CN102570777A - 串并联切换系统、电力供给装置及电力供给控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了串并联切换系统、电力供给装置及电力供给控制装置，其中该串并联切换系统包括：两个以上的电力供给源；两个以上的第一开关；以及两个以上的第二开关，其中，两个以上的第一开关和两个以上的第二开关的对都被独立切换，两个以上的电力供给源连接至总线，该总线至少包括第一总线和第二总线，并且通过使用开关切换部切换第一开关和第二开关，使第一开关和第二开关连接至第一总线和第二总线，或者与第一总线和第二总线断开，并且电力供给装置的连接在串联和并联之间切换。

Description

串并联切换系统、电力供给装置及电力供给控制装置

技术领域

本发明涉及串并联切换系统、电力供给装置、电力供给控制装置及串并联切换方法。

背景技术

电力供给源或负载的串并联连接是以电路为基础的。在无源负载方面，可以通过相应的电气配线来实现串并联连接，而不会伴随有原理上的困难。另一方面，在电力供给源方面，如果不考虑电压或电流负载量则是危险的，并且很难执行单纯的串并联连接。

例如，在电池并联连接的情况下，彼此并联的各个电池的输出电压彼此相同的条件或电池种类(制造商和批次)是彼此相同的条件是必要的。原因在于，当每个电池的种类彼此不同时，充放电特性就彼此不同，即使电压初始时彼此相同，但是经过一段时间后就会发生电压不均衡，而这会引起任一电池为另一电池充电且仅对特定的电池施加有压力等的恶劣影响。

在串联连接的情况下，串联连接的整个电流负载量由最小值确定，并且如果每个元件的电流负载量彼此不同，则很难执行有效的连接。然而，通过调整电气特性，或者通过采用诸如控制分配给每个元件的电流(并联情况下)和使电流负载量彼此一致(串联情况下)的策略，电力供给源也能够执行串并联连接及这样的切换，并且这些被实际使用。

发明内容

但是，在现有技术的切换电力供给源的串并联连接中，存在的问题在于需要许多配线。如随后具体地描述的，例如，在将电机作为控制类似于电力供给源的电力的负载示为示例时，在这种情况下，即使在尝试在四个电机的串并联之间切换的情况下，也需要复杂的配线。另外，所有配线为电力配线，并且需要适用于电机负载量的配线。

期望提供能够通过简单容易的构造实现电力供给源的串并联切换的新改进的串并联切换系统、电力供给装置、电力供给控制装置及串并联切换方法。

根据本发明的实施方式，提供一种串并联切换系统，其包括：两个以上的电力供给源；两个以上的第一开关，被设置为对应于各个电力供给源，并且将两个以上的电力供给源彼此串联连接；以及两个以上的第二开关，被设置为对应于各个电力供给源，并且将两个以上的电力供给源彼此并联连接，其中，两个以上的第一开关和两个以上的第二开关的对都被独立切换，两个以上的电力供给源连接至总线，该总线至少包括均共同地连接至各个电力供给源的电力输入侧的第一总线和均共同地连接至各个电力供给源的电力输出侧的第二总线，并且通过使用开关切换部切换第一开关和第二开关，来使第一开关和第二开关连接至第一总线和第二总线，或者与第一总线和第二总线断开，并且电力供给装置的连接在串联和并联之间切换。

在串并联切换系统中，电力供给源可以进一步包括开关切换指示部，用于指示第一开关和第二开关的切换。

在串并联切换系统中，开关切换指示部可以进一步包括调制解调器，用以执行关于电力供给源中第一开关和第二开关的切换的信息的通信，该调制解调器将通过对关于切换的信息进行的通信所接收到的信息通知给开关切换指示部，并且开关切换指示部基于从调制解调器接收到的信息指示第一开关和第二开关的切换。

调制解调器可以接收叠加在电力上的关于切换的信息。

总线可以进一步包括第三总线，将电力供给源两端的输出侧与输入侧连接，并且第一开关和第二开关可以设置在第三总线上。

串并联切换系统可以进一步包括电力供给控制装置，用于在串并联切换系统与调制解调器间进行关于切换的信息的通信。

电力供给源可以是太阳能电池模块。

此外，根据本发明另一个实施方式，提供一种电力供给装置，包括：第一开关，用于串联连接至其他电力供给源；第二开关，用于并联连接至其他电力供给源；以及调制解调器，用于进行关于第一开关和第二开关的切换的信息的通信，其中，两个以上的第一开关和两个以上的第二开关的对均被独立地切换，其他电力供给源连接至总线，该总线至少包括均共同地连接至其他电力供给源的电力输入侧的第一总线和均共同地连接至其他电力供给源的电力输出侧的第二总线，调制解调器将通过对关于切换的信息进行的通信所接收到的信息通知给开关切换指示部，并且开关切换指示部基于从调制解调器接收到的信息指示第一开关和第二开关的切换。

调制解调器可以接收叠加在电力上的关于切换的信息。

电力供给源可以是太阳能电池模块。

此外，根据本发明又一实施方式，提供一种电力供给控制装置，包括：第一开关，被设置为与各个电力供给源相对应，用于串联连接至其他电力供给源；第二开关，被设置为与各个电力供给源相对应，用于并联连接至其他电力供给源；开关切换指示部，用于指示第一开关和第二开关的切换；以及调制解调器，用于执行关于第一开关和第二开关的切换的信息的通信，其中在电力供给控制装置与连接至总线的电力供给装置之间进行关于切换的信息的通信，该总线至少包括均共同地连接至其他电力供给源的电力输入侧的第一总线和均共同地连接至其他电力供给源的电力输出侧的第二总线。

电力供给控制装置可以将关于切换的信息叠加在电力上，以在电力供给控制装置与调制解调器之间进行通信。

此外，根据本发明的再一实施方式，提供一种串并联切换系统中的串并联切换方法，该串并联切换系统包括：两个以上的电力供给源；两个以上的第一开关，被设置为对应于各个电力供给源，并且将两个以上的电力供给源彼此串联连接；以及两个以上的第二开关，被设置为对应于各个电力供给源，并且将两个以上的电力供给源彼此并联连接，其中，两个以上的第一开关和两个以上的第二开关的对都被独立地切换，两个以上的电力供给源连接至总线，该总线至少包括均共同地连接至各个电力供给源的电力输入侧的第一总线和均共同地连接至各个电力供给源的电力输出侧的第二总线，该方法包括串并联切换，通过使用开关切换部切换第一开关和第二开关来在串联与并联之间切换电力供给装置的连接。

根据如上所述的本发明的实施方式，可以提供能够通过简单容易的构造实现电力供给源的串并联切换的新改进的串并联切换系统、电力供给装置、电力供给控制装置及串并联切换方法。

附图说明

图1是示出了现有技术的串并联连接方法的说明图；

图2是示出了根据本发明第一实施方式的串并联切换系统的构造示例的说明图；

图3是示出了图2中所示根据本发明第一实施方式的串并联切换系统中电力供给源彼此并联的情况的说明图；

图4是示出了图2中所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统中电力供给源彼此串联的情况的说明图；

图5是示出了图2所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统中电力供给源V1和V2彼此串联连接、电力供给源V3和V4彼此串联连接、电力供给源V5和V6彼此串联连接并且彼此串联连接的电力供给源再彼此并联连接的情况的说明图；

图6是示出了图2所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统中电力供给源V1、V2及V3彼此串联连接、电力供给源V4、V5及V6彼此串联连接并且彼此串联连接的电力供给源再彼此并联连接的情况的说明图；

图7是将图2所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统中所包括的一个电力供给源抽出并示出的说明图；

图8是示出了图7所示的部件与总线断开以清楚地给出连接点的说明图；

图9是示出了根据本发明第一实施方式的串并联切换系统中的总线侧的构造的说明图；

图10是示出了根据本发明第二实施方式的串并联切换系统的构造示例的说明图；

图11是示出了以总线和连接至总线的电力供给源为单元的形式示出图10所示的根据本发明第二实施方式的串并联切换系统的说明图；

图12A～图12D是示出了根据本发明第二实施方式的串并联切换系统的串并联连接的说明图；

图13A～图13C是示出了根据本发明第三实施方式的串并联切换系统的构造示例的说明图；

图14是示出了根据本发明第四实施方式的串并联切换系统的构造示例的说明图；

图15是通过功能块示出了作为图14所示的根据本发明第四实施方式的串并联切换系统的部件的单元(电池装置)的内部的说明图；

图16A～图16E是示出了根据本发明第五实施方式的串并联切换系统的构造示例的说明图；以及

图17是示出了根据本发明第五实施方式的串并联切换系统的总线和单元结构的说明图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。另外，在说明书和附图中，通过相同的参考标号表示具有基本相同功能构造的构成要素，并且将省略重复的描述。

另外，将以下面顺序进行描述：

1.现有技术的串并联切换

2.本发明的第一实施方式

3.本发明的第二实施方式

4.本发明的第三实施方式

5.本发明的第四实施方式

6.本发明的第五实施方式

7.结论

1.现有技术的串并联切换

首先，在描述本发明优选实施方式前，将描述现有技术中广泛使用的电力供给源的串并联切换及其问题。

由于鉴于设计中所使用的器件的物理特性而实行永久的串并联切换连接，所以这种配线是永久不被变更的。

一方面，在动态地切换和使用串联和并联的情况下，其配线成为很大的问题。在传统的示例中，存在由电阻控制和电机的串并联切换所控制的直流电力机车。另外，在现代直流电力机车中，通常，使用半导体使电机端子电压从零连续上升，并且不使用本文中所提及的串并联控制。

例如，在日本使用的具有6个驱动轮的机车中，为每个轴设置一个DC电机，则使用总共6个电机。一方面，高架线电压通常为1500V直流，并且当从停止状态转变成启动状态或增加速度时，需要控制施加至DC电机的电压。在AC电气化(electrification)的情况下，在机车内部设置变压器，并且能够容易地提供较大的电压量，但是直流的电压切换极其困难(在无半导体时代)。

由于这个原因，在这种DC电机车中，所有6个电机在启动期间彼此串联连接，并且以串联方式插入1个电阻器，从而启动旋转。即，现有DC电力机车将电力供给源的供给电压分割成电机的端子电压，即，分割成6个电压。另外，此处，电机具有完全相同的特性，并且各个电机之间的速度彼此一致。电阻器执行到电机的电流限制。当电机开始旋转时，通过电机的反向电压获得一定的旋转数，并且当使电流在电阻器中持续流动时，发热太大，因此，电阻逐渐减小，则6个电机单纯地彼此串联连接。

此外，为了加速电机，使三个串联对彼此并联连接(此时，电阻器可以并用)。此外，为了进一步加速电机，两个串联的三对彼此并联连接，最后，所有6个电机被切换为并联(当进一步加速电机时，执行减小DC电机的励磁电流的控制，但是此处并不涉及该控制)。即，6个电机的连接在串联和并联之间切换，配备用于切换的开关，并且在通过驱动器的控制切换开关的同时，使DC电力机车运行。

图1是示出了现有技术的串并联连接的切换方法的说明图。为了简化描述，图1示出了4个电机情况下的串并联连接的切换。此外，图1还示出了导电弓(架式受电弓)1000和电线1010。在图1中，电机通过开关SnA和SnB(n＝1、2、3及4)实现三个状态的连接。另外，在所谓的电阻控制中，需要串联电阻，但是，图1中将其省略。

开关SnA和SnB设置有端子P1、P2及P3，并且通过如下切换端子P1、P2及P3来切换电机M1、M2、M3及M4的连接。

P1：M1、M2、M3及M4串联

P2：(M1和M2串联)与(M3和M4串联)的并联

P3：M1、M2、M3及M4都并联

但是，从图1中明显看出，在这种切换中，对于仅4个电机就需要图1中所示的复杂的配线。此外，所有配线为电力配线，并且需要适用于电机负载量的配线。

此外，当考虑对诸如太阳能电池的利用自然能量的电池进行充电的情况时，为了有效地利用其特性，使用所谓的MPPT(最大功率点跟踪)技术。MPPT控制负载(例如，电池充电器)，以跟踪依赖于天气的太阳能电池的输出电力的最大值。

一方面，由于天气的原因，太阳能电池的发电量的变化很大，特别是在阴天、晚上等时，来自单个板的输出电压处于不容许范围。在这种情况下，当串联连接太阳能电池时，至少能提高电压。在该情况下，与晴天相比，电流会非常小，但是将电压设定得很高以适宜地切换电力。

例如，存在10个太阳能电池，使用每片1V的输出难以提升电池的电压以及将该电压利用，但是当将它们全都串联连接时，其电压变为10V，从而容易使用电池。另一方面，当太阳光充足时，如果每片能够获取10V，则在使串联的五片并联连接的情况下，预计为50V。如果电压为50V，则几乎能够避免触电危险，由此，比在100V(当串联连接10个10V太阳能电池时)的情况下提高了稳定性。

但是，在通过如图1所示的开关进行的切换中，其配线复杂，并且当在中途试图增加或减少太阳能电池等时，配线的修补等极其困难。

因此，在随后所描述的本发明的实施方式中，将描述能够在没有复杂的配线的情况下容易地切换多个电力供给源的连接形式的串并联切换系统。

2.本发明的第一实施方式

如上所述，在能够容易地切换具有相同规格的太阳能电池的串并联的同时，配线等被简化，并且其价值更大。为此，与如图1所示的每条配线集中在一点的方式不同的是，配备共同连接至各个太阳能电池的输入侧和输出侧的总线并将太阳能电池连接至总线是合适的。下文中，将描述具有根据本发明第一实施方式的串并联切换系统的构造的构造示例。

图2是示出了用于切换多个诸如太阳能电池的电力供给源的连接形式的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10的构造示例的说明图。下文中，将使用图2描述根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10的构造示例。

如图2所示，根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10包括电力供给源V1～V6以及开关S11、S12、...、S61及S62。通过开关S11、S12、...、S61及S62的切换来实现电力供给源V1～V6的串并联连接。当将电力供给源V1设定为DC电力供给源并将OUT设定为+输出时，电力供给源V1的A为-输入端子，而B为+输出端子。当然，+和-可以完全相反。此外，即使当电力供给源V1不是DC电力供给源而为AC电力供给源时，频率或相位也会被调整，从而系统能够以与根据图2所示的本发明第一实施方式的串并联切换系统10相同的方式运作。

另外，图2中开关S11与S12之间的虚线表示开关S11和S12彼此联动操作。对于图2中所示的其它开关之间的虚线也同理。

基本结构由相同单元构成，但是如图2所示，电力供给源的开始点(左端)为串并联，并且需要将点A连接至GND。以此方式，电力供给源的终点(右端)不局限于串并联，并且点B连接至OUT。

如上所述，使用图2描述了根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10的构造示例。接下来，将参照附图描述根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10中所包括的电力供给源的连接形式的变化。

图3是示出了图2所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10中所有的电力供给源V1～V6并联连接的情况的说明图。通过将开关S11、S12、...、S61及S62设定为如图3所示的相互连接，所有电力供给源V1～V6彼此并联连接。例如，开关的切换可以例如通过从每个电力供给源的外部发送开关切换命令来远程操作。以此方式，通过远程操作每个开关，能够在不需要复杂配线的切换的情况下，根据输出的变化来动态地改变每个电力供给源的连接形式。另外，此时，实践上，需要将电力供给源V1～V6的电压调整等的前提条件，但是，此处，首要问题是布局。对于下面的描述同理。

图4是示出了图2所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10中所有电力供给源V1～V6串联连接的情况的说明图。通过将开关S11、S12、...、S61及S62设定为如图4所示的相互连接，所有电力供给源V1～V6彼此串联连接。此处，开关S62与其它相应部分的连接不同。这是因为，在输出的最终端处，在串联和并联两种情况下都能从OUT端子获得输出。

图5是示出了图2所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10中电力供给源V1和V2彼此串联连接、电力供给源V3和V4彼此串联连接、电力供给源V5和V6彼此串联连接以及串联连接的电力供给源彼此并联连接的情况的说明图。通过将开关S11、S12、...、S61及S62设定为如图5所示的相互连接，电力供给源V1～V6被连接为电力供给源V1和V2彼此串联连接，电力供给源V3和V4彼此串联连接，电力供给源V5和V6彼此串联连接，并且随后串联连接的电力供给源可被彼此并联连接。

图6是示出了图2所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10中电力供给源V1、V2及V3彼此串联连接、电力供给源V4、V5及V6彼此串联连接并且串联连接的电力供给源彼此并联连接的情况的说明图。通过将开关S11、S12、...、S61及S62设定为图6所示的相互连接，电力供给源V1～V6被连接为电力供给源V1、V2及V3彼此串联连接，电力供给源V4、V5及V6彼此串联连接，并且随后串联连接的电力供给源可被彼此并联连接。

以此方式，通过控制开关S11、S12、...、S61及S62的连接，能够在串联与并联之间容易地切换电力供给源V1～V6的连接状态。

此处，难以理解的是，图2所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10能够通过这种方式以总线方法来实现。因此，将对图2所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10能够以总线方法来实现进行说明。图7是将图2所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10中所包含的一个电力供给源和开关抽出并示出的说明图。即，在图7中，电力供给源Vn和开关Sn1和Sn2(n＝1、2、3、4、5及6)为构成要素。

图8是示出了图7中所示的构成要素与总线彼此断开以及总线110和总线110与电力供给源V1之间的连接点C1、C2、C3及C4被清晰指出的说明图。

如图8所示，应当理解，电力供给源V1连接至总线110和连接点C1、C2、C3及C4，并且连接至电力供给源V1的总线110至少有输出(OUT)线、共同(COM)线及邻接连接(JMP)线的三条线。

图9是示出了图2中所示的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10中总线110侧的构成的说明图。另外，图9中省略了电力供给源V1。

如图9所示，总线由基本的三条电力线构成，并且作为一单元的四个连接点(节点)是必要的。即，如果设置有3条总线和利用4插头连接器的一节点，就能够执行电力供给源的串并联连接的基本控制。另外，由于三条总线中的一条用于与附近的电力供给源连接，所以总线不是连续线。以此方式构成总线，因此，例如，能够完全地执行如上所述的6个电力供给源的串并联连接的切换，并且即使其数目增加至12，总线的条数或连接器的插头数也可以是彼此相同的数。

然而，很难跳过邻接电力供给源或在跳过邻接电力供给源后难以将串联连接的电力供给源并联连接为盒子状。

在根据上述本发明第一实施方式的串并联切换系统10中，通过手动或利用某一单元远程切换开关S11、S12、...、S61及S62，执行电力供给源V1～V6的串并联切换。结果，根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10不使用复杂的配线就能将多个电力供给源的连接形式切换至串联和并联。

3.本发明的第二实施方式

接下来，将参照附图描述本发明的第二实施方式。在下述本发明的第二实施方式中，将DC电力供给源假定为所述电力供给源。这是因为，来自诸如太阳能电池或生物能的自然能量的电力供给源为DC，此外，虽然在诸如风力(发电)的交流中，电压和频率是不稳定的，但一旦转换为DC，则可以方便地运用。然而，随时间变化的DC不被视为DC+AC。

图10是示出了根据本发明第二实施方式的串并联切换系统20的构造示例的说明图。下文中，将使用图10描述根据本发明第二实施方式的串并联切换系统20的构造示例。

在图10中所示的根据本发明第二实施方式的串并联切换系统20中，所述开关被替换为半导体和两个开关。此外，如图10所示，包括在并联连接期间运作而在串联期间断开的二极管。通过以此方式组合开关与二极管，具有的优势在于构造简单化并且容易控制。此外，各个电池Bat1～Bat7连接在包括输出(OUT)线、共同(COM)线及邻接连接(JMP)线的三条线的总线210上。

从图10中显然的是，作为多个DC电力供给源的电池Bat1～Bat7能够被控制为全部并联、全部串联、两个串联的三并联连接及三个串联的两并联连接的任一方式。

一方面，当通过将开关设置为机械式开关来连接电力供给源时，也能够使用断开的开关。例如，由于在电力供给源之间的连接中使用连接器，所以使用诸如插入时断开的微动开关的开关。

图11是以将总线210和连接至总线210的电力供给源设定为一个单元的形式示出了图10中所示的根据本发明第二实施方式的串并联切换系统20的说明图。还可以明显看出，图11中所示的构造可被控制为并联连接、串联连接、两个串联的三并联连接及三个串联的两并联连接。

图11中所示的二极管D1、D2及D3是以即使移除单元时串联连接也是可行的方式插入的二极管，并且在这个方面，二极管比上面所述的根据本发明第一实施方式的串并联切换系统10更具有优势。当单元连接至总线并且设定为串联模式时，由于单元自身的电动势而使得二极管D1、D2及D3具有反向偏压，并且不运作。此外，在并联模式下，运作最初是不相关的。当二极管D1、D2及D3不存在、去除任一单元、或者即使单元连接时也是完全断开(即，既不串联也不并联)的情况下时，很难执行与其间所插入的单元的串联连接。

另外，图11中所示的二极管D1、D2及D3可以是单元连接时变为OFF的机械接点。在这种情况下，在去除连接器时机械接点为ON的结构中，例如，能够使用在具有开关等的耳塞中所使用的机构。

图12A～图12D是示出了通过根据本发明第二实施方式的串并联切换系统20进行的串并联连接的说明图。

分别地，图12A示出了所有电力供给源并联连接的状态，图12B示出了所有电力供给源串联连接的状态，图12C示出了两个串联的电力供给源三并联连接的状态，以及图12D示出了三个串联的电力供给源两并联连接的状态。以此方式，在根据本发明第二实施方式的串并联切换系统20中，还应当理解，能够进行电力供给源的串并联的动态切换。

另外，图12A～图12D示出了存在6个电力供给源的情况，但是，本发明不局限于该示例。通常，毋庸置疑，在不增加总线条数的情况下，能够使n个单元进行串并联连接。

4.本发明的第三实施方式

接下来，将参照附图描述本发明的第三实施方式。在本发明的第三实施方式中，电力供给源具有盒状结构的串联连接是可行的。图13A～图13C是示出了根据本发明第三实施方式的串并联切换系统30的构造示例的说明图。下文中，将使用图13A～图13C描述根据本发明第三实施方式的串并联切换系统30的构造示例。

图13A是根据本发明第三实施方式的串并联切换系统30的构造示例的基本结构。图13A示出了通过所示的连接开关S11～S16而使6个电池Bat1～Bat6彼此串联连接的情况。在各个电池Bat1～Bat6中，设置具有三个接点的切换式开关S11～S16，并且通过切换开关S11～S16，能够切换电池Bat1～Bat6的连接形式。另外，如图13A中所示，在根据本发明第三实施方式的串并联切换系统30中，6个电池Bat1～Bat6连接至包括POWER线和GND线的总线310。

此外，在根据本发明第三实施方式的串并联切换系统30中，设置取决于电池数的二极管(此处，6个二极管D1～D6)。根据本发明第三实施方式的串并联切换系统30通过二极管D1～D6防止电流从任一电池流入另一电池。

在图13B中，通过所示的连接开关S11～S16，分别将电池Bat1、Bat3及Bat5彼此串联连接，电池Bat2、Bat4及Bat6彼此串联连接，随后将他们彼此并联连接。

在图13C中，通过所示的连接开关S11～S16，分别将电池Bat1和Bat3彼此串联连接，电池Bat2和Bat4彼此串联连接，以及电池Bat5和Bat6彼此串联连接，随后将他们彼此并联连接。

另外，在根据本发明第三实施方式的串并联切换系统30中，提供仅一个单元为旁路的盒子结构，而不是两个单元(电池)为旁路的盒子结构。为了使两个单元旁路，需要进一步将旁路线和切换开关的接点增加一个系统，由此总线结构是可行的，但是，总线数增加，则实用性降低。因此，此处，仅给出两个以上单元的盒子结构的描述，而省略了实际总线结构的展开。

5.本发明的第四实施方式

接下来，将参照附图描述本发明的第四实施方式。在本发明的第四实施方式中，在上述本发明的第二实施方式中添加每个单元的控制和通信部。

图14是示出了根据本发明第四实施方式的串并联切换系统40的构造示例的说明图。下文中，将使用图14描述根据本发明第四实施方式的串并联切换系统40的构造示例。

图14示出了在图11中所示的根据本发明第二实施方式的串并联切换系统20的构造中在每个单元(电池410a、410b及410c)中设置有用于控制内部开关的接通-断开状态的微处理器411以及用于执行通信的调制解调器412情况下的总线440，并追加有用于从系统控制装置430向微处理器411和调制解调器412供给恒定运作的电力的共同线。

在根据本发明第四实施方式的串并联切换系统40中，如图14所示，具有四条总线440。追加至根据本发明第四实施方式的串并联切换系统40的辅助电力线将相对较小的电力提供给微处理器。当然，当图14中所示的单元是用于产生电力的电力供给源而不是类似于本实施方式的电池装置410a、410b及410c时，现在也能够获得微处理器等的电力。一方面，在考虑到完全不存在电力的情况进行启动的情况下，从外部提供用于启动的电力是便利的。

此外，追加至根据本发明第四实施方式的串并联切换系统40的第四条线通过叠加有高频调制的信号还被用作通信线。使用电力OUT线(图14中的POWER线)作为通信线也是可行的，但是，在这种情况下，需要在二极管中插入具有小容量的电容器，使得二极管部在高频处在两个方向上都导通。另外，存在以二极管反向偏置时的容量(capacity)取代通信线的情况。

在图14中所示的四条总线中，COM线对于所有总线是共用的，并且通常用作GND线。此外，Jumper线对于系统控制装置430来说不是必须的，并且可被忽略。

总线对电力具有方向性，并且在如图14中所示的构造的情况下，电力仅能从图14的左侧传送至右侧。此外，在总线的端部，设置电池充电器和用于控制整个系统的系统控制装置430。系统控制装置430控制连接至每个节点的电力供给源的串联和并联。

因此，系统控制装置430与每个单元(电池装置410a、410b及410c)进行通信，系统控制装置430在总线上执行电力供给源(电池装置410a、410b及410c)的存在确认，并且对其进行管理。然而，由于本实施方式的重点在于电力供给源和控制装置的布局及串并联控制，所以将其细节省略。

图15是以功能块示出作为根据本发明第四实施方式的串并联切换系统40的构成要素的单元(电池装置410a)的内部的说明图。

如图15所示，作为根据本发明第四实施方式的串并联切换系统40的构成要素的电池装置410a包括微处理器411、调制解调器412、开关Sp和Ss及电池Bat1。

调制解调器412与图14中所示的系统控制装置430通信。调制解调器412能够从系统控制装置430接收用于控制开关Ss和Sp的接通-断开的信息(接通-断开的定时等)。此外，微处理器411控制电池装置410a的内部的运作，具体地，开关Ss和Sp的接通-断开。微处理器411根据通过调制解调器412所接收到的信息执行开关Ss和Sp的接通-断开。此处，开关Ss为串联用开关，并且开关Sp为并联用开关。

图15中所示的+5V/通信线是系统控制装置430与调制解调器412之间的通信线，并且系统控制装置430和调制解调器412能够进行叠加在电力上的信息的发送与接收。另外，在+5V/通信线与电池装置410a之间插入电感器，使得阻抗对于高频信号不会过度地降低。

此外，二极管Dp是并联连接期间的输出二极管，并且二极管Dj是串联旁路二极管。二极管Dp还可以内置在电池装置410a中。同时，期望二极管Dj连接至总线侧。

通过构成如图15所示的电池装置410a，能够通过来自系统控制装置430的控制来控制开关Ss和Sp的接通和断开。此外，通过利用来自系统控制装置430的控制来控制开关Ss和Sp的接通和断开，能够以远程控制的方式在串联与并联之间切换单元的连接形式。

6.本发明的第五实施方式

接下来，将参照附图描述本发明的第五实施方式。图16A～图16E是示出了根据本发明第五实施方式的串并联切换系统50的构造示例的说明图。下文中，将参照图16A～图16E描述根据本发明第五实施方式的串并联切换系统50的构造示例。

根据本发明第五实施方式的串并联切换系统50是多个电力供给源和开关具有图16A的构造的系统。通过适宜地切换图16A中所示的开关，可切换多个电力供给源的串并联状态。

如图16A所示，根据本发明第五实施方式的串并联切换系统50包括电池Bat1～Bat7、开关S1和S2及二极管D1～D7。通过切换开关S1和S2的接通-断开，可在串联与并联之间切换电池Bat1～Bat7的连接。

另外，关于开关S1和S2的接通-断开阶段，类似于上述本发明的第四实施方式，可通过有线或无线通信来控制其接通-断开。通过利用有线或无线通信控制开关S1和S2的接通-断开，能够以远程控制的方式切换电池Bat1～Bat7的连接形式。

图16B示出了根据本发明第五实施方式的串并联切换系统50中所有的电力供给源彼此并联连接的情况。在这种情况下，在电力供给源的左侧串联地插入二极管。此外，图16C示出了一个电力供给源与并联连接的(n-1)个电力供给源串联连接的情况。此外，图16D示出了两个电力供给源与并联连接的(n-2)个电力供给源串联连接的情况。此外，图16E示出了所有电力供给源彼此串联连接的情况。

在诸如根据本发明第五实施方式的串并联切换系统50的类型中，很难实现图5中所示的串并联，但是该类型可应用于电力供给源(或负载)一个一个串联的情况。

图17是示出了图16A～图16E中所示的根据本发明第五实施方式的串并联切换系统50的总线520和单元结构的说明图。与根据本发明第四实施方式的串并联切换系统40相比，利用根据本发明第五实施方式的串并联切换系统50进行单元的串并联切换方法减少了总线520的数目，并且具有能够通过除电力供给(和通信)线之外的两条总线构成串并联切换方法的优势。此时，通信信号可以叠加在POWER线上。另外，在这种情况下，可以对二极管D设置高频旁通电容器。

此外，即使在使用恒定电源线的情况下，总线和连接器的引线数也可以为4个。此外，开关S1和S2也可以使用利用机械继电器和MOS半导体的开关。

7.结论

如上所述，根据本发明的各个实施方式，可以提供能够通过使用相对少的总线数来控制电力供给源的串并联的系统。结果，例如，任意数目的太阳能电池连接至总线，并且根据其输出电压动态地切换串并联，从而能够提供最大限度地利用日照情况进行太阳能电池发电、或向电力供给电池充电。

目前，智能电池服务器正在被积极地开发，但是，本发明的各个实施方式能够为智能电池服务器的充电侧提供非常广泛的方法，并且成为未来应用于自然电力的分散型或个人基地电力系统的基本技术。

本发明包含于2010年11月12日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2010-254197的相关主题，其全部内容结合于此作为参考。

本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合以及替换，只要它们在所附权利要求书或其等同物的范围内。

Claims (14)

1.一种串并联切换系统，包括：

两个以上的电力供给源；

两个以上的第一开关，被设置为与各个所述电力供给源相对应并且使两个以上的所述电力供给源彼此串联连接；以及

两个以上的第二开关，被设置为与各个所述电力供给源相对应并且使两个以上的所述电力供给源彼此并联连接，

其中，两个以上的第一开关和两个以上的第二开关的对均是被独立切换的，

两个以上的所述电力供给源连接至总线，所述总线至少包括均共同地连接至各个电力供给源的电力输入侧的第一总线和均共同地连接至各个电力供给源的电力输出侧的第二总线，以及

通过使用开关切换部来切换所述第一开关和所述第二开关，所述第一开关和所述第二开关连接至所述第一总线和所述第二总线，或者与所述第一总线和所述第二总线断开，以使所述电力供给源的连接在串联和并联之间切换。

2.根据权利要求1所述的串并联切换系统，

其中，所述电力供给源进一步包括开关切换指示部，用于指示所述第一开关和所述第二开关的切换。

3.根据权利要求2所述的串并联切换系统，

其中，所述电力供给源进一步包括调制解调器，用于执行关于所述第一开关和所述第二开关的切换的信息的通信，以及

所述调制解调器将通过对关于所述切换的信息进行的所述通信所接收到的信息通知给所述开关切换指示部，并且所述开关切换指示部基于从所述调制解调器接收到的信息指示所述第一开关和所述第二开关的切换。

4.根据权利要求3所述的串并联切换系统，

其中，所述调制解调器接收叠加在电力上的关于所述切换的信息。

5.根据权利要求1所述的串并联切换系统，

其中，所述总线进一步包括第三总线，所述第三总线将所述电力供给源之间的所述输出侧与所述输入侧连接，以及

所述第一开关和所述第二开关设置在所述第三总线上。

6.根据权利要求1所述的串并联切换系统，进一步包括：

电力供给控制装置，用于进行所述串并联切换系统和调制解调器之间的关于所述切换的信息的通信。

7.根据权利要求1所述的串并联切换系统，

其中，所述电力供给源是太阳能电池模块。

8.一种电力供给装置，包括：

第一开关，用于串联连接至其他电力供给源；

第二开关，用于并联连接至其他电力供给源；以及

调制解调器，用于进行关于所述第一开关和所述第二开关的切换的信息的通信，

其中，两个以上的第一开关和两个以上的第二开关的对都被独立地切换，

其他电力供给源连接至总线，所述总线至少包括均共同地连接至其他电力供给源的电力输入侧的第一总线和均共同地连接至其他电力供给源的电力输出侧的第二总线，以及

所述调制解调器将通过对关于所述切换的信息进行的所述通信所接收到的信息通知给开关切换指示部，并且所述开关切换指示部基于从所述调制解调器接收到的信息指示所述第一开关和所述第二开关的切换。

9.根据权利要求8所述的电力供给装置，

其中，所述调制解调器接收叠加在电力上的关于所述切换的信息。

10.根据权利要求8所述的电力供给装置，

其中，所述电力供给源是太阳能电池模块。

11.根据权利要求8所述的电力供给装置，其中，所述电力供给装置还包括开关切换指示部，用于指示所述第一开关和所述第二开关的切换。

12.一种电力供给控制装置，包括：

第一开关，被设置为与各个电力供给源相对应，用于串联连接至其他电力供给源；

第二开关，被设置为与各个所述电力供给源相对应，用于并联连接至其他电力供给源；

开关切换指示部，用于指示所述第一开关和所述第二开关的切换；以及

调制解调器，用于进行关于所述第一开关和所述第二开关的所述切换的信息的通信，

其中，在所述电力供给控制装置与连接至总线的电力供给装置之间进行关于所述切换的信息的所述通信，所述总线至少包括均共同地连接至其他电力供给源的电力输入侧的第一总线和均共同地连接至其他电力供给源的电力输出侧的第二总线。

13.根据权利要求12所述的电力供给控制装置，

其中，关于所述切换的信息叠加在电力上，以在所述电力供给控制装置与所述调制解调器之间执行所述通信。

14.一种串并联切换系统中的串并联切换方法，所述串并联切换系统包括：

两个以上的电力供给源；

两个以上的第一开关，被设置为与各个电力供给源相对应并且使两个以上的所述电力供给源彼此串联连接；以及

两个以上的第二开关，被设置为与各个电力供给源相对应并且使两个以上的所述电力供给源彼此并联连接，

其中，两个以上的第一开关和两个以上的第二开关的对均是被独立切换的，两个以上的所述电力供给源连接至总线，所述总线至少包括均共同地连接至各个电力供给源的电力输入侧的第一总线和均共同地连接至各个电力供给源的电力输出侧的第二总线，

所述方法包括串并联切换，通过使用开关切换部切换所述第一开关和所述第二开关来在串联与并联之间切换所述电力供给装置的连接。

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