電源システム
【課題】直流電源を含む電源システムにおいて、負荷の駆動制御を行いながら直流電源を効率的に昇温する制御を提供する。
【解決手段】負荷に対して並列に接続された複数の直流電源（バッテリ）のうちの１つの電流Ｉ［１］は、スイッチング素子を含んで構成されたコンバータによって電流指令値Ｉｉ＊に従って制御される。電流指令値Ｉｉ＊は、負荷が要求するパワーに基づく直流電流Ｉｉｄに、昇温対象となるバッテリの周波数特性に応じて決められる所定周波数の交流電流Ｉａｃを加えるように設定される。
【解決手段】負荷に対して並列に接続された複数の直流電源（バッテリ）のうちの１つの電流Ｉ［１］は、スイッチング素子を含んで構成されたコンバータによって電流指令値Ｉｉ＊に従って制御される。電流指令値Ｉｉ＊は、負荷が要求するパワーに基づく直流電流Ｉｉｄに、昇温対象となるバッテリの周波数特性に応じて決められる所定周波数の交流電流Ｉａｃを加えるように設定される。
【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、並列接続された複数の直流電源を含む電源システムにおける直流電源の昇温制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、直流電源、特にリチウムイオン電池やニッケル水素電池に代表される二次電池（以下、単に「バッテリ」とも称する）は、低温時に内部抵抗が増加することによって充放電特性が低下する。そこで、直流電源の温度が低い場合には、速やかに昇温する必要がある。
【０００３】
たとえば、特開平９−１８２３０９号公報（特許文献１）には、バッテリの充電時にヒータへの通電によって二次電池を昇温する構成が記載されている。特に特許文献１では、バッテリの放電によってヒータを作動させることにより、内部抵抗による発熱と、ヒータからの加熱との両方によって二次電池の温度が上昇する。このため、昇温に要する時間を短縮することができる。
【０００４】
また、特開２０１１−１８５３１号公報（特許文献２）には、バッテリの電流を制御するコンバータを、バッテリに交流電流（リップル電流）が流れるように制御することが記載されている。より特定的には、昇圧チョッパ回路の上アーム素子および下アーム素子のデューティ比を０．５として、平均値が０の交流電流をバッテリに流すことによって昇温（リップル昇温）を行なうことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１８２３０９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、二次電池の充電時に予め電池温度を昇温するものであるため、充電完了から長時間が経過すると、バッテリが低温状態のときに負荷への電力供給を実行することになる虞がある。すなわち、負荷を駆動する際に直流電源（バッテリ）が低温状態であるケースに直接対応するための制御については言及されていない。
【０００７】
また、特許文献２では、バッテリ電流の平均値を０として昇温制御を行なうことを前提としているので、昇温制御の実行中に負荷に対して電流を供給することができない。
【０００８】
このように、特許文献１，２では、バッテリ（直流電源）の昇温と、負荷の駆動制御とを並列に行なうことができない。また、特許文献２による昇温制御では、昇温制御の際に流れる電流（すなわち、バッテリの加熱量）についても直接制御することができない。
【０００９】
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、バッテリに代表される直流電源を含む電源システムにおいて、負荷の駆動制御を行いながら直流電源を効率的に昇温する制御を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のある局面では、電源システムは、第１の直流電源と、負荷に対して前記第１の直流電源と並列に接続された第２の直流電源と、第１の直流電源と前記負荷との間に接続された第１の電力変換器と、制御手段とを含む。第１の電力変換器は、少なくとも１個のスイッチング素子を含んで構成される。制御手段は、負荷が要求するパワーに基づく第１の直流電流と所定周波数の交流電流との和に従って前記第１の直流電源の電流が制御されるように、前記スイッチング素子のオンオフを制御する。
【００１１】
好ましくは、制御手段は、第１の直流電流および交流電流の振幅の和が、第１の直流電源の電流の上下限範囲内およびスイッチング素子の定格電流の上下限範囲内に収まるように、負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する第１の直流電流の比率、および、交流電流の振幅を設定する。
【００１２】
さらに好ましくは、電源システムは、電動車両に搭載され、負荷は、電動車両の走行用電動機を含む。制御手段は、負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する第１の直流電流の比率を、ユーザからの電動車両の出力要求に応じて制御する。
【００１３】
あるいは、さらに好ましくは、電源システムは、電動車両に搭載され、負荷は、電動車両の走行用電動機を含む。制御手段は、負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する第１の直流電流の比率を、電動車両の走行モード選択についてのユーザ指示に応じて制御する。
【００１４】
また好ましくは、電源システムは、第２の直流電源と負荷との間に接続された第２の電力変換器をさらに含む。第２の電力変換器は、少なくとも１個のスイッチング素子を含んで構成される。制御手段は、負荷への出力電圧を電圧指令値に従って制御されるように、第２の電力変換器のスイッチング素子のオンオフを制御する。
【００１５】
また好ましくは、第２の直流電源は、電圧変換機能を有する電力変換器を介することなく負荷と電気的に接続される。
【００１６】
さらに好ましくは、第１および第２の電力変換器は、第１の直流電源と負荷との間に形成される第１の電力変換経路と、第２の直流電源と負荷との間に形成される第２の電力変換経路との両方に含まれるように配置された複数のスイッチング素子を含む第３の電力変換器によって構成される。第３の電力変換器は、第１および第２の直流電源と負荷との間で並列に直流電力変換を実行する第１の動作モードと、第１および第２の直流電源が負荷に対して直列に電気的に接続された状態で直流電力変換を実行する第２の動作モードとを有する。制御手段は、第１の動作モードにおいて、第１の直流電流と交流電流との和に従って第１の直流電源の電流が制御されるように第１の電力変換経路による電力変換を制御するとともに、出力電圧が電圧指令値に従って制御されるように第２の電力変換経路による第２の電力変換を制御する。
【００１７】
好ましくは、電源システムは、第２の直流電源に対して、第２の直流電源の外部から熱量を与えるための昇温機構をさらに含む。
【００１８】
また好ましくは、第２の直流電源の熱容量は、第１の直流電源の熱容量よりも大きい。
あるいは好ましくは、第１の直流電源の蓄積エネルギ定格は、第２の直流電源の蓄積エネルギ定格よりも高い。
【００１９】
また好ましくは、第１の直流電源の出力パワー定格は、第２の直流電源の出力パワー定格よりも低い。
【００２０】
好ましくは、交流電流の周波数は、第１の直流電源の交流インピーダンスが極小となる周波数と同等である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、バッテリに代表される直流電源を含む電源システムにおいて、負荷の駆動制御を行いながら直流電源を効率的に昇温する制御を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に従う電源システムの構成例を示す回路図である。
【図２】図１に示した負荷の構成例を示す概略図である。
【図３】図１に示した電源システムの一般的な制御ブロック図である。
【図４】図３に示した制御ブロックによって制御された電源システムの動作波形例である。
【図５】バッテリの特性を説明するための概念図である。
【図６】バッテリの電気的な等価回路図である。
【図７】比較例として示されるバッテリ昇温制御時の電流波形図である。
【図８】本発明の実施の形態１に従う電源システムにおけるバッテリ昇温制御時の概略的な電流波形図である。
【図９】実施の形態１に従う電源システムにおけるコンバータの制御ブロック図である。
【図１０】実施の形態１に従う電源システムにおけるバッテリ昇温制御の動作例を説明するための波形図である。
【図１１】実施の形態１に従う電源システムにおけるバッテリ昇温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１２】電流指令値を決定する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態２に従う電源システムの構成例を示す回路図である。
【図１４】さらなる低温時のバッテリ特性を説明するための概念図である。
【図１５】実施の形態２に従う電源システムにおける昇温機構の制御処理手順の第１の例を示すフローチャートである。
【図１６】実施の形態２に従う電源システムにおける昇温機構の制御処理手順の第２の例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施の形態３に従う電源システムの構成例を示す回路図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に従う電源システムの構成を示すブロック図である。
【図１９】パラレル接続モードにおける第１の回路動作を説明する回路図である。
【図２０】パラレル接続モードにおける第２の回路動作を説明する回路図である。
【図２１】パラレル接続モードにおける第１の直流電源に対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する回路図である。
【図２２】パラレル接続モードにおける第２の直流電源に対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する回路図である。
【図２３】シリーズ接続モードにおける回路動作を説明する回路図である。
【図２４】シリーズ接続モードにおけるＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する回路図である。
【図２５】パラレル接続モードにおける負荷側からの等価回路を示すブロック図である。
【図２６】第１の電源の制御動作例を説明するための波形図である。
【図２７】第２の電源の制御動作例を説明するための波形図である。
【図２８】電流源として動作する電源の制御ブロックの構成例を示す図である。
【図２９】電圧源として動作する電源の制御ブロックの構成例を示す図である。
【図３０】スイッチング素子の制御信号の設定を説明する図表である。
【図３１】実施の形態４に従う電源システムにおけるコンバータのパラレル接続モードでの制御動作例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
［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の構成例を示す回路図である。
【００２５】
図１を参照して、電源システム５は、直流電源１０と、電力変換器６と、直流電源２０と、電力変換器７とを備える。電源システム５は、直流電源１０，２０から負荷３０への電力供給を制御する。あるいは、電源システム５は、負荷３０によって発電された電力によって、バッテリ１０，２０を充電する。
【００２６】
本実施の形態において、直流電源１０および２０の各々は、代表的にはリチウムイオン電池やニッケル水素電池のような二次電池で構成される。なお、昇温制御が必要な直流電源であれば、二次電池以外のものについても本発明を適用することができる。
【００２７】
直流電源１０および２０は、同種および同容量の直流電源（二次電池）によって構成することも可能であり、種類および／または容量が異なる直流電源（二次電池）によって構成することも可能である。直流電源１０および直流電源２０は、「第１の直流電源」および「第２の直流電源」の一方ずつに対応する。
【００２８】
以下本実施の形態では、直流電源１０および２０の各々は、二次電池によって構成されるものとして説明する。したがって、以下では直流電源１０および２０について、単にバッテリ１０およびバッテリ２０とも称することとする。
【００２９】
電力変換器６は、直流電源１０および負荷３０の間に接続される。電力変換器７は直流電源２０および負荷３０の間に接続される。電源システム５において、直流電源１０および２０は、電力変換器６および７を介して、負荷３０に対して並列に接続されていることが理解される。
【００３０】
電力変換器６は、バッテリ１０と、負荷３０と接続された電源配線ＰＬとの間で双方向のＤＣ／ＤＣ変換を実行する。電力変換器７は、バッテリ２０と電源配線ＰＬとの間で双方向のＤＣ／ＤＣ変換を実行する。以下では、電力変換器６および電力変換器７について、コンバータ６およびコンバータ７とも称する。
【００３１】
コンバータ６および７の各々は、図１の構成例ではいわゆる昇圧チョッパ回路の構成を有する。具体的には、コンバータ６は、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）Ｓ１，Ｓ２と、リアクトルＬ１とを有する。スイッチング素子Ｓ１およびＳ２は、電源配線ＰＬおよび接地配線ＧＬの間に直列に接続される。リアクトルＬ１は、バッテリ１０の正極端子と、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続ノードとの間に電気的に接続される。
【００３２】
コンバータ７は、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４と、リアクトルＬ２とを有する。スイッチング素子Ｓ３およびＳ４は、電源配線ＰＬおよび接地配線ＧＬの間に直列に接続される。リアクトルＬ２は、バッテリ２０の正極端子と、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続ノードとの間に電気的に接続される。
【００３３】
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。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、制御装置４０からの制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４に応答して、オンオフを制御することが可能である。
【００３４】
昇圧チョッパ回路によって構成されるコンバータ６，７では、所定周期（スイッチング周期）内での上アーム素子（Ｓ１，Ｓ３）と下アーム素子（Ｓ２，Ｓ４）とのオン期間比を示すデューティ比に応じて、ＤＣ出力が制御される。一般的には、デューティ比を示すＤＣ信号と、所定周波数のキャリア信号との比較に応じて、上アーム素子および下アーム素子が相補にオンオフするように、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は制御される。
【００３５】
昇圧チョッパ回路における電圧変換比（昇圧比）は、低圧側（直流電源側）の電圧Ｖｉ、高圧側（負荷側）の電圧ＶＨ、および、下アーム素子のデューティ比ＤＴを用いて、下記（１）式で示されることが知られている。なお、デューティ比ＤＴは、下アーム素子のオン期間およびオフ期間の和であるスイッチング周期に対する、下アーム素子のオン期間比で定義される。なお、下アーム素子のオフ期間には、上アーム素子がオンされる。
【００３６】
ＶＨ＝１／（１−ＤＴ）・Ｖｉ …（１）
制御装置４０は、たとえば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって構成される。制御装置４０は、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。制御装置４０は、「制御手段」に対応する。
【００３７】
制御装置４０は、負荷３０への出力電圧Ｖｏ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。なお、図１では図示を省略しているが、バッテリ１０の電圧（Ｖ［１］と表記する）および電流（Ｉ［１］と表記する）、バッテリ２０の電圧（Ｖ［２］と表記する）および電流（Ｉ［２］と表記する）、ならびに、出力電圧Ｖｏ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、図示を省略しているが、バッテリ１０および２０の温度（以下、バッテリ温度とも称する）Ｔ［１］およびＴ［２］の検出器（温度センサ）についても配置されている。これらの検出器の出力は、制御装置４０へ与えられる。
【００３８】
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。
【００３９】
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を介して、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に含まれるバッテリ１０，２０の充電電力として用いることができる。
【００４０】
なお、モータジェネレータ３５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バッテリ１０，２０を充電することも可能である。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。
【００４１】
次に、電源システムの制御について説明する。
図３は、図１に示した電源システム５の一般的な制御ブロック図である。
【００４２】
図３を参照して、コンバータ６，７で共通の制御（出力電圧Ｖｏの電圧制御）を同時に実行すると、回路が破綻する可能性がある。したがって、コンバータ６，７は、一方のバッテリが電圧源として動作する一方で、他方のバッテリが電流源として動作するように、バッテリ１０，２０と負荷３０との間でＤＣ／ＤＣ変換を実行する。
【００４３】
ここでは、バッテリ１０が電流源として動作するように、コンバータ６は、バッテリ電流Ｉ［１］を電流指令値Ｉｉ＊に従って制御するものとする。電流が制御されるバッテリ１０は、「第１の直流電源」に対応する。また、電流制御を実行するコンバータ６は「第１の電力変換器」に対応する。
【００４４】
一方で、コンバータ７は、バッテリ２０が電圧源として動作するように、出力電圧Ｖｏを電圧指令値Ｖｏ＊に従って制御する。電圧が制御されるバッテリ２０は、「第２の直流電源」に対応する。また、電圧制御を実行するコンバータ７は「第２の電力変換器」に対応する。
【００４５】
ここで、バッテリ１０の電力Ｐ［１］、バッテリ２０の電力Ｐ［２］、負荷３０への出力電力Ｐｏおよび、電流源における電流指令値Ｉｉ＊の間には、下記（２）式の関係が成立する。
【００４６】
Ｐ［２］＝Ｐｏ−Ｐ［１］＝Ｐｏ−Ｖ［１］・Ｉｉ＊ …（２）
バッテリ１０の電圧Ｖ［１］の検出値に応じて、Ｐ［１］＊＝Ｖ［１］・Ｉｉ＊が一定になるように電流指令値Ｉｉ＊を設定すれば、電流源を構成するバッテリ１０の電力Ｐ［１］を電力指令値Ｐ［１］＊に制御できる。
【００４７】
なお、バッテリ２０を電流源としバッテリ１０を電圧源として制御することも可能である。この場合には、電流源を構成するバッテリ２０の電力Ｐ［２］について、Ｖ［２］・Ｉｉ＊が一定になるように電流指令値Ｉｉ＊を設定すれば、バッテリ２０の電力Ｐ［２］を電力指令値に従って制御できる。
【００４８】
電流制御器４１は、バッテリ１０の電流Ｉ［１］が電流指令値Ｉｉ＊と一致するように、コンバータ６のデューティ比を制御する。具体的には、電流偏差（Ｉｉ＊−Ｉ［１］）が正のときには、電流Ｉ［１］を上昇させるために、下アーム素子（Ｓ２）のオン期間を長くするようにデューティ比が変化される。反対に、電流偏差（Ｉｉ＊−Ｉ［１］）が負のときには、電流Ｉ［１］を低下させるために、コンバータ６の上アーム素子（Ｓ１）のオン期間が長くなるように、デューティ比が変化される。
【００４９】
電圧制御器４２は、出力電圧Ｖｏが電圧指令値Ｖｏ＊と一致するように、コンバータ７のデューティ比を制御する。電圧制御器４２は、電圧偏差（Ｖｏ＊−Ｖｏ）が正のときには、出力電圧Ｖｏを上昇させるために、コンバータ７の下アーム素子（Ｓ４）のオン期間比が長くなるようにデューティ比を変更する。反対に、電圧偏差（Ｖｏ＊−Ｖｏ）が負のときには、出力電圧Ｖｏを低下させるために、コンバータ７の上アーム素子（Ｓ３）のオン期間比が長くなるようにデューティ比を変更する。
【００５０】
このように、バッテリ１０は、コンバータ６によって電流指令値Ｉｉ＊に従って電流制御される。一方で、バッテリ２０は、コンバータ７によって、電圧指令値Ｖｏ＊に従った電圧制御のために出力が制御される。
【００５１】
図４には、図３に示した制御ブロックによって制御された電源システム５の動作波形例が示される。
【００５２】
図４を参照して、Ｐ［１］＞０かつＰ［２］＞０であり、バッテリ１０および２０が放電して、負荷３０へ電力を供給している場合の動作波形が示される。すなわち、Ｐｏ＝Ｐ［１］＋Ｐ［２］で示される、出力電力Ｐｏは正である。
【００５３】
コンバータ６によって、バッテリ１０の電流Ｉ［１］が電流指令値Ｉｉ＊に従って一定に制御されるため、バッテリ１０の電力Ｐ［１］も一定である。したがって、電圧指令値Ｖｏ＊が一定の下で負荷３０の電力が増加する時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、Ｐ［１］が一定に維持される一方で、バッテリ２０の電力Ｐ［２］が増加する。
【００５４】
時刻ｔ２〜ｔ３の期間では、出力電力Ｐｏが減少するとともに、電圧指令値Ｖｏ＊が上昇する。電圧指令値Ｖｏ＊に従ってコンバータ７によって出力電圧Ｖｏが上昇する。さらに、コンバータ６によって電流Ｉ［１］が一定に制御されるため電力Ｐ［１］が一定である一方で、電力Ｐ［２］は徐々に低下する。
【００５５】
このように、電流制御されるバッテリ１０は、電流指令値Ｉｉ＊に従って電力Ｐ［１］が制御される。一方で、バッテリ２０は、出力電圧Ｖｏを確保しながら、負荷３０への出力電力Ｐｏとバッテリ電力Ｐ［１］との差分を供給するためのバッファとして動作することになる。
【００５６】
次に、図５を用いて、バッテリ１０，２０の特性について説明する。
図５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。
【００５７】
電流が制御されるバッテリ１０は、蓄積エネルギが高い、いわゆる高容量型のバッテリ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ができる。これにより、電動車両では、電気エネルギによる走行距離を延ばすことができる。
【００５８】
一方で、バッファとして作用するバッテリ２０は、出力パワーが高い、いわゆる高出力型のバッテリで構成されることが好ましい。このようにすると、負荷３０が消費する電力と、電流指令値Ｉｉ＊に従って制御されるバッテリ１０の電力との差分を、バッテリ２０によって確保することが容易となる。これにより、電動車両では、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。
【００５９】
一般的に、二次電池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。したがって、図１の構成例では、バッテリ１０の蓄積エネルギの定格は、バッテリ２０の蓄積エネルギの定格より高いことが好ましい。同様に、バッテリ２０の出力電力の定格は、バッテリ２０の出力電力の定格より高いことが好ましい。
【００６０】
図５の（ａ）には、バッテリ常温時（非低温時）における、バッテリ１０の動作領域１１０およびバッテリ２０の動作領域１２０が示される。動作領域１１０は、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。
【００６１】
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。
【００６２】
動作点１０１に対しては、主に、バッテリ２０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、バッテリ１０からの出力によって対応することができる。
【００６３】
図５の（ｂ）には、バッテリ低温時における、バッテリ１０の動作領域１１１およびバッテリ２０の動作領域１２１が示される。低温時には、内部抵抗の増大に起因して、バッテリ１０，２０の出力電力が低下する。この状態では、動作領域１１１を超えないように、電流指令値Ｉｉ＊を下げてバッテリ１０の出力電力を絞る必要がある。
【００６４】
このように、蓄積エネルギが高いバッテリ１０の出力が制限される期間が継続すると、負荷３０が要求する電力の供給が難しくなる虞がある。したがって、特許文献１，２にも記載されるように、バッテリ低温時には、バッテリを昇温する必要がある。
【００６５】
バッテリの昇温には、ヒータ等によってバッテリ外部から熱量を与える方式と、バッテリに電流を流すことによって自己発熱させる方式とがある。熱容量が大きいバッテリについては、外部からの熱で昇温するには長時間を要するため、自己発熱による昇温が好ましい。一般的に蓄積エネルギが大きいバッテリは体積が大きくなるため熱容量も大きくなる。したがって、電流制御されるバッテリ１０については、通電による自己発熱を用いて昇温することが好ましい。
【００６６】
図６には、バッテリの電気的な等価回路図が示される。
図６を参照して、バッテリ１０は、開放電圧Ｖｏｃを発生する電圧源と、ＬＲＣ回路とを含む。ＬＲＣ回路は、直流抵抗１１，１４と、リアクトル成分１３と、キャパシタ成分１２とを有する。
【００６７】
直流抵抗１１は、主に電気化学反応に対応する内部抵抗である。直流抵抗１４は、バッテリ内部での電流通過に伴う内部抵抗である。キャパシタ成分１２は、主に、電気化学反応において構成される電気二重層キャパシタに相当する。リアクトル成分１３は、電流経路に形成される寄生インダクタンスに相当する。
【００６８】
特に低温時には、直流抵抗１１が増加することによって、バッテリの出力特性が低下する傾向にある。特許文献２に示されるように、バッテリに高周波の交流電流を流すことによって、内部抵抗での発熱によってバッテリを昇温できる。この際の発熱量は、交流電流の振幅に依存する。したがって、交流電流の周波数を、バッテリ１０内のＬＲＣ回路のインピーダンスが極小となる周波数と対応させて定めることにより、発熱量を高めることができる。この周波数は、バッテリ１０の充放電試験等によって予め求めることが可能である。
【００６９】
図７には、特許文献２によるバッテリ昇温制御が比較例として示される。
図７を参照して、特許文献２における昇温制御では、コンバータ（昇圧チョッパ回路）を電圧制御または電流制御するのではなく、上アーム素子（Ｓ１）および下アーム素子（Ｓ２）を固定されたデューティ（５０％）で動作させることによって、高調波の交流電流を発生させる。
【００７０】
したがって、バッテリ１０の電流Ｉ［１］は、平均値が０の交流電流となるため、負荷３０に対して電力を供給することができない。すなわち、バッテリ昇温中は負荷を駆動制御することができないものである。
【００７１】
また、電流Ｉ［１］の振幅は、スイッチング周波数および回路定数（特にリアクトルＬ１）によって決まるため、直接制御することができない。このため、バッテリ昇温のための発熱量を直接制御することができないという問題点がある。
【００７２】
図８は、本発明の実施の形態１に従う電源システムにおけるバッテリ昇温制御時の概略的な電流波形図である。
【００７３】
図８を参照して、本発明の実施の形態１に従う電源システムにおいて、バッテリ昇温制御時には、電流指令値Ｉｉ＊は、直流電流Ｉ１ｄと、振幅Ｉｐの交流電流Ｉａｃとの和で与えられる。交流電流Ｉａｃの周波数は、昇温の対象となるバッテリ１０の周波数特性に対応して定められる。
【００７４】
直流電流Ｉ１ｄは、バッテリ１０から負荷３０へ供給される直流電流の平均値に相当する。すなわち、直流電流Ｉ１ｄは、「第１の直流電流」に対応する。以下では、直流電流Ｉ１ｄを「負荷電流Ｉ１ｄ」とも称する。交流電流Ｉａｃの周波数は、コンバータ６のスイッチング周波数（キャリア周波数）よりも低い。
【００７５】
図８から理解されるように、コンバータ６のスイッチング周波数が交流電流Ｉａｃの周波数よりも高いため、バッテリ１０に流れる電流Ｉ［１］は、完全な矩形波電流が実現できなくても、交流電流Ｉａｃと同等の周波数の基本波成分を有するものとなる。これにより、バッテリ１０の交流インピーダンスが極小となる周波数の交流電流をバッテリ１０に流すことができるので、バッテリ１０の自己発熱により内部からバッテリ１０が温められる。
【００７６】
図９には、実施の形態１に従う電源システムにおけるコンバータの制御ブロック図が示される。
【００７７】
図９を図２と比較して、電流制御器４１への電流指令値Ｉｉ＊は、負荷電流Ｉｄ１と、バッテリ昇温のための交流電流Ｉａｃとの和で与えられる。すなわちＩｉ＊＝Ｉｄ１＋Ｉａｃである。
【００７８】
電流制御器４１は、電流指令値Ｉｉ＊とバッテリ１０の電流Ｉ［１］との比較に従って、コンバータ６のデューティ比を制御する。電圧制御器４２は、図３に示したのと同様に構成されて、出力電圧Ｖｏが電圧指令値Ｖｏ＊に一致するように、コンバータ７のデューティ比を制御する。
【００７９】
図１０は、本発明の実施の形態１による電源システムにおける昇温制御の動作例を説明する概略的な波形図である。
【００８０】
図１０を参照して、バッテリ１０の電流Ｉ［１］については、電流指令値Ｉｉ＊が示されている。上述のように、Ｉｉ＊は、負荷電流Ｉ１ｄおよび昇温のための交流電流Ｉａｃとの和で示される。
【００８１】
図１０の例では、負荷３０の起動時（時間軸＝０）に、バッテリ温度Ｔ［１］が低いため、バッテリ昇温制御がオンされる。このとき、交流電流Ｉａｃの振幅Ｉｐが、Ｉｐ＞０となる。
【００８２】
電流Ｉ［１］は、バッテリの出力特性、部品保護あるいは電池定格および電力変換回路（コンバータ）の素子定格等の面から定まる上下限範囲Ｉ１ｍａｘ〜Ｉ１ｍｉｎの範囲内に収まる必要がある。したがって、電流指令値Ｉｉ＊についても、Ｉ１ｍｉｎ＜Ｉｉ＊＜Ｉ１ｍａｘの範囲内に設定される。
【００８３】
このため、電流Ｉ［１］に交流電流Ｉａｃを重畳するために、負荷３０の制御のためにバッテリ１０から供給されるべき本来の負荷電流Ｉ１＊に対して負荷電流Ｉ１ｄを制限する必要が生じるケースがある。図１０の時刻ｔａまでの期間では、バッテリ１０が低温状態のため、バッテリ出力特性の面から、上下限範囲Ｉｍｉｎ〜Ｉｍａｘが抑えられている。このため、交流電流Ｉａｃの振幅を確保するために、負荷電流Ｉ１ｄはＩ１＊よりも低く抑えられている。すなわち、比率ｋ（ｋ＝Ｉ１ｄ／Ｉ１＊）が、ｋ＜１．０に調整される。
【００８４】
バッテリ１０の通電によりバッテリ温度Ｔ［１］は上昇する。特に、交流電流Ｉａｃを重畳させることにより、短い時間でバッテリ温度を上昇することができる。時刻ｔａにおいて、バッテリ温度Ｔ［１］が、出力制限を伴う低温状態を脱すると、交流電流Ｉａｃ＝０になる。そして、Ｉ１ｄ＝Ｉ１＊となって、バッテリ１０から負荷３０へ本来されるべき電流が流される。すなわち、Ｉｉ＊＝Ｉ１＊となる（ｋ＝１．０）。
【００８５】
図１１には、実施の形態１に従う電源システムにおけるバッテリ１０の電流制御の処理を説明するフローチャートが示される。図１１に示す制御処理は、バッテリ１０の使用時に制御装置４０によって所定周期毎に実行される。
【００８６】
図１１を参照して、制御装置４０は、ステップＳ１００により、バッテリ１０に対する電力指令値Ｐ［１］＊を算出する。すなわち、負荷３０の制御のために必要な電力のうちの、バッテリ１０の分担量が決められる。電力指令値Ｐ［１］＊および電圧Ｖ［１］から、バッテリ１０から供給されるべき本来の直流電流Ｉ１＊を求めることができる。負荷電流Ｉ１＊は、負荷３０が要求する電力に従う直流電流である。
【００８７】
制御装置４０は、ステップＳ１１０により、バッテリ温度Ｔ［１］を取得する。さらに、制御装置４０は、ステップＳ１２０により、ステップＳ１１０で取得された温度Ｔ［１］に基づいて、バッテリ１０が低温状態であるかどうかを判定する。
【００８８】
たとえば、ステップＳ１２０では、バッテリ温度Ｔ［１］が基準温度よりも低いときに、バッテリ１０が低温状態であると判定される。このとき、ステップＳ１２０はＹＥＳ判定とされる。これに対して、バッテリ温度Ｔ［１］が基準温度よりも高いときには、バッテリ１０は非低温状態であると判定される。このとき、ステップＳ１２０はＮＯ判定とされる。
【００８９】
ステップＳ１２０での基準温度は、固定値であってもよく、電力指令値Ｐ［１］＊に応じた可変値であってもよい。たとえば、バッテリ１０の出力電力に対して、当該電力値を出力するためのバッテリ温度Ｔ［１］の下限値を予め定めるマップを予め作成するとともに、ステップＳ１００で求められた電力指令値Ｐ［１］＊に基づいて、当該マップの参照により求められた下限値を基準温度に設定することも可能である。この場合には、電力指令値Ｐ［１］＊が高くなると、基準温度も高くなる。
【００９０】
制御装置４０は、バッテリ１０が低温状態のとき（Ｓ１２０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１３０に処理を進めて、図１０に示した上下限範囲Ｉ１ｍａｘ〜Ｉ１ｍｉｎの範囲内で電流指令値Ｉｉ＊が生成されるように、交流電流振幅Ｉｐおよび負荷電流Ｉ１ｄの配分を決定する。
【００９１】
さらに、制御装置４０は、ステップＳ１４０により、ステップＳ１３０で決定した配分に従って、負荷電流Ｉ１ｄに高調波電流Ｉａｃを重畳するように電流指令値Ｉｉ＊を生成する。すなわち、Ｉｉ＊＝Ｉ１ｄ＋Ｉａｃである。
【００９２】
制御装置４０は、ステップＳ１４０により生成された電流指令値Ｉｉ＊に従って電流Ｉ［１］を制御するように、コンバータ６を制御する。これにより、バッテリ１０の昇温制御が実行されるとともに、制限された負荷電流Ｉ１ｄに従った直流電流が負荷３０へ供給される（ステップＳ１５０）。すなわち、バッテリ１０から負荷３０へ供給される電力は、ステップＳ１００での電力指令値Ｐ［１］＊よりも低くなる。
【００９３】
これに対して、制御装置４０は、バッテリ１０が低温状態ではないとき（Ｓ１２０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１６０に処理を進めて、電流指令値Ｉｉ＊＝Ｉ１＊に設定する。これにより、バッテリ昇温制御は行われることなく、ステップＳ１００での電力指令値Ｐ［１］＊に従った電力が負荷３０へ供給される（ステップＳ１７０）。
【００９４】
このように、実施の形態１に従う電源システムによれば、バッテリ低温状態において、負荷３０への供給電力を制御した上で、振幅が制御された交流電流をバッテリ１０に通電することによってバッテリ１０を速やかに昇温することができる。すなわち、負荷３０を駆動制御している下で、同時にバッテリ１０の昇温制御を実行することができる。
【００９５】
特に、図１１のステップＳ１３０において、負荷電流Ｉ１ｄおよび交流電流Ｉａｃ（振幅Ｉｐ）の配分を調整することによって、負荷３０の駆動およびバッテリ１０の速やかな昇温のいずれを優先するかを柔軟に制御することができる。
【００９６】
図１２には、電流指令値Ｉｉ＊を決定する制御処理が示される。
図１２を参照して、図１１に示されたステップＳ１３０は、ステップＳ１３２，Ｓ１３４，Ｓ１３６により構成される。
【００９７】
制御装置４０は、ステップＳ１３２により、バッテリ昇温が優先される条件であるかどうかを判断する。ステップＳ１３２には、負荷３０への要求を示す情報に応じて判定される。ここでは、一例として、図２に示されたように、負荷３０が電動車両の走行用電動機を含むケースについて説明する。
【００９８】
電動車両では、アクセルペダルの操作量に現れるユーザからの出力要求に基づいて、バッテリ昇温が優先される条件であるか否かを判断することができる。具体的には、アクセル操作によって車両加速、すなわち、ユーザからの出力要求が高く、走行用電動機によるトルク出力が要求される場合には、バッテリ昇温制御よりも負荷への電力供給を優先することが好ましい。
【００９９】
車両走行時には、イグニッションスイッチのオンから、駐車場を出て広い道路に進入して高速走行を開始するまで、すなわち、電源システム５が起動されてから、ユーザ出力要求が高くなるまでの間には、ある程度の時間を要することが多い。したがって、ユーザからの出力要求が低い場合には、バッテリ昇温制御を優先して、ユーザからの出力要求が高くなった場合に備えることが好ましい。このように、ステップＳ１３２の判定は、アクセル操作等に基づくユーザ出力要求（パワー）と閾値との比較に基づいて実行することができる。
【０１００】
また、電動車両では、燃費を優先する走行モード（「エコモード」とも称する）を選択するスイッチや、車両の加速性を優先した走行モード（「パワーモード」とも称する）を選択するスイッチが、ユーザによって操作できる構成も用いられる。
【０１０１】
エコモードの選択時には、バッテリの出力特性が悪い低温状態を早期に脱することが好ましいため、バッテリ昇温制御が優先されるべきである。一方で、パワーモードの選択時には、バッテリ昇温制御よりも、走行用電動機によるトルク出力を優先することが好ましい。このように、ステップＳ１３２の判定は、ユーザによる電動車両の走行モードの選択に基づいて実行してもよい。その他、ステップＳ１３２での判定条件は、カーナビゲーションシステムからの情報など負荷３０への要求を示す情報に基づいて、任意に設定することが可能である。
【０１０２】
制御装置４０は、バッテリ昇温制御が優先される条件が成立しているとき（Ｓ１３２のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１３４に処理を進めて、交流電流Ｉａｃの振幅を確保して負荷電流Ｉｄ１を抑制するように電流指令値Ｉｉ＊を生成する。たとえば、バッテリ昇温のために予め設定された値に従って交流電流Ｉａｃの振幅Ｉｐが設定されるとともに、Ｉｄ１±ＩｐがＩ１ｍｉｎ〜Ｉ１ｍａｘの範囲内（図１０）となるように、負荷電流Ｉ１ｄが必要に応じて制限される。すなわち、比率ｋが決められる。
【０１０３】
これに対して、バッテリ昇温制御が優先される条件が成立していないとき（Ｓ１３０のＮＯ判定時）には、制御装置４０は、ステップＳ１３６に処理を進める。ステップＳ１３６では、バッテリ昇温制御よりも負荷３０への電力供給を優先するように、電流指令値Ｉｉ＊が生成される。このため、ステップＳ１３４で設定される本来のＩｐでは、Ｉｄ１±ＩｐがＩ１ｍｉｎ〜Ｉ１ｍａｘの範囲内（図１０）に収まらないときには、振幅Ｉｐが抑制される。
【０１０４】
このように、本実施の形態によるバッテリ昇温制御では、電流指令値Ｉｉ＊に対する負荷電流Ｉ１ｄおよび交流電流Ｉａｃ（振幅Ｉｐ）の配分を調整することによって、負荷３０の駆動およびバッテリ１０の速やかな昇温のいずれを優先するかを柔軟に制御することができる。
【０１０５】
［実施の形態２］
図１３は、実施の形態２に従う電源システム５ａの構成例を示す回路図である。
【０１０６】
図１３および図１を比較して、実施の形態２に従う電源システム５ａは、実施の形態１に従う電源システム５と比較して、バッテリ昇温制御の対象となるバッテリ１０とは異なるバッテリ２０に対して、昇温機構９０がさらに設けられる点で異なる。コンバータ６および７の構成および制御については、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
【０１０７】
昇温機構９０は、作動時に、バッテリ２０に対して、バッテリ２０の外部から熱を与えるように構成される。たとえば、昇温機構９０としては、通電によって発熱するヒータや、蒸気加熱のための機構、あるいは、負荷３０の運転中に発生した熱を蓄える蓄熱機構によって構成することができる。
【０１０８】
図１４は、さらなる低温時における電池特性を示す概念図である。
図１４には、図５（ｂ）よりもさらにバッテリ温度が低い状態における、バッテリ１０の動作領域１１２およびバッテリ２０の動作領域１２２が示される。この場合には、バッテリ１０および２０の出力電力が、図５（ｂ）の動作領域１１１，１２１よりも低下する。
【０１０９】
バッテリ１０に対して実施の形態１で説明したバッテリ昇温制御を実行すると、バッテリ２０では、出力電圧Ｖｏの制御の結果、交流電流Ｉａｃと同一周波数で位相が異なる交流電流が流れることが期待される。しかしながら、バッテリ２０およびバッテリ１０が異なる種類の電池で構成される等によって両者の特性が異なるときには、バッテリ１０に交流電流による昇温制御を適用しても、バッテリ２０の温度は効率的に上昇しない。
【０１１０】
上述のように、実施の形態１で説明した交流電流による自己発熱を用いたバッテリ昇温制御は、高容量型で熱容量が比較的大きいバッテリ（バッテリ１０）に適している。したがって、他方のバッテリ（バッテリ２０）は、高出力型で熱容量が比較的小さいものであることが多い。このようなバッテリに対しては、昇温機構９０によって外部から熱を与える方式を併用することで、昇温に要する時間が短くて済む。これにより、より速やかにバッテリ２０の出力特性を回復させることが可能となる。
【０１１１】
図１５は、実施の形態２に従う電源システムにおける昇温機構の制御処理手順の第１の例を示すフローチャートである。
【０１１２】
図１５を参照して、制御装置４０は、ステップＳ２００により、昇温機構９０が設けられたバッテリ２０が低温状態であるかどうかを判定する。ステップＳ２００による判定は、ステップＳ１２０（図１１）による判定と同様に、バッテリ温度Ｔ［２］と基準温度との比較に基づいて実行することができる。
【０１１３】
制御装置４０は、バッテリ２０が低温状態である場合（ステップＳ２００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２１０に処理を進めて、昇温機構９０を作動させる。一方で、制御装置４０は、バッテリ２０が低温状態ではない場合（ステップＳ２００のＮＯ判定時）には、ステップＳ２２０に処理を進めて、昇温機構９０を非作動とする。
【０１１４】
したがって、バッテリ２０の低温状態時には、バッテリ温度Ｔ［２］が基準温度に達するまで、バッテリ２０は、昇温機構９０から与えられた熱量によって昇温される。バッテリ２０が低温状態を脱すると、昇温機構９０が停止されるので、昇温機構９０の作動エネルギが消費されることがない。
【０１１５】
第１の例では、バッテリ１０については、バッテリ２０の昇温制御（図１５）とは独立に、実施の形態１で説明したバッテリ昇温制御が実行される。
【０１１６】
図１６には、実施の形態２に従う電源システムにおける昇温機構の制御処理手順の第２の例が示される。第２の例では、バッテリ１０および２０の昇温制御が連動される。図１６に示したフローチャートは、特に、電源システム５ａの起動時に適用される。
【０１１７】
図１６を参照して、制御装置４０は、図１５と同様のステップＳ２００〜Ｓ２２０により、バッテリ２０が低温状態であるかどうかに応じて、昇温機構９０の作動／非作動を制御する。
【０１１８】
さらに、制御装置４０は、昇温機構９０によるバッテリ２０の昇温が完了するまでの間（Ｓ２００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２１０に続くステップＳ２１５により、バッテリ１０からの電力供給を待機する。すなわち、バッテリ２０からの出力電力がある程度確保できるようになるまでは、バッテリ１０の昇温制御および負荷３０への電力供給を行わない。上述のように、バッテリ２０の熱容量が比較的小さいことを想定しているため、この待機期間は、それ程長くはならない。
【０１１９】
制御装置４０は、昇温機構９０によるバッテリ２０の昇温が完了すると（Ｓ２１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２２０に続くステップＳ２３０により、バッテリ１０および２０から電力供給を実行する。これにより、バッテリ１０については、実施の形態１と同様に、負荷電流の供給を伴うバッテリ昇温制御が実行される。バッテリ２０については、昇温が完了しているため、図５（ａ）の動作領域１２０が確保されている。したがって、バッテリ１０の電力配分が昇温制御を優先しても、負荷３０への供給電力を確保できるようになることが理解される。
【０１２０】
このように、実施の形態２による電源システムによれば、実施の形態１による電源システムの効果に加えて、昇温機構９０によってバッテリ２０を昇温できることにより、低温時における負荷３０への供給電力の確保が容易となる。
【０１２１】
［実施の形態３］
図１７は、本発明の実施の形態３に従う電源システムの構成例を示す回路図である。
【０１２２】
図１７および図１の比較から理解されるように、実施の形態３に従う電源システム５ｂは、実施の形態１に従う電源システム５と比較して、バッテリ２０に対応するコンバータ７の配置が省略されている点が異なる。すなわち、バッテリ２０は、電圧変換機能を有する電力変換器（コンバータ）を介することなく、負荷３０と電気的に接続される。バッテリ１０に対応して設けられたコンバータ６の構成および動作は、実施の形態１と同様なので詳細な説明は繰返さない。
【０１２３】
実施の形態３に従う電源システム５ｂでは、バッテリ２０の電圧は、電力変換器（コンバータ）を介することなく、電源配線ＰＬに直接供給される。したがって、出力電圧Ｖｏは、バッテリ電圧Ｖ［２］によってクランプされることになる。この状態で、コンバータ６は、バッテリ１０の電流Ｉ［１］を制御する。具体的には、実施の形態１と同様に、負荷電流に昇温制御のための交流電流が重畳された電流指令値Ｉｉ＊に従って、電流Ｉ［１］が制御される。
【０１２４】
一方、バッテリ２０の電流Ｉ［２］は、負荷３０の電流（直流電流）から電流Ｉ［１］を差引いたものとなる。したがって、電流指令値Ｉｉ＊に重畳された交流電流Ｉａｃと同じ周波数で位相が異なる交流成分が、電流Ｉ［２］には含まれる。このため、バッテリ２０の交流インピーダンスが極小となる周波数に合わせて交流電流Ｉａｃを設定することにより、コンバータ６によって、バッテリ２０の昇温制御を実行することも可能である。特に、バッテリ１０および２０の周波数特性が同一である場合には、コンバータ６の電流制御によるバッテリ昇温制御によって、バッテリ１０および２０を同時に昇温することも可能である。
【０１２５】
このように、実施の形態３による電源システムにおいても、実施の形態１と同様にコンバータの電流指令値Ｉｉ＊を設定することによって、負荷３０を駆動制御するとともに、同時にバッテリ１０および／または２０の昇温制御を実行することができる。このように、負荷３０に対して並列に接続された複数のバッテリの各々に対して電力変換器（コンバータ）を設けなくても、本発明によるバッテリ昇温制御は実現できることが理解される。また、コンバータが配置されないバッテリ２０に対しては、実施の形態２と同様に、昇温機構９０を配置することも可能である。
【０１２６】
［実施の形態４］
実施の形態４では、電力変換器（コンバータ）の他の構成例について説明する。
【０１２７】
図１８は、本発明の実施の形態４に従う電源システム５ｃの構成を示すブロック図である。
【０１２８】
図１８を参照して、実施の形態４に従う電源システムで５ｃは、バッテリ１０，２０と、コンバータ５０と、制御装置４０とを備える。実施の形態１と比較して、実施の形態４に従う電源システム５ｃは、コンバータ６および７に代えて、コンバータ５０が設けられた構成を有する。コンバータ５０は、バッテリ１０，２０と、負荷３０との間に接続される。コンバータ５０は、負荷３０と接続された電源配線ＰＬ上の直流電圧（出力電圧Ｖｏ）を電圧指令値に従って制御する。
【０１２９】
コンバータ５０は、スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８と、リアクトルＬ３，Ｌ４とを含む。スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８に対しては、逆並列ダイオードＤ５〜Ｄ８が配置されている。スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８は、制御装置４０からの制御信号ＳＧ５〜ＳＧ８に応答して、オンオフを制御される。
【０１３０】
スイッチング素子Ｓ５は、電源配線ＰＬおよびノードＮ１の間に電気的に接続される。リアクトルＬ４は、ノードＮ１とバッテリ２０の正極端子との間に接続される。スイッチング素子Ｓ６はノードＮ１およびＮ２の間に電気的に接続される。リアクトルＬ３はノードＮ２とバッテリ１０の正極端子との間に接続される。スイッチング素子Ｓ７は、ノードＮ２およびＮ３の間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｓ８は、ノードＮ３および接地配線ＧＬの間に電気的に接続される。接地配線ＧＬは、負荷３０および、バッテリ１０の負極端子と電気的に接続される。
【０１３１】
図１８から理解されるように、コンバータ５０は、バッテリ１０およびバッテリ２０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、バッテリ１０に対しては、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を上アーム素子とする一方で、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８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。
【０１３２】
同様に、バッテリ２０に対しては、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８を上アーム素子とする一方で、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７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。そして、第１の昇圧チョッパ回路によってバッテリ１０および電源配線ＰＬ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バッテリ２０および電源配線ＰＬ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Ｓ５〜Ｓ８が含まれる。
【０１３３】
以下に詳細に説明するように、コンバータ５０は、負荷３０に対してバッテリ１０および２０を並列に接続してＤＣ／ＤＣ変換を実行するモード（以下、「パラレル接続モード」とも称する）と、負荷３０に対してバッテリ１０および２０を直列に接続してＤＣ／ＤＣ変換を実行するモード（以下、「シリーズ接続モード」とも称する）とを切換可能に構成されている。特に、コンバータ５０は、スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８の制御によって、パラレル接続モードおよびシリーズ接続モードを切替えて動作することが可能である。
【０１３４】
（パラレル接続モードでの回路動作）
コンバータ５０のパラレル接続モードでの回路動作について説明する。
【０１３５】
図１９および図２０に示されるように、スイッチング素子Ｓ８またはＳ６をオンすることによって、バッテリ１０および２０を電源配線ＰＬに対して並列に接続することができる。ここで、並列接続モードでは、バッテリ１０の電圧Ｖ［１］とバッテリ２０の電圧Ｖ［２］との高低に応じて等価回路が異なってくる。
【０１３６】
図１９（ａ）に示されるように、Ｖ［２］＞Ｖ［１］のときは、スイッチング素子Ｓ８をオンすることにより、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７を介して、バッテリ１０および２０が並列に接続される。このときの等価回路が図１９（ｂ）に示される。
【０１３７】
図１９（ｂ）を参照して、バッテリ１０および電源配線ＰＬの間では、スイッチング素子Ｓ７のオンオフ制御によって、下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。同様に、バッテリ２０および電源配線ＰＬの間では、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７を共通にオンオフ制御することによって、昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ５は、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。
【０１３８】
一方、図２０（ａ）に示されるように、Ｖ［１］＞Ｖ［２］のときには、スイッチング素子Ｓ６をオンすることにより、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８を介して、バッテリ１０および２０が並列に接続される。このときの等価回路が図２０（ｂ）に示される。
【０１３９】
図２０（ｂ）を参照して、バッテリ２０および電源配線ＰＬの間では、スイッチング素子Ｓ７のオンオフ制御によって、下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。同様に、バッテリ１０および電源配線ＰＬの間では、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８を共通にオンオフ制御することによって、昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ５は、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。
【０１４０】
次に、図２１および図２２を用いて、コンバータ５０のパラレル接続モードにおける昇圧動作について詳細に説明する。
【０１４１】
図２１には、パラレル接続モードにおけるバッテリ１０に対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）が示される。
【０１４２】
図２１（ａ）を参照して、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８のペアをオンし、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のペアをオフすることによって、リアクトルＬ３にエネルギを蓄積するための電流経路１５０が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１４３】
これに対して、図２１（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８のペアをオフするとともに、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のペアをオンすることによって、リアクトルＬ３の蓄積エネルギをバッテリ１０のエネルギとともに出力するための電流経路１５１が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１４４】
スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の少なくとも一方がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８の少なくとも一方がオフされている第２の期間とを交互に繰返すことにより、図２１（ａ）の電流経路１５０および図２１（ｂ）の電流経路１５１が交互に形成される。
【０１４５】
この結果、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のペアを等価的に上アーム素子とし、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８のペアを等価的に下アーム素子とする昇圧チョッパ回路が、バッテリ１０に対して構成される。図２１に示されるＤＣ／ＤＣ変換動作では、バッテリ２０への電流流通経路がないため、バッテリ１０および２０は互いに非干渉である。すなわち、バッテリ１０および２０に対する電力の入出力を独立に制御することが可能である。
【０１４６】
このようなＤＣ／ＤＣ変換において、バッテリ１０の電圧Ｖ［１］と、電源配線ＰＬの出力電圧Ｖｏとの間には、下記（３）式に示す関係が成立する。（３）式では、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８のペアがオンされる第１の期間のデューティ比をＤａとする。
【０１４７】
Ｖｏ＝１／（１−Ｄａ）・Ｖ［１］ …（３）
図２２には、パラレル接続モードにおけるバッテリ２０に対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）が示される。
【０１４８】
図２２（ａ）を参照して、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７のペアをオンし、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８のペアをオフすることによって、リアクトルＬ４にエネルギを蓄積するための電流経路１６０が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１４９】
これに対して、図２２（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７のペアをオフするとともに、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８のペアをオンすることによって、リアクトルＬ４の蓄積エネルギをバッテリ２０のエネルギとともに出力するための電流経路１６１が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１５０】
スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８の少なくとも一方がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７の少なくとも一方がオフされている第２の期間とを交互に繰返すことにより、図２２（ａ）の電流経路１６０および図２３（ｂ）の電流経路１６１が交互に形成される。
【０１５１】
この結果、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８のペアを等価的に上アーム素子とし、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７のペアを等価的に下アーム素子とする昇圧チョッパ回路が、バッテリ２０に対して構成される。図２２に示されるＤＣ／ＤＣ変換動作では、バッテリ１０を含む電流経路がないため、バッテリ１０および２０は互いに非干渉である。すなわち、バッテリ１０および２０に対する電力の入出力を独立に制御することが可能である。
【０１５２】
このようなＤＣ／ＤＣ変換において、バッテリ２０の電圧Ｖ［２］と、電源配線ＰＬの出力電圧Ｖｏとの間には、下記（４）式に示す関係が成立する。（４）式では、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７のペアがオンされる第１の期間のデューティ比をＤｂとする。
【０１５３】
Ｖｏ＝１／（１−Ｄｂ）・Ｖ［２］ …（４）
（シリーズ接続モードでの回路動作）
次に、図２３および図２４を用いて、コンバータ５０のシリーズ接続モードでの回路動作について説明する。
【０１５４】
図２３（ａ）に示されるように、スイッチング素子Ｓ７をオン固定することによって、バッテリ１０および２０を電源配線ＰＬに対して直列に接続することができる。このときの等価回路が図２３（ｂ）に示される。
【０１５５】
図２３（ｂ）を参照して、シリーズ接続モードでは、直列接続されたバッテリ１０および２０と電源配線ＰＬとの間では、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８を共通にオンオフ制御することによって、昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ５は、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８のオフ期間にオンされることによって、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。また、オン固定されたスイッチング素子Ｓ７により、リアクトルＬ３をスイッチング素子Ｓ８と接続する配線１５が等価的に形成される。
【０１５６】
次に、図２４を用いて、シリーズ接続モードにおけるＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する。
【０１５７】
図２４（ａ）を参照して、バッテリ１０，２０を直列接続するためにスイッチング素子Ｓ７がオン固定される一方で、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８のペアがオンし、スイッチング素子Ｓ５がオフされる。これにより、リアクトルＬ３，Ｌ４にエネルギを蓄積するための電流経路１７０，１７１が形成される。この結果、直列接続されたバッテリ１０，２０に対して、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１５８】
これに対して、図２４（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ７をオン固定したままで、図２４（ａ）とは反対に、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８のペアがオフし、スイッチング素子Ｓ５がオンされる。これにより、電流経路１７２が形成される。電流経路１７２により、直列接続されたバッテリ１０，２０からのエネルギと、リアクトルＬ３，Ｌ４に蓄積されたエネルギとの和が電源配線ＰＬへ出力される。この結果、直列接続されたバッテリ１０，２０に対して、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１５９】
スイッチング素子Ｓ７がオン固定された下で、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８のペアがオンされる一方でスイッチング素子Ｓ５がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ５がオンされる一方でスイッチング素子Ｓ６，Ｓ８がオフされている第２の期間とを交互に繰返すことにより、図２４（ａ）の電流経路１７０，１７１および図２４（ｂ）の電流経路１７２が交互に形成される。
【０１６０】
シリーズ接続モードのＤＣ／ＤＣ変換では、バッテリ１０の電圧Ｖ［１］、バッテリ２０の電圧Ｖ［２］、および、電源配線ＰＬの出力電圧Ｖｏの間には、下記（５）式に示す関係が成立する。（５）式では、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８のペアがオンされる第１の期間のデューティ比をＤｃとする。
【０１６１】
Ｖｏ＝１／（１−Ｄｃ）・（Ｖ［１］＋Ｖ［２］） …（５）
ただし、Ｖ［１］およびＶ［２］が異なるときや、リアクトルＬ３，Ｌ４のインダクタンスが異なるときには、図２４（ａ）の動作終了時におけるリアクトルＬ３，Ｌ４の電流値がそれぞれ異なる。したがって、図２４（ｂ）の動作への移行直後には、リアクトルＬ３の電流の方が大きいときには電流経路１７３を介して差分の電流が流れる。一方、リアクトルＬ４の電流の方が大きいときには電流経路１７４を介して、差分の電流が流れる。
【０１６２】
このように、コンバータ５０は、複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の制御によって、２つの直流電源（バッテリ）１０，２０を並列接続するモードと直列接続するモードとを使い分けることができる。この結果、負荷電力への対応性（消費電力の供給および発電電力の受入）および電力管理性が向上するパラレル接続モードと、効率および蓄積エネルギの活用性に優れたシリーズ接続モードおよびを使い分けることによって、２つのバッテリ１０，２０を有効に使用することができる。
【０１６３】
コンバータ５０がパラレル接続モードで動作すると、実施の形態１（図１）と同様に、バッテリ１０および電源配線ＰＬの間で双方向のＤＣ／ＤＣ変換を実行する電力変換器（図１のコンバータ６）と、バッテリ２０および電源配線ＰＬの間で双方向のＤＣ／ＤＣ変換を実行する電力変換器（図１のコンバータ７）とが配置された構成が、コンバータ５０によって実現される。すなわち、コンバータ５０は、「第３の電力変換器」に対応する。
【０１６４】
したがって、以下では、実施の形態４に従う電源システム５ｃにおいて、実施の形態１と同様のバッテリ昇温制御が適用されたパラレル接続モードでの制御について説明する。
【０１６５】
（パラレル接続モードでのバッテリ昇温制御）
コンバータ５０のパラレル接続モードにおけるバッテリ昇温制御について説明する。以下に説明する制御動作は、制御装置４０によるハードウェア処理および／またはソフトウェア処理によって実現される。
【０１６６】
図２５には、パラレル接続モードにおける負荷側から見た等価回路が示される。
図２５を参照して、パラレル接続モードでは、バッテリ１０と負荷３０との間でＤＣ／ＤＣ変換を実行する電源ＰＳ１と、バッテリ２０と負荷３０との間でＤＣ／ＤＣ変換を実行する電源ＰＳ２とは、負荷３０に対して並列に電力を授受する。電源ＰＳ１は、図２１に示したＤＣ／ＤＣ変換動作を実行する昇圧チョッパ回路に相当する。同様に、電源ＰＳ１は、図２２に示したＤＣ／ＤＣ変換動作を実行する昇圧チョッパ回路に相当する。
【０１６７】
電源ＰＳ１は、バッテリ１０の電圧Ｖ［１］および出力電圧Ｖｏの間で、式（３）に示した電圧変換比によるＤＣ／ＤＣ変換機能を有する。同様に、電源ＰＳ２はバッテリ１０の電圧Ｖ［２］および出力電圧Ｖｏの間で、式（４）に示した電圧変換比によるＤＣ／ＤＣ変換機能を有する。
【０１６８】
パラレル接続モードでは、両方の電源で共通の制御（出力電圧Ｖｏの電圧制御）を同時に実行すると、負荷側で、電源ＰＳ１およびＰＳ２が並列接続される形になるため、回路が破綻する可能性がある。したがって、電源ＰＳ１および電源ＰＳ２の一方の電源が、出力電圧Ｖｏを制御する電圧源として動作する。そして、電源ＰＳ１および電源ＰＳ２の他方の電源は、当該電源の電流を電流指令値に制御する電流源として動作する。各電源ＰＳ１，ＰＳ２での電圧変換比は、電圧源または電流源として動作するように制御される。たとえば、実施の形態１と同様に、バッテリ１０の電流を制御するように、電源ＰＳ１を電流源とし電源ＰＳ２を電圧源として制御する。
【０１６９】
図２６にはバッテリ１０に対応する電源ＰＳ１の具体的な制御動作例を説明するための波形図が示される。
【０１７０】
図２６を参照して、電源ＰＳ１でのデューティ比Ｄａ（式（３）参照）は、電流源として動作するための電流フィードバック制御（図２８）によって算出される。なお、図２６中では、デューティ比Ｄａを示す電圧信号を、同一の符号Ｄａで示している。
【０１７１】
電源ＰＳ１の制御パルス信号ＳＤａは、デューティ比Ｄａと、周期的なキャリア信号２５との比較に基づくパルス幅変調（ＰＷＭ）制御によって生成される。一般的に、キャリア信号２５には、三角波あるいはのこぎり波が用いられる。キャリア信号２５の周期は、各スイッチング素子のスイッチング周波数に相当し、キャリア信号２５の振幅は、Ｄａ＝１．０に対応する電圧に設定される。
【０１７２】
制御パルス信号ＳＤａは、デューティ比Ｄａを示す電圧が、キャリア信号２５の電圧よりも高いときに論理ハイレベル（以下、Ｈレベル）に設定される一方で、キャリア信号２５の電圧よりも低いときに論理ローレベル（以下、Ｌレベル）に設定される。制御パルス信号ＳＤａの周期（Ｈレベル期間＋Ｌレベル期間）に対するＨレベル期間の比、すなわち、制御パルス信号ＳＤａのデューティ比は、Ｄａと同等である。
【０１７３】
制御パルス信号／ＳＤａは、制御パルス信号ＳＤａの反転信号である。デューティ比Ｄａが高くなると、制御パルス信号ＳＤａのデューティ比が高くなる。反対に、デューティ比Ｄａが低くなると、制御パルス信号ＳＤａのデューティ比が低くなる。
【０１７４】
制御パルス信号ＳＤａは、図２１に示した昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。すなわち、制御パルス信号ＳＤａのＨレベル期間で下アーム素子がオンされる一方で、Ｌレベル期間で下アーム素子がオフされる。一方、制御パルス信号／ＳＤａは、図２１に示した昇圧チョッパ回路の上アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。図２６に示した電源ＰＳ１に対する制御動作は、図３に示した電流制御器４１による制御動作に相当する。
【０１７５】
図２７にはバッテリ２０に対応する電源ＰＳ２の具体的な制御動作例を説明するための波形図が示される。
【０１７６】
図２７を参照して、電源ＰＳ２においても、電源ＰＳ１と同様のＰＷＭ制御によって、デューティ比Ｄｂ（式（４）参照）に基づいて、制御パルス信号ＳＤｂおよび、その反転信号／ＳＤｂが生成される。制御パルス信号ＳＤｂのデューティ比はＤｂと同等であり、制御パルス信号／ＳＤｂのデューティは（１．０−Ｄｂ）と同等である。すなわち、デューティ比Ｄｂが高くなると、制御パルス信号ＳＤｂのＨレベル期間が長くなる。反対に、デューティ比Ｄｂが低くなると、制御パルス信号ＳＤｂのＬレベル期間が長くなる。
【０１７７】
制御パルス信号ＳＤｂは、図２２に示した昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。制御パルス信号／ＳＤｂは、図２２に示した昇圧チョッパ回路の上アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。
【０１７８】
なお、デューティ比Ｄｂは、電源ＰＳ２が電圧源として動作するための電圧フィードバック制御（図２９）によって算出される。図２７に示した電源ＰＳ２についての制御動作は、図３の電圧制御器４２による制御動作に相当する。
【０１７９】
図２８には、電流源として動作する電源の制御ブロックの構成例が示される。
図２８を参照して、図９（実施の形態１）と同様に、電流制御器４１に対して与えられる電流指令値Ｉｉ＊は、負荷３０への供給電流（直流平均値）に相当するＩｄ１と、バッテリ昇温のための交流電流Ｉａｃの和で与えられる。すなわちＩｉ＊＝Ｉｄ１＋Ｉａｃである。
【０１８０】
電流制御器４１は、電流指令値Ｉｉ＊とバッテリ１０の電流Ｉ［１］との偏差に基づいて、図２６で説明したＰＷＭ制御によって、制御パルス信号ＳＤａを生成する。伝達関数Ｈｖ１は、電流源として動作する電源ＰＳ１（図２１の昇圧チョッパ回路）の伝達関数に相当する。
【０１８１】
電圧制御器４２は、電圧指令値Ｖｏ＊と出力電圧Ｖｏとの偏差に基づいて、図２７で説明したＰＷＭ制御によって、制御パルス信号ＳＤｂを生成する。伝達関数Ｈｖ２は、電圧源として動作する電源ＰＳ２（図２２の昇圧チョッパ回路）の伝達関数に相当する。
【０１８２】
図３０には、パラレル接続モードにおける各スイッチング素子の制御信号の設定が示される。
【０１８３】
図３０を参照して、スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８のオンオフをそれぞれ制御するための制御信号ＳＧ５〜ＳＧ８は、電源ＰＳ１の電流制御のための制御パルス信号（ＳＧａ，／ＳＧａ）と、電源ＰＳ２の電圧制御のための制御信号パルス（ＳＧｂ，／ＳＧｂ）とに基づいて設定される。具体的には、制御信号ＳＧ５〜ＳＧ８は、制御パルス信号間の論理演算に基づいて（より特定的には、論理和をとる態様）で設定される。
【０１８４】
スイッチング素子Ｓ５は、図２１および図２２の昇圧チョッパ回路の各々で上アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ５のオンオフを制御する制御信号ＳＧ５は、制御パルス信号／ＳＤａおよび／ＳＤｂの論理和によって生成される。
【０１８５】
この結果、スイッチング素子Ｓ５は、バッテリ１０を制御するための図２１の昇圧チョッパ回路の上アーム素子および、バッテリ２０を制御するための図２２の昇圧チョッパ回路の上アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１８６】
スイッチング素子Ｓ６は、図２１の昇圧チョッパ回路では上アーム素子を形成し、図２２の昇圧チョッパ回路では下アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ６のオンオフを制御する制御信号ＳＧ６は、制御パルス信号／ＳＤａおよびＳＤｂの論理和によって生成される。これにより、スイッチング素子Ｓ６は、図２１の昇圧チョッパ回路の上アーム素子および、図２２の昇圧チョッパ回路の下アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１８７】
同様にして、スイッチング素子Ｓ７の制御信号ＳＧ７は、制御パルス信号ＳＤａおよびＳＤｂの論理和によって生成される。これにより、スイッチング素子Ｓ７は、図２１の昇圧チョッパ回路の下アーム素子および、図２２の昇圧チョッパ回路の下アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１８８】
また、スイッチング素子Ｓ８の制御信号ＳＧ８は、制御パルス信号ＳＤａおよび／ＳＤｂの論理和によって生成される。これにより、スイッチング素子Ｓ８は、図２１の昇圧チョッパ回路の下アーム素子および、図２２の昇圧チョッパ回路の上アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１８９】
パラレル接続モードでは、制御信号ＳＧ６およびＳＧ８が相補のレベルに設定されているので、スイッチング素子Ｓ６およびＳ８は相補的にオンオフされる。これにより、図１９に示したＶ［２］＞Ｖ［１］のときの動作と、図２０に示したＶ［１］＞Ｖ［２］の動作とが、自然に切替えられる。さらに、各動作において、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ７が相補にオンオフされることにより、電源ＰＳ１，ＰＳ２のそれぞれにおいて、デューティ比Ｄａ，Ｄｂに従ったＤＣ／ＤＣ変換が実行できる。
【０１９０】
図３１には、コンバータ５０のパラレル接続モードでの制御動作例が示される。
図３１を参照して、バッテリ１０の電流に基づいて算出されたデューティ比Ｄａと、キャリア信号２５との電圧比較に基づいて、制御パルス信号ＳＤａが生成される。同様に、バッテリ２０の電圧に基づいて算出されたデューティ比Ｄｂと、キャリア信号２５との比較に基づいて制御パルス信号ＳＤｂが求められる。制御パルス信号／ＳＤａ，／ＳＤｂは、制御パルス信号ＳＤａ，ＳＤｂの反転信号である。
【０１９１】
制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４は、図３０に示した論理演算に従って、制御パルス信号ＳＤａ（／ＳＤａ）およびＳＤｂ（／ＳＤｂ）の論理演算に基づいて設定される。制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４に基づいてスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をオンオフすることにより、電流Ｉ［１］を電流指令値Ｉｉ＊に従って制御するとともに、出力電圧Ｖｏを電圧指令値Ｖｏ＊に従って制御することができる。
【０１９２】
なお、図２５〜図３１で説明したのとは反対に、バッテリ２０の電流を制御するように、電源ＰＳ１を電圧源とし電源ＰＳ２を電流源として制御することも可能である。この場合には、バッテリ２０がバッテリ昇温制御の対象となる。
【０１９３】
以上説明したように、実施の形態４に従う電源システム５ｃにおいても、コンバータ５０をパラレル動作モードで動作させる際に、バッテリ１０またはバッテリ２０の電流制御における電流指令値Ｉｉ＊を実施の形態１と同様に設定することにより、実施の形態１と同様のバッテリ昇温制御を実現できる。すなわち、コンバータ５０のパラレル動作モードにおいて、交流電流を重畳することによる負荷の駆動を伴うバッテリ昇温制御が可能となる。
【０１９４】
なお、電圧制御されるバッテリ（図１８ではバッテリ２０）に対して、実施の形態２で説明した昇温機構９０を配置することも可能である。
【０１９５】
実施の形態４において、コンバータ５０の構成は、図１８の例示に限定されるものではない。すなわち、電力変換器に含まれる複数のスイッチング素子の少なくとも一部が、第１の直流電源に対する電力変換経路と、第２の直流電源に対する電力変換経路との両方に含まれるように配置されるとともに、パラレル接続モードによる動作が可能な構成であれば、同様のバッテリ昇温制御を同様に適用することが可能である。
【０１９６】
なお、実施の形態１〜４では、負荷３０に対して２個の直流電源（バッテリ１０，２０）が並列に接続された構成を説明したが、本発明の適用はこのような構成に限定されるものではない。すなわち、３個以上の直流電源（バッテリ）が並列接続された構成においても、そのうちの２個の直流電源（バッテリ）の間に、実施の形態１〜４に従う構成を適用することができる。
【０１９７】
また、電力変換器（コンバータ）の構成についても、実施の形態１〜４で説明したものに限定されるものではない。すなわち、負荷電流Ｉ１ｄに対して交流電流Ｉａｃが重畳された電流指令値Ｉｉ＊に従って直流電源（バッテリ）の電流を制御可能であれば、電力変換回路（コンバータ）の回路構成は任意とすることができる。
【０１９８】
さらに、負荷３０は、直流電圧Ｖｏ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場合に限定されるものではない。
【０１９９】
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。
【産業上の利用可能性】
【０２００】
この発明は、並列接続された複数の直流電源（代表的にはバッテリ）を含む電源システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０２０１】
５，５ａ，５ｂ，５ｃ 電源システム、６，７ コンバータ（電力変換器）、１０，２０ バッテリ（直流電源）、１１，１４ 直流抵抗、１２ キャパシタ成分、１３ リアクトル成分、１５ 配線、２５ キャリア信号、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（ＥＣＵ）、４１ 電流制御器、４２ 電圧制御器、９０ 昇温機構、１０１，１０２ 動作点（バッテリ）、１１０〜１１２，１２０〜１２２ 動作領域、１５０，１５１，１６０，１６１，１７０〜１７４ 電流経路、Ｄ１〜Ｄ８ 逆並列ダイオード、ＤＴ，Ｄａ，Ｄｂ デューティ比、ＧＬ 接地配線、Ｈｖ１，Ｈｖ２ 伝達関数、Ｉ［１］，Ｉ［２］ バッテリ電流、Ｉ１ｄ 直流電流（負荷電流）、Ｉａｃ 交流電流、Ｉｉ＊ 電流指令値、Ｉｍｉｎ〜Ｉｍａｘ 電流上下限範囲、Ｉｐ 交流電流振幅、Ｌ１〜Ｌ４ リアクトル、Ｎ１〜Ｎ３ ノード、Ｐ［１］，Ｐ［２］ バッテリ電力、Ｐｏ 出力電力、Ｐ［１］＊ 電力指令値、ＰＬ 電源配線、ＰＳ１，ＰＳ２ 電源、Ｓ１〜Ｓ８ 電力用半導体スイッチング素子、ＳＤａ，／ＳＤａ，ＳＤｂ，／ＳＤｂ 制御パルス信号、ＳＧ１〜ＳＧ８ 制御信号（スイッチング素子）、Ｔ［１］，Ｔ［２］ バッテリ温度、Ｖ「１」，Ｖ［２］ バッテリ電圧、Ｖｏ 出力電圧、Ｖｏｃ 開放電圧、Ｖｏ 出力電圧、Ｖｏ＊ 電圧指令値。
【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、並列接続された複数の直流電源を含む電源システムにおける直流電源の昇温制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、直流電源、特にリチウムイオン電池やニッケル水素電池に代表される二次電池（以下、単に「バッテリ」とも称する）は、低温時に内部抵抗が増加することによって充放電特性が低下する。そこで、直流電源の温度が低い場合には、速やかに昇温する必要がある。
【０００３】
たとえば、特開平９−１８２３０９号公報（特許文献１）には、バッテリの充電時にヒータへの通電によって二次電池を昇温する構成が記載されている。特に特許文献１では、バッテリの放電によってヒータを作動させることにより、内部抵抗による発熱と、ヒータからの加熱との両方によって二次電池の温度が上昇する。このため、昇温に要する時間を短縮することができる。
【０００４】
また、特開２０１１−１８５３１号公報（特許文献２）には、バッテリの電流を制御するコンバータを、バッテリに交流電流（リップル電流）が流れるように制御することが記載されている。より特定的には、昇圧チョッパ回路の上アーム素子および下アーム素子のデューティ比を０．５として、平均値が０の交流電流をバッテリに流すことによって昇温（リップル昇温）を行なうことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１８２３０９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、二次電池の充電時に予め電池温度を昇温するものであるため、充電完了から長時間が経過すると、バッテリが低温状態のときに負荷への電力供給を実行することになる虞がある。すなわち、負荷を駆動する際に直流電源（バッテリ）が低温状態であるケースに直接対応するための制御については言及されていない。
【０００７】
また、特許文献２では、バッテリ電流の平均値を０として昇温制御を行なうことを前提としているので、昇温制御の実行中に負荷に対して電流を供給することができない。
【０００８】
このように、特許文献１，２では、バッテリ（直流電源）の昇温と、負荷の駆動制御とを並列に行なうことができない。また、特許文献２による昇温制御では、昇温制御の際に流れる電流（すなわち、バッテリの加熱量）についても直接制御することができない。
【０００９】
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、バッテリに代表される直流電源を含む電源システムにおいて、負荷の駆動制御を行いながら直流電源を効率的に昇温する制御を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のある局面では、電源システムは、第１の直流電源と、負荷に対して前記第１の直流電源と並列に接続された第２の直流電源と、第１の直流電源と前記負荷との間に接続された第１の電力変換器と、制御手段とを含む。第１の電力変換器は、少なくとも１個のスイッチング素子を含んで構成される。制御手段は、負荷が要求するパワーに基づく第１の直流電流と所定周波数の交流電流との和に従って前記第１の直流電源の電流が制御されるように、前記スイッチング素子のオンオフを制御する。
【００１１】
好ましくは、制御手段は、第１の直流電流および交流電流の振幅の和が、第１の直流電源の電流の上下限範囲内およびスイッチング素子の定格電流の上下限範囲内に収まるように、負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する第１の直流電流の比率、および、交流電流の振幅を設定する。
【００１２】
さらに好ましくは、電源システムは、電動車両に搭載され、負荷は、電動車両の走行用電動機を含む。制御手段は、負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する第１の直流電流の比率を、ユーザからの電動車両の出力要求に応じて制御する。
【００１３】
あるいは、さらに好ましくは、電源システムは、電動車両に搭載され、負荷は、電動車両の走行用電動機を含む。制御手段は、負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する第１の直流電流の比率を、電動車両の走行モード選択についてのユーザ指示に応じて制御する。
【００１４】
また好ましくは、電源システムは、第２の直流電源と負荷との間に接続された第２の電力変換器をさらに含む。第２の電力変換器は、少なくとも１個のスイッチング素子を含んで構成される。制御手段は、負荷への出力電圧を電圧指令値に従って制御されるように、第２の電力変換器のスイッチング素子のオンオフを制御する。
【００１５】
また好ましくは、第２の直流電源は、電圧変換機能を有する電力変換器を介することなく負荷と電気的に接続される。
【００１６】
さらに好ましくは、第１および第２の電力変換器は、第１の直流電源と負荷との間に形成される第１の電力変換経路と、第２の直流電源と負荷との間に形成される第２の電力変換経路との両方に含まれるように配置された複数のスイッチング素子を含む第３の電力変換器によって構成される。第３の電力変換器は、第１および第２の直流電源と負荷との間で並列に直流電力変換を実行する第１の動作モードと、第１および第２の直流電源が負荷に対して直列に電気的に接続された状態で直流電力変換を実行する第２の動作モードとを有する。制御手段は、第１の動作モードにおいて、第１の直流電流と交流電流との和に従って第１の直流電源の電流が制御されるように第１の電力変換経路による電力変換を制御するとともに、出力電圧が電圧指令値に従って制御されるように第２の電力変換経路による第２の電力変換を制御する。
【００１７】
好ましくは、電源システムは、第２の直流電源に対して、第２の直流電源の外部から熱量を与えるための昇温機構をさらに含む。
【００１８】
また好ましくは、第２の直流電源の熱容量は、第１の直流電源の熱容量よりも大きい。
あるいは好ましくは、第１の直流電源の蓄積エネルギ定格は、第２の直流電源の蓄積エネルギ定格よりも高い。
【００１９】
また好ましくは、第１の直流電源の出力パワー定格は、第２の直流電源の出力パワー定格よりも低い。
【００２０】
好ましくは、交流電流の周波数は、第１の直流電源の交流インピーダンスが極小となる周波数と同等である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、バッテリに代表される直流電源を含む電源システムにおいて、負荷の駆動制御を行いながら直流電源を効率的に昇温する制御を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に従う電源システムの構成例を示す回路図である。
【図２】図１に示した負荷の構成例を示す概略図である。
【図３】図１に示した電源システムの一般的な制御ブロック図である。
【図４】図３に示した制御ブロックによって制御された電源システムの動作波形例である。
【図５】バッテリの特性を説明するための概念図である。
【図６】バッテリの電気的な等価回路図である。
【図７】比較例として示されるバッテリ昇温制御時の電流波形図である。
【図８】本発明の実施の形態１に従う電源システムにおけるバッテリ昇温制御時の概略的な電流波形図である。
【図９】実施の形態１に従う電源システムにおけるコンバータの制御ブロック図である。
【図１０】実施の形態１に従う電源システムにおけるバッテリ昇温制御の動作例を説明するための波形図である。
【図１１】実施の形態１に従う電源システムにおけるバッテリ昇温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１２】電流指令値を決定する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態２に従う電源システムの構成例を示す回路図である。
【図１４】さらなる低温時のバッテリ特性を説明するための概念図である。
【図１５】実施の形態２に従う電源システムにおける昇温機構の制御処理手順の第１の例を示すフローチャートである。
【図１６】実施の形態２に従う電源システムにおける昇温機構の制御処理手順の第２の例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施の形態３に従う電源システムの構成例を示す回路図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に従う電源システムの構成を示すブロック図である。
【図１９】パラレル接続モードにおける第１の回路動作を説明する回路図である。
【図２０】パラレル接続モードにおける第２の回路動作を説明する回路図である。
【図２１】パラレル接続モードにおける第１の直流電源に対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する回路図である。
【図２２】パラレル接続モードにおける第２の直流電源に対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する回路図である。
【図２３】シリーズ接続モードにおける回路動作を説明する回路図である。
【図２４】シリーズ接続モードにおけるＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する回路図である。
【図２５】パラレル接続モードにおける負荷側からの等価回路を示すブロック図である。
【図２６】第１の電源の制御動作例を説明するための波形図である。
【図２７】第２の電源の制御動作例を説明するための波形図である。
【図２８】電流源として動作する電源の制御ブロックの構成例を示す図である。
【図２９】電圧源として動作する電源の制御ブロックの構成例を示す図である。
【図３０】スイッチング素子の制御信号の設定を説明する図表である。
【図３１】実施の形態４に従う電源システムにおけるコンバータのパラレル接続モードでの制御動作例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
［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の構成例を示す回路図である。
【００２５】
図１を参照して、電源システム５は、直流電源１０と、電力変換器６と、直流電源２０と、電力変換器７とを備える。電源システム５は、直流電源１０，２０から負荷３０への電力供給を制御する。あるいは、電源システム５は、負荷３０によって発電された電力によって、バッテリ１０，２０を充電する。
【００２６】
本実施の形態において、直流電源１０および２０の各々は、代表的にはリチウムイオン電池やニッケル水素電池のような二次電池で構成される。なお、昇温制御が必要な直流電源であれば、二次電池以外のものについても本発明を適用することができる。
【００２７】
直流電源１０および２０は、同種および同容量の直流電源（二次電池）によって構成することも可能であり、種類および／または容量が異なる直流電源（二次電池）によって構成することも可能である。直流電源１０および直流電源２０は、「第１の直流電源」および「第２の直流電源」の一方ずつに対応する。
【００２８】
以下本実施の形態では、直流電源１０および２０の各々は、二次電池によって構成されるものとして説明する。したがって、以下では直流電源１０および２０について、単にバッテリ１０およびバッテリ２０とも称することとする。
【００２９】
電力変換器６は、直流電源１０および負荷３０の間に接続される。電力変換器７は直流電源２０および負荷３０の間に接続される。電源システム５において、直流電源１０および２０は、電力変換器６および７を介して、負荷３０に対して並列に接続されていることが理解される。
【００３０】
電力変換器６は、バッテリ１０と、負荷３０と接続された電源配線ＰＬとの間で双方向のＤＣ／ＤＣ変換を実行する。電力変換器７は、バッテリ２０と電源配線ＰＬとの間で双方向のＤＣ／ＤＣ変換を実行する。以下では、電力変換器６および電力変換器７について、コンバータ６およびコンバータ７とも称する。
【００３１】
コンバータ６および７の各々は、図１の構成例ではいわゆる昇圧チョッパ回路の構成を有する。具体的には、コンバータ６は、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）Ｓ１，Ｓ２と、リアクトルＬ１とを有する。スイッチング素子Ｓ１およびＳ２は、電源配線ＰＬおよび接地配線ＧＬの間に直列に接続される。リアクトルＬ１は、バッテリ１０の正極端子と、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続ノードとの間に電気的に接続される。
【００３２】
コンバータ７は、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４と、リアクトルＬ２とを有する。スイッチング素子Ｓ３およびＳ４は、電源配線ＰＬおよび接地配線ＧＬの間に直列に接続される。リアクトルＬ２は、バッテリ２０の正極端子と、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続ノードとの間に電気的に接続される。
【００３３】
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。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、制御装置４０からの制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４に応答して、オンオフを制御することが可能である。
【００３４】
昇圧チョッパ回路によって構成されるコンバータ６，７では、所定周期（スイッチング周期）内での上アーム素子（Ｓ１，Ｓ３）と下アーム素子（Ｓ２，Ｓ４）とのオン期間比を示すデューティ比に応じて、ＤＣ出力が制御される。一般的には、デューティ比を示すＤＣ信号と、所定周波数のキャリア信号との比較に応じて、上アーム素子および下アーム素子が相補にオンオフするように、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は制御される。
【００３５】
昇圧チョッパ回路における電圧変換比（昇圧比）は、低圧側（直流電源側）の電圧Ｖｉ、高圧側（負荷側）の電圧ＶＨ、および、下アーム素子のデューティ比ＤＴを用いて、下記（１）式で示されることが知られている。なお、デューティ比ＤＴは、下アーム素子のオン期間およびオフ期間の和であるスイッチング周期に対する、下アーム素子のオン期間比で定義される。なお、下アーム素子のオフ期間には、上アーム素子がオンされる。
【００３６】
ＶＨ＝１／（１−ＤＴ）・Ｖｉ …（１）
制御装置４０は、たとえば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって構成される。制御装置４０は、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。制御装置４０は、「制御手段」に対応する。
【００３７】
制御装置４０は、負荷３０への出力電圧Ｖｏ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。なお、図１では図示を省略しているが、バッテリ１０の電圧（Ｖ［１］と表記する）および電流（Ｉ［１］と表記する）、バッテリ２０の電圧（Ｖ［２］と表記する）および電流（Ｉ［２］と表記する）、ならびに、出力電圧Ｖｏ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、図示を省略しているが、バッテリ１０および２０の温度（以下、バッテリ温度とも称する）Ｔ［１］およびＴ［２］の検出器（温度センサ）についても配置されている。これらの検出器の出力は、制御装置４０へ与えられる。
【００３８】
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。
【００３９】
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を介して、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に含まれるバッテリ１０，２０の充電電力として用いることができる。
【００４０】
なお、モータジェネレータ３５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バッテリ１０，２０を充電することも可能である。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。
【００４１】
次に、電源システムの制御について説明する。
図３は、図１に示した電源システム５の一般的な制御ブロック図である。
【００４２】
図３を参照して、コンバータ６，７で共通の制御（出力電圧Ｖｏの電圧制御）を同時に実行すると、回路が破綻する可能性がある。したがって、コンバータ６，７は、一方のバッテリが電圧源として動作する一方で、他方のバッテリが電流源として動作するように、バッテリ１０，２０と負荷３０との間でＤＣ／ＤＣ変換を実行する。
【００４３】
ここでは、バッテリ１０が電流源として動作するように、コンバータ６は、バッテリ電流Ｉ［１］を電流指令値Ｉｉ＊に従って制御するものとする。電流が制御されるバッテリ１０は、「第１の直流電源」に対応する。また、電流制御を実行するコンバータ６は「第１の電力変換器」に対応する。
【００４４】
一方で、コンバータ７は、バッテリ２０が電圧源として動作するように、出力電圧Ｖｏを電圧指令値Ｖｏ＊に従って制御する。電圧が制御されるバッテリ２０は、「第２の直流電源」に対応する。また、電圧制御を実行するコンバータ７は「第２の電力変換器」に対応する。
【００４５】
ここで、バッテリ１０の電力Ｐ［１］、バッテリ２０の電力Ｐ［２］、負荷３０への出力電力Ｐｏおよび、電流源における電流指令値Ｉｉ＊の間には、下記（２）式の関係が成立する。
【００４６】
Ｐ［２］＝Ｐｏ−Ｐ［１］＝Ｐｏ−Ｖ［１］・Ｉｉ＊ …（２）
バッテリ１０の電圧Ｖ［１］の検出値に応じて、Ｐ［１］＊＝Ｖ［１］・Ｉｉ＊が一定になるように電流指令値Ｉｉ＊を設定すれば、電流源を構成するバッテリ１０の電力Ｐ［１］を電力指令値Ｐ［１］＊に制御できる。
【００４７】
なお、バッテリ２０を電流源としバッテリ１０を電圧源として制御することも可能である。この場合には、電流源を構成するバッテリ２０の電力Ｐ［２］について、Ｖ［２］・Ｉｉ＊が一定になるように電流指令値Ｉｉ＊を設定すれば、バッテリ２０の電力Ｐ［２］を電力指令値に従って制御できる。
【００４８】
電流制御器４１は、バッテリ１０の電流Ｉ［１］が電流指令値Ｉｉ＊と一致するように、コンバータ６のデューティ比を制御する。具体的には、電流偏差（Ｉｉ＊−Ｉ［１］）が正のときには、電流Ｉ［１］を上昇させるために、下アーム素子（Ｓ２）のオン期間を長くするようにデューティ比が変化される。反対に、電流偏差（Ｉｉ＊−Ｉ［１］）が負のときには、電流Ｉ［１］を低下させるために、コンバータ６の上アーム素子（Ｓ１）のオン期間が長くなるように、デューティ比が変化される。
【００４９】
電圧制御器４２は、出力電圧Ｖｏが電圧指令値Ｖｏ＊と一致するように、コンバータ７のデューティ比を制御する。電圧制御器４２は、電圧偏差（Ｖｏ＊−Ｖｏ）が正のときには、出力電圧Ｖｏを上昇させるために、コンバータ７の下アーム素子（Ｓ４）のオン期間比が長くなるようにデューティ比を変更する。反対に、電圧偏差（Ｖｏ＊−Ｖｏ）が負のときには、出力電圧Ｖｏを低下させるために、コンバータ７の上アーム素子（Ｓ３）のオン期間比が長くなるようにデューティ比を変更する。
【００５０】
このように、バッテリ１０は、コンバータ６によって電流指令値Ｉｉ＊に従って電流制御される。一方で、バッテリ２０は、コンバータ７によって、電圧指令値Ｖｏ＊に従った電圧制御のために出力が制御される。
【００５１】
図４には、図３に示した制御ブロックによって制御された電源システム５の動作波形例が示される。
【００５２】
図４を参照して、Ｐ［１］＞０かつＰ［２］＞０であり、バッテリ１０および２０が放電して、負荷３０へ電力を供給している場合の動作波形が示される。すなわち、Ｐｏ＝Ｐ［１］＋Ｐ［２］で示される、出力電力Ｐｏは正である。
【００５３】
コンバータ６によって、バッテリ１０の電流Ｉ［１］が電流指令値Ｉｉ＊に従って一定に制御されるため、バッテリ１０の電力Ｐ［１］も一定である。したがって、電圧指令値Ｖｏ＊が一定の下で負荷３０の電力が増加する時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、Ｐ［１］が一定に維持される一方で、バッテリ２０の電力Ｐ［２］が増加する。
【００５４】
時刻ｔ２〜ｔ３の期間では、出力電力Ｐｏが減少するとともに、電圧指令値Ｖｏ＊が上昇する。電圧指令値Ｖｏ＊に従ってコンバータ７によって出力電圧Ｖｏが上昇する。さらに、コンバータ６によって電流Ｉ［１］が一定に制御されるため電力Ｐ［１］が一定である一方で、電力Ｐ［２］は徐々に低下する。
【００５５】
このように、電流制御されるバッテリ１０は、電流指令値Ｉｉ＊に従って電力Ｐ［１］が制御される。一方で、バッテリ２０は、出力電圧Ｖｏを確保しながら、負荷３０への出力電力Ｐｏとバッテリ電力Ｐ［１］との差分を供給するためのバッファとして動作することになる。
【００５６】
次に、図５を用いて、バッテリ１０，２０の特性について説明する。
図５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。
【００５７】
電流が制御されるバッテリ１０は、蓄積エネルギが高い、いわゆる高容量型のバッテリ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ができる。これにより、電動車両では、電気エネルギによる走行距離を延ばすことができる。
【００５８】
一方で、バッファとして作用するバッテリ２０は、出力パワーが高い、いわゆる高出力型のバッテリで構成されることが好ましい。このようにすると、負荷３０が消費する電力と、電流指令値Ｉｉ＊に従って制御されるバッテリ１０の電力との差分を、バッテリ２０によって確保することが容易となる。これにより、電動車両では、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。
【００５９】
一般的に、二次電池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。したがって、図１の構成例では、バッテリ１０の蓄積エネルギの定格は、バッテリ２０の蓄積エネルギの定格より高いことが好ましい。同様に、バッテリ２０の出力電力の定格は、バッテリ２０の出力電力の定格より高いことが好ましい。
【００６０】
図５の（ａ）には、バッテリ常温時（非低温時）における、バッテリ１０の動作領域１１０およびバッテリ２０の動作領域１２０が示される。動作領域１１０は、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。
【００６１】
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。
【００６２】
動作点１０１に対しては、主に、バッテリ２０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、バッテリ１０からの出力によって対応することができる。
【００６３】
図５の（ｂ）には、バッテリ低温時における、バッテリ１０の動作領域１１１およびバッテリ２０の動作領域１２１が示される。低温時には、内部抵抗の増大に起因して、バッテリ１０，２０の出力電力が低下する。この状態では、動作領域１１１を超えないように、電流指令値Ｉｉ＊を下げてバッテリ１０の出力電力を絞る必要がある。
【００６４】
このように、蓄積エネルギが高いバッテリ１０の出力が制限される期間が継続すると、負荷３０が要求する電力の供給が難しくなる虞がある。したがって、特許文献１，２にも記載されるように、バッテリ低温時には、バッテリを昇温する必要がある。
【００６５】
バッテリの昇温には、ヒータ等によってバッテリ外部から熱量を与える方式と、バッテリに電流を流すことによって自己発熱させる方式とがある。熱容量が大きいバッテリについては、外部からの熱で昇温するには長時間を要するため、自己発熱による昇温が好ましい。一般的に蓄積エネルギが大きいバッテリは体積が大きくなるため熱容量も大きくなる。したがって、電流制御されるバッテリ１０については、通電による自己発熱を用いて昇温することが好ましい。
【００６６】
図６には、バッテリの電気的な等価回路図が示される。
図６を参照して、バッテリ１０は、開放電圧Ｖｏｃを発生する電圧源と、ＬＲＣ回路とを含む。ＬＲＣ回路は、直流抵抗１１，１４と、リアクトル成分１３と、キャパシタ成分１２とを有する。
【００６７】
直流抵抗１１は、主に電気化学反応に対応する内部抵抗である。直流抵抗１４は、バッテリ内部での電流通過に伴う内部抵抗である。キャパシタ成分１２は、主に、電気化学反応において構成される電気二重層キャパシタに相当する。リアクトル成分１３は、電流経路に形成される寄生インダクタンスに相当する。
【００６８】
特に低温時には、直流抵抗１１が増加することによって、バッテリの出力特性が低下する傾向にある。特許文献２に示されるように、バッテリに高周波の交流電流を流すことによって、内部抵抗での発熱によってバッテリを昇温できる。この際の発熱量は、交流電流の振幅に依存する。したがって、交流電流の周波数を、バッテリ１０内のＬＲＣ回路のインピーダンスが極小となる周波数と対応させて定めることにより、発熱量を高めることができる。この周波数は、バッテリ１０の充放電試験等によって予め求めることが可能である。
【００６９】
図７には、特許文献２によるバッテリ昇温制御が比較例として示される。
図７を参照して、特許文献２における昇温制御では、コンバータ（昇圧チョッパ回路）を電圧制御または電流制御するのではなく、上アーム素子（Ｓ１）および下アーム素子（Ｓ２）を固定されたデューティ（５０％）で動作させることによって、高調波の交流電流を発生させる。
【００７０】
したがって、バッテリ１０の電流Ｉ［１］は、平均値が０の交流電流となるため、負荷３０に対して電力を供給することができない。すなわち、バッテリ昇温中は負荷を駆動制御することができないものである。
【００７１】
また、電流Ｉ［１］の振幅は、スイッチング周波数および回路定数（特にリアクトルＬ１）によって決まるため、直接制御することができない。このため、バッテリ昇温のための発熱量を直接制御することができないという問題点がある。
【００７２】
図８は、本発明の実施の形態１に従う電源システムにおけるバッテリ昇温制御時の概略的な電流波形図である。
【００７３】
図８を参照して、本発明の実施の形態１に従う電源システムにおいて、バッテリ昇温制御時には、電流指令値Ｉｉ＊は、直流電流Ｉ１ｄと、振幅Ｉｐの交流電流Ｉａｃとの和で与えられる。交流電流Ｉａｃの周波数は、昇温の対象となるバッテリ１０の周波数特性に対応して定められる。
【００７４】
直流電流Ｉ１ｄは、バッテリ１０から負荷３０へ供給される直流電流の平均値に相当する。すなわち、直流電流Ｉ１ｄは、「第１の直流電流」に対応する。以下では、直流電流Ｉ１ｄを「負荷電流Ｉ１ｄ」とも称する。交流電流Ｉａｃの周波数は、コンバータ６のスイッチング周波数（キャリア周波数）よりも低い。
【００７５】
図８から理解されるように、コンバータ６のスイッチング周波数が交流電流Ｉａｃの周波数よりも高いため、バッテリ１０に流れる電流Ｉ［１］は、完全な矩形波電流が実現できなくても、交流電流Ｉａｃと同等の周波数の基本波成分を有するものとなる。これにより、バッテリ１０の交流インピーダンスが極小となる周波数の交流電流をバッテリ１０に流すことができるので、バッテリ１０の自己発熱により内部からバッテリ１０が温められる。
【００７６】
図９には、実施の形態１に従う電源システムにおけるコンバータの制御ブロック図が示される。
【００７７】
図９を図２と比較して、電流制御器４１への電流指令値Ｉｉ＊は、負荷電流Ｉｄ１と、バッテリ昇温のための交流電流Ｉａｃとの和で与えられる。すなわちＩｉ＊＝Ｉｄ１＋Ｉａｃである。
【００７８】
電流制御器４１は、電流指令値Ｉｉ＊とバッテリ１０の電流Ｉ［１］との比較に従って、コンバータ６のデューティ比を制御する。電圧制御器４２は、図３に示したのと同様に構成されて、出力電圧Ｖｏが電圧指令値Ｖｏ＊に一致するように、コンバータ７のデューティ比を制御する。
【００７９】
図１０は、本発明の実施の形態１による電源システムにおける昇温制御の動作例を説明する概略的な波形図である。
【００８０】
図１０を参照して、バッテリ１０の電流Ｉ［１］については、電流指令値Ｉｉ＊が示されている。上述のように、Ｉｉ＊は、負荷電流Ｉ１ｄおよび昇温のための交流電流Ｉａｃとの和で示される。
【００８１】
図１０の例では、負荷３０の起動時（時間軸＝０）に、バッテリ温度Ｔ［１］が低いため、バッテリ昇温制御がオンされる。このとき、交流電流Ｉａｃの振幅Ｉｐが、Ｉｐ＞０となる。
【００８２】
電流Ｉ［１］は、バッテリの出力特性、部品保護あるいは電池定格および電力変換回路（コンバータ）の素子定格等の面から定まる上下限範囲Ｉ１ｍａｘ〜Ｉ１ｍｉｎの範囲内に収まる必要がある。したがって、電流指令値Ｉｉ＊についても、Ｉ１ｍｉｎ＜Ｉｉ＊＜Ｉ１ｍａｘの範囲内に設定される。
【００８３】
このため、電流Ｉ［１］に交流電流Ｉａｃを重畳するために、負荷３０の制御のためにバッテリ１０から供給されるべき本来の負荷電流Ｉ１＊に対して負荷電流Ｉ１ｄを制限する必要が生じるケースがある。図１０の時刻ｔａまでの期間では、バッテリ１０が低温状態のため、バッテリ出力特性の面から、上下限範囲Ｉｍｉｎ〜Ｉｍａｘが抑えられている。このため、交流電流Ｉａｃの振幅を確保するために、負荷電流Ｉ１ｄはＩ１＊よりも低く抑えられている。すなわち、比率ｋ（ｋ＝Ｉ１ｄ／Ｉ１＊）が、ｋ＜１．０に調整される。
【００８４】
バッテリ１０の通電によりバッテリ温度Ｔ［１］は上昇する。特に、交流電流Ｉａｃを重畳させることにより、短い時間でバッテリ温度を上昇することができる。時刻ｔａにおいて、バッテリ温度Ｔ［１］が、出力制限を伴う低温状態を脱すると、交流電流Ｉａｃ＝０になる。そして、Ｉ１ｄ＝Ｉ１＊となって、バッテリ１０から負荷３０へ本来されるべき電流が流される。すなわち、Ｉｉ＊＝Ｉ１＊となる（ｋ＝１．０）。
【００８５】
図１１には、実施の形態１に従う電源システムにおけるバッテリ１０の電流制御の処理を説明するフローチャートが示される。図１１に示す制御処理は、バッテリ１０の使用時に制御装置４０によって所定周期毎に実行される。
【００８６】
図１１を参照して、制御装置４０は、ステップＳ１００により、バッテリ１０に対する電力指令値Ｐ［１］＊を算出する。すなわち、負荷３０の制御のために必要な電力のうちの、バッテリ１０の分担量が決められる。電力指令値Ｐ［１］＊および電圧Ｖ［１］から、バッテリ１０から供給されるべき本来の直流電流Ｉ１＊を求めることができる。負荷電流Ｉ１＊は、負荷３０が要求する電力に従う直流電流である。
【００８７】
制御装置４０は、ステップＳ１１０により、バッテリ温度Ｔ［１］を取得する。さらに、制御装置４０は、ステップＳ１２０により、ステップＳ１１０で取得された温度Ｔ［１］に基づいて、バッテリ１０が低温状態であるかどうかを判定する。
【００８８】
たとえば、ステップＳ１２０では、バッテリ温度Ｔ［１］が基準温度よりも低いときに、バッテリ１０が低温状態であると判定される。このとき、ステップＳ１２０はＹＥＳ判定とされる。これに対して、バッテリ温度Ｔ［１］が基準温度よりも高いときには、バッテリ１０は非低温状態であると判定される。このとき、ステップＳ１２０はＮＯ判定とされる。
【００８９】
ステップＳ１２０での基準温度は、固定値であってもよく、電力指令値Ｐ［１］＊に応じた可変値であってもよい。たとえば、バッテリ１０の出力電力に対して、当該電力値を出力するためのバッテリ温度Ｔ［１］の下限値を予め定めるマップを予め作成するとともに、ステップＳ１００で求められた電力指令値Ｐ［１］＊に基づいて、当該マップの参照により求められた下限値を基準温度に設定することも可能である。この場合には、電力指令値Ｐ［１］＊が高くなると、基準温度も高くなる。
【００９０】
制御装置４０は、バッテリ１０が低温状態のとき（Ｓ１２０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１３０に処理を進めて、図１０に示した上下限範囲Ｉ１ｍａｘ〜Ｉ１ｍｉｎの範囲内で電流指令値Ｉｉ＊が生成されるように、交流電流振幅Ｉｐおよび負荷電流Ｉ１ｄの配分を決定する。
【００９１】
さらに、制御装置４０は、ステップＳ１４０により、ステップＳ１３０で決定した配分に従って、負荷電流Ｉ１ｄに高調波電流Ｉａｃを重畳するように電流指令値Ｉｉ＊を生成する。すなわち、Ｉｉ＊＝Ｉ１ｄ＋Ｉａｃである。
【００９２】
制御装置４０は、ステップＳ１４０により生成された電流指令値Ｉｉ＊に従って電流Ｉ［１］を制御するように、コンバータ６を制御する。これにより、バッテリ１０の昇温制御が実行されるとともに、制限された負荷電流Ｉ１ｄに従った直流電流が負荷３０へ供給される（ステップＳ１５０）。すなわち、バッテリ１０から負荷３０へ供給される電力は、ステップＳ１００での電力指令値Ｐ［１］＊よりも低くなる。
【００９３】
これに対して、制御装置４０は、バッテリ１０が低温状態ではないとき（Ｓ１２０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１６０に処理を進めて、電流指令値Ｉｉ＊＝Ｉ１＊に設定する。これにより、バッテリ昇温制御は行われることなく、ステップＳ１００での電力指令値Ｐ［１］＊に従った電力が負荷３０へ供給される（ステップＳ１７０）。
【００９４】
このように、実施の形態１に従う電源システムによれば、バッテリ低温状態において、負荷３０への供給電力を制御した上で、振幅が制御された交流電流をバッテリ１０に通電することによってバッテリ１０を速やかに昇温することができる。すなわち、負荷３０を駆動制御している下で、同時にバッテリ１０の昇温制御を実行することができる。
【００９５】
特に、図１１のステップＳ１３０において、負荷電流Ｉ１ｄおよび交流電流Ｉａｃ（振幅Ｉｐ）の配分を調整することによって、負荷３０の駆動およびバッテリ１０の速やかな昇温のいずれを優先するかを柔軟に制御することができる。
【００９６】
図１２には、電流指令値Ｉｉ＊を決定する制御処理が示される。
図１２を参照して、図１１に示されたステップＳ１３０は、ステップＳ１３２，Ｓ１３４，Ｓ１３６により構成される。
【００９７】
制御装置４０は、ステップＳ１３２により、バッテリ昇温が優先される条件であるかどうかを判断する。ステップＳ１３２には、負荷３０への要求を示す情報に応じて判定される。ここでは、一例として、図２に示されたように、負荷３０が電動車両の走行用電動機を含むケースについて説明する。
【００９８】
電動車両では、アクセルペダルの操作量に現れるユーザからの出力要求に基づいて、バッテリ昇温が優先される条件であるか否かを判断することができる。具体的には、アクセル操作によって車両加速、すなわち、ユーザからの出力要求が高く、走行用電動機によるトルク出力が要求される場合には、バッテリ昇温制御よりも負荷への電力供給を優先することが好ましい。
【００９９】
車両走行時には、イグニッションスイッチのオンから、駐車場を出て広い道路に進入して高速走行を開始するまで、すなわち、電源システム５が起動されてから、ユーザ出力要求が高くなるまでの間には、ある程度の時間を要することが多い。したがって、ユーザからの出力要求が低い場合には、バッテリ昇温制御を優先して、ユーザからの出力要求が高くなった場合に備えることが好ましい。このように、ステップＳ１３２の判定は、アクセル操作等に基づくユーザ出力要求（パワー）と閾値との比較に基づいて実行することができる。
【０１００】
また、電動車両では、燃費を優先する走行モード（「エコモード」とも称する）を選択するスイッチや、車両の加速性を優先した走行モード（「パワーモード」とも称する）を選択するスイッチが、ユーザによって操作できる構成も用いられる。
【０１０１】
エコモードの選択時には、バッテリの出力特性が悪い低温状態を早期に脱することが好ましいため、バッテリ昇温制御が優先されるべきである。一方で、パワーモードの選択時には、バッテリ昇温制御よりも、走行用電動機によるトルク出力を優先することが好ましい。このように、ステップＳ１３２の判定は、ユーザによる電動車両の走行モードの選択に基づいて実行してもよい。その他、ステップＳ１３２での判定条件は、カーナビゲーションシステムからの情報など負荷３０への要求を示す情報に基づいて、任意に設定することが可能である。
【０１０２】
制御装置４０は、バッテリ昇温制御が優先される条件が成立しているとき（Ｓ１３２のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１３４に処理を進めて、交流電流Ｉａｃの振幅を確保して負荷電流Ｉｄ１を抑制するように電流指令値Ｉｉ＊を生成する。たとえば、バッテリ昇温のために予め設定された値に従って交流電流Ｉａｃの振幅Ｉｐが設定されるとともに、Ｉｄ１±ＩｐがＩ１ｍｉｎ〜Ｉ１ｍａｘの範囲内（図１０）となるように、負荷電流Ｉ１ｄが必要に応じて制限される。すなわち、比率ｋが決められる。
【０１０３】
これに対して、バッテリ昇温制御が優先される条件が成立していないとき（Ｓ１３０のＮＯ判定時）には、制御装置４０は、ステップＳ１３６に処理を進める。ステップＳ１３６では、バッテリ昇温制御よりも負荷３０への電力供給を優先するように、電流指令値Ｉｉ＊が生成される。このため、ステップＳ１３４で設定される本来のＩｐでは、Ｉｄ１±ＩｐがＩ１ｍｉｎ〜Ｉ１ｍａｘの範囲内（図１０）に収まらないときには、振幅Ｉｐが抑制される。
【０１０４】
このように、本実施の形態によるバッテリ昇温制御では、電流指令値Ｉｉ＊に対する負荷電流Ｉ１ｄおよび交流電流Ｉａｃ（振幅Ｉｐ）の配分を調整することによって、負荷３０の駆動およびバッテリ１０の速やかな昇温のいずれを優先するかを柔軟に制御することができる。
【０１０５】
［実施の形態２］
図１３は、実施の形態２に従う電源システム５ａの構成例を示す回路図である。
【０１０６】
図１３および図１を比較して、実施の形態２に従う電源システム５ａは、実施の形態１に従う電源システム５と比較して、バッテリ昇温制御の対象となるバッテリ１０とは異なるバッテリ２０に対して、昇温機構９０がさらに設けられる点で異なる。コンバータ６および７の構成および制御については、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
【０１０７】
昇温機構９０は、作動時に、バッテリ２０に対して、バッテリ２０の外部から熱を与えるように構成される。たとえば、昇温機構９０としては、通電によって発熱するヒータや、蒸気加熱のための機構、あるいは、負荷３０の運転中に発生した熱を蓄える蓄熱機構によって構成することができる。
【０１０８】
図１４は、さらなる低温時における電池特性を示す概念図である。
図１４には、図５（ｂ）よりもさらにバッテリ温度が低い状態における、バッテリ１０の動作領域１１２およびバッテリ２０の動作領域１２２が示される。この場合には、バッテリ１０および２０の出力電力が、図５（ｂ）の動作領域１１１，１２１よりも低下する。
【０１０９】
バッテリ１０に対して実施の形態１で説明したバッテリ昇温制御を実行すると、バッテリ２０では、出力電圧Ｖｏの制御の結果、交流電流Ｉａｃと同一周波数で位相が異なる交流電流が流れることが期待される。しかしながら、バッテリ２０およびバッテリ１０が異なる種類の電池で構成される等によって両者の特性が異なるときには、バッテリ１０に交流電流による昇温制御を適用しても、バッテリ２０の温度は効率的に上昇しない。
【０１１０】
上述のように、実施の形態１で説明した交流電流による自己発熱を用いたバッテリ昇温制御は、高容量型で熱容量が比較的大きいバッテリ（バッテリ１０）に適している。したがって、他方のバッテリ（バッテリ２０）は、高出力型で熱容量が比較的小さいものであることが多い。このようなバッテリに対しては、昇温機構９０によって外部から熱を与える方式を併用することで、昇温に要する時間が短くて済む。これにより、より速やかにバッテリ２０の出力特性を回復させることが可能となる。
【０１１１】
図１５は、実施の形態２に従う電源システムにおける昇温機構の制御処理手順の第１の例を示すフローチャートである。
【０１１２】
図１５を参照して、制御装置４０は、ステップＳ２００により、昇温機構９０が設けられたバッテリ２０が低温状態であるかどうかを判定する。ステップＳ２００による判定は、ステップＳ１２０（図１１）による判定と同様に、バッテリ温度Ｔ［２］と基準温度との比較に基づいて実行することができる。
【０１１３】
制御装置４０は、バッテリ２０が低温状態である場合（ステップＳ２００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２１０に処理を進めて、昇温機構９０を作動させる。一方で、制御装置４０は、バッテリ２０が低温状態ではない場合（ステップＳ２００のＮＯ判定時）には、ステップＳ２２０に処理を進めて、昇温機構９０を非作動とする。
【０１１４】
したがって、バッテリ２０の低温状態時には、バッテリ温度Ｔ［２］が基準温度に達するまで、バッテリ２０は、昇温機構９０から与えられた熱量によって昇温される。バッテリ２０が低温状態を脱すると、昇温機構９０が停止されるので、昇温機構９０の作動エネルギが消費されることがない。
【０１１５】
第１の例では、バッテリ１０については、バッテリ２０の昇温制御（図１５）とは独立に、実施の形態１で説明したバッテリ昇温制御が実行される。
【０１１６】
図１６には、実施の形態２に従う電源システムにおける昇温機構の制御処理手順の第２の例が示される。第２の例では、バッテリ１０および２０の昇温制御が連動される。図１６に示したフローチャートは、特に、電源システム５ａの起動時に適用される。
【０１１７】
図１６を参照して、制御装置４０は、図１５と同様のステップＳ２００〜Ｓ２２０により、バッテリ２０が低温状態であるかどうかに応じて、昇温機構９０の作動／非作動を制御する。
【０１１８】
さらに、制御装置４０は、昇温機構９０によるバッテリ２０の昇温が完了するまでの間（Ｓ２００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２１０に続くステップＳ２１５により、バッテリ１０からの電力供給を待機する。すなわち、バッテリ２０からの出力電力がある程度確保できるようになるまでは、バッテリ１０の昇温制御および負荷３０への電力供給を行わない。上述のように、バッテリ２０の熱容量が比較的小さいことを想定しているため、この待機期間は、それ程長くはならない。
【０１１９】
制御装置４０は、昇温機構９０によるバッテリ２０の昇温が完了すると（Ｓ２１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２２０に続くステップＳ２３０により、バッテリ１０および２０から電力供給を実行する。これにより、バッテリ１０については、実施の形態１と同様に、負荷電流の供給を伴うバッテリ昇温制御が実行される。バッテリ２０については、昇温が完了しているため、図５（ａ）の動作領域１２０が確保されている。したがって、バッテリ１０の電力配分が昇温制御を優先しても、負荷３０への供給電力を確保できるようになることが理解される。
【０１２０】
このように、実施の形態２による電源システムによれば、実施の形態１による電源システムの効果に加えて、昇温機構９０によってバッテリ２０を昇温できることにより、低温時における負荷３０への供給電力の確保が容易となる。
【０１２１】
［実施の形態３］
図１７は、本発明の実施の形態３に従う電源システムの構成例を示す回路図である。
【０１２２】
図１７および図１の比較から理解されるように、実施の形態３に従う電源システム５ｂは、実施の形態１に従う電源システム５と比較して、バッテリ２０に対応するコンバータ７の配置が省略されている点が異なる。すなわち、バッテリ２０は、電圧変換機能を有する電力変換器（コンバータ）を介することなく、負荷３０と電気的に接続される。バッテリ１０に対応して設けられたコンバータ６の構成および動作は、実施の形態１と同様なので詳細な説明は繰返さない。
【０１２３】
実施の形態３に従う電源システム５ｂでは、バッテリ２０の電圧は、電力変換器（コンバータ）を介することなく、電源配線ＰＬに直接供給される。したがって、出力電圧Ｖｏは、バッテリ電圧Ｖ［２］によってクランプされることになる。この状態で、コンバータ６は、バッテリ１０の電流Ｉ［１］を制御する。具体的には、実施の形態１と同様に、負荷電流に昇温制御のための交流電流が重畳された電流指令値Ｉｉ＊に従って、電流Ｉ［１］が制御される。
【０１２４】
一方、バッテリ２０の電流Ｉ［２］は、負荷３０の電流（直流電流）から電流Ｉ［１］を差引いたものとなる。したがって、電流指令値Ｉｉ＊に重畳された交流電流Ｉａｃと同じ周波数で位相が異なる交流成分が、電流Ｉ［２］には含まれる。このため、バッテリ２０の交流インピーダンスが極小となる周波数に合わせて交流電流Ｉａｃを設定することにより、コンバータ６によって、バッテリ２０の昇温制御を実行することも可能である。特に、バッテリ１０および２０の周波数特性が同一である場合には、コンバータ６の電流制御によるバッテリ昇温制御によって、バッテリ１０および２０を同時に昇温することも可能である。
【０１２５】
このように、実施の形態３による電源システムにおいても、実施の形態１と同様にコンバータの電流指令値Ｉｉ＊を設定することによって、負荷３０を駆動制御するとともに、同時にバッテリ１０および／または２０の昇温制御を実行することができる。このように、負荷３０に対して並列に接続された複数のバッテリの各々に対して電力変換器（コンバータ）を設けなくても、本発明によるバッテリ昇温制御は実現できることが理解される。また、コンバータが配置されないバッテリ２０に対しては、実施の形態２と同様に、昇温機構９０を配置することも可能である。
【０１２６】
［実施の形態４］
実施の形態４では、電力変換器（コンバータ）の他の構成例について説明する。
【０１２７】
図１８は、本発明の実施の形態４に従う電源システム５ｃの構成を示すブロック図である。
【０１２８】
図１８を参照して、実施の形態４に従う電源システムで５ｃは、バッテリ１０，２０と、コンバータ５０と、制御装置４０とを備える。実施の形態１と比較して、実施の形態４に従う電源システム５ｃは、コンバータ６および７に代えて、コンバータ５０が設けられた構成を有する。コンバータ５０は、バッテリ１０，２０と、負荷３０との間に接続される。コンバータ５０は、負荷３０と接続された電源配線ＰＬ上の直流電圧（出力電圧Ｖｏ）を電圧指令値に従って制御する。
【０１２９】
コンバータ５０は、スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８と、リアクトルＬ３，Ｌ４とを含む。スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８に対しては、逆並列ダイオードＤ５〜Ｄ８が配置されている。スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８は、制御装置４０からの制御信号ＳＧ５〜ＳＧ８に応答して、オンオフを制御される。
【０１３０】
スイッチング素子Ｓ５は、電源配線ＰＬおよびノードＮ１の間に電気的に接続される。リアクトルＬ４は、ノードＮ１とバッテリ２０の正極端子との間に接続される。スイッチング素子Ｓ６はノードＮ１およびＮ２の間に電気的に接続される。リアクトルＬ３はノードＮ２とバッテリ１０の正極端子との間に接続される。スイッチング素子Ｓ７は、ノードＮ２およびＮ３の間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｓ８は、ノードＮ３および接地配線ＧＬの間に電気的に接続される。接地配線ＧＬは、負荷３０および、バッテリ１０の負極端子と電気的に接続される。
【０１３１】
図１８から理解されるように、コンバータ５０は、バッテリ１０およびバッテリ２０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、バッテリ１０に対しては、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を上アーム素子とする一方で、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８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。
【０１３２】
同様に、バッテリ２０に対しては、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８を上アーム素子とする一方で、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７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。そして、第１の昇圧チョッパ回路によってバッテリ１０および電源配線ＰＬ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バッテリ２０および電源配線ＰＬ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Ｓ５〜Ｓ８が含まれる。
【０１３３】
以下に詳細に説明するように、コンバータ５０は、負荷３０に対してバッテリ１０および２０を並列に接続してＤＣ／ＤＣ変換を実行するモード（以下、「パラレル接続モード」とも称する）と、負荷３０に対してバッテリ１０および２０を直列に接続してＤＣ／ＤＣ変換を実行するモード（以下、「シリーズ接続モード」とも称する）とを切換可能に構成されている。特に、コンバータ５０は、スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８の制御によって、パラレル接続モードおよびシリーズ接続モードを切替えて動作することが可能である。
【０１３４】
（パラレル接続モードでの回路動作）
コンバータ５０のパラレル接続モードでの回路動作について説明する。
【０１３５】
図１９および図２０に示されるように、スイッチング素子Ｓ８またはＳ６をオンすることによって、バッテリ１０および２０を電源配線ＰＬに対して並列に接続することができる。ここで、並列接続モードでは、バッテリ１０の電圧Ｖ［１］とバッテリ２０の電圧Ｖ［２］との高低に応じて等価回路が異なってくる。
【０１３６】
図１９（ａ）に示されるように、Ｖ［２］＞Ｖ［１］のときは、スイッチング素子Ｓ８をオンすることにより、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７を介して、バッテリ１０および２０が並列に接続される。このときの等価回路が図１９（ｂ）に示される。
【０１３７】
図１９（ｂ）を参照して、バッテリ１０および電源配線ＰＬの間では、スイッチング素子Ｓ７のオンオフ制御によって、下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。同様に、バッテリ２０および電源配線ＰＬの間では、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７を共通にオンオフ制御することによって、昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ５は、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。
【０１３８】
一方、図２０（ａ）に示されるように、Ｖ［１］＞Ｖ［２］のときには、スイッチング素子Ｓ６をオンすることにより、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８を介して、バッテリ１０および２０が並列に接続される。このときの等価回路が図２０（ｂ）に示される。
【０１３９】
図２０（ｂ）を参照して、バッテリ２０および電源配線ＰＬの間では、スイッチング素子Ｓ７のオンオフ制御によって、下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。同様に、バッテリ１０および電源配線ＰＬの間では、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８を共通にオンオフ制御することによって、昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ５は、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。
【０１４０】
次に、図２１および図２２を用いて、コンバータ５０のパラレル接続モードにおける昇圧動作について詳細に説明する。
【０１４１】
図２１には、パラレル接続モードにおけるバッテリ１０に対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）が示される。
【０１４２】
図２１（ａ）を参照して、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８のペアをオンし、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のペアをオフすることによって、リアクトルＬ３にエネルギを蓄積するための電流経路１５０が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１４３】
これに対して、図２１（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８のペアをオフするとともに、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のペアをオンすることによって、リアクトルＬ３の蓄積エネルギをバッテリ１０のエネルギとともに出力するための電流経路１５１が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１４４】
スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の少なくとも一方がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８の少なくとも一方がオフされている第２の期間とを交互に繰返すことにより、図２１（ａ）の電流経路１５０および図２１（ｂ）の電流経路１５１が交互に形成される。
【０１４５】
この結果、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のペアを等価的に上アーム素子とし、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８のペアを等価的に下アーム素子とする昇圧チョッパ回路が、バッテリ１０に対して構成される。図２１に示されるＤＣ／ＤＣ変換動作では、バッテリ２０への電流流通経路がないため、バッテリ１０および２０は互いに非干渉である。すなわち、バッテリ１０および２０に対する電力の入出力を独立に制御することが可能である。
【０１４６】
このようなＤＣ／ＤＣ変換において、バッテリ１０の電圧Ｖ［１］と、電源配線ＰＬの出力電圧Ｖｏとの間には、下記（３）式に示す関係が成立する。（３）式では、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８のペアがオンされる第１の期間のデューティ比をＤａとする。
【０１４７】
Ｖｏ＝１／（１−Ｄａ）・Ｖ［１］ …（３）
図２２には、パラレル接続モードにおけるバッテリ２０に対するＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）が示される。
【０１４８】
図２２（ａ）を参照して、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７のペアをオンし、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８のペアをオフすることによって、リアクトルＬ４にエネルギを蓄積するための電流経路１６０が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１４９】
これに対して、図２２（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７のペアをオフするとともに、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８のペアをオンすることによって、リアクトルＬ４の蓄積エネルギをバッテリ２０のエネルギとともに出力するための電流経路１６１が形成される。これにより、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１５０】
スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８の少なくとも一方がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７の少なくとも一方がオフされている第２の期間とを交互に繰返すことにより、図２２（ａ）の電流経路１６０および図２３（ｂ）の電流経路１６１が交互に形成される。
【０１５１】
この結果、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ８のペアを等価的に上アーム素子とし、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７のペアを等価的に下アーム素子とする昇圧チョッパ回路が、バッテリ２０に対して構成される。図２２に示されるＤＣ／ＤＣ変換動作では、バッテリ１０を含む電流経路がないため、バッテリ１０および２０は互いに非干渉である。すなわち、バッテリ１０および２０に対する電力の入出力を独立に制御することが可能である。
【０１５２】
このようなＤＣ／ＤＣ変換において、バッテリ２０の電圧Ｖ［２］と、電源配線ＰＬの出力電圧Ｖｏとの間には、下記（４）式に示す関係が成立する。（４）式では、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ７のペアがオンされる第１の期間のデューティ比をＤｂとする。
【０１５３】
Ｖｏ＝１／（１−Ｄｂ）・Ｖ［２］ …（４）
（シリーズ接続モードでの回路動作）
次に、図２３および図２４を用いて、コンバータ５０のシリーズ接続モードでの回路動作について説明する。
【０１５４】
図２３（ａ）に示されるように、スイッチング素子Ｓ７をオン固定することによって、バッテリ１０および２０を電源配線ＰＬに対して直列に接続することができる。このときの等価回路が図２３（ｂ）に示される。
【０１５５】
図２３（ｂ）を参照して、シリーズ接続モードでは、直列接続されたバッテリ１０および２０と電源配線ＰＬとの間では、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８を共通にオンオフ制御することによって、昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオン期間およびオフ期間を交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ５は、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８のオフ期間にオンされることによって、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。また、オン固定されたスイッチング素子Ｓ７により、リアクトルＬ３をスイッチング素子Ｓ８と接続する配線１５が等価的に形成される。
【０１５６】
次に、図２４を用いて、シリーズ接続モードにおけるＤＣ／ＤＣ変換（昇圧動作）を説明する。
【０１５７】
図２４（ａ）を参照して、バッテリ１０，２０を直列接続するためにスイッチング素子Ｓ７がオン固定される一方で、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８のペアがオンし、スイッチング素子Ｓ５がオフされる。これにより、リアクトルＬ３，Ｌ４にエネルギを蓄積するための電流経路１７０，１７１が形成される。この結果、直列接続されたバッテリ１０，２０に対して、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１５８】
これに対して、図２４（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ７をオン固定したままで、図２４（ａ）とは反対に、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８のペアがオフし、スイッチング素子Ｓ５がオンされる。これにより、電流経路１７２が形成される。電流経路１７２により、直列接続されたバッテリ１０，２０からのエネルギと、リアクトルＬ３，Ｌ４に蓄積されたエネルギとの和が電源配線ＰＬへ出力される。この結果、直列接続されたバッテリ１０，２０に対して、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。
【０１５９】
スイッチング素子Ｓ７がオン固定された下で、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８のペアがオンされる一方でスイッチング素子Ｓ５がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ５がオンされる一方でスイッチング素子Ｓ６，Ｓ８がオフされている第２の期間とを交互に繰返すことにより、図２４（ａ）の電流経路１７０，１７１および図２４（ｂ）の電流経路１７２が交互に形成される。
【０１６０】
シリーズ接続モードのＤＣ／ＤＣ変換では、バッテリ１０の電圧Ｖ［１］、バッテリ２０の電圧Ｖ［２］、および、電源配線ＰＬの出力電圧Ｖｏの間には、下記（５）式に示す関係が成立する。（５）式では、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８のペアがオンされる第１の期間のデューティ比をＤｃとする。
【０１６１】
Ｖｏ＝１／（１−Ｄｃ）・（Ｖ［１］＋Ｖ［２］） …（５）
ただし、Ｖ［１］およびＶ［２］が異なるときや、リアクトルＬ３，Ｌ４のインダクタンスが異なるときには、図２４（ａ）の動作終了時におけるリアクトルＬ３，Ｌ４の電流値がそれぞれ異なる。したがって、図２４（ｂ）の動作への移行直後には、リアクトルＬ３の電流の方が大きいときには電流経路１７３を介して差分の電流が流れる。一方、リアクトルＬ４の電流の方が大きいときには電流経路１７４を介して、差分の電流が流れる。
【０１６２】
このように、コンバータ５０は、複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の制御によって、２つの直流電源（バッテリ）１０，２０を並列接続するモードと直列接続するモードとを使い分けることができる。この結果、負荷電力への対応性（消費電力の供給および発電電力の受入）および電力管理性が向上するパラレル接続モードと、効率および蓄積エネルギの活用性に優れたシリーズ接続モードおよびを使い分けることによって、２つのバッテリ１０，２０を有効に使用することができる。
【０１６３】
コンバータ５０がパラレル接続モードで動作すると、実施の形態１（図１）と同様に、バッテリ１０および電源配線ＰＬの間で双方向のＤＣ／ＤＣ変換を実行する電力変換器（図１のコンバータ６）と、バッテリ２０および電源配線ＰＬの間で双方向のＤＣ／ＤＣ変換を実行する電力変換器（図１のコンバータ７）とが配置された構成が、コンバータ５０によって実現される。すなわち、コンバータ５０は、「第３の電力変換器」に対応する。
【０１６４】
したがって、以下では、実施の形態４に従う電源システム５ｃにおいて、実施の形態１と同様のバッテリ昇温制御が適用されたパラレル接続モードでの制御について説明する。
【０１６５】
（パラレル接続モードでのバッテリ昇温制御）
コンバータ５０のパラレル接続モードにおけるバッテリ昇温制御について説明する。以下に説明する制御動作は、制御装置４０によるハードウェア処理および／またはソフトウェア処理によって実現される。
【０１６６】
図２５には、パラレル接続モードにおける負荷側から見た等価回路が示される。
図２５を参照して、パラレル接続モードでは、バッテリ１０と負荷３０との間でＤＣ／ＤＣ変換を実行する電源ＰＳ１と、バッテリ２０と負荷３０との間でＤＣ／ＤＣ変換を実行する電源ＰＳ２とは、負荷３０に対して並列に電力を授受する。電源ＰＳ１は、図２１に示したＤＣ／ＤＣ変換動作を実行する昇圧チョッパ回路に相当する。同様に、電源ＰＳ１は、図２２に示したＤＣ／ＤＣ変換動作を実行する昇圧チョッパ回路に相当する。
【０１６７】
電源ＰＳ１は、バッテリ１０の電圧Ｖ［１］および出力電圧Ｖｏの間で、式（３）に示した電圧変換比によるＤＣ／ＤＣ変換機能を有する。同様に、電源ＰＳ２はバッテリ１０の電圧Ｖ［２］および出力電圧Ｖｏの間で、式（４）に示した電圧変換比によるＤＣ／ＤＣ変換機能を有する。
【０１６８】
パラレル接続モードでは、両方の電源で共通の制御（出力電圧Ｖｏの電圧制御）を同時に実行すると、負荷側で、電源ＰＳ１およびＰＳ２が並列接続される形になるため、回路が破綻する可能性がある。したがって、電源ＰＳ１および電源ＰＳ２の一方の電源が、出力電圧Ｖｏを制御する電圧源として動作する。そして、電源ＰＳ１および電源ＰＳ２の他方の電源は、当該電源の電流を電流指令値に制御する電流源として動作する。各電源ＰＳ１，ＰＳ２での電圧変換比は、電圧源または電流源として動作するように制御される。たとえば、実施の形態１と同様に、バッテリ１０の電流を制御するように、電源ＰＳ１を電流源とし電源ＰＳ２を電圧源として制御する。
【０１６９】
図２６にはバッテリ１０に対応する電源ＰＳ１の具体的な制御動作例を説明するための波形図が示される。
【０１７０】
図２６を参照して、電源ＰＳ１でのデューティ比Ｄａ（式（３）参照）は、電流源として動作するための電流フィードバック制御（図２８）によって算出される。なお、図２６中では、デューティ比Ｄａを示す電圧信号を、同一の符号Ｄａで示している。
【０１７１】
電源ＰＳ１の制御パルス信号ＳＤａは、デューティ比Ｄａと、周期的なキャリア信号２５との比較に基づくパルス幅変調（ＰＷＭ）制御によって生成される。一般的に、キャリア信号２５には、三角波あるいはのこぎり波が用いられる。キャリア信号２５の周期は、各スイッチング素子のスイッチング周波数に相当し、キャリア信号２５の振幅は、Ｄａ＝１．０に対応する電圧に設定される。
【０１７２】
制御パルス信号ＳＤａは、デューティ比Ｄａを示す電圧が、キャリア信号２５の電圧よりも高いときに論理ハイレベル（以下、Ｈレベル）に設定される一方で、キャリア信号２５の電圧よりも低いときに論理ローレベル（以下、Ｌレベル）に設定される。制御パルス信号ＳＤａの周期（Ｈレベル期間＋Ｌレベル期間）に対するＨレベル期間の比、すなわち、制御パルス信号ＳＤａのデューティ比は、Ｄａと同等である。
【０１７３】
制御パルス信号／ＳＤａは、制御パルス信号ＳＤａの反転信号である。デューティ比Ｄａが高くなると、制御パルス信号ＳＤａのデューティ比が高くなる。反対に、デューティ比Ｄａが低くなると、制御パルス信号ＳＤａのデューティ比が低くなる。
【０１７４】
制御パルス信号ＳＤａは、図２１に示した昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。すなわち、制御パルス信号ＳＤａのＨレベル期間で下アーム素子がオンされる一方で、Ｌレベル期間で下アーム素子がオフされる。一方、制御パルス信号／ＳＤａは、図２１に示した昇圧チョッパ回路の上アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。図２６に示した電源ＰＳ１に対する制御動作は、図３に示した電流制御器４１による制御動作に相当する。
【０１７５】
図２７にはバッテリ２０に対応する電源ＰＳ２の具体的な制御動作例を説明するための波形図が示される。
【０１７６】
図２７を参照して、電源ＰＳ２においても、電源ＰＳ１と同様のＰＷＭ制御によって、デューティ比Ｄｂ（式（４）参照）に基づいて、制御パルス信号ＳＤｂおよび、その反転信号／ＳＤｂが生成される。制御パルス信号ＳＤｂのデューティ比はＤｂと同等であり、制御パルス信号／ＳＤｂのデューティは（１．０−Ｄｂ）と同等である。すなわち、デューティ比Ｄｂが高くなると、制御パルス信号ＳＤｂのＨレベル期間が長くなる。反対に、デューティ比Ｄｂが低くなると、制御パルス信号ＳＤｂのＬレベル期間が長くなる。
【０１７７】
制御パルス信号ＳＤｂは、図２２に示した昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。制御パルス信号／ＳＤｂは、図２２に示した昇圧チョッパ回路の上アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。
【０１７８】
なお、デューティ比Ｄｂは、電源ＰＳ２が電圧源として動作するための電圧フィードバック制御（図２９）によって算出される。図２７に示した電源ＰＳ２についての制御動作は、図３の電圧制御器４２による制御動作に相当する。
【０１７９】
図２８には、電流源として動作する電源の制御ブロックの構成例が示される。
図２８を参照して、図９（実施の形態１）と同様に、電流制御器４１に対して与えられる電流指令値Ｉｉ＊は、負荷３０への供給電流（直流平均値）に相当するＩｄ１と、バッテリ昇温のための交流電流Ｉａｃの和で与えられる。すなわちＩｉ＊＝Ｉｄ１＋Ｉａｃである。
【０１８０】
電流制御器４１は、電流指令値Ｉｉ＊とバッテリ１０の電流Ｉ［１］との偏差に基づいて、図２６で説明したＰＷＭ制御によって、制御パルス信号ＳＤａを生成する。伝達関数Ｈｖ１は、電流源として動作する電源ＰＳ１（図２１の昇圧チョッパ回路）の伝達関数に相当する。
【０１８１】
電圧制御器４２は、電圧指令値Ｖｏ＊と出力電圧Ｖｏとの偏差に基づいて、図２７で説明したＰＷＭ制御によって、制御パルス信号ＳＤｂを生成する。伝達関数Ｈｖ２は、電圧源として動作する電源ＰＳ２（図２２の昇圧チョッパ回路）の伝達関数に相当する。
【０１８２】
図３０には、パラレル接続モードにおける各スイッチング素子の制御信号の設定が示される。
【０１８３】
図３０を参照して、スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８のオンオフをそれぞれ制御するための制御信号ＳＧ５〜ＳＧ８は、電源ＰＳ１の電流制御のための制御パルス信号（ＳＧａ，／ＳＧａ）と、電源ＰＳ２の電圧制御のための制御信号パルス（ＳＧｂ，／ＳＧｂ）とに基づいて設定される。具体的には、制御信号ＳＧ５〜ＳＧ８は、制御パルス信号間の論理演算に基づいて（より特定的には、論理和をとる態様）で設定される。
【０１８４】
スイッチング素子Ｓ５は、図２１および図２２の昇圧チョッパ回路の各々で上アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ５のオンオフを制御する制御信号ＳＧ５は、制御パルス信号／ＳＤａおよび／ＳＤｂの論理和によって生成される。
【０１８５】
この結果、スイッチング素子Ｓ５は、バッテリ１０を制御するための図２１の昇圧チョッパ回路の上アーム素子および、バッテリ２０を制御するための図２２の昇圧チョッパ回路の上アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１８６】
スイッチング素子Ｓ６は、図２１の昇圧チョッパ回路では上アーム素子を形成し、図２２の昇圧チョッパ回路では下アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ６のオンオフを制御する制御信号ＳＧ６は、制御パルス信号／ＳＤａおよびＳＤｂの論理和によって生成される。これにより、スイッチング素子Ｓ６は、図２１の昇圧チョッパ回路の上アーム素子および、図２２の昇圧チョッパ回路の下アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１８７】
同様にして、スイッチング素子Ｓ７の制御信号ＳＧ７は、制御パルス信号ＳＤａおよびＳＤｂの論理和によって生成される。これにより、スイッチング素子Ｓ７は、図２１の昇圧チョッパ回路の下アーム素子および、図２２の昇圧チョッパ回路の下アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１８８】
また、スイッチング素子Ｓ８の制御信号ＳＧ８は、制御パルス信号ＳＤａおよび／ＳＤｂの論理和によって生成される。これにより、スイッチング素子Ｓ８は、図２１の昇圧チョッパ回路の下アーム素子および、図２２の昇圧チョッパ回路の上アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１８９】
パラレル接続モードでは、制御信号ＳＧ６およびＳＧ８が相補のレベルに設定されているので、スイッチング素子Ｓ６およびＳ８は相補的にオンオフされる。これにより、図１９に示したＶ［２］＞Ｖ［１］のときの動作と、図２０に示したＶ［１］＞Ｖ［２］の動作とが、自然に切替えられる。さらに、各動作において、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ７が相補にオンオフされることにより、電源ＰＳ１，ＰＳ２のそれぞれにおいて、デューティ比Ｄａ，Ｄｂに従ったＤＣ／ＤＣ変換が実行できる。
【０１９０】
図３１には、コンバータ５０のパラレル接続モードでの制御動作例が示される。
図３１を参照して、バッテリ１０の電流に基づいて算出されたデューティ比Ｄａと、キャリア信号２５との電圧比較に基づいて、制御パルス信号ＳＤａが生成される。同様に、バッテリ２０の電圧に基づいて算出されたデューティ比Ｄｂと、キャリア信号２５との比較に基づいて制御パルス信号ＳＤｂが求められる。制御パルス信号／ＳＤａ，／ＳＤｂは、制御パルス信号ＳＤａ，ＳＤｂの反転信号である。
【０１９１】
制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４は、図３０に示した論理演算に従って、制御パルス信号ＳＤａ（／ＳＤａ）およびＳＤｂ（／ＳＤｂ）の論理演算に基づいて設定される。制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４に基づいてスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をオンオフすることにより、電流Ｉ［１］を電流指令値Ｉｉ＊に従って制御するとともに、出力電圧Ｖｏを電圧指令値Ｖｏ＊に従って制御することができる。
【０１９２】
なお、図２５〜図３１で説明したのとは反対に、バッテリ２０の電流を制御するように、電源ＰＳ１を電圧源とし電源ＰＳ２を電流源として制御することも可能である。この場合には、バッテリ２０がバッテリ昇温制御の対象となる。
【０１９３】
以上説明したように、実施の形態４に従う電源システム５ｃにおいても、コンバータ５０をパラレル動作モードで動作させる際に、バッテリ１０またはバッテリ２０の電流制御における電流指令値Ｉｉ＊を実施の形態１と同様に設定することにより、実施の形態１と同様のバッテリ昇温制御を実現できる。すなわち、コンバータ５０のパラレル動作モードにおいて、交流電流を重畳することによる負荷の駆動を伴うバッテリ昇温制御が可能となる。
【０１９４】
なお、電圧制御されるバッテリ（図１８ではバッテリ２０）に対して、実施の形態２で説明した昇温機構９０を配置することも可能である。
【０１９５】
実施の形態４において、コンバータ５０の構成は、図１８の例示に限定されるものではない。すなわち、電力変換器に含まれる複数のスイッチング素子の少なくとも一部が、第１の直流電源に対する電力変換経路と、第２の直流電源に対する電力変換経路との両方に含まれるように配置されるとともに、パラレル接続モードによる動作が可能な構成であれば、同様のバッテリ昇温制御を同様に適用することが可能である。
【０１９６】
なお、実施の形態１〜４では、負荷３０に対して２個の直流電源（バッテリ１０，２０）が並列に接続された構成を説明したが、本発明の適用はこのような構成に限定されるものではない。すなわち、３個以上の直流電源（バッテリ）が並列接続された構成においても、そのうちの２個の直流電源（バッテリ）の間に、実施の形態１〜４に従う構成を適用することができる。
【０１９７】
また、電力変換器（コンバータ）の構成についても、実施の形態１〜４で説明したものに限定されるものではない。すなわち、負荷電流Ｉ１ｄに対して交流電流Ｉａｃが重畳された電流指令値Ｉｉ＊に従って直流電源（バッテリ）の電流を制御可能であれば、電力変換回路（コンバータ）の回路構成は任意とすることができる。
【０１９８】
さらに、負荷３０は、直流電圧Ｖｏ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場合に限定されるものではない。
【０１９９】
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。
【産業上の利用可能性】
【０２００】
この発明は、並列接続された複数の直流電源（代表的にはバッテリ）を含む電源システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０２０１】
５，５ａ，５ｂ，５ｃ 電源システム、６，７ コンバータ（電力変換器）、１０，２０ バッテリ（直流電源）、１１，１４ 直流抵抗、１２ キャパシタ成分、１３ リアクトル成分、１５ 配線、２５ キャリア信号、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（ＥＣＵ）、４１ 電流制御器、４２ 電圧制御器、９０ 昇温機構、１０１，１０２ 動作点（バッテリ）、１１０〜１１２，１２０〜１２２ 動作領域、１５０，１５１，１６０，１６１，１７０〜１７４ 電流経路、Ｄ１〜Ｄ８ 逆並列ダイオード、ＤＴ，Ｄａ，Ｄｂ デューティ比、ＧＬ 接地配線、Ｈｖ１，Ｈｖ２ 伝達関数、Ｉ［１］，Ｉ［２］ バッテリ電流、Ｉ１ｄ 直流電流（負荷電流）、Ｉａｃ 交流電流、Ｉｉ＊ 電流指令値、Ｉｍｉｎ〜Ｉｍａｘ 電流上下限範囲、Ｉｐ 交流電流振幅、Ｌ１〜Ｌ４ リアクトル、Ｎ１〜Ｎ３ ノード、Ｐ［１］，Ｐ［２］ バッテリ電力、Ｐｏ 出力電力、Ｐ［１］＊ 電力指令値、ＰＬ 電源配線、ＰＳ１，ＰＳ２ 電源、Ｓ１〜Ｓ８ 電力用半導体スイッチング素子、ＳＤａ，／ＳＤａ，ＳＤｂ，／ＳＤｂ 制御パルス信号、ＳＧ１〜ＳＧ８ 制御信号（スイッチング素子）、Ｔ［１］，Ｔ［２］ バッテリ温度、Ｖ「１」，Ｖ［２］ バッテリ電圧、Ｖｏ 出力電圧、Ｖｏｃ 開放電圧、Ｖｏ 出力電圧、Ｖｏ＊ 電圧指令値。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の直流電源と、
負荷に対して前記第１の直流電源と並列に接続された第２の直流電源と、
前記第１の直流電源と前記負荷との間に接続され、少なくとも１個のスイッチング素子を含んで構成された第１の電力変換器と、
前記負荷が要求するパワーに基づく第１の直流電流と所定周波数の交流電流との和に従って前記第１の直流電源の電流が制御されるように、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための制御手段とを備える、電源システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の直流電流および前記交流電流の振幅の和が、前記第１の直流電源の電流の上下限範囲および前記スイッチング素子の定格電流の上下限範囲内に収まるように、前記負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する前記第１の直流電流の比率、および、前記交流電流の振幅を設定する、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、電動車両に搭載され、
前記負荷は、前記電動車両の走行用電動機を含み、
前記制御手段は、前記負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する前記第１の直流電流の比率を、ユーザからの前記電動車両の出力要求に応じて制御する、請求項２記載の電源システム。
【請求項４】
前記電源システムは、電動車両に搭載され、
前記負荷は、前記電動車両の走行用電動機を含み、
前記制御手段は、前記負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する前記第１の直流電流の比率を、前記電動車両の走行モード選択についてのユーザ指示に応じて制御する、請求項２記載の電源システム。
【請求項５】
前記第２の直流電源と前記負荷との間に接続された、少なくとも１個のスイッチング素子を含んで構成された第２の電力変換器をさらに備え、
前記制御手段は、前記負荷への出力電圧を電圧指令値に従って制御されるように、前記第２の電力変換器の前記スイッチング素子のオンオフを制御する、請求項１記載の電源システム。
【請求項６】
前記第２の直流電源は、電圧変換機能を有する電力変換器を介することなく前記負荷と電気的に接続される、請求項１記載の電源システム。
【請求項７】
前記第１および第２の電力変換器は、前記第１の直流電源と前記負荷との間に形成される第１の電力変換経路と、前記第２の直流電源と前記負荷との間に形成される第２の電力変換経路との両方に含まれるように配置された複数のスイッチング素子を含む第３の電力変換器によって構成され、
前記第３の電力変換器は、前記第１および第２の直流電源と前記負荷との間で並列に直流電力変換を実行する第１の動作モードと、前記第１および第２の直流電源が前記負荷に対して直列に電気的に接続された状態で直流電力変換を実行する第２の動作モードとを有し、
前記制御手段は、
前記第１の動作モードにおいて、前記第１の直流電流と前記交流電流との和に従って前記第１の直流電源の電流が制御されるように前記第１の電力変換経路による電力変換を制御するとともに、前記出力電圧が前記電圧指令値に従って制御されるように前記第２の電力変換経路による第２の電力変換を制御する、請求項５記載の電源システム。
【請求項８】
前記第２の直流電源に対して、前記第２の直流電源の外部から熱量を与えるための昇温機構をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項９】
前記第２の直流電源の熱容量は、前記第１の直流電源の熱容量よりも大きい、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１０】
前記第１の直流電源の蓄積エネルギ定格は、前記第２の直流電源の蓄積エネルギ定格よりも高い、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１１】
前記第１の直流電源の出力パワー定格は、前記第２の直流電源の出力パワー定格よりも低い、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１２】
前記交流電流の周波数は、前記第１の直流電源の交流インピーダンスが極小となる周波数と同等である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１】
第１の直流電源と、
負荷に対して前記第１の直流電源と並列に接続された第２の直流電源と、
前記第１の直流電源と前記負荷との間に接続され、少なくとも１個のスイッチング素子を含んで構成された第１の電力変換器と、
前記負荷が要求するパワーに基づく第１の直流電流と所定周波数の交流電流との和に従って前記第１の直流電源の電流が制御されるように、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための制御手段とを備える、電源システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の直流電流および前記交流電流の振幅の和が、前記第１の直流電源の電流の上下限範囲および前記スイッチング素子の定格電流の上下限範囲内に収まるように、前記負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する前記第１の直流電流の比率、および、前記交流電流の振幅を設定する、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、電動車両に搭載され、
前記負荷は、前記電動車両の走行用電動機を含み、
前記制御手段は、前記負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する前記第１の直流電流の比率を、ユーザからの前記電動車両の出力要求に応じて制御する、請求項２記載の電源システム。
【請求項４】
前記電源システムは、電動車両に搭載され、
前記負荷は、前記電動車両の走行用電動機を含み、
前記制御手段は、前記負荷が要求するパワーに従う直流電流に対する前記第１の直流電流の比率を、前記電動車両の走行モード選択についてのユーザ指示に応じて制御する、請求項２記載の電源システム。
【請求項５】
前記第２の直流電源と前記負荷との間に接続された、少なくとも１個のスイッチング素子を含んで構成された第２の電力変換器をさらに備え、
前記制御手段は、前記負荷への出力電圧を電圧指令値に従って制御されるように、前記第２の電力変換器の前記スイッチング素子のオンオフを制御する、請求項１記載の電源システム。
【請求項６】
前記第２の直流電源は、電圧変換機能を有する電力変換器を介することなく前記負荷と電気的に接続される、請求項１記載の電源システム。
【請求項７】
前記第１および第２の電力変換器は、前記第１の直流電源と前記負荷との間に形成される第１の電力変換経路と、前記第２の直流電源と前記負荷との間に形成される第２の電力変換経路との両方に含まれるように配置された複数のスイッチング素子を含む第３の電力変換器によって構成され、
前記第３の電力変換器は、前記第１および第２の直流電源と前記負荷との間で並列に直流電力変換を実行する第１の動作モードと、前記第１および第２の直流電源が前記負荷に対して直列に電気的に接続された状態で直流電力変換を実行する第２の動作モードとを有し、
前記制御手段は、
前記第１の動作モードにおいて、前記第１の直流電流と前記交流電流との和に従って前記第１の直流電源の電流が制御されるように前記第１の電力変換経路による電力変換を制御するとともに、前記出力電圧が前記電圧指令値に従って制御されるように前記第２の電力変換経路による第２の電力変換を制御する、請求項５記載の電源システム。
【請求項８】
前記第２の直流電源に対して、前記第２の直流電源の外部から熱量を与えるための昇温機構をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項９】
前記第２の直流電源の熱容量は、前記第１の直流電源の熱容量よりも大きい、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１０】
前記第１の直流電源の蓄積エネルギ定格は、前記第２の直流電源の蓄積エネルギ定格よりも高い、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１１】
前記第１の直流電源の出力パワー定格は、前記第２の直流電源の出力パワー定格よりも低い、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１２】
前記交流電流の周波数は、前記第１の直流電源の交流インピーダンスが極小となる周波数と同等である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２０１３−７７４５２（Ｐ２０１３−７７４５２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６８４１（Ｐ２０１１−２１６８４１）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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