JP2012182911A - 電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】どのような規模のシステム構築要求が生じた場合であっても、かかる要求に柔軟に対応可能な電池システムを提供する。
【解決手段】電池システム２０３は、複数の電池セル３１０を直列に接続してなる電池モジュール３１４と、電池モジュール３１４を、直列および並列のいずれか一方または両者の態様により接続してなる電池パック２５２と、電池パック２５２を、直列および並列のいずれか一方または両者の態様により接続してなる電池ブロック２１２とを、相互に階層化して設けてなる。本電池システム２０３では、基本単位の階層バリエーションとして、電池モジュール３１４、電池パック２５２、並びに、電池ブロック２１２を予め用意しておき、必要な規模に応じてこれらの基本単位を適宜組み合わせる構成を採用した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の電池セルを直列に接続してなる電池モジュールを備えた電池システムに関する。

従来の電池シムテムとしては、複数の電池セルを直列に接続してなる電池モジュールを、相互に並列に複数設けてなるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に係る電池システムでは、相互に並列に設けた複数の電池モジュール間の電流ばらつきを、電池モジュール毎に設けた状態検出回路によって検出する。この検出結果に基づいて、複数の電池モジュールにそれぞれ流れる電流の大きさを電流制御素子によって制御する。特許文献１に係る電池システムによれば、電池モジュール間の電流ばらつきを低減することができる。

特開２０１０−０２９０１５号公報

ところで、最近時、電力貯蔵用の電池システムの開発および試験的な導入が着実に進みつつある。こうした中、電池システムの適用用途が拡大し、これに伴って電池システムは、多様な電圧・電流容量の要請に対して柔軟に対応可能な拡張性が求められるようになってきている。しかしながら、特許文献１に係る電池システムでは、多様な電圧・電流容量の要請に対して柔軟に対応可能な拡張性までは提供できない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、どのような規模のシステム構築要求が生じた場合であっても、かかる要求に柔軟に対応可能な電池システムを提供することを目的とする。

本発明に係る電池システムは、複数の電池セルを直列に接続してなる電池モジュールと、この電池モジュールを、直列および並列のいずれか一方または両者の態様により接続してなる電池パックと、この電池パックを、直列および並列のいずれか一方または両者の態様により接続してなる電池ブロックとを、相互に階層化して設けてなる電池システムが前提となる。

本発明に係る電池システムは、電池セル監視部と、電池モジュール制御部と、電池パック制御部とを備える。電池セル監視部は、複数の電池セル間の電力量および充電状態のいずれか一方または両者に係るばらつきを演算し、前記複数の電池セル間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき当該ばらつきをならすための動作を行う。電池モジュール制御部は、複数の前記電池モジュール間の電力量および充電状態のいずれか一方または両者に係るばらつきを演算し、前記複数の電池モジュール間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき当該ばらつきをならすための制御を行う。そして、電池パック制御部は、複数の前記電池パック間の電力量および充電状態のいずれか一方または両者に係るばらつきを演算し、前記複数の電池パック間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき当該ばらつきをならすための制御を行う。

本発明によれば、どのような規模のシステム構築要求が生じた場合であっても、かかる要求に柔軟に対応可能な電池システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電池システム２０３が適用される発電システム１０１の概要を示す機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る電池システム２０３の階層構造を概念的に表す機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る電池システム２０３が適用される電池システム２０３の回路構成図である。 電池パック２５２周辺の回路構成図である。 電池ブロック２１２が収納される電池ブロック収納装置４１２の外観図である。 本発明の第２実施形態に係る電池システム２０５の比較例が有する課題の説明に供する図である。 本発明の第２実施形態に係る電池システム２０５の主要部を概念的に表す図である。 本発明の第２実施形態に係る電池システム２０５の動作説明に供するフローチャート図である。 本発明の第２実施形態に係る電池システム２０５の動作説明に供するフローチャート図である。 図８に示すフローチャート図に対応するタイムチャート図である。 図９に示すフローチャート図に対応するタイムチャート図である。

以下、本発明の複数の実施形態に係る電池システム２０３について図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態に係る電池システム２０３］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電池システム２０３が適用される発電システム１０１の機能ブロック図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る電池システム２０３の階層構造を概念的に表す機能ブロック図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る電池システム２０３の回路構成図である。図４は、電池パック２５２周辺の回路構成図である。本発明の第１実施形態に係る電池システム２０３の説明に先立って、同システム２０３が適用される発電システム１０１について説明する。

〔発電システム１０１〕
発電システム１０１は、図１に示すように、発電装置１０２と、電力系統１０４と、交流直流変換装置１１２と、直流交流変換装置１１４と、蓄電システム２００とを備える。発電装置１０２としては、例えば、風力に基づき発電する風力発電装置、水力に基づき発電する水力発電装置、太陽光に基づき発電する太陽光発電装置などの、自然エネルギーに基づき発電するものが好ましい。

こうした自然エネルギーに基づく発電装置１０２では、自然環境に及ぼす負荷が少ないという利点がある反面、その発電能力が自然環境に大きく左右される。このため、図１に示すように、発電装置１０２の発電電力を一旦蓄電システム２００に蓄えておき、電力負荷の要求に合わせて蓄えていた電力を、電力系統１０４を介して負荷（不図示）へ送電するようにする。

蓄電システム２００は、直流電力を蓄電する機能を有する。そこで、発電装置１０２で発電された電力を交流直流変換装置１１２により直流電力に変換し、変換された直流電力を蓄電システム２００に蓄電する。負荷への送電は交流の電力系統１０４を介して行われる。そこで、蓄電システム２００に蓄えられた直流電力を直流交流変換装置１１４により交流電力に変換し、電力系統１０４を介して負荷に供給するようにしている。

〔蓄電システム２００〕
蓄電システム２００は、所要の蓄電容量に基づき設計された数の電池システム２０３を備える。図１の蓄電システム２００は、多数の電池システム２０３からなる例を示している。個々の電池システム２０３の詳細は、図２〜図４を用いて後述する。

ところで、電力の供給は社会生活に密接にかかわっている。このため、大規模自然災害などの特別の事由が生じた場合を除き、蓄電システム２００全体が動作停止する事態を避けたい。そこで、定期的な保守点検は、蓄電システム２００全体の動作を停止することなしに、一部の電池システム２０３を順次停止させながら行う。電池システム２０３の修理を行う場合は、やはり蓄電システム２００全体としての動作を維持しながら、対象となる電池システム２０３に限ってその運転を停止して作業を行う。

また、後で詳しく説明するが、電池システム２０３は、その構成要素として、複数の電池ブロック２１２を備えて構成される。仮に、電池システム２０３が備える複数の電池ブロック２１２のうち、ごく一部の電池ブロック２１２になんらかの不具合が生じたとする。この場合、対象となる電池システム２０３そのものを蓄電システム２００から切り離すことなしに、不具合が生じた一部の電池ブロック２１２に限って蓄電システム２００から切り離す。こうして切り離した一部の電池ブロック２１２について、保守点検（必要に応じて、修理や交換）作業を行うようにする。このように構成すれば、保守点検作業に係る安全性と、電力の安定供給に係る利便性とを両立することができる。

〔蓄電システム２００の技術課題、解決手段、並びに効果〕
本発明の第１実施形態に係る電池システム２０３を適用する上で前提となる蓄電システム２００について、その代表的な技術課題、解決手段、並びに効果を下記に列挙する。

（１）蓄電システム２００の小型化
蓄電システム２００は、図３に示すように、複数の電池パック２５２を束ねてなる電池ブロック２１２を、キャビネット型の筐体を有するひとつの電池ブロック収納装置４１２（図５参照）に収納してなる。このため、蓄電システム２００の全体サイズを小型化することができる。また、電池ブロック収納装置４１２には、電池ブロック２１２をはじめとして、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０、遮断機２４２、断路器２３８などの、蓄電システム２００の構成要素がコンパクトに収納される。このため、蓄電システム２００の全体サイズを小型化することができる。

（２）蓄電システム２００の利便性・操作性
蓄電システム２００は、図５に示すように、引き出しタイプのパック収納ハウジング４３２の前側壁に、電池パック２５２の動作状態を示すとともに、各種設定操作時に用いる表示操作部４４２を備えた。このため、利便性および操作性に優れる。

（３）蓄電システム２００の保守点検性
蓄電システム２００は、電池ブロック２１２または電池パック２５２を構成単位として、これらを蓄電システム２００から着脱可能な構成を採る。このため、保守点検性に優れる。

（４）電池接続時の安全性
蓄電システム２００では、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、個々の電池パック２５２が電気的に接続されたことを確認した後、断路器２３８，２３９，２４０および遮断機２４２を閉止する制御動作を行う。このため、高い安全性を確保することができる。

〔電池システム２０３〕
次に、電池システム２０３について、図２〜図４を参照して詳細に説明する。
図２および図３に示す電池システム２０３は、複数の電池システム２０３のうちひとつに注目した構成を表している。複数の電池システム２０３の構成はどれも同じである。そこで、複数の電池システム２０３のうちひとつの電池システム２０３の構成を説明することにより、複数の電池システム２０３全体の説明に代えるものとする。

また、蓄電システム２００は、ひとつの電池システム２０３からなる場合がある。この場合は、電池システム２０３と蓄電システム２００とは、その構成が一致する。かかる場合であっても、図２および図３に示したものを電池システム２０３と呼ぶこととする。また、電池システム２０３の構成要素に係る接続態様について、構成要素間を直列に接続するとともに、こうして直列に接続したもの同士を並列に接続することを、“直並列に接続する”と呼ぶ場合がある。

電池システム２０３を構成するにあたり、いくつかの重要な点を下記に列挙する。
（１）電池システム２０３の構成要素として、相互に規模が異なる基本単位の階層バリエーションをあらかじめ複数用意しておく。第１実施形態に係る電池システム２０３では、規模の小さいものから昇順に並べると、図２に示すように、電池モジュール３１４、電池パック２５２、および電池ブロック２１２が、それぞれ基本単位の階層バリエーションに相当する。

（２）別の観点からみた電池システム２０３は、図２および図３に示すように、複数の電池セル３１０を直列に接続してなる電池モジュール３１４と、電池モジュール３１４を直並列に接続してなる電池パック２５２と、電池パック２５２を直並列に接続してなる電池ブロック２１２とを、相互に階層化して構成されている。

“基本単位の階層バリエーションを相互に階層化する”とは、相互に隣接する階層間のいずれにおいても、規模の大小関係が相似であることを意味する。すなわち、例えば、第１の基本単位、第２の基本単位、および第３の基本単位を順次並べることにより、基本単位の階層バリエーションを階層的に構築したとする。この場合において、第１の基本単位と第２の基本単位との間の規模の大小関係と、第２の基本単位と第３の基本単位との間の規模の大小関係とは、相互にフラクタル構造を採る。

このことを、第１実施形態に照らして検証してみる。第１実施形態に係る電池システム２０３では、規模の大きいものから、電池ブロック２１２（第１の基本単位）、電池パック２５２（第２の基本単位）、および電池モジュール３１４（第３の基本単位）を順次並べることにより、基本単位の階層バリエーションを階層的に構築している。

この場合において、電池ブロック２１２（第１の基本単位）と電池パック２５２（第２の基本単位）との間の規模の大小関係は、前者が後者よりも大規模となる関係である。また、電池パック２５２（第２の基本単位）と電池モジュール３１４（第３の基本単位）との間の規模の大小関係も、上記と同様に前者が後者よりも大規模となる関係である。

要するに、第１の基本単位と第２の基本単位との間の規模の大小関係と、第２の基本単位と第３の基本単位との間の規模の大小関係とは、相互にフラクタル構造をとっている。従って、第１実施形態に係る電池システム２０３では、相互に隣接する階層間のいずれにおいても、規模の大小関係が相似（フラクタル構造を採る）であって、基本単位の階層バリエーションが、適切に構築されていることが検証された。

基本単位の階層バリエーションを適切に構築することの意義は、どのような規模のシステム構築要求が生じた場合であっても、かかる要求に柔軟に対応可能な電池システムを提供する点にある。ここで、基本単位の階層バリエーションが適切に構築されることの意味を、金銭（日本円）による物品取引に例えてわかりやすく説明する。日本円では、規模（額）の大きいものから、万円（第１の基本単位）、千円（第２の基本単位）、百円（第３の基本単位）、十円（第４の基本単位）、および一円（第５の基本単位）を順次並べることにより、基本単位の階層バリエーションが階層的に構築されている。

かかる基本単位の階層バリエーションの存在を前提として、仮に１１，８００円の価値を有する物品を取得するものとする。ここで、“１１，８００円の価値を有する物品を取得するための対価を過不足なく支払う”行為が、“任意の規模のシステム構築要求を充足する”ことに相当する。

この例の場合、１１，８００円の価値を有する物品の対価を過不足なく支払うための基本単位の組み合わせは多数ある。例えば、ひとつの“万円（第１の基本単位）”と、ひとつの“千円（第２の基本単位）”と、８つの百円（第３の基本単位）との組み合わせに係る金銭によって、物品の対価を過不足なく支払うことができる。また、ひとつの“万円（第１の基本単位）”と、１８の百円（第３の基本単位）との組み合わせに係る金銭、または、１１の“千円（第２の基本単位）”と、８つの百円（第３の基本単位）との組み合わせに係る金銭によっても、物品の対価を過不足なく支払うことができる。

ひるがえって、第１実施形態の例に置き換えてみれば、物品の対価を過不足なく支払うための基本単位の組み合わせが多数あるということは、任意の規模のシステム構築要求を柔軟に充足することができることを意味する。従って、基本単位の階層バリエーションを適切に構築することによって、どのような規模のシステム構築要求が生じた場合であっても、かかる要求に柔軟に対応可能であることが実証された。

ここで、電池システム２０３を構築する際の手順は下記のとおりである。まず、適切に構築された基本単位の階層バリエーションをあらかじめ用意しておく。電池システム２０３の規模に係る設計仕様が固まった段階で、この設計仕様にフィットした基本単位の組み合わせ候補を、上記バリエーションのなかから選び出す。そして、選び出された基本単位の組み合わせ候補のなかから、ひとつの基本単位の組み合わせを選択的に決定する。

具体的には、例えば、比較的大規模な電池システム２０３の構築要求が生じた場合は、図２に示す電池ブロック２１２を並列に複数接続するか、あるいは、同電池ブロック２１２を直並列に接続することにより、電池システム２０３を構築する。また、例えば、比較的小規模な電池システム２０３の構築要求が生じた場合は、図２に示す電池モジュール３１４を並列に複数接続するか、あるいは、電池モジュール３１４を直並列に接続することにより、電池システム２０３を構築する。従って、第１実施形態に係る電池システム２０３によれば、どのような規模のシステム構築要求が生じた場合であっても、かかる要求に柔軟に対応することができる。

〔電池モジュール３１４の構成〕
さて、電池システム２０３の構成についての説明を続ける。第１実施形態では、電池システム２０３に係る基本単位の階層バリエーションのうちもっとも規模の小さい基本単位が、電池モジュール３１４である。図２の例では、３組の電池ブロック２１２が描かれている。

複数の電池モジュール３１４は、その基本構成が同一である。そこで、ひとつの電池モジュール３１４の構成を代表して説明することにより、全体の説明に代えることとする。このことは、複数の電池パック３５２、および複数の電池ブロック２１２についても同じである。

電池モジュール３１４は、図３に示すように、正極用電力コネクタ３５２と負極用電力コネクタ３５３とを介して、他の電池パック２５２の電池モジュール３１４と直列に接続されている。電池モジュール３１４は、図４に示すように、それぞれ４つの電池グループ３１２を有する。４つの電池グループ３１２は、図４に示すように、それぞれ１ダース（１２）の電池セル３１０を有する。

ひとつの電池モジュール３１４に属する４つの電池グループ３１２は、図２および図４に示すように、電池セル監視部として機能する一対の電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２をそれぞれ備えている。これにより、ひとつの電池グループ３１２は、一対の電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２によって分担管理される。第１実施形態では、１２の電池セル３１０は、高電位側と低電位側とで各６つに分けられる。電池セル３１０の高電位側と低電位側とのそれぞれの端子は、一対の電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２の入力端子にそれぞれ６対１で接続されている。

ひとつの電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、６つの電池セル３１０の管理を担当する。ただし、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２の数を３つとし、ひとつの電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２が４つの電池セル３１０を管理するなどといったように、ひとつの電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２がその管理を担当する電池セル３１０の数は、任意の数に設定にしてもよい。

高電位側および低電位側の電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、それぞれの入力端子に接続された各電池セル３１０の端子間電圧を検出し、検出した各電池セル３１０の端子間電圧に基づいて、各電池セル３１０毎の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge 以下、ＳＯＣと省略する場合がある。）を演算する。さらに各電池セル３１０毎の端子間電圧に基づいて、過充電または過放電の診断を行なう。

また、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、複数の電池セル３１０間の端子間電圧または充電状態（ＳＯＣ）の差であるばらつきを演算する。この演算結果に基づいて、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、複数の電池セル３１０間の端子間電圧または充電状態（ＳＯＣ）のばらつきをならすための次述する均一化動作を実行する。

〔電池セル３１０の充電状態（ＳＯＣ）の均一化動作〕
電池モジュール３１４は、複数の電池セル３１０を相互に直列接続してなる。こうした電池モジュール３１４の充放電を行う場合は、同電池モジュール３１４を構成する複数の電池セル３１０には、同じ量の充電電流および放電電流が流れる。そこで、電池モジュール３１４の正極３５２，負極３５３の端子間電圧を監視しながら充放電の制御を行っている。

ここで問題となるのが、複数の電池セル３１０のそれぞれには、各自の電荷容量や充電状態（ＳＯＣ）に起因した端子間電圧のばらつきがある点である。かかる背景下において、電池モジュール３１４の端子間電圧を監視しながら充放電の制御を行うと、複数の電池セル３１０の平均電圧（端子間電圧／電池セルの個数）の制御しか行われない。このため、例えば、電池モジュール３１４の端子間電圧が下限電圧に至るまで放電した場合、平均電圧よりも低い端子間電圧を有する電池セル３１０では過放電となってしまう。これとは逆に、電池モジュール３１４の端子間電圧が上限電圧に至るまで充電した場合、平均電圧よりも高い端子間電圧を有する電池セル３１０では過充電となってしまう。

換言すれば、放電時において、最も低い端子間電圧を有する電池セル３１０を検出して、その電池セル３１０の端子間電圧が下限電圧まで下がった時点で放電を終了すると、その他の電池セル３１０では、下限電圧に至るまで未だ放電能力が残存している状態で放電が終了してしまう。これとは逆に、充電時において、最も電圧の高い電池セル３１０を検出して、その電池セル３１０が満充電になった時点で充電を終了すると、その他の電池セル３１０では、満充電に至らないまま充電が終了してしまう。このように、電池モジュール３１４全体としての充電量が制限される結果、蓄電量が減少してしまう。

こうした蓄電量の減少を未然に防ぐ目的で、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、複数の電池セル３１０間の充電状態（ＳＯＣ）の差であるばらつきを演算し、この演算結果に基づき目標パラメータを設定する。ここで、目標パラメータとは、複数の電池セル３１０間の充電状態（ＳＯＣ）のばらつきをならすために用いられる特性値である。この特性値は、例えば、複数の電池セル３１０間の充電状態（ＳＯＣ）のばらつきの平均値であってもよいし、同充電状態（ＳＯＣ）のばらつきの最小値または最大値であってもよい。

電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、充電状態（ＳＯＣ）のばらつきに係る演算結果に基づき設定された目標パラメータを参酌して、複数の電池セル３１０間の充電状態（ＳＯＣ）のばらつきをならすための次述する均一化動作を実行する。なお、複数の電池セル３１０間の充電状態（ＳＯＣ）の差であるばらつきに代えて、または加えて、複数の電池セル３１０毎の端子間電圧の差であるばらつきを採用してもよい。かかるばらつきの種別の代替は、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２に対して上位の制御装置として位置づけられる、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６、およびシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０においても同様に適用可能である。

具体的には、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、例えば、充電状態（ＳＯＣ）の高い電池セル３１０の端子を選択的に放電回路（不図示）に接続させることにより、同電池セル３１０の充電状態（ＳＯＣ）を目標パラメータに追従させる動作を実行する。この放電によって、高い状態にあった電池セル３１０の充電状態（ＳＯＣ）は、目標パラメータに係る充電状態（ＳＯＣ）の範囲に収束する。

これとは逆に、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、例えば、充電状態（ＳＯＣ）の低い電池セル３１０の端子を選択的に充電回路（不図示）に接続させることにより、同電池セル３１０の充電状態（ＳＯＣ）を目標パラメータに追従させる動作を実行してもよい。この充電によって、低い状態にあった電池セル３１０の充電状態（ＳＯＣ）は、目標パラメータに係る充電状態（ＳＯＣ）の範囲に収束する。
〔電池パック２５２の構成〕

第１実施形態では、電池システム２０３に係る基本単位の階層バリエーションのうち、電池モジュール３１４と比べて上位の階層規模に属する基本単位が、電池パック２５２である。図２の例では、３組の電池パック２５２が描かれている。

複数の各電池パック２５２は、図２〜図４に示すように、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４をそれぞれ有している。なお、図２は電池制御装置（ＢＣＵ）２６４の支配下に電池モジュール３１４が複数接続された態様を示しているが、図４では構成を簡潔に示すために電池モジュール３１４が１つのみ接続された態様を示している。本第１実施形態の説明の中では、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、その支配下に複数の電池モジュール３１４が従属しているものとして説明を進める。電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、自身の支配下にある電池モジュール３１４に属する電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２から、電池セル３１０の充電状態（ＳＯＣ）に係るＳＯＣ情報を受ける。このＳＯＣ情報に基づいて、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、自身の支配下にある電池モジュール３１４間の充電状態（ＳＯＣ）の差であるばらつきを演算する。この演算結果に基づいて、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、目標パラメータを設定して、自身の支配下にある電池モジュール３１４に属する電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２に対し、目標パラメータを参酌した前述の充電状態（ＳＯＣ）の均一化動作を行わせるための指示を出す。なお，ここまでは電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２が充電状態（ＳＯＣ）を演算して電池制御装置（ＢＣＵ）２６４に情報を送付する態様を記載した。ただし、充電状態（ＳＯＣ）の演算機能を電池制御装置（ＢＣＵ）２６４に持たせ、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は電池セル３１０の端子間電圧のみを検出し、これを電池制御装置（ＢＣＵ）２６４に送付する構成を採用にしてもよい。

また、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、上記のＳＯＣ情報および指示内容等を、自身の上位の制御装置である統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６およびシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０（ＢＳＣＵ）へ報告する。
〔電池ブロック２１２の構成〕

第１実施形態では、電池システム２０３に係る基本単位の階層バリエーションのうち、最も上位の階層規模に属する基本単位が、電池ブロック２１２である。図２の例では、３組の電池ブロック２１２が描かれている。

複数の各電池ブロック２１２は、図３に示すように、２組の電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂを並列に接続してなる。２組の各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂは、さらに複数の電池パック２５２を有している。第１実施形態では、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂは、それぞれ３つの電池パック２５２を有している。なお、蓄電する直流電圧の大きさによっては、２組の電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂを直列に接続する構成を採用してもよい。

本第１実施形態では、２組の電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂを並列に接続している。特に、電池ブロック２１２内の電圧を、１０００ボルト以下、好ましくは６５０ボルト以下の比較的安全な低電圧に抑えている。これにより、保守点検時の安全性を確保すると同時に、耐圧グレードを抑えることによる低コスト化を図っている。

各電池ブロック２１２が有する電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂの数は、２組に限るものではない。蓄電システム２００の使用目的や使用条件を考慮して、適宜の数を設定すればよい。第１実施形態のように、２組の電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂを並列接続した構成を採用することにより、保守点検時の安全性および利便性の確保を期待することができる。

複数の各電池ブロック２１２は、図２〜図３に示すように、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６をそれぞれ有している。統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、自身の支配下にある電池パック２５２に属する電池モジュール３１４にさらに属する電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２から、電池セル３１０の充電状態（ＳＯＣ）に係るＳＯＣ情報を受ける。このＳＯＣ情報に基づいて、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、自身の支配下にある電池パック２５２間の充電状態（ＳＯＣ）の差であるばらつきを演算する。この演算結果に基づいて、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、目標パラメータを設定して、自身の支配下にある電池パック２５２に属する電池モジュール３１４にさらに属する電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２に対し、目標パラメータを参酌した前述の充電状態（ＳＯＣ）の均一化動作を行わせるための指示を出す。

また、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、上記のＳＯＣ情報および指示内容等を、自身の上位の制御装置であるシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０へ報告する。
〔統合ユニット２２４の構成〕
各電池ブロック２１２は、統合ユニット２２４をそれぞれ有している。各統合ユニット２２４は、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の他、継電器２３２，２３３，２３４，２３５と、電流センサ２２７，２２８と、電圧センサ２２９，２３０，２３１とを備えている。統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、電池ブロック２１２内の管理を行う。継電器２３２，２３３，２３４，２３５は、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂの給電経路を電気的に開放または閉止するように動作する。電流センサ２２７，２２８は、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂをそれぞれ流れる電流の大きさを検出する。

電圧センサ２２９は、後述するように、電池システム２０３の主電源ラインの正極側電圧（正側端子２４４の電圧）を検出する。電圧センサ２３０，２３１は、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂの給電経路の正極側電圧を検出する。具体的には、電圧センサ２３０，２３１は、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂのそれぞれの端子間電圧を検出する。

統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、電流センサ２２７，２２８による充放電電流の検出値、電圧センサ２２９，２３０，２３１による各部の電圧検出値、並びに、自身の支配下にある電池パック２５２からの情報、または、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０からの情報や指令を受信する。こうして受信した各種の検出値、および情報や指令に基づき、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、継電器２３２，２３３，２３４，２３５の開閉制御を行う。

さらに、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、電池パック２５２間の充電状態（ＳＯＣ）のばらつきに係る演算結果、電流センサ２２７，２２８による充放電電流の検出値、並びに、電圧センサ２２９，２３０，２３１による各部の電圧検出値を、上位のシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０へ報告する。

〔継電器２３２，２３４、並びに開閉器２３８，２３９，２４０，２４２の動作〕
第１実施形態では、複数の各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂ毎にそれぞれ保守点検を行う。このため、保守点検作業を行っている間は、その使用を停止する。ここで、使用を停止していた電池セル３１０は、運転を継続していた電池セル３１０との間で、充電状態（ＳＯＣ）が異なってくる。相互にＳＯＣの異なる電池ユニット２２２を並列に接続した場合、ＳＯＣの大きい電池ユニット２２２からＳＯＣの小さい電池ユニット２２２へと大電流の流れるおそれがある。

このため、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂには、電流制限器２３６，２３７が設けられている。電池ユニット２２２Ａを正側結線２４６と負側結線２４７間に接続する場合には、まず、継電器２３２を閉止させる。これにより、電池ユニット２２２Ａを正側結線２４６と負側結線２４７間に、電流制限器２３６を介して接続する。このとき、電流制限器２３６に流れる電流値を電流センサ２２７により検出する。

電流センサ２２８による検出値（電池ユニット２２２Ａの充電または放電電流値）が、予め定めた値以下である場合、継電器２３４を閉止した後、継電器２３２を開放する。このように構成することにより、電池セル３１０の充放電電流値を安全な値に収束させる。

第１実施形態では、電池セル３１０としてリチウムイオン（二次）電池を採用している。リチウムイオン電池の端子間電圧は、ＳＯＣに基づいて変化する。従って、電圧センサ２３０の検出値を用いて、継電器２３４の投入時の電流を予測することができる。電池ユニット２２２Ａの投入時は安全性向上の点から継電器２３２を投入するようにして電流制限器２３６で流れる電流を安全な値に制限し、電圧センサ２３０の検出値に基づいて継電器２３４の投入を制御する構成を採用してもよい。

さらに、電圧センサ２３０の検出値が、他の電池ユニット２２２Ｂの端子間電圧に対して規定の範囲内にある場合は、継電器２３２の投入を省略して、いきなり継電器２３４を投入してもよい。なお、電池ユニット２２２Ｂに関する継電器２３３，２３５の制御手順は、上述した電池ユニット２２２Ａに関する説明内容と同じである。

３組の電池ブロック２１２がそれぞれ有する正負の極性端子のうちの正側端子２４４は、図３に示すように、複数の断路器２３８をそれぞれ介して正側結線２４６に並列接続されている。正側結線２４６は、ひとつの遮断機２４２を介して正極出力端２４８に接続されている。遮断機２４２は、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０の制御信号に従って開閉制御される。

同様に、３組の電池ブロック２１２がそれぞれ有する負側端子２４５は、図３に示すように、複数の断路器２３９をそれぞれ介して負側結線２４７に並列接続されている。負側結線２４７は、ひとつの遮断機２４０を介して負極出力端２４８に接続されている。

断路器２３８，２３９、並びに遮断機２４０，２４２は、本発明の“開閉器”として機能する。以下の説明では、断路器２３８，２３９、並びに遮断機２４０，２４２を総称して“開閉器”と呼ぶ場合がある。開閉器２３８，２３９，２４０，２４２が閉じている場合、図３に示すように、正極出力端２４８および負極出力端２４９に対して、各電池ブロック２１２が並列に接続された状態となる。同様に、正極出力端２４８および負極出力端２４９に対して、図１に示す複数の電池システム２０３が並列に接続された状態となる。

図３に示す電池システム２０３を、図１に示すその他の電池システム２０３から電気的に切り離す場合は、切り離し対象となる電池システム２０３において以下の手順を実行する。すなわち、まず、システム制御装置ＢＳＣＵ２７０の指令に基づいて、遮断機２４２を開放し、電池モジュール３１４の充電電流または放電電流を遮断する。その後、開閉器２３８，２３９，２４０を順次開放する。

これとは逆に、図３に示す電池システム２０３を、図１に示すその他の電池システム２０３と並列接続する場合は、接続対象となる電池システム２０３において以下の手順を実行する。すなわち、まず、開閉器２３８，２３９，２４０を順次閉止する。その後、システム制御装置ＢＳＣＵ２７０の指令に基づいて、遮断機２４２を閉止する。

〔電池システム２０３の情報伝送と制御〕
電池システム２０３では、例えば、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６からの情報や命令は、情報バス２７２を介してシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０に伝送される。さらに、図１に示す蓄電システム２００の管理装置（不図示）からは、情報入出力端２７４を介してシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０宛に様々な情報や指令が送られてくる。

システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０は、遮断機２４２の開閉制御を行う。システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０は、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６からの情報や要求に基づいて、または上位の蓄電システム２００の管理装置からの情報や指令に基づいて、電池システム２０３を蓄電システム２００から電気的に切り離す条件が成立した場合に、遮断機２４２を開放させる制御を行う。

遮断機２４２が開放されると、電池システム２０３は、蓄電システム２００の系統から電気的に切り離される。これにより、電池システム２０３内を流通する電流の流れが遮断される。その後、断路器２４０が開放されるとともに、各電池ブロック２１２毎の断路器２３８，２３９も開放される。こうした手順で電池システム２０３の給電経路を開放することにより、各個別の電池システム２０３単位での保守点検作業を容易に行わせると共に、同作業時の安全性を確保する。

〔制御用電力の供給〕
第１実施形態に係る電池システム２０３では、図３に示すように、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６、並びに、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと省略する。）にインストールされたソフトウェアによって各種の機能が実現される。そこで、マイコンを動作させるための制御用電力をマイコンに供給することが必要となる。

マイコンは、例えば５Ｖ程度の比較的低い直流電圧で動作する。このため、第１実施形態では、蓄電している電圧を使用するのに代えて、電圧変換が容易な交流電力を用いる。システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０や統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の機能を実現するマイコンに供給する電力は、各電池パック２１２または電池システム２０３に蓄電されている電力を使用してもよい。

外部の交流電力を用いた場合、トランスを用いて電圧の変換が容易に可能となる。この場合、蓄電している直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータを用いて電圧変換するのに比べて簡易であり、かつ効率もよい。ただし、マイコンに供給する電力としては、外部の直流電力を用いてもよいし、または、内部に蓄電している直流電力を用いてもよい。

第１実施形態に係る電池システム２０３では、図３に示すように、外部からの交流電力が制御用電源入力端２８２を介して供給される。制御用電源入力端２８２からの交流電力は、無停電電源装置（ＵＰＳ）２８４に供給される。通常は、制御用電源入力端２８２を介して供給される交流電力によって、制御用の直流電圧が作られる。ただし、外部からの交流電力の供給が停止した場合には、無停電電源装置（ＵＰＳ）２８４が代わって必要な電力を供給する。無停電電源装置（ＵＰＳ）２８４は、例えば制御用電源の電圧と比べてやや高い直流電力を蓄電する二次電池を用いて構成することができる。

無停電電源装置（ＵＰＳ）２８４から供給された電力は、電源ユニット（ＰＳＵ）２８６に供給される。電源ユニット（ＰＳＵ）２８６では、低電圧の直流電圧が作られる。こうして作られた直流電圧は、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６、および電池制御装置（ＢＣＵ）２６４にそれぞれ供給される。

第１実施形態に係る電池システム２０３は、無停電電源装置（ＵＰＳ）２８４を備えているので、仮に制御用電源入力端２８２からの交流電力が遮断される異常事態が生じた場合でも、電池システム２０３の運転を維持することができる。かかる異常事態が生じた場合は、外部からの交流電力の利用から無停電電源装置（ＵＰＳ）２８４が供給する電力の利用に切り替わるからである。

〔電池パック２５２内の伝送路〕
電池パック２５２内の２組の絶縁回路（シリアル伝送路）３４６Ａ，３４６Ｂは、図４に示すように、第１伝送線３４２Ａ，３４２Ｂを介して電池制御装置（ＢＣＵ）２６４に接続されている。第２伝送線３４４は、相互に隣接する電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２の間を接続している。電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、図３に示すように、制御用電源ライン２８８からの直流電力の供給を受けて動作する。

各電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、自身の支配下にある電池セル３１０から直流電力の供給を受けて動作する。このため、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４に供給される電源電圧の基準電位と各電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２に供給される電源電圧の基準電位とは、相互に異なっている。つまり、第１伝送線３４２Ａ，３４２Ｂの電位と第２伝送線３４４の電位とは、相互に異なっている。そこで、第１伝送線３４２Ａ，３４２Ｂと第２伝送線３４４との間を、絶縁回路３４６Ａ，３４６Ｂを介して接続するようにしている。

絶縁回路３４６Ａ，３４６Ｂは、具体的にはフォトカプラやトランスである。絶縁回路３４６Ａ，３４６Ｂは、電気信号を一旦他の伝送媒体である光信号や磁束信号に変調し、その後再び電気信号に復調する役割を果たす。これにより、第１伝送線３４２Ａ，３４２Ｂと第２伝送線３４４との間を確実に電気的に絶縁することができる。

第１実施形態では、電位の高い電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２から順に電位の低い方に向かって伝送されるが、これとは逆に、電位の低い方から電位の高い方へ向かって伝送してもよい。また、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２の出力端を次の電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２の入力端に電気的に接続する場合に、電気抵抗やダイオードを介して接続してもよいし、コンデンサを介して接続してもよい。

電池制御装置（ＢＣＵ）２６４から送られた各電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２宛のデータは、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４から第１伝送線３４２Ａを介して絶縁回路３４６Ａに送られる。次いで、絶縁回路３４６Ａから第２伝送線３４４を介して高電位側の電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２へ送られる。次いで、第２伝送線３４４を経由したデータは絶縁回路３４６Ｂに伝えられる。そして、第１伝送線３４２Ｂを介して電池制御装置（ＢＣＵ）２６４に戻る。

各電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２では、送られてきたデータの内のアドレスデータが自分宛であるか否かを確認し、アドレスデータが自分宛である場合は、そのデータに応答する。さらに、送られてきたデータに、必要に応じて命令内容に基づき要求された情報を加えて、伝送方向の順に次の電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２へと送信する。

各電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４の要求に対応して、各種の検知結果や診断結果を付加して電池制御装置（ＢＣＵ）２６４へ伝送する。各電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、過充電や過放電のほかにも色々な診断を行うことが可能であり、これらの診断結果を付加して送信してもよい。

電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、情報バス２７２および情報バス用コネクタ３５６をそれぞれ介して、上位の制御装置である統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６に接続されている。第２伝送線３４４を経由して受信した各種の検知結果や診断結果のデータは、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６に送信される。

また、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４が受信した各種の検知結果や診断結果のデータは、不揮発性メモリ２６６に記憶保持される。特に、異常診断結果を受信した場合、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、その異常診断の基となった検知結果を、その異常診断に係る電池セル３１０の識別データと共に不揮発性メモリ２６６に記憶保持する。電池制御装置（ＢＣＵ）２６４から統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６へ報告された情報は、さらに情報バス２７２を介してシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０へと報告される。

〔電池ブロック２１２の収納装置４１２〕
図５は、電池ブロック２１２が収納される電池ブロック収納装置４１２の外観図である。電池ブロック収納装置４１２の最上段には、図５に示すように、統合ユニット２２４を収納するための統合ユニット収納部４２２が設けられている。その下方に位置する６段には、電池パック２５２を収納するためのパック収納ハウジング４３２がそれぞれ設けられている。各パック収納ハウジング４３２は、電池ブロック収納装置４１２の筐体に対して、引き出しまたは収納自在に構成されている。

〔第１実施形態に係る電池システム２０３の構成および作用効果〕
第１実施形態に係る電池システム２０３は、複数の電池セル３１０を直列に接続してなる電池モジュール３１４と、電池モジュール３１４を、直列および並列のいずれか一方または両者の態様により接続してなる電池パック２５２と、電池パック２５２を、直列および並列のいずれか一方または両者の態様により接続してなる電池ブロック２１２とを、相互に階層化して設けてなる電池システムが前提となる。

第１実施形態に係る電池システム２０３は、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２と、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４と、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６とを備える。電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、複数の電池セル３１０間の電力量および充電状態のいずれか一方または両者に係るばらつきを演算し、この複数の電池セル３１０間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき当該ばらつきをならすための動作を行う。

電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、複数の電池モジュール３１４間の電力および充電状態のいずれか一方または両者に係るばらつきを演算し、複数の電池モジュール３１４間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき当該ばらつきをならすための制御を行う。

統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、複数の電池パック２５２間の電力量および充電状態のいずれか一方または両者に係るばらつきを演算し、複数の電池パック２５２間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき当該ばらつきをならすための制御を行う。

第１実施形態に係る電池システム２０３では、基本単位の階層バリエーションとして位置づけられる、電池モジュール３１４、電池パック２５２、並びに、電池ブロック２１２を相互に階層化してあらかじめ用意しておき、必要な規模に応じてこれらの基本単位を適宜組み合わせる構成を採用している。第１実施形態に係る電池システム２０３によれば、どのような規模のシステム構築要求が生じた場合であっても、かかる要求に柔軟に対応可能な電池システム２０３を提供することができる。また、安全性の確保が考慮された電池システム２０３を提供することができる。

また、第１実施形態に係る電池システム２０３であって、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、複数の電池パック２５２間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき設定した目標パラメータを参酌して、当該ばらつきをならすための前記制御を行い、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、複数の電池モジュール３１４間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき設定した目標パラメータを参酌して、当該ばらつきをならすための前記制御を行い、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、複数の電池セル３１０間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき設定した目標パラメータを参酌して、当該ばらつきをならすための前記動作を行う、構成を採用してもよい。

このように構成すれば、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４、および、電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２は、目標パラメータを参酌して各自のばらつきをならすための制御または動作をそれぞれ行うため、制御または動作により得られるばらつきをならす効果を向上することができる。

また、第１実施形態に係る電池システム２０３であって、複数の電池ブロック２１２間の電力量および充電状態のいずれか一方または両者に係るばらつきを演算し、複数の電池ブロック２１２間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき当該ばらつきをならすための制御を行うシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０をさらに備える構成を採用してもよい。

また、第１実施形態に係る電池システム２０３であって、電池ブロック２１２を、直列および並列のいずれか一方または両者の態様により接続してなる、構成を採用してもよい。

また、第１実施形態に係る電池システム２０３であって、電池ブロック２１２は、電池システム２０３の主電源ラインのうち正極側２４４と、複数の電池パック２５２の給電経路のうち正極側とをつなぐ中継路に設けられ、この中継路を開放または閉止する開閉器２３２，２３３，２３４，２３５を備え、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０は、開閉器２３８，２３９，２４２の開閉動作を、複数の電池ブロック２１２間の前記ばらつきに係る前記演算結果に基づき制御する、構成を採用してもよい。

このように構成すれば、複数の電池ブロック２１２のうちいずれの電池ブロック２１２に給電するかに係る選択を、複数の電池ブロック２１２間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき自律制御することができる。

また、第１実施形態に係る電池システム２０３であって、電池ブロック２１２を電池システム２０３の主電源ラインから電気的に切り離す際に手動操作される断路器２４０を備えた、構成を採用してもよい。

このように構成すれば、例えば、開閉器２３８，２３９，２４２に過電流が流れ込むことによって接点の溶着が生じた場合であっても、電池ブロック２１２を電池システム２０３の主電源ラインから電気的に切り離すことができるため、安全性が向上する。

［第２実施形態に係る電池システム２０３］
以下に、本発明の第２実施形態に係る電池システム２０３について、図面を参照して詳細に説明する。図６（ａ），（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る電池システム２０３の比較例が有する課題の説明に供する図である。仮に、ある電力系統１０４（図１参照）に繋がる直流交流変換装置１１４と、比較例に係る電池システムとの間を、任意の時刻ｔ１で電気的に接続した場合を考える。この場合において、電力系統１０４に繋がる直流交流変換装置１１４と、比較例に係る電池システムとの間には、図６（ａ）に示すように、所定の電位差があるものとする。なお、ここでは直流交流変換装置１１４での電圧を電力系統として示している。

時刻ｔ１において、直流交流変換装置１１４と比較例に係る電池システムとの間を電気的に接続すると、所定の電位差の存在により突入電流が流れる。図６（ｂ）の例では、比較例に係る電池システムの電位の方が、電力系統の電位と比べて低い。このため、比較例に係る電池システムの側に充電電流が流れる。

かかる場合において、時刻ｔ１に出現する突入電流を未然に回避したいという要望がある。突入電流の流通に伴う継電器の破損等のシステムへのダメージを未然に回避する趣旨である。そこで、第２実施形態に係る電池システム２０５が考案された。

〔第２実施形態に係る電池システム２０５の概要〕
図７は、本発明の第２実施形態に係る電池システム２０５の主要部を概念的に表す図である。第２実施形態に係る電池システム２０５と、第１実施形態に係る電池システム２０３とは、基本的な構成がほぼ共通している。そこで、両者間で共通の機能を有する部材には共通の符号を付し、その重複した説明を省略する。そして、両者間の相違点に注目して説明を進める。

第１実施形態と第２実施形態との相違点は次の通りである。
すなわち、第１実施形態に係る電池システム２０３では、電力系統１０４に繋がる直流交流変換装置１１４との間に電位差がある場合にこれらの間を電気的に接続する際において、接続した瞬間に出現する突入電流を未然に回避するために、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６には、電流制限器２３６，２３７が設けられている。

これに対し、第２実施形態に係る電池システム２０５では、直流交流変換装置１１４との間に電位差がある場合にこれらの間を電気的に接続する際において、接続した瞬間に出現する突入電流を未然に回避するために、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６には、図７に示すように、電圧検知部４０１、および開閉制御部４０３が設けられている。要するに、第２実施形態に係る電池システム２０５では、突入電流を未然に回避するための技術的手段が追加されている点で、第１実施形態に係る電池システム２０３とは大きく相違している。

詳しく述べると、第２実施形態に係る電池システム２０５は、複数の電池セル３１０を直列に接続してなる電池モジュール３１４を、主電源ラインに接続して構成された電池システム２０５が前提となる。第２実施形態に係る電池システム２０５は、図７に示すように、主電源ラインのうち正極側２４８と、電池モジュール３１４に連なる端子部のうち正極側２５０とをつなぐ中継路２５１に設けられ、中継路２５１を開放または閉止する開閉器２３４，２３５を備える。

また、第２実施形態に係る電池システム２０５は、図７に示すように、主電源ラインの正極側２４８および端子部の正極側２５０の電圧をそれぞれ検知する電圧検知部４０１と、電圧検知部４０１により検知された主電源ラインの正極側２４８の電圧と端子部の正極側２５０の電圧との大小関係を比較し、前記両者の電圧差が予め定める所定値以下か否かを判定し、この判定結果に基づいて、開閉器２３４，２３５の開閉動作を制御する開閉制御部４０３とを備える。

〔第２実施形態に係る電池システム２０５の動作〕
次に、第２実施形態に係る電池システム２０５の動作について、図面を参照して説明する。図８および図９は、本発明の第２実施形態に係る電池システム２０５の動作説明に供するフローチャート図である。図１０および図１１は、本発明の第２実施形態に係る電池システム２０５の動作説明に供するタイムチャート図である。図８に示すフローチャート図は、本第２実施形態に係る電池システム２０５が、主電源ラインと初めて接続される場合の動作の一例を示している。

統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の電源がＯＮされると、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６内のマイコンが起動してプログラムが実行される。
ステップＳ６０１において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、電池システム２０５内の自己診断を実行する。この自己診断では、例えば、電池パック２５２に属する電池モジュール３１４の支配下に置かれたすべての電池セル３１０を対象として、過充電や過放電のチェックが行われる。

ステップＳ６０２において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、電池システム２０５内の自己診断結果に基づき、異常の有無を判定する。ステップＳ６０２の判定の結果、異常があるとの判定が下された場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、処理の流れをステップＳ６０３へと進ませる。

ステップＳ６０３において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、自身の上位に位置するシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０宛に、自身の識別コードと共に異常が発生した旨を通知した後、処理の流れを終了させる。一方、異常なしとの判定が下された場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、処理の流れをステップＳ６０４へと進ませる。

ステップＳ６０４において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の電圧検知部４０１は、電池パック２５２に属する電池モジュール３１４の支配下に置かれたすべての電池セル監視回路（ＣＣＵ）３３２から、すべての電池セル３１０毎の端子間電圧情報を取得する。また、電圧検知部４０１は、主電源ラインのうち正極側２４８の基準電圧Ｖ０を取得する。なお、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、すべての電池セル３１０の端子間電圧情報を取得するのに代えて、すべての電池モジュール３１４の端子間電圧情報を検出してもよい。

ステップＳ６０５において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、取得した端子間電圧情報に係る比較処理を行う。具体的には、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、主電源ライン側の基準電圧Ｖ０と、図３に示すように２組ある直列電池群のそれぞれの総電圧Ｖ１，Ｖ２とを比較し、それぞれの差であるΔＶ１およびΔＶ２を求める。

Ｓ６０６において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、ΔＶ１と、第１所定値との大小関係を比較する処理を行う。この比較処理の結果、ΔＶ１が第１所定値以下の場合、つまり、相互に接続される（複数並列に配設された）電池システム２０５間の電位差が小さい場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、処理の流れをＳ６０７へと進ませる。

Ｓ６０７において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の開閉制御部４０３は、一方の開閉器２３４を閉止させる制御を行う。これにより、主電源ラインと電池パック２５２とを結ぶ中継路２５７が閉止され、主電源ラインの電源が電池パック２５２に給電される。

Ｓ６０６の比較処理の結果、ΔＶ１が第１所定値を超える場合、つまり、相互に接続される電池システム２０５間の電位差が比較的大きい場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、処理の流れをＳ６０８へと進ませる。

ステップＳ６０８において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、ΔＶ２と、第２所定値との大小関係を比較する処理を行う。この比較処理の結果、ΔＶ２が第２所定値以下の場合、つまり、相互に接続される電池システム２０５間の電位差が小さい場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、処理の流れをＳ６０９へと進ませる。

Ｓ６０９において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の開閉制御部４０３は、他方の開閉器２３５を閉止させる制御を行う。これにより、主電源ラインと電池パック２５２とを結ぶ中継路２５７が閉止され、主電源ラインの電源が電池パック２５２に給電される。

Ｓ６０８の比較処理の結果、ΔＶ２が第２所定値を超える場合、つまり、相互に接続される電池システム２０５間の電位差が比較的大きい場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、処理の流れをＳ６１０へと進ませる。

Ｓ６１０において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の開閉制御部４０３は、一対の開閉器２３４，２３５のうち少なくともいずれかが閉止されたか否かに係る判定を行う。ステップＳ６１０の判定の結果、一対の開閉器２３４，２３５が共に閉止されない旨の判定が下された場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の開閉制御部４０３は、処理の流れをＳ６０２へと戻し、以下の処理を繰り返し実行させる。

一方、ステップＳ６１０の判定の結果、一対の開閉器２３４，２３５のうち少なくともいずれかが閉止された旨の判定が下された場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の開閉制御部４０３は、初期立上げの処理の流れを終了させて、処理の流れを通常の充放電動作へと移行させる。

なお、図８のフローチャート図では、初期の立上げ動作を例示して、開閉制御部４０３の開閉動作について説明した。ただし、通常の充放電動作へと移行した後も、開閉制御部４０３の閉止条件は、図８のステップＳ６０２〜Ｓ６０９の流れと同じである。また、本第２実施形態では、第１および第２所定値は、電池パック２５２に流れる電流値が、電池パック２５２に属する電池セル３１０の安全性や寿命に影響を与えない範囲の値となることを考慮して設定している。具体的には、第１および第２所定値として、電池パック２５２や配線のインピーダンスを考慮して、開閉器２３４，２３５の閉止時に流れる電流値が１０Ａを超えない範囲の電圧値をそれぞれ設定した。なお、第１および第２所定値は、共通の値であってもよいし、相互に異なる値であってもよい。本第２実施形態では、第１および第２所定値、並びに、後述する第３所定値は、共通の値が設定されている。

一方、図９に示すフローチャート図は、本第２実施形態に係る電池システム２０５において、電池パック２５２に不具合が発生し交換またはメンテナンス作業を実施する場合の動作の一例をそれぞれ示している。

通常の充放電中に交換要求が発生すると、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６内のマイコンが起動して、交換要求発生時の処理プログラムが実行される。

ステップＳ７０１において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、開閉器２３４，２３５を開放すべきか否かに係る判定を行う。ステップＳ７０１の判定の結果、開閉器２３４，２３５を開放すべきでない旨の判定が下された場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、通常の充放電動作とステップＳ７０１の処理を繰り返す。

ステップＳ７０１の判定の結果、開閉器２３４，２３５を開放すべきである旨の判定が下された場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、処理の流れをステップＳ７０２へと進ませる。

ステップＳ７０２において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の開閉制御部４０３は、開閉器２３４，２３５を開放させる制御を行う。これにより、主電源ラインと電池パック２５２とを結ぶ中継路２５７が開放され、主電源ラインから電池パック２５２への給電が停止される。

開閉器２３４，２３５の開放後は、メンテナンス用に設置した断路器２３８，２３９を用いて、手動操作により主電源ラインを断路する。手作業による不具合個所の交換作業を実施後、手動操作により断路器２３８，２３９を閉止して主電源ラインを復帰させる。断路器２３８，２３９が閉止されるまでの間、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、ステップＳ７０３において、断路器２３８，２３９が閉止されたか否かに係る判定を繰り返す。

ステップＳ７０３の判定の結果、断路器２３８，２３９が閉止された旨の判定が下された場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、処理の流れをステップＳ７０４へと進ませる。

ステップＳ７０４において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、２組ある直列電池群のそれぞれの総電圧Ｖ１，Ｖ２の大小関係を比較し、その差であるΔＶ３の絶対値を求める。

ステップＳ７０５において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、ΔＶ３の絶対値と、第３所定値との大小関係を比較する処理を行う。この比較処理の結果、ΔＶ３の絶対値が第３所定値を超える場合、つまり、相互に接続される電池システム２０５間の電位差が大きい場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、処理の流れをステップＳ７０４へと戻し、ステップＳＳ７０４〜Ｓ７０５の処理を繰り返させる。

一方、ステップＳ７０５の比較処理の結果、ΔＶ３の絶対値が第３所定値以下の場合、つまり、相互に接続される電池システム２０５間の電位差が小さい場合、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、処理の流れをステップＳ７０６へと進ませる。なお、第３所定値は、第１および第２所定値と同様に、電池パック２５２に流れる電流値が、電池パック２５２に属する電池セル３１０の安全性や寿命に影響を与えない範囲の値となることを考慮して設定される。具体的には、第３所定値として、電池パック２５２や配線のインピーダンスを考慮して、開閉器２３４，２３５の閉止時に流れる電流値が１０Ａを超えない範囲の電圧値を設定した。

ステップＳ７０６において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、一対の開閉器２３４，２３５を両者共に閉止させる制御を行う。これにより、主電源ラインと電池パック２５２とを結ぶ中継路２５７が閉止され、主電源ラインの電源が電池パック２５２に給電される。その後、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、処理の流れを通常の充放電動作へ移行させる。

図１０（ａ）〜（ｄ）は、図８に示すフローチャートを実施した場合のタイムチャートの一例である。

時刻ｔ１において、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の電源がＯＮされると、図１０（ａ）に示すように、マイコンが立ち上がる。自己診断が終了し異常なしと判定された時刻ｔ２において、開閉器２３４，２３５を閉止すべきか否かに係る判断がなされる。主電源ラインの基準電圧Ｖ０と、２組ある直列電池群のそれぞれの総電圧Ｖ１，Ｖ２とのそれぞれ差であるΔＶ１およびΔＶ２が、第１所定値，第２所定値以下となる電池パック２５２に対応する方の開閉器が閉止されて（図１０（ｂ）の例では、総電圧Ｖ１の方）、放電が始まる。

一対の開閉器２３４，２３５のうち、総電圧Ｖ１に対応する方が閉止された瞬間、対応する電池パック２５２の電圧（Ｖ１）は、図１０（ｃ）に示すように、主電源ラインの基準電圧Ｖ０と同等となる。一方、時刻ｔ２では、主電源ラインの基準電圧Ｖ０との差であるΔＶ２が第２所定値よりも大きい電池パック２５２は、放電に伴い主電源ラインの基準電圧Ｖ０が低下すると、その差ΔＶ２が縮小してゆく（図１０（ｄ）参照）。ΔＶ２が所定値以下になる時刻ｔ３において、図１０（ｄ）に示すように、この電池パック２５２に対応する開閉器も閉止される。

また、 図１１（ａ），（ｂ）は、図９に示すフローチャートを実施した場合のタイムチャートの一例である。

図１１（ａ）に示すように、電池システム２０５の放電中の時刻ｔ１において、電池電圧Ｖ２に対応する電池パック２５２に不具合が発生したとする。交換要求により開閉器２３４，２３５を開放すべき旨の判断が下されると、電圧Ｖ２に対応する電池パック２５２は主電源ラインから遮断される。このため、図１１（ａ）に示すように、電圧Ｖ２の変動はなくなる。

図１１（ａ），（ｂ）に示すように、時刻ｔ２において、電池パック２５２内の交換作業が実施されると、時刻ｔ３で交換作業が終了するまでの間、電池パック２５２の電圧は一旦不定となる。交換作業終了後において、主電源ラインに接続されている電池パック２５２と、交換後の電池パック２５２の電圧の差であるΔＶ３が比較される。時刻ｔ４において、ΔＶ３が所定値以下と判定された場合、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、交換した電池パック２５２に対応する開閉器が閉止される。これにより、主電源ラインと、交換後の電池パック２５２とが接続される。

〔第２実施形態に係る電池システム２０５の構成、および作用効果〕
第２実施形態に係る電池システム２０５は、複数の電池セル３１０を直列に接続してなる電池モジュール３１４を、主電源ラインに接続して構成された電池システム２０５が前提となる。

第２実施形態に係る電池システム２０５は、図７に示すように、主電源ラインのうち正極側２４８と、電池モジュール３１４に連なる端子部のうち正極側２５０とをつなぐ中継路２５１に設けられ、中継路２５１を開放または閉止する開閉器２３４，２３５を備える。

また、第２実施形態に係る電池システム２０５は、図７に示すように、主電源ラインおよび端子部の正極側２４８，２５０電圧をそれぞれ検知する電圧検知部４０１と、電圧検知部４０１により検知された主電源ラインの正極側２４８電圧と端子部の正極側２５０電圧との大小関係を比較し、前記両者の電圧差が予め定める所定値以下か否かを判定し、この判定結果に基づいて、開閉器２３４，２３５の開閉動作を制御する開閉制御部４０３とを備える。

第２実施形態に係る電池システム２０５では、電力系統１０４との間に所定値を超える電位差がある場合には、突入電流の流通に伴う継電器の破損等のシステムへのダメージを与えるおそれがあるとみなして、開閉器２３４，２３５を開放（電池パック２５２への給電停止）させることとした。一方、電力系統１０４との間の電位差が所定値以内である場合には、システムへのダメージを与える蓋然性は低いとみなして、開閉器２３４，２３５を閉止（電池パック２５２へ給電）させることとした。

第２実施形態に係る電池システム２０５によれば、突入電流の流通に伴う継電器の破損等のシステムへのダメージを未然に回避することができる。

２０３ 第１実施形態に係る電池システム
２０５ 第２実施形態に係る電池システム
２１２ 電池ブロック
２２６ 統合制御装置ＩＢＣＵ（電池パック制御部）
２３４，２３５ 継電器（開閉器）
２５２ 電池パック
２６４ 電池制御装置ＢＣＵ（電池モジュール制御部）
２７０ システム制御装置ＢＳＣＵ（電池ブロック制御部）
３１０ 電池セル
３１４ 電池モジュール
３３２ 電池セル監視回路ＣＣＵ（電池セル監視部）
４０１ 電圧検知部
４０３ 開閉制御部

Claims (12)

1. 複数の電池セルを接続してなる電池モジュールと、前記電池モジュールを、直列および並列のいずれか一方または両者の態様により接続してなる電池パックと、前記電池パックを、直列および並列のいずれか一方または両者の態様により接続してなる電池ブロックとを、相互に階層化して設けてなる電池システムであって、
   前記複数の電池セル間の電力量および充電状態のいずれか一方または両者に係るばらつきを演算し、前記複数の電池セル間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき当該ばらつきをならすための動作を行う電池セル監視部と、
   複数の前記電池モジュール間の電力量および充電状態のいずれか一方または両者に係るばらつきを演算し、前記複数の電池モジュール間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき当該ばらつきをならすための制御を行う電池モジュール制御部と、
   複数の前記電池パック間の電力量および充電状態のいずれか一方または両者に係るばらつきを演算し、前記複数の電池パック間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき当該ばらつきをならすための制御を行う電池パック制御部と、を備えた、
   ことを特徴とする電池システム。
2. 請求項１に記載の電池システムであって、
   前記電池パック制御部は、前記複数の電池パック間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき設定した目標パラメータを参酌して、当該ばらつきをならすための前記制御を行い、
   前記電池モジュール制御部は、前記複数の電池モジュール間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき設定した目標パラメータを参酌して、当該ばらつきをならすための前記制御を行い、
   前記電池セル監視部は、前記複数の電池セル間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき設定した目標パラメータを参酌して、当該ばらつきをならすための前記動作を行う、
   ことを特徴とする電池システム。
3. 請求項１に記載の電池システムであって、
   複数の前記電池ブロック間の電力量および充電状態のいずれか一方または両者に係るばらつきを演算し、前記複数の電池ブロック間の前記ばらつきに係る演算結果に基づき当該ばらつきをならすための制御を行う電池ブロック制御部をさらに備えた、
   ことを特徴とする電池システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池システムであって、
   前記電池ブロックを、直列および並列のいずれか一方または両者の態様により接続してなる、
   ことを特徴とする電池システム。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の電池システムであって、
   前記電池ブロックは、前記電池システムの主電源ラインのうち正極側と、前記複数の電池ブロックの給電経路のうち正極側とをつなぐ中継路に設けられ、前記中継路を開放または閉止する開閉器を備え、
   前記電池ブロック制御部は、前記開閉器の開閉動作を、前記複数の電池ブロック間の前記ばらつきに係る前記演算結果に基づき制御する、
   ことを特徴とする電池システム。
6. 請求項５に記載の電池システムであって、
   前記電池ブロックを前記電池システムの主電源ラインから電気的に切り離す際に手動操作される断路器を備えた、
   ことを特徴とする電池システム。
7. 請求項５または６に記載の電池システムであって、
   前記主電源ラインのうち正極側と、前記電池パックの給電経路のうち正極側との電圧をそれぞれ検知する電圧検知部をさらに備え、
   前記電池ブロック制御部は、前記電圧検知部により検知された前記主電源ラインの正極側電圧と前記給電経路の正極側電圧との大小関係を比較し、前記両者の電圧差が予め定める所定値以下か否かを判定し、この判定結果に基づいて、前記開閉器の開閉動作を制御する開閉制御部と、を備えた、
   ことを特徴とする電池システム。
8. 請求項７に記載の電池システムであって、
   前記開閉制御部は、前記判定の結果、前記両者の電圧差が前記所定値以下の場合、前記開閉器を閉止させる制御を行う、
   ことを特徴とする電池システム。
9. 請求項７または８に記載の電池システムであって、
   前記開閉制御部は、前記判定の結果、前記両者の電圧差が前記所定値を超える場合、前記開閉器を開放させる制御を行う、
   ことを特徴とする電池システム。
10. 複数の電池セルを直列に接続してなる電池モジュールを、主電源ラインに接続して構成された電池システムにおいて、
    前記主電源ラインのうち正極側と、前記電池モジュールに連なる端子部のうち正極側とをつなぐ中継路に設けられ、前記中継路を開放または閉止する開閉器と、
    前記主電源ラインおよび前記端子部の正極側電圧をそれぞれ検知する電圧検知部と、
    前記電圧検知部により検知された前記主電源ラインの正極側電圧と前記端子部の正極側電圧との大小関係を比較し、前記両者の電圧差が予め定める所定値以下か否かを判定し、この判定結果に基づいて、前記開閉器の開閉動作を制御する開閉制御部と、を備えた、
    ことを特徴とする電池システム。
11. 請求項１０に記載の電池システムであって、
    前記開閉制御部は、前記判定の結果、前記両者の電圧差が前記所定値以下の場合、前記開閉器を閉止させる制御を行う、
    ことを特徴とする電池システム。
12. 請求項１０または１１に記載の電池システムであって、
    前記開閉制御部は、前記判定の結果、前記両者の電圧差が前記所定値を超える場合、前記開閉器を開放させる制御を行う、
    ことを特徴とする電池システム。

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