WO2023166683A1

WO2023166683A1 - エンジン発電機を含む電源システム

Info

Publication number: WO2023166683A1
Application number: PCT/JP2022/009220
Authority: WO
Inventors: 健次柴田; 泰弘中田; 貴行榎本
Original assignee: 本田技研工業株式会社
Priority date: 2022-03-03
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2023-09-07

Abstract

電源システムのバックアップ電源として設けられるエンジン発電機を、エンジンが停止している際にも有効に活用すること。制御回路は、発電モードにおいて、スイッチを制御して発電装置をエンジン発電機から切り離し、複数のスイッチ素子を制御することで整流回路により交流を整流させる。制御回路は、コンバータモードにおいて、スイッチを制御して発電装置をエンジン発電機に接続し、発電装置から供給される電圧を昇圧する昇圧期間において、発電装置から供給されるエネルギーを巻線に蓄積し、放出期間において、当該巻線に蓄積されたエネルギーを放出するよう、複数のスイッチ素子を制御する。

Description

エンジン発電機を含む電源システム

　本発明は、エンジン発電機を含む電源システムに関する。

　持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）を達成する一手法として、自動車の電動化が存在する。特許文献１によれば、商用交流電源からプラグインハイブリッド車両のバッテリを充電するための交流充電器が提案されている。特許文献２によれば、電動車両のバッテリを充電する直流充電器が提案されている。

特開２００７－０６８３６２号公報特開２０２１－０３５２０２号公報

　ところで、脱炭素化に向けた社会を実現するためには、再生可能エネルギーを利用したオフグリッドシステムが必要となる。たとえば、太陽光発電、風力発電および蓄電池等を組み合わせたオフグリッドシステムは、再生可能エネルギーを有効活用できるであろう。その一方で、太陽光発電および風力発電の出力は天候に左右されることや、蓄電池の残容量が低下し出力が不安定になることがある。よって、再生可能エネルギーが使用できない場合には、バックアップ電源としてエンジン発電機が有効であろう。しかし、バックアップ電源としてのエンジン発電機は極めて稀にしか使用されないため、エンジン発電機の稼働率が低いという課題がある。そこで、本発明は、電源システムのバックアップ電源として設けられるエンジン発電機を、エンジンが停止している際にも有効に活用することを目的とする。

　本発明によれば、たとえば、
　電源システムであって、
　再生可能エネルギーにより発電する発電装置と、
　エンジン発電機と、
　前記発電装置と前記エンジン発電機とを接続するスイッチと、
　前記スイッチを制御する制御回路と、を有し、
　前記エンジン発電機は、
　　　巻線を含む発電機と、
　　　前記発電機を駆動するエンジンと、
　　　前記発電機に接続され、前記巻線に生じる交流を整流する複数のスイッチ素子を有する整流回路と、
　　　前記整流回路から出力される脈流を平滑する平滑回路と、を有し、
　前記制御回路は、
　　　前記エンジン発電機の前記発電機が前記エンジンにより駆動されて発電する発電モードにおいて、前記スイッチを制御して前記発電装置を前記エンジン発電機から切り離し、前記複数のスイッチ素子を制御することで前記整流回路により前記交流を整流させ、
　　　前記エンジン発電機の前記発電機が発電しないコンバータモードにおいて、前記スイッチを制御して前記発電装置を前記エンジン発電機に接続し、前記発電装置から供給される電圧を昇圧する昇圧期間において、前記発電装置から供給されるエネルギーを前記巻線に蓄積し、放出期間において、当該巻線に蓄積されたエネルギーを前記平滑回路へ放出するよう、前記複数のスイッチ素子を制御する、電源システムが提供される。

　本発明によれば、電源システムのバックアップ電源として設けられるエンジン発電機を、エンジンが停止している際にも有効に活用することが可能となる。

電源システムを説明する図エンジン発電機を説明する図電源システムを説明する図昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータを説明する図昇圧チョッパ回路を説明する図昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータを説明する図電源システムを説明する図昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータを説明する図昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータを説明する図

　以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、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。

　＜電源システム＞
　図１は電源システム１００の一例を示している。電源システム１００は、たとえば、商用交流電源から切り離されたオフグリッドシステムである。ただし、電源システム１００は、商用交流電源に接続された、または、接続可能な電源システムであってもよい。

　太陽光発電システム１０１は、再生可能エネルギーを利用した発電システムの一例である。太陽光発電システム１０１は、風力発電システム、水力発電システム、および潮力発電システムなど、再生可能エネルギーを利用する他の発電システムに置換可能である。エンジン発電機１０２は、エンジン１により発電機６を駆動して発電機６に発電させるバックアップ電源である。太陽光発電システム１０１が十分な電力を供給できる期間において、エンジン発電機１０２のエンジン１は停止している。

　昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ１０４は、太陽光発電システム１０１の出力電圧を規定電圧まで昇圧する昇圧回路である。昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ１０４は、発電機６のコイルを利用して昇圧を実行する。ＤＣは直流の略称である。

　双方向インバータ１０３は、入力される直流電圧を交流電圧に変換してＡＣ入出力端子１１０へ出力したり、ＡＣ入出力端子１１０から入力される交流電圧を直流電圧に変換して出力したりする変換回路である。入力される直流電圧は、たとえば、エンジン発電機１０２、昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ１０４、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５、または、Ｖ２Ｈ充電器１０７から供給される直流電圧である。双方向インバータ１０３から出力される直流電圧は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５、または、Ｖ２Ｈ充電器１０７へ供給される。Ｖ２Ｈはヴィークルツーホーム／ホームツーヴィークルの略称である。なお、Ｖ２Ｈ充電器１０７は、ヴィークルからホームへ放電する放電機能も有する、いわゆる双方向ＤＣ－ＤＣコンバータであってもよい。

　双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５は、双方向インバータ１０３またはＶ２Ｈ充電器１０７から供給される直流電圧を規定の直流電圧に変換して蓄電システム１０６を充電する。また、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５は、蓄電システム１０６から供給される直流電圧を規定の直流電圧に変換して、双方向インバータ１０３またはＶ２Ｈ充電器１０７へ供給する。

　蓄電システム１０６は、一つ以上のバッテリを有している。蓄電システム１０６は、主に太陽光発電システム１０１により生成された電力を蓄電するが、ＡＣ入出力端子１１０から双方向インバータ１０３および双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５を介して供給される直流電圧を蓄電することもある。蓄電システム１０６は、エンジン発電機１０２から双方向インバータ１０３および双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５を介して供給される直流電圧を蓄電することもある。さらに、蓄電システム１０６は、電動車両１０８からＶ２Ｈ充電器１０７および双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５を介して供給される直流電圧を蓄電することもある。

　電動車両１０８は、プラグインハイブリッド車両（ＰＨｅＶ）および燃料電池自動車（ＦＣＶ）など、外部に電力を供給可能な車両である。

　＜エンジンシステム＞
　図２はエンジン発電機１０２を示す概略図である。エンジン１は４ストローク式の内燃エンジンである。エンジン１は、燃料として水素を使用する水素エンジンであってもよい。クランクケース２にはクランクシャフト１９が収容されている。クランクシャフト１９が回転することでコンロッド３に連結されたピストン４をシリンダ内で上下運動させる。クランクシャフト１９にはエンジン１を始動するためのリコイルスターター５が連結されている。リコイル操作者はリコイルスターター５の把手を掴んで引っ張ることでクランクシャフト１９を回転させる。なお、リコイルスターター５に代えてバッテリから電力を供給されて回転するセルモータが始動装置として採用されてもよい。クランクシャフト１９には発電機６が連結されており、クランクシャフト１９が回転することで発電機６のローターが回転して発電する。クランクシャフト１９のクランク角はクランク角センサ７によって検知される。クランク角センサ７は、たとえば、クランクシャフト１９に連結されたフライホイールに設けられたマグネットの磁気を検知するホール素子などであってもよい。電源回路８は発電機６により生成された交流を、一定周波数の交流に変換するインバータや、交流を直流に変換する回路、直流電圧のレベルを変換する回路などを有している。またで、電源回路８は、制御部９ａに電力を供給するバッテリを有してもよい。これにより、電源回路８は発電機６により生成された電力を制御部９ａに供給する。なお、リコイルスターター５によってクランクシャフト１９が回転すると、発電機６は制御部９ａが動作するのに十分な電力を発生する。制御部９ａはエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）であり、電源回路８から点火装置１１、燃料ポンプ１４、インジェクタ１５およびスロットルモータ１６などに供給する電力を制御する。点火装置１１は、点火プラグ１２に火花放電させるための点火電力を供給する。燃料タンク１３は燃料を収容する容器である。燃料ポンプ１４は燃料タンク１３に収容されている燃料をインジェクタ１５に供給するポンプである。図１において燃料ポンプ１４は燃料タンク内に設けられている。スロットルモータ１６は吸気経路５０を介してシリンダに流入する空気の流入量を制御するためのモータである。吸気バルブ１７はクランクシャフト１９の回転運動を上下運動に変換するカム等によって開閉するバルブである。吸気バルブ１７は吸気行程において開き、圧縮行程、膨張行程および排気行程では基本的に閉じている。排気バルブ１８はクランクシャフト１９の回転運動を上下運動に変換するカム等によって開閉するバルブである。排気バルブ１８は排気行程において開き、圧縮行程、膨張行程および吸気行程においては基本的に閉じている。排気から吸気への遷移をスムーズにするために、吸気バルブ１７と排気バルブ１８とが同時に開く期間が設けられてもよい（オーバーラップ）。ＣＯセンサ４１はシリンダから排気経路５１へ排出された排気ガス中における一酸化炭素（ＣＯ）濃度を検知するセンサである。

　＜昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータの詳細＞
　図３はエンジン発電機１０２に対する太陽光発電システム１０１の接続例を示している。この例では、太陽光発電システム１０１は、単一の太陽光発電装置ＰＶａを有している。太陽光発電装置ＰＶａに生成された直流電圧は発電機６の三相巻線の一つに対して接続される。また、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５は複数のＤＣ－ＤＣコンバータ３０３ａ、３０２ｂを有してもよい。また、蓄電システム１０６は、複数のバッテリ３０２ａ、３０２ｂを有している。ＤＣ－ＤＣコンバータ３０３ａは、バッテリ３０２ａに接続されており、バッテリ３０２ａから供給される直流電圧を規定の直流電圧に変換したり（放電モード）、発電機６または双方向インバータ１０３から供給される直流電圧を規定の直流電圧に変換してバッテリ３０２ａへ供給したりする（充電モード）。ＤＣ－ＤＣコンバータ３０３ｂは、バッテリ３０２ｂに接続されており、バッテリ３０２ｂから供給される直流電圧を規定の直流電圧に変換したり（放電モード）、発電機６または双方向インバータ１０３から供給される直流電圧を規定の直流電圧に変換してバッテリ３０２ｂへ供給したりする（充電モード）。ここでは、二組のバッテリとＤＣ－ＤＣコンバータとが図示されているが、これは一例にすぎない。バッテリとＤＣ－ＤＣコンバータの組の個数は１組であってもよいし、３組以上であってもよい。

　図４は昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ１０４の詳細を示している。発電機６は、三相交流発電機であり、Ｕ相の巻線ＬＵ、Ｖ相の巻線ＬＶ、Ｗ相の巻線ＬＷを有している。また、発電機６には整流回路３００が接続されており、発電機６により生成された交流が脈流に変換される。整流回路３００は、６個のＦＥＴＱ１～ＦＥＴＱ６をブリッジ接続したブリッジ回路を有している。つまり、整流回路３００は、同期整流回路として機能する。ＦＥＴは電界効果トランジスタの略称である。ＦＥＴＱ１～ＦＥＴＱ６は、たとえば、ＭＯＳ（金属酸化膜半導体）タイプのＦＥＴであるが、他のタイプのスイッチ素子が採用されてもよい。ＦＥＴＱ１のドレイン端子、ＦＥＴＱ２のドレイン端子、およびＦＥＴＱ３のドレイン端子は、コンデンサＣ１の一端に接続されている。ＦＥＴＱ１のソース端子は、巻線ＬＵの一端とＦＥＴＱ４のドレイン端子に接続されている。ＦＥＴＱ４のソース端子は、コンデンサＣ１の他端と太陽光発電装置ＰＶａに接続されている。ＦＥＴＱ２のソース端子は、巻線ＬＶの一端とＦＥＴＱ５のドレイン端子に接続されている。ＦＥＴＱ５のソース端子は、コンデンサＣ１の他端と太陽光発電装置ＰＶａに接続されている。ＦＥＴＱ３のソース端子は、巻線ＬＷの一端とＦＥＴＱ６のドレイン端子に接続されている。ＦＥＴＱ６のソース端子は、コンデンサＣ１の他端と太陽光発電装置ＰＶａに接続されている。ＦＥＴＱ１～ＦＥＴＱ６のゲート端子には、ＣＰＵ３０５から制御信号が印加される。これにより、ＦＥＴＱ１～ＦＥＴＱ６がオン／オフし、巻線ＬＵ、巻線ＬＶ、巻線ＬＷに生じた電流が順番に整流されて脈流となる。脈流は平滑回路３０１のコンデンサＣ１を充電する。つまり、コンデンサＣ１によって脈流が直流へ変換される。

　双方向インバータ１０３のインバータ回路は、四個のＦＥＴＱ７～ＦＥＴＱ１０により構成されている。ＦＥＴＱ７のドレイン端子とＦＥＴＱ８のドレイン端子とがコンデンサＣ１の一端に接続されている。ＦＥＴＱ７のソース端子とＦＥＴＱ９のドレイン端子とがラインフィルタ３１０に接続されている。ＦＥＴＱ８のソース端子とＦＥＴＱ１０のドレイン端子とがラインフィルタ３１０に接続されている。ＦＥＴＱ９のソース端子とＦＥＴＱ１０のソース端子とがコンデンサＣ１の他端に接続されている。ＦＥＴＱ７～ＦＥＴＱ１０のゲート端子には、ＣＰＵ３０５から制御信号が印加される。これにより、ＦＥＴＱ７～ＦＥＴＱ１０がオン／オフし、コンデンサＣ１の両端電圧が交流電圧に変換される。なお、双方向インバータ１０３の後段にはラインフィルタ３１０が設けられてもよい。ラインフィルタ３１０が交流電圧に含まれる不要な高周波成分をカットする。

　ＣＰＵ３０５は、制御部９ａに搭載されており、メモリ３０６のＲＯＭ領域に記憶された制御プログラムにしたがって、エンジン発電機１０２を制御する。ＲＯＭはリードオンリーメモリの略称であり、不揮発性記憶デバイスである。なお、メモリ３０６は、揮発性記憶デバイスとして、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）も有している。エンジン１か稼働し、発電機６が発電している場合、ＣＰＵ３０５は、スイッチＳＷをオフにする。

　一方で、ＣＰＵ３０５は、エンジン１が停止している期間において、スイッチＳＷをオンにし、太陽光発電装置ＰＶａから供給される直流電圧を巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷの中点に印加する。一例として、巻線ＬＵをチョッパ型昇圧回路のインダクタとして使用されると仮定する。

　図５は、巻線ＬＵを利用したチョッパ型昇圧回路の一例である。巻線ＬＵの一端はスイッチＳＷを介して太陽光発電装置ＰＶａに接続されている。巻線ＬＵの他端はＦＥＴＱ４のドレイン端子に接続されている。なお、ＦＥＴＱ１～ＦＥＴＱ６には寄生ダイオードが存在する。ここでは、ＦＥＴＱ１の寄生ダイオードをダイオードＤ１と称す。ＦＥＴＱ４がオンの場合、太陽光発電装置ＰＶａから巻線ＬＵに電流が流れ、さらに、電流は、巻線ＬＵからＦＥＴＱ４のドレイン端子に流入し、ソース端子から流出し、太陽光発電装置ＰＶａに戻る。これにより、巻線ＬＵにエネルギーが蓄えられる。ＦＥＴＱ４がオフになると、巻線ＬＵに蓄積されたエネルギーによって電流が発生し、ダイオードＤ１を通過してコンデンサＣ１を充電する。ＦＥＴＱ４がオンオフを繰り返すことで、入力電圧よりも高い出力電圧が生成される。ＦＥＴＱ４のスイッチング周期Ｔ、ＦＥＴＱ４がオンになっている期間Ｔｏｎと、ＦＥＴＱ４がオフになっている期間Ｔｏｆｆとから、昇圧比Ｅが定義される（Ｅ＝Ｔ／Ｔｏｆｆ。ここでＴ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ。）。つまり、ＣＰＵ３０５がオン期間Ｔｏｎを制御することで、任意の出力電圧が生成可能となる。たとえば、昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ１０４の出力電圧が双方向インバータ１０３の入力電圧として要求される条件を満たすように、ＣＰＵ３０５は、オン期間Ｔｏｎを設定する。

　ところで、太陽光発電装置ＰＶａの出力電圧は天候に応じて変化する。そこで、ＣＰＵ３０５は、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１を検知し、両端電圧Ｖｃ１に応じてオン期間Ｔｏｎを可変させることで、昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ１０４の出力電圧を一定に制御する。

　この例では、巻線ＬＵと、ＦＥＴＱ１の寄生ダイオード（ダイオードＤ１）と、ＦＥＴＱ４と、コンデンサＣ１とによりチョッパ型昇圧回路が形成されているがこれは一例にすぎない。図４からわかるように、巻線ＬＶと、ＦＥＴＱ２の寄生ダイオードと、ＦＥＴＱ５と、コンデンサＣ１とによりチョッパ型昇圧回路が形成されてもよい。同様に、巻線ＬＷと、ＦＥＴＱ３の寄生ダイオードと、ＦＥＴＱ６と、コンデンサＣ１とによりチョッパ型昇圧回路が形成されてもよい。

　ＣＰＵ３０５は、予め定められた一つの巻線を利用してチョッパ型昇圧回路（昇圧チョッパ回路）を実現してもよいし、二つ以上の巻線を利用してチョッパ型昇圧回路を実現してもよい。たとえば、巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷが順番にチョッパ型昇圧回路として利用されてもよいし、巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷが同時並行的にチョッパ型昇圧回路として利用されてもよい。

　図６は、図４に示された昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ１０４の変形例を示している。発電機６の設計上の制約から巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷの中点にスイッチＳＷの一端を接続できないことがある。この場合、図６に示された回路構成が有用である。すなわち、スイッチＳＷとして一回路二接点スイッチが採用されている。巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷをチョッパ型昇圧回路のインダクタとして利用する場合、ＣＰＵ３０５は、巻線ＬＶの一端と、太陽光発電装置Ｐｖａとを接続するように、スイッチＳＷを制御する。つまり、スイッチＳＷのａ接点が閉じられる。一方で、巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷをチョッパ型昇圧回路のインダクタとして利用しない場合（つまり、エンジン１の動作時）、ＣＰＵ３０５は、巻線ＬＶの一端を、ＦＥＴＱ６とＦＥＴＱ３との中点に対して接続するよう、スイッチＳＷを制御する。つまり、スイッチＳＷのｂ接点が閉じられる。

　図６から明らかなように、巻線ＬＷ、ＬＵと、ＦＥＴＱ１の寄生ダイオードと、ＦＥＴＱ４と、コンデンサＣ１とによりチョッパ型昇圧回路が形成される。また、巻線ＬＷ、ＬＶと、ＦＥＴＱ２の寄生ダイオードと、ＦＥＴＱ５と、コンデンサＣ１とによりチョッパ型昇圧回路が形成される。

　＜複数の太陽光発電装置に発電機６が接続されるケース＞
　図７は３つの太陽光発電装置ＰＶａ、ＰＶｂ、ＰＶｃに発電機６が接続されるケースを示している。つまり、太陽光発電システム１０１は、それぞれ独立した３つの太陽光発電装置ＰＶａ、ＰＶｂ、ＰＶｃを有している。太陽光発電装置ＰＶａ、ＰＶｂ、ＰＶｃは、３つの巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷのいずれかを使用するチョッパ型昇圧回路に接続される。

　図８は昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ１０４の変形例を示している。巻線ＬＵの一端には一回路二接点タイプのスイッチＳＷａが接続されている。スイッチＳＷａのａ接点には太陽光発電装置ＰＶａが接続されている。スイッチＳＷａのｂ接点には巻線ＬＶの一端が接続されている。巻線ＬＶの一端には、一回路二接点タイプのスイッチＳＷｂも接続されている。スイッチＳＷｂのａ接点には太陽光発電装置ＰＶｂが接続されている。スイッチＳＷｂのｂ接点には巻線ＬＷの一端が接続されている。巻線ＬＷの一端には一回路一接点タイプのスイッチＳＷｃも接続されている。スイッチＳＷｃは太陽光発電装置ＰＶｃと巻線ＬＷとの間に接続されている。

　発電機６がエンジン１により駆動されて発電する発電モードにある場合、ＣＰＵ３０５は、スイッチＳＷａ、ＳＷｂをそれぞれ接点ｂに切り替え、スイッチＳＷｃをオフに切り替える。これにより、巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷが発電機６の三相巻線として機能する。なお、太陽光発電装置ＰＶａ、ＰＶｂ、ＰＶｃは昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ１０４から切り離される。

　エンジン１が停止している場合（コンバータモード）、ＣＰＵ３０５は、スイッチＳＷａ、ＳＷｂをそれぞれ接点ａに切り替え、スイッチＳＷｃをオンに切り替える。これにより、太陽光発電装置ＰＶａ、ＰＶｂ、ＰＶｃがそれぞれ対応す巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷに接続される。巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷは、図５に示されたチョッパ型昇圧回路のコイルとして機能する。

　図８が示すように、ＦＥＴＱ１のドレインにはスイッチ回路８００のＦＥＴＱ１１のソースが接続されている。ＦＥＴＱ２のドレインにはスイッチ回路８００のＦＥＴＱ１２のソースが接続されている。ＦＥＴＱ３のドレインにはスイッチ回路８００のＦＥＴＱ１３のソースが接続されている。ＦＥＴＱ１１のドレイン、ＦＥＴＱ１２のドレインおよびＦＥＴＱ１３のドレインはともにコンデンサＣ１の一端に接続されている。発電モードにおいて、ＣＰＵ３０５は、ＦＥＴＱ１１のゲート、ＦＥＴＱ１２のゲートおよびＦＥＴＱ１３のゲートに対して制御信号を出力し、ＦＥＴＱ１１、Ｑ１２、Ｑ１３をそれぞれオンに切り替える。コンバータモードにおいて、ＣＰＵ３０５は、ＦＥＴＱ１１、Ｑ１２、Ｑ１３をそれぞれオフに切り替え、ＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３をそれぞれオンに維持する。コンバータモードにおける昇圧期間において、ＣＰＵ３０５は、ＦＥＴＱ４、Ｑ５、Ｑ６をそれぞれオンにする。これにより、巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷは、それぞれ対応する太陽光発電装置ＰＶａ、ＰＶｂ、ＰＶｃから電流が流れ、エネルギーを蓄積する。コンバータモードにおける解放期間において、ＣＰＵ３０５は、ＦＥＴＱ４、Ｑ５、Ｑ６をそれぞれオフにする。これにより、巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷは、それぞれエネルギーを解放し、それぞれ対応するＦＥＴＱ１１の寄生ダイオード、ＦＥＴＱ１１の寄生ダイオード、ＦＥＴＱ１２の寄生ダイオード、ＦＥＴＱ１３の寄生ダイオードに電流を流す。つまり、ＦＥＴＱ１１の寄生ダイオード、ＦＥＴＱ１１の寄生ダイオード、ＦＥＴＱ１２の寄生ダイオード、ＦＥＴＱ１３の寄生ダイオードは、図５に示されたチョッパ型昇圧回路のダイオードＤ１として機能する。

　コンバータモードにおいて、太陽光発電装置ＰＶａ、ＰＶｂ、Ｐｖｃの各昇圧電圧Ｖｃ１ａ、Ｖｃ１ｂ、Ｖｃ１ｃにばらつきが生じることがある。この場合、ＣＰＵ３０５は、昇圧電圧Ｖｃ１ａ、Ｖｃ１ｂ、Ｖｃ１ｃを検出し、昇圧電圧Ｖｃ１ａ、Ｖｃ１ｂ、Ｖｃ１ｃがそれぞれ目標電圧に等しくなるように、それぞれの昇圧比Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃを制御する。昇圧電圧Ｖｃ１ａ、Ｖｃ１ｂ、Ｖｃ１ｃの各昇圧比Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃは、それぞれ対応するＦＥＴＱ４、Ｑ５、Ｑ６のオン期間とオフ期間の比を制御することで、設定可能である。ＣＰＵ３０５は、昇圧電圧Ｖｃ１ａ、Ｖｃ１ｂ、Ｖｃ１ｃがそれぞれ目標電圧に等しくなるように、ＦＥＴＱ４、Ｑ５、Ｑ６のオン期間とオフ期間の比を制御する。

　図９が示すように、二つの太陽光発電装置ＰＶａ、ＰＶｂに対して実施形態に係る技術思想が適用されてもよい。この場合、図８に示された太陽光発電装置ＰＶｃが無いため、スイッチＳＷｃとＦＥＴＱ１３が不要となる。図９における回路動作は、図８の回路動作と基本的に同じである。

　＜実施例から導き出される技術思想＞
　［観点１］
　太陽光発電装置ＰＶ、ＰＶａ～ＰＶｃ、風力発電装置および水力発電装置などは、再生可能エネルギーにより発電する発電装置の一例である。参照符号に付与される小文字のアルファベットは省略されることがある。

　エンジン発電機１０２は、エンジン発電機の一例である。エンジン発電機は、基本的には、人間が登場して人間が操縦する車両ではなく、人間が登場できないエンジン発電機である。たとえば、エンジン発電機は、人間の手により掴まれる把持部を有し、人間により搬送可能であってもよい。スイッチＳＷ、ＳＷａ～ＳＷｃは、発電装置とエンジン発電機１０２とを接続するスイッチの一例である。ＣＰＵ３０５は、スイッチを制御する制御回路の一例である。ＣＰＵ３０５はプロセッサ、プロセッシング回路、または、中央演算処理装置と呼ばれてもよい。制御回路は、ＡＳＩＣ（特定用途集積回路）またはＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）などにより実装されてもよい。

　発電機６は、巻線（例：巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷ）を含む発電機の一例である。発電機６はオルタネータと呼ばれてもよい。エンジン１は、発電機６を駆動するエンジンの一例である。整流回路３００は、発電機６に接続され、巻線に生じる交流を整流する複数のスイッチ素子（例：ＦＥＴＱ１～ＦＥＴＱ６）を有する整流回路の一例である。平滑回路３０１は、整流回路３００から出力される脈流を平滑する平滑回路の一例である。

　制御回路は、エンジン発電機１０２の発電機６がエンジンにより駆動されて発電する発電モードを有している。制御回路は、発電モードにおいて、スイッチＳＷを制御して発電装置をエンジン発電機１０２から切り離す。さらに、制御回路は、複数のスイッチ素子を制御することで整流回路３００により交流を整流させる。

　制御回路は、エンジン発電機１０２の発電機６が発電しないコンバータモードを有している。制御回路は、コンバータモードにおいて、スイッチＳＷを制御して発電装置をエンジン発電機１０２に接続する。コンバータモードは、発電装置から供給される電圧を昇圧する昇圧期間と、当該巻線に蓄積されたエネルギーを放出する放出期間とを含む。制御回路は、昇圧期間において、発電装置から供給されるエネルギーを巻線に蓄積するよう、複数のスイッチ素子を制御する。制御回路は、放出期間において、当該巻線に蓄積されたエネルギーを平滑回路３０１へ放出するよう、複数のスイッチ素子を制御する。このように、本実施例によれば、電源システムのバックアップ電源として設けられるエンジン発電機１０２を、エンジン１が停止している際にも有効に活用することが可能となる。たとえば、発電機６の巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷを昇圧回路の一部として流用することが可能となる。その結果、太陽光発電装置ＰＶなどの発電装置に対して専用に設けられていた昇圧型のＤＣ－ＤＣコンバータが省略可能となる。

　［観点２］
　図５が例示するように、コンバータモードにおいて、巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷと、平滑回路３０１のコンデンサＣ１と、複数のスイッチ素子のうちの少なくとも二つのスイッチ素子（例：ＦＥＴＱ１、ＦＥＴＱ４）とがチョッパ型の昇圧回路を形成する。つまり、巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷは、チョッパ型の昇圧回路のインダクタとして流用される。

　［観点３］
　制御回路は、少なくとも二つのスイッチ素子のうち第一スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ４）がオンとなる期間とオフとなる期間とを制御することで、昇圧回路の昇圧比Ｅを制御する。これにより、任意の昇圧比Ｅを実現することが可能となる。たとえば、後段のインバータ１０３の入力として要求される電圧レベルを達成できるように、昇圧電圧を調整することが可能となる。

　［観点４］
　制御回路は、コンバータモードにおいて、少なくとも二つのスイッチ素子のうち、第一スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ４）に接続された第二スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ１）をオフに維持する。さらに、制御回路は、放出期間において第二スイッチ素子の寄生ダイオードＤ１を介して巻線からエネルギーを放出させる。このように、昇圧回路を形成するダイオードとして第二スイッチ素子の寄生ダイオードＤ１が流用されてもよい。ただし、寄生ダイオードＤ１に代えて、スイッチ素子のドレインとソースとに接続された独立したダイオードが採用されてもよい。

　［観点５］
　図４などが例示するように、スイッチＳＷは、発電機６に設けられた三つの巻線の中点に接続されてもよい。なお、発電機６は三相交流発電機と呼ばれてもよい。

　［観点６］
　図６が例示するように、昇圧回路の巻線は、発電機６に設けられた三つの巻線のうちの第一巻線（例：ＬＷ）および第二巻線（例：ＬＵ、ＬＶ）であってもよい。第一巻線の一端と第二巻線の一端とが中点に接続されている。第二巻線の他端が整流回路３００に接続されている。スイッチＳＷは、第一巻線の他端を発電装置に接続する第一状態と、第一巻線の他端を整流回路３００に接続する第二状態とを有する。制御回路は、発電モードにおいて、スイッチＳＷを第二状態に制御する。制御回路は、コンバータモードにおいて、スイッチＳＷを第一状態に制御する。コンバータモードにおいて、第一巻線および第二巻線がチョッパ型の昇圧回路におけるインダクタとして機能する。

　［観点７］
　太陽光発電装置ＰＶａ、ＰＶｂ、ＰＶｃは、再生可能エネルギーにより発電する第一発電装置、第二発電装置および第三発電装置の一例である。スイッチＳＷａは、第一発電装置とエンジン発電機とを接続する第一スイッチの一例である。スイッチＳＷｂは、第二発電装置とエンジン発電機とを接続する第二スイッチの一例である。スイッチＳＷｃは、第三発電装置とエンジン発電機とを接続する第三スイッチの一例である。ＣＰＵ３０５は、第一スイッチ、第二スイッチおよび第三スイッチを制御する制御回路の一例である。

　巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷを有する発電機６は、第一巻線、第二巻線および第三巻線を含む発電機の一例である。エンジン１は、発電機６を駆動するエンジンの一例である。整流回路３００は、発電機に接続され、第一巻線、第二巻線および第三巻線にそれぞれ生じる交流を整流する複数のスイッチ素子を有する整流回路の一例である。

　制御回路は、発電モードにおいて、第一スイッチ、第二スイッチおよび第三スイッチを制御して第一発電装置、第二発電装置および第三発電装置をエンジン発電機から切り離し、複数のスイッチ素子を制御することで整流回路により交流を整流させる。

　制御回路は、コンバータモードにおいて、第一スイッチ、第二スイッチおよび第三スイッチを制御して第一発電装置、第二発電装置および第三発電装置をエンジン発電機に接続する。さらに、制御回路は、第一発電装置、第二発電装置および第三発電装置から供給される電圧を昇圧する昇圧期間において、第一発電装置、第二発電装置および第三発電装置から供給されるエネルギーをそれぞれ対応する第一巻線、第二巻線および第三巻線に蓄積する。制御回路は、放出期間において、当該第一巻線、当該第二巻線および第三巻線にそれぞれ蓄積されたエネルギーを平滑回路へ放出するよう、複数のスイッチ素子を制御する。

　［観点８］
　第一スイッチは、コンバータモードにおいて、第一発電装置と第一巻線を接続し、発電モードにおいて、第一発電装置と第一巻線を切り離し、第一巻線を中点に接続する。第二スイッチは、コンバータモードにおいて、第二発電装置と第二巻線を接続し、発電モードにおいて、第二発電装置と第二巻線を切り離し、第二巻線を中点に接続する。第三スイッチは、コンバータモードにおいて、第三発電装置と第三巻線を接続し、発電モードにおいて、第三発電装置と第三巻線を切り離し、第三巻線を中点に接続する。

　［観点９］
　コンバータモードにおいて、第一巻線と、平滑回路のコンデンサと、複数のスイッチ素子のうち第一スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ４）および第二スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ１、ＦＥＴＱ１１）とが、第一発電装置に対するチョッパ型の昇圧回路を形成する。第二巻線と、平滑回路のコンデンサと、複数のスイッチ素子のうち第三スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ５）および第四スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ２、ＦＥＴＱ１２）とが、第二発電装置に対するチョッパ型の昇圧回路を形成する。第三巻線と、平滑回路のコンデンサと、複数のスイッチ素子のうち第五スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ６）および第六スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ３、ＦＥＴＱ１３）とが、第三発電装置に対するチョッパ型の昇圧回路を形成する。

　［観点１０］
　制御回路は、第二スイッチ素子に接続された第一スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ４）がオンとなる期間とオフとなる期間とを制御することで、第一発電装置に対するチョッパ型の昇圧回路の昇圧比を制御する。制御回路は、第四スイッチ素子に接続された第三スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ５）がオンとなる期間とオフとなる期間とを制御することで、第二発電装置に対するチョッパ型の昇圧回路の昇圧比を制御する。制御回路は、第六スイッチ素子に接続された第五スイッチ素子（例：ＦＥＴＱ６）がオンとなる期間とオフとなる期間とを制御することで、第三発電装置に対するチョッパ型の昇圧回路の昇圧比を制御する、電源システム。

　［観点１１］
　ＦＥＴＱ１１は、第二スイッチ素子とコンデンサとの間に接続された第七スイッチ素子の一例である。ＦＥＴＱ１２は、第四スイッチ素子とコンデンサとの間に接続された第八スイッチ素子の一例である。ＦＥＴＱ１３は、第六スイッチ素子とコンデンサとの間に接続された第九スイッチ素子の一例である。制御回路は、コンバータモードにおける昇圧期間において第一スイッチ素子をオンにし、第七スイッチ素子をオフに維持する。制御回路は、放出期間において、第一スイッチ素子をオフにし、第七スイッチ素子の寄生ダイオードを介して第一巻線からエネルギーを放出させる。制御回路は、コンバータモードにおける昇圧期間において第三スイッチ素子をオンにし、第八スイッチ素子をオフに維持する。制御回路は、放出期間において、第三スイッチ素子をオフにし、第八スイッチ素子の寄生ダイオードを介して第二巻線からエネルギーを放出させる。制御回路は、コンバータモードにおける昇圧期間において第五スイッチ素子をオンにし、第九スイッチ素子をオフに維持する。制御回路は、放出期間において、第五スイッチ素子をオフにし、第九スイッチ素子の寄生ダイオードを介して第三巻線からエネルギーを放出させる。

　なお、コンバータモードにおいて、ＦＥＴＱ１、ＦＥＴＱ２、ＦＥＴＱ３はオフに維持されてもよい。この場合、ＦＥＴＱ１、ＦＥＴＱ２、ＦＥＴＱ３の各寄生ダイオードと、ＦＥＴＱ１１、ＦＥＴＱ１２、ＦＥＴＱ１３の各寄生ダイオードとが直列に接続され、昇圧回路のダイオードＤ１として機能する。また、コンバータモードにおいて、ＦＥＴＱ１、ＦＥＴＱ２、ＦＥＴＱ３はオンに維持されてもよい。この場合、ＦＥＴＱ１１、ＦＥＴＱ１２、ＦＥＴＱ１３の各寄生ダイオードが、昇圧回路のダイオードＤ１として機能する。

　［観点１２］
　制御回路は、第一発電装置についての昇圧電圧と、第二発電装置についての昇圧電圧と、第三発電装置についての昇圧電圧とがそれぞれ目標電圧に等しくなるように、第一スイッチ素子のオン期間とオフ期間との比と、第三スイッチ素子のオン期間とオフ期間との比と、第五スイッチ素子のオン期間とオフ期間との比とを制御する。これにより、三つの電源装置の出力にばらつきを吸収することが可能となる。

　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。

　１００：電源システム、ＰＶ：太陽光発電装置、１０２：エンジン発電機、ＬＵ：巻線、ＳＷ：スイッチ、３０５：ＣＰＵ、６：発電機（オルタネータ）、ＦＥＴＱ１～ＦＥＴＱ６：スイッチ素子、３００：整流回路、３０１：平滑回路

Claims

　電源システムであって、
　再生可能エネルギーにより発電する発電装置と、
　エンジン発電機と、
　前記発電装置と前記エンジン発電機とを接続するスイッチと、
　前記スイッチを制御する制御回路と、を有し、
　前記エンジン発電機は、
　　　巻線を含む発電機と、
　　　前記発電機を駆動するエンジンと、
　　　前記発電機に接続され、前記巻線に生じる交流を整流する複数のスイッチ素子を有する整流回路と、
　　　前記整流回路から出力される脈流を平滑する平滑回路と、を有し、
　前記制御回路は、
　　　前記エンジン発電機の前記発電機が前記エンジンにより駆動されて発電する発電モードにおいて、前記スイッチを制御して前記発電装置を前記エンジン発電機から切り離し、前記複数のスイッチ素子を制御することで前記整流回路により前記交流を整流させ、
　　　前記エンジン発電機の前記発電機が発電しないコンバータモードにおいて、前記スイッチを制御して前記発電装置を前記エンジン発電機に接続し、前記発電装置から供給される電圧を昇圧する昇圧期間において、前記発電装置から供給されるエネルギーを前記巻線に蓄積し、放出期間において、当該巻線に蓄積されたエネルギーを前記平滑回路へ放出するよう、前記複数のスイッチ素子を制御する、電源システム。
　請求項１に記載の電源システムであって、
　前記コンバータモードにおいて、前記巻線と、前記平滑回路のコンデンサと、前記複数のスイッチ素子のうちの少なくとも二つのスイッチ素子とがチョッパ型の昇圧回路を形成する、電源システム。
　請求項２に記載の電源システムであって、
　前記制御回路は、前記少なくとも二つのスイッチ素子のうち第一スイッチ素子がオンとなる期間とオフとなる期間とを制御することで、前記昇圧回路の昇圧比を制御する、電源システム。
　請求項３に記載の電源システムであって、
　前記制御回路は、前記コンバータモードにおいて、前記少なくとも二つのスイッチ素子のうち、前記第一スイッチ素子に接続された第二スイッチ素子をオフに維持し、前記放出期間において前記第二スイッチ素子の寄生ダイオードを介して前記巻線からエネルギーを放出させる、電源システム。
　請求項１から４のいずれか一項に記載の電源システムであって、
　前記スイッチは、前記発電機に設けられた三つの巻線の中点に接続されている、電源システム。
　請求項２から４のいずれか一項に記載の電源システムであって、
　前記巻線は、前記発電機に設けられた三つの巻線のうちの第一巻線および第二巻線であり、前記第一巻線の一端と前記第二巻線の一端とが中点に接続されており、前記第二巻線の他端が前記整流回路に接続されており、
　前記スイッチは、前記第一巻線の他端を前記発電装置に接続する第一状態と、前記第一巻線の前記他端を前記整流回路に接続する第二状態とを有し、
　前記制御回路は、前記発電モードにおいて、前記スイッチを前記第二状態に制御し、前記コンバータモードにおいて、前記スイッチを第一状態に制御し、
　前記コンバータモードにおいて、前記第一巻線および前記第二巻線が前記チョッパ型の昇圧回路におけるインダクタとして機能する、電源システム。
　電源システムであって、
　再生可能エネルギーにより発電する第一発電装置、第二発電装置および第三発電装置と、
　エンジン発電機と、
　前記第一発電装置と前記エンジン発電機とを接続する第一スイッチと、
　前記第二発電装置と前記エンジン発電機とを接続する第二スイッチと、
　前記第三発電装置と前記エンジン発電機とを接続する第三スイッチと、
　前記第一スイッチ、前記第二スイッチおよび前記第三スイッチを制御する制御回路と、を有し、
　前記エンジン発電機は、
　　　第一巻線、第二巻線および第三巻線を含む発電機と、
　　　前記発電機を駆動するエンジンと、
　　　前記発電機に接続され、前記第一巻線、前記第二巻線および前記第三巻線にそれぞれ生じる交流を整流する複数のスイッチ素子を有する整流回路と、
　　　前記整流回路から出力される脈流を平滑する平滑回路と、を有し、
　前記制御回路は、
　　　前記エンジン発電機の前記発電機が前記エンジンにより駆動されて発電する発電モードにおいて、前記第一スイッチ、前記第二スイッチおよび前記第三スイッチを制御して前記第一発電装置、前記第二発電装置および前記第三発電装置を前記エンジン発電機から切り離し、前記複数のスイッチ素子を制御することで前記整流回路により前記交流を整流させ、
　　　前記エンジン発電機の前記発電機が発電しないコンバータモードにおいて、前記第一スイッチ、前記第二スイッチおよび前記第三スイッチを制御して前記第一発電装置、前記第二発電装置および前記第三発電装置を前記エンジン発電機に接続し、前記第一発電装置、前記第二発電装置および前記第三発電装置から供給される電圧を昇圧する昇圧期間において、前記第一発電装置、前記第二発電装置および前記第三発電装置から供給されるエネルギーをそれぞれ対応する前記第一巻線、前記第二巻線および前記第三巻線に蓄積し、放出期間において、当該第一巻線、当該第二巻線および前記第三巻線にそれぞれ蓄積されたエネルギーを前記平滑回路へ放出するよう、前記複数のスイッチ素子を制御する、電源システム。
　請求項７に記載の電源システムであって、
　前記第一スイッチは、前記コンバータモードにおいて、前記第一発電装置と前記第一巻線を接続し、前記発電モードにおいて、前記第一発電装置と前記第一巻線を切り離し、前記第一巻線を中点に接続し、
　前記第二スイッチは、前記コンバータモードにおいて、前記第二発電装置と前記第二巻線を接続し、前記発電モードにおいて、前記第二発電装置と前記第二巻線を切り離し、前記第二巻線を前記中点に接続し、
　前記第三スイッチは、前記コンバータモードにおいて、前記第三発電装置と前記第三巻線を接続し、前記発電モードにおいて、前記第三発電装置と前記第三巻線を切り離し、前記第三巻線を前記中点に接続する、電源システム。
　請求項７に記載の電源システムであって、
　前記コンバータモードにおいて、
　前記第一巻線と、前記平滑回路のコンデンサと、前記複数のスイッチ素子のうち第一スイッチ素子および第二スイッチ素子とが、前記第一発電装置に対するチョッパ型の昇圧回路を形成し、
　前記第二巻線と、前記平滑回路の前記コンデンサと、前記複数のスイッチ素子のうち第三スイッチ素子および第四スイッチ素子とが、前記第二発電装置に対するチョッパ型の昇圧回路を形成し、
　前記第三巻線と、前記平滑回路の前記コンデンサと、前記複数のスイッチ素子のうち第五スイッチ素子および第六スイッチ素子とが、前記第三発電装置に対するチョッパ型の昇圧回路を形成する、電源システム。
　請求項９に記載の電源システムであって、
　前記制御回路は、
　　　前記第二スイッチ素子に接続された前記第一スイッチ素子がオンとなる期間とオフとなる期間とを制御することで、前記第一発電装置に対する前記チョッパ型の昇圧回路の昇圧比を制御し、
　　　前記第四スイッチ素子に接続された前記第三スイッチ素子がオンとなる期間とオフとなる期間とを制御することで、前記第二発電装置に対する前記チョッパ型の昇圧回路の昇圧比を制御し、
　　　前記第六スイッチ素子に接続された前記第五スイッチ素子がオンとなる期間とオフとなる期間とを制御することで、前記第三発電装置に対する前記チョッパ型の昇圧回路の昇圧比を制御する、電源システム。
　請求項１０に記載の電源システムであって、
　前記第二スイッチ素子と前記コンデンサとの間に接続された第七スイッチ素子と、
　前記第四スイッチ素子と前記コンデンサとの間に接続された第八スイッチ素子と、
　前記第六スイッチ素子と前記コンデンサとの間に接続された第九スイッチ素子と、をさらに有し、
　前記制御回路は、
　　　前記コンバータモードにおける前記昇圧期間において前記第一スイッチ素子をオンにし、前記第七スイッチ素子をオフに維持し、前記放出期間において、前記第一スイッチ素子をオフにし、前記第七スイッチ素子の寄生ダイオードを介して前記第一巻線からエネルギーを放出させ、
　　　前記コンバータモードにおける前記昇圧期間において前記第三スイッチ素子をオンにし、前記第八スイッチ素子をオフに維持し、前記放出期間において、前記第三スイッチ素子をオフにし、前記第八スイッチ素子の寄生ダイオードを介して前記第二巻線からエネルギーを放出させ、
　　　前記コンバータモードにおける前記昇圧期間において前記第五スイッチ素子をオンにし、前記第九スイッチ素子をオフに維持し、前記放出期間において、前記第五スイッチ素子をオフにし、前記第九スイッチ素子の寄生ダイオードを介して前記第三巻線からエネルギーを放出させる、電源システム。
　請求項１１に記載の電源システムであって、
　前記制御回路は、前記第一発電装置についての昇圧電圧と、前記第二発電装置についての昇圧電圧と、前記第三発電装置についての昇圧電圧とがそれぞれ目標電圧に等しくなるように、前記第一スイッチ素子のオン期間とオフ期間との比と、前記第三スイッチ素子のオン期間とオフ期間との比と、前記第五スイッチ素子のオン期間とオフ期間との比とを制御する、電源システム。