(57)【要約】【課題】信頼性が向上された電源システムを提供する。【解決手段】電源システム１は、ループ状に接続された、第１コンバータ１１と、第２コンバータ１２と、第３コンバータ１３とを備える。さらに、電源システム１は、第１バッテリ２１と、第２バッテリ２２と、第３バッテリ２３と、コントローラ４１とを備える。第１コンバータ１１、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３は、双方向の電力変換が可能である。第１バッテリ２１は、隣接する第１コンバータ１１と第３コンバータ１３との間に設けられる。第２バッテリ２２は、隣接する第１コンバータ１１と第２コンバータ１２との間に設けられる。第３バッテリ２３は、隣接する第２コンバータ１２と第３コンバータ１３との間に設けられる。電源システム１は、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３を制御可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループ状に接続された、双方向の電力変換が可能な複数のコンバータと、
前記複数のコンバータにおいて隣接するコンバータ間に設けられた複数のバッテリと、
前記複数のコンバータを制御可能なコントローラと、
を備える、電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源システムにおいて、
前記複数のバッテリは、
第１バッテリと、
前記第１バッテリよりも公称電圧が低い第２バッテリと、
前記第２バッテリよりも公称電圧が低い第３バッテリと、を含み、
前記複数のコンバータは、
前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第１コンバータと、
前記第２バッテリと前記第３バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第２コンバータと、
前記第３バッテリと前記第１バッテリとの間で双方向の電力変換が可能な第３コンバータと、を含む、電源システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第１コンバータ及び前記第３コンバータを制御して、前記第１バッテリに充電された電力を、前記第２バッテリ及び前記第３バッテリに供給する、電源システム。
【請求項４】
請求項３に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第１バッテリの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第１バッテリの異常を検出すると、前記第１コンバータを制御して、前記第２バッテリに充電された電力を、前記第１バッテリに接続された負荷に供給する、電源システム。
【請求項５】
請求項３に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第２バッテリの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第２バッテリの異常を検出すると、前記第１コンバータを制御して、前記第１バッテリに充電された電力を、前記第２バッテリに接続された負荷に供給する、電源システム。
【請求項６】
請求項３に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第３バッテリの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第３バッテリの異常を検出すると、前記第３コンバータを制御して、前記第１バッテリに充電された電力を、前記第３バッテリに接続された負荷に供給する、電源システム。
【請求項７】
請求項３に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第１コンバータの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第１コンバータの異常を検出すると、前記第２コンバータ及び前記第３コンバータを制御して、前記第１バッテリに充電された電力を、前記第２バッテリ及び前記第３バッテリに供給する、電源システム。
【請求項８】
請求項３に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第３コンバータの異常を検出可能であり、
前記コントローラは、前記第３コンバータの異常を検出すると、前記第１コンバータ及び前記第２コンバータを制御して、前記第１バッテリに充電された電力を、前記第２バッテリ及び前記第３バッテリに供給する、電源システム。
【請求項９】
請求項２乃至８の何れか一項に記載の電源システムにおいて、
前記第１コンバータ、前記第２コンバータ及び前記第３コンバータのそれぞれのトランスは、コアを共有して構成される、電源システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の電源システムにおいて、
前記第１コンバータ、前記第２コンバータ及び前記第３コンバータのそれぞれのトランスは、プレーナ型トランスである、電源システム。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の電源システムにおいて、
前記第１コンバータの駆動周波数は、前記第２コンバータ及び前記第３コンバータの駆動周波数よりも高く、
前記第１コンバータの駆動周波数は、前記コアの磁気特性に応じて決定される、電源システム。
【請求項１２】
請求項９又は１０に記載の電源システムにおいて、
前記第１コンバータ、前記第２コンバータ及び前記第３コンバータのそれぞれにおいて、少なくも前記トランスを他の構成要素から切り離すスイッチが設けられる、電源システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電源システムにおいて、
前記コントローラは、前記第１コンバータ、前記第２コンバータ及び前記第３コンバータのうちの制御対象ではないコンバータでは、前記スイッチを制御して、少なくも前記トランスを他の構成要素から切り離す、電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば自動車等の車両では、複数の異なる電圧で駆動状態になる多様な負荷が搭載される。このような多様な負荷に電力を供給するために、異なる電圧を供給可能な電源システムが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−３３３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電源システムは、例えば負荷に供給する異なる電圧に応じた、複数のバッテリを備える。このような電源システムは、例えば複数のバッテリのうちの１つのバッテリが故障すると、電力を供給できなくなる虞がある。
【０００５】
かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、信頼性が向上された、電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、第１の観点に係る電源システムは、
ループ状に接続された、双方向の電力変換が可能な複数のコンバータと、
前記複数のコンバータにおいて隣接するコンバータ間に設けられた複数のバッテリと、
前記複数のコンバータを制御可能なコントローラと、
を備える。
【発明の効果】
【０００７】
第１の観点に係る電源システムによれば、信頼性が向上され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る電源システムのブロック図である。
【図２】図１に示す構成にて第１バッテリの異常時の電力経路を説明する図である。
【図３】図１に示す構成にて第２バッテリの異常時の電力経路を説明する図である。
【図４】図１に示す構成にて第３バッテリの異常時の電力経路を説明する図である。
【図５】図１に示す構成にて第１コンバータの異常時の電力経路を説明する図である。
【図６】図１に示す構成にて第３コンバータの異常時の電力経路を説明する図である。
【図７】第１実施形態に係る電源システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】第１実施形態に係る電源システムの動作の他の例を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図１０】第２実施形態に係るＡＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図１１】第２実施形態に係るプレーナ型トランスの斜視図である。
【図１２】図１１に示すＬ−Ｌ線におけるプレーナ型トランスの断面図である。
【図１３】第２実施形態の他の例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。以下では、本開示の電源システムは、ハイブリット車又は電気自動車等の車両に搭載されるものとして説明する。ただし、本開示の電源システムは、電力を消費する任意の装置に搭載されてよい。
【００１０】
（第１実施形態）
［システム構成］
図１は、第１実施形態に係る電源システム１のブロック図である。図１において、各ブロックを結ぶ実線は、電力の流れを示す。また、図１において、各ブロックを結ぶ破線は、制御の流れを示す。
【００１１】
電源システム１は、ハイブリット車又は電気自動車等の車両に搭載される。電源システム１は、後述の第１バッテリ２１を充電する際、交流電源２に接続される。交流電源２は、住宅又は充電スタンド等に設けられ得る。交流電源２は、商用交流電源であってよい。交流電源２は、三相形式の交流電源であってよい。又は、交流電源２は、単相３線形式の交流電源であってもよいし、単相２線形式の交流電源であってもよい。交流電源２は、例えば８５Ｖ〜２６５Ｖの範囲の、交流電圧を供給可能である。
【００１２】
電源システム１は、ループ状に接続された、第１コンバータ１１と、第２コンバータ１２と、第３コンバータ１３とを備える。さらに、電源システム１は、第１バッテリ２１と、第２バッテリ２２と、第３バッテリ２３と、モータ３１と、補機３２と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３３と、メモリ４０と、コントローラ４１とを備える。加えて、電源システム１は、第４コンバータ１４を備えてよい。
【００１３】
図１に示す電源システム１では、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３の３つのコンバータが、ループ状に接続される。ただし、電源システム１では、例えばバッテリの数に応じて、２つのコンバータがループ状に接続されてもよいし、４つ以上のコンバータがループ状に接続されてもよい。
【００１４】
以下、第１バッテリ２１の公称電圧は、例えば２５０Ｖ〜４５０Ｖの範囲の高電圧（以下、「ＨＶ」と記載する）であるものとする。ただし、第１バッテリ２１の公称電圧は、モータ３１の駆動電圧に応じた任意の電圧であってよい。また、第２バッテリ２２の公称電圧は、４８Ｖであるものとする。ただし、第２バッテリ２２の公称電圧は、第１バッテリ２１の公称電圧よりも低ければ、補機３２の駆動電圧に応じた任意の電圧であってよい。また、第３バッテリ２３の公称電圧は、１２Ｖであるものとする。ただし、第３バッテリ２３の公称電圧は、第２バッテリ２２の公称電圧よりも低ければ、ＥＣＵ３３の駆動電圧に応じた任意の電圧であってよい。
【００１５】
第１コンバータ１１は、スイッチング素子及びインダクタ等を含んで構成されてよい。第１コンバータ１１は、双方向の電力変換が可能である。第１コンバータ１１は、例えば、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータである。第１コンバータ１１は、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２との間で双方向の電力変換が可能である。
【００１６】
例えば、第１コンバータ１１は、コントローラ４１の制御に基づいて、第１バッテリ２１から供給される電圧ＨＶを、第２バッテリ２２の充電に適した電圧まで降圧し、降圧後の直流電圧を第２バッテリ２２に供給する。又は、第１コンバータ１１は、コントローラ４１の制御に基づいて、第１バッテリ２１から供給される電圧ＨＶを、補機３２の駆動に適した電圧まで降圧し、降圧後の直流電圧を、補機３２に供給する。又は、第１コンバータ１１は、コントローラ４１の制御に基づいて、第２バッテリ２２から供給される電圧４８Ｖを、モータ３１の駆動に適した電圧まで昇圧し、昇圧後の直流電圧をモータ３１に供給する。
【００１７】
第２コンバータ１２は、スイッチング素子及びインダクタ等を含んで構成されてよい。第２コンバータ１２は、双方向の電力変換が可能である。第２コンバータ１２は、例えば、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータである。第２コンバータ１２は、第２バッテリ２２と第３バッテリ２３との間で双方向の電力変換が可能である。
【００１８】
例えば、第２コンバータ１２は、コントローラ４１の制御に基づいて、第２バッテリ２２から供給される電圧４８Ｖを、第３バッテリ２３の充電に適した電圧まで降圧し、降圧後の直流電圧を第３バッテリ２３に供給する。又は、第２コンバータ１２は、コントローラ４１の制御に基づいて、第３バッテリ２３から供給される電圧１２Ｖを、第２バッテリ２２の充電に適した電圧まで昇圧し、昇圧後の直流電圧を第２バッテリ２２に供給する。又は、第２コンバータ１２は、コントローラ４１の制御に基づいて、第２バッテリ２２から供給される４８Ｖを、ＥＣＵ３３の駆動に適した電圧に降圧し、降圧後の直流電圧をＥＣＵ３３に供給する。
【００１９】
第３コンバータ１３は、スイッチング素子及びインダクタ等を含んで構成されてよい。第３コンバータ１３は、双方向の電力変換が可能である。第３コンバータ１３は、例えば、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータである。第３コンバータ１３は、第１バッテリ２１と第３バッテリ２３との間で双方向の電力変換が可能である。
【００２０】
例えば、第３コンバータ１３は、コントローラ４１の制御に基づいて、第１バッテリ２１から供給される電圧ＨＶを、第３バッテリ２３の充電に適した電圧まで降圧し、降圧後の直流電圧を第３バッテリ２３に供給する。又は、第３コンバータ１３は、コントローラ４１の制御に基づいて、第１バッテリ２１から供給される電圧ＨＶを、ＥＣＵ３３の駆動に適した電圧まで降圧し、降圧後の直流電圧をＥＣＵ３３に供給する。又は、第３コンバータ１３は、コントローラ４１の制御に基づいて、第３バッテリ２３から供給される電圧１２Ｖを、モータ３１の駆動に適した電圧まで昇圧し、昇圧後の直流電圧をモータ３１に供給する。
【００２１】
第４コンバータ１４は、スイッチング素子及びインダクタ等を含んで構成されてよい。第４コンバータ１４は、双方向の電力変換が可能である。第４コンバータ１４は、例えば、双方向のＡＣ−ＤＣコンバータである。
【００２２】
例えば、第４コンバータ１４は、コントローラ４１の制御に基づいて、交流電源２から供給される交流電力を直流電力に変換する。さらに、第４コンバータ１４は、コントローラ４１の制御に基づいて、変換した直流電力の電圧を、電圧ＨＶまで昇圧する。第４コンバータ１４は、昇圧後の直流電圧を第１バッテリ２１に供給する。
【００２３】
第１バッテリ２１は、リチウムイオンバッテリを含んで構成されてよい。第１バッテリ２１は、第１コンバータ１１と第３コンバータ１３との間に設けられる。例えば、第１バッテリ２１の正極側の端子は、第１コンバータ１１と第３コンバータ１３との間に接続される。第１バッテリ２１とモータ３１は、外部に対し絶縁される。
【００２４】
第１バッテリ２１は、例えば第４コンバータ１４を介して、交流電源２から供給される電力によって、充電される。第１バッテリ２１は、充電された電力を放電することにより、直流電力を、第１コンバータ１１、第３コンバータ１３及びモータ３１の少なくとも何れかに供給可能である。
【００２５】
第１バッテリ２１は、モータ３１に電力を供給するために用いられる。そのため、第１バッテリ２１の公称容量は、第２バッテリ２２の公称容量及び第３バッテリの公称容量と比べると、大きい。このため、電源システム１では、交流電源２からの電力によって第１バッテリ２１を充電する。次に、第１バッテリ２１に充電された電力を放電することにより、後述のように第２バッテリ２２及び第３バッテリ２３を充電する。
【００２６】
第２バッテリ２２は、リチウムイオンバッテリを含んで構成されてよい。第２バッテリ２２は、第１コンバータ１１と第２コンバータ１２との間に設けられる。例えば、第２バッテリの正極側の端子は、第１コンバータ１１と第２コンバータ１２との間に接続される。また、第２バッテリ２２の負極側の端子は、電源システム１を搭載する車両の筐体（ボディ）に接続される。
【００２７】
第２バッテリ２２の公称電圧は、第１バッテリ２１の公称電圧よりも低い。第２バッテリ２２は、例えば第１コンバータ１１を介して、第１バッテリ２１から供給される電力によって、充電される。第２バッテリ２２は、充電された電力を放電することにより、直流電力を、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２及び補機３２の少なくとも何れかに供給可能である。
【００２８】
第３バッテリ２３は、リチウムイオンバッテリを含んで構成されてよい。第３バッテリ２３は、第２コンバータ１２と第３コンバータ１３との間に設けられる。例えば、第３バッテリ２３の正極側の端子は、第２コンバータ１２と第３コンバータ１３との間に接続される。また、第３バッテリ２３の負極側の端子は、電源システム１を搭載する車両の筐体（ボディ）に接続される。
【００２９】
第３バッテリ２３の公称電圧は、第２バッテリ２２の公称電圧よりも低い。第３バッテリ２３は、例えば第３コンバータ１３を介して、第１バッテリ２１から供給される電力によって、充電される。第３バッテリ２３は、充電された電力を放電することにより、直流電力を、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及びＥＣＵ３３の少なくとも何れかに供給可能である。
【００３０】
モータ３１は、第１バッテリ２１から供給される電力により、回転駆動力を生成する。モータ３１によって生成された回転駆動力は、電源システム１を搭載する車両のタイヤに伝達される。電源システム１を搭載する車両は、タイヤに回転駆動力が伝達されることにより、走行する。モータ３１は、ＨＥＶ用モータ又はＥＶ用モータであってよい。
【００３１】
補機３２は、第２バッテリ２２から供給される電力により、駆動する。図１では、１つの補機３２が第２バッテリ２２に接続されているが、複数の補機３２が第２バッテリ２２に接続されてもよい。補機３２は、電源システム１が搭載される車両が備える多様な機器であってよい。例えば、補機３２は、電動パワーステアリング、電動サスペンション、自動運転用のセンサ又は電動アクチュエータ等であってよい。
【００３２】
ＥＣＵ３３は、第３バッテリ２３から供給される電力により、駆動する。図１では、１つのＥＣＵ３３が第３バッテリ２３に接続されているが、複数のＥＣＵ３３が第３バッテリ２３に接続されてもよい。ＥＣＵ３３は、モータ３１を制御する制御ユニット、又は、補機３２に含まれる機器を制御する制御ユニット等であってよい。
【００３３】
メモリ４０は、コントローラ４１に接続される。メモリ４０は、コントローラ４１から取得した情報を格納する。メモリ４０は、コントローラ４１のワーキングメモリとして機能してよい。メモリ４０は、コントローラ４１が実行するプログラムを格納してよい。メモリ４０は、例えば、半導体メモリで構成されるが、これには限られず、磁気記憶媒体で構成されてよいし、他の記憶媒体で構成されてよい。メモリ４０は、コントローラ４１の一部として含まれてよい。
【００３４】
コントローラ４１は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで構成されてよい。コントローラ４１は、ＥＣＵ３３の一種であってよい。
【００３５】
コントローラ４１は、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４を制御可能である。例えば、コントローラ４１は、第１コンバータ１１等へ制御信号を出力することにより、第１コンバータ１１等を制御する。
【００３６】
コントローラ４１は、第１バッテリ２１、第２バッテリ２２及び第３バッテリ２３の異常を検出可能であってよい。
【００３７】
例えば、コントローラ４１は、第１バッテリ２１が故障したとき、第１バッテリ２１が異常であると検出する。この場合、コントローラ４１は、第１バッテリ２１に含まれる各セル電圧等を監視するＢＭＳ（Battery Management System）によって、第１バッテリ２１の故障を検出してよい。同様に、例えば、コントローラ４１は、第２バッテリ２２が故障したとき、第２バッテリ２２が異常であると検出する。同様に、例えば、コントローラ４１は、第３バッテリ２３が故障したとき、第３バッテリ２３が異常であると検出する。
【００３８】
例えば、コントローラ４１は、第１バッテリ２１の端子が第１コンバータ１１等から開放されたとき及び第１バッテリ２１の端子が短絡したとき、第１バッテリ２１が異常であると検出する。開放された端子は、「オープン端子」ともいう。また、短絡した端子は、「ショート端子」ともいう。この場合、コントローラ４１は、第１バッテリ２１の端子間の電圧を監視することにより、第１バッテリ２１においてオープン端子及びショート端子を検出してもよい。同様に、例えば、コントローラ４１は、第２バッテリ２２においてオープン端子又はショート端子を検出したとき、第２バッテリ２２が異常であると検出する。同様に、例えば、コントローラ４１は、第３バッテリ２３においてオープン端子又はショート端子を検出したとき、第３バッテリ２３が異常であると検出する。
【００３９】
コントローラ４１は、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３の異常を検出可能であってよい。
【００４０】
例えば、コントローラ４１は、第１コンバータ１１の出力電流又は出力電圧が所定範囲外であるとき、第１コンバータ１１が異常であると検出する。この場合、コントローラ４１は、第１コンバータ１１の出力を監視することにより、第１コンバータ１１の異常を検出してよい。同様に、例えば、コントローラ４１は、第２コンバータ１２の出力電流又は出力電圧が所定範囲外であるとき、第２コンバータ１２が異常であると検出する。同様に、例えば、コントローラ４１は、第３コンバータ１３の出力電流又は出力電圧が所定範囲外であるとき、第３コンバータ１３が異常であると検出する。
【００４１】
［正常時］
コントローラ４１は、電源システム１が交流電源２に接続されている間、第４コンバータ１４へ制御信号を出力することにより、第４コンバータ１４を制御して、交流電源２からの電力によって第１バッテリ２１を充電する。
【００４２】
コントローラ４１は、例えば電源システム１を搭載する車両の走行中、第１コンバータ１１及び第３コンバータ１３を制御して、第１バッテリ２１に供給された電力を、第２バッテリ２２及び第３バッテリ２３に供給する。このときの電力の経路は、図１に示す経路Ｐ１及び経路Ｐ２となる。経路Ｐ１は、第１バッテリ２１から第１コンバータ１１を介して第２バッテリ２２へ流れる電力の経路である。経路Ｐ２は、第１バッテリ２１から第３コンバータ１３を介して第３バッテリ２３へ流れる電力の経路である。
【００４３】
このような制御によって、第２バッテリ２２は、充電されて、補機３２に電力を供給することが可能になる。また、このような制御によって、第３バッテリ２３は、充電されて、ＥＣＵ３３及びコントローラ４１に電力を供給することが可能になる。
【００４４】
［第１バッテリの異常時］
コントローラ４１は、第１バッテリ２１の異常を検出すると、故障した第１バッテリをリレー等の手段（図示せず）によって、他の回路素子から、切り離す。その後、コントローラ４１は、第１コンバータ１１を制御して、第２バッテリ２２に充電された電力を、第１バッテリ２１に接続された負荷としてのモータ３１に供給する。このときの電力の経路は、図２に示す経路Ｐ３となる。経路Ｐ３は、第２バッテリ２２から第１コンバータ１１を介してモータ３１へ流れる電力の経路である。
【００４５】
このような制御によって、第１バッテリ２１に異常が生じても、モータ３１は、第２バッテリ２２から供給される電力により、しばらくの間、駆動し続けることができる。つまり、電源システム１を搭載する車両は、例えば走行中に第１バッテリ２１に異常が生じても、しばらくの間、モータ３１を駆動させ続けて走行することができる。これにより、当該車両は、例えば道路脇のような、安全な位置まで走行した後、停車することができる。
【００４６】
なお、コントローラ４１は、例えば第２バッテリ２２の充電率ＳＯＣが所定値を下回るとき、第３コンバータ１３を制御して、第３バッテリ２３に充電された電力を、第１バッテリ２１に接続された負荷としてのモータ３１に供給してもよい。このときの電力の経路は、図２に示す経路Ｐ４となる。経路Ｐ４は、第３バッテリ２３から第３コンバータ１３を介してモータ３１へ流れる電力の経路である。
【００４７】
［第２バッテリの異常時］
コントローラ４１は、第２バッテリ２２の異常を検出すると、故障した第２バッテリ２２をリレー等の手段（図示せず）によって、他の回路素子から、切り離す。その後、コントローラ４１は、第１コンバータ１１を制御して、第１バッテリ２１に充電された電力を、第２バッテリ２２に接続された負荷としての補機３２に供給する。このときの電力の経路は、図３に示す経路Ｐ５となる。経路Ｐ５は、第１バッテリ２１から第１コンバータ１１を介して補機３２へ流れる電力の経路である。
【００４８】
このような制御によって、第２バッテリ２２に異常が生じても、補機３２は、第１バッテリ２１からの電力によって駆動し続けることができる。つまり、電源システム１を搭載する車両は、例えば走行中に第２バッテリ２２に異常が生じても、補機３２を駆動させることが可能になる。
【００４９】
なお、コントローラ４１は、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３を制御して、第１バッテリ２１に充電された電力を、第２バッテリ２２に接続された負荷としての補機３２に供給してもよい。例えば、コントローラ４１は、第２バッテリ２２の異常に加えて第１コンバータ１１の異常を検出したとき、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３を制御して、第１バッテリ２１からの電力を、補機３２に供給してもよい。このときの電力の経路は、図３に示す経路Ｐ６となる。経路Ｐ６は、第１バッテリ２１から第３コンバータ１３及び第２コンバータ１２を介して補機３２へ流れる電力の経路である。
【００５０】
［第３バッテリの異常時］
コントローラ４１は、第３バッテリ２３の異常を検出すると、故障した第３バッテリ２３をリレー等の手段（図示せず）によって、他の回路素子から、切り離す。その後、コントローラ４１は、第３コンバータ１３を制御して、第１バッテリ２１に充電された電力を、第３バッテリ２３に接続された負荷としてのＥＣＵ３３及びコントローラ４１に供給する。このときの電力の経路は、図４に示す経路Ｐ７となる。経路Ｐ７は、第１バッテリ２１から第３コンバータ１３を介してＥＣＵ３３等へ流れる電力の経路である。
【００５１】
このような制御によって、第３バッテリ２３に異常が生じても、ＥＣＵ３３等は、第１バッテリ２１からの電力によって駆動し続けることができる。つまり、電源システム１を搭載する車両は、例えば走行中に第３バッテリ２３に異常が生じても、ＥＣＵ３３等を駆動し続けることができる。
【００５２】
なお、コントローラ４１は、例えば第３バッテリ２３の異常に加えて第３コンバータ１３の異常を検出したとき、第２コンバータ１２を制御して、第２バッテリ２２に充電された電力を、第３バッテリ２３に接続された負荷としてのＥＣＵ３３等に供給してもよい。このときの電力の経路は、図４に示す経路Ｐ８となる。経路Ｐ８は、第２バッテリ２２から第２コンバータ１２を介してＥＣＵ３３等へ流れる電力の経路である。
【００５３】
［第１コンバータの異常時］
コントローラ４１は、第１コンバータ１１の異常を検出すると、第１コンバータ１１をリレー等の手段（図示せず）によって、他の回路素子から切り離す。コントローラ４１は、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３を制御して、第１バッテリ２１に充電された電力を、第２バッテリ２２及び第３バッテリ２３に供給する。このときの電力の経路は、図５に示す経路Ｐ９となる。経路Ｐ９は、第１バッテリ２１から第３コンバータ１３を介して第３バッテリ２３へ流れる電力の経路、及び、第１バッテリ２１から第３コンバータ１３及び第２コンバータ１２を介して第２バッテリ２２へ流れる電力の経路である。
【００５４】
このような制御によって、第１コンバータ１１に異常が生じても、第１バッテリ２１からの電力によって、第２バッテリ２２及び第３バッテリ２３を充電することができる。これにより、補機３２は、第２バッテリ２２から供給される電力により駆動し続けることができる。また、ＥＣＵ３３及びコントローラ４１は、第３バッテリ２３から供給される電力により駆動し続けることができる。
【００５５】
［第３コンバータの異常時］
コントローラ４１は、第３コンバータ１３の異常を検出すると、第３コンバータ１３をリレー等の手段（図示せず）によって、他の回路素子から切り離す。コントローラ４１は、第１コンバータ１１及び第２コンバータ１２を制御して、第１バッテリ２１に充電された電力を、第２バッテリ２２及び第３バッテリ２３に供給する。このときの電力の経路は、図６に示す経路Ｐ１０となる。経路Ｐ１０は、第１バッテリ２１から第１コンバータ１１を介して第２バッテリ２２へ流れる電力の経路、及び、第１バッテリ２１から第１コンバータ１１及び第２コンバータ１２を介して第３バッテリ２３へ流れる電力の経路である。
【００５６】
このような制御によって、第３コンバータ１３に異常が生じても、第１バッテリ２１からの電力によって、第２バッテリ２２及び第３バッテリ２３を充電することができる。これにより、補機３２は、第２バッテリ２２から供給される電力により駆動し続けることができる。また、ＥＣＵ３３及びコントローラ４１は、第３バッテリ２３から供給される電力により駆動し続けることができる。
【００５７】
［システム動作］
図７は、第１実施形態に係る電源システム１の動作の一例を示すフローチャートである。例えば、コントローラ４１は、電源システム１を搭載する車両が走行を始めると、図７に示す処理を開始する。また、コントローラ４１は、電源システム１を搭載する車両が走行を停止すると、図７に示す処理を終了する。
【００５８】
コントローラ４１は、第１バッテリ２１が異常であるか否か判定する（ステップＳ１０）。コントローラ４１は、第１バッテリ２１が異常であると判定するとき（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１の処理に進む。一方、コントローラ４１は、第１バッテリ２１が異常であると判定しないとき（ステップＳ１０：Ｎｏ）、ステップＳ１２の処理に進む。
【００５９】
ステップＳ１１の処理では、コントローラ４１は、第１コンバータ１１を制御して、第２バッテリ２２に充電された電力を、第１バッテリ２１に接続された負荷としてのモータ３１に供給する（参照：図２の経路Ｐ３）。
【００６０】
ステップＳ１２の処理では、コントローラ４１は、第２バッテリ２２が異常であるか否か判定する。コントローラ４１は、第２バッテリ２２が異常であると判定するとき（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３の処理に進む。一方、コントローラ４１は、第２バッテリ２２が異常であると判定しないとき（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ステップＳ１４の処理に進む。
【００６１】
ステップＳ１３の処理では、コントローラ４１は、第１コンバータ１１を制御して、第１バッテリ２１に充電された電力を、第２バッテリ２２に接続された負荷としての補機３２に供給する（参照：図３の経路Ｐ５）。
【００６２】
ステップＳ１４の処理では、コントローラ４１は、第３バッテリ２３が異常であるか否か判定する。コントローラ４１は、第３バッテリ２３が異常であると判定するとき（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５の処理に進む。一方、コントローラ４１は、第３バッテリ２３が異常であると判定しないとき（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１０の処理に戻る。
【００６３】
ステップＳ１５の処理では、コントローラ４１は、第３コンバータ１３を制御して、第１バッテリ２１に充電された電力を、第３バッテリ２３に接続された負荷としてのＥＣＵ３３及びコントローラ４１に供給する（参照：図４の経路Ｐ７）。
【００６４】
なお、ステップＳ１１の処理において、コントローラ４１は、第３コンバータ１３を制御して、第３バッテリ２３に充電された電力を、第１バッテリ２１に接続された負荷としてのモータ３１に供給してもよい（参照：図２の経路Ｐ４）。
【００６５】
また、ステップＳ１３の処理において、コントローラ４１は、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３を制御して、第１バッテリ２１に充電された電力を、を、第２バッテリ２２に接続された負荷としての補機３２に供給してもよい（参照：図３の経路Ｐ６）。
【００６６】
また、ステップＳ１５の処理において、コントローラ４１は、第２コンバータ１２を制御して、第２バッテリ２２に充電された電力を、第３バッテリ２３に接続された負荷としてのＥＣＵ３３等に供給してもよい（参照：図４の経路Ｐ８）。
【００６７】
図８は、第１実施形態に係る電源システム１の動作の他の例を示すフローチャートである。例えば、コントローラ４１は、電源システム１を搭載する車両が走行を始めると、図８に示す処理を開始する。また、コントローラ４１は、電源システム１を搭載する車両が走行を停止すると、図８に示す処理を終了する。なお、コントローラ４１は、図７に示す処理と並行して、図８に示す処理を実行してよい。
【００６８】
コントローラ４１は、第１コンバータ１１が異常であるか否か判定する（ステップＳ２０）。コントローラ４１は、第１コンバータ１１が異常であると判定するとき（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、ステップＳ２１の処理に進む。一方、コントローラ４１は、第１コンバータ１１が異常であると判定しないとき（ステップＳ２０：Ｎｏ）、ステップＳ２２の処理に進む。
【００６９】
ステップＳ２１の処理では、コントローラ４１は、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３を制御して、第１バッテリ２１に充電された電力を、第２バッテリ２２及び第３バッテリ２３に供給する（参照：図５の経路Ｐ９）。
【００７０】
ステップＳ２２の処理では、コントローラ４１は、第３コンバータ１３が異常であるか否か判定する。コントローラ４１は、第３コンバータ１３が異常であると判定するとき（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２３の処理に進む。一方、コントローラ４１は、第３コンバータ１３が異常であると判定しないとき（ステップＳ２２：Ｎｏ）、ステップＳ２０の処理に戻る。
【００７１】
ステップＳ２３の処理では、コントローラ４１は、第１コンバータ１１及び第２コンバータ１２を制御して、第１バッテリ２１に充電された電力を、第２バッテリ２２及び第３バッテリ２３に供給する（参照：図６の経路Ｐ１０）。
【００７２】
以上のように第１実施形態に係る電源システム１では、図１に示すように、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３がループ状に接続される。さらに、第１バッテリ２１が第１コンバータ１１と第３コンバータ１３との間に設けられ、第２バッテリ２２が第１コンバータ１１と第２コンバータ１２との間に設けられ、第３バッテリ２３が第２コンバータ１２と第３コンバータとの間に設けられる。このような構成によって、電源システム１が備える第１コンバータ１１等及び第１バッテリ２１等の何れに異常が生じても、負荷へ電力を供給し続けることができる。従って、第１実施形態によれば、信頼性が向上された、電源システム１が提供され得る。
【００７３】
（第２実施形態）
第２実施形態では、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４に採用可能な回路構成について説明する。
【００７４】
［ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成］
第１コンバータ１１、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３に採用可能な回路構成について、図９を参照して説明する。以下、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３を特に区別しない場合、「コンバータ１０」と総称する。
【００７５】
図９は、第２実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。換言すると、図９は、コンバータ１０の回路図である。コンバータ１０は、バッテリ２０Ａとバッテリ２０Ｂとの間に接続される。バッテリ２０Ａの公称電圧は、バッテリ２０Ｂの公称電圧よりも、低いものとする。つまり、コンバータ１０が第１コンバータ１１である場合、バッテリ２０Ａは図１に示す第２バッテリ２２となり、バッテリ２０Ｂは図１に示す第１バッテリ２１となる。また、コンバータ１０が第２コンバータ１２である場合、バッテリ２０Ａは図１に示す第３バッテリ２３となり、バッテリ２０Ｂは図１に示す第２バッテリ２２となる。また、コンバータ１０が第３コンバータ１３である場合、バッテリ２０Ａは、図１に示す第３バッテリ２３となり、バッテリ２０Ｂは図１に示す第１バッテリ２１となる。
【００７６】
コンバータ１０は、駆動回路５０と、スイッチング回路５１Ａ，５１Ｂと、平滑コンデンサ５２Ａ，５２Ｂと、トランス６０とを備える。さらに、コンバータ１０は、トランスと回路を切り離すためのスイッチ９０Ａ，９０Ｂを備えてよい。
【００７７】
駆動回路５０は、図１に示すコントローラ４１からの制御信号に基づいて、スイッチング回路５１Ａ，５１Ｂを、所定のタイミングでオンオフさせるパルス波の駆動信号を生成する。パルス波である駆動信号の周波数は、「駆動周波数」とも記載する。駆動回路５０は、生成した駆動信号を、スイッチング回路５１Ａ，５１Ｂに出力する。
【００７８】
駆動回路５０は、図１に示すコントローラ４１からの制御信号に基づいて、スイッチ９０Ａ，９０Ｂをオンオフに制御する制御信号を生成する。駆動回路５０は、生成した制御信号を、スイッチ９０Ａ，９０Ｂに出力する。コントローラ４１は、コンバータ１０を動作させるときには９０Ａ９０Ｂをオンさせ、それ以外の時はオフさせる。
【００７９】
スイッチング回路５１Ａは、バッテリ２０Ａとトランス６０との間に接続される。スイッチング回路５１Ａは、フルブリッジ方式の回路である。スイッチング回路５１Ａは、コンバータ１０がバッテリ２０Ａ側の電圧をバッテリ２０Ｂ側の電圧に昇圧する場合、駆動回路５０からの駆動信号により、駆動する。スイッチング回路５１Ａは、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ２Ａ，ＱＡ３，Ｑ４Ａを有する。
【００８０】
スイッチング素子Ｑ１Ａ〜Ｑ４Ａは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴであってよい。例えば、スイッチング素子Ｑ１Ａ〜Ｑ４Ａは、パワーＭＯＳＦＥＴであってよい。なお、スイッチング素子Ｑ１Ａ〜Ｑ４Ａは、ＭＯＳＦＥＴに限定されない。例えば、スイッチング素子Ｑ１Ａ〜Ｑ４Ａは、バイポーラトランジスタ又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であってよい。
【００８１】
スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ３Ａのドレインは、バッテリ２０Ａの正極側の端子に接続される。スイッチング素子Ｑ２Ａ，Ｑ４Ａのソースは、バッテリ２０Ａの負極側の端子に接続される。スイッチング素子Ｑ１Ａのソース及びスイッチング素子Ｑ２Ａのドレインは、トランス６０の巻線７０の一方の端部に接続される。スイッチング素子Ｑ３Ａのソース及びスイッチング素子Ｑ４Ａのドレインは、トランス６０の巻線７０の他方の端部に接続される。
【００８２】
スイッチング素子Ｑ１Ａ〜Ｑ４Ａのゲートには、駆動回路５０からの駆動信号が入力される。駆動信号が入力されることにより、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ４Ａがオンになるとき、スイッチング素子Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａはオフになる。また、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ４Ａがオフになるとき、スイッチング素子Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａはオンになる。換言すると、駆動信号が入力されることにより、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ４Ａとスイッチング素子Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａとは、駆動周波数で、交互にオンオフする。スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ４Ａとスイッチング素子Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａとが駆動周波数で交互にオンオフすることにより、トランス６０の巻線７０には、駆動周波数の交流電流が流れる。トランス６０の巻線７０に交流電流が流れることにより、トランス６０の巻線８０に誘導起電力が生じる。
【００８３】
スイッチング回路５１Ｂは、バッテリ２０Ｂとトランス６０との間に接続される。スイッチング回路５１Ｂは、フルブリッジ方式の回路である。スイッチング回路５１Ｂは、コンバータ１０がバッテリ２０Ｂ側の電圧をバッテリ２０Ａ側の電圧に降圧する場合、駆動回路５０からの駆動信号により、駆動する。スイッチング回路５１Ｂは、スイッチング素子Ｑ１Ｂ，Ｑ２Ｂ，Ｑ３Ｂ，Ｑ４Ｂを有する。
【００８４】
スイッチング素子Ｑ１Ｂ〜Ｑ４Ｂは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴであってよい。例えば、スイッチング素子Ｑ１Ｂ〜Ｑ４Ｂは、パワーＭＯＳＦＥＴであってよい。なお、スイッチング素子Ｑ１Ｂ〜Ｑ４Ｂは、ＭＯＳＦＥＴに限定されない。例えば、スイッチング素子Ｑ１Ｂ〜Ｑ４Ｂは、バイポーラトランジスタ又はＩＧＢＴであってよい。
【００８５】
スイッチング素子Ｑ１Ｂ，Ｑ３Ｂのドレインは、バッテリ２０Ｂの正極側の端子に接続される。スイッチング素子Ｑ２Ｂ，Ｑ４Ｂのソースは、バッテリ２０Ｂの負極側の端子に接続される。スイッチング素子Ｑ１Ｂのソース及びスイッチング素子Ｑ２Ｂのドレインは、トランス６０の巻線８０の一方の端部に接続される。スイッチング素子Ｑ３Ｂのソース及びスイッチング素子Ｑ４Ｂのドレインは、トランス６０の巻線８０の他方の端部に接続される。
【００８６】
スイッチング素子Ｑ１Ｂ〜Ｑ４Ｂのゲートには、駆動回路５０からの駆動信号が入力される。駆動信号が入力されることにより、スイッチング素子Ｑ１Ｂ，Ｑ４Ｂがオンになるとき、スイッチング素子Ｑ２Ｂ，Ｑ３Ｂはオフになる。また、スイッチング素子Ｑ１Ｂ，Ｑ４Ｂがオフになるとき、スイッチング素子Ｑ２Ｂ，Ｑ３Ｂはオンになる。換言すると、駆動信号が入力されることにより、スイッチング素子Ｑ１Ｂ，Ｑ４Ｂとスイッチング素子Ｑ２Ｂ，Ｑ３Ｂとは、駆動周波数で、交互にオンオフする。スイッチング素子Ｑ１Ｂ，Ｑ４Ｂとスイッチング素子Ｑ２Ｂ，Ｑ３Ｂとが駆動周波数で交互にオンオフすることにより、トランス６０の巻線８０には、駆動周波数の交流電流が流れる。トランス６０の巻線８０に交流電流が流れることにより、トランス６０の巻線７０に誘導起電力が生じる。
【００８７】
平滑コンデンサ５２Ａは、バッテリ２０Ａとスイッチング回路５１Ａとの間に設けられる。平滑コンデンサ５２Ａは、スイッチング回路５１Ａとバッテリ２０Ａとの間の電圧を平滑化させる。
【００８８】
平滑コンデンサ５２Ｂは、バッテリ２０Ｂとスイッチング回路５１Ｂとの間に設けられる。平滑コンデンサ５２Ｂは、スイッチング回路５１Ｂとバッテリ２０Ｂとの間の電圧を平滑化する。
【００８９】
トランス６０は、絶縁トランスである。トランス６０は、プレーナ型トランスであってよい。ただし、トランス６０は、プレーナ型トランスに限定されない。例えば、トランス６０は、ボビン及び導電線を含んで構成されるトランスであってよい。
【００９０】
以下、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３のそれぞれが有するトランス６０を区別する場合、第１コンバータ１１が有するトランス６０は、「トランス６１」と記載する。また、第２コンバータ１２が有するトランス６０は、「トランス６２」と記載する。また、第３コンバータ１３が有するトランス６０は、「トランス６３」と記載する。
【００９１】
トランス６０は、コア６５と、巻線７０と、巻線８０とを有する。トランス６１，６２，６３は、コア６５を共有して構成される。この構成については、図１１及び図１２を参照して後述する。
【００９２】
巻線７０は、トランス６０がプレーナ型トランスである場合、導体パターンとして形成される。巻線７０は、コンバータ１０がバッテリ２０Ａ側の電圧を、バッテリ２０Ｂ側の電圧に昇圧する場合、「一次巻線」ともいう。また、巻線７０は、コンバータ１０がバッテリ２０Ｂ側の電圧を、バッテリ２０Ａ側の電圧に降圧する場合、「二次巻線」ともいう。巻線７０の巻き数と巻線８０の巻き数は、コンバータ１０が昇圧及び降圧する電圧に基づいて、適宜設定される。
【００９３】
以下、トランス６１〜６３のそれぞれが有する巻線７０を区別する場合、トランス６１が有する（すなわち、第１コンバータ１１が有する）巻線７０は、「巻線７１」と記載する。また、トランス６２が有する（すなわち、第２コンバータ１２が有する）巻線７０は、「巻線７２」と記載する。また、また、トランス６３が有する（すなわち、第３コンバータ１３が有する）巻線７０は、「巻線７３」と記載する。
【００９４】
巻線８０は、トランス６０がプレーナ型トランスである場合、導体パターンとして形成される。巻線８０は、コンバータ１０がバッテリ２０Ａ側の電圧を、バッテリ２０Ｂ側の電圧に昇圧する場合、「二次巻線」ともいう。また、巻線７０は、コンバータ１０がバッテリ２０Ｂ側の電圧を、バッテリ２０Ａ側の電圧に降圧する場合、「一次巻線」ともいう。
【００９５】
以下、トランス６１〜６３のそれぞれが有する巻線８０を区別する場合、トランス６１が有する（すなわち、第１コンバータ１１が有する）巻線８０は、「巻線８１」と記載する。また、トランス６２が有する（すなわち、第２コンバータ１２が有する）巻線８０は、「巻線８２」と記載する。また、また、トランス６３が有する（すなわち、第３コンバータ１３が有する）巻線８０は、「巻線８３」と記載する。
【００９６】
スイッチ９０Ａ，９０Ｂは、スイッチング素子Ｑ１Ａ等と同様に、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴであってよい。例えば、スイッチ９０Ａ，９０Ｂは、パワーＭＯＳＦＥＴであってよい。なお、スイッチ９０Ａ，９０Ｂは、ＭＯＳＦＥＴに限定されない。例えば、スイッチ９０Ａ，９０Ｂは、バイポーラトランジスタ又はＩＧＢＴであってよい。
【００９７】
以下、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２及び第３コンバータ１３のそれぞれが備えるスイッチ９０Ａ，９０Ｂを区別する場合、第１コンバータ１１が備えるスイッチ９０Ａ及びスイッチ９０Ｂは、「スイッチ９１Ａ」及び「スイッチ９１Ｂ」と記載する。また、第２コンバータ１２が備えるスイッチ９０Ａ及びスイッチ９０Ｂは、「スイッチ９２Ａ」及び「スイッチ９２Ｂ」と記載する。また、第３コンバータ１３が備えるスイッチ９０Ａ及びスイッチ９０Ｂは、「スイッチ９３Ａ」及び「スイッチ９３Ｂ」と記載する。
【００９８】
スイッチ９０Ａは、バッテリ２０Ａとスイッチング回路５１Ａとの間に設けられる。例えば、スイッチ９０Ａは、バッテリ２０Ａの負極側の端子と、スイッチング回路５１Ａのスイッチング素子Ｑ２Ａのソースとの間に設けられる。スイッチ９０Ｂは、バッテリ２０Ｂとスイッチング回路５１Ｂとの間に設けられる。例えば、スイッチ９０Ｂは、バッテリ２０Ｂの負極側の端子と、スイッチング回路５１Ｂのスイッチング素子Ｑ４Ｂのソースとの間に設けられる。
【００９９】
スイッチ９０Ａ，９０Ｂは、駆動回路５０からの制御信号に基づいて、トランス６０を他の構成要素から切り離す。例えば、スイッチ９０Ａは、駆動回路５０からの制御信号に基づいてオフすることにより、トランス６０及びスイッチング回路５１Ａと、平滑コンデンサ５２Ａ及びバッテリ２０Ａとの間の接続を切り離す。例えば、スイッチ９０Ｂは、駆動回路５０からの制御信号に基づいてオフすることにより、トランス６０及びスイッチング回路５１Ｂと、平滑コンデンサ５２Ｂ及びバッテリ２０Ｂとの間の接続を切り離す。
【０１００】
なお、スイッチ９０Ａは、バッテリ２０Ａの正極側の端子と、スイッチング回路５１Ａのスイッチング素子Ｑ１Ａのドレインとの間に設けられてもよい。また、スイッチ９０Ｂは、バッテリ２０Ｂの正極側の端子と、スイッチング回路５１Ｂのスイッチング素子Ｑ３Ｂのドレインとの間に設けられてもよい。この場合、スイッチ９０Ａ，９０Ｂは、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴであってよい。
【０１０１】
［ＡＣ−ＤＣコンバータの回路構成］
図１０は、第２実施形態に係るＡＣ−ＤＣコンバータの回路図である。換言すると、図１０は、第４コンバータ１４の回路図である。第４コンバータ１４は、コンバータ１０と、整流回路１５とを有する。
【０１０２】
コンバータ１０は、整流回路１５と第１バッテリ２１との間に接続される。コンバータ１０は、整流回路１５からの電圧を、所定電圧に昇圧した後、第１バッテリ２１に供給する。
【０１０３】
以下、第４コンバータ１４のコンバータ１０が有するトランス６０は、「トランス６４」とも記載する。また、トランス６４の巻線７０は、「巻線７４」とも記載する。トランス６４の巻線８０は、「巻線８４」とも記載する。第４コンバータ１４のコンバータ１０が有するスイッチ９０Ａ及びスイッチ９０Ｂは、「スイッチ９４Ａ」及び「スイッチ９４Ｂ」とも記載する。
【０１０４】
トランス６４は、上述のトランス６１，６２，６３と、コア６５を共有して、構成されてよい。この構成については、図１１及び図１２を参照して後述する。
【０１０５】
整流回路１５は、スイッチング素子及びインダクタを含んで構成されてよい。整流回路１５は、三相全波整流方式の回路であってもよいし、三相半波整流方式の回路であってもよい。整流回路１５は、交流電源２に接続され得る。整流回路１５は、交流電源２からの交流電流を、整流することにより、直流電流に変換する。
【０１０６】
［トランスの構成］
図１１は、第２実施形態に係るプレーナ型トランスの斜視図である。図１２は、図１１に示すＬ−Ｌ線におけるプレーナ型トランスの断面図である。なお、図１２には、コア６５の内部に形成される閉磁路の磁束を破線で示す。
【０１０７】
プレーナ型トランス１００は、図１１及び図１２に示すように、コア６５と、巻線７１，７２，７３，７４と、巻線８１，８２，８３，８４と、基板１１０とを備える。
【０１０８】
コア６５は、フェライト等の磁性部材で構成されてよい。コア６５は、断面構造がＥ字状である一対のＥ型コアを、互いの３本の脚部が向き合うように組み合わせることにより構成されてよい。コア６５は、図１２に示すように、中脚部６６と、側脚部６７−１，６７−２と、上面部６８と、下面部６９とを含む。
【０１０９】
中脚部６６は、図１１及び図１２に示すように、巻線７１〜７４の中央に位置する開口、及び、巻線８１〜８４の中央に位置する開口に挿入される。換言すると、巻線７１〜７４及び巻線８１〜８４は、中脚部６６を中心として、巻かれた状態となる。中脚部６６には、ギャップ６６ａが設けられてよい。中脚部６６にギャップ６６ａを設けることにより、コア６５の内部に形成される閉磁路の磁束密度を低下させることができ、コア６５における磁気飽和を防ぐことができる。
【０１１０】
側脚部６７−１は、図１１に示すように、基板１１０の一方の外側に位置する。側脚部６７−２は、図１１に示すように、基板１１０の他方の外側に位置する。
【０１１１】
上面部６８は、図１２に示すように、中脚部６６の上部と、側脚部６７−１，６７−２の上部とを連結する。下面部６９は、図１２に示すように、中脚部６６の下部と、側脚部６７−１，６７−２の下部とを連結する。
【０１１２】
巻線７１〜７４，８１〜８４は、銅等の導体を用いて形成される導体パターンである。巻線７１〜７４，８１〜８４は、その中央に開口を有する。上述のように、巻線７１，８１は、トランス６１に含まれる。また、巻線７２，８２は、トランス６２に含まれる。また、巻線７３，８３は、トランス６３に含まれる。また、巻線７４，８４は、トランス６４に含まれる。
【０１１３】
基板１１０は、絶縁材料を含んで構成される。基板１１０は、図１２に示すように、基板１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８を含む。
【０１１４】
基板１１１の上面には、巻線８１が配置される。基板１１１の下面には、巻線７１が配置される。基板１１２の上面には、巻線８２が配置される。基板１１２の下面には、巻線７２が配置される。基板１１３の上面には、巻線８３が配置される。基板１１３の下面には、巻線７３が配置される。基板１１４の上面には、巻線８４が配置される。基板１１４の下面には、巻線７４が配置される。
【０１１５】
基板１１５は、巻線７１と巻線８２との間に配置される。基板１１６は、巻線７２と巻線８３との間に配置される。基板１１７は、巻線７３と巻線８４との間に配置される。
【０１１６】
このように、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４のそれぞれのトランス６１〜６４は、コア６５を共有して構成することができる。このような構成により、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４を小型化することができる。従って、電源システム１を小型化することができる。また、トランス６１〜６４をプレーナ型トランスとして構成することで、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４をより小型化することができる。
【０１１７】
［駆動周波数の選択］
トランス６１〜６４がコア６５を共有して構成される場合、第１コンバータ１１等の駆動周波数を適宜選択することにより、コア６５における磁気飽和を防ぐことができる。以下、この内容について説明する。
【０１１８】
図９に示すコンバータ１０が駆動するときに図１２に示す中脚部６６に生じる磁束密度をＢとする。このとき、磁束密度Ｂが、以下の式（１）を満たせば、コア６５における磁気飽和を防ぐことができる。
Ｂ＜Ｂｍａｘ
Ａ＞φ／Ｂｍａｘ                              式（１）
式（１）において、Ｂｍａｘは、コア６５の飽和磁束密度である。Ｂｍａｘは、コア６５の磁気特性に応じた値となる。つまり、Ｂｍａｘは、コア６５を構成する磁性材料に応じた値となる。Ａは、図１２に示す中脚部６６の断面積である。磁束φは、図９に示すコンバータ１０が駆動するときに、中脚部６６に生じる磁束φである。
【０１１９】
ここで、磁束φは、以下の式（２），（３）によって算出される。
【数１】
2020036448.tif 000003
【数２】
2020036448.tif 000004
式（２）において、Ｖは、図９に示すコンバータ１０が駆動するときに、コア６５に印加される電圧である。ｎは、図９に示す巻線８０の巻き数である。Ｄは、図９に示すスイッシング素子Ｑ１Ａ〜Ｑ４Ａをオンオフさせるパルス波（駆動信号）のデューティである。Ｄは、図９に示すコンバータ１０のような双方向式では、０．５であってよい。Ｔは、図９に示すスイッシング素子Ｑ１Ａ〜Ｑ４Ａをオンオフさせるパルス波（駆動信号）の周期である。Ｔは、ＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）周期ともいう。ｆは、駆動周波数である。つまり、Ｔ＝１／ｆである。
【０１２０】
上述の式（２）及び式（３）から、Ｖが最も大きくなるコンバータ１０が駆動するとき、式（１）における磁束密度Ｂは、最も大きくなり得る。図１に示す構成では、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４のうち、第１コンバータ１１が駆動するとき、Ｖは、最も大きくなり得る。
【０１２１】
そこで、第１コンバータ１１の駆動周波数が、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４の駆動周波数よりも、高くなるように設定する。さらに、第１コンバータ１１の駆動周波数が式（１）を満たすように設定する。換言すると、第１コンバータ１１の駆動周波数ｆは、コア６５の磁気特性に応じて決定される。このような構成によって、コア６５における磁気飽和を防ぐことができる。さらに、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４を、第１コンバータ１１の駆動周波数よりも低い駆動周波数で駆動させることで、第２コンバータ１２等における電力変換効率を向上させることができる。
【０１２２】
［コントローラの処理］
第２実施形態では、図１に示すコントローラ４１は、スイッチ９１Ａ〜９４Ａ，９１Ｂ〜９４Ｂを制御して、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４が同時に駆動しないように制御する。
【０１２３】
例えば、図１に示すコントローラ４１が、第１コンバータ１１、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４のうち、第１コンバータ１１を駆動させるものとする。このとき、コントローラ４１は、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４を駆動させないように制御する。この場合、図１に示すコントローラ４１は、スイッチ９１Ａ，９１Ｂがオンするように、第１コンバータ１１が有する図９に示す駆動回路５０に制御信号を出力する。また、コントローラ４１は、スイッチ９２Ａ〜９４Ａ，９２Ｂ〜９４Ｂがオフするように、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４のそれぞれが有する図９に示す駆動回路５０に制御信号を出力する。このような制御によって、第１コンバータ１１では、トランス６１が、平滑コンデンサ５２Ａ等の他の構成要素と接続される。また、このような制御によって、第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４では、トランス６２〜６４が他の構成要素から分離される。これにより、駆動しない第２コンバータ１２、第３コンバータ１３及び第４コンバータ１４において、トランス６２〜６４から他の構成要素へ意図しない電流が漏れ出ることを防ぐことができる。
【０１２４】
なお、スイッチ９０Ａ，９０Ｂを設ける構成は、図９に示す構成に限定されない。例えば、図１３に示すような構成であってよい。
【０１２５】
［ＤＣ−ＤＣコンバータの他の回路構成］
図１３は、第２実施形態の他の例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。図１３では、図９に示す構成の一部を示す。第１コンバータ１１ａ、第２コンバータ１２ａ、第３コンバータ１３ａ及び第４コンバータ１４ａは、同様のＤＣ−ＤＣコンバータを採用可能である。以下では、第１コンバータ１１ａを例に説明する。
【０１２６】
第１コンバータ１１ａは、巻線７１とスイッチング回路５１Ａとの間にスイッチ１２１Ａ，１２２Ａを有する。第１コンバータ１１ａは、巻線８１とスイッチング回路５１Ｂとの間にスイッチ１２１Ｂ，１２２Ｂを有する。
【０１２７】
スイッチ１２１Ａ，１２２Ａは、リレー回路を含んで構成されてよい。スイッチ１２１Ａは、巻線７１の一方の端部と、図９に示すスイッチング回路５１Ａのスイッチング素子Ｑ１Ａのソース及びスイッチング素子Ｑ２Ａのドレインとの間に設けられる。スイッチ１２２Ａは、巻線７１の他方の端部と、図９に示すスイッチング回路５１Ａのスイッチング素子Ｑ３Ａのソース及びスイッチング素子Ｑ４Ａのドレインとの間に設けられる。
【０１２８】
スイッチ１２１Ａ，１２２Ａは、図１に示すコントローラ４１からの制御信号に基づいて、導通及び遮断を切替える。
【０１２９】
スイッチ１２１Ｂ，１２２Ｂは、リレー回路を含んで構成されてよい。スイッチ１２１Ｂは、巻線８１の一方の端部と、図９に示すスイッチング回路５１Ｂのスイッチング素子Ｑ１Ｂのソース及びスイッチング素子Ｑ２Ｂのドレインとの間に設けられる。スイッチ１２２Ｂは、巻線８１の他方の端部と、図９に示すスイッチング回路５１Ｂのスイッチング素子Ｑ３Ｂのソース及びスイッチング素子Ｑ４Ｂのドレインとの間に設けられる。
【０１３０】
スイッチ１２１Ｂ，１２２Ｂは、図１に示すコントローラ４１からの制御信号に基づいて、導通及び遮断を切替える。
【０１３１】
本開示に係る一実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段等を１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。
【０１３２】
例えば、上述の第２実施形態では、図１１及び図１２に示すように、トランス６１〜６４がコア６５を共有して構成されると説明した。ただし、図１に示す電源システム１が第４コンバータ１４を備えない場合、トランス６１〜６３がコア６５を共有して構成されてよい。
【符号の説明】
【０１３３】
１  電源システム
２  交流電源
１０  コンバータ
１１，１１ａ  第１コンバータ
１２，１２ａ  第２コンバータ
１３，１３ａ  第３コンバータ
１４，１４ａ  第４コンバータ
１５  整流回路
２０Ａ，２０Ｂ  バッテリ
２１  第１バッテリ
２２  第２バッテリ
２３  第３バッテリ
３１  モータ（負荷）
３２  補機（負荷）
３３  ＥＣＵ（負荷）
４０  メモリ
４１  コントローラ
５０  駆動回路
５１Ａ，５１Ｂ  スイッチング回路
５２Ａ，５２Ｂ  平滑コンデンサ
６０，６１〜６４  トランス
６５  コア
６６  中脚部
６６ａ  ギャップ
６７−１，６７−２  側脚部
６８  上面部
６９  下面部
７０〜７４，８０〜８４  巻線
９０Ａ〜９４Ａ，９０Ｂ〜９４Ｂ  スイッチ
１００  プレーナ型トランス
１１０〜１１７  基板
１２１Ａ，１２１Ｂ，１２２Ａ，１２２Ｂ  スイッチ
Ｐ１〜Ｐ１０  経路
Ｑ１Ａ〜Ｑ４Ａ，Ｑ１Ｂ〜Ｑ４Ｂ  スイッチング素子
【図１】
2020036448.tif 000005
【図２】
2020036448.tif 000006
【図３】
2020036448.tif 000007
【図４】
2020036448.tif 000008
【図５】
2020036448.tif 000009
【図６】
2020036448.tif 000010
【図７】
2020036448.tif 000011
【図８】
2020036448.tif 000012
【図９】
2020036448.tif 000013
【図１０】
2020036448.tif 000014
【図１１】
2020036448.tif 000015
【図１２】
2020036448.tif 000016
【図１３】
2020036448.tif 000017