力線20之間進行DC/DC轉換的“串聯(lián)升壓模式(以下稱為SB模式)”。PB模式對應于在直流電源10a及直流電源10b并聯(lián)連接的狀態(tài)下進行DC/DC轉換的、專利文獻2中的“并聯(lián)連接模式”。SB模式對應于專利文獻2中的“串聯(lián)連接模式”。
[0093]進一步，在升壓模式中，包括僅使用直流電源10a而在直流電源10a與電力線20之間進行DC/DC轉換的“利用直流電源10a的單獨模式(以下稱為aB模式)”、僅使用直流電源10b而在直流電源10b與電力線20之間進行DC/DC轉換的“利用直流電源10b的單獨模式(以下稱為bB模式)”。
[0094]在aB模式中，只要將輸出電壓VH控制為比直流電源10b的電壓Vb高，直流電源10b就被維持與電力線20電斷開的狀態(tài)而設為不使用。同樣地，在bB模式中，只要將輸出電壓VH控制為比直流電源10a的電壓Va高，直流電源10a就被維持與電力線20電斷開的狀態(tài)而設為不使用。
[0095]在升壓模式所包括的PB模式、SB模式、aB模式以及bB模式中，分別按照電壓指令值VH*控制電力線20的輸出電壓VH。將在后面說明這些各模式中的開關元件S1?S4的控制。
[0096]在直接連結模式中，包括將直流電源10a及直流電源10b維持在相對于電力線20并聯(lián)連接的狀態(tài)的“并聯(lián)直接連結模式(以下稱為ro模式)”、將直流電源10a及直流電源10b維持在相對于電力線20串聯(lián)連接的狀態(tài)的“串聯(lián)直接連結模式(以下稱為SD模式)”。
[0097]在ro模式中，將開關元件S1、S2、S4固定為接通，另一方面將開關元件S3固定為斷開。由此，輸出電壓VH成為與直流電源10a、10b的電壓Va、Vb (嚴密地說，Va、Vb中的較高的電壓)同等。由于Va、Vb間的電壓差使直流電源10a、10b產(chǎn)生短路電流，所以能夠限定在該電壓差小的時候應用ro模式。
[0098]在SD模式中，將開關元件S2、S4固定為斷開，另一方面將開關元件S1、S3固定為接通。由此，輸出電壓VH成為與直流電源10a、10b的電壓Va、Vb之和同等(VH = Va+Vb)。
[0099]進一步，在直接連結模式中，包括僅將直流電源10a與電力線20電連接的“直流電源10a的直接連結模式(以下稱為aD模式)”、僅將直流電源10b與電力線20電連接的“直流電源10b的直接連結模式(以下稱為bD模式)”。
[0100]在aD模式中，將開關元件S1、S2固定為接通，另一方面將開關元件S3、S4固定為斷開。由此，直流電源10b成為從電力線20斷開的狀態(tài)，輸出電壓VH成為與直流電源10a的電壓Va同等(VH = Va)。在aD模式中，直流電源10b被維持在與電力線20電斷開的狀態(tài)而設為不使用。此外，在Vb>Va的狀態(tài)下應用aD模式時，會經(jīng)由開關元件S2，從直流電源10b向直流電源10a產(chǎn)生短路電流。因此，為了應用aD模式，Va>Vb成為必要條件。
[0101]同樣地，在bD模式中，將開關元件S1、S4固定為接通，另一方面將開關元件S2、S3固定為斷開。由此，直流電源10a成為從電力線20斷開的狀態(tài)，輸出電壓VH成為與直流電源10b的電壓Vb同等(VH = Vb)。在bD模式中，直流電源10a被維持在與電力線20電斷開的狀態(tài)而設為不使用。此外，在Va>Vb的狀態(tài)下應用bD模式時，會經(jīng)由二極管D2，從直流電源10a向直流電源10b產(chǎn)生短路電流。因此，為了應用bD模式，Vb>Va成為必要條件。
[0102]在直接連結模式所包括的模式、SD模式、aD模式以及bD模式的每一個中，由于電力線20的輸出電壓VH依存于直流電源10a、10b的電壓Va、Vb而決定，不能夠直接控制。因此，在直接連結模式所包括的各模式中，由于輸出電壓VH不能夠設定為適合于負載30的工作的電壓，有可能增加負載30的電力損耗。
[0103]另一方面，在直接連結模式中，由于開關元件S1?S4不進行接通斷開的轉換，所以能大幅抑制電力轉換器50的電力損耗。因此，根據(jù)負載30的工作狀態(tài)，通過應用直接連結模式，由于電力轉換器50的電力損耗減少量比負載30的電力損耗增加量多，所以有可能能夠抑制電源系統(tǒng)5整體的電力損耗。
[0104]在圖2中，PB模式對應于“第一模式”，SB模式對應于“第二模式”，SD模式對應于“第三模式”。另外，aB模式和bB模式對應于“第四模式”，aD模式和bD模式對應于“第五模式”。
[0105]在根據(jù)本實施方式的電力轉換器50中，根據(jù)直流電源10a、10b和/或負載30的工作狀態(tài)，選擇圖2所示的多個工作模式中的某一個工作模式。
[0106](各工作模式下的電路工作)
[0107]接著，說明各工作模式中的電力轉換器50的電路工作。首先，使用圖3?圖6，說明在直流電源10a及直流電源10b與電力線20之間進行并聯(lián)的DC/DC轉換的PB模式下的電路工作。
[0108](PB模式中的電路工作)
[0109]如圖3和圖4所示，通過將開關元件S4或S2接通，能夠使直流電源10a及直流電源10b相對于電力線20并聯(lián)連接。在這里，在并聯(lián)連接模式中，根據(jù)直流電源10a的電壓Va與直流電源10b的電壓Vb的高低，等效電路會不同。
[0110]如圖3(a)所示，Vb>Va時，通過使開關元件S4接通，從而直流電源10a及直流電源10b經(jīng)由開關元件S2、S3并聯(lián)連接。在圖3(b)中示出此時的等效電路。
[0111]參照圖3(b)，在直流電源10a與電力線20之間，通過開關元件S3的接通斷開控制，能夠交替地形成下臂元件的接通期間和斷開期間。同樣地，在直流電源10b與電力線20之間，通過共同地對開關元件S2、S3進行接通斷開控制，能夠交替地形成升壓斬波電路的下臂元件的接通期間和斷開期間。此外，開關元件S1作為對來自負載30的再生進行控制的開關而工作。
[0112]另一方面，如圖4(a)所示，Va>Vb時，通過使開關元件S2接通，從而直流電源10a及直流電源10b經(jīng)由開關元件S3、S4并聯(lián)連接。在圖4(b)中示出此時的等效電路。
[0113]參照圖4(b)，在直流電源10b與電力線20之間，通過開關元件S3的接通斷開控制，能夠交替地形成下臂元件的接通期間和斷開期間。同樣地，在直流電源10a與電力線20之間，通過共同地對開關元件S3、S4進行接通斷開控制，能夠交替地形成升壓斬波電路的下臂元件的接通期間和斷開期間。此外，開關元件S1作為對來自負載30的再生進行控制的開關而工作。
[0114]接著，使用圖5和圖6，詳細說明電力轉換器50的PB模式中的升壓工作。
[0115]在圖5中示出PB模式中的對直流電源10a的DC/DC轉換(升壓工作)。
[0116]參照圖5(a)，通過將開關元件S3、S4這一對接通，并將開關元件Sl、S2這一對斷開，形成用于將能量存儲在電抗器L1中的電流路徑150。由此，形成將升壓斬波電路的下臂元件接通的狀態(tài)。
[0117]與此相對，參照圖5(b)，通過將開關元件S3、S4這一對斷開，并且將開關元件S1、S2這一對接通，形成用于將電抗器L1的存儲能量與直流電源10a的能量一起輸出的電流路徑151。由此，形成將升壓斬波電路的上臂元件接通的狀態(tài)。
[0118]通過交替地反復開關元件S3、S4這一對接通而開關元件S1、S2的至少一方斷開的第一期間、和開關元件s1、S2這一對接通而開關元件S3、S4的至少一方斷開的第二期間，從而交替地形成圖5(a)的電流路徑150和圖5(b)的電流路徑151。
[0119]結果，相對于直流電源10a構成將開關元件Sl、S2這一對等效地作為上臂元件并將開關元件S3、S4這一對等效地作為下臂元件的升壓斬波電路。在圖7所示的DC/DC轉換工作中，由于不存在向直流電源10b的電流流通路徑，直流電源10a及直流電源10b相互不干涉。即，能夠獨立地控制對直流電源10a及直流電源10b的電力的輸入輸出。
[0120]在這樣的DC/DC轉換中，在直流電源10a的電壓Va與電力線20的輸出電壓VH之間，下述⑴式表示的關系成立。在⑴式中，將接通了開關元件S3、S4這一對的期間的占空比設為Da。
[0121]VH = 1/(1-Da).Va...(1)
[0122]在圖6中示出PB模式中的相對于直流電源10b的DC/DC轉換(升壓工作)。
[0123]參照圖6(a)，通過將開關元件S2、S3這一對接通，并將開關元件Sl、S4這一對斷開，形成用于將能量存儲在電抗器L2中的電流路徑160。由此，形成將升壓斬波電路的下臂元件接通的狀態(tài)。
[0124]與此相對，參照圖6(b)，通過將開關元件S2、S3這一對斷開，并且將開關元件S1、S4這一對接通，形成用于將電抗器L2的存儲能量與直流電源10b的能量一起輸出的電流路徑161。由此，形成將升壓斬波電路的上臂元件接通的狀態(tài)。
[0125]通過交替地反復開關元件S2、S3這一對接通而開關元件S1、S4的至少一方斷開的第一期間、和開關元件s1、S4這一對接通而開關元件S2、S3的至少一方斷開的第二期間，從而交替地形成圖6(a)的電流路徑160和圖6(b)的電流路徑161。
[0126]結果，相對于直流電源10b構成將開關元件Sl、S4這一對等效地作為上臂元件并將開關元件S2、S3這一對等效地作為下臂元件的升壓斬波電路。在圖8所示的DC/DC轉換工作中，由于不存在包括直流電源10a的電流路徑，直流電源10a及直流電源10b相互不干涉。即，能夠獨立地控制對直流電源10a及直流電源10b的電力的輸入輸出。
[0127]在這樣的DC/DC轉換中，在直流電源10b的電壓Vb與電力線20的輸出電壓VH之間，下述(2)式表示的關系成立。在(2)式中，將接通了開關元件S2、S3這一對的期間的占空比設為Db。
[0128]VH = 1/(1-Db).Vb...(2)
[0129]在圖7中示出用于說明PB模式中的開關元件的控制工作例的波形圖。在圖7中示出了用于直流電源10a的PWM控制的載波CWa與用于直流電源10b的PWM控制的載波CWb為相同頻率且相同相位時的例子。
[0130]參照圖7，例如，在PB模式中，如專利文獻3記載地，能夠以補償輸出電壓VH的電壓偏差Δ VH(A VH = VH*_VH)的方式對直流電源10a及直流電源10b的一方的輸出進行反饋控制(電壓控制)，并且以補償電流la或電流lb相對于電流指令值的電流偏差的方式對直流電源10a及直流電源10b的另一方的輸出進行反饋控制(電流控制)。這時，電流控制的指令值(la*或lb*)能夠設定為控制該直流電源的電力。
[0131]作為一例，在本實施方式中，設為對直流電源10b的輸出進行電壓控制，另一方面對直流電源10a的輸出進行電流控制，這樣，基于電流偏差Δ Ia(AIa = Ia*_Ia)運算占空比Da，另一方面基于電壓偏差AVH(AVH = VH*_VH)運算占空比Db。
[0132]基于用于控制直流電源10a的輸出的占空比Da與載波CWa的電壓比較，生成控制脈沖信號SDa。同樣地，基于用于控制直流電源10b的輸出的占空比Db與載波CWb的比較，生成控制脈沖信號SDb?？刂泼}沖信號/SDa、/SDb是控制脈沖信號SDa、SDb的反相信號。
[0133]如圖8所示，控制信號SG1?SG4基于控制脈沖信號SDa (/SDa)和控制脈沖信號SDb (/SDb)的邏輯運算而設定。
[0134]開關元件S1在圖5和圖6的升壓斬波電路中分別形成上臂元件。因此，對開關元件S1的接通斷開進行控制的控制信號SG1通過控制脈沖信號/SDa與控制脈沖信號/SDb的邏輯或來生成。結果，對開關元件S1進行接通斷開控制，以實現(xiàn)圖5的升壓斬波電路(直流電源10a)的上臂元件和圖6的升壓斬波電路(直流電源10b)的上臂元件的雙方的功能。
[0135]開關元件S2在圖5的升壓斬波電路中形成上臂元件，在圖6的升壓斬波電路中形成下臂元件。因此，對開關元件S2的接通斷開進行控制的控制信號SG2通過控制脈沖信號/SDa與控制脈沖信號/SDb的邏輯或來生成。由此，對開關元件S2進行接通斷開控制，以實現(xiàn)圖5的升壓斬波電路(直流電源10a)的上臂元件和圖6的升壓斬波電路(直流電源10b)的下臂元件的雙方的功能。
[0136]同樣地，開關元件S3的控制信號SG3通過控制脈沖信號SDa與控制脈沖信號SDb的邏輯或來生成。由此，對開關元件S3進行接通斷開控制，以實現(xiàn)圖5的升壓斬波電路(直流電源10a)的下臂元件和圖6的升壓斬波電路(直流電源10b)的下臂元件的雙方的功能。
[0137]另外，開關元件S4的控制信號SG4通過控制脈沖信號SDa與控制脈沖信號SDb和/SDb的邏輯或來生成。由此，對開關元件S4進行接通斷開控制，以實現(xiàn)圖5的升壓斬波電路(直流電源10a)的下臂元件和圖6的升壓斬波電路(直流電源10b)的上臂元件的雙方的功能。
[0138]在PB模式中，由于控制信號SG2和控制信號SG4設定為互補的電平，開關元件S2和開關元件S4被互補地接通斷開。由此，自然地切換圖3所示的Vb>Va時的工作和圖4所示的Va>Vb時的工作。進一步，通過互補地將開關元件S1、S3接通斷開，從而能夠對直流電源10a、10b執(zhí)行按照占空比Da、Db的直流電力轉換。
[0139]再次參照圖7，按照圖8所示的邏輯運算式，基于控制脈沖信號SDa(/SDa)和控制脈沖信號SDb (/SDb)生成控制信號SG1?SG4。通過按照控制信號SG1?SG4使開關元件S1?S4接通斷開，從而控制流經(jīng)電抗器L1的電流I (L1)和流經(jīng)電抗器L2的電流I (L2)。電流I (L1)相當于直流電源10a的電流Ia，電流I (L2)相當于直流電源10b的電流lb。
[0140]這樣，在PB模式中，能夠在執(zhí)行了在直流電源10a、10b與電力線20之間并聯(lián)地輸入輸出直流電力的DC/DC轉換后，將輸出電壓VH控制為電壓指令值VH*。進一步，能夠根據(jù)成為電流控制對象的直流電源的電流指令值，控制該直流電源的輸入輸出電力。
[0141]在PB模式中，從被電壓控制的直流電源輸入輸出不足量，所述不足量是來自被電流控制的直流電源的輸入輸出電力相對于負載30的輸入輸出電力(以下也稱為負載電力PL)的不足量。因此，通過電流控制中的電流指令值的設定，能夠間接地控制直流電源間的電力分配比率。另外，也能夠通過電流指令值的設定，進行利用來自一方的直流電源的輸出電力來對另一方的直流電源進行充電的工作。此外，在以下說明中，電力Pa、Pb、直流電源lOaUOb整體相對于電力線20輸入輸出的總電力PH(即，PH = Pa+Pb)和負載電力PL設為以正值表示各直流電源10a、10b的放電時和負載30的動力工作時的電力值，以負值表示各直流電源10a、10b的充電時和負載30的再生工作時的電力值。
[0142](aB模式和bB模式中的電路工作)
[0143]僅使用直流電源10a、10b的一方的升壓模式(aB模式、bB模式)中的電路工作與圖5和圖6中的電路工作相同。
[0144]在aB模式中，通過圖5(a)、(b)所示的開關工作，將直流電源10b設為不使用，另一方面，在直流電源10a與電力線20 (負載30)之間執(zhí)行雙方向的DC/DC轉換。因此，在aB模式中，按照用于控制直流電源10a的輸出的、基于占空比Da的控制脈沖信號SDa，控制開關元件S1?S4。
[0145]具體而言，構成圖5(a)、(b)所示的升壓斬波電路的下臂元件的開關元件S3和開關元件S4被按照控制脈沖信號SDa共同地接通斷開控制。同樣地，構成升壓斬波電路的上臂元件的開關元件S1和開關元件S2被按照控制脈沖信號/SDa共同地接通斷開控制。
[0146]同樣地，在bB模式中，通過圖6(a)、(b)所示的開關工作，將直流電源10a設為不使用，另一方面，在直流電源10b與電力線20 (負載30)之間執(zhí)行雙方向的DC/DC轉換。因此，在bB模式中，按照用于控制直流電源10b的輸出的、基于占空比Db的控制脈沖信號SDb，控制開關元件S1?S4。
[0147]具體而言，構成圖6(a)、(b)所示的升壓斬波電路的下臂元件的開關元件S2和開關元件S3被按照控制脈沖信號SDb共同地接通斷開控制。同樣地，構成升壓斬波電路的上臂元件的開關元件S1和開關元件S4被按照控制脈沖信號/SDb共同地接通斷開控制。
[0148](直接連結模式中的電路工作)
[0149]直接連結模式可理解為:通過按照圖3將開關元件S1?S4的接通斷開固定，實現(xiàn)PD模式、SD模式、aD模式以及bD模式的任一個。
[0150](SB模式中的電路工作)
[0151 ] 接著，使用圖9和圖10說明在SB模式中的電路工作。
[0152]如圖9 (a)所示，通過將開關元件S3固定為接通，能夠使直流電源10a及直流電源10b相對于電力線20串聯(lián)連接。在圖9(b)中示出此時的等效電路。
[0153]參照圖9(b)，在SB模式中，在串聯(lián)連接的直流電源10a及直流電源10b與電力線20之間，通過共同地對開關元件S2、S4進行接通斷開控制，能夠交替地形成升壓斬波電路的下臂元件的接通期間和斷開期間。此外，開關元件S1通過在開關元件S2、S4的斷開期間接通，作為控制來自負載30的再生的開關工作。另外，利用固定為接通的開關元件S3，等效地形成將電抗器L1與開關元件S4連接的布線15。
[0154]接著，使用圖10說明SB模式中的DC/DC轉換(升壓工作)。
[0155]參照圖10(a)，為了將直流電源10a及直流電源10b串聯(lián)連接，將開關元件S3固定為接通，另一方面，開關元件S2、S4這一對接通，開關元件S1斷開。由此，形成用于將能量存儲于電抗器Ll、L2的電流路徑170、171。結果，相對于串聯(lián)連接的直流電源10a、10b形成將升壓斬波電路的下臂元件接通的狀態(tài)。
[0156]與此相對，參照圖10(b)，在將開關元件S3固定為接通的狀態(tài)下，與圖10(a)相反地，開關元件S2、S4這一對斷開，開關元件S1接通。由此，形成電流路徑172。利用電流路徑172向電力線20輸出來自串聯(lián)連接的直流電源10a、10b的能量與存儲于電抗器Ll、L2的能量之和。結果，相對于串聯(lián)連接的直流電源10a、10b形成將升壓斬波電路的上臂元件接通的狀態(tài)。
[0157]在將開關元件S3固定為接通后，通過交替地反復開關元件S2、S4這一對接通而開關元件S1斷開的第一期間、和開關元件S1接通而開關元件S2、S4斷開的第二期間，從而交替地形成圖10(a)的電流路徑170、171和圖10(b)的電流路徑172。
[0158]在SB模式的DC/DC轉換中，在直流電源10a的電壓Va、直流電源10b的電壓Vb以及電力線20的輸出電壓VH之間，下述(3)式所示的關系成立。在(3)式中，將接通了開關元件S2、S4這一對的第一期間的占空比設為Dc。
[0159]VH = 1/(1-Dc).(Va+Vb)...(3)
[0160]但是，在Va與Vb不同時或電抗器L1、L2的電感不同時，圖10(a)的工作結束時的電抗器L1、L2的電流值分別不同。因此，在剛向圖10(b)的工作轉移后，在電抗器L1的電流較大時，經(jīng)由電流路徑173流過差分的電流。另一方面，在電抗器L2的電流較大時，經(jīng)由電流路徑174流過差分的電流。
[0161]在圖11中示出用于說明SB模式中的開關元件的控制工作例的波形圖。
[0162]在SB模式中，如專利文獻2記載地，以補償輸出電壓VH的電壓偏差Δ VH( Δ VH =VH*-VH)的方式，運算⑶式的占空比Dc。而且，基于載波CW與占空比Dc的電壓比較，生成控制脈沖信號SDc。控制脈沖信號/SDc是控制脈沖信號SDc的反相信號。在SB模式中，直流電壓(Va+Vb)與輸出電壓VH之間的DC/DC轉換由圖10所示的升壓斬波電路執(zhí)行。
[0163]如圖12所示，控制信號SG1?SG4能夠基于控制脈沖信號SDc (/SDc)的邏輯運算而設定。
[0164]控制脈沖信號SDc設為構成升壓斬波電路的下臂元件的開關元件S2、S4這一對的控制信號SG2、SG4。同樣地，構成升壓斬波電路的上臂元件的開關元件S1的控制信號SG1由控制脈沖信號/SDc得到。結果，接通構成下臂元件的開關元件S2、S4這一對的期間與接通構成上臂元件的開關元件S1的期間設置為互補。
[0165]在SB模式中，在直流電源10a及直流電源10b串聯(lián)連接的狀態(tài)下，在與電力線20 (負載30)之間執(zhí)行雙方向的DC/DC轉換。因此，不能夠直接控制直流電源10a的電力Pa和直流電源10b的電力Pb。S卩，直流電源10a、10b的電力Pa、Pb之比根據(jù)電壓Va、Vb之比而按照下述⑷式自動地決定。此外，利用直流電源10a、10b的輸入輸出電力之和(Pa+Pb)向負載30進行電力供給這一點與PB模式相同。
[0166]Pa:Pb = Va:Vb …(4)
[0167]再次參照圖3，直流電源10a、10b間的電力分配比率k定義為直流電源10a的電力Pa與總電力PH(PH = Pa+Pb)之比(k = Pa/PH)。如圖3的最右欄所示，電力分配比率k在工作模式間不同。
[0168]如上所述，在PB模式中，能夠控制相對于總電力PH的直流電源10a及直流電源10b的電力分配。即，在PB模式中，通過開關元件的控制，能夠在0?L0的范圍內將電力分配比率k設定在任意的值。因此，可以理解，在PB模式中，能夠獨立地控制直流電源10a、10b 的 SOC ο
[0169]在aB模式、bB模式、aD模式以及bD模式中分別僅使用直流電源10a、10b的一方。即，電力分配比率k固定為0或1.0。如上所述，在本實施方式中，由于構成為負載30具有發(fā)電機構，通過該發(fā)電機構的控制，能夠進行伴隨著使用期間的直流電源10a和/或直流電源10b的充放電的SOC控制。
[0170]在SB模式和SD模式中，由于直流電源10a及直流電源10b串聯(lián)連接，按照上述(4)式，根據(jù)電壓Va、Vb唯一地決定電力Pa、Pb。在SB模式和SD模式中，由于直流電源10a、10b的電流共同(la = lb)，不能夠獨立地控制直流電源10a、10b的SOC。
[0171]在Η)模式中，直流電源10a及直流電源10b并聯(lián)地相對于電力線20連接。因此，由于電力分配比率k依存于直流電源10a及直流電源10b的內部電阻而唯一地決定，所以不能夠獨立地控制各直流電源10a、10b的電力Pa、Pb。具體而言，當使用直流電源10a的內部電阻Ra和直流電源10b的內部電阻Rb時，成為k =