JP2020162304A

JP2020162304A - 電池制御システム

Info

Publication number: JP2020162304A
Application number: JP2019059758A
Authority: JP
Inventors: 里志津田; Satoshi Tsuda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-10-01
Also published as: US11050258B2; US20200313436A1; CN111756100A

Abstract

【課題】蓄電池を所有する需要家の経済性を向上可能な電池制御システムを提供すること。【解決手段】本発明に係る電池制御システムは、電力網に接続して電力を充放電する蓄電池と、蓄電池の充放電を制御する制御装置と、を備える電池制御システムであって、制御装置は、使用を開始してから所定時間が経過した時点における蓄電池の劣化状態が所定条件を満足した場合、蓄電池の充放電制御の内容を変更することを特徴とする。なお、制御装置は、蓄電池の使用時間が長くなるにつれ、蓄電池の劣化を抑制する制御に漸次移行するとよい。これにより、蓄電池を所有する需要家の経済性を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池の充放電を制御する電池制御システムに関する。

需要家が所有（又は管理）する蓄電池の充放電を制御することによって電力の需給調整を行う電力需給調整システムが知られている。

特開２０１２−２９４５１号公報

同じ電力系統内の需要家間で電気事業者との契約内容（例えば電力区分）や設置設備の初期性能（例えば電池出力）が略同じである場合、社会的な公平性を鑑みると、需給調整益は各需要家に均一に分配されるべきである（需給調整による経済性の同域内公平性）。しかしながら、現実には、需要家の経済性は、需給調整益だけでなく設置設備の資産価値にも大きく依存する。例えば蓄電池が電気自動車に搭載されているものである場合、蓄電池の性能劣化は電気自動車の機能（航続距離や動力性能等）の低下となり、結果として、電気自動車の下取り価格の低下を招く。このため、電力需給調整システムにおいて需要家の経済性を向上させるためには、需給調整益だけでなく、各需要家が所有する蓄電池の使用による性能劣化を考慮した制御が望まれる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電池を所有する需要家の経済性を向上可能な電池制御システムを提供することにある。

本発明に係る電池制御システムは、電力網に接続して電力を充放電する蓄電池と、前記蓄電池の充放電を制御する制御装置と、を備える電池制御システムであって、前記制御装置は、使用を開始してから所定時間が経過した時点における前記蓄電池の劣化状態が所定条件を満足した場合、前記蓄電池の充放電制御の内容を変更することを特徴とする。

本発明に係る電池制御システムは、上記発明において、前記制御装置は、前記蓄電池の使用時間が長くなるにつれ、前記蓄電池の劣化を抑制する制御に漸次移行することを特徴とする。このような構成によれば、蓄電池の使用後期には蓄電池の資産価値の低下が抑制されるので、蓄電池を所有する需要家の経済性をさらに向上させることができる。

本発明に係る電池制御システムは、上記発明において、前記蓄電池は、電力の需給調整のために前記電力網に接続されていることを特徴とする。このような構成によれば、蓄電池の使用初期には需給調整による経済性が優先され、蓄電池の使用後期には蓄電池の資産価値の低下が抑制されるので、蓄電池を所有する需要家の経済性をさらに向上させることができる。

本発明に係る電池制御システムによれば、蓄電池の劣化状態を踏まえて蓄電池の充放電を制御するので、蓄電池を所有する需要家の経済性を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態である電池制御システムの構成を示す模式図である。図２は、本発明の一実施形態である電池制御処理の流れを示すフローチャートである。図３は、電池容量維持率の時間変化の一例を示す図である。図４は、需給調整による経済性と劣化抑制制御段階との関係の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である電池制御システムの構成及びその動作について説明する。

〔構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である電池制御システムの構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である電池制御システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である電池制御システム１は、同じ電力系統内の需要家が所有（又は管理）する複数の蓄電池２の充放電を制御することにより電力の需給調整を行うシステム（例えばバーチャルパワープラントシステム等）であり、複数の蓄電池２及び制御装置３を主な構成要素として備えている。

複数の蓄電池２は、電気自動車やハイブリッド車両等の車両に搭載されている蓄電池や家庭用蓄電池等の周知の蓄電池によって構成され、それぞれ同じ電力系統内の需要家によって所有されている。各蓄電池２は、同じ電力系統の電力網４に接続されており、制御装置３によってその充放電動作が制御可能なように構成されている。

制御装置３は、電力ステーションに設置されたコンピュータ等の情報処理装置によって構成されている。なお、制御装置３を蓄電池２毎に設けるようにしてもよい。制御装置３は、電力網４を介して電気事業者が所有する発電設備５が発電した電力を蓄電池２に供給する動作、及び電力網４を介して蓄電池２の充電電力を他の電力系統に供給する動作を制御する。

本実施形態では、制御装置３は、情報処理装置内のＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することにより、充放電制御部３ａとして機能する。充放電制御部３ａの機能については後述する。また、制御装置３は、後述する電池制御処理において用いられる蓄電池２の運用に関する各需要家の意向を示す意向情報を格納する意向情報データベース（意向情報ＤＢ）３ｂを備えている。各需要家の意向情報は、電気通信回線等を介して予め各需要家から取得されて意向情報ＤＢ３ｂに格納されている。

このような構成を有する電池制御システム１では、制御装置３の充放電制御部３ａが、以下に示す電池制御処理を実行することにより、蓄電池２を所有する需要家の経済性を向上させる。以下、図２に示すフローチャートを参照して、電池制御処理を実行する際の充放電制御部３ａの動作について説明する。

〔電池制御処理〕
図２は、本発明の一実施形態である電池制御処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、電力網４に蓄電池２が接続されたタイミングで開始となり、電池制御処理はステップＳ１の処理に進む。なお、この電池制御処理は電力網４に接続されている蓄電池２毎に個別に実施されるものとする。また、この電池制御処理は、電力網４に蓄電池２が接続されている間、前回の電池制御処理が終了してから所定時間が経過する度毎に繰り返し実行されるものとする。

ステップＳ１の処理では、充放電制御部３ａが、予め設定されている蓄電池２の劣化状態の診断時期及び予測時期に到達したか否かを判別する。蓄電池２の劣化状態の診断時期及び予測時期は、意向情報ＤＢ３ｂ内に格納されている需要家の意向情報に基づいて設定される。但し、需要家の意向が明示的に示されていない場合は、システム上の設定値を用いてもよい。また、蓄電池２の使用過程において、蓄電池２の劣化状態の診断時期及び予測時期を複数回（例えば１ヶ月に１回等）設けてもよい。

判別の結果、蓄電池２の劣化状態の診断及び予測時期に到達した場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、充放電制御部３ａは、電池制御処理をステップＳ２の処理に進める。一方、蓄電池２の劣化状態の診断及び予測時期に到達していない場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、充放電制御部３ａは、一連の電池制御処理を終了する。

ステップＳ２の処理では、充放電制御部３ａが、蓄電池２の出力電流値や温度等を用いた周知の手法により蓄電池２の現在の劣化状態を診断する。例えば、充放電制御部３ａは、出力電流値の二乗値の積算値と蓄電池２の劣化状態を示すデータとの関係を示すテーブルから、現在までの出力電流値の二乗値の積算値に対応する蓄電池２の劣化状態を示すデータを読み出す。

また、充放電制御部３ａは、意向情報ＤＢ３ｂ内に格納されている蓄電池２を所有する需要家の意向情報及び蓄電池２の現在の劣化状態に基づいて、需要家が設定した許容到達時期ＴＣｐにおける蓄電池２の容量維持率の予測値を算出する。ここで、容量維持率とは、使用開始前の蓄電池２の容量（初期値）を１としたときの初期値に対する蓄電池２の容量の割合を示す。例えば蓄電池２の容量が０．８である場合、容量維持率は０．８と算出される。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、電池制御処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、充放電制御部３ａが、意向情報ＤＢ３ｂ内に格納されている需要家の意向情報に基づいて、ステップＳ２の処理において算出された許容到達時期ＴＣｐにおける蓄電池２の容量維持率の予測値が、需要家が設定した許容容量維持率Ｃｐより大きいか否かを判別する。判別の結果、許容到達時期ＴＣｐにおける蓄電池２の容量維持率の予測値が許容容量維持率Ｃｐより大きい場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、充放電制御部３ａは、電池制御処理をステップＳ４の処理に進める。一方、許容到達時期ＴＣｐにおける蓄電池２の容量維持率の予測値が許容容量維持率Ｃｐ以下である場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、充放電制御部３ａは、電池制御処理をステップＳ５の処理に進める。

ステップＳ４の処理では、充放電制御部３ａは、充放電の抑制レベルや温度の制御レベル等の蓄電池２の劣化抑制制御段階を引き下げる。すなわち、充放電制御部３ａは、需給調整による経済性（電力売買による利益）及び同域内公平性を優先して蓄電池２の充放電を制御する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、電池制御処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、充放電制御部３ａは、蓄電池２の劣化抑制制御段階を引き上げる。すなわち、充放電制御部３ａは、蓄電池２の劣化抑制を優先して蓄電池２の充放電を制御する。具体的には、充放電制御部３ａは、許容到達時期ＴＣｐにおける蓄電池２の容量維持率の予測値が許容容量維持率Ｃｐ以上、且つ、最も小さくなるように劣化抑制制御段階を調整（設定、実施、予測、学習）する。例えば、図３に示す時間Ｔ＝Ｔ１において許容到達時期ＴＣｐにおける蓄電池２の容量維持率を算出した結果、蓄電池２の容量維持率が曲線Ｌ２に沿って変化し、許容到達時期ＴＣｐにおける蓄電池２の容量維持率が許容容量維持率Ｃｐ以下になると予測された場合について説明する。

この場合、曲線Ｌ２に対応する劣化抑制制御段階が図４に示す劣化抑制制御段階Ｌｖ１（点Ｐ１）であるとすると、充放電制御部３ａは、劣化抑制制御段階を需給調整による経済性が低下する劣化抑制制御段階Ｌｖ２（点Ｐ２）に調整することにより、許容到達時期ＴＣｐにおける蓄電池２の容量維持率が許容容量維持率Ｃｐになる曲線Ｌ３に沿って蓄電池２の容量維持率が変化するように蓄電池２の充放電を制御する。

なお、図３中の曲線Ｌ１は、需給調整による経済性を最優先させた場合の電池容量維持率の時間変化を示す。また、図４中の曲線Ｌ４は、需給調整による経済性と劣化抑制制御段階との関係を示す曲線であり、予め制御装置３内に記憶されている。また、図３に示す電池容量維持率の変化曲線及び現在値に関する情報を需要家に提示することにより、需要家が蓄電池２の劣化状況をリアルタイムで把握できるようにしてもよい。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、電池制御処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、充放電制御部３ａは、意向情報ＤＢ３ｂ内に格納されている需要家の意向情報に基づいて、次回の蓄電池２の劣化状態の診断時期及び予測時期をセットする。このような処理によれば、劣化抑制制御段階の調整を複数回設けることができる。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、一連の電池制御処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である電池制御処理では、充放電制御部３ａが、許容到達時期ＴＣｐにおける蓄電池２の容量維持率の予測値が許容容量維持率Ｃｐ以下である場合、蓄電池２の充放電制御の内容を変更する。このような構成によれば、蓄電池２の劣化状態を踏まえて蓄電池２の充放電を制御するので、蓄電池２を所有する需要家は予測しなかった資産価値の低下を回避でき、蓄電池２を所有する需要家の経済性を向上させることができる。また、各需要家は、資産減価を把握した上で蓄電池２を運用することができる。

また、本発明の一実施形態である電池制御処理では、充放電制御部３ａが、蓄電池２の使用時間が長くなるにつれ、蓄電池２の劣化を抑制する制御に漸次移行する。このような構成によれば、蓄電池２の使用後期には蓄電池２の資産価値の低下が抑制されるので、蓄電池２を所有する需要家の経済性をさらに向上させることができる。

また、本発明の一実施形態である電池制御処理では、蓄電池２は、電力の需給調整のために電力網４に接続されている。このような構成によれば、蓄電池２の使用初期には需給調整による経済性が優先され、蓄電池２の使用後期には蓄電池２の資産価値の低下が抑制されるので、蓄電池２を所有する需要家の経済性をさらに向上させることができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１電池制御システム
２蓄電池
３制御装置
３ａ充放電制御部
３ｂ意向情報データベース（意向情報ＤＢ）
４電力網
５発電設備

Claims

電力網に接続して電力を充放電する蓄電池と、前記蓄電池の充放電を制御する制御装置と、を備える電池制御システムであって、
前記制御装置は、使用を開始してから所定時間が経過した時点における前記蓄電池の劣化状態が所定条件を満足した場合、前記蓄電池の充放電制御の内容を変更することを特徴とする電池制御システム。
前記制御装置は、前記蓄電池の使用時間が長くなるにつれ、前記蓄電池の劣化を抑制する制御に漸次移行することを特徴とする請求項１に記載の電池制御システム。
前記蓄電池は、電力の需給調整のために前記電力網に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池制御システム。