CN105322604A - 串联并联转换电力装置 - Google Patents

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CN105322604A CN201510341207.XA CN201510341207A CN105322604A CN 105322604 A CN105322604 A CN 105322604A CN 201510341207 A CN201510341207 A CN 201510341207A CN 105322604 A CN105322604 A CN 105322604A
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Abstract

串联并联转换电力装置包括n个电池串联单元和多个单元间连接开关。每个串联单元具有n-1个电池和一个单元内开关。连接开关连接相邻的串联单元。串联单元在正电极端子与负电极端子之间按照n列并联地设置。电池串联单元列中的单元内开关具有第一端子和第二端子。第一端子连接到从负电极端子或正电极端子开始的第k个电池的负电极端子。第二端子连接到从负电极端子或正电极端子开始的第k-1个电池的正电极端子。连接开关连接在第k列的单元内开关的第一端子与第k+1列的单元内开关的第二端子之间。

Description

串联并联转换电力装置
技术领域
一个或更多个实施例涉及一种串联并联转换电力装置。
背景技术
电池或太阳能电池的输出电压可以基于电池的状态而变化。例如，铅蓄电池的输出电压可以基于荷电状态(SOC)和输出电流量变化大约30％(例如，每个电池从大约1.6V至2.2V)。锂离子电池的输出电压可以基于SOC和输出电流量变化大约35％(例如，每个电池从大约2.7V至大约4.2V)。
为了使电池输出平稳，半导体电力转换装置可以吸收输出电压的变化，以向负载供应特定的电力。然而，电池的输出电压的变化可以引起半导体电力转换装置的输入电压的变化。因此，电力转换装置的损耗会增加，使电池的输出电压的变化增加。
为了减小这种损耗，可以使用串联并联转换电力装置，通过改变以多重串联和多重并联方式连接的串联和并联的电池的数量来吸收单个电池的电压的变化。然而，现有的串联并联转换电力装置会无法向所有的电池均匀地分配负载。因此，在电池被重复充电和放电之后，会难以维持足够的循环寿命或者难以保护电池。
发明内容
根据一个或更多个实施例，一种串联并联转换电力装置包括：n个电池串联单元，每个电池串联单元具有串联连接的n-1个电池和一个单元内开关；以及多个单元间连接开关，连接n个电池串联单元中的相邻的电池串联单元，其中，n个电池串联单元在正电极充电/放电端子与负电极充电/放电端子之间按照n列并联地设置，第k(k大于等于1且小于等于n)列的电池串联单元中的单元内开关具有第一端子和第二端子，第一端子连接到从负电极充电/放电端子开始的第k个电池的负电极端子，或在k＝n时连接到正电极充电/放电端子；第二端子连接到从负电极充电/放电端子开始的第k-1个电池的正电极端子，或在k＝1时连接到负电极充电/放电端子，单元间连接开关连接在第k列的单元内开关的第一端子与第k+1列的单元内开关的第二端子之间。
如果电池具有n-1个串联并且n列并联的状态，则单元内开关可以处于接通状态，并且单元间连接开关处于断开状态，如果电池具有n个串联并且n-1列并联的状态，则单元内开关可以处于断开状态，并且单元间连接开关处于接通状态。单元内开关和单元间连接开关均可以包括自换向半导体开关和与自换向半导体开关并联反向连接的二极管的组合。单元内开关和单元间连接开关均可以包括机械开关和与机械开关并联连接的二极管的组合。
单元内开关可以包括二极管，单元间连接开关可以包括机械开关或自换向半导体开关。电池可以包括太阳能电池，单元内开关可以包括二极管，单元间连接开关可以包括具有防倒流功能的开关。
附图说明
通过参照附图对示例性实施例进行的详细描述，对本领域技术人员来说，特征将变得明显，其中：
图1示出了使用串联并联转换电力装置的电力系统的实施例；
图2示出了串联并联转换电力装置的实施例；
图3示出了用于串联并联转换电力装置的电路；
图4示出了串联并联转换电力装置的另一实施例；
图5示出了串联并联转换电力装置的另一实施例；
图6示出了串联并联转换电力装置的另一实施例；
图7示出了串联并联转换电力装置的另一实施例。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地描述示例实施例；然而，它们可以以不同的形式来实施，并且不应该解释为局限于这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完全的，这些实施例将示例性实施方式充分地传达给本领域技术人员。这些实施例可以组合以形成另外的实施例。同样的附图标记始终指示同样的元件。
图1示出了包括串联并联转换电力装置21的电力系统1的示例。电力系统1包括风电系统10、电池系统20和变压器30。
风电系统10将风能转换为电。风电系统10包括风车11、发电机12和电力转换器13。风车11通过风力旋转并将扭矩传递到发电机12。发电机12被传递的扭矩驱动，由此产生电。电力转换器13将通过发电机12产生的电力转换为预定的AC电力。电力转换器13将转换的电力输出到变压器30。
电池系统20包括串联并联转换电力装置21、电力调节子系统(PCS)22、断路器23和控制单元24。串联并联转换电力装置21包括多个电池，并使积蓄在多个电池中的电力释放。串联并联转换电力装置21通过由风电系统10产生的电力充电。
PCS22将由串联并联转换电力装置21释放的DC电力转换成AC电力。PCS22包括DC/DC转换器220和DC/AC转换器221。DC/DC转换器220将通过串联并联转换电力装置21释放的DC电力的电压转换为预定的电压，并对DC/AC转换器221供应转换至预定电压的DC电力。DC/AC转换器221将通过DC/DC转换器220供应的DC电力转换为AC电力。断路器23将DC/AC转换器221与风电系统10以及DC/AC转换器221与变压器30连接，并阻断它们之间的连接。
当断路器23处于接通状态时，PCS22将通过串联并联转换电力装置21释放的电力转换为AC电力，并将转换的电力输出到变压器30。在另一实施例中，PCS22将通过风电系统10产生的电力转换为DC电力，并使用该DC电力对串联并联转换电力装置21充电。当断路器23处于断开状态时，不执行对串联并联转换电力装置21的充电和放电。
变压器30将通过DC/AC转换器221转换的AC电力的电压以及通过电力转换器13转换的AC电力的电压转换为预定电压的AC电力。变压器30将转换的电压供应到AC系统31。例如，变压器30可以是变压器。供应到AC系统31的电力通过变压器32和33供应到工厂40或家庭41。
图2示出了串联并联转换电力装置21的实施例。如图2中所示，串联并联转换电力装置21可以包括n(n为3或更大的整数)个电池串联单元BU(例如，电池串联单元BU1、电池串联单元BU2、……、电池串联单元BUn)以及n-1个单元间连接开关SWx(例如，单元间连接开关SWx1、单元间连接开关SWx2、……、单元间连接开关SWx(n-1))。
电池串联单元BU1-BUn并联地安装在正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间。电池串联单元BU1包括n-1个电池B1(例如，电池B1_1、……、电池B1_(n-2)和电池B1_(n-1))以及单元内开关SW1。电池B1_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池B1_(n-1)具有连接到单元内开关SW1的负电极端子。
单元内开关SW1具有连接到电池B1_(n-1)的负电极端子的第一端子。单元内开关SW1具有连接到负电极充电/放电端子N的第二端子。
如上所述，在电池串联单元BU1中，电池B1_1、……、电池B1_(n-2)和电池B1_(n-1)以及单元内开关SW1从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
第k(1＜k＜n)列的电池串联单元BUk包括n-1个电池Bk(例如，电池Bk_1、……、电池Bk_(n-2)和电池Bk_(n-1))以及单元内开关SWk。电池Bk_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池Bk_(n-1)具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
单元内开关SWk串联连接在从负电极充电/放电端子N开始的第(k-1)个电池和第k个电池之间。
电池串联单元BUn包括n-1个电池Bn(例如，电池Bn_1、……、电池Bn_(n-2)和电池Bn_(n-1))以及单元内开关SWn。单元内开关SWn具有连接到正电极充电/放电端子P的第一端子。单元内开关SWn具有连接到电池Bn_1的正电极端子的第二端子。电池Bn_(n-1)具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极连接端子。
如上所述，在电池串联单元BUn中，单元内开关SWn、电池Bn_1、……、电池Bn_(n-2)和电池Bn_(n-1)从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
单元间连接开关SWx1-SWx(n-1)在电池串联单元BU1-BUn之间连接。单元间连接开关SWx1连接在单元内开关SW1的第一端子与单元内开关SW2的第二端子之间。第k列的单元间连接开关SWxk连接在单元内开关SWk的第一端子与第(k+1)列的单元内开关SW(k+1)的第二端子之间。
下面描述单元间连接开关SWx(例如，单元间连接开关SWx1、单元间连接开关SWx2、……、单元间连接开关SWx(n-1))以及单元内开关SW(即，单元内开关SW1、单元内开关SW2、……、单元内开关SWn)的转换操作。
控制单元24控制单元间连接开关SWx和单元内开关SW的接通状态和断开状态。控制单元24将单元内开关SW1-SWn控制为处于接通状态，同时将单元间连接开关SWx1-SWx(n-1)控制为处于断开状态。例如，控制单元24控制电池B(电池B1_1-Bn_(n-1))的连接，使得它具有n-1个串联并且n列并联的状态。因此，针对于串联并联转换电力装置21的充电和放电，负载被均匀地分配到电池B。
如上所述，控制单元24将电池B的连接控制为具有n-1个串联并且n列并联的状态或者n个串联并且n-1列并联的状态。在这种情况下，基于电池B的输出电压执行电池B的连接的转换。例如，如果电池B的输出电压低于预定阈值，则电池B的连接变成n个串联并且n-1列并联的状态。
此外，如果电池B的输出电压高于预定阈值，则电池B的连接变成n-1个串联并且n列并联的状态。
图3示出了在n＝4的情况下的串联并联转换电力装置21A的示例配置。如图3中所示，串联并联转换电力装置21A包括四个电池串联单元BU(例如，电池串联单元BU1-BU4)和三个单元间连接开关SWx(例如，单元间连接开关SWx1-SWx3)。
电池串联单元BU安装在正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间。电池串联单元BU并联连接。电池串联单元BU1可以包括三个电池B1(例如，电池B1_1-B1_3)以及单元内开关SW1。电池B1_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池B1_2具有连接到电池B1_1的负电极端子的正电极端子，并具有连接到电池B1_3的正电极端子的负电极端子。电池B1_3具有连接到单元内开关SW1的负电极端子。
单元内开关SW1具有连接到电池B1_3的负电极端子的第一端子。单元内开关SW1具有连接到负电极充电/放电端子N的第二端子。如上所述，在电池串联单元BU1中，电池B1_1、电池B1_2、电池B1_3和单元内开关SW1从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU2可以包括三个电池B2(例如，电池B2_1-B2_3)以及单元内开关SW2。电池B2_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池B2_2具有连接到电池B2_1的负电极端子的正电极端子，并具有连接到单元内开关SW2的第一端子的负电极端子。电池B2_3具有连接到单元内开关SW2的第二端子的正电极端子，并具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
单元内开关SW2串联连接在电池B2_3(例如，从负电极充电/放电端子N开始的第一个电池)与电池B2_2(例如，从负电极充电/放电端子N开始的第二个电池)之间。
如上所述，在电池串联单元BU2中，电池B2_1、电池B2_2、单元内开关SW2和电池B2_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。电池串联单元BU3可以包括三个电池B3(例如，电池B3_1-B3_3)以及单元内开关SW3。电池B3_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子，并具有连接到单元内开关SW3的第一端子的负电极端子。电池B3_2具有连接到单元内开关SW3的第二端子的正电极端子，并具有连接到电池B3_3的正电极端子的负电极端子。电池B3_3具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
单元内开关SW3串联连接在电池B3_2(例如，从负电极充电/放电端子N开始的第二个电池)与电池B3_1(例如，从负电极充电/放电端子N开始的第三个电池)之间。
如上所述，在电池串联单元BU3中，电池B3_1、单元内开关SW3、电池B3_2、和电池B3_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。电池串联单元BU4可以包括三个电池B4(例如，电池B4_1-B4_3)以及单元内开关SW4。电池B4_1具有连接到单元内开关SW4的第二端子的正电极端子，并具有连接到电池B4_2的正电极端子的负电极端子。电池B4_2具有连接到电池B4_3的正电极端子的负电极端子。电池B4_3具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
单元内开关SW4具有连接到正电极充电/放电端子P的第一端子，并具有连接到电池B4_1的正电极端子的第二端子。如上所述，在电池串联单元BU4中，单元内开关SW4、电池B4_1、电池B4_2和电池B4_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。单元间连接开关SWx1-SWx3连接在电池串联单元BU1-BU4之间。
单元间连接开关SWx1连接在单元内开关SW1的第一端子和单元内开关SW2的第二端子之间。
单元间连接开关SWx2连接在单元内开关SW2的第一端子和单元内开关SW3的第二端子之间。
单元间连接开关SWx3连接在单元内开关SW3的第一端子和单元内开关SW4的第二端子之间。
控制单元24控制单元间连接开关SWx和单元内开关SW的接通状态和断开状态。
因此，控制单元24控制电池B1_1-B4_3的连接，使得它具有3个串联并且4列并联的状态或者4个串联并且3列并联的状态。
现在将描述串联并联转换电力装置21A的3个串联并且4列并联的状态以及4个串联并且3列并联的状态的操作。控制单元24将单元内开关SW1-SW4控制为具有接通的状态，同时将单元间连接开关SWx1-SWx3控制为具有断开的状态。在这种情况下，在充电和放电时，串联并联转换电力装置21A的正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电流路径具有下述四个电流路径。
第一路径为正电极充电/放电端子P、电池B1_1、电池B1_2、电池B1_3、单元内开关SW1和负电极充电/放电端子N的路径。
第二路径为正电极充电/放电端子P、电池B2_1、电池B2_2、单元内开关SW2、电池B2_3和负电极充电/放电端子N的路径。
第三路径为正电极充电/放电端子P、电池B3_1、单元内开关SW3、电池B3_2、电池B3_3和负电极充电/放电端子N的路径。
第四路径为正电极充电/放电端子P、单元内开关SW4、电池B4_1、电池B4_2、电池B4_3和负电极充电/放电端子N的路径。
第一路径到第四路径间的顺序为充电时电流路径的顺序。在放电时电流路径的顺序与第一路径到第四路径的顺序相反。因此，针对于串联并联转换电力装置21A的充电和放电，负载均匀地分布到电池B1_1-B4_3。
现在说明串联并联转换电力装置21A的4个串联并且3列并联的状态的操作。控制单元24将单元内开关SW1-SW4控制为具有断开的状态，同时将单元间连接开关SWx1至单元间连接开关SWx3控制为具有接通的状态。在这种情况下，在充电和放电时，串联并联转换电力装置21A的正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电流路径具有下述三个电流路径。
第一路径为正电极充电/放电端子P、电池B1_1、电池B1_2、电池B1_3、单元间连接开关SWx1、电池B2_3和负电极充电/放电端子N的路径。
第二路径为正电极充电/放电端子P、电池B2_1、电池B2_2、单元间连接开关SWx2、电池B3_2、电池B3_3和负电极充电/放电端子N的路径。
第三路径为正电极充电/放电端子P、电池B3_1、单元间连接开关SWx3、电池B4_1、电池B4_2、电池B4_3和负电极充电/放电端子N的路径。
第一路径到第三路径间的顺序为充电时电流路径的顺序。在放电时电流路径的顺序与第一路径到第三路径的顺序相反。因此，针对于串联并联转换电力装置21A的充电和放电，负载均匀地分布到电池B1_1-B4_3。
在已经提出的另一类型的串联并联转换电力装置中，串联并联转换电力装置的输出电压范围与电池电压的变化范围对应。例如，如果电池的电压范围为50％-100％，则串联并联转换电力装置的输出电压范围为50％-100％。然而，根据串联并联转换电力装置21的一个实施例，在n-1个串联并且n列并联的状态与n个串联并且n-1列并联的状态之间执行切换。因此，可以将输出电压的范围抑制在例如67％-100％的预定范围。
例如，当n＝4时，如果电池B1_1-B4_3的电池电压为预定阈值或更小(例如，50％或更小)，则串联并联转换电力装置的配置改变为4个串联并且3列并联的状态。因此，串联并联转换电力装置的输出电压可以升高33％。
如上所述，在当前示例性实施例的串联并联转换电力装置21中，电池串联单元BU1-Bun(其中，n-1个电池与一个单元内开关串联连接)在正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间按n列并联地设置。另外，单元间连接开关SWx1-SWx(n-1)安装在n列电池串联单元BU1-BUn之间。
在第k(1＜k＜n)列电池串联单元中，单元内开关SWk具有连接到从负电极充电/放电端子N开始的第k个电池的负电极端子的第一端子，并具有连接到从负电极充电/放电端子N开始的第(k-1)个电池的正电极端子的第二端子。
单元间连接开关SWk连接在第k列单元内开关的第一端子和第(k+1)列单元内开关的第二端子之间。因此，可以维持各个电池上的负载的均匀性，可以切换串联和并联的组合方式(例如，n个串联并且n+1列并联的状态以及n+1个串联并且n列并联的状态)，并且可以抑制输出电压的变化。
此外，与电池B的使用数量相比，可以减少开关数量。因此，与已经提出的其他装置相比，串联并联转换电力装置可以具有小的尺寸和低的价格。
此外，在充电和放电时的所有电流路径中，电流所流过的开关的数量仅为一个。由于此原因，流过开关的电流损失可以被减小或被最小化，这有助于降低串联并联转换电力装置21的损耗。
在前述示例性实施例中，单元内开关SW和单元间连接开关SWx可以是机械开关或半导体开关。例如，前述示例性实施例不限于单元内开关SW和单元间连接开关SWx的开关类型。
此外，在前述示例性实施例中，电池B可以被应用于一次电池和二次电池中。例如，前述示例性实施例不限于电池B的类型。
图4示出了用于电力系统的串联并联转换电力装置21B的另一实施例。在当前示例性实施例中，前述实施例的单元内开关SW由单元内开关SWB代替，而前述实施例的单元间连接开关SWx由单元间连接开关SWxB代替。描述了n＝4时的说明性案例。
如图4中所示，串联并联转换电力装置21B可以包括四个电池串联单元BU1B-BU4B和三个单元间连接开关SWx1B-SWx3B。
电池串联单元BU1B-BU4B并联地安装在正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间。电池串联单元BU1B可以包括三个电池B1_1-B1_3以及单元内开关SW1B。电池B1_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池B1_2具有连接到电池B1_1的负电极端子的正电极端子，并具有连接到电池B1_3的正电极端子的负电极端子。电池B1_3具有连接到单元内开关SW1B的负电极端子。
单元内开关SW1B可以包括自换向半导体开关(self-commutatedsemiconductorswitch)T1和二极管D1。例如，自换向半导体开关T1可以使用双极性晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)来实现。二极管D1与自换向半导体开关T1并联反向连接(反向并联)。单元内开关SW1B具有连接到电池B1_3的负电极端子的第一端子。单元内开关SW1B具有连接到负电极充电/放电端子N的第二端子。
如上所述，在电池串联单元BU1B中，电池B1_1、电池B1_2、电池B1_3和单元内开关SW1B从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU2B可以包括三个电池B2_1-B2_3以及单元内开关SW2B。电池B2_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池B2_2具有连接到电池B2_1的负电极端子的正电极端子，并具有连接到单元内开关SW2B的第一端子的负电极端子。电池B2_3具有连接到单元内开关SW2B的第二端子的正电极端子，并具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
单元内开关SW2B可以包括自换向半导体开关T2和二极管D2。例如，自换向半导体开关T2可以使用双极性晶体管、MOSFET或IGBT来实现。二极管D2与自换向半导体开关T2并联地反向连接。单元内开关SW2B串联地连接在电池B2_3(即，从负电极充电/放电端子N开始的第一个电池)和电池B2_2(即，从负电极充电/放电端子N开始的第二个电池)之间。
如上所述，在电池串联单元BU2B中，电池B2_1、电池B2_2、单元内开关SW2B和电池B2_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU3B可以包括三个电池B3_1-B3_3以及单元内开关SW3B。电池B3_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子，并具有连接到单元内开关SW3B的第一端子的负电极端子。电池B3_2具有连接到单元内开关SW3B的第二端子的正电极端子，并具有连接到电池B3_3的正电极端子的负电极端子。电池B3_3具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
单元内开关SW3B可以包括自换向半导体开关T3和二极管D3。例如，自换向半导体开关T3可以使用双极性晶体管、MOSFET或IGBT来实现。二极管D3与自换向半导体开关T3并联地反向连接。单元内开关SW3B串联地连接在电池B3_2(即，从负电极充电/放电端子N开始的第二个电池)和电池B3_1(即，从负电极充电/放电端子N开始的第三个电池)之间。
如上所述，在电池串联单元BU3B中，电池B3_1、单元内开关SW3B、电池B3_2和电池B3_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU4B可以包括三个电池B4_1-B4_3以及单元内开关SW4B。电池B4_1具有连接到单元内开关SW4B的第二端子的正电极端子，并具有连接到电池B4_2的正电极端子的负电极端子。电池B4_2具有连接到电池B4_3的正电极端子的负电极端子。电池B4_3具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
单元内开关SW4B可以包括自换向半导体开关T4和二极管D4。例如，自换向半导体开关T4可以使用双极性晶体管、MOSFET或IGBT来实现。二极管D4与自换向半导体开关T4并联地反向连接。单元内开关SW4B具有连接到正电极充电/放电端子P的第一端子，并具有连接到电池B4_1的正电极端子的第二端子。
如上所述，在电池串联单元BU4B中，单元内开关SW4B、电池B4_1、电池B4_2和电池B4_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
单元间连接开关SWx1B-SWx3B连接在电池串联单元BU1B-BU4B之间。单元间连接开关SWx1B可以包括自换向半导体开关Tx1和二极管Dx1。例如，自换向半导体开关Tx1可以使用双极性晶体管、MOSFET或IGBT来实现。二极管Dx1与自换向半导体开关Tx1并联地反向连接。
单元间连接开关SWx1B连接在单元内开关SW1B的第一端子和单元内开关SW2B的第二端子之间。单元间连接开关SWx2B可以包括自换向半导体开关Tx2和二极管Dx2。例如，自换向半导体开关Tx2可以使用双极性晶体管、MOSFET或IGBT来实现。二极管Dx2与自换向半导体开关Tx2并联地反向连接。单元间连接开关SWx2B连接在单元内开关SW2B的第一端子和单元内开关SW3B的第二端子之间。
单元间连接开关SWx3B可以包括自换向半导体开关Tx3和二极管Dx3。例如，自换向半导体开关Tx3可以使用双极性晶体管、MOSFET或IGBT来实现。二极管Dx3与自换向半导体开关Tx3并联地反向连接。单元间连接开关SWx3B连接在单元内开关SW3B的第一端子和单元内开关SW4B的第二端子之间。
控制单元24控制单元间连接开关SWx1B-SWx3B和单元内开关SWB的接通状态和断开状态。例如，控制单元24控制电池B1_1-B4_3的连接，以具有3个串联并且4列并联的状态或者4个串联并且3列并联的状态。
下面描述在对串联并联转换电力装置21B充电和放电时的3个串联并且4列并联的状态以及4个串联并且3列并联的状态的操作。例如，对将外部电力供应到串联并联转换电力装置21B的操作(例如，在执行对串联并联转换电力装置21B充电时的操作)进行描述。
控制单元24对单元内开关SW1B-SW4B以及单元间连接开关SWx1B-SWx3B全部进行控制，使得它们变为断开状态。在这种情况下，在充电时，串联并联转换电力装置21B的正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电流路径具有下述三个路径。
第一路径为正电极充电/放电端子P、电池B1_1、电池B1_2、电池B1_3、二极管Dx1、电池B2_3和负电极充电/放电端子N的路径。
第二路径为正电极充电/放电端子P、电池B2_1、电池B2_2、二极管Dx2、电池B3_2、电池B3_3和负电极充电/放电端子N的路径。
第三路径为正电极充电/放电端子P、电池B3_1、二极管Dx3、电池B4_2、电池B4_3和负电极充电/放电端子N的路径。
如上所述，串联并联转换电力装置21B在电池B的连接具有4个串联并且3列并联的状态的情况下执行充电操作。在这种情况下，由于电路的对称性，负载可以均匀地分配到电池B。
如果在电池B的连接处于4个串联并且3列并联的状态时电池B被持续充电，由此其电池电压变为预定阈值或更高，则控制单元24对所有的自换向半导体开关T1-T4进行控制，使得它们变为接通状态。在这种情况下，串联并联转换电力装置21B的正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电流路径具有下述四个路径。
第一路径为正电极充电/放电端子P、电池B1_1、电池B1_2、电池B1_3、自换向半导体开关T1和负电极充电/放电端子N的路径。
第二路径为正电极充电/放电端子P、电池B2_1、电池B2_2、自换向半导体开关T2、电池B2_3和负电极充电/放电端子N的路径。
第三路径为正电极充电/放电端子P、电池B3_1、自换向半导体开关T3、电池B3_2、电池B3_3和负电极充电/放电端子N的路径。
第四路径为正电极充电/放电端子P、自换向半导体开关T4、电池B4_1、电池B4_2、电池B4_3和负电极充电/放电端子N的路径。
如上所述，串联并联转换电力装置21B在电池B的连接处于3个串联并且4列并联的状态时执行充电操作。在这种情况下，由于电路的对称性，负载可以均匀地分配到电池B。另外，通过将串联并联转换电力装置21B的电池的连接从4个串联并且3列并联的状态改变为3个串联并且4列并联的状态，正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电压可以降低大约1/4。
下面描述将电力从串联并联转换电力装置21B供应到外部装置的操作(例如，串联并联转换电力装置21B放电时的操作)。
控制单元24对所有的单元内开关SW1B-SW4B以及单元间连接开关SWx1B-SWx3B进行控制，使得它们变为断开状态。在这种情况下，在放电时，串联并联转换电力装置21B的正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电流路径具有下述四个路径。
第一路径为负电极充电/放电端子N、二极管D1、电池B1_3、电池B1_2、电池B1_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第二路径为负电极充电/放电端子N、电池B2_3、二极管D2、电池B2_2、电池B2_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第三路径为负电极充电/放电端子N、电池B3_3、电池B3_2、二极管D3、电池B3_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第四路径为负电极充电/放电端子N、电池B4_3、电池B4_2、电池B4_1、二极管D4和正电极充电/放电端子P的路径。
如上所述，串联并联转换电力装置21B在电池B的连接处于3个串联并且4列并联的状态时执行放电操作。在这种情况下，由于电路的对称性，负载可以均匀地分配到电池B。
如果在电池B的连接处于3个串联并且4列并联的状态时电池B被持续放电，由此其电池电压变得低于预定阈值，则控制单元24将所有的自换向半导体开关Tx1-Tx4控制为处于接通状态。
在这种情况下，在放电时，串联并联转换电力装置21B的正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电流路径具有下述三个路径。
第一路径为负电极充电/放电端子N、电池B2_3、自换向半导体开关Tx1、电池B1_3、电池B1_2、电池B1_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第二路径为负电极充电/放电端子N、电池B3_3、电池B3_2、自换向半导体开关Tx2、电池B2_2、电池B2_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第三路径为负电极充电/放电端子N、电池B4_3、电池B4_2、电池B4_1、自换向半导体开关Tx3、电池B3_1和正电极充电/放电端子P的路径。
如上所述，串联并联转换电力装置21B在电池B的连接处于4个串联并且3列并联的状态时执行放电操作。在这种情况下，由于电路的对称性，负载可以均匀地分配到电池B。此外，通过将串联并联转换电力装置21B的电池的连接从3个串联并且4列并联的状态改变为4个串联并且3列并联的状态，正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电压可以升高大约1/3。
如上所述，在当前示例性实施例的串联并联转换电力装置21B中，第一示例性实施例的单元内开关SW1-SW4已经由单元内开关SWB1B-SW4B代替，单元间连接开关SWx1-SWx3已经由单元间连接开关SWx1B-SWx3B代替。此外，单元内开关SW1B-SW4B以及单元间连接开关SWx1B-SWx3B包括自换向半导体开关和与各自换向半导体开关反向并联地连接的二极管。因此，当前示例性实施例具有与第一示例性实施例相同的效果。
此外，当前示例性实施例的串联并联转换电力装置21B已经被如上所述地构造。如果在3个串联并且4列并联的状态与4个串联并且3列并联的状态之间执行切换，则当自换向半导体开关处于接通的状态时，电流从二极管侧的路径换向到自换向半导体开关侧的路径。因此，当在n个串联并且n+1列并联的状态与n+1个串联并且n列并联的状态之间执行切换时，能够执行平稳的切换操作而不出现短时中断。
图5示出了用于电力系统的串联并联转换电力装置21C的另一实施例。在当前示例性实施例中，第一示例性实施例的单元内开关SW由单元内开关SWC代替，单元间连接开关SWx由单元间连接开关SWxC代替。在当前示例性实施例中，描述了n＝4的说明性案例。
如图5中所示，串联并联转换电力装置21C可以包括四个电池串联单元BU1C-BU4C和三个单元间连接开关SWx1C-SWx3C。电池串联单元BU1C-BU4C并联地安装在正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间。电池串联单元BU1C可以包括三个电池B1_1-B1_3以及单元内开关SW1C。
电池B1_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池B1_2具有连接到电池B1_1的负电极端子的正电极端子，并具有连接到电池B1_3的正电极端子的负电极端子。电池B1_3具有连接到单元内开关SW1C的负电极端子。
单元内开关SW1C可以包括机械开关M1和二极管D1。二极管D1与机械开关M1并联连接。在单元内开关SW1C中，假设二极管D1的阴极侧为第一端子，假设其阳极侧为第二端子。单元内开关SW1C具有连接到电池B1_3的负电极端子的第一端子。单元内开关SW1C具有连接到负电极充电/放电端子N的第二端子。
如上所述，在电池串联单元BU1C中，电池B1_1、电池B1_2、电池B1_3和单元内开关SW1C从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU2C可以包括三个电池B2_1-B2_3以及单元内开关SW2C。电池B2_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池B2_2具有连接到电池B2_1的负电极端子的正电极端子，并具有连接到单元内开关SW2C的第一端子的负电极端子。电池B2_3具有连接到单元内开关SW2C的第二端子的正电极端子，并具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
单元内开关SW2C可以包括机械开关M2和二极管D2。二极管D2与机械开关M2并联连接。在单元内开关SW2C中，假设二极管D2的阴极侧为第一端子，假设二极管D2的阳极侧为第二端子。单元内开关SW2C串联地连接在电池B2_3(即，从负电极充电/放电端子N开始的第一个电池)和电池B2_2(即，从负电极充电/放电端子N开始的第二个电池)之间。
如上所述，在电池串联单元BU2C中，电池B2_1、电池B2_2、单元内开关SW2C和电池B2_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU3C可以包括三个电池B3_1-B3_3以及单元内开关SW3C。电池B3_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子，并具有连接到单元内开关SW3C的第一端子的负电极端子。电池B3_2具有连接到单元内开关SW3C的第二端子的正电极端子，并具有连接到电池B3_3的正电极端子的负电极端子。电池B3_3具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
单元内开关SW3C可以包括机械开关M3和二极管D3。二极管D3与机械开关M3并联连接。在单元内开关SW3C中，假设二极管D3的阴极侧为第一端子，假设二极管D3的阳极侧为第二端子。单元内开关SW3C串联地连接在电池B3_2(即，从负电极充电/放电端子N开始的第二个电池)和电池B3_1(即，从负电极充电/放电端子N开始的第三个电池)之间。
如上所述，在电池串联单元BU3C中，电池B3_1、单元内开关SW3C、电池B3_2和电池B3_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU4C可以包括三个电池B4_1-B4_3以及单元内开关SW4C。电池B4_1具有连接到单元内开关SW4C的第二端子的正电极端子，并具有连接到电池B4_2的正电极端子的负电极端子。电池B4_2具有连接到电池B4_3的正电极端子的负电极端子。电池B4_3具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
单元内开关SW4C可以包括机械开关M4和二极管D4。二极管D4与机械开关M4并联连接。在单元内开关SW4C中，假设二极管D4的阴极侧为第一端子，假设二极管D4的阳极侧为第二端子。单元内开关SW4C具有连接到正电极充电/放电端子P的第一端子，并具有连接到电池B4_1的正电极端子的第二端子。
如上所述，在电池串联单元BU4C中，单元内开关SW4C、电池B4_1、电池B4_2和电池B4_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
单元间连接开关SWx1C-SWx3C连接在电池串联单元BU1C-BU4C之间。单元间连接开关SWx1C可以包括机械开关Mx1和二极管Dx1。二极管Dx1与机械开关Mx1并联连接。单元间连接开关SWx1C连接在单元内开关SW1C的第一端子和单元内开关SW2C的第二端子之间。单元间连接开关SWx2C可以包括机械开关Mx2和二极管Dx2。二极管Dx2与机械开关Mx2并联连接。单元间连接开关SWx2C连接在单元内开关SW2C的第一端子和单元内开关SW3C的第二端子之间。
单元间连接开关SWx3C可以包括机械开关Mx3和二极管Dx3。二极管Dx3与机械开关Mx3并联连接。单元间连接开关SWx3C连接在单元内开关SW3C的第一端子和单元内开关SW4C的第二端子之间。
控制单元24控制单元间连接开关SWx1C-SWx3C和单元内开关SWC的接通状态和断开状态。例如，控制单元24控制电池B1_1-B4_3的连接，使得它具有3个串联并且4列并联的状态或者4个串联并且3列并联的状态。
除了自换向半导体开关已经由机械开关代替外，在执行串联并联转换电力装置21C的充电和放电时的操作可以与前一实施例在充电和放电时执行的操作相同。
如上所述，在当前示例性实施例的串联并联转换电力装置21C中，第一示例性实施例的单元内开关SW已经由单元内开关SWC代替，其单元间连接开关SWx已经由单元间连接开关SWxC代替。此外，单元内开关SWC以及单元间连接开关SWxC包括机械开关和与各个机械开关并联连接的二极管。因此，第三实施例可以具有与第一示例性实施例相同的效果。
此外，在当前示例性实施例的串联并联转换电力装置21C中，由于使用了机械开关而非自换向半导体开关，所以与第二示例性实施例相比，可以减小在电流经过单元内开关SWC和单元间连接开关SWxC时的导电损耗。因此，与第二示例性实施例相比，当前示例性实施例的串联并联转换电力装置21C可以使损耗进一步减小。
图6示出了用于电力系统的串联并联转换电力装置21D的另一实施例。在当前示例性实施例中，第一示例性实施例的单元内开关SW已经由二极管代替，其单元间连接开关SWx已经由自换向半导体开关代替，并且其电池B已经由电池BD代替。出于说明性的目的，描述了n＝4的情况。
如图6中所示，串联并联转换电力装置21D可以包括四个电池串联单元BU1D-BU4D和三个自换向半导体开关Tx1-Tx3。电池串联单元BU1D-BU4D并联地安装在正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间。
电池串联单元BU1D可以包括三个电池BD1(例如，电池BD1_1-BD1_3)以及二极管D1。电池BD1_1是不能够充电的电池，例如，可以是一次电池。电池BD1_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池BD1_2具有连接到电池BD1_1的负电极端子的正电极端子，并具有连接到电池BD1_3的正电极端子的负电极端子。电池BD1_3具有连接到二极管D1的负电极端子。二极管D1具有连接到电池BD1_3的负电极端子的阴极。二极管D1具有连接到负电极充电/放电端子N的阳极。
如上所述，在电池串联单元BU1D中，电池BD1_1、电池BD1_2、电池BD1_3和二极管D1从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU2D可以包括三个电池BD2(例如，电池BD2_1-BD2_3)以及二极管D2。电池BD2_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池BD2_2具有连接到电池BD2_1的负电极端子的正电极端子，并具有连接到二极管D2的阴极的负电极端子。电池BD2_3具有连接到二极管D2的阳极的正电极端子，并具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。二极管D2串联地连接在电池BD2_3(例如，从负电极充电/放电端子N开始的第一个电池)和电池BD2_2(例如，从负电极充电/放电端子N开始的第二个电池)之间。
如上所述，在电池串联单元BU2D中，电池BD2_1、电池BD2_2、二极管D2和电池BD2_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU3D可以包括三个电池BD3_1-BD3_3以及二极管D3。电池BD3_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子，并具有连接到二极管D3的阴极的负电极端子。电池BD3_2具有连接到二极管D3的阳极的正电极端子，并具有连接到电池BD3_3的正电极端子的负电极端子。电池BD3_3具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。二极管D3串联地连接在电池BD3_2(即，从负电极充电/放电端子N开始的第二个电池)和电池BD3_1(即，从负电极充电/放电端子N开始的第三个电池)之间。
如上所述，在电池串联单元BU3D中，电池BD3_1、二极管D3、电池BD3_2和电池BD3_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU4D可以包括三个电池BD4_1-BD4_3以及二极管D4。电池BD4_1具有连接到二极管D4的阳极的正电极端子，并具有连接到电池BD4_2的正电极端子的负电极端子。电池BD4_2具有连接到电池BD4_3的正电极端子的负电极端子。电池BD4_3具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。二极管D4具有连接到正电极充电/放电端子P的阴极，并具有连接到电池BD4_1的正电极端子的阳极。
如上所述，在电池串联单元BU4D中，二极管D4、电池BD4_1、电池BD4_2和电池BD4_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
自换向半导体开关Tx1-Tx3连接在电池串联单元BU1D-BU4D之间。自换向半导体开关Tx1连接在二极管D1的阴极和二极管D2的阳极之间。自换向半导体开关Tx2连接在二极管D2的阴极和二极管D3的阳极之间。自换向半导体开关Tx3连接在二极管D3的阴极和二极管D4的阳极之间。
控制单元24控制自换向半导体开关Tx1-Tx3的接通状态和断开状态。例如，控制单元24控制电池BD1_1-BD4_3的连接，使得它具有3个串联并且4列并联的状态或者4个串联并且3列并联的状态。
下面描述在执行串联并联转换电力装置21D的放电时的3个串联并且4列并联的状态以及4个串联并且3列并联的状态的操作。下面描述将电力从串联并联转换电力装置21D供应到外部装置的操作(例如，串联并联转换电力装置21D放电时的操作)。
控制单元24将所有的自换向半导体开关Tx1-Tx3控制为处于断开状态。在这种情况下，串联并联转换电力装置21D的正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电流路径具有下述四个路径。
第一路径为负电极充电/放电端子N、二极管D1、电池BD1_3、电池BD1_2、电池BD1_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第二路径为负电极充电/放电端子N、电池BD2_3、二极管D2、电池BD2_2、电池BD2_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第三路径为负电极充电/放电端子N、电池BD3_3、电池BD3_2、二极管D3、电池BD3_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第四路径为负电极充电/放电端子N、电池BD4_3、电池BD4_2、电池BD4_1、二极管D4和正电极充电/放电端子P的路径。
如上所述，串联并联转换电力装置21D在电池BD的连接具有3个串联并且4列并联的状态的情况下执行放电操作。在这种情况下，由于电路的对称性，负载可以均匀地分配到电池BD。
如果在电池BD的连接具有3个串联并且4列并联的状态的情况下，电池BD持续放电，由此其电池电压变得低于预定阈值，则控制单元24对所有的自换向半导体开关Tx1-Tx4进行控制，使得它们变为接通状态。在这种情况下，在放电时，串联并联转换电力装置21D的正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电流路径具有下述三个路径。
第一路径为负电极充电/放电端子N、电池BD2_3、自换向半导体开关Tx1、电池BD1_3、电池BD1_2、电池BD1_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第二路径为负电极充电/放电端子N、电池BD3_3、电池BD3_2、自换向半导体开关Tx2、电池BD2_2、电池BD2_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第三路径为负电极充电/放电端子N、电池BD4_3、电池BD4_2、电池BD4_1、自换向半导体开关Tx3、电池BD3_1和正电极充电/放电端子P的路径。
如上所述，串联并联转换电力装置21D在电池BD的连接具有4个串联并且3列并联的状态的情况下执行放电操作。在这种情况下，由于电路的对称性，负载可以均匀地分配到电池BD。此外，通过将串联并联转换电力装置21D的电池的连接从3个串联并且4列并联的状态改变为4个串联并且3列并联的状态，正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电压可以升高大约1/3。
如上所述，在当前示例性实施例的串联并联转换电力装置21D中，第一示例性实施例的单元内开关SW1-SW4已经由二极管代替，其单元间连接开关SWx1-SWx3已经由自换向半导体开关代替。因此，在串联并联转换电力装置21D的放电过程中，当前示例性实施例可以具有与第一示例性实施例的效果相同的效果。
图7示出了用于电力系统的串联并联转换电力装置21E的另一实施例。在当前示例性实施例中，第一示例性实施例的单元内开关SW已经由二极管代替，第一示例性实施例的单元间连接开关SWx已经由单元间连接开关SWxE代替，并且第一示例性实施例的电池B已经由太阳能电池PV代替。另外，出于说明性的目的，描述了n＝4的情况。
如图7中所示，串联并联转换电力装置21E可以包括四个电池串联单元BU1E-BU4E和三个单元间连接开关SWx1E-SWx3E。电池串联单元BU1E-BU4E并联地安装在正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间。电池串联单元BU1E可以包括三个太阳能电池PV1_1-PV1_3以及二极管D1。
太阳能电池PV1_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。太阳能电池PV1_2具有连接到太阳能电池PV1_1的负电极端子的正电极端子，并具有连接到太阳能电池PV1_3的正电极端子的负电极端子。太阳能电池PV1_3具有连接到二极管D1的负电极端子。二极管D1具有连接到太阳能电池PV1_3的负电极端子的阴极。二极管D1具有连接到负电极充电/放电端子N的阳极。
如上所述，在电池串联单元BU1E中，太阳能电池PV1_1、太阳能电池PV1_2、太阳能电池PV1_3和二极管D1从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU2E可以包括三个太阳能电池PV2_1-PV2_3以及二极管D2。太阳能电池PV2_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。太阳能电池PV2_2具有连接到太阳能电池PV2_1的负电极端子的正电极端子，并具有连接到二极管D2的阴极的负电极端子。太阳能电池PV2_3具有连接到二极管D2的阳极的正电极端子，并具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。二极管D2串联地连接在太阳能电池PV2_3(例如，从负电极充电/放电端子N开始的第一个电池)和太阳能电池PV2_2(例如，从负电极充电/放电端子N开始的第二个电池)之间。
如上所述，在电池串联单元BU2E中，太阳能电池PV2_1、太阳能电池PV2_2、二极管D2和太阳能电池PV2_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU3E可以包括三个太阳能电池PV3_1-PV3_3以及二极管D3。太阳能电池PV3_1具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子，并具有连接到二极管D3的阴极的负电极端子。太阳能电池PV3_2具有连接到二极管D3的阳极的正电极端子，并具有连接到太阳能电池PV3_3的正电极端子的负电极端子。太阳能电池PV3_3具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。二极管D3串联地连接在太阳能电池PV3_2(即，从负电极充电/放电端子N开始的第二个电池)和太阳能电池PV3_1(即，从负电极充电/放电端子N开始的第三个电池)之间。
如上所述，在电池串联单元BU3E中，太阳能电池PV3_1、二极管D3、太阳能电池PV3_2和太阳能电池PV3_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
电池串联单元BU4E可以包括三个太阳能电池PV4_1-PV4_3以及二极管D4。太阳能电池PV4_1具有连接到二极管D4的阳极的正电极端子，并具有连接到太阳能电池PV4_2的正电极端子的负电极端子。太阳能电池PV4_2具有连接到太阳能电池PV4_3的正电极端子的负电极端子。太阳能电池PV4_3具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。二极管D4具有连接到正电极充电/放电端子P的阴极，并具有连接到太阳能电池PV4_1的正电极端子的阳极。
如上所述，在电池串联单元BU4E中，二极管D4、太阳能电池PV4_1、太阳能电池PV4_2和太阳能电池PV4_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
单元间连接开关SWx1E-SWx3E连接在电池串联单元BU1E-BU4E之间。单元间连接开关SWx1E可以包括自换向半导体开关Tx1和二极管Dx1。二极管Dx1与自换向半导体开关Tx1串联连接。换言之，二极管Dx1的阳极连接到自换向半导体开关Tx1的第二端子。二极管Dx1的阴极连接到二极管D1的阴极。
自换向半导体开关Tx1具有连接到二极管D2的阳极的第一端子。例如，单元间连接开关SWx1E连接在二极管D1的阴极与二极管D2的阳极之间。
单元间连接开关SWx2E可以包括自换向半导体开关Tx2和二极管Dx2。二极管Dx2与自换向半导体开关Tx2串联连接。例如，二极管Dx2的阳极连接到自换向半导体开关Tx2的第二端子。二极管Dx2的阴极连接到二极管D2的阴极。
自换向半导体开关Tx2具有连接到二极管D3的阳极的第一端子。例如，单元间连接开关SWx2E连接在二极管D2的阴极与二极管D3的阳极之间。单元间连接开关SWx3E可以包括自换向半导体开关Tx3和二极管Dx3。二极管Dx3与自换向半导体开关Tx3串联连接。例如，二极管Dx3的阳极连接到自换向半导体开关Tx3的第二端子。二极管Dx3的阴极连接到二极管D3的阴极。
自换向半导体开关Tx3具有连接到二极管D4的阳极的第一端子。例如，单元间连接开关SWx3E连接在二极管D3的阴极与二极管D4的阳极之间。
控制单元24控制自换向半导体开关Tx1-Tx3的接通状态和断开状态。例如，控制单元24控制太阳能电池PV1_1-PV4_3，使得太阳能电池PV1_1-PV4_3之间的连接具有3个串联并且4列并联的状态或者4个串联并且3列并联的状态。
下面描述在执行串联并联转换电力装置21E的放电时的3个串联并且4列并联的状态以及4个串联并且3列并联的状态的操作。下面描述将电力从串联并联转换电力装置21E供应到外源的操作(例如，执行串联并联转换电力装置21E放电时的操作)。
控制单元24对所有的自换向半导体开关Tx1-Tx3进行控制，使得它们具有断开状态。在这种情况下，在放电时，串联并联转换电力装置21E的正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电流路径(即，太阳能电池PV的电力发出的路径)具有下述四个路径。
第一路径为负电极充电/放电端子N、二极管D1、太阳能电池PV1_3、太阳能电池PV1_2、太阳能电池PV1_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第二路径为负电极充电/放电端子N、太阳能电池PV2_3、二极管D2、太阳能电池PV2_2、太阳能电池PV2_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第三路径为负电极充电/放电端子N、太阳能电池PV3_3、太阳能电池PV3_2、二极管D3、太阳能电池PV3_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第四路径为负电极充电/放电端子N、太阳能电池PV4_3、太阳能电池PV4_2、太阳能电池PV4_1、二极管D4和正电极充电/放电端子P的路径。
如上所述，串联并联转换电力装置21E在太阳能电池PV之间的连接具有3个串联并且4列并联的状态的情况下执行放电操作。在这种情况下，由于电路的对称性，负载可以均匀地分配到电池PV。
由于对每个太阳能电池PV的太阳辐射是充足的，所以这种配置为当电池电压为预定阈值或更高时的配置。在太阳能电池PV的布置具有3个串联并且4列并联的状态的情况下，如果对太阳能电池PV的太阳辐射的量减小并且太阳能电池P的电池电压低于预定阈值，则控制单元24对所有的自换向半导体开关Tx1-Tx3进行控制，使得它们具有接通状态。
在这种情况下，在放电时，串联并联转换电力装置21E的正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电流路径(即，太阳能电池PV的电力发出的路径)具有下述三个路径。
第一路径为负电极充电/放电端子N、太阳能电池PV2_3、自换向半导体开关Tx1、二极管Dx1、太阳能电池PV1_3、太阳能电池PV1_2、太阳能电池PV1_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第二路径为负电极充电/放电端子N、太阳能电池PV3_3、太阳能电池PV3_2、自换向半导体开关Tx2、二极管Dx2、太阳能电池PV2_2、太阳能电池PV2_1和正电极充电/放电端子P的路径。
第三路径为负电极充电/放电端子N、太阳能电池PV4_3、太阳能电池PV4_2、太阳能电池PV4_1、自换向半导体开关Tx3、二极管Dx3、太阳能电池PV3_1和正电极充电/放电端子P的路径。
如上所述，串联并联转换电力装置21E在太阳能电池PV之间的连接具有4个串联并且3列并联的状态的情况下执行放电操作。在这种情况下，由于电路的对称性，负载可以均匀地分配到电池PV。
通过将串联并联转换电力装置21E的太阳能电池PV的连接从3个串联并且4列并联的状态改变为4个串联并且3列并联的状态，正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间的电压可以升高大约1/3。
如果多个太阳能电池并联连接，则需要将防倒流二极管插入于每列电池串联单元中，以防止并联连接的电池串联单元之间的倒流。例如，如果太阳光因为诸如阴影的原因未照射到一些太阳能电池或者电池串联单元，则电池串联单元的电动势降低。
防倒流二极管用于防止电流从被太阳光充分照射的电池串联单元(例如，维持充足电动势的电池串联单元)反向地流到具有降低的电动势的电池串联单元。
在当前示例性实施例中，在3个串联并且4列并联的状态下，二极管D1-D4还用作防倒流二极管。此外，在4个串联并且3列并联的状态下，二极管Dx1-Dx3还用作防倒流二极管。因此，不需要单独添加用于防倒流的二极管。
如上所述，在当前示例性实施例的串联并联转换电力装置21E中，第一示例性实施例的电池B1_1-B4_3已经由太阳能电池PV1_1-PV4_3代替，其单元内开关SW1-SW4已经由二极管D1-D4代替，并且其单元间连接开关SWx1-SWx3已经由单元间连接开关SWx1E-SWx3E代替。此外，单元间连接开关SWx1E-SWx3E包括自换向半导体开关Tx和二极管Dx。二极管Dx与自换向半导体开关Tx串联连接。
因此，在执行串联并联转换电力装置21E的放电时，当前示例性实施例可以具有与第一示例性实施例相同的效果。
已经在这里公开了示例实施例，虽然采用了具体的术语，但是这些术语仅是以一般的且描述性的意思来使用和解释而不是出于限制的目的。在某些情况下，如本领域普通技术人员将清楚的，自提交本申请之时起，除非另外指出，否则结合具体实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独地使用，或者与结合其它实施例描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解的是，在不脱离如权利要求中所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (6)

1.一种串联并联转换电力装置，包括：
n个电池串联单元，每个电池串联单元具有串联连接的n-1个电池和一个单元内开关，其中，n为3或更大的整数；以及
多个单元间连接开关，连接所述n个电池串联单元中的相邻的电池串联单元，其中，
所述n个电池串联单元在正电极充电/放电端子与负电极充电/放电端子之间按照n列并联地设置，
第k列的电池串联单元中的单元内开关具有第一端子和第二端子，其中，k大于等于1且小于等于n；第一端子连接到从负电极充电/放电端子开始的第k个电池的负电极端子，或在k＝n时连接到正电极充电/放电端子；第二端子连接到从负电极充电/放电端子开始的第k-1个电池的正电极端子，或在k＝1时连接到负电极充电/放电端子，
单元间连接开关连接在第k列的单元内开关的第一端子与第k+1列的单元内开关的第二端子之间。
2.如权利要求1所述的串联并联转换电力装置，其中，
如果电池具有n-1个串联并且n列并联的状态，则单元内开关处于接通状态，并且单元间连接开关处于断开状态，
如果电池具有n个串联并且n-1列并联的状态，则单元内开关处于断开状态，并且单元间连接开关处于接通状态。
3.如权利要求1所述的串联并联转换电力装置，其中，单元内开关和单元间连接开关均包括自换向半导体开关和与自换向半导体开关并联反向连接的二极管的组合。
4.如权利要求1所述的串联并联转换电力装置，其中，单元内开关和单元间连接开关均包括机械开关和与机械开关并联连接的二极管的组合。
5.如权利要求1所述的串联并联转换电力装置，其中，单元内开关包括二极管，单元间连接开关包括机械开关或自换向半导体开关。
6.如权利要求1所述的串联并联转换电力装置，其中，
电池包括太阳能电池，
单元内开关包括二极管，
单元间连接开关包括具有防倒流功能的开关。
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