(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力端子（２２、２３）と、
複数のエネルギー型電源デバイス（２１１、２１２）とスイッチング素子（２１３）とを含み、前記スイッチング素子（２１３）のオンオフ動作によって前記複数のエネルギー型電源デバイス（２１１、２１２）を前記出力端子（２２、２３）間に直列接続した状態と並列接続した状態とを交互に生じさせ、そして、前記スイッチング素子の通電率に応じたレベルの出力電圧（Vs）を前記出力端子（２２、２３）に出力する直並列チョッパ回路（２１、２６、２７、２８、２９、３０）と、
前記出力端子（２２、２３）間に接続されたキャパシタ（２４）と、
前記直並列チョッパ回路（２１、２６、２７、２８、２９、３０）の前記スイッチング素子（２１３）を駆動してオンオフ動作を行わせ、そして、前記スイッチング素子（２１３）の通電率を制御することにより前記出力電圧（Vs）のレベルを増減するコントローラ（２５）と
を備え、
前記コントローラが、大電力を供給する必要があるときに、前記スイッチング素子の通電率を低めることにより出力電圧を下げ、大電力を戻す必要があるときに、前記スイッチング素子の通電率を高めることにより出力電圧を上げる、
ハイブリッド電源システム。
【請求項２】
前記直並列チョッパ回路（２１、２６、２７、２８、２９、３０）が、前記出力端子（２２、２３）から前記エネルギー型電源デバイス（２１１、２１２）へ電気エネルギーを戻すための電流経路（２１９、２２０、２２６、２２７）を更に有した請求項１記載のハイブリッド電源システム。
【請求項３】
前記直並列チョッパ回路（２８）が、前記出力端子（２２、２３）から戻された電気エネルギーを一時的に蓄え且つ蓄えられた電気エネルギーを前記エネルギー型電源デバイス（２１１、２１２）へ放出するためのインダクタ（２１４、２１５）と、前記インダクタ（２１４、２１５）が電気エネルギーが蓄えそして放出するように前記インダクタ（２１４、２１５）に流れる電流を制御する電流制御手段（２２４）とを更に有した請求項２記載のハイブリッド電源システム。
【請求項４】
直並列チョッパ回路（２９、３０）が、前記出力端子（２２、２３）から前記エネルギー型電源デバイス（２１１、２１２）の各々へ個別に電気エネルギーを戻すための電流経路（２２６、２２７）を更に有した請求項１記載のハイブリッド電源システム。
【請求項５】
直並列チョッパ回路（２７、２８、２９、３０）が、前記出力端子（２２、２３）から前記エネルギー型電源デバイス（２１１、２１２）へ電気エネルギーを戻すときに、前記エネルギー型電源デバイス（２１１、２１２）の充電電流の大きさを制御するための電流制御手段（２５、２２０、２２４、２２６、２２７）を更に有した請求項２〜４のいずれか一項記載のハイブリッド電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば電気自動車や電気建設車両などの駆動用電源装置などとして好適なハイブリッド電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車などの動力源たる三相交流モータにインバータ（直交変換器）を介して直流電力を供給する電源システムとして、特性の異なる少なくとも２タイプの電源デバイスを組み合わせたハイブリッド式のものが知られている。ここで使用される一方のタイプの電源デバイスは、安定して長時間にわたり電力を供給できる大きいエネルギー量をもった、この明細書で「エネルギー型」と呼ぶ電源デバイスである。他方は、加減速時などの負荷の急変に即応して大パワーを供給及び吸収できる、この明細書で「パワー型」と呼ぶ電源デバイスである。エネルギー型デバイスには、例えば、大容量の蓄電池や燃料電池やエンジン駆動発電機などがあり、パワー型デバイスには、例えば、キャパシタやハイブリッド用電池などがある。
【０００３】
ハイブリッド電源システムでは、加減速時などの負荷変動にパワー型デバイスで即応することにより、エネルギー型デバイスの負担を平坦化するように、エネルギー型とパワー型のデバイスが組み合わせられる。図１〜図３は、従来知られているハイブリッド電源システムの代表的な３種類の構成を示す。
【０００４】
図１に示すハイブリッド電源システム１は、最も原始的な構成をもつもので、そこでは、エネルギー型の典型である蓄電池２と、パワー方の典型例であるキャパシタ３が単純に並列接続されている。蓄電池２からのほぼ一定の電圧がインバータ４に出力される。
【０００５】
この原始的なハイブリッド電源システム１では、蓄電池２の電圧がそのままキャパシタ３に加わる。ここで、蓄電池２の電圧の変動幅は小さい。そのため、その小さい電圧変動幅に対応する少ないエネルギー量しか、キャパシタ３からインバータ４へ供給することができない。つまり、キャパシタ３に蓄えられたエネルギー量を有効に活用できない。
【０００６】
図２に示す２番目のタイプのハイブリッド電源システム５では、蓄電池６が電流源タイプのＤＣ/ＤＣコンバータ７の入力に接続され、ＤＣ/ＤＣコンバータ７の出力がキャパシタ８に並列接続される。インバータ４へのエネルギー供給はキャパシタ８から行い、キャパシタ８へのエネルギー供給を、電流源タイプのＤＣ/ＤＣコンバータ７を介して電池６から行う。インバータ４への出力電圧はほぼ一定に制御される。
【０００７】
この２番目のタイプのハイブリッド電源システム５では、蓄電池６の電圧の選択の自由度が大きいという利点がある。しかし、蓄電池６での電圧変動幅が小さいから、キャパシタ８に蓄積されたエネルギーを有効活用できないという問題は依然としてある。また、インバータ４と同じ電力容量をもったＤＣ/ＤＣコンバータ６が必要であるから、ＤＣ/ＤＣコンバータ６のサイズが大きく、そのコストも高い。加えて、その大電力容量のＤＣ/ＤＣコンバータ６での電力消費分だけ効率が落ちる。
【０００８】
図３に示す３番目のタイプのハイブリッド電源システム９では、キャパシタ１０がＤＣ/ＤＣコンバータ１１の入力に接続され、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１の出力が蓄電池１２に並列接続される。インバータ４へのエネルギー供給は蓄電池１２から行い、急峻なエネルギー供給や回生はＤＣ/ＤＣコンバータ１１を通じてキャパシタ１０から行う。インバータ４への出力電圧はほぼ一定である。
【０００９】
この３番目のタイプのハイブリッド電源システム９では、キャパシタ１０の電圧が大きく変えられるので、キャパシタ１０の蓄積エネルギーを有効に活用できるメリットがある。しかし、インバータ４と同じ電力容量をもったＤＣ/ＤＣコンバータ１１が必要であるから、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１のサイズが大きく、コストも高い。加えて、その大電力容量のＤＣ/ＤＣコンバータ１１の電力消費分だけ効率が落ちる。また、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１での電力変換の時間遅れのために、キャパシタ１０から大電流の放出や吸収の開始が遅れてしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、その目的は、キャパシタのようなパワー型電源デバイスを有効に活用することができ、蓄電池のようなエネルギー型電源デバイスの負担を平坦化でき、しかも、効率も高いハイブリッド電源システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様に従うハイブリッド電源システムは、出力端子と、出力端子間に接続された直並列チョッパ回路と、出力端子間に接続されたパワー型電源デバイスと、直並列チョッパ回路の出力電圧を制御するコントローラとを備える。直並列チョッパ回路は、複数のエネルギー型電源デバイスとスイッチング素子とを含み、スイッチング素子のオンオフ動作によって前記複数のエネルギー型電源デバイスを出力端子間に直列接続した状態と並列接続した状態とを交互に生じさせ、そして、スイッチング素子の通電率に応じたレベルの出力電圧を出力端子に出力することができる。コントローラは、直並列チョッパ回路のスイッチング素子を駆動してオンオフ動作を行わせ、そして、スイッチング素子の通電率を制御することにより出力電圧のレベルを増減する。
【００１２】
直並列チョッパ回路は、出力端子からエネルギー型電源デバイスへ電気エネルギーを戻すための電流経路を更に有することができる。これにより、負荷回路からの回生エネルギーをエネルギー型電源デバイスへ戻したり、出力端子に接続した充電器を用いてエネルギー型電源デバイスを充電したりすることができる。一つの電流経路で複数のエネルギー型電源デバイスを直列に接続する構成を採用することもできるし、或るいは、複数のエネルギー型電源デバイスを個別に充電するための複数の並列な電流経路を設けた構成を採ることもできる。後者の構成では、回生動作を行ったり充電したりするのに必要な出力端子側の電圧が、前者の構成よりも低くて済む。また、回生動作や充電の方法として、インダクタに電流を流してインダクタに一時的にエネルギーを蓄え、次にそのインダクタの電流を遮断することでインダクタに高い逆起電力を生じさせ、その逆起電力でインダクタの蓄積エネルギーをエネルギー型電源デバイスへ強制的に注入するという方法を用いることでも、回生や充電に必要な出力端子側の電圧が低くすることができる。また、例えばスイッチング素子を用いて通電率を調節する方法などにより、回生動作や充電の電流の大きさを制御することもできる。
【００１３】
本発明のハイブリッド電源システムによれば、直並列チョッパ回路を用いて出力電圧を積極的に変動させることにより、キャパシタなどのパワー型電源デバイスに大きな充放電を行わせ、それにより、蓄電池などのエネルギー型電源デバイスと、キャパシタなどパワー型電源デバイスの負荷分担を最適化することができる。因みに、従来のハイブリッド電源は、出力電圧(系統電圧)をほぼ一定か又は狭い電圧範囲内に制御するように設計されている。これに対して、系統電圧を積極的に変動させてパワー型電源デバイスに大きな充放電を行わせるという本発明のハイブリッド電源システムの動作原理は、斬新なものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明の一実施形態にかかるハイブリッド電源システム２０の構成を示す。
【００１５】
このハイブリッド電源システム２０は、例えば、電動自動車や電動建設車両などの動力源である三相交流モータ４０に対して、インバータ（直交変換器）３０を介して、直流電力を供給するために用いられる。
【００１６】
図４に示すように、このハイブリッド電源システム２０は、エネルギー型電源デバイスとしての電池モジュール２１を有し、この電池モジュール２１は、直並列チョッパ回路の構成を有し、その出力電圧は無段階に可変である。この電池モジュール２１の出力端子は系統電圧ライン２２，２３に接続され、系統電圧ライン２２，２３はインバータ３０の入力端子に接続される。また、パワー型電源デバイスとしてのキャパシタモジュール２４が、電池モジュール２１と並列の関係で、系統電圧ライン２２，２３間に接続される。さらに、システムコントローラ２５が電池モジュール２１に接続されており、このシステムコントローラ２５は、電池モジュール２１の出力電圧を制御し、それにより、このハイブリッド電源システム２０の出力電力を制御する。
【００１７】
電池モジュール２１は、直並列チョッパ回路として構成され、エネルギー型電源デバイスの典型例である２つの大容量の蓄電池２１１、２１２を有する。この２つの蓄電池２１１、２１２の電圧E1、E2は等しい（つまり、E1＝E2＝E）。また、２つの蓄電池２１１、２１２を直列に接続したり切り離したりするためのスイッチング素子、例えばトランジスタ２１３が設けられ、これはシステムコントローラ２５により高速周期でオンオフ駆動される。すなわち、トランジスタ２１３のエミッタ−コレクタパスが、第1の蓄電池２１１のマイナス端子と第2の蓄電池のプラス端子との間に結合され、また、そのベースが、システムコントローラ２５の駆動出力端子に接続される。また、第1の蓄電池２１１のプラス端子は第1のインダクタ２１４を介して、この電池モジュール２１のプラス出力端子（すなわち、プラスの系統電圧ライン２２）に接続され、第2の蓄電池２１２のマイナス端子は第2のインダクタ２１５を介して、この電池モジュール２１のマイナス出力端子（すなわち、マイナスの系統電圧ライン２３）に接続される。また、この電池モジュール２１のマイナス出力端子と第１の蓄電池２１１のマイナス端子との間に、前者から後者へ向かう方向を順方向とするように第1のダイオード２１６が接続され、この電池モジュール２１のプラス出力端子と第2の蓄電池２１２のプラス端子との間に、後者から前者へ向かう方向を順方向とするように第2のダイオード２１７が接続される。さらに、この電池モジュール２１のプラスとマイナスの出力端子間に、この電池モジュール２１の出力電圧のノイズを除去するためのコンデンサ２１８が接続される。
【００１８】
電池モジュール２１において、トランジスタ２１３はシステムコントローラにより駆動されて、所定の高速周期でオンオフ動作を繰り返す。トランジスタ２１３の通電率（一周期内のオン時間の割合）は可変であり、システムコントローラによって制御される。トランジスタ２１３がオンのときには、図５に示すように、第2の蓄電池２１２、トランジスタ２１３、第1の蓄電池２１１、第1のインダクタ２１４、プラス系統電圧ライン２２、キャパシタモジュール２４（又はインバータ３０）、マイナス系統ライン２３、第2のインダクタ２１５を順に通って電流が流れる。このとき、２つの蓄電池２１１、２１３は直列に接続される。一方、トランジスタ２１３がオフのときには、図６に示すように、第1の蓄電池２１１、第1のインダクタ２１４、プラス系統電圧ライン２２、キャパシタモジュール２４（又はインバータ３０）、マイナス系統ライン２３、第1のダイオード２１６という経路を順に通って電流が流れるとともに、第2の蓄電池２１２、第2のダイオード２１７、プラス系統電圧ライン２２、キャパシタモジュール２４（又はインバータ３０）、マイナス系統ライン２３、第2のインダクタ２１５を順に通っても電流が流れる。このとき、２つの蓄電池２１１、２１３は並列になる。このように、一周期の動作内で、２つの蓄電池２１１、２１３の直列接続と並列接続とが切り替えられる。ここで、蓄電池２１１、２１３の電圧をE （＝E1＝E2）、トランジスタ２１３の通電率をαとすると、電池モジュール２１の実質的な出力電圧（つまり、実質的な系統電圧）Vsは、
Vs＝（1＋α）E
となり、系統電圧Vsは、Eから２Eまでの範囲で連続的に可変である。
【００１９】
キャパシタモジュール２４は、電池モジュール２１と負荷を分担するためのコンデンサであり、特に、インバータ３０へ大電力を供給したり、インバータ３０から大電力を吸収したりする役割をもち、その役割を果たすのに十分な大容量、例えばファラッドオーダの容量を有する。因みに、電池モジュール２１内のノイズ除去用コンデンサ２１８の容量は高々例えば数十マイクロファラッドであるから、これと比較すると、キャパシタモジュール２４のファラッドオーダの容量は全くけた違いに大きい。また、キャパシタモジュール２４の容量の大きさ故に、キャパシタモジュール２４の内部抵抗２４１もかなり大きく、そのため、キャパシタモジュール２４は、電池モジュール２１のノイズ除去用コンデンサとしての機能を果たすことはできない。こうした点で、キャパシタモジュール２４とノイズ除去用コンデンサ２１８とは、同じコンデンサであっても、それが果たす役割においては全く異質のものである。
【００２０】
インバータ３０は、望ましくは、上述した系統電圧Vsの可変範囲E〜２Eを包含する広い入力電圧範囲をもち、入力電圧が前記範囲内のどの値であってもモータ４０に対しては所望の電圧と電流を提供できるタイプの直交変換回路である。或いは、例えば入力電圧範囲が３／４Ｅ〜Ｅまでのように、システムの系統電圧連続可変範囲Ｅ〜２Ｅ内の入力電圧範囲をもった直交変換器を、インバータ３０として用いてもよい。
【００２１】
システムコントローラ２５は、系統電圧Vs、この電源システム２０の出力電流Io、電池モジュール２１の出力電流Ib、各蓄電池２１１，２１３の出力電流Ib1、Ib2、及び図示しない外部回路から入力される負荷（インバータ３０及びモータ４０）の運転状態を表す運転信号（例えば、モータが運転か停止か、モータが力行運転か回生運転か、インバータが必要とする電力Ｐの大きさなどを表す信号）などを入力し、これらの入力信号に基づいて、トランジスタ２１３の通電率を調節して系統電圧Vsを制御する。系統電圧Vsがキャパシタモジュール２４の両端電圧であるから、キャパシタモジュール２４は、系統電圧Vsの可変幅E〜２Eに対応した量のエネルギーをインバータ３０へ放出し、またインバータ３０から吸収することができる。
【００２２】
簡単な数値例を用いて説明する。蓄電池２１１、２１２の出力電圧Eが例えば２００[Ｖ]で実質的に固定であると仮定する。すると、系統電圧Vsは２００[Ｖ]から４００[Ｖ]の範囲で可変である。従って、キャパシタモジュール２４に蓄積できる最大のエネルギーQmaxと、系統電圧Vsの制御によってキャパシタモジュール２４が放出及び吸収可能なエネルギーQcは、キャパシタモジュール２４の静電容量をCとすると、
Qmax＝１/２×C×４００２
Qc＝１/２×C×（４００２−２００２）
となる。従って、この簡単な例の場合、キャパシタモジュール２４から放出させたり吸収させたりして利用できるエネルギーQcは、キャパシタモジュール２４に蓄積可能な最大エネルギーQmaxの７５％に達する。
【００２３】
上記の例から分かるように(実際はこれほど単純ではないが)、図４に示したハイブリッド電源システム２０によれば、キャパシタモジュール２４の使用効率が非常に高いという利点が得られる。
【００２４】
この利点を生かして、例えば、次のように系統電圧Vsの制御を行うことができる。すなわち、モータ４０の力行時にモータ４０に大電力を供給する必要があるときには、トランジスタ２１３の通電率を低めて系統電圧Vsを下げる。系統電圧Vsの低下により、キャパシタモジュール２４内で余剰となったエネルギーQがキャパシタモジュール２４から放出されインバータ３０に供給される。また、モータ４０の回生時にモータ４０から大電力を戻す必要があるときには、トランジスタ２１３の通電率を高めて系統電圧Vsを上げる。系統電圧Vsの上昇によりキャパシタモジュール２４内で不足となったエネルギーQがインバータ３０からキャパシタモジュール２４へ戻される。
【００２５】
このように、インバータ３０が必要とする電力の大きさに応じて、系統電圧Vsを増減させることにより、キャパシタモジュール２４の電流Icを大幅に変化させて、大電力をキャパシタモジュール２４からインバータ３０へ供給したり逆に戻したりすることができる。それにより、電池モジュール２１の出力電力は、大きく変動せずに済み、理想的にはインバータが必要とする激しく変動する電力の平均値を出力することになる。このように、電池モジュール２１の出力電力を安定させることができるので、（系統電圧Vsは大きく変動するが、）蓄電池２１１、２１２の各々の出力電流Ib1、Ib2も大きく変動せずに済む。
【００２６】
さらに、図４に示したハイブリッド電源システム２０では、電池モジュール２１として直並列チョッパ回路を用いているため、蓄電池２１１、２１２の各々の出力電流Ib1、Ib2は、従来の電源システムより小さく抑えることができる。
【００２７】
すなわち、例えば、図２に示したような従来型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたシステムが、例えば電池電圧が２Ｅであり、系統電圧の変動範囲が２Ｅ〜Ｅという条件下で動作する場合を想定する。この場合、負荷が電力Ｐを要求すると、負荷電流は、系統電圧に応じてＰ／Ｅ〜Ｐ／２Ｅの範囲で変化する。系統電圧に関わらず電池電流の平均値はＰ／２Ｅであるが、しかし、電池及びＤＣ／ＤＣコンバータの構成素子には、内部のスイッチング素子のオン／オフに応じて、負荷電流と同様のＰ／Ｅ〜Ｐ／２Ｅの範囲のピーク電流が流れる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータの構成素子は、最大でＰ／Ｅの電流に耐える必要がある。また、電池には、その平均電流はＰ／２Ｅであっても、最大でＰ／Ｅの電流が流れることになり、この最大電流が電池の発熱や効率悪化を引き起こす。
【００２８】
これに対し、図４に示したような本発明に従う直並列チョッパ回路を用いたシステムでは、上記と同一の動作条件の下で、電池の直列接続時にはＰ／２Ｅの負荷電流が、また並列接続時にはＰ／Ｅの負荷電流が流れるが、電池一個あたりの最大電流は直列接続時も並列接続時もＰ／２Ｅとなる。つまり、どんな状態においても、電池及び直並列チョッパ回路の構成素子には、最大でＰ／２Ｅの電流しか流れないことになる。この最大電流の大きさは、上述した従来システムのそれの半分に過ぎない。このことは、従来システムのＤＣ／ＤＣコンバータに比較して、図４のシステムの直並列チョッパ回路は高効率であり、小型化が可能であることを意味する。また、電池の効率及び寿命も向上する。
【００２９】
また、図４に示したハイブリッド電源システム２０によれば、キャパシタモジュール２４が直接的にインバータ３０に接続されるので、図３に示した従来のシステム９のようなＤＣ/ＤＣコンバータの介在による応答の遅れという問題はない。
【００３０】
ところで、図４に示したハイブリッド電源システム２０では1個の電池モジュール２１が使用されているに過ぎないが、複数個の同様の電池モジュール２１を使用することもできる。例えば、複数個の同様の電池モジュール２１を並列にキャパシタモジュール２４に接続することにより、より大きな蓄電容量を得ることができる。また、複数個の同様の電池モジュール２１を直列にキャパシタモジュール２４に接続することにより、系統電圧Vsの可変範囲をより大きくすることができる。このような複数個の電池モジュール２１の並列接続と直列接続とを組み合わせることもできる。
【００３１】
図７は、電池モジュールの変形例を示す。
【００３２】
図７に示す電池モジュール２６では、図４に示した電池モジュール２１の直並列チョッパ回路の構成に加えて、第1の蓄電池２１１のマイナス端子と第2の蓄電池２１２のプラス端子との間に、前者から後者へ向かうが順方向になるように第3のダイオード２１９が接続される。
【００３３】
第1の蓄電池２１１の電圧E1（＝E）とダイオード２１９の順方向電圧降下と第2の蓄電池２１２の電圧E2（＝E）とを足し合わせた電圧（実質的には、２E）を、所望の最大電圧（例えば、インバータ３０の最大入力電圧）と一致するように選んでおくと、系統電圧Vsが上記所望の最大電圧にてハードウェア的にクランプされることになる。そのため、インバータ３０からの回生エネルギーによりキャパシタモジュール２４が最大限に充電されて系統電圧Vsが上記最大電圧に到達した状態では、インバータ３０からの回生エネルギーがダイオード２１９を通じて蓄電池２１１、２１２に戻されて蓄電池２１１、２１２が充電される。このように、負荷からの回生エネルギーを蓄電池２１１、２１２に戻すことで、蓄電池２１１、２１２を充電することが可能である。
【００３４】
また、外部の充電器（直流低電圧電源装置）を使って蓄電池２１１、２１２を充電する場合に、電池モジュール２６内の個々の蓄電池２１１、２１２から配線を引き出さなくても、電池モジュール２６それ自体の出力端子(系統電圧ライン２２、２３)に充電器を接続すれば済む。そのため、特に、電池モジュール２６が車両等に搭載されたままの状態で、蓄電池２１１、２１２の充電を行おうとする場合、充電器の接続が容易である。
【００３５】
図８は、電池モジュールの別の変形例を示す。
【００３６】
図８に示す電池モジュール２７では、図７に示した電池モジュール２６の構成において、第3のダイオード２１９が第2のトランジスタ２２０に置き換えられ、また、第1の蓄電池２１１のマイナス端子とこの電池モジュール２７のプラス出力端子（つまり、プラスの系統電圧ライン２２）との間に、前者から後者へ向かう方向を順方向とするように第4のダイオード２２１が接続され、さらに、第２の蓄電池２１２のプラス端子とこの電池モジュール２７のマイナス出力端子（つまり、マイナスの系統電圧ライン２３）との間に、後者から前者へ向かう方向を順方向とするように第5のダイオード２２２が接続される。第2のトランジスタ２２０は、そのベースがシステムコントローラ２５の充電制御出力端子に接続されて、システムコントローラ２５からの充電制御信号に従ってオンオフ動作する。
【００３７】
図８に示した電池モジュール２７では、第2のトランジスタ２２０をオンにすれば、図７に示した電池モジュール２６と同様に、系統電圧Vsが所定の最大値に一致した状態でインバータ３０からの回生エネルギーにより蓄電池２１１、２１２を充電することや、この電池モジュール２７の出力端子(系統電圧ライン２２、２３)に接続された外部の充電器（直流低電圧電源装置）により蓄電池２１１、２１２を充電することができる。この充電の際、第2のトランジスタ２２０を高速にオンオフ動作させてその通電率を調節することにより、蓄電池２１１、２１２の充電電流を所望値に制御することができる。
【００３８】
図９は、電池モジュールのまた別の変形例を示す。
【００３９】
図９に示した電池モジュール２８では、図７に示された構成に、第2のトランジスタ２２４が加えられており、この第2のトランジスタ２２４のコレクタ−エミッタパスが第1の蓄電池２１１のプラス端子と第2の蓄電池２１２のマイナス端子との間に直接接続されていて、第2のトランジスタ２２４がオンになると、電池モジュール２８のプラス側出力端子２２から第1のインダクタ２１４、第2のトランジスタ２２４及び第2のインダクタ２１５を順に経由してマイナス側出力端子２３へと電流が流れ得る電流経路が形成されるようになっている。第2のトランジスタ２２４のベースはシステムコントローラ２５の充電制御出力端子に接続されていて、システムコントローラ２５からの充電制御信号に従って第2のトランジスタ２２４がオンオフ動作するようになっている。
【００４０】
図９に示した電池モジュール２８でも、前述の図８に示した電池モジュール２７と同様、回生エネルギーを蓄電池２１１、２１２に戻すことができ、また、電池モジュール２７の出力端子２２、２３に接続した充電器を用いて、蓄電池２１１、２１２を充電することができる。充電器で蓄電池２１１、２１２を充電する場合、前述の図８に示した電池モジュール２７では蓄電池２１１、２１２の直列電圧２Ｅより高い出力電圧をもった充電器が必要であるのに対して、図９に示した電池モジュール２８では、第2のトランジスタ２２４を高速にオン／オフ動作させることで、インダクタ２１４、２１５にオン時にエネルギーを蓄えオフ時に放出させ、その放出エネルギーを高い逆起電力で蓄電池２１１、２１２に戻せるため、２Ｅ以下の出力電圧をもった充電器でも使用することができる。第2のトランジスタ２２４の通電率の調節により、充電電流を制御することができる。
【００４１】
図１０は、電池モジュールの更にまた別の変形例を示す。
【００４２】
図１０に示した電池モジュール２９では、図８に示された構成において、第2のトランジスタ２２０が除去され、そして、第3と第4のトランジスタ２２６、２２７が追加されている。第3のトランジスタ２２６のエミッタ−コレクタパスが第1のダイオード２１６の両端子間に接続されていて、第3のトランジスタ２２６がオンになると、第1のダイオード２１６の両端子間が短絡される。また、第４のトランジスタ２２７のエミッタ−コレクタパスが第２のダイオード２１７の両端子間に接続されていて、第４のトランジスタ２２７がオンになると、第２のダイオード２１７の両端子間が短絡される。第3と第4のトランジスタ２２６、２２７のベースは、システムコントローラ２５の２つの充電制御出力端子にそれぞれ接続されていて、システムコントローラ２５からの２つの充電制御信号にそれぞれ従って第3と第4のトランジスタ２２６、２２７がオンオフ動作するようになっている。
【００４３】
図１０に示した電池モジュール２９でも、負荷回路からの回生エネルギーにより、又は、電池モジュール２９の出力端子２２、２３に接続された充電器により、蓄電池２１１、２１２を充電すことができる。充電器の出力電圧は２Ｅ以下でよい。充電時、第3のトランジスタ２２６は第1の蓄電池２１１の充電を司り、その通電率の調節により第1の蓄電池２１１の充電電流を制御することができる。第4のトランジスタ２２７は第２の蓄電池２１２の充電を司り、その通電率の調節により第２の蓄電池２１２の充電電流を制御することができる。
【００４４】
図１１は、電池モジュールの更にまた別の変形例を示す。
【００４５】
図１１に示した電池モジュール３０では、図７に示された構成において、図１０の電池モジュール２９の場合と同様な第3と第4のトランジスタ２２６、２２７が追加されている。図１１の電池モジュール３０でも、負荷回路からの回生エネルギーにより、又は、出力端子２２、２３に接続された充電器により、蓄電池２１１、２１２を充電すことができる。充電器の出力電圧は２Ｅ以下でよい。第3と第4のトランジスタ２２６、２２７のそれぞれの通電率の調節により、第1と第２の蓄電池２１１、２１２の充電電流を個別に制御することができる。
【００４６】
上述した図８〜図１１に示した電池モジュール２７、２８、２９のいずれに関しても、電池モジュール自身が充電電流を制御する機能をもつので、充電器には電流制御機能は必要ない。そのため、充電器として、商用電源の３相又は単相の交流電圧などを安価なダイオードブリッジで整流するような簡単な構造のものを用いることができる。特に図９〜図１１のものでは、充電器の出力電圧は２Eより低くてもよいから、例えば２００Ｖ交流のような低圧の商用電源を用いても、数百Vの最高出力電圧をもつ実用的な電池モジュールを充電することが可能である。
【００４７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、この実施形態のみに本発明の範囲を限定する趣旨ではない。従って、本発明は、その要旨を逸脱することなく、他の様々な形態で実施することが可能である。
【００４８】
例えば、電池モジュール２１、２６、２７、２８、２９で用いられたエネルギー型電源デバイスの一例としての蓄電池（二次電池）２１１、２１２に代えて、燃料電池やエンジン駆動発電機などを用いることもできる。また、パワー型電源デバイスの一例としてのキャパシタモジュール２４に代えて、ハイブリッド電源用電池などを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のハイブリッド電源システムの構成例を示す回路図。
【図２】従来のハイブリッド電源システムの別の構成例を示す回路図。
【図３】従来のハイブリッド電源システムの更に別の構成例を示す回路図。
【図４】本発明の一実施形態に従うハイブリッド電源システムの構成を示す回路図。
【図５】図４のシステムの電池モジュール内の蓄電池の直列接続時の状態を示す回路図。
【図６】図４のシステムの電池モジュール内の蓄電池の並列接続時の状態を示す回路図。
【図７】本発明に従うハイブリッド電源システムの変形例を示すブロック図。
【図８】本発明に従うハイブリッド電源システムの別の変形例を示すブロック図。
【図９】本発明に従うハイブリッド電源システムのまた別の変形例を示すブロック図。
【図１０】本発明に従うハイブリッド電源システムの更にまた別の変形例を示すブロック図。
【図１１】本発明に従うハイブリッド電源システムのまた更に別の変形例を示すブロック図。
【符号の説明】
２０  ハイブリッド電源システム
２１、２６、２７、２８、２９  電池モジュール
２１１、２１２  蓄電池
２２、２３  系統電圧ライン
２４  キャパシタモジュール
【図１】
0003874344.tif 000002
【図２】
0003874344.tif 000003
【図３】
0003874344.tif 000004
【図４】
0003874344.tif 000005
【図５】
0003874344.tif 000006
【図６】
0003874344.tif 000007
【図７】
0003874344.tif 000008
【図８】
0003874344.tif 000009
【図９】
0003874344.tif 000010
【図１０】
0003874344.tif 000011
【図１１】
0003874344.tif 000012