电源系统的制作方法

本发明涉及电源系统，特别涉及包括锂离子二次电池等蓄电设备、双向的DC-DC转换器等的能量再生蓄电系统。

背景技术：

锂离子二次电池作为轻量且高能量密度的蓄电设备，主要应用于移动用途。近年来，锂离子二次电池的高输出化得到发展，也逐渐被采用到混合动力汽车、混合动力铁道车辆等大型的移动体用途中。作为锂离子二次电池的开发趋势，分岔为如图5所示的两极化发展，即大容量且高能量密度化的开发以及小容量且高输出密度化的开发。作为蓄电设备的用途，多数情况下峰值输出高但为瞬时值。在仅用上述的两极化发展的蓄电设备中的、大容量且高能量密度的蓄电设备构成的情况下，将搭载所需以上的能量。另一方面，在仅用小容量且高输出密度的蓄电设备构成的情况下，为具有所需以上的输出的结构。这样，无论采用哪一方的蓄电设备的情况下，都为具有不必要的能量或输出的结构，从而导致蓄电系统重量增加、体积增大、高成本化。因此，提出有经由双向的DC-DC转换器来连接高输出型的蓄电设备和高容量型的蓄电设备的例子。

例如，在专利文献1的电源系统中，仅对辅助二次电池块配置DC-DC转换器。而且，记载有通过DC-DC转换器将辅助二次电池块的输出电压升压至与主二次电池块相当，从而使辅助二次电池块以及主二次电池块并行动作，对负载进行充放电。在专利文献1的发明中，主二次电池块必须不经由DC-DC转换器连接，辅助二次电池块必须经由DC-DC转换器连接。

在专利文献2中，作为混合动力汽车和电动汽车等电动车辆的用途，介绍有如下的电源系统的结构：对经由双向DC-DC转换器而与第1蓄电装置并联连接的第2蓄电装置2升压并使用，通过继电器的通断来进行控制。

在专利文献1的结构中，以将2个高压电池既能够各自单独连接又能够并联连接的方式配置继电器。但是，在这样的结构中，第1蓄电装置必须不经由DC-DC转换器而连接，第2蓄电装置2必须经由DC-DC转换器而连接。在这样规定了经由DC-DC转换器的蓄电装置和不经由DC-DC转换器的蓄电装置时，根据负载模式有时效率恶化，应用范围狭窄。进而，在考虑到蓄电装置的寿命的情况下，需要作出考虑到蓄电装置的电压和容量的结构。

另一方面，在构成为通过开关(switch)得到电力的多个供给路径的情况下，因为要考虑各种各样的电力路径，所以需要考虑到安全的设计。二次电池是能够充电的电池，但在过充电状态时，铅蓄电池、镍氢电池或镍镉电池中将发生水的电解，在内压上升时引起发热。另一方面，在锂离子二次电池或双层电容器中，对电解液使用有机溶剂，所以有可能发生电解液分解反应。

在使用这样的双向DC-DC转换器的多电源系统中，通过开关的接通/断开，能够实现高输出蓄电设备的并联连接，但在根据功率运行模式和再生的模式而断开经由DC-DC转换器连接的蓄电设备、并以高输出型的蓄电设备为主的情况下，不经由DC-DC转换器而进行能量的授受的一方效率高。另一方面，在进行开关的接通/断开的情况下，电力的路径复杂化，在发生故障的情况下也需要应对措施。

专利文献

专利文献1：日本特开2010-110124号公报

专利文献2：WO2012-085992号公报

技术实现要素：

以往的电源系统构成为如上述那样，所以在经由DC-DC转换器连接多个蓄电装置并通过开关的接通/断开来构成适合的电力路径的、使用二次电池的多电源系统中，难以构成为效率良好地进行电力的授受，并且蓄电装置能够保持不易过充电或过放电的状态的结构。

本发明是为了解决这样的问题而完成的，本发明的目的在于提供如下结构：在经由双向DC-DC转换器连接多个蓄电装置、并通过开关的接通/断开而构成适合的电力路径的多电源系统中，效率良好地进行电力的授受，并且即使第1蓄电装置与第2蓄电装置被电连接也不成为过充电状态，蓄电装置能够保持稳定的状态。

也就是说，目的在于提供如下的电源系统：效率良好地进行电力的授受，并且蓄电装置能够保持不易过充电或过放电的状态。

本发明的电源系统具备：第1蓄电装置以及第2蓄电装置，相对于电力授受设备并联连接；双向DC-DC转换器，进行第1蓄电装置与第2蓄电装置之间的电力的授受；开关，使第1蓄电装置以及第2蓄电装置分别独立地从所述负载装置切断；以及控制装置，控制开关以及所述DC-DC转换器。另外，本发明的电源系统的特征在于，在设第1蓄电装置的标称电压为Va、第1蓄电装置的额定容量为U1、第2蓄电装置的标称电压为Vb、第2蓄电装置的额定容量为U2的情况下，关于第1蓄电装置以及第2蓄电装置，构成为第1蓄电装置以及第2蓄电装置满足关系式Va<Vb、U1>U2，并且，将第1的蓄电装置的标称电压Va、第1蓄电装置的额定容量U1、第2蓄电装置的标称电压Vb、第2蓄电装置的额定容量U2设定为电能从第2蓄电装置向第1蓄电装置移动时上升的第1蓄电装置的电压不超过预定的上限值V1Hlim、或者第1蓄电装置的容量不超过预定的上限值U1lim。

在本发明的电源系统中，构成为上述那样，所以能够得到蓄电装置能够保持不易过充电或过放电的状态的电源系统。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的电源系统的示意图。

图2是示出本发明的实施方式1的蓄电装置的电压-容量特性的概略图。

图3是示出本发明的实施方式1的蓄电装置的电压-电力量特性的概略图。

图4是示出本发明的实施方式1的电源系统的动作的流程图。

图5是示出大容量高能量密度和小容量高输出密度的蓄电设备的关系的图。

附图标记说明

1：第1蓄电装置；2：第2蓄电装置；3：双向DC-DC转换器；4：控制装置；11：第3开关；12：第1开关；13：第2开关；21：电流传感器；22：电流传感器；23：电流传感器；24：电流传感器；31：平滑电容器；40：电力授受设备；41：逆变器；42：电动发动机；51：第1电力路径；52：第2电力路径；53：负极侧电力线。

具体实施方式

实施方式1

首先，参照附图对本发明的电源系统的结构进行说明。另外，附图是示意图，概念性地说明功能和构造。另外，附图并未反映所示部件的准确的大小等。除了特别记载的情况以外，电源系统的基本结构在全部的实施方式中是共同的。另外，标记有相同的符号的组件是相同或与其相当的组件，这一点在说明书的全文中是共同的。

图1是示意地示出本实施方式的电源系统的结构的概略图。以下参照图1来说明本实施方式的电源系统。

另外，在本实施方式中，作为电力授受设备40的一个例子说明组合有电动发动机42与逆变器41的例子，但只要是消耗电力的负载与具有发电功能的装置的组合即可，不限于组合有电动发动机与逆变器的设备。例如，具有消耗电力的电器的设备与太阳能发电设备构成的电力授受的组合也包含于本发明的电力授受设备。

在图1中，本实施方式的电源系统具备电动发动机42、逆变器41、第1蓄电装置1、第2蓄电装置2、双向DC-DC转换器3、平滑电容器31、开关(11、12、13)以及控制装置4。逆变器41将电动发动机42产生的交流电力变换为直流电力、或者从电源系统对电动发动机供给所需的交流电力。电动发动机42是有时为消耗电力的负载有时为发电机的装置，所以相当于电力授受设备。另外，双向DC-DC转换器3是能够实现电压的升压和降压的双向的DC-DC转换器，是能够在低电压侧的第1蓄电装置与高电压侧的第2蓄电装置之间双向控制直流电力的DC-DC转换器。双向DC-DC转换器3有时还被称为可逆转换器、可逆式转换器、可逆型转换器、可逆斩波器等，但都是相同的意思。另外，第1蓄电装置1是高容量的蓄电装置。第2蓄电装置2是高输出的蓄电装置。

在第1蓄电装置1的标称电压为Va、第1蓄电装置1的额定容量为U1、第2蓄电装置2的标称电压为Vb、第2蓄电装置2的额定容量为U2时，将第1蓄电装置以及第2蓄电装置设定为满足关系式Va<Vb、U1>U2。因为Va<Vb，所以从第1蓄电装置1经由双向DC-DC转换器3而对第2蓄电装置2供给电力的情况为升压动作。相反，从第2蓄电装置向第1蓄电装置2的电力供给为降压动作。

此处，所谓高容量的蓄电装置是指在使用放电容量(单位是Ah)不同的2种蓄电装置时，将放电容量大的一方的蓄电装置称为高容量的蓄电装置。另外，在使用2种蓄电装置时，在电池的最小单元即1个单元放电容量小、但并联连接2个单元以上来增大放电容量的情况下，比较并联连接后的放电容量，将放电容量高的一方的蓄电装置称为高容量的蓄电装置。

另外，所谓高输出的蓄电装置是指在使用蓄电装置能够输入输出的电力(单位是W)不同的2种蓄电装置时，将能够输入输出的电力大的一方的蓄电装置称为高输出的蓄电装置。另外，在使用2种蓄电装置时，在电池的最小单元即1个单元能够输入输出的电力小，但并联连接2个单元以上来增大能够输入输出的电力的情况下，比较并联连接后的电力，将电力高的一方的蓄电装置称为高输出的蓄电装置。

此处，将2种蓄电装置进行比较来使用，所以此时可以认为是高容量且高输出的情况，但在该情况下，以高容量优先，称为高容量的蓄电装置。

另外，蓄电装置的电压可变，商品说明书等中所显示的多为标称电压。此处，标称电压是指蓄电装置制造商公布的电压的值，有时表示满充电时的电力量除以额定容量而得到的额定电压值、或平均电压。因此，标称电压为包含额定电压、平均电压的电压值。

同样地，蓄电装置的容量可变，所以商品说明书等中所显示的多为额定容量。额定容量有表示从满充电时以制造商规定的电流值放电时的放电容量的情况、或表示满充电时的蓄电容量的情况。额定容量也有与制造商公布的容量值即标称容量为同义词的情况，所以额定容量为包含标称容量、满充电时的蓄电容量的词语。

另外，图中的符号以及本实施方式中说明的符号的意思如下所示。

Va：第1蓄电装置的标称电压或额定电压或平均电压

U1：第1蓄电装置的标称容量或额定容量或满充电时的蓄电容量

V1：第1蓄电装置的电压

V1max：充入了第1蓄电装置的额定容量的电时的电压或上限电压

V1min：释放了第1蓄电装置的额定容量的电时的电压或下限电压

V1Hlim：能够向第1蓄电装置安全充电的最大电压(安全最大电压)

U1lim：能够向第1蓄电装置安全蓄电的容量(安全最大容量)

Wh1：第1蓄电装置的标称电力量或额定电力量

Vb：第2蓄电装置的标称电压或额定电压或平均电压

U2：第2蓄电装置的标称容量或额定容量或满充电时的蓄电容量

V2：第2蓄电装置的电压

V2max：充入了第2蓄电装置的额定容量的电时的电压或上限电压

V2Hlim：能够向第2蓄电装置安全充电的最大电压(安全最大电压)

V2min：释放了第2蓄电装置的额定容量的电时的电压或下限电压

V2Llim：第2蓄电装置能够安全放电的最小电压(安全最小电压)

U2lim：能够向第2蓄电装置安全蓄电的容量(安全最大容量)

Wh2：第2蓄电装置的标称电力量或额定电力量

Vc：平滑电容器的电压

V12max：V1max的第1蓄电装置和V2max的第2蓄电装置在由于系统异常而被电连接时接近的电压值

V12min：V1min的第1蓄电装置和V2min的第2蓄电装置在由于系统异常而被并联电连接时接近的电压值

ΔU1：从电压高的第2蓄电装置流入到电压低的第1蓄电装置的电流容量

ΔV1：从电压高的第2蓄电装置对第1蓄电装置流入电流容量ΔU时的第1蓄电装置的电压增加值

在第1蓄电装置1和第2蓄电装置2之间配置有双向DC-DC转换器3。双向DC-DC转换器3能够实现电压的升压和降压，并且是能够在第1蓄电装置1和第2蓄电装置2之间进行电力的授受的双向的DC-DC转换器。根据开关的连接方法，双向DC-DC转换器3在第1蓄电装置1和逆变器之间、第2蓄电装置2和逆变器41之间进行电力的授受。

例如，电动发动机42可以例举三相绕组型感应电动机或永久磁铁型的三相同步发电机等，但不限于此处所述。电动发动机42在再生动作时被使用为发电机，在功率运行动作时被使用为产生驱动力的电动机。在本实施方式中，将电动发动机42举例为负载装置以及发电装置，但这是一个例子，也可以将发电装置设为太阳能电池面板、将负载设为家庭用负载设备。

再生时的发电电力通过逆变器41从交流电力变换为直流电力并供给到多电源系统。此处，多电源系统具体是如图1所示的电源系统，其结构包括：不同容量、不同电压的第1蓄电装置1以及第2蓄电装置2；连接第1蓄电装置1以及第2蓄电装置2的开关；进行电压调整的双向DC-DC转换器3等。另外，在本实施方式中，将电动发动机42那样的消耗电力、进行再生时的发电的结构作为电力授受设备40。

另外，在功率运行时从多电源系统供给直流电力，并且在逆变器41中被变换为交流而对电动机供给交流电力。作为逆变器41是常见的三相逆变器，使用可变电压可变频率(VVVF)控制、脉宽调制(PWM)控制的逆变器来进行双向的DC-AC变换。其中，在电动发动机42为直流的情况下不需要逆变器41，所以对于电力授受设备40而言未必需要逆变器41。

平滑电容器31相对于逆变器41并联配置，是为了平滑在逆变器41中产生的脉冲电流而配置的。

双向DC-DC转换器3包括功率用半导体开关元件、二极管、电容器、电抗器等。作为功率用半导体开关元件，使用IGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor：绝缘栅双极型晶体管)或功率用MOS-FET、功率用双极型晶体管等能够进行导通截止控制的开关元件。另外，能够将使用上述元件的非绝缘式双向DC-DC转换器3或使用变压器的绝缘式双向DC-DC转换器3等作为双向DC-DC转换器3来使用。

对第1蓄电装置1使用高容量的二次电池。特别是，在移动体的用途中，重视高重量能量密度和高体积能量密度，所以使用锂离子二次电池。另一方面，在固定位置型的用途中，因为也考虑不重视能量密度的情况，所以第1蓄电装置1只要是高容量的蓄电设备即可。

第1蓄电装置1承担系统的大部分的能量输出。因此第1蓄电装置1的充电状态(SOC：State of Charge：荷电状态)被充电到接近100％的高SOC。作为第1蓄电装置1的锂离子二次电池在SOC接近100％的高SOC下进行再生等高速充电时，由于电压变动而达到上限电压，所以优选在第2蓄电装置2中在95％以上的SOC下进行高速充电。

对第2蓄电装置2使用锂离子二次电池或镍氢电池、双层电容器等高输出的蓄电设备。也就是说，与第1蓄电装置1相比较，第2蓄电装置2是小容量且高输出密度的蓄电装置。此处，构成多电源系统的要素的第2蓄电装置2的主要用途是对在作为电力授受设备的电动发动机42中产生的再生电力进行蓄电以及供给瞬时电力。

第1蓄电装置1重视高能量密度，所以不适于应对高输入输出的瞬时电力，为了应对高输入输出电力，需要增加蓄电装置的搭载量来增加电力容量。但是，在该情况下，搭载有不必要的电力容量，所以导致大型化、高成本化。第2蓄电装置2的主要目的在于减少第1蓄电装置1的高输入输出的电力负担，并承担电力再生和高输出的电力。另外，第2蓄电装置2进行高速充放电，所以优选第2蓄电装置2的SOC避开100％，而以SOC50％～70％附近为中心来使用。具体而言，优选将使用区域设为SOC20％～SOC90％左右。

另外，在铅蓄电池或镍氢电池中，在SOC接近100％的高SOC下充电极化增大，充电效率极端恶化。在铅蓄电池或镍氢电池中，在高SOC的高速的充电时，能量用于作为电解液溶剂的水的分解，引起由分解能量而导致的发热。因此，存在出现电池温度上升而缩短电池的寿命的情况。因此，优选避开接近满充电的状态下的高速充电的方案，具体而言，在能量效率方面，也避开90％以上的SOC下的使用为好。

在第1蓄电装置1是锂离子二次电池的情况下，作为例示，标称电压Va为2.0V～4.2V×单元数。但是，标称电压Va根据所使用的活性物质而不同。同样地，作为例示，在对正极使用钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂以及它们的混合系活性物质并对负极使用碳材料的情况下，单个单元的标称电压Va为3.6V～3.8V，在对负极使用钛酸锂的情况下，单个单元的标称电压Va为2.2V～2.5V。在对正极使用磷酸铁锂并对负极使用碳材料的情况下，单个单元的标称电压Va为3.2V～3.3V。

另外，关于第2蓄电装置2是二次电池的情况，同样地将标称电压示出为Vb。第2蓄电装置2是双层电容器或电容器时，Vb也可以不是标称电压而以常用上限电压示出。作为例示，Vb在镍氢电池的情况下多以1.2V×单元数示出。在铅蓄电池的情况下多以2.0V×单元数示出，但也有如汽车用途的铅蓄电池那样，在内部串联6个单元而成的12V单位的电池、或者串联12个单元而成的24V单位的铅蓄电池，不限于此。在第2蓄电装置2是锂离子二次电池的情况下，与第1蓄电装置1同样地，Vb为2.0V～4.2V×单元数。

接下来，对第1蓄电装置1和第2蓄电装置2的关系进行说明。

首先，在本实施方式中，设第1蓄电装置1的电压为V1、第2蓄电装置2的电压为V2。第1蓄电装置1的电压V1以及第2蓄电装置2的电压V2可变，但构成为V1<V2。

此处，在组成电池的系统时，不显示V1、V2这样的可变的电池电压，而以标称电压来表示。以V1的代表值即第1蓄电装置1的标称电压Va和V2的代表值即第2蓄电装置2的标称电压Vb来表示。

在本实施方式中，构成为Va<Vb。

另外，第1蓄电装置1的蓄电容量表示为U1，第2蓄电装置2的蓄电容量表示为U2，构成为U1>U2。

另外，第1蓄电装置1的蓄电容量为U1，U1表示从电池的标称容量、额定容量或满充电状态开始的放电容量，在锂离子二次电池中，例如以1小时率容量示出。

此处，1小时率容量是以用1小时对电池的标称容量或额定容量放电时的电流值进行放电时的放电容量。例如，是以5A对额定容量5Ah的电池进行放电时的放电电容。

另外，第2蓄电装置2的蓄电容量U2也同样地，表示从电池的标称容量、额定容量或满充电状态开始的放电容量。另外，通常将U2满充电的状态表示为SOC100％。另外，在锂离子二次电池或镍氢电池中，U2多表示1小时率容量，而在铅蓄电池中U2多表示5小时率容量。此处，5小时率容量表示能够使额定容量U1Ah(安培小时)的电池以U1/5的电流值流动5小时的容量。例如以1A对额定容量5Ah的电池放电时的放电容量是5小时率容量。其中，蓄电装置的蓄电容量表示根据制造商而不同，所以不限于此。

进而，设第1蓄电装置1的电力量为Wh1、第2蓄电装置2的电力量为Wh2时，设定为Wh1>Wh2。

第1蓄电装置1的电力量Wh1表示电池的标称电力量或额定电力量，以Wh1＝Va×U1表示。

另外，第2蓄电装置2的电力量Wh2也同样地表示标称电力量或额定电力量，以Wh2＝Vb×U2表示。

在第2蓄电装置2是双层电容器的情况下，设所使用的双层电容器的静电容量为CF(法拉)时，在该情况下，

Wh2＝(C×Vb²)/2÷3600(单位是Wh)。

此处，在第1蓄电装置1中，在被充入了满充电的蓄电容量U1的电时，为通常使用时的最大电压。设此时的电压为V1max。换言之，V1max为第1蓄电装置1的SOC100％的电压。

假如，在由于系统异常而第1蓄电装置1与电压高的第2蓄电装置2被电连接的情况下，电流从电压高的第2蓄电装置2向电压低的第1蓄电装置1流动，从而电压变为相等。此时，设从第2蓄电装置2流入到第1蓄电装置1的电流容量为ΔU，设此时的第1蓄电装置1的电压增加为ΔV1。

接下来，对在本发明的多电源系统中，电压低的第1蓄电装置1与电压高的第2蓄电装置2由于系统异常而被电连接的情况进行说明。

现在，设能量从电压高的第2蓄电装置2移动到电压低的第1蓄电装置1时的能量移动量为ΔWh。

此处，设高容量的第1蓄电装置1的安全最大电压为V1Hlim时，需要设定为即使第1蓄电装置1接收ΔU1的容量而电压V1上升ΔV1，也不会变为不安全的值。即，需要设为V1Hlim≥V1max+ΔV1。

另外，设能够向第1蓄电装置1安全蓄电的容量(安全最大容量)为U1lim时，需要U1lim≥U1+ΔU1。

即，只要将第1蓄电装置、第2蓄电装置构成为Va<Vb、U1>U2，并设计为不超过安全最大电压V1Hlim，则能够实现即使在DC-DC转换器异常时或者在开关切换中发生故障的情况下也能够安全地充放电的多电源系统。

此处，将上述的发明概括如下。

本实施方式的电源系统具备：第1(1)蓄电装置以及第2(2)蓄电装置，相对于电力授受设备(40)并联连接；双向DC-DC转换器(3)，进行第1(1)蓄电装置与第2(2)蓄电装置之间的电力的授受；开关，使第1蓄电装置以及第2蓄电装置各自独立地从负载装置切断；以及控制装置(4)，对开关以及DC-DC转换器进行控制。进而，在设第1蓄电装置的标称电压为Va、第1蓄电装置的额定容量为U1、第2蓄电装置的标称电压为Vb、第2蓄电装置的额定容量为U2的情况下，关于第1蓄电装置以及第2蓄电装置，第1蓄电装置以及第2蓄电装置被构成为满足关系式Va<Vb、U1>U2，并且，将第1蓄电装置的标称电压Va、第1蓄电装置的额定容量U1、第2蓄电装置的标称电压Vb以及第2蓄电装置的额定容量U2设定为在电能从第2蓄电装置向第1蓄电装置移动时，上升的第1蓄电装置的电压不超过预定的上限值V1Hlim或者第1蓄电装置的容量不超过预定的上限值U1lim。也就是说，第1蓄电装置以及第2蓄电装置的标称电压(Va、Vb)、额定容量(U1、U2)是作为各自的蓄电池的设计规格在制造时制定的。另外，上限值(V1Hlim、U1lim)是根据蓄电池的设计规格而确定的蓄电池的基准值。

另外，本实施方式的使第1蓄电装置以及第2蓄电装置各自独立地从负载装置切断的开关包括：第1开关(12)，配置于第1蓄电装置(1)与电力授受设备(40)之间；以及第2开关(13)，配置于第2蓄电装置(2)与电力授受设备(40)之间。

进而，本实施方式的电源系统具有切换第1电力路径(51)和第2电力路径(52)的第3开关(11)，所述第1电力路径(51)从第1蓄电装置(1)连接到电力授受设备(40)，所述第2电力路径(52)从第2蓄电装置连接到电力授受设备。

进而，在设作为第1蓄电装置的标称电压与额定容量的乘积的电力量为Wh1、作为第2蓄电装置的标称电压与额定容量的乘积的电力量为Wh2的情况下，只要将第1蓄电装置以及第2蓄电装置设计成满足关系式Wh1>Wh2，则即使在开关发生故障而蓄电装置彼此短路这样的状态的情况下，蓄电装置也能够保持不易过充电或过放电的状态。

以下，说明本发明的具体例子。

在第1蓄电装置1是锂离子二次电池的情况下，第1蓄电装置1的安全最大电压V1Hlim根据所使用的活性物质而不同。例如，在对正极使用钴酸锂钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂以及它们的混合系活性物质并对负极使用碳材料的锂离子二次电池的情况下，V1Hlim优选设为每单个单元为4.3V以下。这是因为，如果V1Hlim设为每单个单元为4.3V以下，则短时间内不发生电解液的分解等副反应而成为能够可逆使用的范围。在V1Hlim每单个单元大于4.3V时，由于电解液的分解等副反应，有时电池的内压上升，在为4.5V以上时，可能产生电池的发热现象。另外，在对负极使用钛酸锂的情况下，将V1Hlim设为单个单元为3.5V以下。在单个单元大于3.5V时，由于电解液的分解等副反应，有时电池的内压上升，在单个单元为4.5V以上时，可能产生电池的发热现象。在对正极使用磷酸铁锂、对负极使用碳材料的情况下，需要将V1Hlim的设为单个单元为4.0V以下。在单个单元大于4.0V时，由于电解液的分解等副反应，有时电池的内压上升，在单个单元为4.5V以上时，可能产生电池的发热现象。

同样地，在第1蓄电装置1是锂离子二次电池的情况下，第1蓄电装置1的安全最大容量U1lim根据电池而不同，但通常U1lim优选为U1的1.2倍以下。这是因为，如果U1lim被设为U1的1.2倍以下，则在短时间内不发生电解液的分解等副反应而成为能够可逆地使用的范围。因为锂离子二次电池设为密闭系统以防止外部气体渗入的情况居多，在U1lim大于U1的1.2倍时，由于电解液的分解等副反应，有时电池的内压上升。另外，在U1lim为U1的2倍以上时，可能产生电池的发热现象。

特别是在对正极使用磷酸铁锂的情况下，在U1lim大于U1的1.2倍时，电池的安全阀起作用的情况增多。此处，设能够向第1蓄电装置1安全蓄电的电力量(安全最大电力量)为Wh1lim时，

Wh1lim≈Va×U1lim≈1.2×Wh1，

Wh1lim优选设定为第1蓄电装置1的电力量Wh1的1.2倍以下。

在第1蓄电装置1和电压高的第2蓄电装置2由于系统异常而被电连接的情况下移动的电力量为ΔWh，ΔWh为第2蓄电装置2的电力量Wh2以下，所以Wh2≥ΔWh。

也就是说，第1蓄电装置1需要设计成即使接收第2蓄电装置2的电力量Wh2，也不会达到能够安全蓄电的电力量Wh1lim。

也就是说，需要设定为

Wh1lim≈1.2×Wh1≥Wh1+Wh2的关系。

整理上式，如下所示。

Wh2≤0.2×Wh1

也就是说，如果将Wh2设定为Wh1的0.2倍以下，则为能够安全蓄电的区域。

此处，对上述的发明概括如下。

在本实施方式的电源系统中，在进一步设作为第1蓄电装置的标称电压与额定容量的乘积的电力量为Wh1、作为第2蓄电装置的标称电压与额定容量的乘积的电力量为Wh2的情况下，只要将第1蓄电装置以及第2蓄电装置设计成Wh2为Wh1的0.2倍以下，则即使在电源系统发生故障而蓄电装置彼此短路这样的状态的情况下，蓄电装置也能够保持不易过充电或过放电的状态。特别是，在对正极使用磷酸铁锂的情况下有效。

另外，在将上限电压V1max状态下的第1蓄电装置1与上限电压V2max状态下的第2蓄电装置2由于系统异常而被并联电连接的情况下接近的电压值设为V12max时，

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

作为安全的目标，该值设定为V1Hlim>V12max。

在本实施方式中，第1蓄电装置1的电压V1和第2蓄电装置2的电压V2的关系为V1<V2，所以在系统异常时第1蓄电装置1与第2蓄电装置2被连接的情况下，V1上升，V2降低。因此，V1需要规定安全最大电压V1Hlim，V2需要规定安全最小电压V2Llim。

此处，在第2蓄电装置2是锂离子二次电池的情况下，第2蓄电装置2的安全最小电压V2Llim根据所使用的活性物质而不同。例如，在对正极使用钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂以及它们的混合系活性物质并对负极使用碳材料的锂离子二次电池的情况下，从满充电状态放电U1的容量时的电压，每单个单元为2.5V～3.0V。此时，第2蓄电装置2的安全最小电压V2Llim设定为每单个单元为0.5V～1.5V。更优选的是将安全最小电压V2Llim设定为1.0V。这是因为，在电压小于安全最小电压V2Llim时，存在内部压力上升或由于集电金属析出而导致发生内部短路的情况。在对负极使用钛酸锂的情况下，从满充电状态放电U1的容量时的电压为1.5V左右，所以需要将V2Llim设定为单个单元1.0V左右。另外，在对正极使用磷酸铁锂、对负极使用碳材料的情况下，从满充电状态放电U1的容量时的电压为2V左右，所以将第2蓄电装置2的安全最小电压V2Llim设定为每单个单元为0.5V～1.5V。更优选的是将安全最小电压V2Llim设定为1.0V。该情况下，同样地，在电压小于安全最小电压V2Llim时，存在内部压力上升或由于集电金属析出而导致发生内部短路的情况。也即是说，在第2蓄电装置是锂离子二次电池的情况下，只要设定为V2Llim＝1.0V×串联单元数即可。

另外，在第1蓄电装置1中，在从满充电状态释放了蓄电容量U1的电时，成为通常使用时的下限电压。设此时的电压为V1min。换言之，V1min为第1蓄电装置1中的SOC0％的电压。同样地，在第2蓄电装置2中，在从满充电状态释放了蓄电容量U2的电时，成为通常使用时的下限电压。设此时的电压为V2min。换言之，V2min为第2蓄电装置2中的SOC0％的电压。设下限电压V1min状态下的第1蓄电装置1与下限电压V2min状态下的第2蓄电装置2由于系统异常而被并联电连接的情况下接近的电压值为V12min时，作为安全的目标，该值设定为V2Llim<V12min。

图2中示出第1蓄电装置1的电压-容量特性以及第2蓄电装置2的电压-容量特性。另外，图3中示出第1蓄电装置1的电压-电力量特性以及第2蓄电装置2的电压-电力量特性。

本实施方式的控制装置4进行开关11、开关12以及开关13的接通/断开、电流的测量、电压的测量、DC-DC转换器3的控制以及逆变器41的控制。

在电压的测量中，测量第1蓄电装置1的电压V1、第2蓄电装置2的电压V2以及平滑电容器(缓冲电容器)31的电压Vc。对平滑电容器使用频数特性良好的电容器，使用薄膜电容器、油电容器、铝电解电容器等。

在电流测量中，测量流入流出第1蓄电装置1的电流I1a、第1蓄电装置1与DC-DC转换器3之间的电流I1b、流入流出第2蓄电装置2的电流I2a、第2蓄电装置2与DC-DC转换器3之间的电流I2b。

开关(继电器)进行电力线的连接以及断开。第3开关11是切换第1蓄电装置1的电力线(第1电力路径51)和第2蓄电装置2的电力线(第2电力路径52)的开关。第1开关12进行第1蓄电装置1的负极侧电力线53的连接以及断开，第2开关13进行第2蓄电装置2的负极侧电力线53的连接以及断开。开关2以及开关3在通常时处于打开状态。

对本发明的多电源系统的动作的一个例子进行说明。

作为多电源系统的连接状态，在通常的状态是功率运行(从蓄电装置向电动发动机42供给电力)为主的情况下，从作为大容量蓄电装置的第1蓄电装置1供给电力。此时，在经由DC-DC转换器3从第1蓄电装置1供给电力时，涉及到DC-DC转换器3的效率η，所以第1蓄电装置1设为不经由DC-DC转换器3的连接。该情况下，开关11连接于第1蓄电装置1的电力线(第1电力路径51)，并且开关12以及开关13为连接状态，将该状态设为连接状态1。

另一方面，在将DC-DC转换器3的效率设为η时，在频繁进行再生功率运行的情况下，作为高输出蓄电装置的第2蓄电装置2不经由DC-DC转换器3而与逆变器41连接的方案不涉及DC-DC转换器3的效率η，所以合适。该情况下，开关1连接于第2蓄电装置2的电力线(第2电力路径52)，并且开关12以及开关13为连接状态，将该状态作为连接状态2。

在本发明的多电源系统中，通过开关切换电压不同的多个蓄电设备的连接。此时，为了减少来自逆变器41的脉动电流，连接有并联连接的平滑电容器31的电压。平滑电容器31的电压为所连接的蓄电装置的电压，所以在切换为电压不同的蓄电装置的情况下，需要使电压一致后切换连接。

在图4示出从连接状态1迁移到连接状态2时的开关的操作方法的例子。在连接状态1中，开关11连接于第1蓄电装置1，所以平滑电容器的电压Vc≈V1。打开开关13，切断第2蓄电装置2的电路后，将开关11连接于第2蓄电装置2的电力线。然后，利用第1蓄电装置1经由DC-DC转换器3将平滑电容器的电压Vc升压至V2，闭合开关13。

同样地，从连接状态2迁移到连接状态1时，开关11连接于第2蓄电装置2，所以平滑电容器的电压Vc≈V2。打开开关12，切断第1蓄电装置1的电路后，将开关11连接于第1蓄电装置1侧。然后，利用第2蓄电装置2经由DC-DC转换器3将平滑电容器的电压Vc降压至V1，闭合开关12。通过如上所述地进行连接，能够切换电压不同的蓄电装置的连接。

说明本实施方式的实施例1。在第1蓄电装置1中将对正极使用钴、镍、锰混合系的活性物质并对负极使用石墨系的活性物质的锂离子二次电池串联80个单元来使用。第1蓄电装置1的标称电压Va为296V，额定容量U1为45Ah，电力容量Wh1为13.32kWh，设在第1蓄电装置1中充电了45Ah的状态下的电压V1max为328V。进而，设第1蓄电装置1的安全最大电压V1Hlim为344V，能够向第1蓄电装置1安全蓄电的容量U1lim为54Ah。另外，在第2蓄电装置2中将对正极使用钴、镍、锰混合系的活性物质并对负极使用硬碳作为活性物质的锂离子二次电池串联100个单元来使用。第2蓄电装置2的标称电压Vb为370V，额定容量U2为4Ah，电力容量Wh2为1.48kWh，设在第2蓄电装置2中以4Ah充电了的状态下的电压V2max为410V。进而，设第2蓄电装置2的安全最大电压V2Hlim为430V。另外，设第2蓄电装置2的安全最小电压V2Llim为100V。该情况下，Va<Vb，U1>U2，0.2×Wh1>Wh2。

假定以下情况：在第1蓄电装置1和第2蓄电装置2都满充电的状态下，由于系统的故障，第1蓄电装置1与第2蓄电装置2被电连接。该情况下，第2蓄电装置2的电压接近蓄电容量大的第1蓄电装置1的电压，第1蓄电装置1和第2蓄电装置2的电压为334V。电压上升ΔV1为8V，所增加的第1蓄电装置1的蓄电容量ΔU1为3.5Ah，从第1蓄电装置1向第2蓄电装置2的电力移动量ΔWh约为1.3kW。此时，第1蓄电装置1为Va<Vb、U1>U2、0.2×Wh1>Wh2，所以第1蓄电装置1即使接收从第2蓄电装置2流入的容量ΔU1，

U1lim>U1+ΔU1

V1Hlim>V1max+ΔV1

V1Hlim>V12max

V12max>V2Llim，

仍处于电池的安全最大电压以及安全最大容量的结构内。另外，电压的安全的目标也成立。

另外，U1lim是指在充入其以上的电时可能产生发热现象的容量值，U1为额定容量，ΔU1为从第2蓄电装置流入到第1蓄电装置的容量，V1Hlim为第1蓄电装置的安全最大电压，在实施例1的情况下，单个单元为4.3V，V1max为充入额定电流的电时的电压值，为使用上限电压，ΔV1为ΔU的容量流入到第1蓄电装置1时的电压上升值。可以例示性地取下列值。

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

即，通过上述结构，能够实现效率良好并且即使在DC-DC转换器异常时或者开关切换中发生故障的情况下，也能够安全地进行充放电的多电源系统。

作为比较例子1，此处，考虑Va>Vb并且U1>U2的情况。在第1蓄电装置1中将对正极使用钴、镍、锰混合系的活性物质并对负极使用石墨系的活性物质的锂离子二次电池串联100个单元来使用。第1蓄电装置1的标称电压Va为370V，额定容量U1为45Ah，电力容量Wh1为16.65kWh。设在第1蓄电装置1中充电了45Ah的状态的电压V1max为410V。进而，设第1蓄电装置1的安全最大电压V1Hlim为420V、能够向第1蓄电装置1安全蓄电的容量U1lim为54Ah。另外，在第2蓄电装置2中将对正极使用钴、镍、锰混合系的活性物质并对负极使用硬碳作为活性物质的锂离子二次电池串联80个单元来使用。第2蓄电装置2的标称电压Vb为296V，额定容量U2为4Ah，电力容量Wh2为1.18kWh。设在第2蓄电装置2中充电了4Ah的状态的电压V2max为328V。进而，设第2蓄电装置2的安全最大电压V2Hlim为344V。

同样地，假定以下情况：在第1蓄电装置1和第2蓄电装置2都满充电的状态下，由于系统的故障，第1蓄电装置1与第2蓄电装置2被电连接。关于第2蓄电装置2的电压，第2蓄电装置2的电压接近容量大的第1蓄电装置1的电压，超过了第2蓄电装置2的安全最大电压V2Hlim的344V，所以中止实验。

进而，作为比较例子2，此处，考虑Va<Vb并且U1<U2的情况。在第1蓄电装置1中将对正极使用钴、镍、锰混合系的活性物质并对负极使用硬碳作为活性物质的锂离子二次电池串联80个单元来使用。

第1蓄电装置1的标称电压Va为296V，额定容量U1为4Ah，电力容量Wh1为1.18kWh。设在第1蓄电装置1中充电了4Ah的状态的电压V1max为328V。进而，设第1蓄电装置1的安全最大电压V1Hlim为344V，设能够向第1蓄电装置1安全蓄电的容量Ua1lim为4.4Ah。另外，在第2蓄电装置2中将对正极使用钴、镍、锰混合系的活性物质并对负极使用石墨系的活性物质的锂离子二次电池串联100个单元来使用。第2蓄电装置2的标称电压Vb为370V，额定容量U2为45Ah，电力容量Wh2为16.65kWh。设在第2蓄电装置2中充电了50Ah的状态的电压V2max为410V。进而，设第2蓄电装置2的安全最大电压V2Hlim为430V。

同样地，假定以下情况：在第1蓄电装置1和第2蓄电装置2都满充电的状态下，由于系统的故障，第1蓄电装置1与第2蓄电装置2被电连接。第1蓄电装置1的电压接近容量大的第2蓄电装置2的电压，超过了第1蓄电装置1的安全最大电压V1Hlim的344V，所以中止实验。

接下来，说明本实施方式的实施例2。在第1蓄电装置1中，将16个锂离子二次电池串联连接，并且上述串联电路并联2个来使用，所述锂离子二次电池的单个单元的标称电压3.2V、额定容量45Ah。第1蓄电装置1的标称电压Va为51.2V，额定容量U1在1C下为90Ah，电力容量Wh1为4.6kWh，设在第1蓄电装置1中充电了90Ah的状态下的电压V1max为54.4V。进而，设第1蓄电装置1的安全最大电压V1Hlim为64V，设能够向第1蓄电装置1安全蓄电的容量U1lim为108Ah。在第2蓄电装置2中将镍氢电池串联100个单元来使用。第2蓄电装置2的标称电压Vb为120V，额定容量U2为6Ah，电力容量Wh2为0.72kWh，设在第2蓄电装置2中充电了6Ah的状态的电压V2max为140V。进而，设第2蓄电装置2的安全最大电压V2Hlim为150V。该情况下，Va<Vb，U1>U2，0.2×Wh1>Wh2。

假定以下情况：在第1蓄电装置1和第2蓄电装置2都满充电的状态下，由于系统的故障，第1蓄电装置1与第2蓄电装置2被电连接。该情况下，第2蓄电装置2的电压接近蓄电容量大的第1蓄电装置1的电压，第1蓄电装置1和第2蓄电装置2的电压为60.8V。电压上升ΔV1为6.4V，增加的第1蓄电装置1的蓄电容量ΔU1约为12Ah，从第1蓄电装置1向第2蓄电装置2的电力移动量ΔWh约为0.7kW。此时，第1蓄电装置1为Va<Vb并且U1>U2、0.2×Wh1>Wh2，所以第1蓄电装置1即使接收从第2蓄电装置2流入的容量ΔU1，

U1lim>U1+ΔU1

V1Hlim>V1max+ΔV1

V1Hlim>V12max，

仍处于电池的安全最大电压以及安全最大容量的结构内。另外，电压的安全的目标也成立。

另外，U1lim是指在充入其以上的电时可能产生发热现象的容量值，U1为额定容量，ΔU1为从第2蓄电装置流入到第1蓄电装置的容量，V1Hlim为第1蓄电装置的安全最大电压，在实施例2的情况下，单个单元为4V，V1max为充入了额定电流的电时的电压值，为使用上限电压，ΔV1为ΔU的容量流入到第1蓄电装置1时的电压上升值。例示性地，能够取如下值。

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

即，通过上述结构，能够实现效率良好且即使在DC-DC转换器异常时或者开关切换中发生故障的情况下，也能够安全地进行充放电的多电源系统。

作为比较例子3，此处说明Va<Vb并且U1>U2、0.2×Wh1<Wh2的情况。在第1蓄电装置1中，将16个锂离子二次电池串联连接，并且将上述串联电路并联2个来使用，所述锂离子二次电池的单个单元的标称电压为3.2V、额定容量为45Ah。第1蓄电装置1的标称电压Va为51.2V，额定容量U1在1C下为90Ah，电力容量Wh1为4.6kWh，设在第1蓄电装置1中充电了90Ah的状态的电压V1max为54.4V。进而，设第1蓄电装置1的安全最大电压V1Hlim为64V，设能够向第1蓄电装置1安全蓄电的容量U1lim为108Ah。在第2蓄电装置2中，将镍氢电池串联150个单元来使用。第2蓄电装置2的标称电压Vb为180V，额定容量U2为6Ah，电力容量Wh2为1.1kWh，设在第2蓄电装置2中充电了6Ah的状态的电压V2max为210V。进而，设第2蓄电装置2的安全最大电压V2lim为225V。该情况下，Va<Vb，U1>U2，0.2×Wh1>Wh2。

同样地，实施以下情况的实验：在第1蓄电装置1和第2蓄电装置2都满充电的状态下，由于系统的故障，第1蓄电装置1与第2蓄电装置2被电连接。第2蓄电装置2的电压接近容量大的第1蓄电装置1的电压，并且第1蓄电装置1的电压也上升，超过了第1蓄电装置1的安全最大电压V1Hlim的64V，所以中止实验。

以上，在具备作为锂离子二次电池的第1蓄电装置1、第2蓄电装置2、DC-DC转换器3、开关、控制装置以及平滑电容器的电源系统中，通过将第1蓄电设备和第2蓄电设备的电压、容量、电力量的关系设为Va<Vb并且U1>U2、0.2×Wh1>Wh2，能够提供即使异常时第1蓄电装置1和第2蓄电装置2被直接连接也安全的系统。

在以往技术中，存在构成为通过开关(开关)等得到多个电力供给路径的情况。该情况下，例如可能有由于系统的异常而蓄电装置之间被意外连接的情况。由于蓄电装置彼此之间的连接，可能出现储存于蓄电装置的能量转移到电压低的蓄电装置而导致破裂或烧损的情况，所以需要考虑了这样的事态的设计。

因此，在本发明的电源系统中，规定蓄电池的电压、电流容量、电力容量的关系，从而构成为即使异常时能量从高电压的蓄电装置向低电压的蓄电装置移动，蓄电装置也能够保持不易过充电或过放电的状态。

也就是说，即使在开关的切换中发生故障的情况下，规定第1蓄电装置以及第2蓄电装置的限制电压和电力量，从而使对第2蓄电装置的损失最少。

另外，上述的实施方式在全部方面应被理解为例示而非限制性的。本发明的范围不由上述实施方式的范围而由权利要求书的范围示出，并且包括与权利要求书的范围均等的意思以及范围内的全部的变更。

产业上的利用可能性

根据本发明，能够得到蓄电装置能够保持不易过充电或过放电的状态的电源系统。