JP6400484B2 - 蓄電システム、蓄電制御方法、および蓄電制御プログラム - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態の蓄電システム1の構成例を示す図である。図中、実線は電力線を、破線は通信線を、それぞれ示している。蓄電システム1は、例えば、太陽光や風力、地熱等の自然エネルギーを利用した発電装置Gに接続される。発電装置Gおよび蓄電システム1が供給する電力は、変圧器Tを介して、商用電源および負荷を含む電力系統Eに提供される。発電装置Gからの供給電力は変動するため、蓄電システム1は、発電装置Gからの供給電力の変動を抑制するための電力を、電力系統Eに供給する。
電力計300は、発電装置Gから供給される電力を測定し、制御コントローラ200に出力する。制御コントローラ200は、電力計300から入力された電力の値に基づいて、蓄電システム1の充放電電力Pを決定する。充放電電力Pとは、蓄電システム1が充電または放電する電力である。
図2は、充放電ユニット100の構成例を示す図である。図中、実線は電力線を、破線は通信線を、それぞれ示している。
充放電ユニット100は、蓄電池ユニット10と、電池端子盤30と、PCS40とを備える。
蓄電池ユニット10は、例えば、蓄電池装置(電池盤)11(1)〜11(n)を備える。各蓄電池装置11(1)〜11(n)は、同じ構成を有し、例えばn=16である。図2では一つの蓄電池装置11(1)についてのみ内部を表示している。以下、一つの蓄電池装置11(1)の構成を中心に説明する。蓄電池装置11(1)は、並列接続されたm個の組電池ユニット12(1)〜12(m)を備える。各組電池ユニット12(1)〜12(m)は、同じ構成を有し、例えばm=22である。以下、一つの組電池ユニット12(1)の構成を中心に説明する。
BMU17は、各電池モジュール13(1)〜13(k)のCMU14(1)〜14(k)から出力された情報に基づき、組電池ユニット12(1)の温度を算出し、算出結果を、計測コンピュータ20に出力する。実施形態において、BMU17は、温度測定部131(1)〜131(k)により測定された各電池セルの温度、または、各電池モジュール内の温度の平均値を、組電池ユニット12(1)の温度として、算出する。
BMU17は、CMU14(1)〜14(k)から入力される各電池の端子間電圧、電流センサ16から入力される検出値等に基づき、組電池ユニット12(1)のSOC(State Of Charge;充電率)を算出する。これに限られず、BMU17は、組電池ユニット12(1)のSOCを測定してもよい。なお、SOCの取得方法としては、特許文献1に記載の手法、特許文献2に記載の手法、特許文献3に記載の手法などの一般的な手法が利用可能である。
計測コンピュータ20は、BMU17において取得されたSOCに基づき、蓄電池装置11(1)のSOCを算出する。実施形態において、計測コンピュータ20は、BMU17において取得された組電池ユニット12(1)〜12(m)のSOCの平均値を、蓄電池装置11(1)のSOCとして算出する。
計測コンピュータ20は、BMU17から入力される情報に基づき、蓄電池装置11(1)の蓄電池温度TBat(1)を算出し、制御コンピュータ32に出力する。実施形態において、計測コンピュータ20は、各組電池ユニット12(1)〜12(m)の温度の平均値を、蓄電池装置11(1)の蓄電池温度TBat(1)として算出する。
直流電源装置21は、PCS40から制御コンピュータ32に供給される電力を用いて、BMU17および各CMU14(1)〜14(k)に電力を供給する。
PCS40は、PCS温度Tpcsを測定する温度測定部41(「第1温度測定部」の一例)を備える。温度測定部41は、例えば、DC電圧をスイッチングするスイッチング素子の付近に設けられる。温度測定部41は、測定したPCS温度Tpcsを示す情報を制御コントローラ200に出力する。
以下、制御コントローラ200の構成および機能について説明する。
図3は、制御コントローラ200の構成例を示すブロック図である。制御コントローラ200は、プロセッサ201と、入力部202と、表示部203と、記憶部204と、通信インターフェース205とを備える。
プロセッサ201としては、CPU、LSI(Large Scale Integration)、または、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等が利用可能である。
入力部202は、操作者からの操作指示を受け付け、受け付けた操作指示を示す操作信号をプロセッサ201に出力する。入力部202としては、キーボード、マウス、タッチパネル等が利用可能である。
表示部203は、プロセッサ201により制御され、操作ボタン等を含む表示画面を表示する。表示部203としては、液晶パネル、有機EL(Electro Luminescence)等が利用可能である。
記憶部204は、制御コントローラ200が動作するためのさまざまな情報を記憶する。記憶部204は、例えば、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ等を含む。
通信インターフェース205は、PCS40と双方向に通信する。
充放電指令部206は、充放電指数が高い順に充放電電力Pを配分し、配分した充放電ユニット100に対して、充放電指令を出力する。つまり、充放電指令部206は、充放電順序の番号が最も小さい充放電ユニット100から昇順に、充放電電力Pの配分先を決定する。配分先である充放電ユニット100の個数が、全充放電ユニット100の個数jよりも少ない場合、充放電電力Pは全ての充放電ユニット100に配分されず、充放電指令部206は、充放電ユニット100(1)〜100(j)のうちの一部に対して充放電電力を配分する。
高効率モードとは、PCS40の充放電効率と蓄電池ユニット10の性能(電力変換効率等)の両方を高くし、充放電ユニット100全体の総合効率を高くするためのモードである。高効率モードが設定されている場合、充放電指令部206は、以下の式(1)に従って、充放電指数U1を算出する。つまり、充放電指令部206は、測定されたPCS温度Tpcsと蓄電池温度TBatとに基づき、充放電指数U1を算出する。
充放電指数U1=α・TBat×β・(Tpcs_max−Tpcs)…式(1)
なお、Tpcs_maxはPCS40の過温度保護値であり、αは蓄電池ユニット10の効率係数であり、βはPCS40の効率係数である。αおよびβは、0〜1の値である。過温度保護値とは、PCSの性能を確保するための温度の最高値である。
ただし、PCS温度Tpcsが環境温度(例えば、マイナス20〜プラス30度)よりも低い場合、PCS40の電力変換効率が悪くなる場合がある。また、蓄電池温度TBatが極め高温である場合、蓄電池ユニット10の充電効率が悪くなる場合がある。充放電指令部206は、PCS温度Tpcsが予め決められた下限値以上である場合において、充放電指数U1を算出し、充放電指数U1に基づき充放電順序を決定することが好ましい。また、充放電指令部206は、蓄電池温度TBatが予め決められた上限値以下である場合において、充放電指数U1を算出し、充放電指数U1に基づき充放電順序を決定することが好ましい。
劣化抑制モードとは、PCS40の性能を高くするとともに、蓄電池ユニット10の劣化を抑制するためのモードである。劣化抑制モードが設定されている場合、充放電指令部206は、以下の式(2)に従って、充放電指数U2を算出する。つまり、充放電指令部206は、測定されたPCS温度Tpcsと蓄電池温度TBatとに基づき、充放電指数U2を算出する。
充放電指数U2=α・(TBat_max−TBat)×β・(Tpcs_max−Tpcs)…式(2)
なお、TBat_maxは、蓄電池ユニット10が充放電可能な蓄電池温度の最大値である。
ただし、蓄電池温度TBatが環境温度(例えば、マイナス20〜プラス30度)よりも低い場合、PCS40の劣化抑制の効果が小さい場合がある。充放電指令部206は、蓄電池温度TBatが予め決められた下限値以上である場合において、充放電指数U2を算出し、充放電指数U2に基づき充放電順序を決定することが好ましい。また、上述同様、充放電指令部206は、PCS温度Tpcsが予め決められた下限値以上である場合において、充放電指数U2を算出し、充放電指数U2に基づき充放電順序を決定することが好ましい。
劣化均等化モードとは、PCS40の性能を高くするとともに、蓄電池ユニット10の劣化度合いを均等化するためのモードである。劣化均等化モードが設定されている場合、充放電指令部206は、以下の式(3)に従って、充放電指数U3を算出する。つまり、充放電指令部206は、測定されたPCS温度Tpcsと、測定値に基づき算出された蓄電池ユニット10の劣化指数SOHBatと基づき、充放電指数U3を算出する。
充放電指数U3=α・(SOHEOL−SOHBat)×β・(Tpcs_max−Tpcs)…式(3)
なお、SOHEOLは蓄電池ユニット10の電池寿命到着時の劣化指数であり、蓄電池ユニット10に応じて予め決められている。蓄電池ユニット10の劣化指数SOHBatは、高いほど劣化が大きく、低いほど劣化が小さいことを示す。
SOHBat=α1・(QBOL−Q)×β1・(RBOL−R)…式(4)
なお、QBOLは蓄電池ユニット10の初期の電池容量であり、Qは測定または推定される蓄電池ユニット10の電池容量である。RBOLは、蓄電池ユニット10の内部抵抗の初期値であり、Rは、測定または推定される蓄電池ユニット10の内部抵抗である。α1は、蓄電池ユニット10の電池容量係数であり、β1は、蓄電池ユニット10の内部抵抗係数である。α1およびβ1は、0〜1の値である。
ただし、蓄電池温度TBatが環境温度(例えば、マイナス20〜プラス30度)よりも低い場合、PCS40の劣化抑制の効果が小さい場合がある。このため、充放電指令部206は、PCS温度Tpcsが予め決められた下限値以上である場合において、充放電指数U3を算出し、充放電指数U3に基づき充放電順序を決定することが好ましい。
SOC調整部207は、充放電ユニット100のSOCが30%を下回った場合、SOCが40%以上になるまで、SOCが30%を下回った充放電ユニット100を、優先的に充電対象に決定する。実施形態において、SOC調整部207は、SOCが30%を下回った充放電ユニット100に対して、優先的な充電対象であることを示す情報(以下、充電優先フラグという。)を割り当てる。SOC調整部207は、優先的な充電対象である充放電ユニット100に対して、充電優先フラグをONにし、優先的な充電対象でない充放電ユニット100に対して、充電優先フラグをOFFにする。
図4に示す通り、充放電ユニット情報テーブルは、充放電ユニット番号と、放電優先フラグと、放電優先度と、充電優先フラグと、充電優先度と、SOCと、充放電指数とを対応付けて格納するテーブルである。
充放電ユニット番号は、充放電ユニット100(1)〜100(j)を識別する情報である。充放電ユニット100(1)〜100(j)には、それぞれ、充放電ユニット番号「1」〜「j」が割り当てられている。放電優先フラグは、優先的な放電対象であるか否かを示す情報である。「○」はフラグがONであり優先的な放電対象であることを示し、「‐」はフラグがOFFであり優先的な放電対象でないことを示す。充電優先フラグは、優先的な充電対象であるか否かを示す情報である。「○」はフラグがONであり優先的な充電対象であることを示し、「‐」はフラグがOFFであり優先的な充電対象でないことを示す。SOCは、測定または推定される充放電ユニット100のSOCである。充放電指数は、充放電指令部206により算出される充放電指数である。
図5に示す通り、表示部203の表示画面には、設定モードの表示欄と、SOC調整モードの表示欄と、充放電ユニット情報の表示欄とが表示される。表示制御部208は、記憶部204内の充放電ユニット情報テーブル(図4参照)に格納されている情報に基づき、図5に示す表示画面を作成し、表示部203から表示させる。
SOC調整モードの表示欄には、SOC調整モードが有効であることを示す「ON」アイコンと、SOC調整モードが無効であることを示す「OFF」アイコンとが表示されている。図示の例では、「ON」アイコンに色が付してあり、SOC調整モードが有効であることが表されている。なお、各アイコンは、操作パネルであってもよく、入力部202は、ONが選択された場合、SOC調整モードを有効にし、OFFが選択された場合、SOC調整モードを無効にする。
充放電ユニット情報の表示欄には、各充放電ユニット100に関する情報が表示されている。図示の例では、各充放電ユニット100(1)〜100(j)について、SOC調整充放電、放電優先度、充電優先度、SOC、および、充放電指数が表示されている。SOC調整充放電の欄には、充放電ユニット100の優先的な放電対象であるか否か、または、優先的な充電対象であるか否かを示す情報が表示されている。図示の例では、充放電ユニット100(1)が優先的な放電対象であり、充放電ユニット100(3)が優先的な充電対象であることが表されている。
充放電指令部206は、充放電指数の更新タイミングに到達したか否かを判定する(ステップST1)。例えば、充放電電力Pが設定された場合、充放電指令部206は、充放電指数の更新タイミングに到達したと判定する。
例えば、充放電電力Pが500〜749kwの範囲内である場合、充放電指令部206は、配分先の個数を2に決定し、充放電指数U1(1)〜U1(j)のうち、値が1番目に高い充放電ユニットと値が2番目に高い充放電ユニットに対して、充放電電力P/2を配分する。
SOC調整部207は、SOC調整モードの更新タイミングに到達したか否かを判定する(ステップST21)。例えば、前回の更新の時から所定時間が経過した場合、SOC調整部207は、SOC調整モードの更新タイミングに到達したと判定する。
SOC調整モードの更新タイミングに到達したと判定した場合、SOC調整部207は、充放電ユニット100のSOCを取得する(ステップST22)。充放電ユニット100のSOCは、制御コントローラ200のプロセッサ201の機能部により算出されてもよく、充放電ユニット100の制御コンピュータ32等により算出されてもよい。SOC調整部207は、例えば、充放電ユニット100(1)のSOC1を取得する。
充放電指令部206は、充放電指数の更新タイミングに到達したか否かを判定する(ステップST31)。例えば、充放電電力Pが設定された場合、充放電指令部206は、充放電指数の更新タイミングに到達したと判定する。
充放電指数の更新タイミングに到達したと判定した場合、充放電指令部206は、各充放電ユニット100(1)〜100(j)について、設定モードに応じた充放電指数を算出する(ステップST32)。
ステップST33において放電すると判定した場合、充放電指令部206は、充電優先フラグが有効である充放電ユニット100を放電対象から除外する(ステップST34)。
次いで、充放電指令部206は、放電優先フラグが有効である充放電ユニット100を優先して、充放電指数が高い順に充放電電力Pを配分する(ステップST35)。
配分先が足りないと判定した場合、充放電指令部206は、充電優先フラグが有効である充放電ユニット100の中から、充放電指数が高い順に、放電対象を決定し、充放電電力Pを配分する(ステップST37)。
次いで、充放電指令部206は、充電優先フラグが有効である充放電ユニット100を優先して、充放電指数が高い順に充放電電力Pを配分する(ステップST39)。
配分先が足りないと判定した場合、充放電指令部206は、放電優先フラグが有効である充放電ユニット100の中から、充放電指数が高い順に、充電対象を決定し、充放電電力Pを配分する(ステップST41)。
例えば、充放電ユニット100の経年劣化に応じて、モードの切り替えタイミングが予め決められていてもよい。この場合、充放電指令部206は、使用開始からの経過時間が切り換えタイミングに到達したことを判定した場合、設定モードを、例えば、高効率モードから劣化抑制モードに切り替えるものであってもよい。
また、充放電指令部206は、劣化指数SOHBatに基づき、モードを切り替えてもよい。例えば、充放電指令部206は、劣化指数SOHBatが予め決められた閾値を超えた場合に、劣化抑制モードに切り替えてもよい。全ての充放電ユニット100(1)〜100(j)のうち、充放電ユニット100(蓄電池ユニット10)の劣化指数SOHBatの最大値と最小値の差が予め決められた閾値を超えた場合、充放電指令部206は、劣化均等化モードに切り替えてもよい。
Claims (13)
- 複数の蓄電池と、
前記複数の蓄電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する蓄電池を充放電させる複数の充放電制御装置と、
前記複数の充放電制御装置のそれぞれに対応して設けられ、対応する充放電制御装置の温度である充放電制御装置温度を測定する複数の第1温度測定部と、
前記複数の第1温度測定部により計測された充放電制御装置温度に基づき、充放電される前記蓄電池の順序を決定し、前記決定した順序に従って前記充放電制御装置に対する充放電指令信号を出力する統括制御部と、
を備える蓄電システム。 - 前記統括制御部は、
前記複数の蓄電池のうち充放電電力を配分する蓄電池の個数を決定し、決定した個数の前記蓄電池を前記決定した順序に従って選択し、選択した前記蓄電池に対応する前記充放電制御装置に対して、配分された充放電電力の充放電を指示する前記充放電指令信号を出力する、
請求項1に記載の蓄電システム。 - 前記蓄電池の温度である蓄電池温度を測定する第2温度測定部をさらに備え、
前記統括制御部は、
前記充放電制御装置温度と前記蓄電池温度とに基づき前記順序を決定する、
請求項1または2に記載の蓄電システム。 - 前記統括制御部は、
第1のモードが設定されている場合、前記充放電制御装置温度および前記蓄電池温度に基づき、前記蓄電池および前記充放電制御装置の総合効率を比較するための第1の指数を算出し、算出した前記第1の指数に基づき、充放電電力を配分する請求項3に記載の蓄電システム。 - 前記第1の指数は、他の前記蓄電池および他の前記充放電制御装置に比べて、前記充放電制御装置温度が低く、且つ、前記蓄電池温度が高いほど大きくなる指数である、
請求項4に記載の蓄電システム。 - 前記統括制御部は、
第2のモードが設定されている場合、前記充放電制御装置温度および前記蓄電池温度に基づき、前記充放電制御装置の性能および前記蓄電池の劣化抑制度合いを比較するための第2の指数を算出し、算出した前記第2の指数に基づき、充放電電力を配分する、
請求項3から5のうちいずれか1項に記載の蓄電システム。 - 前記第2の指数は、他の前記蓄電池および他の前記充放電制御装置に比べて、前記充放電制御装置温度が低く、且つ、前記蓄電池温度が低いほど大きくなる指数である、
請求項6に記載の蓄電システム。 - 前記統括制御部は、
第3のモードが設定されている場合、前記蓄電池の劣化の程度を示す劣化指数を算出し、前記充放電制御装置温度および前記劣化指数に基づき、前記充放電制御装置の性能および前記蓄電池の劣化度合いを比較するための第3の指数を算出し、算出した前記第3の指数に基づき、充放電電力を配分する、
請求項1から7のうちいずれか1項に記載の蓄電システム。 - 前記第3の指数は、他の前記蓄電池および他の前記充放電制御装置に比べて、前記充放電制御装置温度が低く、且つ、前記劣化指数が低いほど大きくなる指数である請求項8に記載の蓄電システム。
- 前記統括制御部は、設定されたモードに従って前記順序を決定すると共に、入力部からの操作指示に基づき、前記モードを切り替える、
請求項1から9のうちいずれか一項に記載の蓄電システム。 - 前記統括制御部は、前記蓄電池の充電率に基づき、前記蓄電池の充電率が予め決められた範囲内となるように、前記充電率が前記範囲外である前記蓄電池を優先的に充放電させる、
請求項1から10のうちいずれか一項に記載の蓄電システム。 - 複数の蓄電池と、前記複数の蓄電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する蓄電池を充放電させる複数の充放電制御装置と、前記複数の充放電制御装置のそれぞれに対応して設けられ、対応する充放電制御装置の温度である充放電制御装置温度を測定する複数の第1温度測定部と、を備える蓄電システムの制御コンピュータが、
前記複数の第1温度測定部により計測された充放電制御装置温度に基づき、充放電される前記蓄電池の順序を決定し、
前記決定した順序に従って前記充放電制御装置に対する充放電指令信号を出力する
蓄電制御方法。 - 複数の蓄電池と、前記複数の蓄電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する蓄電池を充放電させる複数の充放電制御装置と、前記複数の充放電制御装置のそれぞれに対応して設けられ、対応する充放電制御装置の温度である充放電制御装置温度を測定する複数の第1温度測定部と、を備える蓄電システムの制御コンピュータに、
前記複数の第1温度測定部により計測された充放電制御装置温度に基づき、充放電される前記蓄電池の順序を決定させ、
前記決定した順序に従って前記充放電制御装置に対する充放電指令信号を出力させる
蓄電制御プログラム。
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