CN102856946A

CN102856946A - 蓄电装置和蓄电系统

Info

Publication number: CN102856946A
Application number: CN2012101624408A
Authority: CN
Inventors: 水谷麻美; 中村国男; 高木喜久雄; 坂田康治; 户原正博
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: JP2013013205A; EP2557654A3; KR101530821B1; US20130002026A1; JP5767873B2; KR20140082620A; KR101446389B1; KR20130002255A; CN102856946B; EP2557654A2

Abstract

提供一种能够同时执行电池容量的计算或SOC值的修正以及供给电力的变动抑制功能，并且避免了设备大型化的蓄电装置和蓄电系统。蓄电装置包括：DC/DC转换器，具备放电用端子和充电用端子，将从放电用端子供给的直流电的电压升压后从充电用端子输出；多个切换单元，对第一连接端子、第二连接端子和第三连接端子与蓄电池之间的连接进行切换，第一连接端子与外部电连接，第二连接端子与放电用端子电连接，第三连接端子与充电用端子电连接；和控制部，控制DC/DC转换器和多个切换单元的动作，控制部控制DC/DC转换器，使得在经由切换单元连接在放电用端子上的蓄电池与经由切换单元连接在充电用端子上的蓄电池之间进行充电和放电。

Description

蓄电装置和蓄电系统

本申请基于日本专利申请特愿2011-143434(申请日2011/06/28)并享有该申请的优先权。本申请通过参考该申请而包含该申请全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及一种蓄电装置和蓄电系统。

背景技术

近年，对于发电时不排出温室效应气体的利用可再生能源的发电设备的关注不断提高。但是，利用了可再生能源的发电中，电力供给量的控制很困难，并且也很难实现稳定的电力供给。

如果将来如上所述的利用可再生能源的发电设备的设置数量扩大的话，存在失去短期的电力供需平衡，电力的稳定供给变得困难，电力品质恶化的危险。

因此，为了抑制电力系统中供给电力的变动，研究在电力系统侧或需求方(大厦、工厂等)中设置蓄电池系统来实现与电力系统互联的运转。

此外，由于蓄电系统需要大蓄电容量，因此，一般都是组合了包含有多个二次电池单元的蓄电池来构成。

发明内容

蓄电系统中要求正确地管理蓄电池的容量或电池状态(SOC：state ofcharge，充电状态)。已有计算蓄电池的电池容量、或者为了修正电池状态值而将蓄电池从完全放电状态充放电到充满电状态的方法(以下记载为恢复充放电)。

在与电力系统互联的蓄电系统中，当同时进行多个蓄电池的恢复充放电时，会产生来自电力系统的大量电力消耗以及对电力系统的大量电力供给，有可能提供给负载的供给电力变得不稳定。

此外，当在蓄电系统中同时进行全部蓄电池的恢复充放电时，会变得不能对提供给负载的供给电力的变动抑制进行控制。因此，当在各蓄电池上连接电力转换器，以对多个蓄电池一个个地进行恢复充放电时，有可能蓄电系统的设备要增大。

本发明鉴于上述问题而完成，目的在于，提供一种能够同时执行蓄电池的电池容量的计算或SOC值的修正以及提供给负载的供给电力的变动抑制功能、并且避免了设备大型化的蓄电装置和蓄电系统。

根据实施方式，提供一种蓄电装置，包括：DC/DC转换器，具备放电用端子和充电用端子，将从所述放电用端子供给的直流电的电压升压后，从所述充电用端子输出；多个切换单元，对第一连接端子、第二连接端子以及第三连接端子与蓄电池之间的连接进行切换，上述第一连接端子与外部电连接，上述第二连接端子与所述放电用端子电连接，上述第三连接端子与所述充电用端子电连接；和控制部，控制所述DC/DC转换器和所述多个切换单元的动作，所述控制部控制所述DC/DC转换器，使得在经由所述切换单元连接在所述放电用端子上的蓄电池和经由所述切换单元连接在所述充电用端子上的蓄电池之间进行充电和放电。

根据上述结构的蓄电装置、蓄电系统，可以提供一种能够同时执行蓄电池的电池容量的计算或SOC值的修正以及提供给负载的供给电力的变动抑制功能、并且避免了设备大型化的蓄电装置和蓄电系统。

附图说明

图1是概略地示出一个实施方式的蓄电装置和蓄电系统的一个结构示例的图。

图2是用于说明图1所示的蓄电装置和蓄电系统的二次电池单元的一个结构示例的图。

图3是用于说明在一个实施方式的蓄电装置和蓄电系统中进行恢复充放电时的动作示例的图。

具体实施方式

以下，参照附图，关于实施方式的蓄电装置和蓄电系统进行说明。

图1中概略地示出本实施方式的蓄电装置和蓄电系统的一个结构示例。

本实施方式的蓄电系统具备：多个蓄电池4～7；连接有所述多个蓄电池4～7的蓄电装置10；以及对提供给蓄电装置10的电力和从蓄电装置10输出的电力进行变换的AC/DC双向转换器3，蓄电系统与交流电源1关联运转。再有，本实施方式中假设具有蓄电池4～7这4个蓄电池，但蓄电池的数量不限于此。

AC/DC双向转换器3经由未图示的互联变压器与交流电源1和负载2之间的交流电供给线LAC连接。AC/DC双向转换器3将从交流电供给线LAC供给的交流电变换成直流电后提供给蓄电装置10，并且将从蓄电装置10输出的直流电变换成交流电后提供给交流电供给线LAC。AC/DC双向转换器3双向地变换例如200V至700V的直流电压的电力和300V的交流电压的电力。

互联变压器将AC/DC双向转换器3输出的交流电升压后进行输出。互联变压器将300V的交流电升压到3.3KV或6.6KV或22KV的交流电压的电力。

图2中示出蓄电池4～7的一个结构示例。蓄电池4～7分别具备多个二次电池单元11～mk、检测多个二次电池单元11～mk的电压的电压检测单元(未图示)、检测流到蓄电池4～7的电流的电流检测单元(未图示)、以及与蓄电装置10进行通信的通信单元(未图示)。

二次电池单元11～mk例如是锂离子蓄电池。再有，二次电池单元不限于锂离子蓄电池，也可以是镍氢蓄电池、铅蓄电池、镍镉蓄电池等其他蓄电池单元，蓄电池4～7也可以分别是不同种类的蓄电池。多个二次电池单元11～mk具有m个包含有并联的k个二次电池单元11～1k、21～2k、……、m1～mk在内的组电池。m个组电池相串联。二次电池单元的串并联数是在设计时按照蓄电池4～7的蓄电容量决定的，k和m大于等于1的任意值。

蓄电池4～7的电压检测单元周期性地检测多个二次电池单元11～mk的电压，并经由通信单元通知给蓄电装置10。

蓄电池4～7的电流检测单元周期性地检测流到蓄电池4～7的电流，并经由通信单元通过给蓄电装置10。

蓄电池4～7的通信单元，将从电压检测单元和电流检测单元周期性地供给的电压值和电流值，通过有线或是无线通信，发送给后述的蓄电装置10的控制部11。

蓄电装置10具备DC/DC转换器12、分别连接到蓄电池4～7上的直流开关S1～S4、以及控制包含蓄电装置10的蓄电系统的动作的控制部11。再有，本实施方式假设具有直流开关S1～S4这4个直流开关，但直流开关的数量不限于此。

直流开关S1～S4对蓄电池4～7与多个连接端子T1～T4之间的电连接进行切换。第一连接端子T1与配置在蓄电装置10外部的AC/DC双向转换器3电连接。第二连接端子T2对与后述DC/DC转换器12的放电用端子TA之间的连接进行切换。第三连接端子T3对与后述DC/DC转换器12的充电用端子TB之间的连接进行切换。第四连接端子T4不连接任何地方而电气性孤立。利用控制部11控制直流开关S1～S4的切换动作。

再有，由于AC/DC双向转换器3是双向的，因此，通过将各直流开关S1、S2、S3、S4的触点连接到T1端子，也能向蓄电池4～7充电来自交流电源1的电力。

DC/DC转换器12具备放电用端子TA和充电用端子TB，将从放电用端子TA供给的直流电的电压升压后，从充电用端子TB输出。DC/DC转换器12被控制部11控制其动作。

控制部11接收蓄电池4～7中检测出的电压值和电流值，并且取得由交流电供给线LAC供给的交流电的电压值和电流值。控制部11根据从蓄电池4～7的电压值和电流值运算出的剩余能量(SOC)值以及交流电供给线LAC的电压值和电流值，控制AC/DC双向转换器3，来抑制交流电供给线LAC的供给电力的变动。

此外，控制部11还可以在进行交流电供给线LAC的供给电力的变动抑制控制的同时，控制直流开关S1～S4和DC/DC转换器12的动作，从而进行蓄电池4～7的恢复充放电或能量均等化。

下面，关于上述蓄电装置10和蓄电系统的动作示例进行说明。

图3示出用于说明在上述蓄电装置10和蓄电系统中进行恢复充放电时的动作示例的图。

首先，控制部11从蓄电池4～7中选择进行恢复充放电的对象蓄电池(第一蓄电池)。接着，控制部11从进行恢复充放电的对象蓄电池以外的其他蓄电池中，选择用于恢复充放电的蓄电池(第二蓄电池)。

在此，假设控制部11选择蓄电池4作为恢复充放电的对象蓄电池，选择蓄电池5、6作为用于恢复充放电的蓄电池，蓄电池7用于交流电供给线LAC的供给电力变动抑制控制，以此进行说明。控制部11与下述恢复充放电动作同时使用蓄电池7进行变动抑制控制。

在此，使用2台蓄电池来作为用于恢复充放电的蓄电池的理由在于，在进行恢复充放电的对象蓄电池4和用于恢复充放电的蓄电池5、6的SOC值小于等于50％的情况下，在将恢复充放电充电到充电终止时或是放电到放电终止时，1台蓄电池的话能量有可能会不足。若各蓄电池4～7的剩余能量大于等于50％，也可以设定1台进行恢复充放电的蓄电池和1台用于恢复充放电的蓄电池来进行实施。

再有，也可以使控制部11在选择作为恢复充放电对象的蓄电池时，根据多个蓄电池4～7的电压值或电流值运算剩余能量，选择剩余能量大于等于50％的蓄电池。即，也可以使控制部11在选择已作为恢复充放电对象的蓄电池时，运算所选择的蓄电池的剩余能量，在已作为恢复充放电对象的蓄电池的剩余能量是X1[％]时，在X1[％]＜50[％]的情况下，不实施恢复充放电。

在100[％]减去作为恢复充放电对象的蓄电池的剩余能量后得到的差，大于用于恢复充放电的蓄电池的剩余能量时，控制部11进一步选择用于恢复充放电的蓄电池，这样地一直进一步选择用于恢复充放电的蓄电池，直到100[％]减去作为恢复充放电对象的蓄电池的剩余能量后得到的差，小于用于恢复充放电的多个蓄电池的剩余能量之和。

具体地说，控制部11在选择作为恢复充放电对象的蓄电池时，根据所选择的蓄电池的电压值或电流值运算剩余能量，在作为恢复充放电对象的蓄电池的剩余能量是X1[％]，用于恢复充放电的蓄电池的剩余能量是X2[％]的情况下，在(100[％]-X1[％])＞X2[％]时，进一步选择用于恢复充放电的蓄电池。

这时，在进一步选择的蓄电池的剩余能量是X3[％]、……、Xn[％]的情况下，选择用于恢复充电的蓄电池，直到(100[％]-X1[％])＜(X2[％]+X3[％]+……Xn[％])。

在此，在已作为恢复充放电对象的蓄电池的剩余能量或者用于恢复充放电的蓄电池的剩余能量小于规定值的情况下，用于恢复充放电的蓄电池需要得多，从而用于交流电供给线LAC的供给电力变动抑制控制的蓄电池就减少了。因此，为了避免由交流电供给线LAC提供给负载2的电力变得不稳定，期望控制部11对多个蓄电池的剩余能量进行比较来加以选择，使得用于恢复充放电的充电电池小于等于2台。

在如上所述地选择了恢复充放电对象蓄电池4和用于恢复充放电的蓄电池5、6后，控制部11将直流开关S1连接在第二连接端子T2上，将直流开关S2、S3连接在第三连接端子T3上，将直流开关S4连接在第一连接端子T1上。

控制部11从恢复充放电开始时的充电状态起，以额定功率实施蓄电池4的放电，并控制DC/DC转换器12，将提供给放电用端子TA的直流电升压到规定电压后，从充电用端子TB输出。这时，例如在从放电用端子TA供给了大约200V电压的直流电时，DC/DC转换器12升压到大约400V后，从充电用端子TB输出直流电，对蓄电池5、6进行充电。

这时，控制部11监视蓄电池4、5、6的电压和电流。假设蓄电池4的电压到达放电末电压的时刻的放电电能为0Wh。控制部11将该时刻蓄电池4的SOC值设为零[％](定时(A))。

接着，控制部11从蓄电池4放电电力状态0Wh的状态起，以额定功率进行充电。控制部11将直流开关S1连接在第三连接端子T3上，将直流开关S2、S3连接在第二连接端子T2上，并控制DC/DC转换器12，将从蓄电池5、6提供给放电用端子TA的直流电升压到规定电压后，从充电用端子TB输出，对蓄电池4进行充电。

这时，控制部11监视蓄电池4、5、6的电压和电流，并且累计从蓄电池4接收的电流值进行充电电能的运算。蓄电池4的电压到达充电末电压的时刻的充电电能[Wh]是蓄电池4的当前充电容量。从而，在内部保持的蓄电池4的充电容量产生了误差的情况下，控制部11将该时刻运算出的电力累计值作为充电容量(定时(B))。

接着，控制部11以额定功率对蓄电池4进行放电。控制部11将直流开关S1连接在第一连接端子T2上，将直流开关S2、S3连接在连接端子T3上，并控制DC/DC转换器12，将从蓄电池4提供给放电用端子TA的直流电升压到规定电压后，从充电用端子TB输出，对蓄电池5、6进行充电。

这时，控制部11监视蓄电池4、5、6的电压和电流，并且累计从蓄电池4接收到的电力值运算放电电能。蓄电池4的电压到达放电末电压的时刻的放电电能是蓄电池4当前时刻的放电容量。从而，在内部保持的蓄电池4的放电容量产生了误差的情况下，控制部11将该时刻运算出的电力累计值作为放电容量(定时(C))。

再有，在蓄电池4的放电过程中，蓄电池4的电压到达放电末电压之前，蓄电池5、6中的某一个蓄电池的电压成为了充电末电压时，控制部11控制连接在成为充电末电压的蓄电池上的直流开关切换到第一连接端子T1或者第四连接端子T4，来停止充电，使得仅对未成为充电末电压的另一个蓄电池进行充电。

同样，在蓄电池4的充电过程中，蓄电池4的电压到达充电末电压之前，蓄电池5、6中的某一个蓄电池的电压成为了放电末电压时，控制部11控制连接在成为放电末电压的蓄电池上的直流开关切换到第一连接端子T1或者第四连接端子T4，来停止放电，使得仅对未成为放电末电压的另一个蓄电池进行充电。

在蓄电池4的恢复充放电结束后，将已作为恢复充放电对象的蓄电池4和用于恢复充放电的蓄电池5、6与正在实施并网运行的其他蓄电池7再次连接时，控制部11监视蓄电池4、5、6和蓄电池7的剩余能量和电压，在正在实施并网运行的蓄电池7的剩余能量与蓄电池4～6的剩余能量之差小于等于预先设定的阈值、并且正在实施并网运行的蓄电池7的直流电压与蓄电池4～6的直流电压之差小于等于预先设定的阈值时，使直流开关S1～S3与第三连接端子连接。

这是因为，在蓄电池7与蓄电池4、5、6间的剩余能量差及电压差较大的情况下连接这些蓄电池4～7时，有时会向电压低的蓄电池流入大电流而蓄电池发生故障。通过这样地预先设定蓄电池4～6与正在进行并网运行的蓄电池7之间的剩余能量差及电压差的阈值，仅这些值小于等于阈值时才进行连接，就避免了发生故障，可以提供安全性和可靠性高的蓄电装置和蓄电系统。

如上所述，在通过切换直流开关S1～S4而在蓄电池4、5、6之间进行电力充放电来进行恢复充放电时，不从交流电供给线LAC供给电力，也不向交流电供给线LAC输出电力，而是能够用蓄电系统内部的电力交换来实施恢复充放电。

另外，在本实施方式中，可以将作为恢复充放电对象的蓄电池和用于恢复充放电的蓄电池以外的蓄电池，用于交流电供给线LAC的供给电力变动抑制控制。即，控制部11控制AC/DC双向转换器3的动作，使得一边进行恢复充放电，一边按照交流电供给线LAC的供给电力变动进行对蓄电池7的充电和蓄电池7的放电。

即，在包含有n个并联蓄电池的蓄电池系统中实施恢复充放电时，通过在多个蓄电池间进行充放电来对每个蓄电池进行恢复充放电，设正在恢复充放电中的蓄电池和用于恢复充放电的蓄电池是j台，则可以将相对于n个并联蓄电池整体电池容量的(1-j/n)容量，用于交流电供给线的供给电力的变动抑制控制等恢复充放电以外的目的。此外，由于已作为恢复充放电对象的蓄电池的电力会被其他蓄电池充电，因此，从电网方面来看，过剩的电力输出或电力供给为零，可以抑制电网电力的不稳定。

此外，在本实施方式中，由于不需要设置与蓄电池4～7分别连接的多个DC/DC转换器，因此避免了蓄电装置10和蓄电系统的设备大型化。

如上所述，根据本实施方式的蓄电装置10和蓄电系统，可以提供一种能够同时执行电池容量的计算或SOC值的修正以及交流电供给线LAC的供给电力的变动抑制功能，并且避免了设备大型化的蓄电装置和蓄电系统。

此外，在本实施方式的蓄电装置和蓄电系统中，因为可以在多个蓄电池4～7间进行电力的充放电，所以能够通过切换直流开关S1～S4来使蓄积在蓄电池4～7中的能量均等化。例如，如果使蓄积有大能量的蓄电池进行放电来使能量均等化，有可能会对电网输出电力，从而交流电供给线LAC的供给电力会变得不稳定。此外，例如，如果通过使用电阻等负载使蓄积有大能量的蓄电池进行放电来使能量均等化，能量的利用效率就降低了。相对于此，在本实施方式中，在多个蓄电池4～7之间使电力进行充放电，因此，不对交流电供给线LAC的供给电力给予影响，并且能够抑制能量使用效率低下，进行能量的均等化。

再有，在进行能量均等化时也不需要对全部的蓄电池4～7同时使能量均等化，从而，可以一边将多个蓄电池4～7中的某些蓄电池用于交流电供给线LAC的供给电力的变动抑制控制，一边对剩余蓄电池进行能量均等化。

虽然已经说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式是作为例子而提出的，并不是想限定发明范围。这些新的实施方式可以以其他各种各样的方式进行实施，可以在不脱离发明主旨的范围内进行各种各样的省略、置换和变更。这些实施方式或其变形包含在发明范围或主旨内，并且也包含在权利要求书中记载的发明及其等同的范围内。

例如，在上述实施方式中，直流开关S1～S4具备第四连接端子T4，但第四连接端子T4可以省略。只要在切断蓄电池4～7与蓄电装置10之间的连接时，直流开关S1～S4不与第一连接端子T1、第二连接端子T2和第三连接端子T3中的任一个连接端子连接即可。

Claims

1.一种蓄电装置，其特征在于，包括：

DC/DC转换器，具备放电用端子和充电用端子，将从所述放电用端子供给的直流电的电压升压后，从所述充电用端子输出；

多个切换单元，对第一连接端子、第二连接端子以及第三连接端子与蓄电池之间的连接进行切换，上述第一连接端子与外部电连接，上述第二连接端子与所述放电用端子电连接，上述第三连接端子与所述充电用端子电连接；和

控制部，控制所述DC/DC转换器和所述多个切换单元的动作，

所述控制部控制所述DC/DC转换器，使得在经由所述切换单元连接在所述放电用端子上的蓄电池和经由所述切换单元连接在所述充电用端子上的蓄电池之间进行充电和放电。

2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于，

所述多个切换单元还具备没有被电连接的第四连接端子。

3.一种蓄电系统，其特征在于，具备：

权利要求1所述的蓄电装置；

多个蓄电池，与所述多个切换单元分别连接；和

AC/DC双向转换器，与所述第一连接端子和交流电供给线连接，将从所述蓄电装置供给的直流电变换成交流电后向所述交流电供给线输出，并且，将从所述交流电线供给的交流电变换成直流电后向所述蓄电装置输出。

4.根据权利要求3所述的蓄电系统，其特征在于，

所述控制部从所述多个蓄电池中选择第一蓄电池和第二蓄电池，将与所述第一蓄电池连接的所述切换单元切换而连接所述第一蓄电池与所述放电用端子，将与所述第二蓄电池连接的所述切换单元切换而连接所述第二蓄电池与所述充电用端子，利用所述DC/DC转换器，将所述第一蓄电池的放电电力的电压升压后，对所述第二蓄电池进行充电，将与所述第一蓄电池连接的所述切换单元切换而连接所述第一蓄电池与所述充电用端子，将与所述第二蓄电池连接的所述切换单元切换而连接所述第二蓄电池与所述放电用端子，利用所述DC/DC转换器，将所述第二蓄电池的放电电力的电压升压后，对所述第一蓄电池进行充电，将与所述第一蓄电池和所述第二蓄电池以外的蓄电池相连接的所述切换单元切换而与所述AC/DC双向转换器连接。

5.根据权利要求4所述的蓄电系统，其特征在于，

所述控制部在选择所述第一蓄电池时，运算所述多个蓄电池的剩余能量，将剩余能量大于等于50％的蓄电池作为所述第一蓄电池。

6.根据权利要求4所述的蓄电系统，其特征在于，

在100减去所述第一蓄电池的剩余能量后得到的差大于所述第二蓄电池的剩余能量的情况下，所述控制部进一步选择第二蓄电池，并且一直进一步选择所述第二蓄电池，直到100减去所述第一蓄电池的剩余能量后得到的差小于所述第二蓄电池的剩余能量之和。