JP6419809B2 - 蓄電システム及び特性パラメータの推定方法 - Google Patents
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Description
図1に、本発明の一実施形態の蓄電システムの構成を示す。
本蓄電システム10は、各電池に対して充放電電力の配分を行う電池コントローラ1と、各電池に接続されて該電池の放充電制御を行う複数(例えば30個)のPCS(Power Control System)2−1〜2−30と、該PCS2−1〜2−30と1:1に対応して設けられた充放電可能な複数(例えば30個)の電池盤(電池、または電池群とも記す)3−1〜3−30と、を備えている。この蓄電システム10においては、多種多様な電池盤3−1〜3−30が、それぞれ対応したPCS2−1〜2−30のDC側に接続されるとともに、PCS2−1〜2−30のAC側が全て並列接続されて電力系統5に連系接続されている。
図3に、電池コントローラ1の詳細な構成を示す。
電池コントローラ1は、選択部11と、配分割合決定部12と、SOCデータ取得部13と、演算・判定部14と、実施可否判断部15とを備えている。
まず、特性パラメータ取得を行わない通常時の電池コントローラ1による処理内容について、図4を参照して説明する。
電池コントローラ1の配分割合決定部12(図3)は、処理周期(例えば1秒)毎にEMS4からシステム全体に対する充放電電力指令値Pems(t)を受取り、この充放電電力指令値Pems(t)について各電池盤(各電池群)に対して配分する割合を決定する。この配分の具体的な方法については本発明とは直接関連しないため省略するが、各電池盤のSOC状態等を考慮して満充電に近い電池に対しては充電電力を絞り、完放電に近い電池に対しては放電電力を絞るような制御を行う。
電池コントローラ1の選択部11(図3)は、特性取得対象の電池盤を1つ選択する。選択した電池盤について特性取得処理を開始すると、配分割合決定部12は、選択した特性取得対象の電池盤に対して試験用充放電パターンに従い充放電電力指令Ptest(t)を発する。
Prem(t)=Pems(t)−Ptest(t)・・・・・(1)
上述した特性パラメータの取得処理を実施するに当たっては、事前に各電池盤のSOCとEMS4の充放電指令値パターンとから、試験用充放電実施(これには一般に最大数時間を要する)が可能か否かの判断を行うことが重要である。例えば、EMS4からの指令値がゼロを継続していたとしても、試験対象電池に充電しようとした際に残りの電池盤のSOCが全て完放電や満充電に近い状況であると、EMS4の指令値を順守(即ち、蓄電システム10全体としては充放電しない)しながら試験用充放電を行うことは不可能である。そこで、試験用充放電実施の可否を確認するための具体的な処理手順をアプリケーションの条件に従い以下に説明する。
当該期間におけるEMS4からの充放電電力指令値と試験用充放電電力値とから、試験対象電池を除く電池盤の当該期間を通じてのSOCと最大充放電電力値を計算により求める。その結果で以下の2つの条件が満たされているか否かを計算によって確認する。
(i)SOCが当該期間を通じて利用可能SOC範囲(例えば、0〜100%)に収まっていること。
(ii)最大充放電可能電力が当該期間を通じて利用可能充放電電力値範囲に収まっていること。
この場合は、試験用充放電の実施可否を事前に正確に判断することはできない。そこで、充放電余力が比較的大きい時に試験用充放電を実施し、実施中にEMS4の指令値への対応が試験用充放電の為に不可能となった場合には試験用充放電を中止するものとする。例えば、試験用充放電実施可否の判断は下記(iii)と(iv)が満たされている場合とする。
(iv)試験対象電池を除く電池盤の現在の最大充放電可能電力が、所定の範囲内(例えば、1MW以上(充電/放電とも))にあること。
この処理手順では、先ず、電池コントローラ1のSOCデータ取得部13は、全ての電池について現在のSOCと温度を取得する(ステップS11)。
さらに、演算・判定部14は、試験対象電池を除くシステム全体についての、試験用充放電実施期間のSOCの時系列パターンを求める(ステップS13)。
さらに、演算・判定部14は、充放電可能最大電力が試験用充放電実施期間中常に所定範囲内か否かを判定する(ステップS16)。所定範囲内の場合は(ステップS16でYes)、実施可否判断部15は、試験対象電池に対し試験用充放電の実施を決定する。
配分割合決定部12は、試験対象電池に対し試験用充放電指令を行い、試験対象電池を除くシステム全体に対しては、本来のアプリケーションの為の充放電電流から試験対象電池用充放電電流を減じた電流値で配分を行う(ステップS17)。
この処理手順では、先ず、電池コントローラ1のSOCデータ取得部13は、全ての電池について現在のSOCと温度を取得する(ステップS21)。
配分割合決定部12は、試験対象電池に対し試験用充放電指令を行い、試験対象電池を除くシステム全体に対しては、本来のアプリケーションの為の充放電電流から試験対象電池用充放電電流を減じた電流値で配分を行う(ステップS24)。実施中にEMS4の指令値への対応が試験用充放電の為に不可能となった場合には試験用充放電を中止するものとする。
(1)本実施形態によれば、蓄電システム10を停止する必要がないので、システム全体を停止して特性取得の為の試験用充放電を実施した場合と比較して、当該システムの本来の目的に対する稼働率を向上することができる。
図8に、試験用充放電の実施の可否によって、SOC及び充放電電力が時間と共にどのように変化するかを測定した例を示す。
図8(d)の結果より、試験用充放電を行うことにより試験対象電池を除くシステム全体の充放電電力波形が試験対象電池の充放電電力を相殺するように変化していることが分かった。
実施例1では取得対象の特性パラメータを放電容量としたが、試験用充放電パターンとして定電流での正弦波状波形を用いれば、当該波形の周波数に対する内部抵抗値を求めることができる。また、この際の周波数を変えることで低周波から高周波まで各周波数に対する内部抵抗を求めることができる。さらに、適切な矩形波状波形を用いれば直流抵抗を求めることも可能である。
図9(b)は、試験対象電池を除くシステム全体のSOCの時間変化を示すものである。ここで、点線は試験用充放電を実施した場合の結果であり、実線は試験用充放電を実施しない場合の結果である。
図9(d)の結果より、試験用充放電を行うことにより試験対象電池を除くシステム全体の充放電電力波形が試験対象電池の充放電電力を相殺するように変化していることが分かった。
上記実施形態では、特性取得対象の電池盤を1つとしていた為に、蓄電システム10内の全電池盤の特性を取得するには同様の手順を繰り返し複数回実施する必要がある。これに対して、一度に2つ以上の電池盤に対して試験用充放電を実施して2つ以上の電池盤の特性を同時に取得することも同様の方法で可能である。この方法は、EMS指令値に対するシステム的余力の大きな大規模蓄電システムにおいては有効である。
2−1〜2−30…PCS(充放電装置)
3−1〜3−30…電池盤(電池)
4…EMS
5…電力系統
10…蓄電システム
11…選択部
12…配分割合決定部
13…SOCデータ取得部
14…演算・判定部
15……実施可否判断部
Claims (9)
- 充放電可能な複数の電池と、該電池の各々に対応して接続され該電池に充放電を行う複数の充放電装置と、定周期または任意のタイミングでシステム全体としての充放電電力値を前記充放電装置の各々に対する指令値として配分する電池コントローラと、を備え、
前記電池コントローラは、選択した電池に対して予め規定した試験用充放電の為の充放電指令を行い、該選択した電池を除く他の電池に対して、前記システム全体としての充放電電力値から前記試験用充放電のための充放電電力値を減算した値を配分することを特徴とする蓄電システム。 - 前記試験用充放電として、満充電から完放電までの放電容量、又は完放電から満充電までの充電容量を測定するパターンを用いることを特徴とする請求項1記載の蓄電システム。
- 前記試験用充放電として、内部抵抗を推定するための一定振幅、一定周期の繰り返し充放電パターンを用いることを特徴とする請求項1記載の蓄電システム。
- 前記充放電パターンとして正弦波状の電流波形を用いることを特徴とする請求項3記載の蓄電システム。
- 前記正弦波の周波数を時間的に変化させることを特徴とする請求項4記載の蓄電システム。
- 試験対象電池を2つ以上としたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の蓄電システム。
- 充放電可能な複数の電池を組み合わせた蓄電システムにおける各々の電池の特性パラメータを推定する方法であって、
特性パラメータを推定するための電池を選択する工程と、
前記選択した電池に対して予め規定した試験用充放電の為の充放電指令を行うとともに、該選択した電池を除く他の電池に対して、前記システム全体としての充放電電力値から前記試験用充放電のための充放電電力値を減算した値を配分する工程と、
を有することを特徴とする特性パラメータの推定方法。 - 前記試験用充放電の実施期間の計画が確定している場合は、前記試験対象電池を除く電池のSOC及び最大充放電可能電力が当該期間を通じて利用可能な範囲内にある場合に、前記試験用充放電を行うことを特徴とする請求項7記載の特性パラメータの推定方法。
- 前記試験用充放電の実施期間の計画が確定していない場合は、前記試験対象電池を除く電池のSOC及び最大充放電可能電力が、前記試験用充放電実施の可否を確認する時点において、所定の範囲内にある場合に、前記試験用充放電を行うことを特徴とする請求項7記載の特性パラメータの推定方法。
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