JP5990420B2 - 電源システム及びコンピュータ - Google Patents

Description

本発明は電源システム、コンピュータ、及び電源装置に関し、特に、複数のセルからなる負荷の充放電を行えるように構成された電源システム及びそのような電源システムを構成するコンピュータ及び電源装置に関する。

ハイブリッドカーのバッテリや電気二重層コンデンサなどの充放電試験に用いられる回生型の電源装置（回生型充放電装置。例えば非特許文献１を参照）には、試験対象である負荷が複数のセルから構成されるものである場合に、ＣＣセルＣＶモードによる制御を行うものがある。ＣＣセルＣＶモードとは、通常は定電流を出力する一方、セル電圧が所定の制限範囲を逸脱するセルが現れるような場合には、セル電圧がこの制限範囲を逸脱することのないよう出力を制限するモードである。

ｐＣＵＢＥ（登録商標）のカタログ、［online］、Ｍｙｗａｙプラス株式会社、［平成24年5月9日検索］、インターネット〈URL：http://www.myway.co.jp/products/pcube.html〉

ＣＣセルＣＶモードについて、図面を参照しながら詳しく説明する。図４（ａ）は、回生型充放電装置である電源装置２と、充放電試験の補助を行うためのパソコン５とからなる電源システム１のシステム構成を示す図である。同図には、この電源システム１による試験の対象である負荷８についても図示している。同図に示すように、負荷８は複数のセルを有しており、セルごとに設けられた電圧計によって各セルの両端の電圧値（セル電圧）がモニタリングされる。検出されたセル数分のセル電圧は、パソコン５に供給される。

パソコン５は、機能的に、入力されたセル数分のセル電圧値のうち最大のものを取得する最大値取得部６と最小のものを取得する最小値取得部７とを有している。最大値取得部６で取得された最大値は、最大セル電圧検出値ＣＶ_ＭＡＸとして電源装置２に供給される。最小値取得部７で取得された最小値は、最小セル電圧検出値ＣＶ_ＭＩＮとして電源装置２に供給される。

電源装置２は、機能的に、電源回路３及び制御器４を有している。電源回路３は、図示しない系統電源より供給される系統電力から直流電力を生成する回路である。図４（ａ）では、電源回路３の出力電流をＩｏｕｔと表している。電源回路３はスイッチング電源であり、図示していないが、内部に複数のスイッチ素子を有している。これらスイッチ素子の開閉は、制御器４より入力される変調率ｍによって制御される。

制御器４は、電流制御などを行うことによって変調率ｍを生成する回路である。図４（ｂ）は、制御器４の機能ブロック図である。同図に示すように、制御器４は、機能的に、制御器４ａと、上限値算出部４ｂと、下限値算出部４ｃと、リミット処理部４ｄとを有している。このうち制御器４ａは、制御器４の基本的な機能を担う機能部であり、外部から供給される電流指令値Ｉ^＊と、電源回路３の出力電流のモニタ電流値Ｉｏｕｔとが等しくなるよう変調率ｍを制御する機能を有している。これは、いわゆる電流制御（ＣＣ制御）である。

一方、その他の３つの機能部は、セル電圧が所定の制限範囲を逸脱することのないよう、電流指令値Ｉ^＊を制御する役割を果たしている。具体的に説明すると、まず上限値算出部４ｂには、セル電圧の上限値を示すセル電圧上限指令値ＣＶ_ＵＬ ^＊と、上述した最大セル電圧検出値ＣＶ_ＭＡＸとが供給される。そして、上限値算出部４ｂは、これらに基づいて電流上限指令値Ｉ_ＵＬ ^＊を生成する。電流上限指令値Ｉ_ＵＬ ^＊は、最大セル電圧検出値ＣＶ_ＭＡＸがセル電圧上限指令値ＣＶ_ＵＬ ^＊に等しくなるときの電源回路３の出力電流の電流値である。次に下限値算出部４ｃには、セル電圧の下限値を示すセル電圧下限指令値ＣＶ_ＬＬ ^＊と、上述した最小セル電圧検出値ＣＶ_ＭＩＮとが供給される。そして、下限値算出部４ｃは、これらに基づいて電流下限指令値Ｉ_ＬＬ ^＊を生成する。電流下限指令値Ｉ_ＬＬ ^＊は、最小セル電圧検出値ＣＶ_ＭＩＮがセル電圧下限指令値ＣＶ_ＬＬ ^＊に等しくなるときの電源回路３の出力電流の電流値である。リミット処理部４ｄは、電流上限指令値Ｉ_ＵＬ ^＊と電流下限指令値Ｉ_ＬＬ ^＊とで電流指令値Ｉ^＊をクリップする回路である。これにより、電流指令値Ｉ^＊は、電流上限指令値Ｉ_ＵＬ ^＊と電流下限指令値Ｉ_ＬＬ ^＊との間に抑えられ、その結果、セル電圧がセル電圧上限指令値ＣＶ_ＵＬ ^＊とセル電圧下限指令値ＣＶ_ＬＬ ^＊との間（＝上述した所定の制限範囲）に抑えられる。これらの制御は、電圧値を制御の基礎として利用していることから、いわゆる電圧制御（ＣＶ制御）である。

このように、電源装置２は、全体として電流制御（ＣＣ制御）を行いつつ、セル電圧を基礎とする電圧制御（ＣＶ制御）を行う機能を有している。「ＣＣセルＣＶモード」は、この機能によって変調率を制御する電源装置２のモードである。

しかしながら、上述したＣＣセルＣＶモードによる制御には、高速動作が可能な電圧計を多数（具体的には、セル数分）用意しなければならないという問題がある。以下、詳しく説明する。

電源システム１において、電流指令値Ｉ^＊が新たな値に切り替わってから出力電流Ｉｏｕｔが安定するまでには、電流指令値Ｉ^＊の切り替えを受けた電流制御によって出力電流Ｉｏｕｔが変化し、その変化によって生じたセル電圧の変化が電流上限指令値Ｉ_ＵＬ ^＊及び電流下限指令値Ｉ_ＬＬ ^＊に反映され、さらにこれらによって制限された電流指令値Ｉ^＊に基づく電流制御によって出力電流Ｉｏｕｔがさらに変化する、というプロセスを経ることになる。この過程には、セル電圧の変化を検出するプロセスも含まれる。

ここで、近年の負荷充放電試験では、電流指令値Ｉ^＊の切り替え遅延が１０ミリ秒程度しか認められなくなっている。したがって、１０ミリ秒以内に、上述したプロセスをすべて完了させる必要があり、そのために、セル電圧を検出する電圧計としても、高速動作が可能な電圧計を導入することが必要になっている。しかしながら、高速動作が可能な電圧計は一般に高価であるため、多数の電圧計を必要とするセル電圧の検出に高速動作が可能な電圧計を使わなければならないことは好ましいことではなく、改善が必要とされている。

したがって、本発明の目的の一つは、セル電圧を検出する電圧計として高速動作が可能な電圧計を使わずに、電流指令値の高速な切り替えを実現できる電源システム及びそのような電源システムを実現するコンピュータ及び電源装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明による電源システムは、複数のセルを含む負荷の充放電を行えるように構成された電源システムであって、前記セルごとの両端間の電圧を示す複数のセル電圧を検出するセル電圧検出部と、前記負荷の両端間の電圧を示す総電圧を検出する総電圧検出部と、前記電源システムが前記負荷に向けて出力する出力電流を検出する電流検出部と、前記複数のセル電圧の合計値及び前記複数のセル電圧のうちの最端値を用いて、前記セル電圧の限度値を示すセル電圧指令値を前記総電圧の限度値を示す総電圧指令値に変換する指令値変換部と、前記総電圧指令値と前記総電圧とに基づいて電流指令値を制限し、制限された前記電流指令値と前記出力電流とに基づく電流制御によって、前記負荷に供給する直流電力を生成する直流電力生成部とを備えることを特徴とする。

上記のようにして得られる総電圧指令値は電流指令値の変化によらない一定値であるとみなせる（詳しくは後述する）ので、本発明によれば、電流指令値が新たな値に切り替わった後の出力電流の安定化に、総電圧指令値の生成プロセスでの遅延は実質的に影響しない。したがって、電圧の検出手段としては総電圧検出部さえ高速動作が可能なものを用いれば、高速動作が可能なセル電圧検出部を使わなくとも、電流指令値の高速な切り替えを実現できる。なお、直流電力生成部によって生成される直流電力がプラスである場合には負荷の充電となり、マイナスである場合には負荷の放電となる。

上記電源システムにおいて、前記指令値変換部は、前記セル電圧指令値を前記合計値に占める前記最端値の割合で除してなる値を、前記総電圧指令値として出力することとしてもよい。これによれば、セル電圧指令値から好適に総電圧指令値を生成することが可能になる。

また、上記電源システムにおいて、前記最端値は最大値であり、前記限度値は上限値であることとしてもよいし、前記最端値は最小値であり、前記限度値は下限値であることとしてもよい。

また、上記電源システムにおいて、前記総電圧検出部は、前記セル電圧検出部に比べて高速動作可能に構成されることとしてもよい。

上記電源システムにおいて、前記直流電力生成部は、前記電流制御によって変調率を生成する制御器と、前記変調率に基づいて前記直流電力を生成する電源回路とを有することとしてもよい。これによれば、スイッチング電源を用いて電源システムを構成することが可能になる。

上記電源システムにおいて、前記直流電力生成部と前記指令値変換部とは別体の装置であることとしてもよい。これによれば、直流電力生成部を電源装置とし、指令値変換部をコンピュータとすることができる。つまり、指令値変換部の機能を電源装置から切り離すことが可能になる。

また、本発明の他の一側面による電源システムは、複数のセルを含む負荷の充放電を行えるように構成された電源システムであって、前記セルごとの両端間の電圧を示す複数のセル電圧を検出するセル電圧検出部と、前記負荷の両端間の電圧を示す総電圧を検出する総電圧検出部と、前記電源システムが前記負荷に向けて出力する出力電流を検出する電流検出部と、前記複数のセル電圧の合計値及び前記複数のセル電圧のうちの最大値を用いて、前記セル電圧の上限値を示すセル電圧上限指令値を前記総電圧の上限値を示す総電圧上限指令値に変換するとともに、前記合計値及び前記複数のセル電圧のうちの最小値を用いて、前記セル電圧の下限値を示すセル電圧下限指令値を前記総電圧の下限値を示す総電圧下限指令値に変換する指令値変換部と、前記総電圧上限指令値、前記総電圧下限指令値、及び前記総電圧に基づいて電流指令値を制限し、制限された前記電流指令値と前記出力電流とに基づく電流制御によって、前記負荷に供給する直流電力を生成する直流電力生成部とを備えることを特徴とする。これによっても、高速動作が可能なセル電圧検出部を使わなくとも、高速な電流指令値の切り替えを実現できる。

なお、上記電源システムにおいて、前記指令値変換部は、前記セル電圧上限指令値を前記合計値に占める前記最大値の割合で除してなる値を前記総電圧上限指令値として出力するとともに、前記セル電圧下限指令値を前記合計値に占める前記最小値の割合で除してなる値を前記総電圧下限指令値として出力することとしてもよい。

また、本発明によるコンピュータは、複数のセルを含む負荷の充放電を行えるように構成された電源システムで用いられるコンピュータであって、前記セルごとの両端間の電圧を示す複数のセル電圧の合計値及び該複数のセル電圧のうちの最端値を用いて、前記セル電圧の限度値を示すセル電圧指令値を前記負荷の両端間の電圧の限度値を示す総電圧指令値に変換し、得られた前記総電圧指令値を、直流電力を生成する電源装置に供給することを特徴とする。これによれば、上述した電源システムを実現できる。

なお、上記コンピュータにおいて、前記総電圧指令値は、前記セル電圧指令値を前記合計値に占める前記最端値の割合で除してなる値に等しいこととしてもよい。

また、本発明による電源装置は、複数のセルを含む負荷に直流電力を供給する電源装置であって、前記負荷の両端間の電圧を示す総電圧の限度値を示す総電圧指令値と、該総電圧の検出値とに基づいて電流指令値を制限するリミット処理部と、制限された前記電流指令値と出力電流の検出値とに基づく電流制御によって、前記負荷に供給する直流電力を生成する制御器とを備えることを特徴とする。これによれば、上述した電源システムを実現できる。

なお、上記電源装置において、前記総電圧指令値は、前記総電圧の上限値を示す総電圧上限指令値と、前記総電圧の下限値を示す総電圧下限指令値とからなることとしてもよい。

本発明によれば、電圧の検出手段としては総電圧検出部さえ高速動作が可能なものを用いれば、高速動作が可能なセル電圧検出部を使わなくとも、電流指令値の高速な切り替えを実現できる。

（ａ）は、本発明の好ましい実施の形態による電源システムのシステム構成を示す図であり、（ｂ）は、この電源システムに含まれる制御器の機能ブロックを示す略ブロック図である。 本発明の好ましい実施の形態による電源システムによる試験の対象である負荷を、各セルの内部抵抗を明示した形で表した図である。 図１に示した電源システムに含まれる電源回路内部の機能ブロックの一例を示す略ブロック図である。 （ａ）は、本発明の背景技術による電源システムのシステム構成を示す図であり、（ｂ）は、この電源システムに含まれる制御器の機能ブロックを示す略ブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態による電源システム１０のシステム構成を示す図である。同図に示すように、電源システム１０は、電源装置１１（直流電力生成部）、パソコン１４（指令値変換部、コンピュータ）、複数の電圧計１８（セル電圧検出部）、電圧計１９（総電圧検出部）、及び電流計２０（電流検出部）を備え、これらにより上述したＣＣセルＣＶモードによる制御を行えるように構成される。なお、電源装置１１とパソコン１４とは、別体の装置として構成される。

図１（ａ）には、電源システム１０による試験の対象である負荷３０についても図示している。負荷３０の具体的な例としては、ハイブリッドカー用又は電気自動車用のバッテリや電気二重層コンデンサなどが挙げられる。負荷３０は、図示するように直列に接続された複数のセルを含んで構成される。電圧計１８はこのセルごとに設けられ、セルごとの両端間の電圧を示す複数のセル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎ（ｎはセルの個数）を検出可能に構成される。各電圧計１８が検出したセル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎは、パソコン１４に供給される。一方、電圧計１９は、負荷３０の両端間の電圧を示す総電圧Ｖを検出可能に構成される。検出された総電圧Ｖは、電源装置１１に供給される。

電源システム１０においては、電圧計１９として高速動作できる高価な電圧計が用いられる一方、電圧計１８としては高速動作不能だが安価な電圧計が用いられる。つまり、電圧計１９は、電圧計１８に比べて高速動作可能に構成される。高速動作可能とは、測定対象の２点間の電位に変化が起きてから、その変化が電圧計の出力に反映されるまでの遅延が短いことをいう。このように電圧計１８として安価な電圧計を利用できることこそが、本発明の効果である。詳細には、別途後述する。

電流計２０は、電源回路１２が負荷３０に向けて出力する出力電流Ｉｏｕｔを検出可能に構成される。検出された出力電流Ｉｏｕｔは、電源装置１１に供給される。なお、電流計２０は電源装置１１に内蔵することとしてもよい。

パソコン１４には、セル電圧指令値ＣＶ_Ｌ ^＊を総電圧指令値Ｖ_Ｌ ^＊に変換するプログラムがインストールされている。これにより、パソコン１４は、セル電圧指令値ＣＶ_Ｌ ^＊を総電圧指令値Ｖ_Ｌ ^＊に変換する指令値変換部として機能する。なお、セル電圧指令値ＣＶ_Ｌ ^＊はセル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎの限度値（上限値又は下限値）を示す固定値であり、外部の図示しない制御用ＰＣなどからパソコン１４に対して供給される。また、総電圧指令値Ｖ_Ｌ ^＊は総電圧Ｖの限度値（上限値又は下限値）であり、パソコン１４から電源装置１１に供給される。本実施の形態では、セル電圧指令値ＣＶ_Ｌ ^＊は、セル電圧の上限値を示すセル電圧上限指令値ＣＶ_ＵＬ ^＊と、セル電圧の下限値を示すセル電圧下限指令値ＣＶ_ＬＬ ^＊とから構成される。また、総電圧指令値Ｖ_Ｌ ^＊は、総電圧Ｖの上限値を示す総電圧上限指令値Ｖ_ＵＬ ^＊と、総電圧Ｖの下限値を示す総電圧下限指令値Ｖ_ＬＬ ^＊とから構成される。

上記プログラムは、機能的に、最大値取得部１５、最小値取得部１６、及び合計値取得部１７を実現する。最大値取得部１５及び最小値取得部１６は、各電圧計１８から供給される複数のセル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎのうちの最端値を選択する機能部である。最端値は、最大値取得部１５では最大値ＣＶ_ＭＡＸ、最小値取得部１６は最小値ＣＶ_ＭＩＮとなる。合計値取得部１７は、電圧計１８から供給される複数のセル電圧の合計値ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}を取得する機能部である。なお、この合計値ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}は上述した総電圧Ｖに等しいので、合計値取得部１７により合計値ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}を取得する構成に代えて、電圧計１９が検出した総電圧Ｖをパソコン１４にも供給する構成を採用してもよい。

上記プログラムはさらに、上述した最端値及び合計値を用いて、セル電圧指令値ＣＶ_Ｌ ^＊を総電圧指令値Ｖ_Ｌ ^＊に変換する機能を実現する。より具体的には、最大値ＣＶ_ＭＡＸ及び合計値ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}を用いてセル電圧上限指令値ＣＶ_ＵＬ ^＊を総電圧上限指令値Ｖ_ＵＬ ^＊に変換し、最小値ＣＶ_ＭＩＮ及び合計値ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}を用いてセル電圧下限指令値ＣＶ_ＬＬ ^＊を総電圧下限指令値Ｖ_ＬＬ ^＊に変換する機能を実現する。

ここで、総電圧上限指令値Ｖ_ＵＬ ^＊とは、最大値ＣＶ_ＭＡＸがセル電圧上限指令値ＣＶ_ＵＬ ^＊に等しい場合の合計値ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}（＝総電圧Ｖ）である。したがって、これらの関係は、次の式（１）のように表すことができる。

式（１）は、次の式（２）のように変形できる。この式に含まれるＣＶ_ＭＡＸ／ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}は合計値ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}に占める最大値ＣＶ_ＭＡＸの割合（最大値率）を示しており、式（２）から理解されるように、総電圧上限指令値Ｖ_ＵＬ ^＊は、セル電圧上限指令値ＣＶ_ＵＬ ^＊を最大値率ＣＶ_ＭＡＸ／ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}で除した値となっている。パソコン１４は、この式（２）を利用して総電圧上限指令値Ｖ_ＵＬ ^＊を生成する。

下限についても同様である。総電圧下限指令値Ｖ_ＬＬ ^＊とは、最小値ＣＶ_ＭＩＮがセル電圧下限指令値ＣＶ_ＬＬ ^＊に等しい場合の合計値ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}（＝総電圧Ｖ）である。したがって、これらの関係は、次の式（３）のように表すことができる。

式（３）は、次の式（４）のように変形できる。この式に含まれるＣＶ_ＭＩＮ／ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}は合計値ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}に占める最小値ＣＶ_ＭＩＮの割合（最小値率）を示しており、式（４）から理解されるように、総電圧下限指令値Ｖ_ＬＬ ^＊は、セル電圧下限指令値ＣＶ_ＬＬ ^＊を最小値率ＣＶ_ＭＩＮ／ＣＶ_{ＴＯＴＡＬ}で除した値となっている。パソコン１４は、この式（４）を利用して総電圧下限指令値Ｖ_ＬＬ ^＊を生成する。

電流指令値Ｉ^＊が変化した場合、それに伴って出力電流Ｉｏｕｔが変化するので、総電圧Ｖにも変化が現れる。総電圧Ｖの変化量は、出力電流Ｉｏｕｔの変化に応じた個々のセル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎの変化量の合計となるが、出力電流Ｉｏｕｔの変化に応じた各セル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎの変化率は互いに等しいとみなせるので、総電圧Ｖの変化率は各セル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎの変化率と実質的に同じ値となる。以下、詳しく説明する。

図２は、負荷３０を各セルの内部抵抗を明示した形で表した図である。同図に示すように、各セル電圧ＣＶ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、各セルの起電力Ｖ_ｋと、電圧Ｉｏｕｔ・Ｒ_ｋとを合計した値となる。ただし、Ｒ_ｋは各セルの内部抵抗値である。数式で表すと、次の式（５）のようになる。

起電力Ｖ_ｋと電圧Ｉｏｕｔ・Ｒ_ｋとは、出力電流Ｉｏｕｔの変化に対して、互いに異なる変化率で変化する。したがって、出力電流Ｉｏｕｔの変化に応じた各セル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎの変化率は、起電力Ｖ_ｋ、出力電流Ｉｏｕｔ、及び内部抵抗値Ｒ_ｋの具体的な値に応じた値となるので、必ずしも互いに等しくはならない。しかしながら、内部抵抗値Ｒ_ｋは非常に小さいことから、総電圧Ｖを考えるうえでは無視して差し支えない。つまり、セル電圧ＣＶ_ｋは、次の式（６）のように表せる。出力電流Ｉｏｕｔの変化に応じた起電力Ｖ_ｋの変化率はセル間で互いに等しいので、式（６）を前提とすると、出力電流Ｉｏｕｔの変化に応じた各セル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎの変化率は互いに等しいことになる。

このように、出力電流Ｉｏｕｔの変化に応じた各セル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎの変化率は、互いに等しいとみなすことができる。したがって、総電圧Ｖの変化率が各セル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎの変化率と同一であるとみなすことができ、そうであるとすると、上述した最大値率及び最小値率（以下、まとめて「最端値率」という）は、出力電流Ｉｏｕｔ（電流指令値Ｉ^＊）の変化に影響されない一定値であるということになる。

最端値率が電流指令値Ｉ^＊の変化によらず一定であるとみなせ、かつセル電圧指令値ＣＶ_Ｌ ^＊（セル電圧上限指令値ＣＶ_ＵＬ ^＊及びセル電圧下限指令値ＣＶ_ＬＬ ^＊）が上述したように固定値であることから、式（２）及び式（４）より明らかなように、総電圧指令値Ｖ_Ｌ ^＊（総電圧上限指令値Ｖ_ＵＬ ^＊及び総電圧下限指令値Ｖ_ＬＬ ^＊）も、電流指令値Ｉ^＊の変化によらない一定値であるとみなせる。したがって、総電圧指令値Ｖ_Ｌ ^＊の生成プロセスで仮に遅延が発生したとしても、その遅延が、電流指令値Ｉ^＊が新たな値に切り替わった後の出力電流Ｉｏｕｔの安定化を長期化させることはない、と言える。これが、上述したように、高速動作不能だが安価な電圧計を電圧計１８として利用することが可能になる理由である。

電源装置１１は回生型の充放電装置であり、負荷３０の充放電を行えるように構成される。具体的には、図１（ａ）に示すように、直流電力を生成する電源回路１２と、電源回路１２の出力を制御する制御器１３とを有して構成される。電源回路１２が生成した直流電力は負荷３０に供給され、直流電力がプラスである場合には負荷３０の充電、マイナスである場合には負荷３０の放電となる。

図３は、電源回路１２内部の機能ブロックの一例を示す略ブロック図である。なお、同図に示す構成は電源回路１２の内部構成の一例であり、他の構成を採用することも可能である。また、同図には、電源装置１１に系統電力を供給する系統電源４０についても図示している。系統電力としては、例えば三相２００Ｖの商用交流電源を使用することが好適である。

図３に示すように、電源回路１２は、系統電源４０より供給される系統電力から直流電力を生成するスイッチング電源であり、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、及び３相ＤＣ／ＤＣコンバータ４３を含んで構成される。ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、系統電力から直流電力を生成する回路である。直流電力がマイナスである場合には、系統電力に対する電力の回生となる。絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、図示していないが、２つのインバータと、これらの間に設けられたトランスとを含んで構成される双方向コンバータであり、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１の出力を受けて動作するよう構成される。トランスが含まれることにより、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ４２では、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１の出力電圧を昇圧又は降圧することが可能になるとともに、２つのインバータを電気的に絶縁することも実現される。３相ＤＣ／ＤＣコンバータ４３は、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の出力を受けて動作するよう構成される。３相ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の出力が、電源装置１１の出力となる。

図示していないが、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、及び３相ＤＣ／ＤＣコンバータ４３は、それぞれ内部に複数のスイッチ素子を含んで構成される。これらのスイッチ素子の開閉は、制御器１３より供給される変調率ｍによって制御される。これにより、変調率ｍの制御によって電源回路１２の出力を制御することが可能とされている。

図１に戻る。制御器１３には、電流計２０が検出した出力電流Ｉｏｕｔと、電圧計１９が検出した総電圧Ｖと、制御器１３が行う制御の内容を規定する各種の指令値とが供給される。この各種の指令値には、出力電流Ｉｏｕｔの指令値である電流指令値Ｉ^＊と、総電圧の限度値を示す総電圧指令値Ｖ_Ｌ ^＊とが含まれる。上述したように、本実施の形態における総電圧指令値Ｖ_Ｌ ^＊は、総電圧Ｖの上限値を示す総電圧上限指令値Ｖ_ＵＬ ^＊と、総電圧Ｖの下限値を示す総電圧下限指令値Ｖ_ＬＬ ^＊とから構成され、ともにパソコン１４において生成される。電流指令値Ｉ^＊は、外部の図示しない制御用ＰＣなどから電源装置１１に対して供給される。

図１（ｂ）は、制御器１３の機能ブロックを示す略ブロック図である。同図に示すように、制御器１３は、機能的に、制御器１３ａと、上限値算出部１３ｂと、下限値算出部１３ｃと、リミット処理部１３ｄとを有している。このうち制御器１３ａは、制御器１３の基本的な機能を担う機能部であり、電流指令値Ｉ^＊と電流計２０が検出した出力電流Ｉｏｕｔとの偏差に基づく電流制御（ＣＣ制御）により変調率ｍを生成する機能を有している。この電流制御として具体的には、Ｐ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御などを用いることが好適である。この点は、後述する各種の電流制御及び電圧制御においても同様である。制御器１３ａによる制御の結果、出力電流Ｉｏｕｔと電流指令値Ｉ^＊とが等しくなる。

上限値算出部１３ｂ、下限値算出部１３ｃ、及びリミット処理部１３ｄは、総電圧指令値Ｖ_Ｌ ^＊と総電圧Ｖ（電圧計１９によって検出された検出値）とに基づいて電流指令値Ｉ^＊を制限し、これによりセル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎが所定の制限範囲（セル電圧下限指令値ＣＶ_ＬＬ ^＊とセル電圧上限指令値ＣＶ_ＵＬ ^＊の間）を逸脱することを防止する役割を果たす。以下、詳しく説明する。

上限値算出部１３ｂは、総電圧Ｖと総電圧上限指令値Ｖ_ＵＬ ^＊との偏差に基づく電圧制御（ＣＶ制御）により、電流指令値Ｉ^＊の上限値Ｉ_ＵＬ ^＊を生成する機能部である。この上限値Ｉ_ＵＬ ^＊は、総電圧Ｖが総電圧上限指令値Ｖ_ＵＬ ^＊に等しい場合の出力電流Ｉｏｕｔの値となる。

同様に、下限値算出部１３ｃは、総電圧Ｖと総電圧下限指令値Ｖ_ＬＬ ^＊との偏差に基づく電圧制御（ＣＶ制御）により、電流指令値Ｉ^＊の下限値Ｉ_ＬＬ ^＊を生成する機能部である。この下限値Ｉ_ＬＬ ^＊は、総電圧Ｖが総電圧下限指令値Ｖ_ＬＬ ^＊に等しい場合の出力電流Ｉｏｕｔの値となる。

リミット処理部１３ｄは、電流指令値Ｉ^＊を、上限値算出部１３ｂが生成した上限値Ｉ_ＵＬ ^＊と下限値算出部１３ｃが生成した下限値Ｉ_ＬＬ ^＊との間に制限する機能を有している。つまり、リミット処理部１３ｄは、電流指令値Ｉ^＊を上限値Ｉ_ＵＬ ^＊及び下限値Ｉ_ＬＬ ^＊でクリップする。クリップされた電流指令値Ｉ^＊は、クリップ済電流指令値Ｉ_Ｃ ^＊として制御器１３ａに供給される。制御器１３ａは、このクリップ済電流指令値Ｉ_Ｃ ^＊と、出力電流Ｉｏｕｔ（電流計２０によって検出された検出値）とが等しくなるよう、変調率ｍを制御する。

以上の制御により、総電圧Ｖは、総電圧上限指令値Ｖ_ＵＬ ^＊と総電圧下限指令値Ｖ_ＬＬ ^＊との間に抑えられることになる。ここで、上述したように、総電圧上限指令値Ｖ_ＵＬ ^＊はセル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎの最大値ＣＶ_ＭＡＸがセル電圧上限指令値ＣＶ_ＵＬ ^＊に等しい場合の総電圧Ｖであり、総電圧下限指令値Ｖ_ＬＬ ^＊はセル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎの最小値ＣＶ_ＭＩＮがセル電圧下限指令値ＣＶ_ＬＬ ^＊に等しい場合の総電圧Ｖである。したがって、総電圧Ｖの変化が上記のように抑えられることで、セル電圧ＣＶ_１〜ＣＶ_ｎも、セル電圧上限指令値ＣＶ_ＵＬ ^＊とセル電圧下限指令値ＣＶ_ＬＬ ^＊との間に抑えられることになる。

以上説明したように、電源システム１０によれば、総電圧指令値Ｖ_Ｌ ^＊の生成プロセスでの遅延が、電流指令値Ｉ^＊が新たな値に切り替わった後の出力電流Ｉｏｕｔの安定化に実質的に影響しない。したがって、電圧の検出手段としては電圧計１９（総電圧検出部）さえ高速動作が可能なものを用いれば、高速動作が可能な電圧計１８（セル電圧検出部）を使わなくとも、電流指令値Ｉ^＊の高速な切り替えを実現できることになる。ここで、電源システム１０では、上述したように、電圧計１９として高速動作できる高価なものを利用している。したがって、電圧計１８として高速動作できない安価なものを用いているにもかかわらず、電流指令値Ｉ^＊の高速な切り替えを実現できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、電流指令値Ｉ^＊及びセル電圧指令値ＣＶ_Ｌ ^＊が外部の図示しない制御用ＰＣから供給されることとしたが、パソコン１４をこの装置と兼用することとしてもよい。

また、上記実施の形態では、指令値変換部の機能を電源装置１１とは別体の装置であるパソコン１４に搭載したが、指令値変換部の機能を電源装置１１に搭載することとしてもよい。

また、上記実施の形態では、セル電圧の上限値及び下限値の両方を制限したが、いずれか一方のみを制限することとしてもよい。この場合、電源システム１０は、制限しない限度値にかかる各構成（例えば下限値を制限しない場合には、最小値取得部１６、下限値算出部１３ｃなど）を備えずに構成してもよい。

１０ 電源システム
１１ 電源装置
１２ 電源回路
１３ 制御器
１３ａ 制御器
１３ｂ 上限値算出部
１３ｃ 下限値算出部
１３ｄ リミット処理部
１４ パソコン
１５ 最大値取得部
１６ 最小値取得部
１７ 合計値取得部
１８，１９ 電圧計
２０ 電流計
３０ 負荷
４０ 系統電源
４１ ＡＣ／ＤＣコンバータ
４２ 絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ
４３ ３相ＤＣ／ＤＣコンバータ

Claims (8)

1. 複数のセルを含む負荷の充放電を行えるように構成された電源システムであって、
   前記セルごとの両端間の電圧を示す複数のセル電圧を検出するセル電圧検出部と、
   前記負荷の両端間の電圧を示す総電圧を検出する総電圧検出部と、
   前記電源システムが前記負荷に向けて出力する出力電流を検出する電流検出部と、
   前記複数のセル電圧の合計値及び前記複数のセル電圧のうちの最端値を用いて、前記セル電圧の限度値を示すセル電圧指令値を前記総電圧の限度値を示す総電圧指令値に変換する指令値変換部と、
   前記総電圧指令値と前記総電圧とに基づいて電流指令値を制限し、制限された前記電流指令値と前記出力電流とに基づく電流制御によって、前記負荷に供給する直流電力を生成する直流電力生成部と
   を備え、
   前記指令値変換部は、前記セル電圧指令値を前記合計値に占める前記最端値の割合で除してなる値を、前記総電圧指令値として出力する
   ことを特徴とする電源システム。
2. 前記最端値は最大値であり、前記限度値は上限値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. 前記最端値は最小値であり、前記限度値は下限値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
4. 前記総電圧検出部は、前記セル電圧検出部に比べて高速動作可能に構成される
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電源システム。
5. 前記直流電力生成部は、
   前記電流制御によって変調率を生成する制御器と、
   前記変調率に基づいて前記直流電力を生成する電源回路とを有する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電源システム。
6. 前記直流電力生成部と前記指令値変換部とは別体の装置である
   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源システム。
7. 複数のセルを含む負荷の充放電を行えるように構成された電源システムであって、
   前記セルごとの両端間の電圧を示す複数のセル電圧を検出するセル電圧検出部と、
   前記負荷の両端間の電圧を示す総電圧を検出する総電圧検出部と、
   前記電源システムが前記負荷に向けて出力する出力電流を検出する電流検出部と、
   前記複数のセル電圧の合計値及び前記複数のセル電圧のうちの最大値を用いて、前記セル電圧の上限値を示すセル電圧上限指令値を前記総電圧の上限値を示す総電圧上限指令値に変換するとともに、前記合計値及び前記複数のセル電圧のうちの最小値を用いて、前記セル電圧の下限値を示すセル電圧下限指令値を前記総電圧の下限値を示す総電圧下限指令値に変換する指令値変換部と、
   前記総電圧上限指令値、前記総電圧下限指令値、及び前記総電圧に基づいて電流指令値を制限し、制限された前記電流指令値と前記出力電流とに基づく電流制御によって、前記負荷に供給する直流電力を生成する直流電力生成部と
   を備え、
   前記指令値変換部は、前記セル電圧上限指令値を前記合計値に占める前記最大値の割合で除してなる値を前記総電圧上限指令値として出力するとともに、前記セル電圧下限指令値を前記合計値に占める前記最小値の割合で除してなる値を前記総電圧下限指令値として出力する
   ことを特徴とする電源システム。
8. 複数のセルを含む負荷の充放電を行えるように構成された電源システムで用いられるコンピュータであって、
   前記セルごとの両端間の電圧を示す複数のセル電圧の合計値及び該複数のセル電圧のうちの最端値を用いて、前記セル電圧の限度値を示すセル電圧指令値を前記負荷の両端間の電圧の限度値を示す総電圧指令値に変換し、得られた前記総電圧指令値を、直流電力を生成する電源装置に供給し、
   前記総電圧指令値は、前記セル電圧指令値を前記合計値に占める前記最端値の割合で除してなる値に等しい
   ことを特徴とするコンピュータ。

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