特開 2023-137729 組電池システム、エネルギー貯蔵システム、及び組電池システムの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023137729

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】組電池システム、エネルギー貯蔵システム、及び組電池システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20230922BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20230922BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20230922BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 302C

H02J7/00 Y

H02J1/00 309R

H01M10/48 P

H01M10/44 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022044073

(22)【出願日】2022-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】畠山 智行

(72)【発明者】

【氏名】山内 晋

【テーマコード（参考）】

5G165

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G165BB05

5G165EA09

5G165JA04

5G165NA10

5G165PA01

5G503AA01

5G503BA04

5G503BB01

5G503EA08

5G503FA02

5G503FA19

5H030AS03

5H030BB01

5H030BB07

5H030BB23

5H030FF22

5H030FF41

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

5H030FF52

(57)【要約】

【課題】組電池システムの一部の蓄電要素に異常が発生しても通常運転時と同等の出力を維持できるとともに、長寿命化を実現できる組電池システムを提供する。
【解決手段】本発明による組電池システム１０は、組電池４と、組電池４を制御する組電池制御部４６を備える。組電池４は、互いに並列に接続されており充放電が可能な複数の電池ユニット１を備える。組電池制御部４６は、組電池４のうちの、１つ以上の電池ユニット１を非通電状態にし、残りの電池ユニット１を通電状態にすることで、組電池の通電状態を制御する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

組電池と、
前記組電池を制御する組電池制御部と、
を備え、
前記組電池は、互いに並列に接続されており充放電が可能な複数の電池ユニットを備え、
前記組電池制御部は、前記組電池のうちの、１つ以上の前記電池ユニットを非通電状態にし、残りの前記電池ユニットを通電状態にすることで、前記組電池の通電状態を制御する、
ことを特徴とする組電池システム。

【請求項2】

前記組電池制御部は、通電状態の前記電池ユニットのいずれかに異常を検知した場合には、異常を検知した前記電池ユニットを前記組電池の回路から切り離して非通電状態にし、非通電状態の前記電池ユニットのいずれかを前記組電池の回路に接続して通電状態にする、
請求項１に記載の組電池システム。

【請求項3】

前記組電池制御部は、前記電池ユニットの状態量を保存する記憶部を備え、前記記憶部に保存した前記状態量に基づき、前記組電池の前記通電状態を制御する、
請求項１に記載の組電池システム。

【請求項4】

前記組電池制御部は、前記状態量から得られた、前記電池ユニットの劣化の程度を示す劣化度に基づき、前記組電池の前記通電状態を制御する、
請求項３に記載の組電池システム。

【請求項5】

互いに直列に接続された複数の前記組電池を備え、
前記組電池制御部は、全ての前記組電池において、非通電状態の前記電池ユニットの数が互いに等しくなるように制御する、
請求項３に記載の組電池システム。

【請求項6】

非通電状態の前記電池ユニットの前記状態量を計測可能な状態計測部を備える、
請求項３に記載の組電池システム。

【請求項7】

前記組電池制御部は、前記状態計測部が計測した前記状態量を前記記憶部に保存する、
請求項６に記載の組電池システム。

【請求項8】

前記組電池制御部は、非通電状態の前記電池ユニットのいずれかを前記組電池の回路に接続する前に、接続する非通電状態の前記電池ユニットの電圧と通電状態の前記電池ユニットの電圧との差が所定の値以下となるようにする、
請求項２に記載の組電池システム。

【請求項9】

請求項１に記載の組電池システムと、
前記組電池システムに電流を供給する電源と、
を備えることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。

【請求項10】

前記組電池システムが備える前記組電池制御部は、前記組電池システムの情報を前記電源に送信する、
請求項９に記載のエネルギー貯蔵システム。

【請求項11】

前記電源は、電力系統に接続される、
請求項１０に記載のエネルギー貯蔵システム。

【請求項12】

互いに並列に接続されており充放電が可能な複数の電池ユニットを備える組電池と、前記組電池を制御する組電池制御部とを備える組電池システムの制御方法であって、
前記組電池制御部が、前記電池ユニットの状態量を収集するステップと、
前記組電池制御部が、前記状態量に基づき、前記組電池のうちの、１つ以上の前記電池ユニットを非通電状態にし、残りの前記電池ユニットを通電状態にするステップと、
を有することを特徴とする組電池システムの制御方法。

【請求項13】

前記組電池システムは、前記電池ユニットの前記状態量を計測可能な状態計測部を備えており、
前記状態計測部が、前記組電池制御部が非通電状態にした前記電池ユニットの前記状態量を計測するステップと、
前記組電池制御部が、前記状態計測部が計測した前記状態量を取得するステップと、
を有する、
請求項１２に記載の組電池システムの制御方法。

【請求項14】

前記組電池制御部が、非通電状態の前記電池ユニットを前記組電池の回路に接続して通電状態にする前に、前記組電池制御部が、接続する非通電状態の前記電池ユニットの電圧と通電状態の前記電池ユニットの電圧との差が所定の値以下となるようにするステップを有する、
請求項１２に記載の組電池システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、組電池システムとエネルギー貯蔵システムと組電池システムの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽光発電や風力発電の導入量が増大している。しかし、太陽光発電や風力発電は、天候や時間帯によって出力が変動するため、電力系統の需給調整が難しいという課題を持つ。この課題を解決するため、エネルギー貯蔵システムを需給調整に活用することが期待されている。また、エネルギー貯蔵システムを用いて、系統に慣性力を供給する検討も進められている。このような、系統にサービスを提供する目的で用いられるエネルギー貯蔵システムは、連続運転が求められており、たとえその構成要素に異常が発生したとしても運転を継続できるようにする必要がある。

【0003】

エネルギー貯蔵システムは、蓄電要素を有する組電池システムを備える。エネルギー貯蔵システムを構成する組電池システムは、直列かつ並列に接続された多数の二次電池で構成されており、要求される電圧と容量を実現する。

【0004】

このような構成の組電池システムの運用に関する従来技術の例は、特許文献１と２に記載されている。特許文献１には、蓄電装置内の並列接続された蓄電要素（単電池）に異常が検出されると、異常な単電池を並列接続より切り離し、予備の単電池を並列接続させることで、蓄電装置から定格容量を供給し続けることができる技術が開示されている。特許文献２には、例えば負荷が小さいときに特定の電池を切り離して休止させるなど、負荷に応じて出力電流と容量の変更を自動的に行うことで、充電時間の短縮化とセルの長寿命化を可能とする技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３－３８８８４号公報

【特許文献2】特開２０１２－４３５８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の技術では、予備の電池は、長期間にわたり使用されないことがあり、必要になったときに所望の性能を発揮しない可能性がある。予備の電池が所望の性能を発揮しないと、組電池システムは、通常運転よりも少ないエネルギー容量で運転する縮退運転を行うことになる。組電池システムは、縮退運転では、計画通りに運転を行なえず、要求に応じたエネルギーの供給が困難である。また、需給調整に用いられるエネルギー貯蔵システムでは、負荷の大きさを見通せないことがある。従来の技術では、負荷の大きさを見通せない場合には、電池を効果的に休止させることができず、組電池システムの長寿命化が困難となる可能性がある。

【0007】

本発明の目的は、組電池システムの一部の蓄電要素に異常が発生しても通常運転時と同等の出力を維持できるとともに、長寿命化を実現できる組電池システムと、このような組電池システムを備えるエネルギー貯蔵システムと、このような組電池システムの制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明による組電池システムは、組電池と、前記組電池を制御する組電池制御部とを備える。前記組電池は、互いに並列に接続されており充放電が可能な複数の電池ユニットを備える。前記組電池制御部は、前記組電池のうちの、１つ以上の前記電池ユニットを非通電状態にし、残りの前記電池ユニットを通電状態にすることで、前記組電池の通電状態を制御する。

【0009】

本発明によるエネルギー貯蔵システムは、本発明による組電池システムと、前記組電池システムに電流を供給する電源とを備える。

【0010】

本発明による組電池システムの制御方法は、互いに並列に接続されており充放電が可能な複数の電池ユニットを備える組電池と、前記組電池を制御する組電池制御部とを備える組電池システムの制御方法であって、前記組電池制御部が、前記電池ユニットの状態量を収集するステップと、前記組電池制御部が、前記状態量に基づき、前記組電池のうちの、１つ以上の前記電池ユニットを非通電状態にし、残りの前記電池ユニットを通電状態にするステップとを有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によると、組電池システムの一部の蓄電要素に異常が発生しても通常運転時と同等の出力を維持できるとともに、長寿命化を実現できる組電池システムと、このような組電池システムを備えるエネルギー貯蔵システムと、このような組電池システムの制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施例１によるエネルギー貯蔵システムの構成を示すブロック図。

【図2】ＡＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図。

【図3】変換器制御部のハードウェア構成を示すブロック図。

【図4】本発明の実施例１による組電池システムの構成を示す図。

【図5A】電池ユニットに異常が発生する前の、組電池システムの構成を示す図。

【図5B】電池ユニットに異常が発生した後の、組電池システムの構成を示す図。

【図6】電池ユニットのいずれかに異常が発生したときの、組電池システムの動作を示すフローチャート。

【図7】実施例１において、組電池が備える電池ユニットの状態の一例を示す図。

【図8】組電池制御部が予備電池ユニットを決定する演算のフローチャート。

【図9】本発明の実施例２による組電池システムの構成を示す図。

【図10】実施例２において、それぞれの組電池が備える電池ユニットの劣化度と状態の一例を示す図。

【図11】本発明の実施例３による組電池システムの構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の実施例による組電池システムとエネルギー貯蔵システムと組電池システムの制御方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一の又は対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

【実施例0014】

図１は、本発明の実施例１によるエネルギー貯蔵システム１００の構成を示すブロック図である。本実施例によるエネルギー貯蔵システム１００は、トランス４２と、フィルタ４３と、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４と、組電池システム１０とを備え、交流系統４１に有効電力や無効電力を供給する。エネルギー貯蔵システム１００は、産業機器等に接続され、産業機器等の電力品質を向上させるものであってもよい。

【0015】

トランス４２は、交流系統４１に接続され、電磁誘導を利用して複数の巻線の間でエネルギーの伝達を行う。フィルタ４３は、所定の周波数成分を除去する。ＡＣ／ＤＣコンバータ４４と組電池システム１０については、以下に詳しく説明する。

【0016】

＜ＡＣ／ＤＣコンバータ４４＞
ＡＣ／ＤＣコンバータ４４は、組電池システム１０に電流を供給する電源であり、トランス４２とフィルタ４３を介して電力系統に電気的に接続される。図１には、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４が交流系統４１に接続されている例を示している。ＡＣ／ＤＣコンバータ４４は、２レベル変換器、３レベル変換器、又はマルチレベル変換器で構成することができる。ＡＣ／ＤＣコンバータ４４が２レベル変換器の場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４を少ない部品点数で構成することができる。ＡＣ／ＤＣコンバータ４４が３レベル変換器の場合には、フィルタ４３を小さく構成することができる。ＡＣ／ＤＣコンバータ４４がマルチレベル変換器の場合には、フィルタ４３を省略することができる。

【0017】

図２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４の構成を示す図である。図２には、一例として、２レベル変換器で構成されたＡＣ／ＤＣコンバータ４４を示している。ＡＣ／ＤＣコンバータ４４は、組電池システム１０に電気的に接続される。組電池システム１０は、詳しくは後述するが、組電池４と、組電池４を制御する組電池制御部４６とを備える。

【0018】

ＡＣ／ＤＣコンバータ４４は、位相が１２０°異なる三相の交流を直流化する回路である。ＡＣ／ＤＣコンバータ４４の交流側端子２４は、フィルタ４３（図１）に接続され、直流側端子２５は、組電池システム１０の直流側端子２６に接続される。ＡＣ／ＤＣコンバータ４４は、交流の電流を直流の電流に変換するブリッジ回路２０と、平滑コンデンサ２３と、変換器制御部４５とを備える。ブリッジ回路２０は、６つの並列回路を備え、それぞれの並列回路ではスイッチング素子２１とダイオード２２が並列に接続されている。各スイッチング素子２１は、変換器制御部４５によって、オン又はオフに制御される。

【0019】

＜変換器制御部４５＞
変換器制御部４５は、所定の制御によって出力するゲートパルス信号を調整して、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４のスイッチング素子２１のオン又はオフを制御する。所定の制御とは、例えば定電圧制御、定電流制御、又は定電力制御である。また、変換器制御部４５は、組電池システム１０の組電池制御部４６と通信可能に接続されている。

【0020】

図３は、変換器制御部４５のハードウェア構成を示すブロック図である。変換器制御部４５は、プロセッサ３０１と、主記憶装置３０３と、補助記憶装置３０４と、通信インターフェース３０２と、入出力インターフェース３０５と、上記の構成要素３０１～３０５を通信可能に接続するバス３０６とを備える。以下では、インターフェースを「Ｉ／Ｆ」と記載する。

【0021】

プロセッサ３０１は、変換器制御部４５の各部の動作の制御を行う中央処理演算装置である。プロセッサ３０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で構成することができる。プロセッサ３０１は、補助記憶装置３０４に記憶されたプログラムを主記憶装置３０３の作業領域に実行可能に展開する。

【0022】

主記憶装置３０３は、プロセッサ３０１が実行するプログラムと、プロセッサ３０１が処理するデータ等を記憶する。主記憶装置３０３は、フラッシュメモリ、又はＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成することができる。

【0023】

補助記憶装置３０４は、各種のプログラム及び各種のデータを記憶する。補助記憶装置３０４は、例えば、ＯＳ（Operating System）、各種のプログラム、及びテーブル等の各種のデータ等を記憶する。補助記憶装置３０４は、不揮発性半導体メモリ（例えば、フラッシュメモリとＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM））を含むシリコンディスク、ソリッドステートドライブ装置、又はハードディスク装置（ＨＤＤ、Hard Disk Drive）等で構成することができる。

【0024】

通信Ｉ／Ｆ３０２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４の外部装置である組電池制御部４６（図２）との間でデータを送受信する機能を有する構成要素である。

【0025】

入出力Ｉ／Ｆ３０５は、入力デバイスと出力デバイスに接続可能である。入力デバイスは、例えば、キーボード、タッチパネル、マウス、及びマイクロフォン等である。出力デバイスは、例えば、表示デバイス、プリンタ、及びスピーカ等である。表示デバイスの例は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electroluminescence）パネル、及び有機ＥＬパネル等である。入出力Ｉ／Ｆ３０５は、入力デバイスを操作するユーザからの操作と指示等を受け付ける。また、入出力Ｉ／Ｆ３０５は、プロセッサ３０１で処理されるデータや情報と、主記憶装置３０３と補助記憶装置３０４に記憶されるデータや情報を、出力デバイスに出力する。

【0026】

＜組電池システム１０＞
図４は、組電池システム１０の構成を示す図である。組電池システム１０の詳細を、図４を参照して説明する。組電池システム１０は、図２に示したように、組電池制御部４６と組電池４とを備える。組電池４は、複数の電池ユニット１で構成される。電池ユニット１は、複数の電池セル３５を備え、充放電が可能であり、交換可能な蓄電要素である。

【0027】

＜組電池制御部４６＞
組電池制御部４６は、図３に示したＡＣ／ＤＣコンバータ４４の変換器制御部４５と同様のハードウェア構成を備え、組電池４を制御する。組電池制御部４６は、記憶部として主記憶装置と補助記憶装置を備える。変換器制御部４５と組電池制御部４６は、それぞれ互いに異なるハードウェアの中に実装してもよく、ひとつのハードウェアの中に実装してもよい。

【0028】

組電池制御部４６は、組電池４の状態量を収集する。組電池４の状態量とは、組電池４を構成する各電池ユニット１の状態量のことであり、例えば、電池ユニット１を構成する電池セル３５の電圧、電池セル３５の電流、電池セル３５の温度、及び電池セル３５の寿命などである。また、組電池制御部４６は、組電池４の状態量を記憶部に保存し、組電池４のオペレーション、パフォーマンス、及び寿命などを管理する。

【0029】

組電池制御部４６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４の変換器制御部４５（図２）と通信可能であり、組電池システム１０の情報をＡＣ／ＤＣコンバータ４４に送信することができる。例えば、組電池制御部４６は、組電池４の構成要素に異常が発生した場合や異常の発生が疑われる場合には、異常を示す信号を変換器制御部４５に送信することで、組電池システム１０の情報をＡＣ／ＤＣコンバータ４４に送信する。

【0030】

ＡＣ／ＤＣコンバータ４４の変換器制御部４５（図２）は、組電池制御部４６から受信した信号に従って、組電池システム１０の組電池４に供給する電流を制御することができる。例えば、変換器制御部４５は、組電池制御部４６から受信した異常を示す信号に従って、スイッチング素子２１のオン又はオフを制御し、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４から組電池システム１０に出力される電流を小さくしたり電流の出力を停止したりする。

【0031】

エネルギー貯蔵システム１００が配電系統に接続される場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４を２レベル変換器又は３レベル変換器とし、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４に接続される組電池システム１０は、出力電圧を例えば１ｋＶとするのが好適である。また、エネルギー貯蔵システム１００が送電系統に接続される場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４をマルチレベル変換器とし、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４に接続される組電池システム１０は、出力電圧を例えば４０ｋＶとするのが好適である。

【0032】

組電池システム１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４が出力する直流電圧が印加されて、充電される。また、充電された組電池システム１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４を介して、交流系統４１に放電する。

【0033】

図４に示すように、組電池システム１０は、複数の電池ユニット１を備えるシステムである。組電池システム１０の組電池４では、複数の電池ユニット１が互いに並列に接続されている。複数の電池ユニット１の一部は、互いに直列に接続されていてもよい。図４には、一例として、組電池４が、互いに並列に接続された５つの電池ユニット１で構成されている例を示している。組電池システム１０と組電池４の構成は、図４に示す構成に限られない。

【0034】

電池ユニット１は、スイッチ３１と、充放電が可能な電池モジュール３０を備え、組電池システム１０の蓄電要素である。スイッチ３１と電池モジュール３０は、互いに直列に接続されている。また、図４には示していないが、電池ユニット１は、ヒューズ、ファン、電流センサ、電圧センサ、及び温度センサのうち少なくとも１つを備えることができる。電流センサと電圧センサと温度センサは、電池ユニット１の状態量（例えば、電池セル３５の電圧、電池セル３５の電流、及び電池セル３５の温度）を計測する。

【0035】

さらに、電池ユニット１は、電池ユニット１（すなわち、電池モジュール３０）の状態量を管理し制御する電池ユニット制御部３３を備える。電池ユニット制御部３３は、電池モジュール３０及びスイッチ３１と通信可能に接続されている。また、それぞれの電池ユニット１の電池ユニット制御部３３は、組電池制御部４６と通信可能に接続されている。

【0036】

＜スイッチ３１＞
スイッチ３１は、組電池制御部４６と電池ユニット制御部３３の少なくとも一方からの指令を受けてオンとオフの切り替えが可能であるように構成されている。スイッチ３１がオンのときには、電池モジュール３０は、組電池システム１０の直流側端子２６と電気的に接続されており、電池モジュール３０の充放電が可能である。スイッチ３１がオフのときには、電池モジュール３０は、組電池システム１０の直流側端子２６から電気的に切断され、電池モジュール３０の充放電ができない。

【0037】

また、図４に示すように、電池ユニット１が２つのスイッチ３１を備え、この２つのスイッチ３１が電池モジュール３０の両端子に接続されていてもよい。このような構成により、電池モジュール３０を完全に電池ユニット１の回路（すなわち、組電池４を構成する回路）から切り離すことができ、組電池システム１０が運転している間に、電池ユニット１の状態検知や交換をすることができる。

【0038】

＜電池モジュール３０＞
電池モジュール３０は、互いに直列に接続された複数の電池セル３５を備え、充放電が可能である。電池セル３５は、例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、又は固体電池で構成することができる。また、電池モジュール３０は、互いに直列に接続された複数の電池セル３５からなる電池群を複数備え、これらの電池群が互いに並列に接続された構成を備えることもできる。

【0039】

直列接続した電池セル３５の数によって、電池モジュール３０の電圧が決まる。並列接続した電池セル３５の数によって、電池モジュール３０の容量が決まる。これは、組電池システム１０についても同様である。つまり、直列接続した電池モジュール３０の数で、組電池システム１０の電圧が決まり、並列接続した電池モジュール３０の数で、組電池システム１０の容量が決まる。

【0040】

電池モジュール３０は、図４に示していないセルコントローラを備えることができる。セルコントローラは、電池ユニット制御部３３からの指令を受けて、電池セル３５の電圧を調整する。例えば、セルコントローラは、電池セル３５に抵抗成分を接続することで、電池セル３５のエネルギーを熱に変換し、電池セル３５の電圧を下げることができる。

【0041】

＜異常発生時の動作＞
組電池システム１０において、電池ユニット１のいずれかに異常が発生したときの動作の詳細について、図５Ａと図５Ｂを参照して説明する。

【0042】

組電池制御部４６は、組電池４のうちの、１つ以上の電池ユニット１を非通電状態にして予備電池ユニットとし、残りの電池ユニット１を通電状態にする。通電状態の電池ユニット１のいずれかに異常が発生した場合には、組電池制御部４６は、予備電池ユニットを通電状態にし、異常が発生した電池ユニット１を非通電状態にする。以下では、一例として、組電池制御部４６が１つの電池ユニット１を非通電状態にする例（すなわち、組電池システム１０が１つの予備電池ユニットを備える例）を説明する。

【0043】

図５Ａは、電池ユニット１に異常が発生する前の、組電池システム１０の構成を示す図である。図５Ｂは、電池ユニット１に異常が発生した後の、組電池システム１０の構成を示す図である。図５Ａと図５Ｂに示す組電池システム１０は、互いに並列に接続した５つの電池ユニット１を備える。５つの電池ユニット１のうち、電池ユニット１ａに異常が発生したとする。電池ユニット１ｒは、予備電池ユニットとして機能する電池ユニットである。

【0044】

図５Ａに示すように、電池ユニット１に異常が発生する前では、５つの電池ユニット１のうち、４つの電池ユニット１、１ａは、互いに電気的に接続されており、予備電池ユニットである電池ユニット１ｒは、組電池４を構成する回路（以下では、「組電池４の回路」と呼ぶ）から切り離されている。具体的には、電池ユニット１、１ａの内部において、スイッチ３１、３１ａがオンであり、電池ユニット１ｒの内部において、スイッチ３１ｒがオフである。すなわち、組電池システム１０において、４つの電池ユニット１、１ａは、通電状態で充放電可能であり、予備電池ユニットである電池ユニット１ｒは、非通電状態で充放電せず、休止の状態である。

【0045】

ここで、電池ユニット１ａに異常が発生したとする。すると、図５Ｂに示すように、電池ユニット１ａのスイッチ３１ａは、電池ユニット１ａの異常を受けてオンからオフに移行する。そして、電池ユニット１ｒのスイッチ３１ｒは、オフからオンに移行する。つまり、電池ユニット１ａに異常が発生した後、電池ユニット１ａは、組電池４の回路から切り離され非通電状態になり、電池ユニット１ｒは、組電池４の回路に接続されて通電状態になる。

【0046】

図６は、電池ユニット１のいずれかに異常が発生したときの、組電池システム１０の動作を示すフローチャートである。

【0047】

ステップＳ１１では、組電池制御部４６は、通電状態の電池ユニット１の異常を検知する。具体的には、電池ユニット１が備える電池ユニット制御部３３（図４）が、電池ユニット１の異常を検知する。又は、組電池制御部４６（図４）が、電池ユニット制御部３３から収集した情報を基に、電池ユニット１の異常を検知する。組電池制御部４６は、電池ユニット制御部３３が電池ユニット１の異常を検知したことを示す信号を電池ユニット制御部３３から受信することで、電池ユニット１の異常を検知することもできる。図５Ａと図５Ｂに示した例では、組電池制御部４６は、電池ユニット１ａの異常を検知する。

【0048】

異常は、１つ又は複数の判定条件によって検知される。判定条件とは、例えば、計測された電池ユニット１の状態量（すなわち、電池モジュール３０の状態量）と所定の閾値とを比較して得られた、状態量と閾値との大小関係である。電池ユニット１の状態量には、任意の値を用いることができ、例えば、電池セル３５の電圧、電池セル３５の電流、及び電池セル３５の温度を含めることができる。閾値は、予め任意に定めることができ、固定された値でも、更新可能な値でもよい。

【0049】

ステップＳ１２では、組電池制御部４６は、異常を検知した電池ユニット１のスイッチ３１をオフにして、この電池ユニット１を組電池４の回路から切り離すことで、この電池ユニット１の回路を開放する。具体的には、組電池制御部４６は、異常を検知した電池ユニット１の電池ユニット制御部３３に信号を送信する。この信号を受信した電池ユニット制御部３３は、電池ユニット１に異常が発生したので、オンからオフへの移行を命じる信号をスイッチ３１に送信する。スイッチ３１は、この信号を受信してオンからオフに移行する。図５Ａと図５Ｂに示した例では、電池ユニット１ａのスイッチ３１ａがオンからオフに移行する。

【0050】

ステップＳ１３では、組電池制御部４６は、組電池システム１０の充放電を停止する。具体的には、組電池制御部４６は、組電池システム１０で異常が発生したことを示す信号をＡＣ／ＤＣコンバータ４４の変換器制御部４５（図２）に送信し、変換器制御部４５は、この信号を受信したらＡＣ／ＤＣコンバータ４４の動作を制御して、組電池システム１０の充放電を停止する。

【0051】

ステップＳ１４では、組電池制御部４６は、予備電池ユニット（図５Ａと図５Ｂに示した例では、電池ユニット１ｒ）が組電池４の回路に接続可能であるかを判定する。予備電池ユニット１ｒを組電池４の回路に接続するときに、予備電池ユニット１ｒと組電池４の回路に接続されている他の電池ユニット１（通電状態の電池ユニット１）との電圧差が大きいのは好ましくない。このため、組電池制御部４６は、例えば、予備電池ユニット１ｒの電圧と通電状態の電池ユニット１の電圧との差の絶対値が、所定の値以下である場合には、予備電池ユニット１ｒが接続可能であると判定し、所定の値より大きい場合には、予備電池ユニット１ｒが接続不可であると判定する。この所定の値は、予め任意に定めることができる。なお、予備電池ユニット１ｒの電圧と比較するのは、組電池システム１０の電池ユニット１のうち、電池ユニット１ａ、１ｒを除く任意の１つ又は複数の電池ユニット１の電圧である。

【0052】

予備電池ユニット１ｒが接続可能であると判定された場合には、ステップＳ１５の処理を実行し、接続不可であると判定された場合には、ステップＳ１６の処理を実行する。

【0053】

ステップＳ１５では、組電池制御部４６は、非通電状態である予備電池ユニット１ｒのスイッチ３１ｒをオンにして、予備電池ユニット１ｒを組電池４の回路に接続する。具体的には、組電池制御部４６は、予備電池ユニット１ｒの電池ユニット制御部３３に信号を送信する。この信号を受信した電池ユニット制御部３３は、オフからオンへの移行を命じる信号をスイッチ３１ｒに送信する。スイッチ３１ｒは、この信号を受信してオフからオンに移行する。

【0054】

ステップＳ１６では、組電池制御部４６が予備電池ユニット１ｒ（非通電状態の電池ユニット１）を組電池４の回路に接続する前に、予備電池ユニット１ｒを接続可能にするための所定の動作を実施する。この所定の動作とは、予備電池ユニット１ｒの電圧と組電池４の回路に接続されている他の電池ユニット１（通電状態の電池ユニット１）の電圧との差の絶対値が、所定の値以下となるようにする動作である。この所定の動作の例は、電池ユニット制御部３３が予備電池ユニット１ｒの電池モジュール３０を放電する動作や、ＡＣ／ＤＣコンバータ４４の変換器制御部４５が組電池システム１０の充放電を実施する動作である。組電池制御部４６は、例えば電池ユニット制御部３３や変換器制御部４５にこの所定の動作を実行させ、予備電池ユニット１ｒと通電状態の電池ユニット１との電圧の差が所定の値以下となるようにする。なお、この所定の値は、予め任意に定めることができる。

【0055】

組電池制御部４６は、組電池４が備える電池ユニット１のうち、どの電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒとして機能させるかを決めることができる。予備電池ユニット１ｒとして機能する電池ユニット１は、組電池４が備える電池ユニット１のうち、１つ又は複数の電池ユニット１である。予備電池ユニット１ｒとして機能する電池ユニット１は、組電池４が備える電池ユニット１のうち、特定の電池ユニット１に固定しなくてもよい。すなわち、予備電池ユニット１ｒとして機能する電池ユニット１は、組電池４が備える電池ユニット１の中で入れ替えてもよい。

【0056】

組電池制御部４６は、組電池４が備える電池ユニット１のうち、予備電池ユニット１ｒとして機能する電池ユニット１を定期的又は非定期的に変えることができる。すなわち、組電池制御部４６は、複数の電池ユニット１の中で予備電池ユニット１ｒを定期的又は非定期的に入れ替えることができる。組電池制御部４６は、組電池４が備える複数の電池ユニット１のそれぞれに付番し、定期的又は非定期的に電池ユニット１の情報を収集し、所定の演算を行ったうえで、少なくとも１つの予備電池ユニット１ｒを決定することができる。組電池制御部４６が予備電池ユニット１ｒを決定する演算については、図８を用いて後述する。

【0057】

図７は、組電池４が備える電池ユニット１の状態の一例を示す図である。組電池４は、１番から５番までの５つの電池ユニット１を備えるものとする。図７には、５つの期間における、５つの電池ユニット１の状態を示している。この期間は、組電池制御部４６が組電池４の状態量を収集してから、次に組電池４の状態量を収集するまでの間のことである。組電池制御部４６は、組電池４の状態量を定期的に又は不定期に収集する。組電池制御部４６が、組電池４の状態量を収集する時期は、任意に定めることができる。

【0058】

図７において、「使用」は、組電池４の回路に接続されて通電状態であることを示している。「休止」は、組電池４の回路に接続されておらず非通電状態であること（すなわち、予備電池ユニット１ｒであること）を示している。「異常」は、異常が検知されたことを示している。

【0059】

期間１では、組電池制御部４６は、１番から４番の電池ユニット１を使用し、５番の電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒに決定する。すなわち、組電池制御部４６は、１番から４番の電池ユニット１のスイッチ３１をオンにし、５番の電池ユニット１のスイッチ３１をオフにして５番の電池ユニット１を休止させることで、５番の電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒに割り当てる。

【0060】

続く期間２と期間３でも、組電池制御部４６は、１番から４番の電池ユニット１を使用し、５番の電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒに割り当てる。５番の電池ユニット１のスイッチ３１は、オフのままである。

【0061】

続く期間４では、組電池制御部４６は、４番の電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒに決定し、１番から３番と５番の電池ユニット１を使用する。すなわち、組電池制御部４６は、５番の電池ユニット１のスイッチ３１をオンに変更し、４番の電池ユニット１のスイッチ３１をオフに変更して、４番の電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒに割り当てる。

【0062】

続く期間５では、５番の電池ユニット１に異常が検知されている。このとき、組電池制御部４６は、図６に示したフローチャートに従って処理を実行し、５番の電池ユニット１のスイッチ３１をオフに変更するとともに、予備電池ユニット１ｒに割り当てられている４番の電池ユニット１のスイッチ３１をオンに変更する。４番の電池ユニット１は、予備電池ユニット１ｒとして休止していたが、スイッチ３１がオンになって使用される。

【0063】

なお、予備電池ユニット１ｒの数は、任意に定めることができる。予備電池ユニット１ｒの数が多いほど、多数の電池ユニット１の異常に対応できるので、組電池システム１０の冗長性を増すことができ、より効果的に組電池システム１０の縮退運転を防止して通常運転時と同等の出力を維持することができる。

【0064】

図８は、組電池制御部４６が予備電池ユニット１ｒを決定する演算のフローチャートである。

【0065】

ステップＳ２１では、組電池制御部４６は、電池ユニット制御部３３から電池ユニット１の情報を収集し、電池ユニット１に関して所定の演算を行う。電池ユニット１の情報には、例えば、電池モジュール３０の電圧、電池モジュール３０の電流、電池モジュール３０の温度、及び電池ユニット１の稼働時間などの、電池ユニット１の状態量が含まれる。組電池制御部４６は、例えば、それぞれの電池ユニット１について、収集した電池ユニット１の情報を基に、電池モジュール３０の劣化の程度を示す指数（劣化度）を計算する。電池モジュール３０の劣化度は、電池ユニット１の劣化の程度を示す劣化度とみなすことができ、既存の任意の方法で計算することができる。組電池制御部４６は、収集した電池ユニット１の情報（例えば、電池ユニット１の状態量）と計算して求めた電池モジュール３０の劣化度を記憶部に保存する。

【0066】

ステップＳ２２では、組電池制御部４６は、記憶部に保存した電池ユニット１の状態量（すなわち、組電池４の状態量）に基づき、予備電池ユニット１ｒを決定し、組電池４の通電状態を制御する。具体的には、組電池制御部４６は、１つ又は複数の判定条件によって予備電池ユニット１ｒを決定する。この判定条件は、例えば、電池ユニット１の状態量から得られた電池ユニット１の劣化度（電池モジュール３０の劣化度）や、電池ユニット１の稼働時間などである。

【0067】

例えば、組電池制御部４６は、組電池４の全ての電池ユニット１の中で、劣化度が最も大きい電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒとする。別の方法では、例えば、組電池制御部４６は、組電池４の全ての電池ユニット１の中で、稼働時間が最も長い電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒとする。劣化度が最も大きい電池ユニット１や稼働時間が最も長い電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒとすると、これらのようなパフォーマンスが低下した電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒとして休止させることができるので、組電池システム１０の全体のパフォーマンスを高く維持することができ、組電池システム１０を長寿命化できる。

【0068】

また、例えば、組電池制御部４６は、ユーザが入力デバイスを操作して指定した電池ユニット１（例えば、交換時期までの時間が最も短い電池ユニット１）を、予備電池ユニット１ｒとしてもよい。

【0069】

ステップＳ２３では、組電池制御部４６は、ステップＳ２２で決定した予備電池ユニット１ｒが、前の期間での予備電池ユニット１ｒと同じであるかを判定する。これらの予備電池ユニット１ｒが互いに同じ場合は、本フローチャートの処理を終了する。これらの予備電池ユニット１ｒが互いに異なる場合は、ステップＳ２４に移行する。

【0070】

ステップＳ２４、ステップＳ２５、及びステップＳ２６では、それぞれ図６で示したステップＳ１４、ステップＳ１５、及びステップＳ１６と同じ処理を実行する。このため、ステップＳ２４、ステップＳ２５、及びステップＳ２６についての説明は、省略する。

【0071】

以上に説明したように、本実施例の組電池システム１０は、組電池システム１０を構成する複数の電池ユニット１のうち、少なくとも１つを予備電池ユニット１ｒとすることで、一部の電池ユニット１に異常が発生しても、縮退運転をすることなく、通常運転時と同等の出力を維持できる。また、本実施例の組電池システム１０は、予備電池ユニット１ｒを定期的又は非定期的に入れ替えることで、劣化の進んだ電池ユニット１などのパフォーマンスの低い電池ユニット１を休止させることができ、この結果、組電池システム１０を長寿命化できる。

【実施例0072】

本発明の実施例２による組電池システム１０について説明する。以下では、本実施例による組電池システム１０について、実施例１による組電池システム１０と異なる点を主に説明する。本実施例による組電池システム１０は、複数の組電池４を備える。

【0073】

図９は、本発明の実施例２による組電池システム１０の構成を示す図である。本実施例による組電池システム１０では、実施例１（図４）で説明した組電池４が、任意の数だけ直列に接続している。すなわち、本実施例による組電池システム１０は、互いに直列に接続された複数の組電池４を備え、それぞれの組電池４では複数の電池ユニット１が並列に接続されている構成を備える。

【0074】

なお、組電池４のそれぞれが、１つの組電池制御部４６を備えてもよく、組電池システム１０が、全ての組電池４を制御する１つの組電池制御部４６を備えてもよい。図９には、一例として、組電池システム１０が１つの組電池制御部４６を備え、この組電池制御部４６が全ての組電池４を制御する構成を示している。

【0075】

組電池システム１０において、直列に接続された組電池４の数をｍとする。組電池４において、並列に接続された電池ユニット１の数をｎとする。すると、組電池システム１０における電池ユニット１の総数は、（ｍ×ｎ）個である。

【0076】

組電池制御部４６は、図９に示すように各電池ユニット１に付番して、この付番の情報を保持する。図９に示す例では、紙面の下から上に向かって組電池４に１からｍの番号（１段からｍ段）が付けられており、紙面の左から右に向かって電池ユニット１に１からｎの番号が付けられている。組電池制御部４６は、このｍとｎで表される番号を各電池ユニット１に付番する。例えば、１段目（ｍ＝１）の組電池４において、左の電池ユニット１から１１番、１２番、１３番と表され、最も右の電池ユニット１は１ｎ番と表される。同様にして、ｍ段目の組電池４では、左の電池ユニット１からｍ１番、ｍ２番、ｍ３番と表され、最も右の電池ユニット１はｍｎ番と表される。

【0077】

このような組電池システム１０において、例えば２１番の電池ユニット１に異常が発生したと仮定する。すると、実施例１で説明したように、２段目の組電池４では、２１番の電池ユニット１は、組電池４の回路から切り離されて回路が開放される。組電池システム１０は、異常発生後でも通常運転時と変わらない充放電電流Ｉを流そうとすると、２段目の組電池４では、２１番の電池ユニット１の回路が開放されたことで、２１番の電池ユニット１と並列に接続されている電池ユニット１（２２番、２３番、・・・２ｎ番の電池ユニット１）の充放電電流が異常発生前と比べて増えてしまう。この結果、２段目の組電池４は、他の段の組電池４に比べて劣化が早まるおそれがある。

【0078】

そこで、本実施例による組電池システム１０は、各組電池４において、少なくとも１つの電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒとして休止させる。そして、ある組電池４において電池ユニット１に異常が発生した場合には、異常が発生した電池ユニット１を含む組電池４の予備電池ユニット１ｒを、組電池４の回路に接続する。このようにすることで、本実施例による組電池システム１０では、組電池４の回路に接続されている電池ユニット１（通電状態の電池ユニット１）の数を、全ての組電池４において互いに等しくすることができ、特定の組電池４における電池ユニット１の劣化が早く進行することを防ぐことができる。

【0079】

本実施例による組電池システム１０でも、実施例１による組電池システム１０と同様に、電池ユニット１の中で予備電池ユニット１ｒを定期的又は非定期的に入れ替えることができる。

【0080】

図１０は、本実施例において、それぞれの組電池４が備える電池ユニット１の劣化度と状態の一例を示す図である。図１０には、一例として、ｍ＝３、ｎ＝３の場合を示し、電池ユニット１の劣化度が０から１００の数値で表されているとする。電池ユニット１は、劣化度が大きいほど劣化の程度が大きい。なお、「使用」と「休止」で示す状態は、図７での状態と同じである。

【0081】

組電池制御部４６は、電池ユニット１の劣化度を計算し、１つの組電池４の中で最も劣化度が大きい電池ユニット１を、予備電池ユニット１ｒとして休止させておく。図１０に示す例では、１段目の組電池４では１２番の電池ユニット１が、２段目の組電池４では２３番の電池ユニット１が、３段目の組電池４では３２番の電池ユニット１が、それぞれ劣化度が最も大きい。このため、組電池制御部４６は、１２番と２３番と３２番の電池ユニット１を、予備電池ユニット１ｒとして休止させる。

【0082】

組電池制御部４６は、このようにして、定期的又は非定期的に、予備電池ユニット１ｒとする電池ユニット１を決定する。なお、実施例１で説明したように、稼働時間が最も長い電池ユニット１を予備電池ユニット１ｒと決定してもよい。

【0083】

本実施例では、このようにすることで、電池ユニット１の間で劣化度の差をできるだけ小さくすることができ、組電池システム１０を長寿命化できる。また、このように劣化度の差を小さくすることで、電池ユニット１の効率的な交換計画を策定することもできる。電池ユニット１の間で劣化度の差を小さくすることで、休止させる電池ユニット１を決定できるので、例えば、１回のメンテナンスで交換できる電池ユニット１の数が限られている場合でも、交換すべき電池ユニット１を容易に特定することができる。そして、交換すべき電池ユニット１とその交換時期を容易に特定することができる。例えば、次回のメンテナンスで交換すべき電池ユニット１と、次々回のメンテナンスで交換すべき電池ユニット１を明確に区別することができる。

【0084】

また、組電池制御部４６は、全ての組電池４において、非通電状態の電池ユニット１、すなわち予備電池ユニット１ｒの数が互いに等しくなるように制御するのが好ましい。全ての組電池４において、非通電状態の電池ユニット１（予備電池ユニット１ｒ）の数が互いに等しくないと、組電池４によって（図９の段によって）容量が異なり、組電池システム１０のパフォーマンスは、容量の最も小さい組電池４によって決められる。すなわち、組電池システム１０の全体のパフォーマンスを高く維持し、組電池システム１０を長寿命化するためには、全ての組電池４において予備電池ユニット１ｒの数が互いに等しいのが好ましい。