(57)【要約】【課題】電気エネルギーの移送が為される二つのセル又は回路要素が電気的に接続されず、且つ、トランス等を用いないコンパクトな双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを提供すること。【解決手段】本発明のコンバータは、二組の、入出力端子対とコンデンサと二つの直列接続されたスイッチング手段から成る回路を含み、二組の回路の負極側のスイッチング手段の正極側同士と負極側同士がコンデンサとインダクタとを介して接続され、各回路の二つのスイッチング手段は、互いに逆位相にて所定の周期にて導通状態と遮断状態との間で切換えられ、電気エネルギーの移送元側の回路の正極側のスイッチング手段が導通状態に切換った後に電気エネルギーの移送先側の回路の正極側のスイッチング手段が導通状態に切換り、電気エネルギーの移送先側の充電時間が放電時間よりも長くなるようにスイッチング手段の状態が制御される。【選択図】図１
2020150701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
第一の電源又は回路要素の陽極及び陰極にそれぞれ接続される正極端子と負極端子とから成る第一の入出力端子対と、
前記第一の入出力端子対の間にて接続された第一のコンデンサと、
前記第一の入出力端子対の前記正極端子と前記負極端子との間にて順に直列に接続された第一及び第二のスイッチング手段にして、それぞれ、両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段と、
第二の電源又は回路要素の陽極及び陰極にそれぞれ接続される正極端子と負極端子とから成る第二の入出力端子対と、
前記第二の入出力端子対の間にて接続された第二のコンデンサと、
前記第二の入出力端子対の前記正極端子と前記負極端子との間にて順に直列に接続された第三及び第四のスイッチング手段にして、それぞれ、両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段と
を含み、
前記第二のスイッチング手段と前記第四のスイッチング手段の正極側端子間が第一の連結コンデンサを介して接続され、前記第二のスイッチング手段と前記第四のスイッチング手段の負極側端子間が第二の連結コンデンサを介して接続され、且つ、前記第二のスイッチング手段と前記第四のスイッチング手段の正極側端子間及び負極側端子間の接続線に於いて少なくとも一つの第一のインダクタが挿入され、
前記第一のスイッチング手段と前記第二のスイッチング手段に於けるそれぞれの両端間の状態が互いに逆位相にて所定の周期にて導通状態と遮断状態との間で切換えられ、
前記第三のスイッチング手段と前記第四のスイッチング手段に於けるそれぞれの両端間の状態が互いに逆位相にて前記所定の周期にて導通状態と遮断状態との間で切換えられ、
前記第一の電源又は回路要素から前記第二の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第一のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記第三のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わり、且つ、前記第一のスイッチング手段と前記第三のスイッチング手段とが導通状態となっている時間が前記第三のスイッチング手段と前記第二のスイッチング手段とが導通状態となっている時間よりも長くなるように前記第一乃至第四のスイッチング手段の両端間の状態が制御され、
前記第二の電源又は回路要素から前記第一の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第三のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記第一のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わり、且つ、前記第三のスイッチング手段と前記第一のスイッチング手段とが導通状態となっている時間が前記第一のスイッチング手段と前記第四のスイッチング手段とが導通状態となっている時間よりも長くなるように前記第一乃至第四のスイッチング手段の両端間の状態が制御される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧の異なる二つの直流電源間に於ける電気エネルギーの伝送に利用することのできるＤＣ−ＤＣコンバータに係り、より詳細には、二組以上の入出力端子対の間の双方向に於いて電気エネルギーを伝送可能である双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに係る。
【背景技術】
【０００２】
従前より、車両用の電源システム、太陽光発電システム、燃料電池を用いた家庭用蓄電システムなどの複数の蓄電池（バッテリ、セル）が用いられるシステムに於けるセル・バランスや、直流電源電圧の、半導体装置又はその他の電子部品の作動に必要な電圧への変換などに使用される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとして、種々の構成が提案され、実用化されている。例えば、特許文献１、非特許文献１等に於いては、二組の、電源の陽極と陰極とが接続される入出力端子対のそれぞれの間に一つのコンデンサと二つの直列に接続されたスイッチング手段（スイッチング手段列）とが並列に接続された回路に於いて、かかる二組の回路のスイッチング手段列の陰極側のスイッチング手段の陰極側の端子が互いに接続され、陽極側の端子が互いにインダクタンスを介して接続された回路構成の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータが開示されている（二組の昇降圧チョッパ回路に於いて、インダクタンスとコンデンサとを共通にして、出力側端子同士が連結された構成となっている。）。また、特許文献２、非特許文献１等には、二組の、電源の陽極と陰極とが接続される入出力端子対のそれぞれの間に一つのコンデンサが並列に接続され、更に、スイッチング手段のブリッジ回路が接続され、かかる二組のブリッジ回路の（入出力端子対が接続されていない）対角点間がトランスのコイルとして互いに誘導結合している回路構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２００７/１０８１１５号
【特許文献２】特開２０１８−１３７８９４
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「平地研究室技術メモNo.20160601  双方向DC/DCコンバータの各種回路方式」  ２０１６年  http://hirachi.cocolog-nifty.com/kh/files/29160601-1.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の如き双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの一つの用途に於いては、具体的には、複数のセル（本明細書に於いて、「セル」という場合には、一つのバッテリ又は蓄電池などの電気エネルギーを蓄積する形式の電源を指すものとする。）から成るセルの群のうちの任意の二つのセルがコンバータ（本明細書に於いて、「コンバータ」という場合には、特に、断らない限り、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを指すものとする。）の二組の入出力端子対間にそれぞれ接続され、一方のセルから他方のセルへ電気エネルギーの移送が実行される。その際、コンバータの回路内に於いて二組の入出力端子対が互いに電気的に接続されている構成の場合には、入出力端子対に接続される二つのセルも電気的に接続されることとなるので、各セルをコンバータの入出力端子対へ接続するための回路に於いて、二つのセルが電気的に接続されてもよいように工夫されていなければならない。例えば、直列接続されたセル群のうちの二つのセル間にて電気エネルギーを移送する場合、そのままでは二つのセルを電気的に接続することはできず、それらのセルをセル群から電気的に絶縁してからコンバータの入出力端子対へ接続する必要があるため、そのための接続切換用の回路が必要となる。一方、二組の入出力端子対間に接続されたスイッチング手段のブリッジ回路の対角点間の回路線がトランスのコイルとして誘導結合している構成の場合（絶縁型コンバータ）には、入出力端子対に接続される二つのセルは電気的には絶縁された状態となるので、上記の如く二つのセルが電気的に接続されてもよいようにする回路は不要であるが、コンバータ内の回路要素として寸法の嵩張るトランスや部品点数の多いスイッチング手段のブリッジ回路を用いているので、回路の構成が嵩張るものとなり、利用可能な領域が制限される場合がある。従って、トランスなどの嵩張る回路要素を用いずに、また、コンバータ内に於ける部品数ができるだけ少なくてよいコンバータが構成できれば、有利である。このことは、電源と電子部品などの回路要素との間、或いは、回路要素間に於いて電気エネルギーの移送が為される場合も同様である。
【０００６】
かくして、本発明の一つの課題は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであって、電気エネルギーの移送が為される二つのセル又はその他の回路要素が電気的に接続されない回路構成を有し、且つ、トランスなどの嵩張る回路要素を用いずに、また、コンバータ内に於ける部品数ができるだけ少なくてよい構成のコンバータを提供することである。
【０００７】
また、電気エネルギーの移送が為される二つのセル又はその他の回路要素が一つのコンバータの二組の入出力端子対のうちのいずれかに接続される構成の場合、セル又はその他の回路要素の各々を、二組しかないコンバータの入出力端子対のいずれかへ接続できるように回路を工夫する必要があるところ、二つのセル又はその他の回路要素とし選択され得る回路要素の数が多くなればなるほど、それらをコンバータの入出力端子対へ接続するための回路の構成は複雑になりやすい。一方、もしコンバータの入出力端子対が二組よりも多くなれば、即ち、コンバータに於いて一つの入出力端子対から複数の入出力端子対へ電気エネルギーの伝送ができるようになっていれば、電気エネルギーの移送が為される二つのセル又はその他の回路要素をコンバータの入出力端子対へ接続するための回路の構成が簡単化することが可能となり、有利である。
【０００８】
かくして、本発明のもう一つの課題は、上記の如き双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであって、一つの入出力端子対から複数の入出力端子対へ電気エネルギーの伝送が可能な構成のコンバータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、上記の課題は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
第一の電源又は回路要素の陽極及び陰極にそれぞれ接続される正極端子と負極端子とから成る第一の入出力端子対と、
前記第一の入出力端子対の間にて接続された第一のコンデンサと、
前記第一の入出力端子対の前記正極端子と前記負極端子との間にて順に直列に接続された第一及び第二のスイッチング手段にして、それぞれ、両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段と、
第二の電源又は回路要素の陽極及び陰極にそれぞれ接続される正極端子と負極端子とから成る第二の入出力端子対と、
前記第二の入出力端子対の間にて接続された第二のコンデンサと、
前記第二の入出力端子対の前記正極端子と前記負極端子との間にて順に直列に接続された第三及び第四のスイッチング手段にして、それぞれ、両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段と
を含み、
前記第二のスイッチング手段と前記第四のスイッチング手段の正極側端子間が第一の連結コンデンサを介して接続され、前記第二のスイッチング手段と前記第四のスイッチング手段の負極側端子間が第二の連結コンデンサを介して接続され、且つ、前記第二のスイッチング手段と前記第四のスイッチング手段の正極側端子間及び負極側端子間の接続線に於いて少なくとも一つの第一のインダクタが挿入され、
前記第一のスイッチング手段と前記第二のスイッチング手段に於けるそれぞれの両端間の状態が互いに逆位相にて所定の周期にて導通状態と遮断状態との間で切換えられ、
前記第三のスイッチング手段と前記第四のスイッチング手段に於けるそれぞれの両端間の状態が互いに逆位相にて前記所定の周期にて導通状態と遮断状態との間で切換えられ、
前記第一の電源又は回路要素から前記第二の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第一のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記第三のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わり、且つ、前記第一のスイッチング手段と前記第三のスイッチング手段とが導通状態となっている時間が前記第三のスイッチング手段と前記第二のスイッチング手段とが導通状態となっている時間よりも長くなるように前記第一乃至第四のスイッチング手段の両端間の状態が制御され、
前記第二の電源又は回路要素から前記第一の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第三のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記第一のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わり、且つ、前記第三のスイッチング手段と前記第一のスイッチング手段とが導通状態となっている時間が前記第一のスイッチング手段と前記第四のスイッチング手段とが導通状態となっている時間よりも長くなるように前記第一乃至第四のスイッチング手段の両端間の状態が制御される装置によって達成される。
【００１０】
上記の構成に於いて、「第一の電源又は回路要素」、「第二の電源又は回路要素」とは、本実施形態のコンバータ装置に於いて、電気エネルギーの移送元又は移送先となるセル、電源或いは回路要素であり、上記の如く、バッテリ又は蓄電池などの電気エネルギーを蓄積する形式の任意の電源、蓄電器、直流電圧にて動作する電子部品、半導体装置などの回路要素であってよい。なお、電気エネルギーを供給する移送元として用いられる場合には、電力を出力することのできる電源となる。「コンデンサ」及び「インダクタ」は、この分野で通常用いられるコンデンサ及びインダクタであってよい。「連結コンデンサ」は、この分野で通常用いられるコンデンサであってよい。「連結コンデンサ」という用語は、入出力端子対の間に接続されるコンデンサと区別する目的で使用されている。第一のインダクタは、前記第二のスイッチング手段と前記第四のスイッチング手段の正極側端子間及び負極側端子間の接続線のうちのいずれか一方又は両方に挿入されていてよい。「スイッチング手段」は、ＭＯＳＦＥＴ又はその他のこの分野に於いて利用されているトランジスタなど、制御入力端子に入力される制御信号に応答して、一対の端子間の電流の導通状態と遮断状態とが切換えられる任意の手段であってよい。スイッチング手段の制御入力端子に対しては、上記の態様にてそれぞれの両端間の状態が切換わるように、外部の制御装置から制御信号が供給されるようになっていてよい。スイッチング手段の両端間の状態の導通状態と遮断状態との間の切換えに関して、「所定の周期」とは、装置による電気エネルギーの移送が達成されるように任意に設定されてよい周期であり、「逆位相」とは、第一及び第二のスイッチング手段又は第三及び第四のスイッチング手段に於いて、一方が導通状態のときには、他方が遮断状態となっていることを意味するものとする。なお、第一乃至第四のスイッチング手段の制御に於いて、満たされるべき条件は、上記の通りであるところ、第一及び第二のスイッチング手段又は第三及び第四のスイッチング手段に於ける導通状態と遮断状態との間の切換えは、簡単には、それぞれ、等間隔にて実行されてよい。その場合、前記第一乃至第四のスイッチング手段の両端間の状態は、前記第一の電源又は回路要素から前記第二の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第一のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記所定の周期の長さの１／４未満の時間の経過時に前記第三のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わるように、前記第二の電源又は回路要素から前記第一の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第三のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記所定の周期の長さの１／４未満の時間の経過時に前記第一のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わるように、それぞれ、制御されてよい。
【００１１】
上記の構成によれば、後の実施形態の説明の欄に於いて説明される如く、第一及び第二の入出力端子対に接続される第一の電源又は回路要素と第二の電源又は回路要素の間に於いて、電気エネルギーが移送されるところ、第二のスイッチング手段と第四のスイッチング手段の間がコンデンサ（連結コンデンサ）を介して接続されていることから、第一及び第二の入出力端子対は互いに電気に接続されておらず、第一の電源又は回路要素と第二の電源又は回路要素とは、電気的に接続されずに、電気エネルギーの移送が達成される。従って、本発明のコンバータに於いても電気エネルギーの移送のために、第一の電源又は回路要素と第二の電源又は回路要素との間に、電気的な接続が為されてもよいようにするためのやや複雑な回路構成を準備しなくてもよいこととなる。そして、上記の構成に於いては、従来の絶縁型コンバータと異なり、第一の入出力端子対側と第二の入出力端子対側とを絶縁するためにトランスは使用されておらず、また、各入出力端子対側に於いてスイッチング手段のブリッジ回路は構成されていないので、回路の寸法が嵩張らず、部品点数もより少なくてよいこととなる。
【００１２】
また、本実施形態の更なる態様として、上記の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、更に、第三の電源又は回路要素の陽極及び陰極にそれぞれ接続される正極端子と負極端子とから成る第三の入出力端子対と、
前記第三の入出力端子対の間にて接続された第三のコンデンサと、
前記第三の入出力端子対の前記正極端子と前記負極端子との間にて順に直列に接続された第五及び第六のスイッチング手段にして、それぞれ、両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段とを含み、
前記第二又は第四のスイッチング手段と前記第六のスイッチング手段の正極側端子間が第三の連結コンデンサを介して接続され、前記第二又は第四のスイッチング手段と前記第六のスイッチング手段の負極側端子間が第四の連結コンデンサを介して接続され、且つ、前記第二又は第四のスイッチング手段と前記第六のスイッチング手段の正極側端子間及び前記第二又は第四のスイッチング手段と前記第六のスイッチング手段の負極側端子間の接続線に於いて少なくとも一つの第二のインダクタが挿入され、
前記第五のスイッチング手段と前記第六のスイッチング手段に於けるそれぞれの両端間の状態が互いに逆位相にて所定の周期にて導通状態と遮断状態との間で切換えられ、
前記第一或いは前記第二の電源又は回路要素から前記第三の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第一又は前記第三のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記第五のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わり、且つ、前記第一又は前記第三のスイッチング手段と前記第五のスイッチング手段とが導通状態となっている時間が前記第五のスイッチング手段と前記第二又は第四のスイッチング手段とが導通状態となっている時間よりも長くなるように前記第一乃至第六のスイッチング手段の両端間の状態が制御され、
前記第三の電源又は回路要素から前記第一或いは前記第二の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第五のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記第一又は前記第三のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わり、且つ、前記第五のスイッチング手段と前記第一又は前記第三のスイッチング手段とが導通状態となっている時間が前記第二又は第四のスイッチング手段と前記第六のスイッチング手段とが導通状態となっている時間よりも長くなるように前記第一乃至第六のスイッチング手段の両端間の状態が制御されるようになっていてよい。
【００１３】
上記の態様の構成に於いて、第二のインダクタは、前記第二又は第四のスイッチング手段と前記第六のスイッチング手段の正極側端子間及び前記第二又は第四のスイッチング手段と前記第六のスイッチング手段の負極側端子間の接続線のうちのいずれか一方又は両方に挿入されていてよい。また、第一乃至第六のスイッチング手段に於ける導通状態と遮断状態との間の切換えの時期を上記の如く制御することにより、いずれか一つの電源又は回路要素から同時に複数の他の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送することも可能である。なお、第一乃至第六のスイッチング手段に於ける導通状態と遮断状態との間の切換えは、簡単には、それぞれ、等間隔にて実行されてよい。その場合、前記第一乃至第六のスイッチング手段の両端間の状態は、前記第一或いは前記第二の電源又は回路要素から前記第三の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第一又は前記第三のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に、前記所定の周期の長さの１／４未満の時間の経過時に前記第五のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わるように、前記第三の電源又は回路要素から前記第一或いは前記第二の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第五のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に、前記所定の周期の長さの１／４未満の時間の経過時に前記第一又は前記第三のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わるように、それぞれ、制御されるようになっていてよい。
【００１４】
或いは、上記の装置に於いて、更に、第四の電源又は回路要素の陽極及び陰極にそれぞれ接続される正極端子と負極端子とから成る第四の入出力端子対と、
前記第四の入出力端子対の間にて接続された第四のコンデンサと、
前記第四の入出力端子対の前記正極端子と前記負極端子との間にて順に直列に接続された第七及び第八のスイッチング手段にして、それぞれ、両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段とを含み、
前記第六のスイッチング手段と前記第八のスイッチング手段との正極端子側が第五の連結コンデンサを介して接続され、前記第六のスイッチング手段と前記第八のスイッチング手段との負極端子側が第六の連結コンデンサを介して接続され、且つ、前記第六のスイッチング手段と前記第八のスイッチング手段の正極側端子間及び前記第六のスイッチング手段と前記第八のスイッチング手段の負極側端子間の接続線に於いて少なくとも一つの第三のインダクタが挿入され、
前記第七のスイッチング手段と前記第八のスイッチング手段に於けるそれぞれの両端間の状態が互いに逆位相にて所定の周期にて導通状態と遮断状態との間で切換えられ、
前記第一、前記第二或いは前記第三の電源又は回路要素から前記第四の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第一、前記第三又は第五のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記第七のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わり、且つ、前記第一、前記第三又は第五のスイッチング手段と前記第七のスイッチング手段とが導通状態となっている時間が前記第七のスイッチング手段と前記第二、第四又は第六のスイッチング手段とが導通状態となっている時間よりも長くなるように前記第一乃至第六のスイッチング手段の両端間の状態が制御され、
前記第四の電源又は回路要素から前記第一、前記第二或いは第三の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第七のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記第一、前記第三又は第五のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わり、且つ、前記第七のスイッチング手段と前記第一、前記第三又は第五のスイッチング手段とが導通状態となっている時間が前記第二、第四又は第六のスイッチング手段と前記第八のスイッチング手段とが導通状態となっている時間よりも長くなるように前記第一乃至第六のスイッチング手段の両端間の状態が制御されるようになっていてよい。即ち、かかる態様に於いては、二つの入出力端子対を有する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ装置が二つ連結された構成となっている。
【００１５】
上記の態様の構成に於いて、第三のインダクタは、前記第二又は第四のスイッチング手段と前記第六のスイッチング手段の正極側端子間及び前記第二又は第四のスイッチング手段と前記第六のスイッチング手段の負極側端子間の接続線のうちのいずれか一方又は両方に挿入されていてよい。また、第一乃至第八のスイッチング手段に於ける導通状態と遮断状態との間の切換えの時期を上記の如く制御することにより、いずれか一つの電源又は回路要素から同時に複数の他の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送することも可能である。なお、第一乃至第八のスイッチング手段に於ける導通状態と遮断状態との間の切換えは、簡単には、それぞれ、等間隔にて実行されてよい。その場合、前記第一乃至第八のスイッチング手段の両端間の状態は、前記第一、前記第二或いは前記第三の電源又は回路要素から前記第四の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第一、前記第三又は第五のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記所定の周期の長さの１／４未満の時間の経過時に前記第七のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わるように、前記第四の電源又は回路要素から前記第一、前記第二或いは前記第三の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送するときには、前記第七のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わった後に前記所定の周期の長さの１／４未満の時間の経過時に前記第一、前記第三又は第五のスイッチング手段が遮断状態から導通状態に切換わるように、それぞれ、制御されるようになっていてよい。
【００１６】
上記の本実施形態の更なる態様によれば、一つの入出力端子対から複数の入出力端子対のうちのいずれかへ電気エネルギーの移送が可能となる。かかる構成によれば、コンバータ装置による電気エネルギーの移送元又は移送先となる電源又は回路要素は、３組以上あるうちの入出力端子対のいずれかに接続されるようになっていればよく、また、上記の如く、入出力端子対同士は、いずれも、連結コンデンサにて接続され、電気的には絶縁された状態となっているので、電源又は回路要素からコンバータ装置の入出力端子対までの切換え接続のための回路が簡単化される。
【００１７】
なお、本実施形態の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ装置に於いては、更に、任意の数の電源又は回路要素の陽極及び陰極にそれぞれ接続される正極端子と負極端子とから成る入出力端子対と、入出力端子対の間にて接続されたコンデンサと、入出力端子対の陽極端子と負極端子との間にて順に直列に接続された二つのスイッチング手段にして、それぞれ、両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段とからなる構成が、負極端子側のスイッチング手段の正極側の端子間が互いに連結コンデンサを介して接続され、負極側の端子が互いに連結コンデンサを介して接続され、少なくとも一つのインダクタが連結コンデンサに直列に接続されるよう挿入される態様にて、上記の構成に接続され、上記の同様の態様にて、スイッチング手段の両端間の導通が制御されるようになっていてもよく、これにより、一つの入出力端子対から更に任意の数の入出力端子対のうちのいずれかへ電気エネルギーの移送が可能となるように構成されていてもよい。かくして、入出力端子対の数が増えれば、電源又は回路要素からコンバータ装置の入出力端子対までの切換え接続のための回路が更に簡単化される。
【発明の効果】
【００１８】
かくして、上記の本発明によれば、コンバータ内に於いて、二つのセル又はその他の回路要素が電気的に接続されない状態にて、電気エネルギーの移送が達成されるところ、二つのセル又はその他の回路要素が接続される入出力端子対が、トランスではなく、コンデンサにより、結合されており、また、回路内で使用される要素も少ないので、従前に比して、コンパクトで簡単な構成の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータが提供される。また、一つの入出力端子対から複数の入出力端子対のうちのいずれかへ電気エネルギーの移送が可能な態様に於いては、電気エネルギーの移送の対象となるセル又はその他の回路要素からコンバータの入出力端子対までの接続切換のための回路が簡単化され、コストの低減、回路の構成のための労力の低減が図られることが期待される。
【００１９】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（Ａ）は、本発明による双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の第一の実施形態の回路構成を示す図である。図１（Ｂ）、（Ｃ）は、図１（Ａ）の構成に於いて、インダクタＬ１の挿入部位を変更した例を示している。
【図２】図２（Ａ）は、図１の構成の回路に於いて、Ｖ１側からＶ２側へ電気エネルギーを移送する際のスイッチング手段のＯＮ／ＯＦＦ状態の時間変化を示しており、図２（Ｂ）は、図１の構成の回路に於いて、Ｖ２側からＶ１側へ電気エネルギーを移送する際のスイッチング手段のＯＮ／ＯＦＦ状態の時間変化を示している。
【図３】図３（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、図１の構成の回路に於いてＶ１側からＶ２側へ電気エネルギーを移送する際の相Ｉ〜相IVに於けるスイッチング手段の状態と、各回路要素の電圧の向き、及び、回路内に流通する電流の向きとを示している。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、図１の構成の回路に於いてＶ２側からＶ１側へ電気エネルギーを移送する際の相Ｉ〜相IVに於けるスイッチング手段の状態と、各回路要素の電圧の向き、及び、回路内に流通する電流の向きとを示している。
【図５】図５は、本発明による双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の第二の実施形態の回路構成を示す図である。
【図６】図６は、本発明による双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の第三の実施形態の回路構成を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は、単方向ＤＣ−ＤＣコンバータ装置をセル・バランサとして使用する際に必要となる各セルからコンバータの入出力端子までの回路の構成の例を示している。図７（Ｂ）は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ装置をセル・バランサとして使用する際に必要となる各セルからコンバータの入出力端子までの回路の構成の例を示している。
【符号の説明】
【００２１】
ｏｔ＋ｎ…入出力端子（正極）（ｎは、数符号である。）
ｏｔ−ｎ…入出力端子（負極）
Ｖｎ…電力送受要素（又はその電圧）
Ｃｎ…コンデンサ
Ｍｎ…スイッチング手段（ＭＯＳＦＥＴ等）
Ｓｎ…制御入力
Ｃｌｎ…連結コンデンサ
Ｌｎ…インダクタ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。
【００２３】
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの利点
図７を参照して、ＤＣ−ＤＣコンバータを、例えば、直列接続されたバッテリ・セル列のセル・バランサ、即ち、セル間の充電量の均一にするべく、セル間で電気エネルギーの移送を実行する装置、として使用することを考える。ＤＣ−ＤＣコンバータが、単方向ＤＣ−ＤＣコンバータである場合、図７（Ａ）にて描かれている如く、各セルは、電気エネルギーを別のセルへ供給する側にも、別のセルから受容する側にも成れるように、コンバータの入力側端子にも出力側端子にも接続できるよう、切換回路が準備される必要がある。具体的には、例えば、図示の如く、各セルの各電極には、その電極をコンバータの入力側端子へ選択的に接続するためのスイッチＳｉｎとコンバータの側出力端子へ選択的に接続するためのスイッチＳｏｕｔとがそれぞれ必要となり、セル数がｎのとき、２ｎ＋１０個のスイッチが用いられることとなる。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータが、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである場合、図７（Ｂ）にて描かれている如く、コンバータに於いて、電気エネルギーは、Ｖ１側端子からＶ２側端子の方向にも、Ｖ２側の端子からＶ１側端子の方向にも、移送できるので、セル列に於ける各セルの両極には、その電極をコンバータに於けるいずれか一方の、例えば、近い方の端子へ選択的に接続する回路が設けられればよいこととなる。具体的には、例えば、図示の如く、各セルの各電極には、その電極をコンバータの入出力端子Ｖ１又はＶ２のいずれかへ選択的に接続するスイッチＳＡ又はＳＢが準備され、セル数がｎのとき、ｎ＋１０個のスイッチが用いられることとなる。従って、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、単方向ＤＣ−ＤＣコンバータの場合に比して、使用するスイッチの個数は低減され、また、各電極をコンバータの端子へ接続する回路数も低減され、回路の構成が簡単化できる点で有利である。
【００２４】
本発明による双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの第一の実施形態
図１（Ａ）を参照して、本発明による双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの第一の実施形態は、電気エネルギーの移送元又は移送先の一方となるセル、電源又はその他の回路要素Ｖ１（以下、「電力送受要素Ｖ１」と称する。）の陽極及び陰極がそれぞれ接続される入出力端子対ｏｔ＋１（正極側）、ｏｔ−１（負極側）と、入出力端子対間ｏｔ＋１、ｏｔ−１にて接続されたコンデンサＣ１と、入出力端子対間ｏｔ＋１、ｏｔ−１にて二つの直列に接続されたスイッチング手段Ｍ１、Ｍ２と、電気エネルギーの移送先又は移送元の他方となるセル、電源又はその他の回路要素Ｖ２（以下、「電力送受要素Ｖ２」と称する。）の陽極及び陰極がそれぞれ接続される入出力端子対ｏｔ＋２（正極側）、ｏｔ−２（負極側）と、入出力端子対間ｏｔ＋２、ｏｔ−２にて接続されたコンデンサＣ２と、入出力端子対間ｏｔ＋２、ｏｔ−２にて二つの直列に接続されたスイッチング手段Ｍ３、Ｍ４とを含み、更に、スイッチング手段Ｍ２とスイッチング手段Ｍ４とが、その正極側に於いて、連結コンデンサＣｌ１とインダクタＬ１とを介して接続され、その負極側に於いて、連結コンデンサＣｌ２を介して接続された構成を有する。なお、インダクタＬ１は、図１（Ｂ）の如く、スイッチング手段Ｍ２とスイッチング手段Ｍ４の負極側の接続線に連結コンデンサＣｌ２に直列に挿入されていてもよく、或いは、図１（Ｃ）の如く、スイッチング手段Ｍ２とスイッチング手段Ｍ４の正極側と負極側の接続線の両方に連結コンデンサＣｌ１、Ｃｌ２のそれぞれに対して直列に挿入されていてもよい。
【００２５】
かかる構成に於いて、電力送受要素Ｖ１、Ｖ２は、既に述べた如き、直列接続されたセル（バッテリ、充電池等）の列に於ける各セルの他、電気エネルギーの供給又は受容が可能な任意の電源や蓄電器、電力を消費して作動する電機や半導体装置などの回路要素などであってよい。なお、電力送受要素Ｖ１、Ｖ２は、電気エネルギーの供給元（移送元）と成る場合には、電気エネルギーを供給できるセル、蓄電器又はその他の電源である必要がある。コンデンサ及び連結コンデンサ並びにインダクタは、この分野に於いて通常使用されるコンデンサ又はインダクタであってよい。スイッチング手段は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ等の、制御入力端子（Ｓ１〜Ｓ４）を有し、外部のスイッチング制御装置（ＳＷ制御）から各制御入力端子へ与えられる制御信号に応答して、両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段又は素子であり、この分野に於いて通常使用されるものであってよい。
【００２６】
そして、上記の構成に於いて、電力送受要素Ｖ１側のスイッチング手段Ｍ１、Ｍ２及び電力送受要素Ｖ２側のスイッチング手段Ｍ３、Ｍ４は、それぞれ、各々の両端子間の状態が、図２（Ａ）、（Ｂ）に示されている如く、互いに逆位相にて所定の周期Ｔｓにて任意に設定されてよい所定の間隔に導通状態（ＯＮ状態）と遮断状態（ＯＦＦ状態）との間で切換えられるよう制御され、後に詳細に説明される如く、電気エネルギーの移送元側のスイッチング手段のＯＮ／ＯＦＦ状態の切換のタイミングが電気エネルギーの移送先側のスイッチング手段よりも早くなるように、即ち、ＯＮ／ＯＦＦ状態変化の位相が進むように、そして、電気エネルギーの移送先側の電力送受要素に於いて、充電の生ずる時間が放電の生ずる時間よりも長くなるように、スイッチング制御装置から制御信号を受信するよう構成される。所定の周期Ｔｓは、コンバータが以下に説明される動作を適切に実行できるように適宜設定可能である。なお、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ４の各制御に於いて、簡単には、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とが等間隔にて生ずるように切換が実行されてよい。その場合には、電気エネルギーの移送元側のスイッチング手段のＯＮ／ＯＦＦ状態の切換のタイミングが、電気エネルギーの移送先側のスイッチング手段よりも、所定の周期Ｔｓの長さの１／４未満の時間（ｄＴｓ）だけ早くなるように設定される。
【００２７】
図１のコンバータの作動に於いては、電力送受要素Ｖ１から電力送受要素Ｖ２へ電気エネルギーを移送する場合、入出力端子対間ｏｔ＋１、ｏｔ−１に電力送受要素Ｖ１の陽極及び陰極をそれぞれ接続し、入出力端子対間ｏｔ＋２、ｏｔ−２に電力送受要素Ｖ２の陽極及び陰極をそれぞれ接続した状態で、図２（Ａ）に示されている如く、スイッチング手段Ｍ１がＯＮ状態に切り換った後に、時間ｄＴｓの経過時にスイッチング手段Ｍ３がＯＮ状態に切り換えられるように、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ４が制御される。スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ４の両端間のＯＮ状態とＯＦＦ状態とが等間隔にて生ずるようにスイッチング手段Ｍ１〜Ｍ４が制御される場合、ｄは、＜０．２５を満たす任意の正数である。また、電気エネルギーの移送前の電力送受要素の電圧に於いて、Ｖ１＞Ｖ２が条件となる。
【００２８】
このようにスイッチング手段の状態が制御されると、図３を参照して、相Ｉ（スイッチング手段Ｍ１、Ｍ４がＯＮ、スイッチング手段Ｍ２、Ｍ３がＯＦＦ）に於いては、図３（Ａ）に描かれている如く、電流ｉが、電力送受要素Ｖ１からスイッチング手段Ｍ１、インダクタＬ１、連結コンデンサＣｌ１、スイッチング手段Ｍ４、連結コンデンサＣｌ２を通って流れ、かくして、電力送受要素Ｖ１から電気エネルギーが放出される状態となる（放電状態）。その際、電力送受要素Ｖ２は、陽極が開放されているので、充放電が為されない状態（フロート状態）となっている。次に、相II（スイッチング手段Ｍ１、Ｍ３がＯＮ、スイッチング手段Ｍ２、Ｍ４がＯＦＦ）となると、図３（Ｂ）に描かれている如く、電流ｉが、電力送受要素Ｖ１からスイッチング手段Ｍ１、インダクタＬ１、連結コンデンサＣｌ１を経て、スイッチング手段Ｍ３、電力送受要素Ｖ２、連結コンデンサＣｌ２を通って流れることとなるので、電力送受要素Ｖ１（放電状態）の放出する電気エネルギーが電力送受要素Ｖ２に充電されることとなる（充電状態）。そして、相III（スイッチング手段Ｍ２、Ｍ３がＯＮ、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ４がＯＦＦ）となると、図３（Ｃ）に描かれている如く、電流ｉが、電力送受要素Ｖ２からスイッチング手段Ｍ３、連結コンデンサＣｌ１、インダクタＬ１、スイッチング手段Ｍ２、連結コンデンサＣｌ２を通って流れることとなるので、電力送受要素Ｖ２が電気エネルギーを放出する状態となる（放電状態）。かくして、相IV（スイッチング手段Ｍ２、Ｍ４がＯＮ、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ３がＯＦＦ）となると、図３（Ｄ）に描かれている如く、電力送受要素Ｖ１、Ｖ２は、フロート状態となり、電流ｉが、スイッチング手段Ｍ２、インダクタＬ１、連結コンデンサＣｌ１、スイッチング手段Ｍ４及び連結コンデンサＣｌ２から成るループを流れ、回路内に蓄積したエネルギーが放出されることとなる。かかる相Ｉから相IVまでの過程に於いて、電力送受要素Ｖ１は、相Ｉ及び相IIに於いて放電状態となり、電力送受要素Ｖ２は、相IIに於いて充電状態、相IIIに於いて放電状態となるところ、図２（Ａ）を参照して理解される如く、相IIの時間が相IIIよりも長くなるようにスイッチング手段の状態が制御されると、電力送受要素Ｖ２が充電される時間が放電される時間より長くなり、結局、電力送受要素Ｖ１が放出した電気エネルギーが電力送受要素Ｖ２に充電され、電気エネルギーの移送が達成される。
【００２９】
一方、電力送受要素Ｖ２から電力送受要素Ｖ１へ電気エネルギーを移送する場合、には、入出力端子対間ｏｔ＋１、ｏｔ−１に電力送受要素Ｖ１の陽極及び陰極をそれぞれ接続し、入出力端子対間ｏｔ＋２、ｏｔ−２に電力送受要素Ｖ２の陽極及び陰極をそれぞれ接続した状態で、図２（Ｂ）に示されている如く、スイッチング手段Ｍ３がＯＮ状態に切り換った後に、時間ｄＴｓの経過時にスイッチング手段Ｍ１がＯＮ状態に切り換えられるように、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ４が制御される。図３の場合と同様に、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ４の両端間のＯＮ状態とＯＦＦ状態とが等間隔にて生ずるようにスイッチング手段Ｍ１〜Ｍ４が制御される場合、ｄは、＜０．２５を満たす任意の正数である。この場合、電気エネルギーの移送前の電力送受要素の電圧に於いて、Ｖ２＞Ｖ１が条件となる。
【００３０】
図２（Ｂ）のように、スイッチング手段の状態が制御されると、図４を参照して、相Ｉ（スイッチング手段Ｍ２、Ｍ３がＯＮ、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ４がＯＦＦ）に於いては、図４（Ａ）に描かれている如く、電流ｉが、電力送受要素Ｖ２からスイッチング手段Ｍ３、連結コンデンサＣｌ１、インダクタＬ１、スイッチング手段Ｍ２、連結コンデンサＣｌ２を通って流れ、かくして、電力送受要素Ｖ２から電気エネルギーが放出される状態となる（放電状態）。その際、電力送受要素Ｖ１は、陽極が開放されているので、フロート状態となっている。次に、相II（スイッチング手段Ｍ１、Ｍ３がＯＮ、スイッチング手段Ｍ２、Ｍ４がＯＦＦ）となると、図４（Ｂ）に描かれている如く、電流ｉが、電力送受要素Ｖ２からスイッチング手段Ｍ３、連結コンデンサＣｌ１、インダクタＬ１を経て、スイッチング手段Ｍ１、電力送受要素Ｖ１、連結コンデンサＣｌ２を通って流れ、電力送受要素Ｖ２（放電状態）の放出する電気エネルギーが電力送受要素Ｖ１に充電されることとなる（充電状態）。そして、相III（スイッチング手段Ｍ１、Ｍ４がＯＮ、スイッチング手段Ｍ２、Ｍ３がＯＦＦ）となると、図４（Ｃ）に描かれている如く、電流ｉが、電力送受要素Ｖ１からスイッチング手段Ｍ１、インダクタＬ１、連結コンデンサＣｌ１、スイッチング手段Ｍ４、連結コンデンサＣｌ２を通って流れ、電力送受要素Ｖ２が電気エネルギーを放出する状態となり（放電状態）、相IV（スイッチング手段Ｍ２、Ｍ４がＯＮ、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ３がＯＦＦ）となると、図４（Ｄ）に描かれている如く、電力送受要素Ｖ１、Ｖ２は、フロート状態となり、電流ｉが、連結コンデンサＣｌ１、インダクタＬ１、スイッチング手段Ｍ２、連結コンデンサＣｌ２及びスイッチング手段Ｍ４から成るループを流れ、回路内に蓄積したエネルギーが放出されることとなる。かかる相Ｉから相IVまでの過程に於いて、電力送受要素Ｖ２は、相Ｉ及び相IIに於いて放電状態となり、電力送受要素Ｖ１は、相IIに於いて充電状態、相IIIに於いて放電状態となるところ、図２（Ｂ）を参照して理解される如く、相IIの時間が相IIIよりも長くなるようにスイッチング手段の状態が制御されると、電力送受要素Ｖ１が充電される時間が放電される時間より長くなり、結局、電力送受要素Ｖ２が放出した電気エネルギーが電力送受要素Ｖ１に充電され、電気エネルギーの移送が達成される。
【００３１】
かくして、上記のコンバータに於いては、電力送受要素Ｖ１側と電力送受要素Ｖ２側のスイッチング手段のＯＮ／ＯＦＦの切換の位相を変更するだけで、電力送受要素Ｖ１から電力送受要素Ｖ２へ電気エネルギーを移送することも、その逆も可能となるので、図７に関連して説明された如く、電気エネルギーの移送の対象となる電力送受要素からコンバータの二組の入出力端子対までの回路の構成が簡単化される。また、上記の構成に於いて、相IIのときに、電力送受要素Ｖ１と電力送受要素Ｖ２とが同時にコンバータにて充電状態又は放電状態となるが、電力送受要素Ｖ１側と電力送受要素Ｖ２側のスイッチング手段Ｍ２、Ｍ４が、正負両極にて、連結コンデンサＣｌ１、Ｃｌ２を介して接続され、電力送受要素Ｖ１と電力送受要素Ｖ２とは電気的には分離された状態となった、所謂、絶縁型のコンバータとなっているので、電力送受要素Ｖ１と電力送受要素Ｖ２をそれぞれコンバータへ接続する際に、電力送受要素Ｖ１と電力送受要素Ｖ２とが電気的に接続できるように回路を工夫する必要がなくなっていることは理解されるべきである。更に、絶縁型のコンバータを実現するに当たり、本発明では、トランスやスイッチング手段のブリッジ回路などを用いていないので、回路内の回路要素数が少なく、回路の寸法を小さくすることが可能である。
【００３２】
本発明による双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの第二及び第三の実施形態
図１に示したコンバータに於いては、電力送受要素Ｖ１側の回路（コンデンサＣ１、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ２）と電力送受要素Ｖ２側の回路（コンデンサＣ２、スイッチング手段Ｍ３、Ｍ４）とが、インダクタ（Ｌ１）と一対の連結コンデンサ（Ｃｌ１、Ｃｌ２）と介して接続され、電気エネルギーの移送は、電気エネルギーの移送元側の正極側のスイッチング手段（Ｍ１又はＭ３）をＯＮ状態に切換えた後に、ｄＴｓの経過時に電気エネルギーの移送先側の正極側のスイッチング手段をＯＮに切換える態様にて電力送受要素Ｖ１側と電力送受要素Ｖ２側のスイッチング手段を制御することによって達成される。従って、これと同様の回路動作はコンバータに於いて、電力送受要素に接続される入出力端子対とコンデンサと二つの直列接続されたスイッチング手段とから成る回路が、３つ以上設けられ、それらの回路が、インダクタと一対の連結コンデンサと介して接続された構成に於いても実現可能である。そこで、本発明に於いては、図５及び図６に例示されている如く、３組以上の入出力端子対とコンデンサと二つの直列接続されたスイッチング手段とから成る回路がインダクタと一対の連結コンデンサと介して接続された構成が提供される。
【００３３】
かくして、図５を参照して、本発明の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの第二の実施形態は、図１のコンバータの構成に加えて、更に、電力送受要素Ｖ３の陽極及び陰極がそれぞれ接続される入出力端子対ｏｔ＋３（正極側）、ｏｔ−３（負極側）と、入出力端子対間ｏｔ＋３、ｏｔ−３にて接続されたコンデンサＣ３と、入出力端子対間ｏｔ＋３、ｏｔ−３にて二つの直列に接続されたスイッチング手段Ｍ５、Ｍ６とから成る回路を含み、スイッチング手段Ｍ２、Ｍ４とスイッチング手段Ｍ６とが、その正極側に於いて、連結コンデンサＣｌ３とインダクタＬ２とを介して接続され、その負極側に於いて、連結コンデンサＣｌ４を介して接続された構成を有する。なお、図示していないが、インダクタＬ２は、スイッチング手段Ｍ２、Ｍ４とスイッチング手段Ｍ６との負極側の接続線にて連結コンデンサＣｌ４に直列して挿入されていてもよく、スイッチング手段Ｍ２、Ｍ４とスイッチング手段Ｍ６との正極側と負極側の接続線の両方にて連結コンデンサＣｌ３、連結コンデンサＣｌ４にそれぞれ直列して挿入されていてもよい。かかる構成に於いて、電力送受要素Ｖ３、コンデンサＣ３、スイッチング手段Ｍ５、Ｍ６、連結コンデンサＣｌ３、Ｃｌ４、インダクタＬ２とは、それぞれ、図１の場合の対応する回路要素と同様のものであってよい。
【００３４】
図５の回路構成に於いても、スイッチング手段Ｍ５、Ｍ６は、それぞれ、各々の両端子間の状態が、図２（Ａ）、（Ｂ）に示されている如く、互いに逆位相にて所定の周期Ｔｓにて導通状態（ＯＮ状態）と遮断状態（ＯＦＦ状態）との間で切換えられるよう制御される。そして、電力送受要素Ｖ３が電気エネルギーの移送元と成って、電力送受要素Ｖ１又は電力送受要素Ｖ２へ電気エネルギーを供給する場合には（Ｖ３＞Ｖ１又はＶ２が条件となる。）、スイッチング手段Ｍ５がＯＮ状態に切り換った後に、時間ｄＴｓの経過時にスイッチング手段Ｍ１又はＭ３がＯＮ状態に切り換えられ、相IIの時間が相IIIの時間より長くなるように、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ６が制御される。そうすると、図３、４等に説明された態様と同様の態様にて、電力送受要素Ｖ３の放出した電気エネルギーが電力送受要素Ｖ１又は電力送受要素Ｖ２に充電されることとなる。一方、電力送受要素Ｖ３が電気エネルギーの移送先と成って、電力送受要素Ｖ１又は電力送受要素Ｖ２から電気エネルギーを受容する場合には（Ｖ３＜Ｖ１又はＶ２が条件となる。）、スイッチング手段Ｍ５は、スイッチング手段Ｍ１又はＭ３がＯＮ状態に切り換わった後から時間ｄＴｓの経過時にＯＮ状態に切り換えられ、相IIの時間が相IIIの時間より長くなるように、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ６が制御される。そうすると、図３、４等に説明された態様と同様の態様にて、電力送受要素Ｖ１又は電力送受要素Ｖ２の放出した電気エネルギーが電力送受要素Ｖ３に充電されることとなる。即ち、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ６のＯＮ／ＯＦＦの切換の位相を変更するだけで、電力送受要素Ｖ１〜Ｖ３のいずれかから電力送受要素Ｖ１〜Ｖ３のいずれかへ電気エネルギーを移送することが可能となる。また、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ６に於ける導通状態と遮断状態との間の切換えの時期の前後関係と各相の長短関係とを上記の如く調整することにより、いずれか一つの電源又は回路要素から同時に複数の他の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送することも可能である。従って、例えば、図７に関連して説明された如く、コンバータを直列接続されたセル列のセル・バランサとして用いる場合には、各セルは、３組の入出力端子対のうちの最寄りの端子対に接続できるように回路が構成されていればよく、回路の構成が簡単化される。
【００３５】
更に、図６を参照して、本発明の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの第三の実施形態は、図５の構成に加えて、更に、電力送受要素Ｖ４の陽極及び陰極がそれぞれ接続される入出力端子対ｏｔ＋４（正極側）、ｏｔ−４（負極側）と、入出力端子対間ｏｔ＋４、ｏｔ−４にて接続されたコンデンサＣ４と、入出力端子対間ｏｔ＋４、ｏｔ−４にて二つの直列に接続されたスイッチング手段Ｍ７、Ｍ８とから成る回路を含み、その回路のスイッチング手段Ｍ８が、電力送受要素Ｖ３側の回路のスイッチング手段Ｍ６に対して、その正極側に於いて、連結コンデンサＣｌ５とインダクタＬ３とを介して接続され、その負極側に於いて、連結コンデンサＣｌ６を介して接続された構成を有する。即ち、第三の実施形態のコンバータは、図１の構成のコンバータの二つが、インダクタと一対の連結コンデンサとを介して接続された構成となっている。なお、図示していないが、インダクタＬ３は、スイッチング手段Ｍ６とスイッチング手段Ｍ８との負極側の接続線にて連結コンデンサＣｌ６に直列して挿入されていてもよく、スイッチング手段Ｍ６とスイッチング手段Ｍ８との正極側と負極側の接続線の両方にて連結コンデンサＣｌ５、連結コンデンサＣｌ６にそれぞれ直列して挿入されていてもよい。かかる構成に於いても、電力送受要素Ｖ４、コンデンサＣ４、スイッチング手段Ｍ７、Ｍ８、連結コンデンサＣｌ５、Ｃｌ６、インダクタＬ３とは、それぞれ、図１の場合の対応する回路要素と同様のものであってよい。
【００３６】
図６の回路構成に於いても、スイッチング手段Ｍ７、Ｍ８は、それぞれ、各々の両端子間の状態が、図２（Ａ）、（Ｂ）に示されている如く、互いに逆位相にて所定の周期Ｔｓにて導通状態（ＯＮ状態）と遮断状態（ＯＦＦ状態）との間で切換えられるよう制御される。そして、電力送受要素Ｖ４が電気エネルギーの移送元と成る場合には、スイッチング手段Ｍ７がＯＮ状態に切り換った後に、時間ｄＴｓの経過時にスイッチング手段Ｍ１、Ｍ３又はＭ５がＯＮ状態に切り換えられ、相IIの時間が相IIIの時間より長くなるように、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ８が制御され、そうすると、図３、４等に説明された態様と同様の態様にて、電力送受要素Ｖ４の放出した電気エネルギーが電力送受要素Ｖ１、Ｖ２又はＶ３に充電されることとなる。一方、電力送受要素Ｖ４が電気エネルギーの移送先と成る場合には、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ３又はＭ５がＯＮ状態に切り換えられた後、時間ｄＴｓの経過時にスイッチング手段Ｍ７がＯＮ状態に切り換えられ、相IIの時間が相IIIの時間より長くなるように、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ８が制御され、図３、４等に説明された態様と同様の態様にて、電力送受要素Ｖ１、Ｖ２又はＶ３の放出した電気エネルギーが電力送受要素Ｖ４に充電されることとなる。即ち、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ８のＯＮ／ＯＦＦの切換の位相を変更するだけで、電力送受要素Ｖ１〜Ｖ４のいずれかから電力送受要素Ｖ１〜Ｖ４のいずれかへ電気エネルギーを移送することが可能となる。また、スイッチング手段Ｍ１〜Ｍ８に於ける導通状態と遮断状態との間の切換えの時期の前後関係と各相の長短関係とを上記の如く調整することにより、いずれか一つの電源又は回路要素から同時に複数の他の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送することも可能である。従って、例えば、図７に関連して説明された如く、コンバータを直列接続されたセル列のセル・バランサとして用いる場合には、各セルは、４組の入出力端子対のうちの最寄りの端子対に接続できるように回路が構成されていればよく、回路の構成が簡単化される。
【００３７】
なお、図示していないが、本発明の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに於いては、図５、６の場合よりも多くの数の電力送受要素の陽極及び陰極がそれぞれ接続される入出力端子対と、入出力端子対間にて接続されたコンデンサと、入出力端子対間にて二つの直列に接続されたスイッチング手段とから成る回路が、インダクタと一対の連結コンデンサとを介して追加的に接続されてよい。その場合もスイッチング手段のＯＮ／ＯＦＦの切換の位相を変更するだけで、コンバータのいずれかの入出力端子対に接続された電力送受要素から別の入出力端子対に接続された電力送受要素へ電気エネルギーを移送することが可能となる。また、各スイッチング手段に於ける導通状態と遮断状態との間の切換えの時期の前後関係と各相の長短関係とを上記の如く調整することにより、いずれか一つの電源又は回路要素から同時に複数の他の電源又は回路要素へ電気エネルギーを移送することも可能である。その際、電力送受要素同士は、連結コンデンサを介して接続されることとなるので、それらの陽極又は陰極が直接に接続されることはなく（等電位にならない）、従って、電気エネルギーの移送が為される電力送受要素同士が電気的に接続できるように回路を工夫する必要がなくなっていることは理解されるべきであり、そのような絶縁型のコンバータが連結コンデンサを介した接続によって達成されることから、コンバータの回路をコンパクトにすることが可能となり、有利である。
【００３８】
以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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