JP7089673B2 - 電源システム - Google Patents

Description

本発明は、電池と回路を含むモジュールを複数備えた電源システムに関する。

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。

特開２０１８－７４７０９号公報

特許文献１に記載されているような電源装置では、安全性の向上の観点から、スイッチング素子の故障を早期に検知することが求められている。しかし、この電源装置には、多くのスイッチング素子が設けられており、一つのスイッチング素子が故障した場合に、故障したスイッチング素子を特定することが難しい。特に、スイッチング素子に、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた場合には、ボディダイオード（寄生ダイオード）を通じて電源装置自体の回路に電流が流れることがある。この場合、スイッチング素子に故障が生じているにも関わらず、電源装置全体で電力の入出力が可能なままのため、当該故障の検知がさらに難しくなる。

ここに開示される電源システムは、配電装置を介して電力系統に接続される電源システムである。この電源システムは、配電装置に接続された複数のストリングと、故障検知装置とを備えている。上記ストリングは、配電装置に接続されたメインラインと、メインラインに直列に接続された複数のスイープモジュールと、メインラインと配電装置との間の接続と切断とを切り替えるスイッチと、メインラインに複数のスイープモジュールと並列に取り付けられたストリングコンデンサと、メインラインに複数のスイープモジュールと並列に取り付けられたストリング電圧検知部とを有している。また、複数のスイープモジュールは、電池モジュールと、電池モジュールをメインラインに接続するように構成された入出力回路と、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設けられた第１スイッチング素子と、入出力回路において、メインラインに電池モジュールを直列に接続する部分に設けられた第２スイッチング素子と、を有している。そして、ここに開示される電源システムの故障検知装置は、スイッチによって配電装置とメインラインとの間を切断した状態で、複数のスイープモジュールの電池モジュールのうち、少なくとも１つの電池モジュールをメインラインに接続し、ストリング電圧検知部で検知された電圧を予め定められた電圧よりも高くする第１処理と、複数のスイープモジュールの全ての第１スイッチング素子をオンにし、かつ、第２スイッチング素子をオフにするための切断信号を送信する第２処理と、第２処理後に、ストリング電圧検知部で検知された電圧が、予め定められた判定電圧よりも低いか否かを判定する第３処理とを実行するように構成されている。

本発明者は、上記構成の電源システムにおいて、配電装置とメインラインとの間を切断した状態で、全てのスイープモジュールの第１スイッチング素子をオンにし、かつ、第２スイッチング素子をオフにすると、ストリングコンデンサを含む閉回路がストリングに形成されて、ストリングの電圧が０Ｖ近くまで低下することに着目した。ここに開示される電源システムは、かかる知見に基づいてなされたものであり、上記閉回路を形成する第２処理の後で、ストリング電圧検知部で検知された電圧が、予め定められた判定電圧よりも低いか否かを判定する。このとき、ストリング電圧検知部における電圧が、上記判定電圧よりも低いと、ストリングの電圧を低下させる閉回路が適切に形成されているため、第１スイッチング素子が適切に機能していると判断することができる。一方、電圧が、上記判定電圧よりも高いと、第１スイッチング素子が故障して閉回路が形成されていないと判断することができる。このように、ここに開示される電源システムによると、第１スイッチング素子の故障を早期に検知することができる。

また、ここに開示される電源システムの好ましい一態様では、故障検知装置は、第３処理において、ストリング電圧検知部で検知された電圧が、判定電圧よりも低い場合に、スイープモジュールの第１スイッチング素子をオフにし、かつ、第２スイッチング素子をオンにするための接続信号を、複数のスイープモジュールに対して１つずつ予め定められたタイミングで順に送信する第４処理と、第４処理において、スイープモジュールに対して接続信号が順に送信されたタイミングに応じて、ストリング電圧検知部で検知される電圧が段階的に上昇するか否かを判定する第５処理とを実行するように構成されている。
上記したように、第２処理において適切に閉回路が形成されていると、ストリング電圧が０Ｖ近くまで低下する。この状態で、第１スイッチング素子をオフにし、かつ、第２スイッチング素子をオンにするための接続信号を、複数のスイープモジュールに対して１つずつ予め定められたタイミングで順に送信する第４処理を実施すると、ストリング電圧検知部で検知される電圧が段階的に上昇する。この第４処理において、段階的に電圧が上昇しない場合には、第２スイッチング素子の故障によりストリングに適切に接続されていないスイープモジュールが存在していると判断することができる。このように、本態様によると、第２スイッチング素子の故障を早期に検知することができる。

電源システム１の概略構成図である。 スイープモジュール２０の概略構成図である。 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。 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。

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。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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、上述した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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜スイッチング素子の故障検知＞
ところで、上記したように、本実施形態に係る電源システム１は、複数のストリング１０を備えており、各々のストリング１０が複数のスイープモジュール２０Ａ～２０Ｍを備えている。そして、スイープモジュール２０毎に、第１スイッチング素子４１と第２スイッチング素子４２が設けられている。このような多くのスイッチング素子のなかの一つが故障した場合、当該故障したスイッチング素子を特定することが困難である。
さらに、本実施形態では、スイッチング素子４１、４２にＭＯＳＦＥＴが用いられている。このＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子４１、４２は、故障した場合でもボディダイオード４１ａ，４２ａを通じて電流が流れる。この場合、スイッチング素子４１、４２が故障しても、電源システム１のメインライン７に電流が流れ、電源システム１が止まらずに駆動するため、故障したスイッチング素子４１、４２を特定することがさらに困難である。

ここで提案される電源システム１では、上述したスイッチング素子の故障を検知する故障検知装置が設けられている。この故障検知装置は、例えば、ＧＣＵ２やＳＣＵ１１やスイープユニット５０などの制御装置の一部の機能として構成されているとよい。そして、ここで提案される電源システム１における故障検知装置は、以下の第１処理～第３処理を実行できるように構成されている。第１処理とは、スイッチ２２ａによって配電装置５とメインライン７との間を切断した状態で、複数のスイープモジュール２０の電池モジュール３０のうち、少なくとも１つの電池モジュール３０をメインライン７に接続し、ストリング電圧検知部２６で検知された電圧を予め定められた電圧よりも高くする処理である。また、第２処理とは、複数のスイープモジュール２０の全ての第１スイッチング素子４１をオンにし、かつ、第２スイッチング素子４２をオフにするための切断信号を送信する処理である。そして、第３処理とは、第２処理後に、ストリング電圧検知部２６で検知された電圧が、予め定められた判定電圧よりも低いか否かを判定する処理である。
かかる故障検知装置を備えた電源システム１によると、上述した第１処理～第３処理を実行することにより、故障している第１スイッチング素子４１が存在しているか否かを判定し、第１スイッチング素子４１の故障を早期に検知することができる。以下、本実施形態における第１スイッチング素子４１の故障検知について、図１および図２を参照して具体的に説明する。

上記第１スイッチング素子の故障検知では、最初にＧＣＵ２が検査対象のストリング１０を選択し、当該ストリング１０のＳＣＵ１１に故障検知を開始する旨の信号を送信する。この故障検知開始の信号をＳＣＵ１１が受信すると、ＳＣＵ１１内の第１処理部が上述した第１処理を開始する。具体的には、ＳＣＵ１１内の第１処理部は、まず、システム遮断器２２のスイッチ２２ａをオフにする信号を送信する。これにより、配電装置５からのバスライン９とメインライン７との接続が切断される。次に、第１処理部は、所定数のスイープモジュール２０のスイープユニット５０に強制接続信号ＣＣＳを送信する。上記したように、強制接続信号ＣＣＳを受信したスイープユニット５０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をオンとする信号を送信し、電池モジュール３０をメインライン７に接続する。これによって、メインライン７に接続された電池モジュール３０からの電圧がストリングコンデンサ２３に印加され、ストリング電圧検知部２６で検知される電圧が上昇する。このとき、ストリング電圧検知部２６における電圧が、予め定められた初期電圧（Ｖ_１）よりも高くなるように、メインライン７に接続される電池モジュール３０の数が設定される。かかる初期電圧（Ｖ_１）は、電池モジュール１個分の電圧よりも高ければ、特に限定されないが、例えば、電池モジュール３個分の電圧に設定される。

上述した第１処理において所望の初期電圧（Ｖ_１）が得られると、ＳＣＵ１１内の第２処理部が第２処理を開始する。この第２処理において、ＳＣＵ１１内の第２処理部は、全てのスイープモジュール２０に対してメインライン７から切断する切断信号（強制スルー信号ＣＳＳ）を送信する。強制スルー信号ＣＳＳを受信したスイープユニット５０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をオフとする信号を送信する。このとき、全てのスイープモジュール２０の第１スイッチング素子４１が正常であれば、ストリングコンデンサ２３を含む閉回路がストリング１０に形成されるため、ストリング電圧検知部２６における電圧（第２処理後の電圧（Ｖ_２））が上記初期電圧（Ｖ_１）から０Ｖ近くまで低下する。一方、スイープモジュール２０Ａ～２０Ｍのいずれかに、故障（断線）した第１スイッチング素子４１が存在していると、閉回路が形成されずに初期電圧（Ｖ_１）が維持されたままになる。

次に、ＳＣＵ１１内の第３処理部は、第２処理後の電圧（Ｖ_２）と、予め定められた判定電圧（Ｖ_Ｔ）とを比較する。上記したように、故障した第１スイッチング素子４１が存在していると、第２処理においてストリング電圧検知部２６における電圧が低下せず、初期電圧（Ｖ_１）が維持されたままになる。このため、第２処理後の電圧（Ｖ_２）と判定電圧（Ｖ_Ｔ）とを比較し、第２処理後の電圧（Ｖ_２）が判定電圧（Ｖ_Ｔ）を上回っている場合に、第１スイッチング素子４１の故障により閉回路が形成されていないと判断することができる。

なお、第３処理で用いられる判定電圧（Ｖ_Ｔ）は、上記初期電圧（Ｖ_１）と閉回路形成時のストリング１０の電圧とを考慮して設定される。具体的には、上記のとおり、閉回路形成時にストリング１０の電圧は０Ｖ近くまで低下するため、判定電圧（Ｖ_Ｔ）を０Ｖ～初期電圧（Ｖ_１）の範囲内の電圧に設定することにより、第２処理後のストリング１０に閉回路が形成されているか否かを判定できる。ただし、ストリング電圧検知部２６における測定誤差などによって、第１スイッチング素子４１が正常であるにも関わらず、第２処理後の電圧（Ｖ_２）が完全に０Ｖになるまで低下しない場合や、第１スイッチング素子４１が故障しているにも関わらず、第２処理後の電圧（Ｖ_２）が初期電圧（Ｖ_１）から若干低下する場合などが生じる可能性がある。これらのことを考慮すると、判定電圧（Ｖ_Ｔ）は、０Ｖ～初期電圧（Ｖ_１）の中央値付近に設定すると好ましい。例えば、初期電圧（Ｖ_１）を電池モジュール３個分の電圧に設定した場合には、判定電圧（Ｖ_Ｔ）を、電池モジュール１個分以上２個分以下の範囲内に設定すると好ましい。

以上のように、本実施形態に係る電源システム１によると、ストリングコンデンサ２３に所定の電圧を印加した後に、当該ストリングコンデンサ２３を含む閉回路がストリング１０に形成されるように第１スイッチング素子４１に指示することにより、当該第１スイッチング素子４１が適切に作動しているかを検査することができる。これによって、故障したスイッチング素子を早期に検知することができる。

また、本実施形態に係る電源システム１は、上述の第３処理を実行した際に、ストリング電圧検知部２６で検知された電圧（第２処理後の電圧（Ｖ_２））が判定電圧（Ｖ_Ｔ）よりも低い場合（換言すると、ストリング１０内の全ての第１スイッチング素子４１が正常である場合）に、後述する第４処理および第５処理を実施することにより、第２スイッチング素子４２の故障を検知することができる。
以下、本実施形態に係る電源システム１における第２スイッチング素子４２の故障検知について具体的に説明する。

上記第４処理とは、スイープモジュール２０の第１スイッチング素子４１をオフにし、かつ、第２スイッチング素子４２をオンにするための接続信号を、複数のスイープモジュール２０に対して１つずつ予め定められたタイミングで順に送信する処理である。本実施形態におけるＳＣＵ１１内の第４処理部は、上述の第３処理において第１スイッチング素子４１が正常であると判定された場合に、最上流側のスイープモジュール２０Ａに強制接続信号ＣＣＳを送信し、各々のスイープモジュール２０の遅延／選択回路５２において所定時間遅延させながら、下流側のスイープモジュール２０に向けて強制接続信号ＣＣＳを順次伝播させる。そして、強制接続信号ＣＣＳを受信したスイープユニット５０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をオンとする信号を送信する。このとき、全てのスイープモジュール２０の第２スイッチング素子４２が正常であれば、電池モジュール３０がメインライン７に順次接続されるため、ストリング電圧検知部２６で検知される電圧が電池モジュール１個分ずつ段階的に上昇する。一方、複数のスイープモジュール２０のいずれかに、故障した第２スイッチング素子４２が存在していると、上記強制接続信号ＣＣＳを受信しているにもかかわらず、電池モジュール１個分の電圧上昇が生じないスイープモジュール２０が生じる。

本実施形態に係る電源システム１の故障検査装置は、上記第４処理が実行されている間に第５処理を実行する。この第５処理とは、スイープモジュール２０に対して接続信号が順に送信されたタイミングに応じて、ストリング電圧検知部２６で検知される電圧が段階的に上昇するか否かを判定する処理である。上記したように、故障した第２スイッチング素子４２が存在していると、当該故障した第２スイッチング素子４２が存在しているスイープモジュール２０に強制接続信号ＣＣＳを送信しても、ストリング電圧検知部２６において電池モジュール１個分の電圧上昇が検出されない。ＳＣＵ１１の第５処理部は、このようなスイープモジュール２０が存在していることを確認した場合に、当該スイープモジュール２０内の第２スイッチング素子４１が故障していると判断する。このように、本実施形態によると、多数のスイープモジュール２０を備えた電源システム１においても、故障した第２スイッチング素子４２が存在しているスイープモジュール２０を容易に特定することができる。

以上のように、本実施形態に係る電源システム１によると、上記閉回路の形成によって０Ｖ付近まで電圧が低下したストリング１０に対して、所定のタイミングで一つずつ電池モジュール３０がメインライン７に接続されるように第２スイッチング素子４１に指示することにより、当該第２スイッチング素子４２が適切に作動しているかを検査し、故障したスイッチング素子を早期に検知することができる。

また、本実施形態に係る電源システム１では、上述した第１処理～第５処理によってスイッチング素子４１、４２の故障が検出された場合、ＳＣＵ１１がストリング１０のスイープユニット５０に故障検知信号を送信する。かかる故障検知信号が入力されたスイープユニット５０は、ＳＵ処理部５１からインジケータ５７に故障検知信号を伝播させる。これにより、スイッチング素子４１、４２が故障していることを、インジケータ５７を介して作業者に通知できる。このように、本実施形態に係る電源システム１によると、故障したスイッチング素子４１、４２を作業者が早期に発見することができるため、電源システム１の安全性向上に貢献することができる。

以上の通りに、ここで提案される電源システムの一実施形態を種々説明したが、ここで提案される電源システムは、上述した実施形態に限定されない。また、ここで提案される電源システムは、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得る。

上記した実施形態に係る電源システム１の故障検知装置は、第１処理～第５処理を実行し、第１スイッチング素子４１と第２スイッチング素子４２の両方の故障を検知することができるように構成されている。しかし、ここで提案される故障検知装置は、第１処理～第３処理を実行し、第１スイッチング素子４１の故障を検知することができればよく、第２スイッチング素子４２の故障を検知する手段は、上述した第４処理および第５処理に限定されない。例えば、第１処理～第３処理の実行後に、全てのスイープモジュール２０に対して同時に強制接続信号ＣＣＳを送信し、ストリング電圧検知部２６で検知された電圧が、ストリング１０内の全ての電池モジュール３０の総電圧よりも低い場合に、第２スイッチング素子４２が故障しているスイープモジュール２０が存在していると判断することもできる。但し、故障した第２スイッチング素子４２が存在しているスイープモジュール２０を特定できるという観点からは、上述した実施形態における第４処理および第５処理によって第２スイッチング素子４２の検査を行う方が好ましい。

また、上述した実施形態に係る電源システム１では、第４処理において、最上流側のスイープモジュール２０Ａに送信した強制接続信号ＣＣＳを遅延させながら、下流側のスイープモジュール２０に向けて順次伝播させている。しかし、複数のスイープモジュールに対して、所定のタイミングで１つずつ順に接続信号を送信する手段は特に限定されない。例えば、強制接続信号ＣＣＳを最下流側のスイープモジュール２０に送信し、当該強制接続信号ＣＣＳを遅延させながら上流側のスイープモジュール２０に向けて順次伝播させてもよい。また、ＳＣＵ１１から複数のスイープモジュールに対して、所定の時間差を空けて強制接続信号ＣＣＳを順に送信してもよい。これらのような処理を行った場合でも、電池モジュール３０をメインライン７に１つずつ順に接続させることができる。

以上、具体的な実施形態を挙げて本発明を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に記載した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。

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
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

Claims (2)

1. 配電装置を介して電力系統に接続される電源システムであって、
   前記配電装置に接続された複数のストリングと、
   故障検知装置と
   を備え、
   前記ストリングは、
   前記配電装置に接続されたメインラインと、
   前記メインラインに直列に接続された複数のスイープモジュールと、
   前記メインラインと前記配電装置との間の接続と切断とを切り替えるスイッチと、
   前記メインラインに前記複数のスイープモジュールと並列に取り付けられたストリングコンデンサと、
   前記メインラインに前記複数のスイープモジュールと並列に取り付けられたストリング電圧検知部と
   を有し、
   前記複数のスイープモジュールは、
   電池モジュールと、
   前記電池モジュールを前記メインライン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設けられた第１スイッチング素子と、
   前記入出力回路において、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部分に設けられた第２スイッチング素子と、
   を有し、
   前記故障検知装置は、
   前記スイッチによって前記配電装置と前記メインラインとの間を切断した状態で、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、少なくとも１つの電池モジュールをメインラインに接続し、前記ストリング電圧検知部で検知された電圧を予め定められた電圧よりも高くする第１処理と、
   前記複数のスイープモジュールの全ての前記第１スイッチング素子をオンにし、かつ、前記第２スイッチング素子をオフにするための切断信号を送信する第２処理と、
   前記第２処理後に、前記ストリング電圧検知部で検知された電圧が、予め定められた判定電圧よりも低いか否かを判定する第３処理と
   を実行するように構成された、
   電源システム。
2. 前記故障検知装置は、
   前記第３処理において、前記ストリング電圧検知部で検知された電圧が、前記判定電圧よりも低い場合に、
   前記スイープモジュールの前記第１スイッチング素子をオフにし、かつ、前記第２スイッチング素子をオンにするための接続信号を、前記複数のスイープモジュールに対して１つずつ予め定められたタイミングで順に送信する第４処理と、
   前記第４処理において、前記スイープモジュールに対して前記接続信号が順に送信されたタイミングに応じて、前記ストリング電圧検知部で検知される電圧が段階的に上昇するか否かを判定する第５処理と
   を実行するように構成された、請求項１に記載の電源システム。
   
   
   

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