JPWO2014073632A1 - 電源装置 - Google Patents

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Abstract

簡易な構成で電源並列状態／電源直列状態の切替時における電圧変動を小さくする電源装置を提供する。第１二次電池（４１）及び第２二次電池（４２）を有する電源本体（４０）と、電源並列状態と、電源直列状態と、単独第２電源状態と、に切り替える電源状態切替手段と、第１インバータ（１０）と、電源本体（４０）と第１インバータ（１０）とが接続した第１接続状態と、単独第２電源状態の電源本体（４０と第１インバータ（１０とが直列接続した第２接続状態と、に切り替えるインバータ接続状態切替手段と、を備え、電源並列状態から電源直列状態に切り替える場合、第１接続状態に切り替え、第１モータジェネレータ（１１０）をモータとして作動した後、単独第２電源状態に切り替え、第２接続状態に切り替え、第２二次電池（４２）と電源となる第１インバータ（１０）との直列接続状態を経由した後、電源状態切替手段が電源直列状態に切り替える。

Description

本発明は、電源装置に関する。
従来、例えば、４つの第１〜第４リレーと、２つの二次電池と、昇圧コンバータとを備え、電気負荷に印加される電圧を昇圧コンバータによって調整しつつ、電気負荷に対して２つの二次電池を直列接続状態と並列接続状態とに切り替えて接続する電源装置が知られている（特許文献１参照）。
また、従来、例えば、４つの第１〜第４のスイッチング素子と、２つのリアクトルと、２つの直流電源とを備え、電気負荷に印加される電圧を調整しつつ、電気負荷に対して２つの直流電源を直列接続状態と並列接続状態とに切り替えて接続する電源システムが知られている（特許文献２参照）。
特開２０１２−６０８３８号公報 特開２０１２−７０５１４号公報
ところが、特許文献１に係る電源装置では、２つの二次電池を２つの接続状態、つまり直列接続状態と並列接続状態とを切り替えるだけである。すなわち、電気負荷を効率良く駆動するために、電気負荷に印加可能な電圧の範囲を拡大しつつ詳細に制御することが望まれている。
また、特許文献１に係る電源装置では、４つの第１〜第４リレーと昇圧コンバータとを備えることに起因して、装置構成に要する部品点数が多くなる。これにより、装置が大型化すると共に、装置を構成するために要する費用が嵩むという問題が生じる。
また、特許文献２に係る電源システムでは、例えば並列接続状態から直列接続状態への切替時、各直流電源の電圧を直列接続状態の直列電圧（例えば、各直流電源の電圧の約２倍など）まで昇圧することに起因して、最大磁束変化が大きくなり、リアクトルを大型化する必要が生じるうえ、直列接続状態および並列接続状態の各通電経路内に２つのスイッチング素子が含まれることによって導通損失が増大してしまうという問題が生じる。
また、特許文献２に係る電源システムでは、リアクトルの総鎖交磁束数が昇圧率の増大に伴って増大傾向に変化することから、損失が増大するとともに、リアクトルを大型化する必要が生じる。
そこで、本発明は、簡易な構成で第１電源及び第２電源の電源並列状態／電源直列状態の切替時における電圧変動を小さくする電源装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、第１電源及び第２電源を有する電源本体と、前記第１電源及び前記第２電源の電源並列状態と、電源直列状態と、前記第２電源のみが出力する単独第２電源状態と、に切り替える電源状態切替手段と、モータジェネレータに接続するインバータと、電源並列状態又は電源直列状態の前記電源本体と前記インバータとが接続した第１接続状態と、単独第２電源状態の前記電源本体と前記インバータとが直列接続した第２接続状態と、に切り替えるインバータ接続状態切替手段と、を備え、前記電源状態切替手段が電源並列状態から電源直列状態に切り替える場合、前記インバータ接続状態切替手段が第１接続状態に切り替え、前記インバータが前記モータジェネレータをモータとして作動させた後、前記電源状態切替手段が単独第２電源状態に切り替え、前記インバータ接続状態切替手段が第２接続状態に切り替え、前記第２電源とジェネレータとして作動する前記モータジェネレータによって電源となる前記インバータとの直列接続状態を経由した後、前記電源状態切替手段が電源直列状態に切り替えることを特徴とする電源装置である。
このような構成によれば、電源状態切替手段が電源並列状態から電源直列状態に切り替える場合、インバータ接続状態切替手段が第１接続状態に切り替え、インバータがモータジェネレータをモータとして作動させる。そして、電源状態切替手段が単独第２電源状態に切り替え、インバータ接続状態切替手段が第２接続状態に切り替え、第２電源と一時的に電源となるインバータとの直列接続状態を経由した後、電源状態切替手段が電源直列状態に切り替える。
このようにして、第２電源と一時的に電源となるインバータとの直列接続状態を経由するので、電源本体の電圧変動が小さくなる。
また、ハイブリッド車等に通常搭載されているモータジェネレータを利用する構成であるから、部品点数は増加せず、簡易な構成であり、大型化し難くなる。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、第１電源及び第２電源を有する電源本体と、前記第１電源及び前記第２電源の電源並列状態と、電源直列状態と、前記第２電源のみが出力する単独第２電源状態と、に切り替える電源状態切替手段と、モータジェネレータに接続するインバータと、電源並列状態又は電源直列状態の前記電源本体と前記インバータとが接続した第１接続状態と、単独第２電源状態の前記電源本体と前記インバータとが直列接続した第２接続状態と、に切り替えるインバータ接続状態切替手段と、を備え、前記電源状態切替手段が電源直列状態から電源並列状態に切り替える場合、前記インバータ接続状態切替手段が第１接続状態に切り替え、前記インバータが前記モータジェネレータをモータとして作動させた後、前記電源状態切替手段が単独第２電源状態に切り替え、前記インバータ接続状態切替手段が第２接続状態に切り替え、前記第２電源とジェネレータとして作動する前記モータジェネレータによって電源となる前記インバータとの直列接続状態を経由した後、前記電源状態切替手段が電源並列状態に切り替えることを特徴とする電源装置である。
このような構成によれば、電源状態切替手段が電源直列状態から電源並列状態に切り替える場合、インバータ接続状態切替手段が第１接続状態に切り替え、インバータがモータジェネレータをモータとして作動させる。そして、電源状態切替手段が単独第２電源状態に切り替え、インバータ接続状態切替手段が第２接続状態に切り替え、第２電源と一時的に電源となるインバータとの直列接続状態を経由した後、電源状態切替手段が電源直列状態に切り替える。
このようにして、第２電源と一時的に電源となるインバータとの直列接続状態を経由するので、電源本体の電圧変動が小さくなる。
また、電源装置において、前記第１電源は、第１電源正極端子と、第１電源負極端子と、を備え、前記第２電源は、第２電源正極端子と、第２電源負極端子と、を備え、前記インバータは、インバータ正極端子と、インバータ負極端子と、を備え、前記第２電源正極端子に接続した正極母線と、前記第１電源負極端子及び前記インバータ負極端子に接続した負極母線と、前記第１電源正極端子と前記正極母線との接続をＯＮ／ＯＦＦする第１スイッチと、前記第１電源正極端子と前記第２電源負極端子との接続をＯＮ／ＯＦＦする第２スイッチと、前記正極母線と前記インバータ正極端子との接続をＯＮ／ＯＦＦする第３スイッチと、前記第２電源負極端子と前記インバータ正極端子との接続をＯＮ／ＯＦＦする第４スイッチと、前記第２電源負極端子と前記負極母線との接続をＯＮ／ＯＦＦする第５スイッチと、備えることが好ましい。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、第１電源及び第２電源を有する電源本体と、前記第１電源及び前記第２電源の電源並列状態と、電源直列状態と、前記第２電源のみが出力する単独第２電源状態と、に切り替える電源状態切替手段と、ジェネレータに接続するインバータと、単独第２電源状態の前記電源本体と前記インバータとが直列接続した直列接続状態で接続するインバータ接続手段と、前記ジェネレータのロータを回転させる動力源を制御する動力源制御手段と、を備え、前記電源状態切替手段が電源並列状態から電源直列状態に切り替える場合、前記動力源制御手段が前記ロータを回転させた後、前記電源状態切替手段が単独第２電源状態に切り替え、前記インバータ接続手段が直列接続状態に切り替え、前記第２電源と作動する前記ジェネレータによって電源となる前記インバータとの直列接続状態を経由した後、前記電源状態切替手段が電源直列状態に切り替えることを特徴とする電源装置である。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、第１電源及び第２電源を有する電源本体と、前記第１電源及び前記第２電源の電源並列状態と、電源直列状態と、前記第２電源のみが出力する単独第２電源状態と、に切り替える電源状態切替手段と、ジェネレータに接続するインバータと、単独第２電源状態の前記電源本体と前記インバータとが直列接続した直列接続状態で接続するインバータ接続手段と、前記ジェネレータのロータを回転させる動力源を制御する動力源制御手段と、を備え、前記電源状態切替手段が電源直列状態から電源並列状態に切り替える場合、前記動力源制御手段が前記ロータを回転させた後、前記電源状態切替手段が単独第２電源状態に切り替え、前記インバータ接続手段が直列接続状態に切り替え、前記第２電源と作動する前記ジェネレータによって電源となる前記インバータとの直列接続状態を経由した後、前記電源状態切替手段が電源並列状態に切り替えることを特徴とする電源装置である。
このような構成によれば、動力源制御手段がロータを回転させることにより、ジェネレータが作動（発電）し、作動するジェネレータよってインバータが電源となる。
本発明によれば、簡易な構成で第１電源及び第２電源の電源並列状態／電源直列状態の切替時における電圧変動を小さくする電源装置を提供できる。
本実施形態に係る電源装置の構成図である。 本実施形態に係る電源装置の一動作例を示すタイムチャートである。 図２の区間Ａにおける電流の流れを説明する図である。 図２の区間Ｂにおける電流の流れを説明する図である。 図２の区間Ｃにおける電流の流れを説明する図である。 図２の区間Ｄにおける電流の流れを説明する図である。 図２の区間Ｅにおける電流の流れを説明する図である。 図２の区間Ｆにおける電流の流れを説明する図である。 図２の区間Ｇにおける電流の流れを説明する図である。 図２の区間Ｈにおける電流の流れを説明する図である。 図２の区間Ｉにおける電流の流れを説明する図である。 図２の区間Ｊにおける電流の流れを説明する図である。
本発明の一実施形態について、図１〜図１２を参照して説明する。
本実施形態に係る電源装置１は、図示しないシリーズ方式のハイブリッド車（電動車両）に搭載されており、第１モータジェネレータ１１０及び第２モータジェネレータ１２０との間で電力を授受する装置である。第１モータジェネレータ１１０は、図示しない内燃機関（動力源）と接続され、内燃機関との間で動力を授受するようになっている。第２モータジェネレータ１２０は、駆動輪（図示しない）と接続され、駆動輪との間で動力を授受するようになっている。
＜第１モータジェネレータ＞
第１モータジェネレータ１１０は、モータ（電動機）の機能と、ジェネレータ（発電機）の機能とを備えている。すなわち、第１モータジェネレータ１１０は、内燃機関側に配置されるので、主に内燃機関からの動力によってジェネレータとして機能するものの、電源本体４０の電源並列状態及び電源直列状態の切替時、一時的にモータとして機能するように構成されている。
第１モータジェネレータ１１０は、内燃機関のクランク軸（出力軸）と一体で回転する円柱状の第１ロータと、第１ロータを囲む円筒状の第１ステータと、を備えている。第１ステータは、円筒状の第１ステータ本体と、第１ステータ本体の第１ティースに取り付けられた第１ステータコイル１１１、１１２、１１３とを備えている。第１ステータコイル１１１、１１２、１１３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するコイルである。なお、円柱状の第１ロータは、内燃機関のクランク軸とクラッチ等の締結装置（断接装置）を介して回転してもよい。
＜内燃機関＞
内燃機関は、例えばレシプロ型であり、燃料を燃焼させることでクランク軸を回転させて動力（回転力）を発生する動力発生装置である。内燃機関は、燃料及び空気の混合ガスを吸気する吸気弁と、燃焼後の排気ガスを排気する排気弁と、燃料を噴射するインジェクタと、吸気される空気の流量を制御するスロットル弁と、混合ガスに点火する点火プラグと、を備えている。そして、ＥＣＵ９０が、吸気弁、排気弁、インジェクタ、スロットル弁及び点火プラグを適宜に制御することで、内燃機関の出力（クランク軸の回転速度、トルク）が制御されるようになっている。
＜第２モータジェネレータ＞
第２モータジェネレータ１２０は、モータ（電動機）の機能と、ジェネレータ（発電機）の機能とを備えている。すなわち、第２モータジェネレータ１２０は、（１）力行時、モータとして機能し、第２インバータ２０からの交流電力（三相交流電力）を消費することで駆動力を発生し、（２）回生時、ジェネレータとして機能し、車輪の回転力によって交流電力を発生するようになっている。
第２モータジェネレータ１２０は、駆動輪と一体で回転する円柱状の第２ロータと、第２ロータを囲む円筒状の第２ステータと、を備えている。第２ステータは、円筒状の第２ステータ本体と、第２ステータ本体の第２ティースに取り付けられた第２ステータコイル１２１、１２２、１２３とを備えている。第２ステータコイル１２１、１２２、１２３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するコイルである。
≪電源装置の構成≫
電源装置１は、内燃機関側の第１インバータ１０と、駆動輪側の第２インバータ２０と、正極母線３１及び負極母線３２と、電源本体４０と、コンデンサ５１と、第１スイッチ６１〜第５スイッチ６５と、補機７１と、ＥＣＵ９０と、を備えている。
＜第１インバータ＞
第１インバータ１０は、内燃機関側の第１モータジェネレータ１１０との間で電力を授受する装置である。第１インバータ１０は、具体的には、（１）発電時（第１ロータの慣性回転時を含む）、第１モータジェネレータ１１０からの交流電力を直流電力に変換し、電源本体４０又は第２インバータ２０に出力する機能を主に備えている。
この他、第１インバータ１０は、第１二次電池４１等からの直流電力を交流電力に変換して第１モータジェネレータ１１０に出力し、第１モータジェネレータ１１０を一時的にモータとする機能も備えている。
第１インバータ１０は、第１インバータ正極端子１０Ｈ（高圧側端子）と、第１インバータ負極端子１０Ｌ（低圧側端子）と、を備えている。
第１インバータ１０は、Ｕ相用のスイッチ１１Ｈ（ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のトランジスタ）及びスイッチ１１Ｌと、Ｖ相用のスイッチ１２Ｈ及びスイッチ１２Ｌと、Ｗ相用のスイッチ１３Ｈ及びスイッチ１３Ｌと、を備えている。また、各スイッチ１１Ｈには、各スイッチ１１Ｈ等と並列であって、負極側から正極側への通電を許容するダイオードが設けられている。
Ｕ相において、スイッチ１１Ｈのコレクタは第１インバータ正極端子１０Ｈに接続され、スイッチ１１Ｈのエミッタはスイッチ１１Ｌのコレクタに接続され、スイッチ１１Ｌのエミッタは第１インバータ負極端子１０Ｌに接続されている。スイッチ１１Ｈのエミッタ及びスイッチ１１Ｌのコレクタは、Ｕ相に対応する第１ステータコイル１１１に接続されている。
Ｖ相、Ｗ相は、Ｕ相と同様の接続状態であるので、説明を省略する。
そして、ＥＣＵ９０がスイッチ１１Ｈ〜１３ＬをＯＮ／ＯＦＦ制御することで、第１インバータ１０が、直流電力と交流電力との間で変換するようになっている。
＜第２インバータ＞
第２インバータ２０は、駆動輪側の第２モータジェネレータ１２０との間で電力を授受する装置である。第２インバータ２０は、具体的には、（１）力行時、第１二次電池４１、第２二次電池４２、第１モータジェネレータ１１０からの直流電力を交流電力に変換し、第２モータジェネレータ１２０に出力する機能と、（２）回生時、第２モータジェネレータ１２０からの回生電力（交流電力）を直流電力に変換し、第１二次電池４１等に出力する機能と、を備えている。
第２インバータ２０は、第２インバータ正極端子２０Ｈ（高圧側端子）と、第２インバータ負極端子２０Ｌ（低圧側端子）と、を備えている。
第２インバータ２０は、Ｕ相用のスイッチ２１Ｈ及びスイッチ２１Ｌと、Ｖ相用のスイッチ２２Ｈ及びスイッチ２２Ｌと、Ｗ相用のスイッチ２３Ｈ及びスイッチ２３Ｌと、を備えている。また、各スイッチ２１Ｈ等には、各スイッチ２１Ｈ等と並列であって、負極側から正極側への通電を許容するダイオードが設けられている。
第２インバータ２０におけるスイッチ２１Ｈ等の接続状態は、第１インバータ１０と同様であるので説明を省略する。
＜正極母線、負極母線＞
正極母線３１は、電源装置１の正極側の母線であり、第２インバータ正極端子２０Ｈと、第３スイッチ６３のコレクタとに接続されている。なお、第３スイッチ６３のエミッタは第１インバータ正極端子１０Ｈに接続されている。負極母線３２は、電源装置１の負極側の母線であり、第１インバータ負極端子１０Ｌと、第２インバータ負極端子２０Ｌとに接続されている。
＜電源本体（第１二次電池、第２二次電池）＞
電源本体４０は、第１二次電池４１（第１電源）と、第２二次電池４２（第２電源）と、を備えている。第１二次電池４１、第２二次電池４２は、高圧電源であって、複数の単電池が直列接続されることで構成された組電池である。第１二次電池４１、第２二次電池４２は、直流電力を充放電（充電／放電）可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン型、リチウムイオンポリマー型、ニッケル水素型で構成されている。
第１二次電池４１は、第１電源正極端子４１Ｈと第１電源負極端子４１Ｌとを備えている。第１電源正極端子４１Ｈは、第１スイッチ６１を介して、正極母線３１に電気的に接続されている。第１電源負極端子４１Ｌは、負極母線３２に接続されている。
第２二次電池４２は、第２電源正極端子４２Ｈと第２電源負極端子４２Ｌとを備えている。第２電源正極端子４２Ｈは、正極母線３１に接続されている。第２電源負極端子４２Ｌは、第５スイッチ６５を介して負極母線３２に接続されている。
＜コンデンサ＞
コンデンサ５１は、電荷を充放電するものである。コンデンサ５１は、第５スイッチ６５と並列に配置され、コンデンサ５１の正極端子は第２電源負極端子４２Ｌに接続されており、コンデンサ５１の負極端子は負極母線３２に電気的に接続されている。
＜スイッチ＞
第１スイッチ６１〜第５スイッチ６５は、ＥＣＵ９０によってＯＮ（導通）／ＯＦＦ（遮断）制御されるスイッチであり、例えばＩＧＢＴで構成される。
第１スイッチ６１は、第１電源正極端子４１Ｈと正極母線３１との接続状態をＯＮ／ＯＦＦするスイッチである。
第２スイッチ６２は、第１電源正極端子４１Ｈと第２電源負極端子４２Ｌとの接続状態をＯＮ／ＯＦＦするスイッチである。
第３スイッチ６３は、正極母線３１と第１インバータ正極端子１０Ｈとの接続状態をＯＮ／ＯＦＦするスイッチである。
第４スイッチ６４は、第２電源負極端子４２Ｌと第１インバータ正極端子１０Ｈとの接続状態をＯＮ／ＯＦＦするスイッチである。
第５スイッチ６５は、第２電源負極端子４２Ｌと負極母線３２との接続状態をＯＮ／ＯＦＦするスイッチである。
＜補機＞
補機７１は、第２モータジェネレータ１２０に対して低い動作電圧（例えば１２Ｖ）で作動する機器であり、ヘッドライト、室内灯、ナビゲーション装置、等である。補機７１は第１二次電池４１に接続されており、補機７１と第１二次電池４１との間には電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（図示しない）が設けられている。
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ９０は、電源装置１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。そして、ＥＣＵ９０は、その内部に記憶されたプログラムに従って各種処理を実行するように構成されている。
＜ＥＣＵ−力行時／回生時判定＞
ＥＣＵ９０は、車速やアクセル開度に基づいて力行時であるか否か判定する機能を備えている。アクセル開度はアクセル開度センサ（図示しない）を介して検出され、車速は車速センサ（図示しない）を介して検出される。そして、ＥＣＵ９０は、直前の所定単位時間において車速及び／又はアクセル開度が増加している場合、力行時であると判定するように構成されている。一方、ＥＣＵ９０は、車速又はアクセル開度が減少している場合、力行時でない、つまり回生時であると判定するように構成されている。
＜第１二次電池等の接続状態＞
ここで、第１二次電池４１、第２二次電池４２、内燃機関側の第１インバータ１０の接続状態を説明する。なお、ＥＣＵ９０が、第１スイッチ６１等を適宜にＯＮ／ＯＦＦすることで、後記する接続状態が適宜に切り替えられるように構成されている。
＜電源並列状態＞
第１スイッチ６１及び第５スイッチ６５がＯＮ状態、第２スイッチ６２がＯＦＦ状態であると、負荷（第２インバータ２０）に対して、第１二次電池４１及び第２二次電池４２が並列となる電源並列状態となる。
＜電源直列状態＞
第２スイッチ６２がＯＮ状態、第１スイッチ６１及び第５スイッチ６５がＯＦＦ状態であると、負荷（第２インバータ２０）に対して、第１二次電池４１及び第２二次電池４２が直列となる電源直列状態となる。
＜電源並列状態、電源直列状態の選択＞
ＥＣＵ９０は、動力源である第２モータジェネレータ１２０に要求される要求トルクと、車速と、接続状態マップとに基づいて、電源並列状態又は電源直列状態を選択し、選択した接続状態となるように第１スイッチ６１等をＯＮ／ＯＦＦ制御する機能を備えている。
接続状態マップは、事前試験等よって求められ、ＥＣＵ９０に予め記憶されており、例えば、要求トルク及び車速に対応して、電源並列状態を選択すべき領域と、電源直列状態を選択すべき領域とに振り分けられている。具体的には、要求トルク及び／又は車速が大きくなるにつれて、電源直列状態が選択され易いようにマップ化されている。
＜単独第２電源状態＞
第１スイッチ６１及び第２スイッチ６２がＯＦＦ状態であると、第２二次電池４２のみが単独で出力する単独第２電源状態となる。なお、本実施形態では、単独第２電源状態において、第５スイッチ６５もＯＦＦ状態となる。
＜電源状態切替手段＞
したがって、本実施形態において、電源並列状態、電源直列状態、単独第２電源状態を切り替える電源状態切替手段は、第１スイッチ６１、第２スイッチ６２、第４スイッチ６４、第５スイッチ６５と、これらを制御するＥＣＵ９０とを備えて構成されている。
＜第１インバータ：第１接続状態＞
電源本体４０が電源並列状態又は電源直列状態である場合において、第３スイッチ６３がＯＮ状態、第４スイッチ６４がＯＦＦ状態であると、第１インバータ１０は第１接続状態となる。第１接続状態では、（１）電源本体４０の電力を第１インバータ１０に供給し第１モータジェネレータ１１０をモータとして機能させることや、（２）ジェネレータとして機能する第１モータジェネレータ１１０の電力を電源本体４０及び／又は第２インバータ２０に供給することが可能となる。
＜第１インバータ：第２接続状態＞
電源本体４０が単独第２電源状態である場合において、第３スイッチ６３がＯＦＦ状態、第４スイッチ６４がＯＮ状態であると、第１インバータ１０は第２接続状態となる。
＜インバータ接続状態切替手段＞
したがって、本実施形態において、第１接続状態と第２接続状態とに切り替えるインバータ接続状態切替手段は、第３スイッチ６３、第４スイッチ６４と、これらを制御するＥＣＵ９０とを備えて構成されている。
≪電源装置の作用効果≫
電源装置１の作用効果を説明する。
＜電源本体：電源並列状態−力行時＞
図２（区間Ａ）、図３に示すように、ＥＣＵ９０は、電源並列状態を選択している場合、第１スイッチ６１、第５スイッチ６５をＯＮし、第２スイッチ６２、第３スイッチ６３、第４スイッチ６４をＯＦＦする。そうすると、第１二次電池４１及び第２二次電池４２は電源並列状態となる。
そして、ＥＣＵ９０は、力行時であると判定した場合、第２モータジェネレータ１２０がモータとして機能するように、第２インバータ２０を制御して、第１二次電池４１及び第２二次電池４２からの直流電力を交流電力に変換し、第２モータジェネレータ１２０に供給する。具体的には、ＥＣＵ９０は、第２モータジェネレータ１２０における実際トルクが要求トルクとなるように、第２インバータ２０をＰＷＭ制御する。
この場合において、第１二次電池４１及び第２二次電池４２からの直流電力のみでは不足すると判断されるとき、ＥＣＵ９０は、第３スイッチ６３をＯＮすると共に、内燃機関を作動させることで、第１モータジェネレータ１１０をジェネレータとして機能させ、第１モータジェネレータ１１０からの交流電力を第１インバータ１０で直流電力に変換し、この直流電力も第２インバータ２０に供給する構成としてもよい。
＜電源本体：電源並列状態−回生時＞
図２（区間Ｂ）、図４に示すように、ＥＣＵ９０は、電源並列状態を選択している場合であって回生時であると判定した場合、ジェネレータとして機能する第２モータジェネレータ１２０からの交流電力を直流電力に変換するように第２インバータ２０を制御する。そうすると、変換後の直流電力が第１二次電池４１及び第２二次電池４２に充電される。
この場合において、第２インバータ２０からの直流電力のみでは第１二次電池４１及び第２二次電池４２が十分に充電されないと判断されるとき、また、第１二次電池４１及び第２二次電池４２を急速充電したいとき、ＥＣＵ９０は、第３スイッチ６３をＯＮすると共に、内燃機関を作動させることで、第１モータジェネレータ１１０をジェネレータとして機能させ、第１モータジェネレータ１１０からの交流電力を第１インバータ１０で直流電力に変換し、この直流電力も第１二次電池４１及び第２二次電池４２に充電する構成としてもよい。
＜電源本体：電源並列状態→電源直列状態＞
次に、図２（区間Ｃ〜Ｅ）、図５〜図７を参照して、電源並列状態から電源直列状態に切り替える場合を説明する。
＜第１インバータ：第１接続状態＞
図２（区間Ｃ）、図５に示すように、ＥＣＵ９０は、第１スイッチ６１、第５スイッチ６５をＯＮしたまま、第３スイッチ６３もＯＮする。なお、第２スイッチ６２、第４スイッチ６４はＯＦＦのままである。これにより、電源並列状態である電源本体４０と第１インバータ１０とは第１接続状態となる。
＜第１モータジェネレータ：モータ＞
次いで、ＥＣＵ９０は、第１インバータ１０を制御して、第１二次電池４１及び第２二次電池４２からの直流電力を交流電力に変換して第１モータジェネレータ１１０に供給し、第１モータジェネレータ１１０をモータとして機能させる。これにより、第１モータジェネレータ１１０の第１ロータ（図示しない）は回転する。
この場合において、回転する第１ロータは、内燃機関のクランク軸を引きずることになるから、第１ロータとクランク軸との間にクラッチ機構を備え、前記第１ロータを回転させるとき、前記クラッチ機構をＯＦＦ（動力を遮断）する構成としてもよい。後記する電源直列状態から電源並列状態に切り替える場合も同様である。
なお、第１ロータを回転させる程度に対応して、その後に慣性回転する第１ロータによって発生する起電圧が変化する。つまり、第１ロータを高速で回転させるにつれて、起電圧が大きくなる。したがって、その後に発生する起電圧が第１二次電池４１の端子電圧以上となるように、例えば、第１二次電池４１の端子電圧が大きくなるにつれて、第１ロータが高速で回転するように、第１モータジェネレータ１１０への電力供給量を大きくすることが好ましい。第１二次電池４１の端子電圧は電圧センサ等によって検出される。
＜電源本体：単独第２電源状態、第１インバータ：第２接続状態＞
次いで、図２（区間Ｄ）、図６に示すように、ＥＣＵ９０は、第４スイッチ６４をＯＮし、第１スイッチ６１、第２スイッチ６２、第３スイッチ６３、第５スイッチ６５をＯＦＦする。これにより、電源本体４０は、第２二次電池４２のみが出力（外部と接続）する単独第２電源状態となる。第１インバータ１０は、単独第２電源状態である電源本体４０と直列接続した第２接続状態（直列接続状態）となる。
なお、第３スイッチ６３がＯＦＦされたことにより、電源本体４０から第１インバータ１０への電力供給は停止され、第１モータジェネレータ１１０のモータ機能は失われる。ところが、第１ロータは自身の慣性によって慣性（惰性）回転しており、第１モータジェネレータ１１０はジェネレータとして作動し（ジェネレータ機能を発揮）、第１ステータコイル１１１〜１１３において交流電力が発生している。
次いで、ＥＣＵ９０は、第１インバータ１０を制御して、ジェネレータとして作動する第１モータジェネレータ１１０からの交流電力を直流電力に変換する。これにより、第１インバータ１０は一時的に直流電源（昇圧器）となると共に、第１インバータ１０は第２二次電池４２と直列接続状態（第２接続状態）となる。
なお、直列接続状態において、第１インバータ１０は、コンデンサ５１と並列であり、また、この後に接続される第１二次電池４１とも並列である。
この状態において、第１ロータの回転速度は徐々に小さくなるので、一時的に電源となる第１インバータ１０の起電圧も徐々に小さくなる。一方、コンデンサ５１には電荷が蓄えられるので、コンデンサ５１の電圧は徐々に大きくなる。
＜電源本体：電源直列状態＞
次いで、図２（区間Ｅ）、図７に示すように、ＥＣＵ９０は、第４スイッチ６４をＯＮしたまま、第２スイッチ６２をＯＮする。なお、第１スイッチ６１、第３スイッチ６３、第５スイッチ６５はＯＦＦのままである。
そうすると、電源本体４０は、単独第２電源状態から、第１二次電池４１及び第２二次電池４２が直列である電源直列状態に切り替わる。その後、ＥＣＵ９０は、第４スイッチ６４をＯＦＦする。
このように、第２二次電池４２と、一時的に電源となる第１インバータ１０及びコンデンサ５１とが直列で接続された直列接続状態を経由した後、第１二次電池４１及び第２二次電池４２が直列である電源直列状態に切り替えるので、前記直列接続状態を経由せずに、電源並列状態から電源直列状態に切り替える構成に対して、第２インバータ２０への印加電圧の急な変動が小さくなる。
なお、単独第２電源状態から電源直列状態に切り替えるタイミングは、第１二次電池４１の第１電源電圧（端子電圧）と、第１インバータ１０の起電圧、コンデンサ５１の電圧とが略等しいタイミングが好ましい。したがって、第１二次電池４１の第１電源電圧を検出する電圧センサと、コンデンサ５１の電圧を検出する電圧センサと、第１インバータ１０の起電圧を検出する電圧センサを備える構成としてもよい。
＜電源本体：電源直列状態−力行時＞
図２（区間Ｆ）、図８に示すように、ＥＣＵ９０は、電源直列状態を選択している場合、第２スイッチ６２をＯＮし、第１スイッチ６１、第３スイッチ６３、第４スイッチ６４、第５スイッチ６５をＯＦＦする。そうすると、第１二次電池４１及び第２二次電池４２は直列状態となる。
そして、ＥＣＵ９０は、力行時であると判定した場合、第２モータジェネレータ１２０がモータとして機能するように、第２インバータ２０を制御して、第１二次電池４１及び第２二次電池４２からの直流電力を交流電力に変換し、第２モータジェネレータ１２０に供給する。
この場合において、第１二次電池４１及び第２二次電池４２からの直流電力のみでは不足すると判断されるとき、ＥＣＵ９０は、第３スイッチ６３をＯＮすると共に、内燃機関を作動させることで、第１モータジェネレータ１１０をジェネレータとして機能させ、第１モータジェネレータ１１０からの交流電力を第１インバータ１０で直流電力に変換し、この直流電力も第２インバータ２０に供給する構成としてもよい。
＜電源本体：電源直列状態−回生時＞
図２（区間Ｇ）、図９に示すように、ＥＣＵ９０は、電源直列状態を選択している場合であって回生時であると判定した場合、ジェネレータとして機能する第２モータジェネレータ１２０からの交流電力を直流電力に変換するように第２インバータ２０を制御する。そうすると、変換後の直流電力が第１二次電池４１及び第２二次電池４２に充電される。
この場合において、第２インバータ２０からの直流電力のみでは第１二次電池４１及び第２二次電池４２が十分に充電されないと判断されるとき等、ＥＣＵ９０は、第３スイッチ６３をＯＮすると共に、内燃機関を作動させることで、第１モータジェネレータ１１０をジェネレータとして機能させ、第１モータジェネレータ１１０からの交流電力を第１インバータ１０で直流電力に変換し、この直流電力も第１二次電池４１及び第２二次電池４２に充電する構成としてもよい。
＜電源本体：電源直列状態→電源並列状態＞
次に、図２（区間Ｈ〜Ｊ）、図１０〜図１１を参照して、電源直列状態から電源並列状態に切り替える場合を説明する。
＜第１インバータ：第１接続状態＞
図２（区間Ｈ）、図１０に示すように、ＥＣＵ９０は、第２スイッチ６２をＯＮしたまま、第３スイッチ６３もＯＮする。なお、第１スイッチ６１、第４スイッチ６４、第５スイッチ６５はＯＦＦのままである。これにより、電源直列状態である電源本体４０と第１インバータ１０とは第１接続状態となる。
＜第１モータジェネレータ：モータ＞
次いで、ＥＣＵ９０は、第１インバータ１０を制御して、第１二次電池４１及び第２二次電池４２から直流電力を交流電力に変換して第１モータジェネレータ１１０に供給し、第１モータジェネレータ１１０をモータとして機能させる。これにより、第１モータジェネレータ１１０の第１ロータ（図示しない）は回転する。
＜電源本体：単独第２電源状態、第１インバータ：第２接続状態＞
次いで、図２（区間Ｉ）、図１１に示すように、ＥＣＵ９０は、第４スイッチ６４をＯＮし、第１スイッチ６１、第２スイッチ６２、第３スイッチ６３、第５スイッチ６５をＯＦＦする。これにより、電源本体４０は、第２二次電池４２のみが出力（外部と接続）する単独第２電源状態となる。第１インバータ１０は、単独第２電源状態である電源本体４０と直列接続した第２接続状態（直列接続状態）となる。
なお、第３スイッチ６３がＯＦＦされたことにより、電源本体４０から第１インバータ１０への電力供給は停止され、第１モータジェネレータ１１０のモータ機能は失われる。ところが、第１ロータは自身の慣性によって慣性（惰性）回転しており、第１モータジェネレータ１１０はジェネレータとして作動し（ジェネレータ機能を発揮）、第１ステータコイル１１１〜１１３において交流電力が発生している。
＜第１インバータ：直列接続状態＞
次いで、ＥＣＵ９０は、第１インバータ１０を制御して、ジェネレータとして作動する第１モータジェネレータ１１０からの交流電力を直流電力に変換する。これにより、第１インバータ１０は一時的に直流電源となると共に、第１インバータ１０は第２二次電池４２と直列接続状態となる。
なお、直列接続状態において、第１インバータ１０は、コンデンサ５１と並列であり、また、この後に接続される第１二次電池４１とも並列である。
この状態において、第１ロータの回転速度は徐々に小さくなるので、一時的に電源となる第１インバータ１０の起電圧も徐々に小さくなる。一方、コンデンサ５１には電荷が蓄えられるので、コンデンサ５１の電圧は徐々に大きくなる。
＜電源本体：電源並列状態＞
次いで、図２（区間Ｊ）、図１２に示すように、ＥＣＵ９０は、第４スイッチ６４をＯＮしたまま、第１スイッチ６１、第５スイッチ６５をＯＮする。なお、第２スイッチ６２、第３スイッチ６３はＯＦＦのままである。
そうすると、電源本体４０は、単独第２電源状態から、第１二次電池４１及び第２二次電池４２が並列である電源並列状態に切り替わる。その後、ＥＣＵ９０は、第４スイッチ６４をＯＦＦする。
このように、第２二次電池４２と、一時的に電源となる第１インバータ１０及びコンデンサ５１とが直列で接続された直列接続状態を経由した後、第１二次電池４１及び第２二次電池４２が並列である電源並列状態に切り替えるので、前記直列接続状態を経由せずに、電源直列状態から電源並列状態に切り替える構成に対して、第２インバータ２０への印加電圧の急な変動が小さくなる。
なお、単独第２電源状態から電源並列状態に切り替えるタイミングは、第１二次電池４１の第１電源電圧（端子電圧）と、第１インバータ１０の起電圧、コンデンサ５１の電圧とが略等しいタイミングが好ましい。
≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。
前記した実施形態では、電源装置１が常時接続する外部負荷が交流電力を消費する第２モータジェネレータ１２０である構成を例示したが、その他に例えば、外部負荷は直流電力を消費する直流電力消費機器（例えば電気ヒータ）である構成でもよい。なお、このように直流電力消費機器である場合、電源装置１は第２インバータ２０を備えない構成となる。
前記した実施形態では、電源並列状態から電源直列状態に切り替える場合において、第１モータジェネレータ１１０のロータを回転させるとき、第３スイッチ６３をＯＮして電源本体４０から第１インバータ１０に直流電力を供給し、第１モータジェネレータ１１０を一時的にモータとして機能させる構成を例示したが、その他に例えば、ＥＣＵ９０（動力源制御手段）が内燃機関（動力源）を一時的に作動させ、内燃機関の動力で第１モータジェネレータ１１０のロータを回転する構成としてもよい。
この構成の場合、第１インバータ１０に電力供給するための第３スイッチ６３のＯＮは不要となり、第３スイッチ６３はＯＦＦのままとなる。
そして、内燃機関の動力で第１モータジェネレータ１１０のロータを回転した後、ＥＣＵ９０（インバータ接続手段）は、第４スイッチ６４をＯＮし、第１スイッチ６１、第２スイッチ６２、第３スイッチ６３、第５スイッチ６５をＯＦＦする。これにより、電源本体４０は、第２二次電池４２のみが出力（外部と接続）する単独第２電源状態となる。そして、第１インバータ１０は、単独第２電源状態である電源本体４０と直列した直列接続状態となる。
前記した実施形態では、電源直列状態から電源並列状態に切り替える場合において、第１モータジェネレータ１１０のロータを回転させるとき、第３スイッチ６３をＯＮして電源本体４０から第１インバータ１０に直流電力を供給し、第１モータジェネレータ１１０を一時的にモータとして機能させる構成を例示したが、その他に例えば、ＥＣＵ９０（動力源制御手段）が内燃機関（動力源）を一時的に作動させ、内燃機関の動力で第１モータジェネレータ１１０のロータを回転する構成としてもよい。
この構成の場合、第１インバータ１０に電力供給するための第３スイッチ６３のＯＮは不要となり、第３スイッチ６３はＯＦＦのままとなる。
そして、内燃機関の動力で第１モータジェネレータ１１０のロータを回転した後、ＥＣＵ９０（インバータ接続手段）は、第４スイッチ６４をＯＮし、第１スイッチ６１、第２スイッチ６２、第３スイッチ６３、第５スイッチ６５をＯＦＦする。これにより、電源本体４０は、第２二次電池４２のみが出力（外部と接続）する単独第２電源状態となる。そして、第１インバータ１０は、単独第２電源状態である電源本体４０と直列接続した直列接続状態となる。
前記した実施形態では、第１電源が第１二次電池４１である構成を例示したが、その他に例えば、第１電源が一次電池である構成でもよい。第２電源（第２二次電池４２）についても同様である。
１ 電源装置
１０ 第１インバータ
２０ 第２インバータ
１０Ｈ 第１インバータ正極端子
１０Ｌ 第１インバータ負極端子
２０ 第２インバータ
３１ 正極母線
３２ 負極母線
４０ 電源本体
４１ 第１二次電池（第１電源）
４１Ｈ 第１電源正極端子
４１Ｌ 第１電源負極端子
４２ 第２二次電池（第２電源）
４２Ｈ 第２電源正極端子
４２Ｌ 第２電源負極端子
６１ 第１スイッチ
６２ 第２スイッチ
６３ 第３スイッチ
６４ 第４スイッチ
６５ 第５スイッチ
９０ ＥＣＵ
１１０ 第１モータジェネレータ
１２０ 第２モータジェネレータ

Claims (5)

  1. 第１電源及び第２電源を有する電源本体と、
    前記第１電源及び前記第２電源の電源並列状態と、電源直列状態と、前記第２電源のみが出力する単独第２電源状態と、に切り替える電源状態切替手段と、
    モータジェネレータに接続するインバータと、
    電源並列状態又は電源直列状態の前記電源本体と前記インバータとが接続した第１接続状態と、単独第２電源状態の前記電源本体と前記インバータとが直列接続した第２接続状態と、に切り替えるインバータ接続状態切替手段と、
    を備え、
    前記電源状態切替手段が電源並列状態から電源直列状態に切り替える場合、
    前記インバータ接続状態切替手段が第１接続状態に切り替え、
    前記インバータが前記モータジェネレータをモータとして作動させた後、
    前記電源状態切替手段が単独第２電源状態に切り替え、前記インバータ接続状態切替手段が第２接続状態に切り替え、前記第２電源とジェネレータとして作動する前記モータジェネレータによって電源となる前記インバータとの直列接続状態を経由した後、
    前記電源状態切替手段が電源直列状態に切り替える
    ことを特徴とする電源装置。
  2. 第１電源及び第２電源を有する電源本体と、
    前記第１電源及び前記第２電源の電源並列状態と、電源直列状態と、前記第２電源のみが出力する単独第２電源状態と、に切り替える電源状態切替手段と、
    モータジェネレータに接続するインバータと、
    電源並列状態又は電源直列状態の前記電源本体と前記インバータとが接続した第１接続状態と、単独第２電源状態の前記電源本体と前記インバータとが直列接続した第２接続状態と、に切り替えるインバータ接続状態切替手段と、
    を備え、
    前記電源状態切替手段が電源直列状態から電源並列状態に切り替える場合、
    前記インバータ接続状態切替手段が第１接続状態に切り替え、
    前記インバータが前記モータジェネレータをモータとして作動させた後、
    前記電源状態切替手段が単独第２電源状態に切り替え、前記インバータ接続状態切替手段が第２接続状態に切り替え、前記第２電源とジェネレータとして作動する前記モータジェネレータによって電源となる前記インバータとの直列接続状態を経由した後、
    前記電源状態切替手段が電源並列状態に切り替える
    ことを特徴とする電源装置。
  3. 前記第１電源は、第１電源正極端子と、第１電源負極端子と、を備え、
    前記第２電源は、第２電源正極端子と、第２電源負極端子と、を備え、
    前記インバータは、インバータ正極端子と、インバータ負極端子と、を備え、
    前記第２電源正極端子に接続した正極母線と、
    前記第１電源負極端子及び前記インバータ負極端子に接続した負極母線と、
    前記第１電源正極端子と前記正極母線との接続をＯＮ／ＯＦＦする第１スイッチと、
    前記第１電源正極端子と前記第２電源負極端子との接続をＯＮ／ＯＦＦする第２スイッチと、
    前記正極母線と前記インバータ正極端子との接続をＯＮ／ＯＦＦする第３スイッチと、
    前記第２電源負極端子と前記インバータ正極端子との接続をＯＮ／ＯＦＦする第４スイッチと、
    前記第２電源負極端子と前記負極母線との接続をＯＮ／ＯＦＦする第５スイッチと、
    を備える
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
  4. 第１電源及び第２電源を有する電源本体と、
    前記第１電源及び前記第２電源の電源並列状態と、電源直列状態と、前記第２電源のみが出力する単独第２電源状態と、に切り替える電源状態切替手段と、
    ジェネレータに接続するインバータと、
    単独第２電源状態の前記電源本体と前記インバータとが直列接続した直列接続状態で接続するインバータ接続手段と、
    前記ジェネレータのロータを回転させる動力源を制御する動力源制御手段と、
    を備え、
    前記電源状態切替手段が電源並列状態から電源直列状態に切り替える場合、
    前記動力源制御手段が前記ロータを回転させた後、
    前記電源状態切替手段が単独第２電源状態に切り替え、前記インバータ接続手段が直列接続状態に切り替え、前記第２電源と作動する前記ジェネレータによって電源となる前記インバータとの直列接続状態を経由した後、
    前記電源状態切替手段が電源直列状態に切り替える
    ことを特徴とする電源装置。
  5. 第１電源及び第２電源を有する電源本体と、
    前記第１電源及び前記第２電源の電源並列状態と、電源直列状態と、前記第２電源のみが出力する単独第２電源状態と、に切り替える電源状態切替手段と、
    ジェネレータに接続するインバータと、
    単独第２電源状態の前記電源本体と前記インバータとが直列接続した直列接続状態で接続するインバータ接続手段と、
    前記ジェネレータのロータを回転させる動力源を制御する動力源制御手段と、
    を備え、
    前記電源状態切替手段が電源直列状態から電源並列状態に切り替える場合、
    前記動力源制御手段が前記ロータを回転させた後、
    前記電源状態切替手段が単独第２電源状態に切り替え、前記インバータ接続手段が直列接続状態に切り替え、前記第２電源と作動する前記ジェネレータによって電源となる前記インバータとの直列接続状態を経由した後、
    前記電源状態切替手段が電源並列状態に切り替える
    ことを特徴とする電源装置。
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