CN111245043A

CN111245043A - 电源系统

Info

Publication number: CN111245043A
Application number: CN201911172295.XA
Authority: CN
Inventors: 八十岛珠仁; 泉纯太; 木村健治; 胜田敏宏; 松浦康平; 松本润一; 户村修二; 后藤成晶; 柳泽直树; 种村恭佑; 大冢一雄; 伴尊行; 西博信
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2020-06-05
Also published as: KR20200064012A; JP7022346B2; EP3661005A1; KR102299782B1; EP3661005B1; JP2020089141A; US20200169080A1; US11050247B2

Abstract

本发明提供一种能够充分活用性能不同的多个电池的电源系统。在此公开的电源系统具备主干线、多个扫描模块以及控制部。扫描模块具备电池模块和电力电路模块。电力电路模块具有对电池模块与主干线之间的连接和断开进行切换的开关元件。控制部执行依次切换多个电池模块中的要与主干线连接的电池模块的扫描控制。控制部在从外部输入电力期间，将SOC的大小满足高SOC的条件的电池模块从主干线断开(S7)，继续进行扫描控制(S8、S9)。

Description

电源系统

技术领域

本发明涉及具备多个模块的电源系统，所述模块包括电池和电路。

背景技术

已知如下电源装置：通过具备多个包括电池和电路的模块、并对多个模块分别进行控制，进行向外部输出电力以及储存从外部输入的电力中的至少任一方。例如，专利文献1所记载的电源装置具备多个电池电路模块，该电池电路模块包括电池、第1开关元件以及第2开关元件。多个电池电路模块经由各自的输出端子而串联连接。电源装置的控制电路按一定时间对各个电池电路模块分别输出对第1开关元件以及第2开关元件进行导通/截止(on/off)驱动的选通(gate)信号。由此，从多个电池电路模块输出作为目标的电力。

现有技术文献

专利文献1：日本专利申请公开第2018-74709号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在具备多个包含电池的模块的电源装置中，有时在电源装置中并存有性能互不相同的多个电池。若将性能不同的多个电池一样地进行使用，则有时电源装置整体的性能会受到多个电池中的性能低的电池的限制。该情况下，充分活用性能高的电池会变得困难。

本发明的典型的目的在于，提供一种能够充分活用性能不同的多个电池的电源系统。

用于解决问题的技术方案

为了实现该目的，在此公开的一技术方案的电源系统具备：至少供从外部输入的电力通过的主干线；与该主干线连接的多个扫描模块；以及控制部，上述扫描模块具备：电池模块，其具备至少一个电池；和电力电路模块，其具备对上述电池模块与上述主干线之间的连接和断开进行切换的至少一个开关元件，上述控制部构成为执行第1处理和第2处理，上述第1处理为执行扫描控制的处理，上述扫描控制通过向上述电力电路模块输出控制上述开关元件的选通信号，从而依次切换多个上述电池模块中的要与上述主干线连接的上述电池模块，上述第2处理为如下处理：在通过上述主干线从外部输入电力期间，对每个上述电池模块检测SOC，将高SOC模块从上述主干线断开，并且排除具备上述高SOC模块的上述扫描模块来执行上述扫描控制，上述高SOC模块是所检测出的SOC的大小满足高SOC的条件的上述电池模块。

上述构成的电源系统执行依次切换要与主干线连接的扫描模块的扫描控制。在此，控制部在通过主干线从外部输入电力期间，对每个电池模块检测SOC。控制部将所检测到的SOC的大小满足高SOC值的条件的电池模块即高SOC模块从主干线断开。其结果是，对高SOC模块的充电停止。另外，控制部将具备高SOC模块的扫描模块排除来执行扫描控制。该情况下，在通过扫描控制进行多个电池模块的充电的期间，若一部分电池模块的SOC变高，则SOC变高了的电池模块停止，并且对其他电池模块的充电继续。也就是说，即使性能低的电池模块的SOC变高，对性能高的电池模块的充电也继续。另外，通过跳过对SOC变高了的电池模块的充电，一部分电池模块成为过充电状态的可能性降低，电池模块的寿命变长。另外，在使多个电池模块执行放电时，SOC低的电池模块成为过放电状态的可能性也降低。因此，能充分活用性能不同的多个电池。

在此公开的电源系统的优选的一技术方案中，电力电路模块的开关元件具有第1开关元件和第2开关元件。第1开关元件相对于主干线串联、且相对于电池模块并联地安装。第2开关元件设置于将电池模块串联连接于主干线的电路。控制部构成为，按所确定的延迟时间依次对多个扫描模块中的作为向主干线的连接对象的多个扫描模块分别输出对第1开关元件和第2开关元件的导通和截止的交替驱动进行控制的选通信号，由此执行扫描控制。在将高SOC模块从主干线断开的情况下，向具备高SOC模块的扫描模块输出使得第1开关元件的导通状态和第2开关元件的截止状态维持的信号。

附图说明

下文将参照附图说明本发明示例性实施例的特征、优点以及技术和产业的意义，其中相同的标号表示同样的要素，并且，其中：

图1是电源系统1的概略构成图。

图2是扫描模块20的概略构成图。

图3是扫描动作中的时序图(timing chart)的一个例子。

图4是强制跳过(through)动作中的时序图的一个例子。

图5是电源系统1执行的充电控制处理的流程图。

标号的说明

1 电源系统

5 配电装置

7 主干线

10 串

11 SCU

20 扫描模块

30 电池模块

31 电池

35 电压检测部

36 温度检测部

40 电力电路模块

41 第1开关元件

42 第2开关元件

50 扫描单元(SU)

具体实施方式

以下，参照附图对本公开中的典型的实施方式之一进行详细的说明。在本说明书中特别提及的事项以外的且在实施上所需要的情况状态可以作为本领域技术人员基于该领域的现有技术的设计事项来掌握。本发明能够基于本说明书所公开的内容和该领域中的技术常识来实施。此外，在以下的附图中，对实现相同作用的部件、部位标记相同的标号来进行说明。另外，各图中的尺寸关系并不反映实际的尺寸关系。

＜整体的概略构成＞

参照图1对本实施方式中的电源系统1的整体构成进行概略性的说明。电源系统1进行向与上位的电力系统8连接的配电装置5输出电力、和储存从配电装置5输入的电力中的至少任一方(以下有时也简称为“电力的输入输出”)。作为一个例子，在本实施方式中，使用了PCS(PowerConditioning Subsystem，功率调节子系统)来作为配电装置5。PCS具有如下功能：将从电力系统8输入给电源系统1等的电力和从电源系统1等输出给电力系统8的电力在电源系统1等与电力系统8之间相互进行变换。

在电力系统8中电力有剩余的情况下，配电装置5向电源系统1输出剩余的电力。在该情况下，电源系统1储存从配电装置5输入的电力。另外，电源系统1根据来自控制上位的电力系统8的上位系统6的指示，向配电装置5输出在电源系统1中储存的电力。在图1中，上位系统6作为控制电力系统8以及配电装置5的系统而图示为电力系统8以及配电装置5是分开设置的。但是，上位系统6也可以组装进电力系统8或者配电装置5中。

电源系统1具备至少一个串(string)10。本实施方式的电源系统1具备多个(N个：N≥2)串10(10A、10B、……、10N)。在图1中，为了便于说明，仅图示了N个串10中的两个串10A、10B。串10成为与配电装置5之间的电力输入输出的单位。多个串10相对于配电装置5并联连接。配电装置5和各个串10之间的电力输入输出(通电)经过主干线7来进行。

串10具备SCU(String Control Unit，串控制单元)11和多个(M个：M≥2)扫描模块(sweep module)20(20A、20B、……、20M)。各个扫描模块20具备电池以及控制电路。SCU11按各串10而设置。SCU11是对一个串10所包含的多个扫描模块20进行综合控制的控制器。各个SCU11与作为电力控制装置的GCU(Group control Unit，组群控制单元)2之间进行通信。GCU2是对包括多个串10的组群整体进行综合控制的控制器。GCU2与上位系统6以及各个SCU11之间进行通信。上位系统6、GCU2以及SCU11之间的通信的方法可以采用各种方法(例如有线通信、无线通信、经由网络的通信等中的至少任一方)。

此外，也可以对控制串10以及扫描模块20等的控制器的构成进行变更。例如，GCU2和SCU11也可以不分开设置。也即是，也可以是一个控制器对包括至少一个串10的组群整体和串10所包含的多个扫描模块20一并进行控制。

＜扫描模块＞

参照图2对扫描模块20进行详细的说明。扫描模块20具备电池模块30、电力电路模块40以及扫描单元(SU(Sweep Unit))50。

电池模块30具备至少一个电池31。在本实施方式的电池模块30设有多个电池31。多个电池31串联连接。在本实施方式中，使用了二次电池来作为电池31。电池31可以使用各种二次电池(例如镍氢电池、锂离子电池、镍镉电池等)中的至少任一方。此外，在电源系统1中，也可以混合存在多个种类的电池31。当然，全部电池模块30内的电池31的种类也可以全部相同。

在电池模块30安装有电压检测部35以及温度检测部36。电压检测部35对电池模块30具备的电池31(在本实施方式中为串联连接的多个电池31)的电压进行检测。温度检测部36对电池模块30具备的电池31的温度或者电池31附近的温度进行检测。温度检测部36可以使用检测温度的各种元件(例如热敏电阻等)。

电池模块30以能够相对于电力电路模块40进行拆装的方式来设置。详细而言，在本实施方式中，具备多个电池31的电池模块30成为一个单位，进行从电力电路模块40的卸下以及向电力电路模块40的安装。因此，与电池模块30所包含的电池31一个一个地被更换的情况相比，作业人员更换电池31时的作业工时减少。此外，在本实施方式中，电压检测部35以及温度检测部36与电池模块30分开来进行更换。但是，电压检测部35和温度检测部36中的至少一方也可以与电池模块30一起来进行更换。

电力电路模块40形成用于适当地实现电池模块30中的电力输入输出的电路。在本实施方式中，电力电路模块40具备对电池模块30与主干线7之间的连接以及断离进行切换的至少一个开关元件。在本实施方式中，电力电路模块40具备用于将电池模块30连接于主干线7的输入输出电路43、和配置于输入输出电路43的第1开关元件41以及第2开关元件42。第1开关元件41以及第2开关元件42根据从扫描单元50输入的信号(例如选通信号等)进行开关动作。

在本实施方式中，如图2所示，第1开关元件41在输入输出电路43中相对于主干线7串联、且相对于电池模块30并联地安装。第2开关元件42在输入输出电路43中安装在将电池模块30串联连接于主干线7的部分。第1开关元件41的源极和漏极配置为使得沿着在主干线7中流动放电电流的方向而成为正向(顺方向)。第2开关元件42的源极和漏极配置为使得在将电池模块30串联安装于主干线7的输入输出电路43中沿着在电池模块30中流动充电电流的方向而成为正向(顺方向)。在本实施方式中，第1开关元件41和第2开关元件42分别是MOSFET(例如Si－MOSFET)，分别具备朝向正向的体二极管(body diode)41a、42a。在此，第1开关元件41的体二极管41a可以被适当地称为第1体二极管。第2开关元件42的体二极管42a被适当地称为第2体二极管。

此外，第1开关元件41和第2开关元件42不限定于图2的例子。第1开关元件41以及第2开关元件42可以使用能够对导通和非导通进行切换的各种元件。在本实施方式中，对第1开关元件41以及第2开关元件42这两方使用了MOSFET(详细而言为Si－MOSFET)。但是，也可以采用MOSFET以外的元件(例如晶体管等)。

另外，电力电路模块40具备电感器46以及电容器47。电感器46设在电池模块30与第2开关元件42之间。电容器47与电池模块30并联连接。在本实施方式中，电池模块30的电池31使用了二次电池，因此，需要抑制因内部电阻损失的增加引起的电池31的劣化。因此，通过由电池模块30、电感器46以及电容器47形成RLC滤波器，可实现电流的平准化。

另外，在电力电路模块40设有温度检测部48。温度检测部48是为了检测第1开关元件41和第2开关元件42中的至少一方的发热而设置的。在本实施方式中，第1开关元件41、第2开关元件42以及温度检测部48组装在一个底座。因此，在发现了第1开关元件41和第2开关元件42中的一方的故障的时刻，按底座来进行更换。由此，在本实施方式中，通过在第1开关元件41以及第2开关元件42的附近设有一个温度检测部48，削减了部件数量。但是，也可以分别设置有检测第1开关元件41的温度的温度检测部和检测第2开关元件42的温度的温度检测部。温度检测部48可以使用检测温度的各种元件(例如热敏电阻等)。

如图1以及图2所示，串10内的多个电池模块30分别经由电力电路模块40而相对于主干线7串联连接。并且，通过适当地控制电力电路模块40的第1开关元件41和第2开关元件42，电池模块30与主干线7连接或者断离。在图2所示的电力电路模块40的构成例中，当第1开关元件41被设为截止(off)、且第2开关元件42被设为导通(on)时，电池模块30与主干线7连接。当第1开关元件41被设为导通、且第2开关元件42被设为截止时，电池模块30被从主干线7断离。

扫描单元(SU(Sweep Unit))50是组装进扫描模块20以使得进行与扫描模块20有关的各种控制的控制单元，也被称为扫描控制单元。详细而言，扫描单元50输出使电力电路模块40中的第1开关元件41以及第2开关元件42进行驱动的信号。另外，扫描单元50将扫描模块20的状态(例如电池模块30的电压、电池31的温度以及开关元件41、42的温度等)通知给上位的控制器(在本实施方式中为图1所示的SCU11)。扫描单元50分别组装进串10的多个扫描模块20中。组装进串10的多个扫描模块20中的扫描单元50依次连结，构成为对从SCU11输出的选通信号GS依次进行传递。如图2所示，在本实施方式中，扫描单元50具备SU处理部51、延迟/选择电路52以及门驱动器(gate driver)53。

SU处理部51是负责扫描单元50中的各种处理的控制器。SU处理部51例如可以使用微型计算机等。对SU处理部51输入有来自电压检测部35、温度检测部36以及温度检测部48的检测信号。另外，SU处理部51与上位的控制器(在本实施方式中为串10的SCU11)之间进行各种信号的输入输出。

从SCU11输入到SU处理部51的信号包括强制跳过(through)信号CSS以及强制连接信号CCS。强制跳过信号CSS是指示将电池模块30从由配电装置5延伸到串10的主干线7(参照图1)断离的信号。也即是，被输入了强制跳过信号CSS的扫描模块20跳过用于与配电装置5之间输入输出电力的动作。强制连接信号CCS是指示维持电池模块30对于主干线7的连接的信号。

在延迟/选择电路52输入有选通信号GS。选通信号(在本实施方式中为PWM信号)GS是对第1开关元件41和第2开关元件42的导通状态与截止状态的交替的反复开关动作进行控制的信号。选通信号GS是导通(on)和截止(off)交替地反复的脉冲状的信号。选通信号GS首先从SCU11(参照图1)输入至一个扫描模块20内的延迟/选择电路52。接着，选通信号GS从一个扫描模块20的延迟/选择电路52依次向其他的扫描模块20的延迟/选择电路52传播下去。

在串10中，执行图3以及图4所例示的扫描控制。在此，图3是扫描动作中的时序图的一个例子。具体而言，作为一个例子，在图3中示出了使全部扫描模块20执行扫描动作的情况下的、各扫描模块20的连接状态与输出至配电装置5的电压之间的关系。图4是强制跳过动作中的时序图的一个例子。具体而言，作为一个例子，在图4中示出了使一部分扫描模块20执行强制跳过动作的情况下的、各扫描模块20的连接状态与输出至配电装置5的电压之间的关系。

在串10中执行的扫描控制中，组装于串10的多个扫描模块20(例如M个)中的在相同的定时成为连接(ON)的扫描模块20的数量m是确定的。扫描控制下的选通信号GS例如由脉冲波形构成。选通信号GS例如可以为依次排列有用于将电池模块30连接于主干线7的信号波形、和用于将电池模块30从主干线7断离的信号波形。在选通信号GS下，对于用于将电池模块30连接于主干线7的信号波形，可以纳入扫描串10的预先确定的周期T中要与主干线7连接的电池模块30的数量。另外，对于用于将电池模块30从主干线7断离的信号波形，纳入有组装于串10的电池模块30中的、需要将电池模块30从主干线7断离的所需要数量。用于将电池模块30连接于主干线7的信号波形、用于将电池模块30从主干线7断离的信号波形的波长等被适当地进行调整。

在本实施方式的串10中，M个扫描模块20从配电装置5侧开始按扫描模块20A、20B、···、20M的顺序串联连接。以下，将靠近配电装置5的一侧作为上游侧，将距配电装置5远的一侧作为下游侧。首先，选通信号GS被从SCU11输入到最上游侧的扫描模块20A内的扫描单元50的延迟/选择电路52。接着，选通信号GS被从扫描模块20A的延迟/选择电路52传播到在下游侧相邻的扫描模块20B的延迟/选择电路52。选通信号向在下游侧相邻的扫描模块20的传播被依次反复进行，直到最下游侧的扫描模块20M。

在此，延迟/选择电路52能够使从SCU11或者上游侧的扫描模块20输入的脉冲状的选通信号GS延迟所确定的延迟时间后，使之向下游侧的扫描模块20进行传播。在该情况下，表示延迟时间的信号被从SCU11输入到扫描单元50(例如在本实施方式中为扫描单元50内的SU处理部51)。延迟/选择电路52基于由信号表示的延迟时间，使选通信号GS延迟。另外，延迟/选择电路52也可以不使所输入的选通信号GS延迟而使之直接向下游侧的扫描模块20传播。

另外，门驱动器53对第1开关元件41以及第2开关元件42的开关动作进行驱动。延迟/选择电路52对门驱动器53输出对门驱动器53的驱动进行控制的信号。门驱动器53向第1开关元件41和第2开关元件42分别输出控制信号。在将电池模块30连接于主干线7的情况下，门驱动器53输出用于使第1开关元件41截止、且使第2开关元件42导通的控制信号。在将电池模块30从主干线7断离的情况下，门驱动器53输出用于使第1开关元件41导通、且使第2开关元件42截止的控制信号。

本实施方式的延迟/选择电路52由SCU11等的控制装置控制，选择性地执行扫描动作、强制跳过动作以及强制连接动作。

例如，在扫描动作中，通过选通信号GS操作第1开关元件41和第2开关元件42。串10所包含的多个电池模块30按预定的顺序与主干线7连接，并且，按预定的顺序被断离。其结果，串10一边以短的控制周期依次对要与主干线7连接的电池模块30进行更换，一边在使得预先确定的数量的电池模块30被常态连接于主干线7的的状态下进行驱动。通过该扫描动作，串10在以短的控制周期对连接于主干线7的电池模块30依次进行更换的同时，如串联连接了预先确定的数量的电池模块30的一个电池组那样发挥功能。串10的各扫描模块20由SCU11控制，以使得实现该扫描动作。在该控制中，SCU11对串10输出选通信号GS，并且，向组装进各扫描模块20中的SU处理部51输出控制信号。对于扫描动作的一个例子的详细说明，例示于图3以及图4来在后面进行描述。

在扫描动作中，延迟/选择电路52将所输入的选通信号GS直接输出至门驱动器53，并且，使选通信号GS以延迟时间延迟后，使之向下游侧的扫描模块20传播。其结果，扫描动作中的扫描模块20的电池模块30在串10内错开定时的同时依次与主干线7连接，并且，被依次从主干线7断离。

在强制跳过动作中，延迟/选择电路52与所输入的选通信号GS无关地向门驱动器53输出使第1开关元件41维持导通、且使第2开关元件42维持截止的信号。其结果，强制跳过动作中的扫描模块20的电池模块30被从主干线7断离。另外，强制跳过动作中的扫描模块20的延迟/选择电路52不使选通信号GS延迟而使之直接向下游侧的扫描模块20传播。

在强制连接动作中，延迟/选择电路52与所输入的选通信号GS无关地向门驱动器53输出使第1开关元件41维持截止、且使第2开关元件42维持导通的信号。其结果，强制连接动作中的扫描模块20的电池模块30常态连接于主干线7。另外，强制连接动作中的扫描模块20的延迟/选择电路52不使选通信号GS延迟而使之直接向下游侧的扫描模块20传播。

延迟/选择电路52也可以作为发挥如上所述那样所需要的功能的一个集成电路来构成。另外，延迟/选择电路52也可以组合使选通信号GS延迟的电路、和选择性地向门驱动器53发送选通信号GS的电路。以下，对本实施方式中的延迟/选择电路52的构成例进行说明。

在本实施方式中，如图2所示，延迟/选择电路52具备延迟电路52a和选择电路52b。输入到延迟/选择电路52的选通信号GS被输入给延迟电路52a。延迟电路52a使选通信号GS以预定的延迟时间进行延迟后将其输出至选择电路52b。另外，输入到延迟/选择电路52的选通信号GS通过不经过延迟电路52a的其他路径被直接输出至选择电路52b。选择电路52b从SU处理部51接受指示信号，根据指示信号进行输出。

在来自SU处理部51的指示信号指示实施扫描动作的情况下，选择电路52b将所输入的选通信号GS直接输出至该扫描模块20的门驱动器53。门驱动器53向电力电路模块40输出控制信号，使第1开关元件41截止，并且，使第2开关元件42导通，将电池模块30连接于主干线7。另一方面，选择电路52b向一个下游的扫描模块20的延迟/选择电路52输出被延迟了的选通信号GS。也即是，在电池模块30在扫描动作中与主干线7相连接的情况下，延迟了预定的延迟时间后的选通信号GS被发送给一个下游的扫描模块20。

在来自SU处理部51的指示信号为强制跳过信号CSS的情况下，选择电路52b向门驱动器53输出用于跳过电池模块30的信号。通过持续强制跳过信号CSS，接受了强制跳过信号CSS的扫描模块20的电池模块30被维持为从主干线7断离的状态。在该情况下，通过选择电路52b，利用不经过延迟电路52a的其他路径输入到选择电路52b的选通信号GS被输出给一个下游的扫描模块20。

在来自SU处理部51的指示信号为强制连接信号CCS的情况下，选择电路52b向门驱动器53输出用于将电池模块30连接于主干线7的信号。也即是，门驱动器53使第1开关元件41截止，并且，使第2开关元件42导通，将电池模块30连接于主干线7。通过持续强制连接信号CCS，电池模块30被维持为与主干线7连接的状态。在该情况下，通过选择电路52b，利用不经过延迟电路52a的其他路径输入到选择电路52b的选通信号GS被输出给一个下游的扫描模块20。

如图1以及图2所示，在本实施方式中，一个串10所包含的多个扫描单元50(详细而言为多个延迟/选择电路52)以菊花链(daisy-chain)方式依次连接。其结果，从SCU11输入至一个扫描单元50的选通信号GS在多个扫描单元50之间依次被进行传播。因此，SCU11中的处理容易简化，也容易抑制信号性增加。但是，SCU11也可以对多个扫描单元50分别个别地输出选通信号GS。

扫描单元50具备指示器57。指示器57例如向作业人员通知包括电池模块30、电力电路模块40等的扫描模块20的状态。指示器57例如能够向作业人员通知在扫描模块20内的电池模块30检测到不良状况(例如故障以及电池31的劣化等)这一情况(也即是，处于应该更换电池模块30的状态这一情况)。

作为一个例子，本实施方式的指示器57使用了作为一种发光元件的LED。但是，LED以外的设备(例如显示器等)也可以被作为指示器57来使用。另外，输出语音的设备(例如扬声器等)也可以被作为指示器57来使用。另外，指示器57也可以通过由致动器(例如马达或者螺线管等)使部件进行驱动，向作业人员通知扫描模块20的状态。另外，指示器57也可以构成为根据扫描模块20的状态来以不同的方法表示状态。

在本实施方式中，指示器57的动作由扫描单元50内的SU处理部51控制。但是，也可以为SU处理部51以外的控制器(例如SCU11等)对指示器57的动作进行控制。

在本实施方式中，按各扫描单元50设置有指示器57。因此，作业人员能够容易地从排列配置的多个扫描模块20中识别由指示器57通知了状态的扫描模块20。但是，也可以对指示器57的构成进行变更。例如，也可以与按各扫描单元50设置的指示器57不同地、或者与指示器57一起地设置有汇总多个扫描模块20的状态来进行通知的状态通知部。在该情况下，状态通知部例如也可以使一个监视器汇总显示多个扫描模块20的状态(例如是否产生了不良状况等)。

＜扫描控制＞

对在串10中执行的扫描控制进行说明。在此，扫描控制是用于使串10的各电池模块30进行扫描动作的控制。在串10中执行的扫描控制中，SCU11输出脉冲状的选通信号GS。另外，串10的多个扫描模块20中的开关元件41、42被适当地切换导通和截止来进行驱动。其结果，电池模块30相对于主干线7的连接和从主干线7的断离被按各扫描模块20而高速地进行切换。进一步，串10能够使从上游侧向第X个扫描模块20输入的选通信号GS相对于向第(X－1)个扫描模块20输入的选通信号GS延迟。其结果，串10所包含的M个扫描模块20中的、与主干线7连接的m个(m＜M)扫描模块20被依次进行切换。由此，串10所包含的多个电池模块30按预定的顺序与主干线7连接，并且，按预定的顺序被断离。并且，成为使得预先确定的数量的电池模块30常态连接于主干线7的状态。通过该扫描动作，串10作为串联连接了预先确定的数量的电池模块30的一个电池组发挥功能。

图3是对使串10所包含的全部扫描模块20执行了扫描动作的情况下的、各扫描模块20的连接状态与输出至配电装置5的电压之间的关系的一个例子进行表示的时序图。一个串10所包含的扫描模块20的数量M可以适当地进行变更。在图3所示的例子中，一个串10包含5个扫描模块20，使5个扫描模块20全部执行扫描动作。

另外，在图3所示的例子中，对串10的SCU11输入了使向配电装置5输出的电压VH[V]为100V的VH指令信号。各个扫描模块20中的电池模块30的电压Vmod[V]为43.2V。另外，对于使选通信号GS延迟的延迟时间DL[μsec]，可根据对电源系统1要求的规格来适当地进行设定。选通信号GS的周期T(也即是扫描模块20的连接与断离的周期)成为对使得执行扫描动作的扫描模块20的数量P(≦M)乘以延迟时间DL而得到的值。因此，当将延迟时间DL设定得长时，选通信号GS的频率成为低频。相反地，当将延迟时间DL设定得短时，选通信号GS的频率成为高频。在图3所示的例子中，延迟时间DL被设定为2.4μsec。因此，选通信号GS的周期T成为“2.4μsec×5＝12μsec”。

在本实施方式中，第1开关元件41被设为截止、且第2开关元件42被设为导通的扫描模块20的电池模块30连接于主干线7。也即是，当第1开关元件41被设为截止、且第2开关元件42被设为导通时，设置为相对于电池模块30成为并联的电容器47连接于输入输出电路43，输入输出电力。扫描模块20的扫描单元50在选通信号GS为导通的期间将电池模块30连接于主干线7。另一方面，第1开关元件41被设为截止、且第2开关元件42被设为导通的扫描模块20的电池模块30被从主干线7断离。扫描单元50在选通信号GS为截止的期间将电池模块30从主干线7断离。

此外，当第1开关元件41和第2开关元件42同时成为导通状态时，会发生短路。因此，扫描单元50在对第1开关元件41和第2开关元件42进行切换的情况下，将一方的元件从导通切换为截止后，在经过短暂的待机时间之后，将另一方的元件从截止切换为导通。其结果，能防止短路的发生。

将由VH指令信号指示的VH指令值设为VH＿com，将各电池模块30的电压设为Vmod，将使得执行扫描动作的扫描模块20的数量(也即是，在扫描控制中设为向主干线7的连接对象的扫描模块20的数量)设为P。在该情况下，在选通信号GS中导通的期间相对于周期T所占的占空比根据“VH＿com/(Vmod×P)”来求出。在图3所示的例子中，选通信号GS的占空比大约成为0.46。此外，严格来说，由于用于防止短路发生的待机时间的影响，占空比会偏移。因此，扫描单元50也可以使用反馈处理或者前馈处理来进行占空比的修正。

如图3所示，当开始扫描控制时，首先，P个扫描模块20中的一个(在图3所示的例子中为最上游侧的No.1的扫描模块20)成为连接状态。然后，当经过延迟时间DL时，接下来的扫描模块20(在图3所示的例子中，从上游侧开始第2个的No.2的扫描模块20)也成为连接状态。在该状态下，向配电装置5输出的电压VH成为两个扫描模块20的电压的合计值，不会达到VH指令值。当进一步经过延迟时间DL时，No.3的扫描模块20成为连接状态。在该状态下，与主干线7连接的扫描模块20的数量成为No.1～No.3这三个。因此，向配电装置5输出的电压VH成为三个扫描模块20的电压的合计值，变为比VH指令值大。然后，当No.1的扫描模块20被从主干线7断离时，电压VH恢复到两个扫描模块20的电压的合计值。当开始No.3的连接后经过延迟时间DL时，No.4的扫描模块20成为连接状态。其结果，与主干线7连接的扫描模块20的数量成为No.2～No.4这三个。如上所述，根据扫描控制，M个(在图3中为5个)扫描模块20中的与主干线7连接的m个(在图3中为3个)扫描模块20被依次进行切换。

如图3所示，也有时VH指令值无法用各电池模块30的电压Vmod除尽。在该情况下，向配电装置5输出的电压VH会变动。但是，电压VH通过RLC滤波器被平准化后输出给配电装置5。此外，在将从配电装置5输入的电力储存于各扫描模块20的电池模块30的情况下，也与图3所例示的时序图同样地控制各扫描模块20的连接状态。

＜强制跳过动作＞

参照图4，对使一部分扫描模块20执行强制跳过动作、使其他扫描模块20执行扫描动作的情况下的控制进行说明。如前所述，被指示了执行强制跳过动作的扫描模块20维持将电池模块30从主干线7断开了的状态。在图4所示的例子中，使No.2的扫描模块20执行强制跳过动作这一点与图3所示的例子不同。也即是，在图4所示的例子中，一个串10所包含的5个扫描模块20中的使得执行扫描动作的扫描模块20的数量(也即是作为向主干线7的连接对象的扫描模块20的数量)P为4个。VH指令值、各个电池模块30的电压Vmod以及延迟时间DL与图3所示的例子相同。在图4所示的例子中，选通信号GS的周期T成为“2.4μsec×4＝9.6μsec”。选通信号GS的占空比成为大约0.58。

如图4所示，在使一部分扫描模块20(在图4中为No.2的扫描模块20)执行强制跳过动作的情况下，与图3所例示的情况相比，使得执行扫描动作的扫描模块20的数量P减少。但是，串10与使得执行扫描动作的扫描模块20的数量P的减少相应地，对选通信号GS的周期T和选通信号GS的占空比进行调整。其结果，被输出至配电装置5的电压VH的波形成为与图3所例示的电压VH的波形相同。因此，串10即使是在让使得执行扫描动作的扫描模块20的数量P增减的情况下，也能够适当地向配电装置5输出所指令的电压VH。

串10例如能够在某一扫描模块20内的电池31产生了不良状况(例如劣化或者故障等)的情况下，使包括产生了不良状况的电池31的扫描模块20执行强制跳过动作。因此，串10能够使用未产生不良状况的扫描模块20，向配电装置5适当地输出所指令的电压VH。另外，作业人员能够在使串10保持正常地工作的状况下对包括产生了不良状况的电池31的电池模块30(也即是，正进行强制跳过动作的扫描模块20的电池模块30)进行更换。换言之，在本实施方式的电源系统1中，在更换电池模块30时，不需要使串10整体的动作停止。

此外，在使一部分扫描模块20执行强制连接动作的情况下，使得执行强制连接动作的扫描模块20的连接状态成为常态连接。例如，在使图4所示的No.2的扫描模块20执行强制连接动作而不是强制跳过动作的情况下，No.2的连接状态被维持为“连接”而不是“断开”。

在电源系统1具备多个串10的情况下，在多个串10中分别执行上述中说明过的扫描控制。对电源系统1的整体进行综合控制的控制器(在本实施方式中为GCU2)对多个串10的动作进行控制，以使得满足来自上位系统6的指令。例如，仅一个串10不满足由上位系统6要求的VH指令值的情况下，GCU2也能够通过使多个串10输出电力来满足VH指令值。

＜串＞

参照图1对串10和电源系统1的整体构成进行详细的说明。如前所述，串10具备SCU11、和经由电力电路模块40与主干线7串联连接的多个扫描模块20。进一步，串10的主干线7与从配电装置5延伸的总线9连接。串10从主干线7中的配电装置5侧(上游侧)开始依次具备总线电压检测部21、系统切断器(系统切断器被适当地称为“SMR(System Main Relay，系统主继电器)”；系统断路器)22、串电容器23、串电流检测部24、串电抗器25以及串电压检测部26。此外，也可以对一部分部件的配置进行变更。例如，系统切断器22也可以设置在串电容器23的下游侧。

总线电压检测部21对从配电装置5向串10延伸的总线9上的电压进行检测。系统切断器22对串10与配电装置5之间的连接和切断进行切换。在本实施方式中，系统切断器22根据从SCU11输入的信号来驱动。串电容器23和串电抗器25通过形成RLC滤波器来实现电流的平准化。串电流检测部24对在串10与配电装置5之间流动的电流进行检测。串电压检测部26检测串10的串电压，该串10的串电压是对在串10中与主干线7串联连接的多个扫描模块20的电压进行合计而得到的电压。

在图1所示的方式中，系统切断器22具备开关22a和熔丝22b。开关22a是用于将串10连接于配电装置5、从配电装置5切断的装置。开关22a可以被适当地称为串开关。通过使该开关22a接通，串10的主干线7和配电装置5的总线9相连接。通过使该开关22a断开，串10被从配电装置5断离。开关22a由控制串10的SCU11来控制。通过操作开关22a，串10被适当地从配电装置5切断，或者连接于配电装置5。熔丝22b是用于在串10的主干线7中流动了在串10的设计上预想不到的大电流的情况下使该电流停止的装置。熔丝22b也适当地被称为串熔丝。

在此，若组装于一个电池模块30的电池为相同规格的电池，所组装的电池的数量越多，一个电池模块30的电压越高。另一方面，当电池模块30的电压高时，在作业人员进行处理上很危险，并且，会觉得很重。在该观点下，在一个电池模块30中，可以为在即使在满充电的状态下作业人接触、也不会成为重大事故的程度的电压(例如小于60V、优选例如小于42V)、且在成为一个作业人员容易更换的程度的重量的范围内组装许多电池。并且，组装于串10的电池模块30不需要全部由相同的电池构成，可以为根据组装于电池模块30的电池的种类和/或规格等来确定组装于一个电池模块30的电池的数量。在串10中，通过组装有该电池模块30的扫描模块20被以串联方式进行组合，构成为能够输出所需要的电压。进一步，该电源系统1通过组合有多个串10，构成为能够输出用于与电力系统8连接的所需要的电力。

在本实施方式中，电源系统1的连接多个串10的配电装置5具备按串10A、10B而连接的子配电装置5A、5B。通过子配电装置5A、5B，与子配电装置5A、5B连接的各串10A、10B并联连接。配电装置5通过与各串10连接的子配电装置5A、5B，对从电力系统8输入到各串10A、10B的电力的分配、从各串10A、10B输出到电力系统8的电力的整合等进行控制。配电装置5以及子配电装置5A、5B通过与上位系统6连接的GCU2和控制各串10的SCU11的协作，被控制为使得组装有多个串10的电源系统1在整体上作为一个电源装置发挥功能。

例如，在本实施方式中，配电装置5的下游侧、也即是各串10A、10B侧以直流电流来控制。配电装置5的上游侧、也即是电力系统8以交流来控制。各串10A、10B的电压通过配电装置5被控制为相对于电力系统8的电压而大致均衡。当被控制为各串10A、10B的电压比电力系统8低时，会从电力系统8向各串10A、10B流动电流。此时，当在各串10A、10B中进行扫描控制时，适当地对电池模块30进行充电。当被控制为各串10A、10B的电压比电力系统8高时，会从各串10A、10B向电力系统8流动电流。此时，当在各串10A、10B中进行扫描控制时，适当地从电池模块30进行放电。配电装置5也可以对各串10A、10B的电压进行控制以使得相对于电力系统8的电压保持为均等而在各串10A、10B中几乎不流动电流。在本实施方式中，对于这样的控制，可以按连接了串10A、10B的子配电装置5A、5B来进行控制。例如，通过按串10A、10B来调整电压，也能够控制为在与配电装置5连结的多个串10A、10B中的一部分串10中几乎不流动电流。

在该电源系统1中，通过增加与配电装置5并联连接的串10的数量，能够增大作为电源系统1整体的容量。例如，根据该电源系统1，能够组成如输出能吸收电力系统8的急剧的需求增加的输出、和/或弥补电力系统8的急剧的电力不足那样的大型系统。例如，通过增大电源系统1的容量，能够将电力系统8的大的剩余电力适当地流转到电源系统1的充电。例如，在深夜的电力需求低的时间段发电站的输出有剩余的情况下、如大型的太阳能发电系统的发电量激增那样的情况下，电源系统1能够通过配电装置5吸收剩余电力。相反地，即使是在如电力系统8的电力需求激增那样的情况下，也能够按照来自上位系统6的指令，通过配电装置5从电源系统1向电力系统8适当地输出所需要的电力。由此，通过电源系统1，可适当地弥补电力系统8的电力不足。

在该电源系统1中，不需要将组装于串10的多个电池模块30中的全部电池模块30常态连接。如上所述，能够按各电池模块30执行强制跳过动作，因此，在电池模块30发生了异常的情况下，能够将发生了异常的电池模块30从串10的扫描控制中断离。因此，在该电源系统1中，被使用于电池模块30的电池不需要必须是未使用的新电池。

例如，可以适当地再利用被作为混合动力车、电动汽车等电动车辆的驱动用电源而使用过的二次电池。被作为该驱动电源使用过的二次电池例如即使被使用了10年左右，也能充分地发挥作为二次电池的功能。在该电源系统1中，能够立刻将发生了异常的电池模块30断离，因此，例如可以在确认实现必要的所需性能后将其组装到电池模块30。被作为电动车辆的驱动用电源使用过的二次电池会依次来到要被回收的时期。认为电源系统1例如也能够组装对应于1万辆电动车辆的二次电池，能够大量吸收所回收的二次电池。此外，不知道被作为电动车辆的驱动用电源使用过的二次电池的性能何时会劣化。在如这样的二次电池被再利用于电源系统1的电池模块30那样的情况下，无法预测电池模块30何时会产生不良状况。

根据在此提出的电源系统1，能够通过扫描模块20将电池模块30适当地断离。因此，即使在电池模块30或组装于电池模块30的二次电池突发地产生了不良状况，也不需要使电源系统1整个停止。

<充电控制处理>

在充电控制处理中，为了充分活用设置于一个串10的多个电池模块30各自的性能，对各个电池模块30进行基于扫描控制的充电。参照图5，对本实施方式的电源系统1执行的充电控制处理进行说明。

本实施方式中例示的充电控制处理由作为串10所具备的控制器(控制部)的SCU11来执行。当从GCU2输入使从配电装置5输入的电力的充电开始的指示时，SCU11开始图5所例示的充电控制处理。但是，执行充电控制处理的控制器不限定于SCU11。例如，既可以是GCU2执行充电控制处理，也可以是在SCU11和GCU2以外设有执行充电控制处理的控制器。也可以是多个控制器(例如SCU11和多个扫描单元50)协作来执行充电控制处理。

SCU11在开始充电控制处理时，设定扫描控制的条件(S1)。详细而言，SCU11基于在扫描控制中作为向主干线7的连接对象的扫描模块20的数量P等，设定选通信号GS的延迟时间DL、周期T等的扫描控制的条件。SCU11按照所设定的条件来开始扫描控制(S2)。在充电控制处理期间，从配电装置5通过主干线7输入电力。因此，对执行扫描动作的多个扫描模块20内的电池模块30继续充入所输入的电力。

SCU11对串10内的每个电池模块30检测SOC(State of Charge：充电状态)(S4)。用于检测电池模块30的SOC的具体方法能够适当选择。例如，SCU11也可以基于由电压检测部35检测的电池模块30的电压来检测SOC。该情况下，也可以在将由温度检测部36检测的电池模块30的温度与电压一起考虑之后来检测SOC。另外，也可以在考虑了流经电池模块30的电流之后来检测SOC。另外，SCU11也可以基于电池模块30的开路电压值和流经电池模块30的电流的累计值来检测SOC。

SCU11判断串10内的多个电池模块30中是否存在通过S4检测到的SOC的大小满足特定条件(高SOC的条件)的电池模块30(S5)。高SOC的条件是指，为了从使得执行扫描动作的多个扫描模块20中设定使基于扫描控制的充电先停止的扫描模块20而设定的SOC的条件。也就是说，电池模块30的充电进行而SOC的值增加的结果是，若发生了增加的SOC的值满足高SOC的条件，则对满足条件的电池模块30的充电停止。高SOC的条件只要适当设定即可。例如，也可以将所检测的SOC的值成为阈值以上来作为高SOC的条件。该情况下，阈值既可以预先设定，也可以根据作业人员的操作指示等来变更。另外，也可以是，所检测的SOC的值与串10内的其他电池模块30的SOC的值相比、另外所检测到的SOC相对于串10内的全部电池模块30的SOC的平均值的比例成为特定比例(例如，α倍：α>1)以上的情况下，判断为满足高SOC的条件。进行基于扫描控制的充电的多个电池模块30中的性能低的电池模块30的SOC与性能高的电池模块30的SOC相比，容易在短时间内增加。如果不存在满足高SOC的条件的电池模块30(以下，称为“高SOC模块”)(S5：否)，则处理转移到S11。

在存在高SOC模块的情况下(S5：是)，SCU11对具备高SOC模块的扫描模块20输出前述的强制跳过信号CSS(S7)。其结果是，高SOC模块被从主干线7断开，对高SOC模块的充电停止。SCU11将具备高SOC模块的扫描模块20从扫描控制中的向主干线7的连接对象中排除(S8)。SCU11再次设定扫描控制的条件，在再次设定的条件下使扫描控制继续(S9)。其结果是，在对高SOC模块的充电停止了的状态下，进行向其他电池模块30的基于扫描控制的充电。也就是说，即使性能低的电池模块30的充电结束，也适当地进行性能高的电池模块30的充电。因此，即使在性能不同的多个电池模块30并存的情况下，也能充分活用多个电池模块30。另外，在本实施方式中，在高SOC模块中不流动电流的时间增加。因此，在高SOC模块内的电池31为镍氢电池的情况下，在不流动电流的期间，在电池31的内部产生的氢的吸收在进行。由此，电池31的内压的上升也容易受到抑制。另外，因为不流动电流的时间增加，所以电池31的温度上升也容易受到抑制。另外，通过跳过对高SOC模块的充电，高SOC模块成为过充电状态的可能性降低，电池模块的寿命变长。进而，在使多个电池模块30执行放电时，SOC低的电池模块30成为过放电状态的可能性也降低。

接着，SCU11执行各种处理(S11)。例如，在来自上位的控制器(在本实施方式中GCU2)的指令发生了变更的情况下，SCU11基于变更后的指令来再次设定多个扫描模块20的驱动条件。接着，SCU11判断是否被输入了使基于扫描控制的充电结束的指示(S12)。如果没有输入(S12：否)，处理返回到S4，继续基于扫描控制的充电。若输入了结束指示(S12：是)，则充电控制处理结束。

上述实施方式中公开的技术只不过是一例。因此，也能够变更上述实施方式中例示的技术。例如，在上述实施方式中，多个电池模块30各自的SOC由SCU11来检测。但是，也可以由其他控制器(例如，扫描单元50)来检测SOC。

此外，在图5的S2中执行扫描控制的处理是“第1处理”的一例。在图5的S4、S5、S7～S9中，在将高SOC模块从主干线7断开并使基于扫描控制的充电继续的处理是“第2处理”的一例。

以上，举出具体的实施方式来对本发明进行了详细的说明，但这些不过是例示，并不对权利要求书进行限定。权利要求书记载的技术包括对以上所记载的实施方式进行各种各样的变形、变更而得到的方式。

Claims

1.一种电源系统，具备：

至少供从外部输入的电力通过的主干线；

与所述主干线连接的多个扫描模块；以及

控制部，

所述扫描模块具备：

电池模块，其具备至少一个电池；和

电力电路模块，其具备对所述电池模块与所述主干线之间的连接和断开进行切换的至少一个开关元件，

所述控制部构成为执行第1处理和第2处理，

所述第1处理为执行扫描控制的处理，所述扫描控制通过向所述电力电路模块输出控制所述开关元件的选通信号，从而依次切换多个所述电池模块中的要与所述主干线连接的所述电池模块，

所述第2处理为如下处理：在通过所述主干线从外部输入电力期间，对每个所述电池模块检测SOC，将高SOC模块从所述主干线断开，并且排除具备所述高SOC模块的所述扫描模块来执行所述扫描控制，所述高SOC模块是所检测出的SOC的大小满足高SOC的条件的所述电池模块。

2.根据权利要求1所述的电源系统，

所述电力电路模块的所述开关元件具有：

第1开关元件，其相对于所述主干线串联、且相对于所述电池模块并联地安装；和

第2开关元件，其设置于将所述电池模块串联连接于所述主干线的电路，

所述控制部构成为，

按所确定的延迟时间依次对多个所述扫描模块中的作为向所述主干线的连接对象的多个所述扫描模块分别输出对所述第1开关元件和所述第2开关元件的导通和截止的交替驱动进行控制的所述选通信号，由此执行所述扫描控制，

在将所述高SOC模块从所述主干线断开的情况下，向具备所述高SOC模块的所述扫描模块输出使得所述第1开关元件的导通状态和所述第2开关元件的截止状态维持的信号。