(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の直流電源と、
第２の直流電源と、
負荷と電気的に接続される電源配線上の出力電圧を制御するように、前記第１および第２の直流電源と前記電源配線との間で直流電圧変換を実行するための電力変換器とを備え、
前記電力変換器は、複数のスイッチング素子を含み、かつ、前記複数のスイッチング素子の制御によって、前記第１および第２の直流電源が前記電源配線に対して並列に電気的に接続された状態で前記直流電圧変換を実行する第１の動作モードと、前記第１および第２の直流電源が前記電源配線に対して直列に電気的に接続された状態で直流電圧変換を実行する第２の動作モードとを切換えられるように構成され、
前記複数のスイッチング素子は、
前記電源配線および第１のノードの間に電気的に接続された第１のスイッチング素子と、
第２のノードおよび前記第１のノードの間に電気的に接続された第２のスイッチング素子と、
前記第２の直流電源の負極端子と電気的に接続された第３のノードおよび前記第２のノードの間に電気的に接続された第３のスイッチング素子と、
前記第１の直流電源の負極端子と前記第３のノードの間に電気的に接続された第４のスイッチング素子とを含み、
前記電力変換器は、
前記第２のノードおよび前記第１の直流電源の正極端子の間に電気的に接続された第１のリアクトルと、
前記第１のノードおよび前記第２の直流電源の正極端子の間に電気的に接続された第２のリアクトルとをさらに含む、電源システム。
【請求項２】
前記電力変換器は、前記第１の動作モードでは、前記第１の直流電源と前記電源配線との間での前記直流電圧変換のための第１の制御信号と、前記第２の直流電源と前記電源配線との間での前記直流電圧変換のための第２の制御信号との論理和に従って、前記第１から前記第４のスイッチング素子のオンオフを制御する、請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
前記電力変換器は、前記第１の動作モードでは、前記第１および第２の直流電源のうちの一方の直流電源と、前記電源配線との間の前記直流電圧変換については前記出力電圧が指令電圧と一致するように制御する一方で、前記第１および第２の直流電源のうちの他方の直流電源と前記電源配線との間の前記直流電圧変換については前記他方の直流電源の電流が指令電流と一致するように制御する、請求項１または２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記電力変換器は、前記第２の動作モードでは、前記第３のスイッチング素子をオン固定する一方で、直列接続された前記第１および第２の直流電源と前記電源配線との間での前記直流電圧変換のための制御信号に従って、前記第２および第４のスイッチング素子と前記第１のスイッチング素子とが相補的にオンオフするように、前記第１から前記第４のスイッチング素子のオンオフを制御する、請求項１記載の電源システム。
【請求項５】
前記電力変換器は、前記第２の動作モードでは、直列接続された前記第１および第２の直流電源と前記電源配線との間での前記直流電圧変換について、前記出力電圧が指令電圧
と一致するように制御する、請求項１または４に記載の電源システム。
【請求項６】
前記複数のスイッチング素子の各々は、前記第１および第２の直流電源を前記電源配線に対して並列または直列に接続するための制御信号と、前記第１または第２の動作モードにおける前記直流電圧変換のための制御信号との論理和に従って制御される、請求項１記載の電源システム。
【請求項７】
前記複数のスイッチング素子は、前記第２の動作モードでは前記第１および第２の直流電源を直列接続するためにオン固定される一方で、前記第１の動作モードでは前記出力電圧を制御する直流電圧変換のためのデューティ比に従ってオンオフされるスイッチング素子を含む、請求項１記載の電源システム。
【請求項８】
前記複数のスイッチング素子のうちの少なくとも一部のスイッチング素子は、前記第１の動作モードにおいて前記第１の直流電源と前記電源配線との間に形成される第１の電力変換経路と、前記第１の動作モードにおいて前記第２の直流電源と前記電源配線との間に形成される第２の電力変換経路との両方に含まれるように配置される、請求項１記載の電源システム。
【請求項９】
前記少なくとも一部のスイッチング素子は、前記第１の動作モードでは、前記第１の直流電源と前記電源配線との間での前記直流電圧変換のための第１の制御信号と、前記第２の直流電源と前記電源配線との間での前記直流電圧変換のための第２の制御信号との論理和に従ってオンオフされ、
前記少なくとも一部のスイッチング素子は、前記第２の動作モードでは、前記第１および第２の直流電源を直列接続するためにオン固定されるスイッチング素子と、前記出力電圧を制御する直流電圧変換のためのデューティ比に従ってオンオフされるスイッチング素子とに分類される、請求項８記載の電源システム。
【請求項１０】
前記第１および第２の直流電源は、定格出力電圧がそれぞれ異なる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１１】
前記第１および第２の直流電源は、出力エネルギ密度および出力パワー密度がそれぞれ異なる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源システムに関し、より特定的には、２つの直流電源と負荷との間で電力を授受するための電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０００−２９５７１５号公報（特許文献１）には、２つの直流電源から負荷（車両駆動電動機）へ電力を供給する電気自動車の電源システムが記載されている。特許文献１では、直流電源として２個の電気二重層キャパシタが用いられる。そして、２個の電気二重層キャパシタを並列接続して負荷へ電力を供給する動作モードを設けることが記載される。
【０００３】
また、特開２００８−５４４７７号公報（特許文献２）には、複数の直流電圧を入力とし、複数の直流電圧を出力する電圧変換装置が記載されている。特許文献２に記載の電力変換装置では、エネルギ蓄積手段（コイル）の端子と、複数の入力電位および複数の出力電位との接続を切換えることによって、動作モードが切換えられる。そして、動作モードには、２つの直流電源が並列に接続されて負荷へ電力を供給するモードが含まれる。
【０００４】
また、特開２０１０−５７２８８号公報（特許文献３）には、第１蓄電ユニットおよび第２蓄電ユニットを備えた電力供給装置として、当該蓄電ユニット間の直流接続と並列接続とを切換えるスイッチを設けた構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９５７１５号公報
【特許文献２】特開２００８−５４４７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−５７２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２の構成では、２つの直流電源を並列に接続して負荷へ電力供給することが可能であるが、２つの直流電源を直列に接続することは想定されていない。
【０００７】
特許文献３の構成では、第１蓄電ユニットおよび第２蓄電ユニットの直列接続および並列接続を切換えることによって、モータジェネレータを駆動制御するインバータへの印加電圧を変化させている。すなわち、特許文献３では、直列接続あるいは並列接続された蓄電ユニットからの出力電圧に対する直流電圧変換機能について想定していない。
【０００８】
したがって、負荷に対する出力電力を電圧指令値に従って制御する電源システムにおいて、特許文献１〜３に記載の構成では、２つの直流電源を有効に使用できない可能性がある。
【０００９】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、２つの直流電源を備えた電源システムについて、負荷への出力電圧を制御した上で２つの直流電源を有効に使用可能な構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のある局面では、電源システムは、第１の直流電源と、第２の直流電源と、複数のスイッチング素子を含んで構成された電力変換器とを備える。電力変換器は、負荷と電気的に接続された電源配線上の出力電圧を制御するように、第１および第２の直流電源と電源配線との間で直流電圧変換を実行する。そして、電力変換器は、複数のスイッチング素子の制御によって、第１および第２の直流電源が電源配線に対して並列に電気的に接続された状態で直流電圧変換を実行する第１の動作モードと、第１および第２の直流電源が電源配線に対して直列に電気的に接続された状態で直流電圧変換を実行する第２の動作モードとを切換えられるように構成される。
【００１１】
好ましくは、複数のスイッチング素子は、第１から第４のスイッチング素子と、第１および第２のリアクトルとを含む。第１のスイッチング素子は、電源配線および第１のノードの間に電気的に接続される。第２のスイッチング素子は、第２のノードおよび第１のノードの間に電気的に接続される。第３のスイッチング素子は、第２の直流電源の正極端子と電気的に接続された第３のノードおよび第２のノードの間に電気的に接続される。第４のスイッチング素子は、第２の直流電源の負極端子と第３のノードの間に電気的に接続される。第１のリアクトルは、第２のノードおよび第１の直流電源の正極端子の間に電気的に接続される。第２のリアクトルは、第１のノードおよび第２の直流電源の正極端子の間に電気的に接続される。
【００１２】
さらに好ましくは、電力変換器は、第１の動作モードでは、第１の直流電源と電源配線との間での直流電圧変換のための第１の制御信号と、第２の直流電源と電源配線との間での直流電圧変換のための第２の制御信号との論理和に従って、かつ、第１および第３のスイッチング素子が相補的にオンオンし、第２および第４のスイッチング素子が相補的にオンオフするように、第１から第４のスイッチング素子のオンオフを制御する。
【００１３】
また好ましくは、電力変換器は、第１の動作モードでは、第１および第２の直流電源のうちの一方の直流電源と、電源配線との間の直流電圧変換については出力電圧が指令電圧と一致するように制御する一方で、第１および第２の直流電源のうちの他方の直流電源と電源配線との間の直流電圧変換については他方の直流電源の電流が指令電流と一致するように制御する。
【００１４】
さらに好ましくは、電力変換器は、第２の動作モードでは、第３のスイッチング素子をオン固定する一方で、直列接続された第１および第２の直流電源と電源配線との間での直流電圧変換のための制御信号に従って、第２および第４のスイッチング素子と第１のスイッチング素子とが相補的にオンオフするように、第１から第４のスイッチング素子のオンオフを制御する。
【００１５】
また好ましくは、電力変換器は、第２の動作モードでは、直列接続された第１および第２の直流電源と電源配線との間での直流電圧変換について、出力電圧が指令電圧と一致するように制御する。
【００１６】
好ましくは、複数のスイッチング素子の各々は、第１および第２の直流電源を電源配線に対して並列または直列に接続するための制御信号と、第１または第２の動作モードにおける直流電圧変換のための制御信号との論理和に従って制御される。
【００１７】
また好ましくは、複数のスイッチング素子は、第２の動作モードでは第１および第２の直流電源を直列接続するためにオン固定される一方で、第１の動作モードでは出力電圧を制御する直流電圧変換のためのデューティ比に従ってオンオフされるスイッチング素子を含む。
【００１８】
あるいは好ましくは、複数のスイッチング素子のうちの少なくとも一部のスイッチング素子は、第１の動作モードにおいて第１の直流電源と電源配線との間に形成される第１の電力変換経路と、第１の動作モードにおいて第２の直流電源と電源配線との間に形成される第２の電力変換経路との両方に含まれるように配置される。
【００１９】
さらに好ましくは、少なくとも一部のスイッチング素子は、第１の動作モードでは、第１の直流電源と電源配線との間での直流電圧変換のための第１の制御信号と、第２の直流電源と電源配線との間での直流電圧変換のための第２の制御信号との論理和に従ってオンオフされる。そして、少なくとも一部のスイッチング素子は、第２の動作モードでは、第１および第２の直流電源を直列接続するためにオン固定されるスイッチング素子と、出力電圧を制御する直流電圧変換のためのデューティ比に従ってオンオフされるスイッチング素子とに分類される。
【００２０】
好ましくは、第１および第２の直流電源は、定格出力電圧がそれぞれ異なる。あるいは、第１および第２の直流電源は、出力エネルギ密度および出力パワー密度がそれぞれ異なる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、複数のスイッチング素子の制御によって、直列接続された２つの直流電源と負荷との間で直流電圧変換を実行する動作モード（シリーズ接続モード）と、並列接続された２つの直流電源と負荷との間で直流電圧変換を実行する動作モード（パラレル接続モード）とを切換えることができる。シリーズ接続モードおよびパラレル接続モードを切換えることによって、負荷への出力電圧を制御した上で、電源システムの効率や出力電力の確保性を考慮して、２つの直流電源を有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態による電源システムの構成例を示す回路図である。
【図２】一般的な昇圧チョッパ回路の構成図である。
【図３】図２に示した昇圧チョッパ回路の動作を説明するための回路図である。
【図４】パラレル接続モードにおける第１の回路動作を説明する回路図である。
【図５】パラレル接続モードにおける第２の回路動作を説明する回路図である。
【図６】図４の回路動作時におけるリアクトルの還流経路を説明する回路図である。
【図７】図５の回路動作時におけるリアクトルの還流経路を説明する回路図である。
【図８】シリーズ接続モードにおける回路動作を説明する回路図である。
【図９】図８の回路動作時におけるリアクトルの還流経路を説明する回路図である。
【図１０】パラレル接続モードにおける第１の直流電源に対する直流電圧変換（昇圧動作）を説明する回路図である。
【図１１】パラレル接続モードにおける第２の直流電源に対する直流電圧変換（昇圧動作）を説明する回路図である。
【図１２】シリーズ接続モードにおける直流電圧変換（昇圧動作）を説明する回路図である。
【図１３】パラレル接続モードにおける負荷側からの等価回路を示すブロック図である。
【図１４】第１の電源の制御動作例を説明するための波形図である。
【図１５】第２の電源の制御動作例を説明するための波形図である。
【図１６】電圧源として動作する電源の制御ブロックの構成例を示す図である。
【図１７】電流源として動作する電源の制御ブロックの構成例を示す図である。
【図１８】パラレル接続モードにおける各制御データの設定を説明する図表である。
【図１９】シリーズ接続モードにおける負荷側からの等価回路を示すブロック図である。
【図２０】シリーズ接続モードにおける制御動作例を説明するための波形図である。
【図２１】シリーズ接続モードにおける電源の制御ブロックの構成例を示す図である。
【図２２】シリーズ接続モードにおける各制御データの設定を説明する図表である。
【図２３】本発明の実施の形態による電源システムが適用された電源システムの構成例を示す回路図である。
【図２４】図２３に示した電源システムのパラレル接続モードでの制御動作例を示す波形図である。
【図２５】図２３に示した電源システムのシリーズ接続モードでの制御動作例を示す波形図である。
【図２６】本発明の実施の形態の変形例による電源システムの構成を示す回路図である。
【図２７】図２６に示した電源システムに組み込まれたブリッジ型コンバータの構成を説明する回路図である。
【図２８】ブリッジ型コンバータの直接昇降圧モードでのスイッチング動作を説明する図表である。
【図２９】ブリッジ型コンバータの間接昇降圧モードでのスイッチング動作を説明する図表である。
【図３０】本発明の実施の形態の変形例による電源システムでのデューティ制御を説明する波形図である。
【図３１】本発明の実施の形態の変形例による電源システムの直接昇降圧モードにおけるパラレル接続モードでのスイッチング素子のオンオフ制御を説明する図表である。
【図３２】本発明の実施の形態の変形例による電源システムの直接昇降圧モードにおけるシリーズ接続モードでのスイッチング素子のオンオフ制御を説明する図表である。
【図３３】本発明の実施の形態の変形例による電源システムの間接昇降圧モードにおけるパラレル接続モードでのスイッチング素子のオンオフ制御を説明する図表である。
【図３４】本発明の実施の形態の変形例による電源システムの間接昇降圧モードにおけるシリーズ接続モードでのスイッチング素子のオンオフ制御を説明する図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
【００２４】
（回路構成）
図１は、本発明の実施の形態による電源システムの構成例を示す回路図である。
【００２５】
図１を参照して、電源システム５は、直流電源１０と、直流電源２０と、負荷３０と、電力変換器５０とを備える。本実施の形態では、直流電源１０は、たとえばリチウムイオン二次電池やニッケル水素電池のような二次電池で構成される。一方、直流電源２０は、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等の出力特性に優れた直流電圧源要素により構成される。直流電源１０および直流電源２０は、「第１の直流電源」および「第２の直流電源」にそれぞれ対応する。
【００２６】
電力変換器５０は、直流電源１０および直流電源２０と、負荷３０との間に接続される。電力変換器５０は、負荷３０と接続された電源配線ＰＬ上の直流電圧（以下、出力電圧Ｖｏとも称する）を電圧指令値に従って制御するように構成される。
【００２７】
負荷３０は、電力変換器５０の出力電圧Ｖｏを受けて動作する。出力電圧Ｖｏの電圧指令値は、負荷３０の動作に適した電圧に設定される。電圧指令値は、負荷３０の状態に応じて可変に設定されてもよい。さらに、負荷３０は、回生発電等によって、直流電源１０，２０の充電電力を発生可能に構成されてもよい。
【００２８】
電力変換器５０は、電力用半導体スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４と、リアクトルＬ１，Ｌ２とを含む。本実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタあるいは電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に対しては、逆並列ダイオードＤ１〜Ｄ４が配置されている。また、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、図示しない制御信号に応答して、オンオフを制御することが可能である。
【００２９】
スイッチング素子Ｓ１は、電源配線ＰＬおよびノードＮ１の間に電気的に接続される。リアクトルＬ２は、ノードＮ１と直流電源２０の正極端子との間に接続される。スイッチング素子Ｓ２はノードＮ１およびＮ２の間に電気的に接続される。リアクトルＬ１はノードＮ２と直流電源１０の正極端子との間に接続される。スイッチング素子Ｓ３は、ノードＮ２およびＮ３の間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｓ４は、ノードＮ３および接地配線ＧＬの間に電気的に接続される。接地配線ＧＬは、負荷３０および、直流電源１０の負極端子と電気的に接続される。
【００３０】
図１に示した電力変換器５０は、直流電源１０および直流電源２０の各々に対応して昇圧チョッパ回路を備えた構成となっている。
【００３１】
図２には、一般的な昇圧チョッパ回路の構成が示される。
図２を参照して、昇圧チョッパ回路ＣＨＰは、上アームのスイッチング素子Ｓｕ（以下、上アーム素子とも称する）と、下アームのスイッチング素子Ｓｌ（以下、下アーム素子とも称する）と、リアクトルＬとを有する。
【００３２】
リアクトルＬは、上アーム素子Ｓｕおよび下アーム素子Ｓｌの接続点と、直流電源ＰＳの正極端子との間に電気的に接続される。上アーム素子Ｓｕおよび下アーム素子Ｓｌは電源配線ＰＬおよび接地配線ＧＬの間に直列に接続される。昇圧チョッパ回路ＣＨＰでは、上アーム素子Ｓｕのオン期間（下アーム素子Ｓｌはオフ）と、下アーム素子Ｓｌのオン期間（上アーム素子Ｓｕはオフ）とが交互に設けられる。
【００３３】
図３（ａ）に示されるように、下アーム素子Ｓｌのオン期間では、直流電源ＰＳ−リアクトルＬ−スイッチング素子Ｓｌを介した電流経路１０１が形成される。これにより、リアクトルＬにエネルギが蓄積される。
【００３４】
一方、図３（ｂ）に示されるように、下アーム素子Ｓｌがオフされる上アーム素子Ｓｕのオン期間では、直流電源ＰＳ−リアクトルＬ−スイッチング素子Ｓｕ−負荷ＬＤを介した電流経路１０２が形成される。これにより、下アーム素子Ｓｌのオン期間でリアクトルＬに蓄えられたエネルギと、直流電源ＰＳからのエネルギとが、負荷ＬＤに供給される。これにより、負荷ＬＤへの出力電圧は、直流電源ＰＳの出力電圧よりも昇圧される。
【００３５】
また、下アーム素子Ｓｌのオフ期間に上アーム素子Ｓｕをオンすることによって、負荷３０に対して電力を双方向に授受できる。特に、電力変換器５０および負荷ＬＤ間の電流方向に対応して制御を切換えることなく、出力電圧Ｖｏを制御しながら、負荷ＬＤからの回生電流を受入れることが可能となる。
【００３６】
昇圧チョッパ回路ＣＨＰにおける電圧変換比（昇圧比）は、直流電源ＰＳの電圧Ｖｉ、負荷ＬＤへの出力電圧ＶＨ、および、下アーム素子のデューティ比ＤＴを用いて、下記（１）式で示されることが知られている。なお、デューティ比ＤＴは、上アーム素子および下アーム素子が交互にオンオフされるスイッチング周期に対する、下アーム素子のオン期間比で定義される。
【００３７】
ＶＨ＝１／（１−ＤＴ）・Ｖｉ      …（１）
電力変換器５０は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の制御によって、並列接続された直流電源１０，２０が負荷３０との間で電力の授受を行なうパラレル接続モードと、直列に接続された直流電源１０，２０が負荷３０との間で電力の授受を実行するシリーズ接続モードとが切換えられることを特徴とする。
【００３８】
パラレル接続モードでは、直流電源１０，２０が並列接続された状態で、電源配線ＰＬの出力電圧Ｖｏを制御するための直流電圧変換が実行される。シリーズ接続モードでは、
直流電源１０，２０が直列接続された状態で、電源配線ＰＬの出力電圧Ｖｏを制御するための直流電圧変換が実行される。パラレル接続モードは、「第１の動作モード」に対応し、シリーズ接続モードは「第２の動作モード」に対応する。
【００３９】
（各動作モードでの基本的な回路動作）
電力変換器５０の各動作モードでの基本的な回路動作について説明する。まず、電力変換器５０のパラレル接続モードでの動作について説明する。
【００４０】
再び、図１を参照して、直流電源１０および電源配線ＰＬの間には、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２によって図２の上アーム素子Ｓｕが形成され、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４によって図２の下アーム素子Ｓｌが形成された、第１の昇圧チョッパ回路が構成される。
【００４１】
同様に、直流電源２０および電源配線ＰＬの間には、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３によって図２の下アーム素子Ｓｌが形成され、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４によって図２の上アーム素子Ｓｕが形成された、第２の昇圧チョッパ回路が構成される。
【００４２】
このように、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４によって、第１および第２の昇圧チョッパ回路の両方が形成される。言い換えれば、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の各々は、第１の昇圧チョッパ回路による、直流電源１０および電源配線ＰＬの間の電力変換経路と、第２の昇圧チョッパ回路による、直流電源２０および電源配線ＰＬの間の電力変換回路との両方に含まれるように配置されていることが理解される。
【００４３】
図４および図５に示されるように、スイッチング素子Ｓ４またはＳ２をオンすることによって、直流電源１０および２０を電源配線ＰＬに対して並列に接続することができる。ここで、並列接続モードでは、直流電源１０の電圧Ｖ［１］と直流電源２０の電圧Ｖ［２］との高低に応じて等価回路が異なってくる。
【００４４】
図４（ａ）に示されるように、Ｖ［２］＞Ｖ［１］のときは、スイッチング素子Ｓ４をオンすることにより、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３を介して、直流電源１０および２０が並列に接続される。このときの等価回路が図４（ｂ）に示される。
【００４５】
図４（ｂ）を参照して、直流電源１０および電源配線ＰＬの間では、スイッチング素子Ｓ３のオンオフ制御によって、図３（ａ），（ｂ）に示した、下アーム素子のオン期間の状態と、上アーム素子のオン期間とを交互に形成できる。同様に、直流電源２０および電源配線３０の間では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３を共通にオンオフ制御することによって、図３（ａ），（ｂ）に示した、下アーム素子のオン期間の状態と、上アーム素子のオン期間とを交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ１は、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。
【００４６】
一方、図５（ａ）に示されるように、Ｖ［１］＞Ｖ［２］のときには、スイッチング素子Ｓ２オンすることにより、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を介して、直流電源１０および２０が並列に接続される。このときの等価回路が図５（ｂ）に示される。
【００４７】
図５（ｂ）を参照して、直流電源２０および電源配線ＰＬの間では、スイッチング素子Ｓ３のオンオフ制御によって、図３（ａ），（ｂ）に示した、下アーム素子のオン期間の状態と、上アーム素子のオン期間とを交互に形成できる。同様に、直流電源１０および電源配線３０の間では、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を共通にオンオフ制御することによって、図３（ａ），（ｂ）に示した、下アーム素子のオン期間の状態と、上アーム素子のオン期間とを交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ１は、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。
【００４８】
図４および図５に示した回路動作では、いかなる場面においてもリアクトルＬ１，Ｌ２に蓄積されたエネルギの放出経路が必要である。異なる電流が流れているリアクトル同士がスイッチング素子を介して直列に接続されると、蓄積エネルギと電流の関係に矛盾が生じるために、スパーク等が発生して回路破壊に繋がる虞があるためである。したがって、リアクトルＬ１，Ｌ２の蓄積エネルギを放出するための還流経路が、回路上に必ず設けられる必要がある。
【００４９】
図６には、図４に示した回路動作時（Ｖ［２］＞Ｖ［１］でのパラレル接続モード）におけるリアクトルの還流経路が示される。図６（ａ）には、リアクトルＬ１に対応する還流経路が示され、図６（ｂ）には、リアクトルＬ２に対する還流経路が示される。
【００５０】
図６（ａ）を参照して、図４（ｂ）の等価回路において、力行状態におけるリアクトルＬ１の電流は、ダイオードＤ２，Ｄ１、電源配線ＰＬ、負荷３０および接地配線ＧＬを介した電流経路１０２によって還流することができる。また、回生状態におけるリアクトルＬ１の電流は、ダイオードＤ３を介した電流経路１０３によって還流することができる。電流経路１０２，１０３によって、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギを放出することができる。
【００５１】
図６（ｂ）を参照して、図４（ｂ）の等価回路において、力行状態におけるリアクトルＬ２の電流は、ダイオードＤ１、電源配線ＰＬ、負荷３０および接地配線ＧＬを電流経路１０４によって還流することができる。また、回生状態におけるリアクトルＬ２の電流は、ダイオードＤ３，Ｄ２を介した電流経路１０５によって還流することができる。電流経路１０４，１０５によって、リアクトルＬ２に蓄積されたエネルギを放出することができる。
【００５２】
図７には、図５に示した回路動作時（Ｖ［１］＞Ｖ［２］でのパラレル接続モード）におけるリアクトルの還流経路が示される。図７（ａ）には、リアクトルＬ１に対応する還流経路が示され、図７（ｂ）には、リアクトルＬ２に対する還流経路が示される。
【００５３】
図７（ａ）を参照して、図５（ｂ）の等価回路において、力行状態におけるリアクトルＬ１の電流は、ダイオードＤ１、電源配線ＰＬ、負荷３０および接地配線ＧＬを介した電流経路１０６により還流することができる。また、回生状態におけるリアクトルＬ１の電流は、ダイオードＤ４，Ｄ３を介した電流経路１０７により還流することができる。電流経路１０６，１０７によって、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギを放出することができる。
【００５４】
図７（ｂ）を参照して、図５（ｂ）の等価回路において、力行状態におけるリアクトルＬ２の電流は、ダイオードＤ１、電源配線ＰＬ、負荷３０、接地配線ＧＬおよびダイオードＤ４を介した電流経路１０８により還流することができる。また、回生状態におけるリアクトルＬ２の電流は、ダイオードＤ３を介した電流経路１０９により還流することができる。電流経路１０８，１０９によって、リアクトルＬ２に蓄積されたエネルギを放出することができる。
【００５５】
以上のように、電圧変換器５０では、パラレル接続モードでの動作時において、いかなる動作状態においても、リアクトルＬ１，Ｌ２に蓄積されたエネルギを放出する還流経路が確保されている。
【００５６】
次に、図８および図９を用いて、電力変換器５０のシリーズ接続モードでの動作について説明する。
【００５７】
図８（ａ）に示されるように、スイッチング素子Ｓ３をオン固定することによって、直流電源１０および２０を電源配線ＰＬに対して直列に接続することができる。このときの等価回路が図８（ｂ）に示される。
【００５８】
図８（ｂ）を参照して、シリーズ接続モードでは、直列接続された直流電源１０および２０と電源配線３０との間では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３を共通にオンオフ制御することによって、図３（ａ），（ｂ）に示した、下アーム素子のオン期間の状態と、上アーム素子のオン期間とを交互に形成できる。なお、スイッチング素子Ｓ１は、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のオフ期間にオンされることによって、負荷３０からの回生を制御するスイッチとして動作する。また、オン固定されたスイッチング素子Ｓ３により、リアクトルＬ１をスイッチング素子Ｓ４と接続する配線１５が等価的に形成される。
【００５９】
図８に示した回路動作においても、図６，図７で説明したのと同様に、リアクトルＬ１，Ｌ２の蓄積エネルギを放出するための還流経路が必要である。
【００６０】
図９には、図８に示した回路動作時（シリーズ接続モード）におけるリアクトルの還流経路が示される。図９（ａ）には、力行状態における還流経路が示され、図９（ｂ）には、回生状態における還流経路が示される。
【００６１】
図９（ａ）を参照して、図８（ｂ）の等価回路において、力行状態におけるリアクトルＬ１の電流は、配線１５、ダイオードＤ２，Ｄ１、電源配線ＰＬ、負荷３０、および接地配線ＧＬを介した電流経路１１１によって還流することができる。また、力行状態におけるリアクトルＬ２の電流は、ダイオードＤ１、電源配線ＰＬ、負荷３０、ダイオードＤ４、および配線１５を介した電流経路１１２により還流することができる。なお、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４を同時にオンオフしていれば、リアクトルＬ１，Ｌ２の電流は等しいため、配線１５には電流が流れない。この結果、ダイオードＤ２，Ｄ４にも電流は流れない。
【００６２】
図９（ｂ）を参照して、図８（ｂ）の等価回路において、回生状態におけるリアクトルＬ１の電流は、ダイオードＤ４および配線１５を介した電流経路１１３によって還流することができる。同様に、回生状態におけるリアクトルＬ２の電流は、ダイオードＤ２および配線１５を介した電流経路１１４によって還流することができる。なお、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４を同時にオンオフしていれば、リアクトルＬ１，Ｌ２の電流は等しいため、ダイオードＤ２，Ｄ４の電流も等しくなる。この結果、配線１５には電流が流れない。
【００６３】
このように、電圧変換器５０では、シリーズ接続モードでの動作時において、力行状態および回生状態のいずれにおいても、リアクトルＬ１，Ｌ２に蓄積されたエネルギを放出する還流経路が確保されている。
【００６４】
次に、電力変換器５０の具体的な直流電圧変換動作について詳細に説明する。まず、図１０および図１１を用いて、パラレル接続モードにおける昇圧動作について説明する。
【００６５】
図１０には、パラレル接続モードにおける直流電源１０に対する直流電圧変換（昇圧動作）が示される。
【００６６】
図１０（ａ）を参照して、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のペアをオンし、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のペアをオフすることによって、リアクトルＬ１にエネルギを蓄積するための電流経路１２０が形成される。これにより、図３（ａ）と同様に、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。
【００６７】
これに対して、図１０（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のペアをオンし、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のペアをオフすることによって、リアクトルＬ１の蓄積エネルギを直流電源１０のエネルギとともに出力するための電流経路１２１が形成される。これにより、図３（ｂ）と同様に、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。
【００６８】
スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の少なくとも一方がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の少なくとも一方がオフされている第２の期間とを交互に繰返すことにより、図１０（ａ）の電流経路１２０および図１０（ｂ）の電流経路１２１が交互に形成される。
【００６９】
この結果、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のペアを等価的に上アーム素子とし、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のペアを等価的に下アーム素子とする昇圧チョッパ回路が、直流電源１０に対して構成される。図１０に示される直流電圧変換動作では、直流電源２０への電流流通経路がないため、直流電源１０および２０は互いに非干渉である。すなわち、直流電源１０および２０に対する電力の入出力を独立に制御することが可能である。
【００７０】
このような直流電圧変換において、直流電源１０の電圧Ｖ［１］と、電源配線ＰＬの出力電圧Ｖｏとの間には、下記（２）式に示す関係が成立する。（２）式では、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のペアがオンされる第１の期間のデューティ比をＤａとする。
【００７１】
Ｖｏ＝１／（１−Ｄａ）・Ｖ［１］        …（２）
図１１には、パラレル接続モードにおける直流電源２０に対する直流電圧変換（昇圧動作）が示される。
【００７２】
図１１（ａ）を参照して、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のペアをオンし、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のペアをオフすることによって、リアクトルＬ２にエネルギを蓄積するための電流経路１３０が形成される。これにより、図３（ａ）と同様に、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。
【００７３】
これに対して、図１１（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のペアをオンし、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のペアをオフすることによって、リアクトルＬ２の蓄積エネルギを直流電源２０のエネルギとともに出力するための電流経路１３１が形成される。これにより、図３（ｂ）と同様に、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。
【００７４】
スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４の少なくとも一方がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のペアがオンされる一方で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３の少なくとも一方がオフされている第２の期間とを交互に繰返すことにより、図１１（ａ）の電流経路１３０および図１１（ｂ）の電流経路１３１が交互に形成される。
【００７５】
この結果、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のペアを等価的に上アーム素子とし、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のペアを等価的に下アーム素子とする昇圧チョッパ回路が、直流電源２０に対して構成される。図１１に示される直流電圧変換動作では、直流電源１０への電流流通経路がないため、直流電源１０および２０は互いに非干渉である。すなわち、直流電源１０および２０に対する電力の入出力を独立に制御することが可能である。
【００７６】
このような直流電圧変換において、直流電源２０の電圧Ｖ［２］と、電源配線ＰＬの出力電圧Ｖｏとの間には、下記（３）式に示す関係が成立する。（３）式では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のペアがオンされる第１の期間のデューティ比をＤｂとする。
【００７７】
Ｖｏ＝１／（１−Ｄｂ）・Ｖ［２］        …（３）
次に、図１２を用いて、シリーズ接続モードにおける直流電圧変換（昇圧動作）を説明する。
【００７８】
図１２（ａ）を参照して、直流電源１０，２０を直列接続するためにスイッチング素子Ｓ３がオン固定される一方で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のペアがオンし、スイッチング素子Ｓ１がオフされる。これにより、リアクトルＬ１，Ｌ２にエネルギを蓄積するための電流経路１４０，１４１が形成される。この結果、直列接続された直流電源１０，２０に対して、図３（ａ）と同様に、昇圧チョッパ回路の下アーム素子をオンした状態が形成される。
【００７９】
これに対して、図１２（ｂ）を参照して、スイッチング素子Ｓ３をオン固定したままで、図１２（ａ）とは反対に、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のペアがオフし、スイッチング素子Ｓ１がオンされる。これにより、電流経路１４２が形成される。電流経路１４２により、直列接続された直流電源１０，２０からのエネルギと、リアクトルＬ１，Ｌ２に蓄積されたエネルギとの和が電源配線ＰＬへ出力される。この結果、直列接続された直流電源１０，２０に対して、図３（ｂ）と同様に、昇圧チョッパ回路の上アーム素子をオンした状態が形成される。
【００８０】
スイッチング素子Ｓ３がオン固定された下で、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のペアがオンされる一方でスイッチング素子Ｓ１がオフされている第１の期間と、スイッチング素子Ｓ１がオンされる一方でスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４の少なくとも一方がオフされている第２の期間とを交互に繰返すことにより、図１２（ａ）の電流経路１４０，１４１および図１２（ｂ）の電流経路１４２が交互に形成される。
【００８１】
シリーズ接続モードの直流電圧変換では、直流電源１０の電圧Ｖ［１］、直流電源２０の電圧Ｖ［２］、および、電源配線ＰＬの出力電圧Ｖｏの間には、下記（４）式に示す関係が成立する。（４）式では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４のペアがオンされる第１の期間のデューティ比をＤｃとする。
【００８２】
Ｖｏ＝１／（１−Ｄｃ）・（Ｖ［１］＋Ｖ［２］）        …（４）
ただし、Ｖ［１］およびＶ［２］が異なるときや、リアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスが異なるときには、図１２（ａ）の動作終了時におけるリアクトルＬ１，Ｌ２の電流値がそれぞれ異なる。したがって、図１２（ｂ）の動作への移行直後には、リアクトルＬ１の電流の方が大きいときには電流経路１４３を介して差分の電流が流れる。一方、リアクトルＬ２の電流の方が大きいときには電流経路１４４を介して、差分の電流が流れる。
【００８３】
（各動作モードでの具体的な制御動作）
次に、電力変換器５０の各動作モードでの具体的な制御動作について説明する。まず、図１３〜図１８を用いて、パラレル接続モードにおける制御動作を説明する。
【００８４】
図１３には、パラレル接続モードにおける負荷側から見た等価回路が示される。
図１３を参照して、パラレル接続モードでは、直流電源１０と負荷３０との間で直流電力変換を実行する電源ＰＳ１と、直流電源２０と負荷３０との間で直流電力変換を実行する電源ＰＳ２とは、負荷３０に対して並列に電力を授受する。電源ＰＳ１は、図１０に示した直流電圧変換動作を実行する昇圧チョッパ回路に相当する。同様に、電源ＰＳ１は、図１１に示した直流電圧変換動作を実行する昇圧チョッパ回路に相当する。
【００８５】
すなわち、電源ＰＳ１は、直流電源１０の電圧Ｖ［１］および出力電圧Ｖｏの間で、式（２）に示した電圧変換比による直流電圧変換機能を有する。同様に、電源ＰＳ２は、直流電源２０の電圧Ｖ［２］および出力電圧Ｖｏの間で、式（３）に示した電圧変換比による直流電圧変換機能を有する。
【００８６】
パラレル接続モードでは、両方の電源で共通の制御（出力電圧Ｖｏの電圧制御）を同時に実行すると、負荷側で、電源ＰＳ１およびＰＳ２が並列接続される形になるため、回路が破綻する可能性がある。したがって、電源ＰＳ１および電源ＰＳ２の一方の電源が、出力電圧Ｖｏを制御する電圧源として動作する。そして、電源ＰＳ１および電源ＰＳ２の他方の電源は、当該電源の電流を電流指令値に制御する電流源として動作する。各電源ＰＳ１，ＰＳ２での電圧変換比は、電圧源または電流源として動作するように制御される。
【００８７】
電源ＰＳ１を電流源とし電源ＰＳ２を電圧源として制御した場合には、直流電源１０の電力Ｐ［１］、直流電源２０の電力Ｐ［２］、負荷３０の電力Ｐｏおよび、電流源における電流指令値Ｉｉ＊の間には、下記（５）式の関係が成立する。
【００８８】
Ｐ［２］＝Ｐｏ−Ｐ［１］＝Ｐｏ−Ｖ［１］・Ｉｉ＊      …（５）
直流電源１０の電圧Ｖ［１］の検出値に応じて、Ｐ＊＝Ｖ［１］・Ｉｉ＊が一定になるように電流指令値Ｉｉ＊を設定すれば、電流源を構成する直流電源１０の電力Ｐ［１］を電力指令値Ｐｉ＊に制御できる。
【００８９】
これに対して、電源ＰＳ２を電流源とし電源ＰＳ１を電圧源として制御した場合には、下記（６）式の関係が成立する。
【００９０】
Ｐ［１］＝Ｐｏ−Ｐ［２］＝Ｐｏ−Ｖ［２］・Ｉｉ＊      …（６）
同様に、電流源を構成する直流電源２０の電力Ｐ［２］についても、Ｐ＊＝Ｖ［２］・Ｉｉ＊が一定になるように電流指令値Ｉｉ＊を設定すれば、電力指令値Ｐｉ＊に制御できる。
【００９１】
図１４には直流電源１０に対応する電源ＰＳ１の具体的な制御動作例を説明するための波形図が示される。
【００９２】
図１４を参照して、電源ＰＳ１でのデューティ比Ｄａ（式（２）参照）は、電圧源として動作するための電圧フィードバック制御（図１６）または電流源として動作するための電流フィードバック制御（図１７）によって算出される。なお、図１４中では、デューティ比Ｄａを示す電圧信号を、同一の符号Ｄａで示している。
【００９３】
電源ＰＳ１の制御パルス信号ＳＤａは、デューティ比Ｄａと、周期的なキャリア信号２５との比較に基づくパルス幅変調（ＰＷＭ）制御によって生成される。一般的に、キャリア信号２５には、三角波が用いられる。キャリア信号２５の周期は、各スイッチング素子のスイッチング周波数に相当し、キャリア信号２５の振幅は、Ｄａ＝１．０に対応する電圧に設定される。
【００９４】
制御パルス信号ＳＤａは、デューティ比Ｄａを示す電圧が、キャリア信号２５の電圧よりも高いときに論理ハイレベル（以下、Ｈレベル）に設定される一方で、キャリア信号２５の電圧よりも低いときに論理ローレベル（以下、Ｌレベル）に設定される。制御パルス信号／ＳＤａは、制御パルス信号ＳＤａの反転信号である。デューティ比Ｄａが高くなると、制御パルス信号ＳＤａのＨレベル期間が長くなる。反対に、デューティ比Ｄａが低くなると、制御パルス信号ＳＤａのＬレベル期間が長くなる。
【００９５】
したがって、制御パルス信号ＳＤａは、図１０に示した昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。すなわち、制御パルス信号ＳＤａのＨレベル期間で下アーム素子がオンされる一方で、Ｌレベル期間で下アーム素子がオフされる。一方、制御パルス信号／ＳＤａは、図１０に示した昇圧チョッパ回路の上アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。
【００９６】
図１５には直流電源２０に対応する電源ＰＳ２の具体的な制御動作例を説明するための波形図が示される。
【００９７】
図１５を参照して、電源ＰＳ２においても、電源ＰＳ１と同様のパルス幅変調制御によって、デューティ比Ｄｂ（式（３）参照）に基づいて、制御パルス信号ＳＤｂおよび、その反転信号／ＳＤｂが生成される。すなわち、デューティ比Ｄｂが高くなると、制御パルス信号ＳＤｂのＨレベル期間が長くなる。反対に、デューティ比Ｄｂが低くなると、制御パルス信号ＳＤｂのＬレベル期間が長くなる。
【００９８】
したがって、制御パルス信号ＳＤｂは、図１１に示した昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。制御パルス信号／ＳＤｂは、図１１に示した昇圧チョッパ回路の上アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。
【００９９】
なお、デューティ比Ｄｂは、電源ＰＳ１が電圧源として動作するときには、電源ＰＳ２が電流源として動作するための電流フィードバック制御（図１７）によって算出される。反対に、デューティ比Ｄｂは、電源ＰＳ１が電流源として動作するときには、電源ＰＳ２が電圧源として動作するための電圧フィードバック制御（図１６）によって算出される。
【０１００】
図１６には、電圧源として動作する電源の制御ブロック２０１の構成例が示される。
図１６を参照して、制御ブロック２０１は、出力電圧Ｖｏの電圧指令値Ｖｏ＊と、出力電圧Ｖｏの偏差をＰＩ（比例積分）演算したフィードバック制御量と、フィードフォワード制御量ＤｖＦＦとの和に従って、電圧制御のためのデューティ比指令値Ｄｖを生成する。伝達関数Ｈｖは、電圧源として動作する電源ＰＳ１またはＰＳ２の伝達関数に相当する。
【０１０１】
図１７には、電流源として動作する電源の制御ブロック２０２の構成例が示される。
図１７を参照して、制御ブロック２０２は、電流指令値Ｉｉ＊と、電流制御される直流電源１０または２０の電流Ｉｉとの偏差をＰＩ（比例積分）演算したフィードバック制御量と、フィードフォワード制御量ＤｉＦＦとの和に従って、電流制御のためのデューティ比指令値Ｄｉを生成する。伝達関数Ｈｉは、電流源として動作する電源ＰＳ２またはＰＳ１の伝達関数に相当する。
【０１０２】
図１８には、パラレル接続モードにおける各制御データの設定が示される。図１８の左欄には、電源ＰＳ１（直流電源１０）を電流源とし電源ＰＳ２（直流電源２０）を電圧源として制御した場合の各制御データの設定が示される。
【０１０３】
図１８の左欄を参照して、電圧制御のためのデューティ比指令値Ｄｖが、電源ＰＳ２（直流電源２０）のデューティ比Ｄｂに用いられるとともに、電流制御のためのデューティ比指令値Ｄｉが、電源ＰＳ１（直流電源１０）のデューティ比Ｄａに用いられる。電流制御によって制御される電流Ｉｉは、直流電源１０の電流Ｉ［１］となる。なお、電圧制御によって制御される電圧は、電源ＰＳ１，ＰＳ２のいずれを電圧源としても出力電圧Ｖｏである。
【０１０４】
図１６中の伝達関数Ｈｖは、図１１に示した直流電源２０に対応する昇圧チョッパ回路の伝達関数に相当する。また、図１７中の伝達関数Ｈｉは、図１０に示した直流電源１０に対応する昇圧チョッパ回路の伝達関数に相当する。
【０１０５】
電圧制御におけるフィードフォワード制御量ＤｖＦＦは、下記（７）に示すように、出力電圧Ｖｏと直流電源２０の電圧Ｖ［２］との電圧差に応じて設定される。また、電流制御におけるフィードフォワード制御量ＤｉＦＦは、下記（８）に示すように、出力電圧Ｖｏと直流電源１０の電圧Ｖ［１］との電圧差に応じて設定される。
【０１０６】
ＤｖＦＦ＝（Ｖｏ−Ｖ［２］）／Ｖｏ        …（７）
ＤｉＦＦ＝（Ｖｏ−Ｖ［１］）／Ｖｏ        …（８）
デューティ比Ｄａ（Ｄａ＝Ｄｉ）に応じて、図１４に示した制御パルス信号ＳＤａおよび／ＳＤａが生成される。同様に、デューティ比Ｄｂ（Ｄｂ＝Ｄｖ）に応じて、図１５に示した制御パルス信号ＳＤｂおよび／ＳＤｂが生成される。
【０１０７】
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフをそれぞれ制御するための制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４は、電源ＰＳ１の電流制御のための制御パルス信号と、電源ＰＳ２の電圧制御のための制御信号パルスの論理和をとる態様で設定される。
【０１０８】
スイッチング素子Ｓ１は、図１０および図１１の昇圧チョッパ回路の各々で上アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ１のオンオフを制御する制御信号ＳＧ１は、制御パルス信号／ＳＤａおよび／ＳＤｂの論理和によって生成される。すなわち、制御信号ＳＧ１は、制御パルス信号／ＳＤａおよび／ＳＤｂの少なくとも一方がＨレベルの期間でＨレベルに設定される。そして、制御信号ＳＧ１は、制御パルス信号／ＳＤａおよび／ＳＤｂの両方がＬレベルの期間でＬレベルに設定される。
【０１０９】
この結果、スイッチング素子Ｓ１は、図１０の昇圧チョッパ回路（直流電源１０）の上アーム素子および、図１１の昇圧チョッパ回路（直流電源２０）の上アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１１０】
スイッチング素子Ｓ２は、図１０の昇圧チョッパ回路では上アーム素子を形成し、図１１の昇圧チョッパ回路では下アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ２のオンオフを制御する制御信号ＳＧ２は、制御パルス信号／ＳＤａおよびＳＤｂの論理和によって生成される。すなわち、制御信号ＳＧ２は、制御パルス信号／ＳＤａおよびＳＤｂの少なくとも一方がＨレベルの期間でＨレベルに設定される。そして、制御信号ＳＧ２は、制御パルス信号／ＳＤａおよびＳＤｂの両方がＬレベルの期間でＬレベルに設定される。これにより、スイッチング素子Ｓ２は、図１０の昇圧チョッパ回路（直流電源１０）の上アーム素子および、図１１の昇圧チョッパ回路（直流電源２０）の下アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１１１】
同様にして、スイッチング素子Ｓ３の制御信号ＳＧ３は、制御パルス信号ＳＤａおよびＳＤｂの論理和によって生成される。これにより、スイッチング素子Ｓ３は、図１０の昇圧チョッパ回路（直流電源１０）の下アーム素子および、図１１の昇圧チョッパ回路（直流電源２０）の下アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１１２】
また、スイッチング素子Ｓ４の制御信号ＳＧ４は、制御パルス信号ＳＤａおよび／ＳＤｂの論理和によって生成される。これにより、スイッチング素子Ｓ４は、図１０の昇圧チョッパ回路（直流電源１０）の下アーム素子および、図１１の昇圧チョッパ回路（直流電源２０）の上アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１１３】
図１８の右欄には、電源ＰＳ１（直流電源１０）を電圧源とし電源ＰＳ２（直流電源２０）を電流源として制御した場合の各制御データの設定が示される。
【０１１４】
図１８の右欄を参照して、電圧制御のためのデューティ比指令値Ｄｖが、電源ＰＳ１（直流電源１０）のデューティ比Ｄａに用いられるとともに、電流制御のためのデューティ比指令値Ｄｉが、電源ＰＳ２（直流電源２０）のデューティ比Ｄｂに用いられる。電流制御によって制御される電流Ｉｉは、直流電源２０の電流Ｉ［２］となる。電圧制御によって制御される電圧は、出力電圧Ｖｏである。
【０１１５】
図１６中の伝達関数Ｈｖは、図１０に示した直流電源１０に対応する昇圧チョッパ回路の伝達関数に相当する。また、図１７中の伝達関数Ｈｉは、図１１に示した直流電源２０に対応する昇圧チョッパ回路の伝達関数に相当する。
【０１１６】
電圧制御におけるフィードフォワード制御量ＤｖＦＦは、下記（９）に示すように、出力電圧Ｖｏと直流電源１０の電圧Ｖ［１］との電圧差に応じて設定される。また、電流制御におけるフィードフォワード制御量ＤｉＦＦは、下記（１０）に示すように、出力電圧Ｖｏと直流電源２０の電圧Ｖ［２］との電圧差に応じて設定される。
【０１１７】
ＤｖＦＦ＝（Ｖｏ−Ｖ［１］）／Ｖｏ        …（９）
ＤｉＦＦ＝（Ｖｏ−Ｖ［２］）／Ｖｏ        …（１０）
デューティ比Ｄａ（Ｄａ＝Ｄｖ）に応じて、図１４に示した制御パルス信号ＳＤａおよび／ＳＤａが生成される。同様に、デューティ比Ｄｂ（Ｄｂ＝Ｄｉ）に応じて、図１５に示した制御パルス信号ＳＤｂおよび／ＳＤｂが生成される。
【０１１８】
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフをそれぞれ制御するための制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４は、電源ＰＳ１の電圧制御のための制御パルス信号と、電源ＰＳ２の電流制御のための制御信号パルスの論理和をとる態様で設定される。したがって、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４は、図１８の左欄と同様に生成される。
【０１１９】
パラレル接続モードでは、制御信号ＳＧ２およびＳＧ４が相補のレベルに設定されているので、スイッチング素子Ｓ２およびＳ４は相補的にオンオフされる。これにより、図４に示したＶ［２］＞Ｖ［１］のときの動作と、図５に示したＶ［１］＞Ｖ［２］の動作とが、自然に切換えられる。さらに、各動作において、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３が相補にオンオフされることにより、電源ＰＳ１，ＰＳ２のそれぞれにおいて、デューティ比Ｄａ，Ｄｂに従った直流電圧変換が実行できる。
【０１２０】
次に、図１９〜図２２を用いて、シリーズ接続モードにおける制御動作を説明する。
図１９には、シリーズ接続モードにおける負荷側から見た等価回路が示される。
【０１２１】
図１９を参照して、シリーズ接続モードでは、負荷３０に対して、電源ＰＳ１および電源ＰＳ２が直列に接続される。このため、電源ＰＳ１およびＰＳ２を流れる電流は共通となる。したがって、出力電圧Ｖｏを制御するためには、電源ＰＳ１およびＰＳ２は、共通に電圧制御されることが必要である。
【０１２２】
直列接続された電源ＰＳ１およびＰＳ２は、図１２に示した直流電圧変換動作を実行する昇圧チョッパ回路に相当する。すなわち、電源ＰＳ１，ＰＳ２は、直流電源１０，２０の電圧Ｖ［１］およびＶ［２］の和と、出力電圧Ｖｏとの間で、式（４）に示した電圧変換比による直流電圧変換機能を有する。
【０１２３】
シリーズ接続モードでは、直流電源１０の電力Ｐ［１］および直流電源２０の電力Ｐ［２］を直接制御することはできない。直流電源１０の電力Ｐ［１］および電圧Ｖ［１］と、直流電源２０の電力Ｐ［２］および電圧Ｖ［２］との間には、下記（１１）式の関係が成立する。なお、電力Ｐ［１］および電力Ｐ［２］の和が、負荷３０の電力Ｐｏとなる点（Ｐｏ＝Ｐ［１］＋Ｐ［２］）は、パラレル接続モードと同様である。
【０１２４】
Ｐ［１］：Ｐ［２］＝Ｖ［１］：Ｖ［２］      …（１１）
図２０を参照して、電源ＰＳ１，ＰＳ２に共通のデューティ比Ｄｃ（式（４）参照）は、電圧源として動作するための電圧フィードバック制御（図２１）によって算出される。なお、図２０中では、デューティ比Ｄｃを示す電圧信号を、同一の符号Ｄｃで示している。
【０１２５】
制御パルス信号ＳＤｃは、図１４および図１５と同様のパルス幅変調制御によって、デューティ比Ｄｃ（式（４）参照）に基づいて生成される。制御パルス信号／ＳＤｃは、制御パルス信号ＳＤｃの反転信号である。デューティ比Ｄｃが高くなると、制御パルス信号ＳＤｃのＨレベル期間が長くなる。反対に、デューティ比Ｄｃが低くなると、制御パルス信号ＳＤｃのＬレベル期間が長くなる。
【０１２６】
したがって、制御パルス信号ＳＤｃは、図１２に示した昇圧チョッパ回路の下アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。一方、制御パルス信号／ＳＤｃは、図１２に示した昇圧チョッパ回路の上アーム素子のオンオフを制御する信号に対応する。
【０１２７】
図２１には、シリーズ接続モードにおける制御ブロック２０３の構成例が示される。
図２１を参照して、制御ブロック２０３は、出力電圧Ｖｏの電圧指令値Ｖｏ＊と、出力電圧Ｖｏの偏差をＰＩ（比例積分）演算したフィードバック制御量と、フィードフォワード制御量ＤｖＦＦとの和に従って、電圧制御のためのデューティ比指令値Ｄｖを生成する。伝達関数Ｈｖは、直列接続された電源ＰＳ１，ＰＳ２の伝達関数に相当する。
【０１２８】
図２２には、シリーズ接続モードにおける各制御データの設定が示される。
図２２を参照して、図２１に示した電圧制御のためのデューティ比指令値Ｄｖが、デューティ比Ｄｃに用いられる。電圧制御によって制御される電圧は、出力電圧Ｖｏである。図２１中の伝達関数Ｈｖは、図１２に示した昇圧チョッパ回路の伝達関数に相当する。ま  フィードフォワード制御量ＤｖＦＦは、下記（１２）に示すように、直列接続された電源電圧Ｖ［１］＋Ｖ［２］と、出力電圧Ｖｏとの電圧差に応じて設定される。
【０１２９】
ＤｖＦＦ＝（Ｖｏ−（Ｖ［２］＋Ｖ［１］））／Ｖｏ        …（１２）
デューティ比Ｄｃ（Ｄｃ＝Ｄｖ）に応じて、図２０に示した制御パルス信号ＳＤｃおよび／ＳＤｃが生成される。
【０１３０】
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフをそれぞれ制御するための制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４は、制御パルス信号ＳＤｃおよび／ＳＤｃに従って、図１２に示した昇圧チョッパ回路を制御するように設定される。
【０１３１】
シリーズ接続モードでは、スイッチング素子Ｓ３をオン固定することによって、直流電源１０および２０が直列に接続される。したがって、制御信号ＳＧ３は、Ｈレベルに固定される。
【０１３２】
スイッチング素子Ｓ１は、図１２の昇圧チョッパ回路では上アーム素子を形成する。したがって、制御パルス信号／ＳＤｃが制御信号ＳＧ１として用いられる。また、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４は、図１２の昇圧チョッパ回路では下アーム素子を形成する。したがって、制御パルス信号ＳＤｃが制御信号ＳＧ２，ＳＧ４として用いられる。
【０１３３】
次に、本実施の形態による電源システム５を具体的に適用した電源システムの構成例および動作について説明する。
【０１３４】
図２３は、本発明の実施の形態による電源システムが適用された電源システムの構成例を示す回路図である。
【０１３５】
図２３を参照して、直流電源１０としては、複数の電池セルが直列接続された組電池が用いられる。また、直流電源２０としては、直列接続された複数の電気二重層キャパシタが用いられる。さらに、電力変換器５０からの直流電圧が出力される電源配線ＰＬおよび接地配線ＧＬの間には平滑コンデンサ３５が設けられる。
【０１３６】
負荷３０は、電源配線ＰＬ上の直流電圧Ｖｏを３相交流電圧に変換するための３相インバータ３１と、３相インバータ３１からの３相交流電力を受けて動作するモータジェネレータ３２とを含む。たとえば、モータジェネレータ３２は、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される走行用電動機で構成される。すなわち、モータジェネレータ３２は、
電気自動車やハイブリッド自動車等の減速時には、回生発電を行う。モータジェネレータ３２の発電動作時には、３相インバータ３１は、モータジェネレータ３２が発電した３相交流電力を直流電力に変換して電源配線ＰＬに出力する。この直流電力によって、直流電源１０および／または直流電源２０を充電することができる。
【０１３７】
図２３のシステム構成例では、二次電池で構成される直流電源１０を定常的な電力供給源として使用し、電気二重層キャパシタで構成される直流電源２０を補助的な電力供給源として使用することが好ましい。このため、パラレル接続モードでは、直流電源１０の電力を制御して、二次電池の過充電または過放電を防止するために、直流電源１０を電流制御する。一方、直流電源２０は電圧制御される。
【０１３８】
図２４には、パラレル接続モードでの制御動作例が示される。
図２４を参照して、パラレル接続モードにおいて、出力電圧Ｖｏは、図１６および図１７に示した電圧制御および電流制御によって、電圧指令値Ｖｏ＊に維持される。そして、時刻ｔ１〜ｔ２の間に負荷３０（モータジェネレータ３２）により電力Ｐｏが消費されたケースを想定する。
【０１３９】
このとき、電流制御されている直流電源１０の電力Ｐ［１］は、電流指令値Ｉ＊（電力指令値）に従って、ほぼ一定値に制御される。また、二次電池で構成される直流電源１０の電圧Ｖ［１］は、短時間内では比較的変化が少ない。
【０１４０】
そして、直流電源２０が電圧制御されることによって、出力電圧Ｖｏを電圧指令値Ｖｏ＊に維持するために、負荷３０の電力Ｐｏに対する直流電源１０の電力Ｐ［１］の不足分が直流電源２０から供給される。
【０１４１】
電気二重層キャパシタで構成される直流電源２０の電圧Ｖ［２］は、充放電に応じて敏感に変化する。具体的には、電気二重層キャパシタの電気エネルギＥｃ、キャパシタの容量Ｃ、およびキャパシタの電圧Ｖｃ（Ｖｃ＝Ｖ［２］）の間には、Ｅｃ＝（１／２）・Ｃ・Ｖｃ・Ｖｃの関係が成立することが知られている。したがって、直流電源２０から電力Ｐ［２］（Ｐ［２］＝Ｐｏ−Ｐ［１］）が出力されるのに伴って、直流電源２０の電力Ｐ［２］は低下する。
【０１４２】
このように、パラレル接続モードでは、出力電圧Ｖｏを電圧指令値Ｖｏ＊に従って制御するとともに、負荷３０に対して直流電源１０および２０から並列に電力を授受できる。このため、一方の直流電源からの出力確保が困難な状態（たとえば極低温時）においても、負荷３０に必要なエネルギを供給することが可能である。また、直流電源１０，２０の電力を独立に制御することができるので、直流電源１０，２０の各電力を精密に管理できる。すなわち、直流電源１０，２０の各々を、より安全に使用できる。また、直流電源１０および２０が独立して制御できるので、直流電源１０，２０の間で電力の授受を行うことも可能となる。この結果、たとえば、負荷３０の作動前に、電源配線ＰＬを介して、直流電源１０，２０の一方の電源によって、他方の電源をプリチャージすることも可能である。
【０１４３】
なお、図示は省略するが、負荷３０（モータジェネレータ３２）が発電した回生状態時にも、直流電源１０に充電される電力Ｐ［１］を電流制御によって一定値に維持するとともに、残りの電力を直流電源２０に受入れる電力配分制御を、出力電圧Ｖｏの制御と同時に実現することができる。
【０１４４】
図２５には、シリーズ接続モードでの制御動作例が示される。図２５においても、時刻ｔ１〜ｔ２の間に負荷３０（モータジェネレータ３２）により電力Ｐｏが消費されたケースを想定する。
【０１４５】
図２５を参照して、シリーズ接続モードでは、直流電源１０および２０の電流は共通である。このため、式（１１）に示したように、直流電源１０および２０の間で、電力Ｐ［１］およびＰ［２］の比は、電圧Ｖ［１］およびＶ［２］の比に応じて決まる。
【０１４６】
時刻ｔ１〜ｔ２の間において、キャパシタで構成される直流電源２０の電圧Ｖ［２］は、エネルギの放出に伴って大きく低下する。このため、直流電源２０の電圧Ｖ［２］が低下するのに対応して、直流電源１０の電力Ｐ［１］を増加させるように電圧制御が機能する。これにより、時刻ｔ１〜ｔ２の間においても、出力電圧Ｖｏを電圧指令値Ｖｏ＊に維持することができる。
【０１４７】
図２５に示されるように、直流電源１０，２０を直列接続することにより、一方の直流電源（直流電源２０）の蓄積エネルギを使い切ることも可能となる。なぜなら、シリーズ接続モードにおけるデューティ比Ｄｃは、電圧Ｖ［１］＋Ｖ［２］に対する出力電圧Ｖｏの比に従って設定されるため、一方の直流電源の電圧が低下しても、それ程大きな値とはならないからである。
【０１４８】
これに対して、パラレル接続モードでは、デューティ比Ｄａ，Ｄｂは、電圧Ｖ［１］，Ｖ［２］に対する出力電圧Ｖｏの比に従って設定されるため、一方の直流電源の電圧が低下すると、１．０に近い値となってしまう。その一方で、実際の昇圧チョッパ回路の制御では、上アーム素子および下アーム素子が同時にオンすることを確実に防止するためのデ
ッドタイムを設ける必要があるため、実現可能なデューティ比Ｄａ，Ｄｂには上限値が存在する。したがって、パラレル接続モードのみでは、一方の直流電源の電圧がある程度低下すると電圧制御が不能となってしまう。すなわち、直流電源１０，２０の蓄積エネルギを使い切る点で、パラレル接続モードには一定の限界が存在する。したがって、シリーズ接続モードは、直流電源１０，２０の蓄積エネルギを使い切る点で、パラレル接続モードよりも有利である。
【０１４９】
さらに、シリーズ接続モードでは、負荷３０の電力Ｐｏが同じであれば、電力変換器５０内のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を流れる電流が、パラレル接続モードよりも低下する。シリーズ接続モードでは、直列接続によって電圧Ｖ［１］＋Ｖ［２］に対する直流電圧変換が実行される一方で、パラレル接続モードでは、電圧Ｖ［１］に対する直流電圧変換による電流と、電圧Ｖ［２］に対する直流電圧変換による電流との和が各スイッチング素子を流れるからである。したがって、シリーズ接続モードでは、スイッチング素子での電力損失を低下することにより、効率を向上することができる。さらに、シリーズ接続モードでは、負荷３０と直流電源１０，２０との間での電力授受に伴うの電圧Ｖ［１］，Ｖ［２］の変動の影響を受けることなく、出力電圧Ｖｏを制御することができる。
【０１５０】
このように本実施の形態による電源システムでは、複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の制御によって、２つの直流電源１０，２０を並列接続するモードと直列接続するモードとを使い分けることができる。この結果、負荷電力への対応性（消費電力の供給および発電電力の受入）および電力管理性が向上するパラレル接続モードと、効率および蓄積エネルギの活用性に優れたシリーズ接続モードおよびを使い分けることによって、２つの直流電源１０，２０を有効に使用することができる。
【０１５１】
（電源システムの変形例）
図２６は、本発明の実施の形態の変形例による電源システムの構成を示す回路図である。
【０１５２】
図２６を参照して、本実施の形態による変形例の電源システム５♯は、図１に示した電源システム５と比較して、電力変換器５０に代えて電力変換器５０♯を備える点で異なる。電力変換器５０♯は、図１に示した電力変換器５０と比較して、スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８をさらに含む。スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８に対して、逆並列ダイオードＤ５〜Ｄ８がそれぞれ設けられる。
【０１５３】
電力変換器５０♯は、電力変換器５０に対して、図２７に示すブリッジ型コンバータ５５♯を組み合せたものである。
【０１５４】
図２７を参照して、ブリッジ型コンバータ５５♯は、直流電源および負荷ＬＤの間に接続された、フルブリッジを構成するためのスイッチング素子Ｓａ〜Ｓｄを有する。スイッチング素子Ｓａは電源側の上アーム素子を構成し、スイッチング素子Ｓｂは電源側の下アーム素子を構成する。また、スイッチング素子Ｓｃは負荷側の上アーム素子を構成し、スイッチング素子Ｓｄは負荷側の下アーム素子を構成する。スイッチング素子ＳａおよびＳｂの接続点と、スイッチング素子ＳｃおよびＳｄの接続点との間には、リアクトルＬが電気的に接続される。
【０１５５】
ブリッジ型コンバータ５５♯では、電圧ＰＳから負荷ＬＤへの昇圧動作時（ＶＨ＞Ｖｉ）および降圧動作時（ＶＨ＜Ｖｉ）の間でスイッチングを共通に制御できる直接昇降圧モードと、昇圧動作時および降圧動作時でスイッチング動作を切換える間接昇降圧モードとを選択的に適用できる。
【０１５６】
図２８を参照して、直接昇降圧モードでは、スイッチング素子Ｓａ，Ｓｄのペアと、スイッチング素子Ｓｂ，Ｓｃのペアとが相補的かつ交互にオンオフされる。したがって、スイッチング素子Ｓａ，Ｓｄのペアのオン期間比（デューティ比）をＤとすると、スイッチング素子Ｓｂ，Ｓｃのペアのデューティ比は（１−Ｄ）となる。このときの電圧変換比（ＶＨ／Ｖｉ）は、Ｄ／（１−Ｄ）となるから、ブリッジ型コンバータ５５♯での電圧変換は、下記（１３）式で示される。
【０１５７】
ＶＨ＝Ｄ／（１−Ｄ）・Ｖｉ          …（１３）
式（１３）より、Ｄ＜０．５のときはＶＨ＜Ｖｉ（降圧）となる一方で、Ｄ＞０．５のときはＶＨ＞Ｖｉ（昇圧）となる。すなわち、昇圧および降圧の両方に、デューティ比Ｄによる共通のスイッチング制御によって対応できる。
【０１５８】
図２９を参照して、間接昇降圧モードでは、昇圧時と降圧時とでスイッチング動作が切換えられる。
【０１５９】
昇圧時には、電源側のアームでは、上アーム素子であるスイッチング素子Ｓａがオン固定される一方で、下アーム素子であるスイッチング素子Ｓｂがオフ固定される。これに対して、負荷側のアームでは、スイッチング素子ＳｃおよびＳｄが相補的かつ交互にオンオフされる。したがって、下アーム素子であるスイッチング素子Ｓｄのデューティ比をＤとすると、上アーム素子であるスイッチング素子Ｓｃのデューティ比は（１−Ｄ）となる。
【０１６０】
これにより、ブリッジ型コンバータ５５♯が昇圧チョッパのように動作することになるので、このときの電圧変換比（ＶＨ／Ｖｉ）は、１／（１−Ｄ）となる。すなわち、ブリッジ型コンバータ５５♯の昇圧時の電圧変換は、下記（１４）式で示される。
【０１６１】
ＶＨ＝１／（１−Ｄ）・Ｖｉ          …（１４）
これに対して、降圧時には、負荷側のアームでは、上アーム素子であるスイッチング素子Ｓｃがオン固定される一方で、下アーム素子であるスイッチング素子Ｓｄがオフ固定される。これに対して、電源側のアームにおいて、スイッチング素子ＳａおよびＳｂが相補的かつ交互にオンオフされる。上アーム素子であるスイッチング素子Ｓａのデューティ比をＤとすると、下アーム素子であるスイッチング素子Ｓｂのデューティ比は（１−Ｄ）となる。
【０１６２】
これにより、ブリッジ型コンバータ５５♯が降圧チョッパのように動作することになるので、このときの電圧変換比（ＶＨ／Ｖｉ）はＤとなる。すなわち、ブリッジ型コンバータ５５♯の降圧時の電圧変換は、下記（１５）式で示される。
【０１６３】
ＶＨ＝Ｄ・Ｖｉ          …（１５）
本実施の形態による変形例の電源システム５♯についても、上記直接昇降圧モードおよび間接昇降圧モードの各々において、パラレル接続モードおよびシリーズ接続モードを切換えることができる。
【０１６４】
パラレル接続モードでは、電源システム５と同様に、直流電源１０および２０の一方が電圧制御され、他方が電流制御される。
【０１６５】
再び図２６を参照して、パラレル接続モードでは、直流電源１０に対しては、スイッチング素子Ｓ５を電源側の上アーム素子（図２７のスイッチング素子Ｓａ）、スイッチング素子Ｓ６を電源側の下アーム素子（図２７のスイッチング素子Ｓｂ）、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のペアを負荷側の上アーム素子（図２７のスイッチング素子Ｓｃ）、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のペアを負荷側の下アーム素子（図２７のスイッチング素子Ｓｄ）とする、ブリッジ型コンバータが等価的に構成される。
【０１６６】
同様に、直流電源２０に対しては、スイッチング素子Ｓ７を電源側の上アーム素子（図２７のスイッチング素子Ｓａ）、スイッチング素子Ｓ８を電源側の下アーム素子（図２７のスイッチング素子Ｓｂ）、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のペアを負荷側の上アーム素子（図２７のスイッチング素子Ｓｃ）、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のペアを負荷側の下アーム素子（図２７のスイッチング素子Ｓｄ）とする、ブリッジ型コンバータが等価的に構成される。
【０１６７】
図３０を参照して、パラレル接続モードでは、図１６または図１７の制御ブロック図に従って、直流電源１０を電圧制御または電流制御することによって、デューティ比Ｄａが算出される。直流電源１０が電圧制御されるときには、デューティ比Ｄａは、電圧制御のためのデューティ比指令値Ｄｖ（図１６）であり、デューティ比Ｄｂは、電流制御のためのデューティ比指令値Ｄｉ（図１７）である。反対に、直流電源２０が電圧制御されるときには、デューティ比Ｄａは、電流制御のためのデューティ比指令値Ｄｉ（図１７）であり、デューティ比Ｄｂは、電圧制御のためのデューティ比指令値Ｄｖ（図１６）である。デューティ比Ｄａ，Ｄｂは、図１４および図１５と同様のＰＷＭ制御によって求めることができる。
【０１６８】
再び図２６を参照して、シリーズ接続モードでは、スイッチング素子Ｓ３をオン固定することによって、直流電源１０および２０が直列に接続される。そして、直列接続された直流電源１０，２０に対して、スイッチング素子Ｓ１が負荷側の上アーム素子を形成するとともに、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４が負荷側の下アーム素子を形成するブリッジ型コンバータが等価的に構成される。なお、電源側アームでは、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ７が上アーム素子を形成し、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８が下アーム素子を形成する。
【０１６９】
再び図３０を参照して、シリーズ接続モードでは、電源システム５と同様に、直列接続された直流電源１０および２０が電圧制御される。すなわち、図２１の制御ブロック図に従って、出力電圧Ｖｏを電圧制御することによって、デューティ比Ｄｃが算出される。デューティ比Ｄｃは、図１６でのデューティ比指令値Ｄｖに相当する。デューティ比Ｄｃは、図２０と同様のＰＷＭ制御によって求めることができる。
【０１７０】
次に、直接昇降圧モードおよび間接昇降圧モードの各々における、パラレル接続モードおよびシリーズ接続モードでのスイッチング素子のオンオフ制御について、図３１〜図３４を用いてさらに詳細に説明する。
【０１７１】
図３１には、直接昇降圧モードにおけるパラレル接続モードでのスイッチング素子のオンオフ制御が示される。
【０１７２】
上述のように、電源側アームに対応するスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８のうち、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ７は上アーム素子に対応し、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８は下アーム素子に対応する。したがって、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ７は、図２８でのスイッチング素子Ｓａのオンオフ制御と同様に制御される。具体的には、スイッチング素子Ｓ５の制御信号ＳＧ５は、直流電源１０のデューティ比Ｄａに基づく制御パルス信号ＳＤａに相当する。
【０１７３】
同様に、スイッチング素子Ｓ７の制御信号ＳＧ７は、直流電源２０のデューティ比Ｄｂに基づく制御パルス信号ＳＤｂに相当する。また、下アーム素子に対応するスイッチング素子Ｓ６，Ｓ８について、スイッチング素子Ｓ６の制御信号ＳＧ６は、制御信号ＳＧ５の反転信号（すなわち／ＳＤａ）に相当し、スイッチング素子Ｓ８の制御信号ＳＧ８は、制御信号ＳＧ７の反転信号（すなわち／ＳＤｂ）に相当する。
【０１７４】
電源システム５♯において、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、負荷側アームを形成する。スイッチング素子Ｓ１は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータと、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータとの各々において、負荷側の上アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ１の制御信号ＳＧ１は、直流電源１０側のデューティ比（１−Ｄａ）に従った制御信号ＳＧ６（／ＳＤａ）、および直流電源２０側のデューティ比（１−Ｄｂ）に従った制御信号ＳＧ８（／ＳＤｂ）の論理和に従って生成される。この結果、スイッチング素子Ｓ１は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータの負荷側の上アーム素子および、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータの負荷側の上アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１７５】
スイッチング素子Ｓ２は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータでは上アーム素子を形成する一方で、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータでは下アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ２の制御信号ＳＧ２は、制御信号ＳＧ６（／ＳＤａ）およびＳＧ７（ＳＤｂ）の論理和に従って生成される。この結果、スイッチング素子Ｓ２は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータの負荷側の上アーム素子および、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータの負荷側の下アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１７６】
スイッチング素子Ｓ３は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータと、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータとの各々において、負荷側の下アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ３の制御信号ＳＧ３は、制御信号ＳＧ５（ＳＤａ）およびＳＧ７（ＳＤｂ）の論理和に従って生成される。この結果、スイッチング素子Ｓ３は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータの負荷側の下アーム素子および、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータの負荷側の下アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１７７】
スイッチング素子Ｓ４は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータでは下アーム素子を形成する一方で、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータでは上アーム素子を形成する。したがって、スイッチング素子Ｓ４の制御信号ＳＧ４は、制御信号ＳＧ５（ＳＤａ）およびＳＧ８（／ＳＤｂ）の論理和に従って生成される。この結果、スイッチング素子Ｓ４は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータの負荷側の下アーム素子および、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータの負荷側の上アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１７８】
図３１に従うオンオフ制御によって、電源システム５♯の直接昇降圧モードにおいて、電源システム５と同様に、負荷３０に対して直流電源１０および２０から並列に電力を授受することが可能なパラレル接続モードが実現できる。
【０１７９】
図３２には、直接昇降圧モードにおけるシリーズ接続モードでのスイッチング素子のオンオフ制御が示される。
【０１８０】
図３２を参照して、シリーズ接続モードでは、電源側アームでは、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ７が上アーム素子を形成し、スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８が下アーム素子を形成する。したがって、制御信号ＳＧ５，ＳＧ７は、電源側の上アーム素子を制御するための、図２８の制御信号Ｓａと同様に設定される。すなわち、制御信号ＳＧ５，ＳＧ７は、デューティ比Ｄｃに基づく制御信号ＳＤｃに相当する。また、制御信号ＳＧ６，ＳＧ８は、電源側の上アーム素子を制御するための、図２８の制御信号Ｓｂと同様に設定される。すなわち、制御信号ＳＧ６，ＳＧ８は、デューティ比（１−Ｄｃ）に基づく制御信号／ＳＤｃに相当する。
【０１８１】
一方、負荷側アームでは、直流電源１０，２０を直列に接続するために、スイッチング素子Ｓ３はオン固定される。すなわち、制御信号ＳＧ３はＨレベルに固定される。さらに、直列接続された直流電源１０，２０に対して、スイッチング素子Ｓ１が上アーム素子を形成し、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４が下アーム素子を形成する。したがって、制御信号ＳＧ１は、負荷側の上アーム素子を制御するための、図２８の制御信号Ｓｃと同様に設定される。すなわち、制御信号ＳＧ１は、デューティ比（１−Ｄｃ）に基づく制御信号／ＳＤｃに相当する。また、制御信号ＳＧ２，ＳＧ４は、負荷側の下アーム素子を制御するための、図２８の制御信号Ｓｄと同様に設定される。すなわち、制御信号ＳＧ２，ＳＧ４は、デューティ比Ｄｃに基づく制御信号ＳＤｃに相当する。
【０１８２】
図３２に従うオンオフ制御によって、電源システム５♯の直接昇降圧モードにおいて、電源システム５（電力変換器５０）と同様のシリーズ接続モードを実現することができる。
【０１８３】
図３３には、間接昇降圧モードにおけるパラレル接続モードでのスイッチング素子のオンオフ制御が示される。
【０１８４】
図３３を参照して、間接昇降圧モードでは昇圧および降圧の間でスイッチング制御を切換える必要がある。したがって、パラレル接続モードでは、直流電源１０の昇圧／降圧と直流電源２０の昇圧／降圧との組み合わせに従って、電圧Ｖ［１］，Ｖ［２］と出力電圧Ｖｏとの高低に基づいて、４通りのスイッチング制御を切換える必要がある。
【０１８５】
直流電源１０側の電源側アームに対応するスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータが昇圧／降圧のいずれで動作するかに従って、図２９でのスイッチング素子Ｓａ，Ｓｂのオンオフ制御と同様に制御される。すなわち、昇圧時には、制御信号ＳＧ５がＨレベルに固定される一方で、制御信号ＳＧ６がＬレベルに固定される。降圧時には、制御信号ＳＧ５が、直流電源１０のデューティ比Ｄａに基づく制御パルス信号ＳＤａに相当し、制御信号ＳＧ６は、制御信号ＳＧ５の反転信号（すなわち、／ＳＤａ）に相当する。
【０１８６】
直流電源２０側の電源側アームに対応するスイッチング素子Ｓ７，Ｓ８は、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータが昇圧／降圧のいずれで動作するかに従って、図２９でのスイッチング素子Ｓａ，Ｓｂのオンオフ制御と同様に制御される。すなわち、昇圧時には、制御信号ＳＧ７がＨレベルに固定される一方で、制御信号ＳＧ８がＬレベルに固定される。降圧時には、制御信号ＳＧ７が、直流電源２０のデューティ比Ｄｂに基づく制御パルス信号ＳＤｂに相当し、制御信号ＳＧ８は、制御信号ＳＧ７の反転信号（すなわち、／ＳＤｂ）に相当する。
【０１８７】
負荷側アームに対応するスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、上述のように、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータでの上アーム素子または下アーム素子と、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータでの上アーム素子または下アーム素子を形成する。したがって、上述のように、それぞれのコンバータにおける上アーム素子または下アーム素子の両方の機能を実現するように、オンオフ制御される。
【０１８８】
たとえば、スイッチング素子Ｓ１は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータでの上アーム素子（Ｓｃ）の制御信号と、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータでの上アーム素子（Ｓｃ）の制御信号との論理和に従って制御される。具体的には、スイッチング素子Ｓ１の制御信号ＳＧ１は、直流電源１０，２０の両方について昇圧するときには、スイッチング素子Ｓｃによるデューティ比（１−Ｄａ），（１−Ｄｂ）に従う制御のために、制御信号／ＳＤａおよび／ＳＤｂの論理和に従って設定される。これに対して、直流電源１０側で昇圧し、直流電源２０側で降圧するときには、昇圧側のスイッチング素子Ｓｃによるデューティ比（１−Ｄａ）による制御と、降圧側のスイッチング素子Ｓｃによるオン固定との両方を実現するために、制御信号ＳＧ１は、制御信号／ＳＤａとＨレベル信号との論理和に従って設定される。
【０１８９】
同様に、直流電源１０側で降圧し、直流電源２０側で昇圧するときには、降圧側のスイッチング素子Ｓｃによるオン固定と、昇圧側のスイッチング素子Ｓｃによるデューティ比（１−Ｄｂ）による制御との両方を実現するために、制御信号ＳＧ１は、Ｈレベル信号と制御信号／ＳＤｂとの論理和に従って設定される。
【０１９０】
さらに、直流電源１０，２０の両方について降圧するときには、直流電源１０，２０側の各々でのスイッチング素子Ｓｃによるオン固定を実現するために、制御信号ＳＧ１は、Ｈレベル信号同士の論理和に従って制御される。
【０１９１】
スイッチング素子ＳＧ２の制御信号ＳＧ２は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータでの上アーム素子（Ｓｃ）の制御信号（図２９）と、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータでの下アーム素子（Ｓｄ）の制御信号（図２９）との論理和に従って、スイッチング制御信号ＳＧ１で説明したのと同様に設定される。同様に、制御信号ＳＧ３は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータでの下アーム素子（Ｓｄ）の制御信号（図２９）と、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータでの下アーム素子（Ｓｄ）の制御信号（図２９）との論理和に従って設定される。また、制御信号ＳＧ４は、直流電源１０に対応するブリッジ型コンバータでの下アーム素子（Ｓｄ）の制御信号（図２９）と、直流電源２０に対応するブリッジ型コンバータでの上アーム素子（Ｓｃ）の制御信号（図２９）との論理和に従って設定される
図３３に従うオンオフ制御によって、電源システム５♯の間接昇降圧モードにおいて、電源システム５と同様に、負荷３０に対して直流電源１０および２０から並列に電力を授受することが可能なパラレル接続モードが実現できる。
【０１９２】
図３４には、間接昇降圧モードにおけるシリーズ接続モードでのスイッチング素子のオンオフ制御が示される。
【０１９３】
図３４を参照して、シリーズ接続モードでは、直列接続された直流電源１０，２０の電圧（Ｖ［１］＋Ｖ［２］＝Ｖｉ）と出力電圧Ｖｏとの高低に基づいて、昇圧（Ｖｉ＜Ｖｏ）／降圧（Ｖｉ＞Ｖｏ）のスイッチング制御を切換える必要がある。
【０１９４】
昇圧時には、図２９に従って、電源側の上アーム素子を形成するスイッチング素子Ｓ５，Ｓ７をオン固定するために、制御信号ＳＧ５，ＳＧ７はＨレベルに固定される。さらに、電源側の下アーム素子を形成するスイッチング素子Ｓ６，Ｓ８をオフ固定するために、制御信号ＳＧ６，ＳＧ８はＬレベルに固定される。
【０１９５】
一方で、負荷側のアームを形成するスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のうち、スイッチング素子Ｓ３は、直流電源１０，２０を直列接続するためにオン固定される。上述のように、直列接続された直流電源１０，２０に対応するコンバータにおいて、スイッチング素子Ｓ１は負荷側の上アーム素子に相当し、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４は、負荷側の下アーム素子に相当する。したがって、スイッチング素子Ｓ１の制御信号ＳＧ１は、図２９の制御信号Ｓｃ（昇圧時）と同様に、デューティ比（１−Ｄｃ）（すなわち、制御信号／ＳＤｃ）に従って設定される。また、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４の制御信号ＳＧ２，ＳＧ４は、図２９の制御信号Ｓｄ（昇圧時）と同様に、デューティ比Ｄｃ（すなわち、制御信号ＳＤｃ）に従って設定される。
【０１９６】
降圧時には、電源側の上アーム素子を形成するスイッチング素子Ｓ５，Ｓ７は、図２９でのスイッチング素子Ｓａと同様に、デューティ比Ｄｃに従って制御される。すなわち、制御信号ＳＧ５，ＳＧ７は、制御信号ＳＤｃに相当する。同様に、電源側の下アーム素子を形成するスイッチング素子Ｓ６，Ｓ８は、図２９でのスイッチング素子Ｓｂと同様にデューティ比（１−Ｄｃ）に従って制御される。すなわち、制御信号ＳＧ６，ＳＧ８は、制御信号／ＳＤｃに相当する。
【０１９７】
また、負荷側のアームを形成するスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のうち、スイッチング素子Ｓ３は、直流電源１０，２０を直列接続するためにオン固定される。そして、上アーム素子のオンオフを制御する制御信号ＳＧ１は、図２９の制御信号Ｓｃ（降圧時）と同様に、Ｈレベルに固定される。また、下アーム素子のオンオフを制御する制御信号ＳＧ２，ＳＧ４は、図２９の制御信号Ｓｄ（降圧時）と同様に、Ｌレベルに固定される。
【０１９８】
図３４に従うオンオフ制御によって、電源システム５♯の間接昇降圧モードにおいて、電源システム５（電力変換器５０）と同様のシリーズ接続モードを実現することができる。
【０１９９】
以上説明したように、図２７に示した電源システム５♯においても、電源システム５と同様に、複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の制御によって、２つの直流電源１０，２０を並列接続するモードと直列接続するモードとを使い分けることができる。
【０２００】
なお、本実施の形態およびその変形例では、直流電源１０および直流電源２０について、二次電池および電気二重層キャパシタに代表される、異なる種類の直流電源を適用する例を説明した。異なる種類、特に、エネルギ密度およびパワー密度（ラゴンプロット）が異なる直流電源を組み合せて負荷へ電力を供給する態様とすれば、特にパラレル接続モードにおいて、互いに苦手な動作領域での出力を補うような形で、広い動作領域に対して負荷電力の確保が容易となる。また、出力電圧が異なる２つの直流電源を組み合わせる場合にも、シリーズ接続モードおよびパラレル接続モードの切換えによって、直流電源を有効に使用できることが期待される。ただし、直流電源１０および２０が、同一定格電圧の電源および／または同一種類の電源であっても、本発明の適用は妨げられることはない点について確認的に記載する。たとえば、同一タイプの直流電源を主電源および副電源として用いる場合に、本発明による電源システムを構成することが好適である。
【０２０１】
また、負荷３０は、制御された直流電圧Ｖｏによって動作する機器であれば、任意の機器によって構成できる点について確認的に記載する。すなわち、本実施の形態では、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される走行用電動機およびインバータによって負荷３０が構成される例を説明したが、本発明の適用はこのような場合に限定されるものではない。
【０２０２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２０３】
この発明は、２つの直流電源と負荷との間で電力を授受するための電源システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０２０４】
５，５♯  電源システム、１０，２０，ＰＳ  直流電源、１５  配線、２５  キャリア信号、３０，ＬＤ  負荷、３１  インバータ、３２  モータジェネレータ、３５  平滑コンデンサ、５０，５０♯  電圧変換器、５５♯  ブリッジ型コンバータ、１０１〜１０９，１１１〜１１４，１２０，１２１，１３０，１３１，１４０〜１４２  電流経路、２０１，２０２，２０３  制御ブロック、ＣＨＰ  昇圧チョッパ回路、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｄ１〜Ｄ４  逆並列ダイオード、ＤＴ  デューティ比（昇圧コンバータ回路）、Ｄａ  デューティ比（直流電源１０側）、Ｄｂ  デューティ比（直流電源２０側）、Ｄｉ  デューティ比指令値（電流制御）、Ｄｖ  デューティ比指令値（電圧制御）、ＤｉＦＦ，ＤｖＦＦ  フィードフォワード制御量、ＧＬ  接地配線、Ｉｉ  電流、Ｉｉ＊  電流指令値、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２  リアクトル、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３  ノード、ＰＬ  電源配線、ＰＳ１，ＰＳ２  電源、Ｓ１〜Ｓ８，Ｓａ〜Ｓｄ  電力用半導体スイッチング素子、ＳＤ，ＳＤａ，ＳＤｂ，ＳＤｃ  制御パルス信号、ＳＧ１〜ＳＧ８  制御信号、Ｓｌ  下アーム素子、Ｓｕ  上アーム素子、Ｖ［１］  電圧（直流電源１０）、Ｖ［２］  電圧（直流電源２０)、ＶＨ，Ｖｏ  出力電圧、Ｖｏ＊  電圧指令値。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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