JP2016152649A

JP2016152649A - 電力制御装置、電力制御方法及び電力制御システム

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Publication number: JP2016152649A
Application number: JP2015027591A
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Inventors: 直森田; Sunao Morita
Original assignee: Sony Corp
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Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-08-22
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Abstract

【課題】蓄電池を正極線と中性線との間、及び中性線と負極線との間に直列に接続して、正極線、中性線、負極線の３線で直流電力が供給される際に、蓄電池同士で電力を均等化することが可能な電力制御装置を提供する。【解決手段】第１バッテリ及び第２バッテリから、前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とを取得して比較する比較部と、前記比較部の比較の結果に基づいて前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とが均衡化するよう前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する電力制御部と、を備え、前記電力制御部は、双方向の昇降圧チョッパ回路を通じた前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する、電力制御装置が提供される。【選択図】図１

Description

本開示は、電力制御装置、電力制御方法及び電力制御システムに関する。

蓄電池を備えることで、入力電源からの電力が途絶えても、接続されている機器に対して、停電することなく所定の時間電力を蓄電池から供給し続けることができる無停電電源装置の存在が知られている。このような電源装置を需要家単位に拡大して、停電や蓄電池の容量不足等の電力供給の異常発生時に電力を需要家に供給する技術が提案されている（特許文献１、２等参照）。

特開２０１１−２０５８７１号公報特開２０１３−９０５６０号公報

直流電力を供給する電力供給システムにおいて、正の電位が印加される正極線、負の電位が印加される負極線及び接地電位が印加される中性線の３線で直流電力を供給する際に、正極線及び負極線で電力を受け取る場合と、正極線または負極線と、中性線とを用いて電力を受け取る場合とがある。

しかし、いずれの場合においても、蓄電池を正極線と中性線との間、及び中性線と負極線との間に直列に接続して、電力を供給する場合に、片方の蓄電池からの電力のみが消費されると、蓄電池間で残量に差が出てしまい、効果的に電力の供給を行なうことが出来ない。蓄電池間の電力バランスをとるにあたり、各蓄電池を直列に接続しバランスを取ろうとしても、例えばリチウムイオンバッテリの場合、出力電圧は電力量に関わらずほぼ一定であり、また放電電圧に対し充電電圧が高いため、うまくバランスをとることが出来ない。

そこで、本開示では、蓄電池を正極線と中性線との間、及び中性線と負極線との間に直列に接続して、正極線、中性線、負極線の３線で直流電力が供給される際に、蓄電池同士で電力を均等化することが可能な、新規かつ改良された電力制御装置、電力制御方法及び電力制御システムを提案する。

本開示によれば、正の電位が印加される正極線と接地電位が印加される中性線との間に設けられる第１バッテリ及び前記中性線と負の電位が印加される負極線との間に設けられる第２バッテリから、前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とを取得する取得部と、前記取得部が取得した前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とが均衡化するよう前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する電力制御部と、を備え、前記電力制御部は、双方向の昇降圧チョッパ回路を通じた前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する、電力制御装置が提供される。

また本開示によれば、正の電位が印加される正極線と接地電位が印加される中性線との間に設けられる第１バッテリの充電状況と、前記中性線と負の電位が印加される負極線との間に設けられる第２バッテリの充電状況とを取得することと、前記取得の結果に基づいて前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とが均衡化するよう、双方向の昇降圧チョッパ回路を通じて前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御することと、を含む、電力制御方法が提供される。

また本開示によれば、正の電位が印加される正極線と接地電位が印加される中性線との間に設けられる第１バッテリと、前記中性線と負の電位が印加される負極線との間に設けられる第２バッテリと、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリから、前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とを取得する取得部と、前記取得部が取得した前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とが均衡化するよう前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する電力制御部と、を備え、前記電力制御部は、双方向の昇降圧チョッパ回路を通じた前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する、電力制御システムが提供される。

以上説明したように本開示によれば、蓄電池を正極線と中性線との間、及び中性線と負極線との間に直列に接続して、正極線、中性線、負極線の３線で直流電力が供給される際に、蓄電池同士で電力を均等化することが可能な、新規かつ改良された電力制御装置、電力制御方法及び電力制御システムが提供される。

なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の一実施形態に係る電力制御システムの構成例を示す説明図である。本開示の一実施形態に係る電力制御装置の具体的な構成例を示す説明図である。コンパレータ１２０のヒステリシス特性の一例を示す説明図である。昇降圧チョッパ回路の動作を説明するための説明図である。図４に示したチョッパ回路の具体的な回路構成例を示す説明図である。リチウムイオン電池の放電電圧及び充電電圧の関係をグラフで示す説明図である。本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００の別の構成例を示す説明図である。本開示の一実施形態に係る電力制御システム１の動作例を示す流れ図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示の一実施形態
１．１．概要
１．２．構成例
１．３．動作例
２．まとめ

＜１．本開示の一実施形態＞
［１．１．概要］
本開示の一実施形態について説明する前に、本開示の一実施形態の概要について説明する。

各需要家に蓄電池を有するバッテリサーバを備え、商用電源や、太陽光、風力、地熱等の自然エネルギーにより発生した電力を用いて蓄電池に電力を蓄えておき、その蓄電池に蓄えた電力を使って電気製品を動作させる仕組みが、今後ますます普及していくことが想定される。そのような仕組みの普及を踏まえ、上述したように、ある需要家のバッテリサーバにおいて電力が不足した場合に、電力に余裕のある需要家のバッテリサーバから、その電力が不足している需要家のバッテリサーバに電力を融通するシステムが考案されている。電力を需要家同士で供給しあう際は、蓄電池からの電力供給を考慮すると、直流電力による供給が行われることが、効率面を考えると望ましい。

直流電力の供給方式は様々であるが、中でも、正極線、負極線及び中性線の３線によって直流電力を送電する直流３線式電力供給方式が検討されている。例えば、正極線で１００Ｖ、負極線で−１００Ｖの電圧が印加され、中性線ではどこか１箇所で接地されることで０Ｖ付近の電圧が出力される直流３線式電力供給方式が考えられる。

このような直流３線式電力供給方式で直流電力を供給する電力供給システムにおいて、正極線、負極線及び中性線の３線で直流電力を供給する際に、正極線及び負極線で電力を受け取る場合と、正極線または負極線と、中性線とを用いて電力を受け取る場合とがある。

しかし、いずれの場合においても、蓄電池を正極線と中性線との間、及び中性線と負極線との間に直列に接続して、電力を供給する場合に、片方の蓄電池からの電力のみが消費されると、蓄電池間で残量に差が出てしまい、各蓄電池は効果的に電力の供給を行なうことが出来ない。

また、いずれの場合においても、蓄電池を正極線と中性線との間、及び中性線と負極線との間に直列に接続して、それぞれの蓄電池が電力を受電して充電する場合に、片方の蓄電池のみ充電されると、蓄電池間で残量に差が出てしまい、各蓄電池は効果的に充電を行なうことが出来ない。蓄電池間の電力バランスをとるにあたり、各蓄電池を直列に接続して蓄電池間の電力バランスを取ろうとしても、例えばリチウムイオンバッテリの場合、出力電圧は電力量に関わらずほぼ一定であり、また放電電圧に対し充電電圧が高いため、うまくバランスをとることが出来ない。

蓄電池間の電力バランスを取るために、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを利用して、一方の電圧を昇圧してバランスを取る方法も考えられる。しかし、直列接続された蓄電池間の電力バランスを取るためには、そのまま昇圧チョッバを接続することができずに、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを使用する必要がある。しかし、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータは回路部品が多く。また変換ロスも多いことから、効率が良くない。

そこで本件開示者は、蓄電池を正極線と中性線との間、及び中性線と負極線との間に直列に接続する電力供給システムにおいて、蓄電池間の充電レベルのバランスを取ることが可能な、双方向昇降圧チョッパを組み込んだ電力供給システムの実現について鋭意検討を行った。そして本件開示者は、蓄電池を正極線と中性線との間、及び中性線と負極線との間に直列に接続する電力供給システムにおいて、蓄電池間の充電レベルのバランスを取ることが可能な、双方向昇降圧チョッパを組み込んだ電力供給システムを実現するに至った。

以上、本開示の一実施形態の概要について説明した。

［１．２．構成例］
続いて、本開示の一実施形態に係る電力制御装置、及び電力制御装置を含んだ電力制御システムの構成例について説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る電力制御システムの構成例を示す説明図である。以下、図１を用いて本開示の一実施形態に係る電力制御システムの構成例について説明する。

図１に示したように、本開示の一実施形態に係る電力制御システム１は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂと、正極線１１と、中性線１２と、負極線１３と、機器２０ａ、２０ｂ、３０と、電力制御装置１００と、を含んで構成される。機器２０ａ、２０ｂ、３０は、それぞれ、電力を消費する負荷であってもよく、電力を発生させる発電機であってもよい。機器２０ａ、２０ｂ、３０が電力を発生させる発電機である場合、その発電機は太陽光、風力、地熱、波力その他の自然エネルギーによって発電する発電機であってもよい。

バッテリ装置１０ａは、図１に示したように、正極線１１と、中性線１２との間に接続される。バッテリ装置１０ａは、正極線１１及び中性線１２によって直流電力を機器２０ａに供給したり（機器２０ａが負荷である場合）、また機器２０ａから直流電力の供給を受けたり（機器２０ａが発電機である場合）する。

バッテリ装置１０ｂは、図１に示したように、中性線１２と、負極線１３との間に接続される。バッテリ装置１０ｂは、中性線１２及び負極線１３によって直流電力を機器２０ｂに供給したり（機器２０ｂが負荷である場合）、また機器２０ｂから直流電力の供給を受けたり（機器２０ｂが発電機である場合）する。

バッテリ装置１０ａ、１０ｂは、図１に示したように、正極線１１と、負極線１３との間で直列に接続されている。バッテリ装置１０ａ、１０ｂは、正極線１１及び負極線１３によって直流電力を機器３０に供給したり（機器３０が負荷である場合）、また機器３０から直流電力の供給を受けたり（機器３０が発電機である場合）する。バッテリ装置１０ａ、１０ｂは、例えばリチウムイオンバッテリである。

バッテリ装置１０ａの容量と、バッテリ装置１０ｂの容量とは、等しいか、略等しいことが望ましい。バッテリ装置１０ａ、１０ｂは、それぞれ、バッテリの充電状況を電力制御装置１００に出力する。バッテリの充電状況は、バッテリの充電率（ＳＯＣ；ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）であってもよい。また、バッテリ装置１０ａ、１０ｂは、充電状況をアナログ信号で送出してもよく、デジタル信号で送出してもよい。

正極線１１は、正の電位が印加される電線である。中性線１２は、接地電位が印加される電線である。負極線１３は、負の電位が印加される電線である。本開示の一実施形態に係る電力制御システム１は、機器を正極線１１と中性線１２との間、中性線１２と負極線１３との間、正極線１１と負極線１３との間のいずれかに接続することで、バッテリ装置１０ａ、１０ｂから直流電力の供給を受けたり、バッテリ装置１０ａ、１０ｂへ直流電力を供給したりすることが出来る。

正極線１１に印加される電位は、バッテリ装置１０ａの充電状況によって変動しうる。同様に、負極線１３に印加される電位は、バッテリ装置１０ｂの充電状況によって変動しうる。本実施形態では、正極線１１と中性線１２との間の電位差は８４Ｖ〜１１５Ｖとなるように設定され、同様に中性線１２と負極線１３との間の電位差は８４Ｖ〜１１５Ｖとなるように設定されるものとする。従って本実施形態では、正極線１１と負極線１３との間の電位差は１６８Ｖ〜２３０Ｖとなるように設定される。

従って、正極線１１と中性線１２との間、及び中性線１２と負極線１３との間に接続される機器２０ａ、２０ｂは、電位差が８４Ｖ〜１１５Ｖの間で動作するよう設計されているものであることが望ましく、正極線１１と負極線１３との間に接続される機器３０は、電位差は１６８Ｖ〜２３０Ｖの間で動作するよう設計されているものであることが望ましい。

このように電力制御システム１が構成されている場合、機器が正極線１１と中性線１２との間、または中性線１２と負極線１３との間に接続されている場合に、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの間の電力の融通を考慮しないと、いずれか一方のバッテリ装置のみから電力が出力されたり、またいずれか一方のバッテリ装置のみへ電力が充電されたりすることになり、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの間で充電状況のバランスが崩れることになる。

バッテリ装置１０ａ、１０ｂの間で充電状況のバランスが崩れ、例えば、バッテリ装置１０ｂの充電率が８０％あっても、バッテリ装置１０ａの充電率が０％であれば、機器が正極線１１と中性線１２との間に接続された場合に、バッテリ装置１０ａから電力の供給を受けることができなくなってしまう。

また例えば、バッテリ装置１０ａの充電率が０％であって、バッテリ装置１０ａに充電したくても、発電機を中性線１２と負極線１３との間に接続してしまうと、バッテリ装置１０ａへ充電することが出来ない。この場合において例えばバッテリ装置１０ｂの充電率が１００％であれば、発電機を中性線１２と負極線１３との間に接続してしまうと、バッテリ装置１０ｂへ充電することも出来ない。

そこで本開示の一実施形態に係る電力制御システム１は、正極線１１、中性線１２及び負極線１３と繋がる電力制御装置１００を設ける。本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００によって、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの間での充電状況のバランスを均衡化させる。

本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００の具体的な構成や動作については後述するが、簡単にその動作を説明する。本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂからバッテリの充電状況を取得する。そして本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、取得した充電状況に基づき、充電状況が均等化する方向へバッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力の融通を制御する。

例えば、電力制御装置１００が充電状況を取得した結果、バッテリ装置１０ａの充電率が４０％であり、バッテリ装置１０ｂの充電率が６０％であることが分かれば、電力制御装置１００は、バッテリ装置１０ａからバッテリ装置１０ｂへ電力を融通するよう制御して、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの間での充電状況のバランスを均衡化させる。

本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの間での充電状況のバランスを均衡化させることで、機器がどのように正極線１１、中性線１２または負極線１３に接続されても、その接続された機器がバッテリ装置１０ａ、１０ｂから電力の供給を受けたり、機器がバッテリ装置１０ａ、１０ｂへ電力を送電したりすることが出来る。

本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、双方向の昇降圧チョッパ回路を用いてバッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力の融通を制御する。昇降圧チョッパ回路は、昇圧と降圧の両方が可能なチョッパ回路であり、デューティ比（ＭＯＳＦＥＴが電流を流す時間）によって昇圧することも降圧することも可能なよう構成されたチョッパ回路である。本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、双方向の昇降圧チョッパ回路を用いて、一方向では無く、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力の双方向での融通を制御することを特徴としているものである。

バッテリ装置１０ａ、１０ｂは、放電電圧より充電電圧の方が高い特性を有している。従って電力制御装置１００は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間で電力を融通する際に、放電電圧を充電電圧の辺りまで昇圧させることで、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の効果的な電力の融通を可能にする。

以上、図１を用いて本開示の一実施形態に係る電力制御システムの構成例について説明した。続いて本開示の一実施形態に係る電力制御装置の具体的な構成例について説明する。

図２は、本開示の一実施形態に係る電力制御装置の具体的な構成例を示す説明図である。以下、図２を用いて本開示の一実施形態に係る電力制御装置の具体的な構成例について説明する。

図２に示したように、本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、制御回路１１０と、コンパレータ１２０と、ＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２と、コンデンサＣ１、Ｃ２と、コイルＬ１と、を含んで構成される。

制御回路１１０は、ｇ１端子またはｇ２端子からＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２のゲート端子に電圧を印加してＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２をオン状態にする時間を制御することで、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力の融通を制御する回路である。制御回路１１０は、コンパレータ１２０によるバッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電率の比較結果に基づき、ｇ１端子またはｇ２端子からゲート端子に電圧を印加するＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２を決定する。制御回路１１０は、本開示の電力制御部の一例として機能しうる。

制御回路１１０は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間で電力伝送を行っている間、バッテリ装置１０ａの最高充電電圧をＶａ端子で、バッテリ装置１０ｂの最低放電電圧をＶｂ端子で、それぞれ監視する。バッテリ装置１０ａの最高充電電圧やバッテリ装置１０ｂの最低放電電圧が異常な電圧になった場合は、制御回路１１０は電力変換を停止する。バッテリ装置１０ａの最高充電電圧やバッテリ装置１０ｂの最低放電電圧が異常な電圧になった場合は、電力変換を停止ことで、制御回路１１０はバッテリ装置１０ａ、１０ｂを保護することができる。

制御回路１１０は、コンパレータ１２０からの出力値により、変換する電流量を制限する機能を有していてもよく、電流量がその制限値になるまで出力側の電圧を上昇させるが、電圧の最大値はバッテリ装置１０ａ、１０ｂの最大充電電圧を超えないように設定され得る。また制御回路１１０は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力の融通の際に、入力側であるバッテリ装置１０ａ、１０ｂの最低放電電圧を下回らないように制限し得る。

制御回路１１０は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの過電流を保護するため、コイルＬ１の電圧をｅ端子より入力する。制御回路１１０は、ｅ端子から入力したコイルＬ１の電圧と、Ｖａ端子及びＶｂ端子の電圧とをモニタして、バッテリ装置１０ａ、１０ｂに流れる電流が過電流とならないように、ＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２のゲート端子に出力する信号のデューティ比を制御する。

制御回路１１０は、ゲート端子に電圧を印加してＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２をオンさせる場合、所定のデューティ比でゲート端子に電圧が印加されるようにＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２へ電圧を出力する。言い換えれば、制御回路１１０は、所定のデューティ比でＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２が電流を流すようＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２へ電圧を出力する。

コンパレータ１２０は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂからバッテリの充電状況を取得して、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況の比較を行なう。そしてコンパレータ１２０は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況の比較の結果、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力融通の指示を制御回路１１０のｄｉｒ端子に送出する。従って、コンパレータ１２０は、本開示の取得部及び比較部として機能しうる。図２に示した電力制御装置１００は、コンパレータ１２０の出力に応じて、ＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２を所定のデューティ比でオン状態にして、バッテリ装置１０ａ、１０ｂのうち、充電率の高い方から低い方へ電力を融通する。

なお、コンパレータ１２０には所定のヒステリシスが設定されていることが望ましい。コンパレータ１２０に所定のヒステリシスが設定されていることで、本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力融通の頻繁な切り替わりを防ぐことができる。

図３は、コンパレータ１２０のヒステリシス特性の一例を示す説明図である。例えばバッテリ装置１０ａの充電率がバッテリ装置１０ｂの充電率より大きい場合を正とすると、コンパレータ１２０は、バッテリ装置１０ａの充電率とバッテリ装置１０ｂの充電率との差が所定値以内であれば出力を０として、バッテリ装置１０ａの充電率とバッテリ装置１０ｂの充電率との差が所定値を超えると、差分に比例した値を出力する。

なお、図２に示した電力制御装置１００は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況の比較をコンパレータ１２０で行って、比較結果をアナログ信号で出力するよう構成しているが、本開示はバッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況の比較を行うのはコンパレータ１２０に限定するものではない。コンパレータ１２０の替わりに、例えば、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況を比較し、その比較結果をデジタル信号で出力する回路が電力制御装置１００に設けられてもよい。

ＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２と、コンデンサＣ１、Ｃ２と、コイルＬ１とは、双方向の昇降圧チョッパ回路を構成する。具体的には、制御回路１１０からのゲート端子への電圧の印加によってＭＯＳＦＥＴＴ１が所定のデューティ比でオン状態となり、ＭＯＳＦＥＴＴ２がオフ状態となると、ＭＯＳＦＥＴＴ１と、ＭＯＳＦＥＴＴ２のダイオード成分Ｄ２と、コイルＬ１と、コンデンサＣ２とで昇降圧チョッパ回路が構成される。ＭＯＳＦＥＴＴ１と、ＭＯＳＦＥＴＴ２のダイオード成分Ｄ２と、コイルＬ１と、コンデンサＣ２とで昇降圧チョッパ回路が構成されることで、バッテリ装置１０ａからバッテリ装置１０ｂへ電力を送ることができる。

同様に、制御回路１１０からのゲート端子への電圧の印加によってＭＯＳＦＥＴＴ２が所定のデューティ比でオン状態となり、ＭＯＳＦＥＴＴ１がオフ状態となると、ＭＯＳＦＥＴＴ２と、ＭＯＳＦＥＴＴ１のダイオード成分Ｄ１と、コイルＬ１と、コンデンサＣ１とで昇降圧チョッパ回路が構成される。ＭＯＳＦＥＴＴ２と、ＭＯＳＦＥＴＴ１のダイオード成分Ｄ１と、コイルＬ１と、コンデンサＣ１とで昇降圧チョッパ回路が構成されることで、バッテリ装置１０ｂからバッテリ装置１０ａへ電力を送ることができる。すなわち、本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、オン状態にするＭＯＳＦＥＴを変えることで電力の送電方向を変化させることが可能な、双方向の昇降圧チョッパ回路を用いてバッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力の双方向での融通を可能にしている。

ここで、昇降圧チョッパ回路の動作について説明する。図４は、昇降圧チョッパ回路の動作を説明するための説明図である。

上述したように、昇降圧チョッパ回路は、昇圧と降圧の両方が可能なチョッパ回路であり、デューティ比（ＭＯＳＦＥＴが電流を流す時間）によって昇圧することも降圧することも可能なよう構成されたチョッパ回路である。

図４に示したチョッパ回路は、インダクタＬとコンデンサＣとが並列に接続されている。また図４に示したチョッパ回路は、インダクタＬの接続先が直流電源Ｖ_ｉｎまたは負荷Ｖ_ｏｕｔのいずれかに選択されるスイッチＳＷが設けられている。

図４に示したチョッパ回路について、スイッチＳＷを制御してインダクタＬと直流電源Ｖ_ｉｎとが接続されている時間の割合を５０％よりも大きく取れば、Ｖ_ｉｎ＞Ｖ_ｏｕｔとなり、従って、図４のチョッパ回路は昇圧動作になる。逆に、図４に示したチョッパ回路について、スイッチＳＷを制御してインダクタＬと直流電源Ｖ_ｉｎとが接続されている時間の割合を５０％よりも小さく取れば、Ｖ_ｉｎ＜Ｖ_ｏｕｔとなり、従って、図４のチョッパ回路は降圧動作になる。

図５は、図４に示したチョッパ回路の具体的な回路構成例を示す説明図である。図５に示したチョッパ回路は、直流電源Ｖ_ｉｎから負荷Ｖ_ｏｕｔへの経路上にＭＯＳＦＥＴＴと、ダイオードＤと、が設けられている。

図５に示したチョッパ回路において、例えば８０％の時間だけＭＯＳＦＥＴＴがオン状態となるようにすると、残りの２０％の時間でダイオードＤを介して、インダクタＬのエネルギーが負荷Ｖ_ｏｕｔに伝えられることになる。従って、８０％の時間だけＭＯＳＦＥＴＴがオン状態となるようにした場合、Ｖ_ｏｕｔ＝４Ｖ_ｉｎとなる。

一方、図５に示したチョッパ回路において、例えば２０％の時間だけＭＯＳＦＥＴＴがオン状態となるようにすると、残りの８０％の時間でダイオードＤを介して、インダクタＬのエネルギーが負荷Ｖ_ｏｕｔに伝えられることになる。従って、２０％の時間だけＭＯＳＦＥＴＴがオン状態となるようにした場合、Ｖ_ｏｕｔ＝Ｖ_ｉｎ／４となる。

このように、ＭＯＳＦＥＴＴをオンさせる時間を変化させることで、昇圧動作も降圧動作も可能なよう構成されたのが昇降圧チョッパ回路である。そして、本実施形態に係る電力制御装置１００は、この昇降圧チョッパ回路の仕組みを利用して双方向の昇降圧チョッパ回路を構成し、その双方向の昇降圧チョッパ回路を介してバッテリ装置１０ａ、１０ｂの間の双方向での電力の融通を行っている。

すなわち、図５に示した昇降圧チョッパ回路を、インダクタＬを中心にして反転させて、直列に繋ぐことで、図２に示した電力制御装置１００における双方向の昇降圧チョッパ回路を実現することができる。本実施形態に係る電力制御装置１００は、双方向の昇降圧チョッパ回路を用いて、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの間の双方向での電力融通を行っていることを特徴とするものである。

本実施形態に係る電力制御装置１００が、双方向の昇降圧チョッパ回路の仕組みを利用して、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの間の電力の融通を行うのは、上述したように、リチウムイオン電池には放電電圧より充電電圧の方が高くなるという特性があるからである。図６は、リチウムイオン電池の放電電圧及び充電電圧の関係をグラフで示す説明図である。図６に示したグラフは、横軸がＳＯＣ、縦軸が電圧を表している。図６に示したように、リチウムイオン電池は、いずれのＳＯＣにおいても放電電圧より充電電圧の方が高くなっていることが分かる。

そのため、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの間の電力の融通を効率よく行うために、本実施形態に係る電力制御装置１００は、この双方向の昇降圧チョッパ回路の仕組みを利用して、放電電圧を充電電圧まで高められるようなデューティ比でＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２をオンさせることを特徴としている。

図２に示したのは、ＭＯＳＦＥＴによって双方向の昇降圧チョッパ回路を構成した例であるが、本開示は係る例に限定されるものではない。バイポーラトランジスタ及びダイオードを用いて双方向の昇降圧チョッパ回路を構成してもよい。

図７は、本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００の別の構成例を示す説明図である。図７には、バイポーラトランジスタＴ１１、Ｔ１２及びダイオードＤ１、Ｄ２を用いて双方向の昇降圧チョッパ回路を構成した場合の、電力制御装置１００の構成例が示されている。

制御回路１１０からのゲート端子への電圧の印加によってバイポーラトランジスタＴ１１が所定のデューティ比でオン状態となり、バイポーラトランジスタＴ１２がオフ状態となると、バイポーラトランジスタＴ１１と、ダイオードＤ２と、コイルＬ１と、コンデンサＣ２とで昇降圧チョッパ回路が構成される。

同様に、制御回路１１０からのゲート端子への電圧の印加によってバイポーラトランジスタＴ１２が所定のデューティ比でオン状態となり、バイポーラトランジスタＴ１１がオフ状態となると、バイポーラトランジスタＴ１２と、ダイオードＤ１と、コイルＬ１と、コンデンサＣ１とで昇降圧チョッパ回路が構成される。

図７に示したように、電力制御装置１００は、バイポーラトランジスタＴ１１、Ｔ１２及びダイオードＤ１、Ｄ２を用いた場合であっても、双方向の昇降圧チョッパ回路を構成することができる。

以上、本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００の構成例について説明した。続いて、本開示の一実施形態に係る電力制御システム１の動作例について説明する。

［１．３．動作例］
図８は、本開示の一実施形態に係る電力制御システム１の動作例を示す流れ図である。図８に示した流れ図は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況に基づいて、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力融通を行なう際の、本開示の一実施形態に係る電力制御システムの動作例である。以下、図８を用いて本開示の一実施形態に係る電力制御システム１の動作例について説明する。

電力制御システム１は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力融通を行なう際に、まずバッテリ装置１０ａ、１０ｂのＳＯＣを取得して比較する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の、バッテリ装置１０ａ、１０ｂのＳＯＣの取得および比較は、例えばコンパレータ１２０が実行する。

続いて電力制御システム１は、上記ステップＳ１０１の比較の結果、バッテリ装置１０ａ、１０ｂのＳＯＣの差が所定量を超えているかどうかを判定する（ステップＳ１０２）。バッテリ装置１０ａ、１０ｂのＳＯＣの差が所定量を超えているかどうかは、コンパレータ１２０がヒステリシスを有していれば、ステップＳ１０２の処理がコンパレータ１２０によって行われる。

ステップＳ１０２の判定の結果、バッテリ装置１０ａ、１０ｂのＳＯＣの差が所定量以下であれば（ステップＳ１０２、Ｎｏ）、電力制御システム１は、ステップＳ１０１の処理に戻る。

一方、ステップＳ１０２の判定の結果、バッテリ装置１０ａ、１０ｂのＳＯＣの差が所定量を超えていれば（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）、電力制御システム１は、ＳＯＣの高い方から低い方へバッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力融通を行なう（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３の電力融通は、制御回路１１０が実行する。

電力制御システム１は、ＳＯＣの高い方から低い方へバッテリ装置１０ａ、１０ｂ間の電力融通を行なう際に、上述したように、制御回路１１０がＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２のいずれかのゲート端子に、５０％以上のデューティ比で電圧を印加して、放電電圧を充電電圧まで昇圧させる。上述したように、リチウムイオン電池の場合、充電電圧及び放電電圧の値はＳＯＣに応じて変化しうる。従って、制御回路１１０は、ＭＯＳＦＥＴＴ１、Ｔ２のいずれかのゲート端子に電圧を印加する時間は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂのＳＯＣに応じて変化させてもよい。

ステップＳ１０３の処理が終わると、電力制御システム１は、再びステップＳ１０１の処理に戻る。

電力制御システム１は、図８の一連の処理を、電力制御システム１が動作している間、繰り返し実行する。なお、上記ステップＳ１０１の取得及び比較処理は、所定の間隔で実行され得る。

本開示の一実施形態に係る電力制御システム１は、図８に示したような一連の処理を実行することで、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの間での充電状況のバランスを均衡化させることが可能になり、バッテリ装置１０ａ、１０ｂを効率良く使用することが出来る。

＜２．まとめ＞
以上説明したように本開示の一実施形態によれば、バッテリ装置１０ａ、１０ｂを正極線と中性線との間、及び中性線と負極線との間に直列に接続した場合に、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況を比較して、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況が均衡化するようにバッテリ装置１０ａ、１０ｂ間で電力を融通させる、電力制御装置１００、及び電力制御装置１００を備える電力制御システム１が提供される。

本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況を取得して比較し、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況が均等化する方向へバッテリ装置１０ａ、１０ｂ間で電力を融通させる。本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況が均等化する方向へバッテリ装置１０ａ、１０ｂ間で電力を融通させることで、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの効率の良い使用を可能とすることが出来る。

また本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、双方向の昇降圧チョッパ回路を用いて、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間で電力を双方向で融通させる。双方向の昇降圧チョッパ回路を用いて、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間で電力を双方向で融通させることで、本開示の一実施形態に係る電力制御装置１００は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況が均等化する方向へバッテリ装置１０ａ、１０ｂ間で電力を融通させる際に、放電電圧を充電電圧以上に高め、効率のよい電力融通を可能にする。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、電力制御装置１００は、コンパレータ１２０がバッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況を取得して比較し、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況が均等化する方向へバッテリ装置１０ａ、１０ｂ間で電力を融通させていたが、本開示は係る例に限定されるものではない。

図６に示したように、リチウムイオン電池は、いずれのＳＯＣにおいても放電電圧より充電電圧の方が高くなっていることが分かる。しかし、バッテリ装置１０ａ、１０ｂに使用するバッテリによっては低ＳＯＣ時の充電電圧より高ＳＯＣ時の放電電圧の方が高い場合が考えられる。バッテリ装置１０ａ、１０ｂにそのようなバッテリを用いた場合は、双方向チョッパ回路で放電電圧を充電電圧まで昇圧させる必要がない場合も考えられる。

従って、電力制御装置１００は、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況を取得し、その充電状況に応じて、バッテリ装置１０ａ、１０ｂ間で電力を融通させる際に、双方向チョッパ回路で放電電圧を充電電圧まで昇圧させるかどうかを決定してもよい。

例えば電力制御装置１００が、バッテリ装置１０ａ、１０ｂの充電状況を取得し、バッテリ装置１０ａからバッテリ装置１０ｂへ電力を融通することを決定した場合、バッテリ装置１０ａの放電電圧をバッテリ装置１０ｂの充電電圧まで昇圧させる必要がない充電状況であれば、

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
正の電位が印加される正極線と接地電位が印加される中性線との間に設けられる第１バッテリ及び前記中性線と負の電位が印加される負極線との間に設けられる第２バッテリから、前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とを取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とが均衡化するよう前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する電力制御部と、
を備え、
前記電力制御部は、双方向の昇降圧チョッパ回路を通じた前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する、電力制御装置。
（２）
前記昇降圧チョッパ回路は、
前記正極線と前記中性線との間に設けられる第１のトランジスタと、
前記正極線と前記中性線との間に設けられ、前記第１のトランジスタに並列に設けられる第１のキャパシタと、
前記中性線と前記負極線との間に設けられる第２のトランジスタと、
前記中性線と前記負極線との間に設けられ、前記第２のトランジスタに並列に設けられる第２のキャパシタと、
前記中性線に設けられるインダクタと、
を含む、前記（１）に記載の電力制御装置。
（３）
前記電力制御部は、前記取得部が取得した前記第１バッテリの充電状況及び前記第２バッテリの充電状況に基づいて前記第１のトランジスタまたは前記第２のトランジスタのいずれかを導通状態にさせる時間を決定する、前記（２）に記載の電力制御装置。
（４）
前記電力制御部は、前記第１のトランジスタまたは前記第２のトランジスタのいずれかを、５０％を超える時間で導通状態にさせる、前記（３）に記載の電力制御装置。
（５）
前記電力制御部は、前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とを取得して比較した結果、充電率の大きいバッテリから小さいバッテリへ電力を融通する、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の電力制御装置。
（６）
前記第１バッテリ及び前記第２バッテリは、前記正極線と前記中性線との間、または前記中性線と前記負極線との間に接続される発電機より電力を受電する、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の電力制御装置。
（７）
前記第１バッテリ及び前記第２バッテリは、前記正極線と前記中性線との間、または前記中性線と前記負極線との間に接続される負荷へ電力を供給する、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の電力制御装置。
（８）
前記取得部は取得した前記第１バッテリの充電状況及び前記第２バッテリの充電状況を比較する比較部を含む、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の電力制御装置。
（９）
前記比較部は、前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とを比較する際に所定のヒステリシスを有する、前記（８）に記載の電力制御装置。
（１０）
前記比較部の出力は、アナログの出力である、前記（８）または（９）に記載の電力制御装置。
（１１）
前記比較部の出力は、デジタルの出力である、前記（８）または（９）記載の電力制御装置。
（１２）
前記比較部は、前記第１バッテリの充電率と前記第２バッテリの充電率とを比較する、前記（８）〜（１１）のいずれかに記載の電力制御装置。
（１３）
前記電力制御部は、電力の融通時の出力電流の最大値を制限する、前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の電力制御装置。
（１４）
前記電力制御部は、電力の融通時の出力電圧の最大値を前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの最大充電電圧とする、前記（１）〜（１３）のいずれかにに記載の電力制御装置。
（１５）
正の電位が印加される正極線と接地電位が印加される中性線との間に設けられる第１バッテリの充電状況と、前記中性線と負の電位が印加される負極線との間に設けられる第２バッテリの充電状況とを取得することと、
前記取得の結果に基づいて前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とが均衡化するよう、双方向の昇降圧チョッパ回路を通じて前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御することと、
を含む、電力制御方法。
（１６）
正の電位が印加される正極線と接地電位が印加される中性線との間に設けられる第１バッテリと、
前記中性線と負の電位が印加される負極線との間に設けられる第２バッテリと、
前記第１バッテリ及び前記第２バッテリから、前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とを取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とが均衡化するよう前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する電力制御部と、
を備え、
前記電力制御部は、双方向の昇降圧チョッパ回路を通じた前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する、電力制御システム。

１：電力制御システム
３：直流
１０ａ：バッテリ装置
１０ｂ：バッテリ装置
１１：正極線
１２：中性線
１３：負極線
２０ａ：機器
２０ｂ：機器
３０：機器
１００：電力制御装置
１１０：制御回路
１２０：コンパレータ

Claims

正の電位が印加される正極線と接地電位が印加される中性線との間に設けられる第１バッテリ及び前記中性線と負の電位が印加される負極線との間に設けられる第２バッテリから、前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とを取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とが均衡化するよう前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する電力制御部と、
を備え、
前記電力制御部は、双方向の昇降圧チョッパ回路を通じた前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する、電力制御装置。
前記昇降圧チョッパ回路は、
前記正極線と前記中性線との間に設けられる第１のトランジスタと、
前記正極線と前記中性線との間に設けられ、前記第１のトランジスタに並列に設けられる第１のキャパシタと、
前記中性線と前記負極線との間に設けられる第２のトランジスタと、
前記中性線と前記負極線との間に設けられ、前記第２のトランジスタに並列に設けられる第２のキャパシタと、
前記中性線に設けられるインダクタと、
を含む、請求項１に記載の電力制御装置。
前記電力制御部は、前記取得部が取得した前記第１バッテリの充電状況及び前記第２バッテリの充電状況に基づいて前記第１のトランジスタまたは前記第２のトランジスタのいずれかを導通状態にさせる時間を決定する、請求項２に記載の電力制御装置。
前記電力制御部は、前記第１のトランジスタまたは前記第２のトランジスタのいずれかを、５０％を超える時間で導通状態にさせる、請求項３に記載の電力制御装置。
前記電力制御部は、前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とを取得して比較した結果、充電率の大きいバッテリから小さいバッテリへ電力を融通する、請求項１に記載の電力制御装置。
前記第１バッテリ及び前記第２バッテリは、前記正極線と前記中性線との間、または前記中性線と前記負極線との間に接続される発電機より電力を受電する、請求項１に記載の電力制御装置。
前記第１バッテリ及び前記第２バッテリは、前記正極線と前記中性線との間、または前記中性線と前記負極線との間に接続される負荷へ電力を供給する、請求項１に記載の電力制御装置。
前記取得部は取得した前記第１バッテリの充電状況及び前記第２バッテリの充電状況を比較する比較部を含む、請求項１に記載の電力制御装置。
前記比較部は、前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とを比較する際に所定のヒステリシスを有する、請求項８に記載の電力制御装置。
前記比較部の出力は、アナログの出力である、請求項８に記載の電力制御装置。
前記比較部の出力は、デジタルの出力である、請求項８に記載の電力制御装置。
前記比較部は、前記第１バッテリの充電率と前記第２バッテリの充電率とを比較する、請求項８に記載の電力制御装置。
前記電力制御部は、電力の融通時の出力電流の最大値を制限する、請求項１に記載の電力制御装置。
前記電力制御部は、電力の融通時の出力電圧の最大値を前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの最大充電電圧とする、請求項１に記載の電力制御装置。
正の電位が印加される正極線と接地電位が印加される中性線との間に設けられる第１バッテリの充電状況と、前記中性線と負の電位が印加される負極線との間に設けられる第２バッテリの充電状況とを取得することと、
前記取得の結果に基づいて前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とが均衡化するよう、双方向の昇降圧チョッパ回路を通じて前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御することと、
を含む、電力制御方法。
正の電位が印加される正極線と接地電位が印加される中性線との間に設けられる第１バッテリと、
前記中性線と負の電位が印加される負極線との間に設けられる第２バッテリと、
前記第１バッテリ及び前記第２バッテリから、前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とを取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記第１バッテリの充電状況と前記第２バッテリの充電状況とが均衡化するよう前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する電力制御部と、
を備え、
前記電力制御部は、双方向の昇降圧チョッパ回路を通じた前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間の電力融通を制御する、電力制御システム。