JPWO2012050004A1 - 電源システム - Google Patents

Abstract

複数の蓄電池ユニット４０と、双方向直交流変換回路又は双方向電圧変換回路を含み、並列接続ラインＬ１に接続された電力変換器２８と、電力変換器２８の制御を行うマスタコントローラ２２とを備える電源システム１００において、マスタコントローラ２２は、選択スイッチＳＷ１が実際に閉状態とされたことを示すスイッチ状態信号を受けて、所定の基準数以上の選択スイッチＳＷ１が閉状態とされた後に電力変換器２８を動作させ、スイッチ状態信号に基づいて電力変換器２８に接続された蓄電池制御単位４２の数に応じた目標充放電電力を算出し、目標充放電電力となるように電力変換器２８を制御する。

Description

本発明は、蓄電池を含む電源システムに関する。

電力の有効的な利用を図るために商用電源と蓄電池とを組み合わせた電源システムが利用され始めている。すなわち、負荷の時間的な変動に合わせて、負荷が大きいときには商用電源からの電力に加えて蓄電池からの放電電力を負荷へ供給し、負荷が小さいときには商用電源から蓄電池へ充電を行い、商用電源からの電力供給を時間的に平均化するものである。また、近年開発が進んでいる太陽光発電システムや燃料電池システムも電源システムに組み合わせられている。

電源システムでは、電力変換器が設けられている。電力変換器としては、例えば、直流電源である蓄電池と交流電源又は交流負荷との間の直流／交流電力変換を行うための双方向直交流変換回路や蓄電池と直流電源又は直流負荷との間の双方向の直流／直流電圧変換を行うための双方向電圧変換回路の少なくとも一つを備える。電力変換器と蓄電池との間にはスイッチが設けられ、電力変換器と蓄電池との接続を制御している。

このような電源システムにおいて、蓄電池を並列に接続して充放電を行う場合、各々の蓄電池の出力電圧が異なると蓄電池相互間で電力のやり取りが生ずる。このとき、各蓄電池の出力電圧の電位差が大きいと、電位差が大きい蓄電池間に大きな充放電電流が流れ、蓄電池の寿命を縮めてしまうおそれ等がある。

また、蓄電池が接続されていない状態で電力変換器が起動されると、電力変換器や充放電のためのスイッチ回路等に過負荷が掛かる等の不具合が生ずるおそれがある。さらに、電力変換器に実際に接続されている蓄電池の容量が時間と共に変化する場合、その変化に応じて電力変換器を介した蓄電池の充放電量を調整する必要がある。

本発明は、少なくとも一つの蓄電池セルをそれぞれ含み、並列接続ラインに選択スイッチを介して接続された複数の蓄電池制御単位、を含む蓄電池ユニットと、電力源又は負荷と、蓄電池ユニットと、の間の直交流変換回路又は電圧変換回路を含み、並列接続ラインに接続された電力変換器と、電力変換器の制御を行うマスタコントローラと、を備え、マスタコントローラは、選択スイッチが実際に閉状態とされたことを示すスイッチ状態信号を受けて、所定の基準数以上の選択スイッチが閉状態とされた後に電力変換器を動作させ、スイッチ状態信号に基づいて電力変換器に接続された蓄電池制御単位の数に応じた目標充放電電力を算出し、目標充放電電力となるように電力変換器を制御する、電源システムである。

本発明は、蓄電池を含む電源システムの信頼性を向上させることができる。

本発明に係る実施の形態における電源システムの全体構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態における電源システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態における蓄電池ユニットの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態における蓄電池ユニットの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態における放電開始時の処理を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態における放電開始時の処理を説明する図である。 本発明に係る実施の形態における放電開始時の処理を説明する図である。 本発明に係る実施の形態における放電開始時の処理を説明する図である。 本発明に係る実施の形態における充電開始時の処理を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態における充電開始時の処理を説明する図である。 本発明に係る実施の形態における電源システムの別例の全体構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態における待機時の処理を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態におけるスイッチの構成を示す図である。

本発明の実施の形態における電源システム１００は、図１に示すように、電源管理システム１０２、蓄電池集合体１０４、太陽電池システム１０６及び系統電源１０８を含んで構成される。電源システム１００は、負荷１１０に電力を供給するために用いられる。なお、図１において、太い実線は電力の流れを示し、細い実線は信号の流れを示す。

本実施の形態では、太陽電池システム１０６及び系統電源１０８を電力源としている。系統電源１０８は、単相又は３相等の電源であり、水力発電、原子力発電、火力発電等の様々な発電方式で発電された電力を組み合わせて外部の電力会社から供給されるものとすることができる。また、太陽電池システム１０６は、例えば１ＭＷの大規模な太陽光発電システムとすることができる。ただし、これらに限定されるものではなく、燃料電池や風力発電システム等の他の電力源を含めてもよい。

蓄電池集合体１０４は、負荷１１０の必要電力に応じた電力を供給するために設けられる。蓄電池集合体１０４は、図２及び図３に示すように、蓄電池セル４６を複数組み合わせた蓄電池パック４４、蓄電池パック４４を複数組み合わせた蓄電池制御単位４２、及び蓄電池制御単位４２を複数組み合わせた蓄電池ユニット４０のように階層的に構成される。

具体的には、蓄電池集合体１０４は以下のように構成される。本実施の形態では、図２に示すように、８個の電力変換器２８を設け、蓄電池集合体１０４を８つに分けて、それぞれに１つの電力変換器２８を割り当てて電力管理を行う。各電力変換器２８には、５個の蓄電池ユニット４０が割り当てられる。すなわち、全体で４０個の蓄電池ユニット４０を設け、５個の蓄電池ユニット４０毎が１つの電力変換器２８に接続される。なお、図２では、電力線を実線で、信号線を破線で示している。マスタコントローラ２２と電力変換器管理部２６との間の信号線およびマスタコントローラ２２とサブコントローラ２４との間の信号線は、ＨＵＢ５０を介して接続されている。

図３は、図２における１つの蓄電池ユニット４０を抜き出し、その構成を詳細に示している。１つの蓄電池ユニット４０は、蓄電池パック４４を必要に応じて直列接続した蓄電池制御単位（蓄電池パック列）４２を、必要に応じて並列に接続して構成される。図３の例では、５個の蓄電池パック４４を直列接続して１つの蓄電池制御単位４２を形成し、その蓄電池制御単位４２を４列並列接続して、１つの蓄電池ユニット４０が構成されている。本実施の形態では、１つの蓄電池ユニット４０は、２０個の蓄電池パック４４から構成される。

さらに、図３には、１つの蓄電池パック４４の内部構成が拡大されて示されている。本実施の形態では、１つの蓄電池パック４４は、蓄電池の単位である蓄電池セル４６を２４個並列に接続したものを、直列に１３組接続して構成される。つまり、各蓄電池パック４４は、２４×１３＝３１２個の蓄電池セル４６から構成される。

１つの蓄電池ユニット４０には、それぞれ１つのサブコントローラ２４と、１つのスイッチ回路３０とが設けられる。スイッチ回路３０には、図４に示すように、蓄電池制御単位４２毎に１つの選択スイッチＳＷ１が設けられている。蓄電池制御単位４２は、選択スイッチＳＷ１を介して並列接続ラインＬ１に接続される。選択スイッチＳＷ１は、サブコントローラ２４からの開閉制御信号に応じて開閉制御される。すなわち、蓄電池制御単位４２は、蓄電池を並列接続ラインＬ１に接続する際の制御の最小単位となる。

また、図４に示すように、１つの蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２（４２（１）〜４２（４））は、抵抗Ｒ（Ｒ（１）〜Ｒ（４））を介して充放電ラインＬ２に接続される。これにより、蓄電池制御単位４２（４２（１）〜４２（４））間には抵抗Ｒ（Ｒ（１）〜Ｒ（４））を介して相互に充放電電流が流れ、蓄電池制御単位４２（４２（１）〜４２（４））の充電状態が均等化される。抵抗Ｒ（Ｒ（１）〜Ｒ（４））は、蓄電池の寿命を劣化させるなどの悪影響を及ぼすような大きな電流が、蓄電池制御単位４２（４２（１）〜４２（４））間に流れないような抵抗値とすることが好適である。例えば、蓄電池セル４６がリチウムイオン電池で構成され、蓄電池制御単位４２の出力電圧が約２００〜２５０ボルト（Ｖ）の範囲であれば、抵抗Ｒは数〜数百オーム（Ω）に設定することが好適である。さらに、並列接続ラインＬ１及び充放電ラインＬ２を介して蓄電池制御単位４２（４２（１）〜４２（４））間で充放電を行うためにスイッチＳＷ２を設けてもよい。なお、蓄電池制御単位４２（４２（１）〜４２（４））は、それぞれブレーカＢＲ（ＢＲ（１）〜ＢＲ（４））を介して並列接続ラインＬ１及び充放電ラインＬ２に接続されるように構成することが好適である。ブレーカＢＲは、蓄電池制御単位４２への充放電電流が所定の遮断基準電流値を超えた場合に蓄電池制御単位４２と回路とを切り離すことによって、蓄電池制御単位４２を保護するために設けられる。

蓄電池ユニット４０には、蓄電池電流センサ５２が設けられている。蓄電池電流センサ５２は、蓄電池制御単位４２毎や蓄電池パック毎に設けられる。蓄電池電流センサ５２によって、蓄電池制御単位４２毎の電流や蓄電池パック４４毎の電流が検出される。また、蓄電池ユニット４０には、蓄電池電圧センサ５４が設けられている。蓄電池電圧センサ５４は、蓄電池制御単位４２毎、蓄電池パック４４毎や蓄電池パック４４の直列に接続される１３組の蓄電池セル４６の並列集合体（２４個の並列接続委された蓄電池セル４６の集合体）の各々に設けられる。これにより、蓄電池制御単位４２毎の電圧、蓄電池パック４４毎の電圧や蓄電池セル４６の並列集合体の端子間電圧が検出される。なお、図３では、図を簡略に示すために蓄電池電流センサ５２及び蓄電池電圧センサ５４を一つのみ図示している。また、蓄電池パック４４の温度はパック温度として温度センサ５６によって検出される。なお、蓄電池パック４４毎に複数の温度センサ５６を設けてもよい。これらのデータはサブコントローラ２４により取得される。サブコントローラ２４は、これらのデータ及びこれらのデータから算出した充放電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を各蓄電池ユニット４０の状態を示すユニット状態データＳ３，Ｓ６としてマスタコントローラ２２及び蓄電池電力管理装置１２へ出力する。また、蓄電池集合体１０４を構成する蓄電池ユニット４０に不具合が生じている場合には、サブコントローラ２４は、不具合を生じている蓄電池ユニット４０を特定するための情報をユニット状態データＳ３，Ｓ６に含めて送信する。

また、サブコントローラ２４は、蓄電池ユニット４０に含まれる選択スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、ユニットスイッチＳＷ３，ＳＷ４からスイッチの開閉状態を示すスイッチ状態信号を受け、それらの情報をユニット状態データＳ３に含めてマスタコントローラ２２へ出力する。スイッチ状態信号は、少なくとも各スイッチの実際の開閉状態が確実に判断できることが好ましく、例えば、スイッチがＦＥＴである場合にはＦＥＴのゲート電圧を直接検出したものであることが好適である。スイッチ状態信号の利用については後述する。

なお、蓄電池セル４６、蓄電池パック４４、蓄電池制御単位４２及び蓄電池ユニット４０の組み合わせの数は電源システム１００の仕様に応じ適宜変更してもよい。また、蓄電池としてリチウムイオン電池を用いることができるが、これ以外の２次電池を適用してもよい。例えば、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、マンガン電池等を適用してもよい。

電源システム１００は、工場施設の一般照明、一般空調、厨房器具、展示ケース、空調設備等を含む負荷１１０へ電力を供給するために設けられる。

負荷１１０には、電力管理装置１１０ａが設けられる。電力管理装置１１０ａは、負荷電力管理装置１０、蓄電池電力管理装置１２及び総合電力監視装置１４を含んで構成される。

負荷電力管理装置１０は、負荷１１０の必要電力を示す負荷側情報データＳ９を取得する。負荷側情報データＳ９は、後述するシステムコントローラ２０が全体充放電制御指令Ｓ１を設定できるために必要な負荷１１０の全体の必要電力要求量を含む。図１に示すように、負荷１１０が４系統に区分されるときは、負荷電力管理装置１０は、内部的に４系統の負荷電力管理装置の集合体とされる。

蓄電池電力管理装置１２は、蓄電池集合体１０４に含まれる蓄電池ユニット４０の各々の状態を示すユニット状態データＳ６及び電源システム１００に含まれる電力変換器２８の各々の状態を示す電力変換器管理データＳ７を受信する。蓄電池電力管理装置１２は、これらの情報を総合電力監視装置１４へ転送する。ユニット状態データＳ６は、全体充放電制御指令Ｓ１の生成に利用される情報を含む。ユニット状態データＳ６には、上記のように、蓄電池集合体１０４を構成する蓄電池の電圧、温度、電流、ＳＯＣ等のデータ及び蓄電池集合体１０４を構成する蓄電池ユニット４０のいずれかに不具合がある場合にはこれらの不具合を示す情報が含まれる。また、電力変換器管理データＳ７には、全体充放電制御指令Ｓ１の設定に関係する電力変換器２８の不具合に関する情報が含まれる。例えば、蓄電池集合体１０４に含まれる電力変換器２８のいずれかに故障等の不具合がある場合、不具合が生じている電力変換器２８を特定するための情報が含まれる。

総合電力監視装置１４は、負荷電力管理装置１０から負荷側情報データＳ９並びに蓄電池電力管理装置１２からユニット状態データＳ６及び電力変換器管理データＳ７を受けて、これらの情報から充放電制御に必要なデータを抽出する。総合電力監視装置１４は、抽出された情報をシステム管理信号Ｓ８としてシステムコントローラ２０へ出力する。システム管理信号Ｓ８の送信は、例えば１ｓに１回の周期で行われる。

電源管理システム１０２は、図１に示すように、システムコントローラ２０、マスタコントローラ２２、サブコントローラ２４、電力変換器管理部２６及び電力変換器２８を含んで構成される。電源管理システム１０２は、階層的な制御システムとして構成されており、システムコントローラ２０、マスタコントローラ２２、サブコントローラ２４、電力変換器管理部２６へと上位から下位に向かって制御が階層化されている。

システムコントローラ２０は、電源システム１００の電力管理を統合的に行う機能を有する。マスタコントローラ２２は、システムコントローラ２０からの全体充放電制御指令Ｓ１を受けて、蓄電池集合体１０４の全体を１つとして充放電制御するための制御装置である。電力変換器管理部２６は、電源システム１００に含まれる電力変換器２８の各々における電力変換及び電圧変換等の処理を制御する。サブコントローラ２４は、蓄電池集合体１０４に含まれる蓄電池ユニット４０毎に設けられ、それぞれの蓄電池ユニット４０での充放電を制御する。以下、これらの構成要素について説明する。

システムコントローラ２０は、電力管理装置１１０ａから負荷側情報データＳ９及び蓄電池情報信号ユニット状態データＳ６を含むシステム管理信号Ｓ８を受け、これらの情報に基づいて電源システム１００の全体に対する充放電制御指令である全体充放電制御指令Ｓ１を生成して出力する。

具体的には、システムコントローラ２０は、蓄電池ユニット４０及び電力変換器２８の状態を考慮して、蓄電池集合体１０４の充放電容量から負荷１１０の全体の必要電力要求量を満たす充放電の状態を求めて、これを全体充放電制御指令Ｓ１としてマスタコントローラ２２に送信する。また、好ましくは、システムコントローラ２０は、不具合が生じている電力変換器２８に接続されている蓄電池ユニット４０の充放電状態、および不具合が生じている蓄電池ユニット４０の充放電状態に関する情報も考慮して、蓄電池集合体１０４の充放電状態から負荷１１０の全体の必要電力要求量を満たす充放電の状態を求めて、これを全体充放電制御指令Ｓ１としてマスタコントローラ２２に送信する。

全体充放電制御指令Ｓ１は、例えば「ＸＸｋＷでＹＹ秒間充電すること」等のように、充放電条件が電力量と時間とで示される。この他に、充電上限電圧を指定して「電圧がＺＺＶになるまでＸＸｋＷで充電すること」としてもよく、放電下限電圧を指定して「ＺＺＶまで放電すること」としてもよく、ＳＯＣを指定して充放電を指令するものとしてもよい。ここで、ＳＯＣとは、電力を実用上の範囲で、最大に貯蔵した状態におけるＳＯＣ（充電度）を１００とし、最小に貯蔵した状態におけるＳＯＣ（充電度）を０としたものであって、それを基準にして電力の各貯蔵状態でのＳＯＣ（充電度）を百分率で表したものである。

また、蓄電池集合体１０４による放電が放電下限界に到達した場合や充電が充電上限界に到達した場合には、全体充放電制御指令Ｓ１は「充放電を待機状態にすること（あるいは、０ｋＷで充放電すること）」等の内容とされる。

全体充放電制御指令Ｓ１は、必要なときにのみ不定期に送信されるので、場合によってはかなりの長時間の間、全体充放電制御指令Ｓ１が送信されないことが生じ得る。そのような場合に、全体充放電制御指令Ｓ１を受け取るマスタコントローラ２２としては、システムコントローラ２０がアクティブで動作中なのか、非アクティブで非動作状態なのか判定できないおそれがある。そこで、システムコントローラ２０が動作中であるか否かを確認するための確認信号Ｓ２が、マスタコントローラ２２からシステムコントローラ２０に適当な周期で送信される。システムコントローラ２０は、動作中のときは応答信号で返答する。マスタコントローラ２２は、システムコントローラ２０から応答信号の返信があればシステムコントローラ２０が動作中であると判定し、システムコントローラ２０から応答信号の返信がなければシステムコントローラ２０が非動作中であると判定することができる。適当な周期としては、例えば１０分とすることができる。

マスタコントローラ２２は、システムコントローラ２０から全体充放電制御指令Ｓ１を受け、それぞれの電力変換器２８に対する集合体充放電制御指令Ｓ５を電力変換器管理部２６に送信する機能を有する制御装置である。

マスタコントローラ２２は、電力変換器管理部２６から電力変換器２８の状態データである電力変換器管理データＳ４と、蓄電池集合体１０４に含まれる各蓄電池ユニット４０に設けられたサブコントローラ２４から各々の蓄電池ユニット４０の状態を示すユニット状態データＳ３とを受信する。マスタコントローラ２２は、受信したユニット状態データＳ３に基づいて、各電力変換器２８の起動を指示する起動指示命令、各電力変換器２８の待機を指示する待機指示命令及び各電力変換器２８の停止を指示する停止指示命令のいずれかを含む集合体充放電制御指令Ｓ５を電力変換器管理部２６へ送信する。また、集合体充放電制御指令Ｓ５には、各電力変換器２８による充放電の制御のための目標充放電電力を必要に応じて含む。また、マスタコントローラ２２は、電力変換器管理データＳ４とユニット状態データＳ３とに基づいてシステムコントローラ２０から送信された全体充放電制御指令Ｓ１を実行できるか否か判断し、判断の結果に基づいて、集合体充放電制御指令Ｓ５を電力変換器管理部２６に送信する。この判断は、例えば、ユニット状態データＳ３等を予め定めた条件式に当てはめて行うものとすることができる。電力変換器の能力の制約や安全上の制約等により、全体充放電制御指令Ｓ１が実行できない場合には、充放電量を実行可能なものに抑制して集合体充放電制御指令Ｓ５を電力変換器管理部に送信する。あるいは、集合体充放電制御指令Ｓ５を送信しない制御としてもよい。また、全体充放電制御指令Ｓ１が指令どおり実行できなかった場合、その結果を蓄電池電力管理装置１２に送信するものとしてもよい。

集合体充放電制御指令Ｓ５は、１００ｍｓの周期で送受信が行われ、電力変換器管理データＳ４、ユニット状態データＳ３は、例えば１ｓ周期で送受信が行われる。マスタコントローラ２２による具体的な充放電の管理処理については後述する。

また、マスタコントローラ２２は、電力変換器管理部２６から受け取った電力変換器管理データＳ４と同じ内容のデータを電力変換器管理データＳ７として蓄電池電力管理装置１２に送信する。充放電の短期的（１秒程度）な監視・制御は専らマスタコントローラ２２が行うので、蓄電池電力管理装置１２、総合電力監視装置１４はより長周期での管理・監視でも差し支えない。したがって、蓄電池電力管理装置１２、総合電力監視装置１４の処理負荷あるいは通信負荷を低減するために、電力変換器管理データＳ７は、電力変換器管理データＳ４の送信周期よりも長い送信周期で送信するものとしてもよい。例えば、電力変換器管理データＳ４を１秒毎に送信する場合、電力変換器管理データＳ７は１０秒毎に送信すればよい。

この場合、電力変換器管理データＳ７には、電力変換器管理データＳ４の１０回分の情報が含まれる。勿論、これ以外の送信周期としてもよく、電力変換器管理データＳ４と電力変換器管理データＳ７の送信周期と同じとしてもよい。本実施の形態では、電力変換器管理データＳ７は、電力変換器管理部２６からマスタコントローラ２２を介して蓄電池電力管理装置１２を含む電力管理装置１１０ａに間接的に送信されているが、電力変換器管理部２６から蓄電池電力管理装置１２を含む電力管理装置１１０ａに直接的に送信しても良い。

サブコントローラ２４は、蓄電池ユニット４０毎に設けられ、各蓄電池ユニット４０の状態に応じて各蓄電池ユニット４０に設けられたスイッチ回路３０に含まれるスイッチの開閉制御を行う。なお、後述するように、放電時と充電時とでスイッチ回路３０に含まれるスイッチの開閉制御を異ならせる場合には、マスタコントローラ２２からサブコントローラ２４へ放電処理又は充電処理のいずれを実行するのかについての情報を送信するのが好ましい。これにより、サブコントローラ２４は、放電処理時、充電処理時のそれぞれに適した順序でスイッチ回路３０のスイッチの開閉制御を独立して行うことができる。

サブコントローラ２４は、その電源（図示しない）がオンされると、図４に示したスイッチ回路３０のユニットスイッチＳＷ３，ＳＷ４を閉状態として、蓄電池ユニット４０を電力変換器２８へ接続する。なお、このユニットスイッチＳＷ３及びＳＷ４を閉状態にするタイミングは、後述の蓄電池制御単位４２を並列接続ラインＬ１へ接続した後でも良い。

ここで、サブコントローラ２４は、各蓄電池ユニット４０に設けられた蓄電池電流センサ５２で検出される電流値及び蓄電池電圧センサ５４で検出される電圧値並びに各蓄電池ユニット４０に設けられた温度センサ５６で検出される温度に基づいて蓄電池ユニット４０の状態を判断する。サブコントローラ２４は、蓄電池ユニット４０の状態に不具合が生じている場合にはスイッチ回路３０のユニットスイッチＳＷ３，ＳＷ４を開状態として、蓄電池ユニット４０と電力変換器２８との接続を遮断する。

また、サブコントローラ２４は、各蓄電池ユニット４０に設けられた蓄電池電流センサ５２で検出される電流値及び蓄電池電圧センサ５４で検出される電圧値、各蓄電池ユニット４０に設けられた温度センサ５６で検出される温度並びに並列接続ラインＬ１に設けられた並列接続ライン電圧センサ６０で検出される基準電圧に基づいて蓄電池パック４４や蓄電池制御単位４２の状態を判断し、その判断結果に応じて蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１（ＳＷ１（１）〜ＳＷ１（４））の開閉制御を行う。

例えば、サブコントローラ２４は、各蓄電池ユニット４０に設けられた蓄電池電流センサ５２で検出される電流値及び蓄電池電圧センサ５４で検出される電圧値、各蓄電池ユニット４０に設けられた温度センサ５６で検出される温度並びに並列接続ラインＬ１に設けられた並列接続ライン電圧センサ６０で検出される基準電圧に基づいて蓄電池パック４４や蓄電池制御単位４２の状態に不具合が生じているかどうか判断する。サブコントローラ２４は、不具合が生じていると判断される場合には、不具合が生じている蓄電池パック４４を含む蓄電池制御単位４２を並列接続ラインＬ１から切り離す処理を行う。具体的には、不具合が生じている蓄電池パック４４を含む蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１（ＳＷ１（１）〜ＳＷ１（４））を開状態とする。また、サブコントローラ２４は、蓄電池パック４４や蓄電池制御単位４２の不具合を示す情報をユニット状態データＳ３，Ｓ６としてマスタコントローラ２２および蓄電池電力管理装置１２に送信する。

不具合の判断は、蓄電池電流センサ５２によって検出される電流が予め定めた条件式から算出される閾値範囲外となるとき、蓄電池電圧センサ５４によって検出されるセル電圧が予め定めた閾値範囲外となるとき、温度センサ５６によって検出されるパック温度が予め定めた閾値範囲外となるとき等のように、予め定めた条件と比較して行うことができる。

また、蓄電池集合体１０４の充放電開始時には、蓄電池電圧センサ５４によって蓄電池制御単位４２毎に検出される電圧値に基づいて蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１（ＳＷ１（１）〜ＳＷ１（４））の開閉制御を行う。この処理については後述する。

また、サブコントローラ２４は、上記のように、蓄電池ユニット４０の不具合を示す情報をユニット状態データＳ３，Ｓ６としてマスタコントローラ２２および蓄電池電力管理装置１２に送信する。

ここで、ユニット状態データＳ６は、ユニット状態データＳ３の送信周期よりも長い送信周期で送信するものとしてもよい。ユニット状態データＳ６をユニット状態データＳ３よりも長い送信周期とするのは、蓄電池電力管理装置１２、総合電力監視装置１４の処理負荷あるいは通信負荷を低減するためである。例えば、ユニット状態データＳ３を１秒毎に送信する場合、ユニット状態データＳ６は１０秒毎に送信すればよい。この場合、ユニット状態データＳ６には、ユニット状態データＳ３の１０回分の情報が含まれる。

勿論、これ以外の送信周期としてもよく、ユニット状態データＳ３とユニット状態データＳ６の送信周期を同じとしてもよい。本実施の形態では、ユニット状態データＳ６は、サブコントローラ２４から蓄電池電力管理装置１２を含む電力管理装置１１０ａに直接的に送信されているが、サブコントローラ２４からマスタコントローラ２２を介して蓄電池電力管理装置１２を含む電力管理装置１１０ａに間接的に送信しても良い。

電力変換器管理部２６は、マスタコントローラ２２から集合体充放電制御指令Ｓ５を受け、制御対象となる電力変換器２８の各々を制御する。本実施の形態における電源システム１００では、図２に示すように、電力変換器管理部２６の制御対象となる電力変換器２８を８個としている。ただし、これに限定されるものではなく、電力変換器２８の数は適宜変更してもよい。電力変換器管理部２６における電力変換器２８の管理処理については後述する。

電力変換器２８は、系統電源１０８の交流電力と蓄電池集合体１０４の直流電力との間の電力変換、太陽電池システム１０６の直流電圧と蓄電池集合体１０４の直流電圧との間の電圧変換、蓄電池集合体１０４の直流電力と負荷１１０の交流電力との間の電力変換、蓄電池集合体１０４の直流電圧と負荷１１０の直流電圧との間の電圧変換等を行う機能を有する。具体的には、必要に応じて双方向直交流変換回路や双方向電圧変換回路等を含んで構成される。

これまでの説明では、図４において選択スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、ユニットスイッチＳＷ３，ＳＷ４は、ＦＥＴトランジスタ１個によるものとして図示していたが、図１３に示すように、ＦＥＴトランジスタ２個を寄生ダイオードが逆向きになるように直列接続したものとすることが好適である。この場合、直列接続したＦＥＴトランジスタ２個を同時に開状態又は閉状態となるように開閉制御を行う。このようなスイッチの構成により、ＦＥＴトランジスタを開状態としたにもかかわらず、寄生ダイオードにより予期せぬ電流が流れることを防止することができる。

以上のように、システムコントローラ２０では負荷１１０の全体の必要電力要求量を満たす蓄電池集合体１０４の全体の充放電の状態を求めて全体充放電制御指令Ｓ１とする。そして、マスタコントローラ２２では全体充放電制御指令Ｓ１での充放電制御指令を満たすように不具合が生じている電力変換器２８および蓄電池ユニット４０を考慮した具体的な各電力変換器２８の制御のための集合体充放電制御指令Ｓ５を生成し、マスタコントローラ２２より下位の電力変換器管理部２６によって各電力変換器２８を制御する。このとき、電力変換器管理部２６は、上位のシステムコントローラ２０およびマスタコントローラ２２による直接の制御によらず電力変換器２８およびそれに接続される蓄電池ユニット４０を切り離す処理を行う。また、サブコントローラ２４は、上位のシステムコントローラ２０およびマスタコントローラ２２による直接の制御によらず各蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２の接続・切離しの制御を行う。このように、階層的な制御を行うことによって、電力変換器２８や蓄電池ユニット４０の一部に不具合が生じても、システムコントローラ２０から見て、蓄電池集合体１０４をあたかも１つの電池のように扱うことができる。また、より上位の制御系の処理の負担を軽減し、システム構成の変更に柔軟に対応することを可能としている。

＜充放電時の処理＞
以下、蓄電池集合体１０４から負荷１１０へ放電を行う際及び太陽電池システム１０６や系統電源１０８から蓄電池集合体１０４へ充電を行う処理について説明する。まず、放電開始時からの放電処理を説明し、その後に充電開始時からの充電処理を説明する。

放電時の処理は、図５に示すフローチャートに沿って行われる。放電開始前は、電源システム１００に含まれる総ての蓄電池ユニット４０の電源はオフ（すなわち、蓄電池ユニット４０のサブコントローラ２４及びスイッチ回路３０は非動作状態）にされており、各蓄電池ユニット４０に含まれる選択スイッチＳＷ１，スイッチＳＷ２及びユニットスイッチＳＷ３，ＳＷ４は開状態にされているものとする。以下の放電時の処理では、不具合のある蓄電池パック４４や蓄電池制御単位４２に対応するスイッチは閉状態のまま維持される。

以下の説明では、各蓄電池電圧センサ５４で検出される電圧を蓄電池制御単位４２毎に検出される出力電圧として説明する。もちろん、各蓄電池制御単位４２を構成する蓄電池パック４４の出力電圧を合計した値や蓄電池セル４６の並列接続体毎から検出された出力電圧を合計した値を用いることもできる。また、以下の説明では、蓄電池制御単位４２毎に検出された出力電圧をそのまま用いる例を示しているが、精度良く蓄電池ユニット４０の接続制御を行うためには、各蓄電池制御単位４２の開放時出力電圧を用いるのが良い。開放時出力電圧とは、蓄電池制御単位４２に含まれる内部抵抗と蓄電池制御単位４２に流れる電流とによって生じる電圧降下又は電圧上昇の影響を排除するものである。蓄電池制御単位４２に含まれる内部抵抗は、温度や電流値などによって所定の関係性をもって変化する。したがって、蓄電池電圧センサ５４による蓄電池制御単位４２の検出電圧値、蓄電池電流センサ５２による蓄電池制御単位４２の検出電流値並びに温度センサ５６による検出温度などによって、内部抵抗によって生じる電圧降下又は電圧上昇を見積もることが可能なため、蓄電池制御単位４２毎の開放時出力電圧を算出することができる。

ステップＳＴ１０では、各電力変換器２８に割り当てられた蓄電池ユニット４０のいずれか１つの電源をオン（すなわち、蓄電池ユニット４０のサブコントローラ２４及びスイッチ回路３０を動作状態）にする。電源がオンにされた蓄電池ユニット４０のサブコントローラ２４は、負荷１１０がＤＣ負荷、ＡＣ負荷であるか否かに応じて、その蓄電池ユニット４０に含まれるユニットスイッチＳＷ３及びＳＷ４のいずれか一方又は両方を閉状態にして電力変換器２８へ接続する。これにより、各電力変換器２８には１つの蓄電池ユニット４０が接続される。

ここで、蓄電池ユニット４０の電源はユーザが手動でオンにしてもよいし、所定のシーケンスに従ってマスタコントローラ２２等によって各蓄電池ユニット４０の電源が順番に自動的にオンされるようにしてもよい。ただし、既に電源がオンされた各蓄電池ユニット４０に対して以下の処理におけるステップＳＴ１２が終了した後に順次他の蓄電池ユニット４０の電源がオンされるようにすることが好適である。

ステップＳＴ１２では、電源がオンにされた蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も高い蓄電池制御単位４２を抽出し、その抽出された蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１を閉状態にする開閉制御信号を出力する。

例えば、図４に示す構成の場合、サブコントローラ２４は、蓄電池制御単位４２（１）〜４２（４）に設けられた蓄電池電圧センサ５４（１）〜５４（４）で検出された電圧値を取得し、各蓄電池制御単位４２（１）〜４２（４）の出力電圧を求める。サブコントローラ２４は、各蓄電池制御単位４２（１）〜４２（４）のうち最も高い出力電圧を有するのが蓄電池制御単位４２（１）であれば、蓄電池制御単位４２（１）に対応する選択スイッチＳＷ１（１）を閉状態とする開閉制御信号を選択スイッチＳＷ１（１）へ出力する。
これにより、電源がオンにされた蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も高い蓄電池制御単位４２（１）が並列接続ラインＬ１に接続され、並列接続ラインＬ１の基準電圧が決定される。

ステップＳＴ１４では、電源がオンされた蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２の出力電圧と並列接続ラインＬ１の基準電圧との差に基づいて蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１の開閉制御を行う。

ステップＳＴ１２で蓄電池制御単位４２（１）に対応する選択スイッチＳＷ１（１）が閉状態とされた場合、サブコントローラ２４は、蓄電池制御単位４２（２）〜４２（４）に設けられた蓄電池電圧センサ５４（２）〜５４（４）で検出された出力電圧と、の並列接続ライン電圧センサ６０で検出された並列接続ラインの基準電圧と、の差が所定の接続電圧範囲内にあるか否かを判定する。そして、サブコントローラ２４は、電圧値の差が接続電圧範囲内にある蓄電池制御単位４２（２）〜４２（４）に対応する選択スイッチＳＷ１（２）〜ＳＷ１（４）のみを閉状態とする開閉制御信号を出力する。

例えば、図６に示すように、蓄電池制御単位４２（２）及び４２（３）の出力電圧が接続電圧範囲内であれば、サブコントローラ２４は選択スイッチＳＷ１（２）及びＳＷ１（３）を閉状態とする開閉制御信号を出力する。

ここで、接続電圧範囲は、基準電圧に対して所定の電圧範囲として設定される。接続電圧範囲は、蓄電池制御単位４２を並列接続ラインＬ１に接続した場合に相互に流れる電流が蓄電池制御単位４２に大きな悪影響を及ぼさない値となるように設定することが好適である。例えば、接続電圧範囲は、±５ボルト（Ｖ）とすることができる。

また、接続電圧範囲を基準電圧から上の上限範囲と基準電圧から下の下限範囲とに分けたときに、上限範囲と下限範囲とを異なる電圧幅に設定することも好適である。ここで、上限範囲を下限範囲よりも大きい範囲に設定することがより好適である。例えば、上限範囲を基準電圧に対して＋３Ｖに設定した場合、下限範囲を基準電圧に対して−２Ｖに設定することが好適である。

一般的に、蓄電池は電流が流れ込む充電状態よりも電流が流れ出る放電状態の方が過剰な充放電に対する耐久性が高い。そこで、接続電圧範囲の上限範囲は下限範囲よりも広く設定したとしても、基準電圧よりも高い蓄電池制御単位４２が並列接続ラインＬ１に接続され、それらの蓄電池制御単位４２からは放電が行われるだけであるので蓄電池制御単位４２の特性の劣化を招くおそれは低くなる。

ステップＳＴ１４の処理は、各電力変換器２８に割り当てられた蓄電池ユニット４０のうち、まだ電源がオンとなっていない他の蓄電池ユニット４０の電源をオンにすることでも行われる。このとき、並列接続ラインＬ１の基準電圧は最初に電源がオンされた蓄電池ユニット４０から並列接続ラインＬ１に接続された蓄電池制御単位４２によって決定されている。したがって、２番目以降に電源がオンとされた蓄電池ユニット４０については、各蓄電池制御単位４２の出力電圧と既に決定された並列接続ラインＬ１の基準電圧との差に基づいて順に蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１の開閉制御が行われる。

また、ステップＳＴ１４の処理は、蓄電池集合体１０４から負荷１１０へ放電を行っている間、各蓄電池ユニット４０に設けられたサブコントローラ２４にて随時行われる。すなわち、並列接続ラインＬ１に接続されている蓄電池制御単位４２から放電が行われ、それらの蓄電池制御単位４２の出力電圧が下がれば、これに伴って並列接続ラインＬ１の基準電圧が下がるので、新たに接続電圧範囲に入ってきた蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１を随時閉状態にする。また、このような処理は、最初に電力変換器２８に接続された蓄電池ユニット４０以外にも電力変換器２８に接続された蓄電池ユニット４０があれば同様に処理を行う。

また、上記のように、スイッチ回路３０に含まれる抵抗Ｒ（Ｒ（１）〜Ｒ（４））を介しても各蓄電池制御単位４２（４２（１）〜４２（４））間で充放電が行われる。これによっても各蓄電池制御単位４２（４２（１）〜４２（４））間の出力電圧の差が小さくなるので、新たに接続電圧範囲に入ってきた蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１が随時閉状態にされる。

このように、接続電圧範囲にある出力電圧を有する蓄電池制御単位４２を並列接続ラインＬ１に接続することによって、蓄電池制御単位４２間で相互に過度の充放電が発生することを防ぐことができる。また、ステップＳＴ１２において、蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２のうち最も出力電圧が高い蓄電池制御単位４２を最初に並列接続ラインＬ１に接続することによって、ＳＯＣの大きい蓄電池制御単位４２から順に負荷１１０へ放電させることができると共に、高い出力電圧の蓄電池制御単位４２からの放電によって出力電圧を低下させて他の蓄電池制御単位４２も順に並列接続ラインＬ１へ接続していくことができる。

ステップＳＴ１６では、マスタコントローラ２２によって電力変換器２８の起動処理が行われる。サブコントローラ２４は、制御下にある選択スイッチＳＷ１から実際の開閉状態を示すスイッチ状態信号を受け、スイッチ状態信号をユニット状態データＳ３に含めてマスタコントローラ２２へ送信する。マスタコントローラ２２は、各サブコントローラ２４からユニット状態データＳ３を受信すると、スイッチ状態信号に基づいて電源システム１００に含まれる電力変換器２８のうち所定数以上の蓄電池制御単位４２が接続されている電力変換器２８を起動する起動指示命令を含む集合体充放電制御指令Ｓ５を生成して、電力変換器管理部２６へ送信する。電力変換器管理部２６は、起動指示命令によって起動が指示された電力変換器２８を起動して電力変換や電圧変換を開始させる。

ここで、所定数は、各電力変換器２８を介しての放電を開始しても問題が生じない数とすることが好適である。例えば、所定数は１とすることができる。この場合、少なくとも１つ以上の蓄電池制御単位４２が接続されている電力変換器２８が起動される。

また、マスタコントローラ２２は、システムコントローラ２０からの全体充放電制御指令Ｓ１に基づいて各電力変換器２８を制御するための集合体充放電制御指令Ｓ５を生成する。

全体充放電制御指令Ｓ１は、マスタコントローラ２２に対して送信される蓄電池集合体１０４の全体の充放電量を示す指令値である。集合体充放電制御指令Ｓ５は、全体充放電制御指令Ｓ１での指令値を電力変換器２８毎に分解した目標充放電電力となる。したがって、総ての電力変換器２８に不具合がなく、等しい数の蓄電池制御単位４２が接続されている場合、集合体充放電制御指令Ｓ５は全体充放電制御指令Ｓ１を電力変換器２８の数で割った値となる。例えば、図２に示すように、電力変換器管理部２６に対して８個の電力変換器２８が設けられている場合、全体充放電制御指令Ｓ１が「３２０ｋＷで１８００秒間放電」という内容であったとすると、集合体充放電制御指令Ｓ５は、図７に示すように、「第１の電力変換器２８（１）は４０ｋＷで放電、第２の電力変換器２８（２）は４０ｋＷで放電・・・第８の電力変換器２８（８）は４０ｋＷで放電」という内容になる。

一方、各電力変換器２８に実際に接続されている蓄電池制御単位４２の数が異なる場合には、その数に応じて各電力変換器２８に割り当てられる放電電力を変えた集合体充放電制御指令Ｓ５が生成される。例えば、図８に示すように、第１〜第７の電力変換器２８には２０個の蓄電池制御単位４２が実際に接続されており、第８の電力変換器２８には１５個の蓄電池制御単位４２が実際に接続されているとする（図中、接続されていない蓄電池制御単位４２に含まれる蓄電池パック４４にハッチングを施して示す）。この場合、全体充放電制御指令Ｓ１が「３２０ｋＷで１８００秒間放電」という内容であったとすると、各電力変換器２８に接続されている蓄電池制御単位４２の数の比に合わせて「第１〜第７の電力変換器２８は４１．３ｋＷで放電、第８の電力変換器２８は３１ｋＷで放電」という内容になる。

マスタコントローラ２２は、ステップＳＴ１４において各電力変換器２８に接続される蓄電池制御単位４２の数が変更されるたびに集合体充放電制御指令Ｓ５を更新する。

また、電力変換器管理データＳ４によって、電力変換器管理部２６が制御する電力変換器２８のいずれかに不具合があることが送信されているときは、全体充放電制御指令Ｓ１の一部の放電が制限された内容の集合体充放電制御指令Ｓ５が電力変換器管理部２６に送信される。具体的には、電力変換器管理データＳ４には電力変換器２８の不具合を示す情報が含まれており、ユニット状態データＳ３には、蓄電池ユニット４０の不具合を示す情報が含まれているので、マスタコントローラ２２は、不具合が生じた電力変換器２８を除いた他の電力変換器２８について、それに接続された蓄電池ユニット４０の中で不具合が生じた蓄電池ユニット４０を除いた他の蓄電池ユニット４０の数の比に合わせて、全体充放電制御指令Ｓ１で要求される放電状態が満たされるように、各電力変換器２８を制御する集合体充放電制御指令Ｓ５を生成して、電力変換器管理部２６へ出力する。

電力変換器管理部２６は、集合体充放電制御指令Ｓ５に従って、蓄電池集合体１０４から負荷１１０へ放電を行ったりする際に各電力変換器２８における電力変換及び電圧変換を制御する。また、電力変換器管理部２６の制御下にある電力変換器２８のいずれかに不具合がある場合や、マスタコントローラ２２からの放電の停止指示命令、または待機指示命令が出力されている場合には、その不具合の電力変換器２８の動作を停止状態または待機状態にさせて、電力変換器２８の不具合を示す情報を電力変換器管理データＳ４としてマスタコントローラ２２に送信する。

このような処理によって、蓄電池制御単位４２が接続されていない電力変換器２８が起動されることを防ぐことができる。また、起動された各電力変換器２８に実際に接続されている蓄電池制御単位４２の数に応じた放電電力となるように各電力変換器２８を制御することができる。これによって、電力変換器２８に接続されている蓄電池制御単位４２に流れる電流も略均等に配分することができる。

なお、上記放電時の処理では、ステップＳＴ１０において任意の蓄電池ユニット４０のユニットスイッチＳＷ３，ＳＷ４を閉状態として最初に電力変換器２８へ接続したが、１つの電力変換器２８に割り当てられた総ての蓄電池制御単位４２のうち最も出力電圧が高い蓄電池制御単位４２を含む蓄電池ユニット４０を最初に電力変換器２８に接続してもよい。

この場合、サブコントローラ２４を介して各蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２の出力電圧値をユニット状態データＳ３に含めてマスタコントローラ２２へ出力できる構成とする。

マスタコントローラ２２では、各電力変換器２８に割り当てられた総ての蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も高い蓄電池制御単位４２を含む蓄電池ユニット４０を特定し、その蓄電池ユニット４０の電源を最初にオンにする。そして、蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も高い蓄電池制御単位４２を並列接続ラインＬ１へ最初に接続する。この場合、マスタコントローラ２２は、電力変換器管理部２６を介して電力変換器２８の電源のオン／オフを制御できるように構成することが好適である。その後の処理は、上記ステップＳＴ１０〜ＳＴ１６と同様に行う。

これによって、各電力変換器２８に割り当てられた総ての蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も高い蓄電池制御単位４２を最初に並列接続ラインＬ１に接続することができる。したがって、電力変換器２８毎にＳＯＣの大きい蓄電池制御単位４２から順に負荷１１０へ接続することができると共に、蓄電池制御単位４２から負荷１１０への放電による出力電圧の低下に応じて他の蓄電池制御単位４２も順に並列接続ラインＬ１へ接続していくことができる。

このような制御は充電時にも適用することができる。充電時には、図９に示すフローチャートに沿って処理を行う。充電開始前は、蓄電池集合体１０４に含まれる総ての蓄電池ユニット４０の電源はオフにされており、各蓄電池ユニット４０に含まれる選択スイッチＳＷ１，スイッチＳＷ２及びユニットスイッチＳＷ３，ＳＷ４は開状態にされているものとする。以下の充電時の処理でも、不具合のある蓄電池パック４４や蓄電池制御単位４２に対応するスイッチは閉状態のまま維持される。

ステップＳＴ２０では、各電力変換器２８に割り当てられた蓄電池ユニット４０のいずれか１つの電源をオンにする。電源がオンにされた蓄電池ユニット４０のサブコントローラ２４は、電力源が太陽電池システム１０６のようなＤＣ電源であるか、系統電源１０８のようなＡＣ電源であるか否かに応じて、その蓄電池ユニット４０に含まれるユニットスイッチＳＷ３及びＳＷ４のいずれか一方又は両方を閉状態にして電力変換器２８へ接続する。これにより、各電力変換器２８には１つの蓄電池ユニット４０が接続される。この処理は、上記ステップＳＴ１０と同様に行うことができる。

ステップＳＴ２２では、電源がオンにされた蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も低い蓄電池制御単位４２を抽出し、その抽出された蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１を閉状態にする開閉制御信号を出力する。

例えば、図４に示す構成の場合、サブコントローラ２４は、蓄電池制御単位４２（１）〜４２（４）に設けられた蓄電池電圧センサ５４（１）〜５４（４）で検出された電圧値を取得し、各蓄電池制御単位４２（１）〜４２（４）の出力電圧を求める。サブコントローラ２４は、各蓄電池制御単位４２（１）〜４２（４）のうち最も低い出力電圧を有するのが蓄電池制御単位４２（１）であれば、蓄電池制御単位４２（１）に対応する選択スイッチＳＷ１（１）を閉状態とする開閉制御信号を選択スイッチＳＷ１（１）へ出力する。これにより、電源がオンにされた蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も低い蓄電池制御単位４２（１）が並列接続ラインＬ１に接続され、並列接続ラインＬ１の基準電圧が決定される。

ステップＳＴ２４では、電源がオンされた蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２の出力電圧と並列接続ラインＬ１の基準電圧との差に基づいて蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１の開閉制御を行う。

ステップＳＴ２２で蓄電池制御単位４２（１）に対応する選択スイッチＳＷ１（１）が閉状態とされた場合、サブコントローラ２４は、蓄電池制御単位４２（２）〜４２（４）に設けられた蓄電池電圧センサ５４（２）〜５４（４）で検出された出力電圧と、並列接続ライン電圧センサ６０で検出された並列接続ラインＬ１の基準電圧と、の差が所定の接続電圧範囲内にあるか否かを判定する。そして、サブコントローラ２４は、電圧値の差が接続電圧範囲内にある蓄電池制御単位４２（２）〜４２（４）に対応する選択スイッチＳＷ１（２）〜ＳＷ１（４）のみを閉状態とする開閉制御信号を出力する。

例えば、図１０に示すように、蓄電池制御単位４２（２）及び４２（３）の出力電圧が接続電圧範囲内であれば、サブコントローラ２４は選択スイッチＳＷ１（２）及びＳＷ１（３）を閉状態とする開閉制御信号を出力する。ここで、接続電圧範囲の設定については、放電時の場合と同様の考え方で設定することができる。

ステップＳＴ２４の処理は、電力源から蓄電池集合体１０４へ充電を行っている間、各蓄電池ユニット４０に設けられたサブコントローラ２４にて随時行われる。すなわち、並列接続ラインＬ１に接続されている蓄電池制御単位４２へ充電が行われ、それらの蓄電池制御単位４２の出力電圧が上がれば、これに伴って並列接続ラインＬ１の基準電圧も上がるので、新たに接続電圧範囲に入ってきた蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１が随時閉状態にする。また、このような処理は、最初に電力変換器２８に接続された蓄電池ユニット４０以外にも電力変換器２８に接続された蓄電池ユニット４０があれば同様に処理を行う。

また、上記のように、スイッチ回路３０に含まれる抵抗Ｒ（Ｒ（１）〜Ｒ（４））を介しても各蓄電池制御単位４２（４２（１）〜４２（４））間で充放電が行われる。これによっても各蓄電池制御単位４２（４２（１）〜４２（４））間の出力電圧の差が小さくなるので、新たに接続電圧範囲に入ってきた蓄電池制御単位４２に対応する選択スイッチＳＷ１が随時閉状態にされる。

このように、接続電圧範囲にある出力電圧を有する蓄電池制御単位４２を並列接続ラインＬ１に接続することによって、蓄電池制御単位４２間で相互に過度の充放電が発生することを防ぐことができる。また、ステップＳＴ２２において、蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も低い蓄電池制御単位４２を最初に並列接続ラインＬ１に接続することによって、ＳＯＣの小さい蓄電池制御単位４２から順に充電することができると共に、低い出力電圧の蓄電池制御単位４２への充電によって出力電圧を上昇させて他の蓄電池制御単位４２も順に並列接続ラインＬ１へ接続していくことができる。

ステップＳＴ２６では、上記ステップＳＴ１６と同様に処理が行われる。すなわち、マスタコントローラ２２は、各サブコントローラ２４からユニット状態データＳ３を受信すると、スイッチ状態信号に基づいて電源システム１００に含まれる電力変換器２８のうち所定数以上の蓄電池制御単位４２が接続されている電力変換器２８を起動する起動指示命令を含む集合体充放電制御指令Ｓ５を生成して、電力変換器管理部２６へ送信する。電力変換器管理部２６は、起動指示命令によって起動が指示された電力変換器２８を起動して電力変換や電圧変換を開始させる。

また、マスタコントローラ２２は、全体充放電制御指令Ｓ１に基づいて集合体充放電制御指令Ｓ５を生成する。集合体充放電制御指令Ｓ５は、全体充放電制御指令Ｓ１での指令値を電力変換器２８毎に分解した目標充放電電力となる。総ての電力変換器２８に不具合がなく、等しい数の蓄電池制御単位４２が接続されている場合、集合体充放電制御指令Ｓ５は全体充放電制御指令Ｓ１を電力変換器２８の数で割った値となる。例えば、電力変換器管理部２６に対して８個の電力変換器２８が設けられている場合、全体充放電制御指令Ｓ１が「３２０ｋＷで１８００秒間充電」という内容であったとすると、集合体充放電制御指令Ｓ５は、「第１の電力変換器２８は４０ｋＷで充電、第２の電力変換器２８は４０ｋＷで充電・・・第８の電力変換器２８は４０ｋＷで充電」という内容になる。

一方、各電力変換器２８に実際に接続されている蓄電池制御単位４２の数が異なる場合には、その数に応じて各電力変換器２８に割り当てられる充放電電力を変えた集合体充放電制御指令Ｓ５が生成される。例えば、第１〜第７の電力変換器２８には２０個の蓄電池制御単位４２が実際に接続されており、第８の電力変換器２８には１５個の蓄電池制御単位４２が実際に接続されている場合、全体充放電制御指令Ｓ１が「３２０ｋＷで１８００秒間充電」という内容であったとすると、各電力変換器２８に接続されている蓄電池制御単位４２の数の比に合わせて「第１〜第７の電力変換器２８は４１．３ｋＷで充電、第８の電力変換器２８は３１ｋＷで充電」という内容になる。

マスタコントローラ２２は、ステップＳＴ２４において各電力変換器２８に接続される蓄電池制御単位４２の数が変更されるたびに集合体充放電制御指令Ｓ５を更新する。

また、電力変換器管理データＳ４には電力変換器２８の不具合を示す情報が含まれており、ユニット状態データＳ３には蓄電池ユニット４０の不具合を示す情報が含まれているので、マスタコントローラ２２は、不具合が生じた電力変換器２８を除いた他の電力変換器２８について、それに接続された蓄電池ユニット４０の中で不具合が生じた蓄電池ユニット４０を除いた他の蓄電池ユニット４０の数の比に合わせて、全体充放電制御指令Ｓ１で要求される充電状態が満たされるように、各電力変換器２８を制御する集合体充放電制御指令Ｓ５を生成して、電力変換器管理部２６へ出力する。

電力変換器管理部２６は、集合体充放電制御指令Ｓ５に従って、電力源から蓄電池集合体１０４へ充電を行ったりする際に各電力変換器２８における電力変換及び電圧変換を制御する。また、電力変換器管理部２６の制御下にある電力変換器２８のいずれかに不具合がある場合や、マスタコントローラ２２からの充電の停止指示命令、または待機指示命令が出力されている場合には、その不具合の電力変換器２８の動作を停止状態または待機状態にさせて、電力変換器２８の不具合を示す情報を電力変換器管理データＳ４としてマスタコントローラ２２に送信する。

このようにして、充電時においても蓄電池制御単位４２が接続されていない電力変換器２８が起動されることを防ぐことができる。また、起動された各電力変換器２８に実際に接続されている蓄電池制御単位４２の数に応じた充電電力となるように各電力変換器２８を制御することができる。これによって、電力変換器２８に接続されている蓄電池制御単位４２に流れる電流も略均等に配分することができる。

なお、充電時においても１つの電力変換器２８に割り当てられた総ての蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も低い蓄電池制御単位４２を含む蓄電池ユニット４０を最初に電力変換器２８に接続してもよい。

この場合、サブコントローラ２４を介して各蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２の出力電圧値をユニット状態データＳ３に含めてマスタコントローラ２２へ出力できる構成とする。マスタコントローラ２２では、各電力変換器２８に割り当てられた総ての蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も低い蓄電池制御単位４２を含む蓄電池ユニット４０を特定し、その蓄電池ユニット４０の電源を最初にオンにする。そして、蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も低い蓄電池制御単位４２を並列接続ラインＬ１へ最初に接続する。この場合、マスタコントローラ２２は、電力変換器管理部２６を介して電力変換器２８の電源のオン／オフを制御できるように構成することが好適である。その後の処理は、上記ステップＳＴ２０〜ＳＴ２６と同様に行う。

これによって、各電力変換器２８に割り当てられた総ての蓄電池制御単位４２のうち出力電圧が最も低い蓄電池制御単位４２を最初に並列接続ラインＬ１に接続することができる。したがって、ＳＯＣの小さい蓄電池制御単位４２から充電を開始することができると共に、電力源から蓄電池制御単位４２への充電による出力電圧の上昇に応じて他の蓄電池制御単位４２も順に並列接続ラインＬ１へ接続していくことができる。

また、上記放電処理及び充電処理においてサブコントローラ２４において行ったスイッチ回路３０に含まれる各スイッチの制御をマスタコントローラ２２から直接行う構成としてもよい。この場合、図１１に示すように、マスタコントローラ２２からスイッチ制御信号Ｓ１０をサブコントローラ２４へ送信できるようにする。マスタコントローラ２２は、上記の処理においてサブコントローラ２４で行われるスイッチ回路３０の制御を代りに行う。

このような構成とすることによって、マスタコントローラ２２は、スイッチ回路３０に含まれる各スイッチの開閉状態を直接制御できると共に、開閉制御を行ったスイッチの実際の開閉状態をスイッチ状態データとして直接取り込み、スイッチ状態データに基づいて各電力変換器２８に対する集合体充放電制御指令Ｓ５を生成することができる。

以上では、放電時又は充電時の処理のいずれか一方を行う例を説明してきたが、負荷１１０へ放電しながら同時に蓄電池集合体１０４へ充電することもできる。この場合、負荷１１０の必要電力が電力源の供給電力よりも大きいときには、蓄電池制御単位４２の並列接続ラインＬ１への接続に関しては上述の放電時の処理であるステップＳＴ１０〜ＳＴ１６を行いつつ、同時に電力源から蓄電池集合体１０４へ充電することが好適である。これにより、蓄電池集合体１０４から負荷１１０へ電力を供給すると共に、電力源から蓄電池集合体１０４への充電により蓄電池集合体１０４に貯蔵した充電量の低下を遅らせることができるからである。他方、負荷１１０の必要電力が電力源の供給電力よりも小さいときには、蓄電池制御単位４２の並列接続ラインＬ１への接続に関しては上述の充電時の処理であるステップＳＴ２０〜ＳＴ２６を行いつつ、同時に蓄電池集合体１０４から負荷１１０へ放電することが好適である。これにより、蓄電池集合体１０４から負荷１１０へ電力を供給すると共に、電力源から蓄電池集合体１０４への充電により蓄電池集合体１０４に貯蔵した充電量を高めることができるからである。

＜待機処理＞
上記のように放電開始時及び充電開始時には、蓄電池制御単位４２が接続されたことを確認した上で電力変換器２８を起動する処理を行ったが、電力変換器２８を待機状態として電力変換及び電圧変換を中止する際には逆の処理を行う。待機処理は、図１２のフローチャートに沿って行われる。

ステップＳＴ３０では、電力変換器２８を待機状態とする処理が行われる。マスタコントローラ２２は、システムコントローラ２０からの全体充放電制御指令Ｓ１に基づいて蓄電池集合体１０４に対する充電処理又は放電処理を中止すると判断した場合、各電力変換器２８の待機を指示する待機指示命令を含む集合体充放電制御指令Ｓ５を電力変換器管理部２６へ出力する。

例えば、マスタコントローラ２２は、全体充放電制御指令Ｓ１が「充放電を待機状態にすること」等の充放電が不要であることを示す内容であった場合、各電力変換器２８に対する待機指示命令を含む集合体充放電制御指令Ｓ５を電力変換器管理部２６へ出力する。

電力変換器管理部２６は、待機指示命令を含む集合体充放電制御指令Ｓ５を受けると、制御下にある電力変換器２８を待機状態として電力変換及び電圧変換を中止させる。

ステップＳＴ３２では、電力変換器２８が待機状態となったか否かが判定され、その結果に応じて各蓄電池ユニット４０を電力変換器２８から切り離す処理が行われる。

各蓄電池ユニット４０に含まれるサブコントローラ２４は、各蓄電池ユニット４０に設けられた蓄電池電流センサ５２で検出される電流値を読み取り、検出された電流値を含むユニット状態データＳ３をマスタコントローラ２２へ送信する。

マスタコントローラ２２は、ユニット状態データＳ３を受けて、電力変換器２８を待機状態とした後に蓄電池制御単位４２の電流値の総和が待機電流値になったことを条件として蓄電池ユニット４０に対してスイッチを開状態とするスイッチ制御信号Ｓ１０を出力する。電流値の総和を条件としたのは、電力源から蓄電池ユニット４０への充電電流や蓄電池ユニット４０から負荷１１０への放電電流がたとえ０でも、同じ蓄電池ユニット４０に含まれる蓄電池制御単位４２（４２（１）〜４２（４））間で抵抗Ｒ（Ｒ（１）〜Ｒ（４））を介して相互に充放電電流が流れるからである。待機電流値は、電力変換器２８が待機状態のときに電力変換器２８と蓄電池ユニット４０との間の流れる電流値であり、理想的には０である。

この場合、図１１に示したように、マスタコントローラ２２から各蓄電池制御単位４２のサブコントローラ２４に対してスイッチ回路３０に含まれるスイッチの開閉を制御できる構成にしておくことが好適である。サブコントローラ２４は、スイッチを開状態にするスイッチ制御信号Ｓ１０を受けると、スイッチ回路３０に含まれる選択スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２及びユニットスイッチＳＷ３，ＳＷ４を開状態として各蓄電池制御単位４２を並列接続ラインＬ１から切り離す。

以上のように、電力変換器２８を待機状態とする場合において、電力変換器２８を待機状態とする指示を行った後、電力変換器２８と各蓄電池ユニット４０との間を流れる電流が実際に待機電流値になったことを確認した上で蓄電池ユニット４０に含まれる各スイッチを開状態とする。これにより、何らかの事情により電力変換器２８が待機状態とされずに電流が流れる状態に維持されている蓄電池ユニット４０のスイッチ回路３０に含まれるスイッチが強制的に遮断され、スイッチ回路３０に過渡電流のような大きな電流が流れることを防ぐことができる。したがって、スイッチ回路３０の劣化や故障を抑制することができる。

１０ 負荷電力管理装置、１２ 蓄電池電力管理装置、１４ 総合電力監視装置、２０ システムコントローラ、２２ マスタコントローラ、２４ サブコントローラ、２６ 電力変換器管理部、２８ 電力変換器、３０ スイッチ回路、４０ 蓄電池ユニット、４２ 蓄電池制御単位、４４ 蓄電池パック、４６ 蓄電池セル、５２ 蓄電池電流センサ、５４ 蓄電池電圧センサ、５６ 温度センサ、６０ 並列接続ライン電圧センサ、１００ 電源システム、１０２ 電源管理システム、１０４ 蓄電池集合体、１０６ 太陽電池システム、１０８ 系統電源、１１０ 負荷、１１０ａ 電力管理装置。

Claims (10)

1. 少なくとも一つの蓄電池セルをそれぞれ含み、並列接続ラインに選択スイッチを介して接続された複数の蓄電池制御単位、を含む蓄電池ユニットと、
   電力源又は負荷と、前記蓄電池ユニットと、の間の直交流変換回路又は電圧変換回路を含み、前記並列接続ラインに接続された電力変換器と、
   前記電力変換器の制御を行うマスタコントローラと、
   を備え、
   前記マスタコントローラは、前記選択スイッチが実際に閉状態とされたことを示すスイッチ状態信号を受けて、所定の基準数以上の前記選択スイッチが閉状態とされた後に前記電力変換器を動作させ、前記スイッチ状態信号に基づいて前記電力変換器に接続された前記蓄電池制御単位の数に応じた目標充放電電力を算出し、前記目標充放電電力となるように前記電力変換器を制御することを特徴とする電源システム。
2. 請求項１に記載の電源システムであって、
   前記マスタコントローラは、前記選択スイッチの開閉を制御するスイッチ制御信号を出力することを特徴とする電源システム。
3. 請求項１又は２に記載の電源システムであって、
   前記蓄電池ユニットは、前記選択スイッチの開閉を直接制御するサブコントローラを備えることを特徴とする電源システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源システムであって、
   前記蓄電池ユニットへの充電状態と前記蓄電池ユニットからの放電状態とを相互に切り替える際に、前記選択スイッチの総てを一旦開状態とすることを特徴とする電源システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源システムであって、
   前記並列接続ラインに接続される負荷に対して前記蓄電池制御単位から電力を供給する際又は前記並列接続ラインを介して前記蓄電池制御単位へ充電を行う際に、
   前記並列接続ラインに既に接続された前記蓄電池制御単位によって決定された基準電圧に対して、未接続の前記蓄電池制御単位であって、その出力電圧が所定の電圧範囲にあるものを順次前記並列接続ラインに接続することを特徴とする電源システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源システムであって、
   前記並列接続ラインに接続される負荷に対して前記蓄電池制御単位から電力を供給する際に、前記蓄電池制御単位の出力電圧が高い方から低い方へ順次前記並列接続ラインに接続することを特徴とする電源システム。
7. 請求項６に記載の電源システムであって、
   前記蓄電池制御単位のうち出力電圧が最も高い前記蓄電池制御単位を最初に前記並列接続ラインに接続することを特徴とする電源システム。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源システムであって、
   前記並列接続ラインを介して前記蓄電池制御単位へ充電を行う際に、前記蓄電池制御単位の出力電圧が低い方から高い方へ順次前記並列接続ラインに接続することを特徴とする電源システム。
9. 請求項８に記載の電源システムであって、
   前記蓄電池制御単位のうち出力電圧が最も低い前記蓄電池制御単位を最初に前記並列接続ラインに接続することを特徴とする電源システム。
10. 請求項１に記載の電源システムであって、
    負荷の必要電力状況を示す負荷側情報データを取得し、前記負荷側情報データに基づいてシステム全体の必要充放電電力を示す全体充放電制御指令を生成するシステムコントローラを備え、
    前記マスタコントローラは、前記システムコントローラから前記全体充放電制御指令を受け、前記全体充放電制御指令に基づいて前記電力変換器の前記目標充放電電力を算出することを特徴とする電源システム。

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