(57)【要約】【課題】装置が大型化して構成に要する費用が嵩むことを防止しつつ複数の電源の接続状態を適切に切り替える。【解決手段】電源装置１の制御装置１８は、第１電源１１と第２電源１２とリアクトル１４とをインバータ３に直列に接続する電流ループを形成する直列状態と、第１電源１１と第２電源１２とを電気負荷としてのインバータ３に並列に接続する並列状態と、を交互に切り替えることによって、インバータ３に印加する電圧を、第１電源１１または第２電源１２の電圧である第１電圧と、第１電源１１および第２電源１２の和の電圧である第２電圧との間の電圧範囲内に制御する。【選択図】図１
2014003858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ノードと第２ノードとの間に接続された第１電源と、
第３ノードと第４ノードとの間に接続された第２電源と、
少なくとも各前記第１ノードおよび前記第２ノードおよび前記第３ノードおよび前記第４ノードに接続された４つの入力端子と２つの出力端子とを具備するスイッチ回路と、
前記２つの出力端子間に接続された電気負荷と、
前記第１電源と前記第１ノードまたは前記第２ノードとの間、および、前記第２電源と前記第３ノードまたは前記第４ノードとの間のうち、少なくとも何れか一方に配置されたリアクトルと、
前記第１ノードと前記第４ノードを接続し、かつ、前記第２ノードと一方の前記出力端子を接続し、かつ、前記第３ノードと他方の前記出力端子を接続することによって、前記第１電源と前記第２電源と前記リアクトルとを前記電気負荷に直列に接続する電流ループを形成して、前記リアクトルの両端電圧を上昇させる直列状態と、
前記第１ノードと前記第３ノードと前記他方の前記出力端子を接続し、かつ、前記第２ノードと前記第４ノードと前記一方の前記出力端子を接続することによって、前記第１電源と前記第２電源とを前記電気負荷に並列に接続して、前記リアクトルの両端電圧を下降させる並列状態と、を交互に切り替えることによって、
前記電気負荷に印加する電圧を、前記第１電源または前記第２電源の電圧である第１電圧と、前記第１電源および前記第２電源の和の電圧である第２電圧との間の電圧範囲内に制御する電圧調整制御を実行する電圧制御手段と、
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記スイッチ回路は、
前記第１ノードと前記第３ノードとの間に接続された第１スイッチと、
前記第１ノードと前記第４ノードとの間に接続された第２スイッチと、
前記第２ノードと前記第４ノードとの間に接続された第３スイッチと、を備え、
前記電圧制御手段は、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチの組と、前記第２スイッチとを、反転して交互に閉接および開放に切り替えることによって、前記直列状態と前記並列状態とを交互に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記電気負荷として電動機を備え、
前記電圧制御手段は、動作モードとして、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチを閉接かつ前記第２スイッチを開放に固定して、前記第１電源と前記第２電源とを前記電動機に並列に接続する並列モードを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電気負荷として電動機を備え、
前記電圧制御手段は、動作モードとして、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチを開放かつ前記第２スイッチを閉接に固定して、前記第１電源と前記第２電源とを前記電動機に直列に接続する直列モードを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電気負荷として電動機を備え、
前記電圧制御手段は、動作モードとして、
前記第１スイッチおよび前記第３スイッチを閉接かつ前記第２スイッチを開放に固定して、前記第１電源と前記第２電源とを前記電動機に並列に接続する並列モードと、
前記第１スイッチおよび前記第３スイッチを開放かつ前記第２スイッチを閉接に固定して、前記第１電源と前記第２電源とを前記電動機に直列に接続する直列モードとを備え、
前記並列モードと前記直列モードとを切り替えるときに前記電圧調整制御を実行することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項６】
前記リアクトルは、前記第１電源と前記第１ノードまたは前記第２ノードとの間に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載の電源装置。
【請求項７】
前記リアクトルとして、前記第２電源と前記第３ノードまたは前記第４ノードとの間に配置された第２のリアクトルを備えることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
複数の前記リアクトルは磁気結合されていることを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
【請求項９】
前記電気負荷と前記２つの出力端子の何れかとの間に配置されたリアクトルを備えることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１つに記載の電源装置。
【請求項１０】
前記電気負荷として電動機を備え、
前記電圧制御手段は、動作モードとして、
前記第１スイッチおよび前記第３スイッチを閉接かつ前記第２スイッチを開放に固定して、前記第１電源と前記第２電源とを前記電動機に並列に接続する並列モードと、
前記並列モードの実行に先立って前記第１スイッチを閉接かつ前記第３スイッチを開放かつ前記第２スイッチを開放にする第１定電流モードと、
前記並列モードの実行に先立って前記第１スイッチを開放かつ前記第３スイッチを閉接かつ前記第２スイッチを開放にする第２定電流モードと、
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、４つの第１〜第４リレーと、２つの２次電池と、昇圧コンバータとを備え、電気負荷に印加される電圧を昇圧コンバータによって調整しつつ、電気負荷に対して２つの２次電池を直列接続状態と並列接続状態とに切り替えて接続する電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、例えば、４つの第１〜第４のスイッチング素子と、２つのリアクトルと、２つの直流電源とを備え、電気負荷に印加される電圧を調整しつつ、電気負荷に対して２つの直流電源を直列接続状態と並列接続状態とに切り替えて接続する電源システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６０８３８号公報
【特許文献２】特開２０１２−０７０５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る電源装置においては、４つの第１〜第４リレーと昇圧コンバータとを備えることに起因して、装置構成に要する部品点数が多くなり、装置が大型化するとともに構成に要する費用が嵩むという問題が生じる。
また、上記従来技術に係る電源システムにおいては、直列接続状態および並列接続状態の各通電経路内に２つのスイッチング素子が含まれることによって導通損失が増大してしまうという問題が生じる。
さらに、上記従来技術に係る電源システムにおいては、リアクトルの総鎖交磁束数が昇圧率の増大に伴って増大傾向に変化することから、損失が増大するとともに、リアクトルを大型化する必要が生じる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、装置が大型化して構成に要する費用が嵩むことを防止しつつ複数の電源の接続状態を適切に切り替えることが可能な電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１の発明に係る電源装置は、第１ノード（例えば、実施の形態での第１ノードＡ）と第２ノード（例えば、実施の形態での第２ノードＢ）との間に接続された第１電源（例えば、実施の形態での第１電源１１）と、第３ノード（例えば、実施の形態での第３ノードＣ）と第４ノード（例えば、実施の形態での第４ノードＤ）との間に接続された第２電源（例えば、実施の形態での一方の第２電源１２）と、少なくとも各前記第１ノードおよび前記第２ノードおよび前記第３ノードおよび前記第４ノードに接続された４つの入力端子（例えば、実施の形態での各入力端子１３ａ，…，１３ｄ）と２つの出力端子（例えば、実施の形態での２つの出力端子１３ｅ，１３ｆ）とを具備するスイッチ回路（例えば、実施の形態でのスイッチ回路１３）と、前記２つの出力端子間に接続された電気負荷（例えば、実施の形態でのインバータ３および電動機２）と、前記第１電源と前記第１ノードまたは前記第２ノードとの間、および、前記第２電源と前記第３ノードまたは前記第４ノードとの間のうち、少なくとも何れか一方に配置されたリアクトル（例えば、実施の形態でのリアクトル１４）と、前記第１ノードと前記第４ノードを接続し、かつ、前記第２ノードと一方の前記出力端子を接続し、かつ、前記第３ノードと他方の前記出力端子を接続することによって、前記第１電源と前記第２電源と前記リアクトルとを前記電気負荷に直列に接続する電流ループ（例えば、実施の形態での電流ループＬＳＢ）を形成して、前記リアクトルの両端電圧を上昇させる直列状態（例えば、実施の形態での直列状態ＳＢ）と、前記第１ノードと前記第３ノードと前記他方の前記出力端子を接続し、かつ、前記第２ノードと前記第４ノードと前記一方の前記出力端子を接続することによって、前記第１電源と前記第２電源とを前記電気負荷に並列に接続して、前記リアクトルの両端電圧を下降させる並列状態（例えば、実施の形態での並列状態ＰＢ）と、を交互に切り替えることによって、前記電気負荷に印加する電圧を、前記第１電源または前記第２電源の電圧である第１電圧と、前記第１電源および前記第２電源の和の電圧である第２電圧との間の電圧範囲内に制御する電圧調整制御を実行する電圧制御手段（例えば、実施の形態での制御装置１８）と、を備える。
【０００７】
本発明の第２の発明に係る電源装置では、前記スイッチ回路は、前記第１ノードと前記第３ノードとの間に接続された第１スイッチ（例えば、実施の形態での第１スイッチング素子ＳＷ１）と、前記第１ノードと前記第４ノードとの間に接続された第２スイッチ（例えば、実施の形態での第２スイッチング素子ＳＷ２）と、前記第２ノードと前記第４ノードとの間に接続された第３スイッチ（例えば、実施の形態での第３スイッチング素子ＳＷ３）と、を備え、前記電圧制御手段は、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチの組と、前記第２スイッチとを、反転して交互に閉接および開放に切り替えることによって、前記直列状態と前記並列状態とを交互に切り替える。
【０００８】
本発明の第３の発明に係る電源装置では、前記電気負荷として電動機（例えば、実施の形態での電動機２）を備え、前記電圧制御手段は、動作モードとして、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチを閉接かつ前記第２スイッチを開放に固定して、前記第１電源と前記第２電源とを前記電動機に並列に接続する並列モード（例えば、実施の形態での並列モードＰＡ）を備える。
【０００９】
本発明の第４の発明に係る電源装置では、前記電気負荷として電動機（例えば、実施の形態での電動機２）を備え、前記電圧制御手段は、動作モードとして、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチを開放かつ前記第２スイッチを閉接に固定して、前記第１電源と前記第２電源とを前記電動機に直列に接続する直列モード（例えば、実施の形態での直列モードＳＡ）を備える。
【００１０】
本発明の第５の発明に係る電源装置は、前記電気負荷として電動機（例えば、実施の形態での電動機２）を備え、前記電圧制御手段は、動作モードとして、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチを閉接かつ前記第２スイッチを開放に固定して、前記第１電源と前記第２電源とを前記電動機に並列に接続する並列モード（例えば、実施の形態での並列モードＰＡ）と、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチを開放かつ前記第２スイッチを閉接に固定して、前記第１電源と前記第２電源とを前記電動機に直列に接続する直列モード（例えば、実施の形態での直列モードＳＡ）とを備え、前記並列モードと前記直列モードとを切り替えるときに前記電圧調整制御を実行する
【００１１】
本発明の第６の発明に係る電源装置では、前記リアクトルは、前記第１電源と前記第１ノードまたは前記第２ノードとの間に配置されている。
【００１２】
本発明の第７の発明に係る電源装置は、前記リアクトルとして、前記第２電源と前記第３ノードまたは前記第４ノードとの間に配置された第２のリアクトル（例えば、実施の形態での第２リアクトル３１）を備える。
【００１３】
本発明の第８の発明に係る電源装置では、複数の前記リアクトルは磁気結合されている。
【００１４】
本発明の第９の発明に係る電源装置は、前記電気負荷と前記２つの出力端子の何れかとの間に配置されたリアクトル（例えば、実施の形態での第３リアクトル４１，第４リアクトル４２）を備える。
【００１５】
本発明の第１０の発明に係る電源装置は、前記電気負荷として電動機（例えば、実施の形態での電動機２）を備え、前記電圧制御手段は、動作モードとして、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチを閉接かつ前記第２スイッチを開放に固定して、前記第１電源と前記第２電源とを前記電動機に並列に接続する並列モード（例えば、実施の形態での並列モードＰＡ）と、前記並列モードの実行に先立って前記第１スイッチを閉接かつ前記第３スイッチを開放かつ前記第２スイッチを開放にする第１定電流モードと、前記並列モードの実行に先立って前記第１スイッチを開放かつ前記第３スイッチを閉接かつ前記第２スイッチを開放にする第２定電流モードと、を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の発明に係る電源装置によれば、並列状態と交互に切り替えられる直列状態においてリアクトルの両端電圧を上昇させる場合に、第１電源と第２電源とリアクトルとを電気負荷に直列に接続する電流ループを形成する。
これによって、例えば各電源とリアクトルとのみを直列に接続する電流ループを形成する場合に比べて、昇圧率の増大に伴う総鎖交磁束数の増大を抑制し、損失の増大を防止し、リアクトルを小型化することができる。
【００１７】
本発明の第２の発明に係る電源装置によれば、スイッチ回路を３つの第１から第３スイッチを備えて構成することによって、例えば４つ以上のスイッチを備える場合に比べて、装置が大型化することを防止し、構成に要する費用が嵩むことを防止することができる。
さらに、直列状態および並列状態の各通電経路内に第１から第３スイッチの何れか１つのみを備えることによって、例えば各通電経路内に複数のスイッチを備える場合に比べて、導通損失が増大することを防止することができる。
【００１８】
本発明の第３および第４の発明に係る電源装置によれば、第１から第３スイッチのスイッチング損失無しに、電動機を備える電気負荷に電圧を印加することができる。
【００１９】
本発明の第５の発明に係る電源装置によれば、第１から第３スイッチへの印加電圧が増大することを防止し、スイッチング損失を抑制することができる。
【００２０】
本発明の第６の発明に係る電源装置によれば、リアクトルの両端電圧を上昇および下降させる昇降圧時に第１電源のみを充電および放電させることによって充放電の負担を第１電源のみに担わせる。
これによって、第１電源および第２電源を異なる特性の電源の組み合わせとすることができ、装置構成の柔軟性を増大させることができる。
【００２１】
本発明の第７の発明に係る電源装置によれば、リアクトルの両端電圧を上昇および下降させる昇降圧時に第１電源および第２電源を均等に充電および放電させることによって充放電の負担を第１電源および第２電源に均等に配分することができる。
これによって、第１電源および第２電源の劣化を抑制することができる。
【００２２】
本発明の第８の発明に係る電源装置によれば、複数のリアクトルの構成を小型化することができ、構成に要する費用を低減することができる。
【００２３】
本発明の第９の発明に係る電源装置によれば、電気負荷と２つの出力端子の何れかとの間に配置された単一のリアクトルによって、リアクトルの両端電圧を上昇および下降させる昇降圧時に第１電源および第２電源を均等に充電および放電させることができる。
これによって、充放電の負担を第１電源および第２電源に均等に配分することができ、第１電源および第２電源の劣化を抑制することができる。
【００２４】
本発明の第１０の発明に係る電源装置によれば、第１電源の電圧と第２電源の電圧とのアンバランスを解消する際に、電気負荷への通電とは無関係な第１電源および第２電源間の充放電（つまり、第１電源および第２電源において何れか電圧の高い方から低い方へと電流が流れることによって、互いの電圧が等しくなるように収束する状態）が生じることを防止する。これによって、第１電源および第２電源から負荷電流を均等に出力することができ、電気負荷に対して効率良く通電を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る電源装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電源装置の動作モードとしての並列モードおよび並列状態および直列状態および直列モードを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電源装置の動作モードとしての並列モードおよび直列モードにおける各ノードの電位を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電源装置の動作モードとしての並列モードおよび並列状態および直列状態および直列モードにおけるリアクトル電流Ｉ１および第２オンデューティーＤ２およびリアクトルの両端電圧ＶＬおよび出力電圧Ｖｏｕｔを示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電源装置の動作モードとしての直列状態（ＳＢ）および並列状態（ＰＢ）におけるリアクトル電流Ｉ１を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態の第１変形例に係る電源装置の構成図である。
【図８】本発明の実施形態に第１変形例に係る電源装置のリアクトルおよび第２リアクトルの構成図である。
【図９】本発明の実施形態の第１変形例に係る電源装置の動作モードとしての並列モードおよび並列状態および直列状態および直列モードを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態の第１変形例に係る電源装置の動作モードとしての並列モードおよび並列状態および直列状態および直列モードにおけるリアクトル電流Ｉ１および第２オンデューティーＤ２およびリアクトルの両端電圧ＶＬおよび出力電圧Ｖｏｕｔを示す図である。
【図１１】本発明の実施形態の第１変形例に係る電源装置の動作モードとしての直列状態および並列状態におけるリアクトル電流Ｉ１を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る電源装置の主要な構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態の実施例および第１変形例および比較例での昇圧率とリアクトルの総鎖交磁束数との関係を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態の比較例でのパラレル接続モードでの昇圧動作におけるリアクトル電流およびリアクトルの両端電圧の変化を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態の実施例の電圧調整制御において直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える際のリアクトル電流およびリアクトルの両端電圧の変化を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態の第２変形例に係る電源装置の構成図である。
【図１７】本発明の実施形態の第３変形例に係る電源装置の構成図である。
【図１８】本発明の実施形態の第４変形例に係る電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図１９】図１８に示す並列定常制御の処理を示すフローチャートである。
【図２０】図１８に示す直列定常制御の処理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】
【００２６】
以下、本発明の実施形態に係る電源装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による電源装置１は、例えば図１に示すように、車両の走行駆動力を発生する電動機（ＭＯＴ）２の力行および回生を制御するインバータ３に直流電力を供給する電源を成している。
【００２７】
電源装置１は、例えば、第１電源１１と、第２電源１２と、スイッチ回路１３と、リアクトル１４と、第１電源１１の両端に接続された第１コンデンサ１５と、第２電源１２の両端に接続された第２コンデンサ１６と、インバータ３の直流側の両端に接続された第３コンデンサ１７と、制御装置１８と、を備えて構成されている。
そして、スイッチ回路１３の２つの出力端子１３ｅ，１３ｆ間にインバータ３が接続されている。
【００２８】
第１電源１１は、例えばバッテリなどであって、正極端子は第１ノードＡに接続され、負極端子は第２ノードＢに接続されている。
第２電源１２は、例えばバッテリなどであって、正極端子は第３ノードＣに接続され、負極端子は第４ノードＤに接続されている。
なお、例えば、第１電源１１から出力される電圧ＶＢ１と、第２電源１２から出力される電圧ＶＢ２とは、等しくされている（ＶＢ１＝ＶＢ２）。
【００２９】
スイッチ回路１３は、各第１ノードＡおよび第２ノードＢおよび第３ノードＣおよび第４ノードＤに接続された４つの各入力端子１３ａ，…，１３ｄと、２つの出力端子１３ｅ，１３ｆと、を備えている。
なお、第２入力端子１３ｂは一方の出力端子１３ｅと共通であり、第３入力端子１３ｃは他方の出力端子１３ｆと共通である。
【００３０】
スイッチ回路１３は、例えば、直列に接続された３つの第１〜第３スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar mode Transistor）ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を備えている。
そして、第１スイッチング素子ＳＷ１のコレクタは第３入力端子１３ｃに接続され、エミッタは第１入力端子１３ａに接続されている。
また、第２スイッチング素子ＳＷ２のコレクタは第１入力端子１３ａに接続され、エミッタは第４入力端子１３ｄに接続されている。
また、第３スイッチング素子ＳＷ３のコレクタは第４入力端子１３ｄに接続され、エミッタは第２入力端子１３ｂに接続されている。
なお、各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のエミッタ−コレクタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向になるようにしてダイオードが接続されている。
【００３１】
このスイッチ回路１３は、例えば、制御装置１８から出力されて各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のゲートに入力されるパルス幅変調（ＰＷＭ）された信号（ＰＷＭ信号）によって駆動される。
【００３２】
スイッチ回路１３は、例えば図２（Ａ）に示すように、電源装置１の動作モードとしての並列モードＰＡでは、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３を閉接（ＯＮ）かつ第２スイッチング素子ＳＷ２を開放（ＯＦＦ）に固定する。これによって、第１電源１１と第２電源１２とをインバータ３に並列に接続する。
【００３３】
また、スイッチ回路１３は、例えば図２（Ｄ）に示すように、電源装置１の動作モードとしての直列モードＳＡでは、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３を開放（ＯＦＦ）かつ第２スイッチング素子ＳＷ２を閉接（ＯＮ）に固定する。これによって、第１電源１１と第２電源１２とをインバータ３に直列に接続する。
【００３４】
そして、スイッチ回路１３は、並列モードＰＡと直列モードＳＡとを切り替えるときに実行される電圧調整制御において、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える。
【００３５】
より詳細には、スイッチ回路１３は、例えば図２（Ｂ）に示すように、第１ノードＡと第３ノードＣと他方の出力端子１３ｆを接続し、かつ、第２ノードＢと第４ノードＤと一方の出力端子１３ｅを接続する。これによって、第１電源１１と第２電源１２とをインバータ３に並列に接続して、並列状態ＰＢを形成可能である。
【００３６】
また、スイッチ回路１３は、例えば図２（Ｃ）に示すように、第１ノードＡと第４ノードＤを接続し、かつ、第２ノードＢと一方の出力端子１３ｅを接続し、かつ、第３ノードＣと他方の出力端子１３ｆを接続する。これによって、第１電源１１と第２電源１２とリアクトル１４とをインバータ３に直列に接続する電流ループＬＳＢを形成して、直列状態ＳＢを形成可能である。
【００３７】
そして、スイッチ回路１３は、例えば、電圧調整制御において、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３の組と、第２スイッチング素子ＳＷ２とを、反転して交互に閉接および開放に切り替えることによって、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える。
【００３８】
リアクトル１４は、第１電源１１と第１ノードＡとの間に配置されている。
より詳細には、リアクトル１４の一端は第１電源１１の正極端子に接続され、リアクトル１４の他端はスイッチ回路１３の第１および第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のエミッタ−コレクタ間に接続されている。
【００３９】
第１コンデンサ１５は、第１電源１１の正極端子および負極端子間に接続されている。
第２コンデンサ１６は、第２電源１２の正極端子および負極端子間に接続されている。
第３コンデンサ１７は、インバータ３の直流側の正極端子および負極端子間に接続されている。
【００４０】
制御装置１８は、例えば、接続切替制御部２１と、電動機制御部２２と、を備えて構成されている。
【００４１】
接続切替制御部２１は、例えば図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、電源装置１の動作モードとしての並列モードＰＡおよび直列モードＳＡと、並列モードＰＡと直列モードＳＡとを切り替えるときに実行する電圧調整制御において交互に切り替える直列状態ＳＢおよび並列状態ＰＢとにおいて、スイッチ回路１３を制御する。
【００４２】
より詳細には、接続切替制御部２１は、例えば、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３の組と、第２スイッチング素子ＳＷ２とを、反転して交互に閉接および開放（オン／オフ）に切り替える。
【００４３】
接続切替制御部２１は、例えば並列モードＰＡでは、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３を閉接（ＯＮ）かつ第２スイッチング素子ＳＷ２を開放（ＯＦＦ）に固定することを指示して、第１電源１１と第２電源１２とをインバータ３に並列に接続する。
また、接続切替制御部２１は、例えば直列モードＳＡでは、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３を開放（ＯＦＦ）かつ第２スイッチング素子ＳＷ２を閉接（ＯＮ）に固定することを指示して、第１電源１１と第２電源１２とをインバータ３に直列に接続する。
【００４４】
さらに、接続切替制御部２１は、例えば、並列モードＰＡと直列モードＳＡとを切り替えるときの電圧調整制御において、ＰＷＭ信号の１周期（スイッチング周期）における各オンデューティーＤ１，Ｄ２に応じて、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える。
【００４５】
例えば、各オンデューティーＤ１（＝Ｔｏｎ１／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２）），Ｄ２（＝Ｔｏｎ２／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２））は、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３の組のオン時間Ｔｏｎ１と第２スイッチング素子ＳＷ２のオン時間Ｔｏｎ２とにより定義される。
そして、接続切替制御部２１は、例えば、各オンデューティーＤ１，Ｄ２に応じて、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３の組と第２スイッチング素子ＳＷ２とを反転して交互に閉接および開放（オン／オフ）に切り替えることによって、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える。
【００４６】
これらによって、接続切替制御部２１は、例えば、インバータ３に印加する電圧を、第１電源１１または第２電源１２の電圧である第１電圧Ｖ１（＝ＶＢ１，ＶＢ２）と、第１電源１１および第２電源１２の和の電圧である第２電圧Ｖ２（＝ＶＢ１＋ＶＢ２）との間の電圧範囲内に制御する。
【００４７】
接続切替制御部２１は、例えば図２（Ａ）に示す並列モードＰＡでは、第２スイッチング素子ＳＷ２のＯＦＦ固定とともに、第１スイッチング素子ＳＷ１のＯＮ固定によって、順次、第１電源１１および第１コンデンサ１５と、リアクトル１４と、第１スイッチング素子ＳＷ１と、インバータ３および第３コンデンサ１７と、を直列に接続する電流ループＬＰＡ１を形成する。
さらに、第３スイッチング素子ＳＷ３のＯＮ固定によって、順次、第３スイッチング素子ＳＷ３と、第２電源１２と、インバータ３および第３コンデンサ１７と、を直列に接続する電流ループＬＰＡ２を形成する。
【００４８】
この並列モードＰＡでは、例えば図３（Ａ）に示すように、第１ノードＡおよび第３ノードＣは同電位となり、第２ノードＢおよび第４ノードＤは同電位となり、インバータ３の直流側の正極端子および負極端子間には、互いに等しい第１電源１１の電圧ＶＢ１および第２電源１２の電圧ＶＢ２が印加される。
【００４９】
また、接続切替制御部２１は、例えば図２（Ｄ）に示す直列モードＳＡでは、第２スイッチング素子ＳＷ２のＯＮ固定とともに、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３のＯＦＦ固定によって、順次、第１電源１１および第１コンデンサ１５と、リアクトル１４と、第２スイッチング素子ＳＷ２と、第２電源１２と、インバータ３および第３コンデンサ１７と、を直列に接続する電流ループＬＳＡを形成する。
この直列モードＳＡでは、例えば図３（Ｂ）に示すように、第１ノードＡおよび第４ノードＤは同電位となり、インバータ３の直流側の正極端子および負極端子間には、第１電源１１の電圧ＶＢ１と第２電源１２の電圧ＶＢ２との和の電圧が印加される。
【００５０】
また、接続切替制御部２１は、例えば図４に示すように、並列モードＰＡから直列モードＳＡへと切り替える際には、先ず、並列モードＰＡから直列状態ＳＢへと遷移し、次に、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える。この交互切替時に、第１オンデューティーＤ１（＝Ｔｏｎ１／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２））を１００％から０％へと徐々に変化させ、かつ、第２オンデューティーＤ２（＝Ｔｏｎ２／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２））を０％から１００％へと徐々に変化させる。
【００５１】
これによって、第１電源１１の充放電によってリアクトル１４を励磁して、リアクトル１４の両端電圧ＶＬを徐々に上昇させる。そして、インバータ３の直流側の正極端子および負極端子間に印加する出力電圧Ｖｏｕｔを、第１電源１１の電圧ＶＢ１から、第１電源１１の電圧ＶＢ１と第２電源１２の電圧ＶＢ２との和の電圧（＝ＶＢ１＋ＶＢ２＝２×ＢＶ１）へと上昇させる。そして、この交互切替後に直列モードＳＡへと遷移する。
【００５２】
一方、接続切替制御部２１は、例えば直列モードＳＡから並列モードＰＡへと切り替える際には、先ず、直列モードＳＡから並列状態ＰＢへと遷移し、次に、並列状態ＰＢと直列状態ＳＢとを交互に切り替える。この交互切替時に、第１オンデューティーＤ１（＝Ｔｏｎ１／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２））を０％から１００％へと徐々に変化させ、かつ、第２オンデューティーＤ２（＝Ｔｏｎ２／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２））を１００％から０％へと徐々に変化させる。
【００５３】
これによって、第１電源１１の充放電によってリアクトル１４を逆励磁して、リアクトル１４の両端電圧ＶＬを徐々に下降させる。そして、インバータ３の直流側の正極端子および負極端子間に印加する出力電圧Ｖｏｕｔを、第１電源１１の電圧ＶＢ１と第２電源１２の電圧ＶＢ２との和の電圧（＝ＶＢ１＋ＶＢ２＝２×ＢＶ１）から第１電源１１の電圧ＶＢ１へと下降させる。そして、この交互切替後に並列モードＰＡへと遷移する。
【００５４】
接続切替制御部２１は、例えば図２（Ｃ）に示す直列状態ＳＢでは、順次、第１電源１１および第１コンデンサ１５と、リアクトル１４と、第２スイッチング素子ＳＷ２と、第２電源１２と、インバータ３および第３コンデンサ１７と、を直列に接続する電流ループＬＳＢを形成する。
この場合、例えば図４に示すように、リアクトル１４を流れる電流（リアクトル電流）Ｉ１と、第４ノードＤから第２電源１２を介して第３ノードＣへと流れる電流Ｉ２とは、等しくなる。
【００５５】
この直列状態ＳＢにおいて、第１電源１１の電圧ＶＢ１と、リアクトル１４のインダクタンスＬと、リアクトル電流Ｉ１と、第２電源１２の電圧ＶＢ２と、出力電圧Ｖｏｕｔとは、例えば下記数式（１）に示すように記述される。
そして、下記数式（１）は、例えば下記数式（２）に示すように変形され、この数式（２）において、例えばｄＩ１＝傾きΔＩ１Ｐかつｄｔ＝第２オンデューティーＤ２かつ電圧ＶＢ１＝電圧ＶＢ２とすれば、下記数式（２）は、例えば下記数式（３）に示すように記述される。
つまり、直列状態ＳＢにおいて、リアクトル電流Ｉ１は、例えば図５（Ａ）に示すように、傾きΔＩ１Ｐによって増大する。
【００５６】
【数１】
2014003858.tif 000003
【００５７】
【数２】
2014003858.tif 000004
【００５８】
【数３】
2014003858.tif 000005
【００５９】
また、接続切替制御部２１は、例えば図２（Ｂ）に示す並列状態ＰＢでは、順次、第１電源１１および第１コンデンサ１５と、リアクトル１４と、第１スイッチング素子ＳＷ１と、インバータ３および第３コンデンサ１７と、を接続する電流ループＬＰＢを形成する。
この場合、例えば図４に示すように、第４ノードＤから第２電源１２を介して第３ノードＣへと流れる電流Ｉ２は、ゼロになる。
【００６０】
この並列状態ＰＢにおいて、第１電源１１の電圧ＶＢ１と、リアクトル１４のインダクタンスＬと、リアクトル電流Ｉ１と、出力電圧Ｖｏｕｔとは、例えば下記数式（４）に示すように記述される。
そして、下記数式（４）は、例えば下記数式（５）に示すように変形され、この数式（５）において、例えばｄＩ１＝傾きΔＩ１Ｓかつｄｔ＝第１オンデューティーＤ１（＝１−Ｄ２）とすれば、下記数式（５）は、例えば下記数式（６）に示すように記述される。
つまり、並列状態ＰＢにおいて、リアクトル電流Ｉ１は、例えば図５（Ｂ）に示すように、傾きΔＩ１Ｓによって減少する。
【００６１】
【数４】
2014003858.tif 000006
【００６２】
【数５】
2014003858.tif 000007
【００６３】
【数６】
2014003858.tif 000008
【００６４】
そして、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとの交互切替時においては、例えば下記数式（７）に示すように、傾きΔＩ１Ｐと傾きΔＩ１Ｓとの和はゼロとなり、下記数式（７）は、例えば下記数式（８），（９）に示すように変形される。
つまり、出力電圧Ｖｏｕｔは、第１電源１１の電圧ＶＢ１と、第２オンデューティーＤ２とによって、下記数式（９）に示すように記述される。
【００６５】
【数７】
2014003858.tif 000009
【００６６】
【数８】
2014003858.tif 000010
【００６７】
【数９】
2014003858.tif 000011
【００６８】
電動機制御部２２は、例えば３相のブラシレスＤＣモータなどの電動機２の力行運転時において、インバータ３の直流側の正極端子および負極端子間に印加される直流電力を３相交流電力に変換し、電動機２の各相への通電を順次転流させることで交流の各相電流を通電する。一方、例えば電動機２の回生運転時において、電動機２の回転角に基づいて同期を取りつつ電動機２から出力される交流の発電電力を直流電力に変換する。
【００６９】
本発明の実施形態による電源装置１は上記構成を備えており、次に、電源装置１の動作、特に、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える処理について説明する。
【００７０】
先ず、例えば図６に示すステップＳ０１においては、電源装置１の動作モード（つまり、並列モードＰＡまたは直列モードＳＡ）に応じたスイッチ回路１３の接続状態を把握する。
次に、ステップＳ０２においては、電源装置１の動作モードの切り替えに伴うスイッチ回路１３の接続状態の切替要求が有るか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、エンドに進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０３に進む。
【００７１】
そして、ステップＳ０３においては、直列モードＳＡから並列モードＰＡへの切替要求であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０６に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０４に進む。
【００７２】
そして、ステップＳ０４においては、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３の組と、第２スイッチング素子ＳＷ２とを、反転して交互に閉接および開放（オン／オフ）に切り替え、第１オンデューティーＤ１を０％から１００％へと徐々に変化させ、かつ、第２オンデューティーＤ２を１００％から０％へと徐々に変化させる。
次に、ステップＳ０５においては、第１オンデューティーＤ１が１００％かつ第２オンデューティーＤ２が０％であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０４に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、エンドに進む。
【００７３】
また、ステップＳ０６においては、並列モードＰＡから直列モードＳＡへの切替要求であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、エンドに進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０７に進む。
【００７４】
そして、ステップＳ０７においては、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３の組と、第２スイッチング素子ＳＷ２とを、反転して交互に閉接および開放（オン／オフ）に切り替え、第１オンデューティーＤ１を１００％から０％へと徐々に変化させ、かつ、第２オンデューティーＤ２を０％から１００％へと徐々に変化させる。
次に、ステップＳ０８においては、第１オンデューティーＤ１が０％かつ第２オンデューティーＤ２が１００％であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０７に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、エンドに進む。
【００７５】
（第１変形例）
なお、上述した実施の形態においては、例えば図１に示す電源装置１を実施例として、例えば図７に示す第１変形例に係る電源装置１のように、第４ノードＤと第２電源１２との間に配置された第２リアクトル３１を備えてもよい。
より詳細には、第２リアクトル３１の一端はスイッチ回路１３の第２および第３スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のエミッタ−コレクタ間に接続され、第２リアクトル３１の他端は第２電源１２の負極端子に接続されている。
【００７６】
なお、この第１変形例においては、リアクトル１４および第２リアクトル３１は、例えば図８に示すように、磁路を共用するように共通のコア３２に巻回されることによって、磁気結合されてもよい。
【００７７】
この第１変形例において、スイッチ回路１３は、例えば図９（Ａ）に示すように、電源装置１の動作モードとしての並列モードＰＡでは、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３を閉接（ＯＮ）かつ第２スイッチング素子ＳＷ２を開放（ＯＦＦ）に固定する。これによって、第１電源１１と第２電源１２とをインバータ３に並列に接続する。
【００７８】
また、スイッチ回路１３は、例えば図９（Ｄ）に示すように、電源装置１の動作モードとしての直列モードＳＡでは、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３を開放（ＯＦＦ）かつ第２スイッチング素子ＳＷ２を閉接（ＯＮ）に固定する。これによって、第１電源１１と第２電源１２とをインバータ３に直列に接続する。
【００７９】
そして、スイッチ回路１３は、並列モードＰＡと直列モードＳＡとを切り替えるときに実行される電圧調整制御において、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える。
【００８０】
より詳細には、スイッチ回路１３は、例えば図９（Ｂ）に示すように、第１ノードＡと第３ノードＣと他方の出力端子１３ｆを接続し、かつ、第２ノードＢと第４ノードＤと一方の出力端子１３ｅを接続する。
これによって、第１電源１１と第２電源１２とをインバータ３に並列に接続して、リアクトル１４および第２リアクトル３１の両端電圧を下降させる並列状態ＰＢを形成可能である。
【００８１】
また、スイッチ回路１３は、例えば図９（Ｃ）に示すように、第１ノードＡと第４ノードＤを接続し、かつ、第２ノードＢと一方の出力端子１３ｅを接続し、かつ、第３ノードＣと他方の出力端子１３ｆを接続する。
これによって、第１電源１１と第２電源１２とリアクトル１４と第２リアクトル３１とをインバータ３に直列に接続する電流ループを形成して、リアクトル１４および第２リアクトル３１の両端電圧を上昇させる直列状態ＳＢを形成可能である。
【００８２】
そして、スイッチ回路１３は、例えば、電圧調整制御において、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３の組と、第２スイッチング素子ＳＷ２とを、反転して交互に閉接および開放に切り替えることによって、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える。
【００８３】
この第１変形例において、制御装置１８の接続切替制御部２１は、例えば図９（Ａ）に示す並列モードＰＡでは、第２スイッチング素子ＳＷ２のＯＦＦ固定とともに、第１スイッチング素子ＳＷ１のＯＮ固定によって、順次、第１電源１１および第１コンデンサ１５と、リアクトル１４と、第１スイッチング素子ＳＷ１と、インバータ３および第３コンデンサ１７と、を直列に接続する電流ループＬＰＡ１を形成する。
さらに、第３スイッチング素子ＳＷ３のＯＮ固定によって、順次、第３スイッチング素子ＳＷ３と、第２電源１２および第２コンデンサ１６と、インバータ３および第３コンデンサ１７と、を直列に接続する電流ループＬＰＡ２を形成する。
【００８４】
また、接続切替制御部２１は、例えば図９（Ｄ）に示す直列モードＳＡでは、第２スイッチング素子ＳＷ２のＯＮ固定とともに、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３のＯＦＦ固定によって、順次、第１電源１１および第１コンデンサ１５と、リアクトル１４と、第２スイッチング素子ＳＷ２と、第２リアクトル３１と、第２電源１２および第２コンデンサ１６と、インバータ３および第３コンデンサ１７と、を直列に接続する電流ループＬＳＡを形成する。
【００８５】
また、接続切替制御部２１は、例えば図１０に示すように、並列モードＰＡから直列モードＳＡへと切り替える際には、先ず、並列モードＰＡから直列状態ＳＢへと遷移し、次に、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える。この交互切替時に、第１オンデューティーＤ１（＝Ｔｏｎ１／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２））を１００％から０％へと徐々に変化させ、かつ、第２オンデューティーＤ２（＝Ｔｏｎ２／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２））を０％から１００％へと徐々に変化させる。
【００８６】
これによって、第１電源１１および第２電源１２の充放電によってリアクトル１４および第２リアクトル３１を励磁して、リアクトル１４の両端電圧ＶＬおよび第２リアクトル３１の両端電圧を徐々に上昇させる。そして、インバータ３の直流側の正極端子および負極端子間に印加する出力電圧Ｖｏｕｔを、第１電源１１の電圧ＶＢ１から、第１電源１１の電圧ＶＢ１と第２電源１２の電圧ＶＢ２との和の電圧（＝ＶＢ１＋ＶＢ２＝２×ＢＶ１）へと上昇させる。そして、この交互切替後に直列モードＳＡへと遷移する。
【００８７】
一方、接続切替制御部２１は、例えば直列モードＳＡから並列モードＰＡへと切り替える際には、先ず、直列モードＳＡから並列状態ＰＢへと遷移し、次に、並列状態ＰＢと直列状態ＳＢとを交互に切り替える。この交互切替時に、第１オンデューティーＤ１（＝Ｔｏｎ１／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２））を０％から１００％へと徐々に変化させ、かつ、第２オンデューティーＤ２（＝Ｔｏｎ２／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２））を１００％から０％へと徐々に変化させる。
【００８８】
これによって、第１電源１１および第２電源１２の充放電によってリアクトル１４および第２リアクトル３１を逆励磁して、リアクトル１４の両端電圧ＶＬおよび第２リアクトル３１の両端電圧を徐々に下降させる。そして、インバータ３の直流側の正極端子および負極端子間に印加する出力電圧Ｖｏｕｔを、第１電源１１の電圧ＶＢ１と第２電源１２の電圧ＶＢ２との和の電圧（＝ＶＢ１＋ＶＢ２＝２×ＢＶ１）から第１電源１１の電圧ＶＢ１へと下降させる。そして、この交互切替後に並列モードＰＡへと遷移する。
【００８９】
接続切替制御部２１は、例えば図９（Ｃ）に示す直列状態ＳＢでは、順次、第１電源１１および第１コンデンサ１５と、リアクトル１４と、第２スイッチング素子ＳＷ２と、第２リアクトル３１と、第２電源１２および第２コンデンサ１６と、インバータ３および第３コンデンサ１７と、を直列に接続する電流ループＬＳＢを形成する。
この場合、例えば図１０に示すように、リアクトル１４を流れる電流（リアクトル電流）Ｉ１と、第２リアクトル３１を流れる電流（第２リアクトル電流）Ｉ２とは、等しくなる。
【００９０】
この直列状態ＳＢにおいて、第１電源１１の電圧ＶＢ１と、リアクトル１４のインダクタンスＬ１と、リアクトル電流Ｉ１と、第２リアクトル３１のインダクタンスＬ２と、第２リアクトル電流Ｉ２と、第２電源１２の電圧ＶＢ２と、出力電圧Ｖｏｕｔとは、例えば下記数式（１０）に示すように記述される。
そして、下記数式（１０）は、例えば下記数式（１１）に示すように変形され、この数式（１１）において、例えばｄＩ１＝傾きΔＩ１Ｐかつｄｔ＝第２オンデューティーＤ２かつ電圧ＶＢ１＝電圧ＶＢ２かつインダクタンスＬ１＝インダクタンスＬ２とすれば、下記数式（１１）は、例えば下記数式（１２）に示すように記述される。
つまり、直列状態ＳＢにおいて、リアクトル電流Ｉ１は、例えば図１１（Ａ）に示すように、傾きΔＩ１Ｐによって増大する。
【００９１】
【数１０】
2014003858.tif 000012
【００９２】
【数１１】
2014003858.tif 000013
【００９３】
【数１２】
2014003858.tif 000014
【００９４】
また、接続切替制御部２１は、例えば図９（Ｂ）に示す並列状態ＰＢでは、順次、第１電源１１および第１コンデンサ１５と、リアクトル１４と、第１スイッチング素子ＳＷ１と、インバータ３および第３コンデンサ１７と、を接続する電流ループＬＰＢ１を形成する。
さらに、順次、第３スイッチング素子ＳＷ３と、第２リアクトル３１と、第２電源１２および第２コンデンサ１６と、インバータ３および第３コンデンサ１７と、を接続する電流ループＬＰＢ２を形成する。
この場合、例えば図１０に示すように、リアクトル１４を流れる電流（リアクトル電流）Ｉ１と、第２リアクトル３１を流れる電流（第２リアクトル電流）Ｉ２とは、等しくなる。
【００９５】
この並列状態ＰＢにおいて、第１電源１１の電圧ＶＢ１と、リアクトル１４のインダクタンスＬと、リアクトル電流Ｉ１と、出力電圧Ｖｏｕｔとは、例えば下記数式（１３）に示すように記述される。
そして、下記数式（１３）は、例えば下記数式（１４）に示すように変形され、この数式（１４）において、例えばｄＩ１＝傾きΔＩ１Ｓかつｄｔ＝第１オンデューティーＤ１（＝１−Ｄ２）とすれば、下記数式（１４）は、例えば下記数式（１５）に示すように記述される。
つまり、並列状態ＰＢにおいて、リアクトル電流Ｉ１は、例えば図１１（Ｂ）に示すように、傾きΔＩ１Ｓによって減少する。
【００９６】
【数１３】
2014003858.tif 000015
【００９７】
【数１４】
2014003858.tif 000016
【００９８】
【数１５】
2014003858.tif 000017
【００９９】
そして、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとの交互切替時においては、例えば下記数式（１６）に示すように、傾きΔＩ１Ｐと傾きΔＩ１Ｓとの和はゼロとなり、下記数式（１６）は、例えば下記数式（１７），（１８）に示すように変形される。
つまり、出力電圧Ｖｏｕｔは、第１電源１１の電圧ＶＢ１と、第２オンデューティーＤ２とによって、下記数式（１８）に示すように記述される。
【０１００】
【数１６】
2014003858.tif 000018
【０１０１】
【数１７】
2014003858.tif 000019
【０１０２】
【数１８】
2014003858.tif 000020
【０１０３】
なお、上述した実施形態の実施例および第１変形例において、リアクトル１４は第１電源１１と第２ノードＢとの間に配置されてもよい。
また、上述した実施形態の第１変形例において、第２リアクトル３１は第２電源１２と第３ノードＣとの間に配置されてもよい。
【０１０４】
上述したように、本発明の実施形態の実施例および第１変形例による電源装置１は、例えば図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１ノードＡと第２ノードＢとの間に接続された第１電源１２と、第３ノードＣと第４ノードＤとの間に接続された第２電源１２と、各第１ノードＡおよび第２ノードＢおよび第３ノードＣおよび第４ノードＤに接続された４つの入力端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと２つの出力端子１３ｅ，１３ｆとを具備するスイッチ回路１３と、２つの出力端子１３ｅ，１３ｆ間に接続されたインバータ３からなる電気負荷と、第１電源１１と第１ノードＡまたは第２ノードＢとの間に配置されたリアクトル１４と、を備えている。
【０１０５】
そして、電源装置１は、第１ノードＡと第４ノードＤを接続し、かつ、第２ノードＢと一方の出力端子１３ｅを接続し、かつ、第３ノードＣと他方の出力端子１３ｆを接続することによって、第１電源１１と第２電源１２とリアクトル１４とを電気負荷に直列に接続する電流ループを形成して、リアクトル１４の両端電圧を上昇させる直列状態ＳＢと、
第１ノードＡと第３ノードＣと他方の出力端子１３ｆを接続し、かつ、第２ノードＢと第４ノードＤと一方の出力端子１３ｅを接続することによって、第１電源１１と第２電源１２とを電気負荷に並列に接続して、リアクトル１４の両端電圧を下降させる並列状態ＰＢと、を交互に切り替える。
【０１０６】
この実施形態の実施例および第１変形例による電源装置１によれば、電気負荷である電動機２の負荷に応じてインバータ３に印加する電圧を詳細に可変とすることができ、所望の動力性能を確保することができるとともに、印加する電圧が過大になることを防止して電動機２およびインバータ３の駆動効率を向上させることができる。
【０１０７】
さらに、スイッチ回路１３を３つの第１〜第３スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を備えて構成することによって、例えば４つ以上のスイッチング素子を備える場合に比べて、電源装置１が大型化することを防止し、構成に要する費用が嵩むことを防止することができる。
さらに、並列モードＰＡおよび直列モードＳＡおよび並列状態ＰＢおよび直列状態ＳＢで形成される各電流ループＬＰＡ１，ＬＰＡ２，ＬＳＡ，ＬＰＢ，ＬＰＢ１，ＬＰＢ２，ＬＳＢにおいては、通電経路内に１つのスイッチング素子を備えるだけであり、例えば通電経路内に複数のスイッチング素子を備える場合に比べて、導通損失が増大することを防止することができる。
【０１０８】
さらに、並列モードＰＡと直列モードＳＡとを切り替えるときの電圧調整制御において直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える際に、例えば各電源とリアクトルとのみを直列に接続する電流ループを形成する場合に比べて、昇圧率の増大に伴う総鎖交磁束数の増大を抑制し、損失の増大を防止し、リアクトル１４および第２リアクトル３１を小型化することができる。
【０１０９】
例えば図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記特許文献２（特開２０１２−０７０５１４号公報）における電源システムでのパラレル接続モードにおける昇圧動作とシリーズ接続モードにおける昇圧動作との切り替えを比較例とした場合において、この比較例では、昇圧率の増大に伴い、リアクトルのピーク電流での総鎖交磁束数が増大傾向に変化する。
これに対して、上述した本発明の実施形態の実施例および第１変形例によれば、リアクトルのピーク電流での総鎖交磁束数は、昇圧率が約１．５を超過すると、減少傾向に変化する。これにより、比較例に比べて、リアクトル１４および第２リアクトル３１の最大磁束変化および損失を抑制し、コンバータ１３を小型化することができる。
特に、電源装置１を車両用の電源とした場合には、要求される昇圧率が１．５倍〜２倍の範囲になる場合が多く、車両への搭載性を向上させることができる。
【０１１０】
なお、比較例のパラレル接続モードでの昇圧動作においては、例えば図１４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、単一の電源（Ｖ１）とリアクトル（Ｒ）とが直列に接続される電流ループと、単一の電源（電圧＝Ｖ１）とリアクトル（Ｒ）と出力電圧Ｖｏｕｔとが直列に接続される電流ループとが、各デューティＤ，（１−Ｄ）によって切り替えられる。これによって、リアクトル（Ｒ）のピーク電流での総鎖交磁束数（＝ｃＶ０×時間）は、電圧Ｖ１×デューティＤとなる。
【０１１１】
これに対して、実施例の電圧調整制御において直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える際には、例えば図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、リアクトル１４のピーク電流での総鎖交磁束数（＝リアクトル１４の両端電圧Ｖ０×時間）は、電圧（＝ＶＢ１＋ＶＢ２−Ｖｏｕｔ）×第２オンデューティーＤ２となる。
【０１１２】
さらに、本発明の実施形態の実施例および第１変形例による電源装置１によれば、電源装置１の動作モードとしての並列モードおよび直列モードにおいて、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３の組と、第２スイッチング素子ＳＷ２との閉接および開放が固定されることから、スイッチング損失無しに電気負荷とされるインバータ３および電動機２に電圧を印加して駆動することができる。
【０１１３】
また、本発明の実施形態の実施例による電源装置１によれば、リアクトル１４を第１電源１１と第１ノードＡまたは第２ノードＢとの間に備えることによって、リアクトル１４の両端電圧を上昇および下降させる昇降圧時に第１電源１１のみを充電および放電させることによって充放電の負担を第１電源１１のみに担わせる。
これによって、第１電源１１および第２電源１２を異なる特性の電源の組み合わせとすることができ、装置構成の柔軟性を増大させることができる。
【０１１４】
また、本発明の実施形態の第１変形例による電源装置１によれば、第２リアクトル３１を第２電源１２と第３ノードＣまたは第４ノードＤとの間に備えることによって、リアクトル１４および第２リアクトル３１の両端電圧を上昇および下降させる昇降圧時に第１電源１１および第２電源１２を均等に充電および放電させることによって充放電の負担を第１電源１１および第２電源１２に均等に配分することができる。
これによって、第１電源１１および第２電源１２の劣化を抑制することができる。
【０１１５】
さらに、本発明の実施形態の第１変形例による電源装置１によれば、リアクトル１４および第２リアクトル３１を磁気結合することによって、リアクトル１４および第２リアクトル３１を小型化することができる。
【０１１６】
（第２，第３変形例）
なお、上述した実施の形態においては、例えばリアクトル１４の代わりに、例えば図１６に示す第２変形例に係る電源装置１、または、例えば図１７に示す第３変形例に係る電源装置１のように、電気負荷としてのインバータ３と、２つの出力端子１３ｅ，１３ｆの何れかとの間に配置された第３リアクトル４１または第４リアクトル４２を備えてもよい。
【０１１７】
これらの第２および第３変形例によれば、単一のリアクトル（つまり、第３リアクトル４１または第４リアクトル４２）によって、リアクトルの両端電圧を上昇および下降させる昇降圧時に第１電源１１および第２電源１２を均等に充電および放電させることができる。
これによって、充放電の負担を第１電源１１および第２電源１２に均等に配分することができ、第１電源１１および第２電源１２の劣化を抑制することができる。
【０１１８】
（第４変形例）
なお、上述した実施の形態においては、並列モードＰＡにおいて、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３を閉接（ＯＮ）かつ第２スイッチング素子ＳＷ２を開放（ＯＦＦ）に固定するとしたが、これに限定されず、例えば直列モードＳＡから並列モードＰＡへと切り替える場合などにおいて、さらに、第１電源１１の電圧ＶＢ１と第２電源１２の電圧ＶＢ２とのアンバランスを解消するための定電流制御を実行してもよい。
【０１１９】
この上述した実施の形態の第４変形例に係る電源装置１の動作、特に、直列状態ＳＢと並列状態ＰＢとを交互に切り替える処理について、以下に説明する。
【０１２０】
先ず、例えば図１８に示すステップＳ０１においては、電源装置１の動作モード（つまり、並列モードＰＡまたは直列モードＳＡ）に応じたスイッチ回路１３の接続状態を把握する。
次に、ステップＳ０２においては、電源装置１の動作モードの切り替えに伴うスイッチ回路１３の接続状態の切替要求が有るか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、エンドに進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０３に進む。
【０１２１】
そして、ステップＳ０３においては、直列モードＳＡから並列モードＰＡへの切替要求であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０６に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０４に進む。
【０１２２】
そして、ステップＳ０４においては、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３の組と、第２スイッチング素子ＳＷ２とを、反転して交互に閉接および開放（オン／オフ）に切り替え、第１オンデューティーＤ１を０％から１００％へと徐々に変化させ、かつ、第２オンデューティーＤ２を１００％から０％へと徐々に変化させる。
次に、ステップＳ０５においては、第１オンデューティーＤ１が１００％かつ第２オンデューティーＤ２が０％であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０４に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１１に進み、このステップＳ１１においては、並列定常制御を実行して、エンドに進む。
【０１２３】
また、ステップＳ０６においては、並列モードＰＡから直列モードＳＡへの切替要求であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、エンドに進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０７に進む。
【０１２４】
そして、ステップＳ０７においては、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３の組と、第２スイッチング素子ＳＷ２とを、反転して交互に閉接および開放（オン／オフ）に切り替え、第１オンデューティーＤ１を１００％から０％へと徐々に変化させ、かつ、第２オンデューティーＤ２を０％から１００％へと徐々に変化させる。
次に、ステップＳ０８においては、第１オンデューティーＤ１が０％かつ第２オンデューティーＤ２が１００％であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０７に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１２に進み、このステップＳ１２においては、直列定常制御を実行して、エンドに進む。
【０１２５】
以下に、上述したステップＳ１１での並列定常制御について説明する。
先ず、例えば図１９に示すステップＳ２１においては、リアクトル電流Ｉ１は負荷電流Ｉ０（つまり、インバータ３の直流側の正極端子および負極端子間に流れる電流）よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ２３に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２２に進む。
【０１２６】
そして、ステップＳ２２においては、第１電源１１の電圧ＶＢ１が第２電源１２の電圧ＶＢ２よりも高くなるアンバランスが生じているとして、第１スイッチング素子ＳＷ１を閉接（ＯＮ）かつ第３スイッチング素子ＳＷ３を開放（ＯＦＦ）かつ第２スイッチング素子ＳＷ２を開放（ＯＦＦ）とし、第１電源１１から第２電源１２へと電流が流れることを遮断する。
これによって、電気負荷での電流消費によって、第１電源１１の電圧ＶＢ１は低下し、リアクトル電流Ｉ１および負荷電流Ｉ０は互いに等しくなる状態へと収束し、第１電源１１の電圧ＶＢ１および第２電源１２の電圧ＶＢ２は互いに等しくなるように収束し、第１電源１１および第２電源１２から負荷電流Ｉ０を均等に出力する状態へと収束する。
【０１２７】
そして、ステップＳ２３においては、電流Ｉ２（つまり、第４ノードＤから第２電源１２を介して第３ノードＣへと流れる電流Ｉ２）は負荷電流Ｉ０よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ２５に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２４に進む。
【０１２８】
そして、ステップＳ２４においては、第２電源１２の電圧ＶＢ２が第１電源１１の電圧ＶＢ１よりも高くなるアンバランスが生じているとして、第１スイッチング素子ＳＷ１を開放（ＯＦＦ）かつ第３スイッチング素子ＳＷ３を閉接（ＯＮ）かつ第２スイッチング素子ＳＷ２を開放（ＯＦＦ）とし、第２電源１２から第１電源１１へと電流が流れることを遮断する。
これによって、電気負荷での電流消費によって、第２電源１２の電圧ＶＢ２は低下し、電流Ｉ２および負荷電流Ｉ０は互いに等しくなる状態へと収束し、第１電源１１の電圧ＶＢ１および第２電源１２の電圧ＶＢ２は互いに等しくなるように収束し、第１電源１１および第２電源１２から負荷電流Ｉ０を均等に出力する状態へと収束する。
【０１２９】
そして、ステップＳ２５においては、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３を閉接（ＯＮ）かつ第２スイッチング素子ＳＷ２を開放（ＯＦＦ）に固定し、リターンに進む。
【０１３０】
以下に、上述したステップＳ１２での直列定常制御について説明する。
先ず、例えば図２０に示すステップＳ３１においては、第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３を開放（ＯＦＦ）かつ第２スイッチング素子ＳＷ２を閉接（ＯＮ）に固定し、リターンに進む。
【０１３１】
この第４変形例によれば、第１電源１１の電圧ＶＢ１と第２電源１２の電圧ＶＢ２とのアンバランスを解消する際に、電気負荷への通電とは無関係な第１電源１１および第２電源１２間の充放電（つまり、第１電源１１および第２電源１２において何れか電圧の高い方から低い方へと電流が流れることによって、互いの電圧ＶＢ１，ＶＢ２が等しくなるように収束する状態）が生じることを防止する。これによって、電気負荷である電動機２およびインバータ３に対して効率良く通電を行なうことができる。
【０１３２】
なお、上述した実施の形態においては、例えば、インバータ３に並列に接続された発電機用インバータと、この発電機用インバータによって制御される発電機と、を備えてもよい。
【０１３３】
なお、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態の構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
１  電源装置
２  電動機（電気負荷）
３  インバータ（電気負荷）
１１  第１電源
１２  第２電源
１３  スイッチ回路
１４  リアクトル
１５  第１コンデンサ
１６  第２コンデンサ
１７  第３コンデンサ
１８  制御装置
３１  第２リアクトル
４１  第３リアクトル
４２  第４リアクトル
【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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