特許 7275065 電力変換装置

(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】

(24)【登録日】2023-05-09

(45)【発行日】2023-05-17

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20230510BHJP

   H02M 3/335 20060101ALI20230510BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 V ZHV

H02M3/335 E

H02M3/28 C

H02M3/28 H

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020068513

(22)【出願日】2020-04-06

(65)【公開番号】P2021166431

(43)【公開日】2021-10-14

【審査請求日】2022-07-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】居安 誠二

(72)【発明者】

【氏名】倉内 修司

(72)【発明者】

【氏名】半田 祐一

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１１９５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２０６３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５４３２７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／２８

Ｈ０２Ｍ ３／３３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送電端子（ＣＨ１，ＣＬ１）、副受電端子（ＣＨ２，ＣＬ２，ＣＨ５，ＣＬ５）、主受電端子（ＣＨ３，ＣＬ３）及びトランス（８０）を備え、前記送電端子から前記トランスを介して前記副受電端子及び前記主受電端子へと電力を供給する電力変換装置（４０）において、
前記トランスは、互いに磁気結合する送電コイル（８１）、副受電コイル（８２，８７）及び主受電コイル（８３）を有し、
前記送電コイルと前記送電端子とを接続する送電回路（５０，１１０，１３０）と、
前記副受電コイルと前記副受電端子とを接続する副受電回路（６０，１２０，１４０，１５０）と、
前記主受電コイルと前記主受電端子とを接続する主受電回路（７０）と、
前記送電端子から入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記送電コイルに供給すべく前記送電回路のスイッチング制御を行い、前記副受電コイルから出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記副受電端子に供給すべく前記副受電回路のスイッチング制御を行い、前記主受電コイルから出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記主受電端子に供給すべく前記主受電回路のスイッチング制御を行う制御部（１００）と、を備え、
前記制御部は、
前記主受電端子の電圧を電圧指令値に制御すべく、前記主受電回路のスイッチング制御を行い、
前記主受電コイルの電圧極性が第１極性から第２極性に切り替えられてから、前記送電コイルの電圧極性が第２極性から第１極性に切り替えられるまでの期間において、前記主受電端子に流れる電流の大きさを漸増させるように、前記送電端子の電圧及び前記副受電端子の電圧に基づいて、前記電圧指令値を設定する電力変換装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記送電端子の電圧及び前記副受電端子の電圧が高いほど、前記電圧指令値を高く設定する請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記送電端子から前記主受電端子へ供給される電力が大きいほど、前記電圧指令値を低く設定する請求項１又は２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記送電コイルの巻き数をＮ１とし、前記副受電コイルの巻き数をＮ２とし、前記主受電コイルの巻き数をＮ３とし、前記送電端子の電圧をＶ１ｒとし、前記副受電端子の電圧をＶ２ｒとし、前記電圧指令値をＶ３＊とし、前記送電コイル及び前記主受電コイル間の相互インダクタンスをＬ１３とし、前記副受電コイル及び前記主受電コイル間の相互インダクタンスをＬ２３とする場合、前記制御部は、前記電圧指令値を、下式（ｂ１）を満たす値に設定する請求項１～３のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【数1】

【請求項5】

前記主受電端子に接続され、該主受電端子の電圧を降圧して出力するＤＣＤＣコンバータを備える請求項１～４のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記主受電コイルの巻き数は、前記送電コイルの巻き数及び前記副受電コイルの巻き数よりも小さい請求項１～５のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記送電回路は、上アーム送電スイッチ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７）及び下アーム送電スイッチ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８）の直列接続体を有するブリッジ回路であり、
前記副受電回路は、上アーム副受電スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ９，ＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１５）及び下アーム副受電スイッチ（ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ１０，ＳＷ１２，ＳＷ１４，ＳＷ１６）の直列接続体を有するブリッジ回路であり、
前記主受電回路は、上アーム主受電スイッチ（ＳＷ５，ＳＷ７）及び下アーム主受電スイッチ（ＳＷ６，ＳＷ８）の直列接続体を有するブリッジ回路であり、
前記制御部は、前記上アーム送電スイッチ及び前記下アーム送電スイッチを交互にオンするスイッチング制御を行い、前記上アーム副受電スイッチ及び前記下アーム副受電スイッチを交互にオンするスイッチング制御を行い、前記上アーム主受電スイッチ及び前記下アーム主受電スイッチを交互にオンするスイッチング制御を行う請求項１～６のいずれか一項に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば特許文献１に記載されているように、送電端子、副受電端子、主受電端子及びトランスを備え、送電端子から、トランスを介して副受電端子及び主受電端子へと電力を供給する電力変換装置が知られている。

【0003】

この電力変換装置は、さらに、送電回路、副受電回路、主受電回路及び制御部を備えている。送電回路は、トランスに備えられた送電コイルと送電端子とを接続する。副受電回路は、トランスに備えられた副受電コイルと副受電端子とを接続する。主受電回路は、トランスに備えられた主受電コイルと主受電端子とを接続する。送電コイル、副受電コイル及び主受電コイルは互いに磁気結合されている。

【0004】

制御部は、送電回路、副受電回路及び主受電回路のスイッチング制御を行う。送電回路がスイッチング制御されることで、送電端子から入力される直流電圧が交流電圧に変換され、送電コイルに供給される。副受電回路がスイッチング制御されることで、副受電コイルから出力される交流電圧が直流電圧に変換され、副受電端子に供給される。主受電回路がスイッチング制御されることで、主受電コイルから出力される交流電圧が直流電圧に変換され、主受電端子に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－１１９５９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、主受電回路がスイッチング制御されることに伴い、主受電回路にサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、主受電端子に流れる主受電電流が大きいほど高くなる。

【0007】

また、主受電回路に発生するサージ電圧は、例えば、以下の場合において、特に問題となる。すなわち、主受電コイルの巻き数が送電コイル及び副受電コイルの巻き数よりも小さい場合を考える。この場合、主受電コイルのインダクタンスが送電コイル及び副受電コイルのインダクタンスよりも小さくなるため、主受電電流の大きさが送電端子に流れる送電電流及び副受電端子に流れる副受電電流の大きさよりも大きくなる。そのため、主受電回路に発生するサージ電圧が増大される可能性がある。

【0008】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、主受電回路に発生するサージ電圧を抑制することができる電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、送電端子、副受電端子、主受電端子及びトランスを備え、前記送電端子から前記トランスを介して前記副受電端子及び前記主受電端子へと電力を供給する電力変換装置において、前記トランスは、互いに磁気結合する送電コイル、副受電コイル及び主受電コイルを有し、前記送電コイルと前記送電端子とを接続する送電回路と、前記副受電コイルと前記副受電端子とを接続する副受電回路と、前記主受電コイルと前記主受電端子とを接続する主受電回路と、前記送電端子から入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記送電コイルに供給すべく前記送電回路のスイッチング制御を行い、前記副受電コイルから出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記副受電端子に供給すべく前記副受電回路のスイッチング制御を行い、前記主受電コイルから出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記主受電端子に供給すべく前記主受電回路のスイッチング制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記主受電端子の電圧を電圧指令値に制御すべく、前記主受電回路のスイッチング制御を行い、前記主受電コイルの電圧極性が第１極性から第２極性に切り替えられてから、前記送電コイルの電圧極性が第２極性から第１極性に切り替えられるまでの期間において、前記主受電端子に流れる電流の大きさを漸増させるように、前記送電端子の電圧及び前記副受電端子の電圧に基づいて、前記電圧指令値を設定する。

【0010】

主受電コイルの電圧極性が第１極性から第２極性に切り替えられるタイミングにおいて、主受電端子に流れる電流の大きさが小さいほど、主受電回路に発生するサージ電圧が抑制される。ただし、主受電端子に流れる電流の大きさが小さいと、送電回路から主受電回路へ供給される電力が低下する懸念がある。

【0011】

そこで、本願発明者は、主受電コイルの電圧極性が第１極性から第２極性に切り替えられてから、送電コイルの電圧極性が第２極性から第１極性に切り替えられるまでの期間において、主受電端子に流れる電流の大きさを漸増させる構成について検討した。この構成によれば、上述した期間において、主受電端子に流れる電流の大きさが一定とされる構成と比較して、主受電コイルの電圧極性が第１極性から第２極性に切り替えられるタイミングにおける、主受電端子に流れる電流の大きさが低減される。その結果、主受電回路に発生するサージ電圧が抑制される。また、主受電コイルに流れる電流の大きさが漸増させられるため、送電回路から主受電回路へ供給される電力の低下を防止又は抑制できる。

【0012】

ここで、主受電回路のスイッチング制御に用いられる主受電端子の電圧指令値は、主受電端子に流れる電流の大きさに影響を及ぼす。また、主受電端子に流れる電流の大きさの時間変化量は、送電端子の電圧、副受電端子の電圧及び主受電端子の電圧に依存する。この点に鑑み、本発明では、電圧指令値が、送電端子の電圧及び副受電端子の電圧に基づいて、上述した期間において主受電端子に流れる電流の大きさが漸増されるように設定される。以上説明した本発明によれば、主受電回路に発生するサージ電圧を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態に係る電力変換装置を示す図。

【図2】制御部の処理内容を示すブロック図。

【図3】各スイッチの操作状態及びトランスの電圧の推移を示すタイムチャート。

【図4】制御部が実行する処理のフローチャート。

【図5】トランスの等価回路を示す図。

【図6】トランスの電圧及び電流の推移を示すタイムチャート。

【図7】第１実施形態及び比較例に係るトランスの電流及び電圧、第５変換スイッチの端子電圧の推移を示すタイムチャート。

【図8】シミュレーション結果を示す図。

【図9】第２実施形態に係る電圧指令値の設定方法を示す図。

【図10】第３実施形態に係る電圧指令値の設定方法を示す図。

【図11】第４実施形態に係る電力変換装置を示す図。

【図12】第５実施形態に係る電力変換装置を示す図。

【図13】第６実施形態に係る電力変換装置を示す図。

【図14】その他の実施形態に係る電力変換装置を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の電力変換装置は、マルチポート型のものであり、例えば、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）等の電動化車両に搭載されている。

【0015】

図１に示すように、電源システムは、第１蓄電池１０、第２蓄電池２０、第３蓄電池３０、電気負荷３１及び電力変換装置４０を備えている。各蓄電池１０，２０，３０は、充放電可能な２次電池である。第１，第２蓄電池１０，２０は、例えばリチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池であり、第３蓄電池３０は、例えば鉛蓄電池である。本実施形態において、第１蓄電池１０の定格電圧（例えば４００Ｖ）は第２蓄電池２０の定格電圧（例えば３００Ｖ）よりも高く、第２蓄電池２０の定格電圧は第３蓄電池３０の定格電圧（例えば１４Ｖ）よりも高い。また、電気負荷３１には、供給電圧が一定であること、または供給電圧の変動が所定範囲内となることが要求される定電圧負荷が含まれる。定電圧負荷の具体例としては、ナビゲーション装置や、オーディオ装置、メータ装置及び各種ＥＣＵが挙げられる。

【0016】

電力変換装置４０は、第１フルブリッジ回路５０を備えている。第１フルブリッジ回路５０は、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４と、第１コンデンサ５１とを備えている。本実施形態において、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。第１スイッチＱ１及び第３スイッチＱ３のドレインには、電力変換装置４０の第１高電位側端子ＣＨ１が接続されている。第１スイッチＱ１のソースには、第２スイッチＱ２のドレインが接続され、第３スイッチＱ３のソースには、第４スイッチＱ４のドレインが接続されている。第２スイッチＱ２及び第４スイッチＱ４のソースには、電力変換装置４０の第１低電位側端子ＣＬ１が接続されている。第１高電位側端子ＣＨ１には、第１コンデンサ５１の第１端と、第１蓄電池１０の正極端子とが接続され、第１低電位側端子ＣＬ１には、第１コンデンサ５１の第２端と、第１蓄電池１０の負極端子とが接続されている。

【0017】

本実施形態において、第１フルブリッジ回路５０が「送電回路」に相当し、第１スイッチＱ１及び第３スイッチＱ３が「上アーム送電スイッチ」に相当し、第２スイッチＱ２及び第４スイッチＱ４が「下アーム送電スイッチ」に相当する。

【0018】

なお、第１高電位側端子ＣＨ１及び第１低電位側端子ＣＬ１には、第１蓄電池１０に代えて、外部電源から入力される交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣＤＣコンバータの出力側が接続されていてもよい。また、本実施形態において、第１高電位側端子ＣＨ１及び第１低電位側端子ＣＬ１が「送電端子」に相当する。

【0019】

電力変換装置４０は、第２フルブリッジ回路６０を備えている。第２フルブリッジ回路６０は、第１～第４変換スイッチＳＷ１～ＳＷ４と、第２コンデンサ６１とを備えている。本実施形態において、第１～第４変換スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。第１変換スイッチＳＷ１及び第３変換スイッチＳＷ３のドレインには、電力変換装置４０の第２高電位側端子ＣＨ２が接続されている。第１変換スイッチＳＷ１のソースには、第２変換スイッチＳＷ２のドレインが接続され、第３変換スイッチＳＷ３のソースには、第４変換スイッチＳＷ４のドレインが接続されている。第２変換スイッチＳＷ２及び第４変換スイッチＳＷ４のソースには、電力変換装置４０の第２低電位側端子ＣＬ２が接続されている。第２高電位側端子ＣＨ２には、第２コンデンサ６１の第１端と、第２蓄電池２０の正極端子とが接続され、第２低電位側端子ＣＬ２には、第２コンデンサ６１の第２端と、第２蓄電池２０の負極端子とが接続されている。

【0020】

なお、本実施形態において、第２高電位側端子ＣＨ２及び第２低電位側端子ＣＬ２が「副受電端子」に相当し、第２フルブリッジ回路６０が「副受電回路」に相当し、第１変換スイッチＳＷ１及び第３変換スイッチＳＷ３が「上アーム副受電スイッチ」に相当し、第２変換スイッチＳＷ２及び第４変換スイッチＳＷ４が「下アーム副受電スイッチ」に相当する。

【0021】

電力変換装置４０は、第３フルブリッジ回路７０を備えている。第３フルブリッジ回路７０は、第５～第８変換スイッチＳＷ５～ＳＷ８と、第３コンデンサ７１とを備えている。本実施形態において、第５～第８変換スイッチＳＷ５～ＳＷ８は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。第５変換スイッチＳＷ５及び第７変換スイッチＳＷ７のドレインには、電力変換装置４０の第３高電位側端子ＣＨ３が接続されている。第５変換スイッチＳＷ５のソースには、第６変換スイッチＳＷ６のドレインが接続され、第７変換スイッチＳＷ７のソースには、第８変換スイッチＳＷ８のドレインが接続されている。第６変換スイッチＳＷ６及び第８変換スイッチＳＷ８のソースには、電力変換装置４０の第３低電位側端子ＣＬ３が接続されている。第３高電位側端子ＣＨ３には、第３コンデンサ７１の第１端が接続され、第３低電位側端子ＣＬ３には、第３コンデンサ７１の第２端が接続されている。第３高電位側端子ＣＨ３及び第３低電位側端子ＣＬ３間の電圧は、所定の電圧範囲（例えば４０～４８Ｖ）に収まるように制御される。

【0022】

なお、本実施形態において、第３高電位側端子ＣＨ３及び第３低電位側端子ＣＬ３が「主受電端子」に相当し、第３フルブリッジ回路７０が「主受電回路」に相当し、第５変換スイッチＳＷ５及び第７変換スイッチＳＷ７が「上アーム主受電スイッチ」に相当し、第６変換スイッチＳＷ６及び第８変換スイッチＳＷ８が「下アーム主受電スイッチ」に相当する。

【0023】

電力変換装置４０は、降圧チョッパ回路７２を備えている。降圧チョッパ回路７２は、第１変圧スイッチＳＣ１、第２変圧スイッチＳＣ２、リアクトル７３及び第４コンデンサ７４を備えている。本実施形態において、第１変圧スイッチＳＣ１及び第２変圧スイッチＳＣ２は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。第１変圧スイッチＳＣ１のドレインには、電力変換装置４０の第３高電位側端子ＣＨ３が接続されている。第１変圧スイッチＳＣ１のソースには、リアクトル７３の第１端及び第２変圧スイッチＳＣ２のドレインが接続されている。リアクトル７３の第２端には、第４コンデンサ７４の第１端及び電力変換装置４０の第４高電位側端子ＣＨ４が接続されている。第２変圧スイッチＳＣ２のソースには、電力変換装置４０の第３，４低電位側端子ＣＬ３，ＣＬ４及び第４コンデンサ７４の第２端が接続されている。第４高電位側端子ＣＨ４には、第３蓄電池３０の正極端子及び電気負荷３１の第１端が接続され、第４低電位側端子ＣＬ４には第３蓄電池３０の負極端子及び電気負荷３１の第２端が接続されている。本実施形態において、降圧チョッパ回路７２が「ＤＣＤＣコンバータ」に相当する。

【0024】

電力変換装置４０は、第１コイル８１、第２コイル８２及び第３コイル８３を有するトランス８０を備えている。第１コイル８１の第１端には、第１スイッチＱ１のソース及び第２スイッチＱ２のドレインが接続され、第１コイル８１の第２端には、第３スイッチＱ３のソース及び第４スイッチＱ４のドレインが接続されている。第２コイル８２の第１端には、第１変換スイッチＳＷ１のソース及び第２変換スイッチＳＷ２のドレインが接続され、第２コイル８２の第２端には、第３変換スイッチＳＷ３のソース及び第４変換スイッチＳＷ４のドレインが接続されている。第３コイル８３の第１端には、第５変換スイッチＳＷ５のソース及び第６変換スイッチＳＷ６のドレインが接続され、第３コイル８３の第２端には、第７変換スイッチＳＷ７のソース及び第８変換スイッチＳＷ８のドレインが接続されている。

【0025】

第１コイル８１、第２コイル８２及び第３コイル８３は、例えばトランス８０が備えるコアを介して、互いに磁気結合する。第１コイル８１の第２端に対する第１端の電位が高くなる場合、第２コイル８２及び第３コイル８３それぞれには、その第２端よりも第１端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。一方、第１コイル８１の第１端に対する第２端の電位が高くなる場合、第２コイル８２及び第３コイル８３それぞれには、その第１端よりも第２端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。なお、本実施形態において、第１コイル８１が「送電コイル」に相当し、第２コイル８２が「副受電コイル」に相当し、第３コイル８３が「主受電コイル」に相当する。

【0026】

第１コイル８１の第２端に対する第１端の電位が高くなる場合、第１コイル８１の電圧Ｖｔ１の極性を正極性と定義し、この場合に第１コイル８１に流れる電流ＩＬ１の向きを正と定義する。第２コイル８２の第２端に対する第１端の電位が高くなる場合、第２コイル８２の電圧Ｖｔ２の極性を正極性と定義し、この場合に第２コイル８２に流れる電流ＩＬ２の向きを正と定義する。第３コイル８３の第２端に対する第１端の電位が高くなる場合、第３コイル８３の電圧Ｖｔ３の極性を正極性と定義し、この場合に第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の向きを正と定義する。なお、本実施形態において、第１～第３コイル８１～８３の極性が正極性の場合を「第１極性」とすると、第１～第３コイル８１～８３の極性が負極性の場合は「第２極性」に相当する。一方、第１～第３コイル８１～８３の極性が負極性の場合を「第１極性」とすると、第１～第３コイル８１～８３の極性が正極性の場合は「第２極性」に相当する。

【0027】

電力変換装置４０は、第１～第３電圧センサ９１～９３と、第１～第３電流センサ９４～９６を備えている。第１電圧センサ９１は、第１コンデンサ５１の端子電圧である第１電圧Ｖ１ｒを検出し、第２電圧センサ９２は、第２コンデンサ６１の端子電圧である第２電圧Ｖ２ｒを検出し、第３電圧センサ９３は、第３コンデンサ７１の端子電圧である第３電圧Ｖ３ｒを検出する。

【0028】

第１電流センサ９４は、第１高電位側端子ＣＨ１と第１フルブリッジ回路５０との間を流れる電流である第１電流Ｉ１ｒを検出する。第２電流センサ９５は、第２フルブリッジ回路６０と第２高電位側端子ＣＨ２との間に流れる電流である第２電流Ｉ２ｒを検出する。第３電流センサ９６は、第３フルブリッジ回路７０と第３高電位側端子ＣＨ３との間を流れる電流である第３電流Ｉ３ｒを検出する。なお、本実施形態では、第１～第３電流Ｉ１ｒ～Ｉ３ｒの符号を以下のように定義する。第１電流Ｉ１ｒの符号は、第１蓄電池１０の正極端子から第１高電位側端子ＣＨ１へと向かう方向を正と定義する。第２電流Ｉ２ｒの符号は、第２高電位側端子ＣＨ２から第２蓄電池２０の正極端子へと向かう方向を正と定義する。第３電流Ｉ３ｒの符号は、第３高電位側端子ＣＨ３から第１変圧スイッチＳＣ１のドレインへと向かう方向を正と定義する。

【0029】

第１～第３電圧センサ９１～９３及び第１～第３電流センサ９４～９６の検出値は、電力変換装置４０が備える制御部１００に入力される。制御部１００は、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４、第１～第８変換スイッチＳＷ１～ＳＷ８、第１変圧スイッチＳＣ１及び第２変圧スイッチＳＣ２をオンオフする。以下、図２を用いて、これら各スイッチＱ１～Ｑ４，ＳＷ１～ＳＷ８，ＳＣ１，ＳＣ２の操作方法について説明する。図２は、制御部１００が実行する処理のブロック図である。

【0030】

制御部１００は、第１指令電流算出部２００と、第１電流制御部２１０とを備えている。第１指令電流算出部２００は、第１電流算出部２０１と、第１最小値選択部２０２とを備えている。第１電流算出部２０１は、入力された第１指令電力Ｐ１＊を、第２電圧センサ９２により検出された第２電圧Ｖ２ｒで除算することにより、第２蓄電池２０に流す充電電流の指令値である指令電流Ｉ１ｐを算出する。指令電流Ｉ１ｐは、定電力制御（ＣＰ）により第２蓄電池２０に電力を供給するために設定される。指令電流Ｉ１ｐの符号が正の場合、第２蓄電池２０が充電される側に第２高電位側端子ＣＨ２に第２電流Ｉ２ｒが流れる。なお、第１指令電流算出部２００に入力される第１指令電力Ｐ１＊が０の場合、指令電流Ｉ１ｐが０となる。

【0031】

第１最小値選択部２０２は、第１電流算出部２０１により算出された指令電流Ｉ１ｐと、第１定電流指令値Ｉ１＊とのうち小さい方を第１指令電流Ｉｒｅｆ１として選択する。第１定電流指令値Ｉ１＊は、定電流制御（ＣＣ）により第２蓄電池２０に電力を供給するために設定される。第１最小値選択部２０２から出力された第１指令電流Ｉｒｅｆ１は、第１リミッタ２０３により上限値又は下限値が制限される。

【0032】

第１電流制御部２１０は、第１電流偏差算出部２１１、第１フィードバック制御部２１２及び第２リミッタ２１３を備えている。第１電流偏差算出部２１１は、第１リミッタ２０３から出力された第１指令電流Ｉｒｅｆ１から、第２電流センサ９５により検出された第２電流Ｉ２ｒを減算することにより、第１電流偏差ΔＩ１を算出する。

【0033】

第１フィードバック制御部２１２は、算出された第１電流偏差ΔＩ１を０にフィードバック制御するための操作量として、第１指令位相φａを算出する。本実施形態では、このフィードバック制御として、比例積分制御が用いられている。第１指令位相φａについては後述する。なお、第１フィードバック制御部２１２で用いられるフィードバック制御は、比例積分制御に限らず、例えば、比例積分微分制御であってもよい。

【0034】

第１フィードバック制御部２１２により算出された第１指令位相φａは、第２リミッタ２１３により上限値又は下限値が制限され、制御部１００が備えるＰＷＭ生成部３２０に入力される。

【0035】

制御部１００は、第２指令電流算出部３００と、第２電流制御部３１０とを備えている。第２指令電流算出部３００は、第２電流算出部３０１と、電圧偏差算出部３０２と、第２フィードバック制御部３０３と、第２最小値選択部３０４とを備えている。第２電流算出部３０１は、入力された第２指令電力Ｐ２＊を、第３電圧センサ９３により検出された第３電圧Ｖ３ｒで除算することにより、第３高電位側端子ＣＨ３に流す指令電流Ｉ２ｐを算出する。指令電流Ｉ２ｐは、定電力制御（ＣＰ）により降圧チョッパ回路７２に電力を供給するために設定される。指令電流Ｉ２ｐの符号が正の場合、第３高電位側端子ＣＨ３から第１変圧スイッチＳＣ１のドレインへと向かう方向に第３電流Ｉ３ｒが流れる。

【0036】

電圧偏差算出部３０２は、降圧チョッパ回路７２に印加する印加電圧の電圧指令値Ｖ３＊から第３電圧Ｖ３ｒを減算することにより、電圧偏差ΔＶを算出する。電圧指令値Ｖ３＊については後述する。第２フィードバック制御部３０３は、算出された電圧偏差ΔＶを０にフィードバック制御するための操作量として、指令電流Ｉ２ｖを算出する。本実施形態では、このフィードバック制御として、比例積分制御が用いられている。指令電流Ｉ２ｖは、定電圧制御（ＣＶ）により降圧チョッパ回路７２に電力を供給するために設定される。なお、第２フィードバック制御部３０３で用いられるフィードバック制御は、比例積分制御に限らず、例えば、比例積分微分制御であってもよい。

【0037】

第２最小値選択部３０４は、第２電流算出部３０１により算出された指令電流Ｉ２ｐ、第２フィードバック制御部３０３により算出された指令電流Ｉ２ｖ、及び第２定電流指令値Ｉ２＊のうち最小値を第２指令電流Ｉｒｅｆ２として選択する。第２定電流指令値Ｉ２＊は、定電流制御により降圧チョッパ回路７２に電力を供給するために設定される。第２最小値選択部３０４から出力された第２指令電流Ｉｒｅｆ２は、第３リミッタ３０５により上限値又は下限値が制限される。

【0038】

第２電流制御部３１０は、第２電流偏差算出部３１１、第３フィードバック制御部３１２及び第４リミッタ３１３を備えている。第２電流偏差算出部３１１は、第３リミッタ３０５から出力された第２指令電流Ｉｒｅｆ２から、第３電流センサ９６により検出された第３電流Ｉ３ｒを減算することにより、第２電流偏差ΔＩ２を算出する。

【0039】

第３フィードバック制御部３１２は、算出された第２電流偏差ΔＩ２を０にフィードバック制御するための操作量として、第２指令位相φｂを算出する。本実施形態では、このフィードバック制御として、比例積分制御が用いられている。第２指令位相φｂについては後述する。なお、第３フィードバック制御部３１２で用いられるフィードバック制御は、比例積分制御に限らず、例えば、比例積分微分制御であってもよい。

【0040】

第３フィードバック制御部３１２により算出された第２指令位相φｂは、第４リミッタ３１３により上限値又は下限値が制限され、ＰＷＭ生成部３２０に入力される。

【0041】

ＰＷＭ生成部３２０は、第１指令位相φａ及び第２指令位相φｂに基づいて、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４及び第１～第８変換スイッチＳＷ１～ＳＷ８の操作信号を生成して、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４及び第１～第８変換スイッチＳＷ１～ＳＷ８のゲートに対して出力する。以下、図３を用いて、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４及び第１～第８変換スイッチＳＷ１～ＳＷ８の操作態様について説明する。

【0042】

図３（ａ），（ｂ）は、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４の操作状態を示す。図３（ｃ）は、第１コイル８１の電圧Ｖｔ１の推移を示す。図３（ｄ），（ｅ）は、第１～第４変換スイッチＳＷ１～ＳＷ４の操作状態を示す。図３（ｆ）は、第２コイル８２の電圧Ｖｔ２の推移を示す。図３（ｇ），（ｈ）は、第５～第８変換スイッチＳＷ５～ＳＷ８の操作状態を示す。図３（ｉ）は、第３コイル８３の電圧Ｖｔ３の推移を示す。図３（ｊ）は、第１変圧スイッチＳＣ１及び第２変圧スイッチＳＣ２の操作状態を示す。

【0043】

第１スイッチＱ１と第２スイッチＱ２とは交互にオンされ、第３スイッチＱ３と第４スイッチＱ４とは交互にオンされる。第１スイッチＱ１及び第４スイッチＱ４がオンされ、第２スイッチＱ２及び第３スイッチＱ３がオフされている場合、第１コイル８１の電圧Ｖｔ１の極性は、正極性となる。また、第１スイッチＱ１及び第４スイッチＱ４がオフされ、第２スイッチＱ２及び第３スイッチＱ３がオンされている場合、第１コイル８１の電圧Ｖｔ１の極性は、負極性となる。

【0044】

第１変換スイッチＳＷ１と第２変換スイッチＳＷ２とは交互にオンされ、第３変換スイッチＳＷ３と第４変換スイッチＳＷ４とは交互にオンされる。第１変換スイッチＳＷ１及び第４変換スイッチＳＷ４がオンされ、第２変換スイッチＳＷ２及び第３変換スイッチＳＷ３がオフされている場合、第２コイル８２の電圧Ｖｔ２の極性は、正極性となる。また、第１変換スイッチＳＷ１及び第４変換スイッチＳＷ４がオフされ、第２変換スイッチＳＷ２及び第３変換スイッチＳＷ３がオンされている場合、第２コイル８２の電圧Ｖｔ２の極性は、負極性となる。

【0045】

第５変換スイッチＳＷ５と第６変換スイッチＳＷ６とは交互にオンされ、第７変換スイッチＳＷ７と第８変換スイッチＳＷ８とは交互にオンされる。第５変換スイッチＳＷ５及び第８変換スイッチＳＷ８がオンされ、第６変換スイッチＳＷ６及び第７変換スイッチＳＷ７がオフされている場合、第３コイル８３の電圧Ｖｔ３の極性は、正極性となる。また、第５変換スイッチＳＷ５及び第８変換スイッチＳＷ８がオフされ、第６変換スイッチＳＷ６及び第７変換スイッチＳＷ７がオンされている場合、第３コイル８３の電圧Ｖｔ３の極性は、負極性となる。なお、本実施形態において、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４及び第１～第８変換スイッチＳＷ１～ＳＷ８のスイッチング周期Ｔｓは、互いに同じである。

【0046】

第１指令位相φａが正の場合、第１スイッチＱ１のオンへの切り替えタイミングを基準タイミングとし、この基準タイミングに対して第１指令位相φａだけ、第１変換スイッチＳＷ１のオンへの切り替えタイミングを遅らせる。

【0047】

第２指令位相φｂが正の場合、第１スイッチＱ１のオンへの切り替えタイミングを基準タイミングとし、この基準タイミングに対して第２指令位相φｂだけ、第５変換スイッチＳＷ５のオンへの切り替えタイミングを遅らせる。

【0048】

第１変圧スイッチＳＣ１と第２変圧スイッチＳＣ２とは交互にオンされる。制御部１００は、第３電圧Ｖ３ｒを目標電圧に降圧し、その電力を第３蓄電池３０に供給するため、第１変圧スイッチＳＣ１及び第２変圧スイッチＳＣ２のオンオフ比であるデューティ比を制御する。

【0049】

図４は、制御部１００が所定周期で繰り返し実行する処理を示すフローチャートである。

【0050】

ステップＳ１０では、電力変換装置４０の駆動要求があるか否かを判定する。ステップＳ１０において否定判定した場合、ステップＳ１１に進み、電力変換装置４０を待機モードに設定する。そして、ステップＳ１２では、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４、第１～第８変換スイッチＳＷ１～ＳＷ８、第１変圧スイッチＳＣ１及び第２変圧スイッチＳＣ２をオフにする。

【0051】

ステップＳ１０において肯定判定した場合、ステップＳ１３に進み、第１電圧Ｖ１ｒ及び第２電圧Ｖ２ｒを取得する。ステップＳ１４では、第１電圧Ｖ１ｒ及び第２電圧Ｖ２ｒに基づいて電圧指令値Ｖ３＊を設定する。ステップＳ１５では、電圧指令値Ｖ３＊に基づいて、図２で説明した定電圧制御を実行し、第２指令位相φｂを設定する。ステップＳ１６では、所望の値に設定された第１指令位相φａ及び第２指令位相φｂに基づいて、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４及び第１～第８変換スイッチＳＷ１～ＳＷ８のスイッチング制御を実行する。以下、図５及び図６を用いて、電圧指令値Ｖ３＊の設定方法について説明する。

【0052】

図５に示すように、トランス８０に備えられている第１～第３コイル８１～８３の関係は、第１～第３等価コイル８４～８６がΔ結線された等価回路として表される。なお、図５において、先の図１で説明した構成については、便宜上、同一の符号を付している。

【0053】

第１等価コイル８４は、第１コイル８１及び第２コイル８２間の関係を表すものであり、その相互インダクタンスはＬ１２である。また、第１等価コイル８４に流れる電流をＩｔｒａ１２とし、その符号は、第１コイル８１から第２コイル８２へと向かう方向を正とする。

【0054】

第２等価コイル８５は、第１コイル８１及び第３コイル８３間の関係を表すものであり、その相互インダクタンスはＬ１３である。また、第２等価コイル８５に流れる電流をＩｔｒａ１３とし、その符号は、第１コイル８１から第３コイル８３へと向かう方向を正とする。

【0055】

第３等価コイル８６は、第２コイル８２及び第３コイル８３間の関係を表すものであり、その相互インダクタンスはＬ２３である。また、第３等価コイル８６に流れる電流をＩｔｒａ２３とし、その符号は、第２コイル８２から第３コイル８３へと向かう方向を正とする。

【0056】

この等価回路において、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３は、第２等価コイル８５に流れる電流Ｉｔｒａ１３及び第３等価コイル８６に流れる電流Ｉｔｒａ２３の和となる。以下、図６を用いて、この等価回路における電流及び電圧の推移を説明する。

【0057】

図６において、（ａ）は第１コイル８１の電圧Ｖｔ１の推移を示し、（ｂ）は第２コイル８２の電圧Ｖｔ２の推移を示し、（ｃ）は第３コイル８３の電圧Ｖｔ３の推移を示し、（ｄ）は第２等価コイル８５に流れる電流Ｉｔｒａ１３の推移を示し、（ｅ）は第３等価コイル８６に流れる電流Ｉｔｒａ２３の推移を示し、（ｆ）は第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の推移を示す。なお、図６に示す例では、第１指令位相φａが０にされている。

【0058】

時刻ｔ１において、第１コイル８１の電圧Ｖｔ１の極性及び第２コイル８２の電圧Ｖｔ２の極性が負極性から正極性とされる。時刻ｔ１から第２指令位相φｂだけ遅れた時刻ｔ２において、第３コイル８３の電圧Ｖｔ３の極性が負極性から正極性とされる。時刻ｔ１からスイッチング周期Ｔｓの半分だけ経過した時刻ｔ３において、第１コイル８１の電圧Ｖｔ１の極性及び第２コイル８２の電圧Ｖｔ２の極性が正極性から負極性とされる。これら時刻ｔ２及び時刻ｔ３間の期間を制御期間ＴＡとする。制御期間ＴＡにおける第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の時間変化量を制御するため、第２等価コイル８５に流れる電流Ｉｔｒａ１３の時間変化量、及び第３等価コイル８６に流れる電流Ｉｔｒａ１３の時間変化量について考える。

【0059】

第２等価コイル８５に流れる電流Ｉｔｒａ１３の時間変化量は、第１電圧Ｖ１ｒ及び第３電圧Ｖ３ｒを用いて、下式（ｃ１）で表される。

【0060】

【数1】

ここで、Ｎ１は第１コイル８１の巻き数を表し、Ｎ３は第３コイル８３の巻き数を表す。本実施形態において、第３コイル８３の巻き数Ｎ３は、第１コイル８１の巻き数Ｎ１よりも小さい。図６（ｄ）は、上式（ｃ１）で表される第２等価コイル８５に流れる電流Ｉｔｒａ１３の時間変化量が、制御期間ＴＡにおいて正とされる一例である。

【0061】

第３等価コイル８６に流れる電流Ｉｔｒａ２３の時間変化量は、第２電圧Ｖ２ｒ及び第３電圧Ｖ３ｒを用いて、下式（ｃ２）で表される。

【0062】

【数2】

ここで、Ｎ２は第２コイル８２の巻き数を表す。本実施形態において、第３コイル８３の巻き数Ｎ３は、第２コイル８２の巻き数Ｎ２よりも小さい。図６（ｅ）は、上式（ｃ２）で表される第３等価コイル８６に流れる電流Ｉｔｒａ２３の時間変化量が、制御期間ＴＡにおいて負とされる一例である。

【0063】

図５に示した等価回路より、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３は、第２等価コイル８５に流れる電流Ｉｔｒａ１３、及び第３等価コイル８６に流れる電流Ｉｔｒａ２３の和であるため、その時間変化量は下式（ｃ３）となる。

【0064】

【数3】

図６（ｆ）では、上式（ｃ３）で表される第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の時間変化量が、制御期間ＴＡにおいて正とされる。このように、制御部１００は、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の時間変化量が、制御期間ＴＡにおいて正となるように電圧指令値Ｖ３＊を設定する。そのために、制御部１００は、下式（ｃ４）を満たすように、第１電圧Ｖ１ｒ及び第２電圧Ｖ２ｒに基づいて、電圧指令値Ｖ３＊を設定する。

【0065】

【数4】

図７に、上式（ｃ４）を満たすように電圧指令値Ｖ３＊が設定された本実施形態と、上式（ｃ４）を満たさない電圧指令値Ｖ３＊が設定された比較例とのそれぞれにおける各波形を示す。図７において、（ａ）は第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の推移を示し、（ｂ）は第３コイル８３の電圧Ｖｔ３の推移を示し、（ｃ）は第５変換スイッチＳＷ５の端子電圧（ドレイン及びソース間電圧）の推移を示す。

【0066】

本実施形態において、制御期間ＴＡにおける第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３は、漸増するように制御される。そのため、第１フルブリッジ回路５０及び第２フルブリッジ回路６０から第３フルブリッジ回路７０へと比較例と同じ大きさの電力が供給される場合、制御期間ＴＡの開始タイミングにおいて第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３は、比較例よりも本実施形態の方が小さい。その結果、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧が比較例に比べて低減される。これにより、図７（ｃ）に示すように、制御期間ＴＡの開始タイミングにおいて発生するサージ電圧が比較例に比べて低減される。

【0067】

上記説明では、制御期間ＴＡを、第３コイル８３の電圧Ｖｔ３の極性が負極性から正極性に切り替えられてから、第１コイル８１の電圧Ｖｔ１の極性が正極性から負極性に切り替えられる期間としたが、制御期間ＴＡはこれに限定されるものではない。第３コイル８３の電圧Ｖｔ３の極性が正極性から負極性に切り替えられてから、第１コイル８１の電圧Ｖｔ１の極性が負極性から正極性に切り替えられる期間を制御期間ＴＡとしてもよい。この制御期間ＴＡにおいて、上式（ｃ４）を満たすように電圧指令値Ｖ３＊が設定されることによっても、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧が低減される。

【0068】

図８は、本実施形態に係る構成のシミュレーション結果である。図８において、（ａ）は第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の推移を示し、（ｂ）は第５変換スイッチＳＷ５の端子電圧の推移を示す。第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３が図６（ｆ）で説明した波形に制御されている。このシミュレーション結果では、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧が比較例に比べて２３％低減されることが確かめられた。

【0069】

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

【0070】

制御期間ＴＡの開始タイミングにおいて、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の大きさが小さいほど、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧が抑制される。ただし、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の大きさが小さいと、第１フルブリッジ回路５０から第３フルブリッジ回路７０へ供給される電力が低下する懸念がある。

【0071】

そこで、本願発明者は、制御期間ＴＡにおいて、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の大きさを漸増させる構成について検討した。この構成によれば、制御期間ＴＡにおいて、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の大きさが一定とされる比較例と比較して、制御期間ＴＡの開始タイミングにおける第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の大きさが低減される。その結果、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧が抑制される。また、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の大きさが漸増させられるため、第１フルブリッジ回路５０から第３フルブリッジ回路７０へ供給される電力の低下を防止又は抑制できる。

【0072】

ここで、第３フルブリッジ回路７０のスイッチング制御に用いられる電圧指令値Ｖ３＊は、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の大きさに影響を及ぼす。また、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の大きさの時間変化量は、第１電圧Ｖ１ｒ、第２電圧Ｖ２ｒ及び第３電圧Ｖ３ｒに依存する。この点に鑑み、本実施形態では、電圧指令値Ｖ３＊が、第１電圧Ｖ１ｒ及び第２電圧Ｖ２ｒに基づいて、制御期間ＴＡにおいて第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の大きさが漸増されるように設定される。以上説明した本実施形態によれば、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧を抑制することができる。

【0073】

上式（ｃ４）の左辺は、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の時間変化量を表し、その時間変化量を上式（ｃ４）は正の値とするものである。このため、上式（ｃ４）を満たすように電圧指令値Ｖ３＊が設定されることにより、制御期間ＴＡにおいて、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３が的確に漸増される。これにより、制御期間ＴＡの開始タイミングにおける第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３を的確に低減できる。その結果、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧を的確に抑制することができる。

【0074】

第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧を抑制するために、電圧指令値Ｖ３＊が第１電圧Ｖ１ｒ及び第２電圧Ｖ２ｒに基づいて設定される構成とした。そのため、第１電圧Ｖ１ｒ及び第２電圧Ｖ２ｒに応じて、電圧指令値Ｖ３＊も変化し、第３電圧Ｖ３ｒは所定の電圧範囲で変動する。

【0075】

ところで、第３蓄電池３０及び電気負荷３１に供給される電圧が変動すると、第３蓄電池３０の充電電圧が不安定になったり、電気負荷３１の動作が不安定になったりする可能性がある。そこで、本実施形態では、第３電圧Ｖ３ｒが、降圧チョッパ回路７２により降圧される構成とした。この構成では、第３電圧Ｖ３ｒが所定の電圧範囲で変動したとしても、降圧チョッパ回路７２から第３蓄電池３０及び電気負荷３１に供給される電圧は目標電圧に維持される。そのため、第３蓄電池３０及び電気負荷３１に供給される電圧を安定させることができる。その結果、第３蓄電池３０の充電電圧が不安定になったり、電気負荷３１の動作が不安定になったりすることを抑制できる。

【0076】

第３コイル８３の巻き数Ｎ３が、第１コイル８１の巻き数Ｎ１及び第２コイル８２の巻き数Ｎ２よりも小さい構成とした。この構成では、第３コイル８３のインダクタンスが、第１コイル８１のインダクタンス及び第２コイル８２のインダクタンスよりも小さくなるため、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３は、第１コイル８１に流れる電流ＩＬ１及び第２コイル８２に流れる電流ＩＬ２よりも大きくなる。その結果、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧が増大する可能性がある。そのため、制御期間ＴＡにおいて第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３を漸増させる構成を用いるメリットが大きい。

【0077】

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図９に示すように、電圧指令値Ｖ３＊の設定方法を変更する。

【0078】

第１電圧Ｖ１ｒと第３電圧Ｖ３ｒとの電圧差及び第２電圧Ｖ２ｒと第３電圧Ｖ３ｒとの電圧差が大きいほど、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３は大きくなり、第３フルブリッジ回路７０で発生するサージ電圧が増大する可能性がある。

【0079】

そこで、図９に示すように、制御部１００は、先の図４のステップＳ１４において、第１電圧Ｖ１ｒ及び第２電圧Ｖ２ｒが高いほど、電圧指令値Ｖ３＊を高く設定する。これにより、第１電圧Ｖ１ｒ及び第２電圧Ｖ２ｒが高くなった場合でも、第１電圧Ｖ１ｒと第３電圧Ｖ３ｒとの電圧差、及び第２電圧Ｖ２ｒと第３電圧Ｖ３ｒとの電圧差が大きくなることが抑制される。その結果、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３が低減され、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧を抑制することができる。

【0080】

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１０に示すように、電圧指令値Ｖ３＊の設定方法を変更する。

【0081】

第１フルブリッジ回路５０からトランス８０を介して第３フルブリッジ回路７０へと供給される電力Ｐ２が大きいほど、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３は大きくなり、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧が増大する可能性がある。

【0082】

そこで、図１０に示すように、制御部１００は、先の図４のステップＳ１４において、電力Ｐ２が大きいほど、電圧指令値Ｖ３＊を低く設定する。なお、電力Ｐ２は、第３電流Ｉ３ｒ及び第３電圧Ｖ３ｒの積から算出してもよいし、前回の制御周期における電圧指令値Ｖ３＊及び第２指令電流Ｉｒｅｆ２の積から算出してもよい。

【0083】

制御期間ＴＡにおいて、電圧指令値Ｖ３＊を低くするほど、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の時間変化量は大きくなる。そのため、本実施形態によれば、電力Ｐ２の大きさを制限することなく、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の時間変化量を大きくすることで、制御期間ＴＡの開始タイミングにおける第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の大きさが低減される。その結果、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧を抑制することができる。

【0084】

＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１１に示すように、電力変換装置４０が、第１フルブリッジ回路５０に代えて第１ハーフブリッジ回路１１０を備えており、第２フルブリッジ回路６０に代えて第２ハーフブリッジ回路１２０を備えている。図１１において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。なお、図１１では、各電流センサ９４～９６の図示を省略している。

【0085】

第１ハーフブリッジ回路１１０は、第５スイッチＱ５、第６スイッチＱ６、第５コンデンサ１１１及び第６コンデンサ１１２を備えている。本実施形態において、第５スイッチＱ５及び第６スイッチＱ６は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。第５スイッチＱ５のドレイン及び第５コンデンサ１１１の第１端には、第１高電位側端子ＣＨ１が接続されている。第５スイッチＱ５のソースには、第６スイッチＱ６のドレインと、第１コイル８１の第１端とが接続されている。第５コンデンサ１１１の第２端には、第６コンデンサ１１２の第１端と、第１コイル８１の第２端とが接続されている。第６スイッチＱ６のソース及び第６コンデンサ１１２の第２端には、第１低電位側端子ＣＬ１が接続されている。なお、本実施形態において、第５スイッチＱ５が「上アーム送電スイッチ」に相当し、第６スイッチＱ６が「下アーム送電スイッチ」に相当する。

【0086】

第２ハーフブリッジ回路１２０は、第９変換スイッチＳＷ９、第１０変換スイッチＳＷ１０、第７コンデンサ１２１及び第８コンデンサ１２２を備えている。本実施形態において、第９変換スイッチＳＷ９及び第１０変換スイッチＳＷ１０は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。第９変換スイッチＳＷ９のドレイン及び第７コンデンサ１２１の第１端には、第２高電位側端子ＣＨ２が接続されている。第９変換スイッチＳＷ９のソースには、第１０変換スイッチＳＷ１０のドレインと、第２コイル８２の第１端とが接続されている。第７コンデンサ１２１の第２端には、第８コンデンサ１２２の第１端と、第２コイル８２の第２端とが接続されている。第１０変換スイッチＳＷ１０のソース及び第８コンデンサ１２２の第２端には、第２低電位側端子ＣＬ２が接続されている。なお、本実施形態において、第９変換スイッチＳＷ９が「上アーム副受電スイッチ」に相当し、第１０変換スイッチＳＷ１０が「下アーム副受電スイッチ」に相当する。

【0087】

第５スイッチＱ５と第６スイッチＱ６とは交互にオンされる。第５スイッチＱ５及び第６スイッチＱ６の操作態様は、先の図３（ａ）に対応している。また、第９変換スイッチＳＷ９と第１０変換スイッチＳＷ１０とは交互にオンされる。第９変換スイッチＳＷ９及び第１０変換スイッチＳＷ１０の操作態様は、先の図３（ｄ）に対応している。第１指令位相φａが正の場合、第５スイッチＱ５のオンへの切り替えタイミングを基準タイミングとし、この基準タイミングに対して第１指令位相φａだけ、第９変換スイッチＳＷ９のオンへの切り替えタイミングを遅らせればよい。第２指令位相φｂが正の場合、第５スイッチＱ５のオンへの切り替えタイミングを基準タイミングとし、この基準タイミングに対して第２指令位相φｂだけ、第５変換スイッチＳＷ５のオンへの切り替えタイミングを遅らせればよい。

【0088】

本実施形態において、制御部１００は、下式（ｃ５）を満たすように電圧指令値Ｖ３＊を設定する。

【0089】

【数5】

以上説明した本実施形態によっても、第３フルブリッジ回路７０に発生するサージ電圧を抑制することができる。

【0090】

＜第５実施形態＞
以下、第５実施形態について、第４実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１２に示すように、電力変換装置４０は、非対称の第３ハーフブリッジ回路１３０及び非対称の第４ハーフブリッジ回路１４０を備えている。図１２において、先の図１１と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。なお、図１２では、各電流センサ９４～９６の図示を省略している。

【0091】

第３ハーフブリッジ回路１３０は、第７スイッチＱ７、第８スイッチＱ８及び第９コンデンサ１３１を備えている。本実施形態において、第７スイッチＱ７及び第８スイッチＱ８は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。第７スイッチＱ７のドレインには、第１高電位側端子ＣＨ１が接続されている。第７スイッチＱ７のソースには、第８スイッチＱ８のドレインと、第１コイル８１の第１端が接続されている。第１コイル８１の第２端には、第９コンデンサ１３１の第１端が接続されている。第９コンデンサ１３１の第２端と、第８スイッチＱ８のソースとには、第１低電位側端子ＣＬ１が接続されている。なお、本実施形態において、第７スイッチＱ７が「上アーム送電スイッチ」に相当し、第８スイッチＱ８が「下アーム送電スイッチ」に相当する。

【0092】

第４ハーフブリッジ回路１４０は、第１１変換スイッチＳＷ１１、第１２変換スイッチＳＷ１２及び第１０コンデンサ１４１を備えている。本実施形態において、第１１変換スイッチＳＷ１１及び第１２変換スイッチＳＷ１２は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。第１１変換スイッチＳＷ１１のドレインには、第２高電位側端子ＣＨ２が接続されている。第１１変換スイッチＳＷ１１のソースには、第１２変換スイッチＳＷ１２のドレインと、第２コイル８２の第１端とが接続されている。第２コイル８２の第２端には、第１０コンデンサ１４１の第１端が接続されている。第１０コンデンサ１４１の第２端と、第１２変換スイッチＳＷ１２のソースとには、第２低電位側端子ＣＬ２が接続されている。なお、本実施形態において、第１１変換スイッチＳＷ１１が「上アーム副受電スイッチ」に相当し、第１２変換スイッチＳＷ１２が「下アーム副受電スイッチ」に相当する。

【0093】

本実施形態の第７スイッチＱ７、第８スイッチＱ８、第１１変換スイッチＳＷ１１及び第１２変換スイッチＳＷ１２の操作態様は、第４実施形態の第５スイッチＱ５、第６スイッチＱ６、第９変換スイッチＳＷ９及び第１０変換スイッチＳＷ１０の操作態様と同じである。また、本実施形態においても、第４実施形態と同様に、制御部１００は、上式（ｃ５）を満たすように電圧指令値Ｖ３＊を設定する。

【0094】

＜第６実施形態＞
以下、第６実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１３に示すように、電力変換装置４０が第４フルブリッジ回路１５０を備えている。図１３において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。なお、図１３では、各電流センサ９４～９６の図示を省略している。

【0095】

第４フルブリッジ回路１５０は、第１３～第１６変換スイッチＳＷ１３～ＳＷ１６と、第１１コンデンサ１５１とを備えている。本実施形態において、第１３～第１６変換スイッチＳＷ１３～ＳＷ１６は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。第１３変換スイッチＳＷ１３及び第１５変換スイッチＳＷ１５のドレインには、電力変換装置４０の第５高電位側端子ＣＨ５が接続されている。第１３変換スイッチＳＷ１３のソースには、第１４変換スイッチＳＷ１４のドレインが接続され、第１５変換スイッチＳＷ１５のソースには、第１６変換スイッチＳＷ１６のドレインが接続されている。第１４変換スイッチＳＷ１４及び第１６変換スイッチＳＷ１６のソースには、電力変換装置４０の第５低電位側端子ＣＬ５が接続されている。第５高電位側端子ＣＨ５には、第１１コンデンサ１５１の第１端と、第４蓄電池２１の正極端子とが接続され、第５低電位側端子ＣＬ５には、第１１コンデンサ１５１の第２端と、第４蓄電池２１の負極端子とが接続されている。本実施形態において、第４蓄電池２１の定格電圧は、例えば第２蓄電池２０の定格電圧よりも低い４８Ｖである。

【0096】

なお、本実施形態において、第１３変換スイッチＳＷ１３及び第１５変換スイッチＳＷ１５が「上アーム副受電スイッチ」に相当し、第１４変換スイッチＳＷ１４及び第１６変換スイッチＳＷ１６が「下アーム副受電スイッチ」に相当する。

【0097】

トランス８０は、第４コイル８７をさらに備えている。第４コイル８７の第１端には、第１３変換スイッチＳＷ１３のソース及び第１４変換スイッチＳＷ１４のドレインが接続され、第４コイル８７の第２端には、第１５変換スイッチＳＷ１５のソース及び第１６変換スイッチＳＷ１６のドレインが接続されている。第４コイル８７は、例えばコアを介して、第１～第３コイル８１～８３と互いに磁気結合する。第１コイル８１の第２端に対する第１端の電位が高くなる場合、第４コイル８７には、その第２端よりも第１端の電位が高くなるような誘起電圧が発生する。

【0098】

電力変換装置４０は、第４電圧センサ９７を備えている。第４電圧センサ９７は、第１１コンデンサ１５１の端子電圧である第４電圧Ｖ４ｒを検出する。検出された第４電圧Ｖ４ｒは、制御部１００に入力される。制御部１００は、第１～第４スイッチＱ１～Ｑ４、第１～第８，第１３～第１６変換スイッチＳＷ１～ＳＷ８，ＳＷ１３～ＳＷ１６、第１変圧スイッチＳＣ１及び第２変圧スイッチＳＣ２をオンオフする。

【0099】

第５高電位側端子ＣＨ５及び第５低電位側端子ＣＬ５が第４蓄電池２１に接続されているため、第１１コンデンサ１５１の端子電圧である第４電圧Ｖ４ｒは、電力変換装置４０の起動前から０Ｖよりも高くなる。そのため、第３コイル８３に流れる電流ＩＬ３の時間変化量を、制御期間ＴＡにおいて正とするための条件は、下式（ｃ６）となる。

【0100】

【数6】

ここで、Ｎ４は第４コイル８７の巻き数を表し、Ｌ３４は第３コイル８３及び第４コイル８７間の相互インダクタンスを表す。第４コイル８７の巻き数Ｎ４は、第３コイル８３の巻き数Ｎ３よりも大きい。制御部１００は上式（ｃ６）を満たすように電圧指令値Ｖ３＊を設定する。

【0101】

＜その他の実施形態＞
・電力変換装置４０は、降圧チョッパ回路７２に代えて、例えば昇降圧チョッパ回路を備えていてもよい。

【0102】

・第６実施形態において、図１４に示すように、第４蓄電池２１に代えて、抵抗性負荷１５２が電源システムに備えられていてもよい。抵抗性負荷１５２は、抵抗体を有しており、その抵抗体への通電による発熱を利用するヒータである。抵抗性負荷１５２は、蓄電池のように、電力変換装置４０の起動前から０Ｖよりも高い電圧を持たない電気機器である。この場合、抵抗性負荷１５２は電力供給源とならないため、制御部１００は、上式（ｃ４）を満たすように電圧指令値Ｖ３＊を設定すればよい。

【0103】

・第３フルブリッジ回路７０に代えて、ハーフブリッジ回路及び非対称のハーフブリッジ回路が備えられていてもよい。ハーフブリッジ回路としては、例えば第４実施形態で説明された第２ハーフブリッジ回路１２０に相当する構成が用いられてもよい。また、非対称のハーフブリッジ回路としては、例えば第５実施形態で説明された第４ハーフブリッジ回路１４０が用いられてもよい。第３フルブリッジ回路７０に代えて、第２ハーフブリッジ回路１２０に相当する構成が用いられた場合、第２指令位相φｂは以下のように定義されればよい。すなわち、第２指令位相φｂが正の場合、第１スイッチＱ１のオンへの切り替えタイミングを基準タイミングとし、この基準タイミングに対して第２指令位相φｂだけ、第９変換スイッチＳＷ９に相当するスイッチのオンへの切り替えタイミングを遅らせればよい。

【0104】

・本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【符号の説明】

【0105】

ＣＨ１～ＣＨ３…第１～第３高電位側端子、ＣＬ１～ＣＬ３…第１～第３低電位側端子、５０…第１フルブリッジ回路、６０…第２フルブリッジ回路、７０…第３フルブリッジ回路、８０…トランス、８１～８３…第１～第３コイル、１００…制御部。

【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】