電力変換装置
【課題】トランスＴａ，Ｔｂの１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂに印加される電圧を２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂを介して所定に変換して出力するものにあって、要求される耐圧が上昇しやすいこと。
【解決手段】トランスＴａ，Ｔｂのそれぞれの２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂには、４つの１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂが備えられている。これら１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体は、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４及びスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に割り振られ、ループ回路を構成する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を時分割でオン操作することで、出力電圧を制御する。
【解決手段】トランスＴａ，Ｔｂのそれぞれの２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂには、４つの１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂが備えられている。これら１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体は、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４及びスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に割り振られ、ループ回路を構成する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を時分割でオン操作することで、出力電圧を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスの１次側コイルに印加される電圧を２次側コイルを介して所定に変換して出力する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電力変換装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、高圧バッテリの電圧を降圧して低圧バッテリに出力するものも提案されている。ここでは、コンバータの備えるトランスの１次側に設けられるスイッチング素子のオン・オフ操作の１周期に対するオン時間の比（時比率）を制御することで、出力電圧を制御する。これにより、高圧バッテリの電圧の変動にかかわらず、低圧バッテリに所望の電圧を印加することができる。
【０００３】
なお、この種の電力変換装置としては、他にも例えば下記特許文献２に記載されているものがある。
【特許文献１】特開２００５−５１９９４号公報
【特許文献１】特開２００５−２９５７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記特許文献１記載のコンバータにあっては、時比率Ｄにて１次側に設けられるスイッチング素子が操作される際に、その入出力端子間に印加される電圧が、入力電圧の「１／（１−Ｄ）」倍となる。このため、時比率Ｄの値によっては、１次側に設けられるスイッチング素子に印加される電圧が過大となるため、スイッチング素子として高耐圧の素子を用いることが要求されることとなる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、トランスの１次側コイルに印加される電圧を２次側コイルを介して所定に変換して出力するものにあって、要求される耐圧の上昇を好適に抑制することのできる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、トランスの１次側コイルに印加される電圧を２次側コイルを介して所定に変換して出力する電力変換装置において、前記トランスの１の２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて前記１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加可能とする電圧印加手段を備え、前記トランスは、１の２次側コイルに対応する１次側コイルを複数備えることを特徴とする。
【０００８】
上記発明では、電圧印加手段によって１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧が印加されるために、電圧印加手段には、２次側コイルを介して分圧電圧を所定に変換して出力する電力変換回路と同様の電圧が印加されることとなる。このため、要求される耐圧の上昇を好適に抑制することができる。しかも、１の２次側コイルに対応する１次側コイルを複数備えるために、各１次側コイルの扱うエネルギ量を低減することもできる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数を３以上とすることを特徴とする。
【００１０】
上記発明では、電圧印加手段に印加される電圧を好適に低減することができる。特に、電圧印加手段に印加される電圧を入力電圧よりも小さくすることも容易となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数を偶数とすることを特徴とする。
【００１２】
上記発明では、２次側コイルの磁束のリセット処理を適切に行いつつも、１の２次側コイルに対応する複数の２次側コイルの利用度合いを互いに同一とすることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記分圧されたそれぞれの電圧を前記１次側コイルに代わる代わる印加する電圧印加周期において、前記各分圧された電圧の印加時間が互いに等しくなるように前記電圧印加手段を操作する手段を更に備えることを特徴とする。
【００１４】
上記発明では、電圧印加手段の操作による電圧の印加処理を対称性を有するものとするため、各分圧値を互いに等しくすることが容易となる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記トランスは、１次側コイル同士が互いに直列接続された一対のトランスを備え、前記一対のトランスの２次側コイル同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
上記発明では、２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて１次側コイルに分圧電圧を印加する際、いずれの態様にて電圧を印加したかに応じて、互いに相違する２次側コイルに電流を流すことができる。また、上記電圧印加周期において、「０＜各分圧電圧の印加期間≦電圧印加周期／（入力電圧の分割数）」となるようにすることで、各分圧電圧の印加期間によって出力される電圧を制御することができる。このため、各分圧値を互いに等しくするための条件である請求項４記載の発明特定事項と、出力される電圧を制御するための条件とを互いに独立とすることができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数に等しい数のキャパシタを備え、該キャパシタのそれぞれの両電極間の電圧を前記１次側コイルに印加可能とするものであることを特徴とする。
【００１８】
上記発明では、キャパシタによって入力電圧を好適に分圧することができる。特に、上記発明が、請求項４記載の発明特定事項を有する場合、各分圧値を互いに等しくすることができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数よりも１小さい数のキャパシタを備え、該キャパシタのそれぞれの両電極間の電圧と、前記キャパシタの両電極間の電圧の総和を前記入力電圧から減算した電圧とを、それぞれ前記１次側コイルに印加可能とするものであることを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、キャパシタによって入力電圧を好適に分圧することができる。特に、上記発明が、請求項４記載の発明特定事項を有する場合、各分圧値を互いに等しくすることができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記入力電圧は、電池セルの直列接続体である組電池の両端の電圧であり、前記電圧印加手段は、前記組電池を構成する中間の電池セルの電極電圧を取り出すことで、前記入力電圧を分圧することを特徴とする。
【００２２】
上記発明では、新たなハードウェア手段の追加を抑制又は回避しつつ入力電圧を好適に分圧することができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記トランスの２次側コイルは、一対の２次側コイルを備え、前記一対の２次側コイル同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための整流手段を更に備えることを特徴とする。
【００２４】
上記発明では、２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様によって１次側コイルに入力電圧の分圧された電圧を印加する際、いずれの態様にて電圧を印加したかに応じて、互いに相違する２次側コイルに電流を流すことができる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記トランスの２次側コイルは、一対の２次側コイルを備え、前記一対の２次側コイルのそれぞれを備える一対のループ回路のそれぞれを開閉する開閉手段を更に備えることを特徴とする。
【００２６】
上記発明では、開閉手段を備えることで、２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様のそれぞれによって１次側コイルに入力電圧の分圧された電圧を印加する際、２次側コイルを介して流れる電流を整流することができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発明において、前記出力される電圧は、前記入力電圧よりも低いことを特徴とする。
【００２８】
上記発明では、電力変換装置が入力電圧を降圧して出力する用途のために、入力電圧を分圧して用いることによる出力電圧の低下によってデメリットが生じることが少ない。
【００２９】
請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の発明において、前記トランスの２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて交互にトランスの１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加すべく前記電圧印加手段を操作する手段を更に備えることを特徴とする。
【００３０】
上記発明では、トランスの２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて交互にトランスの１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加することで、分圧電圧が２度印加される都度、２次側コイルの磁束を好適にリセットすることができる。
【００３１】
請求項１３記載の発明は、請求項１０記載の発明において、前記出力される電圧は、前記入力電圧よりも低いものであり、前記開閉手段を操作することで、前記一対のループ回路の双方を閉ループ化する処理、該一対のループ回路のうちの一方を閉ループ化する処理、前記双方を閉ループ化する処理及び該ループ回路のうちの他方を閉ループ化する処理を周期的に繰り返すことで前記入力電圧側に出力側の電圧を昇圧して出力する処理を行う昇圧制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００３２】
上記発明のように電力変換装置が降圧コンバータとしての利用目的のものである場合、低圧側(本来の出力側)から高圧側（本来の入力側）へと電力を供給することは困難である。この点、上記発明では、一対のループ回路の双方を閉ループ化する際に２次側コイルにエネルギを蓄えることで、低圧側の電圧を昇圧して高圧側に出力することができる。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の発明において、前記入力電圧は、電池の両端の電圧であり、前記電池の温度が所定以下の場合、前記入力電圧を所定に降圧して出力する処理と、前記昇圧制御手段による昇圧処理とを交互に繰り返すことで、前記電池を暖機する暖機手段を更に備えることを特徴とする。
【００３４】
電池の中には、低温状態においてその性能が低下するものがある。上記発明では、この点に鑑み、暖機手段を備えることで、低温となることに起因して電池の性能が低下すると想定される状況下、こうした事態を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる電力変換装置をハイブリッド車の電力変換装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。
【００３７】
高圧バッテリ１０は、車両の高圧システムを構成するものであり、その出力電圧は、所定の高電圧(例えば「２８８Ｖ」)である。高圧バッテリ１０は、例えばリチウムイオン２次電池等の２次電池セルが複数直列接続されることで構成される組電池である。降圧コンバータＣＶは、高圧バッテリ１０の電圧を降圧して、低圧バッテリ１２に出力する。ここで、低圧バッテリ１２は、車両の低圧システム内の電気負荷に電力を供給する電源としての役割を有するものであり、その出力電圧は、所定の低電圧（例えば「１２Ｖ」）である。
【００３８】
上記降圧コンバータＣＶは、トランスＴａ，Ｔｂを備えている。これらトランスＴａ，Ｔｂは、いずれも１の２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂのそれぞれに対応する一対の１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを備えるものである。図２に、トランスＴａ，Ｔｂの構造を模式的に示す。なお、図２においては、トランスＴａ，ＴｂをトランスＴと総括表記し、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを１次側コイルＴ１と総括表記し、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂを２次側コイルＴ２と総括表記している。図示されるように、トランスＴは、一対の１次側コイルＴ１のそれぞれに電流が流れることで生成される閉磁路が同一であり、これが１の２次側コイルＴ２によって鎖交されるものである。換言すれば、１の２次側コイルＴ２によって鎖交される閉磁路が、一対の１次側コイルＴ１によって共有されるものである。ちなみに、図２には、閉磁路を構成するための鉄心ＣＦに、一対の１次側コイルＴ１と、２次側コイルＴ２とが巻きつけられて且つ鉄心Ｃがギャップを備える構成を例示しているが、鉄心ＣＦ自体は、閉ループとなっていてもよい。
【００３９】
先の図１に示した降圧コンバータＣＶは、高圧バッテリ１０に並列接続されるコンデンサＣ１，Ｃ２の直列接続体を備えている。そして、これらコンデンサＣ１，Ｃ２のそれぞれは、１次側コイルＴ１ａ、Ｔ１ｂを介してループ回路を構成する。詳しくは、ここで、コンデンサＣ１に対応するループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ、Ｔ１ｂと、コンデンサＣ２に対応するループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ、Ｔ１ｂとは、別部材とされている。そして、これら各コンデンサＣ１，Ｃ２を備えるループ回路のそれぞれは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のそれぞれによって開閉される。本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２として、ＮチャネルパワーＭＯＳ型電界効果トランジスタを想定している。ちなみに、図中、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の入力端子(ドレイン)及び出力端子(ソース)間に並列接続されるダイオードは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のボディーダイオードである。
【００４０】
上記トランスＴａ，Ｔｂの２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂには、ダイオードＤａ，Ｄｂのそれぞれのカソードが接続されている。詳しくは、直列接続される１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂとの相互誘導によって誘起される電圧の極性が、ダイオードＤａに接続される２次側コイルＴ２ａの端子とダイオードＤｂに接続される２次側コイルＴ２ｂの端子とで互いに逆となるようにダイオードＤａ，Ｄｂが接続されている。これにより、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂにいずれの極性の電圧が印加されるかに応じて、ダイオードＤａ，Ｄｂのいずれか一方がオン状態となる。このため、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂにいずれの極性の電圧が印加されるかにかかわらず、降圧コンバータＣＶの２次側から電流を出力することができる。
【００４１】
上記２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂの出力電圧は、コンデンサ１４及び低圧バッテリ１２に印加される。
【００４２】
制御装置２０は、降圧コンバータＣＶのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に操作信号ｇ１、ｇ２を出力することで、これらを操作し、これにより、降圧コンバータＣＶの出力電圧を制御する。
【００４３】
図３に、制御装置２０によるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の操作態様を示す。詳しくは、図３（ａ）に、スイッチング素子Ｑ１の操作態様の推移を示し、図３（ｂ）に、スイッチング素子Ｑ２の操作態様の推移を示し、図３（ｃ）に、スイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間電圧の推移を示し、図３（ｄ）に、スイッチング素子Ｑ２のソース及びドレイン間電圧の推移を示す。また、図３（ｅ）に、スイッチング素子Ｑ１を流れる電流ｉＱ１の推移を示し、図３（ｆ）に、スイッチング素子Ｑ２を流れる電流ｉＱ２の推移を示し、図３（ｇ）に、１次側コイルＴ１ａの両端の電圧Ｖ１ａの推移を示し、図３（ｈ）に、１次側コイルＴ１ｂの両端の電圧Ｖ１ｂの推移を示し、図３（ｉ）に、ダイオードＤａを流れる電流ｉＤａの推移を示し、図３（ｊ）に、ダイオードＤｂを流れる電流ｉＤｂの推移を示す。
【００４４】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にオン操作することで降圧処理を行う。詳しくは、スイッチング素子Ｑ１がオン状態となるモードａ、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の双方がオフ状態となるモードｂ、スイッチング素子Ｑ２がオン状態となるモードｃ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の双方がオフ状態となるモードｄの４つのモードを順次繰り返すことで降圧処理を行う。以下、各モードでの電流の流通態様について説明する。なお、以下の説明において、トランスＴａ，Ｔｂは、ともに、密結合変成器であるものとする。
・ モードａ
このモードでは、先の図１に示したコンデンサＣ１、スイッチング素子Ｑ１及び１次側コイルＴ１ｂ，Ｔ１ａのループ回路に電流が流れる。これにより、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂには、それぞれスイッチング素子Ｑ１側が正となる逆起電圧が生じる。この際、相互誘導によって２次側コイルＴ２ｂに生じる電圧は、ダイオードＤｂのカソード側に接続される側の端子が負となるものであるため、ダイオードＤｂには順方向電流が流れる。一方、相互誘導によって２次側コイルＴ２ａに生じる電圧は、ダイオードＤａのカソード側に接続される側の端子が正となるものであるため、ダイオードＤａには電流が流れない。このため、このモードでは、トランスＴｂを介してコンデンサ１４や低圧バッテリ１２にエネルギが出力される。ちなみに、トランスＴｂの１次側コイルＴ１ｂに流れる電流は、トランスＴａの励磁電流と、トランスＴｂの励磁インダクタンスから放出される電流との和となる。
・ モードｂ
このモードでは、先の図１に示した各トランスＴａ，Ｔｂの励磁エネルギが各トランスＴａ、Ｔｂの２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂを介して負荷へと放出される。
・ モードｃ
このモードでは、先の図１に示したコンデンサＣ２、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂ及びスイッチング素子Ｑ２のループ回路に電流が流れる。これにより、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂには、それぞれスイッチング素子Ｑ２側が負となる逆起電圧が生じる。この際、相互誘導によって２次側コイルＴ２ａに生じる電圧は、ダイオードＤａのカソード側に接続される側の端子が負となるものであるため、ダイオードＤａには順方向電流が流れる。一方、相互誘導によって２次側コイルＴ２ｂに生じる電圧は、ダイオードＤｂのカソード側に接続される側の端子が正となるものであるため、ダイオードＤｂには電流が流れない。このため、このモードでは、トランスＴａを介してコンデンサ１４や低圧バッテリ１２にエネルギが出力される。ちなみに、トランスＴａの１次側コイルＴ１ｂに流れる電流は、トランスＴｂの励磁電流と、トランスＴａの励磁インダクタンスから放出される電流との和となる。
・ モードｄ
このモードでは、先の図１に示した各トランスＴａ，Ｔｂの励磁エネルギが各トランスＴａ、Ｔｂの２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂを介して負荷へと放出される。
【００４５】
本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１がオン状態となる時間(モードａの処理時間)と、スイッチング素子Ｑ２がオン状態となる時間(モードｃの処理時間)とを、モードａ〜ｄにて定まる電圧印加周期の半周期を上限として設定する。特に、スイッチング素子Ｑ１がオン状態となる時間と、スイッチング素子Ｑ２がオン状態となる時間とを互いに等しくする。これにより、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１と、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２とを等しくすることができる。換言すれば、コンデンサＣ１，Ｃ２によって、高圧バッテリ１０の電圧(入力電圧Ｖｉ)を均等分割することができる。以下、これについて説明する。
【００４６】
モードａにおいては、トランスＴｂを介してエネルギが出力されるため、降圧コンバータＣＶの出力電圧ＶｏとトランスＴｂの巻き数比ｎとを用いて、１次側コイルＴ１ｂに印加される電圧は、「ｎＶｏ」と表現される。このため、１次側コイルＴ１ａに印加される電圧は、「Ｖｃ１−ｎＶｏ」となる。一方、モードｂ〜ｄにおいては、トランスＴａの励磁エネルギがトランスＴａの２次側コイルＴ２ａを介して出力されるため、１次側コイルＴ１ａの電圧は、「ｎＶｏ」となる。これらモードａと、モードｂ〜ｄとのｅｔ積が等しいとの条件から、モードａ〜ｄの１周期に対するモードａの時間の時比率Ｄを用いた以下の式（ｃ１）が成立する。
【００４７】
（Ｖｃ１−ｎＶｏ）・Ｄ＝ｎＶｏ・（１−Ｄ） …（ｃ１）
同様に、トランスＴｂの１次側コイルＴ１ｂのｅｔ積は、下記の式（ｃ２）となる。ただし、以下では、トランスＴａの巻き数比が、トランスＴｂの巻き数比ｎと等しいとする。
【００４８】
（Ｖｃ２−ｎＶｏ）・Ｄ＝ｎＶｏ・（１−Ｄ） …（ｃ２）
上記の式（ｃ１）、（ｃ２）から、コンデンサＣ１，Ｃ２のそれぞれの電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２は互いに等しいことがわかる(以下の式（ｃ３）)。
【００４９】
Ｖｃ１＝Ｖｃ２＝ｎＶｏ／Ｄ …（ｃ３）
一方、コンデンサＣ１，Ｃ２が高圧バッテリ１０に並列接続されているため、以下の式（ｃ４）が成立する。
【００５０】
Ｖｃ１＋Ｖｃ２＝Ｖｉ …（ｃ４）
上記の式（ｃ３）に鑑みれば、上記の式（ｃ４）から、「Ｖｃ１＝Ｖｃ２＝Ｖｉ／２」を得る。また、上記の式（ｃ３）、（ｃ４）から、上記モードａ〜ｄの処理を１周期とし、これらを繰り返すことで、降圧コンバータＣＶの出力電圧Ｖｏは、時比率Ｄと巻き数比ｎと、入力電圧Ｖｉとによって、「Ｖｏ＝Ｖｉ・Ｄ／２ｎ」となる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、時比率Ｄを操作することで、出力電圧Ｖｏを制御することができる。しかも、本実施形態にかかる降圧コンバータＣＶは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のソース及びドレイン間に印加される最大電圧が時比率Ｄにかかわらず、入力電圧Ｖｉとなる。次にこれについて説明する。以下では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の操作の対称性に鑑み、スイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間に印加される最大電圧を導出する。
【００５２】
スイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間に印加される電圧が最大となる期間は、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態である期間内にある。この期間内においては、スイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間に、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１と、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの両端の電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂとの和の電圧が印加される。ここで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオフ状態とされるモードｂ、ｄにおいては、１次側コイルＴ１ａと１次側コイルＴ１ｂとの互いの接続点の電圧極性が同一となるため、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の両端の電圧は、ゼロとなる。このため、スイッチング素子Ｑ１に印加される電圧は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１となる。一方、モードｄにおいては、スイッチング素子Ｑ２がオン状態となるため、スイッチング素子Ｑ２に割り振られた１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の両端の電圧は、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２（＝Ｖｉ／２）に等しくなる。ここで、スイッチング素子Ｑ２に割り振られた１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂのそれぞれと、スイッチング素子Ｑ１に割り振られた１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂのそれぞれとは、ともに同一の磁束を鎖交するものであるため、スイッチング素子Ｑ１に割り振られた１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の両端の電圧も、スイッチング素子Ｑ２に割り振られた１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の両端の電圧となる。したがって、スイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間に印加される電圧は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１と、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２との和、すなわち入力電圧Ｖｉとなる。
【００５３】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００５４】
（１）トランスＴａ、Ｔｂの１の２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加可能とするスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備えて且つ、トランスＴａ，Ｔｂを、１の２次側コイルに対応する１次側コイルを複数備えるようにした。ここで、分圧された電圧を印加する構成とすることで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のソース及びドレイン間に印加される電圧を抑制することができ、ひいてはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の要求耐圧の上昇を抑制することができる。更に、１次側コイルＴ１ａや１次側コイルＴ１ｂをそれぞれ複数備えることで、各１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの扱うエネルギ量を低減することができる。
【００５５】
（２）コンデンサＣ１，Ｃ２によって、入力電圧Ｖｉを偶数個(２個)に分圧した。これにより、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂの磁束のリセット処理を適切に行いつつも、１の２次側コイルに対応する複数の２次側コイルの利用度合いを互いに同一とすることができる。
【００５６】
（３）コンデンサＣ１，Ｃ２によって分圧されたそれぞれの電圧を１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂに代わる代わる印加する電圧印加周期(モードａ〜ｄ)において、各分圧された電圧の印加時間(モードａの処理時間、モードｃの処理時間)が互いに等しくなるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を操作した。これにより、電圧の印加処理が対称性を有するものとなるため、各分圧値を互いに等しくすることが容易となる。
【００５７】
（４）１次側コイル同士が互いに直列接続された一対のトランスＴａ，Ｔｂと、一対のトランスＴａ，Ｔｂの２次側コイル同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするためのダイオードＤａ，Ｄｂとを備えた。これにより、各分圧値を互いに等しくするための条件と、出力電圧Ｖｏを制御するための条件(時比率Ｄ)とを互いに独立とすることができる。
【００５８】
（５）入力電圧Ｖｉの分割数に等しい数のキャパシタ(コンデンサＣ１，Ｃ２)を備えることで、入力電圧Ｖｉを好適に分圧することができる。
【００５９】
（６）一対の２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂ同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするためのダイオードＤａ，Ｄｂを備えた。これにより、２次側コイルＴ２ａ、Ｔ２ｂに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様によって１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂに入力電圧Ｖｉの分圧された電圧を印加する際、いずれの分圧を印加するかに応じて互いに相違する２次側コイルに電流を流すことができる。
【００６０】
（７）降圧コンバータＣＶに本発明を適用した。これにより、入力電圧Ｖｉを分圧して用いることによる出力電圧Ｖｏの低下によってデメリットが生じることが少ない。
【００６１】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６２】
図４に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図４において、先の図１に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００６３】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列接続体を高圧バッテリ１０に並列接続した。そして、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の一方とコンデンサＣ１とスイッチング素子Ｑ１とでループ回路を構成するとともに、上記直列接続体の他方とコンデンサＣ２とスイッチング素子Ｑ２とで別のループ回路を構成した。これによっても、先の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６５】
図５に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図５において、先の図４に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００６６】
図示されるように、本実施形態では、コンデンサＣ１の負極とコンデンサＣ２の正極とを、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを介すことなく短絡させた。これによっても、先の第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６８】
図６に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図６において、先の図１に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００６９】
図示されるように、本実施形態では、トランスＴａ，Ｔｂのそれぞれが、４つの１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを備える。一方、本実施形態では、４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４の直列接続体に、高圧バッテリ１０を並列接続する。そして、各コンデンサＣ１〜Ｃ４には、４つの１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂのいずれかが割り振られ、これら各コンデンサＣ１〜Ｃ４と、対応する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂとを備えるループ回路は、対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によって開閉される。ちなみに、これらスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、制御装置２０から操作信号ｇ１〜ｇ４が出力されることで操作される。
【００７０】
図７に、本実施形態にかかる制御装置２０によるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の操作態様を示す。詳しくは、図７（ａ）〜図７（ｄ）のそれぞれに、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれの操作態様の推移を示し、図７（ｅ）〜図７（ｈ）のそれぞれに、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれのソース及びドレイン間電圧の推移を示し、図７（ｉ）〜図７（ｌ）のそれぞれに、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれを流れる電流の推移を示す。
【００７１】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４を順次オン操作することで降圧処理を行う。詳しくは、スイッチング素子Ｑ１のみがオン状態となるモードａ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｂ、スイッチング素子Ｑ２のみがオン状態となるモードｃ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｄ、スイッチング素子Ｑ３のみがオン状態となるモードｅ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｆ、スイッチング素子Ｑ４のみがオン状態となるモードｇ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｈの８つのモードを順次繰り返すことで降圧処理を行う。これにより、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂには、交互に逆極性の電圧が印加されることとなる。
【００７２】
ここで、本実施形態では、上記モードａ〜ｈからなる電圧印加周期において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれのオン時間を、電圧印加周期の「１／４」以下とする。そして、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれがオン状態となる時間を互いに同一とする。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれかが２回オン状態とされる周期（２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂに対する印加電圧の極性が２回反転する周期）に対する各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれがオン状態となる時間の時比率Ｄを用いて、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂに対する印加電圧の極性が２回反転する周期におけるｅｔ積の関係は、モードａ〜ｄにおいては、上記の式(ｃ１)、（ｃ２）となる。一方、モードｅ〜ｈにおいては、コンデンサＣ３，Ｃ４の電圧Ｖｃ３，Ｖｃ４を用いて、下記の式(ｃ５)、(ｃ６)となる。
【００７３】
（Ｖｃ３−ｎＶｏ）・Ｄ＝ｎＶｏ・（１−Ｄ） …（ｃ５）
（Ｖｃ４−ｎＶｏ）・Ｄ＝ｎＶｏ・（１−Ｄ） …（ｃ６）
上記の式（ｃ１）、（ｃ２）、(ｃ３)、(ｃ４)によれば、各コンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４が互いに等しいことがわかる（下記の式（ｃ７））。
【００７４】
Ｖｃ１＝Ｖｃ２＝Ｖｃ３＝Ｖｃ４＝ｎＶｏ／Ｄ …（ｃ７）
そして、「Ｖｃ１＋Ｖｃ２＋Ｖｃ３＋Ｖｃ４＝Ｖｉ」に鑑みれば、下記の式（ｃ８）が成立する。
【００７５】
Ｖｃ１＝Ｖｃ２＝Ｖｃ３＝Ｖｃ４＝Ｖｉ／４ …（ｃ８）
更に、出力電圧が「Ｖｉ・Ｄ／４ｎ」となることもわかる。
【００７６】
ここで、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加される最大電圧は、これらがオフ状態であって且つ、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の電圧が対応するコンデンサＣ１〜Ｃ４の極性と同一となる場合である際の電圧であるから、「（Ｖｉ／４）×２＝Ｖｉ／２」となる。このように、本実施形態によれば、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のソース及びドレイン間に印加される電圧をいっそう低減することができる。
【００７７】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について、先の第４の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００７８】
図８に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図８において、先の図６に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００７９】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の直列接続体を高圧バッテリ１０に並列接続した。そして、スイッチング素子Ｑ１及びコンデンサＣ１、スイッチング素子Ｑ２及びコンデンサＣ２、スイッチング素子Ｑ３及びコンデンサＣ３並びにスイッチング素子Ｑ４及びコンデンサＣ４のそれぞれと、これらに割り振られる１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体とでループ回路を構成した。これによっても、先の第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態について、先の第４の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８１】
図９に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図９において、先の図６に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００８２】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１及びコンデンサＣ１とともにループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂと、スイッチング素子Ｑ２及びコンデンサＣ２とともにループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂとを同一部材とし、スイッチング素子Ｑ３及びコンデンサＣ３とともにループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂと、スイッチング素子Ｑ４及びコンデンサＣ４とともにループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂとを同一部材とした。これによっても、先の第４の実施形態の効果に準じた効果を得ることができる。
【００８３】
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８４】
図１０に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図１０において、先の図１に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００８５】
図示されるように、本実施形態では、単一のトランスＴを備える。このトランスＴは、一対の１次側コイルＴ１に対応して２つの２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂを備える。ここで、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂは、いずれも一対の１次側コイルＴ１に電流が流れることによって生成される閉磁路を鎖交するものには相違ないが、２次側コイルＴ２ａの鎖交する閉磁路と２次側コイルＴ２ｂの鎖交する閉磁路とは互いに相違する。このトランスＴとしては、例えば特開２００３−７９１４２号公報の図７等に記載されているものを想定している。
【００８６】
本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を相補的にオン・オフ操作する。すなわち、スイッチング素子Ｑ１をオン状態として且つスイッチング素子Ｑ２をオフ状態とする処理と、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態として且つスイッチング素子Ｑ２をオン状態とする処理とからなる周期的な操作を行う。この周期的な操作の１周期に対するスイッチング素子Ｑ１をオン状態とする時間の時比率Ｄを用いると、上記の式（ｃ１）、（ｃ２）の導出同様にｅｔ積の関係を用いることで、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２は、それぞれ「Ｖｉ（１−Ｄ）」及び「ＶｉＤ」となる。
【００８７】
このため、この場合にも、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のソース及びドレイン間に印加される電圧の最大値は、入力電圧Ｖｉとなる。
【００８８】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（２）、（５）〜（７）に準じた効果を得ることができる。
【００８９】
（第８の実施形態）
以下、第８の実施形態について、先の第７の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００９０】
図１１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図１１において、先の図１０等に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００９１】
図示されるように、本実施形態では、トランスＴが、４つの１次側コイルＴ１を備える。一方、本実施形態では、４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４の直列接続体に、高圧バッテリ１０を並列接続する。そして、各コンデンサＣ１〜Ｃ４には、４つの１次側コイルＴ１のいずれかが割り振られ、これら各コンデンサＣ１〜Ｃ４と、対応する１次側コイルＴ１とを備えるループ回路は、対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によって開閉される。ちなみに、これらスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、制御装置２０から操作信号ｇ１〜ｇ４が出力されることで操作される。
【００９２】
本実施形態では、１周期において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をそれぞれ１回ずつオン操作するようにして且つ、１周期のいずれのタイミングにおいても(デッドタイムを除いて)スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれか１つのみがオン操作されているようにする。詳しくは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４の順にオン操作を行って且つ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のオン時間と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のオン時間とが互いに等しくなるようにする。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が２回オン操作される期間におけるｅｔ積が互いに等しいとすると、上記電圧印加周期の半周期に対する各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３のオン時間の時比率Ｄを用いて、各コンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の比「Ｖｃ１：Ｖｃ２：Ｖｃ３：Ｖｃ４」は、「１：Ｄ／(１-Ｄ)：１：Ｄ／(１-Ｄ)」となる。そして、これらコンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の和が入力電圧Ｖｉである。
【００９３】
このため、例えばスイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間に印加される最大電圧は、「Ｖｃ１＋Ｖｃ２」又は「Ｖｃ１＋Ｖｃ４」となり、これらは入力電圧Ｖｉよりも小さい。同様の考察により、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４のソース及びドレイン間に印加される最大電圧についても、入力電圧Ｖｉよりも小さくなる。したがって、本実施形態によっても、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のソース及びドレイン間に印加される電圧を抑制することができる。
【００９４】
（第９の実施形態）
以下、第９の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００９５】
図１２に、本実施形態のシステム構成を示す。なお、図１２において、先の図１に示した部材に対応する部材については便宜上同一の符号を付している。
【００９６】
本実施形態では、一対の２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂ同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための手段として、ダイオードＤａ，Ｄｂに代えて、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を備える。ここで、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４としては、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを想定している。これにより、ダイオードＤａ，Ｄｂを用いる場合と比較して、電力損失の低減が容易となる。
【００９７】
更に、本実施形態によれば、本来の用途とは別に、入力側と出力側を逆にして、低圧バッテリ１２から高圧バッテリ１０へとエネルギを放出させることも可能となる。ここで、降圧コンバータＣＶは、本来、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂに印加される電圧が低圧バッテリ１２の電圧とトランスＴａ，Ｔｂの巻き数比ｎとで決まってしまうため、低圧バッテリ１２の電圧が高圧バッテリ１０の電圧を巻き数比ｎで除算した値よりも大きくない限り、低圧バッテリ１２側から高圧バッテリ１０側へのエネルギの放出処理を行うことができない。しかし、本実施形態では、以下の態様にて低圧バッテリ１２の電圧を昇圧することで、低圧バッテリ１２側から高圧バッテリ１０側へのエネルギの放出を可能とする。
【００９８】
図１３に、本実施形態にかかる昇圧制御態様を示す。詳しくは、図１３（ａ）は、スイッチング素子Ｑ３の状態の推移を示し、図１３（ｂ）は、スイッチング素子Ｑ４の状態の推移を示し、図１３（ｃ）は、スイッチング素子Ｑ１の状態の推移を示し、図１３（ｄ）は、スイッチング素子Ｑ２の状態の推移を示す。
【００９９】
図示されるように、昇圧制御は、本来の用途での２次側のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の双方をオン状態とした後、いずれか一方をオフ状態とすることで行う。ここで、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の双方をオン状態とする期間は、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂにエネルギを蓄積するために設けられるものである。すなわち、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の双方をオン状態とする場合には、２次側コイルＴ２ａに電流が流れることによって１次側コイルＴ１ａに誘起される電圧と、２次側コイルＴ２ｂに電流が流れることによって１次側コイルＴ１ｂに誘起される電圧とが互いに相殺するため、この期間においては、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを介してエネルギが放出されず、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂにエネルギを蓄えることができる。こうして２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂにエネルギを蓄えた後、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のうちの一方をオフ状態とすることで、他方に対応する２次側コイルを介して対応する１次側コイルにエネルギを放出することが可能となる。このため、対応する１次側コイルを備えるループ回路を閉ループ化すべく、１次側のスイッチング素子をオン操作する。これにより、低圧側（本来の用途での２次側）の電圧を昇圧して高圧側（本来の用途での１次側）に印加することが可能となる。
【０１００】
詳しくは、図１３に示すように、スイッチング素子Ｑ３のみをオン状態とする期間とスイッチング素子Ｑ４のみをオン状態とする期間とが交互に生じるようにする。これは、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの磁界をリセットするための設定である。
【０１０１】
上記昇圧制御を行うことで、低圧バッテリ１２の残存容量が過剰であって且つ高圧バッテリ１０側の残存容量が不足する場合には、低圧バッテリ１２から高圧バッテリ１０へとエネルギを供給することができる。更に、上記昇圧制御を利用することで、高圧バッテリ１０や低圧バッテリ１２が過度に低温となることでその性能が低下する状況下、これらを迅速に暖機しこうした状況を迅速に解消することもできる。
【０１０２】
図１４に、上記高圧バッテリ１０の暖機処理の手順を示す。この処理は、制御装置２０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【０１０３】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、高圧バッテリ１０の暖機要求があるか否かを判断する。この処理は、例えば、高圧バッテリ１０近傍に温度検出手段を備えておき、その検出値が所定温度以下となるか否かを判断する処理とすればよい。そして、ステップＳ１０において肯定判断される場合、所定時間に渡って降圧コンバータＣＶによる上記昇圧処理を行う(ステップＳ１２，Ｓ１４)。そしてその後、所定時間に渡って降圧コンバータＣＶによる通常の処理である降圧処理を行う（ステップＳ１６，Ｓ１８）。そして、この処理が完了すると、ステップＳ２０において、高圧バッテリ１０の暖機が完了したか否かを判断する。この処理は、例えば、高圧バッテリ１０近傍に温度検出手段を備えておき、その検出値が所定温度以下となるか否かを判断する処理とすればよい。なお、暖機処理の実行及び停止のハンチングを回避する観点からは、上記ステップＳ１０における所定温度よりもこのステップＳ２０における所定温度の方が高い値とすることが望ましい。そして、ステップＳ２０において否定判断される場合には、ステップＳ１２に戻る。これに対し、ステップＳ２０において肯定判断される場合や、ステップＳ１０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【０１０４】
こうした一連の処理によれば、高圧バッテリ１０に電流が流れることで、高圧バッテリ１０内の内部抵抗に電流が流れる際の発熱によって、高圧バッテリ１０を暖機することができる。
【０１０５】
以上詳述した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【０１０６】
（８）スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を備えることで、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂを介して流れる電流を整流することができる。
【０１０７】
（９）スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を操作することで、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂのそれぞれの構成するループ回路の双方を閉ループ化する処理、一方を閉ループ化する処理、双方を閉ループ化する処理及び他方を閉ループ化する処理を周期的に繰り返すことで昇圧制御を行った。これにより、降圧コンバータＣＶの本来の用途とは別に、低圧バッテリ１２側から高圧バッテリ１０側にエネルギを供給することができる。
【０１０８】
（１０）降圧処理と昇圧処理とを交互に繰り返すことで、高圧バッテリ１０を暖機する処理を行った。これにより、低温となることに起因して高圧バッテリ１０の性能が低下すると想定される状況下、こうした事態を改善することができる。
【０１０９】
（第１０の実施形態）
以下、第１０の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１１０】
図１５に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図１５において、先の図１に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【０１１１】
図示されるように、本実施形態では、トランスＴａ，Ｔｂのそれぞれが、３つの１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを備える。一方、本実施形態では、３つのコンデンサＣ１〜Ｃ３の直列接続体に、高圧バッテリ１０を並列接続する。そして、各コンデンサＣ１〜Ｃ３には、３つの１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂのいずれかが割り振られ、これら各コンデンサＣ１〜Ｃ３と、対応する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂとを備えるループ回路は、対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３によって開閉される。ちなみに、これらスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、制御装置２０から操作信号ｇ１〜ｇ３が出力されることで操作される。
【０１１２】
図１６に、本実施形態にかかる制御装置２０によるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の操作態様を示す。詳しくは、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）のそれぞれに、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のそれぞれの操作態様の推移を示す。
【０１１３】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を代わる代わるオン操作することで降圧処理を行う。詳しくは、スイッチング素子Ｑ１のみがオン状態となるモードａ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３がオフ状態となるモードｂ、スイッチング素子Ｑ２のみがオン状態となるモードｃ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３がオフ状態となるモードｄ、スイッチング素子Ｑ３のみがオン状態となるモードｅ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３がオフ状態となるモードｆ、スイッチング素子Ｑ２のみがオン状態となるモードｇ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３がオフ状態となるモードｈの８つのモードを順次繰り返すことで降圧処理を行う。このように、本実施形態でも、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のスイッチング状態が２回切り替わる周期（上記降圧周期の「１／３」）毎に２次側コイルＴ２ａ、Ｔ２ｂの磁束をリセットするようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３を操作する。
【０１１４】
ここで、本実施形態でも、降圧処理の１周期における各１回のオン時間を互いに等しくする。これにより、モードａ〜ｄ及びモードｅ〜ｈのそれぞれについてのｅｔ積の関係を用いて、コンデンサＣ１〜Ｃ３の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３が互いに等しいものとなることがわかる。このため、本実施形態では、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のソース及びドレイン間に印加される電圧の最大値が、「Ｖｉ／３」となるため、同最大値を入力電圧Ｖｉよりも小さくすることができる。
【０１１５】
（第１１の実施形態）
以下、第１１の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１１６】
図１７に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図１７において、先の図１に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【０１１７】
図示されるように、本実施形態では、コンデンサＣ２を削除する。この場合であっても、先の図３に示した態様にて降圧処理を行うことで、出力電圧Ｖｏと時比率Ｄとの関係や、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のソース及びドレイン間に印加される電圧は、上記第１の実施形態と同一となる。これは、スイッチング素子Ｑ２がオン状態である際に１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体に印加される電圧を電圧Ｖｃ２とすると、上記の式（ｃ１）、（ｃ２）がそのまま成立し、更に、「Ｖｃ１＋Ｖｃ２＝Ｖｉ」であるために、上記の式（ｃ３）の導出がそのまま適用できるためである。
【０１１８】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（３）〜（７）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【０１１９】
（１１）先の第１の実施形態においてコンデンサＣ２を削除する構成とすることで、部品点数を削減することができる。
【０１２０】
（第１２の実施形態）
以下、第１２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１２１】
図１８に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図１８において、先の図６に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【０１２２】
本実施形態では、先の図６に示した構成において、コンデンサＣ４を削除する。この場合であっても、先の図７に示した態様にて降圧処理を行うことで、出力電圧Ｖｏと時比率Ｄとの関係や、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のソース及びドレイン間に印加される電圧は、上記第４の実施形態と同一となる。この理由については、先の第１１の実施形態において、同実施形態が第１の実施形態と同様となる理由と同様に考えることができる。
【０１２３】
（第１３の実施形態）
以下、第１３の実施形態について、先の第４の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１２４】
図１９に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図１９において、先の図６に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【０１２５】
本実施形態では、先の図６に示した構成において、コンデンサＣ２、Ｃ４を削除する。この場合、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４の同時オン状態となる期間を設ける必要が生じる。このため、本実施形態では、図２０に示す態様にて降圧処理を行う。
【０１２６】
図２０は、本実施形態にかかる制御装置２０によるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の操作態様を示す。詳しくは、図２０（ａ）〜図２０（ｄ）のそれぞれは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれの操作態様の推移を示す。
【０１２７】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１のみがオン状態となるモードａ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｂ、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４のみがオン状態となるモードｃ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｄ、スイッチング素子Ｑ３のみがオン状態となるモードｅ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｆ、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のみがオン状態となるモードｇ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｈの８つのモードを順次繰り返すことで降圧処理を行う。
【０１２８】
ここで、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂに印加される電圧の極性が交互に反転するようにする。これは、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂに誘起される磁束をリセットするための設定である。そして、本実施形態でも、モードａ、ｃ、ｅ、ｇの各時間を互いに等しくする。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のソース及びドレイン間に印加される電圧の最大値は、先の第４の実施形態のものと同一となる。これは、モードｃ，ｇにおいて１次側トランスＴ１ａ，Ｔ１ｂに印加される電圧が、先の第４の実施形態と同一となるためである。
【０１２９】
（第１４の実施形態）
以下、第１４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１３０】
図２１に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図２１において、先の図１に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【０１３１】
図示されるように、本実施形態では、コンデンサＣ１、Ｃ２を削除し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のそれぞれと、これに対応する各別の１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体とによって構成されるループ回路のそれぞれに、高圧バッテリ１０内の同一数の電池セルを割り振る。ここで、各電池セルは、互いに同一仕様のものである。
【０１３２】
こうした構成において、上記第１の実施形態と同様の処理を行うことで、各ループ回路に割り振られた電池セルの電圧を同一とすることができるため、各電池セルの残存容量を略等しくすることができる。これは、同一仕様の電池セルは、基本的には、残存容量と端子電圧との間に１対１の対応関係があるためである。このため、先の第１の実施形態に示した降圧処理によって、互いに同一個数の電池セル同士の電圧を等しくすることで、これら同一個数同士の電池セルの残存容量を均等化することができる。このため、電池セル同士の残存容量のばらつきを、ループ回路内の複数個の電池セル同士のばらつき程度に抑制することができる。
【０１３３】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【０１３４】
（１２）高圧バッテリ１０を構成する中間の電池セルの電極電圧を取り出すことで、入力電圧Ｖｉを分圧した。これにより、新たなハードウェア手段の追加を抑制又は回避しつつ入力電圧を好適に分圧することができる。
【０１３５】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【０１３６】
・上記第４の実施形態に対する上記第６の実施形態の変更点によって、上記第５の実施形態を変更してもよい。
【０１３７】
・上記第１の実施形態に対する上記第７の実施形態の変更点によって、第２、第３の実施形態を変更してもよい。
【０１３８】
・上記第４の実施形態に対する第８の実施形態の変更点によって、上記第５、６の実施形態を変更してもよい。
【０１３９】
・上記第１の実施形態に対する第９の実施形態の変更点によって、上記第２〜８の実施形態を変更してもよい。
【０１４０】
・上記第１の実施形態に対する第１１の実施形態の変更点によって、上記第２、３、９の実施形態を変更してもよい。
【０１４１】
・上記第１２の実施形態においては、先の第４の実施形態における降圧コンバータＣＶからコンデンサＣ４を削除したが、これに限らず、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれか１つを削除してもよい。
【０１４２】
・上記第４の実施形態に対する上記第１２の実施形態の変更点によって、上記第５、６、８の実施形態を変更してもよい。
【０１４３】
・上記第１０の実施形態において、上記第１１、１２の実施形態によるように、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれか１つを削除してもよい。
【０１４４】
・第４の実施形態に対する第１３の実施形態の変更点によって、第５、６、８の実施形態を変更してもよい。
【０１４５】
・上記第１２の実施形態において、入力電圧の分割数は４に限らず、例えば５以上であってもよい。
【０１４６】
・上記第１３の実施形態において、入力電圧の分割数は４に限らず、例えば５以上であってもよい。この場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，…のひとつおきにコンデンサを並列接続するようにすればよい。ただし、これに限らず、ひとつおきにコンデンサを並列接続した構成において、更に、コンデンサの並列接続されていないスイッチング素子の任意の１つにコンデンサを並列接続するように変更してもよい。
【０１４７】
・上記第４の実施形態では、第１の実施形態に対して入力電圧Ｖｉの分割数を２倍にした点が相違したが、偶数個の分割数としては、これらに限らない。分割数を「ｋ」個として且つスイッチング素子を対称的に操作するなら、出力電圧Ｖｏを「Ｖｉ・Ｄ／ｋ・ｎ」とすることができ、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，…のソース及びドレイン間に印加される最大電圧を、「２Ｖｉ／ｋ」とすることができる。ただし、この際、降圧コンバータＣＶを構成するトランスとして、１次側コイル同士が互いに直列接続された一対のトランスを用いて且つ、その２次側コイル同士で電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための手段を備えるようにすることが望ましい。
【０１４８】
・降圧コンバータＣＶとしては、入力電圧Ｖｉの分割数を３又は任意の偶数とするものに限らない。一般に、２以上の任意の整数であってもよい。ただし、この際、トランスの２次側コイルに印加される電圧の極性が交互に逆となるように分圧電圧を１次側コイルに印加するようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，…を操作することが望ましい。この際、上記各実施形態で例示したように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の操作パターンの周期が極力短くなるように、操作パターンを設定するものに限らない。すなわち例えば先の第１０の実施形態において、図１６に示した操作パターンに代えて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ２，Ｑ１となるパターンを採用してもよい。
【０１４９】
・上記第６の実施形態では、分割数が４であるものについて、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体を互いに隣接する電位のループ回路同士で共有する例を示したが、分割数としては「４」に限らず、「３」以上の任意の整数であればよい。
【０１５０】
・上記第９の実施形態においては、高圧バッテリ１０に暖機要求があると判断される場合、まず降圧コンバータＣＶを操作して昇圧処理を行ったがこれに限らず、降圧処理からはじめてもよい。
【０１５１】
・上記第９の実施形態において、低圧バッテリ１２の暖機要求の有無を判断し、暖機要求があると判断される場合に、先の図１４に示したステップＳ１２〜Ｓ１８の処理を行ってもよい。なお、この際、先ず最初に、降圧コンバータＣＶを操作して降圧処理を行ってもよい。
【０１５２】
・第１の実施形態に対する第１４の実施形態の変更点によって、先の第２〜１３の実施形態を変更してもよい。この際、先の第２〜６、９、１０の実施形態の降圧コンバータＣＶを用いる場合において、降圧処理態様を変更してもよい。ここで、各電池セルを同一仕様のものとする場合、各電池セルの残存容量や端子電圧を均等化する観点からは、降圧処理によって生じると想定される各分圧値に比例して、各分圧を印加するためのループ回路内の電池セル数を割り振るのが望ましい。
【０１５３】
もっとも、高圧バッテリ１０を構成する各電池セルが同一仕様のものでない場合であっても、各電池セルの残存容量や端子電圧を均等化する上では、降圧処理によって生じると想定される分圧値に応じて電池セル数を決定することが望ましい。
【０１５４】
・上記各実施形態では、スイッチング素子が２回オン操作される都度、２次側コイルの磁束がリセットされるようにすべく、２次側コイルに印加される電圧の極性を毎回反転させたがこれに限らない。例えば第１の実施形態において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ１，Ｑ２、Ｑ２の順に周期的にオン操作するようにすることで、スイッチング素子が４回オン操作される都度２次側コイルの磁束がリセットされるようにしてもよい。
【０１５５】
・上記各実施形態では、電圧印加周期におけるスイッチング素子のオン操作回数によって、１周期を均等分割し、これら分割された各時間を各１回のオン操作の上限としたがこれに限らない。例えば、先の第１０の実施形態のように、２次側コイルの一方の極性の電圧を印加するための１次側コイルの数と他方の極性の電圧を印加するための１次側コイルの数とが相違するものにあっては、各スイッチング素子の最大オン操作時間を、上記均等分割した時間としないことも有効である。すなわち、スイッチングパターンの１周期内に各スイッチング素子をそれぞれ１回のみオン操作するパターンとするにもかかわらず２次側コイルの磁束を適切にリセットすべく、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３のそれぞれの時比率の比を「１：２：１」とすることも考えられる。この場合、１周期を４分割した時間の２倍の時間がスイッチング素子Ｑ２の最大オン操作時間となる。
【０１５６】
・上記各実施形態では、１次側のスイッチング素子として、パワーＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いたがこれに限らず、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等であってもよい。
【０１５７】
・降圧コンバータＣＶとしては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、例えば電気自動車に搭載されるものであってもよい。更に、車載コンバータにも限らない。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるトランスの構成を示す斜視図。
【図３】同実施形態にかかるコンバータの操作態様を示すタイムチャート。
【図４】第２の実施形態にかかるシステム構成図。
【図５】第３の実施形態にかかるシステム構成図。
【図６】第４の実施形態にかかるシステム構成図。
【図７】同実施形態にかかるコンバータの操作態様を示すタイムチャート。
【図８】第５の実施形態にかかるシステム構成図。
【図９】第６の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１０】第７の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１１】第８の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１２】第９の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１３】同実施形態にかかる昇圧動作態様を示すタイムチャート。
【図１４】同実施形態にかかる降圧コンバータの暖機処理の手順を示す流れ図。
【図１５】第１０の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１６】同実施形態にかかるコンバータの操作態様を示すタイムチャート。
【図１７】第１１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１８】第１２の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１９】第１３の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２０】同実施形態にかかるコンバータの操作態様を示すタイムチャート。
【図２１】第１４の実施形態にかかるシステム構成図。
【符号の説明】
【０１５９】
１０…高圧バッテリ、２０…制御装置、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…コンデンサ、ＣＶ…降圧コンバータ、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチング素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスの１次側コイルに印加される電圧を２次側コイルを介して所定に変換して出力する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電力変換装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、高圧バッテリの電圧を降圧して低圧バッテリに出力するものも提案されている。ここでは、コンバータの備えるトランスの１次側に設けられるスイッチング素子のオン・オフ操作の１周期に対するオン時間の比（時比率）を制御することで、出力電圧を制御する。これにより、高圧バッテリの電圧の変動にかかわらず、低圧バッテリに所望の電圧を印加することができる。
【０００３】
なお、この種の電力変換装置としては、他にも例えば下記特許文献２に記載されているものがある。
【特許文献１】特開２００５−５１９９４号公報
【特許文献１】特開２００５−２９５７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記特許文献１記載のコンバータにあっては、時比率Ｄにて１次側に設けられるスイッチング素子が操作される際に、その入出力端子間に印加される電圧が、入力電圧の「１／（１−Ｄ）」倍となる。このため、時比率Ｄの値によっては、１次側に設けられるスイッチング素子に印加される電圧が過大となるため、スイッチング素子として高耐圧の素子を用いることが要求されることとなる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、トランスの１次側コイルに印加される電圧を２次側コイルを介して所定に変換して出力するものにあって、要求される耐圧の上昇を好適に抑制することのできる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、トランスの１次側コイルに印加される電圧を２次側コイルを介して所定に変換して出力する電力変換装置において、前記トランスの１の２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて前記１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加可能とする電圧印加手段を備え、前記トランスは、１の２次側コイルに対応する１次側コイルを複数備えることを特徴とする。
【０００８】
上記発明では、電圧印加手段によって１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧が印加されるために、電圧印加手段には、２次側コイルを介して分圧電圧を所定に変換して出力する電力変換回路と同様の電圧が印加されることとなる。このため、要求される耐圧の上昇を好適に抑制することができる。しかも、１の２次側コイルに対応する１次側コイルを複数備えるために、各１次側コイルの扱うエネルギ量を低減することもできる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数を３以上とすることを特徴とする。
【００１０】
上記発明では、電圧印加手段に印加される電圧を好適に低減することができる。特に、電圧印加手段に印加される電圧を入力電圧よりも小さくすることも容易となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数を偶数とすることを特徴とする。
【００１２】
上記発明では、２次側コイルの磁束のリセット処理を適切に行いつつも、１の２次側コイルに対応する複数の２次側コイルの利用度合いを互いに同一とすることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記分圧されたそれぞれの電圧を前記１次側コイルに代わる代わる印加する電圧印加周期において、前記各分圧された電圧の印加時間が互いに等しくなるように前記電圧印加手段を操作する手段を更に備えることを特徴とする。
【００１４】
上記発明では、電圧印加手段の操作による電圧の印加処理を対称性を有するものとするため、各分圧値を互いに等しくすることが容易となる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記トランスは、１次側コイル同士が互いに直列接続された一対のトランスを備え、前記一対のトランスの２次側コイル同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
上記発明では、２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて１次側コイルに分圧電圧を印加する際、いずれの態様にて電圧を印加したかに応じて、互いに相違する２次側コイルに電流を流すことができる。また、上記電圧印加周期において、「０＜各分圧電圧の印加期間≦電圧印加周期／（入力電圧の分割数）」となるようにすることで、各分圧電圧の印加期間によって出力される電圧を制御することができる。このため、各分圧値を互いに等しくするための条件である請求項４記載の発明特定事項と、出力される電圧を制御するための条件とを互いに独立とすることができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数に等しい数のキャパシタを備え、該キャパシタのそれぞれの両電極間の電圧を前記１次側コイルに印加可能とするものであることを特徴とする。
【００１８】
上記発明では、キャパシタによって入力電圧を好適に分圧することができる。特に、上記発明が、請求項４記載の発明特定事項を有する場合、各分圧値を互いに等しくすることができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数よりも１小さい数のキャパシタを備え、該キャパシタのそれぞれの両電極間の電圧と、前記キャパシタの両電極間の電圧の総和を前記入力電圧から減算した電圧とを、それぞれ前記１次側コイルに印加可能とするものであることを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、キャパシタによって入力電圧を好適に分圧することができる。特に、上記発明が、請求項４記載の発明特定事項を有する場合、各分圧値を互いに等しくすることができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記入力電圧は、電池セルの直列接続体である組電池の両端の電圧であり、前記電圧印加手段は、前記組電池を構成する中間の電池セルの電極電圧を取り出すことで、前記入力電圧を分圧することを特徴とする。
【００２２】
上記発明では、新たなハードウェア手段の追加を抑制又は回避しつつ入力電圧を好適に分圧することができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記トランスの２次側コイルは、一対の２次側コイルを備え、前記一対の２次側コイル同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための整流手段を更に備えることを特徴とする。
【００２４】
上記発明では、２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様によって１次側コイルに入力電圧の分圧された電圧を印加する際、いずれの態様にて電圧を印加したかに応じて、互いに相違する２次側コイルに電流を流すことができる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記トランスの２次側コイルは、一対の２次側コイルを備え、前記一対の２次側コイルのそれぞれを備える一対のループ回路のそれぞれを開閉する開閉手段を更に備えることを特徴とする。
【００２６】
上記発明では、開閉手段を備えることで、２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様のそれぞれによって１次側コイルに入力電圧の分圧された電圧を印加する際、２次側コイルを介して流れる電流を整流することができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発明において、前記出力される電圧は、前記入力電圧よりも低いことを特徴とする。
【００２８】
上記発明では、電力変換装置が入力電圧を降圧して出力する用途のために、入力電圧を分圧して用いることによる出力電圧の低下によってデメリットが生じることが少ない。
【００２９】
請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の発明において、前記トランスの２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて交互にトランスの１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加すべく前記電圧印加手段を操作する手段を更に備えることを特徴とする。
【００３０】
上記発明では、トランスの２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて交互にトランスの１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加することで、分圧電圧が２度印加される都度、２次側コイルの磁束を好適にリセットすることができる。
【００３１】
請求項１３記載の発明は、請求項１０記載の発明において、前記出力される電圧は、前記入力電圧よりも低いものであり、前記開閉手段を操作することで、前記一対のループ回路の双方を閉ループ化する処理、該一対のループ回路のうちの一方を閉ループ化する処理、前記双方を閉ループ化する処理及び該ループ回路のうちの他方を閉ループ化する処理を周期的に繰り返すことで前記入力電圧側に出力側の電圧を昇圧して出力する処理を行う昇圧制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００３２】
上記発明のように電力変換装置が降圧コンバータとしての利用目的のものである場合、低圧側(本来の出力側)から高圧側（本来の入力側）へと電力を供給することは困難である。この点、上記発明では、一対のループ回路の双方を閉ループ化する際に２次側コイルにエネルギを蓄えることで、低圧側の電圧を昇圧して高圧側に出力することができる。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の発明において、前記入力電圧は、電池の両端の電圧であり、前記電池の温度が所定以下の場合、前記入力電圧を所定に降圧して出力する処理と、前記昇圧制御手段による昇圧処理とを交互に繰り返すことで、前記電池を暖機する暖機手段を更に備えることを特徴とする。
【００３４】
電池の中には、低温状態においてその性能が低下するものがある。上記発明では、この点に鑑み、暖機手段を備えることで、低温となることに起因して電池の性能が低下すると想定される状況下、こうした事態を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる電力変換装置をハイブリッド車の電力変換装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。
【００３７】
高圧バッテリ１０は、車両の高圧システムを構成するものであり、その出力電圧は、所定の高電圧(例えば「２８８Ｖ」)である。高圧バッテリ１０は、例えばリチウムイオン２次電池等の２次電池セルが複数直列接続されることで構成される組電池である。降圧コンバータＣＶは、高圧バッテリ１０の電圧を降圧して、低圧バッテリ１２に出力する。ここで、低圧バッテリ１２は、車両の低圧システム内の電気負荷に電力を供給する電源としての役割を有するものであり、その出力電圧は、所定の低電圧（例えば「１２Ｖ」）である。
【００３８】
上記降圧コンバータＣＶは、トランスＴａ，Ｔｂを備えている。これらトランスＴａ，Ｔｂは、いずれも１の２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂのそれぞれに対応する一対の１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを備えるものである。図２に、トランスＴａ，Ｔｂの構造を模式的に示す。なお、図２においては、トランスＴａ，ＴｂをトランスＴと総括表記し、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを１次側コイルＴ１と総括表記し、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂを２次側コイルＴ２と総括表記している。図示されるように、トランスＴは、一対の１次側コイルＴ１のそれぞれに電流が流れることで生成される閉磁路が同一であり、これが１の２次側コイルＴ２によって鎖交されるものである。換言すれば、１の２次側コイルＴ２によって鎖交される閉磁路が、一対の１次側コイルＴ１によって共有されるものである。ちなみに、図２には、閉磁路を構成するための鉄心ＣＦに、一対の１次側コイルＴ１と、２次側コイルＴ２とが巻きつけられて且つ鉄心Ｃがギャップを備える構成を例示しているが、鉄心ＣＦ自体は、閉ループとなっていてもよい。
【００３９】
先の図１に示した降圧コンバータＣＶは、高圧バッテリ１０に並列接続されるコンデンサＣ１，Ｃ２の直列接続体を備えている。そして、これらコンデンサＣ１，Ｃ２のそれぞれは、１次側コイルＴ１ａ、Ｔ１ｂを介してループ回路を構成する。詳しくは、ここで、コンデンサＣ１に対応するループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ、Ｔ１ｂと、コンデンサＣ２に対応するループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ、Ｔ１ｂとは、別部材とされている。そして、これら各コンデンサＣ１，Ｃ２を備えるループ回路のそれぞれは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のそれぞれによって開閉される。本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２として、ＮチャネルパワーＭＯＳ型電界効果トランジスタを想定している。ちなみに、図中、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の入力端子(ドレイン)及び出力端子(ソース)間に並列接続されるダイオードは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のボディーダイオードである。
【００４０】
上記トランスＴａ，Ｔｂの２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂには、ダイオードＤａ，Ｄｂのそれぞれのカソードが接続されている。詳しくは、直列接続される１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂとの相互誘導によって誘起される電圧の極性が、ダイオードＤａに接続される２次側コイルＴ２ａの端子とダイオードＤｂに接続される２次側コイルＴ２ｂの端子とで互いに逆となるようにダイオードＤａ，Ｄｂが接続されている。これにより、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂにいずれの極性の電圧が印加されるかに応じて、ダイオードＤａ，Ｄｂのいずれか一方がオン状態となる。このため、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂにいずれの極性の電圧が印加されるかにかかわらず、降圧コンバータＣＶの２次側から電流を出力することができる。
【００４１】
上記２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂの出力電圧は、コンデンサ１４及び低圧バッテリ１２に印加される。
【００４２】
制御装置２０は、降圧コンバータＣＶのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に操作信号ｇ１、ｇ２を出力することで、これらを操作し、これにより、降圧コンバータＣＶの出力電圧を制御する。
【００４３】
図３に、制御装置２０によるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の操作態様を示す。詳しくは、図３（ａ）に、スイッチング素子Ｑ１の操作態様の推移を示し、図３（ｂ）に、スイッチング素子Ｑ２の操作態様の推移を示し、図３（ｃ）に、スイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間電圧の推移を示し、図３（ｄ）に、スイッチング素子Ｑ２のソース及びドレイン間電圧の推移を示す。また、図３（ｅ）に、スイッチング素子Ｑ１を流れる電流ｉＱ１の推移を示し、図３（ｆ）に、スイッチング素子Ｑ２を流れる電流ｉＱ２の推移を示し、図３（ｇ）に、１次側コイルＴ１ａの両端の電圧Ｖ１ａの推移を示し、図３（ｈ）に、１次側コイルＴ１ｂの両端の電圧Ｖ１ｂの推移を示し、図３（ｉ）に、ダイオードＤａを流れる電流ｉＤａの推移を示し、図３（ｊ）に、ダイオードＤｂを流れる電流ｉＤｂの推移を示す。
【００４４】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にオン操作することで降圧処理を行う。詳しくは、スイッチング素子Ｑ１がオン状態となるモードａ、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の双方がオフ状態となるモードｂ、スイッチング素子Ｑ２がオン状態となるモードｃ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の双方がオフ状態となるモードｄの４つのモードを順次繰り返すことで降圧処理を行う。以下、各モードでの電流の流通態様について説明する。なお、以下の説明において、トランスＴａ，Ｔｂは、ともに、密結合変成器であるものとする。
・ モードａ
このモードでは、先の図１に示したコンデンサＣ１、スイッチング素子Ｑ１及び１次側コイルＴ１ｂ，Ｔ１ａのループ回路に電流が流れる。これにより、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂには、それぞれスイッチング素子Ｑ１側が正となる逆起電圧が生じる。この際、相互誘導によって２次側コイルＴ２ｂに生じる電圧は、ダイオードＤｂのカソード側に接続される側の端子が負となるものであるため、ダイオードＤｂには順方向電流が流れる。一方、相互誘導によって２次側コイルＴ２ａに生じる電圧は、ダイオードＤａのカソード側に接続される側の端子が正となるものであるため、ダイオードＤａには電流が流れない。このため、このモードでは、トランスＴｂを介してコンデンサ１４や低圧バッテリ１２にエネルギが出力される。ちなみに、トランスＴｂの１次側コイルＴ１ｂに流れる電流は、トランスＴａの励磁電流と、トランスＴｂの励磁インダクタンスから放出される電流との和となる。
・ モードｂ
このモードでは、先の図１に示した各トランスＴａ，Ｔｂの励磁エネルギが各トランスＴａ、Ｔｂの２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂを介して負荷へと放出される。
・ モードｃ
このモードでは、先の図１に示したコンデンサＣ２、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂ及びスイッチング素子Ｑ２のループ回路に電流が流れる。これにより、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂには、それぞれスイッチング素子Ｑ２側が負となる逆起電圧が生じる。この際、相互誘導によって２次側コイルＴ２ａに生じる電圧は、ダイオードＤａのカソード側に接続される側の端子が負となるものであるため、ダイオードＤａには順方向電流が流れる。一方、相互誘導によって２次側コイルＴ２ｂに生じる電圧は、ダイオードＤｂのカソード側に接続される側の端子が正となるものであるため、ダイオードＤｂには電流が流れない。このため、このモードでは、トランスＴａを介してコンデンサ１４や低圧バッテリ１２にエネルギが出力される。ちなみに、トランスＴａの１次側コイルＴ１ｂに流れる電流は、トランスＴｂの励磁電流と、トランスＴａの励磁インダクタンスから放出される電流との和となる。
・ モードｄ
このモードでは、先の図１に示した各トランスＴａ，Ｔｂの励磁エネルギが各トランスＴａ、Ｔｂの２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂを介して負荷へと放出される。
【００４５】
本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１がオン状態となる時間(モードａの処理時間)と、スイッチング素子Ｑ２がオン状態となる時間(モードｃの処理時間)とを、モードａ〜ｄにて定まる電圧印加周期の半周期を上限として設定する。特に、スイッチング素子Ｑ１がオン状態となる時間と、スイッチング素子Ｑ２がオン状態となる時間とを互いに等しくする。これにより、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１と、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２とを等しくすることができる。換言すれば、コンデンサＣ１，Ｃ２によって、高圧バッテリ１０の電圧(入力電圧Ｖｉ)を均等分割することができる。以下、これについて説明する。
【００４６】
モードａにおいては、トランスＴｂを介してエネルギが出力されるため、降圧コンバータＣＶの出力電圧ＶｏとトランスＴｂの巻き数比ｎとを用いて、１次側コイルＴ１ｂに印加される電圧は、「ｎＶｏ」と表現される。このため、１次側コイルＴ１ａに印加される電圧は、「Ｖｃ１−ｎＶｏ」となる。一方、モードｂ〜ｄにおいては、トランスＴａの励磁エネルギがトランスＴａの２次側コイルＴ２ａを介して出力されるため、１次側コイルＴ１ａの電圧は、「ｎＶｏ」となる。これらモードａと、モードｂ〜ｄとのｅｔ積が等しいとの条件から、モードａ〜ｄの１周期に対するモードａの時間の時比率Ｄを用いた以下の式（ｃ１）が成立する。
【００４７】
（Ｖｃ１−ｎＶｏ）・Ｄ＝ｎＶｏ・（１−Ｄ） …（ｃ１）
同様に、トランスＴｂの１次側コイルＴ１ｂのｅｔ積は、下記の式（ｃ２）となる。ただし、以下では、トランスＴａの巻き数比が、トランスＴｂの巻き数比ｎと等しいとする。
【００４８】
（Ｖｃ２−ｎＶｏ）・Ｄ＝ｎＶｏ・（１−Ｄ） …（ｃ２）
上記の式（ｃ１）、（ｃ２）から、コンデンサＣ１，Ｃ２のそれぞれの電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２は互いに等しいことがわかる(以下の式（ｃ３）)。
【００４９】
Ｖｃ１＝Ｖｃ２＝ｎＶｏ／Ｄ …（ｃ３）
一方、コンデンサＣ１，Ｃ２が高圧バッテリ１０に並列接続されているため、以下の式（ｃ４）が成立する。
【００５０】
Ｖｃ１＋Ｖｃ２＝Ｖｉ …（ｃ４）
上記の式（ｃ３）に鑑みれば、上記の式（ｃ４）から、「Ｖｃ１＝Ｖｃ２＝Ｖｉ／２」を得る。また、上記の式（ｃ３）、（ｃ４）から、上記モードａ〜ｄの処理を１周期とし、これらを繰り返すことで、降圧コンバータＣＶの出力電圧Ｖｏは、時比率Ｄと巻き数比ｎと、入力電圧Ｖｉとによって、「Ｖｏ＝Ｖｉ・Ｄ／２ｎ」となる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、時比率Ｄを操作することで、出力電圧Ｖｏを制御することができる。しかも、本実施形態にかかる降圧コンバータＣＶは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のソース及びドレイン間に印加される最大電圧が時比率Ｄにかかわらず、入力電圧Ｖｉとなる。次にこれについて説明する。以下では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の操作の対称性に鑑み、スイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間に印加される最大電圧を導出する。
【００５２】
スイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間に印加される電圧が最大となる期間は、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態である期間内にある。この期間内においては、スイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間に、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１と、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの両端の電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂとの和の電圧が印加される。ここで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオフ状態とされるモードｂ、ｄにおいては、１次側コイルＴ１ａと１次側コイルＴ１ｂとの互いの接続点の電圧極性が同一となるため、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の両端の電圧は、ゼロとなる。このため、スイッチング素子Ｑ１に印加される電圧は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１となる。一方、モードｄにおいては、スイッチング素子Ｑ２がオン状態となるため、スイッチング素子Ｑ２に割り振られた１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の両端の電圧は、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２（＝Ｖｉ／２）に等しくなる。ここで、スイッチング素子Ｑ２に割り振られた１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂのそれぞれと、スイッチング素子Ｑ１に割り振られた１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂのそれぞれとは、ともに同一の磁束を鎖交するものであるため、スイッチング素子Ｑ１に割り振られた１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の両端の電圧も、スイッチング素子Ｑ２に割り振られた１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の両端の電圧となる。したがって、スイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間に印加される電圧は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１と、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２との和、すなわち入力電圧Ｖｉとなる。
【００５３】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００５４】
（１）トランスＴａ、Ｔｂの１の２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加可能とするスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備えて且つ、トランスＴａ，Ｔｂを、１の２次側コイルに対応する１次側コイルを複数備えるようにした。ここで、分圧された電圧を印加する構成とすることで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のソース及びドレイン間に印加される電圧を抑制することができ、ひいてはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の要求耐圧の上昇を抑制することができる。更に、１次側コイルＴ１ａや１次側コイルＴ１ｂをそれぞれ複数備えることで、各１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの扱うエネルギ量を低減することができる。
【００５５】
（２）コンデンサＣ１，Ｃ２によって、入力電圧Ｖｉを偶数個(２個)に分圧した。これにより、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂの磁束のリセット処理を適切に行いつつも、１の２次側コイルに対応する複数の２次側コイルの利用度合いを互いに同一とすることができる。
【００５６】
（３）コンデンサＣ１，Ｃ２によって分圧されたそれぞれの電圧を１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂに代わる代わる印加する電圧印加周期(モードａ〜ｄ)において、各分圧された電圧の印加時間(モードａの処理時間、モードｃの処理時間)が互いに等しくなるようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を操作した。これにより、電圧の印加処理が対称性を有するものとなるため、各分圧値を互いに等しくすることが容易となる。
【００５７】
（４）１次側コイル同士が互いに直列接続された一対のトランスＴａ，Ｔｂと、一対のトランスＴａ，Ｔｂの２次側コイル同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするためのダイオードＤａ，Ｄｂとを備えた。これにより、各分圧値を互いに等しくするための条件と、出力電圧Ｖｏを制御するための条件(時比率Ｄ)とを互いに独立とすることができる。
【００５８】
（５）入力電圧Ｖｉの分割数に等しい数のキャパシタ(コンデンサＣ１，Ｃ２)を備えることで、入力電圧Ｖｉを好適に分圧することができる。
【００５９】
（６）一対の２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂ同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするためのダイオードＤａ，Ｄｂを備えた。これにより、２次側コイルＴ２ａ、Ｔ２ｂに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様によって１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂに入力電圧Ｖｉの分圧された電圧を印加する際、いずれの分圧を印加するかに応じて互いに相違する２次側コイルに電流を流すことができる。
【００６０】
（７）降圧コンバータＣＶに本発明を適用した。これにより、入力電圧Ｖｉを分圧して用いることによる出力電圧Ｖｏの低下によってデメリットが生じることが少ない。
【００６１】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６２】
図４に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図４において、先の図１に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００６３】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列接続体を高圧バッテリ１０に並列接続した。そして、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の一方とコンデンサＣ１とスイッチング素子Ｑ１とでループ回路を構成するとともに、上記直列接続体の他方とコンデンサＣ２とスイッチング素子Ｑ２とで別のループ回路を構成した。これによっても、先の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６５】
図５に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図５において、先の図４に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００６６】
図示されるように、本実施形態では、コンデンサＣ１の負極とコンデンサＣ２の正極とを、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを介すことなく短絡させた。これによっても、先の第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６８】
図６に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図６において、先の図１に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００６９】
図示されるように、本実施形態では、トランスＴａ，Ｔｂのそれぞれが、４つの１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを備える。一方、本実施形態では、４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４の直列接続体に、高圧バッテリ１０を並列接続する。そして、各コンデンサＣ１〜Ｃ４には、４つの１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂのいずれかが割り振られ、これら各コンデンサＣ１〜Ｃ４と、対応する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂとを備えるループ回路は、対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によって開閉される。ちなみに、これらスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、制御装置２０から操作信号ｇ１〜ｇ４が出力されることで操作される。
【００７０】
図７に、本実施形態にかかる制御装置２０によるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の操作態様を示す。詳しくは、図７（ａ）〜図７（ｄ）のそれぞれに、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれの操作態様の推移を示し、図７（ｅ）〜図７（ｈ）のそれぞれに、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれのソース及びドレイン間電圧の推移を示し、図７（ｉ）〜図７（ｌ）のそれぞれに、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれを流れる電流の推移を示す。
【００７１】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４を順次オン操作することで降圧処理を行う。詳しくは、スイッチング素子Ｑ１のみがオン状態となるモードａ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｂ、スイッチング素子Ｑ２のみがオン状態となるモードｃ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｄ、スイッチング素子Ｑ３のみがオン状態となるモードｅ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｆ、スイッチング素子Ｑ４のみがオン状態となるモードｇ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｈの８つのモードを順次繰り返すことで降圧処理を行う。これにより、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂには、交互に逆極性の電圧が印加されることとなる。
【００７２】
ここで、本実施形態では、上記モードａ〜ｈからなる電圧印加周期において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれのオン時間を、電圧印加周期の「１／４」以下とする。そして、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれがオン状態となる時間を互いに同一とする。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれかが２回オン状態とされる周期（２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂに対する印加電圧の極性が２回反転する周期）に対する各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれがオン状態となる時間の時比率Ｄを用いて、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂに対する印加電圧の極性が２回反転する周期におけるｅｔ積の関係は、モードａ〜ｄにおいては、上記の式(ｃ１)、（ｃ２）となる。一方、モードｅ〜ｈにおいては、コンデンサＣ３，Ｃ４の電圧Ｖｃ３，Ｖｃ４を用いて、下記の式(ｃ５)、(ｃ６)となる。
【００７３】
（Ｖｃ３−ｎＶｏ）・Ｄ＝ｎＶｏ・（１−Ｄ） …（ｃ５）
（Ｖｃ４−ｎＶｏ）・Ｄ＝ｎＶｏ・（１−Ｄ） …（ｃ６）
上記の式（ｃ１）、（ｃ２）、(ｃ３)、(ｃ４)によれば、各コンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４が互いに等しいことがわかる（下記の式（ｃ７））。
【００７４】
Ｖｃ１＝Ｖｃ２＝Ｖｃ３＝Ｖｃ４＝ｎＶｏ／Ｄ …（ｃ７）
そして、「Ｖｃ１＋Ｖｃ２＋Ｖｃ３＋Ｖｃ４＝Ｖｉ」に鑑みれば、下記の式（ｃ８）が成立する。
【００７５】
Ｖｃ１＝Ｖｃ２＝Ｖｃ３＝Ｖｃ４＝Ｖｉ／４ …（ｃ８）
更に、出力電圧が「Ｖｉ・Ｄ／４ｎ」となることもわかる。
【００７６】
ここで、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加される最大電圧は、これらがオフ状態であって且つ、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体の電圧が対応するコンデンサＣ１〜Ｃ４の極性と同一となる場合である際の電圧であるから、「（Ｖｉ／４）×２＝Ｖｉ／２」となる。このように、本実施形態によれば、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のソース及びドレイン間に印加される電圧をいっそう低減することができる。
【００７７】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について、先の第４の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００７８】
図８に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図８において、先の図６に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００７９】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の直列接続体を高圧バッテリ１０に並列接続した。そして、スイッチング素子Ｑ１及びコンデンサＣ１、スイッチング素子Ｑ２及びコンデンサＣ２、スイッチング素子Ｑ３及びコンデンサＣ３並びにスイッチング素子Ｑ４及びコンデンサＣ４のそれぞれと、これらに割り振られる１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体とでループ回路を構成した。これによっても、先の第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態について、先の第４の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８１】
図９に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図９において、先の図６に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００８２】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１及びコンデンサＣ１とともにループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂと、スイッチング素子Ｑ２及びコンデンサＣ２とともにループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂとを同一部材とし、スイッチング素子Ｑ３及びコンデンサＣ３とともにループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂと、スイッチング素子Ｑ４及びコンデンサＣ４とともにループ回路を構成する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂとを同一部材とした。これによっても、先の第４の実施形態の効果に準じた効果を得ることができる。
【００８３】
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８４】
図１０に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図１０において、先の図１に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００８５】
図示されるように、本実施形態では、単一のトランスＴを備える。このトランスＴは、一対の１次側コイルＴ１に対応して２つの２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂを備える。ここで、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂは、いずれも一対の１次側コイルＴ１に電流が流れることによって生成される閉磁路を鎖交するものには相違ないが、２次側コイルＴ２ａの鎖交する閉磁路と２次側コイルＴ２ｂの鎖交する閉磁路とは互いに相違する。このトランスＴとしては、例えば特開２００３−７９１４２号公報の図７等に記載されているものを想定している。
【００８６】
本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を相補的にオン・オフ操作する。すなわち、スイッチング素子Ｑ１をオン状態として且つスイッチング素子Ｑ２をオフ状態とする処理と、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態として且つスイッチング素子Ｑ２をオン状態とする処理とからなる周期的な操作を行う。この周期的な操作の１周期に対するスイッチング素子Ｑ１をオン状態とする時間の時比率Ｄを用いると、上記の式（ｃ１）、（ｃ２）の導出同様にｅｔ積の関係を用いることで、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２は、それぞれ「Ｖｉ（１−Ｄ）」及び「ＶｉＤ」となる。
【００８７】
このため、この場合にも、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のソース及びドレイン間に印加される電圧の最大値は、入力電圧Ｖｉとなる。
【００８８】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（２）、（５）〜（７）に準じた効果を得ることができる。
【００８９】
（第８の実施形態）
以下、第８の実施形態について、先の第７の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００９０】
図１１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図１１において、先の図１０等に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００９１】
図示されるように、本実施形態では、トランスＴが、４つの１次側コイルＴ１を備える。一方、本実施形態では、４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４の直列接続体に、高圧バッテリ１０を並列接続する。そして、各コンデンサＣ１〜Ｃ４には、４つの１次側コイルＴ１のいずれかが割り振られ、これら各コンデンサＣ１〜Ｃ４と、対応する１次側コイルＴ１とを備えるループ回路は、対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によって開閉される。ちなみに、これらスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、制御装置２０から操作信号ｇ１〜ｇ４が出力されることで操作される。
【００９２】
本実施形態では、１周期において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をそれぞれ１回ずつオン操作するようにして且つ、１周期のいずれのタイミングにおいても(デッドタイムを除いて)スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれか１つのみがオン操作されているようにする。詳しくは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４の順にオン操作を行って且つ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のオン時間と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のオン時間とが互いに等しくなるようにする。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が２回オン操作される期間におけるｅｔ積が互いに等しいとすると、上記電圧印加周期の半周期に対する各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３のオン時間の時比率Ｄを用いて、各コンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の比「Ｖｃ１：Ｖｃ２：Ｖｃ３：Ｖｃ４」は、「１：Ｄ／(１-Ｄ)：１：Ｄ／(１-Ｄ)」となる。そして、これらコンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の和が入力電圧Ｖｉである。
【００９３】
このため、例えばスイッチング素子Ｑ１のソース及びドレイン間に印加される最大電圧は、「Ｖｃ１＋Ｖｃ２」又は「Ｖｃ１＋Ｖｃ４」となり、これらは入力電圧Ｖｉよりも小さい。同様の考察により、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４のソース及びドレイン間に印加される最大電圧についても、入力電圧Ｖｉよりも小さくなる。したがって、本実施形態によっても、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のソース及びドレイン間に印加される電圧を抑制することができる。
【００９４】
（第９の実施形態）
以下、第９の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００９５】
図１２に、本実施形態のシステム構成を示す。なお、図１２において、先の図１に示した部材に対応する部材については便宜上同一の符号を付している。
【００９６】
本実施形態では、一対の２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂ同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための手段として、ダイオードＤａ，Ｄｂに代えて、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を備える。ここで、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４としては、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを想定している。これにより、ダイオードＤａ，Ｄｂを用いる場合と比較して、電力損失の低減が容易となる。
【００９７】
更に、本実施形態によれば、本来の用途とは別に、入力側と出力側を逆にして、低圧バッテリ１２から高圧バッテリ１０へとエネルギを放出させることも可能となる。ここで、降圧コンバータＣＶは、本来、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂに印加される電圧が低圧バッテリ１２の電圧とトランスＴａ，Ｔｂの巻き数比ｎとで決まってしまうため、低圧バッテリ１２の電圧が高圧バッテリ１０の電圧を巻き数比ｎで除算した値よりも大きくない限り、低圧バッテリ１２側から高圧バッテリ１０側へのエネルギの放出処理を行うことができない。しかし、本実施形態では、以下の態様にて低圧バッテリ１２の電圧を昇圧することで、低圧バッテリ１２側から高圧バッテリ１０側へのエネルギの放出を可能とする。
【００９８】
図１３に、本実施形態にかかる昇圧制御態様を示す。詳しくは、図１３（ａ）は、スイッチング素子Ｑ３の状態の推移を示し、図１３（ｂ）は、スイッチング素子Ｑ４の状態の推移を示し、図１３（ｃ）は、スイッチング素子Ｑ１の状態の推移を示し、図１３（ｄ）は、スイッチング素子Ｑ２の状態の推移を示す。
【００９９】
図示されるように、昇圧制御は、本来の用途での２次側のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の双方をオン状態とした後、いずれか一方をオフ状態とすることで行う。ここで、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の双方をオン状態とする期間は、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂにエネルギを蓄積するために設けられるものである。すなわち、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の双方をオン状態とする場合には、２次側コイルＴ２ａに電流が流れることによって１次側コイルＴ１ａに誘起される電圧と、２次側コイルＴ２ｂに電流が流れることによって１次側コイルＴ１ｂに誘起される電圧とが互いに相殺するため、この期間においては、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを介してエネルギが放出されず、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂにエネルギを蓄えることができる。こうして２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂにエネルギを蓄えた後、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のうちの一方をオフ状態とすることで、他方に対応する２次側コイルを介して対応する１次側コイルにエネルギを放出することが可能となる。このため、対応する１次側コイルを備えるループ回路を閉ループ化すべく、１次側のスイッチング素子をオン操作する。これにより、低圧側（本来の用途での２次側）の電圧を昇圧して高圧側（本来の用途での１次側）に印加することが可能となる。
【０１００】
詳しくは、図１３に示すように、スイッチング素子Ｑ３のみをオン状態とする期間とスイッチング素子Ｑ４のみをオン状態とする期間とが交互に生じるようにする。これは、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの磁界をリセットするための設定である。
【０１０１】
上記昇圧制御を行うことで、低圧バッテリ１２の残存容量が過剰であって且つ高圧バッテリ１０側の残存容量が不足する場合には、低圧バッテリ１２から高圧バッテリ１０へとエネルギを供給することができる。更に、上記昇圧制御を利用することで、高圧バッテリ１０や低圧バッテリ１２が過度に低温となることでその性能が低下する状況下、これらを迅速に暖機しこうした状況を迅速に解消することもできる。
【０１０２】
図１４に、上記高圧バッテリ１０の暖機処理の手順を示す。この処理は、制御装置２０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【０１０３】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、高圧バッテリ１０の暖機要求があるか否かを判断する。この処理は、例えば、高圧バッテリ１０近傍に温度検出手段を備えておき、その検出値が所定温度以下となるか否かを判断する処理とすればよい。そして、ステップＳ１０において肯定判断される場合、所定時間に渡って降圧コンバータＣＶによる上記昇圧処理を行う(ステップＳ１２，Ｓ１４)。そしてその後、所定時間に渡って降圧コンバータＣＶによる通常の処理である降圧処理を行う（ステップＳ１６，Ｓ１８）。そして、この処理が完了すると、ステップＳ２０において、高圧バッテリ１０の暖機が完了したか否かを判断する。この処理は、例えば、高圧バッテリ１０近傍に温度検出手段を備えておき、その検出値が所定温度以下となるか否かを判断する処理とすればよい。なお、暖機処理の実行及び停止のハンチングを回避する観点からは、上記ステップＳ１０における所定温度よりもこのステップＳ２０における所定温度の方が高い値とすることが望ましい。そして、ステップＳ２０において否定判断される場合には、ステップＳ１２に戻る。これに対し、ステップＳ２０において肯定判断される場合や、ステップＳ１０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【０１０４】
こうした一連の処理によれば、高圧バッテリ１０に電流が流れることで、高圧バッテリ１０内の内部抵抗に電流が流れる際の発熱によって、高圧バッテリ１０を暖機することができる。
【０１０５】
以上詳述した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【０１０６】
（８）スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を備えることで、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂを介して流れる電流を整流することができる。
【０１０７】
（９）スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を操作することで、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂのそれぞれの構成するループ回路の双方を閉ループ化する処理、一方を閉ループ化する処理、双方を閉ループ化する処理及び他方を閉ループ化する処理を周期的に繰り返すことで昇圧制御を行った。これにより、降圧コンバータＣＶの本来の用途とは別に、低圧バッテリ１２側から高圧バッテリ１０側にエネルギを供給することができる。
【０１０８】
（１０）降圧処理と昇圧処理とを交互に繰り返すことで、高圧バッテリ１０を暖機する処理を行った。これにより、低温となることに起因して高圧バッテリ１０の性能が低下すると想定される状況下、こうした事態を改善することができる。
【０１０９】
（第１０の実施形態）
以下、第１０の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１１０】
図１５に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図１５において、先の図１に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【０１１１】
図示されるように、本実施形態では、トランスＴａ，Ｔｂのそれぞれが、３つの１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂを備える。一方、本実施形態では、３つのコンデンサＣ１〜Ｃ３の直列接続体に、高圧バッテリ１０を並列接続する。そして、各コンデンサＣ１〜Ｃ３には、３つの１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂのいずれかが割り振られ、これら各コンデンサＣ１〜Ｃ３と、対応する１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂとを備えるループ回路は、対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３によって開閉される。ちなみに、これらスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、制御装置２０から操作信号ｇ１〜ｇ３が出力されることで操作される。
【０１１２】
図１６に、本実施形態にかかる制御装置２０によるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の操作態様を示す。詳しくは、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）のそれぞれに、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のそれぞれの操作態様の推移を示す。
【０１１３】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を代わる代わるオン操作することで降圧処理を行う。詳しくは、スイッチング素子Ｑ１のみがオン状態となるモードａ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３がオフ状態となるモードｂ、スイッチング素子Ｑ２のみがオン状態となるモードｃ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３がオフ状態となるモードｄ、スイッチング素子Ｑ３のみがオン状態となるモードｅ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３がオフ状態となるモードｆ、スイッチング素子Ｑ２のみがオン状態となるモードｇ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３がオフ状態となるモードｈの８つのモードを順次繰り返すことで降圧処理を行う。このように、本実施形態でも、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のスイッチング状態が２回切り替わる周期（上記降圧周期の「１／３」）毎に２次側コイルＴ２ａ、Ｔ２ｂの磁束をリセットするようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３を操作する。
【０１１４】
ここで、本実施形態でも、降圧処理の１周期における各１回のオン時間を互いに等しくする。これにより、モードａ〜ｄ及びモードｅ〜ｈのそれぞれについてのｅｔ積の関係を用いて、コンデンサＣ１〜Ｃ３の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３が互いに等しいものとなることがわかる。このため、本実施形態では、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のソース及びドレイン間に印加される電圧の最大値が、「Ｖｉ／３」となるため、同最大値を入力電圧Ｖｉよりも小さくすることができる。
【０１１５】
（第１１の実施形態）
以下、第１１の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１１６】
図１７に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図１７において、先の図１に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【０１１７】
図示されるように、本実施形態では、コンデンサＣ２を削除する。この場合であっても、先の図３に示した態様にて降圧処理を行うことで、出力電圧Ｖｏと時比率Ｄとの関係や、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のソース及びドレイン間に印加される電圧は、上記第１の実施形態と同一となる。これは、スイッチング素子Ｑ２がオン状態である際に１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体に印加される電圧を電圧Ｖｃ２とすると、上記の式（ｃ１）、（ｃ２）がそのまま成立し、更に、「Ｖｃ１＋Ｖｃ２＝Ｖｉ」であるために、上記の式（ｃ３）の導出がそのまま適用できるためである。
【０１１８】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（３）〜（７）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【０１１９】
（１１）先の第１の実施形態においてコンデンサＣ２を削除する構成とすることで、部品点数を削減することができる。
【０１２０】
（第１２の実施形態）
以下、第１２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１２１】
図１８に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図１８において、先の図６に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【０１２２】
本実施形態では、先の図６に示した構成において、コンデンサＣ４を削除する。この場合であっても、先の図７に示した態様にて降圧処理を行うことで、出力電圧Ｖｏと時比率Ｄとの関係や、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のソース及びドレイン間に印加される電圧は、上記第４の実施形態と同一となる。この理由については、先の第１１の実施形態において、同実施形態が第１の実施形態と同様となる理由と同様に考えることができる。
【０１２３】
（第１３の実施形態）
以下、第１３の実施形態について、先の第４の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１２４】
図１９に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図１９において、先の図６に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【０１２５】
本実施形態では、先の図６に示した構成において、コンデンサＣ２、Ｃ４を削除する。この場合、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４の同時オン状態となる期間を設ける必要が生じる。このため、本実施形態では、図２０に示す態様にて降圧処理を行う。
【０１２６】
図２０は、本実施形態にかかる制御装置２０によるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の操作態様を示す。詳しくは、図２０（ａ）〜図２０（ｄ）のそれぞれは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれの操作態様の推移を示す。
【０１２７】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１のみがオン状態となるモードａ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｂ、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４のみがオン状態となるモードｃ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｄ、スイッチング素子Ｑ３のみがオン状態となるモードｅ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｆ、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のみがオン状態となるモードｇ、全スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオフ状態となるモードｈの８つのモードを順次繰り返すことで降圧処理を行う。
【０１２８】
ここで、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂに印加される電圧の極性が交互に反転するようにする。これは、２次側コイルＴ２ａ，Ｔ２ｂに誘起される磁束をリセットするための設定である。そして、本実施形態でも、モードａ、ｃ、ｅ、ｇの各時間を互いに等しくする。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のソース及びドレイン間に印加される電圧の最大値は、先の第４の実施形態のものと同一となる。これは、モードｃ，ｇにおいて１次側トランスＴ１ａ，Ｔ１ｂに印加される電圧が、先の第４の実施形態と同一となるためである。
【０１２９】
（第１４の実施形態）
以下、第１４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１３０】
図２１に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図２１において、先の図１に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【０１３１】
図示されるように、本実施形態では、コンデンサＣ１、Ｃ２を削除し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のそれぞれと、これに対応する各別の１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体とによって構成されるループ回路のそれぞれに、高圧バッテリ１０内の同一数の電池セルを割り振る。ここで、各電池セルは、互いに同一仕様のものである。
【０１３２】
こうした構成において、上記第１の実施形態と同様の処理を行うことで、各ループ回路に割り振られた電池セルの電圧を同一とすることができるため、各電池セルの残存容量を略等しくすることができる。これは、同一仕様の電池セルは、基本的には、残存容量と端子電圧との間に１対１の対応関係があるためである。このため、先の第１の実施形態に示した降圧処理によって、互いに同一個数の電池セル同士の電圧を等しくすることで、これら同一個数同士の電池セルの残存容量を均等化することができる。このため、電池セル同士の残存容量のばらつきを、ループ回路内の複数個の電池セル同士のばらつき程度に抑制することができる。
【０１３３】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【０１３４】
（１２）高圧バッテリ１０を構成する中間の電池セルの電極電圧を取り出すことで、入力電圧Ｖｉを分圧した。これにより、新たなハードウェア手段の追加を抑制又は回避しつつ入力電圧を好適に分圧することができる。
【０１３５】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【０１３６】
・上記第４の実施形態に対する上記第６の実施形態の変更点によって、上記第５の実施形態を変更してもよい。
【０１３７】
・上記第１の実施形態に対する上記第７の実施形態の変更点によって、第２、第３の実施形態を変更してもよい。
【０１３８】
・上記第４の実施形態に対する第８の実施形態の変更点によって、上記第５、６の実施形態を変更してもよい。
【０１３９】
・上記第１の実施形態に対する第９の実施形態の変更点によって、上記第２〜８の実施形態を変更してもよい。
【０１４０】
・上記第１の実施形態に対する第１１の実施形態の変更点によって、上記第２、３、９の実施形態を変更してもよい。
【０１４１】
・上記第１２の実施形態においては、先の第４の実施形態における降圧コンバータＣＶからコンデンサＣ４を削除したが、これに限らず、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれか１つを削除してもよい。
【０１４２】
・上記第４の実施形態に対する上記第１２の実施形態の変更点によって、上記第５、６、８の実施形態を変更してもよい。
【０１４３】
・上記第１０の実施形態において、上記第１１、１２の実施形態によるように、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれか１つを削除してもよい。
【０１４４】
・第４の実施形態に対する第１３の実施形態の変更点によって、第５、６、８の実施形態を変更してもよい。
【０１４５】
・上記第１２の実施形態において、入力電圧の分割数は４に限らず、例えば５以上であってもよい。
【０１４６】
・上記第１３の実施形態において、入力電圧の分割数は４に限らず、例えば５以上であってもよい。この場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，…のひとつおきにコンデンサを並列接続するようにすればよい。ただし、これに限らず、ひとつおきにコンデンサを並列接続した構成において、更に、コンデンサの並列接続されていないスイッチング素子の任意の１つにコンデンサを並列接続するように変更してもよい。
【０１４７】
・上記第４の実施形態では、第１の実施形態に対して入力電圧Ｖｉの分割数を２倍にした点が相違したが、偶数個の分割数としては、これらに限らない。分割数を「ｋ」個として且つスイッチング素子を対称的に操作するなら、出力電圧Ｖｏを「Ｖｉ・Ｄ／ｋ・ｎ」とすることができ、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，…のソース及びドレイン間に印加される最大電圧を、「２Ｖｉ／ｋ」とすることができる。ただし、この際、降圧コンバータＣＶを構成するトランスとして、１次側コイル同士が互いに直列接続された一対のトランスを用いて且つ、その２次側コイル同士で電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための手段を備えるようにすることが望ましい。
【０１４８】
・降圧コンバータＣＶとしては、入力電圧Ｖｉの分割数を３又は任意の偶数とするものに限らない。一般に、２以上の任意の整数であってもよい。ただし、この際、トランスの２次側コイルに印加される電圧の極性が交互に逆となるように分圧電圧を１次側コイルに印加するようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，…を操作することが望ましい。この際、上記各実施形態で例示したように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の操作パターンの周期が極力短くなるように、操作パターンを設定するものに限らない。すなわち例えば先の第１０の実施形態において、図１６に示した操作パターンに代えて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ２，Ｑ１となるパターンを採用してもよい。
【０１４９】
・上記第６の実施形態では、分割数が４であるものについて、１次側コイルＴ１ａ，Ｔ１ｂの直列接続体を互いに隣接する電位のループ回路同士で共有する例を示したが、分割数としては「４」に限らず、「３」以上の任意の整数であればよい。
【０１５０】
・上記第９の実施形態においては、高圧バッテリ１０に暖機要求があると判断される場合、まず降圧コンバータＣＶを操作して昇圧処理を行ったがこれに限らず、降圧処理からはじめてもよい。
【０１５１】
・上記第９の実施形態において、低圧バッテリ１２の暖機要求の有無を判断し、暖機要求があると判断される場合に、先の図１４に示したステップＳ１２〜Ｓ１８の処理を行ってもよい。なお、この際、先ず最初に、降圧コンバータＣＶを操作して降圧処理を行ってもよい。
【０１５２】
・第１の実施形態に対する第１４の実施形態の変更点によって、先の第２〜１３の実施形態を変更してもよい。この際、先の第２〜６、９、１０の実施形態の降圧コンバータＣＶを用いる場合において、降圧処理態様を変更してもよい。ここで、各電池セルを同一仕様のものとする場合、各電池セルの残存容量や端子電圧を均等化する観点からは、降圧処理によって生じると想定される各分圧値に比例して、各分圧を印加するためのループ回路内の電池セル数を割り振るのが望ましい。
【０１５３】
もっとも、高圧バッテリ１０を構成する各電池セルが同一仕様のものでない場合であっても、各電池セルの残存容量や端子電圧を均等化する上では、降圧処理によって生じると想定される分圧値に応じて電池セル数を決定することが望ましい。
【０１５４】
・上記各実施形態では、スイッチング素子が２回オン操作される都度、２次側コイルの磁束がリセットされるようにすべく、２次側コイルに印加される電圧の極性を毎回反転させたがこれに限らない。例えば第１の実施形態において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ１，Ｑ２、Ｑ２の順に周期的にオン操作するようにすることで、スイッチング素子が４回オン操作される都度２次側コイルの磁束がリセットされるようにしてもよい。
【０１５５】
・上記各実施形態では、電圧印加周期におけるスイッチング素子のオン操作回数によって、１周期を均等分割し、これら分割された各時間を各１回のオン操作の上限としたがこれに限らない。例えば、先の第１０の実施形態のように、２次側コイルの一方の極性の電圧を印加するための１次側コイルの数と他方の極性の電圧を印加するための１次側コイルの数とが相違するものにあっては、各スイッチング素子の最大オン操作時間を、上記均等分割した時間としないことも有効である。すなわち、スイッチングパターンの１周期内に各スイッチング素子をそれぞれ１回のみオン操作するパターンとするにもかかわらず２次側コイルの磁束を適切にリセットすべく、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３のそれぞれの時比率の比を「１：２：１」とすることも考えられる。この場合、１周期を４分割した時間の２倍の時間がスイッチング素子Ｑ２の最大オン操作時間となる。
【０１５６】
・上記各実施形態では、１次側のスイッチング素子として、パワーＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いたがこれに限らず、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等であってもよい。
【０１５７】
・降圧コンバータＣＶとしては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、例えば電気自動車に搭載されるものであってもよい。更に、車載コンバータにも限らない。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるトランスの構成を示す斜視図。
【図３】同実施形態にかかるコンバータの操作態様を示すタイムチャート。
【図４】第２の実施形態にかかるシステム構成図。
【図５】第３の実施形態にかかるシステム構成図。
【図６】第４の実施形態にかかるシステム構成図。
【図７】同実施形態にかかるコンバータの操作態様を示すタイムチャート。
【図８】第５の実施形態にかかるシステム構成図。
【図９】第６の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１０】第７の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１１】第８の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１２】第９の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１３】同実施形態にかかる昇圧動作態様を示すタイムチャート。
【図１４】同実施形態にかかる降圧コンバータの暖機処理の手順を示す流れ図。
【図１５】第１０の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１６】同実施形態にかかるコンバータの操作態様を示すタイムチャート。
【図１７】第１１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１８】第１２の実施形態にかかるシステム構成図。
【図１９】第１３の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２０】同実施形態にかかるコンバータの操作態様を示すタイムチャート。
【図２１】第１４の実施形態にかかるシステム構成図。
【符号の説明】
【０１５９】
１０…高圧バッテリ、２０…制御装置、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…コンデンサ、ＣＶ…降圧コンバータ、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチング素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの１次側コイルに印加される電圧を２次側コイルを介して所定に変換して出力する電力変換装置において、
前記トランスの１の２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて前記１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加可能とする電圧印加手段を備え、
前記トランスは、１の２次側コイルに対応する１次側コイルを複数備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数を３以上とすることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数を偶数とすることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記分圧されたそれぞれの電圧を前記１次側コイルに代わる代わる印加する電圧印加周期において、前記各分圧された電圧の印加時間が互いに等しくなるように前記電圧印加手段を操作する手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記トランスは、１次側コイル同士が互いに直列接続された一対のトランスを備え、
前記一対のトランスの２次側コイル同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数に等しい数のキャパシタを備え、該キャパシタのそれぞれの両電極間の電圧を前記１次側コイルに印加可能とするものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数よりも１小さい数のキャパシタを備え、該キャパシタのそれぞれの両電極間の電圧と、前記キャパシタの両電極間の電圧の総和を前記入力電圧から減算した電圧とを、それぞれ前記１次側コイルに印加可能とするものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記入力電圧は、電池セルの直列接続体である組電池の両端の電圧であり、
前記電圧印加手段は、前記組電池を構成する中間の電池セルの電極電圧を取り出すことで、前記入力電圧を分圧することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記トランスの２次側コイルは、一対の２次側コイルを備え、
前記一対の２次側コイル同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための整流手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記トランスの２次側コイルは、一対の２次側コイルを備え、
前記一対の２次側コイルのそれぞれを備える一対のループ回路のそれぞれを開閉する開閉手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記出力される電圧は、前記入力電圧よりも低いことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記トランスの２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて交互にトランスの１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加すべく前記電圧印加手段を操作する手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記出力される電圧は、前記入力電圧よりも低いものであり、
前記開閉手段を操作することで、前記一対のループ回路の双方を閉ループ化する処理、該一対のループ回路のうちの一方を閉ループ化する処理、前記双方を閉ループ化する処理及び該ループ回路のうちの他方を閉ループ化する処理を周期的に繰り返すことで前記入力電圧側に出力側の電圧を昇圧して出力する処理を行う昇圧制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１０記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記入力電圧は、電池の両端の電圧であり、
前記電池の温度が所定以下の場合、前記入力電圧を所定に降圧して出力する処理と、前記昇圧制御手段による昇圧処理とを交互に繰り返すことで、前記電池を暖機する暖機手段を更に備えることを特徴とする請求項１３記載の電力変換装置。
【請求項１】
トランスの１次側コイルに印加される電圧を２次側コイルを介して所定に変換して出力する電力変換装置において、
前記トランスの１の２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて前記１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加可能とする電圧印加手段を備え、
前記トランスは、１の２次側コイルに対応する１次側コイルを複数備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数を３以上とすることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数を偶数とすることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記分圧されたそれぞれの電圧を前記１次側コイルに代わる代わる印加する電圧印加周期において、前記各分圧された電圧の印加時間が互いに等しくなるように前記電圧印加手段を操作する手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記トランスは、１次側コイル同士が互いに直列接続された一対のトランスを備え、
前記一対のトランスの２次側コイル同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数に等しい数のキャパシタを備え、該キャパシタのそれぞれの両電極間の電圧を前記１次側コイルに印加可能とするものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電圧印加手段は、前記入力電圧の分割数よりも１小さい数のキャパシタを備え、該キャパシタのそれぞれの両電極間の電圧と、前記キャパシタの両電極間の電圧の総和を前記入力電圧から減算した電圧とを、それぞれ前記１次側コイルに印加可能とするものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記入力電圧は、電池セルの直列接続体である組電池の両端の電圧であり、
前記電圧印加手段は、前記組電池を構成する中間の電池セルの電極電圧を取り出すことで、前記入力電圧を分圧することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記トランスの２次側コイルは、一対の２次側コイルを備え、
前記一対の２次側コイル同士で、電流の流動が可能となる電圧極性を互いに逆とするための整流手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記トランスの２次側コイルは、一対の２次側コイルを備え、
前記一対の２次側コイルのそれぞれを備える一対のループ回路のそれぞれを開閉する開閉手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記出力される電圧は、前記入力電圧よりも低いことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記トランスの２次側コイルに生じる電圧の極性が互いに逆となるような２通りの態様にて交互にトランスの１次側コイルに入力電圧が分圧された電圧を印加すべく前記電圧印加手段を操作する手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記出力される電圧は、前記入力電圧よりも低いものであり、
前記開閉手段を操作することで、前記一対のループ回路の双方を閉ループ化する処理、該一対のループ回路のうちの一方を閉ループ化する処理、前記双方を閉ループ化する処理及び該ループ回路のうちの他方を閉ループ化する処理を周期的に繰り返すことで前記入力電圧側に出力側の電圧を昇圧して出力する処理を行う昇圧制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１０記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記入力電圧は、電池の両端の電圧であり、
前記電池の温度が所定以下の場合、前記入力電圧を所定に降圧して出力する処理と、前記昇圧制御手段による昇圧処理とを交互に繰り返すことで、前記電池を暖機する暖機手段を更に備えることを特徴とする請求項１３記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１０−１０４０６９（Ｐ２０１０−１０４０６９Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７０４４７（Ｐ２００８−２７０４４７）
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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