WO2017208764A1

WO2017208764A1 - 電源システム

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Publication number: WO2017208764A1
Application number: PCT/JP2017/017776
Authority: WO
Inventors: 倫也森
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2016-06-02
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2017-12-07
Also published as: EP3447892A4; EP3447892B1; US20190094951A1; CN109196761B; CN109196761A; EP3447892A1; US10353458B2; JP6451901B2; JPWO2017208764A1

Abstract

電源システム（１００）は、コンバータユニット（１２）と、コンバータユニット（１２）と並列に接続され、負荷（１３）へ電力を供給するバッテリモジュール（１４）と、負荷（１３）の軽重に応じて、コンバータ部（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）の一又は複数を停止し、停止しているコンバータ部（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）の駆動を開始する監視制御装置（１５）とを備える。バッテリモジュール（１４）の出力電圧は、一又は、いずれかのコンバータ部（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）の停止中に、コンバータユニット（１２）の出力電圧より高くなることで、負荷（１３）へ供給される。監視制御装置（１５）は、バッテリモジュール（１４）の出力電圧が、コンバータユニット（１２）の出力電圧より高くなるまでに、停止しているコンバータ部（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）の駆動を開始する。

Description

電源システム

　本発明は、負荷への電圧供給をアシストする電源システムに関する。

　特許文献１には、複数の電源ユニットを並列接続し、負荷電流に応じて動作させる電源ユニットの個数を制御する電源装置が開示されている。この電源装置は、軽負荷の場合の電力変換効率の低下を防止することで、軽負荷状態でも高い電源変換効率を維持し、省エネルギー化を図ることができる。

特開２０１２－２１００１３号公報

　特許文献１では、軽負荷時には、一又は複数の電源ユニットを停止させているが、電源ユニットが停止した状態で、軽負荷から重負荷へと負荷が急変すると、電源ユニットはすぐには起動できず、急変する負荷電流に追従できなくなる恐れがある。この場合、負荷への供給電圧が低下する。特に、負荷がサーバ等の情報処理システム機器である場合、電圧低下は不安定な動作を引き起こすおそれがある。このため、特許文献１の電源装置は、サーバ等の情報処理システム機器に適さない。

　そこで、本発明の目的は、軽負荷時の電力変換効率を高めつつ、安定した電圧を負荷へ供給する電源システムを提供することにある。

　本発明に係る電源システムは、並列接続される複数のコンバータと、前記複数のコンバータそれぞれの出力電流を平衡化する電流制御部とを有し、入力電圧を変圧し負荷へ出力するコンバータユニットと、前記負荷に対して、前記コンバータユニットと並列に接続され、前記負荷へ電力を供給する蓄電装置と、負荷電流及び前記コンバータの電流出力能力に応じて、前記複数のコンバータの一又は複数を停止する駆動停止部と、前記複数のコンバータのうち、停止しているコンバータの駆動を開始する駆動開始部と、を備え、前記蓄電装置は、前記コンバータユニットの出力電流値を取得する出力電流値取得部を備え、前記蓄電装置の出力電圧は、前記駆動停止部が前記複数のコンバータの一又は複数を停止しているときに、前記コンバータユニットの出力電圧より高くなることで、前記負荷へ供給され、前記駆動開始部は、前記出力電流値取得部にて取得した値が、前記コンバータユニットの定格負荷に対して負荷率５０％以上における任意の点で、停止しているコンバータの駆動を開始する、ことを特徴とする。

　この構成では、軽負荷時にコンバータが停止して、損失を低減し、電力変換効率を高めることができる。また、コンバータの停止中に負荷変動が起こり、重負荷となっても、蓄電装置から電力供給がアシストされるため、負荷への電力供給不足を回避できる。これにより、安定した電圧を負荷へ供給することができる。さらに、動作中のコンバータユニットの定格に対する負荷率が５０％以上の領域において、停止中のコンバータを起動させることで、各コンバータそれぞれの負荷率を下げ、効率の良い領域で動作させることができる。さらに、コンバータがすぐに起動できなくても、起動するまでの間は、蓄電装置により電力供給がアシストされる。このため、コンバータを停止させることの影響を抑制できる。

　前記コンバータユニットは定電圧を出力し、前記蓄電装置は、前記出力電流値取得部が取得する出力電流値が第１閾値以上で、前記出力電流値の増大に伴い出力電圧を上昇させる制御を行い、前記駆動開始部は、前記蓄電装置による前記出力電圧を上昇させる制御をトリガーとして、停止しているコンバータの駆動を開始する構成でもよい。

　この構成では、停止しているコンバータの起動タイミングを、蓄電装置による出力電圧を上昇させる制御に合わせることによって、蓄電装置による電力供給アシストの時間を最適化できる。

　前記コンバータユニットは、定電圧を出力し、重負荷領域では出力電圧を低下させながら駆動を継続するように設定されており、前記駆動開始部は、前記コンバータユニットの出力電圧が低下し始めた後に、停止しているコンバータの駆動を開始するする構成でもよい。

　この構成では、出力電流値取得部において取得した出力電流値に応じて、蓄電装置の出力電圧を制御することなく、蓄電装置による電力供給のアシストの間に、停止しているコンバータの駆動を開始することで、コンバータを停止させることの影響を抑制できる。

　本発明に係る電源システムは、並列接続される複数のコンバータと、前記複数のコンバータそれぞれの出力電流を平衡化する電流制御部とを有し、入力電圧を変圧し負荷へ出力するコンバータユニットと、前記負荷に対して、前記コンバータユニットと並列に接続され、前記負荷へ電力を供給する蓄電装置と、負荷電流及び前記コンバータの電流出力能力に応じて、前記複数のコンバータの一又は複数を停止する駆動停止部と、前記複数のコンバータのうち、停止しているコンバータの駆動を開始する駆動開始部と、を備え、前記蓄電装置の出力電圧は、前記駆動停止部が前記複数のコンバータの一又は複数を停止しているときに、前記コンバータユニットの出力電圧より高くなることで、前記負荷へ供給され、前記駆動開始部は、前記蓄電装置の出力電流が生じたことを検出して、停止しているコンバータの駆動を開始することを特徴とする。

　この構成では、軽負荷時にコンバータが停止して、損失を低減し、電力変換効率を高めることができる。また、コンバータの停止中に負荷変動が起こり、重負荷となっても、蓄電装置から電力供給がアシストされるため、負荷への電力供給不足を回避できる。これにより、安定した電圧を負荷へ供給することができる。さらに、蓄電装置からの出力電流をトリガーとして停止中のコンバータを起動させに行くため、回路をシンプルにできる。さらに、コンバータがすぐに起動できなくても、起動するまでの間は、蓄電装置により電力供給がアシストされる。このため、コンバータを停止させることの影響を抑制できる。

　また、前記コンバータユニットは、定電圧を出力し、重負荷領域では出力電圧を低下させながら駆動を継続するように設定された構成でもよい。

　この構成では、動作中のコンバータユニットが重負荷領域に入り、出力電圧が低下することによって、蓄電装置の出力電圧を下回る結果として、蓄電装置からの出力電流が発生し、それをトリガーとして停止中のコンバータユニットを起動させに行くため、特別な付加回路を設けることなく、コンバータを停止させることの影響を抑制できる。

　前記駆動開始部は、前記コンバータの複数が停止している場合、停止している全ての前記コンバータの駆動を開始する構成でもよい。

　この構成では、停止している複数のコンバータの駆動を開始する際に、すべてのコンバータに対して、駆動開始制御を行うため、制御が簡単となる。

　前記駆動開始部は、前記コンバータの複数が停止している場合、前記負荷に応じて、停止している全ての前記コンバータを一台又は任意の台数ずつ順に駆動を開始する構成でもよい。

　この構成では、コンバータを無駄に多く動作させることを回避して、損失を低減し、電力変換効率を向上できる。

　前記駆動停止部は、前記複数のコンバータを一台ずつ順に停止する構成でもよい。また、電力変換効率の良い稼働台数を計算し、その稼働台数となるように複数台同時に停止する構成でもよい。

　この構成では、停止するコンバータの数を最小限に抑えることができ、蓄電装置からの過度な放電を抑えることができる。

　本発明によれば、軽負荷時に１つ以上のコンバータを停止させて、動作を継続するコンバータの負荷率を上げて、より高効率領域で動作させることで損失を低減し、電力変換効率を高めることができる。また、安定した電圧を負荷へ供給することができる。さらに、負荷急変により急激に重負荷になった時には、停止中のコンバータが起動するまでの間、蓄電装置により電力供給をアシストすることで、負荷への供給電圧が低下するといった、コンバータを停止させることの影響を抑制できる。

図１は、実施形態１に係る電源システムのブロック図である。図２は、負荷電流と効率との関係を示す図である。図３は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧特性を示す図である。図４は、電源システムの動作を示すフローチャートである。図５は、停止中のＡＣ－ＤＣコンバータを起動する際の処理を示すフローチャートである。図６は、停止中のＡＣ－ＤＣコンバータを起動する際の処理を示すフローチャートである。図７は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧特性を示す図である。図８は、電源システムの動作を示すフローチャートである。図９は、実施形態３に係る電源システムのブロック図である。

（実施形態１）
　図１は、本実施形態に係る電源システム１００のブロック図である。

　電源システム１００は、商用電源１１と、コンバータユニット１２と、負荷１３Ａと、負荷１３Ｂと、負荷１３Ｃと、バッテリモジュール１４と、監視制御装置１５とを含む。

　負荷１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、例えばブレードサーバであり、筐体内に収められる。負荷１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、並列接続され、コンバータユニット１２に接続される。そして、負荷１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、コンバータユニット１２から電力が供給される。以下では、負荷１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは負荷１３で表す。

　コンバータユニット１２は、コンバータ部１２Ａと、コンバータ部１２Ｂと、コンバータ部１２Ｃとを有する。コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃそれぞれは、ＡＣ－ＤＣコンバータを有し、商用電源１１と、負荷１３との間に並列接続される。また、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃそれぞれは、ＡＣ－ＤＣコンバータをスイッチング制御する制御部１２Ａ１，１２Ｂ１，１２Ｃ１を有する。制御部１２Ａ１，１２Ｂ１，１２Ｃ１は、本発明に係る「電流制御部」の一例である。

　そして、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃそれぞれは、商用電源１１からの交流電圧（例えば２００Ｖ）を直流電圧（例えば１２Ｖ）に変換して、負荷１３へ供給する。以下、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃは、定電圧Ｖ１を出力するとして説明する。

　コンバータユニット１２は、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃを並列化して冗長性を持たせている。このため、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃの一つが故障等で停止しても、残りのコンバータ部で負荷１３へ電力供給できる。その結果、コンバータユニット１２は常時稼動した状態で、障害が発生したコンバータ部の交換が可能となる。

　コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃそれぞれは、自身の出力電流を他の出力電流と比較し、出力電流を平衡化する機能（所謂カレントシェア機能）を有している。つまり、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃの出力電流はそれぞれ同じである。この機能を有することで、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃの一台当たりの出力電流量を平衡化してストレスを軽減することで、長寿命化が図れる。

　バッテリモジュール１４は、制御部１４１と、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２と、二次電池１４３とを有する。二次電池１４３は、例えばリチウムイオン電池等である。バッテリモジュール１４は、本発明に係る「蓄電装置」の一例である。

　双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２は、コンバータユニット１２の出力部と、二次電池１４３との間に接続される。双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２は、例えば、昇圧チョッパと降圧チョッパを組み合わせた回路であって、コンバータユニット１２の出力部と、二次電池１４３との間で双方向に電圧変換する。そして、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２は、二次電池１４３の放電電圧を負荷１３へ出力し、また、コンバータユニット１２の出力電圧で二次電池１４３を充電する。

　制御部１４１は、例えばマイコンであって、カレントシェア信号を適宜受信して、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２をスイッチング制御して、前記した二次電池１４３の充放電制御を行う。カレントシェア信号は、カレントシェア機能により平衡化されるコンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの出力電流値を含む。制御部１４１は、本発明に係る「出力電流値取得部」の一例である。

　図２は、負荷電流と効率との関係を示す図である。図３は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２の出力電圧特性を示す図である。図３に示す電圧特性は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２が出力する電圧の目標値を示す。ここで、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２の出力は、負荷１３側への出力をいう。以下、バッテリモジュールの出力電圧をＶ２で表す。

　カレントシェア信号に含まれる出力電流値が閾値Ｔｈ１を超えない間は、負荷１３は軽負荷である。閾値Ｔｈ１は、例えば定格負荷に対して負荷率５０％の時の電流値であり、本発明に係る「第１閾値」の一例である。図２に示すように、この例の各コンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、負荷率５０％のときに高効率となるように設定されている。このため、負荷１３への電力供給はコンバータユニット１２の出力電力で十分に賄えるうえ、各コンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃがそれぞれ軽負荷領域で動作すると、電力変換効率が悪化するため、例えばそのうち１つを停止させることで、残り２つのコンバータ部の負荷率が上昇し、より効率の良い負荷領域で動作できる。このとき、制御部１４１は、余力があるコンバータユニット１２から出力される電圧で二次電池１４３が充電されるように、双方向ＤＣ-ＤＣコンバータ１４２を制御してもよい。

　カレントシェア信号に含まれる出力電流値が閾値Ｔｈ１を超えると、負荷１３は重負荷へと移行する。換言すると、閾値Ｔｈ１を超える状態が重負荷状態である。そして、制御部１４１は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２をスイッチング制御して、図３の電圧特性のように、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２の出力電圧を線形的に上昇させる。制御部１４１は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２による出力電圧の上昇動作を開始すると、監視制御装置１５へ開始通知信号を出力する。

　双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２の出力電圧が上昇し、コンバータユニット１２から通常出力される定電圧Ｖ１よりも高くなると、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２から負荷１３への電力供給が開始される。コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃの何れかの停止中に、負荷１３が軽負荷から重負荷へ急変した場合、停止中のコンバータ部はすぐには起動できないが、起動するまでの間、バッテリモジュール１４による電力供給アシストにより、負荷１３が電力供給不足に陥ることはない。その結果、負荷１３は安定した動作が行える。

　なお、本実施形態では、出力電流値が閾値Ｔｈ１を超えてから、双方向ＤＣ-ＤＣコンバータ１４２の出力電圧が定電圧Ｖ１を超えるまでの時間は、停止中のコンバータ部が稼働するまでの時間よりも短い。この時間は、二次電池１４３の特性、双方向ＤＣ-ＤＣコンバータ１４２のスイッチング制御等により、適宜変更できる。

　監視制御装置１５は、マイコン等を含み、負荷１３の軽重の判定、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃの動作の停止、及び、停止中のコンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃの起動等の制御を行う。監視制御装置１５は、本発明に係る「駆動停止部」及び「駆動開始部」の一例である。

　監視制御装置１５は、例えばコンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃからカレントシェア信号を受信して、負荷１３の軽重を判定する。通常、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃの出力電流は同じである。このため、監視制御装置１５は、カレントシェア信号に含まれる出力電流値から負荷電流を取得でき、負荷１３の軽重を判定できる。

　なお、負荷電流を検出する検出回路（例えば、抵抗等）を設け、監視制御装置１５は、その検出回路による検出結果から負荷１０３の軽重を判定してもよい。

　監視制御装置１５は、負荷１３が軽負荷状態である場合、負荷電流と、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃの電流出力能力とから、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃの何れかの動作を停止する。軽負荷の場合の負荷電流は小さい。そこで、軽負荷時には、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃの何れかを停止させ、他のコンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃを、最適な効率となる負荷状態で動作させることで、損失は低減する。そのことで、電力変換効率が向上する。

　ブレードサーバ等に使われる電源システムは、「８０ＰＬＵＳ（登録商標）」等の認証規格が存在し、定格負荷に対して負荷率５０％の時の電力変換効率が最も高くなるような特性が求められている（図２参照）。したがって、負荷率５０％を超えた場合、停止しているコンバータ部を起動して、各コンバータ部の負荷率を下げるようにした方が、電源システムとしての変換効率がよくなる。

　急激な負荷変動後には二次電池１４３から負荷１３へ電力が供給されるが、停止していたコンバータ部が稼働した後は、二次電池１４３からの電力供給を停止する。これにより、二次電池１４３からの過渡な放電を防ぐことができ、電源システム１００の供給電力不足に備え二次電池１４３に電力を蓄えておくことができる。

　なお、監視制御装置１５が停止するコンバータ部の数は、コンバータユニット１２が備えるコンバータ部の数、又は負荷電流等に応じて適宜変更可能である。また、監視制御装置１５は、複数のコンバータ部を停止する場合、一度にすべてのコンバータ部を停止してもよいし、一台ずつ停止してもよい。

　また、監視制御装置１５は、コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃの何れかが停止した状態で、バッテリモジュール１４から開始通知信号が入力されると、停止しているコンバータ部の駆動を開始する。本実施形態では、停止中のコンバータ部が駆動するまでは、バッテリモジュール１４により負荷１３へ電力供給が行われるため、負荷１３への電力供給不足を防ぐことができる。

　図４は、電源システム１００の動作を示すフローチャートである。

　コンバータユニット１２の動作中に、監視制御装置１５はカレントシェア信号を受信し（Ｓ１）、負荷１３が軽負荷であるか否かを判定する（Ｓ２）。軽負荷である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、監視制御装置１５は、コンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの何れかを停止し（Ｓ７）、バッテリモジュール１４は、コンバータユニット１２の出力電圧を二次電池１４３へ充電する制御を行う（Ｓ８）。

　負荷１３が軽負荷でない場合（Ｓ２：ＮＯ）、バッテリモジュール１４の制御部１４１は、カレントシェア信号に含まれる出力電流値が閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する（Ｓ３）。出力電流値が閾値Ｔｈ１以上となると（Ｓ３：ＹＥＳ）、制御部１４１は、図３の電圧特性に示すような、双方向ＤＣ-ＤＣコンバータ１４２の出力電圧を上げ、監視制御装置１５へ開始通知信号を出力する（Ｓ４）。監視制御装置１５は、停止中のコンバータ部の駆動を開始する（Ｓ５）。なお、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２の出力電圧を上げるタイミングと、監視制御装置１５へ開始通知信号を出力するタイミングを、異なる閾値に設定してもよい。

　停止中のコンバータが稼働すると、コンバータ１台あたりの出力電流が減少する。コンバータ１台あたりの出力電流が減少すると図３の特性に従いバッテリモジュールの出力電圧が低下し、「コンバータの出力電圧＞バッテリモジュールの出力電圧」となり、二次電池からの放電が停止する。これにより、二次電池からの過度な放電を防ぐことができる。

　このように、本実施形態に係る電源システムは、負荷１３の軽負荷時には、コンバータ部を停止して、損失を低減し、電力変換効率を向上できる。そして、コンバータ部の停止中に負荷が急変した場合、バッテリモジュール１４の出力電圧を上昇して定電圧Ｖ１を超えるように制御することで、バッテリモジュール１４から負荷１３への電力供給が自動的に開始される。そのため、負荷１３が電力供給不足に陥ることはない。そして、負荷１３は安定した動作が行える。

　さらに、二次電池１４３による電力供給のアシストが行われる間に停止中のコンバータ部の駆動を開始することで、コンバータ部がすぐに起動できなくても、起動するまでの間は、二次電池１４３により電力供給がアシストされる。このため、コンバータ部を停止することの影響を抑制できる。

　なお、複数台のコンバータ部が停止している場合、それらを起動する起動方法は、適宜変更可能である。

　図５及び図６は、停止中のコンバータ部を起動する際の処理を示すフローチャートである。

　図５に示す例では、監視制御装置１５は、停止しているすべてのコンバータ部を起動する（Ｓ２１）。その後、監視制御装置１５は負荷１３の負荷状態を判定する（Ｓ２２）。このとき、負荷１３の状態に対し、コンバータユニット１２からの出力電圧が十分である場合には、一つのコンバータ部を停止する（Ｓ２３）。そして、再び、監視制御装置１５は負荷１３の負荷状態を判定する（Ｓ２２）。一つのコンバータ部を停止してもなお、コンバータユニット１２の負荷率が十分低い場合には、さらに一のコンバータ部を停止する（Ｓ２３）。これを繰り返すことで、無駄なコンバータ部の動作を停止させて、損失を低減し、かつ動作を継続するコンバータ部の負荷率が高まることで、より高効率な負荷領域で運転できるため、電力変換効率を向上できる。

　図６に示す例では、監視制御装置１５は、停止中のコンバータ部の一つを起動する（Ｓ３１）。その後、監視制御装置１５は負荷１３の負荷状態を判定する（Ｓ３２）。コンバータユニット１２電力供給容量に余裕が無い場合には、監視制御装置１５は、さらに一のコンバータ部を起動する（Ｓ３１）。この場合、コンバータ部を無駄に多く動作させることを回避して、損失を低減し、電力変換効率を向上できる。

（実施形態２）
　本実施形態では、停止中のコンバータ部の駆動開始方法が、実施形態１と相違する。

　図７は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２の出力電圧特性を示す図である。なお、図７では、コンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃそれぞれの出力電圧特性を示す。図７に示す電圧特性は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２が出力する電圧の目標値を示す。

　制御部１４１は、カレントシェア信号に含まれる出力電流値にかかわらず、定電圧Ｖ２が出力されるように、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２を制御する。電圧Ｖ２は、バッテリモジュールの出力電圧である。コンバータ部１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃが通常出力する定電圧Ｖ１よりも低い。

　コンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃそれぞれは、出力電流が閾値Ｔｈ２になるまでは、定電圧Ｖ１を出力する定電圧制御を行う。閾値Ｔｈ２は、本発明に係る「第２閾値」の一例である。コンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃそれぞれは、垂下特性を有し、出力電流が閾値Ｔｈ２を超え、重負荷となると、焼損等を防ぐために過電流制限が働く。そして、負荷１３の動作を維持するために、重負荷状態でも電力供給をし続けるために、負荷電流の増加に応じて電圧を低下させる。

　コンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの何れか停止中に、負荷１３が急変した場合、稼働中のコンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの出力電流は増え、その結果、前記のように、出力電圧は低下する。そして、コンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの出力電圧が、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２の出力電圧Ｖ２よりも低下すると、バッテリモジュール１４から負荷１３への電力供給が自動的に開始される。このため、負荷１３が電力供給不足に陥ることはない。そして、負荷１３は安定した動作が行える。

　また、監視制御装置１５は、カレントシェア信号に含まれる出力電流が閾値Ｔｈ２を超えると、停止中のコンバータ部の駆動を開始する。実施形態１で説明したように、駆動を停止していたコンバータ部はすぐには起動できず、コンバータ部の停止中に負荷１３が重負荷となると、負荷１３の電圧供給不足を引き起こす。そこで、出力電圧が低下し始めるタイミングで、停止中のコンバータ部の駆動を開始することで、コンバータ部が駆動するまでは、バッテリモジュール１４により負荷１３へ電力供給が行われるため、負荷１３への電力供給不足による影響を防ぐことができる。

　図８は、電源システム１００の動作を示すフローチャートである。

　コンバータユニット１２の動作中に、監視制御装置１５は、例えばカレントシェア信号に含まれる出力電流値から、負荷１３が軽負荷であるか否かを判定する（Ｓ４１）。軽負荷である場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、監視制御装置１５は、コンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの何れかを停止し（Ｓ４６）、バッテリモジュール１４は、コンバータユニット１２の出力電圧を二次電池１４３へ充電する制御を行う（Ｓ４７）。

　負荷１３が軽負荷でない場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、バッテリモジュール１４の制御部１４１は、定電圧Ｖ２を出力する（Ｓ４２）。出力電流値が閾値Ｔｈ２以上となると（Ｓ４３：ＹＥＳ）、監視制御装置１５は、停止中のコンバータ部の駆動を開始する（Ｓ４４）。

　監視制御装置１５は、停止中のコンバータ部が稼働したか否かを判定する（Ｓ４５）。稼働していない場合（Ｓ４５：ＮＯ）、監視制御装置１５はＳ４５の処理を実行する。稼働した場合（Ｓ４５：ＹＥＳ）、コンバータ１台あたりの出力電流が減少する。コンバータ１台あたりの出力電流が減少すると図７の特性に従いコンバータの出力電圧が上昇し、「コンバータの出力電圧＞バッテリモジュールの出力電圧」となり、二次電池からの放電が停止する。これにより、二次電池からの過度な放電を防ぐことができる。

　このように、本実施形態に係る電源システムは、負荷１３の軽負荷時には、コンバータ部を停止して、損失を低減し、電力変換効率を向上できる。そして、コンバータ部の停止中に負荷が急変した場合、コンバータ部の出力電圧が、バッテリモジュール１４の出力電圧Ｖ２より下回ると、バッテリモジュール１４から負荷１３への電力供給が自動的に開始させることができる。負荷１３が電力供給不足に陥ることはない。そして、負荷１３は安定した動作が行える。

　なお、上述した実施形態の監視制御装置１５が有する機能は、コンバータユニット１２又はバッテリモジュール１４に持たせるようにしてもよい。また、コンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、ＡＣ－ＤＣコンバータを有するとして説明したが、電源が直流電源である場合には、コンバータ部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、ＤＣ－ＤＣコンバータを有する構成であってもよい。

（実施形態３）
　以下に、実施形態３に係る電源システムについて説明する。

　図９は、実施形態３に係る電源システム１０１のブロック図である。

　実施形態１，２のバッテリモジュール１４の制御部１４１はカレントシェア信号を受信し、二次電池１４３の充放電制御を行っている。これに対し、本実施形態では、バッテリモジュール１４の制御部１４１は、カレントシェア信号を受信せずに、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４２をスイッチング制御して、二次電池１４３の放電制御を行う。つまり、本実施形態では、コンバータ部の出力電圧が低下してから、バッテリモジュール１４による電圧供給のアシストが行われる。

　監視制御装置１５は、出力電流検出部１４４から出力電流信号を受信し、バッテリモジュール１４の放電を検知する。そして、監視制御装置１５は、バッテリモジュール１４の出力電流が生じたことをトリガーとして、停止中のコンバータ部の駆動を開始する。

　なお、コンバータユニット１２は、実施形態２と同様に、定電圧を出力し、重負荷領域では出力電圧を低下させながら駆動を継続するように設定される。

　この構成であっても、コンバータの停止中に負荷変動が起こっても、負荷１３への電力供給不足を回避できる。そして、安定した電圧を負荷へ供給することができる。さらに、動作中のコンバータユニット１２が重負荷領域に入り、コンバータユニット１２の出力電圧が、バッテリモジュール１４の出力電圧を下回る結果として、バッテリモジュール１４からの出力電流が発生する。そして、それをトリガーとして停止中のコンバータ部を起動させるため、電源システム１０１の回路をシンプルにできる。さらに、コンバータ部がすぐに起動できなくても、起動するまでの間は、蓄電装置により電力供給がアシストされる。このため、コンバータ部を停止させることの影響を抑制できる。

Ｔｈ１…閾値（第１閾値）
Ｔｈ２…閾値（第２閾値）
１１…商用電源
１２…コンバータユニット
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…コンバータ部
１２Ａ１，１２Ｂ１，１２Ｃ１…制御部（電流制御部）
１３…負荷
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…負荷
１４…バッテリモジュール
１５…監視制御装置
１００，１０１…電源システム
１０３…負荷
１４１…制御部（電流値取得部）
１４２…双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ
１４３…二次電池（蓄電装置）
１４４…出力電流検出部

Claims

　並列接続される複数のコンバータと、前記複数のコンバータそれぞれの出力電流を平衡化する電流制御部とを有し、入力電圧を変圧し負荷へ出力するコンバータユニットと、
　前記負荷に対して、前記コンバータユニットと並列に接続され、前記負荷へ電力を供給する蓄電装置と、
　負荷電流及び前記コンバータの電流出力能力に応じて、前記複数のコンバータの一又は複数を停止する駆動停止部と、
　前記複数のコンバータのうち、停止しているコンバータの駆動を開始する駆動開始部と、
　を備え、
　前記蓄電装置は、
　前記コンバータユニットの出力電流値を取得する出力電流値取得部を備え、
　前記蓄電装置の出力電圧は、
　前記駆動停止部が前記複数のコンバータの一又は複数を停止しているときに、前記コンバータユニットの出力電圧より高くなることで、前記負荷へ供給され、
　前記駆動開始部は、
　前記出力電流値取得部にて取得した値が、前記コンバータユニットの定格負荷に対して負荷率５０％以上における任意の点で、停止しているコンバータの駆動を開始する、
　電源システム。
　前記コンバータユニットは定電圧を出力し、
　前記蓄電装置は、
　前記出力電流値取得部が取得する出力電流値が第１閾値以上で、前記出力電流値の増大に伴い出力電圧を上昇させる制御を行い、
　前記駆動開始部は、
　前記蓄電装置による前記出力電圧を上昇させる制御をトリガーとして、停止しているコンバータの駆動を開始する、
　請求項１に記載の電源システム。
　前記コンバータユニットは、定電圧を出力し、重負荷領域では出力電圧を低下させながら駆動を継続するように設定されており、
　前記駆動開始部は、
　前記コンバータユニットの出力電圧が低下し始めた後に、停止しているコンバータの駆動を開始する、
　請求項１に記載の電源システム。
　並列接続される複数のコンバータと、前記複数のコンバータそれぞれの出力電流を平衡化する電流制御部とを有し、入力電圧を変圧し負荷へ出力するコンバータユニットと、
　前記負荷に対して、前記コンバータユニットと並列に接続され、前記負荷へ電力を供給する蓄電装置と、
　負荷電流及び前記コンバータの電流出力能力に応じて、前記複数のコンバータの一又は複数を停止する駆動停止部と、
　前記複数のコンバータのうち、停止しているコンバータの駆動を開始する駆動開始部と、
　を備え、
　前記蓄電装置の出力電圧は、
　前記駆動停止部が前記複数のコンバータの一又は複数を停止しているときに、前記コンバータユニットの出力電圧より高くなることで、前記負荷へ供給され、
　前記駆動開始部は、前記蓄電装置の出力電流が生じたことを検出して、停止しているコンバータの駆動を開始する、
　電源システム。
　前記コンバータユニットは、定電圧を出力し、重負荷領域では出力電圧を低下させながら駆動を継続するように設定された、
　請求項４に記載の電源システム。
　前記駆動開始部は、
　前記コンバータの複数が停止している場合、停止している全ての前記コンバータの駆動を開始する、
　請求項１から５の何れかに記載の電源システム。
　前記駆動開始部は、
　前記コンバータの複数が停止している場合、前記負荷に応じて、停止している全ての前記コンバータを、任意台数同時に駆動を開始する、
　請求項１から６の何れかに記載の電源システム。
　前記駆動停止部は、
　前記複数のコンバータを一台ずつ順に停止する、
　請求項１から７の何れかに記載の電源システム。