電源装置および電源装置の制御方法
【課題】モータが力行状態・回生状態を頻繁に繰り返す場合であっても、電力変換装置が備えるコンデンサの充放電電流による損失の増大を抑制する。
【解決手段】電源制御部４３は、コンデンサ温度Ｔｃが第１の温度判定値Ｔcth1よりも大きい場合には、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする。これにより、回生状態から力行状態に移行した場合、電源制御部４３は、第１および第２の電源を直列接続に設定する。
【解決手段】電源制御部４３は、コンデンサ温度Ｔｃが第１の温度判定値Ｔcth1よりも大きい場合には、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする。これにより、回生状態から力行状態に移行した場合、電源制御部４３は、第１および第２の電源を直列接続に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、それぞれが独立した複数の電源を備える電源装置が知られており、例えば、この電源装置は、インバータ（電力変換装置）を介してモータに電力を供給する。例えば、特許文献１には、電気自動車の低出力運転時にインバータの入力電圧を下げ、スイッチング損失を低減させることにより、システム効率の向上を図る手法が開示されている。具体的には、アクセルペダル踏込量、モータの出力、あるいは、ブレーキペダル踏込量が大の時は、複数の電源を直列接続し、これらの値が小の時は、複数の電源を並列接続する。
【０００３】
なお、この類の電源装置では、個々の電源電圧間に差があるときには電源同士を並列接続することができないため、モータの回生時には、複数の電源間を直列接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２３６６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば、渋滞時といったようにアクセルペダル踏込量が小さく、モータ速度が低いシーンでは、力行状態時に複数の電源を並列接続し、回生状態時に複数の電源を直列接続するといった状態が頻繁に繰り返されることとなる。そのため、インバータ（電力変換装置）が備える平滑コンデンサの電圧変化に伴い充放電電流による損失が増大してしまうといった問題がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータが力行状態・回生状態を頻繁に繰り返す場合であっても、電力変換装置が備えるコンデンサの充放電電流による損失の増大を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明は、電力変換装置を介してモータに接続される複数の電源を備えており、回生状態から力行状態への移行時、電力変換装置が備えるコンデンサの状態に応じて、電気的接続状態を直列接続のままで固定とする直列固定処理を行う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回生状態から力行状態へ移行後、コンデンサの状態に応じて、回生状態における電気的接続状態と同じ直列接続がそのまま維持される。これにより、直列接続と並列接続との切り替え回数を低減することができる。そのため、インバータのコンデンサの電圧変化が抑制され、平滑コンデンサの充放電電流による発熱を抑制することができるとともに、充放電電流による損失の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態にかかる電源装置３０および当該電源装置３０を用いたモータ１０の制御システムを模式的に示す構成図
【図２】第１の実施形態にかかるコントロールユニット４０の構成を模式的に示すブロック図
【図３】第１の実施形態にかかる電源装置３０に関する第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の説明図
【図４】第１の実施形態にかかる電源装置３０の制御方法を示すフローチャート
【図５】トルク指令値Ｔ*、第２のスイッチＳＷ２の状態、コンデンサ電圧Ｖｃ、制御要求フラグＦreqおよびコンデンサ温度Ｔｃの推移をそれぞれ示す説明図
【図６】第２の実施形態にかかるコントロールユニット４０ａの構成を模式的に示すブロック図
【図７】第２の実施形態にかかる電源装置３０の制御方法を示すフローチャート
【図８】第３の実施形態にかかる電源装置３０ｂおよび当該電源装置３０ｂを用いたモータ１０の制御システムを模式的に示す構成図
【図９】第３の実施形態にかかるコントロールユニット４０ｂの構成を模式的に示すブロック図
【図１０】第３の実施形態にかかる電源装置３０ｂにおける第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の説明図
【図１１】第３の実施形態にかかる電源装置３０ｂの制御方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる電源装置３０および当該電源装置３０を用いたモータ１０の制御システムを模式的に示す構成図である。本実施形態では、電気自動車の駆動用モータとして適用されたモータ１０を制御する制御システムについて説明を行う。この電気自動車は、モータ１０、インバータ２０、電源装置３０およびコントロールユニット４０を備えている。
【００１１】
モータ１０は、例えば、中性点を中心に星形結線された複数の相巻線（本実施形態では、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる３つの相巻線）を有する３相交流同期モータである。このモータ１０は、インバータ２０内で変換された３相の交流電力が各相巻線に供給されることにより生じる磁界と、回転子の永久磁石が作る磁界との相互作用により駆動する。モータ１０のロータは、自動変速機の入力軸に連結されている。
【００１２】
モータ１０は、電源装置３０から電力の供給を受けて回転駆動することにより、電動機として動作することができる（以下、この運転状態を「力行状態」と呼ぶ）。一方、モータ１０は、ロータが外力により回転している場合、ステータ巻線の両端に起電力を生じさせることにより、発電機として機能する（以下、この運転状態を「回生状態」と呼ぶ）。モータ１０により発電された電力は、電源装置３０を充電することができる。本明細書では、電動機および発電機の双方の機能を併せもつ意味でモータという用語を用いる。
【００１３】
インバータ２０は、モータ１０の力行状態時、コントロールユニット４０から出力されるインバータ駆動信号に応じてＰＷＭ制御されることにより、電源装置３０から供給される直流電力を、多相交流電力（本実施形態では、Ｕ相交流電力、Ｖ相交流電力およびＷ相交流電力で構成される３相交流電力）に変換し、当該３相の交流電力をモータ１０の各相巻線に供給する。また、インバータ２０は、モータ１０の回生状態時、モータ１０によって発電された３相交流電力を直流電力に変換する。この直流電力は、電源装置３０または後述する平滑コンデンサＣに蓄電される。
【００１４】
インバータ２０は、モータ１０の各相に対応する３つのスイッチ回路を主体に構成されている。具体的には、インバータ２０は、電源装置３０の正極側の正極母線と、電源装置３０の負極側の負極母線との間に、Ｕ相用のスイッチ回路と、Ｖ相用のスイッチ回路と、Ｗ相用のスイッチ回路とを備える。また、正極母線と負極母線との間には、各相用のスイッチ回路よりも電源装置３０側に、平滑コンデンサＣが接続されている。
【００１５】
Ｕ相用のスイッチ回路は、互いに直列接続された一対のスイッチ（アーム）を主体に構成されており、Ｖ相用のスイッチ回路は、互いに直列接続された一対のスイッチ（アーム）を主体に構成されている。また、Ｗ相用のスイッチ回路は、互いに直列接続された一対のスイッチ（アーム）を主体に構成されている。個々のスイッチは、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子を主体に構成されており、個々のトランジスタには、コレクタ・エミッタ間に還流用ダイオードがそれぞれ逆並列接続されている。これらのスイッチのオンオフ状態は、コントロールユニット４０から出力されるインバータ駆動信号に応じて切り替えられる。
【００１６】
Ｕ相用の一対のスイッチの相互接続点、Ｖ相用の一対のスイッチの相互接続点、および、Ｗ相用の一対のスイッチの相互接続点は、それぞれが各相電流の出力点として機能している。各出力点には、モータ１０の対応する相巻線がそれぞれ接続される。インバータ２０により生成される３相交流電流をそれぞれＵ相交流電流Ｉｕ、Ｖ相交流電流ＩｖおよびＷ相交流電流Ｉｗとする。例えば、各交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、モータ１０側へ電流が流れる方向を正とする。
【００１７】
電源装置３０は、インバータ２０を介してモータ１０に接続されており、モータ１０に電力を供給するとともに、モータ１０において発電された電力を充電する電源装置である。電源装置３０は、それぞれが独立して直流電源として機能する複数の電源（本実施形態では、２つの電源（第１および第２の電源））を有している。個々の電源としては、例えば、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池といったバッテリを用いることができる。
【００１８】
また、電源装置３０は、第１および第２の電源間の電気的接続状態を、直列接続と並列接続とで切り替えるスイッチ回路を備えており、このスイッチ回路は、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３（スイッチング手段）を主体に構成されている。第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ１、第３のスイッチＳＷ３の順番に従って直列接続されている。個々のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子を主体に構成されており、個々のトランジスタは、コレクタ・エミッタ間に還流用ダイオードがそれぞれ逆並列接続されている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフ状態は、コントロールユニット４０から出力されるスイッチ駆動信号に応じて切り替えられる。
【００１９】
ここで、スイッチ回路において、第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２との接続点は、第１の電源（電源電圧Ｅａ）の正極が接続され、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３との接続点は、第２の電源（電源電圧Ｅｂ）の負極が接続されている。第１のスイッチＳＷ１のコレクタ端子と、第２の電源の正極とは相互に接続されており、この接続端は電源装置３０の正極側の出力端として機能する。この正極側の出力端は、インバータ２０の正極母線が接続される。また、第３のスイッチＳＷ３のエミッタ端子と、第１の電源の負極とは相互に接続されており、この接続端は電源装置３０の負極側の出力端として機能する。この負極側の出力端は、インバータ２０の負極母線が接続される。なお、第１および第２の電源を並列接続から直列接続へ切り替えるときの突入電流を抑制するため、インバータ２０と、電源装置３０との間には、フィルタ用リアクトルＬが設けられている。
【００２０】
コントロールユニット４０は、インバータ２０を介してモータ１０を制御する制御手段であるとともに、電源装置３０を制御する電源制御手段でもある。コントロールユニット４０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。コントロールユニット４０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、インバータ２０および電源装置３０を制御するための演算を行う。そして、コントロールユニット４０は、この演算によって算出された制御信号をインバータ２０または電源装置３０に対して出力する。
【００２１】
図２は、コントロールユニット４０の構成を模式的に示すブロック図である。コントロールユニット４０は、インバータ２０を構成する各スイッチを制御することにより、モータ１０の出力トルクを制御する。また、コントロールユニット４０は、電源装置３０を構成する第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御することにより、電源装置３０における第１および第２の電源の電気的接続状態の設定を行う。
【００２２】
コントロールユニット４０には、各種センサからセンサ信号などの必要な情報が入力されている。電流センサ５０は、モータ１０の各相の交流電流、すなわち、Ｕ相交流電流Ｉｕと、Ｖ相交流電流Ｉｖと、Ｗ相交流電流Ｉｗとをそれぞれ検出する。電気角検出部５１は、モータ１０のロータ位置を表す電気的な位相（電気角）θを検出する。また、モータ速度検出部５２は、モータ１０のロータの回転角速度（モータ速度）ωを検出する。例えば、電気角検出部５１およびモータ速度検出部５２は、モータ１０のロータ位置を検出するエンコーダやレゾルバなどの回転位置センサからの検出結果に基づいて、電気角θおよびモータ速度ωを検出する。また、第１の電圧センサ５３は、第１の電源の電圧（以下「第１の電源電圧」という）Ｅａを検出し、第２の電圧センサ５４は、第２の電源の電圧（以下「第２の電源電圧」という）Ｅｂを検出する。コンデンサ状態検出センサ（検出手段）５５は、コンデンサＣの状態、具体的には、コンデンサＣの電圧（以下「コンデンサ電圧」という）ＶｃおよびコンデンサＣの温度（以下「コンデンサ温度」という）Ｔｃを検出する。また、コントロールユニット４０には、上位装置において演算されるトルク指令値Ｔ*が入力される。
【００２３】
コントロールユニット４０は、これを機能的に捉えた場合、トルク制御部４１と、電流制御部４２と、電源制御部４３とを有している。これらの機能的な要素のうち、トルク制御部４１と電流制御部４２とは、主として電動機の制御手段としての機能を担い、また、電源制御部４３とは、主として電源装置３０の制御手段としての機能を担っている。
【００２４】
トルク制御部４１は、トルク指令値Ｔ*とモータ速度ωとに基づいて、ベクトル制御用の電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ*およびｑ軸電流指令値Ｉｑ*を演算する。具体的には、トルク制御部４１は、トルク指令値Ｔ*とモータ速度ωとに基づいて、トルク指令値Ｔ*に一致するトルクをモータ１０が出力するためのｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*とをそれぞれ演算する。演算されたｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*は、電流制御部４２に出力される。トルク制御部４１は、トルク指令値Ｔ*およびモータ速度ωの各パラメータと、ｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*との対応関係を記述したマップを保持しており、当該マップを参照することにより、ｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を演算する。この対応関係を記述したマップは、実験やシミュレーションを通じて予め取得されている。
【００２５】
ここで、ｄｑ軸座標系は、モータ１０の機械的な回転速度の整数倍の電気的な回転速度で回転するｄ軸とｑ軸とから成る直交座標系である。３相同期モータであるモータ１０において、ｄｑ軸座標系はモータ回転に同期して回転する。ｄｑ軸座標系により、モータ１０の固定子巻線に供給される電流は、界磁分電流（ｄ軸電流）とトルク分電流（ｑ軸電流）とに分けてベクトル表示される。
【００２６】
電流制御部４２は、トルク制御部４１から出力されるｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*と、電気角θと、各相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて、インバータ駆動信号Ｓdinvを出力する。具体的には、電流制御部４２は、電気角θに基づいて、３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、ｄ軸およびｑ軸の実電流であるｄ軸およびｑ軸電流に座標変換を行う。電流制御部４２は、ｄ軸およびｑ軸電流と、ｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*との偏差が小さくなるように、ＰＩ制御或いはＰＩＤ制御等の制御則を用いて、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値をそれぞれ演算する。
【００２７】
電流制御部４２は、電気角θに基づいて、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値を、各相の電圧指令値に座標変換を行う。そして、電流制御部４２は、キャリアの電圧レベルと、各相の電圧指令値との比較に基づいて、インバータ２０を駆動するインバータ駆動信号Ｓdinvを生成する。生成されたインバータ駆動信号Ｓdinvはインバータ２０に対して出力され、このインバータ駆動信号Ｓdinvに応じて各スイッチ（具体的には、スイッチング素子）のオンオフ状態が制御される。
【００２８】
電源制御部４３は、モータ速度ωと、第１の電源電圧Ｅａと、第２の電源電圧Ｅｂと、コンデンサ電圧Ｖｃと、コンデンサ温度Ｔｃとに基づいて、電源装置３０における第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を駆動するためのスイッチ駆動信号Ｓdsw1〜Ｓdsw3を生成する。電源制御部４３は、スイッチ駆動信号Ｓdsw1〜Ｓdsw3を通じて制御される第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフ状態の切り替えに応じて、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を直列接続または並列接続とで切り替える。また、電源制御部４３は、モータ速度ωに基づいて、回生状態と力行状態との切り替わりを判定する。なお、電源制御部４３は、モータ速度ω以外にも、モータ１０のトルクまたはモータ１０における各相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれか一つ、またはこれらの組み合わせに基づいて、回生状態と力行状態との切り替わりを判定してもよい。
【００２９】
図３は、電源装置３０における第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の説明図である。モータ１０の力行状態時、第１の電源および第２の電源を直列接続して電力を供給する場合、電源制御部４３は、第１および第３のスイッチＳＷ１，ＳＷ３をオフ状態に、第２のスイッチＳＷ２をオン状態に制御する（同図（ａ）参照）。また、モータ１０の力行状態時、第１の電源および第２の電源を並列接続して電力を供給する場合、電源制御部４３は、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態に制御する。ここで、第１および第３のスイッチＳＷ１，ＳＷ３は、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとがほぼ等しい場合、オン状態にそれぞれ制御され、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとが等しくない場合、高電位側から低電位側へと電流が流れることを抑制するために、オフ状態にそれぞれ制御される（同図（ｂ）参照）。この場合、第１の電源または第２の電源からモータ１０への電流は、第１および第３のスイッチＳＷ１，ＳＷ３における還流用ダイオードをそれぞれ流れる。一方、モータ１０が回生状態の場合、電源制御部４３は、第１の電源および第２の電源を直列接続して電力を充電すべく、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオフ状態に制御する（同図（ｃ）参照）。この場合、モータ１０からの電力は、第２のスイッチＳＷ２における還流用ダイオードを流れて、第１および第２の電源に電流が流れる。
【００３０】
図４は、本発明の第１の実施形態にかかる電源装置３０の制御方法を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、電源装置３０の第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の設定手順を示しており、所定周期でコントロールユニット４０（具体的には、電源制御部４３）によって実行される。なお、電源制御部４３は、回生状態時には、後述するフローチャートの処理によって決定される接続状態に拘わらず、第１の電源および第２の電源を直列接続に設定すべく、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のすべてをオフ状態に制御する（図３（ｃ）参照）。
【００３１】
まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、電源制御部４３は、モータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きいか否かを判断する。モータ１０が力行状態である場合、モータ速度ωが低速シーンでない限り、第１の電源および第２の電源を並列接続よりも直列接続とした方が、モータ１０への供給電圧が高くなり、モータトルク・出力増加に対応することができるため好ましい。そこで、このステップ１０では、モータ速度ωに基づいて、モータ速度ωが大きいか否か、すなわち、第１の電源および第２の電源を直列接続した方がよいシーンであるか否かが判断される。速度判定値ωthは、力行状態時に直列接続を選択した方がよいか、あるいは、並列接続を選択した方がよいかを切り分けるためのモータ速度ωが、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。
【００３２】
このステップ１０において肯定判定された場合、すなわち、モータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きい場合には（ω＞ωth）、ステップ１１（Ｓ１１）に進む。一方、ステップ１０において否定判定された場合、すなわち、モータ速度ωが速度判定値ωth以下の場合には（ω≦ωth）、ステップ１２（Ｓ１２）に進む。
【００３３】
ステップ１１において、電源制御部４３は、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を直列接続に設定すべく、第１のスイッチＳＷ１および第３のスイッチＳＷ３をオフ状態に制御し、第２のスイッチＳＷ２をオン状態に制御する。
【００３４】
ステップ１２において、電源制御部４３は、コンデンサ電圧Ｖｃが、第１および第２の電源の直列接続に相当する値であるか、それとも第１および第２の電源の並列接続に相当する値であるかを判定する。具体的には、電源制御部４３は、コンデンサ電圧Ｖｃが、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとの加算値に係数Ｋｃを乗算した値（以下「直列判定値」という）よりも大きいか否かを判定する。ここで、係数Ｋｃは、予め定める１以下のゲインである。この係数Ｋｃは、直列判定値が、第１および第２の電源を直列接続にした際の電圧からスイッチ回路に用いるスイッチング素子のオン電圧分やインバータ２０の平滑コンデンサＣまでの配線での電圧降下分などを考慮した値となるように設定される値である。すなわち、現在の電気的な接続状態として第１および第２の電源が直列接続である場合には、コンデンサ電圧Ｖｃは直列判定値よりも大きくなり、一方で、現在の電気的な接続状態として第１および第２の電源が並列接続である場合には、コンデンサ電圧Ｖｃが直列判定値以下となる。
【００３５】
このステップ１２において肯定された場合、すなわち、コンデンサ電圧Ｖｃが直列判定値よりも大きい場合には（Ｖｃ＞Ｋｃ（Ｅａ＋Ｅｂ））、ステップ１３（Ｓ１３）に進む。一方、ステップ１２において否定判定された場合、すなわち、コンデンサ電圧Ｖｃが直列判定値以下の場合には（Ｖｃ≦Ｋｃ（Ｅａ＋Ｅｂ））、ステップ１５（Ｓ１５）に進む。
【００３６】
ステップ１３において、電源制御部４３は、制御要求フラグＦreqが「０」であり、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが第１の温度判定値Ｔcth1よりも大きいか否かを判断する。ここで、制御要求フラグＦreqは、第１および第２の電源の接続状態に対するシステム要求を示すフラグであり、並列接続を要求する場合には「０」に設定され、直列接続を要求する場合には「１」に設定される。この制御要求フラグＦreqは、初期的には「０」に設定されている。また、第１の温度判定値Ｔcth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇を抑制するために、後述する直列固定処理を行うか否かを判定するための平滑コンデンサＣの温度判定値である。換言すれば、第１の温度判定値Ｔcth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇抑制の観点から設定される上限温度に相当する。
【００３７】
このステップ１３において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」で、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが第１の温度判定値Ｔcth1よりも大きい場合には（Ｆreq＝０ and Ｔｃ＞Ｔcth1）、ステップ１４（Ｓ１４）に進み、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする（ステップ１４）。一方、ステップ１３において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」であるか、あるいは、コンデンサ温度Ｔｃが第１の温度判定値Ｔcth1以下の場合には、ステップ１５（Ｓ１５）に進む。
【００３８】
ステップ１５において、電源制御部４３は、制御要求フラグＦreqが「１」であり、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが第２の温度判定値Ｔcth2よりも小さいか否かを判断する。ここで、第２の温度判定値Ｔcth2は、直列固定処理により平滑コンデンサＣの温度が通常の動作温度帯域まで低下したことを判定するための平滑コンデンサＣの温度判定値である。換言すれば、第２の温度判定値Ｔcth2は、上述した第１の温度判定値Ｔcth1よりも小さな値に設定されている下限温度である。
【００３９】
このステップ１５において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」で、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが第２の温度判定値Ｔcth2よりも小さい場合には（Ｆreq＝１ and Ｔｃ＜Ｔcth2）、ステップ１６（Ｓ１６）に進み、制御要求フラグＦreqを「０」にセットする（ステップ１６）。一方、ステップ１５において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」であるか、あるいは、コンデンサ温度Ｔｃが第２の温度判定値Ｔcth2以上の場合には、ステップ１７（Ｓ１７）に進む。
【００４０】
ステップ１７において、電源制御部４３は、制御要求フラグＦreqが「１」であるか否かを判断する。このステップ１７において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」である場合には（Ｆreq＝１）、ステップ１１に進む。一方、ステップ１７において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」である場合には（Ｆreq＝０）、ステップ１８（Ｓ１８）に進む。
【００４１】
ステップ１８において、電源制御部４３は、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとの差（｜Ｅａ−Ｅｂ｜）が電源電圧判定値ΔＶthよりも小さいか否かを判定する。並列接続時、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとが異なる場合には、高電位側から低電位側へと電流が流れることにより、短絡が発生する。そこで、ステップ１８では、このような事態を抑制するために、電源電圧判定値ΔＶthに基づいて、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとがほぼ等しい状態であるか否かを判定する。
【００４２】
このステップ１８において肯定判定された場合、すなわち、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとがほぼ等しい状態である場合には（｜Ｅａ−Ｅｂ｜＜ΔＶth）、ステップ１９（Ｓ１９）に進む。一方、ステップ１８において否定判定された場合、すなわち、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとが等しくない状態である場合には（｜Ｅａ−Ｅｂ｜≧ΔＶth）、ステップ２０（Ｓ２０）に進む。
【００４３】
ステップ１９において、電源制御部４３は、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を並列接続に設定すべく、第１のスイッチＳＷ１および第３のスイッチＳＷ３をオン状態に制御し、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態に制御する（図３（ｂ）参照）。一方、ステップ２０において、電源制御部４３は、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を並列接続に設定すべく、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオフ状態に制御する（図３（ｂ）参照）。これにより、第１および第２の電源間における循環電流を抑制する。この場合、電圧の高い一方の電源からインバータ２０に電力が供給され、それによって、充電量が低下していき第１および第２の電源の電圧差が小さくなる。これにより、ステップ３９において肯定判定されることとなり、第１および第２の電源から実質的に並列な状態でインバータ２０に電力が供給されることとなる。
【００４４】
図５は、トルク指令値Ｔ*、第２のスイッチＳＷ２の状態、コンデンサ電圧Ｖｃ、制御要求フラグＦreqおよびコンデンサ温度Ｔｃの推移をそれぞれ示す説明図である。以下、上述した一連の制御処理によって具体化される電源制御部４３の制御概念について説明する。モータ速度ωが低い低速シーンでは、例えば渋滞区間を走行中といったように車両が加減速を頻繁に繰り返すことがあり、同図（ａ）のトルク指令値Ｔ*で示されるように、力行状態と回生状態とが交互に繰り返される。力行状態時には、基本的に、モータ１０の状態、具体的には、モータ速度ωに応じて電気的接続状態が直列接続および並列接続のうちの一方に設定される（同図（ｃ）参照）。この場合、低速シーンにおいて回生状態から力行状態へ移行した際には、回生状態の直列接続から力行状態の並設接続へと電気的接続状態が切り替えられることとなる。同様に、低速シーンにおいて力行状態から回生状態へ移行した際には、力行状態の並列接続から回生状態の直列接続へ電気的接続状態が切り替えられることとなる。
【００４５】
力行状態と回生状態との繰り返しに対応して、直列接続と並列接続とが繰り返されると、回生状態時にインバータ２０の平滑コンデンサＣが充電され、力行状態時に平滑コンデンサＣから放電が行われる。このように、直列接続と並列接続との接続が切り換わる際には、インバータ２０の平滑コンデンサＣを直列電圧・並列電圧に変化させるための充放電電流がコンデンサＣと電源装置３０との間に流れる。そのため、その内部抵抗により損失が発生するとともに、内部抵抗で熱を生じさせることとなる。
【００４６】
この点、本実施形態によれば、上述したステップ１０，１３における判断処理に示すように、回生状態から力行状態に移行した場合、平滑コンデンサＣの状態（具体的には、コンデンサ温度Ｔｃ）に応じて、第１および第２の電源の電気的接続状態を直列接続のままで固定とする直列固定処理が行われる。具体的には、電源制御部４３は、コンデンサ温度Ｔｃが第１の温度判定値Ｔcth1よりも大きい場合には、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする（同図（ｄ），（ｅ））。これにより、回生状態から力行状態に移行した場合、電源制御部４３は、同図（ｂ）に示すように、第１および第２の電源を直列接続に設定する（直列固定処理）。本来ならば、モータ１０の状態に基づいて電気的接続状態を判断するため、低速シーン（モータ速度ω≦ωth）では、回生状態から力行状態へ移行した後は並列接続が設定されるものであるが、直列固定処理により、直接接続が維持されることとなる。また、コンデンサ温度Ｔｃが第２の温度判定値Ｔcth2に低下するまで直列固定処理が継続されるので、直列接続が継続的に維持されることとなる。これにより、直列固定処理の間に力行状態と回生状態とが繰り返された場合であっても、直列接続と並列接続との切り替えが行われず、電圧変化を伴う平滑コンデンサＣの充放電は行われず、平滑コンデンサＣの温度上昇や損失を抑制することができる。また、コンデンサ温度Ｔｃが低下し、直列固定処理が終了すると、力行状態の場合には、モータ１０の状態（具体的には、モータ速度ω）に応じて、直列接続と並列接続との切り替えを行うことができる。低速シーンで並列接続を設定した場合には、低い電圧でインバータ２０を駆動することができるので、効率のよい駆動が可能となる。
【００４７】
特に、電気自動車では、渋滞区間などにおいて、低い速度でトルク指令値が力行状態と回生状態とを頻繁に繰り返すことになる。本実施形態の構成および制御方法によれば、そのような力行状態と回生状態を繰り返す場合であっても、コンデンサ温度Ｔｃに応じて、第１および第２の電源を直列接続のまま固定することで、直列接続と並列接続との切り替え回数を低減することができる。これにより、平滑コンデンサＣの充放電電流による発熱を抑制することができるとともに、充放電電流による損失の増大を抑制することができる。その結果、電気自動車の１充電あたりの走行距離を延ばすことができるとともに、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００４８】
また、コンデンサ温度Ｔｃが許容する範囲、すなわち、第１の判定温度Ｔcth1に到達するまでは、並列接続と力列接続との切り替えが可能である。そのため、低速シーンで並列接続を選択することが可能となり、低い電圧でインバータ２０を駆動することができるので、効率のよい駆動が可能となる。
【００４９】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態にかかるコントロールユニット４０ａの構成を模式的に示すブロック図である。本実施形態では、第１の実施形態に示すコントロールユニット４０に代えて、コントロールユニット４０ａを有する点において第１の実施形態と相違する。そこで、本実施形態では、第１の実施形態との相違点であるコントロールユニット４０ａを中心に説明を行う。また、第１の実施形態と共通する構成については、符号を引用することにより重複する説明を省略する。
【００５０】
コントロールユニット４０ａは、トルク制御部４１と、電流制御部４２と、電源制御部４３ａとで構成されている。トルク制御部４１と、電流制御部４２とは第１の実施形態と同様の機能を担っている。電源制御部４３ａには、第１の実施形態に示すコンデンサ温度Ｔｃに代えて、コンデンサ状態検出センサ５５において検出される平滑コンデンサＣの電流（以下「コンデンサ電流」という）Ｉｃが入力されている。電源制御部４３ａは、モータ速度ωと、コンデンサ電流Ｉｃと、コンデンサ電圧Ｖｃと、第１の電源電圧Ｅａと、第２の電源電圧Ｅｂとに基づいて、電源装置３０における第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を駆動するためのスイッチ駆動信号Ｓdsw1〜Ｓdsw3を生成する。電源制御部４３は、スイッチ駆動信号Ｓdsw1〜Ｓdsw3を通じて制御される第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフ状態の切り替えに応じて、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を直列接続または並列接続とで切り替える。
【００５１】
また、本実施形態の特徴の一つとして、電源制御部４３ａは、コンデンサ電流Ｉｃに基づいて、コンデンサ電流Ｉｃの電流実効値Ｉcrmsを演算する。電流実効値Ｉcrmsの演算に用いる周期は、平滑コンデンサＣの温度上昇を考慮して、平滑コンデンサＣの熱時定数と対応する数値に設定する。電流実効値Ｉcrmsは、下式に示すように、１周期Ｔｓにわたりコンデンサ電流Ｉｃについて積分を行うことにより演算され、時間と共に積分区間も移動させて演算を行う。なお、平滑コンデンサＣの熱時定数と対応する数値とは、本質的には、当該熱時定数と一致する数値を指すものであるが、本明細書では、演算上熱時定数と同等と見なせる範囲の数値も広く含む意味で用いることとする。
【数１】
【００５２】
図７は、本発明の第２の実施形態にかかる電源装置３０の制御方法を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、電源装置３０の第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の設定手順を示しており、所定周期でコントロールユニット４０ａ（具体的には、電源制御部４３ａ）によって実行される。なお、電源制御部４３ａは、回生状態時には、後述するフローチャートの処理によって決定される接続状態に拘わらず、第１の電源および第２の電源を直列接続に設定すべく、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のすべてをオフ状態に制御する（図３（ｃ）参照）。
【００５３】
ここで、ステップ３０（Ｓ３０）からステップ３２（Ｓ３２）、ステップ３４（Ｓ３４）、およびステップ３６（Ｓ３６）からステップ４０（Ｓ４０）は、第１の実施形態に示すステップ１０からステップ１２、ステップ１４、およびステップ１６からステップ２０の処理にそれぞれ対応しているため、各ステップの処理については説明を省略する。
【００５４】
コンデンサ電圧Ｖｃが直列判定値よりも大きい場合（ステップ３２における肯定判定の場合）には、ステップ３３（Ｓ３３）において、電源制御部４３ａは、制御要求フラグＦreqが「０」であり、かつ、電流実効値Ｉcrmsが第１の電流判定値Ｉcth1よりも大きいか否かを判定する。ここで、制御要求フラグＦreqは、第１の実施形態と同様、第１および第２の電源の接続状態に対するシステム要求を示すフラグである。第１の電流判定値Ｉcth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇を抑制するために、直列固定処理を行うか否かを判定するための平滑コンデンサＣの電流判定値である。換言すれば、第１の電流判定値Ｉcth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇抑制の観点から設定される上限電流に相当する。
【００５５】
ステップ３３において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」で、かつ、電流実効値Ｉcrmsが第１の電流判定値Ｉcth1よりも大きい場合には（Ｆreq＝０ and Ｉcrms＞Ｉcth1）、ステップ３４に進む。一方、ステップ３３において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」であるか、あるいは、電流実効値Ｉcrmsが第１の電流判定値Ｉcth1以下の場合には、ステップ３５（Ｓ３５）に進む。
【００５６】
ステップ３５において、電源制御部４３ａは、制御要求フラグＦreqが「１」であり、かつ、電流実効値Ｉcrmsが第２の電流判定値Ｉcth2よりも小さいか否かを判断する。ここで、第２の電流判定値Ｉcth2は、直列固定処理により平滑コンデンサＣの温度が通常の動作温度帯域まで低下したことを判定するための平滑コンデンサＣの温度判定値である。換言すれば、第２の電流判定値Ｉcth2は、上述した第１の電流判定値Ｉcth1よりも小さな値に設定されている下限電流である。
【００５７】
ステップ３５において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」で、かつ、電流実効値Ｉcrmsが第２の電流判定値Ｉcth2よりも小さい場合には（Ｆreq＝１ and Ｉｃ＜Ｉcth2）、ステップ３６に進む。一方、ステップ３５において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」であるか、あるいは、電流実効値Ｉcrmsが第２の電流判定値Ｉcth2以上の場合には、ステップ３７（Ｓ３７）に進む。
【００５８】
このように、本実施形態によれば、ステップ３０，３３における判断処理に示すように、回生状態から力行状態に移行した場合、平滑コンデンサＣの状態（具体的には、平滑コンデンサＣの電流実効値Ｉcrms）に応じて、第１および第２の電源の電気的接続状態を直列接続のままで固定とする直列固定処理が行われる。具体的には、電源制御部４３は、電流実効値Ｉcrmsが第１の電流判定値Ｉcth1よりも大きい場合には、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする。これにより、回生状態から力行状態に移行した場合、電源制御部４３は、第１および第２の電源を直列接続に設定する（直列固定処理）。本来ならば、モータ１０の状態に基づいて電気的接続状態を判断するため、低速シーン（モータ速度ω≦ωth）では、回生状態から力行状態へ移行した後は並列接続が設定されるものであるが、直列固定処理により、直接接続が維持されることとなる。また、電流実効値Ｉcrmsが第２の電流判定値Ｉcth2へ低下するまで直列固定処理が継続されるので、直列接続が継続的に維持されることとなる。これにより、直列固定処理の間に力行状態と回生状態とが繰り返された場合であっても、直列接続と並列接続との切り替えが行われない。そのため、直列接続と並列接続との電圧変化を伴う平滑コンデンサＣの充放電は行われず、平滑コンデンサＣの温度上昇を抑制することができる。また、電流実効値Ｉcrmsが低下し、直列固定処理が終了すると、力行運転時には、モータ１０の状態（具体的には、モータ速度ω）に応じて、直列接続と並列接続との切り替えを行うことができる。低速シーンで並列接続を設定した場合には、低い電圧でインバータ２０を駆動することができるので、効率のよい駆動が可能となる。
【００５９】
かかる手法によれば、力行状態と回生状態を繰り返す場合であっても、平滑コンデンサＣの電流実効値Ｉcrmsに応じて、第１および第２の電源を直列接続のまま固定することで、直列接続と並列接続との切り替え回数を低減することができる。これにより、平滑コンデンサＣの充放電電流による発熱を抑制することができるとともに、充放電電流による損失の増大を抑制することができる。その結果、電気自動車の１充電あたりの走行距離を延ばすことができるとともに、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００６０】
また、本実施形態では、電流実効値Ｉcrmsに基づいて直列固定処理に関する判定を行っている。かかる手法によれば、平滑コンデンサＣの発熱に起因するジュール損に相当する値を演算することができる。また、電流実効値Ｉcrmsを演算する際の積分区間を平滑コンデンサＣの熱時定数と対応させることで、発生するジュール損からの平滑コンデンサＣの温度上昇を推定することができる。これにより、平滑コンデンサＣの温度を直接検出できないようなケースであっても、コンデンサ電流Ｉｃから直列固定処理の可否およびその終了タイミングを判定することができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態にかかる電源装置３０ｂおよび当該電源装置３０ｂを用いたモータ１０の制御システムを模式的に示す構成図である。本実施形態では、第１の実施形態に示す電源装置３０、コントロールユニット４０に代えて、電源装置３０ｂ、コントロールユニット４０ｂを有する点において第１の実施形態と相違する。そこで、本実施形態では、第１の実施形態との相違点である電源装置３０ｂ、コントロールユニット４０ｂを中心に説明を行う。また、第１の実施形態と共通する構成については、符号を引用することにより重複する説明を省略する。
【００６２】
電源装置３０ｂは、第１の実施形態の電源装置３０と同様に、インバータ２０を介してモータ１０に接続されており、モータ１０に電力を供給するとともに、モータ１０において発電された電力を充電する電源装置である。電源装置３０ｂは、それぞれが独立して直流電源として機能する複数の電源（本実施形態では、２つの電源（第１および第２の電源））を有している。本実施形態の特徴の一つとして、電源装置３０は、第１および第２の電源間の電気的接続状態を直列接続と並列接続とで切り替えるスイッチ回路を備えており、このスイッチ回路は、単スイッチＳＷ０（スイッチング手段）を主体に構成される。
【００６３】
スイッチ回路において、単スイッチＳＷ０は、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子を主体に構成されており、トランジスタは、コレクタ・エミッタ間に、還流用ダイオードが逆並列接続されている。また、スイッチ回路において、単スイッチＳＷ０のコレクタ端子側およびエミッタ端子側には、単スイッチＳＷ０の還流用ダイオードの順方向と対応させたダイオードがそれぞれ直列接続されている。単スイッチＳＷ０のオンオフ状態は、コントロールユニット４０ｂから出力されるスイッチ駆動信号に応じて切り替えられる。
【００６４】
ここで、単スイッチＳＷ０とコレクタ端子側のダイオードとの接続点は、第１の電源の正極が接続され、単スイッチＳＷ０とエミッタ端子側のダイオードとの接続点は、第２の電源の負極が接続されている。コレクタ端子側のダイオードの他方の端子と、第２の電源の正極とは相互に接続されており、この接続端は電源装置３０の正極側の出力端として機能する。また、エミッタ端子側のダイオードの他方の端子と、第１の電源の負極とは相互に接続されており、この接続端は電源装置３０の負極側の出力端として機能する。
【００６５】
図９は、本発明の第３の実施形態にかかるコントロールユニット４０ｂの構成を模式的に示すブロック図である。コントロールユニット４０ｂは、トルク制御部４１と、電流制御部４２と、電源制御部４３ｂとで構成されている。トルク制御部４１と、電流制御部４２とは第１の実施形態と同様の機能を担っている。
【００６６】
電源制御部４３ｂは、コンデンサ電圧Ｖｃと、モータ速度ωと、第１の電源電圧Ｅａと、第２の電源電圧Ｅｂとに基づいて、電源装置３０における単スイッチＳＷ０を駆動するためのスイッチ駆動信号Ｓdsw0を生成する。電源制御部４３ｂは、スイッチ駆動信号Ｓdsw0を通じて制御される単スイッチＳＷ０のオンオフ状態の切り替えに応じて、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を直列接続または並列接続とで切り替える。
【００６７】
また、本実施形態において、電源制御部４３ｂは、コンデンサ電圧Ｖｃをモニタリングし、このコンデンサ電圧Ｖｃの単位時間あたりの変化回数をカウントしている。このカウントされた変化回数は、平滑コンデンサＣの単位時間あたりの充放電回数に相当し、直列固定処理の可否および終了タイミングを判定するためのパラメータとして用いられる。なお、電源制御部４３ｂは、第１の実施形態と同様に、モータ速度ωなどに基づいて、回生状態と力行状態との切り替わりを判定する。
【００６８】
図１０は、本実施形態にかかる電源装置３０ｂにおける第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の説明図である。モータ１０の力行状態時、第１の電源および第２の電源を直列接続して電力を供給する場合、電源制御部４３ｂは、単スイッチＳＷ０をオン状態に制御する（同図（ａ）参照）。また、モータ１０の力行状態時、第１の電源および第２の電源を並列接続して電力を供給する場合、電源制御部４３ｂは、単スイッチＳＷ０をオフ状態に制御する。この場合、第１の電源または第２の電源からモータ１０への電流は、単スイッチＳＷ０の両側に接続されたダイオードをそれぞれ流れる。これに対して、モータ１０が回生状態の場合、電源制御部４３ｂは、第１の電源および第２の電源を直列接続して電力を充電すべく、単スイッチＳＷ０をオフ状態に制御する。この場合、モータ１０からの電力は、単スイッチＳＷ０における還流用ダイオードを流れて、第１および第２の電源に電流が流れる。
【００６９】
図１１は、本実施形態にかかる電源装置３０ｂの制御方法を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、電源装置３０ｂの第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の設定手順を示しており、所定周期でコントロールユニット４０ｂ（具体的には、電源制御部４３ｂ）によって実行される。なお、電源制御部４３ｂは、回生状態時には、後述するフローチャートの処理によって決定される接続状態に拘わらず、第１の電源および第２の電源を直列接続に設定すべく、単スイッチＳＷ０のすべてをオフ状態に制御する（図１０（ｃ）参照）。
【００７０】
まず、ステップ５０（Ｓ５０）において、電源制御部４３ｂは、モータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きいか否かを判断する。速度判定値ωthは、第１の実施形態と同様の機能を有する判定値である。このステップ５０において肯定判定された場合、すなわち、モータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きい場合には（ω＞ωth）、ステップ５１（Ｓ５１）に進む。そして、ステップ５１において、電源制御部４３ｂは、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を直列接続に設定すべく、単スイッチＳＷ０をオン状態に制御する。一方、ステップ５０において否定判定された場合、すなわち、モータ速度ωが速度判定値ωth以下の場合には（ω≦ωth）、ステップ５２（Ｓ５２）に進む。
【００７１】
ステップ５２において、電源制御部４３ｂは、電源制御部４３は、第１の実施形態に示す直流判定値（Ｋｃ（Ｅａ＋Ｅｂ））とに基づいて、コンデンサ電圧Ｖｃが第１および第２の電源の直列接続に相当する値であるか、それとも第１および第２の電源の並列接続に相当する値であるかを判定する。このステップ５２において肯定された場合、すなわち、コンデンサ電圧Ｖｃが直列接続に相当する値である場合には（Ｖｃ＞Ｋｃ（Ｅａ＋Ｅｂ））、ステップ５３（Ｓ５３）に進む。一方、ステップ５２において否定判定された場合、すなわち、コンデンサ電圧Ｖｃが並列接続に相当する値である場合には（Ｖｃ≦Ｋｃ（Ｅａ＋Ｅｂ））、ステップ５５（Ｓ５５）に進む。
【００７２】
ステップ５３において、電源制御部４３は、制御要求フラグＦreqが「０」であり、かつ、コンデンサ電圧Ｖｃの単位時間あたりの変化回数、すなわち、充放電回数Ｃｖが第１の回数判定値Ｃth1よりも大きいか否かを判断する。ここで、第１の回数判定値Ｃth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇を抑制するために、直列固定処理を行うか否かを判定するための充放電の回数判定値である。換言すれば、第１の回数判定値Ｃth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇抑制の観点から設定される上限充放電回数に相当する。
【００７３】
ステップ５３において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」で、かつ、充放電回数Ｃｖが第１の回数判定値Ｃth1よりも大きい場合には（Ｆreq＝０ and Ｃｖ＞Ｃth1）、ステップ５４（Ｓ５４）に進み、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする（ステップ５４）。一方、ステップ５３において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」であるか、あるいは、充放電回数Ｃｖが第１の回数判定値Ｃth1以下の場合には、ステップ５５（Ｓ５５）に進む。
【００７４】
ステップ５５において、電源制御部４３は、制御要求フラグＦreqが「１」であり、かつ、充放電回数Ｃｖが第２の回数判定値Ｃth2よりも小さいか否かを判断する。ここで、第２の回数判定値Ｃth2は、直列固定処理により平滑コンデンサＣの温度が通常の動作温度帯域まで低下したことを判定するための充放電の回数判定値である。換言すれば、第２の回数判定値Ｃth2は、上述した第１の回数判定値Ｃth1よりも小さな値に設定されている下限充放電回数である。
【００７５】
このステップ５５において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」で、かつ、充放電回数Ｃｖが第２の回数判定値Ｃth2よりも小さい場合には（Ｆreq＝１ and Ｃｖ＜Ｃth2）、ステップ５６（Ｓ５６）に進み、制御要求フラグＦreqを「０」にセットする（ステップ５６）。一方、ステップ５５において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」であるか、あるいは、充放電回数Ｃｖが第２の回数判定値Ｃth2以上の場合には、ステップ５７（Ｓ５７）に進む。
【００７６】
ステップ５７において、電源制御部４３ｂは、制御要求フラグＦreqが「１」であるか否かを判断する。このステップ５７において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」である場合には（Ｆreq＝１）、ステップ５１に進む。一方、ステップ５７において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」である場合には（Ｆreq＝０）、ステップ５８（Ｓ５８）に進む。
【００７７】
ステップ５８において、電源制御部４３ｂは、電源制御部４３ｂは、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を並列接続に設定すべく、単スイッチＳＷ０をオフ状態に制御する。
【００７８】
このように本実施形態によれば、上述したステップ５０，５３における判断処理に示すように、回生状態から力行状態に移行した場合、平滑コンデンサＣの状態（具体的には、平滑コンデンサＣの充放電回数Ｃｖ）に応じて、第１および第２の電源の電気的接続状態を直列接続のままで固定とする直列固定処理が行われる。具体的には、電源制御部４３は、充放電回数Ｃｖが第１の回数判定値Ｃth1よりも大きい場合には、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする。これにより、回生状態から力行状態に移行した場合、電源制御部４３は、第１および第２の電源を直列接続に設定する（直列固定処理）。本来ならば、モータ１０の状態に基づいて電気的接続状態を判断するため、低速シーン（モータ速度ω≦ωth）では、回生状態から力行状態へ移行した後は並列接続が設定されるものであるが、直列固定処理により、直接接続が維持されることとなる。また、充放電回数Ｃｖが第２の回数判定値Ｃth2へ低下するまで直列固定処理が継続されるので、直列接続が維持されることとなる。これにより、直列固定処理の間に力行状態と回生状態とが繰り返された場合であっても、直列接続と並列接続との切り替えが行われず、電圧変化を伴う平滑コンデンサＣの充放電は行われず、平滑コンデンサＣの温度上昇を抑制することができる。また、充放電回数Ｃｖが低下し、直列固定処理が終了すると、力行状態の場合には、モータ１０の状態（具体的には、モータ速度ω）に応じて、直列接続と並列接続との切り替えを行うことができる。低速シーンで並列接続を設定した場合には、低い電圧でインバータ２０を駆動することができるので、効率のよい駆動が可能となる。
【００７９】
かかる手法によれば、力行状態と回生状態を繰り返す場合であっても、充放電回数Ｃｖに応じて、第１および第２の電源を直列接続のまま固定することで、直列接続と並列接続との切り替え回数を低減することができる。これにより、平滑コンデンサＣの充放電電流による発熱を抑制することができるとともに、充放電電流による損失の増大を抑制することができる。その結果、電気自動車の１充電あたりの走行距離を延ばすことができるとともに、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００８０】
また、第１および第２の電源の電気的接続状態を単一のスイッチＳＷ０で切り替えることができる。そのため、電源装置３０ｂを安価に構成することができるとともに、電源間の電圧比較処理（例えば、第１の実施形態に示すステップ１８の処理）が不要となるため、制御の簡素化を図ることができる。
【００８１】
なお、本実施形態では、電源制御部４３ｂが、充放電回数Ｃｖに応じて直列固定処理の判定を行う手法について述べたが、第１または第２の実施形態に示すように、コンデンサ温度Ｔｃまたはコンデンサ電流Ｉ（電流実効値Ｉcrms）に応じて直列固定処理の判定を行ってもよい。また、充放電回数Ｃｖに応じて直列固定処理の判定手法は、第１または第２の実施形態に示すシステム構成について適用することも可能である。さらに、これらの判定手法を組み合わせて利用してもよい。
【００８２】
以上、本発明の実施形態にかかる電源装置およびその制御方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、電源装置を構成する電源の数は３つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０…モータ
２０…インバータ
３０…電源装置
４０…コントロールユニット
４１…トルク制御部
４２…電流制御部
４３…電源制御部
５０…電流センサ
５１…電気角検出部
５２…モータ速度検出部
５３…第１の電圧センサ
５４…第２の電圧センサ
５５…コンデンサ状態検出センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、それぞれが独立した複数の電源を備える電源装置が知られており、例えば、この電源装置は、インバータ（電力変換装置）を介してモータに電力を供給する。例えば、特許文献１には、電気自動車の低出力運転時にインバータの入力電圧を下げ、スイッチング損失を低減させることにより、システム効率の向上を図る手法が開示されている。具体的には、アクセルペダル踏込量、モータの出力、あるいは、ブレーキペダル踏込量が大の時は、複数の電源を直列接続し、これらの値が小の時は、複数の電源を並列接続する。
【０００３】
なお、この類の電源装置では、個々の電源電圧間に差があるときには電源同士を並列接続することができないため、モータの回生時には、複数の電源間を直列接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２３６６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば、渋滞時といったようにアクセルペダル踏込量が小さく、モータ速度が低いシーンでは、力行状態時に複数の電源を並列接続し、回生状態時に複数の電源を直列接続するといった状態が頻繁に繰り返されることとなる。そのため、インバータ（電力変換装置）が備える平滑コンデンサの電圧変化に伴い充放電電流による損失が増大してしまうといった問題がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータが力行状態・回生状態を頻繁に繰り返す場合であっても、電力変換装置が備えるコンデンサの充放電電流による損失の増大を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明は、電力変換装置を介してモータに接続される複数の電源を備えており、回生状態から力行状態への移行時、電力変換装置が備えるコンデンサの状態に応じて、電気的接続状態を直列接続のままで固定とする直列固定処理を行う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回生状態から力行状態へ移行後、コンデンサの状態に応じて、回生状態における電気的接続状態と同じ直列接続がそのまま維持される。これにより、直列接続と並列接続との切り替え回数を低減することができる。そのため、インバータのコンデンサの電圧変化が抑制され、平滑コンデンサの充放電電流による発熱を抑制することができるとともに、充放電電流による損失の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態にかかる電源装置３０および当該電源装置３０を用いたモータ１０の制御システムを模式的に示す構成図
【図２】第１の実施形態にかかるコントロールユニット４０の構成を模式的に示すブロック図
【図３】第１の実施形態にかかる電源装置３０に関する第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の説明図
【図４】第１の実施形態にかかる電源装置３０の制御方法を示すフローチャート
【図５】トルク指令値Ｔ*、第２のスイッチＳＷ２の状態、コンデンサ電圧Ｖｃ、制御要求フラグＦreqおよびコンデンサ温度Ｔｃの推移をそれぞれ示す説明図
【図６】第２の実施形態にかかるコントロールユニット４０ａの構成を模式的に示すブロック図
【図７】第２の実施形態にかかる電源装置３０の制御方法を示すフローチャート
【図８】第３の実施形態にかかる電源装置３０ｂおよび当該電源装置３０ｂを用いたモータ１０の制御システムを模式的に示す構成図
【図９】第３の実施形態にかかるコントロールユニット４０ｂの構成を模式的に示すブロック図
【図１０】第３の実施形態にかかる電源装置３０ｂにおける第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の説明図
【図１１】第３の実施形態にかかる電源装置３０ｂの制御方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる電源装置３０および当該電源装置３０を用いたモータ１０の制御システムを模式的に示す構成図である。本実施形態では、電気自動車の駆動用モータとして適用されたモータ１０を制御する制御システムについて説明を行う。この電気自動車は、モータ１０、インバータ２０、電源装置３０およびコントロールユニット４０を備えている。
【００１１】
モータ１０は、例えば、中性点を中心に星形結線された複数の相巻線（本実施形態では、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる３つの相巻線）を有する３相交流同期モータである。このモータ１０は、インバータ２０内で変換された３相の交流電力が各相巻線に供給されることにより生じる磁界と、回転子の永久磁石が作る磁界との相互作用により駆動する。モータ１０のロータは、自動変速機の入力軸に連結されている。
【００１２】
モータ１０は、電源装置３０から電力の供給を受けて回転駆動することにより、電動機として動作することができる（以下、この運転状態を「力行状態」と呼ぶ）。一方、モータ１０は、ロータが外力により回転している場合、ステータ巻線の両端に起電力を生じさせることにより、発電機として機能する（以下、この運転状態を「回生状態」と呼ぶ）。モータ１０により発電された電力は、電源装置３０を充電することができる。本明細書では、電動機および発電機の双方の機能を併せもつ意味でモータという用語を用いる。
【００１３】
インバータ２０は、モータ１０の力行状態時、コントロールユニット４０から出力されるインバータ駆動信号に応じてＰＷＭ制御されることにより、電源装置３０から供給される直流電力を、多相交流電力（本実施形態では、Ｕ相交流電力、Ｖ相交流電力およびＷ相交流電力で構成される３相交流電力）に変換し、当該３相の交流電力をモータ１０の各相巻線に供給する。また、インバータ２０は、モータ１０の回生状態時、モータ１０によって発電された３相交流電力を直流電力に変換する。この直流電力は、電源装置３０または後述する平滑コンデンサＣに蓄電される。
【００１４】
インバータ２０は、モータ１０の各相に対応する３つのスイッチ回路を主体に構成されている。具体的には、インバータ２０は、電源装置３０の正極側の正極母線と、電源装置３０の負極側の負極母線との間に、Ｕ相用のスイッチ回路と、Ｖ相用のスイッチ回路と、Ｗ相用のスイッチ回路とを備える。また、正極母線と負極母線との間には、各相用のスイッチ回路よりも電源装置３０側に、平滑コンデンサＣが接続されている。
【００１５】
Ｕ相用のスイッチ回路は、互いに直列接続された一対のスイッチ（アーム）を主体に構成されており、Ｖ相用のスイッチ回路は、互いに直列接続された一対のスイッチ（アーム）を主体に構成されている。また、Ｗ相用のスイッチ回路は、互いに直列接続された一対のスイッチ（アーム）を主体に構成されている。個々のスイッチは、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子を主体に構成されており、個々のトランジスタには、コレクタ・エミッタ間に還流用ダイオードがそれぞれ逆並列接続されている。これらのスイッチのオンオフ状態は、コントロールユニット４０から出力されるインバータ駆動信号に応じて切り替えられる。
【００１６】
Ｕ相用の一対のスイッチの相互接続点、Ｖ相用の一対のスイッチの相互接続点、および、Ｗ相用の一対のスイッチの相互接続点は、それぞれが各相電流の出力点として機能している。各出力点には、モータ１０の対応する相巻線がそれぞれ接続される。インバータ２０により生成される３相交流電流をそれぞれＵ相交流電流Ｉｕ、Ｖ相交流電流ＩｖおよびＷ相交流電流Ｉｗとする。例えば、各交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、モータ１０側へ電流が流れる方向を正とする。
【００１７】
電源装置３０は、インバータ２０を介してモータ１０に接続されており、モータ１０に電力を供給するとともに、モータ１０において発電された電力を充電する電源装置である。電源装置３０は、それぞれが独立して直流電源として機能する複数の電源（本実施形態では、２つの電源（第１および第２の電源））を有している。個々の電源としては、例えば、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池といったバッテリを用いることができる。
【００１８】
また、電源装置３０は、第１および第２の電源間の電気的接続状態を、直列接続と並列接続とで切り替えるスイッチ回路を備えており、このスイッチ回路は、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３（スイッチング手段）を主体に構成されている。第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ１、第３のスイッチＳＷ３の順番に従って直列接続されている。個々のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子を主体に構成されており、個々のトランジスタは、コレクタ・エミッタ間に還流用ダイオードがそれぞれ逆並列接続されている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフ状態は、コントロールユニット４０から出力されるスイッチ駆動信号に応じて切り替えられる。
【００１９】
ここで、スイッチ回路において、第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２との接続点は、第１の電源（電源電圧Ｅａ）の正極が接続され、第２のスイッチＳＷ２と第３のスイッチＳＷ３との接続点は、第２の電源（電源電圧Ｅｂ）の負極が接続されている。第１のスイッチＳＷ１のコレクタ端子と、第２の電源の正極とは相互に接続されており、この接続端は電源装置３０の正極側の出力端として機能する。この正極側の出力端は、インバータ２０の正極母線が接続される。また、第３のスイッチＳＷ３のエミッタ端子と、第１の電源の負極とは相互に接続されており、この接続端は電源装置３０の負極側の出力端として機能する。この負極側の出力端は、インバータ２０の負極母線が接続される。なお、第１および第２の電源を並列接続から直列接続へ切り替えるときの突入電流を抑制するため、インバータ２０と、電源装置３０との間には、フィルタ用リアクトルＬが設けられている。
【００２０】
コントロールユニット４０は、インバータ２０を介してモータ１０を制御する制御手段であるとともに、電源装置３０を制御する電源制御手段でもある。コントロールユニット４０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。コントロールユニット４０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、インバータ２０および電源装置３０を制御するための演算を行う。そして、コントロールユニット４０は、この演算によって算出された制御信号をインバータ２０または電源装置３０に対して出力する。
【００２１】
図２は、コントロールユニット４０の構成を模式的に示すブロック図である。コントロールユニット４０は、インバータ２０を構成する各スイッチを制御することにより、モータ１０の出力トルクを制御する。また、コントロールユニット４０は、電源装置３０を構成する第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御することにより、電源装置３０における第１および第２の電源の電気的接続状態の設定を行う。
【００２２】
コントロールユニット４０には、各種センサからセンサ信号などの必要な情報が入力されている。電流センサ５０は、モータ１０の各相の交流電流、すなわち、Ｕ相交流電流Ｉｕと、Ｖ相交流電流Ｉｖと、Ｗ相交流電流Ｉｗとをそれぞれ検出する。電気角検出部５１は、モータ１０のロータ位置を表す電気的な位相（電気角）θを検出する。また、モータ速度検出部５２は、モータ１０のロータの回転角速度（モータ速度）ωを検出する。例えば、電気角検出部５１およびモータ速度検出部５２は、モータ１０のロータ位置を検出するエンコーダやレゾルバなどの回転位置センサからの検出結果に基づいて、電気角θおよびモータ速度ωを検出する。また、第１の電圧センサ５３は、第１の電源の電圧（以下「第１の電源電圧」という）Ｅａを検出し、第２の電圧センサ５４は、第２の電源の電圧（以下「第２の電源電圧」という）Ｅｂを検出する。コンデンサ状態検出センサ（検出手段）５５は、コンデンサＣの状態、具体的には、コンデンサＣの電圧（以下「コンデンサ電圧」という）ＶｃおよびコンデンサＣの温度（以下「コンデンサ温度」という）Ｔｃを検出する。また、コントロールユニット４０には、上位装置において演算されるトルク指令値Ｔ*が入力される。
【００２３】
コントロールユニット４０は、これを機能的に捉えた場合、トルク制御部４１と、電流制御部４２と、電源制御部４３とを有している。これらの機能的な要素のうち、トルク制御部４１と電流制御部４２とは、主として電動機の制御手段としての機能を担い、また、電源制御部４３とは、主として電源装置３０の制御手段としての機能を担っている。
【００２４】
トルク制御部４１は、トルク指令値Ｔ*とモータ速度ωとに基づいて、ベクトル制御用の電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ*およびｑ軸電流指令値Ｉｑ*を演算する。具体的には、トルク制御部４１は、トルク指令値Ｔ*とモータ速度ωとに基づいて、トルク指令値Ｔ*に一致するトルクをモータ１０が出力するためのｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*とをそれぞれ演算する。演算されたｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*は、電流制御部４２に出力される。トルク制御部４１は、トルク指令値Ｔ*およびモータ速度ωの各パラメータと、ｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*との対応関係を記述したマップを保持しており、当該マップを参照することにより、ｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を演算する。この対応関係を記述したマップは、実験やシミュレーションを通じて予め取得されている。
【００２５】
ここで、ｄｑ軸座標系は、モータ１０の機械的な回転速度の整数倍の電気的な回転速度で回転するｄ軸とｑ軸とから成る直交座標系である。３相同期モータであるモータ１０において、ｄｑ軸座標系はモータ回転に同期して回転する。ｄｑ軸座標系により、モータ１０の固定子巻線に供給される電流は、界磁分電流（ｄ軸電流）とトルク分電流（ｑ軸電流）とに分けてベクトル表示される。
【００２６】
電流制御部４２は、トルク制御部４１から出力されるｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*と、電気角θと、各相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて、インバータ駆動信号Ｓdinvを出力する。具体的には、電流制御部４２は、電気角θに基づいて、３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、ｄ軸およびｑ軸の実電流であるｄ軸およびｑ軸電流に座標変換を行う。電流制御部４２は、ｄ軸およびｑ軸電流と、ｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*との偏差が小さくなるように、ＰＩ制御或いはＰＩＤ制御等の制御則を用いて、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値をそれぞれ演算する。
【００２７】
電流制御部４２は、電気角θに基づいて、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値を、各相の電圧指令値に座標変換を行う。そして、電流制御部４２は、キャリアの電圧レベルと、各相の電圧指令値との比較に基づいて、インバータ２０を駆動するインバータ駆動信号Ｓdinvを生成する。生成されたインバータ駆動信号Ｓdinvはインバータ２０に対して出力され、このインバータ駆動信号Ｓdinvに応じて各スイッチ（具体的には、スイッチング素子）のオンオフ状態が制御される。
【００２８】
電源制御部４３は、モータ速度ωと、第１の電源電圧Ｅａと、第２の電源電圧Ｅｂと、コンデンサ電圧Ｖｃと、コンデンサ温度Ｔｃとに基づいて、電源装置３０における第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を駆動するためのスイッチ駆動信号Ｓdsw1〜Ｓdsw3を生成する。電源制御部４３は、スイッチ駆動信号Ｓdsw1〜Ｓdsw3を通じて制御される第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフ状態の切り替えに応じて、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を直列接続または並列接続とで切り替える。また、電源制御部４３は、モータ速度ωに基づいて、回生状態と力行状態との切り替わりを判定する。なお、電源制御部４３は、モータ速度ω以外にも、モータ１０のトルクまたはモータ１０における各相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれか一つ、またはこれらの組み合わせに基づいて、回生状態と力行状態との切り替わりを判定してもよい。
【００２９】
図３は、電源装置３０における第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の説明図である。モータ１０の力行状態時、第１の電源および第２の電源を直列接続して電力を供給する場合、電源制御部４３は、第１および第３のスイッチＳＷ１，ＳＷ３をオフ状態に、第２のスイッチＳＷ２をオン状態に制御する（同図（ａ）参照）。また、モータ１０の力行状態時、第１の電源および第２の電源を並列接続して電力を供給する場合、電源制御部４３は、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態に制御する。ここで、第１および第３のスイッチＳＷ１，ＳＷ３は、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとがほぼ等しい場合、オン状態にそれぞれ制御され、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとが等しくない場合、高電位側から低電位側へと電流が流れることを抑制するために、オフ状態にそれぞれ制御される（同図（ｂ）参照）。この場合、第１の電源または第２の電源からモータ１０への電流は、第１および第３のスイッチＳＷ１，ＳＷ３における還流用ダイオードをそれぞれ流れる。一方、モータ１０が回生状態の場合、電源制御部４３は、第１の電源および第２の電源を直列接続して電力を充電すべく、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオフ状態に制御する（同図（ｃ）参照）。この場合、モータ１０からの電力は、第２のスイッチＳＷ２における還流用ダイオードを流れて、第１および第２の電源に電流が流れる。
【００３０】
図４は、本発明の第１の実施形態にかかる電源装置３０の制御方法を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、電源装置３０の第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の設定手順を示しており、所定周期でコントロールユニット４０（具体的には、電源制御部４３）によって実行される。なお、電源制御部４３は、回生状態時には、後述するフローチャートの処理によって決定される接続状態に拘わらず、第１の電源および第２の電源を直列接続に設定すべく、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のすべてをオフ状態に制御する（図３（ｃ）参照）。
【００３１】
まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、電源制御部４３は、モータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きいか否かを判断する。モータ１０が力行状態である場合、モータ速度ωが低速シーンでない限り、第１の電源および第２の電源を並列接続よりも直列接続とした方が、モータ１０への供給電圧が高くなり、モータトルク・出力増加に対応することができるため好ましい。そこで、このステップ１０では、モータ速度ωに基づいて、モータ速度ωが大きいか否か、すなわち、第１の電源および第２の電源を直列接続した方がよいシーンであるか否かが判断される。速度判定値ωthは、力行状態時に直列接続を選択した方がよいか、あるいは、並列接続を選択した方がよいかを切り分けるためのモータ速度ωが、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。
【００３２】
このステップ１０において肯定判定された場合、すなわち、モータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きい場合には（ω＞ωth）、ステップ１１（Ｓ１１）に進む。一方、ステップ１０において否定判定された場合、すなわち、モータ速度ωが速度判定値ωth以下の場合には（ω≦ωth）、ステップ１２（Ｓ１２）に進む。
【００３３】
ステップ１１において、電源制御部４３は、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を直列接続に設定すべく、第１のスイッチＳＷ１および第３のスイッチＳＷ３をオフ状態に制御し、第２のスイッチＳＷ２をオン状態に制御する。
【００３４】
ステップ１２において、電源制御部４３は、コンデンサ電圧Ｖｃが、第１および第２の電源の直列接続に相当する値であるか、それとも第１および第２の電源の並列接続に相当する値であるかを判定する。具体的には、電源制御部４３は、コンデンサ電圧Ｖｃが、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとの加算値に係数Ｋｃを乗算した値（以下「直列判定値」という）よりも大きいか否かを判定する。ここで、係数Ｋｃは、予め定める１以下のゲインである。この係数Ｋｃは、直列判定値が、第１および第２の電源を直列接続にした際の電圧からスイッチ回路に用いるスイッチング素子のオン電圧分やインバータ２０の平滑コンデンサＣまでの配線での電圧降下分などを考慮した値となるように設定される値である。すなわち、現在の電気的な接続状態として第１および第２の電源が直列接続である場合には、コンデンサ電圧Ｖｃは直列判定値よりも大きくなり、一方で、現在の電気的な接続状態として第１および第２の電源が並列接続である場合には、コンデンサ電圧Ｖｃが直列判定値以下となる。
【００３５】
このステップ１２において肯定された場合、すなわち、コンデンサ電圧Ｖｃが直列判定値よりも大きい場合には（Ｖｃ＞Ｋｃ（Ｅａ＋Ｅｂ））、ステップ１３（Ｓ１３）に進む。一方、ステップ１２において否定判定された場合、すなわち、コンデンサ電圧Ｖｃが直列判定値以下の場合には（Ｖｃ≦Ｋｃ（Ｅａ＋Ｅｂ））、ステップ１５（Ｓ１５）に進む。
【００３６】
ステップ１３において、電源制御部４３は、制御要求フラグＦreqが「０」であり、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが第１の温度判定値Ｔcth1よりも大きいか否かを判断する。ここで、制御要求フラグＦreqは、第１および第２の電源の接続状態に対するシステム要求を示すフラグであり、並列接続を要求する場合には「０」に設定され、直列接続を要求する場合には「１」に設定される。この制御要求フラグＦreqは、初期的には「０」に設定されている。また、第１の温度判定値Ｔcth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇を抑制するために、後述する直列固定処理を行うか否かを判定するための平滑コンデンサＣの温度判定値である。換言すれば、第１の温度判定値Ｔcth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇抑制の観点から設定される上限温度に相当する。
【００３７】
このステップ１３において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」で、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが第１の温度判定値Ｔcth1よりも大きい場合には（Ｆreq＝０ and Ｔｃ＞Ｔcth1）、ステップ１４（Ｓ１４）に進み、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする（ステップ１４）。一方、ステップ１３において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」であるか、あるいは、コンデンサ温度Ｔｃが第１の温度判定値Ｔcth1以下の場合には、ステップ１５（Ｓ１５）に進む。
【００３８】
ステップ１５において、電源制御部４３は、制御要求フラグＦreqが「１」であり、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが第２の温度判定値Ｔcth2よりも小さいか否かを判断する。ここで、第２の温度判定値Ｔcth2は、直列固定処理により平滑コンデンサＣの温度が通常の動作温度帯域まで低下したことを判定するための平滑コンデンサＣの温度判定値である。換言すれば、第２の温度判定値Ｔcth2は、上述した第１の温度判定値Ｔcth1よりも小さな値に設定されている下限温度である。
【００３９】
このステップ１５において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」で、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが第２の温度判定値Ｔcth2よりも小さい場合には（Ｆreq＝１ and Ｔｃ＜Ｔcth2）、ステップ１６（Ｓ１６）に進み、制御要求フラグＦreqを「０」にセットする（ステップ１６）。一方、ステップ１５において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」であるか、あるいは、コンデンサ温度Ｔｃが第２の温度判定値Ｔcth2以上の場合には、ステップ１７（Ｓ１７）に進む。
【００４０】
ステップ１７において、電源制御部４３は、制御要求フラグＦreqが「１」であるか否かを判断する。このステップ１７において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」である場合には（Ｆreq＝１）、ステップ１１に進む。一方、ステップ１７において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」である場合には（Ｆreq＝０）、ステップ１８（Ｓ１８）に進む。
【００４１】
ステップ１８において、電源制御部４３は、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとの差（｜Ｅａ−Ｅｂ｜）が電源電圧判定値ΔＶthよりも小さいか否かを判定する。並列接続時、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとが異なる場合には、高電位側から低電位側へと電流が流れることにより、短絡が発生する。そこで、ステップ１８では、このような事態を抑制するために、電源電圧判定値ΔＶthに基づいて、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとがほぼ等しい状態であるか否かを判定する。
【００４２】
このステップ１８において肯定判定された場合、すなわち、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとがほぼ等しい状態である場合には（｜Ｅａ−Ｅｂ｜＜ΔＶth）、ステップ１９（Ｓ１９）に進む。一方、ステップ１８において否定判定された場合、すなわち、第１の電源電圧Ｅａと第２の電源電圧Ｅｂとが等しくない状態である場合には（｜Ｅａ−Ｅｂ｜≧ΔＶth）、ステップ２０（Ｓ２０）に進む。
【００４３】
ステップ１９において、電源制御部４３は、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を並列接続に設定すべく、第１のスイッチＳＷ１および第３のスイッチＳＷ３をオン状態に制御し、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態に制御する（図３（ｂ）参照）。一方、ステップ２０において、電源制御部４３は、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を並列接続に設定すべく、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオフ状態に制御する（図３（ｂ）参照）。これにより、第１および第２の電源間における循環電流を抑制する。この場合、電圧の高い一方の電源からインバータ２０に電力が供給され、それによって、充電量が低下していき第１および第２の電源の電圧差が小さくなる。これにより、ステップ３９において肯定判定されることとなり、第１および第２の電源から実質的に並列な状態でインバータ２０に電力が供給されることとなる。
【００４４】
図５は、トルク指令値Ｔ*、第２のスイッチＳＷ２の状態、コンデンサ電圧Ｖｃ、制御要求フラグＦreqおよびコンデンサ温度Ｔｃの推移をそれぞれ示す説明図である。以下、上述した一連の制御処理によって具体化される電源制御部４３の制御概念について説明する。モータ速度ωが低い低速シーンでは、例えば渋滞区間を走行中といったように車両が加減速を頻繁に繰り返すことがあり、同図（ａ）のトルク指令値Ｔ*で示されるように、力行状態と回生状態とが交互に繰り返される。力行状態時には、基本的に、モータ１０の状態、具体的には、モータ速度ωに応じて電気的接続状態が直列接続および並列接続のうちの一方に設定される（同図（ｃ）参照）。この場合、低速シーンにおいて回生状態から力行状態へ移行した際には、回生状態の直列接続から力行状態の並設接続へと電気的接続状態が切り替えられることとなる。同様に、低速シーンにおいて力行状態から回生状態へ移行した際には、力行状態の並列接続から回生状態の直列接続へ電気的接続状態が切り替えられることとなる。
【００４５】
力行状態と回生状態との繰り返しに対応して、直列接続と並列接続とが繰り返されると、回生状態時にインバータ２０の平滑コンデンサＣが充電され、力行状態時に平滑コンデンサＣから放電が行われる。このように、直列接続と並列接続との接続が切り換わる際には、インバータ２０の平滑コンデンサＣを直列電圧・並列電圧に変化させるための充放電電流がコンデンサＣと電源装置３０との間に流れる。そのため、その内部抵抗により損失が発生するとともに、内部抵抗で熱を生じさせることとなる。
【００４６】
この点、本実施形態によれば、上述したステップ１０，１３における判断処理に示すように、回生状態から力行状態に移行した場合、平滑コンデンサＣの状態（具体的には、コンデンサ温度Ｔｃ）に応じて、第１および第２の電源の電気的接続状態を直列接続のままで固定とする直列固定処理が行われる。具体的には、電源制御部４３は、コンデンサ温度Ｔｃが第１の温度判定値Ｔcth1よりも大きい場合には、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする（同図（ｄ），（ｅ））。これにより、回生状態から力行状態に移行した場合、電源制御部４３は、同図（ｂ）に示すように、第１および第２の電源を直列接続に設定する（直列固定処理）。本来ならば、モータ１０の状態に基づいて電気的接続状態を判断するため、低速シーン（モータ速度ω≦ωth）では、回生状態から力行状態へ移行した後は並列接続が設定されるものであるが、直列固定処理により、直接接続が維持されることとなる。また、コンデンサ温度Ｔｃが第２の温度判定値Ｔcth2に低下するまで直列固定処理が継続されるので、直列接続が継続的に維持されることとなる。これにより、直列固定処理の間に力行状態と回生状態とが繰り返された場合であっても、直列接続と並列接続との切り替えが行われず、電圧変化を伴う平滑コンデンサＣの充放電は行われず、平滑コンデンサＣの温度上昇や損失を抑制することができる。また、コンデンサ温度Ｔｃが低下し、直列固定処理が終了すると、力行状態の場合には、モータ１０の状態（具体的には、モータ速度ω）に応じて、直列接続と並列接続との切り替えを行うことができる。低速シーンで並列接続を設定した場合には、低い電圧でインバータ２０を駆動することができるので、効率のよい駆動が可能となる。
【００４７】
特に、電気自動車では、渋滞区間などにおいて、低い速度でトルク指令値が力行状態と回生状態とを頻繁に繰り返すことになる。本実施形態の構成および制御方法によれば、そのような力行状態と回生状態を繰り返す場合であっても、コンデンサ温度Ｔｃに応じて、第１および第２の電源を直列接続のまま固定することで、直列接続と並列接続との切り替え回数を低減することができる。これにより、平滑コンデンサＣの充放電電流による発熱を抑制することができるとともに、充放電電流による損失の増大を抑制することができる。その結果、電気自動車の１充電あたりの走行距離を延ばすことができるとともに、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００４８】
また、コンデンサ温度Ｔｃが許容する範囲、すなわち、第１の判定温度Ｔcth1に到達するまでは、並列接続と力列接続との切り替えが可能である。そのため、低速シーンで並列接続を選択することが可能となり、低い電圧でインバータ２０を駆動することができるので、効率のよい駆動が可能となる。
【００４９】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態にかかるコントロールユニット４０ａの構成を模式的に示すブロック図である。本実施形態では、第１の実施形態に示すコントロールユニット４０に代えて、コントロールユニット４０ａを有する点において第１の実施形態と相違する。そこで、本実施形態では、第１の実施形態との相違点であるコントロールユニット４０ａを中心に説明を行う。また、第１の実施形態と共通する構成については、符号を引用することにより重複する説明を省略する。
【００５０】
コントロールユニット４０ａは、トルク制御部４１と、電流制御部４２と、電源制御部４３ａとで構成されている。トルク制御部４１と、電流制御部４２とは第１の実施形態と同様の機能を担っている。電源制御部４３ａには、第１の実施形態に示すコンデンサ温度Ｔｃに代えて、コンデンサ状態検出センサ５５において検出される平滑コンデンサＣの電流（以下「コンデンサ電流」という）Ｉｃが入力されている。電源制御部４３ａは、モータ速度ωと、コンデンサ電流Ｉｃと、コンデンサ電圧Ｖｃと、第１の電源電圧Ｅａと、第２の電源電圧Ｅｂとに基づいて、電源装置３０における第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を駆動するためのスイッチ駆動信号Ｓdsw1〜Ｓdsw3を生成する。電源制御部４３は、スイッチ駆動信号Ｓdsw1〜Ｓdsw3を通じて制御される第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフ状態の切り替えに応じて、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を直列接続または並列接続とで切り替える。
【００５１】
また、本実施形態の特徴の一つとして、電源制御部４３ａは、コンデンサ電流Ｉｃに基づいて、コンデンサ電流Ｉｃの電流実効値Ｉcrmsを演算する。電流実効値Ｉcrmsの演算に用いる周期は、平滑コンデンサＣの温度上昇を考慮して、平滑コンデンサＣの熱時定数と対応する数値に設定する。電流実効値Ｉcrmsは、下式に示すように、１周期Ｔｓにわたりコンデンサ電流Ｉｃについて積分を行うことにより演算され、時間と共に積分区間も移動させて演算を行う。なお、平滑コンデンサＣの熱時定数と対応する数値とは、本質的には、当該熱時定数と一致する数値を指すものであるが、本明細書では、演算上熱時定数と同等と見なせる範囲の数値も広く含む意味で用いることとする。
【数１】
【００５２】
図７は、本発明の第２の実施形態にかかる電源装置３０の制御方法を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、電源装置３０の第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の設定手順を示しており、所定周期でコントロールユニット４０ａ（具体的には、電源制御部４３ａ）によって実行される。なお、電源制御部４３ａは、回生状態時には、後述するフローチャートの処理によって決定される接続状態に拘わらず、第１の電源および第２の電源を直列接続に設定すべく、第１から第３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のすべてをオフ状態に制御する（図３（ｃ）参照）。
【００５３】
ここで、ステップ３０（Ｓ３０）からステップ３２（Ｓ３２）、ステップ３４（Ｓ３４）、およびステップ３６（Ｓ３６）からステップ４０（Ｓ４０）は、第１の実施形態に示すステップ１０からステップ１２、ステップ１４、およびステップ１６からステップ２０の処理にそれぞれ対応しているため、各ステップの処理については説明を省略する。
【００５４】
コンデンサ電圧Ｖｃが直列判定値よりも大きい場合（ステップ３２における肯定判定の場合）には、ステップ３３（Ｓ３３）において、電源制御部４３ａは、制御要求フラグＦreqが「０」であり、かつ、電流実効値Ｉcrmsが第１の電流判定値Ｉcth1よりも大きいか否かを判定する。ここで、制御要求フラグＦreqは、第１の実施形態と同様、第１および第２の電源の接続状態に対するシステム要求を示すフラグである。第１の電流判定値Ｉcth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇を抑制するために、直列固定処理を行うか否かを判定するための平滑コンデンサＣの電流判定値である。換言すれば、第１の電流判定値Ｉcth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇抑制の観点から設定される上限電流に相当する。
【００５５】
ステップ３３において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」で、かつ、電流実効値Ｉcrmsが第１の電流判定値Ｉcth1よりも大きい場合には（Ｆreq＝０ and Ｉcrms＞Ｉcth1）、ステップ３４に進む。一方、ステップ３３において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」であるか、あるいは、電流実効値Ｉcrmsが第１の電流判定値Ｉcth1以下の場合には、ステップ３５（Ｓ３５）に進む。
【００５６】
ステップ３５において、電源制御部４３ａは、制御要求フラグＦreqが「１」であり、かつ、電流実効値Ｉcrmsが第２の電流判定値Ｉcth2よりも小さいか否かを判断する。ここで、第２の電流判定値Ｉcth2は、直列固定処理により平滑コンデンサＣの温度が通常の動作温度帯域まで低下したことを判定するための平滑コンデンサＣの温度判定値である。換言すれば、第２の電流判定値Ｉcth2は、上述した第１の電流判定値Ｉcth1よりも小さな値に設定されている下限電流である。
【００５７】
ステップ３５において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」で、かつ、電流実効値Ｉcrmsが第２の電流判定値Ｉcth2よりも小さい場合には（Ｆreq＝１ and Ｉｃ＜Ｉcth2）、ステップ３６に進む。一方、ステップ３５において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」であるか、あるいは、電流実効値Ｉcrmsが第２の電流判定値Ｉcth2以上の場合には、ステップ３７（Ｓ３７）に進む。
【００５８】
このように、本実施形態によれば、ステップ３０，３３における判断処理に示すように、回生状態から力行状態に移行した場合、平滑コンデンサＣの状態（具体的には、平滑コンデンサＣの電流実効値Ｉcrms）に応じて、第１および第２の電源の電気的接続状態を直列接続のままで固定とする直列固定処理が行われる。具体的には、電源制御部４３は、電流実効値Ｉcrmsが第１の電流判定値Ｉcth1よりも大きい場合には、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする。これにより、回生状態から力行状態に移行した場合、電源制御部４３は、第１および第２の電源を直列接続に設定する（直列固定処理）。本来ならば、モータ１０の状態に基づいて電気的接続状態を判断するため、低速シーン（モータ速度ω≦ωth）では、回生状態から力行状態へ移行した後は並列接続が設定されるものであるが、直列固定処理により、直接接続が維持されることとなる。また、電流実効値Ｉcrmsが第２の電流判定値Ｉcth2へ低下するまで直列固定処理が継続されるので、直列接続が継続的に維持されることとなる。これにより、直列固定処理の間に力行状態と回生状態とが繰り返された場合であっても、直列接続と並列接続との切り替えが行われない。そのため、直列接続と並列接続との電圧変化を伴う平滑コンデンサＣの充放電は行われず、平滑コンデンサＣの温度上昇を抑制することができる。また、電流実効値Ｉcrmsが低下し、直列固定処理が終了すると、力行運転時には、モータ１０の状態（具体的には、モータ速度ω）に応じて、直列接続と並列接続との切り替えを行うことができる。低速シーンで並列接続を設定した場合には、低い電圧でインバータ２０を駆動することができるので、効率のよい駆動が可能となる。
【００５９】
かかる手法によれば、力行状態と回生状態を繰り返す場合であっても、平滑コンデンサＣの電流実効値Ｉcrmsに応じて、第１および第２の電源を直列接続のまま固定することで、直列接続と並列接続との切り替え回数を低減することができる。これにより、平滑コンデンサＣの充放電電流による発熱を抑制することができるとともに、充放電電流による損失の増大を抑制することができる。その結果、電気自動車の１充電あたりの走行距離を延ばすことができるとともに、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００６０】
また、本実施形態では、電流実効値Ｉcrmsに基づいて直列固定処理に関する判定を行っている。かかる手法によれば、平滑コンデンサＣの発熱に起因するジュール損に相当する値を演算することができる。また、電流実効値Ｉcrmsを演算する際の積分区間を平滑コンデンサＣの熱時定数と対応させることで、発生するジュール損からの平滑コンデンサＣの温度上昇を推定することができる。これにより、平滑コンデンサＣの温度を直接検出できないようなケースであっても、コンデンサ電流Ｉｃから直列固定処理の可否およびその終了タイミングを判定することができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態にかかる電源装置３０ｂおよび当該電源装置３０ｂを用いたモータ１０の制御システムを模式的に示す構成図である。本実施形態では、第１の実施形態に示す電源装置３０、コントロールユニット４０に代えて、電源装置３０ｂ、コントロールユニット４０ｂを有する点において第１の実施形態と相違する。そこで、本実施形態では、第１の実施形態との相違点である電源装置３０ｂ、コントロールユニット４０ｂを中心に説明を行う。また、第１の実施形態と共通する構成については、符号を引用することにより重複する説明を省略する。
【００６２】
電源装置３０ｂは、第１の実施形態の電源装置３０と同様に、インバータ２０を介してモータ１０に接続されており、モータ１０に電力を供給するとともに、モータ１０において発電された電力を充電する電源装置である。電源装置３０ｂは、それぞれが独立して直流電源として機能する複数の電源（本実施形態では、２つの電源（第１および第２の電源））を有している。本実施形態の特徴の一つとして、電源装置３０は、第１および第２の電源間の電気的接続状態を直列接続と並列接続とで切り替えるスイッチ回路を備えており、このスイッチ回路は、単スイッチＳＷ０（スイッチング手段）を主体に構成される。
【００６３】
スイッチ回路において、単スイッチＳＷ０は、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子を主体に構成されており、トランジスタは、コレクタ・エミッタ間に、還流用ダイオードが逆並列接続されている。また、スイッチ回路において、単スイッチＳＷ０のコレクタ端子側およびエミッタ端子側には、単スイッチＳＷ０の還流用ダイオードの順方向と対応させたダイオードがそれぞれ直列接続されている。単スイッチＳＷ０のオンオフ状態は、コントロールユニット４０ｂから出力されるスイッチ駆動信号に応じて切り替えられる。
【００６４】
ここで、単スイッチＳＷ０とコレクタ端子側のダイオードとの接続点は、第１の電源の正極が接続され、単スイッチＳＷ０とエミッタ端子側のダイオードとの接続点は、第２の電源の負極が接続されている。コレクタ端子側のダイオードの他方の端子と、第２の電源の正極とは相互に接続されており、この接続端は電源装置３０の正極側の出力端として機能する。また、エミッタ端子側のダイオードの他方の端子と、第１の電源の負極とは相互に接続されており、この接続端は電源装置３０の負極側の出力端として機能する。
【００６５】
図９は、本発明の第３の実施形態にかかるコントロールユニット４０ｂの構成を模式的に示すブロック図である。コントロールユニット４０ｂは、トルク制御部４１と、電流制御部４２と、電源制御部４３ｂとで構成されている。トルク制御部４１と、電流制御部４２とは第１の実施形態と同様の機能を担っている。
【００６６】
電源制御部４３ｂは、コンデンサ電圧Ｖｃと、モータ速度ωと、第１の電源電圧Ｅａと、第２の電源電圧Ｅｂとに基づいて、電源装置３０における単スイッチＳＷ０を駆動するためのスイッチ駆動信号Ｓdsw0を生成する。電源制御部４３ｂは、スイッチ駆動信号Ｓdsw0を通じて制御される単スイッチＳＷ０のオンオフ状態の切り替えに応じて、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を直列接続または並列接続とで切り替える。
【００６７】
また、本実施形態において、電源制御部４３ｂは、コンデンサ電圧Ｖｃをモニタリングし、このコンデンサ電圧Ｖｃの単位時間あたりの変化回数をカウントしている。このカウントされた変化回数は、平滑コンデンサＣの単位時間あたりの充放電回数に相当し、直列固定処理の可否および終了タイミングを判定するためのパラメータとして用いられる。なお、電源制御部４３ｂは、第１の実施形態と同様に、モータ速度ωなどに基づいて、回生状態と力行状態との切り替わりを判定する。
【００６８】
図１０は、本実施形態にかかる電源装置３０ｂにおける第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の説明図である。モータ１０の力行状態時、第１の電源および第２の電源を直列接続して電力を供給する場合、電源制御部４３ｂは、単スイッチＳＷ０をオン状態に制御する（同図（ａ）参照）。また、モータ１０の力行状態時、第１の電源および第２の電源を並列接続して電力を供給する場合、電源制御部４３ｂは、単スイッチＳＷ０をオフ状態に制御する。この場合、第１の電源または第２の電源からモータ１０への電流は、単スイッチＳＷ０の両側に接続されたダイオードをそれぞれ流れる。これに対して、モータ１０が回生状態の場合、電源制御部４３ｂは、第１の電源および第２の電源を直列接続して電力を充電すべく、単スイッチＳＷ０をオフ状態に制御する。この場合、モータ１０からの電力は、単スイッチＳＷ０における還流用ダイオードを流れて、第１および第２の電源に電流が流れる。
【００６９】
図１１は、本実施形態にかかる電源装置３０ｂの制御方法を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、電源装置３０ｂの第１の電源および第２の電源の電気的接続状態の設定手順を示しており、所定周期でコントロールユニット４０ｂ（具体的には、電源制御部４３ｂ）によって実行される。なお、電源制御部４３ｂは、回生状態時には、後述するフローチャートの処理によって決定される接続状態に拘わらず、第１の電源および第２の電源を直列接続に設定すべく、単スイッチＳＷ０のすべてをオフ状態に制御する（図１０（ｃ）参照）。
【００７０】
まず、ステップ５０（Ｓ５０）において、電源制御部４３ｂは、モータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きいか否かを判断する。速度判定値ωthは、第１の実施形態と同様の機能を有する判定値である。このステップ５０において肯定判定された場合、すなわち、モータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きい場合には（ω＞ωth）、ステップ５１（Ｓ５１）に進む。そして、ステップ５１において、電源制御部４３ｂは、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を直列接続に設定すべく、単スイッチＳＷ０をオン状態に制御する。一方、ステップ５０において否定判定された場合、すなわち、モータ速度ωが速度判定値ωth以下の場合には（ω≦ωth）、ステップ５２（Ｓ５２）に進む。
【００７１】
ステップ５２において、電源制御部４３ｂは、電源制御部４３は、第１の実施形態に示す直流判定値（Ｋｃ（Ｅａ＋Ｅｂ））とに基づいて、コンデンサ電圧Ｖｃが第１および第２の電源の直列接続に相当する値であるか、それとも第１および第２の電源の並列接続に相当する値であるかを判定する。このステップ５２において肯定された場合、すなわち、コンデンサ電圧Ｖｃが直列接続に相当する値である場合には（Ｖｃ＞Ｋｃ（Ｅａ＋Ｅｂ））、ステップ５３（Ｓ５３）に進む。一方、ステップ５２において否定判定された場合、すなわち、コンデンサ電圧Ｖｃが並列接続に相当する値である場合には（Ｖｃ≦Ｋｃ（Ｅａ＋Ｅｂ））、ステップ５５（Ｓ５５）に進む。
【００７２】
ステップ５３において、電源制御部４３は、制御要求フラグＦreqが「０」であり、かつ、コンデンサ電圧Ｖｃの単位時間あたりの変化回数、すなわち、充放電回数Ｃｖが第１の回数判定値Ｃth1よりも大きいか否かを判断する。ここで、第１の回数判定値Ｃth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇を抑制するために、直列固定処理を行うか否かを判定するための充放電の回数判定値である。換言すれば、第１の回数判定値Ｃth1は、平滑コンデンサＣの温度上昇抑制の観点から設定される上限充放電回数に相当する。
【００７３】
ステップ５３において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」で、かつ、充放電回数Ｃｖが第１の回数判定値Ｃth1よりも大きい場合には（Ｆreq＝０ and Ｃｖ＞Ｃth1）、ステップ５４（Ｓ５４）に進み、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする（ステップ５４）。一方、ステップ５３において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」であるか、あるいは、充放電回数Ｃｖが第１の回数判定値Ｃth1以下の場合には、ステップ５５（Ｓ５５）に進む。
【００７４】
ステップ５５において、電源制御部４３は、制御要求フラグＦreqが「１」であり、かつ、充放電回数Ｃｖが第２の回数判定値Ｃth2よりも小さいか否かを判断する。ここで、第２の回数判定値Ｃth2は、直列固定処理により平滑コンデンサＣの温度が通常の動作温度帯域まで低下したことを判定するための充放電の回数判定値である。換言すれば、第２の回数判定値Ｃth2は、上述した第１の回数判定値Ｃth1よりも小さな値に設定されている下限充放電回数である。
【００７５】
このステップ５５において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」で、かつ、充放電回数Ｃｖが第２の回数判定値Ｃth2よりも小さい場合には（Ｆreq＝１ and Ｃｖ＜Ｃth2）、ステップ５６（Ｓ５６）に進み、制御要求フラグＦreqを「０」にセットする（ステップ５６）。一方、ステップ５５において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」であるか、あるいは、充放電回数Ｃｖが第２の回数判定値Ｃth2以上の場合には、ステップ５７（Ｓ５７）に進む。
【００７６】
ステップ５７において、電源制御部４３ｂは、制御要求フラグＦreqが「１」であるか否かを判断する。このステップ５７において肯定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「１」である場合には（Ｆreq＝１）、ステップ５１に進む。一方、ステップ５７において否定判定された場合、すなわち、制御要求フラグＦreqが「０」である場合には（Ｆreq＝０）、ステップ５８（Ｓ５８）に進む。
【００７７】
ステップ５８において、電源制御部４３ｂは、電源制御部４３ｂは、第１の電源および第２の電源の電気的接続状態を並列接続に設定すべく、単スイッチＳＷ０をオフ状態に制御する。
【００７８】
このように本実施形態によれば、上述したステップ５０，５３における判断処理に示すように、回生状態から力行状態に移行した場合、平滑コンデンサＣの状態（具体的には、平滑コンデンサＣの充放電回数Ｃｖ）に応じて、第１および第２の電源の電気的接続状態を直列接続のままで固定とする直列固定処理が行われる。具体的には、電源制御部４３は、充放電回数Ｃｖが第１の回数判定値Ｃth1よりも大きい場合には、制御要求フラグＦreqを「１」にセットする。これにより、回生状態から力行状態に移行した場合、電源制御部４３は、第１および第２の電源を直列接続に設定する（直列固定処理）。本来ならば、モータ１０の状態に基づいて電気的接続状態を判断するため、低速シーン（モータ速度ω≦ωth）では、回生状態から力行状態へ移行した後は並列接続が設定されるものであるが、直列固定処理により、直接接続が維持されることとなる。また、充放電回数Ｃｖが第２の回数判定値Ｃth2へ低下するまで直列固定処理が継続されるので、直列接続が維持されることとなる。これにより、直列固定処理の間に力行状態と回生状態とが繰り返された場合であっても、直列接続と並列接続との切り替えが行われず、電圧変化を伴う平滑コンデンサＣの充放電は行われず、平滑コンデンサＣの温度上昇を抑制することができる。また、充放電回数Ｃｖが低下し、直列固定処理が終了すると、力行状態の場合には、モータ１０の状態（具体的には、モータ速度ω）に応じて、直列接続と並列接続との切り替えを行うことができる。低速シーンで並列接続を設定した場合には、低い電圧でインバータ２０を駆動することができるので、効率のよい駆動が可能となる。
【００７９】
かかる手法によれば、力行状態と回生状態を繰り返す場合であっても、充放電回数Ｃｖに応じて、第１および第２の電源を直列接続のまま固定することで、直列接続と並列接続との切り替え回数を低減することができる。これにより、平滑コンデンサＣの充放電電流による発熱を抑制することができるとともに、充放電電流による損失の増大を抑制することができる。その結果、電気自動車の１充電あたりの走行距離を延ばすことができるとともに、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００８０】
また、第１および第２の電源の電気的接続状態を単一のスイッチＳＷ０で切り替えることができる。そのため、電源装置３０ｂを安価に構成することができるとともに、電源間の電圧比較処理（例えば、第１の実施形態に示すステップ１８の処理）が不要となるため、制御の簡素化を図ることができる。
【００８１】
なお、本実施形態では、電源制御部４３ｂが、充放電回数Ｃｖに応じて直列固定処理の判定を行う手法について述べたが、第１または第２の実施形態に示すように、コンデンサ温度Ｔｃまたはコンデンサ電流Ｉ（電流実効値Ｉcrms）に応じて直列固定処理の判定を行ってもよい。また、充放電回数Ｃｖに応じて直列固定処理の判定手法は、第１または第２の実施形態に示すシステム構成について適用することも可能である。さらに、これらの判定手法を組み合わせて利用してもよい。
【００８２】
以上、本発明の実施形態にかかる電源装置およびその制御方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、電源装置を構成する電源の数は３つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０…モータ
２０…インバータ
３０…電源装置
４０…コントロールユニット
４１…トルク制御部
４２…電流制御部
４３…電源制御部
５０…電流センサ
５１…電気角検出部
５２…モータ速度検出部
５３…第１の電圧センサ
５４…第２の電圧センサ
５５…コンデンサ状態検出センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置を介してモータに接続される複数の電源と、
前記複数の電源間の電気的接続状態を直列接続と並列接続とで切り替えるスイッチング手段を有するスイッチ回路と、
前記スイッチング手段を制御することにより、前記モータが回生状態である場合、前記電気的接続状態を直列接続に設定し、前記モータが力行状態である場合、前記モータの状態に基づいて前記電気的接続状態を直列接続および並列接続のうちの一方に設定する制御手段と、
前記電力変換装置が備えるコンデンサの状態を検出する検出手段とを有し、
前記制御手段は、回生状態から力行状態への移行時、前記検出手段によって検出される前記コンデンサの状態に応じて、前記電気的接続状態を直列接続のままで固定とする直列固定処理を行うことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記コンデンサの温度を検出しており、
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される前記コンデンサの温度が、当該コンデンサの温度上昇抑制の観点から設定される上限温度に到達していることを条件に、前記直列固定処理を行うことを特徴とする請求項１に記載された電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記コンデンサの温度が、前記上限温度よりも低い温度に設定されている下限温度へ低下するまで、前記直列固定処理を継続することを特徴とする請求項２に記載された電源装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記コンデンサの電流を検出しており、
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される前記コンデンサの電流が、当該コンデンサの温度上昇抑制の観点から設定される上限電流に到達していることを条件に、前記直列固定処理を行うことを特徴とする請求項１に記載された電源装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記コンデンサの電流が、前記上限電流よりも小さい電流値に設定されている下限電流へ低下するまで、前記直列固定処理を継続することを特徴とする請求項４に記載された電源装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される前記コンデンサの電流の実効値を演算し、当該演算された実効値に基づいて前記直列固定処理に関する判定を行っており、前記実効値を演算する際の積分区間を前記コンデンサの熱時定数と対応させていることを特徴とする請求項４または５に記載された電源装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記コンデンサの電圧を検出しており、
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される前記コンデンサの電圧に基づいて、当該コンデンサの充放電の回数を演算しており、当該充放電回数が、前記コンデンサの温度上昇抑制の観点から設定される上限充放電回数に到達していることを条件に、前記直列固定処理を行うことを特徴とする請求項１に記載された電源装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記充放電回数が、前記上限充放電回数よりも小さい値に設定されている下限充放電回数へ低下するまで、前記直列固定処理を継続することを特徴とする請求項７に記載された電源装置。
【請求項９】
前記スイッチ回路は、スイッチング素子と当該スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードとを有するスイッチと、当該スイッチを中央に配置して当該スイッチの端子にそれぞれ直列接続される２つのダイオードとで構成されており、
前記スイッチと一方のダイオードとの接続点は、第１の電源の正極が接続され、前記スイッチと他方のダイオードとの接続点は、第２の電源の負極が接続されており、
前記一方のダイオードは、他方の端子が第２の電源の正極と接続されて、前記他方のダイオードは、他方の端子が第１の電源の負極と接続されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載された電源装置。
【請求項１０】
電力変換装置を介してモータに接続される複数の電源を有し、当該複数の電源間の電気的接続状態を直列接続と並列接続とで切り替え可能な電源装置の制御方法において、
前記モータの回生状態の場合、前記電気的接続状態を直列接続に設定する第１のステップと、
前記モータの力行状態の場合、前記モータの状態に基づいて前記電気的接続状態を直列接続および並列接続のうちの一方に設定する第２のステップと、
前記電力変換装置が備えるコンデンサの状態を検出する第３のステップとを有し、
前記第２のステップは、回生状態から力行状態に移行した場合、前記検出されたコンデンサの状態に応じて、前記電気的接続状態を直列接続のままで固定とするステップを含むことを特徴とする電源装置の制御方法。
【請求項１】
電力変換装置を介してモータに接続される複数の電源と、
前記複数の電源間の電気的接続状態を直列接続と並列接続とで切り替えるスイッチング手段を有するスイッチ回路と、
前記スイッチング手段を制御することにより、前記モータが回生状態である場合、前記電気的接続状態を直列接続に設定し、前記モータが力行状態である場合、前記モータの状態に基づいて前記電気的接続状態を直列接続および並列接続のうちの一方に設定する制御手段と、
前記電力変換装置が備えるコンデンサの状態を検出する検出手段とを有し、
前記制御手段は、回生状態から力行状態への移行時、前記検出手段によって検出される前記コンデンサの状態に応じて、前記電気的接続状態を直列接続のままで固定とする直列固定処理を行うことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記コンデンサの温度を検出しており、
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される前記コンデンサの温度が、当該コンデンサの温度上昇抑制の観点から設定される上限温度に到達していることを条件に、前記直列固定処理を行うことを特徴とする請求項１に記載された電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記コンデンサの温度が、前記上限温度よりも低い温度に設定されている下限温度へ低下するまで、前記直列固定処理を継続することを特徴とする請求項２に記載された電源装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記コンデンサの電流を検出しており、
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される前記コンデンサの電流が、当該コンデンサの温度上昇抑制の観点から設定される上限電流に到達していることを条件に、前記直列固定処理を行うことを特徴とする請求項１に記載された電源装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記コンデンサの電流が、前記上限電流よりも小さい電流値に設定されている下限電流へ低下するまで、前記直列固定処理を継続することを特徴とする請求項４に記載された電源装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される前記コンデンサの電流の実効値を演算し、当該演算された実効値に基づいて前記直列固定処理に関する判定を行っており、前記実効値を演算する際の積分区間を前記コンデンサの熱時定数と対応させていることを特徴とする請求項４または５に記載された電源装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記コンデンサの電圧を検出しており、
前記制御手段は、前記検出手段によって検出される前記コンデンサの電圧に基づいて、当該コンデンサの充放電の回数を演算しており、当該充放電回数が、前記コンデンサの温度上昇抑制の観点から設定される上限充放電回数に到達していることを条件に、前記直列固定処理を行うことを特徴とする請求項１に記載された電源装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記充放電回数が、前記上限充放電回数よりも小さい値に設定されている下限充放電回数へ低下するまで、前記直列固定処理を継続することを特徴とする請求項７に記載された電源装置。
【請求項９】
前記スイッチ回路は、スイッチング素子と当該スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードとを有するスイッチと、当該スイッチを中央に配置して当該スイッチの端子にそれぞれ直列接続される２つのダイオードとで構成されており、
前記スイッチと一方のダイオードとの接続点は、第１の電源の正極が接続され、前記スイッチと他方のダイオードとの接続点は、第２の電源の負極が接続されており、
前記一方のダイオードは、他方の端子が第２の電源の正極と接続されて、前記他方のダイオードは、他方の端子が第１の電源の負極と接続されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載された電源装置。
【請求項１０】
電力変換装置を介してモータに接続される複数の電源を有し、当該複数の電源間の電気的接続状態を直列接続と並列接続とで切り替え可能な電源装置の制御方法において、
前記モータの回生状態の場合、前記電気的接続状態を直列接続に設定する第１のステップと、
前記モータの力行状態の場合、前記モータの状態に基づいて前記電気的接続状態を直列接続および並列接続のうちの一方に設定する第２のステップと、
前記電力変換装置が備えるコンデンサの状態を検出する第３のステップとを有し、
前記第２のステップは、回生状態から力行状態に移行した場合、前記検出されたコンデンサの状態に応じて、前記電気的接続状態を直列接続のままで固定とするステップを含むことを特徴とする電源装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１８３７６９（Ｐ２０１０−１８３７６９Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５９６４（Ｐ２００９−２５９６４）
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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