JP5849518B2 - Power system - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a power supply system capable of charging and discharging DC power.
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。 In recent years, motors have been actively used as power generation sources in order to reduce the amount of carbon dioxide (CO 2 ), which is a kind of greenhouse gas. For example, in an automobile or the like, an internal combustion engine such as an engine is generally used as a power generation source. However, in recent years, a hybrid vehicle (HV: Hybrid Vehicle) or a power that uses an engine and a motor together as a power generation source. Research and development of electric vehicles (EVs) that use only a motor as a generation source have been actively conducted.
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。 In an apparatus using a motor as a power generation source, a secondary battery such as a lithium ion secondary battery capable of charging and discharging DC power is used as a power source. When constructing a power supply system using a secondary battery as a power source, the system designer must include a secondary battery, a DC / DC converter that controls charging / discharging of the secondary battery, and an inverter that drives an electric device to be controlled. It is necessary to prepare equipment individually and combine these equipment to meet the specifications of the power supply system. Similarly, when building a large-capacity power supply system, it is necessary to obtain a large-capacity secondary battery (for example, several megawatts) and a large-capacity converter individually and combine them according to the specifications of the power supply system. is there.
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。
The following
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。
By the way, in order to increase the capacity of the power supply system including the secondary battery and the DC / DC converter described above, for example, a plurality of secondary batteries are provided in parallel, and a DC / DC converter as described in
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。 Here, the charge / discharge current of the secondary battery is basically controlled based on the remaining capacity (SOC: State Of Charge) and the depth of discharge (DOD: Depth Of Discharge) of the secondary battery. For this reason, as described above, when the secondary battery and the DC / DC converter are united in a one-to-one correspondence, it is necessary to input / output in each unit on the assumption that all the units operate simultaneously. A certain current sharing is determined based on the SOC and DOD of the secondary battery provided in each unit.
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。 However, when the current input / output in the power supply system is shared by all the units, a situation may occur in which the charge / discharge current of the secondary battery provided in each unit becomes smaller than the capacity of the entire power supply system. When such a situation occurs, each unit operates in a state where the input / output current is lower than the preset rated current (low load factor). As a result, the conversion efficiency of the DC / DC converter provided in each unit is lowered, which may reduce the efficiency of the entire power supply system.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power supply system capable of maintaining high efficiency even in a state where the input / output current is small.
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行う制御部（４０）とを備えており、前記制御部は、他の電源装置に設けられる制御部で求められた制御量が予め設定された閾値を超えるという開始条件が成立した場合に、自らが求めた制御量を示す情報に基づいた前記電力変換回路の制御を開始す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、前記他の電源装置に設けられる制御部で求められた制御量が零であり、且つ、自らが求めた制御量が予め設定された閾値を下回るという停止条件が成立した場合に、前記電力変換回路の制御を停止す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、前記開始条件が成立した場合に、自装置に設けられる前記電池モジュールの充電状態を示す状態情報を有効にし、前記停止条件が成立した場合に、前記状態情報を零にすることを特徴としている。
また、本発明の電源システムは、前記電源装置の各々に設けられる前記制御部によって参照される前記他の電源装置は、互いに重複しない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。
In order to solve the above-described problems, the power supply system of the present invention has power input / output terminals (T11, T12) for inputting / outputting DC power connected in parallel, and the DC power is input via the power input / output terminals. A power supply system (PS) including a plurality of power supply devices (1) capable of charging and discharging, wherein the power supply device includes at least one battery module (10) and direct-current power charged / discharged with respect to the battery module. Information indicating a control amount of the power conversion circuit is obtained from a power conversion circuit (20) that performs power conversion and a command signal (C, C1) input from the outside, and the control of the power conversion circuit is performed based on the information. And when the start condition that the control amount obtained by the control unit provided in another power supply device exceeds a preset threshold is satisfied, Asked It is characterized in that to start the control of the power conversion circuit based on the information indicating the control amount.
Further, in the power supply system of the present invention, the control unit is configured such that the control amount obtained by the control unit provided in the other power supply device is zero, and the control amount obtained by itself is set to a preset threshold value. The control of the power conversion circuit is stopped when a stop condition of lower than is satisfied.
In the power supply system of the present invention, when the start condition is satisfied, the control unit validates state information indicating a charge state of the battery module provided in the device, and the stop condition is satisfied. The state information is set to zero.
The power supply system of the present invention is characterized in that the other power supply devices referred to by the control unit provided in each of the power supply devices are set so as not to overlap each other.
Moreover, the power supply system of the present invention is characterized in that the power supply device is formed by unitizing the battery module, the power conversion circuit, and the control unit.
本発明によれば、電源装置の各々に設けられた制御部が、他の電源装置に設けられる制御部で求められた制御量が予め設定された閾値を超えるという開始条件が成立した場合に、自らが求めた制御量を示す情報に基づいた電力変換回路の制御を開始することによって、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。 According to the present invention, when the control unit provided in each of the power supply devices satisfies a start condition that the control amount obtained by the control unit provided in another power supply device exceeds a preset threshold value, By starting the control of the power conversion circuit based on the information indicating the control amount obtained by itself, the DC power is charged / discharged to / from each of the power supply devices in a ring, so that the input / output current is small. However, there is an effect that high efficiency can be maintained.
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。
Hereinafter, a power supply system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a main configuration of a power supply system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the power supply system PS of the present embodiment, the power input / output terminals T11 and T12 are connected in parallel and the signal input / output terminal T22 is connected to each other, via the power input / output terminals T11 and T12. A plurality of
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。
One of the plurality of
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。 The power supply system PS having such a configuration can change the capacity by increasing or decreasing the parallel number of the slave power supply devices S. Specifically, the capacity of the power supply system PS can be increased by increasing the parallel number of the slave power supply devices S, and conversely, the capacity of the power supply system PS can be decreased by decreasing the parallel number of the slave power supply devices S. Can be made. The power supply system PS is connected to an inverter INV that converts DC power into AC power, for example.
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。
Specifically, the master power supply device M is a power source in which the
電池モジュール１０は、電池セルと電池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。
The
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。
The DC /
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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の制御を行う。
The
ここで、コントローラ４０は、スレーブ電源装置Ｓの１つに設けられているコントローラ４０で求められる制御量が予め設定された閾値を超えるという条件（開始条件）が成立した場合に、自らが求めた制御量を示す情報に基づいたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御を開始する。また、コントローラ４０は、上記のスレーブ電源装置Ｓに設けられているコントローラ４０で求められた制御量が零であり、且つ、自らが求めた制御量が予め設定された閾値を下回るという条件（停止条件）が成立した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御を停止する。
Here, the
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。
The blocks provided in the
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。
The
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。また、詳細は後述するが、マスター電源装置Ｍに設けられる電流指令生成部４３と、スレーブ電源装置Ｓのコントローラ４０に設けられる電流指令値生成部４３とは縦続接続されている。これは、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓを輪番で動作させるためである。
The current command
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。
The
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。
Here, when the
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。
On the other hand, when the
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。
The slave power supply device S is a bipolar power supply device whose basic configuration is almost the same as that of the master power supply device M. Specifically, the slave power supply device S is a power source in which the
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の制御を行う。
Unlike the
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。
Specifically, the current command
ここで、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Ｓに設けられたコントローラ４０と同様に、開始条件や停止条件が成立した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御の開始や停止を行う。具体的には、マスター電源装置Ｍ或いは他のスレーブ電源装置Ｓの１つに設けられているコントローラ４０で求められる制御量が予め設定された閾値を超えるという条件（開始条件）が成立した場合に、自らが求めた制御量を示す情報に基づいたＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御を開始する。
Here, similarly to the
また、上記のマスター電源装置Ｍ或いは他のスレーブ電源装置Ｓの１つに設けられているコントローラ４０で求められた制御量が零であり、且つ、自らが求めた制御量が予め設定された閾値を下回るという条件（停止条件）が成立した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御を停止する。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コントローラ４０によって参照されるマスター電源装置Ｍ或いはスレーブ電源装置Ｓは、互いに重複しないよう設定されている。
Further, the control amount obtained by the
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。
The master power supply device M and the slave power supply device S have the same basic configuration. For this reason, it is possible to make these configurations exactly the same and select the master power supply device M or the slave power supply device S depending on the setting. For example, when the identification number assigned to identify each of the
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、電流制限部５２、閾検出部５３，５４、演算部５５、及びＲＳフリップフロップ５６をそれぞれ備える。
FIG. 2 is a diagram showing extracted blocks relating to control during the boost (discharge) operation of the power supply system according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the current command
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。また、図２では、図示の簡略化のために２つのスレーブ電源装置Ｓのみを図示している。尚、以下では、これら２つのスレーブ電源装置Ｓを区別する場合には、スレーブ電源装置Ｓ１、スレーブ電源装置Ｓ２という。
In FIG. 2, signals denoted by reference numerals D1 and D2 indicate detection signals output from the
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〜ＳＯＣ３）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。
The control
電流制限部５２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。閾検出部５３は、他の電源装置１が備える制御量算出部５１で求められる制御量が予め設定された閾値を超えたか否かを検出する。つまり、閾検出部５３は、前述した開始条件が成立したか否かを検出する。
In each of the master power supply device M and the slave power supply device S, the current limiting
具体的に、マスター電源装置Ｍの閾検出部５３は、スレーブ電源装置Ｓ２の制御量算出部５１で求められる制御量が予め設定された閾値を超えたか否かを検出する。スレーブ電源装置Ｓ１の閾検出部５３は、マスター電源装置Ｍの制御量算出部５１で求められる制御量が予め設定された閾値を超えたか否かを検出し、スレーブ電源装置Ｓ２の閾検出部５３は、スレーブ電源装置Ｓ１の制御量算出部５１で求められる制御量が予め設定された閾値を超えたか否かを検出する。
Specifically, the
閾検出部５４は、自装置が備える制御量算出部５１で求められる制御量が予め設定された閾値以下になったか否かを検出する。演算部５５は、他の電源装置１が備える制御量算出部５１で求められる制御量が零であり、且つ、自装置が備える制御量算出部５１で求められる制御量が予め設定された閾値以下である場合（前述した停止条件が成立した場合）に信号（リセット信号）を出力する。
The
具体的に、マスター電源装置Ｍの演算部５５は、スレーブ電源装置Ｓ２の制御量算出部５１で求められる制御量が零であり、且つ、自装置が備える制御量算出部５１で求められる制御量が予め設定された閾値以下である旨が閾検出部５４で検出された場合にリセット信号を出力する。スレーブ電源装置Ｓ１の演算部５５は、マスター電源装置Ｍの制御量算出部５１で求められる制御量が零であり、且つ、自装置が備える制御量算出部５１で求められる制御量が予め設定された閾値以下である旨が閾検出部５４で検出された場合にリセット信号を出力する。同様に、スレーブ電源装置Ｓ２の演算部５５は、スレーブ電源装置Ｓ１の制御量算出部５１で求められる制御量が零であり、且つ、自装置が備える制御量算出部５１で求められる制御量が予め設定された閾値以下である旨が閾検出部５４で検出された場合にリセット信号を出力する。
Specifically, the
ＲＳフリップフロップ５６は、閾検出部５３からの閾値を超えた旨を示す検出信号（セット信号）が入力された場合にセット状態になり、演算部５５からのリセット信号が入力された場合にリセット状態になる。ＲＳフリップフロップ５６がセット状態になると、電池モジュール１０の残容量（ＳＯＣ）が制御量算出部５１に入力されて有効にされる。これに対し、ＲＳフリップフロップ５６がリセット状態になると、上記の残容量が制御量算出部５１に入力されなくなって零とされる。
The RS flip-
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及び図３を参照しつつ説明する。図３は、本発明の一実施形態による電源システムの昇圧（放電）運転時における動作を説明するための図である。尚、図３に示すグラフは、電圧の経時変化を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に電圧をとっている。以下では、図３に示す通り、電圧が三角波状に変化する指令信号Ｃがマスター電源装置Ｍに設けられた信号入出力端Ｔ２１から入力される場合の動作について説明する。尚、図３中において、符号Ｌ１〜Ｌ３を付した折れ線は、マスター電源装置Ｍ、スレーブ電源装置Ｓ１、及びスレーブ電源装置Ｓ２の出力電圧の経時変化をそれぞれ示している。 Next, the operation when the DC power is discharged in the power supply system PS will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram for explaining an operation during a boost (discharge) operation of the power supply system according to the embodiment of the present invention. In addition, the graph shown in FIG. 3 is a figure which shows a time-dependent change of a voltage, taking time on the horizontal axis and taking the voltage on the vertical axis | shaft. Hereinafter, as shown in FIG. 3, an operation when a command signal C whose voltage changes in a triangular wave shape is input from a signal input / output terminal T <b> 21 provided in the master power supply device M will be described. In FIG. 3, the broken lines denoted by reference numerals L1 to L3 indicate changes over time in the output voltages of the master power supply device M, the slave power supply device S1, and the slave power supply device S2, respectively.
図３に示す指令信号Ｃがマスター電源装置Ｍに入力されると、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。
When the command signal C shown in FIG. 3 is input to the master power supply device M, first, the
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。ここで、電源システムＰＳの動作が開始された初期の時点（時刻０〜ｔ１）においては、マスター電源装置Ｍに設けられたＲＳフリップ５６がセット状態とされ、スレーブ電源装置Ｓに設けられたＲＳフリップ５６はリセット状態とされている。
The control signal generated by the
このため、マスター電源装置Ｍにおいては、電池モジュール１０の残容量（ＳＯＣ）が制御量算出部５１に入力されているものの、スレーブ電源装置Ｓにおいては、電池モジュール１０の残容量（ＳＯＣ）が制御量算出部５１に入力されていない。従って、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は、マスター電源装置Ｍのみで求められ、スレーブ電源装置Ｓでは求められない。
Therefore, in the master power supply M, the remaining capacity (SOC) of the
すると、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。これにより、図３に示す通り、時刻０〜ｔ１の間においては、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。
Then, a current command value is output from the current command
指令信号Ｃの電圧が徐々に高くなると、マスター電源装置Ｍ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。マスター電源装置Ｍの制御量算出部５１で算出される制御量の値がスレーブ電源装置Ｓ１の閾検出部５３に設定された閾値を超えると、スレーブ電源装置Ｓ１に設けられたＲＳフリップフロップがセット状態になる。すると、スレーブ電源装置Ｓ１において、電池モジュール１０の残容量（ＳＯＣ）が制御量算出部５１に入力されて制御量が算出されて、スレーブ電源装置Ｓ１からの直流電力の放電が開始される（時刻ｔ１）。ここで、時刻ｔ１〜ｔ２の間においては、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓ１からの放電が行われる。このため、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓ１の各々が分担する放電量は、指令信号Ｃによって指示される電力量の１／２である。
As the voltage of the command signal C gradually increases, the value of the control amount calculated by the control
指令信号Ｃの電圧が更に高くなり、スレーブ電源装置Ｓ１の制御量算出部５１で算出される制御量の値がスレーブ電源装置Ｓ２の閾検出部５３に設定された閾値を超えると、スレーブ電源装置Ｓ２に設けられたＲＳフリップフロップがセット状態になる。すると、スレーブ電源装置Ｓ２において、電池モジュール１０の残容量（ＳＯＣ）が制御量算出部５１に入力されて制御量が算出されて、スレーブ電源装置Ｓ２からの直流電力の放電も開始される（時刻ｔ２）。ここで、時刻ｔ２〜ｔ３の間においては、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓ１，Ｓ２からの放電が行われる。このため、マスター電源装置Ｍ及びスレーブ電源装置Ｓ１，Ｓ２の各々が分担する放電量は、指令信号Ｃによって指示される電力量の１／３である。
When the voltage of the command signal C further increases and the value of the control amount calculated by the control
これに対し、指令信号Ｃの電圧が徐々に低くなると、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。スレーブ電源装置Ｓ２の制御量算出部５１で算出される制御量が零であり、且つ、マスター電源装置Ｍの制御量算出部５１で算出される制御量の値がマスター電源装置Ｍの閾検出部５４に設定された閾値以下になると、マスター電源装置Ｍに設けられたＲＳフリップフロップ５６がリセット状態になる。
On the other hand, when the voltage of the command signal C gradually decreases, the value of the control amount calculated by the control
すると、マスター電源装置Ｍにおいて、電池モジュール１０の残容量（ＳＯＣ）が制御量算出部５１に入力されなくなり、マスター電源装置Ｍからの放電が停止される（時刻ｔ４）。ここで、時刻ｔ４〜ｔ５の間においては、スレーブ電源装置Ｓ１，Ｓ２からの放電が行われる。このため、スレーブ電源装置Ｓ１，Ｓ２の各々が分担する放電量は、指令信号Ｃによって指示される電力量の１／２である。
Then, in the master power supply M, the remaining capacity (SOC) of the
指令信号Ｃの電圧が更に低くなり、マスター電源装置Ｍの制御量算出部５１で算出される制御量が零であって、且つ、スレーブ電源装置Ｓ１の制御量算出部５１で算出される制御量の値がスレーブ電源装置Ｓ１の閾検出部５４に設定された閾値以下になると、スレーブ電源装置Ｓ１に設けられたＲＳフリップフロップ５６がリセット状態になる。すると、スレーブ電源装置Ｓ１において、電池モジュール１０の残容量（ＳＯＣ）が制御量算出部５１に入力されなくなり、スレーブ電源装置Ｓ１からの放電が停止される（時刻ｔ５）。ここで、時刻ｔ５〜ｔ６の間においては、スレーブ電源装置Ｓ２のみの放電が行われる。このため、スレーブ電源装置Ｓ２は、指令信号Ｃによって指示される電力量の全てを分担することになる。
The voltage of the command signal C is further reduced, the control amount calculated by the control
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Ｓ１，Ｓ２は、閾検出部５３，５４、演算部５５、及びＲＳフリップフロップ５６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Ｓ１，Ｓ２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。
As described above, in the present embodiment, the master power supply device M and each of the slave power supply devices S1 and S2 operate in a ring by the action of the
図４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４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４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。
FIG. 4 is a diagram showing extracted blocks related to control during step-down (charging) operation of the power supply system according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the current command
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。
The control
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，図３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、スレーブ電源装置Ｓ１、及びスレーブ電源装置Ｓ２は、閾検出部５３，５４、演算部５５、及びＲＳフリップフロップ５６の作用によって輪番で動作し、マスター電源装置Ｍ、スレーブ電源装置Ｓ１、及びスレーブ電源装置Ｓ２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。
The operation when the DC power is charged in the power supply system PS is basically the same as the operation described with reference to FIGS. That is, the master power supply device M, the slave power supply device S1, and the slave power supply device S2 operate in a ring by the action of the
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Ｓ１，Ｓ２の各々に設けられる閾検出部５３，５４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。
As mentioned above, although the power supply system by one Embodiment of this invention was demonstrated, this invention is not restrict | limited to the said embodiment, It can change freely within the scope of the present invention. For example, the threshold values of the
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
Ｃ 指令信号
Ｃ１ 信号
ＰＳ 電源システム
Ｔ１１，Ｔ１２ 電源入出力端
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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行う制御部とを備えており、
前記制御部は、他の電源装置に設けられる制御部で求められた制御量が予め設定された閾値を超えるという開始条件が成立した場合に、自らが求めた制御量を示す情報に基づいた前記電力変換回路の制御を開始し、前記他の電源装置に設けられる制御部で求められた制御量が零であり、且つ、自らが求めた制御量が予め設定された閾値を下回るという停止条件が成立した場合に、前記電力変換回路の制御を停止することを特徴とする電源システム。 A power supply system including a plurality of power supply devices capable of charging and discharging DC power via the power supply input / output terminals, wherein power supply input / output terminals for performing DC power input / output are connected in parallel,
The power supply device includes at least one battery module;
A power conversion circuit that performs power conversion of DC power charged and discharged with respect to the battery module;
A control unit that obtains information indicating a control amount of the power conversion circuit from a command signal input from the outside, and controls the power conversion circuit based on the information;
The control unit is based on the information indicating the control amount obtained by itself when a start condition that the control amount obtained by a control unit provided in another power supply device exceeds a preset threshold is satisfied. There is a stop condition that the control of the power conversion circuit is started , the control amount obtained by the control unit provided in the other power supply device is zero, and the control amount obtained by itself falls below a preset threshold value. A power supply system characterized by stopping control of the power conversion circuit when established .
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