(57)【要約】【課題】電池の負荷分担が均一である直並列切換電源装置を提供する。【解決手段】ｎ−１個の電池と１個のユニット内スイッチとが直列に接続された電池直列接続ユニットが正極充放電端子と負極充放電端子との間にｎ列に並列に配置され、前記ｎ列の電池直列接続ユニットの各々の間にユニット間接続スイッチがそれぞれ設けられた直並列切換電源装置であって、前記ユニット内スイッチは、ｋ（１≦ｋ≦ｎ）列目の前記電池直列接続ユニットにおいて、第１の端子が前記負極充放電端子からｋ番目の電池の負極端子に接続され、第２の端子が前記負極充放電端子からｋ−１番目の電池の正極端子に設けられ、前記ユニット間接続スイッチは、前記ｋ列目のユニット内スイッチの第１の端子と前記ｋ＋１列目のユニット内スイッチの第２の端子との間に接続される。【選択図】図１
2016032374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ−１個の電池と１個のユニット内スイッチとが直列に接続された電池直列接続ユニットが正極充放電端子と負極充放電端子との間にｎ列に並列に配置され、前記ｎ列の電池直列接続ユニットの各々の間にユニット間接続スイッチがそれぞれ設けられた直並列切換電源装置であって、
前記ユニット内スイッチは、ｋ（１≦ｋ≦ｎ）列目の前記電池直列接続ユニットにおいて、第１の端子が前記負極充放電端子からｋ番目の電池の負極端子に接続され、第２の端子が前記負極充放電端子からｋ−１番目の電池の正極端子に設けられ、
前記ユニット間接続スイッチは、前記ｋ列目のユニット内スイッチの第１の端子と前記ｋ＋１列目のユニット内スイッチの第２の端子との間に接続される
ことを特徴とする直並列切換電源装置。
【請求項２】
前記電池をｎ-１直列ｎ並列にする場合は、前記ユニット内スイッチをオン状態とし、且つ前記ユニット間接続スイッチをオフ状態とし、
前記電池をｎ直列ｎ-１並列にする場合は、前記ユニット内スイッチをオフ状態とし、且つ前記ユニット間接続スイッチをオン状態とする
ことを特徴とする請求項１に記載の直並列切換電源装置。
【請求項３】
前記ユニット内スイッチ及び前記ユニット間接続スイッチは、自励半導体スイッチと前記自励半導体スイッチに逆並列接続されたダイオードとの組合せである請求項１又は請求項２に記載の直並列切換電源装置。
【請求項４】
前記ユニット内スイッチ及び前記ユニット間接続スイッチは、機械式スイッチと前記機械式スイッチに並列接続されたダイオードとの組合せである請求項１又は請求項２に記載の直並列切換電源装置。
【請求項５】
前記ユニット内スイッチは、ダイオードにより構成され、
前記ユニット間接続スイッチは、機械式スイッチまたは自励式半導体スイッチである請求項１又は請求項２に記載の直並列切換電源装置。
【請求項６】
前記電池は、太陽電池により構成され、
前記ユニット内スイッチは、ダイオードにより構成され、
前記ユニット間接続スイッチは、逆流防止機能を備えたスイッチである請求項１又は請求項２に記載の直並列切換電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直並列切換電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電池や太陽電池等の電池は、その電池の状態により出力電圧が大きく変動する。例えば、鉛蓄電池の場合、その充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）と出力電流の大きさにより、１セル当りの出力電圧が約１．６Ｖから２．２Ｖまで約３０％変動する。また、リチウムイオン電池の場合、その充電状態と出力電流の大きさにより、１セル当りの出力電圧が約２．７Ｖから４．２Ｖまで約３５％変動する。
【０００３】
上述した理由から、上記電池を用いた電力システムにおいては、その電池の出力電圧の変動を吸収して負荷側に任意の電力を供給するための半導体電力変換装置が一般的に用いられている。よって、半導体電力変換装置には、安定した出力電圧特性が必要となる。この場合、電池の出力電圧の変動は、半導体電力変換装置への入力電圧変動となるため、電池の出力電圧の変動が増加するにつれてその半導体変換装置の損失増加を招く要因となる。
【０００４】
上述した課題を解決するために、多直列多並列に接続された電池の直並列数を切替スイッチで切り替えて単電池の電圧変動を吸収する直並列切換電源装置がある（特許文献１、特許文献２）。特許文献１には、電池を８個と切換スイッチ９個を用いて、８直列１並列から７直列（一部２並列）、６直列（一部２並列）、５直列（一部２並列）及び４直列２並列への切換方法が開示されている。特許文献２には、電池８個と切換スイッチ１２個を用いて、８直列１並列から７直列（一部２並列）、６直列（一部２並列）、５直列（一部２並列）及び４直列２並列への切換方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７５２５１号公報
【特許文献２】特開平１１−２９９１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した直並列切換電源装置では、切替スイッチを用いて切り替えた回路の中で、一部が２並列となるため、すべての電池の負荷分担が均一ではない。そのため、電池の充放電を繰り返す場合などでは、その電池の寿命や保護を考えた煩雑運用が必要になる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電池の負荷分担が均一である直並列切換電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、ｎ−１個の電池と１個のユニット内スイッチとが直列に接続された電池直列接続ユニットが正極充放電端子と負極充放電端子との間にｎ列に並列に配置され、前記ｎ列の電池直列接続ユニットの各々の間にユニット間接続スイッチがそれぞれ設けられた直並列切換電源装置であって、前記ユニット内スイッチは、ｋ（１≦ｋ≦ｎ）列目の前記電池直列接続ユニットにおいて、第１の端子が前記負極充放電端子からｋ番目の電池の負極端子に接続され、第２の端子が前記負極充放電端子からｋ−１番目の電池の正極端子に設けられ、前記ユニット間接続スイッチは、前記ｋ列目のユニット内スイッチの第１の端子と前記ｋ＋１列目のユニット内スイッチの第２の端子との間に接続されることを特徴とする直並列切換電源装置である。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上述した直並列切換電源装置であって、前記電池をｎ-１直列ｎ並列にする場合は、前記ユニット内スイッチをオン状態とし、且つ前記ユニット間接続スイッチをオフ状態とし、前記電池をｎ直列ｎ-１並列にする場合は、前記ユニット内スイッチをオフ状態とし、且つ前記ユニット間接続スイッチをオン状態とすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上述した直並列切換電源装置であって、前記ユニット内スイッチ及び前記ユニット間接続スイッチは、自励半導体スイッチと前記自励半導体スイッチに逆並列接続されたダイオードとの組合せである。
【００１１】
また、本発明の一態様は、上述した直並列切換電源装置であって、前記ユニット内スイッチ及び前記ユニット間接続スイッチは、機械式スイッチと前記機械式スイッチに並列接続されたダイオードとの組合せである。
【００１２】
また、本発明の一態様は、上述した直並列切換電源装置であって、前記ユニット内スイッチは、ダイオードにより構成され、前記ユニット間接続スイッチは、機械式スイッチまたは自励式半導体スイッチである。
【００１３】
また、本発明の一態様は、上述した直並列切換電源装置であって、前記電池は、太陽電池により構成され、前記ユニット内スイッチは、ダイオードにより構成され、前記ユニット間接続スイッチは、逆流防止機能を備えたスイッチである。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、電池の負荷分担が均一である直並列切換電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態における直並列切換電源装置２１を用いた電力システム１の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における直並列切換電源装置２１の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における直並列切換電源装置２１Ａの具体的な回路構成（ｎ＝４）を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｂの具体的な回路構成（ｎ＝４）を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｃの具体的な回路構成（ｎ＝４）を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｄの具体的な回路構成（ｎ＝４）を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｅの具体的な回路構成（ｎ＝４）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、実施形態における直並列切換電源装置を、図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態における直並列切換電源装置２１について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における直並列切換電源装置２１を用いた電力システム１の構成例を示す図である。
【００１７】
電力システム１は、風力システム１０、電池システム２０及び変圧器３０を備えている。
風力システム１０は、風力のエネルギーを電気に変換するシステムである。風力システム１０は、風車１１、発電機１２及び電力変換部１３を備えている。
風車１１は、風力を受けて回転し、その回転力を発電機１２に伝える。発電機１２は、伝達された回転力により駆動されて発電する。
電力変換部１３は、発電機１２で発電した電力を所定の交流の電力に変換する。電力変換部１３は、変換した電力を変圧器３０に出力する。
【００１８】
電池システム２０は、直並列切換電源装置２１、ＰＣＳ（Power Conditioning Subsystem）２２、遮断器２３及び制御部２４を備えている。
直並列切換電源装置２１は、複数の電池を有し、その電池に蓄積された電力を放電する。また、直並列切換電源装置２１は、風力システム１０で発電した電力を充電する。
【００１９】
ＰＣＳ２２は、直並列切換電源装置２１から放電された直流電力を交流電力に変換する。ＰＣＳ２２は、ＤＣ／ＤＣ変換器２２０及びＤＣ／ＡＣ変換器２２１を備えている。
ＤＣ／ＤＣ変換器２２０は、直並列切換電源装置２１から放電された直流電力の電圧を所定の電圧に変換し、所定の電圧に変換した直流電力をＤＣ／ＡＣ変換器２２１に供給する。
ＤＣ／ＡＣ変換器２２１は、ＤＣ／ＤＣ変換器２２０から供給された直流電力を交流電力に変換する。
【００２０】
遮断器２３は、ＤＣ／ＡＣ変換器２２１と風力システム１０及び変圧器３０とを接続又は遮断するスイッチである。遮断器２３がオン状態である場合、ＰＣＳ２２は、直並列切換電源装置２１から放電された電力を交流電力に変換し、変換した電力を変圧器３０に出力する。または、ＰＣＳ２２は、風力システム１０が発電した電力を直流電力に変換し、直並列切換電源装置２１に充電する。一方、遮断器２３がオフ状態である場合、直並列切換電源装置２１の充放電は行われない。
【００２１】
変圧器３０は、ＤＣ／ＡＣ変換器２２１が変換した交流電力の電圧と電力変換部１３が変換した交流電力の電圧とを所定の交流電力の電圧に変換する。変圧器３０は、変換した電圧を交流系統３１に供給する。変圧器３０は、例えば、トランスである。交流系統３１に供給された電力は、変圧器３２や変圧器３３等を介して工場４０や家庭４１に供給される。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施形態における直並列切換電源装置２１の構成例を示す図である。
図２に示すように、直並列切換電源装置２１は、ｎ（ｎは３以上の整数）個の電池直列接続ユニットＢＵ（電池直列接続ユニットＢＵ１、電池直列接続ユニットＢＵ２、…、電池直列接続ユニットＢＵｎ）及びｎ−１個のユニット間接続スイッチＳＷｘ（ユニット間接続スイッチＳＷｘ１、ユニット間接続スイッチＳＷｘ２、…、ユニット間接続スイッチＳＷｘ（ｎ−１））を備えている。
【００２３】
電池直列接続ユニットＢＵ１〜ＢＵｎは、正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間に並列に設けられている。
電池直列接続ユニットＢＵ１は、ｎ-１個の電池Ｂ１（電池Ｂ１＿１、…、電池Ｂ１＿（ｎ−２）、電池Ｂ１＿（ｎ−１））及びユニット内スイッチＳＷ１を備えている。
【００２４】
電池Ｂ１＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。電池Ｂ１＿（ｎ−１）は、負極端子がユニット内スイッチＳＷ１に接続されている。
ユニット内スイッチＳＷ１は、第１の端子が電池Ｂ１＿（ｎ−１）の負極端子に接続されている。ユニット内スイッチＳＷ１は、第２の端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵ１は、正極充放電端子Ｐから電池Ｂ１＿１、…、電池Ｂ１＿（ｎ−２）、電池Ｂ１＿（ｎ−１）、ユニット内スイッチＳＷ１の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００２５】
ｋ（１≦ｋ≦ｎ）列目の電池直列接続ユニットＢＵｋは、ｎ−１個の電池Ｂｋ（電池Ｂｋ＿１、…、電池Ｂｋ＿（ｎ−２）、電池Ｂｋ＿（ｎ−１））及びユニット内スイッチＳＷｋを備えている。
電池Ｂｋ＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。電池Ｂｋ＿（ｎ−１）は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
ユニット内スイッチＳＷｋは、負極充放電端子Ｎからｋ−１番目の電池とｋ番目の電池との間に直列に接続される。
【００２６】
電池直列接続ユニットＢＵｎは、ｎ-１個の電池Ｂｎ（電池Ｂｎ＿１、…、電池Ｂｎ＿（ｎ−２）、電池Ｂｎ＿（ｎ−１））及びユニット内スイッチＳＷｎを備えている。
ユニット内スイッチＳＷｎは、第１の端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。ユニット内スイッチＳＷｎは、第２の端子が電池Ｂｎ＿１の正極端子に接続されている。電池Ｂｎ＿（ｎ−１）は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵｎは、正極充放電端子Ｐからユニット内スイッチＳＷｎ、電池Ｂｎ＿１、…、電池Ｂｎ＿（ｎ−２）、電池Ｂｎ＿（ｎ−１）の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００２７】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１〜ＳＷｘ（ｎ−１）は、電池直列接続ユニットＢＵ１〜ＢＵｎの間にそれぞれ接続されている。
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１は、ユニット内スイッチＳＷ１の第１の端子とユニット内スイッチＳＷ２の第２の端子との間に接続されている。
ｋ列目のユニット間接続スイッチＳＷｘｋは、ユニット内スイッチＳＷｋの第１の端子と第（ｋ＋１）のユニット内スイッチＳＷ（ｋ＋１）の第２の端子との間に接続されている。
【００２８】
次に、上述したスイッチユニット間接続スイッチＳＷｘ（ユニット間接続スイッチＳＷｘ１、ユニット間接続スイッチＳＷｘ２、…、ユニット間接続スイッチＳＷｘ（ｎ−１））及びユニット内スイッチＳＷ（ユニット内スイッチＳＷ１、ユニット内スイッチＳＷ２、…、ユニット内スイッチＳＷｎ）の切り替え動作について説明する。
【００２９】
制御部２４は、ユニット間接続スイッチＳＷｘ及びユニット内スイッチＳＷのオン状態とオフ状態とを制御する。
制御部２４は、ユニット内スイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオン状態とし、且つユニット間接続スイッチＳＷｘ１〜ＳＷｘ（ｎ−１）をオフ状態とする。すなわち、制御部２４は、電池Ｂ（電池Ｂ１＿１〜Ｂｎ＿（ｎ−１））の接続をｎ-１直列ｎ並列にする。これにより、直並列切換電源装置２１の充放電に対して、電池Ｂの各々の責務は均等に分担される。
【００３０】
このように、制御部２４は、電池Ｂの接続をｎ-１直列ｎ並列又はｎ直列ｎ-１並列に制御する。ここで、電池Ｂの接続の切り替えは、例えば電池Ｂの出力電圧に基づいて行う。すなわち、電池Ｂの出力電圧が所定の閾値よりも低い場合、電池Ｂの接続をｎ直列ｎ−１並列にする。また、電池Ｂの出力電圧が所定の閾値よりも高い場合、電池Ｂの接続をｎ-１直列ｎ並列にする。
【００３１】
次に、直並列切換電源装置２１の具体的な回路構成及び動作について、ｎ＝４の場合を例として説明する。図３は、本実施形態における直並列切換電源装置２１Ａ（ｎ＝４）の構成例を示す図である。図３に示すように、直並列切換電源装置２１Ａは、４個の電池直列接続ユニットＢＵ（電池直列接続ユニットＢＵ１〜ＢＵ４）及び３個のユニット間接続スイッチＳＷｘ（ユニット間接続スイッチＳＷｘ１〜ＳＷｘ３）を備えている。
【００３２】
電池直列接続ユニットＢＵは、正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間に設けられている。電池直列接続ユニットＢＵは、それぞれ並列に接続されている。
電池直列接続ユニットＢＵ１は、３個の電池Ｂ１（電池Ｂ１＿１〜Ｂ１＿３）及びユニット内スイッチＳＷ１を備えている。
電池Ｂ１＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。電池Ｂ１＿２は、正極端子が電池Ｂ１＿１の負極端子に接続され、負極端子が電池Ｂ１＿３の正極端子に接続されている。電池Ｂ１＿３は、負極端子がユニット内スイッチＳＷ１に接続されている。
【００３３】
ユニット内スイッチＳＷ１は、第１の端子が電池Ｂ１＿３の負極端子に接続されている。ユニット内スイッチＳＷ１は、第２の端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵ１は、正極充放電端子Ｐから電池Ｂ１＿１、電池Ｂ１＿２、電池Ｂ１＿３、ユニット内スイッチＳＷ１の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００３４】
電池直列接続ユニットＢＵ２は、３個の電池Ｂ２（電池Ｂ２＿１〜Ｂ２＿３）及びユニット内スイッチＳＷ２を備えている。
電池Ｂ２＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。電池Ｂ２＿２は、正極端子が電池Ｂ２＿１の負極端子に接続され、負極端子がユニット内スイッチＳＷ２の第１の端子に接続されている。電池Ｂ２＿３は、正極端子がユニット内スイッチＳＷ２の第２の端子に接続され、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【００３５】
ユニット内スイッチＳＷ２は、負極充放電端子Ｎから１番目の電池である電池Ｂ２＿３と２番目の電池である電池Ｂ２＿２との間に直列に接続される。このように、電池直列接続ユニットＢＵ２は、正極充放電端子Ｐから電池Ｂ２＿１、電池Ｂ２＿２、ユニット内スイッチＳＷ２、電池Ｂ２＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００３６】
電池直列接続ユニットＢＵ３は、３個の電池Ｂ３（電池Ｂ３＿１〜Ｂ３＿３）及びユニット内スイッチＳＷ３を備えている。
電池Ｂ３＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続され、負極端子がユニット内スイッチＳＷ３の第１の端子に接続されている。電池Ｂ３＿２は、正極端子がユニット内スイッチＳＷ３の第２の端子に接続され、負極端子が電池Ｂ３＿３の正極端子に接続されている。電池Ｂ３＿３は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【００３７】
ユニット内スイッチＳＷ３は、負極充放電端子Ｎから２番目の電池である電池Ｂ３＿２と３番目の電池である電池Ｂ３＿１との間に直列に接続される。このように、電池直列接続ユニットＢＵ３は、正極充放電端子Ｐから電池Ｂ３＿１、ユニット内スイッチＳＷ３、電池Ｂ３＿２、電池Ｂ３＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００３８】
電池直列接続ユニットＢＵ４は、３個の電池Ｂ４（電池Ｂ４＿１〜Ｂ４＿３）及びユニット内スイッチＳＷ４を備えている。
電池Ｂ４＿１は、正極端子がユニット内スイッチＳＷ４の第２の端子に接続され、負極端子が電池Ｂ４＿２の正極端子に接続されている。電池Ｂ４＿２は、負極端子が電池Ｂ４＿３の正極端子に接続されている。電池Ｂ４＿３は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【００３９】
ユニット内スイッチＳＷ４は、第１の端子が正極充放電端子Ｐに接続され、第２の端子が電池Ｂ４＿１の正極端子に接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵ４は、正極充放電端子Ｐからユニット内スイッチＳＷ４、電池Ｂ４＿１、電池Ｂ４＿２、電池Ｂ４＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００４０】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１〜ＳＷｘ３は、電池直列接続ユニットＢＵ１〜ＢＵｎの間にそれぞれ接続されている。
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１は、ユニット内スイッチＳＷ１の第１の端子とユニット内スイッチＳＷ２の第２の端子との間に接続されている。
【００４１】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ２は、ユニット内スイッチＳＷ２の第１の端子とユニット内スイッチＳＷ３の第２の端子との間に接続されている。
【００４２】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ３は、ユニット内スイッチＳＷ３の第１の端子とユニット内スイッチＳＷ４の第２の端子との間に接続されている。
【００４３】
制御部２４は、ユニット間接続スイッチＳＷｘ及びユニット内スイッチＳＷのオン状態とオフ状態とを制御する。すなわち、制御部２４は、電池Ｂ１＿１〜Ｂ４＿３の接続を３直列４並列又は４直列３並列に制御する。
以下に、直並列切換電源装置２１Ａの３直列４並列及び４直列３並列の動作について説明する。
【００４４】
（直並列切換電源装置２１Ａの３直列４並列の動作）
制御部２４は、ユニット内スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオン状態とし、且つユニット間接続スイッチＳＷｘ１〜ＳＷｘ３をオフ状態とする。
この場合、直並列切換電源装置２１Ａの正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の充放電時の電流経路は、以下の４つの経路となる。１つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ１＿１→電池Ｂ１＿２→電池Ｂ１＿３→ユニット内スイッチＳＷ１→負極充放電端子Ｎの経路である。２つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ２＿１→電池Ｂ２＿２→ユニット内スイッチＳＷ２→電池Ｂ２＿３→負極充放電端子Ｎの経路である。３つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ３＿１→ユニット内スイッチＳＷ３→電池Ｂ３＿２→電池Ｂ３＿３→負極充放電端子Ｎの経路である。４つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→ユニット内スイッチＳＷ４→電池Ｂ４＿１→電池Ｂ４＿２→電池Ｂ４＿３→負極充放電端子Ｎの経路となる。なお、上記経路内の順番は、充電時の電流経路である。放電時の電流経路は、各経路において上記の逆の順番となる。これより、直並列切換電源装置２１Ａの充放電に対して、電池Ｂ１＿１〜Ｂ３＿３の各々の責務は均等に分担される。
【００４５】
（直並列切換電源装置２１Ａの４直列３並列の動作）
制御部２４は、ユニット内スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオフ状態とし、且つユニット間接続スイッチＳＷｘ１からユニット間接続スイッチＳＷｘ３をオン状態とする。
この場合、直並列切換電源装置２１Ａの正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の充放電時の電流経路は、以下の３つの経路となる。１つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ１＿１→電池Ｂ１＿２→電池Ｂ１＿３→ユニット間接続スイッチＳＷｘ１→電池Ｂ２＿３→負極充放電端子Ｎの経路である。２つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ２＿１→電池Ｂ２＿２→ユニット間接続スイッチＳＷｘ２→電池Ｂ３＿２→電池Ｂ３＿３→負極充放電端子Ｎの経路である。３つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ３＿１→ユニット間接続スイッチＳＷｘ３→電池Ｂ４＿１→電池Ｂ４＿２→電池Ｂ４＿３→負極充放電端子Ｎの経路である。なお、上記経路内の順番は、充電時の電流経路である。放電時の電流経路は、各経路において上記の逆の順番となる。これより、直並列切換電源装置２１Ａの充放電に対して、電池Ｂ１＿１〜Ｂ３＿３の各々の責務は均等に分担される。
【００４６】
従来の直並列切換電源装置では、直並列切換電源装置の出力電圧の範囲が電池の変動範囲となる。例えば、電池の電圧範囲が５０％〜１００％である場合、直並列切換電源装置の出力電圧の範囲は５０％〜１００％になる。本発明の直並列切換電源装置２１では、ｎ-１直列ｎ並列とｎ直列ｎ-１並列とに切替可能な構成であるため、出力電圧の範囲を６７％〜１００％の範囲に抑制することができる。すなわち、ｎ＝４である場合を例にとると、電池Ｂ１＿１〜Ｂ３＿３の電池電圧が所定の閾値、例えば５０％以下である場合、直並列切換電源装置の構成を４直列３並列に切り替える。これにより、直並列切換電源装置の出力電圧が６７％に昇圧することができる。
【００４７】
上述したように、本実施形態の直並列切換電源装置２１では、ｎ−１個の電池と１個のユニット内スイッチとが直列に接続された電池直列接続ユニットＢＵ１〜ＢＵｎが正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間にｎ列に並列に配置され、ｎ列の電池直列接続ユニットＢＵ１〜ＢＵｎの各々の間にユニット間接続スイッチＳＷｘ1〜ＳＷｘ（ｎ−１）がそれぞれ設けられている。ユニット内スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、ｋ（１≦ｋ≦ｎ）列目の前記電池直列接続ユニットにおいて、第１の端子が負極充放電端子Ｎからｋ番目の電池の負極端子に接続され、第２の端子が負極充放電端子Ｎからｋ−１番目の電池の正極端子に設けられている。ユニット間接続スイッチＳＷｘ1〜ＳＷｘ（ｎ−１）は、ｋ列目のユニット内スイッチの第１の端子とｋ＋１列目のユニット内スイッチの第２の端子との間に接続される。これより、各電池の責務の均等性を維持しながら、直並列の組合せ、すなわちｎ直列ｎ＋１並列とｎ＋１直列ｎ並列との切換を行い、出力電圧の変動を抑制することができる。
【００４８】
また、上述の実施形態では、使用するスイッチの数を使用する電池Ｂの数よりも少なくすることができる。これにより、従来の直並列切換電源装置と比べて、小型且つ低コストの直並列切換電源装置を提供することができる。
【００４９】
また、上述の実施形態では、充放電時における、すべての電流経路において、電流が通過するスイッチの数は１個だけである。このため、スイッチの通流損失を最低限に抑制可能であり、直並列切換電源装置２１の低損失に寄与する。
【００５０】
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
上述の実施形態において、ユニット内スイッチＳＷ及びユニット間接続スイッチＳＷｘは、機械式スイッチでもよいし、半導体スイッチでもよい。すなわち、上述の実施形態は、ユニット内スイッチＳＷ及びユニット間接続スイッチＳＷｘのスイッチの種類には限定されない。
また、上述の実施形態において、電池Ｂは、一次電池でもよいし、二次電池でもよい。すなわち、上述の実施形態は、電池Ｂの電池の種類には限定されない。
【００５１】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｂについて、図面を用いて説明する。図４は、本発明の第２の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｂを用いた電力システムの構成例を示す図である。なお、第１の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。本実施形態は、第１の実施形態のユニット内スイッチＳＷがユニット内スイッチＳＷＢに、ユニット間接続スイッチＳＷｘがユニット間接続スイッチＳＷｘＢに置き換わっている構成である。なお、本実施形態は、第１の実施形態と同様に電池直列接続ユニットの数に限定されないが、以下の説明において、ｎ＝４の場合について、説明する。
【００５２】
図４に示すように、直並列切換電源装置２１Ｂは、４個の電池直列接続ユニットＢＵＢ（電池直列接続ユニットＢＵ１Ｂ〜ＢＵ４Ｂ）及び３個のユニット間接続スイッチＳＷｘＢ（ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｂ〜ＳＷｘ３Ｂ）を備えている。
【００５３】
電池直列接続ユニットＢＵ１Ｂ〜ＢＵ４Ｂは、正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間に並列に設けられている。
電池直列接続ユニットＢＵ１Ｂは、３個の電池Ｂ１（電池Ｂ１＿１〜Ｂ１＿３）及びユニット内スイッチＳＷ１Ｂを備えている。
電池Ｂ１＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。電池Ｂ１＿２は、正極端子が電池Ｂ１＿１の負極端子に接続され、負極端子が電池Ｂ１＿３の正極端子に接続されている。電池Ｂ１＿３は、負極端子がユニット内スイッチＳＷ１Ｂに接続されている。
【００５４】
ユニット内スイッチＳＷ１Ｂは、自励式半導体スイッチＴ１及びダイオードＤ１を有する。自励式半導体スイッチＴ１は、例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等である。ダイオードＤ１は、自励式半導体スイッチＴ１に逆向きに並列接続（逆並列接続）されている。
【００５５】
ユニット内スイッチＳＷ１Ｂは、第１の端子が電池Ｂ１＿３の負極端子に接続されている。ユニット内スイッチＳＷ１Ｂは、第２の端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵ１Ｂは、正極充放電端子Ｐから電池Ｂ１＿１、電池Ｂ１＿２、電池Ｂ１＿３、ユニット内スイッチＳＷ１Ｂの順にそれぞれ直列に接続されている。
【００５６】
電池直列接続ユニットＢＵ２Ｂは、３個の電池Ｂ２（電池Ｂ２＿１〜２＿３）及びユニット内スイッチＳＷ２Ｂを備えている。
電池Ｂ２＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。電池Ｂ２＿２は、正極端子が電池Ｂ２＿１の負極端子に接続され、負極端子がユニット内スイッチＳＷ２Ｂの第１の端子に接続されている。電池Ｂ２＿３は、正極端子がユニット内スイッチＳＷ２Ｂの第２の端子に接続され、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【００５７】
ユニット内スイッチＳＷ２Ｂは、自励式半導体スイッチＴ２及びダイオードＤ２を有する。自励式半導体スイッチＴ２は、例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等である。ダイオードＤ２は、自励式半導体スイッチＴ２に逆向きに並列接続されている。
【００５８】
ユニット内スイッチＳＷ２Ｂは、負極充放電端子Ｎから１番目の電池である電池Ｂ２＿３と２番目の電池である電池Ｂ２＿２との間に直列に接続される。このように、電池直列接続ユニットＢＵ２Ｂは、正極充放電端子Ｐから電池Ｂ２＿１、電池Ｂ２＿２、ユニット内スイッチＳＷ２Ｂ、電池Ｂ２＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００５９】
電池直列接続ユニットＢＵ３Ｂは、３個の電池Ｂ３（電池Ｂ３＿１〜Ｂ３＿３）及びユニット内スイッチＳＷ３Ｂを備えている。
電池Ｂ３＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続され、負極端子がユニット内スイッチＳＷ３Ｂの第１の端子に接続されている。電池Ｂ３＿２は、正極端子がユニット内スイッチＳＷ３Ｂの第２の端子に接続され、負極端子が電池Ｂ３＿３の正極端子に接続されている。電池Ｂ３＿３は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【００６０】
ユニット内スイッチＳＷ３Ｂは、自励式半導体スイッチＴ３及びダイオードＤ３を有する。自励式半導体スイッチＴ３は、例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等である。ダイオードＤ３は、自励式半導体スイッチＴ３に逆向きに並列接続されている。
ユニット内スイッチＳＷ３Ｂは、負極充放電端子Ｎから２番目の電池である電池Ｂ３＿２と３番目の電池である電池Ｂ３＿１との間に直列に接続される。このように、電池直列接続ユニットＢＵ３Ｂは、正極充放電端子Ｐから電池Ｂ３＿１、ユニット内スイッチＳＷ３Ｂ、電池Ｂ３＿２、電池Ｂ３＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００６１】
電池直列接続ユニットＢＵ４Ｂは、３個の電池Ｂ４（電池Ｂ４＿１〜Ｂ４＿３）及びユニット内スイッチＳＷ４Ｂを備えている。
電池Ｂ４＿１は、正極端子がユニット内スイッチＳＷ４Ｂの第２の端子に接続され、負極端子が電池Ｂ４＿２の正極端子に接続されている。電池Ｂ４＿２は、負極端子が電池Ｂ４＿３の正極端子に接続されている。電池Ｂ４＿３は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【００６２】
ユニット内スイッチＳＷ４Ｂは、自励式半導体スイッチＴ４及びダイオードＤ４を有する。自励式半導体スイッチＴ４は、例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等である。ダイオードＤ４は、自励式半導体スイッチＴ４に逆向きに並列接続されている。
ユニット内スイッチＳＷ４Ｂは、第１の端子が正極充放電端子Ｐに接続され、第２の端子が電池Ｂ４＿１の正極端子に接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵ４Ｂは、正極充放電端子Ｐからユニット内スイッチＳＷ４Ｂ、電池Ｂ４＿１、電池Ｂ４＿２、電池Ｂ４＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００６３】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｂ〜ＳＷｘ３Ｂは、電池直列接続ユニットＢＵ１Ｂ〜ＢＵ４Ｂの間にそれぞれ接続されている。
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｂは、自励式半導体スイッチＴｘ１及びダイオードＤｘ１を有する。自励式半導体スイッチＴｘ１は、例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等である。ダイオードＤｘ１は、自励式半導体スイッチＴｘ１に逆向きに並列接続されている。
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｂは、ユニット内スイッチＳＷ１Ｂの第１の端子とユニット内スイッチＳＷ２Ｂの第２の端子との間に接続されている。
【００６４】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ２Ｂは、自励式半導体スイッチＴｘ２及びダイオードＤｘ２を有する。自励式半導体スイッチＴｘ２は、例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等である。ダイオードＤｘ２は、自励式半導体スイッチＴｘ２に逆向きに並列接続されている。
ユニット間接続スイッチＳＷｘ２Ｂは、ユニット内スイッチＳＷ２Ｂの第１の端子とユニット内スイッチＳＷ３Ｂの第２の端子との間に接続されている。
【００６５】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ３Ｂは、自励式半導体スイッチＴｘ３及びダイオードＤｘ３を有する。自励式半導体スイッチＴｘ３は、例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等である。ダイオードＤｘ３は、自励式半導体スイッチＴｘ３に逆向きに並列接続されている。
ユニット間接続スイッチＳＷｘ３Ｂは、ユニット内スイッチＳＷ３Ｂの第１の端子とユニット内スイッチＳＷ４Ｂの第２の端子との間に接続されている。
【００６６】
制御部２４は、ユニット間接続スイッチＳＷｘＢ（ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｂ〜ＳＷｘ３Ｂ）及びユニット内スイッチＳＷＢのオン状態とオフ状態とを制御する。すなわち、制御部２４は、電池Ｂ１＿１〜Ｂ４＿３の接続を３直列４並列又は４直列３並列に制御する。
以下に、直並列切換電源装置２１Ｂの充放電時における３直列４並列及び４直列３並列の動作について説明する。
【００６７】
（充電時における直並列切換電源装置２１Ｂの動作）
まず、外部から直並列切換電源装置２１Ｂに電力を供給する、すなわち直並列切換電源装置２１Ｂの充電時の動作について、説明する。
制御部２４は、ユニット内スイッチＳＷ１Ｂ〜ＳＷ４Ｂ且つユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｂ〜ＳＷｘ３Ｂをすべてオフ状態にする。
【００６８】
この場合、直並列切換電源装置２１Ｂの正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の充電時の電流経路は、以下の３つの経路となる。１つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ１＿１→電池Ｂ１＿２→電池Ｂ１＿３→ダイオードＤｘ１→電池Ｂ２＿３→負極充放電端子Ｎの経路である。２つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ２＿１→電池Ｂ２＿２→ダイオードＤｘ２→電池Ｂ３＿２→電池Ｂ３＿３→負極充放電端子Ｎの経路である。３つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ３＿１→ダイオードＤｘ３→電池Ｂ４＿１→電池Ｂ４＿２→電池Ｂ４＿３→負極充放電端子Ｎの経路である。このように、直並列切換電源装置２１Ｂは、電池Ｂの接続が４直列３並列として充電動作する。このとき、各電池Ｂの責務は、回路の対称性により均等に分担されている。
【００６９】
電池Ｂの接続が４直列３並列である状態で、各電池Ｂの充電が継続し電池電圧が所定の閾値以上になった場合、制御部２４は、自励式半導体スイッチＴ１〜Ｔ４をすべてオン状態にする。
【００７０】
この場合、直並列切換電源装置２１Ｂの正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の充電時の電流経路は、以下の４つの経路となる。１つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ１＿１→電池Ｂ１＿２→電池Ｂ１＿３→自励式半導体スイッチＴ１→負極充放電端子Ｎの経路である。２つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ２＿１→電池Ｂ２＿２→自励式半導体スイッチＴ２→電池Ｂ２＿３→負極充放電端子Ｎの経路である。３つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→電池Ｂ３＿１→自励式半導体スイッチＴ３→電池Ｂ３＿２→電池Ｂ３＿３→負極充放電端子Ｎの経路である。４つ目の経路は、正極充放電端子Ｐ→自励式半導体スイッチＴ４→電池Ｂ４＿１→電池Ｂ４＿２→電池Ｂ４＿３→負極充放電端子Ｎの経路である。このように、直並列切換電源装置２１Ｂは、電池Ｂの接続が３直列４並列として充電動作する。このとき、各電池Ｂの責務は、回路の対称性により均等に分担されている。また、直並列切換電源装置２１Ｂの電池の接続を４直列３並列から３直列４並列に切り替えることで、正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の電圧は、約３／４倍に引き下げられる。
【００７１】
（放電時における直並列切換電源装置２１Ｂの動作）
次に、直並列切換電源装置２１Ｂから外部に電力を供給する、すなわち直並列切換電源装置２１Ｂの放電時の動作について、説明する。
制御部２４は、ユニット内スイッチＳＷ１Ｂ〜ＳＷ４Ｂ且つユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｂ〜ＳＷｘ３Ｂをすべてオフ状態にする。
【００７２】
この場合、直並列切換電源装置２１Ｂの正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の放電時の電流経路は、以下の４つの経路となる。１つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→ダイオードＤ１→電池Ｂ１＿３→電池Ｂ１＿２→電池Ｂ１＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。２つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池Ｂ２＿３→ダイオードＤ２→電池Ｂ２＿２→電池Ｂ２＿１→負極充放電端子Ｎの経路である。３つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池Ｂ３＿３→電池Ｂ３＿２→ダイオードＤ３→電池Ｂ３＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。４つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池Ｂ４＿３→電池Ｂ４＿２→電池Ｂ４＿１→ダイオードＤ４→正極充放電端子Ｐの経路である。このように、直並列切換電源装置２１Ｂは、電池Ｂの接続が３直列４並列として放電電動作する。このとき、各電池Ｂの責務は、回路の対称性により均等に分担されている。
【００７３】
電池Ｂの接続が３直列４並列である状態で、各電池Ｂの放電が継続し電池電圧が所定の閾値未満になった場合、制御部２４は、自励式半導体スイッチＴｘ１〜Ｔｘ４をすべてオン状態にする。
この場合、直並列切換電源装置２１Ｂの正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の放電時の電流経路は、以下の３つの経路となる。１つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池Ｂ２＿３→自励式半導体スイッチＴｘ１→電池Ｂ１＿３→電池Ｂ１＿２→電池Ｂ１＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。２つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池Ｂ３＿３→電池Ｂ３＿２→自励式半導体スイッチＴｘ２→電池Ｂ２＿２→電池Ｂ２＿１→負極充放電端子Ｎの経路である。３つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池Ｂ４＿３→電池Ｂ４＿２→電池Ｂ４＿１→自励式半導体スイッチＴｘ３→電池Ｂ３＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。このように、直並列切換電源装置２１Ｂは、電池Ｂの接続が４直列３並列として放電電動作する。このとき、各電池Ｂの責務は、回路の対称性により均等に分担されている。また、直並列切換電源装置２１Ｂの電池の接続を３直列４並列から４直列３並列に切り替えることで、正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の電圧は、約４／３倍に引き上げられる。
【００７４】
上述したように、本実施形態の直並列切換電源装置２１Ｂでは、第１の実施形態のユニット内スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がユニット内スイッチＳＷ１Ｂ〜ＳＷ４Ｂに、ユニット間接続スイッチＳＷｘ１〜ＳＷｘ３がユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｂ〜ＳＷｘ３Ｂに置き換えた構成である。また、ユニット内スイッチＳＷ１Ｂ〜ＳＷ４Ｂ及びユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｂ〜ＳＷｘ３Ｂは、自励式半導体スイッチ及びその自励式半導体スイッチに逆並列接続されたダイオードを有する。これにより、第１の実施形態と同様の効果を有する。また、本実施形態の直並列切換電源装置２１Ｂでは、上述した構成とすることで、３直列４並列と４直列３並列との切換時において、自励式半導体スイッチをオン状態とする際にダイオード側経路から自励式半導体スイッチ側経路に電流を転流させる。これにより、ｎ直列ｎ＋１並列とｎ＋１直列ｎ並列との切換時に瞬断を生じないスムーズな切換動作が可能となる。
【００７５】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｃについて、図面を用いて説明する。図５は、本発明の第３の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｃを用いた電力システムの構成例を示す図である。なお、第１の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。本実施形態は、第１の実施形態のユニット内スイッチＳＷがユニット内スイッチＳＷＣに、ユニット間接続スイッチＳＷｘがユニット間接続スイッチＳＷｘＣに置き換わっている構成である。なお、本実施形態は、第１の実施形態と同様に電池直列接続ユニットの数に限定されないが、以下の説明において、ｎ＝４の場合について、説明する。
【００７６】
図５に示すように、直並列切換電源装置２１Ｃは、４個の電池直列接続ユニットＢＵＣ（電池直列接続ユニットＢＵ１Ｃ〜ＢＵ４Ｃ）及び３個のユニット間接続スイッチＳＷｘＣ（ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｃ〜ＳＷｘ３Ｃ）を備えている。
【００７７】
電池直列接続ユニットＢＵ１Ｃ〜ＢＵ４Ｃは、正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間に並列に設けられている。
電池直列接続ユニットＢＵ１Ｃは、３個の電池Ｂ１（電池Ｂ１＿１〜Ｂ１＿３）及びユニット内スイッチＳＷ１Ｃを備えている。
電池Ｂ１＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。電池Ｂ１＿２は、正極端子が電池Ｂ１＿１の負極端子に接続され、負極端子が電池Ｂ１＿３の正極端子に接続されている。電池Ｂ１＿３は、負極端子がユニット内スイッチＳＷ１Ｃに接続されている。
【００７８】
ユニット内スイッチＳＷ１Ｃは、機械式スイッチＭ１及びダイオードＤ１を有する。ダイオードＤ１は、機械式スイッチＭ１に並列接続されている。なお、ユニット内スイッチＳＷ１Ｃにおいて、ダイオードＤ１のカソード側を第１の端子、ダイオードのアノード側を第２の端子とする。
【００７９】
ユニット内スイッチＳＷ１Ｃは、第１の端子が電池Ｂ１＿３の負極端子に接続されている。ユニット内スイッチＳＷ１Ｃは、第２の端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵ１Ｃは、正極充放電端子Ｐから電池Ｂ１＿１、電池Ｂ１＿２、電池Ｂ１＿３、ユニット内スイッチＳＷ１Ｃの順にそれぞれ直列に接続されている。
【００８０】
電池直列接続ユニットＢＵ２Ｃは、３個の電池Ｂ２（電池Ｂ２＿１〜Ｂ２＿３）及びユニット内スイッチＳＷ２Ｃを備えている。
電池Ｂ２＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。電池Ｂ２＿２は、正極端子が電池Ｂ２＿１の負極端子に接続され、負極端子がユニット内スイッチＳＷ２Ｃの第１の端子に接続されている。電池Ｂ２＿３は、正極端子がユニット内スイッチＳＷ２Ｃの第２の端子に接続され、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【００８１】
ユニット内スイッチＳＷ２Ｃは、機械式スイッチＭ２及びダイオードＤ２を有する。ダイオードＤ２は、機械式スイッチＭ２に並列接続されている。なお、ユニット内スイッチＳＷ２Ｃにおいて、ダイオードＤ２のカソード側を第１の端子、ダイオードのアノード側を第２の端子とする。
【００８２】
ユニット内スイッチＳＷ２Ｃは、負極充放電端子Ｎから１番目の電池である電池Ｂ２＿３と２番目の電池である電池Ｂ２＿２との間に直列に接続される。このように、電池直列接続ユニットＢＵ２Ｃは、正極充放電端子Ｐから電池Ｂ２＿１、電池Ｂ２＿２、ユニット内スイッチＳＷ２Ｃ、電池Ｂ２＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００８３】
電池直列接続ユニットＢＵ３Ｃは、３個の電池Ｂ３（電池Ｂ３＿１〜Ｂ３＿３）及びユニット内スイッチＳＷ３Ｃを備えている。
電池Ｂ３＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続され、負極端子がユニット内スイッチＳＷ３Ｃの第１の端子に接続されている。電池Ｂ３＿２は、正極端子がユニット内スイッチＳＷ３Ｃの第２の端子に接続され、負極端子が電池Ｂ３＿３の正極端子に接続されている。電池Ｂ３＿３は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【００８４】
ユニット内スイッチＳＷ３Ｃは、機械式スイッチＭ３及びダイオードＤ３を有する。ダイオードＤ３は、機械式スイッチＭ３に並列接続されている。なお、ユニット内スイッチＳＷ３Ｃにおいて、ダイオードＤ３のカソード側を第１の端子、ダイオードのアノード側を第２の端子とする。
【００８５】
ユニット内スイッチＳＷ３Ｃは、負極充放電端子Ｎから２番目の電池である電池Ｂ３＿２と３番目の電池である電池Ｂ３＿１との間に直列に接続される。このように、電池直列接続ユニットＢＵ３Ｃは、正極充放電端子Ｐから電池Ｂ３＿１、ユニット内スイッチＳＷ３Ｃ、電池Ｂ３＿２、電池Ｂ３＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００８６】
電池直列接続ユニットＢＵ４Ｃは、３個の電池Ｂ４（電池Ｂ４＿１〜Ｂ４＿３）及びユニット内スイッチＳＷ４Ｃを備えている。
電池Ｂ４＿１は、正極端子がユニット内スイッチＳＷ４Ｃの第２の端子に接続され、負極端子が電池Ｂ４＿２の正極端子に接続されている。電池Ｂ４＿２は、負極端子が電池Ｂ４＿３の正極端子に接続されている。電池Ｂ４＿３は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【００８７】
ユニット内スイッチＳＷ４Ｃは、機械式スイッチＭ４及びダイオードＤ４を有する。ダイオードＤ４は、機械式スイッチＭ４に並列接続されている。なお、ユニット内スイッチＳＷ４Ｃにおいて、ダイオードＤ４のカソード側を第１の端子、ダイオードのアノード側を第２の端子とする。
【００８８】
ユニット内スイッチＳＷ４Ｃは、第１の端子が正極充放電端子Ｐに接続され、第２の端子が電池Ｂ４＿１の正極端子に接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵ４Ｃは、正極充放電端子Ｐからユニット内スイッチＳＷ４Ｃ、電池Ｂ４＿１、電池Ｂ４＿２、電池Ｂ４＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００８９】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｃ〜ＳＷｘ３Ｃは、電池直列接続ユニットＢＵ１Ｃ〜ＢＵ４Ｃの間にそれぞれ接続されている。
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｃは、機械式スイッチＭｘ１及びダイオードＤｘ１を有する。ダイオードＤｘ１は、機械式スイッチＭｘ１に並列接続されている。
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｃは、ユニット内スイッチＳＷ１Ｃの第１の端子とユニット内スイッチＳＷ２Ｃの第２の端子との間に接続されている。
【００９０】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ２Ｃは、機械式スイッチＭｘ２及びダイオードＤｘ２を有する。ダイオードＤｘ２は、機械式スイッチＭｘ２に並列接続されている。
ユニット間接続スイッチＳＷｘ２Ｃは、ユニット内スイッチＳＷ２Ｃの第１の端子とユニット内スイッチＳＷ３Ｃの第２の端子との間に接続されている。
【００９１】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ３Ｃは、機械式スイッチＭｘ３及びダイオードＤｘ３を有する。ダイオードＤｘ３は、機械式スイッチＭｘ３に並列接続されている。
ユニット間接続スイッチＳＷｘ３Ｃは、ユニット内スイッチＳＷ３Ｃの第１の端子とユニット内スイッチＳＷ４Ｃの第２の端子との間に接続されている。
【００９２】
制御部２４は、ユニット間接続スイッチＳＷｘＣ（ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｃ〜ＳＷｘ３Ｃ）及びユニット内スイッチＳＷＣのオン状態とオフ状態とを制御する。すなわち、制御部２４は、電池Ｂ１＿１〜Ｂ４＿３の接続を３直列４並列又は４直列３並列に制御する。
なお、直並列切換電源装置２１Ｃの充放電時の動作は、第２の実施形態の充放電時の動作において自励式半導体スイッチを機械式スイッチに置き換えただけの動作である。そのため、直並列切換電源装置２１Ｃにおける充放電時の動作の説明を省略する。
【００９３】
上述したように、本実施形態の直並列切換電源装置２１Ｃでは、第１の実施形態のユニット内スイッチＳＷがユニット内スイッチＳＷＣに、ユニット間接続スイッチＳＷｘがユニット間接続スイッチＳＷｘＣに置き換えた構成である。また、ユニット内スイッチＳＷＣ及びユニット間接続スイッチＳＷｘＣは、機械式スイッチ及びその自励式半導体スイッチに並列接続されたダイオードを有する。これにより、第１の実施形態と同様の効果を有する。また、本実施形態の直並列切換電源装置２１Ｃでは、自励式半導体スイッチではなく、機械式スイッチを用いているため、第２の実施形態と比較して、ユニット内スイッチ及びユニット間接続スイッチＳＷｘＣの電流通過時の導通損失が低減可能となる。よって、本実施形態の直並列切換電源装置２１Ｃは、第２の実施形態と比較して一層の低損失化が可能となる。
【００９４】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｄについて、図面を用いて説明する。図６は、本発明の第４の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｄを用いた電力システムの構成例を示す図である。なお、第１の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。本実施形態は、第１の実施形態のユニット内スイッチＳＷがダイオードに、ユニット間接続スイッチＳＷｘが自励式半導体スイッチに、電池Ｂが電池ＢＤに置き換わっている構成である。なお、本実施形態は、第１の実施形態と同様に電池直列接続ユニットの数に限定されないが、以下の説明において、ｎ＝４の場合について、説明する。
【００９５】
図６に示すように、直並列切換電源装置２１Ｄは、４個の電池直列接続ユニットＢＵＤ（電池直列接続ユニットＢＵ１Ｄ〜ＢＵ４Ｄ）及び３個の自励式半導体スイッチＴｘ（自励式半導体スイッチＴｘ１〜Ｔｘ３）を備えている。
【００９６】
電池直列接続ユニットＢＵ１Ｄ〜ＢＵ４Ｄは、正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間に並列に設けられている。
電池直列接続ユニットＢＵ１Ｄは、３個の電池ＢＤ１（電池ＢＤ１＿１〜ＢＤ１＿３）及びダイオードＤ１を備えている。
【００９７】
電池ＢＤ１＿１は、充電することができない電池であり、例えば一次電池である。
電池ＢＤ１＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。電池ＢＤ１＿２は、正極端子が電池ＢＤ１＿１の負極端子に接続され、負極端子が電池ＢＤ１＿３の正極端子に接続されている。電池ＢＤ１＿３は、負極端子がダイオードＤ１に接続されている。
【００９８】
ダイオードＤ１は、カソードが電池ＢＤ１＿３の負極端子に接続されている。ダイオードＤ１は、アノードが負極充放電端子Ｎに接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵ１Ｄは、正極充放電端子Ｐから電池ＢＤ１＿１、電池ＢＤ１＿２、電池ＢＤ１＿３、ダイオードＤ１の順にそれぞれ直列に接続されている。
【００９９】
電池直列接続ユニットＢＵ２Ｄは、３個の電池ＢＤ２（電池ＢＤ２＿１〜ＢＤ２＿３）及びダイオードＤ２を備えている。
電池ＢＤ２＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。電池ＢＤ２＿２は、正極端子が電池ＢＤ２＿１の負極端子に接続され、負極端子がダイオードＤ２のカソードに接続されている。電池ＢＤ２＿３は、正極端子がダイオードＤ２のアノードに接続され、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【０１００】
ダイオードＤ２は、負極充放電端子Ｎから１番目の電池である電池ＢＤ２＿３と２番目の電池である電池ＢＤ２＿２との間に直列に接続される。このように、電池直列接続ユニットＢＵ２Ｄは、正極充放電端子Ｐから電池ＢＤ２＿１、電池ＢＤ２＿２、ダイオードＤ２、電池ＢＤ２＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【０１０１】
電池直列接続ユニットＢＵ３Ｄは、３個の電池ＢＤ３（電池ＢＤ３＿１〜ＢＤ３＿３）及びダイオードＤ３を備えている。
電池ＢＤ３＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続され、負極端子がダイオードＤ３のカソードに接続されている。電池ＢＤ３＿２は、正極端子がダイオードＤ３のアノードに接続され、負極端子が電池ＢＤ３＿３の正極端子に接続されている。電池ＢＤ３＿３は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【０１０２】
ダイオ―ドＤ３は、負極充放電端子Ｎから２番目の電池である電池ＢＤ３＿２と３番目の電池である電池ＢＤ３＿１との間に直列に接続される。このように、電池直列接続ユニットＢＵ３Ｄは、正極充放電端子Ｐから電池ＢＤ３＿１、ダイオードＤ３、電池ＢＤ３＿２、電池ＢＤ３＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【０１０３】
電池直列接続ユニットＢＵ４Ｄは、３個の電池ＢＤ４（電池ＢＤ４＿１〜ＢＤ４＿３）及びダイオードＤ４を備えている。
電池ＢＤ４＿１は、正極端子がダイオードＤ４のアノードに接続され、負極端子が電池ＢＤ４＿２の正極端子に接続されている。電池ＢＤ４＿２は、負極端子が電池ＢＤ４＿３の正極端子に接続されている。電池ＢＤ４＿３は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【０１０４】
ダイオードＤ４は、カソードが正極充放電端子Ｐに接続され、アノードが電池ＢＤ４＿１の正極端子に接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵ４Ｄは、正極充放電端子ＰからダイオードＤ４、電池ＢＤ４＿１、電池ＢＤ４＿２、電池ＢＤ４＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【０１０５】
自励式半導体スイッチＴｘ１〜Ｔｘ３は、電池直列接続ユニットＢＵ１Ｄ〜ＢＵ４Ｄの間にそれぞれ接続されている。
自励式半導体スイッチＴｘ１は、ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２のアノードとの間に接続されている。
自励式半導体スイッチＴｘ２は、ダイオードＤ２のカソードとダイオードＤ３のアノードとの間に接続されている。
自励式半導体スイッチＴｘ３は、ダイオードＤ３のカソードとダイオードＤ４のアノードとの間に接続されている。
【０１０６】
制御部２４は、自励式半導体スイッチＴｘ１〜Ｔｘ３のオン状態とオフ状態とを制御する。すなわち、制御部２４は、電池ＢＤ１＿１〜ＢＤ４＿３の接続を３直列４並列又は４直列３並列に制御する。
以下に、直並列切換電源装置２１Ｄの放電における３直列４並列及び４直列３並列の動作について説明する。
【０１０７】
直並列切換電源装置２１Ｄから外部に電力を供給する、すなわち直並列切換電源装置２１Ｄの放電時の動作について、説明する。
制御部２４は、自励式半導体スイッチＴｘ１〜Ｔｘ３をすべてオフ状態にする。
【０１０８】
この場合、直並列切換電源装置２１Ｄの正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の放電時の電流経路は、以下の４つの経路となる。１つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→ダイオードＤ１→電池ＢＤ１＿３→電池ＢＤ１＿２→電池ＢＤ１＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。２つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池ＢＤ２＿３→ダイオードＤ２→電池ＢＤ２＿２→電池ＤＢ２＿１→負極充放電端子Ｎの経路である。３つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池ＢＤ３＿３→電池ＢＤ３＿２→ダイオードＤ３→電池ＢＤ３＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。４つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池ＢＤ４＿３→電池ＢＤ４＿２→電池ＢＤ４＿１→ダイオードＤ４→正極充放電端子Ｐの経路である。このように、直並列切換電源装置２１Ｄは、電池ＢＤの接続が３直列４並列として放電電動作する。このとき、各電池ＢＤの責務は、回路の対称性により均等に分担されている。
【０１０９】
電池ＢＤの接続が３直列４並列である状態で、各電池ＢＤの放電が継続し電池電圧が所定の閾値未満になった場合、制御部２４は、自励式半導体スイッチＴｘ１〜Ｔｘ４をすべてオン状態にする。
この場合、直並列切換電源装置２１Ｄの正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の放電時の電流経路は、以下の３つの経路となる。１つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池ＢＤ２＿３→自励式半導体スイッチＴｘ１→電池ＢＤ１＿３→電池ＢＤ１＿２→電池ＢＤ１＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。２つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池ＢＤ３＿３→電池ＢＤ３＿２→自励式半導体スイッチＴｘ２→電池ＢＤ２＿２→電池ＢＤ２＿１→負極充放電端子Ｎの経路である。３つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→電池ＢＤ４＿３→電池ＢＤ４＿２→電池ＢＤ４＿１→自励式半導体スイッチＴｘ３→電池ＢＤ３＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。このように、直並列切換電源装置２１Ｄは、電池ＢＤの接続が４直列３並列として放電動作する。このとき、各電池ＢＤの責務は、回路の対称性により均等に分担されている。また、直並列切換電源装置２１Ｄの電池の接続を３直列４並列から４直列３並列に切り替えることで、正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の電圧は、約４／３倍に引き上げられる。
【０１１０】
上述したように、本実施形態の直並列切換電源装置２１Ｄでは、第１の実施形態のユニット内スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がダイオードに、ユニット間接続スイッチＳＷｘ１〜ＳＷｘ３が自励式半導体スイッチに置き換えた構成である。これにより、直並列切換電源装置２１Ｄの放電時において、第１の実施形態と同様の効果を有する。
【０１１１】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｅについて、図面を用いて説明する。図７は、本発明の第５の実施形態における直並列切換電源装置２１Ｅを用いた電力システムの構成例を示す図である。なお、第１の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。本実施形態は、第１の実施形態のユニット内スイッチＳＷがダイオードに、ユニット間接続スイッチＳＷｘがユニット間接続スイッチＳＷｘＥに、電池Ｂが太陽電池ＰＶに置き換えられている。なお、本実施形態は、第１の実施形態と同様に電池直列接続ユニットの数に限定されないが、以下の説明において、ｎ＝４の場合について、説明する。
【０１１２】
図７に示すように、直並列切換電源装置２１Ｅは、４個の電池直列接続ユニットＢＵＥ（電池直列接続ユニットＢＵ１Ｅ〜ＢＵ４Ｅ）及び３個のユニット間接続スイッチＳＷｘＥ（ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｅ〜ＳＷｘ３Ｅ）を備えている。
【０１１３】
電池直列接続ユニットＢＵ１Ｅ〜ＢＵ４Ｅは、正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間に並列に設けられている。
電池直列接続ユニットＢＵ１Ｅは、３個の太陽電池ＰＶ１（太陽電池ＰＶ１＿１〜ＰＶ１＿３）及びダイオードＤ１を備えている。
太陽電池ＰＶ１＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。太陽電池ＰＶ１＿２は、正極端子が太陽電池ＰＶ１＿１の負極端子に接続され、負極端子が太陽電池ＰＶ１＿３の正極端子に接続されている。太陽電池ＰＶ１＿３は、負極端子がダイオードＤ１に接続されている。
【０１１４】
ダイオードＤ１は、カソードが太陽電池ＰＶ１＿３の負極端子に接続されている。ダイオードＤ１は、アノードが負極充放電端子Ｎに接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵ１Ｅは、正極充放電端子Ｐから太陽電池ＰＶ１＿１、太陽電池ＰＶ１＿２、太陽電池ＰＶ１＿３、ダイオードＤ１の順にそれぞれ直列に接続されている。
【０１１５】
電池直列接続ユニットＢＵ２Ｅは、３個の太陽電池ＰＶ２（太陽電池ＰＶ２＿１〜ＰＶ２＿３）及びダイオードＤ２を備えている。
太陽電池ＰＶ２＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続されている。太陽電池ＰＶ２＿２は、正極端子が太陽電池ＰＶ２＿１の負極端子に接続され、負極端子がダイオードＤ２のカソードに接続されている。太陽電池ＰＶ２＿３は、正極端子がダイオードＤ２のアノードに接続され、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【０１１６】
ダイオードＤ２は、負極充放電端子Ｎから１番目の電池である太陽電池ＰＶ２＿３と２番目の電池である太陽電池ＰＶ２＿２との間に直列に接続される。このように、電池直列接続ユニットＢＵ２Ｅは、正極充放電端子Ｐから太陽電池ＰＶ２＿１、太陽電池ＰＶ２＿２、ダイオードＤ２、太陽電池ＰＶ２＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【０１１７】
電池直列接続ユニットＢＵ３Ｅは、３個の太陽電池ＰＶ３（太陽電池ＰＶ３＿１〜ＰＶ３＿３）及びダイオードＤ３を備えている。
太陽電池ＰＶ３＿１は、正極端子が正極充放電端子Ｐに接続され、負極端子がダイオードＤ３のカソードに接続されている。太陽電池ＰＶ３＿２は、正極端子がダイオードＤ３のアノードに接続され、負極端子が太陽電池ＰＶ３＿３の正極端子に接続されている。太陽電池ＰＶ３＿３は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【０１１８】
ダイオ―ドＤ３は、負極充放電端子Ｎから２番目の電池である太陽電池ＰＶ３＿２と３番目の電池である太陽電池ＰＶ３＿１との間に直列に接続される。このように、電池直列接続ユニットＢＵ３Ｅは、正極充放電端子Ｐから太陽電池ＰＶ３＿１、ダイオードＤ３、太陽電池ＰＶ３＿２、太陽電池ＰＶ３＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【０１１９】
電池直列接続ユニットＢＵ４Ｅは、３個の電池太陽電池ＰＶ４（太陽電池ＰＶ４＿１〜ＰＶ４＿３）及びダイオードＤ４を備えている。
太陽電池ＰＶ４＿１は、正極端子がダイオードＤ４のアノードに接続され、負極端子が太陽電池ＰＶ４＿２の正極端子に接続されている。太陽電池ＰＶ４＿２は、負極端子が太陽電池ＰＶ４＿３の正極端子に接続されている。太陽電池ＰＶ４＿３は、負極端子が負極充放電端子Ｎに接続されている。
【０１２０】
ダイオードＤ４は、カソードが正極充放電端子Ｐに接続され、アノードが太陽電池ＰＶ４＿１の正極端子に接続されている。このように、電池直列接続ユニットＢＵ４Ｅは、正極充放電端子ＰからダイオードＤ４、太陽電池ＰＶ４＿１、太陽電池ＰＶ４＿２、太陽電池ＰＶ４＿３の順にそれぞれ直列に接続されている。
【０１２１】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｅ〜ＳＷｘ３Ｅは、電池直列接続ユニットＢＵ１Ｅ〜ＢＵ４Ｅの間にそれぞれ接続されている。
ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｅは、自励式半導体スイッチＴｘ１及びダイオードＤｘ１を有する。ダイオードＤｘ１は、自励式半導体スイッチＴｘ１に直列接続されている。すなわち、ダイオードＤｘ１のアノードは、自励式半導体スイッチＴｘ１の第２の端子に接続されている。ダイオードＤｘ１のカソードは、ダイオードＤ１のカソードに接続されている。自励式半導体スイッチＴｘ１は、第１の端子がダイオードＤ２のアノードに接続されている。すなわち、ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｅは、ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２のアノードとの間に接続されている。
【０１２２】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ２Ｅは、自励式半導体スイッチＴｘ２及びダイオードＤｘ２を有する。ダイオードＤｘ２は、自励式半導体スイッチＴｘ２に直列接続されている。すなわち、ダイオードＤｘ２のアノードは、自励式半導体スイッチＴｘ２の第２の端子に接続されている。ダイオードＤｘ２のカソードは、ダイオードＤ２のカソードに接続されている。自励式半導体スイッチＴｘ２は、第１の端子がダイオードＤ３のアノードに接続されている。すなわち、ユニット間接続スイッチＳＷｘ２Ｅは、ダイオードＤ２のカソードとダイオードＤ３のアノードとの間に接続されている。
【０１２３】
ユニット間接続スイッチＳＷｘ３Ｅは、自励式半導体スイッチＴｘ３及びダイオードＤｘ３を有する。ダイオードＤｘ３は、自励式半導体スイッチＴｘ３に直列接続されている。すなわち、ダイオードＤｘ３のアノードは、自励式半導体スイッチＴｘ３の第２の端子に接続されている。ダイオードＤｘ３のカソードは、ダイオードＤ３のカソードに接続されている。自励式半導体スイッチＴｘ３は、第１の端子がダイオードＤ４のアノードに接続されている。すなわち、ユニット間接続スイッチＳＷｘ３Ｅは、ダイオードＤ３のカソードとダイオードＤ４のアノードとの間に接続されている。
【０１２４】
制御部２４は、自励式半導体スイッチＴｘ１〜Ｔｘ３のオン状態とオフ状態とを制御する。すなわち、制御部２４は、太陽電池ＰＶ１＿１〜ＰＶ４＿３の接続を３直列４並列又は４直列３並列に制御する。
以下に、直並列切換電源装置２１Ｅの放電における３直列４並列及び４直列３並列の動作について説明する。
【０１２５】
直並列切換電源装置２１Ｅから外部に電力を供給する、すなわち直並列切換電源装置２１Ｅの放電時の動作について、説明する。
制御部２４は、自励式半導体スイッチＴｘ１〜Ｔｘ３をすべてオフ状態にする。
【０１２６】
この場合、直並列切換電源装置２１Ｅの正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の放電時の電流経路、すなわち太陽電池ＰＶの発電出力の経路は、以下の４つの経路となる。１つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→ダイオードＤ１→太陽電池ＰＶ１＿３→太陽電池ＰＶ１＿２→太陽電池ＰＶ１＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。２つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→太陽電池ＰＶ２＿３→ダイオードＤ２→太陽電池ＰＶ２＿２→太陽電池ＰＶ２＿１→負極充放電端子Ｎの経路である。３つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→太陽電池ＰＶ３＿３→太陽電池ＰＶ３＿２→ダイオードＤ３→太陽電池ＰＶ３＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。４つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→太陽電池ＰＶ４＿３→太陽電池ＰＶ４＿２→太陽電池ＰＶ４＿１→ダイオードＤ４→正極充放電端子Ｐの経路である。このように、直並列切換電源装置２１Ｅは、太陽電池ＰＶの接続が３直列４並列として放電電動作する。このとき、各太陽電池ＰＶの責務は、回路の対称性により均等に分担されている。上記構成は、例えば各太陽電池ＰＶへの日射が十分で電池電圧が所定の閾値以上であるときである。
【０１２７】
太陽電池ＰＶの接続が３直列４並列である状態で、太陽電池ＰＶへの日射が下がり、太陽電池ＰＶの電池電圧が所定の閾値未満になった場合、制御部２４は、自励式半導体スイッチＴｘ１〜Ｔｘ４をすべてオン状態にする。
この場合、直並列切換電源装置２１Ｅの正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の放電時の電流経路、すなわち太陽電池ＰＶの発電出力の経路は、以下の４つの経路となる。１つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→太陽電池ＰＶ２＿３→自励式半導体スイッチＴｘ１→ダイオードＤｘ１→太陽電池ＰＶ１＿３→太陽電池ＰＶ１＿２→太陽電池ＰＶ１＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。２つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→太陽電池ＰＶ３＿３→太陽電池ＰＶ３＿２→自励式半導体スイッチＴｘ２→ダイオ―ドＤｘ２→太陽電池ＰＶ２＿２→太陽電池ＰＶ２＿１→負極充放電端子Ｎの経路である。３つ目の経路は、負極充放電端子Ｎ→太陽電池ＰＶ４＿３→太陽電池ＰＶ４＿２→太陽電池ＰＶ４＿１→自励式半導体スイッチＴｘ３→ダイオードＤｘ３→太陽電池ＰＶ３＿１→正極充放電端子Ｐの経路である。このように、直並列切換電源装置２１Ｅは、太陽電池ＰＶの接続が４直列３並列として放電動作する。このとき、各太陽電池ＰＶの責務は、回路の対称性により均等に分担されている。また、直並列切換電源装置２１Ｅの太陽電池ＰＶの接続を３直列４並列から４直列３並列に切り替えることで、正極充放電端子Ｐと負極充放電端子Ｎとの間の電圧は、約４／３倍に引き上げられる。
【０１２８】
また、複数の太陽電池を並列接続で使用する場合（太陽電池の並列接続使用）、並列接続された電池直列接続ユニット間での逆流防止のために、電池直列接続ユニット毎に逆流防止ダイオードの挿入が必要となる。例えば、一部の太陽電池もしくは電池直列接続ユニットに影がかかるなど太陽光が照射されなくなると、その電池直列接続ユニットの起電力が低下する。そして、太陽光が十分照射されている、すなわち起電力が低下していない他の電池直列接続ユニットから起電力が低下した電池直列接続ユニットに電流が逆流するのを防ぐためである。本実施形態では、３直列４並列の場合には、ダイオードＤ１〜Ｄ４が上記逆流防止ダイオードの機能を兼ねている。また、４直列３並列の場合には、ダイオードＤｘ１〜Ｄｘ２が上記逆流防止ダイオードの機能を兼ねる。そのため、逆流防止用のダイオードを追加する必要がない。
【０１２９】
上述したように、本実施形態の直並列切換電源装置２１Ｅでは、第１の実施形態の電池Ｂ１＿１〜Ｂ４＿３が太陽電池ＰＶ１＿１〜４＿３の場合に、ユニット内スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をダイオードＤ１〜Ｄ４に、ユニット間接続スイッチＳＷｘ１〜ＳＷｘ３をユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｅ〜ＳＷｘ４Ｅに置き換えた構成である。そして、ユニット間接続スイッチＳＷｘ１Ｅ〜ＳＷｘ４Ｅは、自励式半導体スイッチＴｘ及びダイオードＤｘを有する。ダイオードＤｘは、自励式半導体スイッチＴｘ１に直列接続されている。これにより、直並列切換電源装置２１Ｅの放電時において、第１の実施形態と同様の効果を有する。
【０１３０】
以上述べた実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１…電力システム、１０…風力システム、１１…風車、１２…発電機、１３…電力変換部、２０…電池システム、２０…電池システム、２１、２１Ａ〜２１Ｅ…直並列切換電源装置、２２…ＰＣＳ、２３…遮断器、２４…制御部、３０〜３２…変圧器、ＢＵ１〜ＢＵｎ…電池直列接続ユニット、２２０…ＤＣ／ＤＣ変換器２２０、２２１…ＤＣ／ＡＣ変換器、Ｂ１〜Ｂｎ…電池、ＳＷ１〜ＳＷｎ…ユニット内スイッチ、ＳＷｘ１〜ＳＷｘｎ…ユニット間接続スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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