(57)【要約】【課題】  主電源部と、蓄電池を有する補助電源部から構成される電源システムにおいて、電源システム全体の電力変換効率を最適化する。【解決手段】  電源システムは、入力側から供給した入力電力を、出力電力に変換して、出力側に接続された負荷に供給する１以上の主電源部と、蓄電部を有し、前記蓄電部による出力電力を前記負荷に供給する補助電源部と、前記主電源部及び前記補助電源部が出力した出力電力を測定する電力測定部と、前記電力測定部により測定した出力電力に応じて、前記主電源部における電力変換効率が最大となる、前記主電源部における最適な出力電力と、前記補助電源部における最適な出力電力または充電電力とを算出し、前記主電源部における最適な出力電力に基づいて前記主電源部を制御し、前記補助電源部における最適な出力電力または充電電力に基づいて前記補助電源部を制御する、制御ユニットと、を備える。【選択図】  図１
2015042062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電力を出力電力に変換し、その出力電力を負荷に供給可能な１以上の主電源部と、
電力供給源である蓄電部による出力電力を前記負荷に供給可能な補助電源部と、
前記主電源部及び前記補助電源部の出力側と、前記負荷との間に接続され、前記主電源部及び前記補助電源部が出力した出力電力を測定する電力測定部と、
前記電力測定部により測定した出力電力に応じて、前記主電源部に対する特定の出力調整範囲内において、前記主電源部における電力変換効率が最大となる、前記主電源部における最適な出力電力を算出し、
前記特定の出力調整範囲に基づいて、前記補助電源部における最適な出力電力または充電電力を算出し、
前記算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部を制御し、
前記算出した最適な出力電力または充電電力に基づいて前記補助電源部を制御する、制御ユニットと、
を備える電源システム。
【請求項２】
前記制御ユニットは、前記主電源部への入力電力と、前記主電源部から出力される出力電力との間の電力変換を表す入出力変換モデルに基づいて、前記電力測定部により測定した出力電力に応じた前記主電源部への入力電力を演算する、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御ユニットは、
前記補助電源部が有する前記蓄電部の充電残量を検出し、
前記電力測定部により測定した前記主電源部の出力電力を第１の出力電力とし、
前記第１の出力電力と、前記入出力変換モデルとに基づいて、前記主電源部における第１の入力電力を算出し、
前記第１の出力電力と、前記第１の入力電力とに基づいて、第１の電力変換効率を算出し、
前記第１の出力電力を、前記主電源部に対する特定の出力調整範囲内に含まれる特定の調整値を用いて変換した、前記主電源部における第２の出力電力を導出し、
前記第２の出力電力と、前記入出力変換モデルとに基づいて、前記主電源部における第２の入力電力を算出し、
前記第２の出力電力と、前記第２の入力電力とに基づいて、第２の電力変換効率を算出し、
前記第1の電力変換効率と、前記第２の電力変換効率とを比較した結果と、前記検出した前記蓄電池の充電残量とに基づいて、前記主電源部における出力電力と、前記補助電源部おける出力電力または充電電力とを制御する、
請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記制御ユニットは、
前記特定の調整値が正の値となる場合、前記主電源部における出力電力の中で、前記特定の調整値に相当する電力に基づいて、前記補助電源部が有する前記蓄電池を充電し、
前記特定の調整値が負の値となる場合、前記特定の調整値に基づいて、前記補電源部が有する前記蓄電池からの電力供給を制御する、
前記請求項２または請求項３に記載の電源システム。
【請求項５】
前記電源部は、前記電源部における電力変換効率の特性を調整する、電力変換効率調整手段を有し、
前記電力変換効率調整手段は、前記電力測定部において測定した消費電力と、前記特定の調整値とに基づいて、前記電源部の電力変換効率の特性を調整する、
請求項３または請求項４に記載の電源システム。
【請求項６】
前記制御部は、
前記補助電源部において特定の期間に出力される総出力電力量を算出し、
前記補助電源部において特定の期間に充電される総充電電力量を算出し、
前記電力変換効率調整手段は、前記算出した総出力電力量と、総充電電力量とに基づいて、前記電源部の電力変換効率の特性を調整する、
前記請求項５に記載の電源システム。
【請求項７】
前記制御部は、
前記補助電源部において特定の期間に出力される総出力電力量を算出し、
前記補助電源部において特定の期間に充電される総充電電力量を算出し、
前記算出した総充電電力量が、前記算出した総出力電力量より大きい場合、前記補助電源部における最大出力電力を大きくするよう制御する、
前記請求項３乃至請求項６の何れかに記載の電源システム。
【請求項８】
前記制御部は、
前記主電源部における電力変換効率が、前記補助電源部からの電力の供給可否を判定する閾値である最低電力変換効率より低い場合に、前記補助電源部から出力電力を供給するよう制御し、
前記補助電源部において特定の期間に出力される総出力電力量を算出し、
前記補助電源部において特定の期間に充電される総充電電力量を算出し、
前記算出した総充電電力量が、前記算出した総出力電力量より大きい場合、前記最低電力変換効率の値を大きくするよう制御する、
前記請求項３乃至請求項７の何れかに記載の電源システム。
【請求項９】
入力電力を出力電力に変換して負荷に供給可能な１以上の主電源部から出力される出力電力と、蓄電部を電力供給源とする補助電源部から出力される出力電力と、を測定し、
前記測定した出力電力に応じて、前記主電源部に対する特定の出力調整範囲内において、前記主電源部における電力変換効率が最大となる、前記主電源部における最適な出力電力を算出し、
前記特定の出力調整範囲に基づいて、前記補助電源部における最適な出力電力または充電電力を算出し、
前記算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部を制御し、
前記算出した最適な出力電力または充電電力に基づいて前記補助電源部を制御する、
電源システムの制御方法。
【請求項１０】
電源システムの制御プログラムであって、
入力電力を出力電力に変換して負荷に供給可能な１以上の主電源部から出力される出力電力と、蓄電部を電力供給源とする補助電源部から出力される出力電力と、を測定する処理と、
前記測定した出力電力に応じて、前記主電源部に対する特定の出力調整範囲内において、前記主電源部における電力変換効率が最大となる、前記主電源部における最適な出力電力を算出する処理と、
前記特定の出力調整範囲に基づいて、前記補助電源部における最適な出力電力または充電電力を算出する処理と、
前記算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部を制御する処理と、
前記算出した最適な出力電力または充電電力に基づいて前記補助電源部を制御する処理と、をコンピュータに実行させる、制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関し、特に主電源部と補助電源部とを有する電源システムと、この電源システムの制御方法ならびに、電源制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギへの関心から、様々な機器について消費電力の低減と、給電系統の高効率化が推進されており、様々な機器に搭載される交流−直流（ＡＣ／ＤＣ）変換装置などの電源装置についても、電力変換の高効率化が求められている。一般的な電源装置において、電力変換の効率特性は、出力電力（負荷の大きさ）により変動する傾向がある。電源装置の出力電力が小さい低負荷領域においては、電源装置自身の駆動に必要な電力の消費が、電力変換効率の低下要因（損失）として現れる。一方で、電源装置の出力電力が大きい高負荷領域においては、出力電流が増大し、電源装置における電力変換回路のインピーダンスによる損失や、鉄損や銅損等が電力変換効率の低下要因として現れる。
【０００３】
このような消費電力の変動に対応して、電源システム全体の電力変換効率を向上すべく、商用電力等を主たる電力供給源とする主電源部に加え、二次電池を電力供給源とする補助電源部を有し、主電源部と補助電源部とを組み合わせて稼働する構成が知られている。ここで、本願出願に先だって存在する関連技術としては、例えば以下の特許文献がある。
【０００４】
即ち、特許文献１には、商用交流電圧を主たる電力供給源として、直流電力を出力する主電源部と、二次電池を主たる電力供給源として、停電時に電力を供給する補助電源部とを備え、負荷が消費する消費電力に応じて、停電時以外にも補助電源部から負荷に電力を供給する技術が開示されている。特許文献２には、エンジンの駆動力を用いた発電手段と、二次電池による外部電源とを組み合わせて負荷に電力を供給するヒートポンプ装置において、外部電源からの電力供給と、外部電源への充電電力を制御して、発電手段における発電効率を最適化する技術が開示されている。
【０００５】
また、消費電力の変動に対応して、電力変換効率を向上する技術として、稼働する電源装置の台数を変更する構成や、異なる種類の電力変換装置を切り替えて稼働する構成も知られている。例えば、特許文献３には、複数の電源装置を並列接続して構成した電源システムにおいて、負荷が消費する消費電力に応じて、電源装置の稼働台数を切り替えることで、電源システム全体の電力変換効率の低下を防ぐ技術が開示されている。なお、電力変効率は、入力電力と出力電力との比率で表されることから、本願の出願人は、特許文献４において、容易に計測可能な出力電力の計測結果を用いて、入力電力を演算する手法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００２／０６１９１７号明細書
【特許文献２】特開２００５−２９１６０７号公報
【特許文献３】特開２０１３−５０４９８６号公報
【特許文献４】特開２０１１−０２２０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した関連技術に開示されている、主電源部と二次電池による補助電源部とを備えた電源システムについては、以下のような問題点が存在する。即ち、補助電源部が有する二次電池を充電する場合、主電源部は補助電源部に対して、充電に要する電力を追加で供給する必要があるため、単純に負荷にのみ電力を供給する場合に比して、システム全体の消費電力が増大し、結果として、電源システム全体における電力変換効率が低下する可能性がある。また、複数用意した電源装置を切り替えて稼働する電源システムにおいては、入力電力と出力電力との電力変換効率を最適化する観点から、個々の電源装置の出力電力を調整して、係る入力電力と出力電力との適切なバランスを取ることが望ましい。
【０００８】
そこで本発明は、主たる電力供給源である１以上の電源部と、二次電池による補助電源部とを同一給電系統として接続した際、負荷において消費する消費電力に応じて、電源システムの稼働時間中にわたって、システム全体として最適な電力変換効率となるように、主電源部及び補助電源部からの出力電力を調整し、更に補助電源部に対する充電電力を調整する、電源制御システム等を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る電源システムは、以下の構成を備えることを特徴とする。即ち、本発明に係る電源システムは、入力電力を出力電力に変換し、その出力電力を負荷に供給可能な１以上の主電源部と、電力供給源である蓄電部による出力電力を前記負荷に供給可能な補助電源部と、前記主電源部及び前記補助電源部の出力側と、前記負荷との間に接続され、前記主電源部及び前記補助電源部が出力した出力電力を測定する電力測定部と、前記電力測定部により測定した出力電力に応じて、前記主電源部に対する特定の出力調整範囲内において、前記主電源部における電力変換効率が最大となる、前記主電源部における最適な出力電力を算出し、前記特定の出力調整範囲に基づいて、前記補助電源部における最適な出力電力または充電電力を算出し、前記算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部を制御し、前記算出した最適な出力電力または充電電力に基づいて前記補助電源部を制御する、制御ユニットと、を備える。
【００１０】
また、本発明に係る電源システムの制御方法は、以下の構成を備えることを特徴とする。即ち、本発明に係る電源システムの制御方法は、入力電力を出力電力に変換して負荷に供給可能な１以上の主電源部から出力される出力電力と、蓄電部を電力供給源とする補助電源部から出力される出力電力と、を測定し、前記測定した出力電力に応じて、前記主電源部に対する特定の出力調整範囲内において、前記主電源部における電力変換効率が最大となる、前記主電源部における最適な出力電力を算出し、前記特定の出力調整範囲に基づいて、前記補助電源部における最適な出力電力または充電電力を算出し、前記算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部を制御し、前記算出した最適な出力電力または充電電力に基づいて前記補助電源部を制御する。
【００１１】
また、本発明に係る電源制御プログラムは、以下の構成を備えることを特徴とする。即ち、本発明に係る電源制御プログラムは、電源システムの制御プログラムであって、入力電力を出力電力に変換して負荷に供給可能な１以上の主電源部から出力される出力電力と、蓄電部を電力供給源とする補助電源部から出力される出力電力と、を測定する処理と、前記測定した出力電力に応じて、前記主電源部に対する特定の出力調整範囲内において、前記主電源部における電力変換効率が最大となる、前記主電源部における最適な出力電力を算出する処理と、前記特定の出力調整範囲に基づいて、前記補助電源部における最適な出力電力または充電電力を算出する処理と、前記算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部を制御する処理と、前記算出した最適な出力電力または充電電力に基づいて前記補助電源部を制御する処理と、をコンピュータに実行させる。なお、上記本発明の目的は、係る電源制御プログラムが格納された、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体によっても実現可能である。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明によれば、負荷において消費される消費電力に対応して、電源システムとして稼働時間中にわたり最適な電力変換効率となるよう、主電源部及び補助電源部の出力電力と、補助電源部に対する充電電力が調整される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態における電源システムの構成を表す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態における、電源システムの動作を表すフローチャートである。
【図３】図３は、本願発明の第１の実施形態に係る主電源部における出力電力と、補助電源部における充放電電力とを導出する過程を表すフローチャートである。
【図４】図４は、本願発明の第１の実施形態に係る主電源部における出力電力と、電力変換効率との関係を表す電力変換の効率曲線の模式図である。
【図５】図５は、本願発明の第１の実施形態に係る制御ユニットにおいて、主電源部の出力電力と補助電源部の充放電電力とを制御する過程を表すフローチャートである。
【図６】図６は、電源システムの稼働時間に対する、負荷における消費電力の変動を表すタイムチャートの模式図である
【図７】図７は、主電源部における出力電力と、電力変換効率との関係を表す電力変換の効率曲線の模式図である。
【図８】図８は、本願発明の第２の実施形態における電源システムの構成を表す図である。
【図９】図９は、本願発明の第２の実施形態に係るコントローラにおいて、主電源部からの電力供給と、補助電源部に対する充放電とを制御する過程を表すフローチャートである。
【図１０】図１０は本願発明の第２の実施形態に係る蓄電部１０６における、充電残量の推移を表す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態において、電源部の電圧を調整する回路構成の一例を表す図である。
【図１２】図１２は、本願発明の第３の実施形態における電源システムの構成を表す図である。
【図１３】図１３は、本願発明の第３の実施形態において、主電源部の電力変換効率特性を調整する過程を例示するフローチャートである。
【図１４】図１４は、本願発明の第３の実施形態において、一定時間内における、出力電力の調整値の推移を表す図である。
【図１５】図１５は、本願発明の第３の実施形態において、主電源部の電力変換特性を調整した場合の電力変換の効率曲線の模式図である。
【図１６】図１６は、本願発明の第３の実施形態において、主電源部を複数の電源ユニットで構成した場合の模式図である。
【図１７】図１７は、本願発明の第３の実施形態において、主電源部に複数の変圧器を有する構成とした場合の模式図である。
【図１８】図１８は、本願発明の第３の実施形態において、主電源部に力率変換回路を有する構成とした場合の模式図である。
【図１９】図１９は、本願発明の第４の実施形態において、主電源部における最低電力変換効率と、補助電源部における最大出力電力を調整する過程を表すフローチャートである。
【図２０】図２０は、本願発明の第４の実施形態において、主電源部にからの電力供給と、補助電源部に対する充放電とを制御する過程を表すフローチャートである。
【図２１】図２１は、本願発明の第４の実施形態において、主電源部における電力変換の効率曲線と、最低電力変換効率との関係を表す模式図である。
【図２２】図２２は、本願発明の第５の実施形態における電源システムの構成を表す図である。
【図２３】図２３は、本願発明の第５の実施形態における、主電源部及び副電源部の出力電力を制御する過程を表すフローチャートである。
【図２４】図２４は、本願発明の第５の実施形態における、各電源部の出力変動に伴う、システム全体の電力変換効率の変動を表す模式図である
【図２５】図２５は、本願発明の第５の実施形態における、主電源部からの電力供給と、補助電源部に対する充放電とを制御する過程を表すフローチャートの一部である。
【図２６】図２６は、本願発明の第６の実施形態にかかる電源システムの構成を表す図である。
【図２７】図２７は、本願発明の第６の実施形態において、各電源部をグループ化する場合の模式図である。
【図２８】図２８は、本願発明の第６の実施形態において、各電源部の最適な出力電力を算出する過程を表すフローチャートである。
【図２９】図２９は、本願発明の第６の実施形態において、負荷の定格最大消費電力と、電力入力部の定格最大出力電力との整合性を判定する過程を表すフローチャートである。
【図３０】図３０は、出力電力と損失電力の実測値とに関する、２次関数モデルによる近似曲線を例示する図である。
【図３１】図３１は、出力電力と電力変換効率の実測値とに関する、２次関数モデルによる近似曲線を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明を実施する形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態における電源システムについて、図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における電源システムの構成を表す図である。本発明の第１の実施形態における電源システムは、図１に示すように、主電源部１０１、電力測定部１０２、蓄電池１０６を有する補助電源部１０５、及び制御ユニット１０３を有する。主電源部１０１と、補助電源部１０５の出力は統合され、負荷１０４に供給されている。
【００１６】
主電源部１０１は、外部から入力される入力電力を、負荷１０４に適した形式に変換して、出力電力として負荷１０４に供給する。主電源部１０１は、単体の電力変換回路としてもよいが、例えばＰＭＢｕｓ（Ｐｏｗｅｒ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｂｕｓ）などの制御プロトコルに対応した電力変換装置であってもよい。入力電力としては、例えば商用の交流電力や無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）など、任意の電力供給源を採用することができる。主電源部における電力変換回路としては、例えばダブルフォワード回路や、フルブリッジ回路等を採用してよい。
【００１７】
主電源部１０１には、入力電力と出力電力との間の変換関係をモデル化した、入出力変換モデルが設定されている。入出力変換モデルを設定する設定領域は、各電源部１０１の仕様や構成に応じて任意に定めてよく、例えば各電源部１０１にフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを搭載し、出荷前の製造段階、或いは出荷後のメンテナンス段階等において、適当な治具を利用して当該メモリ領域内に格納してもよい。入出力変換モデルの詳細については、後述する。
【００１８】
電力測定部１０２は、主電源部１０１及び補助電源部１０５の出力側に接続され、出力電力の合計を測定する。電力の測定方法は一般的な電力計と同様の手法を採用してよいため、本実施形態における説明は省略する。
【００１９】
制御ユニット１０３は、電力測定部１０２において測定した出力電力に基づいて、本実施形態に係る電源システム全体の電力変換効率が最大となるように、主電源部１０１及び補助電源部１０５の出力電力と、補助電源部１０５に対する充電電力とを調整する。制御ユニット１０３は、専用の制御用ハードウェアを用いて構成してもよいが、汎用のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）及びメモリ等（何れも不図示）からなるハードウェアと、そのＣＰＵによって実行される各種ソフトウェア・プログラム（コンピュータ・プログラム）とによって構成してもよい。
【００２０】
制御ユニット部１０３と主電源部１０１との間は、主電源部１０１の入出力変換モデルや、出力電圧、各種制御信号を送受信できるよう、通信可能に接続されている。
同様に、制御ユニット１０３と補助電源部１０５との間も、補助電源部１０５が有する蓄電部１０６の残量情報や、補助電源部１０５に対する充放電制御信号を送受信できるように、通信可能に接続されている。また、制御ユニット１０３と電力測定部１０２との間は、電力測定部１０２における測定データや各種制御信号を送受信できるよう、通信可能に接続されている。これらの接続のための通信路としては、例えばＩ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）や、ＳＭＢｕｓ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｂｕｓ）などの任意の通信路を用いてもよく、通信プロトコルとしても例えばＰＭＢｕｓプロトコル等、任意のプロトコルを用いてもよい。なお、これらの通信路やプロトコルは、電源システムの構成に応じて適切に選択すればよく、必ずしも前述の例示を採用する必要はない。
【００２１】
補助電源部１０５は、電力供給源としての蓄電池１０６を有し、蓄電池１０６に蓄電された電力を、負荷１０４に適した形式に変換して、出力電力として供給する。また、補助電源部１０５は、蓄電池１０６に対する充放電回路を有してもよく、制御ユニット１０３からの制御信号に従って、蓄電池１０６を充放電する。蓄電部１０６において直流電力を供給する場合には、補助電源部１０５は、負荷１０４に適した出力電力を供給するために、直流−交流変換回路（ＤＣ／ＡＣ変換回路）や、直流−直流変換回路（ＤＣ／ＤＣ変換回路）を有してもよい。
【００２２】
蓄電池１０６は、所定の電力を蓄電可能な二次電池である。蓄電池１０６については、負荷における消費電力等を考慮して、適切な容量や性能を有する２次電池を適宜選択してよく、本実施形態においては主電源部１０１の定格最大出力を所定時間以上維持できる二次電池を採用する。
【００２３】
なお、主電源部１０１、補助電源部１０５、電力測定部１０２、制御ユニット１０３とについては、それぞれ独立したハードウェアとして構成してもよいが、一部または全部を統合したハードウェアとして構成してもよく、一部の機能を当該ハードウェアにより実行されるソフトウェア・プログラムとして提供してもよい。
【００２４】
次に、本実施形態に係る電源システムの動作について図２及び図３を参照して説明する。図２は、本発明の第１の実施形態における、電源システムの動作を表すフローチャートである。まず、主電源部１０１は、外部から入力される入力電力ｙを、負荷１０４に適した形式に変換し、出力電力ｘを出力する（ステップＳ２０１）。電源部１０１においては、電圧変換やＡＣ／ＤＣ変換等、接続される負荷１０４に応じて任意の変換処理を行ってよい。本実施形態においては、各電源部１０１に、入力電力と出力電力との間の変換をモデル化した、入出力変換モデルが設定されている。主電源部１０１について、入力電力をｙ、出力電力をｘとすると、本実施形態における入力電力と出力電力の変換モデルは下式（１）のように表すことができる。
2015042062.tif 000003
【００２５】
式（１）に表される通り、本実施形態における入出力変換モデルは、出力電力から入力電力を導出可能であればよく、各電源部の仕様に応じて適切に選択してよい。例えば、入出力変換モデルｆとして、各電源部の入力電力ｙと出力電力ｘの間の変換関係を規定した関数を用いてもよく、出力電力ｘと入力電力ｙに関する変換テーブルを用いてもよい。
【００２６】
次に、電力測定部１０２は、上記負荷１０４に起因する消費電力Ｒを測定する（ステップＳ２０２）。本実施形態においては、主電源部１０１の出力電力は全て負荷１０４に供給される。よって、負荷１０４における消費電力Ｒは、下式（２）により表すことができる。
2015042062.tif 000004
【００２７】
次に、制御ユニット１０３は、上記入出力変換モデルを用いて、電力測定部１０２により測定した負荷における消費電力から、主電源部１０１に対する入力電力を式（１）により算出する（ステップＳ１０３）。
【００２８】
次に、制御ユニット１０３は、上記入出力変換モデルから、電力変換効率Ｅの算出関数を導出する（ステップＳ１０４）。電力変換効率は、入力電力ｙと、出力電力ｘを用いて、Ｅ＝ｘ／ｙと表されるため、電力変換効率の算出関数は下式（３）により表される。
2015042062.tif 000005
【００２９】
なお、後述する補助電源部１０５における充放電の制御を考慮し、電力変換効率の算出関数を下式（４）のように導出してもよい。本実施形態においては、下式（４）を電力変換効率の算出関数として採用する。
2015042062.tif 000006
【００３０】
次に、制御ユニット１０３は、電力測定部１０２において計測した負荷における消費電力Ｒと、ステップＳ１０３において算出した主電源部１０１に対する入力電力と、と用いて式（４）より、電力変換効率Ｅ（Ｘ＝Ｒ）を算出する（ステップＳ２０５）。
2015042062.tif 000007
【００３１】
次に、制御ユニット１０３は、ステップＳ２０５において算出した電力変効率Ｅ（Ｘ＝Ｒ）と、式（３）とに基づいて、電源システム全体の電力変換効率が最も高くなる、主電源部の出力電力と、補助電源部の充放電電力を導出する（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０６における処理の詳細については、後述する。その後、制御ユニット１０３は、ステップＳ２０６において算出した、主電源部１０１の出力電力と、補助電源部１０５の充放電電力とに基づいて、主電源部１０１の出力電力と、補助電源部１０５の充放電電力を制御する（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０７における処理の詳細については、後述する。
【００３２】
次に、ステップＳ２０６の処理について説明する。制御ユニット１０３は、電力測定部１０２により計測した消費電力Ｒを基準とし、特定の下限値をＲｍ＝Ｒ-β、特定の上限値をＲＭ＝Ｒ＋αとして、出力電力ＸがＲ-β≦Ｘ≦Ｒ＋αにおいて変動した場合の、電力変換効率を算出する。即ち、制御ユニット１０３は、電力測定部１０２により測定した消費電力Ｒに応じて、特定の調整値φ（-β≦φ≦α）を用いて出力電力をＸ＝Ｒ＋φ（-β≦φ≦α）とする。制御ユニット１０３は、当該出力電力Ｘ＝Ｒ＋φについて、特定の出力調整範囲内（-β≦φ≦α）において式（３）により表される電力変換効率が最大となるφを算出する。本実施形態においては、αとして、補助電源部１０５有する蓄電池１０６に対する最適な充電電力の値を採用する。制御ユニット１０３は、０＜φ≦αとなる領域については、φ＝α（一定）として、充電電力αにて補助電源部１０５を充電するよう制御する。なお、蓄電池１０６に対する最適な充電電力の値αは、蓄電池１０６の種類や性能によって適宜定められた値を用いればよい。次に本実施形態においては、βとして補助電源部１０５が出力可能な最大出力電力の値を採用する。補助電源部１０５の最大出力電力βは、蓄電池１０６の定格出最大出力電力の範囲内で任意に設定してもよい。制御ユニット１０３は、−β≦φ＜０となる領域においては、補助電源部１０５から出力電力γ（−β≦γ＜０）を出力するよう制御する。なお、βの値の具体的な調整については後述する。
【００３３】
上述した制御ユニット１０３の動作について図３を参照して説明する。図３は、制御ユニット１０３において、主電源部１０１の出力電力と、補助電源部１０５の充放電電力とを導出する過程を表すフローチャートである。制御ユニット１０３は、主電源部１０１による出力電力をＸ＝Ｒ＋αとして、式（５）より、電力変換効率Ｅ（Ｘ＝Ｒ＋α）を算出し（ステップＳ３０１）、上述した図２におけるステップＳ２０５において算出した電力変換効率Ｅ（Ｘ＝Ｒ）と比較する（ステップＳ３０２）。比較した結果、Ｅ（Ｘ＝Ｒ＋α）＞Ｅ（Ｘ＝Ｒ）がｔｒｕｅであれば、制御ユニット１０３は、調整値φをφ＝αとする（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０２における比較結果がｆａｌｓｅの場合、制御ユニット１０３は、γ＝βとして（ステップＳ３０４）、式（５）より電力変換効率Ｅ（Ｘ＝Ｒ−γ）を算出する（ステップＳ３０５）。次に、制御ユニット１０３は、算出した電力変換効率がＥ（Ｘ＝Ｒ−γ）≦０となるか確認し（ステップＳ３０６）、ステップＳ３０６の結果がｔｒｕｅの場合は、式（４）から、変換効率をＥ＝１とする（ステップＳ３０７）。なお、この場合、主電源部１０１からの出力電力が０となるよう制御してもよい。次に、制御ユニット１０３は、電力変換効率Ｅ（Ｘ＝Ｒ−γ）と、上述した図２におけるステップＳ２０５において算出した電力変換効率Ｅ（Ｘ＝Ｒ）と比較し（ステップＳ３０８）、Ｅ（Ｘ＝Ｒ−γ）＞Ｅ（Ｘ＝Ｒ）がｔｒｕｅであれば、調整値φをφ＝−γとする（ステップＳ３０９）。ステップＳ３０８における比較結果がｆａｌｓｅの場合、制御ユニット１０３は、γの値を特定の定数ｃｏｎｓｔ分減算し（ステップＳ３１０）、γ≦０となるか確認する（ステップＳ３１１）。ステップＳ３１１の比較結果がｔｒｕｅの場合、制御ユニット１０３は調整値φをφ＝０（出力電力の調整無し）とする。ステップＳ３０９の比較結果がｆａｌｓｅの場合、制御ユニット１０３はステップＳ３０５以降のステップを実行する。なお、上記処理においては、γを初期値βとして（ステップＳ３０４）、γの値を順次小さくしながら（ステップＳ３１０）、電力変換効率が高くなるγの値を探索しているが、本実施形態はこれに限定されない。本実施形態においては、例えばγの初期値を０として、γの値をβ以下の範囲内で順次大きくしながら、電力変換効率が高くなるγの値を探索してもよい。
【００３４】
上述した制御ユニット１０３の動作について、更に図４を参照して説明する。図４は、主電源部１０１における出力電力Ｘ（＝消費電力）と、主電源部における電力変換効率Ｅとの関係を表す、電力変換効率曲線の模式図である。なお、図４に示す電力変換の効率曲線は、式（４）に示した電力変換効率の算出関数に相当する。図４に示すように、電力測定部１０２によって測定した負荷における消費電力がＲ１である場合、Ｅ（Ｘ＝Ｒ１−γ：-β≦γ＜０）＜Ｅ（Ｘ＝Ｒ１）＜Ｅ（Ｘ＝Ｒ１＋α）という関係が成立している。つまり、主電源部の出力電力をＸ＝Ｒ１＋αとして、αを補助電源部１０５に対する充電電力とした場合、負荷に対してのみ電力Ｒ１を供給する場合に比して、主電源部１０１による出力電力はαの値だけ増大するものの、システム全体の電源効率は高くなる。同様に、電力測定部１０２によって測定した負荷における消費電力が＝Ｒ２である場合、Ｅ（Ｘ＝Ｒ２＋α）＜Ｅ（Ｘ＝Ｒ２）＜Ｅ（Ｘ＝Ｒ２−γ：-β≦γ＜０）という関係が成立している。つまり、主電源部の出力電力をＸ＝Ｒ２−γとして、γを補助電源部１０５からの出力電力とした場合、負荷に対して主電源部１０１のみにより電力Ｒ１を供給する場合に比して、主電源部１０１による出力電力はγの値だけ減少し、かつシステム全体の電源効率は高くなる。
【００３５】
次にステップＳ２０７における処理について図５を参照して説明する。図５は、制御ユニット１０３において、主電源部１０１の出力電力と、補助電源部１０５の充放電電力とを制御する過程を表すフローチャートである。
【００３６】
上述したように、制御ユニット１０３は、電力測定部１０２において測定した負荷における消費電力Ｒに基づいて、特定の範囲内（-β≦φ≦α）において出力電力が変動した場合の電力変換効率を算出し（図２におけるステップＳ２０６）、最も電力変換効率が高くなるように主電源部１０１の出力電力と、補助電源部１０５の充放電電力を制御する。
【００３７】
まず、制御ユニット１０３は、ステップＳ２０６において算出したφを参照し、係るφが０となる場合（ステップＳ５０１においてｔｒｕｅ）主電源部の出力電力についてＸ＝Ｒとなるように制御する（ステップＳ５０２）。
【００３８】
ステップＳ５０１における判定結果がｆａｌｓｅの場合、制御ユニット１０３はφ＝αとなるか判定する（ステップＳ５０３）。ステップＳ５０３における判定結果がｔｒｕｅの場合、制御ユニット１０３は、主電源部１０１に対して、負荷における消費電力Ｒに加えて、調整値αに相当する電力を追加して出力するよう制御する（ステップＳ５０４）。制御ユニット１０３は、このαに相当する追加分の出力電力を補助電源部１０５に対する充電電力として、補助電源部１０５を充電するよう制御する（ステップＳ５０４）。ステップＳ５０３における判定結果がｆａｌｓｅの場合、制御ユニット１０３は、Ｅ（Ｘ＝Ｒ−γ）≦０が成立するか判定する（ステップＳ５０５）。
【００３９】
ステップＳ５０５における判定結果がｔｒｕｅの場合（Ｅ（Ｘ＝Ｒ−γ）≦０が成立）、制御ユニット１０３は、補助電源部１０５において、消費電力Ｒに相当する電力を出力するよう制御する（ステップＳ５０６）。この場合、制御ユニット１０３は、主電源部１０１を停止するよう制御して、主電源部１０１からの出力電力を０としてもよい。ステップＳ５０５における判定結果がｆａｌｓｅの場合、制御ユニット１０３は、φ＝γが成立するか判定する（ステップＳ５０７）。
【００４０】
ステップＳ５０７における判定結果がｔｒｕｅの場合（φ＝γとなる場合）、制御ユニット１０３は、主電源部１０１に対して、負荷における消費電力Ｒよりも、調整値γに相当する電力だけ少ない電力Ｘ＝Ｒ−γを出力するよう制御する。また、制御ユニット１０３は、このγに相当する電力を出力するよう、補助電源部１０５を制御する（ステップＳ５０８）。主電源部１０１及び補助電源部１０５の出力電力を制御する方法としては、出力電圧制御や、出力電流制御等、主電源部１０１及び補助電源部１０５の仕様や構成に基づいて適切な方法を選択してよい。例えば、主電源部１０１がスイッチング方式のＡＣ／ＤＣ変換器であれば、出力電圧を制御してもよい。補助電源部１０５についても、内部にＤＣ／ＤＣ変換器を有する場合は、出力電圧を制御してもよい。
【００４１】
以上説明した本実施形態における、本実施形態の効果について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、電源システムの稼働時間（ｔ）に対する、負荷１０４における消費電力の変動を表すタイムチャートの模式図である。図７は、図４と同様、主電源部１０１における出力電力Ｘ（＝消費電力）と、電源効率Ｅの関係を表す、電力変換の効率曲線の模式図である。図６のタイムチャートに表すように、例えば、０≦ｔ≦ｔ１の間は負荷における消費電力がＲｍであり、ｔ１＜ｔ≦ｔ１＋ｔ２の間は負荷における消費電力がＲＭでなり、ｔ１＋ｔ２＜ｔ≦ｔ２＋ｔ３の間は、負荷における消費電力がＲｏｆｆであるとする。また、図7に示すように、ＲｍとＲＭとの間に電力変換効率が最高となるピーク値Ｒｐが存在し、Ｒｏｆｆ−γ＜０とする。ここでＲｏｆｆは、負荷の稼働を停止した場合の、待機電力に相当する。また、本実施形態における本実施形態の効果を説明するため、ＲＭ＋α＝Ｒｐ、ＲＭ−γ＝Ｒｐを仮定する。
【００４２】
図６を参照すると、一定時間０≦ｔ≦ｔ３において、補助電源部１０５における充放電制御を実行せず、主電源部１０５のみにより負荷１０４に対して消費電力を供給した場合の消費電力Ｐ１は、式（６）により表される。
2015042062.tif 000008
【００４３】
次に、上述した本実施形態のように、主電源部１０１における出力電力と、補助電源部１０５における充放電電力を制御した場合の消費電力Ｐ２は、式（７）により表される。
2015042062.tif 000009
【００４４】
本実施形態においては、制御ユニット１０３は、上述した本実施形態における処理に従い、電全システム全体として電力変換効率が最も高くなるよう、主電源部１０１における出力電力及び補助電源部１０５における充放電電力を制御する。即ち、制御ユニット１０３は、０≦ｔ≦ｔ１の間は、主電源部１０１について、出力電力がＲｐ（＝Ｒｍ＋α）となるよう制御し、補助電源部１０５について、電力αにて充電するよう制御する。結果として、負荷１０４には電力Ｒｍが供給される。次に、制御ユニット１０３は、ｔ１＜ｔ≦ｔ１＋ｔ２の間は、主電源部について、出力電力がＲｐ（＝ＲＭ−γ）となるよう制御し、補助電源部１０５から、出力電力γを供給するよう制御する。結果として負荷１０４には電力ＲＭが供給される。次に、制御ユニット１０３は、ｔ１＋ｔ２＜ｔ≦ｔ２＋ｔ３の間は、主電源部を停止して出力電力を０とし、補助電源部１０５から、出力電力Ｒｏｆｆを供給するよう制御する。結果として、主電源部１０１について、稼働時間中の大部分において電力変換効率の高い状態を維持できる。また、主電源部１０１の電力変換効率が低下する領域については、補助電源部１０５による充放電を組み合わせることにより、電源システム全体として、電力変換効率が高い状態を維持できる。
【００４５】
以上述べたように、本実施形態における電源システムにおいては、制御ユニット１０３は、主電源部１０１における出力電力に加え、補助電源部１０５における充放電電力まで含めて、電源システム全体の電力変換効率が高い状態を維持できるよう、主電源部１０１及び補助電源部１０５を制御している。このため、本実施形態における電源システムにおいては、補助電源部１０５を充電するために電源システム全体の消費電力が増大するような状況においても、電源システム全体の電力変換効率が高い状態を維持することが可能となる。更に、主電源部１０１の電力変換効率が低い負荷領域においては、制御ユニット１０３は、補助電源部１０５に充電しておいた電力を用いて補助電力を供給するよう制御することから、電源システム全体の稼働時間にわたって電力変換効率が最適化されるという作用・効果を奏する。なお、本実施形態においては、補助電源部１０５に対する充電電力をαとして一定にしているが、本願発明はこれに限定されるものではなく、充電電力についても可変となるように制御してもよい。
【００４６】
＜第２の実施形態＞
次に、上述した本願発明の第１の実施形態を基本とした、本願発明の第２の実施形態につい図８を参照して説明する。以下の説明においては、本実施形態に係る特徴的な構成を中心に説明する。その際、前記第１の実施形態と同様な構成については、同一の参照番号を付すことにより、重複する説明は省略する。
【００４７】
図８は、本願発明の第２の実施形態における電源システムの構成を表す図である。上述した第１の実施形態同様、本発明の第２の実施形態における電源システムは、図８に示すように、主電源部１０１、電力測定部１０２、蓄電池１０６を有する補助電源部１０５、及び制御ユニット１０３を有する。主電源部１０１と、補助電源部１０５の出力は統合され、負荷１０４に供給されている。
【００４８】
本実施形態においては、主電源部１０１には、式（１）により表される入出力変換モデルが設定されている。以下においては、まず、本実施形態において提案する入出力変換モデルについて説明する。入出力変換モデルは、入力電力を出力電力に変換する過程を模式化するので、本実施形態においては、実際の入出力変換過程で生じる現象を表現できるモデルを採用する。まず、各電源部に対する入力電力Ｙと、出力電力Ｘとの関係を検討すると、Ｙ（入力電力）＝Ｘ（出力電力）＋Ｌ（電源部において発生する損失）という関係が成立する。電源部において発生する損失としては、一般的に、変圧器内部において発生する鉄損、各種電源回路の配線やトランスなどの銅線部において発生する銅損、電源回路のインピーダンスにより発生するジュール熱、及び発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）や制御回路等の電源部自体の駆動電力等が挙げられる。一般的に、電源部の出力電圧を一定にした場合、鉄損および電源部自体の駆動電力はほぼ一定となり、回路インピーダンスによる損失は出力電力に比例し、銅損は出力電力の２乗に比例する。このため、電源部において発生する損失は下式（８）のように、出力電力の２乗に比例する成分と、出力電力に線形比例する成分と、定数成分との総和で近似できると考えられる。下式（８）において、Ｌは損失を表し、Ｘは出力電力を表し、Ａ、Ｂ、Ｃは電源部固有の係数を表す。
2015042062.tif 000010
【００４９】
式（８）の２次関数の係数Ａ、Ｂ、Ｃについては、例えば各電源部について、予め入力電力と、出力電力と、発生した損失とを実測し、当該実測値に対する２次の近似曲線を最小二乗法等により求めることにより算出することができる。図３０は、出力電力に対する損失電力の実測値を、最小二乗法により、２次関数近似した場合の近似曲線を例示した図である。図３１は入出力変換効率の実測値を、最小二乗法により、２次関数近似した場合の近似曲線を例示した図である。図３０及び図３１に示すように、実測値として測定した入出力特性を、２次関数により十分な精度をもって近似できることが確かめられる。上述したように、入力電力Ｙについて、Ｙ＝Ｘ（出力電力）＋Ｌ（損失）という関係が成立することから、入力電力Ｙを出力電力Ｘの２次関数として精度よく近似できると考えられる。以上より、本実施形態においては、入出力変換モデルとして、下式（９）により表される出力電力の２次関数を提案する。
2015042062.tif 000011
【００５０】
次に、本実施形態における制御ユニット１０３の内部構成及び処理内容について説明する。本実施形態における制御ユニット１０３は、変換関数導出部８０１と、変換効率演算部８０２と、コントローラ８０３と、を有する。これら制御ユニット１０３の構成要素は、互いに通信可能に接続されており、データや制御コマンドなどを送受信する。これらの構成要素間の通信路や通信プロトコルについても、前述した既存の技術を適応してよい。なお、前記第１の実施形態にて記載した通り、制御ユニット１０３を汎用のハードウェア資源と、当該汎用ハードウェアにより実行されるソフトウェア・プログラムとによって構成する場合、電源制御１０３の各構成要素は、ソフトウェア・プログラムを構成するモジュールとして実現してもよい。
【００５１】
変換関数導出部８０１は、主電源部１０１に設定された入出力変換モデルを参照し、電源システム全体の入出力変換関数を導出する。変換効率演算部８０２は、電力測定部１０２により計測した消費電力Ｒと、変換関数導出部８０１により導出した入出力変換関数を参照し、当該計測した消費電力に対して、本実施形態に係る電源システム全体の電力変換効率を算出する。また、変換効率演算部８０２は、前記第１の実施形態において説明したように、電力測定部１０２において計測した消費電力と、特定の調整値φとに基づいて、電源システム全体の電力変換効率が最大となる、主電源部１０１の出力電力と、補助電源部１０５の充放電電力を算出する。コントローラ８０３は、上述した変換効率演算部８０２において算出した出力電力を出力するように、主電源部１０１に制御信号を送る。また、コントローラ８０３は、補助電源部１０５が有する蓄電部１０６の残量情報を参照し、上述した変換効率演算部８０２において算出した充放電電力と、蓄電部１０６の残量情報に基づいて、補助電源部１０５における充放電電力を制御する。
【００５２】
次に、本実施形態に係る電源システムの動作について説明する。本実施形態においても、電源システムの基本的な動作は、図２、図３及び図５に示した前記第１の実施形態と同様であるので、以下本実施形態において特徴的な部分を中心に説明する。
【００５３】
まず、本実施形態において、コントローラ８０３は、補助電源部１０５における充放電の閾値を保持している。閾値の保持方法としては、制御ユニット１０３の仕様や構成に応じて任意に定めてよく、例えば制御ユニット１０３にフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを搭載し、出荷前の製造段階、或いは出荷後のメンテナンス段階等において、適当な治具を利用して当該メモリ領域内に格納してもよい。また、前述のように制御ユニット１０３を汎用のハードウェア資源と、当該汎用ハードウェアにより実行されるソフトウェア・プログラムとによって構成する場合、当該ソフトウェアプログラム内部に、係る閾値を格納しても良い。なお、係る閾値を補助電源部１０５内に保持して置き、コントローラ８０３が適宜参照するよう構成してもよい。
【００５４】
具体的には、コントローラ８０３は、蓄電部１０６の充電残量の閾値として、ζＦと、ζＭと、ζＥとを保持し、これらの閾値をもとに、補助電源部１０５に対する充放電を制御する。コントローラ８０３は、これらの閾値により、蓄電部１０６に対する過充電や過放電を防止し、蓄電部１０６において常に適切な充電残量を維持するように、補助電源部１０５の充放電を制御する。以下、コントローラ８０３による、補助電源部１０５に対する充放電制御について図９のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の説明においては、電力測定部により測定された出力電力をＲとする。
【００５５】
まず、コントローラ８０３は、変換効率演算部８０２において算出した主電源部１０１の出力電力について、Ｒ＋φ＞０かつ、主電源部１０１が停止しているか確認する（ステップＳ９０１）。ステップＳ９０１の結果がｔｒｕｅの場合は、主電源１０１を起動する（Ｓ９０２）。
【００５６】
次に、コントローラ８０３は、蓄電部１０６の充電残量を参照し、満充電状態にあるか判定する（ステップＳ９０３）。ステップＳ９０３の判定結果がｔｒｕｅの場合、蓄電部１０６は満充電状態となっているため、コントローラ８０３は主電源部１０１を停止し、負荷における消費電力Ｒを出力するように補助電源部１０５を制御する（ステップＳ９０４）。なお、ステップＳ９０４においては、補助電源部１０５が有する蓄電部１０６の充電残量が特定の値ζＭになるまで、補助電源部１０５より電力供給を行う。
【００５７】
次に、ステップＳ９０４の判定結果がｆａｌｓｅの場合、コントローラ８０３は、蓄電部１０６の充電残量が特定の上限値ζＦより小さいか判定する（ステップＳ９０５）。判定結果がｔｒｕｅの場合、コントローラ８０３は蓄電部１０６の充電残量が特定の下限値ζＥより大きいか判定する（ステップＳ９０６）。判定結果がｔｒｕｅの場合、コントローラ８０３は、変換効率演算部８０２において算出したφについてφ＞０を判定する（ステップＳ９０７）。φ＞０がｔｒｕｅの場合、コントローラ８０３は、蓄電部１０６を充電するよう、補助電源部１０５を制御する（ｓｕステップＳ９０８）。なお、ステップＳ９０８において、コントローラ８０３は、蓄電部１０６の充電電力がαとなるように制御する。以上、ステップＳ９０５、Ｓ９０６、Ｓ９０７、Ｓ９０８においては、コントローラ８０３は、蓄電部１０６の充電残量が（ζＥより大きく、ζＦより小さい）特定の範囲内にある場合に、変換効率演算部８０２により算出したφがφ＞０であれば、蓄電部１０６を充電するよう、補助電源部１０５を制御する。これらのステップは、例えば、図７において出力電力がＲｍとなる場合に実行される処理となる。
【００５８】
次に、ステップＳ９０７の判定結果がｆａｌｓｅの場合、コントローラ８０３は、φ＜０を判定する（ステップＳ９０９）。判定結果がｔｒｕｅの場合、コントローラ８０３は変換効率演算部８０２により算出したＲ＋φについて、Ｒ＋φ≦０を判定する（ステップＳ９１０）。ステップＳ９１０における判定結果がｔｒｕｅの場合、負荷における消費電力Ｒを出力するように補助電源部１０５を制御し、その後主電源部１０１を停止する（ステップＳ９１１）。なお、ステップＳ９１０、Ｓ９１１は、例えば図７における出力電力がＲｏｆｆの場合のように、主電源部１０１の電力変換効率が低い領域において実行される処理となる。次に、コントローラ８０３は、補助電源部からの出力電力がγとなるように、補助電源部を制御する（ステップＳ９１２）。同様に、コントローラ８０３は、前述したステップＳ９０５における判定結果がｆａｌｓｅの場合も、ステップＳ９０９以下の処理を実行する。ステップＳ９０９の判定結果がｆａｌｓｅの場合、コントローラは補助電源部１０５について充放電を停止し、待機状態とする（ステップＳ９１３）。以上ステップＳ９０９、Ｓ９１０、Ｓ９１１、Ｓ９１２により、コントローラ８０３は、蓄電部１０６の充電残量が特定の上限値ζＦ以上または特定の下限値ζＥ以上であり、変換効率演算部８０２により算出したφがφ＜０となる場合、出力電力としてγを供給するよう補助電源部１０５を制御する。これらのステップは、例えば、図７において出力電力がＲＭとなる場合に実行される処理となる。
【００５９】
次に、前述したステップＳ９０６における判定がｆａｌｓｅの場合、コントローラ８０３は（主電源部１０１が起動していない場合は）主電源部１０１を起動し（ステップＳ９１４）、変換効率演算部８０２により算出したφについて、φ＞０を判定する（ステップＳ９１５）。ステップＳ９１５における判定結果がｔｒｕｅの場合、コントローラ８０３は、ステップＳ９０８以下を実行し、蓄電部１０６を充電電力αにて充電する。ステップＳ９１５における判定結果がｆａｌｓｅの場合、ステップＳ９１３以下を実行し、補助電源部１０５における充放電を停止し、補助電源部１０５を待機状態とする。以上ステップＳ９０６、Ｓ９１４、Ｓ９１５においては、コントローラ８０３は、蓄電部１０６における充電残量が特定の下限値ζＥ未満の場合に、主電源部を起動し、φ＞０であれば蓄電部１０６を充電するよう補助電源部を制御し、φ≦０であれば、補助電源部における充放電を停止するように、補助電源部を制御する。
【００６０】
以上説明したように、コントローラ８０３は、蓄電部１０６における充電残量が特定の上限値ζＦより大きい場合は、蓄電部１０６を充電しないよう制御し、蓄電部１０６に対する過充電を抑制する（ステップＳ９０５、Ｓ９０９、Ｓ９１３等）。また、コントローラ８０３は、蓄電部１０６における充電残量が特定の下限値ζＥより小さい場合は、蓄電部１０６から放電しないよう制御し、蓄電部１０６に対する過放電を抑制する（ステップＳ９０６、Ｓ９１４、Ｓ９１５，Ｓ９１３）。更に、コントローラ８０３は、蓄電部１０６が満充電となっている場合には、蓄電部１０６の充電残量が特定の値ζＭとなるまで電力を供給するよう、補助電源部１０５を制御する。以上のような処理により、コントローラ８０３は、常に蓄電部１０６が適度な充電残量となる領域において使用されるよう、補助電源部１０５における充放電を制御する。なお、上述した各閾値ζＦ、ζＭ、及びζＥは、蓄電部１０６の性能や特性に応じて適切な値を設定すればよい。
【００６１】
上述したコントローラ８０３による、補助電源部１０５に対する充放電制御に伴う蓄電部１０６の充電残量の推移について、図１０を参照して説明する。図１０は、蓄電部１０６の充電残量の推移を表す模式図である。図１０に表される通り、コントローラ８０３は、蓄電部１０６の充電残量が、特定の下限値ζＥより大きく、特定の上限値ζＦより小さい領域に収まるように、補助電源部１０５における充放電を制御する。結果として、蓄電部１０６における過充電や過放電が抑制され、適切な充電残量ζＭ近辺において、充放電が繰り返される。
【００６２】
次に、本実施形態における、主電源部１０１及び補助電源部１０５の出力電力を制御する方法の一例について説明する。本実施形態においては、コントローラ８０３は、主電源部１０１と、補助電源部１０５との出力電圧比を調整することにより、それぞれの出力電力を制御する。以下、図１１を参照しながら出力電圧比の調整方法について説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態において、電源部の電圧を調整する回路構成の一例を表す図である。図１１において、Ｖ１及びＶ２はそれぞれ主電源部１０１及び補助電源部１０５の出力電圧を表し、Ｉ１及びＩ２はそれぞれダイオード１１０１及びダイオード１１０２を流れる電流を表し、Ｉｏは負荷に供給される全出力電流を表す。
【００６３】
ここで、負荷１０４のインピーダンスをＺとし、ダイオード１１０１及び、ダイオード１１０２の正方向抵抗値をそれぞれＲとすると、図１０の回路についてキルヒホフの法則より下式が成立する。
2015042062.tif 000012
【００６４】
上式より、Ｉ１及びＩ２は下式の通り求まる。
2015042062.tif 000013
【００６５】
ここで、主電源部１０１のみを稼働する場合にはＩ２＝０となるよう制御するため、上式（１０）においてＩ２＝０とすると、下式（１２）が得られる。
2015042062.tif 000014
【００６６】
また、補助電源部１０５のみを稼働する場合は、Ｉ１＝０となるよう制御するため、上式（１１）においてＩ１＝０とすると、下式（１３）が得られる。
2015042062.tif 000015
【００６７】
上式（１２）及び（１３）を、主電源部１０１と補助電源部１０５との出力を切り替える境界条件として考えると、Ｖ１及びＶ２を下式（１４）乃至（１６）のように調整することにより、主電源部１０１と補助電源部１０５との出力を切り替えられる。即ち、下式（１４）が成立するようにＶ１及びＶ２を調整した場合は、主電源部１０１のみが稼働し、Ｉ１のみを出力する。
2015042062.tif 000016
【００６８】
次に、下式（１５）が成立するようにＶ１及びＶ２を調整した場合は、主電源部１０１及び補助電源部１０５の両方が稼働し、Ｉ１及びＩ２を出力する。
2015042062.tif 000017
【００６９】
次に、下式（１６）が成立するようにＶ１及びＶ２を調整した場合は、副電源部１０５のみが稼働し、Ｉ２のみを出力する。
2015042062.tif 000018
【００７０】
上述の通り、Ｖ１及びＶ２の比率を調整することで、出力電流Ｉ１及びＩ２を調整でき、結果として主電源部１０１と補助電源部１０５の出力電力を調整できる。なお、各電源部の電圧制御は、電源部の具体的な回路構成に応じて適切な方法を選択すればよく、例えば電圧可変型のリニアレギュレータや、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）型のスイッチングレギュレータなど周知の構成を適用してよいため、本願では詳細な説明を省略する。また、主電源部１０１または補助電源部１０５のいずれか一方のみを稼働すればよい場合、稼働しない方の電源の出力電圧が０となるよう制御して、当該電源を完全に停止してもよい。
【００７１】
以上述べたように、本実施形態における電源システムにおいては、コントローラ８０３により、蓄電部１０６に対する過充電や過放電を抑止しつつ、電源システム全体として電力変換効率がが最も高く高くなるように、主電源部１０１の出力電力と、補助電源部１０５の充放電電力とを制御している。結果として、蓄電部１０６の充電残量が適切な領域に維持されると共に、前述した第１の実施形態同様、電源システム全体の稼働時間にわたって電力変換効率が最適化されるという作用・効果を奏する。
【００７２】
＜第３の実施形態＞
次に上述した本願発明の第１及び第２の実施形態を基本とした、本願発明の第３の実施形態について、図１２を参照して説明する。以下の説明においては、本実施形態に係る特徴的な構成を中心に説明する。その際、前記第１及び第２の実施形態と同様な構成については、同一の参照番号を付すことにより、重複する説明は省略する。
【００７３】
図１２は、本願発明の第３の実施形態における電源システムの構成を表す図である。上述した第１及び第２の実施形態同様、本発明の第３の実施形態における電源システムは、図１２に示すように、主電源部１０１、電力測定部１０２、蓄電池１０６を有する補助電源部１０５、及び制御ユニット１０３を有する。主電源部１０１と、補助電源部１０５の出力は統合され、負荷１０４に供給されている。本実施形態においては、主電源部１０１における入出力変換モデルとして、前記第２の実施形態と同様、式（９）により表される２次関数を採用する。本願発明の第３の実施形態は、第１及び第２の実施形態における制御ユニット１０３の内部構成及び処理内容のみが異なるので、以下当該部分を中心に説明する。
【００７４】
本実施形態における制御ユニット１０３は、上述した第２の実施形態と同様、変換関数導出部８０１と、変換効率演算部８０２と、コントローラ８０３と、を有し、これら制御ユニット１０３の構成要素は、互いに通信可能に接続されている。本実施形態においては、コントローラ８０３は、更に変換特性調整部１２０１を有する。変換特性調整部１２０１は、専用のハードウェア（回路）などにより構成してもよい。また、制御ユニット１０３を汎用のハードウェア資源と、当該汎用ハードウェアにより実行されるソフトウェア・プログラムとによって構成する場合には、変換特性調整部１２０１を、ソフトウェア・プログラムを構成するモジュールとして実現してもよい。なお、本実施形態においては、変換特性調整部１２０１を、コントローラ８０３の構成要素としているが、コントローラ８０３とは別に、制御ユニット１０３の独立した構成要素として設けてもよい。
【００７５】
次に、上記のように構成された本実施形態に係る電源システムの動作について説明する。前記第１及の実施形態において説明したように、制御ユニット１０３は、電力測定部１０２において測定した負荷における消費電力Ｒに基づいて、特定の調整範囲内（-β≦φ≦α）において出力電力が変動した場合の電力変換効率を算出し（図２におけるステップＳ２０６）、最も電力変換効率が高くなるように主電源部１０１の出力電力と、補助電源部１０５の充放電電力を制御する。図４に示すように、例えば、Ｒ１＋α＜Ｒｐとなる領域において負荷における消費電力Ｒ１が変動した場合、Ｅ（Ｘ＝Ｒ１＋α）≧Ｅ（Ｘ＝Ｒ）となる。よって、この領域における、コントローラ８０３による補助電源部１０５に対する制御は、充電に偏よる可能性がある。前記第２の実施形態にて説明した通り、蓄電部１０６の充電残量が特定の上限値を超えた場合は、過充電防止のため、コントローラ８０３は蓄電部１０６に対する充電処理を停止する。
【００７６】
同様に、図４に示すように、例えば、Ｒ２−β＞Ｒｐとなる領域において負荷における消費電力Ｒ２が変動した場合、Ｅ（Ｘ＝Ｒ２−β）≧Ｅ（Ｘ＝Ｒ）となる。よって、この領域における、コントローラ８０３による補助電源部１０５に対する制御は、放電に偏よる可能性がある。前記第２の実施形態にて説明した通り、蓄電部１０６の充電残量が特定の下限値を下回った場合は、過放電防止のため、コントローラ８０３は蓄電部１０６に対する放電処理を停止する。
【００７７】
上述のように、コントローラ８０３による補助電源部１０５に対する制御が、充電または放電に偏よる場合、コントローラ８０３は、最終的に補助電源部１０５に対する充放電を停止する。この場合、主電源部１０１における出力電力を、補助電源部１０５における充放電電力により補完できなくなるため、電源システム全体としては電力変換効率が低下してしまう可能性がある。このため、本実施形態においては、前述した消費電力Ｒに基づいた特定の範囲内（-β≦φ≦α）に、主電源部１０１における電力変換効率が最高値（ピーク）となる出力電力が存在し、補助電源部１０５における充放電の電力がバランスするように、主電源部１０１の電力変換効率特性を調整する。
【００７８】
以下、本実施形態におけるコントローラ８０３と、変換特性調整部１２０１の動作について、図１３を参照して説明する。図１３は、主電源部の電力変換効率特性を調整する過程を例示するフローチャートである。まず、変換特性調整部１２０１は、電力測定手段１０２により測定した、負荷１０４における消費電力Ｒの、一定時間内の平均値Ｒａｖｅを算出する（ステップＳ１３０１）。Ｒａｖｅの具体的な算出方法としては、一定時間にわたり電力測定手段１０２から定期的に消費電力値Ｒを取得して集計し、集計時間で除算してもよい。次に、変換特性調整部１２０１は、ステップＳ１３０１において算出したＲａｖｅを、主電源部１０１の電力変換効率がピークとなる出力電力である、ピーク効率出力Ｗとする（ステップＳ１３０２）。次に、変換特性調整部１２０１は、主電源部１０１の電力変換効率のピークが、前記ピーク効率出力Ｗと等しいかまたは略等しくなるように、主電源部１０１を制御する（ステップＳ１３０３）。主電源部１０１における電力変換効率の調整手段については後述する。次に、変換特性調整部１２０１は、変換効率演算部８０２において算出した出力電力の調整値φ（-β≦φ≦α）について、一定時間（０≦ｔ≦Ｔ）内の累積値を、φ＞０となる場合、φ＜０となる場合の両方について、下式により算出する（ステップＳ１３０３乃至ステップＳ１３０４）。
2015042062.tif 000019
【００７９】
ここで、Ｐ（φ＞０）は、一定時間内における、補助電源部１０５に対する充電電力の合計であり、Ｐ（φ＜０）は、一定時間内における、補助電源部１０５からの出力電力の合計である。次に、変換特性調整部１２０１は、上式（１７）及び（１８）において算出したＰ（φ＞０）とＰ（φ＜０）について、Ｐ（φ＞０）＝Ｐ（φ＜０）となるか判定する（ステップＳ１３０５）。ステップＳ１３０５における判定結果がｔｒｕｅの場合、変換特性調整部１２０１は、ステップＳ１３０３から処理を続行する。ステップＳ１３０５における判定結果がｆａｌｓｅの場合、変換特性調整部１２０１は、一定期間内の充電電力Ｐ（φ＞０）が放電電力Ｐ（φ＜０）を上回るか判定し（ステップＳ１３０６）、判定結果がｔｒｕｅ（充電電力Ｐ（φ＞０）の方が大）の場合、主電源部１０１のピーク効率出力Ｗを、所定の定数（ｃｏｎｓｔ）分だけ減らし（ステップＳ１３０７）、ステップＳ１３０２から処理を続行する。ステップＳ１３０６における判定結果がｆａｌｓｅ（放電電力Ｐ（φ＜０）の方が大）の場合、主電源部１０１のピーク効率出力Ｗを、所定の定数（ｃｏｎｓｔ）分だけ増やし（ステップＳ１３０８）、ステップＳ１３０２から処理を続行する。なお、上述した所定の定数ｃｏｎｓｔについては適宜適切な値を選択してよい。
【００８０】
上述した、変換特性調整部１２０２の動作について、図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は、一定時間（０≦ｔ≦Ｔ）内における、出力電力の調整値φの推移を表す図であり、図１５は、主電源部１０１の電力変換特性を調整した場合の電力変換の効率曲線の模式図である。まず、図１４に示すように、変換効率演算部８０２が算出するφは、負荷１０４における消費電力Ｒの変動に応じて、一定時間（０≦ｔ≦Ｔ）内において-β≦φ≦αの範囲にて変動する。ここで、補助電源部１０５に対する充電電力の合計は、図１４において、０＜φとなる領域の面積の合計で表され、補助電源部１０５からの出力電力の合計は、図１４において、φ＜０となる領域の面積の合計で表される。本実施形態において、変換効率調整部１２０１は、補助電源部１０５における充電電力と、放電電力とが等しいまたは略等しくなるように（補助電源部１０５における充電電力と、放電電力とがバランスするように）、主電源部１０１の電力変換特性を調整する。即ち、変換効率調整部１２０１は、変換効率調整部１２０１は、図１４において０＜φとなる領域の面積の合計と、φ＜０となる領域の面積の合計とが等しいまたは略等しくなるように、主電源部１０１の電力変換効率を制御する。このような変換効率調整部１２０１による制御の結果、補助電源部１０５に対する充放電制御が、充電まはた放電に偏ることなくバランスするため、補助電源部１０５の充放電電力が、主電源部１０１の出力電力を補完することとなり、電源システム全体としての電力変換効率が高い状態を保つことができる。
【００８１】
次に図１５を参照して、主電源部１０１のピーク効率出力Ｗを調整した場合の、電力変換効率曲線の変動と、補助電源部１０５における充放電電力との関係について説明する。図１５においては、説明のための例示として、変換特性調整部１２０１が、主電源部１０１のピーク効率出力Ｗを、Ｗ１、Ｗ２，及びＷ３となるよう調整した場合、電力変換の効率曲線は、例えばＥ１、Ｅ２、及びＥ３のように変化する。また、Ｗ２＝Ｗ１−ｃｏｎｓｔ、Ｗ３＝Ｗ１＋ｃｏｎｓｔとする。
【００８２】
まず、主電源部１０１のピーク効率出力がＷ１の場合、主電源部１０１の電力変換効率はＥ（Ｘ＝Ｒ-β）＜Ｅ（Ｘ＝Ｒ＋α）＜Ｅ（Ｘ＝Ｒ）となり、補助電源部１０５における充放電が発生しない場合に、電源システム全体として電力変換効率が高くなる。これに対して、変換特性調整部１２０１が、主電源部１０１のピーク効率出力Ｗ１を、Ｗ２に調整した場合（図１３のステップ１３０７に相当）、主電源部１０１の電力変換効率はＥ（Ｘ＝Ｒ＋α）＜Ｅ（Ｘ＝Ｒ）＜Ｅ（Ｘ＝Ｒ−β）となり、補助電源部１０５において電力βを出力する場合に、電源システム全体として電力変換効率が高くなる。よって、変換特性調整部１２０１が、主電源部１０１のピーク効率出力をＷ１からＷ２に調整することにより、結果として、コントローラ８０３は、補助電源部１０５による電力供給量が増えるように補助電源部１０５を制御する。同様に、変換特性調整部１２０１が、主電源部１０１のピーク効率出力Ｗ１を、Ｗ３に調整した場合（図１３のステップ１３０７に相当）、主電源部１０１の電力変換効率はＥ（Ｘ＝Ｒ−β）＜Ｅ（Ｘ＝Ｒ）＜Ｅ（Ｘ＝Ｒ＋α）となり、補助電源部１０５を充電電力αにより充電する場合に、電源システム全体として電力変換効率が高くなる。よって、変換特性調整部１２０１が、主電源部１０１のピーク効率出力をＷ１からＷ３に調整することにより、結果として、コントローラ８０３は、補助電源部１０５における充電電力が増えるように補助電源部１０５を制御する。
【００８３】
次に、電力変換効率を調整可能な主電源部１０１の構成について説明する。本実施形態においては、電力変換効率を調整可能な主電源部１０１の構成として、例えば図１６に示すように、主電源部１０１として複数の電源ユニットＡ乃至電源ユニットＮを用いる構成や、図１７に示すように主電源部１０１の内部に複数のトランス（変圧器）Ａ乃至トランスＮを設ける構成を採用してよい。図１６に示すような複数の電源ユニットを用いる構成を採用した場合、変換特性調整部１２０１は、スイッチＡ乃至スイッチＮをＯＮまたはＯＦＦすることにより、稼働する電源ユニットの台数を制御し、主電源部１０１の電力変換特性を調整する。なお、図１６においては、各電源ユニットＡ乃至電源ユニットＮのそれぞれに対して入出力変換モデルが設定されていてもよく、これらをまとめた主電源部１０１全体として１つの入出力変換モデルが設定されていてもよい。次に、図１７に示すような複数のトランスを用いる構成を採用した場合は、変換特性調整部１２０１は、スイッチＢ乃至スイッチＭをＯＮまたはＯＦＦすることにより、接続するトランスの台数を制御し、主電源部１０１の電力変換特性を調整する。図１６に示す電源ユニットの台数や、図１７に示すトランスの台数は主電源部１０１に求める性能や、必要とする電力変換特性の調整範囲に応じて、適宜選択すればよい。
【００８４】
また、主電源部１０１内部に変圧器を有する場合、当該変圧器に対する入力電力を調整することにより、主電源部１０１の電力変換特性を調整する構成を採用してもよい。以下、図１８を参照して、当該構成について説明する。図１８は、主電源部１０１の電力変換回路の構成を例示する図面である。主電源部１０１の電力変換回路は、力率改善回路（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：ＰＦＣ回路）１８０１と、変圧器１８０２、整流回路１８０３により構成される。ＰＦＣ回路１８０１の出力が、変圧器１８０２への入力電圧ＥＩＮ、ＩＩＮとなる。一般的に、ＰＦＣ回路１８０１は、インダクタ、ダイオード、スイッチング素子、及び平滑コンデンサなどで構成されており、ＰＦＣ回路１８０１から出力する電圧や、動作周波数を調整可能である。変圧器１８０２において、一般的に、コア（鉄心）に発生する磁束密度は変圧器の入力電圧ＥＩＮに比例し、動作周波数に反比例する。また、変圧器１８０２において発生する鉄損は、一般的にうず電流損とヒステリシス損の和として表され、磁束密度が低下すると、これらの損失も低下する。よって、トランスに対する入力電圧や動作周波数を制御することにより、変圧器１８０２において発生する鉄損は増減する。ここで、上記本願第２の実施形態において述べたように、鉄損は、式（９）により表される入出力変換関数の定数成分ｃを構成することから、変圧器１８０２に対する入力電圧や動作周波数を制御することにより、主電源１０１の変換特性を制御することが可能となる。なお、一般的に、電力変換回路として下式（１９）が成立し、出力電圧ＶＯについては負荷１０４の定格駆動電圧の範囲内であることが必要となるため、変圧器１８０２に対する入力電圧ＥＩＮは、適切な範囲で調整すればよい。
2015042062.tif 000020
【００８５】
式（１９）において、出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯとを一定とした場合、変圧器１８０２に対する入力電圧ＥＩＮを低下させると、入力電流ＩＩＮが増加する。この場合、主電源部１０１における電力変換回路にて生じる銅損や、電力変換回路のインピーダンスにより生じるジュール熱に起因する損失は増大し、式（９）により表される入出力変換関数におけるａＸ２やｂＸの項に影響する。よって、コントローラ８０３は、負荷１０４における消費電力Ｒが小さい場合（電力変換回路からの出力電力が小さい場合）には、変圧器１８０２に対する入力電力ＥＩＮを低下させ、負荷１０４における消費電力Ｒが大きい場合には、変圧器１８０２に対する入力電力ＥＩＮを高くするように制御してもよい。以上例示した構成を適宜採用することにより、主電源部１０１の電力変換効率を調整可能である。なお、主電源部１０１の電力変換効率の調整については、上記例示した構成に限定されず、適宜適切な構成を採用してよい。
【００８６】
なお、変換特性調整部１２０１は、主電源部１０１の電力変換効率を調整した場合、主電源部１０１に設定されている入出力変換モデルを変更する。例えば、主電源部１０１における入出力変換モデルとして、式（９）の２次関数を採用している場合には、変換特性調整部１２０１は、主電源部１０１の電力変換効率を調整した場合、主電源部２次関数の係数ａ、ｂ、及びｃを変更する。図１７に示すように、複数の電源ユニットＡ乃至Ｎにより、主電源部１０１を構成した場合には、各電源ユニット毎にの入出力変換モデルを変更してもよく、各電源ユニットをまとめた主電源部１０１全体としての入出力変換モデルを変更してもよい。
【００８７】
以上述べたように、本実施形態における電源システムにおいては、変換特性調整部１２０１は、電源部１０１における電力変換効率の最高値（ピーク）となる出力電力が、一定期間の負荷１０４における消費電力の平均値となるよう主電源１０１の電力変換効率を制御する。更に、変換特性調整部１２０１は、補助電源部１０５における充放電電力がバランスするように、主電源１０１の電力変換効率を制御する。結果として、補助電源部における充放電がバランスし、蓄電部１０６における過充電、過放電が抑制され、主電源部１０１の出力電力が、補助電源部１０５の充放電電力により補完されることから、前述した第１及び第２の実施形態同様、電源システム全体の稼働時間にわたって電力変換効率が最適化されるという作用・効果を奏する。
【００８８】
＜第４の実施形態＞
次に上述した本願発明の第１乃至第３の実施形態を基本とした、本願発明の第４の実施形態について、上記第３の実施形態と同様、図１２を参照して説明する。以下の説明においては、本実施形態に係る特徴的な構成を中心に説明する。その際、前記第１及乃至第３の実施形態と同様な構成については、同一の参照番号を付すことにより、重複する説明は省略する。
【００８９】
上述した第１及び第２の実施形態同様、本発明の第２の実施形態における電源システムは、図８に示すように、主電源部１０１、電力測定部１０２、蓄電池１０６を有する補助電源部１０５、及び制御ユニット１０３を有する。主電源部１０１と、補助電源部１０５の出力は統合され、負荷１０４に供給されている。本実施形態においては、主電源部１０１における入出力変換モデルとして、前記第２の実施形態と同様、式（９）により表される２次関数を採用する。本願発明の第３の実施形態は、第１乃至大３の実施形態における制御ユニット１０３の内部構成及び処理内容のみが異なるので、以下当該部分を中心に説明する。
【００９０】
本実施形態における制御ユニット１０３は、上述した第３の実施形態と同様、変換関数導出部８０１と、変換効率演算部８０２と、コントローラ８０３と、を有し、これら制御ユニット１０３の構成要素は、互いに通信可能に接続されている。本実施形態においては、コントローラ８０３は、更に充放電量調整部１２０２を有する。充放電量調整部１２０１は、専用のハードウェア（回路）などにより構成してもよい。また、制御ユニット１０３を汎用のハードウェア資源と、当該汎用ハードウェアにより実行されるソフトウェア・プログラムとによって構成する場合は、充放電量調整部１２０２を、ソフトウェア・プログラムを構成するモジュールとして実現してもよい。なお、本実施形態においては、充放電量調整部１２０２を、コントローラ８０３の構成要素としているが、コントローラ８０３とは別に、制御ユニット１０３の独立した構成要素として設けてもよい。
【００９１】
次に、上記のように構成された本実施形態に係る電源システムの動作について説明する。前記第３の実施形態においては、補助電源部１０５における充放電電力のバランスを保つために、コントローラ８０３における変換特性調整部１２０１は、主電源部１０１の電力変換特性を調整する。これに対して、本実施形態においては、補助電源部１０５における充放電電力のバランスを保つために、充放電量調整部１２０２は、補助電源部１０５における最大出力電力βを調整する。また、本実施形態においては、主電源部１０１に対して最低電力変換効率ｅを導入し、本実施形態におけるコントローラ８０３は、主電源部１０１における電力変換効率が、最低電力変換効率より低い場合に、補助電源部１０５より電力を供給するよう制御する。本実施形態における充放電量調整部１２０２は、補助電源部１０５における充放電電力のバランスを保つため、上述した最大出力電力βの調整に加え、最低電力変換効率ｅを調整する。
【００９２】
以下、充放電量調整部１２０２の動作について、図１９を参照して説明する。図１９は、最低電力変換効率と、補助電源部における最大出力電力を調整する過程を例示するフローチャートである。
【００９３】
まず、充放電量調整部１２０２は、カウンタｎ＝０，累積時間ｔ＝０とし（ステップＳ１９０１），変換効率演算部８０２において算出した出力電力の調整値φ（-β≦φ≦α）について、一定時間（（ｎ×ｔ１）≦ｔ≦（（ｎ＋１）×ｔ１））内の累積値を、φ＞０となる場合、φ＜０となる場合の両方について、式（１７）及び式（１８）により算出する（ステップＳ１９０２）。次に、充放電量調整部は、式（１７）及び（１８）において算出したＰ（φ＞０）とＰ（φ＜０）について、Ｐ（φ＞０）＝Ｐ（φ＜０）となるか判定する（ステップＳ１９０３）。ステップＳ１９０３における判定結果がｔｒｕｅの場合、充放電量調整部１２０２は、累積時間が所定の時間ｔ２を超えるか判定し（ステップＳ１９０７）、判定結果がｆａｌｓｅの場合は、カウンタｎをインクリメントし（ステップＳ１９０８）、ステップＳ１９０２から処理を継続する。なお、この場合、補助電源部１０５における充電量と放電量がバランスしているため、特に調整は必要ない。次に、充放電量調整部１２０２は、ステップＳ１９０７における判定結果がｔｒｕｅの場合、ステップＳ１９０９以下の処理を続行する。なお、ステップＳ１９０９以下の処理については後述する。
【００９４】
次に、ステップＳ１９０３における判定結果がｆａｌｓｅの場合、充放電量調整部１２０２は、一定期間内の充電電力Ｐ（φ＞０）が放電電力Ｐ（φ＜０）より大きいか判定し（ステップＳ１９０４）、ステップＳ１９０４における判定結果がｔｒｕｅ（充電電力Ｐ（φ＞０）の方が大）の場合、補助電源部１０５における最大出力電力（蓄電部１０６の放電量）βを所定の定数（ｃｏｎｓｔ）分だけ増やし（ステップＳ１９０５）、ステップＳ１９０７から処理を続行する。ステップＳ１９０４における判定結果がｆａｌｓｅ（充電電力Ｐ（φ＜０）の方が大）の場合、充放電量調整部１２０２は、補助電源部１０５における最大出力電力βを所定の定数（ｃｏｎｓｔ）分だけ減らし（ステップＳ１９０６）、ステップＳ１９０７から処理を続行する。以上述べた処理により、充放電量調整部１２０２は、補助電源部１０５における最大出力電力βを調整する。なお、上述した所定の定数ｃｏｎｓｔについては適宜適切な値を選択してよい。
【００９５】
次に、ステップＳ１９０７における判定結果がｔｒｕｅの場合について、ステップＳ１９０９以下の処理を説明する。充放電量調整部１２０２は、変換効率演算部８０２において算出した出力電力の調整値φ（-β≦φ≦α）について、一定時間（０≦ｔ≦ｔ２）内の累積値を、φ＞０となる場合、φ＜０となる場合の両方について、式（１７）及び式（１８）により算出する（ステップＳ１９０９）。次に、充放電量調整部は、式（１７）及び（１８）において算出したＰ（φ＞０）とＰ（φ＜０）について、Ｐ（φ＞０）＝Ｐ（φ＜０）となるか判定する（ステップＳ１９１０）。ステップＳ１９１０における判定結果がｔｒｕｅの場合、充放電量調整部１２０２は、ステップＳ１９０１から処理を続行する。この場合、補助電源部１０５における充電量と放電量がバランスしているため、特に調整は必要ない。
【００９６】
次に、ステップＳ１９１０における判定結果がｆａｌｓｅの場合、充放電量調整部１２０２は、一定期間内の充電電力Ｐ（φ＞０）が放電電力Ｐ（φ＜０）より大きいか判定し（ステップＳ１９１１）、ステップＳ１９１１における判定結果がｔｒｕｅ（充電電力Ｐ（φ＞０）の方が大）の場合、主電源部１０１における最低電力変換効率ｅを所定の定数（ｃｏｎｓｔ）分だけ増やし（ステップＳ１９１２）、ステップＳ１９０１から処理を続行する。ステップＳ１９１１における判定結果がｆａｌｓｅ（充電電力Ｐ（φ＜０）の方が大）の場合、充放電量調整部１２０２は、主電源部１０１における最低電力変換効率ｅを所定の定数（ｃｏｎｓｔ）分だけ減らし（ステップＳ１９１３）、ステップＳ１９０１から処理を続行する。以上述べた処理により、充放電量調整部１２０２は、最低電力変換効率ｅを調整する。なお、上述した所定の定数ｃｏｎｓｔについては適宜適切な値を選択してよく、最低電力変換効率ｅの初期値についても、適宜実験等により求めた適切案値を選択すればよい。
【００９７】
次に、上述した最大出力電力βの調整について、図１４を参照して説明する。補助電源部１０５における、一定時間（０≦ｔ≦Ｔ）の間の出力電力の合計は、図１４において電力調整値φ＜０となる領域の面積の合計で表される。このため、βの絶対値を大きくすると、当該領域の面積が増大し、結果として補助電源部１０５における出力電力（蓄電部１０６における放電電力）は、増大する。βの絶対値を小さくすると、当該領域の面積は減少し、結果として補助電源部１０５における出力電力（蓄電部１０６における放電電力）は減少する。このように、充放電量調整部１２０２は、補助電源部１０５における最大出力電力βを調整することにより、補助電源部１０５における充放電電力がバランスするように、補助電源部１０５における出力電力を制御する。
【００９８】
次に、上述した最低電力変換効率ｅの調整について、図２０及び図２１を参照して説明する。図２０は、本実施形態において、主電源部からの電力供給と、補助電源部に対する充放電とを制御する過程を表すフローチャートである。図２１は、主電源部１０１における電力変換の効率曲線と、最低電力変換効率ｅとの関係を表す模式図である。図２０に示す本実施形態におけるコントローラ８０３の動作は、図９に示した前記第２の実施形態におけるコントローラ８０３の動作に対して、ステップＳ２００１の判定処理が追加されており、その他は同一である。本実施形態におけるコントローラ８０３は、主電源部１０１における電力変換効率が、特定の最低電力変換効率ｅより低いか判定し（ステップＳ２００１）、判定結果がｔｒｕｅの場合、ステップＳ９０７以下の処理を実行する。ここで、コントローラ８０３は、ステップＳ９０７における判定結果がｆａｌｓｅであり、ステップＳ９０９における判定結果がｔｒｕｅである場合に、ステップＳ９１２において、補助電源１０５が出力電力γを供給するように制御する。ステップＳ２００１の判定結果がｆａｌｓｅの場合、コントローラ８０３は、補助電源１０５において出力電力を供給しないよう制御する。ここで図２１を参照すると、特定の最低電力変換効率ｅについて、Ｅ＝ｅ未満となる領域であれば、補助電源部１０５から出力電力（蓄電部１０６における放電電力）が供給される可能性がある。図２１より、充放電量調整部１２０２がｅの絶対値を増加させた場合（図１９のステップ１９１２）、ステップＳ２００１においてｔｒｕｅと判定される領域が増大するため、補助電源部１０５から出力電力を供給する領域が増大する。これに対して、充放電量調整部１２０２がｅの絶対値を減少させた場合（図１９のステップ１９１３）、ステップＳ２００１においてｆａｌｓｅと判定される領域が増大するため、補助電源部１０５から出力電力を供給する領域が減少する。このように、充放電量調整部１２０２は、主電源部１０１における最低電力変換効率ｅを調整することにより、補助電源部１０５における充放電電力がバランスするように、補助電源部１０５における放電電力を制御する。
【００９９】
以上述べたように、本実施形態における電源システムにおいて、変換特性調整部１２０２は、補助電源部１０５における最大出力電力βと、主電源部１０１における最低電力変換効率ｅを調整することにより、補助電源部１０５における一定時間内の出力電力量の増減を制御する。結果として、補助電源部１０５における充放電がバランスし、蓄電部１０６における過充電、過放電が抑制される。また、主電源部１０１の出力電力が、補助電源部１０５の充放電電力により補完されることから、前述した第１及び第２の実施形態同様、電源システム全体の稼働時間にわたって電力変換効率が最適化されるという作用・効果を奏する。
【０１００】
なお、本願発明の制御ユニット１０３及びコントローラ８０３については、本実施形態と、前記第３の実施形態とを組み合わせた構成としてもよい。
【０１０１】
＜第５の実施形態＞
次に上述した本願発明の第１乃至第４の実施形態を基本とした、本願発明の第５の実施形態について、図２２を参照して説明する。以下の説明においては、本実施形態に係る特徴的な構成を中心に説明する。その際、前記第１及乃至第４の実施形態と同様な構成については、同一の参照番号を付すことにより、重複する説明は省略する。
【０１０２】
図２２は、本願発明の第５の実施形態における電源システムの構成を表す図である。上述した第３乃至第４の実施形態同様、本発明の第５の実施形態における電源システムは、図２２に示すように、主電源部２２０１、電力測定部１０２、蓄電池１０６を有する補助電源部１０５、及び制御ユニット１０３を有する。本実施形態においては、これらの構成に加え、副電源部２２０２と、最適出力電力演算部２２０３、電圧変換部２２０６、負荷としてのメイン駆動回路２２０４、及びスタンバイ駆動回路２２０５を有する。主電源部１０１及び副電源部２２０２と、補助電源部１０５との出力は統合され、負荷としてのメイン駆動回路２２０４及びスタンバイ駆動回路２２０５に供給される。以下、それぞれの構成要素について説明する。
【０１０３】
主電源部２２０１は、ＡＣ／ＤＣ変換やＤＣ／ＤＣ変換などを行い、出力段に直流電力ｘＡを出力する直流電力供給源であり、後述する消費電力が大きいメイン駆動回路２２０４を駆動できる、出力電力容量が比較的大きい回路により構成する。主電源部２２０４を構成する回路としては、例えばダブルフォワード回路や、フルブリッジ回路等を採用してよい。
【０１０４】
副電源部２２０２も、出力段に直流電力ｘＢを出力する直流電力供給源であり、後述する消費電力が小さいスタンバイ駆動回路２０４ｂを駆動できる、出力電力容量が比較的小さい回路により構成する。副電源部２２０５を構成する回路としては、例えばフライバック回路や、シリーズレギュレーターを採用してもよい。
【０１０５】
なお、本実施形態における主電源部２２０１及び副電源部２２０１には、それぞれについて式（９）に表すような２次関数が、入出力変換モデルとして設定されている。具体的には、本実施形態における、主電源部２２０１及び副電源部２２０２ついて、下式（２０）及び（２１）の２次関数を、それぞれの入出力変換モデルとして採用する。ここで、ｙＡは主電源部２２０１の入力電力を表し、ｘＡは主電源部２２０１の出力電力を表し、ｙＢは副電源部２２０２の入力電力を表し、ｘＢは副電源部２２０２の出力電力を表す。なお下式の２次関数の係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、主電源部２２０１及び副電源部２２０２について、それぞれ別途計測した入出力特性の実測値から最小二乗法等を用いて算出し、例えば各電源部に設けられた不揮発性メモリ等からなる設定領域に予め設定する。
2015042062.tif 000021
【０１０６】
電力測定部１０２は、主電源部２２０１、副電源部２２０２及び補助電源部１０５の出力側に接続され、各電源部の出力電力の合計を測定する。測定方法としては、前記第１の実施形態同様、一般的な手法を採用してよいため、説明は省略する。本実施形態においては、各電源部の出力電力は、負荷であるメイン駆動回路２２０４と、スタンバイ駆動回路２２０５とに供給されるので、電力測定部１０２により計測した出力電力を、負荷である各駆動回路における消費電力Ｒとする。
【０１０７】
制御ユニット１０３は、電力測定部１０２により測定した消費電力Ｒに応じて、電源システム全体の電力変換効率が最大となるように、主電源部２２０１及び２２０２の出力電力を調整し、補助電源部１０５の充放電電力を制御する。制御ユニット１０３と、主電源部２２０１、副電源部２２０２、補助電源部１０５、及び電力測定部１０２との間は、前記第１の実施形態同様、各電源部の入出力変換モデルや出力電圧、測定した出力電力値などの各種データや、制御信号などを送受信できるよう、通信可能に接続されている。これらの接続のための通信路や、通信プロトコルについては、前記第１の実施形態の制御ユニット１０３同様、周知の技術を適応してよい。
【０１０８】
制御ユニット１０３は、内部構成として変換関数導出部８０１と、変換効率演算部８０２と、コントローラ８０３と、最適出力電力演算部２２０３とを有する。これら制御ユニット１０３の構成要素は互いに通信可能に接続されており、データや制御コマンドなどを送受信する。これらの構成要素間の通信路や通信プロトコルについても、前述した既存の技術を適応してよい。なお、前記第１の実施形態にて記載した通り、制御ユニット２０３を汎用のハードウェア資源と、当該汎用ハードウェアにより実行されるソフトウェア・プログラムとによって構成する場合、電源制御２０３の各構成要素は、ソフトウェア・プログラムを構成するモジュールとして実現してもよい。ここで、変換関数導出部８０１、変換効率演算部８０２、及びコントローラ８０３は、前記第２乃至第４の実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【０１０９】
最適出力電力演算部２２０３は、電力測定部１０２により計測した消費電力と、変換関数導出部８０１により導出した入出力変換モデルを参照し、当該計測した消費電力に対して、本実施形態に係る電源システム全体の入力電力が最小となるような、主電源部２２０１及び副電源部２２０２の出力電力を算出する。
【０１１０】
コントローラ８０３は、前記第２乃至第４の実施形態において説明した動作に加え、上述の最適出力電力演算部２２０３において算出した出力電力を出力するように、主電源部２２０１及び副電源部２２０２に制御信号を送り、各電源部の出力電力を制御する。
【０１１１】
メイン駆動回路２２０４は、電源システムの主たる負荷であり、電源スイッチＳＷがＯＮとなった場合に駆動される。
【０１１２】
スタンバイ駆動回路２２０５は、電源スイッチＳＷがＯＦＦの場合にスタンバイ用に駆動される負荷である。なお、スタンバイ駆動回路２２０５を電源スイッチＳＷがＯＮの場合に駆動するか否かは、任意である。また、スタンバイ駆動回路の消費電力は、メイン駆動回路の消費電力よりも小さい。
【０１１３】
補助電源部１０５は、前記第１乃至第４の実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、本実施形態においては蓄電部１０６として、電源部２２０１及び２２０２の定格最大出力を所定時間以上維持できる２次電池を採用する。
【０１１４】
電圧変換部２２０６は、スタンバイ駆動回路２２０５向けの電圧変換回路であり、例えば、任意のＤＣ−ＤＣコンバータ等を用いてよい。スタンバイ駆動回路２２０４の駆動電圧が各電源部の出力電圧とは異なる場合、電圧変換部２２０６は、各電源部の出力電力を電圧変換して、スタンバイ駆動回路２２０５に供給する。なお、電圧変換部２２０６を接続するか否かは、スタンバイ駆動回路２２０５の駆動電圧に応じて任意に選択してよい。
【０１１５】
次に、上述のように構成された、本発明の第５の実施形態における、電源システムの動作を説明する。本実施形態において、制御ユニット１０３は、図２に示した第１の実施形態における処理に加え、電源システム全体の入力電力が最小となるように、主電源部２２０１及び副電源部２２０２の出力電力を制御する。以下図２３を参照して、制御ユニット１０３による、主電源部２２０１及び副電源部２２０２の出力電力制御について説明する。
【０１１６】
まず、図２３において、ステップＳ２３０１乃至ステップＳ２３０２は、図２におけるステップＳ２０１乃至Ｓ２０２と同様であるので、説明を省略する。
【０１１７】
次に、制御ユニットは、電力測定部１０２において測定した負荷における消費電力Ｒと、各電源部に設定された入出力変換モデルに基づいて、電源システムへの全入力電力Ｙを算出する（ステップＳ２３０３）。以下、ステップＳ２３０３における処理について説明する。入力制御ユニット１０３の構成要素である変換関数導出部８０１は、前述のとおり主電源部２２０１及び副電源部２０２０と通信可能に接続されており、当該各電源部の入出力変換モデルを参照する。当該入出力変換モデルの参照方法としては、例えば、各電源部に設定されている２次関数の係数に関する情報を、前述した通信路を経由してデータとして取得してもよい。主電源部２２０１及び副電源部２２０２の入出力変換モデルを、それぞれｆＡ及びｆBと表すと、システム全体の全入力電力Ｙについて、下式（２２）が得られる。
2015042062.tif 000022
【０１１８】
上式（２０）及び（２１）を式（２２）に適用すると、入出力変換関数として下式（２３）が導出される。
2015042062.tif 000023
【０１１９】
変換関数導出部８０１は、式（２３）の入出力変換関数を、後述する最適出力電力演算部２２０３に所定の通知手段により通知する。具体的な通知内容としては、例えば前述した通信路を経由して、最適出力電力演算部２２０３に、式（２３）の２次関数の係数をデータとして通知してもよい。具体的な通知手段は、変換関数導出部８０１と最適出力電力演算部２２０３との間の接続方法によって適切な方法を選択してよく、例えば上述したＩ２Ｃ通信のコマンドを使用してもよいが、これに限定されるものではない。
【０１２０】
次に、制御ユニット１０３は、上記算出した全入力電力Ｙが最小となる、主電源部２２０１及び副電源部２２０２における出力電力を算出する（ステップＳ２３０４）。以下、ステップＳ２３０４の処理における処理について説明する。制御ユニット１０３の構成要素である、最適出力電力演算部２２０３は、電力測定部１０２により測定した負荷における消費電力と、前記変換関数導出部８０１において導出した入出力変換関数とを参照して、式（２３）により表される入力電力Ｙが最小となるところのｘＡ及びｘＢを算出する。より具体的には、最適出力電力演算部２２０３は、以下（ｉ）乃至（ｉｉｉ）の３つの場合について、それぞれ入力電力Ｙが最小となるところの、主電源部２２０１における出力電力ｘＡと、副電源部２２０２における出力電力ｘＢと、を算出する。
【０１２１】
（ｉ）主電源部２２０１及び副電源部２２０２の両方を稼働させる場合
（ｉｉ）主電源部２２０１のみを稼働させる場合
（ｉｉｉ）副変換部２２０２のみを稼働させる場合  まず、上述した（ｉ）主電源部２２０１及び副電源部２２０２の両方を稼働させる場合、最適出力電力演算部２２０３は、入力電力Ｙと、出力電力ｘＡとｘＢとを以下の通り算出する。即ち、電力測定部１０２により測定した負荷における消費電力をＲとすると、主電源部２２０１及び副電源部２２０２からの出力電力は出力側の接続点で統合され、負荷（メイン駆動回路２２０４及びスタンバイ駆動回路２２０５）に供給されることから、下式（２４）が得られる。
2015042062.tif 000024
【０１２２】
式（２４）よりxB=R-xAとなる。これを前記変換関数導出部２０３ａから通知された入出力変換関数である（２３）に適用すると、下式（２５）が得られる。
2015042062.tif 000025
【０１２３】
ここで、出力電力Ｙが最小の時、Ｙの微分値Ｙ’＝０となることから、下式（２６）が得られる。
2015042062.tif 000026
【０１２４】
これより、最適出力電力演算部２２０３は、主電源部２２０１及び副電源部２２０２に対する、最適な出力電力を以下のように算出する。
2015042062.tif 000027
【０１２５】
以上より、最適出力電力演算部２２０３は、電力測定部１０２により測定した負荷における消費電力Ｒと、前記変換関数導出部８０１により導出した２次関数モデルの具体的な係数（ａ乃至ｆ）を参照し、これらの値を計算式（２７）及び（２８）に代入することで、出力電力ｘＡ及びｘＢを算出できる。また、最適出力電力演算部２２０３は、上式（２７）及び（２８）で算出したｘＡとｘＢを上式（２３）に代入することで、この場合の入力電力Ｙを算出できる。なお、本実施形態においては、最適出力電力演算部２２０３は、式（２３）と、式（２７）と、式（２８）とを予め保持していればよい。最適出力電力演算部２２０３における計算式の具体的な保持方法については、制御ユニット１０３の構成によって適切な方法を選択してよい。例えば制御ユニット１０３を単体のハードウェアとして構成する場合は、計算式に相当するロジックを回路で実現してもよい。また、制御ユニットが前述のように汎用ＣＰＵとメモリ等のハードウェアとソフトウェア・プログラムとで構成される場合には、当該ソフトウェア・プログラム内に計算式を組み込んでもよい。
【０１２６】
次に、上述した（ｉｉ）主電源部２２０１のみを稼働させる場合、最適出力電力演算部２２０３は、入力電力Ｙと、出力電力ｘＡとｘＢとを以下の通り算出する。即ち、副電源部２２０２を停止して出力電力ｘＢ＝０とし、電力測定部１０２により測定した負荷における消費電力をＲとすると、下式（２９）が得られる。
2015042062.tif 000028
【０１２７】
また、式（２２）から下式（３０）が得られる。
2015042062.tif 000029
【０１２８】
式（３０）の係数ｆは、副電源部２２０２の待機電力に相当する。本実施形態においては、副電源部２２０２を完全に停止して、入力電力をｙＢ＝０としてもよく、その場合の全入力電力は下式（３１）により表される。
2015042062.tif 000030
【０１２９】
以上より、最適出力電力演算部２２０３は、電力測定部１０２により測定した負荷における消費電力Ｒと、前記変換関数導出部８０１により導出した２次関数モデルの具体的な係数を参照し、上記計算式に代入することで、入力電力Ｙと出力電力ｘＡを算出できる。なお、本実施形態においては、最適出力電力演算部２２０３は、上式（３０）または（３１）を保持していればよい。当該計算式の具体的な保持方法は、上述の通り、制御ユニット１０３の構成によって適切な方法を選択してよい。また、本実施形態では、各電源部と、制御ユニット１０３との具体的構成に応じて、入力電力の計算式として上式（３０）あるいは（３１）を適切に選択してよい。例えば、制御ユニット１０３が、副電源部２２０２を待機状態とするよう制御するのであれば、式（３０）を選択し、副電源部２２０２を完全に停止するよう制御するのであれば、式（３１）を選択すればよい。
【０１３０】
次に、上述した（ｉｉｉ）副電源部２２０２のみを稼働させる場合、最適出力電力演算部２２０３は、入力電力Ｙと、出力電力ｘＡとｘＢとを以下の通り算出する。即ち、主電源部２２０１を停止して出力電力ｘＡ＝０とし、電力測定部１０２により測定した負荷における消費電力をＲとすると、下式（３２）が得られる。
2015042062.tif 000031
【０１３１】
また、上式（２２）から、下式（３３）が得られる。
2015042062.tif 000032
【０１３２】
式（３３）の係数ｃは、主電源部２２０１の待機電力に相当する。本実施形態においては、主電源部２２０１を完全に停止して、入力電力をｙＡ＝０としてもよく、その場合の全入力電力は下式（３４）により表される。
2015042062.tif 000033
【０１３３】
以上より、最適出力電力演算部２２０３は、電力測定部１０２により測定した負荷における消費電力Ｒと、前記変換関数導出部８０１により導出した２次関数モデルの具体的な係数を参照し、上記計算式に代入することで、入力電力Ｙと出力電力ｘＢを算出できる。なお、本実施形態においては、最適出力電力演算部２２０３は、上式（３３）または（３４）を保持していればよい。具体的な計算式の保持方法は、上述の通り、制御ユニットの構成によって適切な方法を選択してよい。また、本実施形態では、上述した（ｉｉ）の場合と同様、各電源部と、制御ユニット１０３との具体的構成に応じて、入力電力の計算式として上式（３３）あるいは（３４）を適切に選択してよい。
【０１３４】
最適出力電力演算部２２０３は、上述した（ｉ）乃至（ｉｉｉ）の各場合について算出した出力電力Ｙを比較して、出力電力Ｙが最小となる場合のｘＡ及びｘＢを、主電源部２２０１及び副電源部２２０１の最適な出力電力として選択し、接続されているコントローラ８０３に通知する。具体的な通知手段は、最適出力電力演算部２２０３とコントローラ８０３との接続方法によって適切な方法を選択してよく、例えば上述したＩ２Ｃ通信のコマンドを使用してもよいが、これに限定されるものではない。
【０１３５】
次に、制御ユニット１０３は、ステップＳ２３０４において算出した最適な出力電力を出力するよう、主電源部２２０１及び副電源部２２０２を制御する（ステップ２３０５）。以下、ステップＳ２３０５における処理について説明する。制御ユニット１０３の構成要素である、コントローラ８０３は、最適出力電力演算部２２０３から通知された出力電力を出力するように、主電源部２２０１及び副電源部２２０２を制御する。本実施形態においては、コントローラ８０３は、前記第２の実施形態における主電源部１０１及び補助電源部１０５の出力電力の調整と同様に、主電源部２２０１と補助電源部２２０３の出力電圧比を調整することにより、それぞれの出力電力を調整すればよい。具体的な調整方法は、前記第２の実施形態の場合と同様であるため、説明は省略する。
【０１３６】
以上説明した制御ユニット１０３の動作により、主電部２２０１及び副電源部２２０２の出力電力は、メイン駆動回路２２０４及びスタンバイ駆動回路２２０５において消費される電力に応じて、電源システム全体への入力電力Ｙが最小となるように制御され、電源システム全体としての変換効率が最適化される。
【０１３７】
本実施形態において、主電源部２２０１として出力電力が比較的大きな高負荷領域における電力変換効率が高い電源回路を採用し、副電源部２２０２として出力電力が比較的小さな低負荷領域における電力変換効率が高い電源回路を採用した場合、各電源部の出力電力は以下のように制御される。
【０１３８】
即ち、スイッチＳＷがＯＦＦの場合、消費電力が比較的小さい、スタンバイ駆動回路２２０５が駆動される。スタンバイ駆動回路２２０５の消費電力は比較的小さいため、制御ユニット１０３は、副変換部２２０２のみを稼働させる場合に入力電力が最小になると算出する場合がある。この場合、制御ユニット１０３は、副電源部２２０２のみを稼働するように、各電源部の出力電圧を制御する。なお、制御ユニット１０３は主電源部２２０１を完全に停止してもよい。次に、スイッチＳＷをＯＮにしてメイン駆動回路２２０４を駆動した場合、制御ユニット１０３は、メイン駆動回路２２０４の消費電力に対応して、入力電力が最小となるように、主電源部２２０１及び副電源部２２０２の出力電圧を制御する。この場合、制御ユニット１０３は主電源部２２０１及び副電源部２２０２の両方を稼働するか、あるいは主電源部２２０１のみを稼働するように、主電源部２２０１及び副電源部２２０２の出力電圧を制御する。なお、主電源部２２０１のみを稼働する場合、制御ユニット１０３は、副電源部２２０２を完全に停止してもよい。このように、負荷である各駆動回路における消費電力の変動に伴って、電力変換効率を最大化するように各電源部の出力電圧を調整することにより、制御ユニット１０３は各電源部の切り替え操作を行う。
【０１３９】
次に、本実施形態における、各電源部における出力電力の切り替え操作と、前記第１乃至第４の実施形態における、補助電源部１０５の充放電制御との組合せについて説明する。本実施形態における補助電源部１０５及びコントローラ８０３は、前記第１乃至第４の実施形態において説明した補助電源部における充放電制御と、本実施形態において説明した各電源部の出力電力制御とを組み合わせて実行してもよい。
【０１４０】
本実施形態において、コントローラ８０３は、負荷における消費電力に対して電源システム全体の入力電力を最小化するように、主電源部２２０１と副電源部２２０１の出力電力を制御する。このため、負荷における消費電力の値によっては、前述したように主電源部２２０１あるいは副電源部２２０２のいずれか一方のみが稼働する状況が発生する。例えば、負荷における消費電力の急増に伴い、主電源部２２０１と副電源部２２０２の両方を稼働する必要がある場合に、いずれか一方の電源が停止していると、一時的に負荷に供給する出力電力が低下してしまう可能性がある。同様に、各電源部の切り替えが発生する場合にも、切り替えタイミングにおける負荷の消費電力によっては、一時的に負荷に対して十分な電力を供給できない可能性がある。
【０１４１】
そこで本実施形態においては、コントローラ８０３は、負荷に供給する出力電力が低下した際に補助電源部１０５から電力を供給し、停止している電源がある場合には、当該電源を起動するよう各電源部を制御する。以下、図２５を参照して、コントローラ８０３による各電源部の制御について説明する。なお、本実施形態におけるコントローラ８０３の動作は、図９に示す前記第２の実施形態におけるコントローラ８０３の動作に対して、ステップＳ２５０１、Ｓ２５０１、Ｓ２５０３の処理が追加されており、それ以外は同一である。よって図２５においては、図９におけるステップＳ９０４以降の処理を省略している。
【０１４２】
まず、コントローラ８０３は、電力測定部１０２における測定結果を参照し、消費電力の変動を検出する（ステップＳ２５０１）。次に、コントローラ８０３は、電源部の出力電力が低下しているか判定し（ステップＳ２５０２）、判定結果がｔｒｕｅの場合には、主電源部２２０１が停止していれば起動し、補助電源部１０５において出力電力を供給するよう制御する（ステップＳ２５０３）。ステップＳ２５０１については、コントローラ８０３は、特定の閾値と出力電力の変動幅を比較して、出力電力の変動を検出してもよい。ステップＳ２５０２については、コントローラ８０３は、例えば各電源部の出力電圧を参照して、出力電圧の低下を判定してもよい。以上説明したコントローラ８０３の制御により、主電源部２２０１と副電源部２２０２の切り替えなどの際に、補助電源部１０５により出力電力を補完でき、出力電力の低下に伴うシステムの停止を回避できる。
【０１４３】
また、本実施形態においては、コントローラ８０３は、負荷における消費電力に対して電源システム全体の入力電力を最小化するように、主電源部２２０１と副電源部２２０１の出力電力を制御する。このため、負荷における消費電力の値によって主電源部２２０１及び副電源部２２０２の出力電力が変動し、場合によっては主電源部２２０１あるいは副電源部２２０２のいずれか一方のみが稼働する状況となる。このような出力変動に伴い、システム全体の電力変換効率が変動する場合がある。図２４は、各電源部の出力変動に伴う、システム全体の電力変換効率の変動を表す模式図である。図２４に示すように、本実施形態においては、負荷に応じて各電源部の出力電力が動的に変化し、場合によっては一方の電源部が停止することから、システム全体の電力変換に関する効率曲線が変動する。制御ユニット１０３は、消費電力に対する入力電力が最小となるように、即ち最も電力変換効率が良くなるように各電源の出力電力を制御するため、電力変換効率はある程度高い状態が保たれる。これに対して、前記第１乃至第４の実施形態において説明した、補助電源部１０５における充放電制御を実行することにより、電源切り替え時の出力変動を抑える効果を奏し、更に補助電源１０５における細かい充放電制御によって、電源システムの稼働時間全体にわたって電力変換効率が最適化されるという効果を奏する。
【０１４４】
以上説明した本実施形態に係る電源システムによれば、主電源部２２０１と副電源部２２０２とを有する電源システムにおいて、入力電力を出力電力の２次関数としてモデル化し、当該入出力変換モデル及び電力測定部１０２において計測された消費電力Ｒから、制御ユニット１０３において入力電力を算出し、当該算出した入力電力を最小化するように各電源部の出力電圧を制御する。結果として、各駆動回路における消費電力Ｒに応じて主電源部２２０１と副電源部２２０２とが切り替えられ、消費電力Ｒに対する入力電力が最小化される電源システムが得られる。更に、補助電源部１０５による充放電制御を組み合わせることにより、電源切り替え時の出力低下によるシステム停止を防ぐことが可能であり、電源システムの稼働時間全体にわたって電力変換効率が最適化される。
＜第６の実施形態＞
次に上述した本願発明の第１乃至第５の実施形態を基本とした、本願発明の第６の実施形態について、図２６を参照して説明する。以下の説明においては、本実施形態に係る特徴的な構成を中心に説明する。その際、前記第１及乃至第５の実施形態と同様な構成については、同一の参照番号を付すことにより、重複する説明は省略する。
【０１４５】
図２６は、本願発明の第６の実施形態にかかる電源システムの構成を表す図である。本発明の第６の実施形態における電源システムは、上述した第５の実施形態を基本として、電源部２６０１ａ乃至電源部２６０１ｎと、電力入力部２６０２と、装置制御部２６０３と、駆動回路２６０４と、を有する。各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎと、補助電源部１０５との出力は統合され、負荷としての駆動回路２６０４に供給される。以下、それぞれの構成要素について説明する。
【０１４６】
電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎは、上述の第５の実施形態と同様、ＡＣ／ＤＣ変換やＤＣ／ＤＣ変換などを行い、出力段に直流電力を出力する直流電力供給源であり、各電源部について式（９）に表すような２次関数が、入出力変換モデルとして設定されている。本実施形態に係る電源システムにはＮ（Ｎは２以上の整数）台の電源部が含まれており、各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎについては、それぞれ同一の定格仕様に基づいた電源部を採用してもよく、異なる定格仕様に基づいた異種の電源部を採用してもよい。  制御ユニット１０３は、前記第５の実施形態と同様、電力測定部１０２において測定した出力電力に基づいて、本実施形態に係る電源システム全体の電力変換効率が最大となるように、主電源部１０１及び補助電源部１０５の出力電力と、補助電源部１０５に対する充電電力とを調整する。制御ユニット１０３と、各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎ、補助電源部１０５、及び電力測定部１０２との間は、前記第５の実施形態同様、各電源部の入出力変換モデルや出力電圧、測定した出力電力値などの各種データや、制御信号などを送受信できるよう、通信可能に接続されている。これらの接続のための通信路や、通信プロトコルについては、前記第１の実施形態の制御ユニット１０３同様、周知の技術を適応してよい。
【０１４７】
制御ユニット１０３は各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎが出力する電源検出信号を参照することにより、電源システム全体に含まれる電源部の台数を判別するよう構成してもよい。なお、電源部の台数を検出する具体的な方法はこれに限られず、複数の各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎを相互接続すると共に、特定の電源部をマスター電源とし、マスター電源が電源システムに含まれる電源部の存在信号を検出し、制御ユニット１０３に通知してもよい。また、図２６には図示しない電源台数検出部を別途設けて、電源台数検出部において各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎが出力する電源検出信号を検出し、検出した電源台数を制御ユニット１０３に通知するよう構成してもよい。なお、各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎの間や、各電源部と電源台数検出部との間を接続する通信路や通信プロトコルについても、前記第１の実施形態の電源制御部１０３同様、既存の技術を適応してよい。
【０１４８】
各電源部の入力側には、各電源部に電力を供給する電力入力部２６０２が接続される。電力入力部２６０２としては、例えば商用電源系統や発電機、無停電電源装置等の電力供給源を接続してよい。ここで、本実施形態の電力入力部２６０２には定格最大出力電力Ｂ設定されている。定格最大出力電力Ｂは、例えば電力入力部２６０２に設けられた不揮発性メモリに、適当な治具を利用して格納してもよい。なお、定格最大出力電力Ｂは、後述する装置制御部２６０３に設定されていてもよい。
【０１４９】
各電源部の出力側には負荷である駆動回路２６０４が接続されている。本実施形態の駆動回路２６０４には定格最大消費電力Ｒｍａｘが設定されている。定格最大消費電力Ｒｍａｘは例えば駆動回路２６０４に設けられた不揮発性メモリに適当な治具を利用して格納してもよい。なお、定格最大消費電力Ｒｍａｘは、後述する装置制御部２６０３に設定されていてもよい。駆動回路２６０４は、図２６に示すように、複数の駆動回路２６０４ａ乃至２６０４ｍを用いて構成してもよく、このように構成する場合は、各駆動回路２６０４ａ乃至２６０４ｍのそれぞれに定格最大消費電力Ｒｉ＿ｍａｘが設定される。ここでｉはｉ番目の駆動回路であることを表す。
【０１５０】
装置制御部２６０３は、上述した電力入力部２６０２及び駆動回路２６０４に、通信可能に接続されており、電力入力部２６０２に設定されている定格最大出力電力Ｂと、駆動回路２６０４に設定されている定格最大消費電力Ｒｍａｘとを参照し、所定の定格内で駆動されているかを判定する。また、装置制御部２６０３は、変換関数導出部８０１とも通信可能に接続されており、変換関数導出部８０１により導出した入出力変換モデルを参照する。これらの要素間の接続については、前記第１の実施形態における制御ユニット１０３同様、既存の技術を適応してよい。装置制御部２６０３は、専用の制御用ハードウェアを用いて構成してもよいが、汎用のＣＰＵ及びメモリ等（何れも不図示）からなるハードウェアと、そのＣＰＵによって実行される各種ソフトウェア・プログラムとによって構成してもよい。
【０１５１】
前述の定格最大出力電力Ｂと、定格最大消費電力Ｒｍａｘについては、具体的な値を装置制御部２６０３に予め設定しておいてもよい。これらの値を装置制御部２６０３へ設定する方法としては、例えば装置制御部２６０３にフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを搭載し、出荷前の製造段階、或いは出荷後のメンテナンス段階等において、適当な治具を利用して当該メモリ領域内にこれらの値を格納してもよい。また、装置制御部２６０３が前述のように汎用ＣＰＵとメモリ等のハードウェアとソフトウェア・プログラムとによって構成される場合には、当該ソフトウェア・プログラム内に組み込んでもよい。本実施形態におけるその他の構成については、前記第５の実施形態と同様である。
【０１５２】
次に、本実施形態に係る電源システムの動作について説明する。本実施形態に係る電源システムの基本的な動作は、前記第５の実施形態と同様であるため、以下、第５の実施形態とは異なる部分を中心に、変換関数導出部８０１と最適出力電力演算部２２０３、および装置制御部８０８の動作について説明する。まず、変換関数導出部８０１の動作について説明する。変換関数導出部８０１は、各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎに設定された入出力変換モデルを参照し、各電源部から送出された電源検出信号に基づいて電源の台数Ｎを判別し、入出力変換関数として下式（３５）を導出する。下式（３５）において、ｘｉ、ｙｉ、及びｆｉはそれぞれi番目の電源の出力電力、入力電力、及び入出力変換モデルを表す。
2015042062.tif 000034
【０１５３】
ｉ番目の電源の入出力変換モデルをｙｉ＝ａｉｘｉ２＋ｂｉｘｉ＋ｃｉとすると、式（３５）より、下式（３６）が得られる。なお、前記第５の実施形態と同様、式（３６）のａｉ、ｂｉ、およびｃｉは、ｉ番目の電源部２６０１ｉについて、別途計測した入出力特性の実測値から最小二乗法を用いて算出され、予め電源部に設定される。
2015042062.tif 000035
【０１５４】
変換関数導出部８０１は、式（３６）の入出力変換関数を、後述する最適出力電力演算部２２０３に所定の通知手段により通知する。最適出力電力演算部２２０３への通知方法については、前記第５の実施形態と同様としてよいため、説明を省略する。
【０１５５】
次に、最適出力電力演算部２２０３の動作について説明する。最適出力電力演算部２２０３は、上記第２の実施形態と同様、電力測定部１０２により測定した駆動回路２６０４における消費電力と、前記変換関数導出部８０１において導出した入出力変換関数とを参照して、上式（３６）により表された入力電力Ｙが最小となるところの、各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎにおける出力電力を算出する。電力測定部１０２により計測された、駆動回路２６０４における消費電力をＲとすると、式（３７）が得られる。
2015042062.tif 000036
【０１５６】
最適出力電力演算部２２０３は、上式（３６）及び（３７）に基づいて、Ｙと各ｘｉとについて数学的な最適解を導出してもよいが、計算が複雑になる可能性がある。本実施形態においては、最適出力電力演算部２２０３におけるＹと各ｘｉの算出方法を単純化することを目的として、図２７に示すように各電源部を２つのグループ（以下便宜的にグループＡ、グループＢとする）に分け、それぞれのグループに含まれる電源部の出力電力が等しくなるよう制御する。このように単純化した場合は、上式（３６）及び（３７）から、下式（３８）及び（３９）が得られる。なお、下式においてＮＡとＮＢは、それぞれグループＡまたはグループＢに含まれる電源部の台数を表し、ＮＡ＋ＮＢ＝Ｎである。なお、全ての電源部が一方のグループに含まれる場合（例えばＮＡ＝０、ＮＢ＝Ｎの場合）も含む。また、ｘＡはグループＡに含まれる、それぞれの電源部の出力電力を表し、ｘＢはグループＢに含まれる、それぞれの電源部の出力電力を表す。
2015042062.tif 000037
【０１５７】
次に、式（３８）及び（３９）に基づいて、入力電力Ｙが最小となるｘＡとｘＢとを算出する処理の一例について、図２８を参照して説明する。なお、上式（８７）及び（３９）については、算出すべき出力電力がｘＡ及びｘＢの２つであることから、前記第５の実施形態と同様の算出方法により、Ｙが最小となる場合のｘＡ及びｘＢを算出できる。よって、以下の説明においては、上式（３８）及び（３９）から具体的なｘＡ及びｘＢの値を算出する過程は省略する。
【０１５８】
まず、最適出力電力演算部２２０３は、Ｎ台の電源部２６０１の中で、稼働する電源部２６０１の台数を選択する。ここでは、稼働する電源部の台数をｎとする（ステップＳ２８０１）。最適出力電力演算部２２０３は以下の処理を、ｎ＝１台からｎ＝Ｎ台まで変更しながら繰り返し行う（ステップＳ２８０１乃至ステップＳ２８１２）。
【０１５９】
次に、最適出力電力演算部２２０３は、Ｎ台の電源部からｎ台の電源部を選択する全ての組合せを抽出する（ステップＳ２８０２）。ここで組合せの数はＮＣｎとなる。例えば、電源システムが電源部１、電源部２、電源部３、電源部４の４台の電源部を含む場合（Ｎ＝４）、３台の電源部を稼働させるとすると（ｎ＝３）、その組合せは４Ｃ３＝４個となる。その際、抽出する具体的な組合せは（電源部１、電源部２、電源部３）、（電源部１、電源部２、電源部４）、（電源部１、電源部３、電源部４）、（電源部２、電源部３、電源部４）となる。
【０１６０】
次に、最適出力電力演算部２２０３は以下の処理を、抽出した全ての組合せについて繰り返し行う（ステップＳ２８０３乃至ステップＳ２８１１）。最適出力電力演算部２２０３は、前記ステップＳ２８０２において選択されたｎ台の電源を２つのグループに分ける、全てのグループ分けパターンを抽出する（ステップＳ２８０４）。ここで、２つのグループに分ける全グループ分けパターンは［ｎ／２］＋１個となる。なお、本実施形態において、記号”［  ］”は床関数（ガウス記号）を表し、［ｎ／２］はｎ／２以下の最大の整数を表す。例えば、３台の電源部が稼働する場合、２つのグループに分けるパターンは［３／２］＋１＝２個となり、抽出するパターンは（３台、０台）、（２台、１台）となる。４台の電源部が稼働する場合は、グループ分けパターンは［４／２］＋１＝３個となり、抽出するパターンは（４台、０台）、（３台、１台）、（２台、２台）となる。
【０１６１】
次に、最適出力電力演算部２２０３は、以下の処理を抽出した全てのグループ分けのパターンについて繰り返し行う（ステップＳ２８０５乃至ステップＳ２８１０）。最適出力電力演算部８０３ｂは、前記ステップＳ２８０４において抽出した全てのグループ分けパターンについて、各電源部をそれぞれのグループに割り当てる、全ての組合せを抽出する（ステップＳ２８０６）。各電源部を｛ｍ台、Ｎ−ｍ台｝の２つのグループに分割する場合、グループに割り当てる電源の組合せの数は、最大でｎＣｍ個となる。例えば、（電源部１、電源部２、電源部３）の３台の電源部を｛２台、１台｝のグループにわける場合の組合せは３Ｃ２＝３個となりあり、具体的には｛グループＡ、グループＢ｝＝｛（電源部１、電源部２）、電源部３｝、｛（電源部１、電源部３）、電源部２｝、｛（電源部２、電源部３）、電源部１｝となる。以下、本実施形態においては、記号”｛  ｝”は、２つのグループへのグループ分けのパターンを表す。ｎが偶数であり、ｍ＝ｎ／２となる場合は、組合せの数はｎ！/（ｍ！（ｎ−ｍ）！２！）個となる。なお、本実施形態において記号”！”は階乗を表す。
【０１６２】
次に、最適出力電力演算部２２０３は、上記ステップＳ２８０６において抽出した、各電源部を２つのグループへ割り当てる全てのパターンについて、上式（３８）及び（３９）に基づいて、Ｙが最小となるｘＡとｘＢとを算出する。最適出力電力演算部２２０３は、前記全てのパターンについて計算した結果から、Ｙが最小となるｘＡ、ｘＢ、及びＹの最小値と、そのときの電源部の組合せとを記録する（ステップＳ２８０７乃至ステップＳ２８０９）。ステップＳ２８０８においては、Ｙが最小値となるｘＡ及びｘＢと、そのときの電源部の組合せが更新されるたびに、記録を上書きしてもよい。なお、具体的な記録手段としては、例えば電源制御部に設けたメモリ等に一時的に記憶しておいてもよい。
【０１６３】
最適出力電力演算部２２０３は、稼働する電源部の台数ｎを変えながら（ステップＳ２８０１乃至ステップＳ２８１２）、ｎ台の稼働する電源部の全ての組合について（ステップＳ２８０３乃至ステップＳ２８１１）、電源部を２つのグループに分ける全ての組合せを抽出し（ステップＳ２８０５乃至ステップＳ２８１０）、これらの全ての組合せについて上述した計算を繰り返す。
【０１６４】
最適出力電力演算部２２０３は、上記算出処理の終了後、上述したステップＳ２８０８にて記録した、入力電力Ｙが最小となるところの各電源部の出力電力を、コントローラ８０３に通知する（ステップＳ２８１３）。最適出力電力演算部２２０３から通知を受けたコントローラ８０３は、各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎにおいて、最適出力電力演算部２２０３により算出された出力電力を出力するように、各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎの出力電力を制御する。各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎにおける出力電力を制御する具体的な方法は、前述した本発明の第５の実施形態と同様としてよいので、説明は省略する。
【０１６５】
次に、装置制御部２６０３の動作について図２９を参照して説明する。装置制御部２６０３は、駆動回路２６０４の定格最大消費電力Ｒｍａｘと、変換関数導出部８０１により導出された入出力変換関数とを参照し、駆動回路２６０４における消費電力がＲｍａｘとなる場合の、入力電力の最小値ＹＲｍａｘを算出する（ステップＳ２８０１）。具体的な算出方法は、上述した最適出力電力演算部２２０３と同様としてよい。装置制御部２６０３は、駆動回路２６０４が複数の駆動回路２６０４ａ乃至２６０４ｍにより構成されている場合には、個別の駆動回路に設定されている定格最大消費電力の総和をとり、定格最大消費電力Ｒｍａｘ＝ΣＲｉ＿ｍａｘとしてもよい。
【０１６６】
次に、装置制御部２６０３は、電力入力部２６０１に設定されている定格最大出力電力Ｂを参照して、当該定格最大出力電力ＢとＹＲｍａｘとを比較する（ステップＳ２９０２）。装置制御部２６０３は、ステップＳ２９０２においてＹｅｓ（ＹＲｍａｘ＜Ｂ（）の場合）であれば、各電源部の出力電力を最適化するよう制御する（ステップＳ２９０３）。ステップＳ２９０３においては、上述したように、駆動回路２６０４における消費電力に対して、入力電力Ｙが最小となるように各電源ユニット２６０１ａ乃至２６０１ｎの出力電圧が制御される。次に、装置制御部２６０３は、ステップＳ２９０２における判定結果がＮｏの場合（ＹＲｍａｘ≧Ｂ）、警告を出力する（ステップＳ２９０４）。なお、この場合、警告を出力するとともに、電源システムの始動を抑制する等の所定の処理を実行してもよい（ステップＳ２９０５）。警告の出力方法としては、例えば、ディスプレイや警告灯等からなる表示部２６０５ａへの警告表示、警報部２６０５ｂによる警報発生、または通信部２６０５ｃによるアラート通信等、電源システムに求められる仕様に応じて適切な方法を選択してよい。
【０１６７】
装置制御部２６０３は、上述した動作により、電力の供給元である電力入力部２６０２が供給可能な定格最大出力電力Ｂと、駆動回路２６０４において消費される定格最大消費電力Ｒｍａｘの整合性を判定することができ、本願実施形態に係る電源システムが定められた定格の範囲を超えずに運転できる否かを判定できる。
【０１６８】
なお、本実施形態においては、装置制御部２６０３を制御ユニット１０３とは別に独立した形式として設けているが、本願発明はこれに限定されず、例えば、装置制御部２６０３を制御ユニット１０３と一体として設けてもよく、最適出力電力演算部２２０３やコントローラ８０３の一つの機能として実現してもよい。
【０１６９】
以上説明した本実施形態に係る電源システムによれば、複数の電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎを２つのグループに分けて、各グループに含まれるそれぞれの電源部の出力電力が等しくなるよう制御することにより、各電源部に対する出力電力の計算処理を単純化でき、負荷の変動に応じて各電源部の出力電力を素早く制御できる。また、本実施形態に係る電源システムによれば、電力の供給元である電力入力部２６０２が供給可能な定格最大出力電力Ｂと、駆動回路２６０４において消費される定格最大消費電力Ｒｍａｘの整合性を判定することができ、本願実施形態に係る電源システムが定められた定格を超えずに運転できるか否かを判定できる。
【０１７０】
次に、本実施形態における、各電源部の切り替え操作と、前記第１乃至第４の実施形態における、補助電源部１０５の充放電制御との組合せについて説明する。本実施形態における補助電源部１０５及びコントローラ８０３は、前記第５の実施形態同様、前記第１乃至第４の実施形態において説明した補助電源部における充放電制御と、本実施形態において説明した各電源部の出力電力制御とを組み合わせて実行してもよい。
【０１７１】
本実施形態において、コントローラ８０３は、駆動回路２６０４における消費電力に対して電源システム全体の入力電力を最小化するように、各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎの出力電力を制御し、稼働する電源部の台数も制御する。駆動回路２６０４における消費電力の値によっては、前述したように各電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎの一部のみが稼働し、他の電源部は停止する状況が発生する。このため、前記第５の実施形態と同様、各電源部の切り替えタイミングにおける負荷の消費電力によっては、一時的に負荷に対して十分な電力を供給できない可能性がある。よって、本実施形態においても、前記第５の実施形態と同様、図２５に示すように、負荷に供給する出力電力が低下した際に補助電源部１０５から電力を供給し、停止している電源がある場合には、当該電源を起動するよう各電源部を制御する。具体的な処理に内容は、前記第５の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０１７２】
以上説明した本実施形態に係る電源システムによれば、複数の電源部２６０１ａ乃至２６０１ｎを有する電源システムにおいて、駆動回路２６０４における消費電力Ｒに応じて各電源部の出力電力が切り替えられ、消費電力Ｒに対する入力電力が最小化される電源システムが得られる。更に、補助電源部１０５による充放電制御を組み合わせることにより、電源切り替え時の出力低下によるシステム停止を防ぐことが可能であり、電源システムの稼働時間全体にわたって電力変換効率が最適化される。
【０１７３】
尚、上述した各実施形態を例に説明した本発明については、制御ユニット１０３、補助電源部１０５、及び装置制御部２６０３等における処理を、汎用のＣＰＵ及びメモリ等（何れも不図示）からなるハードウェアと、そのＣＰＵによって実行される各種ソフトウェア・プログラムで実現してもよい。即ち、上述した汎用のハードウェア等で構成される装置に対して、上述した各実施形態にて説明した、制御ユニット１０３や補助電源部１０５、及び装置制御部２６０３における処理を実現可能なソフトウェア・プログラムを供給した後、そのソフトウェア・プログラムを、当該装置のＣＰＵに読み出して実行してもよい。当該装置内に供給されたコンピュータ・プログラムは、読み書き可能なＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの一時記憶メモリや、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶デバイスに格納すればよい。
【０１７４】
また、前記の場合において、各装置内へのコンピュータ・プログラムの供給方法としては、出荷前の製造段階、或いは出荷後のメンテナンス段階等において、適当な治具を利用して当該装置内にインストールする方法や、インターネット等の通信回線を介して外部よりダウンロードする方法等のように、現在では一般的な手順を採用することができる。そして、このような場合において、本発明は、係るコンピュータ・プログラムを構成するコード、或いは係るコードが記録されたところの、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体によって構成されると捉えることができる。
【０１７５】
また、上述した各実施形態を例に説明した本発明については、前述した制御ユニット１０３に前述した各電源の入出力変換モデルが設定されていてもよい。制御ユニット１０３に接続される各電源部について、入出力変換モデルが予め判明しているような場合には、電源制御部に各電源部の入出力変換モデルを設定しておくことにより、各電源部の最適な出力電力を算出できる。なお、制御ユニット１０３における入出力変換モデルの設定方法は、例えば制御ユニット１０３にフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを搭載し、出荷前の製造段階、或いは出荷後のメンテナンス段階等において、適当な治具を利用して当該メモリ領域内に格納してもよい。また、制御ユニット１０３が、前述のように汎用ＣＰＵとメモリ等のハードウェアとソフトウェア・プログラムとにより構成される場合には、当該ソフトウェア・プログラム内に変換モデルを組み込んでもよい。
【０１７６】
また、前述した各電源の入出力変換モデルは、自電源システムの外部に存在してもよい。この場合、制御ユニット１０３は、外部に存在する入出力変換モデルを参照することにより、各電源部の最適な出力電力を算出できる。このような場合の例として、当該電源システムを通信ネットワークに接続した環境が挙げられる。例えば、当該通信ネットワーク上の特定のサーバにおいて当該電源システムの入出力変換モデルを保持しており、前述した制御ユニット１０３は、通信路を経由して当該サーバに接続し、当該入出力変換モデルを参照してもよい。
【０１７７】
以上、本発明を、上述した模範的な実施形態に適用した例として説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲は、上述した各実施形態に記載した範囲には限定されない。当業者には、係る実施形態に対して多様な変更または改良を加えることが可能であることは明らかである。そのような場合、係る変更または改良を加えた新たな実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれ得る。そしてこのことは、特許請求の範囲に記載した事項から明らかである。
【０１７８】
尚、上述した実施形態及びその変形例の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうる。しかしながら、上述した実施形態及びその変形例により例示的に説明した本発明は、以下には限られない。
【０１７９】
（付記１）
入力電力を出力電力に変換し、その出力電力を負荷に供給可能な１以上の主電源部と、
電力供給源である蓄電部による出力電力を前記負荷に供給可能な補助電源部と、
前記主電源部及び前記補助電源部の出力側と、前記負荷との間に接続され、前記主電源部及び前記補助電源部が出力した出力電力を測定する電力測定部と、
前記電力測定部により測定した出力電力に応じて、前記主電源部に対する特定の出力調整範囲内において、前記主電源部における電力変換効率が最大となる、前記主電源部における最適な出力電力を算出し、
前記特定の出力調整範囲に基づいて、前記補助電源部における最適な出力電力または充電電力を算出し、
前記算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部を制御し、
前記算出した最適な出力電力または充電電力に基づいて前記補助電源部を制御する、制御ユニットと、
を備える電源システム。
【０１８０】
（付記２）
前記制御ユニットは、前記主電源部への入力電力と、前記主電源部から出力される出力電力との間の電力変換を表す入出力変換モデルに基づいて、前記電力測定部により測定した出力電力に応じた前記主電源部への入力電力を演算する、付記１に記載の電源システム。
【０１８１】
（付記３）
前記制御ユニットは、
前記補助電源部が有する前記蓄電部の充電残量を検出し、
前記電力測定部により測定した前記主電源部の出力電力を第１の出力電力とし、
前記第１の出力電力と、前記入出力変換モデルとに基づいて、前記電源部における第１の入力電力を算出し、
前記第１の出力電力と、前記第１の入力電力とに基づいて、第１の電力変換効率を算出し、
前記第1の出力電力を、前記主電源部に対する特定の出力調整範囲内に含まれる特定の調整値を用いて変換した、前記主電源部における第２の出力電力を導出し、
前記第２の出力電力と、前記入出力変換モデルとに基づいて、前記主電源部における第２の入力電力を算出し、
前記第２の出力電力と、前記第２の入力電力とに基づいて、第２の電力変換効率を算出し、
前記第1の電力変換効率と、前記第２の電力変換効率とを比較した結果と、前記検出した前記蓄電池の充電残量とに基づいて、前記主電源部における出力電力と、前記補助電源部おける出力電力または充電電力とを制御する、
付記２に記載の電源システム。
【０１８２】
（付記４）
前記制御ユニットは、前記第１の電力変換効率よりも、前記第２の電力変換効率の方が高い場合、
前記第２の出力電力に基づいて、前記主電源部における出力電力を制御し、
前記特定の調整値に基づいて前記補助電源部おける出力電力または充電電力を制御する、付記３に記載の電源システム。
【０１８３】
（付記５）
前記制御ユニットは、
前記特定の調整値が正の値となる場合、前記主電源部における出力電力の中で、前記特定の調整値に相当する電力に基づいて、前記補助電源部が有する前記蓄電池を充電し、
前記特定の調整値が負の値となる場合、前記特定の調整値に基づいて、前記補電源部が有する前記蓄電池からの電力供給を制御する、
前記付記３または付記４に記載の電源システム。
【０１８４】
（付記６）
前記電源部は、前記電源部における電力変換効率の特性を調整する、電力変換効率調整手段を有し、
前記電力変換効率調整手段は、前記電力測定部において測定した消費電力と、前記特定の調整値とに基づいて、前記電源部の電力変換効率の特性を調整する、
付記３乃至付記５の何れかに記載の電源システム。
【０１８５】
（付記７）
前記電源部は、複数の電源ユニットにより構成され、
前記電力変換効率調整手段は、前記複数の電源ユニットの少なくとも一部を選択して稼働する、
付記６に記載の電源システム。
【０１８６】
（付記８）
前記電源部は、複数の変圧器を有し、
前記複数の変圧器はそれぞれ並列に接続され、
前記電力変換効率調整手段は、前記複数の変圧器の少なくとも一部を選択して接続する、
付記６に記載の電源システム。
【０１８７】
（付記９）
前記電源部は、力率改善回路と、変圧器と、整流回路とを有し、
前記力率改善回路の出力側は、前記変圧器の入力側に接続され、
前記変圧器の出力側は、前記整流回路に接続され、
前記電力変換効率調整手段は、前記力率改善回路の出力電圧または、動作周波数を制御する、
付記６に記載の電源システム。
【０１８８】
（付記１０）
前記制御部は、前記負荷において特定の期間に消費される消費電力の平均値を算出し、
前記電力変換効率調整手段は、前記算出した消費電力の平均値に基づいて、前記電源部の電力変換効率の特性を調整する、
前記付記６乃至付記９の何れかに記載の電源システム。
【０１８９】
（付記１１）
前記制御部は、前記負荷において特定の期間に消費される消費電力の平均値を算出し、
前記電力変換効率調整手段は、前記電源部の出力電力が、前記算出した消費電力の平均値と等しいか又は略等しくなるように、前記電源部の電力変換効率を調整する、
前記付記６乃至付記１０の何れかに記載の電源システム。
【０１９０】
（付記１２）
前記制御部は、
前記補助電源部において特定の期間に出力される総出力電力量を算出し、
前記補助電源部において特定の期間に充電される総充電電力量を算出し、
前記電力変換効率調整手段は、前記算出した総出力電力量と、総充電電力量とに基づいて、前記電源部の電力変換効率の特性を調整する、
前記付記６乃至付記１１の何れかに記載の電源システム。
【０１９１】
（付記１３）
前記制御部は、
前記補助電源部において特定の期間に出力される総出力電力量を算出し、
前記補助電源部において特定の期間に充電される総充電電力量を算出し、
前記電力変換効率調整手段は、前記算出した総出力電力量と、総充電電力量とが等しいか又は略等しくなるように、前記電源部の電力変換効率の特性を調整する、
前記付記６乃至付記１３の何れかに記載の電源システム。
【０１９２】
（付記１４）
前記制御部は、
前記補助電源部において特定の期間に出力される総出力電力量を算出し、
前記補助電源部において特定の期間に充電される総充電電力量を算出し、
前記算出した総充電電力量が、前記算出した総出力電力量より大きい場合、前記補助電源部における最大出力電力を大きくするよう制御する、
前記付記３乃至付記１１の何れかに記載の電源システム。
【０１９３】
（付記１５）
前記制御部は、
前記主電源部における電力変換効率が、前記補助電源部からの電力の供給可否を判定する設定値である最低電力変換効率より低い場合に、前記補助電源部において出力電力を供給するよう制御し、
前記補助電源部において特定の期間に出力される総出力電力量を算出し、
前記補助電源部において特定の期間に充電される総充電電力量を算出し、
前記算出した総充電電力量が、前記算出した総出力電力量より大きい場合、前記最低電力変換効率の値を大きくするよう制御する、
前記付記３乃至付記１４の何れかに記載の電源システム。
【０１９４】
（付記１６）
前記制御部は、
前記算出した第１の変換効率が特定の下限値より低い場合、前記電源部を停止し、前記補助電源部の出力電力を負荷に供給する、
前記付記１乃至付記１５の何れかに記載の電源システム。
【０１９５】
（付記１７）
前記制御ユニットは、
前記補助電源部が有する前記蓄電池の充電残量を検出し、
前記検出した充電残量が特定の下限容量より小さい場合、前記補助電源部による電力供給を停止し、
前記検出した充電残量が特定の上限容量より大きい場合、前記補助電源部における前記蓄電池に対する充電を停止する、
前記付記１乃至１６の何れかに記載の電源システム。
【０１９６】
（付記１８）
入力電力を出力電力に変換して負荷に供給可能な１以上の主電源部から出力される出力電力と、蓄電部を電力供給源とする補助電源部から出力される出力電力と、を測定し、
前記測定した出力電力に応じて、前記主電源部に対する特定の出力調整範囲内において、前記主電源部における電力変換効率が最大となる、前記主電源部における最適な出力電力を算出し、
前記特定の出力調整範囲に基づいて、前記補助電源部における最適な出力電力または充電電力を算出し、
前記算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部を制御し、
前記算出した最適な出力電力または充電電力に基づいて前記補助電源部を制御する、
電源システムの制御方法。
【０１９７】
（付記１９）
電源システムの制御プログラムであって、
入力電力を出力電力に変換して負荷に供給可能な１以上の主電源部から出力される出力電力と、蓄電部を電力供給源とする補助電源部から出力される出力電力と、を測定する処理と、
前記測定した出力電力に応じて、前記主電源部に対する特定の出力調整範囲内において、前記主電源部における電力変換効率が最大となる、前記主電源部における最適な出力電力を算出する処理と、
前記特定の出力調整範囲に基づいて、前記補助電源部における最適な出力電力または充電電力を算出する処理と、
前記算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部を制御する処理と、
前記算出した最適な出力電力または充電電力に基づいて前記補助電源部を制御する処理と、をコンピュータに実行させる、制御プログラム。
【０１９８】
（付記２０）
入力電力を出力電力に変換し、その出力電力を負荷に供給する複数の電源部と、
前記電源部の出力側と、前記負荷との間に接続され、前記電源部が出力した出力電力を測定する電力測定部と、
前記電力測定部により測定された出力電力に応じて、前記電源部への入力電力が最小となる前記電源部の最適な出力電力を算出し、算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部を制御する電源制御部と、
を備える電源システム。
【０１９９】
（付記２１）
前記電源制御部は、前記電源部への入力電力と、前記電源部から出力される出力電力との間の電力変換を表す入出力変換モデルに基づいて、前記電力測定部により測定した出力電力に応じた前記電源部への入力電力を演算する、付記２０に記載の電源システム。
【０２００】
（付記２２）
前記入出力変換モデルは、前記電源部の出力電力の２次関数である、
付記２１に記載の電源システム。
【０２０１】
（付記２３）
前記電力測定部は、
前記負荷において消費される、前記複数の電源部の出力電力の合計を測定し、
前記電源制御部は、
前記電力測定部により測定された前記出力電力の合計と、前記入出力変換モデルとに基づいて、前記複数の電源部への入力電力の合計が最小となる最適な出力電力を、前記電源部それぞれに対して算出し、
算出した最適な出力電力に基づいて、前記電源部それぞれの出力電力を調整する、
付記２１乃至２２の何れかに記載の電源システム。
【０２０２】
（付記２４）
前記電源制御部は、
前記複数の電源部に含まれる１以上の特定の電源部の出力電力がそれぞれ等しく、残りの電源部の出力電力がそれぞれ等しいと仮定して、
前記電源部それぞれに対して、前記複数の電源部への入力電力の合計が最小となる最適な出力電力を算出し、
算出した最適な出力電力に基づいて、前記電源部それぞれの出力電力を調整する、
付記２３に記載の電源システム。
【０２０３】
（付記２５）
前記電源部の入力側に接続され、定格最大出力電力が定められた電力入力部と、
前記電源部の出力側に接続され、定格最大消費電力が定められた負荷である駆動回路部と、
装置制御部と、を有し、
前記装置制御部は、
前記負荷において定格最大消費電力が消費されると仮定して、前記複数の電源部への入力電力の最小値を算出し、
算出した入力電力の最小値と前記電力入力部の定格最大出力電力を比較する、
付記２１乃至付記２４の何れかに記載の電源システム。
【０２０４】
（付記２６）
前記電源制御部は、前記電源部の出力電圧比を調整することによって、前記電源部の出力電力を制御する、付記２０乃至２５の何れかに記載の電源システム。
【０２０５】
（付記２７）
前記電源部の出力側に、蓄電部を更に有する、付記２０乃至２６の何れかにに記載の電力システム。
【０２０６】
（付記２８）
前記入出力変換モデルは、前記電源部に設定されている、
付記２０乃至付記２７の何れかに記載の電源システム。
【０２０７】
（付記２９）
前記入出力変換モデルは、前記電源制御部に設定されている、
付記２０乃至付記２８の何れかに記載の電源システム。
【０２０８】
（付記３０）
入力電力を出力電力に変換して負荷に供給する、複数の電源部から出力される出力電力を測定し、
前記測定した出力電力に応じて、前記電源部への入力電力が最小となる前記電源部の最適な出力電力を算出し、
算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部を制御する、電源システムの制御方法。
【０２０９】
（付記３１）
電源システムの動作を制御する制御プログラムであって、
複数の電源部から出力される出力電力の測定結果を取得する処理と、
前記出力電力の測定結果に応じて、前記電源部へ入力される入力電力が最小となる最適な出力電力を算出する処理と、
算出した最適な出力電力に基づいて前記電源部の出力電力を制御する処理と、
をコンピュータに実行させる、制御プログラム。
【産業上の利用可能性】
【０２１０】
本発明は、１以上の電源部と、蓄電池を電力供給言とした補助電源部を有する電源システムに適応できる。
【符号の説明】
【０２１１】
１０１  主電源部
１０２  電力測定部
１０３  制御ユニット
１０４  負荷
１０５  補助電源部
１０６  蓄電部
８０１  変換関数導出部
８０２  変換効率演算部
８０３  コントローラ
１１０１  ダイオード
１１０２  ダイオード
１２０１  変換特性調整部
１２０２  充放電量調整部
１８０１  力率改善回路
１８０２  変圧器
１８０３  整流回路
２２０１  主電源部
２２０２  副電源部
２２０３  最適出力電力演算部
２２０４  メイン駆動回路
２２０５  スタンバイ駆動回路
２２０６  電圧変換部
２６０１ａ  電源部
２６０１ｎ  電源部
２６０２  電力入力部
２６０３  装置制御部
２６０４  駆動回路
２６０５ａ  表示部
２６０５ｂ  警報部
２６０５ｃ  通信部
【図１】
2015042062.tif 000038
【図２】
2015042062.tif 000039
【図３】
2015042062.tif 000040
【図４】
2015042062.tif 000041
【図５】
2015042062.tif 000042
【図６】
2015042062.tif 000043
【図７】
2015042062.tif 000044
【図８】
2015042062.tif 000045
【図９】
2015042062.tif 000046
【図１０】
2015042062.tif 000047
【図１１】
2015042062.tif 000048
【図１２】
2015042062.tif 000049
【図１３】
2015042062.tif 000050
【図１４】
2015042062.tif 000051
【図１５】
2015042062.tif 000052
【図１６】
2015042062.tif 000053
【図１７】
2015042062.tif 000054
【図１８】
2015042062.tif 000055
【図１９】
2015042062.tif 000056
【図２０】
2015042062.tif 000057
【図２１】
2015042062.tif 000058
【図２２】
2015042062.tif 000059
【図２３】
2015042062.tif 000060
【図２４】
2015042062.tif 000061
【図２５】
2015042062.tif 000062
【図２６】
2015042062.tif 000063
【図２７】
2015042062.tif 000064
【図２８】
2015042062.tif 000065
【図２９】
2015042062.tif 000066
【図３０】
2015042062.tif 000067
【図３１】
2015042062.tif 000068