(57)【要約】【課題】部品点数を低減することができる冗長化が可能な電力変換装置を提供しようとするものである。【解決手段】電力変換装置１は、第１電圧部６１と第２電圧部６２との間の電圧変換を行う主ＤＣ−ＤＣコンバータ２と、第１電圧部６１に接続された電力変換ユニット３と、を有する。電力変換ユニット３は、第１電圧部６１と第３電圧部６３との間の電力変換を行う電力変換部３１と、電力変換部３１の少なくとも一部を、共有構成部３３として電力変換部３１と共有した副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２と、を有する。副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２と並列に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電圧部（６１）と第２電圧部（６２）との間の電圧変換を行う主ＤＣ−ＤＣコンバータ（２）と、
上記第１電圧部に接続された電力変換ユニット（３）と、を有し、
上記電力変換ユニット（３）は、
上記第１電圧部と第３電圧部（６３）との間の電力変換を行う電力変換部（３１）と、
上記電力変換部の少なくとも一部を、共有構成部（３３）として上記電力変換部と共有した副ＤＣ−ＤＣコンバータ（３２）と、を有し、
該副ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記主ＤＣ−ＤＣコンバータと並列に接続されている、電力変換装置（１）。
【請求項２】
上記電力変換ユニットは、上記第１電圧部に接続される第１スイッチング回路部（４１）と、上記第２電圧部に接続される第２スイッチング回路部（４２）と、上記第３電圧部に接続される第３スイッチング回路部（４３）とを有し、上記第１スイッチング回路部と上記第２スイッチング回路部と上記第３スイッチング回路部とは、互いにマルチポートトランス（４０）を介して接続されている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記第１スイッチング回路部、上記第２スイッチング回路部、及び上記第３スイッチング回路部は、それぞれブリッジ回路構成を有する、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記電力変換部は、変換する電力の大きさが互いに異なる第１動作状態と第２動作状態とを切り替えることができるよう構成されており、上記第１動作状態よりも上記第２動作状態の方が、変換する電力が小さく、上記第２動作状態において、上記副ＤＣ−ＤＣコンバータが、上記第１電圧部と上記第２電圧部との間の電圧変換を行うことができるよう構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記電力変換部は、変換する電力の大きさが時間的に変動し、上記電力変換部によって変換される電力が減少したときに、上記副ＤＣ−ＤＣコンバータによって変換される電力を増加させることができるよう構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
上記電力変換部が電力変換動作を行わない動作停止状態において、上記副ＤＣ−ＤＣコンバータが、上記第１電圧部と上記第２電圧部との間の電圧変換を行うよう構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記電力変換部は、上記第３電圧部としての充電用電源（ＡＣＳ、ＤＣＳ、ＳＳ）の電力を変換して、上記第１電圧部としてのバッテリへの充電を行うことができるよう構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
上記電力変換ユニットは、上記充電用電源と上記第２電圧部との間の電力変換をも行うことができるよう構成されている、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
上記電力変換部は、上記第３電圧部としての第１蓄電装置（ＢＬａ）もしくは第１負荷に接続され、上記主ＤＣ−ＤＣコンバータ及び上記副ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記第２電圧部としての第２蓄電装置（ＢＬ）もしくは第２負荷に接続され、上記第３電圧部と上記第２電圧部とは、互いに電圧が異なる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基本電源モジュールに、電源補助モジュールを並列接続することで、冗長性を確保した電源システムが、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１７１７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記電源システムにおいては、基本電源モジュールに対して、冗長性確保のためだけに、電源補助モジュールを追加することとなる。その結果、部品点数が多くなるという課題が生じる。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、部品点数を低減することができる冗長化が可能な電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、第１電圧部（６１）と第２電圧部（６２）との間の電圧変換を行う主ＤＣ−ＤＣコンバータ（２）と、
上記第１電圧部に接続された電力変換ユニット（３）と、を有し、
上記電力変換ユニット（３）は、
上記第１電圧部と第３電圧部（６３）との間の電力変換を行う電力変換部（３１）と、
上記電力変換部の少なくとも一部を、共有構成部（３３）として上記電力変換部と共有した副ＤＣ−ＤＣコンバータ（３２）と、を有し、
該副ＤＣ−ＤＣコンバータは、上記主ＤＣ−ＤＣコンバータと並列に接続されている、電力変換装置（１）にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記電力変換装置においては、副ＤＣ−ＤＣコンバータが、上記電力変換部の少なくとも一部を、共有構成部として電力変換部と共有している。それゆえ、部品点数の増加を抑制しつつ、冗長化を可能とすることができる。
【０００８】
以上のごとく、上記態様によれば、部品点数を低減することができる冗長化が可能な電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１における、電力変換装置の概念図。
【図２】実施形態１における、電力変換装置の回路構成図。
【図３】実施形態２における、電力変換装置の回路構成図。
【図４】実施形態２における、電力変換装置の一部の回路構成図。
【図５】実施形態３における、電力変換装置の回路構成図。
【図６】実施形態３における、第３電圧部への出力電力の時間変動を示す線図。
【図７】実施形態４における、電力変換装置の回路構成図。
【図８】実施形態４における、高圧バッテリへの充電動作を示す説明図。
【図９】実施形態４における、副ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示す説明図。
【図１０】実施形態５における、電力変換装置の回路構成図。
【図１１】実施形態５における、高圧バッテリへの充電動作を示す説明図。
【図１２】実施形態５における、副ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示す説明図。
【図１３】実施形態６における、電力変換装置の回路構成図。
【図１４】実施形態６における、高圧バッテリへの充電動作を示す説明図。
【図１５】実施形態６における、副ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示す説明図。
【図１６】実施形態７における、電力変換装置の回路構成図であって、通常時の電力供給を示す説明図。
【図１７】実施形態７における、副ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示す説明図。
【図１８】実施形態８における、電力変換装置の回路構成図。
【図１９】実施形態９における、電力変換装置の回路構成図であって、通常時の電力供給を示す説明図。
【図２０】実施形態９における、副ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示す説明図。
【図２１】実施形態１０における、電力変換装置の回路構成図。
【図２２】実施形態１１における、電力変換装置の回路構成図。
【図２３】実施形態１１における、通常時の電力供給を示す説明図。
【図２４】実施形態１１における、副ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示す説明図。
【図２５】実施形態１２における、電力変換装置の回路構成図。
【図２６】実施形態１３における、電力変換装置の回路構成図。
【図２７】実施形態１４における、電力変換装置の回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
電力変換装置に係る実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
本実施形態の電力変換装置１は、図１に概念図として示すごとく、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２と電力変換ユニット３と、を有する。主ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、第１電圧部６１と第２電圧部６２との間の電圧変換を行う。電力変換ユニット３は、第１電圧部６１に接続されている。
【００１１】
電力変換ユニット３は、電力変換部３１と、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２と、を有する。電力変換部３１は、第１電圧部６１と第３電圧部６３との間の電力変換を行う。副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、電力変換部３１の少なくとも一部の共有構成部３３を、電力変換部３１と共有している。
副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２と並列に接続されている。
【００１２】
共有構成部３３としては、単なる配線等ではなく、例えば、半導体素子等の能動素子、或いは、トランス等の受動素子等を含んだ回路構成部を意味する。共有構成部３３は、特に、複数の電子部品を含んだ回路構成部であることが好ましい。
【００１３】
第１電圧部６１、第２電圧部６２、第３電圧部６３は、種々の電源、負荷等を適用することができる。
特に、本形態においては、図２に示すごとく、第１電圧部６１は、高圧バッテリＢＨであり、第２電圧部６２は、高圧バッテリＢＨよりも低電圧の低圧バッテリＢＬである。また、第３電圧部６３は、ヒータ等の負荷ＬＤである。高圧バッテリＢＨ及び低圧バッテリＢＬは、充電可能な二次電池である。低圧バッテリＢＬは、キャパシタによって構成される蓄電装置としてもよい。
【００１４】
また、電力変換装置１は、車載用の電力変換装置であり、高圧バッテリＢＨ及び低圧バッテリＢＬは、車両に搭載されている。高圧バッテリＢＨは、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等において、車両の駆動に用いる電力を蓄え、また供給できるよう構成されている。また、低圧バッテリＢＬは、車両の補機類の作動に用いる電力を蓄え、また供給できるよう構成されている。負荷ＬＤは、例えば、ヒータ、空調機、アクチュエータ、カーオーディオ等とすることができる。なお、ヒータとしては、例えば、排ガス浄化用の触媒フィルタの加熱に用いるヒータとすることができる。
【００１５】
また、電力変換部３１は、トランス３１０と、トランス３１０を介して互いに接続された一対のスイッチング回路部３１１、３１２とを有する。電力変換部３１は、トランス３１０と一対のスイッチング回路部３１１、３１２とによって、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成している。スイッチング回路部３１１、３１２は、それぞれ、例えば、フルブリッジ回路もしくはハーフブリッジ回路を有する。スイッチング回路部３１１は、第１電圧部６１に接続されている。スイッチング回路部３１２は、第３電圧部６３に接続されている。本形態においては、電力変換部３１は、第１電圧部６１（本形態においては高圧バッテリＢＨ）の電圧を、降圧して、第３電圧部６３（本形態においては負荷ＬＤ）へ供給できるよう構成されている。
【００１６】
そして、電力変換ユニット３は、電力変換部３１における、第３電圧部６３側の出力配線に、チョッパ回路部３２１が接続されている。チョッパ回路部３２１の代わりに、例えば、バックコンバータなどの非絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ等、電圧変換機能を有する回路部を接続してもよい。チョッパ回路部３２１は、第２電圧部６２（本形態においては低圧バッテリＢＬ）に接続されている。すなわち、本形態においては、電力変換部３１とチョッパ回路部３２１とによって、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２が構成されている。
【００１７】
つまり、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、トランス３１０と、トランス３１０を介して接続された２つのスイッチング回路部３１１、３１２と、スイッチング回路部３１２における第３電圧部６３側の出力配線に接続されたチョッパ回路部３２１とによって構成されている。
【００１８】
換言すると、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、電力変換部３１の略すべての電子部品を、電力変換部３１と共有している。本形態においては、共有構成部３３は、電力変換部３１の全体であって、トランス３１０と２つのスイッチング回路部３１１、３１２とからなるＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００１９】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１においては、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２が、電力変換部３１の少なくとも一部を、共有構成部３３として電力変換部３１と共有している。それゆえ、部品点数の増加を抑制しつつ、冗長化を可能とすることができる。
【００２０】
電力変換装置１においては、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２による、第１電圧部６１と第２電圧部６２との間の電力変換の冗長性を確保するために、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に並列接続している。ここで、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に、例えば、何らかの障害が生じたとき、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を用いて、第１電圧部６１と第２電圧部６２との間の電力変換を行うことができる。すなわち、冗長性を確保することができる。
【００２１】
そして、電力変換装置１においては、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２が、共有構成部３３を有する。つまり、冗長化を図るために、単に、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に予備のＤＣ−ＤＣコンバータを新たに並列接続するのではない。他の機能を果たす電力変換部３１の少なくとも一部である共有構成部３３を備えた副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に並列接続して、冗長化を図っている。それゆえ、少なくとも共有構成部３３は、冗長化のためだけに追加される構成ではないため、冗長化のための部品点数の増加を極力抑制することができる。
【００２２】
特に、本形態においては、電力変換部３１の全体が、共有構成部３３となっている。そのため、冗長化のために増加する部品点数を大幅に低減することができる。すなわち、冗長性を備えた電力変換装置１の部品点数を低減することができる。
【００２３】
以上のごとく、上記態様によれば、部品点数を低減することができる冗長化が可能な電力変換装置を提供することができる。
【００２４】
（実施形態２）
本形態は、図３、図４に示すごとく、電力変換ユニット３がマルチポートトランス４０を備えた電力変換装置１の形態である。
なお、マルチポートトランス４０は、入出力ポートを３個以上備えたトランスである。マルチポートトランス４０は、互いに磁気結合した３個以上のコイルを有する。
【００２５】
電力変換ユニット３は、第１スイッチング回路部４１と、第２スイッチング回路部４２と、第３スイッチング回路部４３とを有する。第１スイッチング回路部４１は、第１電圧部６１に接続される。第２スイッチング回路部４２は、第２電圧部６２に接続される。第３スイッチング回路部４３は、第３電圧部６３に接続される。第１スイッチング回路部４１と第２スイッチング回路部４２と第３スイッチング回路部４３とは、互いにマルチポートトランス４０を介して接続されている。
【００２６】
なお、第１スイッチング回路部４１、第２スイッチング回路部４２、及び第３スイッチング回路部４３は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタの略）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略）、或いは、スイッチング機能を有するダイオード等の、スイッチング素子を備えたものとすることができる。
【００２７】
図４に示すごとく、第１スイッチング回路部４１、第２スイッチング回路部４２、及び第３スイッチング回路部４３は、それぞれブリッジ回路構成を有する。すなわち、本形態においては、電力変換ユニット３が、マルチポートトランス４０と、３つのスイッチング回路部４１、４２、４３とを有する、ＭＡＢ（Multiple  Active  Bridgeの略）によって構成されている。
【００２８】
例えば、図４に示すごとく、第１スイッチング回路部４１、第２スイッチング回路部４２、及び第３スイッチング回路部４３が、フルブリッジ回路構成を有するものとすることができる。また、これらのスイッチング回路部４１、４２、４３を、ハーフブリッジ回路構成とすることもできる。或いは、第１スイッチング回路部４１、第２スイッチング回路部４２、及び第３スイッチング回路部４３のうちの一部を、フルブリッジ回路構成とし、他の一部をハーフブリッジ回路構成とすることもできる。
【００２９】
その他は、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【００３０】
本形態においては、第１スイッチング回路部４１とマルチポートトランス４０とが、共有構成部３３となる。これにより、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２が、電力変換部３１と、マルチポートトランス４０及び第１スイッチング回路部４１における複数のスイッチング素子を共用することができ、部品点数を大きく低減することができる。すなわち、第２スイッチング回路部４２を追加することで、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２の冗長化を図る副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を構成することができる。そのため、冗長化に伴う部品点数の増加を抑制することができる。
また、マルチポートトランス４０を用いることで、電力変換ユニット３の小型化を容易に図ることができる。
【００３１】
また、スイッチング回路部４１、４２、４３が、それぞれブリッジ回路構成を有することにより、電力変換ユニット３における入出力電圧範囲を広くしやすい。その結果、電圧変動にも対応しやすく、高効率な電力変換を確保することができる。すなわち、電力変換ユニット３がＭＡＢを構成することにより、これに接続される負荷の変動にも広く対応することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００３２】
（実施形態３）
本形態は、図５、図６に示すごとく、第３電圧部６３として、負荷変動の大きい変動負荷ＬＤｆを、電力変換装置１の電力変換部３１に接続した形態である。
変動負荷ＬＤｆとしては、例えば、空調機、ヒータ等がある。ヒータとしては、例えば、触媒暖気用、シート加温用、電池加温用等がある。図６に示すごとく、変動負荷ＬＤｆは、その消費電力Ｐｃが時間変動する。それゆえ、電力変換ユニット３としては、消費電力Ｐｃのピーク時の電力以上を出力する能力を有する必要はある。
【００３３】
そうすると、消費電力Ｐｃが小さい時間帯は、電力変換ユニット３の能力としては余裕が生じる。そこで、電力変換ユニット３は、変動負荷ＬＤｆの消費電力Ｐｃのピークもしくはそれよりも高い電力Ｐ０を、常時出力するようにしておく。そして、変動負荷ＬＤｆの消費電力Ｐｃが小さいとき、余裕分の電力（Ｐ０−Ｐｃに相当）を、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を介して、第２電圧部６２へ供給するようにする。これにより、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２における障害の有無に関わらず、出力電力Ｐ０の余裕分を第２電圧部６２へ供給することができる。
【００３４】
すなわち、本形態において、電力変換部３１は、変換する電力の大きさが時間的に変動する。そして、電力変換部３１によって変換される電力が減少したときに、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２によって変換される電力を増加させることができる。また、電力変換部３１によって変換される電力が増加したときに、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２によって変換される電力を減少させることができる。
【００３５】
換言すると、電力変換部３１によって変換される電力が比較的小さい時間帯においては、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２によって変換される電力を比較的大きくすることができる。そして、電力変換部３１によって変換される電力が比較的大きい時間帯においては、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２によって変換される電力を比較的小さくすることができる。
【００３６】
なお、図６において、ハッチングを付した部分Ｍは、出力電力Ｐ０の電力量の余裕分であって、第２電圧部６２へ供給される分の電力量に相当する。ただし、電力ロスを無視した、概略的なものではある。
【００３７】
また、仮に、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じたとき、電力変換部３１の作動を停止もしくは制限して、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２に充分な電力を供給して、第２電圧部６２への電力供給を行うことができる。
その他、実施形態２と同様の構成及び作用効果を得ることができる。
【００３８】
（実施形態４）
本形態は、図７〜図９に示すごとく、第３電圧部６３として、充電用電源を接続した、電力変換装置１の形態である。
すなわち、本形態において、電力変換部３１は、第３電圧部６３としての充電用電源の電力を変換して、第１電圧部６１としてのバッテリ（本形態においては、高圧バッテリＢＨ）への充電を行うことができるよう構成されている。充電用電源としては、例えば、交流電源、直流電源の何れであってもよいが、本形態においては、交流電源ＡＣＳを用いる例を示す。
【００３９】
本形態において、充電用電源は、交流電源ＡＣＳである。交流電源ＡＣＳとしては、例えば、給電ステーション等の交流式充電器が想定される。また、第３電圧部６３としては、交流電源ＡＣＳと並列接続された交流出力ポートＡＣＰも、設けてある。交流電源ＡＣＳおよび交流出力ポートＡＣＰは、例えば、実効電圧１００Ｖの交流電力を、入力及び出力できるよう構成されている。また、交流出力ポートＡＣＰには、通電、遮断を切り替え可能なリレー６３３が設けてある。
【００４０】
また、第３スイッチング回路部４３と第３電圧部６３との間には、ＰＦＣ回路（すなわち力率改善回路）４３０が接続されている。ただし、ＰＦＣ回路４３０を設けない構成とすることもできる。
【００４１】
本形態の電力変換装置１においては、図８の矢印Ｐ１に示すごとく、交流電源ＡＣＳ（すなわち第３電圧部６３）の交流電力を、電力変換部３１によって変換して、高圧バッテリＢＨ（すなわち第１電圧部６１）に充電することができる。また、図９の矢印Ｐ２１に示すごとく、高圧バッテリＢＨの電力を、電力変換部３１において変換して、交流出力ポートＡＣＰから出力することができる。このように、電力変換部３１を介して、第１電圧部６１と第３電圧部６３との間において、双方向に電力の授受を行うことができるよう構成されている。
【００４２】
充電用電源から高圧バッテリＢＨへの充電は、停車中に行う。このときの変換電力は、例えば、数ｋＷ〜数十ｋＷとなる。一方、走行中には、高圧バッテリＢＨへの充電は行われない。ただし、走行中には、高圧バッテリＢＨから交流出力ポートＡＣＰに接続される負荷への電力供給が行われることはある。この場合、変換電力は例えば１．５ｋＷ以下である。
【００４３】
換言すると、電力変換部３１は、変換する電力の大きさが互いに異なる第１動作状態と第２動作状態とを切り替えることができるよう構成されている。そして、第１動作状態よりも第２動作状態の方が、変換する電力が小さい。そこで、本形態においては、第２動作状態において、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２が、第１電圧部６１と第２電圧部６２との間の電圧変換を行うことができるよう構成されている。
【００４４】
つまり、図８に示すごとく、停車中における交流電源ＡＣＳ（すなわち第３電圧部６３）から高圧バッテリＢＨ（すなわち第１電圧部６１）へ充電を行う際の、電力変換部３１の動作が、第１動作状態である。そして、図９に示すごとく、走行中における高圧バッテリＢＨ（すなわち第１電圧部６１）から交流出力ポートＡＣＰ（すなわち第３電圧部６３）への電力供給を行う際の、電力変換部３１の動作が、第２動作状態である。
【００４５】
ここで、上述のように、第２動作状態は、第１動作状態に比べて、電力変換部３１による変換電力が小さい。すなわち、図８に示す矢印Ｐ１の電力よりも、図９に示す矢印Ｐ２１の電力の方が小さい。したがって、第２動作状態においては、電力変換ユニット３における共有構成部３３の定格電力に余裕がある。そこで、第２動作状態においては、図９に示すごとく、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を作動させる。これにより、車両の走行中は、第３電圧部６３への電力供給（図９の矢印Ｐ２１参照）を行いつつ、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬへの充電（図９の矢印Ｐ２２参照）も行うことができる。
その他は、実施形態２と同様である。
【００４６】
本形態においては、上述のように、第２動作状態にあるとき、共有構成部３３の余裕分を利用して、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬへの電力供給を行うことができる。それゆえ、電力変換ユニット３の規模の拡大を抑制しつつ、走行中の第２電圧部６２への電力供給の冗長性を確保することができる。また、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じていないときも、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２と併せて、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を利用して、第２電圧部６２への電力供給を行うことができる。なお、上述した電力変換ユニット３の規模としては、例えば、部品点数の他、全体の体格等がある。以下においても同様である。
その他、実施形態２と同様の作用効果を有する。
【００４７】
（実施形態５）
本形態も、図１０〜図１２に示すごとく、第３電圧部６３として、充電用電源を接続した、電力変換装置１の形態である。充電用電源としては、例えば、交流電源、直流電源の何れであってもよいが、本形態においては、交流電源ＡＣＳを用いる例を示す。
【００４８】
本形態においても、図１１の矢印Ｐ１に示すごとく、電力変換部３１を介して、第３電圧部６３の充電用電源である交流電源ＡＣＳから、第１電圧部６１の高圧バッテリＢＨへの充電を行うことができるよう構成されている。
【００４９】
そして、電力変換部３１が電力変換動作を行わない動作停止状態において、図１２の矢印Ｐ２に示すごとく、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２が、第１電圧部６１と第２電圧部６２との間の電圧変換を行うよう構成されている。
【００５０】
すなわち、停車中に、図１１の矢印Ｐ１に示すごとく、電力変換部３１を介して、充電用電源の電力を変換して、第１電圧部６１の高圧バッテリＢＨに供給し、充電する。一方、車両走行中には、高圧バッテリＢＨの充電を行わない。すなわち、電力変換部３１を動作させない。そこで、図１２の矢印Ｐ２に示すごとく、共有構成部３３を電力変換部３１と共有する副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を作動して、高圧バッテリＢＨから低圧バッテリＢＬへの充電を行う。
【００５１】
本形態においては、実施形態４において示したＰＦＣ回路（図７の符号４３０参照）は設けていない。ただし、実施形態４と同様にＰＦＣ回路を設けることもできる。また、本形態においては、交流出力ポートＡＣＰを設けていない。また、充電用電源として、交流電源ＡＣＳ（すなわちＡＣ充電器）に代えて、直流電源（すなわちＤＣ充電器）、或いは定置非接触充電器等を接続することもできる。
その他は、実施形態４と同様である。
【００５２】
本形態においては、走行中に使用しない電力変換部３１の一部でもある共有構成部３３を、有効利用して、第１電圧部６１から第２電圧部６２への電力供給を行うことができる。それゆえ、電力変換ユニット３の規模を抑制しつつ、走行中の第２電圧部６２への電力供給の冗長性を確保することができる。また、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じていないときも、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２と併せて、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を利用して、第２電圧部６２への電力供給を行うことができる。
その他、実施形態４と同様の作用効果を有する。
【００５３】
（実施形態６）
本形態は、図１３〜図１５に示すごとく、第４電圧部６４を接続した電力変換装置１の形態である。
すなわち、既出の実施形態においては、第１電圧部６１、第２電圧部６２、第３電圧部６３の３つの電圧部に接続される電力変換装置を示したが、本形態においては、さらに第４電圧部６４を接続した電力変換装置１を示す。なお、本開示の電力変換装置の構成要素として、第４電圧部は、第３電圧部と実質的に差異はなく、互いに入れ替えて解釈することもできる。後述する第５電圧部も同様である。
【００５４】
本形態においては、図１３に示すごとく、マルチポートトランス４０が、互いに磁気接続された４つのコイルを有する。そして、マルチポートトランス４０には、第１スイッチング回路部４１、第２スイッチング回路部４２、第３スイッチング回路部４３と共に、第４スイッチング回路部４４が接続されている。この第４スイッチング回路部４４に、第４電圧部６４が接続されている。
【００５５】
本形態においては、第４電圧部６４として、太陽光電源ＳＳを採用している。太陽光電源ＳＳは、例えば車両の天井等に配置された太陽光パネルを含む太陽光発電機とすることができる。
なお、本形態においては、第３スイッチング回路部４３と第３電圧部６３との間に、ＰＦＣ回路４３０が接続されている。
その他は、実施形態５と同様である。
【００５６】
本形態の場合、図１４の矢印Ｐ１１、Ｐ１２に示すごとく、第３電圧部６３である充電用電源から、第１電圧部６１である高圧バッテリＢＨへの充電時において、第４電圧部６４である太陽光電源ＳＳの電力をも第１電圧部６１へ供給することができる。
【００５７】
また、図１５の矢印Ｐ２１、Ｐ２２に示すごとく、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を介した第１電圧部６１の高圧バッテリＢＨから第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬへの電力供給時に、第４電圧部６４の太陽光電源ＳＳからも第２電圧部６２へ電力供給することができる。これにより、第１電圧部６１からの電力の持ち出し分を、一部、第４電圧部６４の電力にて肩代わりすることができる。
その他、実施形態５と同様の作用効果を有する。
【００５８】
（実施形態７）
本形態は、図１６、図１７に示すごとく、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じたとき、電力変換部３１を停止することができるよう構成された、電力変換装置１の形態である。
【００５９】
すなわち、本形態においては、電力変換部３１を介する第１電圧部６１から第３電圧部６３への電力供給を、完全に停止することも可能な構成としている。つまり、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に異常がない場合には、図１６に示すごとく、第１電圧部６１と第２電圧部６２との間の電力変換は、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２にて行うことができる（矢印Ｐ３参照）。また、第１電圧部６１と第３電圧部６３との間の電力変換は、電力変換ユニット３の電力変換部３１にて行うことができる（矢印Ｐ１参照）。そして、このとき、特に、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は作動させる必要がない。
【００６０】
これに対し、図１７に示すごとく、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じるなど、正常な作動が妨げられたとき、第１電圧部６１と第２電圧部６２との電力変換を、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２にて行うこととなる（矢印Ｐ２参照）。ここで、例えば、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬへの充分な電力供給が求められる場合、第３電圧部６３への電力供給を停止することが望ましいことも想定される。
【００６１】
そこで、かかる場合においては、図１７に示すごとく、電力変換部３１の作動を停止し、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を作動して、第２電圧部６２（低圧バッテリＢＬ）への電力供給を行う。
【００６２】
上記のような制御を可能もしくは容易とするために、第３電圧部６３への電力供給が停止しても、種々の影響が少ない状態とすることが望ましい。例えば、第３電圧部６３として接続される負荷ＬＤ等が、車両の走行に支承のない、若しくは支承の少ないものであることが好ましい。そのような負荷ＬＤとしては、例えば、ヒータ、オーディオ機器、室内灯、空調機等が挙げられる。
【００６３】
なお、ヒータとしては、ハイブリッド自動車等における排気系に設けた電気加熱式触媒を加熱するためのヒータがある。この場合、ヒータ加熱は、ハイブリッド自動車のエンジン走行の直前にしか行わないため、この触媒を加熱するヒータへの電力供給が停止しても、走行には特に支障はない。また、ヒータとしては、他に、座席等を暖めるためのヒータもあるが、これも、電力停止されても走行に支障はない。
その他は、実施形態２と同様である。
【００６４】
本形態においては、第１電圧部６１と第２電圧部６２との間の電力変換の冗長性を、他への影響を抑制しつつ、一層確保することができる。すなわち、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じても、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬに接続された重要な負荷の作動を確保することができる。
その他、実施形態２と同様の作用効果を有する。
【００６５】
（実施形態８）
本形態は、図１８に示すごとく、第４電圧部６４として、交流出力ポート６４２及び交流電源ＡＣＳを接続した電力変換装置１の形態である。
すなわち、４つの電圧部６１〜６４に接続する点においては、実施形態６と同様である。ただし、４つの電圧部６１〜６４の構成は、実施形態６とは異なる。第１電圧部６１、第２電圧部６２、第３電圧部６３については、実施形態７と同様である。この実施形態７の電力変換装置１に、さらに、第４電圧部６４として、交流出力ポートＡＣＰ及び交流電源ＡＣＳ（すなわち充電用電源）を接続している。
【００６６】
交流出力ポート６４２及び交流電源ＡＣＳは、ＰＦＣ回路４４０を介して、第４スイッチング回路部４４に接続されている。第４スイッチング回路部４４及びＰＦＣ回路４４０は、実施形態６における、第３スイッチング回路部４３及びＰＦＣ回路４３０と同様とすることができる。
その他は、実施形態６と同様である。
【００６７】
本形態の場合にも、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じたとき、第３電圧部６３への電力供給も、第４電圧部６４の交流出力ポートＡＣＰへの電力供給も、停止することが可能である。これにより、第２電圧部６２への電力供給の冗長性を確保することができる。
その他、実施形態６と同様の作用効果を有する。
【００６８】
（実施形態９）
本形態は、図１９、図２０に示すごとく、電力変換ユニット３が、充電用電源と第２電圧部６２との間の電力変換をも行うことができるよう構成されている、電力変換装置１の形態である。
【００６９】
回路構成としては、実施形態４（図７参照）と略同様である。
主ＤＣ−ＤＣコンバータ２が正常に動作する場合には、図１９の矢印Ｐ１に示すごとく、第１電圧部６１の高圧バッテリＢＨから主ＤＣ−ＤＣコンバータ２を介して、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬへの充電を行う。また、充電用電源から第１電圧部６１の高圧バッテリＢＨへの充電動作を行う。
【００７０】
一方、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じたとき、図２０の矢印Ｐ２１に示すごとく、低圧バッテリＢＬへの充電を、高圧バッテリＢＨから副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を介して行うが、このとき、充電用電源からも、矢印Ｐ２２に示すごとく、低圧バッテリＢＬへ電力を供給する。つまり、上述のように、本形態においては、第３電圧部６３と第２電圧部６２との間の電力変換をも行うことができる。そこで、第３電圧部６３の充電用電源の電力を、第３スイッチング回路部４３とマルチポートトランス４０と第２スイッチング回路部４２とで構成されるＤＣ−ＤＣコンバータによって変換し、低圧バッテリＢＬ（第２電圧部６２）へ供給することができる。
【００７１】
その結果、第１電圧部６１の高圧バッテリＢＨからの電力の持ち出し分を、一部、第３電圧部６３の充電用電源の電力にて肩代わりすることができる。
その他、実施形態４と同様の構成及び作用効果を有する。
【００７２】
（実施形態１０）
本形態は、図２１に示すごとく、５つの電圧部６１〜６５に電力変換装置１を接続した形態である。
本形態の電力変換装置１は、実施形態６の電力変換装置（図１３参照）に対して、さらに第５電圧部６５を追加接続したものといえる。
【００７３】
本形態においては、第５電圧部６５は、直流電源ＤＣＳ、すなわち、直流電力にて充電することができる充電用電源とすることができる。つまり、電力変換装置１は、第５電圧部６５としての直流電源ＤＣＳにも、接続できるよう構成されている。直流電源ＤＣＳとしては、例えば、給電ステーション等の直流式充電器が想定される。
その他は、実施形態６と同様である。
【００７４】
本形態の電力変換装置１は、第３電圧部６３としての交流電源ＡＣＳと、第４電圧部６４としての太陽光電源ＳＳと、第５電圧部６５としての直流電源ＤＣＳとに、接続できる。これにより、３種類のいずれの電源部からも、第１電圧部６１としての高圧バッテリＢＨへの充電を行うことができる。また、３種類のいずれの電源部からも、第２電圧部６２としての低圧バッテリＢＬへの充電も行うことができる。
その他、実施形態６と同様の作用効果を有する。
【００７５】
（実施形態１１）
本形態は、図２２に示すごとく、第３電圧部６３として、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬとは異なる低圧バッテリＢＬａを接続した、電力変換装置１の形態である。
【００７６】
低圧バッテリＢＬａは、第１電圧部６１の高圧バッテリＢＨよりも低圧のバッテリであり、第２電圧部６２である低圧バッテリＢＬと同様に車両に搭載されている。第３電圧部６３の低圧バッテリＢＬａは、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬと、電圧が異なっている。本形態においては、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬは、１２Ｖであり、第３電圧部６３の低圧バッテリＢＬａは、１２Ｖとは異なる電圧である。例えば、低圧バッテリＢＬａは、７Ｖ、或いは４８Ｖなどとすることができる。
【００７７】
すなわち、電力変換部３１は、第３電圧部６３としての第１蓄電装置（すなわち、低圧バッテリＢＬａ）に接続され、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２及び副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、第２電圧部６２としての第２蓄電装置（すなわち、低圧バッテリＢＬ）に接続されている。そして、第３電圧部６３である第１蓄電装置（すなわち、低圧バッテリＢＬａ）と第２電圧部６２である第２蓄電装置（すなわち、低圧バッテリＢＬ）とは、互いに電圧が異なる。
【００７８】
例えば、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬには、車両の走行に影響を与え得る負荷が接続されている。一方、第３電圧部６３の低圧バッテリＢＬａには、車両の走行に影響のない、若しくは影響が小さい負荷が接続されている。
【００７９】
図２３に示すごとく、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２が正常なときは、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２にて、低圧バッテリＢＬへ電力を供給する（矢印Ｐ３参照）。そして、電力変換部３１にて、第３電圧部６３の低圧バッテリＢＬａへ電力を供給する（矢印Ｐ１参照）。
【００８０】
そして、図２４に示すごとく、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じたとき、副ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を作動して、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬへ電力を供給する（矢印Ｐ１１参照）。このとき、正常時において第３電圧部６３の低圧バッテリＢＬａへ供給していた電力（図２３の矢印Ｐ１参照）の一部を、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬへも供給する。つまり、非常時においては、第３電圧部６３の低圧バッテリＢＬａへの供給電力（矢印Ｐ１２参照）を制限して、車両の走行において重要な第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬへの電力供給を確保する。
その他は、実施形態２と同様であり、同様の作用効果を得ることができる。
【００８１】
なお、図示を省略するが、上記実施形態１１において、第３電圧部６３を第１負荷とすることもできる。また、第２電圧部６２を第２負荷とすることもできる。つまり、第３スイッチング回路部４３に、蓄電装置ＢＬａを介さずに、第１負荷を接続した構成とすることもできる。また、第２スイッチング回路部４２に、蓄電装置ＢＬを介さずに、第２負荷を接続した構成とすることもできる。ここで、第１負荷と第２負荷とは、互いに電圧が異なるものとすることができる。
【００８２】
なお、上記実施形態１１において、２つの低圧バッテリＢＬ、ＢＬａを、同じ電圧の蓄電装置とした電力変換装置にアレンジすることもできる。すなわち、第３電圧部と第２電圧部とを同じ電圧とした電力変換装置にアレンジすることもできる。
【００８３】
（実施形態１２）
本形態は、図２５に示すごとく、実施形態１１の電力変換装置（図２２参照）に対して、さらに、第４電圧部６４を追加接続できるよう構成された電力変換装置１の形態である。本形態においては、第４電圧部６４として、太陽光電源ＳＳを接続している。
【００８４】
かかる構成によって、太陽光電源ＳＳから高圧バッテリＢＨへの電力供給も可能になる。また、太陽光電源ＳＳから第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬ及び第３電圧部６３の低圧バッテリＢＬａへの電力供給も、可能となる。
【００８５】
また、これにより、上述のように、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じたときにも、第３電圧部６３の低圧バッテリＢＬａへの供給電力の制限を緩和することができる。すなわち、第４電圧部６４の太陽光電源ＳＳからも電力を供給できるので、第３電圧部６３の低圧バッテリＢＬａへの供給電力の低減幅を小さくしても、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬへの電力供給を賄うことができる。
その他、実施形態１と同様の構成及び作用効果を有する。
【００８６】
（実施形態１３）
本形態は、図２６に示すごとく、５つの電圧部に接続できるよう構成された電力変換装置１の形態である。
【００８７】
本形態においては、実施形態１２の電力変換装置（図２５参照）に対して、さらに、第５電圧部６５としての交流電源ＡＣＳにも接続するよう構成されている。或いは、実施形態１０の電力変換装置（図２１参照）に対して、さらに低圧バッテリＢＬａを接続するよう構成されているとも言える。
その他、実施形態１０及び実施形態１２と同様の構成及び作用効果を有する。
【００８８】
（実施形態１４）
本形態は、図２７に示すごとく、第４電圧部６４として、負荷ＬＤを接続するよう構成した電力変換装置１の形態である。
すなわち、実施形態１２の電力変換装置（図２５参照）においては、第４電圧部６４として太陽光電源ＳＳを接続しているが、これに代えて、本形態においては、負荷ＬＤを接続するよう構成している。また、実施形態１１の電力変換装置（図２２参照）に、さらに第４電圧部６４として負荷ＬＤを接続したものということもできる。
【００８９】
負荷ＬＤとしては、ヒータ等、車両の走行に影響し難いものを、第４電圧部６４として接続している。その他は、実施形態１１と同様である。
【００９０】
本形態においては、第４電圧部６４として、負荷ＬＤを接続しているが、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じたとき、第４電圧部６４への電力供給を停止することが可能である。それゆえ、主ＤＣ−ＤＣコンバータ２に障害が生じたときは、第４電圧部６４への電力供給を停止したうえで、実施形態１１と同様に、第３電圧部６３の低圧バッテリＢＬａへの電力制限を行う（図２４参照）。これにより、第２電圧部６２の低圧バッテリＢＬへの電力供給の冗長性を確保することができる。
その他は、実施形態１１と同様の構成及び作用効果を有する。
【００９１】
なお、電力変換ユニットは、６つ以上の電圧部に接続するよう構成することもできる。そして、第１電圧部及び第２電圧部以外の電圧部は、いずれの電圧部を第３電圧部と解釈して、本開示の電力変換装置を解釈することもできる。
【００９２】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１  電力変換装置
２  主ＤＣ−ＤＣコンバータ
３  電力変換ユニット
３１  電力変換部
３２  副ＤＣ−ＤＣコンバータ
３３  共有構成部
６１  第１電圧部
６２  第２電圧部
６３  第３電圧部
【図１】
2020061807.tif 000003
【図２】
2020061807.tif 000004
【図３】
2020061807.tif 000005
【図４】
2020061807.tif 000006
【図５】
2020061807.tif 000007
【図６】
2020061807.tif 000008
【図７】
2020061807.tif 000009
【図８】
2020061807.tif 000010
【図９】
2020061807.tif 000011
【図１０】
2020061807.tif 000012
【図１１】
2020061807.tif 000013
【図１２】
2020061807.tif 000014
【図１３】
2020061807.tif 000015
【図１４】
2020061807.tif 000016
【図１５】
2020061807.tif 000017
【図１６】
2020061807.tif 000018
【図１７】
2020061807.tif 000019
【図１８】
2020061807.tif 000020
【図１９】
2020061807.tif 000021
【図２０】
2020061807.tif 000022
【図２１】
2020061807.tif 000023
【図２２】
2020061807.tif 000024
【図２３】
2020061807.tif 000025
【図２４】
2020061807.tif 000026
【図２５】
2020061807.tif 000027
【図２６】
2020061807.tif 000028
【図２７】
2020061807.tif 000029