特許 6702920 電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6702920

(24)【登録日】2020年5月11日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20200525BHJP

   B60L 3/04 20060101ALI20200525BHJP

   B60L 7/10 20060101ALI20200525BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20200525BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 H

   H02M3/28 V

   B60L3/04 E

   B60L7/10

   B60L50/60

   H02J7/00 P

   H02J7/00 S

【請求項の数】3

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-181460(P2017-181460)

(22)【出願日】2017年9月21日

(65)【公開番号】特開2019-58009(P2019-58009A)

(43)【公開日】2019年4月11日

【審査請求日】2019年3月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井上 俊太郎

(72)【発明者】

【氏名】石垣 将紀

(72)【発明者】

【氏名】杉山 隆英

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 雅宣

(72)【発明者】

【氏名】野澤 尭志

【審査官】 東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１３４９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３０８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１６２８８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０３０９４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−２２３０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−７３１１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／００− ３／４４

Ｈ０２Ｍ ７／４２− ７／９８

Ｂ６０Ｌ １／００−５８／４０

Ｈ０２Ｊ １／００− ７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主電池を含む電池パックと、補機電池と、前記主電池及び前記補機電池に電力を供給する充電器と、前記主電池及び前記補機電池に回生電力を供給するインバータと、を含む電源システムであって、
前記充電器及び前記インバータと前記補機電池の間で電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記電池パックは、前記主電池と前記インバータとの電気的な接続を遮断するためのスイッチを含み、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、２ポート以上のＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記充電器と前記インバータとは２つの主電源ラインによって接続され、
前記主電源ラインの一方には第１のスイッチ及び第２のスイッチが設けられ、前記主電源ラインの他方には第３のスイッチ及び第４のスイッチが設けられ、
前記主電池は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの間の接続点と、前記第３のスイッチと前記第４のスイッチの間の接続点の間に接続され、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のポートの一方は、前記充電器と前記第１のスイッチの間及び前記インバータと前記第２のスイッチの間に接続され、前記第１のポートの他方は、前記充電器と前記第３のスイッチの間及び前記インバータと前記第４のスイッチの間にそれぞれ第５のスイッチ及び第６のスイッチを介して接続され、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のポートは、前記補機電池に接続されることを特徴とする電源システム。

【請求項2】

主電池を含む電池パックと、補機電池と、前記主電池及び前記補機電池に電力を供給する充電器と、前記主電池及び前記補機電池に回生電力を供給するインバータと、を含む電源システムであって、
前記充電器及び前記インバータと前記補機電池の間で電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記電池パックは、前記主電池と前記インバータとの電気的な接続を遮断するためのスイッチを含み、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、２ポート以上のＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記充電器と前記インバータとは２つの主電源ラインによって接続され、
前記主電源ラインの一方には第１のスイッチ及び第２のスイッチが設けられ、
前記主電池は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの間の接続点と、前記主電源ラインの他方に第３のスイッチを介して接続され、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のポートの一方は、前記主電源ラインの他方に接続され、前記第１のポートの他方は、前記充電器と前記第１のスイッチの間及び前記インバータと前記第２のスイッチの間にそれぞれ第４のスイッチ及び第５のスイッチを介して接続され、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のポートは、前記補機電池に接続されることを特徴とする電源システム。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の電源システムであって、
ソーラーパネルをさらに備え、
前記ソーラーパネルは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第３のポートに接続されることを特徴とする電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車等の電動化の進展に伴って、複数の電源からモータ、補機等の様々な負荷へ電力を供給するために複数のコンバータが用いられることが多くなっている。

【0003】

図１３は、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＶ）や電気車両（ＥＶ）における電源システム１００の構成例を示す図である。電源システム１００には、主電池を含む電池パック１０、充電器１２、ソーラーパネル１４、ソーラーＤＣ／ＤＣコンバータ（ソーラーＤＤＣ）１６、充電器用サブＤＣ／ＤＣコンバータ（充電器用ＤＤＣ）１８、ソーラー用サブＤＣ／ＤＣコンバータ（ソーラー用サブＤＤＣ）２０、補機電池２２、補機ＤＣ／ＤＣコンバータ（補機ＤＤＣ）２４及び走行インバータ２６から構成されている。

【0004】

図１４は、電源システム１００の各動作状態における電池パック１０のスイッチＸ，Ｙ，Ｗ，Ｚの状態を示す。図１４において、「０」はスイッチがオフ状態であり、「１」はスイッチがオン状態であることを示す。

【0005】

通常走行時において電池パック１０に含まれる主電池と走行インバータ２６とを接続する場合、電池パック１０に含まれるスイッチＸ，Ｗをオン状態、スイッチＹ，Ｚをオフ状態とする。これにより、力行状態のときは、電池パック１０に含まれる主電池から走行インバータ２６へ電力が供給される。一方、回生状態のときは、走行インバータ２６から電池パック１０に含まれる主電池や補機ＤＤＣ２４を介して補機電池２２へ電力が供給される。充電器１２側では、スイッチＹ，Ｚがオフ状態とされているので待機電力が低減される。

【0006】

充電時において充電器１２と電池パック１０に含まれる主電池や補機電池２２とを接続する場合、電池パック１０に含まれるスイッチＸ，Ｗをオフ状態、スイッチＹ，Ｚをオン状態とする。これにより、充電器１２から電池パック１０に含まれる主電池へ電力が供給される。また、充電器１２から充電器用サブＤＣＣ１８を介して補機電池２２へ電力が供給される。このとき、スイッチＸ，Ｗがオフ状態とされることにより、走行インバータ２６側の部品の寿命の低下が防止され、無駄な待機電力を低減させることができる。

【0007】

ソーラーパネル１４からの充電時においてソーラーパネル１４と電池パック１０に含まれる主電池や補機電池２２とを接続する場合、電池パック１０に含まれるスイッチＸ，Ｗをオフ状態、スイッチＹ，Ｚをオン状態とする。これにより、ソーラーパネル１４からソーラーＤＤＣ１６及びソーラー用サブＤＤＣ２０を介して電池パック１０に含まれる主電池へ電力が供給される。また、ソーラーパネル１４からソーラーＤＤＣ１６を介して補機電池２２へ電力が供給される。これにより、走行インバータ２６を起動せずにソーラーパネル１４の電力によって電池パック１０に含まれる主電池を充電することができる。

【0008】

主電池に異常が発生した場合、電池パック１０に含まれるスイッチＸ，Ｙ，Ｗ，Ｚのすべてをオフ状態とする。これにより、電池パック１０に含まれる主電池は走行インバータ２６や充電器１２等の外部から完全に切り離される。一方、ＰＨＶでは、エンジンからの発電電力を走行インバータ２６及び補機ＤＤＣ２４を介して補機電池２２に充電して退避走行させることができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、従来の電源システムでは、主電池に異常が発生した場合に電池パック１０と走行インバータ２６及び充電器１２とを完全に遮断することができる。しかしながら、ソーラーＤＤＣ１６、充電器用サブＤＣＣ１８、ソーラー用サブＤＤＣ２０及び補機ＤＤＣ２４の４つのコンバータを必要とするために、回路構成が複雑であり、製造コストも増大するという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の１つの態様は、主電池を含む電池パックと、補機電池と、前記主電池及び前記補機電池に電力を供給する充電器と、前記主電池及び前記補機電池に回生電力を供給するインバータと、を含む電源システムであって、前記充電器及び前記インバータと前記補機電池の間で電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記電池パックは、前記主電池と前記インバータとの電気的な接続を遮断するためのスイッチを含むことを特徴とする電源システムである。

【0011】

ここで、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、２ポート以上のＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記充電器と前記インバータとは２つの主電源ラインによって接続され、主電源ラインにはそれぞれ第１のスイッチ及び第２のスイッチが設けられ、前記主電池は、前記主電源ラインにそれぞれ第３のスイッチ及び第４のスイッチを介して接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のポートは、前記充電器と前記第１のスイッチの間、及び、前記インバータと前記第２のスイッチの間にそれぞれ接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のポートは、前記補機電池に接続されることが好適である。

【0012】

また、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、２ポート以上のＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記充電器と前記インバータとは２つの主電源ラインによって接続され、前記主電源ラインの一方には第１のスイッチ及び第２のスイッチが設けられ、前記主電源ラインの他方には第３のスイッチ及び第４のスイッチが設けられ、前記主電池は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの間の接続点と、前記第３のスイッチと前記第４のスイッチの間の接続点の間に接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のポートの一方は、前記充電器と前記第１のスイッチの間及び前記インバータと前記第２のスイッチの間に接続され、前記第１のポートの他方は、前記充電器と前記第３のスイッチの間及び前記インバータと前記第４のスイッチの間にそれぞれ第５のスイッチ及び第６のスイッチを介して接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のポートは、前記補機電池に接続されることが好適である。

【0013】

また、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、２ポート以上のＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記充電器と前記インバータとは２つの主電源ラインによって接続され、前記主電源ラインの一方には第１のスイッチ及び第２のスイッチが設けられ、前記主電池は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの間の接続点と、前記主電源ラインの他方に前記第３のスイッチを介して接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のポートの一方は、前記主電源ラインの他方に接続され、前記第１のポートの他方は、前記充電器と前記第１のスイッチの間及び前記インバータと前記第２のスイッチの間にそれぞれ第４のスイッチ及び第５のスイッチを介して接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のポートは、前記補機電池に接続されることが好適である。

【0014】

また、ソーラーパネルをさらに備え、前記ソーラーパネルは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第３のポートに接続されることが好適である。

【0015】

また、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、３ポート以上のＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記充電器と前記インバータとは２つの主電源ラインによって接続され、前記主電池は前記主電源ラインの間に接続され、前記主電源ラインの一方において、前記インバータと前記主電池の間には第１のスイッチ、及び、前記充電器と前記主電池の間には第２のスイッチが設けられ、前記主電源ラインの他方において、前記インバータと前記主電池の間には第３のスイッチ、及び、前記充電器と前記主電池の間には第４のスイッチが設けられ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のポートは、前記充電器と前記第２のスイッチの間、及び、前記第４のスイッチと前記主電池の間にそれぞれ接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のポートは、前記インバータと前記第１のスイッチの間に第５のスイッチを介して、及び、前記第３のスイッチと前記インバータの間にそれぞれ接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第３のポートは、前記補機電池に接続されることが好適である。

【0016】

また、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、３ポート以上のＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記充電器と前記インバータとは２つの主電源ラインによって接続され、前記主電池は前記主電源ラインの間に接続され、前記主電源ラインの一方と前記主電池とは第１のスイッチを介して接続され、前記主電源ラインの他方において、前記インバータと前記主電池の間には第２のスイッチ、及び、前記充電器と前記主電池の間には第３のスイッチが設けられ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第１のポートは、前記主電源ラインの一方、及び、前記第３のスイッチと前記主電池の間にそれぞれ接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第２のポートは、前記主電源ラインの一方に第４のスイッチを介して、及び、前記第２のスイッチと前記インバータの間にそれぞれ接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第３のポートは、前記補機電池に接続されることが好適である。

【0017】

また、ソーラーパネルをさらに備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの第４のポートは、前記ソーラーパネルに接続されることが好適である。

【0018】

また、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１コンデンサ、第２コンデンサ及び第３コンデンサ、第１インダクタ及び第２インダクタ、並びに第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を含んで構成され、第１ポート及び第２ポートが設けられた第１コンバータ回路と、第４コンデンサ、第５コンデンサ及び第６コンデンサ、第３インダクタ及び第４インダクタ、並びに第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子を含んで構成され、第３ポートが設けられた第２コンバータ回路と、を含み、前記第１コンバータ回路と前記第２コンバータ回路とは電気的に絶縁されており、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子は交互にスイッチングされ、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子は交互にスイッチングされ、前記第１インダクタ及び前記第２インダクタ並びに前記第３インダクタ及び第４インダクタは、共通の１つの磁気コアにより磁気的に結合されると共に、前記第１コンバータ回路と前記第２コンバータ回路のスイッチングの位相差が０の場合に互いに前記磁気コア内に同じ方向に磁束を発生させる方向に巻回されており、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子とのスイッチングのデューティは等しく変化させると共に、当該スイッチングの位相差を変化させることが好適である。

【0019】

また、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１コンデンサ及び第２コンデンサ、第１インダクタ及び第２インダクタ並びに第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を含んで構成され、第１ポートが設けられた第１コンバータ回路と、第３コンデンサ及び第４コンデンサ、第３インダクタ及び第４インダクタ並びに第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子を含んで構成され、第２ポートが設けられた第２コンバータ回路と、第５コンデンサ及び第６コンデンサ、第５インダクタ及び第６インダクタ並びに第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子を含んで構成され、第３ポートが設けられた第３コンバータ回路と、を含み、前記第１コンバータ回路、前記第２コンバータ回路及び前記第３コンバータ回路は互いに電気的に絶縁されており、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子は交互にスイッチングされ、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子は交互にスイッチングされ、前記第１インダクタ、前記第２インダクタ、前記第３インダクタ、前記第４インダクタ、前記第５インダクタ及び前記第６インダクタは共通の１つの第１磁気コアにより磁気的に結合されていることが好適である。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、簡素な構成により、車両の電動化に適した電源システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。

【図2】第１の実施の形態におけるスイッチ制御を説明する図である。

【図3】第２の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。

【図4】第２の実施の形態におけるスイッチ制御を説明する図である。

【図5】変形例１における電源システムの構成を示す図である。

【図6】変形例１におけるスイッチ制御を説明する図である。

【図7】第３の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。

【図8】第３の実施の形態におけるスイッチ制御を説明する図である。

【図9】変形例２における電源システムの構成を示す図である。

【図10】変形例２におけるスイッチ制御を説明する図である。

【図11】ＤＣ／ＤＣコンバータの構成例を示す図である。

【図12】ＤＣ／ＤＣコンバータの構成例の別例を示す図である。

【図13】従来の電源システムの構成を示す図である。

【図14】従来の電源システムのスイッチ制御を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

［第１の実施の形態］
第１の実施の形態における電源システム２００は、図１に示すように、電池パック３０、充電器３２、ソーラーパネル３４、補機電池３６、３ポートＤＣ／ＤＣコンバータ（３ポートＤＤＣ）３８及び走行インバータ４０を含んで構成される。

【0023】

電源システム２００は、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＶ）や電気車両（ＥＶ）に搭載することができる。電源システム２００では、従来の充電器用サブＤＣＣ１８、ソーラー用サブＤＤＣ２０及び補機ＤＤＣ２４を１つの３ポートＤＤＣ３８に統合している。

【0024】

図２は、電源システム２００の各動作状態における電池パック３０のスイッチＸ，Ｙ，Ｗ，Ｚの状態を示す。図２において、「０」はスイッチがオフ状態であり、「１」はスイッチがオン状態であることを示す。

【0025】

電池パック３０は、電源システム２００の主な電源である主電池とスイッチＸ，Ｙ，Ｗ，Ｚを含んで構成される。主電池は、充放電が可能な二次電池から構成される。主電池は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池を直並列接続して構成することができる。

【0026】

電池パック３０では、３ポートＤＤＣ３８を適用するために、充電器３２と負荷側（走行インバータ４０側）を接続する２本の主電源ラインの各々にスイッチＷ，Ｚを設けている。また、２本の主電源ラインと主電池との間にそれぞれスイッチＸ，Ｙを設けている。このとき、スイッチＷは、主電池よりも負荷側（走行インバータ４０側）に配置し、スイッチＺは主電池よりも充電器３２側に配置する。

【0027】

充電器３２は、プラグイン等の方法によって電源システム２００に電力を供給する手段を含んで構成される。充電器３２は、例えば、商用電源に接続するためのプラグやＡＣ／ＤＣコンバータ等を含んで構成される。

【0028】

ソーラーパネル３４は、太陽光等の光を受けて電力を発生させて出力する。ソーラーパネル３４から出力された電力は、ソーラーＤＤＣによって電圧変換されて、補機電池３６及び３ポートＤＤＣ３８へ供給される。

【0029】

補機電池３６は、電源システム２００が搭載される車両等の補機に電力を供給するための電源である。補機電池３６は、充放電が可能な二次電池から構成される。補機電池３６は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池で構成することができる。

【0030】

３ポートＤＤＣ３８は、３つのポートの間において電圧変換して入出力するＤＣ／ＤＣコンバータを含んで構成される。３ポートＤＤＣ３８のＡポートには、充電器３２と負荷側（走行インバータ４０側）を接続する２本の主電源ラインの各々が接続される。具体的には、３ポートＤＤＣ３８のＡポートは、主電源ラインの充電器３２とスイッチＷとの間、及び、走行インバータ４０とスイッチＺとの間に接続される。３ポートＤＤＣ３８のＢポートには、補機電池３６が接続される。３ポートＤＤＣ３８のＣポートには、ソーラーパネル３４が接続される。

【0031】

走行インバータ４０は、直流電力を交流電力に変換して出力する。電源システム２００が車両に搭載された場合、走行インバータ４０は、走行用モータや発電機等に接続される。

【0032】

通常走行時（図２の状態１５）において電池パック３０に含まれる主電池や補機電池３６と走行インバータ４０とを接続する場合、電池パック３０に含まれるスイッチＸ，Ｙ，Ｗをオン状態、スイッチＺをオフ状態とする。これにより、力行状態のときは、電池パック３０に含まれる主電池から走行インバータ４０へ電力が供給される。一方、回生状態のときは、走行インバータ４０から電池パック３０に含まれる主電池や３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６へ電力が供給される。充電器３２側では、スイッチＺがオフ状態とされているので待機電力が低減される。

【0033】

充電時（図２の状態８）において充電器３２と電池パック３０に含まれる主電池や補機電池３６とを接続する場合、電池パック３０に含まれるスイッチＸ，Ｙ，Ｚをオン状態、スイッチＷをオフ状態とする。これにより、充電器３２から電池パック３０に含まれる主電池へ電力が供給される。また、充電器３２から３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６へ電力が供給される。このとき、スイッチＷがオフ状態とされることにより、走行インバータ４０側の部品の寿命の低下が防止され、無駄な待機電力を低減させることができる。

【0034】

ソーラーパネル３４からの充電時（図２の状態７）においてソーラーパネル３４と電池パック３０に含まれる主電池や補機電池３６とを接続する場合、電池パック３０に含まれるスイッチＸ，Ｙをオン状態、スイッチＷ，Ｚをオフ状態とする。これにより、ソーラーパネル３４から３ポートＤＤＣ３８を介して電池パック３０に含まれる主電池へ電力が供給される。また、ソーラーパネル３４から３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６へ電力が供給される。これにより、走行インバータ４０を起動せずにソーラーパネル３４の電力によって電池パック３０に含まれる主電池を充電することができる。

【0035】

主電池に異常が発生した場合（図２の状態９）、電池パック３０に含まれるスイッチＷをオン状態，スイッチＸ，Ｙ，Ｚをオフ状態とする。これにより、電池パック３０に含まれる主電池は走行インバータ４０や充電器３２等の外部から完全に切り離される。一方、ＰＨＶでは、エンジンからの発電電力を走行インバータ４０及び３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６に充電して退避走行させることができる。

【0036】

以上のように、電源システム２００では、従来の充電器用サブＤＣＣ１８、ソーラー用サブＤＤＣ２０及び補機ＤＤＣ２４を１つの３ポートＤＤＣ３８に統合することで、従来の電源システムと同様の作用を得ることを可能とすると共に、システム構成を簡素化することができる。

【0037】

なお、本実施の形態では、ソーラーパネル３４を接続するためにＣポートを有する３ポートＤＤＣ３８としたが、ソーラーパネル３４を接続しない場合にはＣポートを設けない２ポートＤＤＣとしてもよい。

【0038】

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態における電源システム３００は、図３に示すように、電池パック４２、充電器３２、ソーラーパネル３４、補機電池３６、３ポートＤＣ／ＤＣコンバータ（２ポートＤＤＣ）３８及び走行インバータ４０を含んで構成される。

【0039】

電源システム３００は、電池パック４２及びスイッチＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚの接続態様以外は電源システム２００と同様である。したがって、充電器３２、ソーラーパネル３４、補機電池３６、３ポートＤＤＣ３８及び走行インバータ４０についての説明は省略する。

【0040】

図４は、電源システム３００の各動作状態におけるスイッチＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚの状態を示す。図４において、「０」はスイッチがオフ状態であり、「１」はスイッチがオン状態であることを示す。

【0041】

電池パック４２は、電源システム３００の主な電源である主電池とスイッチＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘを含んで構成される。主電池は、充放電が可能な二次電池から構成される。主電池は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池を直並列接続して構成することができる。

【0042】

電池パック４２では、主電源ラインの一方において走行インバータ４０と主電池との間にはスイッチＶが設けられ、充電器３２と主電池との間にスイッチＵが設けられる。また、主電源ラインの他方において走行インバータ４０と主電池との間にはスイッチＸが設けられ、充電器３２と主電池との間にスイッチＷが設けられる。

【0043】

また、電源システム３００では、走行インバータ４０とスイッチＶとの間の接続点ｂと充電器３２とスイッチＵとの間の接続点ａが電気的に接続され、さらに３ポートＤＤＣ３８のＡポートの一方に電気的に接続される。また、走行インバータ４０とスイッチＸとの間の接続点ｃと充電器３２とスイッチＷとの間の接続点ｄがそれぞれスイッチＺ及びスイッチＹとを介して電気的に接続され、さらに３ポートＤＤＣ３８のＡポートの一方に電気的に接続される。

【0044】

通常走行時（図４の状態１）において電池パック４２に含まれる主電池と走行インバータ４０とを接続する場合、スイッチＶ，Ｘ，Ｚをオン状態、スイッチＵ，Ｗ，Ｙをオフ状態とする。これにより、力行状態のときは、電池パック４２に含まれる主電池から走行インバータ４０へ電力が供給される。一方、回生状態のときは、走行インバータ４０から電池パック４２に含まれる主電池や３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６へ電力が供給される。充電器３２側では、スイッチＵ，Ｗ，Ｙがオフ状態とされているので待機電力が低減される。

【0045】

充電時（図４の状態２）において充電器３２と電池パック４２に含まれる主電池や補機電池３６とを接続する場合、スイッチＵ，Ｗ，Ｙをオン状態、スイッチＶ，Ｘ，Ｚをオフ状態とする。これにより、充電器３２から電池パック４２に含まれる主電池へ電力が供給される。また、充電器３２から３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６へ電力が供給される。このとき、スイッチＶ，Ｘ，Ｚがオフ状態とされることにより、走行インバータ４０側の部品の寿命の低下が防止され、無駄な待機電力を低減させることができる。

【0046】

ソーラーパネル３４からの充電時（図４の状態３）においてソーラーパネル３４と電池パック４２に含まれる主電池や補機電池３６とを接続する場合、スイッチＵ，Ｗ，Ｙをオン状態、スイッチＶ，Ｘ，Ｚをオフ状態とする。これにより、ソーラーパネル３４から３ポートＤＤＣ３８を介して電池パック４２に含まれる主電池へ電力が供給される。また、ソーラーパネル３４から３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６へ電力が供給される。これにより、走行インバータ４０を起動せずにソーラーパネル３４の電力によって電池パック４２に含まれる主電池を充電することができる。

【0047】

主電池に異常が発生した場合（図４の状態４）、スイッチＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙをオフ状態，スイッチＺのみをオン状態とする。これにより、電池パック４２に含まれる主電池は走行インバータ４０や充電器３２等の外部から完全に切り離される。一方、ＰＨＶでは、エンジンからの発電電力を走行インバータ４０及び３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６に充電して退避走行させることができる。

【0048】

以上のように、電源システム３００では、従来の充電器用サブＤＣＣ１８、ソーラー用サブＤＤＣ２０及び補機ＤＤＣ２４を１つの３ポートＤＤＣ３８に統合することで、従来の電源システムと同様の作用を得ることを可能とすると共に、システム構成を簡素化することができる。

【0049】

なお、本実施の形態でも、ソーラーパネル３４を接続しない場合にはＣポートを設けない２ポートＤＤＣとしてもよい。

【0050】

［変形例１］
変形例１に係る電源システム３０２は、第２の実施の形態における電源システム３００のスイッチ群の接続態様を変更したものである。すなわち、図５に示すように、電源システム３０２の電池パック４４では、電源システム３００の電池パック４２の主電源ライン（正極側）の一方に接続されているスイッチＵ及びスイッチＶを共通にしている。具体的には、スイッチＵ及びスイッチＶを共通化して、主電源ライン（正極側）と電池パック４２の主電池との間にスイッチＶのみを設けた構成とする。

【0051】

図６は、電源システム３０２の各動作状態におけるスイッチＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚの状態を示す。図６において、「０」はスイッチがオフ状態であり、「１」はスイッチがオン状態であることを示す。

【0052】

通常走行時（図６の状態１）において電池パック４４に含まれる主電池と走行インバータ４０とを接続する場合、スイッチＶ，Ｘ，Ｚをオン状態、スイッチＷ，Ｙをオフ状態とする。これにより、力行状態のときは、電池パック４４に含まれる主電池から走行インバータ４０へ電力が供給される。一方、回生状態のときは、走行インバータ４０から電池パック４４に含まれる主電池や３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６へ電力が供給される。充電器３２側では、スイッチＷ，Ｙがオフ状態とされているので待機電力が低減される。

【0053】

充電時（図６の状態２）において充電器３２と電池パック４４に含まれる主電池や補機電池３６とを接続する場合、スイッチＶ，Ｗ，Ｙをオン状態、スイッチＸ，Ｚをオフ状態とする。これにより、充電器３２から電池パック４４に含まれる主電池へ電力が供給される。また、充電器３２から３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６へ電力が供給される。このとき、スイッチＸ，Ｚがオフ状態とされることにより、走行インバータ４０側の部品の寿命の低下が防止され、無駄な待機電力を低減させることができる。

【0054】

ソーラーパネル３４からの充電時（図６の状態３）においてソーラーパネル３４と電池パック４４に含まれる主電池や補機電池３６とを接続する場合、スイッチＶ，Ｗ，Ｙをオン状態、スイッチＸ，Ｚをオフ状態とする。これにより、ソーラーパネル３４から３ポートＤＤＣ３８を介して電池パック４４に含まれる主電池へ電力が供給される。また、ソーラーパネル３４から３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６へ電力が供給される。これにより、走行インバータ４０を起動せずにソーラーパネル３４の電力によって電池パック４４に含まれる主電池を充電することができる。

【0055】

主電池に異常が発生した場合（図６の状態４）、スイッチＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙをオフ状態，スイッチＺのみをオン状態とする。これにより、電池パック４４に含まれる主電池は走行インバータ４０や充電器３２等の外部から完全に切り離される。一方、ＰＨＶでは、エンジンからの発電電力を走行インバータ４０及び３ポートＤＤＣ３８を介して補機電池３６に充電して退避走行させることができる。

【0056】

以上のように、電源システム３０２では、第２の実施の形態における電源システム３００と同様に、従来の電源システムと同様の作用を得ることを可能とすると共に、システム構成を簡素化することができる。

【0057】

なお、本変形例１でも、ソーラーパネル３４を接続しない場合にはＣポートを設けない２ポートＤＤＣとしてもよい。

【0058】

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態における電源システム４００は、図７に示すように、電池パック５０、充電器５２、ソーラーパネル５４、多ポートＤＣ／ＤＣコンバータ（多ポートＤＤＣ）５６、補機電池５８及び走行インバータ６０を含んで構成される。電源システム４００は、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＶ）や電気車両（ＥＶ）に搭載することができる。

【0059】

図８は、電源システム４００の各動作状態における電池パック５０のスイッチＵ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚの状態を示す。図８において、「０」はスイッチがオフ状態であり、「１」はスイッチがオン状態であることを示す。

【0060】

第３の実施の形態における電源システム４００において、充電器５２、ソーラーパネル５４、多ポートＤＤＣ５６、補機電池５８及び走行インバータ６０は、それぞれ第１の実施の形態における電源システム２００の充電器３２、ソーラーパネル３４、補機電池３６及び走行インバータ４０と同様である。すなわち、第３の実施の形態における電源システム４００は、第１の実施の形態における電源システム２００と電池パック５０の構成及び多ポートＤＤＣ５６の構成において相違するだけであるので、以下においてこれらの構成について説明する。

【0061】

電源システム４００では、従来のソーラーＤＤＣ１６、充電器用サブＤＣＣ１８、ソーラー用サブＤＤＣ２０及び補機ＤＤＣ２４を１つの多ポートＤＤＣ５６に統合している。本実施の形態では、多ポートＤＤＣ５６は、４つのポート間において電圧変換をする構成としている。

【0062】

多ポートＤＤＣ５６は、４つのＡポート〜Ｄポートを備え、それぞれのポート間の電圧変換を行うコンバータ回路を含んで構成される。多ポートＤＤＣ５６のＡポートの第１端子は、充電器５２とスイッチＵの間に接続され、Ａポートの第２端子は、スイッチＸと主電池の間にそれぞれ接続される。多ポートＤＤＣ５６のＢポートの第１端子は、走行インバータ６０とスイッチＷの間に接続され、Ｂポートの第２端子は、スイッチＹと主電池の間にスイッチＺを介して接続される。多ポートＤＤＣ５６のＣポートは、補機電池５８に接続される。多ポートＤＤＣ５６のＤポートは、ソーラーパネル５４に接続される。

【0063】

通常走行時（図８の状態１）において電池パック５０に含まれる主電池と走行インバータ６０とを接続する場合、電池パック５０に含まれるスイッチＶ，Ｗ，Ｙをオン状態、スイッチＸ，Ｚをオフ状態とする。これにより、力行状態のときは、電池パック５０に含まれる主電池から走行インバータ６０へ電力が供給される。一方、回生状態のときは、走行インバータ６０から電池パック５０に含まれる主電池や多ポートＤＤＣ５６を介して補機電池５８へ電力が供給される。充電器５２側では、スイッチＸ，Ｚがオフ状態とされているので待機電力が低減される。

【0064】

充電時（図８の状態２）において充電器５２と電池パック５０に含まれる主電池や補機電池５８とを接続する場合、電池パック５０に含まれるスイッチＶ，Ｘをオン状態、スイッチＷ，Ｙ，Ｚをオフ状態とする。これにより、充電器５２から電池パック５０に含まれる主電池へ電力が供給される。また、充電器５２から多ポートＤＤＣ５６を介して補機電池５８へ電力が供給される。このとき、スイッチＷ，Ｙ，Ｚがオフ状態とされることにより、走行インバータ６０側の部品の寿命の低下が防止され、無駄な待機電力を低減させることができる。

【0065】

ソーラーパネル５４からの充電時（図８の状態３）においてソーラーパネル５４と電池パック５０に含まれる主電池や補機電池５８とを接続する場合、電池パック５０に含まれるスイッチＶをオン状態、スイッチＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚをオフ状態とする。これにより、ソーラーパネル５４から多ポートＤＤＣ５６を介して電池パック５０に含まれる主電池へ電力が供給される。また、ソーラーパネル５４から多ポートＤＤＣ５６を介して補機電池５８へ電力が供給される。これにより、走行インバータ６０を起動せずにソーラーパネル５４の電力によって電池パック５０に含まれる主電池及び補機電池５８を充電することができる。

【0066】

主電池に異常が発生した場合（図８の状態４）、電池パック５０に含まれるすべてのスイッチＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙをオフ状態とし、スイッチＺのみオン状態とする。これにより、電池パック５０に含まれる主電池は走行インバータ６０や充電器５２等の外部から完全に切り離される。なお、電源システム４００では、主電池に異常が発生した場合、走行インバータ６０から補機電池５８への充電はスイッチＺを介して可能である。したがって、ＰＨＶにおける退避走行も可能である。

【0067】

以上のように、電源システム４００では、従来のソーラーＤＤＣ１６、充電器用サブＤＣＣ１８、ソーラー用サブＤＤＣ２０及び補機ＤＤＣ２４を１つの多ポートＤＤＣ５６に統合することで、従来の電源システムと同様の作用を得ることを可能とすると共に、システム構成を簡素化することができる。

【0068】

なお、本実施の形態では、ソーラーパネル５４を接続するためにＤポートを有する４ポートＤＤＣ５６としたが、ソーラーパネル５４を接続しない場合にはＤポートを設けない３ポートＤＤＣとしてもよい。

【0069】

また、スイッチＺは、電池異常時においてのみ使用されるので、導通性能が低いリレー又は半導体スイッチを使用することが可能である。また、異常時にＰＨＶにおける退避走行が必要ない場合には、スイッチＺを設けなくてもよい。

【0070】

［変形例２］
本変形例２における電源システム４０２は、第３の実施の形態における電源システム４００のスイッチ群の接続態様を変更したものである。すなわち、図９に示すように、電源システム４０２の電池パック６２では、電源システム４００の電池パック５０の主電源ライン（正極側）の一方に接続されているスイッチＶ及びスイッチＷを共通にしている。具体的には、スイッチＶ及びスイッチＷを共通化して、主電源ライン（正極側）と電池パック６２の主電池との間にスイッチＷのみを設けた構成とする。

【0071】

図１０は、電源システム４０２の各動作状態におけるスイッチＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚの状態を示す。図１０において、「０」はスイッチがオフ状態であり、「１」はスイッチがオン状態であることを示す。

【0072】

通常走行時（図１０の状態１１）において電池パック６２に含まれる主電池と走行インバータ６０とを接続する場合、電池パック６２に含まれるスイッチＷ，Ｙをオン状態、スイッチＸ，Ｚをオフ状態とする。これにより、力行状態のときは、電池パック６２に含まれる主電池から走行インバータ６０へ電力が供給される。一方、回生状態のときは、走行インバータ６０から電池パック６２に含まれる主電池や多ポートＤＤＣ５６を介して補機電池５８へ電力が供給される。充電器５２側では、スイッチＸ，Ｚがオフ状態とされているので待機電力が低減される。

【0073】

充電時（図１０の状態１３）において充電器５２と電池パック６２に含まれる主電池や補機電池５８とを接続する場合、電池パック６２に含まれるスイッチＷ，Ｘをオン状態、スイッチＹ，Ｚをオフ状態とする。これにより、充電器５２から電池パック６２に含まれる主電池へ電力が供給される。また、充電器５２から多ポートＤＤＣ５６を介して補機電池５８へ電力が供給される。このとき、スイッチＹ，Ｚがオフ状態とされることにより、走行インバータ６０側の部品の寿命の低下が防止され、無駄な待機電力を低減させることができる。

【0074】

ソーラーパネル５４からの充電時（図１０の状態９）においてソーラーパネル５４と電池パック６２に含まれる主電池や補機電池５８とを接続する場合、電池パック６２に含まれるスイッチＷをオン状態、スイッチＸ，Ｙ，Ｚをオフ状態とする。これにより、ソーラーパネル５４から多ポートＤＤＣ５６を介して電池パック６２に含まれる主電池へ電力が供給される。また、ソーラーパネル５４から多ポートＤＤＣ５６を介して補機電池５８へ電力が供給される。これにより、走行インバータ６０を起動せずにソーラーパネル５４の電力によって電池パック６２に含まれる主電池を充電することができる。

【0075】

主電池に異常が発生した場合（図１０の状態２）、電池パック６２に含まれるスイッチＷ，Ｘ，Ｙをオフ状態とし、スイッチＺのみをオン状態とする。これにより、電池パック６２に含まれる主電池は走行インバータ６０や充電器５２等の外部から完全に切り離される。一方、ＰＨＶでは、エンジンからの発電電力を走行インバータ６０からスイッチＺを介して補機電池５８に充電して退避走行させることができる。

【0076】

以上のように、電源システム４０２では、第３の実施の形態における電源システム４００と同様に、従来の電源システムと同様の作用を得ることを可能とすると共に、システム構成を簡素化することができる。

【0077】

なお、本変形例２でも、ソーラーパネル５４を接続しない場合にはＤポートを設けない３ポートＤＤＣとしてもよい。

【0078】

［多ポートＤＤＣの具体的な構成例］
図１１は、３ポートＤＤＣ３８（多ポートＤＤＣ５６）の構成例を示す。３ポートＤＤＣ３８は、コンデンサＣ１〜Ｃ６、インダクタＬ１〜Ｌ４、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を含んで構成される。

【0079】

３ポートＤＤＣ３８は、コンデンサＣ１〜Ｃ３、インダクタＬ１，Ｌ２及びスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２から構成される一次側の基本回路５０２と、コンデンサＣ４〜Ｃ６、インダクタＬ３，Ｌ４及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４から構成される二次側の基本回路５０４を組み合わせて構成される。基本回路５０２には、Ｂポート及びＣポートが設けられる。また、基本回路５０４には、Ａポートが設けられる。Ａポート、Ｂポート及びＣポートからそれぞれ異なる電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ及びＶ_Ｃが出力される。

【0080】

基本回路５０２は、以下のように構成される。Ｂポートの両端子には、コンデンサＣ１が接続される。インダクタＬ１及びスイッチング素子Ｓ１は直列に接続され、さらにこれらがコンデンサＣ１に並列に接続される。同様に、Ｃポートの両端子には、コンデンサＣ３が接続される。インダクタＬ２及びスイッチング素子Ｓ２は直列に接続され、さらにこれらがコンデンサＣ３に並列に接続される。インダクタＬ１とスイッチング素子Ｓ１との接続点とインダクタＬ２及びスイッチング素子Ｓ２の接続点がコンデンサＣ２にて接続される。さらに、コンデンサＣ１とスイッチング素子Ｓ１の接続点とコンデンサＣ３とスイッチング素子Ｓ２との接続点が短絡される。基本回路５０２では、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２が排他的に交互にスイッチングされる。

【0081】

基本回路５０４では、基本回路５０２と同様に、コンデンサＣ４〜Ｃ６、インダクタＬ３，Ｌ４及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４がそれぞれコンデンサＣ１〜Ｃ３、インダクタＬ１，Ｌ２及びスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と同様に接続される。Ａポートは、コンデンサＣ４とインダクタＬ３との接続点及びコンデンサＣ６とインダクタＬ４との接続点から引き出される。基本回路５０４では、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４が排他的に交互にスイッチングされる。また、基本回路５０４におけるスイッチングのデューティは、基本的に基本回路５０２のスイッチングのデューティに等しくする。

【0082】

また、インダクタＬ１とインダクタＬ３とが電磁気的に結合され、インダクタＬ２とインダクタＬ４とが電磁気的に結合される。これにより、Ｂポート及びＣポートが設けられる一次側とＡポートが設けられる二次側とが電磁気的に結合される。インダクタＬ１〜Ｌ４は、１つの磁気コアにより結合させることが好適である。ここで、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２のスイッチングと、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４のスイッチングとの位相差が０の場合に互いに磁気コア内に同じ方向に磁束を発生させる方向にインダクタＬ１〜Ｌ４は巻回される。

【0083】

３ポートＤＤＣ３８は、ＡポートとＢポートとの電圧比の変化に対してデューティが変化したときにＣポートの電圧が影響を受けない構成となっている。

【0084】

このような構成において、３ポートＤＤＣ３８のＡポートには電池パック３０（又は電池パック４２や電池パック４４）が接続される。また、Ｂポートには、補機電池３６が接続される。また、Ｃポートには、ソーラーパネル３４が接続される。

【0085】

一次側の基本回路５０２と二次側の基本回路５０４とのスイッチングに位相差をつけることによって、Ｂポート及びＣポートからＡポートへ電力を伝送することができる。このとき、同時にスイッチングのデューティを変化されれば、ＢポートからＣポートへ電力を伝送することもできる。ここで、ＣポートからＡポートへ伝送される電力とＢポートからＣポートへ伝送される電力が等しくなるようにスイッチングの位相とデューティを調整することによって、Ｃポートから持ち出される電力は０となり、ＢポートからＡポートへのみ電力を伝送することができる。

【0086】

このように、２つの基本回路５０２及び基本回路５０４を組み合わせることによって、Ａポート，Ｂポート及びＣポートから出力される電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ及びＶ_ＣをインダクタＬ１〜Ｌ４の電圧のデューティ及び位相により互いに独立に制御することができる。

【0087】

また、図１２は、多ポートＤＤＣ５６の構成例を示す。多ポートＤＤＣ５６は、コンデンサＣ１〜Ｃ６、インダクタＬ１〜Ｌ６、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を含んで構成される。

【0088】

多ポートＤＤＣ５６は、コンデンサＣ１〜Ｃ４、インダクタＬ１〜Ｌ４及びスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４から構成される一次側の基本回路と、コンデンサＣ５，Ｃ６、インダクタＬ５，Ｌ６及びスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６から構成される二次側の基本回路を組み合わせて構成される。一次側の基本回路には、Ａポート及びＢポートが設けられる。また、二次側の基本回路には、Ｃポート及びＤポートが設けられる。Ａポート、Ｂポート、Ｃポート、Ｄポートからそれぞれ異なる電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃ、Ｖ_Ｄが出力される。

【符号の説明】

【0089】

１０ 電池パック、１２ 充電器、１４ ソーラーパネル、２２ 補機電池、２６ 走行インバータ、３０ 電池パック、３２ 充電器、３４ ソーラーパネル、３６ 補機電池、３８ ３ポートＤＤＣ、４０ 走行インバータ、４２ 電池パック、４４ 電池パック、５０ 電池パック、５２ 充電器、５４ ソーラーパネル、５６ 多ポートＤＤＣ、５８ 補機電池、６０ 走行インバータ、６２ 電池パック、１００，２００，３００，３０２，４００，４０２ 電源システム、５０２，５０４ 基本回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】