JP2008148485A - Method of designing power supply system - Google Patents

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利一 北野
Akihiro Miyasaka
明宏 宮坂
Akira Yamashita
明 山下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of designing a power system, capable of avoiding deterioration in capacity of a load output while satisfying a permissible value of an output current of a DC power supply. <P>SOLUTION: In the method of designing the power supply system for supplying power of a combined battery 1 in which a plurality of batteries is connected in series to a load 3, the power supply system is configured so that the number n1 of serially connected batteries is decided as a value meeting not less than äP1/(V1×I1)} from the necessary power P1 of the load 3, the maximum output current I1 of the batteries forming the combined battery 1 and the minimum usage voltage V1, and the storage current capacity Q1 of the battery is decided as a value meeting not less than a value ä(V1×I1×R1)/(V2×P1)} from the mean voltage V2 of the battery and the total necessary power capacity R1 of the combined battery 1. Meanwhile, when the efficiency of a combined discharger 2 is set at η1, the number n1 of serially connected batteries is decided as a value meeting not less than äP1/(η1×V1×I1)}, and the storage current capacity Q1 is decided as a value meeting not less than ä(η1×V1×I1×R1)/(V2×P1)}. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電源システム設計方法に関し、特に、複数の直流電源を直列接続してなる組電源が出力する電力を負荷へ供給する電源システムの設計方法に関する。   The present invention relates to a power supply system design method, and more particularly to a power supply system design method for supplying to a load power output from a combined power supply formed by connecting a plurality of DC power supplies in series.

一般に、直流駆動の負荷装置へ電力を供給する電源システムでは、商用交流電力を受け取って、直流４８Ｖなどの直流電力に変換して出力する整流器が用いられている。さらに、商用電源が停電した場合でも、負荷装置への給電を継続するために、蓄電池と、蓄電池を充電するための充電器と、蓄電池からの電力を放電するための放電器とを備えている。   In general, a power supply system that supplies power to a DC-driven load device uses a rectifier that receives commercial AC power, converts it into DC power such as DC 48 V, and outputs the DC power. Furthermore, in order to continue power supply to the load device even when the commercial power supply fails, a storage battery, a charger for charging the storage battery, and a discharger for discharging power from the storage battery are provided. .

このような直流電源用の電源システムでは、商用電源停止時には、整流器の動作が停止して、負荷への電力供給を蓄電池から放電器を介して行うことになるため、蓄電池だけでなく、放電器の信頼性も電源システムの信頼性に大きく影響する。このため、通常、放電器は複数台を並列搭載して所要電力容量を確保するが、放電器の故障時にも、負荷への放電を継続するために、放電器を余分に搭載して冗長構成としている。   In such a DC power supply system, when the commercial power supply is stopped, the operation of the rectifier stops and power supply to the load is performed from the storage battery via the discharger. Therefore, not only the storage battery but also the discharger Reliability greatly affects the reliability of the power supply system. For this reason, normally, multiple discharge units are mounted in parallel to ensure the required power capacity, but in order to continue discharging to the load even when the discharger fails, redundant discharge units are mounted to make it redundant. It is said.

特許文献１の特開平８−０６５９１８号公報「電源の冗長構成回路」、特許文献２の特開平８−１２６２２７号公報「電源冗長化方法」には、電源を冗長構成とする電源システムが記載され、前記特許文献１には、電源の冗長構成回路において、電圧検出により動作するスイッチを設けることが記載され、前記特許文献２には、制御ユニットの電源部を（Ｎ＋１）の冗長化構成とし、スイッチにより分流することが記載されている。
特開平８−０６５９１８号公報 特開平８−１２６２２７号公報 Japanese Patent Laid-Open No. 8-065918 “Power Redundant Configuration Circuit” of Patent Document 1 and Japanese Patent Laid-Open No. 8-126227 “Power Redundancy Method” of Patent Document 2 describe a power supply system having a redundant power supply configuration. In Patent Document 1, it is described that a switch that operates by voltage detection is provided in a power supply redundant configuration circuit. In Patent Document 2, the power supply unit of the control unit has a (N + 1) redundant configuration, It is described that the current is diverted by a switch.
JP-A-8-065918 JP-A-8-126227

直流駆動の負荷装置へ電力を供給する電源システムでは、一般に、複数個の直流電源を直列接続したものを組電源とし、組電源の出力を、放電器を構成するコンバータを介して（または直接）、負荷へ供給する。   In a power supply system that supplies power to a DC-driven load device, generally, a plurality of DC power supplies connected in series is a combined power supply, and the output of the combined power supply is (or directly) via a converter that constitutes a discharger. Supply to the load.

例えば、図４において、複数の直流電源として複数の電池を直列接続してなる組電池１を構成し、組電池１の出力を、複数の放電器を並列接続してなる組放電器２を介して負荷３へ供給する。   For example, in FIG. 4, an assembled battery 1 is formed by connecting a plurality of batteries in series as a plurality of DC power supplies, and the output of the assembled battery 1 is passed through an assembled discharger 2 formed by connecting a plurality of dischargers in parallel. Supply to load 3.

組放電器２は、組電池１の電池電圧が負荷３の電圧許容範囲を上回るときはコンバータによる降圧を行い（降圧モード）、電圧許容範囲内のときは組電池１の出力をコンバータ非経由としてバイパスし（バイパスモード）、電圧許容範囲を下回るときはコンバータによる昇圧を行う（昇圧モード）ように動作する。   The assembled discharger 2 performs step-down by a converter when the battery voltage of the assembled battery 1 exceeds the allowable voltage range of the load 3 (step-down mode), and when the voltage is within the allowable voltage range, the output of the assembled battery 1 is not passed through the converter. Bypass (bypass mode), when the voltage falls below the allowable voltage range, the converter operates to boost (boost mode).

また、組放電器２は、放電信頼性を高めるため、負荷３への給電に必要な台数に１台をさらに並列接続して搭載する冗長構成である。   In addition, the assembled discharger 2 has a redundant configuration in which one unit is further connected in parallel to the number necessary for power supply to the load 3 in order to improve discharge reliability.

この電源システムでは、組放電器２の冗長分を含めた出力能力がシステムの最大出力となるが、電池の構成の仕方により、電池からの放電電流が過剰になるという問題が発生する。   In this power supply system, the output capability including the redundant portion of the assembled discharger 2 is the maximum output of the system, but there arises a problem that the discharge current from the battery becomes excessive depending on the configuration of the battery.

例えば、組電池１を、ニッケル水素蓄電池（単セル定格電圧１．２Ｖ、定格電流容量１００Ａｈ、使用電圧範囲１．５Ｖ〜１．０Ｖ）を４０本直列接続して定格電圧４８Ｖの組電池として構成し、この組電池１の出力可能な最大電流を１２０Ａとし、負荷３が要求する電力を３，７５０Ｗと仮定する。かかる場合には、組放電器２を冗長構成とするために、１，２５０Ｗ出力の放電器を４台並列接続して、１台の放電器が故障した場合であっても、３，７５０Ｗを負荷３に出力することができるように構成する。   For example, the assembled battery 1 is configured as an assembled battery having a rated voltage of 48 V by connecting 40 nickel-metal hydride storage batteries (single cell rated voltage 1.2 V, rated current capacity 100 Ah, operating voltage range 1.5 V to 1.0 V) in series. Assume that the maximum current that can be output from the battery pack 1 is 120 A, and the power required by the load 3 is 3,750 W. In such a case, in order to make the assembled discharger 2 redundant, four dischargers with 1,250 W output are connected in parallel, and even if one discharger fails, 3,750 W is required. It is configured so that it can be output to the load 3.

ここで、組放電器２が、５，０００Ｗの最大出力が可能であり、組放電器２の効率を８０％とすると、組放電器２に入力される最大電力すなわち組電池１から出力される最大電力は、６，２５０Ｗ（＝５，０００Ｗ÷０．８）とする必要がある。また、組電池１の最低使用電圧は、４０Ｖ（単セル最低使用電圧１．０Ｖ×４０本）であるから、組電池１から出力される最大電流は、１５６Ａ（＝６，２５０Ｗ÷４０Ｖ）に達することになる。一方、組電池１の許容値となる最大出力可能電流は、前述のように、１２０Ａであるから、電池最大出力電流１５６Ａは、最大に出力が可能な該許容値１２０Ａを超えてしまい、過熱や電池の劣化が起こり得る。   Here, when the assembled discharger 2 is capable of a maximum output of 5,000 W and the efficiency of the assembled discharger 2 is 80%, the maximum power input to the assembled discharger 2, that is, the output from the assembled battery 1 is output. The maximum power needs to be 6,250 W (= 5,000 W / 0.8). Moreover, since the minimum use voltage of the assembled battery 1 is 40 V (single cell minimum use voltage 1.0 V × 40), the maximum current output from the assembled battery 1 is 156 A (= 6,250 W ÷ 40 V). Will reach. On the other hand, as described above, the maximum output possible current that is the allowable value of the assembled battery 1 is 120 A. Therefore, the battery maximum output current 156 A exceeds the maximum allowable value 120 A that allows the maximum output, and overheating and Battery degradation can occur.

このように、電源システムを設計する際の組電池１の構成の仕方により、組電池１からの放電電流が過剰となり、負荷３への供給能力が低下してしまう場合があり、これを防ぐためには、負荷３の負荷容量を制限しなければならないという問題が発生する。   Thus, depending on the configuration of the assembled battery 1 when designing the power supply system, the discharge current from the assembled battery 1 may become excessive, and the supply capability to the load 3 may be reduced. To prevent this, Causes a problem that the load capacity of the load 3 must be limited.

なお、前述のような、組電池１すなわち直流電源の構成の仕方により負荷３への供給能力が低下するという問題は、ニッケル水素蓄電池システムの場合のみに限らず、リチウムイオン電池などの二次電池を組み合わせてなる組電池を複数個有し、組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する二次電池システム、あるいは、一次電池を含めて、複数の電池を組み合わせてなる複数の組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電池システム、さらには、電力貯蔵用キャパシタを含めて、複数の直流電圧源を組み合わせてなる複数の電源が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電源システムにおいても生じる問題である。   The problem that the supply capacity to the load 3 is reduced due to the configuration of the assembled battery 1, that is, the DC power source as described above is not limited to the case of the nickel-metal hydride storage battery system, but a secondary battery such as a lithium ion battery. A secondary battery system that has a plurality of assembled batteries, and supplies the power output from the assembled battery to a load via a plurality of converters, or a plurality of batteries that combine a plurality of batteries including a primary battery. A battery system that supplies power output from the assembled battery to a load via a plurality of converters, and further, a plurality of power outputs from a plurality of power sources including a plurality of DC voltage sources including a power storage capacitor. This problem also occurs in a power supply system that supplies a load via the converter.

本発明は、前述のような、直流電源の構成の仕方により負荷への供給能力が低下するという問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、直流電源の出力電流の許容値を満足しながら、負荷出力容量の低下を回避する電源システムの設計方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the problem that the supply capacity to the load is reduced due to the configuration of the DC power supply as described above, and the problem to be solved by the present invention is to solve the problem of the output current of the DC power supply. It is an object of the present invention to provide a power supply system design method that avoids a decrease in load output capacity while satisfying the allowable value.

本発明は、前述の課題を解決するために、以下のごとき各技術手段から構成されている。   The present invention comprises the following technical means in order to solve the above-mentioned problems.

第１の技術手段は、複数の直流電源を直列接続してなる組電源が出力する電力を、負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力と、前記組電源を構成する前記直流電源の最大出力電流と最低使用電圧とに基づいて、前記直流電源の直列接続数を決定し、および／または、前記負荷の所要電力と、前記組電源を構成する前記直流電源の最大出力電流と最低使用電圧と、さらに、前記直流電源の平均電圧と前記組電源の所要電力容量とに基づいて、前記直流電源の蓄積電流容量を決定することを特徴とする。   A first technical means is a power supply system design method for designing a power supply system for supplying power output from a combined power supply formed by connecting a plurality of DC power supplies in series to a load, the required power of the load, and the combined power supply The number of DC power supplies connected in series is determined based on the maximum output current and the minimum operating voltage of the DC power supply that constitutes the DC power supply, and / or the required power of the load and the DC power supply that constitutes the combined power supply The accumulated current capacity of the DC power supply is determined on the basis of the maximum output current and the minimum operating voltage, and the average voltage of the DC power supply and the required power capacity of the assembled power supply.

第２の技術手段は、複数の直流電源を直列接続してなる組電源が出力する電力を、負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］とするとき、前記直流電源の直列接続数ｎ１を、
ｎ１≧Ｐ１／（Ｖ１×Ｉ１）
を満たす値に決定することを特徴とする。 A second technical means is a power supply system design method for designing a power supply system for supplying power output from a combined power supply formed by connecting a plurality of DC power supplies in series to a load, wherein the required power of the load is P1 [W]. When the maximum output current of the DC power supply is I1 [A] and the minimum operating voltage of the DC power supply is V1 [V], the number n1 of series connections of the DC power supplies is
n1 ≧ P1 / (V1 × I1)
It is characterized by determining to a value satisfying.

第３の技術手段は、前記第２技術手段に記載の電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、前記直流電源の平均電圧をＶ２［Ｖ］、前記組電源の所要電力容量をＲ１［Ｗｈ］とするとき、前記直流電源の蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］を、
Ｑ１≧（Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ１）
を満たす値に決定すること特徴とする。 According to a third technical means, in the power supply system design method according to the second technical means, the required power of the load is P1 [W], the maximum output current of the DC power supply is I1 [A], and the minimum power of the DC power supply is When the operating voltage is V1 [V], the average voltage of the DC power supply is V2 [V], and the required power capacity of the combined power supply is R1 [Wh], the accumulated current capacity Q1 [Ah] of the DC power supply is
Q1 ≧ (V1 × I1 × R1) / (V2 × P1)
It is characterized by determining to a value satisfying.

第４の技術手段は、複数の直流電源を直列接続してなる組電源と、前記組電源からの電力を放電する組放電器とを有し、前記組電源が出力する電力を、前記組放電器を介して負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、前記組放電器の効率をη１とするとき、前記直流電源の直列接続数ｎ１を、
ｎ１≧Ｐ１／（η１×Ｖ１×Ｉ１）
を満たす値に決定すること特徴とする。 A fourth technical means includes a combined power source formed by connecting a plurality of DC power sources in series, and a combined discharger that discharges power from the combined power source, and the power output from the combined power source is discharged from the combined power source. In a power supply system design method for designing a power supply system that supplies power to a load via an electric appliance, the required power of the load is P1 [W], the maximum output current of the DC power supply is I1 [A], and the minimum operating voltage of the DC power supply Is V1 [V] and the efficiency of the assembled discharger is η1, the number n1 of series connections of the DC power supplies is
n1 ≧ P1 / (η1 × V1 × I1)
It is characterized by determining to a value satisfying.

第５の技術手段は、前記第４技術手段に記載の電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、前記組放電器の効率をη１、前記直流電源の平均電圧をＶ２［Ｖ］、前記組電源の所要電力容量をＲ１［Ｗｈ］とするとき、前記直流電源の蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］を、
Ｑ１≧（η１×Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ１）
を満たす値に決定することを特徴とする。 According to a fifth technical means, in the power supply system design method according to the fourth technical means, the required power of the load is P1 [W], the maximum output current of the DC power supply is I1 [A], and the minimum power of the DC power supply is When the operating voltage is V1 [V], the efficiency of the assembled discharger is η1, the average voltage of the DC power supply is V2 [V], and the required power capacity of the assembled power supply is R1 [Wh], the storage of the DC power supply Current capacity Q1 [Ah]
Q1 ≧ (η1 × V1 × I1 × R1) / (V2 × P1)
It is characterized by determining to a value satisfying.

第６の技術手段は、複数の直流電源を直列接続してなる組電源と、前記組電源からの電力を放電する組放電器とを有し、前記組電源が出力する電力を、前記組放電器を介して負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、前記組放電器の効率をη１、前記組放電器の最大出力電力をＰ２［Ｗ］とするとき、
Ｐ２≧Ｐ１
の条件を満たし、かつ、前記直流電源の直列接続数ｎ１を、
ｎ１≧Ｐ２／（η１×Ｖ１×Ｉ１）
を満たす値に決定することを特徴とする。 A sixth technical means includes a combined power source formed by connecting a plurality of DC power sources in series, and a combined discharger that discharges power from the combined power source, and the power output from the combined power source is released from the combined power source. In a power supply system design method for designing a power supply system that supplies power to a load via an electric appliance, the required power of the load is P1 [W], the maximum output current of the DC power supply is I1 [A], and the minimum operating voltage of the DC power supply Is V1 [V], the efficiency of the assembled discharger is η1, and the maximum output power of the assembled discharger is P2 [W],
P2 ≧ P1
And the number n1 of series connections of the DC power supplies
n1 ≧ P2 / (η1 × V1 × I1)
It is characterized by determining to a value satisfying.

第７の技術手段は、前記第６技術手段に記載の電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、前記組放電器の効率をη１、前記直流電源の平均電圧をＶ２［Ｖ］、前記組電源の所要電力容量をＲ１［Ｗｈ］、前記組放電器の最大出力電力をＰ２［Ｗ］とするとき、
Ｐ２≧Ｐ１
の条件を満たし、かつ、前記直流電源の蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］を、
Ｑ１≧（η１×Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ２）
を満たす値に決定することを特徴とする。 According to a seventh technical means, in the power supply system design method according to the sixth technical means, the required power of the load is P1 [W], the maximum output current of the DC power supply is I1 [A], and the minimum power of the DC power supply is The operating voltage is V1 [V], the efficiency of the assembled discharger is η1, the average voltage of the DC power supply is V2 [V], the required power capacity of the assembled power supply is R1 [Wh], and the maximum output power of the assembled discharger Is P2 [W],
P2 ≧ P1
And the storage current capacity Q1 [Ah] of the DC power supply is
Q1 ≧ (η1 × V1 × I1 × R1) / (V2 × P2)
It is characterized by determining to a value satisfying.

第８の技術手段は、前記第３，５，７の技術手段のいずれかに記載の電源システム設計方法において、前記直流電源の蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］よりも電流容量が小さい定格電流容量Ｑ２の直流電源により電源システムを構成する場合、前記定格電流容量Ｑ２の直流電源を前記直列接続数ｎ１台分直列接続してなる組電源を並列接続する、系列数ｎ２として
ｎ２≧Ｑ１／Ｑ２
を満たす自然数の値に決定することを特徴とする。 According to an eighth technical means, in the power supply system design method according to any of the third, fifth and seventh technical means, a rated current capacity Q2 having a smaller current capacity than the accumulated current capacity Q1 [Ah] of the DC power supply. When a power supply system is constituted by DC power supplies of the above, the number of series n2 is connected in parallel by connecting in series the DC power supplies of the rated current capacity Q2 corresponding to the number n1 of series connections, and n2 ≧ Q1 / Q2
It is characterized in that it is determined to be a natural number value satisfying.

第９の技術手段は、前記第１ないし第８の技術手段のいずれかに記載の電源システム設計方法において、あらかじめ定めた台数の前記直流電源を直列接続してなる電源ユニットを単位として、複数の前記電源ユニットを直列接続することにより、前記組電源を構成することを特徴とする。   According to a ninth technical means, in the power supply system design method according to any one of the first to eighth technical means, a plurality of power supply units formed by connecting a predetermined number of the DC power supplies in series are used as a unit. The assembled power supply is configured by connecting the power supply units in series.

第１０の技術手段は、前記第１ないし第９の技術手段のいずれかに記載の電源システム設計方法において、前記直流電源が、電池であることを特徴とする。   A tenth technical means is the power supply system design method according to any one of the first to ninth technical means, wherein the DC power supply is a battery.

第１１の技術手段は、前記第１０の技術手段に記載の電源システム設計方法において、前記電池が、二次電池であることを特徴とする。   An eleventh technical means is the power supply system design method according to the tenth technical means, wherein the battery is a secondary battery.

第１２の技術手段は、前記第１１の技術手段に記載の電源システム設計方法において、前記二次電池が、ニッケル水素蓄電池であることを特徴とする。   A twelfth technical means is characterized in that, in the power supply system design method according to the eleventh technical means, the secondary battery is a nickel metal hydride storage battery.

本発明の電源システム設計方法によれば、負荷の所要電力と、組電源を構成する直流電源の最大出力電流と最低使用電圧とに基づいて、直流電源の直列接続数を決定し、また、負荷の所要電力と、組電源を構成する直流電源の最大出力電流と最低使用電圧と、さらに、直流電源の平均電圧と組電源の総所要電力容量とに基づいて、直流電源の単位容量を決定するため、直流電源の出力電流が許容値を越えることなく、かつ、負荷出力容量の低下を回避し、負荷への供給能力を最大限に活かすことが可能な電源システムを提供することができる。   According to the power system design method of the present invention, the number of DC power supplies connected in series is determined based on the required power of the load, the maximum output current and the minimum operating voltage of the DC power supply constituting the assembled power supply, and the load The unit capacity of the DC power supply is determined based on the required power, the maximum output current and minimum operating voltage of the DC power supply constituting the combined power supply, and the average voltage of the DC power supply and the total required power capacity of the combined power supply Therefore, it is possible to provide a power supply system in which the output current of the DC power supply does not exceed the allowable value, the decrease in the load output capacity is avoided, and the supply capacity to the load can be maximized.

以下に、本発明に係る電源システム設計方法の最良の実施形態について、その一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, an example of a power supply system design method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(本発明の概要)
本発明に係る電源システムの設計方法においては、負荷の所要電力と、組電源を構成する直流電源の最大出力電流と最低使用電圧とに基づいて、直流電源の直列接続数を決定し、および／または、負荷の所要電力と、組電源を構成する直流電源の最大出力電流と最低使用電圧と、さらに、直流電源の平均電圧と直流電源の総容量（つまり組電源の所要電力容量）とに基づいて、直流電源の単位容量（蓄積電流容量）を決定する。この結果、直流電源の出力電流の許容値を満足しながら、電源システムの負荷出力容量の低下を回避することができるという効果が得られる。 (Outline of the present invention)
In the design method of the power supply system according to the present invention, the number of DC power supplies connected in series is determined based on the required power of the load, the maximum output current and the minimum working voltage of the DC power supplies constituting the combined power supply, and / or Or based on the required power of the load, the maximum output current and the minimum operating voltage of the DC power source that constitutes the combined power source, and the average voltage of the DC power source and the total capacity of the DC power source (that is, the required power capacity of the combined power source) The unit capacity (accumulated current capacity) of the DC power supply is determined. As a result, it is possible to avoid the decrease in the load output capacity of the power supply system while satisfying the allowable value of the output current of the DC power supply.

さらに説明すると、複数の直流電源を直列接続してなる組電源が出力する電力を、負荷に供給する電源システムの設計方法として、例えば、負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、組電源の構成に用いる直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］とするとき、直流電源の直列接続数ｎ１を、
ｎ１≧Ｐ１／（Ｖ１×Ｉ１）
を満たす値に決定する。 More specifically, as a design method of a power supply system for supplying power output from a combined power supply formed by connecting a plurality of DC power supplies in series to a load, for example, the required power of the load is P1 [W], and the combined power supply is configured. When the maximum output current of the DC power supply used is I1 [A] and the minimum operating voltage of the DC power supply is V1 [V], the number n1 of DC power supply connected in series is
n1 ≧ P1 / (V1 × I1)
Determine a value that satisfies

また、負荷へ電力を供給する時間があらかじめ定められた既定時間のような場合については、組電源の構成に用いる直流電源の平均電圧をＶ２［Ｖ］、組電源の所要電力容量をＲ１［Ｗｈ］、直流電源の蓄積電流容量をＱ１［Ａｈ］とするとき、
ｎ１×Ｖ２×Ｑ１≧Ｒ１
の関係が成立するように、直流電源の蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］を、
Ｑ１≧Ｒ１／（ｎ１×Ｖ２）
≧（Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ１）
を満たす値に決定する。 When the time for supplying power to the load is a predetermined time, the average voltage of the DC power source used for the configuration of the group power source is V2 [V], and the required power capacity of the group power source is R1 [Wh. ], When the accumulated current capacity of the DC power supply is Q1 [Ah],
n1 × V2 × Q1 ≧ R1
So that the storage current capacity Q1 [Ah] of the DC power supply is
Q1 ≧ R1 / (n1 × V2)
≧ (V1 × I1 × R1) / (V2 × P1)
Determine a value that satisfies

以下に、本発明の実施の形態について、電源システムとして直流電源がニッケル水素蓄電池からなる組電池を複数個有し、組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する二次電池システムである場合を例として説明するが、本発明は、前述したように、これらに限られるものではない。   Hereinafter, as for a power supply system according to an embodiment of the present invention, a secondary battery having a plurality of battery packs in which a DC power source is a nickel-metal hydride storage battery and supplying power output from the battery pack to a load via a plurality of converters Although the case of a system will be described as an example, the present invention is not limited to these as described above.

例えば、リチウムイオン電池などの二次電池を組み合わせてなる組電池を複数個有し、組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する二次電池システム、さらには、一次電池を含めて、複数の電池を組み合わせてなる複数の組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電池システム、さらには、電力貯蔵用キャパシタを含めて、複数の直流電圧源を組み合わせてなる複数の電源が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電源システムであっても、全く同様に適用することができる。   For example, a secondary battery system having a plurality of assembled batteries formed by combining secondary batteries such as lithium ion batteries and supplying power output from the assembled batteries to a load via a plurality of converters, and further, a primary battery In addition, a battery system that supplies power output from a plurality of assembled batteries formed by combining a plurality of batteries to a load via a plurality of converters, and further, a plurality of DC voltage sources including a power storage capacitor are combined. Even a power supply system that supplies power output from a plurality of power supplies to a load via a plurality of converters can be applied in exactly the same manner.

（実施例１）
図１は、本発明の電源システム設計方法を適用する電源システムに関する実施例１のブロック構成を説明するためのブロック構成図である。図１の電源システムにおいては、組電池１から出力される電力は、組放電器２を介して、負荷３へ放電される構成とされている。 (Example 1)
FIG. 1 is a block configuration diagram for explaining a block configuration of a first embodiment relating to a power supply system to which a power supply system design method of the present invention is applied. In the power supply system of FIG. 1, the power output from the assembled battery 1 is discharged to the load 3 via the assembled discharger 2.

図１に示すように、組電源を構成する組電池１は、複数の電源ユニット、すなわち、電池ユニット１，２，…，ｋのｋ個の電池ユニットが直列接続されて構成されており、電池ユニット１，２，…，ｋそれぞれは、あらかじめ定めた台数の直流電源、すなわち、セル１，２，…ｎ０のｎ０個の電池セルが直列接続されて構成されている。したがって、組電池１は、ｎ１＝（ｋ×ｎ０）個のセルが直列接続されて構成される。一方、組放電器２は、放電器１，２，…ｊの合計ｊ個の放電器が並列接続されて構成されており、このうち、１個の放電器例えば放電器ｊは、冗長構成を形成するため放電器となっている。 As shown in FIG. 1, an assembled battery 1 constituting an assembled power source is configured by connecting a plurality of power supply units, that is, k battery units of battery units 1, 2,. units 1, 2, ..., k, respectively, a DC power source of a predetermined number, i.e., cells 1, 2, ... n 0 battery cells of n 0 is constituted by connecting in series. Therefore, the assembled battery 1 is configured by connecting n1 = (k × n 0 ) cells in series. On the other hand, the assembled discharger 2 is configured by connecting a total of j dischargers 1, 2,..., J in parallel, of which one discharger, for example, the discharger j has a redundant configuration. It is a discharger to form.

図１のように、複数の直流電源を直列接続してなる組電源である組電池１と、複数の放電器を並列接続してなる組放電器２とを有し、組電源となる組電池１が出力する電力を、組放電器２を介して負荷３に供給する電源システムを設計する設計方法においては、負荷３の所要電力をＰ１［Ｗ］、直流電源とするニッケル水素蓄電池の最大出力電流をＩ１［Ａ］、直流電源とするニッケル水素蓄電池１セル当たりの最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、組放電器２の効率をη１とするとき、直流電源とするニッケル水素蓄電池の直列接続数ｎ１を、
ｎ１≧Ｐ１／（η１×Ｖ１×Ｉ１） …（１）
を満たす値に決定する。 As shown in FIG. 1, an assembled battery 1 is an assembled battery 1 that is an assembled power source formed by connecting a plurality of DC power supplies in series, and an assembled discharger 2 that is formed by connecting a plurality of dischargers in parallel. In the design method of designing a power supply system that supplies the power output from 1 to the load 3 via the assembled discharger 2, the maximum output of the nickel-metal hydride storage battery using the required power of the load 3 as P1 [W] and a DC power supply Number of serially connected nickel-metal hydride batteries that are DC power sources when the current is I1 [A], the minimum operating voltage per cell of nickel-metal hydride batteries that uses DC power is V1 [V], and the efficiency of the assembled discharger 2 is η1 n1
n1 ≧ P1 / (η1 × V1 × I1) (1)
Determine a value that satisfies

ここに、組電池１は、直流電源とするニッケル水素蓄電池（単セル定格電圧Ｖ２＝１．２Ｖ、定格電流容量９５Ａｈ）を複数直列接続して組電池として構成するものであるが、本実施例においては、例えばニッケル水素蓄電池１０セル分（図１において、ｎ０＝１０）を直列接続した電池ユニット（単セル定格電圧Ｖ２＝１．２Ｖ、定格電流容量９５Ａｈ）をさらに複数台直列接続したものを用いるものとする。また、このニッケル水素蓄電池の出力可能な最大出力電流Ｉ１は１００Ａ（＝直流電源の最大出力電流Ｉ１）であり、最低使用電圧Ｖ１は１．０Ｖ（＝直流電源の最低使用電圧Ｖ１）（１セル当たり）であるものとする。 Here, the assembled battery 1 is configured as an assembled battery by connecting a plurality of nickel-metal hydride storage batteries (single cell rated voltage V2 = 1.2 V, rated current capacity 95 Ah) as a direct current power source in series. In, for example, a plurality of battery units (single cell rated voltage V2 = 1.2 V, rated current capacity 95 Ah) connected in series for 10 nickel-metal hydride storage batteries (n 0 = 10 in FIG. 1) are connected in series. Shall be used. Further, the maximum output current I1 that can be output from this nickel metal hydride storage battery is 100A (= the maximum output current I1 of the DC power supply), and the minimum use voltage V1 is 1.0V (= the minimum use voltage V1 of the DC power supply) (1 cell). ).

組放電器２は、複数の放電器を並列接続して構成され、組電池１の電圧が負荷３の電圧許容範囲を上回るときは組電池１の出力に関しコンバータによる降圧を行い（降圧モード）、電圧許容範囲内のときは組電池１の出力をコンバータ非経由としてバイパスし（バイパスモード）、電圧許容範囲を下回るときは組電池１の出力に関しコンバータによる昇圧を行う（昇圧モード）ように動作する。   The assembled discharger 2 is configured by connecting a plurality of dischargers in parallel. When the voltage of the assembled battery 1 exceeds the voltage allowable range of the load 3, the output of the assembled battery 1 is stepped down by a converter (step-down mode). When the voltage is within the allowable range, the output of the assembled battery 1 is bypassed without passing through the converter (bypass mode). When the voltage is below the allowable range, the output of the assembled battery 1 is boosted by the converter (step-up mode). .

ここで、負荷３が要求する所要電力Ｐ１が３，７５０Ｗ（＝負荷の所要電力Ｐ１）、組放電器２の効率η１は９０％であるものとする。   Here, it is assumed that the required power P1 required by the load 3 is 3,750 W (= the required power P1 of the load), and the efficiency η1 of the assembled discharger 2 is 90%.

また、組放電器２は放電器を冗長構成とするために、１，２５０Ｗの出力が可能な放電器を４台（図１において、ｊ＝４）並列接続して、１台の放電器が故障した場合であっても、３，７５０Ｗを出力することができるように構成する。   In addition, in order to make the assembled discharger 2 redundant, four dischargers capable of outputting 1,250 W (j = 4 in FIG. 1) are connected in parallel so that one discharger Even if it is a failure, it is configured so that 3,750 W can be output.

以上の具体的な数値例の場合、組電池１を構成する直流電源つまりニッケル水素蓄電池の直列接続セル数ｎ１を、式（１）に従って求めると、次の通りである。   In the case of the specific numerical example described above, the number n1 of series-connected cells of the DC power source, that is, the nickel-metal hydride storage battery constituting the assembled battery 1 is determined as follows according to the equation (1).

ｎ１≧Ｐ１／（η１×Ｖ１×Ｉ１）
＝３，７５０／（０．９×１．０×１００）
＝４１．７
したがって、直列接続セル数ｎ１は４２以上と求められる。本実施例の場合、１０セル分のニッケル水素蓄電池を直列接続した電池ユニットを単位として用いるため、電池ユニットを５個直列に接続したものとする。よって、ニッケル水素蓄電池の直列接続セル数は５０セル（＝ｎ１）と決定される。 n1 ≧ P1 / (η1 × V1 × I1)
= 3,750 / (0.9 × 1.0 × 100)
= 41.7
Therefore, the number n1 of serially connected cells is required to be 42 or more. In the case of this example, since a battery unit in which nickel-hydrogen storage batteries for 10 cells are connected in series is used as a unit, it is assumed that five battery units are connected in series. Therefore, the number of serially connected cells of the nickel hydride storage battery is determined to be 50 cells (= n1).

ここで、組放電器２から出力される電力として、１台の放電器が故障した場合であっても、負荷３の所要電力Ｐ１（３，７５０Ｗ）を問題なく満たすことができるように、１，２５０Ｗ出力の放電器が４台並列接続されているので、組放電器２は、最大出力電力Ｐ２として５，０００Ｗ（すなわち、組放電器２の最大出力電力Ｐ２≧負荷３の所要電力Ｐ１）の出力が可能であるものとすると、組放電器２の効率η１は９０％であるから、組放電器２に入力される最大電力すなわち組電池１から出力される最大出力電力Ｐ３は、
Ｐ３＝Ｐ２／η１＝５，０００／０．９＝５，５５６［Ｗ］
とする必要がある。 Here, the power output from the assembled discharger 2 is 1 so that the required power P1 (3,750 W) of the load 3 can be satisfied without problems even when one discharger fails. , 250 W output dischargers are connected in parallel, the combined discharger 2 has a maximum output power P2 of 5,000 W (that is, the maximum output power P2 of the combined discharger 2 ≧ the required power P1 of the load 3). Since the efficiency η1 of the assembled discharger 2 is 90%, the maximum power input to the assembled discharger 2, that is, the maximum output power P3 output from the assembled battery 1 is
P3 = P2 / η1 = 5,000 / 0.9 = 5,556 [W]
It is necessary to.

かくのごとき組放電器２の最大出力電力Ｐ２を満たす場合の直列接続セル数ｎ１を求めると、式（１）における負荷３の所要電力Ｐ１を組放電器２の最大出力電力Ｐ２に置換して、次の通り、求めることができる。つまり、この場合の組電池１を構成する直流電源つまりニッケル水素蓄電池の直列接続セル数ｎ１を、式（１）のＰ１をＰ２に置換して求めると、次の通りである。   When the number n1 of cells connected in series when the maximum output power P2 of the assembled discharger 2 is satisfied is obtained, the required power P1 of the load 3 in the equation (1) is replaced with the maximum output power P2 of the assembled discharger 2. It can be obtained as follows. That is, the number n1 of series-connected cells of the DC power source, that is, the nickel metal hydride storage battery constituting the assembled battery 1 in this case is determined as follows by substituting P1 in the formula (1) with P2.

ｎ１≧Ｐ２／（η１×Ｖ１×Ｉ１）
＝５，０００／（０．９×１．０×１００）
＝５５．６
したがって、直列接続セル数ｎ１は５６以上と求められるので、５６セル以上を直列接続すれば良いが、本実施例の場合、１０セル分のニッケル水素蓄電池を直列接続した電池ユニットを単位として用いるため、電池ユニットを６個直列に接続したものとする。よって、ニッケル水素蓄電池の直列接続セル数は６０セル（＝ｎ１）と決定される。 n1 ≧ P2 / (η1 × V1 × I1)
= 5,000 / (0.9 × 1.0 × 100)
= 55.6
Therefore, since the number n1 of series-connected cells is required to be 56 or more, it is sufficient to connect 56 or more cells in series. However, in this embodiment, a battery unit in which nickel-hydrogen storage batteries for 10 cells are connected in series is used as a unit. Assume that six battery units are connected in series. Therefore, the number of serially connected cells of the nickel hydride storage battery is determined to be 60 cells (= n1).

かくのごとく、冗長構成を有する組放電器２の最大出力電力Ｐ２として５，０００Ｗを満たすような本実施例における具体的な数値例の場合、組電池１は、ニッケル水素蓄電池（単セル定格電圧１．２Ｖ、定格電流容量９５Ａｈ）を６０セル直列接続して構成するものとなる。組電池１から出力される最大電流は、組電池１から出力される最大出力電力Ｐ３（５，５５６Ｗ）を組電池１の最低使用電圧（６０Ｖ＝１．０Ｖ×６０）で割ることにより、９２．６Ａと計算され、ニッケル水素蓄電池の出力可能な最大出力電流Ｉ１の１００Ａ以下である。   As described above, in the case of a specific numerical example in this embodiment in which the maximum output power P2 of the assembled discharger 2 having a redundant configuration satisfies 5,000 W, the assembled battery 1 is a nickel hydride storage battery (single cell rated voltage). It is configured by connecting 60 cells in series of 1.2 V and rated current capacity 95 Ah). The maximum current output from the assembled battery 1 is 92 by dividing the maximum output power P3 (5,556 W) output from the assembled battery 1 by the minimum operating voltage (60 V = 1.0 V × 60) of the assembled battery 1. It is calculated as .6A and is 100A or less of the maximum output current I1 that can be output from the nickel metal hydride storage battery.

このように、直流電源となるニッケル水素蓄電池の過電流を回避しながら、負荷３への供給能力も活かすことが可能な電源システムを構築することができる。   In this way, it is possible to construct a power supply system that can make use of the supply capability to the load 3 while avoiding an overcurrent of the nickel metal hydride storage battery serving as a DC power supply.

なお、組電池１の出力を、組放電器２をバイパスして、そのまま負荷３へ供給することが可能であった場合には、負荷３の所要電力Ｐ１が組電池１に必要な出力電力となる。このとき、組電池１を構成する電池の直列接続セル数ｎ１は、次の式（２）によって求めることができる。   When the output of the assembled battery 1 can be directly supplied to the load 3 by bypassing the assembled discharger 2, the required power P1 of the load 3 is equal to the output power required for the assembled battery 1. Become. At this time, the number n1 of series-connected cells of the battery constituting the assembled battery 1 can be obtained by the following equation (2).

ｎ１≧Ｐ１／（Ｖ１×Ｉ１） …（２）
この場合、前述した具体的な数値例における直流電源つまりニッケル水素蓄電池の直列接続セル数ｎ１を求めると、次の通りである。 n1 ≧ P1 / (V1 × I1) (2)
In this case, the DC power supply, that is, the number n1 of series-connected cells of the nickel-metal hydride storage battery in the specific numerical example described above is as follows.

ｎ１≧Ｐ１／（Ｖ１×Ｉ１）
＝３，７５０／（１．０×１００）
＝３７．５
したがって、直列接続セル数ｎ１は３８以上と求められ、１０セル分のニッケル水素蓄電池を接続した電池ユニットを４個直列（４０セル直列）に接続したものとして、組電池１を構成することにより、直流電源となるニッケル水素蓄電池の過電流を回避しながら、負荷３への供給能力も活かすことが可能な電源システムとすることができる。 n1 ≧ P1 / (V1 × I1)
= 3,750 / (1.0 × 100)
= 37.5
Therefore, the number n1 of the serially connected cells is determined to be 38 or more, and the battery assembly 1 is configured by connecting four battery units connected to 10 nickel-metal hydride storage batteries in series (40 cells in series). A power supply system that can make use of the supply capability to the load 3 while avoiding an overcurrent of the nickel metal hydride storage battery serving as a DC power supply can be provided.

（実施例２）
次に、本発明の電源システム設計方法の実施例２について説明する。本実施例は、負荷への最長電力供給時間が既定である場合に好適な電源システムの設計方法の一例を説明するものである。図２は、本発明の電源システム設計方法を適用する電源システムに関する実施例２のブロック構成を説明するためのブロック構成図である。図２に示すように、本実施例において適用する電源システムの構成例においても、実施例１の図１の場合と同様、組電池１から出力される電力は、組放電器２を介して、負荷３へ放電される構成とされている。 (Example 2)
Next, a second embodiment of the power system design method of the present invention will be described. The present embodiment describes an example of a design method of a power supply system suitable when the longest power supply time to the load is predetermined. FIG. 2 is a block configuration diagram for explaining a block configuration of a second embodiment relating to a power supply system to which the power supply system design method of the present invention is applied. As shown in FIG. 2, also in the configuration example of the power supply system applied in the present embodiment, the power output from the assembled battery 1 is passed through the assembled discharger 2 as in the case of FIG. 1 of the first embodiment. The load 3 is discharged.

ただし、実施例１の図１に示すような電池ユニットを最小構成単位として用いても良いが、図２に示す本実施例においては、実施例１の図１の場合とは異なり、組電池１を構成する単位として、電池セルという最小構成単位を用いており、実施例１の電池ユニットという概念を適用しない場合について示している。すなわち、図２に示すように、組電池１は、図１のような１０個の電池セルごとにまとめた電池ユニットという単位を用いることなく、セル１，２，…ｎ０，…，ｎ１のｎ１個のセルが直列接続されて構成されている。 However, the battery unit as shown in FIG. 1 of the first embodiment may be used as the minimum structural unit. However, in this embodiment shown in FIG. 2, the assembled battery 1 is different from the case of FIG. The minimum structural unit called a battery cell is used as a unit constituting the battery, and the case where the concept of the battery unit of Example 1 is not applied is shown. That is, as shown in FIG. 2, the assembled battery 1 includes cells 1, 2,..., N 0 ,..., N 1 without using a unit called a battery unit grouped for every 10 battery cells as in FIG. n1 cells are connected in series.

図２のブロック構成からなる電源システムの設計を行うに当たって、組電池１を構成する電池の直列接続セル数ｎ１を算出した後、負荷３へ電力供給を要する最長電力供給時間Ｔ１があらかじめ既知であった場合には、組電池１を構成する電池セル（セル１，２，…）の個数として算出した直列接続セル数ｎ１の各セルについて、さらに、電池セル当たりの単位容量（定格電流容量）を算出する。   In designing the power supply system having the block configuration of FIG. 2, after calculating the number n1 of cells connected in series in the assembled battery 1, the longest power supply time T1 required to supply power to the load 3 is known in advance. In this case, the unit capacity per battery cell (rated current capacity) is further calculated for each of the n1 cells connected in series calculated as the number of battery cells (cells 1, 2,...) Constituting the assembled battery 1. calculate.

なお、組放電器２は、図１の場合と同様、放電器１，２，…ｊの合計ｊ個の放電器が並列接続されて構成されており、このうち、１個の放電器例えば放電器ｊは、冗長構成を形成するための放電器となっている。   As in the case of FIG. 1, the assembled discharger 2 is configured by connecting a total of j dischargers 1, 2,..., J, in parallel. The electric device j is a discharger for forming a redundant configuration.

すなわち、本実施例においては、図１のブロック構成からなる電源システムの設計を行うに当たって、実施例１の式（１）に従い、組電池１を構成する電池の直列接続セル数ｎ１を算出することによって、所要の電池ユニット数を求めた後、負荷３へ電力供給を要する最長電力供給時間Ｔ１があらかじめ既知であった場合には、組電池１を構成する電池セル（セル１，２，…）の単位容量を算出するために、式（１）にて直列接続セル数ｎ１を算出したパラメータを用いて、組電池１を構成する電池セルの単位容量（定格電流容量）を算出する。   That is, in the present embodiment, when designing the power supply system having the block configuration of FIG. 1, the number n1 of cells connected in series constituting the assembled battery 1 is calculated according to the expression (1) of the first embodiment. , After obtaining the required number of battery units, if the longest power supply time T1 required to supply power to the load 3 is known in advance, the battery cells (cells 1, 2,...) Constituting the assembled battery 1 In order to calculate the unit capacity, the unit capacity (rated current capacity) of the battery cells constituting the assembled battery 1 is calculated using the parameter obtained by calculating the number n1 of the series-connected cells in the equation (1).

なお、本実施例においては、組電池１を構成する電池セルの単位容量を算出する際に、前述のように、電池のセル数ｎ１として、電池ユニットの概念を用いることなく、負荷３の所要電力と、組電池を構成するセルの最大出力電流および最低使用電圧と、組放電器２の効率と、に基づいて算出された値そのものを用いて算出する場合を示している。   In the present embodiment, when calculating the unit capacity of the battery cells constituting the assembled battery 1, as described above, the required number of loads 3 can be obtained without using the concept of the battery unit as the number n1 of battery cells. The case where it calculates using the value itself calculated based on electric power, the maximum output current and minimum use voltage of the cell which comprise an assembled battery, and the efficiency of the assembled discharger 2 is shown.

まず、実施例１の場合と同様に、複数の直流電源を直列接続してなる組電源である組電池１と、複数の放電器を並列接続してなる組放電器２とを有し、組電源となる組電池１が出力する電力を、組放電器２を介して負荷３に供給する電源システムを設計する設計方法においては、負荷３の所要電力をＰ１［Ｗ］、直流電源とするニッケル水素蓄電池の最大出力電流をＩ１［Ａ］、直流電源とするニッケル水素蓄電池１セル当たりの最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、組放電器２の効率をη１とするとき、直流電源とするニッケル水素蓄電池の直列接続数ｎ１を、実施例１に示した式（１）、すなわち、
ｎ１≧Ｐ１／（η１×Ｖ１×Ｉ１） …（１）
を満たす値に決定する。 First, as in the case of the first embodiment, the battery pack 1 includes a battery pack 1 that is a battery pack that is formed by connecting a plurality of DC power supplies in series, and a battery pack 2 that is formed by connecting a plurality of dischargers in parallel. In a design method for designing a power supply system that supplies power output from the assembled battery 1 serving as a power source to the load 3 via the assembled discharger 2, the required power of the load 3 is P1 [W] and nickel is used as a DC power source. Nickel metal hydride used as a DC power source when the maximum output current of the hydrogen storage battery is I1 [A], the minimum operating voltage per cell of the nickel metal hydride battery used as a DC power supply is V1 [V], and the efficiency of the assembled discharger 2 is η1. The number n1 of series connections of storage batteries is expressed by the formula (1) shown in Example 1, that is,
n1 ≧ P1 / (η1 × V1 × I1) (1)
Determine a value that satisfies

しかる後、さらに、本実施例においては、直流電源とするニッケル水素蓄電池１セル当たりの平均電圧（定格電圧）をＶ２［Ｖ］、組電源となる組電池１の所要電力容量をＲ１［Ｗｈ］とするとき、前記直流電源の蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］を、
Ｑ１≧（η１×Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ１） …（３）
を満たす値に決定する。 Thereafter, in the present embodiment, the average voltage (rated voltage) per cell of the nickel-metal hydride storage battery serving as a DC power source is V2 [V], and the required power capacity of the assembled battery 1 serving as the assembled power source is R1 [Wh]. When the accumulated current capacity Q1 [Ah] of the DC power supply is
Q1 ≧ (η1 × V1 × I1 × R1) / (V2 × P1) (3)
Determine a value that satisfies

ここに、組電池１は、実施例１にて説明したように、直流電源とするニッケル水素蓄電池（単セル定格電圧Ｖ２＝１．２Ｖ）を複数直列して組電池を構成するものである。ただし、このニッケル水素蓄電池の出力可能な最大出力電流Ｉ１は、本実施例では、１２０Ａ（＝直流電源の最大出力電流Ｉ１）であり、最低使用電圧Ｖ１は１．０Ｖ（＝直流電源の最低使用電圧Ｖ１）（１セル当たり）であるものとする。   Here, as described in the first embodiment, the assembled battery 1 is formed by connecting a plurality of nickel-metal hydride storage batteries (single cell rated voltage V2 = 1.2 V) as a DC power source in series. However, in this embodiment, the maximum output current I1 that can be output from the nickel-metal hydride storage battery is 120A (= the maximum output current I1 of the DC power supply), and the minimum use voltage V1 is 1.0V (= the minimum use of the DC power supply). It is assumed that the voltage is V1) (per cell).

組放電器２は、実施例１の場合と同様に、複数の放電器を並列接続して構成され、組電池１の電圧が負荷３の電圧許容範囲を上回るときは組電池１の出力に関しコンバータによる降圧を行い（降圧モード）、電圧許容範囲内のときは組電池１の出力をコンバータ非経由としてバイパスし（バイパスモード）、電圧許容範囲を下回るときは組電池１の出力に関しコンバータによる昇圧を行う（昇圧モード）ように動作する。   As in the case of the first embodiment, the assembled discharger 2 is configured by connecting a plurality of dischargers in parallel, and when the voltage of the assembled battery 1 exceeds the allowable voltage range of the load 3, the converter is related to the output of the assembled battery 1. When the voltage falls within the allowable voltage range, the output of the assembled battery 1 is bypassed without passing through the converter (bypass mode). When the voltage falls below the allowable voltage range, the output of the assembled battery 1 is boosted by the converter. Operate to perform (boost mode).

ここで、負荷３が要求する所要電力Ｐ１が、実施例１の場合と同様、３，７５０Ｗ（＝負荷３の所要電力Ｐ１）であるが、組放電器２の効率η１は、本実施例では、８０％であるものとする。   Here, the required power P1 required by the load 3 is 3,750 W (= the required power P1 of the load 3) as in the first embodiment, but the efficiency η1 of the assembled discharger 2 is 80%.

また、組放電器２は放電器を冗長構成とするために、実施例１と同様、１，２５０Ｗの出力が可能な放電器を４台（図１において、ｊ＝４）並列接続して、１台の放電器が故障した場合であっても、３，７５０Ｗを出力することができるように構成する。   Further, in order to make the discharge device 2 redundant, the assembled discharge device 2 is connected in parallel with four discharge devices (j = 4 in FIG. 1) capable of outputting 1,250 W in the same manner as in the first embodiment. Even if one discharger fails, it is configured so that 3,750 W can be output.

また、負荷３への最長電力供給時間Ｔ１として、１時間が必要であったと仮定すると、組電池１の所要電力容量Ｒ１は、
Ｒ１＝Ｐ１×Ｔ１／η１
＝３，７５０×１／０．８＝４，６８７．５Ｗｈ
の容量が必要となる。 Further, assuming that one hour is required as the longest power supply time T1 to the load 3, the required power capacity R1 of the assembled battery 1 is
R1 = P1 × T1 / η1
= 3,750 × 1 / 0.8 = 4,687.5Wh
Capacity is required.

以上の具体的な数値例の場合、組電池１を構成する直流電源つまりニッケル水素蓄電池の直列接続セル数ｎ１を、式（１）に従って求めると、次の通りである。   In the case of the specific numerical example described above, the number n1 of series-connected cells of the DC power source, that is, the nickel-metal hydride storage battery constituting the assembled battery 1 is determined as follows according to the equation (1).

ｎ１≧Ｐ１／（η１×Ｖ１×Ｉ１）
＝３，７５０／（０．８×１．０×１２０）
＝３９．１
したがって、直列接続セル数ｎ１は４０以上と求められる。本実施例の場合、電池ユニットの概念を適用していないので、必要とするニッケル水素蓄電池の直列接続セル数は最小の４０セル（＝ｎ１）と決定される。 n1 ≧ P1 / (η1 × V1 × I1)
= 3,750 / (0.8 × 1.0 × 120)
= 39.1
Therefore, the number n1 of series connection cells is calculated | required as 40 or more. In the case of the present embodiment, since the concept of the battery unit is not applied, the required number of nickel-metal hydride batteries connected in series is determined to be a minimum of 40 cells (= n1).

さらに、式（１）により直列接続セル数ｎ１を求めたパラメータを用いて、直流電源すなわちニッケル水素蓄電池のセル電流容量つまりセル当たりの蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］を求める。つまり、直列接続セル数ｎ１を算出した際に用いた式（１）のＰ１，η１，Ｖ１，Ｉ１の数値を適用することにより、ニッケル水素蓄電池のセル電流容量つまりセル当たりの蓄積電流容量Ｑ１は、式（３）に従って、次の通り求められる。   Further, the cell current capacity of the DC power source, that is, the nickel-metal hydride storage battery, that is, the accumulated current capacity per cell Q1 [Ah] is obtained using the parameter obtained from the equation (1) for the number n1 of cells connected in series. That is, by applying the numerical values of P1, η1, V1, and I1 of the formula (1) used when calculating the number n1 of the series connected cells, the cell current capacity of the nickel-metal hydride storage battery, that is, the accumulated current capacity per cell Q1 is According to the equation (3), the following is obtained.

Ｑ１≧（η１×Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ１）
＝（０．８×１．０×１２０×４，６８７．５）／（１．２×３，７５０）
＝１００［Ａｈ］
したがって、所要電力Ｐ１が３，７５０Ｗの負荷３を最大１時間に亘って電力を供給する組電池１を構成する場合、直流電源となるニッケル水素蓄電池の電池セルを４０個直列接続し、各電池セル当たりの蓄積電流容量Ｑ１を、１００Ａｈに決定するように決定して構成すれば良い。 Q1 ≧ (η1 × V1 × I1 × R1) / (V2 × P1)
= (0.8 x 1.0 x 120 x 4,687.5) / (1.2 x 3,750)
= 100 [Ah]
Therefore, when the assembled battery 1 that supplies power to the load 3 having a required power P1 of 3,750 W for a maximum of 1 hour is configured, 40 nickel-metal hydride storage battery cells serving as a DC power source are connected in series, and each battery is connected. The storage current capacity per cell Q1 may be determined to be 100 Ah.

ここで、組放電器２から出力される電力として、１台の放電器が故障した場合であっても、負荷３の所要電力Ｐ１（３，７５０Ｗ）を問題なく満たすことができるように、１，２５０Ｗ出力の放電器が４台並列接続されているので、組放電器２は、最大出力電力Ｐ２として５，０００Ｗ（すなわち、組放電器２の最大出力電力Ｐ２≧負荷３の所要電力Ｐ１）の出力が可能であるものとすると、組放電器２の効率η１は８０％であるから、組放電器２に入力される最大電力すなわち組電池１から出力される最大出力電力Ｐ３は、
Ｐ３＝Ｐ２／η１＝５，０００／０．８＝６，２５０［Ｗ］
とする必要がある。 Here, the power output from the assembled discharger 2 is 1 so that the required power P1 (3,750 W) of the load 3 can be satisfied without problems even when one discharger fails. , 250 W output dischargers are connected in parallel, the combined discharger 2 has a maximum output power P2 of 5,000 W (that is, the maximum output power P2 of the combined discharger 2 ≧ the required power P1 of the load 3). Since the efficiency η1 of the assembled discharger 2 is 80%, the maximum power input to the assembled discharger 2, that is, the maximum output power P3 output from the assembled battery 1 is
P3 = P2 / η1 = 5,000 / 0.8 = 6,250 [W]
It is necessary to.

かくのごとき組放電器２の最大出力電力Ｐ２を満たす場合の直列接続セル数ｎ１を求めると、式（１）における負荷３の所要電力Ｐ１を組放電器２の最大出力電力Ｐ２に置換して、次の通り、求めることができる。つまり、この場合の組電池１を構成する直流電源つまりニッケル水素蓄電池の直列接続セル数ｎ１を、式（１）のＰ１をＰ２に置換して求めると、次の通りである。   When the number n1 of cells connected in series when the maximum output power P2 of the assembled discharger 2 is satisfied is obtained, the required power P1 of the load 3 in the equation (1) is replaced with the maximum output power P2 of the assembled discharger 2. It can be obtained as follows. That is, the number n1 of series-connected cells of the DC power source, that is, the nickel metal hydride storage battery constituting the assembled battery 1 in this case is determined as follows by substituting P1 in the formula (1) with P2.

ｎ１≧Ｐ２／（η１×Ｖ１×Ｉ１）
＝５，０００／（０．８×１．０×１２０）
＝５２．１
したがって、直列接続セル数ｎ１は５３以上と求められるので、５３セル以上を直列接続すれば良く、ニッケル水素蓄電池の直列接続セル数は５３セル（＝ｎ１）と決定される。 n1 ≧ P2 / (η1 × V1 × I1)
= 5,000 / (0.8 × 1.0 × 120)
= 52.1
Therefore, since the number n1 of series connection cells is calculated | required as 53 or more, 53 cells or more should just be connected in series, and the number of series connection cells of a nickel hydride storage battery is determined to be 53 cells (= n1).

しかる後、式（１）において使用した各数値例を用いて、さらに、式（３）のＰ１をＰ２に置換して、組電池１を構成する電池のセル電流容量Ｑ１［Ａｈ］を、式（３）に従って求めると、次の通りである。   Thereafter, using each numerical example used in Formula (1), P1 in Formula (3) is further replaced with P2, and the cell current capacity Q1 [Ah] of the battery constituting the assembled battery 1 is expressed by Formula The calculation according to (3) is as follows.

Ｑ１≧（η１×Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ２）
＝（０．８×１．０×１２０×４，６８７．５）／（１．２×５，０００）
＝７５
したがって、組電池１を構成する電池のセル電流容量Ｑ１［Ａｈ］は７５Ａｈ以上と求められる。よって、電池のセル電流容量（定格電流容量）つまり直流電源の蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］を７５Ａｈと決定する。 Q1 ≧ (η1 × V1 × I1 × R1) / (V2 × P2)
= (0.8 x 1.0 x 120 x 4,687.5) / (1.2 x 5,000)
= 75
Therefore, the cell current capacity Q1 [Ah] of the battery constituting the assembled battery 1 is required to be 75 Ah or more. Therefore, the cell current capacity (rated current capacity) of the battery, that is, the accumulated current capacity Q1 [Ah] of the DC power supply is determined to be 75 Ah.

かくのごとく、冗長構成を有する組放電器２の最大出力電力Ｐ２として５，０００Ｗを満たすような本実施例における具体的な数値例の場合、組電池１は、定格電流容量が７５Ａｈ(＝蓄積電流容量Ｑ１)のニッケル水素蓄電池（単セル定格電圧Ｖ２＝１．２Ｖ）を５３セル（＝ｎ１）分直列接続して構成されるものとする必要がある。   As described above, in the case of a specific numerical example in the present embodiment in which 5,000 W is satisfied as the maximum output power P2 of the assembled discharger 2 having a redundant configuration, the assembled battery 1 has a rated current capacity of 75 Ah (= accumulation). It is necessary that the nickel-metal hydride storage battery (single cell rated voltage V2 = 1.2 V) having a current capacity Q1) is connected in series for 53 cells (= n1).

このとき、組電池１から出力される最大電流は、組電池１から出力される最大出力電力Ｐ３（６，２５０Ｗ）を組電池１の最低使用電圧（５３Ｖ＝１．０Ｖ×５３）で割ることにより、１１８Ａと計算され、ニッケル水素蓄電池の出力可能な最大出力電流Ｉ１の１２０Ａ以下である。また、組電池１の平均電力容量は、４，７７０Ｗｈ（＝Ｑ１×Ｖ２×ｎ１＝７５×１．２×５３）となり、負荷３へ供給すべき組電池１の必要な所要電力容量Ｒ１（４，６８７．５Ｗｈ）を充足している。   At this time, the maximum current output from the assembled battery 1 is obtained by dividing the maximum output power P3 (6,250 W) output from the assembled battery 1 by the minimum operating voltage (53 V = 1.0 V × 53) of the assembled battery 1. Therefore, the maximum output current I1 that can be output from the nickel metal hydride storage battery is 120 A or less. The average power capacity of the assembled battery 1 is 4,770 Wh (= Q1 × V2 × n1 = 75 × 1.2 × 53), and the required required power capacity R1 (4 of the assembled battery 1 to be supplied to the load 3 687.5Wh).

このように、負荷３への最長電力供給時間Ｔ１が既定である場合についても、ニッケル水素蓄電池の直列接続数とセル電流容量とを選択して設計することにより、直流電源となるニッケル水素蓄電池の過電流を回避しながら、負荷３への供給能力も活かすことが可能な電源システムを構築することができる。   As described above, even when the longest power supply time T1 to the load 3 is fixed, by selecting and designing the number of nickel-metal hydride batteries connected in series and the cell current capacity, A power supply system that can make use of the supply capability to the load 3 while avoiding overcurrent can be constructed.

なお、組電池１の出力を、組放電器２をバイパスして、そのまま負荷３へ供給することが可能であった場合には、実施例１の場合と同様、負荷３の所要電力Ｐ１が組電池１に必要な出力電力となる。したがって、このとき、組電池１を構成する電池の直列接続セル数ｎ１は、実施例１の場合と同様、次の式（２）によって求めることができる。   When the output of the assembled battery 1 can be supplied as it is to the load 3 by bypassing the assembled discharger 2, the required power P1 of the load 3 is set as in the case of the first embodiment. This is the output power required for the battery 1. Therefore, at this time, the number n1 of cells connected in series constituting the assembled battery 1 can be obtained by the following equation (2), as in the case of the first embodiment.

ｎ１≧Ｐ１／（Ｖ１×Ｉ１） …（２）
この場合、前述した具体的な数値例における直流電源つまりニッケル水素蓄電池の直列接続セル数ｎ１を求めると、次の通りである。 n1 ≧ P1 / (V1 × I1) (2)
In this case, the DC power supply, that is, the number n1 of series-connected cells of the nickel-metal hydride storage battery in the specific numerical example described above is as follows.

ｎ１≧Ｐ１／（Ｖ１×Ｉ１）
＝３，７５０／（１．０×１２０）
＝３１．３
したがって、直列接続セル数ｎ１は３２以上と求められるので、３２セル以上を直列接続すれば良く、ニッケル水素蓄電池の直列接続セル数は最小の３２セル（＝ｎ１）と決定される。 n1 ≧ P1 / (V1 × I1)
= 3,750 / (1.0 × 120)
= 31.3
Therefore, since the number n1 of series connection cells is calculated | required as 32 or more, what is necessary is just to connect 32 or more cells in series, and the number of series connection cells of a nickel hydride storage battery is determined to be the minimum 32 cells (= n1).

また、組電池１を構成する電池のセル電流容量Ｑ１［Ａｈ］は、次の式（４）によって求めることができる。   Further, the cell current capacity Q1 [Ah] of the battery constituting the assembled battery 1 can be obtained by the following equation (4).

Ｑ１≧（Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ１） …（４）
ただし、Ｒ１＝Ｐ１×Ｔ１
この場合、前述した具体的な数値例について直流電源つまりニッケル水素蓄電池のセル電流容量Ｑ１［Ａｈ］を求めると、次の通りである。 Q1 ≧ (V1 × I1 × R1) / (V2 × P1) (4)
However, R1 = P1 × T1
In this case, when the cell current capacity Q1 [Ah] of the DC power source, that is, the nickel metal hydride storage battery is obtained for the specific numerical example described above, it is as follows.

Ｒ１＝３，７５０Ｗ×１．０＝３，７５０［Ｗｈ］
Ｑ１≧（Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ１）
＝（１．０×１２０×３，７５０）／（１．２×３，７５０）
＝１００［Ａｈ］
この場合も、セル電流容量（定格電流容量）が１００Ａｈのニッケル水素蓄電池を３２セル分直列接続して、組電池１を構成することにより、直流電源となるニッケル水素蓄電池の過電流を回避しながら、負荷３への供給能力も活かすことができる。 R1 = 3,750W × 1.0 = 3,750 [Wh]
Q1 ≧ (V1 × I1 × R1) / (V2 × P1)
= (1.0 × 120 × 3,750) / (1.2 × 3,750)
= 100 [Ah]
Also in this case, by connecting 32 cells of nickel hydride storage batteries having a cell current capacity (rated current capacity) of 100 Ah in series to form the assembled battery 1, an overcurrent of the nickel hydride storage battery serving as a DC power source is avoided. Also, the supply capacity to the load 3 can be utilized.

なお、以上の説明においては、組電池１として電池ユニットの概念を用いないで、最小構成単位の電池セルを組電池１の構成単位とする場合について説明したが、実施例１の場合と同様に、本実施例においても、組電池１を構成する単位として電池ユニットの概念を用いて構成するようにしても良い。   In the above description, the case where the battery unit of the minimum structural unit is used as the structural unit of the assembled battery 1 without using the concept of the battery unit as the assembled battery 1 has been described. In the present embodiment, the battery unit concept may be used as a unit constituting the assembled battery 1.

（実施例３）
次に、直流電源を構成するニッケル水素蓄電池の電池容量が既定で、かつ、組電源を構成する組電池１の総電力容量が既定であった場合における電源システムの設計方法について、インバータを介して直流電源からの電力により交流負荷を駆動する場合を例にとって説明する。図３は、本発明の電源システム設計方法を適用する電源システムに関する実施例３のブロック構成を説明するためのブロック構成図である。図３の構成においては、３個並列接続した組電池１から、インバータ４を介して交流負荷５に電力を供給する。 (Example 3)
Next, a method for designing a power supply system in the case where the battery capacity of the nickel-metal hydride storage battery constituting the DC power supply is predetermined and the total power capacity of the assembled battery 1 constituting the assembled power supply is predetermined will be described through an inverter. A case where an AC load is driven by power from a DC power source will be described as an example. FIG. 3 is a block configuration diagram for explaining a block configuration of a third embodiment relating to a power supply system to which the power supply system design method of the present invention is applied. In the configuration of FIG. 3, power is supplied from the three assembled batteries 1 connected in parallel to the AC load 5 via the inverter 4.

ここで、図３に示す交流負荷５の平均消費電力Ｐ４が１５０Ｗであり、最大消費電力Ｐ１が８００Ｗであり、最長電力供給時間Ｔ１として１８時間に亘って給電が必要である場合を例にとって、電源システムの設計方法を説明する。   Here, taking the case where the average power consumption P4 of the AC load 5 shown in FIG. 3 is 150 W, the maximum power consumption P1 is 800 W, and power supply is required for 18 hours as the longest power supply time T1, A power supply system design method will be described.

図３において、組電源を構成する組電池１は、ニッケル水素蓄電池を複数個直列接続してなるものであり、各ニッケル水素蓄電池の単セル定格電圧Ｖ２は１．２Ｖ、単セル最低使用電圧Ｖ１は１．０Ｖ、最大出力電流Ｉ１は１００Ａであり、かつ、定格電流容量Ｑ２として９５Ａｈのものを用いるものとする。   In FIG. 3, the assembled battery 1 constituting the assembled power source is formed by connecting a plurality of nickel hydride storage batteries in series. The single cell rated voltage V2 of each nickel hydride storage battery is 1.2V, and the single cell minimum use voltage V1. 1.0V, the maximum output current I1 is 100A, and the rated current capacity Q2 is 95Ah.

組電池１の出力は、前述のように、インバータ４（直流電力を交流電力に変換して交流負荷５に放電する変換器であり、実施例１，２における組放電器２に相当するが、本実施例においては、冗長構成とはしない場合について説明する）を介して、交流負荷５へ給電される。ここで、インバータ４の効率η１は８０％とする。   As described above, the output of the assembled battery 1 is the inverter 4 (converter that converts DC power to AC power and discharges it to the AC load 5 and corresponds to the assembled discharger 2 in Examples 1 and 2, In this embodiment, power is supplied to the AC load 5 through a case where a redundant configuration is not used. Here, the efficiency η1 of the inverter 4 is 80%.

以上の数値例の場合、交流負荷５に対してＴ１時間に亘って電力を供給可能とするために、組電池１に必要な所要電力容量Ｒ１は、
Ｒ１＝（Ｐ４×Ｔ１）／η１
＝（１５０×１８）／０．８
＝３，３７５［Ｗｈ］
と計算される。 In the case of the above numerical examples, in order to be able to supply power to the AC load 5 over T1 time, the required power capacity R1 required for the assembled battery 1 is
R1 = (P4 × T1) / η1
= (150 x 18) /0.8
= 3,375 [Wh]
Is calculated.

以上の具体的な数値例の場合には、組電池１を構成する直流電源つまりニッケル水素蓄電池の直列接続セル数ｎ１を、実施例１の場合と同様に、式（１）に従って求めると、次の通りである。   In the case of the above specific numerical examples, the number n1 of series-connected cells of the DC power source, that is, the nickel-metal hydride storage battery constituting the assembled battery 1 is obtained according to the equation (1) as in the case of the first embodiment. It is as follows.

ｎ１≧Ｐ１／（η１×Ｖ１×Ｉ１）
＝８００／（０．８×１．０×１００）
＝１０
したがって、直列接続セル数ｎ１は１０以上と求められる。よって、組電池１の電池セルの直列接続数を１０個とする。 n1 ≧ P1 / (η1 × V1 × I1)
= 800 / (0.8 × 1.0 × 100)
= 10
Therefore, the number n1 of series connected cells is required to be 10 or more. Accordingly, the number of battery cells connected in series in the assembled battery 1 is set to ten.

また、組電池１を構成するニッケル水素蓄電池のセル電流容量Ｑ１［Ａｈ］を、実施例２の場合と同様に、式（３）に従って求めると、次の通りである。   Further, when the cell current capacity Q1 [Ah] of the nickel metal hydride storage battery constituting the assembled battery 1 is obtained according to the equation (3) as in the case of Example 2, it is as follows.

Ｑ１≧（η１×Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ１）
＝（０．８×１．０×１００×３，３７５）／（１．２×８００）
＝２８１．２５［Ａｈ］
したがって、ニッケル水素蓄電池のセル電流容量Ｑ１［Ａｈ］は、２８１．２５Ａｈ以上と求められる。 Q1 ≧ (η1 × V1 × I1 × R1) / (V2 × P1)
= (0.8 x 1.0 x 100 x 3,375) / (1.2 x 800)
= 281.25 [Ah]
Therefore, the cell current capacity Q1 [Ah] of the nickel metal hydride storage battery is required to be 281.25 Ah or more.

ここで、組電池１を構成するニッケル水素蓄電池の単セルの定格電流容量Ｑ２として、９５Ａｈのものを用いているので、ニッケル水素蓄電池のセル電流容量Ｑ１［Ａｈ］を満たすために、並列接続する必要がある組電池１の系列数ｎ２は、次の通りである。   Here, since the rated current capacity Q2 of the single cell of the nickel metal hydride storage battery constituting the assembled battery 1 is 95 Ah, it is connected in parallel to satisfy the cell current capacity Q1 [Ah] of the nickel metal hydride storage battery. The number of series n2 of the assembled battery 1 that is necessary is as follows.

ｎ２≧Ｑ１／Ｑ２
＝２８１．２５／９５
＝２．９６
したがって、並列接続する組電池１の系列数ｎ２は、２．９６以上の自然数の値であり、図３に示すように、３系列必要となる。 n2 ≧ Q1 / Q2
= 281.25 / 95
= 2.96
Therefore, the number of series n2 of the battery packs 1 connected in parallel is a natural number value of 2.96 or more, and three series are required as shown in FIG.

この結果、電源システムとして３系列の組電池１からなり、３系列の組電池１の合計電力容量Ｒ２は、次の通りとなる。   As a result, the power supply system includes the three series assembled batteries 1 and the total power capacity R2 of the three series assembled batteries 1 is as follows.

Ｒ２＝ｎ２×｛（Ｖ２×Ｑ２）×ｎ１｝
＝３×｛（１．２×９５）×１０｝
＝３，４２０［Ｗｈ］
したがって、３系列の組電池１の合計電力容量Ｒ２は、組電池１に必要な容量Ｒ１の３，３７５Ｗｈを充足する。 R2 = n2 * {(V2 * Q2) * n1}
= 3 × {(1.2 × 95) × 10}
= 3,420 [Wh]
Accordingly, the total power capacity R2 of the three series of assembled batteries 1 satisfies 3,375 Wh of the capacity R1 required for the assembled battery 1.

また、組電池１から出力を必要とする最大所要電流Ｉ２は、１系列の組電池１のみに電流が集中する場合であっても、
Ｉ２＝Ｐ１／（η１×Ｖ１×ｎ１）
＝８００／（０．８×１．０×１０）
＝１００Ａ
であり、当該ニッケル水素蓄電池の最大出力電流Ｉ１の１００Ａと同等であり、最大出力電流Ｉ１以下という要件を充足する。 In addition, the maximum required current I2 that requires output from the assembled battery 1 is a case where the current is concentrated only in one series of assembled batteries 1,
I2 = P1 / (η1 × V1 × n1)
= 800 / (0.8 × 1.0 × 10)
= 100A
It is equivalent to 100A of the maximum output current I1 of the nickel hydride storage battery, and satisfies the requirement that the maximum output current I1 or less.

このように、電池セル電流容量Ｑ２が既定の場合であっても、組電池１の直列接続セル数と組電池１の系列数との選択により、所要の系列数の組電池１を構成することにより、直流電源となるニッケル水素蓄電池の過電流を回避しながら、負荷３への供給能力も活かす電源システムを構築することができる。   Thus, even if the battery cell current capacity Q2 is a predetermined case, the assembled battery 1 having a required number of series is configured by selecting the number of cells connected in series of the assembled battery 1 and the number of series of the assembled battery 1. Thus, it is possible to construct a power supply system that makes use of the supply capability to the load 3 while avoiding overcurrent of the nickel-metal hydride storage battery serving as a DC power supply.

（本発明の主要な特徴）
以上の各実施例において詳細に説明したように、本発明に係る電源システムの設計方法の特徴は、負荷３の所要電力Ｐ１と、組電源の構成に用いる直流電源の最大出力電流Ｉ１と最低使用電圧Ｖ１とに基づいて、直流電源の直列接続数ｎ１を決定し、および／または、負荷３の所要電力Ｐ１と、組電源の構成に用いる直流電源の最大出力電流Ｉ１と最低使用電圧Ｖ１と、さらに、直流電源の平均電圧Ｖ２と組電源の総所要電力容量Ｒ１とに基づいて、直流電源の単位容量Ｑ１を決定することによって、これらに基づいて、電源システムを設計することにある。 (Main features of the present invention)
As described in detail in each of the above embodiments, the power system design method according to the present invention is characterized by the required power P1 of the load 3, the maximum output current I1 of the DC power source used in the configuration of the assembled power source, and the minimum usage Based on the voltage V1, the number n1 of DC power supply connected in series is determined and / or the required power P1 of the load 3, the maximum output current I1 of the DC power supply used for the configuration of the group power supply, and the minimum use voltage V1, Furthermore, by determining the unit capacity Q1 of the DC power supply based on the average voltage V2 of the DC power supply and the total required power capacity R1 of the combined power supply, the power supply system is designed based on these.

この特徴によって、直流電源の出力電流の許容値を満足しながら、負荷出力容量の低下を回避する電源システムを提供することが可能となる。   With this feature, it is possible to provide a power supply system that avoids a decrease in load output capacity while satisfying the allowable value of the output current of the DC power supply.

以上、本発明の実施の形態について、直流電源となる電池がニッケル水素蓄電池である場合を例にとって説明したが、前述したように、本発明は、かかる場合のみに限られるものではない。   As described above, the embodiment of the present invention has been described by taking as an example the case where the battery serving as the DC power source is a nickel metal hydride storage battery. However, as described above, the present invention is not limited to such a case.

例えば、リチウムイオン電池などの二次電池を組み合わせてなる組電池を複数個有し、組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する二次電池システム、さらには、一次電池を含めて、複数の電池を組み合わせてなる複数の組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電池システム、さらには、電力貯蔵用キャパシタを含めて、複数の直流電圧源を組み合わせてなる複数の電源が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電源システムであっても、全く同様に適用することができる。   For example, a secondary battery system having a plurality of assembled batteries formed by combining secondary batteries such as lithium ion batteries and supplying power output from the assembled batteries to a load via a plurality of converters, and further, a primary battery In addition, a battery system that supplies power output from a plurality of assembled batteries formed by combining a plurality of batteries to a load via a plurality of converters, and further, a plurality of DC voltage sources including a power storage capacitor are combined. Even a power supply system that supplies power output from a plurality of power supplies to a load via a plurality of converters can be applied in exactly the same manner.

（本発明の主要な効果）
本発明によって得られる効果について、以下に説明する。 (Main effects of the present invention)
The effects obtained by the present invention will be described below.

直流電源から負荷へ電力供給する従来の電源システムにおいては、直流電源の構成如何によっては、直流電源の放電電流が過剰になるという問題が発生していた。   In a conventional power supply system that supplies power from a DC power supply to a load, there has been a problem that the discharge current of the DC power supply becomes excessive depending on the configuration of the DC power supply.

本発明に係る設計方法を適用して構成した電源システムにおいては、かかる問題を解決する設計方法を用いて構成されており、負荷の所要電力と、組電源の構成に用いる直流電源の最大出力電流と最低使用電圧とに基づいて、直流電源の直列接続数を決定し、また、負荷の所要電力と、組電源の構成に用いる直流電源の最大出力電流と最低使用電圧と、さらに、直流電源の平均電圧と直流電源の総所要電力容量（すなわち組電源の所要電力容量）とに基づいて、直流電源の単位容量を決定するため、直流電源の出力電流の許容値を満足しながら、負荷出力容量の低下を回避する電源システムを提供することが可能となる。   The power supply system configured by applying the design method according to the present invention is configured using a design method that solves such a problem, and the required power of the load and the maximum output current of the DC power supply used for the configuration of the assembled power supply The number of DC power supply units connected in series is determined based on the minimum operating voltage, the required power of the load, the maximum output current and minimum operating voltage of the DC power source used for the configuration of the combined power source, and the DC power source The unit capacity of the DC power supply is determined based on the average voltage and the total required power capacity of the DC power supply (that is, the required power capacity of the combined power supply), so that the load output capacity is satisfied while satisfying the allowable value of the output current of the DC power supply. Therefore, it is possible to provide a power supply system that avoids a decrease in the power consumption.

本発明の電源システム設計方法を適用する電源システムに関する実施例１のブロック構成を説明するためのブロック構成図である。It is a block block diagram for demonstrating the block configuration of Example 1 regarding the power supply system to which the power supply system design method of this invention is applied. 本発明の電源システム設計方法を適用する電源システムに関する実施例２のブロック構成を説明するためのブロック構成図である。It is a block block diagram for demonstrating the block configuration of Example 2 regarding the power supply system to which the power supply system design method of this invention is applied. 本発明の電源システム設計方法を適用する電源システムに関する実施例３のブロック構成を説明するためのブロック構成図である。It is a block block diagram for demonstrating the block configuration of Example 3 regarding the power supply system to which the power supply system design method of this invention is applied. 組電池と組放電器とを用いる電源システムの構成図である。It is a block diagram of the power supply system using an assembled battery and an assembled discharger.

符号の説明Explanation of symbols

１…組電池、２…組放電器、３…負荷、４…インバータ、５…交流負荷、Ｉ１…直流電源の最大出力電流、Ｉ２…組電池の最大所要電流、ｎ１…直流電源の直列接続数、ｎ２…組電源の系列数、Ｐ１…負荷の所要電力（最大消費電力）、Ｐ２…組放電器の最大出力電力、Ｐ３…組電源の最大出力電力、Ｐ４…負荷の平均消費電力、Ｑ１…直流電源の蓄積電流容量（セル電流容量）、Ｑ２…直流電源の定格電流容量、Ｒ１…組電源の所要電力容量、Ｒ２…組電池の合計電力容量、Ｔ１…負荷への電力供給時間、Ｖ１…直流電源の最低使用電圧、Ｖ２…直流電源の平均電圧（定格電圧）、η１…組放電器またはインバータの効率。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Assembly battery, 2 ... Assembly discharger, 3 ... Load, 4 ... Inverter, 5 ... AC load, I1 ... Maximum output current of DC power supply, I2 ... Maximum required current of assembled battery, n1 ... Number of series connection of DC power supply , N2 ... number of series of group power supply, P1 ... required power (maximum power consumption) of load, P2 ... maximum output power of group discharger, P3 ... maximum output power of group power supply, P4 ... average power consumption of load, Q1 ... Accumulated current capacity of DC power supply (cell current capacity), Q2 ... Rated current capacity of DC power supply, R1 ... Required power capacity of assembled power supply, R2 ... Total power capacity of assembled battery, T1 ... Power supply time to load, V1 ... Minimum operating voltage of DC power supply, V2 ... Average voltage of DC power supply (rated voltage), η1 ... Efficiency of assembled discharger or inverter.

Claims (12)

複数の直流電源を直列接続してなる組電源が出力する電力を、負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力と、前記組電源を構成する前記直流電源の最大出力電流と最低使用電圧とに基づいて、前記直流電源の直列接続数を決定し、および／または、前記負荷の所要電力と、前記組電源を構成する前記直流電源の最大出力電流と最低使用電圧と、さらに、前記直流電源の平均電圧と前記組電源の所要電力容量とに基づいて、前記直流電源の蓄積電流容量を決定することを特徴とする電源システム設計方法。   In a power supply system design method for designing a power supply system that supplies power output from a combination power supply formed by connecting a plurality of DC power supplies in series to a load, the required power of the load and the DC power supply constituting the combination power supply The number of DC power supplies connected in series is determined based on the maximum output current and the minimum operating voltage, and / or the required power of the load, and the maximum output current and the minimum use of the DC power supply constituting the combined power supply. A method for designing a power supply system, comprising: determining a storage current capacity of the DC power supply based on a voltage, and further an average voltage of the DC power supply and a required power capacity of the combined power supply. 複数の直流電源を直列接続してなる組電源が出力する電力を、負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］とするとき、前記直流電源の直列接続数ｎ１を、
ｎ１≧Ｐ１／（Ｖ１×Ｉ１）
を満たす値に決定することを特徴とする電源システム設計方法。 In a power supply system design method for designing a power supply system that supplies power output from a combined power supply formed by connecting a plurality of DC power supplies in series to a load, the required power of the load is P1 [W], and the maximum output of the DC power supply When the current is I1 [A] and the minimum operating voltage of the DC power supply is V1 [V], the number n1 of series connections of the DC power supplies is
n1 ≧ P1 / (V1 × I1)
A power supply system design method characterized by determining a value satisfying 請求項２に記載の電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、前記直流電源の平均電圧をＶ２［Ｖ］、前記組電源の所要電力容量をＲ１［Ｗｈ］とするとき、前記直流電源の蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］を、
Ｑ１≧（Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ１）
を満たす値に決定すること特徴とする電源システム設計方法。 3. The power supply system design method according to claim 2, wherein the required power of the load is P1 [W], the maximum output current of the DC power supply is I1 [A], the minimum operating voltage of the DC power supply is V1 [V], When the average voltage of the DC power supply is V2 [V] and the required power capacity of the combined power supply is R1 [Wh], the accumulated current capacity Q1 [Ah] of the DC power supply is
Q1 ≧ (V1 × I1 × R1) / (V2 × P1)
A power supply system design method characterized by determining a value satisfying the above. 複数の直流電源を直列接続してなる組電源と、前記組電源からの電力を放電する組放電器とを有し、前記組電源が出力する電力を、前記組放電器を介して負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、前記組放電器の効率をη１とするとき、前記直流電源の直列接続数ｎ１を、
ｎ１≧Ｐ１／（η１×Ｖ１×Ｉ１）
を満たす値に決定すること特徴とする電源システム設計方法。 It has a group power source formed by connecting a plurality of DC power sources in series and a group discharge device that discharges the power from the group power source, and supplies the power output from the group power source to the load via the group discharge device In the power supply system design method for designing the power supply system, the required power of the load is P1 [W], the maximum output current of the DC power supply is I1 [A], the minimum operating voltage of the DC power supply is V1 [V], When the efficiency of the assembled discharger is η1, the number n1 of series connections of the DC power supplies is
n1 ≧ P1 / (η1 × V1 × I1)
A power supply system design method characterized by determining a value satisfying the above. 請求項４に記載の電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、前記組放電器の効率をη１、前記直流電源の平均電圧をＶ２［Ｖ］、前記組電源の所要電力容量をＲ１［Ｗｈ］とするとき、前記直流電源の蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］を、
Ｑ１≧（η１×Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ１）
を満たす値に決定することを特徴とする電源システム設計方法。 5. The power supply system design method according to claim 4, wherein the required power of the load is P1 [W], the maximum output current of the DC power supply is I1 [A], the minimum operating voltage of the DC power supply is V1 [V], When the efficiency of the assembled discharger is η1, the average voltage of the DC power supply is V2 [V], and the required power capacity of the assembled power supply is R1 [Wh], the accumulated current capacity Q1 [Ah] of the DC power supply is
Q1 ≧ (η1 × V1 × I1 × R1) / (V2 × P1)
A power supply system design method characterized by determining a value satisfying 複数の直流電源を直列接続してなる組電源と、前記組電源からの電力を放電する組放電器とを有し、前記組電源が出力する電力を、前記組放電器を介して負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、前記組放電器の効率をη１、前記組放電器の最大出力電力をＰ２［Ｗ］とするとき、
Ｐ２≧Ｐ１
の条件を満たし、かつ、前記直流電源の直列接続数ｎ１を、
ｎ１≧Ｐ２／（η１×Ｖ１×Ｉ１）
を満たす値に決定することを特徴とする電源システム設計方法。 It has a group power source formed by connecting a plurality of DC power sources in series and a group discharge device that discharges the power from the group power source, and supplies the power output from the group power source to the load via the group discharge device In the power supply system design method for designing the power supply system, the required power of the load is P1 [W], the maximum output current of the DC power supply is I1 [A], the minimum operating voltage of the DC power supply is V1 [V], When the efficiency of the assembled discharger is η1, and the maximum output power of the assembled discharger is P2 [W],
P2 ≧ P1
And the number n1 of series connections of the DC power supplies
n1 ≧ P2 / (η1 × V1 × I1)
A power supply system design method characterized by determining a value satisfying 請求項６に記載の電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をＰ１［Ｗ］、前記直流電源の最大出力電流をＩ１［Ａ］、前記直流電源の最低使用電圧をＶ１［Ｖ］、前記組放電器の効率をη１、前記直流電源の平均電圧をＶ２［Ｖ］、前記組電源の所要電力容量をＲ１［Ｗｈ］、前記組放電器の最大出力電力をＰ２［Ｗ］とするとき、
Ｐ２≧Ｐ１
の条件を満たし、かつ、前記直流電源の蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］を、
Ｑ１≧（η１×Ｖ１×Ｉ１×Ｒ１）／（Ｖ２×Ｐ２）
を満たす値に決定することを特徴とする電源システム設計方法。 The power supply system design method according to claim 6, wherein the required power of the load is P1 [W], the maximum output current of the DC power supply is I1 [A], the minimum operating voltage of the DC power supply is V1 [V], When the efficiency of the assembled discharger is η1, the average voltage of the DC power supply is V2 [V], the required power capacity of the assembled power supply is R1 [Wh], and the maximum output power of the assembled discharger is P2 [W],
P2 ≧ P1
And the storage current capacity Q1 [Ah] of the DC power supply is
Q1 ≧ (η1 × V1 × I1 × R1) / (V2 × P2)
A power supply system design method characterized by determining a value satisfying 請求項３，５，７のいずれかに記載の電源システム設計方法において、前記直流電源の蓄積電流容量Ｑ１［Ａｈ］よりも電流容量が小さい定格電流容量Ｑ２の直流電源により電源システムを構成する場合、前記定格電流容量Ｑ２の直流電源を前記直列接続数ｎ１台分直列接続してなる組電源を並列接続する、系列数ｎ２として
ｎ２≧Ｑ１／Ｑ２
を満たす自然数の値に決定することを特徴とする電源システム設計方法。 8. The power supply system design method according to claim 3, wherein the power supply system is configured by a DC power supply having a rated current capacity Q2 having a smaller current capacity than the storage current capacity Q1 [Ah] of the DC power supply. A series power supply in which DC power supplies of the rated current capacity Q2 are connected in series for the number n1 of series connections is connected in parallel, where n2 ≧ Q1 / Q2
A power supply system design method characterized by determining a natural number value satisfying 請求項１ないし８のいずれかに記載の電源システム設計方法において、あらかじめ定めた台数の前記直流電源を直列接続してなる電源ユニットを単位として、複数の前記電源ユニットを直列接続することにより、前記組電源を構成することを特徴とする電源システム設計方法。   The power supply system design method according to any one of claims 1 to 8, wherein a plurality of the power supply units are connected in series with a power supply unit formed by connecting a predetermined number of the DC power supplies in series. A power supply system design method, characterized in that a combined power supply is configured. 請求項１ないし９のいずれかに記載の電源システム設計方法において、前記直流電源が、電池であることを特徴とする電源システム設計方法。   10. The power supply system design method according to claim 1, wherein the DC power supply is a battery. 請求項１０に記載の電源システム設計方法において、前記電池が、二次電池であることを特徴とする電源システム設計方法。   The power supply system design method according to claim 10, wherein the battery is a secondary battery. 請求項１１に記載の電源システム設計方法において、前記二次電池が、ニッケル水素蓄電池であることを特徴とする電源システム設計方法。   The power supply system design method according to claim 11, wherein the secondary battery is a nickel metal hydride storage battery.
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