JP2010172062A - 電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電源間における残容量のばらつきを抑え、高電圧を出力可能な時間を長時間確保できるようにする。
【解決手段】コントローラ２が、駆動部１０の要求出力の正負（力行・回生状態）と電源部１が備える複数の電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電源電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴ３とに基づいて各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の優先順位を設定し、この優先順位と要求電圧とに基づき、優先順位の高い電源がより長く使用されて各電源間の電位差が小さくなるように、電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続する電源を決定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電源を有する電力供給装置に関する。

従来、複数の電源を有する電力供給装置として、特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１に記載の電力供給装置は、電気自動車の電動モータに電力供給するものであり、アクセルペダルの踏み込み量に応じて複数の電源の直列と並列を切り換えることで、電動モータへの供給電圧を制御するようにしている。具体的には、アクセルペダルの踏み込み量が小さく要求駆動力が小さいときは、複数電源を並列接続して電源電圧を小さくすることで、電動モータにおける損失を低減させる。一方、アクセルペダルの踏み込み量が大きく要求駆動力が大きいときは、複数電源を直列接続して電源電圧を高くすることで、弱め界磁制御による損失増加を低減させるとともに最大出力を向上させるようにしている。

特開平５−２３６６０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている従来の技術では、アクセルペダルの踏み込み量に応じて複数の電源の直並列接続を切替える制御としているが、複数の電源間における残容量のばらつきについては考慮されていないため、例えば、複数の電源のうちで使用する電源に偏りが生じることにより残容量のばらつきが大きくなる懸念がある。そして、複数の電源間で残容量のばらつきが大きいと、各電源を直列に接続して高電圧を出力する場合に残容量の小さい電源が先に空になってしまい、他の電源は個別には電力が取り出せるにも関わらず、電力供給装置としては高電圧を出力可能な時間が制限されてしまうという問題があった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消すべく創案されたものであって、複数の電源間における残容量のばらつきを抑え、高電圧を出力可能な時間を長時間確保することができる電力供給装置を提供することを目的としている。

本発明に係る電力供給装置は、複数の電源の端子同士および出力端子との接続を電源接続切替え手段により切替えて、負荷に対して所望の電力を供給するものであり、電源接続切替え手段に指令を与えるコントローラが、負荷の要求電力の正負と複数の電源の電圧とに基づいて複数の電源に対して優先順位を設定し、負荷の要求電圧と複数の電源の優先順位とに基づき、複数電源間の電位差が小さくなるように出力端子に接続する電源を決定することで、上記の課題を解決する。

本発明に係る電力供給装置によれば、複数の電源の電圧に応じて設定された優先順位に従って、複数電源間の電位差が小さくなるように、複数の電源のうちで出力端子に接続する電源が決定されるので、複数の電源間における残容量のばらつきを抑えて、高電圧を出力可能な時間を長時間確保することができる。

本発明を適用した電力供給装置の一例を示す構成図である。 電源部が備える複数の電源を説明する図である。 コントローラの動作を説明する図である。 第１の実施形態の電力供給装置においてコントローラにより実施される処理の流れを示すフローチャートである。 コントローラにおいて図４のフローチャートのステップＳ１１０およびステップＳ１１１の処理が実施された場合における各電源の電源電圧の時間変化を示す図である。 電源ＢＡＴ２と電源ＢＡＴ１とが直列接続されて電源部の出力端子に接続されたときの電源部内の接続状態および電流経路を示す図である。 電源ＢＡＴ２と電源ＢＡＴ３とが直列接続されて電源部の出力端子に接続されたときの電源部内の接続状態および電流経路を示す図である。 第２の実施形態の電力供給装置においてコントローラにより実施される処理の流れを示すフローチャートである。 コントローラにおいて図８のフローチャートのステップＳ２０１〜ステップＳ２０３の処理が実施された場合における各電源の電源電圧の時間変化を示す図である。 第３の実施形態の電力供給装置においてコントローラにより実施される処理の流れを示すフローチャートである。 コントローラにおいて図１０のフローチャートのステップＳ３０３の処理が実施された場合における各電源の電源電圧の時間変化を示す図である。 電源ＢＡＴ１と電源ＢＡＴ２とが並列接続されて電源部の出力端子に接続されたときの電源部内の接続状態および電流経路を示す図である。 コントローラにおいて図１０のフローチャートのステップＳ３０９の処理が実施された場合における各電源の電源電圧の時間変化を示す図である。 電源ＢＡＴ２と電源ＢＡＴ３とが並列接続され、さらに電源ＢＡＴ１と直列接続されて電源部の出力端子に接続されたときの電源部内の接続状態および電流経路を示す図である。 第４の実施形態の電力供給装置においてコントローラにより実施される処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明を適用した電力供給装置の一例を示す構成図である。この電力供給装置は、電気自動車の駆動部１０に対して電力供給するものであり、駆動部１０に接続される電源部１と、この電源部１を制御するコントローラ２とを備える。

電気自動車の駆動部１０は、永久磁石同期モータ１１をインバータ１２で駆動する構成であり、永久磁石同期モータ５のトルク指令を受けて、インバータ１２の電圧制御によってモータ電流を制御する。

電源部１は、複数の電源（本例では３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３）を有し、これら複数の電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３が、複数のスイッチ（本例では６つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ６）を介して、一対の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続される構成である。この電源部１で用いる複数の電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３は、例えばリチウムイオン電池等の２次電池よりなり、図２に示すように、各電源ごとに、その電源電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴ３および出力電流Ｉ_ＢＡＴ１〜Ｉ_ＢＡＴ３が電圧センサＶおよび電流センサＡにより随時計測され、コントローラ２に入力される。また、電源部１の出力電圧（出力端子間電圧）Ｖ_ＯＵＴも電圧センサＶにより計測され、コントローラ２に入力される。

電源部１は、コントローラ２からのスイッチオン・オフ指令に応じて各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６のオン・オフが制御されることで、複数の電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の接続を並列と直列に切り替えることができる。このとき、電源部１の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、直列に接続される電源の数に応じて、Ｖ_ＯＵＴ１：電源１直列分の電圧、Ｖ_ＯＵＴ２：電源２直列分の電圧、Ｖ_ＯＵＴ３：電源３直列分の電圧のうちいずれかの電圧に制御される。これらの出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１，Ｖ_ＯＵＴ２，Ｖ_ＯＵＴ３を出力する際の各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の接続状態およびスイッチＳＷ１〜ＳＷ６のオン・オフ状態を下記表１〜表３に示す。なお、下記表１が出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１を出力する際の電源接続パターンを示し、下記表２が出力電圧Ｖ_ＯＵＴ２を出力する際の電源接続パターンを示し、下記表３が出力電圧Ｖ_ＯＵＴ３を出力する際の電源接続パターンを示している。

コントローラ２は、図３に示すように、永久磁石同期モータ１１への要求トルク、永久磁石同期モータ１１の回転数、電源部１の出力電圧Ｖ_ＯＵＴ、各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電源電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴ３を入力とし、電源部１の各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちで出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続する電源を決定して、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６それぞれに対するオン・オフ指令を出力する。

具体的には、コントローラ２は、例えば図４のフローチャートで示す処理により電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続する電源を決定し、それに応じたスイッチオン・オフ指令を出力する。

すなわち、コントローラ２は、まずステップＳ１０１において、電気自動車のアクセルやブレーキペダルの踏込み量から駆動部１０に対する要求出力を推定する。そして、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で推定した駆動部１０の要求出力が正であるかどうかを判定する。ここで、要求出力の正負は、正のときは力行が要求されており、負のときは回生が要求されているものとする。コントローラ２は、このステップＳ１０２での判定の結果、要求出力が正であると判断した場合はステップＳ１０３に処理を移行し、要求出力が負であると判断した場合はステップＳ１０４に処理を移行する。

ステップＳ１０３では、コントローラ２は、電源部１の各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電源電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴ３に基づいて、電源電圧が高い電源ほど優先順位が高くなるように、各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の優先順位を設定する。一方、ステップＳ１０４では、コントローラ２は、電源部１の各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電源電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴ３に基づいて、電源電圧が低い電源ほど優先順位が高くなるように、各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の優先順位を設定する。

次に、コントローラ２は、ステップＳ１０５において、永久磁石同期モータ１１の回転数、要求トルクに基づき、駆動部１０の要求電圧を推定する。ここで、電源部１は、３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の接続切替えによりその直列数に応じた電圧を出力することが可能である。したがって、コントローラ２は、駆動部１０の要求電圧を、電源部１における電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の直列数に相当する段階的な電圧レベルで判断する。そして、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０５で推定した駆動部１０の要求電圧を出力するために電源部１の電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の直列数を２以上にする必要があるかどうかを判定し、直列数を２以上にする必要があると判断した場合は、さらにステップＳ１０７において、直列数を３にする必要があるかどうかを判定する。

以上の判定の結果、駆動部１０の要求電圧を出力するために電源部１における電源の直列数は１でよいと判断した場合（ステップＳ１０６でＮｏの判定の場合）、コントローラ２は、ステップＳ１０８において、電源部１の３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちで、ステップＳ１０３またはステップＳ１０４で設定した優先順位が１位の電源を選択し、この優先順位１位の電源が電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続されるように、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６に対するオン・オフ指令を出力する。

また、コントローラ２は、駆動部１０の要求電圧を出力するために電源部１における電源の直列数を３にする必要があると判断した場合（ステップＳ１０７でＹｅｓの判定の場合）には、ステップＳ１０９において、３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３が全て直列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続されるように、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６に対するオン・オフ指令を出力する。

また、コントローラ２は、駆動部１０の要求電圧を出力するために電源部１における電源の直列数を２とすることが適切と判断した場合（ステップＳ１０７でＮｏの判定の場合）には、ステップＳ１１０において、電源部１の３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちで、ステップＳ１０３またはステップＳ１０４で設定した優先順位が２位の電源と３位の電源とを、所定の時間Ｔｎ毎（例えば、数ｍ秒〜数分程度）に切替えながら順次選択する。そして、ステップＳ１１１において、ステップＳ１１０で選択した電源と優先順位が１位の電源とが直列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続されるように、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６に対するオン・オフ指令を出力する。

図５は、コントローラ２において上記のステップＳ１１０およびステップＳ１１１の処理が実施された場合における各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電源電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴ３の時間変化を示す図である。この図５の例は、駆動部１０の要求出力が正（力行状態）であり、電源部１の３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうち、電源ＢＡＴ２の優先順位が１位、電源ＢＡＴ１の優先順位が２位、電源ＢＡＴ３の優先順位が３位と設定された場合の例である。

時刻ｔ０では、優先順位が１位の電源ＢＡＴ２と優先順位が２位の電源ＢＡＴ１とが直列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続され、駆動部１０に対して出力電圧Ｖ_ＯＵＴ２を出力する。このときの電源部１内の接続状態および電流経路を図６に示す。また、このときのスイッチＳＷ１〜ＳＷ６のオン・オフ状態は、表２に示したパターン２−２に相当する。電源部１は、時刻ｔ０から所定時間Ｔｎが経過するまで、この状態を保持する。

次に、時刻ｔ０から所定時間Ｔｎが経過した時刻ｔ１においては、電源ＢＡＴ２に直列接続する電源として、優先順位が２位の電源ＢＡＴ１に代えて優先順位が３位の電源ＢＡＴ３が選択され、優先順位が１位の電源ＢＡＴ２と優先順位が３位の電源ＢＡＴ３とが直列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続される。このときの電源部１内の接続状態および電流経路を図７に示す。また、このときのスイッチＳＷ１〜ＳＷ６のオン・オフ状態は、表２に示したパターン２−５に相当する。電源部１は、時刻ｔ１から所定時間Ｔｎが経過するまで、この状態を保持する。

その後、電源部１では、所定時間Ｔｎが経過するごとに、電源ＢＡＴ２に直列接続する電源を電源ＢＡＴ１と電源ＢＡＴ３とで交互に切替えながら、駆動部１０に対して出力電圧Ｖ_ＯＵＴ２の出力を継続する。以上の処理により、力行時には電圧の高い電源ＢＡＴ２が他の電源ＢＡＴ１，ＢＡＴ３より長く使用されるため、電源ＢＡＴ２と電源ＢＡＴ１，ＢＡＴ３の電位差が時間経過とともに徐々に小さくなる。これにより、各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３間の残容量のばらつきが平準化されることになり、電源部１が高電圧を出力可能な時間を長時間確保することが可能となる。

なお、図５の例では、電源ＢＡＴ２の優先順位が１位に設定されているが、他の電源ＢＡＴ１，ＢＡＴ３の優先順位が１位に設定された場合も、同様の処理により各電源間の電位差を小さくして残容量のばらつきを平準化できることは勿論である。また、回生状態においては、電圧が低いほど優先順位が高くなるように各電源の優先順位を設定し、以上と同様の処理により電圧が低い電源を他の電源よりも長く使用することで、各電源間の電位差を小さくして残容量のばらつきを平準化することができる。また、以上の例では電源の数を３としているが、より多数の電源を備える構成の場合においても、各電源の電源電圧に応じて優先順位を設定し、その優先順位に従って同様の処理を行うことにより、各電源間の電位差を小さくして残容量のばらつきを平準化することができる。

以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態の電力供給装置によれば、駆動部１０の要求出力の正負（力行・回生状態）と電源部１が備える複数の電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電源電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴ３とに基づいて各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の優先順位が設定され、優先順位の高い電源がより長く使用されるように、電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続される電源が決定されるので、電源部１から駆動部１０に対して要求される出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力しながら、電源部１の各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３間の電位差を徐々に小さくして、残容量のばらつきを平準化することができる。したがって、電源部１の各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３間の残容量のばらつきを抑制して、高電圧を出力可能な時間を長時間確保することができる。

また、各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の優先順位は、駆動部１０の要求出力が正のときは電源電圧が高い電源ほど優先順位が高くなり、駆動部１０の要求出力が負のときは電源電圧が低いほど優先順位が高くなるように設定されるので、力行状態と回生状態との双方において、各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３間の電位差を徐々に小さくして、残容量のばらつきを平準化することができる。

また、２電源を直列接続した電圧が要求されている場合には、優先順位が２位以下の電源を所定時間ごとに交互に切替えながら優先順位が１位の電源と直列接続して使用するようにしているので、優先順位が２位以下の電源間での残容量のばらつきを大きくすることなく、要求される電圧を出力することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、駆動部１０から２電源を直列接続した電圧が要求される場合に、優先順位が１位の電源に対して直列に接続する他の電源の接続時間を、優先順位が高い電源ほど長くなるようにしたものである。なお、本実施形態における電力供給装置の構成および基本的な動作は第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と共通若しくは対応する構成要素については同一の符号を付して、第１の実施形態と重複する説明は省略する。

図８は、本実施形態の電力供給装置においてコントローラ２により実施される処理の流れを示すフローチャートである。この図８のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０９の処理は、上述した第１の実施形態と同様である（図４参照）。

本実施形態の電力供給装置では、コントローラ２は、駆動部１０の要求電圧を出力するために電源部１における電源の直列数を２とすることが適切と判断した場合（ステップＳ１０７でＮｏの判定の場合）に、まずステップＳ２０１において、優先順位が１位の電源に対して直列接続する電源の接続時間（所定の時間Ｔｎ）を、その電源の優先順位に応じて設定する。具体的には、ステップＳ１０３またはステップＳ１０４で設定した優先順位が２位の電源の接続時間Ｔｎ１と優先順位が３位の電源の接続時間Ｔｎ２とを、Ｔｎ１＞Ｔｎ２となるように設定する。

次に、コントローラ２は、ステップＳ２０２において、優先順位が１位の電源に接続する電源として、優先順位が２位の電源と３位の電源とを所定の時間Ｔｎ１，Ｔｎ２ごとに切替えながら順次選択する。そして、ステップＳ２０３において、ステップＳ２０２で選択した電源と優先順位が１位の電源とが直列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続されるように、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６に対するオン・オフ指令を出力する。

図９は、コントローラ２において上記のステップＳ２０１〜ステップＳ２０３の処理が実施された場合における各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電源電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴ３の時間変化を示す図である。この図９の例は、駆動部１０の要求出力が正（力行状態）であり、電源部１の３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうち、電源ＢＡＴ２の優先順位が１位、電源ＢＡＴ１の優先順位が２位、電源ＢＡＴ３の優先順位が３位と設定された場合の例である。

時刻ｔ０では、優先順位が１位の電源ＢＡＴ２と優先順位が２位の電源ＢＡＴ１とが直列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続され、駆動部１０に対して出力電圧Ｖ_ＯＵＴ２を出力する。電源部１は、時刻ｔ０から所定時間Ｔｎ１が経過するまで、この状態を保持する。

次に、時刻ｔ０から所定時間Ｔｎ１が経過した時刻ｔ１においては、電源ＢＡＴ２に直列接続する電源として、優先順位が２位の電源ＢＡＴ１に代えて優先順位が３位の電源ＢＡＴ３が選択され、優先順位が１位の電源ＢＡＴ２と優先順位が３位の電源ＢＡＴ３とが直列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続される。電源部１は、時刻ｔ１から所定時間Ｔｎ２が経過するまで、この状態を保持する。ここで、電源ＢＡＴ３は電源ＢＡＴ１に比べて優先順位が低いので、電源ＢＡＴ３が電源ＢＡＴ２に直列接続される時間Ｔｎ２は、電源ＢＡＴ１が電源ＢＡＴ２に直列接続される時間Ｔｎ１よりも短くなっている。

その後、電源部１では、所定時間Ｔｎ１，Ｔｎ２が経過するごとに、電源ＢＡＴ２に直列接続する電源を電源ＢＡＴ１と電源ＢＡＴ３とで交互に切替えながら、駆動部１０に対して出力電圧Ｖ_ＯＵＴ２の出力を継続する。以上の処理により、力行時には電圧の高い電源ＢＡＴ２が他の電源ＢＡＴ１，ＢＡＴ３より長く使用されるため、電源ＢＡＴ２と電源ＢＡＴ１，ＢＡＴ３の電位差が時間経過とともに徐々に小さくなる。さらに、電源ＢＡＴ１と電源ＢＡＴ３との関係においても、電源ＢＡＴ１が電源ＢＡＴ３よりも長く使用されるため、電源ＢＡＴ１と電源ＢＡＴ３の電位差も時間経過とともに徐々に小さくなる。これにより、各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３間の残容量のばらつきがより効率よく平準化されることになり、電源部１が高電圧を出力可能な時間を長時間確保することが可能となる。

なお、図９の例では、電源ＢＡＴ２の優先順位が１位、電源ＢＡＴ１の優先順位が２位、電源ＢＡＴ３の優先順位が３位に設定されているが、他の順番で優先順位が設定されている場合も、その優先順位に従って同様の処理を行うことにより各電源間の電位差を小さくして残容量のばらつきを平準化できることは勿論である。また、回生状態においては、電圧が低いほど優先順位が高くなるように各電源の優先順位を設定し、以上と同様の処理により電圧が低い電源を他の電源よりも長く使用することで、各電源間の電位差を小さくして残容量のばらつきを平準化することができる。また、以上の例では電源の数を３としているが、より多数の電源を備える構成の場合においても、各電源の電源電圧に応じて優先順位を設定し、その優先順位に従って同様の処理を行うことにより、各電源間の電位差を小さくして残容量のばらつきを平準化することができる。

以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態の電力供給装置によれば、電源部１が備える複数の電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうち、優先順位が２位以下の電源についてもその優先順位が高いほど長く使用されるように、電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続される電源が決定されるので、電源部１の各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３間の電位差を効率よく低減し、残容量のばらつきを平準化することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、駆動部１０から２電源を直列接続した電圧が要求される場合に、優先順位が２位以下の電源の中で電位差が所定値未満の複数電源があればそれらを並列接続し、この並列接続した複数の電源と優先順位が１位の電源とを直列接続して電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続するようにしたものである。また、駆動部１０から１電源分の電圧が要求される場合に、優先順位が１位の電源と優先順位が２位以下の電源との電位差が所定値未満であれば、優先順位が１位の電源と２位以下の電源とを並列接続して電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続する。なお、本実施形態における電力供給装置の構成および基本的な動作は第１および第２の実施形態と同様であるので、第１および第２の実施形態と共通若しくは対応する構成要素については同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１０は、本実施形態の電力供給装置においてコントローラ２により実施される処理の流れを示すフローチャートである。この図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１〜Ｓ１０７，Ｓ１０９の処理は、上述した第１および第２の実施形態と同様である（図４および図８参照）。

本実施形態の電力供給装置では、コントローラ２は、駆動部１０の要求電圧を出力するための電源部１における電源直列数を１と判断した場合（ステップＳ１０６でＮｏの判定の場合）に、まずステップＳ３０１において、電源部１の３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうち、ステップＳ１０３またはステップＳ１０４で設定した優先順位が１位の電源と２位の電源との電位差がΔＶａ（数Ｖ程度）以上であるか否かを判定する。そして、優先順位が１位の電源と２位の電源との電位差がΔＶａ以上であれば、ステップＳ３０２において、優先順位が１位の電源のみが電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続されるように、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６に対するオン・オフ指令を出力する。

一方、優先順位が１位の電源と２位の電源との電位差がΔＶａ未満であれば、コントローラ２は、ステップＳ３０３において、優先順位が１位の電源と２位の電源とが並列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続されるように、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６に対するオン・オフ指令を出力する。なお、優先順位が１位の電源と３位の電源との電位差もΔＶａ未満の場合には、３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の全てが並列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続されるように、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６に対するオン・オフ指令を出力するようにしてもよい。

また、コントローラ２は、駆動部１０の要求電圧を出力するために電源部１における電源の直列数を２とすることが適切と判断した場合（ステップＳ１０７でＮｏの判定の場合）には、ステップＳ３０４において、電源部１の３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちで、ステップＳ１０３またはステップＳ１０４で設定した優先順位が２位の電源と３位の電源との電位差がΔＶａ（数Ｖ程度）以上であるか否かを判定する。そして、優先順位が２位の電源と３位の電源との電位差がΔＶａ以上であれば、ステップＳ３０５において、第２の実施形態で説明したように、優先順位が２位の電源の接続時間Ｔｎ１と優先順位が３位の電源の接続時間Ｔｎ２とを設定し、ステップＳ３０６において、優先順位が２位の電源と３位の電源とを所定の時間Ｔｎ１，Ｔｎ２ごとに切替えながら順次選択する。そして、ステップＳ３０７において、ステップＳ３０６で選択した電源と優先順位が１位の電源とが直列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続されるように、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６に対するオン・オフ指令を出力する。

一方、優先順位が２位の電源と３位の電源との電位差がΔＶａ未満であれば、コントローラ２は、ステップＳ３０８において、優先順位が２位の電源と３位の電源とを並列接続できる（図１に示した構成であれば優先順位が１位の電源が電源ＢＡＴ２ではない）かどうかを確認し、優先順位が２位の電源と３位の電源とを並列接続できる構成であれば、ステップＳ３０９において、優先順位が２位の電源と３位の電源とが並列接続され、さらに優先順位が１位の電源と直列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続されるように、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６に対するオン・オフ指令を出力する。

図１１は、コントローラ２において上記のステップＳ３０３の処理が実施された場合における各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電源電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴ３の時間変化を示す図である。この図１１の例は、駆動部１０の要求出力が正（力行状態）であり、電源部１の３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうち、電源ＢＡＴ１の優先順位が１位、電源ＢＡＴ２の優先順位が２位、電源ＢＡＴ３の優先順位が３位と設定され、電源ＢＡＴ１と電源ＢＡＴ２との電位差がΔＶａ未満の場合の例である。

時刻ｔ０では、電源ＢＡＴ１の電圧と電源ＢＡＴ２の電圧はほぼ同等であり、電位差がΔＶａ未満となっている。これに対して電源ＢＡＴ３の電圧は低い状態である。この状態で、優先順位が１位の電源ＢＡＴ１と優先順位が２位の電源ＢＡＴ２とが並列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続される。このときの電源部１内の接続状態および電流経路を図１２に示す。また、このときのスイッチＳＷ１〜ＳＷ６のオン・オフ状態は、表１に示したパターン１−４に相当する。

電源部１では、以上の電源接続状態が継続されることで、電源ＢＡＴ１のＶ_ＢＡＴ１と電源ＢＡＴ２の電圧Ｖ_ＢＡＴ２とが同時に減少し、時間経過とともに電源ＢＡＴ３の電圧Ｖ_ＢＡＴ３に徐々に近付いていく。これにより、各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３間の残容量のばらつきが平準化されることになり、電源部１が高電圧を出力可能な時間を長時間確保することが可能となる。

図１３は、コントローラ２において上記のステップＳ３０９の処理が実施された場合における各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電源電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴ３の時間変化を示す図である。この図１３の例は、駆動部１０の要求出力が正（力行状態）であり、電源部１の３つの電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうち、電源ＢＡＴ１の優先順位が１位、電源ＢＡＴ２の優先順位が２位、電源ＢＡＴ３の優先順位が３位と設定され、電源ＢＡＴ２と電源ＢＡＴ３との電位差がΔＶａ未満の場合の例である。

時刻ｔ０では、電源ＢＡＴ２の電圧と電源ＢＡＴ３の電圧はほぼ同等であり、電位差がΔＶａ未満となっている。これに対して電源ＢＡＴ１の電圧は高い状態である。この状態で、優先順位が２位の電源ＢＡＴ２と優先順位が３位の電源ＢＡＴ３とが並列接続され、さらに優先順位が１位の電源ＢＡＴ１が直列接続されて電源部１の出力端子ＯＴ（＋），ＯＴ（−）に接続される。このときの電源部１内の接続状態および電流経路を図１４に示す。また、このときのスイッチＳＷ１〜ＳＷ６のオン・オフ状態は、表２に示したパターン２−１に相当する。

電源部１では、以上の電源接続状態が継続されることで、全ての電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３の電圧Ｖ_ＢＡＴ１〜Ｖ_ＢＡＴ３がそれぞれ減少するが、電源ＢＡＴ１の電圧Ｖ_ＢＡＴ１が減少する速度に対して電源ＢＡＴ２および電源ＢＡＴ３の電圧Ｖ_ＢＡＴ２，Ｖ_ＢＡＴ３が減少する速度は半分となる。したがって、電源ＢＡＴ１の電圧Ｖ_ＢＡＴ１と電源ＢＡＴ２および電源ＢＡＴ３の電圧Ｖ_ＢＡＴ２，Ｖ_ＢＡＴ３とが時間経過とともに徐々に近付いていき、これらの電位差が徐々に小さくなる。これにより、各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３間の残容量のばらつきが平準化されることになり、電源部１が高電圧を出力可能な時間を長時間確保することが可能となる。

なお、図１１および図１３の例では、電源ＢＡＴ１の優先順位が１位、電源ＢＡＴ２の優先順位が２位、電源ＢＡＴ３の優先順位が３位と設定されているが、他の順番で優先順位が設定されている場合も、その優先順位に従って同様の処理を行うことにより各電源間の電位差を小さくして残容量のばらつきを平準化できることは勿論である。また、回生状態においては、電圧が低いほど優先順位が高くなるように各電源の優先順位を設定し、以上と同様の処理により電圧が低い電源を他の電源よりも長く使用することで、各電源間の電位差を小さくして残容量のばらつきを平準化することができる。また、以上の例では電源の数を３としているが、より多数の電源を備える構成の場合においても、各電源の電源電圧に応じて優先順位を設定し、その優先順位に従って同様の処理を行うことにより、各電源間の電位差を小さくして残容量のばらつきを平準化することができる。

以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態の電力供給装置によれば、電源部１が備える複数の電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちで、電位差が小さい電源同士は並列接続して使用するようにしているので、電源部１の各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３間の電位差をさらに効率よく低減して、残容量のばらつきを平準化することができる。

また、本実施形態の電力供給装置によれば、駆動部１０から２電源を直列接続した電圧が要求される場合に、優先順位が１位の電源に直列接続する他の電源を所定時間ごとに切替えるといった操作は不要になるため、電源（スイッチ）の切替えの回数を抑制し、装置全体としての損失の低減を図ることができる。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、電源部１の各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちで過負荷の状態となっている電源がある場合に、その電源の使用を停止して保護を図るようにしたものである。なお、本実施形態における電力供給装置の構成および基本的な動作は第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と共通若しくは対応する構成要素については同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１５は、本実施形態の電力供給装置においてコントローラ２により実施される処理の流れを示すフローチャートである。この図１５のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１１の処理は、上述した第１の実施形態と同様である（図４参照）。

本実施形態の電力供給装置では、コントローラ２は、まずステップＳ４０１において、電源部１の各電源ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３のうちで過負荷の状態となっている電源があるかどうかを確認する。ここで、電源が過負荷状態にあるか否かの判断は、例えば、「電源の温度が所定の温度（例えば６０℃）以上であるか？」もしくは「充放電電力が要求電力に対応できるかどうか？」等の電源の状態に基づいて判断すればよい。コントローラ２は、このステップＳ４０１での判定の結果、過負荷状態の電源がないと判断した場合はそのままステップＳ１０１へと処理を移行し、その後は第１の実施形態と同様の処理により使用する電源を選択する。一方、ステップＳ４０１での判定の結果、過負荷状態の電源があると判断した場合には、ステップＳ４０２において、過負荷状態の電源を優先順付けの対象から除外した上でステップＳ１０１へと処理を移行する。その結果、過負荷状態の電源は使用が停止され、それ以外の電源の中で使用する電源が選択されることになる。

以上のように、本実施形態の電力供給装置によれば、過負荷状態と判断した電源の使用を停止するようにしているので、電源の劣化を抑えることができる。すなわち、過負荷状態の電源を使い続けることは電源の急速な劣化の要因となるが、以上のような制御を追加することにより、過負荷状態の電源を休止させてその劣化を抑制し、電源の保護を図ることができる。

なお、以上説明した本発明の実施形態は、本発明の一適用例を例示的に示したものであり、本発明の技術的範囲が上記の実施形態として開示した内容に限定されることを意図するものではない。つまり、本発明の技術的範囲は、上記の実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、この開示から容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

１ 電源部
２ コントローラ
１０ 駆動部
ＢＡＴ１〜ＢＡＴ３ 電源
ＯＴ 出力端子
ＳＷ１〜ＳＷ６ スイッチ
Ｖ 電圧センサ

Claims (6)

1. 複数の電源と、
   負荷に電力を供給する出力端子と、
   前記複数の電源の端子同士および前記出力端子との接続を切替える電源接続切替え手段と、
   前記複数の電源の電圧を計測する電圧計測手段と、
   前記電源接続切替え手段に指令を与えるコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記負荷の要求電力の正負を判定する要求電力判定手段と、
   前記負荷の要求出力の正負と前記複数の電源の電圧とに基づいて前記複数の電源の優先順位を設定する優先順位設定手段と、
   前記負荷の要求電圧を推定する要求電圧推定手段と、
   前記負荷の要求電圧と前記複数の電源の優先順位とに基づき、複数電源間の電位差が小さくなるように、前記出力端子に接続する電源を決定する使用電源決定手段と、を有することを特徴とする電力供給装置。
2. 前記優先順位設定手段は、前記負荷の要求出力が正のときは前記複数の電源の優先順位を電圧が高い順に設定し、前記負荷の要求出力が負のときは前記複数の電源の優先順位を電圧が低い順に設定することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記コントローラは、
   優先順位が２位以下の電源の中からいずれか１つの電源を所定の時間ごとに順次選択する単電源選択手段をさらに有し、
   前記使用電源決定手段は、前記負荷が２つの電源を直列接続した電圧を要求していると推定される場合に、優先順位が最も高い電源と前記単電源選択手段により選択された電源とを直列接続して前記出力端子に接続させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給装置。
4. 前記単電源選択手段は、優先順位の高い電源ほど選択される時間が長くなるように、前記所定の時間を各電源の優先順位に応じて変化させることを特徴とする請求項３に記載の電力供給装置。
5. 前記コントローラは、
   優先順位が２位以下の電源の中から電位差が所定電圧未満である複数の電源を選択する複数電源選択手段をさらに有し、
   前記使用電源決定手段は、前記負荷が２つの電源を直列接続した電圧を要求していると推定される場合に、前記複数電源選択手段により選択された複数の電源を並列接続し、且つ、これら並列接続した複数の電源と優先順位が最も高い電源とを直列接続して前記出力端子に接続させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力供給装置。
6. 前記コントローラは、
   前記複数の電源の中で使用を停止する電源を判断する使用停止電源判断手段をさらに有し、
   前記使用電源決定手段は、前記使用停止電源判断手段により使用停止電源として判断された電源以外から、前記出力端子に接続する電源を決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力供給装置。

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