開閉器のうちの対応する一方の開閉器に対して並列に接続される。電流制限回路は、直列に接続された、電流制限抵抗と、制御装置によってオンオフが制御される第３の開閉器とを含む。制御装置は、電源システムの起動時において、第１のプリチャージと、第２のプリチャージとを実行する。第１のプリチャージは、第１および第２の開閉器が開放された状態で第３の開閉器を閉成する第１の状態を形成して、第１および第２のキャパシタのうちの第３の開閉器と接続された一方のキャパシタおよび出力キャパシタが、一方の直流電源の出力電圧へプリチャージされる。第２のプリチャージは、第１のプリチャージの完了に応じて、第３の開閉器を開放する一方で第１および第２の開閉器のうちの一方の開閉器を閉成する第２の状態を形成するとともに、当該第２の状態下で、第１および第２のキャパシタのうちの他方のキャパシタを、第１および第４のスイッチング素子の周期的なオンオフ制御を伴って第１および第２の直流電源のうちの他方の直流電源の出力電圧へプリチャージする。さらに、制御装置は、第２のプリチャージの完了に応じて、第３の状態を形成する。第３の状態において、第１および第２の開閉器が閉成されるとともに第３の開閉器が開放され、かつ、出力キャパシタの電圧は、第１および第２の直流電源の出力電圧のうちの高い方の電圧に制御される。さらに、第２のプリチャージにおいて、一方の直流電源の電圧を昇圧して出力キャパシタを充電する昇圧制御と、昇圧制御後に強制放電モード用いて出力キャパシタの電圧を高い方の電圧まで低下させるための放電制御とが実行される。
【００１２】
さらに好ましくは、一方の直流電源の出力電圧が他方の直流電源の出力電圧よりも低い場合には、制御装置は、第２のプリチャージにおいて、昇圧制御を行った後に、他方のキャパシタの電圧を一方の直流電源の出力電圧まで上昇させるように、第１から第４のスイッチング素子を周期的にオンオフ制御するための第１のプリチャージモードを実行する。さらに、制御装置は、第１のプリチャージモードの完了後、出力キャパシタの電圧を一方の直流電源の出力電圧まで低下させるために放電制御を実行し、放電制御の完了後に、他方のキャパシタおよび出力キャパシタの電圧を、他方の直流電源の出力電圧まで上昇させるように、第１から第４のスイッチング素子を周期的にオンオフ制御するための第２のプリチャージモードを実行する。制御装置は、第２のプリチャージモードによって出力キャパシタの電圧が他方の直流電源の出力電圧まで上昇すると、他方の開閉器を閉成する。
【００１３】
また、さらに好ましくは、一方の直流電源の出力電圧が他方の直流電源の出力電圧よりも高い場合には、制御装置は、第２のプリチャージにおいて、昇圧制御を行った後に、他方のキャパシタの電圧を他方の直流電源の出力電圧まで上昇させるように、第１から第４のスイッチング素子を周期的にオンオフ制御するための第１のプリチャージモードを実行する。さらに、制御装置は、第１のプリチャージモードの完了後、他方の開閉器を閉成するとともに、出力キャパシタの電圧を一方の直流電源の出力電圧まで低下させるために放電制御を実行する。
【００１４】
さらに好ましくは、制御装置は、第１のプリチャージモードにおいて、他方のキャパシタを第１および第２のリアクトルを経由して一方の直流電源に対して並列に接続する第１の動作と、一方の直流電源および他方のキャパシタを直列に第１および第２のリアクトルを経由して第１および第２の電力線の間に電気的に接続する第２の動作とを周期的に繰り返すように、第１から第４のスイッチング素子の周期的なオンオフを制御する。
【００１５】
さらに好ましくは、制御装置は、第２のプリチャージモードにおいて、一方の直流電源および第１または第２のリアクトルによる電流循環経路を形成する第３の動作と、一方の直流電源および第１または第２のリアクトルを直列に第１および第２の電力線の間に電気的に接続する第４の動作とを周期的に繰り返すように、第１から第４のスイッチング素子の周期的なオンオフを制御する。
【００１６】
好ましくは、複数の動作モードは、第１から第６のモードを有する。第１のモードにおいて、電源システムは、第１および第２の開閉器が閉成された状態において、第１から第４のスイッチング素子のオンオフ制御によって、第１および第２の直流電源が第１および第２の電力線との間で並列に直流電圧変換を実行する。第２のモードにおいて、電源システムは、第１および第２の開閉器が閉成された状態において、第３のスイッチング素子をオン固定するとともに第１、第２および第４のスイッチング素子をオンオフ制御することによって、第１および第２の直流電源が直列接続された状態で第１および第２の電力線との間で直流電圧変換を実行する。第３のモードにおいて、電源システムは、第１および第２の開閉器が閉成された状態において、第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、第１および第２の電力線に対して第１および第２の直流電源が直列に接続された状態を維持する。第４のモードにおいて、電源システムは、第１および第２の開閉器の少なくとも一方が閉成された状態において、第１から第４のスイッチング素子のオンオフ制御によって、第１および第２の直流電源のうちの一方と第１および第２の電力線との間で直流電圧変換を実行する。第５のモードにおいて、電源システムは、第１および第２の開閉器の少なくとも一方が閉成された状態において、第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、第１および第２の直流電源のうちの一方が第１および第２の電力線に電気的に接続される一方で、第１および第２の直流電源の他方が第１および第２の電力線から電気的に切り離された状態を維持する。第６のモードにおいて、電源システムは、第１および第２の開閉器が閉成された状態において、第１から第４のスイッチング素子のオンオフを固定して、第１および第２の電力線に対して第１および第２の直流電源が並列に接続された状態を維持する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、２つの直流電源と電力線との間で直流電圧変換を実行する電源システムにおいて、電力線に接続されたキャパシタを、エネルギ損失を抑制して速やかに放電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に従う電源システムの構成を示す回路図である。
【図２】電源システムの負荷の構成例を説明するための概念図である。
【図３】図１に示した電力変換器が有する複数の動作モードを説明するための図表である。
【図４】図１に示した２個の直流電源を異なる種類の電源で構成した場合における両直流電源の特性の一例を示す概念図である。
【図５】強制放電モードでの電力変換器の回路動作を説明するための図表である。
【図６】強制放電モードにおけるスイッチング制御でのデューティ比を設定するためのパルス幅変調制御を説明する概念的な波形図である。
【図７】強制放電モード（ＤＨａモード）における回路動作を説明する回路図である。
【図８】強制放電モード（ＤＨｂモード）における回路動作を説明する回路図である。
【図９】実施の形態１に従う電源システムにおける出力キャパシタの残留電荷放電処理を説明するフローチャートである。
【図１０】電源システムの起動時における実施の形態２に従うプリチャージ制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図１１】第２のプリチャージ（Ｖｐ１＜Ｖｐ２）における動作波形図である。
【図１２】第２のプリチャージ（Ｖｐ１＜Ｖｐ２）における状態遷移図である。
【図１３】ＶＨ昇圧制御における回路動作を説明するための概念的な回路図である。
【図１４】第２のプリチャージにおける各プリチャージモードでの回路動作を説明するための図表である。
【図１５】第１のプリチャージモードにおける回路動作を説明するための概念的な回路図である。
【図１６】各プリチャージモードにおけるスイッチング制御でのデューティ比を設定するためのパルス幅変調制御を説明する概念的な波形図である。
【図１７】第２のプリチャージモードにおける回路動作を説明するための概念的な回路図である。
【図１８】第２のプリチャージ（Ｖｐ２＜Ｖｐ１）における動作波形図である。
【図１９】第２のプリチャージ（Ｖｐ２＜Ｖｐ１）における状態遷移図である。
【図２０】本実施の形態３に従う電源システムの構成を示す回路図である。
【図２１】実施の形態３の電源システムの起動時におけるプリチャージ制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図２２】実施の形態３に従う電源システムの第２のプリチャージ（Ｖｐ１＜Ｖｐ２）における状態遷移図である。
【図２３】本実施の形態３に従う電源システムでの第２のプリチャージにおける各プリチャージモードでの回路動作を説明するための図表である。
【図２４】本実施の形態３に従う電源システムでの第１のプリチャージモードにおける回路動作を説明するための概念的な回路図である。
【図２５】本実施の形態３に従う電源システムでの第２のプリチャージモードにおける回路動作を説明するための概念的な回路図である。
【図２６】実施の形態３に従う電源システムの第２のプリチャージ（Ｖｐ２＜Ｖｐ１）における状態遷移図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、以下では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。
【００２０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に従う電源システム５の構成を示す回路図である。
【００２１】
図１を参照して、電源システム５は、複数の直流電源１０ａおよび１０ｂと、電力変換器５０とを備える。電源システム５の負荷３０は、電力線２０および２１の間に接続される。
【００２２】
本実施の形態において、直流電源１０ａおよび１０ｂの各々は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池のような二次電池、あるいは、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等の出力特性に優れた直流電圧源要素により構成される。
【００２３】
電力変換器５０は、直流電源１０ａおよび１０ｂと、電力線２０および２１との間に接続される。電力変換器５０は、電力線２０，２１間の直流電圧（以下、出力電圧ＶＨとも称する）を電圧指令値ＶＨ＊に従って制御する。すなわち、電力線２０，２１は、直流電源１０ａおよび１０ｂに対して共通に設けられる。電力線２０および２１の間には、出力電圧ＶＨを平滑するための出力キャパシタＣＨが電気的に接続される。出力キャパシタＣＨと並列に、残留電荷放電用の放電抵抗Ｒｄが接続される。
【００２４】
負荷３０は、電力変換器５０が電力線２０，２１間に出力する出力電圧ＶＨを受けて動作する。たとえば、電圧指令値ＶＨ＊は、負荷３０の動作に適した電圧に設定される。さらに、負荷３０は、回生発電等によって、直流電源１０ａ，１０ｂの充電電力を発生可能に構成されてもよい。
【００２５】
図２は、負荷３０の構成例を示す概略図である。
図２を参照して、負荷３０は、たとえば電動車両の走行用電動機を含むように構成される。負荷３０は、インバータ３２と、モータジェネレータ３５と、動力伝達ギヤ３６と、駆動輪３７とを含む。
【００２６】
モータジェネレータ３５は、車両駆動力を発生するための走行用電動機であり、たとえば、複数相の永久磁石型同期電動機で構成される。モータジェネレータ３５の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ３６を経由して、駆動輪３７へ伝達される。駆動輪３７に伝達されたトルクにより電動車両が走行する。また、モータジェネレータ３５は、電動車両の回生制動時には、駆動輪３７の回転力によって発電する
。この発電電力は、インバータ３２によってＡＣ／ＤＣ変換される。この直流電力は、電源システム５に含まれる直流電源１０ａ，１０ｂの充電電力として用いることができる。
【００２７】
モータジェネレータの他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ３５を協調的に動作させることによって、電動車両に必要な車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて直流電源１０ａ，１０ｂを充電することも可能である。
【００２８】
このように、電動車両は、走行用電動機を搭載する車両を包括的に示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車と、エンジンを搭載しない電気自動車および燃料電池車との両方を含むものである。
【００２９】
負荷３０（モータジェネレータ３５）の動作は、電動車両の走行状態（代表的には車速）およびドライバ操作（代表的には、アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作）に応じて、必要な車両駆動力または車両制動力が得られるように制御される。すなわち、負荷３０の動作指令（たとえば、モータジェネレータ３５のトルク指令値）は、電動車両の走行制御によって設定される。当該走行制御は、制御装置４０（図１）とは別個の上位ＥＣＵによって実行されることが好ましい。
【００３０】
再び図１を参照して、キャパシタＣａは、リレーＳＭＲ１を経由して、直流電源１０ａと並列に接続される。同様に、キャパシタＣｂは、リレーＳＭＲ２を経由して、直流電源１０ｂと並列に接続される。リレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２は、電源システム５の起動時に、直流電源１０ａ，１０ｂのそれぞれを電力変換器５０に接続する。
【００３１】
直流電源１０ａのみに対して、電流制限回路１５が配置される。電流制限回路１５は、リレーＳＭＲ１に対して並列に接続される。電流制限回路１５は、直列に接続されたリレーＳＭＲ３および電流制限抵抗Ｒ３を有する。リレーＳＭＲ１がオフされた状態で、リレーＳＭＲ３のオンによって電流制限回路１５を作動させることにより、電流制限抵抗Ｒ３を経由した電流経路によって、キャパシタＣａを緩やかにプリチャージすることができる。
【００３２】
リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置４０からの制御信号（図示せず）に応答してオンオフされる。なお、電磁リレーや半導体リレー等のオンオフ制御可能な任意の開閉器を、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３として適用することができる。
【００３３】
電源システム５では、直流電源１０ａに対応して電流制限回路１５が配置される一方で、直流電源１０ｂおよびキャパシタＣｂに対しては電流制限回路が配置されていない。このように、本実施の形態に従う電源システムでは、電流制限回路１５は、全ての直流電源に対応して設けられるのではなく、一部の直流電源に対しては電流制限回路の配置が省略される。
【００３４】
電力変換器５０は、電力線２０および２１の間に直列に接続されたスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４と、リアクトルＬ１，Ｌ２とを含む。本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Ｓ１〜Ｓ４に対しては、逆並列ダイオードＤ１〜Ｄ４が配置されている。また、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４にそれぞれ応答して、オンオフを制御することが可能である。すなわち、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４がハイレベル（以下、Ｈレベル）のときにオンする一方で、ローレベル（以下、Ｌレベル）のときにオフする。
【００３５】
スイッチング素子Ｓ１は、電力線２０およびノードＮ１の間に電気的に接続され、スイッチング素子Ｓ２はノードＮ１およびＮ２の間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｓ３は、ノードＮ２およびＮ３の間に電気的に接続され、スイッチング素子Ｓ４は、ノードＮ３および電力線２１の間に電気的に接続される。すなわち、ノードＮ１は、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続モードに対応し、ノードＮ２は、スイッチング素子Ｓ２およびＳ３の接続モードに対応する。
【００３６】
リアクトルＬ２は、ノードＮ１およびノードＮ３の間に、リレーＳＭＲ２を経由して、直流電源１０ｂと直列に電気的に接続される。同様に、リアクトルＬ２は、ノードＮ２および電力線２１の間に、リレーＳＭＲ１を経由して、直流電源１０ａと直列に電気的に接続される。
【００３７】
図１から理解されるように、電力変換器５０は、直流電源１０ａおよび直流電源１０ｂの各々に対応して昇圧チョッパ回路を備えた構成となっている。すなわち、直流電源１０ａに対しては、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を上アーム素子とする一方で、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を下アーム素子とする電流双方向の第１の昇圧チョッパ回路が構成される。同様に、直流電源１０ｂに対しては、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を上アーム素子とする一方で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３を下アーム素子とする電流双方向の第２の昇圧チョッパ回路が構成される。
【００３８】
そして、第１の昇圧チョッパ回路によって、直流電源１０ａおよび電力線２０の間に形成される電力変換経路と、第２の昇圧チョッパ回路によって、直流電源１０ｂおよび電力線２０の間に形成される電力変換経路との両方に、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が含まれる。
【００３９】
制御装置４０は、たとえば、図示しないＣＰＵ（Central  Processing  Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成されて、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なうように構成される。あるいは、制御装置４０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。
【００４０】
制御装置４０は、負荷３０への出力電圧ＶＨを制御するために、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフを制御する制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４を生成する。さらに、制御装置４０は、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３のオンオフを制御する制御信号（図示せず）をさらに生成する。
【００４１】
電圧センサ４１は、キャパシタＣａの電圧Ｖｃａを検出する。電圧センサ４２は、キャパシタＣｂの電圧Ｖｃｂを検出する。電圧センサ４３は、出力キャパシタＣＨの電圧、すなわち、出力電圧ＶＨを検出する。電圧センサ４１〜４３の検出値は、制御装置４０へ与えられる。
【００４２】
なお、図１では図示を省略しているが、直流電源１０ａの電圧Ｖａおよび電流Ｉａ、直流電源１０ｂの電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂ、ならびに、出力電圧ＶＨの検出器（電圧センサ，電流センサ）が設けられている。さらに、直流電源１０ａおよび１０ｂの温度（以下、ＴａおよびＴｂと表記する）の検出器（温度センサ）についても配置することが好ましい。これらの検出器の出力は、制御装置４０へ与えられる。
【００４３】
図１の構成において、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、「第１のスイッチング素子」〜「第４のスイッチング素子」にそれぞれ対応し、リアクトルＬ１およびＬ２は、「第１のリアクトル」および「第２のリアクトル」にそれぞれ対応する。また、ＳＭＲ１，１２ｂ，１４は、「第１の開閉器」、「第２の開閉器」および「第３の開閉器」にそれぞれ対応する。
【００４４】
（システム作動時の電力変換器の動作）
電源システム５では、システム起動処理によって、キャパシタＣａ，Ｃｂを電圧Ｖａ，Ｖｂまでプリチャージした後、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンするとともにリレーＳＭＲ３をオフした状態で作動する。起動処理の詳細については、実施の形態２で詳細に説明する。
【００４５】
電力変換器５０は、直流電源１０ａ，１０ｂと電力線２０との間での直流電力変換の態様が異なる複数の動作モードを有する。
【００４６】
図３には、電力変換器５０が有する複数の動作モードが示される。
図３を参照して、動作モードは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の周期的なオンオフ制御に伴って直流電源１０ａおよび／または１０ｂの出力電圧を昇圧する「昇圧モード（Ｂ）」と、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフを固定して直流電源１０ａおよび／または１０ｂを電力線２０と電気的に接続する「直結モード（Ｄ）」とに大別される。
【００４７】
昇圧モードには、直流電源１０ａおよび１０ｂと電力線２０との間で並列なＤＣ／ＤＣ変換を行なう「パラレル昇圧モード（以下、ＰＢモード）」と、直列接続された直流電源１０ａおよび１０ｂと電力線２０との間でＤＣ／ＤＣ変換を行なう「シリーズ昇圧モード（以下、ＳＢモード）」とが含まれる。ＰＢモードは、特許文献１での「パラレル接続モード」に対応し、ＳＢモードは、特許文献１での「シリーズ接続モード」に対応する。
【００４８】
さらに、昇圧モードには、直流電源１０ａのみを用いて電力線２０との間でＤＣ／ＤＣ変換を行なう「直流電源１０ａによる単独モード（以下、ａＢモード）」と、直流電源１０ｂのみを用いて電力線２０との間でＤＣ／ＤＣ変換を行なう「直流電源１０ｂによる単独モード（以下、ｂＢモード）」とが含まれる。ａＢモードでは、直流電源１０ｂは、出力電圧ＶＨが直流電源１０ｂの電圧Ｖｂよりも高く制御されている限りにおいて、電力線２０と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。同様に、ｂＢモードでは、直流電源１０ａは、出力電圧ＶＨが直流電源１０ａの電圧Ｖａよりも高く制御されている限りにおいて、電力線２０と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。
【００４９】
昇圧モードに含まれる、ＰＢモード、ＳＢモード、ａＢモードおよびｂＢモードの各々では、電力線２０の出力電圧ＶＨは、電圧指令値ＶＨ＊に従って制御される。ＰＢモードおよびＳＢモードでのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の制御は、特許文献１の「パラレル接続モード」および「シリーズ接続モード」とそれぞれ同様である。
【００５０】
ａＢモードでは、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を共通にオンオフする下アームとし、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を共通にオンオフする上アームとして、出力電圧ＶＨを制御するためのデューティ比に従って下アームおよび上アームを交互にオンオフするように、昇圧チョッパでの回路動作が実行される。同様に、ｂＢモードでは、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３を共通にオンオフする下アームとし、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を共通にオンオフする上アームとして、出力電圧ＶＨを制御するためのデューティ比に従って下アームおよび上アームをオンオフするように、昇圧チョッパでの回路動作が実行される。
【００５１】
直結モードには、直流電源１０ａおよび１０ｂを電力線２０に対して並列に接続した状態を維持する「並列直結モード（以下、ＰＤモード）」と、直流電源１０ａおよび１０ｂを電力線２０に対して直列に接続した状態を維持する「シリーズ直結モード（以下、ＳＤモード）」とが含まれる。
【００５２】
ＰＤモードでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４をオンに固定する一方で、スイッチング素子Ｓ３がオフに固定される。これにより、出力電圧ＶＨは、直流電源１０ａ，１０ｂの電圧Ｖａ，Ｖｂ（厳密にはＶａ，Ｖｂのうちの高い方の電圧）と同等となる。Ｖａ，Ｖｂ間の電圧差は直流電源１０ａ，１０ｂに短絡電流を生じさせるので、当該電圧差が小さいときに限定して、ＰＤモードを適用することができる。
【００５３】
ＳＤモードでは、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオフに固定される一方で、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３がオンに固定される。これにより、出力電圧ＶＨは、直流電源１０ａ，１０ｂの電圧Ｖａ，Ｖｂの和に従って一意に決まる（ＶＨ＝Ｖａ＋Ｖｂ）。
【００５４】
さらに、直結モードには、直流電源１０ａのみを電力線２０と電気的に接続する「直流電源１０ａの直結モード（以下、ａＤモード）」と、直流電源１０ｂのみを電力線２０と電気的に接続する「直流電源１０ｂの直結モード（以下、ｂＤモード）」とが含まれる。
【００５５】
ａＤモードでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がオンに固定される一方で、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４がオフに固定される。これにより、直流電源１０ｂは電力線２０から切り離された状態となり、出力電圧ＶＨは、直流電源１０ａの電圧Ｖａと同等となる（ＶＨ＝Ｖａ）。ａＤモードでは、直流電源１０ｂは、電力線２０と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。なお、Ｖｂ＞Ｖａの状態でａＤモードを適用すると、スイッチング素子Ｓ２を介して直流電源１０ｂから１０ａに短絡電流が生じる。このため、ａＤモードの適用には、Ｖａ＞Ｖｂが必要条件となる。
【００５６】
同様に、ｂＤモードでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオンに固定される一方で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフに固定される。これにより、直流電源１０ａは電力線２０から切り離された状態となり、出力電圧ＶＨは、直流電源１０ｂの電圧Ｖｂと同等となる（ＶＨ＝Ｖｂ）。ｂＤモードでは、直流電源１０ａは、電力線２０と電気的に切り離された状態を維持されて不使用とされる。なお、Ｖａ＞Ｖｂの状態でｂＤモードを適用すると、ダイオードＤ２を介して直流電源１０ａから１０ｂに短絡電流が生じる。このため、ｂＤモードの適用には、Ｖｂ＞Ｖａが必要条件となる。
【００５７】
直結モードに含まれる、ＰＤモード、ＳＤモード、ａＤモードおよびｂＤモードの各々では、電力線２０の出力電圧ＶＨは、直流電源１０ａ，１０ｂの電圧Ｖａ，Ｖｂに依存して決まるため、直接制御することができなくなる。このため、直結モードに含まれる各モードでは、出力電圧ＶＨが負荷３０の動作に適した電圧に設定できなくなることにより、負荷３０での電力損失が増加する可能性がある。
【００５８】
一方で、直結モードでは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がオンオフされないため、電力変換器５０の電力損失が大幅に抑制される。したがって、負荷３０の動作状態によっては、直結モードの適用によって、負荷３０の電力損失増加量よりも電力変換器５０での電力損失減少量が多くなることにより、電源システム５全体での電力損失が抑制できる可能性がある。
【００５９】
図３において、ＰＢモードは「第１のモード」に対応し、ＳＢモードは「第２のモード」に対応し、ＳＤモードは「第３のモード」に対応する。さらに、ａＢモードおよびｂＢモードは「第４のモード」に対応し、ａＤモードおよびｂＤモードは「第５のモード」に対応し、ＰＤモードは「第６のモード」に対応する。
【００６０】
図４は、直流電源１０ａ，１０ｂを異なる種類の電源で構成した場合における両直流電源の特性の一例を示す概念図である。図４には、横軸にエネルギ、縦軸に電力をプロットした、いわゆるラゴンプロットが示される。一般的に、直流電源の出力パワーおよび蓄積エネルギはトレードオフの関係にあるため、高容量型のバッテリでは高出力を得ることが難しく、高出力型のバッテリでは蓄積エネルギを高めることが難しい。
【００６１】
したがって、直流電源１０ａ，１０ｂは、一方が、蓄積エネルギが高い、いわゆる高容量型の電源で構成されるのに対して、他方が、出力パワーが高い、いわゆる高出力型の電源で構成されることが好ましい。このようにすると、高容量型の電源に蓄積されたエネル
ギを平準的に長期間使用する一方で、高出力型の電源をバッファとして使用して、高容量型の電源による不足分を出力することができる。
【００６２】
図４の例では、直流電源１０ａが高容量型の電源で構成される一方で、直流電源１０ｂは高出力型の電源で構成される。したがって、直流電源１０ａの動作領域１１０は、直流電源１０ｂの動作領域１２０と比較して、出力可能な電力範囲が狭い。一方で、動作領域１２０は、動作領域１１０と比較して、蓄積可能なエネルギ範囲が狭い。
【００６３】
負荷３０の動作点１０１では、高パワーが短時間要求される。たとえば、電動車両では、動作点１０１は、ユーザのアクセル操作による急加速時に対応する。これに対して、負荷３０の動作点１０２では、比較的低パワーが長時間要求される。たとえば、電動車両では、動作点１０２は、継続的な高速定常走行に対応する。
【００６４】
動作点１０１に対しては、主に、高出力型の直流電源１０ｂからの出力によって対応することができる。一方で、動作点１０２に対しては、主に、高容量型の直流電源１０ａからの出力によって対応することができる。これにより、電動車両では、高容量型のバッテリに蓄積されたエネルギを長時間に亘って使用することによって、電気エネルギによる走行距離を延ばすことができるとともに、ユーザのアクセル操作に対応した加速性能を速やかに確保することができる。
【００６５】
このように、種類および容量の異なる直流電源を組み合わせることにより、各直流電源の特性を活かして、システム全体で有効に蓄積エネルギを使用することができる。以下、本実施の形態では、直流電源１０ａが二次電池で構成され、直流電源１０ｂがキャパシタによって構成される例を説明する。ただし、直流電源１０ａ，１０ｂの組み合わせはこの例に限定されるものではなく、同種および／または同容量の直流電源（蓄電装置）によって構成することも可能である。
【００６６】
また、直流電源がバッテリによって構成される場合には、低温時に出力特性が低下する可能性や、高温時に劣化進行を抑制するために充放電が制限される可能性がある。特に、電動車両では、搭載位置の差異によって、直流電源１０ａ，１０ｂの間に温度差が発生するケースも生じる。したがって、電源システム５では、直流電源１０ａ，１０ｂの動作状態（たとえば、ＳＯＣ，温度）に応じて、あるいは、負荷３０からの要求パワーに応じて、いずれか一方の直流電源のみを使用した方が、効率的であるケースが存在する。上述したような、直流電源１０ａ，１０ｂの一方のみを使用するモード（ａＢモード，ｂＢモード，ａＤモード，ｂＤモード）を設けることによって、これらのケースに対応することができる。
【００６７】
このように、本実施の形態１に従う電源システム５では、直流電源１０ａ，１０ｂおよび／または負荷３０の動作状態に応じて、電源システム５全体での効率が最適化されるように、図３に示した複数の動作モードの選択しながら動作することができる。
【００６８】
（強制放電モード）
本実施の形態１に従う電源システムでは、図３に示した動作モードに加えて、出力キャパシタＣＨの電圧を低下させるための強制放電モードが設けられる。
【００６９】
図５は、強制放電モードにおける電力変換器５０の回路動作を説明するための図表である。
【００７０】
図５を参照して、強制放電モードは、直流電源１０ａを放電先とする強制放電モード（以下、ＤＨａモード）と、直流電源１０ｂを放電先とする強制放電モード（以下、ＤＨｂモード）とを含む。
【００７１】
ＤＨａモードおよびＤＨｂモードでは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が全てオフされる期間と、制御パルス信号／ＳＤｄに従ってスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の一部がオンされる期間とが周期的に繰り返される。
【００７２】
図６には、強制放電モードにおけるスイッチング制御でのデューティ比を設定するためのパルス幅変調制御を説明する概念的な波形図が示される。
【００７３】
図６を参照して、デューティ比Ｄｄと所定周期の搬送波ＣＷとの電圧比較に基づいて、制御パルス信号ＳＤｄおよびその反転信号／ＳＤｄが生成される。搬送波ＣＷの電圧がデューティ比Ｄｄよりも大きい期間では、制御パルス信号ＳＤｄは、論理ローレベル（以下、Ｌレベルとも称する）に設定され、制御パルス信号／ＳＤｄは、論理ハイレベル（以下
、単にＨレベルとも称する）に設定される。
【００７４】
再び図５を参照して、ＤＨａモードでは、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４がオフに固定されるとともに、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のオンオフは、デューティ比Ｄｄに基づく制御パルス信号／ＳＤｄに従って制御される。これより、ＤＨａモードでは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が全てオフされる期間（／ＳＤｄのＬレベル期間）と、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がオンされるとともにスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４がオフされる期間（／ＳＤｄのＨレベル期間）とが周期的に繰り返される。
【００７５】
ＤＨａモードは「第１の放電モード」に対応し、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が全てオフされる期間は「第１の期間」に対応し、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がオンされるとともにスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４がオフされる期間は「第２の期間」に対応する。
【００７６】
図７には、ＤＨａモードにおける回路動作が示される。
図７（ａ）を参照して、制御パルス信号／ＳＤｄのＨレベル期間では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４がオフされる。これにより、出力キャパシタＣＨからの放電電流によって直流電源１０ａを充電するように、リアクトルＬ１を含む電流経路４１０が形成される。この際に、放電電流の増加量は、リアクトルＬ１およびスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のオン期間の長さによって制限されるので、過大な電流は生じない。図７（ａ）の回路動作を継続すると、最終的にはＶＨ＝Ｖａ（＝Ｖｃａ）となる。
【００７７】
図７（ｂ）を参照して、制御パルス信号／ＳＤａのＬレベル期間では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がオフされる。当該期間では、ダイオードＤ３，Ｄ４によって、リアクトルＬ１および直流電源１０ａを含む電流経路４１１が形成される。
【００７８】
再び図５を参照して、強制放電モード（ＤＨａモード）では、図７（ａ）および（ｂ）の期間の比率を決めるデューティ比Ｄｄは、下記（１）式に従って、０≦Ｄｄ＜Ｄｍａｘ（Ｄｍａｘ＜１）の範囲内で設定される。
【００７９】
Ｄｄ＝（（Ｖａ＋ｐ）−Ｖａ）／（Ｖａ＋ｐ）＝ｐ／（Ｖａ＋ｐ）          …（１）
式（１）中において、ｐは放電速度を調整するためのパラメータである。パラメータｐが小さいほど、デューティ比Ｄｄが小さくなって図７（ａ）の期間の比率が増加するため、放電速度が上昇する。
【００８０】
再び図５を参照して、ＤＨｂモードでは、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフに固定されるとともに、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のオンオフは、制御パルス信号／ＳＤｄに従って制御される。これより、ＤＨｂモードでは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が全てオフされる期間（／ＳＤａのＬレベル期間）と、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオンされるとともにスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフされる期間（／ＳＤａのＨレベル期間）とが周期的に繰り返される。
【００８１】
ＤＨｂモードは「第２の放電モード」に対応し、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が全てオフされる期間は「第１の期間」に対応し、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオンされるとともにスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフされる期間は「第３の期間」に対応する。
【００８２】
図８には、ＤＨｂモードにおける回路動作が示される。
図８（ａ）を参照して、制御パルス信号／ＳＤｄのＨレベル期間では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフされる。これにより、出力キャパシタＣＨからの放電電流によって直流電源１０ｂを充電するように、リアクトルＬ２を含む電流経路４２０が形成される。この際に、放電電流の増加量は、リアクトルＬ２およびスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のオン期間の長さによって制限されるので、過大な電流は生じない。図８（ａ）の回路動作を継続すると、最終的にはＶＨ＝Ｖｂ（＝Ｖｃｂ）となる。
【００８３】
図８（ｂ）を参照して、制御パルス信号／ＳＤｄのＬレベル期間では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がオフされる。当該期間では、ダイオードＤ２，Ｄ３によって、リアクトルＬ２および直流電源１０ｂを含む電流経路４２１が形成される。
【００８４】
再び図５を参照して、強制放電モード（ＤＨｂモード）では、図８（ａ）および（ｂ）の期間の比率を決めるデューティ比Ｄｄは、下記（２）式に従って、０≦Ｄｄ＜Ｄｍａｘ（Ｄｍａｘ＜１）の範囲内で設定される。
【００８５】
Ｄｄ＝（（Ｖｂ＋ｐ）−Ｖｂ）／（Ｖｂ＋ｐ）＝ｐ／（Ｖｂ＋ｐ）          …（２）
式（１）と同様に、パラメータαが小さいほど、デューティ比Ｄｄが小さくなって図８（ａ）の期間の比率が増加するため、放電速度が上昇する。
【００８６】
このように、ＤＨａモードおよびＤＨｂモードでは、パラメータｐによって調整された放電速度によって、ＶＨ＝Ｖａ（ＤＨａモード）またはＶＨ＝Ｖｂ（ＤＨｂモード）の状態まで、出力キャパシタＣＨを放電することができる。
【００８７】
強制放電モードは、たとえば、電源システム５の停止時における出力キャパシタＣＨの残留電荷放電に用いることができる。
【００８８】
図９は、実施の形態１に従う電源システム５における出力キャパシタの残留電荷放電処理を説明するフローチャートである。図９に示された制御処理は、電源システム５の作動中に実行される。上述のように、電源システム５の作動時には、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンされるとともにリレーＳＭＲ３がオフされた状態である。
【００８９】
図９を参照して、制御装置４０は、ステップＳ１００により、電源システム５の停止指令を検知すると（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ１１０〜Ｓ１４０によって、出力キャパシタＣＨの残留電荷を放電する。電源システム５の停止指令の非発生時（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、以降の処理は起動されない。
【００９０】
制御装置４０は、ステップＳ１１０により、出力電圧ＶＨを直流電源１０ａ，１０ｂの電圧Ｖａ，Ｖｂと比較する。そして、制御装置４０は、ＶＨ＞ＶａまたはＶＨ＞Ｖｂの期間中（Ｓ１１０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１２０により、出力キャパシタＣＨの強制放電を実行する。すなわち、ＤＨａモードまたはＤＨｂモードが選択されて、出力キャパシタＣＨの放電電力によって、直流電源１０ａまたは１０ｂが充電される。
【００９１】
なお、ステップＳ１１０によるＤＨａモードおよびＤＨｂモードの選択、すなわち、充電先の選択は、直流電源１０ａ，１０ｂの特性に従って予め固定されてもよく、その時点での直流電源１０ａ，１０ｂの状態（ＳＯＣ，温度等）に基づいて、都度変更されてもよい。
【００９２】
制御装置４０は、出力電圧ＶＨが電圧Ｖａ，Ｖｂまで低下すると（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）、ステップＳ１３０に処理を進めて、電力変換器５０を停止する。すなわち、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がオフ状態に固定される。
【００９３】
さらに、制御装置４０は、ステップＳ１４０により、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオフする。したがって、以降では、出力キャパシタＣＨの残留電荷は、放電抵抗Ｒｄ（図１）によって放電される。なお、キャパシタＣａ，Ｃｂの残留電荷についても、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２のオフ後において、図示しない放電抵抗によって放電される。
【００９４】
このように、本実施の形態１に従う電源システムによれば、強制放電モード（ＤＨａ／ＤＨｂモード）の適用により、電力変換器５０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のスイッチング制御によって、出力電圧ＶＨが電圧Ｖａ，Ｖｂへ低下するまで、出力キャパシタＣＨを放電することができる。
【００９５】
これにより、電源システム５の作動時に常時電流が流れる放電抵抗Ｒｄの抵抗値を比較的大きくしても、強制放電モードにより、出力キャパシタＣＨを速やかに放電できる。また、強制放電モードでは、出力キャパシタＣＨの残留電荷によって、直流電源１０ａ，１０ｂを充電するので、エネルギ損失を抑制することができる。
【００９６】
［実施の形態２］
実施の形態２では、強制放電モードの適用を含む電源システム５の起動処理を説明する。電源システム５の回路構成および作動時の回路動作は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００９７】
再び図１を参照して、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３がオフされた停止状態からの電源システム５の起動時には、キャパシタＣａ，Ｃｂおよび出力キャパシタＣＨの電圧はいずれも０である。したがって、システム起動処理においては、過大電流を生じさせることなく、各キャパシタＣａ，Ｃｂ，ＣＨのプリチャージを完了することが必要である。
【００９８】
本実施の形態に従う電源システムでは、一方の直流電源（図１の例では、直流電源１０ａ）のみに電流制限回路１５が配置されている。図１に示された電源システム５では、電流制限回路１５が設けられた直流電源１０ａが「一方の直流電源」に対応し、電流制限回路１５が設けられていない直流電源１０ｂが「他方の直流電源」に対応する。また、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２のうち、直流電源１０ａに対応するリレーＳＭＲ１が「一方の開閉器」に対応する一方で、リレーＳＭＲ２が「他方の開閉器」に対応する。
【００９９】
実施の形態に従う電源システムの起動処理では、電流制限回路１５を経由したプリチャージ（以下、「第１のプリチャージ」とも称する）と、電流制限回路１５を経由しないプリチャージ（以下、「第２のプリチャージ」とも称する）とが、以下のように実行される。図１に示された電源システム５では、キャパシタＣａのプリチャージ（以下、単にＣａプリチャージとも称する）が「第１のプリチャージ」に対応し、キャパシタＣｂのプリチャージ（以下、単にＣｂプリチャージとも称する）が「第２のプリチャージ」に対応する。
【０１００】
図１０は、電源システムの起動時における実施の形態２に従うプリチャージ制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。プリチャージ制御は、制御装置４０が、以下に説明する処理手順に従って、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３およびスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフを制御することによって実現される。
【０１０１】
図１０を参照して、電源システム５の起動時に、制御装置４０は、まずステップＳ２００により、電流制限回路１５によって、Ｃａプリチャージを実行する。ステップＳ２００によるＣａプリチャージでは、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオフされる一方で、リレーＳＭＲ３がオンされる。これにより、「第１の状態」が形成されて、キャパシタＣａは、直流電源１０ａにより充電される。
【０１０２】
キャパシタＣａの電圧Ｖｃａが直流電源１０ａの電圧Ｖａまで上昇すると、Ｃａプリチャージは完了する。第１のプリチャージによるプリチャージ電圧Ｖｐ１は、電流制限回路１５が設けられた直流電源１０ａの電圧Ｖａである。第１のプリチャージでは、電流制限抵抗Ｒ３によって、プリチャージ時の突入電流が抑制される。
【０１０３】
なお、Ｃａプリチャージ時には、出力キャパシタＣＨも、ダイオードＤ１，Ｄ２によって形成される電流経路により、直流電源１０ａによって充電される。すなわち、Ｃａプリチャージでは、電流制限回路１５からの電流によって、キャパシタＣａおよび出力キャパシタＣＨが並列に充電される。したがって、Ｃａプリチャージの完了時点において、ＶＨ＝Ｖｃａ＝Ｖａである。
【０１０４】
制御装置４０は、Ｃａプリチャージ（Ｓ２００）が完了すると、ステップＳ３００により、リレーＳＭＲ３をオフするとともに、リレーＳＭＲ１をオンする。これにより、プリチャージ後のキャパシタＣａと直流電源１０ａとは、電流制限抵抗Ｒ３を経由せずに電気的に接続される。すなわち、リレーＳＭＲ３をオフする一方でリレーＳＭＲ１がオンされた「第２の状態」が形成される。
【０１０５】
制御装置４０は、さらに、ステップＳ４００により、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の周期的なオンオフ制御（スイッチング制御）を伴って、キャパシタＣｂのプリチャージ（以下、Ｃｂプリチャージとも称する）を実行する。キャパシタＣｂに対しては電流制限回路が配置されていないため、Ｃｂプリチャージは、電流制限回路を経由しない第２のプリチャージによって、電圧Ｖｂまで充電される。第２のプリチャージ（Ｃｂプリチャージ）の詳細は、後程詳細に説明する。
【０１０６】
制御装置４０は、キャパシタＣｂの電圧Ｖｃｂが直流電源１０ｂの電圧Ｖｂまで上昇すると、Ｃｂプリチャージ（Ｓ４００）を完了して、ステップＳ５００に処理を進める。制御装置４０は、ステップＳ５００では、リレーＳＭＲ２をオンする。これにより、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンされる一方でリレーＳＭＲ３がオフされ、かつ、出力電圧ＶＨが電圧Ｖａ，Ｖｂのうちの高い方の電圧ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）と同等である「第３の状態」が形成される。
【０１０７】
これにより、プリチャージ後のキャパシタＣａおよびＣｂの両方が、直流電源１０ａおよび１０ｂとそれぞれ並列に接続された状態となって、起動処理が終了する。この結果、電源システム５が、図３に示された動作モードに従った回路動作を開始するための準備が整う。特に、ＶＨ＝ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）の状態から動作を開始することにより、いずれの動作モードが選択されても、電圧ＶＨおよび電圧Ｖａ，Ｖｂの電圧差によって、突入電流が発生することを防止できる。
【０１０８】
次に、強制放電モードが適用されるＣｂプリチャージ（第２のプリチャージ）の詳細を説明する。以下では、第１のプリチャージにおけるプリチャージ電圧Ｖｐ１が、第２のプリチャージにおけるプリチャージ電圧Ｖｐ２よりも低い、すなわち、Ｖｐ１＜Ｖｐ２のときの動作について説明する。上述のように、プリチャージ電圧Ｖｐ１は、電流制限回路１５が設けられた直流電源（１０ａ）の電圧（Ｖａ）であり、プリチャージ電圧Ｖｐ２は、電流制限回路１５が設けられていない直流電源（１０ｂ）の電圧（Ｖｂ）である。
【０１０９】
（Ｖｐ１＜Ｖｐ２のときのＣｂプリチャージ）
図１１には、電源システム５でのＣｂプリチャージ（第２のプリチャージ）における動作波形図の例が示され、図１２には、電源システム５でのＣｂプリチャージ（第２のプリチャージ）における状態遷移図が示される。
【０１１０】
図１１を参照して、時刻ｔ１において、電流制限回路１５を経由したＣａプリチャージ（第１のプリチャージ）が終了される。したがって、時刻ｔ１において、ＶＨ＝Ｖａである。図示しないが、Ｖｃａ＝Ｖａである。また、第２プリチャージの開始時において、プリチャージ対象のキャパシタＣａでは、Ｖｃａ＝０である。
【０１１１】
図１２に示されるように、Ｃａプリチャージの完了に応じてＣｂプリチャージ（第２のプリチャージ）が開始されると、まず、ＶＨ昇圧制御が実行される。
【０１１２】
図１３には、ＶＨ昇圧制御における回路動作を説明するための概念的な回路図が示される。
【０１１３】
図１３を参照して、第２のプリチャージにおけるＶＨ昇圧制御は、リレーＳＭＲ２がオフ状態であり、キャパシタＣｂが直流電源１０ｂから電気的に切り離された状態において、図１３（ａ）の回路状態と、図１３（ｂ）の回路状態とを周期的に繰り返すことによって、直流電源１０ａの電圧を昇圧して、出力電圧ＶＨを上昇させる。
【０１１４】
図１３（ａ）の状態では、スイッチング素子Ｓ２〜Ｓ４をオンするとともに、スイッチング素子Ｓ１がオフされる。これにより、キャパシタＣｂの端子間を短絡した上で、リアクトルＬ１にエネルギを蓄積するための電流経路５００が形成される。すなわち、昇圧チョッパの下アームをオンした状態が形成される。
【０１１５】
図１３（ｂ）の状態では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３をオンするとともに、スイッチング素子Ｓ４がオフされる。これにより、キャパシタＣｂの端子間を短絡した上で、リアクトルＬ１の蓄積エネルギを直流電源１０ａのエネルギとともに電力線２０へ出力するための電流経路５０１が形成される。すなわち、昇圧チョッパの上アームをオンした状態が形成される。
【０１１６】
このように、第２のプリチャージのＶＨ昇圧制御では、キャパシタＣｂの端子間を短絡した上で、昇圧チョッパの下アームオン期間（図１３（ａ））と上アームオン期間（図１３（ｂ））とを交互に設けることにより、出力電圧ＶＨを電圧Ｖａよりも高電圧の領域まで上昇することができる。なお、図１３（ａ），（ｂ）を通じて、キャパシタＣｂの端子間を短絡した状態を維持することにより、直流電源１０ｂと切り離された状態のキャパシタＣｂの端子間電圧が過上昇することを確実に防止できる。
【０１１７】
再び図１２を参照して、出力電圧ＶＨが所定電圧Ｖｔよりも高くなるとＶＨ昇圧制御が終了されて、プリチャージモードＰ１が開始される。プリチャージモードＰ１では、電圧Ｖｃｂが電圧Ｖａ，Ｖｂのうちの低い方の電圧ｍｉｎ（Ｖａ，Ｖｂ）に達するまで、キャパシタＣｂが充電される。ここでは、ｍｉｎ（Ｖａ，Ｖｂ）＝Ｖａである。電圧Ｖｃｂがｍｉｎ（Ｖａ，Ｖｂ）−α（α：所定値）よりも高くなると、プリチャージモードＰ１が終了される。
【０１１８】
図１４は、ＣｂプリチャージにおけるプリチャージモードＰ１およびＰ２での回路動作を説明するための図表である。
【０１１９】
図１４を参照して、プリチャージモードＰ１，Ｐ２の各々では、デューティ比Ｄｐに従う制御パルス信号ＳＤｐに従って、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフが制御される。特に、プリチャージモードＰ１では、制御パルス信号ＳＤｐ，／ＳＤｐに従って、スイッチング素子Ｓ１およびＳ３のペアと、スイッチング素子Ｓ２およびＳ４のペアとが、交互にオンオフされる。プリチャージモードＰ１およびＰ２は、「第１のプリチャージモード」および「第２のプリチャージモード」にそれぞれ対応する。
【０１２０】
図１５は、プリチャージモードＰ１における回路動作を説明するための概念的な回路図である。
【０１２１】
図１５（ａ）を参照して、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３がオフされる期間では、キャパシタＣｂが、リアクトルＬ１，Ｌ２を経由して直流電源１０ａに対して並列に接続されて、電流経路５１０が形成される。電流経路５１０により、リアクトルＬ１，Ｌ２にエネルギを蓄積しながら、キャパシタＣｂは、直流電源１０ａによって充電される。電流経路５１０による電流増加量は、リアクトルＬ１およびＬ２、ならびに、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のオン期間の長さによって制限されるので、過大な電流は生じない。図１５（ａ）の回路動作を継続すると、最終的にはＶｃｂ＝Ｖａとなる。
【０１２２】
図１５（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３がオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオフされる期間では、直流電源１０ａおよびキャパシタＣｂは、リアクトルＬ１，Ｌ２を経由して、電力線２０および２１の間に直列に接続される。これにより、リアクトルＬ１，Ｌ２の蓄積エネルギと直流電源１０ａのエネルギとによってキャパシタＣｂおよび出力キャパシタＣＨを充電する、電流経路５１１が形成される。なお、電流経路５１１の電流増加量についても、リアクトルＬ１およびＬ２、ならびに、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３のオン期間の長さによって制限される。
【０１２３】
再び図１４を参照して、プリチャージモードＰ１では、図１５（ａ）および（ｂ）の期間の比率を決めるデューティ比Ｄｐは、下記（３）式に従って、０≦Ｄｐ＜Ｄｍａｘ（Ｄｍａｘ＜１）の範囲内で設定される。
【０１２４】
Ｄｐ＝（ＶＨ−Ｖｃｂ）／ＶＨ            …（３）
図１６には、各プリチャージモードにおけるスイッチング制御でのデューティ比を設定するためのパルス幅変調制御を説明する概念的な波形図が示される。
【０１２５】
図１６を参照して、図６と同様に、デューティ比Ｄｐと所定周期の搬送波ＣＷとの電圧比較に基づいて、制御パルス信号ＳＤｐおよびその反転信号／ＳＤｐが生成される。
【０１２６】
再び図１１を参照して、Ｃａプリチャージの完了に応じて、時刻ｔ１から開始されたＶＨ昇圧制御は、出力電圧ＶＨがＶｔに達すると終了される。そして、ＶＨ昇圧制御の終了後、時刻ｔ２から、プリチャージモードＰ１が開始される。
【０１２７】
プリチャージモードＰ１の開始時（時刻ｔ２）には、ＶＨ＝Ｖｔ（Ｖｔ＞Ｖａ）である一方でＶｃｂ＝０である。したがって、デューティ比Ｄｐの初期値はＤｍａｘとなる。Ｄｍａｘ＜１のため、ごく短時間、図１５（ａ）の回路動作が実行されることにより、Ｖｃｂが上昇する。以降では、ＶＨおよびＶｃｂの上昇に伴ってデューティ比Ｄｐが低下することにより、図１５（ａ）の回路動作の期間の比率が上昇する。
【０１２８】
そして、電圧Ｖｃｂが、Ｖａ−α（α：所定値）よりも高くなると、プリチャージモードＰ１が終了される。すなわち、キャパシタＣｂが、Ｖｃｂ＝Ｖａまで充電されると、時刻ｔ３において、プリチャージモードＰ１が終了されて、スイッチング動作は停止される。プリチャージモードＰ１では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が同時にオンされないため、出力キャパシタＣＨおよびＣｂの間に突入電流が流れることを防止できる。したがって、電圧Ｖｃｂが低い間には、プリチャージモードＰ１が適用される。
【０１２９】
キャパシタＣｂは、リレーＳＭＲ２をオンする前に、直流電源１０ｂの電圧Ｖｂ（Ｖｂ＞Ｖａ）までプリチャージする必要がある。したがって、プリチャージモードＰ１が終了すると、キャパシタＣｂをさらに充電するためのプリチャージモードＰ２を適用する。
【０１３０】
再び、図１４を参照して、プリチャージモードＰ２では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４はオンに固定される一方で、制御パルス信号ＳＤｐ，／ＳＤｐに従って、スイッチング素子Ｓ２とＳ３とが交互にオンオフされる。
【０１３１】
図１７は、プリチャージモードＰ２における回路動作を説明するための概念的な回路図である。図１７（ａ）には、制御パルス信号ＳＤｐのＨレベル期間における回路動作が示される一方で、図１７（ｂ）には、制御パルス信号／ＳＤｐのＨレベル期間における回路動作が示される。
【０１３２】
図１７（ａ），（ｂ）を通じて、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオンに維持されるので、プリチャージモードＰ２中には、キャパシタＣｂおよび出力キャパシタＣＨは、並列に接続された状態を維持する。
【０１３３】
一方で、図１７（ａ）に示された、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のオンによって電流経路５２０が形成される期間と、図１７（ｂ）に示された、スイッチング素子Ｓ３がオフされることによって電流経路５２１，５２２が形成される期間とが繰り返される。これにより、いわゆる昇圧チョッパの回路動作によって、出力電圧ＶＨが、直流電源１０ａの電圧Ｖａよりも昇圧される。すなわち、プリチャージモードＰ２では、並列接続されたキャパシタＣｂおよび出力キャパシタＣＨを、直流電源１０ａの電圧Ｖａよりも高い電圧にプリチャージすることができる。
【０１３４】
再び図１４を参照して、プリチャージモードＰ２では、図１７（ａ）および（ｂ）の期間の比率を決めるデューティ比Ｄｐは、下記（４）式に従って、０≦Ｄｐ＜Ｄｍａｘ（Ｄｍａｘ＜１）の範囲内で設定される。
【０１３５】
Ｄｐ＝（Ｖｂ−Ｖｃｂ）／Ｖｂ            …（４）
したがって、デューティ比Ｄｐに基づくパルス幅変調制御（図１６）によって、ＶＨ＊＝Ｖｂを電圧指令値として出力電圧ＶＨを制御するように、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフは制御される。そして、最終的には、ＶＨ＝Ｖｂとなった状態で、スイッチング動作が停止される。この結果、出力キャパシタＣＨと並列に接続されるキャパシタＣｂについても、Ｖｃｂ＝Ｖｂとなるまで、プリチャージすることが可能となる。
【０１３６】
再び図１１を参照して、時刻ｔ３（プリチャージモードＰ１終了時）では、出力電圧ＶＨと電圧Ｖｃｂとの電圧差が大きい。したがって、この状態から、出力キャパシタＣＨおよびキャパシタＣｂが並列に接続されるプリチャージモードＰ２を開始すると、当該電圧差に起因した突入電流が発生することが懸念される。
【０１３７】
したがって、実施の形態２に従うプリチャージ制御では、プリチャージモードＰ１の終了後、実施の形態１で説明した強制放電モードを適用したＶＨ放電制御によって、出力電圧ＶＨを電圧Ｖａまで低下させる。具体的には、実施の形態１で説明したＤＨａモードを適用することにより、出力電圧ＶＨが電圧Ｖａへ低下するまで、出力キャパシタＣＨを放電する。
【０１３８】
時刻ｔ４において、出力電圧ＶＨ＝Ｖａとなった状態で、ＶＨ放電制御は終了されて、プリチャージモードＰ２が開始される。プリチャージモードＰ２では、直流電源１０ａの電圧Ｖａを昇圧して、並列接続されたキャパシタＣｂおよび出力キャパシタＣＨが充電される。時刻ｔ５において、ＶＨ＝Ｖｃｂ＝Ｖｂとなると、プリチャージモードＰ２が終了されて、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４はオフされる。時刻ｔ６では、キャパシタＣｂがＶｂまでプリチャージされたため、リレーＳＭＲ２がオンされる。
【０１３９】
再び図１２を参照して、プリチャージモードＰ１が終了されると、ＶＨ放電制御（ＤＨａモード）が開始される。ＶＨ放電制御は、ＶＨ＜Ｖａ＋β（β：所定値）が成立して、出力電圧ＶＨが電圧Ｖａと同等となると終了される。
【０１４０】
ＶＨ放電制御が終了すると、プリチャージモードＰ２が開始される。プリチャージモードＰ２は、Ｖｂ−γ１＜Ｖｃｂ＜Ｖｂ＋γ２（γ１，γ２：所定値）が成立するまで継続される。キャパシタＣｂがＶｃｂ＝Ｖｂまで充電されると、プリチャージモードＰ２は終了されて、Ｃｂプリチャージが完了する。これに応じて、リレーＳＭＲ２がオンされる。
【０１４１】
なお、図中に点線で表記するように、直流電源１０ｂの電圧Ｖｂがほぼ０であるときには、Ｃａプリチャージの完了時点で、直ちにＣｂプリチャージ（第２のプリチャージ）を終了して、リレーＳＭＲ２をオンすることが可能である。
【０１４２】
これにより、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンされるとともにリレーＳＭＲ３がオフされ、かつ、ＶＨ＝ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）である状態が形成されて（図１０のＳ５００）、電源システム５の起動処理が完了する。すなわち、電源システム５は、図１１の時刻ｔ６以降では、図３に示された複数の動作モードのいずれかを適用して、出力電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨ＊へ制御する通常動作を実行可能な状態となる。
【０１４３】
（Ｖｐ２＜Ｖｐ１のときのＣｂプリチャージ）
上述した起動処理時におけるプリチャージ制御は、直流電源１０ａ，１０ｂがＶｂ＜Ｖａの関係にある場合、すなわち、第１のプリチャージにおけるプリチャージ電圧Ｖｐ１が、第２のプリチャージにおけるプリチャージ電圧Ｖｐ２よりも高い、すなわち、Ｖｐ１＞Ｖｐ２（Ｖａ＞Ｖｂ）の場合にも、同様に適用することができる。
【０１４４】
再び図１０を参照して、Ｖｐ１＞Ｖｐ２の場合においても、制御装置４０は、ステップＳ２００〜Ｓ５００に従って、電源システム５の起動処理を実行する。すなわち、制御装置４０は、電流制限回路１５を経由した第１のプリチャージとしてＣａプリチャージ（Ｓ２００）を実行した後、リレーＳＭＲ３をオフするとともにリレーＳＭＲ１をオンする（Ｓ３００）。さらに、制御装置４０は、リレーＳＭＲ２をオンする（Ｓ５００）前に、電流制限回路１５を経由しない第２のプリチャージとしてＣｂプリチャージ（Ｓ４００）を実行する。
【０１４５】
Ｖｐ１＞Ｖｐ２（Ｖａ＞Ｖｂ）の場合には、第２のプリチャージであるＣｂプリチャージの動作が、Ｖｐ１＜Ｖｐ２（Ｖｂ＞Ｖａ）の場合とは異なる。
【０１４６】
図１８は、Ｖｐ１＞Ｖｐ２（Ｖａ＞Ｖｂ）のときのＣｂプリチャージ（第２のプリチャージ）における動作波形図の例が示され、図１９には、当該Ｃｂプリチャージにおける状態遷移図が示される。
【０１４７】
図１９を参照して、図１２と同様に、Ｃａプリチャージの完了に応じてＣｂプリチャージ（第２のプリチャージ）が開始されると、まず、ＶＨ昇圧制御が実行される。そして、出力電圧ＶＨが所定電圧Ｖｔよりも高くなるとＶＨ昇圧制御が終了されて、プリチャージモードＰ１が開始される。プリチャージモードＰ１では、キャパシタＣｂが、電圧Ｖｃｂが電圧Ｖａ，Ｖｂのうちの低い方の電圧ｍｉｎ（Ｖａ，Ｖｂ）まで充電される。ここでは、ｍｉｎ（Ｖａ，Ｖｂ）＝Ｖｂであるので、電圧ＶｃｂがＶｂ−α（α：所定値）よりも高くなると、プリチャージモードＰ１が終了される。
【０１４８】
図１８を参照して、時刻ｔ１〜ｔ２の動作は、図１１と同様である。したがって、時刻ｔ１において電流制限回路１５を経由したＣａプリチャージ（第１のプリチャージ）が終了されると、時刻ｔ１〜ｔ２では、ＶＨ昇圧制御が実行される。したがって、時刻ｔ２において、図１０と同様に、ＶＨ＝Ｖｔ（Ｖｔ＞Ｖａ）、Ｖｃａ＝Ｖａ、かつ、Ｖｃｂ＝０である。
【０１４９】
一方で、時刻ｔ２〜ｔ３におけるプリチャージモードＰ１は、上記終了条件に従って、ＶｃｂがＶｂ（Ｖｂ＜Ｖａ）と同等になると終了される。したがって、Ｖｐ１＞Ｖｐ２（Ｖｂ＞Ｖａ）の場合とは異なり、プリチャージモードＰ１の終了時において、第２のプリチャージモードの終了条件である、Ｖｂ−γ１＜Ｖｃｂ＜Ｖｂ＋γ２が成立する。したがって、プリチャージモードＰ２によってキャパシタＣｂをさらに充電しなくても、この段階で、リレーＳＭＲ２をオンすることができる。
【０１５０】
したがって、時刻ｔ３でプリチャージモードＰ１が終了すると、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４はオフに維持される。時刻ｔ３以降では、出力電圧ＶＨは、放電抵抗Ｒｄによる放電によって徐々に低下する。放電の時定数は、放電抵抗Ｒｄおよび出力キャパシタＣＨのＲＣ積に従うので比較的大きくなる。
【０１５１】
時刻ｔａにおいて、リレーＳＭＲ２がオンされる。しかしながら、この時点での出力電圧ＶＨは、ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）＝Ｖａよりもかなり高いため、この状態から電源システム５を作動させると、スイッチング制御の開始時に、出力キャパシタＣＨと直流電源１０ａ，１０ｂとの間に突入電流が発生する虞がある。
【０１５２】
したがって、リレーＳＭＲ２のオン後、実施の形態１で説明した強制放電モードを適用したＶＨ放電制御によって、出力電圧ＶＨを電圧Ｖａまで低下させる。具体的には、時刻ｔｂからＤＨａモードを適用することにより、出力電圧ＶＨが電圧Ｖａへ低下するまで、出力キャパシタＣＨを放電する。そして、時刻ｔｃにおいて、出力電圧ＶＨが電圧Ｖａまで低下すると、ＶＨ放電制御（ＤＨａモード）は終了される。これにより、電源システム５の起動処理が完了する。
【０１５３】
再び図１９を参照して、Ｖａ＞Ｖｂ（Ｖｐ１＞Ｖｐ２）の場合には、プリチャージモードＰ１が終了すると、この段階でＣｂプリチャージは実質的には完了する。したがって、リレーＳＭＲ２がオンされるとともに、ＶＨ放電制御（ＤＨａモード）が開始される。ＶＨ放電制御は、ＶＨ＜Ｖａ＋β（β：所定値）が成立して、出力電圧ＶＨが電圧Ｖａと同等となると終了される。
【０１５４】
これにより、図１８の時刻ｔｃにおいて、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２はオン、リレーＳＭＲ３はオフされており、かつ、出力電圧ＶＨ＝ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）である状態が形成される（図１０のＳ５００）。したがって、電源システム５は、図１８の時刻ｔｃ以降では、図３に示された複数の動作モードのいずれかを適用して、出力電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨ＊へ制御する通常動作を実行可能な状態となる。
【０１５５】
このように、実施の形態２に従うプリチャージ制御を含む電源システム５の起動処理によれば、一方の直流電源（直流電源１０ａ）のみに電流制限回路１５が配置されている構成としても、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４によってスイッチング制御された電流によって、電流制限抵抗が設けられていないキャパシタＣｂをプリチャージすることができる。
【０１５６】
この結果、直流電源の個数よりも電流制限回路の配置個数を少なくした回路構成によって、電源システムの起動時に、過大な突入電流を生じさせることなく、各キャパシタをプリチャージすることができる。これにより、電源システムの部品点数削減による小型化および低コスト化を図ることができる。
【０１５７】
特に、実施の形態１で説明した強制放電モードが適用されたＶＨ放電制御を含むようにプリチャージ制御を実行することにより、突入電流の発生をさらに確実に防止して、電源システム５を起動することができる。
【０１５８】
［実施の形態３］
実施の形態１および２では、直流電源１０ｂに対応する電流制限回路１５の配置を省略する構成を説明した。実施の形態３では、実施の形態１とは反対に、直流電源１０ａに対する電流制限回路１５の配置を省略した構成における起動時制御について説明する。
【０１５９】
図２０は、本実施の形態３に従う電源システム５♯の構成を示す回路図である。
図２０を図１と比較して、実施の形態２に従う電源システム５♯では、電流制限回路１５が、リレーＳＭＲ２と並列に接続されている。一方で、直流電源１０ａのリレーＳＭＲ１に対しては、電流制限回路１５が配置されていない。電源システム５♯のその他の部分の構成は、図１に示された電源システム５と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１６０】
したがって、実施の形態３に従う電源システムでは、電流制限回路１５が設けられた直流電源１０ｂが「一方の直流電源」に対応し、直流電源１０ａが「他方の直流電源」に対応する。また、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２のうち、直流電源１０ｂに対応するリレーＳＭＲ２が「一方の開閉器」に対応する一方で、リレーＳＭＲ１が「他方の開閉器」に対応する。
【０１６１】
実施の形態３に従う電源システム５♯の起動処理では、Ｃｂプリチャージが、電流制限回路１５を経由した「第１のプリチャージ」に対応し、Ｃａプリチャージが、電流制限回路１５を経由しない「第２のプリチャージ」に対応する。また、電源システム５♯では、プリチャージ電圧Ｖｐ１は、電流制限回路１５が設けられた直流電源１０ｂの電圧Ｖｂであり、プリチャージ電圧Ｖｐ２は、電流制限回路１５が設けられていない直流電源１０ａの電圧Ｖａである。
【０１６２】
図２１は、電源システム５♯の起動時におけるプリチャージ制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。プリチャージ制御は、制御装置４０が、以下に説明する処理手順に従って、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３およびスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフを制御することによって実現される。
【０１６３】
図２１を参照して、電源システム５♯の起動時に、制御装置４０は、まずステップＳ２００♯により、電流制限回路１５によって、Ｃｂプリチャージを実行する。ステップＳ２００♯によるＣｂプリチャージでは、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオフされる一方で、リレーＳＭＲ３がオンされる。これにより、「第１の状態」が形成されて、キャパシタＣｂは、電流制限抵抗Ｒ３を経由した電流経路によって、直流電源１０ａにより充電される。
【０１６４】
キャパシタＣｂの電圧Ｖｃｂが直流電源１０ｂの電圧Ｖｂまで上昇すると、Ｃｂプリチャージは完了する。第１のプリチャージでは、電流制限抵抗Ｒ３によって、プリチャージ時の突入電流が抑制される。
【０１６５】
なお、Ｃｂプリチャージ時には、出力キャパシタＣＨも、ダイオードＤ１，Ｄ４によって形成される電流経路により、直流電源１０ｂによって充電される。すなわち、Ｃｂプリチャージでは、電流制限回路１５からの電流によって、キャパシタＣｂおよび出力キャパシタＣＨが並列に充電される。したがって、Ｃｂプリチャージの完了時点において、ＶＨ＝Ｖｃｂ＝Ｖｂである。
【０１６６】
制御装置４０は、Ｃｂプリチャージ（Ｓ２００♯）が完了すると、ステップＳ３００♯により、リレーＳＭＲ３をオフするとともに、リレーＳＭＲ２をオンする。これにより、プリチャージ後のキャパシタＣｂと直流電源１０ｂは、電流制限抵抗Ｒ３を経由せずに電気的に接続される。すなわち、リレーＳＭＲ３をオフする一方でリレーＳＭＲ２がオンされた「第２の状態」が形成される。
【０１６７】
制御装置４０は、さらに、ステップＳ４００♯により、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の周期的なオンオフ制御（スイッチング制御）を伴って、Ｃａプリチャージを実行する。キャパシタＣａに対しては電流制限回路が配置されていないため、Ｃａプリチャージは、電流制限回路を経由しない第２のプリチャージによって、電圧Ｖｂまで充電される。
【０１６８】
制御装置４０は、キャパシタＣａの電圧Ｖｃａが直流電源１０ａの電圧Ｖａまで上昇すると、Ｃａプリチャージ（Ｓ４００♯）を完了して、ステップＳ５００♯に処理を進める。制御装置４０は、ステップＳ５００♯では、リレーＳＭＲ２をオンすることにより、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンされる一方でリレーＳＭＲ３がオフされ、かつ、出力電圧ＶＨが電圧Ｖａ，Ｖｂのうちの高い方の電圧ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）と同等である「第３の状態」を形成する。これにより、電源システム５♯の起動処理が終了して、図３に示された動作モードに従った回路動作を開始するための準備が整う。
【０１６９】
次に、実施の形態２と同様に、第２のプリチャージ（Ｃａプリチャージ）の詳細を説明する。
【０１７０】
（Ｖｐ１＜Ｖｐ２のときのＣａプリチャージ）
まず、Ｖｐ１＜Ｖｐ２のとき、すなわち、Ｖｂ＜Ｖａのときの動作について説明する。
【０１７１】
図２２は、電源システム５♯でのＶｐ１＜Ｖｐ２の場合のＣａプリチャージ（第２のプリチャージ）における状態遷移図である。
【０１７２】
図２２を参照して、Ｃｂプリチャージの完了に応じてＣａプリチャージ（第２のプリチャージ）が開始されると、まず、ＶＨ昇圧制御が実行される。もし、直流電源１０ａの電圧Ｖａがほぼ０であるときには、図中に点線で表記するように、直ちにＣａプリチャージ（第２のプリチャージ）を完了して、リレーＳＭＲ１をオンすることが可能である。
【０１７３】
ＶＨ昇圧制御は、出力電圧ＶＨが所定電圧Ｖｔよりも高くなると終了される。これにより、プリチャージモードＰ１が開始される。プリチャージモードＰ１では、電圧Ｖｃａが電圧Ｖａ，Ｖｂのうちの低い方の電圧ｍｉｎ（Ｖａ，Ｖｂ）に達するまで、キャパシタＣａが充電される。ここでは、ｍｉｎ（Ｖａ，Ｖｂ）＝Ｖｂである。電圧Ｖｃａがｍｉｎ（Ｖａ，Ｖｂ）−α（α：所定値）よりも高くなると、プリチャージモードＰ１が終了される。
【０１７４】
図２３は、電源システム５♯のＣａプリチャージ（第２のプリチャージ）におけるプリチャージモードＰ１およびＰ２での回路動作を説明するための図表である。
【０１７５】
図２３を参照して、図１４に示したＣｂプリチャージと同様に、ＣａプリチャージにおけるプリチャージモードＰ１，Ｐ２の各々では、デューティ比Ｄｐに従う制御パルス信号ＳＤｐに従って、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフが制御される。
【０１７６】
プリチャージモードＰ１では、制御パルス信号ＳＤｐ，／ＳＤｐに従って、スイッチング素子Ｓ１およびＳ３のペアと、スイッチング素子Ｓ２およびＳ４のペアとが、相補的にオンオフされる。
【０１７７】
図２４には、ＣａプリチャージのプリチャージモードＰ１における回路動作が示される。
【０１７８】
図２４（ａ）を参照して、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３がオフされる期間では、キャパシタＣａが、リアクトルＬ１，Ｌ２を経由して直流電源１０ｂに対して並列に接続されて、電流経路５３０が形成される。電流経路５３０により、リアクトルＬ１，Ｌ２にエネルギを蓄積しながら、キャパシタＣａは、直流電源１０ｂによって充電される。電流経路５３０による電流増加量は、リアクトルＬ１およびＬ２、ならびに、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のオン期間の長さによって制限されるので、過大な電流は生じない。図２４（ａ）の回路動作を継続すると、最終的にはＶｃａ＝Ｖｂとなる。
【０１７９】
図２４（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３がオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオフされる期間では、直流電源１０ａおよびキャパシタＣｂは、リアクトルＬ１，Ｌ２を経由して、電力線２０および２１の間に直列に接続される。これにより、リアクトルＬ１，Ｌ２の蓄積エネルギと直流電源１０ｂのエネルギとによってキャパシタＣａおよび出力キャパシタＣＨを充電する、電流経路５３１が形成される。なお、電流経路５３１の電流増加量についても、リアクトルＬ１およびＬ２、ならびに、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３のオン期間の長さによって制限される。
【０１８０】
再び図２３を参照して、プリチャージモードＰ１では、図２４（ａ）および（ｂ）の期間の比率を決めるデューティ比Ｄｐは、下記（５）式に従って、０≦Ｄｐ＜Ｄｍａｘ（Ｄｍａｘ＜１）の範囲内で設定される。図１６で説明したように、デューティ比Ｄｐと所定周期の搬送波ＣＷとの電圧比較に基づいて、制御パルス信号ＳＤｐおよびその反転信号／ＳＤｐが生成される。
【０１８１】
Ｄｐ＝（ＶＨ−Ｖｃａ）／ＶＨ            …（５）
プリチャージモードＰ１の開始時には、デューティ比Ｄｐの初期値はＤｍａｘとなるので、ごく短時間、図２４（ａ）の回路動作が実行されることにより、Ｖｃａが上昇する。以降では、Ｖｃａの上昇に伴ってデューティ比Ｄｐが低下することにより、図２４（ａ）の回路動作の期間の比率が上昇する。これにより、キャパシタＣａの電圧Ｖａが上昇する。
【０１８２】
再び図２２を参照して、プリチャージモードＰ１は、Ｖｃａ＞ｍｉｎ（Ｖａ，Ｖｂ）−α（α：所定値）の条件が成立すると、終了される。したがって、プリチャージモードＰ１の終了時には、キャパシタＣａは、Ｖｃａ＝Ｖｂ（Ｖｂ＜Ｖａ）まで充電されている。したがって、キャパシタＣａは、プリチャージモードＰ２によって、Ｖｃａ＝Ｖａまでさらに充電されることが必要である。
【０１８３】
しかしながら、実施の形態２と同様に、プリチャージモードＰ１の終了時において、出力電圧ＶＨは、電圧Ｖｂよりも昇圧されている。したがって、出力キャパシタＣＨおよび直流電源１０ｂの電圧差による突入電流の発生を防止するために、プリチャージモードＰ２の前に、ＶＨ放電制御によって、出力電圧ＶＨを電圧Ｖｂまで低下させる。具体的には、実施の形態１で説明したＤＨｂモードを適用することにより、出力電圧ＶＨが電圧Ｖｂへ低下するまで、出力キャパシタＣＨを放電する。ＶＨ放電制御（ＤＨｂモード）は、ＶＨ＜Ｖｂ＋β（β：所定値）が成立するまで実行される。ＶＨ放電制御が終了すると、プリチャージモードＰ２が開始される。
【０１８４】
再び、図２３を参照して、プリチャージモードＰ２では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２はオンに固定される一方で、制御パルス信号ＳＤｐ，／ＳＤｐに従って、スイッチング素子Ｓ３とＳ４とが交互にオンオフされる。
【０１８５】
図２５は、電源システム５♯のプリチャージモードＰ２における回路動作を説明するための概念的な回路図である。
【０１８６】
図２５（ａ）には、制御パルス信号ＳＤｐのＨレベル期間における回路動作が示される一方で、図２５（ｂ）には、制御パルス信号／ＳＤｐのＨレベル期間における回路動作が示される。
【０１８７】
図２５（ａ），（ｂ）を通じて、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がオンに維持されるので、プリチャージモードＰ２中には、キャパシタＣａおよび出力キャパシタＣＨは、並列に接続された状態を維持する。
【０１８８】
一方で、図２５（ａ）に示された、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のオンによって電流経路５４０が形成される期間と、図２５（ｂ）に示された、スイッチング素子Ｓ３がオフされることによって電流経路５４１，５４２が形成される期間とが繰り返される。これにより、いわゆる昇圧チョッパの回路動作によって、出力電圧ＶＨが、直流電源１０ｂの電圧Ｖｂよりも昇圧される。すなわち、プリチャージモードＰ２では、並列接続されたキャパシタＣａおよび出力キャパシタＣＨを、直流電源１０ｂの電圧Ｖｂよりも高い電圧にプリチャージすることができる。
【０１８９】
再び図２３を参照して、プリチャージモードＰ２では、図２５（ａ）および（ｂ）の期間の比率を決めるデューティ比Ｄｐは、下記（６）式に従って、０≦Ｄｐ＜Ｄｍａｘ（Ｄｍａｘ＜１）の範囲内で設定される。
【０１９０】
Ｄｐ＝（Ｖｂ−Ｖｃａ）／Ｖｂ            …（６）
したがって、デューティ比Ｄｐに基づくパルス幅変調制御（図１６）によって、ＶＨ＊＝Ｖｂを電圧指令値として出力電圧ＶＨを制御するように、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフは制御される。そして、最終的には、ＶＨ＝Ｖａとなった状態で、スイッチング動作が停止される。この結果、出力キャパシタＣＨと並列に接続されるキャパシタＣａについても、Ｖｃａ＝Ｖａとなるまで、プリチャージすることが可能となる。
【０１９１】
再び図２２を参照して、プリチャージモードＰ２は、Ｖａ−γ１＜Ｖｃａ＜Ｖａ＋γ２（γ１，γ２：所定値）が成立するまで継続される。キャパシタＣａがＶｃａ＝Ｖａまで充電されると、プリチャージモードＰ２は終了されて、Ｃａプリチャージが完了する。これに応じて、リレーＳＭＲ１がオンされる。
【０１９２】
これにより、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンされるとともにリレーＳＭＲ３がオフされ、かつ、ＶＨ＝ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）である状態が形成されて（図２１のＳ５００♯）、電源システム５の起動処理が完了する。すなわち、電源システム５は、図３に示された複数の動作モードのいずれかを適用して、出力電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨ＊へ制御する通常動作を実行可能な状態となる。
【０１９３】
（Ｖｐ２＜Ｖｐ１のときのＣａプリチャージ）
電源システム５♯におけるプリチャージ制御は、直流電源１０ａ，１０ｂがＶｂ＞Ｖａの関係にある場合、すなわち、プリチャージ電圧Ｖｐ１がプリチャージ電圧Ｖｐ２よりも高い場合（Ｖｐ１＞Ｖｐ２）にも、同様に適用することができる。
【０１９４】
再び図２１を参照して、Ｖｐ１＞Ｖｐ２の場合においても、制御装置４０は、ステップＳ２００♯〜Ｓ５００♯に従って、電源システム５♯の起動処理を実行する。Ｖｐ１＞Ｖｐ２（Ｖａ＞Ｖｂ）の場合には、第２のプリチャージであるＣａプリチャージ（Ｓ４００♯）の動作が、Ｖｐ１＜Ｖｐ２（Ｖａ＞Ｖｂ）の場合とは異なる。
【０１９５】
図２６には、Ｖｐ１＞Ｖｐ２（Ｖｂ＞Ｖａ）のときのＣａプリチャージにおける状態遷移図が示される。
【０１９６】
図２６を参照して、図２２と同様に、Ｃｂプリチャージの完了に応じてＣａプリチャージ（第２のプリチャージ）が開始されると、まず、ＶＨ昇圧制御が実行される。そして、出力電圧ＶＨが所定電圧Ｖｔよりも高くなるとＶＨ昇圧制御が終了されて、プリチャージモードＰ１が開始される。
【０１９７】
プリチャージモードＰ１では、キャパシタＣａが、電圧Ｖｃａが電圧Ｖａ，Ｖｂのうちの低い方の電圧ｍｉｎ（Ｖａ，Ｖｂ）まで充電される。ここでは、ｍｉｎ（Ｖａ，Ｖｂ）＝Ｖａであるので、電圧ＶｃａがＶａ−α（α：所定値）よりも高くなると、プリチャージモードＰ１が終了される。
【０１９８】
プリチャージモードＰ１の終了時において、第２のプリチャージモードの終了条件である、Ｖａ−γ１＜Ｖｃａ＜Ｖａ＋γ２が成立する。したがって、プリチャージモードＰ２によってキャパシタＣａをさらに充電しなくても、この段階で、リレーＳＭＲ１をオンすることができる。
【０１９９】
ただし、この時点での出力電圧ＶＨは、ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）＝Ｖｂよりも高いため、リレーＳＭＲ１のオン後、強制放電モードを適用したＶＨ放電制御（ＤＨｂモード）によって、出力電圧ＶＨを電圧Ｖｂまで低下させる。ＶＨ放電制御は、ＶＨ＜Ｖｂ＋β（β：所定値）が成立して、出力電圧ＶＨが電圧Ｖｂ（Ｖｂ＞Ｖａ）と同等となると終了される。
【０２００】
これにより、電源システム５の起動処理が完了する。すなわち、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２はオン、リレーＳＭＲ３はオフされており、かつ、出力電圧ＶＨ＝ｍａｘ（Ｖａ，Ｖｂ）である状態が形成される（図１０のＳ５００♯）。したがって、電源システム５♯は、図３に示された複数の動作モードのいずれかを適用して、出力電圧ＶＨを電圧指令値ＶＨ＊へ制御する通常動作を実行可能な状態となる。
【０２０１】
このように、実施の形態３に従う電源システムでは、直流電源１０ｂのみに電流制限回路１５が配置されている構成としても、実施の形態２と同様の効果を享受することができる。すなわち、強制放電モードが適用されたＶＨ放電制御を含むようにプリチャージ制御を実行することにより、突入電流の発生を確実に防止して、キャパシタＣａ，Ｃｂ，ＣＨのプリチャージを含む電源システム５の起動処理を実行することができる。
【０２０２】
なお、電源システム５，５♯において、負荷３０は、電力変換器によって制御される直流電圧によって動作する機器であれば、任意の機器によって構成できる点について確認的に記載する。すなわち、本実施の形態では、電動車両の走行用電動機を含むように負荷３０が構成される例を説明したが、本発明の適用はこのような負荷に限定されるものではない。
【０２０３】
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。
【符号の説明】
【０２０４】
５，５♯  電源システム、１０ａ，１０ｂ  直流電源、１５  電流制限回路、２０，２１  電力線、３０  負荷、３２  インバータ、３５  モータジェネレータ、３６  動力伝達ギヤ、３７  駆動輪、４０  制御装置、４１〜４３  電圧センサ、５０  電力変換器、１０１，１０２  動作点、１１０，１２０  動作領域、Ｃａ，Ｃｂ  キャパシタ、ＣＨ  出力キャパシタ、ＣＷ  搬送波、Ｄ１〜Ｄ４  逆並列ダイオード、Ｄｄ，Ｄｐ  デューティ比、Ｌ１，Ｌ２  リアクトル、Ｎ１〜Ｎ３  ノード、Ｐ１，Ｐ２  プリチャージモード、Ｒ３  電流制限抵抗、Ｒｄ  放電抵抗（出力キャパシタ）、Ｓ１〜Ｓ４  スイッチング素子、ＳＤｄ，／ＳＤｄ，ＳＤｐ，／ＳＤｐ  制御パルス信号、ＳＧ１〜ＳＧ４  制御信号、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２，ＳＭＲ３  リレー、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃａ，Ｖｃｂ  電圧、ＶＨ＊  電圧指令値、ＶＨ  出力電圧、Ｖｐ１，Ｖｐ２  プリチャージ電圧、Ｖｔ  所定電圧（ＶＨ昇圧制御終了電圧）。
【図１】
2016015828.tif 000003
【図２】
2016015828.tif 000004
【図３】
2016015828.tif 000005
【図４】
2016015828.tif 000006
【図５】
2016015828.tif 000007
【図６】
2016015828.tif 000008
【図７】
2016015828.tif 000009
【図８】
2016015828.tif 000010
【図９】
2016015828.tif 000011
【図１０】
2016015828.tif 000012
【図１１】
2016015828.tif 000013
【図１２】
2016015828.tif 000014
【図１３】
2016015828.tif 000015
【図１４】
2016015828.tif 000016
【図１５】
2016015828.tif 000017
【図１６】
2016015828.tif 000018
【図１７】
2016015828.tif 000019
【図１８】
2016015828.tif 000020
【図１９】
2016015828.tif 000021
【図２０】
2016015828.tif 000022
【図２１】
2016015828.tif 000023
【図２２】
2016015828.tif 000024
【図２３】
2016015828.tif 000025
【図２４】
2016015828.tif 000026
【図２５】
2016015828.tif 000027
【図２６】
2016015828.tif 000028