本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)，特別涉及包括鋰離子二次電池等蓄電設(shè)備、雙向的DC-DC轉(zhuǎn)換器等的能量再生蓄電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鋰離子二次電池作為輕量且高能量密度的蓄電設(shè)備，主要應(yīng)用于移動用途。近年來，鋰離子二次電池的高輸出化得到發(fā)展，也逐漸被采用到混合動力汽車、混合動力鐵道車輛等大型的移動體用途中。作為鋰離子二次電池的開發(fā)趨勢，分岔為如圖5所示的兩極化發(fā)展，即大容量且高能量密度化的開發(fā)以及小容量且高輸出密度化的開發(fā)。作為蓄電設(shè)備的用途，多數(shù)情況下峰值輸出高但為瞬時值。在僅用上述的兩極化發(fā)展的蓄電設(shè)備中的、大容量且高能量密度的蓄電設(shè)備構(gòu)成的情況下，將搭載所需以上的能量。另一方面，在僅用小容量且高輸出密度的蓄電設(shè)備構(gòu)成的情況下，為具有所需以上的輸出的結(jié)構(gòu)。這樣，無論采用哪一方的蓄電設(shè)備的情況下，都為具有不必要的能量或輸出的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致蓄電系統(tǒng)重量增加、體積增大、高成本化。因此，提出有經(jīng)由雙向的DC-DC轉(zhuǎn)換器來連接高輸出型的蓄電設(shè)備和高容量型的蓄電設(shè)備的例子。

例如，在專利文獻(xiàn)1的電源系統(tǒng)中，僅對輔助二次電池塊配置DC-DC轉(zhuǎn)換器。而且，記載有通過DC-DC轉(zhuǎn)換器將輔助二次電池塊的輸出電壓升壓至與主二次電池塊相當(dāng)，從而使輔助二次電池塊以及主二次電池塊并行動作，對負(fù)載進(jìn)行充放電。在專利文獻(xiàn)1的發(fā)明中，主二次電池塊必須不經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器連接，輔助二次電池塊必須經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器連接。

在專利文獻(xiàn)2中，作為混合動力汽車和電動汽車等電動車輛的用途，介紹有如下的電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：對經(jīng)由雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器而與第1蓄電裝置并聯(lián)連接的第2蓄電裝置2升壓并使用，通過繼電器的通斷來進(jìn)行控制。

在專利文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu)中，以將2個高壓電池既能夠各自單獨(dú)連接又能夠并聯(lián)連接的方式配置繼電器。但是，在這樣的結(jié)構(gòu)中，第1蓄電裝置必須不經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器而連接，第2蓄電裝置2必須經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器而連接。在這樣規(guī)定了經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器的蓄電裝置和不經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器的蓄電裝置時，根據(jù)負(fù)載模式有時效率惡化，應(yīng)用范圍狹窄。進(jìn)而，在考慮到蓄電裝置的壽命的情況下，需要作出考慮到蓄電裝置的電壓和容量的結(jié)構(gòu)。

另一方面，在構(gòu)成為通過開關(guān)(switch)得到電力的多個供給路徑的情況下，因?yàn)橐紤]各種各樣的電力路徑，所以需要考慮到安全的設(shè)計。二次電池是能夠充電的電池，但在過充電狀態(tài)時，鉛蓄電池、鎳氫電池或鎳鎘電池中將發(fā)生水的電解，在內(nèi)壓上升時引起發(fā)熱。另一方面，在鋰離子二次電池或雙層電容器中，對電解液使用有機(jī)溶劑，所以有可能發(fā)生電解液分解反應(yīng)。

在使用這樣的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的多電源系統(tǒng)中，通過開關(guān)的接通/斷開，能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出蓄電設(shè)備的并聯(lián)連接，但在根據(jù)功率運(yùn)行模式和再生的模式而斷開經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器連接的蓄電設(shè)備、并以高輸出型的蓄電設(shè)備為主的情況下，不經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器而進(jìn)行能量的授受的一方效率高。另一方面，在進(jìn)行開關(guān)的接通/斷開的情況下，電力的路徑復(fù)雜化，在發(fā)生故障的情況下也需要應(yīng)對措施。

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2010-110124號公報

專利文獻(xiàn)2：WO2012-085992號公報

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

以往的電源系統(tǒng)構(gòu)成為如上述那樣，所以在經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器連接多個蓄電裝置并通過開關(guān)的接通/斷開來構(gòu)成適合的電力路徑的、使用二次電池的多電源系統(tǒng)中，難以構(gòu)成為效率良好地進(jìn)行電力的授受，并且蓄電裝置能夠保持不易過充電或過放電的狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明是為了解決這樣的問題而完成的，本發(fā)明的目的在于提供如下結(jié)構(gòu)：在經(jīng)由雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器連接多個蓄電裝置、并通過開關(guān)的接通/斷開而構(gòu)成適合的電力路徑的多電源系統(tǒng)中，效率良好地進(jìn)行電力的授受，并且即使第1蓄電裝置與第2蓄電裝置被電連接也不成為過充電狀態(tài)，蓄電裝置能夠保持穩(wěn)定的狀態(tài)。

也就是說，目的在于提供如下的電源系統(tǒng)：效率良好地進(jìn)行電力的授受，并且蓄電裝置能夠保持不易過充電或過放電的狀態(tài)。

本發(fā)明的電源系統(tǒng)具備：第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置，相對于電力授受設(shè)備并聯(lián)連接；雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行第1蓄電裝置與第2蓄電裝置之間的電力的授受；開關(guān)，使第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置分別獨(dú)立地從所述負(fù)載裝置切斷；以及控制裝置，控制開關(guān)以及所述DC-DC轉(zhuǎn)換器。另外，本發(fā)明的電源系統(tǒng)的特征在于，在設(shè)第1蓄電裝置的標(biāo)稱電壓為Va、第1蓄電裝置的額定容量為U1、第2蓄電裝置的標(biāo)稱電壓為Vb、第2蓄電裝置的額定容量為U2的情況下，關(guān)于第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置，構(gòu)成為第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置滿足關(guān)系式Va<Vb、U1>U2，并且，將第1的蓄電裝置的標(biāo)稱電壓Va、第1蓄電裝置的額定容量U1、第2蓄電裝置的標(biāo)稱電壓Vb、第2蓄電裝置的額定容量U2設(shè)定為電能從第2蓄電裝置向第1蓄電裝置移動時上升的第1蓄電裝置的電壓不超過預(yù)定的上限值V1Hlim、或者第1蓄電裝置的容量不超過預(yù)定的上限值U1lim。

在本發(fā)明的電源系統(tǒng)中，構(gòu)成為上述那樣，所以能夠得到蓄電裝置能夠保持不易過充電或過放電的狀態(tài)的電源系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的電源系統(tǒng)的示意圖。

圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的蓄電裝置的電壓-容量特性的概略圖。

圖3是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的蓄電裝置的電壓-電力量特性的概略圖。

圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的電源系統(tǒng)的動作的流程圖。

圖5是示出大容量高能量密度和小容量高輸出密度的蓄電設(shè)備的關(guān)系的圖。

附圖標(biāo)記說明

1：第1蓄電裝置；2：第2蓄電裝置；3：雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器；4：控制裝置；11：第3開關(guān)；12：第1開關(guān)；13：第2開關(guān)；21：電流傳感器；22：電流傳感器；23：電流傳感器；24：電流傳感器；31：平滑電容器；40：電力授受設(shè)備；41：逆變器；42：電動發(fā)動機(jī)；51：第1電力路徑；52：第2電力路徑；53：負(fù)極側(cè)電力線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施方式1

首先，參照附圖對本發(fā)明的電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。另外，附圖是示意圖，概念性地說明功能和構(gòu)造。另外，附圖并未反映所示部件的準(zhǔn)確的大小等。除了特別記載的情況以外，電源系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)在全部的實(shí)施方式中是共同的。另外，標(biāo)記有相同的符號的組件是相同或與其相當(dāng)?shù)慕M件，這一點(diǎn)在說明書的全文中是共同的。

圖1是示意地示出本實(shí)施方式的電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概略圖。以下參照圖1來說明本實(shí)施方式的電源系統(tǒng)。

另外，在本實(shí)施方式中，作為電力授受設(shè)備40的一個例子說明組合有電動發(fā)動機(jī)42與逆變器41的例子，但只要是消耗電力的負(fù)載與具有發(fā)電功能的裝置的組合即可，不限于組合有電動發(fā)動機(jī)與逆變器的設(shè)備。例如，具有消耗電力的電器的設(shè)備與太陽能發(fā)電設(shè)備構(gòu)成的電力授受的組合也包含于本發(fā)明的電力授受設(shè)備。

在圖1中，本實(shí)施方式的電源系統(tǒng)具備電動發(fā)動機(jī)42、逆變器41、第1蓄電裝置1、第2蓄電裝置2、雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3、平滑電容器31、開關(guān)(11、12、13)以及控制裝置4。逆變器41將電動發(fā)動機(jī)42產(chǎn)生的交流電力變換為直流電力、或者從電源系統(tǒng)對電動發(fā)動機(jī)供給所需的交流電力。電動發(fā)動機(jī)42是有時為消耗電力的負(fù)載有時為發(fā)電機(jī)的裝置，所以相當(dāng)于電力授受設(shè)備。另外，雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3是能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的升壓和降壓的雙向的DC-DC轉(zhuǎn)換器，是能夠在低電壓側(cè)的第1蓄電裝置與高電壓側(cè)的第2蓄電裝置之間雙向控制直流電力的DC-DC轉(zhuǎn)換器。雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3有時還被稱為可逆轉(zhuǎn)換器、可逆式轉(zhuǎn)換器、可逆型轉(zhuǎn)換器、可逆斬波器等，但都是相同的意思。另外，第1蓄電裝置1是高容量的蓄電裝置。第2蓄電裝置2是高輸出的蓄電裝置。

在第1蓄電裝置1的標(biāo)稱電壓為Va、第1蓄電裝置1的額定容量為U1、第2蓄電裝置2的標(biāo)稱電壓為Vb、第2蓄電裝置2的額定容量為U2時，將第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置設(shè)定為滿足關(guān)系式Va<Vb、U1>U2。因?yàn)閂a<Vb，所以從第1蓄電裝置1經(jīng)由雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3而對第2蓄電裝置2供給電力的情況為升壓動作。相反，從第2蓄電裝置向第1蓄電裝置2的電力供給為降壓動作。

此處，所謂高容量的蓄電裝置是指在使用放電容量(單位是Ah)不同的2種蓄電裝置時，將放電容量大的一方的蓄電裝置稱為高容量的蓄電裝置。另外，在使用2種蓄電裝置時，在電池的最小單元即1個單元放電容量小、但并聯(lián)連接2個單元以上來增大放電容量的情況下，比較并聯(lián)連接后的放電容量，將放電容量高的一方的蓄電裝置稱為高容量的蓄電裝置。

另外，所謂高輸出的蓄電裝置是指在使用蓄電裝置能夠輸入輸出的電力(單位是W)不同的2種蓄電裝置時，將能夠輸入輸出的電力大的一方的蓄電裝置稱為高輸出的蓄電裝置。另外，在使用2種蓄電裝置時，在電池的最小單元即1個單元能夠輸入輸出的電力小，但并聯(lián)連接2個單元以上來增大能夠輸入輸出的電力的情況下，比較并聯(lián)連接后的電力，將電力高的一方的蓄電裝置稱為高輸出的蓄電裝置。

此處，將2種蓄電裝置進(jìn)行比較來使用，所以此時可以認(rèn)為是高容量且高輸出的情況，但在該情況下，以高容量優(yōu)先，稱為高容量的蓄電裝置。

另外，蓄電裝置的電壓可變，商品說明書等中所顯示的多為標(biāo)稱電壓。此處，標(biāo)稱電壓是指蓄電裝置制造商公布的電壓的值，有時表示滿充電時的電力量除以額定容量而得到的額定電壓值、或平均電壓。因此，標(biāo)稱電壓為包含額定電壓、平均電壓的電壓值。

同樣地，蓄電裝置的容量可變，所以商品說明書等中所顯示的多為額定容量。額定容量有表示從滿充電時以制造商規(guī)定的電流值放電時的放電容量的情況、或表示滿充電時的蓄電容量的情況。額定容量也有與制造商公布的容量值即標(biāo)稱容量為同義詞的情況，所以額定容量為包含標(biāo)稱容量、滿充電時的蓄電容量的詞語。

另外，圖中的符號以及本實(shí)施方式中說明的符號的意思如下所示。

Va：第1蓄電裝置的標(biāo)稱電壓或額定電壓或平均電壓

U1：第1蓄電裝置的標(biāo)稱容量或額定容量或滿充電時的蓄電容量

V1：第1蓄電裝置的電壓

V1max：充入了第1蓄電裝置的額定容量的電時的電壓或上限電壓

V1min：釋放了第1蓄電裝置的額定容量的電時的電壓或下限電壓

V1Hlim：能夠向第1蓄電裝置安全充電的最大電壓(安全最大電壓)

U1lim：能夠向第1蓄電裝置安全蓄電的容量(安全最大容量)

Wh1：第1蓄電裝置的標(biāo)稱電力量或額定電力量

Vb：第2蓄電裝置的標(biāo)稱電壓或額定電壓或平均電壓

U2：第2蓄電裝置的標(biāo)稱容量或額定容量或滿充電時的蓄電容量

V2：第2蓄電裝置的電壓

V2max：充入了第2蓄電裝置的額定容量的電時的電壓或上限電壓

V2Hlim：能夠向第2蓄電裝置安全充電的最大電壓(安全最大電壓)

V2min：釋放了第2蓄電裝置的額定容量的電時的電壓或下限電壓

V2Llim：第2蓄電裝置能夠安全放電的最小電壓(安全最小電壓)

U2lim：能夠向第2蓄電裝置安全蓄電的容量(安全最大容量)

Wh2：第2蓄電裝置的標(biāo)稱電力量或額定電力量

Vc：平滑電容器的電壓

V12max：V1max的第1蓄電裝置和V2max的第2蓄電裝置在由于系統(tǒng)異常而被電連接時接近的電壓值

V12min：V1min的第1蓄電裝置和V2min的第2蓄電裝置在由于系統(tǒng)異常而被并聯(lián)電連接時接近的電壓值

ΔU1：從電壓高的第2蓄電裝置流入到電壓低的第1蓄電裝置的電流容量

ΔV1：從電壓高的第2蓄電裝置對第1蓄電裝置流入電流容量ΔU時的第1蓄電裝置的電壓增加值

在第1蓄電裝置1和第2蓄電裝置2之間配置有雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3。雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的升壓和降壓，并且是能夠在第1蓄電裝置1和第2蓄電裝置2之間進(jìn)行電力的授受的雙向的DC-DC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)開關(guān)的連接方法，雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3在第1蓄電裝置1和逆變器之間、第2蓄電裝置2和逆變器41之間進(jìn)行電力的授受。

例如，電動發(fā)動機(jī)42可以例舉三相繞組型感應(yīng)電動機(jī)或永久磁鐵型的三相同步發(fā)電機(jī)等，但不限于此處所述。電動發(fā)動機(jī)42在再生動作時被使用為發(fā)電機(jī)，在功率運(yùn)行動作時被使用為產(chǎn)生驅(qū)動力的電動機(jī)。在本實(shí)施方式中，將電動發(fā)動機(jī)42舉例為負(fù)載裝置以及發(fā)電裝置，但這是一個例子，也可以將發(fā)電裝置設(shè)為太陽能電池面板、將負(fù)載設(shè)為家庭用負(fù)載設(shè)備。

再生時的發(fā)電電力通過逆變器41從交流電力變換為直流電力并供給到多電源系統(tǒng)。此處，多電源系統(tǒng)具體是如圖1所示的電源系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包括：不同容量、不同電壓的第1蓄電裝置1以及第2蓄電裝置2；連接第1蓄電裝置1以及第2蓄電裝置2的開關(guān)；進(jìn)行電壓調(diào)整的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3等。另外，在本實(shí)施方式中，將電動發(fā)動機(jī)42那樣的消耗電力、進(jìn)行再生時的發(fā)電的結(jié)構(gòu)作為電力授受設(shè)備40。

另外，在功率運(yùn)行時從多電源系統(tǒng)供給直流電力，并且在逆變器41中被變換為交流而對電動機(jī)供給交流電力。作為逆變器41是常見的三相逆變器，使用可變電壓可變頻率(VVVF)控制、脈寬調(diào)制(PWM)控制的逆變器來進(jìn)行雙向的DC-AC變換。其中，在電動發(fā)動機(jī)42為直流的情況下不需要逆變器41，所以對于電力授受設(shè)備40而言未必需要逆變器41。

平滑電容器31相對于逆變器41并聯(lián)配置，是為了平滑在逆變器41中產(chǎn)生的脈沖電流而配置的。

雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3包括功率用半導(dǎo)體開關(guān)元件、二極管、電容器、電抗器等。作為功率用半導(dǎo)體開關(guān)元件，使用IGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor：絕緣柵雙極型晶體管)或功率用MOS-FET、功率用雙極型晶體管等能夠進(jìn)行導(dǎo)通截止控制的開關(guān)元件。另外，能夠?qū)⑹褂蒙鲜鲈姆墙^緣式雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3或使用變壓器的絕緣式雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3等作為雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器3來使用。

對第1蓄電裝置1使用高容量的二次電池。特別是，在移動體的用途中，重視高重量能量密度和高體積能量密度，所以使用鋰離子二次電池。另一方面，在固定位置型的用途中，因?yàn)橐部紤]不重視能量密度的情況，所以第1蓄電裝置1只要是高容量的蓄電設(shè)備即可。

第1蓄電裝置1承擔(dān)系統(tǒng)的大部分的能量輸出。因此第1蓄電裝置1的充電狀態(tài)(SOC：State of Charge：荷電狀態(tài))被充電到接近100％的高SOC。作為第1蓄電裝置1的鋰離子二次電池在SOC接近100％的高SOC下進(jìn)行再生等高速充電時，由于電壓變動而達(dá)到上限電壓，所以優(yōu)選在第2蓄電裝置2中在95％以上的SOC下進(jìn)行高速充電。

對第2蓄電裝置2使用鋰離子二次電池或鎳氫電池、雙層電容器等高輸出的蓄電設(shè)備。也就是說，與第1蓄電裝置1相比較，第2蓄電裝置2是小容量且高輸出密度的蓄電裝置。此處，構(gòu)成多電源系統(tǒng)的要素的第2蓄電裝置2的主要用途是對在作為電力授受設(shè)備的電動發(fā)動機(jī)42中產(chǎn)生的再生電力進(jìn)行蓄電以及供給瞬時電力。

第1蓄電裝置1重視高能量密度，所以不適于應(yīng)對高輸入輸出的瞬時電力，為了應(yīng)對高輸入輸出電力，需要增加蓄電裝置的搭載量來增加電力容量。但是，在該情況下，搭載有不必要的電力容量，所以導(dǎo)致大型化、高成本化。第2蓄電裝置2的主要目的在于減少第1蓄電裝置1的高輸入輸出的電力負(fù)擔(dān)，并承擔(dān)電力再生和高輸出的電力。另外，第2蓄電裝置2進(jìn)行高速充放電，所以優(yōu)選第2蓄電裝置2的SOC避開100％，而以SOC50％～70％附近為中心來使用。具體而言，優(yōu)選將使用區(qū)域設(shè)為SOC20％～SOC90％左右。

另外，在鉛蓄電池或鎳氫電池中，在SOC接近100％的高SOC下充電極化增大，充電效率極端惡化。在鉛蓄電池或鎳氫電池中，在高SOC的高速的充電時，能量用于作為電解液溶劑的水的分解，引起由分解能量而導(dǎo)致的發(fā)熱。因此，存在出現(xiàn)電池溫度上升而縮短電池的壽命的情況。因此，優(yōu)選避開接近滿充電的狀態(tài)下的高速充電的方案，具體而言，在能量效率方面，也避開90％以上的SOC下的使用為好。

在第1蓄電裝置1是鋰離子二次電池的情況下，作為例示，標(biāo)稱電壓Va為2.0V～4.2V×單元數(shù)。但是，標(biāo)稱電壓Va根據(jù)所使用的活性物質(zhì)而不同。同樣地，作為例示，在對正極使用鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰以及它們的混合系活性物質(zhì)并對負(fù)極使用碳材料的情況下，單個單元的標(biāo)稱電壓Va為3.6V～3.8V，在對負(fù)極使用鈦酸鋰的情況下，單個單元的標(biāo)稱電壓Va為2.2V～2.5V。在對正極使用磷酸鐵鋰并對負(fù)極使用碳材料的情況下，單個單元的標(biāo)稱電壓Va為3.2V～3.3V。

另外，關(guān)于第2蓄電裝置2是二次電池的情況，同樣地將標(biāo)稱電壓示出為Vb。第2蓄電裝置2是雙層電容器或電容器時，Vb也可以不是標(biāo)稱電壓而以常用上限電壓示出。作為例示，Vb在鎳氫電池的情況下多以1.2V×單元數(shù)示出。在鉛蓄電池的情況下多以2.0V×單元數(shù)示出，但也有如汽車用途的鉛蓄電池那樣，在內(nèi)部串聯(lián)6個單元而成的12V單位的電池、或者串聯(lián)12個單元而成的24V單位的鉛蓄電池，不限于此。在第2蓄電裝置2是鋰離子二次電池的情況下，與第1蓄電裝置1同樣地，Vb為2.0V～4.2V×單元數(shù)。

接下來，對第1蓄電裝置1和第2蓄電裝置2的關(guān)系進(jìn)行說明。

首先，在本實(shí)施方式中，設(shè)第1蓄電裝置1的電壓為V1、第2蓄電裝置2的電壓為V2。第1蓄電裝置1的電壓V1以及第2蓄電裝置2的電壓V2可變，但構(gòu)成為V1<V2。

此處，在組成電池的系統(tǒng)時，不顯示V1、V2這樣的可變的電池電壓，而以標(biāo)稱電壓來表示。以V1的代表值即第1蓄電裝置1的標(biāo)稱電壓Va和V2的代表值即第2蓄電裝置2的標(biāo)稱電壓Vb來表示。

在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為Va<Vb。

另外，第1蓄電裝置1的蓄電容量表示為U1，第2蓄電裝置2的蓄電容量表示為U2，構(gòu)成為U1>U2。

另外，第1蓄電裝置1的蓄電容量為U1，U1表示從電池的標(biāo)稱容量、額定容量或滿充電狀態(tài)開始的放電容量，在鋰離子二次電池中，例如以1小時率容量示出。

此處，1小時率容量是以用1小時對電池的標(biāo)稱容量或額定容量放電時的電流值進(jìn)行放電時的放電容量。例如，是以5A對額定容量5Ah的電池進(jìn)行放電時的放電電容。

另外，第2蓄電裝置2的蓄電容量U2也同樣地，表示從電池的標(biāo)稱容量、額定容量或滿充電狀態(tài)開始的放電容量。另外，通常將U2滿充電的狀態(tài)表示為SOC100％。另外，在鋰離子二次電池或鎳氫電池中，U2多表示1小時率容量，而在鉛蓄電池中U2多表示5小時率容量。此處，5小時率容量表示能夠使額定容量U1Ah(安培小時)的電池以U1/5的電流值流動5小時的容量。例如以1A對額定容量5Ah的電池放電時的放電容量是5小時率容量。其中，蓄電裝置的蓄電容量表示根據(jù)制造商而不同，所以不限于此。

進(jìn)而，設(shè)第1蓄電裝置1的電力量為Wh1、第2蓄電裝置2的電力量為Wh2時，設(shè)定為Wh1>Wh2。

第1蓄電裝置1的電力量Wh1表示電池的標(biāo)稱電力量或額定電力量，以Wh1＝Va×U1表示。

另外，第2蓄電裝置2的電力量Wh2也同樣地表示標(biāo)稱電力量或額定電力量，以Wh2＝Vb×U2表示。

在第2蓄電裝置2是雙層電容器的情況下，設(shè)所使用的雙層電容器的靜電容量為CF(法拉)時，在該情況下，

Wh2＝(C×Vb²)/2÷3600(單位是Wh)。

此處，在第1蓄電裝置1中，在被充入了滿充電的蓄電容量U1的電時，為通常使用時的最大電壓。設(shè)此時的電壓為V1max。換言之，V1max為第1蓄電裝置1的SOC100％的電壓。

假如，在由于系統(tǒng)異常而第1蓄電裝置1與電壓高的第2蓄電裝置2被電連接的情況下，電流從電壓高的第2蓄電裝置2向電壓低的第1蓄電裝置1流動，從而電壓變?yōu)橄嗟?。此時，設(shè)從第2蓄電裝置2流入到第1蓄電裝置1的電流容量為ΔU，設(shè)此時的第1蓄電裝置1的電壓增加為ΔV1。

接下來，對在本發(fā)明的多電源系統(tǒng)中，電壓低的第1蓄電裝置1與電壓高的第2蓄電裝置2由于系統(tǒng)異常而被電連接的情況進(jìn)行說明。

現(xiàn)在，設(shè)能量從電壓高的第2蓄電裝置2移動到電壓低的第1蓄電裝置1時的能量移動量為ΔWh。

此處，設(shè)高容量的第1蓄電裝置1的安全最大電壓為V1Hlim時，需要設(shè)定為即使第1蓄電裝置1接收ΔU1的容量而電壓V1上升ΔV1，也不會變?yōu)椴话踩闹?。即，需要設(shè)為V1Hlim≥V1max+ΔV1。

另外，設(shè)能夠向第1蓄電裝置1安全蓄電的容量(安全最大容量)為U1lim時，需要U1lim≥U1+ΔU1。

即，只要將第1蓄電裝置、第2蓄電裝置構(gòu)成為Va<Vb、U1>U2，并設(shè)計為不超過安全最大電壓V1Hlim，則能夠?qū)崿F(xiàn)即使在DC-DC轉(zhuǎn)換器異常時或者在開關(guān)切換中發(fā)生故障的情況下也能夠安全地充放電的多電源系統(tǒng)。

此處，將上述的發(fā)明概括如下。

本實(shí)施方式的電源系統(tǒng)具備：第1(1)蓄電裝置以及第2(2)蓄電裝置，相對于電力授受設(shè)備(40)并聯(lián)連接；雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器(3)，進(jìn)行第1(1)蓄電裝置與第2(2)蓄電裝置之間的電力的授受；開關(guān)，使第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置各自獨(dú)立地從負(fù)載裝置切斷；以及控制裝置(4)，對開關(guān)以及DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制。進(jìn)而，在設(shè)第1蓄電裝置的標(biāo)稱電壓為Va、第1蓄電裝置的額定容量為U1、第2蓄電裝置的標(biāo)稱電壓為Vb、第2蓄電裝置的額定容量為U2的情況下，關(guān)于第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置，第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置被構(gòu)成為滿足關(guān)系式Va<Vb、U1>U2，并且，將第1蓄電裝置的標(biāo)稱電壓Va、第1蓄電裝置的額定容量U1、第2蓄電裝置的標(biāo)稱電壓Vb以及第2蓄電裝置的額定容量U2設(shè)定為在電能從第2蓄電裝置向第1蓄電裝置移動時，上升的第1蓄電裝置的電壓不超過預(yù)定的上限值V1Hlim或者第1蓄電裝置的容量不超過預(yù)定的上限值U1lim。也就是說，第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置的標(biāo)稱電壓(Va、Vb)、額定容量(U1、U2)是作為各自的蓄電池的設(shè)計規(guī)格在制造時制定的。另外，上限值(V1Hlim、U1lim)是根據(jù)蓄電池的設(shè)計規(guī)格而確定的蓄電池的基準(zhǔn)值。

另外，本實(shí)施方式的使第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置各自獨(dú)立地從負(fù)載裝置切斷的開關(guān)包括：第1開關(guān)(12)，配置于第1蓄電裝置(1)與電力授受設(shè)備(40)之間；以及第2開關(guān)(13)，配置于第2蓄電裝置(2)與電力授受設(shè)備(40)之間。

進(jìn)而，本實(shí)施方式的電源系統(tǒng)具有切換第1電力路徑(51)和第2電力路徑(52)的第3開關(guān)(11)，所述第1電力路徑(51)從第1蓄電裝置(1)連接到電力授受設(shè)備(40)，所述第2電力路徑(52)從第2蓄電裝置連接到電力授受設(shè)備。

進(jìn)而，在設(shè)作為第1蓄電裝置的標(biāo)稱電壓與額定容量的乘積的電力量為Wh1、作為第2蓄電裝置的標(biāo)稱電壓與額定容量的乘積的電力量為Wh2的情況下，只要將第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置設(shè)計成滿足關(guān)系式Wh1>Wh2，則即使在開關(guān)發(fā)生故障而蓄電裝置彼此短路這樣的狀態(tài)的情況下，蓄電裝置也能夠保持不易過充電或過放電的狀態(tài)。

以下，說明本發(fā)明的具體例子。

在第1蓄電裝置1是鋰離子二次電池的情況下，第1蓄電裝置1的安全最大電壓V1Hlim根據(jù)所使用的活性物質(zhì)而不同。例如，在對正極使用鈷酸鋰鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰以及它們的混合系活性物質(zhì)并對負(fù)極使用碳材料的鋰離子二次電池的情況下，V1Hlim優(yōu)選設(shè)為每單個單元為4.3V以下。這是因?yàn)?，如果V1Hlim設(shè)為每單個單元為4.3V以下，則短時間內(nèi)不發(fā)生電解液的分解等副反應(yīng)而成為能夠可逆使用的范圍。在V1Hlim每單個單元大于4.3V時，由于電解液的分解等副反應(yīng)，有時電池的內(nèi)壓上升，在為4.5V以上時，可能產(chǎn)生電池的發(fā)熱現(xiàn)象。另外，在對負(fù)極使用鈦酸鋰的情況下，將V1Hlim設(shè)為單個單元為3.5V以下。在單個單元大于3.5V時，由于電解液的分解等副反應(yīng)，有時電池的內(nèi)壓上升，在單個單元為4.5V以上時，可能產(chǎn)生電池的發(fā)熱現(xiàn)象。在對正極使用磷酸鐵鋰、對負(fù)極使用碳材料的情況下，需要將V1Hlim的設(shè)為單個單元為4.0V以下。在單個單元大于4.0V時，由于電解液的分解等副反應(yīng)，有時電池的內(nèi)壓上升，在單個單元為4.5V以上時，可能產(chǎn)生電池的發(fā)熱現(xiàn)象。

同樣地，在第1蓄電裝置1是鋰離子二次電池的情況下，第1蓄電裝置1的安全最大容量U1lim根據(jù)電池而不同，但通常U1lim優(yōu)選為U1的1.2倍以下。這是因?yàn)?，如果U1lim被設(shè)為U1的1.2倍以下，則在短時間內(nèi)不發(fā)生電解液的分解等副反應(yīng)而成為能夠可逆地使用的范圍。因?yàn)殇囯x子二次電池設(shè)為密閉系統(tǒng)以防止外部氣體滲入的情況居多，在U1lim大于U1的1.2倍時，由于電解液的分解等副反應(yīng)，有時電池的內(nèi)壓上升。另外，在U1lim為U1的2倍以上時，可能產(chǎn)生電池的發(fā)熱現(xiàn)象。

特別是在對正極使用磷酸鐵鋰的情況下，在U1lim大于U1的1.2倍時，電池的安全閥起作用的情況增多。此處，設(shè)能夠向第1蓄電裝置1安全蓄電的電力量(安全最大電力量)為Wh1lim時，

Wh1lim≈Va×U1lim≈1.2×Wh1，

Wh1lim優(yōu)選設(shè)定為第1蓄電裝置1的電力量Wh1的1.2倍以下。

在第1蓄電裝置1和電壓高的第2蓄電裝置2由于系統(tǒng)異常而被電連接的情況下移動的電力量為ΔWh，ΔWh為第2蓄電裝置2的電力量Wh2以下，所以Wh2≥ΔWh。

也就是說，第1蓄電裝置1需要設(shè)計成即使接收第2蓄電裝置2的電力量Wh2，也不會達(dá)到能夠安全蓄電的電力量Wh1lim。

也就是說，需要設(shè)定為

Wh1lim≈1.2×Wh1≥Wh1+Wh2的關(guān)系。

整理上式，如下所示。

Wh2≤0.2×Wh1

也就是說，如果將Wh2設(shè)定為Wh1的0.2倍以下，則為能夠安全蓄電的區(qū)域。

此處，對上述的發(fā)明概括如下。

在本實(shí)施方式的電源系統(tǒng)中，在進(jìn)一步設(shè)作為第1蓄電裝置的標(biāo)稱電壓與額定容量的乘積的電力量為Wh1、作為第2蓄電裝置的標(biāo)稱電壓與額定容量的乘積的電力量為Wh2的情況下，只要將第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置設(shè)計成Wh2為Wh1的0.2倍以下，則即使在電源系統(tǒng)發(fā)生故障而蓄電裝置彼此短路這樣的狀態(tài)的情況下，蓄電裝置也能夠保持不易過充電或過放電的狀態(tài)。特別是，在對正極使用磷酸鐵鋰的情況下有效。

另外，在將上限電壓V1max狀態(tài)下的第1蓄電裝置1與上限電壓V2max狀態(tài)下的第2蓄電裝置2由于系統(tǒng)異常而被并聯(lián)電連接的情況下接近的電壓值設(shè)為V12max時，

V12max≈V1max+(V2max-V1max)×Wh2÷(Wh1+Wh2)，

作為安全的目標(biāo)，該值設(shè)定為V1Hlim>V12max。

在本實(shí)施方式中，第1蓄電裝置1的電壓V1和第2蓄電裝置2的電壓V2的關(guān)系為V1<V2，所以在系統(tǒng)異常時第1蓄電裝置1與第2蓄電裝置2被連接的情況下，V1上升，V2降低。因此，V1需要規(guī)定安全最大電壓V1Hlim，V2需要規(guī)定安全最小電壓V2Llim。

此處，在第2蓄電裝置2是鋰離子二次電池的情況下，第2蓄電裝置2的安全最小電壓V2Llim根據(jù)所使用的活性物質(zhì)而不同。例如，在對正極使用鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰以及它們的混合系活性物質(zhì)并對負(fù)極使用碳材料的鋰離子二次電池的情況下，從滿充電狀態(tài)放電U1的容量時的電壓，每單個單元為2.5V～3.0V。此時，第2蓄電裝置2的安全最小電壓V2Llim設(shè)定為每單個單元為0.5V～1.5V。更優(yōu)選的是將安全最小電壓V2Llim設(shè)定為1.0V。這是因?yàn)?，在電壓小于安全最小電壓V2Llim時，存在內(nèi)部壓力上升或由于集電金屬析出而導(dǎo)致發(fā)生內(nèi)部短路的情況。在對負(fù)極使用鈦酸鋰的情況下，從滿充電狀態(tài)放電U1的容量時的電壓為1.5V左右，所以需要將V2Llim設(shè)定為單個單元1.0V左右。另外，在對正極使用磷酸鐵鋰、對負(fù)極使用碳材料的情況下，從滿充電狀態(tài)放電U1的容量時的電壓為2V左右，所以將第2蓄電裝置2的安全最小電壓V2Llim設(shè)定為每單個單元為0.5V～1.5V。更優(yōu)選的是將安全最小電壓V2Llim設(shè)定為1.0V。該情況下，同樣地，在電壓小于安全最小電壓V2Llim時，存在內(nèi)部壓力上升或由于集電金屬析出而導(dǎo)致發(fā)生內(nèi)部短路的情況。也即是說，在第2蓄電裝置是鋰離子二次電池的情況下，只要設(shè)定為V2Llim＝1.0V×串聯(lián)單元數(shù)即可。

另外，在第1蓄電裝置1中，在從滿充電狀態(tài)釋放了蓄電容量U1的電時，成為通常使用時的下限電壓。設(shè)此時的電壓為V1min。換言之，V1min為第1蓄電裝置1中的SOC0％的電壓。同樣地，在第2蓄電裝置2中，在從滿充電狀態(tài)釋放了蓄電容量U2的電時，成為通常使用時的下限電壓。設(shè)此時的電壓為V2min。換言之，V2min為第2蓄電裝置2中的SOC0％的電壓。設(shè)下限電壓V1min狀態(tài)下的第1蓄電裝置1與下限電壓V2min狀態(tài)下的第2蓄電裝置2由于系統(tǒng)異常而被并聯(lián)電連接的情況下接近的電壓值為V12min時，作為安全的目標(biāo)，該值設(shè)定為V2Llim<V12min。

圖2中示出第1蓄電裝置1的電壓-容量特性以及第2蓄電裝置2的電壓-容量特性。另外，圖3中示出第1蓄電裝置1的電壓-電力量特性以及第2蓄電裝置2的電壓-電力量特性。

本實(shí)施方式的控制裝置4進(jìn)行開關(guān)11、開關(guān)12以及開關(guān)13的接通/斷開、電流的測量、電壓的測量、DC-DC轉(zhuǎn)換器3的控制以及逆變器41的控制。

在電壓的測量中，測量第1蓄電裝置1的電壓V1、第2蓄電裝置2的電壓V2以及平滑電容器(緩沖電容器)31的電壓Vc。對平滑電容器使用頻數(shù)特性良好的電容器，使用薄膜電容器、油電容器、鋁電解電容器等。

在電流測量中，測量流入流出第1蓄電裝置1的電流I1a、第1蓄電裝置1與DC-DC轉(zhuǎn)換器3之間的電流I1b、流入流出第2蓄電裝置2的電流I2a、第2蓄電裝置2與DC-DC轉(zhuǎn)換器3之間的電流I2b。

開關(guān)(繼電器)進(jìn)行電力線的連接以及斷開。第3開關(guān)11是切換第1蓄電裝置1的電力線(第1電力路徑51)和第2蓄電裝置2的電力線(第2電力路徑52)的開關(guān)。第1開關(guān)12進(jìn)行第1蓄電裝置1的負(fù)極側(cè)電力線53的連接以及斷開，第2開關(guān)13進(jìn)行第2蓄電裝置2的負(fù)極側(cè)電力線53的連接以及斷開。開關(guān)2以及開關(guān)3在通常時處于打開狀態(tài)。

對本發(fā)明的多電源系統(tǒng)的動作的一個例子進(jìn)行說明。

作為多電源系統(tǒng)的連接狀態(tài)，在通常的狀態(tài)是功率運(yùn)行(從蓄電裝置向電動發(fā)動機(jī)42供給電力)為主的情況下，從作為大容量蓄電裝置的第1蓄電裝置1供給電力。此時，在經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器3從第1蓄電裝置1供給電力時，涉及到DC-DC轉(zhuǎn)換器3的效率η，所以第1蓄電裝置1設(shè)為不經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器3的連接。該情況下，開關(guān)11連接于第1蓄電裝置1的電力線(第1電力路徑51)，并且開關(guān)12以及開關(guān)13為連接狀態(tài)，將該狀態(tài)設(shè)為連接狀態(tài)1。

另一方面，在將DC-DC轉(zhuǎn)換器3的效率設(shè)為η時，在頻繁進(jìn)行再生功率運(yùn)行的情況下，作為高輸出蓄電裝置的第2蓄電裝置2不經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器3而與逆變器41連接的方案不涉及DC-DC轉(zhuǎn)換器3的效率η，所以合適。該情況下，開關(guān)1連接于第2蓄電裝置2的電力線(第2電力路徑52)，并且開關(guān)12以及開關(guān)13為連接狀態(tài)，將該狀態(tài)作為連接狀態(tài)2。

在本發(fā)明的多電源系統(tǒng)中，通過開關(guān)切換電壓不同的多個蓄電設(shè)備的連接。此時，為了減少來自逆變器41的脈動電流，連接有并聯(lián)連接的平滑電容器31的電壓。平滑電容器31的電壓為所連接的蓄電裝置的電壓，所以在切換為電壓不同的蓄電裝置的情況下，需要使電壓一致后切換連接。

在圖4示出從連接狀態(tài)1遷移到連接狀態(tài)2時的開關(guān)的操作方法的例子。在連接狀態(tài)1中，開關(guān)11連接于第1蓄電裝置1，所以平滑電容器的電壓Vc≈V1。打開開關(guān)13，切斷第2蓄電裝置2的電路后，將開關(guān)11連接于第2蓄電裝置2的電力線。然后，利用第1蓄電裝置1經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器3將平滑電容器的電壓Vc升壓至V2，閉合開關(guān)13。

同樣地，從連接狀態(tài)2遷移到連接狀態(tài)1時，開關(guān)11連接于第2蓄電裝置2，所以平滑電容器的電壓Vc≈V2。打開開關(guān)12，切斷第1蓄電裝置1的電路后，將開關(guān)11連接于第1蓄電裝置1側(cè)。然后，利用第2蓄電裝置2經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器3將平滑電容器的電壓Vc降壓至V1，閉合開關(guān)12。通過如上所述地進(jìn)行連接，能夠切換電壓不同的蓄電裝置的連接。

說明本實(shí)施方式的實(shí)施例1。在第1蓄電裝置1中將對正極使用鈷、鎳、錳混合系的活性物質(zhì)并對負(fù)極使用石墨系的活性物質(zhì)的鋰離子二次電池串聯(lián)80個單元來使用。第1蓄電裝置1的標(biāo)稱電壓Va為296V，額定容量U1為45Ah，電力容量Wh1為13.32kWh，設(shè)在第1蓄電裝置1中充電了45Ah的狀態(tài)下的電壓V1max為328V。進(jìn)而，設(shè)第1蓄電裝置1的安全最大電壓V1Hlim為344V，能夠向第1蓄電裝置1安全蓄電的容量U1lim為54Ah。另外，在第2蓄電裝置2中將對正極使用鈷、鎳、錳混合系的活性物質(zhì)并對負(fù)極使用硬碳作為活性物質(zhì)的鋰離子二次電池串聯(lián)100個單元來使用。第2蓄電裝置2的標(biāo)稱電壓Vb為370V，額定容量U2為4Ah，電力容量Wh2為1.48kWh，設(shè)在第2蓄電裝置2中以4Ah充電了的狀態(tài)下的電壓V2max為410V。進(jìn)而，設(shè)第2蓄電裝置2的安全最大電壓V2Hlim為430V。另外，設(shè)第2蓄電裝置2的安全最小電壓V2Llim為100V。該情況下，Va<Vb，U1>U2，0.2×Wh1>Wh2。

假定以下情況：在第1蓄電裝置1和第2蓄電裝置2都滿充電的狀態(tài)下，由于系統(tǒng)的故障，第1蓄電裝置1與第2蓄電裝置2被電連接。該情況下，第2蓄電裝置2的電壓接近蓄電容量大的第1蓄電裝置1的電壓，第1蓄電裝置1和第2蓄電裝置2的電壓為334V。電壓上升ΔV1為8V，所增加的第1蓄電裝置1的蓄電容量ΔU1為3.5Ah，從第1蓄電裝置1向第2蓄電裝置2的電力移動量ΔWh約為1.3kW。此時，第1蓄電裝置1為Va<Vb、U1>U2、0.2×Wh1>Wh2，所以第1蓄電裝置1即使接收從第2蓄電裝置2流入的容量ΔU1，

U1lim>U1+ΔU1

V1Hlim>V1max+ΔV1

V1Hlim>V12max

V12max>V2Llim，

仍處于電池的安全最大電壓以及安全最大容量的結(jié)構(gòu)內(nèi)。另外，電壓的安全的目標(biāo)也成立。

另外，U1lim是指在充入其以上的電時可能產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象的容量值，U1為額定容量，ΔU1為從第2蓄電裝置流入到第1蓄電裝置的容量，V1Hlim為第1蓄電裝置的安全最大電壓，在實(shí)施例1的情況下，單個單元為4.3V，V1max為充入額定電流的電時的電壓值，為使用上限電壓，ΔV1為ΔU的容量流入到第1蓄電裝置1時的電壓上升值?？梢岳拘缘厝∠铝兄?。

U1lim＝54Ah、U1＝45Ah、ΔU1＝3.5Ah、V1Hlim＝344V、V1max＝328V、ΔV1＝8V

即，通過上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)效率良好并且即使在DC-DC轉(zhuǎn)換器異常時或者開關(guān)切換中發(fā)生故障的情況下，也能夠安全地進(jìn)行充放電的多電源系統(tǒng)。

作為比較例子1，此處，考慮Va>Vb并且U1>U2的情況。在第1蓄電裝置1中將對正極使用鈷、鎳、錳混合系的活性物質(zhì)并對負(fù)極使用石墨系的活性物質(zhì)的鋰離子二次電池串聯(lián)100個單元來使用。第1蓄電裝置1的標(biāo)稱電壓Va為370V，額定容量U1為45Ah，電力容量Wh1為16.65kWh。設(shè)在第1蓄電裝置1中充電了45Ah的狀態(tài)的電壓V1max為410V。進(jìn)而，設(shè)第1蓄電裝置1的安全最大電壓V1Hlim為420V、能夠向第1蓄電裝置1安全蓄電的容量U1lim為54Ah。另外，在第2蓄電裝置2中將對正極使用鈷、鎳、錳混合系的活性物質(zhì)并對負(fù)極使用硬碳作為活性物質(zhì)的鋰離子二次電池串聯(lián)80個單元來使用。第2蓄電裝置2的標(biāo)稱電壓Vb為296V，額定容量U2為4Ah，電力容量Wh2為1.18kWh。設(shè)在第2蓄電裝置2中充電了4Ah的狀態(tài)的電壓V2max為328V。進(jìn)而，設(shè)第2蓄電裝置2的安全最大電壓V2Hlim為344V。

同樣地，假定以下情況：在第1蓄電裝置1和第2蓄電裝置2都滿充電的狀態(tài)下，由于系統(tǒng)的故障，第1蓄電裝置1與第2蓄電裝置2被電連接。關(guān)于第2蓄電裝置2的電壓，第2蓄電裝置2的電壓接近容量大的第1蓄電裝置1的電壓，超過了第2蓄電裝置2的安全最大電壓V2Hlim的344V，所以中止實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)而，作為比較例子2，此處，考慮Va<Vb并且U1<U2的情況。在第1蓄電裝置1中將對正極使用鈷、鎳、錳混合系的活性物質(zhì)并對負(fù)極使用硬碳作為活性物質(zhì)的鋰離子二次電池串聯(lián)80個單元來使用。

第1蓄電裝置1的標(biāo)稱電壓Va為296V，額定容量U1為4Ah，電力容量Wh1為1.18kWh。設(shè)在第1蓄電裝置1中充電了4Ah的狀態(tài)的電壓V1max為328V。進(jìn)而，設(shè)第1蓄電裝置1的安全最大電壓V1Hlim為344V，設(shè)能夠向第1蓄電裝置1安全蓄電的容量Ua1lim為4.4Ah。另外，在第2蓄電裝置2中將對正極使用鈷、鎳、錳混合系的活性物質(zhì)并對負(fù)極使用石墨系的活性物質(zhì)的鋰離子二次電池串聯(lián)100個單元來使用。第2蓄電裝置2的標(biāo)稱電壓Vb為370V，額定容量U2為45Ah，電力容量Wh2為16.65kWh。設(shè)在第2蓄電裝置2中充電了50Ah的狀態(tài)的電壓V2max為410V。進(jìn)而，設(shè)第2蓄電裝置2的安全最大電壓V2Hlim為430V。

同樣地，假定以下情況：在第1蓄電裝置1和第2蓄電裝置2都滿充電的狀態(tài)下，由于系統(tǒng)的故障，第1蓄電裝置1與第2蓄電裝置2被電連接。第1蓄電裝置1的電壓接近容量大的第2蓄電裝置2的電壓，超過了第1蓄電裝置1的安全最大電壓V1Hlim的344V，所以中止實(shí)驗(yàn)。

接下來，說明本實(shí)施方式的實(shí)施例2。在第1蓄電裝置1中，將16個鋰離子二次電池串聯(lián)連接，并且上述串聯(lián)電路并聯(lián)2個來使用，所述鋰離子二次電池的單個單元的標(biāo)稱電壓3.2V、額定容量45Ah。第1蓄電裝置1的標(biāo)稱電壓Va為51.2V，額定容量U1在1C下為90Ah，電力容量Wh1為4.6kWh，設(shè)在第1蓄電裝置1中充電了90Ah的狀態(tài)下的電壓V1max為54.4V。進(jìn)而，設(shè)第1蓄電裝置1的安全最大電壓V1Hlim為64V，設(shè)能夠向第1蓄電裝置1安全蓄電的容量U1lim為108Ah。在第2蓄電裝置2中將鎳氫電池串聯(lián)100個單元來使用。第2蓄電裝置2的標(biāo)稱電壓Vb為120V，額定容量U2為6Ah，電力容量Wh2為0.72kWh，設(shè)在第2蓄電裝置2中充電了6Ah的狀態(tài)的電壓V2max為140V。進(jìn)而，設(shè)第2蓄電裝置2的安全最大電壓V2Hlim為150V。該情況下，Va<Vb，U1>U2，0.2×Wh1>Wh2。

假定以下情況：在第1蓄電裝置1和第2蓄電裝置2都滿充電的狀態(tài)下，由于系統(tǒng)的故障，第1蓄電裝置1與第2蓄電裝置2被電連接。該情況下，第2蓄電裝置2的電壓接近蓄電容量大的第1蓄電裝置1的電壓，第1蓄電裝置1和第2蓄電裝置2的電壓為60.8V。電壓上升ΔV1為6.4V，增加的第1蓄電裝置1的蓄電容量ΔU1約為12Ah，從第1蓄電裝置1向第2蓄電裝置2的電力移動量ΔWh約為0.7kW。此時，第1蓄電裝置1為Va<Vb并且U1>U2、0.2×Wh1>Wh2，所以第1蓄電裝置1即使接收從第2蓄電裝置2流入的容量ΔU1，

U1lim>U1+ΔU1

V1Hlim>V1max+ΔV1

V1Hlim>V12max，

仍處于電池的安全最大電壓以及安全最大容量的結(jié)構(gòu)內(nèi)。另外，電壓的安全的目標(biāo)也成立。

另外，U1lim是指在充入其以上的電時可能產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象的容量值，U1為額定容量，ΔU1為從第2蓄電裝置流入到第1蓄電裝置的容量，V1Hlim為第1蓄電裝置的安全最大電壓，在實(shí)施例2的情況下，單個單元為4V，V1max為充入了額定電流的電時的電壓值，為使用上限電壓，ΔV1為ΔU的容量流入到第1蓄電裝置1時的電壓上升值。例示性地，能夠取如下值。

U1lim＝108Ah、U1＝90Ah、ΔU1＝12Ah、V1Hlim＝64V、V1max＝54.4V、ΔV1＝6.4V

即，通過上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)效率良好且即使在DC-DC轉(zhuǎn)換器異常時或者開關(guān)切換中發(fā)生故障的情況下，也能夠安全地進(jìn)行充放電的多電源系統(tǒng)。

作為比較例子3，此處說明Va<Vb并且U1>U2、0.2×Wh1<Wh2的情況。在第1蓄電裝置1中，將16個鋰離子二次電池串聯(lián)連接，并且將上述串聯(lián)電路并聯(lián)2個來使用，所述鋰離子二次電池的單個單元的標(biāo)稱電壓為3.2V、額定容量為45Ah。第1蓄電裝置1的標(biāo)稱電壓Va為51.2V，額定容量U1在1C下為90Ah，電力容量Wh1為4.6kWh，設(shè)在第1蓄電裝置1中充電了90Ah的狀態(tài)的電壓V1max為54.4V。進(jìn)而，設(shè)第1蓄電裝置1的安全最大電壓V1Hlim為64V，設(shè)能夠向第1蓄電裝置1安全蓄電的容量U1lim為108Ah。在第2蓄電裝置2中，將鎳氫電池串聯(lián)150個單元來使用。第2蓄電裝置2的標(biāo)稱電壓Vb為180V，額定容量U2為6Ah，電力容量Wh2為1.1kWh，設(shè)在第2蓄電裝置2中充電了6Ah的狀態(tài)的電壓V2max為210V。進(jìn)而，設(shè)第2蓄電裝置2的安全最大電壓V2lim為225V。該情況下，Va<Vb，U1>U2，0.2×Wh1>Wh2。

同樣地，實(shí)施以下情況的實(shí)驗(yàn)：在第1蓄電裝置1和第2蓄電裝置2都滿充電的狀態(tài)下，由于系統(tǒng)的故障，第1蓄電裝置1與第2蓄電裝置2被電連接。第2蓄電裝置2的電壓接近容量大的第1蓄電裝置1的電壓，并且第1蓄電裝置1的電壓也上升，超過了第1蓄電裝置1的安全最大電壓V1Hlim的64V，所以中止實(shí)驗(yàn)。

以上，在具備作為鋰離子二次電池的第1蓄電裝置1、第2蓄電裝置2、DC-DC轉(zhuǎn)換器3、開關(guān)、控制裝置以及平滑電容器的電源系統(tǒng)中，通過將第1蓄電設(shè)備和第2蓄電設(shè)備的電壓、容量、電力量的關(guān)系設(shè)為Va<Vb并且U1>U2、0.2×Wh1>Wh2，能夠提供即使異常時第1蓄電裝置1和第2蓄電裝置2被直接連接也安全的系統(tǒng)。

在以往技術(shù)中，存在構(gòu)成為通過開關(guān)(開關(guān))等得到多個電力供給路徑的情況。該情況下，例如可能有由于系統(tǒng)的異常而蓄電裝置之間被意外連接的情況。由于蓄電裝置彼此之間的連接，可能出現(xiàn)儲存于蓄電裝置的能量轉(zhuǎn)移到電壓低的蓄電裝置而導(dǎo)致破裂或燒損的情況，所以需要考慮了這樣的事態(tài)的設(shè)計。

因此，在本發(fā)明的電源系統(tǒng)中，規(guī)定蓄電池的電壓、電流容量、電力容量的關(guān)系，從而構(gòu)成為即使異常時能量從高電壓的蓄電裝置向低電壓的蓄電裝置移動，蓄電裝置也能夠保持不易過充電或過放電的狀態(tài)。

也就是說，即使在開關(guān)的切換中發(fā)生故障的情況下，規(guī)定第1蓄電裝置以及第2蓄電裝置的限制電壓和電力量，從而使對第2蓄電裝置的損失最少。

另外，上述的實(shí)施方式在全部方面應(yīng)被理解為例示而非限制性的。本發(fā)明的范圍不由上述實(shí)施方式的范圍而由權(quán)利要求書的范圍示出，并且包括與權(quán)利要求書的范圍均等的意思以及范圍內(nèi)的全部的變更。

產(chǎn)業(yè)上的利用可能性

根據(jù)本發(fā)明，能夠得到蓄電裝置能夠保持不易過充電或過放電的狀態(tài)的電源系統(tǒng)。