WO2022201466A1 - 電源装置 - Google Patents

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由幸 小林
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to power supply devices.
  • Patent Literature 1 discloses a device that uses the power of any one battery pack when the voltage difference between the two battery packs is large.
  • An object of the present invention is to provide a power supply device that efficiently uses a plurality of batteries.
  • high-potential-side and low-potential-side wiring to which a plurality of batteries are connected in parallel; a plurality of switching means for individually switching the connection and disconnection of the plurality of batteries with respect to the wiring; a control means for controlling the plurality of switching means;
  • a power supply device comprising: The control means is executing connection switching control for sequentially switching one of the plurality of batteries connected to the wiring within a unit time;
  • FIG. 1 is a block diagram of a power supply device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a timing chart showing the relationship between the ON/OFF timing of each switching element and the output voltage
  • 4 is a timing chart showing the relationship between the ON/OFF timing of each switching element and the output voltage
  • FIG. 10 is a diagram showing the ratio of connection time and changes in power ratio, output voltage, individual output power, and total output power
  • 4 is a flowchart showing an example of processing executed by a control circuit
  • 4 is a flowchart showing an example of processing executed by a control circuit
  • FIG. 2 is a block diagram showing a modification of the power supply device of FIG. 1
  • FIG. 4 is a block diagram showing another example of a power supply device with a different number of batteries
  • FIG. 9 is a timing chart showing ON/OFF timing of each switching element in the example of FIG. 8;
  • FIG. 1 is a block diagram of a power supply device 1 according to one embodiment of the present invention.
  • the power supply device 1 is a device that uses a plurality of batteries 2A and 2B (collectively referred to or referred to as batteries 2 when not distinguished) as power sources, which are DC power sources, and supplies power to a load.
  • the load is the motor 3, and the power supply device 1 also functions as a driving device for driving the motor 3, and can be used as a driving device for driving the motor of a vehicle, for example.
  • the present invention can be applied to power supply devices that supply power to various loads, and can also be applied to stationary power supplies, portable power supplies, and the like.
  • each battery 2 is a detachable battery, particularly a mobile battery pack detachable from the power supply device 1 .
  • each battery 2 may be fixedly provided with the power supply device 1, and some of the batteries may be mobile battery packs, and the remaining batteries may be batteries fixedly provided in the power supply device 1. good too.
  • Each battery 2 includes a power storage unit 2a and a BMU (management system) 2b that manages the power storage unit 2a.
  • the power storage unit 2a stores electric power output from the battery 2, and is configured by, for example, connecting a plurality of battery cells in series.
  • the battery cells are, for example, lithium-ion battery cells.
  • the BMU 2b communicates with a processor that controls charging and discharging of the power storage unit 2a, a storage device such as a semiconductor memory that stores programs executed by the processor and information about the state of the power storage unit 2a, an input/output interface, and a control circuit 19, which will be described later. Includes a communication interface that performs
  • the BMU 2b also includes a detection circuit that detects the remaining amount, charging/discharging current, and charging/discharging voltage of the power storage unit 2a, and the processor controls the upper limit of the discharge power of the battery 2 and the charging amount based on the detection result of the detection circuit. do. For example, when the discharged power of the battery 2 reaches the upper limit, the processor controls discharging of the power storage unit 2a so as to maintain the discharged power of the battery 2 at the upper limit.
  • the motor 3 is an AC motor, such as a three-phase brushless motor.
  • a power supply device 1 converts a DC voltage output from a battery 2 into an AC voltage to drive a motor 3 .
  • the power supply device 1 includes terminals 10a, 10b, and 10c to which the battery 2A is electrically connected, and terminals 11a, 11b, and 11c to which the battery 2B is electrically connected.
  • a positive terminal of the battery 2 is connected to the terminals 10a and 11a, and a negative terminal of the battery 2 is connected to the terminals 10b and 11b.
  • Communication terminals of the BMU 2b of the battery 2 are connected to the terminals 10c and 11c.
  • the power supply device 1 includes a DC wiring 12 on the high potential side and a DC wiring 13 on the low potential side. A potential difference (voltage) between the DC wiring 12 and the DC wiring 13 is called an output voltage Vout.
  • the power supply device 1 also includes a plurality of switching elements SW1 and SW2.
  • the DC wiring 12 is connected to the terminal 10a through the switching element SW1, and is also connected to the terminal 11a through the switching element SW2.
  • DC wiring 13 is connected to terminals 10b and 11b. With such a configuration, a plurality of batteries 2A and 2B are connected in parallel to DC wirings 12 and 13.
  • the switching elements SW1 and SW2 are, for example, transistors, and individually switch the connecting/disconnecting of the plurality of batteries 2A and 2B to the DC wirings 12 and 13 according to the control signal from the control circuit 19 .
  • the switching element SW1 connects the positive terminal of the battery 2A and the DC wiring 12 when turned on, and disconnects the positive terminal of the battery 2A and the DC wiring 12 when turned off.
  • Switching element SW2 connects the positive terminal of battery 2B and DC wiring 12 when turned ON, and disconnects the positive terminal of battery 2B and DC wiring 12 when turned OFF.
  • a diode 15 is provided between the DC wiring 12 and the DC wiring 13 to regulate the flow of current from the DC wiring 13 to the DC wiring 12 .
  • the power supply device 1 also includes a smoothing circuit 14 that smoothes the output voltage Vout of the DC wirings 12 and 13 .
  • the smoothing circuit 14 is an LC filter circuit including an inductor 14 a connected in series with the DC wiring 12 and a capacitor 14 b connected between the DC wiring 12 and the DC wiring 13 .
  • the power supply device 1 includes an inverter 17.
  • An output voltage Vout is input to the inverter 17 , and the inverter 17 converts the output voltage Vout, which is a DC voltage, into an AC voltage and outputs the AC voltage from a three-phase terminal 18 to the motor 3 .
  • the inverter 17 includes, for example, an H-bridge circuit having four FETs (Field Effect Transistors) and a control circuit that sequentially switches the FETs on and off, and converts the output voltage Vout into a single-phase AC voltage.
  • a voltage detection circuit 16 detects an output voltage Vout input to the inverter 17 .
  • the power supply device 1 includes a control circuit 19 .
  • the control circuit 19 includes, for example, a processor, a storage device such as a semiconductor memory, an input/output interface, a communication interface, and the like.
  • the storage device stores programs executed by the processor, data used for processing by the processor, and the like.
  • the control circuit 19 is communicably connected to the BMU 2b of each battery 2 via terminals 10c and 11c, and can acquire output capability information from the BMU 2b.
  • the output capability information is state information related to the power that the battery 2 can currently output, such as remaining amount information (SOC: remaining capacity/fully charged capacity ⁇ 100), voltage information (each output voltage V1, V2), etc. information.
  • the control circuit 19 is also communicably connected to the control circuit of the inverter 17 .
  • the control circuit 19 is also connected to the voltage detection circuit 16 and can acquire the detection result from the voltage detection circuit 16 .
  • the control circuit 19 switches the connection mode of the batteries 2A and 2B to the DC wirings 12 and 13 by controlling the ON/OFF of the switching elements SW1 and SW2. In the mode in which both the batteries 2A and 2B are connected to the DC wirings 12 and 13, the power that can be supplied to the inverter 17 is maximized. However, if the difference between the output voltages of batteries 2A and 2B is large, current can flow from one battery to the other. In this embodiment, since the batteries 2A and 2B are replaceable mobile battery packs, the difference between the output voltages of the batteries 2A and 2B is likely to be large. In such a case, it is conceivable to continuously connect only one of the batteries to the DC wiring 12 and 13, but the power consumption of that battery increases, causing its deterioration, or the frequency of charging and replacement increases. may become.
  • the control circuit 19 executes connection switching control to alternately connect the batteries 2A and 2B to the DC wirings 12 and 13, thereby efficiently using the plurality of batteries 2A and 2B.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram thereof.
  • t indicates the passage of time
  • T indicates unit time.
  • the unit time T is set as one cycle, and within the unit time T, one of the batteries 2A and 2B connected to the DC wirings 12 and 13 is sequentially switched repeatedly.
  • the unit time T is, for example, a time within the range of 50 ⁇ s to 1 ms.
  • V1 indicates the output voltage of battery 2A
  • V2 indicates the output voltage of battery 2B. In the illustrated example, there is a relationship of V1>V2.
  • the output voltage Vout is the output voltage V1 when the switching element SW1 is on and the switching element SW2 is off, and the output voltage Vout is the output voltage V2 when the switching element SW2 is on and the switching element SW1 is off.
  • the output voltage Vout becomes the voltage V when averaged over the unit time T.
  • the ON time of the switching element SW1 (connection time of the battery 2A) and the ON time of the switching element SW2 (connection time of the battery 2B) are both T/2.
  • the ratio of ON/OFF time in the unit time T is expressed as a duty ratio
  • the duty ratio of the switching element SW1 is 50%
  • the duty ratio of the switching element SW2 is 50%.
  • the temporal waveform of the output voltage Vout is a signal that alternately repeats V1 and V2. Even if the difference between V1 and V2 is large, the output voltage Vout is smoothed by the smoothing circuit 14 and input to the inverter 17 because the smoothing circuit 14 is provided in this embodiment.
  • the average power drawn from battery 2A is 3 kw and the average power drawn from battery 2B is 2 kw.
  • the control circuit 19 can change the connection time of each battery 2A and 2B to the DC wirings 12 and 13, that is, the duty ratio.
  • FIG. 3 shows an example in which the duty ratio is changed.
  • the duty ratio of the switching element SW1 is 20%
  • the duty ratio of the switching element SW2 is 80%.
  • FIG. 4 shows the relationship between the duty ratio of the switching element SW1 and the power ratio between the battery 2A and the battery 2B (graph G1), the relationship with the output voltage (graph G2), and the output of the battery 2A when V1>V2.
  • the relationship with the possible power W1-max (graph G3), the relationship with the possible output power W2-max of the battery 2B (graph G4), and the relationship with the possible output power to the inverter 17 (graph G5) are shown.
  • the duty ratio in FIG. 4 represents the duty ratio of the switching element SW1
  • the duty ratio of the switching element SW2 is 100%.
  • the duty ratio of the switching element SW2 is 0%.
  • the horizontal axes of the graphs G1 to G5 all represent the duty ratio of the switching element SW1.
  • the output voltage (Vout) is the output voltage V2 of the battery 2B
  • the output voltage (Vout) is the output voltage V1 of the battery 2A ( G2).
  • the output voltage changes depending on the duty ratio.
  • a graph G3 shows the output power W1-max of only the battery 2A in a unit time T.
  • Possible output power W1-max increases as the duty ratio increases from 0%.
  • the discharge power of the battery 2A reaches the upper limit (for example, the discharge current upper limit), and the output is regulated by the BMU 2b of the battery 2A.
  • the available power W1-max does not increase.
  • a graph G4 shows the possible output power W2-max of only the battery 2B in a unit time T.
  • the duty ratio of the switching element SW2 increases from 0%, so the output power W2-max increases.
  • the discharge power of the battery 2B reaches the upper limit (for example, the discharge current upper limit), the output is regulated by the BMU 2b of the battery 2B, and then the duty ratio decreases (switching element SW2 (the duty ratio of ) does not increase the outputtable power W2-max.
  • a graph G5 shows the power W-max that can be output to the inverter 17 in a unit time T, which is the sum of the powers W1-max and W2-max that can be output from the batteries 2A and 2B.
  • the outputtable power W-max is maximized at the duty ratio at which the power ratio is 50%, and the outputtable power W-max decreases regardless of whether the duty ratio is increased or decreased.
  • By controlling the duty ratio it is possible to control the output voltage Vout and the output power W-max while protecting the battery 2 by regulating the discharge power of the battery 2 by the BMU 2b.
  • FIG. 5 is a flow chart showing an example of processing for selecting control modes of the switching elements SW1 and SW2.
  • the processor of the control circuit 19 periodically executes the processing shown in FIG.
  • S1 the voltage information of the batteries 2A and 2B (the output voltages V1 and V2) of the batteries 2A and 2B is obtained by communication from the BMUs 2b of the batteries 2A and 2B.
  • S2 the voltage difference between the output voltages (V1, V2) obtained in S1 is calculated.
  • the threshold is, for example, a value within the range of 1.5V, or a value between 1% and 3% of the average value of each output voltage (V1, V2).
  • both the switching elements SW1 and SW2 are controlled to be ON. Larger power can be supplied to the motor 3, which is the load, than in connection switching control.
  • connection switching control of S4 it is possible to efficiently use these batteries 2 while preventing current from flowing between the batteries 2A and 2B.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of drive control of the switching elements SW1 and SW2 that is executed when the connection switching control of S4 is selected, and is periodically executed at a shorter cycle than the process of FIG.
  • the detection result of the output voltage Vout is acquired from the voltage detection circuit 16 .
  • the difference between the output voltage Vout obtained in S11 and the target output voltage is calculated.
  • the voltage information of the batteries 2A and 2B (the output voltages V1 and V2) of the batteries 2A and 2B is obtained by communication from the BMUs 2b of the batteries 2A and 2B.
  • the duty ratios of the switching elements SW1 and SW2 are set so that the difference calculated in S12 becomes small.
  • the duty ratio is set within the range of 0% ⁇ duty ratio ⁇ 100%.
  • switching of the switching elements SW1 and SW2 is executed at the duty ratio set at S14. Through the above processing, the output voltage Vout can be maintained at the target output voltage.
  • the switching elements SW1 and SW2 are provided in the DC wiring 12 on the high potential side, but they may be provided in the DC wiring 13 on the low potential side.
  • FIG. 7 shows an example thereof. In the illustrated example, both the switching elements SW1 and SW2 are provided in the DC wiring 13 . A configuration in which some of the switching elements are provided in the DC wiring 12 and the remaining switching elements are provided in the DC wiring 13 can also be adopted.
  • the control mode of the switching elements SW1 and SW2 is selected based on the voltage information acquired from the BMU 2b (S1 to S3), but the control mode is selected based on the output capability information other than the voltage information.
  • connection switching control may be executed when the difference in SOC between the batteries 2A and 2B exceeds a predetermined value, and simultaneous connection control may be executed when the difference is equal to or less than the predetermined value.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a power supply device 1A to which four batteries 2A-2D can be connected.
  • the configuration of the power supply device 1A is the same as the configuration of FIG. can be switched to
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of connection switching control in the configuration example of FIG. In the illustrated example, each duty ratio of the switching elements SW1 to SW4 is 25%.
  • the power supply device 1 in FIG. 1 includes the inverter 17 and is configured to output AC power.
  • the configuration may be such that the output voltage Vout is directly supplied to an external load without including the inverter 17 .
  • connection switching control when the voltage difference is equal to or less than the threshold in S3 has been described (S5).
  • S5 an example of selecting simultaneous connection control when the voltage difference is equal to or less than the threshold in S3 has been described (S5).
  • Another condition is, for example, the case where the required power of the load exceeds a predetermined threshold. If other conditions are not satisfied, connection switching control may be selected even if the voltage difference is equal to or less than the threshold.
  • the power supply device (1, 1A) of the above embodiment includes: High potential side and low potential side wiring (12, 13) to which a plurality of batteries (2) are connected in parallel; a plurality of switching means (SW) for individually switching the connection and disconnection of the plurality of batteries with respect to the wiring; a control means (19) for controlling the plurality of switching means;
  • a power supply device comprising: The control means is Connection switching control is executed to sequentially switch one of the plurality of batteries connected to the wiring within a unit time (S4). According to this embodiment, it is possible to provide a power supply device that efficiently uses a plurality of batteries with easy control.
  • connection switching control the connection time of each battery to the wiring within the unit time can be changed (S14). According to this embodiment, the DC output voltage can be controlled.
  • the power supply device of the above embodiment includes: A detection means (16) for detecting the output voltage of the wiring,
  • the control means is In the connection switching control, the connection time of each battery to the wiring within the unit time is changed based on the detection result of the detection means (S11, S14). According to this embodiment, the DC output voltage can be controlled according to the target voltage.
  • the control means determines whether or not to execute the connection switching control based on the output capability information of each of the plurality of batteries (S3). According to this embodiment, when there is a difference in output capability between the batteries, the connection switching control is executed to utilize the batteries.
  • the control means executes the connection switching control when the output voltage difference between the plurality of batteries exceeds a predetermined value (S3, S4). According to this embodiment, when there is a possibility that a current may flow between the batteries, the connection switching control is executed to prevent such a situation and utilize the batteries.
  • the control means executes control to simultaneously connect the plurality of batteries to the wiring on condition that the output voltage difference between the plurality of batteries is equal to or less than a predetermined value (S3, S5). This embodiment allows more power to be supplied to the load.
  • the power supply device of the above embodiment includes: A smoothing circuit (S14) is provided for smoothing the output voltage of the wiring. According to this embodiment, even if one battery connected to the wiring is sequentially switched, an averaged and stable voltage can be output.
  • each of the plurality of batteries is a mobile battery pack equipped with a management system (2b);
  • the control means is communicable with the management system. According to this embodiment, information about the state of the mobile battery pack can be obtained from the management system.
  • the management system controls the upper limit of the discharge power of the battery. According to this embodiment, a plurality of batteries can be efficiently used while protecting the batteries.
  • the power supply device of the above embodiment includes: An inverter (17) is provided for converting the output voltage (Vout) of the wiring into an AC voltage. According to this embodiment, power can be supplied to a load that consumes AC power.
  • At least one of the plurality of batteries is a removable battery. According to this embodiment, detachable batteries with different usage states and deterioration states can be effectively used.

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Abstract

本発明は、複数のバッテリが並列に接続される、高電位側及び低電位側の配線と、前記配線に対する前記複数のバッテリの断続を個別に切り替える複数のスイッチング手段と、前記複数のスイッチング手段を制御する制御手段と、を備えた電源装置であって、前記制御手段は、単位時間内で、前記複数のバッテリのうち前記配線に接続する一のバッテリを、順次切り替える接続切替制御を実行する。

Description

電源装置
　本発明は電源装置に関する。
　複数のバッテリパックを並列に接続可能な電源装置が提案されている。一方、電圧差が大きい複数のバッテリパックを並列に接続すると、バッテリパック間で電流が流れる等、意図しない現象が生じ得る。特許文献１には２つのバッテリパック間の電圧差が大きい場合、いずれか一つのバッテリパックの電力を用いる装置が開示されている。
中国公開特許第１１０６８２８２８Ａ号明細書
　特許文献１の装置では、特定のバッテリパックの電力消費が大きくなり、その劣化を生じたり、或いは、充電や交換の頻度が高くなる場合がある。
　本発明の目的は、複数のバッテリを効率よく用いる電源装置を提供することにある。
　本発明によれば、
　複数のバッテリが並列に接続される、高電位側及び低電位側の配線と、
　前記配線に対する前記複数のバッテリの断続を個別に切り替える複数のスイッチング手段と、
　前記複数のスイッチング手段を制御する制御手段と、
を備えた電源装置であって、
　前記制御手段は、
　単位時間内で、前記複数のバッテリのうち前記配線に接続する一のバッテリを、順次切り替える接続切替制御を実行する、
ことを特徴とする電源装置が提供される。
　本発明によれば、容易な制御で複数のバッテリを効率よく用いる電源装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る電源装置のブロック図。 各スイッチング素子のオン・オフタイミングと出力電圧との関係を示すタイミングチャート。 各スイッチング素子のオン・オフタイミングと出力電圧との関係を示すタイミングチャート。 接続時間の割り合いと、電力比、出力電圧、個別出力可能電力、合計出力可能電力の変化を示す図。 制御回路が実行する処理例を示すフローチャート。 制御回路が実行する処理例を示すフローチャート。 図１の電源装置の変形例を示すブロック図。 バッテリ数が異なる他の電源装置の例を示すブロック図。 図８の例における各スイッチング素子のオン・オフタイミングを示すタイミングチャート。
　以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
　図１は本発明の一実施形態に係る電源装置１のブロック図である。電源装置１は、直流電源である複数のバッテリ２Ａ及び２Ｂ（総称する場合、又は、区別しない場合はバッテリ２と称す。）を電力源とした装置であって、負荷に電力を供給する。本実施形態の場合、負荷はモータ３であり、電源装置１はモータ３を駆動する駆動装置としても機能し、例えば、車両のモータを駆動する駆動装置として利用可能である。しかし、本発明は、各種の負荷に電力を供給する電源装置に適用可能であり、また、定置電源、可搬型電源等にも適用可能である。
　本実施形態の場合、各バッテリ２は着脱型のバッテリであって、特に、電源装置１に着脱可能なモバイルバッテリパックである。しかし、各バッテリ２が電源装置１を固定的に備えていてもよく、また、一部のバッテリがモバイルバッテリパックであり、残りのバッテリが電源装置１に固定的に備えられたバッテリであってもよい。
　各バッテリ２は、蓄電部２ａと、蓄電部２ａを管理するＢＭＵ（マネジメントシステム）２ｂとを含む。蓄電部２ａは、バッテリ２から出力する電力を蓄電し、例えば、複数のバッテリセルを直列に接続して構成される。バッテリセルは例えばリチウムイオンバッテリセルである。
　ＢＭＵ２ｂは、蓄電部２ａの充放電を制御するプロセッサ、プロセッサが実行するプログラムや蓄電部２ａの状態に関する情報を記憶する半導体メモリ等の記憶デバイス、入出力インタフェース、および、後述する制御回路１９と通信を行う通信インタフェースを含む。また、ＢＭＵ２ｂは、蓄電部２ａの残量、充放電電流、充放電電圧を検知する検知回路を含み、プロセッサは、検知回路の検知結果に基づいてバッテリ２の放電電力の上限、充電量を制御する。例えば、バッテリ２の放電電力が上限に達するとプロセッサはバッテリ２の放電電力を上限値に維持するように蓄電部２ａの放電を制御する。
　モータ３は本実施形態の場合、交流モータであり、例えば、三相ブラシレスモータである。電源装置１はバッテリ２から出力される直流電圧を交流電圧に変換してモータ３を駆動する。
　電源装置１は、バッテリ２Ａが電気的に接続される端子１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、バッテリ２Ｂが電気的に接続される端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、を含む。端子１０ａ、１１ａにはバッテリ２の正極端子が接続され、端子１０ｂ、１１ｂにはバッテリ２の負極端子が接続される。端子１０ｃ、１１ｃにはバッテリ２のＢＭＵ２ｂの通信用端子が接続される。
　電源装置１は、高電位側の直流配線１２と、低電位側の直流配線１３とを含む。直流配線１２と直流配線１３との電位差（電圧）を出力電圧Ｖｏｕｔと称する。電源装置１は、また、複数のスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２を含む。直流配線１２はスイッチング素子ＳＷ１を介して端子１０ａに接続され、また、スイッチング素子ＳＷ２を介して端子１１ａに接続されている。直流配線１３は端子１０ｂ及び１１ｂに接続されている。このような構成により、複数のバッテリ２Ａ及び２Ｂが直流配線１２及び１３に並列に接続されている。
　スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２は、例えば、トランジスタであり、制御回路１９からの制御信号によって、直流配線１２、１３に対する複数のバッテリ２Ａ及び２Ｂの断続を個別に切り替える。本実施形態の場合、スイッチング素子ＳＷ１は、そのオンによりバッテリ２Ａの正極端子と直流配線１２とを接続し、そのオフにより、バッテリ２Ａの正極端子と直流配線１２とを非接続とする。スイッチング素子ＳＷ２は、そのオンによりバッテリ２Ｂの正極端子と直流配線１２とを接続し、そのオフにより、バッテリ２Ｂの正極端子と直流配線１２とを非接続とする。
　直流配線１２と直流配線１３との間には、直流配線１３から直流配線１２へ電流が流れることを規制するダイオード１５が設けられている。また、電源装置１は、直流配線１２及び１３の出力電圧Ｖｏｕｔを平滑化する平滑化回路１４を含む。本実施形態では、平滑回路１４は直流配線１２に直列に接続されたインダクタ１４ａと、直流配線１２と直流配線１３との間に接続されたコンデンサ１４ｂとを備えたＬＣフィルタ回路である。
　電源装置１はインバータ１７を含む。インバータ１７には、出力電圧Ｖｏｕｔが入力され、インバータ１７は、直流電圧である出力電圧Ｖｏｕｔを交流電圧に変換して三相の端子１８からモータ３へ出力する。インバータ１７は、例えば、４つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を有するＨブリッジ回路と、各ＦＥＴのオン・オフを順次切り替える制御回路とを含み、出力電圧Ｖｏｕｔを単相交流電圧に変換する。電圧検知回路１６は、インバータ１７に入力される出力電圧Ｖｏｕｔを検知する。
　電源装置１は、制御回路１９を含む。制御回路１９は、例えば、プロセッサ、半導体メモリ等の記憶デバイス、入出力インタフェース及び通信インタフェース等を含む。記憶デバイスにはプロセッサが実行するプログラムやプロセッサが処理に使用するデータ等が格納される。
　制御回路１９は、端子１０ｃ、１１ｃを介して各バッテリ２のＢＭＵ２ｂと通信可能に接続されており、ＢＭＵ２ｂから出力能力情報を取得可能である。出力能力情報とは、バッテリ２が現在出力可能な電力に関わる状態情報であり、例えば、残量情報（ＳＯＣ：残容量／満充電容量×１００）、電圧情報（各出力電圧Ｖ１、Ｖ２）等の情報である。
　また、制御回路１９はインバータ１７の制御回路とも通信可能に接続されている。また、制御回路１９は電圧検知回路１６と接続されており、電圧検知回路１６からその検知結果を取得可能である。
　＜バッテリの接続制御＞
　制御回路１９はスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のオン・オフを制御することにより、直流配線１２及び１３に対するバッテリ２Ａ及び２Ｂの接続態様を切り替える。バッテリ２Ａ及び２Ｂの双方が直流配線１２及び１３に接続された態様においては、インバータ１７に供給可能な電力が最大となる。しかし、バッテリ２Ａ及び２Ｂの各出力電圧の差が大きい場合、一方のバッテリから他方のバッテリに電流が流れ得る。本実施形態では、バッテリ２Ａ及び２Ｂが交換可能なモバイルバッテリパックであるため、両者の出力電圧の差が大きい場合が生じやすい。こうした場合に、一方のバッテリのみを継続的に直流配線１２及び１３に接続することも考えられるが、そのバッテリの電力消費が大きくなり、その劣化を生じたり、或いは、充電や交換の頻度が高くなる場合がある。
　本実施形態では、制御回路１９がバッテリ２Ａ及び２Ｂを交互に直流配線１２及び１３に接続する接続切替制御を実行することで、複数のバッテリ２Ａ及び２Ｂを効率よく用いる。図２はその説明図である。図２においてｔは時間の経過を示しており、Ｔは単位時間を示している。接続切替制御では、単位時間Ｔを一周期として、単位時間Ｔ内で、バッテリ２Ａ及び２Ｂのうち直流配線１２及び１３に接続する一のバッテリを、順次切り替えることを繰り返す。単位時間Ｔは例えば、５０μｓ～１ｍｓの範囲内の時間である。Ｖ１はバッテリ２Ａの出力電圧を示し、Ｖ２はバッテリ２Ｂの出力電圧を示している。図示の例ではＶ１＞Ｖ２の関係にある。
　出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチング素子ＳＷ１がオンでスイッチング素子ＳＷ２がオフの場合、出力電圧Ｖ１となり、スイッチング素子ＳＷ２がオンでスイッチング素子ＳＷ１がオフの場合、出力電圧Ｖ２となる。そして、出力電圧Ｖｏｕｔは、単位時間Ｔで平均化すると電圧Ｖとなる。
　図２の例では、単位時間Ｔのうち、スイッチング素子ＳＷ１のオンの時間（バッテリ２Ａの接続時間）とスイッチング素子ＳＷ２のオンの時間（バッテリ２Ｂの接続時間）とが、それぞれＴ／２である。単位時間Ｔのうち、オン・オフの時間の割り合いをデューティ比と表現すると、スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比は５０％であり、また、スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比は５０％である。出力電圧Ｖｏｕｔの平均電圧Ｖ＝１／２×（Ｖ１＋Ｖ２）である。出力電圧Ｖｏｕｔの経時的な波形は、Ｖ１とＶ２とを交互に繰り返す信号となる。Ｖ１とＶ２との差が大きい場合であっても、本実施形態では平滑化回路１４を設けているため、出力電圧Ｖｏｕｔは平滑化回路１４により平滑化されてインバータ１７に入力される。
　仮にＶ１＝６０Ｖ、Ｖ２＝４０Ｖ、消費電流を１００Ａとすると、インバータ１７に対する出力電圧Ｖ＝５０Ｖ、出力電力Ｗ＝５ｋｗとなる。この場合、バッテリ２Ａから持ち出される平均電力は３ｋｗであり、バッテリ２Ｂから持ち出される平均電力は２ｋｗである。
　制御回路１９は、直流配線１２及び１３に対する各バッテリ２Ａ及び２Ｂの接続時間、つまり、デューティ比を変更可能である。図３はデューティ比を変更した例を示している。図示の例では、スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比は２０％であり、また、スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比は８０％である。出力電圧Ｖｏｕｔの平均電圧Ｖ＝１／５×Ｖ１＋４／５×Ｖ２である。
　図４は、Ｖ１＞Ｖ２の場合における、スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比と、バッテリ２Ａとバッテリ２Ｂとの電力比との関係（グラフＧ１）、出力電圧との関係（グラフＧ２）、バッテリ２Ａの出力可能電力Ｗ１－ｍａｘとの関係（グラフＧ３）、バッテリ２Ｂの出力可能電力Ｗ２－ｍａｘとの関係（グラフＧ４）との関係、インバータ１７への出力可能電力との関係（グラフＧ５）を示す。
　図４のデューティ比はスイッチング素子ＳＷ１のデューティ比を表しているので、デューティ比が０％の場合、スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比は１００％である。逆に、デューティ比が１００％の場合、スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比は０％である。グラフＧ１～Ｇ５の横軸はいずれもスイッチング素子ＳＷ１のデューティ比である。
　グラフＧ１において、バッテリ２Ａ、２Ｂのいずれが直流配線１２及び１３に接続されていても消費電流は同じと仮定すると、バッテリ２Ａとバッテリ２Ｂから持ち出される電力の比が５０％となるのは、グラフＧ１で示されるように５０％よりも低いデューティ比の時である。
　グラフＧ２において、デューティ比が０％の場合、出力電圧（Ｖｏｕｔ）はバッテリ２Ｂの出力電圧Ｖ２であり、デューティ比が１００％の場合、出力電圧（Ｖｏｕｔ）はバッテリ２Ａの出力電圧Ｖ１である（Ｇ２）。デューティ比によって出力電圧は変化する。
　グラフＧ３は、単位時間Ｔにおいてバッテリ２Ａのみの出力可能電力Ｗ１－ｍａｘを示している。デューティ比が０％から上昇するにしたがって、出力可能電力Ｗ１－ｍａｘが増加する。電力比が５０％となるデューティ比において、バッテリ２Ａの放電電力の上限（例えば放電電流の上限）に達し、バッテリ２ＡのＢＭＵ２ｂによって出力が規制されており、その後、デューティ比が増加しても出力可能電力Ｗ１－ｍａｘは増加しない。
　グラフＧ４は、単位時間Ｔにおいてバッテリ２Ｂのみの出力可能電力Ｗ２－ｍａｘを示している。デューティ比が１００％から低下する方向に見ると、スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比は０％から上昇するから、出力可能電力Ｗ２－ｍａｘが増加する。電力比が５０％となるデューティ比において、バッテリ２Ｂの放電電力の上限（例えば放電電流の上限）に達し、バッテリ２ＢのＢＭＵ２ｂによって出力が規制されており、その後、デューティ比が減少（スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比は増加）しても出力可能電力Ｗ２－ｍａｘは増加しない。
　グラフＧ５は、単位時間Ｔにおいインバータ１７へ出力可能電力Ｗ－ｍａｘを示しており、バッテリ２Ａ、２Ｂの各出力可能電力Ｗ１－ｍａｘ、Ｗ２－ｍａｘの合計値である。電力比が５０％となるデューティ比で出力可能電力Ｗ－ｍａｘが最大となり、デューティ比の増加、減少のいずれにおいても出力可能電力Ｗ－ｍａｘが減少していく。デューティ比を制御することで、ＢＭＵ２ｂによるバッテリ２の放電電力の規制によってバッテリ２の保護を図りつつ、出力電圧Ｖｏｕｔと出力可能電力Ｗ－ｍａｘを制御することができる。
　＜処理例＞
　制御回路１９のプロセッサが実行する処理例について説明する。図５は、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の制御態様を選択する処理例を示すフローチャートである。制御回路１９のプロセッサは同図の処理を周期的に実行する。Ｓ１では、バッテリ２Ａ及び２Ｂの各ＢＭＵ２ｂから、バッテリ２Ａ及び２Ｂの電圧情報（各出力電圧Ｖ１、Ｖ２）を通信により取得する。Ｓ２ではＳ１で取得した各出力電圧（Ｖ１、Ｖ２）の電圧差を演算する。Ｓ３ではＳ２で演算した電圧差（＝｜Ｖ１－Ｖ２｜）が閾値を超えるか否かを判定する。閾値は、例えば、１．５Ｖの範囲内の値、或いは、各出力電圧（Ｖ１、Ｖ２）の平均値の１％～３％の値である。
　Ｓ２で演算した電圧差が閾値を超える場合はＳ４へ進み、超えない場合はＳ５へ進む。Ｓ４では上述した接続切替制御を実行し、バッテリ２Ａ及び２Ｂを交互に直流配線１２及び１３に接続する。Ｓ５では同時接続制御を実行し、バッテリ２Ａ及び２Ｂを共に直流配線１２及び１３に接続する。
　Ｓ５の同時接続制御ではスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２を共にオンに制御する。負荷であるモータ３に対して、接続切替制御よりも大電力を供給できる。Ｓ４の接続切替制御では、バッテリ２Ａとバッテリ２Ｂとの間で電流が流れることを防止しつつ、これらのバッテリ２を効率よく用いることができる。
　図６はＳ４の接続切替制御が選択された場合に実行されるスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の駆動制御例を示すフローチャートであり、図５の処理よりも短い周期で周期的に実行される。Ｓ１１では電圧検知回路１６から出力電圧Ｖｏｕｔの検知結果を取得する。Ｓ１２ではＳ１１で取得した出力電圧Ｖｏｕｔと目標出力電圧との差分を演算する。Ｓ１３ではバッテリ２Ａ及び２Ｂの各ＢＭＵ２ｂから、バッテリ２Ａ及び２Ｂの電圧情報（各出力電圧Ｖ１、Ｖ２）を通信により取得する。Ｓ１４では、Ｓ１２で演算した差分とＳ１３で取得した電圧情報とに基づいて、Ｓ１２で演算した差分が小さくなるように各スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のデューティ比を設定する。デューティ比は、０％＜デューティ比＜１００％の範囲で設定される。Ｓ１５ではＳ１４で設定したデューティ比でスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２のスイッチングを実行する。以上の処理により、出力電圧Ｖｏｕｔを目標出力電圧に維持することができる。
　＜他の実施形態＞
　上記実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２を高電位側の直流配線１２に設けたが、低電位側の直流配線１３に設けてもよい。図７はその一例を示す。図示の例ではスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２がいずれも直流配線１３に設けられている。なお、一部のスイッチング素子を直流配線１２に、残りのスイッチング素子を直流配線１３に、それぞれ設ける構成も採用可能である。
　次に、上記実施形態では、ＢＭＵ２ｂから取得した電圧情報に基づいて、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２の制御態様を選択したが（Ｓ１～Ｓ３）、電圧情報以外の出力能力情報に基づいて制御態様を選択してもよい。例えば、バッテリ２Ａとバッテリ２Ｂの間のＳＯＣの差が所定値を超える場合は接続切替制御を実行し、所定値以下の場合は同時接続制御を実行してもよい。
　次に、上記実施形態では２つのバッテリ２を用いたが、３以上のバッテリ２を用いてもよい。図８は４つのバッテリ２Ａ～２Ｄを接続可能な電源装置１Ａを示すブロック図である。電源装置１Ａの構成は図１の構成と同様であるが、バッテリ２Ａ～２Ｄに対応してスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が設けられており、バッテリ２Ａ～２Ｄと直流配線１２及び１３との断続を個別に切り替えることができる。図９は図８の構成例における接続切替制御の説明図である。図示の例では、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４の各デューティ比は２５％である。
　次に、図１の電源装置１はインバータ１７を含み、交流電力を出力する構成であるが、インバータ１７を含まず、出力電圧Ｖｏｕｔを外部の負荷に直接供給する構成であってもよい。
　次に、図５の処理ではＳ３で電圧差が閾値以下の場合に同時接続制御を選択する例を説明したが（Ｓ５）、同時接続制御が選択される条件は、電圧差が閾値以下であることに加えて他の条件を含んでもよい。他の条件としては、例えば、負荷の要求電力が所定の閾値を超える場合である。他の条件を満たさない場合、電圧差が閾値以下であっても接続切替制御を選択してもよい。
　＜実施形態のまとめ＞
　上記実施形態は、少なくとも以下の電源装置を開示している。
　１．上記実施形態の電源装置(1,1A)は、
　複数のバッテリ(2)が並列に接続される、高電位側及び低電位側の配線(12,13)と、
　前記配線に対する前記複数のバッテリの断続を個別に切り替える複数のスイッチング手段(SW)と、
　前記複数のスイッチング手段を制御する制御手段(19)と、
を備えた電源装置であって、
　前記制御手段は、
　単位時間内で、前記複数のバッテリのうち前記配線に接続する一のバッテリを、順次切り替える接続切替制御を実行する(S4)。
  この実施形態によれば、容易な制御で複数のバッテリを効率よく用いる電源装置を提供することができる。
　２．上記実施形態では、
　前記接続切替制御では、前記配線に対する各バッテリの、前記単位時間内での接続時間を変更可能である(S14)。
  この実施形態によれば、直流出力電圧を制御することができる。
　３．上記実施形態の電源装置は、
　前記配線の出力電圧を検知する検知手段(16)を備え、
　前記制御手段は、
　前記接続切替制御において、前記検知手段の検知結果に基づいて、前記配線に対する各バッテリの、前記単位時間内での接続時間を変更する(S11,S14)。
  この実施形態によれば、目標とする電圧に応じて直流出力電圧を制御することができる。
　４．上記実施形態では、
　前記制御手段は、前記複数のバッテリの各出力能力情報に基づいて、前記接続切替制御を実行するか否かを判定する(S3)。
  この実施形態によれば、前記バッテリ間で出力能力に差がある場合に前記接続切替制御を実行して、前記バッテリの活用を図れる。
　５．上記実施形態では、
　前記制御手段は、前記複数のバッテリ間の出力電圧差が所定値を超える場合に、前記接続切替制御を実行する(S3,S4)。
  この実施形態によれば、前記バッテリ間で電流が流れるおそれがある場合に前記接続切替制御を実行して、その防止を図りつつ、前記バッテリの活用を図れる。
　６．上記実施形態では、
　前記制御手段は、前記複数のバッテリ間の出力電圧差が所定値以下であることを条件として、前記複数のバッテリを同時に前記配線に接続する制御を実行する(S3,S5)。
  この実施形態によれば、より大きな電力を負荷に供給できる。
　７．上記実施形態の電源装置は、
　前記配線の出力電圧を平滑化する平滑化回路(S14)を備える。
  この実施形態によれば、前記配線に接続する一のバッテリを順次切り替えても、平均化された安定した電圧を出力することができる。
　８．上記実施形態では、
　前記複数のバッテリは、それぞれ、マネジメントシステム(2b)を備えたモバイルバッテリパックであり、
　前記制御手段は、前記マネジメントシステムと通信可能である。
  この実施形態によれば、前記マネジメントシステムから、前記モバイルバッテリパックの状態に係る情報を得ることができる。
　９．上記実施形態では、
　前記マネジメントシステムは、前記バッテリの放電電力の上限を制御する。
  この実施形態によれば、前記バッテリの保護を図りつつ、複数のバッテリを効率よく用いることができる。
　１０．上記実施形態の電源装置は、
　前記配線の出力電圧(Vout)を、交流電圧に変換するインバータ(17)を備える。
  この実施形態によれば、交流電力を消費する負荷に電力を供給できる。
　１１．上記実施形態では、
　前記複数のバッテリの少なくとも一つは、着脱型のバッテリである。
  この実施形態によれば、利用状態や劣化状態が異なる着脱型のバッテリを効果的に利用することができる。
　以上、発明の実施形態について説明したが、発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

Claims (11)

  1. 　複数のバッテリが並列に接続される、高電位側及び低電位側の配線と、
    　前記配線に対する前記複数のバッテリの断続を個別に切り替える複数のスイッチング手段と、
    　前記複数のスイッチング手段を制御する制御手段と、
    を備えた電源装置であって、
    　前記制御手段は、
    　単位時間内で、前記複数のバッテリのうち前記配線に接続する一のバッテリを、順次切り替える接続切替制御を実行する、
    ことを特徴とする電源装置。
  2. 　請求項１に記載の電源装置であって、
    　前記接続切替制御では、前記配線に対する各バッテリの、前記単位時間内での接続時間を変更可能である、
    ことを特徴とする電源装置。
  3. 　請求項１に記載の電源装置であって、
    　前記配線の出力電圧を検知する検知手段を備え、
    　前記制御手段は、
    　前記接続切替制御において、前記検知手段の検知結果に基づいて、前記配線に対する各バッテリの、前記単位時間内での接続時間を変更する、
    ことを特徴とする電源装置。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　前記制御手段は、前記複数のバッテリの各出力能力情報に基づいて、前記接続切替制御を実行するか否かを判定する、
    ことを特徴とする電源装置。
  5. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　前記制御手段は、前記複数のバッテリ間の出力電圧差が所定値を超える場合に、前記接続切替制御を実行する、
    ことを特徴とする電源装置。
  6. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　前記制御手段は、前記複数のバッテリ間の出力電圧差が所定値以下であることを条件として、前記複数のバッテリを同時に前記配線に接続する制御を実行する、
    ことを特徴とする電源装置。
  7. 　請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　前記配線の出力電圧を平滑化する平滑化回路を備える、
    ことを特徴とする電源装置。
  8. 　請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　前記複数のバッテリは、それぞれ、マネジメントシステムを備えたモバイルバッテリパックであり、
    　前記制御手段は、前記マネジメントシステムと通信可能である、
    ことを特徴とする電源装置。
  9. 　請求項８に記載の電源装置であって、
    　前記マネジメントシステムは、前記バッテリの放電電力の上限を制御する、
    ことを特徴とする電源装置。
  10. 　請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　前記配線の出力電圧を、交流電圧に変換するインバータを備える、
    ことを特徴とする電源装置。
  11. 　請求項１に記載の電源装置であって、
    　前記複数のバッテリの少なくとも一つは、着脱型のバッテリである、
    ことを特徴とする電源装置。
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