WO2015087375A1 - 蓄電池制御システム、装置及び方法 - Google Patents

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WO2015087375A1
WO2015087375A1 PCT/JP2013/082910 JP2013082910W WO2015087375A1 WO 2015087375 A1 WO2015087375 A1 WO 2015087375A1 JP 2013082910 W JP2013082910 W JP 2013082910W WO 2015087375 A1 WO2015087375 A1 WO 2015087375A1
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discharge
unit
command value
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横田　登志美
井上　秀樹
渡辺　雅浩
佐藤　康生
山根　憲一郎
犬塚　達基
裕 有田
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
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    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a storage battery control system, apparatus, and method for performing charge / discharge control of a storage battery.
  • Patent Document 1 describes that the storage batteries to be supplied with electric power are determined according to a predetermined priority order, thereby distributing the life of each storage battery and distributing the replacement time (see summary).
  • a function for setting an evaluation function is, for example, an evaluation function in which the weighting of the standby time priority mode is increased when the operation mode set in the operation mode setting unit 51 is the standby time priority mode. Therefore, it is described that an evaluation function including the importance of each of the storage battery units 10-1 to 10-m is set based on the characteristic parameter and the configuration parameter.
  • the present invention provides a storage battery control system comprising two or more storage batteries that are charged and discharged according to a charge / discharge command value, and a charge / discharge command unit that gives the charge / discharge command value to the two or more storage batteries.
  • the charge / discharge command value is calculated based on the replacement schedule receiving unit that receives the replacement schedule of the two or more storage batteries, the storage battery state holding unit that stores the storage battery state, and the replacement schedule and the storage battery state
  • a command value calculation unit is provided, and when the performance of the two or more storage batteries is equal to or lower than a predetermined threshold, the charge / discharge command value is changed from a storage battery having a short assumed life determined based on the replacement schedule and the storage battery state.
  • command based on is performed.
  • FIG. 1 is an example of a configuration diagram of a storage battery control system 100 of the present embodiment.
  • charge / discharge command value is given by the charge / discharge command section 3
  • charging is performed according to the command value as much as possible. It discharges and outputs a charge / discharge result as a storage battery state.
  • the charge / discharge amount per unit time is indicated as the charge / discharge command value
  • charging / discharging is performed in accordance with the charge / discharge command value, but the rising delay from the current charge / discharge amount and the remaining battery level (SOC) state are empty. If it is close, the command value may not be followed.
  • the exchange schedule accepting unit 1 accepts an input of an exchange schedule for any of the storage batteries 4-1 to 4-3 from the operator and passes it to the charge / discharge command value calculating unit 2.
  • the exchange schedule will be described later with reference to FIGS.
  • the charge / discharge command value calculation unit 2 receives the replacement schedule from the replacement schedule reception unit 1, receives the storage battery state from the storage batteries 4-1 to 4-3, receives the storage battery state history data from the storage battery state holding 5, and receives the storage battery 4-1
  • the charge / discharge command value to 4-3 is calculated, and the charge / discharge command value is passed to the charge / discharge command unit 3.
  • the charge / discharge command unit 3 receives the charge / discharge command value from the charge / discharge command value calculation unit 2 to the storage batteries 4-1 to 4-3, and passes the value to each storage battery.
  • the storage batteries 4-1 to 4-3 are located at the storage battery installation site, but the replacement schedule reception unit 1, the charge / discharge command value calculation unit 2, the charge / discharge command unit 3, and the storage battery state holding 5 are connected via a network. It may be installed at another site.
  • Fig. 2 shows the configuration of storage batteries 4-1 to 4-3.
  • the storage battery control unit 4-i-1 and the storage battery main body 4-i-2 are configured such that when the charge / discharge command value is given from the charge / discharge command unit 3, the storage battery control unit performs charge / discharge according to the command value.
  • Control main unit 4-i-2 controls the charge / discharge command value.
  • FIG. 3 and 4 show examples of exchange schedule screens received by the exchange schedule acceptance unit 1.
  • FIG. 3 is an example in which the input is performed in a period from the input schedule.
  • FIG. 4 is an example of specifying the exchange schedule schedule. Input may be received in conjunction with the process chart.
  • the screen shows the date of the day, the number of days until the replacement schedule date, and the expected number of actual operating days excluding the maintenance date, it can be used as a reference when the operator inputs.
  • the schedule until the replacement is easy to understand.
  • FIG. 5 shows a configuration example of the charge / discharge command value calculation unit 2.
  • the operation period estimation unit 2-3 refers to the calendar 2-4, except for the period required for maintenance. Is obtained and passed to the target unit period charge / discharge amount TP (i, day) calculation unit 2-5.
  • the life prediction unit 2-1 receives a storage battery state from a storage battery state holding 5 (not shown), and calculates a life prediction value L (i).
  • the predicted life value L (i) indicates, for example, a current value when it is assumed that there is 1 until the lifetime when the storage battery i is new. In this case, the life 0.3 is equivalent to 7 years if the life is 10 years, and is a value when the remaining years can be used for 3 years.
  • the charge / discharge amount in a temporarily determined environment such as a constant temperature of 25 degrees or an expected wind power fluctuation may be calculated.
  • the target total charge / discharge amount TP (i, all) calculation unit 2-2 passes the target total charge / discharge amount TP (i, all) to the target unit period charge / discharge amount TP (i, day) calculation unit 2-5.
  • the target unit period charge / discharge amount TP (i, day) calculation unit 2-5 receives the target total charge / discharge amount TP (i, all) and the actual operation period of each storage battery, the target charge / discharge amount per unit period is calculated. Calculate and pass to the command charge / discharge amount Pc (i, i / o, t) determination unit 2-7. For example, if the unit period is one day, the target unit period charge / discharge amount TP (i, day) is calculated by the following equation.
  • the real operation period (days) is a numerical value representing the real operation period in days.
  • TP (i, day) TP (i, all) / Real operation period (day)
  • the possible charge / discharge amount Pa (i, i / o, t) calculating unit 2-6 receives the storage battery SOC (i) at time t-1, and the possible charge / discharge range Pa (i, i / o, t t) is calculated.
  • i / o is a code
  • the possible charge / discharge range Pa (i, i / o, t) in SOC (i) is registered in advance in the database. In addition to SOC (i), if a possible charge / discharge range Pa (i, i / o, t) is obtained on the premise of acquiring temperature and voltage, the life can be controlled with high accuracy.
  • Charge / discharge amount integration ⁇ P (i, i / o, t ⁇ days) calculation Holding unit 2-8 acquires the amount of charge / discharge of each storage battery i, and calculates the integrated value after the unit period starts And hold. At the beginning of the unit period, the accumulated value is cleared.
  • the command charge / discharge amount Pc (i, i / o, t) determination unit 2-7 includes the total storage battery target charge / discharge amount Psum (t) obtained from the total storage battery target charge / discharge amount calculation unit 2-9 and possible charge / discharge Range Pa (i, i / o, t), target unit period charge / discharge amount TP (i, day), charge / discharge amount integration ⁇ P (i, i / o, t ⁇ day) calculation holding unit 2-8
  • the command charge / discharge amount Pc (i, i / o, t) for each storage battery i is determined and output.
  • the determination by the command charge / discharge amount Pc (i, i / o, t) determination unit 2-7 is performed for the storage battery i according to the following criteria.
  • the object of the present invention is to level the performance by replacing and using n storage batteries so as to make a round in n times. This is because, as the storage battery continues to be used, the performance deteriorates, for example, the capacity decreases. Further, since the internal resistance increases, the efficiency of the discharge amount with respect to the charge amount decreases.
  • Fig. 6 is a diagram for explaining the operation of the storage battery control system.
  • a storage battery with an assumed life L is used as a new one at a time, and when it reaches the end of its life, it is completely replaced.
  • the transition of performance with the partial replacement in which the capacity 1 / N is replaced with a new one in turn is shown.
  • Degradation of performance in all exchanges is as great as d_all, but d_sub approaches d_all / N by partial exchange, and has the effect of leveling performance.
  • threshold value th [lower limit of d_sub] is set for the performance, and the performance of all the storage batteries is equal to or less than the threshold value th, all the batteries are replaced by replacing the battery with the closest target life or the battery that is significantly deteriorated.
  • the lower limit of performance can be raised without much changing the total cost. In addition, performance and cost can be leveled.
  • Pc (j, i / o, t) Psum (t) -Pc (i, i / o, t) (j ⁇ i)
  • Pc (k, i / o, t) Psum (t) -Pc (i, i / o, t)-Pc (j, i / o, t) (k ⁇ j)
  • the command values are assigned in ascending order of the estimated life of the storage battery.
  • the life prediction unit 2-1 may re-estimate the life at a timing such as every unit period.
  • the target total charge / discharge amount TP (i, all) calculation unit 2-2 calculates the charge / discharge amount in a tentatively determined environment such as a constant temperature of 25 degrees and wind fluctuations within the assumption. If the actual charge / discharge value is excessive or insufficient with respect to the charge / discharge value of the command value, or if the life is likely to be shortened or lengthened due to uncontrollable conditions such as a high temperature, the life expectancy will be the target value in subsequent operations. It is because it can cover so that it may approach. By repeating this, as shown in Fig.
  • the charge / discharge amount is added to the target total charge / discharge amount TP (i, all) in addition to the revision by the life prediction unit.
  • the unit period may be other than one day.
  • the number of days or hours is short, there is an effect that when the charge / discharge value of the command value is separated from the actual charge / discharge value and there is an excess or deficiency in charge / discharge, it can be reviewed at an early point and reflected in the control. It may be several weeks or months, and has the effect of being able to deal with cases where the life expectancy is assisted manually.
  • the life prediction unit 2-1 As an example, if the total charge / discharge amount up to the lifetime is indicated, the accumulated charge / discharge value up to the present is retained as the storage battery state from the storage battery state retention 5, and the following calculation formula is received. Thus, the lifetime can be predicted.
  • Life Integrated value of charge / discharge up to the present / Total charge / discharge amount until life
  • a graph of the life characteristics of the storage battery is shown as shown in FIG. The graph shows that the charge / discharge cycle at the charge / discharge depth x can be repeated y times by the lifetime.
  • y number of cycles (x)
  • a rainflow method may be used as a method for cutting out a cycle from the charge / discharge pattern.
  • the storage battery state holding 5 does not hold the value necessary for the life prediction, but may hold the value in a charge / discharge history that can be calculated, and calculate the required value when necessary.
  • Fig. 9 shows a configuration of storage batteries 4-1 to 4-3 different from Fig. 2.
  • the storage battery control unit 4-i-1 is a switch, and in the ON state, charging / discharging of the storage battery body 4-i-2 is not performed.
  • the storage battery control unit 4-i-1 controls the storage battery body 4-i-2 so as to charge / discharge in accordance with the command value.
  • the switch is opened up to the storage battery that satisfies the total storage battery target charge / discharge amount Psum (t) in order from the shortest target life, and the battery is charged and discharged.
  • the switch is closed during the unit period so as not to be charged / discharged.
  • Fig. 10 shows the operation and replacement procedures of the storage battery.
  • the exchange schedule is accepted in step S101, operated in step S102, and exchanged in step S103. If the replacement schedule can be reviewed even during the operation of step S102, the life of the storage battery can be used up by postponing the replacement schedule when the life of the storage battery becomes longer.
  • the replacement schedule as shown in Fig. 7, when the graphs of “Deterioration target line to life” and “Actual life line” after the setting date of the replacement schedule are shown, the operator It becomes easier to understand the background.
  • FIG. 11 shows an operation flow of the storage battery control system 100 shown in FIG. 1 in the operation of step S122 of FIG.
  • the charge / discharge command value calculation unit 2 collects the storage battery state in step S111, and stores the storage battery state in the storage battery state holding 5 in step S112.
  • the charge / discharge command value calculation unit 2 receives the charge / discharge target value in step S113, calculates the charge / discharge command value in step S114, and transmits the charge / discharge command value in step S115.
  • step S116 the storage batteries 4-1 to 4-3 charge and discharge the storage battery. If it is time to replace in step S117, the operation is terminated, and if not, steps S111 to S116 are repeated.
  • FIG. 12 shows an operation flow of the charge / discharge command value calculation unit 2 of FIG. If it is determined in step S121 that the unit period starts, steps S122 to S125 are performed.
  • Life prediction unit 2-1 performs life prediction in step S122
  • target total charge / discharge amount TP (i, all) calculation unit 2-2 calculates target total charge / discharge amount TP (i, all) in step S123
  • the target unit period charge / discharge amount TP (i, day) calculation unit 2-5 calculates the target unit period charge / discharge amount TP (i, day) in step S124 and calculates the total charge / discharge amount ⁇ P (i, i / o, t Date)
  • the calculation holding unit 2-8 clears the charge / discharge amount accumulation P (i, i / o, t ⁇ day) in step S125.
  • the possible charge / discharge amount Pa (i, i / o, t) calculation unit 2-6 calculates the possible charge / discharge amount Pa (i, i / o, t) in step S126, and the command charge / discharge amount Pc (i, i / (o, t)
  • the determination unit 2-7 receives the total storage battery command charge / discharge amount Psum (t) from the total storage battery command charge / discharge amount calculation unit 2-9 in step S127, and in step S128, the command charge / discharge amount Pc (i, i / o, t) is determined, and the command charge / discharge amount value Pc (i, i / o, t) is transmitted in step S129.
  • the charging / discharging amount integration ⁇ P (i, i / o, t ⁇ day) calculation holding unit 2-8 receives the actual charging / discharging amount P (i, i / o, t) in step S1210, and in step S1211 Charge / discharge amount integration ⁇ P (i, i / o, t ⁇ days) is calculated and stored in charge / discharge amount integration ⁇ P (i, i / o, t ⁇ days) calculation holding unit 2-8.

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Abstract

蓄電池交換時、複数の蓄電池の性能（内部抵抗の増加による放電量減少、充電容量の低下）の変動について考慮がされておらず、全体交換による性能の大幅な改善から、当該性能の変動が大きく、性能の平準化が図れないものとなっている。そこで本発明は、充放電指令値に従って充放電する２つ以上の蓄電池、前記２つ以上の蓄電池に前記充放電指令値を与える充放電指令部からなる蓄電池制御システムにおいて、前記２つ以上の蓄電池の交換スケジュールを受け付ける交換スケジュール受付部と、蓄電池状態を格納している蓄電池状態保持部と、前記交換スケジュール及び蓄電池状態に基づいて、充放電指令値を算出する充放電指令値算出部を備え、　前記２つ以上の蓄電池の性能が所定の閾値以下になった場合に、前記交換スケジュール及び蓄電池状態に基づいて判断される想定寿命が短い蓄電池から前記充放電指令値に基づく充放電指令を行うことを特徴とする。

Description

蓄電池制御システム、装置及び方法
　本発明は、蓄電池の充放電制御を行う蓄電池制御システム、装置及び方法に関する。
　従来、蓄電池は使用するにつれて容量減少や内部抵抗増加など性能が劣化する為、あるいは運用者が蓄電池を纏めて交換したいという需要の為、蓄電池制御システムを運用する際に、蓄電池の寿命や性能を考慮した運用制御が行われている。例えば特許文献１には、予め定められた優先順位に従って、電力供給する前記蓄電池を決めることで、各蓄電池の寿命を分散させ交換時期を分散させることが記載されている（要約参照）。また、特許文献２には、評価関数を設定する機能は、例えば、運用モード設定部５１に設定された運用モードが待機時間優先モードのとき、当該待機時間優先モードの重み付けを重くした評価関数であって、特性パラメータ及び構成パラメータに基づく各蓄電池ユニット１０－１～１０－ｍの重要度を含む評価関数を設定することが記載されている。
特開２０００－３１２４４５号公報 特開２０１２－２０５４９０号公報
　しかし、上記技術では、実際の蓄電池交換後、複数の蓄電池の性能（内部抵抗の増加による放電量減少、充電容量の低下）の変動について考慮がされておらず、全体交換による性能の大幅な改善から、当該性能の変動が大きく、性能の平準化が図れないものとなっている。
　上記課題を解決するために、本発明は、充放電指令値に従って充放電する２つ以上の蓄電池、前記２つ以上の蓄電池に前記充放電指令値を与える充放電指令部からなる蓄電池制御システムにおいて、前記２つ以上の蓄電池の交換スケジュールを受け付ける交換スケジュール受付部と、蓄電池状態を格納している蓄電池状態保持部と、前記交換スケジュール及び蓄電池状態に基づいて、充放電指令値を算出する充放電指令値算出部を備え、前記２つ以上の蓄電池の性能が所定の閾値以下になった場合に、前記交換スケジュール及び蓄電池状態に基づいて判断される想定寿命が短い蓄電池から前記充放電指令値に基づく充放電指令を行うことを特徴とする。
　本発明により、ｎ個の蓄電池の劣化段階を変えることにより、蓄電池交換時のシステムの性能を平準化できる効果がある。
本実施例の蓄電池制御システム１００の構成図の例である。 本実施例の蓄電池4-1～4-3の構成図の例である。 交換スケジュール受付部の入力画面の例である。 交換スケジュール受付部の入力画面の例である。 本実施例の充放電指令値算出部2の構成図の例である。 本実施例による蓄電池制御システム運用を説明する図である。 本実施例の寿命予測の説明図である。 本実施例の寿命特性の説明図である。 本実施例の蓄電池4-1～4-3の構成図の例である。 本実施例による蓄電池制御システム運用を説明するフローチャートの例である。 本実施例の蓄電池制御システム１００の処理を説明するフローチャートの例である。 指令充放電量Pc(i,i/o,t)決定部2-7の処理を説明するフローチャートの例である。
　以下、本発明の実施に好適な実施例について説明する。尚、下記はあくまでも実施の例に過ぎず、下記具体的内容に発明自体が限定されることを意図する趣旨ではない。
　本実施例では、指令充放電量を受けて充放電を行う蓄電池制御システム１００の例を説明する。
  図１は、本実施例の蓄電池制御システム１００の構成図の例である。
例では、蓄電池は3つ（蓄電池4-1～4-3）を備えており、充放電指令部3より、それぞれの充放電指令値が与えられると、可能な範囲で指令値に従った充放電を行い、充放電結果を蓄電池状態として出力する。たとえば、充放電指令値として単位時間あたりの充放電量が示されると、それに従った充放電を行うが、現在の充放電量からの立ち上がりの遅れや、電池残量(SOC)状態が空に近いと指令値に従えないことがある。
　交換スケジュール受付部１は、オペレーターから蓄電池4-1～4-3のいずれかの交換スケジュールの入力を受け付け、充放電指令値算出部2に渡す。交換スケジュールについては、図3、4にて、後述する。
　充放電指令値算出部2は、交換スケジュール受付部１から交換スケジュールをうけ、蓄電池4-1～4-3から蓄電池状態を受け、蓄電池状態保持5から蓄電池状態履歴データを受け、蓄電池4-1～4-3への充放電指令値を算出して、充放電指令部3に充放電指令値を渡す。
　充放電指令部3は、充放電指令値算出部2から蓄電池4-1～4-3への充放電指令値を受けて、各蓄電池にその値を渡す。
　ここで、蓄電池4-1～4-3は、蓄電池の設置サイトにあるが、交換スケジュール受付部１、充放電指令値算出部2、充放電指令部3、蓄電池状態保持5は、ネットワークでつながれている別のサイトに設置しても良い。
　図2は、蓄電池4-1～4-3の構成を示している。蓄電池制御部4-i-1と蓄電池本体4-i-2からなり、蓄電池制御部は、充放電指令部3から充放電指令値を与えられると、指令値に沿った充放電をするよう蓄電池本体4-i-2を制御する。
　図3、4に、交換スケジュール受付部１が受け付ける交換スケジュールの画面例を示す。図3は、入力日程よりの期間で入力する例である。図4は、交換スケジュール日程を指定する例である。工程表と連動させて入力を受け付けても良い。また、図4に示すよう一部の蓄電池だけ入力して、後は「長く使う」指示を受けられると良い。この場合、デフォルトを「長く使う」とし、入力があった蓄電池について交換スケジュールを書き換えれば、たくさん電池がある場合にオペレーターが入力する手間を省くことができる。また、画面に、その日の日付や、交換スケジュール日までの日数や、メンテナンス日を除いた想定する実稼働日数を示すと、オペレーターが入力する際の参考に用いることができる。また、交換スケジュールを設定して日数がたってから設定日を閲覧する際には、閲覧した日に合わせて、残り期間や日付を更新して表示すると、交換までのスケジュールが分かりやすい。
　図5は、充放電指令値算出部2の構成例を示している。
　図示しない交換スケジュール受付部１より各蓄電池iの目標寿命TL(i)を受けると、稼働期間推定部2-3はカレンダー2-4を参照して、メンテナンスに要する期間を除いて、実質運用期間を得て、目標単位期間充放電量TP(i,日)算出部2-5に渡す。
　寿命予測部2-1は、図示しない蓄電池状態保持5より蓄電池状態を受けて、寿命予測値L(i)を算出する。寿命予測値L(i)は、たとえば、蓄電池iが新品の時に寿命まで1あるとした時の、現在における値を示す。この場合、寿命０．３は、寿命１０年であれば7年たったのに相当し残り年数として3年使える時点の値である。
　目標延べ充放電量TP(i,all) 算出部2-2は、寿命予測部2-1より寿命予測値L(i)を受けて寿命までの残り年数で充放電可能な充放電量TP(i,all)を算出する。たとえば、新品時の延べ充電量や放電量Pが定まっていれば、次の式で算出できる。
　TP(i,all)＝P＊L(i) 
　このときは、温度が25度一定や風力変動が想定内など仮に定めた環境における充放電量を算出して良い。それまでの環境の履歴を考慮して算出することで、実際の寿命を目標寿命に近いものとすることができる。目標延べ充放電量TP(i,all) 算出部2-2は、目標延べ充放電量TP(i,all)を目標単位期間充放電量TP(i,日)算出部2-5に渡す。
　目標単位期間充放電量TP(i,日)算出部2-5は、目標延べ充放電量TP(i,all)と各蓄電池の実質運用期間を受けると、単位期間あたりの目標充放電量を算出し、指令充放電量Pc(i,i/o,t)決定部2-7に渡す。たとえば、単位期間を一日とすれば、下式により目標単位期間充放電量TP(i,日)を算出する。実質運用期間(日)は実質運用期間を単位を日で表し数値である。
　TP(i,日)＝TP(i,all)/ 実質運用期間(日)
　可能充放電量Pa(i,i/o,t)算出部2-6は、時刻t-1における蓄電池SOC(i)を受けて、時刻tで可能充放電範囲Pa(i,i/o,t)を算出する。i/oは充電iか放電oかを示す符号であり、各々の符号について、上限値下限値が設定される。あらかじめ、SOC(i)における、可能な充放電範囲Pa(i,i/o,t)はデータベースに登録しておく。SOC(i)以外に、温度、電圧を取得する前提で、可能な充放電範囲Pa(i,i/o,t)を得ておくと、なお、精度良く寿命を制御できる。
　充放電量積算ΣP(i,i/o,t⊂日)算出保持部2-8は、各蓄電池iが実際に充放電した量を取得して、単位期間が始まって以降の積算値を算出して保持する。単位期間の始まり時には、積算値をクリアする。
　指令充放電量Pc(i,i/o,t)決定部2-7は、全蓄電池目標充放電量算出部2-9から得る全蓄電池目標充放電量Psum(t)と、可能な充放電範囲Pa(i,i/o,t)と、目標単位期間充放電量TP(i,日)と、充放電量積算ΣP(i,i/o,t⊂日)算出保持部2-8を受けて、各蓄電池iに対する指令充放電量Pc(i,i/o,t)を決定して出力する。
　指令充放電量Pc(i,i/o,t)決定部2-7による決定は、以下の基準で、蓄電池iに対して行う。
　本発明は、ｎ個の蓄電池をｎ回に分けて一巡するように取り替えて使用することで性能を平準化することを目的としている。これは、蓄電池は、使い続けるうちに、性能が劣化し、例えば容量が低下する。また、内部抵抗が増すため、充電量に対する放電量の効率が低下する。
　図6は、蓄電池制御システム運用を説明する図であり、想定寿命Lの蓄電池を一度に新品にして使い続け、寿命に達すると全部交換する場合と、容量をN等分して期間L/Nごとに順番に容量1/Nを新品に取り換える部分交換する場合との性能の推移を示す。全部交換での性能の劣化はd_allと大きいが、部分交換によってd_subはd_all/Nに近づいていき、性能を平準化できる効果がある。
　性能に閾値ｔｈ＝[d_subの下限値]を設けておき、全蓄電池の性能が閾値ｔｈ以下になれば、目標寿命が最も近い電池、または、劣化が著しい電池を交換することで、全部交換する場合と総費用はあまり変わらずに、性能下限値を上げることができる。また、性能と費用を平準化できる。
　蓄電池の性能Cがa％劣化したら寿命と定義し、蓄電池容量をN等分し、蓄電池の想定寿命LをN等分した期間毎に1/Nずつ交換すれば、蓄電池の性能は図6に示すC_max（=C×a×Σ(i/N)(i=0～N-1)=C×a×(1-(N-1)/2)）とC_min（=C×a×Σ(i/N)(i=1～N)=C×a×(1-N/2)）の間に収めることができる。従って、C_min＞＝C×閾値ｔｈとなるように、Nを決定すればよい。従って、前記２つ以上の蓄電池の性能Cが寿命時にa%劣化するときに、性能C＞＝C×閾値ｔｈの範囲で蓄電池を使用するときにN<=(1-th/a)×２とする。
　上記より閾値ｔｈより全蓄電池の性能が低くなった場合に、最も想定寿命が短い蓄電池iから以下のような指令値の算出を行う。
　ΣP (i,i/o,t⊂日) < TP(i,日)の時、
　  もしPa (i,i/o,t)>= Psum(t)であれば、
　     Pc(i,i/o,t) = Psum(t)
　このときのPc(j,i/o,t)は以下の通りとなる。
　     Pc(j,i/o,t) = 0(j≠i)
　 或いはPa (i,i/o,t) <= Psum(t)であれば、
　     Pc(i,i/o,t) = Pa(i,i/o,t)
　このときのPc(j,i/o,t)は以下の通りとなる。
　　　 Pc(j,i/o,t) = (Psum(t)-Pc(i,i/o,t))/(n-1)　(j≠i)
なお、充電の場合も同様に、蓄電池iの目標寿命が近い順に指令値の割り当てを行う。　　また、上記では、蓄電池jについて、指令値をn-1で均等に割当てているが、以下のように、蓄電池jに指令値の残りを割り当てても良い。
　　　　Pc(j,i/o,t) = Psum(t)-Pc(i,i/o,t)　(j≠i)
　更に蓄電池kに対しては、
　　　　Pc(k,i/o,t) = Psum(t)-Pc(i,i/o,t) - Pc (j,i/o,t) (k≠j)
　となるように蓄電池の想定寿命が短い順に指令値の割当てを行う。
　寿命予測部2-1は、単位期間の区切りごとなどのタイミングで、寿命予測をしなおすと良い。目標延べ充放電量TP(i,all) 算出部2-2では、温度が25度一定や風力変動が想定内など仮に定めた環境における充放電量を算出するが、その想定外だった場合に、指令値の充放電値に対して実際の充放電値に過不足があったり、温度が高いなど制御できない条件から寿命が短く/長くなりそうな場合に、それ以降の運用で寿命を目標値に近づけるようカバーすることができるからである。これを繰り返すことで、図7のように「寿命までの劣化目標の線」から「実際の寿命の線」が上下に振れると、「寿命までの劣化目標の線」に近付くように目標単位期間充放電量TP(i,日)を見直して制御することで、精度良く蓄電池の寿命を制御できる。
　指令値の充放電値に対して実際の充放電値に過不足があった場合には、寿命予測部による見直しをする以外に、目標延べ充放電量TP(i,all)に充放電量の過不足を含め、寿命までの残り日数（単位期間）で割ることで、目標単位期間充放電量TP(i,日)を算出し直しても同様の効果がある。
　単位期間は一日以外でも良い。数日や数時間など短いと、指令値の充放電値と実際の充放電値がかい離して充放電に過不足があった際に、早い時点で見直して制御に反映できる効果がある。数週間や、数カ月などでも良く、寿命予測に人手を介する場合に対応できる効果がある。
　以下、寿命予測部2-1の処理例について述べる。一例は、寿命までの延べ充放電量が示されている場合は、蓄電池状態保持5より蓄電池状態として、現在までの充放電の積算値を保持しておき、これを受けて、以下の計算式により、寿命を予測することができる。
　寿命=現在までの充放電の積算値/寿命までの延べ充放電量
　また、別の例で、図8のように蓄電池の寿命特性のグラフが示されていれば、次のように行う。グラフでは、寿命までに充放電深度ｘの充放電サイクルをｙ回繰り返せることを示している。
　ｙ＝サイクル数（ｘ）
　蓄電池状態保持5より蓄電池状態として、現在までの充放電のサイクルの履歴を保持しておき、これを受けて、以下の計算式により、寿命を予測することができる。
　Σ1/（サイクル数（サイクルの充放電深度））
充放電パターンからサイクルを切り出す手法として、レインフロー手法を用いると良い。
　蓄電池状態保持5は寿命予測に必要な値その元を保持するのではなく、その値を算出可能な充放電履歴で保持しておき、必要な値を必要時に計算しても良い。
　図9は、図2とは別の蓄電池4-1～4-3の構成を示している。蓄電池制御部4-i-1はスイッチになっており、ONの状態では、蓄電池本体4-i-2空の充放電は行われない。蓄電池制御部4-i-1は、充放電指令部3から充放電指令値を与えられると、指令値に沿った充放電をするよう蓄電池本体4-i-2を制御する。この場合、目標寿命が近い順に全蓄電池目標充放電量Psum(t)を満足する蓄電池までスイッチを開放し、充放電できる状態にする。目標単位期間充放電量TP(i,日)を満足した蓄電池は、その単位期間はスイッチを閉鎖し充放電しないようにする。
　図10は、蓄電池の運用と交換の手順を示している。手順S101で交換スケジュール受付を行い、手順S102で運用し、手順S103で交換する。交換スケジュールは、手順S102の運用の中でも見直しできるようすれば、蓄電池の寿命が長くなった場合に、交換スケジュールを先延ばしすることで、蓄電池の寿命を使い切ることができる。交換スケジュールを見直す際には、図7に示すように、交換スケジュールの設定日以降の「寿命までの劣化目標の線」と「実際の寿命の線」のグラフを示すと、オペレーターがこれまでの経緯を理解しやすくなる。
　図11は、図12の手順S122の運用における、図1に示す蓄電池制御システム１００の動作フローを示している。充放電指令値算出部2は手順S111で蓄電池状態収集を行い、手順S112で蓄電池状態保持5に蓄電池状態保存を行う。充放電指令値算出部2は手順S113で充放電目標値受信を行い、手順S114で充放電指令値算出を行い、手順S115で充放電指令値送信を行う。手順S116で蓄電池4-1～4-3は蓄電池充放電を行う。手順S117で交換時期であれば、運用を終え、そうでなければ、手順S111～手順S116を繰り返す。
　図12は、図5の充放電指令値算出部2の動作フローを示す。手順S121で単位期間開始時と判断すれば、手順S122から手順S125までを行う。寿命予測部2-1は手順S122で寿命予測を行い、目標延べ充放電量TP(i,all) 算出部2-2は手順S123で目標延べ充放電量TP(i,all) 算出を行い、目標単位期間充放電量TP(i,日)算出部2-5は手順S124で目標単位期間充放電量TP(i,日)算出 を行い充放電量積算ΣP(i,i/o,t⊂日)算出保持部2-8は手順S125で充放電量積算P(i,i/o,t⊂日)クリアを行う。 
　可能充放電量Pa(i,i/o,t)算出部2-6は手順S126で可能充放電量Pa(i,i/o,t)算出し、指令充放電量Pc(i,i/o,t)決定部2-7は手順S127で全蓄電池指令充放電量算出部2-9から全蓄電池指令充放電量Psum(t)を受信し、手順S128で指令充放電量Pc(i,i/o,t)決定し、手順S129で指令充放電量値Pc(i,i/o,t)を送信する。その結果を充放電量積算ΣP(i,i/o,t⊂日)算出保持部2-8は手順S1210で実充放電量P (i,i/o,t)を受信し、手順S1211で充放電量積算ΣP(i,i/o,t⊂日)算出を行って充放電量積算ΣP(i,i/o,t⊂日)算出保持部2-8に保存する。
１００　蓄電池制御システム
１　交換スケジュール受付部
２　充放電指令値算出部
３　充放電指令部
４　蓄電池群
５　蓄電池状態保持

Claims (12)

  1. 　充放電指令値に従って充放電する２つ以上の蓄電池、前記２つ以上の蓄電池に前記充放電指令値を与える充放電指令部からなる蓄電池制御システムにおいて、
    　前記２つ以上の蓄電池の交換スケジュールを受け付ける交換スケジュール受付部と、蓄電池状態を格納している蓄電池状態保持部と、前記交換スケジュール及び蓄電池状態に基づいて、充放電指令値を算出する充放電指令値算出部を備え、
    　前記２つ以上の蓄電池の性能が所定の閾値以下になった場合に、前記交換スケジュール及び蓄電池状態に基づいて判断される想定寿命が短い蓄電池から前記充放電指令値に基づく充放電指令を行うことを特徴とする蓄電池制御システム。
  2. 　請求項１に記載の蓄電池制御システムにおいて、
    　前記所定の閾値は、前記２以上の蓄電池の性能の変動幅に基づいて決定することを特徴とする蓄電池制御システム。
  3. 　請求項１に記載の蓄電池制御システムにおいて、
    　前記充放電指令後に、指令を行った蓄電池以外の蓄電池に対して、想定寿命が短い順に指令値の割当てを行うことを特徴とする蓄電池制御システム。
  4. 　請求項１に記載の蓄電池制御システムにおいて、
    　前記充放電指令後に、指令を行った蓄電池以外の蓄電池に対して、指令値を均等に分散して割当てることを特徴とする蓄電池制御システム。
  5. 　請求項１に記載の蓄電池制御システムにおいて、
    　前記充放電指令値算出部は、前記蓄電池状態に基づいて蓄電池の寿命予測を行う寿命予測部と、前記寿命予測から寿命までの充放電可能な目標延べ充放電量を算出する目標延べ充放電量算出部と、前記交換スケジュールから決まる運用期間と前記目標延べ充放電量に基づいて、単位期間における目標充放電量を算出する目標単位期間充放電量算出部とを備えることを特徴とする蓄電池制御システム。
  6. 　請求項５に記載の蓄電池制御システムにおいて、
    　前記寿命予測部は、定期的に寿命予測を行い、目標寿命を制御することを特徴とする蓄電池制御システム。
  7. 　請求項５に記載の蓄電池制御システムにおいて、
    　前記目標単位期間充放電量算出部は、前記目標延べ充放電量に実際の充放電量の過不足量を含めて目標充放電量を算出することを特徴とする蓄電池制御システム。
  8. 　請求項５に記載の蓄電池制御システムにおいて、
    　前記交換スケジュールから決まる運用期間は工程表と連動して決定することを特徴とする蓄電池制御システム。
  9. 　請求項５に記載の蓄電池制御システムにおいて、
    　前記寿命予測部は、充放電のサイクルの履歴に基づいて寿命予測を行うことを特徴とする蓄電池制御システム。
  10. 　請求項５に記載の蓄電池制御システムにおいて、
    　前記蓄電池状態に基づいてある時刻における充放電可能な範囲を示す可能充放電範囲を算出する可能充放電範囲算出部と、実充放電の積算量を算出する充放電量積算算出部と、前記蓄電池状態に基づいて全蓄電池の目標充放電量を示す全蓄電池目標充放電量算出部と、前記全蓄電池の目標充放電量、前記可能充放電範囲及び前記実充放電の積算量に基づいて、
    指令充放電量を決定する指令充放電量決定部とを備えることを特徴とする蓄電池制御システム。
  11. 　充放電指令値に従って充放電する２つ以上の蓄電池、前記２つ以上の蓄電池に前記充放電指令値を与える充放電指令部からなる蓄電池制御方法において、
    　前記２つ以上の蓄電池の交換スケジュール及び蓄電池状態に基づいて、充放電指令値を算出し、前記２つ以上の蓄電池の性能が所定の閾値以下になった場合に、前記交換スケジュール及び蓄電池状態に基づいて判断される想定寿命が短い蓄電池から前記充放電指令値に基づく充放電指令を行うことを特徴とする蓄電池制御方法。
  12. 　充放電指令値に従って充放電する２つ以上の蓄電池、前記２つ以上の蓄電池に前記充放電指令値を与える充放電指令部からなる蓄電池制御装置において、
    　前記２つ以上の蓄電池の交換スケジュールを受け付ける交換スケジュール受付部と、蓄電池状態を格納している蓄電池状態保持部と、前記交換スケジュール及び蓄電池状態に基づいて、充放電指令値を算出する充放電指令値算出部と、前記２つ以上の蓄電池の性能が所定の閾値以下になった場合に、前記交換スケジュール及び蓄電池状態に基づいて判断される想定寿命が短い蓄電池から前記充放電指令値に基づく充放電指令を行う充放電指令部とを備えることを特徴とする蓄電池制御装置。
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