(57)【要約】【課題】複数の蓄電デバイスの充放電を制御して、モータジェネレータへ電力供給および回生の双方向電力移行を行うと共に、各蓄電デバイス間での電力授受が可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】モータジェネレータ１２を駆動するインバータ２００と、電力入出力線１４を介してインバータ２００に接続される蓄電デバイス充放電装置１００と、両者１００、２００を制御する制御装置５０とを備え、蓄電デバイス充放電装置１００は、充放電特性の異なる複数の蓄電デバイス１、８を有し、各蓄電デバイス１、８がその充放電状態を切り替える充放電切替手段４、６、９を介して電力入出力線１４に接続されており、制御装置５０による充放電切替手段４、６、９の制御により各蓄電デバイス１、８の間で電力授受を可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気負荷を駆動するインバータと、電力入出力線を介して上記インバータに接続される蓄電デバイス充放電装置と、上記インバータおよび上記蓄電デバイス充放電装置の動作を制御する制御装置とを備え、
上記蓄電デバイス充放電装置は、充放電特性の異なる複数の蓄電デバイスを有し、これらの各蓄電デバイスが当該蓄電デバイスの充放電状態を切り替える充放電切替手段を介して上記電力入出力線に接続されており、上記制御装置による上記充放電切替手段の制御により、複数の上記蓄電デバイスの間で電力授受を可能にすることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
上記複数の蓄電デバイスは、蓄電容量の大きい持続型蓄電デバイスと、短時間で大電流を充放電可能な瞬発型蓄電デバイスを含むことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記制御装置は、上記充放電切替手段による切替制御により、上記持続型蓄電デバイスへの充電電流または放電電流の立ち上がり波形を階段状に制御することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記制御装置は、上記充放電切替手段による切替制御により、上記持続型蓄電デバイスへの充電電流または放電電流の立ち上がり波形を線形形状に制御することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記瞬発型蓄電デバイスは、上記持続型蓄電デバイスよりも上記インバータの近接側に配置されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
上記充放電切替手段は、上記持続型蓄電デバイスの上記インバータの近接側に並列接続された第１のスイッチング回路、および上記瞬発型蓄電デバイスの両側にそれぞれ並列接続された第２と第３のスイッチング回路を備え、上記第１から第３の各スイッチング回路は、２つのスイッチング素子を互いに直列接続してなり、上記第１から第３の各スイッチング回路を構成する２つの上記スイッチング素子の各接続点は、上記電力入出力線に対して直列に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記第１のスイッチング回路を構成する２つの上記スイッチング素子の接続点と、上記第２のスイッチング回路を構成する２つの上記スイッチング素子の接続点との間にはリアクトルが介在されていることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
上記蓄電デバイス充放電装置は、上記インバータへの出力側の上記電力入出力線と上記蓄電デバイスの電位基準線間が経路短絡用のスイッチング手段を介して接続されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、充放電特性の異なる複数の蓄電デバイスの充放電を制御して電気負荷へ電力供給および回生を行う電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車において燃費改善が強く求められている。それを実現する技術として、減速エネルギの積極的な回収を行う減速回生エネルギ技術が注目されている。従来の自動車には蓄電容量の大きい持続型蓄電デバイス（例えば鉛バッテリ）のみが用いられているが、減速回生エネルギは短時間で大電力となり鉛バッテリでは受け入れることができない。
【０００３】
そこで、下記の特許文献１記載の従来技術では、短時間で大電流を充放電可能な瞬発型蓄電デバイス（例えばニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリ）を上記の持続型蓄電デバイスに追加して２電源システムとして構成し、瞬発型蓄電デバイスに減速回生エネルギを蓄電する。その減速回生エネルギは、瞬発型蓄電デバイスから瞬発型蓄電デバイスと持続型蓄電デバイス間に挿入されるＤＣ／ＤＣコンバータを介して車両負荷に供給する。これにより、今まで捨てていた減速回生エネルギの一部を再利用できるので、燃費改善を図ることが可能となる。
【０００４】
長時間の信号待ちの時などには、エンジンを停止して無駄な燃料カットを行う、いわゆるアイドリングストップを行う場合がある。上記の特許文献１の従来技術では更なる燃費改善のため、このようなアイドリングストップからのエンジン再始動には、持続型蓄電デバイスである鉛バッテリからスタータに電力が供給されるようにしている。
【０００５】
また、下記の特許文献２記載の従来技術では、自動車以外の分野において、複数の蓄電デバイスを組み合わせて電源システムを構成することで、所望の電圧を得るようにしたシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９７２９０６号公報
【特許文献２】特開２０１１−５５５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１記載の車両用電源システムでは、減速回生エネルギを利用するために瞬発型蓄電デバイスを使用しているものの、アイドリングストップからのエンジン再始動に使用するスタータには、主電源である鉛バッテリから電力が供給される構成となっている。
【０００８】
このスタータによるエンジン再始動動作は、数秒と短時間であるが、数百Ａという大電流を必要とする。そのため、アイドリングストップ機能を適用すると、エンジン再始動回数が増加するのに伴って主電源である鉛バッテリの寿命が低下するという問題を引き起こしていた。しかも、主電源への充放電の電流波形は、過大なレベルの方形波状となり、鉛バッテリの寿命低下を助長していた。
【０００９】
また、上記特許文献２記載の電力変換装置では、複数の蓄電デバイスを選択的に用いて各蓄電デバイスの電力を平滑コンデンサ側に放電することはできるが、平滑コンデンサから電力を回生して蓄電デバイスへ充電することはできない。また、平滑コンデンサをバイパスして蓄電デバイスを充電することはできるが、直流電源の電力を用いて充電するため、直流電源の電圧に基づいて決められた電圧でしか充電することができない。
【００１０】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、充放電特性の異なる複数の蓄電デバイスを選択的に使用して充放電させることで、短時間／大電流の充放電に対応できるともに、複数の蓄電デバイス間でエネルギ授受を行なえるようにして、各蓄電デバイスを任意の電圧に調整してその動作状態に応じて最適なエネルギ蓄電状態を作り出すことが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明による電力変換装置は、電気負荷を駆動するインバータと、電力入出力線を介して上記インバータに接続される蓄電デバイス充放電装置と、上記インバータおよび上記蓄電デバイス充放電装置の動作を制御する制御装置とを備え、上記蓄電デバイス充放電装置は、充放電特性の異なる複数の蓄電デバイスを有し、これらの各蓄電デバイスが当該蓄電デバイスの充放電状態を切り替える充放電切替手段を介して上記電力入出力線に接続されており、上記制御装置による上記充放電切替手段の制御により、複数の上記蓄電デバイスの間で電力授受を可能にしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明による電力変換装置によれば、充放電特性の異なる複数の蓄電デバイスを充放電切替手段によって選択的に使用して、インバータを介する電気負荷との間で充放電させることで、短時間／大電流の充放電に対応することができる。また、各々の蓄電デバイスの相互間で充放電切替手段によってエネルギ授受を行うことができるので、各蓄電デバイスを任意の電圧に調整してその動作状態に応じて最適なエネルギ蓄電状態を作り出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置の回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による力行モード（１）での電力フローを模式的に示した説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による力行モード（２）での電力フローを模式的に示した説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による力行モード（２）での電力フローを模式的に示した説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による回生モード（１）での電力フローを模式的に示した説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による回生モード（２）での電力フローを模式的に示した説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１による回生モード（３）での電力フローを模式的に示した説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１による回生モード（３）での電力フローを模式的に示した説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１による回生モードにおける持続型蓄電デバイスへの充電電流の立ち上がりを、階段状に制御した場合を模式的に示したタイムチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態１による回生モードにおける持続型蓄電デバイスへの充電電流の立ち上がりを、線形形状に制御した場合を模式的に示したタイムチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態１による授受モード（１）での電力フローを模式的に示した説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態１による授受モード（１）での電力フローを模式的に示した説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態１による授受モード（２）での電力フローを模式的に示した説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態１による授受モード（２）での電力フローを模式的に示した説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態２による電力変換装置の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の回路構成図である。
【００１５】
この実施の形態１の電力変換装置３００は、電気負荷となるモータ機能および発電機機能を有するモータジェネレータ１２を駆動するインバータ２００と、このインバータ２００に電力入出力線１４および電位基準線（グランド線）１５を介して接続される蓄電デバイス充放電装置１００と、インバータ２００および蓄電デバイス充放電装置１００の動作を制御する制御装置５０とを備えている。また、蓄電デバイス充放電装置１００には車載電装品２が接続され、インバータ２００と蓄電デバイス充放電装置１００との間には、平滑コンデンサ１０がインバータ２００と並列に接続されている。
【００１６】
インバータ２００は、ここでは三相インバータであって、還流ダイオードが逆並列に接続されたＭＯＳＦＥＴからなる上下２つのスイッチング素子１１ａと１１ｂ、１１ｃと１１ｄ、１１ｅと１１ｆを直列に接続して各レグを構成し、これらの各レグを３並列に接続して構成されている。
【００１７】
インバータ２００を構成する上下２つのスイッチング素子１１ａと１１ｂ、１１ｃと１１ｄ、１１ｅと１１ｆの各接続点がモータジェネレータ１２の３つの各端子１２ａ〜１２ｃに個別に接続されている。また、上アームのスイッチング素子１１ａ、１１ｃ、１１ｅの各ドレイン端子は電力入出力線１４に、下アームのスイッチング素子１１ｂ、１１ｄ、１１ｆの各ソース端子は持続型蓄電デバイス１の電位基準線（グランド線）１５に、それぞれ接続されている。また、インバータ２００の入力側において、電力入出力線１４と電位基準線（グランド線）１５との間に平滑コンデンサ１０が接続されている。なお、インバータ２００としては、このような三相インバータに限らず、二相インバータなどにも適用可能である。
【００１８】
蓄電デバイス充放電装置１００は、充放電特性の異なる蓄電デバイス１、８を備える。すなわち、この実施の形態１では、蓄電容量の大きい持続型蓄電デバイス（例えば鉛バッテリ）１と、蓄電容量は持続型蓄電デバイス１ほど大きくはないが短時間で大電流を充放電可能な瞬発型蓄電デバイス（例えばリチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリ）８の２種類の充電容量および充放電特性の異なる蓄電デバイスが用いられており、瞬発型蓄電デバイス８は、持続型蓄電デバイス１よりもインバータ２００の近接側に配置されている。また、ここでは、持続型蓄電デバイス１よりも瞬発型蓄電デバイス８の方が充電電圧は高いものとする。
【００１９】
持続型蓄電デバイス１には、インバータ２００の近接側にＭＯＳＦＥＴからなる２つのスイッチング素子４ａ、４ｂで構成された第１のスイッチング回路４、および平滑コンデンサ３が並列接続される。また、持続型蓄電デバイス１のインバータ２００の反対側には、車載電装品２が並列接続されている。そして、第１のスイッチング回路を構成する一方のスイッチング素子４ａのソース端子と他方のスイッチング素子４ｂのドレイン端子とが接続され、その接続点にリアクトル５の一端が接続されている。
【００２０】
また、瞬発型蓄電デバイス８には、持続型蓄電デバイス１側にＭＯＳＦＥＴからなる２つのスイッチング素子６ａ、６ｂで構成された第２のスイッチング回路６、および平滑コンデンサ７が並列接続されている。また、瞬発型蓄電デバイス８のインバータ２００の近接側には、ＭＯＳＦＥＴからなる２つのスイッチング素子９ａ、９ｂで構成された第３のスイッチング回路９が並列接続されている。
【００２１】
そして、第２のスイッチング回路６を構成する一方のスイッチング素子６ａのソース端子と他方のスイッチング素子６ｂのドレイン端子とが接続され、その接続点にリアクトル５の他端が接続されている。また、第３のスイッチング回路９を構成する一方のスイッチング素子９ａのソース端子と他方のスイッチング素子９ｂのドレイン端子とが接続され、その接続点にインバータ２００の電力入出力線１４が接続されている。
【００２２】
ここで、上記の第１〜第３のスイッチング回路４、６、９によって、各蓄電デバイス１、８の充放電状態を切り替える充放電切替手段が構成されており、この充放電切替手段を介して各蓄電デバイス１、８が電力入出力線１４に接続されている。すなわち、第１から第３の各スイッチング回路４、６、９を構成する上下２つのスイッチング素子４ａと４ｂ、６ａと６ｂ、９ａと９ｂの各接続点が電力入出力線１４に対して直列に接続されている。
【００２３】
また、上記制御装置５０は、持続型蓄電デバイス１と瞬発型蓄電デバイス８の各電圧ＶＡ、ＶＢと各電流ＩＡ、ＩＢ、平滑コンデンサ１０の電圧ＶＩＮＶ、およびモータジェネレータ１２の入力電流ＩＭをそれぞれ検出する。そして、制御装置５０は、これらの検出値に基づいて、充放電切替手段（すなわち、第１〜第３のスイッチング回路４、６、９）とインバータ２００の動作を制御することにより、各蓄電デバイス１、８の充放電制御、および各蓄電デバイス１、８間での電力授受を可能にする。
【００２４】
なお、この実施の形態１において、スイッチング素子４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂ、９ａ、９ｂ、１１ａ〜１１ｆとしてＭＯＳＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を用いているが、これに限らず、バイポーラトランジスタ、または絶縁型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、またはシリコンカーバイドトランジスタ、またはシリコンカーバイドＭＯＳＦＥＴを適用することも可能である。
【００２５】
次に、この実施の形態１における電力変換装置３００の動作を、図２〜図１０を用いて説明する。
【００２６】
ここに、動作状態としては、モータジェネレータ１２に電力供給を行いエンジン再始動を含むモータジェネレータ１２を駆動するモード（これ以降、力行モードと称する）と、モータジェネレータ１２が発電するモード（これ以降、回生モードと称する）と、蓄電デバイス１、８間でエネルギ授受を行うモード（これ以降、授受モードと称する）の３つに大きく分けることができる。さらに、力行モードの態様として２種類、回生モードの態様として３種類、授受モードの態様として２種類に分類することができる。以下、各モードにおける動作について詳細に説明する。
【００２７】
＜力行モード＞
力行モード（１）：
この力行モード（１）では、制御装置５０が蓄電デバイス充放電装置１００とインバータ２００を制御することにより、図２に示すように、瞬発型蓄電デバイス８→スイッチング素子９ａ→インバータ２００→モータジェネレータ１２→インバータ２００→スイッチング素子４ｂ→リアクトル５→スイッチング素子６ｂ→瞬発型蓄電デバイス８を順次経由するル→プで電流が流れるようにする。その際、インバータ２００は、ＰＷＭ駆動（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により電流制御を行うことで、モータジェネレータ１２を所望のトルクおよび回転数で回転させることできる。
【００２８】
力行モード（２）：
この力行モード（２）では、制御装置５０が蓄電デバイス充放電装置１００とインバータ２００を制御することにより、図３に示すような電流ループと、図４に示すような電流ループを交互に繰り返すようにする。図３に示す電流ループは、瞬発型蓄電デバイス８→スイッチング素子９ａ→インバータ２００→モータジェネレータ１２→インバータ２００→スイッチング素子４ｂ→リアクトル５→スイッチング素子６ｂ→瞬発型蓄電デバイス８を順次経由するループである。図４に示す電流ループは、スイッチング素子９ａ→インバータ２００→モータジェネレータ１２→インバータ２００→スイッチング素子４ｂ→リアクトル５→スイッチング素子６ａ→スイッチング素子９ａを順次経由するループである。
【００２９】
そして、図３及び図４に示した２つのループに交互に流れる場合の時間比率を変えることで、瞬発型蓄電デバイス８の電圧よりも低い電圧をインバータ２００の両端に印加することができる。これにより、インバータ２００の駆動方法として、半導体損失を削減できる矩形波駆動が可能になり、インバータ２００の電流制御およびインバータ２００の小型化を実現させることが可能となる。
【００３０】
なお、力行モード（２）では、インバータ２００の駆動方法として矩形波駆動を用いた説明を行ったが、ＰＷＭ駆動（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）でも同様の効果が得られることはいうまでもない。また、この力行モード（２）では、図４に示したように、スイッチング素子６ａ→スイッチング素子９ａを経由する電流経路を示したが、スイッチング素子６ｂ→スイッチング素子９ｂを経由する電流経路を構成しても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００３１】
＜回生モード＞
回生モード（１）：
この回生モード（１）は、回生電力が大きい場合や回生動作初期の場合である。この場合、制御装置５０が蓄電デバイス充放電装置１００とインバータ２００を制御することにより、図５に示すように、モータジェネレータ１２→インバータ２００→スイッチング素子９ａ→瞬発型蓄電デバイス８→スイッチング素子６ｂ→リアクトル５→スイッチング素子４ｂ→インバータ２００→モータジェネレータ１２を順次経由するループで電流が流れるようにする。これにより、持続型蓄電デバイス１をバイパスして電流が流れるので、モータジェネレータ１２からの回生電力が瞬発型蓄電デバイス８に蓄電される。
【００３２】
回生モード（２）：
この回生モード（２）では、回生電力が小さい場合である。この場合、制御装置５０が蓄電デバイス充放電装置１００とインバータ２００を制御することにより、図６に示すように、モータジェネレータ１２→インバータ２００→スイッチング素子９ａ→スイッチング素子６ａ→リアクトル５→スイッチング素子４ａ→持続型蓄電デバイス１→インバータ２００→モータジェネレータ１２を順次経由するループで電流が流れるようにする。これにより、瞬発型蓄電デバイス８をバイパスして電流が流れるので、モータジェネレータ１２からの回生電力が持続型蓄電デバイス１に蓄電される。
【００３３】
なお、この回生モード（２）では、図６に示したように、スイッチング素子９ａ→スイッチング素子６ａを経由する電流経路を示したが、スイッチング素子９ｂ→スイッチング素子６ｂを経由する電流経路を構成しても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００３４】
回生モード（３）：
この回生モード（３）は、上記の回生モード（１）と回生モード（２）の複合型であり、回生電力が回生モード（１）を採用する場合と回生モード（２）を採用する場合との中間程度の大きさの場合である。その場合、制御装置５０が蓄電デバイス充放電装置１００とインバータ２００を制御することにより、図７に示すような電流ループと、図８に示すような電流ループを交互に繰り返すようにする。図７に示す電流ループは、モータジェネレータ１２→インバータ２００→スイッチング素子９ａ→瞬発型蓄電デバイス８→スイッチング素子６ｂ→リアクトル５→スイッチング素子４ｂ→インバータ２００→モータジェネレータ１２を順次経由するループである。図８に示す電流ループは、モータジェネレータ１２→インバータ２００→スイッチング素子９ａ→瞬発型蓄電デバイス８→スイッチング素子６ｂ→リアクトル５→スイッチング素子４ａ→持続型蓄電デバイス１→インバータ２００→モータジェネレータ１２を順次経由するループである。
【００３５】
このとき、図７に示したループでは、持続型蓄電デバイス１をバイパスして電流が流れるので、モータジェネレータ１２からの回生電力が瞬発型蓄電デバイス８にのみ蓄電される。一方、図８に示したループでは、モータジェネレータ１２からの回生電力が瞬発型蓄電デバイス８と持続型蓄電デバイス１の双方に蓄電される。よって、図７及び図８に示した２つのループに交互に流れる場合の時間比率を変えることで、持続型蓄電デバイス１と瞬発型蓄電デバイス８に対して回生電力をエネルギ分配率を変えて蓄電することが可能となる。
【００３６】
なお、この回生モード（３）において、図８に示したように、回生電力を瞬発型蓄電デバイス８と持続型蓄電デバイス１の双方に蓄電して電力配分するようにしているのは、次の理由による。すなわち、回生モード（２）のように、回生電力を持続型蓄電デバイス１にのみ蓄電すると、回生電力が小さい場合にはさほど問題はないが、回生電力がある程度大きい場合には、持続型蓄電デバイス１が短時間の充電に対応できず、寿命低下を引き起こすので、この事態をできるだけ回避するためである。
【００３７】
さらに、この回生モード（３）を採用して、図７、図８に示した２つのループに流れる場合の時間比率を変えるようにすれば、モータジェネレータ１２の回生電力が比較的大きい場合でも、持続型蓄電デバイス１に充電する際の電流波形の立ち上がりを滑らかにすることができ、持続型蓄電デバイス１の寿命を延長させることが可能となる。この点について次に説明する。
【００３８】
図９に示すように、インバータ２００からの回生電流波形が急峻に立ち上がる時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、図８に示したループにより回生電力を瞬発型蓄電デバイス８と持続型蓄電デバイス１の双方に蓄電して電力配分することで、持続型蓄電デバイス１に充電する際の電流波形の立ち上がりが階段状となり、持続型蓄電デバイス１の寿命を延長させることができる。時刻ｔ２の経過後は、図６に示した回生モード（２）を採用して回生電力を持続型蓄電デバイス１に蓄電する。
【００３９】
また、図８に示すように、インバータ２００からの回生電流波形が急峻に立ち上がる時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、図７に示したループと、図８に示したループに流れる場合の時間比率を変えることで、持続型蓄電デバイス１に充電する際の電流波形の立ち上がりが線形形状になり、図９の場合よりもさらに滑らかにすることができる。
【００４０】
具体的には、時刻ｔ１を経過した初期では図７に示したループに電流が流れる場合の頻度を多くして瞬発型蓄電デバイス８への電力配分を多くし、時刻ｔ２に近付くのに従って図８に示したループに電流が流れる場合の頻度を多くして持続型蓄電デバイス１への電力配分を次第に増加させれば、持続型蓄電デバイス１に充電する際の電流波形の立ち上りが線形形状となり、急峻立ち上がりを一層抑えることができ、持続型蓄電デバイス１の寿命を延長させることができる。時刻ｔ２の経過後は、図６に示した回生モード（２）を採用して回生電力を持続型蓄電デバイス１に蓄電する。
【００４１】
なお、ここでは、回生モードの場合について説明したが、力行モードの場合についても、持続型蓄電デバイス１からの放電時間と、瞬発型蓄電デバイス８からの放電時間との時間比率を変えることで、持続型蓄電デバイス１からの放電電流の急峻な立ち上がりを抑えることができ、持続型蓄電デバイス１の寿命を延長することができる。
【００４２】
＜授受モード＞
授受モード（１）：
この授受モード（１）は、瞬発型蓄電デバイス８から持続型蓄電デバイス１に降圧動作でエネルギを移行させる場合である。この場合、制御装置５０が蓄電デバイス充放電装置１００とインバータ２００を制御することにより、図１１に示すような電流ループと、図１２に示すような電流ループを交互に繰り返すようにする。図１１に示す電流ループは、瞬発型蓄電デバイス８→スイッチング素子６ａ→リアクトル５→スイッチング素子４ａ→持続型蓄電デバイス１→スイッチング素子１１ｂ→スイッチング素子１１ａ→スイッチング素子９ｂ→瞬発型蓄電デバイス８を順次経由するループである。図１２に示す電流ループは、スイッチング素子６ｂ→リアクトル５→スイッチング素子４ａ→持続型蓄電デバイス１→スイッチング素子１１ｂ→スイッチング素子１１ａ→スイッチング素子９ｂ→スイッチング素子６ｂを順次経由するループである。
【００４３】
そして、図１１に示したループでは瞬発型蓄電デバイス８からの放電エネルギがリアクトル５に蓄積され、次に、図１２に示したループでは瞬発型蓄電デバイス８をバイパスして電流が流れるため、リアクトル５に蓄積された放電エネルギが放電されて持続型蓄電デバイス１に移行されるので降圧動作となり、図１１、図１２に示した２つのループに交互に流れる場合の時間比率を変えることで、エネルギ移行する電力を制御することが可能となる。
【００４４】
授受モード（２）：
この授受モード（２）は、持続型蓄電デバイス１から瞬発型蓄電デバイス８に昇圧動作でエネルギを移行させる場合である。この場合、制御装置５０が蓄電デバイス充放電装置１００とインバータ２００を制御することにより、図１３に示すような電流ループと、図１４に示すような電流ループを交互に繰り返すようにする。図１３に示す電流ループは、持続型蓄電デバイス１→スイッチング素子４ａ→リアクトル５→スイッチング素子６ｂ→スイッチング素子９ｂ→スイッチング素子１１ａ→スイッチング素子１１ｂ→持続型蓄電デバイス１を順次経由するループである。図１４に示す電流ループは、持続型蓄電デバイス１→スイッチング素子４ａ→リアクトル５→スイッチング素子６ａ→瞬発型蓄電デバイス８→スイッチング素子９ｂ→スイッチング素子１１ａ→スイッチング素子１１ｂ→持続型蓄電デバイス１を順次経由するループである。
【００４５】
そして、図１３に示したループでは瞬発型蓄電デバイス８をバイパスして電流が流れるため、持続型蓄電デバイス１からの放電エネルギがリアクトル５に蓄積され、次に、図１４に示したループでは持続型蓄電デバイス１からの放電エネルギに加えてリアクトル５に蓄積された放電エネルギが放電されて瞬発型蓄電デバイス８に移行されるので昇圧動作となり、図１３及び図１４に示した２つのループに交互に流れる場合の時間比率を変えることで、エネルギ移行する電力を制御することが可能となる。
【００４６】
なお、上記の授受モード（１）、授受モード（２）において、スイッチング素子１１ａ→スイッチング素子１１ｂを経由する電流経路を示したが、スイッチング素子１１ｃ→スイッチング素子１１ｄを経由したり、またはスイッチング素子１１ｅ→スイッチング素子１１ｆを経由する電流経路を構成しても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００４７】
この発明の実施の形態１において、スイッチング素子４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂ、９ａ、９ｂをオフにしていても寄生ダイオードを電流が通る場合があり、その場合でも同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００４８】
この実施の形態１では、持続型蓄電デバイス１よりも瞬発型蓄電デバイス８の方が充電電圧は高いものとしている。そのため、瞬発型蓄電デバイス８から持続型蓄電デバイス１にエネルギを移行させる場合には授受モード（１）により降圧動作を、持続型蓄電デバイス１から瞬発型蓄電デバイス８にエネルギを移行させる場合には授受モード（２）により昇圧動作を行うようにしている。持続型蓄電デバイス１と瞬発型蓄電デバイス８の充電電圧が等しい場合は、持続型蓄電デバイス１と瞬発型蓄電デバイス８との間でエネルギ移行する際の昇降圧動作は不要なので、リアクトル５を省略した上で、授受モード（１）あるいは授受モード（２）を採用することができる。
【００４９】
また、持続型蓄電デバイス１よりも瞬発型蓄電デバイス８の方が充電電圧が低い場合において、瞬発型蓄電デバイス８から持続型蓄電デバイス１にエネルギを移行させる場合には授受モード（２）により昇圧動作を、持続型蓄電デバイス１から瞬発型蓄電デバイス８にエネルギを移行させる場合には授受モード（１）により降圧動作を行わせることで対処することができる。
【００５０】
以上のように、この発明の実施の形態１による電力変換装置３００は、蓄電デバイス充放電装置１００内の複数の蓄電デバイス１、８を選択的に用いて各蓄電デバイス１、８を充放電させることで、例えばアイドリングストップからのエンジン再始動に短時間で大電流の充放電が得意な瞬発型蓄電デバイス８からインバータ２００を介してモータジェネレータ１２を駆動させることで、持続型蓄電デバイス１の寿命低下を引き起こすことなく、エンジン再始動を行うことができる。
【００５１】
また、蓄電デバイス充放電装置１００を制御することにより、インバータ２００への入力電圧を制御できるため、インバータ２００での損失を低減することができ、インバータ２００の小型化を実現することができる。
【００５２】
また、持続型蓄電デバイス１と瞬発型蓄電デバイス８との間で、エネルギ授受を行うことができ、各蓄電デバイス１，８を任意の電圧に調整することができる。その結果、動作状態に応じて最適なエネルギ蓄電状態を作り出すことで更なる燃費改善を実現することができる。
【００５３】
さらに、持続型蓄電デバイス１への充電電流または放電電流の立ち上がりを制御することができるため、持続型蓄電デバイス１の寿命を延長させることができる。
【００５４】
実施の形態２．
図１５は、この発明の実施の形態２による電力変換装置の回路構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
【００５５】
この発明の実施の形態２における電力変換装置において、実施の形態１の構成と異なる点は、図１に示した構成に対して、平滑コンデンサ１０に並列に、電力入出力線１４と電位基準線（グランド線）１５との間が経路短絡用のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング手段１３を介して接続されていることである。その他の構成は、基本的に実施の形態１で示したものと同様であるため、重複する部分の説明は割愛する。
【００５６】
上記の実施の形態１では、授受モード（１）、授受モード（２）において、インバータ２００を構成するスイッチング素子１１ａ、１１ｂの組合せで充放電の電流経路を構成していたが、この実施の形態２では、授受モード（１）、授受モード（２）において、スイッチング手段１３をオンにして電流経路を構成する。その結果、授受モード（１）、授受モード（２）の電力フローがインバータ２００を経由することなく蓄電デバイス充放電装置１００内部で完結することが可能となる。その他の作用効果は、実施の形態１と同様であるから、重複する部分の説明は割愛する。
【００５７】
なお、この発明は、上記の実施の形態１、２の構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、各実施の形態１、２の構成を一部変形したり、構成を一部省略することができ、さらに、各実施の形態１、２の構成を適宜組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１  持続型蓄電デバイス、４  第１のスイッチング回路、
４ａ〜４ｂ  スイッチング素子、５  リアクトル、６  第２のスイッチング回路、
６ａ〜６ｂ  スイッチング素子、８  瞬発型蓄電デバイス、
９  第３のスイッチング回路、９ａ〜９ｂ  スイッチング素子、
１１ａ〜１１ｆ  スイッチング素子、１２  モータジェネレータ、
１３  スイッチング手段、１４  電力入出力線、１５  電位基準線、５０  制御装置、
１００  蓄電デバイス充放電装置、２００  インバータ、３００  電力変換装置。
【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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