電源システム
【課題】 信頼性が高くかつ安定した電力の供給が可能な電源システムを提供する。
【解決手段】 電源システムに備えた複数の整流器ユニット１２には、出力電流を検出する出力電流検出回路２０が備えられ、その検出結果がコントローラ１３に備えたＣＰＵ２１に取り込まれている。そして、ＣＰＵ２１は、最大電流を出力する整流器ユニット１２と、最小電流を出力する整流器ユニット１２とを検出し、それら両整流器ユニット１２に補正信号を送って、最大電流を下げ、かつ、最小電流を上げる。そして、最大電流と最小電流との差が所定の閾値より小さくなるまで、この動作が繰り返される。
【解決手段】 電源システムに備えた複数の整流器ユニット１２には、出力電流を検出する出力電流検出回路２０が備えられ、その検出結果がコントローラ１３に備えたＣＰＵ２１に取り込まれている。そして、ＣＰＵ２１は、最大電流を出力する整流器ユニット１２と、最小電流を出力する整流器ユニット１２とを検出し、それら両整流器ユニット１２に補正信号を送って、最大電流を下げ、かつ、最小電流を上げる。そして、最大電流と最小電流との差が所定の閾値より小さくなるまで、この動作が繰り返される。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流電源装置を並列運転して負荷に電力を供給しつつ各直流電源装置の出力電流の平衡化を図った電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】直流電源装置の並列運転は、オーバーフロー方式が一般的であるが、オーバーフロー方式は各直流電源装置毎に負荷分担率が異なっているため、直流電源装置の構成部品の温度上昇が異なり、そのため直流電源装置の寿命に相違が生じてしまう。一方、負荷分担率を同じになるように調整しようとすると、直流電源装置の出力インピーダンスが非常に低いため、各直流電源装置の出力電圧を極めて精密に一致させる必要があり、かなりの労力を要する。また、調整後の経年変化、負荷変動などのために電流バランス状態を長期にわたって維持することはできない。
【０００３】これらの問題に対処する従来の電源システムとして、平均電流制御方式が知られている。この方式は、システムに備えた直流電源装置の出力電流の平均値に、各直流電源装置の出力電流を合わせるように制御するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記した方式では、いずれかの直流電源装置が故障したときに、その直流電源装置の故障を検出し、正常な直流電源装置の出力電流を負荷に合わせるように再分配する必要があるので、故障時の過渡特性が悪くなるという問題があった。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、信頼性が高くかつ安定した電力の供給が可能な電源システムの提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る電源システムは、少なくとも２つ以上の直流電源装置を並列運転して負荷に電力を供給すると共に、直流電源装置の出力電流を平衡化させる電源システムにおいて、各直流電源装置に設けられて、与えられた目標電圧と直流電源装置の出力電圧との偏差に基づいて、出力電圧をフィードバック制御する第１出力電圧制御手段と、基準電圧を出力する基準電圧回路と、各直流電源装置に対応した補正電圧を基準電圧に加算して、各直流電源装置毎に目標電圧を生成する第２出力電圧制御手段と、各直流電源装置の出力電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の検出結果に基づき、全部の直流電源装置のうち最大電流を出力する直流電源装置と、最小電流を出力する直流電源装置とを検出する直流電源装置検出手段とを備え、第２出力電圧制御手段は、最大電流を出力する直流電源装置の出力電圧を下げかつ最小電流を出力する直流電源装置の出力電圧を上げるように目標電圧を生成して、最大電流と最小電流との差を所定の閾値内に収めるように構成されたところに特徴を有する。
【０００６】請求項２の発明は、請求項１記載の電源システムにおいて、補正電圧は、全部の直流電源装置に共通する一括補正電圧と、個々の直流電源装置に対応する加減電圧とを合わせてなり、一括補正電圧は、設定手段により、全部の直流電源装置に関して一括変更可能となっているところに特徴を有する。
【０００７】
【発明の作用及び効果】＜請求項１の発明＞本発明の電源システムでは、直流電源装置検出手段が、最大電流を出力する直流電源装置と、最小電流を出力する直流電源装置とを検出し、その検出結果に基づいて、出力電圧補正手段が、各直流電源装置の出力電圧を調整し、その結果、最大電流と最小電流との差が縮まる。そして、最大電流と最小電流との差が所定の閾値より小さくなるまで、この動作が行われる。このようにして、各直流電源装置の出力電流が平衡化され、それら各直流電源装置の構成部品の温度上昇を均一にすることができるから、各直流電源装置の寿命がほぼ同じになり、電源システムの信頼性が向上する。
【０００８】＜請求項２の発明＞設定手段を操作することにより、出力電圧補正手段から出力される全部の補正電圧に含まれる一括補正電圧が一括してオフセットされ、もって電源システム全体の出力電圧を調整することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態の電源システムは、図１に示すように、複数の整流器ユニット１２（本発明の直流電源装置に相当する。以下、適宜、「ユニット１２」という）を並列接続して、その入力側にノイズフィルタ３２を介して交流電圧を入力するための入力端子を設ける一方、出力側には蓄電池１０を介して負荷を接続するための出力端子を設け、さらに、各整流器ユニット１２から延びた複数の信号線を電流バランスコントローラ１３（以下、「コントローラ１３」という）に接続してなる。
【００１０】整流器ユニット１２は、少なくとも２台以上からなり、より詳細には、本システム全体の定格容量に必要なＮ台の整流器ユニット１２に予備としての１台の整流器ユニット１２を加えたいわゆるＮ＋１台方式の冗長系を採用して、信頼性を向上させてある。
【００１１】そして、各整流器ユニット１２に設けられた出力電圧制御回路１６（図２参照）が、その整流器ユニット１２の出力電圧をフィードバック制御している。より具体的には、図３に示すように、出力電圧制御回路１６に内蔵したＯＰアンプ１７のマイナス入力端子には、整流器ユニット１２の出力電圧ＶT が分圧回路３０を介して入力される一方、ＯＰアンプ１７のプラス入力端子には、コントローラ１３から出力されたＰＷＭ信号（後述の基準電圧調整信号Ｈ）をＣＲ積分回路１９でアナログ化した補正電圧ＶH と、基準電圧回路１８から出力された基準電圧ＶRfとが加算回路３３にて加算されて入力される。そして、出力電圧制御回路１６は、基準電圧ＶRfと補正電圧ＶH とを加えた電圧（ＶRf＋ＶH ）と、出力電圧ＶT との電位差に基づき、整流器ユニット１２の出力電圧を制御する。
【００１２】各整流器ユニット１２には、自身の出力電流を検出する出力電流検出回路２０（図２参照）が備えられ、その検出結果を次述のコントローラ１３に出力する。
【００１３】コントローラ１３には、図２に示すように、ＣＰＵ２１が備えられ、このＣＰＵ２１の入出力ポートに、各ユニット１２の信号線が接続されている。そして、ＣＰＵ２１に、各出力電流検出回路２０の検出結果と、各ユニット１２の運転信号とが送られる。
【００１４】ＣＰＵ２１は、各出力電流検出回路２０から送られた検出結果を比較し、全ユニット１２のうち最大電流を出力する整流器ユニット１２と、最小電流を出力する整流器ユニット１２とを検出する。また、その最大電流と最小電流との差が所定の閾値より小さいか否かを判別する。
【００１５】ＣＰＵ２１は、各整流器ユニット１２に対応した基準電圧調整信号Ｈを生成し、これら基準電圧調整信号Ｈがコントローラ１３から一括して出力される。この各基準電圧調整信号Ｈは、電圧一括設定用の一括補正値Ｈ0 と、個々のユニット１２に対応して加減される加減定数Ｈ1 とを合わせた値に対応する内容をなし、コントローラ１３からＰＷＭ信号として出力される。詳細については、以下の動作説明にて述べる。
【００１６】次に、本実施形態の電源システムの動作を説明する。電源システムを起動すると、ＣＰＵ２１が、一括補正値Ｈ0 に基づいて生成した各基準電圧調整信号Ｈを全部の整流器ユニット１２に一括して送る。すると、基準電圧調整信号Ｈは、ＣＲ積分回路１９（図３参照）にてアナログの補正電圧ＶH に変換される。ここで、全てのユニット１２における補正電圧ＶH は、共に一括補正値Ｈ0 に対応したＶH0（本発明の「一括補正電圧」に相当する）となっているから、これが基準電圧ＶRfと加算されて、各ユニット１２の出力電圧制御回路１６に同一の目標電圧（ＶRf＋ＶH0）として取り込まれる。そして、全ユニット１２の出力電圧制御回路１６は、同じ目標電圧（ＶRf＋ＶH0）を受けて、それに応じた出力電圧を整流器ユニット１２から出力させる。
【００１７】ところで、整流器ユニット１２の出力インピーダンスは非常に小さいので、各ユニット１２間の出力電圧の僅かなばらつきにより、各ユニット１２の電流分担に大きな差が生じる。また、仮にばらつきが小さくても、経年変化、負荷変動などにより、電流分担に差が生じてくる。
【００１８】その具体例として、図４には、本電源システムが、例えばＮｏ１〜Ｎｏ５の５つの整流器ユニット１２を並列運転する場合において、各ユニット１２の出力電流の検出結果と、ＣＰＵ２１から各ユニット１２に対して出力された補正信号とが時刻を追って示され、図５R>５には、図４の各時刻に対応した各ユニット１２の出力電流の推移がグラフとして示されている。
【００１９】以下、図４及び図５に基づいた本システムの動作を説明すると、時刻１は、本電源システムの起動直後であり、コントローラ１３はバランス動作を行っておらず、この結果、図４及び図５の時刻１における各ユニット１２の出力電流はばらついたままとなる。
【００２０】各ユニット１２の出力電流検出回路２０は、この電流値を検出してコントローラ１３のＣＰＵ２１に送る。すると、ＣＰＵ２１は、最大電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ１と、最小電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ５とを検出する。また、ＣＰＵ２１は、最大電流の値（Ｉ0 ＋３）アンペアと、最小電流の値（Ｉ0 −２．５）アンペアとの差が、閾値により大きいか否かを判別する。ここで、閾値を２アンペアとすると、最大電流と最小電流との差は、（Ｉ0 ＋３）−（Ｉ0 −２）＝５アンペアであるから、閾値２アンペアより大きいと判別され、ＣＰＵ２１は以下のバランス動作を行う。
【００２１】即ち、ＣＰＵ２１は、一括補正値Ｈ0 から加減常数Ｈ1 を引いた値（Ｈ0−Ｈ1）に対応させて、Ｎｏ１の整流器ユニット１２に与える基準電圧調整信号Ｈを新たに生成する一方、一括補正値Ｈ0 に加減常数Ｈ1 を加えた値（Ｈ0＋Ｈ1）に対応させて、Ｎｏ５の整流器ユニット１２に与える基準電圧調整信号Ｈを新たに生成する。また、Ｎｏ２，Ｎｏ３，Ｎｏ４の各ユニット１２に与える各基準電圧調整信号Ｈは、現状のままとし、これら基準電圧調整信号Ｈを、時刻２に一斉に各コンバータＮｏ１〜Ｎｏ５に与える。
【００２２】Ｎｏ１のユニット１２に送られた基準電圧調整信号Ｈが、ＣＲ積分回路１９にてアナログの補正電圧ＶH に変換されると、この補正電圧ＶH は、一括補正値Ｈ0に対応した成分ＶH0（本発明の「一括補正電圧」に相当する）から、加減常数Ｈ1 に対応した成分ＶH1（本発明の「加減電圧」に相当する）を引いた電圧値（ＶH0−ＶH1）となり、これが基準電圧ＶRfと加算されて目標電圧（ＶRf＋ＶH0−ＶH1）として出力電圧制御回路１６に取り込まれる。出力電圧制御回路１６は、その目標電圧（ＶRf＋ＶH0−ＶH1）に基づき、その出力電圧を制御するから、目標電圧が（ＶRf＋ＶH0）であったときに比べて、出力電圧が加減電圧ＶH1に対応した分だけ１段階下がり、これに伴ってＮｏ１から出力されていた最大電流が１段階、例えば１．５アンペア下がる。
【００２３】一方、Ｎｏ５のユニット１２では、上記したＮｏ１の場合とは逆に、補正電圧ＶH が、一括補正値Ｈ0に対応した成分ＶH0に、加減常数Ｈ1 に対応した成分ＶH1を加えた電圧値（ＶH0−ＶH1）となり、これが基準電圧ＶRfと加算されて目標電圧（ＶRf＋ＶH0＋ＶH1）として出力電圧制御回路１６に取り込まれるから、目標電圧が（ＶRf＋ＶH0）であったときに比べて、出力電圧が加減電圧ＶH1に対応した分だけ１段階上げられ、これに伴ってＮｏ５から出力されていた最小電流が１段階、例えば１．５アンペア上がる。
【００２４】また、Ｎｏ２，Ｎｏ３，Ｎｏ４のユニット１２では、補正電圧ＶH が、一括補正値Ｈ0に対応した成分ＶH0のみで構成され、目標電圧は（ＶRf＋ＶH0）のままで現状とかわらないから、従って、出力電圧も出力電流も変化しない。
【００２５】次いで、時刻３に、各ユニット１２の出力電流値がＣＰＵ２１に与えられると、ＣＰＵ２１は、最大電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ１と、最小電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ４とを検出すると共に、最大電流の値（Ｉ0 ＋１．５）アンペアと、最小電流の値（Ｉ0 −１．５）アンペアとの差（３アンペア）が、閾値２アンペアよりも大きいと判別する。
【００２６】そして、Ｎｏ１のユニット１２に与えている基準電圧信号Ｈの内容（Ｈ0-Ｈ1）を、更にもう１段下げるべく、一括補正値Ｈ0 から加減常数Ｈ1 を２つ引いた値（Ｈ0−２Ｈ1）に対応させて、Ｎｏ１のユニット１２に与える基準電圧調整信号Ｈを生成する一方、Ｎｏ４のユニット１２に与えている基準電圧信号Ｈの内容（Ｈ0）を１段上げるべく、一括補正値Ｈ0 に加減常数Ｈ1 を加えた値（Ｈ0＋Ｈ1）に対応させて、Ｎｏ４の整流器ユニット１２に与える基準電圧調整信号Ｈを生成する。また、Ｎｏ２，Ｎｏ３，Ｎｏ５の各ユニット１２に与える各基準電圧調整信号Ｈの内容は、現状のままとし、これら基準電圧調整信号Ｈを、時刻４に一斉に各コンバータＮｏ１〜Ｎｏ５に与える。
【００２７】すると、Ｎｏ１のユニット１２の出力電流がさらに１段階下がり、Ｎｏ４のユニット１２の出力電流が１段階上がる（図５参照）。
【００２８】時刻５に、各ユニット１２の出力電流値がＣＰＵ２１に与えられると、ＣＰＵ２１は、最大電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ２と、最小電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ５とを検出する。ところが、最大電流の値（Ｉ0 ＋０．５）アンペアと、最小電流の値（Ｉ0 −０．５）アンペアとの差（１アンペア）が、閾値２アンペアよりも小さいから、ＣＰＵ２１は、Ｎｏ１〜Ｎｏ５の各ユニット１２への基準電圧調整信号Ｈの内容をそのままにして、それらを時刻６に一斉に各ユニット１２に与える。以下、これを繰り返す。
【００２９】ところで、電源システムの出力電圧を調整したい場合には、コントローラ１３に備えた一括設定スイッチ２３を操作すればよい。すると、一括補正値Ｈ0 の内容が変更され、これに伴って全ユニット１２の出力電圧制御回路１６に与えられる補正電圧ＶH に含まれる一括補正電圧ＶH0が一括にオフセットされ、もって電源システム全体の出力電圧が調整される。
【００３０】このように本実施形態の電源システムによれば、各整流器ユニット１２の出力電流を平衡化することができるから、各ユニット１２間の構成部品の温度上昇が均一化され、各ユニット１２の寿命がほぼ同じになり、電源システムの信頼性が向上する。しかも、電流平衡化のための平均値算出を必要としないから、故障時にも安定した電力供給が可能となる。また、本電源システムでは、一括設定スイッチ２３により各ユニット１２の出力電圧を一括に変更できるから、電流分担を均一に保ちつつ各整流器ユニット１２の出力電圧を調整することができる。これにより、従来のオーバーフロー方式ではユニット台数の増加に伴って各ユニットの出力電圧の調整の手間が大幅に増大する傾向があったところ、本実施形態ではこれを簡略化できる。
【００３１】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３２】（１）前記実施形態では、全ての整流器ユニット１２に一括して補正信号Ｈ0を与えることを前提としていたが、最大及び最小電流を出力する整流器ユニットにのみ加減定数Ｈ１を与える構成としてもよい。
【００３３】（２）前記実施形態では、１つの電流バランスコントローラ１３で、複数の整流器ユニット１２を集中制御していたが、例えば、各整流器ユニット毎に電流バランスコントローラを備えて、これら複数のコントローラでいわゆる分散制御を行う構成としてもよい。この場合、各コントローラ同士が互いにデータを比較し合って、最大電流と最小電流を出力しているユニットを検出し、それらのユニットのコントローラが各ユニットの出力電圧を調整すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源システムのブロック図
【図２】整流器ユニットとコントローラとの関係を示すブロック図
【図３】電圧制御回路の一部を示す回路図
【図４】各時刻ごとの出力電流値と補正信号の内容をまとめたデータテーブル
【図５】各コンバータの出力電流の推移を示すグラフ
【符号の説明】
１２…整流器ユニット（直流電源装置）
１３…電流バランスコントローラ
１６…出力電圧制御回路（第１出力電圧制御手段）
１８…基準電圧回路
１９…ＣＲ積分回路（第２出力電圧制御手段）
２０…出力電流検出回路
２３…一括設定スイッチ（設定手段）
２１…ＣＰＵ（直流電源装置検出手段、第２出力電圧制御手段）
Ｈ…基準電圧調整信号
Ｈ0…一括補正値
Ｈ1…加減常数
ＶH…補正電圧
ＶH0…一括補正電圧
ＶH1…加減電圧
ＶRf…基準電圧
ＶT…出力電圧
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流電源装置を並列運転して負荷に電力を供給しつつ各直流電源装置の出力電流の平衡化を図った電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】直流電源装置の並列運転は、オーバーフロー方式が一般的であるが、オーバーフロー方式は各直流電源装置毎に負荷分担率が異なっているため、直流電源装置の構成部品の温度上昇が異なり、そのため直流電源装置の寿命に相違が生じてしまう。一方、負荷分担率を同じになるように調整しようとすると、直流電源装置の出力インピーダンスが非常に低いため、各直流電源装置の出力電圧を極めて精密に一致させる必要があり、かなりの労力を要する。また、調整後の経年変化、負荷変動などのために電流バランス状態を長期にわたって維持することはできない。
【０００３】これらの問題に対処する従来の電源システムとして、平均電流制御方式が知られている。この方式は、システムに備えた直流電源装置の出力電流の平均値に、各直流電源装置の出力電流を合わせるように制御するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記した方式では、いずれかの直流電源装置が故障したときに、その直流電源装置の故障を検出し、正常な直流電源装置の出力電流を負荷に合わせるように再分配する必要があるので、故障時の過渡特性が悪くなるという問題があった。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、信頼性が高くかつ安定した電力の供給が可能な電源システムの提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る電源システムは、少なくとも２つ以上の直流電源装置を並列運転して負荷に電力を供給すると共に、直流電源装置の出力電流を平衡化させる電源システムにおいて、各直流電源装置に設けられて、与えられた目標電圧と直流電源装置の出力電圧との偏差に基づいて、出力電圧をフィードバック制御する第１出力電圧制御手段と、基準電圧を出力する基準電圧回路と、各直流電源装置に対応した補正電圧を基準電圧に加算して、各直流電源装置毎に目標電圧を生成する第２出力電圧制御手段と、各直流電源装置の出力電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の検出結果に基づき、全部の直流電源装置のうち最大電流を出力する直流電源装置と、最小電流を出力する直流電源装置とを検出する直流電源装置検出手段とを備え、第２出力電圧制御手段は、最大電流を出力する直流電源装置の出力電圧を下げかつ最小電流を出力する直流電源装置の出力電圧を上げるように目標電圧を生成して、最大電流と最小電流との差を所定の閾値内に収めるように構成されたところに特徴を有する。
【０００６】請求項２の発明は、請求項１記載の電源システムにおいて、補正電圧は、全部の直流電源装置に共通する一括補正電圧と、個々の直流電源装置に対応する加減電圧とを合わせてなり、一括補正電圧は、設定手段により、全部の直流電源装置に関して一括変更可能となっているところに特徴を有する。
【０００７】
【発明の作用及び効果】＜請求項１の発明＞本発明の電源システムでは、直流電源装置検出手段が、最大電流を出力する直流電源装置と、最小電流を出力する直流電源装置とを検出し、その検出結果に基づいて、出力電圧補正手段が、各直流電源装置の出力電圧を調整し、その結果、最大電流と最小電流との差が縮まる。そして、最大電流と最小電流との差が所定の閾値より小さくなるまで、この動作が行われる。このようにして、各直流電源装置の出力電流が平衡化され、それら各直流電源装置の構成部品の温度上昇を均一にすることができるから、各直流電源装置の寿命がほぼ同じになり、電源システムの信頼性が向上する。
【０００８】＜請求項２の発明＞設定手段を操作することにより、出力電圧補正手段から出力される全部の補正電圧に含まれる一括補正電圧が一括してオフセットされ、もって電源システム全体の出力電圧を調整することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態の電源システムは、図１に示すように、複数の整流器ユニット１２（本発明の直流電源装置に相当する。以下、適宜、「ユニット１２」という）を並列接続して、その入力側にノイズフィルタ３２を介して交流電圧を入力するための入力端子を設ける一方、出力側には蓄電池１０を介して負荷を接続するための出力端子を設け、さらに、各整流器ユニット１２から延びた複数の信号線を電流バランスコントローラ１３（以下、「コントローラ１３」という）に接続してなる。
【００１０】整流器ユニット１２は、少なくとも２台以上からなり、より詳細には、本システム全体の定格容量に必要なＮ台の整流器ユニット１２に予備としての１台の整流器ユニット１２を加えたいわゆるＮ＋１台方式の冗長系を採用して、信頼性を向上させてある。
【００１１】そして、各整流器ユニット１２に設けられた出力電圧制御回路１６（図２参照）が、その整流器ユニット１２の出力電圧をフィードバック制御している。より具体的には、図３に示すように、出力電圧制御回路１６に内蔵したＯＰアンプ１７のマイナス入力端子には、整流器ユニット１２の出力電圧ＶT が分圧回路３０を介して入力される一方、ＯＰアンプ１７のプラス入力端子には、コントローラ１３から出力されたＰＷＭ信号（後述の基準電圧調整信号Ｈ）をＣＲ積分回路１９でアナログ化した補正電圧ＶH と、基準電圧回路１８から出力された基準電圧ＶRfとが加算回路３３にて加算されて入力される。そして、出力電圧制御回路１６は、基準電圧ＶRfと補正電圧ＶH とを加えた電圧（ＶRf＋ＶH ）と、出力電圧ＶT との電位差に基づき、整流器ユニット１２の出力電圧を制御する。
【００１２】各整流器ユニット１２には、自身の出力電流を検出する出力電流検出回路２０（図２参照）が備えられ、その検出結果を次述のコントローラ１３に出力する。
【００１３】コントローラ１３には、図２に示すように、ＣＰＵ２１が備えられ、このＣＰＵ２１の入出力ポートに、各ユニット１２の信号線が接続されている。そして、ＣＰＵ２１に、各出力電流検出回路２０の検出結果と、各ユニット１２の運転信号とが送られる。
【００１４】ＣＰＵ２１は、各出力電流検出回路２０から送られた検出結果を比較し、全ユニット１２のうち最大電流を出力する整流器ユニット１２と、最小電流を出力する整流器ユニット１２とを検出する。また、その最大電流と最小電流との差が所定の閾値より小さいか否かを判別する。
【００１５】ＣＰＵ２１は、各整流器ユニット１２に対応した基準電圧調整信号Ｈを生成し、これら基準電圧調整信号Ｈがコントローラ１３から一括して出力される。この各基準電圧調整信号Ｈは、電圧一括設定用の一括補正値Ｈ0 と、個々のユニット１２に対応して加減される加減定数Ｈ1 とを合わせた値に対応する内容をなし、コントローラ１３からＰＷＭ信号として出力される。詳細については、以下の動作説明にて述べる。
【００１６】次に、本実施形態の電源システムの動作を説明する。電源システムを起動すると、ＣＰＵ２１が、一括補正値Ｈ0 に基づいて生成した各基準電圧調整信号Ｈを全部の整流器ユニット１２に一括して送る。すると、基準電圧調整信号Ｈは、ＣＲ積分回路１９（図３参照）にてアナログの補正電圧ＶH に変換される。ここで、全てのユニット１２における補正電圧ＶH は、共に一括補正値Ｈ0 に対応したＶH0（本発明の「一括補正電圧」に相当する）となっているから、これが基準電圧ＶRfと加算されて、各ユニット１２の出力電圧制御回路１６に同一の目標電圧（ＶRf＋ＶH0）として取り込まれる。そして、全ユニット１２の出力電圧制御回路１６は、同じ目標電圧（ＶRf＋ＶH0）を受けて、それに応じた出力電圧を整流器ユニット１２から出力させる。
【００１７】ところで、整流器ユニット１２の出力インピーダンスは非常に小さいので、各ユニット１２間の出力電圧の僅かなばらつきにより、各ユニット１２の電流分担に大きな差が生じる。また、仮にばらつきが小さくても、経年変化、負荷変動などにより、電流分担に差が生じてくる。
【００１８】その具体例として、図４には、本電源システムが、例えばＮｏ１〜Ｎｏ５の５つの整流器ユニット１２を並列運転する場合において、各ユニット１２の出力電流の検出結果と、ＣＰＵ２１から各ユニット１２に対して出力された補正信号とが時刻を追って示され、図５R>５には、図４の各時刻に対応した各ユニット１２の出力電流の推移がグラフとして示されている。
【００１９】以下、図４及び図５に基づいた本システムの動作を説明すると、時刻１は、本電源システムの起動直後であり、コントローラ１３はバランス動作を行っておらず、この結果、図４及び図５の時刻１における各ユニット１２の出力電流はばらついたままとなる。
【００２０】各ユニット１２の出力電流検出回路２０は、この電流値を検出してコントローラ１３のＣＰＵ２１に送る。すると、ＣＰＵ２１は、最大電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ１と、最小電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ５とを検出する。また、ＣＰＵ２１は、最大電流の値（Ｉ0 ＋３）アンペアと、最小電流の値（Ｉ0 −２．５）アンペアとの差が、閾値により大きいか否かを判別する。ここで、閾値を２アンペアとすると、最大電流と最小電流との差は、（Ｉ0 ＋３）−（Ｉ0 −２）＝５アンペアであるから、閾値２アンペアより大きいと判別され、ＣＰＵ２１は以下のバランス動作を行う。
【００２１】即ち、ＣＰＵ２１は、一括補正値Ｈ0 から加減常数Ｈ1 を引いた値（Ｈ0−Ｈ1）に対応させて、Ｎｏ１の整流器ユニット１２に与える基準電圧調整信号Ｈを新たに生成する一方、一括補正値Ｈ0 に加減常数Ｈ1 を加えた値（Ｈ0＋Ｈ1）に対応させて、Ｎｏ５の整流器ユニット１２に与える基準電圧調整信号Ｈを新たに生成する。また、Ｎｏ２，Ｎｏ３，Ｎｏ４の各ユニット１２に与える各基準電圧調整信号Ｈは、現状のままとし、これら基準電圧調整信号Ｈを、時刻２に一斉に各コンバータＮｏ１〜Ｎｏ５に与える。
【００２２】Ｎｏ１のユニット１２に送られた基準電圧調整信号Ｈが、ＣＲ積分回路１９にてアナログの補正電圧ＶH に変換されると、この補正電圧ＶH は、一括補正値Ｈ0に対応した成分ＶH0（本発明の「一括補正電圧」に相当する）から、加減常数Ｈ1 に対応した成分ＶH1（本発明の「加減電圧」に相当する）を引いた電圧値（ＶH0−ＶH1）となり、これが基準電圧ＶRfと加算されて目標電圧（ＶRf＋ＶH0−ＶH1）として出力電圧制御回路１６に取り込まれる。出力電圧制御回路１６は、その目標電圧（ＶRf＋ＶH0−ＶH1）に基づき、その出力電圧を制御するから、目標電圧が（ＶRf＋ＶH0）であったときに比べて、出力電圧が加減電圧ＶH1に対応した分だけ１段階下がり、これに伴ってＮｏ１から出力されていた最大電流が１段階、例えば１．５アンペア下がる。
【００２３】一方、Ｎｏ５のユニット１２では、上記したＮｏ１の場合とは逆に、補正電圧ＶH が、一括補正値Ｈ0に対応した成分ＶH0に、加減常数Ｈ1 に対応した成分ＶH1を加えた電圧値（ＶH0−ＶH1）となり、これが基準電圧ＶRfと加算されて目標電圧（ＶRf＋ＶH0＋ＶH1）として出力電圧制御回路１６に取り込まれるから、目標電圧が（ＶRf＋ＶH0）であったときに比べて、出力電圧が加減電圧ＶH1に対応した分だけ１段階上げられ、これに伴ってＮｏ５から出力されていた最小電流が１段階、例えば１．５アンペア上がる。
【００２４】また、Ｎｏ２，Ｎｏ３，Ｎｏ４のユニット１２では、補正電圧ＶH が、一括補正値Ｈ0に対応した成分ＶH0のみで構成され、目標電圧は（ＶRf＋ＶH0）のままで現状とかわらないから、従って、出力電圧も出力電流も変化しない。
【００２５】次いで、時刻３に、各ユニット１２の出力電流値がＣＰＵ２１に与えられると、ＣＰＵ２１は、最大電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ１と、最小電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ４とを検出すると共に、最大電流の値（Ｉ0 ＋１．５）アンペアと、最小電流の値（Ｉ0 −１．５）アンペアとの差（３アンペア）が、閾値２アンペアよりも大きいと判別する。
【００２６】そして、Ｎｏ１のユニット１２に与えている基準電圧信号Ｈの内容（Ｈ0-Ｈ1）を、更にもう１段下げるべく、一括補正値Ｈ0 から加減常数Ｈ1 を２つ引いた値（Ｈ0−２Ｈ1）に対応させて、Ｎｏ１のユニット１２に与える基準電圧調整信号Ｈを生成する一方、Ｎｏ４のユニット１２に与えている基準電圧信号Ｈの内容（Ｈ0）を１段上げるべく、一括補正値Ｈ0 に加減常数Ｈ1 を加えた値（Ｈ0＋Ｈ1）に対応させて、Ｎｏ４の整流器ユニット１２に与える基準電圧調整信号Ｈを生成する。また、Ｎｏ２，Ｎｏ３，Ｎｏ５の各ユニット１２に与える各基準電圧調整信号Ｈの内容は、現状のままとし、これら基準電圧調整信号Ｈを、時刻４に一斉に各コンバータＮｏ１〜Ｎｏ５に与える。
【００２７】すると、Ｎｏ１のユニット１２の出力電流がさらに１段階下がり、Ｎｏ４のユニット１２の出力電流が１段階上がる（図５参照）。
【００２８】時刻５に、各ユニット１２の出力電流値がＣＰＵ２１に与えられると、ＣＰＵ２１は、最大電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ２と、最小電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ５とを検出する。ところが、最大電流の値（Ｉ0 ＋０．５）アンペアと、最小電流の値（Ｉ0 −０．５）アンペアとの差（１アンペア）が、閾値２アンペアよりも小さいから、ＣＰＵ２１は、Ｎｏ１〜Ｎｏ５の各ユニット１２への基準電圧調整信号Ｈの内容をそのままにして、それらを時刻６に一斉に各ユニット１２に与える。以下、これを繰り返す。
【００２９】ところで、電源システムの出力電圧を調整したい場合には、コントローラ１３に備えた一括設定スイッチ２３を操作すればよい。すると、一括補正値Ｈ0 の内容が変更され、これに伴って全ユニット１２の出力電圧制御回路１６に与えられる補正電圧ＶH に含まれる一括補正電圧ＶH0が一括にオフセットされ、もって電源システム全体の出力電圧が調整される。
【００３０】このように本実施形態の電源システムによれば、各整流器ユニット１２の出力電流を平衡化することができるから、各ユニット１２間の構成部品の温度上昇が均一化され、各ユニット１２の寿命がほぼ同じになり、電源システムの信頼性が向上する。しかも、電流平衡化のための平均値算出を必要としないから、故障時にも安定した電力供給が可能となる。また、本電源システムでは、一括設定スイッチ２３により各ユニット１２の出力電圧を一括に変更できるから、電流分担を均一に保ちつつ各整流器ユニット１２の出力電圧を調整することができる。これにより、従来のオーバーフロー方式ではユニット台数の増加に伴って各ユニットの出力電圧の調整の手間が大幅に増大する傾向があったところ、本実施形態ではこれを簡略化できる。
【００３１】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３２】（１）前記実施形態では、全ての整流器ユニット１２に一括して補正信号Ｈ0を与えることを前提としていたが、最大及び最小電流を出力する整流器ユニットにのみ加減定数Ｈ１を与える構成としてもよい。
【００３３】（２）前記実施形態では、１つの電流バランスコントローラ１３で、複数の整流器ユニット１２を集中制御していたが、例えば、各整流器ユニット毎に電流バランスコントローラを備えて、これら複数のコントローラでいわゆる分散制御を行う構成としてもよい。この場合、各コントローラ同士が互いにデータを比較し合って、最大電流と最小電流を出力しているユニットを検出し、それらのユニットのコントローラが各ユニットの出力電圧を調整すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源システムのブロック図
【図２】整流器ユニットとコントローラとの関係を示すブロック図
【図３】電圧制御回路の一部を示す回路図
【図４】各時刻ごとの出力電流値と補正信号の内容をまとめたデータテーブル
【図５】各コンバータの出力電流の推移を示すグラフ
【符号の説明】
１２…整流器ユニット（直流電源装置）
１３…電流バランスコントローラ
１６…出力電圧制御回路（第１出力電圧制御手段）
１８…基準電圧回路
１９…ＣＲ積分回路（第２出力電圧制御手段）
２０…出力電流検出回路
２３…一括設定スイッチ（設定手段）
２１…ＣＰＵ（直流電源装置検出手段、第２出力電圧制御手段）
Ｈ…基準電圧調整信号
Ｈ0…一括補正値
Ｈ1…加減常数
ＶH…補正電圧
ＶH0…一括補正電圧
ＶH1…加減電圧
ＶRf…基準電圧
ＶT…出力電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも２つ以上の直流電源装置を並列運転して負荷に電力を供給すると共に、前記直流電源装置の出力電流を平衡化させる電源システムにおいて、前記各直流電源装置に設けられて、与えられた目標電圧と前記直流電源装置の出力電圧との偏差に基づいて、前記出力電圧をフィードバック制御する第１出力電圧制御手段と、基準電圧を出力する基準電圧回路と、前記各直流電源装置に対応した補正電圧を前記基準電圧に加算して、前記各直流電源装置毎に前記目標電圧を生成する第２出力電圧制御手段と、前記各直流電源装置の出力電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出結果に基づき、全部の前記直流電源装置のうち最大電流を出力する直流電源装置と、最小電流を出力する直流電源装置とを検出する直流電源装置検出手段とを備え、前記第２出力電圧制御手段は、前記最大電流を出力する直流電源装置の出力電圧を下げかつ前記最小電流を出力する直流電源装置の出力電圧を上げるように前記目標電圧を生成して、前記最大電流と前記最小電流との差を所定の閾値内に収めるように構成されたことを特徴とする電源システム。
【請求項２】 前記補正電圧は、全部の前記直流電源装置に共通する一括補正電圧と、個々の前記直流電源装置に対応する加減電圧とを合わせてなり、前記一括補正電圧は、設定手段により、全部の前記直流電源装置に関して一括変更可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項１】 少なくとも２つ以上の直流電源装置を並列運転して負荷に電力を供給すると共に、前記直流電源装置の出力電流を平衡化させる電源システムにおいて、前記各直流電源装置に設けられて、与えられた目標電圧と前記直流電源装置の出力電圧との偏差に基づいて、前記出力電圧をフィードバック制御する第１出力電圧制御手段と、基準電圧を出力する基準電圧回路と、前記各直流電源装置に対応した補正電圧を前記基準電圧に加算して、前記各直流電源装置毎に前記目標電圧を生成する第２出力電圧制御手段と、前記各直流電源装置の出力電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出結果に基づき、全部の前記直流電源装置のうち最大電流を出力する直流電源装置と、最小電流を出力する直流電源装置とを検出する直流電源装置検出手段とを備え、前記第２出力電圧制御手段は、前記最大電流を出力する直流電源装置の出力電圧を下げかつ前記最小電流を出力する直流電源装置の出力電圧を上げるように前記目標電圧を生成して、前記最大電流と前記最小電流との差を所定の閾値内に収めるように構成されたことを特徴とする電源システム。
【請求項２】 前記補正電圧は、全部の前記直流電源装置に共通する一括補正電圧と、個々の前記直流電源装置に対応する加減電圧とを合わせてなり、前記一括補正電圧は、設定手段により、全部の前記直流電源装置に関して一括変更可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０００−３２２１３４（Ｐ２０００−３２２１３４Ａ）
【公開日】平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−１３４０２６
【出願日】平成１１年５月１４日（１９９９．５．１４）
【出願人】（０００００４２８２）日本電池株式会社 (48)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年５月１４日（１９９９．５．１４）
【出願人】（０００００４２８２）日本電池株式会社 (48)
【Ｆターム（参考）】
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