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JP2018068015A - Power supply device - Google Patents

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JP2018068015A
JP2018068015A JP2016204724A JP2016204724A JP2018068015A JP 2018068015 A JP2018068015 A JP 2018068015A JP 2016204724 A JP2016204724 A JP 2016204724A JP 2016204724 A JP2016204724 A JP 2016204724A JP 2018068015 A JP2018068015 A JP 2018068015A
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voltage
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塚田 能成
Yoshinari Tsukada
能成 塚田
哲 橋野
Satoru Hashino
哲 橋野
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

【課題】2つの直流電源を用いて構成された電源装置であって、複雑な制御を必要としない簡易な構成で優れた特性を実現できる電源装置を提供する。【解決手段】直列に接続された第1直流電源2及び第2直流電源3と、スイッチ素子S1,S2の制御により第1直流電源2の電圧を変換する電圧変換器4と、第2直流電源3の正極及び負極のうちの第1直流電源2側の極と反対側の極と電圧変換器4とにそれぞれ接続された一対の出力端子部6n,6pと、スイッチ素子S1,S2のオンオフを制御する制御部8とを備える。【選択図】図1The present invention provides a power supply device configured using two DC power supplies, which can achieve excellent characteristics with a simple configuration that does not require complicated control. [Solution] A first DC power supply 2 and a second DC power supply 3 connected in series, a voltage converter 4 that converts the voltage of the first DC power supply 2 by controlling switch elements S1 and S2, and a second DC power supply. A pair of output terminals 6n and 6p connected to the voltage converter 4 and the opposite pole to the first DC power supply 2 side of the positive and negative poles of the switch elements S1 and S2 are turned on and off. and a control section 8 for controlling. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、2つの直流電源を用いて構成された電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply device configured using two DC power supplies.

例えば、ハイブリッド車両又は電動車両の走行用電動機の電源として車両に搭載される電源(直流電源)は、放電可能なトータルの電気エネルギー量が多いこと(大容量であること)、出力電圧(負荷側への供給電圧)が高いこと、出力可能な最大電力もしくは出力可能な電力の可変幅が大きいことなどの種々様々な高度の性能が要求される。   For example, a power source (DC power source) mounted on a vehicle as a power source for a traveling motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle has a large amount of total electric energy that can be discharged (large capacity), an output voltage (load side) A wide variety of advanced performances are required, such as a high supply voltage), a maximum power that can be output, or a large variable range of power that can be output.

しかるに、これらの要求性能の全て、もしくは多くを、既存の一定特性の蓄電器により構成された単一構造の電源により実現することは現状では困難なものとなっている。   However, at present, it is difficult to realize all or many of these required performances with a single-structure power supply configured by existing capacitors having constant characteristics.

一方、例えば特許文献1〜3には、2つの直流電源を組み合わせて構成された電源装置が提案されている。この電源装置は、2つの直流電源を、負荷に対して並列もしくは直列に接続し得るように複数のスイッチ素子を備える共に、2つの直流電源のそれぞれの電圧を適宜、昇圧し得るように各直流電源毎に昇圧回路を備えている。   On the other hand, for example, Patent Documents 1 to 3 propose a power supply device configured by combining two DC power supplies. This power supply apparatus includes a plurality of switch elements so that two DC power supplies can be connected in parallel or in series with a load, and each DC power supply can appropriately boost the voltage of each of the two DC power supplies. A booster circuit is provided for each power supply.

特開2015−027225号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-027225 特開2015−050902号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-050902 特開2015−105045号公報JP2015-105045A

上記特許文献1〜3に見られる電源装置では、2つの直流電源として、互いに特性が異なる直流電源を使用することが可能である。このため、かかる電源装置の全体は、2つの直流電源の特性を複合させた特性(それぞれの直流電源だけでは実現することが困難な特性)を実現することが可能となる。   In the power supply devices found in Patent Documents 1 to 3, it is possible to use DC power supplies having different characteristics as the two DC power supplies. For this reason, the power supply apparatus as a whole can realize characteristics that combine the characteristics of two DC power supplies (characteristics that are difficult to achieve with each DC power supply alone).

しかるに、特許文献1〜3に見られる電源装置では、2つの直流電源を、負荷に対して並列もしくは直列に接続し得るようにするために、多数のスイッチ素子を必要とする。このため、これらのスイッチ素子のオンオフの制御が複雑なものとなりやすいと共に、これらのスイッチ素子での電力損失も増大しやすい。   However, in the power supply devices found in Patent Documents 1 to 3, a large number of switch elements are required in order to be able to connect two DC power supplies in parallel or in series to the load. For this reason, the on / off control of these switch elements tends to be complicated, and the power loss in these switch elements tends to increase.

また、各直流電源毎に昇圧回路を備えるために、これらの昇圧回路と、多数のスイッチ素子とを含む電源装置の構成が大型しやすい。   In addition, since each DC power supply includes a booster circuit, the configuration of the power supply device including these booster circuits and a large number of switch elements tends to be large.

さらに、2つの直流電源を並列に接続する状況では、一方の直流電源から他方の直流電源への電流が相互に影響しないように抑制することが必要となる。この場合、特に、2つの直流電源の特性の相違に起因して、各直流電源毎の昇圧回路の制御の複雑化もしくは高精度化が助長されやすい。   Furthermore, in a situation where two DC power supplies are connected in parallel, it is necessary to suppress the current from one DC power supply to the other DC power supply from affecting each other. In this case, in particular, due to the difference in the characteristics of the two DC power supplies, the control of the booster circuit for each DC power supply is easily complicated or highly accurate.

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、2つの直流電源を用いて構成された電源装置であって、複雑な制御を必要としない簡易な構成で優れた特性を実現できる電源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and is a power supply device configured using two DC power supplies, and a power supply device capable of realizing excellent characteristics with a simple configuration that does not require complicated control. The purpose is to provide.

さらに、かかる電源装置を備える輸送機器を提供することを目的とする。   Furthermore, it aims at providing the transport equipment provided with this power supply device.

本発明の電源装置は、かかる目的を達成するために、直列に接続された第1直流電源及び第2直流電源と、
インダクタ及びスイッチ素子を含み、前記スイッチ素子のオンオフの制御により前記第1直流電源の電圧を変換するように該第1直流電源に接続された電圧変換器と、
前記第2直流電源の正極及び負極のうちの前記第1直流電源側の極と反対側の極と、前記電圧変換器とにそれぞれ接続された一対の出力端子部と、
前記スイッチ素子のオンオフを制御する制御部とを備え、
前記第2直流電源の電圧に、前記電圧変換器により前記第1直流電源の電圧を変換してなる変換電圧を加え合わせた合成電圧を前記一対の出力端子部の間に生成するように構成されていることを特徴とする(第1発明)。
In order to achieve this object, the power supply device of the present invention includes a first DC power supply and a second DC power supply connected in series,
A voltage converter including an inductor and a switch element, and connected to the first DC power supply so as to convert the voltage of the first DC power supply by controlling on / off of the switch element;
A pair of output terminal portions respectively connected to a pole opposite to the pole on the first DC power source side of the positive electrode and the negative electrode of the second DC power source, and the voltage converter;
A control unit for controlling on / off of the switch element,
A composite voltage is generated between the pair of output terminal portions by adding a conversion voltage obtained by converting the voltage of the first DC power supply by the voltage converter to the voltage of the second DC power supply. (First invention).

なお、本発明において、「前記第1直流電源の電圧を変換する」というのは、より詳しくは、前記第1直流電源の電圧から、該電圧の大きさを変化させた電圧を生成することを意味する。この場合、前記第1直流電源の電圧の変換は、昇圧に限らず、降圧も含み得る。   In the present invention, “converting the voltage of the first DC power supply” more specifically means generating a voltage in which the magnitude of the voltage is changed from the voltage of the first DC power supply. means. In this case, the conversion of the voltage of the first DC power supply is not limited to step-up, but may include step-down.

上記第1発明によれば、第1直流電源及び第2直流電源のうちの第1直流電源に対してだけ、前記電圧変換器による電圧の変換が行われる。   According to the first aspect of the invention, voltage conversion is performed by the voltage converter only for the first DC power source of the first DC power source and the second DC power source.

このため、第1直流電源として、電圧変換に適した電源(例えば電圧変換に対する応答性が高い電源、あるいは、電圧変換に起因した劣化の進行が生じ難い電源等)を採用し、第2直流電源として、電圧変換に適さない電源(例えば、出力電圧もしくは容量は大きいものの、電圧変換に起因する劣化の進行が生じ易い電源等)を採用し得る。   For this reason, a power supply suitable for voltage conversion (for example, a power supply with high responsiveness to voltage conversion or a power supply in which deterioration due to voltage conversion hardly occurs) is adopted as the first DC power supply. As such, a power supply that is not suitable for voltage conversion (for example, a power supply that has a large output voltage or capacity but is likely to undergo deterioration due to voltage conversion) may be employed.

そして、第2直流電源に対して前記電圧変換器による電圧変換を行うことで、前記一対の出力端子部の間に、前記第1直流電源の電圧以上の種々様々な電圧を発生することが可能となる。   Then, by performing voltage conversion by the voltage converter on the second DC power supply, it is possible to generate various voltages more than the voltage of the first DC power supply between the pair of output terminal portions. It becomes.

また、この場合、第1直流電源として電圧変換に適した電源を使用することで、該電圧変換時に、第2直流電源の通電電流を許容最大値以下に維持したままで、第1直流電源を流れる電流を比較的大きな可変幅で変化させることが可能となる。ひいては、前記一対の出力端子部の間に生成し得る電圧の変化幅を大きくすることが可能となる。   Also, in this case, by using a power source suitable for voltage conversion as the first DC power source, the first DC power source can be switched while maintaining the energization current of the second DC power source below the allowable maximum value during the voltage conversion. It is possible to change the flowing current with a relatively large variable width. As a result, it is possible to increase the change width of the voltage that can be generated between the pair of output terminal portions.

このように第1直流電源及び第2直流電源として、互いに特性が異なる電源を採用し得ると共に、第1直流電源及び第2直流電源のそれぞれだけでは得られない特性を実現できる。   As described above, power sources having different characteristics can be adopted as the first DC power source and the second DC power source, and characteristics that cannot be obtained only by the first DC power source and the second DC power source can be realized.

また、本発明の電源装置は、インダクタ及びスイッチ素子を含む電圧変換器が、第1直流電源側にだけ備えるため、該電圧変換器を比較的少ないスイッチ素子を使用して簡易に構成し得ると共に、該電圧変換器のスイッチ素子のオンオフを制御するだけで、前記一対の出力端子部の間に生成する電圧を制御できる。   In the power supply device of the present invention, since the voltage converter including the inductor and the switch element is provided only on the first DC power supply side, the voltage converter can be easily configured using relatively few switch elements. The voltage generated between the pair of output terminal portions can be controlled only by controlling on / off of the switch element of the voltage converter.

よって、第1発明の電源装置によれば、複雑な制御を必要としない簡易な構成で優れた特性を実現できる。   Therefore, according to the power supply device of the first invention, excellent characteristics can be realized with a simple configuration that does not require complicated control.

上記第1発明では、前記電圧変換器は、例えば次のような構成のものを採用し得る。すなわち、前記電圧変換器は、前記インダクタとしての第1コイル及び第2コイルを有する変圧器と、前記スイッチ素子としての第1スイッチ素子及び第2スイッチ素子とを含み、前記変圧器の前記第1コイルのうちの該第1コイルの一端から途中部までの部分コイルと前記第1スイッチ素子とが前記第1直流電源の正極及び負極の間に直列に接続されており、前記変圧器の前記第2コイルのうちの該第2コイルの一端から途中部までの部分コイルと前記第2スイッチ素子とが前記第1直流電源の正極及び負極の間に直列に接続されており、前記第1コイル及び第2コイルのそれぞれの他端が、前記一対の出力端子部のうちの一方の出力端子部に接続されているという構成のものを採用し得る。この場合、本発明では、前記制御部は、前記第1スイッチ素子及び第2スイッチ素子を交互にオンオフさせる機能を有するように構成される(第2発明)。   In the first invention, the voltage converter may be configured as follows, for example. That is, the voltage converter includes a transformer having a first coil and a second coil as the inductor, and a first switch element and a second switch element as the switch elements, and the first of the transformer. A partial coil from one end to the middle of the first coil of the coil and the first switch element are connected in series between a positive electrode and a negative electrode of the first DC power source, and the first of the transformer Of the two coils, a partial coil from one end to the middle of the second coil and the second switch element are connected in series between a positive electrode and a negative electrode of the first DC power source, and the first coil and A configuration in which each other end of the second coil is connected to one output terminal portion of the pair of output terminal portions may be employed. In this case, in the present invention, the control unit is configured to have a function of alternately turning on and off the first switch element and the second switch element (second invention).

なお、第2発明において、前記第1コイル及び第2コイルのそれぞれの「途中部」というのは、それぞれのコイルの両端の間の中間部を意味する。該「途中部」は、それぞれのコイルの両端のそれぞれ距離が等しい中点に限らず、該コイルの一端側又は他端側により近い部分であってもよい。そして、前記第1コイル及び第2コイルのそれぞれの「部分コイル」は、それぞれのコイルの全体のうち、該コイルの一端と途中部との間の部分のコイルを意味する。   In the second invention, the “intermediate part” of each of the first coil and the second coil means an intermediate part between both ends of each coil. The “intermediate portion” is not limited to a midpoint where the distances between the ends of each coil are equal, and may be a portion closer to one end side or the other end side of the coil. And each "partial coil" of the said 1st coil and the 2nd coil means the coil of the part between the one end of this coil, and the intermediate part among the whole of each coil.

また、前記第1スイッチ素子及び第2スイッチ素子を交互にオンオフさせるというのは、第2スイッチ素子をオフ状態としつつ、第1スイッチ素子をオン状態とすることと、第1スイッチ素子をオフ状態としつつ、第2スイッチ素子をオン状態とすることとを交互に繰り返すことを意味する。   The first switch element and the second switch element are alternately turned on / off because the first switch element is turned on while the second switch element is turned off, and the first switch element is turned off. It means that the second switch element is turned on alternately.

上記第2発明によれば、前記第2スイッチ素子をオフ状態としつつ、前記第1スイッチ素子をオン状態に制御したときには、前記第1直流電源から通電される前記第1コイルの部分コイルと、前記第2コイルとの相互誘導によって、第1直流電源の電圧を昇圧してなる電圧を第1コイルで生成することができる。   According to the second invention, when the first switch element is controlled to be in the on state while the second switch element is in the off state, the partial coil of the first coil that is energized from the first DC power supply, A voltage obtained by boosting the voltage of the first DC power source can be generated by the first coil by mutual induction with the second coil.

また、前記第1スイッチ素子をオフ状態としつつ、前記第2スイッチ素子をオン状態に制御したときには、前記第2コイルの部分コイルと、前記第1コイルとの相互誘導によって、第1直流電源の電圧の昇圧を行うことができる。   Further, when the second switch element is controlled to be turned on while the first switch element is turned off, mutual induction between the partial coil of the second coil and the first coil causes the first DC power supply to The voltage can be boosted.

従って、第1コイル及び第2コイルで交互に昇圧電圧を生成し得る。そして、これらの昇圧電圧を、第1直流電源及び第2直流電源の総和の電圧に加えた電圧が、前記一対の出力端子部に印加されることとなる。   Therefore, the boosted voltage can be generated alternately by the first coil and the second coil. A voltage obtained by adding these boosted voltages to the total voltage of the first DC power supply and the second DC power supply is applied to the pair of output terminal portions.

このため、前記一対の出力端子部の間に、連続性の高い昇圧電圧を発生させることができる。   For this reason, a highly continuous boosted voltage can be generated between the pair of output terminal portions.

上記第2発明では、前記第1コイル及び前記第2コイルのそれぞれの巻き数が互いに同一に設定されていると共に、前記第1コイルの部分コイル及び前記第2コイルの部分コイルのそれぞれの巻き数が互いに同一に設定されていることが好適である(第3発明)。   In the second invention, the number of turns of the first coil and the second coil is set to be the same, and the number of turns of the partial coil of the first coil and the partial coil of the second coil. Are preferably set to be the same (third invention).

これによれば、前記第1スイッチ素子をオン状態としたときと、前記第2スイッチ素子をオン状態としたときとのいずれの状況でも、第1コイル及び第2コイルのそれぞれで生成される昇圧電圧を揃えることができる。   According to this, the boost generated in each of the first coil and the second coil in any situation when the first switch element is turned on and when the second switch element is turned on. The voltage can be made uniform.

ひいては、前記一対の出力端子部の間に生成される電圧の安定性を高めることができる。すなわち、該出力端子部から、外部負荷に安定性の高い電圧(リップルが少ない電圧)を供給できる。   As a result, the stability of the voltage generated between the pair of output terminal portions can be enhanced. In other words, a highly stable voltage (voltage with less ripple) can be supplied from the output terminal portion to the external load.

前記電圧変換器は、次のような構成を採用することもできる。すなわち、前記電圧変換器は、前記インダクタとしてのコイルを含み、該コイルの一端が、前記第1直流電源の正極及び負極のうちの一方の極に接続されており、該コイルの他端が、前記一対の出力端子部のうちの一方の出力端子部に接続されると共に、前記スイッチ素子を介して前記第1直流電源の正極及び負極のうちの他方の極に接続されているという構成のものを採用し得る(第4発明)。   The voltage converter can also employ the following configuration. That is, the voltage converter includes a coil as the inductor, one end of the coil is connected to one of the positive electrode and the negative electrode of the first DC power supply, and the other end of the coil is A configuration that is connected to one output terminal portion of the pair of output terminal portions and connected to the other of the positive electrode and the negative electrode of the first DC power supply via the switch element. Can be adopted (fourth invention).

これによれば、前記スイッチ素子がオン状態に制御された状態で、前記コイルに前記第1直流電源から流れる電流によって、該コイルに電磁エネルギーが蓄えられる。続いて、前記スイッチ素子がオフ状態に切替えられると、該コイルの昇圧電圧が発生し、該昇圧電圧を、第1直流電源及び第2直流電源の総和の電圧に加えた電圧が、前記一対の出力端子部に印加されることとなる。   According to this, electromagnetic energy is stored in the coil by the current flowing from the first DC power source in the coil while the switch element is controlled to be in the ON state. Subsequently, when the switch element is switched to the OFF state, a boosted voltage of the coil is generated, and a voltage obtained by adding the boosted voltage to the sum of the first DC power supply and the second DC power supply is It will be applied to the output terminal part.

かかる第4発明によれば、極めて簡略な構成で本発明の電源装置を実現できる。また、電圧変換器の制御も簡易に行い得る。   According to this 4th invention, the power supply device of this invention is realizable with a very simple structure. Also, the voltage converter can be easily controlled.

上記第1〜第3発明では、前記第1直流電源及び前記第2直流電源は、それぞれ充電可能な蓄電器により構成され得る。この場合、前記第2直流電源の蓄電電力により前記第1直流電源を充電する充電回路をさらに備えていることが好ましい(第5発明)。   In the first to third aspects of the invention, the first DC power source and the second DC power source may be constituted by rechargeable capacitors. In this case, it is preferable to further include a charging circuit that charges the first DC power supply with the stored power of the second DC power supply (fifth invention).

ここで、第1直流電源は、前記電圧変換器による電圧変換が行われる電源であるため、該第1直流電源は、第2直流電源に比して、蓄電電力の消費量が多くなり易い。   Here, since the first DC power source is a power source that performs voltage conversion by the voltage converter, the first DC power source tends to consume more stored power than the second DC power source.

しかるに上記第5発明によれば、前記充電回路によって、第1直流電源に第2直流電源から、適宜、蓄電電力を補充できることとなる。このため、第1直流電源の蓄電電力が早期に枯渇してしまうのを防止できる。   However, according to the fifth aspect of the present invention, the charging circuit can appropriately supplement the stored DC power from the second DC power source to the first DC power source. For this reason, it is possible to prevent the stored power of the first DC power supply from being exhausted early.

かかる第5発明では、前記充電回路は、例えば、次のような構成を採用し得る。すなわち、前記充電回路は、前記第2直流電源の正極及び負極の間に直列に接続されたコイル及びスイッチ素子である充電用コイル及び充電用スイッチ素子を含み、該充電用コイルの両端が、前記第1直流電源の正極及び負極のそれぞれに接続されているという構成のものを採用し得る。この場合、前記制御部は、前記充電用スイッチ素子のオンオフを制御する機能をさらに備える(第6発明)。   In the fifth aspect of the invention, the charging circuit can employ the following configuration, for example. That is, the charging circuit includes a charging coil and a switching element that are a coil and a switching element connected in series between a positive electrode and a negative electrode of the second DC power supply, and both ends of the charging coil are The thing of the structure connected to each of the positive electrode and negative electrode of a 1st DC power supply can be employ | adopted. In this case, the control unit further includes a function of controlling on / off of the charging switch element (a sixth invention).

これによれば、前記充電用スイッチ素子をオン状態に制御することで、前記第2直流電源から通電される前記充電用コイルに電磁エネルギーが蓄えられる。続いて、前記充電用スイッチ素子をオフ状態に切替えることによって、前記充電用コイルに蓄えられた電磁エネルギーによって、前記第1直流電源が充電される。従って、第6発明によれば、第2直流電源の蓄電電力を、前記充電用コイルを介して第1直流電源に移送して、該第1直流電源を充電することができることとなる。   According to this, electromagnetic energy is stored in the charging coil that is energized from the second DC power source by controlling the charging switch element to be in an ON state. Subsequently, the first DC power supply is charged by the electromagnetic energy stored in the charging coil by switching the charging switch element to the OFF state. Therefore, according to the sixth aspect of the present invention, the stored DC power of the second DC power supply can be transferred to the first DC power supply via the charging coil to charge the first DC power supply.

この第6発明では、前記充電用コイルの両端のうちの少なくとも一端は、前記第1直流電源の負極から該充電用コイルを経由して前記第1直流電源の正極に向かう方向を順方向とするダイオードを介して前記第1直流電源に接続されていることが好ましい(第7発明)。   In the sixth aspect of the invention, at least one of the ends of the charging coil has a forward direction from the negative electrode of the first DC power source to the positive electrode of the first DC power source via the charging coil. It is preferable to be connected to the first DC power supply via a diode (seventh invention).

これによれば、第1直流電源が逆極性に充電されてしまうのを防止できる。特に、第1直流電源が例えば電気二重層コンデンサ等により構成されている場合には、該第1直流電源を適切に保護する上で効果的である。   According to this, it is possible to prevent the first DC power supply from being charged with a reverse polarity. In particular, when the first DC power supply is constituted by, for example, an electric double layer capacitor or the like, it is effective in appropriately protecting the first DC power supply.

前記第2発明又は第3発明に前記第5発明を適用した場合、すなわち、前記第2発明又は第3発明において、前記第1直流電源及び前記第2直流電源は、それぞれ充電可能な蓄電器により構成されており、前記第2直流電源の蓄電電力により前記第1直流電源を充電する充電回路をさらに備えている場合には、前記充電回路は、例えば次のような構成を採用することもできる。   When the fifth invention is applied to the second invention or the third invention, that is, in the second invention or the third invention, the first DC power supply and the second DC power supply are constituted by rechargeable capacitors, respectively. In the case where the charging circuit further includes a charging circuit that charges the first DC power supply with the stored power of the second DC power supply, the charging circuit may employ the following configuration, for example.

すなわち、前記充電回路は、前記第2直流電源の正極及び負極の間に直列に接続されたコイル及びスイッチ素子である充電用コイル及び充電用スイッチ素子を含み、該充電用コイルは、前記第2直流電源からの通電時に、前記変圧器の前記第1コイル及び前記第2コイルの一方のコイルとの相互誘導によって当該一方のコイルの前記部分コイルに前記第1直流電源を充電可能な電圧が誘起されるように、前記第1コイル及び前記第2コイルが巻回されているコアに巻回されており、
前記電圧変換器の第1スイッチ素子及び第2スイッチ素子のうち、前記変圧器の前記一方のコイルに直列に接続されたスイッチ素子には、該一方のコイルの部分コイルと前記第2直流電源との間で該第2直流電源の充電電流を流す方向を順方向とするダイオードが並列に接続されているという構成のものを採用し得る。
That is, the charging circuit includes a charging coil and a switching element that are a coil and a switching element connected in series between a positive electrode and a negative electrode of the second DC power source, and the charging coil includes the second coil During energization from a DC power source, a voltage capable of charging the first DC power source is induced in the partial coil of the one coil by mutual induction with one of the first coil and the second coil of the transformer. The first coil and the second coil are wound around a core wound,
Of the first switch element and the second switch element of the voltage converter, the switch element connected in series to the one coil of the transformer includes a partial coil of the one coil and the second DC power source. It is possible to adopt a configuration in which diodes whose forward direction is the direction in which the charging current of the second DC power supply flows are connected in parallel.

この場合、前記制御部は、前記充電用スイッチ素子のオンオフを制御する機能をさらに備える(第8発明)。   In this case, the control unit further has a function of controlling on / off of the charging switch element (eighth invention).

これによれば、前記充電用スイッチ素子をオン状態に制御したときには、前記第2直流電源から通電される前記充電用コイルと、前記変圧器の前記一方のコイルとの相互誘導により該一方のコイルの部分コイルに誘起される電圧によって、第1直流電源に前記ダイオードを介して充電電流が通電される。これにより、該第1直流電源を充電できる。   According to this, when the charging switch element is controlled to be in an ON state, the one coil is caused by mutual induction between the charging coil energized from the second DC power source and the one coil of the transformer. The charging current is supplied to the first DC power source through the diode by the voltage induced in the partial coil. Thereby, the first DC power supply can be charged.

この場合、前記充電用コイルは、前記変圧器のコアに巻回されているので、充電回路を小型に構成することができる。   In this case, since the charging coil is wound around the core of the transformer, the charging circuit can be made compact.

上記第8発明では、前記充電回路は、前記充電用コイル及び充電用スイッチ素子の組として、第1充電用コイル及び第1充電用スイッチ素子の組と、第2充電用コイル及び第2充電用スイッチ素子の組との2組を備えており、前記第1充電用コイルは、前記第2直流電源からの通電時に、前記変圧器の前記第1コイルとの相互誘導によって該第1コイルの前記部分コイルに前記第1直流電源を充電可能な電圧が誘起されるように前記コアに巻回されており、前記第2充電用コイルは、前記第2直流電源からの通電時に、前記変圧器の前記第2コイルとの相互誘導によって該第2コイルの前記部分コイルに前記第1直流電源を充電可能な電圧が誘起されるように前記コアに巻回されており、
前記電圧変換器の第1スイッチ素子には、前記第1コイルの部分コイルと前記第2直流電源との間で該第2直流電源の充電電流を流す方向を順方向とするダイオードが並列に接続されており、前記電圧変換器の第2スイッチ素子には、前記第2コイルの部分コイルと前記第2直流電源との間で該第2直流電源の充電電流を流す方向を順方向とするダイオードが並列に接続されており、
前記制御部は、前記第1充電用スイッチ素子及び前記第2充電用スイッチ素子を交互にオンオフさせる機能を有することが好ましい(第9発明)。
In the eighth aspect of the invention, the charging circuit includes a first charging coil and a first charging switch element, a second charging coil and a second charging coil as a set of the charging coil and the charging switch element. Two sets of switch elements, and the first charging coil is electrically connected to the first coil of the transformer upon energization from the second DC power source. The coil is wound around the core so that a voltage capable of charging the first DC power supply is induced in the partial coil, and the second charging coil is connected to the transformer when energized from the second DC power supply. The coil is wound around the core so that a voltage capable of charging the first DC power source is induced in the partial coil of the second coil by mutual induction with the second coil.
The first switch element of the voltage converter is connected in parallel with a diode whose forward direction is the direction in which the charging current of the second DC power supply flows between the partial coil of the first coil and the second DC power supply. The second switching element of the voltage converter has a diode whose forward direction is the direction in which the charging current of the second DC power supply flows between the partial coil of the second coil and the second DC power supply. Are connected in parallel,
The control unit preferably has a function of alternately turning on and off the first charging switch element and the second charging switch element (ninth invention).

なお、前記第1充電用スイッチ素子及び前記第2充電用スイッチ素子を交互にオンオフさせるということは、第2充電用スイッチ素子をオフ状態としつつ、第1充電用スイッチ素子をオン状態とすることと、第1充電用スイッチ素子をオフ状態としつつ、第2充電用スイッチ素子をオン状態とすることとを交互に繰り返すことを意味する。   Note that alternately turning on and off the first charging switch element and the second charging switch element means turning on the first charging switch element while turning off the second charging switch element. And turning on the second charging switch element alternately while turning off the first charging switch element.

上記第9発明によれば、前記変圧器の第1コイル及び第2コイルのそれぞれの部分コイルに交互に誘起電圧を発生させ、それぞれの誘起電圧により第1直流電源に充電電流を流して該第1直流電源を充電できる。   According to the ninth aspect, an induced voltage is alternately generated in each of the partial coils of the first coil and the second coil of the transformer, and a charging current is caused to flow to the first DC power source by each induced voltage to 1 DC power supply can be charged.

このため、第1直流電源に印加される充電電圧(前記誘起電圧)を連続的に発生させながら、該第1直流電源を効率よく充電することができる。   For this reason, the first DC power supply can be efficiently charged while continuously generating the charging voltage (the induced voltage) applied to the first DC power supply.

なお、特に第9発明において、第1充電用コイル及び第2充電用コイルの巻き数を互いに同一にした上で、該第9発明を前記第3発明と組み合わせた場合には、第1直流電源の充電電圧の安定性を高めることができる。   In particular, in the ninth invention, when the first charging coil and the second charging coil have the same number of turns and the ninth invention is combined with the third invention, the first DC power supply The stability of the charging voltage can be increased.

上記第8発明では、前記充電用コイルの巻き数に対する前記一方のコイルの部分コイルの巻き数の比率は、前記第2直流電源の満充電電圧に対する前記第1直流電源の満充電電圧の比率以上に設定されていることが好ましい(第10発明)。   In the eighth aspect of the invention, the ratio of the number of turns of the partial coil of the one coil to the number of turns of the charging coil is equal to or greater than the ratio of the full charge voltage of the first DC power supply to the full charge voltage of the second DC power supply. Is preferably set (tenth invention).

同様に、上記第9発明では、前記第1充電用コイルの巻き数に対する前記第1コイルの部分コイルの巻き数の比率と、前記第2充電用コイルの巻き数に対する前記第2コイルの部分コイルの巻き数の比率とは、それぞれ、前記第2直流電源の満充電電圧と前記第1直流電源の満充電電圧との比率以上に設定されていることが好ましい(第11発明)。   Similarly, in the ninth aspect of the invention, the ratio of the number of turns of the first coil to the number of turns of the first charging coil, and the ratio of the number of turns of the second coil to the second coil of the second coil. It is preferable that the ratio of the number of turns is set to be equal to or greater than the ratio of the full charge voltage of the second DC power supply and the full charge voltage of the first DC power supply (11th invention).

これらの第10発明及び第11発明によれば、前記充電用コイル、あるいは、前記第1充電用コイル及び第2充電用コイルの巻き数を必要最低限に留めることができる。このため、前記コアの大型化、ひいては、前記電圧変換器及び充電回路の全体の大型化を防止できる。   According to these tenth and eleventh aspects, the number of turns of the charging coil or the first charging coil and the second charging coil can be kept to a minimum. For this reason, the enlargement of the said core and by extension, the enlargement of the said voltage converter and the whole charging circuit can be prevented.

上記第1〜第11発明では、前記第1直流電源は、前記第2直流電源よりも出力密度が高い蓄電器により構成され、前記第2直流電源は、前記第1直流電源よりもエネルギー密度が高い蓄電器により構成されていることが好適である(第12発明)。   In the first to eleventh aspects of the invention, the first DC power source is constituted by a capacitor having a higher output density than the second DC power source, and the second DC power source has an energy density higher than that of the first DC power source. It is preferable that the battery is composed of a capacitor (Twelfth Invention).

これによれば、第2直流電源はエネルギー密度が相対的に高いため、蓄電エネルギー量が大きなもの(すなわち、大容量のもの)をすることができる。ひいては、本発明の電源装置から外部負荷に電力を供給し得る期間を長くすることができる。   According to this, since the second DC power supply has a relatively high energy density, it is possible to use a large amount of stored energy (that is, a large capacity). As a result, the period which can supply electric power to the external load from the power supply device of this invention can be lengthened.

また、この種の第2直流電源は、一般に、出力可能な最大電力をあまり大きくすることが困難であるものの、前記第1直流電源は出力密度が相対的に高いため、出力可能な最大電力が大きなものとすることができる。   In addition, this type of second DC power supply is generally difficult to increase the maximum power that can be output, but since the first DC power supply has a relatively high output density, the maximum power that can be output is high. Can be big.

このため、第1直流電源は、前記電圧変換器による電圧変換(特に昇圧動作)によって、大きな電力を第2直流電源の電力に付加することができる。ひいては、前記一対の出力端子部から、外部負荷に大きな電力を供給することが可能となる。   For this reason, the first DC power supply can add large power to the power of the second DC power supply by voltage conversion (particularly, boosting operation) by the voltage converter. As a result, it is possible to supply large electric power to the external load from the pair of output terminal portions.

また、本発明の輸送機器は、上記第1〜第12発明の電源装置を備えることを特徴とする(第13発明)。   Moreover, the transport apparatus according to the present invention includes the power supply device according to any of the first to twelfth inventions (a thirteenth invention).

これによれば、前記第1〜第12発明に関して説明した効果を奏し得る輸送機器を実現できる。   According to this, the transport apparatus which can have the effect demonstrated regarding the said 1st-12th invention is realizable.

本発明の第1実施形態の電源装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the power supply device of 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態の電源装置の作動説明図。Operation | movement explanatory drawing of the power supply device of 1st Embodiment. 第1実施形態の電源装置の作動説明図。Operation | movement explanatory drawing of the power supply device of 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態の電源装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the power supply device of 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態の電源装置の作動説明図。Operation | movement explanatory drawing of the power supply device of 2nd Embodiment. 第3実施形態の電源装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the power supply device of 3rd Embodiment. 本発明の第4実施形態の電源装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the power supply device of 4th Embodiment of this invention.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態を図1〜図3を参照して以下に説明する。図1に示すように、本実施形態の電源装置1Aは、第1直流電源2及び第2直流電源3と、第1直流電源2の電圧V1の大きさを変換してなる変換電圧を生成する電圧変換器4と、第2直流電源3の電力による第1直流電源2の充電を行う充電回路5と、図示しない外部負荷に電源電圧Voutを出力する一対の出力端子部6p,6nと、該電源電圧Voutを平滑化するために出力端子部6p,6nの間に介装された平滑コンデンサ7と、電圧変換器4及び充電回路5の動作制御を行う制御部8とを備える。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the power supply device 1 </ b> A of the present embodiment generates a converted voltage obtained by converting the magnitude of the voltage V <b> 1 of the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3 and the first DC power supply 2. A voltage converter 4; a charging circuit 5 that charges the first DC power supply 2 with the power of the second DC power supply 3; a pair of output terminal portions 6p and 6n that output a power supply voltage Vout to an external load (not shown); In order to smooth the power supply voltage Vout, a smoothing capacitor 7 interposed between the output terminal units 6p and 6n and a control unit 8 for controlling the operation of the voltage converter 4 and the charging circuit 5 are provided.

この電源装置1Aは、種々様々な用途に使用し得る。例えば、電源装置1Aは、輸送機器としてのハイブリッド車両、あるいは、電動車両に搭載され、該車両の動力源としての電動モータ(図示省略)の電源装置として使用され得る。この場合、電源装置1Aから外部負荷としての電動モータへの給電は、インバータ等のモータ駆動回路(図示省略)を介して行われる。   This power supply device 1A can be used for various applications. For example, the power supply device 1A can be used as a power supply device for an electric motor (not shown) that is mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle as a transportation device and used as a power source for the vehicle. In this case, power supply from the power supply device 1A to the electric motor as an external load is performed via a motor drive circuit (not shown) such as an inverter.

第1直流電源2及び第2直流電源3のそれぞれは、充電可能な1つ以上の蓄電器により構成されている。この場合、第1直流電源2及び第2直流電源3のそれぞれを構成する蓄電器として、互いに特性が異なる蓄電器が使用されている。   Each of the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3 is composed of one or more rechargeable capacitors. In this case, capacitors having different characteristics are used as capacitors constituting each of the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3.

例えば、本実施形態では、第1直流電源2は、第2直流電源3よりも出力密度が高い1つ以上の蓄電器により構成され、第2直流電源3は、第1直流電源2よりもエネルギー密度が高い1つ以上の蓄電器により構成されている。   For example, in the present embodiment, the first DC power supply 2 is composed of one or more capacitors having a higher output density than the second DC power supply 3, and the second DC power supply 3 has an energy density higher than that of the first DC power supply 2. It is comprised by one or more electrical storage devices with high.

ここで、上記出力密度は、蓄電器の単位重量当たり又は単位体積当たりに出力可能な電気量(単位時間当たりの電気エネルギー量又は単位時間当たりの電荷量)であり、上記エネルギー密度は、蓄電器の単位重量当たり又は単位体積当たりに貯蔵し得る電気エネルギー量である。   Here, the output density is the amount of electricity that can be output per unit weight or unit volume of the capacitor (the amount of electric energy per unit time or the amount of charge per unit time), and the energy density is the unit of the capacitor. The amount of electrical energy that can be stored per weight or per unit volume.

本実施形態では、第1直流電源2を構成する蓄電器(出力密度が高い蓄電器)としては、例えば電気二重層コンデンサが使用される。また、第2直流電源3を構成する蓄電器(エネルギー密度が高い蓄電器)としては、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等が使用される。   In the present embodiment, for example, an electric double layer capacitor is used as a capacitor constituting the first DC power supply 2 (a capacitor having a high output density). Moreover, as a capacitor | condenser (capacitor with a high energy density) which comprises the 2nd DC power supply 3, a lithium ion battery, a nickel hydride battery, etc. are used, for example.

なお、第1直流電源2が、複数の蓄電器(セル)により構成される場合には、該第1直流電源2は、当該複数の蓄電器を、並列接続、又は、直列接続、又は、それらを組み合わせた接続形態で相互に接続した構成の電源である。このことは、第2直流電源3が、複数の蓄電器(セル)により構成される場合でも同様である。   In addition, when the 1st DC power supply 2 is comprised by several electrical storage device (cell), this 1st DC power supply 2 is connected in parallel, or series connection, or those combination of the said several electrical storage device. It is the power supply of the structure connected mutually in the connection form. This is the same even when the second DC power supply 3 is constituted by a plurality of capacitors (cells).

これらの第1直流電源2及び第2直流電源3は直列に接続されている。本実施形態では、第1直流電源2の負極が第2直流電源3の正極と同電位(又はほぼ同電位)となるように、第1直流電源2及び第2直流電源3が直列に接続されている。また、第2直流電源3の負極が、出力端子部6p,6nのうちの負極側の出力端子部6nと同電位(又はほぼ同電位)となるように該出力端子部6nに導通されている。   The first DC power source 2 and the second DC power source 3 are connected in series. In the present embodiment, the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3 are connected in series so that the negative electrode of the first DC power supply 2 has the same potential (or almost the same potential) as the positive electrode of the second DC power supply 3. ing. Further, the negative terminal of the second DC power supply 3 is electrically connected to the output terminal section 6n so as to have the same potential (or substantially the same potential) as the negative output terminal section 6n of the output terminal sections 6p and 6n. .

電圧変換器4は、本実施形態では、第1直流電源2の電圧V1を昇圧し得るように構成されていると共に、該電圧V1を昇圧してなる電圧を、第2直流電源3の電圧V2に加算(重畳)してなる電圧Voutを、出力端子部6p,6nの間に発生させるように第1直流電源2と、正極側の出力端子部6pとに接続されている。   In the present embodiment, the voltage converter 4 is configured to be able to boost the voltage V1 of the first DC power supply 2, and the voltage obtained by boosting the voltage V1 is used as the voltage V2 of the second DC power supply 3. Is connected to the first DC power supply 2 and the positive output terminal portion 6p so as to generate a voltage Vout obtained by addition (superimposition) between the output terminal portions 6p and 6n.

この電圧変換器4は、本実施形態では、4つのスイッチ素子S1〜S4と、各スイッチ素子S1〜S4に各々並列接続された4つの還流ダイオードD1〜D4と、インダクタとしての2つのコイルC1,C2を有する変圧器TR1とを含むスイッチング方式のDC/DCコンバータである。   In this embodiment, the voltage converter 4 includes four switch elements S1 to S4, four free-wheeling diodes D1 to D4 respectively connected in parallel to the switch elements S1 to S4, and two coils C1 and C1 serving as inductors. This is a switching DC / DC converter including a transformer TR1 having C2.

各スイッチ素子S1〜S4は、IGBT、FET等の半導体スイッチ素子により構成される。そして、還流ダイオードD1〜D4のそれぞれは、各スイッチ素子S1〜S4の通電可能方向と逆向きが順方向となるように各スイッチ素子S1〜S4に並列に接続されている。以降の説明では、各スイッチ素子S1〜S4と、対応するダイオードD1〜D4との組を、それぞれスイッチ部SD1〜SD4と称することがある。   Each switch element S1-S4 is comprised by semiconductor switch elements, such as IGBT and FET. Each of the free-wheeling diodes D1 to D4 is connected in parallel to each switch element S1 to S4 so that the direction opposite to the energization possible direction of each switch element S1 to S4 is the forward direction. In the following description, each set of the switch elements S1 to S4 and the corresponding diodes D1 to D4 may be referred to as switch units SD1 to SD4, respectively.

変圧器TR1は、磁気相殺型変圧器であり、コイルC1,C2は、それぞれの通電により発生する磁束が互いに逆向きの磁束になるようにコアCR1に巻回されている。これらのコイルC1,C2の巻き数は互いに同一である。   The transformer TR1 is a magnetic cancellation type transformer, and the coils C1 and C2 are wound around the core CR1 so that the magnetic fluxes generated by the respective energizations are opposite to each other. These coils C1 and C2 have the same number of turns.

なお、コイルC1,C2は、それぞれ本発明における第1コイル、第2コイルに相当する。   The coils C1 and C2 correspond to the first coil and the second coil in the present invention, respectively.

コイルC1,C2のそれぞれの一端は、第1直流電源2の正極と同電位(又はほぼ同電位)となるように該正極に接続されている。また、コイルC1,C2のそれぞれの他端は、スイッチ部SD3,SD4のそれぞれを介して正極側の出力端子部6pに接続されている。   One end of each of the coils C1 and C2 is connected to the positive electrode so as to have the same potential (or almost the same potential) as the positive electrode of the first DC power supply 2. The other ends of the coils C1 and C2 are connected to the positive output terminal portion 6p via the switch portions SD3 and SD4, respectively.

なお、スイッチ部SD3,SD4のそれぞれの還流ダイオードD3,D4の順方向(スイッチ素子S3,S4の通電可能方向の逆方向)は、各コイルC1,C2から出力端子部6pに向かう方向である。   The forward direction of each of the free wheel diodes D3 and D4 of the switch portions SD3 and SD4 (the reverse direction of the energization direction of the switch elements S3 and S4) is the direction from the coils C1 and C2 toward the output terminal portion 6p.

また、コイルC1,C2のそれぞれの両端間の途中部C1a,C2aは、スイッチ部SD1,SD2のそれぞれを介して第1直流電源2の負極に接続されている。コイルC1の第1直流電源2側の一端から途中部C1aまでの部分(以降、コイルC1の入力側部分コイルという)の巻き数と、コイルC2の第1直流電源2側の一端から途中部C2aまでの部分(以降、コイルC2の入力側部分コイルという)とは互いに同一である。各コイルC1,C2の入力側部分コイルは、本発明における部分コイルに相当する。   Further, intermediate portions C1a and C2a between both ends of the coils C1 and C2 are connected to the negative electrode of the first DC power supply 2 through the switch portions SD1 and SD2, respectively. The number of turns of the coil C1 from one end on the first DC power source 2 side to the middle part C1a (hereinafter referred to as the input side partial coil of the coil C1) and the middle part C2a from one end of the coil C2 on the first DC power source 2 side The portions up to (hereinafter referred to as the input side partial coil of the coil C2) are the same as each other. The input side partial coils of the coils C1 and C2 correspond to partial coils in the present invention.

なお、スイッチ部SD1,SD2のそれぞれのスイッチ素子S1,S2の通電可能方向(還流ダイオードD1,D2の逆方向)は、各コイルC1,C2の途中部C1a,C2aから第1直流電源2の負極に向かう方向である。   In addition, the energization possible direction (reverse direction of the freewheeling diodes D1 and D2) of the switch elements S1 and S2 of the switch units SD1 and SD2 is the negative electrode of the first DC power supply 2 from the middle portions C1a and C2a of the coils C1 and C2. It is the direction toward.

補足すると、コイルC1,C2のそれぞれは、複数のコイルを直列接続した構造のものであってもよい。この場合、コイルC1,C2のそれぞれにおいて、隣り合うコイル同士に接続部を上記途中部として使用することもできる。   Supplementally, each of the coils C1 and C2 may have a structure in which a plurality of coils are connected in series. In this case, in each of the coils C1 and C2, a connecting portion can be used as the intermediate portion between adjacent coils.

また、本実施形態では、出力端子部6p,6nから電力を給電する外部負荷(電動モータ)側から適宜、供給される回生電力を、第1直流電源2及び第2直流電源3に充電し得るようにするために、スイッチ部SD3,SD4のそれぞれのスイッチ素子S3,S4を備えている。ただし、第1直流電源2及び第2直流電源3に回生電力を充電しない場合には、スイッチ素子S3,S4を省略してよい。   Moreover, in this embodiment, the 1st DC power supply 2 and the 2nd DC power supply 3 can be charged with the regenerative power supplied suitably from the external load (electric motor) side which supplies electric power from the output terminal parts 6p and 6n. In order to do so, the switch elements S3 and S4 of the switch sections SD3 and SD4 are provided. However, when the regenerative power is not charged in the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3, the switch elements S3 and S4 may be omitted.

充電回路5は、第2直流電源3の正極及び負極の間に直列に接続されたコイルC3及びスイッチ素子S5と、スイッチ素子S5に並列に接続された還流ダイオードD5と、コイルC3及びスイッチ素子S5の間の電流路上のノードと第1直流電源2の正極との間に介装されたダイオードD6とを備える。以降、スイッチ素子S5と還流ダイオードD5との組をスイッチ部SD5と称することがある。スイッチ部SD5の構成は、電圧変換器4の各スイッチ部SD1〜SD4と同じである。   The charging circuit 5 includes a coil C3 and a switch element S5 connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the second DC power supply 3, a free wheeling diode D5 connected in parallel to the switch element S5, and a coil C3 and a switch element S5. And a diode D6 interposed between the node on the current path between and the positive electrode of the first DC power supply 2. Hereinafter, a set of the switch element S5 and the free wheel diode D5 may be referred to as a switch unit SD5. The configuration of the switch unit SD5 is the same as that of each of the switch units SD1 to SD4 of the voltage converter 4.

ダイオードD6の順方向は、コイルC3及びスイッチ素子S5側から第1直流電源2の正極に向かう方向であり、スイッチ部SD5のスイッチ素子S5の通電可能方向(還流ダイオードD5の逆方向)は、コイルC3から第2直流電源3の負極に向かう方向である。   The forward direction of the diode D6 is a direction from the coil C3 and the switch element S5 side toward the positive electrode of the first DC power supply 2, and the energizable direction of the switch element S5 of the switch unit SD5 (the reverse direction of the free wheel diode D5) is the coil The direction is from C3 toward the negative electrode of the second DC power supply 3.

なお、充電回路5の上記コイルC3及びスイッチ素子S5は、それぞれ本発明における充電用コイル、充電用スイッチ素子に相当する。また、ダイオードD6は、本発明における充電回路に係るダイオードに相当する。   The coil C3 and the switch element S5 of the charging circuit 5 correspond to the charging coil and the charging switch element in the present invention, respectively. The diode D6 corresponds to the diode according to the charging circuit of the present invention.

制御部8は、CPU、RAM、ROM、インターフェース回路等を含む1つ以上の電子回路ユニットにより構成される。   The control unit 8 is configured by one or more electronic circuit units including a CPU, a RAM, a ROM, an interface circuit, and the like.

この制御部8は、実装されたハードウェア構成又はプログラム(ソフトウェア構成)によって実現される機能によって、各スイッチ素子S1〜S5のオンオフを制御する処理を実行する。そして、本実施形態では、制御部8は、実行する制御処理のモードとして、電圧変換器4の動作制御を行う電圧変換制御モードと、充電回路5の動作制御を行う充電制御モードとを備える。   The control unit 8 executes a process for controlling on / off of each of the switch elements S1 to S5 by a function realized by an installed hardware configuration or a program (software configuration). And in this embodiment, the control part 8 is provided with the voltage conversion control mode which performs operation control of the voltage converter 4, and the charge control mode which performs operation control of the charging circuit 5 as a mode of the control processing to perform.

かかる電源装置A1の作動を以下に説明する。まず、前記電圧変換制御モードでの動作を説明する。外部負荷に電力を供給する状況(本実施形態では、外部負荷としての電動モータの力行運転時)に、制御部8は、電圧変換制御モードの制御処理を実行する。   The operation of the power supply device A1 will be described below. First, the operation in the voltage conversion control mode will be described. In a situation where electric power is supplied to the external load (in this embodiment, during the power running operation of the electric motor as the external load), the control unit 8 executes the control process in the voltage conversion control mode.

この制御処理を図2を参照して説明する。この制御処理では、制御部8は、スイッチ素子S1,S2を交互にオンオフさせるように制御する。すなわち、制御部8は、スイッチ素子S2をオフ状態としつつ、スイッチ素子S1をオン状態にすることと、スイッチ素子S1とオフ状態としつつ、スイッチ素子S2をオン状態にすることとを交互に周期的に繰り返すように、スイッチ素子S1,S2を制御する。   This control process will be described with reference to FIG. In this control process, the control unit 8 performs control so that the switch elements S1 and S2 are alternately turned on and off. That is, the control unit 8 alternately turns on the switch element S1 while turning the switch element S2 off and alternately turns on the switch element S2 while turning off the switch element S1. The switching elements S1 and S2 are controlled so as to repeat.

ここで、図2は、例えば、スイッチ素子S1をオフ状態とし、且つ、スイッチ素子S2をオン状態とした状況を表している。   Here, FIG. 2 shows a situation in which, for example, the switch element S1 is turned off and the switch element S2 is turned on.

この状況では、外部負荷に供給される電流は、白抜きの矢印Y1で示すように、負極側の出力端子部6nから、第2直流電源3、第1直流電源2、変圧器TR1のコイルC1、スイッチ部SD3のダイオードD3及び正極側の出力端子部6pを順に通って外部負荷側に流れる。この場合、外部負荷への供給電流は、第2直流電源3の通電電流(放電電流)と同じである。   In this situation, the current supplied to the external load is supplied from the negative output terminal 6n to the second DC power source 3, the first DC power source 2, and the coil C1 of the transformer TR1, as indicated by the white arrow Y1. The current flows through the diode D3 of the switch part SD3 and the output terminal part 6p on the positive electrode side in order to the external load side. In this case, the supply current to the external load is the same as the energization current (discharge current) of the second DC power supply 3.

同時に、白抜きの矢印Y2で示すように、第1直流電源2の正極から、コイルC2の入力側部分コイルと、オン状態のスイッチ素子S2とを経由して第1直流電源2の負極に至る電流路で電流が還流しつつ、コイルC2の入力側部分コイルに、第1直流電源2の電圧V1に一致もしくはほぼ一致する電圧が瞬時的に印加される(図2の矢印Y3を参照)。   At the same time, as indicated by the white arrow Y2, the positive electrode of the first DC power supply 2 reaches the negative electrode of the first DC power supply 2 via the input side partial coil of the coil C2 and the switch element S2 in the ON state. While the current flows back in the current path, a voltage that coincides with or substantially coincides with the voltage V1 of the first DC power supply 2 is instantaneously applied to the input side partial coil of the coil C2 (see arrow Y3 in FIG. 2).

この時、コイルC1,C2間の相互誘導によって、外部負荷への供給電流の電流路となるコイルC1の両端間に、コイルC2の入力側部分コイルの印加電圧をα倍に昇圧してなる大きさの誘起電圧(=α・V1)が発生する(図2の矢印Y4を参照)。   At this time, the applied voltage of the input side partial coil of the coil C2 is boosted by α times between both ends of the coil C1 which becomes a current path of the supply current to the external load by mutual induction between the coils C1 and C2. An induced voltage (= α · V1) is generated (see arrow Y4 in FIG. 2).

ここで、αは、コイルC2の入力側部分コイルの巻き数(=コイルC1の入力側部分コイルの巻き数)と、コイルC1の巻き数(=コイルC2の巻き数)との比に応じて規定される係数(>1)である。すなわち、コイルC1,C2のそれぞれの巻き数(全体の巻き数)をN、コイルC1,C2のそれぞれの入力側部分コイルの巻き数をnとおくと、α=N/nである。   Here, α is in accordance with the ratio of the number of turns of the input side partial coil of the coil C2 (= the number of turns of the input side partial coil of the coil C1) and the number of turns of the coil C1 (= the number of turns of the coil C2). The specified coefficient (> 1). That is, α = N / n where N is the number of turns of the coils C1 and C2 (total number of turns) and n is the number of turns of the input side partial coils of the coils C1 and C2.

このように、スイッチ素子S1をオフ状態とし、且つ、スイッチ素子S2をオン状態とした状況では、コイルC1に誘起電圧(=α・V1)が瞬時的に発生する。   Thus, in the situation where the switch element S1 is turned off and the switch element S2 is turned on, an induced voltage (= α · V1) is instantaneously generated in the coil C1.

また、スイッチ素子S1をオン状態とし、且つ、スイッチ素子S2をオフ状態とした状況でも上記と同様である。この状況では、外部負荷に供給される電流は、負極側の出力端子部6nから、第2直流電源3、第1直流電源2、変圧器TR1のコイルC2、スイッチ部SD4のダイオードD4及び正極側の出力端子部6pを順に通って外部負荷側に流れる。   The same applies to the situation where the switch element S1 is turned on and the switch element S2 is turned off. In this situation, the current supplied to the external load is supplied from the negative output terminal 6n to the second DC power source 3, the first DC power source 2, the coil C2 of the transformer TR1, the diode D4 of the switch unit SD4, and the positive side. Through the output terminal 6p in order to flow to the external load side.

同時に、第1直流電源2の正極から、コイルC1の入力側部分コイルと、オン状態のスイッチ素子S1とを経由して第1直流電源2の負極に至る電流路で電流が還流しつつ、コイルC2に誘起電圧(=α・V1)が瞬時的に発生する。   At the same time, the current flows back in the current path from the positive electrode of the first DC power supply 2 to the negative electrode of the first DC power supply 2 via the input side partial coil of the coil C1 and the switch element S1 in the ON state. An induced voltage (= α · V1) is instantaneously generated in C2.

従って、スイッチ素子S1をオフ状態とし、且つ、スイッチ素子S2をオン状態とした状況と、スイッチ素子S1をオン状態とし、且つ、スイッチ素子S2をオフ状態とした状況とのいずれの状況でも、第1直流電源2の負極と、正極側の出力端子部6pとの間に、図2に示す如く、第1直流電源2の電圧V1を昇圧してなる電圧(=V1+α・V1=(1+α)・V1)が発生する。そして、この昇圧電圧を、第2直流電源3の電圧V2に加え合わせた電圧Vout(=(1+α)・V1+V2)(又はこれにほぼ一致する電圧)が出力端子部6p,6nの間に生成されることとなる。なお、この電圧Voutは、平滑コンデンサ7により平滑化される。   Therefore, in any of the situation where the switch element S1 is turned off and the switch element S2 is turned on, and the switch element S1 is turned on and the switch element S2 is turned off, 1 As shown in FIG. 2, a voltage obtained by boosting the voltage V1 of the first DC power supply 2 (= V1 + α · V1 = (1 + α)) between the negative electrode of the DC power supply 2 and the output terminal portion 6p on the positive electrode side. V1) occurs. Then, a voltage Vout (= (1 + α) · V1 + V2) (or a voltage substantially matching this) obtained by adding this boosted voltage to the voltage V2 of the second DC power supply 3 is generated between the output terminal portions 6p and 6n. The Rukoto. The voltage Vout is smoothed by the smoothing capacitor 7.

補足すると、上記電圧Vout(=(1+α)・V1+V2)は、より詳しくは、出力端子部6p,6nの間に生成し得る瞬時的な最大電圧である。該電圧Voutを平滑コンデンサ7により平滑化してなる電圧は、スイッチ素子S1,S2のそれぞれのオンオフのデューティ、あるいは、スイッチ素子S1,S2を交互にオンオフさせる周期を調整することで、可変的に制御することが可能である。   Supplementally, the voltage Vout (= (1 + α) · V1 + V2) is more specifically an instantaneous maximum voltage that can be generated between the output terminal portions 6p and 6n. The voltage obtained by smoothing the voltage Vout by the smoothing capacitor 7 is variably controlled by adjusting the on / off duty of each of the switch elements S1 and S2 or the cycle of alternately switching on and off the switch elements S1 and S2. Is possible.

かかる電圧変換器4の動作によれば、電圧変換器4での昇圧動作のために、第1直流電源2には、外部負荷への供給電流(=第2直流電源3の通電電流)と、コイルC1,C2のそれぞれの入力側部分コイルを通る還流電流とを合わせた電流(>外部負荷への供給電流)よりも大きな電流が流れるものの、該第1直流電源2は、出力密度が高い蓄電器より構成されている。   According to the operation of the voltage converter 4, the first DC power supply 2 has a supply current to the external load (= the energization current of the second DC power supply 3) for boosting operation in the voltage converter 4, Although a current larger than a current (> current supplied to an external load) combined with the return current passing through the input side partial coils of the coils C1 and C2 flows, the first DC power supply 2 is a capacitor having a high output density. It is made up of.

このため、第1直流電源2の急激な電圧低下や劣化の進行が生じるのを回避しつつ、安定性の高い電圧で大きな電流を通電することができる。   For this reason, it is possible to apply a large current with a highly stable voltage while avoiding a sudden voltage drop or deterioration of the first DC power supply 2.

ひいては、第2直流電源3の定格電流(最大許容電流)に近い大きな電流を外部負荷に供給する状況であっても、第1直流電源2及び第2直流電源3の総和の電圧(=V1+V2)よりも高い電圧Voutを出力端子部6p,6nから出力することができる。従って、出力端子部6p,6nから大きな電力を外部負荷に供給することができる。   As a result, even when a large current close to the rated current (maximum allowable current) of the second DC power supply 3 is supplied to the external load, the total voltage of the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3 (= V1 + V2) Higher voltage Vout can be output from the output terminal portions 6p and 6n. Therefore, large electric power can be supplied to the external load from the output terminal portions 6p and 6n.

また、スイッチ素子S1,S2のオンオフを交互に行うことで、コイルC1,C2のそれぞれにおける誘起電圧(=α・V1)の発生が交互に行われることとなるので、出力端子部6p,6nの間に生成される電圧Voutを、リップルの少ない安定性の高い電圧にすることができる。   Further, by alternately switching on and off the switch elements S1 and S2, the induction voltage (= α · V1) is generated in each of the coils C1 and C2, so that the output terminals 6p and 6n The voltage Vout generated between them can be a highly stable voltage with little ripple.

また、第2直流電源3は、エネルギー密度が高い蓄電器により構成されているので、第2直流電源3は、大容量の電源にすることができる。このため、外部負荷に適切に電力を供給し得る期間(ひいては、車両の航続可能距離)を長くすることができる。   Moreover, since the 2nd DC power supply 3 is comprised by the electrical storage device with high energy density, the 2nd DC power supply 3 can be used as a high capacity | capacitance power supply. For this reason, it is possible to lengthen the period during which power can be appropriately supplied to the external load (and thus the cruising range of the vehicle).

補足すると、第1直流電源2及び第2直流電源3に回生電力を充電する場合には、制御部8は、スイッチ素子S1,S2を上記の如く交互にオンオフさせることに併せて、スイッチ素子S3,S4のオンオフを交互に行うように、スイッチ素子S1〜S4を制御する。   Supplementally, when the regenerative power is charged in the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3, the control unit 8 switches the switch elements S1 and S2 alternately on and off as described above, and also switches the switch element S3. , S4 are controlled so as to alternately turn on and off.

この場合、より詳しくは、スイッチ素子S1をオン状態にする状況で、スイッチ素子S3がオフ状態で、且つスイッチ素子S4がオン状態になり、スイッチ素子S2をオン状態にする状況で、スイッチ素子S4がオフ状態で、且つスイッチ素子S3がオン状態となるように、スイッチ素子S1〜S4を制御する。   In this case, more specifically, in the situation where the switch element S1 is turned on, the switch element S3 is turned off, the switch element S4 is turned on, and the switch element S2 is turned on. Switch elements S1 to S4 are controlled so that the switch element S3 is turned off and the switch element S3 is turned on.

このようにすることにより、出力端子部6p,6sに外部負荷側から供給される回生電力の電圧が、電圧変換器4で降圧された上で、第1直流電源2及び第2直流電源3の直列回路に印加され、該第1直流電源2及び第2直流電源3が充電される。   In this way, the voltage of the regenerative power supplied from the external load side to the output terminal units 6p and 6s is stepped down by the voltage converter 4, and then the first DC power source 2 and the second DC power source 3 are connected. Applied to the series circuit, the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3 are charged.

次に、前記充電制御モードでの電源装置A1の動作を図3A及び図3Bを参照して説明する。第1直流電源2の蓄電電力がある程度少なくなると、制御部8は、充電制御モードの制御処理を実行する。   Next, the operation of the power supply device A1 in the charge control mode will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. When the stored power of the first DC power supply 2 decreases to some extent, the control unit 8 executes the control process in the charge control mode.

この制御処理では、制御部8は、充電回路5のスイッチ素子S5を周期的にオンオフさせるように該スイッチ素子S5を制御する。図3Aは、スイッチ素子S5をオン状態にした状況を示し、図3Bは、スイッチ素子S5をオン状態からオフ状態に切替えた状況を示している。   In this control process, the control unit 8 controls the switch element S5 such that the switch element S5 of the charging circuit 5 is periodically turned on / off. FIG. 3A shows a situation where the switch element S5 is turned on, and FIG. 3B shows a situation where the switch element S5 is switched from the on state to the off state.

スイッチ素子S5をオン状態にした状況では、図3Aに白抜きの矢印Y5で示すように、第2直流電源3の正極からコイルC3と、オン状態のスイッチ素子S5とを経由して第2直流電源3の負極に至る電流路で電流が還流することで、コイルC3に電磁エネルギーが蓄えられる。   In the situation where the switch element S5 is in the on state, as shown by the white arrow Y5 in FIG. 3A, the second direct current passes from the positive electrode of the second direct current power source 3 through the coil C3 and the on state switch element S5. Electromagnetic energy is stored in the coil C <b> 3 when the current flows back through the current path reaching the negative electrode of the power source 3.

次いで、スイッチ素子S5がオフ状態に切替えられた状況では、コイルC3に電流を流し続けるように起電力が発生する。これにより、図3Bに白抜きの矢印Y6で示すように、第1直流電源2の負極側から、コイルC3と、ダイオードD6とを経由して第1直流電源2の正極に至る電流路で電流が還流する。ひいては、コイルC3に蓄えられた電磁エネルギーによって、第1直流電源2が充電される。   Next, in a situation where the switch element S5 is switched to the OFF state, an electromotive force is generated so as to keep current flowing through the coil C3. As a result, as indicated by the white arrow Y6 in FIG. 3B, the current flows from the negative electrode side of the first DC power supply 2 to the positive electrode of the first DC power supply 2 via the coil C3 and the diode D6. Reflux. As a result, the 1st DC power supply 2 is charged with the electromagnetic energy stored in the coil C3.

換言すれば、スイッチ素子S5のオンオフの繰り返しによって、第2直流電源3の蓄電電力が、コイルC3を介して第1直流電源2に移送されることとなる。   In other words, the stored power of the second DC power supply 3 is transferred to the first DC power supply 2 via the coil C3 by repeatedly turning on and off the switch element S5.

なお、第1直流電源2の充電量(単位時間当たりの充電量)は、スイッチ素子S5のオンオフのデューティを調整することで制御し得る。   In addition, the charge amount (charge amount per unit time) of the first DC power supply 2 can be controlled by adjusting the on / off duty of the switch element S5.

ここで、第1直流電源2は、第2直流電源3よりもエネルギー密度が低いため、前記昇圧制御モードでの電圧変換器4の動作によって、第1直流電源2の蓄電電力が早期に低下し易いものの、上記充電制御モードでの制御処理によって、エネルギー密度が高い第2直流電源3から第1直流電源2に適宜、蓄電電力を補充できる。   Here, since the first DC power supply 2 has an energy density lower than that of the second DC power supply 3, the stored power of the first DC power supply 2 is quickly reduced by the operation of the voltage converter 4 in the step-up control mode. Although it is easy, the stored power can be appropriately supplemented from the second DC power source 3 having a high energy density to the first DC power source 2 by the control process in the charge control mode.

なお、充電回路5は、ダイオードD6を備えるため、第1直流電源2に逆電圧が印加されることが防止される。このため、電気二重層コンデンサにより構成される第1直流電源2を適切に保護することができる。   In addition, since the charging circuit 5 includes the diode D6, the reverse voltage is prevented from being applied to the first DC power supply 2. For this reason, the 1st DC power supply 2 comprised with an electric double layer capacitor can be protected appropriately.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を図4及び図5を参照して以下に説明する。なお、本実施形態は、一部の構成だけが前記第1実施形態と相違する。このため、本実施形態の説明は、第1実施形態と相違する事項を中心に行い、第1実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Note that this embodiment is different from the first embodiment only in a part of the configuration. For this reason, the description of the present embodiment will be focused on matters that are different from the first embodiment, and the description of the same matters as the first embodiment will be omitted.

図4に示すように、本実施形態の電源装置1Bは、第1実施形態の電圧変換器4と同じ構成の電圧変換器4を具備する一方、第1実施形態の充電回路5と異なる構成の充電回路11を具備する。この充電回路11は、インダクタとしての2つのコイルC4,C5と、2つのスイッチ素子S7,S8と、各スイッチ素子S7,S8に各々並列接続された2つの還流ダイオードD7,D8とを備える。以降、充電回路11の各スイッチ素子S7,S8と、対応するダイオードD7,D8との組を、それぞれスイッチ部SD7,SD8と称することがある。スイッチ部SD7,SD8のそれぞれの構成は、電圧変換器4の各スイッチ部SD1〜SD4と同じである。   As shown in FIG. 4, the power supply device 1 </ b> B of the present embodiment includes the voltage converter 4 having the same configuration as the voltage converter 4 of the first embodiment, but has a configuration different from that of the charging circuit 5 of the first embodiment. A charging circuit 11 is provided. The charging circuit 11 includes two coils C4 and C5 as inductors, two switch elements S7 and S8, and two free-wheeling diodes D7 and D8 respectively connected in parallel to the switch elements S7 and S8. Hereinafter, the combination of the switch elements S7 and S8 of the charging circuit 11 and the corresponding diodes D7 and D8 may be referred to as switch units SD7 and SD8, respectively. The configuration of each of the switch units SD7 and SD8 is the same as that of each switch unit SD1 to SD4 of the voltage converter 4.

コイルC4とスイッチ部SD7とを直列に接続したものと、コイルC5とスイッチ部SD8とを直列に接続したものとが、第2直流電源3の正極及び負極の間に並列に接続されている。この場合、コイルC4,C5が第2直流電源3の正極側に接続され、スイッチ部SD7,SD8が第2直流電源3の負極側に接続されている。   The coil C4 and the switch part SD7 connected in series and the coil C5 and the switch part SD8 connected in series are connected in parallel between the positive electrode and the negative electrode of the second DC power supply 3. In this case, the coils C4 and C5 are connected to the positive side of the second DC power source 3, and the switch portions SD7 and SD8 are connected to the negative side of the second DC power source 3.

なお、スイッチ部SD7,SD8のそれぞれのスイッチ素子S7,S8の通電可能方向(還流ダイオードD7,D8の逆方向)は、各コイルC4,C5から第2直流電源3の負極に向かう方向である。   In addition, the energization possible direction (reverse direction of the free wheel diodes D7 and D8) of the switch elements S7 and S8 of the switch units SD7 and SD8 is a direction from the coils C4 and C5 toward the negative electrode of the second DC power supply 3.

そして、本実施形態では、コイルC4,C5は、前記電圧変換器4の変圧器TR1のコアCR1に巻回されている。この場合、本実施形態では、コイルC4に第2直流電源3から通電した時にコイルC4の内側で発生する磁束の向きと、変圧器TR1のコイルC1の内側で発生する磁束の向きとが互いに逆向きになると共に、コイルC5に第2直流電源3から通電した時にコイルC5の内側で発生する磁束の向きと、変圧器TR1のコイルC2の内側で発生する磁束の向きとが互いに逆向きになるように、コイルC4,C5がコアCR1に巻回されている。   In this embodiment, the coils C4 and C5 are wound around the core CR1 of the transformer TR1 of the voltage converter 4. In this case, in this embodiment, the direction of the magnetic flux generated inside the coil C4 when the coil C4 is energized from the second DC power supply 3 is opposite to the direction of the magnetic flux generated inside the coil C1 of the transformer TR1. The direction of the magnetic flux generated inside the coil C5 when the coil C5 is energized from the second DC power supply 3 is opposite to the direction of the magnetic flux generated inside the coil C2 of the transformer TR1. Thus, the coils C4 and C5 are wound around the core CR1.

また、コイルC4,C5の巻き数は、互いに同一であると共に、前記変圧器TR1のコイルC1,C2のそれぞれの入力側部分コイルの巻き数の1/β倍(βについては後述する)の巻き数である。   The number of turns of the coils C4 and C5 is the same, and the number of turns is 1 / β times the number of turns of the input side partial coils of the coils C1 and C2 of the transformer TR1 (β will be described later). Is a number.

また、本実施形態では、制御部8は、充電制御モードにおいては、上記の如く構成された充電回路11のスイッチ素子S7,S8を制御するように構成されている。   In the present embodiment, the control unit 8 is configured to control the switch elements S7 and S8 of the charging circuit 11 configured as described above in the charge control mode.

本実施形態の電源装置1Bは、以上説明した事項以外は、第1実施形態と同じである。   The power supply device 1B of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except for the matters described above.

補足すると、前記コイルC4、コイルC5、スイッチ素子S7、スイッチ素子Sは、それぞれ、本発明における第1充電用コイル、第2充電用コイル、第1充電用スイッチ素子、第2充電用スイッチ素子に相当する。また、本実施形態では、電圧変換器4に備えられたダイオードD1,D2がそれぞれ本発明における充電回路に係るダイオードに相当する。   Supplementally, the coil C4, the coil C5, the switch element S7, and the switch element S are respectively used as the first charging coil, the second charging coil, the first charging switch element, and the second charging switch element in the present invention. Equivalent to. In the present embodiment, the diodes D1 and D2 provided in the voltage converter 4 correspond to the diodes related to the charging circuit in the present invention.

かかる電源装置1Bでは、昇圧制御モードでの制御処理及び電圧変換器4の動作は、第1実施形態と同じである。   In such a power supply device 1B, the control processing in the boost control mode and the operation of the voltage converter 4 are the same as those in the first embodiment.

一方、充電制御モードでは、制御部8は、充電回路11のスイッチ素子S7,S8を交互にオンオフさせるように制御する。すなわち、制御部8は、スイッチ素子S8をオフ状態としつつ、スイッチ素子S7をオン状態にすることと、スイッチ素子S7とオフ状態としつつ、スイッチ素子S8をオン状態にすることとを交互に周期的に繰り返すように、スイッチ素子S7,S8を制御する。   On the other hand, in the charge control mode, the control unit 8 performs control so that the switch elements S7 and S8 of the charging circuit 11 are alternately turned on and off. That is, the control unit 8 alternately turns on the switch element S7 while turning the switch element S8 off, and turns on the switch element S8 while turning off the switch element S7. The switching elements S7 and S8 are controlled so as to repeat.

ここで、図5は、例えば、スイッチ素子S7をオン状態とし、且つ、スイッチ素子S8をオフ状態とした状況を表している。   Here, FIG. 5 shows a situation where, for example, the switch element S7 is turned on and the switch element S8 is turned off.

この状況では、図5に白抜きの矢印Y7で示すように、第2直流電源3の正極からコイルC4と、オン状態のスイッチ素子S7と経由して第2直流電源3の負極に至る電流路で電流が還流しつつ、コイルC4に、第2直流電源3の電圧V2に一致もしくはほぼ一致する電圧が瞬時的に印加される(図5の矢印Y9を参照)。   In this situation, as indicated by a white arrow Y7 in FIG. 5, a current path from the positive electrode of the second DC power source 3 to the negative electrode of the second DC power source 3 via the coil C4 and the switch element S7 in the on state. As the current circulates, a voltage that coincides with or substantially coincides with the voltage V2 of the second DC power supply 3 is instantaneously applied to the coil C4 (see arrow Y9 in FIG. 5).

この時、コイルC4と、変圧器TR1のコイルC1との間の相互誘導によって、コイルC1の入力側部分コイルに、コイルC4の印加電圧をβ倍の大きさの誘起電圧(=β・V2)が瞬時的に発生する(図5の矢印Y10を参照)。   At this time, by the mutual induction between the coil C4 and the coil C1 of the transformer TR1, an applied voltage of the coil C4 is applied to the input side partial coil of the coil C1 by an induced voltage (= β · V2) that is β times larger. Occurs instantaneously (see arrow Y10 in FIG. 5).

ここで、βは、コイルC4の巻き数(=コイルC5の巻き数)と、コイルC1の入力側部分コイルの巻き数(=コイルC2の入力側部分コイルの巻き数)との比に応じて規定される係数である。すなわち、コイルC4,C5のそれぞれの巻き数をm、コイルC1,C2のそれぞれの入力側部分コイルの巻き数をnとおくと、β=n/mである。   Here, β corresponds to the ratio of the number of turns of the coil C4 (= the number of turns of the coil C5) and the number of turns of the input side partial coil of the coil C1 (= the number of turns of the input side partial coil of the coil C2). It is a specified coefficient. That is, if the number of turns of each of the coils C4 and C5 is m and the number of turns of the input side partial coils of the coils C1 and C2 is n, β = n / m.

そして、本実施形態では、係数βの値が、第1直流電源2の満充電時の電圧V1(定格電圧)と第2直流電源3の満充電時の電圧V2(定格電圧)との比(=V1/V2)に一致もしくはほぼ一致するように、コイルC4,C5のそれぞれの巻き数mと、コイルC1,C2のそれぞれの入力側部分コイルの巻き数nとの比(=n/m)が設定されている。   In this embodiment, the value of the coefficient β is a ratio between the voltage V1 (rated voltage) when the first DC power supply 2 is fully charged and the voltage V2 (rated voltage) when the second DC power supply 3 is fully charged ( = V1 / V2) The ratio of the number of turns m of the coils C4 and C5 to the number of turns n of the input side partial coils of the coils C1 and C2 (= n / m) Is set.

このため、コイルC1の入力側部分コイルに瞬時的に発生する誘起電圧(=β・V2)は、第1直流電源2の定格電圧と同一もしくはほぼ同一の大きさの電圧となる。   For this reason, the induced voltage (= β · V2) instantaneously generated in the input side partial coil of the coil C1 is a voltage having the same or almost the same magnitude as the rated voltage of the first DC power supply 2.

また、該誘起電圧(=β・V2)は、図5に矢印Y10で示すように、コイルC1の途中部C1aから第1直流電源2側に向かう方向の電圧となる。   Further, the induced voltage (= β · V2) is a voltage in a direction from the middle portion C1a of the coil C1 toward the first DC power supply 2 as indicated by an arrow Y10 in FIG.

このため、図5に白抜きの矢印Y8で示すように、コイルC1の第1直流電源2側の一端から、第1直流電源2及びスイッチ部SD1のダイオードD1を経由してコイルC1の途中部C1aに至る電流路で電流が還流し、この電流により第1直流電源2が充電される。   For this reason, as shown by a white arrow Y8 in FIG. 5, from the one end of the coil C1 on the first DC power supply 2 side, the middle portion of the coil C1 via the first DC power supply 2 and the diode D1 of the switch unit SD1. The current flows back in the current path reaching C1a, and the first DC power supply 2 is charged by this current.

また、スイッチ素子S8をオン状態とし、且つ、スイッチ素子S7をオフ状態とした状況でも上記と同様である。この状況では、第2直流電源3の正極からコイルC5と、オン状態のスイッチ素子S8と経由して第2直流電源3の負極に至る電流路で電流が還流しつつ、コイルC5に、第2直流電源3の電圧V2に一致もしくはほぼ一致する電圧が瞬時的に印加される。   The same applies to the situation where the switch element S8 is turned on and the switch element S7 is turned off. In this situation, the current flows back in the current path from the positive electrode of the second DC power supply 3 to the coil C5 and the negative electrode of the second DC power supply 3 via the switch element S8 in the ON state, A voltage that coincides with or substantially coincides with the voltage V2 of the DC power supply 3 is instantaneously applied.

さらにこれに応じて、変圧器TR1のコイルC2の入力側部分コイルに、V2のβ倍の誘起電圧(=β・V2)が発生する。そして、この誘起電圧に応じて、コイルC2の第1直流電源2側の一端から、第1直流電源2及びスイッチ部SD2のダイオードD2を経由してコイルC2の途中部C2aに至る電流路で電流が還流し、この電流により第1直流電源2が充電される。   Further, in response to this, an induced voltage (= β · V2) that is β times V2 is generated in the input side partial coil of the coil C2 of the transformer TR1. Then, in accordance with the induced voltage, current flows from one end of the coil C2 on the first DC power supply 2 side to the middle part C2a of the coil C2 via the first DC power supply 2 and the diode D2 of the switch part SD2. Circulates and the first DC power supply 2 is charged by this current.

従って、スイッチ素子S7をオン状態とし、且つ、スイッチ素子S8をオフ状態とした状況と、スイッチ素子S8をオン状態とし、且つ、スイッチ素子S7をオフ状態とした状況とのいずれの状況でも、コイルC1又はC2の入力側部分コイルに発生する誘起電圧に応じて流れる電流によって、第1直流電源2が充電される。   Accordingly, the coil element can be used in any of the situation in which the switch element S7 is turned on and the switch element S8 is turned off and the switch element S8 is turned on and the switch element S7 is turned off. The first DC power supply 2 is charged by a current that flows according to the induced voltage generated in the C1 or C2 input side partial coil.

換言すれば、スイッチ素子S7,S8を交互にオンオフさせることを繰り返すことによって、第2直流電源3の蓄電電力が、コイルC4又はC5と、コイルC1又はC2の入力側部分コイルとを介して第1直流電源2に移送されることとなる。   In other words, by repeatedly turning on and off the switch elements S7 and S8, the stored power of the second DC power source 3 is changed to the first through the coil C4 or C5 and the input side partial coil of the coil C1 or C2. 1 is transferred to the DC power source 2.

なお、第1直流電源2の充電量(単位時間当たりの充電量)は、スイッチ素子S7,S8のそれぞれのオンオフのデューティ、あるいは、スイッチ素子S7,S8を交互にオンオフさせる周期を調整することで制御し得る。   The charge amount (charge amount per unit time) of the first DC power supply 2 is adjusted by adjusting the on / off duty of each of the switch elements S7 and S8 or the cycle of alternately turning on and off the switch elements S7 and S8. It can be controlled.

このように、本実施形態によれば、上記した充電制御モードでの制御処理によって、第1実施形態の場合と同様に、エネルギー密度が高い第2直流電源3から第1直流電源2に適宜、蓄電電力を補充できる。   As described above, according to the present embodiment, the control process in the charge control mode described above is appropriately performed from the second DC power source 3 having a high energy density to the first DC power source 2 as in the case of the first embodiment. The stored power can be replenished.

また、本実施形態では、変圧器TR1のコアCR1が、充電回路11のコイルC4,C5を巻回するコアとして使用されている。すなわち、コアCR1は、電圧変換器4及び充電回路11の共通の構成要素として使用される。このため、電源装置1Bをコンパクトに構成することができる。   In the present embodiment, the core CR1 of the transformer TR1 is used as a core around which the coils C4 and C5 of the charging circuit 11 are wound. That is, the core CR1 is used as a common component of the voltage converter 4 and the charging circuit 11. For this reason, power supply device 1B can be comprised compactly.

さらに、2つのコイルC4,C5を用いて、変圧器TR1の2つのコイルC1,C2のそれぞれの入力側部分コイルに交互に誘起電圧を発生させるため、第1直流電源2に流入する電流のリップルを低減して、該電流の安定性を高めることができる。このため、第1直流電源2の充電電流の変動が少ないものとなって、該第1直流電源2を構成する蓄電器の劣化の進行を極力抑制することができる。   Further, since the induced voltages are alternately generated in the input side partial coils of the two coils C1 and C2 of the transformer TR1 by using the two coils C4 and C5, the ripple of the current flowing into the first DC power supply 2 And the stability of the current can be increased. For this reason, the fluctuation | variation of the charging current of the 1st DC power supply 2 becomes a thing with few, and progress of deterioration of the capacitor | condenser which comprises this 1st DC power supply 2 can be suppressed as much as possible.

なお、本実施形態では、前記係数βの値(=n/m)が、第1直流電源2の満充電時の電圧V1(定格電圧)と第2直流電源3の満充電時の電圧V2(定格電圧)との比(=V1/V2)に一致もしくはほぼ一致するように、コイルC4,C5のそれぞれの巻き数mを設定した。ただし、コイルC4,C5のそれぞれの巻き数mを係数βの値(=n/m)が、上記電圧比(=V1/V2)よりも大きくなるように設定してもよい。   In the present embodiment, the value of the coefficient β (= n / m) corresponds to the voltage V1 (rated voltage) when the first DC power supply 2 is fully charged and the voltage V2 (full voltage when the second DC power supply 3 is fully charged). The number of turns m of each of the coils C4 and C5 was set so as to match or substantially match the ratio (= V1 / V2) with the (rated voltage). However, the number of turns m of the coils C4 and C5 may be set so that the value of the coefficient β (= n / m) is larger than the voltage ratio (= V1 / V2).

すなわち、コイルC4,C5のそれぞれの巻き数mを上記実施形態よりも少なくしてもよい。このようにすることにより、第1直流電源2の充電を可能としつつ、変圧器TR1のコアCR1をより一層小型にすることができる。   That is, the number of turns m of the coils C4 and C5 may be smaller than that in the above embodiment. By doing so, the core CR1 of the transformer TR1 can be further reduced in size while allowing the first DC power supply 2 to be charged.

また、本実施形態では、充電回路5に2つのコイルC4,C5と2つのスイッチ素子S7,S8とを備えた。ただし、コイルC4及びスイッチ素子S7の組と、コイルC5及びスイッチ素子S8の組とのうちの一方の組だけを備えるようにしてもよい。この場合には、充電制御モードにおいて、当該一方の組のスイッチ素子S7又はS8のオンオフを周期的に行うことで、第1コイルC1及び第2コイルC2の一方の部分コイルに生じる誘起電圧によって、第1直流電源2が充電されることとなる。   In the present embodiment, the charging circuit 5 includes two coils C4 and C5 and two switch elements S7 and S8. However, only one set of the set of the coil C4 and the switch element S7 and the set of the coil C5 and the switch element S8 may be provided. In this case, in the charge control mode, by periodically turning on and off the one set of switch elements S7 or S8, by the induced voltage generated in one partial coil of the first coil C1 and the second coil C2, The first DC power supply 2 is charged.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態を図6を参照して以下に説明する。なお、本実施形態は、一部の構成だけが前記第2実施形態と相違する。このため、本実施形態の説明は、第2実施形態と相違する事項を中心に行い、第2実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Note that this embodiment is different from the second embodiment only in a part of the configuration. For this reason, the description of the present embodiment will be focused on matters that are different from those of the second embodiment, and description of the same matters as those of the second embodiment will be omitted.

前記第2実施形態の電源装置1Bでは、第1直流電源2及び第2直流電源3に回生電力を充電する場合に、コイルC4又はC5で誘起される電圧により第2直流電源3が充電されることとなるが、本実施形態の電源装置1B’は、かかる第2直流電源3の充電を防止し得るように構成されている。   In the power supply device 1B of the second embodiment, when the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3 are charged with regenerative power, the second DC power supply 3 is charged by the voltage induced in the coil C4 or C5. However, the power supply device 1B ′ of the present embodiment is configured to prevent the second DC power supply 3 from being charged.

さらに詳細には、電源装置1B’は、制御部8により制御可能なスイッチ素子S11と、ダイオードD11とを並列に接続してなるスイッチ部(以降、スイッチ部SD11という)をさらに備える。スイッチ部SD11の構成は、前記スイッチ部SD1等と同じである。   More specifically, the power supply apparatus 1B 'further includes a switch unit (hereinafter referred to as a switch unit SD11) in which a switch element S11 that can be controlled by the control unit 8 and a diode D11 are connected in parallel. The configuration of the switch unit SD11 is the same as that of the switch unit SD1 and the like.

そして、スイッチ部SD11が、コイルC4,C5と、第2直流電源3との間で電流を還流させる電流路(詳しくは、第2直流電源3の正極から、コイルC4及びスイッチ部SD7の直列回路、又はコイルC5及びスイッチ部SD8の直列回路を通って第2直流電源3の負極に至る電流路)に介装されている。図示例の電源装置1B’では、コイルC4,C5のそれぞれの一端がスイッチ部SD11を介して第2直流電源3の正極に接続されている。   Then, the switch unit SD11 causes a current path to return current between the coils C4 and C5 and the second DC power source 3 (specifically, a series circuit of the coil C4 and the switch unit SD7 from the positive electrode of the second DC power source 3). Or a current path that reaches the negative electrode of the second DC power supply 3 through a series circuit of the coil C5 and the switch part SD8. In the illustrated power supply device 1B ', one end of each of the coils C4 and C5 is connected to the positive electrode of the second DC power supply 3 via the switch part SD11.

この場合、スイッチ部SD11のダイオードD11の順方向(スイッチ素子S11の通電可能方向と逆方向)は、第2直流電源3からコイルC4,C5の一端に向かう方向である。   In this case, the forward direction of the diode D11 of the switch unit SD11 (the direction opposite to the energization direction of the switch element S11) is a direction from the second DC power supply 3 toward one end of the coils C4 and C5.

本実施形態の電源装置1B’の構成は、以上説明した事項以外は、第2実施形態の電源装置1Bと同じである。   The configuration of the power supply device 1B 'of the present embodiment is the same as that of the power supply device 1B of the second embodiment except for the matters described above.

この電源装置1B’では、通常、第1直流電源2及び第2直流電源3に回生電力を充電する状況では、スイッチ素子S11をオフ状態に維持する。これにより、コイルC4,C5で誘起電圧が発生しても、コイルC4又はC5から第2直流電源3に充電電流が流れるのが、スイッチ部SD11のダイオードD11により阻止される。   In the power supply device 1B ', normally, the switch element S11 is maintained in the OFF state in a situation where the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3 are charged with regenerative power. Thereby, even if an induced voltage is generated in the coils C4 and C5, the charging current is prevented from flowing from the coil C4 or C5 to the second DC power supply 3 by the diode D11 of the switch unit SD11.

従って、第1直流電源2及び第2直流電源3に回生電力を充電する場合に、コイルC4又はC5に誘起される電圧によって、第2直流電源3が充電されるのを防止することができる。なお、第2直流電源3に回生電力を任意で充電する状況で、スイッチ素子S11をオン状態にすることも可能である。   Therefore, when the regenerative power is charged in the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3, it is possible to prevent the second DC power supply 3 from being charged by the voltage induced in the coil C4 or C5. Note that the switch element S11 can be turned on in a situation where the second DC power supply 3 is charged with regenerative power arbitrarily.

補足すると、スイッチ部SD11は、充電回路11のスイッチ部SD7,SD8と、第2直流電源3の負極及び出力端子部6nの間に介装してもよい。   Supplementally, the switch part SD11 may be interposed between the switch parts SD7 and SD8 of the charging circuit 11 and the negative electrode of the second DC power supply 3 and the output terminal part 6n.

[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態を図7を参照して説明する。なお、本実施形態は、一部の構成だけが前記第1実施形態と相違する。このため、本実施形態の説明は、第1実施形態と相違する事項を中心に行い、第1実施形態と同一の事項については説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that this embodiment is different from the first embodiment only in a part of the configuration. For this reason, the description of the present embodiment will be focused on matters that are different from the first embodiment, and the description of the same matters as the first embodiment will be omitted.

図7に示すように、本実施形態の電源装置1Cは、第1実施形態の充電回路5と同じ構成の充電回路5を具備する一方、第1実施形態の電圧変換器4と異なる構成の電圧変換器13を具備する。この電圧変換器13は、インダクタとしてのコイルC6と、2つのスイッチ素子S9,S10と、各スイッチ素子S9,S10に各々並列接続された2つの還流ダイオードD9,D10とを備える。   As shown in FIG. 7, the power supply device 1 </ b> C of the present embodiment includes the charging circuit 5 having the same configuration as the charging circuit 5 of the first embodiment, but has a voltage different from that of the voltage converter 4 of the first embodiment. A converter 13 is provided. The voltage converter 13 includes a coil C6 as an inductor, two switch elements S9 and S10, and two free-wheeling diodes D9 and D10 connected in parallel to the switch elements S9 and S10, respectively.

各スイッチ素子S9,S10は、IGBT、FET等の半導体スイッチ素子により構成される。そして、還流ダイオードD9,D10のそれぞれは、各スイッチ素子S9,S10の通電可能方向と逆向きが順方向となるように各スイッチ素子S9,S10に並列に接続されている。以降、電圧変換器13の各スイッチ素子S9,S10と、対応するダイオードD9,D10との組を、それぞれスイッチ部SD9,SD10と称することがある。スイッチ部SD9,SD10のそれぞれの構成は、第1実施形態で説明した電圧変換器4の各スイッチ部SD1〜SD4と同じである。   Each switch element S9, S10 is comprised by semiconductor switch elements, such as IGBT and FET. The free-wheeling diodes D9 and D10 are connected in parallel to the switch elements S9 and S10 so that the direction opposite to the energizable direction of the switch elements S9 and S10 is the forward direction. Hereinafter, the combination of the switch elements S9 and S10 of the voltage converter 13 and the corresponding diodes D9 and D10 may be referred to as switch units SD9 and SD10, respectively. The configurations of the switch units SD9 and SD10 are the same as those of the switch units SD1 to SD4 of the voltage converter 4 described in the first embodiment.

スイッチ部SD9,SD10は、第1直流電源2の負極と、正極側の出力端子部6pとの間に直列に接続されている。なお、スイッチ部SD9のスイッチ素子S9の通電可能方向(還流ダイオードD9の逆方向)とスイッチ部SD10のスイッチ素子S10の通電可能方向(還流ダイオードD10の逆方向)とは、いずれも出力端子部6pから第1直流電源2の負極に向かう方向である。   The switch parts SD9 and SD10 are connected in series between the negative electrode of the first DC power supply 2 and the output terminal part 6p on the positive electrode side. Note that both the energizable direction of the switch element S9 of the switch unit SD9 (the reverse direction of the freewheeling diode D9) and the energizable direction of the switch element S10 of the switch unit SD10 (the reverse direction of the freewheeling diode D10) are both output terminal units 6p. To the negative electrode of the first DC power supply 2.

コイルC6の一端は、第1直流電源2の正極と同電位(又はほぼ同電位)となるように該正極に接続されている。また、コイルC6の他端は、スイッチ部SD9,SD10の間の電流路上のノードに接続されている。換言すれば、コイルC6の他端は、スイッチ部SD9を介して第1直流電源2の負極に接続されると共に、スイッチ部SD10を介して出力端子部6pに接続されている。   One end of the coil C6 is connected to the positive electrode so as to have the same potential (or almost the same potential) as the positive electrode of the first DC power supply 2. The other end of the coil C6 is connected to a node on the current path between the switch parts SD9 and SD10. In other words, the other end of the coil C6 is connected to the negative electrode of the first DC power supply 2 via the switch part SD9 and to the output terminal part 6p via the switch part SD10.

また、本実施形態では、制御部8は、昇圧制御モードにおいては、上記の如く構成された電圧変換器13のスイッチ素子S9,S10を制御するように構成されている。   In the present embodiment, the control unit 8 is configured to control the switch elements S9 and S10 of the voltage converter 13 configured as described above in the boost control mode.

本実施形態の電源装置1Cは、以上説明した事項以外は、第1実施形態と同じである。   The power supply device 1C of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except for the matters described above.

補足すると、第1直流電源2及び第2直流電源3に回生電力を充電しない場合には、スイッチ素子S10を省略してよい。   Supplementally, the switch element S10 may be omitted when the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3 are not charged with regenerative power.

かかる電源装置1Cでは、充電制御モードでの制御処理及び充電回路5の動作は、第1実施形態と同じである。   In the power supply device 1C, the control process in the charge control mode and the operation of the charging circuit 5 are the same as those in the first embodiment.

一方、昇圧制御モードでは、制御部8は、充電制御モードでは、制御部8は、電圧変換器13のスイッチ素子S9を周期的にオンオフさせるように該スイッチ素子S9を制御する。   On the other hand, in the boost control mode, the control unit 8 controls the switch element S9 so that the switch element S9 of the voltage converter 13 is periodically turned on and off in the charge control mode.

この場合、スイッチ素子S9をオン状態にした状況では、外部負荷への供給電流が、負極側の出力端子部6nから、第2直流電源3、第1直流電源2、コイルC6、スイッチ部SD10のダイオードD10及び正極側の出力端子部6pを順に通って外部負荷側に流れる。同時に、第1直流電源2の正極からコイルC6及びオン状態のスイッチ素子S9を経由して第1直流電源2の負極に至る電流路で電流が還流することで、コイルC6に電磁エネルギーが蓄えられる。   In this case, in the situation where the switch element S9 is turned on, the supply current to the external load is supplied from the negative output terminal 6n to the second DC power source 3, the first DC power source 2, the coil C6, and the switch unit SD10. It flows to the external load side through the diode D10 and the output terminal portion 6p on the positive electrode side in order. At the same time, current flows back in a current path from the positive electrode of the first DC power supply 2 to the negative electrode of the first DC power supply 2 via the coil C6 and the switch element S9 in the on state, whereby electromagnetic energy is stored in the coil C6. .

次いで、スイッチ素子S9がオン状態からオフ状態に切替えられた状況では、コイルC6に、第1直流電源2側からスイッチ部SD10側に向かう電圧が誘起されることで、第1直流電源2の負極と正極側の出力端子部6pとの間に、第1直流電源2の電圧V1を昇圧してなる電圧(>V1)が発生する。そして、この昇圧電圧を、第2直流電源3の電圧V2に加え合わせた電圧Vout(>V1+V2)が、出力端子部6p,6nの間に生成される。   Next, in a situation where the switch element S9 is switched from the on state to the off state, a voltage directed from the first DC power source 2 side to the switch unit SD10 side is induced in the coil C6, so that the negative electrode of the first DC power source 2 is obtained. A voltage (> V1) generated by boosting the voltage V1 of the first DC power supply 2 is generated between the output terminal portion 6p on the positive electrode side. A voltage Vout (> V1 + V2) obtained by adding this boosted voltage to the voltage V2 of the second DC power supply 3 is generated between the output terminal portions 6p and 6n.

これにより、出力端子部6p,6nの間に、第1直流電源2及び第2直流電源3の総和の電圧(=V1+V2)よりも高い電圧Voutが生成されることとなる。   As a result, a voltage Vout higher than the total voltage (= V1 + V2) of the first DC power supply 2 and the second DC power supply 3 is generated between the output terminal portions 6p and 6n.

なお、出力端子部6p,6nの間の電圧Vout(平滑化した電圧)は、スイッチ素子S9のオンオフのデューティを調整することで可変的に制御し得る。   The voltage Vout (smoothed voltage) between the output terminal portions 6p and 6n can be variably controlled by adjusting the on / off duty of the switch element S9.

かかる電圧変換器13の動作によれば、電圧変換器13での昇圧動作のために、第1直流電源2には、スイッチ素子S9のオン状態で、外部負荷への供給電流(=第2直流電源3の通電電流)よりも大きな電流が流れるものの、該第1直流電源2は、出力密度が高い蓄電器より構成されているため、第1直流電源2の急激な電圧低下や劣化の進行が生じるのを回避しつつ、大きな電流を通電することができる。   According to the operation of the voltage converter 13, the first DC power supply 2 is supplied with the current supplied to the external load (= second DC) in the ON state of the switch element S 9 for the boosting operation in the voltage converter 13. Although a current larger than the energization current of the power supply 3 flows, the first DC power supply 2 is composed of a capacitor having a high output density, and therefore, a rapid voltage drop or deterioration of the first DC power supply 2 occurs. A large current can be applied while avoiding this.

ひいては、第1実施形態と同様に、第2直流電源3の定格電流(最大許容電流)に近い大きな電流を外部負荷に供給する状況であっても、第1直流電源2及び第2直流電源3の総和の電圧(=V1+V2)よりも高い電圧Voutを出力端子部6p,6nから出力することができる。   As a result, as in the first embodiment, the first DC power source 2 and the second DC power source 3 can be used even when a large current close to the rated current (maximum allowable current) of the second DC power source 3 is supplied to the external load. The voltage Vout higher than the sum total voltage (= V1 + V2) can be output from the output terminal portions 6p and 6n.

また、スイッチ素子S9のオンオフ制御だけで、昇圧動作を行うことができるので、電圧変換器13を小型且つ簡易な構成のものとすることができるとともに、該昇圧動作を簡易な制御処理で実現できる。   Further, since the step-up operation can be performed only by the on / off control of the switch element S9, the voltage converter 13 can be made small and have a simple configuration, and the step-up operation can be realized by a simple control process. .

なお、以上説明した各実際形態では第2直流電源3の正極に第1直流電源の負極を接続する構成の電源装置1A〜1Cを示した。ただし、第2直流電源3の負極に第1直流電源の正極を接続した電源装置を構成することもできる。この場合には、出力端子部6p,6nのうちの正極側の出力端子部6pが第2直流電源3の正極に接続され、負極側の出力端子部6nが電圧変換器4又は13に接続されることとなる。   In the actual embodiments described above, the power supply apparatuses 1A to 1C configured to connect the negative electrode of the first DC power supply to the positive electrode of the second DC power supply 3 are shown. However, a power supply device in which the positive electrode of the first DC power supply is connected to the negative electrode of the second DC power supply 3 can also be configured. In this case, of the output terminal parts 6p and 6n, the positive output terminal part 6p is connected to the positive electrode of the second DC power supply 3, and the negative output terminal part 6n is connected to the voltage converter 4 or 13. The Rukoto.

1A,1B,1B’,1C…電源装置、2…第1直流電源、3…第2直流電源、4,13…電圧変換器、5,11…充電回路、S1,S2,S5,S7,S8,S9…スイッチ素子、TR1…変圧器、C1,C2,C3,C4,C5,C6…コイル(インダクタ)、CR1…コア、D6,D1,D2…ダイオード。
1A, 1B, 1B ', 1C ... power supply device, 2 ... first DC power supply, 3 ... second DC power supply, 4, 13 ... voltage converter, 5, 11 ... charging circuit, S1, S2, S5, S7, S8 , S9: switch element, TR1: transformer, C1, C2, C3, C4, C5, C6: coil (inductor), CR1: core, D6, D1, D2: diode.

Claims (13)

直列に接続された第1直流電源及び第2直流電源と、
インダクタ及びスイッチ素子を含み、前記スイッチ素子のオンオフの制御により前記第1直流電源の電圧を変換するように該第1直流電源に接続された電圧変換器と、
前記第2直流電源の正極及び負極のうちの前記第1直流電源側の極と反対側の極と、前記電圧変換器とにそれぞれ接続された一対の出力端子部と、
前記スイッチ素子のオンオフを制御する制御部とを備え、
前記第2直流電源の電圧に、前記電圧変換器により前記第1直流電源の電圧を変換してなる変換電圧を加え合わせた合成電圧を前記一対の出力端子部の間に生成するように構成されていることを特徴とする電源装置。
A first DC power source and a second DC power source connected in series;
A voltage converter including an inductor and a switch element, and connected to the first DC power supply so as to convert the voltage of the first DC power supply by controlling on / off of the switch element;
A pair of output terminal portions respectively connected to a pole opposite to the pole on the first DC power source side of the positive electrode and the negative electrode of the second DC power source, and the voltage converter;
A control unit for controlling on / off of the switch element,
A composite voltage is generated between the pair of output terminal portions by adding a conversion voltage obtained by converting the voltage of the first DC power supply by the voltage converter to the voltage of the second DC power supply. A power supply device characterized by that.
請求項1記載の電源装置において、
前記電圧変換器は、前記インダクタとしての第1コイル及び第2コイルを有する変圧器と、前記スイッチ素子としての第1スイッチ素子及び第2スイッチ素子とを含み、
前記変圧器の前記第1コイルのうちの該第1コイルの一端から途中部までの部分コイルと前記第1スイッチ素子とが前記第1直流電源の正極及び負極の間に直列に接続されており、
前記変圧器の前記第2コイルのうちの該第2コイルの一端から途中部までの部分コイルと前記第2スイッチ素子とが前記第1直流電源の正極及び負極の間に直列に接続されており、
前記第1コイル及び第2コイルのそれぞれの他端が、前記一対の出力端子部のうちの一方の出力端子部に接続されており、
前記制御部は、前記第1スイッチ素子及び第2スイッチ素子を交互にオンオフさせる機能を有するように構成されていることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 1, wherein
The voltage converter includes a transformer having a first coil and a second coil as the inductor, and a first switch element and a second switch element as the switch elements,
Of the first coil of the transformer, a partial coil from one end to the middle of the first coil and the first switch element are connected in series between a positive electrode and a negative electrode of the first DC power supply. ,
Of the second coil of the transformer, a partial coil from one end to the middle of the second coil and the second switch element are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the first DC power supply. ,
The other end of each of the first coil and the second coil is connected to one output terminal portion of the pair of output terminal portions,
The control unit is configured to have a function of alternately turning on and off the first switch element and the second switch element.
請求項2記載の電源装置において、
前記第1コイル及び前記第2コイルのそれぞれの巻き数が互いに同一に設定されていると共に、前記第1コイルの部分コイル及び前記第2コイルの部分コイルのそれぞれの巻き数が互いに同一に設定されていることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 2, wherein
The number of turns of each of the first coil and the second coil is set to be the same, and the number of turns of the partial coil of the first coil and the partial coil of the second coil are set to be the same. A power supply device characterized by that.
請求項1記載の電源装置において、
前記電圧変換器は、前記インダクタとしてのコイルを含み、該コイルの一端が、前記第1直流電源の正極及び負極のうちの一方の極に接続されており、該コイルの他端が、前記一対の出力端子部のうちの一方の出力端子部に接続されると共に、前記スイッチ素子を介して前記第1直流電源の正極及び負極のうちの他方の極に接続されていることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 1, wherein
The voltage converter includes a coil as the inductor, and one end of the coil is connected to one of a positive electrode and a negative electrode of the first DC power supply, and the other end of the coil is the pair. A power source connected to one of the output terminal portions of the first DC power source and the other of the positive and negative electrodes of the first DC power source via the switch element. apparatus.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源装置において、
前記第1直流電源及び前記第2直流電源は、それぞれ充電可能な蓄電器により構成されており、
前記第2直流電源の蓄電電力により前記第1直流電源を充電する充電回路をさらに備えていることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to any one of claims 1 to 3,
Each of the first DC power source and the second DC power source is constituted by a rechargeable battery,
The power supply apparatus further comprising a charging circuit that charges the first DC power supply with the stored power of the second DC power supply.
請求項5記載の電源装置において、
前記充電回路は、前記第2直流電源の正極及び負極の間に直列に接続されたコイル及びスイッチ素子である充電用コイル及び充電用スイッチ素子を含み、該充電用コイルの両端が、前記第1直流電源の正極及び負極のそれぞれに接続されており、
前記制御部は、前記充電用スイッチ素子のオンオフを制御する機能をさらに備えることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 5, wherein
The charging circuit includes a charging coil and a charging switch element which are a coil and a switching element connected in series between a positive electrode and a negative electrode of the second DC power source, and both ends of the charging coil are connected to the first coil. Connected to each of the positive and negative electrodes of the DC power supply,
The control unit further includes a function of controlling on / off of the charging switch element.
請求項6記載の電源装置において、
前記充電用コイルの両端のうちの少なくとも一端は、前記第1直流電源の負極から該充電用コイルを経由して前記第1直流電源の正極に向かう方向を順方向とするダイオードを介して前記第1直流電源に接続されていることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 6, wherein
At least one of both ends of the charging coil is connected to the first through a diode whose forward direction is from the negative electrode of the first DC power source to the positive electrode of the first DC power source via the charging coil. 1 A power supply device connected to a DC power supply.
請求項2又は3記載の電源装置において、
前記第1直流電源及び前記第2直流電源は、それぞれ充電可能な蓄電器により構成されており、
前記第2直流電源の蓄電電力により前記第1直流電源を充電する充電回路をさらに備えており、
前記充電回路は、前記第2直流電源の正極及び負極の間に直列に接続されたコイル及びスイッチ素子である充電用コイル及び充電用スイッチ素子を含み、該充電用コイルは、前記第2直流電源からの通電時に、前記変圧器の前記第1コイル及び前記第2コイルの一方のコイルとの相互誘導によって当該一方のコイルの前記部分コイルに前記第1直流電源を充電可能な電圧が誘起されるように、前記第1コイル及び前記第2コイルが巻回されているコアに巻回されており、
前記電圧変換器の第1スイッチ素子及び第2スイッチ素子のうち、前記変圧器の前記一方のコイルに直列に接続されたスイッチ素子には、該一方のコイルの部分コイルと前記第2直流電源との間で該第2直流電源の充電電流を流す方向を順方向とするダイオードが並列に接続されており、
前記制御部は、前記充電用スイッチ素子のオンオフを制御する機能をさらに備えることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 2 or 3,
Each of the first DC power source and the second DC power source is constituted by a rechargeable battery,
A charge circuit for charging the first DC power supply with the stored power of the second DC power supply;
The charging circuit includes a charging coil and a switching element that are a coil and a switching element connected in series between a positive electrode and a negative electrode of the second DC power source, and the charging coil includes the second DC power source. When energizing, a voltage capable of charging the first DC power source is induced in the partial coil of the one coil by mutual induction with the first coil and the second coil of the transformer. As described above, the first coil and the second coil are wound around the core wound,
Of the first switch element and the second switch element of the voltage converter, the switch element connected in series to the one coil of the transformer includes a partial coil of the one coil and the second DC power source. A diode having a forward direction in which the charging current of the second DC power supply flows is connected in parallel,
The control unit further includes a function of controlling on / off of the charging switch element.
請求項8記載の電源装置において、
前記充電回路は、前記充電用コイル及び充電用スイッチ素子の組として、第1充電用コイル及び第1充電用スイッチ素子の組と、第2充電用コイル及び第2充電用スイッチ素子の組との2組を備えており、前記第1充電用コイルは、前記第2直流電源からの通電時に、前記変圧器の前記第1コイルとの相互誘導によって該第1コイルの前記部分コイルに前記第1直流電源を充電可能な電圧が誘起されるように前記コアに巻回されており、前記第2充電用コイルは、前記第2直流電源からの通電時に、前記変圧器の前記第2コイルとの相互誘導によって該第2コイルの前記部分コイルに前記第1直流電源を充電可能な電圧が誘起されるように前記コアに巻回されており、
前記電圧変換器の第1スイッチ素子には、前記第1コイルの部分コイルと前記第2直流電源との間で該第2直流電源の充電電流を流す方向を順方向とするダイオードが並列に接続されており、前記電圧変換器の第2スイッチ素子には、前記第2コイルの部分コイルと前記第2直流電源との間で該第2直流電源の充電電流を流す方向を順方向とするダイオードが並列に接続されており、
前記制御部は、前記第1充電用スイッチ素子及び前記第2充電用スイッチ素子を交互にオンオフさせる機能を有することを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 8, wherein
The charging circuit includes a set of a first charging coil and a first charging switch element, and a second charging coil and a second charging switch element as a set of the charging coil and charging switch element. The first charging coil is provided with the first coil to the partial coil of the first coil by mutual induction with the first coil of the transformer when energized from the second DC power source. The coil is wound around the core so as to induce a voltage capable of charging a DC power supply, and the second charging coil is connected to the second coil of the transformer when energized from the second DC power supply. Wound around the core so that a voltage capable of charging the first DC power source is induced in the partial coil of the second coil by mutual induction;
The first switch element of the voltage converter is connected in parallel with a diode whose forward direction is the direction in which the charging current of the second DC power supply flows between the partial coil of the first coil and the second DC power supply. The second switching element of the voltage converter has a diode whose forward direction is the direction in which the charging current of the second DC power supply flows between the partial coil of the second coil and the second DC power supply. Are connected in parallel,
The control unit has a function of alternately turning on and off the first charging switch element and the second charging switch element.
請求項8記載の電源装置において、
前記充電用コイルの巻き数に対する前記一方のコイルの部分コイルの巻き数の比率は、前記第2直流電源の満充電電圧に対する前記第1直流電源の満充電電圧の比率以上に設定されていることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 8, wherein
The ratio of the number of turns of the partial coil of the one coil to the number of turns of the charging coil is set to be equal to or higher than the ratio of the full charge voltage of the first DC power supply to the full charge voltage of the second DC power supply. A power supply characterized by.
請求項9記載の電源装置において、
前記第1充電用コイルの巻き数に対する前記第1コイルの部分コイルの巻き数の比率と、前記第2充電用コイルの巻き数に対する前記第2コイルの部分コイルの巻き数の比率とは、それぞれ、前記第2直流電源の満充電電圧と前記第1直流電源の満充電電圧との比率以上に設定されていることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 9, wherein
The ratio of the number of turns of the partial coil of the first coil to the number of turns of the first charging coil and the ratio of the number of turns of the partial coil of the second coil to the number of turns of the second charging coil are respectively The power supply device is set to be equal to or greater than a ratio of a full charge voltage of the second DC power supply and a full charge voltage of the first DC power supply.
請求項1〜11のいずれか1項に記載の電源装置において、
前記第1直流電源は、前記第2直流電源よりも出力密度が高い蓄電器により構成され、前記第2直流電源は、前記第1直流電源よりもエネルギー密度が高い蓄電器により構成されていることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to any one of claims 1 to 11,
The first DC power source is constituted by a capacitor having a higher output density than the second DC power source, and the second DC power source is constituted by a capacitor having an energy density higher than that of the first DC power source. Power supply.
請求項1〜12のいずれか1項に記載の電源装置を備えることを特徴とする輸送機器。
A transportation device comprising the power supply device according to claim 1.
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