JP2018068015A - 電源装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

特開２０１５−０２７２２５号公報 特開２０１５−０５０９０２号公報 特開２０１５−１０５０４５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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）。

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。

本発明の第１実施形態の電源装置の構成を示す図。 第１実施形態の電源装置の作動説明図。 第１実施形態の電源装置の作動説明図。 本発明の第２実施形態の電源装置の構成を示す図。 第２実施形態の電源装置の作動説明図。 第３実施形態の電源装置の構成を示す図。 本発明の第４実施形態の電源装置の構成を示す図。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (13)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。