特許 7320781 電力変換システム

(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】

(24)【登録日】2023-07-27

(45)【発行日】2023-08-04

(54)【発明の名称】電力変換システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20230728BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230728BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20230728BHJP

   B60L 53/14 20190101ALI20230728BHJP

   B60L 58/22 20190101ALI20230728BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20230728BHJP

   B60L 53/20 20190101ALI20230728BHJP

   B60L 58/19 20190101ALN20230728BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 H

H02M3/28 V

H02J7/00 K

H02J7/00 P

B60L50/60

B60L53/14

B60L58/22

B60L58/12

B60L53/20

B60L58/19

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019130276

(22)【出願日】2019-07-12

(65)【公開番号】P2021016267

(43)【公開日】2021-02-12

【審査請求日】2022-05-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】594158150

【氏名又は名称】学校法人君が淵学園

(74)【代理人】

【識別番号】110003214

【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100093779

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】間崎 耕司

(72)【発明者】

【氏名】山口 宜久

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 将也

(72)【発明者】

【氏名】中屋敷 侑生

(72)【発明者】

【氏名】西嶋 仁浩

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０８０４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４２０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５３９９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／２８

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｂ６０Ｌ ５０／６０

Ｂ６０Ｌ ５３／１４

Ｂ６０Ｌ ５８／２２

Ｂ６０Ｌ ５８／１２

Ｂ６０Ｌ ５３／２０

Ｂ６０Ｌ ５８／１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力を出力可能な外部電源（１５０）と、直列接続及び並列接続を切り替え可能に構成された複数のバッテリ（ＢＴ１、ＢＴ２）との間に設けられ、前記外部電源と前記複数のバッテリとの間で双方向に電力授受可能な電力変換システムであって、
前記外部電源に対して一台が接続され、又は、複数の前記バッテリに対応する複数台が並列接続され、一台当たりに、前記外部電源側の一次ポート（Ｐ１１、Ｐ１２）に接続される一つの一次巻線（２１１、２１２）及び前記バッテリ側の複数の二次ポート（Ｐ２１－Ｐ２４）に接続される複数の二次巻線（２２１－２２４）を有するトランス（２００、２０１、２０２）、前記一次ポートと前記一次巻線との間に設けられた一つの一次側スイッチング回路（３１、３２）、並びに、前記複数の二次ポートと前記複数の二次巻線との間に設けられた複数の二次側スイッチング回路（４１－４４）を有するマルチポート絶縁型コンバータ（３００、３０１、３０２）と、
各前記バッテリに対応する複数の前記二次ポートのうちの一部である調整側ポートと前記バッテリとの間に接続され、前記バッテリ側の電圧を調整可能な複数の調整コンバータ（６１－６４）と、
前記マルチポート絶縁型コンバータ及び前記調整コンバータを駆動し、且つ、前記調整コンバータの動作を制御して前記バッテリ側の電圧を調整する駆動回路（７５）と、
を備え、
複数の前記バッテリを並列接続に切り替える前に、
前記駆動回路は、複数の前記バッテリの電圧差が所定値以下となるように、前記マルチポート絶縁型コンバータ及び前記調整コンバータを駆動して電力授受を行う電力変換システム。

【請求項2】

前記駆動回路による前記マルチポート絶縁型コンバータの駆動において、
前記一次側スイッチング回路及び複数の前記二次側スイッチング回路を構成する複数のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ時間の比を規定するＤｕｔｙ比は、固定値に設定されている請求項１に記載の電力変換システム。

【請求項3】

前記調整コンバータは、前記バッテリの充電時、前記調整側ポートの電圧を降圧して前記バッテリ側に出力可能な降圧コンバータ（６７）である請求項１または２に記載の電力変換システム。

【請求項4】

前記調整側ポート以外の前記二次ポートを非調整側ポートとすると、
各前記バッテリに対応する前記非調整側ポートの電圧の合計は、対応する前記バッテリのＳＯＣが０％のときの電圧であるバッテリ最小電圧（Ｖｍｉｎ）に設定される請求項３に記載の電力変換システム。

【請求項5】

各前記バッテリに対応する前記調整側ポートの電圧の合計は、対応する前記バッテリのＳＯＣが１００％のときの電圧であるバッテリ最大電圧（Ｖｍａｘ）と、対応する前記バッテリのＳＯＣが０％のときの電圧であるバッテリ最小電圧（Ｖｍｉｎ）との差分値に設定される請求項３または４に記載の電力変換システム。

【請求項6】

複数の前記バッテリを動力源とする移動体に搭載される請求項１～５のいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項7】

前記移動体における複数の前記バッテリを主機バッテリとすると、
前記絶縁型コンバータの複数の前記二次ポートのうち少なくとも一つのポートは、前記主機バッテリとは異なるバッテリである補機バッテリ、又は、前記移動体の移動以外の機能を担う補機負荷にさらに接続される請求項６に記載の電力変換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、直列接続及び並列接続を切り替え可能に構成された複数のバッテリとの間で電力授受可能な電力変換システムが知られている。

【0003】

例えば特許文献１に開示された産業機械用電池システムは、高電圧下における急速充電が可能で且つ低電圧系のコンポーネントを使用可能とすることを目的とするものである。このシステムは、電池ユニットと充電入力部又は電力負荷との接続状態を択一的に切り替えるための充放電切り替え手段、及び、複数の電池ユニット間の電気的な接続を並列または直列に択一的に切り替えるための並列／直列切り替え手段等を備える。

【0004】

このシステムの放電制御フローでは、複数の電池ユニットを並列に接続した状態で、複数の電池ユニットから電力負荷への放電を行う。また充電制御フローでは、複数の電池ユニットを直列に接続した状態で、急速充電器から充電入力部を介して複数の電池ユニットに充電を行う。充電完了後、複数の電池ユニット間の電圧差が閾値以上である場合、電圧差をなくすための電池ユニット間バランス処理が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第５６１１４００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の電池ユニット間バランス処理では、抵抗が設けられた経路を介して二つの電池ユニット間に電流を流すため、抵抗による損失が発生する。また、抵抗により電流が抑えられるためバランス化に時間を要する。なお、特許文献１のシステムでは、電池ユニット間バランス処理の完了後、待機状態としており、バランス化に要する時間は問題にしていないものと推定される。

【0007】

以下、本明細書で「バッテリ」とは、特許文献１の「電池ユニット」と同様に、一つ以上の蓄電セルを含むバッテリモジュールを意味する。「複数のバッテリ」とは、複数の蓄電セルでなく、複数のバッテリモジュールを意味する。特許文献１の技術を電気自動車やプラグインハイブリッド自動車の外部充電に適用する場合、直列での充電完了後、リレー等の切り替え手段を操作して複数のバッテリを並列接続に切り替え、負荷である主機モータに放電して走行する状況が想定される。仮に、複数のバッテリ間の電圧差が大きいままで並列接続に切り替えると、突入電流によりリレー等の寿命が低下するおそれがある。

【0008】

そこで、リレー等の信頼性や寿命を向上させるため、並列接続への切り替え前に、複数のバッテリの電圧差を所定値以下とするように均等化する処理を行うことが考えられる。以下、本明細書において「バッテリ電圧を均等化する」とは、バッテリ電圧を厳密に一致させることでなく、複数のバッテリの電圧差を、突入電流等の影響が問題とならない程度の所定値以下にまで低減することを意味する。さらに、バッテリ電圧の均等化にあたり、効率の向上を図ることが求められる。

【0009】

本発明は、上述の課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数のバッテリの直列接続から並列接続への切り替えに際し、複数のバッテリの電圧を均等化する電力変換システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、電力を出力可能な外部電源（１５０）と、直列接続及び並列接続を切り替え可能に構成された複数のバッテリ（ＢＴ１、ＢＴ２）との間に設けられ、外部電源と複数のバッテリとの間で双方向に電力授受可能な電力変換システムである。この電力変換システムは、マルチポート絶縁型コンバータ（３００、３０１、３０２）と、複数の調整コンバータ（６１－６４）と、駆動回路（７５）と、を備える。

【0011】

マルチポート絶縁型コンバータは、外部電源に対して一台が接続され、又は、複数のバッテリに対応する複数台が並列接続される。マルチポート絶縁型コンバータは、一台当たりに、トランス（２００、２０１、２０２）、一つの一次側スイッチング回路（３１、３２）、及び、複数の二次側スイッチング回路（４１－４４）を有する。

【0012】

トランスは、外部電源側の一次ポート（Ｐ１１、Ｐ１２）に接続される一つの一次巻線（２１１、２１２）及びバッテリ側の複数の二次ポート（Ｐ２１－Ｐ２４）に接続される複数の二次巻線（２２１－２２４）を有する。一次側スイッチング回路は、一次ポートと一次巻線との間に設けられている。複数の二次側スイッチング回路は、複数の二次ポートと複数の二次巻線との間に設けられている。

【0013】

調整コンバータは、各バッテリに対応する複数の二次ポートのうちの一部である調整側ポートとバッテリとの間に接続され、バッテリ側の電圧を調整可能である。駆動回路は、マルチポート絶縁型コンバータ及び調整コンバータを駆動し、且つ、調整コンバータの動作を制御してバッテリ側の電圧を調整する。複数のバッテリを並列接続に切り替える前に、駆動回路は、複数のバッテリの電圧差が所定値以下となるように、マルチポート絶縁型コンバータ及び調整コンバータを駆動して電力授受を行う。

【0014】

本発明の電力変換システムは、複数のバッテリを並列接続に切り替える前に、マルチポート絶縁型コンバータ及び調整コンバータを駆動して複数のバッテリ間で電力授受を行い、複数のバッテリ電圧を均等化する。これにより、並列接続への切り替え時における突入電流等を抑制し、リレー等の信頼性や寿命を向上させることができる。また、マルチポート絶縁型コンバータは、各バッテリに対応する複数の二次ポートのうちの一部が調整側ポートであり、調整側ポート以外に非調整側ポートが設けられる。そのため、バッテリ最大電圧に対し非調整側ポートが分担する分だけ、調整コンバータによる出力調整範囲を狭くすることができる。したがって、調整コンバータのスイッチング素子の耐圧レベルを下げることができる。

【0015】

さらに、二次ポートとバッテリとの間に調整コンバータを備えない電力変換システムでは、駆動回路は、マルチポート絶縁型コンバータのＤｕｔｙ比を可変に制御することで、複数のバッテリの電圧を均等化するように出力電圧を調整する必要がある。そのため、動作させるＤｕｔｙ比の領域によっては効率が低下する場合がある。それに対し本発明では、バッテリの電圧変化に応じて調整コンバータの出力電圧を調整することで、マルチポート絶縁型コンバータのＤｕｔｙ比を高効率領域の値に固定して非制御で駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】各実施形態の電力変換システムが搭載される車両の全体システム構成図。

【図2】充電インフラと負荷駆動電圧との関係を示す図。

【図3】直列接続から並列接続への切替時における課題を説明する図。

【図4】比較例の電力変換システムの模式図。

【図5】第１実施形態による電力変換システムの模式図。

【図6】直列接続時及び並列接続時のリレーの開閉状態を示す図。

【図7】（ａ）コンバータによる双方向電力授受、（ｂ）バッテリ間の電力授受の作用を説明する図。

【図8】第１実施形態による電力変換システムにおいて外部電源、マルチポート絶縁型コンバータ、調整コンバータの具体的構成例を示す図。

【図9】調整コンバータに降圧コンバータを用いる構成での二次ポートの電圧分配を説明する図。

【図10】（ａ）図９に対応するＳＯＣ－バッテリ電圧特性図、（ｂ）バッテリ電圧の均等化作用を説明するＳＯＣ－バッテリ電圧特性図。

【図11】第２実施形態による電力変換システムの模式図。

【図12】第２実施形態の変形例による電力変換システムの模式図。

【図13】第３実施形態による電力変換システムの模式図。

【図14】第４実施形態による電力変換システムの模式図。

【図15】第５実施形態による電力変換システムの模式図。

【図16】第６実施形態による電力変換システムの模式図であり、調整コンバータに昇圧コンバータを用いる構成での二次ポートの電圧分配を説明する図。

【図17】図１６に対応するＳＯＣ－バッテリ電圧特性図。

【図18】第７実施形態による電力変換システムの模式図。

【図19】参考形態の電力変換システムの構成図。

【図20】その他の実施形態による電力変換システムの模式図。

【図21】その他の実施形態による電力変換システムの模式図。

【図22】その他の実施形態による電力変換システムの模式図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、電力変換システムの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。第１～第７実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の電力変換システムは、電力を出力可能な外部電源と、直列接続及び並列接続を切り替え可能に構成された複数のバッテリとの間に設けられ、外部電源と複数のバッテリとの間で双方向に電力授受可能なシステムである。本実施形態では、「複数のバッテリ」として二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２を備える全体システムに適用される例について説明する。

【0018】

［全体システム構成及び背景］
最初に図１～図４を参照し、各実施形態の電力変換システムが搭載される車両の全体システム構成、及び本実施形態の背景について説明する。図１には、充電スタンド等の給電設備に停車した車両の充電口１４に外部充電器１０から給電ケーブル１３が接続された状態を示す。本明細書での「車両」は、電気自動車やプラグインハイブリッド車の意味であり、バッテリを動力源とする「移動体」の一例である。車両の内部には、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２、直並列切り替えリレーＲＹ１－ＲＹ３、その他の経路開閉リレーＲＹ４－ＲＹ７、及び、電力変換システム７０等が設けられる。

【0019】

第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２は、リチウムイオン電池等の充放電可能な、例えば４００Ｖの高圧バッテリモジュールであり、車両の動力源である主機バッテリとして機能する。以下、「バッテリモジュール」を省略して「バッテリ」という。なお、第３実施形態に用いられる補機バッテリＢＴａは、主機バッテリとは異なる低圧バッテリである。バッテリＢＴ１、ＢＴ２は、充電口１４と負荷８０との間に設けられる。負荷８０には、電気自動車やプラグインハイブリッド車で一般に用いられるインバータ、モータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、エアコン等が含まれる。

【0020】

直並列切り替えリレーのうち第１リレーＲＹ１は、第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２の正極同士の間に設けられる。第２リレーＲＹ２は、第１バッテリＢＴ１の負極と第２バッテリＢＴ２の正極との間に設けられる。第３リレーＲＹ３は、第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２の負極同士の間に設けられる。

【0021】

その他の負荷リレーＲＹ４及びＲＹ５は、それぞれ第２バッテリＢＴ２の正極及び負極と負荷８０との間の経路を開閉する。充電口リレーＲＹ６は、第１バッテリＢＴ１の正極と充電口１４の正極端子１４１との間の経路を開閉する。充電口リレーＲＹ７は、第２バッテリＢＴ２の負極と充電口１４の負極端子１４２との間の経路を開閉する。

【0022】

ここで、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２の接続状態を直列及び並列に切り替えることの意義について説明する。図２に、車両バッテリ用の充電インフラと負荷駆動電圧との関係を示す。バッテリの電圧は標準的に４００Ｖ級であると仮定する。また、充電スタンド等の充電インフラには４００Ｖ級対応及び８００Ｖ級対応の２種類が存在し、使用される負荷も４００Ｖ級で駆動されるものと８００Ｖ級で駆動されるものの２種類が存在すると仮定する。４００Ｖ級で負荷を駆動する車両のバッテリに４００Ｖ級の充電インフラで充電する場合や、８００Ｖ級で負荷を駆動する車両のバッテリに８００Ｖ級の充電インフラで充電する場合、何ら問題は無い。

【0023】

一方、負荷駆動電圧とは異なる電圧の充電インフラで車両バッテリを充電する場合を考える。すると、４００Ｖ級の負荷を駆動するバッテリを充電時に二つ直列接続すれば、８００Ｖ級の充電インフラで充電可能である。そして、負荷駆動時すなわち放電時には並列接続に切り替えて４００Ｖ級で使用することができる。逆に、並列接続状態で４００Ｖ級の充電インフラで充電したバッテリを、負荷駆動時に二直列接続に切り替えれば、８００Ｖ級で使用することができる。このように複数のバッテリの接続状態を直列及び並列に切り替え可能とすることで、多くの充電インフラに対応可能となる。

【0024】

具体的には、電動自動車やプラグインハイブリッド車の主機モータや補機等の車両機器及び充電インフラは、充電時間短縮等のため、現状の４００Ｖ級から将来は８００Ｖ級に移行すると予想される。すると、特に移行の過渡期には車両仕様と充電インフラの仕様とがマッチングしない状況が生じ得る。そこで、充電時と負荷駆動時（主機モータの駆動の場合には走行時）とで、バッテリの直並列を切り替え可能とすることが求められる。そのために直並列切り替えリレーが必要となる。

【0025】

このような背景から、８００Ｖ級の外部充電器１０を用いる場合、第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２を二直列に接続した状態で直列充電が行われる。一方、４００Ｖ級の外部充電器１０を用いる場合、第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２を二並列に接続した状態で並列充電が行われる。

【0026】

以下のリレー開閉パターンの説明で、ＲＹ１－ＲＹ７のうちの「あるリレーがＯＮ」という場合、「それ以外のリレーはＯＦＦ」であるものとする。二直列充電時には、第２リレーＲＹ２、及び充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７がＯＮされる。二並列充電時には、第１リレーＲＹ１、第３リレーＲＹ３、及び充電口リレーＲＹ６、ＲＹ７がＯＮされる。並列接続されたバッテリＢＴ１、ＢＴ２から負荷８０に４００Ｖの電力を供給する二並列放電時には、第１リレーＲＹ１、第３リレーＲＹ３、及び負荷リレーＲＹ４、ＲＹ５がＯＮされる。図１に短破線矢印で示すように、各リレーＲＹ１－ＲＹ７の開閉はリレー操作部７７により操作される。

【0027】

ところで、図３に示すように、直列接続から並列接続への切り替えに際し、内部抵抗等のばらつきに起因して、第１バッテリＢＴ１と第２バッテリＢＴ２との間に電圧差が生じている状況を想定する。第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２を直列接続したときの電圧を１００％としたとき、例えば第１バッテリＢＴ１の電圧が５２％、第２バッテリＢＴ２の電圧が４８％であると仮定する。なお、太線の矢印は細線の矢印よりも電圧が高いことを意味する。そして、外部充電器時での直列充電後にリレーをＯＮし並列接続に切り替えたとき、第１バッテリＢＴ１と第２バッテリＢＴ２との間の電圧差による突入電流が流れ、リレー接点にアークが発生する。

【0028】

特許文献１（特許第５６１１４００号公報）に開示された従来技術では、抵抗が設けられた経路を介して二つの電池ユニット間に電流を流すため、抵抗による損失が発生する。また、抵抗により電流が抑えられるためバランス化に時間を要するという問題がある。したがって、損失の発生や接点の寿命低下を回避しつつ、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧を短時間で均等化することが求められる。本明細書において「バッテリ電圧を均等化する」とは、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧差を、突入電流等の影響が問題とならない程度の所定値以下にまで低減することを意味する。

【0029】

そこで、第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２を電力変換システム７０に接続する構成を想定する。電力変換システム７０は、電力を出力可能な外部電源１５０と、直列接続及び並列接続を切り替え可能に構成されたバッテリＢＴ１、ＢＴ２との間で双方向に電力授受可能である。外部電源１５０は、例えばＡＣ電源１５の交流電力がＡＣ／ＤＣ変換回路１９により変換され、直流電力を出力する。電力変換システム７０は、車載充電器用等ＤＣ／ＤＣコンバータが兼用されてもよい。

【0030】

電力変換システム７０は、第１バッテリＢＴ１のバッテリ電圧Ｖｂ１及び第２バッテリＢＴ２のバッテリ電圧Ｖｂ２をそれぞれ検出し、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧差が所定値以下であるか監視する。そして、バッテリＢＴ１、ＢＴ２を並列接続する前に、電圧差が所定値を超えている場合、電力変換システム７０は、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の間で電力を授受させる。つまり電力変換システム７０は、各バッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２を降下又は上昇させることによってバッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧差を所定値以下にする。

【0031】

そして、電圧差が所定値以下となっている状態でリレー操作部７７が並列接続用の第１リレーＲＹ１及び第３リレーＲＹ３をＯＮする。このようにして過大な突入電流を生じることなく並列接続用の第１リレーＲＹ１及び第３リレーＲＹ３の接点をＯＮすることで、アークの発生を防止し、リレーの信頼性や寿命を向上させることができる。

【0032】

［電力変換システムの実施形態］
次に、電力変換システム７０の具体的な構成について実施形態毎に説明する。各実施形態の電力変換システムの符号は、「７０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。各実施形態の説明に移る前に、図４を参照し、比較例の電力変換システム７０９について説明する。比較例の電力変換システム７０９において、図５に示す第１実施形態の電力変換システム７０１と実質的に同一の構成には同一の符号を付し、後述の説明を援用する。なお、比較例は、特開２０１９－８０４７３号公報の図１１に開示された構成に相当する。

【0033】

（比較例）
比較例の電力変換システム７０９においてマルチポート絶縁型コンバータ３０９を構成するトランス２０９は、一次ポートＰ１１に接続される一つの一次巻線２１１、及び、二つの二次ポートＰ２１、Ｐ２３に接続される二つの二次巻線２２１、２２３がコア２３９に巻回される。一次ポートＰ１１と一次巻線２１１との間には一次側スイッチング回路３１が設けられる。二つの二次ポートＰ２１、Ｐ２３と二つの二次巻線２２１、２２３との間には、それぞれ二次側スイッチング回路４１、４３が設けられる。スイッチング回路３１、４１、４３は、巻線２１１、２２１、２２３に流れる電流の向きを周期的に交替させる。二次ポートＰ２１は第１バッテリＢＴ１に接続され、二次ポートＰ２３は第２バッテリＢＴ２に接続される。

【0034】

リレー操作部７７が二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２を並列接続に切り替える前に、駆動回路７５は、マルチポート絶縁型コンバータ３０９を駆動し、バッテリＢＴ１、ＢＴ２間で電力授受を行う。すなわち、図４に太線矢印で示すように、一方の二次側スイッチング回路４１から他方の二次側スイッチング回路４３を通る経路で、バッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電力が還流される。

【0035】

このとき、駆動回路７５は、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧変化に応じて、スイッチング回路３１、４１、４３のＤｕｔｙ比を可変に制御する。なお、Ｄｕｔｙ比は、各スイッチング回路を構成する複数のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ時間の比を規定する値である。本明細書では、「スイッチング周期に対する上アームスイッチング素子のＯＮ時間の比率」をＤｕｔｙ比と定義する。

【0036】

ところで、マルチポート絶縁型コンバータ３０９の効率は、スイッチング回路３１、４１、４３のＤｕｔｙ比に依存する。基本的にＤｕｔｙ比が０．５付近のとき効率は最大であり、０．５から離れると効率は低下する。そのため、Ｄｕｔｙ比を可変に制御する構成では、動作させるＤｕｔｙ比の領域によっては効率が低下する場合がある。したがって、本実施形態でバッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧を均等化するにあたり、さらに効率の向上を図ることが求められる。

【0037】

（第１実施形態）
図５～図１０を参照し、第１実施形態の電力変換システム７０１について説明する。図５に模式的に示すように、電力変換システム７０１は、電力を出力可能な外部電源１５０と二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２との間に設けられる。第１バッテリＢＴ１及び第２バッテリＢＴ２は、直並列切り替えリレーＲＹ１－ＲＹ３により直列接続及び並列接続を切り替え可能に構成されている。詳しくは図６に示すように、直列接続時には、第２リレーＲＹ２がＯＮ、第１リレーＲＹ１及び第３リレーＲＹ３がＯＦＦされる。並列接続時には、第１リレーＲＹ１及び第３リレーＲＹ３がＯＮ、第２リレーＲＹ２がＯＦＦされる。

【0038】

電力変換システム７０１及びバッテリＢＴ１、ＢＴ２は、車両等の「移動体」に搭載され、バッテリＢＴ１、ＢＴ２は移動体の動力源として用いられる。外部電源１５０は、少なくとも電源自体が移動体の外部にあるものとして想定される。ただし、外部電源１５０のうち電源の電力を変換する回路の一部が移動体の内部に設けられてもよい。

【0039】

電力変換システム７０１は、マルチポート絶縁型コンバータ３００、各バッテリＢＴ１、ＢＴ２に対応する二つのバッテリ充放電回路６０１、６０２、並びに駆動回路７５を備える。なお、図５において、第２バッテリ充放電回路６０２には「バッテリ充放電回路」の名称の記載を省略する。第２～第４実施形態の各図においても同様とする。

【0040】

第１バッテリＢＴ１には、直列接続された二つのバッテリ側コンデンサＣｂ１、Ｃｂ２が並列接続されている。高電位側のバッテリ側コンデンサＣｂ１は、マルチポート絶縁型コンバータ３００の二次ポートＰ２１に直接接続される。低電位側のバッテリ側コンデンサＣｂ２は、調整コンバータ６２を介してマルチポート絶縁型コンバータ３００の二次ポートＰ２２に接続される。第１バッテリ充放電回路６０１は、これらの高電位側及び低電位側の回路により構成される。

【0041】

同様に第２バッテリＢＴ２には、直列接続された二つのバッテリ側コンデンサＣｂ３、Ｃｂ４が並列接続されている。高電位側のバッテリ側コンデンサＣｂ３は、マルチポート絶縁型コンバータ３００の二次ポートＰ２３に直接接続される。低電位側のバッテリ側コンデンサＣｂ４は、調整コンバータ６４を介してマルチポート絶縁型コンバータ３００の二次ポートＰ２４に接続される。第２バッテリ充放電回路６０２は、これらの高電位側及び低電位側の回路により構成される。

【0042】

ここで、バッテリ充放電回路６０１、６０２の高電位側の回路において「直接接続される」とは、「調整コンバータを介さないで接続される」ことを意味しており、経路途中にリレーや抵抗等の素子が設けられることを排除するものではない。要するに、バッテリ充放電回路６０１、６０２の低電位側の回路は調整コンバータ６２、６４によってバッテリ側の電圧を調整する調整回路であるのに対し、高電位側の回路はバッテリ側の電圧を調整しない「非調整回路」である。

【0043】

また、第１実施形態では低電位側に調整コンバータ６２、６４が設けられるが、後述する第４実施形態のように、高電位側に調整コンバータ６１、６３が設けられてもよい。ただし、低電位側（すなわちグランド側）の方がノイズの影響を受けにくく、有利なため、第４実施形態以外では低電位側に調整コンバータ６２、６４を設ける構成を基本とする。調整コンバータ６２、６４の具体的な構成及び作用効果については後述する。

【0044】

第１実施形態では、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２に共通して対応する一台のマルチポート絶縁型コンバータ３００が外部電源１５０に接続される。マルチポート絶縁型コンバータ３００は、外部電源１５０側に一つ、バッテリＢＴ１、ＢＴ２側に四つ、計五つの入出力ポートを有する。

【0045】

マルチポート絶縁型コンバータ３００を構成するトランス２００は、一次ポートＰ１１に接続される一つの一次巻線２１１、及び、四つの二次ポートＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４に接続される四つの二次巻線２２１、２２２、２２３、２２４がコア２３０に巻回される。一次ポートＰ１１と一次巻線２１１との間には一次側スイッチング回路３１が設けられる。四つの二次ポートＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４と四つの二次巻線２２１、２２２、２２３、２２４との間には、それぞれ二次側スイッチング回路４１、４２、４３、４４が設けられる。スイッチング回路３１、４１、４２、４３、４４は、巻線２１１、２２１、２２２、２２３、２２４に流れる電流の向きを周期的に交替させる。

【0046】

第１バッテリＢＴ１に対応する二つの二次ポートＰ２１、Ｐ２２のうちの一部の二次ポートＰ２２が「調整側ポート」に相当し、調整側ポートＰ２２以外の二次ポートＰ２１が「非調整側ポート」に相当する。第２バッテリＢＴ２に対応する二つの二次ポートＰ２３、Ｐ２４のうちの一部の二次ポートＰ２４が「調整側ポート」に相当し、調整側ポートＰ２４以外の二次ポートＰ２３が「非調整側ポート」に相当する。

【0047】

駆動回路７５は、マルチポート絶縁型コンバータ３００及び調整コンバータ６２、６４を駆動し、且つ、調整コンバータ６２、６４の動作を制御してバッテリＢＴ１、ＢＴ２側の電圧を調整する。詳しくは、リレー操作部７７が二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２を並列接続に切り替える前に、駆動回路７５は、バッテリ電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２の差が所定値以内となるように、マルチポート絶縁型コンバータ３００及び調整コンバータ６２、６４を駆動して電力授受を行う。

【0048】

本実施形態では、駆動回路７５によるマルチポート絶縁型コンバータ３００の駆動において、一次側スイッチング回路３１及び二次側スイッチング回路４１－４４のＤｕｔｙ比は固定値に設定されている。上述の通り、Ｄｕｔｙ比は、各スイッチング回路を構成する複数のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ時間の比を規定する値である。このように、スイッチング回路のＤｕｔｙ比を固定して駆動されるコンバータを本明細書では「非制御コンバータ」と称する。

【0049】

図８等に示すように、一般にスイッチング回路は、上下アームのスイッチング素子を含んで構成される。基本的にはＤｕｔｙ比が０．５であるとき、マルチポート絶縁型コンバータ３００の効率が最大となる。したがって、Ｄｕｔｙ比の固定値は約０．５に設定されることが好ましい。なお、厳密には、上下アームのスイッチング素子が同時にＯＮし短絡電流が流れることを防止するためのデッドタイム分が差し引かれる。

【0050】

図４に示す比較例の電力変換システム７０９は、マルチポート絶縁型コンバータ３０９の二次ポートＰ２１、Ｐ２３と各バッテリＢＴ１、ＢＴ２との間が「非調整回路」のみで接続されている。すなわち、比較例の電力変換システム７０９は調整コンバータを備えていないため、駆動回路７５は、マルチポート絶縁型コンバータ３０９のＤｕｔｙ比を可変に制御することで、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧を均等化するように出力電圧を調整する必要がある。そのため、動作させるＤｕｔｙ比の領域によっては効率が低下する場合がある。

【0051】

それに対し本実施形態では、バッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧変化に応じて調整コンバータ６２、６４の出力電圧を調整することで、マルチポート絶縁型コンバータ３００のＤｕｔｙ比を高効率領域の値に固定して非制御で駆動することができる。このように第１実施形態の電力変換システム７０１は、マルチポート絶縁型コンバータ３００及びバッテリ充放電回路６０１、６０２を介して、外部電源１５０と二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２との間で双方向に電力授受可能である。

【0052】

図７（ａ）、（ｂ）を参照し、電力変換システム７０１における電力授受作用について説明する。図７（ａ）、（ｂ）には、直並列切り替えリレーＲＹ１－ＲＹ３及び駆動回路７５の図示を省略する。図７（ａ）に示すように、電力変換システム７０１は、マルチポート絶縁型コンバータ３００の各スイッチング回路及び調整コンバータ６２、６４において、双方向の電力授受が可能である。また、図７（ｂ）に示すように、電力変換システム７０１は、マルチポート絶縁型コンバータ３００及びバッテリ充放電回路６０１、６０２を介してバッテリＢＴ１、ＢＴ２間の電力を授受させることで、バッテリ電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２を均等化させることができる。

【0053】

続いて図８に、外部電源１５０、マルチポート絶縁型コンバータ３００、調整コンバータ６２の具体的構成例を示す。図８以下の具体的構成例の図では、第１バッテリＢＴ１に対応する図５等の上半分の部分のみを示し、第２バッテリＢＴ２に対応する図５等の下半分の部分を省略する。また、直並列切り替えリレーＲＹ１－ＲＹ３及び駆動回路７５の図示を省略する。

【0054】

図８の例の外部電源１５０は、ＡＣ電源１５及びＡＣ／ＤＣ変換回路１９から構成されている。ＡＣ電源１５は、１００Ｖ又は２００Ｖのコンセントから供給される５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用電源である。ＡＣ／ＤＣ変換回路１９は、例えばＰＦＣ（力率改善）回路として構成され、車両等の移動体側に設けられてもよい。その他の例の外部電源１５０は、充電器等の直流電源であってもよい。

【0055】

図８の例のマルチポート絶縁型コンバータ３００では、一次側スイッチング回路３１はハーフブリッジ式のＤＣ／ＤＣコンバータ５１で構成されている。また、二次側スイッチング回路４１、４２はフルブリッジ式のＤＣ／ＤＣコンバータ（符号なし）で構成されている。

【0056】

また、第１実施形態の調整コンバータ６２は、マルチポート絶縁型コンバータ３００からバッテリＢＴ１に充電するとき降圧回路として機能する降圧コンバータ６７で構成されている。降圧コンバータ６７は、上下アームのスイッチング素子６７ａ、６７ｂ及びコイル６７ｃを含むチョッパ式降圧回路である。バッテリＢＴ１の充電時、降圧コンバータ６７は、調整側ポートＰ２２の入力電圧ＶＨを降圧してバッテリＢＴ１側に出力する。

【0057】

図９及び図１０を参照し、バッテリのＳＯＣに応じたバッテリ電圧の変化、及び、降圧コンバータ６７によるバッテリ側電圧の調整について説明する。図９には代表として第１バッテリＢＴ１を示しているが、いずれのバッテリＢＴ１、ＢＴ２にも共通する説明であるため、バッテリ電圧の記号を単に「Ｖｂ」と記す。また、図１０に示すように、バッテリＳＯＣが０％のときの電圧を「バッテリ最小電圧Ｖｍｉｎ」と記し、バッテリＳＯＣが１００％のときの電圧を「バッテリ最大電圧Ｖｍａｘ」と記す。バッテリ最大電圧Ｖｍａｘからバッテリ最小電圧Ｖｍｉｎまでの範囲が降圧コンバータ６７による電圧調整範囲となる。

【0058】

図９には、バッテリ充放電回路６０１における、非調整側ポートＰ２１と調整側ポートＰ２２との電圧分配を示す。非調整側ポートＰ２１の電圧は、対応するバッテリのバッテリ最小電圧Ｖｍｉｎに設定される。ただし、現実的には電圧検出誤差やマルチポート絶縁型コンバータ３００の出力誤差等を考慮して、非調整側ポートＰ２１の電圧は、対応するバッテリの「バッテリ最小電圧Ｖｍｉｎと同等の値」に設定される。「同等」の範囲は、当該技術分野における技術常識に照らして決定されればよい。

【0059】

また、調整側ポートＰ２２の電圧は、対応するバッテリのバッテリ最大電圧Ｖｍａｘとバッテリ最小電圧Ｖｍｉｎとの差分値（Ｖｍａｘ－Ｖｍｉｎ）に設定され、この値が降圧コンバータ６７の入力電圧ＶＨとなる。降圧コンバータ６７が出力する降圧後電圧ＶＬは、バッテリ電圧Ｖｂとバッテリ最小電圧Ｖｍｉｎとの差分値（Ｖｂ－Ｖｍｉｎ）となる。この関係が図１０（ａ）に示される。

【0060】

図１０（ｂ）に、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２を均等化する作用を示す。例えば、第１バッテリ電圧Ｖｂ１が第２バッテリ電圧Ｖｂ２より高い場合、駆動回路７５は、マルチポート絶縁型コンバータ３００及び調整コンバータ６２を駆動し、第１バッテリＢＴ１から第２バッテリＢＴ２へ電力供給させる。これにより、第１バッテリ電圧Ｖｂ１を降下させ、第２バッテリ電圧Ｖｂ２を上昇させて、バッテリ電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２の差を所定値以下とするように均等化させる。

【0061】

以上のように、第１実施形態の電力変換システム７０１は、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２を並列接続に切り替える前に、マルチポート絶縁型コンバータ３００及び調整コンバータ６２、６４を駆動してバッテリＢＴ１、ＢＴ２間で電力授受を行い、バッテリ電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２を均等化する。これにより、並列接続への切り替え時における突入電流等を抑制し、リレーの信頼性や寿命を向上させることができる。

【0062】

また、マルチポート絶縁型コンバータ３００は、各バッテリＢＴ１、ＢＴ２に対応する複数の二次ポートのうちの一部が調整側ポートＰ２２、Ｐ２４であり、調整側ポート以外に非調整側ポートＰ２１、Ｐ２３が設けられる。そのため、バッテリ最大電圧Ｖｍａｘに対し非調整側ポートが分担する分だけ、調整コンバータ６２、６４による出力調整範囲を狭くすることができる。したがって、調整コンバータ６２、６４のスイッチング素子の耐圧レベルを下げることができる。

【0063】

さらに、駆動回路７５によるマルチポート絶縁型コンバータ３００の駆動において、各スイッチング回路のＤｕｔｙ比を固定値として約０．５に設定することで、バッテリ電圧の均等化における効率を向上させることができる。

【0064】

加えて、調整コンバータ６２、６４に降圧コンバータ６７を用いる構成において、非調整側ポートＰ２１及び調整側ポートＰ２２の電圧を図９のように設定することで、バッテリＢＴ１、ＢＴ２のＳＯＣに応じて、降圧コンバータ６７による出力調整を効率的に行うことができる。

【0065】

（第２実施形態）
次に図１１を参照し、第２実施形態の電力変換システム７０２について説明する。第２実施形態では、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２に対応する二台のマルチポート絶縁型コンバータ３０１、３０２が外部電源１５０に対して並列接続される。各マルチポート絶縁型コンバータ３０１、３０２は、外部電源１５０側に一つ、バッテリＢＴ１、ＢＴ２側に二つ、計三つの入出力ポートを有する。

【0066】

第１マルチポート絶縁型コンバータ３０１を構成するトランス２０１は、一次ポートＰ１１に接続される一つの一次巻線２１１、及び、二つの二次ポートＰ２１、Ｐ２２に接続される二つの二次巻線２２１、２２２がコア２３１に巻回される。一次ポートＰ１１と一次巻線２１１との間には一次側スイッチング回路３１が設けられる。二つの二次ポートＰ２１、Ｐ２２と二つの二次巻線２２１、２２２との間には、それぞれ二次側スイッチング回路４１、４２が設けられる。スイッチング回路３１、４１、４２は、巻線２１１、２２１、２２２に流れる電流の向きを周期的に交替させる。

【0067】

第２マルチポート絶縁型コンバータ３０２を構成するトランス２０２は、一次ポートＰ１２に接続される一つの一次巻線２１２、及び、二つの二次ポートＰ２３、Ｐ２４に接続される二つの二次巻線２２３、２２４がコア２３２に巻回される。一次ポートＰ１２と一次巻線２１２との間には一次側スイッチング回路３２が設けられる。二つの二次ポートＰ２３、Ｐ２４と二つの二次巻線２２３、２２４との間には、それぞれ二次側スイッチング回路４３、４４が設けられる。スイッチング回路３２、４３、４４は、巻線２１２、２２３、２２４に流れる電流の向きを周期的に交替させる。

【0068】

各マルチポート絶縁型コンバータ３０１、３０２の二次ポートＰ２１、Ｐ２３が非調整側ポートであり、Ｐ２２、Ｐ２４が調整側ポートである構成、及び、バッテリ充放電回路６０１、６０２の構成は第１実施形態と同様である。駆動回路７５は、マルチポート絶縁型コンバータ３０１、３０２及び調整コンバータ６２、６４を駆動する。

【0069】

各マルチポート絶縁型コンバータ３０１、３０２のＤｕｔｙ比は０．５で固定される。第２実施形態では、駆動回路７５がマルチポート絶縁型コンバータ３０１、３０２及び調整コンバータ６２、６４を駆動することで、第１実施形態と同様に、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧を均等化する。

【0070】

第２実施形態の変形例を図１２に示す。外部電源１５０がＡＣ電源１５及びＡＣ／ＤＣ変換回路を含む構成において、変形例では、ＡＣ電源１５に対し二つのＡＣ／ＤＣ変換回路１９１、１９２が並列接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換回路１９１、１９２は、それぞれ、第１マルチポート絶縁型コンバータ３０１の一次ポートＰ１１、及び、第２マルチポート絶縁型コンバータ３０２の一次ポートＰ１２に接続される。

【0071】

（第３実施形態）
図１３に示す第３実施形態の電力変換システム７０３は、図５に示す第１実施形態の電力変換システム７０１に対し、マルチポート絶縁型コンバータ３０３の二次側に五つめの二次巻線２２８、二次側スイッチング回路４８、及び二次ポートＰ２８がさらに設けられる。二次ポートＰ２８には、補機バッテリＢＴａ及び補機負荷４９が接続される。なお、図１３では、図５における駆動回路７５及びその入出力の図示を省略する。また、第３実施形態の図１３にのみ使用される符号は、［符号の説明］の欄の符号、及び、特許請求の範囲の参照符号としては記載しない。

【0072】

また、第２実施形態の電力変換システム７０２に対しても同様に、二台のマルチポート絶縁型コンバータ３０１、３０２のいずれかの二次ポートに、補機バッテリＢＴａ又は補機負荷４９が接続される構成としてもよい。

【0073】

電力変換システム７０３が「移動体」としての車両に搭載される場合、補機バッテリＢＴａは、主機バッテリＢＴ１、ＢＴ２とは異なる低圧バッテリであり、補機負荷４９は、車両の走行以外の機能を担う各種車載機器に相当する。第３実施形態では、マルチポート絶縁型コンバータ３００が補機バッテリＢＴａや補機負荷４９への電力供給用ＤＣ／ＤＣコンバータの機能を兼ねる。なお、電力変換システム７０３が搭載される「移動体」は、ドライバが運転する車両に限らず、バッテリを動力源とする無人車両、船舶、飛行機等であってもよい。その場合、補機負荷４９は、移動体の移動以外の各種機能を担う。

【0074】

（第４実施形態）
図１４に示す第４実施形態の電力変換システム７０４では、各バッテリＢＴ１、ＢＴ２の高電位側に対応する二次ポートＰ２１、Ｐ２３とバッテリ側コンデンサＣｂ１、Ｃｂ３との間に調整コンバータ６１、６３が接続される。各バッテリＢＴ１、ＢＴ２の低電位側に対応する二次ポートＰ２２、Ｐ２４とバッテリ側コンデンサＣｂ２、Ｃｂ４との間は直接接続される。つまり、第４実施形態では二次ポートＰ２１、Ｐ２３が調整側ポートとなり、二次ポートＰ２２、Ｐ２４が非調整側ポートとなる。このようにしても、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0075】

（第５～第７実施形態）
第５～第７実施形態は、図８に示された構成例に対し、マルチポート絶縁型コンバータ３００の一次側スイッチング回路３１、又は、調整コンバータ６２の具体的な回路構成を変更したものである。図１５、図１６、図１８には、図８、図９と同様に、第１バッテリＢＴ１に対応する側の構成のみを示す。

【0076】

図１５に示す第５実施形態の電力変換システム７０５では、一次側スイッチング回路３１がフルブリッジ式のＤＣ／ＤＣコンバータ５２で構成される。そのため、マルチポート絶縁型コンバータ３００は、一次側及び二次側の双方にフルブリッジを有するデュアルアクティブブリッジ（ＤＡＢ）方式をなす。一次側スイッチング回路３１をフルブリッジ式とすることで、ハーフブリッジ式に対しスイッチング素子の耐圧を下げることができる。第５実施形態でもマルチポート絶縁型コンバータ３００のＤｕｔｙ比が０．５で固定されることで、高効率駆動が可能となる。

【0077】

図１６に示す第６実施形態の電力変換システム７０６では、調整コンバータ６２は、マルチポート絶縁型コンバータ３００からバッテリＢＴ１に充電するとき昇圧回路として機能する昇圧コンバータ６８で構成される。昇圧コンバータ６８は、上下アームのスイッチング素子６８ａ、６８ｂ及びコイル６８ｃを含むチョッパ式昇圧回路である。バッテリＢＴ１の充電時、昇圧コンバータ６８は、調整側ポートＰ２２の入力電圧ＶＬを昇圧してバッテリＢＴ１側に出力する。

【0078】

図１６及び図１７を参照し、バッテリのＳＯＣに応じたバッテリ電圧の変化、及び、昇圧コンバータ６８によるバッテリ側電圧の調整について説明する。説明に関する注記は、図９及び図１０を参照する降圧コンバータ６７についての注記に準ずる。昇圧コンバータ６８の場合、入力電圧ＶＬを０より大きい値にするため、非調整側ポートＰ２１及び調整側ポートＰ２２の電圧和に対する調整側ポートＰ２２の電圧分配率をα（０＜α＜１）とする。「（１－α）×Ｖｍｉｎ」からＶｍａｘまでの範囲が昇圧コンバータ６８による電圧調整範囲となる。

【0079】

図１６には、バッテリ充放電回路６０１における、非調整側ポートＰ２１と調整側ポートＰ２２との電圧分配を示す。非調整側ポートＰ２１の電圧は、対応するバッテリのバッテリ最小電圧Ｖｍｉｎに基づき、「（１－α）×Ｖｍｉｎ」に設定される。また、調整側ポートＰ２２の入力電圧ＶＬは「α×Ｖｍｉｎ」に設定される。昇圧コンバータ６８が出力する昇圧後電圧ＶＨは、「Ｖｂ－（１－α）×Ｖｍｉｎ」となる。この関係が図１７に示される。

【0080】

図１８に示す第７実施形態の電力変換システム７０７では、調整コンバータ６２が絶縁型コンバータ６９で構成される。絶縁型コンバータ６９は、制御次第で、バッテリの充電時に降圧コンバータにもなり、昇圧コンバータにもなる。例えばバッテリの充電時に降圧コンバータとして機能する構成では、非調整側ポートＰ２１及び調整側ポートＰ２２の電圧を図９のように設定することで、出力調整を効率的に行うことができる。

【0081】

（参考形態）
図１９に、本実施形態の構成を応用した参考形態を示す。参考形態の電力変換システム７０１Ｒでは、二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２の接続状態は直列に固定されており、直列と並列とを切り替え可能に構成されていない。また、一方のバッテリ（例えば第２バッテリＢＴ２）と並列に補機負荷４９が接続されている。補機負荷４９の電力消費により、第２バッテリＢＴ２の電圧Ｖｂ２は第１バッテリＢＴ１の電圧Ｖｂ１よりも低下する。

【0082】

そこで駆動回路７５は、マルチポート絶縁型コンバータ３００及び調整コンバータ６２、６４を駆動して二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２間で電力授受を行い、第２バッテリＢＴ２の電圧Ｖｂ２を上昇させる。この場合、必ずしも二つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２の電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２を均等にしなくてもよい。例えば、今後の補機負荷４９の電力消費を見込んで、第２バッテリＢＴ２の電圧Ｖｂ２が第１バッテリＢＴ１の電圧Ｖｂ１よりも高めになるように電力授受が行われてもよい。

【0083】

（その他の実施形態）
（ａ）本発明の電力変換システムは、直列接続及び並列接続を切り替え可能に構成された三つ以上のバッテリを備える全体システムに適用されてもよい。その場合、三つ以上のバッテリが同時に電力変換システムに接続されるようにしてもよい。或いは、二つずつのバッテリが逐次、電力変換システムに接続されるようにしてもよい。

【0084】

図２０に示す全体システムは、直並列切り替えリレーＲＹ１ａ－ＲＹ３ａ、ＲＹ１ｂ－ＲＹ３ｂ、ＲＹ１ｃ－ＲＹ３ｃにより、三つのバッテリＢＴ１、ＢＴ２、ＢＴ３をいずれか二つの二直列もしくは二並列、又は、三直列もしくは三並列に切り替え可能に構成されている。リレーＲＹ１ａ－ＲＹ３ａは第１バッテリＢＴ１と第２バッテリＢＴ２との直並列を切り替え、リレーＲＹ１ｂ－ＲＹ３ｂは第２バッテリＢＴ１と第３バッテリＢＴ３２との直並列を切り替える。また、リレーＲＹ１ｃ－ＲＹ３ｃは第３バッテリＢＴ３と第１バッテリＢＴ１との直並列を切り替える。例えばリレーＲＹ２ａ及びＲＹ２ｂがＯＮのとき三直列になり、リレーＲＹ１ａ、ＲＹ１ｂ、ＲＹ３ａ及びＲＹ３ｂがＯＮのとき三並列になる。

【0085】

この全体システムに適用される電力変換システム７０８は、図５に示す電力変換システム７０１の構成に加え、第３バッテリＢＴ３に対応する構成が追加されている。マルチポート絶縁型コンバータ３０８は、二次巻線２２５、２２６と二次ポートＰ２５、Ｐ２６との間に二次側スイッチング回路４５、４６をさらに備える。高電位側のバッテリ側コンデンサＣｂ５は、非調整側ポートＰ２５に直接接続される。低電位側のバッテリ側コンデンサＣｂ６は、調整コンバータ６６を介して調整側ポートＰ２６に接続される。

【0086】

（ｂ）上記実施形態では、マルチポート絶縁型コンバータの非調整側ポート及び調整側ポートは、対応する一つのバッテリに対し各一つ設けられている。他の実施形態では、対応する一つのバッテリに対し、図２１に示す電力変換システム７０９１のマルチポート絶縁型コンバータ３０９１のように調整側ポートが複数設けられてもよい。或いは、図２２に示す電力変換システム７０９２のマルチポート絶縁型コンバータ３０９２のように非調整側ポートが複数設けられてもよい。

【0087】

図２１に示す電力変換システム７０９１は、図５に示す電力変換システム７０１における符号「２２２、２２４、４２、４４、６２、６４、Ｃｂ２、Ｃｂ４」の要素を二組有する。図２１では上記各要素の符号末尾に「１」及び「２」を付して示す。図２２に示す電力変換システム７０９２は、図５に示す電力変換システム７０１における符号「２２１、２２３、４１、４３、６１、６３、Ｃｂ１、Ｃｂ３」の要素を二組有する。図２２では上記各要素の符号末尾に「１」及び「２」を付して示す。

【0088】

電力変換システム７０９１、７０９２において、図９、図１０に示す調整コンバータに降圧コンバータを用いる構成での各二次ポートの電圧設定は、次のように拡張される。いずれも第１バッテリ電圧Ｖｂ１側の記号で説明する。

【0089】

調整側ポートが複数である電力変換システム７０９１では、複数の調整側ポートＰ２２１、Ｐ２２２の電圧ＶＨ１、ＶＨ２の合計が、対応するバッテリのバッテリ最大電圧Ｖｍａｘとバッテリ最小電圧Ｖｍｉｎとの差分値に設定される。また、複数の調整コンバータ６２１、６２２の降圧後電圧ＶＬ１、ＶＬ２の合計がバッテリ電圧Ｖｂとバッテリ最小電圧Ｖｍｉｎとの差分値（Ｖｂ－Ｖｍｉｎ）となる。非調整側ポートが複数である電力変換システム７０９２では、複数の非調整側ポートＰ２１１、Ｐ２１２の電圧Ｖ１、Ｖ２の合計が、対応するバッテリのバッテリ最小電圧Ｖｍｉｎに設定される。

【0090】

なお、その他の実施形態の図２０～図２２にのみ使用される符号は、［符号の説明］の欄の符号、及び、特許請求の範囲の参照符号としては記載しない。

【0091】

（ｃ）上記実施形態では、マルチポート絶縁型コンバータのＤｕｔｙ比を高効率領域の固定値としているが、他の実施形態では、マルチポート絶縁型コンバータのＤｕｔｙ比を可変に制御してもよい。その場合、例えばＤｕｔｙ比の可変領域を高効率の領域に限定し、調整コンバータによる出力電圧の調整と組み合わせ、微調整レベルで制御してもよい。

【0092】

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

【符号の説明】

【0093】

１５０・・・外部電源、
２００、２０１、２０２・・・トランス、
２１１、２１２・・・一次巻線、 ２２１－２２４・・・二次巻線、
３００、３０１、３０２・・・マルチポート絶縁型コンバータ、
３１、３２・・・一次側スイッチング回路、
４１－４４・・・二次側スイッチング回路、
６１－６４・・・調整コンバータ、
７０（７０１－７０７）、・・・電力変換システム、
７５・・・駆動回路、
ＢＴ１、ＢＴ２・・・バッテリ、
Ｐ１１、Ｐ１２・・・一次ポート、
Ｐ２１－Ｐ２４・・・二次ポート。

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】