特開 2024-107772 電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024107772

(43)【公開日】2024-08-09

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240802BHJP

   H02M 7/49 20070101ALI20240802BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240802BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 302C

H02M7/49

H02M7/48 E

H02J3/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011868

(22)【出願日】2023-01-30

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 康浩

(72)【発明者】

【氏名】泉 純太

(72)【発明者】

【氏名】三木 宏紀

(72)【発明者】

【氏名】木村 健治

(72)【発明者】

【氏名】伴 尊行

(72)【発明者】

【氏名】水野 拓哉

(72)【発明者】

【氏名】戸村 修二

(72)【発明者】

【氏名】柳沢 直樹

(72)【発明者】

【氏名】大塚 一雄

(72)【発明者】

【氏名】塚田 浩司

【テーマコード（参考）】

5G066

5G503

5H770

【Ｆターム（参考）】

5G066HB09

5G066JB03

5G503BA02

5G503BA03

5G503BB01

5G503DA02

5G503GB06

5H770BA11

5H770DA03

5H770DA23

5H770EA01

5H770HA02Y

5H770HA02Z

5H770HA03Y

5H770HA03Z

5H770HA06Z

5H770LB02

(57)【要約】

【課題】電池ストリングを用いて交流電力を出力する電源システムにおいて、電池損失の増加を抑制する。
【解決手段】交流スウィープユニットは、Ｙ結線された３個の電池ストリングから交流電力を出力する。ストリング電圧指令Ｖ＊ａｂｃから求めた、ストリング電圧のオフセット成分Ｖ＊ａｂｃ＿ｏｆｆと、ｄｑ軸電圧指令値ｖ＊ｄ、ｖ＊ｑを用いて算出した、指令電圧の振幅Ｖａｍｐと、余裕電圧Ｖｍｒｇと、を加算して、オフセット電圧指令Ｖｓｔ＿ｏｆｆｓｅｔを算出する。ストリング電圧指令Ｖ＊ａｂｃとオフセット電圧指令Ｖｓｔ＿ｏｆｆｓｅｔを用いて、ゲート信号のオン時間ｔｏｎを求め、ゲート信号をデューティ制御することで、指令電圧に応じたオフセット電圧を設定することができ、電池損失の増加を抑制できる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｙ結線された、第１電池ストリング、第２電池ストリング、および第３電池ストリングから交流電力を出力する交流スウィープユニットと、
前記交流スウィープユニットを制御する制御装置と、を備え、
前記第１電池ストリング、前記第２電池ストリング、および前記第３電池ストリングの各々は、直列接続された複数の電池回路モジュールを含み、
前記複数の電池回路モジュールの各々は、電池と、前記電池に並列に接続された第１スイッチと、前記電池に直列に接続された第２スイッチと、前記第１スイッチがＯＦＦ状態かつ前記第２スイッチがＯＮ状態であるときに前記電池の電圧が印加される第１出力端子及び第２出力端子とを含み、
前記制御装置は、前記第１電池ストリング、前記第２電池ストリング、および前記第３電池ストリングの各々から出力される交流電圧のオフセット電圧を、前記第１電池ストリング、前記第２電池ストリング、および前記第３電池ストリングの指令電圧に基づいて設定するよう構成されている、電源システム。

【請求項2】

前記制御装置は、前記指令電圧の振幅に基づいて、前記オフセット電圧を設定する、請求項１に記載の電源システム。

【請求項3】

前記制御装置は、
前記第１電池ストリング、前記第２電池ストリング、および前記第３電池ストリングから互いに１２０°位相の異なる交流電圧を出力するように前記交流スウィープユニットを制御するとともに、
前記第１電池ストリング、前記第２電池ストリング、および前記第３電池ストリングの前記指令電圧のオフセット成分に基づいて、前記オフセット電圧を設定する、請求項２に記載の電源システム。

【請求項4】

前記制御装置は、前記第１電池ストリング、前記第２電池ストリング、および前記第３電池ストリングの各々から出力される最低電圧に基づいて、前記オフセット電圧を設定する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０２２－１２０２５５号公報（特許文献１）には、複数の電池回路モジュールを直列接続可能にした電池ストリングを用いて、交流電力（交流電圧）を出力する電源システムが開示されている。電池ストリングに含まれる電池回路モジュールは、電池と、電池に並列に接続された第１スイッチと、電池に直列に接続された第２スイッチと、第１スイッチがＯＦＦ状態かつ第２スイッチがＯＮ状態であるときに電池の電圧が印加される第１出力端子及び第２出力端子とを備える。電池ストリングに含まれる各電池回路モジュールの第１スイッチ及び第２スイッチを制御することで、電池ストリングの出力電圧を所望の大きさに調整することができる。

【0003】

電池ストリングは、０［Ｖ］以上の電圧しか出力できないので、この電源システムでは、複数の電池ストリングから、オフセット電圧を中心とした正弦波の電圧を、位相差をもって出力することにより、交流電力を出力可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１２０２５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電源システムから出力される交流電力の電圧が同じ場合、オフセット電圧が高く設定されると、電池ストリングから出力する電圧が高くなる。電池ストリングから出力する電圧が高くなると、電池回路モジュールの第１スイッチおよび第２スイッチを駆動するデューティ比が大きくなるため、電池ストリング（電池）の電流実効値が上昇する。電流実効値が上昇すると、電池損失の増加や電源システムの効率の悪化、等が生じる。

【0006】

本開示の目的は、電池ストリングを用いて交流電力を出力する電源システムにおいて、電池損失の増加を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本開示に係る電源システムは、Ｙ結線された、第１電池ストリング、第２電池ストリング、および第３電池ストリングから交流電力を出力する交流スウィープユニットと、交流スウィープユニットを制御する制御装置と、を備える。第１電池ストリング、第２電池ストリング、および第３電池ストリングの各々は、直列接続された複数の電池回路モジュールを含み、各電池回路モジュールは、電池と、電池に並列に接続された第１スイッチと、電池に直列に接続された第２スイッチと、第１スイッチがＯＦＦ状態かつ２スイッチがＯＮ状態であるときに電池の電圧が印加される第１出力端子及び第２出力端子とを含む。制御装置は、前記第１電池ストリング、第２電池ストリング、および第３電池ストリングの各々から出力される交流電圧のオフセット電圧を、第１電池ストリング、第２電池ストリング、および第３電池ストリングの指令電圧に基づいて設定するよう構成されている。

【0008】

この構成によれば、電池回路モジュールの第１スイッチと第２スイッチをＯＮ／ＯＦＦするデューティ比が制御されることにより、各電池ストリングの出力電圧が制御される。Ｙ結線された各電池ストリングが、オフセット電圧を中心とした正弦波の電圧を出力し、交流スウィープユニットから交流電力が出力される。正弦波の電圧は、交流電圧にオフセット電圧を加えた波形であり、本開示では、この電圧を交流電圧とも称する。

【0009】

制御装置は、各電池ストリングから出力される交流電圧のオフセット電圧を、各電池ストリングの指令電圧に基づいて設定する。これにより、指令電圧に応じてオフセット電圧を設定することができ、好適なデューティ比を用いることができるので、電池損失の増加を抑制できる。

【0010】

（２）好ましくは、制御装置は、指令電圧の振幅に基づいて、オフセット電圧を設定するようにしてもよい。

【0011】

この構成によれば、各電池ストリングの指令電圧の振幅に応じてオフセット電圧を設定するので、最低限必要なオフセット電圧を設定することができる。

【0012】

（３）上記（２）において、制御装置は、第１電池ストリング、第２電池ストリング、および第３電池ストリングから互いに１２０度位相の異なる交流電圧を出力するように交流スウィープユニットを制御するとともに、第１電池ストリング、第２電池ストリング、および第３電池ストリングの指令電圧のオフセット成分に基づいて、オフセット電圧を設定するようにしてもよい。

【0013】

この構成によれば、交流スウィープユニットから、三相交流電力が出力される。出力される三相交流電圧が平衡（平衡三相交流）であるときには、各電池ストリングの指令電圧の加算値はゼロになり、オフセット成分はゼロになる。三相交流電圧が不平衡（不平衡三相交流）である場合には、第１電池ストリング、第２電池ストリング、および第３電池ストリングの指令電圧の総和に１／３を乗算して得られるオフセット成分を、各相の電池ストリングの指令電圧の振幅に加えて、オフセット電圧が設定される。これにより、不平衡三相交流であっても、適切にオフセット電圧を設定できる。

【0014】

（４）上記（１）～（３）において、制御装置は、第１電池ストリング、第２電池ストリング、および第３電池ストリングの各々から出力される最低電圧に基づいて、オフセット電圧を設定するようにしてもよい。

【0015】

電池ストリングの出力電圧が不安定にならないよう、電池ストリングの出力電力の最低電圧が設定される場合もある。この構成によれば、オフセット電圧は、各電池ストリングから出力される最低電圧に応じて設定されるので、交流スウィープユニットから、安定して、交流電力を出力することが可能になる。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、電池ストリングを用いて交流電力を出力する電源システムにおいて、電池損失の増加を抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本開示の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。

【図2】電池ストリングの構成を示す図である。

【図3】（Ａ）～（Ｄ）は、ゲート信号によって制御される電池回路モジュールの動作の説明する図である。

【図4】電源システムが系統連系に用いられる場合おける、機能ブロック図を示す図である。

【図5】オフセット電圧を算出するためのブロック図である。

【図6】制御装置で実行される、交流スウィープ制御の処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0019】

図１は、本開示の実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。図１を参照して、電源システム１は、交流スウィープユニット１００と、ＬＣＬフィルタ２００と、制御装置（スウィープコントローラ）３００とを含む。制御装置３００はコンピュータであってよく、たとえばプロセッサと記憶装置と通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）とを備える。記憶装置には、たとえば、プロセッサによって実行されるプログラム、及びプログラムで使用される情報（たとえば、マップ、数式、及び各種パラメータ）が記憶されている。

【0020】

交流スウィープユニット１００は、３つの電池ストリングＳｔａ、Ｓｔｂ、Ｓｔｃを備える。電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃの各々の負極端子は中性点Ｎ１に接続されている。この実施の形態に係る電池ストリングＳｔａ、Ｓｔｂ、Ｓｔｃは、それぞれ本開示に係る「第１電池ストリング」、「第２電池ストリング」、「第３電池ストリング」の一例に相当する。電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃの構成は、実質的に同一であるので、これらの構成について、図２を用いて説明する。以下において、電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃを区別しない場合、電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃを「電池ストリングＳｔ」と称する。

【0021】

図２は、電池ストリングＳｔの構成を示す図である。電池ストリングＳｔは、複数の電池回路モジュールＭを備える。本実施の形態において、電池ストリングＳｔに含まれる電池回路モジュールＭの数は１４個であるが、その数は任意であり、５～５０個であってもよいし、１００個以上であってもよい。本実施の形態では、各電池ストリングＳｔが同じ数の電池回路モジュールＭを含むが、電池ストリングＳｔごとに電池回路モジュールＭの数が異なっていてもよい。

【0022】

電池回路モジュールＭはそれぞれ、電力回路ＳＵＢと、カートリッジＣｇとを含む。カートリッジＣｇは、電池Ｂと、監視ユニットＢＳとを含む。電力回路ＳＵＢと電池Ｂとがそれぞれ接続されることによって、電池Ｂを含む電池回路モジュールＭが形成されている。駆動回路ＳＵＡは、電池回路モジュールＭに含まれるスイッチ（後述するＳＷ１１及びＳＷ１２）を駆動するように構成される。電池Ｂは、ニッケル水素二次電池、あるいは、リチウムイオン二次電池であってよく、電動車両で使用された二次電池を直列に接続することにより、電池Ｂを製造してよい。

【0023】

図２に示すように、電池回路モジュールＭは、電力回路ＳＵＢと、カートリッジＣｇと、遮断器ＲＢ１及びＲＢ２（以下、区別しない場合は「遮断器ＲＢ」と称する）とを含む。電力回路ＳＵＢとカートリッジＣｇとは、遮断器ＲＢ１及びＲＢ２を介して、互いに接続されている。遮断機ＲＢは、制御装置３００からの指令によって、電力回路ＳＵＢとカートリッジＣｇとの接続状態（導通／遮断）を切り替える。遮断器ＲＢは、ユーザが手動でＯＮ／ＯＦＦできるように構成されてもよく、この構成によって、カートリッジＣｇが、電力回路ＳＵＢに対して着脱可能にされている。

【0024】

カートリッジＣｇにおいて、監視ユニットＢＳは、電池Ｂの状態（たとえば、電圧、電流、及び温度）を検出して、検出結果を制御装置３００へ出力するように構成される。

【0025】

電池ストリングＳｔに含まれる電池回路モジュールＭは共通の電線ＰＬによって接続されている。電線ＰＬは、各電池回路モジュールＭの出力端子ＯＴ１及びＯＴ２を含む。電池回路の出力端子ＯＴ２が、当該電池回路モジュールＭに隣接する電池回路の出力端子ＯＴ１と接続されることによって、電池ストリングＳｔに含まれる電池回路モジュールＭ同士が接続されている。

【0026】

電力回路ＳＵＢは、第１スイッチング素子１１（以下、「ＳＷ１１」と称する）と、第２スイッチング素子１２（以下、「ＳＷ１２」と称する）と、第１ダイオード１３と、第２ダイオード１４と、チョークコイル１５と、コンデンサ１６と、出力端子ＯＴ１及びＯＴ２とを備える。ＳＷ１１及びＳＷ１２の各々は、駆動回路ＳＵＡによって駆動される。この実施の形態に係るＳＷ１１、ＳＷ１２は、それぞれ本開示に係る「第１スイッチ」、「第２スイッチ」の一例に相当する。

【0027】

電力回路ＳＵＢの出力端子ＯＴ１及びＯＴ２間には、ＳＷ１１と、コンデンサ１６と、電池Ｂとが並列に接続されている。ＳＷ１１は、電線ＰＬ上に位置し、出力端子ＯＴ１と出力端子ＯＴ２との接続状態（導通／遮断）を切り替えるように構成される。出力端子ＯＴ１は電線ＢＬ１を介して電池Ｂの正極に接続されており、出力端子ＯＴ２は電線ＢＬ２を介して電池Ｂの負極に接続されている。電線ＢＬ１には、ＳＷ１２及びチョークコイル１５がさらに設けられている。電池回路ＢＣにおいては、電池Ｂと直列に接続されたＳＷ１２がＯＮ状態（接続状態）であり、かつ、電池Ｂと並列に接続されたＳＷ１１がＯＦＦ状態（遮断状態）であるときに、出力端子ＯＴ１及びＯＴ２間に電池Ｂの電圧が印加される。

【0028】

出力端子ＯＴ１，ＯＴ２と電池Ｂとの間には、電線ＢＬ１及び電線ＢＬ２の各々に接続されたコンデンサ１６が設けられている。ＳＷ１１及びＳＷ１２の各々は、たとえばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。第１ダイオード１３、第２ダイオード１４は、それぞれＳＷ１１、ＳＷ１２に対して並列に接続されている。なお、ＳＷ１１及びＳＷ１２の各々は、ＦＥＴに限られず、ＦＥＴ以外のスイッチであってもよい。

【0029】

制御装置３００は、ゲート信号を生成する。駆動回路ＳＵＡは、電池回路モジュールＭごとに設けられており、ゲート信号に従ってＳＷ１１及びＳＷ１２を駆動するＧＤ（ゲートドライバ）８１と、ゲート信号を遅延させる遅延回路８２とを含む。電池回路モジュールＭに含まれるＳＷ１１及びＳＷ１２の各々は、ゲート信号に従ってＯＮ／ＯＦＦ制御される。

【0030】

図３は、ゲート信号によって制御される電池回路モジュールＭの動作の説明する図である。図３（Ａ）は、電池回路モジュールＭの動作の一例を示すタイムチャートであり、本実施の形態では、ＳＷ１１及びＳＷ１２を駆動するためのゲート信号として、矩形波信号を採用する。図３（Ａ）中に示されるゲート信号の「Ｌｏｗ」、「Ｈｉｇｈ」は、それぞれゲート信号（矩形波信号）のＬレベル、Ｈレベルを意味する。また、「出力電圧」は、出力端子ＯＴ１及びＯＴ２間に出力される電圧を意味する。電池回路モジュールＭの初期状態では、駆動回路ＳＵＡにゲート信号が入力されず（ゲート信号＝Ｌレベル）、ＳＷ１１、ＳＷ１２がそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態になっている。本実施の形態では、電池回路モジュールＭを駆動するためのゲート信号として、矩形波信号を採用している。ＳＷ１１及びＳＷ１２は、ゲート信号の立ち上がり／立ち下がりに応じて状態（ＯＮ／ＯＦＦ）が切り替わる。制御装置３００は、ゲート信号を用いてＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行なう。

【0031】

駆動回路ＳＵＡにゲート信号が入力されると、ＧＤ３１が、入力されたゲート信号に従ってＳＷ１１及びＳＷ１２を駆動する。図３に示す例では、タイミングｔ１で、ゲート信号がＬレベルからＨレベルに立ち上がり、ゲート信号の立ち上がりと同時にＳＷ１１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わる。そして、ゲート信号の立ち上がりから所定の時間（デッドタイムｄｔ１）だけ遅れたタイミングｔ２で、ＳＷ１２がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。これにより、電池回路モジュールＭが駆動状態になり、図３（Ｂ）に示すように、ＳＷ１１がＯＦＦ状態かつＳＷ１２がＯＮ状態になることで、出力端子ＯＴ１及びＯＴ２間に電池Ｂの電圧が印加される。

【0032】

図３（Ａ）を参照して、タイミングｔ３で、ゲート信号がＨレベルからＬレベルに立ち下がると、ゲート信号の立ち下がりと同時にＳＷ１２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わる。これにより、電池回路モジュールＭが停止状態になる。停止状態の電池回路モジュールＭでは、ＳＷ１２がＯＦＦ状態になることで、出力端子ＯＴ１及びＯＴ２間に電池Ｂの電圧が印加されなくなる。その後、ゲート信号の立ち下がりから所定の時間（デッドタイムｄｔ２と表記する）だけ遅れたタイミングｔ４で、ＳＷ１１がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。なお、デッドタイムｄｔ１とデッドタイムｄｔ２とは互いに同じであっても異なってもよい。

【0033】

デッドタイムｄｔ１、ｄｔ２においては、図３（Ｃ）に示すように、ＳＷ１１とＳＷ１２の両方がＯＦＦ状態になる。これにより、ＳＷ１１及びＳＷ１２が同時にＯＮ状態になること（電池回路モジュールＭが短絡状態になること）が抑制される。

【0034】

デッドタイムｄｔ２の終了（ｔ４）から電池回路モジュールＭが駆動状態になるまでの期間を「停止期間」と称すると、停止期間では、図３（Ｄ）に示すように、初期状態と同様に、ＳＷ１１がＯＮ状態かつＳＷ１２がＯＦＦ状態になる。

【0035】

ゲート信号は、遅延回路８２によって、所定の遅延時間Ｔｄずつ遅延されて、上流の駆動回路ＳＵＡから下流の駆動回路ＳＵＡへ伝達される。本実施の形態では、電池回路モジュールＭの数は１４個であり、ゲート信号の周期Ｔは、Ｔｄ×１４とされており、デューティ比（Ｈレベルの時間：オン時間ｔｏｎ）を制御することにより、駆動状態の電池回路モジュールＭの数を調整することができる。

【0036】

電池ストリングＳｔに含まれる電池回路モジュールＭを、上述のように制御することにより、駆動状態の電池回路モジュールＭの数を調整することができ、電池ストリングＳｔの出力電圧を制御することができる。これにより、電池ストリングＳｔは、０Ｖから、電池ストリングＳｔに含まれる各電池Ｂ（カートリッジＣｇ）の電圧の総和までの電圧を出力可能とされている。

【0037】

再び図１を参照して、第１電池ストリングＳｔａの正極端子は、電力線ＰＬｕに接続されている。第２電池ストリングＳｔｂの正極端子は、電力線ＰＬｖに接続され、第３電池ストリングＳｔｃの正極端子は、電力線ＰＬｗに接続されている。また、各電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃの負極端子は、中性点Ｎ１に接続されており、各電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃの出力電圧極性が中性点で同じになるようＹ結線されている。

【0038】

制御装置３００からの制御指令により、電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃのストリング電圧（出力電圧）を、図１の左上に示した電圧波形になるよう制御する。図１において、線Ｖａは、第１電池ストリングＳｔａのストリング電圧「Ｖａ」であり、線Ｖｂは、第２電池ストリングＳｔｂのストリング電圧「Ｖｂ」であり、線Ｖｃは、第３電池ストリングＳｔｃのストリング電圧「Ｖｃ」である。各電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを中心とした正弦波であり、位相が互いに１２０°ずれている。

【0039】

このように、各電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃのストリング電圧Ｖａ～Ｖｃが制御されることにより、電力線ＰＬｕ、ＰＬｖ、およびＰＬｗの線間電圧は、図１の右上に示した電圧波形になる。線Ｖｕｖは、電力線ＰＬｕと電力線ＰＬｖの線間電圧「Ｖｕｖ」を示し、線Ｖｗｕは、電力線ＰＬｗと電力線ＰＬｕの線間電圧「Ｖｗｕ」を示し、線Ｖｖｗは、電力線ＰＬｖと電力線Ｐｌｗの線間電圧「Ｖｖｗ」を示している。各線間電圧は、周期的に極性（正／負）が変わる正弦波交流波形になる。これにより、交流スウィープユニット１００から、交流電力（三相交流電力）が出力される。

【0040】

図１において、ＬＣＬフィルタ２００は、電力線ＰＬｕ、ＰＬｖ、及びＰＬｗに対してそれぞれ設けられた、連系リアクトルＬｍｕ、Ｌｍｖ、Ｌｍｗと、フィルタコンデンサＣｆｕ、Ｃｆｖ、Ｃｆｗと、フィルタリアクトルＬｆｕ、Ｌｆｖ、Ｌｆｗとを含む。フィルタコンデンサＣｆｕ、Ｃｆｖ、及びＣｆｗの各々の一端は、中性点Ｎ２に接続されている。フィルタコンデンサＣｆｕ、Ｃｆｖ、Ｃｆｗには、それぞれ電圧センサＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗが設けられており、フィルタコンデンサＣｆｕ、Ｃｆｖ、Ｃｆｗの電圧を検出して、検出値を制御装置３００へ出力するように構成される。

【0041】

また、第１電池ストリングＳｔａの出力電流Ｉａを検出する電流センサＩａ、第２電池ストリングＳｔｂの出力電流Ｉｂを検出する電流センサＩｂ、および、第３電池ストリングＳｔｃの出力電流Ｉｃを検出する電流センサＩｃが設けられており、これらの検出値が制御装置３００へ入力される。なお、ＬＣＬフィルタ２００は、分電盤を介して、宅内や電力系統に接続されてよい。

【0042】

このように構成された交流スウィープユニット１００において、ストリング電圧のオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔが高いと、線間電圧Ｖｕｖ～Ｖｗｕの電圧（交流電力の電圧）が同じ場合であっても、ストリング電圧Ｖａ～Ｖｃを高くする必要がある。ストリング電圧Ｖａ～Ｖｃは、「ＰＷＭ制御のデューティ比（％）×（カートリッジの電圧×カートリッジの数」によって決定する。このため、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔが高く設定されると、デューティ比が大きくなる。デューティ比が大きくなると、電池Ｂから出力される電力の電流実効値が上昇する。電流実効値が上昇すると、電池Ｂの損失が増加し、電源システム１（交流スウィープユニット１００）の効率が悪化する。本実施の形態では、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔの値を適切に設定することにより、電池Ｂの損失の増加を抑制する。

【0043】

図４は、電源システム１が系統連系に用いられる場合おける、ブロック図を示す図である。このブロック図は、制御装置３００に構成され、電池ストリングＳｔの電圧指令Ｖ＊ａｂｃを算出する。なお、図４のブロック図は、特開２０２２－１２０２５５号公報（特許文献１）に開示されたブロック図と実質的に同一であるので、簡略な説明を行う。

【0044】

まず、ＬＣＬフィルタ２００のフィルタコンデンサＣｆｕ、Ｃｆｖ、Ｃｆｗの電圧センサで検出した、系統相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗから、ＰＬＬ（Phase Lock Loop）により系統電圧の位相θｇを算出する。次に、電圧位相θｇと系統相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗによりａｂｃ／ｄｑ変換を行い、ｄｑ軸電圧ｖｄ、ｖｑを算出する。また、電池ストリングＳｔの出力電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃをａｂｃ／ｄｑ変換し、ｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑを算出する。次に、電源システム１に対する電力指令Ｐ＊とｄ軸電圧ｖｄとから、ｄ軸指令電流ｉｄｃｏｍを算出する。無効電力をゼロ（０）にする場合には、ｑ軸指令電流ｉｑｃｏｍは、０に設定される。

【0045】

ｄｑ軸指令電流ｉｄｃｏｍ、ｉｑｃｏｍとｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑを用いて、ＰＩ制御によって、ｄｑ軸指令電圧フィードバック（ＦＢ）項ｖ＊ｄｆｂとｖ＊ｑｆｂを算出する。これらのｄｑ軸指令電圧ＦＢ項に、ｖｄ指令フィードフォワード（ＦＦ）項、ｖｑ指令ＦＦ項を加算して、ｄ軸電圧指令値ｖ＊ｄおよびｑ軸電圧指令値ｖ＊ｑを求める。そして、ｄｑ軸電圧指令値ｖ＊ｄ、ｖ＊ｑをｄｑ／ａｂｃ変換することにより、ｄｑ軸から三相のａｂｃ軸への変換を行い、電池ストリングＳｔの電圧指令Ｖ＊ａｂｃ（第１電池ストリングＳｔａの電圧指令Ｖ＊ａ、第２電池ストリングＳｔｂの電圧指令Ｖ＊ｂ、第３電池ストリングの電圧指令Ｖ＊ｃ）を算出する。なお、電池ストリングＳｔの電圧指令Ｖ＊ａｂｃは、本開示の「指令電圧」の一例に相当する。

【0046】

図５は、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを算出するためのブロック図である。このブロック図は、制御装置３００に構成され、電池ストリングＳｔのオフセット電圧指令Ｖｓｔ＿ｏｆｆｓｅｔを算出する。まず、図４のブロック図で算出した、ストリング電圧指令Ｖ＊ａｂｃ（第１電池ストリングＳｔａの電圧指令Ｖ＊ａ、第２電池ストリングＳｔｂの電圧指令Ｖ＊ｂ、第３電池ストリングの電圧指令Ｖ＊ｃ）の総和に１／３を乗算して、ストリング電圧指令Ｖ＊ａｂｃのオフセット成分Ｖ＊ａｂｃ＿ｏｆｆを算出する。ストリング電圧指令Ｖ＊ａｂｃが平衡三相交流（三相平衡電圧）である場合には、オフセット成分Ｖ＊ａｂｃ＿ｏｆｆは、ゼロ（０）になる。

【0047】

図４のブロック図で算出したｄｑ軸電圧指令値ｖ＊ｄ、ｖ＊ｑを用いて、ｄ軸電圧指令値ｖ＊ｄの２乗値とｑ軸電圧指令値ｖ＊ｑの２乗値を加算し、この加算値の平方根を、指令電圧（電圧指令Ｖ＊ａｂｃ）の振幅Ｖａｍｐとして算出する。オフセット成分Ｖ＊ａｂｃ＿ｏｆｆと、指令電圧の振幅Ｖａｍｐと、余裕電圧Ｖｍｒｇとを加算して、オフセット電圧指令Ｖｓｔ＿ｏｆｆｓｅｔを算出する。余裕電圧Ｖｍｒｇは、電池ストリングＳｔから出力可能な最低電圧であり、たとえば、カートリッジＣｇの出力電圧であってよい。本実施の形態では、電池ストリングＳｔに含まれるカートリッジＣｇの電池Ｂは、すべて同じ仕様であり、カートリッジＣｇ（電池Ｂ）の電圧は、たとえば４４．４［Ｖ］であり、余裕電圧Ｖｍｒｇは４４．４［Ｖ］に設定されている。

【0048】

制御装置３００は、ストリング電圧指令Ｖ＊ａｂｃとオフセット電圧指令Ｖｓｔ＿ｏｆｆｓｅｔを用いて、ゲート信号のオン時間ｔｏｎを、式（１）から算出する。
ｔｏｎ＝（Ｖ＊ａｂｃ＋Ｖｓｔ＿ｏｆｆｓｅｔ）×（ｔｄ／Ｖｂａｖｅ＿ａｂｃ）・・・（１）
なお、Ｖｂａｖｅ＿ａｂｃは、電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃの各々の電池回路モジュールＭの平均電圧である。

【0049】

式（１）で算出したオン時間ｔｏｎが達成されるよう、電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃの各々における、ゲート信号のデューティ比を制御すると、電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃの各々から出力される交流電圧のオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔが、とオフセット電圧指令Ｖｓｔ＿ｏｆｆｓｅｔに対応した電圧になる。

【0050】

図６は、制御装置３００で実行される、交流スウィープ制御の処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、電源システム１の作動中、所定期間毎に繰り返し処理される。まず、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０では、ＬＣＬフィルタ２００のフィルタコンデンサＣｆｕ、Ｃｆｖ、Ｃｆｗの電圧センサで検出した、系統相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ（Ｖｕｖｗ）と、電流センサＩａ～Ｉｃで検出した、電池ストリングＳｔの出力電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ（Ｉａｂｃ）を取得する。続くＳ１１では、図４のブロック図で説明したように、ストリング電圧指令Ｖ＊ａｂｃを算出したあと、Ｓ１２へ進む。Ｓ１２では、図５のブロック図を用いて、オフセット電圧指令Ｖｓｔ＿ｏｆｆｓｅｔを算出する。続くＳ１３では、式（１）を用いて、ゲート信号のオン時間ｔｏｎを算出し、今回のルーチンを終了する。

【0051】

本実施の形態によれば、電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃの各々から出力される交流電圧のオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを、電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃの電圧指令Ｖ＊ａｂｃに基づいて設定している。これにより、電圧指令Ｖ＊ａｂｃに応じてオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを設定することができ、好適なデューティ比を用いることができるので、電池Ｂの損失の増加を抑制できる。

【0052】

上記実施の形態では、図５のブロック図において、ストリング電圧指令Ｖ＊ａｂｃのオフセット成分Ｖ＊ａｂｃ＿ｏｆｆを算出していた。しかし、ストリング電圧指令Ｖ＊ａｂｃが平衡三相交流（三相平衡電圧）である場合には、オフセット成分Ｖ＊ａｂｃ＿ｏｆｆを算出しなくともよい。

【0053】

上記実施の形態では、オフセット電圧指令Ｖｓｔ＿ｏｆｆｓｅｔに、余裕電圧Ｖｍｒｇを加えていたが、電池ストリングＳｔから出力可能な最低電圧が設定されていない場合には、余裕電圧Ｖｍｒｇを用いることなく、オフセット電圧指令Ｖｓｔ＿ｏｆｆｓｅｔを算出するようにしてもよい。

【0054】

上記実施の形態において、交流スウィープユニット１００は、３つの電池ストリングＳｔａ、Ｓｔｂ、Ｓｔｃから構成されているが、電池ストリングＳｔａ～Ｓｔｃの各々は、並列に接続された複数の電池ストリングから構成されてもよい。

【0055】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0056】

１ 電源システム、１１ 第１スイッチング素子（ＳＷ）、１２ 第２スイッチング素子（ＳＷ）、８１ ゲートドライバ（ＧＤ）、８２ 遅延回路、１００ 交流スウィープユニット 電池、２００ ＬＣＬフィルタ、３００ 制御装置（スウィープコントローラ）、Ｂ 電池、Ｃｇ カートリッジ、Ｍ 電池回路モジュール、ＯＴ１，ＯＴ２ 出力端子、Ｓｔ，Ｓｔａ，Ｓｔｂ，Ｓｔｃ 電池ストリング、ＳＵＡ 駆動回路、ＳＵＢ 電力回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】