(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一バッテリと、
第二バッテリと、
負荷と、
前記第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換した電圧と前記第一バッテリのバッテリ電圧との和が前記負荷に入力する電圧に適した電圧となるように前記第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換するとともに、前記負荷が発生する回生エネルギに基づく電圧を前記第二バッテリを充電する電圧に変換する電圧変換回路と、
前記第一バッテリのＳｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅと前記第二バッテリのＳｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅとが等しくなるように、前記第一バッテリから前記第二バッテリに、または、前記第二バッテリから前記第一バッテリに電力を転送する電力転送回路と、
を備える、電源システム。
【請求項２】
前記第一バッテリは前記第二バッテリよりも低電位側に設けられ、前記第一バッテリと前記第二バッテリとが直列接続される、
請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記負荷は、インバータと、前記インバータが出力する電力に基づいて動作するモータであり、
前記電圧変換回路は、前記第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換した電圧と前記第一バッテリのバッテリ電圧との和が、前記インバータが前記モータを駆動するのに適した電圧となるように前記第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換し、
前記インバータは、前記モータが発生した回生エネルギに基づく電圧により前記第一バッテリを充電する、
請求項１または請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記電力転送回路は、Ｄｕａｌ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｂｒｉｄｇｅ回路である、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電源システム。
【請求項５】
前記第一バッテリと前記第二バッテリは、車両に用いられる車両用バッテリである、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電源システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の電源システムを備える、車両。
【請求項７】
第一バッテリと、第二バッテリと、負荷と、電圧変換回路と、電力転送回路と、を備える電源システムの電圧制御方法であって、
前記電圧変換回路は、第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換した電圧と第一バッテリのバッテリ電圧との和が負荷に入力する電圧に適した電圧となるように前記第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換するとともに、前記負荷が発生する回生エネルギに基づく電圧を前記第二バッテリを充電する電圧に変換し、
前記電力転送回路は、前記第一バッテリのＳｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅと前記第二バッテリのＳｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅとが等しくなるように、前記第一バッテリから前記第二バッテリに、または、前記第二バッテリから前記第一バッテリに電力を転送する、電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システム、車両及び電圧制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車など電子制御の自動車が開発されている。それらの自動車ではバッテリが不可欠である。
特許文献１には、関連する技術として、第一バッテリと第二バッテリとの間に、双方向電力変換部を接続し、外部充電装置により第一バッテリを充電する場合には、コントローラにより双方向電力変換部の動作を停止させ、双方向電力変換部におけるノイズの発生を抑制する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１７６２５１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、バッテリの電力を利用しインバータによりモータを駆動する場合、バッテリ電圧をインバータがモータを駆動するための所望の電圧に変換する必要がある。一般的に、ある電圧を所望の電圧に変換する場合、エネルギの損失が生じる。そのため、エネルギを有効に利用する電源システムが求められていた。
【０００５】
そこで、この発明は、上記の課題を解決することのできる電源システム、車両及び電圧制御方法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】
本発明の第１の態様によれば、電源システムは、第一バッテリと、第二バッテリと、負荷と、前記第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換した電圧と前記第一バッテリのバッテリ電圧との和が前記負荷に入力する電圧に適した電圧となるように前記第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換するとともに、前記負荷が発生する回生エネルギに基づく電圧を前記第二バッテリを充電する電圧に変換する電圧変換回路と、前記第一バッテリのＳｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅと前記第二バッテリのＳｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅとが等しくなるように、前記第一バッテリから前記第二バッテリに、または、前記第二バッテリから前記第一バッテリに電力を転送する電力転送回路と、を備える。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様における電源システムにおいて、前記第一バッテリは前記第二バッテリよりも低電位側に設けられ、前記第一バッテリと前記第二バッテリとが直列接続されるものであってもよい。
【０００８】
本発明の第３の態様によれば、第１の態様または第２の態様における電源システムにおいて、前記負荷は、インバータと、前記インバータが出力する電力に基づいて動作するモータであり、前記電圧変換回路は、前記第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換した電圧と前記第一バッテリのバッテリ電圧との和が、前記インバータが前記モータを駆動するのに適した電圧となるように前記第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換し、前記インバータは、前記モータが発生した回生エネルギに基づく電圧により前記第一バッテリを充電するものであってもよい。
【０００９】
本発明の第４の態様によれば、第１の態様から第３の態様の何れか１つにおける電源システムにおいて、前記電力転送回路は、Ｄｕａｌ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｂｒｉｄｇｅ回路であってもよい。
【００１０】
本発明の第５の態様によれば、第１の態様から第４の態様の何れか１つにおける電源システムにおいて、前記第一バッテリと前記第二バッテリは、車両に用いられる車両用バッテリであってもよい。
【００１１】
本発明の第６の態様によれば、車両は、第１の態様から第５の態様の何れか１つにおける電源システムを備える。
【００１２】
本発明の第７の態様によれば、制御方法は、第一バッテリと、第二バッテリと、負荷と、電圧変換回路と、電力転送回路と、を備える電源システムの電圧制御方法であって、前記電圧変換回路は、第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換した電圧と第一バッテリのバッテリ電圧との和が負荷に入力する電圧に適した電圧となるように前記第二バッテリのバッテリ電圧を異なる電圧に変換するとともに、前記負荷が発生する回生エネルギに基づく電圧を前記第二バッテリを充電する電圧に変換し、前記電力転送回路は、前記第一バッテリのＳｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅと前記第二バッテリのＳｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅとが等しくなるように、前記第一バッテリから前記第二バッテリに、または、前記第二バッテリから前記第一バッテリに電力を転送する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態による電源システムによれば、エネルギを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一の実施形態による電源システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態による電圧変換回路が降圧回路である場合の電源システムを示す図である。
【図３】本発明の第一の実施形態による電圧変換回路が昇圧回路である場合の電源システムを示す図である。
【図４】本発明の第一の実施形態による電圧変換回路が昇降圧回路である場合の電源システムを示す図である。
【図５】本発明の第二の実施形態による電源システムの構成を示す図である。
【図６】本発明の第二の実施形態による電力転送回路がフライバックトランスを有する回路である場合の電源システムを示す図である。
【図７】本発明の第二の実施形態によるＤＡＢ回路を示す図である。
【図８】本発明の第二の実施形態によるＤＡＢ回路の等価回路を示す図である。
【図９】本発明の実施形態による電源システムを備える車両を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第一の実施形態＞
以下、図面を参照しながら本発明の第一の実施形態について説明する。
まず、本発明の第一の実施形態による電源システムの構成について説明する。
本実施形態による電源システム１は、図１で示すように、第一バッテリ１０と、第二バッテリ２０と、電圧変換回路３０と、制御回路４０と、負荷１００を備える。
【００１６】
第一バッテリ１０は、直流のバッテリ電圧を出力する。第一バッテリ１０は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などで使用される車両用バッテリである。
第二バッテリ２０は、第一バッテリ１０に直列に接続される。第二バッテリ２０は、直流のバッテリ電圧を出力する。第二バッテリ２０が出力する直流のバッテリ電圧は、電圧変換回路３０により昇圧または降圧される。第二バッテリ２０は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などで使用される車両用バッテリである。
【００１７】
電圧変換回路３０は、第二バッテリ２０のバッテリ電圧を負荷１００の入力に適した電圧に変換する。電圧変換回路３０は、具体的には、昇圧回路、降圧回路、または、昇降圧回路の何れかである。電圧変換回路３０は、第一バッテリ１０や第二バッテリ２０の高出力や低ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）などの状態によりバッテリ電圧が変動した場合に、第二バッテリ２０のバッテリ電圧を昇圧または降圧し、昇圧または降圧した電圧と第一バッテリ１０との和が負荷１００の入力に適した電圧となるようにする。
そして、電圧変換回路３０は、昇圧または降圧した電圧を負荷１００に出力する。このとき、負荷１００には、第一バッテリ１０のバッテリ電圧と、電圧変換回路３０が出力した昇圧または降圧した電圧との和が印加される。
また、電圧変換回路３０は、負荷１００が発生する回生エネルギに基づく電圧を第二バッテリ２０を充電する電圧に変換して第二バッテリを充電する。第一バッテリ１０は、負荷１００が発生する回生エネルギに基づく電圧により直接充電される。
【００１８】
制御回路４０は、電圧変換回路３０の電圧変換を制御する。
負荷１００は、インバータ５０と、モータ６０と、を有する。
インバータ５０は、電圧変換回路３０から入力した直流電圧をモータ６０の駆動に適した交流電圧になるよう変換する。インバータ５０は、変換後の交流電圧をモータ６０に出力する。また、インバータ５０は、モータ６０が生成する回生エネルギによる電圧を電圧変換回路３０に出力する。
モータ６０は、インバータ５０から入力した交流電圧に基づいて動作する。また、モータ６０は、回生エネルギを生成し、インバータ５０に出力する。
【００１９】
次に、本実施形態による電源システム１における第一バッテリ１０と第二バッテリ２０のバッテリ電圧をインバータ５０の入力電圧へ変換する場合の変換効率について説明する。
図１で示した本実施形態による電源システム１における第一バッテリ１０が出力する電力をＷ１とする。また、第二バッテリ２０が出力する電力をＷ２とする。また、電圧変換回路３０による端子ＡＢ間に入力された電力を端子ＣＤ間の電力に変換する電力変換効率をη１とする。また、電源システム１において、第一バッテリ１０と第二バッテリ２０が電圧変換回路３０を介してインバータ５０に供給する電力をＷ３とする。電源システム１では、第一バッテリ１０が出力するバッテリ電圧と、第二バッテリ２０が出力するバッテリ電圧を変換した電圧変換回路３０の出力電圧との和が負荷１００に供給される。そのため、第一バッテリ１０と第二バッテリ２０がインバータ５０に供給する電力Ｗ３は、Ｗ３＝Ｗ１＋Ｗ２・η１と表すことができる。そして、電源システム１における損失は、（Ｗ１＋Ｗ２）−Ｗ３＝Ｗ２（１−η１）と表すことができる。
【００２０】
また、電源システム１の比較対象として、例えば、電圧変換回路３０が第一バッテリ１０と第二バッテリ２０とが直列に接続された場合のバッテリ電圧を昇圧または降圧する電源システムの場合を考える。この場合、第一バッテリ１０と第二バッテリ２０がインバータ５０に供給する電力Ｗ３は、Ｗ３＝（Ｗ１＋Ｗ２）η１と表すことができる。そして、電源システム１の比較対象の電源システムにおける損失は、（Ｗ１＋Ｗ２）−Ｗ３＝（Ｗ１＋Ｗ２）・（１−η１）と表すことができる。
【００２１】
したがって、本実施形態による電源システム１における損失は、電源システム１の比較対象の電源システムにおける損失のＷ２／（Ｗ１＋Ｗ２）倍に低減される。この式からわかるように、本実施形態による電源システム１における損失は、第一バッテリ１０の電力Ｗ１が第二バッテリ２０の電力Ｗ２に比べて大きくなればなる程小さくなり、電源システム１における効率は向上する。例えば、電源システム１の比較対象の電源システムの電力変換効率がη１、第一バッテリ１０が出力する電力Ｗ１と第二バッテリ２０が出力する電力Ｗ２との比がｎ１対ｎ２である場合、電源システム１の電力変換効率は、１−（１−η１）・ｎ２÷（ｎ１＋ｎ２）＝（ｎ１＋ｎ２η１）／（ｎ１＋ｎ２）となる。より具体的には、例えば、電圧変換回路３０の電力変換効率η１が９７パーセントで、第一バッテリ１０が出力する電力Ｗ１と第二バッテリ２０が出力する電力Ｗ２との比が２対１である場合、電源システム１の比較対象の電源システムにおける電力変換効率は９７パーセントである。それに対して、本実施形態による電源システム１における電力変換効率は９９パーセントとなる。
以上の説明により、本実施形態による電源システム１において、電力変換効率がη１の電圧変換回路３０を使用した場合であっても、電源システム１の電力変換効率は、電圧変換回路３０の電力変換効率よりも高い（ｎ１＋ｎ２η１）／（ｎ１＋ｎ２）となる。
【００２２】
また、電圧変換回路３０は、端子ＡＢ間に入力された電圧を電圧変換して端子ＣＤ間に出力するとともに、端子ＣＤ間に入力された電圧を電圧変換して端子ＡＢ間に出力する双方向に電圧を変換する電圧変換回路である。そのため、電源システム１では、電圧変換回路３０は、モータ６０の回転により生じる回生エネルギをインバータ５０から第一バッテリ１０を介して入力し、第二バッテリ２０を充電する電圧に変換して第二バッテリを充電する。第一バッテリ１０は、インバータ５０により直接充電される。
【００２３】
本実施形態による電源システム１では、第一バッテリ１０と第二バッテリ２０のバッテリ電圧が変動した場合に、電圧変換回路３０が第一バッテリ１０と第二バッテリ２０の全バッテリ電圧うち第二バッテリ２０のバッテリ電圧のみを昇圧または降圧する。これにより、電源システム１では、電源システム１の電力変換効率の高効率化を実現するとともにバッテリ電圧の変動を抑制してエネルギの有効利用を実現する。また、電源システム１では、電圧変換回路３０は、モータ６０の回転により生じる回生エネルギをインバータ５０から第一バッテリ１０を介して入力し、第二バッテリ２０を充電する電圧に変換して第二バッテリを充電する。また、第一バッテリ１０は、インバータ５０により直接充電される。このようにすれば、よりエネルギの有効利用を実現することができる。
【００２４】
次に、本実施形態による電圧変換回路３０の回路構成が異なる場合の電源システム１について説明する。
ここでは、本実施形態による電圧変換回路３０が、図２に示すような降圧回路である場合、図３に示すような昇圧回路である場合、及び、図４に示すような昇降圧回路である場合の３つの例の電源システム１について説明する。
【００２５】
まず、電圧変換回路３０が図２に示す降圧回路である場合の電源システム１について説明する。
図２に示す電圧変換回路３０は、２つのスイッチング素子３０１、３０２と、２つのダイオード３０３、３０４と、リアクトル３０５と、キャパシタ３０６と、を備える。なお、スイッチング素子３０１、３０２は、制御回路４０によってオン状態（導通状態）またはオフ状態（絶縁状態）に制御される。２つのスイッチング素子３０１、３０２は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子である。ただし、スイッチング素子３０１、３０２は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴに限定するものではなく、スイッチング速度、耐圧、オン状態の抵抗などが動作に適する限りどのようなスイッチング素子であってもよい。
【００２６】
第二バッテリ２０の２つの端子のうち高電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ａ、第二バッテリ２０の２つの端子のうち低電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ｂとする。また、インバータ５０の高電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ｃ、インバータ５０の低電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ｄとする。また、第二バッテリ２０のバッテリ電圧をＶ２とする。また、第二バッテリ２０から端子Ａに流れ込む電流をｉ１とする。また、リアクトル３０５から端子Ｃに流れ出る電流をｉ２とする。
【００２７】
電圧変換回路３０の端子ＡＢ間にバッテリ電圧Ｖ２が印加される。制御回路４０は、期間Ｔｏｎの間、電圧変換回路３０のスイッチング素子３０１をオン状態、スイッチング素子３０２をオフ状態にする制御を行う。すると、電圧変換回路３０において、スイッチング素子３０１と、リアクトル３０５とを経由して流れる電流ｉ１、ｉ２（ｉ１＝ｉ２）は、ほぼ線形的に増加する。そして、電流ｉ１、ｉ２が増加する期間Ｔｏｎの間、リアクトル３０５に蓄積されるエネルギは増加する。また、電流ｉ１、ｉ２が増加する期間Ｔｏｎの間、キャパシタ３０６及びインバータ５０に電流が流れ込み、キャパシタ３０６に電荷を蓄積する。
【００２８】
次に、制御回路４０は、期間Ｔｏｆｆの間、電圧変換回路３０のスイッチング素子３０１をオフ状態、スイッチング素子３０２をオン状態にする制御を行う。すると、電流ｉ１は零となる。また、期間Ｔｏｎの間にリアクトル３０５に蓄積されたエネルギにより、電流ｉ２はキャパシタ３０６及びインバータ５０に流れ込みながら減衰する。なお、電流ｉ２によりインバータ５０に供給される電力が不足している場合には、キャパシタ３０６がインバータ５０に電力を供給する。
そして、制御回路４０は、期間Ｔｏｎと期間Ｔｏｆｆとを加算した期間を１周期として、上述のように２つのスイッチング素子３０１、３０２のそれぞれのオン状態とオフ状態を制御する。
【００２９】
制御回路４０が期間Ｔｏｎと期間Ｔｏｆｆにおける制御を繰り返した場合、図２に示す電圧変換回路３０の端子Ｄに対する端子Ｃの平均電位Ｖ３は、
Ｖ３＝Ｖ２×Ｔｏｎ÷（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）
となる。
したがって、第一バッテリ１０のバッテリ電圧をＶ１とし、インバータ５０に入力される平均電圧をＶ４とすると、
Ｖ４＝Ｖ１＋Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖ２×Ｔｏｎ÷（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）
となる。この式は、インバータ５０に入力される平均電圧Ｖ４が、第一バッテリ１０のバッテリ電圧Ｖ１と、電圧変換回路３０が第二バッテリ２０のバッテリ電圧Ｖ２を降圧した電圧との和であることを示している。
以上、電圧変換回路３０が図２に示す降圧回路である場合の電源システム１についての説明である。
【００３０】
次に、電圧変換回路３０が図３に示す昇圧回路である場合の電源システム１について説明する。
図３に示す電圧変換回路３０は、リアクトル３０５と、キャパシタ３０６と、２つのスイッチング素子３０７、３０８と、２つのダイオード３０９、３１０と、を備える。なお、スイッチング素子３０７、３０８は、制御回路４０によってオン状態またはオフ状態に制御されている。２つのスイッチング素子３０７、３０８は、例えば、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子である。ただし、スイッチング素子３０７、３０８は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴに限定するものではなく、スイッチング速度、耐圧、オン状態の抵抗などが動作に適する限りどのようなスイッチング素子であってもよい。
【００３１】
第二バッテリ２０の２つの端子のうち高電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ａ、第二バッテリ２０の２つの端子のうち低電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ｂとする。また、インバータ５０の高電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ｃ、インバータ５０の低電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ｄとする。また、第二バッテリ２０のバッテリ電圧をＶ２とする。また、第二バッテリ２０から端子Ａに流れ込む電流をｉ１とする。また、リアクトル３０５から端子Ｃに流れ出る電流をｉ２とする。
【００３２】
電圧変換回路３０の端子ＡＢ間にバッテリ電圧Ｖ２が印加される。制御回路４０は、期間Ｔｏｎの間、電圧変換回路３０のスイッチング素子３０７をオフ状態、スイッチング素子３０８をオン状態にする制御を行う。すると、電圧変換回路３０において、リアクトル３０５と、スイッチング素子３０８とを経由して、電流ｉ１が流れる。そして、電流ｉ１が流れる期間Ｔｏｎの間、リアクトル３０５にエネルギが蓄積される。
【００３３】
次に、制御回路４０は、期間Ｔｏｆｆの間、電圧変換回路３０のスイッチング素子３０７をオン状態、スイッチング素子３０８をオフ状態にする制御を行う。すると、第二バッテリ２０からの電力と、期間Ｔｏｎの間にリアクトル３０５に蓄積されたエネルギとにより、電流ｉ２がキャパシタ３０６及びインバータ５０に流れ込み、キャパシタ３０６に電荷を蓄積する。
そして、制御回路４０は、期間Ｔｏｎと期間Ｔｏｆｆとを加算した期間を１周期として、上述のように２つのスイッチング素子３０１、３０２のそれぞれのオン状態とオフ状態を制御する。なお、期間Ｔｏｎの間に、キャパシタ３０６はインバータ５０に電力を供給する。
【００３４】
制御回路４０が期間Ｔｏｎと期間Ｔｏｆｆにおける制御を繰り返した場合、図３に示す電圧変換回路３０の端子Ｄに対する端子Ｃの平均電位Ｖ３は、
Ｖ３＝Ｖ２×（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）÷Ｔｏｆｆ
となる。
したがって、第一バッテリ１０のバッテリ電圧をＶ１とし、インバータ５０に入力される平均電圧をＶ４とすると、
Ｖ４＝Ｖ１＋Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖ２×（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）÷Ｔｏｆｆ
となる。この式は、インバータ５０に入力される平均電圧Ｖ４が、第一バッテリ１０のバッテリ電圧Ｖ１と、電圧変換回路３０が第二バッテリ２０のバッテリ電圧Ｖ２を昇圧した電圧との和であることを示している。
以上、電圧変換回路３０が図３に示す昇圧回路である場合の電源システム１についての説明である。
【００３５】
なお、図２と図３からわかるように、図２で示した電源システム１において、電圧変換回路３０がモータ６０の回転により生じる回生エネルギをインバータ５０から入力し、電圧変換して第二バッテリ２０に電力を転送する場合の電圧変換回路３０は、図３で示した電源システム１における電圧変換回路３０と同様の昇圧回路として動作する。また、図２と図３からわかるように、図３で示した電源システム１において、電圧変換回路３０がモータ６０の回転により生じる回生エネルギをインバータ５０から入力し、電圧変換して第二バッテリ２０に電力を転送する場合の電圧変換回路３０は、図２で示した電源システム１における電圧変換回路３０と同様の降圧回路として動作する。
これにより、図２と図３で示した電圧変換回路３０のそれぞれは、第二バッテリ２０側からインバータ５０側への電圧変換と、インバータ５０側から第二バッテリ２０側への電圧変換との両方を実現する。
【００３６】
次に、電圧変換回路３０が図４に示す昇降圧回路である場合の電源システム１について説明する。
図４に示す電圧変換回路３０は、４つのスイッチング素子３０１、３０２、３０７、３０８と、４つのダイオード３０３、３０４、３０９、３１０と、リアクトル３０５を、２つのキャパシタ３０６、３１１と、を備える。なお、４つのスイッチング素子３０１、３０２、３０７、３０８は、制御回路４０によってオン状態またはオフ状態に制御されている。
【００３７】
第二バッテリ２０の２つの端子のうち高電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ａ、第二バッテリ２０の２つの端子のうち低電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ｂとする。また、インバータ５０の高電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ｃ、インバータ５０の低電位側に接続される電圧変換回路３０の端子を端子Ｄとする。また、第二バッテリ２０のバッテリ電圧をＶ２とする。また、第二バッテリ２０から端子Ａに流れ込む電流をｉ１とする。また、リアクトル３０５から端子Ｃに流れ出る電流をｉ２とする。
【００３８】
まず、電圧変換回路３０が降圧回路として動作する場合の電源システム１について説明する。
電圧変換回路３０の端子ＡＢ間にバッテリ電圧Ｖ２が印加される。制御回路４０は、期間Ｔｏｎの間、電圧変換回路３０のスイッチング素子３０１をオン状態、スイッチング素子３０２をオフ状態、スイッチング素子３０７をオン状態、スイッチング素子３０８をオフ状態にする制御を行う。すると、電圧変換回路３０において、スイッチング素子３０１と、リアクトル３０５と、スイッチング素子３０７とを経由して流れる電流ｉ１、ｉ２（ｉ１＝ｉ２）は、ほぼ線形的に増加する。そして、電流ｉ１、ｉ２が増加する期間Ｔｏｎの間、リアクトル３０５に蓄積されるエネルギは増加する。また、電流ｉ１、ｉ２が増加する期間Ｔｏｎの間、キャパシタ３０６及びインバータ５０に電流が流れ込み、キャパシタ３０６に電荷を蓄積する。
【００３９】
次に、制御回路４０は、期間Ｔｏｆｆの間、電圧変換回路３０のスイッチング素子３０１をオフ状態、スイッチング素子３０２をオン状態、スイッチング素子３０７をオン状態、スイッチング素子３０８をオフ状態にする制御を行う。すると、電流ｉ１は零となる。また、期間Ｔｏｎの間にリアクトル３０５に蓄積されたエネルギにより、電流ｉ２はキャパシタ３０６及びインバータ５０に流れ込みながら減衰する。なお、電流ｉ２によりインバータ５０に供給される電力が不足している場合には、キャパシタ３０６がインバータ５０に電力を供給する。
そして、制御回路４０は、期間Ｔｏｎと期間Ｔｏｆｆとを加算した期間を１周期として、上述のように４つのスイッチング素子３０１、３０２、３０７、３０８のそれぞれのオン状態とオフ状態を制御する。
【００４０】
制御回路４０が期間Ｔｏｎと期間Ｔｏｆｆにおける制御を繰り返した場合、図４に示す電圧変換回路３０の端子Ｄに対する端子Ｃの平均電位Ｖ３は、
Ｖ３＝Ｖ２×Ｔｏｎ÷（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）
となる。
したがって、第一バッテリ１０のバッテリ電圧をＶ１とし、インバータ５０に入力される平均電圧をＶ４とすると、
Ｖ４＝Ｖ１＋Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖ２×Ｔｏｎ÷（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）
となる。この式は、インバータ５０に入力される平均電圧をＶ４が、第一バッテリ１０のバッテリ電圧Ｖ１と、電圧変換回路３０が第二バッテリ２０のバッテリ電圧Ｖ２を降圧した電圧との和であることを示している。
【００４１】
次に、電圧変換回路３０が昇圧回路として動作する場合の電源システム１について説明する。
電圧変換回路３０の端子ＡＢ間にバッテリ電圧Ｖ２が印加される。制御回路４０は、期間Ｔｏｎの間、電圧変換回路３０のスイッチング素子３０１をオン状態、スイッチング素子３０２をオフ状態、スイッチング素子３０７をオフ状態、スイッチング素子３０８をオン状態にする制御を行う。すると、電圧変換回路３０において、スイッチング素子３０１と、リアクトル３０５と、スイッチング素子３０８とを経由して、電流ｉ１が流れる。そして、電流ｉ１が流れる期間Ｔｏｎの間、リアクトル３０５にエネルギが蓄積される。
【００４２】
次に、制御回路４０は、期間Ｔｏｆｆの間、電圧変換回路３０のスイッチング素子３０１をオン状態、スイッチング素子３０２をオフ状態、スイッチング素子３０７をオン状態、スイッチング素子３０８をオフ状態にする制御を行う。すると、第二バッテリ２０からの電力と、期間Ｔｏｎの間にリアクトル３０５に蓄積されたエネルギとにより、電流ｉ２がキャパシタ３０６及びインバータ５０に流れ込み、キャパシタ３０６に電荷を蓄積する。
そして、制御回路４０は、期間Ｔｏｎと期間Ｔｏｆｆとを加算した期間を１周期として、上述のように２つのスイッチング素子３０１、３０２のそれぞれのオン状態とオフ状態を制御する。なお、期間Ｔｏｎの間に、キャパシタ３０６はインバータ５０に電力を供給する。
【００４３】
制御回路４０が期間Ｔｏｎと期間Ｔｏｆｆにおける制御を繰り返した場合、図４に示す電圧変換回路３０の端子Ｄに対する端子Ｃの平均電位Ｖ３は、
Ｖ３＝Ｖ２×（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）÷Ｔｏｆｆ
となる。
したがって、第一バッテリ１０のバッテリ電圧をＶ１とし、インバータ５０に入力される平均電圧をＶ４とすると、
Ｖ４＝Ｖ１＋Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖ２×（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）÷Ｔｏｆｆ
となる。この式は、インバータ５０に入力される平均電圧Ｖ４が、第一バッテリ１０のバッテリ電圧Ｖ１と、電圧変換回路３０が第二バッテリ２０のバッテリ電圧Ｖ２を昇圧した電圧との和であることを示している。
【００４４】
なお、図４からわかるように、電圧変換回路３０の回路の対称性より、電圧変換回路３０がモータ６０の回転により生じる回生エネルギをインバータ５０から入力し、電圧変換して第二バッテリ２０に電力を転送する場合にも、電圧変換回路３０は、上述の降圧回路または昇圧回路として動作する。
以上、電圧変換回路３０が図４に示す昇降圧回路である場合の電源システム１についての説明である。
【００４５】
以上、本発明の第一の実施形態による電源システム１について説明した。本実施形態による電源システム１によれば、第一バッテリ１０は、直流のバッテリ電圧を出力する。第二バッテリ２０は、第一バッテリ１０に直列に接続される。第二バッテリ２０は、直流のバッテリ電圧を電圧変換回路３０に出力する。電圧変換回路３０は、第二バッテリ２０のバッテリ電圧をインバータ５０に入力する電圧が適した電圧になるように昇圧または降圧する。そして、電圧変換回路３０は、昇圧または降圧した直流電圧をインバータ５０に出力する。電源システム１において、インバータ５０には第一バッテリ１０のバッテリ電圧と、電圧変換回路３０が出力する電圧との和が入力される。
また、電圧変換回路３０は、モータ６０の回転により生じる回生エネルギをインバータ５０から第一バッテリを介して入力し、入力した電圧を第二バッテリ２０を充電する電圧に変換して第二バッテリ２０を充電する。第一バッテリ１０は、インバータ５０により直接充電される。
このようにすれば、第一バッテリ１０と第二バッテリ２０の電力をインバータ５０に供給する電力に変換する際に、電力変換効率を高効率化することができる。また、モータ６０の回転により生じる回生エネルギを利用して第一バッテリ１０と第二バッテリ２０を充電することができる。その結果、電源システム１において、エネルギを有効に利用することができる。
【００４６】
＜第二の実施形態＞
次に、本発明の第二の実施形態による電源システムについて説明する。
まず、本発明の第二の実施形態による電源システムの構成について説明する。
第二の実施形態による電源システム１は、図５に示すように、第一の実施形態による電源システム１が備える第一バッテリ１０と、第二バッテリ２０と、電圧変換回路３０と、制御回路４０とに加えて、電力転送回路７０を備える。なお、図５には、電源システム１が電力を供給する一例であるインバータ５０と、インバータ５０により駆動されるモータ６０とが図示されている。
【００４７】
電力転送回路７０は、第一バッテリ１０から第二バッテリ２０に、または、第二バッテリ２０から第一バッテリ１０に電力を双方向に転送する。具体的には、電力転送回路７０は、第一バッテリ１０と第二バッテリ２０のそれぞれに接続された電圧計の測定結果に基づいて、第一バッテリ１０と第二バッテリ２０のそれぞれのＳＯＣを算出する。電力転送回路７０は、第一バッテリ１０のＳＯＣと第二バッテリ２０のＳＯＣが異なる場合に、第一バッテリ１０のＳＯＣと第二バッテリ２０のＳＯＣとが等しくなるように、ＳＯＣの高いバッテリからＳＯＣの低いバッテリに電力を転送する。
電力転送回路７０は、例えば、フライバックトランスを有する回路やＤＡＢ（Ｄｕａｌ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｂｒｉｄｇｅ）回路などの双方向に電力を転送することができる回路である。ただし、電力転送回路７０は、フライバックトランスを有する回路やＤＡＢ回路に限定するものではなく、適切な動作をする限りどのような回路であってもよい。
制御回路４０は、電力転送回路７０の電力転送を制御する。
【００４８】
本実施形態による電源システム１は、第一バッテリ１０から第二バッテリ２０に、または、第二バッテリ２０から第一バッテリ１０に電力を双方向に転送することにより、第一バッテリ１０のＳＯＣと第二バッテリ２０のＳＯＣとを等しくする。
【００４９】
次に、本実施形態による電力転送回路７０の回路構成が異なる場合の電源システム１について説明する。
ここでは、本実施形態による電力転送回路７０が、図６に示すようなフライバックトランス７０１を有する回路である場合、図７に示すようなＤＡＢ回路である場合の２つの例の電源システム１ついて説明する。なお、第二の実施形態による電圧変換回路３０の動作は、第一の実施形態による電圧変換回路３０の動作と同様であるため、ここでは、電力転送回路７０の動作について説明する。
【００５０】
まず、電力転送回路７０が図６に示すようなフライバックトランス７０１を有する回路である場合の電源システム１について説明する。
図６に示す電力転送回路７０は、フライバックトランス７０１と、２つのスイッチング素子７０２、７０３と、２つのダイオード７０４、７０５と、を備える。
フライバックトランス７０１は、２つのコイル７０６、７０７を有する。図６に示す２つのコイル７０６、７０７のそれぞれの巻き始めからわかるように、２つのコイル７０６、７０７のそれぞれの巻き方向は逆向きである。
２つのスイッチング素子７０２、７０３は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子である。ただし、スイッチング素子７０２、７０３は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴに限定するものではなく、適切な動作をする限りどのようなスイッチング素子であってもよい。
なお、２つのスイッチング素子７０２、７０３は、制御回路４０によってオン状態またはオフ状態に制御されている。
【００５１】
第一バッテリ１０の２つの端子のうち高電位側に接続される電力転送回路７０の端子を端子Ｅ、第一バッテリ１０の２つの端子のうち低電位側に接続される電力転送回路７０の端子を端子Ｆとする。また、第二バッテリ２０の２つの端子のうち高電位側に接続される電力転送回路７０の端子を端子Ｇ、第二バッテリ２０の２つの端子のうち低電位側に接続される電力転送回路７０の端子を端子Ｈとする。また、第一バッテリ１０のバッテリ電圧をＶ１、第二バッテリ２０のバッテリ電圧をＶ２とする。また、コイル７０６の巻き始めから巻き終わり方向へ流れる電流をｉ３、コイル７０７の巻き始めから巻き終わり方向へ流れる電流をｉ４とする。
【００５２】
まず、第一バッテリ１０のＳＯＣが第二バッテリ２０のＳＯＣよりも高い場合に、電力転送回路７０が第一バッテリ１０の電力を第二バッテリ２０に転送する動作について説明する。
電力転送回路７０の端子ＥＦ間にバッテリ電圧Ｖ１が印加される。また、電力転送回路７０の端子ＧＨ間にバッテリ電圧Ｖ２が印加される。制御回路４０は、期間Ｔｏｎの間、電力転送回路７０のスイッチング素子７０２をオン状態、スイッチング素子７０３をオフ状態にする制御を行う。すると、電力転送回路７０において、コイル７０６と、スイッチング素子７０２とを経由して電流ｉ３が流れる。そして、電流ｉ３が流れる期間Ｔｏｎの間、コイル７０６にエネルギが蓄積される。
次に、制御回路４０は、期間Ｔｏｆｆの間、電力転送回路７０のスイッチング素子７０２をオフ状態、スイッチング素子７０３をオフ状態にする制御を行う。すると、期間Ｔｏｎの間に蓄積されたコイル７０６のエネルギにより、電流ｉ４がコイル７０７の巻き始めから巻き終わり方向へ流れる。電流ｉ４は、第二バッテリ２０に流れ込み充電する。当該充電により第二バッテリ２０のＳＯＣは高くなる。
なお、電流ｉ４は、電圧変換回路３０が備えるスイッチング素子により電流を流す経路が存在する場合、電圧変換回路３０にも流れる。その場合、電流ｉ４は、第二バッテリ２０と、電圧変換回路３０とで分流される。
【００５３】
次に、第一バッテリ１０のＳＯＣが第二バッテリ２０のＳＯＣよりも低い場合に、電力転送回路７０が第二バッテリ２０の電力を第一バッテリ１０に転送する動作について説明する。
電力転送回路７０の端子ＥＦ間にバッテリ電圧Ｖ１が印加される。また、電力転送回路７０の端子ＧＨ間にバッテリ電圧Ｖ２が印加される。制御回路４０は、期間Ｔｏｎの間、電力転送回路７０のスイッチング素子７０３をオン状態、スイッチング素子７０２をオフ状態にする制御を行う。すると、電力転送回路７０において、コイル７０７と、スイッチング素子７０３とを経由して電流−ｉ４が流れる。そして、電流−ｉ４が流れる期間Ｔｏｎの間、コイル７０７にエネルギが蓄積される。
次に、制御回路４０は、期間Ｔｏｆｆの間、電力転送回路７０のスイッチング素子７０３をオフ状態、スイッチング素子７０３をオフ状態にする制御を行う。すると、期間Ｔｏｎの間に蓄積されたコイル７０７のエネルギにより、電流−ｉ３がコイル７０６の巻き始めから巻き終わり方向へ流れる。電流ｉ３は、第一バッテリ１０に流れ込み充電する。当該充電により第一バッテリ１０のＳＯＣは高くなる。
以上、電力転送回路７０が図６に示すフライバックトランス７０１を有する回路である場合の電源システム１についての説明である。
【００５４】
次に、電力転送回路７０が図７に示すようなＤＡＢ回路である場合の電源システム１について説明する。
図７に示す電力転送回路７０は、トランス７０８と、８つのスイッチング素子７０９、７１０、７１１、７１２、７１３、７１４、７１５、７１６と、８つのダイオード７１７、７１８、７１９、７２０、７２１、７２２、７２３、７２４と、１０個のキャパシタ７２５、７２６、７２７、７２８、７２９、７３０、７３１、７３２、７３３、７３４と、リアクトル７３５と、を備える。
トランス７０８は、コイル７３６と、コイル７３７と、を有する。図７に示すコイル７３６とコイル７３７のそれぞれの巻き始めからわかるように、コイル７３６とコイル７３７の巻き方向は同じ向きである。また、コイル７３６とコイル７３７の巻き数比は、ｎ１対ｎ２である。
８つのスイッチング素子７０９、７１０、７１１、７１２、７１３、７１４、７１５、７１６は、例えば、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子である。ただし、スイッチング素子７０９、７１０、７１１、７１２、７１３、７１４、７１５、７１６は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴに限定するものではなく、適切な動作をする限りどのようなスイッチング素子であってもよい。
なお、スイッチング素子７０９、７１０、７１１、７１２、７１３、７１４、７１５、７１６は、制御回路４０によってオン状態またはオフ状態に制御されている。
【００５５】
図７で示した電力転送回路７０は、図８に示すように、トランス７０８とリアクトル７３５を取り除き、リアクトル７３８の一端をダイオード７１７のアノードに接続し他端をダイオード７２１のアノードに接続し、ダイオード７２０のカソードとダイオード７２４のカソードとを接続した等価回路で表すことができる。
【００５６】
まず、第一バッテリ１０から第二バッテリ２０に電力を転送する場合について説明する。
第一バッテリ１０から第二バッテリ２０に電力を転送する場合、リアクトル７３８のインダクタンスは、リアクトル７３５と同一のインダクタンスとなる。そして、制御回路４０は、次に示す２通りの方法で、電力転送回路７０が備えるスイッチング素子を制御する。
【００５７】
１つ目の方法において、初期状態として、制御回路４０は、電力転送回路７０のスイッチング素子７１０、７１１、７１４、７１５をオン状態、スイッチング素子７０９、７１２、７１３、７１６をオフ状態にする制御を行う。そして、第一バッテリ１０からスイッチング素子７１１と、スイッチング素子７１５と、第二バッテリ２０と、スイッチング素子７１４と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１０とを経由して電流値Ｉ５の電流−ｉ５が流れているものとする。
制御回路４０は、上述の初期状態から電力転送回路７０のスイッチング素子７０９、７１２、７１４、７１５をオン状態、スイッチング素子７１０、７１１、７１３、７１６をオフ状態にする制御を行う。このタイミングを電圧位相の基準位相０とする。すると、電源システム１において、過渡的に、スイッチング素子７１２と、スイッチング素子７１５と、第二バッテリ２０と、スイッチング素子７１４と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７０９と、第一バッテリ１０とを経由して電流−ｉ５が流れる。このとき、リアクトル７３８には、第一バッテリ１０の電圧Ｖ１と第二バッテリ２０の電圧Ｖ２とが加算された電圧が電流−ｉ５を流す向きとは逆方向に印加される。そのため、電流−ｉ５は電流値がＩ５から急速に減少し、０アンペアとなる。そして、リアクトル７３８は、印加されている第一バッテリ１０の電圧Ｖ１と第二バッテリ２０の電圧Ｖ２とが加算された電圧により電流ｉ５を０アンペアから急速に増加させながら、第一バッテリ１０からスイッチング素子７０９と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１４と、第二バッテリ２０と、スイッチング素子７１５と、スイッチング素子７１２とを経由して電流ｉ５を流す。
次に、制御回路４０は、電圧位相の基準位相０に対して電圧位相がθ遅延するタイミングで電力転送回路７０のスイッチング素子７０９、７１２、７１３、７１６をオン状態、スイッチング素子７１０、７１１、７１４、７１５をオフ状態にする制御を行う。このとき、過渡的に流れる電流ｉ５の電流値はＩ５である。また、このとき、第二バッテリ２０側の電圧位相は基準位相０に比べてθ遅れた状態である。そのため、第一バッテリ１０からスイッチング素子７０９と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１３と、第二バッテリ２０と、スイッチング素子７１６と、スイッチング素子７１２とを経由して電流値Ｉ５の電流ｉ５がスイッチング素子７０９〜７１６の状態が変化するまで流れ続け、第二バッテリ２０を充電する。
【００５８】
２つ目の方法において、初期状態として、制御回路４０は、電力転送回路７０のスイッチング素子７０９、７１２、７１３、７１６をオン状態、スイッチング素子７１０、７１１、７１４、７１５をオフ状態にする制御を行う。そして、第一バッテリ１０からスイッチング素子７０９と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１３と、第二バッテリ２０と、スイッチング素子７１６と、スイッチング素子７１２とを経由して電流ｉ５が流れているものとする。
制御回路４０は、上述の初期状態から電力転送回路７０のスイッチング素子７１０、７１１、７１３、７１６をオン状態、スイッチング素子７０９、７１２、７１４、７１５をオフ状態にする制御を行う。このタイミングを電圧位相の基準位相０とする。すると、電源システム１において、過渡的に、スイッチング素子７１０と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１３と、第二バッテリ２０と、スイッチング素子７１６と、スイッチング素子７１１と、第一バッテリ１０とを経由して電流ｉ５が流れる。このとき、リアクトル７３８には、第一バッテリ１０の電圧Ｖ１と第二バッテリ２０の電圧Ｖ２とが加算された電圧が電流ｉ５を流す向きとは逆方向に印加される。そのため、電流ｉ５は電流値がＩ５から急速に減少し、０アンペアとなる。そして、リアクトル７３８は、印加されている第一バッテリ１０の電圧Ｖ１と第二バッテリ２０の電圧Ｖ２とが加算された電圧により電流−ｉ５を０アンペアから急速に増加させながら、第一バッテリ１０からスイッチング素子７１１と、スイッチング素子７１６と、第二バッテリ２０と、スイッチング素子７１３と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１０とを経由して電流−ｉ５を流す。
次に、制御回路４０は、電圧位相の基準位相０に対して電圧位相がθ遅延するタイミングで電力転送回路７０のスイッチング素子７１０、７１１、７１４、７１５をオン状態、スイッチング素子７０９、７１２、７１３、７１６をオフ状態にする制御を行う。このとき、過渡的に流れる電流−ｉ５の電流値はＩ５である。また、このとき、第二バッテリ２０側の電圧位相は基準位相０に比べてθ遅れた状態である。そのため、第一バッテリ１０からスイッチング素子７１１と、スイッチング素子７１５と、第二バッテリ２０と、スイッチング素子７１４と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１０とを経由して電流値Ｉ５の電流−ｉ５がスイッチング素子７０９〜７１６の状態が変化するまで流れ続け、第二バッテリ２０を充電する。
以上、第一バッテリ１０から第二バッテリ２０に電力を転送する場合の説明である。
【００５９】
次に、第二バッテリ２０から第一バッテリ１０に電力を転送する場合について説明する。
第二バッテリ２０から第一バッテリ１０に電力を転送する場合も、第一バッテリ１０から第二バッテリ２０に電力を転送する場合と同様に考えることができる。ただし、リアクトル７３８のインダクタンスは、リアクトル７３５のインダクタンスに（ｎ１／ｎ２）の二乗を掛けた値となる。そして、制御回路４０は、次に示す２通りの方法で、電力転送回路７０が備えるスイッチング素子を制御する。
【００６０】
１つ目の方法において、初期状態として、制御回路４０は、電力転送回路７０のスイッチング素子７１０、７１１、７１４、７１５をオン状態、スイッチング素子７０９、７１２、７１３、７１６をオフ状態にする制御を行う。そして、第二バッテリ２０からスイッチング素子７１５と、スイッチング素子７１１と、第一バッテリ１０と、スイッチング素子７１０と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１４とを経由して電流値Ｉ５の電流ｉ５が流れているものとする。
制御回路４０は、上述の初期状態から電力転送回路７０のスイッチング素子７１０、７１１、７１３、７１６をオン状態、スイッチング素子７０９、７１２、７１４、７１５をオフ状態にする制御を行う。このタイミングを電圧位相の基準位相０とする。すると、電源システム１において、過渡的に、スイッチング素子７１６と、スイッチング素子７１１と、第一バッテリ１０と、スイッチング素子７１０と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１３と、第二バッテリ２０とを経由して電流ｉ５が流れる。このとき、リアクトル７３８には、第一バッテリ１０の電圧Ｖ１と第二バッテリ２０の電圧Ｖ２とが加算された電圧が電流ｉ５を流す向きとは逆方向に印加される。そのため、電流ｉ５は電流値がＩ５から急速に減少し、０アンペアとなる。そして、リアクトル７３８は、印加されている第一バッテリ１０の電圧Ｖ１と第二バッテリ２０の電圧Ｖ２とが加算された電圧により電流−ｉ５を０アンペアから急速に増加させながら、第二バッテリ２０からスイッチング素子７１３と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１０と、第一バッテリ１０と、スイッチング素子７１１と、スイッチング素子７１６とを経由して電流−ｉ５を流す。
次に、制御回路４０は、電圧位相の基準位相０に対して電圧位相がθ遅延するタイミングで電力転送回路７０のスイッチング素子７０９、７１２、７１３、７１６をオン状態、スイッチング素子７１０、７１１、７１４、７１５をオフ状態にする制御を行う。このとき、過渡的に流れる電流−ｉ５の電流値はＩ５である。また、このとき、第一バッテリ１０側の電圧位相は基準位相０に比べてθ遅れた状態である。そのため、第二バッテリ２０からスイッチング素子７１３と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７０９と、第一バッテリ１０と、スイッチング素子７１２と、スイッチング素子７１６とを経由して電流値Ｉ５の電流−ｉ５がスイッチング素子７０９〜７１６の状態が変化するまで流れ続け、第一バッテリ１０を充電する。
【００６１】
２つ目の方法において、初期状態として、制御回路４０は、電力転送回路７０のスイッチング素子７０９、７１２、７１３、７１６をオン状態、スイッチング素子７１０、７１１、７１４、７１５をオフ状態にする制御を行う。そして、第二バッテリ２０からスイッチング素子７１３と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７０９と、第一バッテリ１０と、スイッチング素子７１２と、スイッチング素子７１６とを経由して電流−ｉ５が流れているものとする。
制御回路４０は、上述の初期状態から電力転送回路７０のスイッチング素子７０９、７１２、７１４、７１５をオン状態、スイッチング素子７１０、７１１、７１３、７１６をオフ状態にする制御を行う。このタイミングを電圧位相の基準位相０とする。すると、電源システム１において、過渡的に、スイッチング素子７１４と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７０９と、第一バッテリ１０と、スイッチング素子７１２と、スイッチング素子７１５と、第二バッテリ２０とを経由して電流−ｉ５が流れる。このとき、リアクトル７３８には、第一バッテリ１０の電圧Ｖ１と第二バッテリ２０の電圧Ｖ２とが加算された電圧が電流−ｉ５を流す向きとは逆方向に印加される。そのため、電流−ｉ５は電流値がＩ５から急速に減少し、０アンペアとなる。そして、リアクトル７３８は、印加されている第一バッテリ１０の電圧Ｖ１と第二バッテリ２０の電圧Ｖ２とが加算された電圧により電流−ｉ５を０アンペアから急速に増加させながら、第二バッテリ２０からスイッチング素子７１５と、スイッチング素子７１２と、第一バッテリ１０と、スイッチング素子７０９と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１４とを経由して電流ｉ５を流す。
次に、制御回路４０は、電圧位相の基準位相０に対して電圧位相がθ遅延するタイミングで電力転送回路７０のスイッチング素子７１０、７１１、７１４、７１５をオン状態、スイッチング素子７０９、７１２、７１３、７１６をオフ状態にする制御を行う。このとき、過渡的に流れる電流ｉ５の電流値はＩ５である。また、このとき、第一バッテリ１０側の電圧位相は基準位相０に比べてθ遅れた状態である。そのため、第二バッテリ２０からスイッチング素子７１５と、スイッチング素子７１１と、第一バッテリ１０と、スイッチング素子７１０と、リアクトル７３８と、スイッチング素子７１４とを経由して電流値Ｉ５の電流ｉ５がスイッチング素子７０９〜７１６の状態が変化するまで流れ続け、第二バッテリ２０を充電する。
以上、第二バッテリ２０から第一バッテリ１０に電力を転送する場合の説明である。
【００６２】
以上、本発明の第二の実施形態による電源システム１について説明した。本実施形態による電源システム１によれば、電力転送回路７０は、第一バッテリ１０から第二バッテリ２０に、または、第二バッテリ２０から第一バッテリ１０に電力を双方向に転送する。制御回路４０は、電力転送回路７０の電力転送を制御する。
このようにすれば、第一バッテリと第二バッテリの総容量を低減することができ、バッテリのコストを削減することができる。また、第二バッテリの電圧定格を自由に選定でき、第二バッテリの新規設計によるコストアップを回避することができる。
【００６３】
なお、本発明の実施形態による電源システム１は、例えば、図９に示すように、自動車や電車などの車両２００に備えられるものであってよい。
【００６４】
なお、本発明の実施形態について説明したが、上述の制御回路４０は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００６５】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００６６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００６７】
１０・・・第一バッテリ
２０・・・第二バッテリ
３０・・・電圧変換回路
４０・・・制御回路
５０・・・インバータ
６０・・・モータ
１００・・・負荷
２００・・・車両
３０１、３０２、３０７、３０８、７０２、７０３、７０９、７１０、７１１、７１２、７１３、７１４、７１５、７１６・・・スイッチング素子
３０５、７３５、７３８・・・リアクトル
３０６、３１１、７２５、７２６、７２７、７２８、７２９、７３０、７３１、７３２、７３３、７３４・・・キャパシタ
３０３、３０４、３０９、３１０、７０４、７０５、７１７、７１８、７１９、７２０、７２１、７２２、７２３、７２４・・・ダイオード
７０１・・・フライバックトランス
７０６、７０７、７３６、７３７・・・コイル
７０８・・・トランス
【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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