WO2012115148A1 - 電源装置、電力貯蔵装置、バッテリシステム、制御装置、及び制御プログラム - Google Patents

電源装置、電力貯蔵装置、バッテリシステム、制御装置、及び制御プログラム Download PDF

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WO2012115148A1
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strings
batteries
battery
connection
series
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PCT/JP2012/054273
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English (en)
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山▲崎▼　淳
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三洋電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery system having a plurality of batteries, a power supply device including the battery system, a power storage device including the battery system, a control device for controlling the battery system, and a control for controlling the battery system by a computer. Regarding the program.
  • the present invention provides a power supply device, a power storage device, a battery system, a control device, and a control program capable of suppressing the performance of a battery system having a plurality of batteries from being deteriorated due to variation in the state of the battery.
  • the purpose is to provide.
  • a power supply apparatus includes a battery system in which a plurality of strings in which a plurality of batteries are connected in series are arranged in parallel, and a power conversion unit connected to the battery system.
  • the at least two strings of the strings arranged in parallel are arranged so as to straddle the connection path between the batteries, and the connection relation of the batteries is changed between the at least two strings to change the at least two strings.
  • a connection changing unit that makes each of the strings a new connection-related string is provided in the battery system, and a combination of a plurality of the batteries connected in series in at least two of the strings in parallel.
  • a power storage device is a power storage device including a battery system in which a plurality of strings in which a plurality of batteries are connected in series are arranged in parallel, wherein the plurality of batteries are arranged in parallel.
  • Each of the at least two strings is arranged so as to straddle the connection path between the batteries, and the connection relation of the batteries is changed between the at least two strings to newly connect each of the at least two strings.
  • a connection change unit as a related string is provided in the battery system, and the connection is made so as to change a combination of the plurality of batteries connected in series in at least two of the strings in parallel. It is set as the structure provided with the control part which controls a change part.
  • a battery system is a battery system in which a plurality of strings in which a plurality of batteries are connected in series are in parallel, and at least two of the strings in parallel.
  • a connection that is arranged so as to straddle the connection path between the batteries in each of the two strings, and changes the connection relation of the batteries between the at least two strings to make each of the at least two strings a new connection relation string.
  • a changing unit is provided, and the connection changing unit is configured to change a combination of the plurality of batteries connected in series in at least two of the plurality of strings in parallel by control from the outside.
  • a control device is a control device for controlling a battery system in which a plurality of strings in which a plurality of batteries are connected in series are arranged in parallel, and the strings in which a plurality of strings are arranged in parallel. Are arranged so as to straddle the connection path between the batteries in each of at least two strings, and the connection relation of the batteries is changed between the at least two strings, and each of the at least two strings is newly connected.
  • the battery system includes a connection changing unit that is a string of the control unit, and the control device changes a combination of the plurality of batteries connected in series in at least two of the strings in parallel. The connection changing unit is controlled.
  • a control program is a control program for controlling, by a computer, a battery system in which a plurality of strings in which a plurality of batteries are connected in series are arranged in parallel.
  • the at least two strings are arranged so as to straddle on the connection path between the batteries, and the connection relation of the batteries is changed between the at least two strings to change the at least two strings respectively.
  • the battery system includes a connection changing unit that makes a new connection-related string, and the control program is connected to the computer in a plurality of series connected in series in at least two of the strings in parallel. Combination of the batteries To be a program for executing the step of controlling the connection alteration unit to change.
  • the present invention it is possible to prevent the performance of a battery system having a plurality of batteries from being deteriorated due to variations in battery status.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of a control device when the first to third embodiments are implemented in combination.
  • 6 is a flowchart showing an operation flow of the power storage device when the first to third embodiments are implemented in combination. It is a figure which shows the modification of this invention. It is a figure which shows the other modification of this invention. It is a figure which shows the other modification of this invention.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of a power supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a power supply device 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes one power conversion unit 2 (hereinafter referred to as a PCS (Power Conditioning System) 2), five BSUs (Battery Switching Units) 3, , 100 batteries 4, 20 connection changing units 5, and 5 control devices 6.
  • the power supply device 1 includes a plurality of battery systems 7 (described later), but the power supply device 1 may be configured to include only one battery system 7.
  • a four-pole four-throw switch is used as an example of the connection changing unit 5.
  • connection changing unit 5 is referred to as a four-pole four-throw switch 5.
  • the number of poles indicates how many sets (circuits) of one common terminal and a plurality of selection terminals that can be connected to it are, and the number of throws is one set (circuit).
  • the number of selection terminals is shown.
  • each four-pole four-throw switch 5 has a common terminal T1, four selection terminals T2 to T5 to which the common terminal T1 can be connected, a common terminal T6, and four selections to which the common terminal T6 can be connected.
  • Terminals T7 to T10 a common terminal T11, four selection terminals T12 to T15 to which the common terminal T11 can be connected, a common terminal T16, and four selection terminals T17 to T20 to which the common terminal T16 can be connected are provided.
  • the selection terminals T2, T7, T12, and T17 are commonly connected, the selection terminals T3, T8, T13, and T18 are commonly connected, the selection terminals T4, T9, T14, and T19 are commonly connected, and the selection terminal T5 , T10, T15, and T20 are commonly connected.
  • Each battery system 7 includes 20 batteries 4 and four four-pole four-throw switches 5, and a string in which a plurality of (four in this embodiment, for example, five) batteries 4 are connected in series is four in parallel. ing.
  • Each four-pole four-throw switch 5 is arranged so as to straddle the connection path between the batteries 4 in each of the four strings.
  • a control device 6 that controls one battery system 7 is arranged for each battery system 7. The control device 6 changes the combination of the plurality of batteries 4 connected in series in at least two strings (four strings as an example in the present embodiment) among the strings arranged in parallel.
  • Each 4-pole 4-throw switch 5 is controlled.
  • each four-pole four-throw switch 5 changes the connection relationship of the batteries 4 between the four strings, and each of the four strings becomes a new connection relationship string.
  • each four-pole four-throw switch 5 changes the connection relationship of the batteries 4 between the four strings to
  • Each of the strings is a new connection relation string, and the new connection relation is a connection relation that reduces the variation in the state of the string, thereby reducing the performance of the battery system 7 due to the variation in the state of the battery 4. Can be suppressed.
  • the control device 6 In addition to the control of one battery system 7, the control device 6 also performs on / off control of the four switches in the BSU 3 to which the battery system 7 is connected.
  • the PCS 2 includes a bidirectional DC / AC converter 2A and a bidirectional DC / DC converter 2B.
  • the unit having the battery system 7 and the control device 6 surrounded by a one-dot chain line functions as the power storage device 8.
  • each battery 4 is not particularly limited, and may be, for example, a single battery cell, a battery pack that is an aggregate of a plurality of battery cells, or a plurality of the battery packs connected. It may be a thing. Further, the battery 4 may include components other than the battery cell. As an example of the constituent element, a state monitoring unit capable of monitoring the state of the battery cell in the battery 4 and transmitting the monitoring information to the control device 6 can be cited. The state monitoring unit may be provided outside the battery 4.
  • the bidirectional DC / DC converter 2 ⁇ / b> B is output from the five battery systems 7 by the discharge of the five battery systems 7.
  • the DC power output from the bidirectional DC / DC converter 2B is also used for DC power feeding to a DC electronic device (not shown).
  • the bidirectional DC / AC conversion unit 2A converts the DC power output from the bidirectional DC / DC conversion unit 2B into AC power and outputs the AC power to the external power system 9.
  • the AC power output from the bidirectional DC / AC converter 2A is also used for AC power supply to an AC electronic device (not shown).
  • the bidirectional DC / AC conversion unit 2A converts AC power supplied from the external power system 9 into DC power. And output to the bidirectional DC / DC converter 2B.
  • the bidirectional DC / DC converter 2B converts the DC power supplied from the bidirectional DC / AC converter 2A or the solar cell 10 into DC power having different voltage values and outputs the DC power to the five battery systems 7. The five battery systems 7 are charged.
  • the battery 4 includes the state monitoring unit described above.
  • FIG. 3 shows functional blocks of the control device 6 in the first embodiment
  • FIG. 4 shows an operation flow diagram of the power storage device 8 in the first embodiment.
  • the operation flow of FIG. 4 is executed by a control program stored in the control device 6, for example.
  • the “n-th stage” shown in the operation flow of FIG. 4 defines 4 parallels arranged nth from the bottom of each series connection of the battery system 7 as the n-th stage (see FIG. 5 described later).
  • the control device 6 in the first embodiment has a voltage information reading unit 6A and a connection path selection unit 6B.
  • the voltage information reading unit 6A obtains voltage information of all the batteries 4 (20 batteries 4 connected in series and parallel in 5 series and 4 series) in the battery system 7 which is a control target of the control device 6, and outputs each status monitoring unit. Read from.
  • the connection path selection unit 6B selects a connection path based on the voltage information of all the batteries 4 read by the voltage information reading unit 6A, and instructs the selected connection path to be controlled by the control device 6. 7 to each 4 pole 4 throw switch 5.
  • the power storage device 8 in the first embodiment starts the operation flow shown in FIG. 4 at a constant cycle.
  • the operation flow shown in FIG. 4 is an operation flow for performing a connection path selection operation.
  • each switch in the BSU 3 is turned off immediately before the start of the operation flow shown in FIG. 4.
  • the above BSU 3 It is not necessary to turn off each of the switches.
  • connection route selection unit 6B sets the parameter n to 1 (step S100), and then sets the parameter m to 1 (step S110).
  • step S120 subsequent to step S110 the connection path selection unit 6B determines that the mth lowest battery 4 in the nth stage is the n + 1th stage based on the voltage information of all the batteries 4 read by the voltage information reading unit 6A.
  • An instruction is issued to the four-pole four-throw switch 5 arranged between the n-th stage and the (n + 1) -th stage so as to be connected to the battery 4 having the mth lowest voltage.
  • the four-pole four-throw switch 5 arranged between the n-th stage and the (n + 1) -th stage supplies the m-th battery with the lowest voltage to the m-th stage of the n-th stage. Connected to a low battery 4.
  • step S130 the connection path selection unit 6B determines whether the parameter m is smaller than 5. If the parameter m is smaller than 5 (YES in step S130), the parameter m is incremented by 1 (step S140), and then the process returns to step S120. On the other hand, if the parameter m is not smaller than 5 (NO in step S130), the process proceeds to step S150.
  • step S150 the connection route selection unit 6B determines whether the parameter n is smaller than 5. If the parameter n is smaller than 5 (YES in step S150), the parameter n is incremented by 1 (step S160), and then the process returns to step S110. On the other hand, if the parameter n is not smaller than 5 (NO in step S150), the operation flow shown in FIG.
  • the batteries 4 having the lowest voltage in each stage are connected in series, the batteries 4 having the second lowest voltage in each stage are connected in series, and the voltage in the third in each stage. Are connected in series, and batteries 4 having the lowest voltage in each stage are connected in series.
  • ranking among the batteries 4 having the same voltage may be arbitrarily performed.
  • paragraph are connected in series when selection of a connection path
  • FIG. An operation example of the switch in the BSU 3 is as follows. After the execution of the flow shown in FIG. 4, if there is no output request, all the switches may be turned on to perform balancing in series. Further, if there is an output request, a required number of switches may be turned on according to the required value to perform discharging. When discharging, it is desirable to discharge from a series with a high voltage from the viewpoint of balancing between series.
  • FIG. 6 shows a functional block of the control device 6 in the second embodiment
  • FIG. 7 shows an operation flow of the power storage device 8 in the second embodiment.
  • the operation flow of FIG. 7 is executed by a control program stored in the control device 6, for example.
  • the “n-th stage” shown in the operation flow of FIG. 7 defines 4 parallels arranged n-th from the bottom of each series connection of the battery system 7 as the n-th stage (see FIG. 8 described later).
  • the control device 6 in the second embodiment has a deterioration degree information reading unit 6C and a connection route selection unit 6D.
  • the deterioration degree information reading unit 6C reads deterioration degree information of all the batteries 4 (20 batteries 4 connected in series and parallel in 5 series and 4 series) in the battery system 7 to be controlled by the control device 6 in each state. Read from the monitoring unit.
  • Examples of the deterioration degree information include the internal resistance [ ⁇ ] of the battery 4 and the stored amount [Ah] when the battery 4 is fully charged. If the degree of deterioration is large, the internal resistance [ ⁇ ] of the battery 4 increases. In addition, if the degree of deterioration is large, the stored amount [Ah] when the battery 4 is fully charged is small.
  • connection path selection unit 6D selects a connection path based on the deterioration level information of all the batteries 4 read by the deterioration level information reading unit 6C, and an instruction of the selected connection path is a control target of the control device 6. Output to each four-pole four-throw switch 5 in the battery system 7.
  • the power storage device 8 in the second embodiment starts the operation flow shown in FIG. 7 at a constant cycle.
  • the operation flow shown in FIG. 7 is an operation flow for performing a connection path selection operation.
  • each switch in the BSU 3 is turned off immediately before the start of the operation flow shown in FIG. 7.
  • the BSU 3 described above is used. It is not necessary to turn off each of the switches.
  • connection route selection unit 6D sets the parameter n to 1 (step S200), and then sets the parameter m to 1 (step S210).
  • step S220 the connection path selection unit 6D selects the battery 4 having the m-th highest degradation level in the nth stage based on the degradation level information of all the batteries 4 read by the degradation level information reading unit 6C.
  • An instruction is issued to the four-pole four-throw switch 5 arranged between the n-th stage and the (n + 1) -th stage so as to connect to the battery 4 having the m + 1th most deteriorated degree.
  • the four-pole four-throw switch 5 disposed between the n-th stage and the (n + 1) -th stage moves the battery 4 having the highest deterioration degree to the n-th stage to the m-th stage of the (n + 1) -th stage. Connect to a battery 4 with a high degree of deterioration.
  • step S230 the connection path selection unit 6D determines whether the parameter m is smaller than 5. If the parameter m is smaller than 5 (YES in step S230), the parameter m is incremented by 1 (step S240), and then the process returns to step S220. On the other hand, if the parameter m is not smaller than 5 (NO in step S230), the process proceeds to step S250.
  • step S250 the connection route selection unit 6D determines whether the parameter n is smaller than 5. If the parameter n is smaller than 5 (YES in step S250), the parameter n is incremented by 1 (step S260), and then the process returns to step S210. On the other hand, if the parameter n is not smaller than 5 (NO in step S250), the operation flow shown in FIG.
  • the batteries 4 having the highest degree of deterioration in each stage are connected in series, the batteries 4 having the second highest degree of deterioration in each stage are connected in series, and the third in each stage.
  • the batteries 4 having the highest degree of deterioration are connected in series, and the batteries 4 having the fourth highest degree of deterioration are connected in series at each stage.
  • ranking among the batteries 4 having the same degree of deterioration may be arbitrarily performed.
  • FIG. 8 shows the connection path
  • An operation example of the switch in the BSU 3 is as follows. After the execution of the flow shown in FIG. 7, if there is no output request, all the switches may be turned on to perform balancing in series. Further, if there is an output request, a required number of switches may be turned on according to the required value to perform discharging. When discharging, it is desirable to discharge from a series with a high voltage from the viewpoint of balancing between series.
  • FIG. 9 shows a functional block of the control device 6 in the third embodiment
  • FIG. 10 shows an operation flow of the power storage device 8 in the third embodiment.
  • the operation flow of FIG. 10 is executed by a control program stored in the control device 6, for example.
  • the “n-th stage” shown in the operation flow of FIG. 10 defines 4 parallels arranged n-th from the bottom of each series connection of the battery system 7 as the n-th stage (see FIG. 11 described later).
  • the control device 6 in the third embodiment includes a deterioration degree information / abnormality occurrence information reading unit 6E and a connection route selection unit 6F.
  • the deterioration degree information and abnormality occurrence information reading unit 6E is the deterioration degree information of all the batteries 4 (20 batteries 4 connected in series and parallel in 5 series and 4 series) in the battery system 7 to be controlled by the control device 6. And abnormality occurrence information is read from each state monitoring unit.
  • Examples of the deterioration degree information include the internal resistance [ ⁇ ] of the battery 4 and the stored amount [Ah] when the battery 4 is fully charged. If the degree of deterioration is large, the internal resistance [ ⁇ ] of the battery 4 increases. In addition, if the degree of deterioration is large, the stored amount [Ah] when the battery 4 is fully charged is small.
  • Abnormal information includes, for example, information that informs the occurrence of an abnormality when a short circuit occurs, information that informs the occurrence of an abnormality when an overcurrent occurs, information that informs the occurrence of an abnormality when an overdischarge voltage, information that informs the occurrence of an abnormality when an overcharge voltage occurs, , Information notifying the occurrence of an abnormality when communication is abnormal, and information notifying the occurrence of an abnormality when a manual instruction is given.
  • a short circuit, overcurrent, overdischarge voltage, overcharge voltage, and battery temperature abnormality are detected by the state monitoring unit described above. The state monitoring unit determines that a short circuit occurs when the internal resistance [ ⁇ ] of the battery 4 is equal to or less than a predetermined threshold.
  • the communication abnormality is detected by the control device 6 when an abnormality occurs in the communication between the state monitoring unit and the control device 6.
  • the administrator of the power supply apparatus 1 controls an instruction to set a desired battery as an abnormal battery using an input unit such as a key input unit. It is detected by the control device 6 when it is given to the device 6.
  • connection route selection unit 6F selects a connection route based on the deterioration degree information and abnormality occurrence information of all the batteries 4 read by the deterioration degree information and abnormality occurrence information reading unit 6E, and instructs the selected connection route. It outputs to each 4 pole 4 throw switch 5 in the battery system 7 which is the control object of the control device 6.
  • the power storage device 8 in the third embodiment starts the operation flow shown in FIG. 10 at a constant cycle.
  • the operation flow shown in FIG. 10 is an operation flow for performing a connection path selection operation.
  • each switch in the BSU 3 is turned off immediately before the start of the operation flow shown in FIG. 10.
  • the above BSU 3 It is not necessary to turn off each of the switches.
  • connection path selection unit 6F causes the battery 4 in which an abnormality has occurred based on the deterioration information and the abnormality occurrence information of all the batteries 4 read by the abnormality occurrence information reading unit 6E. Is set to a maximum value (for example, 100%) (step S300).
  • step S310 the connection path selection unit 6F sets the parameter n to 1 (step S310), and then sets the parameter m to 1 (step S320).
  • step S330 following step S320 the connection path selection unit 6F determines the deterioration level and deterioration level information of the battery 4 in which the abnormality set in step S310 has occurred, and the deterioration levels of all the batteries 4 read by the abnormality occurrence information reading unit 6E. Between the n-th stage and the (n + 1) -th stage so that the n-th stage m-th most deteriorated battery 4 is connected to the (n + 1) -th stage m-th most deteriorated battery 4 based on the information. An instruction is given to the arranged four-pole four-throw switch 5.
  • the four-pole four-throw switch 5 disposed between the n-th stage and the (n + 1) -th stage moves the battery 4 having the highest deterioration degree to the n-th stage to the m-th stage of the (n + 1) -th stage. Connect to a battery 4 with a high degree of deterioration.
  • step S340 the connection path selection unit 6F determines whether the parameter m is smaller than 5. If the parameter m is smaller than 5 (YES in step S340), the parameter m is incremented by 1 (step S350), and then the process returns to step S330. On the other hand, if the parameter m is not smaller than 5 (NO in step S340), the process proceeds to step S360.
  • step S360 the connection path selection unit 6F determines whether the parameter n is smaller than 5. If parameter n is smaller than 5 (YES in step S360), parameter n is incremented by 1 (step S370), and then the process returns to step S320. On the other hand, if the parameter n is not smaller than 5 (NO in step S360), the operation flow shown in FIG.
  • the batteries 4 having the highest degree of deterioration in each stage are connected in series, the batteries 4 having the second highest degree of deterioration in each stage are connected in series, and the third in each stage.
  • the batteries 4 having the highest degree of deterioration are connected in series, and the batteries 4 having the fourth highest degree of deterioration are connected in series at each stage.
  • the battery 4 having the maximum degree of deterioration is the battery 4 in which an abnormality has occurred.
  • ranking among the batteries 4 having the same degree of deterioration may be arbitrarily performed.
  • connection path selection unit 6F controls the BSU 3 so as to disconnect the series including the battery 4 in which an abnormality has occurred from other series parallel connections. Along with this disconnection, the connection path selection unit 6F may output a signal that prompts replacement of the battery 4 in which an abnormality has occurred.
  • FIG. 11 shows the connection path
  • FIG. 1 An operation example of the switch in the BSU 3 is as follows. After the flow shown in FIG.
  • FIG. 12 shows a functional block of the control device 6 when the first to third embodiments are combined
  • FIG. 13 shows an operation flow of the power storage device 8 when the first to third embodiments are combined.
  • the operation flow of FIG. 13 is executed by a control program stored in the control device 6, for example.
  • the control device 6 when implemented in combination with the first to third embodiments includes a voltage information reading unit 6G, a deterioration degree information / abnormality information reading unit 6H, and a connection path selection unit 6I.
  • the voltage information reading unit 6G has the same function as the voltage information reading unit 6A in the first embodiment.
  • the deterioration degree information and abnormality occurrence information reading unit 6H performs the same function as the deterioration degree information and abnormality occurrence information reading unit 6E in the third embodiment at the time of processing in step S20 described later, and is performed at the time of processing in step S60 described later. It performs the same function as the degradation level information reading unit 6C in the second embodiment.
  • the connection route selection unit 6I performs the processes of steps S10, S30, and S50 described later, and performs the same function as the connection route selection unit 6F in the third embodiment during the process of step S20 described later. In the process of S40, the same function as the connection path selection unit 6D in the first embodiment is performed, and in the process of step S60 described later, the same function as the connection path selection unit 6B in the second embodiment is performed.
  • the power storage device 8 starts the operation flow shown in FIG. 13 at a constant cycle.
  • the operation flow shown in FIG. 13 is an operation flow for performing a connection path selection operation.
  • connection path selection unit 6I determines that the battery 4 in which an abnormality has occurred is based on the deterioration information and the abnormality occurrence information of all the batteries 4 read by the abnormality occurrence information reading unit 6H. (Step S10). If there is an abnormal battery 4 (YES in step S10), the operation flow of the third embodiment is executed (step S20), and the operation flow shown in FIG. 13 is terminated. On the other hand, if there is no battery 4 in which an abnormality has occurred (NO in step S10), the process proceeds to step S30.
  • step S30 the connection path selection unit 6I determines whether there is a battery 4 whose voltage is lower than the first threshold based on the voltage information of all the batteries 4 read by the voltage information reading unit 6G. If there is a battery 4 whose voltage is lower than the first threshold (YES in step S30), the operation flow of the first embodiment is executed (step S40), and the operation flow shown in FIG. 13 is terminated. On the other hand, if there is no battery 4 whose voltage is lower than the first threshold (NO in step S30), the process proceeds to step S50.
  • step S50 the connection path selection unit 6I determines whether there is a battery 4 having a degree of deterioration greater than the second threshold based on the deterioration degree information and the deterioration degree information of all the batteries 4 read by the abnormality occurrence information reading unit 6H. Determine. If there is a battery 4 having a degree of deterioration greater than the second threshold (YES in step S50), the operation flow of the second embodiment is executed (step S60), and the operation flow shown in FIG. On the other hand, if there is no battery 4 having a degree of deterioration greater than the second threshold (NO in step S50), the operation flow shown in FIG.
  • each two-pole two-throw switch is arranged so as to straddle the connection path between the batteries 4 in each of the two adjacent strings, and the connection of the battery 4 between the two adjacent strings is performed. The relationship is changed so that each of the two adjacent strings is a new connection relationship string.
  • the present invention includes a reduced number of multi-pole multi-throw switches.
  • the power supply device 1 is a stationary type power supply device 1 according to an embodiment of the present invention, but the power supply device according to the present invention can be mounted on a moving body.
  • the power supply device 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 When mounted on a moving body, for example, in the power supply device 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the number of battery systems 7 connected in parallel to the PCS 2 is adjusted, and the power system 9 is replaced. It is preferable to connect to a generator that generates power using energy when regeneratively braking the moving body, and to make the AC power supply destination a traveling motor that travels the moving body.
  • the control device 6 may be a dedicated device configured with dedicated hardware, but is a computer in which a control program for realizing the operation flows of FIGS. 4, 7, 10, and 13 described above is installed in a general-purpose computer. There may be.

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Abstract

　複数のバッテリが直列接続されたストリングが複数並列となっているバッテリシステムと、前記バッテリシステムに接続されたＰＣＳとを備え、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングそれぞれにおける前記バッテリ間の接続経路上を跨ぐように配置され、前記少なくとも２つのストリング間で前記バッテリの接続関係を変更して前記少なくとも２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとする接続変更部を、前記バッテリシステム内に備え、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更するように前記接続変更部を制御する制御部を備える電源装置。

Description

電源装置、電力貯蔵装置、バッテリシステム、制御装置、及び制御プログラム
　本発明は、複数のバッテリを有するバッテリシステム、当該バッテリシステムを備える電源装置、当該バッテリシステムを備える電力貯蔵装置、当該バッテリシステムを制御する制御装置、及び当該バッテリシステムをコンピュータにより制御するための制御プログラムに関する。
　複数のバッテリが直列接続されたバッテリシステムを使用する場合、各バッテリの性能を最大限発揮するためには、各バッテリの電圧を揃える必要がある。このバランシングのために、各バッテリが個別にバランス放電を行うことで、電圧差を少なくする従来技術がある。
　また、直列接続されている複数のバッテリの内、１つでも異常が発生した場合、その直列接続されている複数のバッテリ全体が使用不可能になる。この対策としては、異常を検出したバッテリを予備のバッテリに切り替える技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４－２８２７９９号公報（要約）
　しかしながら、上述した各バッテリが個別にバランス放電を行う方法では、バランス放電による電力ロスが生じることが課題となる。また、直列接続されている複数のバッテリ各々の劣化度がずれている場合にも、各バッテリの電圧ばらつきと同様にバッテリシステムの性能低下を招くことになるが、バランシングするためのバランス放電では劣化度のずれは解消できないという課題もある。
　また、特許文献１で開示されているバッテリシステムでは、異常を検出したバッテリの代わりに予備のバッテリを用いるので、１つのバッテリの異常により直列接続されている複数のバッテリ全体が使用不可能となることを回避することができるが、予備のバッテリを予め備えることによる装置の大型化およびコストアップが課題となる。
　本発明は、上記の状況に鑑み、複数のバッテリを有するバッテリシステムの性能がバッテリの状態ばらつきによって低下することを抑えることができる電源装置、電力貯蔵装置、バッテリシステム、制御装置、及び制御プログラムを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために本発明に係る電源装置は、複数のバッテリが直列接続されたストリングが複数並列となっているバッテリシステムと、前記バッテリシステムに接続された電力変換部とを備え、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングそれぞれにおける前記バッテリ間の接続経路上を跨ぐように配置され、前記少なくとも２つのストリング間で前記バッテリの接続関係を変更して前記少なくとも２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとする接続変更部を、前記バッテリシステム内に備え、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更するように前記接続変更部を制御する制御部を備える構成とする。
　上記目的を達成するために本発明に係る電力貯蔵装置は、複数のバッテリが直列接続されたストリングが複数並列となっているバッテリシステムを備える電力貯蔵装置であって、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングそれぞれにおける前記バッテリ間の接続経路上を跨ぐように配置され、前記少なくとも２つのストリング間で前記バッテリの接続関係を変更して前記少なくとも２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとする接続変更部を、前記バッテリシステム内に備え、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更するように前記接続変更部を制御する制御部を備える構成とする。
　上記目的を達成するために本発明に係るバッテリシステムは、複数のバッテリが直列接続されたストリングが複数並列となっているバッテリシステムであって、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングそれぞれにおける前記バッテリ間の接続経路上を跨ぐように配置され、前記少なくとも２つのストリング間で前記バッテリの接続関係を変更して前記少なくとも２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとする接続変更部を備え、外部からの制御により、前記接続変更部が、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更する構成とする。
　上記目的を達成するために本発明に係る制御装置は、複数のバッテリが直列接続されたストリングが複数並列となっているバッテリシステムを制御する制御装置であって、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングそれぞれにおける前記バッテリ間の接続経路上を跨ぐように配置され、前記少なくとも２つのストリング間で前記バッテリの接続関係を変更して前記少なくとも２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとする接続変更部を、前記バッテリシステムが備え、前記制御装置は、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更するように前記接続変更部を制御する構成とする。
　上記目的を達成するために本発明に係る制御プログラムは、複数のバッテリが直列接続されたストリングが複数並列となっているバッテリシステムをコンピュータにより制御するための制御プログラムであって、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングそれぞれにおける前記バッテリ間の接続経路上を跨ぐように配置され、前記少なくとも２つのストリング間で前記バッテリの接続関係を変更して前記少なくとも２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとする接続変更部を、前記バッテリシステムが備え、前記制御プログラムは、前記コンピュータに、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更するように前記接続変更部を制御するステップを実行させるためのプログラムであるようにする。
　本発明によると、複数のバッテリを有するバッテリシステムの性能がバッテリの状態ばらつきによって低下することを抑えることができる。
本発明の一実施形態に係る電源装置の全体構成を示す図である。 ４極４投スイッチの構成を示す図である。 第１実施例における制御装置の機能ブロック図である。 第１実施例における電力貯蔵装置の動作フローを示すフローチャートである。 ３個のバッテリで電圧低下が発生している例を示す図である。 第２実施例における制御装置の機能ブロック図である。 第２実施例における電力貯蔵装置の動作フローを示すフローチャートである。 劣化度の大きいバッテリが３個ある例を示す図である。 第３実施例における制御装置の機能ブロック図である。 第３実施例における電力貯蔵装置の動作フローを示すフローチャートである。 劣化度の大きいバッテリが３個あり異常が発生しているバッテリが２個ある例を示す図である。 第１～３実施例を組み合わせて実施する場合における制御装置の機能ブロック図である。 第１～３実施例を組み合わせて実施する場合における電力貯蔵装置の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の他の変形例を示す図である。 本発明のさらに他の変形例を示す図である。
　本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。
＜本発明の一実施形態に係る電源装置の全体構成＞
　本発明の一実施形態に係る電源装置の全体構成を図１に示す。図１に示す本発明の一実施形態に係る電源装置１は、１台の電力変換部２（以下、ＰＣＳ（Power　Conditioning　System）２と呼ぶ）と、５台のＢＳＵ（Battery　Switching　Unit）３と、１００個のバッテリ４と、２０個の接続変更部５と、５個の制御装置６とを備える構成である。本実施形態では、電源装置１が複数のバッテリシステム７（後述）を備えているが、電源装置１がバッテリシステム７を１台のみ備える構成であってもよい。本実施形態では、接続変更部５の一例として４極４投スイッチを用いている。したがって、以後、接続変更部５を４極４投スイッチ５と呼ぶ。なお、多極多投スイッチにおいて、極数は一つの共通端子とそれが接続できる複数の選択端子のセット（回路）が何セットあるかを示しており、投数は一つのセット（回路）での選択端子の数を示している。各４極４投スイッチ５は、図２に示すように、共通端子T１と、共通端子T１が接続できる４つの選択端子T2～T5と、共通端子T６と、共通端子T６が接続できる４つの選択端子T７～T１０と、共通端子T１１と、共通端子T１１が接続できる４つの選択端子T１2～T１5と、共通端子T１６と、共通端子T１６が接続できる４つの選択端子T１７～T２０とを備えている。そして、選択端子T2、T７、T１２、及びT１７が共通接続され、選択端子T３、T８、T１３、及びT１８が共通接続され、選択端子T４、T９、T１４、及びT１９が共通接続され、選択端子T５、T１０、T１５、及びT２０が共通接続されている。
　ＰＣＳ２には５台のＢＳＵ３が並列に接続され、各ＢＳＵ３には１台のバッテリシステム７が接続されている。各バッテリシステム７は、２０個のバッテリ４及び４個の４極４投スイッチ５を有し、複数（本実施形態では一例として５個）のバッテリ４が直列接続されたストリングが４並列となっている。各４極４投スイッチ５は４つのストリングそれぞれにおけるバッテリ４間の接続経路上を跨ぐように配置されている。そして、１台のバッテリシステム７を制御する制御装置６がバッテリシステム７毎に配置されている。制御装置６は、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリング（本実施形態では一例として４つのストリング）において直列接続された複数のバッテリ４の組み合わせを変更するようにバッテリシステム７内の各４極４投スイッチ５を制御する。したがって、本実施形態では、各４極４投スイッチ５は４つのストリング間でバッテリ４の接続関係を変更して４つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとしている。本実施形態では、バッテリ４の状態ばらつきによって４つのストリング間においてストリングの状態ばらつきが生じた場合に、各４極４投スイッチ５が４つのストリング間でバッテリ４の接続関係を変更して４つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとし、その新たな接続関係をストリングの状態ばらつきが低減されるような接続関係とすることで、バッテリシステム７の性能がバッテリ４の状態ばらつきによって低下することを抑えることができる。なお、制御装置６は、１台のバッテリシステム７の制御以外に、そのバッテリシステム７が接続されているＢＳＵ３内の４個のスイッチのオン／オフ制御も行う。また、ＰＣＳ２は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａ及び双方向ＤＣ／ＤＣ変換部２Ｂを有している。図１において一点鎖線で囲まれたバッテリシステム７及び制御装置６を有するユニットは、電力貯蔵装置８として機能する。
　各バッテリ４の形態は特に限定されず、例えば、単一のバッテリセルであってもよく、複数のバッテリセルの集合体である電池パックであってもよく、また、当該電池パックを複数接続したものであってもよい。また、バッテリ４はバッテリセル以外の構成要素を含んでいてもよい。当該構成要素の例としては、バッテリ４内のバッテリセルの状態を監視し、その監視情報を制御装置６に送信可能な状態監視部が挙げられる。なお、当該状態監視部をバッテリ４の外部に設けるようにしてもよい。
　図１に示す本発明の一実施形態に係る電源装置１の放電動作モードにおいて、双方向ＤＣ／ＤＣ変換部２Ｂは、５台のバッテリシステム７の放電によりその５台のバッテリシステム７から出力されるＤＣ電力を、異なる電圧値のＤＣ電力に変換して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａに出力する。双方向ＤＣ／ＤＣ変換部２Ｂから出力されるＤＣ電力はＤＣ電子機器（不図示）へのＤＣ給電にも用いられる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣ変換部２Ｂから出力されるＤＣ電力を、ＡＣ電力に変換して、外部の電力系統９に出力する。双方向ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａから出力されるＡＣ電力はＡＣ電子機器（不図示）へのＡＣ給電にも用いられる。
　図１に示す本発明の一実施形態に係る電源装置１の充電動作モードにおいて、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａは、外部の電力系統９から供給されるＡＣ電力を、ＤＣ電力に変換して、双方向ＤＣ／ＤＣ変換部２Ｂに出力する。双方向ＤＣ／ＤＣ変換部２Ｂは、双方向ＤＣ／ＡＣ変換部２Ａあるいは太陽電池１０から供給されるＤＣ電力を、異なる電圧値のＤＣ電力に変換して、５台のバッテリシステム７に出力し、その５台のバッテリシステム７を充電する。
　以下、電力貯蔵装置８の接続経路選択動作の実施例について説明する。なお、以下に説明する各実施例においては、バッテリ４が上述した状態監視部を含んでいる構成とする。
＜第１実施例＞
　第１実施例における制御装置６の機能ブロックを図３に示し、第１実施例における電力貯蔵装置８の動作フロー図４に示す。図４の動作フローは、例えば制御装置６に格納される制御プログラムによって実行される。図４の動作フロー中で示す「ｎ段目」は、バッテリシステム７の各直列接続の下からｎ番目に配置される４並列をｎ段目として定義している（後述する図５参照）。
　第１実施例における制御装置６は、電圧情報読み込み部６Ａと、接続経路選択部６Ｂとを有している。電圧情報読み込み部６Ａは、制御装置６の制御対象であるバッテリシステム７内の全バッテリ４（５直４並に直並列接続されている２０個のバッテリ４）の電圧情報を、各状態監視部から読み込む。接続経路選択部６Ｂは、電圧情報読み込み部６Ａによって読み込まれた全バッテリ４の電圧情報に基づいて、接続経路を選択し、その選択した接続経路の指示を制御装置６の制御対象であるバッテリシステム７内の各４極４投スイッチ５に出力する。
　第１実施例における電力貯蔵装置８は一定の周期で図４に示す動作フローを開始する。図４に示す動作フローは、接続経路選択動作を行う動作フローである。なお、本実施例では、図４に示す動作フローの開始直前にＢＳＵ３内の各スイッチをオフにするが、４極４投スイッチ５のスイッチング時に瞬時停電等の問題が生じないのであれば上記ＢＳＵ３内の各スイッチのオフを実行しなくてもよい。
　図４に示す動作フローが開始されると、接続経路選択部６Ｂは、パラメータｎを１に設定し（ステップＳ１００）、その後パラメータｍを１に設定する（ステップＳ１１０）。
　ステップＳ１１０に続くステップＳ１２０において、接続経路選択部６Ｂは、電圧情報読み込み部６Ａによって読み込まれた全バッテリ４の電圧情報に基づいて、ｎ段目のｍ番目に電圧の低いバッテリ４をｎ＋１段目のｍ番目に電圧の低いバッテリ４に接続するように、ｎ段目とｎ＋１段目との間に配置されている４極４投スイッチ５に指示を出す。ｎ段目とｎ＋１段目との間に配置されている４極４投スイッチ５は、当該指示に応じて、ｎ段目のｍ番目に電圧の低いバッテリ４をｎ＋１段目のｍ番目に電圧の低いバッテリ４に接続する。
　ステップＳ１２０に続くステップＳ１３０において、接続経路選択部６Ｂは、パラメータｍが５より小さいかを判定する。パラメータｍが５より小さければ（ステップＳ１３０のＹＥＳ）、パラメータｍを１つインクリメントし（ステップＳ１４０）、その後ステップＳ１２０に戻る。一方、パラメータｍが５より小さくなければ（ステップＳ１３０のＮＯ）、ステップＳ１５０に移行する。
　ステップＳ１５０において、接続経路選択部６Ｂは、パラメータｎが５より小さいかを判定する。パラメータｎが５より小さければ（ステップＳ１５０のＹＥＳ）、パラメータｎを１つインクリメントし（ステップＳ１６０）、その後ステップＳ１１０に戻る。一方、パラメータｎが５より小さくなければ（ステップＳ１５０のＮＯ）、図４に示す動作フローを終了する。
　図４に示す動作フローが終了すると、各段の１番電圧の低いバッテリ４同士が直列接続され、各段の２番目に電圧の低いバッテリ４同士が直列接続され、各段の３番目に電圧の低いバッテリ４同士が直列接続され、各段の４番目に電圧の低いバッテリ４同士が直列接続される。なお、同一段に電圧が等しいバッテリ４が複数存在する場合、電圧が等しいバッテリ４間での順位付けは任意に行うとよい。
　ここで、例えば、図５に示すように、制御装置６の制御対象であるバッテリシステム７内の３個のバッテリ４で電圧の低下が発生しているとする。なお、図５中の太線は、上述した第１実施例のような接続経路の選択を実行した場合における各段の１番電圧の低いバッテリ４同士が直列接続されている接続経路を示している。
　直列接続されている５個のバッテリ４の中に電圧の低下したバッテリ４が存在する場合、直列接続されている５個のバッテリ４全体の蓄電容量が直列接続されている５個のバッテリ４の中に電圧の低下したバッテリ４が存在しない場合の８０％になるとすると、従来のように接続経路を固定している場合、バッテリシステム全体の蓄電容量は、（８０％＋８０％＋１００％＋８０％）／４＝８５％となる。これに対して、上述した第１実施例のような接続経路の選択を実行した場合、電圧の低下した直列は１直列だけになるため、バッテリシステム全体の蓄電容量は、（８０％＋１００％＋１００％＋１００％）／４＝９５％となり、バッテリシステム全体の蓄電容量は１０％改善する。すなわち、バッテリシステムの性能がバッテリ４の電圧ばらつきによって低下することを抑えることができる。なお、ＢＳＵ３内のスイッチについての動作例は次の通りである。図４に示すフロー実施後、出力要求がなければスイッチを全てオンにし、各直列のバランシングを行っても良い。また、出力要求があれば、要求値に応じてスイッチを必要数だけオンにし、放電を行っても良い。放電を行う場合は、直列間のバランシングの観点から、電圧の高い直列から放電を行うことが望ましい。
　また、従来の技術であるバランス放電のみでバッテリ４の電圧ばらつきを解消しようとすると、電圧の低下したバッテリ４が存在する直列内にある、他のバッテリ４全てに対してバランス放電を行う必要がある。例えば、図５に示すように、制御装置６の制御対象であるバッテリシステム７内の３個のバッテリ４で電圧の低下が発生している場合には、１２個のバッテリ４に対してそれぞれ２０％の容量の放電を行わなければいけないため、非常に大きな電力ロスが生じてしまう。これに対して、上述した第１実施例のような接続経路の選択を実行した場合、そのような電力ロスは生じない。
＜第２実施例＞
　第２実施例における制御装置６の機能ブロックを図６に示し、第２実施例における電力貯蔵装置８の動作フローを図７に示す。図７の動作フローは、例えば制御装置６に格納される制御プログラムによって実行される。図７の動作フロー中で示す「ｎ段目」は、バッテリシステム７の各直列接続の下からｎ番目に配置される４並列をｎ段目として定義している（後述する図８参照）。
　第２実施例における制御装置６は、劣化度情報読み込み部６Ｃと、接続経路選択部６Ｄとを有している。
　劣化度情報読み込み部６Ｃは、制御装置６の制御対象であるバッテリシステム７内の全バッテリ４（５直４並に直並列接続されている２０個のバッテリ４）の劣化度情報を、各状態監視部から読み込む。劣化度情報としては、例えば、バッテリ４の内部抵抗［Ω］やバッテリ４の満充電時の蓄電量［Ａｈ］が挙げられる。劣化度が大きければ、バッテリ４の内部抵抗［Ω］が大きくなる。また、劣化度が大きければ、バッテリ４の満充電時の蓄電量［Ａｈ］が小さくなる。
　接続経路選択部６Ｄは、劣化度情報読み込み部６Ｃによって読み込まれた全バッテリ４の劣化度情報に基づいて、接続経路を選択し、その選択した接続経路の指示を制御装置６の制御対象であるバッテリシステム７内の各４極４投スイッチ５に出力する。
　第２実施例における電力貯蔵装置８は一定の周期で図７に示す動作フローを開始する。図７に示す動作フローは、接続経路選択動作を行う動作フローである。なお、本実施例では、図７に示す動作フローの開始直前にＢＳＵ３内の各スイッチをオフにするが、４極４投スイッチ５のスイッチング時に瞬時停電等の問題が生じないのであれば上記ＢＳＵ３内の各スイッチのオフを実行しなくてもよい。
　図７に示す動作フローが開始されると、接続経路選択部６Ｄは、パラメータｎを１に設定し（ステップＳ２００）、その後パラメータｍを１に設定する（ステップＳ２１０）。
　ステップＳ２１０に続くステップＳ２２０において、接続経路選択部６Ｄは、劣化度情報読み込み部６Ｃによって読み込まれた全バッテリ４の劣化度情報に基づいて、ｎ段目のｍ番目に劣化度の大きいバッテリ４をｎ＋１段目のｍ番目に劣化度の大きいバッテリ４に接続するように、ｎ段目とｎ＋１段目との間に配置されている４極４投スイッチ５に指示を出す。ｎ段目とｎ＋１段目との間に配置されている４極４投スイッチ５は、当該指示に応じて、ｎ段目のｍ番目に劣化度の大きいバッテリ４をｎ＋１段目のｍ番目に劣化度の大きいバッテリ４に接続する。
　ステップＳ２２０に続くステップＳ２３０において、接続経路選択部６Ｄは、パラメータｍが５より小さいかを判定する。パラメータｍが５より小さければ（ステップＳ２３０のＹＥＳ）、パラメータｍを１つインクリメントし（ステップＳ２４０）、その後ステップＳ２２０に戻る。一方、パラメータｍが５より小さくなければ（ステップＳ２３０のＮＯ）、ステップＳ２５０に移行する。
　ステップＳ２５０において、接続経路選択部６Ｄは、パラメータｎが５より小さいかを判定する。パラメータｎが５より小さければ（ステップＳ２５０のＹＥＳ）、パラメータｎを１つインクリメントし（ステップＳ２６０）、その後ステップＳ２１０に戻る。一方、パラメータｎが５より小さくなければ（ステップＳ２５０のＮＯ）、図７に示す動作フローを終了する。
　図７に示す動作フローが終了すると、各段の１番劣化度の大きいバッテリ４同士が直列接続され、各段の２番目に劣化度の大きいバッテリ４同士が直列接続され、各段の３番目に劣化度の大きいバッテリ４同士が直列接続され、各段の４番目に劣化度の大きいバッテリ４同士が直列接続される。なお、同一段に劣化度が等しいバッテリ４が複数存在する場合、劣化度が等しいバッテリ４間での順位付けは任意に行うとよい。
　ここで、例えば、図８に示すように、制御装置６の制御対象であるバッテリシステム７内の劣化度の大きいバッテリ４が３個あるとする。なお、図８中の太線は、上述した第２実施例のような接続経路の選択を実行した場合における各段の１番劣化度の大きいバッテリ４同士が直列接続されている接続経路を示している。
　直列接続されている５個のバッテリ４の中に劣化度の大きいバッテリ４が存在する場合、直列接続されている５個のバッテリ４全体の蓄電容量が直列接続されている５個のバッテリ４の中に劣化度の大きいバッテリ４が存在しない場合の８０％になるとすると、従来のように接続経路を固定している場合、バッテリシステム全体の蓄電容量は、（８０％＋８０％＋１００％＋８０％）／４＝８５％となる。これに対して、上述した第２実施例のような接続経路の選択を実行した場合、劣化度の大きい直列は１直列だけになるため、バッテリシステム全体の蓄電容量は、（８０％＋１００％＋１００％＋１００％）／４＝９５％となり、バッテリシステム全体の蓄電容量は１０％改善する。すなわち、バッテリシステムの性能がバッテリ４の劣化度ばらつきによって低下することを抑えることができる。なお、ＢＳＵ３内のスイッチについての動作例は次の通りである。図７に示すフロー実施後、出力要求がなければスイッチを全てオンにし、各直列のバランシングを行っても良い。また、出力要求があれば、要求値に応じてスイッチを必要数だけオンにし、放電を行っても良い。放電を行う場合は、直列間のバランシングの観点から、電圧の高い直列から放電を行うことが望ましい。
＜第３実施例＞
　第３実施例における制御装置６の機能ブロックを図９に示し、第３実施例における電力貯蔵装置８の動作フローを図１０に示す。図１０の動作フローは、例えば制御装置６に格納される制御プログラムによって実行される。図１０の動作フロー中で示す「ｎ段目」は、バッテリシステム７の各直列接続の下からｎ番目に配置される４並列をｎ段目として定義している（後述する図１１参照）。
　第３実施例における制御装置６は、劣化度情報及び異常発生情報読み込み部６Ｅと、接続経路選択部６Ｆとを有している。
　劣化度情報及び異常発生情報読み込み部６Ｅは、制御装置６の制御対象であるバッテリシステム７内の全バッテリ４（５直４並に直並列接続されている２０個のバッテリ４）の劣化度情報及び異常発生情報を、各状態監視部から読み込む。劣化度情報としては、例えば、バッテリ４の内部抵抗［Ω］やバッテリ４の満充電時の蓄電量［Ａｈ］が挙げられる。劣化度が大きければ、バッテリ４の内部抵抗［Ω］が大きくなる。また、劣化度が大きければ、バッテリ４の満充電時の蓄電量［Ａｈ］が小さくなる。異常情報としては、例えば、短絡時に異常発生を知らせる情報、過電流時に異常発生を知らせる情報、過放電電圧時に異常発生を知らせる情報、過充電電圧時に異常発生を知らせる情報、電池温度異常時に異常発生を知らせる情報、通信異常時に異常発生を知らせる情報、マニュアル指示時に異常発生を知らせる情報が挙げられる。短絡、過電流、過放電電圧、過充電電圧、電池温度異常は上述した状態監視部によって検出される。なお、状態監視部は、バッテリ４の内部抵抗［Ω］が所定の閾値以下のときに短絡であると判定する。通信異常は、状態監視部と制御装置６との通信に異常が発生したときに制御装置６によって検出される。マニュアル指示は、図１に示す本発明の一実施形態に係る電源装置１の管理者が、キー入力部などの入力手段を用いて、所望のバッテリを異常発生バッテリに設定する旨の指示を制御装置６に与えたときに制御装置６によって検出される。
　接続経路選択部６Ｆは、劣化度情報及び異常発生情報読み込み部６Ｅによって読み込まれた全バッテリ４の劣化度情報及び異常発生情報に基づいて、接続経路を選択し、その選択した接続経路の指示を制御装置６の制御対象であるバッテリシステム７内の各４極４投スイッチ５に出力する。
　第３実施例における電力貯蔵装置８は一定の周期で図１０に示す動作フローを開始する。図１０に示す動作フローは、接続経路選択動作を行う動作フローである。なお、本実施例では、図１０に示す動作フローの開始直前にＢＳＵ３内の各スイッチをオフにするが、４極４投スイッチ５のスイッチング時に瞬時停電等の問題が生じないのであれば上記ＢＳＵ３内の各スイッチのオフを実行しなくてもよい。
　図１０に示す動作フローが開始されると、接続経路選択部６Ｆは、劣化度情報及び異常発生情報読み込み部６Ｅによって読み込まれた全バッテリ４の異常発生情報に基づいて、異常が発生したバッテリ４の劣化度を最大値（例えば１００％）に設定する（ステップＳ３００）。
　ステップＳ３００に続くステップＳ３１０において、接続経路選択部６Ｆは、パラメータｎを１に設定し（ステップＳ３１０）、その後パラメータｍを１に設定する（ステップＳ３２０）。
　ステップＳ３２０に続くステップＳ３３０において、接続経路選択部６Ｆは、ステップＳ３１０で設定した異常が発生したバッテリ４の劣化度と劣化度情報及び異常発生情報読み込み部６Ｅによって読み込まれた全バッテリ４の劣化度情報とに基づいて、ｎ段目のｍ番目に劣化度の大きいバッテリ４をｎ＋１段目のｍ番目に劣化度の大きいバッテリ４に接続するように、ｎ段目とｎ＋１段目との間に配置されている４極４投スイッチ５に指示を出す。ｎ段目とｎ＋１段目との間に配置されている４極４投スイッチ５は、当該指示に応じて、ｎ段目のｍ番目に劣化度の大きいバッテリ４をｎ＋１段目のｍ番目に劣化度の大きいバッテリ４に接続する。
　ステップＳ３３０に続くステップＳ３４０において、接続経路選択部６Ｆは、パラメータｍが５より小さいかを判定する。パラメータｍが５より小さければ（ステップＳ３４０のＹＥＳ）、パラメータｍを１つインクリメントし（ステップＳ３５０）、その後ステップＳ３３０に戻る。一方、パラメータｍが５より小さくなければ（ステップＳ３４０のＮＯ）、ステップＳ３６０に移行する。
　ステップＳ３６０において、接続経路選択部６Ｆは、パラメータｎが５より小さいかを判定する。パラメータｎが５より小さければ（ステップＳ３６０のＹＥＳ）、パラメータｎを１つインクリメントし（ステップＳ３７０）、その後ステップＳ３２０に戻る。一方、パラメータｎが５より小さくなければ（ステップＳ３６０のＮＯ）、図１０に示す動作フローを終了する。
　図１０に示す動作フローが終了すると、各段の１番劣化度の大きいバッテリ４同士が直列接続され、各段の２番目に劣化度の大きいバッテリ４同士が直列接続され、各段の３番目に劣化度の大きいバッテリ４同士が直列接続され、各段の４番目に劣化度の大きいバッテリ４同士が直列接続される。劣化度が最大値になっているバッテリ４は異常が発生しているバッテリ４である。なお、同一段に劣化度が等しいバッテリ４が複数存在する場合、劣化度が等しいバッテリ４間での順位付けは任意に行うとよい。
　さらに、接続経路選択部６Ｆは、異常が発生しているバッテリ４を含む直列を他の直列の並列接続から切り離すように、ＢＳＵ３を制御する。この切り離しとともに、接続経路選択部６Ｆは、異常が発生しているバッテリ４の交換を促す信号を出力してもよい。
　ここで、例えば、図１１に示すように、制御装置６の制御対象であるバッテリシステム７内の劣化度の大きいバッテリ４が３個あり、異常が発生しているバッテリ４が２個あるとする。なお、図１１中の太線は、上述した第３実施例のような接続経路の選択を実行した場合における各段の１番劣化度の大きいバッテリ４同士が直列接続されている接続経路を示している。
　直列接続されている５個のバッテリ４の中に劣化度の大きいバッテリ４が存在する場合、直列接続されている５個のバッテリ４全体の蓄電容量が直列接続されている５個のバッテリ４の中に劣化度の大きいバッテリ４が存在しない場合の８０％になり、直列接続されている５個のバッテリ４の中に異常が発生しているバッテリ４が存在する場合、その異常が発生しているバッテリ４を含む１直列は使用不可であるとすると、従来のように接続経路を固定している場合、バッテリシステム全体の蓄電容量は、（０％＋８０％＋０％＋８０％）／４＝４０％となる。これに対して、上述した第３実施例のような接続経路の選択を実行した場合、異常が発生しているバッテリ４を含む直列は１直列だけになり使用可能で劣化度の大きい直列は１直列だけになるため、バッテリシステム全体の蓄電容量は、（０％＋１００％＋１００％＋８０％）／４＝７０％となり、バッテリシステム全体の蓄電容量は３０％改善する。すなわち、バッテリシステムの性能がバッテリ４の劣化度ばらつき及び異常発生ばらつきによって低下することを抑えることができる。なお、ＢＳＵ３内のスイッチについての動作例は次の通りである。図１０に示すフロー実施後、出力要求がなければスイッチを異常が発生しているバッテリ４を含む直列に接続されている一つを除いて全てオンにし、各直列のバランシングを行っても良い。また、出力要求があれば、要求値に応じてスイッチを必要数だけオンにし、放電を行っても良い。放電を行う場合は、直列間のバランシングの観点から、電圧の高い直列から放電を行うことが望ましい。
＜第１～３実施例の組み合わせ＞
　第１～３実施例を組み合わせて実施する場合における制御装置６の機能ブロックを図１２に示し、第１～３実施例を組み合わせて実施する場合における電力貯蔵装置８の動作フローを図１３に示す。図１３の動作フローは、例えば制御装置６に格納される制御プログラムによって実行される。
　第１～３実施例を組み合わせて実施する場合における制御装置６は、電圧情報読み込み部６Ｇと、劣化度情報及び異常発生情報読み込み部６Ｈと、接続経路選択部６Ｉとを有している。
　電圧情報読み込み部６Ｇは、第１実施例での電圧情報読み込み部６Ａと同一機能である。劣化度情報及び異常発生情報読み込み部６Ｈは、後述するステップＳ２０の処理時には第３実施例での劣化度情報及び異常発生情報読み込み部６Ｅと同一の機能を果たし、後述するステップＳ６０の処理時には第２実施例での劣化度情報読み込み部６Ｃと同一の機能を果たす。接続経路選択部６Ｉは、後述するステップＳ１０、Ｓ３０、及びＳ５０の処理を行うとともに、後述するステップＳ２０の処理時には第３実施例での接続経路選択部６Ｆと同一の機能を果たし、後述するステップＳ４０の処理時には第１実施例での接続経路選択部６Ｄと同一の機能を果たし、後述するステップＳ６０の処理時には第２実施例での接続経路選択部６Ｂと同一の機能を果たす。
　第１～３実施例を組み合わせて実施する場合における電力貯蔵装置８は一定の周期で図１３に示す動作フローを開始する。図１３に示す動作フローは、接続経路選択動作を行う動作フローである。
　図１３に示す動作フローが開始されると、接続経路選択部６Ｉは、劣化度情報及び異常発生情報読み込み部６Ｈによって読み込まれた全バッテリ４の異常発生情報に基づいて、異常が発生したバッテリ４が有るかを判定する（ステップＳ１０）。異常が発生したバッテリ４が有れば（ステップＳ１０のＹＥＳ）、第３実施例の動作フローを実行し（ステップＳ２０）、図１３に示す動作フローを終了する。一方、異常が発生したバッテリ４が無ければ（ステップＳ１０のＮＯ）、ステップＳ３０に移行する。
　ステップＳ３０では、接続経路選択部６Ｉは、電圧情報読み込み部６Ｇによって読み込まれた全バッテリ４の電圧情報に基づいて、電圧が第１の閾値より低いバッテリ４が有るかを判定する。電圧が第１の閾値より低いバッテリ４が有れば（ステップＳ３０のＹＥＳ）、第１実施例の動作フローを実行し（ステップＳ４０）、図１３に示す動作フローを終了する。一方、電圧が第１の閾値より低いバッテリ４が無ければ（ステップＳ３０のＮＯ）、ステップＳ５０に移行する。 
　ステップＳ５０では、接続経路選択部６Ｉは、劣化度情報及び異常発生情報読み込み部６Ｈによって読み込まれた全バッテリ４の劣化度情報に基づいて、劣化度が第２の閾値より大きいバッテリ４が有るかを判定する。劣化度が第２の閾値より大きいバッテリ４が有れば（ステップＳ５０のＹＥＳ）、第２実施例の動作フローを実行し（ステップＳ６０）、図１３に示す動作フローを終了する。一方、劣化度が第２の閾値より大きいバッテリ４が無ければ（ステップＳ５０のＮＯ）、図１３に示す動作フローを終了する。
＜変形例等＞
　以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実行することができる。
　例えば、上述した実施形態のように、ストリングの並列数と同一の極数及びストリングの並列数と同一の投数の多極多投スイッチを用いることが、本発明の効果を大きくする観点から望ましいが、図１４に示すように、ストリングの並列数より少ない極数及びストリングの並列数より少ない投数の多極多投スイッチを用いる構成であっても構わない。図１４に示す構成では、各２極２投スイッチは、隣接する２つのストリングそれぞれにおけるバッテリ４間の接続経路上を跨ぐように配置されており、その隣接する２つのストリング間でバッテリ４の接続関係を変更して隣接する２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとしている。図１５や図１６に示すように多極多投スイッチの個数を減らしたものも本発明に含まれる。
　図１に示す本発明の一実施形態に係る電源装置１は据置型のものであるが、本発明に係る電源装置は移動体に搭載することもできる。移動体に搭載する場合、例えば、図１に示す本発明の一実施形態に係る電源装置１において、ＰＣＳ２に並列接続されるバッテリシステム７の台数の調整等を行い、さらに、電力系統９の代わりに移動体を回生制動する時のエネルギーを利用して発電を行う発電機に接続するようにし、ＡＣ給電先を移動体を走行させる走行用モータにするとよい。
　制御装置６は、専用のハードウェアで構成された専用装置であってもよいが、上述した図４、７、１０、１３の動作フローを実現するための制御プログラムを汎用コンピュータにインストールしたものであってもよい。
　　　１　本発明の一実施形態に係る電源装置
　　　２　ＰＣＳ
　　　２Ａ　双方向ＤＣ／ＡＣ変換部
　　　２Ｂ　双方向ＤＣ／ＤＣ変換部
　　　３　ＢＳＵ
　　　４　バッテリ
　　　５　４極４投スイッチ
　　　６　制御装置
　　　６Ａ、６Ｇ　電圧情報読み込み部
　　　６Ｂ、６Ｄ、６Ｆ、６Ｉ　接続経路選択部
　　　６Ｃ　劣化度情報読み込み部
　　　６Ｅ、６Ｈ　劣化度情報及び異常発生情報読み込み部
　　　７　バッテリシステム
　　　８　電力貯蔵装置
　　　９　電力系統
　　　１０　太陽電池

Claims (9)

  1. 　複数のバッテリが直列接続されたストリングが複数並列となっているバッテリシステムと、
    　前記バッテリシステムに接続された電力変換部とを備え、
    　複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングそれぞれにおける前記バッテリ間の接続経路上を跨ぐように配置され、前記少なくとも２つのストリング間で前記バッテリの接続関係を変更して前記少なくとも２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとする接続変更部を、前記バッテリシステム内に備え、
    　複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更するように前記接続変更部を制御する制御部を備えることを特徴とする電源装置。
  2. 　前記接続変更部は、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更する多極多投スイッチを備える請求項１に記載の電源装置。
  3. 　前記バッテリのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部を備え、
    　前記電圧検出部によって検出された前記バッテリのそれぞれの電圧に基づいて、前記制御装置が前記多極多投スイッチを制御する請求項２に記載の電源装置。
  4. 　前記バッテリのそれぞれの劣化度を検出する劣化度検出部を備え、
    　前記劣化度検出部によって検出された前記バッテリのそれぞれの劣化度に基づいて、前記制御装置が前記多極多投スイッチを制御する請求項２または請求項３に記載の電源装置。
  5. 　前記バッテリの異常を検出する異常検出部を備え、
    　前記異常検出部によって検出された前記バッテリの異常と前記劣化度検出部によって検出された前記バッテリのそれぞれの劣化度とに基づいて、前記制御装置が前記多極多投スイッチを制御し、前記異常検出部によって異常が検出された前記バッテリを含む前記ストリングを前記異常検出部によって異常が検出された前記バッテリを含んでいない他の前記ストリングの並列接続から切り離す請求項４に記載の電源装置。
  6. 　複数のバッテリが直列接続されたストリングが複数並列となっているバッテリシステムを備える電力貯蔵装置であって、
    　複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングそれぞれにおける前記バッテリ間の接続経路上を跨ぐように配置され、前記少なくとも２つのストリング間で前記バッテリの接続関係を変更して前記少なくとも２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとする接続変更部を、前記バッテリシステム内に備え、
    　複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更するように前記接続変更部を制御する制御部を備えることを特徴とする電力貯蔵装置。
  7. 　複数のバッテリが直列接続されたストリングが複数並列となっているバッテリシステムであって、
    　複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングそれぞれにおける前記バッテリ間の接続経路上を跨ぐように配置され、前記少なくとも２つのストリング間で前記バッテリの接続関係を変更して前記少なくとも２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとする接続変更部を備え、
    　外部からの制御により、前記接続変更部が、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更することを特徴とするバッテリシステム。
  8. 　複数のバッテリが直列接続されたストリングが複数並列となっているバッテリシステムを制御する制御装置であって、
    　複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングそれぞれにおける前記バッテリ間の接続経路上を跨ぐように配置され、前記少なくとも２つのストリング間で前記バッテリの接続関係を変更して前記少なくとも２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとする接続変更部を、前記バッテリシステムが備え、
    　前記制御装置は、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更するように前記接続変更部を制御することを特徴とする制御装置。
  9. 　複数のバッテリが直列接続されたストリングが複数並列となっているバッテリシステムをコンピュータにより制御するための制御プログラムであって、
    　複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングそれぞれにおける前記バッテリ間の接続経路上を跨ぐように配置され、前記少なくとも２つのストリング間で前記バッテリの接続関係を変更して前記少なくとも２つのストリングそれぞれを新たな接続関係のストリングとする接続変更部を、前記バッテリシステムが備え、
    　前記制御プログラムは、前記コンピュータに、複数並列となっている前記ストリングのうちの少なくとも２つのストリングにおいて直列接続された複数の前記バッテリの組み合わせを変更するように前記接続変更部を制御するステップを実行させるためのプログラムであることを特徴とする制御プログラム。
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