特開 2024-110694 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】P2024110694

(43)【公開日】2024-08-16

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240808BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 302C

H02M3/155 H

H02M3/155 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023015432

(22)【出願日】2023-02-03

(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）】

5G503

5H730

【Ｆターム（参考）】

5G503BA03

5G503BB01

5G503DA02

5G503GB03

5H730AA14

5H730AS05

5H730BB13

5H730BB85

5H730BB88

5H730FF09

5H730FG05

5H730XX02

5H730XX13

5H730XX22

5H730XX33

(57)【要約】

【課題】電池ストリングを用いた電源システムにおいて、パススルー状態が生じても、損失の増大を抑制する。
【解決手段】電池ストリングは、複数の電池回路モジュールを直列接続可能に構成される。電池回路モジュールの駆動回路ＳＵ０～ＳＵ５は、スイッチをＯＮ／ＯＦＦするゲート信号を一定の遅延時間Ｔｄずつ遅延しながら、下流の駆動回路ＳＵへ伝達する。特定の電池回路モジュール（図４では、駆動回路ＳＵ４）がパススルー状態になると、遅延時間が遅延時間Ｔｄから遅延時間Ｔｄｓに切り換えられる。遅延時間Ｔｄｓは、遅延時間Ｔｄより長い。これにより、「遅延時間×稼働する電池回路モジュール数」であるゲート信号の周期が短くなることを抑制でき（周波数が増大することを抑制でき）、損失の増大を抑制できる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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出力端子とを含む、電池回路モジュールと、
複数の前記電池回路モジュールを直列接続した電池ストリングと、
前記電池ストリングを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えるゲート信号を、一定の遅延時間ずつ遅延させて下流側の前記電池回路モジュールへ伝達するとともに、前記ゲート信号の周期を、「遅延時間×稼働する前記電池回路モジュールの数」に設定し、
前記制御装置は、
前記電池ストリングに含まれる前記電池回路モジュールのすべてを、切り離すことなく稼働する場合、前記遅延時間を第１遅延時間Ｔｄに設定し、
特定の前記電池回路モジュールの電池を強制的に切り離した状態であるとき、前記遅延時間を、前記第１遅延時間より長い第２遅延時間Ｔｄｓに設定する、電源システム。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記電池ストリングに含まれる前記電池回路モジュールの総数をＮｏとし、強制的に切り離した前記電池回路モジュールの数をＮｓとしたとき、
前記第２遅延時間Ｔｄｓを、「Ｔｄｓ＝Ｔｄ×（Ｎｏ／（Ｎｏ－Ｎｓ））」とする、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、
前記ゲート信号のデューティ比を制御することにより、前記電池ストリングの出力電圧を制御し、
前記出力電圧を所定値に制御する際に、前記第１遅延時間におけるゲート信号のＯＮ時間がＴｏｎである場合、前記第２遅延時間におけるゲート信号のＯＮ時間Ｔ’ｏｎを、「Ｔ’ｏｎ＝Ｔｏｎ×（Ｎｏ／（Ｎｏ－Ｎｓ））」とする、請求項２に記載の電源システム。

【請求項4】

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出力端子とを含む、電池回路モジュールと、
複数の前記電池回路モジュールを直列接続した電池ストリングと、
前記電池ストリングを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えるゲート信号を、一定の遅延時間ずつ遅延させて下流側の前記電池回路モジュールへ伝達するとともに、前記ゲート信号の周期を、「遅延時間×稼働する前記電池回路モジュールの数」に設定し、
前記制御装置は、
前記電池ストリングに含まれる前記電池回路モジュールの稼働数がＮｐのとき、前記遅延時間を第１遅延時間Ｔｄａに設定し、
特定の前記電池回路モジュールの電池を強制的に切り離し、稼働する前記電池回路モジュールの数が、Ｎｐより小さいＮｒになったとき、前記遅延時間を第２遅延時間Ｔｄｔに設定し、
前記第２遅延時間Ｔｄｔを、「Ｔｄｔ＝Ｔｄａ×（Ｎｐ／Ｎｒ）」とする、電源システム。

【請求項5】

前記制御装置は、
特定の前記電池回路モジュールが強制的に切り離されたとき、
前記電池ストリングに含まれる最も上流側の前記電池回路モジュールの駆動時に、前記第１遅延時間から前記第２遅延時間に前記遅延時間を変更する、請求項１から請求項４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に接続可能と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。第１スイッチと第２スイッチは、ゲート信号によって、ＯＮ／ＯＦＦ状態が制御され、ゲート信号は、直列接続された次段の電池回路モジュールへ、所定の遅延時間をもって伝達される。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スイッチをゲート信号によって制御することで、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】

特開２０２２－１２０２５５号公報（特許文献１）には、特定の電池回路モジュールの電池が故障した場合等において、第１スイッチを常時ＯＮ状態とするとともに第２スイッチを常時ＯＦＦ状態にして、特定の電池回路モジュールの電池を強制的に切り離した状態（パススルー状態）に制御することが、記載されている。

【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】

ゲート信号は、たとえば、ＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）制御によって制御され、デューティ比を制御することにより、電池ストリングの出力電圧が制御される。ＰＷＭ制御の周期（ゲート信号の周期）は、稼働する（強制的に切り離されない）電池回路モジュールの遅延時間の合計（遅延時間×稼働する電池回路モジュールの総数）によって算出される。電池回路モジュールがパススルー状態になると、稼働する電池回路モジュールの総数が少なくなり、周期が短くなるので、ゲート信号の駆動周波数が高くなる。駆動周波数が高くなると、損失（たとえば、スイッチング損失）が増加する。

【0006】

本開示の目的は、電池ストリングを用いた電源システムにおいて、パススルー状態が生じても、損失の増大を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本開示の電源システムは、電池回路モジュールと、複数の前記電池回路モジュールを直列接続した電池ストリングと、電池ストリングを制御する制御装置と、を備える。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出力端子とを含む。制御装置は、第１スイッチおよび第２スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えるゲート信号を、一定の遅延時間ずつ遅延させて下流側の前記電池回路モジュールへ伝達するとともに、ゲート信号の周期を、「遅延時間×稼働する電池回路モジュールの数」に設定する。制御装置は、電池ストリングに含まれる電池回路モジュールのすべてを、切り離すことなく稼働する場合、遅延時間を第１遅延時間Ｔｄに設定し、特定の電池回路モジュールの電池を強制的に切り離した状態であるとき、遅延時間を、第１遅延時間より長い第２遅延時間Ｔｄｓに設定する。

【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するゲート信号が、一定の遅延時間ずつ遅延されて下流側の電池回路モジュールへ伝達する。そして、ゲート信号の周期が、「遅延時間×稼働する電池回路モジュールの数」に設定されることにより、ゲート信号のデューティ比が制御され、電池ストリングの出力電圧が制御される。

【0009】

電池ストリングに含まれる特定の電池回路モジュールの電池が強制的に切り離されると、稼働する電池回路モジュールの数が減少し、ゲート信号の周期が短くなり、ゲート信号の周波数が高くなる。

【0010】

制御装置は、特定の電池回路モジュールの電池が強制的に切り離された状態（パススルー状態）であるとき、遅延時間を、第２遅延時間Ｔｄｓに設定する。第２遅延時間Ｔｄｓは、電池ストリングに含まれる電池回路モジュールのすべてを、切り離すことなく稼働する場合に設定される第１遅延時間Ｔｄよりも長く設定される。したがって、特定の電池回路モジュールの電池が強制的に切り離されると、稼働する電池回路モジュールの数が減少しても、ゲート信号の周期が短くなることを抑制でき、ゲート信号の周波数が高くなることを抑制できる。これにより、パススルー状態が生じても、損失の増大を抑制できる。

【0011】

なお、第２遅延時間Ｔｄｓは、強制的に切り離した電池回路モジュールの数に応じて設定され、強制的に切り離した電池回路モジュールの数が多いほど、第２遅延時間Ｔｄｓを長く設定してもよい。これにより、ゲート信号の周波数が大きく変化することを抑止可能になる。

【0012】

（２）好ましくは、制御装置は、電池ストリングに含まれる電池回路モジュールの総数をＮｏとし、強制的に切り離した電池回路モジュールの数をＮｓとしたとき、第２遅延時間Ｔｄｓを、「Ｔｄｓ＝Ｔｄ×（Ｎｏ／（Ｎｏ－Ｎｓ））」とするようにしてもよい。

【0013】

この構成によれば、第１遅延時間Ｔｄにおけるゲート信号の周期と、第２遅延時間Ｔｄｓにおけるゲート信号の周期を、実質的に同じにできるので、パススルー状態が生じても、ゲート信号の周波数を一定に保てるので、損失の増大を抑制できる。

【0014】

（３）制御装置は、ゲート信号のデューティ比を制御することにより、電池ストリングの出力電圧を制御する。制御装置は、出力電圧を所定値にする際に、第１遅延時間Ｔｄにおけるゲート信号のＯＮ時間がＴｏｎである場合、第２遅延時間Ｔｄｓにおけるゲート信号のＯＮ時間Ｔ’ｏｎを、「Ｔ’ｏｎ＝Ｔｏｎ×（Ｎｏ／（Ｎｏ－Ｎｓ））」とするようにしてもよい。

【0015】

この構成によれば、遅延時間を、第１遅延時間Ｔｄから第２遅延時間Ｔｄｓに切り換えても、電池ストリングの出力電圧が変化しないよう制御することができる。

【0016】

（４）本開示の電源システムは、電池回路モジュールと、複数の電池回路モジュールを直列接続した電池ストリングと、電池ストリングを制御する制御装置と、を備える。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出力端子とを含む。制御装置は、第１スイッチおよび第２スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えるゲート信号を、一定の遅延時間ずつ遅延させて下流側の電池回路モジュールへ伝達するとともに、ゲート信号の周期を、「遅延時間×稼働する前記電池回路モジュールの数」に設定する。制御装置は、電池ストリングに含まれる電池回路モジュールの稼働数がＮｐのとき、遅延時間を第１遅延時間Ｔｄａに設定し、特定の電池回路モジュールの電池を強制的に切り離し、稼働する電池回路モジュールの数が、Ｎｐより小さいＮｒになったとき、遅延時間を第２遅延時間Ｔｄｔに設定し、第２遅延時間Ｔｄｔを、「Ｔｄｔ＝Ｔｄａ×（Ｎｐ／Ｎｒ）」とする。

【0017】

この構成によれば、電池ストリングに含まれる電池回路モジュールの稼働数がＮｐのとき、遅延時間を第１遅延時間Ｔｄａに設定する。そして、パススルー状態によって、稼働する電池回路モジュールの数が、Ｎｐより小さいＮｒになったとき、遅延時間を第２遅延時間Ｔｄｔ＝Ｔｄａ×（Ｎｐ／Ｎｒ）に設定する。第１遅延時間Ｔｄａにおけるゲート信号の周期と、第２遅延時間Ｔｄｔにおけるゲート信号の周期を、実質的に同じにできるので、稼働する電池回路モジュールの数が減少しても、ゲート信号の周波数が高くなることを抑制でき、損失の増大を抑制できる。

【0018】

（５）上記（１）～（４）において、制御装置は、特定の電池回路モジュールが強制的に切り離されたとき、電池ストリングに含まれる最も上流側の電池回路モジュールの駆動時に、第１遅延時間（ＴｄあるいはＴｄａ）から第２遅延時間（ＴｄｓあるいはＴｄｔ）へ、遅延時間を変更するようにしてもよい。

【0019】

この構成によれば、パススルー状態が生じたとき、最も上流側の電池回路モジュールの駆動時に、遅延時間が、第１遅延時間（ＴｄあるいはＴｄａ）から第２遅延時間（ＴｄｓあるいはＴｄｔ）に変更される。これにより、電池ストリングの出力電圧に乱れが発生することを抑制できる。

【発明の効果】

【0020】

本開示によれば、電池ストリングを用いた電源システムにおいて、パススルー状態が生じても、損失の増大を抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【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】（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3】本実施の形態における、ゲート信号のタイムチャートを示す図である。

【図4】パススルー状態から復帰するときのゲート信号のタイムチャートを示す図である。

【図5】制御装置で実行される、パススルー制御の処理の一例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】

【0022】

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。

【0023】

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、電池ストリングＳｔと、制御装置１００とを含む。制御装置１００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。

【0024】

電池ストリングＳｔは、複数の電池回路モジュールＭ（Ｍ０～Ｍｎ：ｎは０を含む正の整数）を備える。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。

【0025】

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ＳＵは、電池回路モジュールＭに含まれるスイッチング素子（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。

【0026】

図１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１００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。

【0027】

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１００へ出力するように構成される。

【0028】

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。電池回路モジュールＭ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モジュールＭ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。

【0029】

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ＳＵ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。

【0030】

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。電池回路モジュールＭ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。

【0031】

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以外のスイッチング素子であってもよい。

【0032】

制御装置１００は、ゲート信号を生成する。駆動回路ＳＵ（ＳＵ０～ＳＵｎ：ｎは０を含む正の整数）は、電池回路モジュールＭ（Ｍ０～Ｍｎ）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。

【0033】

図２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２（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２（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ＳＵ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。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１００は、ゲート信号を用いてＰＷＭ制御を行なう。

【0034】

駆動回路ＳＵにゲート信号が入力されると、ＧＤ８１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２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（接続状態）になり、図２（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。

【0035】

図２（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）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。

【0036】

デッドタイムｄｔ１、ｄｔ２においては、図２（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。

【0037】

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２（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。

【0038】

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ＳＵから下流の駆動回路ＳＵへ伝達される。そして、制御装置１００は、最も下流の駆動回路ＳＵ（ＳＵｎ）の遅延回路８２からゲート信号を受けると、新たなゲート信号を、最も上流側の駆動回路ＳＵ（ＳＵ０）に出力する。ゲート信号の周期Ｔは、電池ストリングＳｔに含まれる遅延回路８２の遅延時間Ｔｄの合計であり、電池ストリングＳｔに含まれるすべての電池回路モジュールＭの数（電池回路モジュールＭの総数）をＮｏとすると、周期Ｔは、「Ｔ＝Ｔｄ×Ｎｏ」として設定される。そして、ゲート信号のデューティ比（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（同時に駆動状態になる電池回路モジュールＭの数）を調整することができる。遅延時間Ｔｄを長く設定すると、ゲート信号の周波数（１／Ｔ）は低周波数になる。遅延時間Ｔｄを短く設定すると、ゲート信号の周波数は高周波数になる。遅延時間Ｔｄは、たとえば、電池ストリングＳｔおよび電源システム１に求められる仕様に応じて、許容可能な損失（スイッチング損失）の範囲内で設定される。

【0039】

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（同時に駆動状態になる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、０［Ｖ］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。

【0040】

電池ストリングＳｔに含まれる電池Ｂが急速に劣化した場合や故障した場合等の異常時、あるいは、各電池ＢのＳＯＣ（State Of Charge）を均等化するとき、等において、特定（異常な電池、あるいは、ＳＯＣが小さい電池）の電池回路モジュールＭを強制的に切り離した状態（パススルー状態）として、当該電池Ｂを除外したい要求がある。この場合、たとえば、特定の電池回路モジュールＭのＧＤ８１が、ＳＷ１１を常時ＯＮ状態にするとともにＳＷ１２を常時ＯＦＦ状態にし、ゲート信号を、遅延回路８２を迂回して下流の駆動回路ＳＵへ伝達することによって、特定の電池回路モジュールＭの電池Ｂをパススルー状態に制御する。

【0041】

電池回路モジュールＭがパススルー状態になると、稼働する（パススルー状態でない）電池回路モジュールＭの総数が少なくなり、ゲート信号の周期Ｔが短くなるので、ゲート信号の周波数（１／Ｔ）が高くなる。周波数が高くなると、損失（たとえば、スイッチング損失）が増加する。本実施の形態では、パススルー状態が発生したとき、遅延時間Ｔｄを長くすることにより、ゲート信号の周波数が高くなることを抑制する。

【0042】

図３は、本実施の形態における、ゲート信号のタイムチャートを示す図である。図３に示す電池ストリングＳｔでは、電池回路モジュールＭの総数Ｎｏが６個とされており、６個の電池回路モジュールＭ（Ｍ０～Ｍ５）に対応する駆動回路ＳＵ（ＳＵ０～ＳＵ５）を備えている。図３を参照して、斜線部は、ゲート信号のＨレベルであり、オン時間Ｔｏｎに相当する。図３において、パススルー状態が発生していないときのデューティ比は、５０％とされている。

【0043】

図３を参照して、制御装置１００のゲート信号により、時刻ｔａにおいて、最も上流の駆動回路ＳＵ０がゲート信号のＨレベルを出力する（ゲート信号が、ＬレベルからＨレベルに立ち上がる）。駆動回路ＳＵｎは、時刻ｔａ（駆動回路ＳＵ０がＨレベルを出力した時点）から「遅延時間Ｔｄ×ｎ」経過後に、Ｈレベルを出力する。たとえば、駆動回路ＳＵ２は、時刻ｔａから「遅延時間Ｔｄ×２」経過後に、Ｈレベルを出力し、最も下流の駆動回路ＳＵ５は、時刻ｔａから「遅延時間Ｔｄ×５」経過後に、Ｈレベルを出力する。そして、制御装置１００は、駆動回路ＳＵ５からＨレベル信号の出力時から遅延時間Ｔｄ経過後（時刻ｔａから「遅延時間Ｔｄ×６」経過後）の時刻ｔｂに、新たなゲート信号を出力し、次の制御サイクルが開始する。今回の制御サイクルにおける、ゲート信号の周期Ｔｎは、「遅延時間Ｔｄ×６（電池回路モジュールＭの総数Ｎｏ）」になる。

【0044】

次の制御サイクルの開始後、たとえば、駆動回路ＳＵ４（回路モジュールＭ４）にパススルー状態が生じると、駆動回路ＳＵ４から、ゲート信号は出力されず、ＳＷ１１が常時ＯＮ状態とされ、ＳＷ１２が常時ＯＦＦ状態とされる。駆動回路ＳＵ４の下流の駆動回路ＳＵ５は、時刻Ｔｂから「遅延時間Ｔｄ×４」経過後、Ｈレベル信号を出力する。この回のゲート信号の周期Ｔｓは、「遅延時間Ｔｄ×５」となり、ゲート信号の周波数が、前回よりも高くなる。

【0045】

パススルー状態が生じると、次回の制御サイクルにおいて（最も上流側の駆動回路ＳＵ０がゲート信号を出力する時刻ｔｃにおいて）、遅延時間Ｔｄを遅延時間Ｔｄｓに切り換える。遅延時間Ｔｄｓは、電池ストリングＳｔに含まれるすべての電池回路モジュールＭの数（電池ストリングＳｔに含まれる電池回路モジュールの総数）をＮｏとし、パススルー状態の電池回路モジュールＭの数をＮｓとしたとき、「Ｔｄｓ＝Ｔｄ×（Ｎｏ／（Ｎｏ－Ｎｓ））」として設定される。図３の例では、Ｎｏ＝６、Ｎｓ＝１であるので、「Ｔｄｓ＝Ｔｄ×（６／５）」に設定される。駆動回路ＳＵ４（電池回路モジュールＭ４）がパススルー状態になると、図３に示すように、時刻ｔｃ以降は、遅延時間が遅延時間Ｔｄから遅延時間Ｔｄｓに切り換えられる。また、ゲート信号は、パススルー状態である駆動回路ＳＵ４の遅延回路８２を迂回して伝達されるので、駆動回路ＳＵ５は、時刻Ｔｃから「遅延時間Ｔｄｓ×４」経過後に、Ｈレベル信号を出力する。このように、パススルー状態が生じたとき、遅延時間を遅延時間Ｔｄから遅延時間Ｔｄｓに切り換えるので、時刻ｔｃ以降は、ゲート信号の周期が周期Ｔｎとなり、ゲート信号の周波数を、パススルー状態が発生していないときの周波数と同じにでき、周波数が高くなることを抑制できる、なお、遅延時間Ｔｄが、本開示の「第１遅延時間Ｔｄ」の一例に相当し、遅延時間Ｔｄｓが、本開示の「第２遅延時間Ｔｄｓ」の一例に相当する。

【0046】

図３において、パススルー状態が発生していないときのデューティ比は、５０％であり、ゲート信号のオン時間Ｔｏｎ（Ｈレベルの時間）は、周期Ｔｎの１／２である。パススルー状態が生じて、遅延時間が遅延時間Ｔｄから遅延時間Ｔｄｓに切り換えられた場合、デューティ比が５０％のままであると、電池ストリングＳｔの出力電圧が変動（変化）する。そこで、遅延時間Ｔｄｓにおける、ゲート信号のオン時間Ｔ’ｏｎを、「Ｔ’ｏｎ＝Ｔｏｎ×（Ｎｏ／（Ｎｏ－Ｎｓ））」として算出する。そして、遅延時間が遅延時間Ｔｄｓのときには、ゲート信号のオン時間（Ｈレベルの時間）が、オン時間Ｔ’ｏｎになるよう制御する（オン時間Ｔ’ｏｎになるようデューティ比を制御する）。これにより、電池ストリングＳｔの出力電圧が変動することを抑制できる。

【0047】

ＧＤ８１から出力されるゲート信号のＨレベル（オン時間）／Ｌレベルを、駆動回路ＳＵに設けたカウンタ（キャリアカウンタ）を用いて生成する場合、カウンタ値は、図３に示すように、周期Ｔｎに相当する最大値ｍａｘになるとリセットされて「０」になるよう設定される。駆動回路ＳＵのカウンタ値が最大値ｍａｘになってリセットされるタイミング（カウンタがカウントを開始するタイミング）は、上述の各駆動回路ＳＵがゲート信号のＨレベルを出力するタイミングである。なお、パススルー状態が生じたとき、その制御サイクルにおいて、パススルー以降の駆動回路ＳＵの最大値ｍａｘと、最も上流の駆動回路ＳＵ０の最大値ｍａｘとが、遅延時間Ｔｄに相当する値だけ、小さく設定される（最大値ｍａｘからＴｄを減算した値が最大値ｍａｘに設定される（図３のＡおよびＢ参照））。また、パススルー状態が生じたとき、次の制御サイクルの開始時に、最も上流の駆動回路ＳＵ０以外の駆動回路ＳＵｎのカウンタ値は、「最大値ｍａｘ－遅延時間Ｔｄｓ×ｎ」の値にセットされる（図３の時刻ｔｃにおける、駆動回路ＳＵ１～ＳＵ５のカウンタ値を参照）。

【0048】

駆動回路ＳＵ（ＧＤ８１）は、カウンタ値が閾値以下である場合、Ｈレベルを出力し、カウンタ値が閾値を超える場合、Ｌレベルを出力する。遅延時間が遅延時間Ｔｄのとき、閾値は、オン時間Ｔｏｎに対応する閾値Ｔｏｎｓに設定され、遅延時間が遅延時間Ｔｄｓに切り換えられると、閾値は、オン時間Ｔ’ｏｎに対応する閾値Ｔ’ｏｎｓに設定される。なお、閾値Ｔ’ｏｎｓは、オン時間Ｔ’ｏｎと同様に、「Ｔ’ｏｎｓ＝Ｔｏｎｓ×（Ｎｏ／（Ｎｏ－Ｎｓ））」として算出することができる。

【0049】

図４は、パススルー状態から復帰するときのゲート信号のタイムチャートを示す図である。斜線部は、ゲート信号のＨレベルである。駆動回路ＳＵ４（電池回路モジュールＭ４）がパススルー状態から復帰すると、図４に示すように、駆動回路ＳＵ４は、駆動回路ＳＵ０がＨレベルを出力した時点（時刻ｔｇ）から「遅延時間Ｔｄｓ×４」経過後に、ゲート信号のＨレベルを出力する。駆動回路ＳＵ５は、時刻ｔｇから「遅延時間Ｔｄｓ×５」経過後に、Ｈレベルを出力するよう制御されるが、図４に示す例では、周期Ｔｎによって、次回の制御サイクルに入るので、今回の制御サイクルでは、Ｈレベルは出力されない。駆動回路ＳＵ４がパススルー状態から復帰した後の制御サイクルでは、遅延時間が遅延時間Ｔｄｓから遅延時間Ｔｄに切り換えられるとともに、オン時間がオン時間Ｔｏｎに設定され、駆動回路ＳＵからゲート信号が出力される。

【0050】

駆動回路ＳＵに設けたカウンタは、パススルー状態が復帰した以降の駆動回路ＳＵ（図４の例では、駆動回路ＳＵ５）の最大値ｍａｘが、最大値ｍａｘに遅延時間Ｔｄｓを加算した値に設定される（図４のＣを参照）。また、パススルー状態から復帰したとき、次の制御サイクルの開始時、最も上流の駆動回路ＳＵ０以外の駆動回路ＳＵｎのカウンタ値は、「最大値ｍａｘ－遅延時間Ｔｄ×ｎ」の値にセットされる（図４の時刻ｔｈにおける、駆動回路ＳＵ１～ＳＵ５のカウンタ値を参照）。

【0051】

図５は、制御装置１００で実行される、パススルー制御の処理の一例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の作動中に、所定期間毎に繰り返し処理される。ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０では、パススルー状態の電池回路モジュールＭ（駆動回路ＳＵ）があるか否かを判定する。パススルー状態の電池回路モジュールＭがない場合は、否定判定され、今回のルーチンを終了する。パススルー状態の電池回路モジュールＭがある場合は、肯定判定されＳ１１へ進む。

【0052】

Ｓ１１では、バススルー状態における遅延時間Ｔｄｓを算出する。パススルー状態が生じていいないときの遅延時間を遅延時間Ｔｄとすると、遅延時間Ｔｄｓを「Ｔｄｓ＝Ｔｄ×（Ｎｏ／Ｎｒ）」として算出する。Ｎｏは、電池ストリングＳｔに含まれる電池回路モジュールＭの総数であり、Ｎｒは、稼働している（パススルー状態でない）電池回路モジュールの数である。なお、Ｎｒ＝Ｎｏ－Ｎｓ（パススルー状態の電池回路モジュールの数）である。

【0053】

続くＳ１２では、パススルー状態における、ゲート信号のオン時間Ｔ’ｏｎを算出する。パススルー状態が生じていないときのオン時間をオン時間Ｔｏｎとすると、オン時間Ｔ’ｏｎを「Ｔ’ｏｎ＝Ｔｏｎ×（Ｎｏ／Ｎｒ）」として算出する。Ｓ１３では、遅延時間Ｔｄｓ、オン時間Ｔ’ｏｎを用いて、電池ストリングＳｔ（駆動回路ＳＵ）を制御する。

【0054】

本実施の形態によれば、制御装置１００は、特定の電池回路モジュールＭの電池Ｂが強制的に切り離された状態（パススルー状態）であるとき、遅延時間Ｔｄを、遅延時間Ｔｄｓに設定する。遅延時間Ｔｄｓは、パススルー状態が生じていないときの遅延時間Ｔｄよりも長く設定される。したがって、パススルーによって稼働する電池回路モジュールの数が減少しても、ゲート信号の周期が短くなることを抑制でき、ゲート信号の周波数が高くなることを抑制でき損失の増大を抑制できる。また、パススルー状態の電池回路モジュールＭの数が多いほど、第２遅延時間Ｔｄｓが長く設定されるので、ゲート信号の周波数が大きく変化することを抑止できる。

【0055】

（変形例）
上記実施の形態では、電池ストリングＳｔに含まれるすべての電池回路モジュールＭが稼働する場合の遅延時間を、遅延時間Ｔｄに設定し、パススルー状態が生じたときの遅延時間を、遅延時間Ｔｄｓ（＝Ｔｄ×Ｎｏ／Ｎｒ）としていた（Ｎｏ：電池ストリングＳｔに含まれる電池回路モジュールＭの総数、Ｎｒ：稼働している（パススルー状態でない）電池回路モジュールの数）。しかし、電池ストリングＳｔに含まれる電池回路モジュールＭの数が多い場合、パススルー状態になる電池回路モジュールＭが少ないときには、遅延時間Ｔｄを用いて制御しても、稼働する電池回路モジュールＭの数が多く、ゲート信号の周波数が許容範囲を超えない可能性がある。

【0056】

変形例では、パススルー状態が生じて、稼働する電池回路モジュールＭの数が、Ｎｏ（総数）より小さいＮｐになるまで、遅延時間Ｔｄａを用いて、電池ストリングＳｔ（駆動回路ＳＵ）を制御する。遅延時間Ｔｄａは、上記実施の形態の遅延時間Ｔｄと同じであってよい。Ｎｐは、損失（たとえば、スイッチング損失）を許容できる周波数をＨｃ［Ｈｚ］としたとき、「Ｎｐ＞１／（Ｔｄａ×Ｈｃ）」を満足する最小の整数である。そして、パススルー状態が生じて、稼働する電池回路モジュールＭの数が、Ｎｐより小さいＮｒになったとき、遅延時間を遅延時間Ｔｄａから遅延時間Ｔｄｔに切り換える。遅延時間Ｔｄｔは、「Ｔｄｔ＝Ｔｄａ×（Ｎｐ／Ｎｒ）」として算出される。遅延時間Ｔｄａが、本開示の「第１遅延時間Ｔｄａ」の一例に相当し、遅延時間Ｔｄｔが、本開示の「第２遅延時間Ｔｄｔ」の一例に相当する。なお、ゲート信号のオン時間は、上記実施の形態と同様に算出し、切り換えが実行される。

【0057】

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】

【0058】

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 制御装置、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 電池ストリング、ＳＵ 駆動回路、ＳＵＢ 電力回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】