(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の蓄電装置と、
複数のスイッチング素子を含み、前記第１の蓄電装置に接続される第１の電圧変換器と、
前記第１の電圧変換器に接続されるインバータと、
前記第１の電圧変換器とインバータとの間に配置され、前記第１の電圧変換器と前記インバータとを接続する高圧電路と第１の基準電路との間に接続される高圧コンデンサと、
複数のスイッチング素子を含み、前記高圧コンデンサに前記第１の電圧変換器と並列に接続される第２の電圧変換器と、
前記第２の電圧変換器に接続される第２の蓄電装置と、
前記第２の蓄電装置に接続される太陽光発電装置と、
前記太陽光発電装置と前記第２の蓄電装置との間に設けられたオンオフスイッチと、
前記各スイッチング素子と前記オンオフスイッチとをオンオフする制御部を備え、
前記制御部は、
前記第１の電圧変換器の前記スイッチング素子をオンオフさせて前記第１の蓄電装置の電力によって高圧コンデンサの電圧を第１の蓄電装置の電圧と略同等の電圧とする高圧コンデンサ充電手段と、
前記第２の電圧変換器の前記スイッチング素子をオンオフさせて前記第１の蓄電装置の電圧と略同等の電圧に充電された前記高圧コンデンサの電圧を降圧して前記第２の蓄電装置を前記太陽光発電装置の開放電圧まで充電する第２の充電手段と、
前記オンオフスイッチをオンとして前記太陽光発電装置の開放電圧まで充電された前記第２の蓄電装置と前記太陽光発電設備とを接続する接続手段と、
前記太陽光発電装置の電流電圧特性に基づいて、前記第１の蓄電装置への充電電力を出力することのできる太陽光発電装置の目標出力電圧を設定する出力電圧設定手段と、
前記高圧コンデンサの電圧に対する前記出力電圧設定手段によって設定した目標出力電圧の割合に応じて前記第２の電圧変換器の前記スイッチング素子をオンオフさせ、太陽光発電装置の電力によって第２の蓄電装置を介して第１の蓄電装置を充電する充電手段と、
を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記高圧コンデンサと前記インバータとの間に配置され、前記高圧コンデンサからインバータに流れる電流を遮断する遮断スイッチング素子を備え、
制御部は、前記遮断スイッチング素子によって、第１の蓄電装置に充電している際に前記高圧コンデンサから前記インバータに流れる電流を遮断する遮断手段を有すること、
を特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源装置であって、
前記制御部は、
太陽光発電装置の発電電力が所定の電力以上の場合には、前記オンオフスイッチをオンとし、太陽光発電装置の発電電力が所定の電力よりも少ない場合には、前記オンオフスイッチをオフとする太陽光発電装置接続切り離し手段を有すること、
を特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置であって、
前記制御部は、
前記オンオフスイッチをオンとした場合には、前記第１の電圧変換器によって前記高圧コンデンサの両端の電圧を一定とすること、
を特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド車両や電気自動車が多く用いられるようになってきている。このような電動車両には車両駆動用の電源装置として充放電可能な二次電池が用いられる。一方、近年、ハイブリッド車両では、車両に搭載している二次電池に外部の電源から充電することが行われるようになって来ている。例えば、商用の１００Ｖ又は２００Ｖの交流電源を車両に接続し、車両に搭載した充電器によって直流に変換するとともに、二次電池を充電することができる電圧に昇圧して二次電池を充電する方法が用いられている。
【０００３】
ところで、近年、環境への配慮から、太陽電池発電などのクリーンな発電方式で発電した電力を車両の二次電池に充電して走行用の電力とすることが提案されている。太陽電池と車両駆動用の二次電池とは電圧が異なる場合が多いことと、太陽電池は日照等によって出力電力が異なる特性があることから、太陽電池を直接車両駆動用の二次電池に直接接続して車両駆動用の二次電池を充電することが難しい場合が多い。このため、絶縁トランスを介して太陽電池を車両の電源系統に接続し、車両に搭載している２つの駆動電源用昇圧コンバータの内の１つを利用して太陽電池の電圧を変換して２つ搭載している二次電池の一方の二次電池に充電する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、充電制御装置を介して太陽電池を車両駆動用の高圧バッテリに接続し、高圧バッテリとインバータとの間にリレースイッチを配置し、車両の運転が終了したらリレースイッチを動作させて高圧バッテリとインバータ、モータジェネレータとを遮断し、太陽電池と高圧バッテリを接続した状態とし、車両停止中に太陽電池で高圧バッテリを充電する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
車両に搭載される二次電池の内部抵抗は温度によって変化し、低温になるとバッテリの内部抵抗が大きくなり、負荷要求に応じた電力をバッテリから出力させることができない場合がある。このような場合に負荷要求出力に相当する電力を供給しようとすると、バッテリの内部抵抗により消費される電力が大きくなり、かえって負荷に供給する電力が少なくなってしまう場合がある。このため、内部抵抗と起電圧に基づき二次電池からの出力電力が最大となる電流値近傍を最適範囲とし、この最適範囲の出力電流になるように昇圧コンバータのデューティ比を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３１２３８２号公報
【特許文献２】特開２００６−３４０５４４号公報
【特許文献３】国際公開２００３−０６１１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された従来技術は、２つの二次電池とそれに対応する２つの昇圧コンバータを搭載している電動車両２００の電源系統に絶縁トランスを介して太陽電池を接続しているので、太陽電池で二次電池を充電する際の損失が大きくなってしまうという問題があった。また、特許文献１に記載されている従来技術では、車両駆動用の１つ昇圧コンバータによって太陽電池の電圧を二次電池の充電電圧まで昇圧した上、他方の昇圧トランスを介して二次電池の充電を行うので、この点でも充電の際の損失が大きくなってしまうという問題があった。また、特許文献１に記載された従来技術では、太陽電池の出力に合わせて昇圧コンバータを動作させて二次電池を充電するので、太陽電池の出力の変化によっては二次電池の充電電流量に過不足が生じてしまい、円滑に二次電池を充電することが出来ないという問題があった。また、特許文献１に記載された従来技術では、太陽電池の利用は二次電池の充電目的で、走行中に車両駆動用電源として利用する等、積極的に太陽電池を利用することができず、太陽電池の利用が限定されてしまうという問題があった。
【０００８】
特許文献２に記載された従来技術は、車両の運転終了後、太陽電池によって高圧バッテリを充電する際に、リレースイッチによって高圧バッテリとインバータとを遮断するようにしている。この際、インバータと高圧バッテリとの間に大きな電圧差があった場合、リレースイッチが損傷を受ける場合があり、太陽電池によって円滑に高圧バッテリの充電を行うことが出来ないという問題があった。
【０００９】
特許文献３に記載された従来技術は太陽電池によって車両駆動用の二次電池を充電することに適用することが出来ず、上記のいずれの従来技術でも太陽電池によって円滑に二次電池の充電を行うことが出来ないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、太陽電池によって車両に搭載された二次電池を円滑に充電することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電源装置は、第１の蓄電装置と、複数のスイッチング素子を含み、前記第１の蓄電装置に接続される第１の電圧変換器と、前記第１の電圧変換器に接続されるインバータと、前記第１の電圧変換器とインバータとの間に配置され、前記第１の電圧変換器と前記インバータとを接続する高圧電路と第１の基準電路との間に接続される高圧コンデンサと、複数のスイッチング素子を含み、前記高圧コンデンサに前記第１の電圧変換器と並列に接続される第２の電圧変換器と、前記第２の電圧変換器に接続される第２の蓄電装置と、前記第２の蓄電装置に接続される太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置と前記第２の蓄電装置との間に設けられたオンオフスイッチと、前記各スイッチング素子と前記オンオフスイッチとをオンオフする制御部を備え、前記制御部は、前記第１の電圧変換器の前記スイッチング素子をオンオフさせて前記第１の蓄電装置の電力によって高圧コンデンサの電圧を第１の蓄電装置の電圧と略同等の電圧とする高圧コンデンサ充電手段と、前記第２の電圧変換器の前記スイッチング素子をオンオフさせて前記第１の蓄電装置の電圧と略同等の電圧に充電された前記高圧コンデンサの電圧を降圧して前記第２の蓄電装置を前記太陽光発電装置の開放電圧まで充電する第２の充電手段と、前記オンオフスイッチをオンとして前記太陽光発電装置の開放電圧まで充電された前記第２の蓄電装置と前記太陽光発電設備とを接続する接続手段と、前記太陽光発電装置の電流電圧特性に基づいて、前記第１の蓄電装置への充電電力を出力することのできる太陽光発電装置の目標出力電圧を設定する出力電圧設定手段と、前記高圧コンデンサの電圧に対する前記出力電圧設定手段によって設定した目標出力電圧の割合に応じて前記第２の電圧変換器の前記スイッチング素子をオンオフさせ、太陽光発電装置の電力によって第２の蓄電装置を介して第１の蓄電装置を充電する充電手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の電源装置において、前記高圧コンデンサと前記インバータとの間に配置され、前記高圧コンデンサからインバータに流れる電流を遮断する遮断スイッチング素子を備え、制御部は、前記遮断スイッチング素子によって、第１の蓄電装置に充電している際に前記高圧コンデンサから前記インバータに流れる電流を遮断する遮断手段を有すること、としても好適である。
【００１４】
本発明の電源装置において、前記太陽光発電装置と前記第２の蓄電装置との間に設けられたオンオフスイッチを含み、制御部は、太陽光発電装置の発電電力が所定の電力以上の場合には、前記オンオフスイッチをオンとし、太陽光発電装置の発電電力が所定の電力よりも少ない場合には、前記オンオフスイッチをオフとする太陽光発電装置接続切り離し手段を有すること、としても好適である。
【００１５】
本発明の電源装置において、制御部は、前記オンオフスイッチをオンとした場合には、前記第１の電圧変換器によって前記高圧コンデンサの両端の電圧を一定とすること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、太陽電池によって車両に搭載された二次電池を円滑に充電することが出来るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における電源装置の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態における電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態における電源装置の動作を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態における電源装置の太陽電池の特性を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態における電源装置の制御ブロックを示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態における電源装置の他の制御ブロックを示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態における電源装置の他の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態における電源装置の他の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本実施形態の電源装置について説明する。図１に示すように、電動車両２００に搭載される本実施形態の電源装置１００は、第１の蓄電装置である充放電可能な二次電池１８と、二次電池１８の電力を昇圧してインバータ１２に供給する第１の電圧変換器である昇圧コンバータ３０と、昇圧コンバータ３０とインバータ１２のプラス側を接続する高圧電路である高圧側入出力線４５と、マイナス側を接続する第１の基準電路である基準入出力線４６と、高圧側入出力線４５と基準入出力線４６との間に接続される高圧コンデンサ１３と、高圧コンデンサ１３に昇圧コンバータ３０と並列に接続される第２の電圧変換器である電圧変換器２０と、電圧変換器２０に接続される第２の蓄電装置であるキャパシタ１９と、キャパシタ１９に接続される太陽光発電装置である太陽電池７０とを備えている。インバータ１２には車両駆動用のモータジェネレータ１１が接続されている。
【００１９】
二次電池１８のプラス側入出力線４８は昇圧コンバータ３０低圧側の低圧側入出力線４７に接続され、二次電池１８のマイナス側入出力線４９は昇圧コンバータ、インバータ１２の基準入出力線４６に接続されている。また、二次電池１８の入出力線４８，４９には二次電池１８と昇圧コンバータ３０とを遮断するシステムメインリレー１７が設けられている。また、二次電池１８のプラス側入出力線４８には充電抵抗１６が直列に挿入された充電抵抗ラインリレー１５が設けられている。昇圧コンバータ３０の低圧側入出力線４７と基準入出力線４６との間には低圧コンデンサ１４が設けられている。
【００２０】
昇圧コンバータ３０は、上アームスイッチング素子３１と、上アームスイッチング素子３１と逆並列に接続された上アームダイオード３２と、上アームスイッチング素子３１と直列に接続された下アームスイッチング素子３３と、下アームスイッチング素子３３と逆並列に接続された下アームダイオード３４と、上アームスイッチング素子３１と下アームスイッチング素子３３との間に接続された低圧側入出力線４７と、低圧側入出力線４７の中に設けられたリアクトル３５と、上アームスイッチング素子３１の低圧側入出力線４７と反対側に接続される高圧側入出力線４５とを含み、下アームスイッチング素子３３は基準入出力線４６に接続されている。昇圧コンバータ３０の高圧側入出力線４５と基準入出力線４６とはそれぞれ、インバータ１２のプラス側端、マイナス側端にそれぞれ接続されている。
【００２１】
高圧コンデンサ１３とインバータ１２との間の昇圧コンバータ３０の高圧側入出力線４５には、スイッチング素子７７が直列に挿入されており、スイッチング素子７７には逆並列にダイオード７８が接続されている。
【００２２】
電圧変換器２０は、二次側上アームスイッチング素子２１と、二次側上アームスイッチング素子２１と逆並列に接続された二次側上アームダイオード２２と、二次側上アームスイッチング素子２１と直列に接続された二次側下アームスイッチング素子２３と、二次側下アームスイッチング素子２３と逆並列に接続された二次側下アームダイオード２４と、一次側上アームスイッチング素子２６と、一次側上アームスイッチング素子２６と逆並列に接続された一次側上アームダイオード２７と、一次側上アームスイッチング素子２６と直列に接続された一次側下アームスイッチング素子２８と、一次側下アームスイッチング素子２８と逆並列に接続された一次側下アームダイオード２９と、二次側上アームスイッチング素子２１と二次側下アームスイッチング素子２３との間と一次側上アームスイッチング素子２６と一次側下アームスイッチング素子２８との間の接続線５３ａに接続されたリアクトル２５と、二次側上アームスイッチング素子２１の一端に接続された二次側入出力線５１と、一次側上アームスイッチング素子２６の一端に接続された一次側入出力線５３と、各下アームスイッチング素子２３，２８の接続線５３ａと反対側に接続される基準入出力線５２とを含んでいる。電圧変換器２０の一次側入出力線５３と基準入出力線５２の一次側はそれぞれキャパシタ１９のプラス側入出力線５４、マイナス側入出力線５５にそれぞれ接続されている。また、電圧変換器２０の二次側入出力線５１と基準入出力線５２の二次側はそれぞれ接続点４３，４４に接続され、二次側入出力線５１は昇圧コンバータ３０、インバータ１２の高圧側入出力線４５に電気的に接続され、電圧変換器２０の基準入出力線５２の二次側は昇圧コンバータ３０、インバータ１２の基準入出力線４６に接続されている。このため、電圧変換器２０は高圧側入出力線４５と基準入出力線４６とを介して高圧コンデンサ１３に昇圧コンバータ３０と並列に接続されている。
【００２３】
キャパシタ１９のプラス側入出力線５４にはプラス側充電線５６が接続され、キャパシタ１９のマイナス側入出力線５５にはマイナス側充電線５７が接続されている。プラス側充電線５６にはプラス側充電線５６を入り切りする太陽電池入力スイッチ６０が設けられている。また、太陽電池入力スイッチ６０とマイナス側充電線５７の各一端には、太陽電池７０のプラス側出力線７１、マイナス側出力線７２が接続される端子７３，７４が設けられている。
【００２４】
二次電池１８の出力側には二次電池１８の出力電圧を検出する電圧センサ６３が設けられ、二次電池１８のプラス側入出力線４８には二次電池１８の入出力電流を検出する電流センサ６２が設けられている。また、キャパシタ１９の出力側には、キャパシタ１９の出力電圧を検出する電圧センサ６５が設けられ、キャパシタ１９のプラス側入出力線５４にはキャパシタ１９の入出力電流を検出する電流センサ６４が設けられている。同様に、太陽電池７０の出力側には、太陽電池７０の出力電圧を検出する電圧センサ７６が設けられ、太陽電池７０のプラス側出力線７１には太陽電池７０の出力電流を検出する電流センサ７５が設けられている。また、高圧コンデンサ１３には高圧コンデンサ１３の両端の電圧を検出する電圧センサ６１が設けられている。
【００２５】
インバータ１２、昇圧コンバータ３０の各スイッチング素子３１，３３、電圧変換器２０の各スイッチング素子２１，２３，２６，２８、システムメインリレー１７、充電抵抗ラインリレー１５、太陽電池入力スイッチ６０、スイッチング素子７７は制御部８０に接続され、制御部８０の指令によって動作するよう構成されている。システムメインリレー１７は、制御部８０の指令によって、二次電池１８のプラス側入出力線４８とマイナス側入出力線４９との各接点を同時にオンオフすることもできるし、何れか一方のみの接点をオンオフすることできる。また、モータジェネレータ１１、各電圧センサ６１，６３，６５，７６、各電流センサ６２，６４，７５、二次電池１８、キャパシタ１９、太陽電池７０はそれぞれ制御部８０に接続され、制御部８０には各部の電圧値、電流値、モータジェネレータ１１、二次電池１８，キャパシタ１９、太陽電池７０の状態が入力されるよう構成されている。制御部８０は、内部に信号処理を行うＣＰＵと、制御プログラムやデータを格納する記憶部とを含むコンピュータである。
【００２６】
以上のように構成された電源装置１００において、太陽電池７０で二次電池１８の充電を行う動作について説明する。電源装置１００を搭載した電動車両２００は停止しており、高圧コンデンサ１３、キャパシタ１９は放電されてその電圧は略ゼロで、二次電池１８は残存容量（ＳＯＣ）が充電可能な範囲となっている。以下、本実施形態では、太陽電池７０の最大電圧は電動車両２００に搭載されている二次電池１８よりも低圧であるとして説明する。例えば、二次電池１８の電圧が２００Ｖ，或いは３００Ｖである場合に、太陽電池７０の電圧が５０Ｖ程度等である。なお、初期状態では、全てのスイッチング素子２１，２３，２６，２８，３１，３３，７７はオフとなっており、各リレー１５，１７もオフとなっている。
【００２７】
図２のステップＳ１０１に示すように、制御部８０はスイッチング素子７７をオフとしインバータ１２を電動車両２００の電源系統から遮断する。スイッチング素子７７がオフになると、昇圧コンバータ３０の電流はインバータ１２に流れることがなく、インバータ１２に漏れこんだ電流によってモータジェネレータ１１が回転してしまうことを抑制することができる。図２のステップＳ１０２に示すように、制御部８０は、充電抵抗ラインリレー１５をオンとすると同時に二次電池１８のマイナス側入出力線４９側のシステムメインリレー１７の接点をオンとする。これによって二次電池１８は充電抵抗１６を介して昇圧コンバータ３０に接続される。すると、二次電池１８の電流は、プラス側入出力線４８から充電抵抗ラインリレー１５、充電抵抗１６から昇圧コンバータ３０の低圧側入出力線４７に流れる。そして、リアクトル２５から上アームダイオード３２を通って高圧側入出力線４５に流れ、図２のステップＳ１０３に示すように、高圧コンデンサ１３を充電し始める。この際、二次電池１８のマイナス側入出力線４９はシステムメインリレー１７のマイナス側接点、昇圧コンバータ３０の基準入出力線４６を介してインバータ１２のマイナス側接点に接続されている。高圧コンデンサ１３を充電すると、図３の時間ゼロから時間ｔ1に示すように、高圧コンデンサ１３の両端の電圧ＶＨは次第に上昇していく。
【００２８】
図２のステップＳ１０４に示すように、制御部８０は、電圧センサ６１によって高圧コンデンサ１３の両端の電圧を取得し、二次電池１８の電圧ＶＢまで昇圧されたかどうかを監視する。そして、制御部８０は、高圧コンデンサ１３の電圧が、電圧センサ７６によって取得した二次電池１８の電圧ＶＢと略同様の電圧となった場合には、図２のステップＳ１０５に示すように、充電抵抗ラインリレー１５をオフとし、二次電池１８のシステムメインリレー１７のプラス側接点をオンとし、二次電池１８と昇圧コンバータ３０とを充電抵抗１６を介さずに直接接続する。また、図２のステップＳ１０６に示すように、制御部８０は、昇圧コンバータ３０の上アームスイッチング素子３１をオンとし、二次電池１８を充電するために高圧側入出力線４５から二次電池１８のプラス側入出力線４８に電流を流せるように準備する。
【００２９】
制御部８０は、図２のステップＳ１０７に示すように、電圧変換器２０の二次側下アームスイッチング素子２３、一次側上アームスイッチング素子２６、一次側下アームスイッチング素子２８をオフのままとし、二次側上アームスイッチング素子２１をオンオフ動作させる降圧動作を開始し、二次電池１８と略同様の電圧ＶＢに昇圧されている高圧コンデンサ１３の電圧を降圧してキャパシタ１９の充電を開始する。電圧変換器２０の二次側上アームスイッチング素子２１がオンとなると、高圧コンデンサ１３のプラス側は、高圧側入出力線４５、接続点４３、電圧変換器２０の二次側入出力線５１、二次側上アームスイッチング素子２１を介してリアクトル２５に接続され、高圧コンデンサ１３に蓄電されている電荷はリアクトル２５に電気エネルギとして蓄積される。そして、電圧変換器２０の二次側上アームスイッチング素子２１がオフとなるとリアクトル２５に蓄積された電力は、リアクトル２５、一次側上アームダイオード２７、キャパシタ１９、二次側下アームダイオード２４をつなぐ回路を流れてキャパシタ１９に充電される。この際、電圧変換器２０の一次側入出力線５３の電圧は二次側入出力線５１の電圧よりも降圧されている。どの程度の電圧まで降圧するかは電圧変換器２０の二次側上アームスイッチング素子２１のオンオフのデューティ比によって決まる。初期状態ではキャパシタ１９は放電状態となっており、その電圧は略ゼロとなっていることから、キャパシタ１９の充電開始の際には、二次側上アームスイッチング素子２１のデューティ比を小さくして、キャパシタ１９に突入電流が流れないように、充電を開始する。このキャパシタ１９の充電制御は、電流センサ６４、電圧センサ６５によってキャパシタ１９に流入する電流が最適な充電電流となるようにフィードバック制御をかけるようにしてもよい。
【００３０】
ここで、図４を参照しながら、太陽電池７０の特性について説明する。太陽電池７０は複数の太陽電池パネルを接続して構成したものである。太陽電池７０の電流電圧特性は、図４（ｂ）に示すように、出力電流が大きくなると出力電圧が低下する特性を持ち、出力電力は図４（ａ）に示すように、上に凸の特性となって、最大出力電流よりも低い電流ＡＳ0の際に出力電力が最大電力ＰＳ0となるような特性を持つ。また、出力電圧、出力電力は放射照度に左右され、放射照度が大きな場合には、図４の実線ａ，ｄに示すように、出力電圧、電力共に大きくなるが、放射照度が少なくなるにつれて、出力電圧、出力電力は図４の一点鎖線ｂ，ｅ、点線ｃ，ｆに示すように少なくなってくる。放射照度が十分で、太陽電池７０の電流、電圧特性、出力電力特性が図４の実線ａ，ｄに示すような特性となる場合、太陽電池７０の電圧を最大電圧ＶＳ0（開放電圧）とすると出力電流はゼロとなり、この際の出力電力もゼロとなる。制御部８０は、内部の記憶装置の中に図４（ａ）、図４（ｂ）に示す太陽電池７０の特性曲線を格納している。
【００３１】
太陽電池入力スイッチ６０がオフとなっている状態では、太陽電池７０の出力端は開放されており、電圧センサ７６によって取得する太陽電池７０の電圧は出力電流がゼロの最大電圧となっている。放射照度によって最大電圧は変化するが、本実施形態では、放射照度が十分で、最大電圧が図４に示すＶＳ0の場合について説明する。キャパシタ１９の充電を開始すると、図３の時間ｔ1から時間ｔ2に示すように、キャパシタ１９の電圧は次第に上昇していく。図２のステップＳ１０８に示すように、制御部８０は電圧センサ６５によってキャパシタ１９の電圧を取得し、キャパシタ１９の電圧が電圧センサ７６によって取得する太陽電池７０の最大電圧ＶＳ0（開放電圧）まで上昇させる。
【００３２】
図２のステップＳ１０９、図３の時間ｔ2に示すように、制御部８０は、キャパシタ１９の電圧を太陽電池７０の最大電圧ＶＳ0まで上昇させた後、太陽電池入力スイッチ６０をオンとする。キャパシタ１９の電圧は太陽電池７０の最大電圧ＶＳ0と略同一の電圧となっているので、太陽電池入力スイッチ６０をオンとしても太陽電池７０からキャパシタ１９に向かって電流が流れることはない。
【００３３】
太陽電池入力スイッチ６０がオンとなったら、図２のステップＳ１１０に示すように、制御部８０は、一次側下アームスイッチング素子２８、二次側上アームスイッチング素子２１をオフ、一次側上アームスイッチング素子２６をオンとしたまま、二次側下アームスイッチング素子２３をオンオフ動作させて電圧変換器２０の昇圧動作を開始する。昇圧動作は次のように行う。まず、二次側下アームスイッチング素子２３をオンとしてリアクトル２５にエネルギを蓄える。次に二次側下アームスイッチング素子２３をオフとするとリアクトル２５に蓄えられたエネルギによって昇圧された電力が二次側上アームダイオード２２から高圧の二次側入出力線５１に流れる。二次側下アームスイッチング素子２３のオンオフのデューティを変化させることによって電圧変換器２０の二次側入出力線５１から出力される電力の電圧、電流を変化させることができる。
【００３４】
次に、制御部８０は、図２のステップＳ１１１に示すように二次電池１８の充電を開始する。本実施形態では、以下のような方法で二次側入出力線５１から出力される電力を制御して二次電池１８の充電を行う。制御部８０は、充電しようとする二次電池１８の残存容量（ＳＯＣ）、二次電池１８の電圧ＶＢ等に基づいて、二次電池１８に充電することのできる充電電流の設定値Ａ1を設定する。次に制御部８０は、電圧センサ７６によって取得した最大電圧ＶＳ0から充電制御に用いる太陽電池７０の特性曲線を選択する。本実施形態では、放射照度が十分にあり、その最大電圧（開放電圧）はＶＳ0であることから、制御部８０は、図４（ａ）の曲線ａを太陽電池７０の出力電流と出力電力との特性カーブとして選択し、図４（ｂ）の曲線ｄを太陽電池７０の出力電圧と出力電流の特性カーブとして選択する。
【００３５】
制御部８０は、二次電池１８への充電電流の設定値Ａ1を太陽電池７０に対する要求出力Ｐｒｅｑ1として設定する。そして、図４（ａ）に記載した特性カーブの曲線ａに基づいて、太陽電池７０の出力電力が要求電力Ｐｒｅｑ1となる場合の太陽電池７０の目標出力電流ＡＳ1と目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ1とを求める。この場合、太陽電池７０の出力電圧を目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ1となるようにすると、図４（ｂ）の曲線ｄから太陽電池７０からの出力電流は目標出力電流ＡＳ1となり、図４（ａ）の曲線ａから出力電力はＰｒｅｑ1となる。そこで、制御部８０は、図５に示すように、電圧変換器２０の入力電圧を太陽電池７０の目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ1、すなわちキャパシタ１９の出力電圧ＶＣ、を電圧変換器２０の入力電圧とし、高圧コンデンサ１３の電圧ＶＨが出力電圧となるように、［（太陽電池７０の目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ1）／（高圧コンデンサ１３の電圧ＶＨ）］によって二次側下アームスイッチング素子２３のオンオフのデューティ比を設定し、これに太陽電池７０の目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ1とキャパシタ１９の出力電圧ＶＣとの差分に基づくフィードバックをかけて、太陽電池７０の出力電圧、すなわちキャパシタ１９の出力電圧ＶＣが目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ1となるように制御する。これによって、太陽電池７０の出力電圧は、ＶＣ＿ｃｏｍ1で、目標出力電流ＡＳ1が太陽電池７０から出力される。
【００３６】
上記の制御によって二次電池１８の充電可能電力が太陽電池７０から二次電池１８に供給されることとなるが、実際に二次電池１８に充電される電力は、高圧コンデンサ１３の電圧ＶＨで、その電流は電流センサ６２によって検出する電流値となっている。二次電池１８への充電が適切に行われるようにするため、高圧コンデンサ１３の電圧ＶＨにおける二次電池１８への充電電流が二次電池１８に対する充電電流の設定値Ａ1となっているかどうかをチェックし、二次側下アームスイッチング素子２３のデューティ比にフィードバックすることとしてもよい。図６に示すように、二次電池１８への充電電流の設定値Ａ1と電流センサ６２によって取得した二次電池１８への実際の充電電流との差分をフィードバックして、二次側下アームスイッチング素子２３のデューティ比指令を決定するようにしてもよい。
【００３７】
太陽電池７０の出力は放射照度によって変化する。先に説明したような放射照度が十分ある状態から放射照度が低下し、太陽電池７０の出力が低下したとする。この場合に、先に説明したデューティ比を変化させずに太陽電池７０の出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ1となるように二次側下アームスイッチング素子２３をオンオフ動作させると、太陽電池７０からの出力電流は図４(ｂ)のＡＳ4まで低下し、要求出力Ｐｒｅｑ1を出力できなくなり、二次電池１８を十分に充電できなくなってしまう。
【００３８】
そこで、制御部８０は、太陽電池７０の出力電流が目標出力電流ＡＳ1よりも低下してきた際には、太陽電池７０の電流、電圧特性に基づいて、制御に用いる太陽電池７０の特性カーブを変更する。放射照度が低下し、太陽電池７０の出力電力と出力電流の関係を示す特性カーブを当初の曲線ａから一点鎖線の曲線ｂに切り替え、また、制御に用いる太陽電池７０の電圧、電流の特性カーブを曲線ｄから一点鎖線の曲線ｅに切り換える。すると、図４（ａ）に示すように、太陽電池７０の出力電力が要求電力Ｐｒｅｑ1となる場合の太陽電池７０の目標出力電流と目標出力電圧とは目標出力電流ＡＳ2と目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ2となる。そして、制御部８０は、先に述べたのと同様に、電圧変換器２０の入力電圧を太陽電池７０の目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ2、すなわちキャパシタ１９の出力電圧ＶＣを、電圧変換器２０の入力電圧とし、高圧コンデンサ１３の電圧ＶＨが出力電圧となるように、［（太陽電池７０の目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ2）／（高圧コンデンサ１３の電圧ＶＨ）］によって二次側下アームスイッチング素子２３のオンオフのデューティ比を設定し、これに太陽電池７０の目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ2とキャパシタ１９の出力電圧ＶＣとの差分に基づいてフィードバックして、太陽電池７０の出力電圧、すなわちキャパシタ１９の出力電圧ＶＣが目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ2となるように制御する。これによって、太陽電池７０の出力電圧はＶＣ＿ｃｏｍ2、目標出力電流はＡＳ2で太陽電池７０からＰｒｅｑ1より電力が出力される。このように、本実施形態によれば、放射照度によって太陽電池７０の出力特性が変化しても所定の電力で二次電池１８の充電を続けることができる。
【００３９】
図２のステップＳ１１２に示すように、制御部８０は、二次電池１８の充電を開始したら、二次電池１８の残存容量（ＳＯＣ）を取得する。これは、初期の二次電池１８の残存容量（ＳＯＣ）に電流センサ６２によって取得した電流を積算して残存容量（ＳＯＣ）を計算してもよいし、電圧センサ６３によって二次電池１８の電圧を取得し、電圧と二次電池１８の温度とから存容量（ＳＯＣ）を求めるようにしてもよい。
【００４０】
制御部８０は、二次電池１８の残存容量（ＳＯＣ）が上昇して、二次電池１８の充電可能電力が低下して来た場合には、その低下した充電可能電力によって太陽電池７０への要求電力を当初の要求電力Ｐｒｅｑ1よりも小さい図４（ａ）に示す要求電力Ｐｒｅｑ2に変更する。そして、図４（ａ）の曲線ａ、図４（ｂ）の曲線ｄに基づいて、目標出力電圧を目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ3に設定し、［（太陽電池７０の目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ3）／（高圧コンデンサ１３の電圧ＶＨ）］によって二次側下アームスイッチング素子２３のオンオフのデューティ比を設定し、これに太陽電池７０の目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ3とキャパシタ１９の出力電圧ＶＣとの差分に基づいてフィードバックして、太陽電池７０の出力電圧、すなわちキャパシタ１９の出力電圧ＶＣが目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ3となるように制御する。これによって、二次電池１８の残存容量（ＳＯＣ）が増加して、充電可能電力が減少した場合でも、太陽電池７０によって二次電池１８を円滑に充電することが出来る。
【００４１】
図２のステップＳ１１３に示すように、制御部８０は、二次電池１８の残存容量（ＳＯＣ）が、所定の値以上となったら、制御部８０は電圧変換器２０の二次側下アームスイッチング素子２３のオンオフ動作を停止し、電圧変換器２０の各スイッチング素子２１，２３，２６，２８を全てオフとする。すると、図３の時間ｔ3からｔ4に示すように、太陽電池７０からの出力電力がゼロとなるので、太陽電池７０の出力電圧は最大電圧ＶＳ0まで上昇し、太陽電池７０によってキャパシタ１９が充電され、キャパシタ１９の電圧もＶＳ0まで上昇してくる。そして、太陽電池７０とキャパシタ１９の電圧が共に太陽電池７０の最大電圧ＶＳ0まで上昇すると、太陽電池７０からキャパシタ１９に電流が流れなくなるので、制御部８０は、図２のステップＳ１１４に示すように、太陽電池入力スイッチ６０をオフとする。そして、制御部８０は、図２のステップＳ１１５に示すように、昇圧コンバータ３０の上アームスイッチング素子３１をオフとすると共に、システムメインリレー１７をオフとして、太陽電池７０による二次電池１８の充電動作を終了する。
【００４２】
図２のステップＳ１１６に示すように、制御部８０は、二次電池１８の充電が終了したら、スイッチング素子７７をオンとしインバータ１２と電動車両２００の電源系統との遮断を解除する。
【００４３】
以上説明した本実施形態では、キャパシタ１９の出力電圧ＶＣを電圧変換器２０の入力電圧とし、高圧コンデンサ１３の電圧ＶＨが出力電圧となるように、二次側下アームスイッチング素子２３のオンオフのデューティ比を設定し、太陽電池７０の出力電圧、すなわちキャパシタ１９の出力電圧ＶＣが太陽電池７０の目標出力電圧ＶＣ＿ｃｏｍ1となるように制御するので、太陽電池７０の出力が変化しても円滑に二次電池１８の充電を行うことができるという効果を奏する。
【００４４】
以上説明した実施形態の動作は、放射照度が大きく、太陽電池７０が要求出力Ｐｒｅｑ1，Ｐｒｅｑ2を出力することができる場合について説明したが、以下、放射照度が低下して太陽電池７０が要求出力Ｐｒｅｑ1，Ｐｒｅｑ2を出力することができなくなる場合について図７を参照しながら説明する。図４（ａ）の点線で示す曲線ｃに示すように、放射照度が低下して太陽電池７０の出力が低下した場合には、太陽電池７０は要求出力Ｐｒｅｑ1，Ｐｒｅｑ2を出力することができなくなる。この場合、太陽電池７０の出力電圧、電流の特性は、図４（ｂ）に点線で示す曲線ｆのようになり、太陽電池入力スイッチ６０がオフの場合の電圧は開放電圧となるので、図４（ｂ）に示す最大電圧ＶＳ3となる。
【００４５】
そこで、図７のステップＳ２０１に示すように、制御部８０は、太陽電池７０によって二次電池１８の充電を開始する前に、電圧センサ７６によって太陽電池７０の最大電圧ＶＳを取得する。そして、制御部８０は、ステップＳ２０２に示すように記憶部に格納している太陽電池７０の電圧、電流特性に基づいて太陽電池７０が出力することのできる予想最大出力電力を計算する。或いは、記憶部に格納している出力電力の特性カーブに基づいて太陽電池７０の出力することができる予想最大出力電力を取得してもよい。そして、制御部８０は、図７のステップＳ２０３に示すように、計算した予想最大出力電力と所定の閾値とを比較し、太陽電池７０の予想出力が所定の閾値以上の場合には図７のステップＳ２０４に示すように太陽電池７０によって二次電池１８の充電を開始する。所定の閾値は、二次電池１８の残存容量（ＳＯＣ）によって定まる充電可能電力であってもよいし、二次電池１８を充電するために必要な最小充電電力であってもよい。図７のステップＳ２０４に示す二次電池１８の充電処理は、先に説明した図２のステップＳ１０１からステップＳ１１１までの処理である。
【００４６】
図７のステップＳ２０５に示すように、制御部８０は、二次電池１８の残存容量（ＳＯＣ）を取得し、残存容量（ＳＯＣ）が所定の閾値以上の場合には、二次電池１８の充電は終了したと判断して、図７のステップＳ２０９に示すように二次電池１８の充電停止処理を行う。充電停止処理は先に説明した図２のステップＳ１１３からＳ１１６に示す動作である。制御部８０は、二次電池１８の残存容量（ＳＯＣ）が閾値以下の場合には、二次電池１８の充電は終了していないと判断し、図７のステップＳ２０６に示すように、電圧センサ７６、電流センサ７５によって太陽電池７０の出力電圧、出力電流を取得する。そして、図７のステップＳ２０７に示すように、取得した出力電圧、出力電流とから太陽電池７０からの出力電力を計算し、図７のステップＳ２０８に示すように、所定の閾値と比較する。そして、太陽電池７０からの出力電力が所定の閾値以上の場合には、太陽電池７０の出力は十分であると判断して、図７のステップＳ２０５に戻って二次電池１８の充電を継続する。また、太陽電池７０の出力が所定の閾値よりも小さい場合には、制御部８０は、図７のステップＳ２０９に示すように、太陽電池７０による二次電池１８の充電停止処理を行う。
【００４７】
以上説明した動作では、太陽電池７０の予測最大電力が所定の閾値以上の場合に、二次電池１８の充電を行うこととして説明したが、図８に示すように、太陽電池７０の予想最大出力電力が閾値以上の場合に太陽電池７０の出力を電動車両２００の駆動用として利用し、太陽電池の予想最大出力電力が閾値よりも小さい場合には、太陽電池７０の接続を切り離し、電動車両２００を燃費最適となるように制御することとしてもよい。
【００４８】
制御部８０は、図８のステップＳ３０１、ステップＳ３０２に示すように、太陽電池７０の予想最大出力電力を計算し、予想最大出力電力と所定の閾値とを比較し、図８のステップＳ３０３に示すように、太陽電池７０の予測最大出力が所定の閾値以上の場合には、図８のステップＳ３０４に示すように、昇圧コンバータ３０の各スイッチング素子３１，３２のデューティ比を制御して電動車両２００の高圧コンデンサ１３の電圧ＶＨを一定にし、図８のステップＳ３０５に示すように太陽電池入力スイッチ６０をオンとして、図８のステップＳ３０６に示すように、太陽電池７０の発電電力を車両駆動用電力として供給する。また、太陽電池７０の予想出力電力が所定の閾値よりも低い場合に、図８のステップＳ３０７に示すように、太陽電池入力スイッチ６０をオフとして太陽電池７０と電動車両２００の電源系統を切り離した後、図８のステップＳ３０８に示すように、昇圧コンバータ３０の各スイッチング素子３１，３２のデューティ比を制御して高圧コンデンサ１３の電圧ＶＨを変化させて図８のステップＳ３０９に示すように、電動車両２００を燃費最適制御とすることしてもよい。
【００４９】
以上説明したように、太陽電池７０の予想出力電力が所定の閾値以上の場合に太陽電池７０によって二次電池１８の充電や電動車両２００を駆動することに利用し、太陽電池７０の予想最大出力電力が所定の閾値よりも少ない場合には、太陽電池７０を切り離して電動車両２００を燃費最適制御することとして太陽電池７０の出力を有効に利用することができるという効果を奏する。
【００５０】
また、上記の実施形態では、本発明の電源装置を車両駆動用電源として適用する場合について説明したが、本発明は、車両駆動用のみならず、モータジェネレータやモータによって駆動される船舶や鉄道車両等の他の輸送機械や、機械装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１１  モータジェネレータ、１２  インバータ、１３  高圧コンデンサ、１４  低圧コンデンサ、１５  充電抵抗ラインリレー、１６  充電抵抗、１７  システムメインリレー、１８  二次電池、１９  キャパシタ、２０  電圧変換器、２１  二次側上アームスイッチング素子、２２  二次側上アームダイオード、２３  二次側下アームスイッチング素子、２３  スイッチング素子、２３  二次側下アームスイッチング素子、２４  二次側下アームダイオード、２５  リアクトル、２６  一次側上アームスイッチング素子、２７  一次側上アームダイオード、２８  一次側下アームスイッチング素子、２９  一次側下アームダイオード、３０  昇圧コンバータ、３１  上アームスイッチング素子、３２  上アームダイオード、３３  下アームスイッチング素子、３４  下アームダイオード、３５  リアクトル、４３，４４  接続点、４５  高圧側入出力線、４６，５２  基準入出力線、４７  低圧側入出力線、４８，５４，５６  プラス側入出力線、４９，５５，５７  マイナス側入出力線、５１  二次側入出力線、５３  一次側入出力線、５３ａ  接続線、６０  太陽電池入力スイッチ、６１，６３，６５，７６  電圧センサ、６２，６４，７５  電流センサ、７０  太陽電池、７１  プラス側出力線、７２  マイナス側出力線、７３，７４  端子、７７  スイッチング素子、７８  ダイオード、８０  制御部、１００  電源装置、２００  電動車両。
【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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【図８】
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