(57)【要約】【課題】電源装置を小型化することを目的とする。【解決手段】第１スイッチＳ１の一端は第２スイッチＳ２の一端に接続され、第２スイッチＳ２の他端は第３スイッチＳ３の一端に接続されている。第１スイッチＳ１の他端および第３スイッチＳ３の他端との間には負荷２６が設けられている。第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２の接続点と、第３スイッチＳ３の他端との間には第１バッテリ１０が設けられている。第１スイッチＳ１の他端と、第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３の接続点との間には第２バッテリ１２が設けられている。リアクトル１６は、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２がオフの状態で第３スイッチＳ３がオンになったとき、および、第１スイッチＳ１および第３スイッチＳ３がオフの状態で第２スイッチＳ２がオンになったときのいずれにおいても、負荷２６に流れる電流が流れる経路に挿入されている。【選択図】図１
2019122106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スイッチ、第２スイッチおよび第３スイッチと、
第１直流電源と、
第２直流電源と、を備える電源装置において、
前記第１スイッチの一端は、前記第２スイッチの一端に接続され、
前記第２スイッチの他端は、前記第３スイッチの一端に接続され、
前記第１スイッチの他端および前記第３スイッチの他端との間に負荷が設けられ、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続点と、前記第３スイッチの他端との間に前記第１直流電源が設けられ、
前記第１スイッチの他端と、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチの接続点との間に前記第２直流電源が設けられ、
前記電源装置は、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチがオフの状態で前記第３スイッチがオンになったとき、および、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチがオフの状態で前記第２スイッチがオンになったときのいずれにおいても、前記負荷に流れる電流が流れる経路に挿入されるリアクトル、を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチを制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記第１スイッチおよび前記第３スイッチをオンにし、前記第２スイッチをオフにする並列モードから、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチをオフにし、前記第２スイッチをオンにする直列モードに、各前記スイッチの設定を切り換えるまでの間、または、前記直列モードから前記並列モードに各前記スイッチの設定を切り換えるまでの間に、前記第１スイッチをオフにした状態で、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチを交互にオンオフすることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
第１スイッチ、第２スイッチおよび第３スイッチと、
第１直流電源と、
第２直流電源と、を備える電源装置において、
前記第１スイッチの一端は、前記第２スイッチの一端に接続され、
前記第２スイッチの他端は、前記第３スイッチの一端に接続され、
前記第１スイッチの他端および前記第３スイッチの他端との間に負荷が設けられ、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続点と、前記第３スイッチの他端との間に前記第１直流電源が接続され、
前記第１スイッチの他端と、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチの接続点との間に前記第２直流電源が接続され、
前記電源装置は、
前記第２スイッチおよび前記第３スイッチがオフの状態で前記第１スイッチがオンになったとき、および、前記第１スイッチおよび第３スイッチがオフの状態で前記第２スイッチがオンになったときのいずれにおいても、前記負荷に流れる電流が流れる経路に挿入されるリアクトル、を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置において、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチを制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記第１スイッチおよび前記第３スイッチをオンにし、前記第２スイッチをオフにする並列モードから、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチをオフにし、前記第２スイッチをオンにする直列モードに、各前記スイッチの設定を切り換えるまでの間、または、前記直列モードから前記並列モードに各前記スイッチの設定を切り換えるまでの間に、前記第３スイッチをオフにした状態で、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを交互にオンオフすることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の電源装置において、
前記リアクトルは、
前記第２直流電源と前記第１スイッチの他端との間に設けられていることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の電源装置において、
前記リアクトルは、
前記負荷と前記第１スイッチの他端との間、または、前記負荷と前記第３スイッチの他端との間、に設けられていることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項３または請求項４に記載の電源装置において、
前記リアクトルは、
前記第１直流電源と前記第３スイッチＳ３の他端との間に設けられていることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電源装置において、
前記第１スイッチの他端と前記第２直流電源との間の経路に設けられた第１充電端子と、
前記第３スイッチの他端と前記第１直流電源との間の経路に設けられた第２充電端子と、
前記第２スイッチに並列接続された整流素子と、を備え、
各前記スイッチの状態に応じて、前記第１充電端子と前記第２充電端子との間に前記第１直流電源および前記第２直流電源が直列に接続されるときに、前記第１充電端子から前記第１直流電源および前記第２直流電源を通って前記第２充電端子に至る経路に、前記リアクトルが設けられていないことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関し、特に、２つの直流電源の接続状態を切り換えて用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両が広く用いられている。電動車両には、駆動用モータに電力を供給するためのバッテリおよびインバータが搭載されている。バッテリから出力された電力は、インバータによって交流電力に変換された上で駆動用モータに出力される。バッテリから駆動用モータに至るまでの電力経路では電力損失が生じる。そのため駆動用モータの駆動出力（仕事率）は、通常、バッテリから出力される電力を下回り、バッテリの出力電力に対する駆動出力の割合として定義される電力効率は１００％未満となる。
【０００３】
電動車両における電力効率は、インバータに印加される電圧、駆動用モータが発生するトルク、駆動用モータの回転速度等の回転状況によって異なる。そこで、従来の電動車両では、バッテリからインバータに印加される電圧を調整する回路が設けられ、インバータに印加される直流電圧を調整して電力効率を向上させる制御が行われている。
【０００４】
このような電圧調整回路には、リアクトルに流れる電流のスイッチングによって、リアクトルに発生する誘導起電力を調整して出力電圧を調整する電圧コンバータがある。以下の特許文献１〜３には、電圧コンバータによって車両搭載用インバータ等の負荷に印加される電圧を調整する電源装置が記載されている。これらの特許文献に記載の電源装置には、２つの直流電源と２つのリアクトルが設けられている。２つの直流電源についての複数通りの接続状態のそれぞれについて電圧コンバータが構成され、駆動用モータを含む負荷の印加電圧が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−７０５１４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１６５７５９号公報
【特許文献３】特開２０１４−６４４１６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１〜３に記載の電源装置には２つのリアクトルが設けられている。これらのリアクトルは、電源装置を構成する他の部品と比べて体積が大きいため、電源装置が占有する体積が大きくなってしまうことがある。また、リアクトルには冷却装置が設けられることが多く、リアクトルの数が多いことは、電源装置の大型化につながる。
【０００７】
本発明は、電源装置を小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１スイッチ、第２スイッチおよび第３スイッチと、第１直流電源と、第２直流電源と、を備える電源装置において、前記第１スイッチの一端は、前記第２スイッチの一端に接続され、前記第２スイッチの他端は、前記第３スイッチの一端に接続され、前記第１スイッチの他端および前記第３スイッチの他端との間に負荷が設けられ、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続点と、前記第３スイッチの他端との間に前記第１直流電源が設けられ、前記第１スイッチの他端と、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチの接続点との間に前記第２直流電源が設けられ、前記電源装置は、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチがオフの状態で前記第３スイッチがオンになったとき、および、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチがオフの状態で前記第２スイッチがオンになったときのいずれにおいても、前記負荷に流れる電流が流れる経路に挿入されるリアクトル、を備えることを特徴とする。
【０００９】
望ましくは、前記第１スイッチ、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチをオンにし、前記第２スイッチをオフにする並列モードから、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチをオフにし、前記第２スイッチをオンにする直列モードに、各前記スイッチの設定を切り換えるまでの間、または、前記直列モードから前記並列モードに各前記スイッチの設定を切り換えるまでの間に、前記第１スイッチをオフにした状態で、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチを交互にオンオフする。
【００１０】
また、本発明は、第１スイッチ、第２スイッチおよび第３スイッチと、第１直流電源と、第２直流電源と、を備える電源装置において、前記第１スイッチの一端は、前記第２スイッチの一端に接続され、前記第２スイッチの他端は、前記第３スイッチの一端に接続され、前記第１スイッチの他端および前記第３スイッチの他端との間に負荷が設けられ、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続点と、前記第３スイッチの他端との間に前記第１直流電源が接続され、前記第１スイッチの他端と、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチの接続点との間に前記第２直流電源が接続され、前記電源装置は、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチがオフの状態で前記第１スイッチがオンになったとき、および、前記第１スイッチおよび第３スイッチがオフの状態で前記第２スイッチがオンになったときのいずれにおいても、前記負荷に流れる電流が流れる経路に挿入されるリアクトル、を備える。
【００１１】
望ましくは、前記第１スイッチ、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチをオンにし、前記第２スイッチをオフにする並列モードから、前記第１スイッチおよび前記第３スイッチをオフにし、前記第２スイッチをオンにする直列モードに、各前記スイッチの設定を切り換えるまでの間、または、前記直列モードから前記並列モードに各前記スイッチの設定を切り換えるまでの間に、前記第３スイッチをオフにした状態で、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを交互にオンオフする。
【００１２】
望ましくは、前記リアクトルは、前記第２直流電源と前記第１スイッチの他端との間に設けられている。
【００１３】
望ましくは、前記リアクトルは、前記負荷と前記第１スイッチの他端との間、または、前記負荷と前記第３スイッチの他端との間、に設けられている。
【００１４】
望ましくは、前記リアクトルは、前記第１直流電源と前記第３スイッチＳ３の他端との間に設けられている。
【００１５】
望ましくは、前記第１スイッチの他端と前記第２直流電源との間の経路に設けられた第１充電端子と、前記第３スイッチの他端と前記第１直流電源との間の経路に設けられた第２充電端子と、前記第２スイッチに並列接続された整流素子と、を備え、各前記スイッチの状態に応じて、前記第１充電端子と前記第２充電端子との間に前記第１直流電源および前記第２直流電源が直列に接続されるときに、前記第１充電端子から前記第１直流電源および前記第２直流電源を通って前記第２充電端子に至る経路に、前記リアクトルが設けられていない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電源装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】車両搭載用電源装置の構成を示す図である。
【図２】負荷の構成例を示す図である。
【図３】直列状態において流れる電流を示す図である。
【図４】第２バッテリ単独状態において流れる電流を示す図である。
【図５】負荷電圧、負荷電流、第１バッテリ電流およびリアクトル電流の各時間波形を示す図である。
【図６】充電器が接続された車両搭載用電源装置を示す図である。
【図７】充電器が接続された車両搭載用電源装置を示す図である。
【図８】第１変形例に係る車両搭載用電源装置を示す図である。
【図９】第２変形例に係る車両搭載用電源装置を示す図である。
【図１０】第３変形例に係る車両搭載用電源装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１には、本発明の実施形態に係る車両搭載用電源装置の構成が示されている。車両搭載用電源装置は、第１バッテリ１０および第２バッテリ１２の接続状態をスイッチング素子によって切り換え、複数の異なるレベルの電圧を負荷２６に出力するものである。
【００１９】
車両搭載用電源装置は、第１バッテリ１０、第２バッテリ１２、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、制御部１４、リアクトル１６、正極負荷端子１８、負極負荷端子２０、第１充電端子２２、および第２充電端子２４を備える。
【００２０】
第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３のそれぞれは、半導体スイッチング素子によって構成されている。半導体スイッチング素子としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられる。ＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間には、エミッタに接続される側をアノードとして、ダイオード（整流素子）が接続されている。半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴ以外のものが用いられる場合には、スイッチが導通したときに流れる電流とは逆向きの電流が流れるように、半導体スイッチング素子にダイオードが並列接続される。ダイオードは、半導体スイッチング素子に伴う寄生ダイオードであってもよい。本明細書では、半導体スイッチング素子とダイオードを併せたものをスイッチという。第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、および第３スイッチＳ３は、それぞれ、制御部１４によってオンからオフに制御され、または、オフからオンに制御される。
【００２１】
第１スイッチＳ１の一端（エミッタ）は、第２スイッチＳ２の一端（コレクタ）に接続されている。第２スイッチＳ２の他端（エミッタ）は、第３スイッチＳ３の一端（コレクタ）に接続されている。第１スイッチＳ１の他端（コレクタ）は、正極負荷端子１８に接続され、第３スイッチＳ３の他端（エミッタ）は、負極負荷端子２０に接続されている。正極負荷端子１８と負極負荷端子２０との間には、負荷２６が接続されている。
【００２２】
第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２の接続点と、第３スイッチＳ３の他端との間には、第１直流電源としての第１バッテリ１０が設けられている。すなわち、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２の接続点には第１バッテリ１０の正極が接続され、第３スイッチＳ３の他端には第１バッテリ１０の負極が接続されている。
【００２３】
第１スイッチＳ１の他端と、第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３の接続点との間には、第２直流電源としての第２バッテリ１２が設けられている。ただし、第１スイッチＳ１の他端と第２バッテリ１２の正極との間にはリアクトル１６が介在する。すなわち、第１スイッチＳ１の他端には、リアクトル１６の一端が接続され、リアクトル１６の他端には、第２バッテリ１２の正極が接続されている。そして、第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３の接続点には第２バッテリ１２の負極が接続されている。
【００２４】
第１スイッチＳ１と第２バッテリ１２との間の経路におけるリアクトル１６と第２バッテリ１２との接続点には、第１充電端子２２が接続されている。また、第１バッテリ１０の負極と第３スイッチＳ３との間の経路には、第２充電端子２４が接続されている。
【００２５】
図２に例示されているように、負荷２６は、キャパシタ２７、インバータ２８および駆動用モータ３０を含んでいる。キャパシタ２７は、正極負荷端子１８と負極負荷端子２０との間に接続されている。インバータ２８は、車両搭載用電源装置と駆動用モータ３０との間で直流／交流変換を行う。すなわち、インバータ２８は、正極負荷端子１８および負極負荷端子２０から出力される直流電力を交流電力に変換して駆動用モータ３０に出力する。また、インバータ２８は、駆動用モータ３０が回生制動によって発電した交流電力を直流電力に変換して、正極負荷端子１８および負極負荷端子２０に出力する。力行状態の駆動用モータ３０は、インバータ２８から与えられた電力に応じてトルクを発生して車両を加速させる。また、回生状態の駆動用モータ３０は車両を減速させ、発電電力をインバータ２８に出力する。
【００２６】
図１に戻って、車両搭載用電源装置の動作について説明する。第１バッテリ１０の出力電圧は第１出力電圧Ｖ１である。第２バッテリ１２の出力電圧は第２出力電圧Ｖ２である。本実施形態においては、第１出力電圧Ｖ１および第２出力電圧Ｖ２は等しい。
【００２７】
車両搭載用電源装置の動作モードには、直列モード、並列モード、第１バッテリ単独モードおよび第２バッテリ単独モードがある。
【００２８】
直列モードにおいて制御部１４は、第１スイッチＳ１および第３スイッチＳ３をオフにし、第２スイッチＳ２をオンにする。これによって、第２スイッチＳ２を介して第１バッテリ１０の正極と第２バッテリ１２の負極とが接続され、第１バッテリ１０および第２バッテリ１２が直列に接続される。負荷２６には、第１出力電圧Ｖ１および第２出力電圧Ｖ２を加算した加算電圧Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖ２が出力される。また、負極負荷端子２０から第１バッテリ１０、第２スイッチＳ２、第２バッテリ１２、およびリアクトル１６を通って正極負荷端子１８に至る電流、あるいは、その逆方向の電流が流れる。
【００２９】
並列モードにおいて制御部１４は、第１スイッチＳ１および第３スイッチＳ３をオンにし、第２スイッチＳ２をオフにする。これによって、第１バッテリ１０の正極と第２バッテリ１２の正極とが、第１スイッチＳ１およびリアクトル１６を介して接続され、第３スイッチＳ３を介して第１バッテリ１０の負極と第２バッテリ１２の負極とが接続される。負荷２６には、第１出力電圧Ｖ１（これと等しい第２出力電圧Ｖ２）が出力される。また、負極負荷端子２０から第１バッテリ１０および第１スイッチＳ１を通って正極負荷端子１８に至る電流、あるいは、その逆方向の電流が流れる。さらに、負極負荷端子２０から第３スイッチＳ３、第２バッテリ１２、およびリアクトル１６を通って正極負荷端子１８に至る電流、あるいは、その逆方向の電流が流れる。
【００３０】
第１バッテリ単独モードにおいて制御部１４は、第１スイッチＳ１をオンにし、第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３をオフにする。これによって、第１スイッチＳ１を介して第１バッテリ１０の正極が正極負荷端子１８に接続される。負荷２６には第１出力電圧Ｖ１が出力され、負極負荷端子２０から第１バッテリ１０および第１スイッチＳ１を通って正極負荷端子１８に至る電流、あるいは、その逆方向の電流が流れる。
【００３１】
第２バッテリ単独モードにおいて制御部１４は、第３スイッチＳ３をオンにし、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２をオフにする。これによって、リアクトル１６を介して第２バッテリ１２の正極が正極負荷端子１８に接続され、第３スイッチＳ３を介して第２バッテリ１２の負極が負極負荷端子２０に接続される。負荷２６には第２出力電圧Ｖ２が出力され、負極負荷端子２０から第３スイッチＳ３、第２バッテリ１２、およびリアクトル１６を通って正極負荷端子１８に至る電流、あるいは、その逆方向の電流が流れる。
【００３２】
各モードにおいて負荷２６に流れる電流の向きは、負荷２６における駆動用モータが力行状態にあるか回生状態にあるかに応じて定まる。すなわち、駆動用モータが力行状態にあるときは正極負荷端子１８から負荷２６に電流が流出し、駆動用モータが回生状態にあるときは負荷２６から正極負荷端子１８に電流が流入する。
【００３３】
車両の走行状態に応じて、すなわち、駆動用モータが発生するトルクや駆動用モータの回転数等に応じて、制御部１４は、直列モード、並列モード、第１バッテリ単独モード、または第２バッテリ単独モードのいずれかに車両搭載用電源装置の動作モードを設定する。
【００３４】
上述のように直列モードでは、加算電圧Ｖ３が負荷２６に印加され、並列モードでは、第１出力電圧Ｖ１およびこれと等しい第２出力電圧Ｖ２が負荷２６に印加される。車両搭載用電源装置の動作モードが直列モードから並列モードに切り換えられたとき、または、並列モードから直列モードに切り換えられた場合には、負荷２６に印加される電圧が急激に変化し、大きな電流が負荷２６に流れてしまう。このような突入電流が負荷２６に流れると、負荷２６に含まれる電気部品の寿命が短縮されることがある。
【００３５】
そこで、制御部１４は、車両搭載用電源装置の動作モードを直列モードから並列モードに切り換えるまでの所定時間の間、または、並列モードから直列モードに切り換えるまでの所定時間の間、車両搭載用電源装置を次に説明するような直並列遷移モードで動作させる。
【００３６】
直並列遷移モードでは、直列モードにおける各スイッチの状態と、第２バッテリ単独モードにおける各スイッチの状態が、所定の周波数で交互に繰り返される。直列モードと第２バッテリ単独モードではいずれも第１スイッチＳ１がオフであり、第２スイッチＳ２がオンであるか否か、第３スイッチＳ３がオフであるか否かが異なる。制御部１４は、第１スイッチＳ１をオフに維持した状態で、第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３を交互にオンオフする。すなわち、制御部１４は、第１スイッチＳ１をオフに維持した状態で、第２スイッチＳ２をオフからオンにするときは第３スイッチＳ３をオンからオフにし、第２スイッチＳ２をオンからオフにするときは、第３スイッチＳ３をオフからオンにする。
【００３７】
図３に示されているように、第１スイッチＳ１および第３スイッチＳ３がオフであり、第２スイッチＳ２がオンであるときは、負極負荷端子２０から第１バッテリ１０、第２スイッチＳ２、第２バッテリ１２およびリアクトル１６を通って負荷２６に至る電流Ｉ１、あるいは、その逆方向の電流が流れる。この状態は、直列モードと同様の状態である。また、図４に示されているように、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２がオフであり、さらに、第３スイッチＳ３がオンであるときは、負極負荷端子２０から第３スイッチＳ３、第２バッテリ１２およびリアクトル１６を通って負荷２６に至る電流Ｉ２、あるいは、その逆方向の電流が流れる。この状態は第２バッテリ単独状態と同様の状態である。
【００３８】
直並列遷移モードでは、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２がオフの状態で第３スイッチＳ３がオンになったとき、および、第１スイッチＳ１および第３スイッチＳ３がオフの状態で第２スイッチＳ２がオンになったときのいずれにおいても、負荷２６に流れる電流の経路にリアクトル１６が挿入される。リアクトル１６に現れる誘導起電力によって、負荷２６に印加される電圧の変化が抑制され、ひいては負荷２６に流れる電流の変化が抑制される。
【００３９】
図５（ａ）および（ｂ）には、車両搭載用電源装置についてのシミュレーション結果が示されている。図５（ａ）には負荷に印加される電圧３２および負荷に流れる電流３４が示されている。横軸は時間を示し縦軸は負荷電圧３２および負荷電流３４を示す。時間ｔ１から時間ｔ１＋δ１の間に動作モードが並列モードから直列モードに切り換えられ、負荷電圧３２がＶ１からＶ１＋Ｖ２（＝２・Ｖ１＝２・Ｖ２）に増加している。また、時間ｔ２から時間ｔ２＋δ２の間に動作モードが直列モードから並列モードに切り換えられ、負荷電圧３２がＶ１＋Ｖ２からＶ１（＝Ｖ２）に減少している。並列モードから直列モードに切り換えられると共に負荷電流３４は減少し、直列モードから並列モードに切り換えられると共に負荷電流３４は増加する。これは、負荷における駆動用モータの駆動出力を一定にする制御が行われているためである。
【００４０】
車両搭載用電源装置は、時間ｔ１から時間ｔ１＋δ１の間、および時間ｔ２から時間ｔ２＋δ２の間、直並列遷移モードで動作している。図５（ｂ）には、時間ｔ１から時間ｔ１＋δ１の間に第１バッテリに流れる電流（第１バッテリ電流３６）の時間波形、リアクトルに流れる電流（リアクトル電流３８）の時間波形、および負荷電流３４の時間波形が示されている。横軸は時間を示し縦軸は電流値を示す。直列状態にある期間ではリアクトル電流３８は時間経過と共に増加し、第２バッテリ単独状態にある期間ではリアクトル電流３８は時間経過と共に減少する。したがって、リアクトル電流３８は、直列状態および第２バッテリ単独状態の繰り返しと共に増減を繰り返す。直列状態の期間では、リアクトル電流３８は第１バッテリ電流３６と同一である。
【００４１】
車両搭載用電源装置が直列状態から第２バッテリ単独状態に切り換えられると共に、第１バッテリ電流３６は減少して０となる。その後、車両搭載用電源装置が第２バッテリ単独状態から直列状態に切り換えられると共に、第１バッテリ電流３６は増加して、リアクトル電流３８と一致した電流となる。シミュレーションによって、動作モードが並列モードから直並列遷移モードを経て直列モードに切り換えられたとき、動作モードが直列モードから直並列遷移モードを経て並列モードに切り換えられたときのいずれについても、負荷電流３４が過大とならないことが確かめられた。
【００４２】
車両搭載用電源装置は、第１バッテリ１０および第２バッテリ１２を充電するための第１充電端子２２および第２充電端子２４を備えている。図６には、第１充電端子２２および第２充電端子２４との間に充電器４０が接続された状態が示されている。制御部１４は、第１スイッチＳ１および第３スイッチＳ３をオンとし、第２スイッチＳ２をオフとして、第１バッテリ１０および第２バッテリ１２を並列に接続する。すなわち、第１バッテリ１０の正極および第２バッテリ１２の正極が、リアクトル１６および第１スイッチＳ１を介して接続され、第１バッテリ１０の負極および第２バッテリ１２の負極が、第２スイッチＳ２を介して接続される。
【００４３】
充電器４０は、商用電源のコンセント（ＡＣアウトレット）から得られる交流電力を直流電力に変換し、第１充電端子２２の側を正極として、第１充電端子２２と第２充電端子２４との間に直流電圧を出力する。また、充電器４０は、非接触供給装置から交流電力を取得し、その交流電力を直流電力に変換し、直流電圧を第１充電端子２２と第２充電端子２４との間に出力する機器であってもよい。この場合、充電器４０は、非接触給電装置が備える送電コイルと電磁気的に結合する受電コイルを備える。充電器４０は、送電コイルおよび受電コイルの磁気的な結合、または、送電コイルおよび受電コイルの共鳴によって非接触供給装置から交流電力を取得する。
【００４４】
図６に示されているように、充電器４０から第１充電端子２２に流入し、リアクトル１６、第１スイッチＳ１および第１バッテリ１０を流れて第２充電端子２４から充電器４０に流出する電流Ｉ３によって第１バッテリ１０が充電される。また、充電器４０から第１充電端子２２に流入し、第２バッテリ１２および第３スイッチＳ３を流れて第２充電端子２４から充電器４０に流出する電流Ｉ４によって第２バッテリ１２が充電される。
【００４５】
制御部１４は、充電器４０の出力電圧が十分大きい場合には、第１バッテリ１０および第２バッテリ１２を直列接続した状態で各バッテリを充電してもよい。この場合、制御部１４は図７に示されているように、第１スイッチＳ１および第３スイッチＳ３をオフとして、第１バッテリ１０および第２バッテリ１２を直列に接続する。すなわち、第１バッテリ１０の正極および第２バッテリ１２の負極が、第２スイッチＳ２を介して接続される。第２スイッチＳ２を構成するＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間には、エミッタに接続される側をアノードとしてダイオードが接続されているため、第２スイッチＳ２はオンであってもオフであってもよい。
【００４６】
充電器４０から第１充電端子２２に流入し、第２バッテリ１２、第２スイッチＳ２におけるダイオード、第１バッテリ１０を流れて第２充電端子２４から充電器４０に流出する電流Ｉ５によって第１バッテリ１０および第２バッテリ１２が充電される。
【００４７】
第１バッテリ１０および第２バッテリ１２を直列接続して充電する場合、これらのバッテリの充電経路にリアクトル１６が挿入されていない。すなわち、第１充電端子２２と第２充電端子２４との間に第１バッテリ１０および第２バッテリ１２が直列に接続されるときに、第１充電端子２２から第１バッテリ１０および第２バッテリ１２を通って第２充電端子２４に至る経路に、リアクトル１６が設けられていない。したがって、リアクトル１６の発熱を抑制するために第１バッテリ１０および第２バッテリ１２に流れる電流の大きさを制限する必要がなく、第１バッテリ１０および第２バッテリ１２に流れる電流を増加させて迅速な充電が行われてもよい。
【００４８】
本発明の実施形態に係る車両搭載用電源装置では、１つのリアクトルが設けられている。したがって、複数のリアクトルが必要とされる電源装置に比べて小型となる。
【００４９】
図８には、第１変形例に係る車両搭載用電源装置が示されている。この変形例は、図１に示されているリアクトル１６の部分を短絡し、代わりに、第３スイッチＳ３と負極負荷端子２０との間にリアクトル４２を設けたものである。図９には、第２変形例に係る車両搭載用電源装置が示されている。この変形例は、図１に示されているリアクトル１６の部分を短絡し、代わりに、第２バッテリ１２の正極と正極負荷端子１８との間にリアクトル４４を設けたものである。第１変形例および第２変形例のいずれについても、図１に示される構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。各動作モードにおける各スイッチの状態、およびバッテリ充電時における各スイッチの状態は、図１に示された車両搭載用電源装置と同様である。
【００５０】
第１変形例および第２変形例においても、図１に示された車両搭載用電源装置と同様の技術的効果が得られる。すなわち、直並列遷移モードにおいて第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２がオフの状態で第３スイッチＳ３がオンになったとき、および、第１スイッチＳ１および第３スイッチＳ３がオフの状態で第２スイッチＳ２がオンになったときのいずれにおいても、負荷２６に流れる電流の経路にリアクトル（４２，４４）が挿入される。リアクトル（４２，４４）に現れる誘導起電力によって、負荷２６に印加される電圧の変化が抑制され、負荷２６に流れる電流の変化が抑制される。
【００５１】
また、第１バッテリ１０および第２バッテリ１２を直列接続して充電する場合には、これらのバッテリの充電経路にリアクトル１６が挿入されない。したがって、リアクトル１６の発熱を抑制するために各バッテリに流れる電流の大きさを制限する必要がなく、各バッテリに流れる電流を増加させて迅速な充電が行われてもよい。
【００５２】
さらに、各変形例に係る車両搭載用電源装置では、１つのリアクトルが設けられている。したがって、複数のリアクトルが必要とされる電源装置に比べて小型となる。
【００５３】
図１０には、第３変形例に係る車両搭載用電源装置が示されている。この変形例は、図１に示されているリアクトル１６の部分を短絡し、代わりに、第３スイッチＳ３と第１バッテリ１０の負極との間にリアクトル４６を設けたものである。図１に示される構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５４】
各動作モードにおける各スイッチの状態は、直並列遷移モードの各スイッチの状態を除いて、図１に示された車両搭載用電源装置と同様である。第３変形例における直並列遷移モードでは、直列モードにおける各スイッチの状態と、第１バッテリ単独モードにおける各スイッチの状態とが、所定の周波数で交互に繰り返される。直列モードと第１バッテリ単独モードではいずれも第３スイッチＳ３がオフであり、第２スイッチＳ２がオンであるか否か、第１スイッチＳ１がオフであるか否かが異なる。制御部１４は、第３スイッチＳ３をオフに維持した状態で、第２スイッチＳ２および第１スイッチＳ１を交互にオンオフする。すなわち、制御部１４は、第３スイッチＳ３をオフに維持した状態で、第２スイッチＳ２をオフからオンにするときは第１スイッチＳ１をオンからオフにし、第２スイッチＳ２をオンからオフにするときは、第１スイッチＳ１をオフからオンにする。第３変形例においても、バッテリ充電時における各スイッチの状態は、図１に示された車両搭載用電源装置と同様である。
【００５５】
第３変形例に係る車両搭載用電源装置においても、図１に示された車両搭載用電源装置と同様の技術的効果が得られる。すなわち、直並列遷移モードでは、第３スイッチＳ３および第２スイッチＳ２がオフの状態で第１スイッチＳ１がオンになったとき、および、第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３がオフの状態で第１スイッチＳ１がオンになったときのいずれにおいても、負荷２６に流れる電流の経路にリアクトル４６が挿入される。リアクトル４６に現れる誘導起電力によって、負荷２６に印加される電圧の変化が抑制され、負荷２６に流れる電流の変化が抑制される。
【００５６】
また、第１バッテリ１０および第２バッテリ１２を直列接続して充電する場合には、これらのバッテリの充電経路にリアクトル４６が挿入されていない。したがって、リアクトル４６の発熱を抑制するために各バッテリに流れる電流の大きさを制限する必要がなく、各バッテリに流れる電流を増加させて迅速な充電が行われてもよい。さらに、本変形例に係る車両搭載用電源装置では、１つのリアクトルが設けられている。したがって、複数のリアクトルが必要とされる電源装置に比べて小型となる。
【００５７】
なお、上記では、車両搭載用電源装置に用いられる直流電源として、バッテリが用いられた例について説明した。直流電源としてはキャパシタ等の他の直流電源が用いられてもよい。
【００５８】
また、本発明に係る電源装置は、上記のような車両搭載用電源装置として用いられる他、オフィスや工場における産業機械の電源装置、家庭用製品の電源装置等として用いられてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０  第１バッテリ、１２  第２バッテリ、１４  制御部、１６，４２，４４，４６  リアクトル、１８  正極負荷端子、２０  負極負荷端子、２２  第１充電端子、２４  第２充電端子、２６  負荷、２７  キャパシタ、２８  インバータ、３０  駆動用モータ、３２  負荷電圧、３４  負荷電流、３６  第１バッテリ電流、３８  リアクトル電流、４０  充電器。
【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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