(57)【要約】【課題】各電池モジュールに電流センサを設けることなく、各電池モジュールに含まれる電池の内部抵抗を高い精度で測定する。【解決手段】電池モジュール１０２を複数含み、制御コントローラ１０４からのゲート駆動信号に応じて電池モジュール１０２が相互に直列接続される電源装置１００であって、電池モジュール１０２を直列接続から強制的に切り離す切断手段を備え、切断手段によって電池モジュール１０２を直列接続から切り離す前と直後の電圧と、電池モジュール１０２から出力されるモジュール電流と、から電池モジュール１０２の内部抵抗を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を有する電池モジュールを複数含み、制御コントローラからのゲート駆動信号に応じて前記電池モジュールが相互に直列接続される電源装置であって、
前記電池モジュールを前記直列接続から強制的に切り離す切断手段を備え、
前記切断手段によって前記電池モジュールを前記直列接続から切り離す前と直後の電圧と、当該電池モジュールから出力されるモジュール電流と、から当該電池モジュールの内部抵抗を推定することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
二次電池を有する電池モジュールを複数含み、制御コントローラからのゲート駆動信号に応じて前記電池モジュールが相互に直列接続される電源装置であって、
前記電池モジュールを前記直列接続から強制的に切り離す切断手段を備え、
前記切断手段によって前記電池モジュールを前記直列接続から切り離した状態から前記直列接続に接続する前と直後の電圧と、当該電池モジュールから出力されるモジュール電流と、から当該電池モジュールの内部抵抗を推定することを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電源装置であって、
前記モジュール電流は、装置から出力される出力電流と前記電池モジュールに対するオンデューティから推定することを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールを直列接続して電力を供給する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池モジュールを直列に接続して、負荷に電力を供給（力行）する電源装置が利用されている。電池モジュールに含まれる電池を二次電池とした場合、負荷側から電池へ充電（回生）を行うこともできる。
【０００３】
このような電源装置において、ゲート駆動信号に基づいて各電池モジュールを負荷に接続したり、切り離したりするスイッチング回路を備えた構成が提案されている。このような回路構成において、遅延回路を介したゲート駆動信号で各電池モジュールのスイッチング回路を駆動させることで電圧制御を行っている（特許文献１）。
【０００４】
また、二次電池の電池電圧と電流を繰り返し測定する第１の段階と、充電時又は放電時における電流の絶対値が漸次的に減少した後に放電時又は充電時における電流の絶対値が漸次的に増大する場合に二次電池の充電と放電との切換時点を基準として同一の時間と推定される時点における充電時の電池電圧及び電流値並びに放電時の電池電圧及び電流値を用いて二次電池の内部抵抗を計算する第２の段階と、から二次電池の内部抵抗を演算する方法が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−０７４７０９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４９７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電源装置では、電池モジュールに含まれる電池の劣化状況等を知るために電池の内部抵抗を高精度に測定できることが望ましい。しかしながら、電池の内部抵抗を測定するために各電池モジュールに電流センサを設けると電源装置の製造コストの増大に繋がる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、二次電池を有する電池モジュールを複数含み、制御コントローラからのゲート駆動信号に応じて前記電池モジュールが相互に直列接続される電源装置であって、前記電池モジュールを前記直列接続から強制的に切り離す切断手段を備え、前記切断手段によって前記電池モジュールを前記直列接続から切り離す前と直後の電圧と、当該電池モジュールから出力されるモジュール電流と、から当該電池モジュールの内部抵抗を推定することを特徴とする電源装置である。
【０００８】
本発明の別の態様は、二次電池を有する電池モジュールを複数含み、制御コントローラからのゲート駆動信号に応じて前記電池モジュールが相互に直列接続される電源装置であって、前記電池モジュールを前記直列接続から強制的に切り離す切断手段を備え、前記切断手段によって前記電池モジュールを前記直列接続から切り離した状態から前記直列接続に接続する前と直後の電圧と、当該電池モジュールから出力されるモジュール電流と、から当該電池モジュールの内部抵抗を推定することを特徴とする電源装置である。
【０００９】
ここで、前記モジュール電流は、装置から出力される出力電流と前記電池モジュールに対するオンデューティから推定することが好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、各電池モジュールに電流センサを設けることなく、各電池モジュールに含まれる電池の内部抵抗を高い精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態における電源装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における電池モジュールの制御を説明するタイムチャートである。
【図３】本発明の実施の形態における電池モジュールの作用を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における電源装置の制御を説明するタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態における内部抵抗の推定処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態におけるモジュール電流を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるモジュール電圧を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施の形態における電源装置１００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。電源装置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。複数の電池モジュール１０２は、制御コントローラ１０４による制御によって互いに直列に接続可能である。電源装置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。
【００１３】
電池モジュール１０２は、電池１０、チョークコイル１２、コンデンサ１４、第１スイッチ素子１６、第２スイッチ素子１８、遅延回路２０、ＡＮＤ素子２２及びＮＯＴ素子２４を含んで構成される。本実施の形態において、各電池モジュール１０２は同一の構成を備える。
【００１４】
電池１０は、少なくとも１つの二次電池を含む。電池１０は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を複数直列又は／及び並列接続した構成とすることができる。チョークコイル１２及びコンデンサ１４は、電池１０からの出力を平滑化して出力する平滑回路（ローパスフィルタ回路）を構成する。すなわち、電池１０として二次電池を使用しているので、内部抵抗損失の増加による電池１０の劣化を抑制するため、電池１０、チョークコイル１２及びコンデンサ１４によってＲＬＣフィルタを形成して電流の平準化を図っている。
【００１５】
なお、チョークコイル１２及びコンデンサ１４は、必須の構成ではなく、これらを設けなくてもよい。また、電池モジュール１０２においてチョークコイルＬと電池１０との配置位置（接続位置）を入れ替えてもよい。また、第２スイッチ素子１８を、第１スイッチ素子１６に対して出力端子の反対側に配置してもよい。すなわち、第１スイッチ素子１６と第２スイッチ素子１８とのスイッチング動作により電池１０（コンデンサ１４）の電圧を出力端子に出力できる構成であればよく、各素子、電気部品の配置を適宜変更することができる。
【００１６】
第１スイッチ素子１６は、電池１０の出力端を短絡するためのスイッチング素子を含む。本実施の形態では、第１スイッチ素子１６は、スイッチング素子である電界効果トランジスタに対して並列に環流ダイオードを接続した構成としている。第２スイッチ素子１８は、電池１０と第１スイッチ素子１６との間において電池１０に直列接続される。本実施の形態では、第２スイッチ素子１８は、スイッチング素子である電界効果トランジスタに対して並列に環流ダイオードを接続した構成としている。第１スイッチ素子１６及び第２スイッチ素子１８は、制御コントローラ１０４からのゲート信号によってスイッチング制御される。なお、本実施の形態では、第１スイッチ素子１６及び第２スイッチ素子１８は、電界効果トランジスタとしたが、これ以外のスイッチング素子を適用してもよい。
【００１７】
遅延回路２０は、制御コントローラ１０４から電池モジュール１０２ａに入力されるゲート信号を所定の時間だけ遅延させる回路である。電源装置１００では、各電池モジュール１０２（１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎ）にそれぞれ遅延回路２０が設けられており、それらが直列接続されている。したがって、制御コントローラ１０４から入力されたゲート信号は所定の時間ずつ遅延させられながら各電池モジュール１０２（１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎ）に順次入力されることになる。
【００１８】
ＡＮＤ素子２２は、強制切断信号に応じて電池モジュール１０２ａを直列接続状態から強制的に切り離す切断手段を構成する。ＡＮＤ素子２２は、制御コントローラ１０４から強制切断信号を受けて制御される。ＡＮＤ素子２２の一方の入力端子には制御コントローラ１０４からの制御信号が入力され、他方の入力端子には遅延回路２０からのゲート駆動信号が入力される。ＡＮＤ素子２２からの出力信号は、第２スイッチ素子１８のゲート端子に入力される。また、ＡＮＤ素子２２からの出力信号は、ＮＯＴ素子２４を介して第１スイッチ素子１６のゲート端子に入力される。
【００１９】
通常制御時において、制御コントローラ１０４はＡＮＤ素子２２に対してハイ（Ｈ）レベルの制御信号を入力する。したがって、ゲート駆動信号がそのまま第２スイッチ素子１８のゲート端子に入力され、ゲート駆動信号を反転した信号が第１スイッチ素子１６のゲート端子に入力される。これによって、ゲート駆動信号がハイ（Ｈ）レベルのときに第１スイッチ素子１６がオフ状態及び第２スイッチ素子１８がオン状態となり、ゲート駆動信号がロー（Ｌ）レベルのときに第１スイッチ素子１６がオン状態及び第２スイッチ素子１８がオフ状態となる。すなわち、ゲート駆動信号がハイ（Ｈ）レベルのときに電池モジュール１０２は他の電池モジュール１０２と直列に接続された状態となり、ゲート駆動信号がロー（Ｌ）レベルのときに電池モジュール１０２は他の電池モジュール１０２と切り離されたスルー状態となる。
【００２０】
強制切断時においては、制御コントローラ１０４はＡＮＤ素子２２に対してロー（Ｌ）レベルの制御信号を入力する。これによって、ＡＮＤ素子２２からはロー（Ｌ）レベルが出力され、第１スイッチ素子１６のゲート端子にはＮＯＴ素子２４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、電池モジュール１０２はゲート駆動信号の状態によらず直列接続から強制的に切り離された状態（パススルー状態）となる。
【００２１】
このような強制切断制御は、電源装置１００における電池モジュール１０２のＳＯＣのアンバランスを抑制する制御や電池モジュール故障時の切り離しに利用することができる。すなわち、電源装置１００が放電状態にある場合、電源装置１００の出力に関与している電池モジュール１０２のＳＯＣが低下するのに対して、電池モジュール１０２を強制切断状態とすることによって当該電池モジュール１０２のＳＯＣを維持することができる。また、電源装置１００が充電状態にある場合、電源装置１００の充電に関与している電池モジュール１０２のＳＯＣが増加するのに対して、電池モジュール１０２を強制切断状態とすることによって当該電池モジュール１０２のＳＯＣを維持することができる。
【００２２】
なお、本実施の形態では、遅延回路２０をＡＮＤ素子２２の前段に配置したが、ＡＮＤ素子２２の後段に配置してもよい。すなわち、各電池モジュール１０２の遅延回路２０に対してゲート信号が所定時間だけ遅延されて順に伝送される構成であればよい。
【００２３】
［通常制御］
以下、電源装置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）レベルの強制切断信号が入力される。したがって、第１スイッチ素子１６のゲート端子には遅延回路２０からの出力信号がＮＯＴ素子２４を介して反転信号として入力され、第２スイッチ素子１８のゲート端子には遅延回路２０からの出力信号がそのまま入力される。
【００２４】
図２は、電池モジュール１０２ａの動作に関するタイムチャートを示す。また、図２では、電池モジュール１０２ａを駆動するゲート信号Ｄ１のパルス波形、第１スイッチ素子１６のスイッチング状態を示す矩形波Ｄ２、第２スイッチ素子１８のスイッチング状態を示す矩形波Ｄ３、及び、電池モジュール１０２ａにより出力される電圧Ｖｍｏｄの波形Ｄ４を示している。
【００２５】
電池モジュール１０２ａの初期状態、すなわち、ゲート信号が出力されていない状態では、第１スイッチ素子１６はオン状態、第２スイッチ素子１８はオフ状態である。そして、制御コントローラ１０４からゲート信号が電池モジュール１０２ａに入力されると、電池モジュール１０２ａはＰＷＭ制御によってスイッチング制御される。このスイッチング制御では、第１スイッチ素子１６と第２スイッチ素子１８とが交互にオン状態／オフ状態にスイッチングされる。
【００２６】
図２に示すように、制御コントローラ１０４からゲート信号Ｄ１が出力されると、このゲート信号Ｄ１に応じて、電池モジュール１０２ａの第１スイッチ素子１６及び第２スイッチ素子１８が駆動される。第１スイッチ素子１６は、ゲート信号Ｄ１の立ち上がりに応じたＮＯＴ素子２４からの信号の立ち下がりによって、オン状態からオフ状態に切り替わる。また、第１スイッチ素子１６は、ゲート信号Ｄ１の立ち下がりから僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて、オフ状態からオン状態に切り替わる。
【００２７】
一方、第２スイッチ素子１８は、ゲート信号Ｄ１の立ち上がりから僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて、オフ状態からオン状態に切り替わる。また、第２スイッチ素子１８は、ゲート信号Ｄ１の立ち下がりと同時に、オン状態からオフ状態に切り替わる。このように、第１スイッチ素子１６と第２スイッチ素子１８とは交互にオン状態／オフ状態が切り替わるようにスイッチング制御される。
【００２８】
なお、第１スイッチ素子１６がゲート信号Ｄ１の立ち下がり時に僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて動作することと、第２スイッチ素子１８がゲート信号Ｄ１の立ち上がり時に僅かな時間（デッドタイムｄｔ）遅れて動作することは、第１スイッチ素子１６と第２スイッチ素子１８とが同時に動作することを防止するためである。すなわち、第１スイッチ素子１６と第２スイッチ素子１８とが同時にオンして短絡することを防止している。この動作を遅らせているデッドタイムｄｔは、例えば、１００ｎｓに設定しているが、適宜設定することができる。なお、デッドタイムｄｔ中はダイオードを還流し、その還流したダイオードと並列にあるスイッチング素子がオンしたときと同じ状態になる。
【００２９】
このような制御によって、電池モジュール１０２ａは、ゲート信号Ｄ１がオフ時（すなわち、第１スイッチ素子１６がオン、第２スイッチ素子１８がオフ）では、コンデンサ１４が電池モジュール１０２ａの出力端子から切り離される。したがって、出力端子には電池モジュール１０２ａから電圧が出力されない。この状態では、図３（ａ）に示すように、電池モジュール１０２ａの電池１０（コンデンサ１４）がバイパスされたスルー状態となっている。
【００３０】
また、ゲート信号Ｄ１がオン時（すなわち、第１スイッチ素子１６がオフ、第２スイッチ素子１８がオン）では、コンデンサ１４が電池モジュール１０２ａの出力端子に接続される。したがって、出力端子には電池モジュール１０２ａから電圧が出力される。この状態では、図３（ｂ）に示すように、電池モジュール１０２ａにおけるコンデンサ１４を介して電圧Ｖｍｏｄが出力端子に出力されている。
【００３１】
図１に戻り、制御コントローラ１０４による電源装置１００の制御について説明する。制御コントローラ１０４は、電池モジュール１０２の全体を制御する。すなわち、複数の電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎを制御して電源装置１００としての出力電圧を制御する。
【００３２】
制御コントローラ１０４は、各電池モジュール１０２に対して矩形波のゲート信号を出力するゲート回路を備える。ゲート信号は、電池モジュール１０２ａに含まれる遅延回路２０、電池モジュール１０２ｂに含まれる遅延回路２０・・・と順次後段の電池モジュール１０２へと伝達される。すなわち、電源装置１００において直列に接続されている電池モジュール１０２の最上流側から順に所定の遅延時間ずつゲート信号が遅延されて下流側へと伝達される。
【００３３】
通常制御時においては、ＡＮＤ素子２２に対して制御コントローラ１０４からハイ（Ｈ）レベルの強制切断信号が入力されているので、各電池モジュール１０２の遅延回路２０から出力されたゲート信号がそのまま第２スイッチ素子１８のゲート端子に入力され、ゲート信号を反転した信号が第１スイッチ素子１６のゲート端子に入力される。したがって、ゲート信号がハイ（Ｈ）レベルのときに第１スイッチ素子１６がオフ状態及び第２スイッチ素子１８がオン状態となり、ゲート信号がロー（Ｌ）レベルのときに第１スイッチ素子１６がオン状態及び第２スイッチ素子１８がオフ状態となる。
【００３４】
すなわち、ゲート信号がハイ（Ｈ）レベルのときに電池モジュール１０２は他の電池モジュール１０２と直列に接続された状態となり、ゲート信号がロー（Ｌ）レベルのときに電池モジュール１０２は他の電池モジュール１０２と切り離されたスルー状態となる。
【００３５】
図４は、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎのうち所定の個数を順次直列に接続して電力を出力する制御シーケンスを示す。図４に示すように、ゲート信号に応じて、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎが、一定の遅延時間を持って上流側から下流側に次々と駆動される。図４において、期間Ｅ１は、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎの第１スイッチ素子１６がオフ、第２スイッチ素子１８がオンして、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎが出力端子から電圧を出力している状態（接続状態）を示している。また、期間Ｅ２は、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎの第１スイッチ素子１６がオン、第２スイッチ素子１８がオフして、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎが出力端子から電圧を出力していない状態（スルー状態）を示す。このように、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎは、一定の遅延時間を持って順次駆動される。
【００３６】
図４を参照して、ゲート信号やゲート信号の遅延時間の設定について説明する。ゲート信号の周期Ｔは、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎの遅延時間を合計することによって設定される。このため、遅延時間を長くするほどゲート信号の周波数を低周波にする。逆に、遅延時間を短くするほどゲート信号の周波数を高周波にする。また、ゲート信号を遅延する遅延時間は、電源装置１００に求められる仕様に応じて適宜設定される。
【００３７】
ゲート信号の周期Ｔにおけるオン時比率Ｄ（オンデューティＤ）、すなわち、周期Ｔのうちのゲート信号がハイ（Ｈ）レベルにある時間ＴＯＮの比率は、（電源装置１００の出力電圧）／（電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎの合計電圧）により算出される。すなわち、オン時比率Ｄ＝（電源装置１００の出力電圧）／（電池モジュール１０２の電池電圧×電池モジュール１０２の総数）となる。なお、厳密には、デッドタイムｄｔだけオン時比率がずれてしまうので、チョッパ回路で一般的に行われているようにフィードバックまたはフィードフォワードでオン時比率の補正を行うことが好適である。
【００３８】
電源装置１００の出力電圧は、上述したように、電池モジュール１０２の電池電圧に接続状態にある電池モジュール１０２の数を乗算した値によって表される。電源装置１００の出力電圧が、一つの電池モジュール１０２の電池電圧で割り切れる値であれば、電池モジュール１０２がスルー状態から接続状態に切り替わる瞬間に、他の電池モジュール１０２が接続状態からスルー状態に切り替わるので、電池モジュール１０２の全体の出力電圧に変動はない。
【００３９】
しかし、電源装置１００の出力電圧が、各電池モジュール１０２の電池電圧で割り切れない値であれば、電源装置１００の出力電圧（全体の出力電圧）が変動してしまう。ただし、このときの変動振幅は１つの電池モジュール分の電圧であり、また、この変動周期は、ゲート信号の周期Ｔ／電池モジュール１０２の総数となる。数十個の電池モジュール１０２を直列接続すれば、電源装置１００全体の寄生インダクタンスは大きな値となっており、この電圧変動はフィルタされて結果的には安定した電源装置１００の出力電圧を得ることができる。
【００４０】
次に、具体例について説明する。図４において、例えば、電源装置１００としての所望の出力電圧が４００Ｖ、各電池モジュール１０２の電池電圧が１５Ｖ、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎの総数が４０個、遅延時間が２００ｎｓであるとする。なお、この場合は、電源装置１００の出力電圧（４００Ｖ）が、電池モジュール１０２の電池電圧（１５Ｖ）で割り切れない場合に相当する。
【００４１】
これらの数値に基づくと、ゲート信号の周期Ｔは、遅延時間×電池モジュール１０２の総数により算出されるので２００ｎｓ×４０個＝８μｓとなる。したがって、ゲート信号は１２５ｋＨｚ相当の周波数の矩形波とされる。また、ゲート信号のオン時比率Ｄは、電源装置１００の出力電圧／（電池モジュール１０２の電池電圧×電池モジュール１０２の総数）により算出されるので、オン時比率Ｄは、４００Ｖ／（１５Ｖ×４０個）≒０．６７となる。
【００４２】
これらの数値に基づいて、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎを順次駆動すると、電源装置１００として、図４中、矩形波状の出力電圧Ｈ１が得られる。この出力電圧Ｈ１は、３９０Ｖと４０５Ｖとの間で変動する。すなわち、出力電圧Ｈ１は、ゲート信号の周期Ｔ／電池モジュールの総数により算出される周期Ｔ、すなわち８μｓ／４０個＝２００ｎｓ（５ＭＨｚ相当）で変動する。この変動は、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎの配線による寄生インダクタンスでフィルタリングされ、電源装置１００全体としては約４００Ｖの出力電圧Ｈ２として出力される。
【００４３】
なお、各電池モジュール１０２のコンデンサ１４には、接続状態の場合に電流が流れ、図４に示すように、コンデンサ電流波形Ｊ１は矩形波になる。また、電池１０とコンデンサ１４はＲＬＣフィルタを形成しているので、電源装置１００にはフィルタリングされて平準化された電流Ｊ２が流れる。このように、全ての電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎにおいて電流波形は一様であり、また、全ての電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎから均等に電流を出力することができる。
【００４４】
以上説明したように、電源装置１００を制御する際、最上流側の電池モジュール１０２ａに出力したゲート信号を、下流側の電池モジュール１０２ｂに一定時間遅延して出力して、さらに、このゲート信号を一定時間遅延して下流側の電池モジュール１０２に順次伝達するので、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎは、一定時間遅延しながら順次電圧をそれぞれ出力する。そして、これらの電圧が合計されることによって、電源装置１００としての電圧が出力される。これにより、電源装置１００から所望の電圧を出力させることができる。
【００４５】
電源装置１００によれば、昇圧回路が不要になり、回路構成を簡素化することができ、小型化、低コスト化することができる。また、電力損失を生ずるバランス回路等も不要であり、電源装置１００の効率を向上させることができる。さらに、複数の電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎから略均等に電圧を出力しているので、特定の電池モジュール１０２に駆動が集中することもなく、電源装置１００の内部抵抗損失を低減することができる。
【００４６】
また、オン時比率Ｄを調整することによって、所望の電圧に容易に対応することができ、電源装置１００としての汎用性を向上することができる。特に、電池モジュール１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎに故障が発生して、使用困難な電池モジュール１０２が発生した場合でも、その故障した電池モジュール１０２を除外して、正常な電池モジュール１０２を使用して、ゲート信号の周期Ｔ、オン時比率Ｄ、遅延時間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に故障が発生しても所望の電圧の出力を継続することができる。
【００４７】
さらに、ゲート信号を遅延する遅延時間を長く設定することによって、ゲート信号の周波数が低周波になるので、第１スイッチ素子１６及び第２スイッチ素子１８のスイッチング周波数も低くなり、スイッチング損失を低減することができ、電力変換効率を向上することができる。逆に、ゲート信号を遅延する遅延時間を短くすることによって、ゲート信号の周波数が高周波になるので、電圧変動の周波数が高くなり、フィルタリングが容易になって、安定した電圧を得ることができる。また、電流変動をＲＬＣフィルタによって平準化することも容易になる。このように、ゲート信号を遅延する遅延時間を調整することによって、求められる仕様、性能に応じた電源装置１００を提供することができる。
【００４８】
［内部抵抗測定処理］
図５は、本実施の形態における電池モジュール１０２の内部抵抗測定処理のフローチャートを示す。以下、図５を参照して、電池モジュール１０２の内部抵抗測定処理について説明する。
【００４９】
ステップＳ１０では、電源装置１００からの出力電流Ｉｏｕｔが測定される。制御コントローラ１０４は、電源装置１００の出力ラインに設けられた電流センサ３２から出力電流Ｉｏｕｔの測定値を取得する。
【００５０】
ステップＳ１２では、電池モジュール１０２のモジュール電流Ｉｍｏｄが算出される。図６に示すように、各電池モジュール１０２におけるモジュール電流Ｉｍｏｄは、直列接続された電池モジュール１０２によって出力電流Ｉｏｕｔを出力するためにオン時比率Ｄ（オンデューティＤ）の間に出力される電流値に等しくなるので、数式（１）に示すように、出力電流Ｉｏｕｔにオン時比率Ｄ（オンデューティＤ）を乗算した値となる。
【数１】
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【００５１】
電源装置１００では、電源装置１００の出力電流Ｉｏｕｔとオン時比率Ｄ（オンデューティＤ）との関係においてモジュール電流Ｉｍｏｄを算出する。したがって、各電池モジュール１０２に電流センサを設ける必要がなく、電源装置１００の製造コストを抑制することができる。
【００５２】
ステップＳ１４では、電池モジュール１０２のモジュール電圧Ｖｍｏｄが測定される。制御コントローラ１０４は、電源装置１００の各電池モジュール１０２に設けられた電圧センサ３０からモジュール電圧Ｖｍｏｄの測定値を取得する。ここでは、各電池モジュール１０２を強制的に切り離していない状態におけるモジュール電圧Ｖｍｏｄ（接続電圧ＣＣＶ）を測定する。
【００５３】
ステップＳ１６では、電池モジュール１０２の切り離し処理及び切り離し判定処理が行われる。制御コントローラ１０４は、内部抵抗Ｒｍｏｄを測定する対象となる電池モジュール１０２を強制切断状態する。具体的には、制御コントローラ１０４は、強制切り離しの対象となる電池モジュール１０２のＡＮＤ素子２２に対してロー（Ｌ）レベルの制御信号を入力する。これによって、強制切り離しの対象とされた電池モジュール１０２が直列接続から切り離される。制御コントローラ１０４は、電池モジュール１０２が切り離されたならステップＳ１８に処理を移行させ、そうでなければステップＳ１４へ処理を戻す。
【００５４】
ステップＳ１８では、電池モジュール１０２のモジュール電圧Ｖｍｏｄが測定される。制御コントローラ１０４は、電源装置１００の各電池モジュール１０２に設けられた電圧センサ３０からモジュール電圧Ｖｍｏｄの測定値を取得する。ここでは、各電池モジュール１０２を強制的に切り離した直後におけるモジュール電圧Ｖｍｏｄ（開放電圧ＯＣＶ）を測定する。切り離し前と切り離しの直後の時間差は、例えば１０μｓ程度とすればよい。
【００５５】
ステップＳ２０では、電位差ΔＶが算出される。図７に示すように、電池モジュール１０２のモジュール電圧Ｖｍｏｄには、切り離し前の接続電圧ＣＣＶと切り離し直後の開放電圧ＯＣＶとの間に電位差ΔＶが生じる。制御コントローラ１０４は、数式（２）を用いて、ステップＳ１８で測定されたモジュール電圧Ｖｍｏｄ（開放電圧ＯＣＶ）とステップＳ１４で測定されたモジュール電圧Ｖｍｏｄ（接続電圧ＣＣＶ）との差分の絶対値を電位差ΔＶとして算出する。
【数２】
2020072546.tif 000004
【００５６】
ステップＳ２２では、電池モジュール１０２の内部抵抗Ｒｍｏｄが算出される。電位差ΔＶは、電池モジュール１０２に含まれる電池１０の内部抵抗Ｒｍｏｄによって生ずる電圧降下を表している。したがって、電位差ΔＶは、数式（３）で表される。
【数３】
2020072546.tif 000005
【００５７】
数式（３）を変形すると数式（４）が得られる。制御コントローラ１０４は、数式（４）によって電池モジュール１０２の内部抵抗Ｒｍｏｄを算出する。
【数４】
2020072546.tif 000006
【００５８】
以上のように、電池モジュール１０２の内部抵抗Ｒｍｏｄを求めることができる。また、電源装置１００の動作中であっても内部抵抗Ｒｍｏｄを推定することができる。また、本実施の形態によれば、電流をステップ状に０にすることができ、電池１０の内部抵抗Ｒｍｏｄによる電位差ΔＶを正確に測定することができるので、内部抵抗Ｒｍｏｄも高精度に推定することが可能になる。
【００５９】
また、さらに、本実施の形態の電源装置１００によれば、電池モジュール１０２の各々に電流センサを設けることなく、電池モジュール１０２の内部抵抗Ｒｍｏｄを求めることができる。
【００６０】
なお、モジュール電流Ｉｍｏｄと電位差ΔＶとの組み合わせと内部抵抗Ｒｍｏｄとの関係を予め調べておき、制御コントローラ１０４からアクセス可能な記憶部に記憶させておくことによりモジュール電流Ｉｍｏｄと電位差ΔＶを測定することで内部抵抗Ｒｍｏｄを求めることもできる。
【００６１】
また、本実施の形態では、ステップＳ１４にてモジュール電圧Ｖｍｏｄ（接続電圧ＣＣＶ）を測定し、ステップＳ１８にてモジュール電圧Ｖｍｏｄ（開放電圧ＯＣＶ）を測定するものとしたが、これらを逆にしてもよい。すなわち、電池モジュール１０２を強制的に切り離した状態から接続した状態にする際に、その前と直後の電位差ΔＶを求めるようにしてもよい。このような方法によっても、同様に、内部抵抗Ｒｍｏｄを推定することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０  電池、１２  チョークコイル、１４  コンデンサ、１６  第１スイッチ素子、１８  第２スイッチ素子、２０  遅延回路、２２  ＡＮＤ素子、２４  ＮＯＴ素子、３０  電圧センサ、３２  電流センサ、３４  電圧センサ、１００  電源装置、１０２（１０２ａ，１０２ｂ，・・・１０２ｎ）  電池モジュール、１０４  制御コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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