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