特許 7622718 電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-20

(45)【発行日】2025-01-28

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20250121BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20250121BHJP

   B60L 9/18 20060101ALN20250121BHJP

   B60L 50/60 20190101ALN20250121BHJP

   B60L 58/18 20190101ALN20250121BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

H02J7/00 302C

H02M3/155 W

B60L9/18 P

B60L50/60

B60L58/18

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022158489

(22)【出願日】2022-09-30

(65)【公開番号】P2024052050

(43)【公開日】2024-04-11

【審査請求日】2023-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大畠 弘嗣

【審査官】尾家 英樹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０１２７２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－２０５２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１０１４５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／００－ ３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池とコンバータとを含む電池ユニットを複数並列に接続した電源システムであって、
前記コンバータを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、電源システムの出力電圧の指令値である電圧指令を入力パラメータとして、前記コンバータの各々を制御する電圧制御を実行し、
前記複数並列に接続された電池ユニットを含むとともに正極端子および負極端子が設けられた電源サブユニットをさらに備え、
前記コンバータは、第１の三相インバータを転用したものであり、
前記電源サブユニットは、第２の三相インバータを転用した転用インバータを含み、
前記コンバータは、正極線と負極線との間に互いに並列に接続された三相の第１アームを含み、
前記転用インバータは、前記正極線と前記負極線との間に互いに並列に接続された三相の第２アームを含み、
前記三相の第２アームは、第１相アーム、第２相アーム、および、第３相アームを有し、
前記第１相アームは、直列に接続された第１上アームと第１下アームとを有するとともに、前記第１上アームと前記第１下アームとの中間点が前記負極端子と電気的に接続されており、
前記第２相アームは、直列に接続された第２上アームと第２下アームとを有するとともに、前記第２上アームと前記第２下アームとの中間点が前記正極端子と電気的に接続されており、
前記第３相アームは、直列に接続された第３上アームと第３下アームとを有するとともに、前記第３上アームと前記第３下アームとの中間点が前記正極端子と電気的に接続されており、
前記第１の三相インバータの各相アームに、前記電池が接続されており、
前記第１下アーム、前記第２上アーム、および、前記第３上アームの各々は、短絡している、電源システム。

【請求項2】

前記電池ユニットの出力電圧であるユニット出力電圧を検出する電圧センサを、さらに備え、
前記制御装置で実行する前記電圧制御は、前記ユニット出力電圧が前記電圧指令になるよう、比例制御のみによってフィードバック制御するものである、請求項１に記載の電源システム。

【請求項3】

前記比例制御のゲインは、前記ユニット出力電圧の変動が所定範囲内になるよう設定されている、請求項２に記載の電源システム。

【請求項4】

前記電池ユニットの出力電圧であるユニット出力電圧を検出する電圧センサと、
前記電池ユニットの出力電力であるユニット出力電力を取得する出力電力取得部と、をさらに備え、
前記制御装置は、
電源システムの出力電力の指令値である電力指令に基づいて、前記ユニット出力電力の指令値であるユニット電力指令を算出する電力指令算出部と、
前記ユニット出力電力が前記ユニット電力指令よりも大きいとき、前記ユニット電力指令と前記ユニット出力電力の偏差が大きくなるほど前記電圧指令が小さくなるよう補正するとともに、前記ユニット出力電力が前記ユニット電力指令より小さいとき、前記ユニット電力指令と前記ユニット出力電力の偏差が大きくなるほど前記電圧指令が大きくなるよう補正して、補正後電圧指令を求める電圧指令補正部と、を有し、
前記制御装置で実行する前記電圧制御は、前記ユニット出力電圧が前記補正後電圧指令になるよう、フィードバック制御するものである、請求項１に記載の電源システム。

【請求項5】

前記電圧指令補正部は、前記ユニット出力電力と前記ユニット電力指令が等しいとき、前記電圧指令を前記補正後電圧指令に設定する、請求項４に記載の電源システム。

【請求項6】

前記電圧指令補正部は、前記偏差と前記補正後電圧指令との関係が線形になるよう、前記補正後電圧指令を求める、請求項５に記載の電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電源システムに関し、特に、電池とコンバータとを含む電池ユニットを複数並列に接続した電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１４－１０３８０４号公報（特許文献１）には、複数の組電池を並列に接続した電池システムにおいて、複数の組電池の電圧を均等化する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１０３８０４号公報

【文献】特開２０１５－１５４６９２号公報

【文献】特開２０１５－１８６４０５号公報

【文献】国際公開第２０１７／１６３５０８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数の組電池（電池）を並列に接続した電池システム（電源システム）では、各電池の特性の差や劣化によって各電池の電圧に差が生じ、循環電流が発生する。並列に接続した電池毎にコンバータを設け、循環電流を抑制して、循環電流に起因した電池の劣化を抑制することが考えられる。

【0005】

電池とコンバータを含む電池ユニットを並列に接続した電源システムにおいて、当該電源システムの出力電圧および出力電力を、所望の値に制御することが望まれる。たとえば、電源システムに接続された負荷等から要求される電圧指令および電力指令に基づいて、各電池ユニットのコンバータを制御する。この場合、所定の電池ユニットにおいて、電源システムの出力電圧が電圧指令になるよう電圧制御を実行し、他の電池ユニットにおいて、電源システムの出力電力が電力指令になるよう電力制御を実行することが考えられる。

【0006】

各種センサの誤差や制御の応答遅れ等によって、電力制御における出力電力と電力指令と差が生じる（電力ずれが生じる）と、出力電圧が変動する。電力ずれに起因した出力電圧の変動に応答して、電圧制御が実行されるので、電圧制御を実行する電池ユニットの動作量が増え、所定の電池ユニット（電圧制御が実行される電池ユニット）の負荷（電力負担）が増大し、所定の電池ユニットの劣化が促進される可能性がある。

【0007】

本開示の目的は、電池とコンバータとを含む電池ユニットを複数並列に接続した電源システムにおいて、各電池ユニットの負荷（負担）の均一化を図ることである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）本開示の電源システムは、電池とコンバータとを含む電池ユニットを複数並列に接続した電源システムである。電源システムは、コンバータを制御する制御装置を備える。制御装置は、電源システムの出力電圧の指令値である電圧指令ＲＶを入力パラメータとして、コンバータの各々を制御する電圧制御を実行する。

【0009】

この構成によれば、複数並列に接続された電池ユニットのコンバータの各々は、電圧指令ＲＶを入力パラメータとして、電圧制御される。電力ずれが生じるような場合であっても、各電池ユニットで電圧制御を実行するので、各電池ユニットの負荷（電力負担）の均一化を図ることができる。

【0010】

（２）好ましくは、（１）において、電源システムは、電池ユニットの出力電圧であるユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）を検出する電圧センサを、さらに備える。制御装置で実行する電圧制御は、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が電圧指令ＲＶになるよう、比例制御のみによってフィードバック制御するものであってよい。

【0011】

複数並列に接続された電池ユニットの各々に対して、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が電圧指令ＲＶになるようフィードバック制御する際、積分項（積分制御）を含むと、積分項は定常偏差を解消するように各電池ユニットの出力電力（出力電流）を制御するので、各電池ユニットの間の制御干渉を招く場合がある。この構成によれば、比例制御のみによって、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が電圧指令ＲＶになるようフィードバック制御を実行するので、電池ユニット間の制御干渉を抑制することができる。

【0012】

（３）なお、（２）において、比例制御のゲインは、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）の変動が所定範囲内になるよう設定することが好ましい。

【0013】

比例制御のみによって、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が電圧指令になるようフィードバック制御を実行すると、積分項（積分制御）を含まないので、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が電圧指令ＲＶに収束し難い。ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が電圧指令ＲＶに近づくよう、比例制御のゲインを大きくすると、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が大きく変動する。この構成によれば、比例制御のゲインを、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）の変動が所定範囲内になるよう設定するので、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）を電圧指令に近づけつつ、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）の変動を、負荷等の許容範囲内に収めることが可能になる。

【0014】

（４）好ましくは、（１）において、電源システムは、電池ユニットの出力電圧であるユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）を検出する電圧センサと、電池ユニットの出力電力であるユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）を取得する出力電力取得部と、をさらに備える。制御装置は、電源システムの出力電力の指令値である電力指令ＲＰに基づいて、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）の指令値であるユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）を算出する電力指令算出部と、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）よりも大きいとき、ユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）とユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）の偏差が大きくなるほど電圧指令ＲＶが小さくなるよう補正するとともに、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）より小さいとき、ユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）とユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）の偏差が大きくなるほど電圧指令ＲＶが大きくなるよう補正して、補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）を求める電圧指令補正部と、を有する。制御装置で実行する電圧制御は、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）になるよう、フィードバック制御するものであってよい。

【0015】

各電池ユニットの負荷（負担）の均一化を図るため、各電池ユニットで電圧制御を実行すると、各電池ユニット間で制御干渉が発生する場合がある。この構成によれば、電圧指令補正部によって、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）よりも大きいとき、ユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）とユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）の偏差が大きくなるほど電圧指令ＲＶが小さくなるよう補正された、補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）が算出される。また、電圧指令補正部によって、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）より小さいとき、ユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）とユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）の偏差が大きくなるほど電圧指令ＲＶが大きくなるよう補正された、補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）が算出される。そして、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）になるようフィードバック制御を実行し、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）よりも大きいとき、当該電池ユニットのユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が小さくなるよう制御され、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）より小さいとき、当該電池ユニットのユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が大きくなるよう制御されるので、各電池ユニット間の制御干渉を抑制することができる。

【0016】

（５）好ましくは、（４）において、電圧指令補正部は、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）とユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）が等しいとき、電圧指令ＲＶを補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）に設定してもよい。

【0017】

この構成によれば、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）とユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）が等しいとき、電圧指令ＲＶは補正されることなく、電圧指令ＲＶが補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）に設定されるので、電源システムの出力電圧が電圧指令ＲＶになるよう制御できる。

【0018】

（６）好ましくは、（５）において、電圧指令補正部は、偏差と補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）との関係が線形になるよう、補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）を求めてもよい。

【0019】

この構成によれば、ユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）とユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）の偏差と補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）との関係が線形であるので、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）を安定して制御することができる。

【0020】

（７）好ましくは、（１）～（６）において、コンバータは、三相インバータを転用したものであり、三相インバータの各相アームに、電池が接続されるようにしてもよい。

【0021】

近年、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）や電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）などの電動車両の普及が進んでいる。これら車両の買い換え、解体等に伴って回収されるバッテリ（電池）やＰＣＵ（Power Control Unit）を、リサイクルあるいはリユースすることが望まれる。この構成によれば、回収したＰＣＵの三相インバータを、電源システム（電池ユニット）のコンバータに転用することにより、ＰＣＵのリユースを促進することができる。なお、電源システム（電池ユニット）の電池として、回収したバッテリ（電池）も用いれば、バッテリのリユースを促進することもできる。

【発明の効果】

【0022】

本開示によれば、電池とコンバータとを含む電池ユニットを複数並列に接続した電源システムにおいて、各電池ユニットの負荷（負担）の均一化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本実施の形態の電源システムの全体構成を示す図である。

【図2】電動車両の一例を説明する図である。

【図3】電源システムの制御装置の構成の一例を示す図である。

【図4】実施の形態１における、電源システムの出力電力を制御するブロック線図の一例である。

【図5】実施の形態２における、電源システムの出力電力を制御するブロック線図の一例である。

【図6】電圧指令補正部で算出される補正後電圧指令を説明する図である。

【図7】変形例１に係る、電源システムの制御装置を説明する図である。

【図8】変形例２における電源システムの全体構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0025】

図１は、本実施の形態の電源システムＰの全体構成を示す図である。電源システムＰは、３個のバッテリパック１とコンバータ２とを含む電源サブユニットＳｕと、制御装置３とを備える。本実施の形態において、電源サブユニットＳｕは、電動車両に搭載されるバッテリパックおよびＰＣＵ（Power Control Unit）を、電源システムＰに転用したものである。バッテリパックおよびＰＣＵを搭載した電動車両の構成の一例を説明する。

【0026】

図２は、電動車両の一例を説明する図である。図２において、電動車両Ｖは、回転電機とエンジンとを車両の駆動に併用するハイブリッド車である。電動車両Ｖは、バッテリパック１と、ＰＣＵ２０と、エンジン３０と、回転電機としてのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構４０と、駆動輪５０と、を含む。

【0027】

バッテリパック１は、バッテリ１０とシステムメインリレー（ＳＭＲ）１１とを備える。バッテリ１０は、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、等の二次電池からなる単電池（電池セル）を、電気的に直列に接続した組電池である。バッテリパック１の出力端子（正極端子，負極端子）は、ＰＣＵ２０のバッテリ接続端子２５に接続され、ＳＭＲ１１が閉成すると、バッテリ１０とＰＣＵ２０とが接続され、ＳＭＲ１１が開放されると、バッテリ１０とＰＣＵ２０との接続が遮断される。バッテリパック１には、監視ユニット１５が設けられており、バッテリ１０の電圧ＶＢ、バッテリ１０の入出力電流ＩＢ、および、バッテリ１０の温度等を検出する。

【0028】

ＰＣＵ２０は、昇圧コンバータ２１、インバータ２２およびインバータ２３を含む。昇圧コンバータ２１は、バッテリパック１から入力されるバッテリ電圧ＶＢを昇圧し、インバータ２２およびインバータ２３に出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ２１から昇圧された直流電力を三相交流電力に変換して、たとえばエンジン３０を始動させるために、モータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ２２は、エンジン３０から伝達される動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された交流電力を直流電力に変換し昇圧コンバータ２１に戻す。このとき昇圧コンバータ２１は、降圧回路として動作するよう制御される。インバータ２３は、昇圧コンバータ２１から出力された直流電力を三相交流電力に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

【0029】

動力分割機構４０は、エンジン３０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに連結されて、これらの間で動力を分配する機構である。動力分割機構４０として、遊星歯車機構を用いることができ、たとえば、エンジン３０がプラネタリキャリアに、モータジェネレータＭＧ１がサンギヤに、モータジェネレータＭＧ２がリングギヤに接続されている。モータジェネレータＭＧ２のロータ（および動力分割機構４０のリングギヤの回転軸）は、図示しない減速ギヤ、差動ギヤおよびドライブシャフトを介して駆動輪５０に連結されている。

【0030】

ＰＣＵ２０の昇圧コンバータ２１は、リアクトルと、スイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ２ａ，Ｑ２ｂとを含む。スイッチング素子Ｑ１ａ～Ｑ２ｂは、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子からなり、各ＩＧＢＴ素子と逆並列に接続されるダイオードを含む。スイッチング素子Ｑ１ａとスイッチング素子Ｑ１ｂとが並列に設けられ、スイッチング素子Ｑ２ａとスイッチング素子Ｑ２ｂとが並列に設けられており、スイッチング素子Ｑ１ａとスイッチング素子Ｑ１ｂとは同一の駆動信号で駆動され、スイッチング素子Ｑ２ａとスイッチング素子Ｑ２ｂとは同一の駆動信号で駆動される。スイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂのコレクタが正極線Ｐｌに接続され、スイッチング素子Ｑ２ａ，Ｑ２ｂのエミッタが負極線Ｎｌに接続されている。リアクトルは、スイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂのエミッタおよびスイッチング素子Ｑ２ａ，Ｑ２ｂのコレクタに接続されている。

【0031】

インバータ２２は、三相インバータであり、正極線Ｐｌと負極線Ｎｌとの間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４からなるＵ相アームと、正極線Ｐｌと負極線Ｎｌとの間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６からなるＶ相アームと、正極線Ｐｌと負極線Ｎｌとの間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８からなるＷ相アームとを備える。スイッチング素子Ｑ３～Ｑ８は、スイッチング素子Ｑ１ａと同様に、ＩＧＢＴ素子と逆並列に接続されるダイオードを含むスイッチング素子である。

【0032】

各相のアームの中間点は、ＭＧ１接続端子２６を介して、モータジェネレータＭＧ１の各相のコイルに接続されている。モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、たとえばＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）同期電動機であってよい。

【0033】

インバータ２３の構成は、各相のアームのスイッチング素子が並列に設けられている他は、インバータ２２の構成と同様な三相インバータである。スイッチング素子Ｑ９ａ，Ｑ９ｂがスイッチング素子Ｑ３に相当し、スイッチング素子Ｑ１０ａ，Ｑ１０ｂがスイッチング素子Ｑ４に相当してＵ相アームを構成する。スイッチング素子Ｑ１１ａ，Ｑ１１ｂがスイッチング素子Ｑ５に相当し、スイッチング素子Ｑ１２ａ，Ｑ１２ｂがスイッチング素子Ｑ６に相当してＶ相アームを構成する。スイッチング素子Ｑ１３ａ，Ｑ１３ｂがスイッチング素子Ｑ７に相当し、スイッチング素子Ｑ１４ａ，Ｑ１４ｂがスイッチング素子Ｑ８に相当してＷ相アームを構成する。

【0034】

各相のアームの中間点は、ＭＧ２接続端子２７を介して、モータジェネレータＭＧ２の各相のコイルに接続されている。モータジェネレータＭＧ２も、ＩＰＭ同期電動機であってよい。

【0035】

ＰＣＵ２０には、インバータ２２およびインバータ２３の各々のＵ相電流ｉｕを検出する電流センサｉｕ、Ｖ相電流ｉｖを検出する電流センサｉｖ、Ｗ相電流ｉｗを検出する電流センサｉｗが設けられている。また、ＰＣＵ２０は、昇圧コンバータ２１からインバータ２２、２３へ供給される電圧であるシステム電圧ＶＨを検出する電圧センサＶＨ、および、バッテリパック１から昇圧コンバータ２１に入力される電圧ＶＬを検出する電圧センサＶＬを備えている。

【0036】

電動車両Ｖは、制御装置として、ハイブリッドＥＣＵ（Electronic Control Unit）（ＨＶ－ＥＣＵ）２００、モータジェネレータＥＣＵ（ＭＧ－ＥＣＵ）２１０、バッテリＥＣＵ（ＢＴ－ＥＣＵ）２２０、および、エンジンＥＣＵ（ＥＧ－ＥＣＵ）２３０を備える。各ＥＣＵは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、バッファ（いずれも図示せず）とを含んで構成される。

【0037】

監視ユニット１５は、バッテリ１０の電圧ＶＢを検出する電圧センサＶＢ、入出力電流ＩＢを検出する電流センサＩＢ、等を備えている。ＢＴ－ＥＣＵ２２０は、監視ユニット１５で検出した電圧ＶＢおよび入出力電流ＩＢ等に基づいて、バッテリ１０のＳＯＣ（State Of Charge）を演算し、ＨＶ－ＥＣＵ２００へ送信する。

【0038】

ＨＶ－ＥＣＵ２００は、電動車両Ｖの走行制御のために、たとえば、アクセル開度、車速等に基づいて要求駆動トルクＴｒを算出し、要求駆動トルクＴｒに駆動輪５０の回転速度を乗じて、要求パワーＰｄを求める。要求パワーＰｄからバッテリ１０のＳＯＣに基づく充放電パワーＰｂ（バッテリ１０から放電するときに正の値）を減じて、エンジン３０に要求される要求パワーＰｅを設定する。そして、エンジン３０から要求パワーＰｅが出力されるとともに、要求駆動トルクＴｒが駆動輪５０に出力されるよう、目標エンジン回転速度Ｎｅ、目標エンジントルクＴｅ、モータジェネレータＭＧ１の指令トルクＴｍ１およびモータジェネレータＭＧ２の指令トルクＴｍ２を設定する。

【0039】

ＭＧ－ＥＣＵ２１０は、モータジェネレータＭＧ１から指令トルクＴｍ１が出力されるよう、インバータ２２の各スイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。また、ＭＧ－ＥＣＵ２１０は、モータジェネレータＭＧ２から指令トルクＴｍ２が出力されるよう、インバータ２３の各スイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。

【0040】

ＥＧ－ＥＣＵ２３０は、エンジン３０が目標エンジン回転速度Ｎｅおよび目標エンジントルクＴｅで運転されるようエンジン３０を制御する。

【0041】

図１を参照して、電源システムＰにおいて、バッテリパック１およびコンバータ２は、電動車両Ｖに搭載されたバッテリパック１およびＰＣＵ２０を転用したものである。３個のバッテリパック１（１－１－１、１－１－２、１－１－３）の出力端子の正極端子が、ＰＣＵ２０のインバータ２３（三相インバータ）の各相アーム（Ｕ相アーム、Ｖ相アーム、Ｗ相アーム）の中間点が接続されたＭＧ２接続端子２７に、コイル（インダクタ）５を介して接続される。バッテリパック１の正極端子とコイル５との間の電力線は、コンデンサ６を介して、バッテリパック１の出力端子の負極端子と接続される。バッテリパック１の負極端子は、電力線Ｎｌ１によって、ＰＣＵ２０の負極線Ｎｌに接続される。なお、図１においては、監視ユニット１５の図示を省略している。

【0042】

図１において、ＰＣＵ２０のインバータ２２のスイッチング素子Ｑ４、スイッチング素子Ｑ５、および、スイッチング素子Ｑ７が短絡されている。インバータ２２の各相アームの中間点が接続されたＭＧ１接続端子２６において、Ｕ相アームが接続された端子が、電力線Ｎｌ２によって、バッテリ接続端子２５の負極端子に接続される。バッテリ接続端子２５の負極端子は、電源サブユニットＳｕの負極端子２８ｂに接続される。ＭＧ１接続端子２６において、Ｖ相アームおよびＷ相アームが接続される端子が、電力線Ｐｌ１によって、電源サブユニットＳｕの正極端子２８ａに接続される。

【0043】

このようにＰＣＵ２０のインバータ２３の各相アームをバッテリパック１に接続し、インバータ２２の一部のスイッチング素子を短絡させ、ＭＧ１接続端子２６を電源サブユニットＳｕの正極端子２８ａ、負極端子２８ｂに接続することによって、ＰＣＵ２０は、インバータ２３の各相アームに接続されたバッテリパック１（バッテリ１０）の電圧を昇圧するコンバータ２に転用されている。

【0044】

図１において、バッテリパック１が、本開示の「電池」の一例に相当する。１個のバッテリパック１に対応する（１個のバッテリパック１に接続された）各相アーム、コイル５およびコンデンサ６からなるチョッパ回路が、本開示の「コンバータ」に相当する。なお、図１においては、便宜上、３個のコンバータをまとめて、符号２を付している。そして、バッテリパック１と１個のコンバータ２を含む構成が、本開示の「電池ユニット」に相当する。たとえば、図１において、バッテリパック１－１－１、Ｕ相アーム（スイッチング素子Ｑ９ａ，Ｑ９ｂ，Ｑ１０ａ，Ｑ１０ｂ）、Ｕ相アームの中間点に接続されたコイル５、および、バッテリパック１－１－１の正極端子とコイル５との間の電力線に設けたコンデンサ６が、本開示の「電池ユニット」に相当する。なお、本実施の形態の説明では、各電池ユニットを区別することなく、電池ユニットに符号Ｂｕを用いる。

【0045】

電源サブユニットＳｕは、ＰＣＵ２０を転用したコンバータ２を含む、３個の電池ユニットＢｕから構成される。電源サブユニットＳｕにおいて、各電池ユニットＢｕは並列に接続されている。電源システムＰは、電源サブユニットＳｕを複数備え、各電源サブユニットＳｕはＰＣＳ１００に対して並列に接続される。本実施の形態において、電源サブユニットＳｕは、ｎ個（ｎは正の整数）の電源サブユニットＳｕを備えており、たとえば、２０個の電源サブユニットＳｕを備えてよい。電源サブユニットＳｕには、３個の電池ユニットＢｕ（バッテリパック１）が並列に接続されており、２０個の電源サブユニットＳｕを備えた電源システムＰでは、６０個の電池ユニットＢｕ（バッテリパック１）が並列に接続されている。図１において、符号Ｓｕ－ｎのｎは、ｎ番目の電源サブユニットＳｕであることを表している。符号１－ｎ－１、１－ｎ－２および１－ｎ－３のｎは、ｎ番目の電源サブユニットＳｕに含まれるバッテリパック１を表している。

【0046】

各電源サブユニットＳｕの正極端子２８ａは、正極線ＰＬを介して、ＰＣＳ１００の入出力端子に接続される。各電源サブユニットＳｕの負極端子２８ｂは、負極線ＮＬを介して、ＰＣＳ１００の入出力端子に接続される。

【0047】

ＰＣＳ１００は、電源システムＰに加え、電力系統ＰＧ、太陽光発電装置６５０、および、負荷（電気負荷）３００に接続されている。電力系統ＰＧは、発電所や送電網からなる、たとえば商用電源である。ＰＣＳ１００は、電力変換装置を含み、太陽光発電装置６５０で発電した電力を負荷３００に供給したり、逆潮流を行ったりする。ＰＣＳ１００は、上げＤＲの要請があると、電力系統ＰＧの交流電力を直流電力に変換し、電源システムＰ（電池ユニットＢｕ）の充電を行う。ＰＣＳ１００は、下げＤＲの要請があると、電源システムＰ（電池ユニットＢｕ）の放電電力（出力電力）を交流電力に変換し、逆潮流を行う。負荷３００は、家庭負荷（家電）であってよく、事業所や工場の電気負荷であってよい。

【0048】

電源システムＰは、電力系統ＰＧとの間で電力の授受を行う連系運転と、電力系統ＰＧと解列された（遮断された）自立運転とを行う。連系運転時、負荷３００への電力供給は、主に、電力系統ＰＧの電力が供給される。連系運転時、電源システムＰは、下げＤＲあるいは上げＤＲの要請に応じて、電力系統ＰＧと電力の授受を行う。電源システムＰの自立運転時には、電源システムＰ（電池ユニットＢｕ）の出力電力（放電電力）が、負荷３００に供給される。

【0049】

図３は、電源システムＰの制御装置３の構成の一例を示す図である。制御装置３は、制御ＥＣＵ４００と駆動ＥＣＵ４５０とを備える。各ＥＣＵは、ＣＰＵと、メモリと、バッファ（いずれも図示せず）とを含んで構成される。ＰＣＳ－ＥＣＵ５００は、ＰＣＳ１００を制御する制御装置であり、電源システムＰ（電池ユニットＢｕ）から出力される電力の要求値、あるいは、電源システムＰに入力される電力の要求値である電力指令ＲＰ、および、電源システムＰから出力される電圧の指令値である電圧指令ＲＶを、制御ＥＣＵ４００に出力する。

【0050】

制御ＥＣＵ４００は、電源システムＰから電力を出力するとき（電池ユニットＢｕから放電するとき）、電力指令ＲＰおよび電圧指令ＲＶに基づいて電力指令ＴＰを生成する。駆動ＥＣＵ４５０は、電源システムＰ（電池ユニットＢｕ）の出力電力が、電力指令ＴＰになるよう、電池ユニット（コンバータ２）をＰＷＭ制御する。

【0051】

（実施の形態１）
図４は、実施の形態１における、電源システムＰの出力電力を制御するブロック線図の一例である。このブロック線図は、制御ＥＣＵ４００および駆動ＥＣＵ４５０に、ソフトウェアおよび／またはハードウェアとして、構成されてよい。図４において、電圧指令ＲＶおよび電力指令ＲＰは、ＰＣＳ－ＥＣＵ５００から入力される。電圧指令ＲＶは、電源システムＰの出力電圧の要求値（目標電圧）であり、たとえば、１００Ｖ、２００Ｖ、あるいは、６００Ｖであってよい。また、電力指令ＲＰは、ＰＣＳ１００に接続されている負荷等によって要求される（負荷等に供給する）電力であってよい。

【0052】

たとえば、所定の電池ユニットＢｕにおいて、電源システムＰの出力電圧ＶＰが電圧指令ＲＶになるよう電圧制御を実行し、他の電池ユニットＢｕにおいて、電源システムＰの出力電力ＯＰが電力指令ＲＰなるよう電力制御を実行すると、電流センサの誤差や電力制御の応答遅れ等によって出力電力ＯＰと電力指令ＲＰとの差が生じ（電力ズレが生じ）、出力電圧ＶＰが変動する。この出力電圧ＶＰの変動に応答して電圧制御が実行されるので、電圧制御を実行する所定の電池ユニットＢｕの動作量が増え、当該電池ユニットＢｕの負荷（負担）が増大し、当該電池ユニットＢｕ（に含まれるバッテリパック１）の劣化が促進される可能性がある。このため、実施の形態１では、各電池ユニットＢｕ（バッテリパック１）の負荷（負担）の均一化を図るため、すべての電池ユニットＢｕにおいて電圧制御を実行する。

【0053】

実施の形態１では、ＰＣＳ１００から入力される電力指令ＲＰを用いることなく、すべての電池ユニットＢｕにおいて電圧制御を実行する。図４のブロック線図は、電池ユニットＢｕ毎にコンバータをＰＷＭ制御するブロック線図を示している。各電池ユニットＢｕのブロック線図は共通であるので、バッテリパック１－１－１を含む電池ユニットＢｕについて説明する。

【0054】

ＰＣＳ－ＥＣＵ５００から入力された電圧指令ＲＶと電池ユニットＢｕの出力電圧であるユニット出力電圧ＶＯ（１－１－１）が差し引き点３０１に入力され、差し引き点３０１から、電圧指令ＲＶとユニット出力電圧ＶＯ（１－１－１）の偏差ΔＲＶが、Ｐ制御器３０２へ出力される。ユニット出力電圧ＶＯ（１－１－１）は、電源サブユニットＳｕ－１に転用されたＰＣＵ２０が備えている、システム電圧ＶＨを検出する電圧センサＶＨの検出値であってよい。この場合、電圧センサＶＨが、本開示の「ユニット電圧を検出する電圧センサ」の一例に相当する。

【0055】

Ｐ制御器３０２は、比例制御のみによってフィードバック制御を行うものであり、たとえば、偏差ΔＲＶに比例定数（比例ゲイン）Ｋｐを乗算して、ＩＬ指令を出力する。ＩＬ指令は、電池ユニットＢｕから出力する電流指令である。

【0056】

Ｐ制御器３０２から出力されたＩＬ指令と電池ユニットＢｕの出力電流であるＩＬ（１－１－１）が差し引き点３０３に入力され、差し引き点３０３から、ＩＬ指令とＩＬ（１－１－１）の偏差ΔＩＬが、ＰＩ制御器３０４へ出力される。ＩＬ（１－１－１）は、バッテリパック１－１－１を含む電池ユニットＢｕの出力電流であり、バッテリパック１－１－１が接続されたＵ相のＵ相電流ｉｕを検出する電流センサｉｕの検出値であってよく、バッテリパック１－１－１のバッテリ１０の入出力電流ＩＢを検出する電流センサＩＢの検出値であってもよい。

【0057】

ＰＩ制御器３０４は、比例積分制御（ＰＩ制御）によってフィードバック制御を行うものであり、偏差ΔＩＬが０になるよう（ＩＬ（１－１－１）がＩＬ指令に一致するよう）、比例項と積分項を加算した、デューティ比Ｄｕ（１－１－１）を出力する。そして、バッテリパック１－１－１を含む電池ユニットＢｕのコンバータ２（Ｕ相アーム（スイッチング素子Ｑ９ａ，Ｑ９ｂ，Ｑ１０ａ，Ｑ１０ｂ））が、デューティ比Ｄｕ（１－１－１）によって、ＰＷＭ制御される。なお、すべての電池ユニットＢｕが同様に制御される。

【0058】

この実施の形態１によれば、電源システムＰの出力電圧ＶＰの指令値である電圧指令ＲＶを入力パラメータとして、電池ユニットＢｕのコンバータ２の各々を制御する電圧制御を実行する。これにより、出力電力ＯＰと電力指令ＲＰと差が生じても（電力ずれが生じても）、各電池ユニットＢｕで電圧制御を実行するので、各電池ユニットＢｕの負荷（負担）の均一化を図ることができる。なお、電源システムＰの出力電力ＯＰが電力指令ＲＰを下回ると、出力電圧ＶＰが低下するので、出力電力ＯＰを増大するよう電圧制御が実行される。出力電力ＯＰが電力指令ＲＰを上回ると、出力電圧ＶＰが上昇するので、出力電力ＯＰを低下するよう電圧制御が実行される。これにより、電力指令ＲＰを満足するよう、出力電力ＯＰも制御されることになる。

【0059】

この実施の形態１によれば、制御装置３で実行する電圧制御は、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が電圧指令ＲＶになるよう、Ｐ制御器３０２によって、比例制御のみのフィードバック制御を実行するものである。比例制御のみによって、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が電圧指令ＲＶになるようフィードバック制御を実行するので、電池ユニットＢｕ間の制御干渉を抑制することができる。なお、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）の「Ｎ」は、当該電池ユニットＢｕに含まれるバッテリパックの符号に対応するものであり、バッテリパック１－ｎ－１を含む電池ユニットＢｕのユニット出力電圧は、ユニット出力電圧ＶＯ（１－ｎ－１）と表される。以下、「Ｎ」を同様に扱い、「Ｎ」はバッテリパックの符号に対応するものとする。

【0060】

なお、比例制御のみによって、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が電圧指令ＲＶになるようフィードバック制御を実行すると、積分項（積分制御）を含まないので、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が電圧指令ＲＶに収束し難い。ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が電圧指令ＲＶに近づくよう、比例制御のゲインＫｐを大きくすると、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が大きく変動する。ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）の変動が、ＰＣＳ１００で許容可能な範囲内になるよう、比例制御のゲインＫｐを、予め実験等で求めておき、このゲインＫｐを用いて電圧制御を行うことにより、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）を電圧指令ＲＶに近づけつつ、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）の変動を、ＰＣＳ１００の許容範囲内に納めることが好ましい。

【0061】

（実施の形態２）
実施の形態２では、各電池ユニットＢｕ（バッテリパック１）の負荷（負担）の均一化を図るため、すべての電池ユニットＢｕにおいて電圧制御を実行する。そして、各電池ユニットＢｕの電圧指令に垂下特性（ドループ）を適用して、電池ユニットＢｕ間の制御干渉を抑制する。

【0062】

図５は、実施の形態２における、電源システムＰの出力電力を制御するブロック線図の一例である。このブロック線図は、制御ＥＣＵ４００および駆動ＥＣＵ４５０に、ソフトウェアおよび／またはハードウェアとして構成されてよい。図５において、電圧指令ＲＶおよび電力指令ＲＰは、実施の形態１と同様に、ＰＣＳ－ＥＣＵ５００から入力される。

【0063】

図５において、電力指令算出部３１０は、各電池ユニットＢｕの出力電力の指令値であるユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）を算出する。なお、「Ｎ」は、上記で説明したように、当該電池ユニットＢｕに含まれるバッテリパックの符号に対応するものである。ＰＣＳ－ＥＣＵ５００から入力された電力指令ＲＰと出力電力ＯＰが差し引き点４０１に入力される。出力電力ＯＰは、電源システムＰの出力電力であり、電源システムの出力電力ＶＰと出力電流ＩＰとから算出されてよい。差し引き点４０１から電力指令ＲＰと出力電力ＯＰの偏差ΔＲＰが出力され、ＰＩ制御器４０２へ入力される。ＰＩ制御器４０２は、比例積分制御（ＰＩ制御）によってフィードバック制御を行うものであり、偏差ΔＲＰが０になるよう（出力電力ＯＰが電力指令ＲＰに一致するよう）電力補正Ｆｒｐを出力する。

【0064】

電力指令算出部３１０の加え合わせ点４０３には、電力指令ＲＰと電力補正Ｆｒｐとが入力され、加え合わせ点４０３は、電源システムＰの出力電力指令ＴＰを出力する。加え合わせ点４０３から出力された出力電力指令ＴＰは、配分器４０４に入力される。配分器４０４は、各電池ユニットＢｕの出力電力（ユニット出力電力）の指令値であるユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）を出力する。本実施の形態の電源システムＰにおいて、電池ユニットＢｕは６０個並列に接続されており、配分器４０４は、出力電力指令ＴＰの１／６０を、各電池ユニットＢｕに配分する。たとえば、出力電力指令ＴＰに「１／６０」を乗算して、ユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）を出力する。

【0065】

電力指令算出部３１０より下流のブロック線図は、各電池ユニットＢｕにおいて共通であるので、以下、バッテリパック１－１－１を含む電池ユニットＢｕについて説明する。

【0066】

出力電力取得部３２０は、電池ユニットＢｕのユニット出力電力ＯＰ（１－１－１）を取得する。本実施形態では、バッテリパック１－１－１に含まれるバッテリ１０の電圧ＶＢ（１－１－１）と電池ユニットＢｕ（バッテリパック１－１－１）の出力電流であるＩＬ（１－１－１）を乗算することにより、ユニット出力電力ＯＰ（１－１－１）を取得する。出力電力取得部３２０で取得した（算出された）ユニット出力電力ＯＰ（１－１－１）は、電圧指令補正部３３０に入力される。

【0067】

電圧指令補正部３３０は、電圧指令ＲＶを補正して、補正後電圧指令ＲＶ（１－１－１）を算出する。電圧指令補正部３３０には、ＰＣＳ－ＥＣＵ５００から出力された電圧指令ＲＶ、電力指令算出部３１０（配分器４０４）から出力されたユニット電力指令ＴＰ（１－１－１）、および、出力電力取得部３２０から出力されたユニット出力電力ＯＰ（１－１－１）が、入力される。

【0068】

図６は、電圧指令補正部３３０で算出される補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）を説明する図である。図６において、縦軸は、補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）であり、横軸は、電力偏差ΔＰである。電力偏差ΔＰは、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）からユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）を減算したものである（ΔＰ＝ＯＰ（Ｎ）－ＴＰ（Ｎ））。図６に示すように、電力偏差ΔＰが０のとき（ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）とユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）が等しいとき）、補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）は、電圧指令ＲＶに設定される。そして、電力偏差ΔＰと補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）との関係は線形になっている。

【0069】

図６を参照して、補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）は、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）よりも大きく、電力偏差ΔＰが正の値のとき、電力偏差ΔＰが大きくなるほど、電圧指令ＲＶが小さくなるよう補正した値になる。また、補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）は、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）より小さく、電力偏差ΔＰが負の値のとき、電力偏差ΔＰが大きくなるほど、電圧指令ＲＶが大きくなるよう補正した値になる。

【0070】

電圧指令補正部３３０は、図６に示した関係（特性）に基づいて、電力偏差ΔＰ（＝ＯＰ（Ｎ）－ＴＰ（Ｎ））により電圧指令ＲＶを補正し、補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）を算出して、差し引き点４０６へ出力する。（バッテリパック１－１－１を含む電池ユニットＢｕにおいては、差し引き点４０６へ補正後電圧指令ＲＶ（１－１－１）が出力される。）
電圧指令補正部３３０から出力された補正後電圧指令ＲＶ（１－１－１）と、電池ユニットＢｕの出力電圧であるユニット出力電圧ＶＯ（１－１－１）が差し引き点４０６に入力され、差し引き点４０６から、補正後電圧指令ＲＶ（１－１－１）とユニット出力電圧ＶＯ（１－１－１）の偏差ΔＲＶが、ＰＩ制御器４０７へ出力される。ユニット出力電圧ＶＯ（１－１－１）は、電源サブユニットＳｕ－１に転用されたＰＣＵ２０が備えている、システム電圧ＶＨを検出する電圧センサＶＨの検出値であってよい。この電圧センサＶＨは、本開示の「ユニット電圧を検出する電圧センサ」の一例に相当する。

【0071】

ＰＩ制御器４０７は、比例積分制御（ＰＩ制御）によってフィードバック制御を行うものであり、偏差ΔＲＶが０になるよう（ユニット出力電圧ＶＯ（１－１－１）が補正後電圧指令ＲＶ（１－１－１）に一致するよう）、ＩＬ指令を出力する。ＩＬ指令は、電池ユニットＢｕから出力する電流指令である。

【0072】

ＰＩ制御器４０７から出力されたＩＬ指令と電池ユニットＢｕの出力電流であるＩＬ（１－１－１）が差し引き点４０８に入力され、差し引き点４０８から、ＩＬ指令とＩＬ（１－１－１）の偏差ΔＩＬが、ＰＩ制御器４０９へ出力される。ＩＬ（１－１－１）は、バッテリパック１－１－１を含む電池ユニットＢｕの出力電流であり、バッテリパック１－１－１が接続されたＵ相のＵ相電流ｉｕを検出する電流センサｉｕの検出値であってよく、バッテリパック１－１－１のバッテリ１０の入出力電流ＩＢを検出する電流センサＩＢの検出値であってもよい。

【0073】

ＰＩ制御器４０９は、比例積分制御（ＰＩ制御）によってフィードバック制御を行うものであり、偏差ΔＩＬが０になるよう（ＩＬ（１－１－１）がＩＬ指令に一致するよう）、比例項と積分項を加算した、デューティ比Ｄｕ（１－１－１）を出力する。そして、バッテリパック１－１－１を含む電池ユニットＢｕのコンバータ２（Ｕ相アーム（スイッチング素子Ｑ９ａ，Ｑ９ｂ，Ｑ１０ａ，Ｑ１０ｂ））が、デューティ比Ｄｕ（１－１－１）によって、ＰＷＭ制御される。なお、すべての電池ユニットＢｕが同様に制御される。

【0074】

この実施の形態２によれば、電源システムＰの出力電圧ＶＰの指令値である電圧指令ＲＶを入力パラメータとして、電池ユニットＢｕのコンバータ２の各々を制御する電圧制御を実行する。これにより、出力電力ＯＰと電力指令ＲＰと差が生じても（電力ずれが生じても）、各電池ユニットＢｕで電圧制御を実行するので、各電池ユニットＢｕの負荷（負担）の均一化を図ることができる。

【0075】

この実施の形態２によれば、電力指令算出部３１０において、電源システムＰの出力電力の指令値である電力指令ＲＰに基づいて、電池ユニットＢｕの各々の出力電力の指令値であるユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）を算出する。そして、電圧指令補正部３３０では、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）よりも大きいとき（電力偏差ΔＰが正のとき）、ユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）とユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）の偏差（電力偏差ΔＰ）が大きくなるほど電圧指令ＲＶが小さくなるよう補正するとともに、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）より小さいとき（電力偏差ΔＰが負のとき）、ユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）とユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）の偏差（電力偏差ΔＰ）が大きくなるほど電圧指令ＲＶが大きくなるよう補正して、補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）を求める。制御装置３で実行する電圧制御は、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）になるよう、フィードバック制御するものである。ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）よりも大きいとき、電池ユニットＢｕのユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が小さくなるよう制御され、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）がユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）より小さいとき、電池ユニットＢｕのユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）が大きくなるよう制御されるので、電池ユニットＢｕ間の制御干渉を抑制することができる。

【0076】

また、ユニット出力電力ＯＰ（Ｎ）とユニット電力指令ＴＰ（Ｎ）が等しいとき（電力偏差ΔＰが０のとき）、電圧指令ＲＶは補正されることなく、電圧指令ＲＶが補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）に設定されるので、電源システムＰの出力電圧ＶＰが電圧指令ＲＶになるよう制御できる。さらに、電力偏差ΔＰと補正後電圧指令ＲＶ（Ｎ）との関係は線形に設定されているので、ユニット出力電圧ＶＯ（Ｎ）を安定して制御することができる。

【0077】

上記の実施の形態では、電源システムＰは、並列に接続された複数の電源サブユニットＳｕから構成されている。これにより、電源システムＰの入出力電力を大きくすることが可能になる。

【0078】

上記の実施の形態によれば、電源サブユニットＳｕのコンバータ２は、電動車両ＶのＰＣＵ２０に含まれるインバータ２３（三相インバータ）を転用したものである。また、電源サブユニットＳｕのバッテリパック１として、電動車両Ｖのバッテリパック１を用いている。したがって、電動車両Ｖの買い換え、解体等に伴って回収されるバッテリやＰＣＵのリユースを促進することができる。

【0079】

（変形例１）
図７は、変形例１に係る、電源システムＰの制御装置３ａを説明する図である。変形例１の制御装置３ａは、電動車両Ｖに搭載された、ＨＶ－ＥＣＵ２００、ＭＧ－ＥＣＵ２１０、および、ＢＴ－ＥＣＵ２２０を利活用したものである。図７において、Ｈ／ＨＶ－ＥＣＵ２００ａ、および、ＨＶ－ＥＣＵ（１）２２０ａ－１～ＨＶ－ＥＣＵ（３）２２０ａ－３は、電動車両Ｖに搭載されたＨＶ－ＥＣＵ２００を利活用したものである。ＭＧ－ＥＣＵ２１０ａは、ＭＧ－ＥＣＵ２１０を利活用したものである。ＢＴ－ＥＣＵ２２０ａ１～ＢＴ－ＥＣＵ２２０ａ－３は、ＢＴ－ＥＣＵ２２０を利活用したものである。

【0080】

図７において、インターフェースＥＣＵ（Ｉ／Ｆ－ＥＣＵ）６００は、ＰＣＳ－ＥＣＵ５００と制御装置３ａ（Ｈ／ＨＶ－ＥＣＵ２００ａ）との間を接続し、ＰＣＳ－ＥＣＵ５００の通信プロトコルと制御装置３ａの通信プロトコルとの間の整合を行っている。Ｈ／ＨＶ－ＥＣＵ２００ａは、Ｉ／Ｆ－ＥＣＵ６００を介して、ＰＣＳ－ＥＣＵ５００から受信した、電力指令ＲＰ、電圧指令ＲＶ、等から、各電池ユニットＢｕに対する電力指令ＴＰ（Ｎ）、等を演算する。

【0081】

ＭＧ－ＥＣＵ２１０ａ、ＨＶ－ＥＣＵ（１）２００ａ－１～ＨＶ－ＥＣＵ（３）２００ａ－３、および、ＢＴ－ＥＣＵ２２０ａ１～ＢＴ－ＥＣＵ２２０ａ－３から構成された、サブ制御装置３ａ１は、電源サブユニットＳｕを制御する制御装置である。図７において、サブ制御装置３ａ１－１は、図１における電源サブユニットＳｕ－１を制御する制御装置であり、電源サブユニットＳｕ毎にサブ制御装置３ａ１が設けられる。すなわち、制御装置３ａは、サブ制御装置３ａ１－１～サブ制御装置３ａ１－ｎのｎ個のサブ制御装置３ａ１を有する。

【0082】

図７において、ＢＴ－ＥＣＵ（１）２２０ａ－１は、電源サブユニットＳｕ－１のバッテリパック１－１－１のバッテリ１０の電圧ＶＢ、入出力電流ＩＢ、温度等を監視するとともに、ＳＯＣを算出する。ＨＶ－ＥＣＵ（１）２００ａ－１は、電力指令ＴＰ（１－１－１）や電圧指令ＲＶに基づいて、バッテリパック１－１－１のＳＭＲ１１の開閉制御を行う。また、ＨＶ－ＥＣＵ２００ａ－１は、バッテリパック１－１－１のバッテリ１０の劣化度合の検出等を行う。ＢＴ－ＥＣＵ（２）２２０ａ－２およびＨＶ－ＥＣＵ（２）２００ａ－２は、バッテリパック１－１－２に対して、ＢＴ－ＥＣＵ（１）２２０ａ－１およびＨＶ－ＥＣＵ（１）２００ａ－１と同様の処理を行う。ＢＴ－ＥＣＵ（３）２２０ａ－３およびＨＶ－ＥＣＵ（３）２００ａ－３は、バッテリパック１－１－３に対して、ＢＴ－ＥＣＵ（１）２２０ａ－１およびＨＶ－ＥＣＵ（１）２００ａ－１と同様の処理を行う。ＭＧ－ＥＣＵ２１０ａは、電圧指令ＲＶ、電力指令ＴＰ（１－１－１）、等に基づいて、上記で説明したように、デューティ比Ｄｕ（１－１－１）を求め、コンバータ２を制御する（インバータ２３のＵ相アームのスイッチング素子を駆動する）。

【0083】

サブ制御装置３ａ１－２～サブ制御装置３ａ１－ｎも、電源サブユニットＳｕ－２～電源サブユニットＳｕ－ｎに関して、サブ制御装置３ａ１－１と同様の処理を行う。この変形例１によれば、電源システムＰの制御装置として、電動車両Ｖに搭載された、ＨＶ－ＥＣＵ２００、ＭＧ－ＥＣＵ２１０、および、ＢＴ－ＥＣＵ２２０のハードウェアを利活用することが促進できる。また、電動車両Ｖに搭載された、ＨＶ－ＥＣＵ２００、ＭＧ－ＥＣＵ２１０、および、ＢＴ－ＥＣＵ２２０等で利用していたＣＡＮ（Controller Area Network）通信の資源も活用でき、信頼性の高い、多重系の通信や監視を、比較的容易に実行することができる。

【0084】

（変形例２）
図８は、変形例２における電源システムＰａの全体構成を示す図である。上記の実施の形態では、昇圧コンバータ２１、インバータ２２およびインバータ２３を備えたＰＣＵ２０を、電源システムＰのコンバータ２に転用した例を説明した。上記の実施の形態では、特に、大電力を通電可能とするために、並列にスイッチング素子が設けられたインバータ２３を、コンバータ２のスイッチング素子として利用していた。しかし、電動車両に搭載されるＰＣＵには、インバータがひとつ設けられるもの、あるいは、昇圧コンバータを備えないＰＣＵが存在する。

【0085】

変形例２における電源システムＰａは、ひとつのインバータのみを備えるＰＣＵ、あるいは、ＰＣＵからインバータ部分を抜き出した回路を、電源システムＰａのコンバータ２Ａに転用したものである。

【0086】

図８において、コンバータ２Ａは、電動車両に搭載されたＰＣＵのインバータ（三相インバータ）を転用したものである。図８において、バッテリパック１のＳＲ１およびＳＲ２は、システムメインリレー（ＳＭＲ）である。上記実施の形態と同様に、３個のバッテリパック１（１－１－１、１－１－２、１－１－３）の出力端子の正極端子が、ＰＣＵの三相インバータの各相アーム（Ｕ相アーム２Ａ１、Ｖ相アーム２Ａ２、Ｗ相アーム２Ａ３）の中間点に、コイル（インダクタ）５を介して接続される。バッテリパック１の正極端子とコイル５との間の電力線は、コンデンサ６を介して、バッテリパック１の出力端子の負極端子と接続される。三相インバータの各相アーム（Ｕ相アーム２Ａ１、Ｖ相アーム２Ａ２、Ｗ相アーム２Ａ３）の上アームは正極線ＰＬに接続され、ＰＣＳ１００の入出力端子に接続される。三相インバータの各相アーム（Ｕ相アーム２Ａ１、Ｖ相アーム２Ａ２、Ｗ相アーム２Ａ３）の下アームは負極線ＮＬに接続され、ＰＣＳ１００の入出力端子に接続される。バッテリパック１の負極端子は、負極線ＮＬに接続される。

【0087】

このように、変形例２における電源システムＰａでは、ＰＣＵの三相インバータの各相アームをバッテリパック１に接続し、三相インバータをコンバータ２Ａに転用して、３個の電池ユニットＢｕを有する電源サブユニットＳｕａを構成している。電源システムＰａは、上記実施の形態と同様に、電源サブユニットＳｕａを複数備え、各電源サブユニットＳｕａは並列に接続されている。この変形例２においても、制御装置３ｂにおいて、上記の実施の形態と同様な電圧制御を実行することにより、上記の実施の形態と同様の作用効果を奏する。

【0088】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0089】

１ バッテリパック、２，２Ａ コンバータ、３，３ａ，３ｂ 制御装置、５ コイル（インダクタ）、６ コンデンサ、１０ バッテリ、１１ ＳＭＲ、１５ 監視ユニット、２０ ＰＣＵ、２１ 昇圧コンバータ、２２，２３ インバータ、２５ バッテリ接続端子、２６ ＭＧ１接続端子、２７ ＭＧ２接続端子、２８ａ 正極端子、２８ｂ 負極端子、３０ エンジン、４０ 動力分割機構、５０ 駆動輪、１００ ＰＣＳ、２００ ＨＶ－ＥＣＵ、２１０ ＭＥＧ－ＥＣＵ、２２０ ＢＴ－ＥＣＵ ２３０ ＥＧ－ＥＣＵ、３００ 負荷、４００ 制御ＥＣＵ、４５０ 駆動ＥＣＵ、５００ ＰＣＳ－ＥＣＵ、６００ Ｉ／Ｆ－ＥＣＵ、６５０ 太陽光発電装置、Ｂｕ 電池ユニット、ＭＧ１ モータジェネレータ、ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｓｕ，Ｓｕａ 電源サブユニット、Ｐ，Ｐａ 電源システム、ＰＧ 電力系統、Ｖ 電動車両。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】