本发明涉及具备多个包括电池和电路的模块的电源系统。
背景技术：
已知有具备多个包括电池和电路的模块，通过控制多个模块的各自来进行电力向外部的输出及从外部输入的电力的蓄积中的至少任一方的电源装置。例如，日本特开2018-74709所记载的电源装置具备多个包括电池、第1开关元件及第2开关元件的电池电路模块。多个电池电路模块经由各自的输出端子而串联连接。电源装置的控制电路将对第1开关元件及第2开关元件进行接通断开驱动的栅极信号对各电池电路模块每隔一定时间而分别输出。由此，从多个电池电路模块输出设为目标的电力。
技术实现要素：
各电池电路模块中的开关元件若每隔微小时间被切换，则有时在各电池电路模块中产生振铃(ringing)，电池电路模块中的电流值以高频进行振动。在该情况下，电池电路模块所具备的电池的发热量增加的可能性及电池电压的检测精度下降的可能性变高。因此，希望能够抑制在具备电池及电路的各模块中可能发生的振铃的影响。
本发明的典型的目的在于提供一种能够合适地抑制在具备电池及电路的各模块中可能产生的振铃的影响的电源系统。
为了实现上述目的，这里公开的一方案的电源系统的特征在于，具有：主线；及多个扫描模块，连接于该主线，上述扫描模块具有：电池模块，包括至少1个电池；输入输出电路，构成为将该电池模块连接于上述主线；至少1个开关元件，配置于该输入输出电路，对上述电池模块与上述主线的连接及切断进行切换；电容器，与上述电池模块并联地安装于上述输入输出电路；及配线，连接上述输入输出电路与上述电池模块，上述多个扫描模块构成为执行通过将控制上述开关元件的接通和断开的交替驱动的栅极信号每隔确定的延迟时间依次向各所述电力电路模块输出而依次切换与上述主线连接的上述电池模块的扫描控制，上述配线被维持在形成有环的状态。
上述构成的电源系统执行依次切换与主线连接的扫描模块的扫描控制。若执行扫描控制，则有时在各电池模块中产生振铃，电池模块中的电流值以高频进行振动。但是，在上述构成的电力电路模块中，由电容器和形成于配线的环(以下，称作“环部”)形成谐振电路。通过使扫描控制中的栅极信号的频率(也就是说，开关多个扫描模块时的频率)和谐振电路的lc谐振频率根据各电池模块的阻抗特性而匹配，电池模块中的电流向直流接近，振铃的影响被抑制。另外，作为形成谐振电路的电感器，使用将连接输入输出电路与电池模块的配线形成为环状而得到的环部。因此，与为了形成谐振电路而使用各种元件或设备(例如电抗器等)的情况相比，电源系统的构成被简化。由此，在各扫描模块中可能发生的振铃的影响被合适地抑制。
在这里公开的电源系统的优选的一方案中，输入输出电路具备连接配线的第1端子。配线具备以能够装卸的方式装配于第1端子的第1配线端子。在该情况下，作业者通过进行输入输出电路的第1端子与配线的第1配线端子的装卸，能够合适地更换在电池电路模块的输入输出电路装配的电池模块。
在这里公开的电源系统的优选的一方案中，电池模块具备连接配线的第2端子。配线具备以能够装卸的方式装配于第2端子的第2配线端子。在该情况下，作业者通过进行电池模块的第2端子与配线的第2配线端子的装卸，能够合适地更换在电池电路模块的输入输出电路装配的电池模块。
附图说明
本发明的典型实施例的特征、优点及技术上和工业上的意义将会在下面参照附图来描述，在这些附图中，同样的标号表示同样的要素，其中：
图1是电源系统1的概略构成图。
图2是扫描模块20的概略构成图。
图3是扫描动作中的时间图的一例。
图4是强制忽略动作中的时间图的一例。
图5是示出执行了扫描控制的情况下的串10的电压、串10的电流及串10所包含的1个电池模块30的电流的时间变化的一例的图表。
图6是具备环部60的配线61的俯视图及主视图。
图7是示出评价试验的结果的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开中的典型的实施方式之一进行详细说明。在本说明书中特别提及的事项以外的事项且对于实施而言所需的事项，能够作为基于本领域中的现有技术的本领域技术人员的设计事项来掌握。本发明能够基于本说明书所公开的内容和本领域中的技术常识来实施。此外，在以下的附图中，对起到相同作用的部件、部位标注相同的标号来说明。另外，各图中的尺寸关系并非反映实际的尺寸关系。
<整体的概略构成>参照图1，对本实施方式中的电源系统1的整体构成进行概略说明。电源系统1进行相对于与上位的电力系统8连接的配电装置5的电力的输出及从配电装置5输入的电力的蓄积中的至少任一方(以下，有时简称作“电力的输入输出”)。作为一例，在本实施方式中，使用pcs(powerconditioningsubsystem：功率调节子系统)作为配电装置5。pcs具有将从电力系统8向电源系统1等输入的电力及从电源系统1等向电力系统8输出的电力在电源系统1等与电力系统8之间相互变换的功能。
在电力系统8中电力有剩余的情况下，配电装置5将剩余的电力向电源系统1输出。在该情况下，电源系统1蓄积从配电装置5输入的电力。另外，电源系统1根据来自控制上位的电力系统8的上位系统6的指示，将蓄积于电源系统1的电力向配电装置5输出。在图1中，上位系统6作为控制电力系统8及配电装置5的系统而以与电力系统8及配电装置5相独立地设置的方式进行了图示。但是，上位系统6也可以纳入于电力系统8或配电装置5。
电源系统1具备至少1个串10。本实施方式的电源系统1具备多个(n个：n≥2)串10(10a、10b、…、10n)。在图1中，为了方便，仅图示了n个串10中的2个串10a、10b。串10成为与配电装置5之间的电力的输入输出的单位。多个串10相对于配电装置5并联连接。配电装置5与各串10之间的电力的输入输出(通电)通过主线7来进行。
串10具备scu(stringcontrolunit：串控制单元)11及多个(m个：m≥2)扫描模块20(20a、20b、…、20m)。各扫描模块20具备电池及控制电路。scu11针对每个串10而设置。scu11是对1个串10所包含的多个扫描模块20进行统合控制的控制器。各scu11与作为电力控制装置的gcu(groupcontrolunit：组控制单元)2之间进行通信。gcu2是对包括多个串10的组整体进行统合控制的控制器。gcu2与上位系统6及各scu11之间进行通信。上位系统6、gcu2及scu11之间的通信的方法能够采用各种方法(例如，有线通信、无线通信、经由网络的通信等中的至少任一方)。
此外，也可以变更控制串10及扫描模块20等的控制器的构成。例如，gcu2和scu11也可以不分别设置。也就是说，也可以是1个控制器对包括至少1个串10的组整体和串10所包含的多个扫描模块20都进行控制。
<扫描模块>参照图2对扫描模块20进行详细说明。扫描模块20包括电池模块30、电力电路模块40及扫描单元(su(sweepunit))50。
电池模块30具备至少1个电池31。在本实施方式的电池模块30设置有多个电池31。多个电池31串联连接。在本实施方式中，使用二次电池作为电池31。电池31可以使用各种二次电池(例如，镍氢电池、锂离子电池、镍镉电池等)中的至少任一方。此外，在电源系统1中，也可以使多个种类的电池31混合存在。当然，也可以是全部电池模块30内的电池31的种类全部相同。
在电池模块30装配有电压检测部35及温度检测部36。电压检测部35检测电池模块30所具备的电池31(在本实施方式中是串联连接的多个电池31)的电压。温度检测部36检测电池模块30所具备的电池31的温度或电池31的附近的温度。温度检测部36可以使用检测温度的各种元件(例如热敏电阻等)。
电池模块30设置成能够相对于电力电路模块40装卸。详细而言，在本实施方式中，具备多个电池31的电池模块30成为1个单位，进行从电力电路模块40的拆卸及向电力电路模块40的装配。因此，与电池模块30所包含的电池31一个一个更换的情况相比，作业者更换电池31时的作业工时减少。此外，在本实施方式中，电压检测部35及温度检测部36与电池模块30相独立地更换。但是，也可以是电压检测部35及温度检测部36中的至少一方与电池模块30一起更换。
电力电路模块40形成用于使电池模块30中的电力的输入输出合适地实现的电路。在本实施方式中，电力电路模块40具备对电池模块30与主线7之间的连接及切离进行切换的至少1个开关元件。在本实施方式中，电力电路模块40具备用于将电池模块30连接于主线7的输入输出电路43和配置于输入输出电路43的第1开关元件41及第2开关元件42。第1开关元件41及第2开关元件42根据从扫描单元50输入的信号(例如栅极信号等)而进行开关动作。
在本实施方式中，如图2所示，第1开关元件41在输入输出电路43中相对于主线7串联且相对于电池模块30并联地安装。第2开关元件42在输入输出电路43中安装于将电池模块30串联连接于主线7的部分。第1开关元件41以沿着放电电流流向主线7的方向成为正向的方式配置源极和漏极。第2开关元件42在将电池模块30串联安装于主线7的输入输出电路43中以沿着充电电流流向电池模块30的方向成为正向的方式配置源极和漏极。在本实施方式中，第1开关元件41和第2开关元件42分别是mosfet(例如，si-mosfet)，分别具备朝向正向的体二极管41a、42a。在此，第1开关元件41的体二极管41a能够适当称作第1体二极管。第2开关元件42的体二极管42a能够适当称作第2体二极管。
此外，第1开关元件41和第2开关元件42不限定于图2的例子。第1开关元件41及第2开关元件42可以使用能够对导通和非导通进行切换的各种元件。在本实施方式中，第1开关元件41及第2开关元件42双方使用mosfet(详细而言是si-mosfet)。但是，也可以采用mosfet以外的元件(例如，晶体管等)。
另外，电力电路模块40具备电感器46及电容器47。电感器46设置于电池模块30与第2开关元件42之间。电容器47与电池模块30并联连接。在本实施方式中，由于电池模块30的电池31使用了二次电池，所以需要抑制由内部电阻损失的增加引起的电池31的劣化。因此，通过利用电池模块30、电感器46及电容器47形成rlc滤波器来谋求电流的平准化。
另外，在电力电路模块40设置有温度检测部48。温度检测部48为了检测第1开关元件41及第2开关元件42中的至少一方的发热而设置。在本实施方式中，第1开关元件41、第2开关元件42及温度检测部48纳入于1个基盘。因此，在发现了第1开关元件41及第2开关元件42中的一方的故障的时间点，连同基盘进行更换。由此，在本实施方式中，通过1个温度检测部48设置于第1开关元件41及第2开关元件42的附近，零件件数被削减。不过，也可以是检测第1开关元件41的温度的温度检测部和检测第2开关元件42的温度的温度检测部分别设置。温度检测部48可以使用检测温度的各种元件(例如热敏电阻等)。
如图1及图2所示，串10内的多个电池模块30分别以介有电力电路模块40的方式相对于主线7串联连接。并且，通过适当控制电力电路模块40的第1开关元件41和第2开关元件42，电池模块30相对于主线7连接或切离。在图2所示的电力电路模块40的构成例中，若第1开关元件41被设为断开且第2开关元件42被设为接通，则电池模块30连接于主线7。若第1开关元件41被设为接通且第2开关元件42被设为断开，则电池模块30从主线7切离。
扫描单元(su(sweepunit))50是以进行与扫描模块20相关的各种控制的方式纳入于扫描模块20的控制单元，也被称作扫描控制单元。详细而言，扫描单元50输出使电力电路模块40中的第1开关元件41及第2开关元件42驱动的信号。另外，扫描单元50将扫描模块20的状态(例如，电池模块30的电压、电池31的温度及开关元件41、42的温度等)向上位的控制器(在本实施方式中是图1所示的scu11)通知。扫描单元50分别纳入于串10的多个扫描模块20。纳入于串10的多个扫描模块20的扫描单元50依次相连，构成为将从scu11输出的栅极信号gs依次传播。如图2所示，在本实施方式中，扫描单元50具备su处理部51、延迟/选择电路52及栅极驱动器53。
su处理部51是掌管扫描单元50中的各种处理的控制器。su处理部51例如可以使用微机等。对su处理部51输入来自电压检测部35、温度检测部36及温度检测部48的检测信号。另外，su处理部51与上位的控制器(在本实施方式中是串10的scu11)之间进行各种信号的输入输出。
从scu11向su处理部51输入的信号包括强制忽略(英文：through)信号css及强制连接信号ccs。强制忽略信号css是指示将电池模块30从自配电装置5向串10延伸的主线7(参照图1)切离的信号。也就是说，被输入了强制忽略信号css的扫描模块20忽略用于与配电装置5之间输入输出电力的动作。强制连接信号ccs是指示电池模块30相对于主线7的连接的维持的信号。
对延迟/选择电路52输入栅极信号gs。栅极信号(在本实施方式中是pwm信号)gs是控制第1开关元件41及第2开关元件42的接通状态和断开状态的交替的反复开关动作的信号。栅极信号gs是激活(on)和非激活(off)交替反复的脉冲状的信号。栅极信号gs首先从scu11(参照图1)向1个扫描模块20内的延迟/选择电路52输入。接着，栅极信号gs从1个扫描模块20的延迟/选择电路52向其他的扫描模块20的延迟/选择电路52依次传播。
在串10中，执行图3及图4所例示的扫描控制。在此，图3是扫描动作中的时间图的一例。具体而言，在图3中，使全部扫描模块20执行了扫描动作的情况下的各扫描模块20的连接状态与向配电装置5输出的电压的关系作为一例而示出。图4是强制忽略动作中的时间图的一例。具体而言，在图4中，使一部分扫描模块20执行了强制忽略动作的情况下的各扫描模块20的连接状态与向配电装置5输出的电压的关系作为一例而示出。
在串10中执行的扫描控制中，确定纳入于串10的多个扫描模块20(例如，m个)中的在相同定时下成为on的扫描模块20的数量m。扫描控制中的栅极信号gs例如由脉冲波形构成。栅极信号gs例如可以将用于将电池模块30连接于主线7的信号波形和用于将电池模块30从主线7切离的信号波形依次排列。在栅极信号gs中，用于将电池模块30连接于主线7的信号波形可以在扫描串10的预先确定的周期t中纳入有与主线7连接的电池模块30的数量。另外，用于将电池模块30从主线7切离的信号波形纳入有纳入于串10的电池模块30中的将电池模块30从主线7切离所需的所需数量。用于将电池模块30从主线7切离的信号波形、用于将电池模块30从主线7切离的信号波形被适当调整波长等。
在本实施方式的串10中，m个扫描模块20从配电装置5侧起按照扫描模块20a、20b、…、20m的顺序串联连接。以下，将接近配电装置5的一侧设为上游侧，将远离配电装置5的一侧设为下游侧。首先，栅极信号gs从scu11向最上游侧的扫描模块20a内的扫描单元50的延迟/选择电路52输入。接着，栅极信号gs从扫描模块20a的延迟/选择电路52向下游侧相邻的扫描模块20b的延迟/选择电路52传播。栅极信号向下游侧相邻的扫描模块20的传播依次反复进行到最下游侧的扫描模块20m为止。
在此，延迟/选择电路52可以使从scu11或上游侧的扫描模块20输入的脉冲状的栅极信号gs延迟确定的延迟时间而向下游侧的扫描模块20传播。在该情况下，表示延迟时间的信号从scu11向扫描单元50(例如，在本实施方式中是扫描单元50内的su处理部51)输入。延迟/选择电路52基于由信号表示的延迟时间来使栅极信号gs延迟。另外，延迟/选择电路52也可以使输入的栅极信号gs不延迟而直接向下游侧的扫描模块20传播。
另外，栅极驱动器53驱动第1开关元件41及第2开关元件42的开关动作。延迟/选择电路52将控制栅极驱动器53的驱动的信号对栅极驱动器53输出。栅极驱动器53向第1开关元件41和第2开关元件42分别输出控制信号。在将电池模块30连接于主线7的情况下，栅极驱动器53输出用于将第1开关元件41设为断开且将第2开关元件42设为接通的控制信号。在将电池模块30从主线7切离的情况下，栅极驱动器53输出用于将第1开关元件41设为接通且将第2开关元件42设为断开的控制信号。
本实施方式的延迟/选择电路52由scu11等控制装置控制，选择性地执行扫描动作、强制忽略动作及强制连接动作。
例如，在扫描动作中，由栅极信号gs操作第1开关元件41和第2开关元件42。串10所包含的多个电池模块30以预定的顺序与主线7连接，且以预定的顺序从主线7切离。其结果，串10一边将与主线7连接的电池模块30以短的控制周期依次改换，一边在预先确定的数量的电池模块30始终连接于主线7那样的状态下驱动。通过上述扫描动作，串10一边将与主线7连接的电池模块30以短的控制周期依次改换，一边如预先确定的数量的电池模块30串联连接而成的1个电池组那样发挥功能。串10的各扫描模块20由scu11控制以实现上述扫描动作。在上述控制中，scu11对串10输出栅极信号gs，并且向纳入于各扫描模块20的su处理部51输出控制信号。扫描动作的一例的详细说明将在图3及图4中例示而后述。
在扫描动作中，延迟/选择电路52将输入的栅极信号gs向栅极驱动器53直接输出，并且使栅极信号gs延迟延迟时间而向下游侧的扫描模块20传播。其结果，扫描动作中的扫描模块20的电池模块30一边在串10内错开定时一边与主线7依次连接且从主线7依次切离。
在强制忽略动作中，延迟/选择电路52将无论输入的栅极信号gs如何都使第1开关元件41维持为接通且使第2开关元件42维持为断开的信号向栅极驱动器53输出。其结果，强制忽略动作中的扫描模块20的电池模块30从主线7切离。另外，强制忽略动作中的扫描模块20的延迟/选择电路52使栅极信号gs不延迟而直接向下游侧的扫描模块20传播。
在强制连接动作中，延迟/选择电路52将无论输入的栅极信号gs如何都使第1开关元件41维持为断开且使第2开关元件42维持为接通的信号向栅极驱动器53输出。其结果，强制连接动作中的扫描模块20的电池模块30与主线7始终连接。另外，强制连接动作中的扫描模块20的延迟/选择电路52使栅极信号gs不延迟而直接向下游侧的扫描模块20传播。
延迟/选择电路52也可以构成为起到如上所述的所需功能的1个集成电路。另外，延迟/选择电路52也可以将使栅极信号gs延迟的电路和向栅极驱动器53选择性地输送栅极信号gs的电路组合。以下，说明本实施方式中的延迟/选择电路52的构成例。
在本实施方式中，如图2所示，延迟/选择电路52具备延迟电路52a和选择电路52b。输入到延迟/选择电路52的栅极信号gs向延迟电路52a输入。延迟电路52a使栅极信号gs延迟预定的延迟时间而向选择电路52b输出。另外，输入到延迟/选择电路52的栅极信号gs以不通过延迟电路52a的别的路径直接向选择电路52b输出。选择电路52b从su处理部51接受指示信号，根据指示信号而进行输出。
在来自su处理部51的指示信号指示实施扫描动作的情况下，选择电路52b将输入的栅极信号gs直接向该扫描模块20的栅极驱动器53输出。栅极驱动器53向电力电路模块40输出控制信号，将第1开关元件41设为断开，且将第2开关元件42设为接通，将电池模块30连接于主线7。另一方面，选择电路52b向下游的下一个扫描模块20的延迟/选择电路52输出延迟后的栅极信号gs。也就是说，在电池模块30在扫描动作中连接于主线7的情况下，向下游的下一个扫描模块20输送延迟了预定的延迟时间的栅极信号gs。
在来自su处理部51的指示信号是强制忽略信号css的情况下，选择电路52b将用于忽略电池模块30的信号向栅极驱动器53输出。通过强制忽略信号css继续，接受到强制忽略信号css的扫描模块20的电池模块30维持在从主线7切离的状态。在该情况下，由选择电路52b将以不通过延迟电路52a的别的路径输入到选择电路52b的栅极信号gs向下游的下一个扫描模块20输出。
在来自su处理部51的指示信号是强制连接信号ccs的情况下，选择电路52b将用于将电池模块30连接于主线7的信号向栅极驱动器53输出。也就是说，栅极驱动器53将第1开关元件41设为断开，且将第2开关元件42设为接通，将电池模块30连接于主线7。通过强制连接信号ccs继续，电池模块30维持在连接于主线7的状态。在该情况下，由选择电路52b将以不通过延迟电路52a的别的路径输入到选择电路52b的栅极信号gs向下游的下一个扫描模块20。
如图1及图2所示，在本实施方式中，1个串10所包含的多个扫描单元50(详细而言是多个延迟/选择电路52)以菊花链(英文：daisychain)方式依次连接。其结果，从scu11向1个扫描单元50输入的栅极信号gs在多个扫描单元50之间依次传播。因此，scu11中的处理容易被简化，信号性的增加也容易被抑制。但是，scu11也可以对多个扫描单元50的各自独立地输出栅极信号gs。
扫描单元50具备指示器57。指示器57例如将包括电池模块30、电力电路模块40等的扫描模块20的状态向作业者通知。指示器57例如能够将在扫描模块20内的电池模块30检测到缺陷(例如，故障及电池31的劣化等)(也就是说，电池模块30处于应该更换的状态)向作业者通知。
作为一例，本实施方式的指示器57使用作为发光元件的一种的led。但是，也可以使用led以外的设备(例如显示器等)作为指示器57。另外，还可以使用输出声音的设备(例如扬声器等)作为指示器57。另外，指示器57也可以通过由致动器(例如，马达或螺线管等)使部件驱动而将扫描模块20的状态向作业者通知。另外，指示器57可以构成为根据扫描模块20的状态而以不同的方法展示状态。
在本实施方式中，指示器57的动作由扫描单元50内的su处理部51控制。但是，也可以是su处理部51以外的控制器(例如scu11等)控制指示器57的动作。
在本实施方式中，针对每个扫描单元50设置有指示器57。因此，作业者能够从排列配置的多个扫描模块20中容易地识别由指示器57通知了状态的扫描模块20。但是，也可以变更指示器57的构成。例如，也可以与针对每个扫描单元50设置的指示器57相独立地或与指示器57一起设置将多个扫描模块20的状态集中通知的状态通知部。在该情况下，状态通知部例如可以在1个监视器上集中显示多个扫描模块20的状态(例如，是否产生了缺陷等)。
<扫描控制>对在串10中执行的扫描控制进行说明。在此，扫描控制是用于使串10的各电池模块30执行扫描动作的控制。在串10中执行的扫描控制中，scu11输出脉冲状的栅极信号gs。另外，串10的多个扫描模块20中的开关元件41、42被适当切换接通和断开而驱动。其结果，电池模块30相对于主线7的连接和从主线7的切离针对每个扫描模块20而高速地切换。而且，串10能够使向从上游侧起的第x个扫描模块20输入的栅极信号gs相对于向第(x-1)个扫描模块20输入的栅极信号gs延迟。其结果，串10所包含的m个扫描模块20中的与主线7连接的m个(m<m)扫描模块20依次切换。由此，串10所包含的多个电池模块30以预定顺序与主线7连接，且以预定顺序从主线7切离。并且，成为预先确定的数量的电池模块30始终连接于主线7那样的状态。通过上述扫描动作，串10作为预先确定的数量的电池模块30串联连接而成的1个电池组发挥功能。
图3是示出使串10所包含的全部扫描模块20执行了扫描动作的情况下的各扫描模块20的连接状态与向配电装置5输出的电压的关系的一例的时间图。1个串10所包含的扫描模块20的数量m可以适当变更。在图3所示的例子中，在1个串10中包含5个扫描模块20，使5个扫描模块20的全部执行扫描动作。
另外，在图3所示的例中，对串10的scu11输入使向配电装置5输出的电压vh[v]为100v的vh指令信号。各扫描模块20中的电池模块30的电压vmod[v]是43.2v。另外，使栅极信号gs延迟的延迟时间dl[μsec]根据对电源系统1要求的规格而适当设定。栅极信号gs的周期t(也就是说，扫描模块20的连接和切离的周期)成为对执行扫描动作的扫描模块20的数量p(≤m)乘以延迟时间dl而得到的值。因此，若将延迟时间dl设定得长，则栅极信号gs的频率成为低频。相反，若将延迟时间dl设定得短，则栅极信号gs的频率成为高频。在图3所示的例中，延迟时间dl被设定为2.4μsec。因此，栅极信号gs的周期t成为“2.4μsec×5＝12μsec”。
在本实施方式中，第1开关元件41被设为断开且第2开关元件42被设为接通的扫描模块20的电池模块30连接于主线7。也就是说，若第1开关元件41被设为断开且第2开关元件42被设为接通，则相对于电池模块30并联设置的电容器47连接于输入输出电路43，电力被输入输出。扫描模块20的扫描单元50在栅极信号gs处于激活的期间将电池模块30连接于主线7。另一方面，第1开关元件41被设为断开且第2开关元件42被设为接通的扫描模块20的电池模块30从主线7切离。扫描单元50在栅极信号gs处于非激活的期间将电池模块30从主线7切离。
此外，若第1开关元件41和第2开关元件42同时成为接通状态，则会发生短路。因此，扫描单元50在对第1开关元件41和第2开关元件42进行切换的情况下，将一方的元件从接通切换为断开后，经过稍微的待机时间后，将另一方的元件从断开切换为接通。其结果，短路的发生被防止。
将由vh指令信号指示的vh指令值设为vh_com，将各电池模块30的电压设为vmod，将执行扫描动作的扫描模块20的数量(也就是说，在扫描控制中设为向主线7的连接对象的扫描模块20的数量)设为p。在该情况下，在栅极信号gs中，激活的期间相对于周期t所占的占空比以“vh_com/(vmod×p)”求出。在图3所示的例中，栅极信号gs的占空比成为约0.46。此外，严格来说，在用于防止短路的发生的待机时间的影响下，占空比偏离。因此，扫描单元50也可以使用反馈处理或前馈处理来进行占空比的修正。
如图3所示，当扫描控制开始后，首先，p个扫描模块20中的1个(在图3所示的例中是最上游侧的no.1的扫描模块20)成为连接状态。之后，当经过延迟时间dl后，下一扫描模块20(在图3所示的例子中是从上游侧起的第2个的no.2的扫描模块20)也成为连接状态。在该状态下，向配电装置5输出的电压vh成为2个扫描模块20的电压的合计值，未达到vh指令值。当进一步经过延迟时间dl后，no.3的扫描模块20成为连接状态。在该状态下，连接于主线7的扫描模块20的数量成为no.1～no.3这3个。因此，向配电装置5输出的电压vh成为3个扫描模块20的电压的合计值，比vh指令值大。之后，当no.1的扫描模块20从主线7切离后，电压vh恢复为2个扫描模块20的电压的合计值。当从no.3的连接开始起经过延迟时间dl后，no.4的扫描模块20成为连接状态。其结果，连接于主线7的扫描模块20的数量成为no.2～no.4这3个。如以上这样，根据扫描控制，m个(在图3中是5个)扫描模块20中的连接于主线7的m个(在图3中是3个)扫描模块20依次切换。
如图3所示，vh指令值有时无法以各电池模块30的电压vmod除尽。在该情况下，向配电装置5输出的电压vh变动。但是，电压vh由rlc滤波器平准化并向配电装置5输出。此外，在将从配电装置5输入的电力向各扫描模块20的电池模块30蓄积的情况下，也与图3所例示的时间图同样地控制各扫描模块20的连接状态。
<强制忽略动作>参照图4，对使一部分扫描模块20执行强制忽略动作且使其他扫描模块20执行扫描动作的情况下的控制进行说明。如前所述，被指示了执行强制忽略动作的扫描模块20维持将电池模块30从主线7切断的状态。在图4所示的例中，使no.2的扫描模块20执行强制忽略动作这一点与图3所示的例子不同。也就是说，在图4所示的例子中，1个串10所包含的5个扫描模块20中的执行扫描动作的扫描模块20的数量(也就是说，设为向主线7的连接对象的扫描模块20的数量)p为4个。vh指令值、各电池模块30的电压vmod及延迟时间dl与图3所示的例相同。在图4所示的例子中，栅极信号gs的周期t成为“2.4μsec×4＝9.6μsec”。栅极信号gs的占空比成为约0.58。
如图4所示，在使一部分扫描模块20(在图4中是no.2的扫描模块20)执行强制忽略动作的情况下，与图3所例示的情况相比，执行扫描动作的扫描模块20的数量p减少。但是，串10与执行扫描动作的扫描模块20的数量p的减少相应地调整栅极信号gs的周期t和栅极信号gs的占空比。其结果，向配电装置5输出的电压vh的波形与图3所例示的电压vh的波形相同。因此，串10即使在使执行扫描动作的扫描模块20的数量p增减的情况下，也能够将被指示的电压vh合适地向配电装置5输出。
串10例如在任一扫描模块20内的电池31产生了缺陷(例如，劣化或故障等)的情况下，能够使包括产生了缺陷的电池31的扫描模块20执行强制忽略动作。因此，串10能够使用未产生缺陷的扫描模块20来将被指示的电压vh合适地向配电装置5输出。另外，作业者能够在使串10正常工作的状态下更换包括产生了缺陷的电池31的电池模块30(也就是说，进行着强制忽略动作的扫描模块20的电池模块30)。换言之，在本实施方式的电源系统1中，在更换电池模块30时，无需使串10整体的动作停止。
此外，在使一部分扫描模块20执行强制连接动作的情况下，执行强制连接动作的扫描模块20的连接状态成为始终连接。例如，在使图4所示的no.2的扫描模块20执行强制连接动作而非强制忽略动作的情况下，no.2的连接状态维持在“连接”而非“切断”。
在电源系统1具备多个串10的情况下，上述说明的扫描控制在多个串10的各自中执行。对电源系统1的整体进行统合控制的控制器(在本实施方式中是gcu2)以满足来自上位系统6的指令的方式控制多个串10的动作。例如，在仅通过1个串10无法满足从上位系统6要求的vh指令值的情况下，gcu2也可以通过使多个串10输出电力来满足vh指令值。
<串>参照图1，对串10及电源系统1的整体构成进行详细说明。如前所述，串10具备scu11和经由电力电路模块40而串联连接于主线7的多个扫描模块20。而且，串10的主线7连接于从配电装置5延伸的总线9。串10从主线7中的配电装置5侧(上游侧)起依次具备总线电压检测部21、系统切断器(系统切断器被适当称作“smr(systemmainrelay)”)22、串电容器23、串电流检测部24、串电抗器25及串电压检测部26。此外，也可以变更一部分部件的配置。例如，系统切断器22也可以设置于比串电容器23靠下游侧处。
总线电压检测部21检测从配电装置5向串10延伸的总线9中的电压。系统切断器22对串10与配电装置5之间的连接及切断进行切换。在本实施方式中，系统切断器22由从scu11输入的信号驱动。串电容器23及串电抗器25通过形成rlc滤波器而谋求电流的平准化。串电流检测部24检测在串10与配电装置5之间流动的电流。串电压检测部26检测将在串10中串联连接于主线7的多个扫描模块20的电压相加而得到的电压，也就是串10的串电压。
在图1所示的方式中，系统切断器22具备开关22a和熔断器22b。开关22a是用于将串10相对于配电装置5连接或切断的装置。开关22a可以适当被称作串开关。通过使该开关22a成为接通，串10的主线7与配电装置5的总线9连接。通过使该开关22a成为断开，串10从配电装置5切离。开关22a由控制串10的scu11控制。通过操作开关22a，串10相对于配电装置5适当切断或连接。熔断器22b是在串10的主线7中流动了在串10的设计上非计划的大电流的情况下用于停止该电流的装置。熔断器22b适当被称作串熔断器。
在此，若纳入于1个电池模块30的电池是相同规格的电池，则纳入的电池的数量越多，则1个电池模块30的电压越高。另一方面，若电池模块30的电压高，则作业者在处理上危险，且变得沉闷。在上述观点下，可以在1个电池模块30中，在“成为即使在满充电的状态下作业人接触也不会成为重大的事故的程度的电压(例如，低于60v，优选的是，例如低于42v)且成为一名作业者容易更换的程度的重量”的范围内内置很多电池。并且，纳入于串10的电池模块30无需全部由相同电池构成，可以根据纳入于电池模块30的电池的种类、规格等而确定纳入于1个电池模块30的电池的数量。在串10中，纳入有该电池模块30的扫描模块20通过串联组合而构成为能够输出所需的电压。而且，该电源系统1通过多个串10组合而构成为能够输出用于与电力系统8连接的所需的电力。
在本实施方式中，电源系统1的多个串10所连接的配电装置5具备与串10a、10b分别连接的副配电装置5a、5b。通过副配电装置5a、5b，连接于副配电装置5a、5b的各串10a、10b并联连接。配电装置5通过连接于各串10的副配电装置5a、5b来控制从电力系统8向各串10a、10b输入的电力的分配、从各串10a、10b向电力系统8输出的电力的统合等。配电装置5及副配电装置5a、5b通过连接于上位系统6的gcu2与控制各串10的scu11的协同配合而以纳入有多个串10的电源系统1整体作为1个电源装置发挥功能的方式被控制。
例如，在本实施方式中，配电装置5的下游侧也就是各串10a、10b侧由直流电流控制。配电装置5的上游侧也就是电力系统8由交流控制。各串10a、10b的电压通过配电装置5而以相对于电力系统8的电压大体均衡的方式被控制。若各串10a、10b的电压被控制成比电力系统8低，则从电力系统8向各串10a、10b流动电流。此时，若在各串10a、10b中进行扫描控制，则电池模块30适当被充电。若各串10a、10b的电压被控制成比电力系统8高，则从各串10a、10b向电力系统8流动电流。此时，若在各串10a、10b中进行扫描控制，则适当从电池模块30放电。配电装置5也可以将各串10a、10b的电压相对于电力系统8的电压保持为均等，以使电流几乎不向各串10a、10b流动的方式进行控制。在本实施方式中，这样的控制能够针对连接有串10a、10b的每个副配电装置5a、5b进行控制。例如，通过针对每个串10a、10b分别调整电压，也可以以使电流几乎不向与配电装置5相连的多个串10a、10b中的一部分串10流动的方式进行控制。
在该电源系统1中，通过增加并联连接于配电装置5的串10的数量，能够增大作为电源系统1整体的容量。例如，根据该电源系统1，能够组成能够进行能够吸收电力系统8的突然的需求增加的输出或者弥补电力系统8的突然的电力不足那样的大型的系统。例如，通过增大电源系统1的容量，能够将电力系统8的大的剩余电力适当用于电源系统1的充电。例如，在深夜的电力需求低的时间段中发电所的输出有剩余的情况或在大型的太阳能发电系统中发电量急增那样的情况下，电源系统1能够通过配电装置5而吸收剩余电力。相反，即使在电力系统8的电力需求急增那样的情况下，也能够按照来自上位系统6的指令，通过配电装置5而从电源系统1向电力系统8适当输出所需的电力。由此，由电源系统1适当弥补电力系统8的电力不足。
在该电源系统1中，无需将纳入于串10的多个电池模块30中的全部电池模块30始终连接。由于能够如上述那样针对每个电池模块30执行强制忽略动作，所以在电池模块30产生了异常的情况下，能够将产生了的电池模块30从串10的扫描控制切离。因此，在该电源系统1中，电池模块30所使用的电池并非必需是未使用的新电池。
例如，作为混合动力车、电动汽车等电动车辆的驱动用电源而使用的二次电池能够适当被再利用。上述作为驱动电源而使用的二次电池例如即使使用10年左右，也充分起到作为二次电池的功能。在该电源系统1中，由于能够将产生了异常的电池模块30立即切离，所以例如可以对起到需要的所需性能进行确认再纳入于电池模块30。作为电动车辆的驱动用电源而使用的二次电池依次来到回收的时期。电源系统1例如也可以纳入电动车辆1万台量的二次电池，认为能够吸收相当量的回收的二次电池。此外，不知道作为电动车辆的驱动用电源而使用的二次电池的性能何时劣化。在这样的二次电池被再利用于电源系统1的电池模块30那样的情况下，无法预测何时会在电池模块30产生缺陷。
根据这里提出的电源系统1，能够通过扫描模块20而将电池模块30适当切离。因而，即使突发地在电池模块30、纳入于电池模块30的二次电池产生缺陷，也无需停止电源系统1整体。
<电池模块中的振铃>参照图5，对在各电池模块30中产生的振铃进行说明。图5是示出执行了扫描控制的情况下的串10的电压、串10的电流及串10所包含的1个电池模块30的电流的时间变化的一例的图表。在图3及图4中例示的扫描控制中，连接于主线7的扫描模块20依次切换。因此，串10整体的电流及电压会振动，但维持为与从上位系统指示的值相近的值。
着眼于1个电池模块30的电流值。电池模块30中的电流在通过第1开关元件41和第2开关元件42的交替驱动而反复增减的期间细微振动。也就是说，电池模块30中的电流以比栅极信号gs的频率高的频率振动，并以栅极信号gs的频率增减。电池模块30中的电流的高频下的振动由通过第1开关元件41和第2开关元件42每隔微小时间切换而产生的振铃引起。电池模块30中的电流的振动量(振幅)越大，则电池31的发热量增加的可能性及电池31(在本实施方式中是电池模块30)的电压的检测精度下降的可能性越高。
于是，本实施方式的电源系统1通过利用由电感器46(在本实施方式中是后述的环部60)及电容器47(参照图2)形成的谐振电路使电池模块30中的电流向直流接近(也就是说，减小振动的振幅)来抑制振铃的影响。详细而言，通过使扫描控制中的栅极信号gs的频率和谐振电路中的lc谐振频率根据各电池模块30的阻抗特性而匹配，电流向直流接近，振铃的影响被合适地抑制。
<环部>参照图6，对作为本实施方式的电感器46(参照图2)而使用的环部60进行说明。在本实施方式中，使用环部60作为形成谐振电路的电感器46。环部60是将连接电池电路模块40(参照图2)的输入输出电路43与电池模块30的配线61形成为环状而得到的部位。因此，与为了形成谐振电路而使用各种元件或设备(例如电抗器等)的情况相比，电源系统1的构成被简化。为了维持环部60的形状，在环部60的至少1处(在本实施方式中是2处)装配有捆扎配线的捆扎带62。此外，将环部60的环的直径(在本实施方式中是内径)设为d。
在为了使电池模块30中的电流向直流接近而增大谐振电路中的l×c的值时，无需严格设定电感器46(环部60)的l值。因此，即使采用简易的构成的环部60，振铃的影响也被合适地抑制。
在输入输出电路43设置有连接配线61的第1端子45。另外，在配线61设置有以能够装卸的方式装配于第1端子45的第1配线端子64。因此，作业者通过进行输入输出电路43的第1端子45与配线61的第1配线端子64的装卸，能够合适地更换向输入输出电路43装配的电池模块30。
在电池模块30设置有连接配线61的第2端子33。另外，在配线61设置有以能够装卸的方式装配于第2端子33的第2配线端子65。因此，作业者通过进行电池模块30的第2端子33与配线61的第2配线端子65的装卸，能够合适地更换向输入输出电路43装配的电池模块30。
此外，在本实施方式的配线61一并设置有第1配线端子64和第2配线端子65。因此，作业者可以将电池模块30与配线61一起更换，也可以在将配线61连接于输入输出端子43的状态下仅更换电池模块30。因此，更换电池模块30时的自由度高。另外，在需要更换配线61的情况(例如，配线61发生了故障的情况或更换为环部60的形状等不同的配线61的情况等)下，作业者也容易仅更换配线61。不过，在配线61也可以仅设置有第1配线端子64和第2配线端子65中的一方。也就是说，也可以是配线61的两端的一方固定于输入输出端子43或电池模块30。
参照图7，对用于确认环部60的有无、环部60的尺寸及形状与l值的关系的评价试验的结果进行说明。在本评价试验中，关于环部60的有无、尺寸及形状中的至少任一个互相不同的6个评价对象(1)～(6)取得了l值。(1)～(6)的配线均由同一配线61形成。(1)的评价对象是未形成环部60的配线61自身。(2)的评价对象具有直径d为60mm的大致正圆状的环部60。(3)的评价对象的环部60将(2)的环部60在a方向(参照图6)上压扁10mm而使其成为了大致椭圆形。(4)的评价对象的环部60将(2)的环部60在b方向(参照图6)上压扁10mm而使其成为了大致椭圆形。(5)的评价对象具有直径d为70mm的大致正圆状的环部60。(6)的评价对象具有直径d为50mm的大致正圆状的环部60。此外，(2)～(5)的环部60均通过使配线61环绕2次而形成。
如图7所示，具备环部60的(2)～(6)的评价对象的l值成为了比不具有环部60的(1)的评价对象的l值大的值。由此可知，通过形成环部60，能够确保大的l值。另外，将(2)～(4)进行比较可知，环部60的圆的形状(正圆或椭圆)及椭圆的方向对l值造成的影响小。因此，可以说，即使不严格规定环部60的形状，通过使用环部60，振铃的影响也被合适地抑制。另外，将(2)、(5)及(6)进行比较可知，使环部60的直径d越大，则l值越大。因此，也可以通过调整环部60的直径d来确保使电流向直流接近所需的l值。
以上，虽然举出具体的实施方式而详细说明了本发明，但这些只不过是例示，不对权利要求书构成限定。权利要求书所记载的技术包括对以上记载的实施方式进行各种变形、变更而得到的技术。
1.一种电源系统，具有：
主线；及
多个扫描模块，连接于所述主线，
所述扫描模块具有：
电池模块，包括至少1个电池；
输入输出电路，构成为将所述电池模块连接于所述主线；
至少1个开关元件，配置于该输入输出电路，对所述电池模块与所述主线的连接及切断进行切换；
电容器，与所述电池模块并联地安装于所述输入输出电路；及
配线，连接所述输入输出电路与所述电池模块，
所述多个扫描模块构成为执行通过将控制所述开关元件的接通和断开的交替驱动的栅极信号每隔确定的延迟时间依次向各所述电力电路模块输出而依次切换与所述主线连接的所述电池模块的扫描控制，
所述配线被维持在形成有环的状态。
2.根据权利要求1所述的电源系统，
所述输入输出电路具有连接所述配线的第1端子，
所述配线具有以能够装卸的方式装配于所述第1端子的第1配线端子。
3.根据权利要求1或2所述的电源系统，
所述电池模块具有连接所述配线的第2端子，
所述配线具有以能够装卸的方式装配于所述第2端子的第2配线端子。
技术总结