(57)【要約】  電源システム（１０）において、複数の電圧変換器（１４）では、充放電可能なバッテリ（１２）が１次側（３０）に接続され、２次側（３２）が互いに並列接続されている。複数の電圧変換器（１４）の各々について、変圧率（Ｔｒ）は、１次側電流計測器（１６）で計測される電流が、１次側（３０）に接続されるバッテリ（１２）の放電電流最大値（Ｉｄｍａｘ）とバッテリ（１２）の充電電流最大値（Ｉｃｍａｘ）との間の第１範囲内に収まるように設定される。
2020054828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な複数のバッテリ（１２）と、
１次側（３０）が複数のバッテリのいずれかに接続され、２次側（３２）が互いに並列接続され、前記１次側に接続されているバッテリの電圧を任意の変圧率（Ｔｒ、Ｔｒｕ、Ｔｒｄ）で変換し、変換した前記電圧を前記２次側に出力する複数の電圧変換器（１４）と、
複数の前記電圧変換器の１次側に各々接続され、前記１次側に流れる電流（Ｉｄ、Ｉｃ）を計測する複数の電流計測器（１６）と、
を備える電源システム（１０）において、
複数の前記電圧変換器の各々について、前記変圧率は、前記１次側に接続される電流計測器で計測される電流が、前記１次側に接続されるバッテリの放電電流最大値（Ｉｄｍａｘ）と前記バッテリの充電電流最大値（Ｉｃｍａｘ）との間の第１範囲内に収まるように設定される、電源システム。
【請求項２】
請求項１記載の電源システムにおいて、
放電中の前記バッテリから流れる電流の絶対値が前記放電電流最大値を超える場合、当該バッテリに接続されている電圧変換器の変圧率を低下させ、
一方で、充電中の前記バッテリに流れ込む電流の絶対値が前記充電電流最大値を超える場合、当該バッテリに接続されている電圧変換器の変圧率を高くする、電源システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電源システムにおいて、
複数の前記電圧変換器は、複数の前記バッテリの電圧又はＳＯＣが第２範囲内に収まっている場合、変換動作を停止して、前記１次側と前記２次側とを導通させる、電源システム。
【請求項４】
請求項３記載の電源システムにおいて、
複数の前記電圧変換器は、前記電源システムが動作を停止した場合、前記１次側と前記２次側との導通状態を解除する、電源システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源システムにおいて、
前記変圧率は、前記電流が略０となる初期値に予め設定されている、電源システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源システムにおいて、
複数の前記電圧変換器の１次側に各々接続され、前記１次側の電圧を計測する複数の１次側電圧計測器（１８）と、
前記２次側に接続され、前記２次側の電圧を計測する２次側電圧計測器（２２）と、
をさらに備える、電源システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電源システムにおいて、
複数の前記バッテリのうち、少なくとも１つのバッテリは、前記電源システムに対して着脱可能である、電源システム。
【請求項８】
請求項７記載の電源システムにおいて、
１つの前記バッテリと、当該バッテリに接続される前記電圧変換器と、当該電圧変換器の１次側に接続される前記電流計測器とを１つのユニットとする複数の前記ユニット（３８）のうち、少なくとも１つのユニットは、前記電源システムに対して着脱可能である、電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電可能な複数のバッテリが電圧変換器を介して互いに並列接続される電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電可能な複数のバッテリが電圧変換器を介して互いに並列接続される電源システムが、例えば、特許第６２９３０１０号公報に開示されている。
【発明の概要】
【０００３】
ところで、電圧又はＳＯＣの異なる複数のバッテリを互いに並列接続する場合、複数のバッテリの間では、電圧又はＳＯＣが互いに均等になるように、各バッテリの電圧差に比例して電流が流れる充放電が行われる。この場合、複数のバッテリを単純に結線した際、無視できるほど小さな電圧差であれば、各バッテリを直接、並列接続しても問題はない。
【０００４】
しかしながら、電圧差の大きな複数のバッテリを並列接続すると、当該電圧差に起因して大電流が流れる。また、このような状態では、複数のバッテリが電圧変換器を介して互いに並列接続される場合においても、電圧変換器のスイッチング素子をオンにした瞬間に大電流が流れ、一方で、オフにした瞬間に配線のインダクタンス成分に起因する高電圧が発生する。このような大電流又は高電圧の発生に起因してバッテリが劣化するおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、バッテリの劣化を回避しつつ、互いに並列接続される複数のバッテリの電圧又はＳＯＣを均等化することができる電源システムを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の態様は、充放電可能な複数のバッテリと、１次側が複数のバッテリのいずれかに接続され、２次側が互いに並列接続され、前記１次側に接続されているバッテリの電圧を任意の変圧率で変換し、変換した前記電圧を前記２次側に出力する複数の電圧変換器と、複数の前記電圧変換器の１次側に各々接続され、前記１次側に流れる電流を計測する複数の電流計測器とを備える電源システムに関する。この場合、複数の前記電圧変換器の各々について、前記変圧率は、前記１次側に接続される電流計測器で計測される電流が、前記１次側に接続されるバッテリの放電電流最大値と前記バッテリの充電電流最大値との間の第１範囲内に収まるように設定される。
【０００７】
本発明によれば、電流計測器で計測される電流が放電電流最大値と充電電流最大値との第１範囲内にあれば、電圧又はＳＯＣの高いバッテリから低いバッテリに自動的（自然）に電流が流れ、充放電が行われる。一方、電流が第１範囲内から逸脱する場合には、第１範囲内に収まるように変圧率が調整される。この結果、複数のバッテリの劣化を回避しつつ、互いに並列接続される複数のバッテリの電圧又はＳＯＣを均等化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る電源システムの構成図である。
【図２】図１の電源システムの変形例の構成図である。
【図３】図３Ａは、昇圧型の電圧変換器の回路図であり、図３Ｂは、降圧型の電圧変換器の回路図であり、図３Ｃは、インターリーブ回路方式の降圧型又は昇降圧型の電圧変換器の回路図である。
【図４】図４Ａは、比較例での複数のバッテリの並列接続を図示した概念図であり、図４Ｂは、本実施形態での複数のバッテリの並列接続を図示した概念図である。
【図５】本実施形態での複数のバッテリの充放電を図示した概念図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、負荷に電流を流す場合の複数のバッテリの充放電を図示した概念図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、２つのバッテリ間での充放電の説明図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、２つのバッテリ間での充放電の説明図である。
【図９】５つのバッテリ間での充放電の説明図である。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、２つのバッテリ間での充放電の説明図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂは、２つのバッテリ間での充放電の説明図である。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｃは、それぞれ、昇圧動作、降圧動作及び昇降圧動作のタイミングチャートである。
【図１３】４つのバッテリ間での充放電を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１の電源システムの動作を示すフローチャートである。
【図１５】第１変形例のフローチャートである。
【図１６】第２変形例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る電源システムについて好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１０】
［１．本実施形態の基本構成］
本実施形態に係る電源システム１０は、図１に示すように、複数のバッテリ１２と、複数の電圧変換器１４と、複数の１次側電流計測器１６と、複数の１次側電圧計測器１８と、２次側電流計測器２０と、２次側電圧計測器２２と、制御部２４とを有する。電源システム１０は、例えば、二輪車、四輪車等の電動車両の電源システムに適用される。また、複数の電圧変換器１４、複数の１次側電流計測器１６、複数の１次側電圧計測器１８、２次側電流計測器２０、２次側電圧計測器２２、及び、制御部２４等によって、複数のバッテリ１２の電力を電動車両の駆動モータ等の負荷２６に供給する一方で、後述する複数のバッテリ１２の電圧又はＳＯＣの均等化を図る電源供給ユニット２８が構成される。
【００１１】
複数のバッテリ１２は、電源システム１０を構成する電源供給ユニット２８に対して着脱可能で、且つ、充放電可能なバッテリである。複数の電圧変換器１４は、１次側３０と２次側３２とをそれぞれ有するＤＣ／ＤＣコンバータであって、１次側３０に接続されているバッテリ１２の電圧（１次側電圧）を任意の変圧率Ｔｒ（昇圧率Ｔｒｕ又は降圧率Ｔｒｄ）で変換することで、変換した電圧（２次側電圧）を２次側３２に出力する。なお、本実施形態では、複数のバッテリ１２のうち、少なくとも１つのバッテリ１２が電源システム１０に対して着脱可能であればよい。
【００１２】
複数の電圧変換器１４の１次側３０は、複数のバッテリ１２のうち、いずれかのバッテリ１２に接続されている。すなわち、バッテリ１２の正極端子１２ｐと電圧変換器１４の１次側３０の正極端子３０ｐとが接続され、バッテリ１２の負極端子１２ｍと電圧変換器１４の１次側３０の負極端子３０ｍとが接続されている。また、複数の電圧変換器１４の２次側３２は、互いに並列接続されることで、負荷２６に並列に接続される。この場合、複数の電圧変換器１４の２次側３２の正極端子３２ｐが負荷２６の正極端子２６ｐに接続され、複数の電圧変換器１４の２次側３２の負極端子３２ｍが負荷２６の負極端子２６ｍに接続されている。
【００１３】
複数の１次側電圧計測器１８は、それぞれ、電圧変換器１４の１次側３０で、バッテリ１２の正極端子１２ｐと負極端子１２ｍとの間に接続された電圧センサである。また、複数の１次側電流計測器１６は、それぞれ、電圧変換器１４の１次側３０で、バッテリ１２の正極端子１２ｐと電圧変換器１４の正極端子３０ｐとの間に接続された電流センサである。
【００１４】
２次側電圧計測器２２は、複数の電圧変換器１４の２次側３２で、負荷２６の正極端子２６ｐと負極端子２６ｍとの間に接続された電圧センサである。また、２次側電流計測器２０は、複数の電圧変換器１４の２次側３２で、複数の電圧変換器１４の正極端子３２ｐと負荷２６の正極端子２６ｐとの間に接続された電流センサである。さらに、複数の電圧変換器１４の２次側３２において、各正極端子３２ｐと各負極端子３２ｍとの間には、コンデンサ３４が接続されている。
【００１５】
制御部２４は、後述するテーブル３６を有するコンピュータであって、不図示のメモリに格納されたプログラムを実行することで、負荷２６からの要求（負荷要求）に基づいて、複数の電圧変換器１４による１次側３０と２次側３２との間での電圧変換動作等を制御する。
【００１６】
［２．本実施形態の基本動作］
以上のように構成される電源システム１０において、着脱式の複数のバッテリ１２が電源供給ユニット２８に接続され、且つ、負荷２６が電源供給ユニット２８に接続されている場合、複数の１次側電圧計測器１８は、それぞれ、接続されているバッテリ１２の電圧（１次側電圧）を計測し、その計測結果を制御部２４に逐次送信する。また、複数の１次側電流計測器１６は、それぞれ、１次側３０を流れる電流（１次側電流）を計測し、その計測結果を制御部２４に逐次送信する。なお、１次側電流計測器１６は、バッテリ１２の放電時には、バッテリ１２から電圧変換器１４に流れる電流（放電電流Ｉｄ）を計測し、一方で、バッテリ１２の充電時には、電圧変換器１４からバッテリ１２に流れ込む電流（充電電流Ｉｃ）を計測する。
【００１７】
２次側電圧計測器２２は、２次側３２の電圧（２次側電圧としての負荷電圧）を計測し、その計測結果を制御部２４に逐次送信する。また、２次側電流計測器２０は、２次側３２を流れる電流（２次側電流としての負荷電流ＩＬ）を計測し、その計測結果を制御部２４に逐次送信する。なお、２次側電流計測器２０は、力行時には、複数の電圧変換器１４から負荷２６に流れる負荷電流ＩＬ（力行電流）を計測し、一方で、回生時には、負荷２６から複数の電圧変換器１４に流れる負荷電流ＩＬ（回生電流）を計測する。
【００１８】
制御部２４は、受信した各電圧及び各電流の計測結果と、負荷２６からの要求（負荷要求）とに基づいて、複数の電圧変換器１４毎の変圧率Ｔｒの指令値を設定し、設定した各指令値を複数の電圧変換器１４に送信する。複数の電圧変換器１４は、受信した指令値に基づいて変圧率Ｔｒを調整し、調整した変圧率Ｔｒを用いて、接続されているバッテリ１２の電圧を変換し、変換した電圧を２次側３２に出力する。なお、図１では、複数の電圧変換器１４の２次側３２が互いに並列接続されている。そのため、制御部２４は、複数の電圧変換器１４の２次側３２の電圧が同一値となるような指令値を各電圧変換器１４に送信する。
【００１９】
これにより、力行時には、複数のバッテリ１２から複数の電圧変換器１４を介して負荷２６に、各バッテリ１２から流れる電流の総和である負荷電流ＩＬ（力行電流）が流れ、駆動モータ等の負荷２６を駆動させることができる。一方、回生時には、負荷２６から複数の電圧変換器１４を介して複数のバッテリ１２に負荷電流ＩＬ（回生電流）が流れ、各バッテリ１２を充電することができる。
【００２０】
［３．図１の構成の変形例］
図２は、図１の電源システム１０の変形例である。図２の変形例では、１つのバッテリ１２と、当該バッテリ１２に接続される１つの電圧変換器１４と、当該電圧変換器１４の１次側３０に接続される１次側電流計測器１６及び１次側電圧計測器１８とが、１つのバッテリユニット３８として構成され、電源システム１０に対して複数のバッテリユニット３８を着脱可能とした点で、図１の構成とは異なる。なお、本実施形態では、複数のバッテリユニット３８のうち、少なくとも１つのバッテリユニット３８が電源システム１０に対して着脱可能であればよい。
【００２１】
この場合、例えば、図２の各バッテリユニット３８の電圧変換器１４が図１の制御部２４の機能を具備すればよい。また、複数のバッテリユニット３８が電源システム１０に装着されている状態において、各バッテリユニット３８は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して、１次側電圧計測器１８及び１次側電流計測器１６の各計測結果等を互いに送受信可能である。これにより、各バッテリユニット３８の電圧変換器１４は、負荷２６からの負荷要求と、自己のバッテリユニット３８の１次側電圧計測器１８及び１次側電流計測器１６の各計測結果と、他のバッテリユニット３８から受信した１次側電圧計測器１８及び１次側電流計測器１６の各計測結果と、２次側電圧計測器２２及び２次側電流計測器２０の各計測結果とに基づき、自己の電圧変換器１４の変圧率Ｔｒを設定することができる。
【００２２】
［４．電圧変換器１４の具体例］
図３Ａ〜図３Ｃは、図１及び図２の電圧変換器１４の具体例を示す回路図である。電圧変換器１４は、例えば、昇圧型（図３Ａ参照）、降圧型（図３Ｂ参照）、又は、インターリーブ回路方式の降圧型若しくは昇降圧型（図３Ｃ参照）のＤＣ／ＤＣコンバータである。これらのＤＣ／ＤＣコンバータの構成及び動作は、周知であるため、ここでは、図３Ａ〜図３Ｃの回路図における各構成要素の接続関係について簡単に説明する。
【００２３】
図３Ａの電圧変換器１４において、１次側３０の正極端子３０ｐと負極端子３０ｍとの間には、コンデンサ４０が接続されている。コンデンサ４０の正極端子３０ｐ側には、コイル４２の一端が接続されている。コイル４２の他端は、直列接続された２つのスイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌの中点に接続されている。２つのスイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌは、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４６Ｈ、４６Ｌと、寄生ダイオードであるツェナダイオード４８Ｈ、４８Ｌとが並列に接続されて構成される。一方のスイッチング素子４４Ｈは、２次側３２の正極端子３２ｐに接続されるハイサイドのスイッチング素子である。他方のスイッチング素子４４Ｌは、２次側３２の負極端子３２ｍに接続されるローサイドのスイッチング素子である。
【００２４】
図３Ｂの電圧変換器１４において、１次側３０の正極端子３０ｐと負極端子３０ｍとの間には、コンデンサ５０が接続されている。コンデンサ５０には、直列接続された２つのスイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌが並列接続されている。一方のスイッチング素子４４Ｈは、コンデンサ５０の正極端子３０ｐ側に接続されるハイサイドのスイッチング素子である。他方のスイッチング素子４４Ｌは、コンデンサ５０の負極端子３０ｍ側と２次側３２の負極端子３２ｍとに接続されるローサイドのスイッチング素子である。２つのスイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌの中点には、コイル５２の一端が接続されている。コイル５２の他端は、２次側３２の正極端子３２ｐに接続されている。
【００２５】
図３Ｃの電圧変換器１４は、１次側３０の正極端子３０ｐ及び負極端子３０ｍに接続されたコンデンサ５０と、２次側３２の正極端子３２ｐ及び負極端子３２ｍとの間に、図３Ｂの２つのスイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌ及び１つのコイル５２を組とする２組の回路が並列に接続されている点で、図３Ｂの電圧変換器１４とは異なる。
【００２６】
いずれの電圧変換器１４においても、各スイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌ（ＭＯＳＦＥＴ４６Ｈ、４６Ｌ）のゲート端子に供給されるゲート信号のデューティを変更することで、電圧変換器１４の変圧率Ｔｒ（図３Ａでは昇圧率Ｔｒｕ、図３Ｂでは降圧率Ｔｒｄ、図３Ｃでは昇圧率Ｔｒｕ又は降圧率Ｔｒｄ）を変化させることができる。
【００２７】
［５．本実施形態の特徴的な機能］
次に、本実施形態に係る電源システム１０の特徴的な機能（以下、本実施形態の特徴的な機能ともいう。）について、図４Ａ〜図１６を参照しながら説明する。本実施形態の特徴的な機能とは、電圧又はＳＯＣの異なる複数のバッテリ１２を互いに並列接続し、電圧又はＳＯＣが互いに均等となるように複数のバッテリ１２間に電流を流して充放電を行う場合に、バッテリ１２の放電電流最大値Ｉｄｍａｘ（放電電流Ｉｄの絶対値の上限値）と充電電流最大値Ｉｃｍａｘ（充電電流Ｉｃの絶対値の上限値）との間の所定の許容範囲（第１範囲）内に当該電流が収まるように、複数の電圧変換器１４の変圧率Ｔｒを設定するというものである。
【００２８】
なお、放電電流最大値Ｉｄｍａｘとは、バッテリ１２を劣化させない程度に放電電流Ｉｄを流すときの上限値（閾値）であって、該バッテリ１２の製造メーカの保証値又は製品保証値である。充電電流最大値Ｉｃｍａｘとは、バッテリ１２を劣化させない程度に充電電流Ｉｃを流すときの上限値（閾値）であって、該バッテリ１２の製造メーカの保証値又は製品保証値である。
【００２９】
＜５．１  問題点（比較例）＞
図４Ａは、電圧又はＳＯＣの異なる複数のバッテリ１２を互いに並列接続し、電圧又はＳＯＣを互いに均等にする場合の問題点（比較例）を図示した概念図である。なお、比較例では、図１〜図３Ｃ中の構成要素と同じ構成要素については、同じ参照符号を付けて説明する。
【００３０】
図４Ａでは、一例として、ＳＯＣの異なる４つのバッテリ１２を並列接続した場合を図示している。また、図４Ａでは、左側のバッテリ１２から右側のバッテリ１２に向かって、ＳＯＣが順に小さい場合を図示している。図４Ａでは、複数のバッテリ１２の電圧又はＳＯＣの大きさを、バッテリ１２のブロック内のハッチングの面積の広さで模式的に図示している。
【００３１】
比較例では、４つのバッテリ１２を並列接続すると、ＳＯＣが均等化されるように、４つのバッテリ１２間に電流が流れる。具体的に、ＳＯＣが相対的に高いバッテリ１２（図４Ａの左側の２つのバッテリ１２）から放電電流Ｉｄが流れることで、ＳＯＣが相対的に低いバッテリ１２（図４Ａの右側の２つのバッテリ１２）に充電電流Ｉｃとして流れ込む。
【００３２】
そして、比較例のように、互いに並列接続するように４つのバッテリ１２を単純に結線する場合、無視できるほど小さな電圧差であれば、各バッテリ１２を直接、並列接続しても問題はない。しかしながら、電圧差の大きな複数のバッテリ１２を並列接続すると、当該電圧差に起因して、結線した瞬間に大電流が流れる。また、このような状態では、電圧変換器１４を介して複数のバッテリ１２を互いに並列接続する場合においても、電圧変換器１４のスイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌを単純にオンすると、オンにした瞬間に大電流が流れる。さらに、スイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌを単純にオフすると、オフにした瞬間に配線のインダクタンス成分に起因する高電圧が発生する。このような大電流又は高電圧の発生に起因して、バッテリ１２が劣化するおそれがある。
【００３３】
＜５．２  本実施形態の特徴的な機能の概要＞
図４Ｂは、図４Ａの問題点を解決するための本実施形態の特徴的な機能を図示した概念図である。
【００３４】
本実施形態の特徴的な機能では、複数のバッテリ１２が複数の電流調整器５４を介して互いに並列に接続されている。この場合、複数の電流調整器５４は、それぞれ、１次側５６に接続されているバッテリ１２に流れる電流が所定の許容範囲（第１範囲）内となるような電流制限を行う。なお、第１範囲とは、バッテリ１２の放電電流最大値Ｉｄｍａｘと充電電流最大値Ｉｃｍａｘとの間の放電電流Ｉｄ又は充電電流Ｉｃの許容範囲をいう。
【００３５】
ここで、電圧又はＳＯＣが相対的に高いバッテリ１２は、放電側のバッテリ１２として機能し、放電電流Ｉｄを流す。一方、電圧又はＳＯＣが相対的に低いバッテリ１２は、充電側のバッテリ１２となり、充電電流Ｉｃが流れ込む。従って、電流調整器５４は、放電電流Ｉｄ及び充電電流Ｉｃが共に第１範囲内に収まるような電流制限を行う。
【００３６】
また、電流調整器５４がスイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌを含み構成されている場合、スイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌをオン又はオフする際に発生するピーク電流によって、放電電流Ｉｄ又は充電電流Ｉｃが第１範囲を逸脱する可能性がある。そのような場合には、放電電流Ｉｄ又は充電電流Ｉｃが第１範囲内に収まるように、放電側のバッテリ１２の電流調整器５４の２次側５８と、充電側のバッテリ１２の電流調整器５４の２次側５８との電圧差を小さくすればよい。これにより、放電電流Ｉｄ又は充電電流Ｉｃを第１範囲内に収めつつ、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣを速やかに均等化することが可能となる。
【００３７】
なお、本実施形態に係る電源システム１０では、複数のバッテリ１２が複数の電圧変換器１４を介して互いに並列接続されている（図１及び図２参照）。複数の電圧変換器１４は、１次側３０の電圧を任意の変圧率Ｔｒで変換することで、変換後の電圧を２次側３２に出力する。この場合、変圧率Ｔｒを変化させれば、２次側３２の電圧が調整され、複数の電圧変換器１４の２次側３２の電圧差を小さくして、放電電流Ｉｄ及び充電電流Ｉｃを第１範囲内に収めることが可能となる。従って、図１〜図３Ｃの電圧変換器１４は、図４Ｂの電流調整器５４に対応する。また、電圧変換器１４の１次側３０は、電流調整器５４の１次側５６に対応する。さらに、電圧変換器１４の２次側３２は、電流調整器５４の２次側５８に対応する。
【００３８】
＜５．３  本実施形態の特徴的な機能による充放電の概要＞
次に、本実施形態の特徴的な機能による複数のバッテリ１２間の充放電の手法について、図５〜図６Ｂを参照しながら説明する。
【００３９】
図５は、複数のバッテリ１２が電流調整器５４（電圧変換器１４）を介して負荷２６に並列接続されている場合に、負荷要求がないとき（負荷電流ＩＬを流す必要がないとき）の複数のバッテリ１２間での充放電の動作の概念図である。
【００４０】
図５では、左側のバッテリ１２の電圧又はＳＯＣが最も大きく、放電側のバッテリ１２として機能する。これに対して、右側の３つのバッテリ１２は、電圧又はＳＯＣが相対的に低く、充電側のバッテリ１２となる。すなわち、図５では、左側のバッテリ１２から放電電流Ｉｄが流れる一方で、放電電流Ｉｄが分配され、充電電流Ｉｃ１〜Ｉｃ３として右側の３つのバッテリ１２にそれぞれ流れ込む（｜Ｉｄ｜＝｜Ｉｃ１｜＋｜Ｉｃ２｜＋｜Ｉｃ３｜）。そのため、負荷電流ＩＬは流れない（ＩＬ＝０）。
【００４１】
また、図５において、各電流調整器５４は、放電電流Ｉｄ及び充電電流Ｉｃ１〜Ｉｃ３が第１範囲内に収まるように、すなわち、放電電流Ｉｄの絶対値が放電電流最大値Ｉｄｍａｘ以下となり（｜Ｉｄ｜≦Ｉｄｍａｘ）、且つ、充電電流Ｉｃ１〜Ｉｃ３の絶対値が充電電流最大値Ｉｃｍａｘ以下となるように（｜Ｉｃ１｜≦Ｉｃｍａｘ、｜Ｉｃ２｜≦Ｉｃｍａｘ、｜Ｉｃ３｜≦Ｉｃｍａｘ）、電流制限を行う。これにより、放電電流Ｉｄ及び充電電流Ｉｃ１〜Ｉｃ３を第１範囲内に収めつつ、複数のバッテリ１２の電圧又はＳＯＣを均等化させることが可能となる。
【００４２】
図６Ａは、負荷要求があるとき、すなわち、負荷電流ＩＬ１を負荷２６に流す必要があるときの複数のバッテリ１２間での充放電の動作の概念図である。この場合、放電電流Ｉｄの一部を負荷電流ＩＬ１として流すため、右側の３つのバッテリ１２に流す充電電流Ｉｃ１〜Ｉｃ３の配分を少なくする。すなわち、図５と比較して、充電電流Ｉｃ１〜Ｉｃ３の絶対値を小さくする。これにより、負荷要求に応じて負荷２６に負荷電流ＩＬ１を流しつつ、３つのバッテリ１２に充電電流Ｉｃ１〜Ｉｃ３を流し、複数のバッテリ１２間の電圧又はＳＯＣを均等化させることができる。
【００４３】
図６Ｂは、図６Ａよりも大きな負荷要求がある場合、例えば、１つのバッテリ１２を放電用のバッテリ１２としたときに、放電電流最大値Ｉｄｍａｘを超えるような放電電流Ｉｄを流す負荷要求があったときの複数のバッテリ１２間での充放電の概念図である。この場合、負荷電流ＩＬ２が大きいので（ＩＬ２＞ＩＬ１）、１つのバッテリ１２のみを放電用とすると、１つのバッテリ１２から流れる放電電流Ｉｄの絶対値が放電電流最大値Ｉｄｍａｘを超えてしまう（｜Ｉｄ｜＞Ｉｄｍａｘ）。
【００４４】
そこで、図６Ｂの場合は、例えば、左側の３つのバッテリ１２を放電用とし、右側の残り１つのバッテリ１２を充電用とする。これにより、３つのバッテリ１２から放電電流Ｉｄ１〜Ｉｄ３が流れ、各放電電流Ｉｄ１〜Ｉｄ３を合算した電流が、負荷電流ＩＬ２と充電電流Ｉｃとに分配される（｜Ｉｄ１｜＋｜Ｉｄ２｜＋｜Ｉｄ３｜＝｜ＩＬ２｜＋｜Ｉｃ｜）。この結果、３つのバッテリ１２から流れる放電電流Ｉｄ１〜Ｉｄ３の絶対値を放電電流最大値Ｉｄｍａｘ以下に抑えつつ（｜Ｉｄ１｜≦Ｉｄｍａｘ、｜Ｉｄ２｜≦Ｉｄｍａｘ、｜Ｉｄ３｜≦Ｉｄｍａｘ）、負荷要求に応じた負荷電流ＩＬ２を負荷２６に流すと共に、１つのバッテリ１２に充電電流Ｉｃを流すことができる。この場合でも、複数のバッテリ１２間の電圧又はＳＯＣを均等化させることができる。
【００４５】
＜５．４  変圧率Ｔｒの変更による放電電流Ｉｄ又は充電電流Ｉｃの調整＞
次に、本実施形態の特徴的な機能として、変圧率Ｔｒの変更により複数の電圧変換器１４の２次側３２の電圧差を調整することで、放電電流Ｉｄ又は充電電流Ｉｃを調整する場合について、図７Ａ〜図９の説明図を参照しながら説明する。ここでは、一例として、複数の電圧変換器１４が昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ（図３Ａ参照）である場合について説明する。
【００４６】
図７Ａに示すように、２つのバッテリ１２が電圧変換器１４を介して２次側３２で並列接続され、左側のバッテリ１２のＳＯＣが相対的に大きく、右側のバッテリ１２のＳＯＣが相対的に小さいものとする。ここで、２つの電圧変換器１４が同じ変圧率Ｔｒ（昇圧率Ｔｒｕ）である場合、２つのバッテリ１２間では、ＳＯＣが大きく異なることから、２つの電圧変換器１４の２次側３２の電圧差が大きくなり、放電側の左側のバッテリ１２から充電側の右側のバッテリ１２に向かって大電流が流れる。
【００４７】
一方、図７Ｂに示すように、２つの電圧変換器１４の昇圧率Ｔｒｕを変化させ、２つの電圧変換器１４の２次側３２の電圧を同一にした場合、２次側３２の電圧差がないため、放電側の左側のバッテリ１２から充電側の右側のバッテリ１２に電流は流れない（｜Ｉｄ｜＝｜Ｉｃ｜＝０）。
【００４８】
そこで、本実施形態の特徴的な機能では、図７Ｃに示すように、放電電流Ｉｄの絶対値が放電電流最大値Ｉｄｍａｘ以下に収まり、且つ、充電電流Ｉｃの絶対値が充電電流最大値Ｉｃｍａｘ以下に収まるように、昇圧率Ｔｒｕを調整する。これにより、左側のバッテリ１２から右側のバッテリ１２に所望の電流値Ｉの電流（｜Ｉｄ｜＝｜Ｉｃ｜＝Ｉ）を流して、２つのバッテリ１２の電圧又はＳＯＣを均等化させることができる。
【００４９】
また、図８Ａのように、左側のバッテリ１２から右側のバッテリ１２に電流を流して、２つのバッテリ１２間で電圧又はＳＯＣの均等化を図る場合（｜Ｉｄ｜＝｜Ｉｃ｜＝Ｉ１）、時間経過に伴って、左側のバッテリ１２の電圧又はＳＯＣが低下する一方で、右側のバッテリ１２の電圧又はＳＯＣが増加する。これにより、２つの電圧変換器１４の昇圧率Ｔｒｕに変化がなければ、図８Ｂに示すように、２つの電圧変換器１４の２次側３２の電圧差が小さくなり、左側のバッテリ１２から右側のバッテリ１２に流れる電流が小さくなる（｜Ｉｄ｜＝｜Ｉｃ｜＝Ｉ２＜Ｉ１）。この結果、２つのバッテリ１２間での電圧又はＳＯＣの均等化が遅延する可能性がある。
【００５０】
そこで、図８Ｃに示すように、２つの電圧変換器１４において、１次側電流計測器１６（図１及び図２参照）を用いて放電電流Ｉｄ及び充電電流Ｉｃをモニタしながら、充電側（右側）の電圧変換器１４の昇圧率Ｔｒｕを低下させることで、右側の電圧変換器１４の２次側３２の電圧を低下させる。これにより、２つの電圧変換器１４の２次側３２の電圧差が大きくなるので、放電電流Ｉｄ及び充電電流Ｉｃの絶対値の低下を抑制することができる。なお、昇圧率Ｔｒｕを下げ続けると、２つのバッテリ１２間で電圧又はＳＯＣの大きさが逆転する可能性があるため、均等化の動作開始時の昇圧率Ｔｒｕ以下に下げないようにすることに留意する。
【００５１】
図９は、５つのバッテリ１２が電圧変換器１４を介して並列接続され、左側のバッテリ１２を放電用とすることで、右側の４つのバッテリ１２を充電する場合における、５つのバッテリ１２間での電圧又はＳＯＣの均等化を図示したものである。
【００５２】
ここで、放電電流Ｉｄの絶対値が放電電流最大値Ｉｄｍａｘを超える可能性がある場合（｜Ｉｄ｜＞Ｉｄｍａｘ）、左側の電圧変換器１４の昇圧率Ｔｒｕを低下させることで、当該電圧変換器１４の２次側３２の電圧を低下させる。これにより、左側の電圧変換器１４と右側の４つの電圧変換器１４との間で、２次側３２の電圧差が小さくなる。この結果、放電電流Ｉｄの絶対値を放電電流最大値Ｉｄｍａｘ以下に収める電流制限を行いつつ（｜Ｉｄ｜≦Ｉｄｍａｘ）、右側の４つのバッテリ１２に対する充電を行い、５つのバッテリ１２の電圧又はＳＯＣの均等化を図ることができる。
【００５３】
＜５．５  実際の回路における放電電流Ｉｄ又は充電電流Ｉｃの調整＞
図４Ａ〜図９で説明した概念的な内容を、図１〜図３Ｃの実際の回路構成で実現する場合について、図１０Ａ〜図１３を参照しながら説明する。なお、図１０Ａ〜図１１Ｂでは、説明の簡略化のため、図１及び図２の構成図について、２つのバッテリ１２が電圧変換器１４を介して２次側３２で並列接続されている場合について説明する。
【００５４】
図１０Ａは、図７Ａの概念図に対応する。図１０Ａにおいて、一方のバッテリ１２の電圧及び電流を、それぞれ、Ｖｂ１、Ｉｂ１とする。また、他方のバッテリ１２の電流及び電流を、それぞれ、Ｖｂ２、Ｉｂ２とする。さらに、２つの電圧変換器１４の昇圧率Ｔｒｕを、それぞれ、Ｔｒｕ１、Ｔｒｕ２とする。
【００５５】
この場合、Ｔｒｕ１＝Ｔｒｕ２であれば、２つの電圧変換器１４の２次側３２の電圧差によって、大電流の放電電流Ｉｄ及び充電電流Ｉｃが流れる。ここで、負荷電流ＩＬがＩＬ＝０の場合、各バッテリ１２の内部抵抗をｒとすれば、放電電流Ｉｄ及び充電電流Ｉｃは、下記の（１）式で表わされる。
｜Ｉｄ｜＝｜Ｉｃ｜＝｜Ｖｂ１×Ｔｒｕ１−Ｖｂ２×Ｔｒｕ２｜／ｒ
（１）
【００５６】
この場合、放電電流Ｉｄの絶対値が放電電流最大値Ｉｄｍａｘを超えているか、又は、充電電流Ｉｃの絶対値が充電電流最大値Ｉｃｍａｘを超えている場合、バッテリ１２が劣化するおそれがある。
【００５７】
そこで、本実施形態の特徴的な機能では、例えば、図７Ｃの概念図に対応する図１０Ｂのように、充電側の電圧変換器１４を構成するスイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌ（図３Ａ〜図３Ｃ参照）のゲート端子に供給するゲート信号のデューティを変化させることで、変圧率Ｔｒを変化させればよい。具体的に、昇圧型の電圧変換器１４の場合、図３Ａ及び図１２Ａに示すように、ハイサイドのスイッチング素子４４Ｈに供給するゲート信号（図１２Ａの「Ｈ」）をローレベルにした状態で、ローサイドのスイッチング素子４４Ｌに供給するゲート信号（図１２Ａの「Ｌ」）のデューティを変化させて、昇圧率をＴｒｕ２からＴｒｕ２ｒ（＞Ｔｒｕ２）に増加させる。
【００５８】
これにより、２つの電圧変換器１４の２次側３２の電圧差が小さくなり、放電電流Ｉｄ及び充電電流Ｉｃを第１範囲内に収めることができる。この結果、バッテリ１２の劣化を抑えつつ、バッテリ１２の電圧又はＳＯＣの均等化を図ることができる。また、ＭＯＳＦＥＴ４６Ｈ、４６Ｌを用いてスイッチング動作を行うので、オン抵抗値が低下し、電力損失を削減することができる。
【００５９】
なお、降圧型の電圧変換器１４の場合、図３Ｂ及び図１２Ｂに示すように、ローサイドのスイッチング素子４４Ｌに供給するゲート信号をローレベルにした状態で、ハイサイドのスイッチング素子４４Ｈに供給するゲート信号のデューティを変化させればよい。また、昇降圧型の電圧変換器１４の場合、図３Ｃ及び図１２Ｃに示すように、ハイサイド及びローサイドのスイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌに供給するゲート信号のデューティを変化させればよい。但し、昇降圧型の電圧変換器１４については、２つのゲート信号間でデッドタイムＴｄを設け、２つのスイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌを同時にオンにさせないことに留意する。
【００６０】
図６Ａの概念図に対応する図１１Ａでは、図１０Ｂの場合と同様に、昇圧率をＴｒｕ２からＴｒｕ２ｒに増加させつつ、放電電流Ｉｄの絶対値が放電電流最大値Ｉｄｍａｘを超えないように、負荷要求に応じた負荷電流ＩＬ１を流す。この場合でも、負荷電流ＩＬ１と充電電流Ｉｃ（Ｉｃ１）とを流しつつ、２つのバッテリ１２間の電圧又はＳＯＣの均等化が可能となる。
【００６１】
図６Ｂ及び図９の概念図に対応する図１１Ｂでは、図１１Ａと比較して、負荷要求が大きくなり、より大きな負荷電流ＩＬ２（＞ＩＬ１）を流す必要があるため、放電電流Ｉｄの絶対値が放電電流最大値Ｉｄｍａｘを超える可能性がある。この場合、放電側の電圧変換器１４のスイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌに供給するゲート信号のデューティを変化させ、変圧率Ｔｒ（例えば、昇圧率Ｔｒｕ）をＴｒｕ１からＴｒｕ１ｒ（＜Ｔｒｕ１）に変化させる。これにより、２つの電圧変換器１４の２次側３２の電圧差が小さくなり、充電電流Ｉｃ（Ｉｃ２）を小さくすることができる。充電電流Ｉｃを小さくした分、負荷２６に流す負荷電流ＩＬ２を大きくすることができるので、負荷要求に応じた負荷電流ＩＬ２を流しつつ、２つのバッテリ１２間の電圧又はＳＯＣの均等化が可能となる。
【００６２】
図１３は、４つのバッテリ１２間での電圧又はＳＯＣの均等化の実行中における各バッテリ１２の電流変化を時系列で図示したタイミングチャートである。図１３において、縦軸の電流について、０よりも正側は、バッテリ１２から放電電流Ｉｄが流れる場合を示し、０よりも負側は、バッテリ１２に充電電流Ｉｃが流れ込む場合を示す。
【００６３】
時点ｔ０から時点ｔ１までの時間帯では、放電側のバッテリ１から充電側のバッテリ２〜４に電流が流れる。時点ｔ１から時点ｔ２までの時間帯では、バッテリ２が充電側から放電側に切り替わり、バッテリ１及び２からバッテリ３及び４に電流が流れる。時点ｔ２から時点ｔ３までの時間帯では、バッテリ３が充電側から放電側に切り替わり、バッテリ１〜３からバッテリ４に電流が流れる。時点ｔ３以降は、バッテリ１〜４の電圧又はＳＯＣが均等化されたことで、バッテリ１〜４の充放電動作が終了する。
【００６４】
このように、放電側のバッテリ１２から充電側のバッテリ１２に電流を流しつつ、時間経過に伴い、複数のバッテリ１２が充電側から放電側に順次切り替わる。この結果、電圧又はＳＯＣの均等化を速やかに行うことができる。
【００６５】
＜５．６  電圧又はＳＯＣの均等化の具体的な動作説明＞
次に、図１〜図３Ｃの電源システム１０での電圧又はＳＯＣの均等化の具体的な動作について、図１４〜図１６のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図１４〜図１６では、必要に応じて、図１〜図１３も参照しながら説明する。
【００６６】
図１４は、図１の電源システム１０での動作のフローチャートである。図１４の動作主体は、主として、図１の制御部２４及び各電圧変換器１４である。
【００６７】
ステップＳ１において、制御部２４は、電源システム１０内に流れる電流の値を０にするため、複数の電圧変換器１４の変圧率Ｔｒを初期値に設定する。テーブル３６には、各電圧変換器１４の変圧率Ｔｒの初期値が予め格納されている。例えば、最も電圧の低いバッテリ１２に接続される電圧変換器１４の降圧率Ｔｒｄを１とした場合、各電圧変換器１４の降圧率Ｔｒｄは、下記の（２）式で表わされる。
Ｔｒｄ＝（最も電圧の低いバッテリ１２の電圧値）
／（電圧変換器１４に接続されているバッテリ１２の電圧値）  （２）
【００６８】
制御部２４は、テーブル３６を参照し、初期値に応じた指令値を設定して各電圧変換器１４に送信する。これにより、各電圧変換器１４は、受信した指令値に基づき、変圧率Ｔｒを初期値に調整する。この結果、電源システム１０内に流れる電流が０となり、各バッテリ１２の劣化を抑制することができる。
【００６９】
次のステップＳ２において、制御部２４は、複数のバッテリ１２の電圧又はＳＯＣの均等化の動作を開始するため、複数の電圧変換器１４について、放電側のバッテリ１２から充電側のバッテリ１２に電流を流すための変圧率Ｔｒを決定し、決定した変圧率Ｔｒに応じた指令値を設定する。そして、制御部２４は、設定した指令値を各電圧変換器１４に送信する。
【００７０】
各電圧変換器１４は、受信した指令値に基づき、変圧率Ｔｒを調整する。これにより、各電圧変換器１４は、接続されているバッテリ１２の電圧を変圧率Ｔｒに応じて変換し、変換した電圧を２次側３２に出力する。この結果、放電側のバッテリ１２から電圧変換器１４を介して放電電流Ｉｄが流れ、一方で、電圧変換器１４を介して充電側のバッテリ１２に充電電流Ｉｃが流れ込む。
【００７１】
なお、ステップＳ２において、図５、図６Ａ及び図９のように、最も高い電圧のバッテリ１２を放電側のバッテリ１２とし、残りのバッテリ１２を充電側のバッテリ１２として電力を分配する場合、残りのバッテリ１２に接続されている電圧変換器１４の降圧率Ｔｒｄを、最も高いバッテリ１２に接続されている電圧変換器１４の降圧率Ｔｒｄよりも低くすればよい。また、ステップＳ２において、図６Ｂのように、最も低い電圧のバッテリ１２を充電側のバッテリ１２とし、残りのバッテリ１２を放電側のバッテリ１２として電力を分配する場合、最も低い電圧のバッテリ１２に接続されている電圧変換器１４の降圧率Ｔｒｄを低くすればよい。
【００７２】
次のステップＳ３において、各１次側電流計測器１６は、１次側３０に流れる電流（放電電流Ｉｄ又は充電電流Ｉｃ）を計測し、その計測結果を制御部２４に送信する。なお、ステップＳ３において、各１次側電圧計測器１８が１次側３０の電圧を計測し、２次側電流計測器２０が２次側３２の電流を計測し、２次側電圧計測器２２が２次側３２の電圧を計測してもよい。これらの計測結果も制御部２４に送信される。
【００７３】
次のステップＳ４において、制御部２４は、受信された各１次側３０の電流のうち、放電電流Ｉｄを流している電圧変換器１４について、放電電流Ｉｄの絶対値が放電電流最大値Ｉｄｍａｘを超える電圧変換器１４が存在するかどうかを判定する。｜Ｉｄ｜＞Ｉｄｍａｘとなる放電電流Ｉｄを流している電圧変換器１４が存在する場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５に進む。
【００７４】
ステップＳ５において、制御部２４は、｜Ｉｄ｜＞Ｉｄｍａｘとなる放電電流Ｉｄを流しているバッテリ１２が劣化するおそれがあると判断し、当該バッテリ１２に接続されている電圧変換器１４について、２次側３２の電圧が低くなるような変圧率Ｔｒに変更する。具体的に、制御部２４は、変圧率Ｔｒ（例えば、降圧率Ｔｒｄ）を低下させる指令値に変更し、当該電圧変換器１４に送信する。これにより、当該電圧変換器１４は、受信した指令値に基づいて、変圧率Ｔｒを低く調整する。この結果、２次側３２の電圧が低下し、放電電流Ｉｄが小さくなるので、放電電流Ｉｄの絶対値を放電電流最大値Ｉｄｍａｘ以下に収めて、電圧変換器１４に接続されているバッテリ１２の劣化を抑えることができる。
【００７５】
なお、ステップＳ４において、否定的な判定結果である場合（ステップＳ４：ＮＯ）、すなわち、｜Ｉｄ｜＞Ｉｄｍａｘとなるような放電電流Ｉｄを流しているバッテリ１２が存在しない場合、ステップＳ５の処理がスキップされ、ステップＳ６に進む。
【００７６】
ステップＳ４又はＳ５後のステップＳ６において、制御部２４は、受信された各１次側３０の電流の計測結果に基づいて、充電電流Ｉｃを流している電圧変換器１４について、充電電流Ｉｃの絶対値が充電電流最大値Ｉｃｍａｘを超える電圧変換器１４が存在するかどうかを判定する。｜Ｉｃ｜＞Ｉｃｍａｘとなる充電電流Ｉｃを流している電圧変換器１４が存在する場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ステップＳ７に進む。
【００７７】
ステップＳ７において、制御部２４は、｜Ｉｃ｜＞Ｉｃｍａｘとなる充電電流Ｉｃを流しているバッテリ１２が劣化するおそれがあると判断し、当該バッテリ１２に接続されている電圧変換器１４について、２次側３２の電圧が高くなるような変圧率Ｔｒに変更する。すなわち、制御部２４は、変圧率Ｔｒ（例えば、降圧率Ｔｒｄ）を増加させる指令値に変更し、当該電圧変換器１４に送信する。
【００７８】
これにより、当該電圧変換器１４は、受信した指令値に基づいて、変圧率Ｔｒを高くする。この結果、２次側３２の電圧が増加し、充電電流Ｉｃが小さくなるので、充電電流Ｉｃの絶対値を充電電流最大値Ｉｃｍａｘ以下に収めて、電圧変換器１４に接続されているバッテリ１２の劣化を抑えることができる。
【００７９】
なお、ステップＳ６でも、否定的な判定結果である場合（ステップＳ６：ＮＯ）、すなわち、｜Ｉｃ｜＞Ｉｃｍａｘとなるような充電電流Ｉｃを流しているバッテリ１２が存在しない場合、ステップＳ７の処理がスキップされ、ステップＳ８に進む。
【００８０】
ステップＳ６又はＳ７後のステップＳ８において、制御部２４は、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣが所定の閾値範囲（第２範囲）内に収まったか否かを判定する。なお、第２範囲とは、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣが均等化されているとみなすことができる電圧範囲又はＳＯＣの範囲をいう。
【００８１】
各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣが第２範囲内に収まっていない場合（ステップＳ８：ＮＯ）、制御部２４は、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣの均等化が完了していないと判断し、ステップＳ２に戻る。従って、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣの均等化が完了するまで（ステップＳ８：ＹＥＳ）、ステップＳ２〜Ｓ７の処理が繰り返し実行される。
【００８２】
一方、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣが第２範囲内に収まっている場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、ステップＳ９に進む。ステップＳ９において、制御部２４は、各電圧変換器１４の変圧率Ｔｒ（例えば、降圧率Ｔｒｄ）を１にする指令値を設定し、設定した指令値を各電圧変換器１４に送信する。これにより、各電圧変換器１４は、受信した指令値に基づいて変圧率Ｔｒを１に調整する。具体的に、各電圧変換器１４は、変換動作を停止し、１次側３０の正極端子３０ｐと２次側３２の正極端子３２ｐとを導通させる。この結果、電圧値又はＳＯＣが均等化された複数のバッテリ１２を、導通状態で互いに並列接続させることができる。
【００８３】
図１５は、図２の電源システム１０での動作（第１変形例）のフローチャートである。図１５の動作主体は、主として、図２の各電圧変換器１４である。
【００８４】
図２の電源システム１０では、バッテリユニット３８毎に１次側電圧計測器１８が設けられている。そのため、ステップＳ１１において、各１次側電圧計測器１８は、バッテリ１２の電圧を計測し、その計測結果をバッテリユニット３８内の電圧変換器１４に出力する。また、各１次側電圧計測器１８は、計測結果を他のバッテリユニット３８の電圧変換器１４にも送信する。
【００８５】
ステップＳ１２において、各電圧変換器１４は、受信した各計測結果に基づき、最も低い電圧のバッテリ１２に合わせて、自己の変圧率Ｔｒ（例えば、降圧率Ｔｒｄ）を設定する。すなわち、下記の（３）式を用いて降圧率Ｔｒｄを設定する。
Ｔｒｄ＝（最も電圧の低いバッテリ１２の電圧値）
／（自己のバッテリユニット３８のバッテリ１２の電圧値）    （３）
【００８６】
ステップＳ１３において、各１次側電流計測器１６は、１次側３０に流れる電流を計測し、その計測結果をバッテリユニット３８内の電圧変換器１４に出力する。また、各１次側電流計測器１６は、計測結果を他のバッテリユニット３８の電圧変換器１４にも送信する。
【００８７】
ここで、最も低い電圧のバッテリ１２は、他のバッテリ１２と比較して電圧又はＳＯＣが低いため、充電する必要がある。そこで、ステップＳ１４において、最も低い電圧のバッテリ１２に接続されている電圧変換器１４は、充電電流Ｉｃが充電電流最大値Ｉｃｍａｘとなるような変圧率Ｔｒに調整する。これにより、自己のバッテリユニット３８のバッテリ１２が充電側のバッテリ１２となる一方で、他のバッテリユニット３８のバッテリ１２が放電側のバッテリ１２となるので、自己のバッテリ１２に充電電流Ｉｃが優先的に流れ込むことになる。
【００８８】
次のステップＳ１５において、各電圧変換器１４は、自己のバッテリユニット３８の１次側電流計測器１６から送られてくる計測結果に基づき、放電電流Ｉｄの絶対値が放電電流最大値Ｉｄｍａｘを超えるかどうかを判定する。
【００８９】
｜Ｉｄ｜＞Ｉｄｍａｘである場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、次のステップＳ１６において、電圧変換器１４は、自己のバッテリユニット３８のバッテリ１２が劣化するおそれがあると判断し、２次側３２の電圧が低くなるような変圧率Ｔｒに変更する。例えば、電圧変換器１４は、降圧率Ｔｒｄを低下させることで２次側３２の電圧を低下させ、放電電流Ｉｄを小さくする。これにより、放電電流Ｉｄの絶対値が放電電流最大値Ｉｄｍａｘ以下に収まるので、バッテリ１２の劣化を抑えることができる。
【００９０】
なお、ステップＳ１５において、｜Ｉｄ｜≦Ｉｄｍａｘである場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、ステップＳ１６の処理がスキップされ、ステップＳ１７に進む。
【００９１】
ステップＳ１５又はＳ１６後のステップＳ１７において、各電圧変換器１４は、自己のバッテリユニット３８の１次側電流計測器１６から送られてくる計測結果に基づき、充電電流Ｉｃの絶対値が充電電流最大値Ｉｃｍａｘを超えるかどうかを判定する。
【００９２】
｜Ｉｃ｜＞Ｉｃｍａｘである場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、次のステップＳ１８において、電圧変換器１４は、自己のバッテリユニット３８のバッテリ１２が劣化するおそれがあると判断し、２次側３２の電圧が高くなるような変圧率Ｔｒに変更する。例えば、電圧変換器１４は、降圧率Ｔｒｄを高くすることで２次側３２の電圧を増加させ、充電電流Ｉｃを小さくする。これにより、充電電流Ｉｃの絶対値が充電電流最大値Ｉｃｍａｘ以下に収まるので、バッテリ１２の劣化を抑えることができる。
【００９３】
なお、ステップＳ１７において、｜Ｉｃ｜≦Ｉｃｍａｘである場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、ステップＳ１８の処理がスキップされ、ステップＳ１９に進む。
【００９４】
ステップＳ１７又はＳ１８後のステップＳ１９において、各電圧変換器１４は、各バッテリユニット３８のバッテリ１２の電圧又はＳＯＣが第２範囲内に収まったか否かを判定する。電圧又はＳＯＣが第２範囲内に収まっていないバッテリ１２が１つでもある場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、制御部２４は、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣの均等化が完了していないと判断し、ステップＳ１２に戻る。従って、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣの均等化が完了するまで（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、ステップＳ１２〜Ｓ１８の処理が繰り返し実行される。
【００９５】
一方、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣが第２範囲内に収まっている場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、次のステップＳ２０において、各電圧変換器１４は、変圧率Ｔｒ（降圧率Ｔｒｄ）を０にして変換動作を停止し、１次側３０の正極端子３０ｐと２次側３２の正極端子３２ｐとを導通させる。
【００９６】
図１６は、図１又は図２の電源システム１０での他の動作（第２変形例）のフローチャートである。ここでは、最も電圧の低いバッテリ１２を充電側のバッテリ１２とし、当該バッテリ１２の電圧値に合わせて変圧率Ｔｒ（例えば、降圧率Ｔｒｄ）を調整しつつ、複数のバッテリ１２の電圧又はＳＯＣの均等化を実行する場合について説明する。また、この動作説明では、図１の電源システム１０について説明するが、図２の電源システム１０でも同様に適用可能である。
【００９７】
ステップＳ２１において、各１次側電圧計測器１８は、バッテリ１２の電圧を計測し、その計測結果を制御部２４に送信する。
【００９８】
ステップＳ２２において、制御部２４は、受信した各計測結果に基づき、最も低い電圧のバッテリ１２に合わせて、各電圧変換器１４の変圧率Ｔｒ（例えば、降圧率Ｔｒｄ）を設定する。すなわち、下記（４）式を用いて降圧率Ｔｒｄを設定する。
Ｔｒｄ＝（最も電圧の低いバッテリ１２の電圧値）
／（電圧変換器１４に接続されているバッテリ１２の電圧値）  （４）
【００９９】
そして、制御部２４は、設定した変圧率Ｔｒに基づく指令値を各電圧変換器１４に送信する。各電圧変換器１４は、受信した指令値に基づいて、変圧率Ｔｒを調整する。
【０１００】
ステップＳ２３において、各１次側電流計測器１６は、１次側３０に流れる電流を計測し、その計測結果を制御部２４に送信する。
【０１０１】
ステップＳ２４において、制御部２４は、受信した各計測結果に基づき、最も低い電圧のバッテリ１２に充電電流最大値Ｉｃｍａｘの充電電流Ｉｃが流れるように、各電圧変換器１４の変圧率Ｔｒを設定する。そして、制御部２４は、設定した変圧率Ｔｒに基づく指令値を各電圧変換器１４に送信する。各電圧変換器１４は、受信した指令値に基づいて、変圧率Ｔｒを調整する。例えば、制御部２４は、複数の電圧変換器１４の各々について、１次側電流計測器１６で計測される電流をモニタしながら、変圧率Ｔｒを徐々に上げ、最も低い電圧のバッテリ１２に充電電流最大値Ｉｃｍａｘの充電電流Ｉｃが流れた場合、各電圧変換器１４の変圧率Ｔｒを固定すればよい。
【０１０２】
次のステップＳ２５において、各１次側電流計測器１６は、１次側３０の電流を計測し、その計測結果を制御部２４に送信する。また、各１次側電圧計測器１８は、バッテリ１２の電圧を計測し、その計測結果を制御部２４に送信する。さらに、２次側電流計測器２０は、負荷電流ＩＬを計測し、その計測結果を制御部２４に送信する。さらにまた、２次側電圧計測器２２は、２次側３２の電圧を計測し、その計測結果を制御部２４に送信する。
【０１０３】
次のステップＳ２６において、制御部２４は、受信される各計測結果に基づき、負荷２６から電圧変換器１４側に回生電流が流れたか、又は、｜Ｉｄ｜＞Ｉｄｍａｘのバッテリ１２があるかどうかを判断する。回生電流が流れ、又は、｜Ｉｄ｜＞Ｉｄｍａｘである場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、次のステップＳ２７に進む。
【０１０４】
ステップＳ２７において、制御部２４は、回生電流が流れる場合には、最も低い電圧のバッテリ１２に充電電流最大値Ｉｃｍａｘに回生電流が上積みされて流れるので、当該バッテリ１２が劣化するおそれがあると判断する。また、制御部２４は、｜Ｉｄ｜＞Ｉｄｍａｘの場合、放電側のバッテリ１２が劣化するおそれがあると判断する。
【０１０５】
次に、制御部２４は、全ての電圧変換器１４について、最も低い電圧のバッテリ１２の電圧値に合わせた変圧率Ｔｒに設定する。制御部２４は、設定した変圧率Ｔｒに基づく指令値を各電圧変換器１４に送信する。これにより、各電圧変換器１４は、受信した指令値に基づき変圧率Ｔｒを調整する。この結果、各バッテリ１２の劣化が回避される。
【０１０６】
一方、負荷２６から電圧変換器１４側に回生電流が流れていない、又は、｜Ｉｄ｜≦Ｉｄｍａｘの場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、ステップＳ２８に進む。
【０１０７】
ステップＳ２８において、制御部２４は、バッテリ１２が劣化するおそれがないと判断し、ステップＳ２４と同様に、最も低い電圧のバッテリ１２に充電電流最大値Ｉｃｍａｘの充電電流Ｉｃが流れるよう、各電圧変換器１４の変圧率Ｔｒを設定する。そして、制御部２４は、設定した変圧率Ｔｒに基づく指令値を各電圧変換器１４に送信する。各電圧変換器１４は、受信した指令値に基づいて、変圧率Ｔｒを調整する。
【０１０８】
ステップＳ２７又はＳ２８後のステップＳ２９において、制御部２４は、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣが第２範囲内に収まったか否かを判定する。電圧又はＳＯＣが第２範囲内に収まっていないバッテリ１２が１つでもある場合（ステップＳ２９：ＮＯ）、制御部２４は、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣの均等化が完了していないと判断し、ステップＳ２５に戻る。従って、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣの均等化が完了するまで（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、ステップＳ２５〜Ｓ２８の処理が繰り返し実行される。
【０１０９】
一方、各バッテリ１２の電圧又はＳＯＣが第２範囲内に収まっている場合（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、次のステップＳ３０において、各電圧変換器１４は、変圧率Ｔｒ（降圧率Ｔｒｄ）を０にして変換動作を停止し、１次側３０の正極端子３０ｐと２次側３２の正極端子３２ｐとを導通させる。
【０１１０】
なお、図１４〜図１６のフローチャートは、電圧又はＳＯＣの高いバッテリ１２から低いバッテリ１２に充電する場合について説明しているが、バッテリ１２から負荷２６に電力を供給する場合にも、これらのフローチャートの説明を適用することは可能である。すなわち、電力を供給する点では、充電側のバッテリ１２であっても、負荷２６であっても変わりがないからである。この場合、負荷２６からの負荷要求が大きい程、電圧又はＳＯＣの低いバッテリ１２が接続されているとみなして、該負荷要求に応じた負荷電流ＩＬを流せばよい。
【０１１１】
［６．本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係る電源システム１０は、充放電可能な複数のバッテリ１２と、１次側３０が複数のバッテリ１２のいずれかに接続され、２次側３２が互いに並列接続され、１次側３０に接続されているバッテリ１２の電圧を任意の変圧率Ｔｒ（昇圧率Ｔｒｕ、降圧率Ｔｒｄ）で変換し、変換した電圧を２次側３２に出力する複数の電圧変換器１４と、複数の電圧変換器１４の１次側３０に各々接続され、１次側３０に流れる電流（放電電流Ｉｄ、充電電流Ｉｃ）を計測する複数の１次側電流計測器１６とを備える。
【０１１２】
この場合、複数の電圧変換器１４の各々について、変圧率Ｔｒは、１次側電流計測器１６で計測される電流が、１次側３０に接続されるバッテリ１２の放電電流最大値Ｉｄｍａｘとバッテリ１２の充電電流最大値Ｉｃｍａｘとの間の第１範囲内に収まるように設定される。
【０１１３】
このように、１次側電流計測器１６で計測される電流が放電電流最大値Ｉｄｍａｘと充電電流最大値Ｉｃｍａｘとの第１範囲内にあれば、電圧又はＳＯＣの高いバッテリ１２から低いバッテリ１２に自動的（自然）に電流が流れ、充放電が行われる。一方、電流が第１範囲内から逸脱する場合には、第１範囲内に収まるように変圧率Ｔｒが調整される。この結果、複数のバッテリ１２の劣化を回避しつつ、互いに並列接続される複数のバッテリ１２の電圧又はＳＯＣを均等化することができる。つまり、本実施形態では、電圧又はＳＯＣをモニタしながら充放電を行うのではなく、各バッテリ１２の許容電流の範囲（第１範囲）内で、電圧又はＳＯＣの高いバッテリから低いバッテリへと自然に電流が流れる自然淘汰の手法で充放電を行うことができる。
【０１１４】
この場合、放電中のバッテリ１２から流れる放電電流Ｉｄの絶対値が放電電流最大値Ｉｄｍａｘを超える場合（｜Ｉｄ｜＞Ｉｄｍａｘ）、当該バッテリ１２に接続されている電圧変換器１４の変圧率Ｔｒを低下させ、一方で、充電中のバッテリ１２に流れ込む充電電流Ｉｃの絶対値が充電電流最大値Ｉｃｍａｘを超える場合（｜Ｉｃ｜＞Ｉｃｍａｘ）、当該バッテリ１２に接続されている電圧変換器１４の変圧率Ｔｒを高くすればよい。
【０１１５】
これにより、複数の電圧変換器１４の２次側３２の電圧差が小さくなり、放電電流Ｉｄ又は充電電流Ｉｃを第１範囲内に収めることができる。この結果、バッテリ１２の劣化を回避しつつ、電圧又はＳＯＣを効率よく且つ速やかに均等化することができる。
【０１１６】
また、複数の電圧変換器１４は、複数のバッテリ１２の電圧又はＳＯＣが第２範囲内に収まっている場合、変換動作を停止して、１次側３０と２次側３２とを導通させればよい。これにより、電圧変換器１４の変換効率を差し引いた分だけ、スイッチング素子４４Ｈ、４４Ｌのスイッチングロスが無くなるので、電圧変換器１４の総合効率を向上させることができる。
【０１１７】
この場合、複数の電圧変換器１４は、電源システム１０が動作を停止した際に、１次側３０と２次側３２との導通状態を解除すればよい。これにより、電源システム１０の停止後、複数のバッテリ１２間での自然放電やバッテリ１２の交換が行われても、電源システム１０の再起動時に、複数のバッテリ１２間での電圧又はＳＯＣの均等化を速やかに開始させることができる。
【０１１８】
また、電流が略０となる初期値に変圧率Ｔｒを予め設定しておけば、複数のバッテリ１２の劣化を確実に回避することができる。
【０１１９】
また、電源システム１０は、複数の電圧変換器１４の１次側３０に各々接続され、１次側３０の電圧を計測する複数の１次側電圧計測器１８と、２次側３２に接続され、２次側３２の電圧を計測する２次側電圧計測器２２とをさらに備えてもよい。これにより、１次側電圧計測器１８の計測結果に基づいて各電圧変換器１４の変圧率Ｔｒを容易に設定することができる。また、変圧率Ｔｒの調整後、２次側３２の電圧が所望の電圧値に変化したかどうかを確認することができる。
【０１２０】
さらに、複数のバッテリ１２のうち、少なくとも１つのバッテリ１２が電源システム１０に対して着脱可能であれば、着脱式のバッテリ１２を備える電源システム１０に本実施形態を容易に適用することができる。例えば、汎用のバッテリパックをバッテリ１２とし、複数のバッテリ１２が電圧変換器１４を介して並列接続されている場合、全てのバッテリパックを同時に交換しなくても、一部のバッテリパックを満充電のバッテリパックに交換するだけで、満充電のバッテリパックから電圧又はＳＯＣの低いバッテリパックへの充電が自動的に行われる。この結果、全てのバッテリパックの電圧又はＳＯＣを自動的に且つ速やかに均等化することができる。
【０１２１】
さらにまた、１つのバッテリ１２と、当該バッテリ１２に接続される電圧変換器１４と、当該電圧変換器１４の１次側３０に接続される１次側電流計測器１６とを１つのユニットとする複数のバッテリユニット３８のうち、少なくとも１つのバッテリユニット３８は、電源システム１０に対して着脱可能であってもよい。この場合でも、着脱式のバッテリユニット３８を備える電源システム１０に本実施形態を容易に適用することができる。
【０１２２】
なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【図１】
2020054828.tif 000003
【図２】
2020054828.tif 000004
【図３】
2020054828.tif 000005
【図４】
2020054828.tif 000006
【図５】
2020054828.tif 000007
【図６】
2020054828.tif 000008
【図７】
2020054828.tif 000009
【図８】
2020054828.tif 000010
【図９】
2020054828.tif 000011
【図１０】
2020054828.tif 000012
【図１１】
2020054828.tif 000013
【図１２】
2020054828.tif 000014
【図１３】
2020054828.tif 000015
【図１４】
2020054828.tif 000016
【図１５】
2020054828.tif 000017
【図１６】
2020054828.tif 000018
【国際調査報告】
2020054828.tif 000019
2020054828.tif 000020
2020054828.tif 000021
2020054828.tif 000022