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】電力変換装置２０を介してモータ１０に接続される複数の電源Ｅａ，Ｅｂと、複数の電源Ｅａ，Ｅｂ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ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を有するスイッチ回路と、スイッチング手段ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を制御することにより、モータ１０が回生状態である場合、電気的接続状態を直列接続に設定し、モータ１０が力行状態である場合、モータ１０の状態に基づいて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４０とを有し、制御手段４０は、モータが回生状態から力行状態への移行時、モータ１０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。
【解決手段】電力変換装置２０を介してモータ１０に接続される複数の電源Ｅａ，Ｅｂと、複数の電源Ｅａ，Ｅｂ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ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を有するスイッチ回路と、スイッチング手段ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を制御することにより、モータ１０が回生状態である場合、電気的接続状態を直列接続に設定し、モータ１０が力行状態である場合、モータ１０の状態に基づいて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４０とを有し、制御手段４０は、モータが回生状態から力行状態への移行時、モータ１０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、モータが回生状態から力行状態への移行時、モータの状態に応じて、複数電源間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、力行状態と回生状態を繰り返すようなシーンであっても、複数の電源の電気的接続状態として並列接続が選択されず、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、インバータの平滑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*，Ｔｆ*、第２のスイッチＳＷ２の状態および平滑コンデンサＣの電圧Ｖｃ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】ｑ軸電流指令値Ｉｑ*、第２のスイッチＳＷ２の状態および平滑コンデンサＣの電圧Ｖｃの推移を示す説明図
【図９】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１０】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１１】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１２】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、このモータ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を開始してモータ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および第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。これらのスイッチ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との間にフィルタ用リアクトルＬを備えている。
【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を制御する電動機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。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、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４３と、電源制御部４４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、主として電動機制御手段としての機能を担い、また、ローパスフィルタ４３と電源制御部４４とは、主として電源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ング素子のオンオフ状態が制御される。
【００２８】
ローパスフィルタ４３は、特定の閾値よりも高い周波数信号を減衰させて遮断し、低域周波数のみを信号として通過させる低域通過フィルタである。上位装置から出力されたトルク指令値Ｔ*はローパスフィルタ４３へ入力され、このローパスフィルタ４３においてフィルタ処理されたトルク指令値Ｔｆ*が電源制御部４４に入力される。このフィルタ処理により、処理後のトルク指令値Ｔｆ*では、ノイズ要素となる瞬間的に過大となるトルク指令値Ｔｆの影響が抑制される。
【００２９】
電源制御部４４は、トルク指令値Ｔｆ*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４４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４４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４４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。
【００３０】
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４４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４４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４４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。
【００３１】
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、回生状態から力行状態への移行することにより開始され、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４４）によって実行される。なお、電源制御部４４は、このフローチャートが実行される前提となる回生状態時には、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）。
【００３２】
まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、電源制御部４４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。
【００３３】
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。
【００３４】
ステップ１１において、電源制御部４４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。
【００３５】
ステップ１２において、電源制御部４４は、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きいか否かを判定する。このトルク判定値Ｔｆ*は、後述する本実施形態の概念説明から明らかとなるように、現在の運転シーンが、力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるようなシーンであるか、それとも、力行状態が継続されるようなシーンであるかを切り分けるための値である。例えば、トルク判定値Ｔｆthは、力行状態および回生状態の切替頻度を実験やシミュレーションを通じて考慮することにより、モータ１０の力行状態と回生状態とが頻繁に繰り返されるようなシーンと認められるトルク指令値の範囲うち、その上限となるトルク指令値が設定される。このトルク判定値Ｔｆthにより、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きい場合には、力行状態が継続されるようなシーンであると判定される。一方、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆth以下の場合には、力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるようなシーンと判定される。
【００３６】
ステップ１２において肯定判定された場合、すなわち、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きい場合には（Ｔｆ*＞Ｔｆth）、ステップ１３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、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆth以下の場合には（Ｔｆ*≦Ｔｆth）、ステップ１１に進む。
【００３７】
ステップ１３（Ｓ１３）において、電源制御部４４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１３では、このような事態を抑制するために、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。
【００３８】
このステップ１３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１４（Ｓ１４）に進む。一方、ステップ１３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１５（Ｓ１５）に進む。
【００３９】
ステップ１４において、電源制御部４４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１５において、電源制御部４４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１３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。
【００４０】
図５は、トルク指令値Ｔ*、フィルタ処理後のトルク指令値Ｔｆ*、第２のスイッチＳＷ２の状態および平滑コンデンサＣの電圧Ｖｃの推移を示す説明図である。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４４の制御概念について説明する。例えば、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、図５（ａ）のトルク指令値Ｔ*，Ｔｆ*で示されるように、モータ１０の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、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を直列接続および並列接続のうちの一方に設定する場合、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、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。
【００４１】
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。
【００４２】
この点、本実施形態によれば、上述したステップ１０，１２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、モータ１０の状態（具体的には、トルク指令値Ｔｆ*）に応じて、第２のスイッチＳＷ２がオン状態のままで固定され（図５（ｂ）参照）、電気的接続状態が直列接続のままで固定とされる直列固定処理が行われる。そして、電源制御部４４は、力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるような両者の切り替えの頻度が高いシーンから外れる終了タイミング、すなわち、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きくなるタイミング（図５において破線で示すタイミング）まで、直列固定処理を継続する。このようなシーンから外れると、直列固定処理が終了し、第２のスイッチＳＷ２がオフ状態に制御され、これにより、第１の電源および第２の電源が並列接続される。この場合、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｃは、直列固定処理の終了タイミングから時間遅れをともなって、第１および第２の電源の直列電圧から第１および第２の電源の並列電圧まで低下する（図５（ｃ）参照）。さらに、モータ速度ωが大きくなり、低速シーンから外れるタイミング、すなわち、ステップ１０の判断処理で示すようにモータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きくなるタイミングにおいて、第１および第２の電源が並列接続から直列接続に切り替えられる。
【００４３】
特に、電気自動車では、渋滞区間において、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、モータ１０の状態（具体的には、少なくともトルク指令値Ｔｆ*）に応じて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、また、平滑コンデンサＣの発熱が抑制され、これにより、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００４４】
また、本実施形態において、電源制御部４４は、モータ速度ω、モータ１０のトルクおよびモータ１０の電流（各相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の少なくとも一つに基づいて、回生状態と力行状態との切り替えを判定している。かかる構成によれば、回生状態から力行状態への移行を適切に判断することができるので、その後の直列接続処理を適切に実行することができる。
【００４５】
本実施形態において、電源制御部４４は、直列固定処理の終了タイミングを、モータ１０のトルク指令値Ｔｆ*とに応じて判定する。具体的には、電源制御部４４は、トルク指令値Ｔｆ*が、力行状態および回生状態の切替頻度が高い状態を示すトルク範囲、すなわち、トルク判定値Ｔｆthによって規定される範囲から外れる場合に、終了タイミングを判定する。かかる構成によれば、モータ１０の状態を検出する手段を新たに付加することなく、回生状態と力行状態とを頻繁に繰り返す状態を判別することができる。
【００４６】
また、本実施形態において、電源制御部４４は、モータ速度ωがこのモータ速度ωの低速状態を判定するための速度閾値、すなわち、速度判定値ωth以内であることを条件に、トルク指令値Ｔｆ*に基づいて直列固定処理を行う。かかる構成によれば、モータ速度ωの低い状態において直列接続と並列接続との切り替えを頻繁に生じさせることなく、直列接続と並列接続との切替回数を低減することができる。また、力行状態時のモータ速度ωが高い状態では、直列接続を活用することができるので、モータ１０への供給電圧を高くすることができ、モータトルク・出力を増加させることができる。
【００４７】
また、本実施形態において、電源制御部４４は、制御手段は、ローパスフィルタ４３を通過したトルク指令値Ｔｆ*を対象として直列固定処理の判定を行う。かかる構成によれば、上位システムから入力されるトルク指令値Ｔｆが瞬間的に大きな値となる場合に、直列接続と並列接続との切り替えが生じてしまうといった事態を抑制することができる。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。
【００４８】
なお、本実施形態では、回生状態がある程度継続的に実行された後に力行状態に移行した場合を想定し、その移行後から所定の終了タイミングまで直列固定処理を行うものである。そのため、回生状態と力行状態とが頻繁に繰り返されるシーンにおいて、回生状態から力行状態へと移行した都度に、そのタイミングを始点として直列固定処理を行うのではなく、一旦、直列固定処理が行われた場合には、その終了タイミングが判定されるまでは、回生状態と力行状態との間の移行関係を判定しないものとする（後述する実施形態についても同様）。
【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４４ａ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４４ａには、第１の実施形態に示すトルク指令値Ｔｆ*に代えて、トルク制御部４１において演算されるｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*のうちのｑ軸電流指令値Ｉｑ*が入力されている。
【００５１】
電源制御部４４ａは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*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４４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。
【００５２】
また、本実施形態の特徴の一つとして、電源制御部４４ａは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*をモニタリングすることにより、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*の正負の反転を判定している。そして、電源制御部４４ａは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*が負の値から正の値に反転した場合には、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*が正の値のまま継続している時間（以下「Ｉｑ電流時間」という）をカウントする。このカウントされたＩｑ電流時間は、直列固定処理の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。
【００５３】
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、回生状態から力行状態への移行することにより開始され、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４４）によって実行される。なお、電源制御部４４は、このフローチャートが実行される前提となる回生状態時には、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）。
【００５４】
ここで、ステップ２０（Ｓ２０）、ステップ２１（Ｓ２１）、ステップ２３（Ｓ２３）、ステップ２４（Ｓ２４）およびステップ２５（Ｓ２５）は、第１の実施形態に示すステップ１０、ステップ１１、ステップ１３、ステップ１４およびステップ１５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。
【００５５】
モータ速度ωに基づいて低速シーンが判定された場合（ステップ２０における否定判定の場合）、ステップ２２（Ｓ２２）において、電源制御部４４ａは、Ｉｑ電流時間ｔｓが、時間判定値ｔｓthよりも大きいか否かを判定する。ｑ軸電流指令値Ｉｑは、モータ１０のトルクに相当するパラメータである。そのため、このｑ軸電流指令値Ｉｑの正負を判定することにより、モータ１０が力行状態であるのか、それとも回生状態であるのかを判定することができる（図８（ａ）参照）。上述したＩｑ電流時間ｔｓは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*が負の値から正の値に反転してから、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*が正の値のまま継続している時間である。すなわち、モータ１０の力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるようなシーンでは、Ｉｑ電流時間ｔｓは短くなる。そこで、このＩｑ電流時間ｔｓを時間判定値ｔｓthと比較することにより、現在の運転シーンが、力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるようなシーンであるか、それとも、力行状態が継続されるようなシーンであるかを判定する。例えば、時間判定値ｔｓthは、力行状態および回生状態の切替頻度を実験やシミュレーションを通じて考慮することにより、モータ１０の力行状態と回生状態とが頻繁に繰り返されるようなシーンと認められるＩｑ電流時間ｔｓの範囲うち、その上限となるＩｑ電流時間が設定される。
【００５６】
ステップ２２において肯定判定された場合、すなわち、Ｉｑ電流時間ｔｓが時間判定値ｔｓthよりも大きい場合には（ｔｓ＞ｔｓth）、ステップ２３に進む。一方、ステップ２２において否定判定された場合、すなわち、Ｉｑ電流時間ｔｓが時間判定値ｔｓth以下の場合には（ｔｓ≦ｔｓth）、ステップ２１に進む。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、ステップ２０，２２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、モータ１０の状態（具体的には、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*）に応じて、第２のスイッチＳＷ２がオン状態のままで固定され（図８（ｂ）参照）、電気的接続状態が直列接続のままで固定とされる直列固定処理が行われる。そして、電源制御部４４は、力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるようなシーンから外れるタイミング、すなわち、Ｉｑ電流時間ｔｓが時間判定値ｔｓ*よりも大きくなるタイミング（図８において破線で示すタイミング）まで直列固定処理を継続する。そして、低速シーンが継続している場合であっても、終了タイミングを迎えると、直列固定処理が終了し、第２のスイッチＳＷ２がオフ状態に制御され、これにより、第１の電源および第２の電源が並列接続される。この場合、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｃは、終了タイミングから時間遅れをともなって、第１および第２の電源の直列電圧から第１および第２の電源の並列電圧まで低下する（図８（ｃ）参照）。さらに、モータ速度ωが大きくなり、低速シーンから外れるタイミング、すなわち、ステップ２０の判断処理で示すようにモータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きくなるタイミングにおいて、第１および第２の電源が並列接続から直列接続に切り替えられる。
【００５８】
かかる構成および制御方法によれば、力行状態と回生状態を繰り返す場合であっても、終了タイミングまで直列接続を維持することで、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、また、平滑コンデンサＣの発熱が抑制され、これにより、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００５９】
また、本実施形態では、直列固定処理の終了タイミングを、ｑ軸電流指令値が正の値のまま基準経過時間を経過した場合に判定する。かかる構成によれば、モータ１０のトルクに相当するｑ軸電流指令値Ｉｑ*を用いることで、モータ１０のトルク制限や電圧での制約などのトルクリミッタ演算処理が途中の演算に介在する場合であっても、力行状態と回生状態の判別が可能となる。
【００６０】
（第３の実施形態）
図９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。
【００６１】
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スイッチ回路を備えている。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
図１０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、ローパスフィルタ４３と、電源制御部４４ｂとで構成されている。トルク制御部４１と、電流制御部４２と、ローパスフィルタ４３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４４ｂは、トルク指令値Ｔｆ*と、モータ速度ω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４４ｂ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。また、電源制御部４４ｂ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。
【００６５】
図１１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４４ｂ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４４ｂ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４４ｂ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。
【００６６】
図１２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、回生状態から力行状態への移行することにより開始され、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４４ｂ）によって実行される。なお、電源制御部４４ｂは、このフローチャートが実行される前提となる回生状態時には、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をオフ状態に制御する（図１１（ｃ）参照）。
【００６７】
まず、ステップ３０（Ｓ３０）において、電源制御部４４ｂ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３０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３１（Ｓ３１）に進む。そして、ステップ３１において、電源制御部４４ｂ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。
【００６８】
一方、ステップ３０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３２（Ｓ３２）に進む。ステップ３２において、電源制御部４４ｂは、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きいか否かを判定する。トルク判定値Ｔｆthは、第１の実施形態と同様の機能を有する判定値である。ステップ３２において否定判定された場合、すなわち、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆth以下の場合には（Ｔｆ*≦Ｔｆth）、ステップ３１に進む。一方、ステップ３２において肯定判定された場合、すなわち、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きい場合には（Ｔｆ*＞Ｔｆth）、ステップ３３に進む。ステップ３３において、電源制御部４４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。
【００６９】
このように本実施形態によれば、上述したステップ３０，３２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、力行状態に移行後から所定の終了タイミングまでは、単スイッチＳＷ０がオン状態にままで固定され（図１１（ｂ）参照）、電気的接続状態が直列接続のままで固定とされる（直列固定処理）。
【００７０】
かかる構成によれば、力行状態と回生状態を繰り返す場合であっても、終了タイミングまで直列接続を維持することで、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、また、平滑コンデンサＣの発熱が抑制され、これにより、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００７１】
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ので、電源装置３０ｂを安価に構成することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、電源制御部４４ｂが、トルク指令値Ｔｆ*に応じて直列固定処理の終了タイミングを判定する手法について述べたが、第２の実施形態に示すように、Ｉｑ電流時間ｔｓと時間判定値ｔｓthとの比較によって当該終了タイミングを判定してもよい。
【００７３】
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。また、トルク指令値Ｔｆ*、ｑ軸電流指令値Ｉｑに拘わらず、回生状態から力行状態へ移行した場合には、予め設定される時間が経過するまで直列固定処理を行ってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
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…ローパスフィルタ
４４…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
【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、モータが回生状態から力行状態への移行時、モータの状態に応じて、複数電源間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、力行状態と回生状態を繰り返すようなシーンであっても、複数の電源の電気的接続状態として並列接続が選択されず、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、インバータの平滑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*，Ｔｆ*、第２のスイッチＳＷ２の状態および平滑コンデンサＣの電圧Ｖｃ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】ｑ軸電流指令値Ｉｑ*、第２のスイッチＳＷ２の状態および平滑コンデンサＣの電圧Ｖｃの推移を示す説明図
【図９】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１０】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１１】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１２】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、このモータ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を開始してモータ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および第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。これらのスイッチ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との間にフィルタ用リアクトルＬを備えている。
【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を制御する電動機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。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、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４３と、電源制御部４４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、主として電動機制御手段としての機能を担い、また、ローパスフィルタ４３と電源制御部４４とは、主として電源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ング素子のオンオフ状態が制御される。
【００２８】
ローパスフィルタ４３は、特定の閾値よりも高い周波数信号を減衰させて遮断し、低域周波数のみを信号として通過させる低域通過フィルタである。上位装置から出力されたトルク指令値Ｔ*はローパスフィルタ４３へ入力され、このローパスフィルタ４３においてフィルタ処理されたトルク指令値Ｔｆ*が電源制御部４４に入力される。このフィルタ処理により、処理後のトルク指令値Ｔｆ*では、ノイズ要素となる瞬間的に過大となるトルク指令値Ｔｆの影響が抑制される。
【００２９】
電源制御部４４は、トルク指令値Ｔｆ*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４４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４４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４４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。
【００３０】
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４４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４４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４４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。
【００３１】
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、回生状態から力行状態への移行することにより開始され、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４４）によって実行される。なお、電源制御部４４は、このフローチャートが実行される前提となる回生状態時には、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）。
【００３２】
まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、電源制御部４４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。
【００３３】
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。
【００３４】
ステップ１１において、電源制御部４４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。
【００３５】
ステップ１２において、電源制御部４４は、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きいか否かを判定する。このトルク判定値Ｔｆ*は、後述する本実施形態の概念説明から明らかとなるように、現在の運転シーンが、力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるようなシーンであるか、それとも、力行状態が継続されるようなシーンであるかを切り分けるための値である。例えば、トルク判定値Ｔｆthは、力行状態および回生状態の切替頻度を実験やシミュレーションを通じて考慮することにより、モータ１０の力行状態と回生状態とが頻繁に繰り返されるようなシーンと認められるトルク指令値の範囲うち、その上限となるトルク指令値が設定される。このトルク判定値Ｔｆthにより、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きい場合には、力行状態が継続されるようなシーンであると判定される。一方、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆth以下の場合には、力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるようなシーンと判定される。
【００３６】
ステップ１２において肯定判定された場合、すなわち、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きい場合には（Ｔｆ*＞Ｔｆth）、ステップ１３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、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆth以下の場合には（Ｔｆ*≦Ｔｆth）、ステップ１１に進む。
【００３７】
ステップ１３（Ｓ１３）において、電源制御部４４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１３では、このような事態を抑制するために、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。
【００３８】
このステップ１３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１４（Ｓ１４）に進む。一方、ステップ１３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１５（Ｓ１５）に進む。
【００３９】
ステップ１４において、電源制御部４４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１５において、電源制御部４４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１３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。
【００４０】
図５は、トルク指令値Ｔ*、フィルタ処理後のトルク指令値Ｔｆ*、第２のスイッチＳＷ２の状態および平滑コンデンサＣの電圧Ｖｃの推移を示す説明図である。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４４の制御概念について説明する。例えば、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、図５（ａ）のトルク指令値Ｔ*，Ｔｆ*で示されるように、モータ１０の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、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を直列接続および並列接続のうちの一方に設定する場合、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、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。
【００４１】
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。
【００４２】
この点、本実施形態によれば、上述したステップ１０，１２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、モータ１０の状態（具体的には、トルク指令値Ｔｆ*）に応じて、第２のスイッチＳＷ２がオン状態のままで固定され（図５（ｂ）参照）、電気的接続状態が直列接続のままで固定とされる直列固定処理が行われる。そして、電源制御部４４は、力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるような両者の切り替えの頻度が高いシーンから外れる終了タイミング、すなわち、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きくなるタイミング（図５において破線で示すタイミング）まで、直列固定処理を継続する。このようなシーンから外れると、直列固定処理が終了し、第２のスイッチＳＷ２がオフ状態に制御され、これにより、第１の電源および第２の電源が並列接続される。この場合、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｃは、直列固定処理の終了タイミングから時間遅れをともなって、第１および第２の電源の直列電圧から第１および第２の電源の並列電圧まで低下する（図５（ｃ）参照）。さらに、モータ速度ωが大きくなり、低速シーンから外れるタイミング、すなわち、ステップ１０の判断処理で示すようにモータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きくなるタイミングにおいて、第１および第２の電源が並列接続から直列接続に切り替えられる。
【００４３】
特に、電気自動車では、渋滞区間において、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、モータ１０の状態（具体的には、少なくともトルク指令値Ｔｆ*）に応じて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、また、平滑コンデンサＣの発熱が抑制され、これにより、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００４４】
また、本実施形態において、電源制御部４４は、モータ速度ω、モータ１０のトルクおよびモータ１０の電流（各相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の少なくとも一つに基づいて、回生状態と力行状態との切り替えを判定している。かかる構成によれば、回生状態から力行状態への移行を適切に判断することができるので、その後の直列接続処理を適切に実行することができる。
【００４５】
本実施形態において、電源制御部４４は、直列固定処理の終了タイミングを、モータ１０のトルク指令値Ｔｆ*とに応じて判定する。具体的には、電源制御部４４は、トルク指令値Ｔｆ*が、力行状態および回生状態の切替頻度が高い状態を示すトルク範囲、すなわち、トルク判定値Ｔｆthによって規定される範囲から外れる場合に、終了タイミングを判定する。かかる構成によれば、モータ１０の状態を検出する手段を新たに付加することなく、回生状態と力行状態とを頻繁に繰り返す状態を判別することができる。
【００４６】
また、本実施形態において、電源制御部４４は、モータ速度ωがこのモータ速度ωの低速状態を判定するための速度閾値、すなわち、速度判定値ωth以内であることを条件に、トルク指令値Ｔｆ*に基づいて直列固定処理を行う。かかる構成によれば、モータ速度ωの低い状態において直列接続と並列接続との切り替えを頻繁に生じさせることなく、直列接続と並列接続との切替回数を低減することができる。また、力行状態時のモータ速度ωが高い状態では、直列接続を活用することができるので、モータ１０への供給電圧を高くすることができ、モータトルク・出力を増加させることができる。
【００４７】
また、本実施形態において、電源制御部４４は、制御手段は、ローパスフィルタ４３を通過したトルク指令値Ｔｆ*を対象として直列固定処理の判定を行う。かかる構成によれば、上位システムから入力されるトルク指令値Ｔｆが瞬間的に大きな値となる場合に、直列接続と並列接続との切り替えが生じてしまうといった事態を抑制することができる。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。
【００４８】
なお、本実施形態では、回生状態がある程度継続的に実行された後に力行状態に移行した場合を想定し、その移行後から所定の終了タイミングまで直列固定処理を行うものである。そのため、回生状態と力行状態とが頻繁に繰り返されるシーンにおいて、回生状態から力行状態へと移行した都度に、そのタイミングを始点として直列固定処理を行うのではなく、一旦、直列固定処理が行われた場合には、その終了タイミングが判定されるまでは、回生状態と力行状態との間の移行関係を判定しないものとする（後述する実施形態についても同様）。
【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４４ａ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４４ａには、第１の実施形態に示すトルク指令値Ｔｆ*に代えて、トルク制御部４１において演算されるｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*のうちのｑ軸電流指令値Ｉｑ*が入力されている。
【００５１】
電源制御部４４ａは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*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４４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。
【００５２】
また、本実施形態の特徴の一つとして、電源制御部４４ａは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*をモニタリングすることにより、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*の正負の反転を判定している。そして、電源制御部４４ａは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*が負の値から正の値に反転した場合には、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*が正の値のまま継続している時間（以下「Ｉｑ電流時間」という）をカウントする。このカウントされたＩｑ電流時間は、直列固定処理の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。
【００５３】
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、回生状態から力行状態への移行することにより開始され、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４４）によって実行される。なお、電源制御部４４は、このフローチャートが実行される前提となる回生状態時には、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）。
【００５４】
ここで、ステップ２０（Ｓ２０）、ステップ２１（Ｓ２１）、ステップ２３（Ｓ２３）、ステップ２４（Ｓ２４）およびステップ２５（Ｓ２５）は、第１の実施形態に示すステップ１０、ステップ１１、ステップ１３、ステップ１４およびステップ１５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。
【００５５】
モータ速度ωに基づいて低速シーンが判定された場合（ステップ２０における否定判定の場合）、ステップ２２（Ｓ２２）において、電源制御部４４ａは、Ｉｑ電流時間ｔｓが、時間判定値ｔｓthよりも大きいか否かを判定する。ｑ軸電流指令値Ｉｑは、モータ１０のトルクに相当するパラメータである。そのため、このｑ軸電流指令値Ｉｑの正負を判定することにより、モータ１０が力行状態であるのか、それとも回生状態であるのかを判定することができる（図８（ａ）参照）。上述したＩｑ電流時間ｔｓは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*が負の値から正の値に反転してから、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*が正の値のまま継続している時間である。すなわち、モータ１０の力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるようなシーンでは、Ｉｑ電流時間ｔｓは短くなる。そこで、このＩｑ電流時間ｔｓを時間判定値ｔｓthと比較することにより、現在の運転シーンが、力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるようなシーンであるか、それとも、力行状態が継続されるようなシーンであるかを判定する。例えば、時間判定値ｔｓthは、力行状態および回生状態の切替頻度を実験やシミュレーションを通じて考慮することにより、モータ１０の力行状態と回生状態とが頻繁に繰り返されるようなシーンと認められるＩｑ電流時間ｔｓの範囲うち、その上限となるＩｑ電流時間が設定される。
【００５６】
ステップ２２において肯定判定された場合、すなわち、Ｉｑ電流時間ｔｓが時間判定値ｔｓthよりも大きい場合には（ｔｓ＞ｔｓth）、ステップ２３に進む。一方、ステップ２２において否定判定された場合、すなわち、Ｉｑ電流時間ｔｓが時間判定値ｔｓth以下の場合には（ｔｓ≦ｔｓth）、ステップ２１に進む。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、ステップ２０，２２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、モータ１０の状態（具体的には、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*）に応じて、第２のスイッチＳＷ２がオン状態のままで固定され（図８（ｂ）参照）、電気的接続状態が直列接続のままで固定とされる直列固定処理が行われる。そして、電源制御部４４は、力行状態と回生状態とが交互に繰り返されるようなシーンから外れるタイミング、すなわち、Ｉｑ電流時間ｔｓが時間判定値ｔｓ*よりも大きくなるタイミング（図８において破線で示すタイミング）まで直列固定処理を継続する。そして、低速シーンが継続している場合であっても、終了タイミングを迎えると、直列固定処理が終了し、第２のスイッチＳＷ２がオフ状態に制御され、これにより、第１の電源および第２の電源が並列接続される。この場合、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｃは、終了タイミングから時間遅れをともなって、第１および第２の電源の直列電圧から第１および第２の電源の並列電圧まで低下する（図８（ｃ）参照）。さらに、モータ速度ωが大きくなり、低速シーンから外れるタイミング、すなわち、ステップ２０の判断処理で示すようにモータ速度ωが速度判定値ωthよりも大きくなるタイミングにおいて、第１および第２の電源が並列接続から直列接続に切り替えられる。
【００５８】
かかる構成および制御方法によれば、力行状態と回生状態を繰り返す場合であっても、終了タイミングまで直列接続を維持することで、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、また、平滑コンデンサＣの発熱が抑制され、これにより、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００５９】
また、本実施形態では、直列固定処理の終了タイミングを、ｑ軸電流指令値が正の値のまま基準経過時間を経過した場合に判定する。かかる構成によれば、モータ１０のトルクに相当するｑ軸電流指令値Ｉｑ*を用いることで、モータ１０のトルク制限や電圧での制約などのトルクリミッタ演算処理が途中の演算に介在する場合であっても、力行状態と回生状態の判別が可能となる。
【００６０】
（第３の実施形態）
図９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。
【００６１】
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スイッチ回路を備えている。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
図１０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、ローパスフィルタ４３と、電源制御部４４ｂとで構成されている。トルク制御部４１と、電流制御部４２と、ローパスフィルタ４３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４４ｂは、トルク指令値Ｔｆ*と、モータ速度ω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４４ｂ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。また、電源制御部４４ｂ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。
【００６５】
図１１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４４ｂ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４４ｂ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４４ｂ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。
【００６６】
図１２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、回生状態から力行状態への移行することにより開始され、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４４ｂ）によって実行される。なお、電源制御部４４ｂは、このフローチャートが実行される前提となる回生状態時には、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をオフ状態に制御する（図１１（ｃ）参照）。
【００６７】
まず、ステップ３０（Ｓ３０）において、電源制御部４４ｂ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３０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３１（Ｓ３１）に進む。そして、ステップ３１において、電源制御部４４ｂ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。
【００６８】
一方、ステップ３０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３２（Ｓ３２）に進む。ステップ３２において、電源制御部４４ｂは、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きいか否かを判定する。トルク判定値Ｔｆthは、第１の実施形態と同様の機能を有する判定値である。ステップ３２において否定判定された場合、すなわち、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆth以下の場合には（Ｔｆ*≦Ｔｆth）、ステップ３１に進む。一方、ステップ３２において肯定判定された場合、すなわち、トルク指令値Ｔｆ*がトルク判定値Ｔｆthよりも大きい場合には（Ｔｆ*＞Ｔｆth）、ステップ３３に進む。ステップ３３において、電源制御部４４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。
【００６９】
このように本実施形態によれば、上述したステップ３０，３２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、力行状態に移行後から所定の終了タイミングまでは、単スイッチＳＷ０がオン状態にままで固定され（図１１（ｂ）参照）、電気的接続状態が直列接続のままで固定とされる（直列固定処理）。
【００７０】
かかる構成によれば、力行状態と回生状態を繰り返す場合であっても、終了タイミングまで直列接続を維持することで、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、また、平滑コンデンサＣの発熱が抑制され、これにより、コンデンサＣの寿命を延ばすことができる。
【００７１】
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ので、電源装置３０ｂを安価に構成することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、電源制御部４４ｂが、トルク指令値Ｔｆ*に応じて直列固定処理の終了タイミングを判定する手法について述べたが、第２の実施形態に示すように、Ｉｑ電流時間ｔｓと時間判定値ｔｓthとの比較によって当該終了タイミングを判定してもよい。
【００７３】
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。また、トルク指令値Ｔｆ*、ｑ軸電流指令値Ｉｑに拘わらず、回生状態から力行状態へ移行した場合には、予め設定される時間が経過するまで直列固定処理を行ってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
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…ローパスフィルタ
４４…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
【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を有し、
前記制御手段は、前記モータが回生状態から力行状態への移行時、前記モータの状態に応じて、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】
前記制御手段は、前記モータのトルク指令値に応じて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、前記トルク指令値が、力行状態と回生状態との切り替えの頻度が高い状態に対応するトルク範囲から外れるまで、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】
前記制御手段は、所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルタを通過した前記トルク指令値を用いて直列固定処理の判定を行うことを特徴とする請求項２または３に記載された電源装置。
【請求項５】
前記制御手段は、予め設定された所定時間が経過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１に記載された電源装置。
【請求項６】
前記制御手段は、トルク指令値に応じて決定されるベクトル制御におけるｑ軸電流指令値に応じて、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７】
前記制御手段は、前記ｑ軸電流指令値が負の値から正の値に反転し、当該ｑ軸電流指令値が正の値のまま所定時間経過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６に記載された電源装置。
【請求項８】
前記制御手段は、モータ速度が、当該モータ速度の低速状態を判定するための速度閾値以内であることを前提として、前記直列固定処理を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載された電源装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記モータ速度と、前記モータのトルクと、前記モータにおける電流とのうち少なくとも一つに基づいて、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】
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９のいずれか一項に記載された電源装置。
【請求項１１】
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、前記モータの状態に応じて、当該移行後から所定の終了タイミングまで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を有し、
前記制御手段は、前記モータが回生状態から力行状態への移行時、前記モータの状態に応じて、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】
前記制御手段は、前記モータのトルク指令値に応じて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、前記トルク指令値が、力行状態と回生状態との切り替えの頻度が高い状態に対応するトルク範囲から外れるまで、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】
前記制御手段は、所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルタを通過した前記トルク指令値を用いて直列固定処理の判定を行うことを特徴とする請求項２または３に記載された電源装置。
【請求項５】
前記制御手段は、予め設定された所定時間が経過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１に記載された電源装置。
【請求項６】
前記制御手段は、トルク指令値に応じて決定されるベクトル制御におけるｑ軸電流指令値に応じて、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７】
前記制御手段は、前記ｑ軸電流指令値が負の値から正の値に反転し、当該ｑ軸電流指令値が正の値のまま所定時間経過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６に記載された電源装置。
【請求項８】
前記制御手段は、モータ速度が、当該モータ速度の低速状態を判定するための速度閾値以内であることを前提として、前記直列固定処理を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載された電源装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記モータ速度と、前記モータのトルクと、前記モータにおける電流とのうち少なくとも一つに基づいて、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】
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９のいずれか一項に記載された電源装置。
【請求項１１】
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、前記モータの状態に応じて、当該移行後から所定の終了タイミングまで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１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１８３７６８（Ｐ２０１０−１８３７６８Ａ）
【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２００９−２５９６１（Ｐ２００９−２５９６１）
【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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