JP7320561B2 - 電源システム及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、電源システム及び移動体に関する。より詳しくは、負荷に電力を供給する電源システム及びこの電源システムを搭載する移動体に関する。

例えば電動車両には、バッテリから出力される直流の電力を交流に変換し、駆動輪に連結された回転電機に供給する電力変換器が搭載される。電力変換器の多くは、負荷に対し直列に接続された少なくとも２つのアームのスイッチング素子のオン／オフを切り替えることによって直流の電力を交流に変換することから、スイッチング素子のターンオン時及びターンオフ時に発生するスイッチング損失や、スイッチング素子のオン抵抗に比例する定常損失等が発生する（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示された電力変換器は、多段直流チョッパ回路から出力される直流電力を平滑回路で平滑化した後、折り返し回路によって半波を負電圧とし、正電圧の半波と負電圧の半波とを組み合わせることによって交流電力を生成する。

国際公開第２０１９／００４０１５号公報

しかしながら特許文献１に示された電力変換器は、多段直流チョッパ回路を用いているため、直流電圧の段数に比例してスイッチング素子の数も増加してしまうため、その分スイッチング損失も増加してしまう。

またスイッチング素子のオン抵抗は、スイッチング素子の耐電圧が高くなるほど高くなる傾向があるため、定常損失を低くするためにはできるだけ耐電圧の低いスイッチング素子を用いることが好ましい。しかしながら一般的にスイッチング素子の耐電圧は、ターンオン時又はターンオフ時に発生するサージ電圧を考慮して、バッテリの最大電圧よりも十分に高くする必要がある。このため特許文献１に示された多段直流チョッパ回路では、直流電圧の段数に比例してスイッチング素子の耐電圧も高くする必要があるため、その分定常損失も増加してしまう。

本発明は、従来と比較してスイッチング損失及び定常損失を低くできる電源システム及び移動体を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る電源システム（例えば、後述の電源システム１，１Ａ）は、可変電圧の電力を第１端子対（例えば、後述の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎ）から出力する可変電圧電源（例えば、後述の可変電圧電源７）と、前記第１端子対と負荷（例えば、後述の負荷４）とを接続する第１電力線（例えば、後述の第１電力線２１）及び第２電力線（例えば、後述の第２電力線２２）と、前記第１電力線に設けられた第１スイッチ（例えば、後述の第１スイッチ３１ｂ）と、前記第１スイッチの両端を接続する第３電力線（例えば、後述の第３電力線２３）と、前記第１端子対を接続するバイパス線（例えば、後述のバイパス線２５）と、を備え、前記第３電力線には、直流電力を出力する第１直流電源（例えば、後述の第１直流電源３８，３８Ａ）が設けられ、前記バイパス線には、前記第１直流電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断するバイパスダイオード（例えば、後述のバイパスダイオード３３ａ）が設けられていることを特徴とする。

（２）この場合、前記電源システムは、前記第３電力線のうち前記第１直流電源よりも前記負荷側に設けられた第２スイッチ（例えば、後述の第２スイッチ３２ｂ）と、前記第２スイッチの両端を接続する第４電力線（例えば、後述の第４電力線２４）と、前記第４電力線に設けられた第２直流電源（例えば、後述の第２直流電源３９，３９Ａ）と、を備えることが好ましい。

（３）この場合、前記第１電力線には、前記可変電圧電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断する第１ダイオード（例えば、後述の第１ダイオード３１ａ）と前記第１スイッチとが並列に設けられ、前記バイパス線には、前記バイパスダイオードとバイパススイッチ（例えば、後述バイパススイッチ３３ｂ）とが並列に設けられ、前記第３電力線には、前記第１直流電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断する第２ダイオード（例えば、後述の第２ダイオード３２ａ）と前記第２スイッチとが並列に設けられていることが好ましい。

（４）この場合、前記電源システムは、前記可変電圧電源を操作することにより前記第１端子対の間の電圧を０から所定の最大電圧までの間で変化させる電源駆動装置（例えば、後述の電源駆動装置６１）を備えることが好ましい。

（５）この場合、前記電源システムは、前記第１及び第２電力線の間の電圧であるシステム電圧に基づいて前記第１、及び第２スイッチ、前記バイパススイッチ、並びに前記第１及び第２直流電源を制御する制御装置（例えば、後述のスイッチ制御装置６２、直流電源制御装置６３，６３Ａ）を備えることが好ましい。

（６）この場合、前記制御装置は、前記第１及び第２電力線における電力を前記負荷に供給する力行時において、前記システム電圧を、前記第１直流電源の第１電圧未満の範囲で変化させる場合、前記第２スイッチ、前記バイパススイッチ、並びに前記第１及び第２直流電源をオフにし、前記システム電圧を、前記第１電圧より大きくかつ前記第１電圧と前記第２直流電源の第２電圧との和未満の範囲で変化させる場合、前記第１直流電源をオンにしかつ前記第１スイッチ、前記バイパススイッチ、及び前記第２直流電源をオフにし、前記システム電圧を、前記第１電圧と前記第２電圧との和より大きな範囲で変化させる場合、前記第１及び第２直流電源をオンにしかつ前記第１及び第２スイッチ並びに前記バイパススイッチをオフにすることが好ましい。

（７）この場合、前記制御装置は、前記力行時において、前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで上昇させる場合、前記第１端子対の間の電圧が０になる前に前記第１直流電源をオフからオンに切り替え、前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで下降させる場合、前記第１端子対の間の電圧が前記第１電圧になる前に前記第１直流電源をオンからオフに切り替え、前記システム電圧を、前記第１及び第２電圧の和を跨いで上昇させる場合、前記第１端子対の間の電圧が０になる前に前記第２直流電源をオフからオンに切り替え、前記システム電圧を、前記第１及び第２電圧の和を跨いで下降させる場合、前記第１端子対の間の電圧が前記第２電圧になる前に前記第２直流電源をオンからオフに切り替えることが好ましい。

（８）この場合、前記制御装置は、前記負荷における電力を前記第１及び第２電力線に供給する回生時において、前記システム電圧を、前記第１直流電源の第１電圧未満の範囲で変化させる場合、前記第１スイッチをオンにしかつ前記第２スイッチ、前記バイパススイッチ、並びに前記第１及び第２電源をオフにし、前記システム電圧を、前記第１電圧より大きくかつ前記第１電圧と前記第２直流電源の第２電圧との和未満の範囲で変化させる場合、前記第２スイッチ及び前記第１直流電源をオンにしかつ前記第１スイッチ、前記バイパススイッチ、及び前記第２直流電源をオフにし、前記システム電圧を、前記第１電圧と前記第２電圧との和より大きな範囲で変化させる場合、前記第１及び第２直流電源をオンにしかつ前記第１及び第２スイッチ並びに前記バイパススイッチをオフにすることが好ましい。

（９）この場合、前記制御装置は、前記回生時において、前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで上昇させる場合、前記第１端子対の間の電圧が０になる前に前記第１スイッチをオンからオフに切り替えるとともに、前記第１直流電源及び前記第２スイッチをオフからオンに切り替え、前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで下降させる場合、前記第１端子対の間の電圧が前記第１電圧になる前に前記第１スイッチをオフからオンに切り替えるとともに、前記第１直流電源及び前記第２スイッチをオンからオフに切り替え、前記システム電圧を、前記第１及び第２電圧の和を跨いで上昇させる場合、前記第１端子対の間の電圧が０になる前に前記第２スイッチをオンからオフに切り替えるとともに、前記第２直流電源をオフからオンに切り替え、前記システム電圧を、前記第１及び第２電圧の和を跨いで下降させる場合、前記第１端子対の間の電圧が前記第２電圧になる前に前記第２スイッチをオフからオンに切り替えるとともに、前記第２直流電源をオンからオフに切り替えることが好ましい。

（１０）この場合、前記制御装置は、前記回生時において、前記第１端子対の間の電圧が０である間は前記バイパススイッチをオンにすることが好ましい。

（１１）この場合、前記第１直流電源は、前記第３電力線に直列に接続された第１バッテリ（例えば、後述の第１バッテリ３８１）及び第１バッテリスイッチ（例えば、後述の第１バッテリスイッチ３８２）を備え、第２直流電源は、前記第４電力線に直列に接続された第２バッテリ（例えば、後述の第２バッテリ３９１）及び第２バッテリスイッチ（例えば、後述の第２バッテリスイッチ３９２）を備え、前記制御装置は、前記第１バッテリスイッチをオンにすることによって前記第１直流電源をオンにし、前記第２バッテリスイッチをオンにすることによって前記第２直流電源をオンにすることが好ましい。

（１２）この場合、前記第１直流電源は、１次側回路がメインバッテリに接続され２次側回路が前記第３電力線に接続された絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記第２直流電源は、１次側回路が前記メインバッテリに接続され２次側回路が前記第４電力線に接続された絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記制御装置は、前記第１直流電源の１次側回路及び／又は２次側回路を駆動することによって前記第１直流電源をオンにし、前記第２直流電源の１次側回路及び／又は２次側回路を駆動することによって前記第２直流電源をオンにすることが好ましい。

（１３）本発明に係る移動体（例えば、後述の車両Ｖ）は、推進力を発生する交流回転電機（例えば、後述の交流回転電機Ｍ）と、（１）から（１２）の何れかに記載の電源システムであるＵ相電源（例えば、後述のＵ相電源３Ｕ）と、（１）から（１２）の何れかに記載の電源システムであるＶ相電源（例えば、後述のＶ相電源３Ｖ）と、（１）から（１２）の何れかに記載の電源システムであるＷ相電源（例えば、後述のＷ相電源３Ｗ）と、を備え、前記Ｕ相電源は、前記交流回転電機のＵ相に接続されたＵ相レグ（例えば、後述のＵ相レグ９Ｕ）の両端に接続され、前記Ｖ相電源は、前記交流回転電機のＶ相に接続されたＶ相レグ（例えば、後述のＶ相レグ９Ｖ）の両端に接続され、前記Ｗ相電源は、前記交流回転電機のＷ相に接続されたＷ相レグ（例えば、後述のＷ相レグ９Ｗ）の両端に接続されていることが好ましい。

（１）本発明に係る電源システムは、可変電圧電源と、この可変電圧電源の第１端子対と負荷とを接続する第１及び第２電力線と、第１電力線に設けられた第１スイッチと、第１電力線に対しこの第１スイッチをバイパスするように接続された第３電力線と、この第３電力線に接続された第１直流電源と、を備える。本発明によれば、第１及び第２電力線の間の電圧であるシステム電圧を第１直流電源の第１電圧未満の範囲で変化させる場合（低電圧印加時）、第１スイッチをオンにし、可変電圧電源の出力のみによってシステム電圧を変化させることができる。また本発明によれば、システム電圧を第１電圧より大きな範囲で変化させる場合（高電圧印加時）、第１スイッチをオフにし、第１直流電源の直流電圧に可変電圧電源の可変電圧を重畳することにより、システム電圧を第１電圧より大きな範囲で変化させることができる。よって本発明によれば、低電圧印加時及び高電圧印加時ともに負荷に印加する電圧を変化させるためにスイッチを操作する必要が無くなるので、電圧を多段化するにあたりスイッチを増やす必要がない。このため例えば特許文献１に示すような多段直流チョッパ回路によって電圧を多段化した場合と比較して、スイッチの数を減らすことができるので、その分だけスイッチング損失及び定常損失を低くすることができる。

また本発明によれば、上述のように高電圧印加時には、電圧を変化させるためにスイッチを操作する必要が無くなるので、電源システムに含まれるスイッチの耐電圧を設計するにあたり、高電圧印加時におけるサージ電圧を考慮する必要が無くなる。よって本発明によれば、例えば特許文献１に示すような多段直流チョッパ回路によって電圧を多段化した場合と比較して、電源システムに含まれるスイッチの耐電圧を低くすることができるので、スイッチにおける定常損失を低くでき、さらにスイッチのコストも低減することができる。

また本発明によれば、上述のように高電圧印加時には、電圧を変化させるためにスイッチング回路を操作する必要が無くなるので、負荷に印加する電圧の高周波成分を減らすことができるので、鉄損も低減することができる。

また本発明に係る電源システムは、可変電圧電源の第１端子対を接続するバイパス線と、このバイパス線に設けられたバイパスダイオードと、を備え、バイパスダイオードは、第１直流電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断する。よって本発明によれば、負荷に対し第１直流電源と可変電圧電源とを直列に接続した状態で、０を含む所定範囲内で可変電圧電源の可変電圧を変化させることができるので、第１電力線と第２電力線との間の電圧であるシステム電圧の制御性が良い。

（２）本発明に係る電源システムは、第３電力線に設けられた第２スイッチと、この第２スイッチの両端を接続する第４電力線と、この第４電力線に設けられた第２直流電源と、を備える。本発明によれば、第１スイッチをオンにすることにより、負荷に対し可変電圧電源を接続し（一段接続）、第１スイッチをオフにしかつ第１直流電源をオンにすることにより、負荷に対し可変電圧電源及び第１直流電源を直列に接続し（二段接続）、第１及び第２スイッチをオフにしかつ第１及び第２直流電源をオンにすることにより、負荷に対し可変電圧電源、第１直流電源、及び第２直流電源を直列に接続することができる（三段接続）。

（３）本発明に係る電源システムでは、第１電力線に第１ダイオードと第１スイッチとを並列に接続し、バイパス線にバイパスダイオードとバイパススイッチとを並列に接続し、第３電力線に第２ダイオードと第２スイッチとを並列に接続する。本発明によれば、電源システムの力行時及び回生時に意図しない向きに電流が流れるのを防止することができる。

（４）本発明に係る電源システムは、可変電圧電源を操作することにより、第１端子対の間の電圧を０から所定の最大電圧までの間で変化させる電源駆動装置を備える。本発明によれば、電源駆動装置によって可変電圧電源から出力される電力の可変電圧の波形を好ましい波形に整形することがえきるので、可変電圧を負荷に印加している間は、電源システム及びこの電源システムと負荷との間に接続されるスイッチング回路に含まれるスイッチを操作することなく好ましい波形の交流電力を負荷に供給することができる。

（５）本発明に係る電源システムによれば、制御装置は、システム電圧に基づいて第１～第２スイッチ、バイパススイッチ、並びに第１及び第２直流電源を制御することにより、電源システムによって形成される電力回路を、システム電圧が乱れないような適切なタイミングで一段接続、二段接続、及び三段接続に切り替えることができる。

（６）本発明に係る電源システムにおいて、制御装置は、力行時にシステム電圧を第１電圧未満の範囲で変化させる場合、第２スイッチ、バイパススイッチ、並びに第１及び第２直流電源をオフにすることにより、可変電圧電源のみを負荷に接続し（すなわち、一段接続）、可変電圧電源から出力される電力を負荷に供給することができる。制御装置は、力行時にシステム電圧を第１電圧より大きくかつ第１及び第２電圧の和未満の範囲で変化させる場合、第１直流電源をオンにしかつ第１スイッチ、バイパススイッチ、及び第２直流電源をオフにすることにより、可変電圧電源及び第１直流電源を負荷に対し直列に接続し（すなわち、二段接続）、これら可変電圧電源及び第１直流電源から出力される電力を負荷に供給することができる。また制御装置は、力行時にシステム電圧を第１及び第２電圧の和より大きな範囲で変化させる場合、第１及び第２直流電源をオンにし、第１及び第２スイッチ並びにバイパススイッチをオフにすることにより、可変電圧電源、第１直流電源、及び第２直流電源を負荷に対し直列に接続し（すなわち、三段接続）、これら可変電圧電源と第１直流電源と第２直流電源から出力される電力を負荷に供給することができる。

（７）本発明に係る電源システムにおいて、制御装置は、力行時に第１電圧を跨いでシステム電圧を上昇又は下降させる場合、第１端子対の間の電圧が０又は第１電圧になる前に第１直流電源をオン又はオフに切り替えることにより、一段接続と二段接続との切り替え時におけるシステム電圧の大きな変化を抑制することができる。また制御装置は、力行時に第１及び第２電圧の和を跨いでシステム電圧を上昇又は下降させる場合、第１端子対の間の電圧が０又は第２電圧になる前に第２直流電源をオン又はオフに切り替えることにより、二段接続と三段接続との切り替え時におけるシステム電圧の大きな変化を抑制することができる。

（８）本発明に係る電源システムにおいて、制御装置は、回生時にシステム電圧を第１電圧未満の範囲で変化させる場合、第１スイッチをオンにしかつ第２スイッチ、バイパススイッチ、並びに第１及び第２直流電源をオフにすることにより、可変電圧電源のみを負荷に接続し（すなわち、一段接続）、回生電力を可変電圧電源に供給することができる。制御装置は、回生時にシステム電圧を第１電圧より大きくかつ第１電圧と第２電圧の和未満の範囲で変化させる場合、第２スイッチ及び第１直流電源をオンにしかつ第１スイッチ、バイパススイッチ並びに第２直流電源をオフにすることにより、可変電圧電源及び第１直流電源を負荷に対し直列に接続し（すなわち、二段接続）、回生電力を分圧して第１直流電源及び可変電圧電源に供給することができる。また制御装置は、回生時にシステム電圧を第１電圧と第２電圧の和より大きな範囲で変化させる場合、第１及び第２直流電源をオンにしかつ第１及び第２スイッチ並びにバイパススイッチをオフにすることにより、可変電圧電源、第１及び第２直流電源を負荷に対し直列に接続し（すなわち、三段接続）、回生電力を分圧して第１直流電源、第２直流電源、及び可変電圧電源に供給することができる。

（９）本発明に係る電源システムにおいて、制御装置は、回生時に第１電圧を跨いでシステム電圧を上昇させる場合、第１端子対の間の電圧が０になる前に第１スイッチをオンからオフに切り替えるとともに第１直流電源及び第２スイッチをオフからオンに切り替え、第１電圧を跨いでシステム電圧を下降させる場合、第１端子対の間の電圧が第１電圧になる前に第１スイッチをオフからオンに切り替えるとともに、第１直流電源及び第２スイッチをオンからオフに切り替える。これにより、一段接続と二段接続との切り替え時におけるシステム電圧の大きな変化を抑制することができる。また制御装置は、回生時に第１及び第２電圧の和を跨いでシステム電圧を上昇させる場合、第１端子対の間の電圧が０になる前に第２スイッチをオンからオフに切り替えるとともに第２直流電源をオフからオンに切り替え、第１及び第２電圧の和を跨いでシステム電圧を下降させる場合、第１端子対の間の電圧が第２電圧になる前に第２スイッチをオフからオンに切り替えるとともに第２直流電源をオンからオフに切り替える。これにより、二段接続と三段接続との切り替え時におけるシステム電圧の大きな変化を抑制することができる。

（１０）本発明に係る電源システムにおいて、制御装置は、回生時に第１端子対の間の電圧が０である間は、バイパススイッチをオンにする。これにより、一段接続と二段接続との切り替え時又は二段接続と三段接続との切り替え時におけるシステム電圧の大きな変化を抑制することができる。

（１１）本発明に係る電源システムにおいて、第１直流電源は、第３電力線に直列に接続された第１バッテリ及び第１バッテリスイッチを備え、第２直流電源は、第４電力線に直列に接続された第２バッテリ及び第２バッテリスイッチを備え、制御装置は、これら第１及び第２バッテリスイッチをオンにすることによって第１及び第２直流電源をオンにする。本発明によれば、回生時に可変電圧電源と第１直流電源とを負荷に対し直列に接続した場合には第１バッテリを充電することができ、回生時に可変電圧電源と第１直流電源と第２直流電源とを負荷に対し直流に接続した場合には第１及び第２バッテリを充電することができる。

（１２）本発明に係る電源システムにおいて、第１直流電源は、１次側回路がメインバッテリに接続され２次側回路が第３電力線に接続された絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、第２直流電源は、１次側回路がメインバッテリに接続され２次側回路が第４電力線に接続された絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、制御装置は、これら１次側回路及び／又は２次側回路を駆動することによって第１及び第２直流電源をオンにする。本発明によれば、回生時に可変電圧電源と第１直流電源とを負荷に対し直列に接続した場合には第１直流電源で変圧した電力でメインバッテリを充電でき、回生時に可変電圧電源と第１及び第２直流電源とを負荷に対し直列に接続した場合には第１及び第２直流電源で変圧した電力でメインバッテリを充電できる。

（１３）本発明に係る移動体は、推進力を発生する交流回転電機と、上述のように一段接続及び二段接続を切り替えることが可能な電源システムであるＵ相電源、Ｖ相電源、及びＷ相電源と、を備える。また本発明において、Ｕ相電源は、交流回転電機のＵ相に接続されたＵ相レグの両端に接続し、Ｖ相電源は、交流回転電機のＶ相に接続されたＶ相レグの両端に接続し、Ｗ相電源は、交流回転電機のＷ相に接続されたＷ相レグの両端に接続する。本発明によれば、上記（１）に係る発明と同様に、電圧を多段化するにあたり各相のレグに含まれるアームスイッチを増やす必要が無くなるので、その分各相のレグにおけるスイッチング損失及び定常損失を低くすることができる。また本発明によれば、上記（１）に係る発明と同様に、各相の電源に含まれるスイッチの耐電圧を低くすることができるので、スイッチにおける定常損失を低くでき、さらにスイッチのコストも低減することができる。また本発明によれば、上記（１）に係る発明と同様に、高電圧印加時（二段接続時又は三段接続時）には、電圧を変化させるために各相のレグに含まれるアームスイッチを操作する必要が無くなるので、交流回転電機に印加する電圧の高周波成分を減らすことができるので、鉄損も低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る電源システムの回路構成を示す図である。 可変電圧電源の回路構成の一例を示す図である。 電源駆動装置の構成を示す機能ブロック図である。 第１～第２スイッチユニット、バイパススイッチユニット、及び第１～第２直流電源の状態とシステム電圧との関係を示す図である。 可変電圧、第１直流電源の両端の電圧、及びシステム電圧の時間変化の一例を示す図である。 可変電圧、第１直流電源及び第２直流電源の両端の電圧、及びシステム電圧の時間変化の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電源システムの可変電圧電源の回路構成を示す図である。 後段コンバータの第１の例を示す図である。 後段コンバータの第２の例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る電源システムの回路構成を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る車両の回路構成を示す図である。 可変電圧電源の回路構成の他の例を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る電源システムについて図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る電源システム１の回路構成を示す図である。
電源システム１は、第１電力線２１及び第２電力線２２へ多段電圧の直流の電力を出力する多段電圧電源３と、電力線２１，２２と負荷４とを接続するインバータ回路５と、多段電圧電源３を制御する多段電圧電源制御装置６と、インバータ回路５を制御するインバータ制御装置８と、を備える。電源システム１は、制御装置６，８によって多段電圧電源３及びインバータ回路５を操作することにより、多段電圧電源３から電力線２１，２２へ出力される直流の電力を交流に変換し負荷４に供給したり、負荷４から出力される交流の電力を直流に変換し多段電圧電源３に供給したりする。

以下では、負荷４は、力行時には多段電圧電源３からインバータ回路５を介して供給される交流電力を回転軸の機械エネルギに変換し、回生時には回転軸の機械エネルギを交流電力に変換しインバータ回路５を介して多段電圧電源３へ出力する交流回転電機とした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。

インバータ回路５は、第１電力線２１と第２電力線２２とを接続する２本のレグ５ａ，５ｂを備える。ａ相レグ５ａは、第１電力線２１側から第２電力線２２側へ向かって順に直列に接続されたａ相上アームスイッチング素子５１及びａ相下アームスイッチング素子５２を備える。ｂ相レグ５ｂは、ａ相レグ５ａに対し並列になるように電力線２１，２２に接続される。ｂ相レグ５ｂは、第１電力線２１側から第２電力線２２側へ向かって順に直列に接続されたｂ相上アームスイッチング素子５３及びｂ相下アームスイッチング素子５４を備える。

負荷４の第１入出力端子４１は、ａ相レグ５ａの中点、すなわちａ相上アームスイッチング素子５１とａ相下アームスイッチング素子５２との接続点に接続されている。すなわち、ａ相上アームスイッチング素子５１は、第１電力線２１と負荷４の第１入出力端子４１とを接続し、ａ相下アームスイッチング素子５２は、第２電力線２２と負荷４の第１入出力端子４１とを接続する。また負荷４の第２入出力端子４２は、ｂ相レグ５ｂの中点、すなわちｂ相上アームスイッチング素子５３とｂ相下アームスイッチング素子５４との接続点に接続されている。すなわち、ｂ相上アームスイッチング素子５３は、第１電力線２１と負荷４の第２入出力端子４２とを接続し、ｂ相下アームスイッチング素子５４は、第２電力線２２と負荷４の第２入出力端子４２とを接続する。

これらスイッチング素子５１，５２，５３，５４は、それぞれインバータ制御装置８から入力されるゲート駆動信号ＧＳ１，ＧＳ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。より具体的には、ａ相上アームスイッチング素子５１及びｂ相下アームスイッチング素子５４は、インバータ制御装置８から入力されるゲート駆動信号ＧＳ１のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わり、ｂ相上アームスイッチング素子５３及びａ相下アームスイッチング素子５２は、インバータ制御装置８から入力されるゲート駆動信号ＧＳ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。本実施形態では、これらスイッチング素子５１～５４として、ソースからドレインへの電流を許容するボディダイオードを備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これらスイッチング素子５１～５４には、ＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴやＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を用いてもよい。

また後に説明するように、これらスイッチング素子５１～５４は、多段電圧電源３の高電圧出力時にはスイッチング制御を行う必要がない。

上アームスイッチング素子５１，５３のドレインは第１電力線２１に接続され、上アームスイッチング素子５１，５３のソースはそれぞれ負荷４の第１入出力端子４１及び第２入出力端子４２に接続される。下アームスイッチング素子５２，５４のソースは第２電力線２２に接続され、下アームスイッチング素子５２，５４のドレインはそれぞれ負荷４の第１入出力端子４１及び第２入出力端子４２に接続される。これにより各スイッチング素子５１～５４のボディダイオードは、還流ダイオードとして作用する。

多段電圧電源３は、所定の周期で変動する可変電圧の直流電力を出力する可変電圧電源７と、可変電圧電源７と負荷４とを接続する第１電力線２１及び第２電力線２２と、第１電力線２１に設けられた第１スイッチユニット３１と、第１電力線２１に対し第１スイッチユニット３１をバイパスするように接続された第３電力線２３と、第３電力線２３に直列に設けられた第１直流電源３８及び第２スイッチユニット３２と、第３電力線２３に対し第２スイッチユニット３２をバイパスするように接続された第４電力線２４と、第４電力線２４に設けられた第２直流電源３９と、第１電力線２１及び第２電力線２２を接続し可変電圧電源７をバイパスするバイパス線２５と、このバイパス線２５に設けられたバイパススイッチユニット３３と、メインバッテリ３７と、を備える。多段電圧電源３は、以下で説明する回路構成によって、０［Ｖ］と、Ｅ１［Ｖ］（以下では、可変電圧電源７から出力される可変電圧をＥ１と表記する）と、Ｅ１＋Ｅ２［Ｖ］（以下では、第１直流電源３８の出力電圧をＥ２と表記する）と、Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３［Ｖ］（以下では、第２直流電源３９の出力電圧をＥ３と表記する）と、の４段階の直流電圧を出力可能な４レベルの直流電圧電源である。

多段電圧電源制御装置６は、可変電圧電源７を操作することによって可変電圧Ｅ１を０から所定の最大電圧までの間で変化させる電源駆動装置６１と、電力線２１，２２の間の電圧であるシステム電圧Ｖｏｕｔに基づいてスイッチユニット３１～３３を制御するスイッチ制御装置６２と、システム電圧Ｖｏｕｔに基づいて直流電源３８，３９を制御する直流電源制御装置６３と、を備える。

メインバッテリ３７は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電の両方が可能な二次電池である。

第１直流電源３８は、第３電力線２３に直列に接続された第１バッテリ３８１及び第１バッテリスイッチ３８２を備える。第１バッテリ３８１は、正極を負荷４側とし負極を可変電圧電源７側として第３電力線２３に接続されている。第１バッテリ３８１は、第１バッテリスイッチ３８２がオンになると、出力電圧Ｅ２の直流電力を第３電力線２３へ出力する。第１バッテリ３８１は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電の両方が可能な二次電池である。第１バッテリスイッチ３８２は、直流電源制御装置６３から入力されるゲート駆動信号ＧＢ１に応じてオン又はオフに切り替わる。なお以下では、第１バッテリスイッチ３８２をオンにし、第１バッテリ３８１を第３電力線２３に導通させることを、「第１直流電源３８をオンにする」ともいい、第１バッテリスイッチ３８２をオフにし、第１バッテリ３８１を第３電力線２３から切り離すことを、「第１直流電源３８をオフにする」ともいう。

第２直流電源３９は、第４電力線２４に直列に接続された第２バッテリ３９１及び第２バッテリスイッチ３９２を備える。第２バッテリ３９１は、正極を負荷４側とし負極を可変電圧電源７側として第４電力線２４に接続されている。第２バッテリ３９１は、第２バッテリスイッチ３９２がオンになると、出力電圧Ｅ３の直流電力を第４電力線２４へ出力する。第２バッテリ３９１は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電及び電気エネルギを化学エネルギに変換する充電の両方が可能な二次電池である。第２バッテリスイッチ３９２は、直流電源制御装置６３から入力されるゲート駆動信号ＧＢ２に応じてオン又はオフに切り替わる。なお以下では、第２バッテリスイッチ３９２をオンにし、第２バッテリ３９１を第４電力線２４に導通させることを、「第２直流電源３９をオンにする」ともいい、第２バッテリスイッチ３９２をオフにし、第２バッテリ３８２を第４電力線２４から切り離すことを、「第２直流電源３９をオフにする」ともいう。

可変電圧電源７には、例えば、互いに絶縁された１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎと２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎとを備え、１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎと２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎとの間で双方向へ直流電力の入出力が可能な絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。図１に示すように、可変電圧電源７の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎは、それぞれ第１電力線２１及び第２電力線２２に接続されている。従って可変電圧電源７は、負荷４の力行時には１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎにおける直流電力を変圧し、可変電圧Ｅ１の電力を２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎから出力し、負荷４の回生時には２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける直流電力を変圧し、１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから直流電力を出力する。

また図１に示すように、可変電圧電源７の１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎは、メインバッテリ３７の正負両極に接続されている。より具体的には、可変電圧電源７の１次側正極入出力端子７１ｐは、メインバッテリ３７の正極に接続され、可変電圧電源７の１次側負極入出力端子７１ｎは、メインバッテリ３７の負極に接続されている。なお本実施形態では、１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎを直流電源３０の正負両極に接続した場合について説明するが、本発明はこれに限らない。可変電圧電源７の１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎは、メインバッテリ３７とは別の直流電源の正負両極に接続してもよい。

次に、図２を参照しながら、可変電圧電源７のより詳細な構成について説明する。
図２は、可変電圧電源７の回路構成の一例を示す図である。図２には、可変電圧電源７を、所謂フルブリッジ絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとした場合を示す。なお以下では、電圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを例に説明するが、本発明はこれに限らない。ＤＣ／ＤＣコンバータは電流型としてもよい。

図２に示す可変電圧電源７は、一次巻線及び二次巻線を有する絶縁トランス７０と、絶縁トランス７０の１次側と１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎとを接続する１次側回路７１と、絶縁トランス７０の２次側と２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎとを接続する２次側回路７２と、を備える。

１次側回路７１は、１次側正極入出力端子７１ｐに接続された正極電力線７１Ｌｐと、１次側負極入出力端子７１ｎに接続された負極電力線７１Ｌｎと、これら電力線７１Ｌｐ，７１Ｌｎと絶縁トランス７０の一次巻線とを接続する１次側フルブリッジ回路７１０と、正極電力線７１Ｌｐと負極電力線７１Ｌｎとの間において互いに並列に接続された１次側電圧センサ７１８及び平滑コンデンサ７１９と、を備える。１次側電圧センサ７１８は、電力線７１Ｌｐ，７１Ｌｎの間の電圧に応じた電圧検出信号を電源駆動装置６１へ送信する。

１次側フルブリッジ回路７１０は、絶縁トランス７０の１次側においてフルブリッジ回路を構成する４つのスイッチング素子７１１，７１２，７１３，７１４を備える。これらスイッチング素子７１１～７１４は、それぞれ電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ１，ＧＰ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。より具体的には、スイッチング素子７１１，７１４は、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ１のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わり、スイッチング素子７１２，７１３は、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。本実施形態では、これらスイッチング素子７１１～７１４として、ソースからドレインへの電流を許容するボディダイオードを備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これらスイッチング素子７１１～７１４には、ＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴやＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を用いてもよい。

スイッチング素子７１１，７１３のドレインは正極電力線７１Ｌｐに接続され、スイッチング素子７１１，７１３のソースはそれぞれ絶縁トランス７０の一次巻線の両端に接続される。スイッチング素子７１２，７１４のソースは負極電力線７１Ｌｎに接続され、スイッチング素子７１２，７１４のドレインはそれぞれ絶縁トランス７０の一次巻線の両端に接続される。

２次側回路７２は、２次側正極入出力端子７２ｐに接続された正極電力線７２Ｌｐと、２次側負極入出力端子７２ｎに接続された負極電力線７２Ｌｎと、これら電力線７２Ｌｐ，７２Ｌｎと絶縁トランス７０の二次巻線とを接続する２次側フルブリッジ回路７２０と、正極電力線７２Ｌｐと負極電力線７２Ｌｎとの間において互いに並列に接続された２次側電圧センサ７２８及び平滑コンデンサ７２９と、を備える。２次側電圧センサ７２８は、電力線７２Ｌｐ，７２Ｌｎの間の電圧に応じた電圧検出信号を電源駆動装置６１へ送信する。

２次側フルブリッジ回路７２０は、絶縁トランス７０の２次側においてフルブリッジ回路を構成する４つのスイッチング素子７２１，７２２，７２３，７２４を備える。これらスイッチング素子７２１～７２４は、それぞれ電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ３，ＧＰ４のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。より具体的には、スイッチング素子７２１，７２４は、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ３のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わり、スイッチング素子７２２，７２３は、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ４のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。本実施形態では、これらスイッチング素子７２１～７２４として、ソースからドレインへの電流を許容するボディダイオードを備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これらスイッチング素子７２１～７２４には、ＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴやＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を用いてもよい。

スイッチング素子７２１，７２３のドレインは正極電力線７２Ｌｐに接続され、スイッチング素子７２１，７２３のソースはそれぞれ絶縁トランス７０の二次巻線の両端に接続される。スイッチング素子７２２，７２４のソースは負極電力線７２Ｌｎに接続され、スイッチング素子７２２，７２４のドレインはそれぞれ絶縁トランス７０の二次巻線の両端に接続される。

以上のような可変電圧電源７は、負荷４の力行時には、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ１，ＧＰ２によって１次側回路７１のスイッチング素子７１１，７１２，７１３，７１４をオン／オフ駆動するとともに、２次側回路７２をスイッチング素子７２１，７２２，７２３，７２４のボディダイオードによる整流回路として作動させることにより、１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎにおける直流電力を変圧し、可変電圧Ｅ１の電力を２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎから出力する。また可変電圧電源７は、負荷４の回生時には、電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ３、ＧＰ４によって２次側回路７２のスイッチング素子７２１，７２２，７２３，７２４をオン／オフ駆動するとともに、１次側回路７１をスイッチング素子７１１，７１２，７１３，７１４のボディダイオードによる整流回路として作動させることにより、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける直流電力を変圧し、１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから直流電力を出力する。

図３は、電源駆動装置６１の構成を示す機能ブロック図である。より具体的には、図３には、可変電圧電源７を操作する電源駆動装置６１のうち、特に負荷４の力行時における可変電圧電源７の操作に係る部分のみを図示する。

電源駆動装置６１は、基準値生成部６１０と、振幅係数生成部６１１と、乗算部６１２と、フィードバックコントローラ６１３と、変調波生成部６１４と、ゲート駆動信号生成部６１５と、を備える。電源駆動装置６１は、負荷４の力行時には、これら基準値生成部６１０、振幅係数生成部６１１、乗算部６１２、フィードバックコントローラ６１３、変調波生成部６１４、及びゲート駆動信号生成部６１５を用いることによって生成されるゲート駆動信号ＧＰ１，ＧＰ２を可変電圧電源７の１次側回路７１のスイッチング素子７１１～７１４へ入力し、これらスイッチング素子７１１～７１４を操作することにより、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎから出力される可変電圧Ｅ１の波形を制御する。

基準値生成部６１０は、予め定められた複数の基準波形プロファイルデータＷ１～Ｗ６の中から１つを選択し、選択した基準波形プロファイルデータに基づいて制御基準値を算出し、乗算部６１２へ出力する。これら基準波形プロファイルデータＷ１～Ｗ６は、負荷４の力行時に２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎから出力される可変電圧Ｅ１の波形の規範となる。

振幅係数生成部６１１は、予め設定された振幅係数を乗算部６１２へ出力する。振幅係数は、可変電圧Ｅ１の振幅、すなわち可変電圧Ｅ１の最大値を定める係数であり、０から１の間で定められる。

乗算部６１２は、基準値生成部６１０から出力される制御基準値に振幅係数生成部６１１から出力される振幅係数を乗算することにより、可変電圧Ｅ１の目標値を算出し、フィードバックコントローラ６１３へ出力する。

フィードバックコントローラ６１３は、２次側電圧センサ７２８によって検出される電圧値と乗算部６１２から出力される目標値との偏差が無くなるように、既知のフィードバック制御アルゴリズム（例えば、ＰＩＤ制御則）に従って補正信号を生成し、ゲート駆動信号生成部６１５へ出力する。

変調波生成部６１４は、既知の変調波生成アルゴリズム（例えば、ＰＷＭ変調アルゴリズム、ＰＤＭ変調アルゴリズム、及びΔ－Σ変調アルゴリズム）に従って変調波信号を生成し、ゲート駆動信号生成部６５へ出力する。

ゲート駆動信号生成部６１５は、フィードバックコントローラ６１３から出力される補正信号と変調波生成部６１４から出力される変調波信号との比較に基づいて、１次側回路７１のスイッチング素子７１１，７１４を駆動するためのゲート駆動信号ＧＰ１と、１次側回路７１のスイッチング素子７１２，７１３を駆動するためのゲート駆動信号でありかつゲート駆動信号ＧＰ１とオン／オフが反転したゲート駆動信号ＧＰ２とを生成し、スイッチング素子７１１～７１４へ入力する。

電源駆動装置６１は、負荷４の力行時には以上の手順に従ってゲート駆動信号ＧＰ１，ＧＰ２を生成することにより、基準値生成部６１０で選択された波形の可変電圧Ｅ１を２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎから出力する。

図１に戻り、第１電力線２１には、第１スイッチユニット３１が設けられている。第１スイッチユニット３１は、第１電力線２１に対し並列に接続された第１ダイオード３１ａと第１スイッチ３１ｂと、を備える。第１ダイオード３１ａは、可変電圧電源７の出力電流を許容しかつこの出力電流と逆向きの電流を遮断する。第１スイッチ３１ｂは、スイッチ制御装置６２から入力されるゲート駆動信号ＧＳＷ１に応じてオン又はオフに切り替わる。なお図１では、理解を容易にするため第１スイッチユニット３１を構成する第１ダイオード３１ａ及び第１スイッチ３１ｂを別々の回路素子として図示するが、本発明はこれに限らない。第１スイッチユニット３１は、ボディダイオードを備えるＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、及びＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子に置き換えてもよい。

第３電力線２３は、第１スイッチユニット３１の両端に接続されている。より具体的には、第３電力線２３の一端側は第１電力線２１のうち第１スイッチユニット３１及び可変電圧電源７の間に接続され、第３電力線２３の他端側は第１電力線２１のうち第１スイッチユニット３１より負荷４側に接続されている。

第３電力線２３には、可変電圧電源７側から負荷４側へ向かって順に、第１直流電源３８と、第２スイッチユニット３２と、が直列に接続されている。より具体的には、第２スイッチユニット３２は、第３電力線２３のうち第１直流電源３８の正極側に接続されている。第２スイッチユニット３２は、第３電力線２３に対し並列に接続された第２ダイオード２３ａと第２スイッチ２３ｂと、を備える。第２ダイオード３２ａは、第１直流電源３８の出力電流を許容しかつこの出力電流と逆向きの電流を遮断する。第２スイッチ３２ｂは、スイッチ制御装置６２から入力されるゲート駆動信号ＧＳＷ２に応じてオン又はオフに切り替わる。なお図１では、理解を容易にするため第２スイッチユニット３２を構成する第２ダイオード３２ａ及び第２スイッチ３２ｂを別々の回路素子として図示するが、本発明はこれに限らない。第２スイッチユニット３２は、第１スイッチユニット３１と同様に既知のスイッチング素子に置き換えてもよい。

第４電力線２４は、第３電力線２３のうち第２スイッチユニット３２の両端を接続する。より具体的には、第４電力線２４の一端側は、第３電力線２３のうち第２スイッチユニット３２と第１直流電源３８との間に接続され、第４電力線２４の他端側は、第３電力線２３のうち第２スイッチユニット３２より負荷４側に接続されている。第４電力線２４には、第２直流電源３９が設けられている。

バイパス線２５は、可変電圧電源７の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎを接続する。このバイパス線２５には、バイパススイッチユニット３３が設けられている。バイパススイッチユニット３３は、バイパス線２５に対し並列に接続されたバイパスダイオード３３ａとバイパススイッチ３３ｂと、を備える。バイパスダイオード３３ａは、第１直流電源３８の出力電流を許容しかつこの出力電流と逆向きの電流を遮断する。バイパススイッチ３３ｂは、スイッチ制御装置６２から入力されるゲート駆動信号ＧＳＷ３に応じてオン又はオフに切り替わる。なお図１では、理解を容易にするためバイパススイッチユニット３３を構成するバイパスダイオード３３ａ及びバイパススイッチ３３ｂを別々の回路素子として図示するが、本発明はこれに限らない。バイパススイッチユニット３３は、ボディダイオードを備えるＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、及びＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子に置き換えてもよい。

なお以下では、多段電圧電源３を構成する回路において、可変電圧電源７と、この可変電圧電源７に接続された第１電力線２１、第２電力線２２、及びバイパス線２５と、第１電力線２１に設けられた第１スイッチユニット３１と、バイパス線２５に設けられたバイパススイッチユニット３３とをまとめてボトムユニット２７ともいう。また第１直流電源３８と、この第１直流電源３８を下段のボトムユニット２７に接続する第３電力線２３と、この第３電力線２３に設けられた第２スイッチユニット３２とをまとめてミドルユニット２８ともいう。また第２直流電源３９と、この第２直流電源３９を下段のミドルユニット２８に接続する第４電力線２４とをまとめてトップユニット２９ともいう。

次に、図４～図６を参照しながら、多段電圧電源制御装置６によりスイッチユニット３１～３３、直流電源３８，３９及び可変電圧Ｅ１を制御する手順を説明する。

図４は、スイッチユニット３１～３３及び直流電源３８，３９の状態とシステム電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す表である。なお図５において、“Ｄｉ”とは、スイッチユニット３１～３３に含まれるダイオードに電流が流れている状態を示す。

図５は、可変電圧Ｅ１（実線）、第１直流電源３８の両端の電圧Ｖ２（破線）、及びシステム電圧Ｖｏｕｔ（一点鎖線）の時間変化の一例を示す図である。図６は、可変電圧Ｅ１（実線）、第１直流電源３８及び第２直流電源３９の両端の電圧Ｖ３（破線）、及びシステム電圧Ｖｏｕｔ（一点鎖線）の時間変化の一例を示す図である。なお図５及び図６では、理解を容易にするためシステム電圧Ｖｏｕｔをやや上方へオフセットしたものを示す。

制御装置６２，６３は、電力線２１，２２における電力を負荷４に供給する力行時において、システム電圧Ｖｏｕｔを第１直流電源３８の出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合（図５における時刻ｔ０～ｔ１参照）、第２スイッチユニット３２、バイパススイッチユニット３３、第１直流電源３８、及び第２直流電源３９をオフにする（図４参照）。これにより、直流電源３８，３９は負荷４から切り離され、可変電圧電源７のみ負荷４に接続される（一段接続）。従ってこの場合、電源駆動装置６１によって可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１を０からＥ２の範囲で変化させることにより、システム電圧Ｖｏｕｔを０からＥ２の範囲で変化させることができる。

制御装置６２，６３は、力行時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きくかつ第２直流電源３９の出力電圧Ｅ３と出力電圧Ｅ２との和未満の範囲で変化させる場合、（図５における時刻ｔ２～ｔ３、及び図６における時刻ｔ５～ｔ６参照）、第１直流電源３８をオンにしかつ第１スイッチユニット３１及び第２直流電源３９をオフにする（図４参照）。これにより、第２直流電源３９は負荷４から切り離され、可変電圧電源７及び第１直流電源３８は負荷４に対し直列に接続される（二段接続）。従ってこの場合、電源駆動装置６１によって可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１を０からＥ３の範囲で変化させることにより、システム電圧ＶｏｕｔをＥ２からＥ２＋Ｅ３の範囲で変化させることができる。

制御装置６２，６３は、力行時において、システム電圧ＶｏｕｔをＥ２＋Ｅ３より大きな範囲で変化させる場合（図６における時刻ｔ７～ｔ８参照）、第１直流電源３８及び第２直流電源３９をオンにしかつ第１スイッチユニット３１、第２スイッチユニット３２、及びバイパススイッチユニット３３をオフにする（図４参照）。これにより、可変電圧電源７、第１直流電源３８、及び第２直流電源３９は、負荷４に対し直列に接続される（三段接続）。従ってこの場合、電源駆動装置６１によって可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１を０から最大電圧Ｅ１ｍａｘの範囲で変化させることにより、システム電圧ＶｏｕｔをＥ２＋Ｅ３からＥ２＋Ｅ３＋Ｅ１ｍａｘの範囲で変化させることができる。

制御装置６２，６３は、力行時において、第１直流電源３８の出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合（図５における時刻ｔ１→ｔ２参照）、時刻ｔ２において可変電圧Ｅ１が０になる前に第１直流電源３８をオフからオンに切り替え、出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合（図５における時刻ｔ２→ｔ１参照）、時刻ｔ１において可変電圧Ｅ１がＥ２になる前に第１直流電源３８をオンからオフに切り替える。これにより図５に示すように、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間において可変電圧Ｅ１が０とＥ２との間で変化する間におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの乱れを抑制することができる。

制御装置６２，６３は、力行時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２＋Ｅ３を跨いで上昇させる場合（図６における時刻ｔ６→ｔ７参照）、時刻ｔ７において可変電圧Ｅ１が０になる前に第２直流電源３９をオフからオンに切り替え、出力電圧Ｅ２＋Ｅ３を跨いで下降させる場合（図６における時刻ｔ７→ｔ６参照）、時刻ｔ６において可変電圧Ｅ１がＥ３になる前に第２直流電源３９をオンからオフに切り替える。これにより、図６に示すように、時刻ｔ６と時刻ｔ７との間において可変電圧Ｅ１が０とＥ３との間で変化する間におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの乱れを抑制することができる。

制御装置６２，６３は、負荷４における電力を電力線２１，２２に供給する回生時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合（図５における時刻ｔ０～ｔ１参照）、第１スイッチユニット３１をオンにしかつ第２スイッチユニット３２、バイパススイッチ３３、第１直流電源３８、及び第２直流電源３９をオフにする（図４参照）。これにより、直流電源３８，３９は負荷４から切り離され、可変電圧電源７のみ負荷４に接続される（一段接続）。従ってこの場合、電源駆動装置６１によって可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１を０からＥ２の範囲で変化させることにより、システム電圧Ｖｏｕｔを０からＥ２の範囲で変化させることができる。またこの際、電源駆動装置６１は、可変電圧電源７を操作し、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける電力を変圧して１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから出力させることにより、負荷４から供給される電力でメインバッテリ３７を充電することができる。

制御装置６２，６３は、回生時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きくかつ出力電圧Ｅ２＋Ｅ３未満の範囲で変化させる場合（図５における時刻ｔ２～ｔ３、及び図６における時刻ｔ５～ｔ６参照）、第２スイッチユニット３２及び第１直流電源３８をオンにしかつ第１スイッチユニット３１、バイパススイッチユニット３３、及び第２直流電源３９をオフにする（図４参照）。これにより、第２直流電源３９は負荷４から切り離され、可変電圧電源７及び第１直流電源３８が負荷４に対し直列に接続される（二段接続）。従ってこの場合、第１直流電源３８の第１バッテリ３８１は、負荷４から供給される電力によって充電される。またこの場合、電源駆動装置６１によって可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１を０からＥ３の範囲で変化させることにより、システム電圧ＶｏｕｔをＥ２からＥ２＋Ｅ３の範囲で変化させることができる。またこの際、電源駆動装置６１は、可変電圧電源７を操作し、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける電力を変圧して１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから出力させることにより、負荷４から供給される電力でメインバッテリ３７を充電することができる。

制御装置６２，６３は、回生時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２＋Ｅ３より大きな範囲で変化させる場合（図６における時刻ｔ７～ｔ８参照）、第１直流電源３８、及び第２直流電源３９をオンにしかつ第１スイッチユニット３１、第２スイッチユニット３２、及びバイパススイッチユニット３３をオフにする（図４参照）。これにより、可変電圧電源７、第１直流電源３８、及び第２直流電源３９が負荷４に対し直列に接続される（三段接続）。従ってこの場合、第１直流電源３８の第１バッテリ３８１及び第２直流電源３９の第２バッテリ３９１は、負荷４から供給される電力によって充電される。またこの場合、電源駆動装置６１によって可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１を０からＥ１ｍａｘの範囲で変化させることにより、システム電圧ＶｏｕｔをＥ２＋Ｅ３より大きな範囲で変化させることができる。またこの際、電源駆動装置６１は、可変電圧電源７を操作し、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎにおける電力を変圧して１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから出力させることにより、負荷４から供給される電力でメインバッテリ３７を充電することができる。

制御装置６２，６３は、回生時において、第１直流電源３８の出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合（図５における時刻ｔ１→ｔ２参照）、時刻ｔ２において可変電圧Ｅ１が０になる前に第１スイッチユニット３１をオンからオフに切り替えるとともに第１直流電源３８及び第２スイッチユニット３２をオフからオンに切り替える（図４参照）。また制御装置６２，６３は、回生時において、出力電圧Ｅ２を跨いてシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合（図５における時刻ｔ２→ｔ１参照）、時刻ｔ１において可変電圧Ｅ１がＥ２になる前に第１スイッチユニット３１をオフからオンに切り替えるとともに第１直流電源３８及び第２スイッチユニット３２をオンからオフに切り替える（図４参照）。これにより、図５に示すように、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間において可変電圧Ｅ１が０とＥ２との間で変化する間におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの乱れを抑制することができる。またこの際、制御装置６２，６３は、可変電圧Ｅ１が０である間は、バイパススイッチユニット３３をオンにすることにより、第１直流電源３８と負荷４との導通を確保することが好ましい。

制御装置６２，６３は、回生時において、第１直流電源３８の出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合（図５における時刻ｔ１→ｔ２参照）、時刻ｔ２において可変電圧Ｅ１が０になる前に第１スイッチユニット３１をオンからオフに切り替えるとともに第１直流電源３８及び第２スイッチユニット３２をオフからオンに切り替える（図４参照）。また制御装置６２，６３は、回生時において、出力電圧Ｅ２を跨いてシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合（図５における時刻ｔ２→ｔ１参照）、時刻ｔ１において可変電圧Ｅ１がＥ２になる前に第１スイッチユニット３１をオフからオンに切り替えるとともに第１直流電源３８及び第２スイッチユニット３２をオンからオフに切り替える（図４参照）。これにより、図５に示すように、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間において可変電圧Ｅ１が０とＥ２との間で変化する間におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの乱れを抑制することができる。またこの際、制御装置６２，６３は、可変電圧Ｅ１が０である間は、バイパススイッチユニット３３をオンにすることにより、第１直流電源３８と負荷４との導通を確保することが好ましい。

制御装置６２，６３は、回生時において、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２＋Ｅ３を跨いで上昇させる場合（図６における時刻ｔ６→ｔ７参照）、時刻ｔ７において可変電圧Ｅ１が０になる前に第２スイッチユニット３２をオンからオフに切り替えるとともに第２直流電源３９をオフからオンに切り替える（図４参照）。また制御装置６２，６３は、回生時において出力電圧Ｅ２＋Ｅ３を跨いで下降させる場合（図６における時刻ｔ７→ｔ６参照）、時刻ｔ６において可変電圧Ｅ１が出力電圧Ｅ３になる前に第２スイッチユニット３２をオフからオンに切り替えるとともに、第２直流電源３９をオンからオフに切り替える（図４参照）。これにより、図６に示すように、時刻ｔ６と時刻ｔ７との間において可変電圧Ｅ１が０とＥ３との間で変化する間におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの乱れを抑制することができる。またこの際、制御装置６２，６３は、可変電圧Ｅ１が０である間は、バイパススイッチユニット３３をオンにすることにより、直流電源３８，３９と負荷４との導通を確保することが好ましい。

本実施形態に係る電源システム１によれば、以下の効果を奏する。
（１）電源システム１は、可変電圧電源７と、この可変電圧電源７の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎと負荷４とを接続する電力線２１，２２と、第１電力線２１に設けられた第１スイッチユニット３１と、第１電力線２１に対しこの第１スイッチユニット３１をバイパスするように接続された第３電力線２３と、この第３電力線２３に接続された第１直流電源３８と、を備える。電源システム１によれば、電力線２１，２２の間の電圧であるシステム電圧Ｖｏｕｔを第１直流電源３８の出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合（低電圧印加時）、第１スイッチユニット３１をオンにし、可変電圧電源７の出力のみによってシステム電圧Ｖｏｕｔを変化させることができる。また電源システム１によれば、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きな範囲で変化させる場合（高電圧印加時）、第１スイッチユニット３１をオフにし、第１直流電源３８の出力電圧Ｅ２に可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１を重畳することにより、システム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きな範囲で変化させることができる。よって電源システム１によれば、低電圧印加時及び高電圧印加時ともに負荷４に印加する電圧を変化させるためにインバータ回路５のスイッチを操作する必要が無くなるので、電圧を多段化するにあたりスイッチを増やす必要がない。このため例えば特許文献１に示すような多段直流チョッパ回路によって電圧を多段化した場合と比較して、スイッチの数を減らすことができるので、その分だけスイッチング損失及び定常損失を低くすることができる。

また電源システム１によれば、上述のように高電圧印加時には、電圧を変化させるためにインバータ回路５のスイッチを操作する必要が無くなるので、電源システム１に含まれるスイッチの耐電圧を設計するにあたり、高電圧印加時におけるサージ電圧を考慮する必要が無くなる。よって電源システム１によれば、例えば特許文献１に示すような多段直流チョッパ回路によって電圧を多段化した場合と比較して、多段電圧電源３に含まれるスイッチの耐電圧を低くすることができるので、スイッチにおける定常損失を低くでき、さらにスイッチのコストも低減することができる。

また電源システム１によれば、上述のように高電圧印加時には、電圧を変化させるためにインバータ回路５を操作する必要が無くなるので、負荷４に印加する電圧の高周波成分を減らすことができるので、鉄損も低減することができる。

また電源システム１は、可変電圧電源７の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎを接続するバイパス線２５と、このバイパス線２５に設けられたバイパスダイオード３３ａと、を備え、バイパスダイオード３３ａは、第１直流電源３８の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断する。よって電源システム１によれば、負荷４に対し第１直流電源３８と可変電圧電源７とを直列に接続した状態で、０を含む所定範囲内で可変電圧電源７の可変電圧Ｅ１を変化させることができるので、システム電圧Ｖｏｕｔの制御性が良い。

（２）電源システム１は、第３電力線２３に設けられた第２スイッチユニット３２と、この第２スイッチユニット３２の両端を接続する第４電力線２４と、この第４電力線２４に設けられた第２直流電源３９と、を備える。電源システム１によれば、第１スイッチユニット３１をオンにすることにより、負荷４に対し可変電圧電源７を接続し（一段接続）、第１スイッチユニット３１をオフにしかつ第１直流電源３８をオンにすることにより、負荷４に対し可変電圧電源７及び第１直流電源３８を直列に接続し（二段接続）、第１スイッチユニット３１及び第２スイッチユニット３２をオフにしかつ直流電源３８，３９をオンにすることにより、負荷４に対し可変電圧電源７、第１直流電源３８、及び第２直流電源３９を直列に接続することができる（三段接続）。

（３）電源システム１では、第１電力線２１に第１ダイオード３１ａと第１スイッチ３１ｂとを並列に組み合わせた第１スイッチユニット３１を接続し、バイパス線２５にバイパスダイオード３３ａとバイパススイッチ３３ｂとを並列に組み合わせたバイパススイッチユニット３３を接続し、第３電力線２３に第２ダイオード３２ａと第２スイッチ３２ｂとを並列に組み合わせた第２スイッチユニット３２を接続する。電源システム１によれば、力行時及び回生時に意図しない向きに電流が流れるのを防止することができる。

（４）電源システム１は、可変電圧電源７を操作することにより、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎの間の電圧を０から所定の最大電圧までの間で変化させる電源駆動装置６１を備える。電源システム１によれば、電源駆動装置６１によって可変電圧電源７から出力される電力の可変電圧Ｅ１の波形を好ましい波形に整形することがえきるので、可変電圧Ｅ１を負荷４に印加している間は、多段電圧電源３及びこの多段電圧電源３と負荷４との間に接続されるインバータ回路５に含まれるスイッチを操作することなく好ましい波形の交流電力を負荷に供給することができる。

（５）電源システム１によれば、制御装置６２，６３は、システム電圧Ｖｏｕｔに基づいてスイッチユニット３１～３３、及び直流電源３８，３９を制御することにより、電源システム１によって形成される電力回路を、システム電圧Ｖｏｕｔが乱れないような適切なタイミングで一段接続、二段接続、及び三段接続に切り替えることができる。

（６）電源システム１において、制御装置６２，６３は、力行時にシステム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２、バイパススイッチユニット３３、直流電源３８，３９をオフにすることにより、可変電圧電源７のみを負荷４に接続し（すなわち、一段接続）、可変電圧電源７から出力される電力を負荷４に供給することができる。制御装置６２，６３は、力行時にシステム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きくかつ出力電圧Ｅ２＋Ｅ３未満の範囲で変化させる場合、第１直流電源３８をオンにしかつ第１スイッチユニット３１、バイパススイッチユニット３３、及び第２直流電源３９をオフにすることにより、可変電圧電源７及び第１直流電源３８を負荷４に対し直列に接続し（すなわち、二段接続）、これら可変電圧電源７及び第１直流電源３８から出力される電力を負荷４に供給することができる。また制御装置６２，６３は、力行時にシステム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２＋Ｅ３より大きな範囲で変化させる場合、直流電源３８，３９をオンにし、スイッチユニット３１～３３をオフにすることにより、可変電圧電源７、第１直流電源３８、及び第２直流電源３９を負荷４に対し直列に接続し（すなわち、三段接続）、これら可変電圧電源７と第１直流電源３８と第２直流電源３９から出力される電力を負荷４に供給することができる。

（７）電源システム１において、制御装置６２，６３は、力行時に出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇又は下降させる場合、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎの間の電圧Ｅ１が０又は出力電圧Ｅ２になる前に第１直流電源３８をオン又はオフに切り替えることにより、一段接続と二段接続との切り替え時におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの大きな変化を抑制することができる。また制御装置６２，６３は、力行時に出力電圧Ｅ２＋Ｅ３を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇又は下降させる場合、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎの間の電圧Ｅ１が０又は出力電圧Ｅ３になる前に第２直流電源３９をオン又はオフに切り替えることにより、二段接続と三段接続との切り替え時におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの大きな変化を抑制することができる。

（８）電源システム１において、制御装置６２，６３は、回生時にシステム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２未満の範囲で変化させる場合、第１スイッチユニット３１をオンにしかつ第２スイッチユニット３２、バイパススイッチユニット３３、並びに直流電源３８，３９をオフにすることにより、可変電圧電源７のみを負荷４に接続し（すなわち、一段接続）、回生電力を可変電圧電源７に供給することができる。制御装置６２，６３は、回生時にシステム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２より大きくかつ出力電圧Ｅ２＋Ｅ３未満の範囲で変化させる場合、第２スイッチユニット３２及び第１直流電源３８をオンにしかつ第１スイッチユニット３１、バイパススイッチユニット３３、及び第２直流電源３９をオフにすることにより、可変電圧電源７及び第１直流電源３８を負荷４に対し直列に接続し（すなわち、二段接続）、回生電力を分圧して第１直流電源３８及び可変電圧電源７に供給することができる。また制御装置６２，６３は、回生時にシステム電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｅ２＋Ｅ３より大きな範囲で変化させる場合、直流電源３８，３９をオンにしかつスイッチユニット３１～３３をオフにすることにより、可変電圧電源７、直流電源３８，３９を負荷４に対し直列に接続し（すなわち、三段接続）、回生電力を分圧して第１直流電源３８、第２直流電源３９、及び可変電圧電源７に供給することができる。

（９）電源システム１において、制御装置６２，６３は、回生時に出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎの間の電圧Ｅ１が０になる前に第１スイッチユニット３１をオンからオフに切り替えるとともに第１直流電源３８及び第２スイッチユニット３２をオフからオンに切り替え、出力電圧Ｅ２を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎの間の電圧Ｅ１が出力電圧Ｅ２になる前に第１スイッチユニット７１をオフからオンに切り替えるとともに、第１直流電源３８及び第２スイッチユニット３２をオンからオフに切り替える。これにより、一段接続と二段接続との切り替え時におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの大きな変化を抑制することができる。また制御装置６２，６３は、回生時に出力電圧Ｅ２＋Ｅ３を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを上昇させる場合、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎの間の電圧Ｅ１が０になる前に第２スイッチユニット３２をオンからオフに切り替えるとともに第２直流電源３９をオフからオンに切り替え、出力電圧Ｅ２＋Ｅ３を跨いでシステム電圧Ｖｏｕｔを下降させる場合、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎの間の電圧Ｅ１が出力電圧Ｅ３になる前に第２スイッチユニット３２をオフからオンに切り替えるとともに第２直流電源３９をオンからオフに切り替える。これにより、二段接続と三段接続との切り替え時におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの大きな変化を抑制することができる。

（１０）電源システム１において、制御装置６２，６３は、回生時に２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎの間の電圧Ｅ１が０である間は、バイパススイッチユニット３３をオンにする。これにより、一段接続と二段接続との切り替え時又は二段接続と三段接続との切り替え時におけるシステム電圧Ｖｏｕｔの大きな変化を抑制することができる。

（１１）電源システム１において、第１直流電源３８は、第３電力線２３に直列に接続された第１バッテリ３８１及び第１バッテリスイッチ３８２を備え、第２直流電源３９は、第４電力線２４に直列に接続された第２バッテリ３９１及び第２バッテリスイッチ３９２を備え、直流電源制御装置６３は、これらバッテリスイッチ３８２，３９２をオンにすることによって直流電源３８，３９をオンにする。電源システム１によれば、回生時に可変電圧電源７と第１直流電源３８とを負荷４に対し直列に接続した場合には第１バッテリ３８１を充電することができ、回生時に可変電圧電源７と第１直流電源３８と第２直流電源３９とを負荷４に対し直流に接続した場合にはバッテリ３８１，３９１を充電することができる。

なお上記実施形態では、多段電圧電源３を、ボトムユニット２７と、ミドルユニット２８と、トップユニット２９と、を積み重ねることにより、４段階の直流電圧を出力可能な４レベルの直流電圧電源としたが、ユニットを積み重ねる数は、これに限らない。例えば、ボトムユニットにトップユニットを積み重ねることにより、３段階の直流電圧を出力可能な３レベルの直流電圧電源としてもよい。またボトムユニットと、トップユニットとの間に、ｎ段（ｎは、２以上の整数）のミドルユニットを積み重ねることにより、ｎ＋３段階の直流電圧を出力可能なｎ＋３レベルの直流電圧電源としてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る電源システムについて図面を参照しながら説明する。なお以下の本実施形態に係る電源システムの説明において、第１実施形態に係る電源システム１と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態に係る電源システムは、可変電圧電源の回路構成が第１実施形態と異なる。

図７は、本実施形態に係る電源システムの可変電圧電源７Ａの回路構成を示す図である。可変電圧電源７Ａは、前段コンバータ７３と後段コンバータ８０とを、メインバッテリ３７側から電力線２１，２２側へ順に直列に組み合わせて構成される。

前段コンバータ７３は、絶縁トランス（図示せず）と、この絶縁トランスの１次側と１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎとを接続する１次側回路（図示せず）と、絶縁トランスの２次側と後段コンバータ８０の１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎとを接続する２次側回路（図示せず）と、を備える絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。なおこの前段コンバータ７３は、図２を参照して説明した可変電圧電源７と同じ構成であるので、詳細な説明を省略する。前段コンバータ７３の１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎは、第１実施形態に係る可変電圧電源７と同様にメインバッテリ３７の正負両極に接続されている。また絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎは、後段コンバータ８０を介し、第１実施形態に係る可変電圧電源７と同様に第１電力線２１及び第２電力線２２に接続されている。

後段コンバータ８０は、前段コンバータ７３の２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎに接続された１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎと、電力線２１，２２にそれぞれ接続された２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎと、を備え、これら１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎと２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎとの間で直流電力を昇圧又は降圧し、双方向に入出力可能な双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。

図８Ａは、後段コンバータ８０の第１の例を示す図である。図８Ａに示す後段コンバータ８０は、１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎに入力される直流電力を降圧して２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎへ出力する降圧チョッパ回路と、２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎに入力される直流電力を昇圧して１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎへ出力する昇圧チョッパ回路と、を組み合わせて構成される昇降圧チョッパ回路である。

図８Ａに示す後段コンバータ８０は、リアクトル８３０と、１次側コンデンサ８３１と、２次側コンデンサ８３２と、第１スイッチング素子８３３と、第２スイッチング素子８３４と、負母線８３５と、を備える。

負母線８３５は、１次側入出力端子８１ｎと２次側入出力端子８２ｎとを接続する配線である。リアクトル８３０は、その一端側が２次側入出力端子８２ｐに接続され、その他端側が第１スイッチング素子８３３と第２スイッチング素子８３４との接続ノード８３６に接続される。１次側コンデンサ８３１は、その一端側が１次側入出力端子８１ｐに接続され、その他端側が負母線８３５に接続される。２次側コンデンサ８３２は、その一端側が２次側入出力端子８２ｐに接続され、その他端側が負母線８３５に接続される。スイッチング素子８３３，８３４には、例えば、図２のスイッチング素子７１１と同様にＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴが用いられる。第１スイッチング素子８３３のドレインは１次側入出力端子８１ｐに接続され、第１スイッチング素子８３３のソースはリアクトル８３０に接続される。また第２スイッチング素子８３４のドレインはリアクトル８３０に接続され、第２スイッチング素子８３４のソースは負母線８３５に接続される。

図８Ａに示す後段コンバータ８０によれば、図示しない駆動回路によってスイッチング素子８３３，８３４をスイッチング制御することにより、１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎにおける直流電力を降圧して２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎから出力させたり、２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎにおける直流電力を昇圧して１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎから出力させたりすることができる。

図８Ｂは、後段コンバータ８０の第２の例を示す図である。図８Ｂに示す後段コンバータ８０は、１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎに入力される直流電力を昇降圧して２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎへ出力する昇降圧チョッパ回路と、２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎに入力される直流電力を昇降圧して１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎへ出力する昇降圧チョッパ回路と、を組み合わせて構成されるバックブーストコンバータである。

図８Ｂに示す後段コンバータ８０は、リアクトル８４０と、１次側コンデンサ８４１と、２次側コンデンサ８４２と、第１スイッチング素子８４３と、第２スイッチング素子８４４と、第３スイッチング素子８４５と、第４スイッチング素子８４６と、負母線８４７と、を備える。

負母線８４７は、１次側入出力端子８１ｎと２次側入出力端子８２ｎとを接続する配線である。リアクトル８４０は、その一端側が第１スイッチング素子８４３と第２スイッチング素子８４４との接続ノード８４８に接続され、その他端側が第３スイッチング素子８４５と第４スイッチング素子８４６との接続ノード８４９に接続される。１次側コンデンサ８４１は、その一端側が１次側入出力端子８１ｐに接続され、その他端側が負母線８４７に接続される。２次側コンデンサ８４２は、その一端側が２次側入出力端子８２ｐに接続され、その他端側が負母線７８７に接続される。スイッチング素子８４３～８４６には、例えば、図２のスイッチング素子７１１と同様にＮチャネル側ＭＯＳＦＥＴが用いられる。第１スイッチング素子８４３のドレインは１次側入出力端子８１ｐに接続され、第１スイッチング素子８４３のソースはリアクトル８４０に接続される。第２スイッチング素子８４４のドレインはリアクトル８４０に接続され、第２スイッチング素子８４４のソースは負母線８４７に接続される。第３スイッチング素子８４５のドレインは２次側入出力端子８２ｐに接続され、第３スイッチング素子８４５のソースはリアクトル８４０に接続される。また第４スイッチング素子８４６のドレインはリアクトル８４０に接続され、第４スイッチング素子８４６のソースは負母線８４７に接続される。

図８Ｂに示す後段コンバータ８０によれば、図示しない駆動回路によってスイッチング素子８４３～８４６をスイッチング制御することにより、１次側入出力端子対８１ｐ，８１ｎにおける直流電力を昇降圧して２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎから出力させたり、２次側入出力端子対８２ｐ，８２ｎにおける直流電力を昇降圧して１次側入出力端子対８１ｐ，８２ｎから出力させたりすることができる。

本実施形態に係る電源システムによれば、上記（１）～（１１）の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（１２）上述の第１実施形態では、図２に示すような絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを可変電圧電源７として用い、その２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎを直接正極電力線２１に接続した場合について説明した。しかしながらこの場合、２次側入出力端子対７２ｐ，７２ｎに入力される直流電力を変圧し１次側入出力端子対７１ｐ，７１ｎから出力させる回生時の制御範囲が限られてしまう。これに対し本実施形態では、絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである前段コンバータ７３と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである後段コンバータ８０とを組み合わせたものを可変電圧電源７Ａとして用いる。換言すれば本実施形態では、前段コンバータ７３を、後段コンバータ８０を介して電力線２１，２２に接続する。よって本実施形態によれば、回生時には後段コンバータ８０を駆動し、必要に応じて電力線２１，２２側の直流電力を昇圧又は降圧して前段コンバータ７３に供給することができるので、回生時における制御範囲と力行時における制御範囲とを等しくすることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る電源システムについて図面を参照しながら説明する。なお以下の本実施形態に係る電源システムの説明において、第１実施形態に係る電源システム１と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

図９は、本実施形態に係る電源システム１Ａの回路構成を示す図である。本実施形態に係る電源システム１Ａは、多段電圧電源３Ａ、及び多段電圧電源制御装置６Ａの構成が第１実施形態と異なる。より具体的には、電源システム１Ａは、多段電圧電源３Ａの第１直流電源３８Ａ及び第２直流電源３９Ａの構成、並びに多段電圧電源制御装置６Ａの直流電源制御装置６３Ａの構成が第１実施形態に係る電源システム１と異なる。

第１直流電源３８Ａは、１次側入出力端子対３８１ｐ，３８１ｎに接続された１次側回路と、この１次側回路と絶縁されかつ２次側入出力端子対３８２ｐ，３８２ｎに接続された２次側回路と、を備え、これら１次側入出力端子対３８１ｐ，３８１ｎと２次側入出力端子対３８２ｐ，３８２ｎとの間で双方向へ直流電力の入出力が可能な絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。第１直流電源３８Ａの１次側入出力端子対３８１ｐ，３８１ｎは、それぞれメインバッテリ３７の正負両極に接続されている。また第１直流電源３８Ａの２次側入出力端子対３８２ｐ，３８２ｎは、それぞれ第３電力線２３の第２スイッチユニット３２側及び可変電圧電源７側に接続されている。なおこの第１直流電源３８Ａの詳細な回路構成は、可変電圧電源７とほぼ同じであるので、詳細な説明を省略する。

第２直流電源３９Ａは、１次側入出力端子対３９１ｐ，３９１ｎに接続された１次側回路と、この１次側回路と絶縁されかつ２次側入出力端子対３９２ｐ，３９２ｎに接続された２次側回路と、を備え、これら１次側入出力端子対３９１ｐ，３９１ｎと２次側入出力端子対３９２ｐ，３９２ｎとの間で双方向へ直流電力の入出力が可能な絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。第２直流電源３９Ａの１次側入出力端子対３９１ｐ，３９１ｎは、それぞれメインバッテリ３７の正負両極に接続されている。また第２直流電源３９Ａの２次側入出力端子対３９２ｐ，３９２ｎは、それぞれ第４電力線２４の負荷４側及び可変電圧電源７側に接続されている。なおこの第２直流電源３９Ａの詳細な回路構成は、可変電圧電源７とほぼ同じであるので、詳細な説明を省略する。

直流電源制御装置６３Ａは、第１直流電源３８Ａの１次側回路及び／又は２次側回路を駆動することによって第１直流電源３８Ａをオンにし、メインバッテリ３７の電力を変圧して第３電力線２３へ出力したり、第３電力線２３における電力を変圧してメインバッテリ３７へ出力したりする。直流電源制御装置６３Ａは、第２直流電源３９Ａの１次側回路及び／又は２次側回路を駆動することによって第２直流電源３９Ａをオンにし、メインバッテリ３７の電力を変圧して第４電力線２４へ出力したり、第４電力線２４における電力を変圧してメインバッテリ３７へ出力したりする。

本実施形態に係る電源システム１Ａによれば、上記（１）～（１０）の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（１３）電源システム１Ａにおいて、第１直流電源３８Ａは、１次側回路がメインバッテリ３７に接続され２次側回路が第３電力線２３に接続された絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、第２直流電源３９Ａは、１次側回路がメインバッテリ３７に接続され２次側回路が第４電力線２４に接続された絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、直流電源制御装置６３Ａは、これら１次側回路及び／又は２次側回路を駆動することによって直流電源３８Ａ，３９Ａをオンにする。電源システム１Ａによれば、回生時に可変電圧電源７と第１直流電源３８Ａとを負荷４に対し直列に接続した場合には第１直流電源３８Ａで変圧した電力でメインバッテリ３７を充電でき、回生時に可変電圧電源７と直流電源３８Ａ，３９Ａとを負荷４に対し直列に接続した場合には直流電源３８Ａ，３９Ａで変圧した電力でメインバッテリ３７を充電できる。

なお上記実施形態では、多段電圧電源３Ａを、ボトムユニット２７と、ミドルユニット２８Ａと、トップユニット２９Ａと、を積み重ねることにより、４段階の直流電圧を出力可能な４レベルの直流電圧電源としたが、ユニットを積み重ねる数は、これに限らない。例えば、ボトムユニットにトップユニットを積み重ねることにより、３段階の直流電圧を出力可能な３レベルの直流電圧電源としてもよい。またボトムユニットと、トップユニットとの間に、ｎ段（ｎは、２以上の整数）のミドルユニットを積み重ねることにより、ｎ＋３段階の直流電圧を出力可能なｎ＋３レベルの直流電圧電源としてもよい。

なお本実施形態では、図２を参照して説明した絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである可変電圧電源７を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。第２実施形態において説明したように、絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである前段コンバータ７３と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである後段コンバータ８０とを直列に組み合わせた可変電圧電源７Ａを用いてもよい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る移動体としての車両について、図面を参照しながら説明する。

図１０は、本実施形態に係る車両Ｖの回路構成を示す図である。

車両Ｖは、図示しない駆動輪に連結され車両Ｖを走行させるための推進力を発生する交流回転電機Ｍと、Ｕ相電源３Ｕと、Ｖ相電源３Ｖと、Ｗ相電源３Ｗと、これら電源３Ｕ，３Ｖ，３Ｗと交流回転電機Ｍとを接続するインバータ回路９と、を備える。なお本実施形態では、車両Ｖは、主として交流回転電機Ｍで発生する動力によって加減速するものを例に説明するが、本発明はこれに限らない。車両Ｖは、動力発生源として交流回転電機Ｍとエンジンとを搭載する所謂ハイブリッド車両としてもよい。

Ｕ相電源３Ｕには、０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２［Ｖ］の３段階の直流電圧を電力線２１Ｕ，２２Ｕから出力可能な３レベルの直流電圧電源である第１実施形態に係る多段電圧電源３、又は０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２，Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３［Ｖ］の４段階の直流電圧を電力線２１Ｕ，２２Ｕから出力可能な４レベルの直流電圧電源である第３実施形態に係る多段電圧電源３Ａが用いられる。

Ｖ相電源３Ｖには、０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２［Ｖ］の３段階の直流電圧を電力線２１Ｖ，２２Ｖから出力可能な３レベルの直流電圧電源である第１実施形態に係る多段電圧電源３、又は０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２，Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３［Ｖ］の４段階の直流電圧を電力線２１Ｖ，２２Ｖから出力可能な４レベルの直流電圧電源である第３実施形態に係る多段電圧電源３Ａが用いられる。

またＷ相電源３Ｗには、０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２［Ｖ］の３段階の直流電圧を電力線２１Ｗ，２２Ｗから出力可能な３レベルの直流電圧電源である第１実施形態に係る多段電圧電源３、又は０，Ｅ１，Ｅ１＋Ｅ２，Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３［Ｖ］の４段階の直流電圧を電力線２１Ｗ，２２Ｗから出力可能な４レベルの直流電圧電源である第３実施形態に係る多段電圧電源３Ａが用いられる。

交流回転電機Ｍは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪に連結されている。電源３Ｕ、３Ｖ，３Ｗから交流回転電機Ｍに三相交流電力を供給することによって交流回転電機Ｍで発生させた駆動トルクは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪に伝達され、駆動輪を回転させ、車両Ｖを走行させる。また交流回転電機Ｍは、車両Ｖの減速時には発電機の機能を発揮し、回生電力を発電するとともに、この回生電力の大きさに応じた回生制動トルクを駆動輪に付与する。交流回転電機Ｍによって発電された回生電力は、電源３Ｕ，３Ｖ，３Ｗが備えるバッテリに適宜充電される。

インバータ回路９は、交流回転電機ＭのＵ相に接続されたＵ相レグ９Ｕと、交流回転電機ＭのＶ相に接続されたＶ相レグ９Ｖと、交流回転電機ＭのＷ相に接続されたＷ相レグ９Ｗと、を備える。

Ｕ相レグ９Ｕは、Ｕ相電源３Ｕの第１電力線２１Ｕと交流回転電機ＭのＵ相とを接続する第１Ｕ相電力線９１Ｕと、Ｕ相電源３Ｕの第２電力線２２Ｕと交流回転電機ＭのＵ相とを接続する第２Ｕ相電力線９２Ｕと、第１Ｕ相電力線９１Ｕに設けられたＵ相上アームスイッチング素子９３Ｕと、第２Ｕ相電力線９２Ｕに設けられたＵ相下アームスイッチング素子９４Ｕと、を備える。すなわち、多段電圧電源であるＵ相電源３Ｕの電力線２１Ｕ，２２Ｕは、それぞれＵ相レグ９Ｕの両端に接続されている。

Ｖ相レグ９Ｖは、Ｖ相電源３Ｖの第１電力線２１Ｖと交流回転電機ＭのＶ相とを接続する第１Ｖ相電力線９１Ｖと、Ｖ相電源３Ｖの第２電力線２２Ｖと交流回転電機ＭのＶ相とを接続する第２Ｖ相電力線９２Ｖと、第１Ｖ相電力線９１Ｖに設けられたＶ相上アームスイッチング素子９３Ｖと、第２Ｖ相電力線９２Ｖに設けられたＶ相下アームスイッチング素子９４Ｖと、を備える。すなわち、多段電圧電源であるＶ相電源３Ｖの電力線２１Ｖ，２２Ｖは、それぞれＶ相レグ９Ｖの両端に接続されている。

Ｗ相レグ９Ｗは、Ｗ相電源３Ｗの第１電力線２１Ｗと交流回転電機ＭのＷ相とを接続する第１Ｗ相電力線９１Ｗと、Ｗ相電源３Ｗの第２電力線２２Ｗと交流回転電機ＭのＷ相とを接続する第２Ｗ相電力線９２Ｗと、第１Ｗ相電力線９１Ｗに設けられたＷ相上アームスイッチング素子９３Ｗと、第２Ｗ相電力線９２Ｗに設けられたＷ相下アームスイッチング素子９４Ｗと、を備える。すなわち、多段電圧電源であるＷ相電源３Ｗの電力線２１Ｗ，２２Ｗは、それぞれＷ相レグ９Ｗの両端に接続されている。

本実施形態に係る車両Ｖによれば、以下の効果を奏する。
（１４）車両Ｖは、推進力を発生する交流回転電機Ｍと、上述のように一段接続及び二段接続を切り替えることが可能な多段電圧電源であるＵ相電源３Ｕ、Ｖ相電源３Ｖ、及びＷ相電源３Ｗと、を備える。また車両Ｖにおいて、Ｕ相電源３Ｕは、交流回転電機ＭのＵ相に接続されたＵ相レグ９Ｕの両端に接続し、Ｖ相電源３Ｖは、交流回転電機ＭのＶ相に接続されたＶ相レグ９Ｖの両端に接続し、Ｗ相電源３Ｗは、交流回転電機ＭのＷ相に接続されたＷ相レグ９Ｗの両端に接続する。車両Ｖによれば、電圧を多段化するにあたり各相のレグ９Ｕ，９Ｖ，９Ｗに含まれるアームスイッチを増やす必要が無くなるので、その分各相のレグ９Ｕ，９Ｖ，９Ｗにおけるスイッチング損失及び定常損失を低くすることができる。また車両Ｖによれば、各相の電源３Ｕ，３Ｖ，３Ｗに含まれるスイッチの耐電圧を低くすることができるので、スイッチにおける定常損失を低くでき、さらにスイッチのコストも低減することができる。また車両Ｖによれば、高電圧印加時（二段接続時又は三段接続時）には、電圧を変化させるために各相のレグ９Ｕ，９Ｖ，９Ｗに含まれるアームスイッチを操作する必要が無くなるので、交流回転電機Ｍに印加する電圧の高周波成分を減らすことができるので、鉄損も低減することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

例えば上記実施形態では、可変電圧電源７及び前段コンバータ７３として、図２に示すようなフルブリッジ絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らない。

図１１は、可変電圧電源の回路構成の他の例を示す図である。図１１には、可変電圧電源７Ｃを、所謂プッシュプル絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとした場合を示す。

可変電圧電源７Ｃは、一次巻線及び二次巻線を有する絶縁トランス７５と、絶縁トランス７５の１次側と１次側入出力端子対７６ｐ，７６ｎとを接続する１次側回路７６と、絶縁トランス７５の２次側と２次側入出力端子対７７ｐ，７７ｎとを接続する２次側回路７７と、を備える。図１１に示すように可変電圧電源７Ｃの絶縁トランス７５は、一次巻線及び二次巻線共にセンタータップ方式である点において、図２に示す可変電圧電源７の絶縁トランス７０と異なる。

１次側回路７６は、１次側正極入出力端子７６ｐと絶縁トランス７５の一次巻線のセンタータップとを接続する正極電力線７６Ｌｐと、１次側負極入出力端子７６ｎに接続された負極電力線７６Ｌｎと、これら電力線７６Ｌｐ，７６Ｌｎと絶縁トランス７５の一次巻線とを接続する１次側同期型両波整流回路７６０と、正極電力線７６Ｌｐと負極電力線７６Ｌｎとの間において互いに並列に接続された１次側電圧センサ７６８及び平滑コンデンサ７６９と、を備える。

１次側同期型両波整流回路７６０は、絶縁トランス７５の一次巻線の一端側と負極電力線７６Ｌｎとを接続する第１スイッチング素子７６１と、絶縁トランス７５の一次巻線の他端側と負極電力線７６Ｌｎとを接続する第２スイッチング素子７６２と、を備える。これらスイッチング素子７６１，７６２は、それぞれ電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ１，ＧＰ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。図１１に示す例では、これらスイッチング素子７６１，７６２として、ソースからドレインへの電流を許容するボディダイオードを備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これらスイッチング素子７６１，７６２には、ＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴやＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を用いてもよい。

スイッチング素子７６１，７６２のドレインはそれぞれ絶縁トランス７５の一次巻線の両端に接続され、スイッチング素子７６１，７６２のソースは負極電力線７６Ｌｎに接続される。

２次側回路７７は、２次側正極入出力端子７７ｐと絶縁トランス７５の二次巻線のセンタータップとを接続する正極電力線７７Ｌｐと、２次側負極入出力端子７７ｎに接続された負極電力線７７Ｌｎと、これら電力線７７Ｌｐ，７７Ｌｎと絶縁トランス７５の二次巻線とを接続する２次側同期型両波整流回路７７０と、正極電力線７７Ｌｐと負極電力線７７Ｌｎとの間において互いに並列に接続された２次側電圧センサ７７８及び平滑コンデンサ７７９と、を備える。

２次側同期型両波整流回路７７０は、絶縁トランス７５の二次巻線の一端側と負極電力線７７Ｌｎとを接続する第１スイッチング素子７７１と、絶縁トランス７５の二次巻線の他端側と負極電力線７７Ｌｎとを接続する第２スイッチング素子７７２と、を備える。これらスイッチング素子７７１，７７２は、それぞれ電源駆動装置６１から入力されるゲート駆動信号ＧＰ３，ＧＰ２のオン／オフに応じてオン又はオフに切り替わる。図１１に示す例では、これらスイッチング素子７７１，７７２として、ソースからドレインへの電流を許容するボディダイオードを備えるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これらスイッチング素子７７１，７７２には、ＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴやＪＦＥＴ等の既知のスイッチング素子を用いてもよい。

スイッチング素子７７１，７７２のドレインはそれぞれ絶縁トランス７５の一次巻線の両端に接続され、スイッチング素子７７１，７７２のソースは負極電力線７７Ｌｎに接続される。

Ｖ…車両（移動体）
Ｍ…交流回転電機
１，１Ａ…電源システム
２１…第１電力線
２２…第２電力線
２３…第３電力線
２４…第４電力線
２５…バイパス線
２７…ボトムユニット
２８，２８Ａ…ミドルユニット
２９，２９Ａ…トップユニット
３，３Ａ…多段電圧電源
３Ｕ…Ｕ相電源
３Ｖ…Ｖ相電源
３Ｗ…Ｗ相電源
３１…第１スイッチユニット
３２…第２スイッチユニット
３３…バイパススイッチユニット
３７…メインバッテリ
３８，３８Ａ…第１直流電源
３９，３９Ａ…第２直流電源
７，７Ａ，７Ｃ…可変電圧電源
７２ｐ，７２ｎ…２次側入出力端子対（第１端子対）
７３…前段コンバータ
８０…後段コンバータ
８２ｐ，８２ｎ…２次側入出力端子対（第１端子対）
４…負荷
５…インバータ回路
６，６Ａ…多段電圧電源制御装置
６１…電源駆動装置
６２…スイッチ制御装置
６３，６３Ａ…直流電源制御装置
９…インバータ回路
９Ｕ…Ｕ相レグ
９Ｖ…Ｖ相レグ
９Ｗ…Ｗ相レグ

Claims (13)

1. 可変電圧の電力を第１端子対から出力する可変電圧電源と、
   前記第１端子対と負荷とを接続する第１電力線及び第２電力線と、を備える電源システムであって、
   前記第１電力線に設けられた第１スイッチと、
   前記第１スイッチの両端を接続する第３電力線と、
   前記第１端子対を接続するバイパス線と、
   前記第３電力線に設けられ直流電力を出力する第１直流電源と、
   前記第１及び第２電力線の間の電圧であるシステム電圧に基づいて前記第１直流電源及び前記可変電圧電源を制御する制御装置と、を備え、
   前記バイパス線には、前記第１直流電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断するバイパスダイオードが設けられ、
   前記制御装置は、前記システム電圧を、前記第１直流電源の第１電圧を跨いで上昇させる場合、前記可変電圧電源を操作することによって前記第１端子対の間の電圧を０まで低下させた後、上昇させることを特徴とする電源システム。
2. 可変電圧の電力を第１端子対から出力する可変電圧電源と、
   前記第１端子対と負荷とを接続する第１電力線及び第２電力線と、を備える電源システムであって、
   前記第１電力線に設けられた第１スイッチと、
   前記第１スイッチの両端を接続する第３電力線と、
   前記第１端子対を接続するバイパス線と、
   前記第３電力線のうち前記第１直流電源よりも前記負荷側に設けられた第２スイッチと、
   前記第２スイッチの両端を接続する第４電力線と、
   前記第４電力線に設けられた第２直流電源と、を備え、
   前記バイパス線には、前記第１直流電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断するバイパスダイオードが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. 前記第１電力線には、前記可変電圧電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断する第１ダイオードと前記第１スイッチとが並列に設けられ、
   前記バイパス線には、前記バイパスダイオードとバイパススイッチとが並列に設けられ、
   前記第３電力線には、前記第１直流電源の出力電流を許容しかつその逆向きの電流を遮断する第２ダイオードと前記第２スイッチとが並列に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電源システム。
4. 前記可変電圧電源を操作することにより前記第１端子対の間の電圧を０から所定の最大電圧までの間で変化させる電源駆動装置を備えることを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
5. 前記第１及び第２電力線の間の電圧であるシステム電圧に基づいて前記第１、及び第２スイッチ、前記バイパススイッチ、並びに前記第１及び第２直流電源を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の電源システム。
6. 前記制御装置は、前記第１及び第２電力線における電力を前記負荷に供給する力行時において、
   前記システム電圧を、前記第１直流電源の第１電圧未満の範囲で変化させる場合、前記第２スイッチ、前記バイパススイッチ、並びに前記第１及び第２直流電源をオフにし、
   前記システム電圧を、前記第１電圧より大きくかつ前記第１電圧と前記第２直流電源の第２電圧との和未満の範囲で変化させる場合、前記第１直流電源をオンにしかつ前記第１スイッチ、前記バイパススイッチ、及び前記第２直流電源をオフにし、
   前記システム電圧を、前記第１電圧と前記第２電圧との和より大きな範囲で変化させる場合、前記第１及び第２直流電源をオンにしかつ前記第１及び第２スイッチ並びに前記バイパススイッチをオフにすることを特徴とする請求項５に記載の電源システム。
7. 前記制御装置は、前記力行時において、
   前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで上昇させる場合、前記第１端子対の間の電圧が０になる前に前記第１直流電源をオフからオンに切り替え、
   前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで下降させる場合、前記第１端子対の間の電圧が前記第１電圧になる前に前記第１直流電源をオンからオフに切り替え、
   前記システム電圧を、前記第１及び第２電圧の和を跨いで上昇させる場合、前記第１端子対の間の電圧が０になる前に前記第２直流電源をオフからオンに切り替え、
   前記システム電圧を、前記第１及び第２電圧の和を跨いで下降させる場合、前記第１端子対の間の電圧が前記第２電圧になる前に前記第２直流電源をオンからオフに切り替えることを特徴とする請求項６に記載の電源システム。
8. 前記制御装置は、前記負荷における電力を前記第１及び第２電力線に供給する回生時において、
   前記システム電圧を、前記第１直流電源の第１電圧未満の範囲で変化させる場合、前記第１スイッチをオンにしかつ前記第２スイッチ、前記バイパススイッチ、並びに前記第１及び第２電源をオフにし、
   前記システム電圧を、前記第１電圧より大きくかつ前記第１電圧と前記第２直流電源の第２電圧との和未満の範囲で変化させる場合、前記第２スイッチ及び前記第１直流電源をオンにしかつ前記第１スイッチ、前記バイパススイッチ、及び前記第２直流電源をオフにし、
   前記システム電圧を、前記第１電圧と前記第２電圧との和より大きな範囲で変化させる場合、前記第１及び第２直流電源をオンにしかつ前記第１及び第２スイッチ並びに前記バイパススイッチをオフにすることを特徴とする請求項５に記載の電源システム。
9. 前記制御装置は、前記回生時において、
   前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで上昇させる場合、前記第１端子対の間の電圧が０になる前に前記第１スイッチをオンからオフに切り替えるとともに、前記第１直流電源及び前記第２スイッチをオフからオンに切り替え、
   前記システム電圧を、前記第１電圧を跨いで下降させる場合、前記第１端子対の間の電圧が前記第１電圧になる前に前記第１スイッチをオフからオンに切り替えるとともに、前記第１直流電源及び前記第２スイッチをオンからオフに切り替え、
   前記システム電圧を、前記第１及び第２電圧の和を跨いで上昇させる場合、前記第１端子対の間の電圧が０になる前に前記第２スイッチをオンからオフに切り替えるとともに、前記第２直流電源をオフからオンに切り替え、
   前記システム電圧を、前記第１及び第２電圧の和を跨いで下降させる場合、前記第１端子対の間の電圧が前記第２電圧になる前に前記第２スイッチをオフからオンに切り替えるとともに、前記第２直流電源をオンからオフに切り替えることを特徴とする請求項８に記載の電源システム。
10. 前記制御装置は、前記回生時において、前記第１端子対の間の電圧が０である間は前記バイパススイッチをオンにすることを特徴とする請求項８又は９に記載の電源システム。
11. 前記第１直流電源は、前記第３電力線に直列に接続された第１バッテリ及び第１バッテリスイッチを備え、
    前記第２直流電源は、前記第４電力線に直列に接続された第２バッテリ及び第２バッテリスイッチを備え、
    前記制御装置は、前記第１バッテリスイッチをオンにすることによって前記第１直流電源をオンにし、前記第２バッテリスイッチをオンにすることによって前記第２直流電源をオンにすることを特徴とする請求項５から１０に記載の電源システム。
12. 前記第１直流電源は、１次側回路がメインバッテリに接続され２次側回路が前記第３電力線に接続された絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
    前記第２直流電源は、１次側回路が前記メインバッテリに接続され２次側回路が前記第４電力線に接続された絶縁双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
    前記制御装置は、前記第１直流電源の１次側回路及び／又は２次側回路を駆動することによって前記第１直流電源をオンにし、前記第２直流電源の１次側回路及び／又は２次側回路を駆動することによって前記第２直流電源をオンにすることを特徴とする請求項５から１０の何れかに記載の電源システム。
13. 推進力を発生する交流回転電機と、
    請求項１から１２の何れかに記載の電源システムであるＵ相電源と、
    請求項１から１２の何れかに記載の電源システムであるＶ相電源と、
    請求項１から１２の何れかに記載の電源システムであるＷ相電源と、を備える移動体であって、
    前記Ｕ相電源は、前記交流回転電機のＵ相に接続されたＵ相レグの両端に接続され、
    前記Ｖ相電源は、前記交流回転電機のＶ相に接続されたＶ相レグの両端に接続され、
    前記Ｗ相電源は、前記交流回転電機のＷ相に接続されたＷ相レグの両端に接続されていることを特徴とする移動体。
    

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