JP7474276B2 - 電源システム - Google Patents
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Description
本実施の形態における電源回路100(電源モジュール群)は、図1に示すように、電池モジュール102及び制御コントローラ104を含んで構成される。電源回路100は、複数の電池モジュール102(102a,102b,・・・102n)を含んで構成される。電源回路100に含まれる複数の電池モジュール102は、端子T1及びT2に接続される負荷(図示しない)に対して電力を供給(力行)し、又は、端子T1及びT2に接続される電源(図示しない)から電力を充電(回生)することができる。
以下、電源回路100の制御について図2を参照して説明する。通常制御時において、各電池モジュール102(102a,102b,・・・102n)のAND素子22に対して制御コントローラ104からハイ(H)レベルの制御信号が入力される。また、各電池モジュール102(102a,102b,・・・102n)のOR素子24に対して制御コントローラ104からロー(L)レベルの制御信号が入力される。したがって、第1スイッチ素子16のゲート端子にはゲート駆動信号処理回路20からのゲート駆動信号がNOT素子26を介して反転信号として入力され、第2スイッチ素子18のゲート端子にはゲート駆動信号処理回路20からのゲート駆動信号がそのまま入力される。
次に、複数の電池モジュール102(102a,102b,・・・102n)のうち選択された電池モジュール102内の電池10を強制的に切り離す制御について説明する。制御コントローラ104は、強制的に切り離す対象とする電池モジュール102のAND素子22及びOR素子24に対して強制切断信号を出力する。すなわち、強制切断の対象となる電池モジュール102に属するAND素子22に対してロー(L)レベルの制御信号を出力し、OR素子24に対してロー(L)レベルの制御信号を出力する。これによって、AND素子22からはロー(L)レベルが出力され、OR素子24を介して、第1スイッチ素子16のゲート端子にはNOT素子26によってハイ(H)レベルが入力され、第2スイッチ素子18のゲート端子にはロー(L)レベルが入力される。したがって、第1スイッチ素子16は常時オン状態となり、第2スイッチ素子18は常時オフ状態とされ、該当する電池モジュール102内の電池10はゲート駆動信号の状態によらず強制的に切り離された状態(パススルー状態)となる。このような強制切り離し制御を用いることにより、特定の電池モジュール102内の電池10が故障した場合に切り離しを行うことで動作を継続させることが可能となる。強制切断した場合におけるオン時比率Dは(電源回路100の出力電圧)/(強制切断状態の電池モジュール102を除いた電池モジュール102の合計電圧)で表される。電池モジュール102a,102b,・・・102n内の電池10に故障が発生した場合、その故障した電池10を除外して、正常な電池モジュール102のみを使用して、ゲート駆動信号の周期T、オン時比率Dを再設定することによって、所望の電圧を得ることができる。すなわち、電池モジュール102a,102b,・・・102n内の電池10に故障が発生した場合でも、所望の電圧の出力を継続することができる。また、各電池モジュール102の電池容量にばらつきがある場合に電池モジュール102内の電池10のSOCのアンバランスを抑制する制御に利用することができる。
次に、複数の電池モジュール102(102a,102b,・・・102n)内の電池10のうち選択されたものを強制的に接続する制御について説明する。制御コントローラ104は、強制的に接続する対象とする電池モジュール102のOR素子24に強制接続信号を出力する。すなわち、強制接続の対象となる電池モジュール102に属するOR素子24にハイ(H)レベルの制御信号を出力する。
図5は、強制切り離し制御を適用した電源回路100の電池モジュール102内の電池10の各々の電池接続状態を表したタイムチャートの具体例を示す。説明を分かりやすくするため具体的な事例として14個の電池モジュール102を用いた場合で説明している。
図6は、電源回路100を利用した3相交流電源200の構成を示す。3相交流電源200は、3組の電源回路100(電池モジュール群)を組み合わせて構成される。
図16は、電源回路100を利用した単相交流電源300の構成を示す。単相交流電源300は、2組の電源回路100を組み合わせて構成される。2組の電源回路100は負極側が中性点Nで接続され、それぞれの正極側がフィルタ202を介してトランス204に接続される。
上記第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、各ストリングにおける電池モジュール102毎の電池の残容量を測定又は推定して、電池の残容量に応じて充放電に対する分配係数を設定する態様とした。ただし、電池の残容量に応じた制御に限定されるものではなく、電池の満充電容量に応じて充放電に対する分配係数を設定する構成としてもよい。
また、電池のSOCに応じて充放電に対する分配係数を設定する構成としてもよい。電池のSOCに応じて制御を行う場合、各ストリングにおける電池モジュール102毎の電池のSOCを測定又は推定し、各ストリングのSOCの平均値(平均SOC)に応じて分配係数を設定する。ただし、各ストリングの平均SOCを求める際には、強制切り離し制御によって強制的に切り離されている電池モジュール102に含まれる電池のSOCは考慮しないようにすることが好適である。
また、電池の出力電圧に応じて充放電に対する分配係数を設定する構成としてもよい。電池の出力電圧に応じて制御を行う場合、各ストリングにおける電池モジュール102毎の電池の出力電圧を測定又は推定し、各ストリングの電池の出力電圧の平均値(平均出力電圧)に応じて分配係数を設定する。ただし、各ストリングの平均出力電圧を求める際には、強制切り離し制御によって強制的に切り離されている電池モジュール102に含まれる電池の出力電圧は考慮しないようにすることが好適である。
Claims (8)
- 電池を有する電池モジュールを複数含んだ電池モジュール群を複数組使用し、制御コントローラからのゲート駆動信号に基づいて複数の前記電池モジュール内の前記電池を相互に直列接続可能である電源システムであって、
前記電池モジュール群毎に位相の異なる交流電圧を発生させることによって単相又は3相の交流電圧を生成し、前記電池モジュール群毎に出力電力が異なるように制御可能であり、
前記電池モジュール群の各相における平均満充電容量に応じて、前記電池モジュール群毎に出力電圧を制御することを特徴とする電源システム。 - 電池を有する電池モジュールを複数含んだ電池モジュール群を複数組使用し、制御コントローラからのゲート駆動信号に基づいて複数の前記電池モジュール内の前記電池を相互に直列接続可能である電源システムであって、
前記電池モジュール群毎に位相の異なる交流電圧を発生させることによって単相又は3相の交流電圧を生成し、前記電池モジュール群毎に出力電力が異なるように制御可能であり、
前記電池モジュール群の各相における平均SOCに応じて、前記電池モジュール群毎に出力電圧を制御することを特徴とする電源システム。 - 電池を有する電池モジュールを複数含んだ電池モジュール群を複数組使用し、制御コントローラからのゲート駆動信号に基づいて複数の前記電池モジュール内の前記電池を相互に直列接続可能である電源システムであって、
前記電池モジュール群毎に位相の異なる交流電圧を発生させることによって単相又は3相の交流電圧を生成し、前記電池モジュール群毎に出力電力が異なるように制御可能であり、
前記電池モジュール群の各相における平均出力電圧に応じて、前記電池モジュール群毎に出力電圧を制御することを特徴とする電源システム。 - 電池を有する電池モジュールを複数含んだ電池モジュール群を複数組使用し、制御コントローラからのゲート駆動信号に基づいて複数の前記電池モジュール内の前記電池を相互に直列接続可能である電源システムであって、
前記電池モジュール群毎に位相の異なる交流電圧を発生させることによって単相又は3相の交流電圧を生成し、前記電池モジュール群毎に出力電力が異なるように制御可能であり、
前記電池モジュール群毎に出力のオフセット電圧を異ならせることによって、3相平衡の交流電圧を出力することを特徴とする電源システム。 - 請求項4に記載の電源システムであって、
前記電池モジュール群毎に前記オフセット電圧に正弦波状の電圧を重畳させて出力することを特徴とする電源システム。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の電源システムであって、
前記制御コントローラからの前記ゲート駆動信号を前記電池モジュール間で転送することによって複数の前記電池モジュール内の前記電池を相互に直列接続可能であることを特徴とする電源システム。 - 請求項1~6のいずれか1項に記載の電源システムであって、
前記電池モジュール群の各相における総残容量に応じて、前記電池モジュール群毎に出力電圧を制御することを特徴とする電源システム。 - 請求項7に記載の電源システムであって、
前記電池モジュールに含まれる前記電池の残容量を推定する電池残量推定手段と、
前記電池残量推定手段において推定された前記電池の残容量推定値から前記電池モジュール群の各相における前記総残容量を算出する総残容量算出手段と、
を備え、
前記電池モジュール群の各相における前記総残容量に応じて、前記電池モジュール群毎に出力電力を制御することを特徴とする電源システム。
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