JP6736500B2 - 制御装置、それを備えた電力貯蔵システム、及び制御方法並びに制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、それを備えた電力貯蔵システム、及び制御方法並びに制御プログラムに関するものである。

従来、電力貯蔵システムは、複数のセル（単電池）を直列に接続して組電池を形成し、組電池を複数直列に接続して直列単位を形成し、その直列単位を複数並列に接続して蓄電池を構成するものが知られている。
下記特許文献１には、電池セルの充電率が目標充電率になるように電池モジュールを制御し、電池セルの充電率を均一化させる電力貯蔵システムが開示されている。

特許第５６８３５１４号公報

ところで、電力貯蔵システムは、コストの大半を電池が占めるため、電気自動車（以下「ＥＶ」ともいう：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）用で使用済みの二次電池を有する電池パックを二次利用することで安価に構築することが考えられる。
電力貯蔵システムにおいて、使用する二次電池が新品の場合には、各電池の残寿命が等しい状態となっているが、中古の二次電池を使用する場合には、残寿命にばらつきがある電池パックや残寿命が推定できない電池パックで電力貯蔵システムを構築することになる。中古の電池パックであっても残寿命を判定することはできるが、残寿命の判定には多大なコストを要すること、電池特性およびＥＶの利用期間における使用履歴に関する情報が記録されていない電池パックを使用している場合には残寿命の推定が困難であること等の理由から、残寿命を不明としたままで電力貯蔵システムを構成することがある。

セルを複数直列接続して構成した組電池を複数直列に接続して組電池群を構成し、さらに組電池群を並列接続して電力貯蔵システムを構築する場合（以下「直列−並列接続」ともいう）に、中古の二次電池を使用すると、組電池群において最も短い残寿命の組電池の残寿命期間が経過した時点でその組電池群が使用不能になり、使用できる組電池群がなくなると電力貯蔵システムは停止される。そのため、使用不能になった組電池群のうち、残寿命期間が経過していない組電池は稼働できるにもかかわらず使用されないという状態になり、組電池を有効に活用できないという課題がある。

また、組電池を複数並列に接続した複数の組電池群を直列接続して電力貯蔵システムを構築する場合（以下「並列−直列接続」ともいう）に、中古の二次電池を使用すると、組電池群において全ての組電池の残寿命期間が経過した時点でその組電池群が使用不能となる。そのため、使用不能となった組電池群の下流側に使用可能な組電池があるとしても、電力貯蔵システムは停止され、残寿命期間が経過していない組電池を有効に活用できないという課題は解決できない。
上記特許文献１では、直列−並列化接続方式を採用した場合の制御に関する記載があるものの、並列−直列接続方式を採用した場合の制御については記載されていない。また、上記特許文献１では、各二次電池の寿命のばらつきは考慮されていないので、中古の二次電池を使用した場合に生じる上述した課題を解決することはできない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、二次電池を複数備える組電池の残寿命を勘案せずに電力貯蔵システムの構築をしても、搭載された組電池を有効活用することができる制御装置、それを備えた電力貯蔵システム、及び制御方法並びに制御プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、１以上の二次電池をそれぞれ有する複数の組電池と、各前記組電池の状態をそれぞれ監視する複数の監視装置と、電力変換器とを備える電力貯蔵システムの制御装置であって、第１電池群は、複数の前記組電池が並列接続されて構成され、第１電池群の組は、複数の前記第１電池群から構成され、前記電力貯蔵システムは、複数の前記第１電池群の組を備え、前記第１電池群の組ごとに前記電力変換器に接続するか否かを切り替える第１切替手段と、前記第１電池群の組ごとに、前記第１電池群の組を構成する複数の前記第１電池群を直列接続または並列接続に切り替える第２切替手段と、各前記監視装置から出力される前記組電池の情報に基づいて、前記電力変換器に対する前記組電池の接続可否を判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて、前記第１切替手段と前記第２切替手段とを制御する制御手段とを具備し、複数の前記第１切替手段は、前記電力変換器に対して直列に接続される電力貯蔵システムの制御装置を提供する。

本発明の構成によれば、電池の監視装置から得られる組電池の情報に基づいて、複数の組電池が並列接続された複数の第１電池群が、第２切替手段の切替えによって直列接続または並列接続に切り換えられ、第１切替手段の切替えによって電力変換器との接続非接続が切り替えられる。
このように、電池の監視装置から得られる組電池の情報に基づいて第１切替手段、第２切替手段が制御されるので、各組電池の残寿命を考慮せずに電力貯蔵システムを構築したとしても、当該システムに搭載された各組電池を有効活用できる。また、第１電池群を、監視装置からの情報に基づいて、動的に並列接続から直列接続に切り替えができることにより、並列接続のまま使用する場合と比較して電池寿命を延ばすことができる。

上記電力貯蔵システムの制御装置において、前記二次電池は、中古の二次電池としてもよい。
中古の二次電池は、それぞれ残寿命にばらつきがあるものであり、また、残寿命が推定できないものも含まれることがある。本発明によれば、電池の監視装置から得られる組電池の情報に基づいて、組電池の電力変換器への接続可否を判定し、第１切替手段、第２切替手段を制御するので、中古の二次電池であっても残寿命を勘案せずに電力貯蔵システムを構築することができ、中古の二次電池を活用することができる。

上記電力貯蔵システムの制御装置は、経路に流れる電流を制限する電流制限手段と、前記電流制限手段と接続され、複数の前記第１電池群が並列接続された第２電池群が、前記電力変換器に接続される前に開状態とされ、前記第２電池群の各前記第１電池群の電圧が均等化された後に閉状態とされる第３切替手段とを具備してもよい。

第１電池群が並列接続された第２電池群が電力変換器に接続される前に第３切替手段は開状態にされ、第２電池群に電流制限手段が接続されるので、第１電池群の組電池の電圧差に応じた突入電流が主回路側に流れることなく、突入電流を制限することができる。

本発明は、上記いずれかに記載の電力貯蔵システムの制御装置と、１以上の二次電池をそれぞれ有する複数の組電池とを具備する電力貯蔵システムを提供する。

本発明は、１以上の二次電池をそれぞれ有する複数の組電池と、各前記組電池の状態をそれぞれ監視する複数の監視装置と、電力変換器とを備える電力貯蔵システムの制御方法であって、第１電池群は、複数の前記組電池が並列接続されて構成され、第１電池群の組は、複数の前記第１電池群から構成され、前記電力貯蔵システムは、複数の前記第１電池群の組を備え、第１切替手段により前記第１電池群の組ごとに前記電力変換器に接続するか否かを切り替える第１工程と、前記第１電池群の組ごとに、前記第１電池群の組を構成する複数の前記第１電池群を、第２切替手段により直列接続または並列接続に切り替える第２工程と、各前記監視装置から出力される前記組電池の情報に基づいて、前記電力変換器に対する前記組電池の接続可否を判定する第３工程と、前記第３工程の判定結果に基づいて、前記第１切替手段と前記第２切替手段とを制御する第４工程とを有し、複数の前記第１切替手段は、前記電力変換器に対して直列に接続される電力貯蔵システムの制御方法を提供する。

本発明は、１以上の二次電池をそれぞれ有する複数の組電池と、各前記組電池の状態をそれぞれ監視する複数の監視装置と、電力変換器とを備える電力貯蔵システムの制御プログラムであって、第１電池群は、複数の前記組電池が並列接続されて構成され、第１電池群の組は、複数の前記第１電池群から構成され、前記電力貯蔵システムは、複数の前記第１電池群の組を備え、第１切替手段により前記第１電池群の組ごとに前記電力変換器に接続するか否かを切り替える第１処理と、前記第１電池群の組ごとに、前記第１電池群の組を構成する複数の前記第１電池群を、第２切替手段により直列接続または並列接続に切り替える第２処理と、各前記監視装置から出力される前記組電池の情報に基づいて、前記電力変換器に対する前記組電池の接続可否を判定する第３処理と、前記第３処理の判定結果に基づいて、前記第１切替手段と前記第２切替手段とを制御する第４処理とをコンピュータに実行させ、複数の前記第１切替手段は、前記電力変換器に対して直列に接続される電力貯蔵システムの制御プログラムを提供する。

本発明は、二次電池を複数備える組電池の残寿命を勘案せずに電力貯蔵システムの構築をしても、搭載された組電池を有効活用できるという効果を奏する。

本発明に係る電力貯蔵システムの概略構成を示した図である。 本発明に係る第１切替部のオンオフの定義について説明する図である。 本発明に係る第２切替部のオンオフの定義について説明する図である。 本発明に係る電力貯蔵システムの制御装置の機能ブロック図である。 本発明に係る電力貯蔵システムの制御装置の動作フローである。 本発明に係る電力貯蔵システムの制御装置の動作フローの続きである。 従来の電力貯蔵システムの構成の一例を示している。 従来の電力貯蔵システムの他の構成の一例を示している。 本発明に係る電力貯蔵システムの概略構成の一例を示している。

以下に、本発明に係る制御装置、それを備えた電力貯蔵システム、及び制御方法並びに制御プログラムの実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力貯蔵システム１の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る電力貯蔵システム１は、パワーコンディショナ（以下「ＰＣＳ」：Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）（電力変換器）４と、制御装置６と、電池パック５０ａ，５０ｂ・・・５０ｈと、直並列接続切替回路１００，２００とを主な構成として備えている。また、電力貯蔵システム１は、電力系統２と接続されている。

ＰＣＳ４は、電力貯蔵システム１側から放電された直流電力を交流電力に変換し、電力系統２側に送電する。また、電力貯蔵システム１が二次電池の場合には、ＰＣＳ４と電力貯蔵システム１との間には図示しない充放電装置が設置される。この際にＰＣＳ４は、電力系統２から取得した交流電力を直流電力に変換し、図示しない充放電装置を経由して電力貯蔵システム１に出力することも可能なように双方向変換機能を有するか、各方向の電力変換機能を備えるＰＣＳ４を並列に設置して切替えて使用できるようになっている。

電池パック５０ａ，５０ｂ，・・・５０ｈは、中古の二次電池を複数備えた組電池５２ａ，５２ｂ，・・・５２ｈと、組電池５２ａ，５２ｂ，・・・５２ｈにそれぞれ直列に接続されるスイッチ５３ａ，５３ｂ・・・５３ｈと、組電池５２ａ，５２ｂ，・・・５２ｈにそれぞれ対応付けて設けられるＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）（監視装置）５１ａ，５１ｂ・・・５１ｈとを備えている。
本実施形態は、中古の電池に適用される場合を例に挙げて説明するが、本発明は新品の電池に適用しても良い。

電池パック５０ａ，５０ｂ・・・５０は、中古の二次電池を備えているので、それぞれに設けられる組電池５２ａ，５２ｂ・・・５２ｈの劣化度合いや残寿命は異なるものである。なお、残寿命は、現時点から、電池パックとして必要な出力・容量といった性能を満足できない、または、制御・保護等の所定の機能を果たさなくなり使用不能となる寿命に至るまでの残りの推定期間を示す。
以下においては、説明の便宜上、特に区別をせず総称する場合には、電池パック５０ａ，５０ｂ・・・５０ｈは電池パック５０と示し、ＢＭＵ５１ａ，５１ｂ・・・５１ｈはＢＭＵ５１と示し、組電池５２ａ，５２ｂ，・・・５２ｈは組電池５２と示し、スイッチ５３ａ，５３ｂ・・・５３ｈはスイッチ５３と示し、第１電池群５８Ａ，５８Ｂ・・（後述する）は添え字ａ，ｂ・・・ｈ、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ等を省略する。

組電池５２は、複数の電池セル１７を備えており、電池セル１７は二次電池である。電池セル１７は、例えば、リチウムイオン二次電池、鉛二次電池、ニッケル水素二次電池等であり、特に限定されないが、出力密度、エネルギー密度が高いことからリチウムイオン二次電池が好ましく用いられる。
ＢＭＵ５１は、それぞれ組電池５２に対応して設けられており、組電池５２に設けられた各種センサ等により検出された組電池５２の電池電圧値や温度値を電池状態情報として取得するとともに、電池状態情報を制御装置６に出力する。ＢＭＵ５１は、対応する組電池５２から取得した電池状態情報に基づいて、対応する組電池５２に異常、故障、寿命到達等の事象の有無を判定し、該判定の結果に応じてスイッチ５３の接続、非接続を切り替える。

スイッチ５３は、組電池５２に直列に接続されており、ＰＣＳ４側に対して組電池５２の接続非接続を切り替える。
複数の電池パック５０は、並列接続されて第１電池群５８Ａ，５８Ｂ・・を構成する。図１においては、例えば、第１電池群５８Ａ、５８Ｂのそれぞれにおいて並列接続される電池パック５０は２つである場合を例示しているが、これに限定されず、第１電池群５８Ａ，５８Ｂに設けられる電池パック５０は複数であればよいし、それぞれの第１電池群５８の電池パック５０の個数は異なっていても良い。
また、複数の第１電池群５８が並列接続されたグループを第２電池群として記載する。

直並列接続切替回路１００，２００は、第１切替部（第１切替手段）１０と、第２切替部（第２切替手段）２０と、第３切替部（第３切替手段）３０と、電流制限部（電流制限手段）Ｒ１とを備えており、それぞれ第１電池群５８と接続されている。
直並列接続切替回路１００と直並列接続切替回路２００とは、ＰＣＳ４に対して直列に接続されるようになっている。

第１切替部１０は、組電池５２をＰＣＳ４に接続するか否かを切り替える。例えば、第１切替部１０は、第１スイッチ１０Ａと第１スイッチ１０Ｂを備えており、以下のように動作させる。本実施形態においては、図２に示されるように、第１切替部１０は、第１スイッチ１０Ａと第１スイッチ１０Ｂはオンオフの動作が相反するものとする。第１切替部１０がオン状態とは、第１スイッチ１０Ａを開状態にし、第１スイッチ１０Ｂを閉状態に制御し、それぞれの直並列接続切替回路１００，２００に接続される全ての第１電池群５８を電力系統２から解列させる。また、第１切替部１０がオフ状態とは、第１スイッチ１０Ａを閉状態にし、第１スイッチ１０Ｂを開状態に制御し、それぞれの直並列接続切替回路１００，２００に接続される第１電池群５８を電力系統２側と接続する。このとき、第１電池群５８に含まれる組電池５２が電力系統２側に接続されるか否かは、ＢＭＵ５１の制御に基づくものとする。

第２切替部２０は、複数の組電池５２が並列接続された第１電池群５８の複数を直列接続または並列接続に切り換える。例えば、第２切替部２０は、第２スイッチ２０Ａと第２スイッチ２０Ｂと第２スイッチ２０Ｃを備えており、以下のように動作させる。本実施形態においては、図３に示されるように、第２切替部２０は、第２スイッチ２０Ａと第２スイッチ２０Ｃのオンオフ動作を同じにし、第２スイッチ２０Ｂのオンオフ動作は第２スイッチ２０Ａ及び第２スイッチ２０Ｃのオンオフ動作と相反する。

第２切替部２０がオン状態とは、第２スイッチ２０Ａ及び第２スイッチ２０Ｃを開状態にし、第２スイッチ２０Ｂは閉状態にして、直並列接続切替回路１００，２００に接続される第１電池群５８のうち使用可能な第１電池群５８を並列−直列接続にする。ここで、並列−直列接続とは、各直並列接続切替回路１００，２００において、複数の組電池５２（電池パック５０）が並列に接続されて第１電池群５８を構成し、この第１電池群５８の複数が直列に接続されること示している。
第２切替部２０がオフ状態とは、第２スイッチ２０Ａ及び第２スイッチ２０Ｃは閉状態にし、第２スイッチ２０Ｂは開状態にして、各直並列接続切替回路１００，２００において、同一の直並列接続切替回路１００，２００に接続される全ての第１電池群５８を並列に接続する。

電流制限部Ｒ１は、経路に流れる電流を制限する。
第３切替部３０は、電流制限部Ｒ１と並列に接続される。第３切替部３０は、電力変換器に接続される以下（ア）（イ）の場合に開状態とされ、第１電池群５８の電圧が均等化された後の通常状態の場合に閉状態とする。
（ア）対応する直並列接続切替回路１００，２００に接続される第１電池群５８の接続を並列−直列接続から、全て並列接続に切り替える前
（イ）電池パック５０の新設、交換、および組み換え（置き換え）等を含む構成を変更した後に、第１電池群５８同士の接続を全て並列接続にする前

このように、第１電池群５８を全て並列接続する前に、第３切替部３０を開状態とすることにより、全て並列接続したときに、第１電池群５８間の電位差によって生じると推定される、電力系統２側と接続されるＰＣＳ４側である主回路に第２電池群を接続するときの突入電流を制限する。

図４は、本実施形態に係る制御装置６の機能ブロック図である。図４では、本実施形態に係る直並列接続切替回路の切り替え機能を示す。
制御装置６は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラム（例えば、電力貯蔵システムの制御プログラム）の形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
また、制御装置６は、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）であってもよい。

具体的には、制御装置６は、取得部６１と、判定部（判定手段）６２と、制御部（制御手段）６３とを備えている。
取得部６１は、ＢＭＵ５１から出力される各組電池５２の電池状態情報を取得する。例えば、ＢＭＵ５１において対応する組電池５２の異常、故障、寿命到達等が検出された場合には、その旨を判定部６２に出力する。
判定部６２は、各ＢＭＵ５１から出力される組電池５２の情報に基づいて、ＰＣＳ４に対する組電池５２の接続可否を判定する。具体的には、判定部６２は、取得した電池状態情報に基づいて、異常、故障、及び寿命到達のうち少なくともいずれか１つが発生した組電池５２を有する電池パック５０があるか否かを判定する。また、判定部６２は、直並列接続切替回路１００，２００に接続される全ての組電池５２に異常、故障、及び寿命到達のうち少なくともいずれか１つが発生したか否かを判定する。また、判定部６２は、直並列接続切替回路１００，２００に接続される第１電池群５８のうち、異常、故障、寿命到達のいずれも発生していない第１電池群５８で並列−直列接続の構成が可能か否かを判定する。
制御部６３は、判定部６２の判定結果に基づいて、第１切替部１０と第２切替部２０と第３切替部とを制御する。

以下に、本実施形態に係る電力貯蔵システム１の制御装置６の作用について図５から図６を用いて説明する。なお、以下の説明の個数や第１電池群５８に設けられる電池パック５０の個数や、直並列接続切替回路１００，２００のそれぞれに設けられる電池パック５０の個数は一例であり、特に限定されない。
例えば、電力貯蔵システム１の新設時等において、第１電池群５８を全て並列に接続する前に第３切替部３０が開状態にされ、第１電池群５８を全て並列に接続したときの第１電池群５８同士の電位差によって生じる電流が電流制限部Ｒ１に流される。

第１電池群５８間の電圧が均等化されると、電力貯蔵システム１に設けられる全ての直並列接続切替回路１００，２００の第１切替部１０及び第２切替部２０をオフ状態とし、これが通常状態とされる（図５のステップＳＡ１）。つまり、第１スイッチ１０Ａは閉状態とされ、第１スイッチ１０Ｂは開状態とされ、第２スイッチ２０Ａ及び第２スイッチ２０Ｃは閉状態される。ＢＭＵ５１から対応する組電池５２の電池状態情報を取得する（図５のステップＳＡ２）。取得した電池状態情報に基づいて、電池パック５０で異常、故障、寿命到達のいずれかが発生したか否か判定される（図５のステップＳＡ３）。

異常、故障等が発生した電池パック５０がない場合には、ステップＳＡ２に戻る。異常、故障等が発生した電池パック５０がある場合には、直並列接続切替回路１００，２００に接続される全ての電池パック５０に、異常、故障、寿命到達の少なくともいずれか１つが発生したか否かが判定される（図５のステップＳＡ４）。直並列接続切替回路１００，２００に接続される全ての電池パック５０において、異常、故障、寿命到達のいずれかが発生しているわけではない場合には（図５のステップＳＡ４のＮｏ）、異常、故障、寿命到達のいずれにも該当していない電池パック５０の個数に応じ、ＰＣＳ４の制御（入出力制御、あるいは充放電制御）を行い、接続の切り替えがされずに電力貯蔵システム１の運転が継続される（図５のステップＳＡ５）。

全ての電池パック５０に異常、故障、寿命到達のいずれかが発生していると判定された場合には（図５のステップＳＡ４のＹｅｓ）、異なる他の直並列接続切替回路１００，２００に接続される全ての組電池５２について異常、故障、寿命到達のいずれかが発生したか否かが判定される（図６のステップＳＡ６）。異なる直並列接続切替回路１００，２００に接続される全ての電池パック５０においても異常、故障、寿命到達のいずれかが発生している場合には、電力貯蔵システム１を停止させ（図６のステップＳＡ１１）、本処理を終了する。

異なる直並列接続切替回路１００，２００に接続される全ての組電池５２について、異常、故障、寿命到達のいずれかが発生しているわけではない場合には、ＰＣＳ４を停止させるとともに、ＰＣＳ４と各第１電池群５８の接続が非接続にされる（図６のステップＳＡ７）。異なる直並列接続切替回路１００，２００において、異なる直並列接続切替回路１００，２００に接続される第１電池群５８のうち、異常、故障、寿命到達のいずれも発生していない第１電池群５８で並列−直列接続の構成が可能か否かが判定される（図６のステップＳＡ８）。

異なる直並列接続切替回路１００，２００において、異なる直並列接続切替回路１００，２００に接続される第１電池群５８のうち、異常、故障、寿命到達のいずれも発生していない第１電池群５８で並列−直列接続の構成ができないと判定された場合には（図６のステップＳＡ８のＮｏ）、図６のステップＳＡ１１に移行し、異常、故障、寿命到達のいずれも発生していない第１電池群５８で並列−直列接続の構成ができると判定された場合には（図６のステップＳＡ８のＹｅｓ）、図６のステップＳＡ９に移行する。接続される全ての電池パック５０が異常、故障、寿命到達のいずれかが発生している直並列接続切替回路１００，２００の第１切替部１０がオン状態にされる（図６のステップＳＡ９）。接続さえる全ての電池パック５０が異常、故障、寿命到達を発生していない直並列接続切替回路の第２スイッチがオン状態にされる（図６のステップＳＡ１０）。
ＰＣＳ４と各第１電池群５８との接続がされるとともに、ＰＣＳ４の運転を再開させ（図６のステップＳＡ１２）、図５のステップＳＡ２に戻る。

ここで、従来例の電力貯蔵システムと、本実施形態に係る電力貯蔵システム１において、同じ中古電池を用いた場合の電池の稼働期間を図７から図９を用いて比較する。中古の二次電池を使用した電池パック５０ａの残寿命を１年、電池パック５０ｂの残寿命を６年、電池パック５０ｃの残寿命を２年、電池パック５０ｄの残寿命を５年、電池パック５０ｅの残寿命を８年、電池パック５０ｆの残寿命を３年、電池パック５０ｇの残寿命を７年、電池パック５０ｈの残寿命を４年である場合を例に挙げて説明するが、これら年数等は一例であり本発明を限定するものでない。

図７には、８個の電池パック５０ａ、５０ｂ・・・５０ｈが設けられ、２つの組電池５２を直列接続して直列単位を構成し、この直列単位を４つ並列接続した直列−並列接続方式の電力貯蔵システム１’を示す従来例１が示されている。
図７に示す電力貯蔵システム１’は、現時点から１年が経過（したと仮定）すると電池パック５０ａが使用不能となり、２年が経過すると電池パック５０ｃが使用不能となり、３年が経過すると電池パック５０ｆが使用不能となり、４年が経過すると電池パック５０ｈが使用不能となる。そして、全ての直列単位で１つ以上の電池パック５０が使用不能となる４年が経過した時点で、４つの電池パック５０ｂ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｇが稼働可能であるにも関わらず、電力貯蔵システム１’は稼働不能となる。

図８には、図７とは異なる他の従来例として従来例２が示されており、８個の電池パック５０ａ、５０ｂ・・・５０ｈが設けられ、４つの組電池５２を並列接続して並列単位を構成し、この並列単位を２つ直列接続した並列−直列接続方式の電力貯蔵システム１’が示されている。
図８に示す電力貯蔵システム１’は、現時点から１年が経過（したと仮定）すると電池パック５０ａが使用不能となり、２年が経過すると電池パック５０ｃが使用不能となり、３年が経過すると電池パック５０ｆが使用不能となり、４年が経過すると電池パック５０ｈが使用不能となり、５年が経過すると電池パック５０ｄが使用不能となり、６年が経過すると電池パック５０ｂが使用不能となる。そして、並列接続された電池パック５０の全てが使用不能となる６年が経過した時点で、２つの電池パック５０ｅと電池パック５０ｇが稼働可能であるにも関わらず、電力貯蔵システム１’は稼働不能となる。

図９は本実施形態に係る電力貯蔵システム１が示されている。図９は、８個の電池パック５０ａ、５０ｂ・・・５０ｈが設けられ、２つの組電池５２を並列接続して第１電池群５８を構成し、２つの第１電池群５８を第２切替部２０を介して接続し、直並列接続切替回路１００と直並列接続切替回路２００が直列に接続された電力貯蔵システム１が示されている。
図９において、全ての電池パック５０が並列接続されている。現時点から６年が経過したと仮定し、電池パック５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが寿命到達した場合には、図５のステップＳＡ４にてＹｅｓ判定となる。電池パック５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが接続される直並列接続切替回路１００とは異なる他の低電位側（ＰＣＳ４に対して下流側）の直並列接続切替回路２００に対して、図６のステップＳＡ６の判定がなされる。現時点から６年が経過していると、電池パック５０ｆ，５０ｈが寿命到達しており、電池パック５０ｅ，５０ｇは寿命到達していない。この場合には、電池パック５０ｅ，５０ｇの２パックのみ稼働できる状態となる。そうすると、図６のステップＳＡ６においてＮｏ判定となる。

図６のステップＳＡ８において、低電位側の直並列接続切替回路２００に接続される第１電池群５８のうち、異常、故障、寿命到達のいずれも発生していない第１電池群５８で、並列−直列接続の構成が可能か否かが判定される。直並列接続切替回路２００に接続される各第１電池群５８において、それぞれ少なくとも１つの電池パック５０が使用可能である場合には、並列−直列接続ができるとして判定される。

図９においては、第１電池群５８Ｃにおいては電池パック５０ｅが使用可能で、第１電池群５８Ｄにおいては電池パック５０ｇが使用可能であるので、図６のステップＳＡ８はＹｅｓ判定となる。
図６のステップＳＡ９においては、高電位側の直並列接続切替回路１００の第１切替部をオン状態に制御されることで、第１スイッチ１０Ａがオフ状態にされ、第１スイッチ１０Ｂがオン状態にされる（図９参照）ので、高電位側の直並列接続切替回路１００に接続される電池パック５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄの全てが、主回路から解列し、ＰＣＳ４側から切断される。
また、図６のステップＳＡ１０においては、低電位側の直並列接続切替回路２００の第２切替部をオン状態に制御されることで、第２スイッチ２０Ａ及び第２スイッチ２０Ｃがオフ状態にされ、第２スイッチ２０Ｂがオン状態にされ（図９参照）、低電位側の第１電池群５８が全て並列接続されていたものが、並列−直列接続に切り替えられる。

このように制御されることで、図９において直並列接続切替回路１００に接続された第１電池群５８が使用不可になったことにより電力貯蔵システム１が停止することはない。また、直並列接続切替回路２００に接続された使用可能な第１電池群５８Ｃと第１電池群５８Ｄが並列接続から直列接続に切り替えられることにより、現時点から６年経過したとしても電力貯蔵システム１が停止することはない。直列接続にされた第１電池群５８Ｃと第１電池群５８Ｄのうち短い方の残寿命である７年が経過すると、電力貯蔵システム１が停止される。
このように、同じ残寿命の中古電池を用いた場合に電力貯蔵システムが停止するまでの期間は、従来例１では４年、従来例２では６年であったのに対し、本実施形態に係る電力貯蔵システム１は、システムが停止するまでの稼働期間が７年となり、従来例１，２と比較して稼働期間の延長を図ることができる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る制御装置６、それを備えた電力貯蔵システム１、及び制御方法並びに制御プログラムによれば、組電池５２のＢＭＵ５１から得られる組電池５２の電池状態情報に基づいて、複数の組電池５２が並列接続された複数の第１電池群５８が、第２切替部２０の切替えによって直列接続または並列接続に切り換えられ、第１切替部１０の切替えによってＰＣＳ４との接続非接続が切り替えられる。
このように、ＢＭＵ５１から得られる組電池５２の電池状態情報に基づいて第１切替部１０、第２切替部２０が制御されるので、各組電池５２の残寿命を考慮せずに電力貯蔵システム１を構築したとしても、当該システムに搭載された各組電池５２を有効活用できる。また、第１電池群５８を、ＢＭＵ５１からの電池状態情報に基づいて、動的に並列接続から直列接続に切り替えができることにより、並列接続のまま使用する場合と比較して電池寿命を延ばすことができる。

中古の二次電池は、それぞれ残寿命にばらつきがあるものであり、また、残寿命が推定できないものも含まれることがある。本実施形態によれば、組電池５２に対応するそれぞれのＢＭＵ５１から得られる組電池５２の電池状態情報に基づいて、組電池５２のＰＣＳ４側への接続可否を判定し、第１切替部１０、第２切替部２０を制御するので、中古の二次電池であっても残寿命を勘案せずに電力貯蔵システム１を構築することができ、中古の二次電池を活用することができる。
また、第１電池群５８が並列接続された第２電池群がＰＣＳ４に接続される前に第３切替部３０が開状態にされ、第２電池群に電流制限部Ｒ１が接続されるので、第１電池群５８の組電池５２の電圧差に応じた突入電流が、電力系統２側と接続されるＰＣＳ４（主回路）側に流れることなく、突入電流を制限することができる。

以上のように本発明の電池監視システムの好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではなく、特許請求の範囲に表現された思想及び範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、及び省略が当業者によって可能である。

６ 制御装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ 第１切替部
１７ 二次電池
２０，２０Ａ，２０Ｂ 第２切替部
３０ 第３切替部
５０ａ，５０ｂ・・・５０ｈ 電池パック
５１ａ，５１ｂ・・・５１ｈ ＢＭＵ（監視装置）
５２ａ，５２ｂ・・・５２ｈ 組電池
５３ａ，５３ｂ・・・５３ｈ スイッチ
５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄ 第１電池群
６１ 取得部
６２ 判定部（判定手段）
６３ 制御部（制御手段）
Ｒ１ 電流制限部（電流制限手段）

Claims (6)

1. １以上の二次電池をそれぞれ有する複数の組電池と、各前記組電池の状態をそれぞれ監視する複数の監視装置と、電力変換器とを備える電力貯蔵システムの制御装置であって、
   第１電池群は、複数の前記組電池が並列接続されて構成され、
   第１電池群の組は、複数の前記第１電池群から構成され、
   前記電力貯蔵システムは、複数の前記第１電池群の組を備え、
   前記第１電池群の組ごとに前記電力変換器に接続するか否かを切り替える第１切替手段と、
   前記第１電池群の組ごとに、前記第１電池群の組を構成する複数の前記第１電池群を直列接続または並列接続に切り替える第２切替手段と、
   各前記監視装置から出力される前記組電池の情報に基づいて、前記電力変換器に対する前記組電池の接続可否を判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定結果に基づいて、前記第１切替手段と前記第２切替手段とを制御する制御手段と
   を具備し、
   複数の前記第１切替手段は、前記電力変換器に対して直列に接続される電力貯蔵システムの制御装置。
2. 前記二次電池は、中古の二次電池とする請求項１に記載の電力貯蔵システムの制御装置。
3. 経路に流れる電流を制限する電流制限手段と、
   前記電流制限手段と接続され、複数の前記第１電池群が並列接続された第２電池群が、前記電力変換器に接続される前に開状態とされ、前記第２電池群の各前記第１電池群の電圧が均等化された後に閉状態とされる第３切替手段とを具備する請求項１または請求項２に記載の電力貯蔵システムの制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力貯蔵システムの制御装置と、
   １以上の二次電池をそれぞれ有する複数の組電池と
   を具備する電力貯蔵システム。
5. １以上の二次電池をそれぞれ有する複数の組電池と、各前記組電池の状態をそれぞれ監視する複数の監視装置と、電力変換器とを備える電力貯蔵システムの制御方法であって、
   第１電池群は、複数の前記組電池が並列接続されて構成され、
   第１電池群の組は、複数の前記第１電池群から構成され、
   前記電力貯蔵システムは、複数の前記第１電池群の組を備え、
   第１切替手段により前記第１電池群の組ごとに前記電力変換器に接続するか否かを切り替える第１工程と、
   前記第１電池群の組ごとに、前記第１電池群の組を構成する複数の前記第１電池群を、第２切替手段により直列接続または並列接続に切り替える第２工程と、
   各前記監視装置から出力される前記組電池の情報に基づいて、前記電力変換器に対する前記組電池の接続可否を判定する第３工程と、
   前記第３工程の判定結果に基づいて、前記第１切替手段と前記第２切替手段とを制御する第４工程と
   を有し、
   複数の前記第１切替手段は、前記電力変換器に対して直列に接続される電力貯蔵システムの制御方法。
6. １以上の二次電池をそれぞれ有する複数の組電池と、各前記組電池の状態をそれぞれ監視する複数の監視装置と、電力変換器とを備える電力貯蔵システムの制御プログラムであって、
   第１電池群は、複数の前記組電池が並列接続されて構成され、
   第１電池群の組は、複数の前記第１電池群から構成され、
   前記電力貯蔵システムは、複数の前記第１電池群の組を備え、
   第１切替手段により前記第１電池群の組ごとに前記電力変換器に接続するか否かを切り替える第１処理と、
   前記第１電池群の組ごとに、前記第１電池群の組を構成する複数の前記第１電池群を、第２切替手段により直列接続または並列接続に切り替える第２処理と、
   各前記監視装置から出力される前記組電池の情報に基づいて、前記電力変換器に対する前記組電池の接続可否を判定する第３処理と、
   前記第３処理の判定結果に基づいて、前記第１切替手段と前記第２切替手段とを制御する第４処理と
   をコンピュータに実行させ、
   複数の前記第１切替手段は、前記電力変換器に対して直列に接続される電力貯蔵システムの制御プログラム。

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