電源システム
【課題】入出力される電流が少ない状態であっても、高い効率を維持することが可能な電源システムを提供する。
【解決手段】電源システムＰＳは、直流電力の入出力が行われる電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２が並列接続されており、電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して直流電力の充放電が可能な電源装置１を複数備えており、各々の電源装置１は、少なくとも１つの電池モジュール１０と、電池モジュール１０に対して充放電される直流電力の電力変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、外部から入力される指令信号Ｃ（或いは、信号Ｃ１）からＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量を示す情報を求め、その情報に基づいたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行うコントローラ４０とを備える。
【解決手段】電源システムＰＳは、直流電力の入出力が行われる電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２が並列接続されており、電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して直流電力の充放電が可能な電源装置１を複数備えており、各々の電源装置１は、少なくとも１つの電池モジュール１０と、電池モジュール１０に対して充放電される直流電力の電力変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、外部から入力される指令信号Ｃ（或いは、信号Ｃ１）からＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量を示す情報を求め、その情報に基づいたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行うコントローラ４０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力の充放電が可能な電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、温室効果ガスの一種である二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量を低減すべく、モータが動力発生源として盛んに用いられている。例えば、自動車等の車両では、一般的に動力発生源としてエンジン等の内燃機関が用いられていたが、近年では動力発生源としてエンジンとモータとを併用するハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や動力発生源としてモータのみを用いる電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）の研究・開発が盛んに行われている。
【０００３】
モータを動力発生源として用いる装置では、直流電力の充放電が可能なリチウムイオン二次電池等の二次電池が電源として用いられる。二次電池を電源とする電源システムを構築する場合に、システム設計者は、二次電池、二次電池の充放電を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ、及び制御対象の電気機器を駆動するインバータ等の機器を個別に用意し、これらの機器を電源システムの仕様に適合するように組み合わせる必要がある。大容量の電源システムを構築する場合にも同様に、大容量の二次電池（例えば、数メガワット）と大容量のコンバータとを個別に入手して電源システムの仕様に合わせた組み合わせを行う必要がある。
【０００４】
以下の特許文献１には、太陽電池等の直流電源と負荷との間に並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源装置の性能を向上させる技術が開示されている。具体的には、電源装置の総入力又は総出力電流値をＤＣ／ＤＣコンバータの運転台数で除した値が電流センサの定格電流値に最も近似する値となるようにＤＣ／ＤＣコンバータの運転台数を制御することで電源装置の性能を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４２０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した二次電池及びＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源システムの大容量化を図るには、例えば二次電池を複数並列して設けるとともに、上述した特許文献１のようにＤＣ／ＤＣコンバータを複数並列して設けることが考えられる。このとき、二次電池とＤＣ／ＤＣコンバータとを１対１で対応付けてユニット化すれば、構成及び制御性の簡単化を図ることができると考えられる。
【０００７】
ここで、二次電池の充放電電流は、二次電池の残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）や放電深度（ＤＯＤ：Depth Of Discharge）に基づいて制御されるのが基本である。このため、上述した通り、二次電池とＤＣ／ＤＣコンバータとを１対１で対応付けてユニット化した場合には、全てのユニットが同時に動作することを前提として、各ユニットで入出力する必要のある電流の分担が、各ユニットに設けられた二次電池のＳＯＣやＤＯＤに基づいて決定されることになる。
【０００８】
しかしながら、電源システムで入出力される電流を全てのユニットで分担する場合には、各ユニットに設けられた二次電池の充放電電流が電源システム全体の容量に対して小さくなる状況が生じ得る。かかる状況が生ずると、各ユニットは入出力電流が予め設定された定格電流に対して低い状態（低負荷率）で動作することになる。すると、各ユニットに設けられたＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が低下してしまい、これにより電源システム全体の効率が低下する虞が考えられる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、入出力される電流が少ない状態であっても、高い効率を維持することが可能な電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の電源システムは、直流電力の入出力が行われる電源入出力端（Ｔ１１、Ｔ１２）が並列接続されており、該電源入出力端を介して直流電力の充放電が可能な電源装置（１）を複数備える電源システム（ＰＳ）であって、前記電源装置は、少なくとも１つの電池モジュール（１０）と、前記電池モジュールに対して充放電される直流電力の電力変換を行う電力変換回路（２０）と、外部から入力される指令信号（Ｃ、Ｃ１）から前記電力変換回路の制御量を示す情報を求め、該情報に基づいた前記電力変換回路の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行う制御部（４０）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記電力変換回路の制御を遅延させる時間が、前記電源装置毎に異なる時間が設定されていることを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記制御部が、前記指令信号から前記電力変換回路の制御量を示す情報を求める制御量算出部（５１）と、前記制御量算出部で求められた制御量を入力とするヒステリシスコンパレータ（５２）と、前記制御量算出部で求められた制御量と前記ヒステリシスコンパレータの出力との積を求める演算部（５３）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記電源装置の少なくとも１つが、制御量算出部で求められた制御量が零よりも大きくなった場合に前記ヒステリシスコンパレータが動作するよう設定されていることを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記電源装置が、前記電池モジュール、前記電力変換回路、及び前記制御部をユニット化してなるものであることを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記電池モジュールが、電池セルと該電池セルを監視する監視基板とをモジュール化したものであり、前記制御部が、前記電池モジュールに設けられた前記監視基板の監視結果を参照しつつ、前記情報に基づいた前記電力変換回路の制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記電源装置が、前記監視基板の監視結果を示す情報を含む信号の入出力が可能な信号入出力端（Ｔ２２）を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電源装置の各々に設けられた制御部が、外部から入力される指令信号電力変換回路の制御量を示す情報を求め、その情報に基づいた電力変換回路の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行うことによって、電源装置の各々に対する直流電力の充放電が輪番で行われるため、入出力される電流が少ない状態であっても、高い効率を維持することが可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による電源システムの要部構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態による電源システムの昇圧（放電）運転時における制御に係るブロックを抜き出して示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による電源システムの降圧（充電）運転時における制御に係るブロックを抜き出して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による電源システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による電源システムの要部構成を示す回路図である。図１に示す通り、本実施形態の電源システムＰＳは、電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２が並列接続されるとともに信号入出力端Ｔ２２が互いに接続されており、電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して直流電力の充放電が可能な複数の電源装置１を備える。
【００１４】
電源システムＰＳに設けられる複数の電源装置１のうちの１つがマスター電源装置Ｍとされ、残りがスレーブ電源装置Ｓとされている。ここで、マスター電源装置Ｍは、充放電すべき直流電力の電力量を示す指令信号Ｃ（例えば、電圧指令信号）が入力される信号入出力端Ｔ２１を備えており、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々で充放電すべき直流電力の電力量を統括制御する電源装置である。また、スレーブ電源装置Ｓは、マスター電源装置Ｍの制御の下で、直流電力の充放電を行う電源装置である。
【００１５】
かかる構成の電源システムＰＳは、スレーブ電源装置Ｓの並列数を増減させることによって、容量を変えることが可能である。具体的には、スレーブ電源装置Ｓの並列数を増加させることにより電源システムＰＳの容量を増加させることができ、逆にスレーブ電源装置Ｓの並列数を減少させることにより電源システムＰＳの容量を減少させることができる。この電源システムＰＳは、例えば直流電力を交流電力に変換するインバータＩＮＶに接続される。
【００１６】
具体的に、マスター電源装置Ｍは、電池モジュール１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０（電力変換回路）、電流センサ３１、電圧センサ３２、及びコントローラ４０（制御部）をユニット化した電源である。このマスター電源装置Ｍは、一対の電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して直流電力の充電及び放電が可能な電源装置（所謂、バイポーラ電源装置）である。
【００１７】
電池モジュール１０は、電池セルと電池監視基板（監視基板）とをモジュール化したものであり、マスター電源装置Ｍ内において少なくとも１つ設けられている。尚、電池モジュール１０の数（直列接続数）は、マスター電源装置Ｍの出力電圧や容量等の仕様に応じて適宜設定される。ここで、上記の電池セルは、リチウムイオン二次電池セル等の単電池セルを複数積層したものである。また、上記の電池監視基板は、電池セルの電圧・電流等を監視する基板であり、電池セル毎に設けられる。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、電池モジュール１０と一対の電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２との間に設けられており、コントローラ４０の制御の下で、電池モジュール１０から放電される直流電力、或いは電池モジュール１０に充電される直流電力（一対の電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して入力される直流電力）の電力変換を行う。このＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、コンデンサ２１、チョークコイル２２、トランジスタ２３ａ，２３ｂ、ダイオード２４ａ，２４ｂ、及びコンデンサ２５を備える。
【００１９】
コンデンサ２１は、電池モジュール１０の正電極と負電極との間に接続されている。尚、電池モジュール１０の負電極は、電源入出力端Ｔ１２に接続されている。このコンデンサ２１は、マスター電源装置Ｍの充電時（電池モジュール１０の充電時）に、電池モジュール１０に供給される電力を平滑化して直流電流にするために設けられる。
【００２０】
チョークコイル２２は、一端がコンデンサ２１の一方の電極（電池モジュール１０の正電極に接続された電極）に接続されており、他端がトランジスタ２３ａのコレクタ電極とトランジスタ２３ｂのエミッタ電極との接続点に接続されている。トランジスタ２３ａ，２３ｂは、バイポーラトランジスタであり、コントローラ４０によってオン状態及びオフ状態が制御される。尚、トランジスタ２３ａ，２３ｂとしてＦＥＴトランジスタ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を用いることも可能である。
【００２１】
トランジスタ２３ａは、コレクタ電極がトランジスタ２３ｂのエミッタ電極及びチョークコイル２２の他端に接続されており、エミッタ電極がコンデンサ２１の他方の電極（電池モジュール１０の負電極及び電源入出力端Ｔ１２に接続された電極）に接続されている。また、トランジスタ２３ｂは、エミッタ電極がトランジスタ２３ａのコレクタ電極及びチョークコイル２２の他端に接続されており、コレクタ電極がコンデンサ２５の一方の電極及び電源入出力端Ｔ１１に接続されている。これらトランジスタ２３ａ，２３ｂのベース電極はコントローラ４０に接続されている。
【００２２】
ダイオード２４ａ，２４ｂは、トランジスタ２３ａ，２３ｂのコレクタ・エミッタ間にそれぞれ接続されている。具体的に、ダイオード２４ａは、アノード電極がトランジスタ２３ａのエミッタ電極に接続され、カソード電極がトランジスタ２３ａのコレクタ電極に接続されている。また、ダイオード２４ｂは、アノード電極がトランジスタ２３ｂのエミッタ電極に接続され、カソード電極がトランジスタ２３ｂのコレクタ電極に接続されている。コンデンサ２５は、一対の電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２の間に接続されている。このコンデンサ２５は、マスター電源装置Ｍの放電時に、電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２から外部に出力される電力を平滑化して直流電流にするために設けられる。
【００２３】
電流センサ３１は、電池モジュール１０の正電極とＤＣ／ＤＣコンバータ２０とを接続する電流路に取り付けられており、電池モジュール１０から流出する電流（放電電流）、及び電池モジュール１０に流入する電流（充電電流）を検出する。電圧センサ３２は、コンデンサ２５に対して並列に取り付けられており、コンデンサ２５の電位差（電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２間に現れる電圧）を検出する。これら電流センサ３１及び電圧センサ３２の検出結果を示す検出信号はコントローラ４０に出力される。
【００２４】
コントローラ４０は、演算器４１、自動電圧制御器（ＡＶＲ：Automatic Voltage Regulator）４２、電流指令値生成部４３、演算器４４、自動電流制御器（ＡＣＲ：Automatic Current Regulator）４５、及びＰＷＭ制御器４６を備える。そして、信号入出力端Ｔ２１から入力される指令信号ＣからＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量を示す情報（例えば、電流指令値）を求め、この情報に基づいたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行う。
【００２５】
コントローラ４０の内部に設けられるブロックは、ハードウェアにより実現されていても良く、ソフトウェアにより実現されていても良い。ソフトウェアにより実現する場合には、ＣＰＵやメモリ等を用いてコントローラ４０を構成し、各ブロックの機能を実現するプログラムをＣＰＵに読み込ませ、プログラムとＣＰＵ等のハードウェア資源とが協働することにより実現される。
【００２６】
演算器４１は、信号入出力端Ｔ２１から入力される指令信号Ｃから、電圧センサ３２の検出結果を減算することにより、これらの差を示す電圧誤差信号を求める。自動電圧制御器４２は、演算器４１から出力される電圧誤差信号を零とする制御信号を出力する。電流指令値生成部４３は、電池モジュール１０（スレーブ電源装置Ｓに設けられた電池モジュール１０を含む）の監視結果を参照しつつ、自動電圧制御器４２からの制御信号に基づいて、マスター電源装置Ｍが備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２０で変換させる直流電力の電力量を指示する指令値である電流指令値を求める。尚、電流指令値生成部４３は、自動電圧制御器４２からの制御信号及び電池モジュール１０の監視結果を示す信号を含む信号Ｃ１を信号入出力端Ｔ２２に出力する。
【００２７】
演算器４４は、電流指令値生成部４３で生成された電流指令値から、電流センサ３１の検出結果を減算することにより、これらの差を示す電流誤差信号を求める。自動電流制御器４５は、演算器３４から出力される電流誤差信号を零とする制御信号を生成して出力する。ＰＷＭ制御器４６は、自動電流制御器４５からの制御信号に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に設けられたトランジスタ２３ａ，２３ｂをスイッチング動作（ＰＷＭスイッチング動作）させる。
【００２８】
ここで、コントローラ４０が、トランジスタ２３ｂをオフ状態にし、トランジスタ２３ａをスイッチング動作させると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は非絶縁型昇圧チョークコンバータとして動作する。このため、電池モジュール１０から放電された直流電力は、電圧が昇圧されて電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して外部に出力される。尚、かかる動作は、マスター電源装置Ｍに設けられた電池モジュール１０から直流電力を放電させる場合に行われる。
【００２９】
これに対し、コントローラ４０が、トランジスタ２３ａをオフ状態にし、トランジスタ２３ｂをスイッチング動作させると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、非絶縁型降圧チョークコンバータとして動作する。このため、外部から電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して入力された直流電力は、電圧が降圧されて電池モジュール１０に供給される。尚、かかる動作は、マスター電源装置Ｍに設けられた電池モジュール１０を充電する場合に行われる。
【００３０】
スレーブ電源装置Ｓは、基本的な構成がマスター電源装置Ｍとほぼ同様のバイポーラ電源装置である。具体的に、スレーブ電源装置Ｓは、電池モジュール１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０（電力変換回路）、電流センサ３１、及びコントローラ４０（制御部）をユニット化した電源である。但し、マスター電源装置Ｍが備える信号入出力端Ｔ２１及び電圧センサ３２が省略されているとともに、コントローラ４０においては演算器４１及び自動電圧制御器４２が省略されている。
【００３１】
かかる構成のスレーブ電源装置Ｓに設けられたコントローラ４０は、マスター電源装置Ｍに設けられたコントローラ４０とは異なり、信号入出力端Ｔ２２から入力される信号Ｃ１からＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量を示す情報（例えば、電流指令値）を求め、この情報に基づいたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行う。
【００３２】
具体的には、電流指令値生成部４３が、電池モジュール１０（マスター電源装置Ｍ及び他のスレーブ電源装置Ｓに設けられた電池モジュール１０を含む）の監視結果を参照しつつ、信号Ｃ１に含まれる制御信号に基づいて、自装置が備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２０で変換させる直流電力の電力量を指示する指令値である電流指令値を求める。尚、生成された電流指令値に基づいたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御は、マスター電源装置Ｓと同様に行われる。
【００３３】
ここで、前述したマスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々に設けられるコントローラ４０の遅延時間は、それぞれ異なる時間に設定されている。このような遅延時間を設定するのは、電源装置１（マスター電源装置Ｍ，スレーブ電源装置Ｓ）を輪番で動作させることによって、入出力される電流が少ない状態であっても、高い効率を維持するためである。つまり、全ての電源装置１を同時に動作させると各電源装置１は低負荷率で動作してしまうため、電源装置１を輪番で動作させることによって各電源装置１を極力高負荷率で動作させるためである。
【００３４】
尚、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓは、基本的な構成が同様である。このため、これらの構成を全く同じにし、設定によってマスター電源装置Ｍにするのか、スレーブ電源装置Ｓにするのかを選択しても良い。例えば、電源装置１の各々を識別するために割り当てられる識別番号が「０」である場合にはマスター電源装置Ｍにし、「０」以外である場合にはスレーブ電源Ｓにするといった具合である。また、コントローラ４０で用いるプログラムの種類に応じてマスター電源装置Ｍにするのか、スレーブ電源装置Ｓにするのかを決定しても良い。
【００３５】
図２は、本発明の一実施形態による電源システムの昇圧（放電）運転時における制御に係るブロックを抜き出して示す図である。図２に示す通り、電源装置１（マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓ）に設けられる電流指令値生成部４３は、制御量算出部５１、ヒステリシスコンパレータ５２、演算部５３、及び電流制限部５４をそれぞれ備える。尚、図２において、符号Ｄ１，Ｄ２を付して示す信号は、マスター電源装置Ｍが備える電圧センサ３２及び電流センサ３１から出力される検出信号をそれぞれ示しており、符号Ｄ３を付して示す信号は、スレーブ電源装置Ｓの各々が備える電流センサ３１から出力される検出信号を示している。
【００３６】
制御量算出部５１は、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々に設けられた電池モジュール１０の残容量（ＳＯＣ１〜ＳＯＣｎ）を参照しつつ、マスター電源装置Ｍのコントローラ４０に設けられる自動電圧制御器４２から出力される制御信号（或いは、信号Ｃ１に含まれる制御信号）に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量を求める。つまり、制御量算出部５１は、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々において、出力すべき電流の分担を求める。
【００３７】
ヒステリシスコンパレータ５２は、制御量算出部５１で求められた制御量を入力としており、入力される制御量が予め設定された閾値を超えた場合に、予め設定された時間（遅延時間）が経過した時点で出力する。ここで、マスター電源装置Ｍに設けられるヒステリシスコンパレータ５２は、制御量算出部５１で求められた制御量が値「０」よりも大きい場合に動作し、その制御量が予め設定された閾値を下回った場合に動作を停止（リセット）するよう設定されている。尚、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々に設けられるヒステリシスコンパレータ５２の遅延時間は、それぞれ異なる時間に設定されている。
【００３８】
演算部５３は、制御量算出部５１で求められた制御量とヒステリシスコンパレータ５２の出力との積を求める。電流制限部５４は、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々において、制御量算出部５１で求められた制御量に応じた電流を放電することができない場合に、放電量を制限する電流指令値を生成する処理（リミッタ処理）を行う。
【００３９】
次に、電源システムＰＳにおいて直流電力の放電が行われる場合の動作について図２を参照しつつ説明する。直流電力を放電すべき旨を示す指令信号Ｃがマスター電源装置Ｍに設けられた信号入出力端Ｔ２１から入力されると、まずマスター電源装置Ｍに設けられている演算器４１によって、指令信号Ｃから電圧センサ３２の検出結果が減算されて電圧誤差信号が求められる。この電圧誤差信号は、マスター電源装置Ｍに設けられている自動電圧制御器４２に入力され、自動電圧制御器４２において電圧誤差信号を零とする制御信号が生成される。
【００４０】
自動電圧制御器４２で生成された制御信号は、マスター電源装置Ｍに設けられた電流指令値生成部４３に加えて、スレーブ電源装置Ｓに設けられた電流指令値生成部４３にそれぞれ出力される。そして、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓに設けられた電流指令値生成部４３の各々において、自装置に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ２０で変換させる直流電力の電力量を指示する指令値である電流指令値が求められる。
【００４１】
具体的には、電流指令値生成部４３に設けられた制御量算出部５１において、全ての電源装置１（マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓ）の残容量（ＳＯＣ）の総和に対する自装置の残容量の比が算出されて自装置に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量が求められる。そして、この制御量が、演算部５３及び電流制限部５４を順に介して電流指令値として出力されることとなる。
【００４２】
ここで、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓに設けられたヒステリシスコンパレータ５２のうち、マスター電源装置Ｍに設けられたヒステリシスコンパレータ５２のみが、制御量算出部５１で算出される制御量が値「０」よりも大きい場合に動作するよう設定されている。このため、マスター電源装置Ｍに設けられた電流指令値生成部４３からは電流指令値が出力されるが、スレーブ電源装置Ｓに設けられた電流指令値生成部４３からは電流指令値が出力されない。このように、動作が開始された直後においては、マスター電源装置Ｍからの直流電力の放電のみが行われ、スレーブ電源装置Ｓからの直流電力の放電は行われない。
【００４３】
指令信号Ｃの値（放電すべき直流電力の大きさ）が徐々に大きくなるにつれて、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓの制御量算出部５１で算出される制御量の値も大きくなる。スレーブ電源装置Ｓの各々において、制御量算出部５１で算出される制御量の値がヒステリシスコンパレータ５２に設定された閾値を超えると、遅延時間が最も短く設定されたものから順に動作する。これにより、ヒステリシスコンパレータ５２が動作したスレーブ電源装置Ｓから直流電力の放電が順次開始され、指令信号Ｃの値が増大するにつれて直流電力の放電を行うスレーブ電源装置Ｓの数が増加する。尚、放電が開始されるタイミングは、ヒステリシスコンパレータ５２に設定された遅延時間に依存する。
【００４４】
これに対し、指令信号Ｃの値が徐々に小さくなると、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓの制御量算出部５１で算出される制御量の値も徐々に小さくなる。マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々において、制御量算出部５１で算出される制御量の値がヒステリシスコンパレータ５２に設定された閾値以下になると、遅延時間が最も短く設定されたものから順に動作を停止する。このように、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓは、ヒステリシスコンパレータ５２の作用によって、放電を先に開始したものから順に動作を停止する。尚、放電が停止されるタイミングも、ヒステリシスコンパレータ５２に設定された遅延時間に依存する。
【００４５】
以上の通り、本実施形態において、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓは、ヒステリシスコンパレータ５２の作用によって輪番で動作し、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓの各々からの直流電力の放電が輪番で行われるとともに、直流電力の放電の停止が輪番で行われる。このため、特定の電源装置１のみからの放電が継続されるといった事態を避けることができるとともに、入出力される電流が少ない状態であっても、高い効率を維持することが可能である。
【００４６】
図３は、本発明の一実施形態による電源システムの降圧（充電）運転時における制御に係るブロックを抜き出して示す図である。図３に示す通り、電源装置１（マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓ）に設けられる電流指令値生成部４３は、図２中に示す制御量算出部５１に代えて、制御量算出部６１及び除算部６２を設けた構成である。尚、図３において、符号Ｖ１を付して示す信号は、マスター電源装置Ｍに設けられた電池モジュール１０の出力電圧を示す信号を示しており、符号Ｖ２を付して示す信号は、スレーブ電源装置Ｓの各々に設けられた電池モジュール１０の出力電圧を示す信号を示している。
【００４７】
制御量算出部６１は、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々に設けられた電池モジュール１０の放電深度（ＤＯＤ１〜ＤＯＤｎ）を参照しつつ、マスター電源装置Ｍのコントローラ４０に設けられる自動電圧制御器４２から出力される制御信号（或いは、信号Ｃ１に含まれる制御信号）に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量を求める。つまり、制御量算出部５１は、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々における電池モジュール１０の充電量の分担を求める。除算部６２は、制御量算出部６１で求められた制御量と自装置が備える電池モジュール１０の出力電圧との比を算出する。
【００４８】
電源システムＰＳにおいて直流電力の充電が行われる場合の動作は、基本的には図２を参照して説明した動作と同じである。つまり、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓは、ヒステリシスコンパレータ５２の作用によって輪番で動作し、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓの各々における充電が輪番で行われるとともに、充電の停止が輪番で行われる。このため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００４９】
以上、本発明の一実施形態による電源システムについて説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態で説明したマスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々に設けられるヒステリシスコンパレータ５２の閾値は、同じ値が設定されていても良く、異なる値が設定されていても良い。また、ヒステリシスコンパレータ５２の遅延時間は、電源システムＰＳに要求される仕様や、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの性能に応じて任意に設定可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 電源装置
１０ 電池モジュール
２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４０ コントローラ
５１ 制御量算出部
５２ ヒステリシスコンパレータ
５３ 演算部
Ｃ 指令信号
Ｃ１ 信号
ＰＳ 電源システム
Ｔ１１，Ｔ１２ 電源入出力端
Ｔ２２ 信号入出力端
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力の充放電が可能な電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、温室効果ガスの一種である二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量を低減すべく、モータが動力発生源として盛んに用いられている。例えば、自動車等の車両では、一般的に動力発生源としてエンジン等の内燃機関が用いられていたが、近年では動力発生源としてエンジンとモータとを併用するハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や動力発生源としてモータのみを用いる電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）の研究・開発が盛んに行われている。
【０００３】
モータを動力発生源として用いる装置では、直流電力の充放電が可能なリチウムイオン二次電池等の二次電池が電源として用いられる。二次電池を電源とする電源システムを構築する場合に、システム設計者は、二次電池、二次電池の充放電を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ、及び制御対象の電気機器を駆動するインバータ等の機器を個別に用意し、これらの機器を電源システムの仕様に適合するように組み合わせる必要がある。大容量の電源システムを構築する場合にも同様に、大容量の二次電池（例えば、数メガワット）と大容量のコンバータとを個別に入手して電源システムの仕様に合わせた組み合わせを行う必要がある。
【０００４】
以下の特許文献１には、太陽電池等の直流電源と負荷との間に並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源装置の性能を向上させる技術が開示されている。具体的には、電源装置の総入力又は総出力電流値をＤＣ／ＤＣコンバータの運転台数で除した値が電流センサの定格電流値に最も近似する値となるようにＤＣ／ＤＣコンバータの運転台数を制御することで電源装置の性能を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４２０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した二次電池及びＤＣ／ＤＣコンバータを備える電源システムの大容量化を図るには、例えば二次電池を複数並列して設けるとともに、上述した特許文献１のようにＤＣ／ＤＣコンバータを複数並列して設けることが考えられる。このとき、二次電池とＤＣ／ＤＣコンバータとを１対１で対応付けてユニット化すれば、構成及び制御性の簡単化を図ることができると考えられる。
【０００７】
ここで、二次電池の充放電電流は、二次電池の残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）や放電深度（ＤＯＤ：Depth Of Discharge）に基づいて制御されるのが基本である。このため、上述した通り、二次電池とＤＣ／ＤＣコンバータとを１対１で対応付けてユニット化した場合には、全てのユニットが同時に動作することを前提として、各ユニットで入出力する必要のある電流の分担が、各ユニットに設けられた二次電池のＳＯＣやＤＯＤに基づいて決定されることになる。
【０００８】
しかしながら、電源システムで入出力される電流を全てのユニットで分担する場合には、各ユニットに設けられた二次電池の充放電電流が電源システム全体の容量に対して小さくなる状況が生じ得る。かかる状況が生ずると、各ユニットは入出力電流が予め設定された定格電流に対して低い状態（低負荷率）で動作することになる。すると、各ユニットに設けられたＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が低下してしまい、これにより電源システム全体の効率が低下する虞が考えられる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、入出力される電流が少ない状態であっても、高い効率を維持することが可能な電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の電源システムは、直流電力の入出力が行われる電源入出力端（Ｔ１１、Ｔ１２）が並列接続されており、該電源入出力端を介して直流電力の充放電が可能な電源装置（１）を複数備える電源システム（ＰＳ）であって、前記電源装置は、少なくとも１つの電池モジュール（１０）と、前記電池モジュールに対して充放電される直流電力の電力変換を行う電力変換回路（２０）と、外部から入力される指令信号（Ｃ、Ｃ１）から前記電力変換回路の制御量を示す情報を求め、該情報に基づいた前記電力変換回路の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行う制御部（４０）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記電力変換回路の制御を遅延させる時間が、前記電源装置毎に異なる時間が設定されていることを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記制御部が、前記指令信号から前記電力変換回路の制御量を示す情報を求める制御量算出部（５１）と、前記制御量算出部で求められた制御量を入力とするヒステリシスコンパレータ（５２）と、前記制御量算出部で求められた制御量と前記ヒステリシスコンパレータの出力との積を求める演算部（５３）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記電源装置の少なくとも１つが、制御量算出部で求められた制御量が零よりも大きくなった場合に前記ヒステリシスコンパレータが動作するよう設定されていることを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記電源装置が、前記電池モジュール、前記電力変換回路、及び前記制御部をユニット化してなるものであることを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記電池モジュールが、電池セルと該電池セルを監視する監視基板とをモジュール化したものであり、前記制御部が、前記電池モジュールに設けられた前記監視基板の監視結果を参照しつつ、前記情報に基づいた前記電力変換回路の制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記電源装置が、前記監視基板の監視結果を示す情報を含む信号の入出力が可能な信号入出力端（Ｔ２２）を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電源装置の各々に設けられた制御部が、外部から入力される指令信号電力変換回路の制御量を示す情報を求め、その情報に基づいた電力変換回路の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行うことによって、電源装置の各々に対する直流電力の充放電が輪番で行われるため、入出力される電流が少ない状態であっても、高い効率を維持することが可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による電源システムの要部構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態による電源システムの昇圧（放電）運転時における制御に係るブロックを抜き出して示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による電源システムの降圧（充電）運転時における制御に係るブロックを抜き出して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による電源システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による電源システムの要部構成を示す回路図である。図１に示す通り、本実施形態の電源システムＰＳは、電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２が並列接続されるとともに信号入出力端Ｔ２２が互いに接続されており、電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して直流電力の充放電が可能な複数の電源装置１を備える。
【００１４】
電源システムＰＳに設けられる複数の電源装置１のうちの１つがマスター電源装置Ｍとされ、残りがスレーブ電源装置Ｓとされている。ここで、マスター電源装置Ｍは、充放電すべき直流電力の電力量を示す指令信号Ｃ（例えば、電圧指令信号）が入力される信号入出力端Ｔ２１を備えており、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々で充放電すべき直流電力の電力量を統括制御する電源装置である。また、スレーブ電源装置Ｓは、マスター電源装置Ｍの制御の下で、直流電力の充放電を行う電源装置である。
【００１５】
かかる構成の電源システムＰＳは、スレーブ電源装置Ｓの並列数を増減させることによって、容量を変えることが可能である。具体的には、スレーブ電源装置Ｓの並列数を増加させることにより電源システムＰＳの容量を増加させることができ、逆にスレーブ電源装置Ｓの並列数を減少させることにより電源システムＰＳの容量を減少させることができる。この電源システムＰＳは、例えば直流電力を交流電力に変換するインバータＩＮＶに接続される。
【００１６】
具体的に、マスター電源装置Ｍは、電池モジュール１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０（電力変換回路）、電流センサ３１、電圧センサ３２、及びコントローラ４０（制御部）をユニット化した電源である。このマスター電源装置Ｍは、一対の電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して直流電力の充電及び放電が可能な電源装置（所謂、バイポーラ電源装置）である。
【００１７】
電池モジュール１０は、電池セルと電池監視基板（監視基板）とをモジュール化したものであり、マスター電源装置Ｍ内において少なくとも１つ設けられている。尚、電池モジュール１０の数（直列接続数）は、マスター電源装置Ｍの出力電圧や容量等の仕様に応じて適宜設定される。ここで、上記の電池セルは、リチウムイオン二次電池セル等の単電池セルを複数積層したものである。また、上記の電池監視基板は、電池セルの電圧・電流等を監視する基板であり、電池セル毎に設けられる。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、電池モジュール１０と一対の電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２との間に設けられており、コントローラ４０の制御の下で、電池モジュール１０から放電される直流電力、或いは電池モジュール１０に充電される直流電力（一対の電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して入力される直流電力）の電力変換を行う。このＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、コンデンサ２１、チョークコイル２２、トランジスタ２３ａ，２３ｂ、ダイオード２４ａ，２４ｂ、及びコンデンサ２５を備える。
【００１９】
コンデンサ２１は、電池モジュール１０の正電極と負電極との間に接続されている。尚、電池モジュール１０の負電極は、電源入出力端Ｔ１２に接続されている。このコンデンサ２１は、マスター電源装置Ｍの充電時（電池モジュール１０の充電時）に、電池モジュール１０に供給される電力を平滑化して直流電流にするために設けられる。
【００２０】
チョークコイル２２は、一端がコンデンサ２１の一方の電極（電池モジュール１０の正電極に接続された電極）に接続されており、他端がトランジスタ２３ａのコレクタ電極とトランジスタ２３ｂのエミッタ電極との接続点に接続されている。トランジスタ２３ａ，２３ｂは、バイポーラトランジスタであり、コントローラ４０によってオン状態及びオフ状態が制御される。尚、トランジスタ２３ａ，２３ｂとしてＦＥＴトランジスタ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を用いることも可能である。
【００２１】
トランジスタ２３ａは、コレクタ電極がトランジスタ２３ｂのエミッタ電極及びチョークコイル２２の他端に接続されており、エミッタ電極がコンデンサ２１の他方の電極（電池モジュール１０の負電極及び電源入出力端Ｔ１２に接続された電極）に接続されている。また、トランジスタ２３ｂは、エミッタ電極がトランジスタ２３ａのコレクタ電極及びチョークコイル２２の他端に接続されており、コレクタ電極がコンデンサ２５の一方の電極及び電源入出力端Ｔ１１に接続されている。これらトランジスタ２３ａ，２３ｂのベース電極はコントローラ４０に接続されている。
【００２２】
ダイオード２４ａ，２４ｂは、トランジスタ２３ａ，２３ｂのコレクタ・エミッタ間にそれぞれ接続されている。具体的に、ダイオード２４ａは、アノード電極がトランジスタ２３ａのエミッタ電極に接続され、カソード電極がトランジスタ２３ａのコレクタ電極に接続されている。また、ダイオード２４ｂは、アノード電極がトランジスタ２３ｂのエミッタ電極に接続され、カソード電極がトランジスタ２３ｂのコレクタ電極に接続されている。コンデンサ２５は、一対の電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２の間に接続されている。このコンデンサ２５は、マスター電源装置Ｍの放電時に、電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２から外部に出力される電力を平滑化して直流電流にするために設けられる。
【００２３】
電流センサ３１は、電池モジュール１０の正電極とＤＣ／ＤＣコンバータ２０とを接続する電流路に取り付けられており、電池モジュール１０から流出する電流（放電電流）、及び電池モジュール１０に流入する電流（充電電流）を検出する。電圧センサ３２は、コンデンサ２５に対して並列に取り付けられており、コンデンサ２５の電位差（電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２間に現れる電圧）を検出する。これら電流センサ３１及び電圧センサ３２の検出結果を示す検出信号はコントローラ４０に出力される。
【００２４】
コントローラ４０は、演算器４１、自動電圧制御器（ＡＶＲ：Automatic Voltage Regulator）４２、電流指令値生成部４３、演算器４４、自動電流制御器（ＡＣＲ：Automatic Current Regulator）４５、及びＰＷＭ制御器４６を備える。そして、信号入出力端Ｔ２１から入力される指令信号ＣからＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量を示す情報（例えば、電流指令値）を求め、この情報に基づいたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行う。
【００２５】
コントローラ４０の内部に設けられるブロックは、ハードウェアにより実現されていても良く、ソフトウェアにより実現されていても良い。ソフトウェアにより実現する場合には、ＣＰＵやメモリ等を用いてコントローラ４０を構成し、各ブロックの機能を実現するプログラムをＣＰＵに読み込ませ、プログラムとＣＰＵ等のハードウェア資源とが協働することにより実現される。
【００２６】
演算器４１は、信号入出力端Ｔ２１から入力される指令信号Ｃから、電圧センサ３２の検出結果を減算することにより、これらの差を示す電圧誤差信号を求める。自動電圧制御器４２は、演算器４１から出力される電圧誤差信号を零とする制御信号を出力する。電流指令値生成部４３は、電池モジュール１０（スレーブ電源装置Ｓに設けられた電池モジュール１０を含む）の監視結果を参照しつつ、自動電圧制御器４２からの制御信号に基づいて、マスター電源装置Ｍが備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２０で変換させる直流電力の電力量を指示する指令値である電流指令値を求める。尚、電流指令値生成部４３は、自動電圧制御器４２からの制御信号及び電池モジュール１０の監視結果を示す信号を含む信号Ｃ１を信号入出力端Ｔ２２に出力する。
【００２７】
演算器４４は、電流指令値生成部４３で生成された電流指令値から、電流センサ３１の検出結果を減算することにより、これらの差を示す電流誤差信号を求める。自動電流制御器４５は、演算器３４から出力される電流誤差信号を零とする制御信号を生成して出力する。ＰＷＭ制御器４６は、自動電流制御器４５からの制御信号に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に設けられたトランジスタ２３ａ，２３ｂをスイッチング動作（ＰＷＭスイッチング動作）させる。
【００２８】
ここで、コントローラ４０が、トランジスタ２３ｂをオフ状態にし、トランジスタ２３ａをスイッチング動作させると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は非絶縁型昇圧チョークコンバータとして動作する。このため、電池モジュール１０から放電された直流電力は、電圧が昇圧されて電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して外部に出力される。尚、かかる動作は、マスター電源装置Ｍに設けられた電池モジュール１０から直流電力を放電させる場合に行われる。
【００２９】
これに対し、コントローラ４０が、トランジスタ２３ａをオフ状態にし、トランジスタ２３ｂをスイッチング動作させると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、非絶縁型降圧チョークコンバータとして動作する。このため、外部から電源入出力端Ｔ１１，Ｔ１２を介して入力された直流電力は、電圧が降圧されて電池モジュール１０に供給される。尚、かかる動作は、マスター電源装置Ｍに設けられた電池モジュール１０を充電する場合に行われる。
【００３０】
スレーブ電源装置Ｓは、基本的な構成がマスター電源装置Ｍとほぼ同様のバイポーラ電源装置である。具体的に、スレーブ電源装置Ｓは、電池モジュール１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０（電力変換回路）、電流センサ３１、及びコントローラ４０（制御部）をユニット化した電源である。但し、マスター電源装置Ｍが備える信号入出力端Ｔ２１及び電圧センサ３２が省略されているとともに、コントローラ４０においては演算器４１及び自動電圧制御器４２が省略されている。
【００３１】
かかる構成のスレーブ電源装置Ｓに設けられたコントローラ４０は、マスター電源装置Ｍに設けられたコントローラ４０とは異なり、信号入出力端Ｔ２２から入力される信号Ｃ１からＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量を示す情報（例えば、電流指令値）を求め、この情報に基づいたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行う。
【００３２】
具体的には、電流指令値生成部４３が、電池モジュール１０（マスター電源装置Ｍ及び他のスレーブ電源装置Ｓに設けられた電池モジュール１０を含む）の監視結果を参照しつつ、信号Ｃ１に含まれる制御信号に基づいて、自装置が備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２０で変換させる直流電力の電力量を指示する指令値である電流指令値を求める。尚、生成された電流指令値に基づいたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御は、マスター電源装置Ｓと同様に行われる。
【００３３】
ここで、前述したマスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々に設けられるコントローラ４０の遅延時間は、それぞれ異なる時間に設定されている。このような遅延時間を設定するのは、電源装置１（マスター電源装置Ｍ，スレーブ電源装置Ｓ）を輪番で動作させることによって、入出力される電流が少ない状態であっても、高い効率を維持するためである。つまり、全ての電源装置１を同時に動作させると各電源装置１は低負荷率で動作してしまうため、電源装置１を輪番で動作させることによって各電源装置１を極力高負荷率で動作させるためである。
【００３４】
尚、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓは、基本的な構成が同様である。このため、これらの構成を全く同じにし、設定によってマスター電源装置Ｍにするのか、スレーブ電源装置Ｓにするのかを選択しても良い。例えば、電源装置１の各々を識別するために割り当てられる識別番号が「０」である場合にはマスター電源装置Ｍにし、「０」以外である場合にはスレーブ電源Ｓにするといった具合である。また、コントローラ４０で用いるプログラムの種類に応じてマスター電源装置Ｍにするのか、スレーブ電源装置Ｓにするのかを決定しても良い。
【００３５】
図２は、本発明の一実施形態による電源システムの昇圧（放電）運転時における制御に係るブロックを抜き出して示す図である。図２に示す通り、電源装置１（マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓ）に設けられる電流指令値生成部４３は、制御量算出部５１、ヒステリシスコンパレータ５２、演算部５３、及び電流制限部５４をそれぞれ備える。尚、図２において、符号Ｄ１，Ｄ２を付して示す信号は、マスター電源装置Ｍが備える電圧センサ３２及び電流センサ３１から出力される検出信号をそれぞれ示しており、符号Ｄ３を付して示す信号は、スレーブ電源装置Ｓの各々が備える電流センサ３１から出力される検出信号を示している。
【００３６】
制御量算出部５１は、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々に設けられた電池モジュール１０の残容量（ＳＯＣ１〜ＳＯＣｎ）を参照しつつ、マスター電源装置Ｍのコントローラ４０に設けられる自動電圧制御器４２から出力される制御信号（或いは、信号Ｃ１に含まれる制御信号）に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量を求める。つまり、制御量算出部５１は、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々において、出力すべき電流の分担を求める。
【００３７】
ヒステリシスコンパレータ５２は、制御量算出部５１で求められた制御量を入力としており、入力される制御量が予め設定された閾値を超えた場合に、予め設定された時間（遅延時間）が経過した時点で出力する。ここで、マスター電源装置Ｍに設けられるヒステリシスコンパレータ５２は、制御量算出部５１で求められた制御量が値「０」よりも大きい場合に動作し、その制御量が予め設定された閾値を下回った場合に動作を停止（リセット）するよう設定されている。尚、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々に設けられるヒステリシスコンパレータ５２の遅延時間は、それぞれ異なる時間に設定されている。
【００３８】
演算部５３は、制御量算出部５１で求められた制御量とヒステリシスコンパレータ５２の出力との積を求める。電流制限部５４は、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々において、制御量算出部５１で求められた制御量に応じた電流を放電することができない場合に、放電量を制限する電流指令値を生成する処理（リミッタ処理）を行う。
【００３９】
次に、電源システムＰＳにおいて直流電力の放電が行われる場合の動作について図２を参照しつつ説明する。直流電力を放電すべき旨を示す指令信号Ｃがマスター電源装置Ｍに設けられた信号入出力端Ｔ２１から入力されると、まずマスター電源装置Ｍに設けられている演算器４１によって、指令信号Ｃから電圧センサ３２の検出結果が減算されて電圧誤差信号が求められる。この電圧誤差信号は、マスター電源装置Ｍに設けられている自動電圧制御器４２に入力され、自動電圧制御器４２において電圧誤差信号を零とする制御信号が生成される。
【００４０】
自動電圧制御器４２で生成された制御信号は、マスター電源装置Ｍに設けられた電流指令値生成部４３に加えて、スレーブ電源装置Ｓに設けられた電流指令値生成部４３にそれぞれ出力される。そして、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓに設けられた電流指令値生成部４３の各々において、自装置に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ２０で変換させる直流電力の電力量を指示する指令値である電流指令値が求められる。
【００４１】
具体的には、電流指令値生成部４３に設けられた制御量算出部５１において、全ての電源装置１（マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓ）の残容量（ＳＯＣ）の総和に対する自装置の残容量の比が算出されて自装置に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量が求められる。そして、この制御量が、演算部５３及び電流制限部５４を順に介して電流指令値として出力されることとなる。
【００４２】
ここで、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓに設けられたヒステリシスコンパレータ５２のうち、マスター電源装置Ｍに設けられたヒステリシスコンパレータ５２のみが、制御量算出部５１で算出される制御量が値「０」よりも大きい場合に動作するよう設定されている。このため、マスター電源装置Ｍに設けられた電流指令値生成部４３からは電流指令値が出力されるが、スレーブ電源装置Ｓに設けられた電流指令値生成部４３からは電流指令値が出力されない。このように、動作が開始された直後においては、マスター電源装置Ｍからの直流電力の放電のみが行われ、スレーブ電源装置Ｓからの直流電力の放電は行われない。
【００４３】
指令信号Ｃの値（放電すべき直流電力の大きさ）が徐々に大きくなるにつれて、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓの制御量算出部５１で算出される制御量の値も大きくなる。スレーブ電源装置Ｓの各々において、制御量算出部５１で算出される制御量の値がヒステリシスコンパレータ５２に設定された閾値を超えると、遅延時間が最も短く設定されたものから順に動作する。これにより、ヒステリシスコンパレータ５２が動作したスレーブ電源装置Ｓから直流電力の放電が順次開始され、指令信号Ｃの値が増大するにつれて直流電力の放電を行うスレーブ電源装置Ｓの数が増加する。尚、放電が開始されるタイミングは、ヒステリシスコンパレータ５２に設定された遅延時間に依存する。
【００４４】
これに対し、指令信号Ｃの値が徐々に小さくなると、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓの制御量算出部５１で算出される制御量の値も徐々に小さくなる。マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々において、制御量算出部５１で算出される制御量の値がヒステリシスコンパレータ５２に設定された閾値以下になると、遅延時間が最も短く設定されたものから順に動作を停止する。このように、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓは、ヒステリシスコンパレータ５２の作用によって、放電を先に開始したものから順に動作を停止する。尚、放電が停止されるタイミングも、ヒステリシスコンパレータ５２に設定された遅延時間に依存する。
【００４５】
以上の通り、本実施形態において、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓは、ヒステリシスコンパレータ５２の作用によって輪番で動作し、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓの各々からの直流電力の放電が輪番で行われるとともに、直流電力の放電の停止が輪番で行われる。このため、特定の電源装置１のみからの放電が継続されるといった事態を避けることができるとともに、入出力される電流が少ない状態であっても、高い効率を維持することが可能である。
【００４６】
図３は、本発明の一実施形態による電源システムの降圧（充電）運転時における制御に係るブロックを抜き出して示す図である。図３に示す通り、電源装置１（マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓ）に設けられる電流指令値生成部４３は、図２中に示す制御量算出部５１に代えて、制御量算出部６１及び除算部６２を設けた構成である。尚、図３において、符号Ｖ１を付して示す信号は、マスター電源装置Ｍに設けられた電池モジュール１０の出力電圧を示す信号を示しており、符号Ｖ２を付して示す信号は、スレーブ電源装置Ｓの各々に設けられた電池モジュール１０の出力電圧を示す信号を示している。
【００４７】
制御量算出部６１は、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々に設けられた電池モジュール１０の放電深度（ＤＯＤ１〜ＤＯＤｎ）を参照しつつ、マスター電源装置Ｍのコントローラ４０に設けられる自動電圧制御器４２から出力される制御信号（或いは、信号Ｃ１に含まれる制御信号）に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御量を求める。つまり、制御量算出部５１は、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々における電池モジュール１０の充電量の分担を求める。除算部６２は、制御量算出部６１で求められた制御量と自装置が備える電池モジュール１０の出力電圧との比を算出する。
【００４８】
電源システムＰＳにおいて直流電力の充電が行われる場合の動作は、基本的には図２を参照して説明した動作と同じである。つまり、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓは、ヒステリシスコンパレータ５２の作用によって輪番で動作し、マスター電源装置Ｍ及び各スレーブ電源装置Ｓの各々における充電が輪番で行われるとともに、充電の停止が輪番で行われる。このため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００４９】
以上、本発明の一実施形態による電源システムについて説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態で説明したマスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの各々に設けられるヒステリシスコンパレータ５２の閾値は、同じ値が設定されていても良く、異なる値が設定されていても良い。また、ヒステリシスコンパレータ５２の遅延時間は、電源システムＰＳに要求される仕様や、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓの性能に応じて任意に設定可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 電源装置
１０ 電池モジュール
２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４０ コントローラ
５１ 制御量算出部
５２ ヒステリシスコンパレータ
５３ 演算部
Ｃ 指令信号
Ｃ１ 信号
ＰＳ 電源システム
Ｔ１１，Ｔ１２ 電源入出力端
Ｔ２２ 信号入出力端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力の入出力が行われる電源入出力端が並列接続されており、該電源入出力端を介して直流電力の充放電が可能な電源装置を複数備える電源システムであって、
前記電源装置は、少なくとも１つの電池モジュールと、
前記電池モジュールに対して充放電される直流電力の電力変換を行う電力変換回路と、
外部から入力される指令信号から前記電力変換回路の制御量を示す情報を求め、該情報に基づいた前記電力変換回路の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行う制御部と
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記電力変換回路の制御を遅延させる時間は、前記電源装置毎に異なる時間が設定されていることを特徴とする請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記指令信号から前記電力変換回路の制御量を示す情報を求める制御量算出部と、
前記制御量算出部で求められた制御量を入力とするヒステリシスコンパレータと、
前記制御量算出部で求められた制御量と前記ヒステリシスコンパレータの出力との積を求める演算部と
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源システム。
【請求項４】
前記電源装置の少なくとも１つは、制御量算出部で求められた制御量が零よりも大きくなった場合に前記ヒステリシスコンパレータが動作するよう設定されていることを特徴とする請求項３記載の電源システム。
【請求項５】
前記電源装置は、前記電池モジュール、前記電力変換回路、及び前記制御部をユニット化してなるものであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電源システム。
【請求項６】
前記電池モジュールは、電池セルと該電池セルを監視する監視基板とをモジュール化したものであり、
前記制御部は、前記電池モジュールに設けられた前記監視基板の監視結果を参照しつつ、前記情報に基づいた前記電力変換回路の制御を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の電源システム。
【請求項７】
前記電源装置は、前記監視基板の監視結果を示す情報を含む信号の入出力が可能な信号入出力端を備えることを特徴とする請求項６記載の電源システム。
【請求項１】
直流電力の入出力が行われる電源入出力端が並列接続されており、該電源入出力端を介して直流電力の充放電が可能な電源装置を複数備える電源システムであって、
前記電源装置は、少なくとも１つの電池モジュールと、
前記電池モジュールに対して充放電される直流電力の電力変換を行う電力変換回路と、
外部から入力される指令信号から前記電力変換回路の制御量を示す情報を求め、該情報に基づいた前記電力変換回路の制御を予め設定された時間だけ遅延させて行う制御部と
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記電力変換回路の制御を遅延させる時間は、前記電源装置毎に異なる時間が設定されていることを特徴とする請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記指令信号から前記電力変換回路の制御量を示す情報を求める制御量算出部と、
前記制御量算出部で求められた制御量を入力とするヒステリシスコンパレータと、
前記制御量算出部で求められた制御量と前記ヒステリシスコンパレータの出力との積を求める演算部と
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源システム。
【請求項４】
前記電源装置の少なくとも１つは、制御量算出部で求められた制御量が零よりも大きくなった場合に前記ヒステリシスコンパレータが動作するよう設定されていることを特徴とする請求項３記載の電源システム。
【請求項５】
前記電源装置は、前記電池モジュール、前記電力変換回路、及び前記制御部をユニット化してなるものであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電源システム。
【請求項６】
前記電池モジュールは、電池セルと該電池セルを監視する監視基板とをモジュール化したものであり、
前記制御部は、前記電池モジュールに設けられた前記監視基板の監視結果を参照しつつ、前記情報に基づいた前記電力変換回路の制御を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の電源システム。
【請求項７】
前記電源装置は、前記監視基板の監視結果を示す情報を含む信号の入出力が可能な信号入出力端を備えることを特徴とする請求項６記載の電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−４２５８３（Ｐ２０１３−４２５８３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７６７５５（Ｐ２０１１−１７６７５５）
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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