JP2010141970A - 電圧均等化装置、方法、プログラム、及び電力貯蔵システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の二次電池が接続される列電池20と、該列電池20に対応して設けられた電力変換器30と、該電力変換器30を制御する制御部40とを備え、各該電力変換器30を介して前記列電池20が並列に接続される電力貯蔵装置300の電圧均等化装置200であって、各列電池20の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを列電池20毎に判定する判定部と、判定部によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、オフセット指令を列電池20に対応する電力変換器30の制御部40に出力する電圧調整部とを備える電圧均等化装置200を提供する。
【選択図】図1
Description
本発明は、複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化装置であって、各列電池の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを該列電池毎に判定する判定手段と、前記判定手段によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、該オフセット指令を列電池に対応する電力変換器の制御手段に出力する電圧調整手段とを備えることを特徴とする電圧均等化装置を提供する。
図1は、第1の実施形態に係る電力貯蔵システム100の概略構成を示したブロック図である。図1に示すように、電力貯蔵システム100は、電力貯蔵装置300及び電圧均等化装置200を備えており、本実施形態の電圧均等化装置200は、電力貯蔵装置300の充放電の大きさを制御することで電圧を均等化する。
また、電力貯蔵システム100は、電力貯蔵装置300の信頼性、安全性を高めるために、セルの過充電保護、過放電保護、過電流保護、過昇温保護等を行うそれぞれの保護回路(図示略)を備えている。
列電池20は、各列電池20に対応して設けられた電力変換器30を介して、それぞれ並列に接続されており、各列電池によって測定された列電池情報は、電圧均等化装置200(詳細は後述する)に出力される。例えば、測定される列電池情報とは、各列電池の端子間電圧、列電池の充電状態であるSOC(State of charge:電気容量に対して、充電している電気量を比率で表したもの)の情報等である。
これにより、条件1を満たさない列電池から条件1を満たす列電池に対して電流が流れることとなり、各列電池の充電状態が均等化される。
本実施形態における電力貯蔵システムにおいては、電圧調整部202において、列電池情報の最大値に基づいて各列電池のオフセット指令を決定したが、この方法に代えて、例えば、列電池情報の最小値に基づいて各列電池のオフセット指令を決定することとしてもよい。
具体的には、列電池情報(例えば、端子間電圧またはSOC)の最小値をXmin、対象となる列電池の情報をXiとする場合、Xi−Xminが所定の閾値TH6以上である列電池(以下、この条件を「条件2」という。)を特定し、特定した列電池に対応する電力変換器の制御部40に対して、オフセット指令として電流Ic(Ic>0:充電+)を設定する。続いて、電圧調整部202は、上記条件2を満たす列電池に設定されたオフセット指令の合計電流SUMIc(SUMIc>0)を計算する。例えば、条件2を満たす列電池がα個検出された場合には、合計電流SUMIc=α×Ic=αIcとなる。続いて、電圧調整部202は、このSUMIcを条件2を満たさなかった列電池の数で除算することにより、条件2を満たさなかった各列電池のオフセット指令を決定する。例えば、条件2を満たさない列電池がβ個存在していた場合には、上記合計電流SUMIcをβ個で除算することにより、条件2を満たさない列電池のオフセット指令(=SUMIc/β)を求める。
これにより、条件2を満たす列電池から条件2を満たさない列電池に対して電流が流れることとなり、各列電池の充電状態が均等化される。
本実施形態における電力貯蔵システムにおいては、電圧調整部202において、列電池情報の最大値に基づいてオフセット指令を決定していたが、例えば、以下のようにして各列電池のオフセット指令を決定することとしてもよい。例えば、列電池情報(例えば、端子間電圧またはSOC)の平均値をXavr、対象となる列電池の情報をXiとした場合、各列電池の列電池情報に応じたオフセット指令(充電)を設定する。Ic=−H(Xi−Xavr)。
この場合には、平均値よりも列電池情報が大きい列電池についてはその列電池情報の大小に応じた電流値で放電が行われ、平均値よりも列電池情報が小さい列電池についてはその列電池情報の大小に応じた電流値で充電が行われることとなる。
より具体的には、判定部201は、上述の列電池の端子間電圧の最大値Xmaxが所定の閾値TH1以上であるか否か(Xmax≧TH1)、列電池の端子間電圧の最小値Xminが所定の閾値TH2以下であるか否か(Xmin≦TH2)、列電池の端子間電圧の最大値Xmaxと最小値Xminとの差分が閾値TH3以上であるか否か(Xmax−Xmin≧TH3)、又は、列電池の端子間電圧の最大値Xmaxからその平均値Xavrを減算した値及び列電池の端子間電圧の平均値Xavrから最小値Xminを減算した値のうち、いずれか大きい方の値が所定の閾値以上であるか否か(MAX(Xmax−Xavr,Xavr−Xmin)≧TH4)に応じて、電圧調整を行うか否かを判定することとしてもよい。
電圧調整部202では、判定部201において電圧調整を行うと判定された場合に、各列電池の列電池情報に基づいたオフセット指令が列電池毎に決定され、決定されたオフセット指令がそれぞれの列電池に対応する電力変換器の制御部に送信される(ステップSA3)。制御部40では、取得したオフセット指令と、通常の運転指令とを混合した電圧制御指令とが生成され、この電圧制御指令が電力変換器30に出力される。電力変換器30では、制御部40から取得した電圧制御指令に基づいて列電池の充放電が制御される。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
次に、本発明の第2の実施形態について、図4を用いて説明する。
本実施形態の電圧均等化装置が第1の実施形態と異なる点は、各列電池20に対し、それぞれ並列にバイパスインピーダンス素子10を設けるとともに、このバイパスインピーダンス素子10と直列にスイッチング素子11を設け、電圧均等化装置200の代わりに電圧均等化装置200´を設ける点である。以下、本実施形態の電圧均等化装置について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
スイッチング素子11の開閉は、電圧均等化装置200´により制御される。電圧均等化装置200´は、例えば、ある列電池20が急速に電圧を降下させる必要がある場合に、その列電池20と並列に接続されるスイッチング素子11をオン状態とすることで、オン状態にしたスイッチング素子と直列に接続されたバイパスインピーダンス素子に電流を流す。これにより、列電池20の放電を加速させることができる。
電圧調整部202´は、例えば、列電池情報の最大値Xmax、対象となる列電池の列電池情報をXiとした場合に、Xmax−Xiが所定の閾値以上である列電池に対しては、並列に接続されるスイッチング素子11に対してオン状態にする指令を送信する。
また、上述した第1の実施形態では、充放電制御を全て電力変換器を介して行っていたため、列電池の充放電を促進させたい場合であっても、電力変換器の電流範囲や出力要求指令に応じて充放電電流が制約を受けてしまう場合が考えられる。しかしながら、このような場合であっても、各列電池に並列にバイパスインピーダンス素子を設けておくことで、電力変換器による電力調整とバイパスインピーダンス素子による放電とを併用することにより、電力変換器に負担をかけることなく、迅速に理想の電池状態にすることが可能となる。
次に、本発明の第3の実施形態について、図5を用いて説明する。
本実施形態の電圧均等化装置が第1、第2の実施形態と異なる点は、電圧均等化装置200の代わりに、電圧均等化装置200´´が設けられている点である。電圧均等化装置200´´は、複数の二次電池が接続される列電池20のうち、いずれか一の列電池20と該一の列電池20以外の他の列電池との間にインピーダンス素子12が並列に設けられる。
このように、インピーダンス素子12を介して各列電池間に電流が流れることで、電流が流れたインピーダンス素子12が接続されている列電池間の電圧差を解消することができる。
本実施形態に係る電圧均等化装置200´´において、インピーダンス素子12が、いずれか一の列電池20と該一の列電池20以外の他の列電池との間に設けられることとしていたが、これに限られない。例えば、複数の列電池20のうち、隣接する列電池同士がインピーダンス素子を介して並列に接続されているとともに、両端部に位置する2つの前記列電池がインピーダンス素子を介して並列に接続することとしてもよい。
このように、複数の列電池20のうち、隣接する列電池同士がインピーダンス素子を介して並列に接続されているとともに、両端部に位置する2つの列電池がインピーダンス素子を介して接続されるので、列電池同士をインピーダンス素子を介して環状に接続させることができる。これにより、いずれか一の列電池と他の列電池とをインピーダンス素子を介して接続する場合よりも、高電圧の列電池から低電圧の列電池に通じる電流のルートを増やすことができ、電圧の均等化の効率を向上させることが可能となる。
本実施形態に係る電圧均等化装置200´´において、インピーダンス素子12が、いずれか一の列電池20と該一の列電池20以外の他の列電池との間に設けられることとしていたが、これに限られない。例えば、複数の列電池20のうち、隣接しない前記列電池同士をインピーダンス素子を介して並列に接続することとしてもよい。
このように、複数の列電池のうち、隣接しない列電池同士をインピーダンス素子を介して接続するので、高電圧の列電池から低電圧の列電池に通じる電流のルートをより増やすことができ、電圧の均等化の効率を一層向上させることが可能となる。
本実施形態に係る電圧均等化装置200´´において、各列電池間において、インピーダンス素子12を設けることとしていたが、これに限られない。例えば、インピーダンス素子12と直列にスイッチング素子13を設けるとともに、このスイッチング素子13を制御するスイッチング制御部を設けることとしてもよい。
このように、各列電池から取得したそれぞれの列電池情報に基づいて前記スイッチング素子をオン状態にすることで、インピーダンス素子を介して列電池20の充放電を行うことが可能となる。これにより、インピーダンス素子を介した列電池20の充放電を選択的に行うことが可能となる。
11 スイッチング素子
20 列電池
30 電力変換器
40 制御部
100 電力貯蔵システム
200 電圧均等化装置
201 判定部
202 電圧調整部
Claims (13)
- 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化装置であって、
各列電池の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを該列電池毎に判定する判定手段と、
前記判定手段によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、該オフセット指令を列電池に対応する電力変換器の制御手段に出力する電圧調整手段と
を備えることを特徴とする電圧均等化装置。 - 前記判定手段は、各該列電池情報と所定の閾値とを比較することにより電圧調整を行うか否かを判定することを特徴とする請求項1に記載の電圧均等化装置。
- 各前記列電池と並列に接続される複数のバイパスインピーダンス素子と、
該バイパスインピーダンス素子と直列に接続されるスイッチング素子と、
各列電池の充放電状態に関する列電池情報に基づいて、該スイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段と
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電圧均等化装置。 - 前記列電池を構成する個々のセル単位毎、または、該列電池を複数のグループに分割したセルグループ毎に設けられた複数のバイパスインピーダンス素子と、
該バイパスインピーダンス素子と直列に接続されるスイッチング素子と、
各列電池の充放電状態に関する列電池情報に基づいて、該スイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段と
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電圧均等化装置。 - 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池の各々に対して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置と、
請求項1から請求項4のいずれかに記載の電圧均等化装置と
を具備することを特徴とする電力貯蔵システム。 - 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化装置であって、
いずれか一の列電池と該一の列電池以外の他の列電池とが、インピーダンス素子を介して並列に接続されている
ことを特徴とする電圧均等化装置。 - 隣接する列電池同士がインピーダンス素子を介して並列に接続されているとともに、両端部に位置する2つの前記列電池がインピーダンス素子を介して並列に接続されていることを特徴とする請求項6に記載の電圧均等化装置。
- 複数の前記列電池のうち、隣接しない前記列電池同士をインピーダンス素子を介して並列に接続することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の電力貯蔵装置の電圧均等化装置。
- 前記インピーダンス素子に直列に接続されるスイッチング素子と、
各前記列電池におけるそれぞれの列電池情報を取得し、列電池情報に基づいて前記スイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段と
を備えることを特徴とする請求項6から請求項8のいずれかに記載の電圧均等化装置。 - 前記スイッチング素子制御手段は、各該列電池情報と所定の閾値とを比較することにより該スイッチング素子のオンオフを制御することを特徴とする請求項9に記載の電圧均等化装置。
- 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化方法であって、
各列電池の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを該列電池毎に判定する過程と、
前記判定する過程によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、該オフセット指令を該列電池に対応する電力変換器の制御手段に出力する過程と
を有する電圧均等化方法。 - 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器と、該電力変換器を制御する制御手段とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化装置に適用されるプログラムであって、
各列電池の充放電状態に関する列電池情報を取得し、該列電池情報に基づいて電圧調整を行うか否かを該列電池毎に判定する処理と、
前記判定する処理によって電圧調整を行うと判定された場合に、充放電状態を調整するオフセット指令を生成し、該オフセット指令を該列電池に対応する電力変換器の制御手段に出力する処理と
をコンピュータに実行させるための電圧均等化プログラム。 - 複数の二次電池が接続される列電池と、該列電池に対応して設けられた電力変換器とを備え、各該電力変換器を介して前記列電池が並列に接続される電力貯蔵装置の電圧均等化方法であって、
いずれか一の列電池と該一の列電池以外の他の列電池とをインピーダンス素子を介して並列に接続する
電圧均等化方法。
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