特許 6960897 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6960897

(24)【登録日】2021年10月14日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20211025BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20211025BHJP

   H01M 50/20 20210101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/02 H

   H02J7/00 302C

   H01M50/20

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-204644(P2018-204644)

(22)【出願日】2018年10月31日

(65)【公開番号】特開2020-72544(P2020-72544A)

(43)【公開日】2020年5月7日

【審査請求日】2020年7月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柳沢 直樹

(72)【発明者】

【氏名】戸村 修二

(72)【発明者】

【氏名】種村 恭佑

(72)【発明者】

【氏名】大塚 一雄

(72)【発明者】

【氏名】後藤 成晶

(72)【発明者】

【氏名】泉 純太

(72)【発明者】

【氏名】木村 健治

【審査官】 原 嘉彦

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１８／１７９７７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１４３７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５０２７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／４２−１０／４８

Ｈ０１Ｍ ５０／２０−５０／２９８

Ｈ０２Ｊ ７／００−７／１２

７／３４−７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池を有する電池モジュールを複数含み、制御コントローラからのゲート駆動信号に応じて前記電池モジュールに含まれる前記二次電池が相互に直列接続され、前記ゲート駆動信号を前記電池モジュールの各々に含まれるゲート駆動信号処理回路において遅延させた後に前記直列接続の上流から下流に向けて伝達させる電源装置であって、
前記電池モジュールに対する固有のＩＤを与えるＩＤ設定信号を前記ゲート駆動信号を伝達させるためのゲート信号線を利用して伝達させることによって前記電池モジュールにＩＤを付与することを特徴とする電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電源装置であって、
前記ゲート駆動信号処理回路は、
前記ＩＤ設定信号が予め定められたＩＤ設定モードに移行するための信号波形に一致する場合にＩＤを設定するモードとなることを特徴とする電源装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の電源装置であって、
前記ゲート駆動信号処理回路は、
前段の前記電池モジュールから受信した前記ＩＤ設定信号を後段の前記電池モジュールに固有のＩＤ設定のための信号波形に変更することを特徴とする電源装置。

【請求項4】

請求項３に記載の電源装置であって、
前記ＩＤ設定信号は、パルス波形であり、
前記ゲート駆動信号処理回路は、
前段の前記電池モジュールから受信した前記ＩＤ設定信号のパルス数を後段の前記電池モジュールに固有のＩＤ設定のためのパルス数に変更することを特徴とする電源装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置であって、
前記ゲート駆動信号は最下流の前記電池モジュールから前記制御コントローラに戻され、
前記制御コントローラは、戻された前記ＩＤ設定信号に基づいて前記電池モジュールの接続数を取得することを特徴とする電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池モジュールを直列接続して電力を供給する電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の電池モジュールを直列に接続して、負荷に電力を供給（力行）する電源装置が利用されている。電池モジュールに含まれる電池を二次電池とした場合、負荷側から電池へ充電（回生）を行うこともできる。

【0003】

このような電源装置において、ゲート駆動信号に基づいて各電池モジュールを負荷に接続したり、切り離したりするスイッチング回路を備えた構成が提案されている。このような回路構成において、遅延回路を介したゲート駆動信号で各電池モジュールのスイッチング回路を駆動させることで電圧制御を行っている。

【0004】

このような電源装置に関して、電池モジュールの各々において固有のＩＤを付与する信号や故障信号を通信する技術が開示されている（特許文献１，２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−２４４７９４号公報

【特許文献2】特開２００８−２８２２３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来の電源装置では、電源装置を構成する電池モジュールの各々に対してＩＤを付与するための専用の信号線が設けられている。また、故障信号を通信する際にゲート駆動信号を通信するためのゲート信号線を使用する構成が開示されているが、ゲート信号線を用いて各電池モジュールにＩＤを設定する技術は開示されていない。

【0007】

すなわち、従来の電源装置では、ゲート信号線を利用して電池モジュールにＩＤを付与することができなかった。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の１つの態様は、二次電池を有する電池モジュールを複数含み、制御コントローラからのゲート駆動信号に応じて前記電池モジュールが相互に直列接続され、前記ゲート駆動信号を前記電池モジュールの各々に含まれるゲート駆動信号処理回路において遅延させた後に前記直列接続の上流から下流に向けて伝達させる電源装置であって、前記電池モジュールに対する固有のＩＤを与えるＩＤ設定信号を前記ゲート駆動信号を伝達させるためのゲート信号線を利用して伝達させることによって前記電池モジュールにＩＤを付与することを特徴とする電源装置である。

【0009】

ここで、前記ゲート駆動信号処理回路は、前記ＩＤ設定モード指令信号が予め定められたＩＤ設定モードに移行するための信号波形に一致する場合にＩＤを設定するモードとなることが好適である。

【0010】

また、前記ゲート駆動信号処理回路は、前段の前記電池モジュールから受信した前記ＩＤ設定信号を後段の前記電池モジュールに固有のＩＤ設定のための信号波形に変更することが好適である。

【0011】

また、前記ＩＤ設定信号は、パルス波形であり、前記ゲート駆動信号処理回路は、前段の前記電池モジュールから受信した前記ＩＤ設定信号のパルス数を後段の前記電池モジュールに固有のＩＤ設定のためのパルス数に変更することが好適である。

【0012】

また、前記ゲート駆動信号は最下流の前記電池モジュールから前記制御コントローラに戻され、前記制御コントローラは、戻された前記ＩＤ設定信号に基づいて前記電池モジュールの接続数を取得することが好適である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ゲート信号線を利用して電池モジュールにＩＤを付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態に係る電源装置の構成を示す図である。

【図2】本発明の実施の形態に係るゲート駆動信号を用いたスイッチング制御を説明する図である。

【図3】本発明の実施の形態に係るゲート駆動信号を用いたスイッチング制御を説明する図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る電源装置の制御を示す図である。

【図5】本発明の実施の形態に係るゲート駆動信号へのＩＤ設定モード命令パルス信号の重畳方法について説明する図である。

【図6】本発明の実施の形態に係るゲート駆動信号を用いたＩＤ設定処理を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本実施の形態における電源装置１００は、図１に示すように、電池モジュール１０２及び制御コントローラ１０４を含んで構成される。電源装置１００は、複数の電池モジュール１０２（１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎ）を含んで構成される。複数の電池モジュール１０２は、制御コントローラ１０４による制御によって互いに直列に接続可能である。電源装置１００に含まれる複数の電池モジュール１０２は、端子Ｔ１及びＴ２に接続される負荷（図示しない）に対して電力を供給（力行）し、又は、端子Ｔ１及びＴ２に接続される電源（図示しない）から電力を充電（回生）することができる。

【0016】

電池モジュール１０２は、電池１０、チョークコイル１２、コンデンサ１４、第１スイッチ素子１６、第２スイッチ素子１８、ゲート駆動信号処理回路２０、ＡＮＤ素子２２、ＯＲ素子２４及びＮＯＴ素子２６を含んで構成される。本実施の形態において、各電池モジュール１０２は同一の構成を備える。

【0017】

電池１０は、少なくとも１つの二次電池を含む。電池１０は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を複数直列又は／及び並列接続した構成とすることができる。チョークコイル１２及びコンデンサ１４は、電池１０からの出力を平滑化して出力する平滑回路（ローパスフィルタ回路）を構成する。すなわち、電池１０として二次電池を使用しているので、内部抵抗損失の増加による電池１０の劣化を抑制するため、電池１０、チョークコイル１２及びコンデンサ１４によってＲＬＣフィルタを形成して電流の平準化を図っている。なお、チョークコイル１２及びコンデンサ１４は、必須の構成ではなく、これらを設けなくてもよい。

【0018】

第１スイッチ素子１６は、電池１０の出力端を短絡するためのスイッチング素子を含む。本実施の形態では、第１スイッチ素子１６は、スイッチング素子である電界効果トランジスタに対して並列に環流ダイオードを接続した構成としている。第２スイッチ素子１８は、電池１０と第１スイッチ素子１６との間において電池１０に直列接続される。本実施の形態では、第２スイッチ素子１８は、スイッチング素子である電界効果トランジスタに対して並列に環流ダイオードを接続した構成としている。第１スイッチ素子１６及び第２スイッチ素子１８は、制御コントローラ１０４からのゲート駆動信号によってスイッチング制御される。なお、本実施の形態では、第１スイッチ素子１６及び第２スイッチ素子１８は、電界効果トランジスタとしたが、これ以外のスイッチング素子を適用してもよい。

【0019】

ゲート駆動信号処理回路２０は、制御コントローラ１０４から電池モジュール１０２に入力されるゲート駆動信号（後述するようにＩＤ設定信号が重畳されることがある）に基づいて電池モジュール１０２を制御する回路である。ゲート駆動信号処理回路２０は、ゲート駆動信号を所定の時間だけ遅延させる遅延回路を含む。電源装置１００では、各電池モジュール１０２（１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎ）にそれぞれゲート駆動信号処理回路２０が設けられており、それらが直列接続されている。したがって、制御コントローラ１０４から入力されたゲート駆動信号は所定の時間ずつ遅延させられながら各電池モジュール１０２（１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎ）に順次入力されることになる。ゲート駆動信号に基づく制御については後述する。

【0020】

ＡＮＤ素子２２は、制御コントローラ１０４からの強制切断信号に応じて電池モジュール１０２ａを直列接続状態から強制的に切り離す切断手段を構成する。また、ＯＲ素子２４は、制御コントローラ１０４からの強制接続信号に応じて電池モジュール１０２ａを直列接続状態に強制的に接続する接続手段を構成する。ＡＮＤ素子２２及びＯＲ素子２４は、制御コントローラ１０４によって制御される。ＡＮＤ素子２２の一方の入力端子には制御コントローラ１０４からの制御信号が入力され、他方の入力端子にはゲート駆動信号処理回路２０からのゲート駆動信号が入力される。また、ＯＲ素子２４の一方の入力端子には制御コントローラ１０４からの制御信号が入力され、他方の入力端子にはゲート駆動信号処理回路２０からのゲート駆動信号が入力される。ＡＮＤ素子２２及びＯＲ素子２４からの出力信号は、第２スイッチ素子１８のゲート端子に入力される。また、ＡＮＤ素子２２及びＯＲ素子２４からの出力信号は、ＮＯＴ素子２６を介して第１スイッチ素子１６のゲート端子に入力される。

【0021】

通常制御時においては、ＡＮＤ素子２２に対して制御コントローラ１０４からハイ（Ｈ）レベルの制御信号が入力され、ＯＲ素子２４に対して制御コントローラ１０４からロー（Ｌ）レベルの制御信号が入力される。したがって、ゲート駆動信号がそのまま第２スイッチ素子１８のゲート端子に入力され、ゲート駆動信号を反転した信号が第１スイッチ素子１６のゲート端子に入力される。これによって、ゲート駆動信号がハイ（Ｈ）レベルのときに第１スイッチ素子１６がオフ状態及び第２スイッチ素子１８がオン状態となり、ゲート駆動信号がロー（Ｌ）レベルのときに第１スイッチ素子１６がオン状態及び第２スイッチ素子１８がオフ状態となる。すなわち、ゲート駆動信号がハイ（Ｈ）レベルのときに電池モジュール１０２は他の電池モジュール１０２と直列に接続された状態となり、ゲート駆動信号がロー（Ｌ）レベルのときに電池モジュール１０２は他の電池モジュール１０２と切り離されたスルー状態となる。

【0022】

強制切断時においては、制御コントローラ１０４は、強制的に切り離す対象となった電池モジュール１０２のＡＮＤ素子２２に対してロー（Ｌ）レベルの制御信号を入力し、当該電池モジュール１０２のＯＲ素子２４に対してロー（Ｌ）レベルの制御信号を入力する。これによって、ＡＮＤ素子２２からはロー（Ｌ）レベルが出力され、ＯＲ素子２４を介して、第１スイッチ素子１６のゲート端子にはＮＯＴ素子２６によってハイ（Ｈ）レベルが入力され、第２スイッチ素子１８のゲート端子にはロー（Ｌ）レベルが入力される。したがって、第１スイッチ素子１６は常時オン状態となり、第２スイッチ素子１８は常時オフ状態とされ、電池モジュール１０２はゲート信号の状態によらず強制的に切り離された状態（パススルー状態）となる。このような強制切断制御は、電源装置１００における電池モジュール１０２のＳＯＣのアンバランスを抑制する制御に利用することができる。

【0023】

強制接続時には、制御コントローラ１０４は、強制的に接続する対象とする電池モジュール１０２のＯＲ素子２４にハイ（Ｈ）レベルの信号を入力する。これによって、ＯＲ素子２４からはハイ（Ｈ）レベルが出力され、第１スイッチ素子１６のゲート端子にはＮＯＴ素子２６によってロー（Ｌ）レベルが入力され、第２スイッチ素子１８のゲート端子にはハイ（Ｈ）レベルが入力される。したがって、第１スイッチ素子１６は常時オフ状態となり、第２スイッチ素子１８は常時オン状態とされ、電池モジュール１０２はゲート信号の状態によらず強制的に直列接続に繋がれた状態となる。このような強制接続制御は、電源装置１００における電池モジュール１０２のＳＯＣのアンバランスを抑制する制御に利用することができる。

【0024】

なお、強制切断状態又は強制接続状態となった電池モジュール１０２のゲート駆動信号処理回路２０は、受信したゲート駆動信号を遅延させずに次の電池モジュール１０２へ伝達させる。

【0025】

［通常制御］
以下、電源装置１００の制御について図２を参照して説明する。通常制御時において、各電池モジュール１０２（１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎ）のＡＮＤ素子２２に対して制御コントローラ１０４からハイ（Ｈ）レベルの強制切断信号が入力される。また、各電池モジュール１０２（１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎ）のＯＲ素子２４に対して制御コントローラ１０４からロー（Ｌ）レベルの強制接続信号が入力される。したがって、第１スイッチ素子１６のゲート端子にはゲート駆動信号処理回路２０からのゲート駆動信号がＮＯＴ素子２６を介して反転信号として入力され、第２スイッチ素子１８のゲート端子にはゲート駆動信号処理回路２０からのゲート駆動信号がそのまま入力される。

【0026】

図２は、電池モジュール１０２ａの動作に関するタイムチャートを示す。また、図２では、電池モジュール１０２ａを駆動するゲート駆動信号Ｄ１のパルス波形、第１スイッチ素子１６のスイッチング状態を示す矩形波Ｄ２、第２スイッチ素子１８のスイッチング状態を示す矩形波Ｄ３、及び、電池モジュール１０２ａにより出力される電圧Ｖ_ｍｏｄの波形Ｄ４を示している。

【0027】

電池モジュール１０２ａの初期状態、すなわち、ゲート駆動信号が出力されていない状態では、第１スイッチ素子１６はオン状態、第２スイッチ素子１８はオフ状態である。そして、制御コントローラ１０４からゲート駆動信号が電池モジュール１０２ａに入力されると、電池モジュール１０２ａはＰＷＭ制御によってスイッチング制御される。このスイッチング制御では、第１スイッチ素子１６と第２スイッチ素子１８とが交互にオン状態／オフ状態にスイッチングされる。

【0028】

図２に示すように、制御コントローラ１０４からゲート駆動信号Ｄ１が出力されると、このゲート駆動信号Ｄ１に応じて、電池モジュール１０２ａの第１スイッチ素子１６及び第２スイッチ素子１８が駆動される。第１スイッチ素子１６は、ゲート駆動信号Ｄ１の立ち上がりに応じたＮＯＴ素子２６からの信号の立ち下がりによって、オン状態からオフ状態に切り替わる。また、第１スイッチ素子１６は、ゲート駆動信号Ｄ１の立ち下がりから僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて、オフ状態からオン状態に切り替わる。

【0029】

一方、第２スイッチ素子１８は、ゲート駆動信号Ｄ１の立ち上がりから僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて、オフ状態からオン状態に切り替わる。また、第２スイッチ素子１８は、ゲート駆動信号Ｄ１の立ち下がりと同時に、オン状態からオフ状態に切り替わる。このように、第１スイッチ素子１６と第２スイッチ素子１８とは交互にオン状態／オフ状態が切り替わるようにスイッチング制御される。

【0030】

なお、第１スイッチ素子１６がゲート駆動信号Ｄ１の立ち下がり時に僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて動作することと、第２スイッチ素子１８がゲート駆動信号Ｄ１の立ち上がり時に僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて動作することは、第１スイッチ素子１６素子と第２スイッチ素子１８とが同時に動作することを防止するためである。すなわち、第１スイッチ素子１６と第２スイッチ素子１８とが同時にオンして電池が短絡することを防止している。この動作を遅らせているデッドタイムｄｔは、例えば、１００ｎｓに設定しているが、適宜設定することができる。なお、デッドタイムｄｔ中はダイオードを還流し、その還流したダイオードと並列にあるスイッチング素子がオンしたときと同じ状態になる。

【0031】

このような制御によって、電池モジュール１０２ａは、図２に示すように、ゲート駆動信号Ｄ１がオフ時（すなわち、第１スイッチ素子１６がオン、第２スイッチ素子１８がオフ）では、コンデンサ１４が電池モジュール１０２ａの出力端子から切り離される。したがって、出力端子には電池モジュール１０２ａから電圧が出力されない。この状態では、図３（ａ）に示すように、電池モジュール１０２ａの電池１０（コンデンサ１４）がバイパスされたパススルー状態となっている。

【0032】

また、ゲート駆動信号がオン時（すなわち、第１スイッチ素子１６がオフ、第２スイッチ素子１８がオン）では、コンデンサ１４が電池モジュール１０２ａの出力端子に接続される。したがって、出力端子には電池モジュール１０２ａから電圧が出力される。この状態では、図３（ｂ）に示すように、電池モジュール１０２ａにおけるコンデンサ１４を介して電圧Ｖ_ｍｏｄが出力端子に出力されている。

【0033】

図１に戻り、制御コントローラ１０４による電源装置１００の制御について説明する。制御コントローラ１０４は、電源装置１００の全体を制御する。すなわち、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・の動作をそれぞれ制御して電源装置１００としての出力電圧を制御する。

【0034】

制御コントローラ１０４は、矩形波のゲート駆動信号を出力する。電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・に含まれているゲート駆動信号処理回路２０は、制御コントローラ１０４から出力されたゲート駆動信号を遅延させて順次出力する遅延回路を備えている。ゲート駆動信号処理回路２０は、遅延回路によってゲート駆動信号を一定時間遅延させて隣接する電池モジュール１０２に出力する。この結果、制御コントローラ１０４から出力されたゲート駆動信号は、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・に順次遅延されて伝達される。

【0035】

図１において、制御コントローラ１０４から最上流側の電池モジュール１０２ａにゲート駆動信号が出力されると、電池モジュール１０２ａが駆動されて、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、電池モジュール１０２ａにおける電圧が出力端子ＯＴに出力される。また、ゲート駆動信号は、電池モジュール１０２ａのゲート駆動信号処理回路２０よって一定時間遅延された後、隣接する電池モジュール１０２ｂに入力される。このゲート駆動信号により電池モジュール１０２ｂが電池モジュール１０２ａと同様に駆動される。また、ゲート駆動信号は、電池モジュール１０２ｂのゲート駆動信号処理回路２０によってさらに一定時間遅延されて、次に隣接する電池モジュール１０２ｃに入力される。以下、同様に、ゲート駆動信号は遅延されて下流側の電池モジュールにそれぞれ入力される。そして、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・は、順次駆動されて、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・の電圧が各出力端子ＯＴに順次出力される。

【0036】

電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・が順次駆動される状態を図４に示す。図４に示すように、ゲート駆動信号に応じて、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・が、一定の遅延時間（Ｔ_{ｄｅｌａｙ}）を持って上流側から下流側に次々と駆動される。

【0037】

図４において、符号Ｅ１は、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・の第１スイッチ素子１６がオフ、第２スイッチ素子１８がオンの状態であって、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・が出力端子ＯＴから電圧を出力している状態（接続状態）を示している。また、符号Ｅ２は、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・の第１スイッチ素子１６がオン、第２スイッチ素子１８がオフの状態であって、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・が出力端子ＯＴから電圧を出力していない状態（パススルー状態）を示す。このように、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・は、一定の遅延時間（Ｔ_{ｄｅｌａｙ}）を持って順次駆動される。

【0038】

次に、ゲート駆動信号やゲート駆動信号の遅延時間（Ｔ_{ｄｅｌａｙ}）の設定について説明する。ゲート駆動信号の周期Ｔは、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・の遅延時間（Ｔ_{ｄｅｌａｙ}）を合計することによって設定される。例えば、Ｎ個の電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・１０２ｎが同じ遅延時間（Ｔ_{ｄｅｌａｙ}）で動作する場合、ゲート駆動信号の周期Ｔは、Ｔ＝Ｎ×Ｔ_{ｄｅｌａｙ}で表される。このため、遅延時間（Ｔｄｅｌａｙ）を長く設定すると、ゲート駆動信号の周波数は低周波になる。逆に、遅延時間（Ｔ_{ｄｅｌａｙ}）を短く設定すると、ゲート駆動信号の周波数は高周波になる。また、ゲート駆動信号を遅延する遅延時間（Ｔ_{ｄｅｌａｙ}）は、電源装置１００に求められる仕様に応じて適宜設定することができる。

【0039】

ゲート駆動信号の周期Ｔにおけるオン時比率（オンデューティ）Ｄ、すなわち、周期Ｔのうちのオン期間Ｔ_ＯＮの比率は、（電源装置１００の出力電圧）／（すべての電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・の合計電圧）により算出することができる。すべての電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・の合計電圧は、電池モジュール電池電圧×電池モジュール数により算出することができる。すなわち、オン時比率Ｄ＝電源装置出力電圧／（電池モジュール電池電圧×電池モジュール数）となる。なお、厳密には、デッドタイムｄｔだけオン時比率がずれてしまうので、チョッパ回路で一般的に行われているようにフィードバックまたはフィードフォワードでオン時比率の補正を行う。

【0040】

電源装置１００の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、上述したように、電池モジュール電池電圧（の平均電圧Ｖ_ｍｅａｎ）×接続状態の電池モジュール数（Ｎ_ＯＮ）によって表すことができる。このとき、オン期間Ｔ_ＯＮは、電源装置１００の出力電圧Ｖ_ｏｕｔ、電池モジュール電池電圧の平均電圧Ｖ_ｍｅａｎ、遅延時間Ｔ_{ｄｅｌａｙ}を用いて、Ｔ_ＯＮ＝Ｖ_ｏｕｔ×Ｔ_{ｄｅｌａｙ}／Ｖ_ｍｅａｎで表される。

【0041】

電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・を順次駆動すると、図４における符号Ｈ１で示す矩形波状の出力特性が得られる。すなわち、ゲート駆動信号の周期Ｔ／電池モジュール数により算出される周期で変動する電圧となる。この変動は、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・の配線による寄生インダクタンスでフィルタリングされ、符号Ｈ２で示すように、電源装置１００全体としてより安定した電圧Ｖ_ｏｕｔが出力される。

【0042】

以上説明したように、電源装置１００を駆動する場合、最上流側の電池モジュール１０２ａに出力したゲート駆動信号を、下流側の電池モジュール１０２ｂに一定時間遅延して出力して、さらに、このゲート駆動信号を一定時間遅延して下流側の電池モジュールに順次伝達するので、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・は、一定時間遅延しながら順次電圧をそれぞれ出力する。そして、これらの電圧が合計されることによって、電源装置１００としての電圧が出力されることになり、所望の電圧を得ることができる。

【0043】

また、オン時比率Ｄを調整することによって、所望の電圧に容易に対応することができ、電源装置１００としての汎用性を向上することができる。特に、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・に故障が発生して、使用困難な電池モジュールが発生した場合でも、その故障した電池モジュールを除外して、正常な電池モジュールを使用して所望の電圧を得ることができる。すなわち、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，・・・に故障が発生しても所望の電圧の出力を継続することができる。

【0044】

さらに、ゲート駆動信号を遅延する遅延時間を長く設定することによって、ゲート駆動信号の周波数が低周波になるので、第１スイッチ素子１６及び第２スイッチ素子１８のスイッチング周波数も低くなり、スイッチング損失を低減することができ、電力変換効率を向上することができる。逆に、ゲート駆動信号を遅延する遅延時間を短くすることによって、ゲート駆動信号の周波数が高周波になるので、電圧変動の周波数が高くなり、フィルタリングが容易になって、安定した電圧を得ることができる。また、電流変動をＲＬＣフィルタによって平準化することも容易になる。このように、ゲート駆動信号を遅延する遅延時間を調整することによって、求められる仕様、性能に応じた電源装置１００を提供することができる。

【0045】

［ＩＤ設定処理］
以下、電源装置１００に含まれる電池モジュール１０２の各々に対して固有のＩＤを設定する処理について説明する。本実施の形態では、ゲート駆動信号を伝達させるためのゲート信号線を利用してＩＤ設定信号を上流の電池モジュール１０２ａから下流の電池モジュール１０２ｎに向けて伝達させることで電池モジュール１０２の各々にＩＤを設定する。

【0046】

図５は、制御コントローラ１０４からのゲート駆動信号に電池モジュール１０２に対するＩＤ設定信号を伝達させる方法の一例を示す。制御コントローラ１０４は、ゲート駆動信号のオン期間中に通常の制御では使用されないようなＩＤ設定モード指令パルスを加える。図５の例では、ゲート駆動信号の周期Ｔにおいて３回のパルスを含むＩＤ設定モード指令パルス信号を伝達させた例を示す。

【0047】

電池モジュール１０２の各々のゲート駆動信号処理回路２０では、ＩＤ設定モード指令パルスを受け取ると、ＩＤ設定モードに移行する。ＩＤ設定モードでは、ゲート駆動信号処理回路２０の各々は受け取ったゲート駆動信号に基づいて第１スイッチ素子１６及び第２スイッチ素子１８を制御しないものとする。ゲート駆動信号処理回路２０は、受け取ったＩＤ設定モード指令パルスを順次後段の電池モジュール１０２へ送出する。これによって、電源装置１００に含まれるすべての電池モジュール１０２をＩＤ設定モードに移行させることができる。

【0048】

本実施の形態では、３回のパルスを含むＩＤ設定モード指令パルスを受信した際にゲート駆動信号処理回路２０はＩＤ設定モードに移行するものとしたが、ＩＤ設定モード指令信号が予め定められたＩＤ設定モードに移行するための信号波形に一致する場合にＩＤを設定するモードとなるようにすればよい。

【0049】

制御コントローラ１０４は、ＩＤ設定モード指令パルスを送出する。電池モジュール１０２の各々のゲート駆動信号処理回路２０は、ＩＤ設定用信号を受信すると、当該ＩＤ設定用信号に応じて電池モジュール１０２に固有のＩＤを設定する。また、電池モジュール１０２のゲート駆動信号処理回路２０は、前段の電池モジュール１０２から受信したＩＤ設定信号を後段の電池モジュール１０２に固有のＩＤ設定のための信号波形に変更して送出する。

【0050】

例えば、制御コントローラ１０４は、最上流の電池モジュール１０２ａに対して１パルスからなるＩＤ設定用信号を送出する。最上流の電池モジュール１０２ａのゲート駆動信号処理回路２０は、当該ＩＤ設定用信号を受信すると、パルス数に対応するＩＤ番号を自己の電池モジュール１０２ａのＩＤとして設定する。すなわち、最上流の電池モジュール１０２ａには、ＩＤ番号＝１が設定される。電池モジュール１０２ａのゲート駆動信号処理回路２０は、受け取ったパルスに１つのパルスを付加して、次段の電池モジュール１０２ｂへ送出する。電池モジュール１０２ｂのゲート駆動信号処理回路２０は、当該ＩＤ設定用信号を受信すると、パルス数に対応するＩＤ番号を自己の電池モジュール１０２ｂのＩＤとして設定する。すなわち、電池モジュール１０２ｂには、ＩＤ番号＝２が設定される。電池モジュール１０２ｂのゲート駆動信号処理回路２０は、受け取ったパルスに１つのパルスを付加して、次段の電池モジュール１０２ｃへ送出する。このような処理を繰り返すことによって、最下流の電池モジュール１０２ｎまでＩＤ番号が設定される。

【0051】

電池モジュール１０２ｎのゲート駆動信号処理回路２０は、受け取ったパルスに１つのパルスを付加して、制御コントローラ１０４へ送出する。制御コントローラ１０４は、電池モジュール１０２ｎから信号を受け取ると、受け取ったパルス数から１を減ずることによって電源装置１００に含まれる電池モジュール１０２の接続数を取得することができる。

【0052】

制御コントローラ１０４は、ゲート駆動信号のオン期間中に通常の制御では使用されないようなＩＤ設定モード解除パルスを加えて送出する。電池モジュール１０２の各々のゲート駆動信号処理回路２０は、ゲート駆動信号を伝達させるためのゲート信号線を利用してＩＤ設定モード解除パルスを受け取るとＩＤ設定モードを解除する。

【0053】

以上のように、本実施の形態における電源装置１００では、ゲート駆動信号を伝達させるためのゲート信号線を利用してＩＤ設定信号を各電池モジュール１０２に対してＩＤ番号を設定することができる。

【0054】

なお、本実施の形態では、ゲート駆動信号処理回路２０が受け取ったパルス数に応じて各電池モジュール１０２に対してＩＤ番号を設定するものとしたが、パルス幅（パルスの時間的長さ）やパルスの振幅に応じて各電池モジュール１０２に対してＩＤ番号を設定するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0055】

１０ 電池、１２ チョークコイル、１４ コンデンサ、１６ 第１スイッチ素子、１８ 第２スイッチ素子、２０ ゲート駆動信号処理回路、２２ ＡＮＤ素子、２４ ＯＲ素子、２６ ＮＯＴ素子、１００ 電源装置、１０２ 電池モジュール、１０４ 制御コントローラ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】