(57)【要約】【課題】ＤＣ−ＤＣコンバータの小型軽量化を図ることができる多入出力電力変換器及び燃料電池車を提供する。【解決手段】多入出力電力変換器１は、少なくとも２つの入出力部３を備え、予め設定した動作モードに従ったスイッチＧ１〜Ｇ８のスイッチングにより、複数のコイルＬ１、Ｌ２及び複数のキャパシタＣ１、Ｃ２を選択して機能させることで、昇圧、降圧、導通のいずれかの動作を行う昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡ、Ｂ（電力変換回路）を複数備えたものであって、複数の電力変換回路が前記キャパシタＣ１、Ｃ２を共有していることを特徴とする。【選択図】図１
2008141872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの入出力部を備え、予め設定した動作モードに従ったスイッチのスイッチングにより、複数のインダクタ及び複数のキャパシタを選択して機能させることで、昇圧、降圧、導通のいずれかの動作を行う電力変換回路を複数備えた多入出力電力変換器であって、
前記複数の電力変換回路が前記キャパシタを共有していることを特徴とする多入出力電力変換器。
【請求項２】
前記電力変換回路の少なくとも１つは昇降圧回路であり、
前記入出力部が第一入出力部と第二入出力部とを有し、
前記キャパシタが直列に接続される第一キャパシタと第二キャパシタとを有し、
前記スイッチが、
前記第一入出力部の正極側を、前記第一キャパシタの正極側及び前記第二入出力部の正極側に接続する第一スイッチと、
前記第一入出力部の正極側を、前記第一キャパシタの負極側及び前記第二キャパシタの正極側に接続する第二スイッチと、
前記第一入出力部の負極側を、前記第一キャパシタの負極側及び前記第二キャパシタの正極側に接続する第三スイッチと、
前記第一入出力部の負極側を、前記第二キャパシタの負極側及び前記第二入出力部の負極側に接続する第四スイッチとを有することを特徴とする請求項１に記載の多入出力電力変換器。
【請求項３】
前記電力変換回路の少なくとも１つは昇圧回路であり、
前記入出力部が第一入出力部と第二入出力部とを有し、
前記キャパシタが直列に接続される第一キャパシタと第二キャパシタとを有し、
前記スイッチが、
前記第一入出力部の正極側を、前記第一キャパシタの負極側及び前記第二キャパシタの正極側に接続する第一スイッチと、
前記第一入出力部の負極側を、前記第一キャパシタの負極側及び前記第二キャパシタの正極側に接続する第二スイッチとを有することを特徴とする請求項１に記載の多入出力電力変換器。
【請求項４】
前記電力変換回路の少なくとも１つは降圧回路であり、
前記入出力部が第一入出力部と第二入出力部とを有し、
前記キャパシタが直列に接続される第一キャパシタと第二キャパシタとを有し、
前記スイッチが、
前記第一入出力部の正極側を、前記第一キャパシタの正極側及び前記第二入出力部の正極側に接続する第一スイッチと、
前記第一入出力部の負極側を、前記第二キャパシタの負極側及び前記第二キャパシタの負極側に接続する第二スイッチとを有することを特徴とする請求項１に記載の多入出力電力変換器。
【請求項５】
前記キャパシタに並列に直接接続された入出力部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の多入出力電力変換器。
【請求項６】
昇圧動作、降圧動作を行う際に動作の制御を行う制御部を備え、
この制御部は、各電力変換回路の動作タイミングをずらして行うことを特徴とする請求項１に記載の多入出力電力変換器。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の多入出力電力変換器を搭載し、電動機を備えた燃料電池車であって、
前記電動機は、前記キャパシタに並列に直接接続された入出力部につながれることを特徴とする燃料電池車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を変換する多入出力電力変換器及び当該多入出力電力変換器を備えた燃料電池車に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池車、ハイブリッド車等では、燃料電池（ＦＣ、Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、バッテリの電源電圧、モータのＰＤＵ、エアーポンプのＰＤＵ、エアコンのＰＤＵ等の様々な電源系のユニットにおいて、必要な電圧が異なっており、これらの電圧を合わせるため、さらに、バッテリの充放電の制御のために、複数のＤＣ−ＤＣコンバータが必要である。
【０００３】
ＤＣ−ＤＣコンバータは、入力された入力電圧を、所望の出力電圧に変換するもので、このＤＣ−ＤＣコンバータの基本的な構成として、コンデンサ等による蓄電機能が備えられている。このコンデンサ等では、大電力（高電圧大電流）になるほど大容量の蓄電機能が必要となり、それに伴って、コンデンサ等も大きくなり、結果として単体のＤＣ−ＤＣコンバータでも重量が上がり、多くのスペースが必要となる。また、コストも多くかかることになる。
【０００４】
そして、このようなＤＣ−ＤＣコンバータが、燃料電池車、ハイブリッド車等では、複数必要となるので、従来、スペースや重量を減らし、コストを削減するために、電源系のユニット間の接続の仕方が工夫されている（例えば、特許文献１、２、３、４参照）。
【特許文献１】特開２００５−２２４０６０号公報
【特許文献２】特開２００２−１１８９８１号公報
【特許文献３】特開２００２−１１８９７９号公報
【特許文献４】特開２００１−２０４１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電源系ユニットの接続の仕方を工夫するだけでは、スペースや重量の削減に限界があり、ＤＣ−ＤＣコンバータの小型軽量化を図ることが十分にできないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、ＤＣ−ＤＣコンバータの小型軽量化を図ることができる多入出力電力変換器及び燃料電池車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】
【０００７】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の多入出力電力変換器は、少なくとも２つの入出力部を備え、予め設定した動作モードに従ったスイッチのスイッチングにより、複数のインダクタ及び複数のキャパシタを選択して機能させることで、昇圧、降圧、導通のいずれかの動作を行う電力変換回路を複数備えた多入出力電力変換器であって、前記複数の電力変換回路が前記キャパシタを共有していることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、多入出力電力変換器は、複数の電力変換回路によって、キャパシタを共有して、スイッチングによって、当該キャパシタにおいて電荷の充放電がなされ、動作モードを切り替えることで、いずれかの電力変換回路が昇圧、降圧、導通、回生のいずれかの動作を行う。なお、動作モードは、いずれかの入出力部の出力電圧を昇圧又は降圧するように設定されたものである。さらに、各電力変換回路におけるスイッチングは、複数のスイッチ同士のオン時間が重なるようにすることもできる。これにより、２倍超の昇圧動作、又は、降圧率が高い場合（０．５〜１．０）における降圧動作時においても電流の断続なく、且つ、従来よりもリプル電流の振幅が小さい昇降圧動作が可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の多入出力電力変換器は、請求項１に記載の多入出力電力変換器において、前記電力変換回路の少なくとも１つが昇降圧回路であり、前記入出力部が第一入出力部と第二入出力部とを有し、前記キャパシタが直列に接続される第一キャパシタと第二キャパシタとを有し、前記スイッチが、前記第一入出力部の正極側を、前記第一キャパシタの正極側及び前記第二入出力部の正極側に接続する第一スイッチと、前記第一入出力部の正極側を、前記第一キャパシタの負極側及び前記第二キャパシタの正極側に接続する第二スイッチと、前記第一入出力部の負極側を、前記第一キャパシタの負極側及び前記第二キャパシタの正極側に接続する第三スイッチと、前記第一入出力部の負極側を、前記第二キャパシタの負極側及び前記第二入出力部の負極側に接続する第四スイッチとを有することを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、多入出力電力変換器は、複数の電力変換回路の中の少なくとも１つが昇降圧回路であり、４つのスイッチである第一スイッチ、第二スイッチ、第三スイッチ及び第四スイッチのスイッチングによって、第一キャパシタ及び第二キャパシタにおいて電荷の充放電がなされ、動作モードを切り替えることで、当該昇降圧回路が昇圧、導通、回生（降圧）のいずれかの動作を行う。
【００１１】
請求項３に記載の多入出力電力変換器は、請求項１に記載の多入出力電力変換器において、前記電力変換回路の少なくとも１つが昇圧回路であり、前記入出力部が第一入出力部と第二入出力部とを有し、前記キャパシタが直列に接続される第一キャパシタと第二キャパシタとを有し、前記スイッチが、前記第一入出力部の正極側を、前記第一キャパシタの負極側及び前記第二キャパシタの正極側に接続する第一スイッチと、前記第一入出力部の負極側を、前記第一キャパシタの負極側及び前記第二キャパシタの正極側に接続する第二スイッチとを有することを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、多入出力電力変換器は、複数の電力変換回路の中の少なくとも１つが昇圧回路であり、２つのスイッチである第一スイッチ及び第二スイッチのスイッチングによって、第一キャパシタ及び第二キャパシタにおいて電荷の充放電がなされ、動作モードを切り替えることで、当該昇圧回路が昇圧、導通のいずれかの動作を行う。
【００１３】
請求項４に記載の多入出力電力変換器は、請求項１に記載の多入出力電力変換器において、前記電力変換回路の少なくとも１つが降圧回路であり、前記入出力部が第一入出力部と第二入出力部とを有し、前記キャパシタが直列に接続される第一キャパシタと第二キャパシタとを有し、前記スイッチが、前記第一入出力部の正極側を、前記第一キャパシタの正極側及び前記第二入出力部の正極側に接続する第一スイッチと、前記第一入出力部の負極側を、前記第二キャパシタの負極側及び前記第二キャパシタの負極側に接続する第二スイッチとを有することを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、多入出力電力変換器は、複数の電力変換回路の中の少なくとも１つが降圧回路であり、２つのスイッチである第一スイッチ及び第二スイッチのスイッチングによって、第一キャパシタ及び第二キャパシタにおいて電荷の充放電がなされ、動作モードを切り替えることで、当該降圧回路が導通、回生（降圧）のいずれかの動作を行う。
【００１５】
請求項５に記載の多入出力電力変換器は、請求項１から４のいずれか一項に記載の多入出力電力変換器において、前記キャパシタに並列に直接接続された入出力部を有することを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、多入出力電力変換器は、キャパシタに並列に直接接続された入出力部を有することで、電力のやりとりが頻繁に行われる負荷が他の電力変換回路を１つだけ経由したルートにより、当該入出力部と接続することとなる。
【００１７】
請求項６に記載の多入出力電力変換器は、請求項１に記載の多入出力電力変換器において、昇圧動作、降圧動作を行う際に動作の制御を行う制御部を備え、この制御部は、各電力変換回路の動作のタイミングをずらして行うことを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、多入出力電力変換器は、制御部によって、各電力変換回路の動作のタイミングをずらして行うことで、変換損失を少なくすることができる。
【００１９】
請求項７に記載の燃料電池車は、請求項５又は請求項６に記載の多入出力電力変換器を搭載し、電動機を備えた燃料電池車であって、前記電動機が、前記キャパシタに並列に直接接続された入出力部につながれることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によれば、燃料電池車は、燃料電池から電動機への駆動電力のやりとりと、バッテリから電動機への駆動電力又は電動機からバッテリへの回生電力のやりとりが頻繁に行われるため、電動機がその他の負荷と電力のやりとりをする際に電力変換器の一つだけを経由する構成とすることで、変換損失を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、動作モードに従ったスイッチのスイッチングにより、電流（電荷）をキャパシタ（第一キャパシタ及び第二キャパシタ）に充放電させることで、出力電圧を昇降させており、複数の入出力部に対し当該キャパシタを兼用しているため、ＤＣ−ＤＣコンバータの小型軽量化を図ることができる。
【００２２】
また、本発明によれば、燃料電池車に多入出力電力変換器を有効活用することで、システムの小型化及び変換損失の少ないシステムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
（多入出力電圧変換システムの構成）
図１は多入出力電圧変換システム（多入出力電力変換器を包含）の回路図である。この図１に示すように、多入出力電圧変換システムＳは、多入出力電力変換器１にモータＩＮＶ２と、ＦＣ４と、バッテリ６とを接続したものである。多入出力電力変換器１の説明に先立ち、モータＩＮＶ２、ＦＣ４及びバッテリ６について触れておく。
【００２４】
モータＩＮＶ２は、モータ２ａに接続され、このモータ２ａに電力を供給するものである。ＦＣ４は、車載用の燃料電池であり、後記する動作モードによって、高速運転時と低速運転時とで異なる電圧に昇圧される。バッテリ６は、車載用のバッテリであり、直流１２Ｖの電圧を供給している。
【００２５】
多入出力電力変換器１は、ＦＣ４からバッテリ６に、バッテリ６からＦＣ４に、ＦＣ４からモータＩＮＶ２に、バッテリ６からモータＩＮＶ２に、モータＩＮＶ２からバッテリ６に、電圧の昇降を自在に行うものである。なお、昇圧の場合、出力電圧を入力電圧の１倍〜２倍超に昇圧し、降圧の場合、出力電圧を入力電圧の０〜１倍に降圧する。
【００２６】
この多入出力電力変換器１は、モータＩＮＶ２に接続される入出力部３ａ（３）と、ＦＣに接続される入出力部３ｂ（３）と、バッテリ６に接続される入出力部３ｃ（３）と、モータＩＮＶ２に並列接続される平滑用のコンデンサ５ａ（５）と、ＦＣ４に並列接続される平滑用のコンデンサ（キャパシタ）５ｂ（５）と、バッテリ６に並列接続される平滑用のコンデンサ５ｃ（５）と、ＦＣ４に接続されるコイル（インダクタ）Ｌ１と、バッテリ６に接続されるコイルＬ２とを備えている。
【００２７】
なお、この多入出力電力変換器１は、単に単体ＤＣ−ＤＣコンバータを複数組みこんだものではなく、入出力部３に接続されたそれぞれの負荷に対して、昇降圧動作を行う際に、相互依存する複数のコンバータ（電力変換器）から構成されており、これらの電力変換器は切り離せない一塊のものである。
【００２８】
また、この多入出力電力変換器１は、直列に接続されて共有されているコンデンサ（キャパシタ）Ｃ１及びコンデンサＣ２と、４個のＩＧＢＴ部７ａ（７）、ＩＧＢＴ部７ｂ（７）、ＩＧＢＴ部７ｃ（７）及びＩＧＢＴ部７ｄ（７）とを備えている。
【００２９】
さらに、この多入出力電力変換器１は、入出力部３ａの電流を検出する電流計（電流を検出する検出手段）９ａ、入出力部３ａの電圧を検出する電圧検出器（電圧を検出する検出手段）９ｂ、入出力部３ｂの電流を検出する電流計９ｃ、入出力部３ｂの電圧を検出する電圧検出器９ｄ、入出力部３ｃの電流を検出する電流計９ｅ及び入出力部３ｃの電圧を検出する電圧検出器９ｆと、制御部１１とを備えている。なお、電流計９ａ、９ｃ、９ｅ及び電圧検出器９ｂ、９ｄ、９ｆを一括して、検出手段９と称呼する。
【００３０】
入出力部３は、入力電圧を印加又は出力電圧を出力する正極側端子（単に、正極側ともいう）と、負極側端子（単に、負極側ともいう）とから構成されている。
平滑用のコンデンサ５は、入出力部３に入力電圧を供給する電源のインピーダンスを下げるために設けられていると共に、入出力部３からの出力電圧が昇圧、回生、導通する際の動作を安定するために取り付けるものである。この実施形態では、この平滑用コンデンサ５は、ケミカルコンデンサとして構成されているが、フィルムコンデンサであってもよい。
【００３１】
コイルＬ１、Ｌ２は、入出力部３ｂ又は入出力部３ｃの正極側（又は負極側）に接続されており、ＩＧＢＴ部７のスイッチングにより、入出力部３ｂ又は入出力部３ｃから供給される電流を、磁気エネルギとして蓄積して、放出電流としてコンデンサＣ１、Ｃ２に供給するものである。
【００３２】
コンデンサＣ１、Ｃ２は、入出力部３で共有されており、電荷（電流及び放出電流）を蓄積・放電するものである。このコンデンサＣ１、Ｃ２に蓄積された電荷が入出力部３に放電されることで、入力電圧が昇圧されることになる。
【００３３】
ＩＧＢＴ部７は、２個（一対）のＩＧＢＴ素子（スイッチＧ１〜Ｇ８、フライホイールダイオードＤ１〜Ｄ８を包含）が内蔵されたトランジスタスイッチで、動作モードに従ったスイッチング（オン／オフ）を繰り返すものである。これらＩＧＢＴ部７は、それぞれ２個（一対）のスイッチ及び２個のフライホイールダイオードを有しており、ＩＧＢＴ部７ａはスイッチＧ１及びスイッチＧ２とフライホイールダイオードＤ１及びフライホイールダイオードＤ２とを、ＩＧＢＴ部７ｂはスイッチＧ３及びスイッチＧ４とフライホイールダイオードＤ３及びフライホイールダイオードＤ４とを、ＩＧＢＴ部７ｃはスイッチＧ５及びスイッチＧ６とフライホイールダイオードＤ５及びフライホイールダイオードＤ６とを、ＩＧＢＴ部７ｄはスイッチＧ７及びスイッチＧ８とフライホイールダイオードＤ７及びフライホイールダイオードＤ８とを有している。なお、この実施形態では、トランジスタスイッチは、ＩＧＢＴ素子であるがこれに限定されるものではない。
【００３４】
スイッチＧ１は、第二入出力部３ｂの正極側に接続されたコイルＬ１と、コンデンサＣ１の正極側とを結ぶ経路に配置されており、この経路の通電をオンオフするものである。
スイッチＧ２は、第二入出力部３ｂの正極側に接続されたコイルＬ１と、コンデンサＣ１の負極側及びコンデンサＣ２の正極側とを結ぶ経路に配置されており、この経路の通電をオンオフするものである。
【００３５】
スイッチＧ３は、第二入出力部３ｂの負極側と、コンデンサＣ１の負極側及びコンデンサＣ２の正極側とを結ぶ経路に配置されており、この経路の通電をオンオフするものである。
スイッチＧ４は、第二入出力部３ｂの負極側と、コンデンサＣ２の負極側とを結ぶ経路に配置されており、この経路の通電をオンオフするものである。
【００３６】
スイッチＧ５は、第三入出力部３ｃの正極側に接続されたコイルＬ２と、コンデンサＣ１の正極側とを結ぶ経路に配置されており、この経路の通電をオンオフするものである。
スイッチＧ６は、第三入出力部３ｃの正極側に接続されたコイルＬ２と、コンデンサＣ１の負極側及びコンデンサＣ２の正極側とを結ぶ経路に配置されており、この経路の通電をオンオフするものである。
【００３７】
スイッチＧ７は、第三入出力部３ｃの負極側と、コンデンサＣ１の負極側及びコンデンサＣ２の正極側とを結ぶ経路に配置されており、この経路の通電をオンオフするものである。
スイッチＧ８は、第三入出力部３ｃの負極側と、コンデンサＣ２の負極側とを結ぶ経路に配置されており、この経路の通電をオンオフするものである。
【００３８】
以下、ＦＣ４に接続されている入出力部３ｂ、コイルＬ１、コンデンサ５ｂ、ＩＧＢＴ７ａ（スイッチＧ１、スイッチＧ２）、ＩＧＢＴ７ｂ（スイッチＧ３、スイッチＧ４）、コンデンサＣ１、Ｃ２からなる電力変換回路を昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡと称呼し、バッテリ６に接続されている入出力部３ｃ、コイルＬ２、コンデンサ５ｃ、ＩＧＢＴ７ｃ（スイッチＧ５、スイッチＧ６）、ＩＧＢＴ７ｄ（スイッチＧ７、スイッチＧ８）、コンデンサＣ１、Ｃ２からなる電力変換回路を昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＢと称呼することとする。
【００３９】
検出手段９は、入出力部３における電流値及び電圧値を検出するものである。この検出手段９で検出された電流値及び電圧値（検出結果）は、制御部１１に入力される。
制御部１１は、多入出力電力変換器１の制御を司るもので、検出結果受取手段１１ａと、検出結果比較手段１１ｂと、動作モード蓄積手段１１ｃと、スイッチング制御手段１１ｄとを備えている。
【００４０】
検出結果受取手段１１ａは、検出手段９で検出された電流値及び電圧値（検出結果）を受け取るものである。この検出結果は、モータ電流、モータ電圧、ＦＣ電流、ＦＣ電圧、バッテリ電流及びバッテリ電圧である。
【００４１】
検出結果比較手段１１ｂは、検出結果受取手段１１ａで受け取られた検出結果を比較するもので、比較した結果がスイッチング制御手段１１ｄに出力される。
【００４２】
動作モード蓄積手段１１ｃは、予め設定した動作モードを蓄積しておくもので、一般的なメモリ等によって構成されている。
スイッチング制御手段１１ｄは、検出結果比較手段１１ｂで比較した結果に基づいて、動作モード蓄積手段１１ｃに蓄積されている動作モード（動作パターン）を読み出してＩＧＢＴ部７のスイッチングを実行させるものである。
【００４３】
この多入出力電力変換器１によれば、制御部１１のスイッチング制御手段１１ｄによって、動作モードに従ったＩＧＢＴ部７（スイッチＧ１〜Ｇ８）のスイッチングが実行され、このスイッチングにより、電流（電荷）をキャパシタに充放電させることで、出力電圧を昇降させており、複数の入出力部３に対し当該コンデンサＣ１、Ｃ２を兼用しているため、当該変換器１の小型軽量化を図ることができる。
【００４４】
また、この多入出力電力変換器１によれば、検出手段９によって、入出力部３それぞれで電圧及び電流を検出し、この検出された電圧及び電流に基づいて、出力電圧の昇降を制御することができる。
【００４５】
次に、多入出力電力変換器１の動作について、図２〜図１１を参照して説明する。この多入出力電力変換器１は、ＩＧＢＴ部７の各スイッチＧ１〜Ｇ８のスイッチングによって、昇圧、回生（降圧）、導通の動作を行っている。この場合、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡ、Ｂは、昇圧回路、降圧回路の役割を果たしている。以下、多入出力電力変換器１の動作の４パターン（その１〜その４）について説明する。
【００４６】
（多入出力電力変換器の動作  その１  ＦＣを昇圧［バッテリを昇圧する場合も同様の動作原理］）
まず、図２〜図４を参照して、ＦＣ４の電圧をモータＩＮＶ２の電圧に昇圧する動作について説明する。
このＦＣ４の電圧をモータＩＮＶ２の電圧に昇圧する動作では、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ１、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ４、ＩＧＢＴ部７ｃ、７ｄを常時オフとしている。
【００４７】
図２は、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３のゲート電圧波形と、コンデンサＣ１、Ｃ２、コイルＬ１の電流波形とを示した図である。図３（ａ）は、スイッチＧ３がオフの状態で、スイッチＧ２がオンからオフになった際の電流を回路図に示した図である。図３（ｂ）は、スイッチＧ２がオフの状態で、スイッチＧ３がオンからオフになった際の電流を回路図に示した図である。図４（ａ）は、多入出力電力変換器１の電流電圧の実測波形を示した図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）で示した電流電圧の実測波形を計測した箇所を示した図である。
【００４８】
図２に示したように、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２のゲート電圧波形の一周期はｔ２からｔ６までであり、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３のゲート電圧波形の一周期はｔ４からｔ８までである。
【００４９】
そして、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフからオンに切り替わってから、オンからオフに切り替わるまでの期間（ｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７）に、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡのコンデンサＣ２において、充電電流が観測され、その際、コイルＬ１に磁気エネルギが蓄積し、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオンからオフに切り替わってから、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオフからオンに切り替わるまでの期間（ｔ３〜ｔ４、ｔ７〜ｔ８）に、コイルＬ１において、放出電流が観測され、それにより、コンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。
【００５０】
また、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオフからオンに切り替わってから、オンからオフに切り替わるまでの期間（ｔ４〜ｔ５、ｔ８〜ｔ９）に、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡのコンデンサＣ１において、充電電流が観測され、その際、コイルＬ１に磁気エネルギが蓄積し、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオンからオフに切り替わってから、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフからオンに切り替わるまでの期間（ｔ５〜ｔ６、ｔ９〜ｔ１０）に、コイルＬ１において、放出電流が観測され、それにより、コンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。
【００５１】
つまり、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフからオン又はＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオフからオンに切り替わることで、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とがＦＣ４により交互に充電されると共に、この際にコイルＬ１に蓄積された磁気エネルギによる放出電流もコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２に充電されるという昇圧動作がなされ、ＦＣ４の電圧（入力電圧）がモータＩＮＶ２の電圧（出力電圧）に昇圧されることになる。
【００５２】
なお、ここでは、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡによって昇圧動作を行って、ＦＣ４の電圧をモータＩＮＶ２の電圧に昇圧させているが、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＢによって昇圧動作を行えば、バッテリ６の電圧をモータＩＮＶ２の電圧に昇圧させることも可能である。ちなみに、これらスイッチＧ２とスイッチＧ３のオン時間のデューティー比を５０％以上にすれば、ＦＣ電圧とモータ電圧との昇圧比を２倍以上にすることができる。
【００５３】
この場合、図３（ａ）、図３（ｂ）に示したように、多入出力電力変換器１の各経路で電流が流れる。この図３（ａ）、図３（ｂ）において、点線Ｉ１（Ｃ２充電電流）、Ｉ２（Ｌ１放出電流）及びＩ３（Ｃ１充電電流）がＦＣ電流を表し、点線Ｉ４がモータ電流を表している。
【００５４】
図３（ａ）に示した点線Ｉ１（Ｃ２充電電流）は、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオンの期間（ｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７）に、入出力部３ｂの正極側からコイルＬ１、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２に流れ、このＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２を経由して、コンデンサＣ２にて蓄積される。
【００５５】
図３（ａ）に示した点線Ｉ２（Ｌ１放出電流）は、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフ及びＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオフの期間（ｔ３〜ｔ４、ｔ７〜ｔ８）に、入出力部３ｂの正極側からコイルＬ１、ＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１に流れ、このＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１を経由して、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２にて一挙に蓄積される。
【００５６】
図３（ｂ）に示した点線Ｉ３（Ｃ１充電電流）は、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオンの期間（ｔ４〜ｔ５、ｔ８〜ｔ９）に、入出力部３ｂの正極側からコイルＬ１、ＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１に流れ、このＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１を経由して、コンデンサＣ１にて蓄積される。
【００５７】
図３（ａ）に示した点線Ｉ４（モータ電流）は、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２に蓄積された電荷がモータＩＮＶ２に流れる電流を表している。
そして、図４（ａ）に示したように、電流電圧の実測波形が得られる。この図４（ａ）の符号ａ１が示す実測波形は、スイッチＧ２をオンオフするためのゲート電圧波形であり、符号ａ２が示す実測波形は、入出力部３ｂの正極側に流れる電流波形である。また、図４（ａ）の符号ａ３が示す実測波形は、スイッチＧ２を流れる電流波形であり、符号ａ４が示す実測波形は、スイッチＧ１とコンデンサＣ１とを結ぶ経路に流れる電流波形である。
【００５８】
なお、図４（ｂ）では、Ｖ１がＦＣ電圧を、Ｖ２がモータ電圧を示しており、図４（ａ）に対応した符号ａ１、ａ２、ａ３、ａ４を付している。これらの実測波形から、前記したように、ＦＣ電圧が昇圧されることを確認することができる。
【００５９】
（多入出力電力変換器の動作  その２  モータＩＮＶを降圧［回生］）
次に、図５〜図７を参照して、モータＩＮＶ２の電圧をバッテリ６の電圧に降圧（回生）する動作について説明する。
このモータＩＮＶ２の電圧をバッテリ６の電圧に降圧する動作では、ＩＧＢＴ部７ａ、ＩＧＢＴ部７ｂ、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ６、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ７を常時オフとしている。また、この場合、ＩＧＢＴ部７ｃのフライホイールダイオードＤ６及びＩＧＢＴ部７ｄのフライホイールダイオードＤ７が順方向の電流を流す作用をしている。この動作は、降圧率が低い（０．５〜１倍）場合（回生負荷が小さい場合）のものである。
【００６０】
図５は、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８のゲート電圧波形と、コンデンサＣ１、Ｃ２、コイルＬ２の電流波形とを示した図である。図６（ａ）は、スイッチＧ５及びスイッチＧ８がオンの状態から、スイッチＧ８がオンからオフになった際の電流を回路図に示した図である。図６（ｂ）は、スイッチＧ５及びスイッチＧ８がオンの状態から、スイッチＧ５がオンからオフになった際の電流を回路図に示した図である。図７（ａ）は、多入出力電力変換器１の電流電圧の実測波形を示した図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）で示した電流電圧の実測波形を計測した箇所を示した図である。
【００６１】
図５に示したように、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５のゲート電圧波形の一周期はｔ１からｔ５までであり、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８のゲート電圧波形の一周期はｔ３からｔ７までである。そして、これらのゲート電圧波形のｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８、ｔ９〜ｔ１０はＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５及びＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８が同時にオンになる期間（同時オン期間）である。
【００６２】
また、ゲート電圧波形のｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７は、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５のみがオンの期間である。さらに、ゲート電圧波形のｔ４〜ｔ５、ｔ８〜ｔ１０は、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８のみがオンの期間である。このように、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５及びＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８が交互にオンオフされる間に、同時オン期間が介在するように、制御部１１（図１参照）がゲート電圧を制御する。
【００６３】
同時オン期間では、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５及びＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８が同時にオンになり、モータＩＮＶ２からコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２に充電電流（図６、Ｉ４）が流れ、一方、モータＩＮＶ２とコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２からコイルＬ２に電流（図６、Ｉ５）が流れることにより、コイル２にエネルギが蓄積される。これによって、モータＩＮＶ２からコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２の直列放電によりコイルＬ２に大きな電流を流すことができ、コイルＬ２の開放電流を同時オンでない期間に断続することなく流すことができる。
【００６４】
そして、ゲート電圧波形のｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７は、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５のみがオンの期間（ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８はオフ、コンデンサＣ１の放出期間）では、ＩＧＢＴ部７ｄのフライホイールダイオードＤ７が導通状態となって、コイルＬ２に蓄積されていた磁気エネルギの放出電流（図６、Ｉ６）がコンデンサ５ｃを充電するとともに、バッテリ６を充電する。また、コイルＬ２の磁気エネルギの放出時にコイルＬ２の両端には電圧が発生し、この電圧により、バッテリ電圧とコンデンサＣ１との電圧差を補い、電流を流し続けることができる。
【００６５】
そして、ゲート電圧波形のｔ４〜ｔ５、ｔ８〜ｔ１０は、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８のみがオンの期間（ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５はオフ、コンデンサＣ２の放出期間）では、ＩＧＢＴ部７ｃのフライホイールダイオードＤ６が導通状態となって、コイルＬ２に蓄積されていた磁気エネルギの放出電流（図６、Ｉ７）がコンデンサ５ｃを充電するとともに、バッテリ６を充電する。また、コイルＬ２の磁気エネルギの放出時にコイルＬ２の両端には電圧が発生し、この電圧により、バッテリ電圧とコンデンサＣ２との電圧差を補い、電流を流し続けることができる。
【００６６】
そして、図７（ａ）に示したように、電流電圧の実測波形が得られる。この図７（ａ）の符号ａ１が示す実測波形は、スイッチＧ８をオンオフするためのゲート電圧波形であり、符号ａ２が示す実測波形は、入出力部３ｃの正極側に流れる電流波形である。また、図７（ａ）の符号ａ３が示す実測波形は、スイッチＧ５を流れる電流波形であり、符号ａ４が示す実測波形は、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の接続部を流れる電流波形である。
【００６７】
（多入出力電力変換器の動作  その３  ＦＣを昇圧、モータＩＮＶを降圧、バッテリを充電）
次に、図８、図９を参照して、ＦＣ４の電圧をモータＩＮＶ２の電圧に昇圧し、モータＩＮＶ２の電圧を降圧して、バッテリ６を充電する動作について説明する。
このＦＣ４の昇圧、モータＩＮＶ２を降圧、バッテリ６を充電する動作では、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ１、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ４、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ６、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ７を常時オフとしている。
【００６８】
図８は、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３、ＩＧＢＴ７ｃのスイッチＧ５、ＩＧＢＴ７ｄのスイッチＧ８のゲート電圧波形と、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡのＣ２充電電流、Ｌ１放出電流、Ｃ１充電電流の波形と、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＢのＣ１、２放電電流、Ｃ１放出電流、Ｃ２放出電流の波形とを示した図である。
【００６９】
図９（ａ）は、スイッチＧ３がオフの状態で、スイッチＧ２がオンからオフになった際、且つ、スイッチＧ５及びスイッチＧ８がオンの状態で、スイッチＧ８がオフになった際の電流を回路図に示した図である。図９（ｂ）は、スイッチＧ２がオフの状態で、スイッチＧ３がオンからオフになった際、且つ、スイッチＧ５及びスイッチＧ８がオンの状態で、スイッチＧ５がオフになった際の電流を回路図に示した図である。
【００７０】
図８に示したように、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２のゲート電圧波形の一周期はｔ２からｔ１０までであり、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３のゲート電圧波形の一周期はｔ６からｔ１４までであり、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５のゲート電圧波形の一周期はｔ３からｔ１１までであり、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８のゲート電圧波形の一周期はｔ７からｔ１４までである。
【００７１】
そして、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフからオンに切り替わってから、オンからオフに切り替わるまでの期間（ｔ２〜ｔ５、ｔ１０〜ｔ１３）に、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡのコンデンサＣ２において、充電電流が観測され、その際、コイルＬ１に磁気エネルギが蓄積し、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオンからオフに切り替わってから、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオフからオンに切り替わるまでの期間（ｔ５〜ｔ６、ｔ１３〜ｔ１４）に、コイルＬ１において、放出電流が観測され、それにより、コンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。
【００７２】
また、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオンからオフに切り替わってから、オンからオフに切り替わるまでの期間（〜ｔ１、ｔ６〜ｔ９、ｔ１４〜ｔ１７）に、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡのコンデンサＣ１において、充電電流が観測され、その際、コイルＬ１に磁気エネルギが蓄積し、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオンからオフに切り替わってから、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフからオンに切り替わるまでの期間（ｔ１〜ｔ２、ｔ９〜ｔ１０、ｔ１７〜ｔ１８）に、コイルＬ１において、放出電流が観測され、それにより、コンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。
【００７３】
つまり、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフからオン又はＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオフからオンに切り替わることで、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とがＦＣ４により交互に充電されると共に、この際にコイルＬ１に蓄積された磁気エネルギによる放出電流もコンデンサＣ１とコンデンサＣ２とに充電されるという昇圧動作がなされ、ＦＣ４の電圧（入力電圧）がモータＩＮＶ２の電圧（出力電圧）に昇圧されることになる。すなわち、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２及びＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３のスイッチングを交互に行うことにより、ＦＣ４によりコンデンサＣ２及びコンデンサＣ２を交互に充電すると共に、コイルＬ１の開放電流によりコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２を充電することができるので、電流の断続なく昇圧動作を行うことができる。
【００７４】
また、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５及びＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８が同時にオンになっている期間（同時オン期間、ｔ３〜ｔ４、ｔ７〜ｔ８、ｔ１１〜ｔ１２、ｔ１５〜ｔ１６）は、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＢのコンデンサＣ１、コンデンサＣ２において、放出電流が観測され、その際、コイルＬ２に磁気エネルギが蓄積し、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５がオンからオフに切り替わった場合（ｔ８、ｔ１６）、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＢのコンデンサＣ２において、放出電流が観測され、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８がオンからオフに切り替わった場合（ｔ４、ｔ１２）、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＢのコンデンサＣ１において、放出電流が観測される。
【００７５】
このようにして、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２の放出電流（回生電力）がバッテリ６側に返還され、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２の電圧が降下する。つまり、モータＩＮＶ２の電圧（入力電圧）がバッテリ６の電圧（出力電圧）に降圧されることになる。
【００７６】
図９（ａ）に示した点線Ｉ１（Ｃ２充電電流）は、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオンの期間（ｔ２〜ｔ５、ｔ１０〜ｔ１３）に、入出力部３ｂの正極側からコイルＬ１、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２に流れ、このＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２を経由して、コンデンサＣ２にて蓄積される。
【００７７】
図９（ａ）に示した点線Ｉ２（Ｌ１放出電流）は、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフ及びＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオフの期間（ｔ１〜ｔ２、ｔ５〜ｔ６、ｔ９〜ｔ１０、ｔ１３〜ｔ１４、ｔ１７〜ｔ１８）に、入出力部３ｂの正極側からコイルＬ１、ＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１に流れ、このＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１を経由して、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２にて一挙に蓄積される。
【００７８】
図９（ｂ）に示した点線Ｉ３（Ｃ１充電電流）は、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオンの期間（ｔ６〜ｔ９、ｔ１４〜ｔ１７）に、入出力部３ｂの正極側からコイルＬ１、ＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１に流れ、このＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１を経由して、コンデンサＣ１にて蓄積される。
【００７９】
図９（ａ）に示した点線Ｉ４（モータ電流）は、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２に蓄積された電荷がモータＩＮＶ２に流れる電流を表している。
【００８０】
図９（ａ）に示した点線Ｉ５（Ｃ１、２放電電流）は、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５及びＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８がオンの期間（ｔ３〜ｔ４、ｔ７〜ｔ８、ｔ１１〜ｔ１２、ｔ１５〜ｔ１６）に、コンデンサＣ１からＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５を経由して、コイルＬ２に磁気エネルギを蓄積しながら、コンデンサ５ｃ、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８を経由して、コンデンサＣ２に流れる。
【００８１】
図９（ａ）に示した点線Ｉ６（Ｃ１放出電流）は、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５及びＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８がオンの期間において、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８がオンからオフに切り替わった瞬間から再びスイッチＧ８がオンになるまでの期間（ｔ４〜ｔ７、ｔ１２〜ｔ１５）に、コンデンサＣ１からＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５、コイルＬ２、コンデンサ５ｃ、ＩＧＢＴ部７ｄのフライホイールダイオードＤ７を経由して、コンデンサＣ１に流れる。
【００８２】
図９（ｂ）に示した点線Ｉ７（Ｃ２放出電流）は、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５及びＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８がオンの期間において、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５がオンからオフに切り替わった瞬間から再びスイッチＧ５がオンになるまでの期間（〜ｔ３、ｔ８〜ｔ１１、ｔ１６〜）に、コンデンサＣ２からＩＧＢＴ部７ｃのフライホイールダイオードＤ６、コイルＬ２、コンデンサ５ｃ、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８を経由して、コンデンサＣ２に流れる。
【００８３】
（多入出力電力変換器の動作  その４  ＦＣを昇圧、バッテリを昇圧）
次に、図１０、図１１を参照して、ＦＣ４の電圧をモータＩＮＶ２の電圧に昇圧し、バッテリ６の電圧を昇圧する動作について説明する。
このＦＣ４の昇圧、バッテリ６の昇圧をする動作では、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ１、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ４、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ８を常時オフとしている。
【００８４】
図１０は、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３、ＩＧＢＴ７ｃのスイッチＧ６、ＩＧＢＴ７ｄのスイッチＧ７のゲート電圧波形と、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡのＣ２充電電流、Ｌ１放出電流、Ｃ１充電電流の波形と、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＢのＣ２充電電流、Ｌ２放出電流、Ｃ１充電電流の波形とを示した図である。
【００８５】
図１１（ａ）は、スイッチＧ３がオフの状態で、スイッチＧ２がオンからオフになった際、且つ、スイッチＧ７がオフの状態で、スイッチＧ６がオンからオフになった際の電流を回路図に示した図である。図１１（ｂ）は、スイッチＧ２がオフの状態で、スイッチＧ３がオンからオフになった際、且つ、スイッチＧ６がオフの状態で、スイッチＧ７がオンからオフになった際の電流を回路図に示した図である。
【００８６】
図１０に示したように、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２のゲート電圧波形の一周期はｔ３からｔ１１までであり、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３のゲート電圧波形の一周期はｔ７からｔ１５までであり、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ６のゲート電圧波形の一周期はｔ６からｔ１４までであり、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ７のゲート電圧波形の一周期はｔ２からｔ１０までである。
【００８７】
そして、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフからオンに切り替わってから、オンからオフに切り替わるまでの期間（ｔ３〜ｔ６、ｔ１１〜ｔ１４）に、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡのコンデンサＣ２において、充電電流が観測され、その際、コイルＬ１に磁気エネルギが蓄積し、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオンからオフに切り替わってから、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオフからオンに切り替わるまでの期間（ｔ６〜ｔ７、ｔ１４〜ｔ１５）に、コイルＬ１において、放出電流が観測され、それにより、コンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。
【００８８】
また、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオフからオンに切り替わってから、オンからオフに切り替わるまでの期間（ｔ７〜ｔ１０、ｔ１５〜ｔ１８）に、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡのコンデンサＣ１において、充電電流が観測され、その際、コイルＬ１に磁気エネルギが蓄積し、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオンからオフに切り替わってから、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフからオンに切り替わるまでの期間（ｔ２〜ｔ３、ｔ１０〜ｔ１１、ｔ１８〜ｔ１９）に、コイルＬ１において、放出電流が観測され、それにより、コンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。
【００８９】
つまり、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフからオン又はＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオフからオンに切り替わることで、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とがＦＣ４により交互に充電されると共に、この際にコイルＬ１に蓄積された磁気エネルギによる放出電流もコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２に充電されるという昇圧動作がなされ、ＦＣ４の電圧（入力電圧）がモータＩＮＶ２の電圧（出力電圧）に昇圧されることになる。
【００９０】
同様に、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ６がオフからオンに切り替わってから、オンからオフに切り替わるまでの期間（ｔ６〜ｔ９、ｔ１４〜ｔ１７）に、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＢのコンデンサＣ２において、充電電流が観測され、その際、コイルＬ２に磁気エネルギが蓄積し、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ６がオンからオフに切り替わってから、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ７がオフからオンに切り替わるまでの期間（ｔ９〜ｔ１０、ｔ１７〜ｔ１８）に、コイルＬ２において、放出電流が観測され、それにより、コンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。
【００９１】
また、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ７がオフからオンに切り替わってから、オンからオフに切り替わるまでの期間（ｔ２〜ｔ５、ｔ１０〜ｔ１３）に、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＢのコンデンサＣ１において、充電電流が観測され、その際、コイルＬ２に磁気エネルギが蓄積し、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ７がオンからオフに切り替わってから、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ６がオフからオンに切り替わるまでの期間（ｔ５〜ｔ６、ｔ１３〜ｔ１４）に、コイルＬ２において、放出電流が観測され、それにより、コンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。
【００９２】
つまり、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ６がオフからオン又はＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ７がオフからオンに切り替わることで、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とがＦＣ４により交互に充電されると共に、この際にコイルＬ２に蓄積された磁気エネルギによる放出電流もコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２に充電されるという昇圧動作がなされ、バッテリ６の電圧（入力電圧）がモータＩＮＶ２の電圧（出力電圧）に昇圧されることになる。
【００９３】
図１１（ａ）に示した点線Ｉ１（Ｃ２充電電流）は、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオンの期間（ｔ３〜ｔ６、ｔ１１〜ｔ１４）に、入出力部３ｂの正極側からコイルＬ１、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２に流れ、このＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２を経由して、コンデンサＣ２にて蓄積される。
【００９４】
図１１（ａ）に示した点線Ｉ２（Ｌ１放出電流）は、ＩＧＢＴ部７ａのスイッチＧ２がオフ及びＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオフの期間（ｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７、ｔ１０〜ｔ１１、ｔ１４〜ｔ１５、ｔ１８〜ｔ１９）に、入出力部３ｂの正極側からコイルＬ１、ＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１に流れ、このＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１を経由して、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２にて一挙に蓄積される。
【００９５】
図１１（ｂ）に示した点線Ｉ３（Ｃ１充電電流）は、ＩＧＢＴ部７ｂのスイッチＧ３がオンの期間（〜ｔ２、ｔ７〜ｔ１０、ｔ１５〜ｔ１８）に、入出力部３ｂの正極側からコイルＬ１、ＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１に流れ、このＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１を経由して、コンデンサＣ１にて蓄積される。
【００９６】
図１１（ａ）に示した点線Ｉ４（モータ電流：交流電流）は、入出力部３ａの上側からコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２を経由して、入出力部３ａの下側に流れる。図１１（ｂ）に示した点線Ｉ４（モータ電流：交流電流）は、入出力部３ａの下側からコンデンサＣ２及びコンデンサＣ１を経由して、入出力部３ａの上側に流れる。
【００９７】
図１１（ａ）に示した点線Ｉ８（Ｃ２充電電流）は、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ６がオンの期間（ｔ６〜ｔ９、ｔ１４〜ｔ１７）に、入出力部３ｃの正極側からコイルＬ２、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ６に流れ、このＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ６を経由して、コンデンサＣ２にて蓄積される。
【００９８】
図１１（ａ）に示した点線Ｉ９（Ｌ１放出電流）は、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ６がオフ及びＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ７がオフの期間（ｔ５〜ｔ６、ｔ９〜ｔ１０、ｔ１３〜ｔ１４、ｔ１７〜ｔ１８）に、入出力部３ｃの正極側からコイルＬ２、ＩＧＢＴ部７ｃのフライホイールダイオードＤ５に流れ、このＩＧＢＴ部７ｃのフライホイールダイオードＤ５を経由して、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２にて一挙に蓄積される。
【００９９】
図１１（ｂ）に示した点線Ｉ１０（Ｃ１充電電流）は、ＩＧＢＴ部７ｄのスイッチＧ７がオンの期間（ｔ２〜ｔ５、ｔ１０〜ｔ１３、ｔ１８〜）に、入出力部３ｃの正極側からコイルＬ２、ＩＧＢＴ部７ｃのフライホイールダイオードＤ５に流れ、このＩＧＢＴ部７ｃのフライホイールダイオードＤ５を経由して、コンデンサＣ１にて蓄積される。
【０１００】
なお、この図１１において、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡと昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＢを、タイミングをずらして動作させると、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ８、Ｉ９とＩ２、Ｉ３、Ｉ９、Ｉ１０の電流が同時に流れないので、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２に対する負荷を低減でき、容量を小さくすることができる。
【０１０１】
（多入出力電力変換器の動作、導通）
多入出力電力変換器１のＩＧＢＴ部７ａ及びＩＧＢＴ７ｂのすべてのスイッチＧ１〜スイッチＧ４を常時オフ（停止）にしＩＧＢＴ部７ｃ及びＩＧＢＴ７ｄのすべてのスイッチＧ５〜スイッチＧ８を常時オンにする（又はＩＧＢＴ部７ａ及びＩＧＢＴ７ｂのすべてのスイッチＧ１〜スイッチＧ４を常時オンにしＩＧＢＴ部７ｃ及びＩＧＢＴ７ｄのすべてのスイッチＧ５〜スイッチＧ８を常時オフ（停止）にする）と、通常の整流回路（導通回路：１倍の昇圧回路）として動作することになる。
【０１０２】
この場合、入出力部３ｂの正極側からコイルＬ１、ＩＧＢＴ部７ａのフライホイールダイオードＤ１、ＩＧＢＴ部７ｃのスイッチＧ５、コイルＬ２を経由して、入出力部３ｃに電流が流れ、さらに、入出力部３ｃの正極側から負極側、ＩＧＢＴ７ｄのスイッチＧ８、ＩＧＢＴ部７ｂのフライホイールダイオードＤ４を経由して、入出力部３ｂの負極側に電流が流れ、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２は昇圧（降圧）には寄与しない。
【０１０３】
（多入出力電力変換器の応用例）
次に、図１２を参照して、多入出力電力変換器１の応用例について説明する。
図１２に示したように、多入出力電力変換器１の応用例は、電力変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータＣ、Ｄ）が共有されている直列コンデンサ（キャパシタ）Ｃ１及びコンデンサＣ２を、さらに他の電力変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータＥ、Ｆ）と共有し、一方（上側）の一つの電力変換器（ＤＣ−ＤＣコンバータＣ）のスイッチＧ１及びスイッチＧ４を省略すると共に、他方（下側）の電力変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータＥ、Ｆ）の入出力部３ａを省略したものである。
【０１０４】
電力変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータＣ）は、スイッチＧ１及びスイッチＧ４を省略しており、昇圧動作のみが可能であり、電力変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータＤ）は、昇降圧動作が可能である。また、電力変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータＥ、Ｆ）は、降圧動作のみが可能である。それぞれの負荷（Ａ／Ｃ：エアコン、Ａ／Ｐ：補機）に対して、降圧動作のみを行うことができる。
【０１０５】
このように、多入出力電力変換器１の応用例では、複数の電力変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）に、直列に接続させたコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２が共有されることで、電力変換回路をコンパクトにし、複数の入出力の電力制御を行うことが可能である。
【０１０６】
また、この応用例に限らず、本発明は、太陽電池システムのように、複数の電源負荷と接続する場合も一つの多入出力電力変換器１により昇降圧動作が行えるため、当該システムの小型化の面で好適である。この場合、共有されているコンデンサの容量は接続する太陽電池の容量・数量等に応じて適宜設定される。
【０１０７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、昇圧動作又は降圧動作のみしか行わない負荷を接続する場合等、昇降圧動作に関係しないスイッチを常時停止としているが、動作に関係していないスイッチを省略することも可能である。また、複数の電力変換回路（昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータＡ、Ｂ、ＤＣ−ＤＣコンバータＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）において、個々の昇降圧動作をさせるときに、共有しているキャパシタ（コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２）に対する電力変換回路の動作タイミング（スイッチング）をずらすことが望ましい。ただし、２倍超の昇圧動作、降圧率が０．５〜１の降圧動作の場合には、各電力変換回路のスイッチを同時にスイッチングさせることも可能である。
【０１０８】
なお、動作タイミングをずらすのは、共有している直列のコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２（共有コンデンサ）への負担を減らすためである。すなわち、複数の電力変換回路の個々の昇降圧動作のスイッチングタイミングをずらすことにより、共有コンデンサに対する負担が低減でき、容量の小さいコンデンサを用いることができる。
【０１０９】
また、この多入出力電力変換器１を、モータ駆動電力を供給する電動機、燃料電池及びバッテリを備えた燃料電池車に搭載し、当該電動機と多入出力電力変換器１の入出力部３ａとを接続することも可能である。この場合、モータ駆動電力と燃料電池又はバッテリの回生電力とのやりとりが頻繁に行われるため、多入出力電力変換器１を利用することで、変換損失の少ないシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施形態に係る多入出力電力変換システム（多入出力電力変換器を含む）の回路図である。
【図２】図１に示した多入出力電力変換器を昇圧動作する場合の電流電圧波形を示した図である。
【図３】図１に示した多入出力電力変換器に昇圧動作する場合の電流の流れを示した図である。
【図４】図１に示した多入出力電力変換器の昇圧動作する場合の実測波形と計測箇所とを示した図である。
【図５】図１に示した多入出力電力変換器を降圧動作する場合の電流電圧波形を示した図である。
【図６】図１に示した多入出力電力変換器に降圧動作する場合の電流の流れを示した図である。
【図７】図１に示した多入出力電力変換器の降圧動作する場合の実測波形と計測箇所とを示した図である。
【図８】図１に示した多入出力電力変換器を昇降圧動作する場合の電流電圧波形を示した図である。
【図９】図１に示した多入出力電力変換器に昇降圧動作する場合の電流の流れを示した図である。
【図１０】図１に示した多入出力電力変換器の２つの変換器を昇圧動作する場合の電流電圧波形を示した図である。
【図１１】図１に示した多入出力電力変換器の２つの変換器に昇圧動作する場合の電流の流れを示した図である。
【図１２】図１に示した多入出力電力変換器の応用例を示した図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１      多入出力電力変換器
３（３ａ、３ｂ、３ｃ）                    入出力部
５（５ａ、５ｂ、５ｃ）                    コンデンサ（平滑用のコンデンサ）
７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）              ＩＧＢＴ部
９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）  検出手段
１１                                      制御部
Ｇ１〜Ｇ８                                スイッチ
Ｄ１〜Ｄ８                                フライホイールダイオード
Ｌ１、Ｌ２                                コイル（インダクタ）
Ｃ１，Ｃ２                                コンデンサ（キャパシタ）
【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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