(57)【要約】【課題】直列接続される複数のモジュールに電力を供給する電源装置において、モジュール数の減少に伴うモジュールの電圧変換部における消費電力の増大を抑える。【解決手段】電圧変換部２３３を備え直列接続される複数のモジュール２と、各モジュール２の最上位のモジュール２−１から最下位のモジュール２−ｍまで電力が供給されるように、最上位のモジュール２−１に電力を出力する電源部３１と、最下位のモジュール２−ｍの電圧変換部２３３の入力電圧又はモジュール２の数に応じて、電源部３１の出力電圧を制御する制御部３４とを備えて電源装置１を構成する。【選択図】図１
2016049001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される電圧を変換する電圧変換部を備える複数のモジュールと、
直列接続される前記各モジュールの最上位のモジュールから最下位のモジュールまで電力が供給されるように、前記最上位のモジュールに電力を出力する電源部と、
前記最下位のモジュールの電圧変換部の入力電圧又は前記モジュールの数に応じて、前記電源部の出力電圧を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記最下位のモジュールの電圧変換部の入出力電圧の差分が小さくなるように、前記電源部の出力電圧を制御する
ことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記モジュールの数が少なくなるほど、前記電源部の出力電圧を低くする
ことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置であって、
前記モジュールの数と、そのモジュールの数において前記最下位のモジュールの電圧変換部の電圧変換効率が最も高くなるときに前記電源部から出力される電圧との対応関係を示す設定情報を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記設定情報により前記モジュールの数に対応する電圧を求め、その求めた電圧を、前記電源部の出力電圧として設定する
ことを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の電源装置であって、
前記各モジュールは、電池を備え、
前記電源部は、前記各電池から供給される電力の合計電力を用いて、前記最上位のモジュールに電力を出力する
ことを特徴とする電源装置。
【請求項６】
直列接続される複数のモジュールの最上位のモジュールから最下位のモジュールまで電力が供給されるように、電源部から前記最上位のモジュールに電力を出力する電力供給方法であって、
前記電源部の出力電圧を制御する制御部は、前記最下位のモジュールに備えられる電圧変換部の入力電圧又は前記モジュールの数に応じて、前記電源部の出力電圧を制御する
ことを特徴とする電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のモジュールに電力を供給する電源装置及び電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、電動フォークリフト、ハイブリッドカー、又は電気自動車など、電動モータを利用する車両が注目されている。
この種の車両に搭載される電源装置として、直列接続される複数のモジュールの最上位のモジュールから最下位のモジュールまで電力が供給されるように、最上位のモジュールに電力を出力するものがある。例えば、特許文献１参照。
【０００３】
また、電源装置として、直列接続される各モジュールに、それぞれ、電圧変換部が備えられ、その電圧変換部に電力を供給するとともに、残りの電力を後段のモジュールに供給するものがある。このように構成される電源装置では、各モジュールの電源線やコネクタ（ハーネス）による電圧降下を考慮しつつ、各モジュールに所望な電圧が入力されるように、最上位のモジュールへの出力電圧を設定する必要がある。
【０００４】
しかしながら、あるモジュールに不具合が発生するなどしてそのモジュールが取り外されると、そのモジュールにおける電圧降下が無くなる分、そのモジュールよりも後段のモジュールの入力電圧が高くなり、その後段のモジュールの電圧変換部における消費電力が大きくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４９５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、直列接続される複数のモジュールに電力を供給する電源装置において、モジュール数の減少に伴うモジュールの電圧変換部における消費電力の増大を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の電源装置は、直列接続される複数のモジュールと、電源部と、制御部とを備える。
各モジュールは、入力される電圧を変換する電圧変換部を備える。
【０００８】
電源部は、最上位のモジュールから最下位のモジュールまで電力が供給されるように、最上位のモジュールに電力を出力する。
制御部は、最下位のモジュールの電圧変換部の入力電圧又はモジュールの数に応じて、電源部の出力電圧を制御する。
【０００９】
これにより、例えば、最下位のモジュールの電圧変換部の入力電圧が最下位のモジュールの電圧変換部の出力電圧に近づくように、電源部の出力電圧を調整することができるため、あるモジュールが取り外されても、その取り外されたモジュールよりも後段のモジュールの入力電圧が高くならないようにすることができる。これにより、その後段のモジュールの電圧変換部における消費電力が大きくならないようにすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、直列接続される複数のモジュールに電力を供給する電源装置において、モジュール数の減少に伴うモジュールの電圧変換部における消費電力の増大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の電源装置の一例を示す図である。
【図２】制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】制御部の動作の他の例を示すフローチャートである。
【図４】記憶部に記憶されている設定情報の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、実施形態の電源装置の一例を示す図である。
図１に示す電源装置１は、複数のモジュール２（２−１〜２−ｍ）と、制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを備える。なお、電源装置１は、電動フォークリフト、ハイブリッドカー、又は電気自動車などの車両に搭載される。
【００１３】
各モジュール２は、電源線（実線）、通信線（破線）、及び後述するコネクタを介して直列接続されている。各モジュール２のうち、制御ＥＣＵ３に接続されるモジュール２を最上位のモジュール２（図１に示すモジュール２−１）とし、最上位のモジュール２−１を最前段に位置するモジュール２としたときに最後段に位置するモジュール２を最下位のモジュール２（図１に示すモジュール２−ｍ）とする。また、各モジュール２−１〜２−ｍは、電池２１と、スイッチ２２と、監視ＥＣＵ２３とを備える。
【００１４】
電池２１は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの複数の電池が直列接続されて構成される。また、各モジュール２−１〜２−ｍの電池２１は、互いに並列接続されている。なお、電池２１は、ひとつの電池により構成されてもよい。
【００１５】
スイッチ２２は、電池２１と負荷４（車両駆動用モータや電装機器など）との間に設けられている。スイッチ２２がオンすると、電池２１から負荷４へ電力が供給され、スイッチ２２がオフすると、電池２１から負荷４への電力供給が遮断される。
【００１６】
監視ＥＣＵ２３は、コネクタ２３１、２３２と、電圧変換部２３３と、監視回路２３４と、監視部２３５とを備える。
コネクタ２３１、２３２は、電源線及び通信線を介して互いに接続されているとともに、電源線を介して電圧変換部２３３に接続されている。また、最上位のモジュール２−１のコネクタ２３２は電源線及び通信線を介して後段のモジュール２−２のコネクタ２３１に接続され、モジュール２−２のコネクタ２３２は電源線及び通信線を介して後段のモジュール２−３のコネクタ２３１に接続され、・・・、モジュール２−ｍ−１のコネクタ２３２は電源線及び通信線を介して最下位のモジュール２−ｍのコネクタ２３１に接続されている。
【００１７】
電圧変換部２３３は、コネクタ２３１を介して入力される電圧を所定電圧に変換し、監視部２３５やその他の周辺部品などの自身のモジュール２に搭載される負荷に電力を供給する。最上位のモジュール２−１の電圧変換部２３３は、自身のコネクタ２３１を介して制御ＥＣＵ３から供給される電力が入力され、モジュール２−２の電圧変換部２３３は、最上位のモジュール２−１のコネクタ２３１、２３２及び自身のコネクタ２３１を介して制御ＥＣＵ３から供給される電力が入力され、・・・、最下位のモジュール２−ｍの電圧変換部２３３は、最上位のモジュール２−１〜前段のモジュール２−ｍ−１のそれぞれのコネクタ２３１、２３２及び自身のコネクタ２３１を介して制御ＥＣＵ３から供給される電力が入力される。なお、電圧変換部２３３は、例えば、ＬＤＯ（Low Drop Out）レギュレータやスイッチングレギュレータなどにより構成される。
【００１８】
監視回路２３４は、電池２１から供給される電力により駆動し、電池２１の状態（電圧、電流又は温度など）を監視する。なお、監視回路２３４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）により構成される。
【００１９】
監視部２３５は、電圧変換部２３３に電気的に接続され、電圧変換部２３３から供給される電力により駆動する。また、監視部２３５は、通信線を介して自身のモジュール２のコネクタ２３１に接続されている。最上位のモジュール２−１の監視部２３５は、自身のコネクタ２３１を介して制御ＥＣＵ３と通信を行い、モジュール２−２の監視部２３５は、最上位のモジュール２−１のコネクタ２３１、２３２及び自身のコネクタ２３１を介して制御ＥＣＵ３と通信を行い、・・・、最下位のモジュール２−ｍの監視部２３５は、最上位のモジュール２−１〜前段のモジュール２−ｍ−１のそれぞれのコネクタ２３１、２３２及び自身のコネクタ２３１を介して制御ＥＣＵ３と通信を行う。例えば、監視部２３５は、監視回路２３４の監視結果を示すデータや電圧変換部２３３の入力電圧を示すデータを制御ＥＣＵ３へ送信する。また、監視部２３５は、制御ＥＣＵ３から送信される電力遮断指示を受信すると、スイッチ２２をオフさせる。なお、監視部２３５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））などにより構成される。
【００２０】
制御ＥＣＵ３は、電源部３１と、スイッチ３２と、コネクタ３３と、制御部３４と、記憶部３５とを備える。なお、記憶部３５は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成される。
【００２１】
電源部３１は、各モジュール２−１〜２−ｍに電力を供給するために、各モジュール２−１〜２−ｍの電池２１から供給される電力の合計電力を用いて、最上位のモジュール２−１に電力を出力する。なお、電源部３１は、例えば、スイッチングレギュレータにより構成される。
【００２２】
スイッチ３２は、電源部３１とコネクタ３３との間の電源線に設けられている。
コネクタ３３は、電源線及び通信線を介して最上位のモジュール２−１のコネクタ２３１と接続されている。
【００２３】
制御部３４は、スイッチ３２のオン、オフを制御する。スイッチ３２がオンすると、電源部３１とコネクタ３３とが電気的に接続され、スイッチ３２がオフすると、電源部３１とコネクタ３３とが電気的に遮断される。すなわち、スイッチ３２により、電源部３１から各モジュール２−１〜２−ｍへの電力の供給と遮断が切り替えられる。電源部３１からスイッチ３２及びコネクタ３３を介して最上位のモジュール２−１に出力される電力の一部が最上位のモジュール２−１のコネクタ２３１を介して電圧変換部２３３に供給され、残りの電力が最上位のモジュール２−１のコネクタ２３２を介して後段のモジュール２−２に出力される。同様に、モジュール２−２〜２−ｍ−１においても、前段のモジュール２から出力される電力の一部が自身のコネクタ２３１を介して電圧変換部２３３に供給され、残りの電力が自身のコネクタ２３２を介して後段のモジュール２に出力される。そして、モジュール２−ｍ−１から最下位のモジュール２−ｍに出力される電力は、最下位のモジュール２−ｍのコネクタ２３１を介して電圧変換部２３３に供給される。なお、制御部３４は、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルデバイス（ＦＰＧＡやＰＬＤ）などにより構成される。
【００２４】
また、制御部３４は、各モジュール２−１〜２−ｍの監視部２３５から送信される監視結果により、各モジュール２−１〜２−ｍの電池２１のうちの少なくとも１つの電池２１が異常（過充電状態又は過放電状態など）であると判断すると、各モジュール２−１〜２−ｍの監視部２３５へスイッチ２２をオフさせる旨の電力遮断指示を送信する。なお、監視部２３５により電池２１が異常であるか否かが判断され、その結果が制御部３４へ送信されてもよい。また、制御部３４と各監視部２３５は、それぞれ、通信線を介して直接接続されていてもよい。
【００２５】
また、制御部３４は、最下位のモジュール２−ｍの監視部２３５から送信される、最下位のモジュール２−ｍの電圧変換部２３３の入力電圧を示すデータを受信する。そして、制御部３４は、その受信した電圧に応じて、電源部３１の出力電圧を制御する。
【００２６】
図２は、最下位のモジュール２−ｎの電圧変換部２３３の入力電圧に応じて、電源部３１の出力電圧を制御する際の制御部３４の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図２に示す動作は、定期的に行われてもよいし、電源装置１の起動時に行われてもよい。
【００２７】
まず、制御部３４は、最下位のモジュール２−ｍの電圧変換部２３３の入力電圧を示すデータを受信する（Ｓ１１）。
次に、制御部３４は、最下位のモジュール２−ｍの電圧変換部２３３の入力電圧が、最下位のモジュール２−ｍの電圧変換部２３３の出力電圧に近づくように、電源部３１の出力電圧を制御する（Ｓ１２）。なお、最下位のモジュール２−ｍの電圧変換部２３３の出力電圧は、予め記憶部３５に記憶されていてもよいし、最下位のモジュール２−ｍの監視部２３５から送信されるデータに示されていてもよい。
【００２８】
このように実施形態の電源装置１は、最下位のモジュール２−ｍの電圧変換部２３３の入力電圧が最下位のモジュール２−ｍの電圧変換部２３３の出力電圧に近づくように、電源部３１の出力電圧を調整するため、あるモジュール２が取り外されても、その取り外されたモジュール２よりも後段のモジュールの入力電圧が高くならないようにすることができる。これにより、その後段のモジュール２の電圧変換部２３３における消費電力が大きくならないようにすることができる。
【００２９】
なお、制御部３４は、モジュール２の数に応じて、電源部３１の出力電圧を制御するように構成してもよい。
図３は、モジュール２の数に応じて、電源部３１の出力電圧を制御する際の制御部３４の動作の一例を示すフローチャートである。
【００３０】
まず、制御部３４は、モジュール２の数を示すデータを記憶部３５から読み込む（Ｓ２１）。例えば、モジュール２の数を示すデータは、電源装置１の製造時やメンテナンス時において、ユーザにより記憶部３５に記憶されてもよい。また、例えば、モジュール２の数を示すデータは、各モジュール２にそれぞれ識別情報を付与する際に制御部３４により求められ記憶部３５に記憶されてもよい。
【００３１】
次に、制御部３４は、モジュール２の数と電源部３１の出力電圧との対応関係を示す設定情報に基づいて、読み込んだモジュール２の数に対応する電圧を求める（Ｓ２２）。
そして、制御部３４は、その求めた電圧を、電源部３１の出力電圧として設定する（Ｓ２３）。
【００３２】
図４は、記憶部３５に記憶されている設定情報の一例を示す図である。
図４に示す設定情報は、モジュール２の数と、そのモジュール２の数において最下位のモジュール２−ｍの電圧変換部２３３の電圧変換効率が最も高くなるときに電源部３１から出力される電圧［Ｖ］との対応関係を示している。図４に示す設定情報の例では、モジュール２の数が少なくなるほど、電源部３１の出力電圧が低くなるように設定されている。
【００３３】
例えば、モジュール２の数が「５」の場合、制御部３４は、図４に示す設定情報に基づいて、モジュール２の数「５」に対応する、電源部３１の出力電圧「６．０」を求め、その求めた「６．０」を電源部３１の出力電圧として設定する。
【００３４】
また、例えば、モジュール２の数が「５」から「２」に少なくなった場合、制御部３４は、図４に示す設定情報に基づいて、モジュール２の数「２」に対応する電源部３１の出力電圧「５．４」を求め、その求めた「５．４」を電源部３１の出力電圧として設定する。
【００３５】
このように制御部３４は、モジュール２の数が少なくなるほど、電源部３１の出力電圧を低くしているため、あるモジュール２が取り外されても、その取り外されたモジュール２よりも後段のモジュールの入力電圧が高くならないようにすることができる。これにより、その後段のモジュール２の電圧変換部２３３における消費電力が大きくならないようにすることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  電源装置
２  モジュール
３  制御ＥＣＵ
４  負荷
２１  電池
２２  スイッチ
２３  監視ＥＣＵ
２３１  コネクタ
２３２  コネクタ
２３３  電圧変換部
２３４  監視回路
２３５  監視部
３１  電源部
３２  スイッチ
３３  コネクタ
３４  制御部
３５  記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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