CN103660983A - 电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源装置，其中，连接切换控制部(21)在电压变更期间内设置第1期间和第2期间，电压变更期间是通过反复交替地切换相对于逆变器(3)串联连接第1电源(11)以及第2电源(12)的串联状态(YA)、与相对于逆变器(3)并联连接第1电源(11)以及第2电源(12)的并联状态(YC)而能变更对逆变器(3)的施加电压的期间，第1期间是第1电源(11)以及第2电源(12)当中的一者的电流以增大趋势进行变化、且另一者的电流以减小趋势进行变化的期间，第2期间是一者的电流以减小趋势进行变化、且另一者的电流以增大趋势进行变化的期间。

Description

电源装置

本申请基于在2012年9月21日申请的日本国特愿2012-208848号来主张优先权，并将其内容援引于此。

技术领域

本发明涉及电源装置。

背景技术

现有技术中，例如，能相对于电负载在串联连接和并联连接之间进行切换地连接由电抗器与直流电源串联连接的2个输出电路的电源系统是公知的(例如，日本特开2012-070514号公报(参照第10～第12图))。

在该电源系统中，在并联连接时进行针对各直流电源的升压动作的情况下，没有到相互的直流电源的电流流通路径，处于非干扰，因此能独立地控制针对各直流电源的电力的输入输出。

另外，在该电源系统中，在串联连接时进行针对两直流电源的升压动作的情况下，因相互的电压或电感的差异等而形成各电抗器中流动的电流(电抗器电流)的差分的电流所流经的电流流通路径。

主旨

在上述现有技术所涉及的电源系统中，仅涉及在并联连接时进行针对各直流电源的升压动作的情况下独立地控制针对各直流电源的电力的输入输出。

例如，在并联动作中，在从一直流电源供应了能量的状态下，不能从另一直流电源供应能量，从而会产生不能从2个直流电源同时供应能量这样的问题。

另外，例如，在串联动作中，尽管能从2个直流电源同时供应能量，但能量的分配是以2个直流电源的电压比来决定的，不能积极地控制从各直流电源供应的能量的量，从而会产生电力供应能力低的一方的直流电源对另一方的直流电源的电力供应进行限制这样的问题。

发明内容

本发明所涉及的形态鉴于上述事实而提出，其目的在于，提供一种通过对能相对于电负载切换为串联连接与并联连接地进行连接的多个输出电路的电压和电流比进行控制从而能任意地设定多个输出电路的输出平衡的电源装置。

本发明所涉及的形态为了解决上述课题并达成相应目的，采用了以下的技术方案。

本发明所涉及的一形态的电源装置是具备多个输出电路的电源装置，所述输出电路具备串联连接的电抗器以及电源，所述电源装置还具备：控制单元，其在电压变更期间内设置第1期间和第2期间，所述电压变更期间是通过反复交替地切换相对于电负载串联连接所述多个输出电路的串联连接状态、与相对于所述电负载并联连接所述多个输出电路的并联连接状态而能变更对所述电负载的施加电压的期间，所述第1期间是所述多个输出电路当中的至少一部分中的一个所述电抗器中流动的电流以增大趋势进行变化、且另一个所述电抗器中流动的电流以减小趋势进行变化的期间，所述第2期间是一个所述电抗器中流动的电流以减小趋势进行变化、且另一个所述电抗器中流动的电流以增大趋势进行变化的期间。

根据上述形态，通过在反复交替地切换串联连接状态与并联连接状态的电压变更期间内设置第1期间以及第2期间，能同时控制多个输出电路的施加电压和输出电流比。

进而，通过在电压变更期间内设置第1期间以及第2期间，从而能在始终使电力从多个输出电路输出的同时，任意地设定输出平衡。由此，能防止例如输出能力低的一方的输出电路对另一方的输出电路的输出进行限制的情况。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的电源装置的构成图。

图2A是表示作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的并联模式的图。

图2B是表示作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的转移模式的图。

图2C是表示作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的串联模式的图。

图3A是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的并联模式下的各节点的电位的图。

图3B是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的串联模式下的各节点的电位的图。

图4A是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的并联模式下的第1供电时控制的图。

图4B是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的并联模式下的第2供电时控制的图。

图4C是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的并联模式下的第3供电时控制的图。

图5是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的并联模式下的第2供电时控制下的第1电抗器电流I1以及输出电流Iout、以及第1～第3开关元件的状态的图。

图6A是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的并联模式下的第1再生时控制的图。

图6B是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的并联模式下的第2再生时控制的图。

图6C是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的并联模式下的第3再生时控制的图。

图7是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的并联模式下的第3再生时控制下的第1电抗器电流I1以及输出电流Iout、以及第1～第3开关元件的状态的图。

图8A是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的转移模式下的串联状态YA的图。

图8B是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的转移模式下的第1转移状态YB的图。

图8C是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的转移模式下的并联状态YC的图。

图8D是表示在作为本发明的实施方式所涉及的电源装置的动作模式的转移模式下的第2转移状态YD的图。

图9A是表示在作为本发明的实施方式的电源装置的动作模式的转移模式下的基于串联状态YA的升压率控制下的第1电抗器电流I1的图。

图9B是表示在作为本发明的实施方式的电源装置的动作模式的转移模式下的基于并联状态YC的升压率控制下的第1电抗器电流I1的图。

图10是表示在作为本发明的实施方式的电源装置的动作模式的转移模式的升压率控制下的升压率和第2占空比D2的图。

图11是表示在作为本发明的实施方式的电源装置的动作模式的转移模式的电流控制下的第1以及第2电抗器电流I1、I2、以及输出电压Vout、以及第1～第3开关元件的状态的图。

图12是表示在作为本发明的实施方式的电源装置的动作模式的转移模式的电流控制下的第1以及第2电抗器电流I1、I2的电流差ΔI、与第1以及第2占空比D1、D2、D3的对应关系的一例的图。

图13A是表示本发明的实施方式的电源装置的串联模式的图。

图13B是表示本发明的实施方式的电源装置的串联模式的图。

图14是本发明的实施方式的电源装置的动作，尤其是在并联模式或转移模式下变更第1电源以及第2电源的电流比(或者，输出或输入的功率比)的处理的流程图。

图15A是表示在作为本发明的实施方式的第1变形例的电源装置的动作模式的转移模式的电流控制下的第1以及第2电抗器电流I1、I2、以及输出电压Vout、以及第1～第3开关元件的状态的图。

图15B是表示在作为本发明的实施方式的第2变形例的电源装置的动作模式的转移模式的电流控制下的第1以及第2电抗器电流I1、I2、以及输出电压Vout、以及第1～第3开关元件的状态的图。

符号说明

1   电源装置

2   电动机(电负载)

3   逆变器(电负载)

11  第1电源(电源、输出电路)

12  第2电源(电源、输出电路)

13  开关电路

14  第1电抗器(电抗器、输出电路)

16  第2电抗器(电抗器、输出电路)

19  控制装置

21  连接切换控制部(控制单元)

22  电动机控制部

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式所涉及的电源装置。

本实施方式的电源装置1例如如图1所示，构成了向对产生车辆的行驶驱动力的电动机(MOT)2(电负载)的供电以及再生进行控制的逆变器3(电负载)供应直流电力的电源。

电源装置1例如构成为具备：第1电源11(电源、输出电路)、第2电源12(电源、输出电路)、开关电路13、第1电抗器14(电抗器、输出电路)、连接于第1电源11的两端的第1电容器15、第2电抗器16(电抗器、输出电路)、连接于第2电源12的两端的第2电容器17、连接于逆变器3的直流侧的两端的第3电容器18、以及控制装置19。

而且，在开关电路13的2个输出端子13e、13f间连接有逆变器3。

第1电源(BAT1)11例如是蓄电池等，正极端子与第1节点A连接，负极端子与第2节点B连接。

第2电源(BAT2)12例如是蓄电池等，正极端子与第3节点C连接，负极端子与第4节点D连接。

开关电路13具备：与各第1节点A以及第2节点B以及第3节点C以及第4节点D连接的4个各输入端子13a，…，13d、以及2个输出端子13e、13f。

此外，第2输入端子13b与一输出端子13e是公共的，第3输入端子13c与另一输出端子13f是公共的。

开关电路13例如具备串联连接的3个第1～第3开关元件(例如，IGBT：Insulated Gate Bipolar mode Transistor；绝缘栅双极型晶体管)SW1、SW2、SW3。

而且，第1开关元件SW1的集电极与第3输入端子13c连接，发射极与第1输入端子13a连接。

另外，第2开关元件SW2的集电极与第1输入端子13a连接，发射极与第4输入端子13d连接。

另外，第3开关元件SW3的集电极与第4输入端子13d连接，发射极与第2输入端子13b连接。

此外，在各开关元件SW1、SW2、SW3的发射极-集电极间，从发射极朝着集电极正向地连接有二极管。

该开关电路13例如通过从控制装置19输出且被输入至各开关元件SW1、SW2、SW3的栅极的经脉冲宽度调制(PWM)后的信号(PWM信号)来进行驱动。

开关电路13例如如图2A所示，在作为电源装置1的动作模式的并联模式下，将第1开关元件SW1以及第3开关元件SW3固定为接通(ON)且将第2开关元件SW2固定为断开(OFF)。由此，将第1电源11和第2电源12与逆变器3并联连接。

另外，开关电路13在并联模式下，例如将第2开关元件SW2固定为断开(OFF)，且将第1开关元件SW1以及第3开关元件SW3在接通(ON)和断开(OFF)之间进行切换，从而能变更第1电源11以及第2电源12的电流比(或者，输出或输入的功率比)。

另外，开关电路13例如如图2C所示，在作为电源装置1的动作模式的串联模式下，将第1开关元件SW1以及第3开关元件SW3固定为断开(OFF)且将第2开关元件SW2固定为接通(ON)。由此，将第1电源11和第2电源12与逆变器3串联连接。

另外，开关电路13例如如图2B所示，在作为电源装置1的动作模式的转移模式下，能将各第1～第3开关元件SW1、SW2、SW3独立地在接通(ON)和断开(OFF)之间切换。由此，能变更第1电源11以及第2电源12的升压率和电流比(或者，输出或输入的功率比等)。

例如，开关电路13在基于转移模式的升压率控制的执行模式下，对第1开关元件SW1以及第3开关元件SW3的组、与第2开关元件SW2进行反转，来交替地在接通以及断开(导通/截止)间切换。

例如，开关电路13在基于转移模式的电流控制的执行模式下，设置将第2开关元件SW2固定为接通(ON)、且对第1开关元件SW1与第3开关元件SW3进行反转来交替地在接通以及断开(导通/截止)间切换的第1期间以及第2期间。

第1电抗器14配置于第1电源11和第1节点A之间。

更具体而言，第1电抗器14的一端连接于第1电源11的正极端子，第1电抗器14的另一端连接于开关电路13的第1以及第2开关元件SW1、SW2的发射极-集电极间。

第1电容器15与第1电源11的正极端子以及负极端子间的节点连接。

第2电抗器16配置于第4节点D和第2电源12之间。

更具体而言，第2电抗器16的一端连接于开关电路13的第2以及第3开关元件SW2、SW3的发射极-集电极间，第2电抗器16的另一端连接于第2电源12的负极端子。

第2电容器17与第2电源12的正极端子以及负极端子间的节点连接。

第3电容器18连接于逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间。

控制装置19例如构成为具备：连接切换控制部21(控制单元)、以及电动机控制部22。

连接切换控制部21例如如图2A～2C所示，在作为电源装置1的动作模式的并联模式和串联模式和转移模式下，对开关电路13进行控制。

连接切换控制部21例如在并联模式下，指示将第1开关元件SW1以及第3开关元件SW3固定为接通(ON)且将第2开关元件SW2固定为断开(OFF)，来将第1电源11和第2电源12与逆变器3并联连接。

更具体而言，通过第2开关元件SW2的OFF固定、以及第1开关元件SW1的ON固定，从而形成依次对第1电源11以及第1电容器15、第1电抗器14、第1开关元件SW1、逆变器3以及第3电容器18进行串联连接的电流环路LPA1。

另外，通过第2开关元件SW2的OFF固定、以及第3开关元件SW3的ON固定，从而形成依次对第3开关元件SW3、第2电抗器16、第2电源12以及第2电容器17、逆变器3以及第3电容器18进行串联连接的电流环路LPA2。

在该并联模式下，例如，从第1电源11输出的电压VB1与从第2电源12输出的电压VB2被设为相等的情况下，如图3A所示，第1节点A以及第3节点C成为等电位，第2节点B以及第4节点D成为等电位。而且，对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间施加彼此相等的第1电源11的电压VB1以及第2电源12的电压VB2。

另外，连接切换控制部21例如在串联模式下，指示将第1开关元件SW1以及第3开关元件SW3固定为断开(OFF)且将第2开关元件SW2固定为接通(ON)，来将第1电源11和第2电源12与逆变器3串联连接。

更具体而言，通过第2开关元件SW2的ON固定、以及第1开关元件SW1以及第3开关元件SW3的OFF固定，从而形成依次对第1电源11以及第1电容器15、第1电抗器14、第2开关元件SW2、第2电抗器16、第2电源12以及第2电容器17、逆变器3以及第3电容器18进行串联连接的电流环路LSA。

在该串联模式下，例如，从第1电源11输出的电压VB1与从第2电源12输出的电压VB2被设为了相等的情况下，如图3B所示，第1节点A以及第4节点D成为等电位，对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间施加第1电源11的电压VB1与第2电源12的电压VB2之和的电压。

另外，连接切换控制部21例如在对串联模式和并联模式进行切换等时执行转移模式的升压率控制。

在该升压率控制中，例如对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间施加从第1电源11的电压VB1或第2电源12的电压VB2起，至第1电源11的电压VB1与第2电源12的电压VB2之和的电压(VB1+VB2)为止之间的电压范围内的电压。

另外，连接切换控制部21例如在串联模式下第1电源11或第2电源12的剩余能量的量(例如，剩余容量等)小于给定下限阈值而发生了剩余能量的量的失衡等情况下，执行转移模式的电流控制。

在该电流控制中，例如通过变更第1电源11以及第2电源12的电流比(或者，输出或输入的功率比等)、且设定成从第1电源11以及第2电源12当中任一剩余能量的量大的一者输出更大的能量，来消除剩余能量的量的失衡。

以下，针对并联模式，转移模式和串联模式下的连接切换控制部21的动作的细节进行说明。

连接切换控制部21例如在并联模式下将第2开关元件SW2固定为断开(OFF)、且将第1开关元件SW1以及第3开关元件SW3在接通(ON)和断开(OFF)之间切换，从而能变更第1电源11以及第2电源12的电流比。

连接切换控制部21例如在电动机(MOT)2的供电时，以给定的第1供电时控制，例如如图4A所示，形成各电流环路LPA1、LPA2，将第1电源11和第2电源12与逆变器3并联连接。

此外，例如在流经第1电抗器14的电流(第1电抗器电流)I1的平均电流I1_ave的绝对值|I1_ave|、以及流经第2电抗器16的电流(第2电抗器电流)I2的平均电流I2_ave的绝对值|I2_ave|小于对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间流动的输出电流Iout的绝对值|Iout|相加了给定电流值Iα后的值等情况下(也就是，|I1_ave|＜|Iout|+Iα，且|I2_ave|＜|Iout|+Iα)，执行给定的第1供电时控制。

由此，对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间所施加的输出电压Vout变得等于第1电源11的电压VB1以及第2电源12的电压VB2，从第1电源11以及第2电源12的两者均等地向逆变器3供应电力。

此外，第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2的各平均电流I1_ave、I2_ave例如是对各开关元件SW1、SW2、SW3进行控制的PWM信号的1周期(开关周期)或1载波周期等中的平均电流等。

另外，连接切换控制部21例如在电动机(MOT)2的供电时，在给定的第2供电时控制中，例如如图4B所示，设为第2开关元件SW2的OFF固定以及第1开关元件SW1的ON固定。进而，通过第3开关元件SW3的OFF固定，仅将第1电源11与逆变器3连接。

此外，例如在第1电抗器电流I1的平均电流I1__ave的绝对值|I1_ave|大于对输出电流Iout的绝对值|Iout|相加了给定电流值Iα后的值等情况下(也就是，|I1_ave|＞|Iout|+Iα)执行给定的第2供电时控制。

由此，连接切换控制部21例如仅从电压比第2电源12高的第1电源11向逆变器3供应电力。

例如，在仅将第1电源11与逆变器3连接的情况下，例如如图5所示的时刻ta起以后所示，输出电流Iout变得等于第1电抗器电流I1，对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间所施加的输出电压Vout变得等于第1电源11的电压VB1，仅从第1电源11向逆变器3供应电力。

另外，连接切换控制部21例如在电动机(MOT)2的供电时，在给定的第3供电时控制中，例如如图4C所示，设为第2开关元件SW2的OFF固定以及第3开关元件SW3的ON固定。进而，通过第1开关元件SW1的OFF固定，来仅将第2电源12与逆变器3连接。

此外，例如在第2电抗器电流I2的平均电流I2_ave的绝对值|I2_ave|大于对输出电流Iout的绝对值|Iout|相加了给定电流值Iα后的值等情况下(也就是，|I2_ave|＞|Iout|+Iα)执行给定的第3供电时控制。

由此，连接切换控制部21例如仅从电压比第1电源11高的第2电源12向逆变器3供应电力。

例如，在仅将第2电源12与逆变器3连接的情况下，对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间所施加的输出电压Vout变得等于第2电源12的电压VB2，仅从第2电源12向逆变器3供应电力。

另外，连接切换控制部21例如在电动机(MOT)2的再生时，以给定的第1再生次控制，例如如图6A所示，形成各电流环路LPA1、LPA2，将第1电源11和第2电源12与逆变器3并联连接。

此外，例如在第1电抗器电流I1的平均电流I1_ave的绝对值|I1_ave|、以及第2电抗器电流I2的平均电流I2_ave的绝对值|I2_ave|小于对输出电流Iout的绝对值|Iout|相加了给定电流值Iα后的值等情况下(也就是，|I1_ave|＜|Iout|+Iα，且|I2_ave|＜|Iout|+Iα)执行给定的第1再生时控制。

由此，在逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间产生的输出电压Vout变得等于第1电源11的电压VB1以及第2电源12的电压VB2，从逆变器3向第1电源11以及第2电源12的两者供应电力。

另外，连接切换控制部21例如在电动机(MOT)2的再生时，在给定的第2再生时控制中，例如如图6B所示，设为第2开关元件SW2的OFF固定以及第1开关元件SW1的ON固定。进而，通过第3开关元件SW3的ON/OFF驱动来进行将第2电抗器电流I2设为输出电流Iout(12=Iout)的电流控制，使得仅以第2电源12进行再生。

此外，关于第3开关元件SW3的ON/OFF驱动，例如按照经脉冲宽度调制(PWM)后的信号(PWM信号)等来交替地切换第3开关元件SW3的接通(ON)和断开(OFF)。

此外，例如在第1电抗器电流I1的平均电流I1_ave的绝对值|I1_ave|大于对输出电流Iout的绝对值|Iout|相加了给定电流值Iα后的值的情况下(也就是，|I1_ave|＞|Iout|+Iα)，或者在第1电源11的电压VB1大于对第2电源12的电压VB2相加了给定电压值Vα后的值等情况下(也就是，VB1＞VB2+Vα)执行给定的第2再生时控制。

给定电压值Vα例如是因第1电源11与第2电源12之间的布线电阻所引起的电位差等。

由此，连接切换控制部21例如从逆变器3仅向电压比第1电源11低的第2电源12供应电力。

例如，在仅以第2电源12进行再生的情况下，以逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间产生的输出电压Vout等于第1电源11的电压VB1的状态，电力从逆变器3仅向第2电源12供应。

另外，连接切换控制部21例如在电动机(MOT)2的再生时，以给定的第3再生时控制，例如如图6C所示，设为第2开关元件SW2的OFF固定以及第3开关元件SW3的ON固定。进而，通过第1开关元件SW1的ON/OFF驱动来进行将第1电抗器电流I1作为输出电流Iout(I1=Iout)的电流控制，使得仅以第1电源11来进行再生。

此外，关于第1开关元件SW1的ON/OFF驱动，例如按照经脉冲宽度调制(PWM)后的信号(PWM信号)等来交替地切换第1开关元件SW1的接通(ON)和断开(OFF)。

此外，例如在第2电抗器电流I2的平均电流I2_ave的绝对值|I2_ave|大于对输出电流Iout的绝对值|Iout|相加了给定电流值Iα后的值的情况下(也就是，|I2_ave|＞|Iout|+Iα)，或者在第2电源12的电压VB2大于对第1电源11的电压VB1相加了给定电压值Vα后的值等情况下(也就是，VB2＞VB1+Vα)执行给定的第3再生时控制。

由此，连接切换控制部21例如从逆变器3仅向电压比第2电源12低的第1电源11供应电力。

例如，在仅以第1电源11进行再生的情况下，例如如图7所示的时刻ta起以后，输出电流Iout变得等于第1电抗器电流I1，以在逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间产生的输出电压Vout等于第1电源11的电压VB1的状态，电力从逆变器3仅向第1电源11进行供应。

连接切换控制部21例如以转移模式的升压率控制，例如反复交替地切换图8A所示的串联状态YA(串联连接状态)、与图8C所示的并联状态YC(并联连接状态)，从而变更施加至逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间的输出电压Vout。

此外，连接切换控制部21例如在图8A所示的串联状态YA下，通过第1开关元件SW1以及第3开关元件SW3的OFF固定且第2开关元件SW2的ON固定，来形成将第1电源11和第2电源12与逆变器3串联连接的电流环路LSA。

另外，连接切换控制部21例如在图8C所示的并联状态YC下，通过第1开关元件SW1以及第3开关元件SW3的ON固定且第2开关元件SW2的OFF固定，来形成将第1电源11和第2电源12与逆变器3并联连接的电流环路LPA1、LPA2。

连接切换控制部21例如在从并联模式向串联模式进行切换时，首先，从并联模式转移至串联状态YA，接下来，交替地切换串联状态YA与并联状态YC。在该交替切换时，使第1占空比D1(=Ton1/(Ton1+Ton2))从100％向0％逐渐变化，且使第2占空比D2(=Ton2/(Ton1+Ton2))从0％向100％逐渐变化。

此外，第1占空比D1(=Ton1/(Ton1+Ton2))以及第2占空比D2(=Ton2/(Ton1+Ton2))通过第1开关元件SW1以及第3开关元件SW3的组的导通时间Ton1、以及第2开关元件SW2的导通时间Ton2来定义。

另外，第1占空比D1与第3占空比D3相等(D1=D3)。

由此，通过第1电源11以及第2电源12的充放电来使第1电抗器14以及第2电抗器16励磁，使第1电抗器14的两端电压以及第2电抗器16的两端电压逐渐上升。然后，使施加至逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间的输出电压Vout从第1电源11的电压VB1起，向着第1电源11的电压VB1与第2电源12的电压VB2之和的电压(=VB1+VB2=2×VB1)上升。而且，在该交替切换后迁移至串联模式。

另一方面，连接切换控制部21例如在从串联模式向并联模式进行切换时，首先，从串联模式转移至并联状态YC，接下来，交替地切换并联状态YC与串联状态YA。在该交替切换时，使第1占空比D1(=Ton1/(Ton1+Ton2))从0％向100％逐渐变化，且使第2占空比D2(=Ton2/(Ton1+Ton2))从100％向0％逐渐变化。

由此，通过第1电源11以及第2电源12的充放电来使第1电抗器14以及第2电抗器16反励磁，使第1电抗器14的两端电压以及第2电抗器16的两端电压逐渐下降。然后，使施加至逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间的输出电压Vout从第1电源11的电压VB1与第2电源12的电压VB2之和的电压(=VB1+VB2=2×VB1)起向着第1电源11的电压VB1下降。而且，在该交替切换后迁移至并联模式。

此外，在该转移模式的升压率控制中，在串联状态YA下，第1电抗器电流I1与第2电抗器电流I2变得相等。

而且，在该串联状态YA下，第1电源11的电压VB1、第1电抗器14的电感L1、第1电抗器电流I1、第2电抗器16的电感L2、第2电抗器电流I2、第2电源12的电压VB2、以及输出电压Vout例如如下述数式(1)所示来表述。

【数式1】

$\mathrm{VB}1=L1\frac{\mathrm{dI}1}{\mathrm{dt}}+L2\frac{\mathrm{dI}2}{\mathrm{dt}}-\mathrm{VB}2+\mathrm{Vout}...\left(1\right)$

而且，上述数式(1)中，例如若设为电感L1=电感L2，则变形为下述数式(2)所示，在该数式(2)中，例如若设为dI1=ΔI1P、且dt=第2占空比D2、且电压VB1=电压VB2，则下述数式(2)例如如下述数式(3)所示来表述。

也就是，在串联状态YA下，第1电抗器电流I1例如如图9A所示，增大ΔI1P。

【数式2】

$\mathrm{dI}1=\frac{\mathrm{VB}1+\mathrm{VB}2-\mathrm{Vout}}{2\×L1}\mathrm{dt}...\left(2\right)$

【数式3】

$\mathrm{\ΔI}1P=\frac{2\×\mathrm{VB}1-\mathrm{Vout}}{2\×L1}D2...\left(3\right)$

另外，在并联状态YC下，第1电源11的电压VB1、第1电抗器14的电感L1、第1电抗器电流I1、以及输出电压Vout例如如下述数式(4)所示来表述。

然后，下述数式(4)例如变形为下述数式(5)所示，在该数式(5)中，例如若设为dI1=ΔI1S、且dt=第1占空比D1(=1-D2)，则下述数式(5)例如如下述数式(6)所示来表述。

也就是，在并联状态YC下，第1电抗器电流I1例如如图9B所示，减小ΔI1S。

【数式4】

$\mathrm{VB}1=L1\frac{\mathrm{dI}1}{\mathrm{dt}}+\mathrm{Vout}...\left(4\right)$

【数式5】

$\mathrm{dI}1=\frac{\mathrm{VB}1-\mathrm{Vout}}{L1}\mathrm{dt}...\left(5\right)$

【数式6】

$\mathrm{\ΔI}1S=\frac{\mathrm{VB}1-\mathrm{Vout}}{L1}(1-D2)...\left(6\right)$

然后，在串联状态YA与并联状态YC的交替切换时，例如如下述数式(7)所示，ΔI1P与ΔI1S之和变为零，下述数式(7)例如变形为下述数式(8)、(9)所示。

也就是，升压率(=Vout/VB1)通过第2占空比D2而如下述数式(9)以及图10所示来表述。

【数式7】

ΔI1P+ΔI1S=0···(7)

【数式8】

$\frac{2\×\mathrm{VB}1-\mathrm{Vout}}{2\×L1}D2+\frac{\mathrm{VB}1-\mathrm{Vout}}{L1}(1-D2)=0...\left(8\right)$

【数式9】

$\frac{\mathrm{Vout}}{\mathrm{VB}1}=\frac{2}{2-D2}...\left(9\right)$

进而，连接切换控制部21在想要将第1电源11的电压VB1、第2电源12的电压VB2和输出电压Vout的关系设定成VB1＜Vout＜VB1+VB2或VB2＜Vout＜VB1+VB2的情况下，通过将第1占空比D1(=Ton1/(Ton1+Ton2)=1-D2)和第2占空比D2(=Ton2/(Ton1+Ton2)=D2)设为以上述数式(9)所计算的D2，从而能控制输出电压Vout。

连接切换控制部21例如在通过以转移模式的电流控制来反复交替地切换串联状态YA与并联状态YC从而能变更施加至逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间的输出电压Vout的电压变更期间内，设置图8B、8D所示的基于第1转移状态YB以及第2转移状态YD当中的任一者的第1期间、以及基于任一另一者的第2期间。

此外，连接切换控制部21例如在图8B所示的第1转移状态YB下，通过第1开关元件SW1以及第2开关元件SW2的ON固定且第3开关元件SW3的OFF固定，从而除了电流环路LSA之外，还形成第1节点A与第3节点C之间的电流路径LYB，使第1节点A与第3节点C成为等电位。

另外，连接切换控制部21例如在图8D所示的第2转移状态YD下，通过第1开关元件SW1的OFF固定且第2开关元件SW2以及第3开关元件SW3的ON固定，从而除了电流环路LPA2之外，还形成第1节点A与第4节点D之间的电流路径LYD，使第1节点A与第4节点D成为等电位。

以下，针对例如在第2电源12的电压VB2大于第1电源11的电压VB1(例如，VB2＞VB1等)、且第1电源11的剩余能量的量(例如，剩余容量等)下降至小于给定电压等情况下，在使第2电抗器电流I2比第1电抗器电流I1更大地流过时的转移模式的电流控制(第1电流控制)进行说明。

首先，连接切换控制部21例如基于图8A所示的串联状态YA，例如像图11所示的时刻t2至时刻t3的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2以均等增大趋势进行变化。

接下来，连接切换控制部21例如基于图8B所示的第1转移状态YB，例如像图11所示的时刻t3至时刻t4的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以下降趋势进行变化，使第2电抗器电流I2以增大趋势进行变化。

接下来，连接切换控制部21例如基于图8C所示的并联状态YC，例如像图11所示的时刻t4至时刻t5的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2一边保持彼此的电流差恒定一边以减小趋势进行变化。

接下来，连接切换控制部21例如基于图8D所示的第2转移状态YD，例如像图11所示的时刻t5至时刻t6的期间那样，在将输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以增大趋势进行变化，且使第2电抗器电流I2以减小趋势进行变化，直至第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2变得相等。

即，连接切换控制部21例如在第2电源12的电压VB2大于第1电源11的电压VB1时流过比第1电抗器电流I1更大的第2电抗器电流I2的第1电流控制中，依次执行串联状态YA、第1转移状态YB、并联状态YC、以及第2转移状态YD。

以下，针对例如在第1电源11的电压VB1大于第2电源12的电压VB2(例如，VB1＞VB2等)且第2电源12的剩余能量的量(例如，剩余容量等)下降至小于给定电压等情况下流过比第2电抗器电流I2更大的第1电抗器电流I1时的转移模式的电流控制(第2电流控制)，进行说明。

连接切换控制部21例如在第2电流控制中，执行使与第1电流控制的串联状态YA以及并联状态YC相同的串联状态YA以及并联状态YC、以及第1电流控制的第1转移状态YB以及第2转移状态YD下的第1开关元件SWI以及第3开关元件SW3的ON/OFF状态反转而得到的第1转移状态YB以及第2转移状态YD。

即，连接切换控制部21例如在第2电流控制的第1转移状态YB下，通过第3开关元件SW3以及第2开关元件SW2的ON固定且第1开关元件SW1的OFF固定，来使第1节点A与第4节点D成为等电位。

进而，连接切换控制部21例如在第2电流控制的第2转移状态YD下，通过第1开关元件SW1以及第2开关元件SW2的ON固定且第3开关元件SW3的OFF固定，来使第1节点A与第3节点C成为等电位。

然后，连接切换控制部21在第2电流控制中，例如依次执行串联状态YA、第1转移状态YB、并联状态YC、以及第2转移状态YD。

此外，在转移模式的电流控制中，例如若设为电压VB1=电压VB2、且L=电感L1=电感L2，则电流差ΔI=I1-I2基于开关周期T，例如如下述数式(10)所示来描述。

【数式10】

$I1-I2=\mathrm{\ΔI}=\frac{T\×D1\×\mathrm{Vout}}{L}(1-D2-D1)...\left(10\right)$

因此，连接切换控制部21例如能基于表示上述数式(9)或者图10所示的表示升压率(=Vout/VB1)与第2占空比D2的对应关系的关系图(map)等、上述数式(10)、以及例如图12所示那样的表示第1以及第2占空比D1、D2与电流差ΔI的对应关系的关系图等，与升压率(=Vout/VB1)相对应地控制第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2的电流比。

连接切换控制部21例如在串联模式下能控制第1电源11以及第2电源12的电流比。

此外，在该串联模式下，例如如图13A所示，第1电源11和第2电源12仅与逆变器3串联连接的情况下，在电动机(MOT)2的供电时以及再生时，第1电抗器电流I1与第2电抗器电流I2变得相等。

在该串联模式下，第1电源11和第2电源12单独地连接负载的情况下，对应于负载的电流，在第1电抗器电流I1与第2电抗器电流I2间会产生电流差。

例如如图13B所示，在将负载31与第1电源11连接的情况下，对于负载31的电流，第1电源11的比率比第2电源12的比率更高。

电动机控制部22例如在3相的无刷DC电动机等的电动机2的供电运行时，将对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间所施加的直流电力变换成3相交流电力，并使到电动机2的各相的通电依次换流，从而通电交流的各相电流。另一方面，例如在电动机2的再生运行时，在基于电动机2的旋转角取同步的同时将从电动机2输出的交流的发电电力变换成直流电力。

本发明的实施方式的电源装置1具备上述构成，接下来，针对电源装置1的动作，尤其是在并联模式或转移模式下变更第1电源11以及第2电源12的电流比(或者，输出或输入的功率比)的处理进行说明。

首先，例如在图14所示的步骤S01中，例如基于电动机2的转速、以及搭载于车辆的各种辅助设备(图示略)的负载以及车辆驱动用的负载等，来设定为了使包含各种辅助设备以及电动机2在内的动力传递机构的运行效率(例如，电动机2以及逆变器3的驱动效率等)成为最优而所需的输出电压(效率最优输出电压)Vout_eff。

接下来，在步骤S02中，基于效率最优输出电压Vout_eff、以及第1电源11以及第2电源12的剩余能量的量(例如，剩余容量等)的平衡状态(例如，差分的大小等)等，参照预先设定的给定关系图等，来设定目标输出电压Vout_tar以及目标电流差ΔI_tar(也就是，第1电抗器电流I1与第2电抗器电流I2的电流差的目标值)。

此外，给定关系图例如示出了效率最优输出电压Vout_eff、第1电源11以及第2电源12的剩余能量的量的差分、目标输出电压Vout_tar以及目标电流差ΔI_tar的给定的对应关系。

给定关系图例如根据第1电源11以及第2电源12的剩余能量的差分，来设定目标电流差ΔI_tar以及目标输出电压Vout_tar使得该差分最小。

接下来，在步骤S03中判定电源装置1的动作模式是否为并联模式。

在该判定结果为“否”的情况下，前进至后述的步骤S17。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，前进至步骤S04。

然后，在步骤S04中，例如判定目标电流差ΔI_tar是否为零以外。

在该判定结果为“否”的情况下，前进至步骤S05，在该步骤S05中，进行控制使得在第1电源11以及第2电源12与电动机2等负载之间进行能量的给予接受(供应以及充电)，并前进至结束。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，前进至步骤S06。

然后，在步骤S06中，判定电源装置1的动作模式是否为供电。

在该判定结果为“否”的情况下，前进至后述的步骤S12。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，前进至步骤S07。

接下来，在步骤S07中，判定第1电抗器电流I1的平均电流I1_ave的绝对值|I1_ave|是否大于对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间流动的输出电流Iout的绝对值|Iout|相加了给定电流值Iα后的值(也就是，|I1_ave|＞|Iout|+Iα)。

在该判定结果为“否”的情况下，前进至后述的步骤S09。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，前进至步骤S08。

接下来，在步骤S08中，将第1开关元件SW1设为导通固定，将第2开关元件SW2设为截止固定，将第3开关元件SW3设为截止固定，使成为仅从第1电源11向逆变器3供应能量的状态，并前进至结束。

另外，在步骤S09中，判定第2电抗器电流I2的平均电流I2_ave的绝对值|I2_ave|是否大于对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间流动的输出电流Iout的绝对值|Iout|相加了给定电流值Iα后的值(也就是，|I2_ave|＞|Iout|+Iα)。

在该判定结果为“否”的情况下，前进至后述的步骤S11。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，前进至步骤S10。

接下来，在步骤S10中，将第1开关元件SW1设为截止固定，将第2开关元件SW2设为截止固定，将第3开关元件SW3设为导通固定，使成为仅从第2电源12向逆变器3供应能量的状态，并前进至结束。

另外，在步骤S11中，将第1开关元件SW1设为导通固定，将第2开关元件SW2设为截止固定，将第3开关元件SW3设为导通固定，使成为从第1电源11以及第2电源12这2个电源向逆变器3供应能量的状态，并前进至结束。

另外，在步骤S12中，判定第1电抗器电流I1的平均电流I1_ave的绝对值|I1_ave|是否大于对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间流动的输出电流Iout的绝对值|Iout|相加了给定电流值Iα后的值(也就是，|I1_ave|＞|Iout|+Iα)。

在该判定结果为“否”的情况下，前进至后述的步骤S14。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，前进至步骤S13。

接下来，在步骤S13中，将第1开关元件SW1设为导通固定，将第2开关元件SW2设为截止固定，通过第3开关元件SW3的ON/OFF驱动，从而例如成为进行控制以使第2电抗器电流I2的平均电流I2_ave的绝对值|I2_ave|与输出电流Iout的绝对值|Iout|一致的状态，并前进至结束。

接下来，在步骤S14中，判定第2电抗器电流I2的平均电流I2_ave的绝对值|I2_ave|是否大于对逆变器3的直流侧的正极端子以及负极端子间流动的输出电流Iout的绝对值|Iout|相加了给定电流值Iα后的值(也就是，|I2_ave|＞|Iout|+Iα)。

在该判定结果为“否”的情况下，前进至后述的步骤S16。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，前进至步骤S15。

接下来，在步骤S15中，将第3开关元件SW3设为导通固定，将第2开关元件SW2设为截止固定，通过第1开关元件SW1的ON/OFF驱动，从而例如成为进行控制以使第1电抗器电流I1的平均电流I1_ave的绝对值|I1_ave|与输出电流Iout的绝对值|Iout|一致的状态，并前进至结束。

接下来，在步骤S16中，将第1开关元件SW1设为导通固定，将第2开关元件SW2设为截止固定，将第3开关元件SW3设为导通固定，使成为从逆变器3向第1电源11以及第2电源12这2个电源再生能量的状态，并前进至结束。

另外，在步骤S17中，判断为电源装置1的动作模式是转移模式下的升压率控制的执行模式，例如基于上述数式(9)或者图10所示的表示升压率(=Vout/VB1)与第2占空比D2的对应关系的关系图等，使用目标输出电压Vout_tar来计算第2目标占空比D2_tar。

接下来，在步骤S18中，例如判定目标电流差ΔI_tar是否为零以外。

在该判定结果为“否”的情况下，前进至后述的步骤S20。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，前进至步骤S19。

然后，在步骤S19中，例如基于上述数式(9)或者图10所示的表示升压率(=Vout/VB1)与第2占空比D2的对应关系的关系图等、上述数式(10)、例如图12所示那样的表示第1以及第2占空比D1、D2与电流差ΔI的对应关系的关系图等，使用目标输出电压Vout_tar以及目标电流差ΔI_tar来计算第1以及第3目标占空比D1_tar、D3_tar。

另外，在步骤S20中，通过利用了第2目标占空比D2_tar的计算式(=1-D2_tar)，来计算第1以及第3目标占空比D1_tar、D3_tar。

接下来，在步骤S21中，执行使实际的第1～第3占空比D1、D2、D3以给定的变化趋势逐渐朝着第1～第3目标占空比D1_tar、D2_tar、D3_tar进行变化的占空比控制。

接下来，在步骤S22中，判定实际的第1～第3占空比D1、D2、D3是否与第1～第3目标占空比D1_tar、D2_tar、D3_tar相同。

在该判定结果为“否”的情况下，返回至步骤S21，执行步骤S22的判定处理。

另一方面，在该判定结果为“是”的情况下，前进至步骤S23。

然后，在步骤S23中，维持该时间点上的第1～第3占空比D1、D2、D3，并前进至结束。

如上所述，根据本发明的实施方式的电源装置1，通过在反复交替地切换串联状态YA与并联状态YC的电压变更期间内设置第1期间以及第2期间，从而除了升压率的控制，还能对第1电源11以及第2电源12的电流比(或者，输出或输入的功率比等)进行控制。由此，能任意地设定第1电源11以及第2电源12的输出平衡，例如，在能始终从第1电源11以及第2电源12的两者进行电力供应的同时，能防止任一者的电力供应能力因电力供应能力被另一者限制的情况。

(第1、2变形例)

此外，尽管在上述的实施方式中，连接切换控制部21在转移模式的电流控制中依次执行了串联状态YA、第1转移状态YB、并联状态YC、以及第2转移状态YD，但不限于此，例如也可以像图15A所示的第1变形例那样，依次执行串联状态YA、第1转移状态YB、第2转移状态YD、串联状态YA、以及并联状态YC。

另外，例如可以像图15B所示的第2变形例那样，依次执行串联状态YA、并联状态YC、第1转移状态YB、以及第2转移状态YD。

总之，在反复交替地切换串联状态YA与并联状态YC的期间内的适当的定时设置第1期间和第2期间即可。而且，首先设置第1期间以及第2期间当中使期望的电流增大的期间，之后设置第1期间以及第2期间当中使期望的电流减少的期间即可。

例如，从第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2相等的状态(例如，上述的实施方式以及第1变形例中的串联状态YA、第2变形例中的并联状态YC)起，首先设置第1期间以及第2期间当中使期望的电流增大的期间(例如，使第1电流控制下的第2电抗器电流I2增大的第1转移状态YB)。之后，设置第1期间以及第2期间当中使期望的电流减少的期间(例如，使第1电流控制下的第2电抗器电流I2减少的第2转移状态YD)即可。

以下，针对例如在第1变形例中流过比第1电抗器电流I1更大的第2电抗器电流I2的情况下的转移模式的电流控制(第1电流控制)进行说明。

首先，连接切换控制部21例如基于串联状态YA，例如像图15A所示的时刻t1至时刻t2的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2以均等增大趋势进行变化。

接下来，连接切换控制部21例如基于第1转移状态YB，例如像图15A所示的时刻t2至时刻t3的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以下降趋势进行变化，使第2电抗器电流I2以增大趋势进行变化。

接下来，连接切换控制部21例如基于第2转移状态YD，例如像图15A所示的时刻t3至时刻t4的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，直到第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2变得相等为止，使第1电抗器电流I1以增大趋势进行变化，使第2电抗器电流I2以减小趋势进行变化。

接下来，连接切换控制部21例如基于串联状态YA，例如像图15A所示的时刻t4至时刻t5的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2以均等增大趋势进行变化。

接下来，连接切换控制部21例如基于并联状态YC，例如像图15A所示的时刻t5至时刻t6的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2以均等减小趋势进行变化。

以下，针对例如在第2变形例中流过比第1电抗器电流I1更大的第2电抗器电流I2的情况下的转移模式的电流控制(第1电流控制)进行说明。

首先，连接切换控制部21例如基于串联状态YA，例如像图15B所示的时刻t2至时刻t3的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2以均等增大趋势进行变化。

接下来，连接切换控制部21例如基于并联状态YC，例如像图15B所示的时刻t3至时刻t4的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2以均等减小趋势进行变化。

接下来，连接切换控制部21例如基于第1转移状态YB，例如像图15B所示的时刻t4至时刻t5的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以下降趋势进行变化，使第2电抗器电流I2以增大趋势进行变化。

接下来，连接切换控制部21例如基于第2转移状态YD，例如像图15B所示的时刻t5至时刻t6的期间那样，在使输出电压Vout保持大致恒定的同时，使第1电抗器电流I1以增大趋势进行变化，使第2电抗器电流I2以减小趋势进行变化，直到第1电抗器电流I1以及第2电抗器电流I2变得相等为止。

此外，在上述的第1变形例或第2变形例中，在流过比第2电抗器电流I2更大的第1电抗器电流I1的情况下的转移模式的电流控制(第2电流控制)下，执行与第1电流控制的串联状态YA以及并联状态YC相同的串联状态YA以及并联状态YC、以及使第1电流控制的第1转移状态YB以及第2转移状态YD下的第1以及第3开关元件SW1、SW3的ON/OFF状态反转而得到的第1转移状态YB以及第2转移状态YD即可。

根据第1变形例或第2变形例，较之于上述的实施方式，能进一步减小第1电流控制下的第2电抗器电流I2的峰值以及第2电流控制下的第1电抗器电流I1的峰值。

由此，能减小第1电抗器14以及第2电抗器16，从而能降低损耗。

此外，在上述的实施方式中，第1电抗器14以及第2电抗器16例如可以通过被卷绕至公共的磁芯以共用磁路来进行磁耦合。由此，能使第1电抗器14以及第2电抗器16小型化。

此外，在上述的实施方式中，第1电抗器14可以配置于第1电源11与第2节点B之间。

另外，在上述的实施方式中，第2电抗器16可以配置于第2电源12与第3节点C之间。

此外，在上述的实施方式中，例如可以具备与逆变器3并联连接的发电机用逆变器、以及由该发电机用逆变器控制的发电机。

此外，本发明的技术范围不限于上述的实施方式，还包含在不脱离本发明的主旨的范围内对上述的实施方式施加了各种变更后的实施方式。即，上述的实施方式的构成只不过是一例，能酌情变更。

Claims (1)

1.一种电源装置，具备多个输出电路，

所述输出电路具备串联连接的电抗器以及电源，

所述电源装置还具备：控制单元，其在电压变更期间内设置第1期间和第2期间，所述电压变更期间是通过反复交替地切换相对于电负载串联连接所述多个输出电路的串联连接状态、与相对于所述电负载并联连接所述多个输出电路的并联连接状态而能变更对所述电负载的施加电压的期间，所述第1期间是所述多个输出电路当中的至少一部分中的一个所述电抗器中流动的电流以增大趋势进行变化、且另一个所述电抗器中流动的电流以减小趋势进行变化的期间，所述第2期间是一个所述电抗器中流动的电流以减小趋势进行变化、且另一个所述电抗器中流动的电流以增大趋势进行变化的期间。

Images