JP7121908B2 - 電源システム - Google Patents

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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装置が知られている。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
各々の電池回路モジュールにおけるスイッチング素子が、微小時間毎に切り替えられていくと、各々の電池回路モジュールでリンギングが発生し、電池回路モジュールにおける電流値が高周波で振動する場合がある。この場合、電池回路モジュールが備える電池の発熱量が増加する可能性、および、電池電圧の検出精度が低下する可能性が高くなる。従って、電池および回路を備えた各々のモジュールで発生し得るリンギングの影響を抑制できることが望ましい。
本発明の典型的な目的は、電池および回路を備えた各々のモジュールで発生し得るリンギングの影響を適切に抑制することが可能な電源システムを提供することである。
かかる目的を実現するべく、ここに開示される一態様の電源システムは、メインラインと、該メインラインに接続された複数のスイープモジュールと、を有し、上記スイープモジュールは、少なくとも１つの電池を含む電池モジュールと、該電池モジュールを上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、当該入出力回路に配置され、上記電池モジュールと上記メインラインとの接続および切断を切り替える、少なくとも１つのスイッチング素子と、上記入出力回路に、上記電池モジュールと並列に取り付けられたコンデンサと、上記入出力回路と上記電池モジュールを接続する配線と、を有し、上記複数のスイープモジュールは、上記スイッチング素子のオンとオフの交互駆動を制御するゲート信号を、定められた遅延時間毎に順に各々の前記電力回路モジュールに出力することで、上記メインラインに接続する上記電池モジュールを順次切り替えるスイープ制御を実行するように構成されており、上記配線は、ループが形成された状態で維持されたことを特徴とする。
上記構成の電源システムは、メインラインに接続させるスイープモジュールを順次切り替えるスイープ制御を実行する。スイープ制御が実行されると、各々の電池モジュールでリンギングが発生し、電池モジュールにおける電流値が高周波で振動する場合がある。しかし、上記構成の電力回路モジュールでは、コンデンサと、配線に形成されたループ（以下、「ループ部」という）によって共振回路が形成される。スイープ制御におけるゲート信号の周波数（つまり、複数のスイープモジュールをスイッチングする際の周波数）と、共振回路のＬＣ共振周波数とを、各電池モジュールのインピーダンス特性に応じて適合させることで、電池モジュールにおける電流が直流に近くなり、リンギングの影響が抑制される。また、共振回路を形成するインダクタとして、入出力回路と電池モジュールを接続する配線をループ状に形成したループ部が用いられる。従って、共振回路を形成するために各種素子または機器（例えばリアクトル等）が用いられる場合に比べて、電源システムの構成が簡素化される。よって、各々のスイープモジュールで発生し得るリンギングの影響が、適切に抑制される。
ここに開示される電源システムの好適な一態様では、入出力回路は、配線を繋ぐ第１端子を備える。配線は、第１端子に着脱可能に装着される第１配線端子を備える。この場合、作業者は、入出力回路の第１端子と配線の第１配線端子の着脱を行うことで、電池回路モジュールの入出力回路に装着する電池モジュールを適切に交換することができる。
ここに開示される電源システムの好適な一態様では、電池モジュールは、配線を繋ぐ第２端子を備える。配線は、第２端子に着脱可能に装着される第２配線端子を備える。この場合、作業者は、電池モジュールの第２端子と配線の第２配線端子の着脱を行うことで、電池回路モジュールの入出力回路に装着する電池モジュールを適切に交換することができる。
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。 スイープ制御を実行した場合の、ストリング１０の電圧、ストリング１０の電流、および、ストリング１０に含まれる１つの電池モジュール３０の電流の時間変化の一例を示すグラフである。 ループ部６０を備えた配線６１の平面図および正面図である。 評価試験の結果を示すグラフである。
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、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。
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、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、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が入出力回路４３に接続されて、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３０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。
＜電池モジュールにおけるリンギング＞
図５を参照して、各々の電池モジュール３０で発生するリンギングについて説明する。
図５は、スイープ制御を実行した場合の、ストリング１０の電圧、ストリング１０の電流、および、ストリング１０に含まれる１つの電池モジュール３０の電流の時間変化の一例を示すグラフである。図３および図４で例示したスイープ制御では、メインライン４に接続されるスイープモジュール２０が順次切り替えられる。従って、ストリング１０全体の電流および電圧は振動するが、上位システムから指令された値に近い値が維持される。
１つの電池モジュール３０の電流値に着目する。電池モジュール３０における電流は、第１スイッチング素子４１と第２スイッチング素子４２の交互駆動によって増減を繰り返す間に、細かく振動している。つまり、電池モジュール３０における電流は、ゲート信号ＧＳにおける周波数よりも高い周波数で振動しつつ、ゲート信号ＧＳにおける周波数で増減する。電池モジュール３０における電流の高周波での振動は、第１スイッチング素子４１と第２スイッチング素子４２が微小時間毎に切り替えられていくことで発生するリンギングに起因する。電池モジュール３０における電流の振動量（振幅）が大きくなる程、電池３１の発熱量が増加する可能性、および、電池３１（本実施形態では電池モジュール３０）の電圧の検出精度が低下する可能性が高くなる。
そこで、本実施形態の電源システム１は、インダクタ４６（本実施形態では、後述するループ部６０）およびコンデンサ４７（図２参照）によって形成される共振回路によって、電池モジュール３０における電流を直流に近づける（つまり、振動の振幅を小さくする）ことで、リンギングの影響を抑制する。詳細には、スイープ制御におけるゲート信号ＧＳの周波数と、共振回路におけるＬＣ共振周波数とを、各電池モジュール３０のインピーダンス特性に応じて適合させることで、電流が直流に近づき、リンギングの影響が適切に抑制される。
＜ループ部＞
図６を参照して、本実施形態のインダクタ４６（図２参照）として用いられるループ部６０について説明する。本実施形態では、共振回路を形成するインダクタ４６としてループ部６０が用いられる。ループ部６０は、電池回路モジュール４０（図２参照）の入出力回路４３と、電池モジュール３０とを接続する配線６１を、ループ状に形成した部位である。従って、共振回路を形成するために各種素子または機器（例えばリアクトル等）が用いられる場合に比べて、電源システム１の構成が簡素化される。ループ部６０の形状を維持するために、ループ部６０の少なくとも１つの箇所（本実施形態では２か所）には、配線を結束する結束バンド６２が装着されている。なお、ループ部６０のループの直径（本実施形態では内径）をＤとする。
電池モジュール３０における電流を直流に近づけるために、共振回路におけるＬ×Ｃの値を大きくする際には、インダクタ４６（ループ部６０）のＬ値を厳密に設定する必要は無い。従って、簡易な構成のループ部６０を採用しても、リンギングの影響は適切に抑制される。
入出力回路４３には、配線６１を繋ぐ第１端子４５が設けられている。また、配線６１には、第１端子４５に着脱可能に装着される第１配線端子６４が設けられている。従って、作業者は、入出力回路４３の第１端子４５と配線６１の第１配線端子６４の着脱を行うことで、入出力回路４３に装着する電池モジュール３０を適切に交換することができる。
電池モジュール３０には、配線６１を繋ぐ第２端子３３が設けられている。また、配線６１には、第２端子３３に着脱可能に装着される第２配線端子６５が設けられている。従って、作業者は、電池モジュール３０の第２端子３３と配線６１の第２配線端子６５の着脱を行うことで、入出力回路４３に装着する電池モジュール３０を適切に交換することができる。
なお、本実施形態の配線６１には、第１配線端子６４と第２配線端子６５が共に設けられている。従って、作業者は、電池モジュール３０を配線６１と共に交換することも可能であり、配線６１を入出力端子４３に接続したまま電池モジュール３０のみを交換することも可能である。従って、電池モジュール３０を交換する際の自由度が高い。また、配線６１を交換する必要がある場合（例えば、配線６１が故障した場合、または、ループ部６０の形状等が異なる配線６１に交換する場合等）には、作業者は、配線６１のみを交換することも容易である。ただし、配線６１には、第１配線端子６４と第２配線端子６５の一方のみが設けられていてもよい。つまり、配線６１の両端の一方が、入出力端子４３または電池モジュール３０に固定されていてもよい。
図７を参照して、ループ部６０の有無、ループ部６０の寸法、および形状と、Ｌ値の関係を確認するための評価試験の結果について説明する。本評価試験では、ループ部６０の有無、寸法、および形状の少なくともいずれかが互いに異なる６つの評価対象（１）～（６）についてＬ値を取得した。（１）～（６）の配線は、いずれも同一の配線６１によって形成されている。（１）の評価対象は、ループ部６０が形成されていない配線６１そのものである。（２）の評価対象は、直径Ｄが６０ｍｍである略真円状のループ部６０を有する。（３）の評価対象のループ部６０は、（２）のループ部６０をＡ方向（図６参照）に１０ｍｍ潰して略楕円形としたものである。（４）の評価対象のループ部６０は、（２）のループ部６０をＢ方向（図６参照）に１０ｍｍ潰して略楕円形としたものである。（５）の評価対象は、直径Ｄが７０ｍｍである略真円状のループ部６０を有する。（６）の評価対象は、直径Ｄが５０ｍｍである略真円状のループ部６０を有する。なお、（２）～（５）のループ部６０は、いずれも配線６１を２回ループさせることで形成されている。
図７に示すように、ループ部６０を備える（２）～（６）の評価対象のＬ値は、ループ部６０を有さない（１）の評価対象のＬ値に比べて大きい値となった。これより、ループ部６０を形成することで大きなＬ値を確保できることが分かる。また、（２）～（４）を比較すると、ループ部６０の円の形状（真円または楕円）、および楕円の方向がＬ値に与える影響が小さいことが分かる。従って、ループ部６０の形状を厳密に規定しなくても、ループ部６０を用いることでリンギングの影響が適切に抑えられると言える。また、（２）、（５）、および（６）を比較すると、ループ部６０の直径Ｄを大きくする程、Ｌ値が大きくなることが分かる。従って、ループ部６０の直径Ｄを調整することで、電流を直流に近づけるために必要なＬ値を確保してもよい。
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
７ メインライン
１０ ストリング
２０ スイープモジュール
３０ 電池モジュール
３１ 電池
３３ 第２端子
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
４３ 入出力回路
４５ 第１端子
４６ インダクタ
４７ コンデンサ
６０ ループ部
６１ 配線
６４ 第１配線端子
６５ 第２配線端子

Claims (1)

  1. メインラインと、
    前記メインラインに接続された複数のスイープモジュールと、
    を有し、
    前記スイープモジュールは、
    少なくとも１つの電池を含む電池モジュールと、
    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、
    当該入出力回路に配置され、前記電池モジュールと前記メインラインとの接続および切断を切り替える、少なくとも１つのスイッチング素子と、
    前記入出力回路に、前記電池モジュールと並列に取り付けられたコンデンサと、
    前記入出力回路と前記電池モジュールを接続する配線と、
    を有し、
    前記複数のスイープモジュールは、前記スイッチング素子のオンとオフの交互駆動を制御するゲート信号を、定められた遅延時間毎に順に各々の前記入出力回路に出力することで、前記メインラインに接続する前記電池モジュールを順次切り替えるスイープ制御を実行するように構成されており、
    前記配線は、ループが形成された状態で維持されており、
    前記入出力回路は、前記配線を繋ぐ第１端子を有し、且つ、前記電池モジュールは、前記配線を繋ぐ第２端子を有しており、
    前記配線は、前記第１端子に着脱可能に装着される第１配線端子、および、前記第２端子に着脱可能に装着される第２配線端子を有しており、
    前記第１端子と前記第１配線端子の着脱を行うことによって前記入出力回路に接続する前記電池モジュールを前記ループが形成された配線と共に交換可能となり、且つ、前記第２端子と前記第２配線端子の着脱を行うことによって前記入出力回路に接続する前記電池モジュールを前記ループが形成された配線から離して交換可能となるように構成されている、
    電源システム。
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