JP2016213947A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電池の直列数をバイパス回路によって変更して出力電圧を可変するようにした電源装置において、一定電圧を同時に出力できるようにする。
【解決手段】各々の蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４毎に、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａ、ＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂを介して並列接続になるコンデンサＣ１１〜Ｃ１４を備えるとともに、各コンデンサＣ１１〜Ｃ１４を直列接続するオン／オフ用スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３を有し、かつコンデンサＣ１１〜Ｃ１４を直列接続したときにオン／オフ用スイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂを介して直列接続したコンデンサＣ１１〜Ｃ１４と並列接続になるコンデンサＣ２を備え、このコンデンサＣ２の両端を一定電圧出力端子としている。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の蓄電池を直列接続した電源装置に関するものである。

従来の車両用の電源装置として、電力を発生するモータジェネレータ（以下、ＭＧと表記する）と、このＭＧから出力される電力により充電され、充電された電力を高電圧負荷に供給する高電圧バッテリと、この高電圧バッテリの出力電圧を電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電力により充電され、充電された電力を低電圧負荷に供給する低電圧バッテリとを備え、各構成要素の状態に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御することにより、燃費向上やバッテリ保護を行うようにしたものがある（例えば、下記の特許文献１参照）。

また、従来の電動機駆動制御システムとして、バッテリの直流電圧を可変制御するように接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を交流電圧に変換するインバータと、ＭＧとから構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に対して、バッテリ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ、およびＭＧでの電力損失を推定し、総電力損失が最小になるようにＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を設定して、システム全体効率を向上させるようにしたものがある（例えば、下記の特許文献２参照）。

また、従来技術として、複数のバッテリを直列接続した電源装置では、一つのバッテリが過放電になっても、緊急時に電源装置が使えるように、過放電になったバッテリを切離すことができるバッテリ切離し手段（バイパス回路）を備えた構成としたものがある（例えば、下記の特許文献３参照）。
さらに、電力貯蔵装置として、複数の蓄電池を直列接続し、各蓄電池にバイパス回路を設け、バイパスする蓄電池の個数を調整することで、電力貯蔵装置の充放電電圧を制御するようにしたものもある（例えば、下記の特許文献４参照）。

特開２００２−３７４６０２号公報 特開２００７−３２５３５１号公報 特開平７−１６３０５９号公報 特開２０１３−９０５２５号公報

特許文献１の車両用電源装置において、特許文献２に記載されている直流電圧を可変する技術を適用し、高電圧バッテリの出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより可変すればシステム全体の効率を向上させることができる。しかし、特許文献２に記載されている技術を適用して電圧を可変すると、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、電力損失が発生するという問題点がある。

ＤＣ／ＤＣコンバータの電力損失、特にスイッチング損失を減らす目的で、ＤＣ／ＤＣコンバータで直流電圧を可変制御する代わりに、特許文献３、特許文献４に記載されているように、直列接続された複数のバッテリの各々にバイパス回路を設ける技術を適用すれば、出力電圧を可変することができる。しかし、バイパス回路を設けて出力電圧を可変すると、高電圧バッテリから一定電圧を出力できないため、高電圧負荷を接続できないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、バイパス回路を設けて出力電圧を可変するように構成した場合でも、例えば高電圧負荷に対して常時、一定電圧を出力することができる電源装置を得ることを目的としている。

この発明は、複数の蓄電池からなる電池群を有し、上記電池群を構成する各々の上記蓄電池を直列接続するか当該蓄電池をバイパスするかを選択する切換え用スイッチが上記蓄電池ごとに設けられている電源装置において、次の構成を採用している。

すなわち、この発明の電源装置は、各々の上記蓄電池にはそのプラス端子に第１オン／オフ用スイッチが、そのマイナス端子に第２オン／オフ用スイッチがそれぞれ接続され、上記第１オン／オフ用スイッチおよび上記第２オン／オフ用スイッチを介して上記蓄電池と並列に第１コンデンサが個別に接続され、各々の上記第１コンデンサは第３オン／オフ用スイッチを介して互いに直列接続され、上記第３オン／オフ用スイッチを介して互いに直列接続された各々の上記第１コンデンサの終端側のプラス端子には第４オン／オフ用スイッチが、また、上記第１コンデンサの終端側のマイナス端子には第５オン／オフ用スイッチがそれぞれ接続され、かつ、上記第４オン／オフ用スイッチと上記第５オン／オフ用スイッチを介して上記第１コンデンサと並列接続される第２コンデンサを備え、この第２コンデンサの両端を一定電圧出力端子としていることを特徴としている。

この発明に係る電源装置は、以上のように構成されているので、可変電圧を出力できるとともに、例えば高電圧負荷に対して、常時一定電圧を出力することができる。

この発明の実施の形態１における電源装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１の電源装置において、オン／オフ用スイッチのオン／オフ状態を示すタイミング図である。 この発明の実施の形態２における電源装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態３における電源装置の構成を示す回路図である。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る電源装置の構成を示す回路図である。
この実施の形態１の電源装置は、複数の蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４からなる電池群１を備えている。各蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４は、例えばリチュウムイオン電池やニッケル水素電池などからなり、各蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４には、並列に切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４が個別に接続されている。なお、ここでは、蓄電池の数は説明の便宜上４個としているが、これに限定されるものではない。

そして、各切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４の一方の選択端子ａが各蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４のプラス端子に、他方の選択端子ｂが各蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４のマイナス端子にそれぞれ接続されている。また、切換え用スイッチＳＷ１１の選択端子ｂが切換え用スイッチＳＷ１２の共通端子ｃに、切換え用スイッチＳＷ１２の選択端子ｂが切換え用スイッチＳＷ１３の共通端子ｃに、切換え用スイッチＳＷ１３の選択端子ｂが切換え用スイッチＳＷ１４の共通端子ｃにそれぞれ接続されている。

そして、切換え用スイッチＳＷ１１の共通端子ｃと切換え用スイッチＳＷ１４の選択端子ｂを、それぞれ可変電圧出力端子２ａ、２ｂとしている。この場合、可変電圧出力端子２ａ、２ｂ間の電圧をＶＶとする。

また、蓄電池Ｂ１１のプラス端子には、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａが接続され、蓄電池Ｂ１１のマイナス端子には、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂが接続されている。そして、両スイッチＳＷ２１ａ、ＳＷ２１ｂを介してこの蓄電池Ｂ１１と並列にコンデンサＣ１１が接続されている。

上記と同様の構成により、蓄電池Ｂ１２のプラス端子及びマイナス端子には、オン／オフ用スイッチＳＷ２２ａ、ＳＷ２２ｂを介してコンデンサＣ１２が並列に接続されている。また、蓄電池Ｂ１３のプラス端子及びマイナス端子には、オン／オフ用スイッチＳＷ２３ａ、ＳＷ２３ｂを介してコンデンサＣ１３が並列に接続されている。さらに、蓄電池Ｂ１４のプラス端子及びマイナス端子には、オン／オフ用スイッチＳＷ２４ａ、ＳＷ２４ｂを介してコンデンサＣ１４が並列に接続されている。

コンデンサＣ１１のマイナス側とコンデンサＣ１２のプラス側が、オン／オフ用スイッチＳＷ３１を介して直列に接続されている。また、コンデンサＣ１２のマイナス側とコンデンサＣ１３のプラス側が、オン／オフ用スイッチＳＷ３２を介して直列に接続されている。さらに、コンデンサＣ１３のマイナス側とコンデンサＣ１４のプラス側が、オン／オフ用スイッチＳＷ３３を介して直列に接続されている。

コンデンサＣ１１のプラス側にはオン／オフ用スイッチＳＷ４ａが接続され、コンデンサＣ１４のマイナス側にはオン／オフ用スイッチＳＷ４ｂが接続されている。また、これらのオン／オフ用スイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂを介してコンデンサＣ１１〜Ｃ１４と並列になるように出力電圧安定化用のコンデンサＣ２が接続されている。そして、このコンデンサＣ２の両端を一定電圧出力端子３ａ、３ｂとしている。この場合、一定電圧出力端子３ａ、３ｂ間の電圧をＶＣとする。

そして、上記のオン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａが特許請求の範囲における第１オン／オフ用スイッチに、上記のオン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂが特許請求の範囲における第２オン／オフ用スイッチに、上記のオン／オフ用スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３が特許請求の範囲における第３オン／オフ用スイッチに、
コンデンサＣ１１〜Ｃ１４が特許請求の範囲における第１コンデンサに、オン／オフ用スイッチＳＷ４ａが特許請求の範囲における第４オン／オフ用スイッチに、オン／オフ用スイッチＳＷ４ｂが特許請求の範囲における第５オン／オフ用スイッチに、コンデンサＣ２が特許請求の範囲における第２コンデンサに、それぞれ対応している。

図２は上記のオン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａ、ＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂ、ＳＷ３１〜ＳＷ３３、ＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂのオン／オフ状態を示すタイミング図である。

オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａおよびオン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂは、同じタイミングでオン／オフ動作を繰り返す。一方、オン／オフ用スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３、およびオン／オフ用スイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂは、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａ及びＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂに対して、オン／オフのタイミングが相補関係になるように、オン／オフ動作を繰り返す。

なお、この場合のスイッチのオン／オフ動作の制御は、図示しない制御回路から出力される制御信号によって行われる。また、可変電圧を出力するための切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４の切換え動作は、一定電圧を出力するためのオン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａ、ＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂ、ＳＷ３１〜ＳＷ３３、ＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂのオン／オフ動作とは非同期で行っても構わない。

上記構成の電源装置において、まず、可変電圧出力端子２ａ、２ｂから可変電圧ＶＶを出力する場合の動作について説明する。

各蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４と並列に接続された切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４の選択端子を選択端子ａ、または選択端子ｂに切換えることにより出力電圧を可変する。すなわち、切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４が選択端子ａになっている蓄電池は出力が有効な蓄電池となり、選択端子ｂになっている蓄電池はバイパスされる蓄電池になる。その結果、切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４が選択端子ａになっている蓄電池は全て直列接続されることになり、それらの合計電圧が可変電圧出力端子２ａ、２ｂ間の電圧ＶＶとして出力される。

この場合、切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４の選択端子ａ、選択端子ｂの組合せに特に制限は無く、任意の蓄電池の組合せ、任意の個数の蓄電池を直列接続することができる。このように切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４の選択端子を選択端子ａ、または選択端子ｂに切換えることにより、蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４を直列接続する個数を変えて可変電圧出力端子２ａ、２ｂから可変電圧ＶＶを出力することができる。

なお、前述のように、可変電圧ＶＶを出力するための切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４の切換え動作は、一定電圧ＶＣを出力するためのオン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａ、ＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂ、ＳＷ３１〜ＳＷ３３、ＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂのオン／オフ動作とは非同期で行うことができる。

次に、一定電圧出力端子３ａ、３ｂから一定電圧ＶＣを出力する場合の動作について説明する。

先ず、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａおよびオン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂを共にオンの状態にする一方、オン／オフ用スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３、およびオン／オフ用スイッチＳＷ４ａ、オン／オフ用スイッチＳＷ４ｂをオフの状態にする。以下、このような状態を”状態１”と称する。この”状態１”では、蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４とコンデンサＣ１１〜Ｃ１４が並列に接続されることになる。

その結果、蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４からそれぞれ並列接続されたコンデンサＣ１１〜Ｃ１４に対して電荷が充電され、コンデンサＣ１１〜Ｃ１４の電圧は、蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４と同じ電圧になる。

なお、この場合、各蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４からコンデンサＣ１１〜Ｃ１４に流れる充電電流を制限する目的で、各コンデンサＣ１１〜Ｃ１４に対して直列に、または各オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａに対して直列に、あるいは各オン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂに対して直列に、図示しない抵抗を接続してもよい。

次に、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａ及びオン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂを共にオフの状態にする一方、オン／オフ用スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３、オン／オフ用スイッチＳＷ４ａ、オン／オフ用スイッチＳＷ４ｂをオンの状態にする。以下、このような状態を”状態２”と称する。この”状態２”では、各コンデンサＣ１１〜Ｃ１４が蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４から電気的に切り離されるとともに、コンデンサＣ１１〜Ｃ１４が直列接続されることになる。

その結果、直列接続されたコンデンサＣ１１〜Ｃ１４の合計電圧と同じ電圧になるまで、コンデンサＣ２に電荷が充電される。コンデンサＣ２の電荷が少ないときは、充電される電圧は低いが、”状態１”と”状態２”を短時間で繰り返すことにより、コンデンサＣ２の電圧が蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４の電圧を合計した電圧と同じ電圧になるまで、コンデンサＣ２に電荷を充電することができる。このようにして、一定電圧出力端子３ａ、３ｂから、蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４の電圧を合計した電圧と同じ電圧ＶＣを出力することができる。

一定電圧出力端子３ａ、３ｂに、図示しない高電圧負荷を接続している場合、”状態１”になるとコンデンサＣ２に充電された電荷により高電圧負荷に電力が供給され、”状態２”になるとコンデンサＣ１１〜Ｃ１４に充電された電荷により、コンデンサＣ２が充電されるとともに、高電圧負荷に電力が供給される。

このようにして、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａ及びオン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂと、オン／オフ用スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３、オン／オフ用スイッチＳＷ４ａ、及びオン／オフ用スイッチＳＷ４ｂとは、互いにオン／オフのタイミングが相補関係になるように、すなわち、”状態１”と”状態２”を短時間で繰り返すことにより、コンデンサＣ２に電荷を充電しながら、一定電圧出力端子３ａ、３ｂから一定電圧ＶＣを出力することができる。

次に、図１において、各々の蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４の電圧の設定の仕方について説明する。

各蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４の電圧は特に限定するものではないが、可変電圧出力端子２ａ、２ｂ間で得られる出力電圧ＶＶを可変する場合のステップ幅を小さくするためには、蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４の電圧比が２のべき乗になるように選定するのが好ましい。この場合の一例を、以下、数字を用いて具体的に説明する。

いま、ここでは、蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４が全て同じ電圧１２Ｖのもので構成されているときの組合せを”蓄電池組合せ１”と称し、また、蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４の電圧比が２のべき乗の関係になる３Ｖ、６Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖのもので構成されているときの組合せを”蓄電池組合せ２”と称することとする。

“蓄電池組合せ１”では、切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４を切換えることにより、出力電圧ＶＶを１２Ｖのステップ幅で０Ｖ〜４８Ｖまで可変することができる。これに対して、“蓄電池組合せ２”では、切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４を切換えることにより、出力電圧ＶＶを３Ｖのステップ幅で０Ｖ〜４５Ｖまで可変することができ、出力電圧ＶＶを可変する場合のステップ幅を小さくすることができる。

また、”蓄電池組合せ２”において、出力電圧ＶＶの最大値を”蓄電池組合せ１”と同じ電圧４８Ｖにするためには、２のゼロ乗にあたる電圧を２個選定すればよい。つまり、蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４の電圧が６Ｖ、６Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖとなるように選定する。この場合、出力電圧ＶＶは６Ｖのステップ幅で０Ｖ〜４８Ｖまで可変することができる。

なお、”蓄電池組合せ２”において、出力電圧ＶＶのステップ幅を”蓄電池組合せ１”と同じ１２Ｖとした場合は、蓄電池の個数を減らすことができる。すなわち、”蓄電池組合せ２”において、蓄電池の電圧を１２Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖとなるように選定することで、出力電圧ＶＶを１２Ｖのステップ幅で０Ｖ〜４８Ｖまで可変することができる。

このように、蓄電群１を構成する蓄電池Ｂ１１〜Ｂ１４の電圧比を２のべき乗になるように選定することで、全て同じ電圧の蓄電池を選定した場合と比べて、可変電圧出力端子２ａ、２ｂ間で得られる出力電圧ＶＶを可変する場合のステップ幅を小さくすることができる。

また、出力電圧ＶＶのステップ幅が同じ場合には、蓄電池の個数を減らすことができ、これに伴い、切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４や、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａ、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂ、オン／オフ用スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３、コンデンサＣ１１〜Ｃ１４の個数も削減することができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２における電源装置の構成を示す回路図であり、図１に示した実施の形態１と対応または相当する構成部分には同一の符号を付す。

上記の実施の形態１では、切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４や、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａ、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂ、オン／オフ用スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３、オン／オフ用スイッチＳＷ４ａ、オン／オフ用スイッチＳＷ４ｂにつき、メカニカルリレーを用いた場合を想定して説明したが、この実施の形態２の電源装置では、これらをスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴやダイオードを用いて実現したものである。

すなわち、図１に示した切換え用スイッチＳＷ１１は、ＭＯＳＦＥＴを用いた２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を直列接続したハーフブリッジ回路により実現する。この場合、図１との対応では、一方のスイッチング素子Ｑ１のドレインが選択端子ａになり、他方のスイッチング素子Ｑ２のソースが選択端子ｂになり、両スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点が共通端子ｃになる。そして、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート端子に制御回路５から相補関係にある制御信号ＳＧ１１、ＳＧ１２を入力することで、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が相補関係になるようにオン／オフ制御する。
他の切換え用スイッチＳＷ１２〜ＳＷ１４についても同様の回路構成により実現することができる。

また、図１に示したオン／オフ用スイッチＳＷ２１ａは、電流が蓄電池Ｂ１１からコンデンサＣ１１に向かって一方向しか流れないためダイオードＤ１を用いて実現する。この場合、ダイオードＤ１のアノードを蓄電池Ｂ１１のプラス端子、カソードをコンデンサＣ１１のプラス側と接続する。
他のオン／オフ用スイッチＳＷ２２ａ〜ＳＷ２４ａについても同様にダイオードを用いて実現することができる。

また、図１に示したオン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂは、ＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチング素子Ｑ３により実現する。この場合、スイッチング素子Ｑ３のドレインをコンデンサＣ１１のマイナス側、ソースを蓄電池Ｂ１１のマイナス端子と接続する。そして、スイッチング素子Ｑ３のゲート端子に、制御回路５から制御信号ＳＧ２を入力し、スイッチング素子Ｑ３をオン／オフ制御する。
他のオン／オフ用スイッチＳＷ２２ｂ〜ＳＷ２４ｂについても同様にＭＯＳＦＥＴを用いて、そのゲート端子にスイッチング素子Ｑ３の場合と同じ制御信号ＳＧ２を入力することで実現することができる。

また、図１に示したオン／オフ用スイッチＳＷ３１は、ＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチング素子Ｑ４により実現する。この場合、スイッチング素子Ｑ４のソースをコンデンサＣ１１のマイナス側、ドレインをコンデンサＣ１２のプラス側と接続する。そして、スイッチング素子Ｑ４のゲート端子に、制御回路５から制御信号ＳＧ３を入力し、スイッチング素子Ｑ４をオン／オフ制御する。この場合の制御信号ＳＧ３は、上記の制御信号ＳＧ２と相補関係にある信号である。
他のオン／オフ用スイッチＳＷ３２、ＳＷ３３についても同様にＭＯＳＦＥＴを用いて、そのゲート端子にスイッチング素子Ｑ４の場合と同じ制御信号ＳＧ３を入力することで実現することができる。

また、図１に示したオン／オフ用スイッチＳＷ４ａは、電流がコンデンサＣ１１からコンデンサＣ２に向かって一方向にしか流れないため、ダイオードＤ２を用いて実現する。この場合、ダイオードＤ２のアノードをコンデンサＣ１１のプラス側に、カソードをコンデンサＣ２のプラス側にそれぞれ接続する。

また、図１に示したオン／オフ用スイッチＳＷ４ｂは、電流がコンデンサＣ２からコンデンサＣ１４に向かって一方向にしか流れないため、ダイオードＤ３を用いて実現する。この場合、ダイオードＤ３のアノードをコンデンサＣ２のマイナス側に、カソードをコンデンサＣ１４のマイナス側にそれぞれ接続する。

このように、この実施の形態２では、図１に示した切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａ、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂ、オン／オフ用スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３、オン／オフ用スイッチＳＷ４ａ、オン／オフ用スイッチＳＷ４ｂを、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴやダイオードを用いて構成している。そして、制御回路５から互いに相補関係にある制御信号ＳＧ１１、ＳＧ１２を出力することにより、可変電圧出力端子２ａ、２ｂから可変電圧ＶＶを取り出すことができる。また、制御回路５から互いに相補関係にある制御信号ＳＧ２、ＳＧ３を短時間の内に繰り返して出力することにより、一定電圧出力端子３ａ、３ｂから一定電圧ＶＣを取り出すことができる。

なお、図３に示した構成では、図１に示したオン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ、オン／オフ用スイッチＳＷ４ａ、オン／オフ用スイッチＳＷ４ｂに代えて、素子自体での電力損失を少なくする目的でダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を使用したが、このようなダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を使用する代わりに、ＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチング素子により実現することも可能である。

すなわち、ダイオードＤ１の代わりにスイッチング素子Ｑ５、ダイオードＤ２の代わりにスイッチング素子Ｑ６、ダイオードＤ３の代わりにスイッチング素子Ｑ７を接続する。その場合、各々のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７の寄生ダイオードのアノード、カソードの接続が、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のアノード、カソードの接続と同じになるように接続する。

そして、スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６、Ｑ７のオン／オフのタイミングが相補関係になるように、スイッチング素子Ｑ５のゲート端子には制御信号ＳＧ２を入力して、スイッチング素子Ｑ３と同じタイミングで、オン／オフを繰り返すようにする。また、スイッチング素子Ｑ６、Ｑ７のゲート端子には、制御信号ＳＧ３を入力し、スイッチング素子Ｑ４と同じタイミングでオン／オフを繰り返するようにする。
図１に示した他のオン／オフ用スイッチＳＷ２２ａ〜ＳＷ２４ａについても、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａと同じようにＭＯＳＦＥＴを用いて、ゲート端子に制御信号ＳＧ２を入力することで実現することができる。

なお、切換え用スイッチやオン／オフ用スイッチを実現するスイッチング素子の種類に関しては、この実施の形態２のようにＭＯＳＦＥＴやダイオードを用いることに限定するものではなく、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ等を使用することが可能である。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３における電源装置の構成を示す回路図であり、図１に示した実施の形態１と対応または相当する構成部分には同一の符号を付す。

上記の実施の形態１において、一定電圧を出力するときの動作については、図２に示したようにオン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ、ＳＷ２４ｂとオン／オフ用スイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂのタイミングは相補関係にあるため、同時にオンすることがない。そのため、可変電圧出力端子２ａ、２ｂと一定電圧出力端子３ａ、３ｂとは互いに絶縁された状態である。

これに対して、この実施の形態３では、グランド側の可変電圧出力端子２ｂとグランド側の一定電圧出力端子３ｂとを共通化するようにしている。

すなわち、図１に示したオン／オフ用スイッチＳＷ２４ｂ、ＳＷ４ｂを取り除いてそれぞれの両端を短絡すればグランド側の可変電圧出力端子２ｂと一定電圧出力端子３ｂとを共通化することができる。そして、このように、グランド側の両端子２ｂ、３ｂを共通化すれば、図１に示したオン／オフ用スイッチＳＷ２４ａとコンデンサＣ１４を取り除いた構成とすることができる。

なお、切換え用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４の切換え動作や、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ａ〜ＳＷ２３ａ、オン／オフ用スイッチＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２３ｂ、オン／オフ用スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３、オン／オフ用スイッチＳＷ４ａのオン／オフ動作は、可変電圧出力端子２ａ、２ｂと一定電圧出力端子３ａ、３ｂとが互いに絶縁されている実施の形態１の場合と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

この発明は、上記の実施の形態１〜３の構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、各構成に変形を加えたり、構成の一部を省略することが可能である。また、各実施の形態１〜３の構成を適宜組み合わせることが可能である。

１ 電池群、Ｂ１１〜Ｂ１４ 蓄電池、ＳＷ１１〜ＳＷ１４ 切換え用スイッチ、
ＳＷ２１ａ〜ＳＷ２４ａ オン／オフ用スイッチ（第１オン／オフ用スイッチ）、
ＳＷ２１ｂ〜ＳＷ２４ｂ オン／オフ用スイッチ（第２オン／オフ用スイッチ）、
Ｃ１ コンデンサ（第１コンデンサ）、
ＳＷ３１〜ＳＷ３３ オン／オフ用スイッチ（第３オン／オフ用スイッチ）、
Ｃ２ コンデンサ（第２コンデンサ）、
ＳＷ４ａ オン／オフ用スイッチ（第４オン／オフ用スイッチ）、
ＳＷ４ｂ オン／オフ用スイッチ（第５オン／オフ用スイッチ）、
２ａ，２ｂ 可変電圧出力端子、３ａ，３ｂ 一定電圧出力端子。

Claims (4)

1. 複数の蓄電池からなる電池群を有し、上記電池群を構成する各々の上記蓄電池を直列接続するか当該蓄電池をバイパスするかを選択する切換え用スイッチが上記蓄電池ごとに設けられている電源装置であって、
   各々の上記蓄電池にはそのプラス端子に第１オン／オフ用スイッチが、そのマイナス端子に第２オン／オフ用スイッチがそれぞれ接続され、上記第１オン／オフ用スイッチおよび上記第２オン／オフ用スイッチを介して上記蓄電池と並列に第１コンデンサが個別に接続され、各々の上記第１コンデンサは第３オン／オフ用スイッチを介して互いに直列接続され、上記第３オン／オフ用スイッチを介して互いに直列接続された各々の上記第１コンデンサの終端側のプラス端子には第４オン／オフ用スイッチが、また、上記第１コンデンサの終端側のマイナス端子には第５オン／オフ用スイッチがそれぞれ接続され、かつ、上記第４オン／オフ用スイッチと上記第５オン／オフ用スイッチを介して上記第１コンデンサと並列接続される第２コンデンサを備え、この第２コンデンサの両端を一定電圧出力端子としていることを特徴とする電源装置。
2. 上記第１オン／オフ用スイッチ及び上記第２オン／オフ用スイッチは、同じタイミングでオン／オフを繰り返し、上記第３オン／オフ用スイッチ、上記第４オン／オフ用スイッチ、および上記第５オン／オフ用スイッチは、上記第１オン／オフ用スイッチ及び上記第２オン／オフ用スイッチに対して相補関係にあるタイミングでオン／オフを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 上記電池群を構成する各々の上記蓄電池の内のグランド側の最下段の蓄電池に対して、上記第１オン／オフ用スイッチ、上記第２オン／オフ用スイッチ、および上記第１コンデンサを省略するとともに、上記第５オン／オフ用スイッチを省略していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
4. 各々の上記蓄電池の電圧比は、２のべき乗であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。

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