JP2012085493A - 電力安定化システムおよび電力安定化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統の電力を適切に安定化する。
【解決手段】実施形態によれば、電力系統に接続され、交流電力と直流電力間の双方向の変換を行なう第１の電力変換装置と、二次電池を有する複数の電池モジュールと、前記第１の電力変換装置と前記電池モジュールの間に接続され、前記第１の電力変換装置からの直流電力を変換して前記電池モジュールの二次電池に充電し、前記電池モジュールに充電された電力を変換して前記第１の電力変換装置に放電する第２の電力変換装置と、前記電力系統の状態に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれの充電量または放電量を制御する制御装置とをもつ。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、二次電池を含む電池モジュールを有する電力安定化システムおよび電力安定化方法に関する。

従来、電力需要はますます増大してきており、また、電力系統も複雑化してきている。このため、電力を安定に送電するための電力安定化システムが必要となり、これまでに様々な装置が考案されているが、電力系統に対する充電または放電を行なうための電池モジュールを応用したものも幾つか考案されている。

特開平８−６５８９５号公報

前述した電力安定化システムには、複数の電池モジュールを備えたものもあるが、それぞれの電池モジュールに対する充電量や放電量の割合が同じであるので、電力系統の安定性を適切に維持することが出来なくなったりいずれかの電池モジュールの残り寿命が他の電池モジュールより大幅に短くなったりする場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、電力系統の電力を適切に安定化することが可能になる電力安定化システムおよび電力安定化方法を提供することにある。

実施形態によれば、電力系統に接続され、交流電力と直流電力間の双方向の変換を行なう第１の電力変換装置と、二次電池を有する複数の電池モジュールと、前記第１の電力変換装置と前記電池モジュールの間に接続され、前記第１の電力変換装置からの直流電力を変換して前記電池モジュールの二次電池に充電し、前記電池モジュールに充電された電力を変換して前記第１の電力変換装置に放電する第２の電力変換装置と、前記電力系統の状態に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれの充電量または放電量を制御する制御装置とをもつ。

第１の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図。 第１の実施形態における電力安定化システムによるモジュール選択処理の手順の一例を示すフローチャート。 第１の実施形態における電力安定化システムによる充放電寿命制御処理の手順の一例を示すフローチャート。 第２の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図。 第２の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図。 第３の実施形態における電力安定化システムに用いるモータ駆動用電力変換システムの構成例を示すブロック図。 第３の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図。 第４の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図。 第５の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図。 第６の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図。 第７の実施形態における電力安定化システムのプロトコル変換装置の構成例を示すブロック図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図である。
第１の実施形態における電力安定化システムは、建物内の電力系統である配電系統に接続されるシステムであり、システム全体の統括制御を行なう統括制御装置１、ＡＣ／ＤＣ変換器２、ＤＣ／ＤＣ変換器３、電池モジュール４、検出装置５を備える。検出装置５は、例えば配電系統の電流センサであったり、ＥＭＳ(Energy Management System)受信端末であったりする。ＥＭＳとは、システムの外部に設けられる電力管理用システムである。

統括制御装置１は、管理部１１、通信部１２を有する。
管理部１１は、各電池モジュール４の電池情報に基づいて各電池モジュール４に対する充放電量を制御する負荷配分制御機能を有する。
通信部１２は、各電池モジュール４の電池情報をＡＣ／ＤＣ変換器２やＤＣ／ＤＣ変換器３を介した通信によって取得する。

ＡＣ／ＤＣ変換器２は、双方向インバータ２１、制御部２２、通信部２３、通信変換部２４、通信部２５を有する。
双方向インバータ２１は、配電系統からの交流電力を直流電力に変換してＤＣ／ＤＣ変換器３へ出力したり、ＤＣ／ＤＣ変換器３からの直流電力を交流電力に変換して配電系統に出力したりする。
制御部２２は、統括制御装置１からの通信指令に基づいて双方向インバータ２１の動作を制御する。
通信部２３は、ＤＣ／ＤＣ変換器３との間での情報の送受信を行なう。通信部２５は、統括制御装置１との間での情報の送受信を行なう。通信変換部２４は、通信部２３により処理する情報と通信部２５により処理する情報との間の変換処理を行なう。

ＤＣ／ＤＣ変換器３は、電圧昇降圧部３１、制御部３２、通信部３３を有する。
電圧昇降圧部３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器２からの直流電力の電圧変換を行なって電池モジュール４の二次電池に充電したり、この二次電池に蓄えられていた電力の電圧変換を行なってＡＣ／ＤＣ変換器２に放電したりする。
制御部３２は、統括制御装置１やＡＣ／ＤＣ変換器２からの通信指令に基づいて電圧昇降圧部３１を制御する。
通信部３３は、ＡＣ／ＤＣ変換器２や電池モジュール４との間での情報の送受信を行なう。

電池モジュール４は、二次電池列４１、ＢＭＵ(Battery Management Unit)４２を有し、このＢＭＵ４２は、制御部４３、通信部４４、管理部４５を有する。
二次電池列４１は、例えばリチウムイオン、ＮｉＭＨ、鉛などのいずれかの二次電池を直並列に接続したものである。
ＢＭＵ４２の制御部４３は、ＤＣ／ＤＣ変換器３からの通信指令に基づいて二次電池列４１を制御し、電池の充放電を行なう。通信部４４は、ＤＣ／ＤＣ変換器３との間での情報の送受信を行なう。管理部４５は、二次電池列４１の電圧、電流、温度、ＳＯＣ(State Of Charge：充電状態)の値、内部抵抗、充放電積算電流などの電池情報を管理して、二次電池列４１の異常や充放電回数の残り寿命の検知を行なう。

また、本実施形態では、電池モジュール４は３つ設けられ、ＤＣ／ＤＣ変換器３は、それぞれの電池モジュール４に対して１つずつ設けられる。具体的には、ＡＣ／ＤＣ変換器２と１つ目の電池モジュール４の間に１つ目のＤＣ／ＤＣ変換器３が設けられ、ＡＣ／ＤＣ変換器２と２つ目の電池モジュール４の間に２つ目のＤＣ／ＤＣ変換器３が設けられ、ＡＣ／ＤＣ変換器２と３つ目の電池モジュール４の間に３つ目のＤＣ／ＤＣ変換器３が設けられる。

ここでは、電池モジュール４は、それぞれ特性が異なる電池モジュール「Ａ」、電池モジュール「Ｂ」、電池モジュール「Ｃ」の３つに区分されるとし、電池モジュール「Ａ」の二次電池列４１はリチウムイオンであり、電池モジュール「Ｂ」の二次電池列４１はＮｉＭＨであり、電池モジュール「Ｃ」の二次電池列４１は鉛であるとする。

次に、第１の実施形態における電力安定化システムによるモジュール選択処理について説明する。この処理は、配電系統の電流値に応じて、複数の電池モジュール４のうち充電もしくは放電させる電池モジュールを選択する処理である。
図２は、第１の実施形態における電力安定化システムによるモジュール選択処理の手順の一例を示すフローチャートである。
まず、検出装置５が、配電系統の電流値を検出し（ステップＳ１）、この検出した電流値を統括制御装置１の通信部１２が受信すると、管理部１１は、この受信した電流値の変化分が所定の基準値Ａ以上でない場合には、電池モジュール「Ｃ」のみを充電もしくは放電させるための指令信号を出力する（ステップＳ２→Ｓ３）。この信号は統括制御装置１の通信部１２から、ＡＣ／ＤＣ変換器２の通信部２５、通信変換部２４、通信部２３、電池モジュール「Ｃ」用のＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３を経由する通信路である電池モジュール「Ｃ」用の通信路を介して、電池モジュール「Ｃ」の通信部４４に伝達され、電池モジュール内の制御部４３は、この信号をもとに、当該電池モジュール内の二次電池列４１に対する充電もしくは放電を行なう。

また、統括制御装置１からの指令信号は、電池モジュール「Ｃ」用のＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３を介して制御部３２に入力され、制御部３２は、この信号をもとに電圧昇降圧部３１を制御する。また、統括制御装置１からの指令信号は、ＡＣ／ＤＣ変換器２の通信部２３を介して制御部２２に入力され、制御部３２は、この信号をもとに双方向インバータ２１を制御する。

また、前述した周波数が基準値Ａ以上であるが、当該基準値Ａより高い基準値Ｂ以上でない場合には、電池モジュール「Ｂ」、「Ｃ」のみを充電もしくは放電させるための信号を出力する（ステップＳ４→Ｓ５，６）。この信号は統括制御装置１の通信部１２から、ＡＣ／ＤＣ変換器２の通信部２５、通信変換部２４、通信部２３、電池モジュール「Ｂ」、「Ｃ」用のＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３を経由する通信路である電池モジュール「Ｂ」、「Ｃ」用の通信路を介して電池モジュール「Ｂ」、「Ｃ」の通信部４４に伝達され、電池モジュール内の制御部４３は、この信号をもとに、当該電池モジュール内の二次電池列４１に対する充電もしくは放電を行なう。また、前述したように、電圧昇降圧部３１や双方向インバータ２１の制御がなされる。

また、前述した周波数が基準値Ｂ以上である場合には、電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」を充電もしくは放電させるための信号を出力する（ステップＳ７→Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０）。この信号は統括制御装置１の通信部１２から、ＡＣ／ＤＣ変換器２の通信部２５、通信変換部２４、通信部２３、電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」用のＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３からなる電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」用の通信路を介して電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の通信部４４に伝達され、電池モジュール内の制御部４３は、この信号をもとに、当該電池モジュール内の二次電池列４１に対する充電もしくは放電を行なう。また、前述したように、電圧昇降圧部３１や双方向インバータ２１の制御がなされる。

次に第１の実施形態における電力安定化システムによる充放電寿命制御処理について説明する。この処理は、複数の電池モジュールのそれぞれの充放電回数の残り寿命を延ばすために、充電先や放電元の電池モジュールを選択したり、充放電待機時の充電量を調整したりする処理である。
図３は、第１の実施形態における電力安定化システムによる充放電寿命制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。
まず、統括制御装置１の管理部１１は、各電池モジュール４の動作状態が充放電待機状態である場合には（ステップＳ１１のＹＥＳ）、これらのモジュールの充電状態の値ＳＯＣおよび充放電回数の残り寿命を取得する。

具体的には、管理部１１は、電池情報要求信号を通信部１２から出力する。この信号はＡＣ／ＤＣ変換器２の通信部２５、通信変換部２４、通信部２３、ＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３、各電池モジュール４の通信部４４を介して管理部４５に伝達される。すると、管理部４５は、電池モジュール内の二次電池列４１のＳＯＣおよび残り寿命の値を通信部４４から出力する。この信号は、ＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３、ＡＣ／ＤＣ変換器２の通信部２３、通信変換部２４、通信部２５、統括制御装置１の通信部１２を介して管理部１１に伝達されるようにする。このようにして、管理部１１は、充電状態の値ＳＯＣおよび充放電回数の残り寿命などを取得する。

管理部１１は、各電池モジュール４の二次電池列４１の充電量が当該二次電池の特性に基づいた、前述した残り寿命を延ばすための最適な条件になるように、各電池モジュール４の二次電池列４１の充電量を調整するための指令信号を出力する。前述した最適な条件とは、例えば電池モジュール「Ａ」，「Ｂ」の充電量が最大値の５０％で、電池モジュール「Ｃ」の充電量が最大値の１００％といった条件である。

この指令信号は統括制御装置１の通信部１２から、ＡＣ／ＤＣ変換器２の通信部２５、通信変換部２４、通信部２３、電池モジュール「Ｃ」用のＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３、電池モジュール「Ｃ」の通信部４４に伝達され、電池モジュール内の制御部４３は、この信号をもとに、二次電池列４１に対する充電もしくは放電を行なう（ステップＳ１２）。

また、統括制御装置１の管理部１１は、各電池モジュール４の動作状態が充放電待機状態でなく（ステップＳ１１のＮＯ）、充電制御を行なう場合には（ステップＳ１３のＹＥＳ）、電池モジュール「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」のうち充電状態の値ＳＯＣが基準値Ｓ１以上の二次電池列４１を有する電池モジュール４がある場合には（ステップＳ１４のＹＥＳ）、該当の電池モジュール４を充電に利用しないこととし（ステップＳ１５）、この利用しない電池モジュール以外の電池モジュール４を利用対象の電池モジュールとして選択する。ただし、基準値Ｓ１は各電池モジュール４の特性に応じて各電池モジュール４毎に設定される値である。

また、管理部１１は、充電状態の値ＳＯＣが基準値Ｓ１以上の二次電池列４１を有する電池モジュール４がない場合には（ステップＳ１４のＮＯ）、各電池モジュール４の全てを利用対象の電池モジュールとして選択する。

そして、管理部１１は、選択済みの利用対象の電池モジュールの充電電流が基準値ｌ１以上である場合には（ステップＳ１６のＹＥＳ）、電池モジュール「Ａ」を優先的に充電するための信号を出力する。この信号は統括制御装置１の通信部１２から、前述した電池モジュール「Ａ」用の通信路を介して電池モジュール「Ａ」の通信部４４に伝達され、電池モジュール内の制御部４３は、この信号をもとに、当該電池モジュール内の二次電池列４１に対する充電を行なう。また、前述したように、電圧昇降圧部３１や双方向インバータ２１の制御がなされる（ステップＳ１７）。

また、管理部１１は、選択済みの利用対象の電池モジュールの充電電流が基準値ｌ１以上でない場合で（ステップＳ１６のＮＯ）、電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の残り寿命が均等である場合には（ステップＳ１８のＹＥＳ）、電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」を均等に充電するための信号を出力する。この信号は統括制御装置１の通信部１２から、前述した電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」用の通信路を介して電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の通信部４４に伝達され、電池モジュール内の制御部４３は、この信号をもとに、当該電池モジュール内の二次電池列４１に対する充電を行なう。また、前述したように、電圧昇降圧部３１や双方向インバータ２１の制御がなされる（ステップＳ１９）。

また、管理部１１は、選択済みの利用対象の電池モジュールの充電電流が基準値ｌ１以上でない場合で（ステップＳ１６のＮＯ）、電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の残り寿命が均等でない場合には（ステップＳ１８のＮＯ）、電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」のうち残り寿命の長い電池を優先して充電するための信号を出力する。この信号は統括制御装置１の通信部１２から、前述した優先する電池モジュール用の通信路を介して当該電池モジュールの通信部４４に伝達され、電池モジュール内の制御部４３は、この信号をもとに、当該電池モジュール内の二次電池列４１に対する充電を行なう。また、前述したように、電圧昇降圧部３１や双方向インバータ２１の制御がなされる（ステップＳ２０）。

また、統括制御装置１の管理部１１は、各電池モジュール４の動作状態が充放電待機状態でなく（ステップＳ１１のＮＯ）、充電制御を行なわない場合、つまり放電制御を行なう場合には（ステップＳ１３のＮＯ）、電池モジュール「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」のうち充電状態の値ＳＯＣが基準値Ｓ２以下の二次電池列を有する電池モジュールがある場合には（ステップＳ２１のＹＥＳ）、該当の電池モジュールを放電に利用しないこととし（ステップＳ２２）、この利用しない電池モジュール以外の電池モジュール４を利用対象の電池モジュールとして選択する。ただし、基準値Ｓ２は各電池モジュール４の特性に応じて各電池モジュール４毎に設定される値である。

また、管理部１１は、充電状態の値ＳＯＣが基準値Ｓ２以上の二次電池列を有する電池モジュールがない場合には（ステップＳ２１のＮＯ）、各電池モジュール４の全てを利用対象の電池モジュールとして選択する。

そして、管理部１１は、選択済みの利用対象の電池モジュールの放電電流が基準値ｌ２以上である場合には（ステップＳ２３のＹＥＳ）、電池モジュール「Ａ」を優先的に放電するための信号を出力する。この信号は統括制御装置１の通信部１２から、前述した電池モジュール「Ａ」用の通信路を介して電池モジュール「Ａ」の通信部４４に伝達され、電池モジュール内の制御部４３は、この信号をもとに、当該電池モジュール内の二次電池列４１に対する放電を行なう。また、前述したように、電圧昇降圧部３１や双方向インバータ２１の制御がなされる（ステップＳ２４）。

また、管理部１１は、選択済みの利用対象の電池モジュールの放電電流が基準値ｌ２以上でない場合で（ステップＳ２３のＮＯ）、電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の残り寿命が均等である場合には（ステップＳ２５のＹＥＳ）、電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」を均等に放電するための信号を出力する。この信号は統括制御装置１の通信部１２から、前述した電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」用の通信路を介して電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の通信部４４に伝達され、電池モジュール内の制御部４３は、この信号をもとに、当該電池モジュール内の二次電池列４１に対する放電を行なう。また、前述したように、電圧昇降圧部３１や双方向インバータ２１の制御がなされる（ステップＳ２６）。

また、管理部１１は、選択済みの利用対象の電池モジュールの放電電流が基準値ｌ２以上でない場合で（ステップＳ２３のＮＯ）、電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の残り寿命が均等でない場合には（ステップＳ２５のＮＯ）、電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」のうち残り寿命の長い電池を優先して放電するための信号を出力する。この信号は統括制御装置１の通信部１２から、前述した優先する電池モジュール用の通信路を介して当該電池モジュールの通信部４４に伝達され、電池モジュール内の制御部４３は、この信号をもとに、当該電池モジュール内の二次電池列４１に対する放電を行なう。また、前述したように、電圧昇降圧部３１や双方向インバータ２１の制御がなされる（ステップＳ２７）。充電または放電の制御であるステップＳ１７，Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２７の処理後は、所定時間経過後、つまり時間ｔがｔ＋Δｔとなった際にステップＳ１１に戻る。

以上のように、第１の実施形態における電力安定化システムでは、配電系統の電流値に応じて、複数の電池モジュールのうち充電もしくは放電させるモジュールを選択する処理を行なったり、複数の電池モジュールのそれぞれの充放電回数の残り寿命を延ばすために、充電先や放電元の電池モジュールを選択したり、充放電待機時の充電量を調整したりする処理を行なったりするので、電力の安定性を適切に維持することが出来、かつ、いずれかの電池モジュールの充放電回数の残り寿命が他の電池モジュールより大幅に短くなることがなくなり、配電系統の電力を適切に安定化することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態における電力安定化システムの構成は図１に示したものと基本的にほぼ同様であるので同一部分の説明は省略する。本実施形態では、ＡＣ／ＤＣ変換器２による出力電力の定格が一定にある場合において、システム内における電池モジュール４の容量を増加させる場合に電池モジュール４の利用数と当該利用する電池モジュール４に接続するＤＣ／ＤＣ変換器３の数を増加させた場合に、統括制御装置１がこの増加した構成に応じた制御を行なうものである。

図４、図５は、第２の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図である。
図４に示した構成は、システム内における電池モジュール４の容量の増加前の構成であり、第１の実施形態で説明した、統括制御装置１、検出装置５、ＡＣ／ＤＣ変換器２の他に、当該ＡＣ／ＤＣ変換器２に接続される１つのＤＣ／ＤＣ変換器３が設けられ、このＤＣ／ＤＣ変換器３に１つの電池モジュール４が接続される。本実施形態ではＡＣ／ＤＣ変換器２、ＤＣ／ＤＣ変換器３の出力電力値は５０ｋｗである。

また、図５に示した構成は、システム内における電池モジュール４の容量の増加後の構成であり、第１の実施形態で説明した、統括制御装置１、検出装置５、ＡＣ／ＤＣ変換器２の他に、当該ＡＣ／ＤＣ変換器２に接続される３つのＤＣ／ＤＣ変換器３に１つの電池モジュール４が接続される。また、電池モジュール４は、第１の実施形態で説明した電池モジュール「Ａ」であって、容量は１０ｋｗｈである。

システムの構成が図４に示した構成から図５に示した構成に変化した場合、統括制御装置１の管理部１１は、各ＤＣ／ＤＣ変換器３の設置形態および電池モジュール４の容量値の要求信号を通信部１２から出力する。この信号はＡＣ／ＤＣ変換器２の通信部２５、通信変換部２４、通信部２３、各ＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３、各電池モジュール４の通信部４４を介して管理部４５に伝達される。すると、管理部４５は、モジュール内の二次電池列４１の容量値を通信部４４から出力する。この信号は、ＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３、ＡＣ／ＤＣ変換器２の通信部２３、通信変換部２４、通信部２５、統括制御装置１の通信部１２を介して管理部１１に伝達されるようにする。このようにして、管理部１１は、各ＤＣ／ＤＣ変換器３の設置形態および各電池モジュール４の容量値を取得する。

すると、統括制御装置１の管理部１１は、取得済みの各ＤＣ／ＤＣ変換器３の設置形態および各電池モジュール４の容量値に応じた充放電制御を行なうために、出力電力値指令信号を各ＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３を介して制御部３２に出力し、制御部３２は、この信号をもとに電圧昇降圧部３１を制御する。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
図６は、第３の実施形態における電力安定化システムに用いるモータ駆動用電力変換システムの構成例を示すブロック図である。

このモータ駆動用電力変換システムは、三相交流用のモータ５１、モータ駆動用電力変換装置５２、角度検出用のレゾルバ(resolver)５３を有する。

モータ駆動用電力変換装置５２は、双方向インバータ５２ａ、制御部５２ｂ、通信部５２ｃを有する。双方向インバータ５２ａは、モータ５１からの各相の交流電力を直流電力に変換して二次電池列５４に充電したり、二次電池列５４からの直流電力を交流電力に変換したりする。制御部５２ｂは、レゾルバ５３からの通信部５２ｃを介した信号に基づいて双方向インバータ５２ａの動作を制御する。通信部５２ｃは、レゾルバ５３からの信号を制御部５２ｂに出力する。

図７は、第３の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図である。
このシステムは、図６に示したモータ駆動用電力変換装置５２を第１の実施形態で説明したＡＣ／ＤＣ変換器２の代わりに用いるようにしたものである。本実施形態では、電池モジュールは電池モジュール「Ａ」、「Ｂ」の２つであり、ＤＣ／ＤＣ変換器３は、各電池モジュールのそれぞれについて設けられる。

また、本実施形態では、配電系統がモータ駆動用電力変換装置５２の双方向インバータ５２ａに接続され、この双方向インバータ５２ａがＤＣ／ＤＣ変換器３の電圧昇降圧部３１に接続される。また、統括制御装置１の通信部１２は、モータ駆動用電力変換装置５２の通信部５２ｃに接続される。

また、このシステムでは、位相検出用変換回路５５が設けられる。この位相検出用変換回路５５は、配電系統と双方向インバータ５２ａの間の電力の位相を検出してモータ駆動用電力変換装置５２の通信部５２ｃに出力する。

モータ駆動用電力変換装置５２の双方向インバータ５２ａは、配電系統からの交流電力を直流電力に変換してＤＣ／ＤＣ変換器３へ出力したり、ＤＣ／ＤＣ変換器３からの直流電力を交流電力に変換して配電系統に出力したりする。
制御部５２ｂは、統括制御装置１からの通信指令や位相検出用変換回路５５の検出結果に基づいて電源電圧同期信号を生成して双方向インバータ５２ａの動作を制御する。
通信部５２ｃは、統括制御装置１やＤＣ／ＤＣ変換器３との間での情報の送受信を行なう。また、通信部５２ｃは、位相検出用変換回路５５の検出結果を制御部５２ｂに出力する。

以上のような構成とすることにより、第１の実施形態で説明したＡＣ／ＤＣ変換器２の代わりにモータ駆動用電力変換装置５２を用いても第１の実施形態で説明した構成と同様のシステムを構成することができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
図８は、第４の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図である。
本実施形態では、第１の実施形態と異なり、１つのＤＣ／ＤＣ変換器３に対して３つの電池モジュール４が接続される。このＤＣ／ＤＣ変換器３は、第３の実施形態で説明したモータ駆動用電力変換装置５２を用いたものであってもよい。

ＤＣ／ＤＣ変換器３の電圧昇降圧部３１は、３つの接続用端子を有し、それぞれの端子は各電池モジュール４の二次電池列４１に１対１で接続される。ＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３は３つの接続用端子を有し、それぞれの端子は各電池モジュールの通信部４４に１対１で接続される。

各電池モジュール４の二次電池列４１の特性がそれぞれ異なる場合、統括制御装置１は、第１の実施形態で説明した、配電系統の電流値に応じて、複数の電池モジュール４のうち充電もしくは放電させる電池モジュールを選択するための指令信号をＡＣ／ＤＣ変換器２を介してＤＣ／ＤＣ変換器３に出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器３の電圧昇降圧部３１は、この信号にしたがって各電池モジュール４に応じた充放電指令信号を該当の電池モジュール４に出力することで、各電池モジュール４の充放電を個別に制御する。

また、各電池モジュール４の二次電池列４１の特性がそれぞれ同じである場合、統括制御装置１は、各電池モジュールの充電量が動作可能な基準値を同時期に下回らないように、充電先や放電元の電池モジュールを選択したり、充放電待機時の充電量を調整したりするための指令信号をＡＣ／ＤＣ変換器２を介してＤＣ／ＤＣ変換器３に出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器３の電圧昇降圧部３１は、この信号にしたがって各電池モジュール４に応じた充放電指令信号を該当の電池モジュール４に出力することで、各電池モジュール４の充放電を個別に制御する。

このような構成とすれば、第１の実施形態のように、電池モジュールの数に応じたＤＣ／ＤＣ変換器を設けなくとも、第１の実施形態と同様の構成を実現できる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。
図９は、第５の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図である。
この実施形態では、第４の実施形態で説明した電池モジュール４の１つを太陽光発電システム６に置き換えたものである。

この太陽光発電システム６は、図示しない太陽電池により発電した電力をＤＣ／ＤＣ変換器３に出力する。

本実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器３の電圧昇降圧部３１の３つの接続用端子のうち２つの端子のそれぞれは２つの電池モジュールの二次電池列４１に接続され、もう１つの端子は太陽光発電システム６の電力出力用端子に接続される。ＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３の３つの接続用端子のうち２つの端子は、各電池モジュールの通信部４４に１対１で接続され、もう１つの端子は太陽光発電システム６の信号入出力用端子に接続される。

このシステムでは、電池モジュール４への充電を要する場合には、統括制御装置１は、第１の実施形態で説明したモジュール選択処理のための指令信号や充放電寿命制御処理のためのＳＯＣ要求信号を各電池モジュール４に出力する。また、各電池モジュール４や太陽光発電システム６からの放電を要する場合には、統括制御装置１は、第１の実施形態で説明したモジュール選択処理のための指令信号を各電池モジュール４や太陽光発電システム６に出力したり、充放電寿命制御処理のためのＳＯＣ要求信号を各電池モジュール４に出力したりする。

さらに、太陽光発電システム６から最大のエネルギーを取り出すため、通信部３３は太陽光発電システム６から太陽電池の発電状況に関する信号を受け取った後その情報を制御部３２に送り、制御部３２は最大効率制御（MPPT）を電圧昇降圧部３１に指示し、太陽光発電の出力電圧と電流を制御してもよい。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。
図１０は、第６の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図である。
本実施形態では、第１の実施形態で説明した構成に加え、電気自動車用急速充電器７が設けられる。この電気自動車用急速充電器７は、電圧昇降圧部７１、制御部７２、通信部７３を有する。電圧昇降圧部７１は、ＡＣ／ＤＣ変換器の双方向インバータ２１に対して着脱可能である。

電圧昇降圧部７１は、ＡＣ／ＤＣ変換器２からの直流電力の電圧変換を行なって図示しない電気自動車の二次電池に充電したり、この二次電池に蓄えられていた電力の電圧変換を行なってＡＣ／ＤＣ変換器２に放電したりする。
制御部７２は、統括制御装置１やＡＣ／ＤＣ変換器２からの通信指令に基づいて電圧昇降圧部７１を制御する。通信部７３は、ＡＣ／ＤＣ変換器との間での情報の送受信を行なう。

このシステムでは、電気自動車用急速充電器７がＡＣ／ＤＣ変換器２に接続されて、この電気自動車用急速充電器７が電気自動車の二次電池に接続されている状態では、電気自動車用急速充電器７と電気自動車の二次電池の組を４つ目のＤＣ／ＤＣ変換器３および４つ目の電池モジュールの組に見立て、電池モジュール４や電気自動車の二次電池への充電を要する場合には、統括制御装置１は、第１の実施形態で説明したモジュール選択処理のための指令信号や充放電寿命制御処理のためのＳＯＣ要求信号を各電池モジュール４や電気自動車用急速充電器７に出力する。

また、各電池モジュール４や電気自動車用急速充電器７からの放電を要する場合には、統括制御装置１は、第１の実施形態で説明したモジュール選択処理のための指令信号や充放電寿命制御処理のためのＳＯＣ要求信号を各電池モジュール４や電気自動車用急速充電器７に出力する。

このような構成とすることで、電気自動車用急速充電器と電気自動車をＤＣ／ＤＣ変換器および電池モジュールの組に見立てた充放電制御を行なうことができるので、電気自動車用急速充電器と電気自動車の充放電機能の有効活用を行なうことができる。

（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。
図１１は、第７の実施形態における電力安定化システムのプロトコル変換装置の構成例を示すブロック図である。
本実施形態では、前述した実施形態で説明した複数種類の電池モジュールのそれぞれが取り扱う通信プロトコルがモジュール間で一致していない場合に、共通の通信プロトコルへの変換処理を行なうためのプロトコル変換装置８を有する。

このプロトコル変換装置８は、各ＤＣ／ＤＣ変換器３と各電池モジュールのＢＭＵ４２との間に設けられ、制御部８１、フレーム変換部８２、フレーム処理部８３、パケット変換部８４、パケット処理部８５、ＢＭＵ第１送受信部８６、ＢＭＵ第２送受信部８７、ＢＭＵ第３送受信部８８、系統側送受信部８９を有する。

それぞれのＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３は、プロトコル変換装置８の系統側送受信部８９に接続される。ＢＭＵ第１送受信部８６は１つ目の電池モジュールの通信部４４に接続され、ＢＭＵ第２送受信部８７は２つ目の電池モジュールの通信部４４に接続され、ＢＭＵ第３送受信部８８は３つ目の電池モジュールの通信部４４に接続される。

この構成では、前述したモジュール選択処理や充放電寿命制御処理のために各電池モジュール４のＢＭＵ４２の通信部４４からの信号をプロトコル変換装置８のＢＭＵ第１送受信部８６、ＢＭＵ第２送受信部８７、ＢＭＵ第３送受信部８８のいずれかが受信すると、フレーム変換部８２やパケット変換部８４は入力信号の通信プロトコルが所定の共通のプロトコルに変換するためのフレームやパケットの変換処理を行なう。そして、フレーム処理部８３やパケット処理部８５は変換されたフレームやパケットを有する通信用信号を系統側送受信部８９を介して信号送信元の電池モジュール４に対応するＤＣ／ＤＣ変換器３の通信部３３に出力する。

このような構成とすれば、各電池モジュール４の二次電池列４１の特性やＢＭＵ４２の仕様が異なるために電池モジュールのそれぞれが取り扱う通信プロトコルがモジュール間で一致していない場合でも、ＤＣ／ＤＣ変換器３と電池モジュール４間での正常な通信処理を行なうことができるので、第１の実施形態で説明したようなモジュール選択処理や充放電寿命制御処理を正常に行なうことができる。

これらの各実施形態によれば、電力系統の電力を適切に安定化することが可能になる電力安定化システムを提供することができる。
発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…統括制御装置、２…ＡＣ／ＤＣ変換器、３…ＤＣ／ＤＣ変換器、４…電池モジュール、５…検出装置、６…太陽光発電システム、７…電気自動車用急速充電器、８…プロトコル変換装置、２１，５２ａ…双方向インバータ、３１，７１…電圧昇降圧部、４１，５４…二次電池列、４２…ＢＭＵ、５１…モータ、５２…モータ駆動用電力変換装置、５３…レゾルバ、５５…位相検出用変換回路、８２…フレーム変換部、８３…フレーム処理部、８４…パケット変換部、８５…パケット処理部、８６…ＢＭＵ第１送受信部、８７…ＢＭＵ第２送受信部、８８…ＢＭＵ第３送受信部、８９…系統側送受信部。

Claims (9)

1. 電力系統に接続され、交流電力と直流電力間の双方向の変換を行なう第１の電力変換装置と、
   二次電池を有する複数の電池モジュールと、
   前記第１の電力変換装置と前記電池モジュールの間に接続され、前記第１の電力変換装置からの直流電力を変換して前記電池モジュールの二次電池に充電し、前記電池モジュールに充電された電力を変換して前記第１の電力変換装置に放電する第２の電力変換装置と、
   前記電力系統の状態に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれの充電量または放電量を制御する制御装置と
   を備えたことを特徴とする電力安定化システム。
2. 電力系統に接続され、交流電力と直流電力間の双方向の変換を行なう第１の電力変換装置、二次電池を有する複数の電池モジュール、前記第１の電力変換装置と前記電池モジュールの間に接続され、前記第１の電力変換装置からの直流電力を変換して前記電池モジュールの二次電池に充電し、前記電池モジュールに充電された電力を変換して前記第１の電力変換装置に放電する第２の電力変換装置を備える電力安定化システムに用いられる電力安定化方法であって、
   前記電力系統の状態に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれの充電量または放電量を制御する
   ことを特徴とする電力安定化方法。
3. 前記制御装置は、
   前記電力系統における電流値の変化の大小に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれのうち、充電または放電に使用する電池モジュールの数を設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力安定化システム。
4. 前記複数の電池モジュールのそれぞれの二次電池の特性に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれのうち、充電または放電に使用する電池モジュールを選択判断する判断手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の電力安定化システム。
5. 前記複数の電池モジュールのそれぞれの二次電池の特性がそれぞれ異なり、
   前記制御装置は、
   前記複数の電池モジュールによる充電または放電の必要がない充放電待機時にある場合には、前記それぞれの二次電池の充電量を充放電待機時の最適な条件を満たすように制御し、前記複数の電池モジュールのいずれかに対する充電を行なう必要がある場合には、充電量が所定の基準値未満である二次電池を有する電池モジュールを充電量の制御の対象とし、前記複数の電池モジュールのいずれかからの放電を行なう必要がある場合には、充電量が所定の基準値を超える二次電池を有する電池モジュールを放電量の制御の対象とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力安定化システム。
6. 前記電力系統の状態を検出する検出装置をさらに備え、
   前記第１の電力変換装置は、
   三相交流電動機に接続するための交流側端子、
   前記三相交流電動機の回転角の信号を入力するための入力端子、および
   前記回転角の信号に応じて前記三相交流電動機の回転制御を行なう制御部を有する三相交流電動機用電力変換装置であって、
   前記交流側端子が前記電力系統に接続され、
   前記検出装置による検出結果を前記入力端子により入力し、
   この入力結果に応じて交流電力と直流電力間の双方向の変換を行なう
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力安定化システム。
7. 前記第２の電力変換装置の前記電池モジュール側の端子には太陽光発電システムが接続され、
   前記制御装置は、
   前記電力系統の状態に応じて、前記太陽光発電システムにより発電された電力の前記電力系統への放電量を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力安定化システム。
8. 前記第１の電力変換装置の直流側端子に接続される、電気自動車に接続される電気自動車用充電器をさらに備え、
   前記電力系統の状態に応じて、前記複数の電池モジュールおよび前記電気自動車用充電器のそれぞれの充電量または放電量を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力安定化システム。
9. 前記複数の電池モジュールのそれぞれは、二次電池の充電量を含む情報を当該電池モジュール間で異なる通信用プロトコルにしたがって出力し、
   前記複数の電池モジュールのそれぞれからの情報の通信用プロトコルを所定の共通の通信用プロトコルに変換する変換装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記電力系統の状態、および前記変換装置により変換された通信用プロトコルにしたがって送信された前記複数の電池モジュールからの情報に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれの充電量または放電量を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力安定化システム。

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