特許 7589126 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】2024-11-15

(45)【発行日】2024-11-25

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20241118BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20241118BHJP

   B60L 58/20 20190101ALI20241118BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20241118BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 H

B60L9/18 A

B60L58/20

H02J7/00 P

H02J7/00 303C

H02J7/00 302C

H02M3/155 F

H02M3/155 H

H02M3/155 G

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021156704

(22)【出願日】2021-09-27

(65)【公開番号】P2023047658

(43)【公開日】2023-04-06

【審査請求日】2023-10-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100124682

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100104710

【弁理士】

【氏名又は名称】竹腰 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100090479

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 一

(72)【発明者】

【氏名】田口 義晃

(72)【発明者】

【氏名】小笠 正道

(72)【発明者】

【氏名】門脇 悟志

(72)【発明者】

【氏名】尾▲崎▼ 興介

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 有人

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１１１０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５３３０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１３６７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０５４４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３６２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１８６９７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｂ６０Ｌ ９／１８

Ｂ６０Ｌ ５８／２０

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１蓄電デバイス、第２蓄電デバイス、及び負荷回路の間に介在して電力を融通する電力変換装置であって、
前記第１蓄電デバイスが接続される第１端子と、
前記第２蓄電デバイスが接続される第２端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
を備え、
前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を１次側電圧とし、前記負荷端子と前記第２端子との間の電圧を２次側電圧として、１次側と２次側との間の通流を制御することで、前記第１蓄電デバイス及び前記第２蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置。

【請求項2】

第１蓄電デバイス、第２蓄電デバイス、及び負荷回路の間に介在して電力を融通する電力変換装置であって、
前記第１蓄電デバイスが接続される第１端子と、
前記第２蓄電デバイスが接続される第２端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
電流可逆チョッパ回路と、
を備え、
前記第１端子は、前記電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続され、
前記第２端子は、前記電流可逆チョッパ回路の接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記第１端子、前記第２端子、及び前記負荷端子の各端子間の通流を制御することで、前記第１蓄電デバイス及び前記第２蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置。

【請求項3】

第１蓄電デバイス、第２蓄電デバイス、及び負荷回路の間に介在して電力を融通する電力変換装置であって、
前記第１蓄電デバイスが接続される第１端子と、
前記第２蓄電デバイスが接続される第２端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
低圧側接続点同士及び接地接続点同士を互いに接続することで並列接続された２つの電流可逆チョッパ回路と、
を備え、
前記第１端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路のうち、一方の電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続され、
前記第２端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路の前記接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路のうち、他方の電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続され、
前記第１端子、前記第２端子、及び前記負荷端子の各端子間の通流を制御することで、前記第１蓄電デバイス及び前記第２蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置。

【請求項4】

第１蓄電デバイス、第２蓄電デバイス、及び負荷回路の間に介在して電力を融通する電力変換装置であって、
前記第１蓄電デバイスが接続される第１端子と、
前記第２蓄電デバイスが接続される第２端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
高圧側接続点同士及び接地接続点同士を互いに接続することで並列接続された２つの電流可逆チョッパ回路と、
を備え、
前記第１端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路のうち、一方の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記第２端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路の前記接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路のうち、他方の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記第１端子、前記第２端子、及び前記負荷端子の各端子間の通流を制御することで、前記第１蓄電デバイス及び前記第２蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置。

【請求項5】

第１蓄電デバイス、第２蓄電デバイス、及び負荷回路の間に介在して電力を融通する電力変換装置であって、
前記第１蓄電デバイスが接続される第１端子と、
前記第２蓄電デバイスが接続される第２端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
一方側接続点が前記第１端子に接続され、他方側接続点が前記負荷端子に接続され、接地接続点が前記第２端子に接続された電流可逆昇降圧チョッパ回路と、
を備え、
前記第１端子、前記第２端子、及び前記負荷端子の各端子間の通流を制御することで、前記第１蓄電デバイス及び前記第２蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置。

【請求項6】

前記第２蓄電デバイスは、前記第１蓄電デバイスよりもパワー密度が大きく、且つ、エネルギー密度が小さい、
請求項１～５の何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】

鉄道では、省エネルギーの実現のために、電気車に搭載される蓄電システムの開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－２２６１２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電気車に搭載される蓄電システムは、設置スペースの関係からその体積に制限があり、燃費の関係からできるだけ軽量であることが望まれる。蓄電システムの設計においては、単一種類の蓄電デバイスを利用するよりも、パワー密度やエネルギー密度が異なる複数種類の蓄電デバイスを併用することで、システム全体の小形化・軽量化を図れる可能性が有る。

【0005】

しかし、複数種類の蓄電デバイスを単純に接続しただけでは、各蓄電デバイスの充放電電流は受動的に決まるため、併用の効果が充分に得られない。このため、複数種類の蓄電デバイスを併用する場合、併用の効果を高めるために、電力変換装置によって各蓄電デバイスの充放電電流を能動的に制御する必要がある。しかし、電力変換装置を用いる従来の考え方は、プラス／マイナスの両端子を蓄電デバイス１つ１つに対して用意・接続し、１つ１つの蓄電デバイス全体の電圧をもとに制御する考え方であった。そのため、複数種類の蓄電デバイスの各容量に対して十分に制御可能な、電圧定格の大きい電力変換装置を用意する必要があった。そのため、大形の電力変換装置が必要となる結果、電力変換装置の放熱器も含めてシステム全体が大形化し、重量が増加する可能性があり、複数種類の蓄電デバイスを併用する効果を上回るほどの利点が得られない可能性があった。すなわち、システム全体の小形化要望に対して逆行し得た。

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、併用する複数種類の蓄電デバイスの充放電電流を制御する電力変換装置の小形化・軽量化を図ること、である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための第１の発明は、
第１蓄電デバイス、第２蓄電デバイス、及び負荷回路の間に介在して電力を融通する電力変換装置であって、
前記第１蓄電デバイスが接続される第１端子と、
前記第２蓄電デバイスが接続される第２端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
を備え、
前記第１端子、前記第２端子、及び前記負荷端子の各端子間の通流を制御することで、前記第１蓄電デバイス及び前記第２蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置である。

【0008】

第１の発明によれば、複数種類の蓄電デバイスの充放電電流を制御する電力変換装置の小形化・軽量化を図ることができる。電力変換装置は、各端子間の通流を制御することで、各蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御するが、例えば、第１端子と第２端子との間の電圧は第１蓄電デバイスと第２蓄電デバイスとの電圧差であり、負荷端子と第２端子との間の電圧は負荷回路と第２蓄電デバイスとの電圧差である。この電圧差が電力変換装置の入出力電圧となるため、電力変換装置の寸法の目安となる定格容量を小さくすることができる。これにより、電力変換装置の小形化・軽量化を図ることができる。

【0009】

第２の発明は、第１の発明において、
前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を１次側電圧とし、前記負荷端子と前記第２端子との間の電圧を２次側電圧として、１次側と２次側との間の通流を制御することで、前記第１蓄電デバイス及び前記第２蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置である。

【0010】

第２の発明によれば、電力変換装置の１次側電圧は第１蓄電デバイスと第２蓄電デバイスとの電圧差であり、２次側電圧は負荷回路と第２蓄電デバイスとの電圧差である。これらの電圧差が電力変換装置の入出力電圧となるため、電力変換装置の寸法の目安となる定格容量を小さくすることができる。これにより、電力変換装置の小形化・軽量化を図ることができる。

【0011】

電力変換装置の具体的な構成としては、次のように構成してもよい。

【0012】

第３の発明として、第１又は第２の発明において、
電流可逆チョッパ回路（例えば、図２の電流可逆チョッパ回路４１）を備え、
前記第１端子は、前記電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続され、
前記第２端子は、前記電流可逆チョッパ回路の接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続されている、
電力変換装置（例えば、図２の電力変換装置３０Ａ）を構成してもよい。

【0013】

第４の発明として、第１又は第２の発明において、
低圧側接続点同士及び接地接続点同士を互いに接続することで並列接続された２つの電流可逆チョッパ回路（例えば、図３の電流可逆チョッパ回路４２ａ，４２ｂ）を備え、
前記第１端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路のうち、一方の電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続され、
前記第２端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路の前記接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路のうち、他方の電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続されている、
電力変換装置（例えば、図３の電力変換装置３０Ｂ）を構成してもよい。

【0014】

第５の発明として、第１又は第２の発明において、
高圧側接続点同士及び接地接続点同士を互いに接続することで並列接続された２つの電流可逆チョッパ回路（例えば、図４の電流可逆チョッパ回路４３ａ，４３ｂ）を備え、
前記第１端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路のうち、一方の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記第２端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路の前記接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記２つの電流可逆チョッパ回路のうち、他方の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続されている、
電力変換装置（例えば、図４の電力変換装置３０Ｃ）を構成してもよい。

【0015】

第６の発明として、第１又は第２の発明において、
一方側接続点が前記第１端子に接続され、他方側接続点が前記負荷端子に接続され、接地接続点が前記第２端子に接続された電流可逆昇降圧チョッパ回路（例えば、図５の電流可逆昇降圧チョッパ回路４４）、
を備える電力変換装置（例えば、図５の電力変換装置３０Ｄ）を構成してもよい。

【0016】

第７の発明として、第１の発明において、
高圧側接続点同士及び接地接続点同士を互いに接続することで並列接続された３つの電流可逆チョッパ回路（例えば、図６の電流可逆チョッパ回路４５ａ～４５ｃ）を備え、
前記第１端子は、前記３つの電流可逆チョッパ回路のうちの第１の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記第２端子は、前記３つの電流可逆チョッパ回路のうちの第２の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記３つの電流可逆チョッパ回路のうちの第３の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続されている、
電力変換装置（例えば、図６の電力変換装置３０Ｅ）を構成しても良い。

【0017】

第８の発明は、第１～第７の何れかの発明において、
前記第２蓄電デバイスは、前記第１蓄電デバイスよりもパワー密度が大きく、且つ、エネルギー密度が小さい、
電力変換装置である。

【0018】

第８の発明によれば、種類が異なる蓄電デバイスを併用し、各蓄電デバイスの充放電流を制御する電力変換装置を備える蓄電システムにおいて、小形化・軽量化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】蓄電システムの構成例。

【図2】第１実施例の電力変換装置の回路構成例。

【図3】第２実施例の電力変換装置の回路構成例。

【図4】第３実施例の電力変換装置の回路構成例。

【図5】第４実施例の電力変換装置の回路構成例。

【図6】第５実施例の電力変換装置の回路構成例。

【図7】電気車の力行時の電流制御例。

【図8】電気車の力行時の電流制御例。

【図9】電気車の惰行・停車時の電流制御例。

【図10】電気車の惰行・停車時の電流制御例。

【図11】電気車の惰行・停車時の電流制御例。

【図12】電気車の回生・充電時の電流制御例。

【図13】電気車の回生・充電時の電流制御例。

【図14】電気車の力行時の電流制御の回路シミュレーション結果。

【図15】電気車の回生・充電時の電力変換装置の回路シミュレーション結果。

【図16】電気車の回生・充電時の電力変換装置の回路シミュレーション結果。

【図17】電力変換装置をマイナス側回路とした蓄電システムの構成例。

【図18】第１実施例の電力変換装置をマイナス側に接続する場合の回路の構成例。

【図19】第２実施例の電力変換装置をマイナス側に接続する場合の回路の構成例。

【図20】第３実施例の電力変換装置をマイナス側に接続する場合の回路の構成例。

【図21】第４実施例の電力変換装置をマイナス側に接続する場合の回路の構成例。

【図22】第５実施例の電力変換装置をマイナス側に接続する場合の回路の構成例。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものではない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。

【0021】

［システム構成］
図１は、本実施形態の電力変換装置を適用した蓄電システム１の構成例を示す図である。本実施形態の蓄電システム１は、鉄道の電気車に搭載され、回生電力や架線電力等を蓄電し力行電力等として供給するために用いられる。図１に示すように、蓄電システム１は、第１蓄電デバイス１０と、第２蓄電デバイス２０と、電力変換装置３０と、制御部６０とを備える。

【0022】

第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０は、種類が異なる蓄電デバイスである。本実施形態では、第１蓄電デバイス１０は、第２蓄電デバイス２０に比較して、エネルギー密度が大きいがパワー密度は小さい蓄電デバイスである。例えば、二次電池や燃料電池等で実現される。また、第２蓄電デバイス２０は、第１蓄電デバイス１０に比較して、パワー密度が大きいがエネルギー密度が小さい蓄電デバイスである。例えば、電気二重層キャパシタ等で実現される。

【0023】

電力変換装置３０は、直流－直流の電力変換を行う装置であり、第１蓄電デバイス１０、第２蓄電デバイス２０及び負荷回路１００の間に介在して電力を融通する。電力変換装置３０は、第１蓄電デバイス１０が接続される第１端子３１と、第２蓄電デバイス２０が接続される第２端子３２と、負荷回路１００が接続される負荷端子３３との３つの入出力端子を備える。負荷回路１００は、主電動機を含む主回路や、補機用の静止形インバータ（ＳＩＶ：Static Inverter）、パンタグラフ等の集電装置等である。

【0024】

制御部６０は、電力変換装置３０の各入出力端子の通流を制御することで、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の充電動作及び放電動作を制御する。つまり、負荷回路１００の出力電力を直流変換して第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０を充電する充電動作や、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の放電電力を直流変換して負荷回路１００に供給する放電動作等を制御する。

【0025】

ここで、蓄電システム１における各部の電圧及び電流を図１のように定める。つまり、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０それぞれの端子電圧を「Ｖｂ１」，「Ｖｂ２」とし、出力電流を「Ｉｂ１」，「Ｉｂ２」とし、負荷回路１００の電圧（負荷電圧）を「ＶＬ」とし、負荷回路１００への出力電流（負荷電流）「ＩＬ」とする。すると、電力変換装置３０に入出力する電流及びエネルギーの関係は、電力変換装置３０内部の電力損失を無視した場合には、次式（１），（２）を満たす必要がある。
Ｉｂ１＋Ｉｂ２＝ＩＬ ・・・（１）
Ｖｂ１・Ｉｂ１＋Ｖｂ２・Ｉｂ２＝ＶＬ・ＩＬ ・・・（２）

【0026】

電力変換装置３０は、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０それぞれの出力電流Ｉｂ１，Ｉｂ２を制御（分流制御）することができる。電流ＩＬに対する電流Ｉｂ１の比率（分流比）を「ｄ」とすると、電流Ｉｂ１，Ｉｂ２は、次式（３），（４）で表される。
Ｉｂ１＝ｄ・ＩＬ ・・・（３）
Ｉｂ２＝（１－ｄ）・ＩＬ ・・・（４）

【0027】

この式（３），（４）を式（２）に代入すると、電圧に関する次式（５）が得られる。
ＶＬ＝ｄ・Ｖｂ１＋（１－ｄ）Ｖｂ２ ・・・（５）
この式（５）から、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２と分流比ｄとに応じて負荷電圧ＶＬが決定されることがわかる。

【0028】

分流比ｄは、任意の実数とすることができる。分流比ｄが「０」とは、電流Ｉｂ１が「０」、つまり、電力変換装置３０を介して第２蓄電デバイス２０及び負荷回路１００でなる閉ループのみに電流が流れている状態である。また、分流比ｄが「１」とは、電流Ｉｂ２が「０」、つまり、電力変換装置３０を介して第１蓄電デバイス１０及び負荷回路１００でなる閉ループのみに電流が流れている状態である。また、分流比ｄが「１より大」又は「負値」とは、第１蓄電デバイス１０と第２蓄電デバイス２０の出力電流が逆極性の状態である。

【0029】

なお、分流比ｄの制御（分流制御）は、制御部６０によってなされる。後述するように、電力変換装置３０はチョッパ回路を備えて構成されるが、制御部６０によってなされるこのチョッパ回路の各スイッチング素子のスイッチング制御（オン・オフ制御）によって、分流制御が実現される。

【0030】

以下、電力変換装置３０の具体的な５つの実施例を順に説明する。

【0031】

［第１実施例］
図２は、第１実施例の電力変換装置３０Ａの回路構成を示す図である。第１実施例の電力変換装置３０Ａは、電流可逆チョッパ回路４１を備える。電力変換装置３０Ａの第１端子３１に電流可逆チョッパ回路４１の高圧側接続点５１が接続され、第２端子３２に電流可逆チョッパ回路４１の接地接続点５３が接続され、負荷端子３３に電流可逆チョッパ回路４１の低圧側接続点５２が接続されている。また、電力変換装置３０Ａは、第１端子３１と第２端子３２の間に接続された入出力用のコンデンサＣ１と、負荷端子３３と第２端子３２との間に接続された入出力用のコンデンサＣ２とを有する。

【0032】

電力変換装置３０Ａは、第１端子３１に印加される電圧Ｖｂ１と、第２端子３２に印加される電圧Ｖｂ２との差電圧（＝Ｖｂ１－Ｖｂ２）を１次側電圧とし、負荷端子３３に印加される負荷電圧ＶＬと、第２端子３２に印加される電圧Ｖｂ２との差電圧（＝ＶＬ－Ｖｂ２）を２次側電圧とすると、電流可逆チョッパ回路４１により１次側電圧と２次側電圧との間の双方向の直流変換を行うことができる。つまり、電流可逆チョッパ回路４１による双方向の直流変換によって１次側と２次側との間の直流変換ができ、これにより、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の充電動作及び放電動作を制御することができる。電流可逆チョッパ回路４１の直流変換は、制御部６０によるスイッチング素子のスイッチング制御によって実現される。

【0033】

また、電流Ｉｂ１，Ｉｂ２の分流制御（分流比ｄの制御）は、スイッチング素子のスイッチング制御によってなされる。このため、分流を能動的に制御するためには、各スイッチング素子の逆並列ダイオードが常時オンとならないよう、電力変換装置３０Ａの各入出力端子の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，ＶＬを定める必要がある。従って、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，ＶＬが満たすべき大小関係の条件は、Ｖｂ２＜ＶＬ＜Ｖｂ１、となる。

【0034】

［第２実施例］
図３は、第２実施例の電力変換装置３０Ｂの回路構成を示す図である。電力変換装置３０Ｂは、２つの電流可逆チョッパ回路４２ａ，４２ｂを備える。２つの電流可逆チョッパ回路４２ａ，４２ｂは、リアクトルＬを共有して、低圧側接続点５２同士及び接地接続点５３同士を互いに接続することで並列接続されている。そして、電力変換装置３０Ｂの第１端子３１に、２つの電流可逆チョッパ回路４２ａ，４２ｂのうち、一方の電流可逆チョッパ回路４２ａの高圧側接続点５１が接続され、第２端子３２に、２つの電流可逆チョッパ回路４２ａ，４２ｂの接地接続点５３が接続され、負荷端子３３に、２つの電流可逆チョッパ回路４２ａ，４２ｂのうち、他方の電流可逆チョッパ回路４２ｂの高圧側接続点５１が接続されている。また、電力変換装置３０Ｂは、第１端子３１と第２端子３２の間に接続された入出力用のコンデンサＣ１と、負荷端子３３と第２端子３２との間に接続された入出力用のコンデンサＣ２とを有する。

【0035】

電力変換装置３０Ｂは、第１端子３１に印加される電圧Ｖｂ１と、第２端子３２に印加される電圧Ｖｂ２との差電圧（＝Ｖｂ１－Ｖｂ２）を１次側電圧とし、負荷端子３３に印加される負荷電圧ＶＬと、第２端子３２に印加される電圧Ｖｂ２との差電圧（＝ＶＬ－Ｖｂ２）を２次側電圧とすると、電流可逆チョッパ回路４２ａ，４２ｂにより１次側電圧と２次側電圧との間の双方向の直流変換を行うことができる。つまり、電流可逆チョッパ回路４２ａ，４２ｂによる双方向の直流変換によって１次側と２次側との間の直流変換ができ、これにより、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の充電動作及び放電動作を制御することができる。電流可逆チョッパ回路４２ａ，４２ｂの直流変換は、制御部６０によるスイッチング素子のスイッチング制御によって実現される。

【0036】

また、電流Ｉｂ１，Ｉｂ２の分流制御（分流比ｄの制御）は、スイッチング素子のスイッチング制御によってなされる。このため、分流を能動的に制御するためには、各スイッチング素子の逆並列ダイオードが常時オンとならないよう、電力変換装置３０Ｂの各入出力端子の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，ＶＬを定める必要がある。従って、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，ＶＬが満たすべき大小関係の条件は、Ｖｂ２＜ＶＬ、かつ、Ｖｂ２＜Ｖｂ１、となる。

【0037】

［第３実施例］
図４は、第３実施例の電力変換装置３０Ｃの回路構成を示す図である。電力変換装置３０Ｃは、２つの電流可逆チョッパ回路４３ａ，４３ｂを備える。２つの電流可逆チョッパ回路４３ａ，４３ｂは、リンクコンデンサＣｍを介して、高圧側接続点５１同士及び接地接続点５３同士を互いに接続することで並列接続されている。そして、電力変換装置３０Ｃの第１端子３１に、２つの電流可逆チョッパ回路４３ａ，４３ｂのうち、一方の電流可逆チョッパ回路４３ａの低圧側接続点５２が接続され、第２端子３２に、２つの電流可逆チョッパ回路４３ａ，４３ｂの接地接続点５３が接続され、負荷端子３３に、２つの電流可逆チョッパ回路４３ａ，４３ｂのうち、他方の電流可逆チョッパ回路４３ｂの低圧側接続点５２が接続されている。また、電力変換装置３０Ｃは、第１端子３１と第２端子３２の間に接続された入出力用のコンデンサＣ１と、負荷端子３３と第２端子３２との間に接続された入出力用のコンデンサＣ２とを有する。

【0038】

電力変換装置３０Ｃは、第１端子３１に印加される電圧Ｖｂ１と、第２端子３２に印加される電圧Ｖｂ２との差電圧（＝Ｖｂ１－Ｖｂ２）を１次側電圧とし、負荷端子３３に印加される負荷電圧ＶＬと、第２端子３２に印加される電圧Ｖｂ２との差電圧（＝ＶＬ－Ｖｂ２）を２次側電圧とすると、電流可逆チョッパ回路４３ａ，４３ｂにより１次側電圧と２次側電圧との間の双方向の直流変換を行うことができる。つまり、電流可逆チョッパ回路４３ａ，４３ｂによる双方向の直流変換によって１次側と２次側との間の直流変換ができ、これにより、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の充電動作及び放電動作を制御することができる。電流可逆チョッパ回路４３ａ，４３ｂの直流変換は、制御部６０によるスイッチング素子のスイッチング制御によって実現される。

【0039】

また、電流Ｉｂ１，Ｉｂ２の分流制御（分流比ｄの制御）は、スイッチング素子のスイッチング制御によってなされる。このため、分流を能動的に制御するためには、各スイッチング素子の逆並列ダイオードが常時オンとならないよう、電力変換装置３０Ｃの各入出力端子の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，ＶＬを定める必要がある。従って、電力変換装置３０Ｃの各入出力端子の電圧（端子電圧）が満たすべき条件は、Ｖｂ２＜ＶＬ、かつ、Ｖｂ２＜Ｖｂ１、となる。

【0040】

［第４実施例］
図５は、第４実施例の電力変換装置３０Ｄの回路構成を示す図である。電力変換装置３０Ｄは、電流可逆昇降圧チョッパ回路４４を備える。電力変換装置３０Ｄの第１端子３１に、電流可逆昇降圧チョッパ回路４４の一方側接続点５４が接続され、負荷端子３３に、電流可逆昇降圧チョッパ回路４４の他方側接続点５５が接続され、第２端子３２に、電流可逆昇降圧チョッパ回路４４の接地接続点５６が接続されている。また、電力変換装置３０Ｄは、第１端子３１と第２端子３２との間に接続された入出力用のコンデンサＣ１と、負荷端子３３と第２端子３２との間に接続された入出力用のコンデンサＣ２とを有する。

【0041】

電力変換装置３０Ｄは、第１端子３１に印加される電圧Ｖｂ１と、第２端子３２に印加される電圧Ｖｂ２との差電圧（＝Ｖｂ１－Ｖｂ２）を１次側電圧とし、負荷端子３３に印加される負荷電圧ＶＬと、第２端子３２に印加される電圧Ｖｂ２との差電圧（＝ＶＬ－Ｖｂ２）を２次側電圧とすると、電流可逆昇降圧チョッパ回路４４により１次側電圧と２次側電圧との間の双方向の直流変換を行うことができる。つまり、電流可逆昇降圧チョッパ回路４４による双方向の直流変換によって、１次側と２次側との間を直流変換することができ、これにより、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の充電動作及び放電動作を制御することができる。電流可逆昇降圧チョッパ回路４４の直流変換は、制御部６０によるスイッチング素子のスイッチング制御によって実現される。

【0042】

また、電流Ｉｂ１，Ｉｂ２の分流制御（分流比ｄの制御）は、スイッチング素子のスイッチング制御によってなされる。このため、分流を能動的に制御するためには、各スイッチング素子の逆並列ダイオードが常時オンとならないよう、電力変換装置３０Ｄの各入出力端子の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，ＶＬを定める必要がある。従って、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，ＶＬが満たすべき大小関係の条件は、ＶＬ＜Ｖｂ２＜Ｖｂ１、となる。

【0043】

［第５実施例］
図６は、第５実施例の電力変換装置３０Ｅの回路構成を示す図である。電力変換装置３０Ｅは、３つの電流可逆チョッパ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃを備える。電流可逆チョッパ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃは、リンクコンデンサＣｍを介して、高圧側接続点５１同士及び接地接続点５３同士を互いに接続することで並列接続されている。電力変換装置３０Ｅの第１端子３１に、３つの電流可逆チョッパ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃのうちの第１の電流可逆チョッパ回路４５ａの低圧側接続点５２が接続され、第２端子３２に、３つの電流可逆チョッパ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃのうちの第２の電流可逆チョッパ回路４５ｂの低圧側接続点５２が接続され、負荷端子３３に、３つの電流可逆チョッパ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃのうちの第３の電流可逆チョッパ回路４５ｃの低圧側接続点５２が接続されている。また、電力変換装置３０Ｅは、第１の電流可逆チョッパ回路４５ａの低圧側接続点５２と接地接続点５３との間に接続された入出力用のコンデンサＣ１と、第２の電流可逆チョッパ回路４５ｂの低圧側接続点５２と接地接続点５３との間に接続された入出力用のコンデンサＣ２と、第３の電流可逆チョッパ回路４５ｃの低圧側接続点５２と接地接続点５３との間に接続された入出力用のコンデンサＣ３とを有する。

【0044】

また、電流Ｉｂ１，Ｉｂ２の分流制御（分流比ｄの制御）は、スイッチング素子のスイッチング制御によってなされる。このため、分流を能動的に制御するためには、各スイッチング素子の逆並列ダイオードが常時オンとならないよう、電力変換装置３０Ｅの各入出力端子の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，ＶＬを定める必要がある。電力変換装置３０Ｅでは、第１端子３１、第２端子３２、及び負荷端子３３の各入出力端子間に、それぞれ２つのスイッチング素子の逆並列ダイオードが相互に逆向きに接続されている。このため、逆並列ダイオードが常時オンすることがない。従って、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，ＶＬが満たすべき大小関係の条件はない。

【0045】

［電力変換装置の制御例］
次に、電力変換装置３０の具体的な制御例を説明する。何れの制御例においても、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０それぞれの出力電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２は予め設計されており、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０それぞれの出力電流Ｉｂ１，Ｉｂ２が所望の値となるように分流比ｄを決定・制御する。出力電流Ｉｂ１，Ｉｂ２は、負荷回路１００への出力電流ＩＬに応じて、電流の関係式（１）を満たす値としている。出力電流Ｉｂ１，Ｉｂ２が「負値」とは、第１蓄電デバイス１０や第２蓄電デバイス２０への入力電流（充電電流）であることに相当し、出力電流ＩＬが「負値」とは、負荷回路１００からの入力電流であることに相当する。なお、簡単のため、電力変換装置３０の損失は無い理想的な状態を想定している。

【0046】

図７，図８は、電気車が力行する際に、負荷回路１００が電流ＩＬ＝４００Ａを消費する場合の制御例である。この場合、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０を放電動作させて、負荷回路１００が消費する電流ＩＬ＝４００Ａを出力する。

【0047】

図７は、パワー密度が高い第２蓄電デバイス２０に、負荷回路１００が消費する電流ＩＬ＝４００Ａの全てを負担させる制御例である。つまり、第１蓄電デバイス１０の出力電流Ｉｂ１を「０Ａ」、第２蓄電デバイス２０の出力電流Ｉｂ２を「４００Ａ」としており、分流比ｄは「０」である。そして、電圧の関係式（５）から、負荷電圧ＶＬは「１４００Ｖ」となる。この図７の制御例は、負荷回路１００への電力供給を大電力で行う必要がある場合に好適である。例えば、電気車の加速時、再加速時が該当する。

【0048】

図８は、負荷回路１００が消費する電流ＩＬ＝４００Ａを、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の両方に負担させる制御例である。つまり、第１蓄電デバイス１０の出力電流Ｉｂ１を「１００Ａ」、第２蓄電デバイス２０の出力電流Ｉｂ２を「３００Ａ」としており、分流比ｄは「０．２５」である。そして、電圧の関係式（５）から、負荷電圧ＶＬは「１４５０Ｖ」となる。この図８の制御例は、図７の制御例に続けて負荷回路１００に継続的に大きな電力供給を行う必要がある場合に好適である。例えば、電気車の走行速度を徐々に高めていく場合や、ほぼ一定の速度で力行走行する場合が該当する。

【0049】

図９～図１１は、電気車が惰行又は停車している際に、負荷回路１００が電流ＩＬ＝２０Ａを消費する場合の制御例である。なお、この場合の電流ＩＬは、補機が消費する電流を想定している。力行時と同じく、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の双方又は一方を放電動作して、負荷回路１００が消費する電流ＩＬ＝２０Ａを出力する。

【0050】

図９は、第１蓄電デバイス１０に、負荷回路１００が消費する電流ＩＬ＝２０Ａの全てを負担させる制御例である。つまり、第１蓄電デバイス１０の出力電流Ｉｂ１を「２０Ａ」、第２蓄電デバイス２０の出力電流Ｉｂ２を「０Ａ」としており、分流比ｄは「１」である。そして、電圧の関係式（５）から、負荷電圧ＶＬは「１６００Ｖ」となる。この図９の制御例は、第２蓄電デバイス２０が充電の必要のない状態（例えば満充電の状態）である場合に好適である。

【0051】

図１０は、第１蓄電デバイス１０に、負荷回路１００が消費する電流ＩＬ＝２０Ａの全てを負担させつつ、第２蓄電デバイス２０を充電する制御例である。具体的には、蓄積エネルギーに余裕がある第１蓄電デバイス１０を放電動作して、放電電流を負荷回路１００へ出力しつつ、放電電流の一部を蓄積エネルギー残量が低下した第２蓄電デバイス２０にも出力して第２蓄電デバイス２０を充電している。つまり、第１蓄電デバイス１０の出力電流Ｉｂ１を「４０Ａ」、第２蓄電デバイス２０の出力電流Ｉｂ２を「－２０Ａ」としており、分流比ｄは「２」となる。出力電流Ｉｂ２がマイナスであるため、第２蓄電デバイス２０への入力電流（充電電流）であることを意味する。そして、電圧の関係式（５）から、負荷電圧は「１８００Ｖ」となる。

【0052】

なお、図１０の制御例は、電圧の大小関係が「Ｖｂ２＜Ｖｂ１＜ＶＬ」であるため、第１実施例の電力変換装置３０Ａ（図２参照）、第４実施例の電力変換装置３０Ｄ（図５参照）では実施できない。

【0053】

図１１は、図１０の制御例と同様に、第１蓄電デバイス１０に、負荷回路１００が消費する電流ＩＬ＝２０Ａの全てを負担させつつ、第２蓄電デバイス２０を充電する制御例である。但し、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２が同じである点が、図１０の制御例と異なる。つまり、出力電流Ｉｂ１を「６０Ａ」、出力電流Ｉｂ２を「－４０Ａ」としており、分流比ｄは「３」である。出力電流Ｉｂ２がマイナスであるため、第２蓄電デバイス２０への入力電流（充電電流）であることを意味する。そして、電圧の関係式（５）から、負荷電圧は「１６００Ｖ」となる。

【0054】

また、この場合、Ｖｂ１＝Ｖｂ２、を電圧の関係式（５）に代入すると、ＶＬ＝Ｖｂ１＝Ｖｂ２、が得られる。つまり、負荷電圧ＶＬは、分流比ｄによらず、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の出力電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２に応じて決まる。従って、第２蓄電デバイス２０への充電電流（出力電流Ｉｂ２の負値に相当）を変化（増加又は減少）させるために分流比ｄを変化させたとしても負荷電圧ＶＬは変化しないため、分流比ｄの自由度が大きい。

【0055】

なお、図１１の制御例は、電圧の大小関係が「Ｖｂ２＝Ｖｂ１＝ＶＬ」であるため、電圧の大小関係に条件のない第５実施例の電力変換装置３０Ｅ（図６参照）のみで実施できる。

【0056】

図１２，図１３は、電気車が減速して回生している又は架線等から充電する際に、負荷回路１００から電流ＩＬ＝４００Ａが入力される場合の制御例である。この場合、負荷回路１００から入力される電流ＩＬ＝４００Ａで第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の双方又は一方を充電動作させる。

【0057】

図１２は、負荷回路１００からの入力電流ＩＬ＝４００Ａの全てを、第２蓄電デバイス２０に充電する制御例である。つまり、第１蓄電デバイス１０の出力電流Ｉｂ１を「０Ａ」、第２蓄電デバイス２０の出力電流Ｉｂ２を「－４００Ａ」とし、分流比ｄは「０」である。出力電流Ｉｂ２がマイナスであるため、第２蓄電デバイス２０への入力電流（充電電流）であることを意味する。そして、電圧の関係式（５）から、負荷電圧ＶＬは「１４００Ｖ」となる。この図１２の制御例は、第１蓄電デバイス１０が充電の必要のない状態（例えば満充電の状態）である場合に好適である。

【0058】

図１３は、負荷回路１００からの入力電流ＩＬ＝４００Ａを分流させて、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の両方を充電する制御例である。つまり、第１蓄電デバイス１０の出力電流Ｉｂ１を「－１００Ａ」、第２蓄電デバイス２０の出力電流Ｉｂ２を「－３００Ａ」としており、分流比ｄは「０．２５」である。出力電流Ｉｂ１、Ｉｂ２がマイナスであるため、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０への入力電流（充電電流）であることを意味する。そして、電圧の関係式（５）から、負荷電圧ＶＬは「１４５０Ｖ」となる。

【0059】

［電力変換装置の回路シミュレーション例］
続いて、電力変換装置３０の回路シミュレーション結果を説明する。このシミュレーションは、電気車の（１）力行時、（２）惰行時、（３）回生時、のそれぞれについて、負荷回路１００への出力電流ＩＬを固定として分流比ｄを変化させる条件で行った。

【0060】

図１４は、電気車の力行時の回路シミュレーション結果であり、図１５は、電気車の惰行時の回路シミュレーション結果であり、図１６は、電気車の回生時の回路シミュレーション結果である。図１４～図１６の何れにおいても、横軸を共通の時間として、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，ＶＬと、電流Ｉｂ１，Ｉｂ２，ＩＬとのそれぞれのグラフを示している。但し、グラフの見易さのために、出力電流Ｉｂ１，Ｉｂ２については、符号を反転させた値「－Ｉｂ１，－Ｉｂ２」のグラフとして示している。また、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０での電圧降下と、電力変換装置３０の各スイッチング素子の寄生抵抗による電圧降下とを考慮している。このため、理想的な値とはわずかに異なっている。

【0061】

図１４は、電気車の力行時の回路シミュレーション結果である。このシミュレーションでは、電力変換装置３０の回路構成を第１実施例の構成（図２参照）として行った。そして、電力変換装置３０の分流制御として、図７に示した制御状態から、図８に示した制御状態に移行させることを想定して行った。つまり、第１蓄電デバイス１０の出力電圧Ｖｂ１を「約１６００Ｖ」、第２蓄電デバイス２０の出力電圧Ｖｂ２を「約１４００Ｖ」、負荷回路１００が消費する電流ＩＬを「４００Ａ」とした。そして、分流比ｄを、図７の制御状態に相当する「０」から、図８の制御状態に相当する「０．２５」に変化させた。

【0062】

図１４において、時間「０～０．０２秒」の期間が、図７の制御状態に相当する期間（分流比ｄ＝０）であり、時間「０．０３～０．０６秒」の期間が、図８の制御状態に相当する期間（分流比ｄ＝０．２５）である。分流比ｄが「０」の期間では、電力変換装置３０の各スイッチング素子はオン又はオフに固定されている状態である。そして、時間「０．０２秒」から０．０１秒間をかけて、分流比ｄを「０．２５」まで直線的に増加し、電力変換装置３０の各スイッチング素子のスイッチング制御を開始した。すると、第１蓄電デバイス１０の出力電流Ｉｂ１が「０Ａ」から「１００Ａ」に変化し、第２蓄電デバイス２０の出力電流Ｉｂ２が「４００Ａ」から「３００Ａ」に変化し、負荷電圧ＶＬが「約１４００Ｖ」から「約１４５０Ｖ」に変化した。この図１４の回路シミュレーション結果から、本実施形態の電力変換装置３０は、力行中に分流比を変化させる制御が可能であることが分かる。

【0063】

なお、分流比ｄが「０」より大となっている期間では、電力変換装置３０の各スイッチング素子のスイッチング制御（オン・オフ制御）に起因して、電圧ＶＬ、及び、電流Ｉｂ１，Ｉｂ２に脈動が生じている。

【0064】

図１５は、電気車の惰行時の回路シミュレーション結果である。このシミュレーションでは、電力変換装置３０の回路構成を第５実施例の構成（図６参照）として行った。そして、電力変換装置３０の分流制御として、負荷回路１００への出力電流ＩＬを第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０それぞれの出力電流Ｉｂ１，Ｉｂ２に均等に負担させていた制御状態（分流比ｄが「０．５」の状態。「初期制御状態」という）から、図１１に示した制御状態に移行させることを想定して行った。つまり、第１蓄電デバイス１０の出力電圧Ｖｂ１、及び、第２蓄電デバイス２０の出力電圧Ｖｂ２をともに「約１６００Ｖ」、負荷回路１００が消費する電流ＩＬを「２０Ａ」とした。そして、分流比ｄを、「０．５」から、図１１の制御状態に相当する「３」に変化させた。

【0065】

図１５において、時間「０～０．０２秒」の期間が、初期制御状態に相当する期間（分流比ｄ＝０．５）であり、時間「０．０３～０．０６秒」の期間が、図１１の制御状態に相当する期間（分流比ｄ＝３）である。時間「０．０２秒」から０．０１秒間をかけて、分流比ｄを「３」まで直線的に増加し、電力変換装置３０の各スイッチング素子のスイッチング制御を開始した。すると、第１蓄電デバイス１０の出力電流Ｉｂ１が「１０Ａ」から「６０Ａ」に変化し、第２蓄電デバイス２０の出力電流Ｉｂ２が「１０Ａ」から「－４０Ａ（充電電流に相当）」に変化した。しかし、負荷電圧ＶＬは、上述した電圧降下の影響は生じているが「約１６００Ｖ」のままである。これは、図１１において説明したように、Ｖｂ１＝Ｖｂ２であるから、分流比ｄが変化しても負荷電圧ＶＬは変化しないからである。この図１５の回路シミュレーション結果から、本実施形態の電力変換装置３０は、惰行中に分流比を変化させる制御が可能であることが分かる。

【0066】

なお、電力変換装置３０の各スイッチング素子のスイッチング制御（オン・オフ制御）に起因して、電圧ＶＬ、及び、電流Ｉｂ１，Ｉｂ２に脈動が生じている。

【0067】

図１６は、電気車の回生時の回路シミュレーション結果である。このシミュレーションでは、電力変換装置３０の回路構成を第１実施例の構成（図２参照）として行った。そして、電力変換装置３０の分流制御として、図１２に示した制御状態から、図１３に示した制御状態に移行させることを想定して行った。つまり、第１蓄電デバイス１０の出力電圧Ｖｂ１を「約１６００Ｖ」、第２蓄電デバイス２０の出力電圧Ｖｂ２を「約１４００Ｖ」、負荷回路１００から入力される電流ＩＬを「４００Ａ」とした。そして、分流比ｄを、図１２の制御状態に相当する「０」から、図１３の制御状態に相当する「０．２５」に変化させた。

【0068】

図１６において、時間「０～０．０２秒」の期間が、図１２の制御状態に相当する期間（分流比ｄ＝０）であり、時間「０．０３～０．０６秒」の期間が、図１３の制御状態に相当する期間（分流比ｄ＝０．２５）である。分流比ｄが「０」の期間では、電力変換装置３０の各スイッチング素子はオン又はオフに固定されている状態である。そして、時間「０．０２秒」から０．０１秒間をかけて、分流比ｄを「０．２５」まで直線的に増加し、電力変換装置３０の各スイッチング素子のスイッチング制御（分流制御）を開始した。すると、第１蓄電デバイス１０の出力電流Ｉｂ１が「０Ａ」から「－１００Ａ（充電電流に相当）」に変化し、第２蓄電デバイス２０の出力電流Ｉｂ２が「－４００Ａ（充電電流に相当）」から「－３００Ａ（充電電流に相当）」に変化し、負荷電圧ＶＬが「約１４００Ｖ」から「約１４５０Ｖ」に変化した。この図１６の回路シミュレーション結果から、本実施形態の電力変換装置３０は、回生中に分流比を変化させる制御が可能であることが分かる。

【0069】

なお、分流比ｄが「０」より大となっている期間では、電力変換装置３０の各スイッチング素子のスイッチング制御（オン・オフ制御）に起因して、電圧ＶＬ、及び、電流Ｉｂ１，Ｉｂ２に脈動が生じている。

【0070】

［作用効果］
このように、本実施形態によれば、複数種類の蓄電デバイスの充放電電流を制御する電力変換装置３０の小形化・軽量化を図ることができる。これにより、種類が異なる第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０を併用し、各蓄電デバイスの充放電電流を制御する電力変換装置３０を備える蓄電システム１の小形化・軽量化を図ることが可能となる。

【0071】

電力変換装置３０は、各入力端子間の通流を制御することで各蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御するが、第１端子３１と第２端子３２との間の１次側電圧は、第１蓄電デバイス１０の電圧Ｖｂ１と第２蓄電デバイス２０の電圧Ｖｂ２との電圧差（＝Ｖｂ１－Ｖｂ２）であり、負荷端子３３と第２端子３２と間の２次側電圧は、負荷回路１００の電圧ＶＬと第２蓄電デバイス２０の電圧との電圧差である。これらの電圧差が電力変換装置３０の入出力電圧となるため、電力変換装置の寸法の目安となる定格容量を小さくすることができる。これにより、電力変換装置３０の小形化・軽量化を図ることができる。

【0072】

また、電力変換装置３０はチョッパ回路を備えて構成されるが、このチョッパ回路が有する各スイッチング素子には、第１蓄電デバイス１０及び第２蓄電デバイス２０の電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２や負荷電圧ＶＬそのものではなく、電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２の差電圧や、電圧Ｖｂ２と負荷電圧ＶＬとの差電圧が印加される。このため、スイッチング素子として、定格電圧が小さく、小形で低損失の素子を用いることができる。このような理由からも、電力変換装置３０の小形化・軽量化を図ることができる。

【0073】

更に、小形で低損失のスイッチング素子を用いることで、電力変換装置３０としての損失が小さくなり、省エネルギーに寄与するとともに、電力変換装置３０に備える放熱器の小形化・軽量化にも繋がり、これも、電力変換装置３０の小形化に寄与する。

【0074】

［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

【0075】

例えば、上述の実施形態では、電力変換装置３０を、蓄電デバイスのプラス側（正極側）に接続するプラス側回路として用いたが、蓄電デバイスのマイナス側（負極側）に接続するマイナス側回路として用いてもよい。

【0076】

図１７は、電力変換装置をマイナス側回路として用いた蓄電システム１Ｘの構成例である。蓄電システム１Ｘにおいて、電力変換装置３０の第１端子３１には、第１蓄電デバイス１０の負極側が接続され、第２端子３２には、第２蓄電デバイス２０の負極側が接続され、負荷端子３３には、負荷回路１００の負極側が接続される。そして、入出力端子に入出力する電流Ｉｂ１，Ｉｂ２，ＩＬは、上述の実施形態における電力変換装置３０（図１参照）とは正負が反転した値となる。電気車の多くでは回路のマイナス側が接地されるため、電力変換装置をマイナス側回路として用いることは、電力変換装置の対地電位を低減できるため、絶縁設計の面で有利となる。

【0077】

電力変換装置３０Ｘの具体的な回路構成としては、基本的には、上述の実施例（第１～第５実施例）の回路構成における各素子の配置を上下に逆転させた配置の回路構成となる。具体的に図示すると、図１８～図２２のように構成される。図１８は、第１実施例の電力変換装置３０Ａ（図２参照）をマイナス側に接続する場合の回路の回路構成図であり、図１９は、第２実施例の電力変換装置３０Ｂ（図３参照）をマイナス側に接続する場合の回路の回路構成図であり、図２０は、第３実施例の電力変換装置３０Ｃ（図４参照）をマイナス側に接続する場合の回路の回路構成図であり、図２１は、第４実施例の電力変換装置３０Ｄ（図５参照）をマイナス側に接続する場合の回路の回路構成図であり、図２２は、第５実施例の電力変換装置３０Ｅ（図６参照）をマイナス側に接続する場合の回路の回路構成図である。

【符号の説明】

【0078】

１…蓄電システム
１０…第１蓄電デバイス
２０…第２蓄電デバイス
３０（３０Ａ～３０Ｅ）…電力変換装置
３１…第１端子
３２…第２端子
３３…負荷端子
４１，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…電流可逆チョッパ回路
５１…高圧側接続点
５２…低圧側接続点
５３…接地接続点
４４…電流可逆昇降圧チョッパ回路
５４…一方側接続点
５５…他方側接続点
５６…接地接続点
６０…制御部
１００…負荷回路

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】