(57)【要約】  本発明は、二次電池とキャパシタとを組み合わせて負荷に電源を供給する電源装置であって、前記キャパシタの電圧が前記負荷を駆動可能な電圧である場合に、接続状態に切り換えらえて、前記キャパシタから前記負荷に電源を直接供給可能とするバイパススイッチと、前記キャパシタの電圧が前記負荷を駆動可能な最低電圧を下回った場合に、前記キャパシタの電圧を昇圧して前記負荷に供給可能とする第一のＤＣ−ＤＣコンバータと、を備える。
2014073058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池とキャパシタとを組み合わせて負荷に電源を供給する電源装置であって、
前記キャパシタの電圧が前記負荷を駆動可能な電圧である場合に、接続状態に切り換えらえて、前記キャパシタから前記負荷に電源を直接供給可能とするバイパススイッチと、
前記キャパシタの電圧が前記負荷を駆動可能な最低電圧を下回った場合に、前記キャパシタの電圧を昇圧して前記負荷に供給可能とする第一のＤＣ−ＤＣコンバータと、を備える電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、
前記キャパシタからの電源によって前記負荷を駆動できなくなった場合に、前記二次電池の電圧を昇圧して前記負荷に供給可能とする第二のＤＣ−ＤＣコンバータを更に備える電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電源装置において、
前記バイパススイッチは、前記キャパシタの電圧が前記負荷を駆動可能な最低電圧と比較して余裕電圧分だけ高い電圧よりも低くなった場合に遮断状態に切り換えられ、
前記第一のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記バイパススイッチが遮断状態に切り換えられた場合に、前記キャパシタの電圧を昇圧して前記負荷に供給する電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置において、
前記キャパシタの電圧が当該キャパシタの最低作動電圧と比較して余裕電圧分だけ高い電圧よりも低くなった場合には、前記第一のＤＣ−ＤＣコンバータから前記負荷への電源の供給が停止され、前記第二のＤＣ−ＤＣコンバータから前記負荷への電源の供給が開始される電源装置。
【請求項５】
請求項２に記載の電源装置において、
前記負荷は、前記二次電池及び前記キャパシタから電源が供給されて電動機を駆動するインバータである電源装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電源装置において、
前記第一のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記電動機によって発電された電力を降圧して前記キャパシタに充電可能であり、
前記第二のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記電動機によって発電された電力を降圧して前記二次電池に充電可能である電源装置。
【請求項７】
請求項５に記載の電源装置において、
前記バイパススイッチは、接続状態に切り換えられたときに、前記電動機によって発電された電力を、前記第一のＤＣ−ＤＣコンバータを経由しないで前記キャパシタに直接充電可能とする電源装置。
【請求項８】
請求項５に記載の電源装置において、
前記第一のＤＣ−ＤＣコンバータ及び前記第二のＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記二次電池又は前記キャパシタの下流に設けられるリアクトルと、
前記リアクトルと前記電動機の上流との間に設けられ、スイッチングによって前記電動機からの充電電圧を降圧可能な降圧制御トランジスタと、
前記リアクトルと前記電動機の下流との間に設けられ、前記リアクトルの電流をスイッチングして、前記電動機へ供給される供給電圧を誘導起電力によって昇圧可能な昇圧制御トランジスタと、を各々備える電源装置。
【請求項９】
請求項５に記載の電源装置において、
前記第一のＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記キャパシタの下流に設けられる第一のリアクトルと、
前記第一のリアクトルと前記電動機の上流との間に設けられ、スイッチングによって前記電動機からの充電電圧を降圧可能な降圧制御トランジスタと、
前記第一のリアクトルと前記電動機の下流との間に設けられ、前記第一のリアクトルの電流をスイッチングして、前記電動機へ供給される供給電圧を誘導起電力によって昇圧可能な昇圧制御トランジスタと、を備え、
前記第二のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記二次電池の下流に設けられる第二のリアクトルを備え、前記降圧制御トランジスタと前記昇圧制御トランジスタとを前記第一のＤＣ−ＤＣコンバータと共用する電源装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の電源装置において、
前記第一のＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記キャパシタの下流に設けられるリアクトルと、
前記リアクトルと前記電動機の上流との間に設けられ、スイッチングによって前記電動機からの充電電圧を降圧可能な降圧制御トランジスタと、
前記リアクトルと前記電動機の下流との間に設けられ、前記リアクトルの電流をスイッチングして、前記電動機へ供給される供給電圧を誘導起電力によって昇圧可能な昇圧制御トランジスタと、を備え、
前記第二のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記リアクトルと前記降圧制御トランジスタと前記昇圧制御トランジスタとを前記第一のＤＣ−ＤＣコンバータと共用する電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に電源を供給する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バッテリとキャパシタとを組み合わせて負荷に電源を供給する電源装置が用いられている。ＪＰ２００６−３４５６０６Ａには、バッテリとキャパシタとが並列に接続される車両用電源システムが開示されている。この電源システムでは、キャパシタとバッテリとから供給される電気エネルギによって、電動モータのインバータを駆動している。
【発明の概要】
【０００３】
しかしながら、ＪＰ２００６−３４５６０６Ａの電源システムでは、キャパシタの電圧がインバータを駆動可能な電圧よりも低下すると、キャパシタからの電気エネルギではモータの駆動ができなくなる。また、キャパシタは、放電時に電圧が緩やかに降下する二次電池とは異なり、放電時に電圧が直線的に降下する特性を有する。そのため、キャパシタの電圧が降下すると、電気エネルギが残存しているにも関わらず、キャパシタから電気エネルギを供給してインバータを駆動することができなくなっていた。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、キャパシタの電気エネルギを有効に活用することを目的とする。
【０００５】
本発明のある形態によれば、二次電池とキャパシタとを組み合わせて負荷に電源を供給する電源装置であって、前記キャパシタの電圧が前記負荷を駆動可能な電圧である場合に、接続状態に切り換えらえて、前記キャパシタから前記負荷に電源を直接供給可能とするバイパススイッチと、前記キャパシタの電圧が前記負荷を駆動可能な最低電圧を下回った場合に、前記キャパシタの電圧を昇圧して前記負荷に供給可能とする第一のＤＣ−ＤＣコンバータと、を備える電源装置が提供される。
【０００６】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の第一の実施の形態による電源装置の電気回路図である。
【図２】図２は、本発明の第一の実施の形態による電源装置のブロック図である。
【図３】図３は、電源装置から負荷への電源供給制御を示すフローチャートである。
【図４】図４は、電源装置の作用を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の第二の実施の形態による電源装置の電気回路図である。
【図６】図６は、本発明の第三の実施の形態による電源装置の電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
（第一の実施の形態）
以下、図１から図４を参照して、本発明の第一の実施の形態による電源装置１００について説明する。
【００１０】
まず、図１及び図２を参照して、電源装置１００の構成について説明する。
【００１１】
電源装置１００は、二次電池１とキャパシタ２とを組み合わせて負荷に電源を供給するものである。この負荷は、二次電池１とキャパシタ２とから電源が供給されて電動機５を駆動するインバータ５０である。電源装置１００は、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ハイブリッド車両）やＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：電動車両）などに適用される。
【００１２】
最初に、電源装置１００から電源が供給されるインバータ５０と、インバータ５０によって駆動される電動機５とについて説明する。
【００１３】
電動機５は、ＨＥＶやＥＶに搭載される駆動用モータである。電動機５は、三相交流で回転磁界を生成して駆動される三相誘導モータジェネレータである。電動機５は、Ｕ相，Ｖ相，及びＷ相をそれぞれ構成する複数のコイル（図示省略）を内周に有する固定子と、永久磁石を有し固定子の内周を回転する回転子とを備える。電動機５は、固定子が車体（図示省略）に固定され、回転子の回転軸が車輪の車軸（図示省略）に連結される。電動機５は、電気エネルギを車輪の回転に変換することが可能であるとともに、車輪の回転を電気エネルギに変換することが可能である。
【００１４】
インバータ５０は、二次電池１とキャパシタ２とから供給された直流電力から交流電力を生成する電流変換機である。インバータ５０は、定格電圧が６００Ｖであり、駆動可能な最低電圧が３５０Ｖである。この最低電圧が、負荷を駆動可能な最低電圧に該当する。
【００１５】
インバータ５０は、二次電池１とキャパシタ２とから供給された直流電力を、１２０度ずつ位相のずれたＵ相，Ｖ相，及びＷ相からなる三層の交流に変換して電動機５に供給する。
【００１６】
インバータ５０は、正側電力線５１ａと、負側電力線５１ｂと、Ｕ相電力線５１ｕと、Ｖ相電力線５１ｖと、Ｗ相電力線５１ｗとを有する。正側電力線５１ａは、二次電池１及びキャパシタ２の正極に接続される。負側電力線５１ｂは、二次電池１及びキャパシタ２の負極に接続される。正側電力線５１ａと負側電力線５１ｂとの間には、Ｕ相電力線５１ｕ，Ｖ相電力線５１ｖ，及びＷ相電力線５１ｗが設けられる。また、正側電力線５１ａと負側電力線５１ｂとの間には、二次電池１及びキャパシタ２とインバータ５０との間で授受される直流電力を平滑化する平滑コンデンサ５５が並列接続される。
【００１７】
インバータ５０は、六つのスイッチング素子としてのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）５３ｕ，５４ｕ，５３ｖ，５４ｖ，５３ｗ，及び５４ｗを有している。これらのＩＧＢＴ５３ｕ〜５４ｗは、逆方向に並列接続される整流ダイオードを有するダイオード付きＩＧＢＴである。
【００１８】
ＩＧＢＴ５３ｕとＩＧＢＴ５４ｕとは、Ｕ相電力線５１ｕに直列に設けられる。Ｕ相電力線５１ｕは、ＩＧＢＴ５３ｕとＩＧＢＴ５４ｕとの間が、電動機５のＵ相を構成するコイルに接続される。ＩＧＢＴ５３ｖとＩＧＢＴ５４ｖとは、Ｖ相電力線５１ｖに直列に設けられる。Ｖ相電力線５１ｖは、ＩＧＢＴ５３ｖとＩＧＢＴ５４ｖとの間が、電動機５のＶ相を構成するコイルに接続される。ＩＧＢＴ５３ｗとＩＧＢＴ５４ｗとは、Ｗ相電力線５１ｗに直列に設けられる。Ｗ相電力線５１ｗは、ＩＧＢＴ５３ｗとＩＧＢＴ５４ｗとの間が、電動機５のＷ相を構成するコイルに接続される。
【００１９】
インバータ５０は、ＩＧＢＴ５３ｕ，５４ｕ，５３ｖ，５４ｖ，５３ｗ，及び５４ｗが、モータコントローラ（図示省略）によって制御されることによって、交流電流を生成して電動機５を駆動している。
【００２０】
次に、電源装置１００の構成について説明する。
【００２１】
電源装置１００は、二次電池１を有する二次電池電源部１１と、キャパシタ２を有するキャパシタ電源部２１と、二次電池１とキャパシタ２とからのインバータ５０への電源の供給を制御するコントローラ３０（図２参照）とを備える。二次電池電源部１１とキャパシタ電源部２１とは、並列に接続される。つまり、二次電池１とキャパシタ２とは、並列に接続される。
【００２２】
二次電池１は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などの化学電池である。ここでは、二次電池１の電圧は、３００Ｖに設定される。二次電池１には、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）を検出し、対応する信号をコントローラ３０に送信する二次電池ＳＯＣ検出器１ａ（図２参照）が設けられる。
【００２３】
キャパシタ２は、直列に複数接続して所望の電圧に設定されるとともに、並列に複数接続して所望の蓄電容量に設定される電気二重層キャパシタである。ここでは、キャパシタ２の電圧は、６００Ｖに設定される。キャパシタ２には、電圧を検出し、対応する信号をコントローラ３０に送信するキャパシタ電圧検出器２ａ（図２参照）が設けられる。
【００２４】
キャパシタ電源部２１は、キャパシタ２の電圧が電動機５を駆動可能な電圧である場合に、接続状態に切り換えらえるバイパススイッチ２２と、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回った場合に、キャパシタ２の電圧を昇圧してインバータ５０に供給可能とするＤＣ−ＤＣコンバータ２５（第一のＤＣ−ＤＣコンバータ）とを備える。
【００２５】
バイパススイッチ２２は、コントローラ３０によって開閉制御される。バイパススイッチ２２は、接続状態に切り換えられたときに、キャパシタ２からインバータ５０に電源を直接供給可能とするものである。バイパススイッチ２２が遮断状態に切り換えられると、キャパシタ２からインバータ５０に電源を直接供給することはできない。この場合、キャパシタ２からインバータ５０への電源の供給は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５を介して行われることとなる。
【００２６】
また、バイパススイッチ２２は、接続状態に切り換えられたときに、電動機５によって発電された電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５を経由しないでキャパシタ２に直接充電可能とする。これにより、キャパシタ２の充電時のエネルギロスを減らすことができる。
【００２７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２５は、キャパシタ２の電圧を昇圧して電動機５に供給することが可能であるとともに、電動機５によって発電された電力を降圧してキャパシタ２に充電することが可能である。
【００２８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２５は、キャパシタ２の下流に設けられるリアクトル２６と、リアクトル２６と電動機５の上流との間に設けられる降圧制御トランジスタ２７と、リアクトル２６と電動機５の下流との間に設けられる昇圧制御トランジスタ２８と、キャパシタ２と並列に接続される平滑コンデンサ２９とを備える。
【００２９】
リアクトル２６は、昇圧制御トランジスタ２８がオンのときにエネルギを蓄積する。そして、昇圧制御トランジスタ２８がオフになったときには、キャパシタ２から入力される電圧と、リアクトル２６に蓄積されたエネルギによる誘導起電力とが出力される。これにより、リアクトル２６は、昇圧制御トランジスタ２８によるスイッチングによって、入力電圧を昇圧して出力することが可能である。
【００３０】
昇圧制御トランジスタ２８は、コントローラ３０によってスイッチングされる。昇圧制御トランジスタ２８は、逆方向に並列接続される整流ダイオードを有するダイオード付きＩＧＢＴである。昇圧制御トランジスタ２８は、リアクトル２６の電流をスイッチングして、電動機５へ供給される供給電圧を誘導起電力によって昇圧することが可能である。
【００３１】
昇圧制御トランジスタ２８がオンにスイッチングされると、キャパシタ２の正極からの電流は、リアクトル２６と昇圧制御トランジスタ２８とを経由してキャパシタ２の負極に流れる。この電流のループによって、リアクトル２６にエネルギが蓄積される。
【００３２】
降圧制御トランジスタ２７は、コントローラ３０によってスイッチングされる。降圧制御トランジスタ２７は、逆方向に並列接続される整流ダイオードを有するダイオード付きＩＧＢＴである。降圧制御トランジスタ２７は、スイッチングによって電動機５からの充電電圧を降圧可能なものである。降圧制御トランジスタ２７は、電動機５が発電した電力を、チョッパ制御によって降圧してキャパシタ２に充電するものである。
【００３３】
平滑コンデンサ２９は、降圧制御トランジスタ２７がチョッパ制御を行って出力された電圧を平滑化するものである。これにより、電動機５によって発電された電力をキャパシタ２に充電する際の電圧を平滑化して安定させることができる。
【００３４】
二次電池電源部１１は、キャパシタ２からの電源によってインバータ５０を駆動できなくなった場合に、二次電池１の電圧を昇圧して電動機５に供給可能とするＤＣ−ＤＣコンバータ１５（第二のＤＣ−ＤＣコンバータ）を備える。
【００３５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１５は、二次電池１の電圧を昇圧して電動機５に供給することが可能であるとともに、電動機５によって発電された電力を降圧して二次電池１に充電することが可能である。
【００３６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１５は、二次電池１の下流に設けられるリアクトル１６と、リアクトル１６と電動機５の上流との間に設けられ、スイッチングによって電動機５からの充電電圧を降圧可能な降圧制御トランジスタ１７と、リアクトル１６と電動機５の下流との間に設けられ、リアクトル１６の電流をスイッチングして、電動機５へ供給される供給電圧を誘導起電力によって昇圧可能な昇圧制御トランジスタ１８とを備える。これらの構成は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３７】
コントローラ３０（図２参照）は、電源装置１００の制御を行うものである。コントローラ３０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータである。ＲＡＭは、ＣＰＵの処理におけるデータを記憶する。ＲＯＭは、ＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶する。Ｉ／Ｏインターフェースは、接続された機器との情報の入出力に使用される。ＣＰＵやＲＡＭなどを、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って動作させることによって、電源装置１００の制御が実現される。
【００３８】
次に、図３及び図４を参照して、コントローラ３０による電源装置１００の制御について説明する。コントローラ３０は、図３に示されるルーチンを、例えば１０ミリ秒ごとの一定時間隔で繰り返し実行する。図４では、横軸は時間であり、縦軸は上から順に電動機５の駆動力，キャパシタ２の出力電圧，二次電池１の出力電圧，及びインバータ５０の入力電圧である。
【００３９】
ステップ１０１では、コントローラ３０は、キャパシタ電圧検出器２ａが検出したキャパシタ２の電圧を読み込む。
【００４０】
ステップ１０２では、コントローラ３０は、キャパシタ２の電圧が第一設定電圧以上であるか否かを判定する。ステップ１０２にて、キャパシタ２の電圧が第一設定電圧以上であると判定された場合には、ステップ１０３に移行して、リターンする。一方、ステップ１０２にて、キャパシタの電圧が第一設定電圧よりも低いと判定された場合には、ステップ１０４に移行する。
【００４１】
この第一設定電圧は、インバータ５０を駆動可能な最低電圧と比較して余裕電圧分だけ高い値に設定される。ここでは、インバータ５０を駆動可能な最低電圧は３５０Ｖであるため、第一設定電圧は、３５０Ｖよりも少し高い値に設定される。
【００４２】
ステップ１０３では、コントローラ３０は、バイパススイッチ２２を接続状態とする。これにより、キャパシタ２からインバータ５０に電源が直接供給されて、電動機５が駆動されることとなる。
【００４３】
この状態は、図４におけるｔ０からｔ１の間の時間に相当する。具体的には、ｔ０から電動機５によるＥＶ走行が開始され、キャパシタ２の電圧は、消費された電気エネルギの分だけ比例的に降下する。そして、このＥＶ走行は、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧に近づき、上述した第一設定電圧を下回るまで継続される。
【００４４】
このとき、キャパシタ２からインバータ５０に電源が直接供給されるため、エネルギロスが小さい。よって、キャパシタ２の特性を活かして、大電流を瞬時にインバータ５０に供給することが可能である。
【００４５】
ステップ１０４では、コントローラ３０は、バイパススイッチ２２を遮断状態とする。これにより、キャパシタ２からインバータ５０に電源が直接供給されなくなる。このとき、キャパシタ２内には、電気エネルギが残存している。電気エネルギの減少が電圧の降下に比例すると考えた場合、６００Ｖから３５０Ｖまで降圧したキャパシタ２内には、フル充電のときを１００％とすると約３４％の電気エネルギが残存していることとなる。
【００４６】
従来は、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回ると、キャパシタ２内に電気エネルギが残存しているにも関わらず、キャパシタ２からのインバータ５０の駆動は行われなかった。そこで、電源装置１００では、以下のようにして、キャパシタ２内に残存する電気エネルギを利用している。
【００４７】
ステップ１０５では、コントローラ３０は、キャパシタ２の電圧が第二設定電圧以上であるか否かを判定する。ステップ１０５にて、キャパシタ２の電圧が第二設定電圧以上であると判定された場合には、ステップ１０６に移行して、リターンする。一方、ステップ１０５にて、キャパシタの電圧が第二設定電圧よりも低いと判定された場合には、ステップ１０７に移行して、リターンする。
【００４８】
この第二設定電圧は、キャパシタ２が作動可能な最低電圧である最低作動電圧と比較して余裕電圧分だけ高い値に設定される。また、第二設定電圧は、上述した第一設定電圧と比較して低い値に設定される。
【００４９】
ステップ１０６では、コントローラ３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５によって昇圧されたキャパシタ２からの電源をインバータ５０に供給する。このように、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回っても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５がキャパシタ２の電圧を昇圧してインバータ５０に供給する。
【００５０】
この状態は、図４におけるｔ１からｔ２の間の時間に相当する。具体的には、キャパシタ２の電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ２５によって昇圧されてインバータ５０に供給されるため、ｔ０から開始されたＥＶ走行がｔ１を過ぎてもｔ２まで継続されることとなる。このときもまた、キャパシタ２の実際の電圧は、一点鎖線で示すように、消費された電気エネルギの分だけ比例的に降下している。そして、このＥＶ走行は、キャパシタ２の実際の電圧が最低作動電圧に近づき、上述した第二設定電圧を下回るまで継続される。
【００５１】
以上のように、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回っても、キャパシタ２内に残存した電気エネルギを用いてインバータ５０を駆動することができる。したがって、キャパシタ２の電気エネルギを有効に活用することができる。
【００５２】
また、キャパシタ２の電気エネルギを有効に活用できるため、同じ電気エネルギをインバータ５０に出力するために必要なキャパシタ２の容量を小さくできる。よって、キャパシタ２の小型軽量化が可能である。また、電源装置１００がＨＥＶに適用される場合には、従来と比較してＥＶ走行可能な距離が長くなるため、エンジンによる燃料消費量を低減することができる。
【００５３】
一方、ステップ１０７では、コントローラ３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５によって昇圧された二次電池１からの電源をインバータ５０に供給する。ステップ１０７では、キャパシタ２内の電気エネルギは既に使用不可能なレベルまで減少しているため、二次電池１を用いてインバータ５０を駆動する。具体的には、二次電池１の電圧を３００Ｖから上述した第一設定電圧まで昇圧させて、インバータ５０を駆動する。
【００５４】
つまり、キャパシタ２の電圧が第二設定電圧よりも低くなった場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５からインバータ５０への電源の供給が停止され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５からインバータ５０への電源の供給が開始される
【００５５】
この状態は、図４におけるｔ２からｔ３の間の時間に相当する。具体的には、二次電池１の電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ１５によって昇圧されてインバータ５０に供給されるため、ｔ０から開始されたＥＶ走行がｔ２を過ぎてもｔ３まで継続されることとなる。
【００５６】
そして、このＥＶ走行は、二次電池ＳＯＣ検出器１ａによって検出された二次電池１のＳＯＣが設定値を下回るまで継続可能である。なお、ＨＥＶの場合には、二次電池ＳＯＣ検出器１ａによって検出された二次電池１のＳＯＣが設定値を下回っても、車両のエンジン（図示省略）が作動して、エンジンからの駆動力によって走行することが可能である。
【００５７】
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００５８】
電源装置１００では、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回っても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５がキャパシタ２の電圧を昇圧してインバータ５０に供給可能である。そのため、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回っても、キャパシタ２内に残存した電気エネルギを用いてインバータ５０を駆動することができる。したがって、キャパシタ２の電気エネルギを有効に活用することができる。
【００５９】
また、キャパシタ２の電気エネルギを有効に活用できるため、同じ電気エネルギをインバータ５０に出力するために必要なキャパシタ２の容量を小さくできる。よって、キャパシタ２の小型軽量化が可能である。また、電源装置１００がＨＥＶに適用される場合には、従来と比較してＥＶ走行可能な距離が長くなるため、エンジンによる燃料消費量を低減することができる。
【００６０】
なお、車両の制動時には、まず、電動機５によって発電した電気エネルギをキャパシタ２に充電する。このとき、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧よりも低い場合には、コントローラ３０は、バイパススイッチ２２を接続状態とする。これにより、電動機５の誘起電圧でキャパシタ２を充電することができる。
【００６１】
キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧以上となったら、コントローラ３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５を作動させて、電動機５が発電する電気エネルギを降圧してキャパシタ２に充電する。これにより、キャパシタ２の充電に適した電圧及び電流に調整することができるため、キャパシタ２を効率よく充電することが可能である。
【００６２】
そして、キャパシタ２が満充電となったら、コントローラ３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５を作動させて、電動機５が発電する電気エネルギを降圧して二次電池１に充電する。この場合にも、二次電池１の充電に適した電圧及び電流に調整することができるため、二次電池１を効率よく充電することが可能である。
【００６３】
（第二の実施の形態）
以下、図５を参照して、本発明の第二の実施の形態による電源装置２００について説明する。なお、以下に示す各実施の形態では、前述した実施の形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００６４】
電源装置２００は、二次電池１とキャパシタ２とを組み合わせて、電動機５を駆動するインバータ５０に電源を供給するものである。
【００６５】
電源装置２００は、二次電池１を有する二次電池電源部２１１と、キャパシタ２を有するキャパシタ電源部２２１と、二次電池１とキャパシタ２とからのインバータ５０への電源の供給を制御するコントローラ３０（図２参照）とを備える。
【００６６】
キャパシタ電源部２２１は、キャパシタ２の電圧が電動機５を駆動可能な電圧である場合に、接続状態に切り換えらえるバイパススイッチ２２と、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回った場合に、キャパシタ２の電圧を昇圧してインバータ５０に供給可能とするＤＣ−ＤＣコンバータ２２５（第一のＤＣ−ＤＣコンバータ）とを備える。
【００６７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２２５は、キャパシタ２の電圧を昇圧して電動機５に供給することが可能であるとともに、電動機５によって発電された電力を降圧してキャパシタ２に充電することが可能である。
【００６８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２２５は、キャパシタ２の下流に設けられるリアクトル２６（第一のリアクトル）と、リアクトル２６と電動機５の上流との間に設けられる降圧制御トランジスタ２７と、リアクトル２６と電動機５の下流との間に設けられる昇圧制御トランジスタ２８と、キャパシタ２と並列に接続される平滑コンデンサ２９とを備える。
【００６９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１５は、二次電池１の電圧を昇圧して電動機５に供給することが可能であるとともに、電動機５によって発電された電力を降圧して二次電池１に充電することが可能である。
【００７０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１５は、二次電池１の下流に設けられるリアクトル１６（第二のリアクトル）と、リアクトル１６と電動機５の上流との間に設けられ、スイッチングによって電動機５からの充電電圧を降圧可能な降圧制御トランジスタ２７と、リアクトル１６と電動機５の下流との間に設けられ、リアクトル１６の電流をスイッチングして、電動機５へ供給される供給電圧を誘導起電力によって昇圧可能な昇圧制御トランジスタ２８とを備える。
【００７１】
このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１５は、二次電池１の下流に設けられるリアクトル１６を備え、降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８とをＤＣ−ＤＣコンバータ２２５と共用する。
【００７２】
具体的には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１５は、切換スイッチ２１３を備え、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２５は、切換スイッチ２２３を備える。切換スイッチ２１３は、リアクトル１６の下流と、降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８との間とを連結する配線に設けられる。一方、切換スイッチ２２３は、リアクトル２６の下流と、降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８との間とを連結する配線に設けられる。
【００７３】
切換スイッチ２１３が接続状態となり、切換スイッチ２２３が遮断状態となった場合には、降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８とは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１５を構成する。一方、切換スイッチ２１３が遮断状態となり、切換スイッチ２２３が接続状態となった場合には、降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８とは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２５を構成する。
【００７４】
以上より、電源装置２００でもまた、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回っても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２５がキャパシタ２の電圧を昇圧してインバータ５０に供給する。そのため、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回っても、キャパシタ２内に残存した電気エネルギを用いてインバータ５０を駆動することができる。したがって、キャパシタ２の電気エネルギを有効に活用することができる。
【００７５】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１５とＤＣ−ＤＣコンバータ２２５とで、降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８とを共用することで、部品点数を減らしてコストを削減することが可能である。
【００７６】
（第三の実施の形態）
以下、図６を参照して、本発明の第三の実施の形態による電源装置３００について説明する。
【００７７】
電源装置３００は、二次電池１とキャパシタ２とを組み合わせて、電動機５を駆動するインバータ５０に電源を供給するものである。
【００７８】
電源装置３００は、二次電池１を有する二次電池電源部３１１と、キャパシタ２を有するキャパシタ電源部３２１と、二次電池１とキャパシタ２とからのインバータ５０への電源の供給を制御するコントローラ３０（図２参照）とを備える。
【００７９】
キャパシタ電源部３２１は、キャパシタ２の電圧が電動機５を駆動可能な電圧である場合に、接続状態に切り換えらえるバイパススイッチ２２と、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回った場合に、キャパシタ２の電圧を昇圧してインバータ５０に供給可能とするＤＣ−ＤＣコンバータ３２５（第一のＤＣ−ＤＣコンバータ）とを備える。
【００８０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３２５は、キャパシタ２の電圧を昇圧して電動機５に供給することが可能であるとともに、電動機５によって発電された電力を降圧してキャパシタ２に充電することが可能である。
【００８１】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３２５は、キャパシタ２の下流に設けられるリアクトル２６と、リアクトル２６と電動機５の上流との間に設けられる降圧制御トランジスタ２７と、リアクトル２６と電動機５の下流との間に設けられる昇圧制御トランジスタ２８と、キャパシタ２と並列に接続される平滑コンデンサ２９とを備える。
【００８２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３１５は、二次電池１の電圧を昇圧して電動機５に供給することが可能であるとともに、電動機５によって発電された電力を降圧して二次電池１に充電することが可能である。
【００８３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３１５は、二次電池１の下流に設けられるリアクトル２６と、リアクトル２６と電動機５の上流との間に設けられ、スイッチングによって電動機５からの充電電圧を降圧可能な降圧制御トランジスタ２７と、リアクトル２６と電動機５の下流との間に設けられ、リアクトル２６の電流をスイッチングして、電動機５へ供給される供給電圧を誘導起電力によって昇圧可能な昇圧制御トランジスタ２８とを備える。
【００８４】
このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１５は、リアクトル２６と降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８とをＤＣ−ＤＣコンバータ３２５と共用する。
【００８５】
具体的には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１５は、切換スイッチ３１３を備え、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２５は、切換スイッチ３２３を備える。切換スイッチ３１３は、リアクトル２６の上流と、降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８との間とを連結する配線に設けられる。一方、切換スイッチ３２３は、リアクトル２６の上流と、降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８との間とを連結する配線に設けられる。
【００８６】
切換スイッチ３１３が接続状態となり、切換スイッチ３２３が遮断状態となった場合には、リアクトル２６と降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８とは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１５を構成する。一方、切換スイッチ３１３が遮断状態となり、切換スイッチ３２３が接続状態となった場合には、リアクトル２６と降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８とは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２５を構成する。
【００８７】
以上より、電源装置３００でもまた、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回っても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２５がキャパシタ２の電圧を昇圧してインバータ５０に供給する。そのため、キャパシタ２の電圧がインバータ５０を駆動可能な最低電圧を下回っても、キャパシタ２内に残存した電気エネルギを用いてインバータ５０を駆動することができる。したがって、キャパシタ２の電気エネルギを有効に活用することができる。
【００８８】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１５とＤＣ−ＤＣコンバータ３２５とで、リアクトル２６と降圧制御トランジスタ２７と昇圧制御トランジスタ２８とを共用することで、部品点数を減らしてコストを更に削減することが可能である。
【００８９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００９０】
例えば、上述した実施の形態における電圧などの数値は例示したものであり、これらの数値に限定されるものではない。
【００９１】
また、上述した実施の形態では、電源装置１００，２００，３００はコントローラ３０によって制御され、インバータ５０はモータコントローラ（図示省略）によって制御される。これに代えて、電源装置１００，２００，３００とインバータ５０とを単一のコントローラによって制御するようにしてもよい。
【００９２】
また、上述した各々のＩＧＢＴは、逆方向に並列接続される整流ダイオードを有するダイオード付きＩＧＢＴである。これに代えて、ダイオードを内蔵しないＩＧＢＴと、ＩＧＢＴに逆方向に並列接続される整流ダイオードとを、それぞれ別々に設けてもよい。
【００９３】
この発明の実施例が包含する排他的性質又は特徴は、以下のようにクレームされる。
【図１】
2014073058.tif 000003
【図２】
2014073058.tif 000004
【図３】
2014073058.tif 000005
【図４】
2014073058.tif 000006
【図５】
2014073058.tif 000007
【図６】
2014073058.tif 000008
【国際調査報告】
2014073058.tif 000009
2014073058.tif 000010