特開 2024-148350 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】P2024148350

(43)【公開日】2024-10-18

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20241010BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 Q

H02J7/02 H

H02J7/00 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023061417

(22)【出願日】2023-04-05

(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】柳沢 直樹

(72)【発明者】

【氏名】戸村 修二

(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

5G503BB02

5G503CC02

5G503EA09

5G503FA06

5G503FA14

5G503GA01

5G503GA11

5G503GB06

5G503GD02

5G503GD06

(57)【要約】

【課題】電池ストリングにおける漏電を検知する。
【解決手段】電池ストリングＳｔは、複数の電池回路モジュールＭを直列接続可能に構成される。電池ストリングＳｔの正極出力線と負極出力線とを接続する検出線ＤＬに設けた、第１コンデンサ４１と第２コンデンサ４２との間の中点Ｎが、グランド線ＧＬにより制限抵抗６１を介して接地している。漏電検出部１１０は、電池ストリングＳｔの動作中、電池回路モジュールＭをパススルー状態に設定し、第１コンデンサ４１の電圧である第１電圧Ｖ１と第２コンデンサの電圧である第２電圧Ｖ２との差である差電圧ΔＶに基づいて、電池ストリングＳｔの漏電を検知する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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を備え、
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、さらに、
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する制御装置と、
前記電池ストリングの正極出力線と負極出力線とを接続する検出線に直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサと、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの間の前記検出線を、制限抵抗を介して接地するグランド線と、
前記第１コンデンサの電圧である第１電圧を取得する第１電圧センサと、
前記第２コンデンサの電圧である第２電圧を取得する第２電圧センサと、
前記電池ストリングの漏電を検出する漏電検出部と、を備え、
前記漏電検出部は、前記電池ストリングの動作中、第１漏電検出処理と、第２漏電検出処理とを実行するように構成され、
前記第１漏電検出処理は、前記第１電圧と前記第２電圧との差である差電圧が所定値以上のとき、前記電池ストリングに漏電が生じていると判定する処理を含み、
前記第２漏電検出処理は、前記複数の電池回路モジュールのうちの少なくとも１つの電池回路モジュールを、前記第１スイッチを常時ＯＮ状態かつ前記第２スイッチを常時ＯＦＦ状態とするパススルー状態に設定するとともに、前記差電圧が前記所定値以上のとき、前記電池ストリングに漏電が生じていると判定する処理を含む、電源システム。

【請求項2】

前記漏電検出部は、前記第１漏電検出処理において前記電池ストリングに漏電が生じていないと判定したとき、前記第２漏電検出処理を実行する、請求項１に記載の電源システム。

【請求項3】

並列に接続された複数の電池ストリングを備え、
前記複数の電池ストリングの各々は、前記電池ストリングで構成され、
前記検出線は、前記複数の電池ストリングの各々の正極出力線が接続される正極線と、前記複数の電池ストリングの各々の負極出力線が接続される負極線との間を接続する、請求項１または請求項２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２０１８－１７４６０７号公報（特許文献１）には、複数の電池回路モジュール（電池モジュール）を直列に接続可能とした電池ストリングから構成された電源システム（電源装置）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、ゲート駆動信号によって、ＯＮ／ＯＦＦ状態が制御され、ゲート駆動信号は、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スイッチをゲート駆動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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１７４６０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電池ストリングにおける漏電を検知することが望まれる。特許文献１では、電池ストリングにおける漏電の検出について、言及されていない。

【0005】

本開示の目的は、電池ストリングにおける漏電を検知することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本開示の電源システムは、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を備える。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。電源システムは、さらに、制御装置と、第１コンデンサおよび第２コンデンサと、グランド線と、第１電圧センサと、第２電圧センサと、漏電検出部と、を備える。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。第１コンデンサおよび第２コンデンサは、電池ストリングの正極出力線と負極出力線とを接続する検出線に直列に接続される。グランド線は、第１コンデンサと第２コンデンサとの間の検出線を、制限抵抗を介して接地する。第１電圧センサは、第１コンデンサの電圧である第１電圧を取得する。第２電圧センサは、第２コンデンサの電圧である第２電圧を取得する。漏電検出部は、電池ストリングの漏電を検出する。漏電検出部は、電池ストリングの動作中、第１漏電検出処理と、第２漏電検出処理とを実行するように構成される。第１漏電検出処理は、第１電圧と第２電圧との差である差電圧が所定値以上のとき、電池ストリングに漏電が生じていると判定する処理を含む。第２漏電検出処理は、複数の電池回路モジュールのうちの少なくとも１つの電池回路モジュールを、第１スイッチを常時ＯＮ状態かつ第２スイッチを常時ＯＦＦ状態とするパススルー状態に設定するとともに、差電圧が所定値以上のとき、電池ストリングに漏電が生じていると判定する処理を含む。

【0007】

この構成によれば、制御装置は、電池回路モジュールの第１スイッチと第２スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する。これにより、接続される電池回路モジュールの数が制御され、電池ストリングの出力電圧が制御される。電池ストリングの正極出力線と負極出力線とを接続する検出線には、直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサが設けられ、第１コンデンサと第２コンデンサとの間の検出線が、グランド線により制限抵抗を介して接地している。第１電圧センサが、第１コンデンサの電圧である第１電圧を取得し、第２電圧センサが、第２コンデンサの電圧である第２電圧を取得する。漏電検出部は、電池ストリングの動作中、第１電圧と第２電圧との差である差電圧が所定値以上のとき、電池ストリングに漏電が生じていると判定する第１漏電検出処理を実行する。漏電検出部は、電池ストリングの動作中、少なくとも１つの電池回路モジュールを、第１スイッチを常時ＯＮ状態かつ前記第２スイッチを常時ＯＦＦ状態とするパススルー状態に設定するとともに、差電圧が所定値以上のとき、電池ストリングに漏電が生じていると判定する第２漏電検出処理を実行する。

【0008】

直列に接続された第１コンデンサと第２コンデンサとの間（中点）が、制限抵抗を介して接地されている。このため、電池ストリングに漏電が生じていない場合、電池ストリングの動作中、第１電圧（第１コンデンサの電圧）と第２電圧（第２コンデンサの電圧）は等しくなる。電池ストリングに漏電が生じると、第１電圧と第２電圧がアンバランス（不均衡）になるので、差電圧（第１電圧と第２電圧の差）が所定値以上のとき、電池ストリングに漏電が生じていると判定することができる。

【0009】

漏電箇所が、直列に接続された複数の電池回路モジュールの中央付近である場合、漏電箇所の上流側（電池ストリングの正極出力線側）において作動する電池回路モジュールの数と、漏電箇所の下流側（電池ストリングの負極出力線側）において作動する電池回路モジュールの数が、同数になることもあり得る。この場合、電池ストリングに漏電が生じても、電池ストリングの動作中、第１電圧と第２電圧がバランス（均衡）し、差電圧が所定値未満になる。漏電検出部は、第２漏電検出処理において、電池ストリングの動作中、少なくとも１つの電池回路モジュールをパススルー状態（第１スイッチが常時ＯＮ状態かつ前記第２スイッチが常時ＯＦＦ状態）に設定するとともに、差電圧が所定値以上のとき、電池ストリングに漏電が生じていると判定する。第２漏電検出処理では、少なくとも１つの電池回路モジュールをパススルー状態とするので、漏電箇所が、直列に接続された複数の電池回路モジュールの中央付近である場合であっても、漏電箇所の上流と下流で作動する電池回路モジュールの数に差が生じるため、差電圧を用いて漏電を検出できる。

【0010】

（２）好ましくは、漏電検出部は、第１漏電検出処理において電池ストリングに漏電が生じていないと判定したとき、第２漏電検出処理を実行するようにしてよい。

【0011】

直列に接続された複数の電池回路モジュールの中央付近で漏電が生じる可能性より、他の箇所の電池回路モジュールにおいて漏電が生じる可能性の方が高い。この構成によれば、より効率的に電池ストリングの漏電を検出することができる。

【0012】

（３）電源システムは、並列に接続された複数の電池ストリングを備え、複数の電池ストリングの各々は、上述の電池ストリングで構成されてもよい。そして、検出線は、各電池ストリングの正極出力線が接続される正極線と、各電池ストリングの負極出力線が接続される負極線との間を接続するようにしてもよい。

【0013】

この構成によれば、漏電検出部によって、並列に接続された複数の電池ストリングの漏電を検出することができる。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、電池ストリングにおける漏電を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示の実施の形態に係る電源システムの概略構成を示す図である。

【図2】電池ストリングＳｔ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Ｍの動作の説明する図である。

【図4】電池ストリングに漏電が生じた際の第１電圧と第２電圧の関係を説明する図である。

【図5】漏電検出部で実行される漏電検出処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】変形例における電源システムの概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。

【0017】

図１は、本開示の実施の形態に係る電源システムの概略構成を示す図である。図１を参照して、電源システム１は、複数の電池ストリングＳｔと、インバータ７０と、ＬＣＬフィルタ８０と、制御装置１００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。

【0018】

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（Ｍ１～Ｍｎ：ｎは正の整数）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、５～２０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。

【0019】

各電池回路モジュールＭは、電力回路ＳＵＢと、カートリッジＣｇとを含む。カートリッジＣｇは、電池Ｂｔと、監視ユニットＢＳとを含む。電力回路ＳＵＢと電池Ｂｔとがそれぞれ接続されることによって、電池Ｂｔ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（ＳＵ１～ＳＵｎ）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Ｂｔ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Ｂｔを製造してよい。

【0020】

図２に示すように、電力回路ＳＵＢとカートリッジＣｇとは、遮断器ＲＢ１及びＲＢ２（区別しない場合は「遮断器ＲＢ」と称する）を介して、互いに接続されている。遮断器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。

【0021】

カートリッジＣｇにおいて、監視ユニットＢＳは、電池Ｂｔ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。

【0022】

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ＳＬによって接続されている。電線ＳＬ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。

【0023】

電池回路モジュールＭ（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。

【0024】

電池回路モジュールＭの出力端子ＯＴ１及びＯＴ２間には、ＳＷ１１と、コンデンサ１６と、電池Ｂｔとが並列に接続されている。ＳＷ１１は、電線ＳＬ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Ｂｔ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Ｂｔ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Ｂｔ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Ｂｔ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Ｂｔの電圧が印加される。

【0025】

出力端子ＯＴ１，ＯＴ２と電池Ｂｔ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。ＳＷ１１及びＳＷ１２の各々は、ＦＥＴ以外のスイッチング素子であってもよい。

【0026】

制御装置１００は、ゲート信号を生成する。駆動回路ＳＵ（ＳＵ１～ＳＵｎ）は、電池回路モジュールＭ（Ｍ１～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）２１と、ゲート信号を遅延させる遅延回路２２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。

【0027】

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の動作を説明する図である。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レベルである。また、「出力電圧」は、出力端子ＯＴ１及びＯＴ２間に出力される電圧である。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。

【0028】

駆動回路ＳＵにゲート信号が入力されると、ＧＤ２１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（接続状態）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Ｂｔの電圧が印加される。なお、本開示において、「ＳＷ１１がＯＦＦ状態かつＳＷ１２がＯＮ状態」であり、電池回路モジュールＭが接続状態であることを、「駆動状態」と称する。

【0029】

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がスルー状態になる。スルー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Ｂｔ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。

【0030】

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。

【0031】

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。なお、本開示において、「ＳＷ１１がＯＮ状態かつＳＷ１２がＯＦＦ状態」であり、電池回路モジュールＭが非駆動状態であることを、「スルー状態」と称する。

【0032】

ゲート信号は、遅延回路２２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２２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２２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。

【0033】

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る。これにより、電池ストリングＳｔの正極端子２５と負極端子２６との間の電圧（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Ｂｔ（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。なお、正極端子２５は、本開示の「正極出力線」の一例に相当し、負極端子２６は、本開示の「負極出力線」の一例に相当する。

【0034】

図１を参照して、本実施の形態では、複数の電池ストリングＳｔが並列に接続されている。図１においては、２個の電池ストリングＳｔ（Ｓｔ１、Ｓｔ２）を図示しているが、電池ストリングＳｔの数は任意である。電池ストリングＳｔの正極端子２５は、正極線ＰＬに接続され、負極端子２６は、負極線ＮＬに接続される。なお、電池回路モジュールＭｎおよび駆動回路ＳＵｎにおいて、符号ｎは、最も正極線ＰＬ側（上流側）が「１」（電池回路モジュールＭ１、駆動回路ＳＵ１）であり、最も負極線ＮＬ側（下流側）が「ｎ」（電池回路モジュールＭｎ，駆動回路ＳＵｎ）である。正極線ＰＬおよび負極線ＮＬは、インバータ７０に接続され、インバータ７０から出力される三相交流電力が、ＬＣＬフィルタ８０を介して、図示しない変圧器等に供給される。

【0035】

電池ストリングＳｔ（Ｓｔ１）の正極と負極とに接続された検出線ＤＬには、直列に接続された第１コンデンサ４１と第２コンデンサ４２が設けられている。第１コンデンサおよび第２コンデンサの容量は、同一である。第１コンデンサ４１と第２コンデンサ４２との間の検出線ＤＬは、中点Ｎにおいて、グランド線ＧＬに接続される。グランド線ＧＬは、制限抵抗６１を介して、電源システム１の金属棚２００等に接続され接地されている。なお、電池ストリングＳｔの筐体も、金属棚２００にＣ種接地されている。

【0036】

第１電圧センサ５１は、第１コンデンサ４１の電圧である第１電圧Ｖ１を検出し、検出信号を制御装置１００へ出力する。第２電圧センサ５２は、第２コンデンサ４２の電圧である第２電圧Ｖ２を検出し、検出信号を制御装置１００へ出力する。

【0037】

本実施の形態では、複数の電池ストリングＳｔ毎に、検出線ＤＬ、第１コンデンサ４１、第２コンデンサ４２等を備え、各電池ストリングＳｔの第１電圧センサ５１、第２電圧センサ５２の検出信号が、制御装置１００に出力される。

【0038】

図４は、電池ストリングＳｔに漏電が生じた際の第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の関係を説明する図である。図４では、電池回路モジュールＭの数が１４個である場合を例示している。制御装置１００のゲート信号によって、電池回路モジュールＭ（駆動回路ＳＵ）を制御し、電池ストリングＳｔが動作しているとき、電池ストリングＳｔ（電池回路モジュールＭ）に漏電が生じていない場合、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２は等しくなる。

【0039】

図４において、たとえば、電池回路モジュールＭ６と電池回路モジュールＭ７との間の箇所Ａ（漏電箇所Ａ）において漏電が生じた場合、電池ストリングＳｔの動作中、漏電箇所Ａより上流側で作動する電池回路モジュールＭの数は６個になり、漏電箇所Ａより下流で作動する電池回路モジュールＭの数は８個になる。このため、図４の上段に示したグラフのように、時刻ｔ０で漏電箇所Ａにおいて漏電が生じると、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２に差電圧ΔＶが生じる。（この場合、差電圧ΔＶは、電池回路モジュールＭ（カートリッジＣｇ）１個分の電圧に相当する。）したがって、電池ストリングＳｔの動作中に、差電圧ΔＶを求めることによって、電池ストリングＳｔの漏電を検出できる。

【0040】

図４において、たとえば、電池回路モジュールＭ７と電池回路モジュールＭ８との間の箇所Ｂ（漏電箇所Ｂ）において漏電が生じた場合、電池ストリングＳｔの動作中、漏電箇所Ｂより上流側で作動する電池回路モジュールＭの数は７個であり、漏電箇所Ｂより下流で作動する電池回路モジュールＭの数は７個である。このため、図４の中段に示したグラフのように、時刻ｔ０で漏電箇所Ｂにおいて漏電が生じても、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２がバランス（均衡）し、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２は、ほぼ等しくなる。このため、電池ストリングＳｔの動作中に、差電圧ΔＶを求めても、電池ストリングＳｔの漏電を検出できない。

【0041】

電池ストリングＳｔが動作しているとき、所定の電池回路モジュールＭ（駆動回路ＳＵ)において、ＧＤ２１が入力されたゲート信号を通過させると、当該電池回路モジュールＭのスイッチ駆動は行われることなく、ゲート信号が下流の駆動回路ＳＵへ伝達される。この場合、当該電池回路モジュールＭのＳＷ１１およびＳＷ１２は初期状態になり、「ＳＷ１１が常時ＯＮ状態かつＳＷ１２が常時ＯＦＦ状態」になる。本開示において、「ＳＷ１１が常時ＯＮ状態かつＳＷ１２が常時ＯＦＦ状態」であることを、「パススルー状態」とも称する。

【0042】

図４において、電池回路モジュールＭ７と電池回路モジュールＭ８との間の箇所Ｂ（漏電箇所Ｂ）において漏電が生じている場合、電池ストリングＳｔの動作中、たとえば、電池回路モジュールＭ１をパススルー状態にすると、漏電箇所Ｂより上流側で作動する電池回路モジュールＭの数は６個であり、漏電箇所Ｂより下流で作動する電池回路モジュールＭの数は７個である。このため、図４の下段に示したグラフのように、時刻ｔ０で漏電箇所Ｂにおいて漏電が生じ、時刻ｔｐで電池回路モジュールＭ１をパススルー状態にすると、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２に差電圧ΔＶが生じる。したがって、電池ストリングＳｔの動作中に、少なくともひとつの電池回路モジュールＭをパススルー状態とし、差電圧ΔＶを求めることによって、電池ストリングＳｔの中央付近で漏電が生じた場合であっても、電池ストリングＳｔの漏電を検出できる。

【0043】

本実施の形態では、制御装置１００には、たとえば機能ブロックとして、漏電検出部１１０が構成されている。図５は、漏電検出部１１０で実行される漏電検出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、電池ストリングＳｔの動作中（電源システム１の動作中）、所定期間毎に実行される漏電診断モードにおいて実行されてよい。漏電診断モードは、電源システム１の漏電検出器（図示しない）で漏電が検出されたとき、あるいは、電源システム１の起動直後に実行されてもよい。なお、漏電検出処理は、電池ストリングＳｔ毎に実行される。

【0044】

図５を参照して、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０では、動作中の電池ストリングＳｔにおいて、第１電圧センサ５１で検出した第１電圧Ｖ１と第２電圧センサ５２で検出した第２電圧Ｖ２との差である差電圧ΔＶ（＝｜Ｖ１－Ｖ２｜）を算出する。

【0045】

続くＳ１１では、差電圧ΔＶが所定値Ｃ以上か否かを判定する。所定値Ｃは、電池回路モジュールＭ（カートリッジＣｇ）の電圧に応じて、実験等によって予め設定される値であり、たとえば、電池回路モジュールＭの電圧の１／１０～１／３であってよい。差電圧ΔＶが所定値Ｃより小さいとき（ΔＶ＜Ｃ）、否定判定されＳ１２へ進む。差電圧ΔＶが所定値Ｃ以上の場合（ΔＶ≧Ｃ）、肯定判定されＳ１６へ進む。

【0046】

Ｓ１２では、所定の電池回路モジュールＭをパススルー状態とする。本実施の形態では、電池回路モジュールＭ１をパススルー状態にしたあと、Ｓ１３へ進む。Ｓ１３では、動作中（但し、電池回路モジュールＭ１はパススルー状態）の電池ストリングＳｔにおいて、第１電圧センサ５１と第２電圧センサ５２の検出信号から、差電圧ΔＶ（＝｜Ｖ１－Ｖ２｜）を算出する。

【0047】

続くＳ１４では、Ｓ１３で算出した差電圧ΔＶが所定値Ｃ以上か否かを判定する。差電圧ΔＶが所定値Ｃより小さいとき（ΔＶ＜Ｃ）、否定判定されＳ１５へ進む。差電圧ΔＶが所定値Ｃ以上の場合（ΔＶ≧Ｃ）、肯定判定されＳ１６へ進む。

【0048】

Ｓ１５では、電池ストリングＳｔに漏電が生じていないと判定し、今回のルーチンを終了する。Ｓ１６では、電池ストリングＳｔに漏電が生じていると判定し、今回のルーチンを終了する。なお、電池ストリングＳｔに漏電が生じていると判定されたとき、図示しない警告灯を点灯して漏電を報知したり、電源システム１の動作を停止したりしてもよい。

【0049】

本実施の形態によれば、電池ストリングＳｔの正極出力線と負極出力線とを接続する検出線ＤＬには、直列に接続された第１コンデンサ４１および第２コンデンサ４２が設けられ、第１コンデンサ４１と第２コンデンサ４２との間の中点Ｎが、グランド線ＧＬにより制限抵抗６１を介して接地している。漏電検出部１１０は、電池ストリングＳｔの動作中、第１コンデンサ４１の電圧である第１電圧Ｖ１と第２コンデンサの電圧である第２電圧Ｖ２との差である差電圧ΔＶが所定値Ｃ以上のとき、電池ストリングＳｔに漏電が生じていると判定する第１漏電検出処理（Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１６）を実行する。これにより、電池ストリングＳｔに漏電が生じて、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２がアンバランス（不均衡）になり、差電圧ΔＶが所定値以上Ａになると、漏電を検出できる。

【0050】

また、漏電検出部１１０は、電池ストリングＳｔの動作中、電池回路モジュールＭ１をパススルー状態に設定するとともに、差電圧ΔＶが所定値Ｃ以上のとき、電池ストリングＳｔに漏電が生じていると判定する第２漏電検出処理（Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１６）を実行する。これにより、電池ストリングＳｔの漏電箇所が、複数の電池回路モジュールＭの中央付近であっても、電池回路モジュールをパススルー状態に設定するので、漏電箇所の上流と下流で作動する電池回路モジュールＭの数に差が生じるため、差電圧ΔＶを用いて漏電を検出できる。

【0051】

上記実施の形態では、Ｓ１２において、電池回路モジュールＭ１をパススルー状態としていたが、いずれの電池回路モジュールＭをパススルーにしてもよい。また、電池ストリングＳｔの中央より上流側に位置する複数の電池回路モジュールＭをパススルー状態にしてもよく、電池ストリングＳｔの中央より下流側に位置する複数の電池回路モジュールＭをパススルー状態にしてもよい。

【0052】

上記実施の形態では、漏電検出部１１０は、制御装置１００に機能ブロックとして構成していた。しかし、制御装置１００とは別のコントローラを設け、このコントローラに漏電検出部を構成してもよい。

【0053】

図６は、変形例における電源システム１ａの概略構成を示す図である。変形例では、複数（３個）の電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３が、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬに並列接続され、インバータ７０に接続されている。直列に接続された第１コンデンサ４１と第２コンデンサ４２を備える検出線ＤＬは、正極線ＰＬと負極線ＮＬの間を接続する。第１コンデンサ４１と第２コンデンサ４２との間の検出線ＤＬは、中点Ｎにおいて、グランド線ＧＬに接続され、制限抵抗６１を介して、電源システム１の金属棚２００等に接続され接地されている。他の構成および漏電検出部１１０の処理は、上記実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

【0054】

この変形例によれば、第１電圧センサ５１と第２電圧センサ５２の検出信号から、差電圧ΔＶ（＝｜Ｖ１－Ｖ２｜）を求めることにより、並列に接続された複数（３個）の電池ストリングＳｔの漏電を検出することができる。

【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）、２１ ゲートドライバ（ＧＤ）、２２ 遅延回路、２５ 正極端子、２６ 負極端子、４１ 第１コンデンサ、４２ 第２コンデンサ、５１ 第１電圧センサ、５２ 第２電圧センサ、６１ 制限抵抗、７０ インバータ、８０ ＬＣＬフィルタ、１００ 制御装置、１１０ 漏電検出部、２００ 金属棚、Ｂｔ 電池、Ｃｇ カートリッジ、ＤＬ 検出線、ＧＬ グランド線、Ｍ 電池回路モジュール、ＮＬ 負極線、ＯＴ１，ＯＴ２ 出力端子、ＰＬ 正極線、Ｓｔ 電池ストリング、ＳＵ 駆動回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】