特許 7607124 蓄電池セットおよび蓄電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-18

(45)【発行日】2024-12-26

(54)【発明の名称】蓄電池セットおよび蓄電池システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20241219BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 H

H02J7/00 302C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023525716

(86)(22)【出願日】2022-05-18

(86)【国際出願番号】 JP2022020682

(87)【国際公開番号】W WO2022255104

(87)【国際公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-11-20

(31)【優先権主張番号】P 2021091486

(32)【優先日】2021-05-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(74)【代理人】

【識別番号】100134991

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 和樹

(74)【代理人】

【識別番号】100148507

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 弘行

(72)【発明者】

【氏名】福原 基広

【審査官】辻丸 詔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０５３８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９９９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７２５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３０９５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０７９３６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／０２

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０１Ｍ １０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれが高温動作型の二次電池である多数の単電池が直列に接続された少なくとも１つのストリングを備える、蓄電池セットであって、
前記少なくとも１つのストリングを構成する前記多数の単電池が複数のセルグループに区分されており、
前記複数のセルグループが直列に接続された主経路と、
前記複数のセルグループのそれぞれを前記少なくとも１つのストリング内において個別にバイパス可能なバイパス経路と、
を備え、
前記複数のセルグループのうち前記主経路において互いに直列に接続されるセルグループ同士の間と、それぞれのセルグループの上下流側と前記バイパス経路との間を接続するブリッジ経路とに、通電状態のＯＮ／ＯＦＦを切替可能な、半導体素子からなるゲートスイッチが設けられてなり、
前記複数のセルグループにおいては、互いに直列に接続された２つのセルグループ毎に一のモジュール電池が構成されてなり、
前記バイパス経路が、前記モジュール電池毎に設けられてなり、
前記モジュール電池が前記ゲートスイッチとして、
前記主経路において前記２つのセルグループの間に備わるグループ間ゲートと、
前記主経路において前記２つのセルグループの下流側と当該モジュール電池に接続された他のモジュール電池との間に備わるモジュール端ゲートと、
前記主経路における前記２つのセルグループのそれぞれの上下流側と、前記モジュール電池に設けられた前記バイパス経路との間を接続する４つのブリッジゲートと、
前記主経路における最下流側と前記モジュール電池に設けられた前記バイパス経路とを接続する終端ブリッジゲートと、
を備え、
前記多数の単電池の少なくとも１つが故障した場合には、当該故障した単電池の属するセルグループに対応する前記ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替えにより、通電経路が当該故障した単電池の属するセルグループのところで前記主経路から前記バイパス経路にバイパスされる、
ことを特徴とする蓄電池セット。

【請求項2】

請求項１に記載の蓄電池セットであって、
前記モジュール電池がそれぞれに一の収容容器に収容されており、
前記収容容器はヒータ及び冷却ファンを備えており、
前記収容容器においては、前記２つのセルグループに属する単電池が前記セルグループごとに配列されて２列に収容されてなり、
前記単電池の配列方向に垂直な前記収容容器の一側部に、前記グループ間ゲートと前記モジュール端ゲートと前記４つのブリッジゲートと前記終端ブリッジゲートとを備える接続部が設けられてなる、
ことを特徴とする蓄電池セット。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の蓄電池セットであって、
前記複数のセルグループが８個の単電池から構成される、
ことを特徴とする蓄電池セット。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の蓄電池セットであって、
前記少なくとも１つのストリングが、第１のストリングと第２のストリングの２つのストリングであり、
前記第１のストリングにおいて前記通電経路がバイパスされた場合には、前記第２のストリングにおいても、前記第１のストリングにおいてバイパスされた前記セルグループの数と同じ数のセルグループの通電経路がバイパスされる、
ことを特徴とする蓄電池セット。

【請求項5】

前記少なくとも１つのストリングに接続された交流－直流変換器をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の蓄電池セットと、
前記蓄電池セットを制御するコントローラと、
を備え、
前記蓄電池セットが変圧器に接続される、
ことを特徴とする蓄電池システム。

【請求項6】

請求項５に記載の蓄電池システムであって、
複数の前記蓄電池セットと、
それぞれの前記蓄電池セットを制御する複数の前記コントローラと
を備え、
前記複数の前記蓄電池セットが並列に前記変圧器に接続される、
ことを特徴とする蓄電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高温動作型の二次電池を多数接続してなるモジュール電池に関するものであり、特に、その通電経路の構成に向けられてなる。

【背景技術】

【0002】

電力系統に接続して使用される蓄電池として、ナトリウム－硫黄電池（以下、ＮａＳ電池と称する）がすでに公知である。単一のＮａＳ電池（単電池）は概略、活物質である金属ナトリウム（Ｎａ）と硫黄（Ｓ）とが、Ｎａイオン伝導性を有する固体電解質であるベータアルミナをセパレータとしてセル（電池容器）に隔離収納された構造を有する、高温動作型の二次電池である。運転温度は約３００℃であり、単電池においては、係る運転温度において溶融（液体）状態にある両活物質の電気化学反応により、起電力が発生する。

【0003】

ＮａＳ電池は通常、所望の容量および出力を確保するために、複数の単電池（集合電池）を相互に接続し断熱の収容容器に収容したモジュール電池の形で使用される（例えば、特許文献１参照）。モジュール電池においては、それぞれに複数の単電池を直列に接続した複数の回路（ストリング）が並列に接続されることでブロックが構成されており、複数の該ブロックが直列に接続されている。

【0004】

複数の単電池から構成されたＮａＳ電池のモジュール電池を従来よりもさらに高出力かつ長時間運転したいという一般的なニーズが存在する。これを例えば、特許文献１に開示されているような、複数のストリングが並列に接続されてなる従来のモジュール電池において実現するのであれば、一見、ストリングを構成する単電池の個数（直接接続数）を増やすことや、ブロックの数を増やすことで、容易になし得るようにも思料される。

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示されているような従来構成のモジュール電池は、以下のような理由から、高出力化への適応が難しい場合がある。

【0006】

まず、あるブロックのいずれかのストリングに属する単電池が故障した場合、故障した単電池を含むストリングにおいては、正常なものも含め全ての単電池が不使用となる。そのため、１つのストリングにおいて直列に接続されている単電池の個数が多いほど、正常であるにも関わらず使用されない単電池の数が多くなる。これは、単電池の利用効率の点からは好ましくない。

【0007】

また、単電池の故障により当該ブロックのあるストリングに電流が流れなくなった場合、全ての単電池が正常に動作している（故障している単電池のない）残りのストリングのみで電圧（出力）が維持される。この場合、当然ながら、故障前と同等の出力を維持するためには、それら残りのストリングを構成する単電池を流れる電流の大きさを増大させる必要がある。すなわち、単電池が故障したストリングの数が増えるほど、残りのストリングを構成する単電池における負荷が増大する。例えば、１２個のストリングが並列されたモジュール電池において２個のストリングに単電池の故障が生じた場合、残りのストリングにおける単電池における過負荷比は１２／（１２－１０）＝１．０９倍となる。

【0008】

その一方で、安全性確保のため、個々のストリングにはヒューズが設けられており、単電池にあらかじめ設定された限界値（例えば２００Ａ）を超える電流が流れないようになっている。

【0009】

それゆえ、従来のモジュール電池においては、その寿命が、故障した単電池が存在するストリングの数と、単電池の限界電流値とに左右されるようになっており、高出力化は、その双方の因子に影響を与える。

【0010】

なお、ストリングの並列数をあらかじめ多くしておくことによって、個々のストリングに流れる電流の大きさを限界電流値に比して抑制するという考え方もあるが、この場合、正常時に流れるトータルの電流（個々のストリングを流れる電流の総和）が必要以上に大きくなりすぎるという、電流設計上の問題が生じる。

【0011】

また、コストの面からは、単電池の総数をなるべく少なくしつつ高出力が実現されることが望ましい。

【0012】

本発明の発明者は、鋭意検討の結果、単電池の故障に対する冗長性をより高めることが、換言すれば、ある単電池の故障に伴い不使用となる単電池の個数をなるべく少なくし、かつ単電池に流れる電流の増大を抑制することが、モジュール電池の高出力化において有効であることを見出し、本発明に想到するに至った。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【文献】国際公開第２０１５／０５６７３９号

【発明の概要】

【0014】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、単電池の故障に対する冗長性に優れた蓄電池セットおよび蓄電池システムを提供することを、目的とする。

【0015】

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、それぞれが高温動作型の二次電池である多数の単電池が直列に接続された少なくとも１つのストリングを備える、蓄電池セットであって、前記少なくとも１つのストリングを構成する前記多数の単電池が複数のセルグループに区分されており、前記複数のセルグループが直列に接続された主経路と、前記複数のセルグループのそれぞれを前記少なくとも１つのストリング内において個別にバイパス可能なバイパス経路と、を備え、前記複数のセルグループのうち前記主経路において互いに直列に接続されるセルグループ同士の間と、それぞれのセルグループの上下流側と前記バイパス経路との間を接続するブリッジ経路とに、通電状態のＯＮ／ＯＦＦを切替可能な、半導体素子からなるゲートスイッチが設けられてなり、前記複数のセルグループにおいては、互いに直列に接続された２つのセルグループ毎に一のモジュール電池が構成されてなり、前記バイパス経路が、前記モジュール電池毎に設けられてなり、前記モジュール電池が前記ゲートスイッチとして、前記主経路において前記２つのセルグループの間に備わるグループ間ゲートと、前記主経路において前記２つのセルグループの下流側と当該モジュール電池に接続された他のモジュール電池との間に備わるモジュール端ゲートと、前記主経路における前記２つのセルグループのそれぞれの上下流側と、前記モジュール電池に設けられた前記バイパス経路との間を接続する４つのブリッジゲートと、前記主経路における最下流側と前記モジュール電池に設けられた前記バイパス経路とを接続する終端ブリッジゲートと、を備え、前記多数の単電池の少なくとも１つが故障した場合には、当該故障した単電池の属するセルグループに対応する前記ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替えにより、通電経路が当該故障した単電池の属するセルグループのところで前記主経路から前記バイパス経路にバイパスされる、ことを特徴とする。

【0019】

また、本発明の第２の態様は、第１の態様に係る蓄電池セットであって、前記モジュール電池がそれぞれに一の収容容器に収容されており、前記収容容器はヒータ及び冷却ファンを備えており、前記収容容器においては、前記２つのセルグループに属する単電池が前記セルグループごとに配列されて２列に収容されてなり、前記単電池の配列方向に垂直な前記収容容器の一側部に、前記グループ間ゲートと前記モジュール端ゲートと前記４つのブリッジゲートと前記終端ブリッジゲートとを備える接続部が設けられてなる、ことを特徴とする。

【0020】

また、本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に係る蓄電池セットであって、前記複数のセルグループが８個の単電池から構成される、ことを特徴とする。

【0021】

また、本発明の第４の態様は、第１または第２の態様に係る蓄電池セットであって、前記少なくとも１つのストリングが、第１のストリングと第２のストリングの２つのストリングであり、前記第１のストリングにおいて前記通電経路がバイパスされた場合には、前記第２のストリングにおいても、前記第１のストリングにおいてバイパスされた前記セルグループの数と同じ数のセルグループの通電経路がバイパスされる、ことを特徴とする。

【0022】

また、本発明の第５の態様は、蓄電池システムであって、前記少なくとも１つのストリングに接続された交流－直流変換器をさらに備える、第１または第２の態様に係る蓄電池セットと、前記蓄電池セットを制御するコントローラと、を備え、前記蓄電池セットが変圧器に接続される、ことを特徴とする。

【0023】

また、本発明の第６の態様は、第５の態様に係る蓄電池システムであって、複数の前記蓄電池セットと、それぞれの前記蓄電池セットを制御する複数の前記コントローラとを備え、前記複数の前記蓄電池セットが並列に前記変圧器に接続される、ことを特徴とする。

【0024】

本発明の第１ないし第６の態様によれば、モジュール電池に備わるある単電池が故障した場合であっても、当該単電池の属するセルグループを含む少なくとも１つのセルグループをバイパスすることで、当該単電池を含むストリングに対しては通電を継続することが可能となる。これにより、単電池の故障に対する冗長性に優れたモジュール電池さらにはこれを備える充電池システムが、実現される。

【0025】

特に、第１および第２の態様によれば、それぞれのゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を好適に定めることで、故障した単電池の数が増えた場合であっても、バイパスによって通電経路となるゲートスイッチの個数の増大を抑制することができるので、単電池の故障に起因して通電経路となるゲートスイッチの個数が増大することに伴う電圧降下の影響が、好適に抑制されてなる。

【0026】

特に、第１および第２の態様によれば、単電池が故障した場合のそれぞれのゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替えはモジュール電池を単位として行われ、同じストリングに属する他のモジュール電池に影響しない。また、ＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替え制御の対象となるモジュール電池においてのみ、使用するゲートスイッチの個数の増大を抑制さえすれば、ストリング全体においてゲートスイッチの使用個数が増大することもない。

【0027】

特に、第４の態様によれば、一方のストリングにおいて単電池が故障した場合であっても、２つのストリングにおける起電力は同じ値に揃ったままとなるので、単電池の故障に対する冗長性が、より好適に確保される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】蓄電池システム１の構成を概略的に示す図である。

【図2】ストリングＳＴの一部における回路構成を示す図である。

【図3】単電池の故障がない場合のストリングＳＴにおける通電態様を示す図である。

【図4】あるストリングＳＴにおいて１個の単電池５が故障した場合の、ストリングＳＴにおける通電態様の一例を示す図である。

【図5】あるストリングＳＴの同じ収容容器１１に収容された２個の単電池５が故障した場合の、ストリングＳＴにおける通電態様の一例を示す図である。

【図6】単電池５が収容容器１１に収容された状態を例示する上面図である。

【図7】単電池５が収容容器１１に収容された状態を例示する側面図である。

【図8】単電池５が収容容器１１に収容された状態を例示する側面図である。

【図9】モジュール電池収容体１００の模式的な構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

＜蓄電池システムの構成＞
図１は、本実施の形態に係る蓄電池システム１の構成を概略的に示す図である。蓄電池システム１は、それぞれが蓄電池である複数の単電池５を含む蓄電池セット２とこれを制御するコントローラ３とを備える。

【0030】

蓄電池セット２は概略、それぞれに複数の単電池（セルとも称する）５が直列に接続された２つのストリングＳＴ（ＳＴ１、ＳＴ２）を備える。それぞれのストリングＳＴにおいては、連続的に直列接続されたｍ個（ｍは自然数）の単電池５（５（１）～５（ｍ））ごとに１つのセルグループ１０が構成されている。さらには、互いに直列に接続された２つのセルグループ１０が１つの収容容器１１に収容されて、１つのモジュール電池４が構成されている。図１においては、それぞれのストリングＳＴを構成する単電池５によってｎ個（ｎは自然数）のモジュール電池４（４（１）～４（ｎ））が構成されてなる場合を例示している。

【0031】

換言すれば、図１においてはｎ×２ｍ＝２ｍｎ個の単電池５が直列に接続されて１つのストリングＳＴが構成されてなり、それぞれのストリングＳＴにおいては、それら２ｍｎ個の単電池５が２ｍ個ずつ、ｎ個の収容容器１１に区分されて収容され、ｎ個のモジュール電池４が構成されてなる。蓄電池セット２全体での単電池の個数は２ｍｎ個×２＝４ｍｎ個となる。そして、それらｎ個のモジュール電池４のそれぞれにおいては、２ｍ個の単電池５が、２つのセルグループ１０に区分されている。なお、それぞれのストリングＳＴにおけるｍ、ｎの具体的な値は同じとされる。ストリングＳＴのより詳細な構成については後述する。

【0032】

それぞれの単電池５は、ナトリウム－硫黄電池（ＮａＳ電池）である。より具体的には、それぞれの単電池５は、金属ナトリウム（Ｎａ）と硫黄（Ｓ）とを活物質とし、両者を離隔するセパレータとしてＮａイオン伝導性を有する固体電解質であるベータアルミナが用いられてなる高温動作型の二次電池である。以降においては、１つの単電池５の放電時の起電力をＶ０とする。

【0033】

また、それぞれの収容容器１１は、待機時に単電池５を加熱して両活物質を溶融（液体）状態に保つためのヒータ１１ｈと、運転時に両活物質が反応することによって発熱する単電池５を冷却するためのファン１１ｆと、収容容器１１内の温度を監視（検知）するための温度センサ１１ｔとを備える。なお、図１においては個々の収容容器１１にヒータ１１ｈ、ファン１１ｆ、および温度センサ１１ｔが１つずつ示されているが、これはあくまで模式的なものに過ぎず、実際のそれぞれの配置個数および配置態様は適宜に設定されてよい。

【0034】

ストリング（第１のストリング）ＳＴ１とストリング（第２のストリング）ＳＴ２とは、それぞれに過大な電流が流れることを防ぐためのヒューズなど備える終端ユニット１２を介してＰＣＳ（交流－直流変換器：Power Conversion System）１３の直流側に並列に接続されている。ＰＣＳ１３の交流側は変圧器１４に接続されており、変圧器１４が蓄電池セット２の外部の系統１５に接続されている。

【0035】

なお、本実施の形態においては、説明の簡単のため、蓄電池システム１が一の蓄電池セット２のみを備える構成を対象とするが、これは必須の態様ではなく、複数の蓄電池セット２が並列に変圧器１４に接続される態様であってもよい。

【0036】

コントローラ３は、蓄電池セット２における充放電動作を制御する充放電制御部３１と、運転時および待機時の双方において収容容器１１の温度を制御する温度制御部３２とを主に備える。コントローラ３は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージなどを備えた専用あるいは汎用のコンピュータ（図示省略）において所定の動作プログラムが実行されることで実現可能とされており、充放電制御部３１と温度制御部３２とは、係るコンピュータにおいて仮想的構成要素として実現される。

【0037】

充放電制御部３１は、バイパス制御部３１ｂを備える。バイパス制御部３１ｂは概略、それぞれのストリングＳＴを構成するいずれかの単電池５が何らかの原因にて故障した場合に、その故障した単電池５を含むセルグループ１０がバイパスされるよう、当該ストリングＳＴにおける通電経路を切り替える機能を有する。

【0038】

温度制御部３２は、ヒータ制御部３２ｈとファン制御部３２ｆとを備える。ヒータ制御部３２ｈとファン制御部３２ｆはそれぞれ、収容容器１１に備わる温度センサ１１ｔからの出力信号に応じて、ヒータ１１ｈとファン１１ｆの動作を制御する。概略的にいえば、待機時には、ヒータ制御部３２ｈによる制御のもと、ヒータ１１ｈにおける加熱動作のｏｎ／ｏｆｆが制御されることで、収容容器１１内の単電池５の温度が所定の大気温度（例えば３００℃程度）に維持され、運転時には、ファン制御部３２ｆによる制御のもと、ファン１１ｆにおける送風動作のｏｎ／ｏｆｆが制御されることで、活物質の反応により発熱する単電池５の冷却がなされる。

【0039】

＜ストリングの詳細構成＞
次に、ストリングＳＴ（ＳＴ１、ＳＴ２）のより詳細な構成について説明する。図２は、ストリングＳＴの一部における回路構成を示す図である。蓄電池セット２に備わる２つのストリングＳＴ１、ＳＴ２は同一の構成を有するので、図２においては１つのストリングＳＴのみを示している。

【0040】

より具体的には、図２は、ストリングＳＴのうち、ｋ（ｋはｎ－１以下の自然数）個目のモジュール電池４（ｋ）を構成する収容容器１１とｋ＋１個目のモジュール電池４（ｋ＋１）を構成する収容容器１１とに収容されている単電池５の近傍における、接続の様子を示している。

【0041】

なお、以降の説明では、それぞれのストリングＳＴにおいて単電池５が直列に接続されてなる経路を主経路Ｌａと称する。また、便宜上、図面視において主経路Ｌａの上方に向かう向きを上流側と称し、下方に向かう向きを下流側と称する。それぞれのストリングＳＴにおいては、充電時には下流側に向けて電流が流れ、放電時には上流側に向けて電流が流れる。

【0042】

上述のように、ストリングＳＴにおいては、ｍ個ずつ２つのセルグループ１０に区分された２ｍ個の単電池５が、それぞれの収容容器１１に収容されているが、図１においては簡略化のため、それら２ｍ個の単電池５が、単に直列に接続されるように図示していた。

【0043】

しかしながら、実際のストリングＳＴの主経路Ｌａにおいては、図２に示すように、一の収容容器１１に収容された２つのセルグループ１０の間に、グループ間ゲートＧ１が設けられてなる。

【0044】

加えて、ストリングＳＴの個々の収容容器１１においては、主経路Ｌａとは別に、バイパス経路Ｌｂが設けられてなる。バイパス経路Ｌｂは、回路構成上は、主経路Ｌａと並列に設けられてなるものとみなされる。それゆえ、バイパス経路Ｌｂについても、主経路Ｌａと同様、図面視における上下方の向きに応じて、上流側および下流側という文言を用いる。

【0045】

そして、主経路Ｌａにおける２つのセルグループ１０の上流側と下流側のそれぞれと、バイパス経路Ｌｂとを接続する４つのブリッジ経路Ｌｃａ、Ｌｃｂ、Ｌｃｃ、Ｌｃｄが設けられ、それぞれのブリッジ経路Ｌｃａ、Ｌｃｂ、Ｌｃｃ、Ｌｃｄには順に、ブリッジゲートＧ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃ、Ｇ２ｄが備わっている。

【0046】

また、主経路Ｌａにおいては、一の収容容器１１に収容された２つのセルグループ１０よりも下流側に、モジュール端ゲートＧ３が設けられてなる。ストリングＳＴにおいては、相異なる収容容器１１に収容されたセルグループ１０に属する単電池５同士も、主経路Ｌａにて直列に接続されており、モジュール端ゲートＧ３は、主経路Ｌａにおいて、それら収容容器１１が異なるセルグループ１０の間に備わっている。すなわち、モジュール端ゲートＧ３は、主経路Ｌａにおいてセルグループ１０の間に設けられてなる点で、グループ間ゲートＧ１と共通する。

【0047】

さらには、主経路Ｌａにおけるモジュール端ゲートＧ３の下流側とバイパス経路Ｌｂの収容容器１１の間とが、ブリッジ経路Ｌｃｅにて接続されてなる。そして、係るブリッジ経路Ｌｃｅには、ブリッジゲートＧ２ｅが備わっている。以降においては、係るブリッジゲートＧ２ｅを特に、終端ブリッジゲートＧ２ｅと称することがある。

【0048】

なお、図２においては図示を省略しているが、主経路Ｌａの最上流側（モジュール電池４（１）を構成する収容容器１１に収容されているセルグループ１０の上流側）と最下流側（モジュール電池４（ｎ）を構成する収容容器１１に収容されているセルグループ１０の下流側）とはＰＣＳ１３に接続されている。

【0049】

グループ間ゲートＧ１、５つのブリッジゲートＧ２（Ｇ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃ、Ｇ２ｄ、Ｇ２ｅ）、および、モジュール端ゲートＧ３は、２つの半導体素子（より具体的にはＭＯＳＦＥＴ）ＳＤを備える同一構成のゲートスイッチである。以降においては、これらのゲートスイッチに電流が流れる状態を「ＯＮ状態」あるいは単に「ＯＮ」と称し、電流が流れない状態を「ＯＦＦ状態」あるいは単に「ＯＦＦ」と称する。これらゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態の制御は、バイパス制御部３１ｂによりなされる。

【0050】

本実施の形態に係る蓄電池システム１においては、その動作時（充放電時）、蓄電池セット２に備わるそれぞれのストリングＳＴにおける単電池５の故障の状況（発生箇所および個数）に応じて、バイパス制御部３１ｂが個々のゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替える、バイパス制御を行うようになっている。これにより、蓄電池システム１においては、選択された特定のセルグループ１０のみをバイパスしてストリングＳＴに通電することが可能となっている。

【0051】

＜蓄電池セットにおけるバイパス制御＞
以下、蓄電池システム１の動作時におけるバイパス制御と、これにより実現される通電態様について、単電池５の故障の程度に応じて段階的に説明する。

【0052】

原則として、本実施の形態に係る蓄電池システム１においては、多数の単電池５が複数のセルグループ１０に区分されつつ直列に接続されて構成されたストリングＳＴに属する、ある単電池５が故障した場合、当該単電池５を含むセルグループ１０を単位として、バイパスがなされる。換言すれば、同じストリングＳＴに属しているものの故障した単電池５を含まないセルグループ１０は、係る故障が生じた後もそのまま使用される。

【0053】

なお、あるセルグループ１０がバイパスされると、該セルグループ１０の分だけストリングＳＴにおける最大起電力が低下するが、係る態様にて起電力が低下したストリングＳＴであっても、あらかじめ設定された限界値の範囲内において故障がない場合よりも大きな電流を流すことで、故障がない場合と同程度の出力を得ることは可能である。その際に個々の単電池５に流れる電流の大きさの、故障がないときに流れる電流の大きさに対する比である過負荷比は、故障した単電池の本数をαとすると、２ｍｎ／（２ｍｎ－αｍ）＝２ｎ／（２ｎ－α）なる値にて表される。係る過負荷比の値が大きくなるほど、単電池５に流れる電流が限界値に近づくことになる。

【0054】

（単電池の故障がない場合）
図３は、単電池の故障がない場合のストリングＳＴにおける通電態様を示す図である。具体的には、図３には、図２と同じストリングＳＴの一部における回路構成を示すとともに、それぞれのゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態と、これにより実現される通電経路についても、併せて示している。

【0055】

いずれの単電池５も故障してはいない場合、バイパス制御部３１ｂは、ストリングＳＴに備わる全てのグループ間ゲートＧ１とモジュール端ゲートＧ３とをＯＮ状態とし、全てのブリッジゲートＧ２（Ｇ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃ、Ｇ２ｄ、Ｇ２ｅ）をＯＦＦ状態とする。これにより、いずれのストリングＳＴにおいても、矢印ＡＲ１１～ＡＲ１４に示すように主経路Ｌａにのみ電流が流れ、バイパス経路Ｌｂおよび各ブリッジ経路には電流は流れない。係る場合、蓄電池セット２においては、２ｍｎ個の単電池５が直接に接続された２つのストリングＳＴ１、ＳＴ２が並列に接続された状態となっているので、放電時には最大で２ｍｎＶ０なる大きさの起電力が得られる。

【0056】

（あるストリングの１個の単電池が故障した場合）
図４は、あるストリングＳＴにおいて１個の単電池５が故障した場合の、ストリングＳＴにおける通電態様の一例を示す図である。

【0057】

より具体的には、図４は、ストリングＳＴ１およびＳＴ２の双方について、図２と同様にｋ個目のモジュール電池４（ｋ）を構成する収容容器１１とｋ＋１個目のモジュール電池４（ｋ＋１）を構成する収容容器１１に収容されている単電池５の近傍における、接続の様子を示している。

【0058】

いま、ストリングＳＴ１のモジュール電池４（ｋ）に属するある単電池５ｘ（１）が故障したとする。充放電制御部３１が係る故障を検知すると、バイパス制御部３１ｂは、故障した単電池５ｘ（１）が属するモジュール電池４（ｋ）の主経路Ｌａに備わるグループ間ゲートＧ１およびモジュール端ゲートＧ３をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えるとともに、グループ間ゲートＧ１の上流側に接続されているブリッジ経路Ｌｃｂに備わるブリッジゲートＧ２ｂと、当該モジュール電池４（ｋ）の最下流側に接続されているブリッジ経路Ｌｃｅに備わる終端ブリッジゲートＧ２ｅとを、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。

【0059】

これにより、ストリングＳＴ１のモジュール電池４（ｋ）においては、故障した単電池５ｘ（１）の属するセルグループ１０とこれを挟むグループ間ゲートＧ１およびモジュール端ゲートＧ３には電流は流れず、代わって、矢印ＡＲ２１～ＡＲ２４に示すように、通電経路が、主経路Ｌａからブリッジ経路Ｌｃｂ、バイパス経路Ｌｂ、終端ブリッジ経路Ｌｃｅという経路にバイパスされる。

【0060】

なお、故障した単電池５が属するモジュール電池４（ｋ）を除くストリングＳＴ１においては、例えば矢印ＡＲ２５およびＡＲ２６に示すように、単電池５の故障がないときと同様、主経路Ｌａが通電経路として維持される。

【0061】

なお、本実施の形態に係る蓄電池システム１においてある単電池５が故障した際に行われる、係る単電池５を含むセルグループ１０のバイパスは原則として、グループ間ゲートＧ１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えるとともに、当該セルグループ１０の上流側と下流側のそれぞれに位置するブリッジゲートＧ２のうち意図するバイパスを実現可能な１つずつのブリッジゲートＧ２をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えることにより、実現される。

【0062】

例えば、図４に示す場合であれば、グループ間ゲートＧ１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替え、ブリッジゲートＧ２ｂおよびＧ２ｄをＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替えることでも、故障した単電池５ｘ（１）を含むセルグループをバイパス可能である。この場合、バイパスに伴い通電経路を構成するゲートスイッチの個数が１つ増えることになる。

【0063】

しかしながら、ゲートスイッチの個数が増えるほど抵抗ロスは増大するため、バイパスするにあたっては、ゲートスイッチの個数がなるべく増えないことが望ましい。

【0064】

図４に示した例では、この点を鑑み、主経路Ｌａにおいてグループ間ゲートＧ１に加えてモジュール端ゲートＧ３もＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替るとともに、故障した単電池５ｘ（１）が属するセルグループ１０の下流側においてバイパスに用いるゲートスイッチを、終端ブリッジゲートＧ２ｅとすることで、使用するゲートスイッチの個数をバイパス実行前後で変わらないようにしている。これにより、バイパスに伴い抵抗ロスが増大しないようになっている。

【0065】

また、図示は省略するが、単電池５ｘ（１）が属するセルグループ１０ではなく、同じ収容容器１１に収容されてなるもう一方のセルグループ１０に属する単電池５が故障した場合には、バイパス制御部３１ｂは、ストリングＳＴ１の収容容器１１（ｋ）に備わるグループ間ゲートＧ１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えるとともに、故障した単電池５の属するセルグループ１０の上流側に接続されているブリッジ経路Ｌｃａに備わるブリッジゲートＧ２ａと、グループ間ゲートＧ１の下流側に接続されているブリッジ経路Ｌｃｃに備わるブリッジゲートＧ２ｃとを、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。

【0066】

この場合も、ストリングＳＴ１のモジュール電池４（ｋ）においては、故障した単電池５の属するセルグループ１０とその下流側に位置するグループ間ゲートＧ１には電流は流れず、代わって、通電経路が、主経路Ｌａからブリッジ経路Ｌｃａ、バイパス経路Ｌｂ、ブリッジ経路Ｌｃｃという経路にバイパスされる。この場合は、バイパスに伴い通電経路を構成するゲートスイッチの個数が１つ増えることになる。

【0067】

いずれにせよ、ストリングＳＴ１に属する単電池５が故障した場合には、ストリングＳＴ１における最大起電力は、故障した単電池５がない状態の２ｍｎＶ０なる値からｍＶ０だけ低下することになる。

【0068】

ただし、このようにストリングＳＴ１においてバイパスを行っただけであると、ストリングＳＴ２における最大起電力は２ｍｎＶ０なる値のままであるので、ストリングＳＴ１における起電力とこれに並列するストリングＳＴ２における起電力とが、バランスしなくなる。そこで、本実施の形態に係る蓄電池システム１においては、２つのストリングＳＴの一方においてあるセルグループ１０に属する単電池５が故障することにより当該ストリングＳＴにおける最大起電力が低下することになる場合、故障した単電池が属していないストリングＳＴにおいても意図的に、同じだけの起電力低下が生じるようにする。

【0069】

具体的には、ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替えて、いずれかのセルグループ１０に電流が流れないようにし、故障した単電池５が属するストリングＳＴと同様の通電経路のバイパスを、故障した単電池５が属していないストリングＳＴにおいても行うようにする。

【0070】

図４に示す場合であれば、故障した単電池５ｘ（１）が属していないストリングＳＴ２のモジュール電池４（ｋ＋１）において、係るバイパスが行われている。より詳細には、係るモジュール電池４（ｋ＋１）に属するグループ間ゲートＧ１およびモジュール端ゲートＧ３がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられてなるとともに、グループ間ゲートＧ１の上流側に接続されているブリッジ経路Ｌｃｂに備わるブリッジゲートＧ２ｂと、ブリッジ経路Ｌｃｅに備わる終端ブリッジゲートＧ２ｅとが、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えられている。

【0071】

これにより、ストリングＳＴ２のモジュール電池４（ｋ＋１）においては、グループ間ゲートＧ１とその下流側に位置するセルグループ１０には電流は流れず、代わって、矢印ＡＲ３３～ＡＲ３６に示すように、通電経路が、主経路Ｌａからブリッジ経路Ｌｃｂ、バイパス経路Ｌｂ、ブリッジ経路Ｌｃｅという経路にバイパスされる。

【0072】

モジュール電池４（ｋ＋１）を除くストリングＳＴ２においては、例えば矢印ＡＲ３１およびＡＲ３２に示すように、主経路Ｌａが通電経路として維持される。

【0073】

結果として、ストリングＳＴ２における最大起電力も、２ｍｎＶ０なる値からｍＶ０だけ低下し、ストリングＳＴ１とＳＴ２とにおける最大起電力が２ｍｎＶ０－ｍＶ０＝（２ｎ－１）ｍＶ０で揃うことになる。

【0074】

故障した単電池５が属していないストリングＳＴにおいてバイパスの対象となるセルグループ１０の選択は、基本的には任意である。それゆえ、図４においてストリングＳＴ２のモジュール電池４（ｋ＋１）に属するセルグループ１０がバイパスの対象として選択されているのはあくまで例示にすぎず、同じあるいは他の収容容器１１に含まれるセルグループ１０がバイパスの対象として選択されてよい。その場合も同様に、当該セルグループ１０と、同じ収容容器１１に含まれるグループ間ゲートＧ１とが、２つのブリッジ経路とバイパス経路Ｌｂとによってバイパスされる。

【0075】

ただし、動作状態等から寿命が近い単電池５が存在することがあらかじめわかっているような場合は、当該単電池５が優先的にバイパスの対象として選択されてよい。

【0076】

以上のように、いずれかのストリングＳＴに属する１個の単電池５が故障した場合、蓄電池セット２は、最大起電力が（２ｎ－１）ｍＶ０の電池として使用が継続される。

【0077】

（２個の単電池が故障した場合）
次に、図４に示すように１個の単電池５が故障した後、さらにもう１個の単電池５が故障した場合を考える。これには、以下のケース（i）～（iii）の３通りの場合がある。

【0078】

[ケース（i）：１個目に故障した単電池５が属していないストリングＳＴにおいて、単電池５が故障する場合]
この場合は、新たに故障した単電池５が属するストリングＳＴにおいて、それまで故障した単電池５が存在しないにも関わらず最大起電力を揃えるべくバイパスの対象として選択されていたセルグループ１０に代えて、新たに故障した単電池５を含むセルグループ１０がバイパスの対象となるよう、バイパス制御部３１ｂが対象となるゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替える。

【0079】

従って、ケース（i）の場合、蓄電池セット２は変わらず、最大起電力が（２ｎ－１）ｍＶ０の電池として使用が継続されることになる。

【0080】

[ケース（ii）：１個目に故障した単電池５が属しているストリングＳＴにおいて、当該単電池５と同じモジュール電池４に属する単電池５が故障する場合]
この場合は、１個目に故障した単電池５が属するストリングＳＴにおいて、新たに故障した単電池５を含むセルグループ１０がさらにバイパスされる。加えて、起電力を揃えるため、故障した単電池５が属していないストリングＳＴにおいても、任意のセルグループ１０がさらにバイパスされる。

【0081】

より詳細には、故障した２つの単電池５が属するストリングＳＴにおいては、それら２つの単電池５がそれぞれに属するモジュール電池４の２つのセルグループ１０がまとめてバイパスされる。一方、故障した単電池が存在しないストリングＳＴにおいては、該ストリングＳＴの全体から２つのセルグループ１０が任意に選択されてバイパスされる。なお、その際は、故障した単電池５が１個だけであった場合にバイパスされていたセルグループ１０が引き続きバイパスされる態様であってもよいし、新たに２つのセルグループ１０が選択されてバイパスされる態様であってもよい。

【0082】

いずれにせよ、係るケース（ii）の場合、それぞれのストリングＳＴにおける最大起電力は、故障した単電池５が１個だけであった場合からさらに、ｍＶ０だけ低下する。これにより、ケース（ii）の場合、蓄電池セット２は、最大起電力が２（ｎ－１）ｍＶ０の電池として使用が継続されることになる。

【0083】

図５は、ケース（ii）の場合を例示するべく示す、あるストリングＳＴの同じ収容容器１１に収容された２個の単電池５が故障した場合の、ストリングＳＴにおける通電態様の一例を示す図である。

【0084】

より具体的には、図５は、図４に示していたように、ストリングＳＴ１のあるモジュール電池４（ｋ）に含まれる一方のセルグループ１０に属する単電池５ｘ（１）が先に故障していた（１個目に故障した）単電池５である場合において、同じ収容容器１１に収容された他方のセルグループ１０に属する単電池５ｘ（２）が新たに故障した（２個目に故障した）ために、それら２つのセルグループ１０がバイパスされるときの様子を、示している。

【0085】

さらに、図５には、故障した単電池５が存在しないストリングＳＴ２においても、図４に示す、故障した単電池５が１個であったときにバイパスされていたセルグループ１０と同じモジュール電池４（ｋ＋１）に含まれるもう一方のセルグループ１０がさらにバイパスされることにより、一の収容容器に収容された２つのセルグループ１０がバイパスされることとなったときの様子も、併せて示している。

【0086】

まず、ストリングＳＴ１について説明すると、充放電制御部３１が新たに単電池５ｘ（２）の故障を検知した結果として、バイパス制御部３１ｂが、この故障した単電池５ｘ（２）が属するセルグループ１０の上流側に接続されているブリッジ経路Ｌｃａに備わるブリッジゲートＧ２ａを、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える一方、単電池５ｘ（１）の故障以降はバイパスのためにＯＮ状態とされていた、ブリッジ経路Ｌｃｂに備わるブリッジゲートＧ２ｂを再び、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えている。

【0087】

これにより、ストリングＳＴ１のモジュール電池４（ｋ）においては、故障した単電池５ｘ（１）と単電池５ｘ（２）のそれぞれが属するセルグループ１０とその間に位置するグループ間ゲートＧ１には電流は流れず、代わって、矢印ＡＲ４１～ＡＲ４５に示すように、通電経路が、主経路Ｌａからブリッジ経路Ｌｃａ、バイパス経路Ｌｂ、ブリッジ経路Ｌｃｅという経路にバイパスされる。一方、故障した２つの単電池５（５ｘ（１）、５ｘ（２））が属するモジュール電池４（ｋ）を除くストリングＳＴ１においては、例えば矢印ＡＲ４６およびＡＲ４７に示すように、単電池５の故障がないときと同様、主経路Ｌａが通電経路として維持される。

【0088】

次に、ストリングＳＴ２について説明すると、図４に示していた状態からさらに、同じ収容容器１１に属するもう一つのセルグループ１０についてもバイパスするべく、バイパス制御部３１ｂは、ブリッジ経路Ｌｃａに備わるブリッジゲートＧ２ａをＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える一方、ブリッジ経路Ｌｃｂに備わるブリッジゲートＧ２ｂをＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えている。

【0089】

最低限、これらの切り替えが行われれば、ストリングＳＴ２のモジュール電池４（ｋ＋１）におけるゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態は、故障した単電池５が属するストリングＳＴ１のモジュール電池４（ｋ）におけるゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態と同じとなる。それゆえ、上述の切り替えが行われさえすれば、ストリングＳＴ２の通電経路において、モジュール電池４（ｋ＋１）を構成する収容容器１１に含まれる２つのセルグループ１０はともにバイパスされる。

【0090】

なお、図５に示した場合とは異なり、２個目に故障した単電池５が１個目に故障した単電池５と同じセルグループ１０に属している場合については、あえて想定する必要がない。これは、蓄電池セット２に含まれるいずれのセルグループ１０においても、ある単電池５が故障した場合にはそれ以降、当該セルグループ１０はバイパスの対象とされて通電されることがないため、さらなる故障が生じ得ないからである。

【0091】

[ケース（iii）：１個目に故障した単電池５が属しているストリングＳＴにおいて、当該単電池５とは異なるモジュール電池４に属する単電池５が故障する場合]
この場合は、２個目に故障した単電池５が属するセルグループ１０が含まれるモジュール電池４と、故障した単電池５の存在しないもう一方のストリングＳＴのいずれかのモジュール電池４とのそれぞれにおいて、セルグループ１０のバイパスが新たになされるよう、バイパス制御部３１ｂが対象となるゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替える。故障した単電池５の存在しないストリングＳＴにおいては、新たにバイパスされるセルグループ１０と最初にバイパスされたセルグループ１０とが同じ収容容器１１に収容されていて両者がある一のモジュール電池４を構成していてもよいし、相異なる収容容器１１に収容されて異なるモジュール電池４を構成していてもよい。バイパスされるセルグループ１０が同じ収容容器１１に収容されている場合は、図５のストリングＳＴ１の収容容器１１（ｋ）とストリングＳＴ２の収容容器１１（ｋ＋１）の双方にて例示したような、バイパス態様が採用されてもよい。

【0092】

ケース（iii）の場合、それぞれのストリングＳＴにおいて最大起電力がさらにｍＶ０だけ低下することになるので、蓄電池セット２は、最大起電力が２（ｎ－１）ｍＶ０の電池として使用が継続されることになる。

【0093】

（３個以上の単電池が故障した場合）
２個目の単電池５が故障して以降、さらに多くの単電池５が故障した場合も、基本的には、上述した１個あるいは２個の単電池５が故障した場合におけるゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替えを、新たに故障した単電池５が属するセルグループ１０が収容されている収容容器１１に備わるゲートスイッチを対象に行うことで、対処が可能である。

【0094】

ただし、故障した単電池５の個数が多くなるほど残りの単電池５における過負荷比は増大し、流れる電流の限界値に近づく。それゆえ、蓄電池セット２において許容されている故障した単電池５の個数は、それら過負荷比や、電流の限界値に応じてあらかじめ定まっている。

【0095】

なお、単電池５の故障が発生した都度、通電経路を切り替えるにあたっては、通電経路を構成するゲートスイッチの個数がなるべく増えることのないように、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の切り替え対象となるゲートスイッチが選択される。

【0096】

（バイパス制御の特徴と利点）
以上のように、本実施の形態においては、蓄電池セット２を構成する２つのストリングＳＴ（ＳＴ１、ＳＴ２）のそれぞれのモジュール電池４に、単電池５がセルグループ１０ごとに区分されて直列に接続される主経路Ｌａに加えて、バイパス経路Ｌｂを設けられてなり、かつ、主経路Ｌａにおけるセルグループ１０の間と、主経路Ｌａとバイパス経路Ｌｂとをつなぐブリッジ経路とに、ゲートスイッチ（グループ間ゲートＧ１、ブリッジゲートＧ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃ、Ｇ２ｄ、Ｇ２ｅ、モジュール端ゲートＧ３）が設けられてなる。

【0097】

そして、いずれの単電池５にも故障がない場合にはそれぞれのストリングＳＴにおいて主経路Ｌａのみを用いて通電を行う一方、いずれかのストリングＳＴにおいて単電池５が故障した場合には、係る故障した単電池５が備わる箇所に応じてゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を適宜に切り替えることで、当該単電池５を含むセルグループ１０をバイパス経路Ｌｂにてバイパスするとともに、故障した単電池５が備わっていないストリングＳＴにおいても、同様のバイパスを行って、２つのストリングＳＴにおける起電力を揃えるようにしている。

【0098】

これにより、蓄電池セット２においては、それぞれのストリングＳＴにおける単電池５の直列接続数が大きい一方で、ストリングＳＴの並列数が少ない構成を採用した場合であっても、単電池５の故障が蓄電池セット２の全体としての出力に及ぼす影響が好適に低減されるようになっている。

【0099】

特に、１つのセルグループ１０を構成する単電池５の個数ｍを比較的小さな値に抑える一方で、モジュール電池４の個数であるｎの値を大きくした場合には、最大起電力が十分に確保される一方で、過負荷比の増大は抑制される。

【0100】

より具体的には、ｍは１０未満（例えば８）とされ、ｎは数十（例えば３５）程度とされるのが好適である。ただし、ｎの値が一定の場合、ｍの値が小さいほど、必要となるゲートスイッチの個数が多くなる点には、留意が必要である。

【0101】

仮に、ｍ＝８、ｎ＝３５であり、単電池５の起電力Ｖ０が２Ｖである場合をモデルケースとすると、係るモデルケースの蓄電池セット２における単電池の総数は１１２０個となり、単電池５の故障がない場合の最大起電力は１１２０Ｖである一方、４個の単電池５が故障した場合に不使用となる蓄電池セット２の個数は６４個に留まり、過負荷比は２×３５／（２×３５－４）＝１．０６１となる。

【0102】

従来のバイパス経路を有さないモジュール電池の一例として、１１５２個の単電池を、それぞれに９６個の単電池を直接に接続してなる１２個のストリングを並列に接続してなるモジュール電池を想定すると、係るモジュール電池の場合、単電池の個数は多いにも関わらず最大起電力は９６×２＝１９２Ｖに留まる。また、２つのストリングに属する単電池が１つずつ故障しただけであっても、過負荷比は１２／１０＝１．０９となり、上述のモデルケースの場合の過負荷比を上回ることになる。

【0103】

このことは、本実施の形態に係るモジュール電池の構成を採用することで、従来よりも単電池の個数を削減しつつ、故障に対する冗長性に優れたモジュール電池を実現出来ることを指し示している。

【0104】

また、本実施の形態においては、蓄電池セット２を構成するそれぞれのストリングＳＴにグループ間ゲートＧ１、ブリッジゲートＧ２、およびモジュール端ゲートＧ３という３種類のゲートスイッチが設けられている。そして、単電池５の故障がない場合はそれぞれの収容容器１１内においてグループ間ゲートＧ１とモジュール端ゲートＧ３の２個のみがＯＮ状態とされており、その後の単電池５の故障の発生状況に応じて、バイパス制御部３１ｂが各ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替えるようになっている。

【0105】

単に、故障した単電池５を含むセルグループ１０をバイパスするという目的を果たすためだけであれば、それぞれのセルグループ１０の上流側と下流側とにおいて主経路Ｌａとバイパス経路Ｌｂとを接続する４つのブリッジ経路Ｌｃａ、Ｌｃｂ、Ｌｃｃ、Ｌｃｄに設けられてなる、ブリッジゲートＧ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃ、Ｇ２ｄを具備すれば足りる。すなわち、グループ間ゲートＧ１、モジュール端ゲートＧ３、および、ブリッジ経路Ｌｃｅならびにこれに設けられた終端ブリッジゲートＧ２ｅは、あるいはさらに、ブリッジゲートＧ２ａとＧ２ｂの間とブリッジゲートＧ２ｃとＧ２ｄの間を除くバイパス経路Ｌｂは、省略することができる。

【0106】

それにも関わらず、本実施の形態に係る蓄電池セット２においてそれらを敢えて設けているのは、上述のように、バイパスに伴い通電経路を構成するゲートスイッチの個数が１つ増えることに伴う抵抗ロスの増大を、なるべく抑制するためである。通電経路に含まれるゲートスイッチの個数が多いほど、ストリングＳＴにおいてはこれに起因した電圧低下が増大することになる。

【0107】

例えば、省略することが出来るとした上記各要素を実際に省略した場合、あるストリングＳＴにおいて新たにバイパスする必要があるセルグループ１０が生じるたびに、バイパスのために通過するゲートスイッチが２個ずつ増えることになる。

【0108】

これに対し、本実施の形態のようにゲートスイッチを配置した構成において、収容容器１１に収容されている２つのセルグループ１０のいずれかが初めてバイパスされる場合には、上述のように、上流側のセルグループ１０がバイパスされるケースにおいてのみ、通電経路となるゲートスイッチの個数は差引で１つ増える。図４に示すように、下流側のセルグループ１０がバイパスされるケースでは、使用されるゲートスイッチの個数はバイパス実行前と変わらず２個のままである。

【0109】

また、先にバイパスされたセルグループ１０と同じ収容容器１１に収容されておりそれゆえに両者で一のモジュール電池４を構成しているもう一つのセルグループ１０がさらにバイパスされる場合、ＯＮ状態とされるのはブリッジゲートＧ２ａと終端ブリッジゲートＧ２ｅの２個のみとなるため、通電経路となるゲートスイッチの個数は単電池５に故障がない場合と同じとなる。

【0110】

それゆえ、本実施の形態に係る蓄電池セット２においては、バイパスに際して通電経路となるゲートスイッチの個数が最小化されてなるので、単電池５の故障に起因して通電経路となるゲートスイッチの個数が増大することに伴う電圧降下の影響が、好適に抑制されてなる。

【0111】

さらに、本実施の形態に係る蓄電池システム１においては、同一の構成とされた２つのストリングＳＴ（ＳＴ１、ＳＴ２）を並列に接続することによって蓄電池セット２を構成し、かつ、一方のストリングＳＴにおいて単電池５の故障が生じたことによって当該単電池５を含む１または複数のセルグループ１０をバイパスすることになった場合には、他方のストリングＳＴにおいてもいずれかのセルグループ１０を同じ数だけバイパスさせるようしている。

【0112】

これにより、それぞれのストリングＳＴにおける最大起電力が、同じ値（具体的には、単電池の起電力Ｖ０×一のセルグループ１０に属する単電池５の個数ｍ×故障した単電池５が属するセルグループ１０の数）だけ低下することになる。それゆえ、いずれかのストリングＳＴにおいて単電池５の故障があったとしても、２つのストリングＳＴにおける起電力は同じ値に揃ったままとなる。このことも、単電池の故障に対する冗長性の確保に寄与している。

【0113】

＜蓄電池セットの具体的構成例＞
以降、上述のような特徴を有する蓄電池セット２の具体的構成例について説明する。なお、以降においては、セルグループ１０が８個の単電池５で構成される場合（ｍ＝８の場合）を例としている。

【0114】

図６は、単電池５が収容容器１１に収容された状態を例示する上面図であり、図７および図８はそれぞれ、係る収容状態における収容容器１１の相異なる向きの側面図である。換言すれば、図６ないし図８は、ある一のモジュール電池４の構成例でもある。なお、図６ないし以降の図面においては、収容容器１１の平面視長手方向（図６においては図面左右方向）をｘ軸方向とし、平面視短手方向（図６においては図面上下方向）をｙ軸方向とし、鉛直方向をｚ方向とする、右手系のｘｙｚ座標を付している。

【0115】

図６に示す収容容器１１は概略、外面および内面が金属板からなるとともに、その側面および底面においてそれら金属板の間に断熱材１１ａが充填された直方体状の容器である。

【0116】

また、収容容器１１は、その底部および側部を支持枠１１ｂにて支持されており、支持枠１１ｂの四隅の上端部には他の収容容器１１を積層載置可能な被載置部１１ｂ１となっている。また、収容容器１１の底部の四隅は、他の収容容器１１の被載置部１１ｂ１に積層載置可能な載置部１１ｃが設けられてなる。すなわち、収容容器１１は、鉛直方向に積層可能な構造を有してなる。なお、以降においては、収容容器１１の平面視長手方向に沿った側面を一対の主側面１１ｓ１と称し、平面視短手方向に沿った側面を一対の副側面１１ｓ２と称する。

【0117】

図６および図７においては、それぞれが円筒状をなす８個の単電池５（１）～５（８）からなる２つのセルグループ１０が、ｘ軸方向に沿って２列に並べられて、係る収容容器１１に収容されてなる様子を示している。なお、図６ないし図８においては図示を省略しているが、収容容器１１には、上述したヒータ１１ｈ、ファン１１ｆ、および温度センサ１１ｔも、適宜の箇所に設けられてなる。

【0118】

より詳細には、収容容器１１の上部には、収容容器１１内の断熱を確保する目的で、図示しない蓋体が配置される。蓋体は、収容容器１１と同様、外面および内面が金属板からなるとともに、内部に断熱材が充填された構成を有する。また、収容容器１１内の配置物以外の隙間には、砂材が充填される。砂材は、単電池５において破損、異常加熱、活物質の漏洩などの不具合が生じた場合に周囲に対する影響を低減する目的で、充填される。砂材としては、膨張ひる石（バーミキュライト）や珪砂などが例示される。

【0119】

単電池５の一方端（収容容器１１に収容された状態においては上端）の中央からは負極端子５ｎが、周縁部からは正極端子５ｐが、それぞれ突出している。それぞれのセルグループ１０においては、収容容器１１の平面視長手方向に沿って隣り合って配置された単電池５の一方の正極端子５ｐと他方の負極端子５ｎとが、接続端子Ｃ１にて電気的に接続されてなる。ただし、図６においては、一部の接続端子Ｃ１のみを示している。

【0120】

また、それぞれのセルグループ１０において一方端に配置されてなる単電池５（１）の負極端子５ｎと、他方端に配置されてなる単電池５（８）の正極端子５ｐとには、主側面１１ｓ１から収容容器１１の外側へと突出する外部接続端子Ｃ２が接続されてなる。なお、図示は省略しているが、係る外部接続端子Ｃ２と収容容器１１を構成する金属板とは、所定の絶縁部材によって絶縁されてなる。

【0121】

さらに、図７および図８に示すように、収容容器１１の副側面１１ｓ２の一方には、図６においては図示しない接続部２０が、設けられてなる。

【0122】

接続部２０は、第１接続銅板２１と、第２接続銅板２２と、第３接続銅板２３と、第４接続銅板２４と、第５接続銅板２５と、第６接続銅板２６とを備える。これら第１ないし第６接続銅板２１～２６は、０．３ｍｍ～３．０ｍｍ程度の厚みを有する銅板からなる。あるいは、同程度の厚みを有する板状基材に銅箔を貼り付けたものが用いられてもよい。後述するように、第１ないし第６接続銅板２１～２６は、蓄電池セット２の動作時の通電経路として設けられてなる。第１～第４接続銅板２１～２４は、収容容器１１の副側面１１ｓ２から一対の主側面１１ｓ１のいずれかに向けて屈曲させて設けられてなる。

【0123】

図７には、一対の主側面１１ｓ１の一方の面上において、図面視手前側に位置するセルグループ１０と接続部２０とが電気的に接続される様子を示している。具体的には、ケーブルＣ４が、単電池５（１）に接続されてなる外部接続端子Ｃ２と第１接続銅板２１の一方端部とを接続してなり、ケーブルＣ３が、単電池５（８）に接続されてなる外部接続端子Ｃ２と第２接続銅板２２の一方端部とを接続してなる様子を示している。

【0124】

また、図示は省略するが、一対の主側面１１ｓ１の他方の面上においても、もう一方のセルグループ１０と接続部２０とが図示しないケーブルにて電気的に接続されている。すなわち、単電池５（１）に接続されてなる外部接続端子Ｃ２と第３接続銅板２３の一方端部とが接続されてなるとともに、単電池５（８）に接続されてなる外部接続端子Ｃ２と第４接続銅板２４の一方端部とが接続されてなる。

【0125】

さらには、図８に示すように、第１接続銅板２１ないし第４接続銅板２４のそれぞれと第５接続銅板２５との間には、ゲートスイッチＧが設けられてなる。さらには、第２接続銅板２２と第３接続銅板２３との間、第４接続銅板２４と第６接続銅板２６との間、および、第５接続銅板２５と第６接続銅板２６との間にも、ゲートスイッチＧが設けられてなる。

【0126】

以上のような、収容容器１１における接続端子Ｃ１、外部接続端子Ｃ２、ケーブルＣ３およびＣ４などによる電気的な接続は、図２などに示した回路構成に対応する。

【0127】

すなわち、第１接続銅板２１ないし第４接続銅板２４のそれぞれと第５接続銅板２５との間がそれぞれ、ブリッジ経路Ｌｃａ～Ｌｃｄに該当し、それぞれに備わるゲートスイッチＧはそれぞれ、ブリッジゲートＧ２ａ、Ｇ２ｂ、Ｇ２ｃ、Ｇ２ｄに該当する。さらには、第２接続銅板２２と第３接続銅板２３との間のゲートスイッチＧは、グループ間ゲートＧ１に該当する。また、第４接続銅板２４と第６接続銅板２６との間のゲートスイッチＧは、モジュール端ゲートＧ３に該当する。そして、第５接続銅板２５と第６接続銅板２６との間のゲートスイッチＧは、終端ブリッジゲートＧ２ｅに該当する。

【0128】

そして、第１接続銅板２１→（ケーブルＣ４、外部接続端子Ｃ２）→セルグループ１０（単電池５（１）～単電池５（８）の直列）→（外部接続端子Ｃ２、ケーブルＣ３）→第２接続銅板２２→ゲートスイッチＧ（Ｇ１）→第３接続銅板２３→（ケーブル、外部接続端子Ｃ２）→セルグループ１０（単電池５（１）～単電池５（８）の直列）→（外部接続端子、ケーブルＣ４）→第４接続銅板２４→ゲートスイッチＧ（Ｇ３）→第６接続銅板２６という経路が、主経路Ｌａに該当する。

【0129】

また、第５接続銅板２５が収容容器１１内におけるバイパス経路Ｌｂに該当する。

【0130】

加えて、第１接続銅板２１の他方端部２１ａと第６接続銅板２６の他方端部２６ａとは、それぞれ、別の収容容器１１との間で電気的接続を行うための端子部とされてなる。

【0131】

例えば、図６ないし図８が、図４に示した単電池５ｘ（１）の故障したストリングＳＴ１のモジュール電池４（ｋ）を構成する収容容器１１である場合、バイパス時の通電経路は、第１接続銅板２１→（ケーブルＣ４、外部接続端子Ｃ２）→セルグループ１０（単電池５（１）～単電池５（８）の直列）→（外部接続端子Ｃ２、ケーブルＣ３）→第２接続銅板２２→ゲートスイッチＧ（Ｇ２ｂ）→第５接続銅板２５→ゲートスイッチＧ（Ｇ２ｅ）→第６接続銅板２６となる。

【0132】

以上より、図６ないし図８は、図２に例示した回路構成を備えたモジュール電池４が実際に実現可能なものであることを示している。

【0133】

図９は、それぞれが図６ないし図８に示した構成を有する複数の収容容器１１を一のコンテナ１００ｃに収容してなる、モジュール電池収容体１００の模式的な構成を示す図である。図９においては収容容器１１との関係において図６ないし図８と共通のｘｙｚ座標を付している。以降においては、蓄電池セット２のそれぞれのストリングＳＴが３５個の収容容器１１からなる（ｎ＝３５）ものとする。

【0134】

図９に示す場合においては、コンテナ１００ｃ上に、１２箇所×３段＝３６箇所の収容容器収容箇所がそれぞれのストリングＳＴ（ＳＴ１、ＳＴ２）用に２列に用意され、それぞれの列においては、最下段の一方端部側を除く３５箇所の部分に、それぞれのストリングＳＴの３５個の収容容器１１が配置されてなる。なお、底部をハッチングにて示す最下段の一方端部側の一箇所には、２列分まとめて終端ユニット１２の配置箇所とされる。

【0135】

より具体的には、個々のストリングＳＴにおいて、収容容器１１は、それぞれの接続部２０がモジュール電池収容体１００の側面（ｙｚ平面）に露出するように配置される。すなわち、それぞれの収容容器１１においては、斜線部に接続部２０が位置するように配置される。

【0136】

なお、上述したように、それぞれの収容容器１１には被載置部１１ｂ１と載置部１１ｃとが備わっているので、図９に示すような積層載置は好適に行える。

【0137】

係る態様にて収容容器１１を積層した状態で、相異なる収容容器１１の第１接続銅板２１の他方端部２１ａと第６接続銅板２６の他方端部２６ａとを接続することで、図１および図２に示した回路構成の蓄電池セット２を、実際に構成することが出来る。

【0138】

以上、説明したように、本実施の形態によれば、それぞれが高温動作型の二次電池である多数の単電池を直列に接続することによって構成されたストリングを備える、蓄電池システムにおいて、該ストリングを構成する単電池を複数のセルグループに区分し、それぞれのセルグループを該ストリング内において個別にバイパス可能なバイパス経路を設けることで、ある単電池が故障した場合であっても、当該単電池の属するセルグループを含む少なくとも１つのセルグループをバイパスすることで、当該単電池を含むストリングに対しては通電を継続することが可能となる。

【0139】

これにより、本実施の形態によれば、単電池の故障に対する冗長性に優れたモジュール電池さらにはこれを備える充電池システムが、実現される。

【0140】

また、本実施の形態に係る蓄電池システムにおいては、互いに直列に接続されるセルグループ同士の間と、それぞれのセルグループの上下流側とバイパス経路との間を接続するブリッジ経路とにゲートスイッチを設けるようにし、通電経路をバイパスさせるに際しては、それらゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を適宜に組み合わせることで、通電経路に位置するゲートスイッチの個数を最小化されてなる。これにより、単電池の故障に起因したゲートスイッチの切り替えに伴う電圧降下の影響が、好適に低減されてなる。

【0141】

さらに、本実施の形態に係る蓄電池システムにおいては、同一の構成とされた２つのストリングを並列に接続し、かつ、一方のストリングにおいて単電池の故障が生じたことによって当該単電池を含むセルグループをバイパスすることになった場合には、他方のストリングにおいてもいずれかのセルグループをバイパスさせるようしている。これにより、それぞれのストリングにおける最大起電力が、同じ値だけ低下することになる。それゆえ、いずれかのストリングにおいて単電池の故障があったとしても、２つのストリングにおける起電力は同じ値に揃ったままとなる。このことも、単電池の故障に対する冗長性の確保に寄与している。

【0142】

また、本実施の形態に係る蓄電池システムにおいては、単電池が故障した場合のそれぞれのゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替えが、当該単電池を含むモジュール電池を単位として行われ、同じストリングに属する他のモジュール電池に影響しない。すなわち、ＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替え制御は個々のモジュール電池内で完結する。また、ＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替え制御の対象となるモジュール電池においてのみ、使用するゲートスイッチの個数の増大を抑制さえすれば、ストリング全体においてゲートスイッチの使用個数が増大することもない。

【0143】

特に、１つのセルグループを構成する単電池の個数を比較的小さな値に抑える一方で、収容容器の個数を大きくした場合には、最大起電力が十分に確保される一方で、単電池における過負荷比の増大が抑制される。

【0144】

＜変形例＞
上述の実施の形態においては、一の蓄電池セット２が、互いに並列に接続された２つのストリングＳＴから構成される例を示しているが、これは必須の態様ではなく、さらに多くのストリングＳＴが並列に接続されていてもよい。

【0145】

ただし、一の蓄電池セット２を２つのストリングＳＴにて構成する態様は、図９に示すモジュール電池収容体１００のように、それぞれが各ストリングＳＴに属するモジュール電池４を構成する全ての収容容器１１を、隙間なく、かつ、当該モジュール電池収容体１００の外面をなすように配置することが容易であるという点で、好適である。

【0146】

また、上述の実施の形態では、主経路Ｌａとバイパス経路Ｌｂとの間での通電経路の切り替えを半導体素子ＳＤからなるゲートスイッチを用いて行っているが、これに代わり、機械式のスイッチを用いて係る切り替えを行う態様であってもよい。その際には、上述の実施の形態と同様のバイパスが実現される限りにおいて、各セルグループとスイッチとの接続の仕方が、上述の実施の形態とは違えられてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】