JP4770798B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置に係り、詳しくは主バッテリと前記主バッテリより低圧の補助バッテリとを備え、両バッテリを系統電源で充電可能な電源装置に関する。

エンジン（内燃機関）で走行する自動車として、低燃費や排気ガス削減のため、始動時や低速域ではモータで駆動輪を駆動し、中高速域ではエンジンで駆動輪を駆動する所謂ハイブリッド車が実用化されている。しかし、近年、さらなる環境負荷低減のために、家庭用電源（系統電源）でバッテリを充電可能な所謂プラグイン・ハイブリッド車が考えられている。例えば、深夜電力でバッテリを充電してモータによる電気自動車モードで走行できる距離を長くした場合、ガソリン等に対して電気を用いる比率が高まるため、一般的なハイブリッド車に比べて二酸化炭素の排出量削減や大気汚染防止への効果が期待できる。また、系統電源は個々に発電するより発電コストが低く、料金の安い深夜電力を利用して充電すれば、燃料代も低減可能となる。

また、従来、外部の交流電源を電源として主バッテリと補機バッテリに充電し、交流電源の非接続時、主バッテリを電源として補機バッテリに充電する電気自動車用充電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この充電装置は、交流電源からの交流電力を整流する整流器と、整流器の出力側に接続された平滑用のリアクトルと、整流器からリアクトルを通して供給される直流電力をスイッチングするスイッチング回路と、スイッチング回路に接続される一次巻線を有し、主バッテリ用と補機バッテリ用の複数の二次巻線を有するトランスを備えている。また、トランスの主バッテリ用の二次巻線に接続される双方向に通電可能な素子を有し、二次巻線に誘起された交流電圧を整流するとともに、主バッテリから供給される直流電圧をスイッチングするスイッチング整流回路と、トランスの補機バッテリ用の二次巻線に接続され、二次巻線に誘起された交流電圧を整流する整流回路とを備えている。そして、スイッチング回路及びスイッチング整流回路のスイッチング動作を制御手段で制御する。

また、従来、車両に種々の家電製品を持ち込んで使用したり、野外で家電製品を使用したりするのに、車両のバッテリから直流電源を取り、それをＤＣ／ＡＣインバータで１００Ｖの交流に変換することが行われている。
特開平８−３１７５０８号公報

特許文献１の電気自動車用充電装置は、外部の交流電源からの交流電力が整流された後、スイッチング回路を介してトランスの一次側に供給されて、主バッテリ及び補機バッテリへの充電が可能になる。また、主バッテリを電源としてトランスを介して補機バッテリに充電することも可能である。

近年、災害時に車両のバッテリを電源として家電製品を駆動可能な状態にしておくことが重要と考えられている。しかし、前記電気自動車用充電装置は、主バッテリあるいは補機バッテリを直流電源として、家電製品用の交流電力を出力することはできない。そのため、主バッテリを家電製品用の電源として使用するには、別にＤＣ／ＡＣインバータを設ける必要があり、装置全体が大型化し、設置スペースの自由度が低下する。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は系統電源で主バッテリ及び補助バッテリを充電可能で、しかも、専用のＤＣ／ＡＣインバータを設けずに、少なくとも主バッテリを電源として家電製品用の電力を出力することができる電源装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、主バッテリと、前記主バッテリより低圧の補助バッテリとを備え、前記主バッテリ及び前記補助バッテリを系統電源で充電可能な電源装置である。そして、主バッテリ側と系統電源側とを電気的絶縁状態で接続するトランス、及び前記主バッテリと前記トランスの一次巻線との間に接続されるとともに４つのスイッチング素子からなる第１のブリッジ回路、及び前記トランスの二次巻線に接続されるとともに、４つのスイッチング素子からなる少なくとも１つの第２のブリッジ回路、及び前記補助バッテリに接続されるスイッチング素子を含んで構成されるＤＣ／ＤＣ変換器を備える。また、前記第２のブリッジ回路に接続された系統電源用接続部と、前記主バッテリ側及び前記系統電源用接続部側に前記ＤＣ／ＤＣ変換器を介して接続可能に設けられた補助バッテリと、前記第１のブリッジ回路の各スイッチング素子、前記第２のブリッジ回路の各スイッチング素子及び前記補助バッテリに接続されるスイッチング素子を制御する制御装置とを備える。前記制御装置は、前記主バッテリから前記系統電源用接続部に、家電製品の使用電圧及び周波数に対応した交流電圧が供給されるように、前記第１のブリッジ回路の各スイッチング素子及び前記第２のブリッジ回路の各スイッチング素子を制御可能であり、また、前記制御装置は、前記補助バッテリから前記系統電源用接続部に、家電製品の使用電圧及び周波数に対応した交流電圧が供給されるように前記補助バッテリに接続されるスイッチング素子及び前記第２のブリッジ回路の各スイッチング素子を制御可能である。

この発明では、系統電源で主バッテリを充電する場合は、第２のブリッジ回路のスイッチング素子がスイッチング制御されてトランスの一次巻線から主バッテリの充電に適した電圧の交流が出力され、第１のブリッジ回路で直流に変換されて主バッテリに充電される。系統電源で補助バッテリを充電する場合は、ＤＣ／ＤＣ変換器で補助バッテリの充電に適した電圧に変換されて補助バッテリに充電される。主バッテリの電力を系統電源用接続部から家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧で出力する場合は、トランスを介して所定の電圧に変換された交流電圧が、第２のブリッジ回路で所定の周波数及び電圧に調整されて出力される。したがって、系統電源で主バッテリ及び補助バッテリを充電可能で、しかも、専用のＤＣ／ＡＣインバータを設けずに、少なくとも主バッテリを電源として家電製品用の電力を出力することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記補助バッテリは、前記トランスを介して前記主バッテリ側及び前記系統電源用接続部側に電気的絶縁状態で接続されており、前記制御装置は、前記補助バッテリから前記トランスに、家電製品の使用電圧に対応した交流電圧が供給されるように前記補助バッテリに接続されるスイッチング素子を制御し、家電製品の使用電圧の交流電圧が供給された前記トランスから前記系統電源用接続部に、家電製品の使用電圧及び周波数に対応した交流電圧が供給されるように前記第２のブリッジ回路の各スイッチング素子を制御可能である。したがって、この発明では、補助バッテリの電力をトランスを介して第２のブリッジ回路へ供給して、系統電源用接続部から家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧で出力することが可能になる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御装置は、前記補助バッテリから前記トランスに、前記主バッテリの定格充電電圧に対応した交流電圧が供給されるように前記補助バッテリに接続されるスイッチング素子を制御し、前記主バッテリの定格充電電圧の交流電圧が供給された前記トランスから前記主バッテリに、当該主バッテリの定格充電電圧に対応した直流電圧が供給されるように前記第１のブリッジ回路のスイッチング素子を制御可能である。したがって、この発明では、補助バッテリの電力をトランスを介して第１のブリッジ回路へ供給して、主バッテリを充電することが可能になる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記電源装置は車載用の電源装置である。この発明では、災害時に系統電源が使用不能になった地域で車両のバッテリを電源として家電製品を使用することができる。

本発明によれば、系統電源で主バッテリ及び補助バッテリを充電可能で主バッテリ及び補助バッテリを電源として家電製品用の電力を出力することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明をプラグイン・ハイブリッド車の電源装置に具体化した第１の実施形態を図１にしたがって説明する。

図１に示すように、電源装置１１は、主バッテリ１２と、主バッテリ１２より低圧の補助バッテリ１３と、主バッテリ１２側と系統電源側とを電気的絶縁状態で接続するトランス１４とを備えている。主バッテリ１２は、車両の走行モータを駆動する電圧（例えば、５００Ｖ）より低く車両の補機を駆動する電圧（例えば、１２Ｖあるいは４２Ｖ）より高い電圧のもの、例えば、２００Ｖのものが使用されている。補助バッテリ１３は、車両の補機を駆動する電圧（例えば、１２Ｖあるいは４２Ｖ）のものが使用されている。なお、主バッテリ１２は、図示しない昇圧回路及びインバータを介してモータジェネレータに接続されている。モータジェネレータは、ハイブリッド車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する３相交流モータとしての機能と、エンジンによって駆動される発電機としての機能とを持つ。

主バッテリ１２とトランス１４の一次巻線Ｌ１との間には、４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４からなる第１のブリッジ回路１５が接続されている。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４としてＭＯＳＦＥＴが使用されるとともに、Ｈブリッジ回路を構成している。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３は、ドレイン同士が接続されるとともに、各ドレインがスイッチング素子１６及びコイル１７を介して主バッテリ１２のプラス端子に接続されている。スイッチング素子１６としてＭＯＳＦＥＴが使用されている。スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４はソース同士が接続されるとともに、主バッテリ１２のマイナス端子に接続されている。また、スイッチング素子Ｓ１のソースとスイッチング素子Ｓ２のドレインとの接続点はトランス１４の一次巻線Ｌ１の第１端部に接続されており、スイッチング素子Ｓ３のソースとスイッチング素子Ｓ４のドレインとの接続点はトランス１４の一次巻線Ｌ１の第２端部に接続されている。なお、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のドレインとソースとの間には、ソースからドレイン側へ電流が流れる寄生ダイオードＤ１〜Ｄ４が存在する。

主バッテリ１２のプラス端子とコイル１７の第１端部との接続点と、主バッテリ１２のマイナス端子との間にはコンデンサ１８が接続されている。コイル１７の第２端部とスイッチング素子１６のソースとの接続点と、主バッテリ１２のマイナス端子との間にはスイッチング素子１９が接続されている。スイッチング素子１９としてＭＯＳＦＥＴが使用されるとともに、そのソースが主バッテリ１２のマイナス端子に、ドレインがスイッチング素子１６のソースに接続されている。

トランス１４には２つの二次巻線Ｌ２，Ｌ３が設けられ、一方の二次巻線Ｌ２と、図示しない系統電源に接続される系統電源用接続部２０との間には双方向インバータ２１が接続されている。双方向インバータ２１は、第２のブリッジ回路としての２つのＨブリッジ回路２２，２３と、２つのコイル２４ａ，２４ｂ及びコンデンサ２５からなるフィルタ２６とで構成されている。Ｈブリッジ回路２２は４つのスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８からなり、Ｈブリッジ回路２３は４つのスイッチング素子Ｓ９〜Ｓ１２からなる。各スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ１２として絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用されている。各スイッチング素子Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１は、コレクタ同士が接続されており、各スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１２はエミッタ同士が接続されている。また、各スイッチング素子Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１のエミッタと、各スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１２のコレクタとがそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｓ５のエミッタとスイッチング素子Ｓ６のコレクタとの接続点はトランス１４の二次巻線Ｌ２の第１端部に接続され、スイッチング素子Ｓ７のエミッタとスイッチング素子Ｓ８のコレクタの接続点はトランス１４の二次巻線Ｌ２の第２端部に接続されている。スイッチング素子Ｓ９のエミッタとスイッチング素子Ｓ１０のコレクタとの接続点はコイル２４ａの第１端部に接続され、コイル２４ａの第２端部はコンデンサ２５の第１端部に接続されている。スイッチング素子Ｓ１１のエミッタとスイッチング素子Ｓ１２のコレクタとの接続点はコイル２４ｂの第１端部に接続され、コイル２４ｂの第２端部はコンデンサ２５の第２端部に接続されている。各スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ１２のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤ５〜Ｄ１２が、カソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態で接続されている。

系統電源用接続部２０は、系統電源のコンセントに接続可能なプラグ２７及び家電製品のプラグを接続可能なアダプタとしてのコンセント２８を備えている。プラグ２７及びコンセント２８は、配線２９，３０を介して双方向インバータ２１のコンデンサ２５に接続されている。配線２９，３０の途中にはスイッチ３１，３２が設けられている。スイッチ３１，３２はそれぞれリレーのｃ接点で構成されており、リレーのオン状態でスイッチ３１，３２はプラグ２７をフィルタ２６と通電可能な状態に保持され、リレーのオフ状態でコンセント２８をフィルタ２６と通電可能な状態に保持されるように構成されている。

二次巻線Ｌ３は中間タップＬ３ｃを備えており、中間タップＬ３ｃはコイル３３を介して補助バッテリ１３のプラス端子に接続されている。コイル３３と補助バッテリ１３のプラス端子との接続点と、補助バッテリ１３のマイナス端子との間にはコンデンサ３４が接続されている。二次巻線Ｌ３の第１端部Ｌ３ａはスイッチング素子３５を介して補助バッテリ１３のマイナス端子に接続されている。スイッチング素子３５としてＭＯＳＦＥＴが使用されるとともに、そのドレインが二次巻線Ｌ３の第１端部Ｌ３ａに、ソースが補助バッテリ１３のマイナス端子にそれぞれ接続されている。二次巻線Ｌ３の第２端部Ｌ３ｂはスイッチング素子３６を介して補助バッテリ１３のマイナス端子に接続されている。スイッチング素子３６としてＭＯＳＦＥＴが使用されるとともに、そのドレインが二次巻線Ｌ３の第２端部Ｌ３ｂに、ソースが補助バッテリ１３のマイナス端子にそれぞれ接続されている。

第１のブリッジ回路１５、トランス１４、コイル３３、コンデンサ３４及びスイッチング素子３５，３６により、主バッテリ１２から出力される直流電圧を補助バッテリ１３に充電する直流電圧への変換、あるいは補助バッテリ１３から出力される直流電圧を主バッテリ１２に充電する直流電圧への変換を行うＤＣ／ＤＣ変換器が構成されている。Ｈブリッジ回路２２、トランス１４、コイル３３、コンデンサ３４及びスイッチング素子３５，３６により、Ｈブリッジ回路２３から出力される直流電圧を補助バッテリ１３に充電する直流電圧への変換、あるいは補助バッテリ１３から出力される直流電圧をＨブリッジ回路２３へ出力する直流電圧への変換を行うＤＣ／ＤＣ変換器が構成されている。即ち、補助バッテリ１３は、主バッテリ１２側及び系統電源用接続部２０側にＤＣ／ＤＣ変換器を介して接続可能に設けられている。また、補助バッテリ１３は、トランス１４を介して主バッテリ１２側及び系統電源用接続部２０側に接続可能に設けられている。

制御装置３７は、第１のブリッジ回路１５の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４、Ｈブリッジ回路２２，２３の各スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ１２、ＤＣ／ＤＣ変換器の他のスイッチング素子３５，３６のゲートに制御信号を出力する。また、制御装置３７は、スイッチング素子１６，１９のゲートに制御信号を出力したり、スイッチ３１，３２の接続状態を制御する制御信号を出力したりする。制御装置３７は、モータジェネレータの駆動停止状態において、双方向インバータ２１が系統電源を主バッテリ１２や補助バッテリ１３に充電するように制御したり、主バッテリ１２の直流電圧を家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧に変換するインバータとして機能するように制御したりする。

次に前記のように構成された電源装置１１の作用を説明する。
系統電源で主バッテリ１２を充電する場合は、プラグ２７を系統電源のコンセント（例えば、家庭の１００Ｖのコンセント）に接続する。そして、スイッチ３１，３２が、プラグ２７をフィルタ２６と通電可能な状態に保持されて、系統電源からプラグ２７及びフィルタ２６を介してＨブリッジ回路２３に交流電圧が供給される。Ｈブリッジ回路２３の各スイッチング素子Ｓ９〜Ｓ１２は、制御装置３７からの制御信号により、供給された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御され、変換された直流電圧がＨブリッジ回路２２に供給される。Ｈブリッジ回路２２の各スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８は、トランス１４の一次巻線Ｌ１から所定の充電電圧（主バッテリ１２の定格充電電圧）の交流が得られるように、制御装置３７からの制御信号によってスイッチング制御され、制御されたデューティ比の交流電圧がトランス１４の二次巻線Ｌ２に供給される。

また、スイッチング素子１６がオン状態、スイッチング素子１９がオフ状態に保持されるとともに、第１のブリッジ回路１５の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が制御されることにより、一次巻線Ｌ１に誘起された交流電圧が直流電圧に変換されて主バッテリ１２に充電される。具体的には、一次巻線Ｌ１に図２（ａ）における下側から上側に向かうように流れる電流が誘起されるときは、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４はオフ状態に制御される。そして、図２（ａ）に実線で示すように、寄生ダイオードＤ４→一次巻線Ｌ１→寄生ダイオードＤ１→スイッチング素子１６→コイル１７→主バッテリ１２となるように電流が流れて一次巻線Ｌ１に誘起される電力は主バッテリ１２に充電される。一次巻線Ｌ１に図２（ａ）における上側から下側に向かうように流れる電力が誘起されるときも、各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４がオフ状態に制御される。そして、一次巻線Ｌ１に誘起される電流は、図２（ａ）に２点鎖線で示すように、寄生ダイオードＤ２→一次巻線Ｌ１→寄生ダイオードＤ３→スイッチング素子１６→コイル１７→主バッテリ１２となるように電流が流れて一次巻線Ｌ１に誘起される電力は主バッテリ１２に充電される。この状態が繰り返されて主バッテリ１２が充電される。

系統電源で補助バッテリ１３を充電する場合は、前記と同様にプラグ２７が系統電源のコンセントに接続された状態で、系統電源からプラグ２７及びフィルタ２６を介してＨブリッジ回路２３に交流電圧が供給されるとともにＨブリッジ回路２３で交流電圧が直流電圧に変換されてＨブリッジ回路２２に供給される。Ｈブリッジ回路２２の各スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８は、トランス１４の二次巻線Ｌ３から所定の充電電圧（補助バッテリ１３の定格充電電圧）の交流が得られるように、制御装置３７からの制御信号によってスイッチング制御され、制御されたデューティ比の交流電圧がトランス１４の二次巻線Ｌ２に供給される。

また、両スイッチング素子３５，３６は、二次巻線Ｌ３に誘起された交流電圧を直流電圧に変換して補助バッテリ１３に充電する状態に制御される。具体的には、二次巻線Ｌ３に図２（ｂ）における下側から上側に向かうように流れる電流が誘起されるときには、両スイッチング素子３５，３６がオフ状態に制御される。そして、図２（ｂ）に実線で示すように、スイッチング素子３６の寄生ダイオード→二次巻線Ｌ３→中間タップＬ３ｃ→コイル３３→補助バッテリ１３となるように電流が流れて二次巻線Ｌ３に誘起される電力は補助バッテリ１３に充電される。二次巻線Ｌ３に図２（ｂ）における上側から下側に向かうように流れる電流が誘起されるときも、両スイッチング素子３５，３６がオフ状態に制御される。そして、二次巻線Ｌ３に誘起される電流は、図２（ｂ）に２点鎖線で示すように、スイッチング素子３５の寄生ダイオード→第１端部Ｌ３ａ→二次巻線Ｌ３→中間タップＬ３ｃ→コイル３３→補助バッテリ１３となるように流れる状態になる。この状態が繰り返されて補助バッテリ１３が充電される。

主バッテリ１２で補助バッテリ１３を充電する場合は、スイッチング素子１６，１９がオン、オフ制御されるとともに、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４とスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３が交互にオン、オフ制御されて一次巻線Ｌ１に交流電圧が供給されるとともに、二次巻線Ｌ３に交流電圧が誘起される。具体的には、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオン、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフの時には、図３に実線で示すように、一次巻線Ｌ１には図３における上側から下側に向かうように電流が流れる。また、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオフ、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオンの時には、図３に２点鎖線で示すように、一次巻線Ｌ１には図３における下側から上側に向かうように電流が流れる。

一方、二次巻線Ｌ３に接続されたスイッチング素子３５，３６は、二次巻線Ｌ３に誘起された交流電圧を直流電圧に変換して補助バッテリ１３に充電する状態に制御される。具体的には、系統電源で充電される場合と同様に、両スイッチング素子３５，３６は、オフ状態に保持され、前記と同様にして補助バッテリ１３が充電される。

補助バッテリ１３で主バッテリ１２を充電する場合は、スイッチング素子３５，３６が交互にオン、オフ制御されて二次巻線Ｌ３に交流電圧が供給されるとともに、一次巻線Ｌ１に交流電圧が誘起される。具体的には、スイッチング素子３５がオン、スイッチング素子３６がオフの時には、コイル３３→中間タップＬ３ｃ→二次巻線Ｌ３→第１端部Ｌ３ａ→スイッチング素子３５→補助バッテリ１３となるように電流が流れる状態になる。また、スイッチング素子３５がオフ、スイッチング素子３６がオンの時には、コイル３３→中間タップＬ３ｃ→二次巻線Ｌ３→第２端部Ｌ３ｂ→スイッチング素子３６→補助バッテリ１３となるように電流が流れる状態になる。

一方、主バッテリ１２側は、系統電源で主バッテリ１２を充電する場合と同様に、スイッチング素子１６がオン状態、スイッチング素子１９がオフ状態に保持されるとともに、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がオフ状態に制御される。そして、スイッチング素子３５，３６が交互にオン、オフ制御されて二次巻線Ｌ３に流れる交流電圧に対応して一次巻線Ｌ１に誘起された交流電圧が直流電圧に変換されて主バッテリ１２に充電される。

主バッテリ１２の電力を系統電源用接続部２０から家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧で出力する場合は、スイッチ３１，３２が、コンセント２８をフィルタ２６と通電可能な状態に保持されて、コンセント２８が双方向インバータ２１と接続された状態になる。そして、コンセント２８に家電製品のプラグが接続される。この状態でトランス１４の二次巻線Ｌ２から所定電圧（例えば、１００Ｖ）の交流が得られるように、制御装置３７からの制御信号によって第１のブリッジ回路１５のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がスイッチング制御され交流電圧がトランス１４の一次巻線Ｌ１に供給される。具体的には、補助バッテリ１３を充電する場合と同様に、スイッチング素子１６，１９がオン、オフ制御されるとともに、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４とスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３が交互にオン、オフ制御されて一次巻線Ｌ１に交流電圧が供給されるとともに、二次巻線Ｌ２に交流電圧が誘起される。

一方、二次巻線Ｌ２に接続された双方向インバータ２１のＨブリッジ回路２２のスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８は、二次巻線Ｌ２に誘起された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御され、変換された直流電圧がＨブリッジ回路２３に供給される。Ｈブリッジ回路２３の各スイッチング素子Ｓ９〜Ｓ１２は、コンセント２８から所定電圧、所定周波数（例えば、１００Ｖ、６０Ｈｚ）の交流電圧が得られるように、制御装置３７からの制御信号によってスイッチング制御される。

補助バッテリ１３の電力を系統電源用接続部２０から家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧で出力する場合は、スイッチ３１，３２が、コンセント２８をフィルタ２６と通電可能な状態に保持されて、コンセント２８が双方向インバータ２１と接続された状態になる。そして、コンセント２８に家電製品のプラグが接続される。この状態でトランス１４の二次巻線Ｌ２から所定電圧（例えば、１００Ｖ）の交流が得られるように、制御装置３７からの制御信号によってスイッチング素子３５，３６がスイッチング制御され交流電圧がトランス１４の二次巻線Ｌ３に供給され、二次巻線Ｌ２に交流電圧が誘起される。

そして、二次巻線Ｌ２に接続された双方向インバータ２１のＨブリッジ回路２２のスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８が、二次巻線Ｌ２に誘起された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御され、変換された直流電圧がＨブリッジ回路２３に供給される。Ｈブリッジ回路２３の各スイッチング素子Ｓ９〜Ｓ１２は、コンセント２８から所定電圧、所定周波数（例えば、１００Ｖ、６０Ｈｚ）の交流電圧が得られるように、制御装置３７からの制御信号によってスイッチング制御される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）電源装置１１は、主バッテリ１２側と系統電源側とがトランス１４を介して電気的絶縁状態で接続されている。主バッテリ１２とトランス１４の一次巻線Ｌ１との間に接続されるとともに４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４からなる第１のブリッジ回路１５と、トランス１４の二次巻線Ｌ２に接続されるとともに、４つのスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８，Ｓ９〜Ｓ１２からなる第２のブリッジ回路としてのＨブリッジ回路２２，２３とを備えている。また、Ｈブリッジ回路２３に接続された系統電源用接続部２０と、主バッテリ１２側及び系統電源用接続部２０側にＤＣ／ＤＣ変換器を介して接続可能に設けられた補助バッテリ１３とを備える。さらに、第１のブリッジ回路１５の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４、Ｈブリッジ回路２２，２３の各スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ１２及びＤＣ／ＤＣ変換器の他のスイッチング素子３５，３６を制御する制御装置３７を備えている。そして、制御装置３７は、主バッテリ１２の電力を系統電源用接続部２０から家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧を出力するように制御可能に構成されている。したがって、系統電源で主バッテリ１２及び補助バッテリ１３を充電可能で、しかも、専用のＤＣ／ＡＣインバータを設けずに、少なくとも主バッテリ１２を電源として家電製品用の電力を出力することができる。

（２）補助バッテリ１３は、トランス１４を介して主バッテリ１２側及び系統電源用接続部２０側に接続可能に設けられている。したがって、補助バッテリ１３の電力をトランス１４を介して第１のブリッジ回路１５へ供給して、主バッテリ１２を充電することが可能になる。そのため、ハイブリッド車で主バッテリ１２が空になってエンジンが始動できない場合等の緊急時に、補助バッテリ１３から一時的に主バッテリ１２を充電して、主バッテリ１２でエンジンを駆動した後、エンジンでモータジェネレータを駆動して発電させて主バッテリ１２を充電することができる。

（３）電源装置１１は車載用の電源装置である。したがって、災害時に系統電源が使用不能になった地域で車両のバッテリを電源として家電製品を使用することができる。また、一般的なハイブリッド車に比べて二酸化炭素の排出量削減や大気汚染防止への効果が期待できるとともに、主バッテリ１２を深夜電力で充電することにより、ハイブリッド車の燃費を低減することが可能になる。

（４）補助バッテリ１３を主バッテリ１２側及び系統電源用接続部２０側と選択的に接続するＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣ変換回路）が、トランス１４と一体化されているため、装置が小型になり空冷式の冷却が可能になり、主バッテリ１２とパックのモジュール化が可能になる。

（５）電源装置１１は、トランス１４と系統電源用接続部２０との間に２つのＨブリッジ回路２２，２３を備えた双方向インバータ２１が設けられている。したがって、主バッテリ１２を系統電源で充電する際、系統電源から供給される正弦波の交流電圧を、主バッテリ１２の定格充電電圧の交流がトランス１４の一次巻線Ｌ１で得られるように変換することが容易になる。また、補助バッテリ１３を系統電源で充電する際、系統電源から供給される正弦波の交流電圧を、補助バッテリ１３の定格充電電圧の交流がトランス１４の二次巻線Ｌ３で得られるように変換することが容易になる。

（６）電源装置１１は、系統電源のコンセントに接続可能なプラグ２７と、家電製品のプラグを接続可能なアダプタ（コンセント２８）を備えている。したがって、主バッテリ１２を深夜電力で充電し、その電力を昼に使用することにより、電力費用を低減することができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を、図４を参照しながら説明する。なお、第２の実施形態は、補助バッテリ１３を主バッテリ１２側及び系統電源用接続部２０側と接続する構成が第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同様であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図４に示すように、主バッテリ１２側と系統電源用接続部２０側とはトランス３８を介して電気的絶縁状態で接続されている。トランス３８は、第１のブリッジ回路１５に接続される一次巻線Ｌ１と、双方向インバータ２１に接続される二次巻線Ｌ２とを備えている。補助バッテリ１３は、ＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣ変換回路）３９を介してＨブリッジ回路２３に接続されている。即ち、補助バッテリ１３は、トランス３８を介して電気的絶縁状態で系統電源用接続部２０側に接続可能に設けられるのではなく、系統電源用接続部２０側に直接接続されている。

ＤＣ／ＤＣ変換器３９は、コイル３３と、コンデンサ３４と、スイッチング素子４０と、ダイオード４１とで構成されている。スイッチング素子４０としてＭＯＳＦＥＴが使用されるとともに、そのドレインがＨブリッジ回路２３のスイッチング素子Ｓ９のコレクタに、ソースがコイル３３を介して補助バッテリ１３のプラス端子に接続されている。Ｈブリッジ回路２３のＳ１０のエミッタが補助バッテリ１３のマイナス端子に接続されている。ダイオード４１は、カソードがスイッチング素子４０のソースとコイル３３との接続点に接続され、アノードが補助バッテリ１３のマイナス端子に接続されている。コンデンサ３４は、コイル３３と補助バッテリ１３のプラス端子との接続点と、補助バッテリ１３のマイナス端子との間に接続されている。

この実施形態の電源装置１１では、主バッテリ１２と系統電源との間では、前記第１の実施形態と同様にして、系統電源で主バッテリ１２を充電したり、主バッテリ１２の電力を系統電源用接続部２０から家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧を出力したりすることができる。しかし、ＤＣ／ＤＣ変換器３９は、降圧型コンバータとしての機能しか持たないため、補助バッテリ１３の出力電圧を昇圧して主バッテリ１２の充電に使用したり、系統電源用接続部２０から家電製品の使用の利用したりすることはできない。

系統電源で補助バッテリ１３を充電する場合は、プラグ２７が系統電源のコンセントに接続された状態で、系統電源からプラグ２７及びフィルタ２６を介してＨブリッジ回路２３に交流電圧が供給される。そして、Ｈブリッジ回路２３のスイッチング素子Ｓ９〜Ｓ１２が制御されて、交流電圧が直流電圧に変換されてＤＣ／ＤＣ変換器３９に供給される。ＤＣ／ＤＣ変換器３９のスイッチング素子４０は、Ｈブリッジ回路２３から供給される直流電圧を補助バッテリ１３の定格充電電圧に降圧するように制御装置３７により制御され、補助バッテリ１３が充電される。なお、スイッチングの周期Ｔ（オン時間ｔonとオフ時間ｔoff との和）と、オン時間ｔonと、入力電圧Ｖinと、出力電圧Ｖout （充電電圧）との関係は、次式となる。

Ｖout ／Ｖin＝ｔon／Ｔ
主バッテリ１２で補助バッテリ１３を充電する場合は、主バッテリ１２の電力を系統電源用接続部２０から家電製品の使用電圧及び周波数の交流電圧を出力する場合と同様にして、主バッテリ１２側のスイッチング素子１６，１９及びスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が制御される。そして、二次巻線Ｌ２に所定電圧（例えば、１００Ｖ）の交流が誘起される。また、二次巻線Ｌ２に接続されたＨブリッジ回路２２のスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８は、二次巻線Ｌ２に誘起された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御され、変換された直流電圧がＤＣ／ＤＣ変換器３９に供給される。ＤＣ／ＤＣ変換器３９のスイッチング素子４０は、前記と同様に制御され、Ｈブリッジ回路２２から供給される直流電圧が、補助バッテリ１３の定格充電電圧に降圧されて補助バッテリ１３が充電される。

したがって、この実施形態によれば、第１の実施形態における（１），（３），（６）と同様な効果の他に次の効果を得ることができる。
（７）補助バッテリ１３は、系統電源用接続部２０側にＤＣ／ＤＣ変換器３９を介して直接接続されている。したがって、補助バッテリ１３を主バッテリ１２側及び系統電源用接続部２０側に接続可能に設けるＤＣ／ＤＣ変換器の構成が簡単になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 双方向インバータ２１は必ずしも２つのＨブリッジ回路２２，２３を備える必要はなく、１つのＨブリッジ回路を備えた構成でもよい。しかし、２つのＨブリッジ回路２２，２３を備えた構成の方が、系統電源の正弦波状の交流電圧を効率よく主バッテリ１２に充電することができるとともに、主バッテリ１２を電源としてコンセント２８から正弦波状の交流電圧を効率よく出力することができる。

○ Ｈブリッジ回路に代えて、４つのスイッチング素子からなる他のブリッジ回路を設けてもよい。
○ Ｈブリッジ回路２２，２３で使用されるスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴに代えて、ＩＧＢＴを使用してもよい。また、第１のブリッジ回路１５で使用されるスイッチング素子としてＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴを使用してもよい。

○ 車両はハイブリッド車に限らず、バッテリを電源とした電気自動車や燃料電池及びバッテリを電源とした電気自動車であってもよい。
○ 主バッテリ１２の電圧は２００Ｖに限らず、２００Ｖより高くてもあるいは低くてもよい。

○ 補機として使用電圧が１２Ｖのものと、４２Ｖのものの２種類を併用する車両用の電源装置１１においては、補助バッテリ１３として出力電圧が１２Ｖのものと、４２Ｖのものの両方を備えた構成としてもよい。

○ コンセント２８に供給される交流電圧は、家電製品の使用電圧及び周波数であればよく、１００Ｖ、６０Ｈｚに限らず、例えば、１００Ｖ、５０Ｈｚや２００Ｖ、５０Ｈｚや２００Ｖ、６０Ｈｚであってもよい。また、外国で使用する場合は、その国の系統電源の規格に合わせた電圧及び周波数にするのが望ましい。

○ スイッチ３１，３２は、リレーの接点に限らず、手動操作で切り換えられる構成であってもよい。
○ 電源装置１１は車載用に限らない。例えば、工場や事務所あるいは家庭の電源装置として用い、深夜電力を主バッテリ１２に充電し、昼にその電力を使用するようにしてもよい。この場合、補助バッテリ１３の出力電圧は１２Ｖや４２Ｖに限らず、目的に応じた出力電圧のものを使用してもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）前記第２のブリッジ回路としてＨブリッジ回路が２つ設けられている。

（２）前記第１のブリッジ回路としてＨブリッジ回路が設けられている。

第１の実施形態における電源装置の回路図。 （ａ），（ｂ）は作用を説明する部分回路図。 作用を説明する部分回路図。 第２の実施形態における電源装置の回路図。

符号の説明

Ｌ１…一次巻線、Ｌ２，Ｌ３…二次巻線、Ｓ１〜Ｓ１２，１６，１９，３５，３６，４０…スイッチング素子、１１…電源装置、１２…主バッテリ、１３…補助バッテリ、１４，３８…トランス、１５…第１のブリッジ回路、２０…系統電源用接続部、２２，２３…第２のブリッジ回路としてのＨブリッジ回路、３７…制御装置、３９…ＤＣ／ＤＣ変換器。

Claims (4)

1. 主バッテリと、前記主バッテリより低圧の補助バッテリとを備え、前記主バッテリ及び前記補助バッテリを系統電源で充電可能な電源装置であって、
   主バッテリ側と系統電源側とを電気的絶縁状態で接続するトランス、及び前記主バッテリと前記トランスの一次巻線との間に接続されるとともに４つのスイッチング素子からなる第１のブリッジ回路、及び前記トランスの二次巻線に接続されるとともに、４つのスイッチング素子からなる少なくとも１つの第２のブリッジ回路、及び前記補助バッテリに接続されるスイッチング素子を含んで構成されるＤＣ／ＤＣ変換器と、
   前記第２のブリッジ回路に接続された系統電源用接続部と、
   前記主バッテリ側及び前記系統電源用接続部側に前記ＤＣ／ＤＣ変換器を介して接続可能に設けられた補助バッテリと、
   前記第１のブリッジ回路の各スイッチング素子、前記第２のブリッジ回路の各スイッチング素子及び前記補助バッテリに接続されるスイッチング素子を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記主バッテリから前記系統電源用接続部に、家電製品の使用電圧及び周波数に対応した交流電圧が供給されるように、前記第１のブリッジ回路の各スイッチング素子及び前記第２のブリッジ回路の各スイッチング素子を制御可能であり、
   前記制御装置は、前記補助バッテリから前記系統電源用接続部に、家電製品の使用電圧及び周波数に対応した交流電圧が供給されるように前記補助バッテリに接続されるスイッチング素子及び前記第２のブリッジ回路の各スイッチング素子を制御可能であることを特徴とする電源装置。
2. 前記補助バッテリは、前記トランスを介して前記主バッテリ側及び前記系統電源用接続部側に電気的絶縁状態で接続されており、
   前記制御装置は、前記補助バッテリから前記トランスに、家電製品の使用電圧に対応した交流電圧が供給されるように前記補助バッテリに接続されるスイッチング素子を制御し、家電製品の使用電圧の交流電圧が供給された前記トランスから前記系統電源用接続部に、家電製品の使用電圧及び周波数に対応した交流電圧が供給されるように前記第２のブリッジ回路の各スイッチング素子を制御可能である請求項１に記載の電源装置。
3. 前記制御装置は、前記補助バッテリから前記トランスに、前記主バッテリの定格充電電圧に対応した交流電圧が供給されるように前記補助バッテリに接続されるスイッチング素子を制御し、前記主バッテリの定格充電電圧の交流電圧が供給された前記トランスから前記主バッテリに、当該主バッテリの定格充電電圧に対応した直流電圧が供給されるように前記第１のブリッジ回路のスイッチング素子を制御可能である請求項２に記載の電源装置。
4. 前記電源装置は車載用の電源装置である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電源装置。

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