特開 2024-112498 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】P2024112498

(43)【公開日】2024-08-21

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240814BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 302C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023017555

(22)【出願日】2023-02-08

(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

【Ｆターム（参考）】

5G503BA03

5G503BA04

5G503BB01

5G503DA02

5G503GB03

5G503GB06

5G503GD03

(57)【要約】

【課題】第１～第３電池ストリングを用いた３相４線式の交流電源において短絡電流および突入電流を抑制する。
【解決手段】電源システムが、電池ストリングＳｔ１と、電池ストリングＳｔ２と、電池ストリングＳｔ３とを備える。電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々は、直流電力を出力可能な複数の電池１１を含む。電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３は、三相出力端子（交流出力端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗ）に三相交流電力を出力するようにＹ結線され、かつ、中性線ＮＬに接続されている。中性線ＮＬには、直流カット用の中性線コンデンサ（コンデンサ２１）と、中性線コンデンサと直列に配置された中性線スイッチ（リレー２２）と、中性線スイッチと並列に配置された電気抵抗素子２３とが設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電池ストリングと、第２電池ストリングと、第３電池ストリングとを備える電源システムであって、
前記第１～第３電池ストリングの各々は、直流電力を出力可能な複数の電池を含み、
前記第１～第３電池ストリングは、三相出力端子に三相交流電力を出力するようにＹ結線され、かつ、中性線に接続されており、
前記中性線には、直流カット用の中性線コンデンサと、前記中性線コンデンサと直列に配置された中性線スイッチと、前記中性線スイッチと並列に配置された電気抵抗素子とが設けられている、電源システム。

【請求項2】

前記第１電池ストリング、前記第２電池ストリング、前記第３電池ストリングと前記三相出力端子との間には、それぞれ第１相リレー、第２相リレー、第３相リレーが設けられており、
当該電源システムは、前記中性線スイッチ、前記第１相リレー、前記第２相リレー、および前記第３相リレーを制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第１相リレー、前記第２相リレー、および前記第３相リレーの各々が導通状態であり、かつ、前記中性線スイッチが遮断状態であるときに前記第１～第３電池ストリングから前記三相出力端子へ三相交流電力を出力させることにより前記中性線コンデンサに対するプリチャージを実行することと、
前記中性線コンデンサに対するプリチャージが完了した後に前記中性線スイッチを導通状態にすることと、
を実行するように構成される、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、前記中性線コンデンサに対するプリチャージの実行中に前記三相出力端子の電流値をゼロに近づけるように前記第１～第３電池ストリングを制御する、請求項２に記載の電源システム。

【請求項4】

当該電源システムは、前記第１～第３電池ストリングの各々から出力されるストリング電圧を個別に検出する検出回路をさらに備え、
前記第１～第３電池ストリングの各々は、複数の電池回路を備え、
前記複数の電池回路の各々は、前記電池と、直流出力端子と、前記電池と前記直流出力端子との接続／切離しを切り替えるスイッチ回路とを含み、
前記制御装置は、前記検出回路が検出した前記第１～第３電池ストリングの各々の前記ストリング電圧に基づいて、前記第１～第３電池ストリングの各々に含まれる前記スイッチ回路を制御することにより、前記第１～第３電池ストリングから前記三相出力端子へ三相交流電力を出力させるように構成される、請求項２または３に記載の電源システム。

【請求項5】

前記検出回路は、第１フィルタ回路、第２フィルタ回路、および第３フィルタ回路を備え、
前記第１フィルタ回路と前記第２フィルタ回路と前記第３フィルタ回路との各々は、コンデンサおよびインダクタを含み、
前記第１フィルタ回路、前記第２フィルタ回路、前記第３フィルタ回路は、それぞれ前記第１電池ストリング、前記第２電池ストリング、前記第３電池ストリングと前記第１相リレー、前記第２相リレー、前記第３相リレーとの間に配置されている、請求項４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、第１～第３電池ストリングを用いた三相交流電源が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【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】

【0004】

特許文献１に記載されるように第１～第３電池ストリングをＹ結線することで、三相交流電源を実現することができる。ただし、第１～第３電池ストリングを３相３線式の回路構成にした三相交流電源では、３相の和がゼロという制約によって瞬間的な電流が成り行きで決まり、力率（電圧および電流の位相差）が悪化する。そこで、第１～第３電池ストリングを中性線に接続して３相４線式の回路構成にすることが考えられる。３相４線式の交流電源では、０相電流を流せる（すなわち、３相の和がゼロでなくてもよくなる）ため、３相とも位相制御可能になり、力率の悪化が抑制される。

【0005】

第１～第３電池ストリングを中性線に接続した回路構成では、短絡電流が生じ得る。そこで、短絡電流を抑制するために、直流カット用のコンデンサ（中性線コンデンサ）を中性線に設けることが考えられる。しかし、中性線にコンデンサを設けた回路構成では、突入電流が生じ得る。詳しくは、中性線コンデンサがチャージされていない状態で第１～第３電池ストリングから三相出力端子への給電を開始すると、中性線コンデンサに突入電流が流れてしまう。

【0006】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、第１～第３電池ストリングを用いた３相４線式の交流電源において短絡電流および突入電流を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る一形態に従うと、以下に示す構成を有する電源システムが提供される。この電源システムは、第１電池ストリングと、第２電池ストリングと、第３電池ストリングとを備える。第１～第３電池ストリングの各々は、直流電力を出力可能な複数の電池を含む。第１～第３電池ストリングは、三相出力端子に三相交流電力を出力するようにＹ結線され、かつ、中性線に接続されている。中性線には、直流カット用の中性線コンデンサと、中性線コンデンサと直列に配置された中性線スイッチと、中性線スイッチと並列に配置された電気抵抗素子とが設けられている。

【0008】

上記構成によれば、本格的な給電を開始する前に、中性線スイッチを遮断状態にすることで、電気抵抗素子で突入電流を抑制しつつ、中性線コンデンサのプリチャージを実行することが可能になる。そして、チャージされた中性線コンデンサによって短絡電流が抑制される。このため、第１～第３電池ストリングを用いた３相４線式の交流電源において短絡電流および突入電流を抑制することが可能になる。

【0009】

なお、第１～第３電池ストリングの各々は、１つの直列電池ストリング（電圧の印加／非印加を個別に切替え可能な複数の電池が直列に接続された電池集合体）であってもよい。あるいは、第１～第３電池ストリングの各々は、並列に接続された複数の直列電池ストリングを含む電池モジュールであってもよい。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、第１～第３電池ストリングを用いた３相４線式の交流電源において短絡電流および突入電流を抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の実施の形態に係る電源システムの概略的な構成を示す図である。

【図2】本開示の実施の形態に係る電源システムによる給電準備に係る処理を示すフローチャートである。

【図3】本開示の実施の形態に係る電源システムが給電準備を行う第１の例について、動作波形例を示すタイムチャートである。

【図4】図１に示した３相４線式の交流電源の動作波形例を示すタイムチャートである。

【図5】本開示の実施の形態に係る電源システムが給電準備を行う第２の例について、第１動作波形例（Ｖｃａ，Ｖｃｂ，Ｖｃｃ，Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を示すタイムチャートである。

【図6】本開示の実施の形態に係る電源システムが給電準備を行う第２の例について、第２動作波形例（Ｖｃｎ，Ｉｎ）を示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、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。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

【0013】

図１は、この実施の形態に係る電源システムの概略的な構成を示す図である。図１を参照して、この実施の形態に係る電源システムは、電池ストリングＳｔ１（第１電池ストリング）と、電池ストリングＳｔ２（第２電池ストリング）と、電池ストリングＳｔ３（第３電池ストリング）と、電線ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３と、フィルタ回路３０と、リレー４１，４２，４３と、中性線ＮＬと、交流出力端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗと、トランス５０と、系統端子ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３と、制御装置１００とを備える。以下では、リレー４１，４２，４３の３つをまとめて「３相リレー４１～４３」と称することがある。また、交流出力端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗの３つをまとめて「三相出力端子Ｔｕｖｗ」と称することがある。

【0014】

電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々は、直流電力を出力可能に構成される。そして、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３は、三相出力端子Ｔｕｖｗに三相交流電力を出力するようにＹ結線され、かつ、中性線ＮＬに接続されている。電池ストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３は、それぞれＵ相用電池ストリング、Ｖ相用電池ストリング、Ｗ相用電池ストリングに相当する。交流出力端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗはトランス５０を介して系統端子ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３と電気的に接続されている。系統端子ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３は、図示しない電力系統（商用電源）と電気的に接続されている。電力系統は、例えば電気事業者と契約した各需要家に電力を供給する電力網である。

【0015】

電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３は、電力系統との間で電力をやり取りするように構成される。図示していないが、交流出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗにはそれぞれ、当該出力端子を流れる電流であるＩａ、Ｉｂ、Ｉｃを検出する電流センサと、当該出力端子に印加される電圧であるＶａ、Ｖｂ、Ｖｃを検出する電圧センサとが設けられている。各センサによる検出結果（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）は制御装置１００へ出力される。

【0016】

電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々の負極端子は中性点Ｎ１に接続されている。そして、電線ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３が、電池ストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の正極端子と交流出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗとをそれぞれ接続している。電線ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３には、それぞれ電線ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３の導通／遮断を切り替えるリレー４１、４２、４３が設けられている。リレー４１，４２，４３の各々は、電磁式のメカニカルリレーであってもよい。リレー４１，４２，４３の各々は、制御装置１００によって制御される。この実施の形態では、リレー４１，４２，４３の各々がノーマリオフ型のリレーである。このため、リレー４１，４２，４３の各々は、制御装置１００からの指示を受けていないときには遮断状態（ＯＦＦ状態）に維持される。リレー４１、４２、４３は、それぞれ本開示に係る「第１相リレー」、「第２相リレー」、「第３相リレー」の一例に相当する。

【0017】

電線ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３には、中性点Ｎ２に接続されたフィルタ回路３０がさらに設けられている。フィルタ回路３０は、コンデンサ３４およびインダクタ３１，３７によって形成される第１ＬＣＬフィルタ（第１フィルタ回路）と、コンデンサ３５およびインダクタ３２，３８によって形成される第２ＬＣＬフィルタ（第２フィルタ回路）と、コンデンサ３６およびインダクタ３３，３９によって形成される第３ＬＣＬフィルタ（第３フィルタ回路）とを含む。第１ＬＣＬフィルタ、第２ＬＣＬフィルタ、第３ＬＣＬフィルタは、それぞれ電池ストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３とリレー４１、４２、４３との間に配置されている。第１ＬＣＬフィルタ、第２ＬＣＬフィルタ、第３ＬＣＬフィルタと電池ストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３との間には、それぞれ電線ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３を流れる電流であるＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する電流センサが設けられている。各電流センサによる検出結果（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）は制御装置１００へ出力される。フィルタ回路３０は、Ｙ結線システムまたは他電源を複数並列で使用した際の横流を抑制したり、電線ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３の各々における電流リプル成分を減衰させたりする。

【0018】

また、フィルタ回路３０は、本開示に係る「検出回路」の一例として機能する。すなわち、フィルタ回路３０は、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々から出力されるストリング電圧を個別に検出するように構成される。詳しくは、第１～第３ＬＣＬフィルタに含まれるコンデンサ３４、３５、３６の端子間電圧であるＶｃａ、Ｖｃｂ、Ｖｃｃが、それぞれ電池ストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３のストリング電圧と一致する。図示していないが、コンデンサ３４，３５，３６の各々には端子間電圧を検出する電圧センサが設けられ、各電圧センサによる検出結果（Ｖｃａ，Ｖｃｂ，Ｖｃｃ）は制御装置１００へ出力される。こうした構成によれば、フィルタ回路を利用してストリング電圧を検出することが可能になる。

【0019】

トランス５０は、Ｙ－Ｙ結線の三相変圧器である。トランス５０は、Ｙ結線された電池ストリング側のコイル５１，５２，５３と、Ｙ結線された電力系統側のコイル５４，５５，５６とを含む。コイル５１、５２、５３の正極端子は、それぞれ交流出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗに接続され、各コイルの負極端子は中性線ＮＬ（グランド線）に共通接続されている。コイル５４、５５、５６の正極端子は、それぞれ系統端子ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３に接続され、各コイルの負極端子は中性点Ｎ３に共通接続されている。

【0020】

中性線ＮＬは、中性点Ｎ１とトランス５０の負極端子とを接続している。中性線ＮＬには、直流カット用のコンデンサ２１（中性線コンデンサ）と、コンデンサ２１と直列に配置されたリレー２２（中性線スイッチ）と、リレー２２と並列に配置された電気抵抗素子２３（制限抵抗）とが設けられている。リレー２２は、電磁式のメカニカルリレーであってもよい。リレー２２は、制御装置１００によって制御される。この実施の形態では、リレー２２がノーマリオフ型のリレーである。このため、リレー２２は、制御装置１００からの指示を受けていないときには遮断状態（ＯＦＦ状態）に維持される。

【0021】

この実施の形態では、インダクタ３１～３３（電池ストリング側のフィルタコイル）のインダクタンスが、インダクタ３７～３９（三相出力端子側のフィルタコイル）のインダクタンスよりも大きい。インダクタ３１～３３のインダクタンスを大きくすることで、瞬間停電などの電圧急変時に電流変化を抑制でき、過電流異常による装置停止を防ぎやすくなる。

【0022】

この実施の形態では、コンデンサ３４～３６の各々の静電容量が、コンデンサ２１の静電容量よりも小さい。コンデンサ３４～３６（フィルタコンデンサ）の静電容量を小さくすることで、３相リレー４１～４３をオンしたとき（後述する図２のＳ１１参照）の突入電流を抑制できる。

【0023】

電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々は、複数の電池回路１０を備える。複数の電池回路１０の各々は、直流出力端子ＯＴ１，ＯＴ２と、直流電力を出力可能な電池１１と、ＢＭＳ（Battery Management System）１２と、スイッチ回路ＳＷと、チョークコイル１７と、コンデンサ１８とを含む。電池１１は、充放電可能な二次電池である。電池１１は、１つの二次電池であってもよいし、複数の二次電池が形成する組電池であってもよい。ＢＭＳ１２は、電池１１の状態（例えば、電圧、電流、および温度）を検出する各種センサを含み、検出結果を制御装置１００へ出力する。制御装置１００は、ＢＭＳ１２の出力信号（ＢＭＳ信号）に基づいて電池１１の状態（例えば、温度、電流、電圧、およびＳＯＣ（State Of Charge））を取得することができる。ＢＭＳ１２は、二次電池ごとの状態を個別に検出するように構成されてもよい。ＳＯＣは、蓄電残量を示し、例えば満充電状態の蓄電量に対する現在の蓄電量の割合を０～１００％で表わしたものである。

【0024】

スイッチ回路ＳＷは、電池１１と直流出力端子ＯＴ１，ＯＴ２との接続／切離しを切り替えるように構成される。具体的には、スイッチ回路ＳＷは、第１スイッチ１３（以下、「ＳＷ１３」と表記する）と、第２スイッチ１４（以下、「ＳＷ１４」と表記する）と、ＳＷ１３の並列ダイオード１５と、ＳＷ１４の並列ダイオード１６とを含む。ＳＷ１３は、直流出力端子ＯＴ１，ＯＴ２間に位置し、直流出力端子ＯＴ１と直流出力端子ＯＴ２とを直接的につなぐ電路の導通／遮断を切り替える。ＳＷ１４およびチョークコイル１７は、直流出力端子ＯＴ１と電池１１の正極とをつなぐ電線ＢＬ１上に位置する。直流出力端子ＯＴ２は電線ＢＬ２を介して電池１１の負極と電気的に接続されている。コンデンサ１８は、電線ＢＬ１と電線ＢＬ２との各々に接続されている。ＳＷ１３，ＳＷ１４の各々は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のような半導体スイッチである。

【0025】

各電池ストリングにおいては、隣り合う電池回路１０同士が電線（ストリング線）でつながっている。ある電池回路１０の直流出力端子ＯＴ２が、当該電池回路１０に隣接する別の電池回路１０の直流出力端子ＯＴ１と接続されることによって、電池回路１０同士が電気的に接続されている。１つの電池ストリングに含まれる電池回路１０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。電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々に含まれる電池回路１０の数は同じでも異なってもよい。なお、図１に示す電池回路１０の構成は、一例にすぎず、適宜変更可能である。例えば、回路からチョークコイル１７が取り除かれてもよい。回路構成に応じて配線インダクタンスが調整されてもよい。

【0026】

電池１１が直流出力端子ＯＴ１，ＯＴ２に接続されている期間（接続期間）においては、電池１１の電圧が直流出力端子ＯＴ１，ＯＴ２間に印加される。接続期間においては、電池１１と直列に接続されたＳＷ１４がＯＮ状態（導通状態）に、かつ、電池１１と並列に接続されたＳＷ１３がＯＦＦ状態（遮断状態）に制御される。電池１１が直流出力端子ＯＴ１，ＯＴ２から切り離されている期間（切離し期間）においては、電池１１の電圧が直流出力端子ＯＴ１，ＯＴ２間に出力されない。切離し期間においては、ＳＷ１４がＯＦＦ状態（遮断状態）に制御される。また、ＳＷ１３は、切離し期間においては、過渡期を除いてＯＮ状態（導通状態）に制御される。

【0027】

制御装置１００は、接続期間と切離し期間との比を示すデューティ比に従ってスイッチ回路ＳＷを制御することにより、ストリング電圧を制御してもよい。デューティ比は、例えば、接続期間と切離し期間との合計長さに対する接続期間の長さの割合（接続Ｄｕｔｙ）で表わすことができる。接続Ｄｕｔｙが大きくなるほど、切離し期間に対する接続期間の割合が大きくなる。制御装置１００は、フィルタ回路３０（検出回路）が検出した電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々のストリング電圧（Ｖｃａ，Ｖｃｂ，Ｖｃｃ）に基づいて、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々に含まれるスイッチ回路ＳＷ（特に、ＳＷ１３およびＳＷ１４）を制御することにより、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３から三相出力端子Ｔｕｖｗへ三相交流電力を出力させるように構成される。

【0028】

上述の構成を有する電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々では、１つのストリングに含まれる複数の電池１１が、電圧の印加／非印加を個別に切替え可能に構成される。こうした構成によれば、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３によって三相交流電力を生成しやすくなる。具体的には、線間電圧（ストリング間の電位差）によって三相交流電力を生成することができる。

【0029】

制御装置１００は、例えばプロセッサとＲＡＭ（Random Access Memory）と記憶装置とを備えるコンピュータである。記憶装置に記憶されているプログラムをプロセッサが実行することで、各種の処理（例えば、後述する図２に示す制御）が実行される。ただし、これらの各種処理は、ソフトウェアによる実行に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で実行することも可能である。制御装置１００は、スイープ制御を実行するための機能が実装されたＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）をさらに備えてもよい。

【0030】

図２は、この実施の形態に係る電源システム（電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３を含む）による給電準備に係る処理を示すフローチャートである。フローチャート中の「Ｓ」は、ステップを意味する。このフローチャートに示される処理は、例えば制御装置１００が起動すると、制御装置１００によって実行される。制御装置１００が停止状態であるときには、３相リレー４１～４３およびリレー２２（中性線スイッチ）の各々がＯＦＦ状態（遮断状態）になっているため、処理開始時（スタート）においては３相リレー４１～４３およびリレー２２の各々がＯＦＦ状態になっている。なお、処理開始条件は適宜変更可能である。例えば、制御装置１００が、電力系統を管理するサーバから電力系統に関するエネルギーマネジメント要請を受けた場合に、その要請に応じて給電を実行するために、図２に示す一連の処理を開始してもよい。

【0031】

図１とともに図２を参照して、Ｓ１１では、制御装置１００が３相リレー４１～４３をＯＮ状態にする。これにより、リレー４１，４２，４３の各々が導通状態になり、フィルタコンデンサ（コンデンサ３４～３６）がチャージされる。続けて、Ｓ１２では、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３が三相出力端子Ｔｕｖｗへ三相交流電力を出力するように、制御装置１００が電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３（詳しくは、各スイッチ回路ＳＷ内のＳＷ１３およびＳＷ１４）を制御する。Ｓ１２の処理により、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３が有効化（イネーブルＯＮ）され、各電池ストリングにおいてスイッチング動作が開始される。また、三相出力端子Ｔｕｖｗに三相交流電力が出力されることにより、コンデンサ２１（中性線コンデンサ）に対するプリチャージが実行される。この際、制御装置１００は、交流出力端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗの各々の電流値（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）を０（ゼロ）Ａに近づけるように電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３を制御する（ゼロ電流制御）。Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃがゼロになると、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３と電力系統との間で電流がやり取りされなくなる。

【0032】

図２中の波形Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３は、それぞれ電池ストリングＳｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３の電圧の一例を示している。各波形が示すように、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々の電圧は、オフセットを持った０Ｖ以上の電圧波形（電圧の向きが同じ波形）になる。これらのストリング電圧はフィルタ回路３０を経て三相出力端子Ｔｕｖｗに出力される。これにより、交流出力端子Ｔｕ，Ｔｖ間には線間電圧Ｖｕｖ、交流出力端子Ｔｗ，Ｔｕの間には線間電圧Ｖｗｕ、交流出力端子Ｔｖ，Ｔｗ間には線間電圧Ｖｖｗが印加される。各線間電圧は、周期的に極性（正／負）が変わる交流電圧波形（電圧の向きが変わる波形）になる。図２中の波形Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３は、それぞれ線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｗｕ、Ｖｖｗの一例を示している。

【0033】

続くＳ１３では、コンデンサ２１に対するプリチャージが完了したか否かを制御装置１００が判断する。制御装置１００は、プリチャージを開始してから所定時間が経過しない間はプリチャージが完了していないと判断し、プリチャージを開始してから上記所定時間が経過したときにプリチャージが完了したと判断してもよい。ただしこれに限られず、プリチャージが完了したか否かの判断手法は任意である。制御装置１００は、Ｖｃｎ（コンデンサ２１の端子間電圧）が所定値未満である間はプリチャージが完了していないと判断し、Ｖｃｎが上記所定値以上になったときにプリチャージが完了したと判断してもよい。

【0034】

コンデンサ２１に対するプリチャージが完了していないと判断された場合には（Ｓ１３にてＮＯ）、処理がＳ１２に戻る。そして、Ｓ１２の処理により、コンデンサ２１に対するプリチャージが実行される。Ｓ１２の処理によりコンデンサ２１に対するプリチャージが完了すると（Ｓ１３にてＹＥＳ）、処理がＳ１４に進む。Ｓ１４では、制御装置１００がリレー２２をＯＮ状態（導通状態）にする。これにより、電源システム（電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３を含む）が電力系統に対して給電を実行する準備（システム立ち上げ）が完了し、図２に示す一連の処理は終了する。給電準備完了状態では、３相リレー４１～４３およびリレー２２がいずれもＯＮ状態になっている。こうした状態において図示しない外部サーバから給電要求を受けた制御装置１００は、フィルタ回路３０によって検出されるＶｃａ，Ｖｃｂ，Ｖｃｃに基づいて、要求された三相交流電力が三相出力端子Ｔｕｖｗへ出力されるように、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３（詳しくは、各スイッチ回路ＳＷ内のＳＷ１３およびＳＷ１４）を制御してもよい。例えば電力系統が停電状態になったときに、ＥＭＳ（Energy Management System）が、電力系統の代わりに給電（例えば、電力負荷に対する給電）を行うことを制御装置１００に要求するかもしれない。コンデンサ２１のプリチャージ完了後に制御装置１００に対して給電が要求されない場合には、制御装置１００は、プリチャージ完了後（すなわち、図２に示す一連の処理は終了した後）においても、三相出力端子Ｔｕｖｗの電流値をゼロに近づけるように電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３を制御してもよい。制御装置１００に対して給電が要求されない間は、こうしたゼロ電流制御が継続されてもよい。

【0035】

図３は、この実施の形態に係る電源システムが給電準備（図２）を行う第１動作例について、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｃａ，Ｖｃｂ，Ｖｃｃ，Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの各々の波形例を示すタイムチャートである。タイムチャート中の「ｔ」はタイミングを意味する。図３に示すＶａ，Ｖｂ，Ｖｃ（系統相電圧）およびＶｃａ，Ｖｃｂ，Ｖｃｃ（ストリング相電圧）の各々は、交流電圧５０Ｖ、周波数６０Ｈｚの電圧波形である。ｔ１、ｔ２、ｔ３は、それぞれ３相リレーＯＮ（Ｓ１１）、イネーブルＯＮ（Ｓ１２）、中性線スイッチＯＮ（Ｓ１４）のタイミングに相当する。

【0036】

図３を参照して、ｔ１で、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３と電力系統とが電気的に接続され、フィルタコンデンサ（コンデンサ３４～３６）がチャージされる。ｔ２～ｔ３の期間においては、前述したゼロ電流制御（図２のＳ１２）により、Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ（系統相電流）とＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（ストリング相電流）との各々が０Ａに近づく。

【0037】

図４は、図１に示した３相４線式の交流電源によって電力指令（負荷）１８００Ｗ、交流電圧２００Ｖ、周波数６０Ｈｚの条件で給電を行ったときの有効電力、無効電力、力率、および歪率の各々の波形例を示すタイムチャートである。図４に示すように、有効電力および無効電力の各々の脈動は小さく、力率は１に近く、ＴＨＤ（全高調波歪）は０．８％よりも小さい。このように、この実施の形態に係る電源システムによれば、高い力率を達成することができる。

【0038】

図５は、この実施の形態に係る電源システムが給電準備（図２）を行う第２動作例について、Ｖｃａ，Ｖｃｂ，Ｖｃｃ，Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの各々の波形例を示すタイムチャートである。また、図６は、この実施の形態に係る電源システムが給電準備（図２）を行う第２動作例について、Ｖｃｎ，Ｉｎの各々の波形例を示すタイムチャートである。Ｖｃｎ、Ｉｎは、それぞれコンデンサ２１の端子間電圧、中性線ＮＬを流れる電流である。これら各図は、図１に示した構成を有する電源システムについて実験を行った結果を示す。各図において、ｔ１（１．１５ｓ）、ｔ２（２．１５ｓ）、ｔ３（３．１７ｓ）は、それぞれ３相リレーＯＮ（Ｓ１１）、イネーブルＯＮ（Ｓ１２）、中性線スイッチＯＮ（Ｓ１４）のタイミングに相当する。

【0039】

この実施例では、系統端子ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３に、電圧（線間電圧）２００Ｖ、周波数６０Ｈｚ、出力０ｋＷの電力系統を接続した。制御装置１００は、フィードバック制御（より特定的には、ＰＩ制御）により、ゼロ電流制御を行った。

【0040】

図５および図６を参照して、制御系の影響（制御周期が遅いなど）により、ｔ３までにＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗが０Ａに収束しなかった。ただし、制御装置１００がｔ３後もゼロ電流制御を継続した結果、数秒後にＩ項（積分項）で補正されて電流値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）がゼロに落ち着いた。ｔ１でストリング相電流は「－１５Ａ」程度であった。中性線ＮＬの突入電流は、ピーク値で「－１６Ａ」程度であった。プリチャージ期間（ｔ２～ｔ３）においては制限抵抗（電気抵抗素子２３）により突入電流が抑制された。ｔ３での突入電流は確認されなかった。

【0041】

以上説明したように、図１に示した構成を有する電源システムによれば、本格的な給電を開始する前に、リレー２２を遮断状態にすることで、電気抵抗素子２３で突入電流を抑制しつつ、コンデンサ２１のプリチャージを実行することが可能になる。そして、チャージされたコンデンサ２１によって短絡電流が抑制される。このため、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３を用いた３相４線式の交流電源において短絡電流および突入電流を抑制することが可能になる。

【0042】

また、制御装置１００は、図２に示した各処理を実行する。制御装置１００は、リレー４１（第１相リレー）、リレー４２（第２相リレー）、およびリレー４３（第３相リレー）の各々が導通状態であり、かつ、リレー２２（中性線スイッチ）が遮断状態であるときに電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３（第１～第３電池ストリング）から三相出力端子Ｔｕｖｗへ三相交流電力を出力させることによりコンデンサ２１（中性線コンデンサ）に対するプリチャージを実行する（Ｓ１２）。そして、コンデンサ２１に対するプリチャージが完了した後に、制御装置１００は、リレー２２を導通状態にする（Ｓ１４）。こうした構成によれば、コンデンサ２１に対するプリチャージを適切に行いやすくなる。また、制御装置１００は、コンデンサ２１に対するプリチャージの実行中に三相出力端子Ｔｕｖｗの電流値をゼロに近づけるように電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３を制御する（Ｓ１２）。こうした構成によれば、プリチャージ実行中の突入電流を抑制しながら、給電のための準備を適切に行いやすくなる。

【0043】

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およ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】

【0044】

１０ 電池回路、１１ 電池、１３ 第１スイッチ、１４ 第２スイッチ、２１ コンデンサ、２２ リレー、２３ 電気抵抗素子、３０ フィルタ回路、３１，３２，３３，３７，３８，３９ インダクタ、３４，３５，３６ コンデンサ、４１，４２，４３ リレー、５０ トランス、５１，５２，５３，５４，５５，５６ コイル、１００ 制御装置、ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３ 系統端子、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ 中性点、ＮＬ 中性線、ＯＴ１，ＯＴ２ 直流出力端子、ＳＷ スイッチ回路、Ｓｔ１，Ｓｔ２，Ｓｔ３ 電池ストリング、Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗ 交流出力端子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】