JP2021168556A - Power supply system - Google Patents

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正彦 三井
Masahiko Mitsui
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Abstract

To prevent a malfunction of a switch that connects a string to a power distribution device.SOLUTION: A control device of a power supply system 1 is configured to perform processing of detecting a periodic increase or decrease in a current value flowing in a main line 7 of a string 10 due to a disconnection failure of a first switching element 41 or a second switching element 42 during sweep control.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system.

電池と回路を含むモジュールを複数備え、複数のモジュールの各々を制御することで、外部への電力の出力、および、外部から入力される電力の蓄電の少なくともいずれかを行う電源システムが知られている。例えば、特許文献1に記載されている電源装置(電源システム)は、電池、第1のスイッチング素子、および第2のスイッチング素子を含む電池回路モジュールを複数備える。複数の電池回路モジュールは、各々の出力端子を介して直列に接続されている。電源装置の制御回路は、第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート信号を、各々の電池回路モジュールに対して一定時間毎にそれぞれ出力する。これにより、複数の電池回路モジュールから目標とする電力を出力する。 A power supply system that has a plurality of modules including a battery and a circuit and controls each of the plurality of modules to output electric power to the outside and to store electric power input from the outside is known. There is. For example, the power supply device (power supply system) described in Patent Document 1 includes a plurality of battery circuit modules including a battery, a first switching element, and a second switching element. A plurality of battery circuit modules are connected in series via their respective output terminals. The control circuit of the power supply device outputs a gate signal for on / off driving the first switching element and the second switching element to each battery circuit module at regular time intervals. As a result, the target power is output from the plurality of battery circuit modules.

特開2018−74709号公報JP-A-2018-74709

ここで開示される発明が解決しようとする課題は、スイープモジュールに用いられているMOSFETからなるスイッチング素子の断線故障を検知することである。 An object to be solved by the invention disclosed here is to detect a disconnection failure of a switching element made of a MOSFET used in a sweep module.

ここで開示される電源システムは、電力系統に接続されるための配電装置と、メインラインと、メインラインに沿って配置された複数のスイープモジュールと、制御装置とを有している。
スイープモジュールは、電池モジュールと、電力回路モジュールとを備えている。
電力回路モジュールは、入出力回路と、第1スイッチング素子と、第2スイッチング素子とを有している。入出回路は、電池モジュールをメインラインに直列に接続するように構成されている。第1スイッチング素子は、メインラインに対して直列に、かつ、電池モジュールに対して並列に取り付けられており、MOSFETからなるスイッチング素子である。第2スイッチング素子は、メインラインに電池モジュールを直列に接続するように、入出力回路に取り付けられた、MOSFETからなるスイッチング素子である。
制御装置は、スイープ制御と、メインラインに流れる電流値の周期的な増減を検知する処理とが実行されるように構成されている。ここで、スイープ制御は、配電装置とメインラインとが接続された状態において、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを操作して、予め定められた数の電池モジュールがメインラインに常時接続されるように、複数のスイープモジュールの電池モジュールのうちメインラインに接続させる電池モジュールを順次切り替える制御である。メインラインに流れる電流値の周期的な増減を検知する処理は、スイープ制御中において、第1スイッチング素子または第2スイッチング素子の断線故障に起因した、メインラインに流れる電流値の周期的な増減を検知する処理である。
The power supply system disclosed herein includes a power distribution device for being connected to a power system, a main line, a plurality of sweep modules arranged along the main line, and a control device.
The sweep module includes a battery module and a power circuit module.
The power circuit module includes an input / output circuit, a first switching element, and a second switching element. The input / output circuit is configured to connect the battery module in series with the main line. The first switching element is a switching element composed of a MOSFET, which is mounted in series with the main line and in parallel with the battery module. The second switching element is a switching element composed of MOSFETs attached to an input / output circuit so as to connect a battery module in series to the main line.
The control device is configured to perform sweep control and a process of detecting a periodic increase or decrease in the current value flowing through the main line. Here, in sweep control, a predetermined number of battery modules are always connected to the main line by operating the first switching element and the second switching element in a state where the power distribution device and the main line are connected. As described above, the control is to sequentially switch the battery modules connected to the main line among the battery modules of the plurality of sweep modules. The process of detecting the periodic increase / decrease of the current value flowing in the main line changes the periodic increase / decrease of the current value flowing in the main line due to the disconnection failure of the first switching element or the second switching element during the sweep control. It is a process to detect.

かかる電源システムによれば、スイープモジュールに用いられているMOSFETからなるスイッチング素子の断線故障を検知しうる。 According to such a power supply system, it is possible to detect a disconnection failure of a switching element made of a MOSFET used in a sweep module.

図1は、電源システム1の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the power supply system 1. 図2は、イープモジュール20の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the e-pe module 20. 図3は、スイープ動作におけるタイミングチャートの一例である。FIG. 3 is an example of a timing chart in the sweep operation. 図4は、強制スルー動作におけるタイミングチャートの一例である。FIG. 4 is an example of a timing chart in the forced through operation. 図5は、ストリング10の放電電流波形W1の一例を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an example of the discharge current waveform W1 of the string 10.

以下、本開示における典型的な実施形態の1つについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係は実際の寸法関係を反映するものではない。 Hereinafter, one of the typical embodiments in the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals. Moreover, the dimensional relationship in each drawing does not reflect the actual dimensional relationship.

<全体の概略構成>
図1を参照して、本実施形態における電源システム1の全体構成について概略的に説明する。電源システム1は、上位の電力系統8に接続された配電装置5に対する電力の出力、および、配電装置5から入力される電力の蓄電の少なくともいずれか(以下、単に「電力の入出力」という場合もある)を行う。一例として、本実施形態では、配電装置5としてPCS(Power Conditioning Subsystem)が用いられている。PCSは、電力系統8から電源システム1等へ入力される電力および電源システム1等から電力系統8へ出力される電力を、電源システム1等と電力系統8との間で相互に変換する機能を有する。
<Overall outline configuration>
The overall configuration of the power supply system 1 according to the present embodiment will be schematically described with reference to FIG. The power supply system 1 has at least one of the output of electric power to the distribution device 5 connected to the upper power system 8 and the storage of electric power input from the distribution device 5 (hereinafter, simply referred to as "input / output of electric power"). There is also). As an example, in the present embodiment, a PCS (Power Conditioning Repository) is used as the power distribution device 5. The PCS has a function of mutually converting the power input from the power system 8 to the power system 1 and the like and the power output from the power system 1 and the like to the power system 8 between the power system 1 and the power system 8. Have.

電力系統8で電力が余った場合に、配電装置5は余剰の電力を電源システム1に出力する。この場合、電源システム1は、配電装置5から入力された電力を蓄電する。また、電源システム1は、上位の電力系統8を制御する上位システム6からの指示に応じて、電源システム1に蓄電されている電力を配電装置5に出力する。図1では、上位システム6は、電力系統8および配電装置5を制御するシステムとして、電力系統8および配電装置5とは別で設けられているように図示されている。しかし、上位システム6は、電力系統8または配電装置5に組み込まれていてもよい。 When the power system 8 has surplus power, the distribution device 5 outputs the surplus power to the power supply system 1. In this case, the power supply system 1 stores the electric power input from the power distribution device 5. Further, the power supply system 1 outputs the electric power stored in the power supply system 1 to the power distribution device 5 in response to an instruction from the upper system 6 that controls the upper power system 8. In FIG. 1, the host system 6 is shown as a system for controlling the power system 8 and the power distribution device 5 so as to be provided separately from the power system 8 and the power distribution device 5. However, the host system 6 may be incorporated in the power system 8 or the power distribution device 5.

電源システム1は、少なくとも1つのストリング10を備えている。本実施形態の電源システム1は、複数(N個:N≧2)のストリング10(10A,10B,・・・,10N)を備えている。図1では、便宜上、N個のストリング10のうち、2つのストリング10A,10Bのみを図示している。ストリング10は、配電装置5との間の電力の入出力の単位となる。複数のストリング10は、配電装置5に対して並列に接続されている。配電装置5と各々のストリング10の間の電力の入出力(通電)は、メインライン7を通じて行われる。 The power supply system 1 includes at least one string 10. The power supply system 1 of the present embodiment includes a plurality of (N pieces: N ≧ 2) strings 10 (10A, 10B, ..., 10N). In FIG. 1, for convenience, only two strings 10A and 10B out of N strings 10 are shown. The string 10 is a unit for inputting and outputting electric power to and from the power distribution device 5. The plurality of strings 10 are connected in parallel to the power distribution device 5. The input / output (energization) of electric power between the distribution device 5 and each string 10 is performed through the main line 7.

ストリング10は、SCU(String Control Unit)11、および、複数(M個:M≧2)のスイープモジュール20(20A,20B,・・・,20M)を備える。各々のスイープモジュール20は、電池および制御回路を備える。SCU11は、ストリング10毎に設けられている。SCU11は、1つのストリング10に含まれる複数のスイープモジュール20を統合制御するコントローラである。各々のSCU11は、電力制御装置としてのGCU(Group control Unit)2との間で通信を行う。GCU2は、複数のストリング10を含むグループ全体を統合制御するコントローラである。GCU2は、上位システム6および各々のSCU11との間で通信を行う。上位システム6、GCU2、およびSCU11の間の通信の方法には、種々の方法(例えば、有線通信、無線通信、ネットワークを介した通信等の少なくともいずれか)を採用できる。 The string 10 includes an SCU (String Control Unit) 11 and a plurality of (M pieces: M ≧ 2) sweep modules 20 (20A, 20B, ..., 20M). Each sweep module 20 includes a battery and a control circuit. SCU 11 is provided for each string 10. The SCU 11 is a controller that integrally controls a plurality of sweep modules 20 included in one string 10. Each SCU 11 communicates with GCU (Group control Unit) 2 as a power control device. The GCU2 is a controller that integrally controls an entire group including a plurality of strings 10. The GCU 2 communicates with the host system 6 and each SCU 11. As a method of communication between the host system 6, GCU2, and SCU11, various methods (for example, at least one of wired communication, wireless communication, communication via a network, and the like) can be adopted.

なお、ストリング10およびスイープモジュール20等を制御するコントローラの構成を変更することも可能である。例えば、GCU2とSCU11が別々に設けられていなくてもよい。つまり、1つのコントローラが、少なくとも1つのストリング10を含むグループ全体と、ストリング10に含まれる複数のスイープモジュール20を共に制御してもよい。 It is also possible to change the configuration of the controller that controls the string 10 and the sweep module 20 and the like. For example, GCU2 and SCU11 may not be provided separately. That is, one controller may control both the entire group including at least one string 10 and the plurality of sweep modules 20 included in the string 10.

<スイープモジュール>
図2を参照して、スイープモジュール20について詳細に説明する。スイープモジュール20は、電池モジュール30、電力回路モジュール40、およびスイープユニット(SU(Sweep Unit))50を備える。
<Sweep module>
The sweep module 20 will be described in detail with reference to FIG. The sweep module 20 includes a battery module 30, a power circuit module 40, and a sweep unit (SU (Sweep Unit)) 50.

電池モジュール30は、少なくとも1つの電池31を備えている。本実施形態の電池モジュール30には、複数の電池31が設けられている。複数の電池31は直列に接続されている。本実施形態では、電池31として二次電池が使用されている。電池31には、種々の二次電池(例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池等)の少なくともいずれかを使用できる。なお、電源システム1において、複数種類の電池31を混在させることも可能である。もちろん、全ての電池モジュール30内の電池31の種類が全て同じであってもよい。 The battery module 30 includes at least one battery 31. The battery module 30 of this embodiment is provided with a plurality of batteries 31. The plurality of batteries 31 are connected in series. In this embodiment, a secondary battery is used as the battery 31. As the battery 31, at least one of various secondary batteries (for example, a nickel hydrogen battery, a lithium ion battery, a nickel cadmium battery, etc.) can be used. It is also possible to mix a plurality of types of batteries 31 in the power supply system 1. Of course, the types of batteries 31 in all the battery modules 30 may be the same.

電池モジュール30には、電圧検出部35および温度検出部36が装着されている。電圧検出部35は、電池モジュール30が備える電池31(本実施形態では、直列に接続された複数の電池31)の電圧を検出する。温度検出部36は、電池モジュール30が備える電池31の温度、または、電池31の近傍の温度を検出する。温度検出部36には、温度を検出する各種素子(例えばサーミスタ等)を使用できる。 The battery module 30 is equipped with a voltage detection unit 35 and a temperature detection unit 36. The voltage detection unit 35 detects the voltage of the battery 31 (in this embodiment, a plurality of batteries 31 connected in series) included in the battery module 30. The temperature detection unit 36 detects the temperature of the battery 31 included in the battery module 30 or the temperature in the vicinity of the battery 31. Various elements (for example, a thermistor) that detect the temperature can be used in the temperature detection unit 36.

電池モジュール30は、電力回路モジュール40に対して着脱可能に設けられている。詳細には、本実施形態では、複数の電池31を備えた電池モジュール30が1つの単位となって、電力回路モジュール40からの取り外し、および、電力回路モジュール40への装着が行われる。従って、電池モジュール30に含まれる電池31が1つずつ交換される場合に比べて、作業者が電池31を交換する際の作業工数が減少する。なお、本実施形態では、電圧検出部35および温度検出部36は、電池モジュール30とは別で交換される。しかし、電圧検出部35および温度検出部36の少なくとも一方が、電池モジュール30と共に交換されてもよい。 The battery module 30 is detachably provided with respect to the power circuit module 40. Specifically, in the present embodiment, the battery module 30 including the plurality of batteries 31 is a unit, and the battery module 30 is removed from the power circuit module 40 and attached to the power circuit module 40. Therefore, the man-hours required for the operator to replace the batteries 31 are reduced as compared with the case where the batteries 31 included in the battery module 30 are replaced one by one. In the present embodiment, the voltage detection unit 35 and the temperature detection unit 36 are replaced separately from the battery module 30. However, at least one of the voltage detection unit 35 and the temperature detection unit 36 may be replaced together with the battery module 30.

電力回路モジュール40は、電池モジュール30における電力の入出力を適切に実現させるための回路を形成する。本実施形態では、電力回路モジュール40は、電池モジュール30とメインライン7の間の接続および切り離しを切り替える少なくとも1つのスイッチング素子を備えている。本実施形態では、電力回路モジュール40は、電池モジュール30をメインライン7に接続するための入出力回路43と、入出力回路43に配置された第1スイッチング素子41および第2スイッチング素子42を備える。第1スイッチング素子41および第2スイッチング素子42は、スイープユニット50から入力される信号(例えばゲート信号等)に応じてスイッチング動作を行う。 The power circuit module 40 forms a circuit for appropriately realizing the input / output of electric power in the battery module 30. In this embodiment, the power circuit module 40 includes at least one switching element that switches the connection and disconnection between the battery module 30 and the main line 7. In the present embodiment, the power circuit module 40 includes an input / output circuit 43 for connecting the battery module 30 to the main line 7, and a first switching element 41 and a second switching element 42 arranged in the input / output circuit 43. .. The first switching element 41 and the second switching element 42 perform a switching operation according to a signal (for example, a gate signal or the like) input from the sweep unit 50.

本実施形態では、図2に示されているように、第1スイッチング素子41は、入出力回路43において、メインライン7に対して直列に、かつ、電池モジュール30に対して並列に取り付けられている。第2スイッチング素子42は、入出力回路43において、メインライン7に電池モジュール30を直列に接続する部分に取り付けられている。第1スイッチング素子41は、メインライン7に放電電流が流れる方向に沿って順方向となるように、ソースとドレインが配置される。第2スイッチング素子42は、メインライン7に電池モジュール30を直列に取り付ける入出力回路43において、電池モジュール30に充電電流が流れる方向に沿って順方向となるように、ソースとドレインが配置される。本実施形態では、第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42は、それぞれMOSFET(例えば、Si−MOSFET)であり、順方向に向いたボディダイオード41a,42aをそれぞれ備えている。ここで、第1スイッチング素子41のボディダイオード41aは、第1ボディダイオードと適宜に称されうる。第2スイッチング素子42のボディダイオード42aは、第2ボディダイオードと適宜に称される。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the first switching element 41 is mounted in series with the main line 7 and in parallel with the battery module 30 in the input / output circuit 43. There is. The second switching element 42 is attached to a portion of the input / output circuit 43 that connects the battery module 30 in series with the main line 7. In the first switching element 41, the source and the drain are arranged so as to be in the forward direction along the direction in which the discharge current flows in the main line 7. In the input / output circuit 43 in which the battery module 30 is attached in series to the main line 7, the second switching element 42 has a source and a drain arranged so as to be forward along the direction in which the charging current flows through the battery module 30. .. In the present embodiment, the first switching element 41 and the second switching element 42 are MOSFETs (for example, Si-MOSFETs), respectively, and include body diodes 41a and 42a oriented in the forward direction, respectively. Here, the body diode 41a of the first switching element 41 can be appropriately referred to as a first body diode. The body diode 42a of the second switching element 42 is appropriately referred to as a second body diode.

なお、第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42は、図2の例に限定されない。第1スイッチング素子41および第2スイッチング素子42には、導通と非導通を切り替えることが可能な種々の素子を使用することが可能である。本実施形態では、第1スイッチング素子41および第2スイッチング素子42の両方に、MOSFET(詳細にはSi−MOSFET)が使用されている。しかし、MOSFET以外の素子(例えば、トランジスタ等)が採用されてもよい。 The first switching element 41 and the second switching element 42 are not limited to the example of FIG. As the first switching element 41 and the second switching element 42, various elements capable of switching between conduction and non-conduction can be used. In this embodiment, MOSFETs (specifically, Si-MOSFETs) are used for both the first switching element 41 and the second switching element 42. However, elements other than MOSFETs (for example, transistors, etc.) may be adopted.

また、電力回路モジュール40は、インダクタ46およびコンデンサ47を備える。インダクタ46は、電池モジュール30と第2スイッチング素子42の間に設けられている。コンデンサ47は、電池モジュール30と並列に接続されている。本実施形態では、電池モジュール30の電池31に二次電池が使用されているので、内部抵抗損失の増加による電池31の劣化を抑制する必要がある。従って、電池モジュール30、インダクタ46、およびコンデンサ47によってRLCフィルタを形成することで、電流の平準化が図られている。 Further, the power circuit module 40 includes an inductor 46 and a capacitor 47. The inductor 46 is provided between the battery module 30 and the second switching element 42. The capacitor 47 is connected in parallel with the battery module 30. In the present embodiment, since the secondary battery is used for the battery 31 of the battery module 30, it is necessary to suppress the deterioration of the battery 31 due to the increase in the internal resistance loss. Therefore, the current leveling is achieved by forming the RLC filter with the battery module 30, the inductor 46, and the capacitor 47.

また、電力回路モジュール40には温度検出部48が設けられている。温度検出部48は、第1スイッチング素子41および第2スイッチング素子42の少なくとも一方の発熱を検出するために設けられている。本実施形態では、第1スイッチング素子41、第2スイッチング素子42、および温度検出部48は、1つの基盤に組み込まれている。従って、第1スイッチング素子41および第2スイッチング素子42の一方の故障が発見された時点で、基盤ごと交換される。よって、本実施形態では、1つの温度検出部48が第1スイッチング素子41および第2スイッチング素子42の近傍に設けられることで、部品点数が削減されている。ただし、第1スイッチング素子41の温度を検出する温度検出部と、第2スイッチング素子42の温度を検出する温度検出部が別々に設けられていてもよい。温度検出部48には、温度を検出する各種素子(例えばサーミスタ等)を使用できる。 Further, the power circuit module 40 is provided with a temperature detection unit 48. The temperature detection unit 48 is provided to detect heat generation of at least one of the first switching element 41 and the second switching element 42. In the present embodiment, the first switching element 41, the second switching element 42, and the temperature detection unit 48 are incorporated in one board. Therefore, when a failure of one of the first switching element 41 and the second switching element 42 is found, the entire board is replaced. Therefore, in the present embodiment, the number of parts is reduced by providing one temperature detection unit 48 in the vicinity of the first switching element 41 and the second switching element 42. However, a temperature detection unit that detects the temperature of the first switching element 41 and a temperature detection unit that detects the temperature of the second switching element 42 may be provided separately. Various elements (for example, a thermistor) that detect the temperature can be used in the temperature detection unit 48.

図1および図2に示すように、ストリング10内の複数の電池モジュール30は、それぞれ電力回路モジュール40を介在させてメインライン7に対して直列に接続されている。そして、電力回路モジュール40の第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42が適宜に制御されることによって、電池モジュール30はメインライン7に接続されたり、切り離されたりする。図2に示された電力回路モジュール40の構成例では、第1スイッチング素子41がオフとされ、且つ第2スイッチング素子42がオンとされると、電池モジュール30はメインライン7に接続される。第1スイッチング素子41がオンとされ、且つ第2スイッチング素子42がオフとされると、電池モジュール30はメインライン7から切り離される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the plurality of battery modules 30 in the string 10 are connected in series to the main line 7 with the power circuit module 40 interposed therebetween. Then, the battery module 30 is connected to or disconnected from the main line 7 by appropriately controlling the first switching element 41 and the second switching element 42 of the power circuit module 40. In the configuration example of the power circuit module 40 shown in FIG. 2, when the first switching element 41 is turned off and the second switching element 42 is turned on, the battery module 30 is connected to the main line 7. When the first switching element 41 is turned on and the second switching element 42 is turned off, the battery module 30 is disconnected from the main line 7.

スイープユニット(SU(Sweep Unit))50は、スイープモジュール20に関する各種制御を行うようにスイープモジュール20に組み込まれた制御ユニットであり、スイープ制御ユニットとも称される。詳細には、スイープユニット50は、電力回路モジュール40における第1スイッチング素子41および第2スイッチング素子42を駆動させる信号を出力する。また、スイープユニット50は、スイープモジュール20の状態(例えば、電池モジュール30の電圧、電池31の温度、および、スイッチング素子41,42の温度等)を、上位のコントローラ(本実施形態では、図1に示すSCU11)に通知する。スイープユニット50は、ストリング10の複数のスイープモジュール20にそれぞれ組み込まれている。ストリング10の複数のスイープモジュール20に組み込まれたスイープユニット50は、順に繋がっており、SCU11から出力されたゲート信号GSを順に伝搬するように構成されている。図2に示されているように、本実施形態では、スイープユニット50は、SU処理部51、遅延/選択回路52、およびゲートドライバ53を備えている。 The sweep unit (SU (Sweep Unit)) 50 is a control unit incorporated in the sweep module 20 so as to perform various controls related to the sweep module 20, and is also referred to as a sweep control unit. Specifically, the sweep unit 50 outputs a signal for driving the first switching element 41 and the second switching element 42 in the power circuit module 40. Further, the sweep unit 50 controls the state of the sweep module 20 (for example, the voltage of the battery module 30, the temperature of the battery 31, the temperature of the switching elements 41 and 42, etc.) to a higher-level controller (in the present embodiment, FIG. 1). Notify SCU11) shown in. The sweep unit 50 is incorporated in each of the plurality of sweep modules 20 of the string 10. The sweep units 50 incorporated in the plurality of sweep modules 20 of the string 10 are connected in order, and are configured to propagate the gate signal GS output from the SCU 11 in order. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the sweep unit 50 includes a SU processing unit 51, a delay / selection circuit 52, and a gate driver 53.

SU処理部51は、スイープユニット50における各種処理を司るコントローラである。SU処理部51には、例えばマイコン等を使用できる。SU処理部51には、電圧検出部35、温度検出部36、および温度検出部48からの検出信号が入力される。また、SU処理部51は、上位のコントローラ(本実施形態ではストリング10のSCU11)との間で各種信号の入出力を行う。 The SU processing unit 51 is a controller that controls various processes in the sweep unit 50. For the SU processing unit 51, for example, a microcomputer or the like can be used. The detection signals from the voltage detection unit 35, the temperature detection unit 36, and the temperature detection unit 48 are input to the SU processing unit 51. In addition, the SU processing unit 51 inputs and outputs various signals to and from the higher-level controller (SCU 11 of the string 10 in this embodiment).

SCU11からSU処理部51に入力される信号には、強制スルー信号CSS、および強制接続信号CCSが含まれる。強制スルー信号CSSは、配電装置5からストリング10に延びるメインライン7(図1参照)からの、電池モジュール30を切り離すことを指示する信号である。つまり、強制スルー信号CSSが入力されたスイープモジュール20は、配電装置5との間で電力を入出力するための動作をスルーする。強制接続信号CCSは、メインライン7に対する電池モジュール30の接続の維持を指示する信号である。 The signal input from the SCU 11 to the SU processing unit 51 includes a forced through signal CSS and a forced connection signal CCS. The forced through signal CSS is a signal instructing the battery module 30 to be disconnected from the main line 7 (see FIG. 1) extending from the power distribution device 5 to the string 10. That is, the sweep module 20 to which the forced through signal CSS is input passes through the operation for inputting / outputting power to / from the power distribution device 5. The forced connection signal CCS is a signal instructing the maintenance of the connection of the battery module 30 to the main line 7.

遅延/選択回路52にはゲート信号GSが入力される。ゲート信号(本実施形態ではPWM信号)GSは、第1スイッチング素子41および第2スイッチング素子42のオン状態とオフ状態の交互の繰り返しスイッチング動作を制御する信号である。ゲート信号GSは、オンとオフが交互に繰り返されるパルス状の信号である。ゲート信号GSは、まず、SCU11(図1参照)から、1つのスイープモジュール20内の遅延/選択回路52に入力される。次いで、ゲート信号GSは、1つのスイープモジュール20の遅延/選択回路52から、他のスイープモジュール20の遅延/選択回路52に順に伝播されていく。 The gate signal GS is input to the delay / selection circuit 52. The gate signal (PWM signal in this embodiment) GS is a signal that controls the alternating repeated switching operation of the first switching element 41 and the second switching element 42 in the on state and the off state. The gate signal GS is a pulse-shaped signal in which on and off are repeated alternately. The gate signal GS is first input from the SCU 11 (see FIG. 1) to the delay / selection circuit 52 in one sweep module 20. Next, the gate signal GS is propagated in order from the delay / selection circuit 52 of one sweep module 20 to the delay / selection circuit 52 of the other sweep module 20.

ストリング10では、図3および図4に例示するスイープ制御が実行される。
ここで、図3は、スイープ動作におけるタイミングチャートの一例である。具体的には、図3には、全てのスイープモジュール20にスイープ動作を実行させた場合の、各スイープモジュール20の接続状態と、配電装置5に出力される電圧との関係が一例として示されている。図4は、強制スルー動作におけるタイミングチャートの一例である。具体的には、図4には、一部のスイープモジュール20に強制スルー動作を実行させた場合の、各スイープモジュール20の接続状態と、配電装置5に出力される電圧との関係が一例として示されている。
In string 10, the sweep control illustrated in FIGS. 3 and 4 is performed.
Here, FIG. 3 is an example of a timing chart in the sweep operation. Specifically, FIG. 3 shows, as an example, the relationship between the connection state of each sweep module 20 and the voltage output to the power distribution device 5 when all the sweep modules 20 are made to execute the sweep operation. ing. FIG. 4 is an example of a timing chart in the forced through operation. Specifically, FIG. 4 shows, as an example, the relationship between the connection state of each sweep module 20 and the voltage output to the power distribution device 5 when some sweep modules 20 are forced to perform a forced through operation. It is shown.

ストリング10において実行されるスイープ制御では、ストリング10に組み込まれた複数のスイープモジュール20(例えば、M個)のうち、同じタイミングでONになるスイープモジュール20の数mが定められる。スイープ制御でのゲート信号GSは、例えば、パルス波形で構成されている。ゲート信号GSは、例えば、メインライン7に電池モジュール30を接続するための信号波形と、電池モジュール30をメインライン7から切り離すための信号波形とを順に並べられているとよい。ゲート信号GSにおいて、メインライン7に電池モジュール30を接続するための信号波形は、ストリング10をスイープする予め定められた周期Tにおいて、メインライン7に接続する電池モジュール30の数が組み込まれているとよい。また、電池モジュール30をメインライン7から切り離すための信号波形は、ストリング10に組み込まれた電池モジュール30のうち、電池モジュール30をメインライン7から切り離すことが必要な所要数が組み込まれている。電池モジュール30をメインライン7から切り離すための信号波形や、電池モジュール30をメインライン7から切り離すための信号波形は、適宜に波長などが調整される。 In the sweep control executed in the string 10, among the plurality of sweep modules 20 (for example, M) incorporated in the string 10, several meters of the sweep modules 20 that are turned on at the same timing are defined. The gate signal GS in the sweep control is composed of, for example, a pulse waveform. In the gate signal GS, for example, a signal waveform for connecting the battery module 30 to the main line 7 and a signal waveform for disconnecting the battery module 30 from the main line 7 may be arranged in this order. In the gate signal GS, the signal waveform for connecting the battery module 30 to the main line 7 incorporates the number of battery modules 30 connected to the main line 7 in a predetermined period T for sweeping the string 10. It is good. Further, the signal waveform for disconnecting the battery module 30 from the main line 7 includes the required number of the battery modules 30 incorporated in the string 10 that require the battery module 30 to be separated from the main line 7. The wavelength of the signal waveform for disconnecting the battery module 30 from the main line 7 and the signal waveform for disconnecting the battery module 30 from the main line 7 are appropriately adjusted.

本実施形態のストリング10では、M個のスイープモジュール20が、配電装置5側からスイープモジュール20A,20B,・・・,20Mの順に直列に接続されている。以下では、配電装置5に近い側を上流側、配電装置5から遠い側を下流側とする。まず、ゲート信号GSは、SCU11から、最も上流側のスイープモジュール20A内のスイープユニット50の遅延/選択回路52に入力される。次いで、ゲート信号GSは、スイープモジュール20Aの遅延/選択回路52から、下流側に隣接するスイープモジュール20Bの遅延/選択回路52に伝播される。下流側に隣接するスイープモジュール20へのゲート信号の伝播が、最も下流側のスイープモジュール20Mまで順に繰り返される。 In the string 10 of the present embodiment, M sweep modules 20 are connected in series from the power distribution device 5 side in the order of sweep modules 20A, 20B, ..., 20M. In the following, the side closer to the power distribution device 5 will be referred to as the upstream side, and the side far from the power distribution device 5 will be referred to as the downstream side. First, the gate signal GS is input from the SCU 11 to the delay / selection circuit 52 of the sweep unit 50 in the sweep module 20A on the most upstream side. The gate signal GS is then propagated from the delay / selection circuit 52 of the sweep module 20A to the delay / selection circuit 52 of the sweep module 20B adjacent to the downstream side. Propagation of the gate signal to the sweep module 20 adjacent to the downstream side is repeated in order up to the sweep module 20M on the most downstream side.

ここで、遅延/選択回路52は、SCU11または上流側のスイープモジュール20から入力したパルス状のゲート信号GSを、定められた遅延時間だけ遅延させて、下流側のスイープモジュール20に伝播させることができる。この場合、遅延時間を示す信号が、SCU11からスイープユニット50(例えば、本実施形態ではスイープユニット50内のSU処理部51)に入力される。遅延/選択回路52は、信号によって示された遅延時間に基づいて、ゲート信号GSを遅延させる。また、遅延/選択回路52は、入力したゲート信号GSを遅延させずに、そのまま下流側のスイープモジュール20に伝播させることもできる。 Here, the delay / selection circuit 52 may delay the pulsed gate signal GS input from the SCU 11 or the sweep module 20 on the upstream side by a predetermined delay time and propagate it to the sweep module 20 on the downstream side. can. In this case, a signal indicating the delay time is input from the SCU 11 to the sweep unit 50 (for example, the SU processing unit 51 in the sweep unit 50 in this embodiment). The delay / selection circuit 52 delays the gate signal GS based on the delay time indicated by the signal. Further, the delay / selection circuit 52 can propagate the input gate signal GS to the sweep module 20 on the downstream side as it is without delaying it.

また、ゲートドライバ53は、第1スイッチング素子41および第2スイッチング素子42のスイッチング動作を駆動する。遅延/選択回路52は、ゲートドライバ53の駆動を制御する信号を、ゲートドライバ53に対して出力する。ゲートドライバ53は、第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42とにそれぞれ制御信号を出力する。電池モジュール30をメインライン7に接続する場合、ゲートドライバ53は、第1スイッチング素子41をオフとし、且つ第2スイッチング素子42をオンとするための制御信号を出力する。電池モジュール30をメインライン7から切り離す場合、ゲートドライバ53は、第1スイッチング素子41をオンとし、且つ第2スイッチング素子42をオフとするための制御信号を出力する。 Further, the gate driver 53 drives the switching operation of the first switching element 41 and the second switching element 42. The delay / selection circuit 52 outputs a signal for controlling the drive of the gate driver 53 to the gate driver 53. The gate driver 53 outputs control signals to the first switching element 41 and the second switching element 42, respectively. When the battery module 30 is connected to the main line 7, the gate driver 53 outputs a control signal for turning off the first switching element 41 and turning on the second switching element 42. When the battery module 30 is separated from the main line 7, the gate driver 53 outputs a control signal for turning on the first switching element 41 and turning off the second switching element 42.

本実施形態の遅延/選択回路52は、SCU11などの制御装置によって制御され、スイープ動作、強制スルー動作、および強制接続動作を選択的に実行する。 The delay / selection circuit 52 of the present embodiment is controlled by a control device such as the SCU 11, and selectively executes the sweep operation, the forced through operation, and the forced connection operation.

例えば、スイープ動作では、ゲート信号GSによって第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42が操作される。ストリング10に含まれた複数の電池モジュール30は、メインライン7に所定の順番で接続され、かつ、所定の順番で切り離される。その結果、ストリング10は、メインライン7に接続される電池モジュール30を短い制御周期で順次入れ替えながら、予め定められた数の電池モジュール30がメインライン7に常時接続されたような状態で駆動する。かかるスイープ動作によって、ストリング10は、メインライン7に接続される電池モジュール30を短い制御周期で順次入れ替えつつも、予め定められた数の電池モジュール30が直列に接続された1つの組電池のように機能する。かかるスイープ動作が実現するように、ストリング10の各スイープモジュール20がSCU11によって制御される。かかる制御において、SCU11は、ストリング10に対してゲート信号GSを出力するとともに、各スイープモジュール20に組み込まれたSU処理部51に制御信号を出力する。スイープ動作の一例の詳細な説明は、図3および図4に例示して後述する。 For example, in the sweep operation, the first switching element 41 and the second switching element 42 are operated by the gate signal GS. The plurality of battery modules 30 included in the string 10 are connected to the main line 7 in a predetermined order and disconnected in a predetermined order. As a result, the string 10 is driven in a state in which a predetermined number of battery modules 30 are always connected to the main line 7 while sequentially replacing the battery modules 30 connected to the main line 7 in a short control cycle. .. By such a sweep operation, the string 10 is like a set of batteries in which a predetermined number of battery modules 30 are connected in series while sequentially replacing the battery modules 30 connected to the main line 7 in a short control cycle. Works for. Each sweep module 20 of the string 10 is controlled by the SCU 11 so that such a sweep operation is realized. In such control, the SCU 11 outputs a gate signal GS to the string 10 and outputs a control signal to the SU processing unit 51 incorporated in each sweep module 20. A detailed description of an example of the sweep operation will be described later by way of illustration in FIGS. 3 and 4.

スイープ動作中には、遅延/選択回路52は、入力されたゲート信号GSをゲートドライバ53にそのまま出力すると共に、ゲート信号GSを遅延時間だけ遅延させて、下流側のスイープモジュール20に伝播させる。その結果、スイープ動作中のスイープモジュール20の電池モジュール30は、ストリング10内でタイミングがずらされつつ、メインライン7に順次接続され、かつ、メインライン7から順次切り離される。 During the sweep operation, the delay / selection circuit 52 outputs the input gate signal GS to the gate driver 53 as it is, delays the gate signal GS by the delay time, and propagates it to the sweep module 20 on the downstream side. As a result, the battery module 30 of the sweep module 20 during the sweep operation is sequentially connected to the main line 7 and sequentially disconnected from the main line 7 while being shifted in timing in the string 10.

強制スルー動作中には、遅延/選択回路52は、入力されたゲート信号GSに関わらず、第1スイッチング素子41をオンで維持させ、且つ第2スイッチング素子42をオフで維持させる信号を、ゲートドライバ53に出力する。その結果、強制スルー動作中のスイープモジュール20の電池モジュール30は、メインライン7から切り離される。また、強制スルー動作中のスイープモジュール20の遅延/選択回路52は、ゲート信号GSを遅延させずに、そのまま下流側のスイープモジュール20に伝播させる。 During the forced through operation, the delay / selection circuit 52 gates a signal that keeps the first switching element 41 on and the second switching element 42 off, regardless of the input gate signal GS. Output to the driver 53. As a result, the battery module 30 of the sweep module 20 during the forced through operation is disconnected from the main line 7. Further, the delay / selection circuit 52 of the sweep module 20 during the forced through operation propagates the gate signal GS to the sweep module 20 on the downstream side as it is without delaying it.

強制接続動作中には、遅延/選択回路52は、入力されたゲート信号GSに関わらず、第1スイッチング素子41をオフで維持させ、且つ第2スイッチング素子42をオンで維持させる信号を、ゲートドライバ53に出力する。その結果、強制接続動作中のスイープモジュール20の電池モジュール30は、メインライン7に常時接続される。また、強制接続動作中のスイープモジュール20の遅延/選択回路52は、ゲート信号GSを遅延させずに、そのまま下流側のスイープモジュール20に伝播させる。 During the forced connection operation, the delay / selection circuit 52 gates a signal that keeps the first switching element 41 off and the second switching element 42 on, regardless of the input gate signal GS. Output to the driver 53. As a result, the battery module 30 of the sweep module 20 during the forced connection operation is always connected to the main line 7. Further, the delay / selection circuit 52 of the sweep module 20 during the forced connection operation propagates the gate signal GS to the sweep module 20 on the downstream side as it is without delaying it.

遅延/選択回路52は、上述のような所要の機能を奏する1つの集積回路として構成されていてもよい。また、遅延/選択回路52は、ゲート信号GSを遅延させる回路と、ゲートドライバ53に選択的にゲート信号GSを送る回路と組み合わせてもよい。以下に本実施形態における遅延/選択回路52の構成例を説明する。 The delay / selection circuit 52 may be configured as one integrated circuit that performs the required functions as described above. Further, the delay / selection circuit 52 may be combined with a circuit that delays the gate signal GS and a circuit that selectively sends the gate signal GS to the gate driver 53. A configuration example of the delay / selection circuit 52 in this embodiment will be described below.

本実施形態では、図2に示されているように、遅延/選択回路52は、遅延回路52aと、選択回路52bとを備えている。遅延/選択回路52に入力されたゲート信号GSは、遅延回路52aに入力される。遅延回路52aは、ゲート信号GSを所定の遅延時間だけ遅延させて選択回路52bに出力する。また、遅延/選択回路52に入力されたゲート信号GSは、遅延回路52aを通らない別のルートでそのまま選択回路52bに出力される。選択回路52bは、SU処理部51から指示信号を受けて、指示信号に応じて出力する。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, the delay / selection circuit 52 includes a delay circuit 52a and a selection circuit 52b. The gate signal GS input to the delay / selection circuit 52 is input to the delay circuit 52a. The delay circuit 52a delays the gate signal GS by a predetermined delay time and outputs it to the selection circuit 52b. Further, the gate signal GS input to the delay / selection circuit 52 is directly output to the selection circuit 52b by another route that does not pass through the delay circuit 52a. The selection circuit 52b receives an instruction signal from the SU processing unit 51 and outputs the instruction signal in response to the instruction signal.

SU処理部51からの指示信号が、スイープ動作の実施を指示する場合には、選択回路52bは、入力されたゲート信号GSをそのまま当該スイープモジュール20のゲートドライバ53に出力する。ゲートドライバ53は、電力回路モジュール40に制御信号を出力し、第1スイッチング素子41をオフとし、且つ第2スイッチング素子42をオンとし、電池モジュール30をメインライン7に接続する。他方で選択回路52bは、1つ下流のスイープモジュール20の遅延/選択回路52に、遅延されたゲート信号GSを出力する。つまり、電池モジュール30がスイープ動作においてメインライン7に接続された場合には、1つ下流のスイープモジュール20に所定の遅延時間だけ遅延したゲート信号GSが送られる。 When the instruction signal from the SU processing unit 51 instructs the execution of the sweep operation, the selection circuit 52b outputs the input gate signal GS as it is to the gate driver 53 of the sweep module 20. The gate driver 53 outputs a control signal to the power circuit module 40, turns off the first switching element 41, turns on the second switching element 42, and connects the battery module 30 to the main line 7. On the other hand, the selection circuit 52b outputs the delayed gate signal GS to the delay / selection circuit 52 of the sweep module 20 one downstream. That is, when the battery module 30 is connected to the main line 7 in the sweep operation, the gate signal GS delayed by a predetermined delay time is sent to the sweep module 20 one downstream.

SU処理部51からの指示信号が強制スルー信号CSSである場合には、選択回路52bは、電池モジュール30をスルーするための信号をゲートドライバ53に出力する。強制スルー信号CSSが継続されることによって、強制スルー信号CSSを受けたスイープモジュール20の電池モジュール30は、メインライン7から切り離された状態で維持される。この場合、選択回路52bによって、遅延回路52aを通らない別のルートで選択回路52bに入力されたゲート信号GSが、1つ下流のスイープモジュール20に出力される。 When the instruction signal from the SU processing unit 51 is the forced through signal CSS, the selection circuit 52b outputs a signal for passing through the battery module 30 to the gate driver 53. By continuing the forced through signal CSS, the battery module 30 of the sweep module 20 that has received the forced through signal CSS is maintained in a state of being disconnected from the main line 7. In this case, the selection circuit 52b outputs the gate signal GS input to the selection circuit 52b by another route that does not pass through the delay circuit 52a to the sweep module 20 one downstream.

SU処理部51からの指示信号が強制接続信号CCSである場合には、選択回路52bは、電池モジュール30をメインライン7に接続するための信号をゲートドライバ53に出力する。つまり、ゲートドライバ53は、第1スイッチング素子41をオフとし、且つ第2スイッチング素子42をオンとし、電池モジュール30をメインライン7に接続する。強制接続信号CCSが継続されることによって、電池モジュール30は、メインライン7に接続された状態が維持される。この場合、選択回路52bによって、遅延回路52aを通らない別のルートで選択回路52bに入力されたゲート信号GSが、1つ下流のスイープモジュール20に出力される。 When the instruction signal from the SU processing unit 51 is the forced connection signal CCS, the selection circuit 52b outputs a signal for connecting the battery module 30 to the main line 7 to the gate driver 53. That is, the gate driver 53 turns off the first switching element 41 and turns on the second switching element 42, and connects the battery module 30 to the main line 7. By continuing the forced connection signal CCS, the battery module 30 is maintained in a state of being connected to the main line 7. In this case, the selection circuit 52b outputs the gate signal GS input to the selection circuit 52b by another route that does not pass through the delay circuit 52a to the sweep module 20 one downstream.

図1および図2に示されているように、本実施形態では、1つのストリング10に含まれる複数のスイープユニット50(詳細には、複数の遅延/選択回路52)が、デイジーチェーン方式で順に接続されている。その結果、SCU11から1つのスイープユニット50に入力されるゲート信号GSが、複数のスイープユニット50の間で順に伝播される。従って、SCU11における処理が簡素化され易く、信号性が増加することも容易に抑制される。しかし、SCU11は、複数のスイープユニット50の各々に対して個別にゲート信号GSを出力することも可能である。 As shown in FIGS. 1 and 2, in this embodiment, a plurality of sweep units 50 (specifically, a plurality of delay / selection circuits 52) included in one string 10 are sequentially arranged in a daisy chain manner. It is connected. As a result, the gate signal GS input from the SCU 11 to one sweep unit 50 is sequentially propagated among the plurality of sweep units 50. Therefore, the processing in the SCU 11 can be easily simplified, and the increase in signalability can be easily suppressed. However, the SCU 11 can also output the gate signal GS individually for each of the plurality of sweep units 50.

スイープユニット50は、インジケータ57を備えている。インジケータ57は、例えば、電池モジュール30や電力回路モジュール40などを含むスイープモジュール20の状態を作業者に通知する。インジケータ57は、例えば、スイープモジュール20内の電池モジュール30に不具合(例えば、故障および電池31の劣化等)が検出されたこと(つまり、電池モジュール30が交換すべき状態であること)を、作業者に通知することができる。 The sweep unit 50 includes an indicator 57. The indicator 57 notifies the operator of the state of the sweep module 20 including the battery module 30, the power circuit module 40, and the like, for example. The indicator 57 determines, for example, that a defect (for example, a failure or deterioration of the battery 31) has been detected in the battery module 30 in the sweep module 20 (that is, the battery module 30 is in a state to be replaced). Can be notified.

一例として、本実施形態のインジケータ57には、発光素子の一種であるLEDが用いられている。しかし、LED以外のデバイス(例えばディスプレイ等)がインジケータ57として使用されてもよい。また、音声を出力するデバイス(例えばスピーカー等)がインジケータ57として使用されてもよい。また、インジケータ57は、アクチュエータ(例えば、モータまたはソレノイド等)によって部材を駆動させることで、スイープモジュール20の状態を作業者に通知してもよい。また、インジケータ57は、スイープモジュール20の状態に応じて、異なる方法で状態が示されるように構成されているとよい。 As an example, an LED, which is a kind of light emitting element, is used for the indicator 57 of the present embodiment. However, a device other than the LED (eg, display, etc.) may be used as the indicator 57. Further, a device that outputs sound (for example, a speaker or the like) may be used as the indicator 57. Further, the indicator 57 may notify the operator of the state of the sweep module 20 by driving the member by an actuator (for example, a motor or a solenoid). Further, the indicator 57 may be configured to indicate the state in different ways depending on the state of the sweep module 20.

本実施形態では、インジケータ57の動作は、スイープユニット50内のSU処理部51によって制御される。しかし、SU処理部51以外のコントローラ(例えばSCU11等)が、インジケータ57の動作を制御してもよい。 In this embodiment, the operation of the indicator 57 is controlled by the SU processing unit 51 in the sweep unit 50. However, a controller other than the SU processing unit 51 (for example, SCU 11 or the like) may control the operation of the indicator 57.

本実施形態では、スイープユニット50毎にインジケータ57が設けられている。従って、作業者は、並べて配置された複数のスイープモジュール20の中から、インジケータ57によって状態が通知されているスイープモジュール20を容易に識別することができる。しかし、インジケータ57の構成を変更することも可能である。例えば、スイープユニット50毎に設けられたインジケータ57とは別に、またはインジケータ57と共に、複数のスイープモジュール20の状態を纏めて通知する状態通知部が設けられていてもよい。この場合、状態通知部は、例えば、1つのモニタに複数のスイープモジュール20の状態(例えば、不具合が生じているか否か等)を纏めて表示させてもよい。 In this embodiment, an indicator 57 is provided for each sweep unit 50. Therefore, the operator can easily identify the sweep module 20 whose status is notified by the indicator 57 from among the plurality of sweep modules 20 arranged side by side. However, it is also possible to change the configuration of the indicator 57. For example, apart from the indicator 57 provided for each sweep unit 50, or together with the indicator 57, a status notification unit for collectively notifying the status of a plurality of sweep modules 20 may be provided. In this case, the status notification unit may display, for example, the statuses of a plurality of sweep modules 20 (for example, whether or not a problem has occurred) collectively on one monitor.

<スイープ制御>
ストリング10において実行されるスイープ制御について説明する。ここで、スイープ制御は、ストリング10の各電池モジュール30にスイープ動作をさせるための制御である。ストリング10において実行されるスイープ制御では、SCU11は、パルス状のゲート信号GSを出力する。また、ストリング10の複数のスイープモジュール20におけるスイッチング素子41,42は、適宜にオンとオフが切り替えられて駆動する。その結果、電池モジュール30のメインライン7に対する接続と、メインライン7からの切り離しが、スイープモジュール20毎に高速で切り替えられる。さらに、ストリング10は、上流側からX番目のスイープモジュール20に入力するゲート信号GSを、(X−1)番目のスイープモジュール20に入力するゲート信号GSに対して遅延させることができる。その結果、ストリング10に含まれるM個のスイープモジュール20のうち、メインライン7に接続されるm個(m<M)のスイープモジュール20が、順次切り替えられる。これにより、ストリング10に含まれた複数の電池モジュール30が、メインライン7に所定の順番で接続され、かつ、所定の順番で切り離される。そして、予め定められた数の電池モジュール30がメインライン7に常時接続されたような状態になる。かかるスイープ動作によって、ストリング10は、予め定められた数の電池モジュール30が直列に接続された1つの組電池として機能する。
<Sweep control>
The sweep control executed in the string 10 will be described. Here, the sweep control is a control for causing each battery module 30 of the string 10 to perform a sweep operation. In the sweep control performed in string 10, the SCU 11 outputs a pulsed gate signal GS. Further, the switching elements 41 and 42 in the plurality of sweep modules 20 of the string 10 are appropriately switched on and off to drive them. As a result, the connection of the battery module 30 to the main line 7 and the disconnection from the main line 7 can be switched at high speed for each sweep module 20. Further, the string 10 can delay the gate signal GS input to the Xth sweep module 20 from the upstream side with respect to the gate signal GS input to the (X-1) th sweep module 20. As a result, of the M sweep modules 20 included in the string 10, m (m <M) sweep modules 20 connected to the main line 7 are sequentially switched. As a result, the plurality of battery modules 30 included in the string 10 are connected to the main line 7 in a predetermined order and disconnected in a predetermined order. Then, a predetermined number of battery modules 30 are always connected to the main line 7. By such a sweep operation, the string 10 functions as one assembled battery in which a predetermined number of battery modules 30 are connected in series.

図3は、ストリング10に含まれる全てのスイープモジュール20にスイープ動作を実行させた場合の、各スイープモジュール20の接続状態と、配電装置5に出力される電圧の関係の一例を示すタイミングチャートである。1つのストリング10に含まれるスイープモジュール20の数Mは、適宜変更できる。図3に示す例では、1つのストリング10に5個のスイープモジュール20が含まれており、5個のスイープモジュール20の全てにスイープ動作を実行させている。 FIG. 3 is a timing chart showing an example of the relationship between the connection state of each sweep module 20 and the voltage output to the power distribution device 5 when all the sweep modules 20 included in the string 10 are made to execute the sweep operation. be. The number M of the sweep modules 20 included in one string 10 can be changed as appropriate. In the example shown in FIG. 3, one string 10 includes five sweep modules 20, and all five sweep modules 20 are made to execute the sweep operation.

また、図3に示す例では、ストリング10のSCU11に対し、配電装置5へ出力する電圧VH[V]を100VとするVH指令信号が入力されている。各々のスイープモジュール20における電池モジュール30の電圧Vmod[V]は、43.2Vである。また、ゲート信号GSを遅延させる遅延時間DL[μsec]は、電源システム1に求められる仕様に応じて適宜設定される。ゲート信号GSの周期T(つまり、スイープモジュール20の接続と切り離しの周期)は、スイープ動作を実行させるスイープモジュール20の数P(≦M)に、遅延時間DLを掛けた値となる。従って、遅延時間DLを長く設定すると、ゲート信号GSの周波数は低周波となる。逆に、遅延時間DLを短く設定すると、ゲート信号GSの周波数は高周波となる。図3に示す例では、遅延時間DLは2.4μsecに設定されている。従って、ゲート信号GSの周期Tは、「2.4μsec×5=12μsec」となる。 Further, in the example shown in FIG. 3, a VH command signal having a voltage VH [V] output to the power distribution device 5 of 100 V is input to the SCU 11 of the string 10. The voltage Vmod [V] of the battery module 30 in each sweep module 20 is 43.2V. Further, the delay time DL [μsec] for delaying the gate signal GS is appropriately set according to the specifications required for the power supply system 1. The cycle T of the gate signal GS (that is, the cycle of connecting and disconnecting the sweep module 20) is a value obtained by multiplying the number P (≦ M) of the sweep modules 20 for executing the sweep operation by the delay time DL. Therefore, if the delay time DL is set long, the frequency of the gate signal GS becomes low. On the contrary, if the delay time DL is set short, the frequency of the gate signal GS becomes high frequency. In the example shown in FIG. 3, the delay time DL is set to 2.4 μsec. Therefore, the period T of the gate signal GS is “2.4 μsec × 5 = 12 μsec”.

本実施形態では、第1スイッチング素子41がオフとされ、且つ第2スイッチング素子42がオンとされたスイープモジュール20の電池モジュール30が、メインライン7に接続される。つまり、第1スイッチング素子41がオフとされ、且つ第2スイッチング素子42がオンとされると、入出力回路43に電池モジュール30に対して並列になるように設けられたコンデンサ47が接続されて、電力が入出力される。スイープモジュール20のスイープユニット50は、ゲート信号GSがオンとなっている間に、電池モジュール30をメインライン7に接続する。一方で、第1スイッチング素子41がオフとされ、且つ第2スイッチング素子42がオンとされたスイープモジュール20の電池モジュール30は、メインライン7から切り離される。スイープユニット50は、ゲート信号GSがオフとなっている間は、電池モジュールをメインライン7から切り離す。 In the present embodiment, the battery module 30 of the sweep module 20 in which the first switching element 41 is turned off and the second switching element 42 is turned on is connected to the main line 7. That is, when the first switching element 41 is turned off and the second switching element 42 is turned on, a capacitor 47 provided in parallel with the battery module 30 is connected to the input / output circuit 43. , Power is input and output. The sweep unit 50 of the sweep module 20 connects the battery module 30 to the main line 7 while the gate signal GS is on. On the other hand, the battery module 30 of the sweep module 20 in which the first switching element 41 is turned off and the second switching element 42 is turned on is disconnected from the main line 7. The sweep unit 50 disconnects the battery module from the main line 7 while the gate signal GS is off.

なお、第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42が同時にオン状態となると、短絡が発生してしまう。従って、スイープユニット50は、第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42を切り替える場合、一方の素子をオンからオフに切り替えた後、僅かな待機時間が経過した後に、他方の素子をオフからオンに切り替える。その結果、短絡の発生が防止される。 If the first switching element 41 and the second switching element 42 are turned on at the same time, a short circuit will occur. Therefore, when switching between the first switching element 41 and the second switching element 42, the sweep unit 50 switches one element from on to off, and after a short standby time elapses, turns the other element from off to on. Switch to. As a result, the occurrence of a short circuit is prevented.

VH指令信号によって指令されたVH指令値をVH_com、各電池モジュール30の電圧をVmod、スイープ動作を実行させるスイープモジュール20の数(つまり、スイープ制御においてメインライン7への接続対象とするスイープモジュール20の数)をPとする。この場合、ゲート信号GSにおいて、周期Tに対してオンの期間が占めるデューティー比は、「VH_com/(Vmod×P)」で求められる。図3に示す例では、ゲート信号GSのデューティー比は、約0.46となる。なお、厳密には、短絡の発生を防止するための待機時間の影響で、デューティー比がずれる。従って、スイープユニット50は、フィードバック処理またはフィードフォワード処理を用いて、デューティー比の補正を行ってもよい。 The VH command value commanded by the VH command signal is VH_com, the voltage of each battery module 30 is Vmod, and the number of sweep modules 20 for executing the sweep operation (that is, the sweep modules 20 to be connected to the main line 7 in sweep control). Number) is P. In this case, in the gate signal GS, the duty ratio occupied by the on period with respect to the period T is obtained by "VH_com / (Vmod × P)". In the example shown in FIG. 3, the duty ratio of the gate signal GS is about 0.46. Strictly speaking, the duty ratio shifts due to the influence of the waiting time for preventing the occurrence of a short circuit. Therefore, the sweep unit 50 may correct the duty ratio by using a feedback process or a feedforward process.

図3に示すように、スイープ制御が開始されると、まず、P個のスイープモジュール20のうちの1つ(図3に示す例では、最も上流側のNo.1のスイープモジュール20)が接続状態となる。その後、遅延時間DLが経過すると、次のスイープモジュール20(図3に示す例では、上流側から2番目のNo.2のスイープモジュール20)も接続状態となる。この状態では、配電装置5へ出力される電圧VHは、2つのスイープモジュール20の電圧の合算値となり、VH指令値に達していない。さらに遅延時間DLが経過すると、No.3のスイープモジュール20が接続状態となる。この状態では、メインライン7に接続されるスイープモジュール20の数は、No.1〜No.3の3個となる。従って、配電装置5へ出力される電圧VHは、3つのスイープモジュール20の電圧の合算値となり、VH指令値よりも大きくなる。その後、No.1のスイープモジュール20がメインライン7から切り離されると、電圧VHは2つのスイープモジュール20の電圧の合算値へ戻る。No.3の接続が開始されてから遅延時間DLが経過すると、No.4のスイープモジュール20が接続状態となる。その結果、メインライン7に接続されるスイープモジュール20の数は、No.2〜No.4の3つとなる。以上のように、スイープ制御によると、M個(図3では5個)のスイープモジュール20のうち、メインライン7に接続されるm個(図3では3個)のスイープモジュール20が、順次切り替えられる。 As shown in FIG. 3, when the sweep control is started, first, one of the P sweep modules 20 (in the example shown in FIG. 3, the most upstream No. 1 sweep module 20) is connected. It becomes a state. After that, when the delay time DL elapses, the next sweep module 20 (in the example shown in FIG. 3, the second sweep module 20 from the upstream side) is also connected. In this state, the voltage VH output to the power distribution device 5 is the total value of the voltages of the two sweep modules 20, and has not reached the VH command value. When the delay time DL elapses, No. The sweep module 20 of 3 is connected. In this state, the number of sweep modules 20 connected to the main line 7 is No. 1-No. It becomes 3 of 3. Therefore, the voltage VH output to the power distribution device 5 is the total value of the voltages of the three sweep modules 20, and is larger than the VH command value. After that, No. When the sweep module 20 of 1 is disconnected from the main line 7, the voltage VH returns to the sum of the voltages of the two sweep modules 20. No. When the delay time DL elapses after the connection of No. 3 is started, No. The sweep module 20 of 4 is connected. As a result, the number of sweep modules 20 connected to the main line 7 is No. 2-No. It becomes three of four. As described above, according to the sweep control, out of the M (5 in FIG. 3) sweep modules 20, the m (3 in FIG. 3) sweep modules 20 connected to the main line 7 are sequentially switched. Be done.

図3に示すように、VH指令値が、各電池モジュール30の電圧Vmodで割り切れない場合もある。この場合、配電装置5へ出力される電圧VHは変動する。しかし、電圧VHは、RLCフィルタによって平準化されて、配電装置5へ出力される。なお、配電装置5から入力される電力を、各スイープモジュール20の電池モジュール30に蓄電する場合も、図3に例示したタイミングチャートと同様に、各スイープモジュール20の接続状態が制御される。 As shown in FIG. 3, the VH command value may not be divisible by the voltage Vmod of each battery module 30. In this case, the voltage VH output to the power distribution device 5 fluctuates. However, the voltage VH is leveled by the RLC filter and output to the distribution device 5. When the electric power input from the power distribution device 5 is stored in the battery module 30 of each sweep module 20, the connection state of each sweep module 20 is controlled as in the timing chart illustrated in FIG.

<強制スルー動作>
図4を参照して、一部のスイープモジュール20に強制スルー動作を実行させ、他のスイープモジュール20にスイープ動作を実行させる場合の制御について説明する。前述したように、強制スルー動作の実行を指示されたスイープモジュール20は、電池モジュール30をメインライン7から切断した状態を維持する。図4に示す例では、No.2のスイープモジュール20に強制スルー動作を実行させる点が、図3に示す例とは異なる。つまり、図4に示す例では、1つのストリング10に含まれる5個のスイープモジュール20のうち、スイープ動作を実行させるスイープモジュール20の数(つまり、メインライン7への接続対象とするスイープモジュール20の数)Pが4個となっている。VH指令値、各々の電池モジュール30の電圧Vmod、および遅延時間DLは、図3に示す例と同じである。図4に示す例では、ゲート信号GSの周期Tは、「2.4μsec×4=9.6μsec」となる。ゲート信号GSのデューティー比は、約0.58となる。
<Forced through operation>
A control when a part of the sweep modules 20 are made to execute the forced through operation and the other sweep modules 20 are made to execute the sweep operation will be described with reference to FIG. As described above, the sweep module 20 instructed to execute the forced through operation maintains the state in which the battery module 30 is disconnected from the main line 7. In the example shown in FIG. 4, No. It differs from the example shown in FIG. 3 in that the sweep module 20 of No. 2 is forced to execute the forced through operation. That is, in the example shown in FIG. 4, among the five sweep modules 20 included in one string 10, the number of sweep modules 20 for executing the sweep operation (that is, the sweep modules 20 to be connected to the main line 7). Number of) P is four. The VH command value, the voltage Vmod of each battery module 30, and the delay time DL are the same as those shown in FIG. In the example shown in FIG. 4, the period T of the gate signal GS is “2.4 μsec × 4 = 9.6 μsec”. The duty ratio of the gate signal GS is about 0.58.

図4に示すように、一部のスイープモジュール20(図4ではNo.2のスイープモジュール20)に強制スルー動作を実行させる場合には、図3に例示した場合に比べて、スイープ動作を実行させるスイープモジュール20の数Pが減少する。しかし、ストリング10は、スイープ動作を実行させるスイープモジュール20の数Pの減少に応じて、ゲート信号GSの周期Tと、ゲート信号GSのデューティー比を調整する。その結果、配電装置5に出力される電圧VHの波形は、図3に例示した電圧VHの波形と同じになる。従って、ストリング10は、スイープ動作を実行させるスイープモジュール20の数Pを増減させる場合でも、指令された電圧VHを適切に配電装置5に出力することができる。 As shown in FIG. 4, when a part of the sweep modules 20 (the sweep module 20 of No. 2 in FIG. 4) is forced to execute the sweep operation, the sweep operation is executed as compared with the case illustrated in FIG. The number P of the sweep modules 20 to be caused decreases. However, the string 10 adjusts the period T of the gate signal GS and the duty ratio of the gate signal GS according to the decrease in the number P of the sweep modules 20 that execute the sweep operation. As a result, the waveform of the voltage VH output to the power distribution device 5 becomes the same as the waveform of the voltage VH illustrated in FIG. Therefore, the string 10 can appropriately output the commanded voltage VH to the power distribution device 5 even when the number P of the sweep modules 20 for executing the sweep operation is increased or decreased.

ストリング10は、例えば、いずれかのスイープモジュール20内の電池31に不具合(例えば、劣化または故障等)が発生した場合には、不具合が発生した電池31を含むスイープモジュール20に強制スルー動作を実行させることができる。従って、ストリング10は、不具合が発生していないスイープモジュール20を用いて、指令された電圧VHを適切に配電装置5に出力することができる。また、作業者は、ストリング10を正常に作動させたまま、不具合が発生した電池31を含む電池モジュール30(つまり、強制スルー動作を行っているスイープモジュール20の電池モジュール30)を交換することができる。換言すると、本実施形態の電源システム1では、電池モジュール30を交換する際に、ストリング10全体の動作を停止させる必要が無い。 For example, when a defect (for example, deterioration or failure) occurs in the battery 31 in any of the sweep modules 20, the string 10 executes a forced through operation in the sweep module 20 including the defective battery 31. Can be made to. Therefore, the string 10 can appropriately output the commanded voltage VH to the power distribution device 5 by using the sweep module 20 in which no trouble has occurred. Further, the operator may replace the battery module 30 including the defective battery 31 (that is, the battery module 30 of the sweep module 20 performing the forced through operation) while the string 10 is operating normally. can. In other words, in the power supply system 1 of the present embodiment, it is not necessary to stop the operation of the entire string 10 when the battery module 30 is replaced.

なお、一部のスイープモジュール20に強制接続動作を実行させる場合には、強制接続動作を実行させるスイープモジュール20の接続状態が、常時接続となる。例えば、図4に示すNo.2のスイープモジュール20に対し、強制スルー動作でなく強制接続動作を実行させる場合には、No.2の接続状態は、「切断」でなく「接続」で維持される。 When some sweep modules 20 are forced to execute the forced connection operation, the connection state of the sweep module 20 that executes the forced connection operation is always connected. For example, No. 4 shown in FIG. When the sweep module 20 of No. 2 is to execute a forced connection operation instead of a forced through operation, No. The connection state of 2 is maintained by "connecting" instead of "disconnecting".

電源システム1が複数のストリング10を備える場合、上記で説明したスイープ制御は、複数のストリング10の各々において実行される。電源システム1の全体を統合制御するコントローラ(本実施形態ではGCU2)は、上位システム6からの指令を満たすように、複数のストリング10の動作を制御する。例えば、1つのストリング10のみでは、上位システム6から要求されたVH指令値を満たせない場合には、GCU2は、複数のストリング10に電力を出力させることで、VH指令値を満たすことも可能である。 If the power supply system 1 includes a plurality of strings 10, the sweep control described above is performed on each of the plurality of strings 10. The controller (GCU2 in this embodiment) that integrally controls the entire power supply system 1 controls the operation of the plurality of strings 10 so as to satisfy the command from the host system 6. For example, if only one string 10 cannot satisfy the VH command value requested by the host system 6, GCU2 can satisfy the VH command value by outputting power to a plurality of strings 10. be.

<ストリング>
図1を参照して、ストリング10および電源システム1の全体構成について詳細に説明する。前述したように、ストリング10は、SCU11と、メインライン7に電力回路モジュール40を介して直列に接続された複数のスイープモジュール20を備えている。さらに、ストリング10のメインライン7は、配電装置5から延びるバスライン9に接続されている。ストリング10は、メインライン7における配電装置5側(上流側)から順に、バスライン電圧検出部21、システム遮断器(システム遮断器は、適宜に、「SMR(System Main Relay)」と称される。)22、ストリングコンデンサ23、ストリング電流検出部24、ストリングリアクトル25、およびストリング電圧検出部26を備える。なお、一部の部材の配置を変更することも可能である。例えば、システム遮断器22は、ストリングコンデンサ23よりも下流側に設けられていてもよい。
<String>
The overall configuration of the string 10 and the power supply system 1 will be described in detail with reference to FIG. As described above, the string 10 includes an SCU 11 and a plurality of sweep modules 20 connected in series to the main line 7 via a power circuit module 40. Further, the main line 7 of the string 10 is connected to a bus line 9 extending from the power distribution device 5. The string 10 is referred to as a bus line voltage detection unit 21 and a system circuit breaker (the system circuit breaker is appropriately referred to as "SMR (System Main Relay)" in order from the power distribution device 5 side (upstream side) in the main line 7. .) 22, a string capacitor 23, a string current detection unit 24, a string reactor 25, and a string voltage detection unit 26. It is also possible to change the arrangement of some members. For example, the system circuit breaker 22 may be provided on the downstream side of the string capacitor 23.

バスライン電圧検出部21は、配電装置5からストリング10へ延びるバスライン9における電圧を検出する。システム遮断器22は、ストリング10と配電装置5の間の接続および遮断を切り替える。本実施形態では、システム遮断器22は、SCU11から入力される信号に従って駆動される。ストリングコンデンサ23およびストリングリアクトル25は、RLCフィルタを形成することで、電流の平準化を図る。ストリング電流検出部24は、ストリング10と配電装置5の間に流れる電流を検出する。ストリング電圧検出部26は、ストリング10においてメインライン7に直列に接続された複数のスイープモジュール20の電圧を足し合せた電圧、つまり、ストリング10のストリング電圧を検出する。 The bus line voltage detection unit 21 detects the voltage in the bus line 9 extending from the power distribution device 5 to the string 10. The system circuit breaker 22 switches the connection and disconnection between the string 10 and the power distribution device 5. In this embodiment, the system circuit breaker 22 is driven according to a signal input from the SCU 11. The string capacitor 23 and the string reactor 25 form an RLC filter to level the current. The string current detection unit 24 detects the current flowing between the string 10 and the power distribution device 5. The string voltage detection unit 26 detects the sum of the voltages of the plurality of sweep modules 20 connected in series with the main line 7 in the string 10, that is, the string voltage of the string 10.

図1に示された形態では、システム遮断器22は、スイッチ22aとヒューズ22bとを備えている。スイッチ22aは、ストリング10を、配電装置5から接続したり、遮断したりするための装置である。スイッチ22aは、適宜に、ストリングスイッチと称されうる。このスイッチ22aをオンにすることにより、ストリング10のメインライン7と、配電装置5のバスライン9とが接続される。このスイッチ22aをオフにすることにより、ストリング10が配電装置5から切り離される。スイッチ22aは、ストリング10を制御するSCU11によって制御される。スイッチ22aが操作されることによって、ストリング10は、配電装置5から適宜に遮断されたり、接続されたりする。ヒューズ22bは、ストリング10のメインライン7に、ストリング10の設計上、予定されていない大電流が流れた場合にこれを停止するための装置である。ヒューズ22bは、適宜にストリングヒューズと称される。 In the embodiment shown in FIG. 1, the system circuit breaker 22 includes a switch 22a and a fuse 22b. The switch 22a is a device for connecting or disconnecting the string 10 from the power distribution device 5. The switch 22a may optionally be referred to as a string switch. By turning on the switch 22a, the main line 7 of the string 10 and the bus line 9 of the power distribution device 5 are connected. By turning off the switch 22a, the string 10 is disconnected from the power distribution device 5. The switch 22a is controlled by the SCU 11 that controls the string 10. By operating the switch 22a, the string 10 is appropriately cut off or connected to the power distribution device 5. The fuse 22b is a device for stopping the main line 7 of the string 10 when an unplanned large current flows through the main line 7 of the string 10 due to the design of the string 10. The fuse 22b is appropriately referred to as a string fuse.

ここで、1つの電池モジュール30に組み込まれる電池が同じ規格の電池であれば、組み込まれた電池の数が多ければ多いほど、1つの電池モジュール30の電圧は高くなる。他方で、電池モジュール30の電圧が高いと、作業者が扱う上で危険であり、かつ、重たくなる。かかる観点で、1つの電池モジュール30には、満充電の状態で作業人が触れても、重大な事故にならない程度の電圧(例えば、60V未満、好ましくは、例えば、42V未満)で、かつ、一人の作業者で交換容易な程度の重量になる範囲内で、多くの電池が組み込まれているとよい。そして、ストリング10に組み込まれる電池モジュール30は、全て同じ電池で構成されている必要はなく、電池モジュール30に組み込まれる電池の種類や規格などに応じて、1つの電池モジュール30に組み込まれる電池の数が定められるとよい。ストリング10では、かかる電池モジュール30が組み込まれたスイープモジュール20が、直列に組み合わされることで、所要の電圧が出力可能なように構成されている。さらに、この電源システム1は、複数のストリング10が組み合わされることによって、電力系統8に接続されるための所要の電力を出力可能なように構成されている。 Here, if the batteries incorporated in one battery module 30 are batteries of the same standard, the higher the number of incorporated batteries, the higher the voltage of one battery module 30. On the other hand, if the voltage of the battery module 30 is high, it is dangerous and heavy for the operator to handle. From this point of view, one battery module 30 has a voltage (for example, less than 60 V, preferably less than 42 V) that does not cause a serious accident even if a worker touches the battery module 30 in a fully charged state. It is advisable to incorporate as many batteries as possible so that the weight can be easily replaced by one operator. The battery module 30 incorporated in the string 10 does not have to be all composed of the same battery, and the battery incorporated in one battery module 30 depends on the type and standard of the battery incorporated in the battery module 30. The number should be fixed. In the string 10, the sweep module 20 in which the battery module 30 is incorporated is combined in series so that a required voltage can be output. Further, the power supply system 1 is configured to be able to output the required electric power for being connected to the electric power system 8 by combining a plurality of strings 10.

本実施形態では、電源システム1の複数のストリング10が接続される配電装置5は、ストリング10A,10B毎に接続されるサブ配電装置5A,5Bを備えている。サブ配電装置5A,5Bを通じて、サブ配電装置5A,5Bに接続された各ストリング10A,10Bは、並列に接続される。配電装置5は、各ストリング10に接続されたサブ配電装置5A,5Bを通じて、電力系統8から各ストリング10A,10Bに入力される電力の分配や、各ストリング10A,10Bから電力系統8に出力される電力の統合などを制御する。配電装置5およびサブ配電装置5A,5Bは、上位システム6に接続されたGCU2と、各ストリング10を制御するSCU11との協働によって、複数のストリング10が組み込まれた電源システム1が全体として1つの電源装置として機能するように制御される。 In the present embodiment, the power distribution device 5 to which the plurality of strings 10 of the power supply system 1 are connected includes sub power distribution devices 5A and 5B connected to each of the strings 10A and 10B. The strings 10A and 10B connected to the sub power distribution devices 5A and 5B are connected in parallel through the sub power distribution devices 5A and 5B. The power distribution device 5 distributes the power input from the power system 8 to the strings 10A and 10B through the sub power distribution devices 5A and 5B connected to the strings 10, and outputs the power from the strings 10A and 10B to the power system 8. Controls the integration of power. In the power distribution device 5 and the sub power distribution devices 5A and 5B, the power supply system 1 in which a plurality of strings 10 are incorporated is integrated as a whole by the collaboration between the GCU 2 connected to the upper system 6 and the SCU 11 that controls each string 10. It is controlled to function as one power supply.

例えば、本実施形態では、配電装置5の下流側、つまり、各ストリング10A,10B側は、直流電流で制御されている。配電装置5の上流側、つまり、電力系統8は、交流で制御されている。各ストリング10A,10Bの電圧は、配電装置5を通じて、電力系統8の電圧に対して概ね均衡するように制御されている。電力系統8よりも各ストリング10A,10Bの電圧が低くなるように制御されると、電力系統8から各ストリング10A,10Bに電流が流れる。このとき、各ストリング10A,10Bにおいてスイープ制御が行われると、適宜、電池モジュール30が充電される。電力系統8よりも各ストリング10A,10Bの電圧が高くなるように制御されると、各ストリング10A,10Bから電力系統8へ電流が流れる。このとき、各ストリング10A,10Bにおいてスイープ制御が行われると、適宜、電池モジュール30から放電される。配電装置5は、各ストリング10A,10Bの電圧を、電力系統8の電圧に対して均等に保ち、各ストリング10A,10Bに電流がほとんど流れないように制御することもできる。本実施形態では、このような制御は、ストリング10A,10Bが接続されたサブ配電装置5A,5B毎に制御されうる。例えば、ストリング10A,10B毎に電圧が調整されることによって、配電装置5に繋がれた複数のストリング10A,10Bのうち一部のストリング10には、ほとんど電流が流れないように制御することもできる。 For example, in the present embodiment, the downstream side of the power distribution device 5, that is, the strings 10A and 10B sides are controlled by a direct current. The upstream side of the power distribution device 5, that is, the power system 8 is controlled by alternating current. The voltages of the strings 10A and 10B are controlled through the distribution device 5 so as to be substantially balanced with the voltage of the power system 8. When the voltage of each string 10A, 10B is controlled to be lower than that of the power system 8, a current flows from the power system 8 to each string 10A, 10B. At this time, if sweep control is performed on the strings 10A and 10B, the battery module 30 is appropriately charged. When the voltage of each string 10A, 10B is controlled to be higher than that of the power system 8, a current flows from each string 10A, 10B to the power system 8. At this time, if sweep control is performed on the strings 10A and 10B, the battery module 30 is appropriately discharged. The power distribution device 5 can also keep the voltage of the strings 10A and 10B even with respect to the voltage of the power system 8 and control so that almost no current flows through the strings 10A and 10B. In the present embodiment, such control can be controlled for each sub power distribution device 5A, 5B to which the strings 10A, 10B are connected. For example, by adjusting the voltage for each of the strings 10A and 10B, it is possible to control so that almost no current flows through some of the strings 10A and 10B connected to the power distribution device 5. can.

この電源システム1では、配電装置5に並列に接続されたストリング10の数を増やすことにより、電源システム1全体としての容量を大きくできる。例えば、この電源システム1によれば、電力系統8の急な需要増を吸収しうるような出力を出したり、電力系統8の急な電力不足を補ったりするような大型のシステムを組むことができる。例えば、電源システム1の容量を大きくすることによって、電力系統8の大きな余剰電力を適宜に電源システム1の充電に廻すことができる。例えば、深夜の電力需要が低い時間帯で発電所の出力が余る場合や、大型の太陽光発電システムで発電量が急増するような場合には、電源システム1は、配電装置5を通じて余剰電力を吸収しうる。反対に、電力系統8に電力需要が急増するような場合でも、上位システム6からの指令に従い、配電装置5を通じて電源システム1から電力系統8に適宜に所要の電力を出力することができる。これによって、電源システム1によって、電力系統8の電力不足が適宜に補われる。 In the power supply system 1, the capacity of the power supply system 1 as a whole can be increased by increasing the number of strings 10 connected in parallel to the power distribution device 5. For example, according to this power supply system 1, it is possible to construct a large-scale system that outputs an output that can absorb a sudden increase in demand of the power system 8 or compensates for a sudden power shortage of the power system 8. can. For example, by increasing the capacity of the power supply system 1, a large surplus power of the power system 8 can be appropriately used for charging the power supply system 1. For example, when the output of the power plant is surplus during the time when the power demand is low at midnight, or when the amount of power generation is rapidly increased in a large-scale photovoltaic power generation system, the power supply system 1 uses the surplus power through the distribution device 5. Can be absorbed. On the contrary, even when the power demand for the power system 8 suddenly increases, the required power can be appropriately output from the power supply system 1 to the power system 8 through the power distribution device 5 in accordance with the command from the host system 6. As a result, the power supply system 1 appropriately compensates for the power shortage of the power system 8.

この電源システム1では、ストリング10に組み込まれた複数の電池モジュール30のうち、全ての電池モジュール30を常時接続する必要はない。上述のように電池モジュール30毎に強制スルー動作を実行することができるので、電池モジュール30に異常が生じた場合には、異常が生じた電池モジュール30をストリング10のスイープ制御から切り離すことができる。従って、この電源システム1では、電池モジュール30に用いられる電池は、必ずしも未使用の新しい電池である必要はない。 In this power supply system 1, it is not necessary to always connect all the battery modules 30 among the plurality of battery modules 30 incorporated in the string 10. Since the forced through operation can be executed for each battery module 30 as described above, when an abnormality occurs in the battery module 30, the battery module 30 in which the abnormality occurs can be separated from the sweep control of the string 10. .. Therefore, in this power supply system 1, the battery used for the battery module 30 does not necessarily have to be a new unused battery.

例えば、ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両の駆動用電源として用いられた二次電池が適宜に再利用されうる。かかる駆動電源として用いられた二次電池は、例えば、10年程度使用されても、二次電池としての機能を十分に奏する。この電源システム1では、異常が生じた電池モジュール30を直ぐに切り離すことができるので、例えば、必要な所要の性能を奏することを確認して、電池モジュール30に組み込むとよい。電動車両の駆動用電源として用いられた二次電池は、順次回収される時期に来ている。電源システム1は、例えば、電動車両で1万台分の二次電池を組み込むようなこともでき、回収された二次電池を相当量吸収することができると考えられる。なお、電動車両の駆動用電源として用いられた二次電池の性能は、いつ劣化するか分からない。このような二次電池が電源システム1の電池モジュール30に再利用されるような場合には、電池モジュール30に不具合がいつ生じるか予測できない。 For example, a secondary battery used as a power source for driving an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle can be appropriately reused. The secondary battery used as such a drive power source sufficiently functions as a secondary battery even if it is used for about 10 years, for example. In this power supply system 1, the battery module 30 in which an abnormality has occurred can be immediately disconnected. Therefore, for example, it is preferable to incorporate the battery module 30 into the battery module 30 after confirming that the required performance is achieved. The time has come for the secondary batteries used as the driving power source for electric vehicles to be sequentially collected. It is considered that the power supply system 1 can incorporate 10,000 secondary batteries in an electric vehicle, for example, and can absorb a considerable amount of the recovered secondary batteries. It is unknown when the performance of the secondary battery used as a power source for driving an electric vehicle deteriorates. When such a secondary battery is reused in the battery module 30 of the power supply system 1, it is unpredictable when the battery module 30 will malfunction.

ここで提案される電源システム1によれば、スイープモジュール20を通じて電池モジュール30を適宜に切り離すことができる。このため、突発的に電池モジュール30や電池モジュール30に組み込まれた二次電池に不具合が生じても電源システム1全体は止める必要がない。 According to the power supply system 1 proposed here, the battery module 30 can be appropriately separated through the sweep module 20. Therefore, even if the battery module 30 or the secondary battery incorporated in the battery module 30 suddenly malfunctions, it is not necessary to stop the entire power supply system 1.

電源システム1の複数のストリング10は、上述のように電力系統8に接続された配電装置5に対して、それぞれが並列になるように接続される。電力系統8と配電装置5との間で入力または出力される電力は、電力系統8を制御する上位システム6によって決定されうる。例えば、制御装置100の機能の一部または全部を担うGCU2は、電力系統8との間の電力の入力や出力と、電力が分配されるストリング10の数とに応じて、配電装置5を通じて電力が分配されるストリング10に流れる電流値の予測値を算出しうる。また、例えば、電力系統8から配電装置5に要求される電力(入力または出力)は、上位システム6によって決定される。 The plurality of strings 10 of the power supply system 1 are connected to the power distribution device 5 connected to the power system 8 as described above so as to be in parallel with each other. The power input or output between the power system 8 and the distribution device 5 can be determined by the host system 6 that controls the power system 8. For example, the GCU 2, which is responsible for some or all of the functions of the control device 100, receives power through the power distribution device 5 according to the input and output of power to and from the power system 8 and the number of strings 10 to which the power is distributed. The predicted value of the current value flowing through the string 10 to which is distributed can be calculated. Further, for example, the power (input or output) required from the power system 8 to the distribution device 5 is determined by the host system 6.

上位システム6は、GCU2を通じて配電装置5に所要の電力の入力や出力を要求する。例えば、上位システム6は、電力系統8で電力が余っていれば、電力系統8から電力を奪うことを配電装置5に要求する。この要求に応じて、配電装置5は、電力系統8側よりも電圧を下げるようにストリング10側の電圧を制御する。上位システム6は、電力系統8で電力が足らなければ、電力系統8に電力を送ることを配電装置5に要求する。この要求に応じて、配電装置5は、電力系統8側よりも電圧を上げるようにストリング10側の電圧を制御する。また、配電装置5とストリング10とは、GCU2を通じて適宜に接続されたり遮断されたりする。図1に示された形態では、システム遮断器22のスイッチ22aが接続されると、配電装置5のバスライン9とストリング10のメインライン7とが接続される。システム遮断器22のスイッチ22aが遮断されると、配電装置5のバスライン9とストリング10のメインライン7とが遮断される。 The host system 6 requests the power distribution device 5 to input and output the required power through the GCU 2. For example, the host system 6 requests the distribution device 5 to take power from the power system 8 if the power system 8 has surplus power. In response to this request, the power distribution device 5 controls the voltage on the string 10 side so as to lower the voltage on the power system 8 side. If the power system 8 does not have enough power, the host system 6 requests the power distribution device 5 to send power to the power system 8. In response to this request, the power distribution device 5 controls the voltage on the string 10 side so that the voltage is higher than that on the power system 8 side. Further, the power distribution device 5 and the string 10 are appropriately connected or disconnected through the GCU 2. In the embodiment shown in FIG. 1, when the switch 22a of the system circuit breaker 22 is connected, the bus line 9 of the power distribution device 5 and the main line 7 of the string 10 are connected. When the switch 22a of the system circuit breaker 22 is cut off, the bus line 9 of the power distribution device 5 and the main line 7 of the string 10 are cut off.

ところで、ストリング10のメインライン7には、複数のスイープモジュール20が接続されている。複数のスイープモジュール20は、それぞれ電力回路モジュール40に第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42とを備えている。第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42は、それぞれMOSFETからなる。電源システム1では、一部の電力回路モジュール40では、第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42のうち何れか一方のスイッチング素子が断線故障した場合でも、平均的なストリング電流は流れ続けるため正常な動作をしているように見える。しかし、スイッチング素子が断線故障している場合には、断線故障したスイッチング素子では、MOSFETのボディダイオードを経由して電流が流れる。このため、電力回路モジュール40が発熱する。 By the way, a plurality of sweep modules 20 are connected to the main line 7 of the string 10. Each of the plurality of sweep modules 20 includes a first switching element 41 and a second switching element 42 in the power circuit module 40. The first switching element 41 and the second switching element 42 are made of MOSFETs, respectively. In the power supply system 1, in some power circuit modules 40, even if one of the switching elements 41 of the first switching element 41 and the second switching element 42 fails, the average string current continues to flow, which is normal. It looks like it's working. However, when the switching element has a disconnection failure, a current flows through the body diode of the MOSFET in the switching element with the disconnection failure. Therefore, the power circuit module 40 generates heat.

この状況が継続されると、電力回路モジュール40の発熱が激しくなる。このため、スイッチング素子の断線故障を検知し、適切に停止する必要がある。上述のように温度検出部48によって、MOSFETの発熱を検知してもよい。しかし、温度検出部48による検知では、電力回路モジュール40の温度がある程度高くなったときに検知される。また、電力回路モジュール40に温度検出部48が設けられている必要がある。また、温度検出部48を設けられている場合でも、より早期に、断線故障している電力回路モジュール40を検知したい。ここでは、電力回路モジュール40のスイッチング素子41,42の断線故障を検出する別の方法を開示する。 If this situation continues, the power circuit module 40 will generate a lot of heat. Therefore, it is necessary to detect a disconnection failure of the switching element and stop it appropriately. As described above, the temperature detection unit 48 may detect the heat generation of the MOSFET. However, in the detection by the temperature detection unit 48, it is detected when the temperature of the power circuit module 40 rises to some extent. Further, the power circuit module 40 needs to be provided with the temperature detection unit 48. Further, even when the temperature detection unit 48 is provided, it is desired to detect the power circuit module 40 having a disconnection failure earlier. Here, another method for detecting a disconnection failure of the switching elements 41 and 42 of the power circuit module 40 will be disclosed.

本発明者は、詳しくは、電力回路モジュール40のスイッチング素子の断線故障に起因して、ストリング10のメインライン7に流れる電流が周期的に増減するとの知見を得た。具体的には、電力回路モジュール40の第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42の何れかに断線故障が生じると、充電電流または放電電流の何れかにおいてストリング10のメインライン7に流れる電流値の波形が三角波になる。 Specifically, the present inventor has obtained the finding that the current flowing through the main line 7 of the string 10 periodically increases or decreases due to a disconnection failure of the switching element of the power circuit module 40. Specifically, when a disconnection failure occurs in either the first switching element 41 or the second switching element 42 of the power circuit module 40, the current value flowing through the main line 7 of the string 10 in either the charging current or the discharging current. The waveform of is a triangular wave.

例えば、第1スイッチング素子41が断線故障している電力回路モジュール40では、第1スイッチング素子41がONとされるべきタイミングでも、第1スイッチング素子41がONにならない。
ストリング10に放電電流が流される場合には、第1スイッチング素子41がONとされるべきタイミングでも、第1スイッチング素子41がONにならないが、第1スイッチング素子41のボディダイオード41aを通して、ストリング10に放電電流が流れる。
ストリング10に充電電流が流される場合には、第1スイッチング素子41がONとされるべきタイミングでも、第1スイッチング素子41がONにならない。この時、第2スイッチング素子42のボディダイオード42aおよび電池モジュール30を通して、ストリング10に充電電流が流れる。このため、充電電流が流れる際、第1スイッチング素子41がONとされるべきタイミングで、電池モジュール30が接続される。このとき、本来、接続されるべきでない電池モジュール30が接続される。このため、第1スイッチング素子41が断線故障している電力回路モジュール40に起因してストリング10の充電電流が乱れる。
For example, in the power circuit module 40 in which the first switching element 41 is disconnected, the first switching element 41 is not turned on even at the timing when the first switching element 41 should be turned on.
When a discharge current is passed through the string 10, the first switching element 41 does not turn ON even at the timing when the first switching element 41 should be turned ON, but the string 10 is passed through the body diode 41a of the first switching element 41. Discharge current flows through.
When a charging current is passed through the string 10, the first switching element 41 is not turned on even at the timing when the first switching element 41 should be turned on. At this time, a charging current flows through the string 10 through the body diode 42a of the second switching element 42 and the battery module 30. Therefore, when the charging current flows, the battery module 30 is connected at the timing when the first switching element 41 should be turned on. At this time, the battery module 30 which should not be connected is connected. Therefore, the charging current of the string 10 is disturbed due to the power circuit module 40 in which the first switching element 41 is disconnected.

例えば、第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40では、第2スイッチング素子42がONとされるべきタイミングでも、第2スイッチング素子42がONにならない。
ストリング10に充電電流が流される場合には、第2スイッチング素子42がONとされるべきタイミングでも、第2スイッチング素子42がONにならないが、第2スイッチング素子42のボディダイオード42aを通して、ストリング10に充電電流が流れる。この時、電池モジュール30にも充電電流が流れるので、充電電流は大きく乱れない。
ストリング10に放電電流が流される場合には、第2スイッチング素子42がONとされるべきタイミングでも、第2スイッチング素子42がONにならない。この時、第1スイッチング素子41のボディダイオード41aを通して、ストリング10に放電電流が流れる。この時、電池モジュール30には、放電電流は流れない。第2スイッチング素子42の断線故障が無ければ、本来、電池モジュール30に放電電流が流れるべきところである。このため、ストリング10全体としては、出力電圧が下がり、電流値が下がる。結果として、第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40に起因してストリング10の放電電流が乱れる。
For example, in the power circuit module 40 in which the second switching element 42 is disconnected, the second switching element 42 is not turned on even at the timing when the second switching element 42 should be turned on.
When a charging current is passed through the string 10, the second switching element 42 does not turn ON even at the timing when the second switching element 42 should be turned ON, but the string 10 is passed through the body diode 42a of the second switching element 42. Charging current flows through. At this time, since the charging current also flows through the battery module 30, the charging current is not significantly disturbed.
When a discharge current is passed through the string 10, the second switching element 42 does not turn ON even at the timing when the second switching element 42 should be turned ON. At this time, a discharge current flows through the string 10 through the body diode 41a of the first switching element 41. At this time, no discharge current flows through the battery module 30. If there is no disconnection failure of the second switching element 42, the discharge current should originally flow through the battery module 30. Therefore, the output voltage of the string 10 as a whole is lowered, and the current value is lowered. As a result, the discharge current of the string 10 is disturbed due to the power circuit module 40 in which the second switching element 42 is disconnected.

図5は、ストリング10の放電電流波形W1の一例を示すグラフである。図5では、ストリング10の放電電流波形W1および放電電流波形W1の一部が拡大されたグラフが示されている。図5では、第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40が存在するストリング10の放電電流波形W1が示されている。また、図5には、ストリング10の放電電流波形W1に合わせて、スイープ制御でのゲート信号GSが示されている。第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40が存在する際のストリング10の放電電流波形W1は、図5に示されているように、電流が周期的に増減し、三角波が表れる。ここでは、図示は省略するが、第1スイッチング素子41が断線故障している電力回路モジュール40が存在する際のストリング10の充電電流波形についても、同様に三角波が表れる。 FIG. 5 is a graph showing an example of the discharge current waveform W1 of the string 10. FIG. 5 shows a graph in which a part of the discharge current waveform W1 and the discharge current waveform W1 of the string 10 is enlarged. FIG. 5 shows the discharge current waveform W1 of the string 10 in which the power circuit module 40 in which the second switching element 42 is disconnected is present. Further, FIG. 5 shows a gate signal GS in sweep control in accordance with the discharge current waveform W1 of the string 10. As shown in FIG. 5, in the discharge current waveform W1 of the string 10 when the power circuit module 40 in which the second switching element 42 is disconnected is present, the current periodically increases or decreases, and a triangular wave appears. .. Although not shown here, a triangular wave also appears in the charging current waveform of the string 10 when the power circuit module 40 in which the first switching element 41 is disconnected is present.

また、放電電流波形W1には、スイープ制御に起因する小さな脈動R1(リップルとも称される)が生じている。このような小さな脈動R1は、スイープ制御に起因するものであり、遅延時間DLなどに起因するため、周期が短い。これに対して、第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40が存在する際にストリング10の放電電流波形W1に表れる三角波は、電流値の変動が格段に大きく、かつ、周期が長い。 Further, a small pulsation R1 (also referred to as ripple) due to sweep control is generated in the discharge current waveform W1. Such a small pulsation R1 is caused by sweep control and has a short cycle because it is caused by a delay time DL or the like. On the other hand, in the triangular wave appearing in the discharge current waveform W1 of the string 10 when the power circuit module 40 in which the second switching element 42 is disconnected is present, the fluctuation of the current value is remarkably large and the period is long. long.

また、第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40が存在する際にストリング10の放電電流波形W1に表れる三角波のピークP1が生じるタイミングは、第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40にゲート信号GSが通過するタイミングに応じたものになる。各電力回路モジュール40に通過するゲート信号GSは、図3および図4に示されているように、予め定められた遅延時間DLを伴っている。このため、ピークP1が生じるタイミングと、遅延時間DLとから、第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40を割り出せる。第1スイッチング素子41が断線故障している場合でも、同様に、第1スイッチング素子41が断線故障している電力回路モジュール40が割り出せる。 Further, at the timing when the peak P1 of the triangular wave appearing in the discharge current waveform W1 of the string 10 occurs when the power circuit module 40 in which the second switching element 42 has a disconnection failure exists, the second switching element 42 has a disconnection failure. It corresponds to the timing at which the gate signal GS passes through the power circuit module 40. The gate signal GS passing through each power circuit module 40 is accompanied by a predetermined delay time DL, as shown in FIGS. 3 and 4. Therefore, the power circuit module 40 in which the second switching element 42 has a disconnection failure can be determined from the timing at which the peak P1 occurs and the delay time DL. Even when the first switching element 41 has a disconnection failure, the power circuit module 40 in which the first switching element 41 has a disconnection failure can be similarly determined.

例えば、ストリング10の放電電流で三角波が生じる場合には、ストリング10の何れかの電力回路モジュール40で第2スイッチング素子42の断線故障が疑われる。また、ストリング10の充電電流で三角波が生じる場合には、ストリング10の何れかの電力回路モジュール40で第1スイッチング素子41の断線故障が疑われる。 For example, when a triangular wave is generated by the discharge current of the string 10, it is suspected that the power circuit module 40 of any of the strings 10 has a disconnection failure of the second switching element 42. Further, when a triangular wave is generated by the charging current of the string 10, it is suspected that the power circuit module 40 of any of the strings 10 has a disconnection failure of the first switching element 41.

そして、例えば、三角波のピークP1と、第1スイッチング素子41または第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40にゲート信号が通過するタイミングとには、相関関係がある。この場合、三角波のピークP1の周期に対してピークP1が生じるまでの時間を割り出し、ピークP1が生じるまでの時間を、遅延時間DLで割ることによって、第1スイッチング素子41または第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40が割り出される。 Then, for example, there is a correlation between the peak P1 of the triangular wave and the timing at which the gate signal passes through the power circuit module 40 in which the first switching element 41 or the second switching element 42 has a disconnection failure. In this case, the time until the peak P1 is generated is calculated with respect to the period of the peak P1 of the triangular wave, and the time until the peak P1 is generated is divided by the delay time DL to obtain the first switching element 41 or the second switching element 42. The power circuit module 40 in which the wire is broken is determined.

第1スイッチング素子41または第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40では、上述したようにボディダイオードに電流が流れる。継続すると、発熱が大きくなる。このため、第1スイッチング素子41または第2スイッチング素子42が断線故障している電力回路モジュール40が割り出された場合には、当該電力回路モジュール40が強制スルーされるように制御し、スイープ制御を継続するとよい。これによって、ストリング電流にスイッチング素子41,42の断線故障に起因した電流値の周期的な増減が解消した場合には、断線故障しているとして割り出された電力回路モジュール40が正しいと判定される。 In the power circuit module 40 in which the first switching element 41 or the second switching element 42 has a disconnection failure, a current flows through the body diode as described above. If it continues, the fever will increase. Therefore, when the power circuit module 40 in which the first switching element 41 or the second switching element 42 has a disconnection failure is determined, the power circuit module 40 is controlled so as to be forcibly passed through, and sweep control is performed. It is good to continue. As a result, when the periodic increase / decrease in the current value caused by the disconnection failure of the switching elements 41 and 42 is resolved in the string current, it is determined that the power circuit module 40 determined as having the disconnection failure is correct. NS.

制御装置100は、スイープ制御が実行されるように構成されている。スイープ制御では、配電装置5とメインライン7とが接続された状態において、第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42とを操作して、予め定められた数の電池モジュール30がメインライン7に常時接続されるように、ストリング10の複数の電池モジュール30のうちメインライン7に接続させる電池モジュール30が順次切り替えられる。換言すると、スイープ制御では、ストリング10の複数のスイープモジュール20のうちメインライン7に接続させる電池モジュール30が順次切り替えられる。制御装置100は、かかるスイープ制御中において、第1スイッチング素子41または第2スイッチング素子42の断線故障に起因した、メインライン7に流れる電流値の周期的な増減を検知する処理が実行されるように構成されている。 The control device 100 is configured to perform sweep control. In sweep control, in a state where the power distribution device 5 and the main line 7 are connected, the first switching element 41 and the second switching element 42 are operated to move a predetermined number of battery modules 30 to the main line 7. Of the plurality of battery modules 30 of the string 10, the battery modules 30 connected to the main line 7 are sequentially switched so as to be always connected. In other words, in the sweep control, the battery module 30 connected to the main line 7 among the plurality of sweep modules 20 of the string 10 is sequentially switched. During such sweep control, the control device 100 executes a process of detecting a periodic increase / decrease in the current value flowing through the main line 7 due to a disconnection failure of the first switching element 41 or the second switching element 42. It is configured in.

このように、かかるスイープ制御中において、第1スイッチング素子41または第2スイッチング素子42の断線故障に起因した、メインライン7に流れる電流値の周期的な増減が検知されることによって、第1スイッチング素子41または第2スイッチング素子42の断線故障した電力回路モジュール40が存在していることが検知できる。さらに、電流値の周期的な増減のピークP1に基づいて、断線故障した電力回路モジュール40を割り出すことができる。制御装置100は、割り出された電力回路モジュール40が強制スルーされるように強制スルー動作を行なわせるとよい。このとき、メインライン7に流れる電流値の周期的な増減が検知されなくなると、強制スルーされた電力回路モジュール40が断線故障していたものと推定される。その後、適当なタイミングで、強制スルーされた電力回路モジュール40を交換するとよい。 In this way, during such sweep control, the first switching is detected by detecting the periodic increase / decrease of the current value flowing through the main line 7 due to the disconnection failure of the first switching element 41 or the second switching element 42. It can be detected that the power circuit module 40 having a disconnection failure of the element 41 or the second switching element 42 is present. Further, the power circuit module 40 having a disconnection failure can be determined based on the peak P1 of the periodic increase / decrease of the current value. The control device 100 may perform a forced slew operation so that the indexed power circuit module 40 is forcibly slewed. At this time, if the periodic increase / decrease of the current value flowing through the main line 7 is not detected, it is presumed that the forced-through power circuit module 40 has failed due to disconnection. After that, the forced-through power circuit module 40 may be replaced at an appropriate timing.

このように、ここで開示される方法によれば、温度検出部48が無くてもスイッチング素子41,42の断線故障を検出することができる。また、ここで開示される方法は、適宜に、温度検出部48による検出と併せて用いられうる。 As described above, according to the method disclosed here, it is possible to detect a disconnection failure of the switching elements 41 and 42 without the temperature detecting unit 48. Further, the method disclosed here can be appropriately used in combination with the detection by the temperature detection unit 48.

ここで、制御装置100は、電力系統8から配電装置5に接続された複数のストリング10への電力の入力と、複数のストリング10から電力系統8への電力の出力とを制御する装置であるとよい。上述した実施形態では、制御装置100の制御は、例えば、配電装置5やストリング10を制御する電力制御装置としてのGCU2、SCU11、スイープユニット50などが協働で担いうる。制御装置100は、例えば、上位システム6から指令に従い、電力系統8の状況などとの関係で配電装置5やストリング10を制御する。また、電源システム1で検出される各種情報は、IOT技術によって遠隔に置かれた外部サーバーで管理されうる。制御装置100の各種処理は、クラウドコンピューティング技術によって通信ネットワークによって電源システム1にアクセス可能に繋がれた外部の管理者コンピュータとの協働によって遠隔操作されてもよい。 Here, the control device 100 is a device that controls the input of electric power from the electric power system 8 to the plurality of strings 10 connected to the distribution device 5 and the output of electric power from the plurality of strings 10 to the electric power system 8. It is good. In the above-described embodiment, control of the control device 100 can be carried out jointly by, for example, GCU2, SCU11, sweep unit 50 and the like as power control devices for controlling the power distribution device 5 and the string 10. For example, the control device 100 controls the power distribution device 5 and the string 10 in relation to the status of the power system 8 and the like in accordance with a command from the host system 6. In addition, various information detected by the power supply system 1 can be managed by an external server remotely located by the IOT technology. Various processes of the control device 100 may be remotely controlled in cooperation with an external administrator computer connected to the power supply system 1 so as to be accessible by a communication network by cloud computing technology.

〈スナバコンデンサ49〉
また、図2に示されているように、電力回路モジュール40には、スナバコンデンサ49が設けられていてもよい。スナバコンデンサ49は、MOSFETからなる第1スイッチング素子41と第2スイッチング素子42がON/OFFされる際に生じるサージ電流を吸収するためのコンデンサである。スナバコンデンサ49は、L成分に貯えられたエネルギを吸収し、スイッチング素子41,42のサージ電流を抑える機能を奏する。他方、コンデンサ47は、いわゆるバッファコンデンサとして機能し、主として電池モジュール30に発生するL成分を吸収し、LC共振を抑える機能を奏する。これにより、電池モジュール30に流れる電池電流がDC電流に近づけられる。
<Snubber capacitor 49>
Further, as shown in FIG. 2, the power circuit module 40 may be provided with a snubber capacitor 49. The snubber capacitor 49 is a capacitor for absorbing the surge current generated when the first switching element 41 and the second switching element 42 made of MOSFET are turned on / off. The snubber capacitor 49 has a function of absorbing the energy stored in the L component and suppressing the surge current of the switching elements 41 and 42. On the other hand, the capacitor 47 functions as a so-called buffer capacitor, mainly absorbs the L component generated in the battery module 30, and has a function of suppressing LC resonance. As a result, the battery current flowing through the battery module 30 is brought closer to the DC current.

このように、電力回路モジュール40には、電池モジュール30を流れる電池電流のLC共振を抑え、電池電流をDC電流に近づけるためのコンデンサ47と、スイッチング素子41,42のサージ電流を抑制するためのスナバコンデンサ49とを備えていてもよい。 In this way, the power circuit module 40 is provided with a capacitor 47 for suppressing the LC resonance of the battery current flowing through the battery module 30 and bringing the battery current closer to the DC current, and for suppressing the surge current of the switching elements 41 and 42. It may be provided with a snubber capacitor 49.

以上、ここで開示される電源システムについて、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた電源システムの実施形態などは、本発明を限定しない。また、ここで提案される電源システム1は、種々変更でき、特段の問題が生じない限りにおいて、各構成要素やここで言及された各処理は適宜に省略され、または、適宜に組み合わされうる。 The power supply system disclosed here has been described in various ways. Unless otherwise specified, the power system embodiments and the like mentioned herein do not limit the present invention. Further, the power supply system 1 proposed here can be variously modified, and each component and each process referred to here can be appropriately omitted or combined as appropriate as long as no particular problem occurs.

1 電源システム
2 GCU(Group control Unit)
5 配電装置
5A,5B サブ配電装置
6 上位システム
7 メインライン
8 電力系統
9 バスライン
10 ストリング
11 SCU(String Control Unit)
20 スイープモジュール
21 バスライン電圧検出部
22 システム遮断器
22a スイッチ
22b ヒューズ
23 ストリングコンデンサ
24 ストリング電流検出部
25 ストリングリアクトル
26 ストリング電圧検出部
30 電池モジュール
31 電池
35 電圧検出部
36 温度検出部
40 電力回路モジュール
41 第1スイッチング素子
42 第2スイッチング素子
41a,42a ボディダイオード
43 入出力回路
46 インダクタ
47 コンデンサ
48 温度検出部
49 スナバコンデンサ
50 スイープユニット(SU)
51 SU処理部
52 遅延/選択回路
52a 遅延回路
52b 選択回路
53 ゲートドライバ
57 インジケータ
100 制御装置
1 Power supply system 2 GCU (Group control Unit)
5 Distribution device 5A, 5B Sub-distribution device 6 Upper system 7 Main line 8 Power system 9 Bus line 10 String 11 SCU (String Control Unit)
20 Sweep module 21 Bus line voltage detector 22 System breaker 22a Switch 22b Fuse 23 String capacitor 24 String current detector 25 String reactor 26 String voltage detector 30 Battery module 31 Battery 35 Voltage detector 36 Temperature detector 40 Power circuit module 41 First switching element 42 Second switching element 41a, 42a Body diode 43 Input / output circuit 46 In inductor 47 Capacitor 48 Temperature detector 49 Snubber capacitor 50 Sweep unit (SU)
51 SU processing unit 52 Delay / selection circuit 52a Delay circuit 52b Selection circuit 53 Gate driver 57 Indicator 100 Control device

Claims (1)

電力系統に接続されるための配電装置と、
メインラインと、
前記メインラインに沿って配置された複数のスイープモジュールと、
制御装置と
を有し、
前記スイープモジュールは、
電池モジュールと、
電力回路モジュールと
を備え、
前記電力回路モジュールは、
前記電池モジュールを前記メインラインに直列に接続するように構成された入出力回路と、
前記メインラインに対して直列に、かつ、前記電池モジュールに対して並列に取り付けられた、MOSFETからなる第1スイッチング素子と、
前記メインラインに前記電池モジュールを直列に接続するように、前記入出力回路に取り付けられた、MOSFETからなる第2スイッチング素子と
を有し、
前記制御装置は、
前記配電装置と前記メインラインとが接続された状態において、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とを操作して、予め定められた数の電池モジュールが前記メインラインに常時接続されるように、前記複数のスイープモジュールの電池モジュールのうち前記メインラインに接続させる電池モジュールを順次切り替えるスイープ制御と、
前記スイープ制御中において、前記第1スイッチング素子または前記第2スイッチング素子の断線故障に起因した、前記メインラインに流れる電流値の周期的な増減を検知する処理と
が実行されるように構成された、電源システム。
A power distribution device for connecting to the power system,
Main line and
A plurality of sweep modules arranged along the main line and
Has a control device
The sweep module
Battery module and
Equipped with a power circuit module
The power circuit module
An input / output circuit configured to connect the battery module in series with the main line,
A first switching element made of MOSFET, which is mounted in series with the main line and in parallel with the battery module.
It has a second switching element made of MOSFET attached to the input / output circuit so as to connect the battery module in series to the main line.
The control device is
In a state where the power distribution device and the main line are connected, the first switching element and the second switching element are operated so that a predetermined number of battery modules are always connected to the main line. In addition, sweep control for sequentially switching the battery modules connected to the main line among the battery modules of the plurality of sweep modules, and
During the sweep control, a process for detecting a periodic increase / decrease in the current value flowing through the main line due to a disconnection failure of the first switching element or the second switching element is executed. , Power system.
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