WO2012127983A1

WO2012127983A1 - 電源システム

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Publication number: WO2012127983A1
Application number: PCT/JP2012/054615
Authority: WO
Inventors: 寛美浅井; 浩二松村
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2012-09-27

Abstract

　蓄電池制御単位と、蓄電池制御単位に対して充放電を行うための接続ラインに蓄電池制御単位を接続するスイッチ回路と、接続ラインに設けられた電力変換器と、を備え、スイッチ回路は、抵抗素子とコンタクタとの直列回路と、抵抗素子より小さな抵抗値を有する直結スイッチ（半導体スイッチ及びコンタクタ）と、の並列回路を含む電源システムとする。

Description

電源システム

　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、充放電を行うための配線に対して各蓄電池を接続・切断する必要がある。蓄電池を充放電用の配線に接続することによって、負荷からの放電要求電力に応じた蓄電池から負荷への放電や蓄電池からの充電要求電力に応じた電力線から蓄電池への充電が可能となる。このような制御システムでは、充放電の要求に応じて電源システムの各部での充放電の配分、配分に応じた蓄電池の接続・切断処理、蓄電池に対する充放電における電力変換処理等の制御を行うことが要求される。このような制御は、電源システムの中央制御部等で電源システム全体に亘って統括的に行われる。

　図１０は、従来の電源システムに設けられたスイッチ回路６０の構成図である。スイッチ回路６０は、蓄電池６２と電力変換器６４との間を接続するスイッチＳＷを備える。スイッチＳＷを閉状態（オン状態）とすることによって、蓄電池６２が配線Ｌに接続され、電力変換器６４を介して蓄電池６２の充放電が可能となる。

　ところで、従来のスイッチ回路６０では、蓄電池６２の充電量が低下した場合等において、配線Ｌを蓄電池６２に接続して充電を行う際に電力変換器６４から出力される電圧と蓄電池６２の充電電圧との電位差が大きくなる場合がある。このような場合、スイッチ回路６０のスイッチＳＷによって蓄電池６２と電力変換器６４とを接続すると、電力変換器６４を介して蓄電池６２へサージ電流や過大な充電電流が流れることがある。また、蓄電池６２の出力電圧が配線Ｌの電圧より高い状態において、スイッチ回路６０のスイッチＳＷによって蓄電池６２と電力変換器６４とを接続すると、その電位差によって電力変換器６４を介して蓄電池６２から電力変換器６４へサージ電流や過大な放電電流が流れることがある。その他、電力変換器６４の特性上、スイッチ回路６０のスイッチＳＷが閉じた瞬間に蓄電池６２の電荷がスイッチ回路６０のスイッチＳＷを通って電流が電力変換器６４の大容量の平滑コンデンサへ一気に流れ、過大な突入電流が流れることがある。

　このようなサージ電流や過大な充放電・突入電流は、蓄電池６２及び電力変換器６４に負荷を与え、特性の低下や故障の発生の原因となるおそれがある。

　また、制御システムでは、蓄電池と充放電の配線とを接続・切断するスイッチ回路における地絡検知及び地絡に対する処理や冷却処理等を行う必要がある。このような処理は、電源システムの中央制御部における処理の負荷を増加させる原因となっている。

　本発明は、少なくとも一つの蓄電池セルを含む蓄電池制御単位と、蓄電池制御単位に対して充放電を行うための接続ラインに蓄電池制御単位を接続するスイッチ回路と、接続ラインに設けられた電力変換器と、を備え、スイッチ回路は、予備充放電用抵抗素子と並列スイッチとの直列回路と、予備充放電用抵抗素子より小さな抵抗値を有する直結スイッチと、の並列回路である予備充放電回路を含み、予備充放電回路を介して蓄電池制御単位と電力変換器との間が接続される、電源システムである。

　本発明は、蓄電池の充放電時おけるサージ電流や過大な充放電・突入電流の発生を防ぎ、電源システムの特性劣化や故障の発生を抑制して信頼性を高めることができる。

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。第１の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。第１の実施の形態におけるスイッチ回路の制御システムの構成を示す図である。第１の実施の形態において蓄電池を接続する際の処理を示すフローチャートである。第１の実施の形態において蓄電池を切断する際の処理を示すフローチャートである。第２の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。第２の実施の形態におけるスイッチ回路の制御システムの構成を示す図である。第３の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。従来の充放電回路のスイッチ回路を示す図である。

＜第１の実施の形態＞
　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に例示するように、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。

　本実施の形態では、蓄電池集合体１０４は以下のように構成される。図２の例に示すように、複数の電力変換器２８を設け、蓄電池集合体１０４を分割してそれぞれに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、複数の蓄電池ユニット４０が割り当てられる。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、１４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２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、２８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の内部構成の例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。

　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、これ以外の二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。

　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つの半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４が設けられている。半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４の直列接続回路は、蓄電池制御単位４２と接続ラインＬ１とを直結する直結スイッチを構成する。また、半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４で構成される直結スイッチには、抵抗素子Ｒｓｈ及びコンタクタＳＷ５の直列接続回路が並列に接続されている。蓄電池制御単位４２は、これらのスイッチ群を含む予備充放電回路３０ｓを介して接続ラインＬ１に接続される。なお、図４では、蓄電池制御単位４２（２）～４２（４）に接続される予備充放電回路３０ｓは簡略化して示しているが、蓄電池充放電単位４２（１）と同様の構成を含むものとする。

　半導体スイッチＳＷ１は、サイリスタ（ＳＣＲ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の半導体素子からなるスイッチである。半導体スイッチＳＷ１は、機械的な接点を有しておらず、機械的な接点を有する有接点コンタクタに対して無接点コンタクタと呼ばれる。半導体スイッチＳＷ１は、サブコントローラ２４からの開閉制御信号及び地絡制御信号に応じて開閉制御される。

　また、コンタクタＳＷ４，ＳＷ５は、オン電流によって発生する磁力によって機械的な接点を物理的に開閉する構造を有するスイッチ素子である。コンタクタＳＷ４，ＳＷ５は、電磁開閉器とも呼ばれ、機械的な接点を有することから有接点コンタクタとも呼ばれる。また、コンタクタＳＷ４，ＳＷ５は、一定量以上の過電流が流れるとこれを感知して接点を開放する過負荷継電器を備えることも好適である。コンタクタＳＷ４，ＳＷ５は、サブコントローラ２４からのオン信号が出力され、オフ信号が出力されていない状態では接点を閉じ、サブコントローラ２４からのオン信号が出力されておらず、オフ信号が出力されている状態では接点を開くように開閉制御される。

　抵抗素子Ｒｓｈは、蓄電池制御単位４２を接続ラインＬ１に接続する際に、半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４によって直結する前に、予備的に充放電を行うために用いられる予備充放電用の抵抗素子である。抵抗素子Ｒｓｈの抵抗値は、少なくとも半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４のオン抵抗の合計値よりも大きいことが好適である。より好ましくは、抵抗素子Ｒｓｈの抵抗値は、少なくとも半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４のオン抵抗の合計値の１０倍以上とすることが好適である。すなわち、抵抗素子Ｒｓｈの抵抗値をこのような値とすることによって、コンタクタＳＷ５を閉状態（オン状態）にして蓄電池制御単位４２を接続ラインＬ１に接続した際に、少なくとも半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４によって直結した場合に比べて充放電・突入電流を小さくすることができる。これによって、蓄電池制御単位４２及び電力変換器２８にサージ電流や過大な充放電・突入電流が流れることを防ぎ、これらの装置の特性劣化や故障等を抑制することができる。

　以上のように、蓄電池制御単位４２は、半導体スイッチＳＷ１，コンタクタＳＷ４，ＳＷ５及び抵抗素子Ｒｓｈを含む予備充放電回路３０ｓによって接続ラインＬ１に接続される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。さらに、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。

　蓄電池ユニット４０には、蓄電池電流センサ５２、蓄電池電圧センサ５４、温度センサ５６及び地絡検知センサ５８が設けられる。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４４毎に設けることが好適である。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。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毎又は蓄電池パック４４内において直列に接続される蓄電池セル４６の並列集合体（２４個の並列接続された蓄電池セル４６の集合体）の各々に設けることが好適である。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。さらに、蓄電池ユニット４０には、地絡検知センサ５８を設けてもよい。地絡検知センサ５８は、蓄電池パック４４毎に設けることが好適である。地絡検知センサ５８は、蓄電池パック４４に含まれる蓄電池セル４６に地絡が生じたことを検知するセンサである。

　また、蓄電池ユニット４０の中のスイッチ回路３０には、除熱用の冷却ファンが設けられる。冷却ファンは、半導体スイッチＳＷ１を冷却する。また、スイッチ回路３０には、ファンの回転速度を検出する回転センサ（図示しない）が設けられる。

　このように構成された蓄電池集合体１０４の充放電を行う電源システム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。

　図１に示すように、負荷１１０には、電力管理装置１１０ａが接続される。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、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。

　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。

　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。

　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。

　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毎に分解した指令値となる。図２に例示するように、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、「第１の電力変換器２８は４０ｋＷで放電、第２の電力変換器２８は４０ｋＷで放電・・・第８の電力変換器２８は４０ｋＷで放電」という内容になる。なお、この具体例では、集合体充放電制御指令Ｓ５の個別の指令値は、全体充放電制御指令Ｓ１の指令値を電力変換器２８の個数で均等に割ったときの値となっているが、これ以外の個別の指令値とされることもある。

　また、マスタコントローラ２２は、サブコントローラ２４へスイッチ制御信号Ｓ１０を出力し、充放電を行う接続ラインＬ１への蓄電池制御単位４２の接続を制御する。マスタコントローラ２２によるサブコントローラ２４を介したスイッチ回路３０の制御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。なお、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に間接的に送信するのではなく、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よい。さらに、マスタコントローラ２２は、サブコントローラ２４から受け取った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と同じ内容のデータをユニット状態データＳ６として蓄電池電力管理装置１４へ送信する。

　サブコントローラ２４は、蓄電池ユニット４０毎に設けられ、マスタコントローラ２２からのスイッチ制御信号Ｓ１０及び各蓄電池ユニット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。サブコントローラ２４によるスイッチ回路３０の制御については後述する。

　また、サブコントローラ２４は、蓄電池ユニット４０、蓄電池制御単位４２、蓄電池パック４４から出力されるデータや異常信号及びこれらのデータから算出した充放電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）をユニット状態データＳ３としてマスタコントローラ２２へ出力する。また、サブコントローラ２４は、スイッチ回路３０に含まれる半導体スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、ユニットスイッチＳＷ３及びコンタクタＳＷ４，ＳＷ５からスイッチの開閉状態を示すスイッチ状態信号や半導体スイッチ電圧、コンタクタ電圧、バッテリ電圧及び電流値の測定値を受け、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。

　図５は、本実施の形態におけるスイッチ回路３０の構成例を示す。スイッチ回路３０は、光ファイバによってサブコントローラ２４と接続され、サブコントローラ２４と光信号によって通信を行う。スイッチ回路３０は、デジタル処理部３０ａ、光変換モジュール３０ｂ、フォトカプラ３０ｃ及びアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）３０ｄを含んで構成される。なお、フォトカプラ３０ｃは、半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３、コンタクタＳＷ４，ＳＷ５毎に設けられ、ＡＤＣ３０ｄは、バッテリ電圧、コンタクタ電圧、半導体スイッチ電圧を測定するための電圧センサ、筐体内温度を測定するための温度センサ、半導体スイッチ温度を測定するための温度センサ毎にそれぞれ設けられるが、図５では、図を簡潔に示すために１系統のみを代表的に示している。

　スイッチ回路３０のデジタル処理部３０ａは、サブコントローラ２４から制御信号を受信する。制御信号は、光変換モジュール３０ｂの入力端ＩＮ１に入力される。光変換モジュール３０ｂは、制御信号を受信すると、受信した制御信号を光信号から電気信号へ変換してデジタル処理部３０ａへ出力する。これにより、デジタル処理部３０ａは、サブコントローラ２４から制御信号を受信することができる。

　また、スイッチ回路３０のデジタル処理部３０ａは、ＡＤＣ３０ｄを介して電圧センサ、電流センサ、温度センサで測定された各種データを取得し、スイッチ回路３０の状態を示すステータス信号としてサブコントローラ２４へ出力する。

　例えば、図４におけるブレーカＢＲとコンタクタＳＷ４，ＳＷ５との間に電圧センサ（図示しない）が設けられ、その位置の電圧がバッテリ電圧として測定される。また、コンタクタＳＷ４と半導体スイッチＳＷ１との間に電圧センサ（図示しない）が設けられ、その位置の電圧がコンタクタ電圧として測定される。また、半導体スイッチＳＷ１とユニットスイッチＳＷ３との間に電圧センサ（図示しない）が設けられ、半導体スイッチＳＷ１の出力端の電圧が半導体スイッチ電圧として測定される。また、蓄電池制御単位４２の出力端に電流センサ（図示しない）が設けられ、蓄電池制御単位４２の出力電流がバッテリ電流として測定される。また、スイッチ回路３０の筐体内や半導体スイッチＳＷ１近傍に温度センサ（図示しない）が設けられ、筐体内温度や半導体スイッチ温度が測定される。ＡＤＣ３０ｄは、これらの測定された各種データをアナログ信号からデジタル信号に変換してデジタル処理部３０ａへ入力する。

　さらに、スイッチ回路３０では、フォトカプラ３０ｃを介してコンタクタＳＷ４，ＳＷ５の状態が取得される。各コンタクタＳＷ４，ＳＷ５の電磁コイルの端子電圧を検出することによって、コンタクタＳＷ４，ＳＷ５が閉状態となっているか、開状態となっているかを示す信号がコンタクタ位置信号として取得される。

　また、スイッチ回路３０では、フォトカプラ３０ｃを介して冷却ファンの回転速度を内蔵ファン回転数信号として取得する。フォトカプラ３０ｃは、半導体スイッチＳＷ１の冷却用のファンに設けられた回転センサ（図示しない）に接続される。回転センサは、冷却ファンの回転速度を検出して出力する。デジタル処理部３０ａは、フォトカプラ３０ｃを介して、冷却ファンの回転速度を内蔵ファン回転数信号として取得する。

　スイッチ回路３０では、デジタル処理部３０ａ及びその周辺回路と電力系統の回路とをフォトカプラ３０ｃ又は入出力間が絶縁されたＡＤＣ３０ｄで接続することによって、相互の電気的な絶縁性を向上させている。さらに、スイッチ回路３０、サブコントローラ２４及び蓄電池パック４４をそれぞれ異なる筐体で構成することによって、相互の電気的な絶縁性を向上させることができる。

　デジタル処理部３０ａは、入力されてきた各種データを光ファイバ等の光通信網を用いて通信が可能なデータ形式のステータス信号に変換して光変換モジュール３０ｂへ出力する。光変換モジュール３０ｂは、入力された情報を電気信号から光信号へ変換して出力端ＯＵＴ１に接続された光ファイバを介してサブコントローラ２４へ送出する。

　サブコントローラ２４は、スイッチ回路３０からステータス信号を受信すると、その情報をマスタコントローラ２２へ転送する。マスタコントローラ２２は、スイッチ回路３０から受信したステータス信号と、蓄電池ユニット４０、蓄電池制御単位４２、蓄電池パック４４の状態や異常を示すユニット状態データＳ３と、に基づいてスイッチ回路３０に対するスイッチ制御信号Ｓ１０を生成して出力する。

　電源システム１００における接続ラインＬ１に対する蓄電池制御単位４２の接続・切断の制御については後述する。

　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。

　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、太陽電池システム１０６や系統電源１０８から蓄電池集合体１０４へ充電を行ったり、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からの充放電の禁止指令、または待機指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。

　例えば、図２に示すように８個の電力変換器２８が設けられており、集合体充放電制御指令Ｓ５が「第１の電力変換器２８は４０ｋＷで放電、第２の電力変換器２８は４０ｋＷで放電・・・第８の電力変換器２８は４０ｋＷで放電」という内容であれば、電力変換器管理部２６は、各電力変換器２８から負荷１１０へそれぞれ４０ｋＷで電力が供給されるように各電力変換器２８における電圧変換及び電力変換を制御する。また、集合体充放電制御指令Ｓ５が「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」という内容であれば、電力変換器管理部２６は、各電力変換器２８を介して太陽電池システム１０６や系統電源１０８からそれぞれ４０ｋＷで充電が行われるように各電力変換器２８における電圧変換及び電力変換を制御する。

　次に、図６に示すフローチャートを参照して、蓄電池制御単位４２を接続ラインＬ１に接続する処理について説明する。

　ステップＳ１０では、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を接続ラインＬ１へ接続した後でもよい。

　ステップＳ１２では、マスタコントローラ２２は、各蓄電池ユニット４０のサブコントローラ２４からユニット状態データＳ３を受信し、出力電圧が所定の電圧範囲ΔＶに含まれる蓄電池制御単位４２の数を電力変換器２８毎にカウントし、一定の電圧範囲ΔＶに出力電圧が含まれる蓄電池制御単位４２の数が最多となるように電圧範囲ΔＶの基準となる接続候補電圧を順次変更し、蓄電池制御単位４２を群として選択する。次に、マスタコントローラ２２は、選択された蓄電池制御単位４２を含む蓄電池ユニット４０のサブコントローラ２４に対して、選択された蓄電池制御単位４２に対応するコンタクタＳＷ５を閉状態（オン状態）とするスイッチ制御信号Ｓ１０を出力する。

　各サブコントローラ２４は、スイッチ制御信号Ｓ１０を受信すると、スイッチ制御信号Ｓ１０によって閉状態とするように指示されたコンタクタＳＷ５が閉状態（オン状態）となるように、フォトカプラ３０ｃを介してスイッチ回路３０へ制御信号を送信する。これにより、接続対象となっている蓄電池制御単位４２の系統のコンタクタＳＷ５が閉状態（オン状態）とされる。

　ステップＳ１４では、マスタコントローラ２２は、サブコントローラ２４を介してスイッチ回路３０から受信したステータス信号に含まれるバッテリ電圧、コンタクタ電圧、半導体スイッチ電圧を確認する処理を行う。すなわち、ステップＳ１２において閉状態（オン状態）となるように制御されたコンタクタＳＷ５及びそれに接続された抵抗要素Ｒｓｈの両端のバッテリ電圧及び半導体スイッチ電圧の差が所定の第１基準電位差以下であることを確認する。

　第１基準電圧差は、コンタクタＳＷ５が閉状態となり、蓄電池制御単位４２がコンタクタＳＷ５及び抵抗素子Ｒｓｈを介して充放電され、蓄電池制御単位４２の出力電圧を示すバッテリ電圧と接続ラインＬ１の電圧を示す半導体スイッチ電圧との電位差が小さくなって、コンタクタＳＷ４及び半導体スイッチＳＷ１を閉状態（オン状態）とすることが可能となる電位差である。すなわち、第１基準電圧差は、バッテリ電圧と半導体スイッチ電圧との電位差がコンタクタＳＷ４及び半導体スイッチＳＷ１を閉状態（オン状態）としても蓄電池制御単位４２、スイッチ回路３０及び電力変換器２８に特性劣化や損傷を与えない値となっていることを示す閾値である。第１基準電圧差は、それぞれ一定値として設定してもよいし、変動値として設定してもよい。例えば、バッテリ電圧が高いほど、そのバッテリ電圧を示す蓄電池制御単位４２の系統に対する第１基準電圧差が高くなるように設定することが好適である。

　また、上記処理に加えて、マスタコントローラ２２は、サブコントローラ２４を介してスイッチ回路３０から受信したステータス信号に含まれるコンタクタ位置信号によりコンタクタＳＷ５が閉状態となっているか否かを確認する処理を行ってもよい。

　ステップＳ１６では、閉状態（オン状態）となるように制御されたコンタクタＳＷ５及びそれに接続された抵抗要素Ｒｓｈの両端のバッテリ電圧及び半導体スイッチ電圧の電位差が第１基準電位差以下であればステップＳ１８へ処理を移行させ、そうでなければステップＳ１４及びＳ１６の処理を繰り返す。

　ステップＳ１８では、ステップＳ１２において閉状態（オン状態）とされたコンタクタＳＷ５に並列に接続されているコンタクタＳＷ４の動作制御が行われる。マスタコントローラ２２は、該当するコンタクタＳＷ４を開状態（オフ状態）から閉状態（オン状態）へ切り替えるスイッチ制御信号Ｓ１０を生成して出力する。各サブコントローラ２４は、スイッチ制御信号Ｓ１０を受信して、スイッチ制御信号Ｓ１０によって閉状態とするように指示されたコンタクタＳＷ４が閉状態となるようにスイッチ回路３０へ制御信号を送信する。

　スイッチ回路３０では、サブコントローラ２４からの制御信号を受けて、フォトカプラ３０ｃを制御して、スイッチ制御信号Ｓ１０により閉状態とするように指示されたコンタクタＳＷ４へのオン信号を出力させ、オフ信号を出力させない状態とする。これにより、指示されたコンタクタＳＷ４が閉状態（オン状態）となる。コンタクタＳＷ４が正常に動作すると、閉状態となったコンタクタＳＷ４のコンタクタ位置信号が閉状態を示す状態となる。

　ステップＳ２０では、マスタコントローラ２２は、サブコントローラ２４を介してスイッチ回路３０から受信したステータス信号に含まれるバッテリ電圧、コンタクタ電圧、半導体スイッチ電圧を確認する処理を行う。すなわち、ステップＳ１８において閉状態（オン状態）となるように制御されたコンタクタＳＷ４の両端のバッテリ電圧及びコンタクタ電圧の差が所定の第２基準電位差以下であり、そのコンタクタＳＷ４に直列接続されている半導体スイッチＳＷ１の両端のコンタクタ電圧及び半導体スイッチ電圧の差が所定の第３基準電位差以上であることを確認する。

　第２基準電圧差は、例えば、コンタクタＳＷ４が閉状態となっているときに、コンタクタＳＷ４の両端子に生ずる電圧として許容される最大電位差とすることが好適である。第３基準電圧差は、例えば、コンタクタＳＷ４が閉状態となっており、半導体スイッチＳＷ１が開状態となっているときに、半導体スイッチＳＷ１の両端子に生ずる電圧として許容される最小電位差とすることが好適である。このとき、第２基準電圧差は、第３基準電圧差よりも大きな値となる。また、第２基準電圧差及び第３基準電圧差は、それぞれ一定値として設定してもよいし、変動値として設定してもよい。例えば、バッテリ電圧が高いほど、そのバッテリ電圧を示す蓄電池制御単位４２の系統に対する第２基準電圧差及び第３基準電圧差が高くなるように設定することが好適である。

　また、上記処理に加えて又は上記処理に代えて、マスタコントローラ２２は、サブコントローラ２４を介してスイッチ回路３０から受信したステータス信号に含まれるコンタクタ位置信号によりコンタクタＳＷ４が閉状態となっているか否かを確認する処理を行ってもよい。

　ステップＳ２２では、ステップＳ１８で閉状態へと制御されたコンタクタＳＷ４が閉状態であり、そのコンタクタＳＷ４に直列接続された半導体スイッチＳＷ１が開状態であればステップＳ２６へ処理を移行させ、そうでなければステップＳ２４へ処理を移行させる。

　ステップＳ２４では、異常処理が行われる。マスタコントローラ２２は、コンタクタＳＷ４，ＳＷ５を開状態とすると共に、全体充放電制御指令Ｓ１、電力変換器管理データＳ４及びユニット状態データＳ３に基づいて、電源システム１００全体として充放電が適切に行われるように各電力変換器２８に対して充放電量の再配分を行い、新たな集合体充放電制御指令Ｓ５を生成する。そして、ステップＳ１２に処理を戻して、新たな集合体充放電制御指令Ｓ５に応じて、各電力変換器２８に接続される蓄電池ユニット４０に対するスイッチ制御信号Ｓ１０を再生成する。

　ステップＳ２６では、ステップＳ１８におけるコンタクタＳＷ４の動作制御が正常に行われたものとして、半導体スイッチＳＷ１の動作制御が行われる。

　マスタコントローラ２２は、ステップＳ１８で閉状態（オン状態）としたコンタクタＳＷ４に直列接続されている半導体スイッチＳＷ１を開状態（オフ状態）から閉状態（オン状態）とするスイッチ制御信号Ｓ１０を生成し、各蓄電池ユニット４０のサブコントローラ２４へ出力する。サブコントローラ２４では、スイッチ制御信号Ｓ１０を受けて、スイッチ制御信号Ｓ１０で指定される半導体スイッチＳＷ１が閉状態（オン状態）となるようにスイッチ回路３０へ制御信号を出力する。

　スイッチ回路３０では、サブコントローラ２４からの制御信号を受けて、フォトカプラ３０ｃを制御して、スイッチ制御信号Ｓ１０により閉状態とするように指示された半導体スイッチＳＷ１へのオン信号を出力させる。これにより、指示された半導体スイッチＳＷ１が開状態（オフ状態）から閉状態（オン状態）へと移行する。

　ステップＳ２８では、マスタコントローラ２２は、サブコントローラ２４を介してスイッチ回路３０から受信したステータス信号に含まれるバッテリ電圧、コンタクタ電圧、半導体スイッチ電圧を確認する処理を行う。すなわち、ステップＳ１８において閉状態（オン状態）となるように制御されたコンタクタＳＷ４の両端のバッテリ電圧及びコンタクタ電圧の差が所定の第４基準電位差以下であり、そのコンタクタＳＷ４に直列接続されている半導体スイッチＳＷ１の両端のコンタクタ電圧及び半導体スイッチ電圧の差が所定の第５基準電位差以下であることを確認する。

　第４基準電圧差は、例えば、直列接続されたコンタクタＳＷ４及び半導体スイッチＳＷ１が共に閉状態となっているときに、コンタクタＳＷ４の両端子に生ずる電圧として許容される最大電位差とすることが好適である。第４基準電圧差は、例えば、直列接続されたコンタクタＳＷ４及び半導体スイッチＳＷ１が共に閉状態となっているときに、半導体スイッチＳＷ１の両端子に生ずる電圧として許容される最大電位差とすることが好適である。第４基準電圧差及び第５基準電圧差は、それぞれ一定値として設定してもよいし、変動値として設定してもよい。例えば、バッテリ電圧が高いほど、そのバッテリ電圧を示す蓄電池制御単位４２の系統に対する第４基準電圧差及び第５基準電圧差が高くなるように設定することが好適である。

　ステップＳ３０では、半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４が正常に閉状態へと制御されていれば処理をステップＳ３４へ移行させ、そうでなければステップＳ３２へ処理を移行させる。

　ステップＳ３２では、異常処理が行われる。マスタコントローラ２２は、ステップＳ２８における半導体スイッチＳＷ１の動作制御において異常が発生したものとして、異常が生じている蓄電池制御単位４２の系統のコンタクタＳＷ４，ＳＷ５及び半導体スイッチＳＷ１を開状態とすると共に、全体充放電制御指令Ｓ１、電力変換器管理データＳ４及びユニット状態データＳ３に基づいて、電源システム１００全体として充放電が適切に行われるように各電力変換器２８に対して充放電量の再配分を行い、新たな集合体充放電制御指令Ｓ５を生成する。そして、ステップＳ１２に処理を戻して、新たな集合体充放電制御指令Ｓ５に応じて、各電力変換器２８に接続される蓄電池ユニット４０に対するスイッチ制御信号Ｓ１０を再生成する。

　ステップＳ３４では、コンタクタＳＷ５を開状態（オフ状態）とする動作制御が行われる。マスタコントローラ２２は、ステップＳ２８において半導体スイッチＳＷ１が正常に閉状態（オン状態）にされたと判断し、正常に閉状態（オン状態）とされた半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４に並列に接続されているコンタクタＳＷ５を開状態（オフ状態）とするスイッチ制御信号Ｓ１０を生成して出力する。各サブコントローラ２４は、スイッチ制御信号Ｓ１０を受信すると、スイッチ制御信号Ｓ１０によって開状態とするように指示されたコンタクタＳＷ５が開状態（オフ状態）となるように、フォトカプラ３０ｃを介してスイッチ回路３０へ制御信号を送信する。これにより、接続対象となっている蓄電池制御単位４２の系統のコンタクタＳＷ５が開状態（オフ状態）とされ、半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４の直列回路のみによって接続ラインＬ１に直結された状態となる。

　次に、図７のフローチャートを参照して、蓄電池制御単位４２を接続ラインＬ１から切断する際における処理について説明する。

　ステップＳ４０では、マスタコントローラ２２は、接続ラインＬ１から切り離す蓄電池制御単位４２を定め、その蓄電池制御単位４２の系統の半導体スイッチＳＷ１を開状態（オフ状態）とするスイッチ制御信号Ｓ１０を生成して出力する。

　例えば、マスタコントローラ２２は、全体充放電制御指令Ｓ１において充放電の必要量が変化したとき、電力変換器管理データＳ４において電力変換器２８に異常が生じたとき、充放電の経過によって各蓄電池制御単位４２の状態が変化したとき等、接続ラインＬ１に接続されている蓄電池制御単位４２を切り離す必要性に応じてスイッチ制御信号Ｓ１０を生成して出力する。マスタコントローラ２２による制御は、全体充放電制御指令Ｓ１、電力変換器管理データＳ４及びユニット状態データＳ３に基づいて、電源システム１００として適切な充放電処理が行われるものであればよい。

　各サブコントローラ２４は、マスタコントローラ２２からのスイッチ制御信号Ｓ１０を受けて、スイッチ制御信号Ｓ１０で指定された半導体スイッチＳＷ１を開状態（オフ状態）とする制御信号をスイッチ回路３０へ出力する。スイッチ回路３０では、サブコントローラ２４からの制御信号を受けて、フォトカプラ３０ｃを制御して、開状態とするように指示された半導体スイッチＳＷ１を開状態（オフ状態）とする。

　ステップＳ４２では、マスタコントローラ２２は、ステップＳ３０において開状態（オフ状態）とした半導体スイッチＳＷ１に直列接続されたコンタクタＳＷ４を開状態（オフ状態）とするスイッチ制御信号Ｓ１０を生成して出力する。

　各サブコントローラ２４は、マスタコントローラ２２からのスイッチ制御信号Ｓ１０を受けて、スイッチ制御信号Ｓ１０で指定されたコンタクタＳＷ４を開状態（オフ状態）とする制御信号をスイッチ回路３０へ出力する。スイッチ回路３０では、サブコントローラ２４からの制御信号を受けて、フォトカプラ３０ｃを制御して、閉状態とするように指示されたコンタクタＳＷ４へのオン信号の出力を停止させ、オフ信号を出力させる状態とする。これにより、指示されたコンタクタＳＷ４が開状態（オフ状態）となる。コンタクタＳＷ４が正常に動作すると、開状態となったコンタクタＳＷ４のコンタクタ位置信号が開状態を示す状態となる。

　このようにして、電源システム１００において充放電の対象となる蓄電池制御単位４２を接続ラインＬ１から切り離すことができる。

　以上のように、電力システム１００の制御が行われる。電源システム１００では、蓄電池制御単位４２を接続ラインＬ１に接続して充放電を行う際に、半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４の直列回路によって直結する前に、コンタクタＳＷ５及び抵抗素子Ｒｓｈの直列回路を介して充放電を予備的に行うことができる。これによって、充放電の開始時において蓄電池制御単位４２の出力電圧と接続ラインＬ１の電圧との電位差が大きい場合であっても、抵抗素子Ｒｓｈを通すことによって半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４の直列回路を介した場合に比べて小さな電流値で充放電を行うことが可能となる。したがって、過大な電流が蓄電池制御単位４２、スイッチ回路３０、電力変換器２８等に流れることを防ぐことができ、これらの装置の特性劣化や故障を抑制することができる。

　また、抵抗素子Ｒｓｈを通すことによって、蓄電池制御単位４２を接続ラインＬ１に接続する際のサージ電流を低減することができ、蓄電池制御単位４２、スイッチ回路３０、電力変換器２８等の装置の特性劣化や故障を抑制することができる。

　特に、スイッチ回路３０に予備的な充放電を行うためのコンタクタＳＷ５及び抵抗素子Ｒｓｈを設けることによって、蓄電池制御単位４２からの放電時及び充電時のいずれにおいてもサージ電流や過大な充放電・突入電流を抑制することができる。

　なお、半導体スイッチＳＷ１、コンタクタＳＷ４，ＳＷ５による蓄電池制御単位４２の接続ラインＬ１への接続処理は、上記の処理に限定されるものではない。例えば、コンタクタＳＷ５を閉状態（オン状態）とする前に、バッテリ電圧と半導体スイッチ電圧との電位差を確認し、その電位差が所定の基準電位差よりも小さい場合にはコンタクタＳＷ５及び抵抗素子Ｒｓｈを介して予備的な充放電を行うことなく、半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４によって蓄電池制御単位４２と接続ラインＬ１とを直結してもよい。ここでの基準電位差は、蓄電池制御単位４２と接続ラインＬ１とを直結しても蓄電池制御単位４２、スイッチ回路３０、電力変換器２８等の装置の特性劣化や故障を招かない値に設定することが好適である。

＜第２の実施の形態＞
　第２の実施形態では、図４に示した蓄電池ユニットの構成及び図５に示したスイッチ回路３０の構成が異なる。

　図８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。さらに、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。

　また、サブコントローラ２４は、蓄電池集合体１０４を構成する蓄電池ユニット４０に異常が生じている場合には、異常である蓄電池ユニット４０を特定するための情報をユニット状態データＳ３に含めて送信する。

　図９は、本実施の形態におけるスイッチ回路３０の構成例を示す。図９は、図５とコンタクタＳＷ５のためのフォトカプラ３０ｃを備えない点で異なる。すなわち、スイッチ回路３０は、光ファイバによってサブコントローラ２４と接続され、サブコントローラ２４と光信号によって通信を行う。スイッチ回路３０は、デジタル処理部３０ａ、光変換モジュール３０ｂ、フォトカプラ３０ｃ及びアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）３０ｄを含んで構成される。なお、フォトカプラ３０ｃは、半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３、コンタクタＳＷ４、地絡検知センサ、ファン回転センサ毎に設けられ、ＡＤＣ３０ｄは、バッテリ電圧、コンタクタ電圧、半導体スイッチ電圧を測定するための電圧センサ、筐体内温度を測定するための温度センサ、半導体スイッチ温度を測定するための温度センサ毎にそれぞれ設けられるが、図７では、図を簡潔に示すために１系統のみを代表的に示している。

　例えば、図８におけるブレーカＢＲとコンタクタＳＷ４（ＳＷ４（１）～ＳＷ４（４））との間に電圧センサ（図示しない）が設けられ、その位置の電圧がバッテリ電圧として測定される。また、コンタクタＳＷ４（ＳＷ４（１）～ＳＷ４（４））と半導体スイッチＳＷ１（ＳＷ１（１）～ＳＷ１（４））との間に電圧センサ（図示しない）が設けられ、その位置の電圧がコンタクタ電圧として測定される。また、半導体スイッチＳＷ１（ＳＷ１（１）～ＳＷ１（４））とユニットスイッチＳＷ３との間に電圧センサ（図示しない）が設けられ、半導体スイッチＳＷ１（ＳＷ１（１）～ＳＷ１（４））の出力端の電圧が半導体スイッチ電圧として測定される。また、蓄電池制御単位４２の出力端に電流センサ（図示しない）が設けられ、蓄電池制御単位４２の出力電流がバッテリ電流として測定される。また、スイッチ回路３０の筐体内や半導体スイッチＳＷ１近傍に温度センサ（図示しない）が設けられ、筐体内温度や半導体スイッチ温度が測定される。ＡＤＣ３０ｄは、これらの測定された各種データをアナログ信号からデジタル信号に変換してデジタル処理部３０ａへ入力する。

　さらに、スイッチ回路３０では、フォトカプラ３０ｃを介してコンタクタＳＷ４の状態が取得される。各コンタクタＳＷ４の電磁コイルの端子電圧を検出することによって、コンタクタ５が閉状態となっているか、開状態となっているかを示す信号がコンタクタ位置信号として取得される。

　ただし、本実施の形態では、地絡検知に対する制御及び冷却ファンに対する回転制御はスイッチ回路３０のデジタル処理部３０ａ自体で行うので、これらのデータはステータス信号に含めない。

　具体的には、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８に示したスイッチ回路３０のユニットスイッチＳＷ３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を接続ラインＬ１へ接続した後でもよい。マスタコントローラ２２は、各蓄電池ユニット４０のサブコントローラ２４からユニット状態データＳ３を受信し、出力電圧が所定の電圧範囲ΔＶに含まれる蓄電池制御単位４２の数を電力変換器２８毎にカウントし、一定の電圧範囲ΔＶに出力電圧が含まれる蓄電池制御単位４２の数が最多となるように電圧範囲ΔＶの基準となる接続候補電圧を順次変更し、蓄電池制御単位４２を群として選択する。次に、マスタコントローラ２２は、選択された蓄電池制御単位４２を含む蓄電池ユニット４０のサブコントローラ２４に対して、選択された蓄電池制御単位４２に対応する半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４を閉状態とするスイッチ制御信号Ｓ１０を出力する。各サブコントローラ２４は、スイッチ制御信号Ｓ１０を受信して、スイッチ制御信号Ｓ１０によって閉状態とするように指示された半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４が閉状態（オン状態）となるようにスイッチ回路３０へ制御信号を送信する。

　ここで、先にコンタクタＳＷ４を閉状態（オン状態）とし、次に半導体スイッチＳＷ１を閉状態（オン状態）とするように制御を行うことが好適である。蓄電池制御単位４２を接続ラインＬ１に接続する際に、コンタクタＳＷ４、半導体スイッチＳＷ１の順で閉状態（オン状態）とすることによって、コンタクタＳＷ４を閉状態（オン状態）にした瞬間に流れるサージ電流を抑制することができる。

　なお、マスタコントローラ２２は、充放電の経過によって各蓄電池制御単位４２の状態が変化したときには、ユニット状態データＳ３に応じて半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４の開閉状態を変更するようにスイッチ制御信号Ｓ１０を更新してもよい。この場合においても、接続対象となる蓄電池制御単位４２の系統のコンタクタＳＷ４を閉状態とした後に半導体スイッチＳＷ１を閉状態とすることが好適である。例えば、マスタコントローラ２２は、全体充放電制御指令Ｓ１において充放電の必要量が変化したとき、電力変換器管理データＳ４において電力変換器２８に異常が生じたとき、充放電の経過によって各蓄電池制御単位４２の状態が変化したとき等、接続ラインＬ１に接続されている蓄電池制御単位４２を接続する必要性に応じてスイッチ制御信号Ｓ１０を生成して出力する。マスタコントローラ２２による制御は、全体充放電制御指令Ｓ１、電力変換器管理データＳ４及びユニット状態データＳ３に基づいて、電源システム１００として適切な充放電処理が行われるものであればよい。

　また、蓄電池制御単位４２を接続ラインＬ１から切り離す際には、マスタコントローラ２２は、切り離しの対象となる蓄電池制御単位４２に接続されている半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４を開状態（オフ状態）とするスイッチ制御信号Ｓ１０を生成して出力する。サブコントローラ２４は、マスタコントローラ２２からのスイッチ制御信号Ｓ１０を受けて、スイッチ制御信号Ｓ１０で指定された半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４を開状態（オフ状態）とする制御信号をスイッチ回路３０へ出力する。スイッチ回路３０では、サブコントローラ２４からの制御信号を受けて、フォトカプラ３０ｃを制御して、閉状態とするように指示された半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４を開状態（オフ状態）とする。

　ここで、先に半導体スイッチＳＷ１を開状態（オフ状態）とし、次にコンタクタＳＷ４を開状態（オフ状態）とするように制御を行うことが好適である。蓄電池制御単位４２を接続ラインＬ１から切断する際に、半導体スイッチＳＷ１、コンタクタＳＷ４の順で開状態（オフ状態）とすることによって、機械的な接点により回路を接続・遮断するコンタクタＳＷ４を開状態（オフ状態）にした瞬間に流れるサージ電流を抑制することができる。

　なお、マスタコントローラ２２は、充放電の経過によって各蓄電池制御単位４２の状態が変化したときには、ユニット状態データＳ３に応じて半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４の開閉状態を変更するようにスイッチ制御信号Ｓ１０を更新してもよい。この場合においても、切断対象となる蓄電池制御単位４２の系統の半導体スイッチＳＷ１を開状態とした後にコンタクタＳＷ４を開状態とすることが好適である。例えば、マスタコントローラ２２は、全体充放電制御指令Ｓ１において充放電の必要量が変化したとき、電力変換器管理データＳ４において電力変換器２８に異常が生じたとき、充放電の経過によって各蓄電池制御単位４２の状態が変化したとき等、接続ラインＬ１に接続されている蓄電池制御単位４２を切り離す必要性に応じてスイッチ制御信号Ｓ１０を生成して出力する。マスタコントローラ２２による制御は、全体充放電制御指令Ｓ１、電力変換器管理データＳ４及びユニット状態データＳ３に基づいて、電源システム１００として適切な充放電処理が行われるものであればよい。

　また、本実施の形態では、地絡検知及び地絡に対する処理の制御並びに冷却ファンの制御はスイッチ回路３０自体で行われる。

　地絡検知センサは、各蓄電池制御単位４２からの配線が地絡すると、それを示す地絡検知信号を出力する。デジタル処理部３０ａは、フォトカプラ３０ｃを介して地絡検知センサから地絡検知信号を受信する。デジタル処理部３０ａは、地絡検知信号を受信すると、フォトカプラ３０ｃを介して地絡制御信号を出力し、その地絡検知信号を出力した地絡センサが測定対象としている蓄電池制御単位４２の配線に設けられている半導体スイッチＳＷ１及びコンタクタＳＷ４を開状態（オフ状態）とする。これにより、蓄電池制御単位４２が地絡した場合に、サブコントローラ２４やマスタコントローラ２２によらず、スイッチ回路３０によって該当する蓄電池制御単位４２を接続ラインＬ１から切り離すことができる。ここでも、先に半導体スイッチＳＷ１を開状態（オフ状態）とし、次にコンタクタＳＷ４を開状態（オフ状態）とするように制御を行うことが好適である。

　回転センサは、スイッチ回路３０に設けられた冷却ファンの回転速度を内蔵ファン回転数信号として出力する。デジタル処理部３０ａは、フォトカプラ３０ｃを介して回転センサから内蔵ファン回転数信号を受信する。デジタル処理部３０ａは、内蔵ファン回転数信号を受信すると、内蔵ファン回転数信号に応じてフォトカプラ３０ｃを介して内蔵ファン制御信号を出力し、冷却ファンの回転速度を制御する。例えば、内蔵ファン回転数信号に応じて、冷却ファンの回転速度が一定になるように制御を行う。

　本実施の形態では、スイッチ回路３０にはデジタル処理回路３０ａ及び光変換モジュール３０ｂが設けられ、サブコントローラ２４と光信号によって通信可能とされる。さらに、スイッチ回路３０のデジタル処理回路３０ａ自体によって、スイッチ回路３０によって行われる処理の一部が制御される。本実施の形態では、地絡処理制御及び冷却ファン制御がスイッチ回路３０のデジタル処理回路３０ａ自体で行われる例を示した。

　このように、電力システム１００で行われる処理の制御をスイッチ回路３０のデジタル処理回路３０ａで直接行うことによって、電源システム１００における制御処理の負荷をシステムコントローラ２０、マスタコントローラ２２等に加えてスイッチ回路にも分散させることができる。これにより、スイッチ回路３０とサブコントローラ２４との間の光通信に掛かる負荷も軽減することができる。

＜第３の実施の形態＞
　第１及び第２の実施の形態では、１つの蓄電池ユニット４０には複数の蓄電池制御単位４２が並列に設けられ、さらに１つの電力変換器２８には複数の蓄電池ユニット４０が並列に接続された構成について説明したが、これに限定されるものではない。

　図１０は、第２の実施の形態における電源システムの構成を示す。本実施の形態では、１つの蓄電池ユニット４０には１つの蓄電池制御単位４２のみが設けられ、さらに１つの電力変換器２８には１つの蓄電池ユニット４０が接続される。蓄電池制御単位４２の構成等については第１の実施の形態と同様である。

　このような構成においても、第１の実施の形態と同様に蓄電池ユニット４０内の複数の蓄電池パック４４の接続形態及び制御を採ることができる。

Claims

　少なくとも１つの蓄電池セルを含む蓄電池制御単位と、前記蓄電池制御単位の充放電制御を行うサブコントローラと、に光ファイバを介して接続され、前記蓄電池制御単位に対して充放電を行うための接続ラインに前記蓄電池制御単位を接続するスイッチ回路であって、
　前記蓄電池制御単位と前記接続ラインとの間に設けられたスイッチと、
　前記スイッチ回路に関する情報をデジタル信号化すると共に、前記スイッチ回路で行われる処理の少なくとも一部を直接制御する処理部と、
　前記デジタル信号化された情報を光信号に変換する光変換モジュールと、を備えることを特徴とするスイッチ回路。
　請求項１に記載のスイッチ回路であって、
　前記処理部は、前記蓄電池制御単位の地絡検出処理及び冷却ファンの回転制御処理の少なくとも１つを行うことを特徴とするスイッチ回路。
　請求項１に記載のスイッチ回路であって、
　前記スイッチは前記処理部によって制御され、前記スイッチと前記処理部とはフォトカプラを介して接続されることを特徴とするスイッチ回路。
　請求項２に記載のスイッチ回路であって、
　前記スイッチは前記処理部によって制御され、前記冷却ファンと前記スイッチと前記処理部とはフォトカプラを介して接続されることを特徴とするスイッチ回路。
　少なくとも一つの蓄電池セルを含む蓄電池制御単位と、
　前記蓄電池制御単位に対して充放電を行うための接続ラインに前記蓄電池制御単位を接続するスイッチ回路と、を含む蓄電池ユニットを備え、
　前記スイッチ回路は、
　前記蓄電池制御単位に関する情報をデジタル信号化すると共に、前記スイッチ回路で行われる処理の少なくとも一部を直接制御する処理部と、
　前記デジタル信号化された情報を光信号に変換する光変換モジュールと、
を備えることを特徴とする電源システム。
　請求項５に記載の電源システムであって、
　前記処理部は、前記蓄電池制御単位の地絡検出処理及び冷却ファンの回転制御処理の少なくとも１つを行うことを特徴とする電源システム。
　請求項５に記載の電源システムであって、
　複数の前記蓄電池制御単位の充放電制御を行うサブコントローラを備え、
　前記処理部は、前記光変換モジュールを介して、光ファイバによって前記サブコントローラと接続されることを特徴とする電源システム。
　請求項１に記載のスイッチ回路であって、
　前記蓄電池制御単位に対して充放電を行うための接続ラインに電力変換器を備え、
　前記電力変換器側に設けられる予備充放電用抵抗素子と前記蓄電池制御単位側に設けられるスイッチとで構成される直列回路と、前記予備充放電用抵抗素子より小さな抵抗値を有する直結スイッチと、の並列回路で構成される予備充放電回路を含み、
　前記予備充放電回路により、前記蓄電池制御単位と前記電力変換器との間が接続されることを特徴とするスイッチ回路。
　請求項８に記載のスイッチ回路であって、
　前記予備充放電用抵抗素子は、前記直結スイッチの１０倍以上の抵抗値を有することを特徴とするスイッチ回路。
　請求項８に記載のスイッチ回路であって、
　前記予備充放電回路と前記蓄電池制御単位との接続点の電位と、前記予備充放電回路と前記電力変換器との接続点の電位と、の電位差が所定値を超える場合に、前記直結スイッチが開状態において前記スイッチを開状態から閉状態へ切り替え、その後、前記直結スイッチを開状態から閉状態へ切り替えられることを特徴とするスイッチ回路。
　請求項８に記載のスイッチ回路であって。
　前記直結スイッチは、半導体のスイッチング動作によって回路の開閉を行う半導体スイッチと、機械的な接点の開閉を行う機械的なコンタクタと、の直列回路からなることを特徴とするスイッチ回路。