JP2005184876A

JP2005184876A - 電源装置

Info

Publication number: JP2005184876A
Application number: JP2003417641A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Yano; 剛志矢野; Tetsuhiro Ishikawa; 哲浩石川; Hiroshi Yoshida; 寛史吉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】高電圧の電力を出力し、かつ充電時の電力損失を抑制する。
【解決手段】車両が力行している場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、トランジスタＴＲ（０）を非通電状態に維持し、トランジスタＴＲ（１）およびトランジスタＴＲ（２）の通電状態と非通電状態との切換を同位相で行なう（Ｓ２００）。車両が回生制動中である場合（Ｓ３００にてＹＥＳ）、トランジスタＴＲ（０）の通電状態と非通電状態との切換を予め定められた周期で行なうとともに、トランジスタＴＲ（１）およびトランジスタＴＲ（２）の通電状態と非通電状態との切換を逆位相で行なう（Ｓ４００）。このとき、トランジスタＴＲ（０）が通電状態にされるタイミングと同じタイミングで、交互にトランジスタＴＲ（１）およびトランジスタＴＲ（２）が通電状態にされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置に関し、特に、２次電池に蓄えられた電力を電気機器に供給するとともに、電気機器が発電した電力を蓄える電源装置に関する。

従来より、モータの駆動力により走行する電気自動車や、ハイブリッド車、および燃料電池車などが知られている。このような車両においては、モータに供給する電力を蓄電するため、２次電池が搭載されている。この２次電池は、車両が走行するために十分な電圧値（たとえば３００〜４００［Ｖ］）を得るため、通常、複数のセルを直列に接続して電池モジュールを形成し、この電池モジュールをさらに複数直列に接続した組電池により構成される。このようにして構成された２次電池は、車両が力行する場合（モータを駆動させて車両を走行させる場合）などに電力を放電する際は、高電圧で電力を放電できるが、回生制動時などに電力を充電する際は、直列に接続されていることで内部抵抗も大きくなるため、発熱などによる充電時の電力が大きくなってしまう。そこで、複数の２次電池の接続を、直列接続と並列接続とで切換える技術が提案されている。

特開平８−２５６４０４号公報（特許文献１）は、電池ブロックの直並列を切換えることができる電気自動車駆動用電源装置を開示する。特許文献１に記載の電気自動車駆動用電源は、２次電池を複数個直列接続して構成した電池ブロックを複数備えている。第１の電池ブロックの負極端子には第１の電池ブロックを回路から切り離すための第１の解列スイッチ回路が接続してある。同様に、第２の電池ブロックの負極端子には、第２の電池ブロックを回路から切り離すための第２の解列スイッチ回路が接続してある。第１の解列スイッチ回路を介した第１の電池ブロックの負極端子を、第２の解列スイッチ回路を介した第２の電池ブロックの負極端子または正極端子のいずれか一方に選択的に接続する、有接点の直並列切換えスイッチが設けられている。

この公報に開示された発明によると、直並列切換えスイッチによって、第１の電池ブロックと第２の電池ブロックとを直列接続、または並列接続に選択的に切換えられる。
特開平８−２５６４０４号公報

しかしながら、前述した公報に開示された電気自動車駆動用電源装置においては、直列接続と並列接続の切換えを、有接点の直並列切換えスイッチにより行なっているため、切換えのために別途スイッチが必要となってしまうという問題点があった。また、切換えの際に異音が発生したり、スイッチが固着するなどして動作不良を引起すおそれがあるという問題点があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、動作不良を抑制し、高電圧の電力を出力でき、かつ充電時の電力損失を抑制することができる電源装置を提供することにある。

第１の発明に係る電源装置は電気機器に接続されている。電気機器は、電気負荷としての機能および発電機能を有する。電源装置は、複数の蓄電機構と、各蓄電機構のそれぞれに対応して接続されるとともに、互いに直列に接続され、蓄電機構から放電させた電力の電圧および蓄電機構に供給する電力の電圧を変更するための変圧手段と、蓄電機構から電気機器に電力を供給するために放電する場合、予め定められた範囲内の同じ時期に各蓄電機構から放電するように、各変圧手段を作動させるための放電作動手段と、電気機器から蓄電機構に電力を供給して蓄電機構を充電する場合、複数の蓄電機構のうちの一部の蓄電機構に電力を供給する時期と、他の蓄電機構に電力を供給する時期とをずらして、各蓄電機構に電力を供給するように、各変圧手段を作動させるための充電作動手段とを含む。

第１の発明によると、蓄電機構から放電させた電力の電圧および蓄電機構に供給する電力の電圧を変更するための変圧手段が、各蓄電機構のそれぞれに対応して接続されるとともに、互いに直列に接続されている。蓄電機構から電気機器に電力を供給するために放電する場合、予め定められた範囲内の同じ時期に各蓄電機構から放電するように、放電作動手段により、各変圧手段が作動させられる。電気機器から蓄電機構に電力を供給して蓄電機構を充電する場合、複数の蓄電機構のうちの一部の蓄電機構に電力を供給する時期と、他の蓄電機構に電力を供給する時期とをずらして、蓄電機構に電力を供給するように、充電手段により、各変圧手段が作動させられる。これにより、蓄電機構の放電時は、蓄電機構から同時に放電させた電力が、互いに直列に接続された変圧手段を介して、電気機器に供給される。そのため、電気機器に、少なくとも複数の蓄電機構を直列に接続した場合の電圧以上の電圧で電力を供給することができる。一方、蓄電機構の充電時には、変圧手段を介して、各蓄電機構に電力が供給されるが、蓄電機構のうちの一部の蓄電機構に電力を供給する時期と、他の蓄電機構に電力を供給する時期とがずらされる。そのため、複数の蓄電機構のうちの一部の蓄電機構ごとに充電がされ、直列に接続された複数の蓄電機構を同時に充電させる場合に比べて、充電される蓄電機構の内部抵抗の合計が抑制され、電力損失を抑えることができる。放電時と充電時との切換は、変圧手段の作動により切換えられるため、スイッチなどにより、蓄電機構の直列接続と並列接続とを切換える必要がない。その結果、動作不良を抑制し、高電圧の電力を出力でき、かつ充電時の電力損失を抑制することができる電源装置を提供することができる。

第２の発明に係る電源装置においては、第１の発明の構成に加え、各変圧手段は、蓄電機構の一方の極側から他方の極側に電力を流すように蓄電機構に接続され、予め定められた周期で通電状態と非通電状態とを切換える半導体素子を含む。放電作動手段は、同位相で、各半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換えるように、各変圧手段を作動させるための手段を含む。充電作動手段は、半導体素子のうちの一部の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相と、他の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相とをずらして、各半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換えるように、各変圧手段を作動させるための手段とを含む。

第２の発明によると、各変圧手段には、蓄電機構の一方の極側から他方の極側に電力を流すように蓄電機構に接続され、予め定められた周期で通電状態と非通電状態とを切換える半導体素子が設けられている。放電作動手段は、同位相で、各半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換えるように、各変圧手段を作動させる。充電作動手段は、半導体素子のうちの一部の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相と、他の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相とをずらして、各半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換えるように、各変圧手段を作動させる。これにより、蓄電機構の放電時は、各半導体素子の通電状態と非通電状態とが同位相で切換えられる。各半導体素子が通電状態である場合は、蓄電機構から放電された電力は蓄電機構の一方の極から他方の極に流れるため、電気機器に電力が供給されないが、各半導体素子が非通電状態にされると、蓄電機構から放電された電力は、互いに直列に接続された変圧手段を介して、電気機器に供給される。一方、蓄電機構の充電時は、半導体素子のうちの一部の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相と、他の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相とがずれた状態で、各半導体素子の通電状態と非通電状態とが切換えられる。したがって、一部の半導体素子が通電状態の場合、他の半導体素子は非通電状態となる。この場合、変圧手段を流れる電力は、通電状態の半導体素子により、通電状態の半導体素子に接続された蓄電機構の一方の極側から他方の極側に流れるため、通電状態の半導体素子に接続された蓄電機構には電力が供給されず、非通電状態の半導体素子に接続された蓄電機構に電力が供給される。半導体素子の通電状態と非通電状態とが切換えられると、電力が供給される蓄電機構が切換わり、他の蓄電機構を充電させることができる。放電時と充電時との切換は、半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相を変えるだけでよく、スイッチなどにより、蓄電機構の直列接続と並列接続とを切換える必要がない。その結果、半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相を変えるだけで、高電圧の電力を出力でき、かつ充電時の電力損失を抑制することができる。

第３の発明に係る電源装置においては、第１または２の発明の構成に加え、変圧手段は、各蓄電機構から放電させた電力の電圧を昇圧するための手段を含む。

第３の発明によると、変圧手段により、各蓄電機構から放電させた電力の電圧が昇圧される。これにより、複数の蓄電機構を直列接続した場合の電圧よりも高い電圧の電力を、電気機器に供給することができる。

第４の発明に係る電源装置においては、第１または２の発明の構成に加え、変圧手段は、各蓄電機構に供給する電力の電圧を降圧するための手段を含む。

第４の発明によると、変圧手段により、各蓄電機構に供給する電力の電圧が降圧される。これにより、たとえば、電気機器が、蓄電機構の電圧よりも高い電圧で発電した場合であっても、電気機器が発電した電力の電圧を降圧して蓄電機構に供給し、蓄電機構を充電することができる。

第５の発明に係る電源装置は電気機器に接続されている。電気機器は、電気負荷としての機能および発電機能を有する。電源装置は、複数の蓄電機構と、各蓄電機構から電力を放電させて電気機器に電力を供給するための放電手段と、電気機器が発電した電力を各蓄電機構に供給するための充電手段と、蓄電機構の一方の極側から他方の極側に電力を流すように各蓄電機構のそれぞれに対応して接続されるとともに、互いに直列に接続され、予め定められた周期で通電状態と非通電状態とを切換える半導体素子と、蓄電機構から電気機器に電力を供給するために放電する場合、同位相で、各半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換えるための手段と、電気機器から蓄電機構に電力を供給して蓄電機構を充電する場合、複数の半導体素子のうちの一部の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相と、他の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相とをずらして、各半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換えるための手段とを含む。

第５の発明によると、放電手段により、各蓄電機構から電力が放電されて電気機器に電力が供給される。充電手段により、電気機器で発電された電力が各蓄電機構に供給される。予め定められた周期で通電状態と非通電状態とを切換える半導体素子が、蓄電機構の一方の極側から他方の極側に電力を流すように各蓄電機構のそれぞれに対応して接続されるとともに、互いに直列に接続されている。蓄電機構から電気機器に電力を供給するために放電する場合、各半導体素子の通電状態と非通電状態とは同位相で切換えられる。電気機器から蓄電機構に電力を供給して蓄電機構を充電する場合、半導体素子のうちの一部の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相と、他の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相とがずらされて、各半導体素子の通電状態と非通電状態とが切換えられる。これにより、蓄電機構の放電時、各半導体素子が通電状態である場合は、蓄電機構から放電された電力は蓄電機構の一方の極から他方の極に流れるため、電気機器に電力が供給されないが、各半導体素子が非通電状態にされると、蓄電機構から放電された電力は、電気機器に供給される。このとき、蓄電機構が半導体素子に接続され、各半導体素子は互いに直列に接続されているため、各蓄電機構も互いに直列に接続されていることとなり、各蓄電機構から放電された電力の電圧が、蓄電機構のみを直列接続した電圧と同じになる。そのため、電気機器に、少なくとも複数の蓄電機構を直列に接続した場合の電圧以上の電圧で電力を供給することができる。一方、蓄電機構の充電時は、一部の半導体素子が通電状態の場合、他の半導体素子は非通電状態となる。この場合、蓄電機構に供給される電力は、通電状態の半導体素子により、通電状態の半導体素子に接続された蓄電機構の一方の極側から他方の極側に流れるため、通電状態の半導体素子に接続された蓄電機構には電力が供給されず、非通電状態の半導体素子に接続された蓄電機構に電力が供給される。半導体素子の通電状態と非通電状態とが切換えられると、電力が供給される蓄電機構が切換わり、他の蓄電機構を充電させることができる。そのため、複数の蓄電機構のうちの一部の蓄電機構ごとに充電がされるので、直列に接続された複数の蓄電機構を同時に充電させる場合に比べて、充電される蓄電機構の内部抵抗の合計が抑制され、電力損失を抑えることができる。放電時と充電時との切換は、半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相を変えるだけでよく、スイッチなどにより、蓄電機構の直列接続と並列接続とを切換える必要がない。その結果、動作不良を抑制し、高電圧の電力を出力でき、かつ充電時の電力損失を抑制することができる電源装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係る電源装置を搭載した車両について説明する。この車両は、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車のいずれでもよい。車両は、バッテリ１００と、コンバータ２００と、インバータ３００と、モータ４００と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５００とを含む。なお、本実施の形態に係る電源装置は、ＥＣＵ５００により実行されるプログラムにより実現される。

バッテリ１００は、２つに分割されている。バッテリ１００は、バッテリＢ（１）１０２と、バッテリＢ（２）１０４と含む。バッテリＢ（１）１０２と、バッテリＢ（２）１０４とは、複数のセルを直列に組合わせた組電池である。なお、分割されたバッテリの数は２つでなくてもよい。組電池の代わりに単一のセルのみで構成してもよい。また、バッテリ１００の代わりに、キャパシタ（コンデンサ）を用いてもよい。

コンバータ２００は、トランジスタＴＲ（０）２１０と、ダイオードＤ（０）２１２と、トランジスタＴＲ（１）２２０と、ダイオードＤ（１）２２２と、リアクトルＲ（１）２２４と、トランジスタＴＲ（２）２３０と、ダイオードＤ（２）２３２と、リアクトルＲ（２）２３４とを含む。

トランジスタＴＲ（０）２１０のコレクタ側が、インバータ３００の正極側に接続されており、トランジスタＴＲ（０）２１０のエミッタ側が、トランジスタＴＲ（１）のコレクタ側に直列に接続されている。トランジスタＴＲ（０）２１０のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ（０）２１２が接続されている。

リアクトルＲ（１）２２４の一端が、バッテリＢ（１）１０２の正極側に接続されており、他端が、トランジスタＴＲ（１）２２０のコレクタ側に接続されている。トランジスタＴＲ（１）２２０のエミッタ側が、バッテリＢ（１）１０２の負極側に接続されている。トランジスタＴＲ（１）２２０のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ（１）２２２が接続されている。

同様に、リアクトルＲ（２）２３４の一端が、バッテリＢ（２）１０４の正極側に接続されており、他端が、トランジスタＴＲ（２）２３０のコレクタ側に接続されている。トランジスタＴＲ（２）２３０のエミッタ側が、バッテリＢ（２）１０４の負極側に接続されている。また、トランジスタＴＲ（２）２３０のエミッタ側が、インバータ３００の負極側に接続されている。トランジスタＴＲ（２）２３０のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ（２）２３２が接続されている。

トランジスタＴＲ（０）２１０と、トランジスタＴＲ（１）２２０と、トランジスタＴＲ（２）２３０とは、インバータ３００の正極側と負極側との間に直列に接続されている。トランジスタＴＲ（０）２１０のコレクタ側がインバータ３００の正極側に接続され、トランジスタＴＲ（２）２３０のエミッタ側が負極側に接続されている。トランジスタＴＲ（１）２２０とトランジスタＴＲ（２）２３０とが直列に接続されているため、それらに接続されているバッテリＢ（１）１０２とバッテリＢ（２）１０４とが直列に接続されていることになる。

コンバータ２００は、トランジスタＴＲ（０）２１０、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０の通電状態と非通電状態とを切換えることで、車両の力行時には、バッテリ１００から放電された電力の電圧値を昇圧してインバータ３００に供給する。一方、車両の回生制動時には、モータ４００が発電した電力の電圧値を降圧し、バッテリ１００を充電させる。

コンデンサ２４０は、車両の力行時には、コンバータ２００から供給された直流の電力を平滑する。コンデンサ２４０で平滑された直流の電力がインバータ３００に供給される。一方、車両の回生制動時には、インバータ３００から供給された直流の電力を平滑する。平滑された直流の電力がコンバータ２００に供給される。

インバータ３００は、ＥＣＵ５００からの制御に基づいて、車両の力行時には、コンデンサ２４０により平滑された直流の電力を交流に変換し、モータ４００に供給する。一方、車両の回生制動時には、インバータ３００は、モータ４００が発電する交流の電力を直流に変換する。直流に変換された電力は、コンデンサ２４０により平滑される。

モータ４００は三相交流モータである。車両の力行時には、インバータ３００から供給される交流の電力により駆動し、その駆動力により車両が走行する。一方、車両の回生制動時には、車輪（図示せず）により駆動させられ、発電機として作動し、交流の電力を発電する。これによりモータ４００は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータ４００により発電された電力は、コンバータ２００およびインバータ３００を介してバッテリ１００に蓄えられる。

ＥＣＵ５００は、車両の走行状態や、アクセル開度、ブレーキペダルの踏み量、シフトポジション、バッテリ１００のＳＯＣ（State Of Charge）、ＲＯＭ（Read Only Memory）（図示せず）に保存されたマップおよびプログラム等に基づいて演算処理を行なう。これにより、ＥＣＵ５００は、車両が所望の走行状態となるように、車両に搭載された機器類を制御することとなる。

図２を参照して、本実施の形態に係る制御装置において、ＥＣＵ５００が実行するプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ５００は、車両が力行しているか否かを判別する。車両が力行している場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００に移される。そうでない場合（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ３００に移される。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ５００は、トランジスタＴＲ（０）２１０を非通電状態に維持し、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０の通電状態と非通電状態との切換を同位相で行なう（以下、直列接続相当スイッチ駆動という）。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ５００は、車両が回生制動中であるか否かを判別する。車両が回生制動中である場合（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ４００に移される。そうでない場合（Ｓ３００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ４００にて、ＥＣＵ５００は、トランジスタＴＲ（０）２１０の通電状態と非通電状態との切換を予め定められた周期で行なうとともに、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０の通電状態と非通電状態との切換を逆位相で行なう（以下、並列接続相当スイッチ駆動という）。このとき、トランジスタＴＲ（０）２１０が通電状態にされるタイミングと同じタイミングで、交互にトランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０が通電状態にされる。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るＥＣＵ５００の動作について説明する。

車両を加速させるため、運転者がアクセルペダルを踏込むと、車両が力行する（Ｓ５００にてＹＥＳ）。この場合、トランジスタＴＲ（０）２１０を非通電状態に維持し、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０の直列接続相当スイッチ駆動が行なわれる（Ｓ２００）。直列接続相当スイッチ駆動では、図３（Ａ）に示すように、トランジスタＴＲ（０）２１０が非通電状態（ＯＦＦ）に維持される。トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０の通電状態（ＯＮ）と非通電状態とが、予め定められた周期で、かつ同位相で切換えられる。

この直列接続相当スイッチ駆動を行なうと、直列接続相当スイッチ駆動を開始してからの経過時間ＴがＴ（１）の場合、図３（Ｂ）において破線の矢印で示すように、バッテリＢ（１）１０２から放電された電力が、リアクトルＲ（１）２２４を通過し、トランジスタＴＲ（１）２２０を通ってバッテリＢ（１）１０２に戻る。同様に、バッテリＢ（２）１０４から放電された電力が、リアクトルＲ（２）２３４を通過し、トランジスタＴＲ（２）２３０を通ってバッテリＢ（２）１０４に戻る。

この状態で、エネルギがリアクトルＲ（１）２２４およびリアクトルＲ（２）２３４に蓄えられる。また、図３（Ａ）に示すように、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０が通電状態の間は、時間の経過とともに、バッテリＢ（１）１０２およびバッテリＢ（２）１０４から放電される電力の電流値ＩＢ（１）およびＩＢ（２）が増加していく。

図４（Ａ）に示すように、直列接続相当スイッチ駆動を開始してからの経過時間ＴがＴ（２）となり、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０が非通電状態にされると、リアクトルＲ（１）２２４およびリアクトルＲ（２）２３４に蓄えられていたエネルギが瞬間的に放出され、バッテリＢ（１）１０２およびバッテリ（２）１０４の電圧値よりも高い電圧値で電力が流される。

トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０が非通電状態にされると、図３（Ｂ）において破線の矢印で示すように、電力は、バッテリＢ（２）１０４、リアクトルＲ（２）２３４、バッテリＢ（１）１０２、リアクトルＲ（１）２２４、ダイオードＤ（０）２１２の順に流れ、インバータ３００に供給される。すなわち、バッテリＢ（１）１０２とバッテリＢ（２）１０４とが直列に接続された状態と、同様にして電流が放電される。そのため、コンデンサ２４０の充電電圧（コンバータ２００の出力電圧）ＶＨは、リアクトルＲ（１）２２４の作用により昇圧された電圧値と、リアクトルＲ（２）２３４の作用により昇圧された電圧値との合計値になる。

図５に示すように、コンデンサ２４０の充電電圧（コンバータ２００の出力電圧）ＶＨは、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０の通電時間に比例して高くなる。図５は、縦軸に、コンデンサ２４０の充電電圧ＶＨを、横軸に、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０の駆動ＤＵＴＹを示したグラフである。ここで、駆動ＤＵＴＹとは、トランジスタを通電状態（ＯＮ）にしている時間をＴ（ＯＮ）とし、トランジスタを通電状態にしてから、次に通電状態にするまでの間隔をＴ（Ｄ）とすると、駆動ＤＵＴＹ＝Ｔ（ＯＮ）／Ｔ（Ｄ）×１００で算出される値である。

トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０を直列接続相当スイッチ駆動で駆動させると、コンデンサ２４０の充電電圧ＶＨは、バッテリＢ（１）１０２の電圧値ＶＢ（１）を昇圧した電圧値と、バッテリＢ（２）１０４の電圧値ＶＢ（２）を昇圧した電圧値とを加算した電圧値となる。

一方、車両の走行中に、車両を減速させるため、運転者がブレーキペダルを踏込むと、車両が回生制動を行なう（Ｓ３００にてＹＥＳ）。この場合、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０の並列接続相当スイッチ駆動が行なわれる（Ｓ４００）。並列接続相当スイッチ駆動では、図６（Ａ）に示すように、トランジスタＴＲ（０）２１０の通電状態と非通電状態と切換えが、予め定められた周期で行なわれる。トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０は、トランジスタＴＲ（０）２１０が通電状態にされるタイミングと同じタイミングで、交互に通電状態にされるように、逆位相で通電状態と非通電状態とが切換えられる。このとき、トランジスタＴＲ（０）２１０、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０の駆動ＤＵＴＹに応じて、インバータ３００から出力された電力の電圧が降圧され、降圧された電力がバッテリＢ（１）１０２およびバッテリＢ（２）１０４に供給される。

この並列接続相当スイッチ駆動を行なうと、並列接続相当スイッチ駆動を開始してからの経過時間ＴがＴ（３）の場合、トランジスタＴＲ（０）２１０およびトランジスタＴＲ（２）２３０が通電状態にされ、トランジスタＴＲ（１）２２０が非通電状態にされると、図６（Ｂ）において破線の矢印で示すように、モータ５００が発電した電力は、インバータ３００を介してトランジスタＴＲ（０）２１０、リアクトルＲ（１）２２４、バッテリＢ（１）１０２、トランジスタＴＲ（２）２３０の順に流れる。

この状態で、バッテリＢ（１）１０２が充電されるとともに、エネルギがリアクトルＲ（１）２２４に蓄えられる。また、図３（Ａ）に示すように、トランジスタＴＲ（０）２１０およびトランジスタＴＲ（２）２３０が通電状態の間は、時間の経過とともに、バッテリＢ（１）１０２に充電される電力の電流値ＩＢ（１）が増加していく。

図７（Ａ）に示すように、並列接続相当スイッチ駆動を開始してからの経過時間ＴがＴ（４）となり、トランジスタＴＲ（０）２１０、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０が非通電状態にされると、図７（Ｂ）において破線の矢印で示すように、リアクトルＲ（１）２２４蓄えられていたエネルギが放出され、バッテリＢ（１）１０２、ダイオードＤ（１）２２２の順に電力が流れ、バッテリＢ（１）１０２が充電される。

図８（Ａ）に示すように、並列接続相当スイッチ駆動を開始してからの経過時間ＴがＴ（５）となり、トランジスタＴＲ（０）２１０およびトランジスタＴＲ（１）２２０が通電状態にされ、トランジスタＴＲ（２）２３０が非通電状態にされると、図８（Ｂ）において破線の矢印で示すように、モータ５００が発電した電力は、インバータ３００を介してトランジスタＴＲ（０）、トランジスタＴＲ（１）２２０、リアクトルＲ（２）２３４、バッテリＢ（２）１０４の順に流れる。

この状態で、バッテリＢ（２）１０４が充電されるとともに、エネルギがリアクトルＲ（２）２３４に蓄えられる。また、図８（Ａ）に示すように、トランジスタＴＲ（０）２１０およびトランジスタＴＲ（１）２２０が通電状態の間は、時間の経過とともに、バッテリＢ（２）１０４に充電される電力の電流値ＩＢ（２）が増加していく。

図９（Ａ）に示すように、並列接続相当スイッチ駆動を開始してからの経過時間ＴがＴ（６）となり、トランジスタＴＲ（０）２１０、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０が非通電状態にされると、図９（Ｂ）において破線の矢印で示すように、リアクトルＲ（２）２３４に蓄えられていたエネルギが放出され、バッテリＢ（２）１０４、ダイオードＤ（２）２３２の順に電力が流れ、バッテリＢ（２）１０４が充電される。

トランジスタＴＲ（０）２１０、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０の並列接続相当スイッチ駆動を行なうと、図１０に示すように、コンデンサ２４０の充電電圧（コンバータ２００への入力電圧）ＶＨは、各トランジスタの駆動とともに低下する。これは、コンデンサ２４０に蓄えられたエネルギがバッテリ１００に移動した（バッテリ１００が充電された）ため、コンデンサ２４０の充電電圧値が低下したことを意味する。

また、トランジスタＴＲ（０）２１０、トランジスタＴＲ（１）２２０およびトランジスタＴＲ（２）２３０の並列接続相当スイッチ駆動を行なうと、バッテリＢ（１）およびバッテリＢ（２）が交互に充電させられるため、直列に接続したバッテリＢ（１）１０２およびバッテリＢ（２）１０４を同時に充電させる場合に比べて、充電時の内部抵抗の合計が抑制される。このため、充電時の発熱などによる電力損失が抑えられるため、回生制動によりバッテリＢ（１）１０２およびバッテリＢ（２）１０４に充電される蓄電電力は、図１１に示すように、並列接続相当スイッチ駆動を行なった場合の方が多くなる。

以上のように、本実施の形態に係る電源装置においては、バッテリＢ（１）およびバッテリＢ（２）のそれぞれに対応して、トランジスタＴＲ（１）およびトランジスタＴＲ（２）が設けられている。トランジスタＴＲ（１）とトランジスタＴＲ（２）とは、直列に接続されている。ＥＣＵは、車両の力行時にトランジスタＴＲ（１）およびトランジスタＴＲ（２）の通電状態と非通電状態とを同位相で切換え、バッテリＢ（１）１０２およびバッテリＢ（２）１０４から同時に電力を放電させ、インバータを介してモータに電力を駆動させる。これにより、バッテリＢ（１）とバッテリＢ（２）とが直列に接続された状態と同じ電圧値で電力を放電させることができる。

一方、ＥＣＵは、車両の回生制動時に、トランジスタＴＲ（１）およびトランジスタＴＲ（２）の通電状態と非通電状態とを逆位相で切換え、バッテリＢ（１）およびバッテリＢ（２）を交互に充電させる。これにより、直列に接続されたバッテリＢ（１）およびバッテリＢ（２）を同時に充電させる場合に比べて、充電時のバッテリの内部抵抗の合計を抑制して、発熱などによる電力損失を抑え、より多くの電力を充電させることができる。

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。

本発明の実施の形態に係る電源装置を搭載した車両を示す制御ブロック図である。ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示したフローチャートである。力行時のトランジスタの通電状態および非通電状態と、電力の流れの関係を示した図である。力行時のトランジスタの通電状態および非通電状態と、電力の流れの関係を示した図である。コンデンサの充電電圧とトランジスタの駆動ＤＵＴＹとの関係を示したグラフである。回生制動時のトランジスタの通電状態および非通電状態と、電力の流れの関係を示した図である。回生制動時のトランジスタの通電状態および非通電状態と、電力の流れの関係を示した図である。回生制動時のトランジスタの通電状態および非通電状態と、電力の流れの関係を示した図である。回生制動時のトランジスタの通電状態および非通電状態と、電力の流れの関係を示した図である。コンデンサの充電電圧とトランジスタを駆動してからの経過時間との関係を示したグラフである。バッテリを直列接続して充電した場合の蓄電電力と、トランジスタの並列接続相当スイッチ駆動を行なってバッテリを充電した場合の蓄電電力とを比較したグラフである。

符号の説明

１００，１０２，１０４バッテリ、２００コンバータ、２１０，２２０，２３０トランジスタ、２１２，２２２，２３２ダイオード、２２４，２３４リアクトル、３００インバータ、４００モータ、５００ＥＣＵ。

Claims

電気機器に接続された電源装置であって、前記電気機器は、電気負荷としての機能および発電機能を有し、前記電源装置は、
複数の蓄電機構と、
各前記蓄電機構のそれぞれに対応して接続されるとともに、互いに直列に接続され、前記蓄電機構から放電させた電力の電圧および前記蓄電機構に供給する電力の電圧を変更するための変圧手段と、
前記蓄電機構から前記電気機器に電力を供給するために放電する場合、予め定められた範囲内の同じ時期に各蓄電機構から放電するように、各前記変圧手段を作動させるための放電作動手段と、
前記電気機器から前記蓄電機構に電力を供給して前記蓄電機構を充電する場合、複数の前記蓄電機構のうちの一部の蓄電機構に電力を供給する時期と、他の蓄電機構に電力を供給する時期とをずらして、各前記蓄電機構に電力を供給するように、各前記変圧手段を作動させるための充電作動手段とを含む、電源装置。
各前記変圧手段は、前記蓄電機構の一方の極側から他方の極側に電力を流すように前記蓄電機構に接続され、予め定められた周期で通電状態と非通電状態とを切換える半導体素子を含み、
前記放電作動手段は、同位相で、各前記半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換えるように、各前記変圧手段を作動させるための手段を含み、
前記充電作動手段は、前記半導体素子のうちの一部の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相と、他の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相とをずらして、各前記半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換えるように、各前記変圧手段を作動させるための手段とを含む、請求項１に記載の電源装置。
前記変圧手段は、各前記蓄電機構から放電させた電力の電圧を昇圧するための手段を含む、請求項１または２に記載の電源装置。
前記変圧手段は、各前記蓄電機構に供給する電力の電圧を降圧するための手段を含む、請求項１または２に記載の電源装置。
電気機器に接続された電源装置であって、前記電気機器は、電気負荷としての機能および発電機能を有し、前記電源装置は、
複数の蓄電機構と、
各前記蓄電機構から電力を放電させて前記電気機器に電力を供給するための放電手段と、
前記電気機器が発電した電力を各前記蓄電機構に供給するための充電手段と、
前記蓄電機構の一方の極側から他方の極側に電力を流すように各前記蓄電機構のそれぞれに対応して接続されるとともに、互いに直列に接続され、予め定められた周期で通電状態と非通電状態とを切換える半導体素子と、
前記蓄電機構から前記電気機器に電力を供給するために放電する場合、同位相で、各前記半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換えるための手段と、
前記電気機器から前記蓄電機構に電力を供給して前記蓄電機構を充電する場合、複数の前記半導体素子のうちの一部の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相と、他の半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換える位相とをずらして、各前記半導体素子の通電状態と非通電状態とを切換えるための手段とを含む、電源装置。