[go: up one dir, main page]

JP3973638B2 - 電源ユニット及びこれを有する電源システム - Google Patents

電源ユニット及びこれを有する電源システム Download PDF

Info

Publication number
JP3973638B2
JP3973638B2 JP2004090798A JP2004090798A JP3973638B2 JP 3973638 B2 JP3973638 B2 JP 3973638B2 JP 2004090798 A JP2004090798 A JP 2004090798A JP 2004090798 A JP2004090798 A JP 2004090798A JP 3973638 B2 JP3973638 B2 JP 3973638B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
power
voltage
circuit
supply unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004090798A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005102469A (ja
Inventor
智徳 ▲国▼光
正明 甲野藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2004090798A priority Critical patent/JP3973638B2/ja
Priority to CNB2004100751721A priority patent/CN100345364C/zh
Priority to US10/931,992 priority patent/US7522435B2/en
Publication of JP2005102469A publication Critical patent/JP2005102469A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3973638B2 publication Critical patent/JP3973638B2/ja
Priority to US12/411,764 priority patent/US8058748B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/30—The power source being a fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0016—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters
    • H02M1/0022—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters the disturbance parameters being input voltage fluctuations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明は、電力の入力或は出力が可能な二次電池等を有する電源ユニット及び電源システムに関し、特に二次電池等の効率的な並列駆動を実現せしめる電源ユニット及び電源システムに関する。
従来より、電力の入力或は出力が可能な電源として、二次電池（蓄電池）やコンデンサが用いられている。二次電池においては、複数の二次電池を互いに直列に接続してなる組電池や、複数の二次電池を互いに並列に接続してなる組電池が知られている。また、コンデンサにおいても、複数のコンデンサを互いに並列に接続することによって、連続して取り出せる電力量を増大させる手法は、一般に知られている。
また、複数のコンバータを並列に接続して構成される電源システムにおいて、これら複数のコンバータの出力電流の平均値を算出し、算出した平均出力電流に各コンバータの出力電流を合わせる方法や、複数のコンバータの出力電流から最大の出力電流を検出し、検出した最大出力電流に各コンバータの出力電流を合わせる方法が知られている(下記非特許文献１及び特許文献１参照)。
一方、近年において、水素を原料とした燃料電池の開発が盛んである。図９は、燃料電池の出力特性を示す図である。実線(300)は、横軸を出力電流、縦軸を出力電圧とした場合の燃料電池の出力特性を示している。実線(300)に示されるように、燃料電池はその特性上、電流の出力を増加させるにつれて、出力電圧が低下する。また、横軸を出力電流、縦軸を出力電力とした場合の燃料電池の出力特性を示す実線(301)から分かるように、出力電流を０アンペアから増加させるにつれて、燃料電池の出力電力は増加し、ある電流Ｉｊで出力電力が最大となって、それ以上、出力電流を増加させると、出力電力はかえって減少する。この際、燃料電池は、上記電流Ｉｊを超える電流を出力させると、破損してしまうことがあり、常に電流Ｉｊ以下で使用する制御が必要となる。
呉 壬華、外３名，「ＤＣ−ＤＣコンバータの並列運転制御について」，信学技報ＰＥ９２−４７，電子通信情報学会，１９９２年１１月，ｐ.２３−２９ 特許第２８３３４６０号公報[H02M 3/28]
例えば、ｋ個（ｋは２以上の整数）の二次電池を互いに並列に接続してなる組電池を電源とした場合、単一の二次電池を電源とした場合と比べて、理想的にはｋ倍の時間、負荷に一定の電力を供給しつづけることができる（即ち、電源としての寿命がｋ倍になる）。
しかしながら、ｋ個の二次電池を互いに並列に接続してなる組電池においては、これらｋ個の二次電池の容量が同じであっても、二次電池の内部抵抗の違いによって二次電池に流れる電流にばらつきが生じる。この結果、二次電池の両端（両極）に発生する電力（二次電池の両端（両極）間の電圧と二次電池に流れる電流との積）にもばらつきが生じて、二次電池の残量がゼロとなる時点や満充電となる時点が区々となる。従って、実際は、その組電池を用いたからといって、電源としての寿命はｋ倍にならない（ｋ倍未満となる）。
このことは、二次電池の代わりにコンデンサを用いた場合であっても同様である。更に、二次電池においては、内部抵抗の小さい二次電池が過放電状態や過充電状態となって、該二次電池の特性が劣化する問題がある。
また、ｋ個の燃料電池を互いに並列に接続して電源を構成した場合においても、燃料電池間の出力インピーダンスの違いから燃料電池に流れる電流にばらつきが生じる。そうすると、出力インピーダンスの低い燃料電池から優先的に電流が出力されることとなるため、出力インピーダンスの低い燃料電池の出力電流が電流Ｉｊ（図９）を超え、燃料電池が破損してしまうという問題ある。
本発明は、上記の点に鑑み、互いに並列に接続された複数の電源ユニットの電源モジュールから得られる電力を調整することが可能な電源システム、及び該電源システムに用いられる電源ユニットを提供することを目的とする。
（第１の電源システム：Ｗバランス）
本発明に係る第１の電源システムは、負荷が接続されるべき一対の接続端子を具え、該一対の接続端子に対して複数の電源ユニットが並列に接続され、各電源ユニットは電力の出力が可能な電源モジュールを具えている。そして、各電源ユニットは、
自己の具える電源モジュールの両端電圧を検出する電圧検出回路と、
自己の具える電源モジュールに流れる電流を検出する電流検出回路と、
自己の具える電源モジュールの両端電圧を昇圧して前記一対の接続端子に出力する電圧調整回路と、
該電圧調整回路の動作を制御する制御回路と
を具え、全ての電源ユニットの制御回路は互いに或いは環状に接続されており、
各電源ユニットにおいて、前記制御回路は、
同じ電源ユニット内の電圧検出回路の検出結果と同じ電源ユニット内の電流検出回路の検出結果とに基づいて、同じ電源ユニット内の電源モジュールの両端に発生する電力の大きさを算出する電力算出手段と、
該電力算出手段の電力算出結果を接続された制御回路に出力する出力手段と、
同じ電源ユニット内の電圧調整回路の目標出力電圧と、同じ電源ユニット内の電力算出手段の電力算出結果と、前記接続された制御回路、或いは接続された他の制御回路から得られる電力算出結果とに基づいて、同じ電源ユニット内の電圧調整回路に対する制御信号を作成して出力する制御手段とを具えている。
上記第１の電源システムの各電源ユニットが備える制御回路において、「同じ電源ユニット内の」とは、「当該制御回路を具える電源ユニット内の」を意味している。
また、上記第１の電源システムにおいて、「電源モジュールの両端に発生する電力」とは、電源モジュールから出力される電力を意味する。
上記本発明に係る第１の電源システムは、一対の接続端子に対して２つの電源ユニットを並列に接続して構成され、これら２つの電源ユニットの制御回路は互いに接続されている。或いは、上記本発明に係る第１の電源システムは、一対の接続端子に対して３以上の複数の電源ユニットを並列に接続して構成され、全ての電源ユニットの制御回路は、例えば各制御回路が他の２つの制御回路と接続されることによって環状に接続されている。
３以上の複数の電源ユニットを並列に接続してなる電源システムの各電源ユニットにおいては、電圧検出回路によって電源モジュールの両端電圧が検出されると共に、電流検出回路によって電源モジュールに流れる電流が検出される。そして、制御回路の電力算出手段によって、電圧検出回路の検出結果と電流検出回路の検出結果とが乗算されて電源モジュールから得られる電力の大きさが算出され、出力手段によって、その電力算出結果が接続された２つの制御回路の内、一方の制御回路に出力される。
また、制御手段によって、電圧調整回路の目標出力電圧と、前記電力算出結果と、接続された他方の制御回路から得られた電力算出結果とに基づいて制御信号が作成される。例えば、電圧調整回路の出力電圧を前記目標出力電圧に追従させると共に前記２つの電力算出結果の差をゼロとするための制御信号が作成される。作成された制御信号は電圧調整回路に供給され、電圧調整回路によって、電源モジュールの両端電圧が該制御信号に応じた昇圧率で昇圧されて一対の接続端子に出力される。
この様にして、一対の接続端子に出力される電圧を目標出力電圧に追従させる制御が行なわれて、一対の接続端子に出力される電圧が目標出力電圧に設定されると共に、電源モジュールから得られる電力を、接続された一方の電源ユニットの電源モジュールから得られる電力に一致させる制御が行なわれて、互いに接続された２つの電源ユニット間で電源モジュールから得られる電力が揃えられることになる。
上記本発明に係る第１の電源システムにおいては、上述の如く、互いに接続された２つの電源ユニット間で電源モジュールから得られる電力を揃えることによって、全ての電源ユニットの電源モジュールから得られる電力を均等化することが出来る。従って、電源モジュールが二次電池（蓄電池）やコンデンサから成る場合は、全ての電源モジュールの容量が同じであれば、全ての電源モジュールの残量は同じ時点でゼロとなり、内部抵抗の小さい電源モジュールや出力電圧の高い電源モジュールが過放電状態となることを防止することが出来る。また、電源モジュールが燃料電池から成る場合は、各燃料電池の出力インピーダンスにばらつきがあっても、各電源モジュールの出力電力は全て均等化されるため、燃料電池の破損の危険性が極端に軽減する。
又、上記本発明に係る第１の電源システムは、目標出力電圧を変えることによって、定格電圧の異なる種々の負荷の電力供給源として使用することが出来る。
更に、上記本発明に係る第１の電源システムは、電源ユニットの個数を増減することによって、定格容量の異なる種々の負荷の電力供給源として使用することが出来る。
（第２の電源システム：Ｉバランス）
本発明に係る第２の電源システムは、負荷が接続されるべき一対の接続端子を具え、該一対の接続端子に対して複数の電源ユニットが並列に接続され、各電源ユニットは電力の出力が可能な電源モジュールを具えている。そして、各電源ユニットは、
自己の具える電源モジュールに流れる電流を検出する電流検出回路と、
自己の具える電源モジュールの両端電圧を昇圧して前記一対の接続端子に出力する電圧調整回路と、
該電圧調整回路の動作を制御する制御回路と
を具え、全ての電源ユニットの制御回路は互いに或いは環状に接続されており、
各電源ユニットにおいて、前記制御回路は（換言すれば、「各制御回路は」）、
同じ電源ユニット内の電流検出回路の電流検出結果を、接続された制御回路に出力する出力手段と、
同じ電源ユニット内の電圧調整回路の目標出力電圧と、同じ電源ユニット内の電流検出回路の電流検出結果と、前記接続された制御回路、或いは接続された他の制御回路から得られる電流検出結果とに基づいて、同じ電源ユニット内の電圧調整回路に対する制御信号を作成して出力する制御手段とを具えている。
上記第２の電源システムの各電源ユニットが備える制御回路において、「同じ電源ユニット内の」とは、「当該制御回路を具える電源ユニット内の」を意味している。
上記本発明に係る第２の電源システムは、一対の接続端子に対して２つの電源ユニットを並列に接続して構成され、これら２つの電源ユニットの制御回路は互いに接続されている。或いは、上記本発明に係る第２の電源システムは、一対の接続端子に対して３以上の複数の電源ユニットを並列に接続して構成され、全ての電源ユニットの制御回路は、例えば各制御回路が他の２つの制御回路と接続されることによって環状に接続されている。
３以上の複数の電源ユニットを並列に接続してなる電源システムの各電源ユニットにおいては、電流検出回路によって電源モジュールに流れる電流が検出され、制御回路の出力手段によって、その電流検出結果が前記接続された２つの制御回路の内、一方の制御回路に出力される。
また、制御手段によって、電圧調整回路の目標出力電圧と、前記電流検出結果と、接続された他方の制御回路から得られた電流検出結果とに基づいて制御信号が作成される。例えば、電圧調整回路の出力電圧を前記目標出力電圧に追従させると共に前記２つの電流検出結果の差をゼロとするための制御信号が作成される。作成された制御信号は電圧調整回路に供給され、電圧調整回路によって、電源モジュールの両端電圧が該制御信号に応じた昇圧率で昇圧されて一対の接続端子に出力される。
この様にして、一対の接続端子に出力される電圧を目標出力電圧に追従させる制御が行なわれて、一対の接続端子に出力される電圧が目標出力電圧に設定されると共に、電源モジュールに流れる電流を、接続された一方の電源ユニットの電源モジュールに流れる電流に一致させる制御が行なわれて、互いに接続された２つの電源ユニット間で電源モジュールに流れる電流が揃えられることになる。
上記本発明に係る第２の電源システムにおいては、上述の如く、互いに接続された２つの電源ユニット間で電源モジュールに流れる電流を揃えることによって、全ての電源ユニットの電源モジュールに流れる電流を均等化することが出来る。従って、複数の電源モジュールの出力電圧のばらつきが小さい場合には、これらの電源モジュールから得られる電力は略等しくなる。その出力電圧のばらつきが小さいという仮定の下で、電源モジュールが二次電池（蓄電池）やコンデンサから成る場合は、全ての電源モジュールの容量が同じであれば、全ての電源モジュールの残量は同じ時点でゼロとなり、内部抵抗の小さい電源モジュールや出力電圧の高い電源モジュールが過放電状態となることを防止することが出来る。また、電源モジュールが燃料電池から成る場合は、各燃料電池の出力インピーダンスにばらつきがあっても、各電源モジュールの出力電力は全て均等化されるため、燃料電池の破損の危険性が極端に軽減する。
又、上記本発明に係る第２の電源システムは、目標出力電圧を変えることによって、定格電圧の異なる種々の負荷の電力供給源として使用することが出来る。
更に、上記本発明に係る第２の電源システムは、電源ユニットの個数を増減することによって、定格容量の異なる種々の負荷の電力供給源として使用することが出来る。
（具体的構成）
具体的構成においては、各電源モジュールは電力の入力も可能であって、各電源ユニットにおいて、前記電圧調整回路は、前記一対の接続端子間の電圧を降圧して同じ電源ユニット内の電源モジュールの両端（両極）に出力する。
上記具体的構成の各電源ユニットが備える制御回路において、「同じ電源ユニット内の」とは、「当該電圧調整回路を具える電源ユニット内の」を意味している。
また、上記具体的構成をとった場合の上記第１の電源システムにおいて、「電源モジュールの両端に発生する電力」とは、電源モジュールが電力を出力する場合（放電時）にあっては、電源モジュールから出力される電力であり、電源モジュールが電力を入力する場合（回生充電時）にあっては、電源モジュールに入力される電力を意味する。
上記具体的構成を有する電源システムの各電源ユニットにおいては、負荷から電源モジュールに電力が供給される回生充電時には、電圧調整回路によって、一対の接続端子間の電圧が制御回路からの制御信号に応じた降圧率で降圧されて電源モジュールの両端に出力される。
上記具体的構成を有する電源システムにおいては、回生充電時に、電源モジュールに供給される電力を、接続された一方の電源ユニットの電源モジュールに供給される電力に一致させる制御が行なわれて、互いに接続された２つの電源ユニット間で電源モジュールに供給される電力が揃えられ、これによって、全ての電源ユニットの電源モジュールに供給される電力が均等化されることになる。従って、全ての電源モジュールの残量が同じであれば、全ての電源モジュールは同じ時点で満充電状態となり、内部抵抗の小さい電源モジュールや出力電圧の低い電源モジュールが過充電状態となることを防止することが出来る。
また、具体的構成においては、各電源ユニットは前記一対の接続端子に接続された一対の電力入出力端子を具え、前記電圧調整回路は、
電源モジュールの両端から前記一対の電力入出力端子へ伸びる２本の直列線路の内、１本の直列線路に介在する誘導素子と、
前記１本の直列線路の誘導素子よりも電力入出力端子側に介在し、電源モジュールの放電時の電流方向を順方向とする整流素子を具えた充電用スイッチング素子と、
前記誘導素子と充電用スイッチング素子との間で前記２本の直列線路を互いに連結する並列線路に介在し、電源モジュールの充電時の電流方向を順方向とする整流素子を具えた放電用スイッチング素子とを具え、
前記制御回路の前記制御手段は、前記充電用スイッチング素子に対する制御信号及び前記放電用スイッチング素子に対する制御信号を作成する。
上記具体的構成を有する電源システムの各電源ユニットにおいては、電源モジュールから負荷に電力が供給される放電時には、放電用スイッチング素子がオンで且つ充電用スイッチング素子がオフの状態で、電源モジュールの両端電圧によって誘導素子にエネルギーが蓄えられ、その後、放電用スイッチング素子がオフに切り換えられると共に充電用スイッチング素子がオンに切り換えられると、誘導素子に蓄えられたエネルギーが充電用スイッチング素子の導通電極間及び整流素子を経て負荷に供給される。この様にして、電源モジュールの両端電圧を昇圧して一対の接続端子に出力する昇圧動作が実行される。
一方、負荷から電源モジュールに電力が供給される回生充電時には、充電用スイッチング素子がオンで且つ放電用スイッチング素子がオフの状態で、負荷に発生したエネルギーが誘導素子を経て電源モジュールに供給され、その後、充電用スイッチング素子がオフに切り換えられると共に放電用スイッチング素子がオンに切り換えられると、放電用スイッチング素子の導通電極間及び整流素子に電流が流れて、誘導素子に蓄えられたエネルギーがキャンセルされる。この様にして、一対の接続端子間の電圧を降圧して電源モジュールの両端に出力する降圧動作が実行される。
上記具体的構成を有する電源システムによれば、昇圧回路と降圧回路とを具えた構成に比べて電源ユニットを小型化することが出来る。
更に具体的構成においては、前記一対の接続端子には、前記複数の電源ユニットの電源モジュールに電力を供給する充電用電源を接続することが可能であって、各電源ユニットは、前記一対の接続端子に充電用電源が接続されているときに、同じ電源ユニット内の電源モジュールの目標入力電流と同じ電源ユニット内の電流検出回路の検出結果とに基づいて、同じ電源ユニット内の電圧調整回路に対する制御信号を作成して出力する充電制御手段を具えている。
上記具体的構成を有する電源システムの各電源ユニットにおいては、充電用電源から電源モジュールに電力が供給される通常充電時に、充電制御回路によって、電源モジュールに流れる電流を目標入力電流に追従させるための制御信号が作成されて、電源モジュールに流れる電流が制御される。従って、充電制御回路を具えた従来の充電器は不要である。
又、他の具体的構成においては、前記一対の接続端子には、前記複数の電源ユニットの電源モジュールに電力を供給する充電用電源を接続することが可能であって、各電源ユニットの制御回路は、前記一対の接続端子に充電用電源が接続されているときに、同じ電源ユニット内の電源モジュールの目標入力電流と同じ電源ユニット内の電流検出回路の検出結果とに基づいて、同じ電源ユニット内の電圧調整回路に対する制御信号を作成して出力する充電制御手段を具えている。
上記具体的構成を有する電源システムの各電源ユニットにおいては、充電用電源から電源モジュールに電力が供給される通常充電時に、制御回路によって、電源モジュールに流れる電流を目標入力電流に追従させるための制御信号が作成されて、電源モジュールに流れる電流が制御される。従って、充電制御回路を具えた従来の充電器は不要である。又、放電制御を行なう制御回路と充電制御を行なう制御回路とを具えた構成に比べて電源ユニットを小型化することが出来る。
また、例えば、前記電源モジュールは蓄電池、コンデンサまたは燃料電池からなる。より具体的には、電力の出力が可能な電源モジュールは、蓄電池、コンデンサまたは燃料電池からなり、電力の入力或は出力が可能な電源モジュールは、蓄電池またはコンデンサからなる。
本発明に係る電源システムによれば、互いに並列に接続された複数の電源ユニットの電源モジュールから得られる電力を調整することが出来る。
＜＜第１実施例；電池＞＞
以下、本発明に係る電源ユニット及びこれを有する電源システムの第１実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る電源ユニットと電源システムの電気的構成を示す図である。
（図１：電源システム）
本実施例の電源システム１は、図１に示す如く、ｎ個（ｎは３以上の整数）の電源ユニット(U1)、(U2)、・・・、(Un)を互いに並列に接続して構成され、モータ等の負荷（不図示）や電源ユニット(U1)〜(Un)に電力を供給する充電用電源（不図示）が接続されるべき一対の接続端子(２)(２)を具えている。該一対の接続端子(２)(２)に対してｎ個の電源ユニット(U1)〜(Un)が並列に接続されている。
隣り合う２つの電源ユニット（電源ユニット(U1)と(U2)、(U2)と(U3)、・・・、(Un-1)と(Un)）が制御信号線(20)によって互いに接続されると共に、両端の電源ユニット(U1)と(Un)が制御信号線(20)によって互いに接続されており、これによって、全ての電源ユニット(U1)〜(Un)が環状に接続されている。
全ての電源ユニット(U1)〜(Un)は夫々、１つの電源モジュール(図１では図示省略)を具えており、各電源ユニットには、制御信号線(20)によって接続された一方の電源ユニットから、その一方の電源ユニットが具える電源モジュールの両端に発生する電力の算出結果が電力指令Ｗrefとして入力され、自ユニットの電源モジュールの両端に発生する電力が該電力指令Ｗrefに一致する様、調整される。
本実施例では、電源ユニット(U1)には、電源ユニット(U2) が具える電源モジュールの両端に発生する電力の算出結果が、電源ユニット(U2)から電力指令Ｗrefとして与えられ、電源ユニット(U2)には、電源ユニット(U3) が具える電源モジュールの両極に発生する電力の算出結果が、電源ユニット(U3)から電力指令Ｗrefとして与えられる。この様にして隣り合う２つの電源ユニット間、及び両端の電源ユニット(U1)、(Un)間で電源モジュールの両極に発生する電力が揃えられ、これによって全ての電源モジュールの電力が均等化される。
（図２：構成の説明）
図２は、電源ユニット(U1)の構成を表わしている。電源ユニット(U1)以外の電源ユニット(U2)〜(Un)の構成も、電源ユニット(U1)と同様であるため、図示及び説明を省略する。該電源ユニット(U1)は、前記一対の接続端子(２)(２)に接続された一対の入出力端子(11)(11)を具えており、前記電源モジュール(10)は、１つの二次電池（蓄電池）から構成されているか、或は複数の二次電池を互いに直列に接続して構成されている。前記一対の入出力端子(11)(11)は、電力が入力または出力される端子であるため、電力入出力端子とも呼べる。
また、説明の単純化のため、各電源モジュール(10)は全て、同じ電力だけ出力可能なように充電されているものとする。つまり、各電源モジュール(10)が、同じ電力の出力を同時に開始すれば、全ての電源モジュール(10)は、同時に残量がゼロになる（これ以上の電力の出力ができなくなる）ものとする。
電源モジュール(10)の両端（電源モジュール(10)は二次電池から成るため「両極」とも言える）から前記一対の入出力端子(11)(11)に向けて２本の直列線路(12)(12)が伸びており、これらの直列線路(12)(12)には昇圧／降圧回路(13)が介在する。
昇圧／降圧回路(13)は、電源モジュール(10)から負荷に電力が供給される放電時に電源モジュール(10)の両端電圧を昇圧して前記一対の入出力端子(11)(11)に出力する一方、負荷から電源モジュール(10)に電力が供給される回生充電時、及び充電用電源から電源モジュール(10)に電力が供給される通常充電時に、前記一対の入出力端子(11)(11)間の電圧を降圧して電源モジュール(10)の両端に出力するものである。
前記２本の直列線路(12)(12)の内、一方の直列線路（電源モジュール(10)の正電圧側）に、誘導素子としてのコイル(131)並びに、ＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型の電界効果トランジスタ）及び電源モジュール(10)側をアノードとしたダイオードからなる充電用スイッチング素子(133)が介在する。また、コイル(131)よりも電源モジュール(10)側にて前記２本の直列線路(12)(12)を互いに連結する並列線路には、第１コンデンサ(134)が介在すると共に、コイル(131)と充電用スイッチング素子(133)の間で前記２本の直列線路(12)(12)を互いに連結する並列線路には、ＭＯＳＦＥＴ及びコイル(131)側をカソードとしたダイオードからなる放電用スイッチング素子(132)が介在する。更に、充電用スイッチング素子(133)よりも一対の入出力端子(11)(11)側にて前記２本の直列線路(12)(12)を互いに連結する並列線路には、第２コンデンサ(135)が介在する。
放電時には、放電用スイッチング素子(132)を構成するＭＯＳＦＥＴがオンで且つ充電用スイッチング素子(133)を構成するＭＯＳＦＥＴがオフの状態で、電源モジュール(10)の両端電圧によってコイル(131)にエネルギーが蓄えられる。その後、放電用スイッチング素子(132)を構成するＭＯＳＦＥＴがオフに切り換えられると共に充電用スイッチング素子(133)を構成するＭＯＳＦＥＴがオンに切り換えられると、コイル(131)に蓄えられたエネルギーが、充電用スイッチング素子(133)を構成するＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン間及び整流素子としてのダイオードを経て、第２コンデンサ(135)及び入出力端子(11)(11)に接続される負荷（不図示）に供給される。この様にして昇圧動作が実行される。
一方、回生充電時及び通常充電時には、充電用スイッチング素子(133)を構成するＭＯＳＦＥＴがオンで且つ放電用スイッチング素子(132) を構成するＭＯＳＦＥＴがオフの状態で、負荷に発生したエネルギー或いは充電用電源のエネルギーがコイル(131)を経て電源モジュール(10)に供給され、充電が行なわれる。その後、充電用スイッチング素子(133) を構成するＭＯＳＦＥＴがオフに切り換えられると共に放電用スイッチング素子(132) を構成するＭＯＳＦＥＴがオンに切り換えられると、第１コンデンサ(134)、並びに放電用スイッチング素子(132) 構成するＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン間及び整流素子としてのダイオードに電流が流れて、コイル(131)に蓄えられたエネルギーがキャンセルされる。この様にして降圧動作が実行される。
上述のように、コイル(131)、放電用スイッチング素子(132)、充電用スイッチング素子(133)、第１コンデンサ(134)及び 第２コンデンサ(135)から構成される昇圧／降圧回路(13)は、電源モジュール(10)の両端電圧を昇圧して前記一対の入出力端子(11)(11)に出力し、或いは前記一対の入出力端子(11)(11)間の電圧を降圧して電源モジュール(10)の両端に出力する機能を有する電圧調整回路であると言える。
前記２本の直列線路(12)(12)には、電源モジュール(10)の両端電圧（下記モジュール電圧Ｖmod）を検出する第１電圧検出回路(14)が接続されると共に、昇圧／降圧回路(13)の出力電圧を検出する第２電圧検出回路(15)が接続されている。更に、２本の直列線路(12)(12)には、電源モジュール(10)に流れる電流（下記モジュール電流Ｉmod）を検出する電流検出回路(16)が接続されている。
第１電圧検出回路(14)によって検出されたモジュール電圧Ｖmod、第２電圧検出回路(15)によって検出された出力電圧Ｖout、及び電流検出回路(16)によって検出されたモジュール電流Ｉmodは、マイクロコンピュータからなる放電／回生制御回路(17)に入力される。放電／回生制御回路(17)は、放電時及び回生充電時に、第１電圧検出回路(14)の検出結果であるモジュール電圧Ｖmod、及び電流検出回路(16)の検出結果であるモジュール電流Ｉmodに基づいて電源モジュール(10)の両端に発生する電力を算出し、該電力算出結果Ｗを、上述の如く制御信号線(20)によって接続された一方の電源ユニットである電源ユニット(Un)に出力する。ここで、「電源モジュール(10)の両端に発生する電力」とは、放電時にあっては、電源モジュール(10)から出力される電力であり、回生充電時にあっては、電源モジュール(10)に入力される電力を意味する。
また、放電／回生制御回路(17)には、外部から昇圧／降圧回路(13)の目標出力電圧を表わす電圧指令Ｖrefが入力されると共に、上述の如く制御信号線(20)によって接続された他方の電源ユニットである電源ユニット(U2)から、電力算出結果が電力指令Ｗrefとして入力される。
放電／回生制御回路(17)は、上述の如く入力された出力電圧Ｖoutと電圧指令Ｖrefとを比較すると共に、自ユニットでの電力算出結果Ｗと前記電力指令Ｗrefとを比較し、それらの比較結果に基づいて、昇圧／降圧回路(13)の放電用スイッチング素子(132)に対する第１ＰＷＭ信号、及び充電用スイッチング素子(133)に対する第２ＰＷＭ信号を作成する。この様にして作成された第１及び第２ＰＷＭ信号は夫々、放電用スイッチング素子(132)及び充電用スイッチング素子(133)に供給されて、これらのスイッチング素子(132)(133)がオン／オフ制御される。
この様にして、昇圧／降圧回路(13)の出力電圧Ｖoutを目標出力電圧Ｖrefに追従させる制御が行なわれて、昇圧／降圧回路(13)の出力電圧Ｖoutが目標出力電圧Ｖrefに設定されると共に、電源モジュール(10)の両端に発生する電力を、接続された一方の電源ユニットである電源ユニット(U2)の電源モジュールの両端に発生する電力に一致させる制御が行なわれて、制御信号線(20)によって互いに接続された２つの電源ユニット(U1)(U2)間で電源モジュールの両端に発生する電力が揃えられることになる。そして、上述したように、全ての電源ユニット(U1)〜(Un)が環状に接続されているのであるから、全ての電源ユニット(U1)〜(Un)間で電源モジュールの両端に発生する電力が揃えられることになる。
また、第１電圧検出回路(14)によって検出されたモジュール電圧Ｖmod、及び電流検出回路(16)によって検出されたモジュール電流Ｉmodは、マイクロコンピュータからなる充電制御回路(18)に入力される。また、充電制御回路(18)には、外部から目標入力電流を表わす充電電流指令Ｉrefが入力される。
充電制御回路(18)は、通常充電時に、モジュール電流Ｉmodと充電電流指令Ｉrefとを比較し、その比較結果に基づいて昇圧／降圧回路(13)の放電用スイッチング素子(132)に対する第１ＰＷＭ信号、及び充電用スイッチング素子(133)に対する第２ＰＷＭ信号を作成する。この様にして作成された第１及び第２ＰＷＭ信号はそれぞれ、放電用スイッチング素子(132)及び充電用スイッチング素子(133)に供給されて、これらのスイッチング素子(132)(133)がオン／オフ制御される。この様にして、電源モジュール(10)に流れるモジュール電流Ｉmodを充電電流指令Ｉrefに追従させる制御が行なわれて、モジュール電流Ｉmodが目標入力電流Ｉrefに設定されることになる。つまり、充電制御回路(18)は、通常充電時に昇圧／降圧回路(13)に対して制御信号（第１及び第２ＰＷＭ信号）を作成して出力する充電制御手段としての機能を有する。
また、充電制御回路(18)は、上述の如く入力されたモジュール電圧Ｖmodに基づいて電源モジュール(10)の満充電状態を検出し、満充電状態を検出した時点で、放電用スイッチング素子(132)及び充電用スイッチング素子(133)に対するＰＷＭ信号の供給を停止する。この結果、充電用電源から電源モジュール(10)に対する電力の供給が停止されることになる。
（図３：放電／回生制御回路の詳細）
図３は、図２における放電／回生制御回路(17)の詳細な電気的構成を表わしている。上述の如く、第２電圧検出回路(15)によって検出された出力電圧Ｖout及び外部からの電圧指令Ｖrefは電圧制御回路(171)に供給される。電圧制御回路(171)では、出力電圧Ｖoutから電圧指令Ｖrefが減算されて電圧誤差信号が作成され、その電圧誤差信号(Ｖout−Ｖref)は誤差増幅回路(172)に供給される。
また、上述の如く第１電圧検出回路(14)によって検出されたモジュール電圧Ｖmod、及び電流検出回路(16)によって検出されたモジュール電流Ｉmodは、電力演算回路(173)に供給される。電力演算回路(173)では、モジュール電圧Ｖmodとモジュール電流Ｉmodとを乗算することによって電源モジュール(10)の両端に発生する電力が算出され、その電力算出結果Ｗは電力制御回路(174)に供給されると共に、制御信号線(20)によって接続された一方の電源ユニット（図１においては、電源ユニット(Un)）に出力される。
また、電力制御回路(174)には、接続された他方の電源ユニット（図１においては、電源ユニット(U2)）から電力指令Ｗrefが供給され、電力指令Ｗrefから前記電力算出結果Ｗが減算されて電力誤差信号が作成される。その電力誤差信号(Ｗref−Ｗ)は、前記誤差増幅回路(172)に供給される。
誤差増幅回路(172)では、上述の如く供給された電圧誤差信号(Ｖout−Ｖref)から電力誤差信号(Ｗref−Ｗ)が減算されて誤差増幅信号が作成され、その誤差増幅信号はＰＷＭ制御回路(175)に供給される。ＰＷＭ制御回路(175)では、前記誤差増幅信号から所定の三角波信号が減算されて第１ＰＷＭ信号が作成され、該第１ＰＷＭ信号は、図２に示す昇圧／降圧回路(13)の放電用スイッチング素子(132)に出力される。また、第１ＰＷＭ信号は、インバータ回路(176)に供給される。インバータ回路(176)では、第１ＰＷＭ信号の極性を反転させて第２ＰＷＭ信号が作成され、該第２ＰＷＭ信号は充電用スイッチング素子(133)に出力される。
上述のように、放電／回生制御回路(17)は、出力電圧Ｖoutと、昇圧／降圧回路(13)の目標出力電圧を表わす電圧指令Ｖrefと、電力演算回路(173)の電力算出結果Ｗと、外部から得られる電力指令Ｗrefに基づいて、昇圧／降圧回路(13)に対する制御信号である第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号を作成して出力する制御手段としての機能を有する。
（図４：充電制御回路の詳細）
図４は、図２における充電制御回路(18)の詳細な電気的構成を表わしている。上述の如く、電流検出回路(16)によって検出されたモジュール電流Ｉmod、及び外部からの充電電流指令Ｉrefは、電流制御回路(181)に供給される。電流制御回路(181)では、モジュール電流Ｉmodから充電電流指令Ｉrefが減算されて電流誤差信号が作成され、その電流誤差信号(Ｉmod−Ｉref)はＰＷＭ制御回路(182)に供給される。
ＰＷＭ制御回路(182)では、電流誤差信号(Ｉmod−Ｉref)から所定の三角波信号が減算されて第１ＰＷＭ信号が作成され、スイッチ(183)がオンの状態では、該第１ＰＷＭ信号は、図２に示す昇圧／降圧回路(13)の放電用スイッチング素子(132)に出力される。また、第１ＰＷＭ信号は、インバータ回路(184)に供給される。インバータ回路(184)では、第１ＰＷＭ信号の極性を反転させて第２ＰＷＭ信号が作成され、スイッチ(183)がオンの状態では、該第２ＰＷＭ信号は充電用スイッチング素子(133)に出力される。
又、第１電圧検出回路(14)によって検出されたモジュール電圧Ｖmodは、満充電検出回路(185)に供給される。満充電検出回路(185)では、モジュール電圧Ｖmodに基づいて電源モジュール(10)の満充電状態が検出され、満充電状態が検出されたときに、前記スイッチ(183)がオフに切り換えられて、図２に示す昇圧／降圧回路(13)の放電用スイッチング素子(132)及び充電用スイッチング素子(133)に対するＰＷＭ信号の供給が停止される。
本実施例の電源システム１においては、上述の如く、放電時及び回生充電時に、互いに接続された２つの電源ユニット間（例えば、電源ユニット(U1)(U2)間）で電源モジュール(10)の両端に発生する電力を揃えることによって、全ての電源ユニットの電源モジュールの両端に発生する電力を均等化することが出来る。
従って、電源システム１の駆動開始時点において全ての電源モジュール(10)の容量が同じであれば（全ての電源モジュールが同じ電力だけ出力可能なように充電されていれば）、放電時には、全ての電源モジュールの残量は同じ時点でゼロとなり、内部抵抗の比較的小さい電源モジュールや出力電圧（モジュール電圧Ｖmodに対応）の比較的高い電源モジュールが過放電状態となることを防止することが出来る。また、回生充電時には、全ての電源モジュールは同じ時点で満充電状態となり、内部抵抗の比較的小さい電源モジュールや出力電圧の比較的低い電源モジュールが過充電状態となることを防止することが出来る。
また、本実施例の電源システム１は、目標出力電圧Ｖrefを変えることによって、定格電圧の異なる種々の負荷の電力供給源として使用することが出来る。特に、負荷がモータであった場合、モータに印加できる電圧が自由に設定できるため、モータの回転数の調整範囲拡大が図れる。
また、本実施例の電源システム１は、電源ユニット(U1)〜(Un)の個数（即ち、ｎの示す数）を増減することによって、定格容量の異なる種々の負荷の電力供給源として使用することが出来る。
また、本実施例の電源システム１においては、昇圧回路と降圧回路とを具えた構成に比べて電源ユニットが小型となる。
また、本実施例の電源システム１においては、通常充電時に、各電源ユニットの充電制御回路(18)によって充電制御が行われるので、充電制御回路を具えた従来の充電器は不要である。
また、電源ユニットの出力電圧Ｖoutよりも低い電圧で充電を行うことができる。例えば、電源モジュール(10)の両端電圧Ｖmodが２４Ｖ、負荷の定格電圧（電源ユニットの出力電圧Ｖoutに相当）が４８Ｖである場合、充電器の出力電圧は２４Ｖより少し大きい電圧（例えば、３０Ｖ）であれば充電可能である。従来であれば、通常、負荷の定格電圧より大きな電圧（例えば、５０Ｖ）が充電器の出力電圧として必要となり、様々な安全上の規格（電気用品安全法等）の制約を受けることとなるが、電源システム１では、そのような制約から解放されることとなる。
更に又、本実施例の電源システム１においては、回生充電時及び通常充電時に、電源モジュール(10)の出力電圧に応じた電圧を電源モジュール(10)の両端に供給することが出来る。
＜＜第２実施例；充電方式の変形＞＞
以下、本発明に係る電源ユニット及びこれを有する電源システムの第２実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例の電源システムは、図１に示す第１実施例の電源システム１と同様に、ｎ個の電源ユニット(Ua1)、(Ua2)、・・・、(Uan)が互いに並列に接続して構成され（電源ユニット(Ua1)を図５に図示する以外、他の電源ユニット(Ua2)〜(Uan)は不図示）、モータ等の負荷や電源ユニットに電力を供給する充電用電源が接続されるべき一対の接続端子（不図示）を具えている。即ち、ｎ個の電源ユニット(Ua1)、(Ua2)、・・・、(Uan)の接続関係は、第１実施例における電源システム１の備えるｎ個の電源ユニット(U1)、(U2)、・・・、(Un)の接続関係と同様である。
（図５：構成の説明）
図５は、本実施例の電源ユニット(Ua1)の構成を表わしている。電源ユニット(Ua1)以外の電源ユニット(Ua2)〜(Uan)の構成も、電源ユニット(Ua1)と同様であるため、図示及び説明を省略する。該電源ユニット(Ua1)は、前記一対の接続端子に接続された一対の入出力端子(31)(31)を具えており、電源モジュール(30)は、１つの二次電池（蓄電池）から構成されているか、或は複数の二次電池を互いに直列に接続して構成されている。該電源モジュール(30)は、第１実施例における電源モジュール(10)と同様のものである。
該電源モジュール(30)の両端から前記一対の入出力端子(31)(31)に向けて２本の直列線路(32)(32)が伸びており、これらの直列線路(32)(32)には昇圧／降圧回路(33)が介在する。尚、昇圧／降圧回路(33)は、第１実施例の昇圧／降圧回路(13)と同一の構成を有しており、コイル(331)、放電用スイッチング素子(332)、充電用スイッチング素子(333)、第１コンデンサ(334)及び第２コンデンサ(335)から構成される。該昇圧／降圧回路(33)の動作は、第１実施例の昇圧／降圧回路(13)と同一であるので、その説明は省略する。
前記２本の直列線路(32)(32)には、電源モジュール(30)の両端電圧を検出する第１電圧検出回路(34)が接続されると共に、昇圧／降圧回路(33)の出力電圧を検出する第２電圧検出回路(35)が接続されている。更に、２本の直列線路(32)(32)には、電源モジュール(30)に流れる電流を検出する電流検出回路(36)が接続されている。
第１電圧検出回路(34)によって検出されたモジュール電圧Ｖmod、第２電圧検出回路(35)によって検出された出力電圧Ｖout、及び電流検出回路(36)によって検出されたモジュール電流Ｉmodは、マイクロコンピュータからなる制御回路(37)に入力される。制御回路(37)は、放電時及び回生充電時に、モジュール電圧Ｖmod及びモジュール電流Ｉmodに基づいて電源モジュールの両端に発生する電力を算出し、該電力算出結果Ｗを接続された一方の電源ユニットに出力する。
又、制御回路(37)には、外部から昇圧／降圧回路(33)の目標出力電圧を表わす電圧指令Ｖrefが入力されると共に、接続された他方の電源ユニットから電力算出結果が電力指令Ｗrefとして入力される。
制御回路(37)は、上述の如く入力された出力電圧Ｖoutと電圧指令Ｖrefとを比較すると共に、自ユニットでの電力算出結果Ｗと前記電力指令Ｗrefとを比較し、それらの比較結果に基づいて第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号を作成する。この様にして作成された第１及び第２ＰＷＭ信号は夫々、昇圧／降圧回路(33)の放電用スイッチング素子(332)及び充電用スイッチング素子(333)に供給されて、これらのスイッチング素子(332)(333)がオン／オフ制御される。
この様にして、昇圧／降圧回路(33)の出力電圧Ｖoutを目標出力電圧Ｖrefに追従させる制御が行なわれて、昇圧／降圧回路(33)の出力電圧Ｖoutが目標出力電圧Ｖrefに設定されると共に、電源モジュール(30)の両端に発生する電力を、接続された一方の電源ユニットの電源モジュールの両端に発生する電力に一致させる制御が行なわれて、互いに接続された２つの電源ユニット間で電源モジュールの両端に発生する電力が揃えられることになる。
また、制御回路(37)には、外部から目標入力電流を表わす充電電流指令Ｉrefが入力される。
制御回路(37)は、充電時に、上述の如く入力されたモジュール電流Ｉmodと充電電流指令Ｉrefとを比較し、その比較結果に基づいて第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号を作成する。この様にして作成された第１及び第２ＰＷＭ信号はそれぞれ、昇圧／降圧回路(33)の放電用スイッチング素子(332)及び充電用スイッチング素子(333)に供給されて、これらのスイッチング素子(332)(333)がオン／オフ制御される。この様にして、電源モジュール(30)に流れるモジュール電流Ｉmodを充電電流指令Ｉrefに追従させる制御が行なわれて、モジュール電流Ｉmodが目標入力電流Ｉrefに設定されることになる。つまり、制御回路(37)は、通常充電時に昇圧／降圧回路(33)に対して制御信号（第１及び第２ＰＷＭ信号）を作成して出力する充電制御手段としての機能をも備えている。
又、制御回路(37)は、上述の如く入力されたモジュール電圧Ｖmodに基づいて電源モジュール(30)の満充電状態を検出し、満充電状態を検出した時点で、放電用スイッチング素子(332)及び充電用スイッチング素子(333)に対するＰＷＭ信号の供給を停止する。この結果、充電用電源から電源モジュール(30)に対する電力の供給が停止されることになる。
（図６：制御回路の詳細）
図６は、図５における制御回路(37)の詳細な電気的構成を表わしている。上述の如く、第２電圧検出回路(35)によって検出された出力電圧Ｖout及び外部からの電圧指令Ｖrefは電圧制御回路(371)に供給される。電圧制御回路(371)では、出力電圧Ｖoutから電圧指令Ｖrefが減算されて電圧誤差信号が作成され、その電圧誤差信号(Ｖout−Ｖref)は誤差増幅回路(372)に供給される。
又、上述の如く第１電圧検出回路(34)によって検出されたモジュール電圧Ｖmodは、電力演算回路(373)に供給されると共に、満充電検出回路(370)に供給される。一方、電流検出回路(36)によって検出されたモジュール電流Ｉmodは、電力演算回路(373)に供給されると共に、電流制御回路(379)に供給される。
電力演算回路(373)では、モジュール電圧Ｖmodとモジュール電流Ｉmodとを乗算することによって電源モジュール(Ua1)の両端に発生する電力が算出され、その電力算出結果Ｗは電力制御回路(374)に供給されると共に、接続された一方の電源ユニットに出力される。
また、電力制御回路(374)には、接続された他方の電源ユニットから電力指令Ｗrefが供給され、電力指令Ｗrefから電力算出結果Ｗが減算されて電力誤差信号が作成される。その電力誤差信号(Ｗref−Ｗ)は、前記誤差増幅回路(372)に供給される。
誤差増幅回路(372)では、上述の如く供給された電圧誤差信号(Ｖout−Ｖref)から電力誤差信号(Ｗref−Ｗ)が減算されて誤差増幅信号が作成される。第１スイッチ(375)は、放電時及び回生充電時には、誤差増幅回路(372)側に切り換えられており、前記誤差増幅信号は第１スイッチ(375)を経てＰＷＭ制御回路(376)に供給される。ＰＷＭ制御回路(376)では、誤差増幅信号から所定の三角波信号が減算されて第１ＰＷＭ信号が作成され、第２スイッチ(377)がオンの状態では、該第１ＰＷＭ信号は、図５に示す昇圧／降圧回路(33)の放電用スイッチング素子(332)に出力される。又、第１ＰＷＭ信号は、インバータ回路(378)に供給される。インバータ回路(378)では、第１ＰＷＭ信号の極性を反転させて第２ＰＷＭ信号が作成され、第２スイッチ(377)がオンの状態では、該ＰＷＭ信号は充電用スイッチング素子(333)に出力される。
即ち、誤差増幅回路(372)、ＰＷＭ制御回路(375)、及びインバータ回路(376)は、出力電圧Ｖoutと、昇圧／降圧回路(33)の目標出力電圧を表わす電圧指令Ｖrefと、電力演算回路(373)の電力算出結果Ｗと、外部から得られる電力指令Ｗrefに基づいて、昇圧／降圧回路(33)に対する制御信号である第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号を作成して出力するのである。
外部からの充電電流指令Ｉrefは、前記電流制御回路(379)に供給され、該制御回路(379)では、上述の如く供給されたモジュール電流Ｉmodから充電電流指令Ｉrefが減算されて電流誤差信号が作成される。第１スイッチ(375)は、通常充電時には、電流制御回路(379)側に切り換えられており、前記電流誤差信号(Ｉmod−Ｉref)は第１スイッチ(375)を経てＰＷＭ制御回路(376)に供給される。ＰＷＭ制御回路(376)では、前記電流誤差信号から所定の三角波信号が減算されて第１ＰＷＭ信号が作成され、第２スイッチ(377)がオンの状態では、該ＰＷＭ信号は、図５に示す昇圧／降圧回路(33)の放電用スイッチング素子(332)に出力される。又、第１ＰＷＭ信号は、インバータ回路(378)に供給される。インバータ回路(378)では、第１ＰＷＭ信号を反転させて第２ＰＷＭ信号が作成され、第２スイッチ(377)がオンの状態では、該ＰＷＭ信号は充電用スイッチング素子(333)に出力される。
満充電検出回路(370)では、上述の如く供給されたモジュール電圧Ｖmodに基づいて電源モジュールの満充電状態が検出され、満充電状態が検出されたときに前記第２スイッチ(377)がオフに切り換えられて、昇圧／降圧回路(33)の放電用スイッチング素子(332)及び充電用スイッチング素子(333)に対するＰＷＭ信号の供給が停止される。
本実施例の電源システムにおいては、上述の如く、放電時及び回生充電時に、互いに接続された２つの電源ユニット間（例えば、電源ユニット(Ua1)(Ua2)間）で電源モジュール(30)の両端に発生する電力を揃えることによって、全ての電源ユニットの電源モジュールの両端に発生する電力を均等化することが出来る。
従って、本実施例の電源システムの駆動開始時点において全ての電源モジュール(30)の容量が同じであれば（全ての電源モジュールが同じ電力だけ出力可能なように充電されていれば）、放電時には、全ての電源モジュールの残量は同じ時点でゼロとなり、内部抵抗の比較的小さい電源モジュールや出力電圧の比較的高い電源モジュールが過放電状態となることを防止することが出来る。また、回生充電時には、全ての電源モジュールは同じ時点で満充電状態となり、内部抵抗の比較的小さい電源モジュールや出力電圧の比較的低い電源モジュールが過充電状態となることを防止することが出来る。
又、本実施例の電源システムは、目標出力電圧Ｖrefを変えることによって、定格電圧の異なる種々の負荷の電力供給源として使用することが出来る。特に、負荷がモータであった場合、モータに印加できる電圧が自由に設定できるため、モータの回転数の調整範囲拡大が図れる。
又、本実施例の電源システムは、電源ユニット(Ua1)〜(Uan)の個数（即ち、ｎの示す数）を増減することによって、定格容量の異なる種々の負荷の電力供給源として使用することが出来る。
更に、本実施例の電源システムにおいては、通常充電時には、各電源ユニットの制御回路(37)によって充電制御が行なわれるので、充電制御回路を具えた従来の充電器は不要である。
更に又、本実施例の電源システムにおいては、放電／回生充電制御を行なう制御回路と通常充電制御を行なう制御回路とを具えた構成に比べて電源ユニットが小型となる。
また、電源ユニットの出力電圧Ｖoutよりも低い電圧で充電を行うことができる。例えば、電源モジュール(30)の出力電圧が２４Ｖ、負荷の定格電圧（電源ユニットの出力電圧Ｖoutに相当）が４８Ｖである場合、充電器の出力電圧は２４Ｖより少し大きい電圧（例えば、３０Ｖ）であれば充電可能である。従来であれば、負荷の定格電圧より大きな電圧（例えば、５０Ｖ）が充電器の出力電圧として必要となり、様々な安全上の規格（電気用品安全法等）の制約を受けることとなるが、本実施例の電源システムでは、そのような制約から解放されることとなる。
＜＜第３実施例：コンデンサ＞＞
以下、本発明に係る電源ユニット及びこれを有する電源システムの第３実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例の電源システムは、図１に示す第１実施例の電源システム１と同様に、ｎ個の電源ユニット(Ub1)、(Ub2)、・・・、(Ubn)が互いに並列に接続して構成され（電源ユニット(Ub1)を図７に図示する以外、他の電源ユニット(Ub2)〜(Ubn)は不図示）、モータ等の負荷や電源ユニットに電力を供給する充電用電源が接続されるべき一対の接続端子（不図示）を具えている。即ち、ｎ個の電源ユニット(Ub1)、(Ub2)、・・・、(Ubn)の接続関係は、第１実施例における電源システム１の備えるｎ個の電源ユニット(U1)、(U2)、・・・、(Un)の接続関係と同様である。
（図７：構成の説明）
図７は、本実施例の電源ユニット(Ub1)の構成を表わしている。電源ユニット(Ub1)以外の電源ユニット(Ub2)〜(Ubn)の構成も、電源ユニット(Ub1)と同様であるため、図示及び説明を省略する。図７において、図２と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。図７における電源ユニット(Ub1)が図２における電源ユニット(U1)と相違する点は、図２における電源モジュール(10)を、電源モジュール(40)に置換した点にあり、その他の点では一致している。電源モジュール(40)は二次電池ではなく、１つのコンデンサ（以下、「電力用コンデンサ」という）から構成されている（勿論、複数の電力量コンデンサを用いて電源モジュール(40)を構成してもよい）。電力用コンデンサが極性を有する場合は、正極側をコイル(131)側の直列線路(12)に接続されるようにすればよい。
また、説明の単純化のため、各電源モジュール(40)は全て、同じ電力だけ出力可能なように充電されているものとする。つまり、各電源モジュール(40)が、同じ電力の出力を同時に開始すれば、全ての電源モジュール(40)は、同時に残量がゼロになる（これ以上の電力の出力ができなくなる）ものとする。
そうすると、第１実施例と同様の放電、回生充電、及び通常充電動作が行われる。つまり、第１実施例と同様、放電時及び回生充電時に、互いに接続された２つの電源ユニット間（例えば、電源ユニット(Ub1)(Ub2)間）で電源モジュール(40)の両端に発生する電力を揃えることによって、全ての電源ユニットの電源モジュールの両端に発生する電力を均等化することが出来る。
従って、本実施例の電源システムの駆動開始時点において、全ての電源モジュール(40)の容量が同じであれば（全ての電源モジュールが同じ電力だけ出力可能なように充電されていれば）、放電時には、全ての電源モジュールの残量は同じ時点でゼロとなり、内部抵抗の比較的小さい電源モジュールや出力電圧（モジュール電圧Ｖmodに対応）の比較的高い電源モジュールが過放電状態（例えば、他の電源モジュールより先行して電力の出力が不可能となる状態）となることを防止することが出来る。また、回生充電時には、全ての電源モジュールは同じ時点で満充電状態となり、内部抵抗の比較的小さい電源モジュールや出力電圧の比較的低い電源モジュールが過充電状態（例えば、電源モジュールの両端電圧が定められた電圧以上となる状態）となることを防止することが出来る。
このように、電源モジュール(40)を電力用コンデンサで構成するようにしても、前記一対の接続端子（不図示）に接続される負荷や充電用電源にとっては、第１実施例と何ら変わらない。従って、第１実施例における電源システム１と同様の作用・効果を、本実施例の電源システムは実現することができる。また、本実施例と第２実施例を組み合わせることも、勿論可能である。
＜＜第４実施例：二次電池とコンデンサの併用＞＞
上述のように、第１実施例では、二次電池からなる電源モジュール(10)を具えた電源ユニット(U1)〜(Un)にて電源システムを構成する例を説明し、第３実施例では、電力用コンデンサからなる電源モジュール(40)を具えた電源ユニット(Ub1)〜(Ubn)にて電源システムを構成する例を説明した。
本発明に係る電源ユニット及びこれを有する電源システムの第４実施例では、この電源ユニット(U1)〜(Un)の一部と、電源ユニット(Ub1)〜(Ubn)の一部が混在している（混在した図は省略）。例えば、図１において、二次電池を具える電源ユニット(U1)を、電力用コンデンサを具える電源ユニット(Ub1)に置換する。
このような置換をしても、それぞれの電源ユニットにおいて、放電、回生充電、及び通常充電の動作は第１実施例におけるものと何ら変わらないので、全ての電源ユニットでは、第１実施例と同様の放電、回生充電、及び通常充電動作が行われる。つまり、第１実施例と同様、放電時及び回生充電時に、互いに接続された２つの電源ユニット間（例えば、電源ユニット(Ub1)(U2)間で電源モジュールの両端に発生する電力を揃えることによって、全ての電源ユニットの電源モジュールの両端に発生する電力を均等化することが出来る。
従って、本実施例の電源システムの駆動開始時点において、電源システムを構成する全ての電源モジュール(10)、(40)の容量が同じであれば（全ての電源モジュールが同じ電力だけ出力可能なように充電されていれば）、放電時には、全ての電源モジュールの残量は同じ時点でゼロとなり、内部抵抗の比較的小さい電源モジュールや出力電圧（モジュール電圧Ｖmodに対応）の比較的高い電源モジュールが過放電状態となることを防止することが出来る。また、回生充電時には、全ての電源モジュールは同じ時点で満充電状態となり、内部抵抗の比較的小さい電源モジュールや出力電圧の比較的低い電源モジュールが過充電状態となることを防止することが出来る。
このように、電源ユニット(U1)〜(Un)の一部と、電源ユニット(Ub1)〜(Ubn)の一部を混在させても、一対の接続端子（本実施例については不図示）に接続される負荷や充電用電源にとっては、第１実施例と何ら変わらない。従って、第１実施例における電源システム１と同様の作用・効果を、本実施例の電源システムは実現することができる。また、第２実施例における電源ユニット(Ua1)〜(Uan)の一部と、第３実施例における電源ユニット(Ub1)〜(Ubn)の一部を混在させて、電源システムを構成しても同様である。
＜＜第５実施例：燃料電池＞＞
以下、本発明に係る電源ユニット及びこれを有する電源システムの第５実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例の電源システムは、図１に示す第１実施例の電源システム１と同様に、ｎ個の電源ユニット(Uc1)、(Uc2)、・・・、(Ucn)が互いに並列に接続して構成され（電源ユニット(Uc1)を図８に図示する以外、他の電源ユニット(Uc2)〜(Ucn)は不図示）、モータ等の負荷が接続されるべき一対の接続端子（不図示）を具えている。即ち、ｎ個の電源ユニット(Uc1)、(Uc2)、・・・、(Ucn)の接続関係は、第１実施例における電源システム１の備えるｎ個の電源ユニット(U1)、(U2)、・・・、(Un)の接続関係と同様である。
（図８：構成の説明）
図８は、本実施例の電源ユニット(Uc1)の構成を表わしている。電源ユニット(Uc1)以外の電源ユニット(Uc2)〜(Ucn)の構成も、電源ユニット(Uc1)と同様であるため、図示及び説明を省略する。図８において、図２と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。実施例１と相違する特異な点を、以下説明する。
電源モジュール(50)は、燃料電池（不図示）からなり、該燃料電池が生成した電力を２本の直列線路(52)(52)を介して、入出力端子(11)(11)に接続された負荷（不図示）に出力する。電源モジュール(50)には、燃料電池の電力出力を可能にせしめる部品（燃料電池の燃料となる水素を供給するポンプ等；不図示）が内蔵されている。また、電源ユニット(Uc1)〜(Ucn)における各燃料電池の定格出力容量は、全て同じであるとし、各燃料電池単体の出力特性は図９に示すものと同様とする。
２本の直列線路(52)(52)の内、一方の直列線路(52)に、誘導素子としてのコイル(131)並びに、ＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型の電界効果トランジスタ）及び電源モジュール(10)側をアノードとしたダイオードからなる充電用スイッチング素子(133)が介在する点は、直列線路(52)と同様であるが、この一方の直列線路(52)には更にダイオード(59)が介在する。より詳しくは、電源モジュール(50)の正電圧出力側がダイオード(59)のアノードに接続され、ダイオード(59)のカソードは第２コンデンサ(134)の正極及びコイル(131)の一端に接続されている。
前記２本の直列線路(52)(52)には、電源モジュール(50)の両端電圧を検出する第１電圧検出回路(54)が接続されると共に、昇圧／降圧回路(13)の出力電圧を検出する第２電圧検出回路(15)が接続されている。更に、２本の直列線路(52)(52)には、電源モジュール(50)に流れる電流を検出する電流検出回路(56)が接続されている。
第１電圧検出回路(54)によって検出されたモジュール電圧Ｖmod、第２電圧検出回路(15)によって検出された出力電圧Ｖout、及び電流検出回路(56)によって検出されたモジュール電流Ｉmodは、マイクロコンピュータからなる放電制御回路(57)に入力される。放電制御回路(57)は、放電時に、第１電圧検出回路(54)の検出結果であるモジュール電圧Ｖmod、及び電流検出回路(56)の検出結果であるモジュール電流Ｉmodに基づいて電源モジュール(50)の両端に発生する電力を算出し、該電力算出結果Ｗを、上述の如く接続された一方の電源ユニットである電源ユニット(Ucn)に出力する。
即ち、放電制御回路(57)の動作は、第１実施例における放電／回生制御回路(17)と同様であり、放電制御回路(57)についての更なる詳細な動作説明は省略する。
そうすると、本実施例の電源システムは、放電動作においては第１実施例と同様になる。つまり、第１実施例と同様、放電時に、互いに接続された２つの電源ユニット間（例えば、電源ユニット(Uc1)(Uc2)間）で電源モジュール(50)の両端に発生する電力を揃えることによって、全ての電源ユニットの電源モジュールの両端に発生する電力を均等化することが出来る。
従って、各電源モジュール(50)を構成する燃料電池の出力インピーダンスにばらつきがあっても、各電源モジュール(50)の両端に発生する電力は全て均等化され、燃料電池の破損の危険性は極端に軽減される。
また、本実施例の電源システムは、目標出力電圧Ｖrefを変えることによって、定格電圧の異なる種々の負荷の電力供給源として使用することが出来る。特に、負荷がモータであった場合、モータに印加できる電圧が自由に設定できるため、モータの回転数の調整範囲拡大が図れる。
また、本実施例の電源システムは、電源ユニット(Uc1)〜(Ucn)の個数（即ち、ｎの示す数）を増減することによって、定格容量の異なる種々の負荷の電力供給源として使用することが出来る。
尚、負荷が電力を電源ユニット(Uc1)側に回生しようとしても、ダイオード(59)によって、その電力は電源モジュール(50)には流れ込まない。また、負荷が電力を電源ユニット(Uc1)側に回生する性質の負荷でない場合は、ダイオード(59)は省略できる（ダイオード(59)を短絡できる）。
＜＜その他、変形等＞＞
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範 囲内で種々の変形が可能である。
例えば、放電用スイッチング素子及び充電用スイッチング素子のオン／オフ制御は、 ソフトウエアに限らず、ハードウエアによって実現することも可能である。又、図２及 び図５に示す昇圧／降圧回路(13)(33)に限らず、周知の種々の昇圧／降圧回路を採用す ることが可能である。
（異なる仕様の混在）
また、第１及び第２実施例においては、同じ容量を有する複数の電源モジュールを用いている。つまり、各電源システムの駆動開始時点において、各電源モジュールは同じ電力だけ出力可能なように充電されているとして説明した。しかしながら、同一の電源システム内で、二次電池の定格容量等の特性が全く異なる二次電池を採用して電源モジュールを構成してもよい。
この場合は、以下のように実施例の構成を変形すればよい。即ち、例えば第１実施例において、電源ユニット(U1)の電源モジュール(10)の定格容量が、電源ユニット(U2)の電源モジュール(10)の定格容量に対して２倍であり、且つ電源ユニット(U2)〜(Un)の電源モジュール(10)の定格容量が同じである場合には、電源ユニット(U1)において、電力演算回路(173)はモジュール電圧Ｖmodとモジュール電流Ｉmodの積に演算係数として「１／２」を乗じた値を電力算出結果Ｗとして、電力制御回路(174)及び接続された電源ユニット(Un)に供給すればよい（このような演算係数を乗じる制御を、以下「演算係数付加制御」という）。
こうすることで、電源ユニット(U1)の電源モジュール(10)の両端に発生する電力を、電源ユニット(U2)のそれの２倍に設定する制御を実現することができ、放電時には、全ての電源モジュールの残量は同じ時点でゼロとなり、一部の電源モジュールが過放電状態となる事態の発生を防止できる。また、回生充電時には、全ての電源モジュールは同じ時点で満充電状態となり、一部の電源モジュールが過充電状態となる事態の発生を防止できる。
尚、上記電源モジュール(10)の定格容量とは、対応する電源モジュールが単一の二次電池から構成されているときは、該二次電池の定格容量に等しく、対応する電源ジュールが複数の二次電池から構成されているときは、その複数の二次電池による合成定格容量に等しい。
また、上記「演算係数付加制御」は、第３〜第５実施例にも同様に適用可能であり、上記演算係数を、電源モジュールを構成する電力用コンデンサの静電容量や燃料電池の定格出力容量に応じて設定すればよい。
（電流バランス制御）
また、第１〜第５実施例の各電源ユニットにおいては、電源モジュールの電力を接続された一方の電源ユニットの電源モジュールの電力に一致させる制御を行なっているが、各電源モジュールの出力電圧のばらつきが小さい場合には、各電源モジュールに流れる電流を一致させる制御（以下、「電流バランス制御」という）を行なう構成を採用することも可能である。
つまり、第１実施例における図３を用いて説明すると、電源ユニット(U1)において、電力演算回路(173)は、上述の電力算出結果Ｗに代えてモジュール電流Ｉmodに対応する信号を電力制御回路(174)及び接続された電源ユニット(Un)に供給する。更に、電源ユニット(U1)の電力制御回路(174)は、上述の電力指令Ｗrefの供給に代えて電源ユニット(U2)からの供給される電源ユニット(U2)のモジュール電流Ｉmodに対応する信号を受け、該電源ユニット(U2)のモジュール電流Ｉmodに対応する信号から電源ユニット(U1)のモジュール電流Ｉmodに対応する信号を減算した電流誤差信号を、上述の電力誤差信号（Ｗref−Ｗ）に代えて誤差増幅回路(172)に与えるようにする。
この様にすると、電源ユニット(U1)のモジュール電流Ｉmodを、接続された一方の電源ユニットである電源ユニット(U2)のモジュール電流Ｉmodに一致させる制御が行なわれて、互いに接続された２つの電源ユニット(U1)(U2)間でモジュール電流Ｉmodが揃えられることになる。この結果、全ての電源ユニット(U1)〜(Un)間でモジュール電流Ｉmodが均等化される。従って、各電源モジュールの出力電圧のばらつきが小さい場合には、これらの電源モジュールから得られる電力は略等しくなり、上述した様々な効果が得られることとなる。
（電力固定制御）
また、例えば、第１実施例における電源ユニット(U1)〜(Un)のうち、電源ユニット(U1)の具える電力制御回路(174)だけが（図３参照）、一定の電力値Ｗfixから電力演算回路(173)の出力する電力算出結果Ｗを減算するようにしてもよい。即ち、電源ユニット(U1)の具える電力制御回路(174)が、電力誤差信号（Ｗfix−Ｗ）を、電力誤差信号（Ｗref−Ｗ）に代えて出力するようにしてもよい。これにより、放電時及び回生充電時に、全ての電源ユニット(U1)〜(Un)の電源モジュール(10)の両端に発生する電力を、一定の電力値Ｗfixで均等化することが出来る。この一定の電力値Ｗfixは、制御回路(17)の内部に予め設定されていてもいいし、外部から与えられるようにしてもよい。
このような、「同一の電源システム内における全ての電源モジュールの両端に発生する電力を一定の電力値Ｗfixで均等化する手法」は、第２〜第５実施例にも適用可能である。特に、第５実施例に適用した場合は、電力値Ｗfixを適切に設定することにより、電源モジュール(50)を構成する燃料電池が過放電状態に陥ることによる燃料電池の破損を、確実に防止することができる。
また、この全ての電源モジュールの両端に発生する電力を、一定の電力値Ｗfixで均等化する手法は、上記「電流バランス制御」と組み合わせることができる。つまり、同一の電源システム内における全ての電源モジュールに流れる電流を、一定の電流値Ｉfixで均等化するようにしてもよい。
本発明に係る電源システムによれば、互いに並列に接続された複数の電源ユニットの電源モジュールから得られる電力を調整することが出来る。
本発明の第１実施例に係る電源ユニットと電源システムの電気的構成を示す図である。 図１における電源ユニットの電気的構成を示す図である。 図２における放電／回生制御回路の電気的構成を示す図である。 図２における充電制御回路の電気的構成を示す図である。 本発明の第２実施例に係る電源ユニットの電気的構成を示す図である。 図５における制御回路の電気的構成を示す図である。 本発明の第３実施例に係る電源ユニットの電気的構成を示す図である。 本発明の第５実施例に係る電源ユニットの電気的構成を示す図である。 従来及び本発明に適用される燃料電池の出力特性を示す図である。
符号の説明
(1) 電源システム
(2) 接続端子
(U1)、(U2)、・・・、(Un) 電源ユニット
(10)、(30)、(40)、(50) 電源モジュール
(11)、(31) 入出力端子
(12)、(32)、(52) 直列線路
(13)、(33) 昇圧／降圧回路
(14)、(34)、(54) 第１電圧検出回路
(15)、(35) 第２電圧検出回路
(16)、(36)、(56) 電流検出回路
(17) 放電／回生制御回路
(18) 充電制御回路
(20) 制御信号線
(37) 制御回路
(57) 放電制御回路
(131)、(132) コイル
(132)、(332) 放電用スイッチング素子
(133)、(333) 充電用スイッチング素子
(173)、(373) 電力演算回路

Claims (11)

  1. 電力が出力されるべき一対の端子と、電力の出力が可能な電源モジュールとを具えた電源ユニットであって、
    前記電源モジュールの両端電圧を検出する電圧検出回路と、
    前記電源モジュールに流れる電流を検出する電流検出回路と、
    前記電源モジュールの両端電圧を昇圧して前記一対の端子に出力する電圧調整回路と、
    該電圧調整回路の動作を制御する制御回路と
    を具え、該制御回路は、
    前記電圧検出回路の検出結果と前記電流検出回路の検出結果とに基づいて、前記電源モジュールの両端に発生する電力の大きさを算出する電力算出手段と、
    該電力算出手段の電力算出結果を外部に出力する出力手段と、
    前記電圧調整回路の目標出力電圧と、前記電力算出手段の電力算出結果と、外部から得られる電力算出結果とに基づいて、前記電圧調整回路に対する制御信号を作成して出力する制御手段と
    を具えていることを特徴とする電源ユニット。
  2. 電力が出力されるべき一対の端子と、電力の出力が可能な電源モジュールとを具えた電源ユニットであって、
    前記電源モジュールに流れる電流を検出する電流検出回路と、
    前記電源モジュールの両端電圧を昇圧して前記一対の端子に出力する電圧調整回路と、
    該電圧調整回路の動作を制御する制御回路と
    を具え、該制御回路は、
    前記電流検出回路の電流検出結果を外部に出力する出力手段と、
    前記電圧調整回路の目標出力電圧と、前記電流検出回路の電流検出結果と、外部から得られる電流検出結果とに基づいて、前記電圧調整回路に対する制御信号を作成して出力する制御手段と
    を具えていることを特徴とする電源ユニット。
  3. 前記電源モジュールは、蓄電池、コンデンサまたは燃料電池からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源ユニット。
  4. 前記電源モジュールは電力の入力も可能であって、
    前記電圧調整回路は、前記一対の端子間の電圧を降圧して前記電源モジュールの両端に出力する請求項１または請求項２に記載の電源システム。
  5. 負荷が接続されるべき一対の接続端子を具え、該一対の接続端子に対して複数の電源ユニットが並列に接続され、各電源ユニットは電力の出力が可能な電源モジュールを具えている電源システムであって、各電源ユニットは、
    自己の具える電源モジュールの両端電圧を検出する電圧検出回路と、
    自己の具える電源モジュールに流れる電流を検出する電流検出回路と、
    自己の具える電源モジュールの両端電圧を昇圧して前記一対の接続端子に出力する電圧調整回路と、
    該電圧調整回路の動作を制御する制御回路と
    を具え、全ての電源ユニットの制御回路は互いに或いは環状に接続されており、
    各電源ユニットにおいて、前記制御回路は、
    同じ電源ユニット内の電圧検出回路の検出結果と同じ電源ユニット内の電流検出回路の検出結果とに基づいて、同じ電源ユニット内の電源モジュールの両端に発生する電力の大きさを算出する電力算出手段と、
    該電力算出手段の電力算出結果を接続された制御回路に出力する出力手段と、
    同じ電源ユニット内の電圧調整回路の目標出力電圧と、同じ電源ユニット内の電力算出手段の電力算出結果と、前記接続された制御回路、或いは接続された他の制御回路から得られる電力算出結果とに基づいて、同じ電源ユニット内の電圧調整回路に対する制御信号を作成して出力する制御手段と
    を具えていることを特徴とする電源システム。
  6. 負荷が接続されるべき一対の接続端子を具え、該一対の接続端子に対して複数の電源ユニットが並列に接続され、各電源ユニットは電力の出力が可能な電源モジュールを具えている電源システムであって、各電源ユニットは、
    自己の具える電源モジュールに流れる電流を検出する電流検出回路と、
    自己の具える電源モジュールの両端電圧を昇圧して前記一対の接続端子に出力する電圧調整回路と、
    該電圧調整回路の動作を制御する制御回路と
    を具え、全ての電源ユニットの制御回路は互いに或いは環状に接続されており、
    各電源ユニットにおいて、前記制御回路は、
    同じ電源ユニット内の電流検出回路の電流検出結果を、接続された制御回路に出力する出力手段と、
    同じ電源ユニット内の電圧調整回路の目標出力電圧と、同じ電源ユニット内の電流検出
    回路の電流検出結果と、前記接続された制御回路、或いは接続された他の制御回路から得られる電流検出結果とに基づいて、同じ電源ユニット内の電圧調整回路に対する制御信号を作成して出力する制御手段と
    を具えていることを特徴とする電源システム。
  7. 各電源モジュールは電力の入力も可能であって、
    各電源ユニットにおいて、前記電圧調整回路は、前記一対の接続端子間の電圧を降圧して同じ電源ユニット内の電源モジュールの両端に出力することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電源システム。
  8. 各電源ユニットは前記一対の接続端子に接続された一対の電力入出力端子を具え、前記電圧調整回路は、
    電源モジュールの両端から前記一対の電力入出力端子へ伸びる２本の直列線路の内、１本の直列線路に介在する誘導素子と、
    前記１本の直列線路の誘導素子よりも電力入出力端子側に介在し、電源モジュールの放電時の電流方向を順方向とする整流素子を具えた充電用スイッチング素子と、
    前記誘導素子と充電用スイッチング素子との間で前記２本の直列線路を互いに連結する並列線路に介在し、電源モジュールの充電時の電流方向を順方向とする整流素子を具えた放電用スイッチング素子とを具え、
    前記制御回路の前記制御手段は、前記充電用スイッチング素子に対する制御信号及び前記放電用スイッチング素子に対する制御信号を作成することを特徴とする請求項７に記載の電源システム。
  9. 前記一対の接続端子には、前記複数の電源ユニットの電源モジュールに電力を供給する充電用電源を接続することが可能であって、
    各電源ユニットは、前記一対の接続端子に充電用電源が接続されているときに、同じ電源ユニット内の電源モジュールの目標入力電流と同じ電源ユニット内の電流検出回路の検出結果とに基づいて、同じ電源ユニット内の電圧調整回路に対する制御信号を作成して出力する充電制御手段を具えていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の電源システム。
  10. 前記一対の接続端子には、前記複数の電源ユニットの電源モジュールに電力を供給する充電用電源を接続することが可能であって、
    各電源ユニットの制御回路は、前記一対の接続端子に充電用電源が接続されているときに、同じ電源ユニット内の電源モジュールの目標入力電流と同じ電源ユニット内の電流検出回路の検出結果とに基づいて、同じ電源ユニット内の電圧調整回路に対する制御信号を作成して出力する充電制御手段を具えている請求項７又は請求項８に記載の電源システム。
  11. 前記電源モジュールは、蓄電池、コンデンサまたは燃料電池からなることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電源システム。
JP2004090798A 2003-09-05 2004-03-26 電源ユニット及びこれを有する電源システム Expired - Fee Related JP3973638B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004090798A JP3973638B2 (ja) 2003-09-05 2004-03-26 電源ユニット及びこれを有する電源システム
CNB2004100751721A CN100345364C (zh) 2003-09-05 2004-09-02 电源单元及具有该单元的电源系统
US10/931,992 US7522435B2 (en) 2003-09-05 2004-09-02 Power supply converter/s with controller/s responsive to voltage, current, and power
US12/411,764 US8058748B2 (en) 2003-09-05 2009-03-26 Power supply converter/s with controller/s responsive to voltage, current, and power

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003313422 2003-09-05
JP2004090798A JP3973638B2 (ja) 2003-09-05 2004-03-26 電源ユニット及びこれを有する電源システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005102469A JP2005102469A (ja) 2005-04-14
JP3973638B2 true JP3973638B2 (ja) 2007-09-12

Family

ID=34228024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004090798A Expired - Fee Related JP3973638B2 (ja) 2003-09-05 2004-03-26 電源ユニット及びこれを有する電源システム

Country Status (3)

Country Link
US (2) US7522435B2 (ja)
JP (1) JP3973638B2 (ja)
CN (1) CN100345364C (ja)

Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004265671A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Hitachi Ltd 燃料電池の運転制御方法および装置
TWI277037B (en) * 2005-12-16 2007-03-21 Innolux Display Corp Liquid crystal display and it's driving circuit and driving method
US7439715B2 (en) * 2006-05-22 2008-10-21 Hamilton Sundstrand Corporation Dual source power generating system
US7629779B2 (en) * 2006-09-21 2009-12-08 Intel Corporation Multiple output multiple topology voltage converter
JP4607087B2 (ja) * 2006-11-21 2011-01-05 日本電信電話株式会社 電池システムおよび出力電流制御方法
CN101394094B (zh) * 2007-09-20 2010-07-14 深圳市盈基实业有限公司 全自动高效升降压电路
US7965126B2 (en) 2008-02-12 2011-06-21 Transphorm Inc. Bridge circuits and their components
US8289065B2 (en) 2008-09-23 2012-10-16 Transphorm Inc. Inductive load power switching circuits
KR101605824B1 (ko) * 2009-08-06 2016-04-01 삼성전자주식회사 메모리 장치를 테스트 방법 및 테스트 장치
JP5346255B2 (ja) * 2009-09-02 2013-11-20 パナソニック株式会社 電源供給装置
US20110095612A1 (en) * 2009-10-22 2011-04-28 William Kirkpatrick Method and apparatus to combine and condition AC power from multiple sources
US8138529B2 (en) 2009-11-02 2012-03-20 Transphorm Inc. Package configurations for low EMI circuits
KR20110080672A (ko) * 2010-01-06 2011-07-13 삼성전자주식회사 단말기의 전원 공급 회로 및 이를 이용한 전원 공급 방법
US8624662B2 (en) * 2010-02-05 2014-01-07 Transphorm Inc. Semiconductor electronic components and circuits
US9490639B2 (en) 2010-02-05 2016-11-08 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Charge equalization system for batteries
FR2956261B1 (fr) * 2010-02-05 2012-03-09 Commissariat Energie Atomique Systeme d'equilibrage pour batteries d'accumulateurs
JP5659575B2 (ja) * 2010-06-22 2015-01-28 株式会社リコー マルチフェーズ型コンバータ
JP5676767B2 (ja) * 2010-10-01 2015-02-25 三星エスディアイ株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ ＳＤＩ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． エネルギー保存システム用の電力変換システム及びその制御方法
US8742624B1 (en) * 2010-12-27 2014-06-03 Juniper Networks, Inc. N+1 power supply system upgrade using dual output power supplies
DE102011076757A1 (de) * 2011-05-31 2012-12-06 Robert Bosch Gmbh Sicherheitsarchitektur, Batterie sowie ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Batterie
JP5849518B2 (ja) * 2011-08-12 2016-01-27 株式会社Ihi 電源システム
US9209176B2 (en) 2011-12-07 2015-12-08 Transphorm Inc. Semiconductor modules and methods of forming the same
DE102012200577A1 (de) * 2012-01-17 2013-07-18 Robert Bosch Gmbh Kraftfahrzeug, Batterie und Verfahren zum Steuern einer Batterie
US8648643B2 (en) 2012-02-24 2014-02-11 Transphorm Inc. Semiconductor power modules and devices
DE102012209731A1 (de) 2012-06-11 2013-12-12 Robert Bosch Gmbh Dämpfungsschaltung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen des Ausgangsstroms einer Energiespeichereinrichtung
DE102012209753A1 (de) * 2012-06-12 2013-12-12 Robert Bosch Gmbh Dämpfungsschaltung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen des Ausgangsstroms einer Energiespeichereinrichtung
US8803246B2 (en) 2012-07-16 2014-08-12 Transphorm Inc. Semiconductor electronic components with integrated current limiters
DE102012218987A1 (de) * 2012-10-18 2014-04-24 Robert Bosch Gmbh Ansteuerschaltung für n Schütze sowie ein Verfahren zur Ansteuerung von n Schützen
US9059076B2 (en) 2013-04-01 2015-06-16 Transphorm Inc. Gate drivers for circuits based on semiconductor devices
WO2015006111A1 (en) 2013-07-09 2015-01-15 Transphorm Inc. Multilevel inverters and their components
CN104767382B (zh) * 2014-01-07 2017-06-27 致茂电子股份有限公司 电源供应装置及其控制方法
CN103915882B (zh) * 2014-04-01 2017-01-04 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 一种多电源并联输入电路
JP6160547B2 (ja) * 2014-04-10 2017-07-12 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換方法
US9543940B2 (en) 2014-07-03 2017-01-10 Transphorm Inc. Switching circuits having ferrite beads
US9590494B1 (en) 2014-07-17 2017-03-07 Transphorm Inc. Bridgeless power factor correction circuits
US10200030B2 (en) 2015-03-13 2019-02-05 Transphorm Inc. Paralleling of switching devices for high power circuits
CN105553030A (zh) * 2016-02-02 2016-05-04 东莞理工学院 一种锂电池不间断电源管理系统
CN106487000B (zh) * 2016-10-25 2018-11-23 南京工程学院 一种基于储能的直流配电网线路电压控制方法
CN108001246B (zh) * 2016-11-01 2023-08-01 宇通客车股份有限公司 一种电动汽车直流充电系统及其充电控制方法
US10319648B2 (en) 2017-04-17 2019-06-11 Transphorm Inc. Conditions for burn-in of high power semiconductors
JP6962379B2 (ja) 2017-09-22 2021-11-05 株式会社村田製作所 蓄電装置
CN110011397B (zh) * 2019-03-11 2024-04-23 欧普照明股份有限公司 一种供电电路
JP2021048696A (ja) * 2019-09-18 2021-03-25 株式会社東芝 充放電装置
CN113178943B (zh) * 2021-05-08 2022-09-02 国网北京市电力公司 发电车电池系统的控制方法及发电车电池系统
JP7522706B2 (ja) * 2021-08-18 2024-07-25 矢崎総業株式会社 電源制御装置、電源装置、及び電源制御方法
CN116760149B (zh) * 2023-08-09 2024-01-05 深圳市德兰明海新能源股份有限公司 电源均衡装置、电源均衡方法以及电源系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940005058B1 (ko) * 1992-02-14 1994-06-10 삼성전자 주식회사 전자레인지의 출력안정화회로 및 그 방법
JP2833460B2 (ja) * 1993-12-27 1998-12-09 株式会社日立製作所 電源システム
JPH09107675A (ja) * 1995-10-09 1997-04-22 Oki Electric Ind Co Ltd 電源装置
US5838145A (en) * 1996-05-30 1998-11-17 Poon; Franki Ngai Kit Transient load corrector for switching converters
US5852555A (en) * 1997-12-17 1998-12-22 Martin; Ricky Dual inverter power supply
US6005373A (en) * 1998-10-27 1999-12-21 Micron Technology, Inc. System with anticipatory power supply load signal
US6707285B2 (en) * 2001-01-10 2004-03-16 Iwatt Phase-controlled AC-DC power converter
JP2002247751A (ja) * 2001-02-16 2002-08-30 Fuji Electric Co Ltd 過負荷電流保安装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20050052221A1 (en) 2005-03-10
US20090184581A1 (en) 2009-07-23
US7522435B2 (en) 2009-04-21
JP2005102469A (ja) 2005-04-14
CN100345364C (zh) 2007-10-24
US8058748B2 (en) 2011-11-15
CN1592064A (zh) 2005-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3973638B2 (ja) 電源ユニット及びこれを有する電源システム
CN1893216B (zh) 电子设备和该电子设备所用的电池组件及负载装置
US7994765B2 (en) Power supply device
US8508208B2 (en) Buck-boost regulator with converter bypass function
US7663342B2 (en) Apparatus, system, and method for controlling multiple power supplies
US8159181B2 (en) Combining two or more DC to DC converters to limit external coils
AU2013323342B2 (en) Droop compensation using current feedback
US20050242772A1 (en) Electronic device
KR20180040487A (ko) 단말기 및 장치
JP2011211885A (ja) 蓄電システム
JP2008131736A (ja) 分散型電源システムと昇降圧チョッパ装置
CN112332486A (zh) 一种电池组主动均衡充电系统及其控制方法
KR20220091189A (ko) 차량 배터리 충전 시스템 및 차량 배터리 충전 방법
US20150069960A1 (en) Auxiliary Battery Charging Apparatus
KR20060041280A (ko) 충전기 및 이 충전기를 구비한 직류-직류 컨버터, 및 그들의 제어 회로
CN111106601A (zh) 直流电压分布系统的控制
JP4163221B2 (ja) 電源システム及びその放電制御方法
JP4564940B2 (ja) 電子機器並びに該電子機器に用いられる電池パック及び負荷装置
JP2008187785A (ja) 充電制御装置
US20080258687A1 (en) High Efficiency PWM Switching Mode with High Accuracy Linear Mode Li-Ion Battery Charger
JP4828511B2 (ja) バックアップ電源およびその制御方法
JP2009118683A (ja) 充電器とその充電方法および電源システム
JP3418951B2 (ja) 直並列切換型電源装置
JP4596712B2 (ja) 電力貯蔵システム
WO2012032621A1 (ja) キャパシタを用いた蓄電装置、その充電制御装置、および、その充電制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050401

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20061218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070109

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070306

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070515

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070612

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 3973638

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100622

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110622

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110622

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120622

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130622

Year of fee payment: 6

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D03

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees