(57)【要約】  トランス（３）の第１巻線（３ａ）と直流電源（１）との間に第１スイッチング回路（５）を、第２巻線（３ｂ）とバッテリ（２）との間に第２スイッチング回路（８）を接続してＤＣ／ＤＣコンバータ（１００）は構成される。制御回路（２０）は、バッテリ充電時に、第１スイッチング回路（５）内の第１基準素子の駆動位相に対し、第１対角素子の位相シフト量（θ１）と、第２スイッチング回路（８）内の第２対角素子の位相シフト量（θ２）を制御する。そして、昇圧充電制御の期間で充電電流が正または０であれば、位相シフト量（θ２）が位相シフト量（θ１）よりも、各半導体スイッチング素子の短絡防止時間を超えて大きくなるように制御する。これにより、短絡防止時間に起因した昇圧動作不能を解消し、昇圧制御の制御性を向上する。
2016125374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１直流電源と第２直流電源との間の電力伝送を行うＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
トランスと、
それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えた２つのブリッジ回路によるフルブリッジ回路で構成され、上記第１直流電源と上記トランスの第１巻線との間に接続される第１コンバータ部と、
それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えた２つのブリッジ回路によるフルブリッジ回路で構成され、上記第２直流電源と上記トランスの第２巻線との間に接続される第２コンバータ部と、
上記第２コンバータ部の交流入出力線に接続された第２リアクトルと、
上記第１直流電源から上記第２直流電源への伝送電力と指令値とに基づいてＤＵＴＹ比を演算して、上記第１コンバータ部、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子を駆動制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、
上記ＤＵＴＹ比が正または０である、上記第１直流電源から上記第２直流電源への第１電力伝送において、
上記第１コンバータ部における上記複数の半導体スイッチング素子の内、第１基準素子としての半導体スイッチング素子と、該第１基準素子と対角の関係にある第１対角素子としての半導体スイッチング素子との間の駆動信号の位相シフト量である第１位相シフト量、および、上記第１基準素子と、上記第２コンバータ部における上記複数の半導体スイッチング素子の内、第２基準素子としての半導体スイッチング素子と対角の関係にある第２対角素子としての半導体スイッチング素子との間の駆動信号の位相シフト量である第２位相シフト量を制御し、
上記第１直流電源から上記第２直流電源への上記伝送電力が正または０であって、上記トランスの上記第２巻線に発生する電圧より上記第２直流電源への出力電圧が高い昇圧制御では、上記ＤＵＴＹ比に拘わらず、上記第２位相シフト量が、上記第１位相シフト量よりも上記第１、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子の短絡防止時間を超えて大きくなるように制御する、
ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
上記第１コンバータ部の交流入出力線に接続された第１リアクトルをさらに備え、
上記制御回路は、
上記ＤＵＴＹ比が負である、上記第２直流電源から上記第１直流電源への第２電力伝送において、
上記第２基準素子と上記第２対角素子との間の駆動信号の位相シフト量である第３位相シフト量、および、上記第２基準素子と上記第１対角素子との間の駆動信号の位相シフト量である第４位相シフト量を制御し、
上記第１直流電源から上記第２直流電源への上記伝送電力が負または０であって、上記トランスの上記第１巻線に発生する電圧より上記第１直流電源への出力電圧が高い昇圧制御では、上記ＤＵＴＹ比に拘わらず、上記第４位相シフト量が、上記第３位相シフト量よりも上記第１、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子の短絡防止時間を超えて大きくなるように制御する、
請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
上記第１コンバータ部の交流入出力線に接続された第１リアクトルをさらに備え、
上記第１コンバータ部の上記複数の半導体スイッチング素子は、それぞれ並列コンデンサが接続されており、
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記第１、第２位相シフト量を制御することにより、上記並列コンデンサおよび上記第１リアクトルを利用して上記第１コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子がゼロ電圧スイッチングするように制御する、
請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
上記第１コンバータ部および第２コンバータ部の上記複数の上記半導体スイッチング素子は、それぞれ並列コンデンサが接続されており、
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記第１、第２位相シフト量を制御することにより、上記第１コンバータ部内の上記並列コンデンサおよび上記第１リアクトルを利用して上記第１コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子がゼロ電圧スイッチングするように制御し、
上記第２電力伝送において、上記第３、第４位相シフト量を制御することにより、上記第２コンバータ部内の上記並列コンデンサおよび上記第２リアクトルを利用して上記第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子がゼロ電圧スイッチングするように制御する、
請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記第１、第２位相シフト量が共に最小になる第１基準点より上記ＤＵＴＹ比が大きい第１期間にて該ＤＵＴＹ比が増大すると上記第１位相シフト量を最小に保持すると共に上記第２位相シフト量を増大させ、
上記第２電力伝送において、上記第３、第４位相シフト量とが共に最小になる第２基準点より上記ＤＵＴＹ比が負方向に大きい第２期間にて該ＤＵＴＹ比が負方向に増大すると上記第３位相シフト量を最小に保持すると共に上記第４位相シフト量を増大させる、
請求項４に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項６】
上記制御回路は、
上記第１基準素子と上記第２基準素子とを同位相の駆動信号で制御し、上記第１コンバータ部および上記第２コンバータ部内の４つの上記ブリッジ回路について、正側の半導体スイッチング素子と負側の半導体スイッチング素子とを同じオン時間比率で制御し、上記第１基準点と上記第２基準点とを同一の基準点で上記ＤＵＴＹ比が０の点とし、
上記ＤＵＴＹ比が０における上記第１直流電源から上記第２直流電源への上記伝送電力の極性に応じて、上記第１電力伝送における上記第１期間の上記第２位相シフト量、上記第２電力伝送における上記第２期間の上記第４位相シフト量の少なくとも一方に、上記短絡防止時間に相当するオフセット位相を加算して制御する、
請求項５に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項７】
上記制御回路は、上記ＤＵＴＹ比が０において上記伝送電力が正であれば、上記第１期間の上記第２位相シフト量に上記オフセット位相を加算し、上記ＤＵＴＹ比が０において上記伝送電力が負であれば、上記第２期間の上記第４位相シフト量に上記オフセット位相を加算し、上記ＤＵＴＹ比が０において上記伝送電力が０であれば、上記第１期間の上記第２位相シフト量と上記第２期間の上記第４位相シフト量との双方に上記オフセット位相を加算して制御する、
請求項６に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項８】
上記トランスの上記第１巻線と上記第２巻線との巻線比をＮＬ：ＮＢとすると、
上記制御回路は、上記第１直流電源の電圧値が上記第２直流電源の電圧値のＮＬ／ＮＢ倍より大きいとき、上記第１期間の上記第２位相シフト量に上記オフセット位相を加算し、上記第１直流電源の電圧値が上記第２直流電源の電圧値のＮＬ／ＮＢ倍より小さいとき、上記第２期間の上記第４位相シフト量に上記オフセット位相を加算し、上記第１直流電源の電圧値が上記第２直流電源の電圧値のＮＬ／ＮＢ倍と等しいとき、上記第１期間の上記第２位相シフト量と上記第２期間の上記第４位相シフト量との双方に上記オフセット位相を加算して制御する、
請求項６または請求項７に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項９】
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記第１、第２コンバータ部内の４つの上記ブリッジ回路の内、上記第２基準素子を含むブリッジ回路を構成する各半導体スイッチング素子を全てオフ状態にし、他の３つのブリッジ回路について、正側の半導体スイッチング素子と負側の半導体スイッチング素子とを同じオン時間比率で制御し、上記ＤＵＴＹ比が上記第１基準点以下の期間では、上記ＤＵＴＹ比が増大すると上記第１、第２位相シフト量を共に低減させて制御し、
上記第２電力伝送において、上記第１、第２コンバータ部内の４つのブリッジ回路の内、上記第１基準素子を含むブリッジ回路を構成する各半導体スイッチング素子を全てオフ状態にし、他の３つのブリッジ回路について、正側の半導体スイッチング素子と負側の半導体スイッチング素子とを同じオン時間比率で制御し、上記ＤＵＴＹ比の負方向の大きさが上記第２基準点以下の期間では、上記ＤＵＴＹ比の負方向の大きさが増大すると上記第３、第４位相シフト量を共に低減させて制御し、
上記第１電力伝送において上記第１、第２位相シフト量が同量で最大の時、および上記第２電力伝送において上記第３、第４位相シフト量が同量で最大の時に、上記第１電力伝送と上記第２電力伝送とを切り換え、
上記第１電力伝送における上記第１期間の上記第２位相シフト量と、上記第２電力伝送における上記第２期間の上記第４位相シフト量との双方に、上記短絡防止時間に相当するオフセット位相を加算して制御する、
請求項５に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記ＤＵＴＹ比が上記第１基準点以下の期間では、上記第１基準点直近の第１調整期間を除いて上記第１、第２位相シフト量を上記ＤＵＴＹ比に応じて同量で低減制御し、上記第１調整期間で上記第１位相シフト量のみ低減させて上記第２位相シフト量を保持し、
上記第２電力伝送において、上記ＤＵＴＹ比の負方向の大きさが上記第２基準点以下の期間では、上記第２基準点直近の第２調整期間を除いて上記第３、第４位相シフト量を上記ＤＵＴＹ比に応じて同量で低減制御し、上記第２調整期間で上記第３位相シフト量のみ低減させて上記第４位相シフト量を保持する、
請求項９に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１１】
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記ＤＵＴＹ比が上記第１基準点以下の期間では、上記ＤＵＴＹ比が０の点直近の第１調整期間を除いて、上記第２位相シフト量は上記第１位相シフト量より上記オフセット位相分大きい位相で制御し、上記第１調整期間で上記第１位相シフト量のみ低減させて上記第２位相シフト量を保持し、
上記第２電力伝送において、上記ＤＵＴＹ比の負方向の大きさが上記第２基準点以下の期間では、上記ＤＵＴＹ比が０の点直近の第２調整期間を除いて、上記第４位相シフト量は上記第３位相シフト量より上記オフセット位相分大きい位相で制御し、上記第２調整期間で上記第３位相シフト量のみ低減させて上記第４位相シフト量を保持する、
請求項９に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１２】
第１直流電源と第２直流電源との間の双方向の電力伝送を行うＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
トランスと、
それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えたブリッジ回路Ａ、ブリッジ回路Ｂによるフルブリッジ回路で構成され、上記第１直流電源と上記トランスの第１巻線との間に接続されて、直流／交流間で双方向に電力変換する第１コンバータ部と、
それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えたブリッジ回路Ｃ、ブリッジ回路Ｄによるフルブリッジ回路で構成され、上記第２直流電源と上記トランスの第２巻線との間に接続されて、直流／交流間で双方向に電力変換する第２コンバータ部と、
上記第１コンバータ部、上記第２コンバータ部の各交流入出力線に接続された第１リアクトル、第２リアクトルと、
上記第１直流電源から上記第２直流電源への伝送電力と指令値とに基づいてＤＵＴＹ比を演算して、上記第１コンバータ部、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御により駆動制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、
上記ＤＵＴＹ比が正または０である、上記第１直流電源から上記第２直流電源への第１電力伝送において、
上記ＤＵＴＹ比が増大すると、上記ブリッジ回路Ａの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＡと上記ブリッジ回路Ｂの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＢとを同時間で最大まで増大させると共に、上記ブリッジ回路Ｃの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＣと上記ブリッジ回路Ｄの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＤとを共に０に保持する第１制御と、上記オン時間ｔＡ、ｔＢを最大に上記オン時間ｔＤを０に保持すると共に、上記ＤＵＴＹ比が増大すると上記オン時間ｔＣを増大させ、上記トランスの上記第２巻線に発生する電圧より上記第２直流電源の電圧が高いときは、上記第２リアクトルを励磁させる期間を設けて上記第２コンバータ部が昇圧動作するように制御する第２制御とを用い、
上記ＤＵＴＹ比が負である、上記第２直流電源から上記第１直流電源への第２電力伝送において、
上記ＤＵＴＹ比が負方向に増大すると、上記オン時間ｔＣと上記オン時間ｔＤとを同時間で最大まで増大させると共に、上記オン時間ｔＡと上記オン時間ｔＢとを共に０に保持する第３制御と、上記オン時間ｔＣ、ｔＤを最大に上記オン時間ｔＢを０に保持すると共に、上記オン時間ｔＡを増大させ、上記トランスの上記第１巻線に発生する電圧より上記第１直流電源の電圧が高いときは、上記第１リアクトルを励磁させる期間を設けて上記第１コンバータ部が昇圧動作するように制御する第４制御とを用い、
上記第１電力伝送において上記オン時間ｔＡ、ｔＢが最小の時、および上記第２電力伝送において上記オン時間ｔＣ、ｔＤが最小の時、上記第１電力伝送と上記第２電力伝送を切り換える、
ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トランスによって一次側と二次側とが絶縁されたＤＣ／ＤＣコンバータに関し、特に、２つの直流電源の間で電力伝送を行うＤＣ／ＤＣコンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１の直流電源と第２の直流電源との間の双方向の電力伝送を行うもので、トランスと、複数の半導体スイッチング素子を有して上記第１の直流電源と上記トランスの第１の巻線との間に接続されて、直流／交流間で電力変換する第１のコンバータ部と、複数の半導体スイッチング素子を有して上記第２の直流電源と上記トランスの第２の巻線との間に接続されて、直流／交流間で電力変換する第２のコンバータ部と、上記第１、第２のコンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子を制御する制御回路とを備える。上記第１、第２のコンバータ部は、上記各半導体スイッチング素子に並列接続されたコンデンサと、交流入出力線に接続された第１、第２のリアクトルとを有する。そして、上記制御回路は、上記第１の直流電源から上記第２の直流電源への電力伝送時に、上記第１のリアクトルを利用して上記第１のコンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子がゼロ電圧スイッチングするように制御し、上記トランスの上記第２の巻線に発生する電圧より上記第２の直流電源の電圧が高いとき、上記第２のリアクトルを用いて上記第２のコンバータ部が昇圧動作するように制御する。また、上記第２の直流電源から上記第１の直流電源への電力伝送時に、上記第２のリアクトルを利用して上記第２のコンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子がゼロ電圧スイッチングするように制御し、上記トランスの上記第１の巻線に発生する電圧より上記第１の直流電源の電圧が高いとき、上記第１のリアクトルを用いて上記第１のコンバータ部が昇圧動作するように制御する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１３／１２１６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のような双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、トランスを挟んで対称な簡易な回路構成となり、簡素な制御で双方向の電力伝送が実現できる。
しかしながら、上下アームの半導体スイッチング素子の駆動信号には、アーム短絡を防止するために同時オフ期間にあたる短絡防止時間が設けられ、短絡防止時間ではＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作が行えないため、昇圧動作領域で伝送電力を制御できない領域があった。【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、簡易な回路構成で広い電圧範囲で電力伝送可能で、短絡防止時間に起因して昇圧動作領域にて制御性が劣化することなく、信頼性の高い出力制御を実現できるＤＣ／ＤＣコンバータ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】
【０００６】
この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、第１直流電源と第２直流電源との間の電力伝送を行うもので、トランスと、それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えた２つのブリッジ回路によるフルブリッジ回路で構成され、上記第１直流電源と上記トランスの第１巻線との間に接続される第１コンバータ部と、それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えた２つのブリッジ回路によるフルブリッジ回路で構成され、上記第２直流電源と上記トランスの第２巻線との間に接続される第２コンバータ部と、上記第２コンバータ部の交流入出力線に接続された第２リアクトルと、上記第１直流電源から上記第２直流電源への伝送電力と指令値とに基づいてＤＵＴＹ比を演算して、上記第１コンバータ部、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子を駆動制御する制御回路とを備える。
上記制御回路は、上記ＤＵＴＹ比が正または０である、上記第１直流電源から上記第２直流電源への第１電力伝送において、上記第１コンバータ部における上記複数の半導体スイッチング素子の内、第１基準素子としての半導体スイッチング素子と、該第１基準素子と対角の関係にある第１対角素子としての半導体スイッチング素子との間の駆動信号の位相シフト量である第１位相シフト量、および、上記第１基準素子と、上記第２コンバータ部における上記複数の半導体スイッチング素子の内、第２基準素子としての半導体スイッチング素子と対角の関係にある第２対角素子としての半導体スイッチング素子との間の駆動信号の位相シフト量である第２位相シフト量を制御する。そして上記制御回路は、上記第１直流電源から上記第２直流電源への上記伝送電力が正または０であって、上記トランスの上記第２巻線に発生する電圧より上記第２直流電源への出力電圧が高い昇圧制御では、上記ＤＵＴＹ比に拘わらず、上記第２位相シフト量が、上記第１位相シフト量よりも上記第１、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子の短絡防止時間を超えて大きくなるように制御するものである。【０００７】
またこの発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、第１直流電源と第２直流電源との間の双方向の電力伝送を行うもので、トランスと、それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えたブリッジ回路Ａ、ブリッジ回路Ｂによるフルブリッジ回路で構成され、上記第１直流電源と上記トランスの第１巻線との間に接続されて、直流／交流間で双方向に電力変換する第１コンバータ部と、それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えたブリッジ回路Ｃ、ブリッジ回路Ｄによるフルブリッジ回路で構成され、上記第２直流電源と上記トランスの第２巻線との間に接続されて、直流／交流間で双方向に電力変換する第２コンバータ部と、上記第１コンバータ部、上記第２コンバータ部の各交流入出力線に接続された第１リアクトル、第２リアクトルと、上記第１直流電源から上記第２直流電源への伝送電力と指令値とに基づいてＤＵＴＹ比を演算して、上記第１コンバータ部、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御により駆動制御する制御回路とを備える。
上記制御回路は、上記ＤＵＴＹ比が正または０である、上記第１直流電源から上記第２直流電源への第１電力伝送において、上記ＤＵＴＹ比が増大すると、上記ブリッジ回路Ａの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＡと上記ブリッジ回路Ｂの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＢとを同時間で最大まで増大させると共に、上記ブリッジ回路Ｃの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＣと上記ブリッジ回路Ｄの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＤとを共に０に保持する第１制御と、上記オン時間ｔＡ、ｔＢを最大に上記オン時間ｔＤを０に保持すると共に、上記ＤＵＴＹ比が増大すると上記オン時間ｔＣを増大させ、上記トランスの上記第２巻線に発生する電圧より上記第２直流電源の電圧が高いときは、上記第２リアクトルを励磁させる期間を設けて上記第２コンバータ部が昇圧動作するように制御する第２制御とを用いる。
また上記制御回路は、上記ＤＵＴＹ比が負である、上記第２直流電源から上記第１直流電源への第２電力伝送において、上記ＤＵＴＹ比が負方向に増大すると、上記オン時間ｔＣと上記オン時間ｔＤとを同時間で最大まで増大させると共に、上記オン時間ｔＡと上記オン時間ｔＢとを共に０に保持する第３制御と、上記オン時間ｔＣ、ｔＤを最大に上記オン時間ｔＢを０に保持すると共に、上記オン時間ｔＡを増大させ、上記トランスの上記第１巻線に発生する電圧より上記第１直流電源の電圧が高いときは、上記第１リアクトルを励磁させる期間を設けて上記第１コンバータ部が昇圧動作するように制御する第４制御とを用いる。そして、上記第１電力伝送において上記オン時間ｔＡ、ｔＢが最小の時、および上記第２電力伝送において上記オン時間ｔＣ、ｔＤが最小の時、上記第１電力伝送と上記第２電力伝送を切り換えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータによると、簡易な回路構成で広い電圧範囲で電力伝送でき、短絡防止時間に起因して昇圧動作領域にて制御性が劣化することなく、信頼性の高い出力制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電時の制御ブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の位相シフト方式の駆動信号波形図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の基本制御動作を説明する波形図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の基本制御動作時の充電電流を示す波形図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図８】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図９】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図１０】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図１２】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図１３】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図１４】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図１５】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図１６】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の位相シフト方式の基本制御動作での駆動信号波形図である。
【図１７】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図１８】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図１９】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図２０】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図２１】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図２２】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図２３】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図２４】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図２５】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図２６】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電動作を説明する電流経路図である。
【図２７】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の位相シフト方式の基本制御動作での駆動信号波形図である。
【図２８】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の制御動作を説明する波形図である。
【図２９】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の充電電流を示す波形図である。
【図３０】この発明の実施の形態１によるバッテリ充放電装置の別例による充電電流を示す波形図である。
【図３１】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の位相シフト方式による昇圧充電の駆動信号波形図である。
【図３２】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の昇圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図３３】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の昇圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図３４】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の昇圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図３５】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の昇圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図３６】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の昇圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図３７】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の昇圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図３８】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の昇圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図３９】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の昇圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図４０】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の昇圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図４１】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の昇圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図４２】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の位相シフト方式による降圧充電の駆動信号波形図である。
【図４３】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の降圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図４４】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の降圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図４５】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の降圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図４６】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の降圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図４７】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の降圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図４８】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の降圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図４９】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の降圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図５０】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の降圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図５１】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の降圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図５２】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の降圧充電動作を説明する電流経路図である。
【図５３】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の放電時の制御ブロック図である。
【図５４】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の位相シフト方式による降圧放電の駆動信号波形図である。
【図５５】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の位相シフト方式による昇圧放電の駆動信号波形図である。
【図５６】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の基本制御動作を説明する波形図である。
【図５７】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の制御動作を説明する波形図である。
【図５８】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の充電電流を示す波形図である。
【図５９】この発明の実施の形態２によるバッテリ充放電装置の充電電流を示す波形図である。
【図６０】この発明の実施の形態３によるバッテリ充放電装置の制御動作を説明する波形図である。
【図６１】この発明の実施の形態３によるバッテリ充放電装置の充電電流を示す波形図である。
【図６２】この発明の実施の形態３の別例によるバッテリ充放電装置の制御動作を説明する波形図である。
【図６３】この発明の実施の形態３の別例によるバッテリ充放電装置の充電電流を示す波形図である。
【図６４】この発明の実施の形態４によるバッテリ充放電装置のＰＷＭ制御の駆動信号波形図である。
【図６５】この発明の実施の形態４によるバッテリ充放電装置の制御動作を説明する波形図である。
【図６６】この発明の実施の形態４によるバッテリ充放電装置の充電電流を示す波形図である。
【図６７】この発明の実施の形態４によるバッテリ充放電装置の充電電流を示す波形図である。
【図６８】この発明の実施の形態５によるバッテリ充電装置の回路構成図である。
【図６９】この発明の実施の形態５によるバッテリ充電装置の制御動作を説明する波形図である。
【図７０】この発明の実施の形態６によるバッテリ充電装置の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１によるＤＣ／ＤＣコンバータとしてのバッテリ充放電装置１００の回路構成を示す図である。図に示すように、バッテリ充放電装置１００は、第１直流電源としての直流電源１と第２直流電源としてのバッテリ２との間で双方向の電力変換によるバッテリ２の充放電を行うものである。
バッテリ充放電装置１００は、絶縁されたトランスとしての高周波トランス３（以下、単にトランス３と称す）と、直流電源１に並列に接続された第１平滑コンデンサ４と、第１コンバータ部としての第１スイッチング回路５と、バッテリ２に並列に接続された第２平滑コンデンサ７と、第２コンバータ部としての第２スイッチング回路８と、第１スイッチング回路５、第２スイッチング回路８の各交流入出力線に接続された第１リアクトル９、第２リアクトル１０とを備える。またバッテリ充放電装置１００は、第１スイッチング回路５および第２スイッチング回路８を制御する制御回路２０を備える。
【００１１】
第１スイッチング回路５は、それぞれダイオード１２が逆並列接続されたＩＧＢＴあるいはＭＯＳＦＥＴ等から成る複数の半導体スイッチング素子Ｑ４Ａ、Ｑ４Ｂ、Ｑ３Ａ、Ｑ３Ｂ（以下、単にＱ４Ａ、Ｑ４Ｂ、Ｑ３Ａ、Ｑ３Ｂあるいは、半導体スイッチング素子Ｑと称す）を有するフルブリッジ回路で、直流側が第１平滑コンデンサ４に、交流側がトランス３の第１巻線３ａに接続されて、直流／交流間の双方向の電力変換を行う。また、第１スイッチング回路５は、各半導体スイッチング素子Ｑのスイッチング時の素子の両端電圧がほぼゼロ電圧にできるゼロ電圧スイッチング回路であり、各半導体スイッチング素子Ｑにはそれぞれ並列にコンデンサ１３が接続される。また半導体スイッチング素子Ｑとトランス３との間の交流入出力線には第１リアクトル９が接続され、第１リアクトル９と第１巻線３ａとが直列接続される。
【００１２】
第２スイッチング回路８は、それぞれダイオード１２が逆並列接続されたＩＧＢＴあるいはＭＯＳＦＥＴ等から成る複数の半導体スイッチング素子Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂ（以下、単にＱ２Ａ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂあるいは半導体スイッチング素子Ｑと称す）を有するフルブリッジ回路で、直流側が第２平滑コンデンサ７に、交流側がトランス３の第２巻線３ｂに接続されて、直流／交流間の双方向の電力変換を行う。また、第２スイッチング回路８は、各半導体スイッチング素子Ｑのスイッチング時の素子の両端電圧がほぼゼロ電圧にできるゼロ電圧スイッチング回路であり、各半導体スイッチング素子Ｑにはそれぞれ並列にコンデンサ１３が接続される。また、半導体スイッチング素子Ｑとトランス３との間の交流入出力線には第２リアクトル１０が接続され、第２リアクトル１０と第２巻線３ｂとが直列接続される。さらに、第２スイッチング回路８の直流側にはリアクトル１１が接続される。
【００１３】
また、第２平滑コンデンサ７とバッテリ２との間には、リアクトル１１を流れる電流をバッテリ２の充電電流ｉ（矢印の向きを正とする電流）として検出する電流センサ（図示せず）が設置され、そのセンシングされた出力が制御回路２０に入力される。さらに、第１平滑コンデンサ４の電圧ｖを検出する電圧センサ（図示せず）が設置され、そのセンシングされた出力が制御回路２０に入力される。制御回路２０では、入力された充電電流ｉ、電圧ｖの値に基づいて、第１スイッチング回路５および第２スイッチング回路８の各半導体スイッチング素子Ｑをスイッチング制御する駆動信号２１ａ、２１ｂを生成して第１スイッチング回路５および第２スイッチング回路８を駆動制御する。
なお、バッテリ２の充電電流ｉを検出する電流センサは、第２平滑コンデンサ７より第２スイッチング回路８側の位置に設けても良い。
【００１４】
次に、バッテリ充放電装置１００の動作について以下に説明する。
図２は、直流電源１からバッテリ２への電力伝送、即ちバッテリ２を充電する場合の制御ブロック図である。バッテリ充放電装置１００の出力電流である充電電流ｉは検出されて制御回路２０に入力される。図に示すように制御回路２０では、入力された充電電流ｉを充電電流指令値ｉ＊から減算して差分を演算し、この差分をＰＩ制御器により０に近づけるようにフィードバック制御することにより、第１スイッチング回路５および第２スイッチング回路８のＤＵＴＹ比を決定する。そして、ＤＵＴＹ比に基づいて各半導体スイッチング素子Ｑの駆動信号２１ａ、２１ｂを生成する。
また、バッテリ２を充電する場合、直流電源１に並列接続された第１平滑コンデンサ４の電圧は、直流電源１の電圧と同じ直流電圧となる。
なお、バッテリ２から直流電源１への電力伝送、即ちバッテリ２から放電する場合は、充電電流指令値ｉ＊および充電電流ｉが負である。この場合は、直流電源１から電力供給される場合の逆方向動作となるため、バッテリ２に並列に接続された第２平滑コンデンサ７はバッテリ２の電圧と同じ直流電圧となる。
【００１５】
図３は、バッテリ充放電装置１００の昇圧充電時における第１スイッチング回路５、第２スイッチング回路８の各半導体スイッチング素子Ｑの駆動信号２１ａ、２１ｂの１周期分の波形を示す図である。この場合、後述する位相シフト量を制御する位相シフト方式による駆動信号を示すもので、駆動信号の組み合わせパターンである複数のゲートパターン毎に期間Ａ〜Ｊを設けて図示した。なお、図３内では、Ｑ４Ａ、Ｑ４Ｂ、Ｑ３Ａ、Ｑ３Ｂ、Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂの各駆動信号の符号を、便宜上、各素子の符号で示した。
この場合、第１スイッチング回路５内の一方のブリッジ回路である第１ブリッジ回路（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）内のＱ４Ａを第１基準素子とし、第２スイッチング回路８内の一方のブリッジ回路である第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）内のＱ１Ａを第２基準素子とすると、第１基準素子Ｑ４Ａと第２基準素子Ｑ１Ａとは同位相の駆動信号で駆動される。
また第１基準素子Ｑ４Ａと対角の関係にあるＱ３Ｂを第１対角素子とし、第２基準素子Ｑ１Ａと対角の関係にあるＱ２Ｂを第２対角素子とする。
【００１６】
第１、第２スイッチング回路５、８内の４つのブリッジ回路は、各ブリッジ回路を構成する正側（高電圧側）のＱ４Ａ、Ｑ３Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ａおよび負側（低電圧側）のＱ４Ｂ、Ｑ３Ｂ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ｂは、短絡防止時間ｔｄを除くと、それぞれ５０％のオン時間比率で制御され、各ブリッジ回路の正側への駆動信号と負側への駆動信号とは、位相が１８０°反転した波形となっている。なお、短絡防止時間ｔｄは、正側の半導体スイッチング素子と負側の半導体スイッチング素子との同時オンを防止する為に設定された時間であり、一方がオフした後、設定された短絡防止時間ｔｄの経過後に他方がオンする。そして、電力を送る側の第１スイッチング回路５（あるいは第２スイッチング回路８）の各半導体スイッチング素子Ｑがゼロ電圧スイッチングするように、短絡防止時間ｔｄの間に各半導体スイッチング素子Ｑに並列接続されたコンデンサ１３の電圧が第１平滑コンデンサ４（あるいは第２平滑コンデンサ７）の電圧まで増加する、あるいはゼロ電圧近辺まで低下するように設定されている。
【００１７】
そして、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対する第１対角素子Ｑ３Ｂの駆動信号の位相シフト量θ１（第１位相シフト量）と、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対する第２対角素子Ｑ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ２（第２位相シフト量）とが、制御指令であるＤＵＴＹ比に応じて決定される。即ち、位相シフト量θ１、θ２がＤＵＴＹ比に応じて制御される。この位相シフト量θ１、θ２の制御についての詳細は後述するが、この場合、位相シフト量θ１が最小に保持され、位相シフト量θ２がＤＵＴＹ比に応じて変化する。
【００１８】
また、第１基準素子Ｑ４Ａと第１対角素子Ｑ３Ｂとが同時にオンしている期間を対角オン時間ｔ１とすると、位相シフト量θ１により対角オン時間ｔ１が決定される。なお、Ｑ４ＢとＱ３Ａとが同時にオンしている対角オン時間ｔ１ａも対角オン時間ｔ１と等しい。
また、第２基準素子Ｑ１Ａと第２対角素子Ｑ２Ｂとが同時にオンしている期間を対角オン時間ｔ２とすると、位相シフト量θ２により対角オン時間ｔ２が決定される。なお、Ｑ１ＢとＱ２Ａとが同時にオンしている対角オン時間ｔ２ａも対角オン時間ｔ２と等しい。
【００１９】
バッテリ充放電装置１００はトランス３を挟んで対称な回路構成である為、図３で示した位相シフト量θ１と位相シフト量θ２との関係を逆にすることで、バッテリ２から直流電源１への電力伝送、即ちバッテリ２から放電する動作を制御できる。その場合、位相シフト量θ２が最小に保持され、位相シフト量θ１がＤＵＴＹ比に応じて変化する。
図４は、バッテリ充放電装置１００の基本制御動作を説明する波形図であり、ＤＵＴＹ比に応じた位相シフト量θ１、θ２と対角オン時間ｔ１、ｔ２とを示す。この場合、直流電源１からバッテリ２への伝送電力（充電電力）を正とし、充放電制御は昇圧を伴う制御である。この基本制御動作は、後述するオフセット位相を加算する前の段階の制御動作である。
図４に示すように、伝送電力に応じてＤＵＴＹ比が決定される。制御回路２０は、ＤＵＴＹ比が正のときに、位相シフト量θ１を最小に保持して位相シフト量θ２を変化させる充電制御を行い、ＤＵＴＹ比が負のときに、位相シフト量θ２を最小に保持して位相シフト量θ１を変化させる放電制御を行う。そして、ＤＵＴＹ比が０のとき、即ち、位相シフト量θ１、θ２が共に最小となる基準点３０において、充電制御と放電制御とを切り替える。
【００２０】
なお、ＤＵＴＹ比が０の点は、充電制御と放電制御との切り替わり点であるが、便宜上、ＤＵＴＹ比が正または０のときに充電制御、ＤＵＴＹ比が負のときに放電制御するものとしても良い。また、充電制御による電力伝送を第１電力伝送、放電制御による電力伝送を第２電力伝送とする。
【００２１】
まず、バッテリ充放電装置１００が直流電源１からバッテリ２を充電する充電制御について説明する。
トランス３の第１巻線３ａから第２巻線３ｂに電力伝送されて第２巻線３ｂに電圧が発生している期間は、Ｑ４Ａ、Ｑ３Ｂの同時オンする対角オン時間ｔ１、およびＱ４Ｂ、Ｑ３Ａの同時オンする対角オン時間ｔ１ａである。昇圧充電時の制御では、制御回路２０は、トランス３の第１巻線３ａに電圧が印加される期間が最大となるように、対角オン時間ｔ１（＝ｔ１ａ）を最大オン時間ｔｍａｘに設定する。この最大オン時間ｔｍａｘは、第１スイッチング回路５の各半導体スイッチング素子Ｑがゼロ電圧スイッチングする為に要する短絡防止時間ｔｄに基づいて設定される。その時、Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対するＱ３Ｂの駆動信号の位相シフト量θ１は最小で、短絡防止時間ｔｄに等しい。
この昇圧充電時には、トランス３に電圧印加されている対角オン時間（ｔ１、ｔ１ａ）内に、第２スイッチング回路８で第２リアクトル１０を励磁する期間がある。即ち、Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対する第２対角素子Ｑ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ２は位相シフト量θ１以上の値で、位相シフト量θ１、θ２が共に最小（短絡防止時間ｔｄ）となる基準点３０を起点とする。そして、制御回路２０は、ＤＵＴＹ比が増大すると位相シフト量θ１を最小に保持すると共に位相シフト量θ２を増大させる。
【００２２】
なお、放電制御については、位相シフト量θ１と位相シフト量θ２との関係を逆にし、対角オン時間ｔ１と対角オン時間ｔ２との関係を逆にすれば良く、説明を省略する。
この場合、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号と第２基準素子Ｑ１Ａの駆動信号とが同じである為、放電制御において、第２基準素子Ｑ１Ａの駆動信号の位相に対する第２対角素子Ｑ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ３（第３位相シフト量）は、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号に対する位相シフト量θ２と同じである。同様に、放電制御における、第２基準素子Ｑ１Ａの駆動信号の位相に対する第１対角素子Ｑ３Ｂの駆動信号の位相シフト量θ４（第４位相シフト量）は、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号に対する位相シフト量θ１と同じである。
【００２３】
ところで位相シフト方式では、伝送電力が０となって実際の充電と放電とが切り替わる時点で、ＤＵＴＹ比が０になるとは限らず、入出力電圧条件やトランス３の第１巻線３ａの巻き数と第２巻線３ｂの巻き数との比である巻線比などによってＤＵＴＹ比が０となる電力は変化する。
対角オン時間ｔ１、ｔ２を図４で示すように変化させたときの、充電電流ｉの推移を図５に示す。この場合、直流電源１とバッテリ２との電圧値を等しくし、かつトランス３の巻線比を１：１に設定して、短絡防止時間ｔｄをスイッチング周期の４％に設定した。なお、対角オン時間ｔ１、ｔ２、短絡防止時間ｔｄは、スイッチング周期が１となるように正規化して示した。短絡防止時間ｔｄは、半導体スイッチング素子のスイッチング速度に基づいて設定される。スイッチング速度は、一般には半導体メーカから開示されるデータシートに記載されている。
充電電流ｉが正の値であるときは、直流電源１からバッテリ２への伝送電力の極性も正で、バッテリ２は充電され、充電電流ｉが負の値であるときは、直流電源１からバッテリ２への伝送電力の極性も負でバッテリ２は放電される。なお、図５に示す場合は、充電制御と放電制御とを切り替える点、即ちＤＵＴＹ比が０のとき、充電電流ｉは０で伝送電力は０となる。
【００２４】
図５に示すように、オフセット位相を加算する前の基本制御動作では、対角オン時間ｔ１、ｔ２を変化させても充電電流ｉが一定値で推移している期間が存在する。昇圧動作の場合、対角オン時間ｔ１、ｔ２の一方を最大オン時間ｔｍａｘ（０．４２）にし、他方を減少させることにより、正側、負側の一方の半導体スイッチング素子のみがオンとなる期間を設けて、電流が還流する経路（還流経路）を生成して第１リアクトル９または第２リアクトル１０を励磁する動作が必要である。このとき、ブリッジ回路の短絡防止時間ｔｄと重なると、正側、負側の半導体スイッチング素子が共にオフとなるため、電流の還流経路を生成できず、第１リアクトル９または第２リアクトル１０を励磁できない。このように、短絡防止時間ｔｄに起因して昇圧動作ができずに充電電流ｉが一定値（この場合０）の状態を継続する期間がある。
【００２５】
図３では、位相シフト量θ１、θ２は、θ２＞θ１＋ｔｄの関係を満たし、対角オン時間ｔ１、ｔ２は、ｔ１＞ｔ２＋ｔｄの関係を満たしている。この場合、短絡防止時間ｔｄに起因した不具合はなく昇圧充電動作が実施される。
図３に示す各ゲートパターンに合わせた電流経路を、図６〜図１５に示す。図６〜図１５は、順に、図３内の期間Ｂ〜Ｊ、期間Ａに対応する。
以下、図３および図６〜図１５に基づいて、一周期内のバッテリ充放電装置１００の動作を示す。便宜上、期間Ｂから説明していく。
【００２６】
期間Ｂにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンとなり対角２素子が導通するため、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとを介して直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ１ＡとＱ２Ａとがオンとなるため、電流はＱ１ＡもしくはＱ１ＡのダイオードとＱ２Ａとを介して還流する。従って期間Ｂは、第１リアクトル９および第２リアクトル１０を励磁する期間である（図６）。
【００２７】
期間Ｃにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ａがオフとなり、電流はＱ１ＡもしくはＱ１ＡのダイオードからＱ２Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｃは、第１リアクトル９および第２リアクトル１０の励磁エネルギをバッテリ２側へ伝送する期間である（図７）。
【００２８】
期間Ｄにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ｂがオンとなり、電流はＱ１ＡもしくはＱ１ＡのダイオードからＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｄは、第１リアクトルおよび第２リアクトル１０の励磁エネルギをバッテリ２側へ伝送する期間である（図８）。
【００２９】
期間Ｅにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ａがオフとなり、電流はＱ４ＢのダイオードとＱ３Ｂとを介して還流する。第２スイッチング回路８ではＱ１Ａがオフとなり、Ｑ１ＡのダイオードとＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流は徐々に減少する。従って期間Ｅは、還流電流が減少する期間である（図９）。
【００３０】
期間Ｆにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ｂがオフとなり、Ｑ４Ｂがオンとなる。Ｑ４Ｂはダイオード導通状態からオンとするためＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）が成立する。期間Ｅで還流電流が０［Ａ］以上、即ち電流が残っている場合は、Ｑ４ＢもしくはＱ４ＢのダイオードとＱ３Ａのダイオードを介して直流電源１側へ電流が回生される。第２スイッチング回路８ではＱ１Ｂがオンとなるため、電流はＱ１ＢとＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードを介して還流する。従って期間Ｆは、還流電流が減少する期間である（図１０）。
【００３１】
期間Ｇにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオンとなり、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１からエネルギが伝送される。このとき電流の極性が期間Ｆから反転する。第２スイッチング回路ではＱ１ＢとＱ２Ｂとがオンしているため、電流はＱ１ＢもしくはＱ１ＢのダイオードとＱ２Ｂとを介して還流する。従って期間Ｇは、第１リアクトル９および第２リアクトル１０を励磁する期間である（図１１）。
【００３２】
期間Ｈにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとを介して直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ｂがオフとなり、電流はＱ２ＡのダイオードとＱ１ＢもしくはＱ１Ｂのダイオードとを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｈは、第１リアクトル９および第２リアクトル１０の励磁エネルギをバッテリ２側へ伝送する期間である（図１２）。
【００３３】
期間Ｉにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ａがオンとなり、電流はＱ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１ＢもしくはＱ１Ｂのダイオードとを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｉは、第１リアクトル９および第２リアクトル１０の励磁エネルギをバッテリ２側へ伝送する期間である（図１３）。
【００３４】
期間Ｊにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ｂがオフとなり、電流はＱ４ＡのダイオードとＱ３Ａとを介して還流する。第２スイッチング回路８では、Ｑ１Ｂがオフとなり、Ｑ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１Ｂのダイオードとがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流が徐々に減少する。従って期間Ｊは、還流電流が減少する期間である（図１４）。
【００３５】
次に、期間Ａにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオフとなり、Ｑ４Ａがオンとなる。Ｑ４Ａはダイオード導通状態からオンとするためＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）が成立する。期間Ｊで還流電流が０［Ａ］以上、即ち電流が残っている場合は、Ｑ４ＡもしくはＱ４ＡのダイオードとＱ３Ｂのダイオードとを介して直流電源１側へ電流が回生される。第２スイッチング回路８ではＱ１Ａがオンとなるため、電流はＱ１ＡとＱ２ＡもしくはＱ２Ａのダイオードとを介して還流する。従って期間Ａは、還流電流が減少する期間である（図１５）。
このような一連の制御（期間Ａ〜Ｊ）を繰り返すことによって、バッテリ充放電装置１００は、トランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧を昇圧してバッテリ２に電力を供給する。
【００３６】
次に、図４に基づく位相シフト方式の基本制御動作において、位相シフト量θ１、θ２が、θ２＝θ１＋ｔｄの関係を満たし、対角オン時間ｔ１、ｔ２は、ｔ１＝ｔ２＋ｔｄの関係を満たす場合について説明する。各半導体スイッチング素子Ｑの駆動信号２１ａ、２１ｂの１周期分の波形を図１６に示す。図１６では、駆動信号の組み合わせパターンである複数のゲートパターン毎に期間Ａａ〜Ｊａを設けて図示した。
図１６に示す各ゲートパターンに合わせた電流経路を、図１７〜図２６に示す。図１６および図１７〜図２６に基づいて、一周期内のバッテリ充放電装置１００の動作を示す。
【００３７】
期間Ａａにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオフとなり、Ｑ４Ａがオンとなる。第２スイッチング回路８ではＱ１Ａがオンとなるため、電流はＱ１ＡとＱ２ＡもしくはＱ２Ａのダイオードとを介して還流する。従って期間Ａａは、還流電流が減少する期間である（図１７）。なお、期間Ａａについての詳細は後述する。
【００３８】
期間Ｂａにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンとなり対角２素子が導通するため、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとを介して直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ａがオフとなり、Ｑ１Ａがオンしているため、電流はＱ１ＡもしくはＱ１ＡのダイオードからＱ２Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｂａは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間である。（図１８）。
【００３９】
期間Ｃａにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ｂがオンとなり、電流はＱ１ＡもしくはＱ１ＡのダイオードからＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｃａは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間である（図１９）。
【００４０】
期間Ｄａにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８では、電流はＱ１ＡもしくはＱ１ＡのダイオードからＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｄａは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間である（図２０）。
【００４１】
期間Ｅａにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ａがオフとなり、電流はＱ４ＢのダイオードとＱ３Ｂとを介して還流する。第２スイッチング回路８ではＱ１Ａがオフとなり、Ｑ１ＡのダイオードとＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードとがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流は徐々に減少する。従って期間Ｅａは、還流電流が減少する期間である（図２１）。
【００４２】
期間Ｆａにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ｂがオフとなり、Ｑ４Ｂがオンとなる。Ｑ４Ｂはダイオード導通状態からオンとするためＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）が成立する。期間Ｅａで還流電流が０［Ａ］以上、即ち電流が残っている場合は、Ｑ４ＢもしくはＱ４ＢのダイオードとＱ３Ａのダイオードとを介して直流電源１側へ電流が回生される。第２スイッチング回路８ではＱ１Ｂがオンとなるため、電流はＱ１ＢとＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードとを介して還流する。従って期間Ｆａは、還流電流が減少する期間である（図２２）。
【００４３】
期間Ｇａにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオンとなり対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。このとき電流の極性が期間Ｆａから反転する。第２スイッチング回路ではＱ２Ｂがオフとなり、Ｑ１Ｂがオンしているため、電流はＱ１ＢもしくはＱ１ＢのダイオードからＱ２Ａのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｇａは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間である（図２３）。
【００４４】
期間Ｈａにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとを介して直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ａがオンとなり、電流はＱ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１ＢもしくはＱ１Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｈａは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間である（図２４）。
【００４５】
期間Ｉａにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８では、電流はＱ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１ＢもしくはＱ１Ｂのダイオードとを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｉａは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間である（図２５）。
【００４６】
期間Ｊａにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ｂがオフとなり、電流はＱ４ＡのダイオードとＱ３Ａとを介して還流する。第２スイッチング回路８では、Ｑ１Ｂがオフとなり、Ｑ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１Ｂのダイオードとがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流が徐々に減少する。従って期間Ｊａは、還流電流が減少する期間である（図２６）。
【００４７】
次に期間Ａａにもどり、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオフとなり、Ｑ４Ａがオンとなる。Ｑ４Ａはダイオード導通状態からオンとするためＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）が成立する。期間Ｊａで還流電流が０［Ａ］以上、即ち電流が残っている場合は、Ｑ４ＡもしくはＱ４ＡのダイオードとＱ３Ｂのダイオードとを介して直流電源１側へ電流が回生される。第２スイッチング回路８ではＱ１Ａがオンとなるため、電流はＱ１ＡとＱ２ＡもしくはＱ２Ａのダイオードとを介して還流する。従って期間Ａａは、還流電流が減少する期間である（図１７参照）。
【００４８】
このような一連の制御（期間Ａａ〜Ｊａ）を繰り返すことによって、バッテリ充放電装置１００は、トランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧によりバッテリ２に電力を供給する。
上述した図３が示す駆動信号の期間Ｂ（図６参照）および期間Ｇ（図１１参照）では、第１リアクトル９、第２リアクトル１０を励磁し、これにより、トランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧を昇圧してバッテリ２に電力を供給した。しかし、図１６が示す駆動信号の場合、期間Ｂａ（図１８参照）および期間Ｇａ（図２３参照）において、Ｑ２ＡとＱ２Ｂは短絡防止時間ｔｄにあるため共にオフであり、第１リアクトル９、第２リアクトル１０を励磁する昇圧動作を行わない。このため、図１６が示す駆動信号による制御（期間Ａａ〜Ｊａ）では、バッテリ２の電圧がトランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧よりも高い場合は、バッテリ２側へ電力は伝送されない。
第１リアクトル９および第２リアクトル１０を励磁するためには、図３が示す駆動信号のように、位相シフト量θ１、θ２が、θ２＞θ１＋ｔｄの関係を満たし、対角オン時間ｔ１、ｔ２がｔ１＞ｔ２＋ｔｄを満たす必要がある。
【００４９】
続いて、図４に基づく位相シフト方式の基本制御動作において、位相シフト量θ１、θ２をθ２＝θ１とし、対角オン時間ｔ１、ｔ２をｔ２＝ｔ１とした場合について説明する。各半導体スイッチング素子Ｑの駆動信号２１ａ、２１ｂの１周期分の波形を図２７に示す。図２７では、駆動信号の組み合わせパターンである複数のゲートパターン毎に期間Ａｂ〜Ｊｂを設けて図示した。
【００５０】
期間Ａｂにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオフとなり、Ｑ４Ａがオンとなる。第２スイッチング回路８では、Ｑ２Ａがオフとなり、Ｑ１Ａがオンとなるため、電流はＱ１ＡとＱ２Ａのダイオードとを介して還流する。従って期間Ａｂは、還流電流が減少する期間であり、図１６内の期間Ａａと等価の期間である。なお、期間Ａｂについての詳細は後述する。
【００５１】
期間Ｂｂにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンとなり対角２素子が導通するため、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとを介して直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ｂがオンとなり、Ｑ１Ａがオンしているため、電流はＱ１ＡもしくはＱ１ＡのダイオードからＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｂｂは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間であるが、第１リアクトル９および第２リアクトル１０を励磁する昇圧動作を行っていないため、バッテリ２の電圧がトランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧よりも高い場合は、バッテリ２側へ電力は伝送されない。この期間Ｂｂは、図１６内の期間Ｂａと等価の期間である。
【００５２】
期間Ｃｂにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８では、Ｑ１ＡとＱ２Ｂとがオンしているため、電流はＱ１ＡもしくはＱ１ＡのダイオードからＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｃｂは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間であり、図１６内の期間Ｃａと等価の期間である。
【００５３】
期間Ｄｂにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８では、電流はＱ１ＡもしくはＱ１ＡのダイオードからＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｄｂは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間であり、図１６内の期間Ｄａと等価の期間である。
【００５４】
期間Ｅｂにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ａがオフとなり、電流はＱ４ＢのダイオードとＱ３Ｂとを介して還流する。第２スイッチング回路８ではＱ１Ａがオフとなり、Ｑ１ＡのダイオードとＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードとがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流は徐々に減少する。従って期間Ｅｂは、還流電流が減少する期間であり、図１６内の期間Ｅａと等価の期間である。
【００５５】
期間Ｆｂにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ｂがオフとなり、Ｑ４Ｂがオンとなる。Ｑ４Ｂはダイオード導通状態からオンとするためＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）が成立する。期間Ｅｂで還流電流が０［Ａ］以上、即ち電流が残っている場合は、Ｑ４ＢもしくはＱ４ＢのダイオードとＱ３Ａのダイオードとを介して直流電源１側へ電流が回生される。第２スイッチング回路８では、Ｑ２Ｂがオフとなり、Ｑ１Ｂがオンとなるため、電流はＱ１ＢとＱ２Ｂのダイオードとを介して還流する。従って期間Ｆｂは、還流電流が減少する期間であり、図１６内の期間Ｆａと等価の期間である。
【００５６】
期間Ｇｂにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオンとなり対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。このとき電流の極性が期間Ｆｂから反転する。第２スイッチング回路では、Ｑ２Ａがオンとなり、Ｑ１Ｂがオンしているため、電流はＱ１ＢもしくはＱ１ＢのダイオードからＱ２ＡもしくはＱ２Ａのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｇｂは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間であるが、第１リアクトル９および第２リアクトル１０を励磁する昇圧動作を行っていないため、バッテリ２の電圧がトランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧よりも高い場合は、バッテリ２側へ電力は伝送されない。この期間Ｇｂは、図１６内の期間Ｇａと等価の期間である。
【００５７】
期間Ｈｂにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとを介して直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８では、Ｑ１ＢとＱ２Ａとがオンしているため、電流はＱ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１ＢもしくはＱ１Ｂのダイオードとを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｈｂは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間であり、図１６内の期間Ｈａと等価の期間である。
【００５８】
期間Ｉｂにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８では、電流はＱ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１ＢもしくはＱ１Ｂのダイオードとを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｉｂは、バッテリ２側へ電力を伝送する期間であり、図１６内の期間Ｉａと等価の期間である。
【００５９】
期間Ｊｂにおいて、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ｂがオフとなり、電流はＱ４ＡのダイオードとＱ３Ａとを介して還流する。第２スイッチング回路８では、Ｑ１Ｂがオフとなり、Ｑ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１Ｂのダイオードとがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流が徐々に減少する。従って期間Ｊｂは、還流電流が減少する期間であり、図１６内の期間Ｊａと等価の期間である。
【００６０】
次に期間Ａｂにもどり、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオフとなり、Ｑ４Ａがオンとなる。Ｑ４Ａはダイオード導通状態からオンとするためＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）が成立する。期間Ｊｂで還流電流が０［Ａ］以上、即ち電流が残っている場合は、Ｑ４ＡもしくはＱ４ＡのダイオードとＱ３Ｂのダイオードとを介して直流電源１側へ電流が回生される。第２スイッチング回路８ではＱ１Ａがオンとなるため、電流はＱ１ＡとＱ２Ａのダイオードとを介して還流する。従って期間Ａｂは、還流電流が減少する期間であり、図１６内の期間Ａａと等価の期間である。
【００６１】
このような一連の制御（期間Ａｂ〜Ｊｂ）を繰り返すことによって、バッテリ充放電装置１００は、トランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧によりバッテリ２に電力を供給する。そして、図２７で示す一連の制御（期間Ａｂ〜Ｊｂ）と、図１６で示す一連の制御（期間Ａａ〜Ｊａ）とは、各期間での電流の流れる経路が、半導体スイッチング素子Ｑであるか、もしくは半導体スイッチング素子Ｑのダイオードであるかの違いがあるのみであり、働きは等価であり、即ちバッテリ充放電装置１００を同等に動作させる。即ち、θ２＝θ１＋ｔｄ（ｔ１＝ｔ２＋ｔｄ）の場合と、θ２＝θ１（ｔ１＝ｔ２）の場合とで、等しい伝送電力が得られる。
【００６２】
以上の説明は、図４に基づく位相シフト方式の基本制御動作について、直流電源１からバッテリ２への電力伝送、即ちバッテリ２を充電する場合での昇圧動作に関する説明である。なお、バッテリ２から直流電源１への電力伝送、即ちバッテリ２を放電する場合にて昇圧動作を行う場合、つまり充電電流ｉが負の場合には、バッテリ充放電装置１００の直流／直流変換回路が、トランス３を中心に左右に第１、第２リアクトル９、１０と第１、第２スイッチング回路５、８を対称に配置した構成であることと、位相シフト方式の制御の対象性のため、位相シフト量θ１、θ２の大小関係、および対角オン時間ｔ１、ｔ２の大小関係が逆転し、電流経路は第１スイッチング回路５と、第２スイッチング回路８が入れ替わるように、電流の方向が入れ替わるのみである。
このように、図４に基づく基本制御動作では、２つの位相シフト量θ１、θ２の差が短絡防止時間ｔｄ以下のとき、短絡防止時間ｔｄに起因して昇圧動作を適正に行うことができず伝送電力が変化しない。このため、図５に示すように、ｔ１≧ｔ２かつｔ１≦ｔ２＋ｔｄとなる範囲にて充電電流ｉは一定値（この場合０）にて推移し、ｔ１＜ｔ２かつｔ２≦ｔ１＋ｔｄとなる範囲にて充電電流ｉは一定値（この場合０）にて推移する。
【００６３】
この実施の形態では、上述した充電制御と放電制御とを切り替えるＤＵＴＹ比が０のときに、充電電流ｉが０、即ち伝送電力が０の場合、図２８に示すように、ＤＵＴＹ比が正または０のとき、位相シフト量θ２にオフセット位相を加算し、ＤＵＴＹ比が負のとき、位相シフト量θ４（＝θ１）にオフセット位相を加算する。加算するオフセット位相は、短絡防止時間ｔｄに相当する位相とする。
即ち、制御回路２０は、ＤＵＴＹ比が正または０の充電制御において、位相シフト量θ１を最小に保持し、位相シフト量θ２は、ＤＵＴＹ比に基づいて演算された値にオフセット位相を加算する。このとき、対角オン時間ｔ１は最大に保持され、対角オン時間ｔ２は、演算された値より短絡防止時間ｔｄだけ減算される。
これにより、ＤＵＴＹ比が正または０の充電制御において、バッテリ２への伝送電力が正または０であって、トランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧よりバッテリ２への出力電圧が高い昇圧制御では、ＤＵＴＹ比に拘わらず、位相シフト量θ２が位相シフト量θ１よりも短絡防止時間を超えて大きくなるように制御される。
【００６４】
また、制御回路２０は、ＤＵＴＹ比が負の放電制御において、位相シフト量θ３（＝θ２）を最小に保持し、位相シフト量θ４（＝θ１）は、ＤＵＴＹ比に基づいて演算された値にオフセット位相を加算する。このとき、対角オン時間ｔ３（＝ｔ２）は最大に保持され、対角オン時間ｔ４（＝ｔ１）は、演算された値より短絡防止時間ｔｄだけ減算される。
これにより、ＤＵＴＹ比が負の放電制御において、バッテリ２への伝送電力が負または０であって、トランス３の第１巻線３ａに発生する電圧より第１直流電源１への出力電圧が高い昇圧制御では、ＤＵＴＹ比に拘わらず、位相シフト量θ４が位相シフト量θ３よりも短絡防止時間を超えて大きくなるように制御される。
【００６５】
図２８に示すように対角オン時間ｔ１、ｔ２を変化させたときの、充電電流ｉの推移を図２９に示す。この場合、図５で示した場合と同様の条件とし、即ち、直流電源１とバッテリ２との電圧値を等しくし、かつトランス３の巻線比を１：１に設定して、短絡防止時間ｔｄをスイッチング周期の４％に設定した。なお、ここでは対角オン時間ｔ３をｔ２として、対角オン時間ｔ４をｔ１として示した。
図２９に示すように、対角オン時間ｔ１、ｔ２の一方を最大オン時間ｔｍａｘ（０．４２）にし、他方を（ｔｍａｘ−ｔｄ）より減少させる。これにより、正側、負側の一方の半導体スイッチング素子のみがオンして電流が還流する経路（還流経路）を生成して第１リアクトル９または第２リアクトル１０を励磁する期間を確保でき、バッテリ充放電装置１００は確実に昇圧動作して双方向に電力伝送する。このとき、図５で示したような、充電電流ｉが一定で推移する期間がなく、伝送電力は確実に制御できる。
【００６６】
以上説明したように、ＤＵＴＹ比が０のときに、充電電流ｉが０の場合、ＤＵＴＹ比が正または０の領域では位相シフト量θ２に、ＤＵＴＹ比が負の領域では位相シフト量θ４（＝θ１）に、それぞれオフセット位相を加算することにより、短絡防止時間に起因した制御性の劣化が防止でき、確実な昇圧動作により伝送電力を信頼性良く制御できる。
【００６７】
なお、以上の説明は、直流電源１とバッテリ２の電圧値が等しい場合であり、バッテリ２の電圧値が直流電源１の電圧値よりも大きい場合について、以下に説明する。バッテリ２の電圧値が直流電源１の電圧値よりも小さい場合については、充放電を入れ替えれば良い為、説明を省略する。
図３０（ａ）、図３０（ｂ）は、充電電流ｉの推移を示したもので、バッテリ２の電圧値が直流電源１の電圧値よりも大きく、かつトランス３の巻線比を１：１に設定して、短絡防止時間ｔｄをスイッチング周期の４％に設定した。図３０（ａ）は、図４で示した基本制御動作時の充電電流ｉの推移を示し、図３０（ｂ）は、この実施の形態によるオフセット位相を加算した制御動作時の充電電流ｉの推移を示す。なお、ここでは対角オン時間ｔ３をｔ２として、対角オン時間ｔ４をｔ１として示した。
この場合、昇圧動作を伴わずにバッテリ２から放電する電流を流せるため、ＤＵＴＹ比が０のときに、充電電流ｉは負、即ち伝送電力は負である。
【００６８】
基本制御動作時において、図３０（ａ）に示すように、２つの対角オン時間ｔ１、ｔ２の差が短絡防止時間ｔｄより大きいときは、確実な昇圧動作によりＤＵＴＹ比に応じて充電電流ｉは変化する。また、ｔ１≧ｔ２かつｔ１≦ｔ２＋ｔｄとなる範囲は、対角オン時間ｔ１を最大に保持し、対角オン時間ｔ２を減少させる充電制御であるが、充電電流ｉは負の値で実際には放電し、ＤＵＴＹ比に応じて充電電流ｉは変化する。
そして、対角オン時間ｔ２を最大に保持し、対角オン時間ｔ１を減少させる放電制御において、ｔ１＜ｔ２かつｔ２≦ｔ１＋ｔｄとなる範囲にて充電電流ｉは一定値（この場合、負の値）にて推移する。
【００６９】
この場合、充電制御と放電制御とを切り替えるＤＵＴＹ比が０のときに、充電電流ｉが負、即ち伝送電力が負であり、図３０（ｂ）で示すように、ＤＵＴＹ比が負の領域で、位相シフト量θ４（＝θ１）にオフセット位相を加算する。加算するオフセット位相は、短絡防止時間ｔｄに相当する位相とする。
即ち、制御回路２０は、ＤＵＴＹ比が正または０の充電制御において、ＤＵＴＹ比に基づいて演算された位相シフト量θ１、θ２を用い、対角オン時間ｔ１は最大に保持され、演算された値である対角オン時間ｔ２は、ＤＵＴＹ比が増大すると減少する。
この充電制御において、充電電流ｉが正または０、即ち、バッテリ２への伝送電力が正または０であって、トランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧よりバッテリ２への出力電圧が高い昇圧制御では、ＤＵＴＹ比に拘わらず、位相シフト量θ２が位相シフト量θ１よりも短絡防止時間を超えて大きくなるように制御されている。
【００７０】
また、制御回路２０は、ＤＵＴＹ比が負の放電制御において、位相シフト量θ３（＝θ２）を最小に保持し、位相シフト量θ４（＝θ１）は、ＤＵＴＹ比に基づいて演算された値にオフセット位相を加算する。このとき、対角オン時間ｔ３（＝ｔ２）は最大に保持され、対角オン時間ｔ４（＝ｔ１）は、演算された値より短絡防止時間ｔｄだけ減算される。
これにより、ＤＵＴＹ比が負の放電制御において、バッテリ２への伝送電力が負であって、トランス３の第１巻線３ａに発生する電圧より第１直流電源１への出力電圧が高い昇圧制御では、ＤＵＴＹ比に拘わらず、位相シフト量θ４が位相シフト量θ３よりも短絡防止時間を超えて大きくなるように制御される。
【００７１】
このようにして、放電制御において、２つの対角オン時間ｔ４（ｔ１）、ｔ３（ｔ２）の差を短絡防止時間ｔｄより大きくして、正側、負側の一方の半導体スイッチング素子のみをオンして電流が還流する経路（還流経路）を生成して第１リアクトル９を励磁する期間を確保でき、バッテリ充放電装置１００は確実に昇圧動作して電力伝送する。このため、充電制御、放電制御の双方において、充電電流ｉが一定で推移する期間がなく伝送電力は確実に制御できる。
【００７２】
なお、充電制御と放電制御とを切り替えるＤＵＴＹ比が０のときに、充電電流ｉが正、即ち伝送電力が正の場合には、ＤＵＴＹ比が正または０の充電制御の領域で、位相シフト量θ２に短絡防止時間ｔｄに相当するオフセット位相を加算する。これにより、充電制御において、充電電流ｉが一定で推移する期間をなくすことができ、伝送電力を確実に制御できる。
【００７３】
以上のように、この実施の形態では、制御回路２０は、ＤＵＴＹ比が０において伝送電力が正であれば、充電制御の期間の位相シフト量θ２にオフセット位相を加算し、上記ＤＵＴＹ比が０において伝送電力が負であれば、放電制御の期間の位相シフト量θ４（＝θ１）にオフセット位相を加算し、ＤＵＴＹ比が０において伝送電力が０であれば、充電制御の期間の位相シフト量θ２と放電制御の期間の位相シフト量θ４（＝θ１）との双方にオフセット位相を加算して制御する。
【００７４】
ところで、バッテリ２と直流電源１との電圧関係によって、短絡防止時間ｔｄにおける充電電流ｉの極性、即ち伝送電力の極性は予見できるため、バッテリ２と直流電源１の電圧関係に応じてオフセット位相の加算を決定しても良い。
トランス３の第１巻線３ａと第２巻線３ｂとの巻線比をＮＬ：ＮＢとすると、直流電源１の電圧値がバッテリ２の電圧値のＮＬ／ＮＢ倍より大きいとき、ＤＵＴＹ比が０において伝送電力が正となり、充電制御の期間の位相シフト量θ２にオフセット位相を加算する。直流電源１の電圧値がバッテリ２の電圧値のＮＬ／ＮＢ倍より小さいとき、ＤＵＴＹ比が０において伝送電力が負となり、放電制御の期間の位相シフト量θ４（＝θ１）にオフセット位相を加算する。そして、直流電源１の電圧値がバッテリ２の電圧値のＮＬ／ＮＢ倍と等しいとき、ＤＵＴＹ比が０において伝送電力は０となり、充電制御の期間の位相シフト量θ２と放電制御の期間の位相シフト量θ４（＝θ１）との双方にオフセット位相を加算する。
このような制御により、短絡防止時間に起因して昇圧動作ができずに制御性が劣化することを防止でき、伝送電力を信頼性良く制御できる。
【００７５】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。
上記実施の形態１では、制御回路２０は、昇圧を伴う充放電制御を基本とするものであったが、この実施の形態では、降圧制御も行う場合について説明する。
この実施の形態では、バッテリ充放電装置１００の回路構成は上記実施の形態１の図１で示すものと同様であり、制御回路２０の図２で示した動作も上記実施の形態１と同様である。
【００７６】
図３１は、この実施の形態２によるバッテリ充放電装置１００の昇圧充電時における第１スイッチング回路５、第２スイッチング回路８の各半導体スイッチング素子Ｑの駆動信号２１ａ、２１ｂの波形を示す図である。この場合、駆動信号の組み合わせパターンである複数のゲートパターン毎に期間Ａ＋〜Ｊ＋を設けて図示した。なお、この実施の形態においても、図中、Ｑ４Ａ、Ｑ４Ｂ、Ｑ３Ａ、Ｑ３Ｂ、Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂの各駆動信号の符号を、便宜上、各素子の符号で示した。
この場合、第１スイッチング回路５内の一方のブリッジ回路である第１ブリッジ回路（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）を基準として、全体の駆動信号が生成される。第２スイッチング回路８内の一方のブリッジ回路である第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）のＱ１Ａ、Ｑ１Ｂはオフ状態に保持される。
【００７７】
また、第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）以外の３つのブリッジ回路は、各ブリッジ回路を構成する正側（高電圧側）のＱ４Ａ、Ｑ３Ａ、Ｑ２Ａおよび負側（低電圧側）のＱ４Ｂ、Ｑ３Ｂ、Ｑ２Ｂは、短絡防止時間ｔｄを除くと、それぞれ５０％のオン時間比率で制御される。なお、短絡防止時間ｔｄは、正側の半導体スイッチング素子と負側の半導体スイッチング素子との同時オンを防止する為に設定された時間であり、一方がオフした後、設定された短絡防止時間ｔｄの経過後に他方がオンする。そして、この場合、電力を送る側の第１スイッチング回路５の各半導体スイッチング素子Ｑがゼロ電圧スイッチングするように、短絡防止時間ｔｄの間に各半導体スイッチング素子Ｑに並列接続されたコンデンサ１３の電圧が第１平滑コンデンサ４の電圧まで増加する、あるいはゼロ電圧近辺まで低下するように設定されている。
【００７８】
また、第１ブリッジ回路（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）内のＱ４Ａを第１基準素子とし、第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）内のＱ１Ａを第２基準素子として、第１基準素子Ｑ４Ａと対角の関係にあるＱ３Ｂを第１対角素子とし、第２基準素子Ｑ１Ａと対角の関係にあるＱ２Ｂを第２対角素子とする。
そして、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対する第１対角素子Ｑ３Ｂの駆動信号の位相シフト量θ１（第１位相シフト量）と、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対する第２対角素子Ｑ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ２（第２位相シフト量）とが、制御指令であるＤＵＴＹ比に応じて決定される。即ち、位相シフト量θ１、θ２がＤＵＴＹ比に応じて制御される。この場合、位相シフト量θ１が最小に保持され、位相シフト量θ２がＤＵＴＹ比に応じて変化する。
【００７９】
また図３１に示すように、第１基準素子Ｑ４Ａと第１対角素子Ｑ３Ｂとが同時にオンしている期間を対角オン時間ｔ１とすると、位相シフト量θ１により対角オン時間ｔ１が決定される。なお、Ｑ４ＢとＱ３Ａとが同時にオンしている対角オン時間ｔ１ａも対角オン時間ｔ１と等しい。
【００８０】
また、第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）に対して、第１ブリッジ回路（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）と等しい駆動信号を仮想駆動信号として想定し、第２基準素子Ｑ１Ａの仮想駆動信号によるＱ１Ａの仮想オンと第２対角素子Ｑ２Ｂのオンとが重なる期間を仮想対角オン時間ｔ２とする。この仮想対角オン時間ｔ２は、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対する第２対角素子Ｑ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ２により決まる。なお、Ｑ１Ｂの仮想駆動信号によるＱ１Ｂの仮想オンとＱ２Ａのオンとが重なる仮想対角オン時間ｔ２ａも、仮想対角オン時間ｔ２と等しい。
【００８１】
図３１に示す各ゲートパターンに合わせた電流経路を、図３２〜図４１に示す。図３２〜図４１は、順に、図３１内の期間Ｂ＋〜Ｊ＋、期間Ａ＋に対応する。
以下、図３１および図３２〜図４１に基づいて、一周期内のバッテリ充放電装置１００の動作を示す。なお、バッテリ２の電圧は、第２巻線３ｂに発生する電圧より高いものとし、直流電源１からバッテリ２へ電力伝送される。
便宜上、期間Ｂ＋から説明していく。
【００８２】
期間Ｂ＋において、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンとなり対角２素子が導通するため、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとを介して直流電源１側からエネルギが伝送される。後述する期間Ｊ＋、期間Ａ＋に対して電流の極性が反転する。第２スイッチング回路８ではＱ２Ａがオンとなるため、電流はＱ１ＡのダイオードとＱ２Ａとを介して還流する。従って期間Ｂ＋は、第１リアクトル９および第２リアクトル１０を励磁する期間である（図３２）。
【００８３】
期間Ｃ＋において、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ａがオフとなり、電流はＱ１ＡのダイオードからＱ２Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｃ＋は、第１リアクトル９および第２リアクトル１０の励磁エネルギをバッテリ２側へ伝送する期間である（図３３）。
【００８４】
期間Ｄ＋において、第１スイッチング回路５では、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ｂがオンとなり、電流はＱ１ＡのダイオードからＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｄ＋は、第１リアクトル９および第２リアクトル１０の励磁エネルギをバッテリ２側へ伝送する期間である（図３４）。
【００８５】
期間Ｅ＋において、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ａがオフとなり、電流はＱ４ＢのダイオードとＱ３Ｂを介して還流する。第２スイッチング回路８ではＱ１ＡのダイオードとＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流は徐々に減少する。還流電流が０［Ａ］になるとＱ１Ａのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持する。従って期間Ｅ＋は、還流電流が減少する期間である（図３５）。
【００８６】
期間Ｆ＋において、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ｂがオフとなり、Ｑ４Ｂがオンとなる。Ｑ４Ｂはダイオード導通状態からオンとするためＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）が成立する。期間Ｅ＋で還流電流が０［Ａ］以上、即ち電流が残っている場合は、Ｑ４ＢもしくはＱ４ＢのダイオードとＱ３Ａのダイオードを介して直流電源１側へ電流が回生される。第２スイッチング回路８ではＱ１ＡのダイオードとＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードがオンしているため、（直流電源１の電圧−バッテリ２の電圧）によって還流電流は徐々に減少する。還流電流が０［Ａ］になるとＱ１Ａのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持する。従って期間Ｆは、還流電流が減少する期間である（図３６）。
【００８７】
期間Ｇ＋において、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオンとなり、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとを介して直流電源１側からエネルギが伝送される。このとき電流の極性が期間Ｆ＋から反転する。第２スイッチング回路８ではＱ２Ｂがオンしているため、電流はＱ１ＢのダイオードとＱ２Ｂとを介して還流する。従って期間Ｇ＋は、第１リアクトル９および第２リアクトル１０を励磁する期間である（図３７）。
【００８８】
期間Ｈ＋において、第１スイッチング回路５では、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとを介して直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８側はＱ２Ｂがオフとなり、電流はＱ２ＡのダイオードとＱ１Ｂのダイオードとを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｈ＋は、第１リアクトル９および第２リアクトル１０の励磁エネルギをバッテリ２側へ伝送する期間である（図３８）。
【００８９】
期間Ｉ＋において、第１スイッチング回路５では、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ａがオンとなり、電流はＱ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１Ｂのダイオードとを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｉ＋は、第１リアクトル９および第２リアクトル１０の励磁エネルギをバッテリ２側へ伝送する期間である（図３９）。
【００９０】
期間Ｊ＋において、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ｂがオフとなり、電流はＱ４ＡのダイオードとＱ３Ａを介して還流する。第２スイッチング回路８では、Ｑ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１Ｂのダイオードがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流が徐々に減少する。還流電流が０［Ａ］となるとＱ１Ｂのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持する。従って期間Ｊ＋は、還流電流が減少する期間である（図４０）。
【００９１】
次に、期間Ａ＋において、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオフとなり、Ｑ４Ａがオンとなる。Ｑ４Ａはダイオード導通状態からオンとするためＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）が成立する。期間Ｊ＋で還流電流が０［Ａ］以上、即ち電流が残っている場合は、Ｑ４ＡもしくはＱ４ＡのダイオードとＱ３Ｂのダイオードを介して直流電源１側へ電流が回生される。第２スイッチング回路８では、Ｑ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１Ｂのダイオードがオンしているため、（直流電源１の電圧−バッテリ２の電圧）によって還流電流は徐々に減少する。還流電流が０［Ａ］になるとＱ１Ｂのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持する。従って期間Ａ＋は、還流電流が減少する期間である（図４１）。
【００９２】
このような一連の制御（期間Ａ＋〜Ｊ＋）を繰り返すことによって、バッテリ充放電装置１００は、トランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧を昇圧してバッテリ２に電力を供給する。
直流電源１の電圧をＶＬとすると、第１スイッチング回路５は、Ｑ４Ａ、Ｑ３Ｂが同時オンする対角オン時間ｔ１に電圧ＶＬの正のパルスを、Ｑ４Ｂ、Ｑ３Ａが同時オンする対角オン時間ｔ１ａに電圧（−ＶＬ）の負のパルスを出力して、トランス３の第１巻線３ａに印加する。トランス３の第１巻線３ａと第２巻線３ｂとの巻線比をＮＬ：ＮＢとすると、この時、トランス３の第２巻線３ｂには、（±ＶＬ）×ＮＢ／ＮＬの電圧が印加される。
【００９３】
そして、第２スイッチング回路８では、トランス３に電圧印加されている対角オン時間（ｔ１、ｔ１ａ）内に、第２リアクトル１０を励磁する期間（Ｂ＋、Ｇ＋）を設け、即ち、第２リアクトル１０を昇圧リアクトルに用いて昇圧動作する。
また、トランス３の一次側の第１スイッチング回路５における各半導体スイッチング素子Ｑのスイッチングは、コンデンサ１３および第１リアクトル９の作用で、全てゼロ電圧スイッチングとなる。なお、二次側の第２スイッチング回路８のスイッチングは、一部がゼロ電圧スイッチングとなる。
【００９４】
また、第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）のＱ１Ａ、Ｑ１Ｂはオフ状態に保持されるため、期間Ｅ＋、Ｆ＋において、還流電流が減少して０［Ａ］になると、Ｑ１Ａのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持して、逆電流が流れることはない。期間Ｊ＋、Ａ＋においても、還流電流が減少して０［Ａ］になると、Ｑ１Ｂのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持して、逆電流が流れることはない。これにより、バッテリ充放電装置１００内で電力伝送に寄与しない無効電力が抑制される。
【００９５】
次に、図４２は、バッテリ充放電装置１００の降圧充電時における第１スイッチング回路５、第２スイッチング回路８の各半導体スイッチング素子Ｑの駆動信号２１ａ、２１ｂの波形を示す図である。この場合も、駆動信号の組み合わせパターンである複数のゲートパターン毎に期間Ａ−〜Ｊ−を設けて図示し、Ｑ４Ａ、Ｑ４Ｂ、Ｑ３Ａ、Ｑ３Ｂ、Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂの各駆動信号の符号を、便宜上、各素子の符号で示した。
図３１で示した昇圧充電時と同様に、第１スイッチング回路５内の第１ブリッジ回路（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）を基準として、全体の駆動信号が生成され、第２スイッチング回路８内の第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）のＱ１Ａ、Ｑ１Ｂはオフ状態に保持される。また、第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）以外の３つのブリッジ回路は、各ブリッジ回路を構成する正側（高電圧側）のＱ４Ａ、Ｑ３Ａ、Ｑ２Ａおよび負側（低電圧側）のＱ４Ｂ、Ｑ３Ｂ、Ｑ２Ｂは、短絡防止時間ｔｄを除くと、それぞれ５０％のオン時間比率で制御される。
【００９６】
そして、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対する第１対角素子Ｑ３Ｂの駆動信号の位相シフト量θ１（第１位相シフト量）と、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対する第２対角素子Ｑ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ２（第２位相シフト量）とが、制御指令であるＤＵＴＹ比に応じて決定される。この場合、位相シフト量θ１と位相シフト量θ２とは等しく、双方の位相シフト量θ１、θ２がＤＵＴＹ比に応じて変化する。
【００９７】
この場合も、対角オン時間ｔ１、ｔ１ａは、位相シフト量θ１により決定される。また、第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）に対して、第１ブリッジ回路（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）と等しい駆動信号を仮想駆動信号として想定すると、上述した仮想対角オン時間ｔ２、ｔ２ａは、位相シフト量θ２により決まる。この場合、対角オン時間ｔ１、ｔ１ａと仮想対角オン時間ｔ２、ｔ２ａは等しい。
【００９８】
図４２に示す各ゲートパターンに合わせた電流経路を、図４３〜図５２に示す。図４３〜図５２は、順に、図４２内の期間Ｄ−〜Ｊ−、期間Ａ−〜Ｃ−に対応する。
以下、図４２および図４３〜図５２に基づいて、一周期内のバッテリ充放電装置１００の動作を示す。なお、バッテリ２の電圧は、第２巻線３ｂに発生する電圧より低いものとし、直流電源１からバッテリ２へ電力伝送される。
便宜上、期間Ｄ−から説明していく。
【００９９】
期間Ｄ−において、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ｂがオンとなり、Ｑ４ＡとＱ３Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、直流電源１側からエネルギが伝送される。第２スイッチング回路８ではＱ２Ｂがオンとなり、電流はＱ１ＡのダイオードからＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｄ−は、電力をバッテリ２側へ伝送する期間である（図４３）。
【０１００】
期間Ｅ−において、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ａがオフとなり、電流はＱ４ＢのダイオードとＱ３Ｂを介して還流する。第２スイッチング回路８ではＱ１ＡのダイオードとＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流は徐々に減少する。還流電流が０［Ａ］になるとＱ１Ａのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持する。従って期間Ｅ−は、還流電流が減少する期間である（図４４）。
【０１０１】
期間Ｆ−、Ｇ−において、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ｂがオンとなり、電流はＱ４ＢもしくはＱ４ＢのダイオードとＱ３Ｂを介して還流する。Ｑ４Ｂはダイオード導通状態からオンとするためＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）が成立する。第２スイッチング回路８ではＱ１ＡのダイオードとＱ２ＢもしくはＱ２Ｂのダイオードがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流は徐々に減少する。還流電流が０［Ａ］になるとＱ１Ａのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持する。従って期間Ｆ−、Ｇ−は、還流電流が減少する期間である（図４５、図４６）。
【０１０２】
期間Ｈ−において、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ｂがオフとなり、還流電流が０［Ａ］以上、即ち電流が残っている場合は、Ｑ４ＢもしくはＱ４ＢのダイオードとＱ３Ａのダイオードを介して直流電源１側へ電流が回生される。第２スイッチング回路８では、Ｑ２Ｂがオフとなるが、Ｑ１ＡのダイオードとＱ２Ｂのダイオードがオンしているため、（直流電源１の電圧−バッテリ２の電圧）によって還流電流は徐々に減少する。還流電流が０［Ａ］になるとＱ１Ａのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持する。従って期間Ｈ−は、還流電流が減少する期間である（図４７）。
【０１０３】
期間Ｉ−において、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオンとなり、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとがオンで対角２素子が導通するため、Ｑ３ＡとＱ４Ｂとを介して直流電源１側からエネルギが伝送される。このとき電流の極性が期間Ｈ−から反転する。第２スイッチング回路８ではＱ２Ａがオンとなり、電流はＱ２ＡもしくはＱ２ＡのダイオードとＱ１Ｂのダイオードとを介して流れ、電力がバッテリ２側へ伝送される。従って期間Ｉ−は、電力をバッテリ２側へ伝送する期間である（図４８）。
【０１０４】
期間Ｊ−において、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ｂがオフとなり、電流はＱ４ＡのダイオードとＱ３Ａを介して還流する。第２スイッチング回路８ではＱ１ＢのダイオードとＱ２ＡもしくはＱ２Ａのダイオードがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流が徐々に減少する。還流電流が０［Ａ］になるとＱ１Ｂのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持する。従って期間Ｊ−は、還流電流が減少する期間である（図４９）。
【０１０５】
次に期間Ａ−、Ｂ−において、第１スイッチング回路５では、Ｑ４Ａがオンとなり、電流はＱ４ＡもしくはＱ４ＡのダイオードとＱ３Ａとを介して還流する。Ｑ４Ａはダイオード導通状態からオンとするためＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）が成立する。第２スイッチング回路８ではＱ１ＢのダイオードとＱ２ＡもしくはＱ２Ａのダイオードがオンしているため、バッテリ２の電圧によって還流電流が徐々に減少する。還流電流が０［Ａ］になる＋とＱ１Ｂのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持する。従って期間Ｊ−は、還流電流が減少する期間である（図５０、図５１）。
【０１０６】
期間Ｃ−において、第１スイッチング回路５では、Ｑ３Ａがオフとなり、還流電流が０［Ａ］以上、即ち電流が残っている場合は、Ｑ４ＡもしくはＱ４ＡのダイオードとＱ３Ｂのダイオードを介して直流電源１側へ電流が回生される。第２スイッチング回路８では、Ｑ２Ａがオフとなるが、Ｑ２ＡのダイオードとＱ１Ｂのダイオードがオンしているため、（直流電源１の電圧−バッテリ２の電圧）によって還流電流は徐々に減少する。還流電流が０［Ａ］になるとＱ１Ｂのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持する。従って期間Ｃ−は、還流電流が減少する期間である（図５２）。
【０１０７】
このような一連の制御（期間Ａ−〜Ｊ−）を繰り返すことによって、バッテリ充放電装置１００は、トランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧を降圧してバッテリ２に電力を供給する。
また、トランス３の一次側の第１スイッチング回路５における各半導体スイッチング素子Ｑのスイッチングは、コンデンサ１３および第１リアクトル９の作用で、全てゼロ電圧スイッチングとなる。なお、二次側の第２スイッチング回路８のスイッチングは、一部がゼロ電圧スイッチングとなる。
【０１０８】
また、第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）のＱ１Ａ、Ｑ１Ｂはオフ状態に保持されるため、期間Ｅ−〜Ｈ−において、還流電流が減少して０［Ａ］になると、Ｑ１Ａのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持して、逆電流が流れることはない。期間Ｊ−、Ａ−〜Ｃ−においても、還流電流が減少して０［Ａ］になると、Ｑ１Ｂのダイオードがオフとなり０［Ａ］を維持して、逆電流が流れることはない。
【０１０９】
次にバッテリ充放電装置１００がバッテリ２から直流電源１に電力伝送する場合について説明する。
図５３は、バッテリ充放電装置１００がバッテリ２から直流電源１へ電力伝送する、即ちバッテリ２を放電する場合の制御ブロック図である。この場合、バッテリ充放電装置１００は、直流電源１に出力しており、第１平滑コンデンサ４の電圧ｖが出力電圧として検出されて制御回路２０に入力される。図に示すように、制御回路２０では、入力された出力電圧ｖを出力電圧指令値ｖ＊から減算して差分電圧を演算し、演算された差分電圧をＰＩ制御器により０に近づけるように充電電流指令値ｉ＊を演算する。そして、入力された充電電流ｉを充電電流指令値ｉ＊から減算して差分を演算し、この差分をＰＩ制御器により０に近づけるようにフィードバック制御することにより、第１スイッチング回路５および第２スイッチング回路８のＤＵＴＹ比を決定する。そして、ＤＵＴＹ比に基づいて各半導体スイッチング素子Ｑの駆動信号２１ａ、２１ｂを生成する。
なお、バッテリ２から電力供給される場合には、直流電源１から電力供給される場合の逆方向動作となるため、充電電流ｉおよび充電電流指令値ｉ＊の極性は負である。また、バッテリ２に並列に接続された第２平滑コンデンサ７はバッテリ２の電圧と同じ直流電圧となる。
【０１１０】
図５４は、バッテリ充放電装置１００の降圧放電時における第１スイッチング回路５、第２スイッチング回路８の各半導体スイッチング素子Ｑの駆動信号２１ａ、２１ｂの波形を示す図である。また、図５５は、バッテリ充放電装置１００の昇圧放電時における第１スイッチング回路５、第２スイッチング回路８の各半導体スイッチング素子Ｑの駆動信号２１ａ、２１ｂの波形を示す図である。
【０１１１】
バッテリ充放電装置１００の降圧放電において、図５４に示すように、降圧充電時の逆方向動作となり、降圧充電時における第１スイッチング回路５の駆動信号と、第２スイッチング回路８の駆動信号を入れ替えたものである。そして、各期間ＡＡ−〜ＪＪ−における動作についても、降圧充電時の各期間Ａ−〜Ｊ−における第１スイッチング回路５と第２スイッチング回路８とを逆にしたものと同様である。
バッテリ充放電装置１００の昇圧放電において、図５５に示すように、昇圧充電時の逆方向動作となり、昇圧充電時における第１スイッチング回路５の駆動信号と、第２スイッチング回路８の駆動信号を入れ替えたものである。そして、各期間ＡＡ＋〜ＪＪ＋における動作についても、昇圧充電時の各期間Ａ＋〜Ｊ＋におけるにおける第１スイッチング回路５と第２スイッチング回路８とを逆にしたものと同様である。
【０１１２】
バッテリ２の電圧をＶＢとすると、第２スイッチング回路８は、Ｑ１Ａ（第２基準素子）、Ｑ２Ｂ（第２対角素子）が同時オンする対角オン時間ｔ３に電圧ＶＢの正のパルスを、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ａが同時オンする対角オン時間ｔ３ａに電圧（−ＶＢ）の負のパルスを出力して、トランス３の第２巻線３ｂに印加する。トランス３の第１巻線３ａと第２巻線３ｂとの巻線比をＮＬ：ＮＢとすると、この時、トランス３の第１巻線３ａには、（±ＶＢ）×ＮＬ／ＮＢの電圧が印加される。
図５４に示す降圧放電では、直流電源１の電圧は第１巻線３ａに発生する電圧より低いものとし、図５５に示す昇圧放電では、直流電源１の電圧は第１巻線３ａに発生する電圧より高いものとし、双方においてバッテリ２から直流電源１へ電力伝送される。
【０１１３】
バッテリ充放電装置１００がバッテリ２から直流電源１に電力伝送するバッテリ放電時には、第１スイッチング回路５、第２スイッチング回路８は以下のように制御される。
第２スイッチング回路８内の第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）を基準として、全体の駆動信号が生成される。第１スイッチング回路５内の第１ブリッジ回路（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）のＱ４Ａ、Ｑ４Ｂはオフ状態に保持される。
また、第１ブリッジ回路（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）以外の３つのブリッジ回路は、各ブリッジ回路を構成する正側（高電圧側）のＱ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ３Ａおよび負側（低電圧側）のＱ１Ｂ、Ｑ２Ｂ、Ｑ３Ｂは、短絡防止時間ｔｄを除くと、それぞれ５０％のオン時間比率で制御される。この場合、制御回路２０は、電力を送る側の第２スイッチング回路８の各半導体スイッチング素子Ｑをスイッチングする際、短絡防止時間ｔｄの間に各半導体スイッチング素子Ｑに並列接続されたコンデンサ１３の電圧が第２平滑コンデンサ７の電圧まで増加する、あるいはゼロ電圧近辺まで低下するようにしてゼロ電圧スイッチングする。
【０１１４】
そして、第２基準素子Ｑ１Ａの駆動信号の位相に対する第２対角素子Ｑ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ３（第３位相シフト量）と、第２基準素子Ｑ１Ａの駆動信号の位相に対する第１対角素子Ｑ３Ｂの駆動信号の位相シフト量θ４（第４位相シフト量）とが、制御指令であるＤＵＴＹ比に応じて決定される。即ち、位相シフト量θ３、θ４がＤＵＴＹ比に応じて制御される。
図５４に示す降圧放電では、位相シフト量θ３と位相シフト量θ４とは等しく、双方の位相シフト量θ３、θ４がＤＵＴＹ比に応じて変化する。また、図５５に示す昇圧放電では、位相シフト量θ３が最小に保持され、位相シフト量θ４がＤＵＴＹ比に応じて変化する。
【０１１５】
また図５４、図５５に示すように、Ｑ１ＡとＱ２Ｂとが同時オンする対角オン時間ｔ３は位相シフト量θ３により決定され、Ｑ１ＢとＱ２Ａとが同時オンする対角オン時間ｔ３ａも対角オン時間ｔ３と等しい。
また、制御回路２０は、第１ブリッジ回路（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）に対して、第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）と等しい駆動信号を仮想駆動信号として想定し、Ｑ４Ａの仮想駆動信号によるＱ４Ａの仮想オンとＱ３Ｂのオンとが重なる期間を仮想対角オン時間ｔ４とする。この仮想対角オン時間ｔ４は、位相シフト量θ４により決まる。なお、Ｑ４Ｂの仮想駆動信号によるＱ４Ｂの仮想オンとＱ３Ａのオンとが重なる仮想対角オン時間ｔ４ａも、仮想対角オン時間ｔ４と等しい。
【０１１６】
以上のように、バッテリ充放電装置１００では、昇圧充電、降圧充電、降圧放電および昇圧放電の４つの制御モードを備えて双方向の電力伝送を行うものである。そして、上述したように、直流電源１からバッテリ２への電力伝送である充電時には、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対する第１対角素子Ｑ３Ｂの駆動信号の位相シフト量θ１および第２対角素子Ｑ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ２は、ＤＵＴＹ比に応じて制御される。また、直流電源１からバッテリ２への電力伝送である放電時には、第２基準素子Ｑ１Ａの駆動信号の位相に対する第２対角素子Ｑ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ３および第１対角素子Ｑ３Ｂの駆動信号の位相シフト量θ４は、ＤＵＴＹ比に応じて制御される。
【０１１７】
図５６は、この実施の形態２によるバッテリ充放電装置１００の基本制御動作を説明する波形図で、ＤＵＴＹ比に応じた位相シフト量θ１〜θ４と対角オン時間ｔ１、ｔ３、仮想対角オン時間ｔ２、ｔ４とを示す。なお、この基本制御動作は、後述するオフセット位相を加算する前の段階の制御動作である。図５６に示すように、伝送電力に応じてＤＵＴＹ比が決定される。この場合、充電方向の電力を正としている。
なお、充電時の位相シフト量θ１と放電時の位相シフト量θ４とは、共に第１対角素子Ｑ３Ｂの位相シフト量であるため、同様の実線で続けて記載した。また、充電時の位相シフト量θ２と放電時の位相シフト量θ３とは、共に第２対角素子Ｑ２Ｂの位相シフト量であるため、同様の点線で続けて記載した。同様に、対角オン時間ｔ１と仮想対角オン時間ｔ４を同様の実線で続けて記載し、仮想対角オン時間ｔ２と対角オン時間ｔ３とを同様の点線で続けて記載した。
【０１１８】
まず、バッテリ充放電装置１００が直流電源１からバッテリ２を充電する制御について説明する。
トランス３の第１巻線３ａから第２巻線３ｂに電力伝送されて第２巻線３ｂに電圧が発生している期間は、Ｑ４Ａ、Ｑ３Ｂの同時オンする対角オン時間ｔ１、およびＱ４Ｂ、Ｑ３Ａの同時オンする対角オン時間ｔ１ａである。
昇圧時には、この期間を出来る限り長くすることで、第１スイッチング回路５および第２スイッチング回路８の還流期間に関わる損失を低減することが可能となる。
【０１１９】
このため、昇圧充電時の制御では、制御回路２０は、トランス３の第１巻線３ａに電圧が印加される期間が最大となるように、対角オン時間ｔ１（＝ｔ１ａ）を最大オン時間ｔｍａｘに設定する。この最大オン時間ｔｍａｘは、第１スイッチング回路５の各半導体スイッチング素子Ｑがゼロ電圧スイッチングする為に要する短絡防止時間ｔｄに基づいて設定される。その時、Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対するＱ３Ｂの駆動信号の位相シフト量θ１は最小で、短絡防止時間ｔｄに等しい。
この昇圧充電時には、トランス３に電圧印加されている対角オン時間（ｔ１、ｔ１ａ）内に、第２スイッチング回路８で第２リアクトル１０を励磁する期間がある。即ち、Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対する第２対角素子Ｑ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ２は位相シフト量θ１以上の値で、位相シフト量θ１、θ２が共に最小（短絡防止時間ｔｄ）となる第１基準点２２を起点とする。そして、制御回路２０は、ＤＵＴＹ比が増大すると位相シフト量θ１を最小に保持すると共に位相シフト量θ２を増大させる。
【０１２０】
位相シフト量θ１、θ２が共に最小（短絡防止時間ｔｄ）となる第１基準点２２にあるとき、対角オン時間ｔ１および仮想対角オン時間ｔ２は共に最大オン時間ｔｍａｘとなる点２２ａである。そして、制御回路２０は、点２２ａを起点としてＤＵＴＹ比が増大すると対角オン時間ｔ１を最大オン時間ｔｍａｘに保持すると共に仮想対角オン時間ｔ２を低減させる。
【０１２１】
そして、降圧充電時には、位相シフト量θ１と位相シフト量θ２とは等しく、双方の位相シフト量θ１、θ２がＤＵＴＹ比に応じて変化する。
位相シフト量θ１、θ２が最大の時、対角オン時間ｔ１および仮想対角オン時間ｔ２は共に最小で、電力伝送がない状態である。降圧充電時では、制御回路２０は、ＤＵＴＹ比が０のとき、位相シフト量θ１、θ２が最大で、ＤＵＴＹ比が増大すると位相シフト量θ１、θ２を共に低減させる。この時、対角オン時間ｔ１および仮想対角オン時間ｔ２は増大する。
【０１２２】
また、制御回路２０は、位相シフト量θ１、θ２が共に最大の時、第２スイッチング回路８内の第２ブリッジ（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）をオフ状態に保持した制御から、第１スイッチング回路５の第１ブリッジ（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）をオフ状態に保持する制御に切り替えて、電力伝送方向を切り替える。この切り替え時には、対角オン時間ｔ１および仮想対角オン時間ｔ２は共に最小で、即ち、電力伝送がない状態の時であるため、切り替えによる影響を発生することなくスムーズな切り替えが可能になる。
【０１２３】
バッテリ２を放電して直流電源１に電力伝送する昇圧放電時の制御では、制御回路２０は、トランス３の第２巻線３ｂに電圧が印加される期間が最大となるように、対角オン時間ｔ３（＝ｔ３ａ）を最大オン時間ｔｍａｘに設定する。その時、Ｑ１Ａの駆動信号の位相に対するＱ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ３は最小（短絡防止時間ｔｄ）となる。Ｑ１Ａの駆動信号の位相に対するＱ３Ｂの駆動信号の位相シフト量θ４は位相シフト量θ３以上の値である。そして、制御回路２０は、位相シフト量θ３、θ４が共に最小（短絡防止時間ｔｄ）となる第２基準点２３を起点とし、放電電力が増大してＤＵＴＹ比が負方向に増大すると位相シフト量θ３を最小に保持すると共に位相シフト量θ４を増大させる。
【０１２４】
位相シフト量θ３、θ４が共に最小（短絡防止時間ｔｄ）となる第２基準点２３にあるとき、対角オン時間ｔ３および仮想対角オン時間ｔ４は共に最大オン時間ｔｍａｘとなる点２３ａである。そして、制御回路２０は、点２３ａを起点としてＤＵＴＹ比が負方向に増大すると対角オン時間ｔ３を最大オン時間ｔｍａｘに保持すると共に仮想対角オン時間ｔ４を低減させる。
【０１２５】
そして、降圧放電時には、位相シフト量θ３と位相シフト量θ４とは等しく、双方の位相シフト量θ３、θ４がＤＵＴＹ比に応じて変化する。
位相シフト量θ３、θ４が最大の時、対角オン時間ｔ３および仮想対角オン時間ｔ４は共に最小となり、電力伝送がない状態である。降圧放電時では、ＤＵＴＹ比が０のとき位相シフト量θ３、θ４が最大で、制御回路２０は、ＤＵＴＹ比が負方向に増大すると位相シフト量θ３、θ４を共に低減させる。この時、対角オン時間ｔ３および仮想対角オン時間ｔ４は増大する。
【０１２６】
また、制御回路２０は、位相シフト量θ３、θ４が共に最大の時、第１スイッチング回路５の第１ブリッジ（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）をオフ状態に保持する制御から、第２スイッチング回路８内の第２ブリッジ（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）をオフ状態に保持した制御に切り替えて、電力伝送方向を切り替える。この切り替え時には、電力伝送がない状態の時であるため、切り替えによる影響を発生することなくスムーズな切り替えが可能になる。
【０１２７】
以上のように、バッテリ充放電装置１００では、トランス３を挟んで対称となる簡易な回路構成であり、制御回路２０がＤＵＴＹ比に応じて位相シフト量θ１〜θ４を制御することで、電力伝送方向に依らず、また直流電源１およびバッテリ２の電圧に依らず、双方向電力変換を行うことが可能となる。これにより、バッテリ充放電装置１００は簡素な制御で双方向電力変換動作の実現が可能となる。
【０１２８】
また、上述したように、バッテリ２の充電時には、第２ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）のＱ１Ａ、Ｑ１Ｂはオフ状態に保持される。このため、トランス３を流れる還流電流が減少して０［Ａ］になると、Ｑ１ＡあるいはＱ１Ｂのダイオードがオフとなり、トランス３に流れる電流を０［Ａ］に維持する。バッテリ２から直流電源１への電力伝送においても同様に、トランス３を流れる還流電流が減少して０［Ａ］になると、Ｑ４ＡあるいはＱ４Ｂのダイオードがオフとなり、トランス３に流れる電流を０［Ａ］に維持する。
これによりトランス３に逆電流が流れることはなく、無効電力が抑制でき損失が低減できる。このため、バッテリ充放電装置１００は、簡易な回路構成で、広い電圧範囲でトランス電流の逆流を防止しつつ双方向に電力伝送でき、低損失化を実現できる。また、トランス電流のピーク値および実効値を低減でき、トランス３の小型化を促進できる。
【０１２９】
ところで、図５６に示される基本制御動作において、昇圧充電制御および昇圧放電制御の部分では、上記実施の形態１の図４で示した充電制御および放電制御と同様に、短絡防止時間ｔｄに起因して昇圧動作ができずに充電電流ｉが一定で推移する期間がある。
この場合、バッテリ充放電装置１００は、昇圧充電、降圧充電、降圧放電および昇圧放電の４つの制御モードを備え、昇圧充電は第１基準点２２を起点とし、昇圧放電は第２基準点２３を起点として行う。また、降圧充電と降圧放電を切り替える際は、第２スイッチング回路８内の第２ブリッジ（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）をオフ状態に保持した制御と、第１スイッチング回路５の第１ブリッジ（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）をオフ状態に保持する制御とを切り替えて、電力伝送方向を切り替える。従って、直流電源１およびバッテリ２の電圧に依らず、第１基準点２２を起点にした昇圧充電制御では充電電流ｉは正で、第２基準点２３を起点に昇圧放電制御では充電電流ｉは負となり、昇圧充電制御および昇圧放電制御の双方の期間で、充電電流ｉが一定値で推移する期間が存在する。
【０１３０】
この実施の形態では、制御回路２０は、図５７に示すように、昇圧充電制御の期間の位相シフト量θ２と、昇圧放電制御の期間の位相シフト量θ４との双方にオフセット位相を加算して制御する。なお、オフセット位相は短絡防止時間ｔｄに相当する位相である。
図５７は、この実施の形態によるバッテリ充放電装置１００の制御動作を説明する波形図で、ＤＵＴＹ比に応じた位相シフト量θ１〜θ４と対角オン時間ｔ１、ｔ３、仮想対角オン時間ｔ２、ｔ４とを示す。
昇圧充電制御において、位相シフト量θ１を最小に保持し、位相シフト量θ２は、ＤＵＴＹ比に基づいて演算された値にオフセット位相を加算する。このとき、対角オン時間ｔ１は最大に保持され、仮想対角オン時間ｔ２は、演算された値より短絡防止時間ｔｄだけ減算される。また、昇圧放電制御において、位相シフト量θ３を最小に保持し、位相シフト量θ４では、ＤＵＴＹ比に基づいて演算された値にオフセット位相を加算する。このとき、対角オン時間ｔ３は最大に保持され、仮想対角オン時間ｔ４は、演算された値より短絡防止時間ｔｄだけ減算される。
【０１３１】
図５８（ａ）、図５８（ｂ）は、昇圧充電制御時の充電電流ｉの推移を、オフセット位相の加算前後で比較して示し、図５９（ａ）、図５９（ｂ）は、昇圧放電制御時の充電電流ｉの推移をオフセット位相の加算前後で比較して示す。なお、直流電源１とバッテリ２の電圧値とは等しく、トランス３の巻線比を１：１に設定した。また、短絡防止時間ｔｄをスイッチング周期の４％に設定し、スイッチング周期を１として正規化した。
図５８（ｂ）に示すように、オフセット位相を加算することで、対角オン時間ｔ１と仮想対角オン時間ｔ２との差が短絡防止時間ｔｄより長くなる。即ち、ＤＵＴＹ比が正または０の充電制御において、バッテリ２への伝送電力が正または０であって、トランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧よりバッテリ２への出力電圧が高い昇圧制御では、ＤＵＴＹ比に拘わらず、位相シフト量θ２が位相シフト量θ１よりも短絡防止時間を超えて大きくなるように制御される。
このため、昇圧充電制御において、正側、負側の一方の半導体スイッチング素子のみがオンして電流が還流する経路（還流経路）を生成して第２リアクトル１０を励磁する期間を確保できる。これにより、充電電流ｉが一定で推移する期間がなくなり、伝送電力は確実に制御できる。
【０１３２】
また図５９（ｂ）に示すように、オフセット位相を加算することで、対角オン時間ｔ３と仮想対角オン時間ｔ４との差が短絡防止時間ｔｄより長くなる。即ち、ＤＵＴＹ比が負の放電制御において、バッテリ２への伝送電力が負または０であって、トランス３の第１巻線３ａに発生する電圧より第１直流電源１への出力電圧が高い昇圧制御では、ＤＵＴＹ比に拘わらず、位相シフト量θ４が位相シフト量θ３よりも短絡防止時間を超えて大きくなるように制御される。
このため、昇圧放電制御において、正側、負側の一方の半導体スイッチング素子のみがオンして電流が還流する経路（還流経路）を生成して第１リアクトル９を励磁する期間を確保できる。これにより、充電電流ｉが一定で推移する期間がなくなり、伝送電力は確実に制御できる。
【０１３３】
以上のように、この実施の形態では、昇圧充電、降圧充電、降圧放電および昇圧放電の４つの制御モードを備えた位相シフト方式での制御において、昇圧充電制御の期間の位相シフト量θ２と、昇圧放電制御の期間の位相シフト量θ４との双方に短絡防止時間ｔｄに相当するオフセット位相を加算して制御する。これにより、短絡防止時間に起因した制御性の劣化が防止でき、確実な昇圧動作により伝送電力を信頼性良く制御できる。
【０１３４】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、オフセット位相を加算することにより、第１基準点２２において位相シフト量θ２、仮想対角オン時間ｔ２が不連続となり、第２基準点２３において位相シフト量θ４、仮想対角オン時間ｔ４が不連続となる。この実施の形態３では、上記のような不連続を解消する制御動作を説明する。
図６１は、この実施の形態３によるバッテリ充放電装置１００の制御動作を説明する波形図で、ＤＵＴＹ比に応じた位相シフト量θ１〜θ４と対角オン時間ｔ１、ｔ３、仮想対角オン時間ｔ２、ｔ４とを示す。なお、上記実施の形態２の図５７で示した制御動作との違いのみを説明する。
【０１３５】
図６１に示すように、ＤＵＴＹ比の増大に応じて２つの位相シフト量θ１、θ２を同量で低減制御する降圧充電制御の期間に、第１基準点２２直近の第１調整期間３１を設ける。第１調整期間３１では位相シフト量θ１のみ低減させ、位相シフト量θ２は、最小（短絡防止時間ｔｄ）からオフセット位相（短絡防止時間ｔｄ）分、大きい位相で保持する。充電制御では、２つの位相シフト量θ１、θ２の差が短絡防止時間ｔｄを超えるまでは実際の昇圧動作は実施されないため、第１調整期間３１で昇圧動作が行われることはない。
同様に、ＤＵＴＹ比の負方向の増大に応じて２つの位相シフト量θ３、θ４を同量で低減制御する降圧放電制御の期間に、第２基準点２３直近の第２調整期間３２を設ける。第２調整期間３２では位相シフト量θ３のみ低減させ、位相シフト量θ４は、最小（短絡防止時間ｔｄ）からオフセット位相分（短絡防止時間ｔｄ）、大きい位相で保持する。放電制御では、２つの位相シフト量θ３、θ４の差が短絡防止時間ｔｄを超えるまでは実際の昇圧動作は実施されないため、第２調整期間３２で昇圧動作が行われることはない。
【０１３６】
このような制御で得られる充電制御時の充電電流ｉの推移を図６１に示す。昇圧充電制御の期間において、充電電流ｉが一定で推移する期間がない。この場合、バッテリ２の電圧値を直流電源１の電圧値よりも低くしたため、降圧充電制御の期間でも充電電流ｉは変化する。なお、バッテリ２の電圧値を直流電源１の電圧値より高くすると、降圧充電制御の期間で充電電流ｉは変化せず一定値０となる。
放電制御時についても、図示を省略するが、昇圧放電制御の期間において、充電電流ｉが一定で推移する期間がない。
【０１３７】
以上のように、第１、第２調整期間３１、３２を設けることにより、第１基準点２２、第２基準点２３における位相シフト量θ２、θ４、仮想対角オン時間ｔ２、ｔ４の不連続を解消できる。これにより、駆動信号２１ａ、２１ｂのオン時間の急変を防止して、第１、第２スイッチング回路５、８内にて電流や電圧の振動が発生するのを防止でき、バッテリ充放電装置１００の制御の信頼性が向上する。
【０１３８】
なお、第１基準点２２、第２基準点２３における制御の不連続は、他の制御方法で解消することもでき、図６２に基づいて以下に示す。
図６２に示すように、ＤＵＴＹ比の増大に応じて２つの位相シフト量θ１、θ２を低減制御する降圧充電制御の期間に、充放電の切り替え点であるＤＵＴＹ比が０の点直近の第１調整期間３１ａを設ける。そして、第１調整期間３１ａでは、位相シフト量θ１のみ低減させて位相シフト量θ２を最大に保持し、第１調整期間３１ａ以外の期間で、位相シフト量θ２が位相シフト量θ１よりオフセット位相分（短絡防止時間ｔｄ）大きい位相を保って、２つの位相シフト量θ１、θ２を低減させる。充電制御では、２つの位相シフト量θ１、θ２の差が短絡防止時間ｔｄを超えるまでは実際の昇圧動作は実施されないため、第１調整期間３１ａでも、それ以外の期間でも昇圧動作が行われることはない。
【０１３９】
同様に、ＤＵＴＹ比の負方向の増大に応じて２つの位相シフト量θ３、θ４を低減制御する降圧放電制御の期間に、充放電の切り替え点であるＤＵＴＹ比が０の点直近の第２調整期間３２ａを設ける。そして、第２調整期間３２ａでは、位相シフト量θ３のみ低減させて位相シフト量θ４を最大に保持し、第２調整期間３２ａ以外の期間で、位相シフト量θ４が位相シフト量θ３よりオフセット位相分（短絡防止時間ｔｄ）大きい位相を保って、２つの位相シフト量θ３、θ４を低減させる。放電制御では、２つの位相シフト量θ３、θ４の差が短絡防止時間ｔｄを超えるまでは実際の昇圧動作は実施されないため、第２調整期間３２ａでも、それ以外の期間でも昇圧動作が行われることはない。
【０１４０】
このような制御で得られる充電制御時の充電電流ｉの推移を図６３に示す。昇圧充電制御の期間において、充電電流ｉが一定で推移する期間がない。この場合、バッテリ２の電圧値を直流電源１の電圧値よりも低くしたため、降圧充電制御の期間でも充電電流ｉは変化する。
放電制御時についても、図示を省略するが、昇圧放電制御の期間において、充電電流ｉが一定で推移する期間がない。
【０１４１】
この場合も、第１、第２調整期間３１ａ、３２ａを設けることにより、第１基準点２２、第２基準点２３における不連続を解消でき、駆動信号２１ａ、２１ｂのオン時間の急変を防止できる。このため、第１、第２スイッチング回路５、８内にて電流や電圧の振動が発生するのを防止でき、バッテリ充放電装置１００の制御の信頼性が向上する。
【０１４２】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。
上記実施の形態１〜３では、位相シフト方式の制御を用いたが、この実施の形態４では、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いる場合について説明する。
この実施の形態においても、バッテリ充放電装置１００の回路構成は上記実施の形態１の図１で示すものと同様であり、制御回路２０の図２で示す基本動作も上記実施の形態１と同様である。
なお、この実施の形態では、ゼロ電圧スイッチングを行わないため、各半導体スイッチング素子Ｑに並列接続されるコンデンサ１３は省略しても良い。また、第１スイッチング回路５内のブリッジ回路（Ｑ４Ａ，Ｑ４Ｂ）をブリッジ回路Ａ、ブリッジ回路（Ｑ３Ａ，Ｑ３Ｂ）をブリッジ回路Ｂと称し、第２スイッチング回路８内のブリッジ回路（Ｑ２Ａ，Ｑ２Ｂ）をブリッジ回路Ｃ、ブリッジ回路（Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ）をブリッジ回路Ｄと称す。
【０１４３】
一般的に、位相シフト方式の制御は、共振現象を利用したゼロ電圧スイッチングを行う場合に採用されるが、ゼロ電圧スイッチングを行わない場合には、各半導体スイッチング素子のターンオンする位相を固定したまま、ＰＷＭ制御によってパルス幅であるオン時間を調整する。
【０１４４】
図６４は、この発明の実施の形態４によるバッテリ充放電装置１００のＰＷＭ制御による駆動信号２１ａ、２１ｂの波形を示す図である。図６４内では、Ｑ４Ａ、Ｑ４Ｂ、Ｑ３Ａ、Ｑ３Ｂ、Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂの各駆動信号の符号を、便宜上、各素子の符号で示した。ｔＡ、ｔＢ、ｔＣ、ｔＤは、各ブリッジ回路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ内の各半導体スイッチング素子のオン時間を示している。この場合、ブリッジ回路Ｄのオン時間ｔＤは０である。
駆動信号Ｑ４Ａ、Ｑ３Ｂ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂは、ターンオンを示す立ち上がりタイミングが同位相の信号であり、駆動信号Ｑ４Ｂ、Ｑ３Ａ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ａは、Ｑ４Ａ、Ｑ３Ｂ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂの位相から半周期分だけ遅れる信号である。
【０１４５】
図６５は、この実施の形態４によるバッテリ充放電装置１００の制御動作を説明する波形図である。この場合、充電方向の電力を正としている。
図６５に示すように、制御回路２０は、ＤＵＴＹ比に応じて各ブリッジ回路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ内の各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＡ、ｔＢ、ｔＣ、ｔＤを変化させることで、昇圧充電、降圧充電、降圧放電および昇圧放電の４つの制御モードを備える。なお、ＤＵＴＹ比は、上記実施の形態１と同様に決定される。
【０１４６】
ＤＵＴＹ比が０の点で充電制御と放電制御とが切り替わる。ここでは、ＤＵＴＹ比が正または０で充電制御、ＤＵＴＹ比が負で放電制御するものとする。
充電制御において、降圧充電制御、昇圧充電制御の順に説明する。
降圧充電制御では、ＤＵＴＹ比が増大すると、ブリッジ回路Ａのオン時間ｔＡとブリッジ回路Ｂのオン時間ｔＢとを同時間で０から最大まで増大させると共に、ブリッジ回路Ｃのオン時間ｔＣとブリッジ回路Ｄのオン時間ｔＤとを共に０に保持する。昇圧充電制御では、オン時間ｔＡ、ｔＢを最大にオン時間ｔＤを０に保持すると共に、ＤＵＴＹ比が増大するとオン時間ｔＣを増大させる。
次に、放電制御において、降圧放電制御、昇圧放電制御の順に説明する。
降圧放電制御では、ＤＵＴＹ比が負方向に増大すると、オン時間ｔＣとオン時間ｔＤとを同時間で０から最大まで増大させると共に、オン時間ｔＡとオン時間ｔＢとを共に０に保持する。昇圧放電制御では、オン時間ｔＣ、ｔＤを最大にオン時間ｔＢを０に保持すると共に、オン時間ｔＡを増大させる。
【０１４７】
充電制御において、トランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧よりバッテリ２の電圧が高いときは、昇圧充電制御を用い、第２リアクトル１０を励磁させる期間を設けて第２スイッチング回路８を昇圧動作するように制御する。放電制御において、トランス３の第１巻線３ａに発生する電圧より直流電源１の電圧が高いときは、昇圧放電制御を用い、第１リアクトル９を励磁させる期間を設けて第１スイッチング回路５を昇圧動作するように制御する。
【０１４８】
このような制御で得られる充電電流ｉの推移を図６６、図６７に示す。図６６は、バッテリ２の電圧値を直流電源１の電圧値よりも低く設定し、トランス３の巻線比を１：１に設定した場合を示す。図６７は、バッテリ２の電圧値を直流電源１の電圧値よりも高く設定し、トランス３の巻線比を１：１に設定した場合を示す。短絡防止時間ｔｄはスイッチング周期の４％に設定し、スイッチング周期を１として正規化した。
ＰＷＭ制御での短絡防止時間は、昇圧動作でのオン時間と降圧動作でのオン時間との間にタイミングが重なることはなく、短絡防止時間に起因して昇圧動作が行えない現象は発生しない。このため、図６６、図６７に示す、いずれの場合も、昇圧充電制御および昇圧放電制御において、確実に昇圧動作が実施できる。これにより、充電電流ｉが一定で推移する期間がなく、伝送電力は制御できる。
【０１４９】
なお、図６６に示すように、バッテリ２の電圧値を直流電源１の電圧値より低くすると、降圧放電制御の期間で充電電流ｉは変化せず一定値０となる。また、図６７に示すように、バッテリ２の電圧値を直流電源１の電圧値より高くすると、降圧充電制御の期間で充電電流ｉは変化せず一定値０となる。
【０１５０】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について説明する。
図６８は、この発明の実施の形態５によるＤＣ／ＤＣコンバータとしてのバッテリ充電装置１００Ａの回路構成を示す図である。図に示すように、バッテリ充電装置１００Ａは、昇圧および降圧を伴う電力変換により、直流電源１からバッテリ２へ充電を行うものである。
バッテリ充電装置１００Ａは、絶縁されたトランスとしての高周波トランス３（以下、単にトランス３と称す）と、直流電源１に並列に接続された第１平滑コンデンサ４と、第１コンバータ部としての第１スイッチング回路５Ａと、バッテリ２に並列に接続された第２平滑コンデンサ７と、第２コンバータ部としての第２スイッチング回路８Ａと、第２スイッチング回路８Ａの交流入出力線に接続された第２リアクトル１０とを備える。またバッテリ充電装置１００Ａは、第１スイッチング回路５Ａおよび第２スイッチング回路８Ａを制御する制御回路２０Ａを備える。
【０１５１】
第１スイッチング回路５Ａは、それぞれダイオード１２が逆並列接続されたＩＧＢＴあるいはＭＯＳＦＥＴ等から成る複数の半導体スイッチング素子Ｑ４Ａ、Ｑ４Ｂ、Ｑ３Ａ、Ｑ３Ｂ（以下、単にＱ４Ａ、Ｑ４Ｂ、Ｑ３Ａ、Ｑ３Ｂあるいは、半導体スイッチング素子Ｑと称す）を有するフルブリッジ回路で、直流側が第１平滑コンデンサ４に、交流側がトランス３の第１巻線３ａに接続されて、直流／交流間の電力変換を行う。
第２スイッチング回路８Ａは、それぞれダイオード１２が逆並列接続されたＩＧＢＴあるいはＭＯＳＦＥＴ等から成る複数の半導体スイッチング素子Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂ（以下、単にＱ２Ａ、Ｑ２Ｂ、Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂあるいは半導体スイッチング素子Ｑと称す）を有するフルブリッジ回路で、直流側が第２平滑コンデンサ７に、交流側がトランス３の第２巻線３ｂに接続されて、直流／交流間の電力変換を行う。
また、第２スイッチング回路８Ａは、半導体スイッチング素子Ｑとトランス３との間の交流入出力線に第２リアクトル１０が接続され、第２リアクトル１０と第２巻線３ｂとが直列接続される。さらに、第２スイッチング回路８Ａの直流側にはリアクトル１１が接続される。
【０１５２】
また、第２平滑コンデンサ７とバッテリ２との間には、リアクトル１１を流れる電流をバッテリ２の充電電流ｉ（矢印の向きを正とする電流）として検出する電流センサ（図示せず）が設置され、そのセンシングされた出力が制御回路２０Ａに入力される。さらに、第１平滑コンデンサ４の電圧ｖを検出する電圧センサ（図示せず）が設置され、そのセンシングされた出力が制御回路２０Ａに入力される。制御回路２０Ａでは、入力された充電電流ｉ、電圧ｖの値に基づいて、第１スイッチング回路５Ａおよび第２スイッチング回路８Ａの各半導体スイッチング素子Ｑをスイッチング制御する駆動信号２１ａ、２１ｂを生成して第１スイッチング回路５Ａおよび第２スイッチング回路８Ａを駆動制御する。
なお、バッテリ２の充電電流ｉを検出する電流センサは、第２平滑コンデンサ７より第２スイッチング回路８Ａ側の位置に設けても良い。
【０１５３】
このバッテリ充電装置１００Ａの昇圧充電時および降圧充電時の制御および動作は、上記実施の形態２と同様の位相シフト方式での制御動作となる。但し、上記実施の形態２は、双方向の電力伝送を行うバッテリ充放電装置１００であったが、この実施の形態５では、充電のみの一方向の電力伝送を行うバッテリ充電装置１００Ａである。また、この実施の形態５では、各半導体スイッチング素子Ｑにはコンデンサを並列配置せず、第１スイッチング回路５Ａの交流入出力線に第１リアクトルを接続させない。このため、第１、第２スイッチング回路５Ａ、８Ａのスイッチングは、ゼロ電圧スイッチングとはならない。
【０１５４】
以上のように、この実施の形態によるバッテリ充電装置１００Ａは、昇圧充電および降圧充電の２つの制御モードを備えて、直流電源１からバッテリ２への電力伝送を行うものである。そして、制御回路２０Ａは、上記実施の形態２と同様に、第１基準素子Ｑ４Ａの駆動信号の位相に対する第１対角素子Ｑ３Ｂの駆動信号の位相シフト量θ１および第２対角素子Ｑ２Ｂの駆動信号の位相シフト量θ２を、ＤＵＴＹ比（≧０）に応じて制御する。
【０１５５】
図６９は、この実施の形態によるバッテリ充電装置１００Ａの制御動作を説明する波形図で、ＤＵＴＹ比に応じた位相シフト量θ１、θ２と対角オン時間ｔ１、仮想対角オン時間ｔ２とを示す。なお、図６９は、上記実施の形態２による制御動作を説明する図５７におけるＤＵＴＹ比≧０の範囲と同じである。
制御回路２０Ａは、図６９に示すように、昇圧充電制御の期間の位相シフト量θ２にオフセット位相を加算して制御する。なお、オフセット位相は、正側の半導体スイッチング素子と負側の半導体スイッチング素子との同時オンを防止する為に設定される短絡防止時間ｔｄに相当する位相である。
昇圧充電制御において、位相シフト量θ１を最小に保持し、位相シフト量θ２は、ＤＵＴＹ比に基づいて演算された値にオフセット位相を加算する。このとき、対角オン時間ｔ１は最大に保持され、仮想対角オン時間ｔ２は、演算された値より短絡防止時間ｔｄだけ減算される。
【０１５６】
この場合、昇圧充電制御時の充電電流ｉの推移は上記実施の形態２と同様になる（図５８（ｂ）参照）。
図５８（ｂ）に示すように、オフセット位相を加算することで、対角オン時間ｔ１と仮想対角オン時間ｔ２との差が短絡防止時間ｔｄより長くなる。即ち、ＤＵＴＹ比が正または０の充電制御において、バッテリ２への伝送電力が正または０であって、トランス３の第２巻線３ｂに発生する電圧よりバッテリ２への出力電圧が高い昇圧制御では、ＤＵＴＹ比に拘わらず、位相シフト量θ２が位相シフト量θ１よりも短絡防止時間を超えて大きくなるように制御される。
このため、昇圧充電制御において、正側、負側の一方の半導体スイッチング素子のみがオンして電流が還流する経路（還流経路）を生成して第２リアクトル１０を励磁する期間を確保できる。これにより、充電電流ｉが一定で推移する期間がなくなり、伝送電力は確実に制御できる。このため、短絡防止時間に起因した制御性の劣化が防止でき、確実な昇圧動作により伝送電力を信頼正良く制御できる。
【０１５７】
なお、上記実施の形態５では、昇圧および降圧を伴う電力変換を適用するものとしたが、上記実施の形態１と同様に昇圧のみを伴う電力変換を適用して、直流電源１からバッテリ２へ充電を行っても良い。
【０１５８】
実施の形態６．
上記実施の形態５では、第１、第２スイッチング回路５Ａ、８Ａは、ゼロ電圧スイッチングに対応しないものを示したが、電力供給側の第１スイッチング回路のみゼロ電圧スイッチングさせても良い。
図７０は、この発明の実施の形態６によるＤＣ／ＤＣコンバータとしてのバッテリ充電装置１００Ｂの回路構成を示す図である。
【０１５９】
図７０に示すように、第１スイッチング回路５の各半導体スイッチング素子Ｑにはコンデンサ１３が並列接続され、第１スイッチング回路５の交流入出力線に第１リアクトル９が接続される。制御回路２０Ｂは、第１、第２位相シフト量θ１、θ２を、ＤＵＴＹ比（≧０）に応じて制御することにより、第１スイッチング回路５内のコンデンサ１３および第１リアクトル９を利用して、第１スイッチング回路５内の各半導体スイッチング素子Ｑがゼロ電圧スイッチングするように制御する。
その他の構成および制御は、上記実施の形態５と同様である。
この実施の形態６では、上記実施の形態５と同様の効果を得るとともに、第１スイッチング回路５をゼロ電圧スイッチングすることにより、スイッチング損失の低減が図れる。
【０１６０】
また、上記各実施の形態では一方の直流電源（第２直流電源）にバッテリ２を用いたがこれに限るものではない。さらにまた第１、第２直流電源の双方をバッテリで構成しても良い。
【０１６１】
また、この発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【図１】
2016125374.tif 000003
【図２】
2016125374.tif 000004
【図３】
2016125374.tif 000005
【図４】
2016125374.tif 000006
【図５】
2016125374.tif 000007
【図６】
2016125374.tif 000008
【図７】
2016125374.tif 000009
【図８】
2016125374.tif 000010
【図９】
2016125374.tif 000011
【図１０】
2016125374.tif 000012
【図１１】
2016125374.tif 000013
【図１２】
2016125374.tif 000014
【図１３】
2016125374.tif 000015
【図１４】
2016125374.tif 000016
【図１５】
2016125374.tif 000017
【図１６】
2016125374.tif 000018
【図１７】
2016125374.tif 000019
【図１８】
2016125374.tif 000020
【図１９】
2016125374.tif 000021
【図２０】
2016125374.tif 000022
【図２１】
2016125374.tif 000023
【図２２】
2016125374.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2016125374.tif 000026
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2016125374.tif 000037
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
2016125374.tif 000046
【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年1月5日(2017.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１直流電源と第２直流電源との間の電力伝送を行うＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
トランスと、
それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えた２つのブリッジ回路によるフルブリッジ回路で構成され、上記第１直流電源と上記トランスの第１巻線との間に接続される第１コンバータ部と、
それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えた２つのブリッジ回路によるフルブリッジ回路で構成され、上記第２直流電源と上記トランスの第２巻線との間に接続される第２コンバータ部と、
上記第２コンバータ部の交流入出力線に接続された第２リアクトルと、
上記第１直流電源から上記第２直流電源への伝送電力と指令値とに基づいてＤＵＴＹ比を演算して、上記第１コンバータ部、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子を駆動制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、
上記ＤＵＴＹ比が正または０である、上記第１直流電源から上記第２直流電源への第１電力伝送において、
上記第１コンバータ部における上記複数の半導体スイッチング素子の内、第１基準素子としての半導体スイッチング素子と、該第１基準素子と対角の関係にある第１対角素子としての半導体スイッチング素子との間の駆動信号の位相シフト量である第１位相シフト量、および、上記第１基準素子と、上記第２コンバータ部における上記複数の半導体スイッチング素子の内、第２基準素子としての半導体スイッチング素子と対角の関係にある第２対角素子としての半導体スイッチング素子との間の駆動信号の位相シフト量である第２位相シフト量を制御し、
上記第１直流電源から上記第２直流電源への上記伝送電力が正または０であって、上記トランスの上記第２巻線に発生する電圧より上記第２直流電源への出力電圧が高い昇圧制御では、上記第２位相シフト量が、上記第１位相シフト量よりも上記第１、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子の短絡防止時間を超えて大きくなるように制御する、
ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
上記第１コンバータ部の交流入出力線に接続された第１リアクトルをさらに備え、
上記制御回路は、
上記ＤＵＴＹ比が負である、上記第２直流電源から上記第１直流電源への第２電力伝送において、
上記第２基準素子と上記第２対角素子との間の駆動信号の位相シフト量である第３位相シフト量、および、上記第２基準素子と上記第１対角素子との間の駆動信号の位相シフト量である第４位相シフト量を制御し、
上記第１直流電源から上記第２直流電源への上記伝送電力が負または０であって、上記トランスの上記第１巻線に発生する電圧より上記第１直流電源への出力電圧が高い昇圧制御では、上記第４位相シフト量が、上記第３位相シフト量よりも上記第１、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子の短絡防止時間を超えて大きくなるように制御する、
請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
上記第１コンバータ部の交流入出力線に接続された第１リアクトルをさらに備え、
上記第１コンバータ部の上記複数の半導体スイッチング素子は、それぞれ並列コンデンサが接続されており、
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記第１、第２位相シフト量を制御することにより、上記並列コンデンサおよび上記第１リアクトルを利用して上記第１コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子がゼロ電圧スイッチングするように制御する、
請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
上記第１コンバータ部および第２コンバータ部の上記複数の上記半導体スイッチング素子は、それぞれ並列コンデンサが接続されており、
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記第１、第２位相シフト量を制御することにより、上記第１コンバータ部内の上記並列コンデンサおよび上記第１リアクトルを利用して上記第１コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子がゼロ電圧スイッチングするように制御し、
上記第２電力伝送において、上記第３、第４位相シフト量を制御することにより、上記第２コンバータ部内の上記並列コンデンサおよび上記第２リアクトルを利用して上記第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子がゼロ電圧スイッチングするように制御する、
請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記第１、第２位相シフト量が共に最小になる第１基準点より上記ＤＵＴＹ比が大きい第１期間にて該ＤＵＴＹ比が増大すると上記第１位相シフト量を最小に保持すると共に上記第２位相シフト量を増大させ、
上記第２電力伝送において、上記第３、第４位相シフト量とが共に最小になる第２基準点より上記ＤＵＴＹ比が負方向に大きい第２期間にて該ＤＵＴＹ比が負方向に増大すると上記第３位相シフト量を最小に保持すると共に上記第４位相シフト量を増大させる、
請求項４に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項６】
上記制御回路は、
上記第１基準素子と上記第２基準素子とを同位相の駆動信号で制御し、上記第１コンバータ部および上記第２コンバータ部内の４つの上記ブリッジ回路について、正側の半導体スイッチング素子と負側の半導体スイッチング素子とを同じオン時間比率で制御し、上記第１基準点と上記第２基準点とを同一の基準点で上記ＤＵＴＹ比が０の点とし、
上記ＤＵＴＹ比が０における上記第１直流電源から上記第２直流電源への上記伝送電力の極性に応じて、上記第１電力伝送における上記第１期間の上記第２位相シフト量、上記第２電力伝送における上記第２期間の上記第４位相シフト量の少なくとも一方に、上記短絡防止時間に相当するオフセット位相を加算して制御する、
請求項５に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項７】
上記制御回路は、上記ＤＵＴＹ比が０において上記伝送電力が正であれば、上記第１期間の上記第２位相シフト量に上記オフセット位相を加算し、上記ＤＵＴＹ比が０において上記伝送電力が負であれば、上記第２期間の上記第４位相シフト量に上記オフセット位相を加算し、上記ＤＵＴＹ比が０において上記伝送電力が０であれば、上記第１期間の上記第２位相シフト量と上記第２期間の上記第４位相シフト量との双方に上記オフセット位相を加算して制御する、
請求項６に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項８】
上記トランスの上記第１巻線と上記第２巻線との巻線比をＮＬ：ＮＢとすると、
上記制御回路は、上記第１直流電源の電圧値が上記第２直流電源の電圧値のＮＬ／ＮＢ倍より大きいとき、上記第１期間の上記第２位相シフト量に上記オフセット位相を加算し、上記第１直流電源の電圧値が上記第２直流電源の電圧値のＮＬ／ＮＢ倍より小さいとき、上記第２期間の上記第４位相シフト量に上記オフセット位相を加算し、上記第１直流電源の電圧値が上記第２直流電源の電圧値のＮＬ／ＮＢ倍と等しいとき、上記第１期間の上記第２位相シフト量と上記第２期間の上記第４位相シフト量との双方に上記オフセット位相を加算して制御する、
請求項６または請求項７に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項９】
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記第１、第２コンバータ部内の４つの上記ブリッジ回路の内、上記第２基準素子を含むブリッジ回路を構成する各半導体スイッチング素子を全てオフ状態にし、他の３つのブリッジ回路について、正側の半導体スイッチング素子と負側の半導体スイッチング素子とを同じオン時間比率で制御し、上記ＤＵＴＹ比が上記第１基準点以下の期間では、上記ＤＵＴＹ比が増大すると上記第１、第２位相シフト量を共に低減させて制御し、
上記第２電力伝送において、上記第１、第２コンバータ部内の４つのブリッジ回路の内、上記第１基準素子を含むブリッジ回路を構成する各半導体スイッチング素子を全てオフ状態にし、他の３つのブリッジ回路について、正側の半導体スイッチング素子と負側の半導体スイッチング素子とを同じオン時間比率で制御し、上記ＤＵＴＹ比の負方向の大きさが上記第２基準点以下の期間では、上記ＤＵＴＹ比の負方向の大きさが増大すると上記第３、第４位相シフト量を共に低減させて制御し、
上記第１電力伝送において上記第１、第２位相シフト量が同量で最大の時、および上記第２電力伝送において上記第３、第４位相シフト量が同量で最大の時に、上記第１電力伝送と上記第２電力伝送とを切り換え、
上記第１電力伝送における上記第１期間の上記第２位相シフト量と、上記第２電力伝送における上記第２期間の上記第４位相シフト量との双方に、上記短絡防止時間に相当するオフセット位相を加算して制御する、
請求項５に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記ＤＵＴＹ比が上記第１基準点以下の期間では、上記第１基準点直近の第１調整期間を除いて上記第１、第２位相シフト量を上記ＤＵＴＹ比に応じて同量で低減制御し、上記第１調整期間で上記第１位相シフト量のみ低減させて上記第２位相シフト量を保持し、
上記第２電力伝送において、上記ＤＵＴＹ比の負方向の大きさが上記第２基準点以下の期間では、上記第２基準点直近の第２調整期間を除いて上記第３、第４位相シフト量を上記ＤＵＴＹ比に応じて同量で低減制御し、上記第２調整期間で上記第３位相シフト量のみ低減させて上記第４位相シフト量を保持する、
請求項９に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１１】
上記制御回路は、
上記第１電力伝送において、上記ＤＵＴＹ比が上記第１基準点以下の期間では、上記ＤＵＴＹ比が０の点直近の第１調整期間を除いて、上記第２位相シフト量は上記第１位相シフト量より上記オフセット位相分大きい位相で制御し、上記第１調整期間で上記第１位相シフト量のみ低減させて上記第２位相シフト量を保持し、
上記第２電力伝送において、上記ＤＵＴＹ比の負方向の大きさが上記第２基準点以下の期間では、上記ＤＵＴＹ比が０の点直近の第２調整期間を除いて、上記第４位相シフト量は上記第３位相シフト量より上記オフセット位相分大きい位相で制御し、上記第２調整期間で上記第３位相シフト量のみ低減させて上記第４位相シフト量を保持する、
請求項９に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１２】
第１直流電源と第２直流電源との間の双方向の電力伝送を行うＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
トランスと、
それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えたブリッジ回路Ａ、ブリッジ回路Ｂによるフルブリッジ回路で構成され、上記第１直流電源と上記トランスの第１巻線との間に接続されて、直流／交流間で双方向に電力変換する第１コンバータ部と、
それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えたブリッジ回路Ｃ、ブリッジ回路Ｄによるフルブリッジ回路で構成され、上記第２直流電源と上記トランスの第２巻線との間に接続されて、直流／交流間で双方向に電力変換する第２コンバータ部と、
上記第１コンバータ部、上記第２コンバータ部の各交流入出力線に接続された第１リアクトル、第２リアクトルと、
上記第１直流電源から上記第２直流電源への伝送電力と指令値とに基づいてＤＵＴＹ比を演算して、上記第１コンバータ部、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御により駆動制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、
上記ＤＵＴＹ比が正または０である、上記第１直流電源から上記第２直流電源への第１電力伝送において、
上記ＤＵＴＹ比が増大すると、上記ブリッジ回路Ａの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＡと上記ブリッジ回路Ｂの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＢとを同時間で最大まで増大させると共に、上記ブリッジ回路Ｃの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＣと上記ブリッジ回路Ｄの上記各半導体スイッチング素子のオン時間ｔＤとを共に０に保持する第１制御と、上記オン時間ｔＡ、ｔＢを最大に上記オン時間ｔＤを０に保持すると共に、上記ＤＵＴＹ比が増大すると上記オン時間ｔＣを増大させ、上記トランスの上記第２巻線に発生する電圧より上記第２直流電源の電圧が高いときは、上記第２リアクトルを励磁させる期間を設けて上記第２コンバータ部が昇圧動作するように制御する第２制御とを用い、
上記ＤＵＴＹ比が負である、上記第２直流電源から上記第１直流電源への第２電力伝送において、
上記ＤＵＴＹ比が負方向に増大すると、上記オン時間ｔＣと上記オン時間ｔＤとを同時間で最大まで増大させると共に、上記オン時間ｔＡと上記オン時間ｔＢとを共に０に保持する第３制御と、上記オン時間ｔＣ、ｔＤを最大に上記オン時間ｔＢを０に保持すると共に、上記オン時間ｔＡを増大させ、上記トランスの上記第１巻線に発生する電圧より上記第１直流電源の電圧が高いときは、上記第１リアクトルを励磁させる期間を設けて上記第１コンバータ部が昇圧動作するように制御する第４制御とを用い、
上記第１電力伝送において上記オン時間ｔＡ、ｔＢが最小の時、および上記第２電力伝送において上記オン時間ｔＣ、ｔＤが最小の時、上記第１電力伝送と上記第２電力伝送を切り換える、
ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、第１直流電源と第２直流電源との間の電力伝送を行うもので、トランスと、それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えた２つのブリッジ回路によるフルブリッジ回路で構成され、上記第１直流電源と上記トランスの第１巻線との間に接続される第１コンバータ部と、それぞれ逆並列ダイオードが接続された複数の半導体スイッチング素子を備えた２つのブリッジ回路によるフルブリッジ回路で構成され、上記第２直流電源と上記トランスの第２巻線との間に接続される第２コンバータ部と、上記第２コンバータ部の交流入出力線に接続された第２リアクトルと、上記第１直流電源から上記第２直流電源への伝送電力と指令値とに基づいてＤＵＴＹ比を演算して、上記第１コンバータ部、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子を駆動制御する制御回路とを備える。
上記制御回路は、上記ＤＵＴＹ比が正または０である、上記第１直流電源から上記第２直流電源への第１電力伝送において、上記第１コンバータ部における上記複数の半導体スイッチング素子の内、第１基準素子としての半導体スイッチング素子と、該第１基準素子と対角の関係にある第１対角素子としての半導体スイッチング素子との間の駆動信号の位相シフト量である第１位相シフト量、および、上記第１基準素子と、上記第２コンバータ部における上記複数の半導体スイッチング素子の内、第２基準素子としての半導体スイッチング素子と対角の関係にある第２対角素子としての半導体スイッチング素子との間の駆動信号の位相シフト量である第２位相シフト量を制御する。そして上記制御回路は、上記第１直流電源から上記第２直流電源への上記伝送電力が正または０であって、上記トランスの上記第２巻線に発生する電圧より上記第２直流電源への出力電圧が高い昇圧制御では、上記第２位相シフト量が、上記第１位相シフト量よりも上記第１、第２コンバータ部内の上記各半導体スイッチング素子の短絡防止時間を超えて大きくなるように制御するものである。
【国際調査報告】
2016125374.tif 000073
2016125374.tif 000074
2016125374.tif 000075