JP7008206B2 - Power supply system, power supply system and mobile - Google Patents
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Description
本開示は、一般に電力供給システム、電源システム及び移動体に関し、より詳細には、負荷に対して電力を供給する電力供給システム、それを備える電源システム、及びそれを備える移動体に関する。 The present disclosure relates generally to power supply systems, power systems and mobiles, and more particularly to power supply systems that supply power to loads, power systems comprising them, and mobiles comprising them.
特許文献1には、第1電源(二次電池)と、第2電源(エネルギーデバイス)と、電力の供給経路を切り替えるためのスイッチと、を備える電源システム(電力制御システム)が記載されている。特許文献1において、第2電源は、例えば、電気二重層キャパシタである。
特許文献1に記載の電源システムでは、スイッチにて、第2電源とインバータとの間の電力の供給経路を接続する状態と、第1電源とインバータとの間の電力の供給経路を接続する状態と、を切替可能である。前者の状態では、第2電源からの電力がインバータに供給され、インバータで直流から交流に変換されたうえで、負荷(電気器具)に供給される。後者の状態では、第1電源からの電力がインバータに供給され、インバータで直流から交流に変換されたうえで、負荷(電気器具)に供給される。
In the power supply system described in
特許文献1に記載の構成では、例えば、インバータへの電力の供給元が第2電源から第1電源に切り替わる際、第2電源がインバータから切断されるため、第1電源がインバータに接続されるまで、インバータへの電力の供給が途切れる可能性がある。そのため、インバータが一時的に停止し、インバータから負荷への電力供給が途切れる可能性がある。
In the configuration described in
本開示は上記事由に鑑みてなされており、負荷に対して継続的に電力を供給可能な電力供給システム、電源システム及び移動体を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a power supply system, a power supply system, and a mobile body capable of continuously supplying power to a load.
本開示の一態様に係る電力供給システムは、第1駆動回路と、第2駆動回路と、を備える。前記第1駆動回路は、電池からなる第1電源に電気的に接続される。前記第2駆動回路は、前記第1電源とは別の第2電源に電気的に接続される。前記第1駆動回路及び前記第2駆動回路は、互いに同期して動作し、共通の負荷に対して電力を供給する。前記第1駆動回路は、前記第1電源からの直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷へ印加する第1インバータ回路を有する。前記第2駆動回路は、前記第2電源からの直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷へ印加する第2インバータ回路を有する。前記第1インバータ回路は、複数の第1スイッチング素子を含む。前記第2インバータ回路は、複数の第2スイッチング素子を含む。前記複数の第1スイッチング素子の一部の第1スイッチング素子は、前記複数の第2スイッチング素子の一部の第2スイッチング素子と兼用されている。 The power supply system according to one aspect of the present disclosure includes a first drive circuit and a second drive circuit. The first drive circuit is electrically connected to a first power source including a battery. The second drive circuit is electrically connected to a second power source different from the first power source. The first drive circuit and the second drive circuit operate in synchronization with each other and supply electric power to a common load. The first drive circuit includes a first inverter circuit that converts a DC voltage from the first power supply into an AC voltage and applies it to the load. The second drive circuit includes a second inverter circuit that converts a DC voltage from the second power supply into an AC voltage and applies it to the load. The first inverter circuit includes a plurality of first switching elements. The second inverter circuit includes a plurality of second switching elements. The first switching element, which is a part of the plurality of first switching elements, is also used as the second switching element, which is a part of the plurality of second switching elements.
本開示の一態様に係る電源システムは、前記電力供給システムと、前記第1電源と、前記第2電源と、を備える。 The power supply system according to one aspect of the present disclosure includes the power supply system, the first power supply, and the second power supply.
本開示の一態様に係る移動体は、前記電源システムと、前記負荷を有する移動体本体と、を備える。 The mobile body according to one aspect of the present disclosure includes the power supply system and the mobile body main body having the load.
本開示は、負荷に対して継続的に電力を供給可能である、という利点がある。 The present disclosure has the advantage that power can be continuously supplied to the load.
(実施形態1)
(1)概要
本実施形態に係る電力供給システム10は、図1に示すように、少なくとも第1駆動回路1と、第2駆動回路2と、を備えている。第1駆動回路1は、電池からなる第1電源91に電気的に接続される。第2駆動回路2は、第1電源91とは別の第2電源92に電気的に接続される。第1駆動回路1及び第2駆動回路2は、互いに同期して動作し、共通の負荷90に対して電力を供給する。第2電源92は、第1電源91よりも大きな電流を出力可能である。第1電源91は、一例として、リチウムイオン電池(LIB:Lithium Ion Battery)等の二次電池である。第2電源92は、一例として、キャパシタ等の、第1電源91に比べて高い出力密度を有する電気化学デバイス(蓄電デバイス)である。
(Embodiment 1)
(1) Overview As shown in FIG. 1, the
すなわち、本実施形態に係る電力供給システム10は、第1電源91及び第2電源92からの電力を、それぞれ第1駆動回路1及び第2駆動回路2にて、共通の負荷90に供給するシステムである。言い換えれば、電力供給システム10では、第1電源91からの電力は第1駆動回路1にて負荷90に供給され、第2電源92からの電力は第2駆動回路2にて負荷90に供給される。したがって、電力供給システム10によれば、2種類の電源(第1電源91及び第2電源92)から共通の負荷90に電力を供給しながらも、電源ごとに独立した駆動回路(第1駆動回路1又は第2駆動回路2)にて負荷90に電力を供給することができる。
That is, the
上述したような電力供給システム10によれば、例えば、電力の供給元が第2電源92から第1電源91に切り替わる際においても、第1電源91が第1駆動回路1に接続され、かつ第2電源92が第2駆動回路2に接続された状態を維持することができる。その結果、電力供給システム10においては、電力の供給元が切り替わる際であっても、第1駆動回路1及び第2駆動回路2を停止させずに、負荷90に対して継続的に電力を供給することが可能である。
According to the
また、本実施形態に係る電力供給システム10は、第1電源91及び第2電源92と共に、電源システム100を構成する。言い換えれば、電源システム100は、電力供給システム10と、第1電源91と、第2電源92と、を備えている。このような電源システム100では、第1電源91及び第2電源92に蓄積されている電気エネルギーが枯渇しない限り、電源システム100は単独で、負荷90に対して電力を供給可能である。
Further, the
さらに、第1電源91と第2電源92との少なくとも一方に対し、電力供給システム10の外部から電力を供給して、第1電源91と第2電源92との少なくとも一方を充電することで、電源システム100は繰り返し使用可能である。詳しくは後述するが、本実施形態では、電力供給システム10における第1駆動回路1及び第2駆動回路2は、第1電源91及び第2電源92と負荷90との間で、双方向に電力(電気エネルギー)を授受する機能を有する。これにより、電源システム100では、第1電源91と第2電源92との少なくとも一方に対し、負荷90からの回生電力を供給して、第1電源91と第2電源92との少なくとも一方を充電することができる。
Further, by supplying power from the outside of the
また、本実施形態に係る電源システム100は、負荷90を含んだ移動体本体81(図3参照)と共に、移動体8(図3参照)を構成する。言い換えれば、移動体8は、電源システム100と、負荷90を有する移動体本体81と、を備えている。本実施形態では、移動体8は、一例として、人を乗せた状態で路面上を走行する電動バイク(二輪車)である。また、本実施形態では、負荷90は、電動機(モータ)であって、移動体本体81の動力(推進力)を発生する。つまり、電源システム100が負荷90に電力を供給することにより、負荷90にて移動体本体81の動力が発生し、移動体8の移動(走行)が可能になる。
Further, the
(2)詳細
以下、本実施形態に係る電力供給システム10、電源システム100及び移動体8について、図1~図4を参照して詳しく説明する。本実施形態では、負荷90は、三相交流(電圧)が入力されることで動作する交流電動機、具体的には、三相交流かご形誘導電動機であると仮定する。
(2) Details Hereinafter, the
(2.1)構成
電力供給システム10は、上述したように第1電源91に電気的に接続される第1駆動回路1と、第2電源92に電気的に接続される第2駆動回路2と、を備えている。また、本実施形態に係る電力供給システム10は、図1に示すように、制御回路3と、充電回路4と、一対のスイッチ51,52と、検出回路6と、を更に備えている。
(2.1) Configuration The
また、電源システム100は、上記の電力供給システム10に加えて、第1電源91と、第2電源92と、を備えている。本実施形態では、一例として、電源システム100を構成する複数の構成要素は全て1つの筐体内に収容されている。
Further, the
本実施形態では、第1電源91及び第2電源92は、いずれも充電及び放電の両方が可能な電源である。第1電源91は、一例として、リチウムイオン電池(LIB:Lithium Ion Battery)からなる二次電池である。第2電源92は、この第1電源91に比べて、高い出力密度を有する電気化学デバイス(蓄電デバイス)である。本実施形態においては、第1電源91が電池であるのに対し、第2電源92はキャパシタである。特に、本実施形態では、第2電源92は、電気二重層キャパシタ(EDLC:Electric Double-Layer Capacitor)等の電気化学デバイスに比べて、高いエネルギー密度を有する電気化学デバイスである。第2電源92として用いられる電気化学デバイスの概要は以下の通りである。
In the present embodiment, both the
この電気化学デバイスは、正極部材と、負極部材と、非水電解液と、を備えている。正極部材は、正極集電体と、正極集電体に担持され正極活物質を含む正極材料層と、を有する。正極材料層は、正極活物質を含んでいる。正極活物質は、第1導電性高分子を含む繊維状又は粒塊状の内芯部と、内芯部の少なくとも一部を覆う繊維状又は粒塊状の表層部と、を有する。表層部は、第1導電性高分子とは異なる第2導電性高分子を含んでいる。負極部材は、負極活物質を含む負極材料層を有する。負極活物質は、一例として、リチウムイオンの吸蔵及び放出を伴う酸化還元反応が進行する物質であり、具体的には、炭素材料、金属化合物、合金又はセラミックス材料等である。非水電解液は、一例として、リチウムイオン伝導性を有する。この種の非水電解液は、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶液と、を含んでいる。 This electrochemical device includes a positive electrode member, a negative electrode member, and a non-aqueous electrolytic solution. The positive electrode member has a positive electrode current collector and a positive electrode material layer supported on the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material. The positive electrode material layer contains a positive electrode active material. The positive electrode active material has a fibrous or granular inner core portion containing the first conductive polymer, and a fibrous or granular surface layer portion covering at least a part of the inner core portion. The surface layer portion contains a second conductive polymer different from the first conductive polymer. The negative electrode member has a negative electrode material layer containing a negative electrode active material. The negative electrode active material is, for example, a substance in which a redox reaction accompanied by occlusion and release of lithium ions proceeds, and specifically, a carbon material, a metal compound, an alloy, a ceramics material, or the like. The non-aqueous electrolyte solution has lithium ion conductivity as an example. This type of non-aqueous electrolyte contains a lithium salt and a non-aqueous solution that dissolves the lithium salt.
この種の電気化学デバイスについて詳しくは、国際公開第2017/130855号に記載されている。上記構成の電気化学デバイスは、例えば、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタよりも高容量(つまりエネルギー密度が高い)である。このような電気化学デバイスからなる第2電源92は、リチウムイオン電池からなる第1電源91よりも大きな電流を出力可能(つまり出力密度が高い)であるものの、第1電源91に比べて低容量(つまりエネルギー密度が低い)である。本実施形態に係る電源システム100は、このような第2電源92を第1電源91と併用することにより、比較的、出力密度が高く、かつエネルギー密度も高い電源を実現することができる。
Details of this type of electrochemical device are described in International Publication No. 2017/130855. The electrochemical device having the above configuration has a higher capacity (that is, a higher energy density) than, for example, an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor. Although the
第1駆動回路1は、第1電源91に電気的に接続される。第2駆動回路2は、第2電源92に電気的に接続される。そして、これら第1駆動回路1及び第2駆動回路2は、互いに同期して動作し、共通の負荷90に対して電力を供給する。本実施形態では、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の同期は、第1駆動回路1及び第2駆動回路2を制御する制御回路3にて実現される。
The
ここで、第1電源91及び第2電源92は、いずれも直流電圧を出力する直流電源である。一方、電源システム100から電力供給を受ける負荷90は、交流電圧が入力されて動作する交流電動機である。そのため、本実施形態においては、第1駆動回路1は、第1電源91からの直流電圧を交流電圧に変換して負荷90へ印加する第1インバータ回路11(図2参照)を有する。同様に、第2駆動回路2は、第2電源92からの直流電圧を交流電圧に変換して負荷90へ印加する第2インバータ回路21(図2参照)を有する。本実施形態では、第1駆動回路1は第1インバータ回路11のみからなるため、第1インバータ回路11は第1駆動回路1に等しい。同様に、第2駆動回路2は第2インバータ回路21のみからなるため、第2インバータ回路21は第2駆動回路2に等しい。
Here, the
また、第1駆動回路1及び第2駆動回路2は、負荷90から第1電源91及び第2電源へそれぞれ電力を供給する回生モードを有する。すなわち、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の各々は、動作モードとして、電力供給モードと、回生モードと、の2つの動作モードを有している。電力供給モードは、第1電源91及び第2電源92から負荷90に電力へ供給する動作モードである。言い換えれば、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の各々は、第1電源91及び第2電源92と負荷90との間において、双方向に電力(電気エネルギー)を通過させる機能を有する。第1駆動回路1及び第2駆動回路2の各々は、回生モードでは、第1電源91又は第2電源92に対し、負荷90からの回生電力を供給して、第1電源91又は第2電源92を充電することができる。
Further, the
ここにおいて、上述したように第1電源91及び第2電源92は、いずれも充電及び放電の両方が可能な電源(本実施形態では、二次電池又はキャパシタ)である。また、本実施形態では、負荷90は、第1電源91又は第2電源92からの電力の供給を受けて動作する電動機(モータ)として機能すると共に、第1電源91又は第2電源92に対して電力を供給する発電機(ジェネレータ)として機能する。これにより、第1駆動回路1又は第2駆動回路2が電力供給モードで動作する際には、第1電源91又は第2電源92が放電し、負荷90が電動機として機能する。一方、第1駆動回路1又は第2駆動回路2が回生モードで動作する際には、負荷90が発電機として機能し、第1電源91又は第2電源92が充電される。
Here, as described above, the
第1駆動回路1の第1インバータ回路11は、図2に示すように、複数の第1スイッチング素子Q11~Q16を含む。本実施形態では、負荷90は、三相交流(電圧)が入力されて動作する三相交流電動機である。そのため、第1インバータ回路11は、直流(電圧)をU相、V相及びW相の三相交流(電圧)に変換する三相インバータ回路からなる。具体的には、第1インバータ回路11は、U相、V相及びW相の各々につき2つずつ、計6つの第1スイッチング素子Q11~Q16を有している。
As shown in FIG. 2, the
具体的には、一対の第1スイッチング素子Q11,Q14は、電気的に直列に接続されて、U相に対応するレグを構成する。一対の第1スイッチング素子Q12,Q15は、電気的に直列に接続されて、V相に対応するレグを構成する。一対の第1スイッチング素子Q13,Q16は、電気的に直列に接続されて、W相に対応するレグを構成する。これらU相、V相及びW相に対応する3つのレグは、第1電源91の出力端間において、電気的に並列に接続される。そして、各レグの中点、つまり直列接続された一対の第1スイッチング素子の接続点は、第1インバータ回路11の出力端を構成し、負荷90に対して電気的に接続される。
Specifically, the pair of first switching elements Q11 and Q14 are electrically connected in series to form a leg corresponding to the U phase. The pair of first switching elements Q12 and Q15 are electrically connected in series to form a leg corresponding to the V phase. The pair of first switching elements Q13 and Q16 are electrically connected in series to form a leg corresponding to the W phase. The three legs corresponding to these U-phase, V-phase, and W-phase are electrically connected in parallel between the output ends of the
第2駆動回路2の第2インバータ回路21は、図2に示すように、複数の第2スイッチング素子Q21~Q26を含む。第2インバータ回路21は、第1インバータ回路11と基本的に同様の構成の三相インバータ回路からなる。つまり、第2インバータ回路21は、U相、V相及びW相の各々につき2つずつ、計6つの第2スイッチング素子Q21~Q26を有している。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態では、第1スイッチング素子Q11~Q16及び第2スイッチング素子Q21~Q26の各々は、一例として、エンハンスメント形のnチャネルMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)からなる半導体素子である。 In the present embodiment, each of the first switching elements Q11 to Q16 and the second switching elements Q21 to Q26 is, for example, a semiconductor element composed of an enhanced n-channel MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor).
ところで、本実施形態においては、複数の第1スイッチング素子Q11~Q16の一部の第1スイッチング素子Q14~Q16は、複数の第2スイッチング素子Q21~Q26の一部の第2スイッチング素子Q24~Q26と兼用されている。具体的には、6つの第1スイッチング素子Q11~Q16のうちの下アームの3つの第1スイッチング素子Q14~Q16が、6つの第2スイッチング素子Q21~Q26のうちの下アームの3つの第2スイッチング素子Q24~Q26に兼用される。一方、上アームの3つの第2スイッチング素子Q21~Q23は、上アームの3つの第1スイッチング素子Q11~Q13と別に設けられている。本開示でいう「下アーム」は、各相のレグを構成する一対の第1スイッチング素子又は第2スイッチング素子のうち、負荷90から第1電源91又は第2電源92の負極に電流を流す経路上のスイッチング素子を意味する。本開示でいう「上アーム」は、各相のレグを構成する一対の第1スイッチング素子又は第2スイッチング素子のうち、第1電源91又は第2電源92の正極から負荷90に電流を流す経路上のスイッチング素子を意味する。
By the way, in the present embodiment, the first switching elements Q14 to Q16, which are a part of the plurality of first switching elements Q11 to Q16, are the second switching elements Q24 to Q26, which are a part of the plurality of second switching elements Q21 to Q26. It is also used as. Specifically, the three first switching elements Q14 to Q16 of the lower arm of the six first switching elements Q11 to Q16 are the three second of the lower arm of the six second switching elements Q21 to Q26. It is also used for the switching elements Q24 to Q26. On the other hand, the three second switching elements Q21 to Q23 of the upper arm are provided separately from the three first switching elements Q11 to Q13 of the upper arm. The "lower arm" referred to in the present disclosure is a path for passing a current from the
具体的には、上アームの3つの第1スイッチング素子Q11~Q13のドレイン端子は、第1電源91の正極に電気的に接続されている。上アームの3つの第2スイッチング素子Q21~Q23のドレイン端子は、第2電源92の正極に電気的に接続されている。下アームの3つの第1スイッチング素子Q14~Q16のドレイン端子は、上アームの3つの第1スイッチング素子Q11~Q13のソース端子、及び上アームの3つの第2スイッチング素子Q21~Q23のソース端子の両方に、電気的に接続されている。そして、下アームの3つの第1スイッチング素子Q14~Q16のソース端子は、第1電源91の負極及び第2電源92の負極に電気的に接続されている。これにより、第1インバータ回路11の3つの第1スイッチング素子Q14~Q16が、第2インバータ回路21の3つの第2スイッチング素子Q24~Q26と兼用されることになる。
Specifically, the drain terminals of the three first switching elements Q11 to Q13 of the upper arm are electrically connected to the positive electrode of the
制御回路3は、少なくとも第1駆動回路1及び第2駆動回路2を制御する。制御回路3は、充電回路4及び一対のスイッチ51,52の制御も行う。本実施形態では、制御回路3は、例えば、CPU(Central Processing Unit)及びメモリを含むコンピュータシステム(マイクロコントローラを含む)を主構成とする。すなわち、プロセッサ(CPU)は、メモリに記録された適宜のプログラムを実行することにより、制御回路3として機能する。
The
制御回路3は、制御信号にて、第1駆動回路1、第2駆動回路2、充電回路4及び一対のスイッチ51,52を制御する。図2では、制御回路3が第1駆動回路1及び第2駆動回路2の各々をまとめて制御するように表記しているが、実際には、制御回路3は、第1スイッチング素子Q11~Q16及び第2スイッチング素子Q21~Q26の各々に制御信号を出力する。各スイッチング素子(第1スイッチング素子Q11~Q16及び第2スイッチング素子Q21~Q26の各々)はMOSFETであるので、制御回路3は、各スイッチング素子のゲート端子及びソース端子間に制御信号を出力する。そこで、制御回路3は、複数の第1スイッチング素子Q11~Q16及び複数の第2スイッチング素子Q21~Q26の各々を駆動するためのドライバを含んでいてもよい。
The
制御回路3は、少なくとも第1駆動回路1及び第2駆動回路2の各々について、動作/停止を切り替える。さらに、制御回路3は、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の各々の動作中において、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の各々について、動作モードを、電力供給モードと、回生モードと、で切り替える。
The
例えば、第1駆動回路1を電力供給モードで動作させる場合、制御回路3は、U相、V相及びW相に対応する上アームの3つの第1スイッチング素子Q11~Q13を、120度ずつずらしてオンする。これにより、第1インバータ回路11から負荷90には、120度の位相差を有するU相、V相及びW相の三相交流(電圧)が印加される。同様に、第2駆動回路2を電力供給モードで動作させる場合、制御回路3は、U相、V相及びW相に対応する上アームの3つの第2スイッチング素子Q21~Q23を、120度ずつずらしてオンする。これにより、第2インバータ回路21から負荷90には、120度の位相差を有するU相、V相及びW相の三相交流(電圧)が印加される。ここで、同一のレグを構成する上アーム及び下アームが同時にオンすることがないようにデッドタイムが設定されるが、デッドタイムは非常に短い時間であって、負荷90への電力の供給が途切れることにはならない。
For example, when the
制御回路3は、第1駆動回路1を停止させる場合には、少なくとも上アームの3つの第1スイッチング素子Q11~Q13を全てオフに維持する。制御回路3は、第2駆動回路2を停止させる場合には、少なくとも上アームの3つの第2スイッチング素子Q21~Q23を全てオフに維持する。
When the
ここにおいて、制御回路3は、第1駆動回路1及び第2駆動回路2が互いに同期して動作するように、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の制御を行う。つまり、制御回路3は、第1駆動回路1の制御のタイミングに合わせて、第2駆動回路2の制御を行うことにより、第1駆動回路1と第2駆動回路2とを同期させる。本実施形態では、第1駆動回路1が動作する第1期間T1(図4参照)と、第2駆動回路2が動作する第2期間T2(図4参照)と、が重複しないように、第1駆動回路1及び第2駆動回路2が互いに動作する。つまり、負荷90に対する電力の供給元は、第1電源91と第2電源92とから択一的に選択されることになる。これにより、第1期間T1には負荷90に対して第1電源91からの電力が供給され、第2期間T2には負荷90に対して第2電源92からの電力が供給される。
Here, the
充電回路4は、第1電源91から第2電源92へ電力を供給することにより、第2電源92を充電する。充電回路4は、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の少なくとも一方に同期して動作する。すなわち、本実施形態における電力供給システム10においては、第2電源92は、充電回路4を介して第1電源91から電力が供給されることにより、充電される。この充電回路4は、例えば、トランジスタ(MOSFETを含む)等の能動素子を含んでおり、制御回路3からの制御信号によって制御される回路である。本実施形態においては、充電回路4は、例えば、昇圧回路、降圧回路又は昇降圧回路等のDC-DCコンバータからなる。本実施形態では、第2駆動回路2が動作する第2期間T2に充電回路4が後述する順充電モードでの動作を停止するように、充電回路4は、第2駆動回路2に同期して動作する。
The charging
さらに、本実施形態では、充電回路4は、第2電源92から第1電源91へ電力を供給することにより、第1電源91を充電する逆充電モードを有する。すなわち、充電回路4は、動作モードとして、順充電モードと、逆充電モードと、の2つの動作モードを有している。順充電モードは、第1電源91から第2電源92へ電力を供給することにより、第2電源92を充電する動作モードである。言い換えれば、充電回路4は、第1電源91と第2電源92との間において、双方向に電力(電気エネルギー)を通過させる機能を有する。本実施形態では、第1駆動回路1が動作する第1期間T1に充電回路4が逆充電モードでの動作を停止するように、充電回路4は、第1駆動回路1に同期して動作する。
Further, in the present embodiment, the charging
ここにおいて、本実施形態では、上述したように第2駆動回路2が回生モードを有しており、負荷90からの回生電力にて第2電源92を充電可能である。このように第2駆動回路2が回生モードを有する場合、第2電源92の相対残容量(RSOC:Relative State Of Charge)を、例えば、50%程度に維持することが好ましい。本開示でいう相対残容量は、第2電源92(又は第1電源91)の残容量(RC:Remaining Capacity)を第2電源92(又は第1電源91)の満充電容量(FCC:Full Charge Capacity)で除算した値である。つまり、本開示でいう相対残容量は、充電率(SOC:State Of Charge)と同義である。すなわち、第2電源92の相対残容量が50%程度に維持されていれば、第2駆動回路2が電力供給モードで動作した場合に、負荷90に対して十分に電力供給可能である。また、第2駆動回路2が回生モードで動作した場合にも、第2電源92に対して十分に電力供給可能である。そこで、本実施形態では、充電回路4は、第2電源92の相対残容量を50%程度に維持するように、第2電源92の相対残容量に応じて順充電モードと、逆充電モードと、を切り替えることが好ましい。
Here, in the present embodiment, as described above, the
また、第2駆動回路2が回生モードを有さない場合には、第2電源92の相対残容量を、例えば、100%程度に維持することが好ましい。この場合、充電回路4は、第2電源92の相対残容量を100%程度に維持するように、第2電源92の相対残容量に応じて動作することが好ましい。
When the
一対のスイッチ51,52は、第1電源91と負荷90との間の電力の供給路、及び第2電源92と負荷90との間の電力の供給路の各々に挿入されている。具体的には、一対のスイッチ51,52のうちの(第1)スイッチ51は、第1電源91の正極と第1駆動回路1との間に挿入されている。そのため、第1インバータ回路11の上アームの3つの第1スイッチング素子Q11~Q13のドレイン端子は、スイッチ51を介して第1電源91の正極に接続される。また、(第2)スイッチ52は、第2電源92の正極と第2駆動回路2との間に挿入されている。そのため、第2インバータ回路21の上アームの3つの第2スイッチング素子Q21~Q23のドレイン端子は、スイッチ52を介して第2電源92の正極に接続される。
The pair of
一対のスイッチ51,52は、制御回路3からの制御信号によりオン/オフが切り替わる。つまり、一対のスイッチ51,52は、制御回路3にて制御される。ここで、一対のスイッチ51,52は、例えば、半導体スイッチング素子を用いた半導体リレー(SSR:Solid-State Relay)、又はメカニカルリレーの接点にて構成される。制御回路3は、第1駆動回路1の動作/停止に合わせてスイッチ51のオン/オフを切り替える。具体的には、第1駆動回路1の動作中にはスイッチ51をオンにし、第1駆動回路1の停止中にはスイッチ51をオフにする。同様に、第2駆動回路2の動作中にはスイッチ52をオンにし、第2駆動回路2の停止中にはスイッチ52をオフにするように、制御回路3は、第2駆動回路2の動作/停止に合わせてスイッチ52のオン/オフを切り替える。これにより、第1スイッチング素子Q11~Q16又は第2スイッチング素子Q21~Q26の寄生ダイオードを通して、短絡電流等が流れることを防止できる。
The pair of
検出回路6は、電圧検出回路61、電流検出回路62及び温度検出回路63を有している。電圧検出回路61は、第1電源91の出力電圧(両端電圧)Vbの値、及び第2電源92の出力電圧(両端電圧)Vcの値を検出する。電流検出回路62は、第1電源91の出力電流Ibの値、及び第2電源92の出力電流Icの値を検出する。温度検出回路63は、例えば、サーミスタ等の温度検出素子を含み、第1電源91の温度、及び第2電源92の温度を検出する。
The
ここで、本実施形態では、第1電源91と第2電源92とで、駆動回路(第1駆動回路1及び第2駆動回路2)が別系統で設けられている。そのため、電圧検出回路61は、例えば、第1電源91の出力電圧Vbの値を、第1電源91の出力から直接的に検出してもよいし、第1駆動回路1の特定部位の電圧より間接的に検出してもよい。同様に、電流検出回路62は、例えば、第1電源91の出力電流Ibの値を、第1電源91の出力から直接的に検出してもよいし、第1駆動回路1の特定部位の電流より間接的に検出してもよい
検出回路6での検出結果(本実施形態では、電圧値、電流値及び温度)は、制御回路3に入力される。さらに、制御回路3には、検出回路6の検出結果に加えて、第1電源91と第2電源92との少なくとも一方についての残量情報が入力されることが好ましい。本開示でいう「残量情報」は、第1電源91又は第2電源92の残容量に関する情報である。具体的には、残量情報は、第1電源91(又は第2電源92)の相対残容量(RSOC)に関する情報である。
Here, in the present embodiment, the drive circuits (
上述したような構成の電源システム100は、図3に例示するような、移動体8の移動体本体81に搭載される。移動体本体81は、電動機からなる負荷90に加えて、ECU(Electronic Control Unit)82を有している。ECU82は、電源システム100の制御回路3と通信可能である。
The
ECU82は、例えば、運転者により移動体本体81のスロットルが操作された際に発生する操作信号を受けて、制御回路3に制御コマンドを送信する。ECU82が制御回路3に送信する制御コマンドは、移動体本体81の動作、又は負荷90への出力電流の大きさ等を表す情報であること好ましい。これにより、例えば、移動体本体81が停車した状態において、移動体本体81を発車させるべく運転者がスロットルを操作した場合、電源システム100から負荷90に電力が供給され、負荷90にて移動体本体81の動力(推進力)が発生する。したがって、移動体8は、運転者の操作に応じて走行することになる。
The
また、本実施形態では、上述したように第1駆動回路1及び第2駆動回路2が動作モードとして回生モードを有するので、例えば、移動体本体81の制動時又は減速時等において、負荷90にて発生する回生電力が第1電源91又は第2電源92へ供給される。これにより、負荷90が発電機として機能し、電力供給システム10は、第1電源91と第2電源92との少なくとも一方を充電可能である。
Further, in the present embodiment, as described above, the
(2.2)動作
以下、上述した構成の電力供給システム10の動作について説明する。
(2.2) Operation Hereinafter, the operation of the
ここではまず、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の動作モードが電力供給モードである場合の電力供給システム10の動作について、図4を参照して説明する。図4では、横軸を時間軸として、縦軸が電力供給システム10から負荷90へ出力される電力の大きさを表している。図4の例では、移動体本体81が停車した状態から発車してしばらく走行する場合を想定しており、移動体本体81の加速、巡航速度での走行、加速、及び巡航速度での走行が、この順で切り替わる場合を想定している。
Here, first, the operation of the
すなわち、図4の例において、時点t1から時点t2までの期間、及び時点t3から時点t4までの期間は、例えば、移動体本体81が発車、登坂、又は追い越し等により加速する状態を表している。これらの期間には、電力供給システム10は、制御回路3にてECU82から「加速」を表す制御コマンドを受信する。このとき、制御回路3は、第1駆動回路1を停止させ、第2駆動回路2を動作させる。つまり、時点t1から時点t2までの期間、及び時点t3から時点t4までの期間は、第2駆動回路2が動作する第2期間T2となり、第1電源91よりも大きな電流を出力可能な第2電源92から負荷90へ電力が供給されることになる。
That is, in the example of FIG. 4, the period from the time point t1 to the time point t2 and the period from the time point t3 to the time point t4 represent, for example, a state in which the
一方、時点t2から時点t3までの期間、及び時点t4以降の期間は、移動体本体81が巡航速度で走行する状態を表している。これらの期間には、電力供給システム10は、制御回路3にてECU82から「巡航」を表す制御コマンドを受信する。このとき、制御回路3は、第1駆動回路1を動作させ、第2駆動回路2を停止させる。つまり、時点t2から時点t3までの期間、及び時点t4以降の期間は、第1駆動回路1が動作する第1期間T1となり、電池からなる第1電源91から負荷90へ電力が供給されることになる。
On the other hand, the period from the time point t2 to the time point t3 and the period after the time point t4 represent the state in which the moving body
ただし、制御回路3が第1駆動回路1と第2駆動回路2とのいずれを動作させるかは、制御コマンドのみでは決まらず、検出回路6での検出結果、並びに第1電源91及び第2電源92の残量情報等に基づいて決定されることが好ましい。一例として、温度と電流の大きさとによって、第1電源91及び第2電源92のいずれを用いるかが、下記表1のように決定される。
However, which of the
すなわち、表1の例では、制御コマンドが「巡航」である場合等、要求される出力(放電電流)の大きさが比較的小さく、かつ第1電源91の温度が常温である場合には、第1電源91を用いるように、制御回路3は第1駆動回路1を動作させる。それ以外の場合には、第2電源92を用いるように、制御回路3は第2駆動回路2を動作させる。本開示でいう「常温」は、5度以上35度以下の範囲の温度を意味する。「低温」は、常温の下限値(5度)より低い温度である。「高温」は、常温の上限値(35度)より高い温度である。ただし、上記「常温」の範囲は一例に過ぎず、例えば、リチウムイオン電池の充電及び放電時における適正温度の下限値である10度を「常温」の下限値、上記適正温度の上限値である45度を「常温」の上限値としてもよい。
That is, in the example of Table 1, when the required output (discharge current) is relatively small and the temperature of the
次に、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の動作モードが回生モードである場合の電力供給システム10の動作について説明する。
Next, the operation of the
例えば、移動体本体81の制動時又は減速時等において、電力供給システム10は、制御回路3にてECU82から「回生」を表す制御コマンドを受信する。このとき、制御回路3は、第1駆動回路1又は第2駆動回路2を回生モードで動作させる。
For example, during braking or deceleration of the
ただし、制御回路3が第1駆動回路1と第2駆動回路2とのいずれを動作させるかは、制御コマンドのみでは決まらず、検出回路6での検出結果、並びに第1電源91及び第2電源92の残量情報に基づいて決定されることが好ましい。つまり、電力供給モードで動作させる場合と同様に、一例として、温度と電流の大きさとによって、第1電源91及び第2電源92のいずれを用いるかは、上記表1のように決定される。
However, which of the
そのため、要求される出力(充電電流)の大きさが比較的小さく、かつ第1電源91の温度が常温である場合には、第1電源91を用いるように、制御回路3は第1駆動回路1を動作させる。それ以外の場合には、第2電源92を用いるように、制御回路3は第2駆動回路2を動作させる。
Therefore, when the required output (charging current) is relatively small and the temperature of the
次に、充電回路4の動作について説明する。制御回路3は、基本的には、第2電源92が略満充電の状態を維持するように、第2電源92の相対残容量(RSOC)が第2閾値未満になると充電回路4を順充電モードで動作させる。これにより、第1電源91から第2電源92へ電力が供給され、第2電源92の充電が行われる。このとき、充電回路4は、一例として、定電圧定電流充電(CVCC:Constant Voltage Constant Current)方式にて第2電源92の充電を行う。
Next, the operation of the charging
また、制御回路3は、第2電源92の相対残容量(RSOC)が第2閾値以上で、かつ第1電源91の相対残容量(RSOC)が第1閾値未満になると充電回路4を逆充電モードで動作させる。これにより、第2電源92から第1電源91へ電力が供給され、第1電源91の充電が行われる。このとき、充電回路4は、一例として、定電圧定電流充電方式にて第1電源91の充電を行う。
Further, the
さらに、本実施形態では、第2駆動回路2が動作する第2期間T2には充電回路4が停止するように、制御回路3にて充電回路4が制御される。
Further, in the present embodiment, the charging
(3)変形例
実施形態1は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態1は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、電力供給システム10と同様の機能は、電力供給方法、コンピュータプログラム、又はプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化されてもよい。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
(3) Modification Example 1 is only one of various embodiments of the present disclosure. The first embodiment can be changed in various ways depending on the design and the like as long as the object of the present disclosure can be achieved. Further, the same function as that of the
(3.1)第1変形例
実施形態1の第1変形例に係る電力供給システム10A、及びそれを備える電源システム100Aの構成を図5に示す。以下、実施形態1と同様の構成については共通の符号を付して適宜説明を省略する。図5に示す電力供給システム10Aは、第1駆動回路1A、第2駆動回路2A、及び充電回路4Aの構成が、実施形態1に係る電力供給システム10と相違する。
(3.1) First Modified Example FIG. 5 shows the configuration of the
まず、第1駆動回路1A及び第2駆動回路2Aにおいては、複数の第1スイッチング素子Q11~Q16の一部の第1スイッチング素子が、複数の第2スイッチング素子Q21~Q26の一部の第2スイッチング素子と兼用されていない。すなわち、第1駆動回路1Aの第1インバータ回路11Aは、6つの第1スイッチング素子Q11~Q16を有している。一方、第2駆動回路2Aの第2インバータ回路21Aは、6つの第1スイッチング素子Q11~Q16とは別に、6つの第2スイッチング素子Q21~Q26を有している。よって、第1駆動回路1Aと第2駆動回路2Aとで、完全に独立した系統を構成することができる。
First, in the
また、充電回路4Aは、ダイオードD3及び抵抗R1の直列回路からなる。ダイオードD3のアノード端子は第1電源91の正極に電気的に接続され、ダイオードD3のカソード端子は抵抗R1を介して第2電源92の正極に電気的に接続されている。このように、電力供給システム10Aにおいては、充電回路4Aは、受動素子(ダイオードD3及び抵抗R1)のみで構成されており、制御回路3の制御対象でない。この充電回路4Aは、第1電源91の出力電圧Vbが、第2電源92の出力電圧VcにダイオードD3の順方向電圧を加えた電圧よりも大きくなった場合に、第1電源91から第2電源92へ向けて電力を供給し、第2電源92を充電する。
Further, the charging
(3.2)その他の変形例
以下、実施形態1の第1変形例以外の変形例を列挙する。
(3.2) Other Modification Examples Hereinafter, modification examples other than the first modification of the first embodiment are listed.
本開示における電力供給システム10は、例えば、制御回路3に、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における電力供給システム10としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路(IC)又は大規模集積回路(LSI)を含む1ないし複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、1つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、1つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。
The
第1電源91は、リチウムイオン電池に限らず、例えば、鉛蓄電池又はリチウム電池等であってもよい。さらに、第1電源91は、複数のセルが、直列又は並列に接続されて構成されていてもよい。
The
第2電源92は、上述した構成の電気化学デバイスに限らず、例えば、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ等であってもよい。さらに、第2電源92は、複数のセルが、直列又は並列に接続されて構成されていてもよい。
The
また、実施形態1では、充電回路4が順充電モード及び逆充電モードの2つの動作モードを有しているが、この構成は電力供給システム10に必須の構成ではなく、充電回路4は、少なくとも順充電モードを有していればよい。つまり、充電回路4において、第1電源91と第2電源92との間で双方向に電力(電気エネルギー)を通過させる機能は必須ではなく、少なくとも第1電源91から第2電源92に向けて電力(電気エネルギー)を通過させる機能が充電回路4にあればよい。
Further, in the first embodiment, the charging
また、実施形態1では、電力供給システム10は、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の2つの駆動回路のみを備えているが、この構成に限らず、電力供給システム10は、駆動回路を3つ以上備えていてもよい。例えば、電力供給システム10が第1駆動回路1及び第2駆動回路2に加えて、第3駆動回路を備える場合、第1駆動回路1、第2駆動回路2及び第3駆動回路は、第1電源91、第2電源92及び第3電源にそれぞれ電気的に接続される。
Further, in the first embodiment, the
また、電源システム100が搭載される移動体8は、電動バイク(二輪車)に限らず、例えば、自動車(四輪車)、電車、電動カート、航空機、ドローン、建設機械又は船舶等であってもよい。ここで、移動体8は、電動機からなる負荷90以外にも、例えば、内燃機関等の原動機を移動体本体81に含んでいてもよい。この場合、負荷90は、例えば、原動機のアシストに使用されてもよい。さらに、移動体8は、自動運転により運転者無しで運転できる構成であってもよい。
Further, the moving body 8 on which the
制御回路3は、移動体本体81のECU82と一体であってもよい。さらに、制御回路3が省略され、第1駆動回路(1,1A)及び第2駆動回路(2,2A)は、例えば、ECU82にて制御されてもよい。
The
また、負荷90は、実施形態1のように三相交流(電圧)が入力されることで動作する交流電動機に限らず、例えば、単相交流(電圧)が入力されることで動作する交流電動機であってもよい。さらに、負荷90は、電動機に限らず、例えば、電動機以外の設備機器等であってもよい。
Further, the
また、電力供給システム10は移動体8に限らず、例えば、太陽電池又は蓄電池等の分散電源からの直流電力を交流電力に変換して負荷90(家電機器等の設備機器、又は電力系統)に出力するパワーコンディショナ等に用いられてもよい。
Further, the
また、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の各々は、インバータ回路(第1インバータ回路11及び第2インバータ回路21)に限らず、例えば、DC-DCコンバータ若しくはAC-DCコンバータ等、又はこれらとインバータ回路との組み合わせであってもよい。要するに、第1駆動回路1及び第2駆動回路2は、第1電源91及び第2電源92からの電力を負荷90に供給する構成であればよく、直流電圧を交流電圧に変換する機能は第1駆動回路1及び第2駆動回路2に必須ではない。
Further, each of the
また、第1駆動回路1及び第2駆動回路2は互いに同期して動作すればよく、第1駆動回路1が動作する第1期間T1と、第2駆動回路2が動作する第2期間T2と、が重複しないことは、電力供給システム10に必須の構成ではない。例えば、第1駆動回路1と第2駆動回路2とが同時に動作する期間があってもよい。
Further, the
また、電源システム100の複数の構成要素が、1つの筐体内に収容されていることは電源システム100に必須の構成ではなく、電源システム100の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。例えば、電源システム100は、電力供給システム10と、第1電源91と、第2電源92と、が別々の筐体に設けられていてもよい。さらに、電力供給システム10の複数の構成要素が、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。また、電力供給システム10の一部の機能、例えば、制御回路3の機能は、サーバシステム又はクラウド(クラウドコンピューティング)等によって実現されてもよい。
Further, it is not an essential configuration for the
また、第1スイッチング素子Q11~Q16又は第2スイッチング素子Q21~Q26の各々は、エンハンスメント形のnチャネルMOSFETに限らず、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、サイリスタ等であってもよい。さらに、第1スイッチング素子Q11~Q16又は第2スイッチング素子Q21~Q26の各々は、GaN(窒化ガリウム)等のワイドバンドギャップの半導体材料を用いた半導体スイッチング素子であってもよい。 Further, each of the first switching elements Q11 to Q16 or the second switching elements Q21 to Q26 is not limited to the enhanced n-channel MOSFET, and may be, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a thyristor, or the like. Further, each of the first switching elements Q11 to Q16 or the second switching elements Q21 to Q26 may be a semiconductor switching element using a wide bandgap semiconductor material such as GaN (gallium nitride).
(実施形態2)
本実施形態に係る電力供給システム10B、及び電源システム100Bは、図6に示すように、一対のスイッチ51,52に代えて、一対のダイオードD1,D2を備える点で、実施形態1に係る電力供給システム10及び電源システム100と相違する。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 6, the
本実施形態では、第1駆動回路1及び第2駆動回路2の動作モードとして、負荷90から第1電源91及び第2電源92へそれぞれ電力を供給する回生モードが存在しない。つまり、本実施形態では、第1駆動回路1及び第2駆動回路2は、第1電源91及び第2電源92から負荷90への単方向にのみ電力(電気エネルギー)の供給を行う。そのため、負荷90は発電機として機能することはない。また、本実施形態においては、第1電源91が、充電及び放電の両方が可能な電源(二次電池)であることは必須ではない。
In the present embodiment, as the operation mode of the
一対のダイオードD1,D2は、第1電源91と負荷90との間の電力の供給路、及び第2電源92と負荷90との間の電力の供給路の各々に挿入されている。具体的には、一対のダイオードD1,D2のうちの(第1)ダイオードD1は、第1電源91の正極と第1駆動回路1との間に挿入されている。ここで、ダイオードD1は、アノード端子を第1電源91の正極に接続する向きで挿入される。また、(第2)ダイオードD2は、第2電源92の正極と第2駆動回路2との間に挿入されている。ここで、ダイオードD2は、アノード端子を第2電源92の正極に接続する向きで挿入される。
The pair of diodes D1 and D2 are inserted in each of the power supply path between the
これにより、第1スイッチング素子Q11~Q16又は第2スイッチング素子Q21~Q26の寄生ダイオードを通して、短絡電流が流れることを防止できる。すなわち、一対のダイオードD1,D2が無ければ、例えば、第1スイッチング素子Q11のみがオンのときに、第2スイッチング素子Q21~Q23のいずれかの寄生ダイオードを通して、第1電源91の正極と第2電源92の正極とが短絡する。一対のダイオードD1,D2によれば、このような寄生ダイオードを通して電流が逆流して短絡電流が流れることを阻止できる。
This makes it possible to prevent a short-circuit current from flowing through the parasitic diodes of the first switching elements Q11 to Q16 or the second switching elements Q21 to Q26. That is, if there is no pair of diodes D1 and D2, for example, when only the first switching element Q11 is on, the positive electrode and the second of the
実施形態2で説明した構成は、実施形態1(変形例を含む)で説明した構成と適宜組み合わせて適用可能である。 The configuration described in the second embodiment can be appropriately combined with the configuration described in the first embodiment (including a modification).
(まとめ)
以上説明したように、第1の態様に係る電力供給システム(10,10A,10B)は、第1駆動回路(1,1A)と、第2駆動回路(2,2A)と、を備える。第1駆動回路(1,1A)は、電池からなる第1電源(91)に電気的に接続される。第2駆動回路(2,2A)は、第1電源(91)とは別の第2電源(92)に電気的に接続される。第1駆動回路(1,1A)及び第2駆動回路(2,2A)は、互いに同期して動作し、共通の負荷(90)に対して電力を供給する。
(summary)
As described above, the power supply system (10, 10A, 10B) according to the first aspect includes a first drive circuit (1,1A) and a second drive circuit (2,2A). The first drive circuit (1,1A) is electrically connected to a first power source (91) composed of a battery. The second drive circuit (2, 2A) is electrically connected to a second power supply (92) different from the first power supply (91). The first drive circuit (1,1A) and the second drive circuit (2,2A) operate in synchronization with each other and supply electric power to a common load (90).
この態様によれば、例えば、電力の供給元が第2電源(92)から第1電源(91)に切り替わる際においても、第1電源(91)が第1駆動回路(1,1A)に接続され、かつ第2電源(92)が第2駆動回路(2,2A)に接続された状態を維持できる。その結果、電力供給システム(10,10A,10B)においては、電力の供給元が切り替わる際であっても、第1駆動回路(1,1A)及び第2駆動回路(2,2A)を停止させずに、負荷(90)に対して継続的に電力を供給することが可能である。 According to this aspect, for example, even when the power supply source is switched from the second power supply (92) to the first power supply (91), the first power supply (91) is connected to the first drive circuit (1, 1A). And the state where the second power supply (92) is connected to the second drive circuit (2, 2A) can be maintained. As a result, in the power supply system (10, 10A, 10B), the first drive circuit (1,1A) and the second drive circuit (2,2A) are stopped even when the power supply source is switched. It is possible to continuously supply power to the load (90) without using it.
第2の態様に係る電力供給システム(10,10A,10B)では、第1の態様において、第2電源(92)は、第1電源(91)よりも大きな電流を出力可能である。 In the power supply system (10, 10A, 10B) according to the second aspect, in the first aspect, the second power supply (92) can output a larger current than the first power supply (91).
この態様によれば、電力の供給元が第1電源(91)から第2電源(92)に切り替わることにより、負荷(90)に対してより大きな電流を出力可能である。 According to this aspect, a larger current can be output to the load (90) by switching the power supply source from the first power supply (91) to the second power supply (92).
第3の態様に係る電力供給システム(10,10A,10B)では、第1又は2の態様において、第1期間(T1)と、第2期間(T2)と、が重複しないように、第1駆動回路(1,1A)及び第2駆動回路(2,2A)が互いに同期する。第1期間(T1)は、第1駆動回路(1,1A)が動作する期間である。第2期間(T2)は、第2駆動回路(2,2A)が動作する期間である。 In the power supply system (10, 10A, 10B) according to the third aspect, in the first or second aspect, the first period (T1) and the second period (T2) are not overlapped with each other. The drive circuit (1,1A) and the second drive circuit (2,2A) are synchronized with each other. The first period (T1) is a period during which the first drive circuit (1,1A) operates. The second period (T2) is a period during which the second drive circuit (2, 2A) operates.
この態様によれば、第1電源(91)からの電力と第2電源(92)からの電力が混ざることがないので、完全に別系統として、第1電源(91)と第2電源(92)とを利用することができる。 According to this aspect, the power from the first power supply (91) and the power from the second power supply (92) are not mixed, so that the first power supply (91) and the second power supply (92) are completely separate systems. ) And can be used.
第4の態様に係る電力供給システム(10,10A,10B)では、第1~3のいずれかの態様において、負荷(90)は電動機である。 In the power supply system (10, 10A, 10B) according to the fourth aspect, in any one of the first to third aspects, the load (90) is an electric motor.
この態様によれば、例えば、負荷(90)が加速中等の重負荷である場合に、第2電源(92)からの電力を負荷(90)に供給することで、負荷(90)に対して効率的に電力を供給できる。 According to this aspect, for example, when the load (90) is a heavy load such as during acceleration, the electric power from the second power source (92) is supplied to the load (90) with respect to the load (90). Power can be supplied efficiently.
第5の態様に係る電力供給システム(10,10A)では、第1~4のいずれかの態様において、第1駆動回路(1,1A)及び第2駆動回路(2,2A)は、回生モードを有する。回生モードは、負荷(90)から第1電源(91)及び第2電源(92)へそれぞれ電力を供給するモードである。 In the power supply system (10, 10A) according to the fifth aspect, in any one of the first to fourth aspects, the first drive circuit (1,1A) and the second drive circuit (2,2A) are in the regeneration mode. Has. The regeneration mode is a mode in which electric power is supplied from the load (90) to the first power source (91) and the second power source (92), respectively.
この態様によれば、負荷(90)で発生した回生電力(回生エネルギー)を、第1電源(91)及び第2電源(92)で有効に利用することが可能である。 According to this aspect, the regenerative power (regenerative energy) generated by the load (90) can be effectively used by the first power source (91) and the second power source (92).
第6の態様に係る電力供給システム(10,10A,10B)は、第1~5のいずれかの態様において、第1駆動回路(1,1A)及び第2駆動回路(2,2A)を制御する制御回路(3)を更に備える。 The power supply system (10, 10A, 10B) according to the sixth aspect controls the first drive circuit (1,1A) and the second drive circuit (2,2A) in any one of the first to fifth aspects. The control circuit (3) is further provided.
この態様によれば、第1駆動回路(1,1A)及び第2駆動回路(2,2A)をどのように制御するかを、制御回路(3)にて決めることが可能である。 According to this aspect, how to control the first drive circuit (1,1A) and the second drive circuit (2,2A) can be determined by the control circuit (3).
第7の態様に係る電力供給システム(10,10A,10B)では、第1~6のいずれかの態様において、第1駆動回路(1,1A)は、第1インバータ回路(11,11A)を有し、第2駆動回路(2,2A)は、第2インバータ回路(21,21A)を有する。第1インバータ回路(11,11A)は、第1電源(91)からの直流電圧を交流電圧に変換して負荷(90)へ印加する。第2インバータ回路(21,21A)は、第2電源(92)からの直流電圧を交流電圧に変換して負荷(90)へ印加する。 In the power supply system (10, 10A, 10B) according to the seventh aspect, in any one of the first to sixth aspects, the first drive circuit (1,1A) is the first inverter circuit (11, 11A). The second drive circuit (2,2A) has a second inverter circuit (21,21A). The first inverter circuit (11, 11A) converts the DC voltage from the first power supply (91) into an AC voltage and applies it to the load (90). The second inverter circuit (21, 21A) converts the DC voltage from the second power supply (92) into an AC voltage and applies it to the load (90).
この態様によれば、交流電圧が印加されることで動作する負荷(90)に対応することができる。 According to this aspect, it is possible to cope with a load (90) that operates by applying an AC voltage.
第8の態様に係る電力供給システム(10,10B)では、第7の態様において、第1インバータ回路(11)は、複数の第1スイッチング素子(Q11~Q16)を含む。第2インバータ回路(21)は、複数の第2スイッチング素子(Q21~Q26)を含む。複数の第1スイッチング素子(Q11~Q16)の一部の第1スイッチング素子(Q11~Q13)は、複数の第2スイッチング素子(Q21~Q26)の一部の第2スイッチング素子(Q21~Q23)と兼用されている。 In the power supply system (10, 10B) according to the eighth aspect, in the seventh aspect, the first inverter circuit (11) includes a plurality of first switching elements (Q11 to Q16). The second inverter circuit (21) includes a plurality of second switching elements (Q21 to Q26). The first switching element (Q11 to Q13) of a part of the plurality of first switching elements (Q11 to Q16) is a part of the second switching element (Q21 to Q23) of the plurality of second switching elements (Q21 to Q26). It is also used as.
この態様によれば、第1インバータ回路(11)と第2インバータ回路(21)とで、個別にスイッチング素子を有する場合に比べて、スイッチング素子の総数を少なく抑えることができる。 According to this aspect, the total number of switching elements can be suppressed to be smaller in the first inverter circuit (11) and the second inverter circuit (21) than in the case where the switching elements are individually provided.
第9の態様に係る電力供給システム(10,10A,10B)では、第1~8のいずれかの態様において、第2電源(92)はキャパシタである。 In the power supply system (10, 10A, 10B) according to the ninth aspect, in any one of the first to eighth aspects, the second power source (92) is a capacitor.
この態様によれば、第2電源(92)として第1電源(91)に比べて出力密度が高い電源を用いることができる。 According to this aspect, a power source having a higher output density than the first power source (91) can be used as the second power source (92).
第10の態様に係る電力供給システム(10,10B)は、第1~9のいずれかの態様において、第1電源(91)から第2電源(92)へ電力を供給することにより、第2電源(92)を充電する充電回路(4)を更に備える。充電回路(4)は、第1駆動回路(1)及び第2駆動回路(2)の少なくとも一方に同期して動作する。 The power supply system (10, 10B) according to the tenth aspect is the second aspect by supplying electric power from the first power source (91) to the second power source (92) in any one of the first to ninth aspects. A charging circuit (4) for charging the power source (92) is further provided. The charging circuit (4) operates in synchronization with at least one of the first drive circuit (1) and the second drive circuit (2).
この態様によれば、第1電源(91)の電力を第2電源(92)に分け与えることにより、第1電源(91)及び第2電源(92)の電力を有効に利用することができる。 According to this aspect, by distributing the electric power of the first power source (91) to the second power source (92), the electric power of the first power source (91) and the second power source (92) can be effectively used.
第11の態様に係る電力供給システム(10,10B)では、第10の態様において、充電回路(4)は、第2電源(92)から第1電源(91)へ電力を供給することにより、第1電源(91)を充電する逆充電モードを有する。 In the power supply system (10, 10B) according to the eleventh aspect, in the tenth aspect, the charging circuit (4) supplies power from the second power source (92) to the first power source (91). It has a reverse charge mode for charging the first power source (91).
この態様によれば、第2電源(92)の電力を第1電源(91)に分け与えることにより、第1電源(91)及び第2電源(92)の電力を有効に利用することができる。 According to this aspect, by distributing the electric power of the second power source (92) to the first power source (91), the electric power of the first power source (91) and the second power source (92) can be effectively used.
第12の態様に係る電力供給システム(10,10A)は、第1~11のいずれかの態様において、一対のスイッチ(51,52)を更に備える。一対のスイッチ(51,52)は、第1電源(91)と負荷(90)との間の電力の供給路、及び第2電源(92)と負荷(90)との間の電力の供給路の各々に挿入されている。 The power supply system (10, 10A) according to the twelfth aspect further comprises a pair of switches (51, 52) in any one of the first to eleventh aspects. The pair of switches (51, 52) is a power supply path between the first power supply (91) and the load (90), and a power supply path between the second power supply (92) and the load (90). It is inserted in each of.
この態様によれば、短絡電流等の発生を防止することが可能である。 According to this aspect, it is possible to prevent the generation of short-circuit current and the like.
第13の態様に係る電力供給システム(10,10A)は、第1~12のいずれかの態様において、第1電源(91)は、リチウムイオン電池又は鉛蓄電池である。第2電源(92)は、電気化学デバイス又は電気二重層キャパシタである。電気化学デバイスは、正極部材、負極部材及び非水電解液を備える。正極部材は、正極集電体と、正極集電体に担持され正極活物質を含む正極材料層と、を有する。正極材料層は、正極活物質を含む。正極活物質は、第1導電性高分子を含む繊維状又は粒塊状の内芯部と、内芯部の少なくとも一部を覆う繊維状又は粒塊状の表層部と、を有する。表層部は、第1導電性高分子とは異なる第2導電性高分子を含んでいる。 In the power supply system (10, 10A) according to the thirteenth aspect, in any one of the first to twelfth aspects, the first power source (91) is a lithium ion battery or a lead storage battery. The second power source (92) is an electrochemical device or an electric double layer capacitor. The electrochemical device includes a positive electrode member, a negative electrode member, and a non-aqueous electrolytic solution. The positive electrode member has a positive electrode current collector and a positive electrode material layer supported on the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material. The positive electrode material layer contains a positive electrode active material. The positive electrode active material has a fibrous or granular inner core portion containing the first conductive polymer, and a fibrous or granular surface layer portion covering at least a part of the inner core portion. The surface layer portion contains a second conductive polymer different from the first conductive polymer.
この態様によれば、第2電源(92)に比べて高いエネルギー密度を有する第1電源(91)、及び第1電源(91)に比べて高い出力密度を有する第2電源(92)を、有効活用できる。 According to this aspect, the first power source (91) having a higher energy density than the second power source (92) and the second power source (92) having a higher output density than the first power source (91). Can be used effectively.
第14の態様に係る電源システム(100,100A,100B)は、第1~13のいずれかの態様に係る電力供給システム(10,10A,10B)と、第1電源(91)と、第2電源(92)と、を備える。 The power supply system (100, 100A, 100B) according to the fourteenth aspect includes the power supply system (10, 10A, 10B) according to any one of the first to thirteenth aspects, the first power supply (91), and the second. It is equipped with a power supply (92).
この態様によれば、例えば、電力の供給元が第2電源(92)から第1電源(91)に切り替わる際においても、第1電源(91)が第1駆動回路(1,1A)に接続され、かつ第2電源(92)が第2駆動回路(2,2A)に接続された状態を維持できる。その結果、電源システム(100,100A,100B)においては、電力の供給元が切り替わる際であっても、第1駆動回路(1,1A)及び第2駆動回路(2,2A)を停止させずに、負荷(90)に対して継続的に電力を供給することが可能である。 According to this aspect, for example, even when the power supply source is switched from the second power supply (92) to the first power supply (91), the first power supply (91) is connected to the first drive circuit (1, 1A). And the state where the second power supply (92) is connected to the second drive circuit (2, 2A) can be maintained. As a result, in the power supply system (100, 100A, 100B), the first drive circuit (1,1A) and the second drive circuit (2,2A) are not stopped even when the power supply source is switched. In addition, it is possible to continuously supply electric power to the load (90).
第15の態様に係る移動体(8)は、第14の態様に係る電源システム(100,100A,100B)と、負荷(90)を有する移動体本体(81)と、を備える。 The mobile body (8) according to the fifteenth aspect includes a power supply system (100, 100A, 100B) according to the fourteenth aspect, and a mobile body main body (81) having a load (90).
この態様によれば、例えば、電力の供給元が第2電源(92)から第1電源(91)に切り替わる際においても、第1電源(91)が第1駆動回路(1,1A)に接続され、かつ第2電源(92)が第2駆動回路(2,2A)に接続された状態を維持できる。その結果、移動体(8)においては、電力の供給元が切り替わる際であっても、第1駆動回路(1,1A)及び第2駆動回路(2,2A)を停止させずに、負荷(90)に対して継続的に電力を供給することが可能である。 According to this aspect, for example, even when the power supply source is switched from the second power supply (92) to the first power supply (91), the first power supply (91) is connected to the first drive circuit (1, 1A). And the state where the second power supply (92) is connected to the second drive circuit (2, 2A) can be maintained. As a result, in the mobile body (8), even when the power supply source is switched, the load (1,1A) and the second drive circuit (2,2A) are not stopped. It is possible to continuously supply electric power to 90).
第2~13の態様に係る構成については、電力供給システム(10,10A,10B)に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。 The configurations according to the second to thirteenth aspects are not essential configurations for the power supply system (10, 10A, 10B) and can be omitted as appropriate.
1,1A 第1駆動回路
2,2A 第2駆動回路
3 制御回路
4,4A 充電回路
8 移動体
10,10A,10B 電力供給システム
11,11A 第1インバータ回路
21,21A 第2インバータ回路
51,52 スイッチ
81 移動体本体
90 負荷
91 第1電源
92 第2電源
100,100A,100B 電源システム
Q11~Q16 第1スイッチング素子
Q21~Q26 第2スイッチング素子
T1 第1期間
T2 第2期間
1,1A
Claims (13)
前記第1電源とは別の第2電源に電気的に接続される第2駆動回路と、を備え、
前記第1駆動回路及び前記第2駆動回路は、互いに同期して動作し、共通の負荷に対して電力を供給し、
前記第1駆動回路は、前記第1電源からの直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷へ印加する第1インバータ回路を有し、
前記第2駆動回路は、前記第2電源からの直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷へ印加する第2インバータ回路を有し、
前記第1インバータ回路は、複数の第1スイッチング素子を含み、
前記第2インバータ回路は、複数の第2スイッチング素子を含み、
前記複数の第1スイッチング素子の一部の第1スイッチング素子は、前記複数の第2スイッチング素子の一部の第2スイッチング素子と兼用されている
電力供給システム。 A first drive circuit that is electrically connected to a first power supply consisting of batteries,
A second drive circuit electrically connected to a second power source different from the first power source is provided.
The first drive circuit and the second drive circuit operate in synchronization with each other to supply power to a common load .
The first drive circuit has a first inverter circuit that converts a DC voltage from the first power supply into an AC voltage and applies it to the load.
The second drive circuit has a second inverter circuit that converts a DC voltage from the second power supply into an AC voltage and applies it to the load.
The first inverter circuit includes a plurality of first switching elements.
The second inverter circuit includes a plurality of second switching elements.
The first switching element, which is a part of the plurality of first switching elements, is also used as the second switching element, which is a part of the plurality of second switching elements.
Power supply system.
請求項1に記載の電力供給システム。 The power supply system according to claim 1, wherein the second power supply can output a larger current than the first power supply.
請求項1又は2に記載の電力供給システム。 Claim 1 in which the first drive circuit and the second drive circuit are synchronized with each other so that the first period in which the first drive circuit operates and the second period in which the second drive circuit operates do not overlap. Or the power supply system according to 2.
請求項1~3のいずれか1項に記載の電力供給システム。 The power supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein the load is an electric motor.
請求項1~4のいずれか1項に記載の電力供給システム。 The power supply according to any one of claims 1 to 4, wherein the first drive circuit and the second drive circuit have a regenerative mode in which power is supplied from the load to the first power supply and the second power supply, respectively. system.
請求項1~5のいずれか1項に記載の電力供給システム。 The power supply system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a control circuit for controlling the first drive circuit and the second drive circuit.
請求項1~6のいずれか1項に記載の電力供給システム。 The power supply system according to any one of claims 1 to 6.
前記充電回路は、前記第1駆動回路及び前記第2駆動回路の少なくとも一方に同期して動作する The charging circuit operates in synchronization with at least one of the first drive circuit and the second drive circuit.
請求項1~7のいずれか1項に記載の電力供給システム。 The power supply system according to any one of claims 1 to 7.
請求項8に記載の電力供給システム。 The power supply system according to claim 8.
請求項1~9のいずれか1項に記載の電力供給システム。 The power supply system according to any one of claims 1 to 9.
前記第2電源は、正極部材、負極部材及び非水電解液を備える電気化学デバイス、又は電気二重層キャパシタであって、 The second power source is an electrochemical device including a positive electrode member, a negative electrode member, and a non-aqueous electrolytic solution, or an electric double layer capacitor.
前記正極部材は、正極集電体と、前記正極集電体に担持され正極活物質を含む正極材料層と、を有する The positive electrode member has a positive electrode current collector and a positive electrode material layer supported on the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material.
請求項1~10のいずれか1項に記載の電力供給システム。 The power supply system according to any one of claims 1 to 10.
前記第1電源と、 With the first power supply
前記第2電源と、を備える The second power source is provided.
電源システム。 Power system.
前記負荷を有する移動体本体と、を備える A mobile body having the load and
移動体。 Mobile body.
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