(57)【要約】【課題】電気負荷の負荷変動に対応可能であり、かつ、電気負荷が低負荷のときの効率を向上可能な電源システムを提供する。【解決手段】電圧変換器３０は、直流電源１０とインバータ４０の間に設けられる。直流電源２０は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に接続される。直流電源１０の出力パワー定格は、直流電源２０の出力パワー定格よりも大きい。直流電源２０の蓄積エネルギ定格は、直流電源１０の蓄積エネルギ定格よりも大きい。電圧変換器３０は、主正母線ＭＰＬの電圧を直流電源１０の電圧よりも低い電圧に調整する降圧コンバータによって構成される。直流電源２０の電圧は、直流電源１０の電圧よりも低い。【選択図】図１
2014103774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の直流電源と、
前記第１の直流電源と電気負荷に接続される電力線との間に設けられる電圧変換器と、
前記電力線に接続される第２の直流電源とを備え、
前記第１の直流電源の出力パワー定格は、前記第２の直流電源の出力パワー定格よりも大きく、
前記第２の直流電源の蓄積エネルギ定格は、前記第１の直流電源の蓄積エネルギ定格よりも大きく、
前記電圧変換器は、前記電力線の電圧を前記第１の直流電源の電圧よりも低い電圧に調整する降圧コンバータによって構成され、
前記第２の直流電源の電圧は、前記第１の直流電源の電圧よりも低い、電源システム。
【請求項２】
前記電力線は、主正母線と主負母線とを含み、
前記電源システムは、前記第２の直流電源の負極を前記主負母線から電気的に切離して前記降圧コンバータの出力端に電気的に接続可能に構成された切替装置をさらに備える、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
第１の直流電源と、
前記第１の直流電源と電気負荷に接続される電力線との間に設けられる電圧変換器とを備え、
前記電力線は、主正母線と主負母線とを含み、
前記電圧変換器は、
前記第１の直流電源の正極と第１のノードとの間に接続される第１のスイッチング素子と、
前記第１のノードと第２のノードとの間に接続される第２のスイッチング素子と、
前記第１のノードと前記主正母線との間に接続されるリアクトルとを含み、さらに
前記第２のノードと前記主負母線との間に接続される第２の直流電源を備え、
前記第１の直流電源の出力パワー定格は、前記第２の直流電源の出力パワー定格よりも大きく、
前記第２の直流電源の蓄積エネルギ定格は、前記第１の直流電源の蓄積エネルギ定格よりも大きく、
前記第２の直流電源の電圧は、前記第１の直流電源の電圧よりも低い、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、特に、２つの直流電源と電気負荷との間で電力を授受する電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１２−６０８３８号公報（特許文献１）は、第１二次電池および第２二次電池と負荷との間で電力を授受する電源装置において、第１二次電池および第２二次電池の接続状態を切替可能な構成を開示する。この電源装置は、第１二次電池および第２二次電池と、昇圧コンバータとを備え、負荷に対する第１二次電池および第２二次電池の接続状態を切替えるために第１リレーから第４リレーが設けられる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６０８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の電源装置は、第１リレーから第４リレーを用いて、第１二次電池および第２二次電池の直列接続および並列接続の切替、ならびに第１二次電池および第２二次電池の各々の単独使用を可能とする。しかしながら、上記の電源装置では、第１二次電池および第２二次電池の接続状態を切替えるために４つのリレーが使用されるので、回路構成が複雑になるとともに、コストや装置の体格および重量も増大する。
【０００５】
一方、蓄積エネルギが高い、いわゆる高容量型の二次電池を電気負荷に接続し、昇圧コンバータを介して昇圧コンバータの一次側に、上記高容量型の二次電池よりも容量は少ないけれども高パワーを出力可能な、いわゆる高出力型の二次電池を接続した電源システムの構成が考えられる。しかしながら、このような構成によると、高容量型の二次電池の電圧を高出力型の二次電池の電圧よりも高くする必要があり、電気負荷の入力電圧（システム電圧）が高電圧の高容量型二次電池の電圧となるので、電気負荷が低負荷のときにシステム電圧を下げることによって効率向上を図ることができない。また、電気負荷が高負荷のときは高出力型の二次電池の出力が昇圧コンバータにより昇圧されて電気負荷へ供給されるが、高出力型の二次電池の電圧が低いので昇圧コンバータに流れる電流が大きくなり、昇圧コンバータにおいて温度制限がかかる可能性もある。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電気負荷の負荷変動に対応可能であり、かつ、電気負荷が低負荷のときの効率を向上可能な電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によれば、電源システムは、第１および第２の直流電源と、電圧変換器とを備える。電圧変換器は、第１の直流電源と電気負荷に接続される電力線との間に設けられる。第２の直流電源は、上記電力線に接続される。第１の直流電源の出力パワー定格は、第２の直流電源の出力パワー定格よりも大きい。第２の直流電源の蓄積エネルギ定格は、第１の直流電源の蓄積エネルギ定格よりも大きい。電圧変換器は、上記電力線の電圧を第１の直流電源の電圧よりも低い電圧に調整する降圧コンバータによって構成される。そして、第２の直流電源の電圧は、第１の直流電源の電圧よりも低い。
【０００８】
好ましくは、上記電力線は、主正母線と主負母線とを含む。そして、電源システムは、切替装置をさらに備える。切替装置は、第２の直流電源の負極を主負母線から電気的に切離して降圧コンバータの出力端に電気的に接続可能に構成される。
【０００９】
また、この発明によれば、電源システムは、第１および第２の直流電源と、電圧変換器とを備える。電圧変換器は、第１の直流電源と電気負荷に接続される電力線との間に設けられる。上記電力線は、主正母線と主負母線とを含む。電圧変換器は、第１および第２のスイッチング素子と、リアクトルとを含む。第１のスイッチング素子は、第１の直流電源の正極と第１のノードとの間に接続される。第２のスイッチング素子は、第１のノードと第２のノードとの間に接続される。リアクトルは、第１のノードと主正母線との間に接続される。そして、第２の直流電源は、第２のノードと主負母線との間に接続される。第１の直流電源の出力パワー定格は、第２の直流電源の出力パワー定格よりも大きい。第２の直流電源の蓄積エネルギ定格は、第１の直流電源の蓄積エネルギ定格よりも大きい。第２の直流電源の電圧は、第１の直流電源の電圧よりも低い。
【発明の効果】
【００１０】
この発明においては、電圧変換器は、降圧コンバータによって構成される。高容量型の第２の直流電源の電圧は、高出力型の第１の直流電源の電圧よりも低い。言い換えれば、第１の直流電源の電圧は、第２の直流電源の電圧よりも高い。このような構成とすることにより、電気負荷が低負荷のときは、降圧コンバータを停止させて低電圧の第２の直流電源から電気負荷へ電力を供給することができる。電気負荷が高負荷のときは、高電圧の第１の直流電源から降圧コンバータを介して電気負荷へ電力が供給される。
【００１１】
したがって、この発明によれば、電気負荷の負荷変動に対応可能であり、かつ、電気負荷が低負荷のときの効率が向上する。また、第１の直流電源から降圧コンバータを介して電気負荷へ電力が供給される場合、第１の直流電源の電圧が高いので、降圧コンバータに流れる電流が小さくなり、降圧コンバータの温度上昇も抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。
【図２】モータの負荷に応じた直流電源の使用状態を説明するための図である。
【図３】モータの負荷を説明するための図である。
【図４】実施の形態２による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。
【図５】実施の形態２において、モータの負荷に応じた直流電源の使用状態を説明するための図である。
【図６】実施の形態３による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。
【図７】実施の形態３において、モータの負荷に応じた直流電源の使用状態を説明するための図である。
【図８】実施の形態４による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。
【図９】実施の形態４において、モータの負荷に応じた直流電源の使用状態を説明するための図である。
【図１０】モータの負荷を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１４】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。図１を参照して、負荷駆動装置１は、直流電源１０，２０と、電圧変換器３０と、インバータ４０と、モータ５０と、スイッチＳａと、主正母線ＭＰＬと、主負母線ＭＮＬとを備える。
【００１５】
直流電源１０，２０の各々は、再充電可能な蓄電装置であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。なお、二次電池に代えて、電気二重層キャパシタなどの電池以外の蓄電要素、または電池以外の蓄電要素と電池との組合せによって、各直流電源１０，２０を構成してもよい。
【００１６】
直流電源１０は、電圧変換器３０に接続される。直流電源２０は、電圧変換器３０とインバータ４０との間に配設される主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬ間に接続される。なお、直流電源２０に対しては、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間において直流電源２０に直列にスイッチＳａ（後述）が介挿される。
【００１７】
電圧変換器３０は、直流電源１０と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから成る電力線との間で電圧変換可能に構成される。この電圧変換器３０は、電流可逆型のチョッパ回路によって構成される降圧コンバータであり、主正母線ＭＰＬの電圧を直流電源１０の電圧よりも低い電圧に調整する。
【００１８】
具体的には、電圧変換器３０は、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」と称する。）Ｓ１，Ｓ２と、リアクトルＬとを含む。スイッチング素子Ｓ１は、直流電源１０の正極とノードＮＤ１との間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｓ２は、ノードＮＤ１と直流電源１０の負極との間に電気的に接続される。なお、直流電源１０の負極は、主負母線ＭＮＬに接続される。リアクトルＬは、ノードＮＤ１と主正母線ＭＰＬとの間に電気的に接続される。そして、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、図示しない制御信号に応答してオン／オフに制御される。
【００１９】
なお、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２には、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）、ＧＴＯ（Gate  Turn  Off  thyristor）等を用いることができる。なお、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の各々には、逆並列ダイオードが接続される。
【００２０】
主正母線ＭＰＬの電圧が目標よりも低い場合、スイッチング素子Ｓ１のオンデューティーを大きくすることによって直流電源１０から主正母線ＭＰＬへ電流を流すことができ、主正母線ＭＰＬの電圧を高めることができる。一方、主正母線ＭＰＬの電圧が目標よりも高い場合、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティーを大きくすることによって主正母線ＭＰＬの電圧を低めることができる。また、主正母線ＭＰＬから直流電源１０への電力回生時には、リアクトルＬを用いて主正母線ＭＰＬから直流電源１０へ電流を流すことができる。
【００２１】
スイッチＳａは、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間において直流電源２０に直列に介挿される。スイッチＳａは、図示しない制御信号に応答してオン／オフに制御され、直流電源２０の不使用時（すなわち直流電源１０の単独使用時）に直流電源２０を電気的に切離す。なお、スイッチＳａは、リレーによって構成してもよいし、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と同様にスイッチング素子によって構成してもよい。スイッチＳａがスイッチング素子によって構成される場合、スイッチング素子に逆並列ダイオードを接続してもよい。
【００２２】
また、図１では、スイッチＳａが主正母線ＭＰＬと直流電源２０の正極との間に接続される構成が代表的に示されているが、スイッチＳａは、直流電源２０の負極と主負母線ＭＮＬとの間に接続されてもよい。直流電源１０，２０の使用状態に応じたスイッチＳａの動作については、後ほど説明する。
【００２３】
インバータ４０は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５０へ供給し、モータ５０を駆動する。モータ５０は、インバータ４０から供給される電力によって回転駆動力を発生する。たとえば、この負荷駆動装置１が車両に搭載される場合、モータ５０が発生する駆動力を車両の駆動軸に伝達することによって車両を走行させることができる。
【００２４】
なお、モータ５０が発電機能を有する場合には、インバータ４０は、モータ５０によって発電される交流電力を直流電力に変換して主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ出力する。たとえば、負荷駆動装置１が車両に搭載される場合、車両の制動時等に車両の駆動軸から回転力を受けてモータ５０が発電した交流電力をインバータ４０により直流電力に変換して、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ出力することができる。
【００２５】
このような負荷駆動装置１の電源システムにおいて、電圧変換器３０を介することなくインバータ４０に直接接続される直流電源２０は、蓄積エネルギが高い、いわゆる高容量型の蓄電装置で構成される。これにより、高容量の直流電源２０に蓄積されたエネルギを長時間に亘って使用することができ、負荷駆動装置１が車両に搭載される場合には、電気エネルギによる走行距離を延ばすことができる。
【００２６】
一方、電圧変換器３０を介してインバータ４０に接続される直流電源１０は、出力パワーが高い、いわゆる高出力型の蓄電装置で構成される。これにより、必要に応じて直流電源１０からモータ５０へ高パワーを供給することができ、負荷駆動装置１が車両に搭載される場合には、ユーザのアクセル操作に対応した加速性能を速やかに確保することができる。
【００２７】
また、上述のように、電圧変換器３０は降圧コンバータによって構成される。そして、直流電源２０の電圧は、直流電源１０の電圧よりも低い。このような構成とすることで、要求パワーが小さいときは、相対的に低電圧の直流電源２０を用いることにより、モータ５０を効率よく駆動することができる。一方、要求パワーが大きいときは、直流電源１０が用いられるところ、直流電源１０の電圧は直流電源２０の電圧よりも高いので、電圧変換器３０に流れる電流を小さくすることができ、電圧変換器３０のリアクトルＬ等の発熱を抑えることができる。
【００２８】
この負荷駆動装置１の電源システムにおいては、高出力型の直流電源１０と、高容量型の直流電源２０とが設けられ、モータ５０の負荷に応じて直流電源１０，２０の使用状態が切替えられる。具体的には、低負荷時は直流電源２０のみが使用され、低負荷でないとき（中負荷時および高負荷時）は直流電源１０のみが使用される。
【００２９】
図２は、モータ５０の負荷に応じた直流電源１０，２０の使用状態を説明するための図である。また、図３は、モータ５０の負荷を説明するための図である。まず図３を参照して、横軸はモータ５０の回転数を示し、縦軸はモータ５０のトルクを示す。領域Ａは、モータ５０の負荷が相対的に小さい領域を示す。領域Ｂは、モータ５０の負荷が中程度の領域を示し、領域Ｃは、モータ５０の負荷が相対的に大きい領域を示す。
【００３０】
次いで、図２とともに図１，３を参照して、モータ５０の負荷が小さい領域Ａでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がいずれもオフにされ、スイッチＳａがオンにされる。これにより、電圧変換器３０は停止し、直流電源２０は、スイッチＳａによって主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に電気的に接続される。したがって、モータ５０の負荷が小さい領域Ａでは、直流電源２０の単独使用状態が形成される。
【００３１】
モータ５０の負荷が中程度の領域Ｂでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２はスイッチング制御（オン／オフ）され、スイッチＳａがオフにされる。これにより、電圧変換器３０は電圧変換動作（降圧動作）を行ない、直流電源２０はスイッチＳａによって主正母線ＭＰＬから電気的に切離される。したがって、モータ５０の負荷が中程度の領域Ｂでは、直流電源１０の単独使用状態が形成され、モータ５０の負荷に応じて主正母線ＭＰＬの電圧が電圧変換器３０により調整される。
【００３２】
モータ５０の負荷が大きい領域Ｃでは、スイッチング素子Ｓ１がオンにされ、スイッチング素子Ｓ２がオフにされる。スイッチＳａはオフにされる。これにより、電圧変換器３０の上アーム（スイッチング素子Ｓ１）を介して直流電源１０の電圧が主正母線ＭＰＬに与えられ、直流電源２０はスイッチＳａによって主正母線ＭＰＬから電気的に切離される。したがって、モータ５０の負荷が大きい領域Ｃでは、電圧変換器３０による降圧動作のない、高電圧の直流電源１０の単独使用状態が形成される。
【００３３】
以上のように、この実施の形態１においては、電圧変換器３０が降圧コンバータによって構成される。高容量型の直流電源２０の電圧は、高出力型の直流電源１０の電圧よりも低い。言い換えれば、直流電源１０の電圧は、直流電源２０の電圧よりも高い。このような構成とすることにより、モータ５０が低負荷のときは、電圧変換器３０を停止させて低電圧の直流電源２０からモータ５０へ電力を供給することができる。モータ５０が高負荷のときは、高電圧の直流電源１０から電圧変換器３０を介してモータ５０へ電力が供給される。したがって、この実施の形態１によれば、モータ５０の負荷変動に対応可能であり、かつ、モータ５０が低負荷のときの効率が向上する。また、直流電源１０から電圧変換器３０を介してモータ５０へ電力が供給される場合、直流電源１０の電圧が高いので、電圧変換器３０に流れる電流が小さくなり、電圧変換器３０の温度上昇も抑制される。
【００３４】
［実施の形態２］
図４は、実施の形態２による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。図４を参照して、負荷駆動装置１Ａは、図１に示した負荷駆動装置１とは直流電源２０の配置が異なる。すなわち、直流電源２０は、電圧変換器３０の下アームを構成するスイッチング素子Ｓ２と主負母線ＭＮＬとの間に設けられる。より詳しくは、スイッチング素子Ｓ２は、ノードＮＤ１とノードＮＤ２との間に電気的に接続され、直流電源２０は、ノードＮＤ２と主負母線ＭＮＬとの間に電気的に接続される。負荷駆動装置１Ａのその他の構成は、負荷駆動装置１と同じである。
【００３５】
この実施の形態２では、直流電源２０を電気的に切離すためのスイッチ（図１のスイッチＳａ）を別途設けることなく、実施の形態１とほぼ同様の直流電源１０，２０の使用状態を形成できる。
【００３６】
図５は、実施の形態２において、モータ５０の負荷に応じた直流電源１０，２０の使用状態を説明するための図である。図５とともに図４，３を参照して、モータ５０の負荷が小さい領域Ａでは、スイッチング素子Ｓ１がオフにされ、スイッチング素子Ｓ２がオンにされる。これにより、直流電源２０は、スイッチング素子Ｓ２を介して主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に電気的に接続される。また、スイッチング素子Ｓ１がオフにされるので、直流電源１０から主正母線ＭＰＬへ電流が流れることはない。したがって、モータ５０の負荷が小さい領域Ａでは、直流電源２０の単独使用状態が形成される。なお、直流電源２０の電圧は直流電源１０の電圧よりも低いので、直流電源２０から電圧変換器３０を介して直流電源１０へ電流が流れることはない。
【００３７】
モータ５０の負荷が中程度の領域Ｂでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、スイッチング制御（オン／オフ）される。これにより、電圧変換器３０は電圧変換動作（降圧動作）を行ない、モータ５０の負荷に応じて主正母線ＭＰＬの電圧が電圧変換器３０により調整される。なお、電圧変換器３０の動作過程において、スイッチング素子Ｓ１のオフ中に主正母線ＭＰＬの電圧が直流電源２０の電圧未満に低下したときは、直流電源２０から主正母線ＭＰＬへ電力が供給される。したがって、この領域Ｂでは、直流電源１０，２０の双方が使用される。
【００３８】
モータ５０の負荷が大きい領域Ｃでは、スイッチング素子Ｓ１がオンにされ、スイッチング素子Ｓ２がオフにされる。これにより、電圧変換器３０の上アーム（スイッチング素子Ｓ１）を介して直流電源１０の電圧が主正母線ＭＰＬに与えられる。また、スイッチング素子Ｓ２がオフにされるので、直流電源１０（主正母線ＭＰＬ）から直流電源２０へ電流が流れることはない。また、直流電源２０の電圧は直流電源１０の電圧よりも低いので、直流電源２０から直流電源１０（主正母線ＭＰＬ）へ電流が流れることもない。したがって、モータ５０の負荷が大きい領域Ｃでは、電圧変換器３０による降圧動作のない、高電圧の直流電源１０の単独使用状態が形成される。
【００３９】
なお、モータ５０の発電時には、スイッチング素子Ｓ１のオンデューティー比を変化させることによって直流電源１０，２０への回生電力が制御され、直流電源１０，２０の蓄電量が調整される。
【００４０】
以上のように、この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、この実施の形態２によれば、直流電源２０を電気的に切離すためのスイッチ（図１のスイッチＳａ）を別途設ける必要がないので、コストを抑制することができる。
【００４１】
［実施の形態３］
図６は、実施の形態３による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。図６を参照して、負荷駆動装置１Ｂは、図１に示した負荷駆動装置１の構成において、スイッチＳａに代えてスイッチＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄを備える。
【００４２】
スイッチＳｂは、主正母線ＭＰＬと電圧変換器３０の出力端が接続されるノードＮＤ３との間に電気的に接続される。スイッチＳｃは、ノードＮＤ３と直流電源２０の負極が接続されるノードＮＤ４との間に電気的に接続される。スイッチＳｄは、ノードＮＤ４と主負母線ＭＮＬとの間に電気的に接続される。なお、直流電源２０の正極は、主正母線ＭＰＬに接続される。
【００４３】
この負荷駆動装置１Ｂの電源システムにおいては、直流電源１０，２０が直列に接続される状態を形成することができる。この電源システムにおいても、モータ５０の負荷が低いときは直流電源２０のみが使用され、低負荷でないとき（中負荷時および高負荷時）は直流電源１０のみが使用される。ここで、出力型の直流電源１０の充電状態（以下「ＳＯＣ（State  Of  Charge）とも称する。）が低下することによって直流電源１０のみでは十分な出力を供給できなくなったときは、直流電源１０，２０の直列接続状態が形成され、インバータ４０への出力が維持される。
【００４４】
図７は、実施の形態３において、モータ５０の負荷に応じた直流電源１０，２０の使用状態を説明するための図である。図７とともに図６，３を参照して、モータ５０の負荷が小さい領域Ａでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がいずれもオフにされる。また、スイッチＳｂ，Ｓｃがオフにされ、スイッチＳｄのみがオンにされる。これにより、電圧変換器３０は停止するとともに主正母線ＭＰＬから電気的に切離され、直流電源２０は、スイッチＳｄによって主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に電気的に接続される。したがって、モータ５０の負荷が小さい領域Ａでは、直流電源２０の単独使用状態が形成される。
【００４５】
モータ５０の負荷が中程度の領域Ｂでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、スイッチング制御（オン／オフ）される。また、スイッチＳｂがオンにされ、スイッチＳｃ，Ｓｄがオフにされる。これにより、スイッチＳｂによって電圧変換器３０が主正母線ＭＰＬに電気的に接続され、電圧変換器３０は電圧変換動作（降圧動作）を行なう。直流電源２０はスイッチＳｃ，Ｓｄによって電気的に切離される。したがって、モータ５０の負荷が中程度の領域Ｂでは、直流電源１０の単独使用状態が形成され、モータ５０の負荷に応じて主正母線ＭＰＬの電圧が電圧変換器３０により調整される。
【００４６】
モータ５０の負荷が大きい領域Ｃでは、スイッチング素子Ｓ１はオンにされ、スイッチング素子Ｓ２はオフにされる。スイッチＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄのオン／オフ状態は、領域Ｂのときと同じである。これにより、これにより、電圧変換器３０の上アーム（スイッチング素子Ｓ１）を介して直流電源１０の電圧が主正母線ＭＰＬに与えられる。直流電源２０はスイッチＳｃ，Ｓｄによって電気的に切離される。したがって、モータ５０の負荷が大きい領域Ｃでは、電圧変換器３０による降圧動作のない、高電圧の直流電源１０の単独使用状態が形成される。
【００４７】
ここで、モータ５０の負荷が領域Ｃに含まれている場合に、直流電源１０のＳＯＣが所定の下限を下回ることによって直流電源１０のＳＯＣが低下すると、スイッチＳｂがオンからオフに切替えられ、スイッチＳｃがオフからオンに切替えられる。そうすると、ノードＮＤ３が主正母線ＭＰＬから電気的に切離されてノードＮＤ４に電気的に接続される。すなわち、電圧変換器３０の出力端が主正母線ＭＰＬから電気的に切離されて直流電源２０の負極に電気的に接続される。これにより、直流電源１０，２０の直列接続状態が形成される。
【００４８】
以上のように、この実施の形態３によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、この実施の形態３によれば、直流電源１０のみでは十分な出力を供給できない場合には、直流電源１０，２０の直列接続状態が形成されるので、インバータ４０（モータ５０）への出力を維持することができる。
【００４９】
［実施の形態４］
実施の形態３では、直流電源１０，２０によって生成できる最大電圧は、直流電源１０，２０が直列接続されるときの直流電源１０，２０の合計電圧である。この実施の形態４では、直流電源１０の電圧を昇圧することによって直流電源１０，２０の合計電圧以上の電圧を生成可能とし、モータ５０のさらなる高出力要求に対応可能とするものである。
【００５０】
図８は、実施の形態４による電源システムが適用される負荷駆動装置の全体構成図である。図８を参照して、この負荷駆動装置１Ｃは、図６に示した実施の形態３における負荷駆動装置１Ｂの構成において、スイッチＳｅをさらに備える。スイッチＳｅは、主正母線ＭＰＬと直流電源２０の正極との間に電気的に接続される。なお、負荷駆動装置１Ｃのその他の構成は、実施の形態３における負荷駆動装置１Ｂと同じである。
【００５１】
この負荷駆動装置１Ｃの電源システムにおいては、電圧変換器３０のリアクトルＬおよびスイッチＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄによって昇圧チョッパ回路を構成することができる。すなわち、スイッチＳｂを昇圧チョッパ回路の上アームとして機能させ、スイッチＳｃ，Ｓｄを同時にスイッチングさせてスイッチＳｃ，Ｓｄを昇圧チョッパ回路の下アームとして機能させる。なお、このとき、電圧変換器３０は上アームのスイッチング素子Ｓ１がオンにされ、また、スイッチＳｅがオフにされることによって直流電源２０は電気的に切離される。なお、スイッチＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄは、昇圧チョッパ回路として高速スイッチングを行なうことから、電圧変換器３０と同様にスイッチング素子によって構成するのが好ましい。
【００５２】
図９は、実施の形態４において、モータ５０の負荷に応じた直流電源１０，２０の使用状態を説明するための図である。また、図１０は、モータ５０の負荷を説明するための図である。まず図１０を参照して、横軸はモータ５０の回転数を示し、縦軸はモータ５０のトルクを示す。領域Ａは、モータ５０の負荷が相対的に小さい領域を示す。領域Ｂは、モータ５０の負荷が中程度の領域を示す。そして、領域Ｃは、モータ５０の負荷がやや大きい領域を示し、領域Ｄは、モータ５０の負荷が十分に大きい領域を示す。
【００５３】
次いで、図９とともに図８，１０を参照して、領域Ａ〜Ｃ（直流電源１０，２０の直列接続時を含む。）におけるスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２およびスイッチＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄの状態は、図７に示した実施の形態３の場合の状態と同じである。スイッチＳｅについては、直流電源２０が単独使用または直流電源１０との直列接続使用のときはオンにされ（領域Ａ，Ｃ）、直流電源１０の単独使用のときはオフにされる（領域Ｂ）。
【００５４】
モータ５０の負荷が十分に大きい領域Ｄでは、スイッチング素子Ｓ１はオンにされ、スイッチング素子Ｓ２はオフにされる。スイッチＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄは、スイッチング制御（オン／オフ）され、スイッチＳｅはオフにされる。なお、スイッチＳｃ，Ｓｄは同じ動作を行なう。これにより、電圧変換器３０の上アーム（スイッチング素子Ｓ１）を介して直流電源１０の電圧がリアクトルＬに与えられ、リアクトルＬと、上アームとして機能するスイッチＳｂと、下アームとして機能するスイッチＳｃ，Ｓｄとによって、直流電源１０の電圧を昇圧して主正母線ＭＰＬ（インバータ４０）へ出力する昇圧チョッパ回路が形成される。なお、直流電源２０はスイッチＳｅによって電気的に切離される。
【００５５】
以上のように、この実施の形態４によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、この実施の形態４によれば、主正母線ＭＰＬの電圧を直流電源１０よりも高い電圧に調整できるので、モータ５０のさらなる高出力要求に対応することができる。
【００５６】
なお、上記の実施の形態１〜４における負荷駆動装置１，１Ａ〜１Ｃは、好ましくは、ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両に適用される。この場合、モータ５０は、電動車両を駆動する走行モータであり、または、ハイブリッド車両においてエンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータであってもよい。なお、この発明の適用範囲は、電動車両に限定されるものではなく、その他の負荷駆動装置全般に適用可能である。
【００５７】
なお、上記において、直流電源１０は、この発明における「第１の直流電源」の一実施例に対応し、直流電源２０は、この発明における「第２の直流電源」の一実施例に対応する。また、スイッチＳｂ，Ｓｃは、この発明における「切替装置」の一実施例に対応する。
【００５８】
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、上記した実施の形態の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。
【符号の説明】
【００５９】
１，１Ａ〜１Ｃ  負荷駆動装置、１０，２０  直流電源、３０  電圧変換器、４０  インバータ、５０  モータ、Ｓ１，Ｓ２  スイッチング素子、Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅ  スイッチ、Ｌ  リアクトル、ＭＰＬ  主正母線、ＭＮＬ  主負母線、ＮＤ１〜ＮＤ４  ノード。
【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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