特開 2024-37547 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】P2024037547

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240312BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20240312BHJP

   H02M 7/501 20070101ALI20240312BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 B

H02J7/02 H

H02M7/501

H02M7/48 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022142470

(22)【出願日】2022-09-07

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度環境省「脱炭素型金属リサイクルシステムの早期社会実装化に向けた実証事業（国庫債務負担行為に係るもの）」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(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】515177088

【氏名又は名称】株式会社ＪＥＲＡ

(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】三木 宏紀

(72)【発明者】

【氏名】泉 純太

(72)【発明者】

【氏名】伴 尊行

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 亮一

(72)【発明者】

【氏名】森山 友広

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 勇太

(72)【発明者】

【氏名】▲吉▼田 拓司

【テーマコード（参考）】

5G503

5H770

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA03

5G503BB01

5G503CA11

5G503CC02

5G503DA04

5G503GA01

5H770AA15

5H770BA11

5H770CA06

5H770DA03

5H770DA23

5H770DA30

5H770EA01

5H770HA02Z

5H770HA03Z

5H770HA06Z

5H770HA14Z

5H770JA17Y

5H770JA17Z

5H770KA01Y

(57)【要約】

【課題】電池ストリングの入出力を制御しながら電池ストリングに含まれる各電池の状態を調整しやすくする。
【解決手段】電源システムが、電池ストリングＳｔと、電池ストリングＳｔを制御するＳＣＵ２００（制御装置）とを備える。電池ストリングＳｔは、直列に接続された複数の電池回路モジュール１０を含む。複数の電池回路モジュール１０の各々は、電池２０と、出力端子ＯＴ１，ＯＴ２と、電池２０と出力端子ＯＴ１，ＯＴ２との接続／切離しを切り替えるスイッチ回路ＳＷＣとを含む。ＳＣＵ２００は、出力端子ＯＴ１，ＯＴ２が電池２０の電圧を出力する接続期間と出力端子ＯＴ１，ＯＴ２が電池２０の電圧を出力しない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ＳＷＣを制御するスイッチング制御を、電池回路モジュール１０ごと個別に実行するように構成される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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る電源システムであって、
前記電池ストリングは、直列に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、出力端子と、前記電池と前記出力端子との接続／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、前記出力端子が前記電池の電圧を出力する接続期間と前記出力端子が前記電池の電圧を出力しない切離し期間との比を示すデューティ比に従って前記スイッチ回路を制御するスイッチング制御を、前記電池回路モジュールごと個別に実行するように構成される、電源システム。

【請求項2】

当該電源システムは、前記電池ストリングとして、Ｕ相用電池ストリングと、Ｖ相用電池ストリングと、Ｗ相用電池ストリングとを備え、
前記Ｕ相用電池ストリングと前記Ｖ相用電池ストリングと前記Ｗ相用電池ストリングとは、三相交流電力を出力するようにＹ結線されており、
前記制御装置は、前記Ｕ相用電池ストリングと前記Ｖ相用電池ストリングと前記Ｗ相用電池ストリングとの各々の前記スイッチング制御において、要求された充電または放電のパワーと、要求された充電または放電のエネルギーと、前記電池の特性と、前記電池の状態との少なくとも１つを用いて前記電池回路モジュールごとの前記デューティ比を決定する、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、
前記電池ストリングに含まれる各電池を、出力型電池と、前記出力型電池よりも出力電力が小さい容量型電池とに分類し、
要求された充電または放電のパワーが第１値よりも大きい場合には、前記出力型電池の前記切離し期間に対する前記接続期間の割合を、要求された充電または放電のパワーが前記第１値よりも小さい場合よりも大きくし、
要求された充電または放電のエネルギーが第２値よりも大きい場合には、前記容量型電池の前記切離し期間に対する前記接続期間の割合を、要求された充電または放電のエネルギーが前記第２値よりも小さい場合よりも大きくする、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、
前記電池ストリングに含まれる前記出力型電池を、現在の蓄電残量が第３値よりも小さい第１出力型電池と、現在の蓄電残量が前記第３値よりも大きい第２出力型電池とに分類し、
前記電池ストリングに含まれる前記容量型電池を、要求された充電または放電によって到達する蓄電残量である到達蓄電残量が第４値よりも小さい第１容量型電池と、前記到達蓄電残量が前記第４値よりも大きい第５値よりも大きい第２容量型電池とに分類し、
要求された放電のパワーが前記第１値よりも大きい場合には、前記三相交流電力の正側で前記第１出力型電池の前記切離し期間に対する前記接続期間の割合を減少させる第１切離処理を行うとともに、前記三相交流電力の負側で前記第２出力型電池の前記切離し期間に対する前記接続期間の割合を減少させる第２切離処理を行い、
要求された充電のパワーが前記第１値よりも大きい場合には、前記三相交流電力の負側で前記第１出力型電池の前記切離し期間に対する前記接続期間の割合を増加させる第１接続処理を行うとともに、前記三相交流電力の正側で前記第２出力型電池の前記切離し期間に対する前記接続期間の割合を増加させる第２接続処理を行い、
要求された放電のエネルギーが前記第２値よりも大きい場合には、前記三相交流電力の正側で前記第１容量型電池の前記切離し期間に対する前記接続期間の割合を減少させる第３切離処理を行うとともに、前記三相交流電力の負側で前記第２容量型電池の前記切離し期間に対する前記接続期間の割合を減少させる第４切離処理を行い、
要求された充電のエネルギーが前記第２値よりも大きい場合には、前記三相交流電力の負側で前記第１容量型電池の前記切離し期間に対する前記接続期間の割合を増加させる第３接続処理を行うとともに、前記三相交流電力の正側で前記第２容量型電池の前記切離し期間に対する前記接続期間の割合を増加させる第４接続処理を行う、請求項３に記載の電源システム。

【請求項5】

前記制御装置は、
要求された放電のパワーが前記第１値よりも大きい場合には、前記第１出力型電池の現在の蓄電残量と前記第３値との乖離度合いを用いて前記第１切離処理における前記接続期間の割合の減少量を決定するとともに、前記第２出力型電池の現在の蓄電残量と前記第３値との乖離度合いを用いて前記第２切離処理における前記接続期間の割合の減少量を決定し、
要求された充電のパワーが前記第１値よりも大きい場合には、前記第１出力型電池の現在の蓄電残量と前記第３値との乖離度合いを用いて前記第１接続処理における前記接続期間の割合の増加量を決定するとともに、前記第２出力型電池の現在の蓄電残量と前記第３値との乖離度合いを用いて前記第２接続処理における前記接続期間の割合の増加量を決定し、
要求された放電のエネルギーが前記第２値よりも大きい場合には、前記第１容量型電池の前記到達蓄電残量と前記第４値との乖離度合いを用いて前記第３切離処理における前記接続期間の割合の減少量を決定するとともに、前記第２容量型電池の前記到達蓄電残量と前記第５値との乖離度合いを用いて前記第４切離処理における前記接続期間の割合の減少量を決定し、
要求された充電のエネルギーが前記第２値よりも大きい場合には、前記第１容量型電池の前記到達蓄電残量と前記第４値との乖離度合いを用いて前記第３接続処理における前記接続期間の割合の増加量を決定するとともに、前記第２容量型電池の前記到達蓄電残量と前記第５値との乖離度合いを用いて前記第４接続処理における前記接続期間の割合の増加量を決定する、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２０２１－１９１０９５号公報（特許文献１）には、電力系統に電力を出力する蓄電デバイスが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１９１０９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、蓄電デバイスの大容量化のために、例えば電池ストリングのような蓄電デバイスが提案されている。電池ストリングは、直列に接続された複数の電池回路モジュールを含む。そして、これら電池回路モジュールの各々は、電池と、出力端子と、電池と出力端子との接続／切離しを切り替えるスイッチ回路とを含む。各電池回路モジュールにおいて電池の電圧が出力端子に印加されることによって、各電池回路モジュールの出力電圧（出力端子に印加される電圧）が合わさった電圧が電池ストリングの出力電圧となる。

【0005】

電池ストリングの制御方法としては、各電池回路モジュールに遅延回路を設けて、１つの信号を各電池回路モジュールの遅延回路で遅延させることにより、１つの信号から各電池回路モジュールに対する指令を生成する方法が公知である。以下、こうした方法による電池ストリングの制御を、「スイープ制御」とも称する。

【0006】

しかしながら、近年、環境保護の観点から電池の再利用が推進されている。このため、電池ストリングにおいても中古電池が使用されるかもしれない。中古電池の特性は、電池の劣化度合いによって変わる。あるいは、電池ストリングの性能を向上させるために、異なる種類の複数の電池（例えば、出力型電池および容量型電池）を１つの電池ストリングに搭載することも考えられる。特性が異なる複数の電池を含む電池ストリングに上述のスイープ制御を適用した場合には、必ずしも電池ストリングの入出力電力が所望の大きさになるとは限らない。また、電池ストリングに上述のスイープ制御を適用した場合、電池ストリングの入出力を制御しながら電池ストリングに含まれる各電池の状態（例えば、蓄電残量）を調整することが難しい。

【0007】

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、電池ストリングの入出力を制御しながら電池ストリングに含まれる各電池の状態を調整しやすくすることである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の第１の観点に係る電源システムは、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。電池ストリングは、直列に接続された複数の電池回路モジュールを含む。複数の電池回路モジュールの各々は、電池と、出力端子と、電池と出力端子との接続／切離しを切り替えるスイッチ回路とを含む。制御装置は、出力端子が電池の電圧を出力する接続期間と出力端子が電池の電圧を出力しない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を制御するスイッチング制御を、電池回路モジュールごと個別に実行するように構成される。

【0009】

上記制御装置は、電池ストリングの制御において、デューティ比（接続期間：切離し期間）に従ってスイッチ回路を制御するスイッチング制御を電池回路モジュールごと個別に実行する。こうした制御装置によれば、電池ごとにデューティ比（接続期間：切離し期間）を調整できるため、電池ストリングの入出力電力を要求値に近づけるために、いずれの電池を接続し、いずれの電池を切り離すかを、自由に選択しやすくなる。このため、電池ストリングの入出力を制御しながら電池ストリングに含まれる各電池の状態（電流、電圧、温度、蓄電残量など）を調整しやすくなる。

【0010】

上記電源システムは、電池ストリングとして、Ｕ相用電池ストリングと、Ｖ相用電池ストリングと、Ｗ相用電池ストリングとを備えてもよい。Ｕ相用電池ストリングとＶ相用電池ストリングとＷ相用電池ストリングとは、三相交流電力を出力するようにＹ結線されてもよい。制御装置は、Ｕ相用電池ストリングとＶ相用電池ストリングとＷ相用電池ストリングとの各々のスイッチング制御において、要求された充電または放電のパワーと、要求された充電または放電のエネルギーと、電池の特性と、電池の状態との少なくとも１つを用いて電池回路モジュールごとのデューティ比を決定するように構成されてもよい。

【0011】

上記構成によれば、３つの電池ストリング（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相用電池ストリング）によって出力される三相交流電力を制御しながら電池ストリングに含まれる各電池の状態（電流、電圧、温度、蓄電残量など）を調整しやすくなる。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、電池ストリングの入出力を制御しながら電池ストリングに含まれる各電池の状態を調整しやすくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本開示の実施の形態に係る電源システムの回路構成の概要を示す図である。

【図2】図１に示した電池ストリングの構成を示す図である。

【図3】本開示の実施の形態に係る電源システムにおいて、制御装置からの指令に従って生成された駆動信号に従うスイッチ回路の動作例を示すタイムチャートである。

【図4】本開示の実施の形態に係る電源システムにおいて、制御装置が実行するスイッチング制御に係る処理を示すフローチャートである。

【図5】本開示の実施の形態に係る電源システムによって実行されるエネルギーマネジメントについて説明するための図である。

【図6】図４に示した処理において実行される補充電および補放電について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

図１は、この実施の形態に係る電源システムの回路構成の概要を示す図である。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～Ｓｔ３と、ＥＭＳ（Energy Management System）１００とを備える。電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３は、三相交流電力を出力するようにＹ結線されている。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。電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３は、図示しない電力系統（商用電源）と電気的に接続され、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。

【0016】

電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３は、三相交流電力を出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、およびＴｗへ出力可能に構成される。具体的には、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、中性点Ｎ２に接続されたＬＣＬフィルタＦが設けられている。ＬＣＬフィルタＦは、Ｙ結線システム／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。

【0017】

ＬＣＬフィルタＦと出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗとの間には、それぞれ電線ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３の導通／遮断を切り替えるリレーＲＵ、ＲＶ、ＲＷが設けられている。リレーＲＵ，ＲＶ，ＲＷの各々は、例えば電磁式のメカニカルリレーである。リレーＲＵ，ＲＶ，ＲＷの各々は、ユーザ操作に応じて導通／遮断を切り替えてもよい。電源システムの使用中は、基本的にはリレーＲＵ，ＲＶ，ＲＷが導通状態に維持される。ユーザは、電源システムの使用を中断するとき（例えば、メンテナンス時）に、リレーＲＵ，ＲＶ，ＲＷを遮断状態にしてもよい。

【0018】

ＬＣＬフィルタＦ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に流れる電流を検出する電流センサＩａ、Ｉｂ、Ｉｃが設けられている。電流センサＩａ，Ｉｂ，Ｉｃの各々は、検出値をＥＭＳ１００へ出力する。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以上の電圧波形になる。図１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。これらのストリング電圧は、ＬＣＬフィルタＦを経て、出力端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗに出力される。具体的には、出力端子Ｔｕ，Ｔｖ間には線間電圧Ｖｕｖ、出力端子Ｔｗ，Ｔｕの間には線間電圧Ｖｗｕ、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になる。図１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。図１には示していないが、電源システムは、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｗｕ，Ｖｖｗを検出し、各検出値をＥＭＳ１００へ出力する電圧センサをさらに備える。ＥＭＳ１００は、電流センサおよび電圧センサによる検出結果を用いて、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３から出力される三相交流電力を逐次検出する。

【0019】

電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３は互いに異なる構成を有してもよいが、この実施の形態では、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３が互いに同じ構成を有する。以下では、区別して説明する場合を除いて、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々を「電池ストリングＳｔ」、電線ＰＬ１～ＰＬ３の各々を「電線ＰＬ」と記載する。

【0020】

図２は、電池ストリングＳｔの構成を示す図である。図２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Ｓｔを制御するＳＣＵ（String Control Unit）２００をさらに備える。ＳＣＵ２００は、プロセッサ２１０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２０と、記憶装置２３０とを備える。記憶装置２３０に記憶されているプログラムをプロセッサ２１０が実行することで、各種の処理（例えば、後述する図４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。なお、ＳＣＵ２００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。ＳＣＵ２００は、本開示に係る「制御装置」の一例に相当する。

【0021】

この実施の形態に係る電源システムでは、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々にＳＣＵ２００が設けられている。例えば、ＥＭＳ１００（図１）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ると、ＥＭＳ１００は、その要請に応じて、充電または放電を要求する信号（以下、「ＥＭＳ信号」とも称する）を各電池ストリングＳｔのＳＣＵ２００へ送信する。ＥＭＳ信号は、要求するパワー（以下、「要求Ｗ」と表記する）と、要求するエネルギー（以下、「要求Ｗｈ」と表記する）との少なくとも一方を示す。この実施の形態に係るＥＭＳ信号は、放電側の電力を正（＋）、充電側の電力を負（－）で表わす。

【0022】

電池ストリングＳｔは、直列に接続された複数の電池回路モジュール１０を備える。また、電池回路モジュール１０ごとに、ＳＣＵ２００からの指令に従って電池回路モジュール１０を駆動するＧＤ（ゲートドライバ）３００が設けられている。電池ストリングＳｔに含まれる電池回路モジュール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。

【0023】

各電池回路モジュール１０は、スイッチ回路ＳＷＣと、カートリッジＣｇと、遮断器ＲＢ１，ＲＢ２と、出力端子ＯＴ１，ＯＴ２とを含む。カートリッジＣｇは、電池２０と、監視ユニット３０とを含む。電池２０としては任意の二次電池が採用される。電池２０は中古電池であってもよい。この実施の形態では、１つの電池ストリングＳｔに出力型電池および容量型電池が搭載される。すなわち、ある電池回路モジュール１０には電池２０として出力型電池を含むカートリッジＣｇがセットされ、別の電池回路モジュール１０には電池２０として容量型電池を含むカートリッジＣｇがセットされる。出力型電池の定格出力（Ｗ）は、容量型電池の定格出力（Ｗ）よりも大きい。定格出力は、電池メーカによって示される設計上の最大放電電力である。容量型電池の容量（Ｗｈ）は、出力型電池の容量（Ｗｈ）よりも大きくてもよい。電池容量は、満充電状態の電池に蓄えられた電気量に相当する。なお、出力型電池のパワー密度は、容量型電池のパワー密度よりも高くてもよい。容量型電池のエネルギー密度は、出力型電池のエネルギー密度よりも高くてもよい。

【0024】

この実施の形態では、カートリッジＣｇがスイッチ回路ＳＷＣに対して着脱可能に構成される。具体的には、遮断器ＲＢ１，ＲＢ２（以下、区別しない場合は「遮断器ＲＢ」と称する）が、スイッチ回路ＳＷＣとカートリッジＣｇとをつなぐ電線の導通／遮断を切り替える。遮断器ＲＢは、例えば電磁式のメカニカルリレーである。遮断器ＲＢ１，ＲＢ２の各々は、ユーザ操作に応じて導通／遮断を切り替えてもよい。電池回路モジュール１０の使用中は、基本的には遮断器ＲＢ１，ＲＢ２が導通状態に維持される。ユーザは、電池回路モジュール１０の使用を中断するとき（例えば、電池交換時）に、遮断器ＲＢ１，ＲＢ２を遮断状態にして、カートリッジＣｇをスイッチ回路ＳＷＣから取り外してもよい。電池ストリングＳｔは空きカートリッジがあっても動作可能であるため、ユーザは、電池ストリングＳｔに含まれるカートリッジＣｇの数を増減しやすい。こうした電池ストリングＳｔは、電池の再利用に適している。

【0025】

監視ユニット３０は、電池２０の状態を監視するＢＭＳ（Battery Management System）を含む。ＢＭＳは、電池２０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と、各種センサによる検出信号が入力される監視ＩＣ（集積回路）とを含む。監視ＩＣは、上記各種センサによる検出信号を用いて電池２０の状態を示す信号（以下、「ＢＭＳ信号」とも称する）を生成し、生成されたＢＭＳ信号をＳＣＵ２００へ出力する。ＳＣＵ２００は、上記ＢＭＳ信号に基づいて電池２０の状態（例えば、温度、電流、電圧、ＳＯＣ（State Of Charge）、およびＳＯＨ（State of Health））を取得することができる。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。ＳＯＨは、健全度または劣化度を示し、例えば初期の容量に対する現在の容量の割合を０～１００％で表わしたものである。

【0026】

監視ユニット３０は、電池２０の充電性能および放電性能に関する情報（定格出力、容量など）を記憶する記憶装置をさらに含む。記憶装置はタグであってもよい。監視ユニット３０は、カートリッジＣｇが電池回路モジュール１０にセットされたときに、上記記憶装置に記憶された情報をＳＣＵ２００へ出力してもよい。

【0027】

記憶装置２３０は、電池ストリングＳｔに含まれる各電池２０に関する情報（以下、「電池情報」と称する）を、電池２０の識別情報（電池ＩＤ）で区別して記憶している。電池ＩＤは、電池２０の位置を示す。すなわち、ＳＣＵ２００は、電池ＩＤに基づいて、電池ストリングＳｔの正極側の端から何番目の電池回路モジュール１０にセットされた電池２０であるかを識別することができる。電池情報は、電池２０の特性を示す情報（例えば、定格出力（Ｗ）、容量（Ｗｈ）、パワー密度（Ｗ／ｋｇ）、およびエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ））と、電池２０の状態を示す情報（例えば、ＢＭＳによって検出された温度、電流、電圧、ＳＯＣ、およびＳＯＨ）とを含む。ＳＣＵ２００は、監視ユニット３０から最新の電池情報を取得し、記憶装置２３０内の電池情報を逐次更新する。

【0028】

電池ストリングＳｔは、電池回路モジュール１０同士をつなぐ電線ＳＬ（ストリング線）を有する。電線ＳＬは、各電池回路モジュール１０の出力端子ＯＴ１，ＯＴ２を含む。ある電池回路モジュール１０の出力端子ＯＴ２が、当該電池回路モジュール１０に隣接する別の電池回路モジュール１０の出力端子ＯＴ１と接続されることによって、電池回路モジュール１０同士が接続されている。電線ＳＬは正極側で電線ＰＬに接続される。

【0029】

スイッチ回路ＳＷＣは、電池２０と出力端子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ＳＷＣは、第１スイッチ１１（以下、「ＳＷ１１」と表記する）と、第２スイッチ１２（以下、「ＳＷ１２」と表記する）と、ＳＷ１１の並列ダイオード１３と、ＳＷ１２の並列ダイオード１４と、チョークコイル１５と、コンデンサ１６とを含む。ＳＷ１１は、電線ＳＬ上に位置し、出力端子ＯＴ１，ＯＴ２間で導通／遮断を切り替える。ＳＷ１２およびチョークコイル１５は、出力端子ＯＴ１と遮断器ＲＢ１（電池２０の正極）とをつなぐ電線ＢＬ１上に位置する。出力端子ＯＴ２は電線ＢＬ２を介して遮断器ＲＢ２（電池２０の負極）と電気的に接続されている。コンデンサ１６は、電線ＢＬ１と電線ＢＬ２との各々に接続されている。ＳＷ１１，ＳＷ１２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。なお、図２に示すスイッチ回路ＳＷＣ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１５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。

【0030】

電池２０が出力端子ＯＴ１，ＯＴ２に接続されている期間（接続期間）においては、電池２０の電圧が出力端子ＯＴ１，ＯＴ２間に出力される。接続期間においては、電池２０と直列に接続されたＳＷ１２がＯＮ状態（導通状態）に、かつ、電池２０と並列に接続されたＳＷ１１がＯＦＦ状態（遮断状態）に制御される。電池２０が出力端子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２０の電圧が出力端子ＯＴ１，ＯＴ２間に出力されない。切離し期間においては、ＳＷ１２がＯＦＦ状態（遮断状態）に制御される。また、ＳＷ１１は、切離し期間において、過渡期を除いてＯＮ状態（導通状態）に制御される。ＳＣＵ２００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ＳＷＣを制御することにより、出力端子ＯＴ１，ＯＴ２間に出力される電圧を制御するように構成される。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（以下、「接続Ｄｕｔｙ」と称する）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。例えば、接続Ｄｕｔｙが０．８（８０％）であることは、デューティ比（接続期間：切離し期間）が「８：２」であることを意味する。デューティ比に従う制御は、一般に「ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御」とも称される。

【0031】

この実施の形態では、ＳＣＵ２００が、ＥＭＳ信号に基づいてデューティ比を電池回路モジュール１０ごと個別に決定し、決定されたデューティ比に従うスイッチ回路ＳＷＣの制御（スイッチング制御）を電池回路モジュール１０ごと個別に実行する。具体的には、ＳＣＵ２００は、デューティ比を示す信号（以下、「ＳＣ信号」と表記する）をＧＤ３００へ送信する。ＧＤ３００は、ＳＣ信号に応じて、ＳＣＵ２００が指定したデューティ比に従う電圧が出力端子ＯＴ１，ＯＴ２間に出力されるように、ＳＷ１１およびＳＷ１２を駆動するための駆動信号を生成し、その駆動信号によってＳＷ１１およびＳＷ１２を駆動する。

【0032】

図３は、ＧＤ３００が生成した駆動信号に従うスイッチ回路ＳＷＣの動作例を示すタイムチャートである。図３において、線Ｌ１０１、Ｌ１０２は、それぞれＳＷ１１、ＳＷ１２の駆動信号を示す。線Ｌ１０３は、出力端子ＯＴ１，ＯＴ２間に出力される電圧の推移を示す。線Ｌ１１０は、電池２０の状態（接続／切離し）の推移を示す。以下では、タイムチャート中の各タイミングを、単に「ｔ」と表記する。

【0033】

図１，図２とともに図３を参照して、この例では、ｔ１で接続期間から切離し期間に切り替わる。ｔ１では、ＳＷ１１がＯＦＦ状態のまま、ＳＷ１２がＯＦＦ状態になる。そして、ｔ１から所定時間（以下、「ｄｔ１」と表記する）だけ遅れたタイミング（ｔ２）で、ＳＷ１１がＯＮ状態になる。その後、ｔ３でＳＷ１１がＯＦＦ状態になる。さらに、ｔ３から所定時間（以下、「ｄｔ２」と表記する）だけ遅れたタイミング（ｔ４）で、ＳＷ１２がＯＮ状態になる。これにより、切離し期間から接続期間に切り替わる。接続期間においては、電池２０の電圧Ｖｍが出力端子ＯＴ１，ＯＴ２間に出力される。さらにその後、ｔ５で、ＳＷ１２がＯＦＦ状態になり、再び接続期間から切離し期間に切り替わる。

【0034】

線Ｌ１１０で示される接続Ｄｕｔｙは０．５である。線Ｌ１０１、Ｌ１０２で示される駆動信号は、接続Ｄｕｔｙ「０．５」に従う電圧が出力端子ＯＴ１，ＯＴ２間に出力されるようにＧＤ３００が生成した駆動信号である。詳細は後述するが、この実施の形態では、ＳＣＵ２００が、電池回路モジュール１０ごとに所定の接続条件が成立するか否かを判断し、接続条件が成立する電池回路モジュール１０について、接続Ｄｕｔｙを増加させる処理（以下、「接続処理」とも称する）を実行する。具体的には、ＳＣＵ２００は、現在の接続Ｄｕｔｙを所定量だけ増加させた接続Ｄｕｔｙを示すＳＣ信号を、ＧＤ３００へ送信する。これにより、増加した接続Ｄｕｔｙに対応する駆動信号がＧＤ３００によって生成され、例えば、線Ｌ１１０で示される接続Ｄｕｔｙ（０．５）が、線Ｌ１２０で示される接続Ｄｕｔｙ（０．８）になる。また、ＳＣＵ２００は、電池回路モジュール１０ごとに所定の切離条件が成立するか否かを判断し、切離条件が成立する電池回路モジュール１０について、接続Ｄｕｔｙを減少させる処理（以下、「切離処理」とも称する）を実行する。具体的には、ＳＣＵ２００は、現在の接続Ｄｕｔｙを所定量だけ減少させた接続Ｄｕｔｙを示すＳＣ信号を、ＧＤ３００へ送信する。これにより、減少した接続Ｄｕｔｙに対応する駆動信号がＧＤ３００によって生成され、例えば、線Ｌ１１０で示される接続Ｄｕｔｙ（０．５）が、線Ｌ１３０で示される接続Ｄｕｔｙ（０．２）になる。

【0035】

図４は、ＳＣＵ２００が実行するスイッチング制御に係る処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、例えばＳＣＵ２００がＥＭＳ信号を受信している間は、ＳＣＵ２００によって繰り返し実行される。ただし、処理開始時には、全ての電池２０の接続Ｄｕｔｙが所定の初期値（例えば、０．５）にされる。初期値は、ＥＭＳ信号に応じて設定されてもよい。ＳＣＵ２００は、図４に示す一連の処理を電池ストリングＳｔごとに実行する。フローチャート中の各ステップは、単に「Ｓ」と表記される。

【0036】

図１，図２とともに図４を参照して、Ｓ１１では、ＥＭＳ信号が示す要求Ｗの大きさ（絶対値）が所定の第１値（以下、「Ｔｈ１」と表記する）よりも大きいか否かを、ＳＣＵ２００が判断する。そして、要求Ｗの大きさ（絶対値）がＴｈ１よりも大きい場合には（Ｓ１１にてＹＥＳ）、ＳＣＵ２００が、Ｓ１２において、電池ストリングＳｔに含まれる各電池２０を、出力型電池と、出力型電池よりも出力電力が小さい容量型電池とに分類し、出力型電池について接続処理を実行する。ＳＣＵ２００は、電池情報（図２）を参照して、電池２０の定格出力（Ｗ）が所定の閾値よりも大きいか否かに基づいて、電池ストリングＳｔに含まれる各電池２０を出力型電池と容量型電池とのいずれかに分類してもよい。上記接続処理により、電池ストリングＳｔに含まれる各出力型電池の接続Ｄｕｔｙが上昇する。ＳＣＵ２００は、要求Ｗの大きさに応じて上昇量を決定してもよい。出力型電池の接続Ｄｕｔｙが上昇することで、ＥＭＳ１００からの要求Ｗに応えるために出力型電池が優先的に使用される。ＳＣＵ２００は、必要に応じて、出力型電池の接続Ｄｕｔｙを増加させる処理に加えて、容量型電池の接続Ｄｕｔｙを減少させる処理を実行してもよい。

【0037】

続くＳ１３では、ＳＣＵ２００が、電池ストリングＳｔに含まれる各出力型電池を、現在のＳＯＣ値が所定の基準ＳＯＣ値（第３値）よりも小さい第１出力型電池（以下、「電池α」と表記する）と、現在のＳＯＣ値が上記基準ＳＯＣ値（第３値）よりも大きい第２出力型電池（以下、「電池β」と表記する）とにさらに分類する。そして、ＳＣＵ２００は、Ｓ１４において電池αの補充電量と電池βの補放電量とを取得し、続くＳ１５において電池αの補充電と電池βの補放電とを実行する。Ｓ１４，Ｓ１５の詳細については後述する（図６参照）。

【0038】

続くＳ１６では、電池ストリングＳｔに含まれる各出力型電池のＳＯＣが上記基準ＳＯＣ値近傍に収束しているか否かを、ＳＣＵ２００が判断する。具体的には、電池ストリングＳｔに含まれる各出力型電池のＳＯＣが、基準ＳＯＣ値を基準とする所定ＳＯＣ範囲（例えば、基準ＳＯＣ値±ヒステリシスの範囲）内に入っていれば、Ｓ１６においてＹＥＳと判断され、そうでなければＳ１６においてＮＯと判断される。Ｓ１６においてＮＯと判断された場合には、処理がＳ１３に戻り、各出力型電池のＳＯＣを基準ＳＯＣ値に近づけるための補充放電が再び実行される。他方、Ｓ１６においてＹＥＳと判断された場合には、図４に示す一連の処理は終了する。

【0039】

要求Ｗの大きさ（絶対値）がＴｈ１以下である場合には（Ｓ１１にてＮＯ）、Ｓ２１において、ＥＭＳ信号が示す要求Ｗｈの大きさ（絶対値）が所定の第２値（以下、「Ｔｈ２」と表記する）よりも大きいか否かを、ＳＣＵ２００が判断する。そして、要求Ｗｈの大きさ（絶対値）がＴｈ２よりも大きい場合には（Ｓ２１にてＹＥＳ）、ＳＣＵ２００は、Ｓ２２において、電池ストリングＳｔに含まれる各電池２０を、Ｓ１２と同様に出力型電池と容量型電池とに分類し、容量型電池について接続処理を実行する。この接続処理により、電池ストリングＳｔに含まれる各容量型電池の接続Ｄｕｔｙが上昇する。ＳＣＵ２００は、要求Ｗおよび要求Ｗｈの大きさに応じて上昇量を決定してもよい。容量型電池の接続Ｄｕｔｙが上昇することで、ＥＭＳ１００からの要求Ｗｈに応えるために容量型電池が優先的に使用される。ＳＣＵ２００は、必要に応じて、容量型電池の接続Ｄｕｔｙを増加させる処理に加えて、出力型電池の接続Ｄｕｔｙを減少させる処理を実行してもよい。

【0040】

続くＳ２３では、ＳＣＵ２００が、要求Ｗｈに基づいて到達ＳＯＣ値を算出する。到達ＳＯＣ値は、到達蓄電残量を示し、ＥＭＳ信号が要求する充電または放電を電池２０が実行することによって電池２０のＳＯＣが到達する値に相当する。そして、ＳＣＵ２００は、電池ストリングＳｔに含まれる各容量型電池を、到達ＳＯＣ値が所定の下限ＳＯＣ値（第４値）よりも小さい第１容量型電池（以下、「電池γ」と表記する）と、到達ＳＯＣ値が所定の上限ＳＯＣ値（第５値）よりも大きい第２容量型電池（以下、「電池σ」と表記する）とにさらに分類する。上限ＳＯＣ値は、下限ＳＯＣ値よりも大きいＳＯＣ値である。そして、ＳＣＵ２００は、Ｓ２４において電池γの補充電量と電池σの補放電量とを取得し、続くＳ２５において電池γの補充電と電池σの補放電とを実行する。Ｓ２４，Ｓ２５の詳細については後述する（図６参照）。Ｓ２５の処理が実行されると、処理はＳ１３に進み、前述したＳ１３～Ｓ１６の処理により出力型電池の補充放電が実行される。

【0041】

要求Ｗｈの大きさ（絶対値）がＴｈ２以下である場合には（Ｓ２１にてＮＯ）、ＳＣＵ２００が、Ｓ３１において、電池ストリングＳｔに含まれる各電池２０のＳＯＣを取得し、それらの最大ＳＯＣ値と最小ＳＯＣ値との差（ＳＯＣ差）を算出する。さらに、ＳＣＵ２００は、Ｓ３１において、ＳＯＣ差が所定値（以下、「Ｔｈ３」と表記する）よりも大きいか否かを判断する。ＳＯＣ差がＴｈ３以下である場合には（Ｓ３１にてＮＯ）、ＳＣＵ２００は、Ｓ３４において、電池ストリングＳｔに含まれる各電池２０（各電池回路モジュール１０）の接続Ｄｕｔｙを、要求Ｗおよび要求Ｗｈに応じた値にする。その後、処理はＳ２３に進む。他方、ＳＯＣ差がＴｈ３よりも大きい場合には（Ｓ３１にてＹＥＳ）、処理がＳ３２に進む。

【0042】

Ｓ３２では、ＳＣＵ２００が、電池ストリングＳｔに含まれる各電池２０のＳＯＣの平均値または中央値を基準にして均等化範囲（ＳＯＣ均等化の目標範囲）を設定し、電池ストリングＳｔに含まれる各電池２０を、ＳＯＣが均等化範囲の下限値よりも低い電池（以下、「電池ε」と表記する）と、ＳＯＣが均等化範囲の上限値よりも高い電池（以下、「電池ζ」と表記する）と、電池ε，ζ以外の電池とに分類する。そして、ＳＣＵ２００は、Ｓ３３において電池εの補充電と電池ζの補放電とを実行する。詳細は後述するが、ＳＣＵ２００は、Ｓ３３において、要求Ｗおよび要求Ｗｈに応じた電力が電池ストリングＳｔに入力または電池ストリングＳｔから出力され、かつ、電池ストリングＳｔに含まれる各電池２０のＳＯＣが均等化範囲内に入るように、電池ε，ζの接続Ｄｕｔｙを増減させる（図６参照）。Ｓ３３の処理が実行されると、図４に示す一連の処理は終了する。

【0043】

図５は、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３によって実行されるエネルギーマネジメントについて説明するための図である。図５を参照して、ＳＣＵ２００は、エネルギーマネジメントのための充電要求または放電要求を、ＥＭＳ１００から受信する。ＳＣＵ２００は、所定のパワーでの放電または充電を要求するパワー要求と、継続的な放電または充電によって所定のエネルギーの出力または蓄電を要求するエネルギー要求とを受信してもよい。

【0044】

図５に示すパワー要求は、発電設備から出力される発電電力の変動を抑制するためのエネルギーマネジメントを要求する。電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３は、こうしたパワー要求に応じて、発電電力の実績値Ｌ１２を目標値Ｌ１１に近づけるための充放電を実行してもよい。パワー要求では、短時間における大電力の放電または充電が要求されることが多い。パワー要求は、例えば、気象条件によって発電出力が変動する自然変動電源（太陽光発電設備など）のエネルギーマネジメントに利用される。また、図５に示すエネルギー要求は、電力系統の需給バランスを調整するためのエネルギーマネジメントを要求する。電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３は、こうしたエネルギー要求に応じて、電力系統の電力需要量Ｌ２１と電力供給量Ｌ２２とを一致させるための充放電を実行してもよい。

【0045】

ここで、電池ストリングＳｔに、要求ＷｈがＸであるエネルギー要求と要求ＷがＹであるパワー要求との両方に応える特性（要求特性）を持たせることを考える。図５において、線Ｌ１は、出力型電池のみで構成される電池ストリングＳｔに関して、出力型電池の個数を増減させたときの定格出力（Ｗ）および容量（Ｗｈ）の変化を示す。出力型電池のみで構成される電池ストリングＳｔで容量Ｘを確保するためには、たくさんの出力型電池が必要になる。また、線Ｌ２は、容量型電池のみで構成される電池ストリングＳｔに関して、容量型電池の個数を増減させたときの定格出力（Ｗ）および容量（Ｗｈ）の変化を示す。容量型電池のみで構成される電池ストリングＳｔで定格出力Ｙを確保するためには、たくさんの容量型電池が必要になる。この実施の形態に係る電源システムでは、１つの電池ストリングＳｔに出力型電池および容量型電池を搭載し、ＳＣＵ２００が前述の図４に示した処理を実行することで、電池の数を過剰に増やすことなく、上記要求特性を電池ストリングＳｔに付与することが可能になる。

【0046】

この実施の形態に係る電源システムでは、ＳＣＵ２００が、要求された充電または放電のパワーがＴｈ１よりも大きい場合には（図４のＳ１１にてＹＥＳ）、出力型電池の切離し期間に対する接続期間の割合を、要求された充電または放電のパワーがＴｈ１よりも小さい場合（図４のＳ１１にてＮＯ）よりも大きくする（図４のＳ１２）。また、ＳＣＵ２００は、要求された充電または放電のエネルギーがＴｈ２よりも大きい場合には（図４のＳ２１にてＹＥＳ）、容量型電池の切離し期間に対する接続期間の割合を、要求された充電または放電のエネルギーがＴｈ２よりも小さい場合（図４のＳ２１にてＮＯ）よりも大きくする（図４のＳ２２）。こうした電源システムでは、ＳＣＵ２００（制御装置）が、要求に応じて出力型電池と容量型電池との各々のデューティ比を調整することにより、各電池ストリングＳｔが、要求されたパワーに応じた充電または放電、あるいは要求されたエネルギーに応じた充電または放電を実行しやすくなる。

【0047】

図６は、図４に示した処理において実行される補充電および補放電について説明するための図である。

【0048】

図６を参照して、図４のＳ１４では、ＳＣＵ２００が、例えば記憶装置２３０に記憶されたマップＭ１に基づいて、現在のＳＯＣ値と基準ＳＯＣ値との差に応じた電池αの補充電量と、現在のＳＯＣ値と基準ＳＯＣ値との差に応じた電池βの補放電量とを取得する。例えば、ＳＣＵ２００は、現在のＳＯＣ値がＶ１である電池αについては、補充電量としてΔＰ１を取得し、現在のＳＯＣ値がＶ２である電池βについては、補放電量としてΔＰ２を取得する。ＳＣＵ２００は、電池αの補充電量および電池βの補放電量を用いて、電池αおよびβに関する後述の切離処理（Ｓ１５）における接続Ｄｕｔｙの減少量と、電池αおよびβに関する後述の接続処理（Ｓ１５）における接続Ｄｕｔｙの増加量とを決定する。なお、ＳＣＵ２００は、現在のＳＯＣ値が基準ＳＯＣ値と一致する出力型電池については補充放電を実行しない。

【0049】

図４のＳ２４では、ＳＣＵ２００が、例えば記憶装置２３０に記憶されたマップＭ２に基づいて、到達ＳＯＣ値と下限ＳＯＣ値との差に応じた電池γの補充電量と、到達ＳＯＣ値と上限ＳＯＣ値との差に応じた電池σの補放電量とを取得する。例えば、ＳＣＵ２００は、到達ＳＯＣ値がＶ３である電池γについては補充電量としてΔＰ３を取得し、到達ＳＯＣ値がＶ４である電池σについては補放電量としてΔＰ４を取得する。ＳＣＵ２００は、電池γの補充電量および電池σの補放電量を用いて、電池γおよびσに関する後述の切離処理（Ｓ２５）における接続Ｄｕｔｙの減少量と、電池γおよびσに関する後述の接続処理（Ｓ２５）における接続Ｄｕｔｙの増加量とを決定する。なお、ＳＣＵ２００は、到達ＳＯＣ値が下限ＳＯＣ値以上かつ上限ＳＯＣ値以下である容量型電池については補充放電を実行しない。

【0050】

図４のＳ１５，Ｓ２５，Ｓ３３の各々では、ＳＣＵ２００が、ＥＭＳ１００から充電と放電とのいずれを要求されたかに基づいて、以下に説明するように接続処理または切離処理を実行する。以下では、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３から出力される三相交流電力を、単に「三相交流電力」と称する。三相交流電力の正側、負側は、それぞれ放電側、充電側に相当する。ＳＣＵ２００は、Ｓ１５、Ｓ２５、Ｓ３３において、電池α、γ、εをそれぞれ充電対象とし、電池β、σ、ζをそれぞれ放電対象とする。

【0051】

ＥＭＳ１００から放電を要求された場合には、ＳＣＵ２００は、三相交流電力の正側で充電対象（電池α、γ、ε）の接続Ｄｕｔｙを減少させる切離処理を行うとともに、三相交流電力の負側で放電対象（電池β、σ、ζ）の接続Ｄｕｔｙを減少させる切離処理を行う。こうした処理により、ＳＯＣが低い充電対象のＳＯＣを上昇させるとともに、ＳＯＣが高い放電対象のＳＯＣを低下させることができる。

【0052】

要求された放電のパワーがＴｈ１よりも大きい場合には（図４のＳ１１にてＹＥＳ）、Ｓ１５で切離処理による補充放電が実行される。具体的には、三相交流電力の正側で、Ｓ１４で取得した補充電量の分だけＳＣＵ２００が電池αの接続Ｄｕｔｙを減少させ、三相交流電力の負側で、Ｓ１４で取得した補放電量の分だけＳＣＵ２００が電池βの接続Ｄｕｔｙを減少させる。Ｓ１５における電池α、βに関する切離処理は、それぞれ本開示に係る「第１切離処理」、「第２切離処理」の一例に相当する。

【0053】

また、要求された放電のエネルギーがＴｈ２よりも大きい場合には（図４のＳ２１にてＹＥＳ）、Ｓ２５で切離処理による補充放電が実行される。具体的には、三相交流電力の正側で、Ｓ２４で取得した補充電量の分だけＳＣＵ２００が電池γの接続Ｄｕｔｙを減少させ、三相交流電力の負側で、Ｓ２４で取得した補放電量の分だけＳＣＵ２００が電池σの接続Ｄｕｔｙを減少させる。Ｓ２５における電池γ、σに関する切離処理は、それぞれ本開示に係る「第３切離処理」、「第４切離処理」の一例に相当する。

【0054】

ＥＭＳ１００から充電を要求された場合には、ＳＣＵ２００は、三相交流電力の負側で充電対象（電池α、γ、ε）の接続Ｄｕｔｙを増加させる接続処理を行うとともに、三相交流電力の正側で放電対象（電池β、σ、ζ）の接続Ｄｕｔｙを増加させる接続処理を行う。こうした処理により、ＳＯＣが低い充電対象のＳＯＣを上昇させるとともに、ＳＯＣが高い放電対象のＳＯＣを低下させることができる。

【0055】

要求された充電のパワーがＴｈ１よりも大きい場合には（図４のＳ１１にてＹＥＳ）、Ｓ１５で接続処理による補充放電が実行される。具体的には、三相交流電力の負側で、Ｓ１４で取得した補充電量の分だけＳＣＵ２００が電池αの接続Ｄｕｔｙを増加させ、三相交流電力の正側で、Ｓ１４で取得した補放電量の分だけＳＣＵ２００が電池βの接続Ｄｕｔｙを増加させる。Ｓ１５における電池α、βに関する接続処理は、それぞれ本開示に係る「第１接続処理」、「第２接続処理」の一例に相当する。

【0056】

また、要求された充電のエネルギーがＴｈ２よりも大きい場合には（図４のＳ２１にてＹＥＳ）、Ｓ２５で接続処理による補充放電が実行される。具体的には、三相交流電力の負側で、Ｓ２４で取得した補充電量の分だけＳＣＵ２００が電池γの接続Ｄｕｔｙを増加させ、三相交流電力の正側で、Ｓ２４で取得した補放電量の分だけＳＣＵ２００が電池σの接続Ｄｕｔｙを増加させる。Ｓ２５における電池γ、σに関する切離処理は、それぞれ本開示に係る「第３接続処理」、「第４接続処理」の一例に相当する。

【0057】

この実施の形態に係る電源システムでは、大きなパワー（大電力）の放電または充電を要求されたときに、ＳＣＵ２００（制御装置）が、３つの電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相用電池ストリング）によって出力される三相交流電力に応じて出力型電池のデューティ比を調整することにより、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々において、各出力型電池の蓄電残量が基準値（第３値）から大きく乖離することを抑制できる。また、上記の電源システムでは、大きなエネルギー（大電力量）の放電または充電を要求されたときに、ＳＣＵ２００（制御装置）が、３つの電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相用電池ストリング）によって出力される三相交流電力に応じて容量型電池のデューティ比を調整することにより、電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３の各々において、各容量型電池の蓄電残量が、下限値（第４値）よりも小さくなったり、上限値（第５値）よりも大きくなったりすることを抑制できる。

【0058】

この実施の形態に係る電源システムでは、ＳＣＵ２００（制御装置）が、出力型電池の現在の蓄電残量と基準値（第３値）との乖離度合いを用いて第１，第２切離処理および第１，第２接続処理の各々における接続期間の割合の制御量（減少量または増加量）を決定する。こうした制御装置は、例えば電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３がパワー要求に従う放電または充電を実行する場合に、各出力型電池の蓄電残量が基準値（第３値）から乖離することを抑制するように、各出力型電池のデューティ比を制御しやすい。また、ＳＣＵ２００（制御装置）は、容量型電池の蓄電残量が到達する値と閾値（第４値または第５値）との乖離度合いを用いて第３，第４切離処理および第３，第４接続処理の各々における接続期間の割合の制御量（減少量または増加量）を決定する。こうした制御装置は、例えば電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３がエネルギー要求に従う放電または充電を実行する場合に、各容量型電池の蓄電残量が閾値（第４値または第５値）から乖離することを抑制するように、各容量型電池のデューティ比を制御しやすい。なお、乖離度合いは、差で表してもよいし、比率で表してもよい。比率が１に近いほど乖離度合いが小さいことになる。

【0059】

図６において、波形Ｄ１～Ｄ４の各々は、ＳＣＵ２００が図４に示した処理を実行したときの電池ストリングＳｔの状態推移を示している。波形Ｄ１は、ストリング電圧（Ｅ_ｓｔｒ）を示している。ストリング電圧は、「Ｅ_ｓｔｒ（ｔ）＝Ｅ_ｏｓｉｎωｔ＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}」（Ｅ_ｏ：出力相電圧振幅、Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}：オフセット電圧）のような式で表される。波形Ｄ２は、ストリング電流（Ｉ_ｓｔｒ）を示している。ストリング電流は、「Ｉ_ｓｔｒ（ｔ）＝Ｉ_ｏｓｉｎωｔ」（Ｉ_ｏ：出力電流振幅）のような式で表される。波形Ｄ３は、ストリング電圧のデューティ（ｄｕｔｙ）を示している。ストリング電圧のデューティは、「ｄｕｔｙ（ｔ）＝Ｅ_ｓｔｒ（ｔ）／Ｖ_ａｌｌ」（Ｖ_ａｌｌ：ストリング全電圧）のような式で表される。ストリング全電圧は、電池ストリングＳｔに含まれる電池２０の数と電池１個あたりの電圧（Ｖｍ）との乗算値に相当する。波形Ｄ４は、電池電流（Ｉ_ｂａｔ（ｔ））を示している。電池電流は、電池ストリングＳｔにおける電池１個あたりの平均電流値に相当し、「Ｉ_ｂａｔ（ｔ）＝Ａｓｉｎ^２ωｔ＋Ｂｓｉｎωｔ」（Ａ＝Ｅ_ｏＩ_ｏ／Ｖ_ａｌｌ、Ｂ＝Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}Ｉ_ｏ／Ｖ_ａｌｌ）のような式で表される。

【0060】

電池ストリングＳｔ１～Ｓｔ３が三相交流電力を出力しているときには、各電池ストリングＳｔの電流は、波形Ｄ２で示すように推移する。このため、電池ストリングＳｔとしては充電しているときでも、交流周波数の時間レベルでみると、電池電流は充電側と放電側とに電流が流れている。したがって、上記図４のＳ１５，Ｓ２５，Ｓ３３の処理により、特定の電池のみを放電することが可能になる。また、電池ストリングＳｔとしては放電しているときに、上記図４のＳ１５，Ｓ２５，Ｓ３３の処理により、特定の電池のみを充電することも可能である。

【0061】

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】

【0062】

１０ 電池回路モジュール、１１ 第１スイッチ、１２ 第２スイッチ、２０ 電池、３０ 監視ユニット、１００ ＥＭＳ、２００ ＳＣＵ、２１０ プロセッサ、２２０ ＲＡＭ、２３０ 記憶装置、Ｃｇ カートリッジ、ＯＴ１，ＯＴ２ 出力端子、ＳＷＣ スイッチ回路、Ｓｔ，Ｓｔ１～Ｓｔ３ 電池ストリング。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】