CN114556740A - 电池模块和电源系统 - Google Patents

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CN114556740A CN202080071931.4A CN202080071931A CN114556740A CN 114556740 A CN114556740 A CN 114556740A CN 202080071931 A CN202080071931 A CN 202080071931A CN 114556740 A CN114556740 A CN 114556740A
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Abstract

电池模块(13)具备电池(132)、对从电池(132)输出的直流电压进行转换并且向负载(101)输出的双向DC‑DC转换器(131)、以及执行双向DC‑DC转换器(131)的恒压控制并且接收对电力供给单元(12)的输出停止进行预告的停止预告信号的控制部(133)。控制部(133)在接收停止预告信号之前，控制为双向DC‑DC转换器(131)的输出电压小于第一目标电压，在接收到停止预告信号之后，在电力供给单元(12)的输出停止之前使双向DC‑DC转换器(131)的输出电压增加至第一目标电压以上。

Description

电池模块和电源系统
技术领域
本发明涉及电池模块和电源系统。
背景技术
提出了一种电源系统，该电源系统具备将从商用电源供给的交流电力转换成直流电力并且向负载输出的转换器部、以及辅助向负载供给直流电力的电池模块(例如参照专利文献1)。这里，电池模块的输出端连接在转换器部的输出端与负载之间，该输出电压被控制为预先设定的输出电压目标值且成为固定。另外，输出电压目标值被设定为，在从转换器部输出的电流的电流值为比规定值低的第一阈值以上的情况下，伴随着从转换器部输出的电流的电流值的增大而上升。此外，输出电压目标值被设定为，在从转换器部输出的电流的电流值为比规定值低且比上述的第一阈值高的第二阈值与上述的第一阈值之间的情况下，变得比转换器部的输出电压高。由此，当负载为重负载状态时，即便转换器部的输出电压下降，也能够从电池模块顺畅地供给直流电力，因此，能够使向负载供给的直流电压稳定。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2017/209238号
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1所记载的电源系统的情况下，例如当发生了商用电源的停电时，转换器部的输出电压急剧地减小。另一方面，电池模块控制为将向负载供给的直流电压维持为目标值。在该情况下，电池模块的恒压控制没有追随于电池模块的输出电流的急剧增加而导致向负载供给的直流电压可能会暂时下降。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制向负载供给的电压的变动的电池模块和电源系统。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的电池模块是与向负载输出预先设定的目标电压的电力供给单元连接的电池模块，其中，
所述电池模块具备：
电池；
DC-DC转换器，其对从所述电池输出的直流电压进行转换并且向所述负载输出；以及
控制部，其执行所述DC-DC转换器的恒压控制，并且，接收对所述电力供给单元的输出停止进行预告的停止预告信号，
所述控制部在接收所述停止预告信号之前，控制为所述DC-DC转换器的输出电压小于所述目标电压，在接收到所述停止预告信号之后，在所述电力供给单元的输出停止之前使所述DC-DC转换器的输出电压增加至所述目标电压以上。
另外，本发明的电池模块也可以是，
所述控制部控制为，使所述DC-DC转换器的输出电压达到所述目标电压时的电压变化量小于从接收到所述停止预告信号开始到使所述DC-DC转换器的输出电压增加至所述目标电压附近的电压的期间内的最大电压变化量。
另外，本发明的电池模块也可以是，
所述控制部在从所述电力供给单元向负载流动的电流的电流值成为预先设定的基准电流值以下时，控制为所述DC-DC转换器的输出电压成为固定。
另外，本发明的电池模块也可以是，
所述控制部在所述DC-DC转换器的输出电压成为所述目标电压以上时，控制为所述DC-DC转换器的输出电压成为固定。
另外，本发明的电池模块也可以是，
所述控制部使所述DC-DC转换器的输出电压逐渐增加，使得从所述DC-DC转换器向负载流动的电流的每单位时间的变化量小于预先设定的变化量上限值。
另外，本发明的电池模块也可以是，
所述控制部在控制为所述DC-DC转换器的输出电压成为固定之后，控制为所述DC-DC转换器的输出电压成为与所述目标电压相等的电压。
另外，本发明的电池模块也可以是，
所述DC-DC转换器的输出电压的电压上限值是基于所述负载的额定电压而设定的。
从另一观点观察的本发明的电源系统具备：
电力供给单元，其具有AC-DC转换器和第一控制部，该AC-DC转换器将从交流电源供给的交流电力转换成直流电力并且向负载输出，该第一控制部执行所述AC-DC转换器的恒压控制，使得从所述AC-DC转换器向所述负载输出的电压成为预先设定的目标电压，并且，在停止向所述负载输出电压之前，输出对停止向所述负载输出电压进行预告的停止预告信号；
电池；
DC-DC转换器，其对从所述电池输出的直流电压进行转换并且向负载输出；以及
第二控制部，其执行所述DC-DC转换器的恒压控制，并且，接收对所述电力供给单元的输出停止进行预告的停止预告信号，
所述第二控制部在接收所述停止预告信号之前，控制为所述DC-DC转换器的输出电压小于所述目标电压，在接收到所述停止预告信号之后，在所述电力供给单元的输出停止之前使所述DC-DC转换器的输出电压增加至所述目标电压以上。
从另一观点观察的本发明的电源系统具备：
电力供给单元，其具有第一DC-DC转换器和第一控制部，该第一DC-DC转换器将从直流电源供给的直流电力转换成不同电压的直流电力并且向负载输出，该第一控制部执行所述第一DC-DC转换器的恒压控制，使得从所述第一DC-DC转换器向所述负载输出的电压成为预先设定的目标电压，并且，在停止向所述负载输出电压之前，输出对停止向所述负载输出电压进行预告的停止预告信号；
电池；
第二DC-DC转换器，其对从所述电池输出的直流电压进行转换并且向负载输出；以及
第二控制部，其执行所述第二DC-DC转换器的恒压控制，并且，接收对所述电力供给单元的输出停止进行预告的停止预告信号，
所述第二控制部在接收所述停止预告信号之前，控制为所述第二DC-DC转换器的输出电压小于所述目标电压，在接收到所述停止预告信号之后，在所述电力供给单元的输出停止之前使所述第二DC-DC转换器的输出电压增加至所述目标电压以上。
发明效果
根据本发明，控制部在接收电力供给单元的停止预告信号之前，控制为DC-DC转换器的输出电压小于目标电压。另外，控制部在接收到电力供给单元的停止预告信号之后，在电力供给单元的输出停止之前使DC-DC转换器的输出电压增加至目标电压以上。由此，能够降低在对负载的电力供给源从电力供给单元切换为电池模块时从电池模块向负载供给的电流的增加速度。因此，抑制了由于电池模块的恒压控制没有追随于电池模块的输出电流的变动而引起的向负载供给的电压的变动。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的电源系统的概要结构图。
图2是示出实施方式1的AC-DC转换器的输出电压的特性的图。
图3是实施方式1的控制部的框图。
图4是示出实施方式1的电压变化量存储部所存储的信息的图。
图5是示出比较例的电力供给单元和电池模块的输出电压及输出电流的特性的图。
图6是示出实施方式1的电力供给单元和电池模块的输出电压及输出电流的特性的图。
图7是示出实施方式1的控制部所执行的电池模块控制处理流程的一例的流程图。
图8是本发明的实施方式2的电源系统的概要结构图。
图9是实施方式2的控制部的框图。
图10是示出实施方式2的电压变化量存储部所存储的信息的图。
图11是示出实施方式2的控制部所执行的电池模块控制处理流程的一例的流程图。
图12是示出变形例的控制部所执行的电池模块控制处理流程的一例的流程图。
图13是示出变形例的控制部所执行的电池模块控制处理流程的一例的流程图。
图14是示出变形例的电力供给单元和电池模块的输出电压的特性的图。
图15是变形例的电源系统的概要结构图。
具体实施方式
(实施方式1)
以下，参照附图对本发明的实施方式详细进行说明。本实施方式的电池模块与具有以下功能的电力供给单元一起连接到负载，该功能为，控制为使向负载输出的电压成为预先设定的第一目标电压，并且，在停止向负载输出电压之前，输出对停止向负载输出电压进行预告的停止预告信号。该电池模块具备电池、对从电池输出的直流电压进行转换并且向负载输出的DC-DC转换器、以及执行恒压控制使得将DC-DC转换器的输出电压维持为预先设定的第二目标电压的控制部。而且，控制部在电力供给单元输出停止预告信号之前，将DC-DC转换器的输出电压控制为第二目标电压小于第一目标电压。另外，控制部在电力供给单元输出停止预告信号之后，将DC-DC转换器的输出电压控制为第二目标电压成为第一电压以上。
这里，优选的是，控制部在电力供给单元停止输出之前，将DC-DC转换器的输出电压控制为第二目标电压成为第一目标电压以上。另外，停止预告信号是从电力供给单元向电池模块的控制部发送的信号，发送高电平和低电平中的某一个。例如，在检测到向电力供给单元输入的交流电压的下降的情况下，电力供给单元向电池模块的控制部输出高电平的信号。在没有检测到向电力供给单元输入的交流电压的下降的情况下，电力供给单元向电池模块的控制部输出低电平的信号。该停止预告信号在交流电压下降检测时间(例如3msec)以内被输出。另外，即便为所输入的交流电压下降的状态，电力供给单元也能够通过在电力供给单元内具备的电容器(例如电解电容器)中蓄积的电荷，仅在反映了电容器的放电时间常数的输出保持时间(例如10msec)的期间内，将输出电压持续维持为第一目标电压。因此，控制部在从上述的输出保持时间减去交流电压下降检测时间而得到的时间(例如7msec)的期间内，将DC-DC转换器的输出电压控制为第二目标电压成为第一电压以上即可。通过像这样控制，能够将向负载输出的电压保持为固定。
例如如图1所示，本实施方式的电源系统具备将从交流电源100输出的交流电力转换成直流电力并且向负载101输出的两个电力供给单元12、具有电池132的两个电池模块13、以及信号处理单元14。负载101例如是刀片式服务器。需要说明的是，也可以在电力供给单元12和电池模块13并联连接多个负载101。另外，两个电力供给单元12与交流电源100并联连接而被冗余化。由此，即便两个电力供给单元12中的一个由于故障而停止，也能够通过另一个电力供给单元12从交流电源100向负载101持续供给电力。
电力供给单元12分别具有AC-DC转换器121、对AC-DC转换器121进行控制的控制部123、以及对从AC-DC转换器121输出的电流的电流值进行测量的电流测量部124。AC-DC转换器121连接在交流电源100与负载101之间。AC-DC转换器121将从交流电源100供给的交流电力(例如电压200V的交流)转换成直流电力(例如电压12.3V的直流)并且向负载101输出。电流测量部124向控制部123输出与测量AC-DC转换器121的输出电流而得到的电流值相应的测量信号。
控制部123是执行AC-DC转换器121的恒压控制使得从AC-DC转换器121向负载101输出的电压成为预先设定的第一目标电压的第一控制部。这里，第一目标电压是基于负载101的输入电压的规格而设定的，例如设定为12.3V。另外，控制部123具有所谓的电流共享功能，基于从电流测量部124输入的测量信号，将反映了作为控制对象的AC-DC转换器121的输出电流的大小的电流共享信号向其他的电力供给单元12的控制部123输出。然后，控制部123基于从电流测量部124输入的测量信号和从其他的控制部123输入的电流共享信号，将AC-DC转换器121控制为使控制对象的AC-DC转换器121的输出电流与其他的AC-DC转换器121的输出电流彼此相等。由此，维持为两个AC-DC转换器121的输出电流大致相等的状态。另外，控制部123在从AC-DC转换器121输出的电流的电流值超过预先设定的电流阈值时，控制为使AC-DC转换器121的输出电压下降。另外，控制部123也向信号处理单元14输出电流共享信号。
例如如图2所示，控制部123执行控制为AC-DC转换器121的输出电压为预先设定的第一目标电压VoutPT且成为固定的恒压控制，直至AC-DC转换器121的输出电流的电流值成为电流阈值IoutPb1。然后，当负载101成为重负载且AC-DC转换器121的输出电流超过电流阈值IoutPb1时，控制部123将AC-DC转换器121控制为，输出电压伴随着AC-DC转换器121的输出电流的增加而减小。然后，控制部123在AC-DC转换器121的输出电流达到预先设定的电流阈值IoutPb2时，执行控制为使AC-DC转换器121的输出电流维持为电流阈值IoutPb2并固定的恒流控制。
另外，控制部123在AC-DC转换器121停止向负载101输出电压之前，向信号处理单元14输出对停止向负载101输出电压进行预告的停止预告信号。控制部123例如在向与图1所示的交流电源100连接的AC-DC转换器121输入的输入电压低于基准值(例如交流电压180V)的情况下输出停止预告信号。
信号处理单元14在从控制部123的任意一方被输入电流共享信号时，向两个电池模块13各自的控制部133输出电流共享信号。另外，信号处理单元14在从控制部123的任意一方被输入停止预告信号时，向两个电池模块13各自的控制部133输出停止预告信号。
电池模块13具有双向DC-DC转换器131、电池132、对双向DC-DC转换器131进行控制的控制部133、以及对双向DC-DC转换器131的输出电流的电流值进行测量的电流测量部134。电池132例如是锂离子电池。双向DC-DC转换器131连接在电池132与负载101之间。双向DC-DC转换器131例如是具有升压功能和降压功能的电路，以使电池132放电的放电模式或者对电池132进行充电的充电模式进行动作。双向DC-DC转换器131在以放电模式进行动作的情况下，对从电池132输出的直流电压进行转换并且向负载101输出。另一方面，双向DC-DC转换器131在以充电模式进行动作的情况下，对电力供给单元12的输出电压进行转换并且向电池132输出。
控制部133例如是具有MPU和存储器的集成电路，通过使第二目标电压变化来控制双向DC-DC转换器131的输出电压。具体而言，控制部133执行双向DC-DC转换器131的恒压控制，使得双向DC-DC转换器131的输出电压维持为预先设定的第二目标电压。而且，控制部133基于从信号处理单元14输入的电流共享信号，使第二目标电压变化。此外，控制部133在接收对电力供给单元12的输出停止进行预告的停止预告信号之前，将双向DC-DC转换器131的输出电压控制为使双向DC-DC转换器131的输出电压即第二目标电压小于上述的第一目标电压。例如在电力供给单元12的第一目标电压被设定为12.3V的情况下，将第二目标电压设定为12.2V。另外，控制部133在接收到上述的停止预告信号之后，使双向DC-DC转换器131的输出电压、第二目标电压增加到第一目标电压以上。这里，控制部133紧接电力供给单元12输出上述的停止预告信号之后，使设定为小于第一目标电压的第二目标电压逐渐增加，使第二目标电压达到第一目标电压以上的电压。这里，“逐渐增加”例如是指，使双向DC-DC转换器131的输出电压渐渐上升，使得双向DC-DC转换器131的输出电流的每单位时间的变化量不大于预先设定的大小。另外，控制部133在从上述的输出保持时间(例如10msec)减去交流电压下降检测时间(例如3msec)而得到的时间(例如7msec)的期间内，使DC-DC转换器的输出电压逐渐增加，使得第二目标电压成为第一电压以上。由此，能够降低在将向负载101供给电力的电力供给源从电力供给单元12切换为电池模块13时从电池模块13向负载101供给的电流的增加速度。
另外，控制部133在从电力供给单元12向负载101流动的电流、即AC-DC转换器121的输出电流的电流值成为预先设定的基准电流值以下时，将第二目标电压维持为固定。这里，基准电流值例如能够设定为负载101的额定电流值的50％以下的电流值，例如如果负载101的额定电流值为20A，则能够设定为10A或0A。
在控制部133中，例如通过MPU执行存储于存储器的程序，从而如图3所示那样作为PSU(Power Supply Unit，电力供给单元)输出电流取得部331、BM(Battery Module，电池模块)输出电流取得部332、判定部333、目标电压设定部334、电压变化量决定部337、差分量计算部336、电流变化量计算部335以及停止预告信号取得部339发挥功能。另外，存储器具有目标电压存储部341、基准值存储部342、电流值存储部343以及电压变化量存储部344。此外，控制部133由DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)等实现，具有通过向双向DC-DC转换器131输出PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号来驱动双向DC-DC转换器131的转换器驱动部338。目标电压存储部341存储表示由目标电压设定部334设定的第二目标电压的电压值的信息。转换器驱动部338取得由目标电压存储部341存储的表示第二目标电压的电压值的信息。然后，转换器驱动部338在使双向DC-DC转换器131以放电模式进行动作时，生成PWM信号并且向双向DC-DC转换器131输出，使得双向DC-DC转换器131的输出电压维持为第二目标电压。
基准值存储部342存储表示预先设定的针对AC-DC转换器121的输出电流的电流阈值的信息。电流值存储部343按照时间序列存储由BM输出电流取得部332取得的表示双向DC-DC转换器131的输出电流的电流值的信息。
例如如图4所示，电压变化量存储部344将表示第二目标电压的变化量即目标电压变化量的信息与差分量(dIoutBL-dIoutB)的范围对应地存储。这里，dIoutB是双向DC-DC转换器131的输出电流的每单位时间的变化量，dIoutBL是预先设定的dIoutB的上限值。这里，dIoutBL例如被设定为10A。
返回图3，PSU输出电流取得部331取得与从信号处理单元14输入的电流共享信号对应的AC-DC转换器121的输出电流的电流值。BM输出电流取得部332取得与从电流测量部134输入的测量信号对应的双向DC-DC转换器131的输出电流的电流值。然后，BM输出电流取得部332按照时间序列将所取得的表示双向DC-DC转换器131的输出电流的电流值的信息存储于电流值存储部343。
判定部333判定AC-DC转换器121的输出电流是否大于预先设定的针对AC-DC转换器121的输出电流的电流阈值。电流变化量计算部335基于由电流值存储部343存储的表示双向DC-DC转换器131的输出电流的电流值的信息，计算输出电流的每单位时间的变化量。差分量计算部336计算从双向DC-DC转换器131的输出电流的每单位时间的变化量的上限值减去由电流变化量计算部335计算出的双向DC-DC转换器131的输出电流的每单位时间的变化量而得到的差分量。
电压变化量决定部337从电压变化量存储部344存储的表示多个种类的目标电压变化量的信息中，决定表示与由差分量计算部336计算出的差分量所属的范围对应的目标电压变化量的信息。目标电压设定部334基于目标电压存储部344存储的表示第二目标电压的信息和由电压变化量决定部337决定的电压变化量，来决定新的第二目标电压。
停止预告信号取得部339在从信号处理单元14取得停止预告信号时，将通知取得了停止预告信号的停止预告信号取得通知信息通知给PSU输出电流取得部331和BM输出电流取得部332。
接着，将本实施方式的电源系统的动作与比较例的电源系统的动作比较地进行说明。比较例的电源系统构成为，在图1所示的本实施方式的电源系统中不具有信号处理单元14，电池模块13与电力供给单元12独立地进行动作。在比较例的电源系统中，例如如图5所示，在时刻T91以前，电力供给单元12的控制部123执行AC-DC转换器121的恒压控制，AC-DC转换器121输出第一目标电压VT。此时，电池模块13的控制部133也对双向DC-DC转换器131执行放电模式下的恒压控制，双向DC-DC转换器131输出第二目标电压Vs。这里，第二目标电压Vs被设定为比第一目标电压VT低。在该情况下，从电力供给单元12向负载101供给电流值IT的电流，从电池模块13向负载101供给的电流的电流值以0推移。
然后，当来自交流电源100的电力供给被切断时，在时刻T91，AC-DC转换器121的输出电压急剧地下降，此时，电池模块13的输出电流从0急剧变化为IT。此时，电池模块13的恒压控制无法追随于该输出电流的急剧变化。这样，在比较例的电源系统中，在由于来自交流电源100的交流电力的供给停止而将向负载101供给电力的电力供给源从电力供给单元12切换为电池模块13时，会产生向负载101供给的电压的瞬间下降。
与此相对，在本实施方式的电源系统中，例如如图6所示，控制部133在从信号处理单元14被输入停止预告信号时，在从时刻T1到时刻T1后的时刻T2为止的期间，使双向DC-DC转换器131的第二目标电压从电压Vs逐渐增加到电压VT。然后，控制部133在时刻T2以后，使双向DC-DC转换器131的第二目标电压进一步逐渐增加。如图6所示，时刻T2处的电压变化量(相对于单位时间的电压的变化)小于从时刻T1到时刻T2的期间内的电压变化量。此时，电力供给单元12的AC-DC转换器121的输出电流伴随着双向DC-DC转换器131的输出电压的增加而逐渐减小。然后，在时刻T2后的时刻T3，AC-DC转换器121的输出电流的电流值减小至比电流值IoutB1小的预先设定的基准电流值IoutP1，此时，控制部133将双向DC-DC转换器131的第二目标电压维持为固定。此时，双向DC-DC转换器131的输出电流的电流值到达比电流值IT小的电流值IoutB1。
之后，在时刻T4，电力供给单元12的输出电流和输出电压成为0，此时，电池模块13的输出电流到达IT。即，在本实施方式的电源系统中，在来自交流电源100的交流电力的供给停止的前阶段，将从预先电池模块13的双向DC-DC转换器131向负载101供给的电流的电流值提升到与应向负载101供给的电流的电流值IT接近的电流值。此时，从电力供给单元12向负载101供给的电流的电流值减小至与0接近的预先设定的基准电流值IoutP1。由此，在来自交流电源100的交流电力的供给停止且电力供给单元12的AC-DC转换器121的输出停止时，从电池模块13的双向DC-DC转换器131向负载101供给的电流的急剧增加少。因此，在将向负载101供给电力的电力供给源从电力供给单元12切换为电池模块13时，能够将向负载101供给的电压维持为固定。
接着，参照图7，来说明本实施方式的控制部133所执行的电池模块备份转移时输出电压控制处理。需要说明的是，电池模块控制处理是以对电池模块13接通了电源为契机而开始的。另外，第二目标电压的初始值，例如被设定为12.2V。另外，第二目标电压的电压变化量的初始值例如被设定为0.01V。首先，停止预告信号取得部339判定是否从信号处理单元14输入了停止预告信号(步骤S101)。停止预告信号取得部339只要没有从信号处理单元14输入停止预告信号(步骤S101：“否”)，就重复执行步骤S101的处理。另一方面，在停止预告信号取得部339判定为从信号处理单元14输入了停止预告信号时(步骤S101：“是”)，BM输出电流取得部332取得表示双向DC-DC转换器131的输出电流的大小的输出电流值信息(步骤S102)。接着，PSU输出电流取得部331取得与从信号处理单元14接收的电流共享信号对应的表示电力供给单元12的AC-DC转换器121的输出电流的大小的输出电流值信息(步骤S103)。
接下来，判定部333从基准值存储部342取得表示针对AC-DC转换器121的输出电流的电流阈值的信息。然后，判定部333判定AC-DC转换器121的输出电流值信息所表示的输出电流IoutP是否大于电流阈值IoutPth(步骤S104)。这里，在判定部333判定为AC-DC转换器121的输出电流IoutP为电流阈值IoutPth以下时(步骤S104：“否”)，电池模块备份转移时输出电压控制处理结束。
另一方面，设判定部333判定为AC-DC转换器121的输出电流IoutP大于电流阈值IoutPth(步骤S104：“是”)。在该情况下，目标电压设定部334取得由目标电压存储部341存储的表示第二目标电压VoutBT的信息，将用取得的信息所表示的第二目标电压VoutBT加上电压变化量dVoutBT而得到的电压(VoutBT+dVoutBT)设定为新的第二目标电压(步骤S105)。这里，电压变化量dVoutBT是电压变化量的初始值或者由电压变化量决定部337决定的电压变化量。
之后，BM输出电流取得部332取得表示双向DC-DC转换器131的输出电流的大小的输出电流值信息(步骤S106)。接着，电流变化量计算部335从电流值存储部343取得表示过去的双向DC-DC转换器131的输出电流的电流值的信息。然后，电流变化量计算部335计算双向DC-DC转换器131的输出电流的变化量dIoutB(步骤S107)。
接下来，差分量计算部336计算从双向DC-DC转换器131的输出电流的每单位时间的变化量的上限值dIoutBL减去计算出的双向DC-DC转换器131的输出电流的每单位时间的变化量dIoutB而得到的差分量(dIoutBL-dIoutB)(步骤S108)。之后，电压变化量决定部337从电压变化量存储部344存储的表示多个种类的目标电压变化量的信息中，决定表示与由差分量计算部336计算出的差分量所属的范围对应的目标电压变化量的信息(步骤S109)。接着，再次执行步骤S103的处理。这样，控制部133通过执行步骤S103至S109的一系列处理，使第二目标电压逐渐增加，使得从双向DC-DC转换器131向负载101流动的电流，即，双向DC-DC转换器131的输出电流的每单位时间的电流变化量小于预先设定的变化量上限值。
如以上说明的那样，根据本实施方式的电池模块13，控制部133在电力供给单元12输出停止预告信号之前，将双向DC-DC转换器131的输出电压控制为第二目标电压小于第一目标电压。另外，控制部133在电力供给单元12输出停止预告信号之后，将双向DC-DC转换器131的输出电压控制为第二目标电压成为第一目标电压以上。由此，在将向负载101供给电力的电力供给源从电力供给单元12切换为电池模块13时，能够减少从电池模块13向负载101供给的电流的急剧增加。因此，抑制了由于恒压控制无法追随于电池模块13的负载电流的变动而引起的向负载101供给的电压的变动。
另外，本实施方式的电池模块13的控制部133紧接电力供给单元12输出上述的停止预告信号之后，使设定为小于第一目标电压的第二目标电压逐渐增加。由此，能够使电池模块13的双向DC-DC转换器131的输出电压顺畅地上升。
此外，本实施方式的电池模块13的控制部133在从电力供给单元12向负载101流动的电流、即AC-DC转换器121的输出电流的电流值成为预先设定的基准电流值以下时，将第二目标电压维持为固定。由此，抑制了从电池模块13向负载101供给的电压过度地上升，因此，抑制了由于向负载101供给的电压的过度上升而引起的负载101的动作不良的发生。
另外，本实施方式的电池模块13的控制部133在双向DC-DC转换器131的第二目标电压成为上述的第一目标电压以上时，将第二目标电压维持为固定。由此，能够抑制从电池模块13向负载101供给的电压的变动，因此，能够使负载101的动作稳定。
此外，本实施方式的电池模块13的控制部133使第二目标电压逐渐增加，使得双向DC-DC转换器131的输出电流的每单位时间的电流变化量小于预先设定的变化量上限值。由此，抑制了双向DC-DC转换器131的输出电压瞬间下降，因此，能够使向负载101供给的电压稳定。
(实施方式2)
本实施方式的电池模块与实施方式1的电池模块13同样地具备双向DC-DC转换器、电池以及控制部。但是，在不具备对双向DC-DC转换器的输出电流进行测量的电流测量部这一点与实施方式1的电池模块13不同。
例如如图8所示，本实施方式的电源系统具备两个电力供给单元12、具有电池132的两个电池模块2013、以及信号处理单元14。需要说明的是，在图8中，针对与实施方式1的电源系统相同的结构标注与图1相同的标记。电池模块2013具有双向DC-DC转换器131、电池132、以及对双向DC-DC转换器131进行控制的控制部2133。
与实施方式1的控制部133同样地，控制部2133例如具有包括MPU和存储器的集成电路，执行恒压控制，使得将双向DC-DC转换器131的输出电压维持为预先设定的第二目标电压。另外，控制部2133基于从信号处理单元14输入的电流共享信号，使第二目标电压变化。此外，控制部2133在电力供给单元12的控制部123输出上述的停止预告信号之前，将双向DC-DC转换器131的输出电压控制为第二目标电压小于上述的第一目标电压。另外，控制部2133在控制部123输出停止预告信号之后，将DC-DC转换器的输出电压控制为第二目标电压成为第一电压以上。
在控制部2133中，例如通过MPU执行存储于存储器的程序，如图9所示那样作为PSU输出电流取得部2331、判定部333、目标电压设定部334、电压变化量决定部2337、差分量计算部2336、电流变化量计算部2335以及停止预告信号取得部339发挥功能。需要说明的是，在图9中，针对与实施方式1相同的结构标注与图3相同的标记。另外，存储器具有目标电压存储部341、基准值存储部342、电流值存储部2343以及电压变化量存储部2344。此外，控制部2133具有通过向双向DC-DC转换器131输出PWM信号而对双向DC-DC转换器131进行驱动的转换器驱动部338。电流值存储部2343按照时间序列，存储由PSU输出电流取得部2331取得的表示电力供给单元12的AC-DC转换器121的输出电流的电流值的信息。
例如如图10所示，电压变化量存储部2344将表示第二目标电压的变化量即目标电压变化量的信息与差分量(dIoutPL-dIoutP)的范围对应地存储。这里，dIoutP是电力供给单元的AC-DC转换器121的输出电流的每单位时间的变化量，dIoutPL是预先设定的dIoutP的下限值。这里，dIoutPL例如被设定为-10A。
返回图9，PSU输出电流取得部2331取得与从信号处理单元14输入的电流共享信号对应的AC-DC转换器121的输出电流的电流值。然后，PSU输出电流取得部2331按照时间序列，将所取得的表示AC-DC转换器121的输出电流的电流值的信息存储于电流值存储部2343。电流变化量计算部2335基于由电流值存储部2343存储的表示AC-DC转换器121的输出电流的电流值的信息，计算AC-DC转换器121的输出电流的每单位时间的变化量。差分量计算部2336计算从AC-DC转换器121的输出电流的每单位时间的变化量的下限值减去由电流变化量计算部2335计算出的AC-DC转换器121的输出电流的每单位时间的变化量而得到的差分量。
电压变化量决定部2337从电压变化量存储部2344存储的表示多个种类的目标电压变化量的信息中，决定表示与由差分量计算部2336计算出的差分量所属的范围对应的目标电压变化量的信息。
接着，参照图11，对本实施方式的控制部2133所执行的电池模块备份转移时输出电压控制处理进行说明。这里，第二目标电压的初始值例如与实施方式1同样地被设定为12.2V，第二目标电压的电压变化量的初始值例如被设定为0.01V。首先，停止预告信号取得部339判定是否从信号处理单元14接收到停止预告信号(步骤S2101)。停止预告信号取得部339只要没有从信号处理单元14接收到停止预告信号(步骤S2101：“否”)，就重复进行步骤S2101的处理。另一方面，设停止预告信号取得部339判定为从信号处理单元14接收到停止预告信号(步骤S2101：“是”)。在该情况下，PSU输出电流取得部2331取得与从信号处理单元14接收的电流共享信号对应的表示电力供给单元12的AC-DC转换器121的输出电流的大小的输出电流值信息(步骤S2102)。
接着，判定部333从基准值存储部342取得表示针对AC-DC转换器121的输出电流的电流阈值的信息。然后，判定部333判定AC-DC转换器121的输出电流值信息所表示的输出电流IoutP是否大于电流阈值IoutPth(步骤S2103)。这里，当判定部333判定为AC-DC转换器121的输出电流IoutP为电流阈值IoutPth以下时(步骤S2103：“否”)，电池模块备份转移时输出电压控制处理结束。
另一方面，设判定部333判定为AC-DC转换器121的输出电流IoutP大于电流阈值IoutPth(步骤S2103：“是”)。在该情况下，目标电压设定部334取得由目标电压存储部341存储的表示第二目标电压VoutBT的信息，将用取得的信息所表示的第二目标电压VoutBT加上电压变化量dVoutBT而得到的电压(VoutBT±dVoutBT)设定为新的第二目标电压(步骤S2104)。这里，电压变化量dVoutBT是电压变化量的初始值或者由电压变化量决定部2337决定的电压变化量。
接下来，PSU输出电流取得部2331取得表示AC-DC转换器121的输出电流的大小的输出电流值信息(步骤S2105)。之后，电流变化量计算部2335从电流值存储部2343取得表示过去的AC-DC转换器121的输出电流的电流值的信息。然后，电流变化量计算部2335计算AC-DC转换器121的输出电流的变化量dIoutP(步骤S2106)。
接着，差分量计算部2336计算从AC-DC转换器121的输出电流的每单位时间的变化量的下限值dIoutPL减去计算出的AC-DC转换器121的输出电流的每单位时间的变化量dIoutP而得到的差分量(dIoutPL-dIoutP)(步骤S2107)。接下来，电压变化量决定部2337从电压变化量存储部2344存储的表示多个种类的目标电压变化量的信息中，决定表示与由差分量计算部2336计算出的差分量所属的范围对应的目标电压变化量的信息(步骤S2108)。之后，再次执行步骤S2103的处理。
如以上说明的那样，根据本实施方式的电池模块2013，不使用表示双向DC-DC转换器131的输出电流的电流值的信息而对双向DC-DC转换器131的输出电压进行控制。由此，能够省略对双向DC-DC转换器131的输出电流进行测量的电流测量部，因此相应地能够简化电池模块2013的结构。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式的结构。例如，也可以是，电池模块13在从电力供给单元12取得停止预告信号之后使双向DC-DC转换器131的输出电压逐渐增加时，当第二目标电压超过预先设定的目标电压上限值时将第二目标电压维持为固定。在该情况下，基准值存储部342存储表示预先设定的针对AC-DC转换器121的输出电流的电流阈值的信息，并且存储表示针对双向DC-DC转换器131的输出电压的电压上限值的信息。该电压上限值是双向DC-DC转换器131以放电模式进行动作的情况下的输出电压的上限值，是基于负载101的额定电压而设定的。
这里，参照图12对本变形例的控制部133所执行的电池模块备份转移时输出电压控制处理进行说明。需要说明的是，在图12中，针对与实施方式1相同的处理标注与图7相同的标记。首先，在执行了步骤S101至S103的处理之后，判定部333从基准值存储部342取得表示针对AC-DC转换器121的输出电流的电流阈值的信息。然后，判定部333判定AC-DC转换器121的输出电流值信息所表示的输出电流IoutP是否大于电流阈值IoutPth(步骤S104)。这里，设判定部333判定为AC-DC转换器121的输出电流IoutP大于电流阈值IoutPth(步骤S104-“是”)。在该情况下，判定部333从基准值存储部342取得表示针对双向DC-DC转换器131的输出电压的电压上限值的信息。另外，判定部333取得目标电压存储部341存储的表示第二目标电压VoutBT的信息，计算用取得的信息所表示的第二目标电压VoutBT加上电压变化量dVoutBT而得到的电压(VoutBT+dVoutBT)。然后，判定部333判定计算出的电压(VoutBT+dVoutBT)是否小于上述的电压上限值VoutBTUL(步骤S3001)。在由判定部333判定为计算出的电压(VoutBT+dVoutBT)为上述的电压上限值以上时(步骤S3001：“否”)，电池模块备份转移时输出电压控制处理结束。另一方面，在由判定部333判定为计算出的电压(VoutBT+dVoutBT)小于上述的电压上限值VoutBTUL时(步骤S3001：“是”)，执行步骤S105以后的一系列处理。
根据本结构，能够防止双向DC-DC转换器131的输出电压超过上述的电压上限值而变得过度高，因此，能够抑制由于向负载101施加过度高的电压而引起的负载101的动作不良的发生。
在实施方式1中，电池模块13也可以在将向负载101供给电力的电力供给源从电力供给单元12切换为电池模块13之后，判定从电力供给单元12向负载101的电力供给是否停止。然后，电池模块13也可以在判定为从电力供给单元12向负载101的电力供给停止之后，重新设定向负载101供给的第一目标电压的电压值。
这里，参照图13对本变形例的控制部133所执行的电池模块备份转移时输出电压控制处理进行说明。需要说明的是，在图13中，针对与实施方式1相同的处理标注与图7相同的标记。首先，在执行了步骤S101至S103的处理之后，判定部333从基准值存储部342取得表示针对AC-DC转换器121的输出电流的电流阈值的信息。然后，判定部333判定AC-DC转换器121的输出电流值信息所表示的输出电流IoutP是否大于电流阈值IoutPth(步骤S104)。这里，设判定部333判定为AC-DC转换器121的输出电流IoutP为电流阈值IoutPth以下(步骤S104：“否”)。在该情况下，判定部333判定是否从信号处理单元14被输入通知AC-DC转换器121停止了动作的停止完成信号(步骤S4001)。这里，在AC-DC转换器121的输出停止的情况下，控制部123向信号处理单元14输出停止完成信号。然后，信号处理单元14在被输入停止完成信号时，向控制部133输出停止完成信号。这里，判定部333只要判定为没有从信号处理单元14被输入停止完成信号(步骤S4001：“否”)，就重复执行步骤S4001的处理。另一方面，设判定部333判定为从信号处理单元14被输入停止完成信号(步骤S4001：“是”)，在该情况下，目标电压设定部334将第二目标电压的电压值重新设定为与第一目标电压相等的电压(步骤S4002)。接着，电池模块备份转移时输出电压控制处理结束。
需要说明的是，在本变形例中，针对实施方式1的电池模块13中的控制部133执行上述的步骤S4001和S4002的处理的例子进行了说明，但不限定于此。例如，也可以是，在实施方式2的电池模块2013中，控制部2133在执行了图11的步骤S2101至S2103的处理之后判定为AC-DC转换器121的输出电流值信息所表示的输出电流IoutP为电流阈值IoutPth以下时(步骤S2103：“否”)，执行步骤S4001和S4002的处理。
根据本结构，在电力供给单元12停止之后，电池模块13将第二目标电压重新设定为与第一目标电压相等的电压。由此，在将向负载101供给电力的电力供给源从电力供给单元12切换为电池模块13的前后，能够使向负载101供给的电压成为固定。
在实施方式1中，电池模块12的控制部133也可以控制为，使DC-DC转换器131的输出电压达到第一目标电压时的电压变化量小于在接收到停止预告信号之后使DC-DC转换器131的输出电压增加至第一目标电压附近的电压的期间内的最大电压变化量。这里，第一目标电压附近的电压相当于第一目标电压的95％以上且小于100％的电压。
例如如图14所示，本变形例的控制部133在接收到停止预告信号之后，使双向DC-DC转换器131的输出电压的电压变化量(每单位时间的电压的变化)经时地变化。这里，紧接在时刻T61向控制部133输入了停止预告信号之后(参照图14的LiA)，控制部133将双向DC-DC转换器131的输出电压维持为电压变化量A(＝0)。接着，控制部133从时刻T61后的时刻T62起，使双向DC-DC转换器131的输出电压以电压变化量B增加(参照图14的LiB)。接下来，控制部133从时刻T62后的时刻T63起，将双向DC-DC转换器131的输出电压维持为电压变化量C(＝0)(参照图14的LiC)。接下来，控制部133从时刻T63后的时刻T64起，使双向DC-DC转换器131的输出电压以电压变化量D增加(参照图14的LiD)，从时刻T64后的时刻T65起，使双向DC-DC转换器131的输出电压以电压变化量E增加(参照图14的LiE)。然后，当双向DC-DC转换器131的输出电压在时刻T64后的时刻T65超过电压VT时，控制部133使双向DC-DC转换器131的输出电压以电压变化量E增加(参照图14的LiF)。这里，在电压变化量A、B、C、D、E、F的期间，B＞D＞E＞F＞A＝C的关系成立。需要说明的是，电压变化量A、C均为0。这样，控制部133将双向DC-DC转换器131的输出电压达到电压VT时的电压变化量(电压变化量F)设定为小于从接收到停止预告信号开始到使双向DC-DC转换器131的输出电压增加至电压VT附近为止的期间内的最大电压变化量B。
根据本结构，能够使双向DC-DC转换器131的输出电压在比较短的时间内达到目标电压，并且，能够使从电池模块13向负载101供给的电流的电流值的上升变得缓和。因此，能够抑制在将向负载101供给电力的电力供给源从电力供给单元12切换为电池模块13时向负载101供给的电压的变动。
在各实施方式中，针对具备两个电力供给单元12的结构进行了说明，但不限于此，例如也可以为仅具备一个电力供给单元12的结构，或者也可以为具备三个以上的电力供给单元12的结构。另外，在各实施方式中，针对具备两个电池模块13的结构进行了说明，但不限于此，例如也可以为仅具备一个电池模块13的结构，或者也可以为具备三个以上的电池模块13的结构。
在各实施方式中，针对具备信号处理单元14的结构进行了说明，但不限于此，例如也可以为将从电力供给单元12的控制部123输出的电流共享信号或停止预告信号或者这两方向电池模块13的控制部133直接输入的结构。
在各实施方式中，针对电力供给单元12分别具有将从交流电源100供给的交流电力转换为直流电力的AC-DC转换器121的例子进行了说明。但是不限于此，例如如图15所示，电力供给单元5012也可以具有将从直流电源5100供给的直流电力转换成不同电压的直流电力的DC-DC转换器5121。需要说明的是，在图15中，针对与实施方式1相同的结构标注与图1相同的标记。在该情况下，电力供给单元5012具有对DC-DC转换器5121进行控制的控制部5123和对从DC-DC转换器5121输出的电流的电流值进行测量的电流测量部124即可。作为直流电源5100，例如举出经由PV转换器而与发电设备连接的直流电压总线。
这里，DC-DC转换器5121是包括升压电路、降压电路或升降压电路的第一DC-DC转换器。控制部5123是执行DC-DC转换器5121的恒压控制使得从DC-DC转换器5121向负载101输出的电压成为预先设定的目标电压的第一控制部。另外，控制部5123在停止向负载101输出电压之前向信号处理单元14输出对停止向负载101输出电压进行预告的停止预告信号。需要说明的是，本变形例的电源系统与实施方式1同样地具备包括电池132、双向DC-DC转换器131以及控制部133的电池模块13。这里，双向DC-DC转换器131是对从电池132输出的直流电压进行转换并且向负载101输出的第二DC-DC转换器。另外，控制部133是如下的第二控制部：在接收停止预告信号之前，控制为DC-DC转换器131的输出电压小于目标电压，在接收到停止预告信号之后，在电力供给单元5012的输出停止之前使DC-DC转换器131的输出电压增加至目标电压以上。
以上，对本发明的实施方式和变形例进行了说明，但本发明不限定于此。本发明包括将实施方式和变形例适当组合而得到的方式、对实施方式和变形例适当加以变更而得到的方式。
本申请基于2019年10月15日申请的日本专利申请特愿2019-188509号。在本说明书中，将日本专利申请特愿2019-188509号的说明书、权利要求书和附图全体作为参照而引入。
产业上的可利用性
本发明适合于刀片式服务器用的电源系统。
附图标记说明
12、5012：电力供给单元；13、2013：电池模块；14：信号处理单元；100：交流电源；101：负载；121：AC-DC转换器；123、133、2133、5123：控制部；124、134：电流测量部；131：双向DC-DC转换器；132：电池；331、2331：PSU输出电流取得部；332：BM输出电流取得部；333：判定部；334：目标电压设定部；335、2335：电流变化量计算部；336、2336：差分量计算部；337、2337：电压变化量决定部；338：转换器驱动部；339：停止预告信号取得部；341：目标电压存储部；342：基准值存储部；343；2343：电流值存储部；344、2344：电压变化量存储部；5100：直流电源；5121：DC-DC转换器。

Claims (9)

1.一种电池模块，其与向负载输出预先设定的目标电压的电力供给单元连接，其中，
所述电池模块具备：
电池；
DC-DC转换器，其对从所述电池输出的直流电压进行转换并且向所述负载输出；以及
控制部，其执行所述DC-DC转换器的恒压控制，并且，接收对所述电力供给单元的输出停止进行预告的停止预告信号，
所述控制部在接收所述停止预告信号之前，控制为所述DC-DC转换器的输出电压小于所述目标电压，在接收到所述停止预告信号之后，在所述电力供给单元的输出停止之前使所述DC-DC转换器的输出电压增加至所述目标电压以上。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述控制部控制为，使所述DC-DC转换器的输出电压达到所述目标电压时的电压变化量小于从接收到所述停止预告信号开始到使所述DC-DC转换器的输出电压增加至所述目标电压附近的电压的期间内的最大电压变化量。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，
所述控制部在从所述电力供给单元向负载流动的电流的电流值成为预先设定的基准电流值以下时，控制为所述DC-DC转换器的输出电压成为固定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池模块，其中，
所述控制部在所述DC-DC转换器的输出电压成为所述目标电压以上时，控制为所述DC-DC转换器的输出电压成为固定。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池模块，其中，
所述控制部使所述DC-DC转换器的输出电压逐渐增加，使得从所述DC-DC转换器向负载流动的电流的每单位时间的变化量小于预先设定的变化量上限值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池模块，其中，
所述控制部在控制为所述DC-DC转换器的输出电压成为固定之后，控制为所述DC-DC转换器的输出电压成为与所述目标电压相等的电压。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池模块，其中，
所述DC-DC转换器的输出电压的电压上限值是基于所述负载的额定电压而设定的。
8.一种电源系统，其中，
所述电源系统具备：
电力供给单元，其具有AC-DC转换器和第一控制部，该AC-DC转换器将从交流电源供给的交流电力转换成直流电力并且向负载输出，该第一控制部执行所述AC-DC转换器的恒压控制，使得从所述AC-DC转换器向所述负载输出的电压成为预先设定的目标电压，并且，在停止向所述负载输出电压之前，输出对停止向所述负载输出电压进行预告的停止预告信号；
电池；
DC-DC转换器，其对从所述电池输出的直流电压进行转换并且向所述负载输出；以及
第二控制部，其执行所述DC-DC转换器的恒压控制，并且，接收对所述电力供给单元的输出停止进行预告的停止预告信号，
所述第二控制部在接收所述停止预告信号之前，控制为所述DC-DC转换器的输出电压小于所述目标电压，在接收到所述停止预告信号之后，在所述电力供给单元的输出停止之前使所述DC-DC转换器的输出电压增加至所述目标电压以上。
9.一种电源系统，其中，
所述电源系统具备：
电力供给单元，其具有第一DC-DC转换器和第一控制部，该第一DC-DC转换器将从直流电源供给的直流电力转换成不同电压的直流电力并且向负载输出，该第一控制部执行所述第一DC-DC转换器的恒压控制，使得从所述第一DC-DC转换器向所述负载输出的电压成为预先设定的目标电压，并且，在停止向所述负载输出电压之前，输出对停止向所述负载输出电压进行预告的停止预告信号；
电池；
第二DC-DC转换器，其对从所述电池输出的直流电压进行转换并且向所述负载输出；以及
第二控制部，其执行所述第二DC-DC转换器的恒压控制，并且，接收对所述电力供给单元的输出停止进行预告的停止预告信号，
所述第二控制部在接收所述停止预告信号之前，控制为所述第二DC-DC转换器的输出电压小于所述目标电压，在接收到所述停止预告信号之后，在所述电力供给单元的输出停止之前使所述第二DC-DC转换器的输出电压增加至所述目标电压以上。
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