JP7257449B2 - 電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムに関する。

近年、例えば、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）や、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）など、少なくとも、バッテリ（二次電池）により供給される電力によって駆動される電動モータによって走行する電動車両の開発が進んでいる。これらの電動車両では、バッテリに蓄電された直流電力を、電動モータを駆動するための交流電力に変換することは行われている。

これに関して、例えば、特許文献１や特許文献２には、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する技術が開示されている。特許文献１や２に開示された電力変換装置では、インバータを用いて、電力源であるバッテリのオン時間あるいはオフ時間をスイッチング制御することによって、直流電力を交流電力に変換している。インバータは、簡易な構成であり、交流電力や周波数を調整する電力変換装置として近年最も多く普及している。

国際公開第２０１９／００４０１５号 国際公開第２０１９／１１６７８５号

電動車両には、車両や電動モータの仕様によっても異なるが、例えば、数百［Ｖ］などの高電圧を出力するバッテリが搭載され、インバータは、バッテリの電圧を昇圧して電動モータに供給することもある。このため、インバータを構成するスイッチング素子などの構成要素（電気回路）には、高い電圧（例えば、２倍の電圧）に耐えることができるような高耐圧の部品を用いる必要がある。しかしながら、電気部品は、高耐圧になるほどオン抵抗が高くなるため、損失が大きくなるのが一般的である。このため、電動車両に用いられるインバータは、電力の変換効率が低下してしまう。さらに、インバータによる電力変換では、スイッチング制御による高調波が発生し、交流波形が歪んでしまったり、雑音や、トルクリップル、鉄損などの特性に影響を与えてしまったりする。

ところで、電動車両における通常の走行では、常に高い電圧が要求されるとは限らず、むしろ、バッテリの電圧よりも低い電圧が要求されることが多い。つまり、電動車両の通常の走行時のインバータの動作は、バッテリの電圧を昇圧させるよりも、降圧させることの方が多くなる。しかしながら、電動車両に用いられるインバータは、電動車両が最大の走行能力で走行する場合を保証するために、バッテリの電圧を昇圧させる場合に合わせて構成せざるを得ない。つまり、電動車両に用いられる従来のインバータは、過剰に高い特性を持っているため、電動車両における走行の特性に合致した特性とはなっていない。

このように、従来から電力変換装置として電動車両に用いられるインバータは、必ずしも電動車両における走行の特性に合致した電力変換を行うことができる好適な構成ではなかった。

本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、電動車両における走行の特性に合致したバッテリの電力変換を好適にすることができる電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムを提供することを目的の一つとしている。

この発明に係る電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムは、以下の構成を採用した。
（１）：この発明の一態様に係る電力変換装置は、少なくとも、第１のバッテリにより出力された第１バッテリ電力を、入力または設定された出力波形プロファイルに基づく第１電圧波形の第１出力電力に変換して出力する第１のコンバータと、前記第１バッテリ電力に基づく第２出力電力を生成して出力する第１の生成部と、を備え、前記第１出力電力と前記第２出力電力とを加算することで生成される交流の制御波形の第３出力電力を負荷に供給する、電力変換装置である。

（２）：上記（１）の態様において、前記第２出力電力の電圧波形は、矩形波形であるものである。

（３）：上記（２）の態様において、前記第１電圧波形は、前記制御波形から前記矩形波形を減算した電圧波形であるものである。

（４）：上記（３）の態様において、前記第１の生成部は、前記第１出力電力と前記第２出力電力との加算を制御することで正弦波の半波を生成するスイッチング部と、前記半波を反転させた前記第３出力電力を前記負荷に供給する反転部と、を備えるものである。

（５）：上記（４）の態様において、前記スイッチング部は、前記第２出力電力を前記負荷側に供給可能とする導通状態にするとともに、前記第１出力電力を前記第１のコンバータ側から前記第１の生成部側に供給不可能とする非導通状態にする第１のスイッチング素子であるものである。

（６）：上記（５）の態様において、電力変換装置は、前記第１のコンバータに並列に接続され、前記第１バッテリ電力に基づく矩形波形の第４出力電力を生成して出力する第２の生成部、をさらに備え、前記スイッチング部は、前記第４出力電力を前記負荷側に供給可能とする導通状態にするとともに、前記第１出力電力を前記第１のコンバータ側から前記第２の生成部側に供給不可能とする非導通状態にする第２のスイッチング素子、をさらに備え、前記第１出力電力と、前記第２出力電力と、前記第４出力電力とを加算することで生成される前記第３出力電力を前記負荷に供給するものである。

（７）：上記（４）の態様において、前記スイッチング部は、前記第１の生成部と前記第１のコンバータとの直列接続、あるいは並列接続を切り替える第３のスイッチング素子であるものである。

（８）：上記（７）の態様において、電力変換装置は、第２のバッテリにより出力された第２バッテリ電力に基づく矩形波形の第５出力電力を生成して出力する第３の生成部、をさらに備え、前記スイッチング部は、前記第１の生成部と前記第１のコンバータとの直列接続と、前記第３の生成部との直列接続、あるいは並列接続を切り替える第４のスイッチング素子、をさらに備え、前記第１出力電力と、前記第２出力電力と、前記第５出力電力とを加算することで生成される前記第３出力電力を前記負荷に供給するものである。

（９）：上記（４）の態様において、前記スイッチング部は、前記第１出力電力を前記負荷側に供給可能とする導通状態にするとともに、前記第２出力電力を前記第１のコンバータ側に供給不可能とする非導通状態にする第５のスイッチング素子と、前記第１の生成部と前記第１のコンバータとを接続、あるいは切断させる第６のスイッチング素子と、を備えるものである。

（１０）：上記（９）の態様において、電力変換装置は、前記第１のコンバータおよび前記第１の生成部に並列に接続され、前記第１バッテリ電力に基づく第６出力電力を生成して出力する第４の生成部、をさらに備え、前記スイッチング部は、前記第６出力電力を前記負荷側に供給可能とする導通状態にするとともに、前記第１出力電力および前記第２出力電力を前記第４の生成部側に供給不可能とする非導通状態にする第７のスイッチング素子、をさらに備え、前記第１出力電力と、前記第２出力電力と、前記第６出力電力とを加算することで生成される前記第３出力電力を前記負荷に供給するものである。

（１１）：この発明の一態様に係る電力変換装置の制御方法は、少なくとも、第１のバッテリにより出力された第１バッテリ電力を、入力または設定された出力波形プロファイルに基づく第１電圧波形の第１出力電力に変換して出力する第１のコンバータと、前記第１バッテリ電力に基づく第２出力電力を生成して出力する第１の生成部と、を備える電力変換装置の制御方法であって、コンピュータが、前記第１出力電力と前記第２出力電力とを加算することで生成される交流の制御波形の第３出力電力を負荷に供給するように制御する、電力変換装置の制御方法である。

（１２）：この発明の一態様に係るプログラムは、少なくとも、第１のバッテリにより出力された第１バッテリ電力を、入力または設定された出力波形プロファイルに基づく第１電圧波形の第１出力電力に変換して出力する第１のコンバータと、前記第１バッテリ電力に基づく第２出力電力を生成して出力する第１の生成部と、を備える電力変換装置を制御させるプログラムであって、コンピュータに、前記第１出力電力と前記第２出力電力とを加算することで生成される交流の制御波形の第３出力電力を負荷に供給するように制御させる、プログラムである。

上述した（１）～（１２）の態様によれば、電動車両における走行の特性に合致したバッテリの電力変換を好適にすることができる。

実施形態に係る電力変換装置が採用された車両の構成の一例を示す図である。 車両が備える電力変換装置の全体構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。 電力変換装置が備えるスイッチング素子の構成の一例を示す図である。 電力変換装置において生成する電圧波形の一例を説明する図である。 電力変換装置が備えるコンバータの構成の一例を示す図である。 電力変換装置が備えるコンバータの構成の別の一例を示す図である。 コンバータが備える制御部の機能構成の一例を示す図である。 車両が備える制御装置の構成の一例を示す図である。 車両が備える制御装置において電力変換装置を制御する際に実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る電力変換装置の変形例の構成の一例を示す図である。 変形例の電力変換装置において生成する電圧波形の一例を説明する図である。 第２実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。 電力変換装置が備えるスイッチング素子の構成の一例を示す図である。 車両が備える制御装置における電力変換装置の制御の一例を説明する図である。 電力変換装置において生成する電圧波形の一例を説明する図である。 車両が備える制御装置が電力変換装置を制御する詳細なタイミングの一例を説明する図である。 車両が備える制御装置における電力変換装置の制御の一例を説明する図である。 車両が備える制御装置において電力変換装置を制御する際に実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る電力変換装置の変形例の構成の一例を示す図である。 変形例の電力変換装置において生成する電圧波形の一例を説明する図である。 車両が備える制御装置における電力変換装置の制御の一例を説明する図である。 車両が備える制御装置が電力変換装置を制御する詳細なタイミングの一例を説明する図である。 第３実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。 車両が備える制御装置における電力変換装置の制御の一例を説明する図である。 車両が備える制御装置が電力変換装置を制御する詳細なタイミングの一例を説明する図である。

以下、図面を参照し、本発明の電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムの実施形態について説明する。

［車両の構成］
図１は、実施形態に係る電力変換装置が採用された車両の構成の一例を示す図である。車両１は、走行用のバッテリ（二次電池）から供給される電力によって駆動される電動機（電動モータ）によって走行する電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）（以下、単に、「車両」という）である。本発明が適用される車両は、例えば、四輪の車両のみならず、鞍乗り型の二輪の車両や、三輪（前一輪かつ後二輪の他に、前二輪かつ後一輪の車両も含む）の車両、さらには、アシスト式の自転車など、走行用のバッテリから供給される電力によって駆動される電動モータによって走行する車両の全般であってもよい。車両１は、例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなど、燃料をエネルギー源とする内燃機関の稼働によって供給される電力をさらに組み合わせて走行するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）であってもよい。

車両１は、例えば、走行用モータ１０と、駆動輪１２と、ブレーキ装置１４と、減速機１６と、バッテリ２０と、バッテリセンサ２２と、電力変換装置３０と、電力センサ３５と、運転操作子５０と、車両センサ６０と、外部接続装置８０と、制御装置１００と、を備える。

走行用モータ１０は、車両１の走行用の回転電機である。走行用モータ１０は、例えば、三相交流電動機である。走行用モータ１０の回転子（ロータ）は、減速機１６に連結されている。走行用モータ１０は、バッテリ２０から電力変換装置３０を介して供給される電力によって駆動（回転）される。走行用モータ１０は、自身の回転動力を減速機１６に伝達させる。走行用モータ１０は、車両１の減速時の運動エネルギーを用いた回生ブレーキとして動作して発電してもよい。走行用モータ１０は、特許請求の範囲における「負荷」の一例である。

駆動輪１２に配置されたブレーキ装置１４は、例えば、ブレーキキャリパーと、ブレーキキャリパーに油圧を伝達するシリンダと、シリンダに油圧を発生させる電動モータと、を備える。ブレーキ装置１４は、ブレーキペダル（不図示）に対する車両１の利用者（運転者）による操作によって発生した油圧を、マスターシリンダを介してシリンダに伝達する機構をバックアップとして備えてもよい。ブレーキ装置１４は、上記説明した構成に限らず、マスターシリンダの油圧をシリンダに伝達する電子制御式油圧ブレーキ装置であってもよい。

減速機１６は、例えば、デファレンシャルギアである。減速機１６は、駆動輪１２が連結された車軸に、走行用モータ１０が連結された軸の駆動力、つまり、走行用モータ１０の回転動力を伝達させる。減速機１６は、例えば、複数の歯車や軸が組み合わされ、変速比（ギア比）に応じて走行用モータ１０の回転速度を変速して車軸に伝達させる変速機構、いわゆる、トランスミッション機構を含んでもよい。減速機１６は、例えば、走行用モータ１０の回転動力を車軸に直接的に連結または分離するクラッチ機構を含んでもよい。

バッテリ２０は、例えば、リチウムイオン電池などのように、充電と放電とを繰り返すことができる二次電池を蓄電部として備えるバッテリである。バッテリ２０は、例えば、カセット式のバッテリパックなど、車両１に対して容易に着脱可能な構成であってもよいし、車両１に対する着脱が容易ではない据付式の構成であってもよい。バッテリ２０が備える二次電池は、例えば、リチウムイオン電池である。バッテリ２０が備える二次電池としては、例えば、鉛蓄電池、ニッケル・水素電池、ナトリウムイオン電池などの他、電気二重層キャパシタなどのキャパシタ、または二次電池とキャパシタとを組み合わせた複合電池なども考えられるが、二次電池の構成は、いかなるものであってもよい。バッテリ２０は、車両１の外部の充電器（不図示）から導入される電力を蓄え（充電し）、蓄えた電力を、車両１を走行させるために放電する。バッテリ２０は、電力変換装置３０を介して供給された、回生ブレーキとして動作した走行用モータ１０が発電した電力を蓄え（充電し）、蓄えた電力を車両１の走行（例えば、加速）のために放電する。バッテリ２０は、特許請求の範囲における「第１のバッテリ」の一例であり、バッテリ２０が放電する電力は、特許請求の範囲における「第１バッテリ電力」の一例である。

バッテリ２０には、バッテリセンサ２２が接続されている。バッテリセンサ２２は、バッテリ２０の電圧や、電流、温度などの物理量を検出する。バッテリセンサ２２は、例えば、電圧センサ、電流センサ、温度センサを備える。バッテリセンサ２２は、電圧センサによってバッテリ２０の電圧を検出し、電流センサによってバッテリ２０の電流を検出し、温度センサによってバッテリ２０の温度を検出する。バッテリセンサ２２は、検出したバッテリ２０の電圧値、電流値、温度などの情報（以下、「バッテリ情報」という）を制御装置１００に出力する。

電力変換装置３０は、バッテリ２０から供給（放電）された直流の電力（直流電力）を、走行用モータ１０に電力を供給する際の電圧に昇圧あるいは降圧し、さらに、走行用モータ１０を駆動するための交流の電力（交流電力）に変換して走行用モータ１０に出力する。電力変換装置３０は、回生ブレーキとして動作した走行用モータ１０により発電された交流電力を直流電力に変換し、さらに、バッテリ２０に充電させる際の電圧に昇圧あるいは降圧してバッテリ２０に出力して蓄電させる。つまり、電力変換装置３０は、例えば、ＤＣ―ＤＣコンバータとＡＣ―ＤＣコンバータとを合わせたものと同様の機能、あるいはインバータと同様の機能を実現する。電力変換装置３０は、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力を、例えば、緊急時などにおいて家庭用の電化製品を稼働させるためや、売電などで電力系統に供給するための交流電力に変換して外部接続装置８０に出力することもできる。このとき、電力変換装置３０は、電力の出力先に合わせて昇圧あるいは降圧してから出力することができる。

［車両が備える電力変換装置の構成］
図２は、車両１が備える電力変換装置３０の全体構成の一例を示す図である。図２には、電力変換装置３０に関連するバッテリ２０および走行用モータ１０も併せて示している。走行用モータ１０が単相交流電動機である場合、一つの電力変換装置３０が出力する交流電力で走行用モータ１０を駆動することができるが、上述したように、走行用モータ１０が三相交流電動機である場合、三相交流のそれぞれの相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に交流電力を出力する必要がある。このため、車両１では、図２に示したように、三つの電力変換装置３０（電力変換装置３０Ｕ、電力変換装置３０Ｖ、および電力変換装置３０Ｗ）のそれぞれが出力する交流電力で走行用モータ１０を駆動する。電力変換装置３０Ｕと、電力変換装置３０Ｖと、電力変換装置３０Ｗとのそれぞれは、同じ構成であってもよいし、一部の構成要素が共通化された構成であってもよい。電力変換装置３０Ｕと、電力変換装置３０Ｖと、電力変換装置３０Ｗとのそれぞれは、同じ電圧波形の交流電力を出力する。このため、車両１では、例えば、それぞれの電力変換装置３０が出力した交流電力を差動合成することによって、同じ電圧波形で位相が異なる（位相が１２０°ずれている）交流電力に変換してから、走行用モータ１０に出力する。

図１に戻り、電力変換装置３０における走行用モータ１０側の電力配線には、電力センサ３５が取り付けられている。電力センサ３５は、例えば、電力計や、電圧計、電流計などの計測器を備え、これらの計測器の計測値に基づいて、電力変換装置３０が走行用モータ１０に出力している電力（以下、「出力電力」という）を計測する。電力センサ３５は、計測した電力変換装置３０の出力電力の情報（以下、「出力電力情報」という）を制御装置１００に出力する。

運転操作子５０は、例えば、アクセルペダル、ブレーキペダル、シフトレバー、ステアリングホイール、異形ステアリングホイール、ジョイスティック、その他の操作子を含む。運転操作子５０には、車両１の利用者（運転者）によるそれぞれの操作子に対する操作の有無、あるいは操作量を検出するセンサが取り付けられている。運転操作子５０は、センサの検出結果を、制御装置１００に出力する。例えば、アクセルペダルには、アクセル開度センサが取り付けられ、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出し、検出した操作量をアクセル開度として制御装置１００に出力する。例えば、ブレーキペダルには、ブレーキ踏量センサが取り付けられ、運転者によるブレーキペダルの操作量を検出し、検出した操作量をブレーキ踏量として制御装置１００に出力する。アクセル開度は、車両１の走行において運転者が、バッテリ２０から走行用モータ１０への電力の供給を制御装置１００に指示（要求）するための情報である。言い換えれば、アクセル開度は、運転者によって要求された走行用モータ１０に供給させる電力量を表す情報である。

車両センサ６０は、車両１の走行状態を検出する。車両センサ６０は、例えば、車両１の速度を検出する車速センサや、車両１の加速度を検出する加速度センサを備える。車速センサは、車両１の速度を検出し、検出した車両１の車速の情報を制御装置１００に出力する。車速センサは、例えば、車両１のそれぞれの駆動輪１２に取り付けられた車輪速センサと速度計算機とを備え、車輪速センサにより検出された車輪速を統合することにより、車両１の速度（車速）を導出（検出）してもよい。加速度センサは、車両１の加速度を検出し、検出した車両１の加速度の情報を制御装置１００に出力する。車両センサ６０は、例えば、車両１の鉛直軸回りの角速度を検出するヨーレートセンサや、車両１の向きを検出する方位センサなどを備えてもよい。この場合、それぞれのセンサは、検出した検出結果を制御装置１００に出力する。

外部接続装置８０は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）端子やアクセサリソケット（いわゆる、シガーソケット）などの電源供給用のコネクタ、家庭用の電化製品やパーソナルコンピュータを動作させるための商用電源のコンセント、売電を行う際に電力系統に接続するためのコネクタなどである。

制御装置１００は、運転操作子５０が備えるそれぞれのセンサにより出力された検出結果、つまり、車両１の利用者（運転者）によるそれぞれの操作子に対する操作に応じて、電力変換装置３０の稼働や動作を制御する。例えば、制御装置１００は、アクセル開度センサが検出したアクセル開度に応じて、電力変換装置３０の稼働や動作を制御する。このとき、制御装置１００は、例えば、自身が制御している変速機構の変速比（ギア比）や、車両センサ６０により出力された走行状態情報に含まれる車速なども考慮して、電力変換装置３０の稼働や動作を制御する。言い換えれば、制御装置１００は、走行用モータ１０の駆動力を制御する。

制御装置１００は、例えば、バッテリ制御部や、ＶＣＵ（Voltage Control Unit）制御部、ＰＤＵ（Power Drive Unit）制御部、モータ制御部というような、それぞれ別体の制御装置で構成されてもよい。制御装置１００は、例えば、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）や、ＶＣＵ－ＥＣＵ、ＰＤＵ－ＥＣＵ、モータＥＣＵといった制御装置に置き換えられてもよい。

制御装置１００や、制御装置１００を構成するバッテリ制御部と、ＶＣＵ制御部と、ＰＤＵ制御部と、モータ制御部とは、それぞれ、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。これらの構成要素の機能のうち一部または全部は、専用のＬＳＩによって実現されてもよい。プログラムは、予め車両１が備えるＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体が車両１が備えるドライブ装置に装着されることで車両１が備えるＨＤＤやフラッシュメモリにインストールされてもよい。

制御装置１００は、車両１が走行する際に、バッテリ２０から走行用モータ１０に供給させる交流電力の供給量や、供給する交流電力の周波数（つまり、電圧波形）を制御する。このため、制御装置１００は、交流電力の供給量や電圧波形を変更するための情報を電力変換装置３０に出力する。より具体的には、制御装置１００は、交流電力の電圧値や、バッテリ２０から直流電力を出力させるタイミング、交流の電圧波形を生成するための出力波形プロファイル、出力波形プロファイルの切り替えタイミングなどの情報を電力変換装置３０に出力する。

＜第１実施形態＞
［電力変換装置の構成］
図３は、第１実施形態に係る電力変換装置３０の構成の一例を示す図である。図３には、電力変換装置３０に関連するバッテリ２０および負荷ＬＤも併せて示している。図３に示した電力変換装置３０は、車両１が備える走行用モータ１０における三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか一つの相に対応する電力変換装置３０である。従って、負荷ＬＤは、車両１が備える走行用モータ１０におけるいずれかの相の誘導負荷（インダクティブロード）である。電力変換装置３０は、例えば、電圧波形生成部３０ＶＧと、単相変換器３０ＰＣと、を備える。

電圧波形生成部３０ＶＧは、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力に基づいて、正弦波の半波の電圧波形を生成する。単相変換器３０ＰＣは、電圧波形生成部３０ＶＧが生成した電圧波形の電力を負荷ＬＤに供給する際に、偶数番目の半波を反転させることによって正弦波の電圧波形に変換する。電圧波形生成部３０ＶＧは、例えば、コンバータ３００と、スイッチング素子Ｓ５と、を備える。単相変換器３０ＰＣは、例えば、四つのスイッチング素子（スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４）を備える。図３では、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２とが、単相変換器３０ＰＣの構成要素であるものとして示しているが、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２は、電圧波形生成部３０ＶＧに属する構成要素でもある。電圧波形生成部３０ＶＧおよび単相変換器３０ＰＣは、特許請求の範囲における「スイッチング部」の一例であり、単相変換器３０ＰＣは、特許請求の範囲における「第１の生成部」および「反転部」の一例である。

コンバータ３００は、入力または設定された出力波形プロファイルに基づいた電圧波形の出力電力を出力する。出力波形プロファイルは、例えば、制御装置１００によって逐次入力あるいは設定される。出力波形プロファイルは、コンバータ３００が備える制御部が逐次切り替えてもよい。コンバータ３００の構成は、後述する。コンバータ３００は、特許請求の範囲における「第１のコンバータ」の一例である。コンバータ３００が出力する出力電力は、特許請求の範囲における「第１出力電力」の一例であり、コンバータ３００が出力する出力電力の電圧波形は、特許請求の範囲における「第１電圧波形」の一例である。

スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４のそれぞれは、半導体スイッチング素子である。スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４のそれぞれによって、負荷ＬＤに電力を供給するスイッチング回路が構成されている。図３では、スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４のそれぞれが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）である場合の一例を示している。スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４のそれぞれは、例えば、制御装置１００による導通状態と非導通状態との制御に応じて、負荷ＬＤに供給される電力の方向（負荷ＬＤを流れる電流の方向）を切り替える。制御装置１００は、負荷ＬＤの第１端ａ側に接続されているスイッチング素子Ｓ１と負荷ＬＤの第２端ｂ側に接続されているスイッチング素子Ｓ４とを同じ組として制御し、負荷ＬＤの第１端ａ側に接続されているスイッチング素子Ｓ２と負荷ＬＤの第２端ｂ側に接続されているスイッチング素子Ｓ３とを同じ組として制御する。これにより、制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ４とを導通状態にし、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ３とを非導通状態にした場合、負荷ＬＤには、第１端ａ側から第２端ｂ側に電流が流れる。逆に、制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ３とを導通状態にし、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ４とを非導通状態にした場合、負荷ＬＤには、第２端ｂ側から第１端ａ側に電流が流れる。これにより、コンバータ３００から出力電力が出力されていない場合には、スイッチング回路により出力された電力の電圧波形（以下、「スイッチング波形」という）が負荷ＬＤに供給される。スイッチング回路により出力されるスイッチング波形は、スイッチング期間中に電圧波形が変動（電圧値が変動）するが、仮にスイッチング期間中の変動がないものとする（一定の電圧値とする）と、その電力の電圧波形は、矩形波形に相当するものである。以下の説明においては、矩形波形に相当するスイッチング波形を、「矩形スイッチング波形」という。このとき、例えば、制御装置１００は、スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４のそれぞれを導通状態と非導通状態とに制御するタイミングを、三相交流の他の相に対応する電力変換装置３０が備えるスイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４のそれぞれを導通状態と非導通状態とに制御するタイミングとずらすことによって、負荷ＬＤに供給される矩形スイッチング波形の電力の位相を異ならせる（位相が１２０°ずらす）ようにしてもよい。スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４のそれぞれの構成は、特許請求の範囲における「第１の生成部」の一例であり、スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４のそれぞれの構成により負荷ＬＤに供給される電圧波形が矩形波形の電力は、特許請求の範囲における「第２出力電力」の一例である。さらに、スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４のそれぞれの構成は、特許請求の範囲における「反転部」の一例でもある。

スイッチング素子Ｓ５は、コンバータ３００から出力される出力電力が供給される方向を制限する。図３では、スイッチング素子Ｓ５が、ダイオードとスイッチとで構成されている場合の一例を示している。スイッチング素子Ｓ５は、例えば、制御装置１００による制御に応じて、コンバータ３００から出力される出力電力が供給される方向を制限する。制御装置１００は、車両１の走行のために走行用モータ１０を駆動させる場合、スイッチング素子Ｓ５が備えるスイッチを非導通状態に制御する。これにより、スイッチング素子Ｓ５は、コンバータ３００から出力される出力電力が負荷ＬＤ側（つまり、走行用モータ１０）に供給されるのを許容し、コンバータ３００から出力される出力電力がバッテリ２０の正極側に供給されるのを阻止する。一方、制御装置１００は、走行用モータ１０が回生ブレーキとして動作して発電した電力をバッテリ２０に充電させる場合、スイッチング素子Ｓ５が備えるスイッチを導通状態に制御する。これにより、スイッチング素子Ｓ５は、負荷ＬＤから出力される出力電力がバッテリ２０の正極側に供給されるのを許容する。

スイッチング素子Ｓ５の構成は、図３に示した構成に限らない。図４は、電力変換装置３０が備えるスイッチング素子Ｓ５の構成の一例を示す図である。図４の（ａ）に示したスイッチング素子Ｓ５ａは、図３に示したダイオードＤとスイッチＳＷとの構成である。図４の（ｂ）に示したスイッチング素子Ｓ５ｂは、電界効果トランジスタＦＥＴで構成されている場合の一例である。図４の（ｃ）に示したスイッチング素子Ｓ５ｃは、ダイオードＤと絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）とで構成されている場合の一例である。図４の（ｂ）に示したスイッチング素子Ｓ５ｂが備える電界効果トランジスタＦＥＴ、および図４の（ｃ）に示したスイッチング素子Ｓ５ｃが備える絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴのオン状態およびオフ状態は、図４の（ａ）に示したスイッチング素子Ｓ５ａが備えるスイッチＳＷと同様に、例えば、制御装置１００によって制御される。スイッチング素子Ｓ５は、特許請求の範囲における「スイッチング部」および「第１のスイッチング素子」の一例である。

［電力変換装置が生成する電圧波形］
図５は、電力変換装置３０において生成する電圧波形の一例を説明する図である。図５には、スイッチング素子Ｓ５が電界効果トランジスタＦＥＴで構成されている場合（図４の（ｂ）参照）の電力変換装置３０の一例を示している。図５には、関連するバッテリ２０および負荷ＬＤも併せて示した電力変換装置３０の構成図に、それぞれの箇所での電圧波形の一例を示している。

電力変換装置３０では、制御装置１００によるスイッチング回路（スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４）の制御に従って、図５の（ａ）に示したような電圧波形が矩形スイッチング波形の電力Ｅ１を生成する。つまり、電力変換装置３０においてスイッチング回路は、制御装置１００からの制御に従って、負荷ＬＤである走行用モータ１０を駆動させる周波数の矩形スイッチング波形の電力Ｅ１を生成して出力する。より具体的には、制御装置１００による所定の周期での制御に従って、オン保持期間Ｐｈにおいてバッテリ２０が放電する直流電力の電圧値（図５の（ａ）では２００［Ｖ］）を保持し、スイッチング期間Ｐｓ１およびスイッチング期間Ｐｓ２において電圧値が０［Ｖ］と２００［Ｖ］との間で変動するような矩形スイッチング波形の電力Ｅ１を生成する。図５の（ａ）に示した矩形スイッチング波形の電力Ｅ１は、コンバータ３００から出力電力が出力されていない、つまり、制御装置１００が電力変換装置３０の動作を停止させている場合にスイッチング回路が生成する電圧波形である。図５の（ａ）に示した電力Ｅ１の電圧波形は、車両１を走行させる場合において負荷ＬＤに電力を供給する際に、電流経路Ｐ１を通って負荷ＬＤに電力が供給される場合の一例である。電流経路Ｐ２を通って負荷ＬＤに電力が供給される場合の電力Ｅ１の電圧波形は、図５の（ａ）に示した電力Ｅ１の電圧波形を反転させたものと等価である。

電力変換装置３０では、制御装置１００によりコンバータ３００の動作が開始されると、コンバータ３００は、制御装置１００により入力または設定された出力波形プロファイルに基づいて、図５の（ｂ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２を生成して出力する。制御装置１００が入力または設定する出力波形プロファイルは、走行用モータ１０を駆動させる周波数の正弦波の半波から、スイッチング回路が出力する電力Ｅ１の電圧波形を減算した電圧波形を生成するためのものである。より具体的には、出力波形プロファイルは、第１～第３の三つの出力波形プロファイルにより構成される。第１出力波形プロファイルは、出力電力Ｅ２の電圧値が、バッテリ２０が放電する直流電力の電圧値（以下、「直流電圧値」という）よりも低いスイッチング期間Ｐｓ１の期間において、出力電力Ｅ２の電圧値をゼロの状態にさせるプロファイルである。第２出力波形プロファイルは、オン保持期間Ｐｈの期間において、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロの状態から正弦波の半波と同様に上昇させ、出力電力Ｅ２の電圧値と直流電圧値とが等しくなったときから正弦波の半波と同様に下降させるプロファイルである。第３出力波形プロファイルは、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロになったときに、スイッチング期間Ｐｓ２の期間において、出力電力Ｅ２の電圧値をゼロの状態を維持させるプロファイルである。制御装置１００は、スイッチング回路を制御するタイミングに合わせて、これらの三つの出力波形プロファイルをコンバータ３００に順次入力または設定することにより、図５の（ｂ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２をコンバータ３００から出力させる。

電力変換装置３０では、スイッチング素子Ｓ５の負荷ＬＤ側で、電力Ｅ１とコンバータ３００が出力した出力電力Ｅ２とが合わされる。つまり、電力変換装置３０では、スイッチング素子Ｓ５の負荷ＬＤ側で、電力Ｅ１の電圧波形と出力電力Ｅ２の電圧波形とが波形合成される。これにより、図５の（ｃ）に示したように、バッテリ２０が放電する直流電圧値の２倍の電圧値（図５の（ｃ）では４００［Ｖ］）であり、電圧波形が、スイッチング期間Ｐｓ１およびスイッチング期間Ｐｓ２の期間では、矩形スイッチング波形であり、オン保持期間Ｐｈの期間では、矩形スイッチング波形（電圧値＝２００［Ｖ］）を基準として正弦波の半波が波形合成された合成波形の電力が負荷ＬＤの端子に供給される。より具体的には、電流経路Ｐ１で負荷ＬＤに電力を供給する場合には第２端ｂ側に、電流経路Ｐ２で負荷ＬＤに電力を供給する場合には第１端ａ側に、直流電圧値の２倍の電圧値の電力が供給される。

ところで、電力変換装置３０では、図５の（ａ）に示したような矩形スイッチング波形の電力Ｅ１を生成するために、制御装置１００がスイッチング回路を制御している。このため、負荷ＬＤに流れる電流の方向は、電流経路Ｐ１で負荷ＬＤに電力を供給する場合と、電流経路Ｐ２で負荷ＬＤに電力を供給する場合とで逆向きになる。これにより、負荷ＬＤには、図５の（ｄ）に示したように、電圧波形が走行用モータ１０を駆動させる周波数の正弦波（全波）の電力が供給される。これにより、走行用モータ１０は、供給された正弦波の電力によって駆動（回転）する。正弦波（全波）の電力は、特許請求の範囲における「第３出力電力」の一例であり、正弦波（全波）の電圧波形は、特許請求の範囲における「制御波形」の一例である。

［コンバータの構成］
図６および図７は、電力変換装置３０が備えるコンバータ３００の構成の一例を示す図である。図６に示したコンバータ３００は、例えば、ＤＣ―ＤＣコンバータ３０２と、制御部３０４と、を備える。図６には、昇降圧チョッパ３９０がＤＣ―ＤＣコンバータ３０２に接続されている構成を示している。図７に示した別の構成のコンバータ３００（以下、「コンバータ３００ａ」という）は、例えば、ＤＣ―ＤＣコンバータ３０２ａと、制御部３０４と、を備える。図７には、バック・ブースト・コンバータ３９２がＤＣ―ＤＣコンバータ３０２ａに接続されている構成を示している。

ＤＣ―ＤＣコンバータ３０２は、それぞれ四つの電界効果トランジスタＦＥＴがブリッジ接続された１次側フルブリッジ回路と２次側フルブリッジ回路との間にトランスＴが接続された、ブリッジタイプの双方向絶縁型ＤＣ―ＤＣコンバータである。ＤＣ―ＤＣコンバータ３０２ａは、それぞれ二つ電界効果トランジスタＦＥＴが直列接続された１次側回路と２次側回路との間にトランスＴが接続された、プッシュプルタイプの双方向絶縁型ＤＣ―ＤＣコンバータである。ＤＣ―ＤＣコンバータ３０２およびＤＣ―ＤＣコンバータ３０２ａの構成や動作は、既存の双方向絶縁型ＤＣ―ＤＣコンバータの構成や動作と等価であるため、詳細な説明は省略する。

昇降圧チョッパ３９０と、バック・ブースト・コンバータ３９２とのそれぞれは、走行用モータ１０が回生ブレーキとして動作したときに、走行用モータ１０が発電した電力をバッテリ２０に充電させる際の電圧に昇圧あるいは降圧させるための構成の一例である。図６に示したコンバータ３００において、昇降圧チョッパ３９０の代わりにバック・ブースト・コンバータ３９２がＤＣ―ＤＣコンバータ３０２に接続されてもよい。図７に示したコンバータ３００ａにおいて、バック・ブースト・コンバータ３９２の代わりに昇降圧チョッパ３９０がＤＣ―ＤＣコンバータ３０２ａに接続されてもよい。走行用モータ１０が発電した電力をバッテリ２０に充電させる際の電圧に昇圧あるいは降圧させる構成は、昇降圧チョッパ３９０やバック・ブースト・コンバータ３９２に限らない。昇降圧チョッパ３９０およびバック・ブースト・コンバータ３９２の構成や動作は、既存の昇降圧回路の構成や動作と等価であるため、詳細な説明は省略する。

制御部３０４は、制御装置１００からの制御に応じて、ＤＣ―ＤＣコンバータ３０２やＤＣ―ＤＣコンバータ３０２ａが備えるそれぞれの電界効果トランジスタＦＥＴのオン状態およびオフ状態を制御する。さらに、制御部３０４は、制御装置１００からの制御に応じて、昇降圧チョッパ３９０やバック・ブースト・コンバータ３９２が備えるそれぞれの電界効果トランジスタＦＥＴのオン状態およびオフ状態を制御する。制御部３０４は、それぞれの電界効果トランジスタＦＥＴのゲートを駆動するためのゲート駆動信号を生成する。図６および図７では、制御部３０４が、昇降圧チョッパ３９０やバック・ブースト・コンバータ３９２が備える電界効果トランジスタＦＥＴを制御する構成を示しているが、昇降圧チョッパ３９０やバック・ブースト・コンバータ３９２が備える電界効果トランジスタＦＥＴは、制御部３０４と連系して動作する他の制御部（不図示）が制御してもよい。

［制御部の構成］
図８は、コンバータ３００が備える制御部３０４の機能構成の一例を示す図である。以下の説明においては、図８に示した制御部３０４が、コンバータ３００が備える制御部３０４であるものとする。図８には、制御部３０４におけるＤＣ―ＤＣコンバータ３０２の制御機能に関する構成を示している。制御部３０４は、例えば、乗算器３０４２と、フィードバック部３０４４と、比較部３０４６と、ゲート駆動信号生成部３０４８と、を備える。

乗算器３０４２は、制御装置１００により入力または設定された出力波形プロファイルの指令値と、制御装置１００により入力された振幅係数指令値とを乗算して、ＤＣ―ＤＣコンバータ３０２から出力させる電圧値を求める。図８には、（ａ）～（ｆ）に出力波形プロファイルの一例を示している。乗算器３０４２は、図８の（ａ）～（ｆ）に示したような出力波形プロファイルに応じた電圧波形となるような出力波形プロファイルの指令値と、サンプリングタイミングごとの振幅係数指令値とを乗算して、ＤＣ―ＤＣコンバータ３０２から出力させる電圧値を求める。振幅係数指令値は、コンバータ３００に出力させる出力電力の目標値である。

フィードバック部３０４４は、制御装置１００により入力された電圧フィードバック情報に基づいてフィードバック制御を行う。フィードバック部３０４４は、フィードバック制御によって、ＤＣ―ＤＣコンバータ３０２から出力されている現在の電圧値を、乗算器３０４２が求めた電圧値に近づけるための電圧制御パルスを生成する。フィードバック部３０４４におけるフィードバック制御は、例えば、Ｐ（比例：Proportional）、Ｉ（積分：Integral）、Ｄ（微分：Differential）のそれぞれの制御を組み合わせたＰＩＤ制御である。フィードバック部３０４４におけるフィードバック制御は、ＰＩＤ制御に限らず、他のフィードバック制御の方法であってもよい。

比較部３０４６は、制御装置１００により入力された変調波生成情報に応じた変調アルゴリズムで、フィードバック部３０４４が生成した電圧制御パルスを変調する。比較部３０４６は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）や、パルス密度変調（ＰＤＭ：Pulse Density Modulation）、Δ－Σ変調などの変調アルゴリズムで、電圧制御パルスを変調する。変調波生成情報は、これらの変調アルゴリズムを指定する情報である。比較部３０４６は、電圧制御パルスを変調した変調信号を出力する。

ゲート駆動信号生成部３０４８は、比較部３０４６が変調した変調信号に基づいて、ＤＣ―ＤＣコンバータ３０２が備えるそれぞれの電界効果トランジスタＦＥＴのゲート端子に入力するゲート駆動信号を生成する。これにより、電力変換装置３０が備えるそれぞれの電界効果トランジスタＦＥＴは、入力されたゲート駆動信号に応じてオン状態またはオフ状態になり、ＤＣ―ＤＣコンバータ３０２から、制御装置１００により入力または設定された出力波形プロファイルに応じた、走行用モータ１０を駆動させる周波数に対応する電圧波形（図５の（ｂ）参照）の出力電力が出力される。

［制御装置の構成］
ここで、車両１が備える制御装置１００の構成の一例について説明する。図９は、車両１が備える制御装置１００の構成の一例を示す図である。図９には、電力変換装置３０に関連する制御装置１００の構成を示している。制御装置１００は、例えば、出力決定部１０２と、出力波形プロファイル決定部１０４と、コンバータ制御部１０６と、スイッチング制御部１０８と、を備える。

出力決定部１０２は、バッテリセンサ２２により出力されたバッテリ情報と、電力センサ３５により出力された出力電力情報と、運転操作子５０により出力されたアクセル開度とに基づいて、走行用モータ１０に出力する電力を決定する。

出力波形プロファイル決定部１０４は、出力決定部１０２が決定した走行用モータ１０に出力する電力に基づいて、コンバータ３００に設定する出力波形プロファイルを決定する。

コンバータ制御部１０６は、出力決定部１０２が決定した走行用モータ１０に出力する電力と、出力波形プロファイル決定部１０４が決定した出力波形プロファイルとに基づいて、コンバータ３００を制御する。つまり、コンバータ制御部１０６は、コンバータ３００が備える制御部３０４に、それぞれの指令値や情報を出力する。図９には、コンバータ制御部１０６が制御部３０４に出力する指令値や情報を、コンバータ制御信号として示している。

スイッチング制御部１０８は、出力決定部１０２が決定した走行用モータ１０に出力する電力に基づいて、電力変換装置３０が備えるそれぞれのスイッチング素子を制御する。つまり、スイッチング制御部１０８は、スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４、およびスイッチング素子Ｓ５のそれぞれに、導通状態と非導通状態とを制御するための駆動信号を出力する。図９には、スイッチング制御部１０８がスイッチング素子Ｓ１に出力するＳ１駆動信号、スイッチング素子Ｓ２に出力するＳ２駆動信号、スイッチング素子Ｓ３に出力するＳ３駆動信号、スイッチング素子Ｓ４に出力するＳ４駆動信号、およびスイッチング素子Ｓ５に出力するＳ５駆動信号のそれぞれを示している。

［制御装置の処理］
図１０は、車両１が備える制御装置１００において電力変換装置３０を制御する際に実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、車両１が走行している間、繰り返し実行される。

出力決定部１０２は、運転操作子５０により出力されたアクセル開度を取得する（ステップＳ１００）。出力決定部１０２は、バッテリセンサ２２により出力されたバッテリ情報を取得する（ステップＳ１１０）。出力決定部１０２は、電力センサ３５により出力された出力電力情報を取得する（ステップＳ１２０）。そして、出力決定部１０２は、取得したそれぞれの情報に基づいて、走行用モータ１０に出力する電力を決定する（ステップＳ１３０）。

出力波形プロファイル決定部１０４は、出力決定部１０２が決定した走行用モータ１０に出力する電力に基づいて、出力波形プロファイルを決定する（ステップＳ１４０）。

コンバータ制御部１０６は、出力波形プロファイル決定部１０４が決定した出力波形プロファイルを、コンバータ３００に設定する（ステップＳ１５０）。より具体的には、コンバータ制御部１０６は、出力波形プロファイルの指令値を制御部３０４に出力する。コンバータ制御部１０６は、出力決定部１０２が決定した走行用モータ１０に出力する電力に基づいて振幅係数指令値を決定し、決定した振幅係数指令値を制御部３０４に出力する（ステップＳ１６０）。コンバータ制御部１０６は、出力決定部１０２は取得した出力電力情報に基づいて、電力変換装置３０が走行用モータ１０に出力している電力を調整するための調整値を求め、求めた調整値を表す電圧フィードバック情報を制御部３０４に出力する（ステップＳ１７０）。コンバータ制御部１０６は、コンバータ３００が備えるそれぞれの電界効果トランジスタＦＥＴに出力するゲート駆動信号を変調するための変調方法（変調アルゴリズム）を決定し、決定した変調方法を表す変調波生成情報を制御部３０４に出力する（ステップＳ１８０）。

スイッチング制御部１０８は、出力決定部１０２が決定した走行用モータ１０に出力する電力に基づいて、電力変換装置３０が備えるそれぞれのスイッチング素子を制御するための駆動信号を生成し、生成した駆動信号を対応するそれぞれのスイッチング素子Ｓに出力する（ステップＳ１９０）。そして、制御装置１００は、今回の処理を終了し、再度、ステップＳ１００から処理を繰り返す。

このような処理の流れによって、制御装置１００は、アクセル開度、バッテリ情報、および出力電力情報に基づいて走行用モータ１０に出力する電力を決定し、決定した電力が走行用モータ１０に供給されるように、電力変換装置３０を制御する。これにより、電力変換装置３０は、制御装置１００が出力したそれぞれの指令値や情報に従った動作をして、走行用モータ１０に電力を供給する。これにより、車両１は、走行用モータ１０の駆動力（回転動力）によって走行する。

このような構成によって、電力変換装置３０は、制御装置１００による制御に応じて、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力を、走行用モータ１０を駆動するための交流電力に変換して走行用モータ１０に出力する。しかも、電力変換装置３０は、バッテリ２０からの直流電力を昇圧して走行用モータ１０に出力する際に、図５に示したようにバッテリ２０が放電した直流電力に基づく電圧波形が矩形スイッチング波形の電力Ｅ１に、バッテリ２０が放電した直流電力から出力波形プロファイルに基づいて生成した電圧波形の出力電力Ｅ２を波形合成した電力を、走行用モータ１０に出力する。言い換えれば、従来のインバータを用いた電力変換装置では、インバータの後段に昇圧チョッパなどを設ける必要があった、つまり、コンバータを２段で構成する必要があったことを、電力変換装置３０では、コンバータ３００を備える、つまり、１段のコンバータを備えるのみで実現することができる。このため、電力変換装置３０では、仮に従来のインバータとコンバータ３００とにおける電力の変換効率の低下率が同じであったとしても、２段のコンバータで構成する従来の構成よりも、電力の変換効率の低下を抑えることができる。より具体的には、例えば、インバータとコンバータ３００とにおける電力の変換効率がともに９８％であった場合、従来のインバータを用いた電力変換装置では、全体の変換効率は９８％となる。従来の電力変換装置において２段のコンバータを用いた場合には、全体の変換効率がさらに低下して９６％となる。これに対して電力変換装置３０では、バッテリ２０の直流電力を単純にスイッチングしたのみであるため、変換効率はほぼ１００％ということができる電力Ｅ１と、コンバータ３００が出力する変換効率が９８％の出力電力Ｅ２とを合わせる。このため、電力変換装置３０では、電力Ｅ１と出力電力Ｅ２との割合が半分ずつであるとすると、全体の変換効率は９９％となる。このように、電力変換装置３０では、インバータを用いた、インバータに昇圧チョッパを直列に接続した従来の電力変換装置よりも、全体の変換効率は高くなる、つまり、電力の変換効率の低下を抑えることができる。

電力変換装置３０では、図５に示したように、波形合成をすることによって、バッテリ２０が放電する直流電圧値の２倍の電圧値の電力を走行用モータ１０に供給することができる。例えば、従来のインバータを用いた電力変換装置では、走行用モータ１０に供給する電圧値が４００［Ｖ］である場合には、同じ電圧値の電力を放電するバッテリに対応するために、例えば２倍の高耐圧の部品を用いてインバータを構成する必要があったが、電力変換装置３０では、２００［Ｖ］の電圧値（１／２の電圧値）の電力を放電するバッテリに対応する構成にすればよく、従来よりも耐圧が低い部品を用いて構成することができる。このため、電力変換装置３０では、高耐圧の部品を用いることによる損失の増大も抑えることができる。そして、電力変換装置３０では、構成するそれぞれの部品に印加する電圧が従来よりも低くなるため、例えば、絶縁部材やトランスの巻線などのそれぞれの部品の劣化も抑えることができる。

さらに、電力変換装置３０では、コンバータ３００が、出力波形プロファイルに基づいて、正弦波（正弦波の半波）を再現するための電圧波形の出力電力Ｅ２（図５の（ｂ）参照）を生成するため、従来のインバータにおける電力変換のように高調波が発生してしまうことがない。このため、電力変換装置３０では、走行用モータ１０に供給する交流電力の交流波形が歪むことなく、雑音や、トルクリップル、鉄損などの特性に影響を与えてしまうことがない。

従来のインバータを用いた電力変換装置においても、インバータの後段に設けた昇圧チョッパのさらに後段に、例えば、ＬＣフィルタなどのような平滑フィルタを設けることにより、高調波の発生を抑える構成にすることもできる。しかしながら、ＬＣフィルタは、定数を可変にする構成を実現することが困難であり、電圧波形が低周波数である場合や電力容量が大きい場合には、物理的なサイズが大型化してしまう。このため、従来のインバータを用いた電力変換装置において発生する高調波の対策のためにＬＣフィルタを設ける構成は、定電圧定周波（ＣＶＣＦ：Constant Voltage Constant Frequency）電源などのように一定の状態に電力を変換するシステムへの適用に向いている構成であり、車両１のように、走行用モータ１０を駆動（回転）させる際に供給する正弦波の電力の周波数の範囲が広い、可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ：Variable Voltage Variable Frequency）電源のシステムへの適用には向いていない。これは、車両１では、停止している状態から発進する場合には、走行用モータ１０の回転数がゼロの状態から高いトルクを発生させ、最高速度で走行させる場合には、走行用モータ１０を高い回転数で駆動させるため、走行用モータ１０を駆動させる電力の電圧波形を低周波数から高周波数までの広い範囲で変更可能とする必要があるからである。ＬＣフィルタを設けた従来のインバータを、電力変換装置として車両１に適用することもできるが、この場合には、上述したように、走行用モータ１０に供給する必要がある電力の周波数の範囲が広いため、ＬＣフィルタの物理的なサイズを大きくせざるを得なくなる。さらに、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力を、例えば、緊急時などにおいて家庭用の電化製品を稼働させるためや、売電などで電力系統に供給するための交流電力に変換することを含めて考えると、従来のインバータを用いた電力変換装置のようにＬＣフィルタを設ける必要がなく、直接的に電力を供給することができる電力変換装置３０の構成は、より有効な構成であるといえる。

このように、電力変換装置３０では、従来のインバータを用いた電力変換装置よりも効率よく、電力変換をすることができる。

電力変換装置３０では、スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４で構成されるスイッチング回路が、バッテリ２０が放電した直流電力に基づいて、負荷ＬＤである走行用モータ１０を駆動させる周波数の矩形スイッチング波形の電力Ｅ１を生成する構成であるものとして説明した。しかし、電力変換装置３０を、例えば、スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４で構成されるスイッチング回路とは異なる他のスイッチング回路を備える構成とし、この不図示のスイッチング回路が、バッテリ２０が放電した直流電力に基づく矩形スイッチング波形の電力Ｅ１を生成するようにしてもよい。

［第１実施形態の変形例］
上述した電力変換装置３０では、一つのコンバータ３００を備える電力変換装置３０の構成について説明した。このため、上述した電力変換装置３０は、バッテリ２０から供給（放電）された直流電圧値の２倍の電圧値の電力を走行用モータ１０に供給することができる構成であった。しかし、走行用モータ１０に供給する必要がある電力の電圧値は、さらに高い場合も考えられる。この場合、電力変換装置３０は、コンバータ３００をさらに備える構成にすることによって、より高い電圧値の電力を走行用モータ１０に供給する構成にすることもできる。以下に、この場合の一例について説明する。

［電力変換装置の構成の変形例］
図１１は、第１実施形態に係る電力変換装置３０の変形例の構成の一例を示す図である。図１１に示した変形例の電力変換装置３０も、車両１が備える走行用モータ１０における三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか一つの相に対応する電力変換装置３０である。図１１には、変形例の電力変換装置３０（以下、「電力変換装置３０ａ」という）に関連するバッテリ２０および負荷ＬＤも併せて示している。電力変換装置３０ａは、例えば、電圧波形生成部３０ａＶＧと、単相変換器３０ＰＣと、を備える。図１１でも、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２とが、単相変換器３０ＰＣの構成要素であるものとして示しているが、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２は、電圧波形生成部３０ａＶＧに属する構成要素でもある。

電圧波形生成部３０ａＶＧは、電圧波形生成部３０ＶＧと同様に、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力に基づいて、正弦波の半波の電圧波形を生成する。電圧波形生成部３０ａＶＧは、例えば、二つのコンバータ３００（コンバータ３００およびコンバータ３００－２）と、二つのスイッチング素子Ｓ（スイッチング素子Ｓ５およびスイッチング素子Ｓ６）と、を備える。電圧波形生成部３０ａＶＧは、電圧波形生成部３０ＶＧにコンバータ３００－２とスイッチング素子Ｓ６とが追加された構成である。

コンバータ３００－２は、コンバータ３００と同じ構成のコンバータである。ただし、コンバータ３００－２には、コンバータ３００と異なる出力波形プロファイルが制御装置１００により入力または設定される。コンバータ３００－２は、制御装置１００により入力または設定された出力波形プロファイルに基づいて、電圧波形が、単相変換器３０ＰＣ（スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４）が生成する矩形スイッチング波形における矩形波形に相当する部分とは波形が変化するタイミングが異なり（つまり、矩形波形における電圧値が０［Ｖ］である期間と２００［Ｖ］である期間、いわゆる、デューティ比が異なり）、スイッチング期間に電圧値を０［Ｖ］で保持する電圧波形の出力電力（矩形波形の出力電力）を出力する。コンバータ３００－２は、特許請求の範囲における「第２の生成部」の一例であり、コンバータ３００－２が出力する出力電力は、特許請求の範囲における「第４出力電力」の一例である。

スイッチング素子Ｓ６は、例えば、制御装置１００による制御に応じて、コンバータ３００－２から出力される出力電力が供給される方向を制限する。スイッチング素子Ｓ６は、スイッチング素子Ｓ５と同じ構成のスイッチング素子Ｓである。制御装置１００によりスイッチが非導通状態に制御されると、スイッチング素子Ｓ６は、コンバータ３００－２から出力される出力電力が負荷ＬＤ側に供給されるのを許容し、コンバータ３００－２から出力される出力電力がバッテリ２０の正極側に供給されるのを阻止する。一方、制御装置１００によりスイッチが導通状態に制御されると、スイッチング素子Ｓ６は、負荷ＬＤから出力される出力電力がバッテリ２０の負極側に供給されるのを許容する。図１１では、スイッチング素子Ｓ６が、ダイオードとスイッチとで構成されている場合の一例を示しているが、スイッチング素子Ｓ５と同様に、電界効果トランジスタＦＥＴや、ダイオードＤと絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴとで構成されてもよい（図４参照）。スイッチング素子Ｓ６は、特許請求の範囲における「スイッチング部」および「第２のスイッチング素子」の一例である。

［変形例の電力変換装置が生成する電圧波形］
図１２は、変形例の電力変換装置３０ａにおいて生成する電圧波形の一例を説明する図である。図１２には、バッテリ２０から供給（放電）された直流電圧値が２００［Ｖ］である場合において、制御装置１００による制御に従って、電力変換装置３０ａが備えるスイッチング回路（スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４）、コンバータ３００、およびコンバータ３００－２のそれぞれが出力する電力の電圧波形を波形合成する様子の一例を模式的に示している。

電力変換装置３０ａにおいてスイッチング回路は、制御装置１００からの制御に従って、図１２の（ａ）に示したような、負荷ＬＤである走行用モータ１０を駆動させる周波数の矩形スイッチング波形の電力Ｅ１を生成して出力する。より具体的には、スイッチング回路は、スイッチング期間Ｐｓ１およびスイッチング期間Ｐｓ２において電圧波形が変動（電圧値が変動）し、オン保持期間Ｐｈにおいてバッテリ２０が放電する直流電圧値を保持するような矩形スイッチング波形の電力Ｅ１を生成する。

電力変換装置３０ａでは、制御装置１００によりコンバータ３００－２の動作が開始されると、コンバータ３００－２は、制御装置１００により入力または設定された出力波形プロファイルに基づいて、図１２の（ｂ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ３を生成して出力する。制御装置１００がコンバータ３００－２に入力または設定する出力波形プロファイル（以下、「出力波形プロファイル－２」という）は、直流電圧値を保持する期間が、スイッチング回路が出力する電力Ｅ１において直流電圧値を保持するオン保持期間Ｐｈよりも短いオン保持期間Ｐｈ２となる矩形波形の電圧波形を生成するためのものである。より具体的には、出力波形プロファイル－２は、第１～第３の三つの出力波形プロファイル－２により構成される。第１出力波形プロファイル－２は、スイッチング期間Ｐｓ１およびスイッチング期間Ｐｓ３の期間において、出力電力Ｅ３の電圧値が０［Ｖ］となるプロファイルである。第２出力波形プロファイル－２は、オン保持期間Ｐｈ２の期間において、出力電力Ｅ３の電圧値が直流電圧値（２００［Ｖ］）と等しくなるプロファイルである。第３出力波形プロファイル－２は、スイッチング期間Ｐｓ４およびスイッチング期間Ｐｓ２の期間において、出力電力Ｅ３の電圧値が０［Ｖ］となるプロファイルである。制御装置１００は、スイッチング回路を制御するタイミングに合わせて、これらの三つの出力波形プロファイル－２をコンバータ３００－２に順次入力または設定することにより、図１２の（ｂ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ３をコンバータ３００－２から出力させる。

電力変換装置３０ａでは、制御装置１００によりコンバータ３００の動作が開始されると、コンバータ３００は、制御装置１００により入力または設定された出力波形プロファイルに基づいて、図１２の（ｃ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２を生成して出力する。制御装置１００がコンバータ３００に入力または設定する出力波形プロファイルは、走行用モータ１０を駆動させる周波数の正弦波の半波から、スイッチング回路が出力する電力Ｅ１の電圧波形と、コンバータ３００－２が出力する出力電力Ｅ３の電圧波形とを減算した電圧波形を生成するためのものである。より具体的には、出力波形プロファイルは、第１～第７の七つの出力波形プロファイルにより構成される。第１出力波形プロファイルは、スイッチング期間Ｐｓ１の期間において、出力電力Ｅ２の電圧値をゼロの状態にさせるプロファイルである。第２出力波形プロファイルは、スイッチング期間Ｐｓ３の期間において、正弦波の半波に沿って出力電力Ｅ２の電圧値をゼロの状態から上昇させるプロファイルである。第３出力波形プロファイルは、出力電力Ｅ２の電圧値と直流電圧値とが等しくなったときに、出力電力Ｅ２の電圧値をゼロにさせるプロファイルである。第４出力波形プロファイルは、オン保持期間Ｐｈ２の期間において、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロの状態から正弦波の半波と同様に上昇させ、出力電力Ｅ２の電圧値と直流電圧値とが等しくなったときから正弦波の半波と同様に下降させるプロファイルである。第５出力波形プロファイルは、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロになったときに、出力電力Ｅ２の電圧値を直流電圧値と等しくさせるプロファイルである。第６出力波形プロファイルは、スイッチング期間Ｐｓ４の期間において、出力電力Ｅ２の電圧値が直流電圧値と等しい状態から正弦波の半波に沿って出力電力Ｅ２の電圧値をゼロの状態まで下降させるプロファイルである。第７出力波形プロファイルは、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロになったときに、スイッチング期間Ｐｓ２の期間において、出力電力Ｅ２の電圧値をゼロの状態を維持させるプロファイルである。制御装置１００は、スイッチング回路を制御するタイミングに合わせて、これらの七つの出力波形プロファイルをコンバータ３００に順次入力または設定することにより、図１２の（ｃ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２をコンバータ３００から出力させる。

電力変換装置３０ａでは、スイッチング素子Ｓ５およびスイッチング素子Ｓ６の負荷ＬＤ側で、電力Ｅ１の電圧波形と、出力電力Ｅ２の電圧波形と、出力電力Ｅ３の電圧波形とが波形合成される。これにより、図１２の（ｄ）に示したように、バッテリ２０が放電する直流電圧値の３倍の電圧値（図１２の（ｄ）では６００［Ｖ］）であり、電圧波形が、スイッチング期間Ｐｓ１およびスイッチング期間Ｐｓ２の期間では、矩形スイッチング波形であり、スイッチング期間Ｐｓ３、オン保持期間Ｐｈ２、およびスイッチング期間Ｐｓ４の期間では、矩形スイッチング波形（電圧値＝２００［Ｖ］）を基準として正弦波の半波が波形合成された合成波形の電力が負荷ＬＤの端子に供給される。そして、電力変換装置３０ａでも、スイッチング回路の動作（スイッチング動作）によって、負荷ＬＤに流れる電流の方向が、例えば、負荷ＬＤに供給された電力の電圧波形が偶数番目の半波のときに反転され、負荷ＬＤには、図１２の（ｅ）に示したような、走行用モータ１０を駆動させる周波数の正弦波（全波）の電圧波形の電力が供給される。これにより、走行用モータ１０は、供給された正弦波の電力によって駆動（回転）する。

このような構成によって、電力変換装置３０ａは、制御装置１００による制御に応じて、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力の電圧を３倍に昇圧した交流電力に変換して、走行用モータ１０に供給することができる。この場合も、電力変換装置３０ａは、電力変換装置３０と同様に、従来のインバータを用いた電力変換装置よりも、電力の変換効率の低下や、高耐圧の部品を用いることによる損失の増大、部品の劣化を抑えた電力変換をすることができる。

上述した第１実施形態の変形例では、コンバータ３００－２およびスイッチング素子Ｓ６をコンバータ３００に追加する、言い換えれば、コンバータ３００－２を積み上げる構成によって、バッテリ２０の直流電力の電圧を３倍に昇圧する場合について説明した。電力変換装置３０では、同様に、コンバータ３００およびスイッチング素子Ｓを積み上げることによって、さらにバッテリ２０の直流電力の電圧を昇圧する倍数を増やす（４倍以上にする）こともできる。この場合における電力変換装置３０の構成、動作、および処理などは、上述した電力変換装置３０ａの構成、動作、および処理と等価なものになるようにすればよい。

＜第２実施形態＞
［電力変換装置の構成］
図１３は、第２実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。図１３に示した第２実施形態の電力変換装置（以下、「電力変換装置３１」という）も、第１実施形態の電力変換装置３０と同様に、車両１が備える走行用モータ１０における三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか一つの相に対応する電力変換装置である。図１３には、電力変換装置３１に関連するバッテリ２０も併せて示し、第１実施形態において示した負荷ＬＤ（スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４も含む）は省略して示している。つまり、図１３には、第１実施形態の電力変換装置３０における電圧波形生成部３０ＶＧに相当する構成を示している。電圧波形生成部３１ＶＧは、第１実施形態の電力変換装置３０と同様に、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２が構成要素として属する構成であってもよい。

電力変換装置３１も、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力に基づいて、正弦波の半波の電圧波形を生成する。電力変換装置３１は、例えば、コンバータ３００と、四つのスイッチング素子（スイッチング素子Ｓ１１～スイッチング素子Ｓ１４）を備える。

スイッチング素子Ｓ１１は、例えば、制御装置１００による制御に応じて、コンバータ３００から出力される出力電力が供給される方向を制限する。図１３では、スイッチング素子Ｓ１１が、ダイオードとスイッチとで構成されている場合の一例を示している。制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ１１が備えるスイッチを非導通状態に制御すると、スイッチング素子Ｓ１１は、コンバータ３００から出力される出力電力が負荷ＬＤ側（つまり、走行用モータ１０）に供給されるのを許容する。一方、制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ１１が備えるスイッチを導通状態に制御すると、スイッチング素子Ｓ１１は、負荷ＬＤから出力される出力電力がコンバータ３００側に供給されるのを許容する。

スイッチング素子Ｓ１２は、例えば、制御装置１００による制御に応じて、コンバータ３００から出力される出力電力が供給される方向を制限する。図１３では、スイッチング素子Ｓ１２が、ダイオードとスイッチとで構成されている場合の一例を示している。制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ１２が備えるスイッチを非導通状態に制御すると、スイッチング素子Ｓ１２は、コンバータ３００から出力される出力電力がバッテリ２０の負極側に供給されるのを阻止する。一方、制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ１２が備えるスイッチを導通状態に制御すると、スイッチング素子Ｓ１２は、コンバータ３００から出力される出力電力がバッテリ２０の負極側に供給されるのを許容する。

スイッチング素子Ｓ１３は、バッテリ２０の正極側と負荷ＬＤ側との接続を切り替える。図１３では、スイッチング素子Ｓ１３が、スイッチで構成されている場合の一例を示している。制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ１３が備えるスイッチを非導通状態に制御すると、スイッチング素子Ｓ１３は、バッテリ２０の正極側と負荷ＬＤ側とを接続させる。一方、制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ１３が備えるスイッチを導通状態に制御すると、スイッチング素子Ｓ１３は、バッテリ２０の正極側と負荷ＬＤ側とを切断させる。つまり、制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ１３を導通状態と非導通状態とに交互に制御することによって、電力変換装置３１では、バッテリ２０が放電した直流電力に基づく電圧波形が矩形の電力（電力Ｅ１）を負荷ＬＤ側に供給することができる。このため、電力変換装置３１では、第１実施形態の電力変換装置３０において矩形スイッチング波形の電力（電力Ｅ１）を出力するスイッチング回路がスイッチング期間中に電圧波形を変動（電圧値を変動）させる機能を省略することができる。第１実施形態の電力変換装置３０において、例えば、スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４で構成されるスイッチング回路とは異なる他のスイッチング回路（不図示）が矩形スイッチング波形の電力Ｅ１を生成する構成である場合には、この不図示のスイッチング回路を省略することができる。

スイッチング素子Ｓ１４は、例えば、制御装置１００による制御に応じて、バッテリ２０の負極側に供給される電力の方向を制限する。図１３では、スイッチング素子Ｓ１４が、ダイオードとスイッチとで構成されている場合の一例を示している。制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ１４が備えるスイッチを非導通状態に制御すると、スイッチング素子Ｓ１４は、負荷ＬＤから出力される出力電力がバッテリ２０の負極側に供給されるのを許容する。一方、制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ１４が備えるスイッチを導通状態に制御すると、スイッチング素子Ｓ１４は、バッテリ２０の負極側から出力される出力電力が負荷ＬＤ側に供給されるのを許容する。

図１３では、スイッチング素子Ｓ１１、スイッチング素子Ｓ１２、およびスイッチング素子Ｓ１４が、ダイオードとスイッチとで構成されている場合の一例を示しているが、第１実施形態の電力変換装置３０が備えるスイッチング素子Ｓ５と同様に、電界効果トランジスタＦＥＴや、ダイオードＤと絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴとで構成されてもよい（図４参照）。さらに、スイッチング素子Ｓ１３の構成は、図１３に示した構成に限らない。図１４は、電力変換装置３１が備えるスイッチング素子Ｓ１３の構成の一例を示す図である。図１４の（ａ）に示したスイッチング素子Ｓ１３ａは、図１３に示したスイッチＳＷの構成である。図１４の（ｂ）に示したスイッチング素子Ｓ１３ｂは、二つの電界効果トランジスタＦＥＴが直列接続されている場合の一例である。スイッチング素子Ｓ１３ｂでは、電界効果トランジスタＦＥＴ－１と電界効果トランジスタＦＥＴ－２とが、互いに逆向きで直列接続されている。図１４の（ｃ）に示したスイッチング素子Ｓ１３ｃは、ダイオードＤと絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴとで構成されている二つのスイッチング素子が直列接続されている場合の一例である。スイッチング素子Ｓ１３ｃでは、それぞれのスイッチング素子が、互いに逆向きで直列接続されている。図１４の（ｂ）に示したスイッチング素子Ｓ１３ｂが備える電界効果トランジスタＦＥＴ、および図１４の（ｃ）に示したスイッチング素子Ｓ１３ｃが備える絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴのオン状態およびオフ状態は、図１４の（ａ）に示したスイッチング素子Ｓ１３ａが備えるスイッチＳＷと同様に、例えば、制御装置１００によって制御される。

電力変換装置３１では、スイッチング素子Ｓ１１、スイッチング素子Ｓ１２、スイッチング素子Ｓ１３、およびスイッチング素子Ｓ１４の構成によって、バッテリ２０とコンバータ３００との接続を、直列接続あるいは並列接続に切り替える。スイッチング素子Ｓ１１、スイッチング素子Ｓ１２、スイッチング素子Ｓ１３、およびスイッチング素子Ｓ１４の構成は、特許請求の範囲における「スイッチング部」および「第３のスイッチング素子」の一例である。

図１３に示した電力変換装置３１の構成は、第１実施形態の電力変換装置３０と同様に、バッテリ２０が放電する直流電圧値の２倍の電圧値Ｖｏｕｔで、電圧波形が正弦波の半波の電力を負荷ＬＤ側に供給する構成である。電力変換装置３１も、第１実施形態の変形例の電力変換装置３０ａと同様に、スイッチング素子Ｓ１１～スイッチング素子Ｓ１４、およびバッテリ２０（ただし、異なるバッテリ）で構成される電圧波形生成部３１ＶＧと同様の構成を積み上げることによって、直流電圧値の３倍以上の電圧値Ｖｏｕｔで、電圧波形が正弦波の半波の電力を負荷ＬＤ側に供給する構成にすることもできる。この場合の電力変換装置３１の構成は、後述する。

［電力変換装置の動作］
ここで、制御装置１００による電力変換装置３１の制御と電力変換装置３１の動作の一例について説明する。図１５は、車両１が備える制御装置１００における電力変換装置３１の制御の一例を説明する図である。図１６は、電力変換装置３１において生成する電圧波形の一例を説明する図である。図１７は、車両１が備える制御装置１００が電力変換装置３１を制御する詳細なタイミングの一例を説明する図である。図１５～図１７は、車両１の走行のために走行用モータ１０を駆動させる場合の一例である。図１５の（ａ）には、図１３に示した電力変換装置３１に接続される負荷ＬＤ（スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４も含む）も併せて示し、電力を供給する際に負荷ＬＤに流れる電流の経路（電流経路）を示している。図１５の（ｂ）には、それぞれの電流経路で電流を流す際に制御装置１００が制御するスイッチング素子Ｓの状態を示している。図１５の（ｂ）において「ＯＮ」はスイッチング素子Ｓを導通状態に制御することを表し、「ＯＦＦ」は、スイッチング素子Ｓを非導通状態に制御することを表し、“↑：上向きの矢印”はスイッチング素子Ｓの制御を変更していないことを表し、“（）：括弧”内の記載は、スイッチング素子Ｓを流れる構成要素を表している。図１５の（ｃ）には、電力変換装置３１が波形合成して出力する電圧波形を示している。図１６には、バッテリ２０から供給（放電）された直流電圧値が２００［Ｖ］である場合において、制御装置１００による制御に応じて、それぞれの電流経路を通って負荷ＬＤに供給される電力の電圧波形の一例、および電圧波形を波形合成する様子の一例を模式的に示している。図１７には、負荷ＬＤに供給される電力の電圧波形を波形合成する際に、バッテリ２０とコンバータ３００との接続を、直列接続あるいは並列接続に切り替えるタイミングにおける電圧波形の変化の様子の一例を示している。以下の説明においては、図１５～図１７を適宜参照して、電力変換装置３１の動作を説明する。

制御装置１００は、図１５の（ｃ）に示した時刻ｔ０（＝時刻ｔ３、時刻ｔ６）において、つまり、電圧値Ｖｏｕｔが、バッテリ２０から供給可能な直流電圧値の電力Ｅ１よりも低い状態のときに、図１５の（ｂ）に示した制御Ｃ１の段のようにそれぞれのスイッチング素子Ｓを制御する。これにより、電力変換装置３１では、コンバータ３００が出力する出力電力Ｅ２が、図１５の（ａ）に示した電流経路Ｐ１（スイッチング素子Ｓ１１ではダイオードＤ）を通って負荷ＬＤ側に供給される。より具体的には、コンバータ３００が生成した図１６の（ｂ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２の内、図１６の（ｃ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２が、電流経路Ｐ１を通って負荷ＬＤ側に供給される。これにより、負荷ＬＤに供給される電力の電圧値Ｖｏｕｔは、出力電力Ｅ２の電圧値となる。

その後、制御装置１００は、図１５の（ｃ）に示した時刻ｔ１（＝時刻ｔ４）において、つまり、電圧値Ｖｏｕｔが、バッテリ２０から供給可能な直流電圧値に等しい電圧値まで上昇したときに、図１５の（ｂ）に示した制御Ｃ２の段のようにそれぞれのスイッチング素子Ｓを制御する。これにより、電力変換装置３１では、バッテリ２０の直流電力に基づく電力Ｅ１が、図１５の（ａ）に示した電流経路Ｐ２（スイッチング素子Ｓ１４ではダイオードＤ）を通って負荷ＬＤ側に供給される。より具体的には、バッテリ２０の直流電力に基づく図１６の（ａ）に示したような電圧波形が矩形の電力Ｅ１が、電流経路Ｐ２を通って負荷ＬＤ側に供給される。これにより、負荷ＬＤに供給される電力の電圧値Ｖｏｕｔは、電流経路Ｐ１により供給される出力電力Ｅ２の電圧値と、電流経路Ｐ２により供給される電力Ｅ１の電圧値の合計となる。制御Ｃ２の状態では、電力変換装置３１においてバッテリ２０とコンバータ３００とが並列接続されている状態であるため、電圧値Ｖｏｕｔは、出力電力Ｅ２および電力Ｅ１の電圧値（２００［Ｖ］）となる。

引き続き、制御装置１００は、図１５の（ｃ）に示した時刻ｔ１（＝時刻ｔ４）において、図１５の（ｂ）に示した制御Ｃ３の段のようにそれぞれのスイッチング素子Ｓを制御する。これにより、電力変換装置３１では、電流経路Ｐ１を通って負荷ＬＤ側に供給されていた出力電力Ｅ２が、図１５の（ａ）に示した電流経路Ｐ３（スイッチング素子Ｓ１２ではスイッチＳＷ）を通ってバッテリ２０の負極側に供給される。より具体的には、コンバータ３００が生成した図１６の（ｂ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２の内、図１６の（ｄ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２が、電流経路Ｐ３を通ってバッテリ２０の負極側に供給される。これにより、スイッチング素子Ｓ１４が備えるダイオードＤには逆バイアスが印加されることとなり、スイッチング素子Ｓ１４はＯＦＦ（非導通状態）となる。制御Ｃ３の状態では、電力変換装置３１においてコンバータ３００がバッテリ２０に直列接続された状態である。このため、負荷ＬＤに供給される電力の電圧値Ｖｏｕｔは、図１６の（ｅ）に示したように、電流経路Ｐ２により供給される電力Ｅ１の電圧値と、電流経路Ｐ３により供給される出力電力Ｅ２の電圧値との合計となる。

このようにして制御装置１００は、時刻ｔ１において、バッテリ２０とコンバータ３００とを並列接続させ、その後にバッテリ２０とコンバータ３００とを直列接続に切り替える。ここで、時刻ｔ１においてバッテリ２０とコンバータ３００との接続を切り替える詳細なタイミングについて、図１７を用いて説明する。

制御装置１００は、出力電力Ｅ２の電圧値が、バッテリ２０から供給可能な直流電圧値に等しい電圧値になろうとしている直前の時刻ｔ１－１のタイミングで、スイッチング素子Ｓを制御Ｃ１から制御Ｃ２に切り替える。直前の時刻ｔ１－１のタイミングは、コンバータ３００が出力する出力電力Ｅ２の電圧波形が、電圧値＝２００［Ｖ］となるときに、バッテリ２０が出力する電力Ｅ１の電圧波形が電圧値＝２００［Ｖ］となるタイミングである。これにより、バッテリ２０から、直流電力に基づく電力Ｅ１の出力が開始される。その後、制御装置１００は、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロになる時刻ｔ１－２のタイミングで、スイッチング素子Ｓを制御Ｃ２から制御Ｃ３に切り替える。

このようにして制御装置１００は、出力電力Ｅ２の電圧波形と電力Ｅ１の電圧波形とを僅かな期間だけ重複（オーバーラップ）させて、バッテリ２０とコンバータ３００との接続を、並列接続から直列接続に切り替える。制御装置１００が時刻ｔ１－２のタイミングでスイッチング素子Ｓを制御Ｃ２から制御Ｃ３に切り替えた後は、出力電力Ｅ２の電圧波形が正弦波の半波と同様に上昇するのに伴って、出力電力Ｅ２が電力Ｅ１に加算される（図１６の（ｅ）参照）。

その後、制御装置１００は、図１５の（ｃ）に示した時刻ｔ２（＝時刻ｔ５）において、つまり、電圧値Ｖｏｕｔが、バッテリ２０から供給可能な直流電圧値に等しい電圧値まで下降したときに、それぞれのスイッチング素子Ｓの制御を制御Ｃ２にする。これにより、電力変換装置３１では、バッテリ２０の負極側への電流経路Ｐ３経由での出力電力Ｅ２の供給が停止され、バッテリ２０の電力Ｅ１のみが、電流経路Ｐ２を通って負荷ＬＤ側に供給される。

引き続き、制御装置１００は、図１５の（ｃ）に示した時刻ｔ２（＝時刻ｔ５）において、それぞれのスイッチング素子Ｓの制御を制御Ｃ１にする。これにより、電力変換装置３１では、負荷ＬＤ側への電流経路Ｐ２経由での電力Ｅ１の供給が停止され、図１６の（ｃ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２のみが、電流経路Ｐ１を通って負荷ＬＤ側に供給される。

このようにして制御装置１００は、時刻ｔ２において、バッテリ２０とコンバータ３００との直列接続を並列接続に切り替え、その後にバッテリ２０を切り離す。この時刻ｔ２におけるバッテリ２０とコンバータ３００との接続切り替えの詳細なタイミングは、図１７を用いて説明したバッテリ２０とコンバータ３００との接続切り替えのタイミングを逆にした場合と等価なものになるようにすればよい。従って、詳細な説明は省略する。

制御装置１００によるこのような制御によって、電力変換装置３１では、図１６の（ｆ）に示したような、バッテリ２０の直流電圧値の２倍の電圧値で、電圧波形が、電圧値＝０［Ｖ］を基準とした正弦波の半波の電力の電圧値Ｖｏｕｔを、負荷ＬＤに供給する。

制御装置１００は、走行用モータ１０が回生ブレーキとして動作して発電した電力をバッテリ２０に充電させる場合も、同様に制御する。図１８は、車両１が備える制御装置１００における電力変換装置３１の制御の一例を説明する図である。図１８には、電力をバッテリ２０に充電させるためにそれぞれの電流経路で電流を流す際に制御装置１００が制御するスイッチング素子Ｓの状態を示している。図１８において、制御Ｃ１’、制御Ｃ２’、および制御Ｃ３’は、図１５の（ｂ）に示した制御Ｃ１、制御Ｃ２、および制御Ｃ３によって対応する電流経路Ｐを流れる電流の向きを逆向きにさせるためのスイッチング素子Ｓの制御である。従って、制御装置１００が走行用モータ１０によって発電された電力をバッテリ２０に充電させる場合の電力変換装置３１の動作は、図１５～図１７を用いて説明した、車両１の走行のために走行用モータ１０を駆動させる場合の動作を逆にした場合と等価なものになるようにすればよい。従って、詳細な説明は省略する。

［制御装置の処理］
図１９は、車両１が備える制御装置１００において電力変換装置３１を制御する際に実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、車両１が走行している間、繰り返し実行される。以下の説明においては、制御装置１００が備えるスイッチング制御部１０８の処理、つまり、スイッチング制御部１０８がスイッチング素子に駆動信号を出力する処理（図１０に示したステップＳ１９０）に着目し、制御装置１００が備える他の構成要素の処理は、制御装置１００が行うものとして、図１５の（ｃ）に示した時刻ｔ１までの処理について説明する。

制御装置１００は、今回の制御が走行用モータ１０の駆動であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。つまり、制御装置１００は、今回の制御が、車両１の走行のために走行用モータ１０を駆動させる制御であるか、走行用モータ１０によって発電された電力をバッテリ２０に充電させる制御であるかを判定する。ステップＳ２００において、今回の制御が走行用モータ１０の駆動であると判定した場合、制御装置１００は、車両１の走行のために走行用モータ１０を駆動させる制御を開始する。

車両１の走行のために走行用モータ１０を駆動させる制御において、制御装置１００は、電圧値Ｖｏｕｔが、バッテリ２０から供給可能な直流電圧値の電力Ｅ１よりも低い電圧値（０＜Ｅ１）であるか否かを確認する（ステップＳ２１０）。ステップＳ２１０において、電圧値Ｖｏｕｔが（０＜Ｅ１）の電圧値ではないと判定した場合、制御装置１００は、処理をステップＳ２１２に進める。

一方、ステップＳ２１０において、電圧値Ｖｏｕｔが（０＜Ｅ１）の電圧値であると判定した場合、スイッチング制御部１０８は、スイッチング素子Ｓ１１をＯＦＦ（非導通状態）にし、スイッチング素子Ｓ１２をＯＦＦにし、スイッチング素子Ｓ１３をＯＦＦにし、スイッチング素子Ｓ１４をＯＦＦにするためのそれぞれの駆動信号を生成する（ステップＳ２１１）。つまり、スイッチング制御部１０８は、制御Ｃ１の状態（図１５の（ｂ）参照）にする。

制御装置１００は、電圧値Ｖｏｕｔが、バッテリ２０から供給可能な直流電圧値に等しい電圧値（Ｅ１＝Ｅ２）であるか否かを確認する（ステップＳ２１２）。ステップＳ２１２において、電圧値Ｖｏｕｔが（Ｅ１＝Ｅ２）の電圧値ではないと判定した場合、制御装置１００は、処理をステップＳ２１４に進める。

一方、ステップＳ２１２において、電圧値Ｖｏｕｔが（Ｅ１＝Ｅ２）の電圧値であると判定した場合、スイッチング制御部１０８は、スイッチング素子Ｓ１１をＯＦＦにし、スイッチング素子Ｓ１２をＯＦＦにし、スイッチング素子Ｓ１３をＯＮ（導通状態）にし、スイッチング素子Ｓ１４をＯＦＦにするためのそれぞれの駆動信号を生成する（ステップＳ２１３）。つまり、スイッチング制御部１０８は、制御Ｃ２の状態（図１５の（ｂ）参照）にする。

制御装置１００は、電圧値Ｖｏｕｔが、バッテリ２０から供給可能な直流電圧値以上の電圧値（Ｖｏｕｔ≧Ｅ１）であるか否かを確認する（ステップＳ２１４）。ステップＳ２１４において、電圧値Ｖｏｕｔが（Ｖｏｕｔ≧Ｅ１）の電圧値ではないと判定した場合、制御装置１００は、処理をステップＳ２３０に進める。

一方、ステップＳ２１４において、電圧値Ｖｏｕｔが（Ｖｏｕｔ≧Ｅ１）の電圧値であると判定した場合、スイッチング制御部１０８は、スイッチング素子Ｓ１１をＯＦＦにし、スイッチング素子Ｓ１２をＯＮにし、スイッチング素子Ｓ１３をＯＮにし、スイッチング素子Ｓ１４をＯＦＦにするためのそれぞれの駆動信号を生成する（ステップＳ２１５）。つまり、スイッチング制御部１０８は、制御Ｃ３の状態（図１５の（ｂ）参照）にする。

一方、ステップＳ２００において、今回の制御が走行用モータ１０の駆動ではないと判定した場合、制御装置１００は、走行用モータ１０によって発電された電力をバッテリ２０に充電させる制御を開始する。

車両１の走行のために走行用モータ１０を駆動させる制御において、制御装置１００は、電圧値Ｖｏｕｔが、バッテリ２０から供給可能な直流電圧値の電力Ｅ１よりも低い電圧値（０＜Ｅ１）であるか否かを確認する（ステップＳ２２０）。ステップＳ２２０において、電圧値Ｖｏｕｔが（０＜Ｅ１）の電圧値ではないと判定した場合、制御装置１００は、処理をステップＳ２２２に進める。

一方、ステップＳ２２０において、電圧値Ｖｏｕｔが（０＜Ｅ１）の電圧値であると判定した場合、スイッチング制御部１０８は、スイッチング素子Ｓ１１をＯＮ（導通状態）にし、スイッチング素子Ｓ１２をＯＦＦ（非導通状態）にし、スイッチング素子Ｓ１３をＯＦＦにし、スイッチング素子Ｓ１４をＯＦＦにするためのそれぞれの駆動信号を生成する（ステップＳ２２１）。つまり、スイッチング制御部１０８は、制御Ｃ１’の状態（図１８参照）にする。

制御装置１００は、電圧値Ｖｏｕｔが、バッテリ２０から供給可能な直流電圧値に等しい電圧値（Ｅ１＝Ｅ２）であるか否かを確認する（ステップＳ２２２）。ステップＳ２２２において、電圧値Ｖｏｕｔが（Ｅ１＝Ｅ２）の電圧値ではないと判定した場合、制御装置１００は、処理をステップＳ２２４に進める。

一方、ステップＳ２２２において、電圧値Ｖｏｕｔが（Ｅ１＝Ｅ２）の電圧値であると判定した場合、スイッチング制御部１０８は、スイッチング素子Ｓ１１をＯＮにし、スイッチング素子Ｓ１２をＯＦＦにし、スイッチング素子Ｓ１３をＯＮにし、スイッチング素子Ｓ１４をＯＮにするためのそれぞれの駆動信号を生成する（ステップＳ２２３）。つまり、スイッチング制御部１０８は、制御Ｃ２’の状態（図１８参照）にする。

制御装置１００は、電圧値Ｖｏｕｔが、バッテリ２０から供給可能な直流電圧値以上の電圧値（Ｖｏｕｔ≧Ｅ１）であるか否かを確認する（ステップＳ２２４）。ステップＳ２２４において、電圧値Ｖｏｕｔが（Ｖｏｕｔ≧Ｅ１）の電圧値ではないと判定した場合、制御装置１００は、処理をステップＳ２３０に進める。

一方、ステップＳ２２４において、電圧値Ｖｏｕｔが（Ｖｏｕｔ≧Ｅ１）の電圧値であると判定した場合、スイッチング制御部１０８は、スイッチング素子Ｓ１１をＯＦＦにし、スイッチング素子Ｓ１２をＯＦＦにし、スイッチング素子Ｓ１３をＯＮにし、スイッチング素子Ｓ１４をＯＦＦにするためのそれぞれの駆動信号を生成する（ステップＳ２２５）。つまり、スイッチング制御部１０８は、制御Ｃ３’の状態（図１８参照）にする。

スイッチング制御部１０８は、生成したそれぞれの駆動信号を、対応するそれぞれのスイッチング素子Ｓに出力する（ステップＳ２３０）。そして、制御装置１００は、今回の処理を終了し、再度、図１０に示したステップＳ１００から処理を繰り返す。

このような処理の流れによって、制御装置１００は、電圧値Ｖｏｕｔの電圧値に基づいて、それぞれのスイッチング素子ＳをＯＮ（導通状態）、またはＯＦＦ（非導通状態）にするための駆動信号を生成して出力する。これにより、電力変換装置３１は、制御装置１００による制御に従った動作をして、車両１の走行のための電力を走行用モータ１０に供給、あるいは、走行用モータ１０によって発電された電力をバッテリ２０に充電させる。

［第２実施形態の変形例］
電圧波形生成部３１ＶＧと同様の構成を積み上げることによって、直流電圧値の３倍以上の電圧値Ｖｏｕｔで、電圧波形が正弦波の半波の電力を負荷ＬＤ側に供給する構成について説明する。

図２０は、第２実施形態に係る電力変換装置３１の変形例の構成の一例を示す図である。図２０に示した変形例の電力変換装置３１も、車両１が備える走行用モータ１０における三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか一つの相に対応する電力変換装置３１である。変形例の電力変換装置３１（以下、「電力変換装置３１ａ」という）は、例えば、コンバータ３００と、八つのスイッチング素子（スイッチング素子Ｓ１１～スイッチング素子Ｓ１８）を備える。電力変換装置３１ａにおいて、スイッチング素子Ｓ１１～スイッチング素子Ｓ１４の四つのスイッチング素子Ｓは、バッテリ２０に対応する電圧波形生成部３１ＶＧであり、スイッチング素子Ｓ１５～スイッチング素子Ｓ１８の四つのスイッチング素子Ｓは、バッテリ２０と異なるバッテリ２０（以下、「バッテリ２１」という）に対応する電圧波形生成部３１ＶＧである。図２０には、電力変換装置３１ａに関連するバッテリ２０および負荷ＬＤ（スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４も含む）も併せて示している。さらに、図２０には、制御装置１００によるスイッチング素子Ｓの制御に従って電力変換装置３１ａが電力を供給する際に負荷ＬＤに流れる電流経路Ｐを示している。制御装置１００による制御と電流経路Ｐについては後述する。

バッテリ２１は、バッテリ２０と同様のバッテリである。バッテリ２１は、バッテリ２０と同じ直流電圧値の直流電力を放電（供給）または充電する。バッテリ２１は、特許請求の範囲における「第２のバッテリ」の一例であり、バッテリ２１が放電する電力は、特許請求の範囲における「第２バッテリ電力」の一例である。

スイッチング素子Ｓ１５は、スイッチング素子Ｓ１１と同様の機能のスイッチング素子Ｓである。スイッチング素子Ｓ１４は、例えば、制御装置１００による制御に応じて、コンバータ３００および／またはバッテリ２０から出力される電力が供給される方向を制限する。

スイッチング素子Ｓ１６は、スイッチング素子Ｓ１２と同様の機能のスイッチング素子Ｓである。スイッチング素子Ｓ１６は、例えば、制御装置１００による制御に応じて、コンバータ３００および／またはバッテリ２０から出力される出力電力が供給される方向を制限する。

スイッチング素子Ｓ１７は、スイッチング素子Ｓ１３と同様の機能のスイッチング素子Ｓである。スイッチング素子Ｓ１７は、バッテリ２１の正極側と負荷ＬＤ側との接続を切り替える。制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ１７を導通状態と非導通状態とに交互に制御することによって、電力変換装置３１ａでは、バッテリ２１が放電した直流電力に基づく電圧波形が矩形の電力（出力電力Ｅ３）を負荷ＬＤ側に供給することができる。スイッチング素子Ｓ１７は、特許請求の範囲における「第３の生成部」の一例であり、スイッチング素子Ｓ１７が出力する出力電力Ｅ３は、特許請求の範囲における「第５出力電力」の一例である。

スイッチング素子Ｓ１８は、スイッチング素子Ｓ１４と同様の機能のスイッチング素子Ｓである。スイッチング素子Ｓ１８は、例えば、制御装置１００による制御に応じて、バッテリ２０の負極側に供給される電力の方向を制限する。

図２０では、スイッチング素子Ｓ１１、スイッチング素子Ｓ１２、スイッチング素子Ｓ１４、スイッチング素子Ｓ１５、スイッチング素子Ｓ１６、およびスイッチング素子Ｓ１８が、ダイオードとスイッチとで構成されている場合の一例を示しているが、第１実施形態の電力変換装置３０が備えるスイッチング素子Ｓ５と同様に、電界効果トランジスタＦＥＴや、ダイオードＤと絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴとで構成されてもよい（図４参照）。さらに、図２０では、スイッチング素子Ｓ１３およびスイッチング素子Ｓ１７が、スイッチで構成されている場合の一例を示しているが、電力変換装置３１と同様に、二つの電界効果トランジスタＦＥＴが直列接続されている構成や、ダイオードＤと絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴとで構成されている二つのスイッチング素子が直列接続されている構成であってもよい（図１４参照）。

電力変換装置３１ａでは、スイッチング素子Ｓ１１、スイッチング素子Ｓ１２、スイッチング素子Ｓ１３、およびスイッチング素子Ｓ１４の構成によって、バッテリ２０とコンバータ３００との接続を、直列接続あるいは並列接続に切り替える。さらに、電力変換装置３１ａでは、スイッチング素子Ｓ１５、スイッチング素子Ｓ１６、スイッチング素子Ｓ１７、およびスイッチング素子Ｓ１８の構成によって、バッテリ２１と、コンバータ３００および／またはバッテリ２０との接続を、直列接続あるいは並列接続に切り替える。スイッチング素子Ｓ１５、スイッチング素子Ｓ１６、スイッチング素子Ｓ１７、およびスイッチング素子Ｓ１８の構成は、特許請求の範囲における「第４のスイッチング素子」の一例である。

［変形例の電力変換装置が生成する電圧波形］
図２１は、変形例の電力変換装置３１ａにおいて生成する電圧波形の一例を説明する図である。図２１には、バッテリ２０から供給（放電）された直流電圧値が２００［Ｖ］である場合において、制御装置１００による制御に応じて、電力変換装置３１ａが出力する電力の電圧波形を波形合成する様子の一例を模式的に示している。

電力変換装置３１ａは、制御装置１００からの制御に応じて、図２１の（ａ）に示したような、負荷ＬＤである走行用モータ１０を駆動させる周波数の矩形波形の電力Ｅ１を生成する。より具体的には、制御装置１００は、時刻ｔ０～時刻ｔ１までの期間において電圧値が０［Ｖ］となり、時刻ｔ１～時刻ｔ４までの期間においてバッテリ２０が放電する直流電圧値を保持し、時刻ｔ４～時刻ｔ５までの期間において電圧値が０［Ｖ］となるような矩形波形の電力Ｅ１を生成するように、それぞれのスイッチング素子Ｓを制御する。

電力変換装置３１ａは、制御装置１００からの制御に応じて、図２１の（ｂ）に示したような、走行用モータ１０を駆動させる周波数で位相が異なる矩形波形の出力電力Ｅ３を生成する。より具体的には、制御装置１００は、時刻ｔ０～時刻ｔ２までの期間において電圧値が０［Ｖ］となり、時刻ｔ２～時刻ｔ３までの期間においてバッテリ２０が放電する直流電圧値を保持し、時刻ｔ３～時刻ｔ５までの期間において電圧値が０［Ｖ］となるような矩形波形の出力電力Ｅ３を生成するように、それぞれのスイッチング素子Ｓを制御する。

電力変換装置３１ａでは、制御装置１００によりコンバータ３００の動作が開始されると、コンバータ３００は、制御装置１００により入力または設定された出力波形プロファイルに基づいて、図２１の（ｃ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２を生成して出力する。制御装置１００がコンバータ３００に入力または設定する出力波形プロファイルは、走行用モータ１０を駆動させる周波数の正弦波の半波から、電力Ｅ１の電圧波形と、出力電力Ｅ３の電圧波形とを減算した電圧波形を生成するためのものである。より具体的には、出力波形プロファイルは、第１～第９の九つの出力波形プロファイルにより構成される。第１出力波形プロファイルは、時刻ｔ０～時刻ｔ１までの期間において、正弦波の半波に沿って出力電力Ｅ２の電圧値をゼロの状態から上昇させるプロファイルである。第２出力波形プロファイルは、出力電力Ｅ２の電圧値と直流電圧値とが等しくなった時刻ｔ１のときに、出力電力Ｅ２の電圧値をゼロにさせるプロファイルである。第３出力波形プロファイルは、時刻ｔ１～時刻ｔ２までの期間において、正弦波の半波に沿って出力電力Ｅ２の電圧値をゼロの状態から上昇させるプロファイルである。第４出力波形プロファイルは、出力電力Ｅ２の電圧値と直流電圧値とが等しくなった時刻ｔ２のときに、出力電力Ｅ２の電圧値をゼロにさせるプロファイルである。第５出力波形プロファイルは、時刻ｔ２～時刻ｔ３までの期間において、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロの状態から正弦波の半波と同様に上昇させ、出力電力Ｅ２の電圧値と直流電圧値とが等しくなったときから正弦波の半波と同様に下降させるプロファイルである。第６出力波形プロファイルは、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロになった時刻ｔ３のときに、出力電力Ｅ２の電圧値を直流電圧値と等しくさせるプロファイルである。第７出力波形プロファイルは、時刻ｔ３～時刻ｔ４までの期間において、出力電力Ｅ２の電圧値が直流電圧値と等しい状態から正弦波の半波に沿って出力電力Ｅ２の電圧値をゼロの状態まで下降させるプロファイルである。第８出力波形プロファイルは、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロになった時刻ｔ４のときに、出力電力Ｅ２の電圧値を直流電圧値と等しくさせるプロファイルである。第９出力波形プロファイルは、時刻ｔ４～時刻ｔ５までの期間において、出力電力Ｅ２の電圧値が直流電圧値と等しい状態から正弦波の半波に沿って出力電力Ｅ２の電圧値をゼロの状態まで下降させるプロファイルである。制御装置１００は、電力Ｅ１および出力電力Ｅ２を生成するためにそれぞれのスイッチング素子Ｓを制御するタイミングに合わせて、これらの九つの出力波形プロファイルをコンバータ３００に順次入力または設定することにより、図２１の（ｃ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２をコンバータ３００から出力させる。

制御装置１００は、出力電力Ｅ２の電圧波形が同じ形になる出力波形プロファイルを共通のもとしてもよい。より具体的には、第１出力波形プロファイルと第３出力波形プロファイルとを共通のもとし、第２出力波形プロファイルと第４出力波形プロファイルとを共通のもとし、第６出力波形プロファイルと第８出力波形プロファイルとを共通のもとし、第７出力波形プロファイルと第９出力波形プロファイルとを共通のもとしてもよい。この場合、制御装置１００は、共通の出力波形プロファイルを、２回ずつコンバータ３００に入力または設定することにより、図２１の（ｃ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２をコンバータ３００から出力させる。

電力変換装置３１ａは、電力Ｅ１の電圧波形と、出力電力Ｅ２の電圧波形と、出力電力Ｅ３の電圧波形とが波形合成され、図２１の（ｄ）に示したように、バッテリ２０が放電する直流電圧値の３倍の電圧値（図２１の（ｄ）では６００［Ｖ］）であり、電圧波形が正弦波の半波である電力の電圧値Ｖｏｕｔを、負荷ＬＤに供給する。これにより、電力変換装置３１ａでも、スイッチング回路の動作（スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４のスイッチング動作）によって、負荷ＬＤに流れる電流の方向が、例えば、負荷ＬＤに供給された電圧値Ｖｏｕｔの電力の電圧波形が偶数番目の半波のときに反転され、負荷ＬＤには、図２１の（ｅ）に示したような、走行用モータ１０を駆動させる周波数の正弦波（全波）の電圧波形の電力が供給される。これにより、走行用モータ１０は、供給された正弦波の電力によって駆動（回転）する。

［電力変換装置の動作］
図２２は、車両１が備える制御装置１００における電力変換装置３１ａの制御の一例を説明する図である。図２２の（ａ）には、車両１の走行のために走行用モータ１０を駆動させる場合のスイッチング素子Ｓの制御を示し、図２２の（ｂ）には、走行用モータ１０によって発電された電力をバッテリ２０およびバッテリ２１に充電させる場合のスイッチング素子Ｓの制御を示している。図２２に示したそれぞれの制御Ｃは、図２０に示したそれぞれの電流経路Ｐに対応している。ただし、図２２の（ｂ）に示したそれぞれの制御は、図２０に示したそれぞれの電流経路Ｐとは逆向きで電流を流させるためのスイッチング素子Ｓの制御である。

電力変換装置３１ａは、電力Ｅ１の電圧波形、出力電力Ｅ２の電圧波形、および出力電力Ｅ３の電圧波形を波形合成させることによって、バッテリ２０が放電する直流電圧値の３倍の電圧値であり、電圧波形が、電圧値＝０［Ｖ］を基準とした正弦波の半波である電力が負荷ＬＤの端子に供給される（図２１の（ｄ）参照）。

電力変換装置３１ａでも、制御装置１００が、バッテリ２０とコンバータ３００と接続を切り替えるタイミングは、電力変換装置３０と同様である。つまり、電力変換装置３１ａでも、制御装置１００が制御Ｃ１から制御Ｃ２に切り替えるタイミングと、制御Ｃ２から制御Ｃ３に切り替えるタイミングとは、電力変換装置３０と同様である。そして、電力変換装置３１ａにおいて、バッテリ２０とコンバータ３００との直列接続と、バッテリ２１との接続を切り替えるタイミングも、電力変換装置３０と同様である。より具体的には、電力変換装置３１ａにおいて、制御装置１００が、制御Ｃ３から制御Ｃ４に切り替えるタイミングと、制御Ｃ４から制御Ｃ５に切り替えるタイミングとも、電力変換装置３０と同様である。しかし、電力変換装置３１ａでは、制御装置１００が、制御Ｃ３から制御Ｃ４に切り替えるタイミングと、制御Ｃ４から制御Ｃ５に切り替えるタイミングとを、電力変換装置３０と異なるタイミングにしてもよい。

図２３は、車両１が備える制御装置１００が電力変換装置３１ａを制御する詳細なタイミングの一例を説明する図である。図２３には、負荷ＬＤに供給される電力の電圧波形を波形合成する際に、バッテリ２０とコンバータ３００との直列接続と、バッテリ２１との接続を、並列接続から直列接続に切り替えるタイミング（図２１の時刻ｔ２）における電圧波形の変化の様子の一例を示している。

制御装置１００は、出力電力Ｅ２の電圧値が、バッテリ２０から供給可能な直流電圧値に等しい電圧値になった時刻ｔ２－１のタイミングで、スイッチング素子Ｓを制御Ｃ３から制御Ｃ４に切り替える。これにより、バッテリ２１から、直流電力に基づく出力電力Ｅ３の出力が開始される。その後、制御装置１００は、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロになる時刻ｔ２－２のタイミングで、スイッチング素子Ｓを制御Ｃ４から制御Ｃ５に切り替える。

このようにして制御装置１００は、出力電力Ｅ２の電圧波形と出力電力Ｅ３の電圧波形とを、図１７に示したように僅かな期間だけ重複（オーバーラップ）させることなく、バッテリ２０とコンバータ３００との直列接続と、バッテリ２１との接続を、並列接続から直列接続に切り替える。これにより、制御装置１００が時刻ｔ２－２のタイミングでスイッチング素子Ｓを制御Ｃ４から制御Ｃ５に切り替えた後は、出力電力Ｅ２の電圧波形が正弦波の半波と同様に上昇するのに伴って、電力Ｅ１と出力電力Ｅ２とが加算された電力に、出力電力Ｅ３がさらに加算される（図２１の（ｄ）参照）。

制御装置１００は、図２３に示した制御タイミングを、制御Ｃ１から制御Ｃ２への切り替え、および制御Ｃ２から制御Ｃ３への切り替えを行う際の制御タイミングとしてもよい。

電力変換装置３１ａにおけるその他の動作は、図１５～図１９を用いて説明した電力変換装置３１の動作と等価なものになるようにすればよい。このため、電力変換装置３１ａの動作に関する詳細な説明は省略する。

このような構成および制御によって、電力変換装置３１（電力変換装置３１ａを含む）は、第１実施形態の電力変換装置３０（電力変換装置３０ａを含む）と同様に、制御装置１００による制御に応じて、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力の電圧を２倍（電力変換装置３１ａでは３倍）に昇圧した交流電力に変換して、走行用モータ１０に供給することができる。この場合も、電力変換装置３１（電力変換装置３１ａを含む）は、第１実施形態の電力変換装置３０（電力変換装置３０ａを含む）と同様に、従来のインバータを用いた電力変換装置よりも、電力の変換効率の低下や、高耐圧の部品を用いることによる損失の増大、部品の劣化を抑えた電力変換をすることができる。つまり、電力変換装置３１（電力変換装置３１ａを含む）でも、従来のインバータを用いた電力変換装置よりも効率よく、電力変換をすることができる。

上述した第２実施形態の変形例では、バッテリ２１を含む電圧波形生成部３１ＶＧを追加する（積み上げる）構成によって、バッテリ２０の直流電力の電圧を３倍に昇圧する場合について説明した。電力変換装置３１では、同様に、バッテリ２０およびバッテリ２１とは異なるバッテリを含む電圧波形生成部３１ＶＧを積み上げることによって、さらにバッテリ２０の直流電力の電圧を昇圧する倍数を増やす（４倍以上にする）こともできる。この場合における電力変換装置３１の構成、動作、および処理などは、上述した電力変換装置３１ａの構成、動作、および処理と等価なものになるようにすればよい。

＜第３実施形態＞
［電力変換装置の構成］
図２４は、第３実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。図２４に示した第３実施形態の電力変換装置（以下、「電力変換装置３２」という）も、第１実施形態の電力変換装置３０や、第２実施形態の電力変換装置３１と同様に、車両１が備える走行用モータ１０における三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか一つの相に対応する電力変換装置である。図２４には、電力変換装置３２に関連するバッテリ２０および負荷ＬＤも併せて示している。図２４に示したスイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４は、第１実施形態の電力変換装置３０における単相変換器３０ＰＣに相当する構成である。図２４では、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２とが、第１実施形態の電力変換装置３０における単相変換器３０ＰＣに相当する構成の構成要素であるものとして示しているが、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２は、電力変換装置３２に属する構成要素でもある。

電力変換装置３２も、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力に基づいて、正弦波の半波の電圧波形を生成する。図２４に示した電力変換装置３２の構成は、バッテリ２０が放電する直流電圧値の３倍の電圧値で、電圧波形が正弦波の半波の電力を負荷ＬＤ側に供給する構成である。電力変換装置３２は、例えば、電圧波形生成部３２ＶＧと、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１と、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２と、を備える。電圧波形生成部３２ＶＧは、例えば、コンバータ３００と、スイッチング素子Ｓ２１と、スイッチング素子Ｓ２１Ｒと、を備える。矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１は、例えば、コンバータ３１０－１と、スイッチング素子Ｓ２２と、を備える。矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２は、例えば、コンバータ３１０－２を備える。

電圧波形生成部３２ＶＧは、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力に基づいて、正弦波の半波の電圧波形を生成する。電圧波形生成部３２ＶＧは、第１実施形態の電力変換装置３０における電圧波形生成部３０ＶＧや、第２実施形態の電力変換装置３１における電圧波形生成部３１ＶＧに相当する構成である。

スイッチング素子Ｓ２１は、例えば、制御装置１００による制御に応じて、コンバータ３００から出力される出力電力が供給される方向を制限する。スイッチング素子Ｓ２１は、第１実施形態の電力変換装置３０が備えるスイッチング素子Ｓ５、あるいは第２実施形態の電力変換装置３１が備えるスイッチング素子Ｓ１１に相当するものである。スイッチング素子Ｓ２１は、特許請求の範囲における「スイッチング部」および「第５のスイッチング素子」の一例である。

スイッチング素子Ｓ２１Ｒは、コンバータ３００と、コンバータ３１０－１および／またはコンバータ３１０－２との接続を切り替える。図２４では、スイッチング素子Ｓ２１Ｒが、ダイオードとスイッチとで構成されている場合の一例を示している。制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ２１Ｒが備えるスイッチを非導通状態に制御すると、スイッチング素子Ｓ２１Ｒは、コンバータ３００と、コンバータ３１０－１および／またはコンバータ３１０－２とを接続（直列接続）させる。一方、制御装置１００が、スイッチング素子Ｓ２１Ｒが備えるスイッチを導通状態に制御すると、スイッチング素子Ｓ２１Ｒは、コンバータ３００と、コンバータ３１０－１および／またはコンバータ３１０－２とを切断させる。スイッチング素子Ｓ２１Ｒは、特許請求の範囲における「スイッチング部」および「第６のスイッチング素子」の一例である。

矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１および矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２は、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力に基づいて、矩形波形の電圧波形を生成する。矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１と矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２とのそれぞれは、波形が変化するタイミングが異なる矩形波形を生成する。矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１は、例えば、第２実施形態における電力Ｅ１の電圧波形に相当する矩形波形を生成する。矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２は、例えば、第２実施形態における出力電力Ｅ３の電圧波形に相当する矩形波形を生成する。

コンバータ３１０－１とコンバータ３１０－２とは、コンバータ３００と同じ構成のコンバータである。ただし、コンバータ３１０－１とコンバータ３１０－２とのそれぞれには、コンバータ３００と異なる出力波形プロファイルが制御装置１００により入力または設定される。より具体的には、コンバータ３１０－１には、電力Ｅ１の電圧波形に相当する矩形波形を生成するための出力波形プロファイルが制御装置１００により入力または設定され、コンバータ３１０－２には、出力電力Ｅ３の電圧波形に相当する矩形波形を生成するための出力波形プロファイルが制御装置１００により入力または設定される。コンバータ３１０－１とコンバータ３１０－２とのそれぞれは、制御装置１００により入力または設定された出力波形プロファイルに基づいて、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力から、対応する矩形波形の出力電力を生成して出力する。コンバータ３１０－１とコンバータ３１０－２とのそれぞれは、特許請求の範囲における「第４の生成部」の一例であり、コンバータ３１０－１とコンバータ３１０－２とのそれぞれが出力する矩形波形の出力電力は、特許請求の範囲における「第６出力電力」の一例である。コンバータ３１０－１は、特許請求の範囲における「第１の生成部」の一例であり、コンバータ３１０－１が出力する矩形波形の出力電力は、特許請求の範囲における「第２出力電力」の一例であってもよい。この場合、コンバータ３１０－２は、特許請求の範囲における「第４の生成部」の一例であり、コンバータ３１０－２が出力する矩形波形の出力電力は、特許請求の範囲における「第６出力電力」の一例であってもよい。

コンバータ３１０－１とコンバータ３１０－２とのそれぞれは、コンバータ３００と同じ構成のコンバータに限らない。つまり、コンバータ３１０－１とコンバータ３１０－２とのそれぞれは、制御装置１００により入力または設定された出力波形プロファイルに基づく電圧波形の出力電力する構成でなくても、電力Ｅ１あるいは出力電力Ｅ３の電圧波形に相当する矩形波形の出力電力を出力することができる構成であれば、いかなる構成であってもよい。例えば、コンバータ３１０－１とコンバータ３１０－２とのそれぞれは、出力する出力電力の電圧波形が、電力Ｅ１あるいは出力電力Ｅ３の電圧波形に相当する矩形波形となるように予め構成されている、ブリッジタイプやプッシュプルタイプの双方向絶縁型ＤＣ―ＤＣコンバータであってもよい。例えば、コンバータ３１０－１とコンバータ３１０－２とのそれぞれは、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力を、出力する出力電力の電圧波形が、電力Ｅ１あるいは出力電力Ｅ３の電圧波形に相当する矩形波形となるようにスイッチング動作をするスイッチング回路であってもよい。この場合、コンバータ３１０－１とコンバータ３１０－２とのそれぞれは、バッテリ２０と同じ直流電圧値の直流電力を放電（供給）または充電する、バッテリ２０と同様の他のバッテリを備え、これらのバッテリ２０から供給（放電）された直流電力に対してスイッチング動作をする構成であってもよい。この場合の構成は、第２実施形態の電力変換装置３１（電力変換装置３１ａであってもよい）におけるバッテリ２０とスイッチング素子Ｓ１３との構成、あるいはバッテリ２１とスイッチング素子Ｓ１７との構成に相当するものであってもよい。

スイッチング素子Ｓ２２は、例えば、制御装置１００による制御に応じて、コンバータ３１０－１から出力される出力電力が供給される方向を制限する。スイッチング素子Ｓ２２は、第１実施形態の電力変換装置３０が備えるスイッチング素子Ｓ５、第１実施形態の変形例の電力変換装置３０ａが備えるスイッチング素子Ｓ６、第２実施形態の電力変換装置３１が備えるスイッチング素子Ｓ１１、あるいは第２実施形態の変形例の電力変換装置３１ａが備えるスイッチング素子Ｓ１５に相当するものである。スイッチング素子Ｓ２２は、特許請求の範囲における「スイッチング部」および「第７のスイッチング素子」の一例である。

図２４では、スイッチング素子Ｓ２１、スイッチング素子Ｓ２１Ｒ、およびスイッチング素子Ｓ２２が、ダイオードとスイッチとで構成されている場合の一例を示しているが、第１実施形態の電力変換装置３０が備えるスイッチング素子Ｓ５や、第２実施形態の電力変換装置３１が備えるスイッチング素子Ｓ１１などと同様に、電界効果トランジスタＦＥＴや、ダイオードＤと絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴとで構成されてもよい（図４参照）。

図２４においては、電圧波形生成部３２ＶＧと、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１と、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２とのそれぞれが異なる構成である場合を示している。つまり、電圧波形生成部３２ＶＧには、スイッチング素子Ｓ２１とスイッチング素子Ｓ２１Ｒを備え、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１には、スイッチング素子Ｓ２２を備え、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２には、いずれのスイッチング素子も備えない構成を示している。しかし、例えば、コンバータ３００、コンバータ３１０－１、およびコンバータ３１０－２が共に、制御装置１００により入力または設定された出力波形プロファイルに基づく電圧波形の出力電力する構成である場合には、電圧波形生成部３２ＶＧと、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１と、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２とのそれぞれは、同じ構成であってもよい。この場合、スイッチング素子Ｓ２１とスイッチング素子Ｓ２１Ｒとのそれぞれを使用するか否かを切り替えることができる構成であればよい。例えば、コンバータ３１０－１とコンバータ３１０－２とが共に同じ構成（スイッチング回路、あるいはバッテリ２０とは異なるバッテリを備える構成）である場合には、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１と矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２とのそれぞれは、同じ構成であってもよい。この場合、スイッチング素子Ｓ２２を使用するか否かを切り替えることができる構成であればよい。それぞれのスイッチング素子Ｓを使用するか否かを切り替えることができる構成は、例えば、使用しないスイッチング素子Ｓをバイパスさせるための機械的な構成であってもよいし、電気的な構成であってもよい。

［電力変換装置の動作］
ここで、制御装置１００による電力変換装置３２の制御と電力変換装置３２の動作の一例について説明する。図２５は、車両１が備える制御装置１００における電力変換装置３２の制御の一例を説明する図である。図２５の（ａ）には、車両１の走行のために走行用モータ１０を駆動させる場合のコンバータ３００、コンバータ３１０－１、コンバータ３１０－２、およびスイッチング素子Ｓの制御Ｃを示し、図２５の（ｂ）には、走行用モータ１０によって発電された電力をバッテリ２０およびバッテリ２１に充電させる場合のコンバータ３００、コンバータ３１０－１、コンバータ３１０－２、およびスイッチング素子Ｓの制御Ｃ’を示している。図２５において「ＯＰ」は、コンバータ３００、コンバータ３１０－１、またはコンバータ３１０－２を動作状態に制御することを表し、「ＮＯＰ」は、コンバータ３００、コンバータ３１０－１、またはコンバータ３１０－２を非動作状態に制御することを表している。そして、図２５において、コンバータ３００の「ＯＰ」における“（）：括弧”内の記載は、「ＵＰ」が、コンバータ３００が出力する出力電力Ｅ２の電圧値が上昇するように変化している状態（途中の状態も含む）であることを表し、「Ｍａｘ」が、コンバータ３００が出力する出力電力Ｅ２の電圧値が最大値になっている状態であることを表し、「０Ｖ」が、コンバータ３００が出力する出力電力Ｅ２の電圧値がゼロになっている状態であることを表している。一方、図２５においては、コンバータ３００が図２１の（ｃ）に示したような電圧波形の出力電力を生成するのに対して、コンバータ３１０－１、およびコンバータ３１０－２は、図２１の（ａ）や図２１の（ｂ）に示したような矩形の電圧波形の出力電力を生成して出力するため、電圧値が最大値の電力を出力する動作状態を「ＯＰ」とし、電圧値がゼロの電力を出力する非動作状態を「ＮＯＰ」として表している。図２５において「ＯＮ」は、スイッチング素子Ｓを導通状態に制御することを表し、「ＯＦＦ」は、スイッチング素子Ｓを非導通状態に制御することを表し、“↑：上向きの矢印”は、スイッチング素子Ｓの制御を変更していないことを表し、“（）：括弧”内の記載は、スイッチング素子Ｓを流れる構成要素を表している。

電力変換装置３２において生成する電圧波形の一例、および電圧波形を波形合成する様子の一例は、図２１に示した第２実施形態の変形例の電力変換装置３１ａにおいて生成する電圧波形の一例、および電圧波形を波形合成する様子の一例と同様である。より具体的には、電力変換装置３２では、コンバータ３００が、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力（以下、「直流電力Ｅ」という）から、図２１の（ｃ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２を生成して出力し、コンバータ３００－１が、図２１の（ａ）に示したような電圧波形の電力Ｅ１を生成して出力し、コンバータ３００－２が、図２１の（ｂ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ３を生成して出力する。

図２６は、車両１が備える制御装置１００が電力変換装置３２を制御する詳細なタイミングの一例を説明する図である。図２６には、負荷ＬＤに供給される電力の電圧波形を波形合成する際に、コンバータ３００と、コンバータ３１０－１および／またはコンバータ３１０－２との接続を切り替えるタイミングにおける電圧波形の変化の様子の一例を示している。図２６の（ａ）には、コンバータ３００が出力する出力電力Ｅ２の電圧波形と、コンバータ３１０－１が出力する電力Ｅ１の電圧波形とを波形合成する際の電圧波形の変化の様子の一例を示し、図２６の（ｂ）には、さらにコンバータ３１０－２が出力する出力電力Ｅ３の電圧波形を波形合成する際の電圧波形の変化の様子の一例を示している。以下の説明においては、図２５の（ａ）および図２６に加えて、図２１を適宜参照して、電力変換装置３２が負荷ＬＤ側に電力を供給する場合の動作を説明する。

制御装置１００は、図２１に示した時刻ｔ０において、つまり、負荷ＬＤに供給される電力の電圧値Ｖｏｕｔが、バッテリ２０から供給された直流電力Ｅの直流電圧値よりも低い状態のときに、図２５の（ａ）に示した制御Ｃ１の段のように、電力変換装置３２が備えるそれぞれの構成要素を制御する。これにより、電力変換装置３２では、時刻ｔ０～時刻ｔ１までの期間において、コンバータ３００が出力する正弦波の半波に沿って上昇する出力電力Ｅ２が、スイッチング素子Ｓ２１のダイオードＤを通って負荷ＬＤ側に供給される（図２１の（ｄ）参照）。これにより、負荷ＬＤに供給される電力の電圧値Ｖｏｕｔは、出力電力Ｅ２の電圧値となる。

その後、制御装置１００は、図２１に示した時刻ｔ１において、コンバータ３００が出力する出力電力Ｅ２の電圧値が最大値まで上昇したとき、つまり、電圧値Ｖｏｕｔが直流電力Ｅの直流電圧値に等しい電圧値まで上昇したときに、図２５の（ａ）に示した制御Ｃ２の段のように、電力変換装置３２が備えるそれぞれの構成要素を制御する。つまり、制御装置１００は、コンバータ３１０－１を動作させる。これにより、電力変換装置３２では、コンバータ３１０－１が出力する矩形波形の電力Ｅ１が、スイッチング素子Ｓ２２が備えるダイオードＤを通って出力され、電力Ｅ１の電圧波形と出力電力Ｅ２の電圧波形とを波形合成した電力が負荷ＬＤ側に供給される（図２１の（ｄ）参照）。

ここで、電力Ｅ１の電圧波形と出力電力Ｅ２の電圧波形とを波形合成する際の詳細なタイミングについて、図２６の（ａ）を用いて説明する。制御装置１００は、出力電力Ｅ２の電圧値が、直流電力Ｅの直流電圧値に等しい電圧値になった時刻ｔ１－１のタイミングで、コンバータ３１０－１を動作させる。これにより、コンバータ３１０－１から、直流電力Ｅに基づく電力Ｅ１の出力が開始される。時刻ｔ１－１から時刻ｔ１－２までの間、スイッチング素子Ｓ２１ＲのダイオードＤを通って電流が流れ、出力電力Ｅ２の電圧値が電力Ｅ１の電圧値よりも低くなると、スイッチング素子Ｓ２１が備えるダイオードＤには逆バイアスが印加されることとなり、スイッチング素子Ｓ２１はＯＦＦ（非導通状態）となる。そして、電力変換装置３２では、電力Ｅ１の電圧波形と出力電力Ｅ２の電圧波形とが波形合成され、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロになる時刻ｔ１－２のタイミングから、電力Ｅ１と出力電力Ｅ２とを合わせた電力の負荷ＬＤ側への供給が開始される。このようにして電力変換装置３２では、出力電力Ｅ２の電圧波形と電力Ｅ１の電圧波形とが波形合成される。そして、電力変換装置３２では、時刻ｔ１～時刻ｔ２までの期間において、コンバータ３１０－１が出力する電力Ｅ１に、コンバータ３００が出力する正弦波の半波に沿って上昇する出力電力Ｅ２が合わされて、負荷ＬＤ側に供給される。これにより、負荷ＬＤに供給される電力の電圧値Ｖｏｕｔは、バッテリ２０の直流電圧値の２倍の電圧値まで上昇する。

その後、制御装置１００は、図２１に示した時刻ｔ２において、コンバータ３００が出力する出力電力Ｅ２の電圧値が最大値まで上昇したとき、つまり、電圧値Ｖｏｕｔが直流電力Ｅの２倍の直流電圧値に等しい電圧値まで上昇したときに、図２５の（ａ）に示した制御Ｃ３の段のように、電力変換装置３２が備えるそれぞれの構成要素を制御する。つまり、制御装置１００は、コンバータ３１０－２を動作させる。これにより、電力変換装置３２では、コンバータ３１０－２から矩形波形の出力電力Ｅ３が出力され、電力Ｅ１の電圧波形と出力電力Ｅ２の電圧波形との合成波形に、さらに出力電力Ｅ３の電圧波形を波形合成した電力が負荷ＬＤ側に供給される（図２１の（ｄ）参照）。

ここで、電力Ｅ１の電圧波形と出力電力Ｅ２の電圧波形との合成波形に、さらに出力電力Ｅ３の電圧波形を波形合成する際の詳細なタイミングについて、図２６の（ｂ）を用いて説明する。制御装置１００は、出力電力Ｅ２の電圧値が、直流電力Ｅの直流電圧値に再度等しい電圧値になった時刻ｔ２－１のタイミングで、コンバータ３１０－２を動作させる。これにより、コンバータ３１０－２から、直流電力Ｅに基づく出力電力Ｅ３の出力が開始される。時刻ｔ２－１から時刻ｔ２－２までの間、スイッチング素子Ｓ２１ＲのダイオードＤを通って電流が流れ、出力電力Ｅ２の電圧値が電力Ｅ１の電圧値よりも低くなると、スイッチング素子Ｓ２１が備えるダイオードＤには逆バイアスが印加されることとなり、スイッチング素子Ｓ２１はＯＦＦ（非導通状態）となる。さらに、スイッチング素子Ｓ２２が備えるダイオードＤにも逆バイアスが印加されることとなり、スイッチング素子Ｓ２２もＯＦＦ（非導通状態）となる。そして、電力変換装置３２では、電力Ｅ１の電圧波形と出力電力Ｅ２の電圧波形との合成波形に、さらに出力電力Ｅ３の電圧波形が波形合成され、出力電力Ｅ２の電圧値がゼロになる時刻ｔ２－２のタイミングから、電力Ｅ１と出力電力Ｅ２と出力電力Ｅ３とを合わせた電力の負荷ＬＤ側への供給が開始される。このようにして電力変換装置３２では、電力Ｅ１の電圧波形と出力電力Ｅ２の電圧波形との合成波形に、さらに出力電力Ｅ３の電圧波形が波形合成される。そして、電力変換装置３２では、時刻ｔ２～時刻ｔ３までの期間において、コンバータ３１０－１が出力する電力Ｅ１とコンバータ３１０－２が出力する出力電力Ｅ３とを合わせた電力に、コンバータ３００が出力する正弦波の半波に沿って上昇する出力電力Ｅ２が合わされて、負荷ＬＤ側に供給される。これにより、負荷ＬＤに供給される電力の電圧値Ｖｏｕｔは、バッテリ２０の直流電圧値の３倍の電圧値まで上昇し、その後、下降する。

その後、制御装置１００は、図２１に示した時刻ｔ３において、コンバータ３１０－２の動作を停止させ、図２１に示した時刻ｔ４において、コンバータ３１０－２の動作を停止させる。これにより、負荷ＬＤ側に供給される電力は、コンバータ３００が出力する正弦波の半波に沿って下降する。この場合の電力変換装置３２の動作は、図２５および図２６を用いて説明した電力変換装置３２の動作を逆にした場合と等価なものになるようにすればよい。従って、詳細な説明は省略する。そして、図２１に示した時刻ｔ５、つまり、次の時刻ｔ０から、同様の制御を繰り返す。

制御装置１００によるこのような制御によって、電力変換装置３２では、図２１の（ｄ）に示したような、バッテリ２０の直流電圧値の３倍の電圧値で、電圧波形が、電圧値＝０［Ｖ］を基準とした正弦波の半波の電力を、負荷ＬＤに供給する。

制御装置１００は、走行用モータ１０が回生ブレーキとして動作して発電した電力をバッテリ２０に充電させる場合も、同様に制御する。この場合の電力変換装置３２の動作は、図２５および図２６を用いて説明した車両１の走行のために走行用モータ１０を駆動させる場合の動作を逆にした場合と等価なものになるようにすればよい。従って、詳細な説明は省略する。

このような構成および制御によって、電力変換装置３２は、第１実施形態の電力変換装置３０（より具体的には、電力変換装置３０ａ）や、第２実施形態の電力変換装置３１（より具体的には、電力変換装置３１ａ）と同様に、制御装置１００による制御に応じて、バッテリ２０から供給（放電）された直流電力の電圧を３倍に昇圧した交流電力に変換して、走行用モータ１０に供給することができる。この場合も、電力変換装置３２は、第１実施形態の電力変換装置３０（電力変換装置３０ａを含む）や、第２実施形態の電力変換装置３１（電力変換装置３１ａを含む）と同様に、従来のインバータを用いた電力変換装置よりも、電力の変換効率の低下や、高耐圧の部品を用いることによる損失の増大、部品の劣化を抑えた電力変換をすることができる。つまり、電力変換装置３２でも、従来のインバータを用いた電力変換装置よりも効率よく、電力変換をすることができる。

［第３実施形態の変形例］
上述した電力変換装置３２では、バッテリ２０が放電する直流電圧値の３倍の電圧値で、電圧波形が正弦波の半波の電力を負荷ＬＤ側、つまり、走行用モータ１０に供給する構成について説明した。より具体的には、電力変換装置３２では、電圧波形生成部３２ＶＧと、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１と、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２とを積み上げる構成によって、バッテリ２０の直流電力Ｅの電圧を３倍に昇圧する場合について説明した。しかし、電力変換装置３２でも、走行用モータ１０に供給する電力を、直流電力Ｅの２倍、あるいは４倍以上にする構成も実現することができる。この場合、例えば、電力変換装置３２を、走行用モータ１０に供給する電力を直流電力Ｅの２倍に昇圧する構成にする場合には、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１を省略し、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２が備えるコンバータ３１０－２に、図１６の（ａ）に示したような電圧波形の電力Ｅ１を出力させるようにすればよい。そして、電圧波形生成部３２ＶＧに、図１６の（ｂ）に示したような電圧波形の出力電力Ｅ２を出力させるようにすればよい。例えば、電力変換装置３２を、走行用モータ１０に供給する電力を直流電力Ｅの４倍に昇圧する構成にする場合には、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１と同様の構成の矩形電圧生成部３２ＳＶＧを矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－２との間に追加して、電圧波形生成部３２ＶＧ、およびそれぞれの矩形電圧生成部３２ＳＶＧに、必要な電圧波形の出力電力を出力させるようにすればよい。電力変換装置３２では、同様に、矩形電圧生成部３２ＳＶＧ－１と同様の構成の矩形電圧生成部３２ＳＶＧを積み上げることによって、さらにバッテリ２０の直流電力の電圧を昇圧する倍数を増やす（５倍以上にする）こともできる。これらの場合における電力変換装置３２の動作、および処理などは、上述した電力変換装置３２の動作、および処理と等価なものになるようにすればよい。

上記に述べたとおり、各実施形態の電力変換装置によれば、バッテリ２０により出力された直流電力に基づく、走行用モータ１０を駆動させる周波数の矩形波形の電力Ｅ１を生成し、走行用モータ１０を駆動させる周波数の正弦波の半波から電力Ｅ１の電圧波形を減算した電圧波形の出力電力Ｅ２を生成する。そして、各実施形態の電力変換装置では、電力Ｅ１の電圧波形と出力電力Ｅ２の電圧波形とを波形合成して、走行用モータ１０を駆動させる周波数の、電圧値＝０［Ｖ］を基準とした正弦波の半波の電力を生成する。その後、各実施形態の電力変換装置では、生成した正弦波の半波の偶数番目を反転させることにより、走行用モータ１０を駆動させる周波数の正弦波の全波の交流電力に変換して、走行用モータ１０に供給する。これにより、各実施形態の電力変換装置では、従来のインバータを用いた電力変換装置よりも、電力の変換効率の低下や、高耐圧の部品を用いることによる損失の増大、部品の劣化を抑えた、効率のよい電力変換をすることができる。

以上説明した各実施形態の電力変換装置によれば、少なくとも、バッテリ２０により出力された直流電力を、入力または設定された出力波形プロファイルに基づく電圧波形（走行用モータ１０を駆動させる周波数の正弦波の半波から、スイッチング回路が出力する電力Ｅ１の電圧波形を減算した電圧波形）の出力電力Ｅ２に変換して出力するコンバータ３００と、直流電力に基づく電力Ｅ１を生成して出力するスイッチング回路（スイッチング素子Ｓ１～スイッチング素子Ｓ４）と、を備え、出力電力Ｅ２と電力Ｅ１とを加算することで生成される交流の制御波形である正弦波（全波）の交流電力を負荷ＬＤである走行用モータ１０に供給することにより、車両１における走行の特性に合致したバッテリ２０の電力変換を好適にすることができる。これにより、各実施形態の電力変換装置では、直流電力を交流電力に変換する際の変換効率の低下や、高耐圧の部品を用いることによる損失の増大、部品の劣化を、従来のインバータを用いた電力変換装置よりも抑え、効率よく、電力変換をすることができる。このことにより、各実施形態の電力変換装置を搭載した車両１では、走行可能距離の長距離化や、耐久性の向上などができ、車両１の商品性を高めることができる。

上述したそれぞれの実施形態では、電力変換装置の動作を、車両１が備える制御装置１００が制御する構成を説明した。つまり、上述したそれぞれの実施形態では、電力変換装置の動作を制御する制御装置が、車両１が備える制御装置１００内に構成されている場合を説明した。しかし、電力変換装置の動作を制御する制御装置は、電力変換装置が備える構成要素であってもよい。この場合、電力変換装置が備える制御装置は、車両１が備える制御装置１００から、例えば、バッテリセンサ２２により出力されたバッテリ情報と、電力センサ３５により出力された出力電力情報と、制御装置１００が求めた走行用モータ１０に供給する交流電力の情報や指令値（電圧値や周波数など）を取得することにより、上述したそれぞれの実施形態の電力変換装置の動作を制御することができる。この場合における電力変換装置や制御装置の構成、動作、および処理などは、上述したそれぞれの実施形態の電力変換装置や制御装置１００の構成、動作、および処理と等価なものになるようにすればよい。

上記説明した実施形態は、以下のように表現することができる。
少なくとも、第１のバッテリにより出力された第１バッテリ電力を、入力または設定された出力波形プロファイルに基づく第１電圧波形の第１出力電力に変換して出力する第１のコンバータと、前記第１バッテリ電力に基づく第２出力電力を生成して出力する第１の生成部と、を備える電力変換装置を制御する制御装置が、
ハードウェアプロセッサと、
プログラムを記憶した記憶装置と、を備え、
前記ハードウェアプロセッサが前記記憶装置に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、
前記第１出力電力と前記第２出力電力とを加算することで生成される交流の制御波形の第３出力電力を負荷に供給するように制御する、
ように構成されている、電力変換装置。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。

１・・・車両
１０・・・走行用モータ
１２・・・駆動輪
１４・・・ブレーキ装置
１６・・・減速機
２０，２１・・・バッテリ
２２・・・バッテリセンサ
３０，３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ、３０ａ，３１，３１ａ・・・電力変換装置
３０ＶＧ，３０ａＶＧ，３１ＶＧ，３２ＶＧ・・・電圧波形生成部
３０ＰＣ・・・単相変換器
３００，３００ａ、３００－２・・・コンバータ
３０２，３０２ａ・・・ＤＣ―ＤＣコンバータ
３０４・・・制御部
３０４２・・・乗算器
３０４４・・・フィードバック部
３０４６・・・比較部
３０４８・・・ゲート駆動信号生成部
３２ＳＶＧ－１・・・矩形電圧生成部
３２ＳＶＧ－２・・・矩形電圧生成部
３５・・・電力センサ
３９０・・・昇降圧チョッパ
３９２・・・バック・ブースト・コンバータ
５０・・・運転操作子
６０・・・車両センサ
８０・・・外部接続装置
１００・・・制御装置
１０２・・・出力決定部
１０４・・・出力波形プロファイル決定部
１０６・・・コンバータ制御部
１０８・・・スイッチング制御部
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４・・・スイッチング素子
Ｓ５，Ｓ５ａ，Ｓ５ｂ，Ｓ５ｃ，Ｓ６・・・スイッチング素子
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１８・・・スイッチング素子
Ｓ１３，Ｓ１３ａ，Ｓ１３ｂ，Ｓ１３ｃ，Ｓ１７・・・スイッチング素子
Ｓ２１・・・スイッチング素子
Ｓ２１Ｒ・・・スイッチング素子
Ｓ２２・・・スイッチング素子
ＬＤ・・・負荷

Claims (12)

1. 少なくとも、第１のバッテリにより出力された第１バッテリ電力を、入力または設定された出力波形プロファイルに基づく第１電圧波形の第１出力電力に変換して出力する第１のコンバータと、
   前記第１バッテリ電力に基づく第２出力電力を生成して出力する第１の生成部と、
   を備え、
   前記第１出力電力と前記第２出力電力とを加算することで生成される交流の制御波形の第３出力電力を負荷に供給する、
   電力変換装置。
2. 前記第２出力電力の電圧波形は、矩形波形である、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１電圧波形は、前記制御波形から前記矩形波形を減算した電圧波形である、
   請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１の生成部は、
   前記第１出力電力と前記第２出力電力との加算を制御することで正弦波の半波を生成するスイッチング部と、
   前記半波を反転させた前記第３出力電力を前記負荷に供給する反転部と、
   を備える請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記スイッチング部は、
   前記第２出力電力を前記負荷側に供給可能とする導通状態にするとともに、前記第１出力電力を前記第１のコンバータ側から前記第１の生成部側に供給不可能とする非導通状態にする第１のスイッチング素子である、
   請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記第１のコンバータに並列に接続され、前記第１バッテリ電力に基づく矩形波形の第４出力電力を生成して出力する第２の生成部、をさらに備え、
   前記スイッチング部は、
   前記第４出力電力を前記負荷側に供給可能とする導通状態にするとともに、前記第１出力電力を前記第１のコンバータ側から前記第２の生成部側に供給不可能とする非導通状態にする第２のスイッチング素子、をさらに備え、
   前記第１出力電力と、前記第２出力電力と、前記第４出力電力とを加算することで生成される前記第３出力電力を前記負荷に供給する、
   請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記スイッチング部は、
   前記第１の生成部と前記第１のコンバータとの直列接続、あるいは並列接続を切り替える第３のスイッチング素子である、
   請求項４に記載の電力変換装置。
8. 第２のバッテリにより出力された第２バッテリ電力に基づく矩形波形の第５出力電力を生成して出力する第３の生成部、をさらに備え、
   前記スイッチング部は、
   前記第１の生成部と前記第１のコンバータとの直列接続と、前記第３の生成部との直列接続、あるいは並列接続を切り替える第４のスイッチング素子、をさらに備え、
   前記第１出力電力と、前記第２出力電力と、前記第５出力電力とを加算することで生成される前記第３出力電力を前記負荷に供給する、
   請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記スイッチング部は、
   前記第１出力電力を前記負荷側に供給可能とする導通状態にするとともに、前記第２出力電力を前記第１のコンバータ側に供給不可能とする非導通状態にする第５のスイッチング素子と、
   前記第１の生成部と前記第１のコンバータとを接続、あるいは切断させる第６のスイッチング素子と、
   を備える請求項４に記載の電力変換装置。
10. 前記第１のコンバータおよび前記第１の生成部に並列に接続され、前記第１バッテリ電力に基づく第６出力電力を生成して出力する第４の生成部、をさらに備え、
    前記スイッチング部は、
    前記第６出力電力を前記負荷側に供給可能とする導通状態にするとともに、前記第１出力電力および前記第２出力電力を前記第４の生成部側に供給不可能とする非導通状態にする第７のスイッチング素子、をさらに備え、
    前記第１出力電力と、前記第２出力電力と、前記第６出力電力とを加算することで生成される前記第３出力電力を前記負荷に供給する、
    請求項９に記載の電力変換装置。
11. 少なくとも、第１のバッテリにより出力された第１バッテリ電力を、入力または設定された出力波形プロファイルに基づく第１電圧波形の第１出力電力に変換して出力する第１のコンバータと、前記第１バッテリ電力に基づく第２出力電力を生成して出力する第１の生成部と、を備える電力変換装置の制御方法であって、
    コンピュータが、
    前記第１出力電力と前記第２出力電力とを加算することで生成される交流の制御波形の第３出力電力を負荷に供給するように制御する、
    電力変換装置の制御方法。
12. 少なくとも、第１のバッテリにより出力された第１バッテリ電力を、入力または設定された出力波形プロファイルに基づく第１電圧波形の第１出力電力に変換して出力する第１のコンバータと、前記第１バッテリ電力に基づく第２出力電力を生成して出力する第１の生成部と、を備える電力変換装置を制御させるプログラムであって、
    コンピュータに、
    前記第１出力電力と前記第２出力電力とを加算することで生成される交流の制御波形の第３出力電力を負荷に供給するように制御させる、
    プログラム。

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