(57)【要約】  出力電圧を安定させつつ、出力電力を任意に設定することが可能な電力システムを提供する。  下位電源１および２の接続端子１３および２３は外部接続端子４１に対して並列に接続されている。電圧計測部３１は、外部接続端子４１の電圧値を計測電圧値として計測する。電力変換部１２および２２は、下位電源１および２の電力供給能力のそれぞれを計測する。出力指示部３２は、計測電圧値および電力供給能力に基づいて、計測電圧値が所定の電圧範囲に含まれるように、各接続端子１３および２３に流れる電力または電流を調整する。
2013080797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源を備え、各電源の接続端子が外部接続端子に対して並列に接続された電力システムであって、
前記外部接続端子の電圧値を計測電圧値として計測する電圧計測部と、
各電源の電力供給能力のそれぞれを計測する能力計測部と、
前記計測電圧値および前記電力供給能力に基づいて、前記計測電圧値が所定の電圧範囲に含まれるように、各接続端子に流れる電力または電流を調整する調整部と、を備える電力システム。
【請求項２】
各電源は、
電力供給源と、
前記電力供給源の接続端子に流れる電力および電流の向きおよび大きさを変える電力変換部と、
前記電力供給源および前記電力変換部のいずれかを前記外部接続端子に接続する切替部と、を備え、
前記調整部は、各電源の切替部を用いて、当該電源の電力供給源の出力電圧が前記電圧範囲に含まれる場合、当該電源の電力供給源を前記外部接続端子に接続し、当該電源の電力供給源の出力電圧が前記電圧範囲に含まれない場合、当該電源の電力変換部を前記外部接続端子に接続する、請求項１に記載の電力システム。
【請求項３】
各電源は、前記外部接続端子に流れるべき総電力量または総電流量を示す総指示値と、前記総指示値に対する当該電源の接続端子に流れるべき電力量または電流量の割合を示す分担率とが通知されると、当該総指示値および分担率に応じた電力または電流を前記接続端子に流し、
前記調整部は、各電源に対して、前記総指示値および分担率を通知することで、各接続端子に流れる電力または電流を調整する、請求項１または２に記載の電力システム。
【請求項４】
各電源は、前記総指示値に前記分担率を乗算した値の電力または電流を前記接続端子に流す、請求項３に記載の電力システム。
【請求項５】
前記調整部は、各電源の電力供給能力に応じて、各電源の分担率を調整する、請求項３または４に記載の電力システム。
【請求項６】
前記調整部は、各電源のいずれかの電力供給能力が所定能力値以下になった場合、前記総指示値を大きくする、請求項３ないし５のいずれか１項に記載の電力システム。
【請求項７】
前記調整部は、前記複数の電源から、前記総指示値に応じた起動数の電源を起動し、当該起動している起動電源の接続端子に流れる電力または電流を調整する、請求項３ないし６のいずれか１項に記載の電力システム。
【請求項８】
前記調整部は、前記総指示値が大きいほど、前記起動数を増やす、請求項７に記載の電力システム。
【請求項９】
前記調整部は、前記総指示値が第一の閾値を超えると、前記起動数を増やし、前記起動数を増やしてから前記総指示値が前記第一の閾値より小さい第二の閾値を下回ると、前記起動数を減らす、請求項８に記載の電力システム。
【請求項１０】
複数の電源を備え、各電源の接続端子が外部接続端子に対して並列に接続された電力システムの制御方法であって、
前記外部接続端子の電圧値を計測電圧値として計測し、
各電源の電力供給能力のそれぞれを計測し、
前記計測電圧値および前記電力供給能力に基づいて、前記計測電圧値が所定の電圧範囲に含まれるように、各接続端子に流れる電力または電流を調整する、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並列に接続された複数の電源を備える電力システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光エネルギーや風力エネルギーなどの再生可能エネルギーを利用した発電システムが注目されている。しかしながら、このような発電システムでは、発電量が気候や環境などに大きく影響されるため、既存の送配電網や家庭などの需要家に対して、電力を安定的に供給することが難しい。このため、このような発電システムを利用しつつ、送配電網や需要家に対して電力を安定的に供給できる技術の開発が進められている。【０００３】
電力を安定的に供給するための技術としては、ソーラーパネルなどの発電装置や、その発電装置で発電された電力を蓄積する蓄電部のような電力供給源から出力される出力電力を制御する技術が提案されている。この技術では、発電装置や蓄電部の出力電力を一定にして送配電網に供給したり、需要家で必要となる電力需要量が現在の発電量を越えた場合に、その不足分の電力を蓄電部からの電力で補ったりすることで、電力を安定的に供給することが可能になる。【０００４】
上記のような電力を安定的に供給するための技術を実現するためには、電力供給源と、その電力供給源の出力電力を制御する電力変換部とを組み合わせた電源が必要となる。【０００５】
電源に備わった電力変換部としては、高電圧大電流に対応したものが望ましい。しかしながら、電力変換部内で使用される受動素子の体積やスイッチ素子の放熱効率などに限界があるため、高電圧大電流に対応した電力変換部を実現することは、困難である。【０００６】
これに対して、実現が容易な高電圧小電流に対応した電力変換部を備えた定電圧電源を並列に接続する電力システムを構築することで、高電圧大電流に対応させる方法が提案されている。【０００７】
しかしながら、定電圧電源を並列に接続した場合、それらの定電圧電源の出力電圧に微小な差が生じ、その結果、定電圧電源の間に、横流と呼ばれる理論的には無限大の電流が発生することがある。横流が発生すると、各定電圧電源の出力電流に不平衡が生じたり、各定電圧電源の出力電圧が不安定になったり、定電圧電源の寿命が短くなったりするなどの問題が生じる。【０００８】
上記の問題を解決するための方法としては、各定電圧電源の接続端子に抵抗を接続して、各定電圧電源の出力電圧を一致させる方法（特許文献１参照）や、その接続端子にダイオードを接続して横流を防止する方法が提案されている。しかしながら、このような方法では、定電圧電源の接続端子に接続する抵抗やダイオードで電力が熱に変換される熱損失が発生するため、電力を供給する供給効率が低くなる。また、各定電圧電源内の電力変換部を協調制御することで各定電圧電源の出力電圧を一致させる方法も提案されているが、この方法では、定電圧電源のうち一つでも故障すると、安定的に電力を供給することができなくなり、電力システム全体が正常に動作しなくなることがある。【０００９】
また、定電圧電源の代わりに定電流電源を並列に接続した電力システムが考えられている。この電力システムでは、定電流電源のいずれかが故障しても、他の定電流電源を用いて安定的に電力を供給することができる。しかしながら、この技術では、電力システムの出力電力が安定しないという問題がある。【００１０】
これに対して、特許文献２および３には、並列に接続された電源のうち、一つだけを定電圧電源とし、残りを定電流電源とする技術が記載されている。この技術では、定電流電源の出力電圧が定電圧電源の出力電圧と合わせ込んだ状態で、定電流電源から予め設定された大きさの出力電流が出力される。これにより、電力システムの出力電力を一定にしつつ、定電流電源のいずれかが故障しても、他の定電流電源を用いて安定的に電力を供給することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１６８１０７号公報
【特許文献２】特開２００９−２３２６７４号公報
【特許文献３】特開２００１−９５２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献２および３に記載の技術では、各定電流電源の出力電流を個別に制御することができず、定電流電源から予め設定された大きさの電流が出力されるので、出力される電流を一定値以上に保つ必要がある。このため、出力電流や出力電力を所望の値にすることができないことがある。【００１３】
なお、定電流電源の電力供給源として蓄電部が使用されている場合、各定電流電源の出力電流を個別に制御することができないため、定電流電源内の蓄電部の充電率を個別に制御できないという問題も生じる。したがって、充放電性能、充電率および劣化度などが異なる蓄電部を備えた電源を並列に接続した場合、最も性能の低い電池に電力システム全体の性能が律速されてしまい、他の蓄電部の性能を有効に活用することができないという問題もある。【００１４】
本発明は、上記のような事情を鑑みて成されたものであり、出力電圧を安定させつつ、出力電力を任意に設定することが可能な電力システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明による電力システムは、複数の電源を備え、各電源の接続端子が外部接続端子に対して並列に接続された電力システムであって、前記外部接続端子の電圧値を計測電圧値として計測する電圧計測部と、各電源の電力供給能力のそれぞれを計測する能力計測部と、前記計測電圧値および前記電力供給能力に基づいて、前記計測電圧値が所定の電圧範囲に含まれるように、各接続端子に流れる電力または電流を調整する調整部と、を備える。【００１６】
また、本発明の電力システムの制御方法は、複数の電源を備え、各電源の接続端子が外部接続端子に対して並列に接続された電力システムの制御方法であって、前記外部接続端子の電圧値を計測電圧値として計測し、各電源の電力供給能力のそれぞれを計測し、前記計測電圧値および前記電力供給能力に基づいて、前記計測電圧値が所定の電圧範囲に含まれるように、各接続端子に流れる電力または電流を調整する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、出力電圧を安定させつつ、出力電力を任意に設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態の電力システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の電力システムの動作の一例を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の電力システムの動作状態の一例を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の電力システムの動作の他の例を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の電力システムの動作状態の他の例を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の電力システムの動作の他の例を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の電力システムの動作状態の他の例を説明するための図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の電力システムの動作の他の例を説明するための図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の電力システムの動作の他の例を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の電力システムの動作の他の例を説明するための図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態の電力システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の電力システムの動作の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態の電力システムの構成を示すブロック図である。図１において、電力システムは、第一の電源１と、第二の電源２と、全体制御部３とを備える。  第一の電源１は、蓄電部１１と、電力変換部１２とを備える。
【００２１】
蓄電部１１は、入力された電力を蓄電し、その蓄電された電力を出力する電力供給源である。なお、第一の電源１は、蓄電部１１の代わりに、電力を発電し、その発電した電力を出力する発電部を備えていてもよい。
【００２２】
電力変換部１２は、蓄電部１１の充放電を制御する。より具体的には、電力変換部１２は、全体制御部３にて制御され、蓄電部１１の接続端子１１Ａに流れる電力および電流の向きおよび大きさを変えることで、電力を蓄電部１１に蓄電する充電動作または蓄電部１１から電力を出力する放電動作行う。なお、充電動作および放電動作を合わせて充放電動作と呼ぶこともある。
【００２３】
また、電力変換部１２は、蓄電部１１の蓄電量を、蓄電部１１の電力供給能力として計測し、その蓄電量を出力指示部３２に通知する。なお、蓄電部１１の代わりに発電部が使用されている場合、電力供給能力は発電部の発電量となる。
【００２４】
第二の電源２は、第一の電源１と同じ機能を有する。より具体的には、第二の電源２は、蓄電部２１と、電力変換部２２とを備え、蓄電部２１が蓄電部１１と同じ機能を有し、電力変換部２２が電力変換部１２と同じ機能を有する。
【００２５】
第一の電源１の一組の接続端子１３と第二の電源２の一組の接続端子２３は、共通接続され、一組の外部出力配線４２を介して一組の外部接続端子４１と接続される。したがって、第一の電源１および第二の電源２は、外部接続端子４１に対して並列に接続されていることになる。外部接続端子４１は、不図示の外部装置で接続可能である。外部装置は、電力システムからの電力を消費する外部負荷装置でもよいし、電力システムに電力を供給する外部電源装置でもよい。
【００２６】
なお、第一の電源１および第二の電源２は、単に電源または下位電源と呼ばれることもある。また、図１では、第一の電源１および第二の電源２という２つの下位電源を備えている電力システムが示されているが、実際には、電力システムは下位電源を複数備えていればよい。以下では、第一の電源１を下位電源１、第二の電源２を下位電源２と称する。
【００２７】
全体制御部３は、下位電源１および２を制御して、下位電源１および２を合わせて定電圧源として機能させつつ、下位電源１および２の出力電力または出力電流を個別に調整する。より具体的には、全体制御部３は、電圧計測部３１と、出力指示部３２とを備え、各部が以下の機能を有する。
【００２８】
電圧計測部３１は、外部接続端子４１の電圧値を計測電圧値として計測する。
【００２９】
出力指示部３２は、調整部の一例である。出力指示部３２は、電圧計測部３１にて計測された計測電圧値と、電力変換部１２および２２で計測された各蓄電部１１および１２の蓄電量とに基づいて、計測電圧値が所定の電圧範囲に含まれるように、各下位電源１および２の接続端子１３および２３のそれぞれに流れる電力または電流を調整する。
【００３０】
より具体的には、出力指示部３２は、情報通信路５１を介して各下位電源１および２の電力変換部１２および２２と接続されている。出力指示部３２は、計測電圧値および蓄電量に基づいて、外部接続端子４１に流れるべき総電力量または総電流量を示す総出力指示値と、総出力指示値に対する各下位電源１および２の接続端子１３および２３に流れる電力量または電流量の割合を示す出力分担率とを、各下位電源１および２の電力変換部１２および２２に指定することで、各下位電源１および２の接続端子１３および２３のそれぞれに流れる電力または電流を調整する。
【００３１】
所定の電圧範囲は、例えば、外部接続端子４１に接続される外部装置に応じて決定される電圧指令値と計測電圧値との差が所定値以下になるような範囲である。なお、電圧指令値は、外部装置から要求されてもよいし、外部接続端子４１に接続される外部装置が固定されている場合には、予め定められていてもよい。
【００３２】
図２は、電力システムの動作の一例を説明するための図である。
【００３３】
外部装置が外部接続端子４１に接続された場合、または、外部から電力システムに起動指示が入力された場合、電力システムは、以下の動作を実行する。
【００３４】
先ず、電圧計測部３１が、計測電圧値を計測し、その計測電圧値を出力指示部３２に通知する。出力指示部３２は、計測電圧値を受け付けると、その計測電圧値に応じて、計測電圧が所定の電圧範囲に含まれるような総出力指示値を決定し、その総出力指示値と、予め定められた初期値の出力分担率とを、情報通信路５１を介して電力変換部１２および２２に通知する。
【００３５】
以下では、総出力指示値は、外部接続端子４１に流れるべき総電流量を示し、出力分担率は、この総電流量に対する接続端子１３および２３に流れる電流量の割合を示すものとする。なお、総出力指示値および出力分担率は、電流の流れる向きを符号で示すものとする。本実施形態では、総出力指示値は、外部接続端子４１に下位電源側から外部装置側に電流が流れる場合、正の値を示し、外部接続端子４１に外部装置側から下位電源装置側に電流が流れる場合、負の値を示すものとする。また、出力分担率は、総出力指示値が示す電流の流れる向きと同じ向きに電流が流れる場合、正の値を示し、総出力指示値が示す電流の流れる向きと反対の向きに電流が流れる場合、負の値を示す。
【００３６】
電力変換部１２および２２は、総出力指示値および出力分担率を受け付けると、その総出力指示値および出力分担率に応じた電流を接続端子１３および２３に流す。より具体的には、下位電源１の出力分担率をＫａ、下位電源２の出力分担率をＫｂ、総出力指示値をＩａｌｌとすると、電力変換部１２は、総出力指示値Ｉａｌｌに分担率Ｋａを乗算した出力指示値Ｋａ×Ｉａｌｌの電流を接続端子１３に流し、電力変換部２２は、総出力指示値Ｉａｌｌに分担率Ｋｂを乗算した出力指示値Ｋｂ×Ｉａｌｌの電流を接続端子２３に流す。なお、出力分担率ＫａおよびＫｂのそれぞれは、−１以上１以下であり、出力分担率の総和は１であるとする。
【００３７】
このように計測電圧が所定の電圧範囲に含まれるように総出力指示値が決定されるので、下位電源１および２が協働して電力システム全体が定電圧源として動作する。また、各下位電源１および２は、出力指示値に応じた電流を出力するので、定電流源として動作することになる。なお、総出力指示値が総電力量を示す場合には、下位電源１および２は、定電力源として機能することになる。
【００３８】
図３〜図８は、電力システムの動作状態を説明するための図である。
【００３９】
図３は、出力分担率ＫａおよびＫｂのそれぞれが０より大きく、それらの和Ｋａ＋Ｋｂが１の場合における、総出力指示値Ｉａｌｌが正、零および負のときの、電力システムの動作状態を示す図である。
【００４０】
図３に示されたように、総出力指示値が正の場合、下位電源１および２は、接続端子１３および２３に下位電源側から外部装置側に電流を流す、つまり、蓄電部１１および１２を放電する放電動作を行い、外部接続端子４１に流れる電流の和である総出力電流は、下位電源側から外部装置側に向かう放電電流となる。
【００４１】
また、総出力指示値が零の場合、下位電源１および２は充放電動作を行わず、総出力電流も零となる。
【００４２】
また、総出力指示値が負の場合、下位電源１および２は、接続端子１３および２３に外部装置側から下位電源側に電流を流す充電動作を行い、総出力電流は、外部装置側から下位電源側に向かう充電電流となる。
【００４３】
図４は、図３を用いて説明した動作状態のうち、下位電源１および２の両方が放電動作を行う場合の電力システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００４４】
図４に示されたように、総出力指示値が正の場合、下位電源１および２の総出力電流は、下位電源１および２の出力分担率の総和に総出力指示値を乗算した値（Ｋａ＋Ｋｂ）×Ｉａｌｌの放電電流となる。また、下位電源１および２のそれぞれは、出力分担率ＫａおよびＫｂそれぞれに応じた電流Ｋａ×ＩａｌｌおよびＫｂ×Ｉａｌｌのそれぞれを放電する。この場合、下位電源１および２のそれぞれの蓄電部１１および２１の出力電圧が徐々に低下していき、蓄電部１１の出力電圧はＶａ０からＶａ1に低下し、蓄電部２１に出力電圧はＶｂ０からＶｂ１に低下する。
【００４５】
なお、図３を用いて説明した動作状態のうち、総出力指示値が零および負の場合における電力システムの動作も同様なタイミングチャートで表現することができる。
【００４６】
図５は、出力分担率Ｋａが０より大きく、出力分担率Ｋｂが０より小さく、それらの和Ｋａ＋Ｋｂが０以上の場合における、総出力指示値Ｉａｌｌが正、零および負のときの、電力システムの動作状態を示す図である。なお、図５では、下位電源１および２の他にも下位電源が備わっているものとし、全ての下位電源に対する出力分担率の和は１であるとする。
【００４７】
図５に示されたように、総出力指示値が正の場合、下位電源１が放電動作を行い、下位電源２が充電動作を行い、全ての下位電源に対する出力分担率の和は１であるため、総出力電流は放電電流となる。
【００４８】
また、総出力指示値が零の場合、下位電源１および２は充放電動作を行わず、総出力電流も零となる。
【００４９】
また、総出力指示値が負の場合、下位電源１が充電動作を行い、下位電源２が放電動作を行い、全ての下位電源に対する出力分担率の和は１であるため、総出力電流は充電電流となる。
【００５０】
図６は、図５を用いて説明した動作状態のうち、下位電源１および２の両方が放電動作を行う場合の電力システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００５１】
図６に示されたように、総出力指示値が正の場合、下位電源１および２の総出力電流は、下位電源１および２の出力分担率の総和に総出力指示値を乗算した値（Ｋａ＋Ｋｂ）×Ｉａｌｌの放電電流となる。また、下位電源１は、出力分担率Ｋａに応じた電流Ｋａ×Ｉａｌｌを放電し、下位電源２は、出力分担率Ｋｂに応じた電流Ｋｂ×Ｉａｌｌを充電する。この場合、下位電源１および２の間で電力が送受される横流を明示的に生じさせることとなり、蓄電部１１の出力電圧はＶａ２からＶａ３に低下し、蓄電部２１の出力電圧はＶｂ２からＶｂ３に上昇する。
【００５２】
なお、図５を用いて説明した動作状態のうち、総出力指示値が零および負の場合における、電力システムの動作も同様なタイミングチャートで表現することができる。
【００５３】
図７は、出力分担率Ｋａが０より大きく、出力分担率Ｋｂが０より小さく、それらの和Ｋａ＋Ｋｂが０の場合における、総出力指示値Ｉａｌｌが正、零および負のときの、電力システムの動作状態を示す図である。
【００５４】
図７に示されたように、総出力指示値が正の場合、下位電源１が放電動作を行い、下位電源２が充電動作を行い、Ｋａ＋Ｋｂ＝０であるため、下位電源１および２の総出力電流は零となる。
【００５５】
また、総出力指示値が零の場合、下位電源１および２は充放電動作を行わず、総出力電流も零となる。
【００５６】
また、総出力指示値が負の場合、下位電源１が充電動作を行い、下位電源２が放電動作を行い、Ｋａ＋Ｋｂ＝０であるため、総出力電流は零となる。
【００５７】
図８は、図７を用いて説明した動作のうち、下位電源１および２の両方が放電動作を行う場合、つまり、総出力指示値が正の場合における電力システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００５８】
図８に示されたように総出力指示値が正の場合、下位電源１および２の総出力電流は、Ｋａ＋Ｋｂ＝０のため、零となる。このとき、下位電源１は、出力分担率Ｋａに応じた電流ａ×Ｉａｌｌを放電し、下位電源２は、出力分担率Ｋｂに応じた電流Ｋｂ×Ｉａｌｌを充電する。この場合、下位電源１および２の間で電力が送受される横流を明示的に生じさせることとなり、蓄電部１１の出力電圧はＶａ４からＶａ５に低下し、蓄電部２１の出力電圧はＶｂ４からＶｂ５に上昇する。
【００５９】
なお、図７を用いて説明した動作状態のうち、総出力指示値が零および負の場合における、電力システムの動作も同様なタイミングチャートで表現することができる。また、下位電源１および２の出力分担率の総和がＫａ＋Ｋｂ＝−１の場合における、電力システムの動作は、図５および図６を用いて説明した動作と同様にして導くことができる。
【００６０】
図３〜図８を用いて説明したように出力分担率および総出力指示値に応じて蓄電部１１および２１の出力電圧が変化する。このため、電力変換部１２および２２のそれぞれは、蓄電部１１および２１の出力電圧に基づいて、蓄電部１１および２１の蓄電量を測定し、その蓄電量を情報通信路５１を介して出力指示部３２に通知する。出力指示部３２は、各蓄電部１１および２１の蓄電量に基づいて、各下位電源１および２の出力分担率を調整する。なお、計測電圧値も時々刻々と変化するので、出力指示部３２は、その計測電圧値に応じて総出力指示値を調整する。
【００６１】
例えば、出力指示部３２は、各蓄電部１１および２１の蓄電量ができるだけ均一になるように、出力分担率を調整したり、各蓄電部１１および２１の蓄電量ができるだけ不均一になるように、出力分担率を調整する。また、下位電源が新たに追加された場合、出力指示部３２は、その追加された下位電源に流れ込む横流ができるだけ低くなるように、出力分担率を調整してもよい。
【００６２】
また、出力指示部３２は、計測電圧値に応じて、下位電源のうち起動する下位電源の数である起動数を調整してもよい。
【００６３】
具体的には、出力指示部３２は、計測電圧値に応じた総出力指示値を求め、その総出力指示値に応じた起動数の下位電源を起動し、その起動している起動電源の接続端子に流れる電流を調整する。
【００６４】
このとき、出力指示部３２は、総出力指示値が大きくなるほど、段階的に起動数を大きくしていくなどすることで、総出力指示値に応じて起動数を調整する。
【００６５】
例えば、出力指示部３２は、総出力指示値が第一の閾値を超えると、起動数を増やし、起動数を増やしてから総指示値が第一の閾値より小さい第二の閾値を下回ると、起動数を減らす。なお、第一の閾値および第二の閾値のそれぞれは、複数あってもよい。
【００６６】
第一の閾値および第二の閾値のそれぞれが二つあるとすると、総出力指示値が第一の値より小さい場合、出力指示部３２は、第一の起動数の下位電源を起動する。総出力指示値が第一の値以上かつ、第一の値より大きい第二の値より小さい場合、出力指示部３２は、第一の起動数より大きい第二の起動数の下位電源を起動する。総出力指示値が第二の値以上の場合、出力指示部３２は、第二の起動数より大きい第三の起動数の下位電源を起動する。なお、第一の起動数、第二の起動数および第三の起動数は、電圧指令値および計測電圧値の差が所定値以下になるのに十分な電力を出力できる数であるとする。
【００６７】
また、第三の起動数の下位電源が起動されている場合に、総出力指示値が第二の値より小さく、第一の値より大きい第四の値になると、出力指示部３２は、起動数を第三の起動数から第二の起動数に減らす。また、第二の起動数の下位電源が起動されている場合に、総出力指示値が第一の値より小さい第三の値より小さくなると、出力指示部３２は、起動数を第一に起動数に減らす。
【００６８】
なお、第一の値および第三の値は、第一の閾値の一例であり、第二の値および第四の値は、第二の閾値の一例である。
【００６９】
図９は、下位電源が下位電源１および２の２つだけの場合における、起動数を調整する処理を説明するためのタイムチャートである。
【００７０】
図９の例では、総出力指示値が第一の値以下の場合、出力指示部３２は、下位電源１を起動して、下位電源２を停止させておく。そして、総出力指示値が第一の値より大きくなると、出力指示部３２は、下位電源２をさらに起動させて、起動数を２に増やす。その後、総出力指示値が第三の値より小さくなると、出力指示部３２は、下位電源２を停止させて、起動数を１に減らす。なお、下位電源が２つの場合には、起動数を３より大きくすることはできないので、出力指示部３２は、総出力指示値が第二の値より大きくなっても、起動数は２のままである。
【００７１】
また、出力指示部３２は、下位電源１および２のいずれかにおいて故障や蓄電量の不足が発生した場合に総出力指示値を調整してもよい。
【００７２】
図１０は、総出力指示値を調整する際の電力システムの動作を説明するためのタイムチャートである。
【００７３】
下位電源１および２のいずれかが故障や蓄電量の不足などによって、蓄電部１１および１２のいずれかの電力供給能力が低下して、下位電源１および２から所望の値の電流が出力できない電流出力不能状態に急に陥ることがある。この場合、下位電源１および２のいずれかから、出力指示部３２が指示した出力分担率に応じた電力が供給できなくなる。このため、出力指示部３２は、電力供給能力が所定能力以下になった場合、総出力指示値を大きくする。
【００７４】
図１０の例では、時刻ｔ０から時刻ｔ２までは、下位電源１および２が共に放電しているが、時刻ｔ２において、下位電源２に故障または蓄電量の不足が発生して、下位電源２の出力電圧が所定電圧値以下に低下し、放電が停止している。このとき、下位電源２は出力分担率に応じた電流を流せなくなり、外部接続端子４１を流れる総出力電流を所望の大きさに保てなくなる。
【００７５】
このため、出力指示部３２は、下位電源２の出力電圧が所定電圧値以下になったことを、下位電源２の電力供給能力が所定能力以下になったこととして検知し、総出力指示値を大きくすることで、下位電源１から出力される出力電流を大きくして、総出力電流を所望の大きさに保つ。
【００７６】
以上説明したように本実施形態によれば、外部接続端子４１の計測電圧値と各下位電源１および２の電力供給能力に基づいて、計測電圧値が所定の電圧範囲に含まれるように、各下位電源１および２の接続端子１３および２３のそれぞれに流れる電力または電流が調整される。このため、出力電圧を安定させつつ、出力電力を任意に設定することが可能になる。
【００７７】
また、本実施形態では、各下位電源１および２の電力供給能力に応じて、各下位電源１および２の出力分担率が調整されるので、下位電源１および２が満充電または過放電に近づいた場合などに出力分担率を調整することが可能になり、下位電源１および２を使用するか否かを変更するこが可能になる。このため、下位電源１および２の劣化などを抑制することが可能になる。
【００７８】
また、出力分担率の符号を用いて、接続端子１３および２３に流される電流の向きを個別に調整することが可能になるので、下位電源１および２間の横流を明示的に引き起こすことが可能になり、下位電源を新たに接続する際に発生する横流を抑制することが可能になり、容易に下位電源を新たに電力システムに接続させることが可能になる。
【００７９】
また、本実施形態では、各下位電源のいずれかの電力供給能力が所定能力値以下になった場合、総出力指示値が大きくなるので、下位電源のいずれかの放電が急速に進んだり、下位電源のいずれかが故障したりして、出力分担率の調整が間に合わなかった場合でも、他の下位電池を用いて並列冗長運転を行うことが可能になり、電力システム全体としての定電圧電源としての機能を継続することが可能になる。
【００８０】
次に本発明の第二の実施形態について説明する。
【００８１】
図１１は、本実施形態の電力システムを示すブロック図である。図１１に示す電力システムは、図１に示した電力システムと比べて、下位電源１が出力切替部１４をさらに備え、下位電源２が出力切替部２４をさらに備えている点で異なる。
【００８２】
出力切替部１４は、蓄電部１１および電力変換部１２のいずれかを外部接続端子４１に接続することで、蓄電部１１の出力電流および電力変換部１２の出力電流のいずれかを下位電源１の出力電流に切り替える。
【００８３】
出力切替部２４は、蓄電部２１および電力変換部２２の１組の接続端子のいずれかを１組の外部接続端子４１に接続することで、蓄電部２１の出力電流および電力変換部２２の出力電流のいずれかを下位電源２の出力電流に切り替える。
【００８４】
また、出力指示部３２は、下位電源１および２のそれぞれに対して、出力切替部２４を用いて、その下位電源の出力電圧と電圧指令値との差が所定値以上の場合、その下位電源の電力変換部を外部接続端子に接続し、その下位電源の出力電圧と電圧指令値との差が所定値以下の場合、その下位電源の電力供給源を外部接続端子に接続する。
【００８５】
図１２は、本実施形態の電力システムの動作を説明するためのタイムチャートである。
【００８６】
図１２の例では、出力切替部１４および２４は、電力変換部１２および２２を外部接続端子４１に接続している。また、出力指示部３２は、各下位電源１および２の蓄電部１１および２１のそれぞれの出力電圧が異なる場合、下位電源１から下位電源２に向かう横流が発生するように、出力分担率を指定する。
【００８７】
この場合、時刻ｔ０からｔ１までの間では、下位電源１は放電動作、下位電源２は充電動作を行う。その結果、下位電源１の蓄電部１１の出力電圧はＶａ６からＶａ７に減少し、下位電源２の蓄電部２１の出力電圧はＶｂ６からＶｂ７に増加する。この時、Ｖａ７＝Ｖｂ７を満たす、つまり、蓄電部１１および２１のそれぞれの出力電圧が一致すると、出力指示部３２は、その出力電圧と電圧指令値との差が所定値以下か否かを判断する。
【００８８】
図１２で示したように出力電圧と電圧指令値との差が所定値以下の場合には、出力指示部３２は、出力切替部１４および２４を用いて、蓄電部１１および２１を外部接続端子４１に接続する。これにより、蓄電部１１および２１では、同じ値の電圧を出力しながら、外部装置の動作状況に応じた充放電動作が行われる。
【００８９】
以上説明したように本実施形態によれば、電力変換部１２および２２が動作しなくてもよいときに、電力変換部１２および２２を動作させる必要がなくなるため、電力変換部１２および２２における待機電力や、蓄電部１１および２１の接続端子１１Ａおよび２１Ａに流れる電流および電力の向きおよび大きさを変える際の電力変換損を軽減することが可能になり、省電力化を図ることが可能になる。
【００９０】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【００９１】
例えば、各実施形態では、電力変換部１２および２２が下位電源１および２の電力供給能力のそれぞれを計測する能力計測機能を有していたが、電力システムは、電力変換部１２および２２とは別に、能力計測機能を有する能力計測部を備えていてもよい。
【００９２】
この出願は、２０１１年１１月３０日に出願された日本出願特願２０１１−２６１９８２号公報を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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