JP6238107B2 - 蓄電池の管理システム - Google Patents
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Description
この蓄電池の管理システムにおいては、前記充放電ルールは、前記蓄電池毎に許容されている電流値である許容電流値に基づくルールであることが好ましい。
この蓄電池の管理システムにおいては、前記蓄電池は、一定の電圧で充電される定電圧充電による充電が行われるものであり、前記分配器は、前記定電圧充電が行われる蓄電池のコンバータに対する指令値として一定の電流値を示す入力電流指令値を生成し、該生成した入力電流指令値と前記総電流指令値との差分を、前記定電圧充電とは他の充電方式が行われる蓄電池のコンバータに対する指令値として分配することが好ましい。
この蓄電池の管理システムにおいては、前記分配器は、前記蓄電池の温度毎の許容電流が規定された温度−許容電流テーブルを保有し、該温度−許容電流テーブルの示す許容電流の比で前記総電流指令値を分配することが好ましい。
以下、本発明にかかる蓄電池の管理システム及び蓄電池の管理方法を具体化した第1の実施の形態について図1〜図17を参照して説明する。
(第1の実施例)
以下、図2及び図3を参照して本実施の形態の適用例である第1の実施例を説明する。
よって、蓄電池システム1を構成する蓄電池が2台のときには、総電流指令値を「If」とすると、2つに分配される入力電流指令値「If1」、「If2」は、以下の式によって示される。
If1=If・1/2、If2=If・1/2
また、蓄電池システム1を構成する蓄電池が3台のときには、総電流指令値を「If」とすると、3つに分配される入力電流指令値「If1」、「If2」、「If3」は、以下の式によって示される。
If1=If・1/3、If2=If・1/3、If3=If・1/3
ここで、本実施例では、蓄電池10、20の停止もしくは異常が検出されたときには、蓄電池の初期の全台数が設定されている台数設定値「n」が更新される。なお、蓄電池10、20が停止している状態とは、例えば、充電もしくは放電が行われなくなった状態をいう。また、蓄電池10、20が異常となっている状態とは、例えば、蓄電池10、20の出力や温度が規定値を超えた状態をいう。また、蓄電池10、20の停止及び異常は、例えば上記電流センサ14、24により検出された電流の値が、継続して所定の電流値の範囲外となることに基づき検知される。
図2に示すように、例えば第1の蓄電池10が停止状態となっていることが検知されると(ステップS10)、蓄電池の初期の全台数とされている台数設定値「n」から、第1の蓄電池10の台数分が減算される。そして、第1の蓄電池10分が減算された台数が、総電流指令値の分配に用いられる蓄電池の台数として更新される(ステップS11)。
(1)総電流指令値が、蓄電池10、20の台数に応じて均等に分配された。このため、各蓄電池10、20の比較器15、25には、均等な入力電流指令値が入力される。よって、各蓄電池10、20の入力電流が均等に維持される。これにより、蓄電池10、20が均等に消費され、一方が極端に劣化することが抑制される。
以下、図4〜図7を参照して本実施の形態の適用例である第2の実施例を説明する。
本実施例では、上記充放電ルールとして、蓄電池10、20のSOC(State of Charge)に応じて総電流指令値が分配されるルールが規定されている。なお、SOCは、例えば、電流センサ14、24によって検出された放電電流や充電電流の積分値に基づき算出される。また、SOCの算出は、例えば、分配器2が電流センサ14、24の検出結果を取得して行う。
蓄電池10、20のSOCが不均等であると判定されると(ステップS32:YES)、SOCの低い蓄電池の充電電流が相対的に大きく、SOCの高い蓄電池の充電電流が相対的に小さくなるように総電流指令値が比例配分される(ステップS33)。これにより、第1の蓄電池10のSOCが第2の蓄電池20のSOCよりも低いときには、第1の蓄電池10側の入力電流指令値が第2の蓄電池20側の入力電流指令値よりも高くなるように比例配分される。
図5に示すように、例えば3つの蓄電池10、20、30のSOCがそれぞれ約50%で均衡していたとする。すると、分配器2は、制御器3から入力された総電流指令値を、均等に三分割した入力電流指令値を生成する。そして、分配器2は、均等な三つの入力電流指令値を、それぞれ蓄電池10、20、30に出力する。これにより、各蓄電池10、20、30の入力電流が均等となるように調節される。
(1)総電流指令値が、蓄電池10、20のSOCに応じて分配された。このため、蓄電池10、20のSOCに応じた充放電が行われる。
以下、図8を参照して本実施の形態の適用例である第3の実施例を説明する。
本実施例では、上記充放電ルールとして、蓄電池10、20のSOCが上限値もしくは下限値に達したか否かに応じて総電流指令値が分配されるルールが規定されている。なお、SOCが上限値もしくは下限値に達したか否かは、例えば、電流センサ14、24によって検出された電流の積分値と、蓄電池10、20の仕様とに基づき決定される。
そして、例えば、第2の蓄電池10のSOCが下限値に達しているときには(ステップS43:YES)、この第2の蓄電池10の放電電流のリミット値であるリミット電流が「0」に設定される(ステップS44)。これにより、分配器2は、放電時において第2の蓄電池20側に分配する入力電流指令値の値を「0」とする。この結果、第2の蓄電池10の放電電流が「0」となり、SOCが下限値に達した第2の蓄電池20の過放電が抑制される。なお、各蓄電池10、20の各SOCのいずれもが下限値に達していないときには(ステップS43:NO)、ステップS44の処理が割愛される。
本実施例では、以下の効果を得ることができる。
(1)SOCが上限値に達したとき、SOCが上限値に達した側の充電電流のリミットが「0」に設定された。このため、蓄電池10、20のSOCが上限値に達したときには、充電がさらに行われることが抑制される。よって、蓄電池10、20の過充電が抑制される。
以下、図9を参照して本実施の形態の適用例である第4の実施例を説明する。
本実施例では、上記充放電ルールとして、蓄電池10、20の出力電圧である蓄電池電圧に応じて総電流指令値が分配されるルールが規定されている。なお、蓄電池10、20の蓄電池電圧は、例えば、蓄電池10、20の電圧を検出する電圧センサにより検出される。
蓄電池10、20の蓄電池電圧が不均等であると判定されると(ステップS52:YES)、蓄電池電圧の低い蓄電池の充電電流が相対的に大きく、蓄電池電圧の高い蓄電池の充電電流が相対的に小さくなるように総電流指令値が比例配分される(ステップS53)。これにより、第1の蓄電池10の蓄電池電圧が第2の蓄電池20の蓄電池電圧よりも低いときには、第1の蓄電池10側の入力電流指令値が第2の蓄電池20側の入力電流指令値よりも高くなるように比例配分される。こうして、総電流指令値が蓄電池電圧の逆比で分割される。
(1)総電流指令値が、蓄電池10、20の蓄電池電圧に応じて分配された。このため、蓄電池10、20の蓄電池電圧に応じた充放電が行われる。
以下、図10を参照して本実施の形態の適用例である第5の実施例を説明する。
本実施例では、上記充放電ルールとして、蓄電池10、20の電圧が定電圧制御の可能なレベルに達したか否かに基づき総電流指令値が設定されるルールが規定されている。なお、本実施例において定電圧制御とは、蓄電池10、20の電圧が一定以上に高まったことを条件に、一定電圧で充電が行われる充電方式であり、充電終期に行われる制御方式である。蓄電池10、20に対する定電圧充電の可否は、予め規定された電圧に蓄電池10、20の電圧が達したか否かに基づき判定される。また、本実施例において定電流制御とは、一定の電流で充電が行われる充電方式であり、充電初期に行われる制御方式である。
本実施例では、以下の効果を得ることができる。
以下、図11を参照して本実施の形態の適用例である第6の実施例を説明する。
本実施例では、上記充放電ルールとして、蓄電池10、20の総充放電電力量に応じて総電流指令値が分配されるルールが規定されている。なお、蓄電池10、20の総充放電電力量は、該蓄電池10、20の初回の充放電が開始されてからの充放電電力量の合計値である。総充放電電力量は、例えば、電流センサ14、24によって検出された放電電流や充電電流の積分値に基づき算出される。また、総充放電電力量の算出は、例えば、分配器2が電流センサ14、24の検出結果を取得して行う。
蓄電池10、20の総充放電電力量が不均等であると判定されると(ステップS72:YES)、総充放電電力量の少ない蓄電池の充電電流が相対的に大きく、総充放電電力量の多い蓄電池の充電電流が相対的に小さくなるように総電流指令値が比例配分される(ステップS73)。これにより、第1の蓄電池10の総充放電電力量が第2の蓄電池20の総充放電電力量よりも少ないときには、第1の蓄電池10側の入力電流指令値が第2の蓄電池20側の入力電流指令値よりも高くなるように比例配分される。こうして、総電流指令値が総充放電電力量の逆比で二分割される。
(1)総電流指令値が、蓄電池10、20の総充放電電力量に応じて分配された。このため、蓄電池10、20の総充放電電力量に応じた充放電が行われる。
以下、図12を参照して本実施の形態の適用例である第7の実施例を説明する。なお、図12に記載のフローチャートは、先の図11に記載のフローチャートに対応するものである。よって、図12において、図11と共通する処理については、共通のステップ番号が付与されている。
図12にステップS72として示すように、充電時に総充放電電力量が不均等であると判定されたとする。すると、本実施例では、総充放電電力量の少ない蓄電池の充電電流が相対的に小さく、総充放電電力量の多い蓄電池の充電電流が相対的に大きくなるように総電流指令値が比例配分される(ステップS73A)。
(1)総電流指令値が、蓄電池10、20の総充放電電力量に応じて分配された。このため、蓄電池10、20の総充放電電力量に応じた充放電が行われる。
以下、図13を参照して本実施の形態の適用例である第8の実施例を説明する。
本実施例では、上記充放電ルールとして、蓄電池10、20の種別に応じて総電流指令値が分配されるルールが規定されている。
(1)総電流指令値が、許容電流値データに応じて分配された。このため、仕様上、蓄電池10、20に流すことの可能な範囲で、充電電流及び放電電流の制御が行われる。
以下、図15を参照して本実施の形態の適用例である第9の実施例を説明する。
本実施例では、上記充放電ルールとして、定電圧制御すべき蓄電池10、20に応じて総電流指令値が分配されるルールが規定されている。
(1)定電圧制御用の制御電流値と総電流指令値との差分が、分配の対象とされた。このため、定電圧制御用の制御電流値が蓄電池システム1全体としての蓄電池10、20の入力電流に加味される。よって、定電圧制御及び定電流制御の対象とされた蓄電池10、20の入力電流と総電流指令値との均衡が図られる。これにより、蓄電池システム1の出力が、総電流指令値が示す出力値と等しくなることが促される。
以下、図16及び図17を参照して本実施の形態の適用例である第10の実施例を説明する。
図16に蓄電池10、20の温度特性を示すように、蓄電池10、20に充放電が許容される電流の値である許容電流値は、蓄電池10、20の温度に相関するものとなっている。なお、ここでの例では、許容電流値は、所定の温度までは温度に比例して増加し、所定の温度を超えると温度に比例して低下する特性を有する。なお、蓄電池10、20の温度は、例えば、蓄電池10、20に取り付けられた温度センサによって検出される。また、本実施例の分配器2は、この温度特性を示す温度−許容電流テーブルを保有している。
(1)総電流指令値が、蓄電池10、20の温度特性から求まる許容電流値に応じて分配された。これにより、総電流指令値の分配が温度特性に応じて行われる。
次に、図18及び図19を参照して、本発明にかかる蓄電池の管理システム及び蓄電池の管理方法の第2の実施の形態を第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。なお、本実施の形態にかかる蓄電池の管理システム及び蓄電池の管理方法も、その基本的な構成は第1の実施の形態と同等であり、図18及び図19においても第1の実施の形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。
図19に示すように、例えば蓄電池システム1と系統電源とが連系しており、逆潮流の制御要求を制御器3Aが行っているか否かが判定される(ステップS110)。
(1)制御器3Aが、異なる制御機能を有する第1の制御機能部31、第2の制御機能部32、第2の制御機能部32、及び出力電圧制御部34を備えた。そして、各機能の出力が、第1の切替器S1〜第4の切替器S4によって切り替えられた。このため、蓄電池システム1に要求される機能に応じて、異なる総電流指令値が生成される。これにより、蓄電池10、20の利用形態の多様化が図られる。
次に、図20を参照して、本発明にかかる蓄電池の管理システム及び蓄電池の管理方法の第3の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。なお、本実施の形態にかかる蓄電池の管理システム及び蓄電池の管理方法も、その基本的な構成は第1の実施の形態と同等であり、図20においても第1の実施の形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。
図20に示す太陽電池システム200では、太陽電池40、50、60が発電すると、この発電された直流電力の電圧がPV用コンバータ42、52、62によって規定の電圧に変圧される。変圧された太陽電池40、50、60の出力電力は、バス7及びバス8を介してインバータ5に供給される。
(1)蓄電池システム100と太陽電池システム200とが連系して、負荷6に電力を供給した。このため、例えば、天候の悪化により太陽電池システム200の出力が低下すると、この出力を補う電力が蓄電池システム100から負荷6に出力される。よって、出力の変動しやすい太陽電池システム200の電力が、蓄電池システム100によって補填される。
次に、図21を参照して、本発明にかかる蓄電池の管理システム及び蓄電池の管理方法の第4の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。なお、本実施の形態にかかる蓄電池の管理システム及び蓄電池の管理方法も、その基本的な構成は第1の実施の形態と同等であり、図21においても第1の実施の形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。
異常報知部2bは、例えば蓄電池10、20の仕様に基づき規定されている許容充放電電流値と総電流指令値とに基づき、異常の発生の有無を監視する。許容充放電電流値とは、例えば、蓄電池10、20に規格として規定されている充電電流の最大値及び放電電流の最大値を示す値である。
(1)分配器2Aが、異常の報知を行う異常報知部2bを備えた。異常報知部2bは、総電流指令値が充放電電流値以上となるとき、異常の報知を行った。このため、総電流指令値が充放電電流値以上となると、蓄電池システム1で異常が発生した旨の報知が行われる。これにより、総電流指令値が充放電電流値の範囲内で設定されることが促される。
なお、上記各実施の形態は、以下のような形態をもって実施することもできる。
・上記第2の実施の形態では、図19に示されたように、逆潮流の制御要求、出力電圧制御要求、定電流充電の制御要求、及び急速充電の制御要求の順に、各制御機能の要求が判定された。これに限らず、各制御機能の要求の判定順序は任意であり、例えば蓄電池システム1の利用状況に応じた優先度に基づき各制御機能の要求の判定順序が規定されてもよい。
・上記第8の実施例では、総電流指令値が、許容電流値データに応じて分配された。これに限らず、例えば、蓄電池10、20の許容電流値の合計値が総電流指令値として設定されてもよい。そして、蓄電池10、20の許容電流値を上限値として総電流指令値が分配されてもよい。これによれば、蓄電池10、20に充電電流もしくは放電電流が、許容電流値に設定される。よって、許容電流値の範囲で最大の充電電流もしくは放電電流が設定され、充電電力量や放電電力量の最大化が図られる。
Claims (20)
- 蓄電池と該蓄電池の充電電流もしくは放電電流の少なくとも一方の電流を該蓄電池の入力電流として制御するコンバータとを備えて構成される蓄電池の管理システムにおいて、
前記蓄電池に対する前記入力電流の制御用の総指令値である総電流指令値を算出する単一の制御器と、
前記単一の制御器により算出される総電流指令値を、該総電流指令値の分配用のルールである充放電ルールに則って前記コンバータに分配し、該分配した電流指令値を前記コンバータに対する制御指令値である入力電流指令値として出力する分配器と、を備え、
前記蓄電池は、一定の電圧で充電される定電圧充電による充電が行われるものであり、
前記分配器は、前記定電圧充電が行われる蓄電池のコンバータに対する指令値として一定の電流値を示す入力電流指令値を生成し、該生成した入力電流指令値と前記総電流指令値との差分を、前記定電圧充電とは他の充電方式が行われる蓄電池のコンバータに対する指令値として分配する
ことを特徴とする蓄電池の管理システム。 - 蓄電池と該蓄電池の充電電流もしくは放電電流の少なくとも一方の電流を該蓄電池の入力電流として制御するコンバータとを備えて構成される蓄電池の管理システムにおいて、
前記蓄電池に対する前記入力電流の制御用の総指令値である総電流指令値を算出する単一の制御器と、
前記単一の制御器により算出される総電流指令値を、該総電流指令値の分配用のルールである充放電ルールに則って前記コンバータに分配し、該分配した電流指令値を前記コンバータに対する制御指令値である入力電流指令値として出力する分配器と、を備え、
前記コンバータは双方向の電圧変換機能を有する双方向コンバータからなって蓄電池に接続されてなり、前記蓄電池及び前記コンバータは、これら蓄電池と双方向コンバータとの回路がさらに並列に接続された複数台の蓄電池及び双方向コンバータによって構成されてなり、
前記充放電ルールは、前記蓄電池の電圧に基づくルールであり、
前記蓄電池は、充電方式として、該蓄電池の電圧が所定の電圧に達するまで一定の電流で充電が行われる定電流充電と、該蓄電池の電圧が所定の電圧に達した後に一定の電圧で充電が行われる定電圧充電とが適用されるものであり、
前記分配器は、前記総電流指令値を前記蓄電池の電圧に応じて分配することによって前記コンバータの電流配分を示す入力電流指令値を生成し、前記蓄電池の電圧が前記所定の電圧に達した蓄電池のコンバータに対する入力電流の指令値として前記定電圧充電用の指令値を生成し、該所定の電圧に達した蓄電池を除く他の蓄電池のコンバータに対して前記総電流指令値を分配する
ことを特徴とする蓄電池の管理システム。 - 前記コンバータは双方向の電圧変換機能を有する双方向コンバータからなって蓄電池に接続されてなり、前記蓄電池及び前記コンバータは、これら蓄電池と双方向コンバータとの回路がさらに並列に接続された複数台の蓄電池及び双方向コンバータによって構成されてなる
請求項1に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記単一の制御器は、前記総電流指令値として種類の異なる複数種の総電流指令値を生成する複数の制御機能を有するものであって、該複数の制御機能を切り替える切替器を備え、
前記切替器は、前記蓄電池に要求される種類の異なる機能に応じて前記複数の制御機能の切り替えを行う
請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記単一の制御器は、前記蓄電池の出力電圧を一定に制御する出力電圧制御機能、前記蓄電池と系統電源との連系運転時における逆潮流を抑制する逆潮流抑制機能、前記蓄電池を一定の電流で充電する定電流充電制御機能、及び前記蓄電池の急速充電を制御する急速充電機能のうち、少なくとも2つの機能を前記複数の制御機能として有するものであり、
前記分配器は、前記複数の制御機能を通じて生成される信号を前記総電流指令値として入力してこれを前記コンバータに対する入力電流指令値として分配する
請求項4に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記充放電ルールは、前記蓄電池の台数に基づくルールであり、
前記分配器は、前記総電流指令値を前記蓄電池の台数で除算することによって前記分配する電流指令値を決定する
請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記分配器は、前記蓄電池の初期の台数を当該分配器による台数設定値とするとき、前記蓄電池のうちの停止状態にあると判定された蓄電池の台数を除外することにより前記台数設定値を更新する
請求項6に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記分配器は、前記蓄電池の初期の台数を当該分配器による台数設定値とするとき、前記蓄電池のうちの異常状態にあると判定された蓄電池の台数を除外することにより前記台数設定値を更新する
請求項6または7に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記充放電ルールは、前記蓄電池の充電率に基づくルールであり、
前記分配器は、前記蓄電池の充電率に応じて前記総電流指令値の分配率を決定する
請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記分配器は、前記蓄電池の入力電流が充電方向である場合は前記蓄電池の充電率の逆比で前記総電流指令値を分配し、前記蓄電池の入力電流が放電方向である場合は前記蓄電池の充電率の比で前記総電流指令値を分配する
請求項2または3を直接的もしくは間接的に引用する請求項9に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記分配器は、前記総電流指令値の分配として、前記蓄電池の充電率が上限値に達した蓄電池用に充電側のリミット電流を零に設定するための入力電流指令値を生成し、前記蓄電池の充電率が下限値である蓄電池用に放電側のリミット電流を零に設定するための入力電流指令値を生成する
請求項9または10に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記分配器は、前記蓄電池の入力電流が充電方向である場合は電池電圧の逆比で前記総電流指令値を分配し、前記蓄電池の入力電流が放電方向である場合は電池電圧の比で前記総電流指令値を分配する
請求項2に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記充放電ルールは、前記蓄電池に充電もしくは放電された電力量の合計値である総充放電電力量に基づくルールであり、
前記分配器は、前記総電流指令値を前記総充放電電力量に応じて分配することによって、前記コンバータの電流配分を示す入力電流指令値を生成する
請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記分配器は、前記総充放電電力量の比もしくは逆比で前記総電流指令値を分配する
請求項2または3を直接的もしくは間接的に引用する請求項13に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記充放電ルールは、前記蓄電池毎に許容されている電流値である許容電流値に基づくルールである
請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記分配器は、前記蓄電池の許容電流値の比もしくは逆比で前記総電流指令値を分配する
請求項2または3を直接的もしくは間接的に引用する請求項15に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記充放電ルールは、前記蓄電池の温度特性に基づくルールである
請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄電池の管理システム。 - 前記分配器は、前記蓄電池の温度毎の許容電流が規定された温度−許容電流テーブルを保有し、該温度−許容電流テーブルの示す許容電流の比で前記総電流指令値を分配する
請求項2または3を直接的もしくは間接的に引用する請求項17に記載の蓄電池の管理システム。 - 請求項1〜18のいずれか一項に記載の蓄電池の管理システムにおいて、
前記蓄電池に規定された入力電流の許容値を前記総電流指令値が超えた場合に異常を報知する異常報知部をさらに備える
ことを特徴とする蓄電池の管理システム。 - 請求項1〜19のいずれか一項に記載の蓄電池の管理システムにおいて、
太陽電池及び該太陽電池によって発電される電力の変換を行うコンバータを備えた太陽電池システムをさらに備え、
前記蓄電池は、前記太陽電池の余剰電力の蓄電と、当該蓄電池に蓄電されている電力の前記太陽電池の発電電力量の不足時における放電と、の少なくとも1つを行う
ことを特徴とする蓄電池の管理システム。
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