JP2024132995A - バッテリシステム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリシステムを提供する。
【解決手段】バッテリシステムは、複数のラック、及び複数のラックを管理するシステム管理部を含む。複数のラックのそれぞれは、第１及び第２バッテリ端子間に連結されるラックバッテリ、ラックバッテリと第１バッテリ端子との間に連結されるラックスイッチ、及びラックバッテリの充電状態を推定してシステム管理部に送信し、ラックスイッチを制御するラック管理部を含む。システム管理部は、複数のラック管理部から複数のラックバッテリのそれぞれの充電状態を受信し、複数のラックバッテリのうちいずれか１つのラックバッテリの充電状態が０％または１００％に到逹すれば、ラックバッテリに連結されるラックスイッチを開放してラックバッテリを分離し、複数のラックバッテリのうち残りのラックバッテリを充電または放電し続けるように構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、バッテリシステムに関する。

電力需要が少ないとき、残る電力を保存していて、電力需要が多いとき、保存された電力を使用することにより、エネルギー効率を向上させるために、エネルギー保存システムが使用される。最近、知能型電力網（ｓｍａｒｔ ｇｒｉｄ）と新再生エネルギーの普及が拡大され、電力系統の効率化と安定性が強調されることにより、電力供給及び需要調節、及び電力品質向上のためにエネルギー保存システムに対する需要が次第に増加しており、バッテリシステムのエネルギー保存容量も共に増加している。

バッテリシステムは、バッテリラックを並列に連結することにより、大きなエネルギー保存容量を有しうる。バッテリシステムの長期間の使用により、一部バッテリラックが交換され、それにより、バッテリラックの劣化状態が大きく異なりうる。バッテリラックのうち、いずれか１つでも充電状態が１００％または０％に到逹すれば、残りのバッテリパックの充電状態が１００％または０％に到逹しておらずとも、バッテリシステムは、全体バッテリラックの充電または放電を中止する。それにより、バッテリシステムは、実際エネルギー保存容量よりも少ない容量のみを使用可能となる。

本発明が解決しようとする課題は、実際エネルギー保存容量に近似した容量を使用することができるバッテリシステムを提供することである。

本発明の一側面によるバッテリシステムは、複数のラック、及び前記複数のラックを管理するシステム管理部を含む。前記複数のラックのそれぞれは、第１及び第２バッテリ端子間に連結されるラックバッテリ、前記ラックバッテリと前記第１バッテリ端子との間に連結されるラックスイッチ、及び前記ラックバッテリの充電状態を推定して前記システム管理部に送信し、前記ラックスイッチを制御するラック管理部を含む。前記システム管理部は、前記複数のラック管理部から前記複数のラックバッテリのそれぞれの充電状態を受信し、前記複数のラックバッテリのうちいずれか１つのラックバッテリの充電状態が０％または１００％に到逹すれば、前記ラックバッテリに連結されるラックスイッチを開放して前記ラックバッテリを分離し、前記複数のラックバッテリのうち残りのラックバッテリを充電または放電し続けるように構成される。

一例によれば、充電モードによれば、前記システム管理部は、前記複数のラックバッテリのうち、１００％の充電状態に到逹したラックバッテリに連結されるラックスイッチを開放し、残りのラックバッテリを充電し続け、前記複数のラックスイッチのうち、既設定数のラックスイッチが開放された状態で、短絡されたラックスイッチに連結されるラックバッテリのうちいずれか１つのラックバッテリの充電状態が１００％に到逹すれば、前記バッテリシステムの充電を中断するように構成されうる。

他の例によれば、前記システム管理部は、前記短絡されたラックスイッチに連結される前記ラックバッテリが放電されて前記第１バッテリ端子と第２バッテリ端子との間のバッテリ電圧が低くなるとき、開放されたラックスイッチに連結されるラックバッテリのうち、前記バッテリ電圧と既設定の基準値以下のラック電圧を有するラックバッテリに連結されるラックスイッチを短絡させるように構成されうる。

さらに他の例によれば、放電モードにおいて、前記システム管理部は、前記複数のラックバッテリのうち、０％の充電状態に到逹したラックバッテリに連結されるラックスイッチを開放し、残りのラックバッテリを放電し続け、前記複数のラックスイッチのうち、既設定数のラックスイッチが開放された状態で、短絡されたラックスイッチに連結されるラックバッテリのうちいずれか１つのラックバッテリの充電状態が０％に到逹すれば、前記バッテリシステムの放電を中止するように構成されうる。

さらに他の例によれば、前記システム管理部は、前記短絡されたラックスイッチに連結される前記ラックバッテリが充電されて前記第１バッテリ端子と第２バッテリ端子との間のバッテリ電圧が高くなるとき、開放されたラックスイッチに連結されるラックバッテリのうち、前記バッテリ電圧と既設定の基準値以下のラック電圧を有するラックバッテリに連結されるラックスイッチを短絡させるように構成されうる。

さらに他の例によれば、充電モードにおいて、前記ラック管理部のそれぞれは、電流積算法で対応するラックバッテリの充電状態を算出して前記システム管理部に送信することができる。前記システム管理部は、前記複数のラックバッテリのうち、１００％の充電状態に到逹した第１ラックバッテリに連結される第１ラックスイッチを開放し、残りのラックバッテリを充電し続ける。前記第１ラックバッテリを管理する第１ラック管理部は、前記第１ラックバッテリの開放回路電圧を検出し、前記開放回路電圧に基づいて前記第１ラックバッテリの充電状態を更新し、前記更新された充電状態を前記システム管理部に送信することができる。前記システム管理部は、前記第１ラックバッテリの前記更新された充電状態が１００％未満であれば、前記第１ラックスイッチを短絡して前記残りのラックバッテリと共に充電し続けるように構成されうる。

さらに他の例によれば、前記システム管理部は、前記第１ラックバッテリの前記更新された充電状態が１００％未満であり、前記第１ラックバッテリのラック電圧と前記第１バッテリ端子と第２バッテリ端子との間のバッテリ電圧との差が既設定の基準値以下である場合、前記第１ラックスイッチを短絡させるように構成されうる。

さらに他の例によれば、放電モードにおいて、前記ラック管理部のそれぞれは、電流積算法で対応するラックバッテリの充電状態を算出して前記システム管理部に送信することができる。前記システム管理部は、前記複数のラックバッテリのうち、０％の充電状態に到逹した第１ラックバッテリに連結される第１ラックスイッチを開放し、残りのラックバッテリを放電し続ける。前記第１ラックバッテリを管理する第１ラック管理部は、前記第１ラックバッテリの開放回路電圧を検出し、前記開放回路電圧に基づいて前記第１ラックバッテリの充電状態を更新し、前記更新された充電状態を前記システム管理部に送信することができる。前記システム管理部は、前記第１ラックバッテリの前記更新された充電状態が０％を超過すれば、前記第１ラックスイッチを短絡して前記残りのラックバッテリと共に放電し続けるように構成されうる。

さらに他の例によれば、前記システム管理部は、前記第１ラックバッテリの前記更新された充電状態が０％を超過し、前記第１ラックバッテリのラック電圧と前記第１バッテリ端子と第２バッテリ端子との間のバッテリ電圧との差が既設定の基準値以下である場合、前記第１ラックスイッチを短絡させるように構成されうる。

本発明のバッテリシステムは、実際エネルギー保存容量にほぼ近似した容量まで使用しうる。それにより、バッテリシステムの初期エネルギー保存容量に対する実際使用容量の比率を高めることができる。

一実施形態によるエネルギー保存システム及び周辺構成を概略的に示す図面である。 一実施形態によるエネルギー保存システムの概略的な構成を示すブロック図である。 一実施形態によるバッテリシステムを概略的に示すブロック図である。 従来のバッテリシステムの充電方法を説明するための例示的な表である。 従来のバッテリシステムの放電方法を説明するための例示的な表である。 本発明の一実施形態によるバッテリシステムの充電方法を説明するための例示的な表である。 本発明の一実施形態によるバッテリシステムの放電方法を説明するための例示的な表である。 本発明の他の実施形態によるバッテリシステムの充電方法を説明するための例示的な表である。 本発明の他の実施形態によるバッテリシステムの放電方法を説明するための例示的な表である。

以下、例示的な実施形態について、添付図面を参照してさらに詳細に後述する。それについて、本実施形態は、様々な形態を有し、本明細書に記載された説明に限定されると見なされてはならない。したがって、そのような実施形態は、本開示が完全かつ完璧になり、例示的な具現例を当該技術分野の当業者に完全に伝達可能なように提供されるものである。

本願で使用した用語は、ただ特定の実施形態を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数表現は、文脈上、明白にそれに限定されるという意味を示さない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載の特徴、数、段階、動作、構成要素、部品またはそれらの組合物の存在を指定するものであって、１つまたはそれ以上の異なる特徴や数、段階、動作、構成要素、部品またはそれらの組合物などの存在または付加可能性を予め排除するものではないということを理解せねばならない。第１、第２などの用語は、多様な構成要素を説明するのに使用されうるが、構成要素は、前記用語によって限定されない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。

以下、例示的な実施形態が図示される添付図面を参照してさらに詳細に実施形態が説明されるであろう。全体として、同じ参照番号は、同じ構成要素を示す。図面において、同一であるか、対応する構成要素には、同じ図面番号を付し、それについての重複説明は省略する。

図１は、一実施形態によるエネルギー保存システム及び周辺構成を概略的に図示する。

図１を参照すれば、一実施形態によるエネルギー保存システム１は、発電システム２、系統（ｇｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ）３と連携して負荷４に電力を供給する。エネルギー保存システム１は、電力を変換する電力変換システム（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、以下「ＰＣＳ」と称する）１０、及び電力を保存するバッテリシステム２０を含む。ＰＣＳ １０は、発電システム２、系統３及び／またはバッテリシステム２０から提供される電力を適切な形態の電力に変換して負荷４、バッテリシステム２０及び／または系統３に供給することができる。

発電システム２は、エネルギー源から電力を生産するシステムである。発電システム２は、発電電力をエネルギー保存システム１に供給する。発電システム２は、例えば、太陽光発電システム、風力発電システム、潮力発電システム、ディーゼルまたは天然ガス発電システムのうち少なくとも１つの発電システムまたはそれらの一部が結合された複合発電システムを含む。例えば、発電システム２は、太陽熱や地熱のような新再生エネルギーを用いて電力を生産する発電システムを含みうる。発電システム２は、電力を生産する複数の発電モジュールを並列に配置することで、大容量発電システムを構成することができる。

系統３は、発電所、変電所、送電線などを含みうる。系統３が正常状態である場合、系統３は、負荷４及び／またはバッテリシステム２０に電力を供給するか、バッテリシステム２０及び／または発電システム２から電力を供給されうる。系統３が異常状態である場合、系統３とエネルギー保存システム１との電力伝達は中止される。

負荷４は、発電システム２で生産された電力、バッテリシステム２０に保存された電力、及び／または系統３から供給された電力を消費することができる。エネルギー保存システム１が設けられた家庭や工場の電気装置が負荷４の一例でもある。

エネルギー保存システム１は、発電システム２で生産された電力をバッテリシステム２０に保存するか、系統３に供給しうる。エネルギー保存システム１は、バッテリシステム２０に保存された電力を系統３に供給するか、系統３から供給された電力をバッテリシステム２０に保存することもできる。エネルギー保存システム１は、系統３が異常状態である場合、例えば、停電が発生した場合、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）機能を遂行して発電システム２で生産された電力やバッテリシステム２０に保存された電力を負荷４に供給することができる。

図２は、一実施形態によるエネルギー保存システムの概略的な構成を示すブロック図である。

図２を参照すれば、エネルギー保存システム１は、ＰＣＳ １０、バッテリシステム２０、第１スイッチ３０、及び第２スイッチ４０を含みうる。バッテリシステム２０は、バッテリ２１及びバッテリ管理部２２を含む。

ＰＣＳ １０は、発電システム２、系統３及び／またはバッテリシステム２０から提供される電力を適切な形態の電力に変換して負荷４、バッテリシステム２０及び／または系統３に供給することができる。ＰＣＳ １０は、電力変換器１１、ＤＣリンク１２、双方向インバータ１３、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４、及び統合制御器１５を含みうる。

電力変換器１１は、発電システム２とＤＣリンク１２との間に連結される電力変換装置でもある。電力変換器１１は、発電システム２で生産された電力を直流電力に変換してＤＣリンク１２に伝達しうる。電力変換器１１は、発電システム２の種類により、例えば、コンバータ回路、整流回路のような電力変換回路を含みうる。発電システム２が直流電力を生産する場合、電力変換器１１は、発電システム２で生成された直流電力を他の直流電力に変換するためのＤＣ－ＤＣコンバータ回路を含みうる。発電システム２が交流電力を生産する場合、電力変換器１１は、発電システム２で生成された交流電力を直流電力に変換するための整流回路を含みうる。

発電システム２が太陽光発電システムである場合、電力変換器１１は、日射量、温度などの変動によって発電システム２で生産する電力を最大化するように最大電力ポイント追跡（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を遂行するＭＰＰＴコンバータ回路を含みうる。発電システム２で生産される電力がないときには、電力変換器１１の動作が中止され、電力変換器１１での消費電力が最小化されうる。

発電システム２または系統３の瞬時電圧が降下するか、負荷４でピーク負荷が発生しても、ＤＣリンク１２は、電力変換器１１、双方向インバータ１３及び双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４の間に連結されて直流リンク電圧を実質的に一定に保持させうる。ＤＣリンク１２は、例えば、大容量キャパシタを含みうる。直流リンク電圧は、例えば、４００Ｖでもある。

双方向インバータ１３は、ＤＣリンク１２と第１スイッチ３０との間に連結される電力変換装置でもある。双方向インバータ１３は、発電システム２及び／またはバッテリシステム２０から供給されたＤＣリンク１２の直流電力を交流電力に変換して系統３及び／または、負荷４に出力することができる。双方向インバータ１３は、バッテリシステム２０を充電するために、系統３から供給された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンク１２に出力することができる。

双方向インバータ１３は、系統３及び／または、負荷４に出力される交流電力から高調波成分を除去するためのフィルタを含みうる。双方向インバータ１３は、無効電力の発生を抑制するために、双方向インバータ１３から出力される交流電力の位相と系統３の交流電力の位相とを同期化させるための位相同期ループ（ＰＬＬ）回路を含む。双方向インバータ１３は、電圧変動範囲制限、力率改善、直流成分除去、過渡現象（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ）保護または減少のような機能を遂行することができる。

双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４は、ＤＣリンク１２とバッテリシステム２０との間に連結されうる。双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４は、バッテリシステム２０の放電時にバッテリシステム２０の放電電圧をＤＣリンク１２の直流リンク電圧に変換してバッテリシステム２０に保存された電力をＤＣリンク１２に出力する。双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４は、バッテリシステム２０の充電時に、ＤＣリンク１２の直流リンク電圧を、バッテリシステム２０を充電するための充電電圧に変換してＤＣリンク１２の電力をバッテリシステム２０に出力する。バッテリシステム２０が休止する場合、すなわち、充電も放電もしない場合、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４の動作が中止されることにより、電力消費が最小化されうる。

統合制御器１５は、発電システム２、系統３、バッテリシステム２０、及び負荷４の状態をモニタリングしうる。例えば、統合制御器１５は、系統３に停電が発生したか否か、発電システム２で電力が生産されるか否か、発電システム２で生産される電力量、バッテリシステム２０の充電状態、負荷４の消費電力量、時間などをモニタリングしうる。

統合制御器１５は、モニタリング結果及び既設定のアルゴリズムによって、電力変換器１１、双方向インバータ１３、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４、バッテリシステム２０、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０の動作を制御しうる。

系統３に停電が発生する場合、統合制御器１５は、バッテリシステム２０に保存された電力または発電システム２で生産された電力が負荷４に供給されるように制御しうる。統合制御器１５は、負荷４に十分な電力が供給されない場合、負荷４の電気装置に対して優先順位を決定し、優先順位の高い電気装置に優先的に電力を供給するように負荷４を制御しうる。統合制御器１５は、バッテリシステム２０の充電及び放電を制御しうる。統合制御器１５は、バッテリシステム２０の状態によって放電電流量及び充電電流量を制御しうる。例えば、統合制御器１５は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４を用いてバッテリシステム２０の最大許容放電電流量及び最大許容充電電流量を調節しうる。統合制御器１５は、バッテリシステム２０の一部バッテリラックが分離された場合、分離されたバッテリラックの比率によって最大許容放電電流量及び最大許容充電電流量を減少させうる。

第１スイッチ３０及び第２スイッチ４０は、双方向インバータ１３と系統３との間に直列に連結され、統合制御器１５の制御によって短絡されるか、開放されることにより、ＤＣリンク１２、負荷４及び系統３間の電流の流れを調節する。発電システム２、系統３、及びバッテリシステム２０の状態によって第１スイッチ３０と第２スイッチ４０とがそれぞれ短絡されるか、開放されうる。例えば、発電システム２及び／またはバッテリシステム２０からの電力を負荷４に供給するか、系統３からの電力をバッテリシステム２０に供給する場合、第１スイッチ３０は、短絡される。発電システム２及び／またはバッテリシステム２０からの電力を系統３に供給するか、系統３からの電力を負荷４に供給する場合には、第２スイッチ４０は、短絡される。

系統３に停電が発生した場合には、第２スイッチ４０は開放され、第１スイッチ３０は、短絡される。すなわち、発電システム２及び／またはバッテリシステム２０からの電力を負荷４に供給すると同時に、負荷４に供給される電力が系統３に漏れることを防止しうる。第１スイッチ３０を開放させて系統３とエネルギー保存システム１とを分離させることにより、系統３の電力線などで作業する作業者が発電システム２及び／またはバッテリシステム２０から供給される電力による感電事故を防止することができる。

バッテリシステム２０は、発電システム２及び／または系統３から電力を供給されて保存し、保存している電力を負荷４及び／または系統３に供給する。バッテリシステム２０は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４に連結される。バッテリシステム２０の出力電圧は、例えば、５０Ｖでもある。

バッテリシステム２０は、電力を保存するためにバッテリセルを含むバッテリ２１、及びバッテリ２１を制御及び保護するバッテリ管理部２２を含む。バッテリシステム２０は、並列に連結されるバッテリラックを含む。バッテリ２１は、バッテリラック内に搭載されて電力を保存する。バッテリ管理部２２は、バッテリラックをそれぞれ管理するラック管理部、及びバッテリを、システム２０全体を管理するために、ラック管理部と通信するシステム管理部を含みうる。

バッテリ管理部２２は、バッテリ２１と連結され、統合制御器１５からの制御命令または内部アルゴリズムによってバッテリシステム２０の全般的な動作を制御しうる。例えば、バッテリ管理部２２は、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過電圧保護機能、過熱保護機能、セルバランシング（ｃｅｌｌ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）機能などを遂行することができる。バッテリ管理部２２は、バッテリ２１の電圧、電流、温度、残余電力量、寿命、充電状態（ｃｅｌｌ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）などを収集することができる。例えば、バッテリ管理部２２は、センサを用いてバッテリ２１のセル電圧、電流及び温度を測定することができる。バッテリ管理部２２は、測定されたセル電圧、電流及び温度に基づいてバッテリ２１の残余電力量、寿命、充電状態などを推定（または算出）することができる。バッテリ管理部２２は、測定結果及び推定結果などに基づいてバッテリ２１を管理することができる。

バッテリ管理部２２は、測定結果及び推定結果などを統合制御器１５に伝送しうる。また、バッテリ管理部２２は、下位バッテリラックの連結状態を統合制御器１５に伝送することができる。バッテリ管理部２２は、統合制御器１５から受信した充電及び放電制御命令によってバッテリ２１の充電及び放電動作を制御することができる。

図３は、一実施形態によるバッテリシステムの概略的なブロック図を図示する。

図３を参照すれば、バッテリシステム１００は、バッテリ端子Ｂ＋、Ｂ－を有し、ラックバッテリ１１０、ラックスイッチ１２０、ラック管理部１３０、システム管理部１４０、及びシステムスイッチ１５０を含む。バッテリシステム１００は、図２のバッテリシステム２０に対応し、ラックバッテリ１１０は、バッテリ２１に対応し、ラックスイッチ１２０、ラック管理部１３０、システム管理部１４０及びシステムスイッチ１５０は、バッテリ管理部２１に対応する。

バッテリシステム１００は、複数のラックの形態に具現されうる。複数のラックは、バッテリ端子Ｂ＋、Ｂ－の間に並列に連結され、複数のラックのそれぞれは、ラックバッテリ１１０、ラックスイッチ１２０及びラック管理部１３０を含みうる。

ラックバッテリ１１０は、第１及び第２バッテリ端子Ｂ＋、Ｂ－間に互いに並列に選択的に接続するように構成される複数のラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎを含む。本明細書において、「選択的に接続される」という用語は、外部の制御信号によって接続されるか、接続されないということを意味する。

ラックバッテリ１１０は、電力を保存する部分であって、バッテリセルを含む。バッテリセルは、直列または並列、あるいは直列と並列との組合わせによって連結されうる。ラックバッテリ１１０に含まれるバッテリセル１１１の個数は、要求される出力電圧によって決定されうる。

バッテリセルは、充電可能な二次電池を含む。例えば、バッテリセルは、ニッケル－カドミウム電池（ｎｉｃｋｅｌ－ｃａｄｍｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙ）、鉛蓄電池、ニッケル－水素電池（ＮｉＭＨ： ｎｉｃｋｅｌ ｍｅｔａｌ ｈｙｄｒｉｄｅ ｂａｔｔｅｒｙ）、リチウム－イオン電池（ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ）、リチウムポリマー電池（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｏｌｙｍｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ）などを含みうる。

ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎは、ラックスイッチ１２０を通じて互いに並列に接続され、第１及び第２バッテリ端子Ｂ＋、Ｂ－を通じて双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ（図２の１４）に連結される。バッテリシステム１００は、双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ１４を通じて負荷（図２の４）に電力を供給するか、系統（図２の３）及び／または発電システム（図２の２）から供給される電力を保存することができる。

ラックスイッチ１２０は、ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎと第１バッテリ端子Ｂ＋の間に連結される複数のラックスイッチ１２０ａ～１２０ｎを含む。ラックスイッチ１２０ａ～１２０ｎは、ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎと第２バッテリ端子Ｂ－の間に連結されうる。ラックスイッチ１２０ａ～１２０ｎは、ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎにそれぞれ直列に連結され、ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎは、対応するラックスイッチ１２０ａ～１２０ｎを通じて第１及び第２バッテリ端子Ｂ＋、Ｂ－間に選択的に連結される。

ラックスイッチ１２０のそれぞれは、対応するラック管理部１３０によって直接制御されうる。他の例によれば、ラック管理部１３０は、ラックスイッチ１２０の短絡及び開放を制御するための制御命令を送信し、制御命令を受信した制御装置（例えば、アナログフロントエンド）が制御命令によってラックスイッチ１２０を短絡または開放させうる。ラックスイッチ１２０は、例えば、リレー、またはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）スイッチで構成されうる。

ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎにそれぞれ対応する複数のラック管理部１３０ａ～１３０ｎを含む。ラック管理部１３０は、対応するラックバッテリ１１０を管理し、対応するラックスイッチ１２０を制御するように構成される。ラック管理部１３０ａ～１３０ｎは、ネットワーク１０１を介してシステム管理部１４０と通信しうる。ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０の状態を感知してシステム管理部１４０に伝送し、システム管理部１４０の制御命令によってラックスイッチ１２０のオン／オフを制御することができる。

ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０の温度、電圧、電流などを測定することができる。ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０のラック電圧、及びラックバッテリ１１０のバッテリセルのセル電圧を測定しうる。ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０のラック電圧を検出するための電圧検出部（図示せず）を含みうる。電圧検出部は、ラックバッテリ１１０の正極と負極との間に連結されてラックバッテリ１１０のラック電圧を所定の比率で減少させた電圧を出力する電圧分配器（ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｖｉｄｅｒ）、及び電圧分配器の出力をデジタル信号に変換するアナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を含みうる。本明細書において、ラックバッテリ１１０の正極と負極との間の電圧をラック電圧と指称し、ラックバッテリ１１０内のバッテリセルのそれぞれの電圧をセル電圧と指称する。バッテリシステム１００の第１及び第２バッテリ端子Ｂ＋、Ｂ－の間の電圧をバッテリ電圧と指称する。ラックバッテリ１１０がラックスイッチ１２０を通じて第１及び第２バッテリ端子Ｂ＋、Ｂ－に連結される場合、ラックバッテリ１１０のラック電圧とバッテリシステム１００のバッテリ電圧は互いに実質的に同一である。ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０のラック電流を検出するための電流センサ、ラックバッテリ１１０の温度を検出するための温度センサを含みうる。

ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０の充電状態を推定することができる。ラック管理部１３０は、電流積算法を用いてラックバッテリ１１０の充電状態を算出することができる。ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０の開放回路電圧と充電状態の関係が定義されたＯＣＶ－ＳＯＣルックアップテーブルを保存するメモリを含み、ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０の開放回路電圧を測定し、ＯＣＶ－ＳＯＣルックアップテーブルを用いて開放回路電圧に対応するラックバッテリ１１０の充電状態を推定することができる。

ラック管理部１３０は、過電圧基準値、低電圧基準値、高温基準値、過電流基準値などを保存しうる。ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０の温度、電圧及び電流を前記基準値と比較することにより、ラックバッテリ１１０の異常状態を決定し、ラックバッテリ１１０に異常が発生すれば、保護動作を遂行することができる。例えば、ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０の温度が高温基準値を超過した場合、ラックスイッチ１２０を開放する。他の例として、ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０に過電流が発生した場合、過電流発生事実をシステム管理部１４０に送信する。過電流発生時、システム管理部１４０はシステムスイッチ１５０を開放させることができる。

システムスイッチ１５０は、ラックスイッチ１２０ａ～１２０ｎと第１バッテリ端子Ｂ＋との間に連結されうる。システムスイッチ１５０は省略されうる。

ラック管理部１３０は、ラックバッテリ１１０の温度、電圧及び電流などを測定した測定結果、及びラックバッテリの充電状態、健康状態などを推定した推定結果、ラックスイッチ１２０の状態のようなラック状態情報をネットワーク１０１を介してシステム管理部１４０に伝送する。

システム管理部１４０は、ラック管理部１３０ａ～１３０ｎから伝送されたラック状態情報に基づいてバッテリラックを管理しうる。システム管理部１４０は、ラック状態情報を統合制御器（図２の１５）に伝送することができる。例えば、システム管理部１４０は、ラックスイッチ１２０ａ～１２０ｎの状態に基づいて最大許容放電電流量及び最大許容充電電流量を算出し、それを統合制御器１５に伝送しうる。統合制御器１５は、最大許容放電電流量及び最大許容充電電流量に基づいてバッテリシステム１００の放電電流及び充電電流を調節しうる。

システム管理部１４０は、統合制御器１５から制御命令を受信し、システム管理部１４０は、統合制御器１５の制御命令によってシステムスイッチ１５０を制御することができる。システム管理部１４０は、ラック制御命令をラック管理部１３０ａ～１３０ｎに伝送し、ラック管理部１３０ａ～１３０ｎは、ラック制御命令による動作を遂行しうる。

本発明の一実施形態によれば、ラック管理部１３０ａ～１３０ｎは、ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎの充電状態をそれぞれ推定してシステム管理部１４０に伝送することができる。システム管理部１４０は、ラック管理部１３０ａ～１３０ｎからラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎのそれぞれの充電状態を受信し、ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎのうちいずれか１つのラックバッテリ（例えば、第１ラックバッテリ１１０ａ）の充電状態が０％または１００％に到逹すれば、第１ラックバッテリ１１０ａに連結される第１ラックスイッチ１２０ａを開放して第１ラックバッテリ１１０ａを第１バッテリ端子Ｂ＋から分離し、残りのラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｎは充電または放電し続ける。

システム管理部１４０は、残りのラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｎの続けられる充電または放電によって残りのラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｎのうちいずれか１つのラックバッテリ（例えば、第２ラックバッテリ１１０ｂ）の充電状態が再び０％または１００％に到逹すれば、第２ラックバッテリ１１０ｂに連結される第２ラックスイッチ１２０ｂを開放して第２ラックバッテリ１１０ｂを第１バッテリ端子Ｂ＋から分離し、残りのラックバッテリ１１０ｃ～１１０ｎは充電または放電し続ける。

そのような過程は、既設定個数以上のラックバッテリ１１０が第１バッテリ端子Ｂ＋に連結されるまで遂行されうる。例えば、ラックバッテリ１１０の個数が１０個であり、第１バッテリ端子Ｂ＋に連結されるように既設定のラックバッテリ１１０の個数が８個である場合、残りのラックバッテリ１１０ｃ～１１０ｎの続けられる充電または放電によって他の１つのラックバッテリ（例えば、第３ラックバッテリ１１０ｃ）の充電状態が再び０％または１００％に到逹しても、第３ラックスイッチ１２０ｃは開放せず、残りのラックバッテリ１１０ｃ～１１０ｎの充電または放電を中止することができる。例えば、システム管理部１４０は、残りのラックバッテリ１１０ｃ～１１０ｎの充電または放電を中止するために、統合制御器１５に充電または放電中止を要求するメッセージを伝送することができる。

図４Ａ及び図４Ｂは、従来のバッテリシステムの充電及び放電方法を説明するための例示的な表である。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、従来には、ラックバッテリのうちいずれか１つでも、充電状態が０％または１００％に到逹すれば、ラックバッテリに対する放電または充電は完全に中止される。

図４Ａに図示されたように、ｔ１～ｔ３において、第１ないし第５ラックバッテリは充電される。ｔ１とｔ２のシステム充電状態ＳＯＣは、第１ないし第５ラックバッテリの充電状態の平均として表示されうる。しかし、ｔ３において第１ラックバッテリのＳＯＣが１００％に到逹すれば、システムＳＯＣは、１００％と表示され、ｔ３以後には、第１ないし第５ラックバッテリの充電が中止され、第１ないし第５ラックはいずれも待機状態になる。実際、ｔ３において、第１ないし第５ラックバッテリの充電状態の平均は、９８％なので、２％に該当する電力をさらに保存可能にもかかわらず、充電不可能である。これは、充電可能な容量を２％ほど低める結果をもたらし、バッテリシステムの劣化度がそれほど高くなる結果に繋がる。

放電の場合にも同一である。図４Ｂに図示されたように、ｔ１～ｔ３において、第１ないし第５ラックバッテリは、放電する。ｔ１とｔ２のシステム充電状態ＳＯＣは、第１ないし第５ラックバッテリの充電状態の平均として、表示されうる。しかし、ｔ３において、第１ラックバッテリのＳＯＣが０％に到逹すれば、システムＳＯＣは０％と表示され、ｔ３以後には、第１ないし第５ラックバッテリの放電が中止され、第１ないし第５ラックはいずれも待機状態となる。実際、ｔ３において、第１ないし第５ラックバッテリの充電状態の平均は、２％なので、２％に該当する電力をさらに供給可能であるにもかかわらず、放電することができない。これは、充電可能な容量を２％ほど低める結果をもたらし、バッテリシステムの劣化度がそれほど高くなる結果をもたらす。

図５は、本発明の一実施形態によるバッテリシステムの充電方法を説明するための例示的な表である。

バッテリシステム１００の充電時に、システム管理部１４０は、ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎのうち、１００％の充電状態に到逹したラックバッテリ（例えば、第１ラックバッテリ１１０ａ）に連結される第１ラックスイッチ１２０ａを開放し、残りのラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｎを充電し続ける。この際、第２ないし第ｎラックスイッチ１２０ｂ～１２０ｎは、短絡状態である。

以後、他のラックバッテリ（例えば、第２ラックバッテリ１１０ｂ）の充電状態も１００％に到逹すれば、第２ラックスイッチ１２０ｂを開放することができる。このような方式でラックバッテリ１１０の充電状態が１００％に到逹すれば、対応するラックスイッチ１２０を開放し、残りのラックバッテリ１１０は充電し続けるが、既設定個数のラックバッテリ１１０が既に分離された状態であれば、新たに充電状態が１００％に到逹するラックバッテリ１１０が生じるとき、ラックバッテリ１１０の充電を中止しうる。すなわち、システム管理部１４０は、ラックスイッチ１２０ａ～１２０ｎのうち既設定個数のラックスイッチ１２０が開放された状態で、短絡されたラックスイッチ（例えば、第３ないし第ｎラックスイッチ１２０ｃ～１２０ｎ）に連結される第３ないし第ｎラックバッテリ１１０ｃ～１１０ｎのうちいずれか１つのラックバッテリ（例えば、第３ラックバッテリ１１０ｃ）の充電状態が１００％に到逹すれば、バッテリシステム１００の充電を中止しうる。

そのような例において、最も速く充電が終了した第１ラックバッテリ１１０ａのラック電圧が最も低く、次いで、充電が終了した第２ラックバッテリ１１０ｂのラック電圧が次に低く、第３ないし第ｎバッテリラック１１０ｃ～１１０ｎのラック電圧は互いに同一であり、最も高い。この状態で、第１及び第２ラックスイッチ１２０ａ、１２０ｂを短絡させる場合、第３ないし第ｎバッテリラック１１０ｃ～１１０ｎから第１及び第２ラックバッテリ１１０ａ、１１０ｂに電流が流れ、第１及び第２ラックバッテリ１１０ａ、１１０ｂの充電状態は、１００％を超過する。

本発明の一実施形態によるシステム管理部１４０は、短絡された第３ないし第ｎラックスイッチ１２０ｃ～１２０ｎに連結される第３ないし第ｎラックバッテリ１１０ｃ～１１０ｎが放電されて第１及び第２バッテリ端子Ｂ＋、Ｂ－間のバッテリ電圧が低くなるが、開放された第１及び第２ラックスイッチ１２０ａ、１２０ｂに連結される第１及び第２ラックバッテリ１１０ａ、１１０ｂのうち、バッテリ電圧と既設定の基準値以下のラック電圧を有するラックバッテリ（例えば、第２ラックバッテリ１１０ｂ）に連結される第２ラックスイッチ１２０ｂを短絡させうる。既設定の基準値は、バッテリ電圧の大きさによって異なって設定され、例えば、５Ｖでもある。以後、バッテリ電圧がさらに低くなり、第１ラックバッテリ１１０ｂのラック電圧と基準値以下の差が生じれば、システム管理部１４０は、第１ラックスイッチ１２０ａを短絡させうる。

図５を参照すれば、ｔ１からｔ７までバッテリシステム１００は充電される。図５の例において、バッテリシステム１００は、５個のバッテリラック１１０ａ～１１０ｅを有し、その中から３個以上のバッテリラック１１０は連結されねばならないと仮定する。それをＰａｒｔｉａｌ Ｒａｃｋが３であると表示した。

ｔ３後に第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態（ＳＯＣ）が１００％になれば、第１ラックスイッチ１２０ａは、開放（すなわち、ターンオフ）される。以後、第２ないし第５ラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｅは充電し続けられる。ｔ６後に、第４ラックバッテリ１１０ｄの充電状態（ＳＯＣ）が１００％になれば、第４ラックスイッチ１２０ｄも開放、すなわち、ターンオフされる。以後、第２、第３及び第５ラックバッテリ１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｅは充電し続けられる。ｔ７後に、第５ラックバッテリ１１０ｅの充電状態（ＳＯＣ）が１００％になるが、バッテリシステム１００で３個以上のバッテリラック１１０は連結されねばならないので、第５ラックスイッチ１２０ｅが開放されず、バッテリシステム１００の充電は終了する。それにより、ｔ８以後に、バッテリシステム１００は待機状態になる。

待機状態において、バッテリシステム１００のバッテリ電圧と短絡状態の第１及び第４ラックバッテリ１１０ａ、１１０ｄの第１及び第４ラック電圧がそれぞれ比較されうる。バッテリ電圧と第４ラック電圧との差が既設定の基準値以下であれば、第４ラックスイッチ１２０ｄは、短絡されうる。第４ラックバッテリ１１０ｄの第４ラック電圧とバッテリ電圧との差が大きくないので、低い電流が第４ラックバッテリ１１０ｄに流入され、これは、第４ラックバッテリ１１０ｄの充電状態を大きく高めない。しかし、ｔ３以後に分離された第１ラックバッテリ１１０ａのラック電圧は、バッテリ電圧と相当な差があり、その場合、第１ラックスイッチ１２０ａは、短絡されない。

ｔ９以後に、バッテリシステム１００は、放電されると仮定する。具体的に、短絡状態の第２ないし第５ラックスイッチ１２０ｂ～１２０ｅを通じて第２ないし第５ラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｅが放電され、バッテリ電圧はだんだんと低くなる。ｔ１０において、バッテリ電圧と第１ラックバッテリ１１０ａの第１ラック電圧との差が既設定の基準値以下となり、この際、第１ラックスイッチ１２０ａが短絡、すなわち、ターンオンされうる。以後、第１ないし第５ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｅがいずれも放電されうる。

充電が完了するｔ７の時点において、システムＳＯＣが１００％と表示されるが、第１ないし第５ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｅの平均充電状態は、９９．５％である。図４Ａの例では、システムＳＯＣが１００％と表示されるとき、実際平均充電状態は、９８％であったので、本実施形態によれば、１．５％に該当する電力をさらに充電可能となる。

図６は、本発明の一実施形態によるバッテリシステムの放電方法を説明するための例示的な表である。

バッテリシステム１００の放電時に、システム管理部１４０は、ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎのうち０％の充電状態に到逹したラックバッテリ（例えば、第１ラックバッテリ１１０ａ）に連結される第１ラックスイッチ１２０ａを開放し、残りのラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｎを放電し続ける。この際、第２ないし第ｎラックスイッチ１２０ｂ～１２０ｎは、短絡状態である。

以後、他のラックバッテリ（例えば、第２ラックバッテリ１１０ｂ）の充電状態も０％に到逹すれば、第２ラックスイッチ１２０ｂを開放しうる。そのような方式でラックバッテリ１１０の充電状態が０％に到逹すれば、対応するラックスイッチ１２０を開放し、残りのラックバッテリ１１０は放電し続けるが、既設定個数のラックバッテリ１１０が既に分離された状態であれば、新たに充電状態が０％に到逹するラックバッテリ１１０が生じるとき、ラックバッテリ１１０の放電を中止する。すなわち、システム管理部１４０は、ラックスイッチ１２０ａ～１２０ｎのうち既設定個数のラックスイッチ１２０が開放された状態で、短絡されたラックスイッチ（例えば、第３ないし第ｎラックスイッチ１２０ｃ～１２０ｎ）に連結される第３ないし第ｎラックバッテリ１１０ｃ～１１０ｎのうちいずれか１つのラックバッテリ（例えば、第３ラックバッテリ１１０ｃ）の充電状態が０％に到逹すれば、バッテリシステム１００の放電を中止する。

そのような例において、最も早く放電が終了した第１ラックバッテリ１１０ａのラック電圧が最も高く、次いで、放電が終了した第２ラックバッテリ１１０ｂのラック電圧がその次に高く、第３ないし第ｎバッテリラック１１０ｃ～１１０ｎのラック電圧は互いに同一であり、最も低い。この状態で、第１及び第２ラックスイッチ１２０ａ、１２０ｂを短絡させる場合、第１及び第２ラックバッテリ１１０ａ、１１０ｂから第３ないし第ｎバッテリラック１１０ｃ～１１０ｎに電流が流れ、第１及び第２ラックバッテリ１１０ａ、１１０ｂの充電状態は０％よりも低くなる。

本発明の一実施形態によるシステム管理部１４０は、短絡された第３ないし第ｎラックスイッチ１２０ｃ～１２０ｎに連結される第３ないし第ｎラックバッテリ１１０ｃ～１１０ｎが充電されて第１及び第２バッテリ端子Ｂ＋、Ｂ－の間のバッテリ電圧が高くなるが、開放された第１及び第２ラックスイッチ１２０ａ、１２０ｂに連結される第１及び第２ラックバッテリ１１０ａ、１１０ｂのうちバッテリ電圧と既設定の基準値以下のラック電圧を有するラックバッテリ（例えば、第２ラックバッテリ１１０ｂ）に連結される第２ラックスイッチ１２０ｂを短絡させうる。既設定の基準値は、バッテリ電圧の大きさによって異なって設定され、例えば、５Ｖでもある。以後、バッテリ電圧がさらに高くなり、第１ラックバッテリ１１０ｂのラック電圧と基準値以下の差が生じれば、システム管理部１４０は、第１ラックスイッチ１２０ａを短絡させうる。

図６を参照すれば、ｔ１からｔ７までバッテリシステム１００は、放電される。図６の例でも、バッテリシステム１００は、５個のバッテリラック１１０ａ～１１０ｅを有し、その中から３個以上のバッテリラック１１０は連結されねばならないと仮定する。

ｔ３後に、第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態（ＳＯＣ）が０％になれば、第１ラックスイッチ１２０ａは、開放（すなわち、ターンオフ）される。以後、第２ないし第５ラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｅは放電し続ける。ｔ６後に、第４ラックバッテリ１１０ｄの充電状態（ＳＯＣ）が０％になれば、第４ラックスイッチ１２０ｄも開放、すなわち、ターンオフされる。以後、第２、第３及び第５ラックバッテリ１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｅは放電し続ける。ｔ７後に、第５ラックバッテリ１１０ｅの充電状態（ＳＯＣ）が０％になるが、バッテリシステム１００で３個以上のバッテリラック１１０は連結されねばならないので、第５ラックスイッチ１２０ｅが開放されず、バッテリシステム１００の放電は終了する。それにより、ｔ８以後に、バッテリシステム１００は待機状態になる。

待機状態において、バッテリシステム１００のバッテリ電圧と短絡状態の第１及び第４ラックバッテリ１１０ａ、１１０ｄの第１及び第４ラック電圧がそれぞれ比較されうる。バッテリ電圧と第４ラック電圧との差が既設定の基準値以下であれば、第４ラックスイッチ１２０ｄは、短絡されうる。第４ラックバッテリ１１０ｄの第４ラック電圧とバッテリ電圧との差が大きくないので、低い電流が第４ラックバッテリ１１０ｄから流出されても、これは、第４ラックバッテリ１１０ｄの充電状態を大きく低めない。しかし、ｔ３以後に、分離された第１ラックバッテリ１１０ａのラック電圧は、バッテリ電圧と相当な差があり、その場合、第１ラックスイッチ１２０ａは、短絡されない。

ｔ９以後に、バッテリシステム１００は、充電されると仮定する。具体的に、短絡状態の第２ないし第５ラックスイッチ１２０ｂ～１２０ｅを通じて第２ないし第５ラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｅが充電され、バッテリ電圧はだんだんと高くなる。ｔ１０において、バッテリ電圧と第１ラックバッテリ１１０ａの第１ラック電圧との差が既設定の基準値以下になり、この際、第１ラックスイッチ１２０ａが短絡、すなわち、ターンオンされうる。以後、第１ないし第５ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｅがいずれも共に充電されうる。

充電が完了するｔ７の時点において、システムＳＯＣが０％と表示されるが、第１ないし第５ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｅの平均充電状態は０．５％である。図４Ｂの例では、システムＳＯＣが０％と表示されるとき、実際平均充電状態は２％であったので、本実施形態によれば、１．５％に該当する電力をさらに放電可能となる。

図７は、本発明の他の実施形態によるバッテリシステムの充電方法を説明するための例示的な表である。

バッテリシステム１００の充電時に、ラック管理部１３０ａ～１３０ｎは、電流積算法でラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎの充電状態をそれぞれ算出してシステム管理部１４０に送信することができる。システム管理部１４０は、ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎのうち、１００％の充電状態に到逹したラックバッテリ（例えば、第１ラックバッテリ１１０ａ）に連結される第１ラックスイッチ１２０ａを開放し、残りのラックバッテリを充電し続ける。

第１ラックバッテリ１１０ａを管理する第１ラック管理部１３０ａは、第１ラックバッテリ１１０ａの開放回路電圧を検出し、開放回路電圧に基づいて第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態を更新し、更新された充電状態をシステム管理部１４０に送信することができる。システム管理部１４０は、第１ラックバッテリ１１０ａの更新された充電状態が１００％未満であれば、第１ラックスイッチ１２０ａを短絡させ、残りのラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｅと共に充電し続ける。

システム管理部１４０は、第１ラックスイッチ１２０ａを短絡させる前に、第１ラックバッテリ１１０ａの第１ラック電圧とバッテリ電圧との差を既設定の基準値と比較しうる。第１ラックバッテリの更新された充電状態が１００％未満であり、第１ラック電圧とバッテリ電圧との差が基準値以下であるとき、第１ラックスイッチ１２０ａを短絡させうる。

第１ラックバッテリ１１０ａは、他のラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｎに比べてさらに多く劣化されうる。その場合、第１ラックバッテリ１１０ａの最大充電容量が低く設定されるので、電流積算法によって算出された充電状態は実際よりも高い。また、第１ラックバッテリ１１０ａの電流センサのセンシング誤差がある場合、電流積算法によって算出された充電状態は実際よりも高い。本発明によれば、第１ラックバッテリ１１０ａに連結される第１ラックスイッチ１２０ａが開放され、第１ラックバッテリ１１０ａは、休止状態になり、開放回路電圧を測定可能となる。本実施形態によれば、第１ラック管理部１３０ａは、第１ラックスイッチ１２０ａが開放された状態で第１ラックバッテリ１１０ａの開放回路電圧を測定し、予め保存されたＯＣＶ－ＳＯＣルックアップテーブルを用いて第１ラックバッテリ１１０ａの開放回路電圧に基づいた充電状態を再び推定することができる。第１ラック管理部１３０ａは、再び推定された充電状態で第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態を更新することができる。再び推定された充電状態は、１００％よりも小さい。

このような方式で充電状態が１００％になるラックバッテリ（例えば、第２ラックバッテリ１１０ｂ）に対しても第２ラックスイッチ１２０ｂを開放し、第２ラックバッテリ１１０ｂの充電状態を更新し、第２ラックバッテリ１１０ｂの更新された充電状態に基づいて第２ラックバッテリ１１０ｂを再び充電させうる。

本実施形態でも、バッテリシステム１００の既設定個数以上のラックバッテリが短絡される状況が発生すれば、バッテリシステム１００の充電が中止されうる。

図７を参照すれば、ｔ１からｔ１１までバッテリシステム１００は、充電される。図７の例において、バッテリシステム１００は、５個のバッテリラック１１０ａ～１１０ｅを有し、その中から３個以上のバッテリラック１１０は連結されねばならないと仮定する。

ｔ３後に、第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態（ＳＯＣ）が１００％になれば、第１ラックスイッチ１２０ａは、開放（すなわち、ターンオフ）される。以後、第２ないし第５ラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｅは充電し続けられる。ｔ６において、第１ラック管理部１３０ａは、第１ラックバッテリ１１０ａの開放回路電圧に基づいて第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態を更新する。第１ラックバッテリ１１０ａの更新された充電状態は、９７．８％と仮定する。システム管理部１４０は、第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態が１００％未満なので、第１ラックスイッチ１１０ａを再び短絡させて第１ラックバッテリ１１０ａをさらに充電させうる。

また、ｔ６後に、第４ラックバッテリ１１０ｄの充電状態（ＳＯＣ）が１００％になるので、第４ラックスイッチ１２０ｄは、開放（すなわち、ターンオフ）される。ｔ９において、第４ラック管理部１３０ｄは、第４ラックバッテリ１１０ｄの開放回路電圧に基づいて第４ラックバッテリ１１０ｄの充電状態を更新しうる。第４ラックバッテリ１１０ｄの更新された充電状態は、９９％と仮定する。システム管理部１４０は、第４ラックバッテリ１１０ｄの充電状態が１００％未満なので、第４ラックスイッチ１１０ｄを再び短絡させて第４ラックバッテリ１１０ｄをさらに充電させうる。

ｔ７後に、第５ラックバッテリ１１０ｅの充電状態（ＳＯＣ）が１００％になるので、第５ラックスイッチ１２０ｅは、開放（すなわち、ターンオフ）される。ｔ１０において、第５ラック管理部１３０ｅは、第５ラックバッテリ１１０ｅの開放回路電圧に基づいて第５ラックバッテリ１１０ｅの充電状態を更新する。第５ラックバッテリ１１０ｅの更新された充電状態は、９９．２％と仮定する。システム管理部１４０は、第５ラックバッテリ１１０ｅの充電状態が１００％未満なので、第５ラックスイッチ１１０ｅを再び短絡させて第５ラックバッテリ１１０ｅをさらに充電させうる。

ｔ９後に、第３ラックバッテリ１１０ｃの充電状態（ＳＯＣ）が１００％になるので、第３ラックスイッチ１２０ｃは、開放（すなわち、ターンオフ）される。また、ｔ１０後に、第２ラックバッテリ１１０ｂの充電状態（ＳＯＣ）が１００％になるので、第２ラックスイッチ１２０ｂは、開放（すなわち、ターンオフ）される。ｔ１１において、第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態（ＳＯＣ）が１００％になるが、既に第２及び第３ラックスイッチ１２０ｂ、１２０ｃが開放状態なので、第１ラックスイッチ１２０ａを開放せず、ｔ１２にバッテリシステム１００の充電が終了する。ｔ１２に、開放状態の第２及び第３ラックスイッチ１２０ｂ、１２０ｃは、短絡されうる。この際にも、バッテリ電圧とラック電圧との差と既設定の基準値が比較されうる。以後、第１ないし第５ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｅはいずれも共に放電しうる。

充電が終了するｔ１２の時点において、システムＳＯＣが１００％と表示されるが、第１ないし第５ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｅの平均充電状態は、９９．８２％である。図４Ａの例では、システムＳＯＣが１００％と表示されるとき、実際平均充電状態は、９８％であったので、本実施形態によれば、１．８２％に該当する電力をさらに充電可能となる。

図８は、本発明の他の実施形態によるバッテリシステムの放電方法を説明するための例示的な表である。

バッテリシステム１００の放電時に、ラック管理部１３０ａ～１３０ｎは、電流積算法でラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎの充電状態をそれぞれ算出してシステム管理部１４０に送信する。システム管理部１４０は、ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｎのうち、０％の充電状態に到逹したラックバッテリ（例えば、第１ラックバッテリ１１０ａ）に連結される第１ラックスイッチ１２０ａを開放し、残りのラックバッテリを放電し続ける。

バッテリ端子Ｂ＋、Ｂ－から分離された第１ラックバッテリ１１０ａを管理する第１ラック管理部１３０ａは、第１ラックバッテリ１１０ａの開放回路電圧を検出し、開放回路電圧に基づいて第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態を更新し、更新された充電状態をシステム管理部１４０に送信することができる。システム管理部１４０は、第１ラックバッテリ１１０ａの更新された充電状態が０％を超過すれば、第１ラックスイッチ１２０ａを短絡して残りのラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｅと共に放電し続ける。

システム管理部１４０は、第１ラックスイッチ１２０ａを短絡させる前に、第１ラックバッテリ１１０ａの第１ラック電圧とバッテリ電圧との差を既設定の基準値と比較しうる。第１ラックバッテリの更新された充電状態が０％を超過し、第１ラック電圧とバッテリ電圧との差が基準値以下であるとき、第１ラックスイッチ１２０ａを短絡させうる。

本実施形態によれば、充電状態が０％になった第１ラックバッテリ１１０ａに連結される第１ラックスイッチ１２０ａが開放され、第１ラックバッテリ１１０ａは、休止状態になり、開放回路電圧を測定可能となる。本実施形態によれば、第１ラック管理部１３０ａは、第１ラックスイッチ１２０ａが開放された状態で第１ラックバッテリ１１０ａの開放回路電圧を測定し、予め保存されたＯＣＶ－ＳＯＣルックアップテーブルを用いて第１ラックバッテリ１１０ａの開放回路電圧に基づいた充電状態を再び推定することができる。第１ラック管理部１３０ａは、再び推定された充電状態で第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態を更新する。再び推定された充電状態は０％よりも大きくなる。

このような方式で充電状態が０％になるラックバッテリ（例えば、第２ラックバッテリ１１０ｂ）に対しても第２ラックスイッチ１２０ｂを開放し、第２ラックバッテリ１１０ｂの充電状態を更新し、第２ラックバッテリ１１０ｂの更新された充電状態に基づいて第２ラックバッテリ１１０ｂを再び放電させうる。

本実施形態でも、バッテリシステム１００の既設定個数以上のラックバッテリが短絡される状況が発生すれば、バッテリシステム１００の放電が中止される。

図８を参照すれば、ｔ１からｔ１１までバッテリシステム１００は放電する。図８の例において、バッテリシステム１００は、５個のバッテリラック１１０ａ～１１０ｅを有し、その中から３個以上のバッテリラック１１０は連結されねばならないと仮定する。

ｔ３後に、第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態（ＳＯＣ）が０％になれば、第１ラックスイッチ１２０ａは、開放（すなわち、ターンオフ）される。以後、第２ないし第５ラックバッテリ１１０ｂ～１１０ｅは放電し続ける。ｔ６において、第１ラック管理部１３０ａは、第１ラックバッテリ１１０ａの開放回路電圧に基づいて第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態を更新しうる。第１ラックバッテリ１１０ａの更新された充電状態は２．２％と仮定する。システム管理部１４０は、第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態が０％より大きいので、第１ラックスイッチ１１０ａを再び短絡させて第１ラックバッテリ１１０ａをさらに放電させうる。

また、ｔ６後に、第４ラックバッテリ１１０ｄの充電状態（ＳＯＣ）が０％になるので、第４ラックスイッチ１２０ｄは、開放（すなわち、ターンオフ）される。ｔ９において、第４ラック管理部１３０ｄは、第４ラックバッテリ１１０ｄの開放回路電圧に基づいて第４ラックバッテリ１１０ｄの充電状態を更新しうる。第４ラックバッテリ１１０ｄの更新された充電状態は、１％と仮定する。システム管理部１４０は、第４ラックバッテリ１１０ｄの充電状態が０％より大きいので、第４ラックスイッチ１１０ｄを再び短絡させて第４ラックバッテリ１１０ｄをさらに放電させうる。

ｔ７後に、第５ラックバッテリ１１０ｅの充電状態（ＳＯＣ）が０％になるので、第５ラックスイッチ１２０ｅは、開放（すなわち、ターンオフ）される。ｔ１０において、第５ラック管理部１３０ｅは、第５ラックバッテリ１１０ｅの開放回路電圧に基づいて第５ラックバッテリ１１０ｅの充電状態を更新しうる。第５ラックバッテリ１１０ｅの更新された充電状態は、０．８％と仮定する。システム管理部１４０は、第５ラックバッテリ１１０ｅの充電状態が０％よりも大きいので、第５ラックスイッチ１１０ｅを再び短絡させて第５ラックバッテリ１１０ｅをさらに放電させうる。

ｔ９後に、第３ラックバッテリ１１０ｃの充電状態（ＳＯＣ）が０％になるので、第３ラックスイッチ１２０ｃは、開放（すなわち、ターンオフ）される。また、ｔ１０後に、第２ラックバッテリ１１０ｂの充電状態（ＳＯＣ）が０％になるので、第２ラックスイッチ１２０ｂは、開放（すなわち、ターンオフ）される。ｔ１１において、第１ラックバッテリ１１０ａの充電状態（ＳＯＣ）が０％になるが、既に第２及び第３ラックスイッチ１２０ｂ、１２０ｃが開放状態なので、第１ラックスイッチ１２０ａを開放せず、ｔ１２にバッテリシステム１００の放電が終了する。

ｔ１２において、開放状態の第２及び第３ラックスイッチ１２０ｂ、１２０ｃは、短絡されうる。この際にも、バッテリ電圧とラック電圧との差と既設定の基準値が比較されうる。以後、第１ないし第５ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｅはいずれも共に充電されうる。

放電が終了するｔ１２の時点において、システムＳＯＣが０％と表示されるが、第１ないし第５ラックバッテリ１１０ａ～１１０ｅの平均充電状態は０．１８％である。図４Ｂの例では、システムＳＯＣが１００％と表示されるとき、実際平均充電状態は、２％であったので、本実施形態によれば、１．８２％に該当する電力をさらに放電可能となる。

本明細書に図示及び説明された特定の具現例は、説明のための例であり、いかなる方式によっても、実施形態の範囲を限定するものと意図されない。簡潔さのために、従来の電子的な構成、制御システム、ソフトウェア、前記システムの他の機能的な側面の記載は省略されうる。また、図面に図示された構成要素間の線の連結または連結部材は、機能的な連結及び／または物理的または回路的連結を例示的に示すものであり、実際の装置では、代替可能であるか、追加的な多様な機能的な連結、物理的な連結、または回路連結によって具現されうる。また、「必須な」、「重要に」のような具体的な言及がなければ、必須構成要素として見なされない。

実施形態（特に、特許請求の範囲）を記述するに当たって、「前記」の用語及びそれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数いずれもに該当しうる。また、実施形態で範囲（ｒａｎｇｅ）を記載した場合、前記範囲に属する個別的な値を適用した発明を含むものであって（それに反対となる記載がない限り）、発明の詳細な説明に前記範囲を構成する各個別的な値を記載したところと同一である。最後に、本発明による方法を構成する段階に対して明白に順序を記載するか、反対となる記載がなければ、前記段階は、適当な順序によって行われる。必ずしも前記段階の記載順序によって本発明が限定されるものではない。本発明において全ての例または例示的な用語（例えば、「などなど」）の使用は、単に本発明を詳細に説明するためのものであって、特許請求の範囲によって限定されない限り、前記例または例示的な用語によって実施形態の範囲が限定されるものではない。また、当業者であれば、多様な修正、組合わせ及び変更が付け加えられた特許請求の範囲またはその均等物の範疇内で設計条件及びファクターによって構成されるということを理解するであろう。

例示的な実施形態が本明細書に提示され、特定用語が使用されたとしても、該用語は、限定を目的に使用したものではなく、一般的であり、説明のためのものであると解釈されねばならない。一部例において、本願の出願当初の当業者に自明であるが、特定の実施形態に係わって説明される特徴、及び／または構成要素は具体的に取り立てて記載されていない限り、単独使用も可能であり、他の実施形態に係わって説明される特徴、及び／または構成要素と共に使用可能でもある。したがって、本発明の思想は、前記説明された実施形態に限って決定されてはならず、後述する特許請求の範囲のみならず、該特許請求の範囲と均等な、またはそれらから等価的に変更された全ての範囲は、本発明の思想の範疇に属すると言える。

１４ 双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ
２０ バッテリシステム
２１ バッテリ
２２ バッテリ管理部
１００ バッテリシステム
１０１ ネットワーク
１１０（１１０ａ～１１０ｎ＿） ラックバッテリ
１１１ バッテリセル
１２０（１２０ａ～１２０ｎ） ラックスイッチ
１３０ ラック管理部
１４０ システム管理部
１５０ システムスイッチ
Ｂ＋、Ｂ－ バッテリ端子

Claims (12)

1. 複数のラック、及び前記複数のラックを管理するシステム管理部を含むバッテリシステムであって、
   前記複数のラックのそれぞれは、
   第１バッテリ端子と第２バッテリ端子との間に連結されるラックバッテリと、
   前記ラックバッテリと前記第１バッテリ端子との間に連結されるラックスイッチと、
   前記ラックバッテリの充電状態を推定して前記システム管理部に送信し、前記ラックスイッチを制御するラック管理部と、を含み、
   前記システム管理部は、
   前記複数のラック管理部から前記複数のラックバッテリのそれぞれの充電状態を受信し、
   前記複数のラックバッテリのうちいずれか１つのラックバッテリの充電状態が０％または１００％に到逹すれば、前記ラックバッテリに連結されるラックスイッチを開放して前記ラックバッテリを分離し、
   前記複数のラックバッテリのうち残りのラックバッテリを充電または放電し続けるように構成されることを特徴とするバッテリシステム。
2. 前記システム管理部は、充電モードにおいて、
   前記複数のラックバッテリのうち、１００％の充電状態に到逹したラックバッテリに連結されるラックスイッチを開放し、残りのラックバッテリを充電し続け、
   前記複数のラックスイッチのうち、既設定数のラックスイッチが開放された状態で、短絡されたラックスイッチに連結されるラックバッテリのうちいずれか１つのラックバッテリの充電状態が１００％に到逹すれば、前記バッテリシステムの充電を中断するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリシステム。
3. 前記システム管理部は、
   前記短絡されたラックスイッチに連結される前記ラックバッテリが放電されて前記第１バッテリ端子と第２バッテリ端子との間のバッテリ電圧が低くなるとき、開放されたラックスイッチに連結されるラックバッテリのうち、前記バッテリ電圧と既設定の基準値以下のラック電圧を有するラックバッテリに連結されるラックスイッチを短絡させるように構成されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリシステム。
4. 前記システム管理部は、放電モードにおいて、
   前記複数のラックバッテリのうち、０％の充電状態に到逹したラックバッテリに連結されるラックスイッチを開放し、残りのラックバッテリを放電し続け、
   前記複数のラックスイッチのうち、既設定数のラックスイッチが開放された状態で、短絡されたラックスイッチに連結されるラックバッテリのうちいずれか１つのラックバッテリの充電状態が０％に到逹すれば、前記バッテリシステムの放電を中止するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリシステム。
5. 前記システム管理部は、
   前記短絡されたラックスイッチに連結される前記ラックバッテリが充電されて前記第１バッテリ端子と第２バッテリ端子との間のバッテリ電圧が高くなるとき、開放されたラックスイッチに連結されるラックバッテリのうち、前記バッテリ電圧と既設定の基準値以下のラック電圧を有するラックバッテリに連結されるラックスイッチを短絡させるように構成されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリシステム。
6. 充電モードにおいて、
   前記ラック管理部のそれぞれは、電流積算法で対応するラックバッテリの充電状態を算出して前記システム管理部に送信し、
   前記システム管理部は、前記複数のラックバッテリのうち、１００％の充電状態に到逹した第１ラックバッテリに連結される第１ラックスイッチを開放し、残りのラックバッテリを充電し続け、
   前記第１ラックバッテリを管理する第１ラック管理部は、前記第１ラックバッテリの開放回路電圧を検出し、前記開放回路電圧に基づいて前記第１ラックバッテリの充電状態を更新し、前記更新された充電状態を前記システム管理部に送信し、
   前記システム管理部は、前記第１ラックバッテリの前記更新された充電状態が１００％未満であれば、前記第１ラックスイッチを短絡して前記残りのラックバッテリと共に充電し続けるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリシステム。
7. 前記システム管理部は、前記第１ラックバッテリの前記更新された充電状態が１００％未満であり、前記第１ラックバッテリのラック電圧と前記第１バッテリ端子と第２バッテリ端子との間のバッテリ電圧との差が既設定の基準値以下である場合、前記第１ラックスイッチを短絡させるように構成されることを特徴とする請求項６に記載のバッテリシステム。
8. 放電モードにおいて、
   前記ラック管理部のそれぞれは、電流積算法で対応するラックバッテリの充電状態を算出して前記システム管理部に送信し、
   前記システム管理部は、前記複数のラックバッテリのうち、０％の充電状態に到逹した第１ラックバッテリに連結される第１ラックスイッチを開放し、残りのラックバッテリを放電し続け、
   前記第１ラックバッテリを管理する第１ラック管理部は、前記第１ラックバッテリの開放回路電圧を検出し、前記開放回路電圧に基づいて前記第１ラックバッテリの充電状態を更新し、前記更新された充電状態を前記システム管理部に送信し、
   前記システム管理部は、前記第１ラックバッテリの前記更新された充電状態が０％を超過すれば、前記第１ラックスイッチを短絡して前記残りのラックバッテリと共に放電し続けるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリシステム。
9. 前記システム管理部は、前記第１ラックバッテリの前記更新された充電状態が０％を超過し、前記第１ラックバッテリのラック電圧と前記第１バッテリ端子と第２バッテリ端子との間のバッテリ電圧との差が既設定の基準値以下である場合、前記第１ラックスイッチを短絡させるように構成されることを特徴とする請求項８に記載のバッテリシステム。
10. システム管理部によって、複数のラックを管理する段階と、
    複数のラックバッテリの充電状態を推定する段階と、
    前記推定された充電状態を前記システム管理部に伝送する段階と、
    前記推定された充電状態に基づいて前記複数のラックバッテリのうち、０％または１００％の充電状態を有するラックバッテリを分離するためにラックスイッチを制御する段階と、
    分離されていないラックバッテリを続けて放電または充電する段階と、を含む、バッテリシステムの管理方法。
11. １００％の充電状態に到逹したラックバッテリのラックスイッチを開放する段階と、
    分離されていないラックバッテリを充電し続ける段階と、
    既設定個数のラックスイッチが開放された状態で、短絡されたラックスイッチに連結されるラックバッテリの充電状態が１００％に到逹すれば、前記バッテリシステムの充電を遮断する段階と、を含む、請求項１０に記載のバッテリシステムの管理方法。
12. ０％の充電状態に到逹したラックバッテリのラックスイッチを開放する段階と、
    分離されていないラックバッテリを放電し続ける段階と、
    既設定個数のラックスイッチが開放された状態で、短絡されたラックスイッチに連結されるラックバッテリの充電状態が０％に到逹すれば、前記バッテリシステムの放電を遮断する段階と、を含む、請求項１０に記載のバッテリシステムの管理方法。