CN107078514B - 蓄电池系统 - Google Patents

Abstract

有关本发明的蓄电池系统具备第1及第2PCS。第1PCS对第1蓄电池充放电。第2PCS对第2蓄电池充放电。第2蓄电池比第1蓄电池寿命短。控制装置基于充放电请求和蓄电池信息来控制第1及第2PCS。控制装置具备SOC修正部和充放电指令部。SOC修正部计算第1及第2蓄电池的SOC，在充放电请求是充电请求的情况下将第2蓄电池的SOC向上方修正，在是放电请求的情况下将第2蓄电池的SOC向下方修正。充放电指令部决定充放电指令，使得在充放电请求是充电请求的情况下从SOC较低的蓄电池起优先地充电，在是放电请求的情况下从SOC较高的蓄电池起优先地放电。

Description

蓄电池系统

技术领域

本发明涉及与电力系统连接的蓄电池系统。

背景技术

电力系统通过将发电设备与负载设备用送配电设备连接而构建。在电力系统中，从将多个大规模发电站与许多工厂、商业施设及家庭连接的大规模的系统到特定的施设内所构建的小规模的系统，存在各种各样的规模。在怎样的规模的电力系统中，都具备管理电力系统整体的电力供需的能量管理系统(EMS)，由EMS进行使发电设备的电力的供给与负载设备的电力的需求平衡的操作。

蓄电池系统连接在上述那样的电力系统中，被作为用来使电力供需平衡的1个手段使用。并且，大量的电力的储存是困难的，但通过实用化锂离子电池及钠硫电池那样的大容量的蓄电池，能够进行大量的电力的储存。通过将具备这样的蓄电池的蓄电池系统连接到发电系统，能够实现如下的运用，即：在供给相对于电力的需求过剩时将过剩的电力向蓄电池充电，在供给相对于电力的需求不足时借助从蓄电池的放电将电力的不足填补。

这样的蓄电池系统的适当的用途的一例是与利用太阳光或风力等的自然能的发电设备的组合。利用自然能的发电设备受到近来的对于能源问题或环境问题的意识的提高之影响而正在被广泛地导入。但是，在利用自然能的发电设备中，因为发电电力受季节或天气等的自然因素左右，所以有不能进行稳定的电力供给的缺点。蓄电池系统是能够弥补该缺点的系统，通过将蓄电池系统与利用自然能的发电设备组合，能够进行稳定的电力供给。

在将蓄电池系统与电力系统连接的情况下，蓄电池系统的动作被上述的EMS管理。蓄电池系统具备连接在蓄电池上的交直变换装置(PCS)。PCS具有将电力系统的交流电力变换为直流电力并向蓄电池充电的功能、和将蓄电池的直流电力变换为交流电力而向电力系统放电的功能。从EMS对于PCS供给充放电请求，PCS按照充放电请求而动作，从而实现从电力系统向蓄电池的受电、或者从蓄电池向电力系统的放电。另外，决定从EMS向PCS供给的充放电请求，以在电力系统整体中使电力的供需平衡。

另外，申请人作为与本发明关联的技术而理解了以下记载的文献。在日本特开2014－124063号公报的图1中描述了具备连接在电力系统上的多个PCS的蓄电池系统的一例。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014－124063号公报

发明内容

发明要解决的课题

可是，因为蓄电池系统的大规模化、多样化，有在PCS间使用不同的厂商的蓄电池的情况。如果厂商不同则蓄电池的寿命也是各种各样的。在这样的蓄电池系统中，如果向各PCS发出相同的充放电指令，则低寿命的蓄电池更早地劣化而寿命耗尽。如果一部分的蓄电池的寿命耗尽，则作为蓄电池系统整体的最大充放电量也下降。因此，希望以使各蓄电池的劣化的程度相同的方式运行。

本发明是为了解决上述那样的问题而做出的，目的是提供一种在PCS间蓄电池的寿命不同的蓄电池系统中能够管理充放电、以使寿命较长的蓄电池进行更多的充放电、并使得各蓄电池的更换时期成为同时期的蓄电池系统。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，有关本发明的蓄电池系统如以下这样构成。

本发明的蓄电池系统构成为，与电力系统连接，基于来自用于管理电力系统的电力供需的EMS的充放电请求而动作。对于连接着本发明的蓄电池系统的电力系统的规模及结构没有限定。

本发明的蓄电池系统具备第1蓄电池、第2蓄电池、第1蓄电池监视装置、第2蓄电池监视装置、第1PCS、第2PCS及控制装置。蓄电池的数量、蓄电池监视装置的数量、PCS的数量也可以是3以上。

第1及第2蓄电池既可以由单一的蓄电池模块构成，也可以将多个蓄电池模块并联连接而构成。蓄电池模块既可以由单一的蓄电池单元构成，也可以作为多个蓄电池单元的集合体而构成。作为蓄电池的种类，优选的是锂离子电池、钠硫电池或镍氢电池等大容量的蓄电池。第2蓄电池比第1蓄电池寿命短。寿命基于蓄电池的规格。寿命也有用循环数表示的情况。循环数是将充电到满充电状态然后放电到空状态作为1循环、表示能够充放电多少循环的指标。

第1及第2蓄电池监视装置是监视蓄电池的状态的装置。蓄电池监视装置既可以对于蓄电池设置1个，也可以对蓄电池模块设置1个。作为蓄电池监视装置的监视项目，例如可以举出电流、电压、温度等的状态量。蓄电池监视装置将作为监视项目的状态量用传感器总是计测或以规定的周期计测，将得到的数据的一部分或全部作为蓄电池信息向外部输出。

第1及第2PCS是在电力系统上连接蓄电池的装置，具有将电力系统的交流电力变换为直流电力并向第1及第2蓄电池充电的功能、和将第1及第2蓄电池的直流电力变换为交流电力并向电力系统放电的功能。PCS也被称作功率调节器，由PCS调整向蓄电池的充电电力量及从蓄电池的放电电力量。

控制装置是夹在EMS与第1及第2PCS之间的装置。该控制装置接收从EMS向蓄电池系统供给的充放电请求。控制装置构成为，将从第1及第2蓄电池监视装置供给的蓄电池信息与充放电请求一起接收，基于充放电请求和蓄电池信息来控制第1及第2PCS。

控制装置具备SOC(充电状态，State Of Charge)修正部和充放电指令部。SOC修正部基于蓄电池信息计算第1及第2蓄电池的SOC，在充放电请求是充电请求的情况下，将第2蓄电池的SOC向上方修正，在充放电请求是放电请求的情况下，将第2蓄电池的SOC向下方修正。另外，SOC是指相对于蓄电池的满充电的充电率。

充放电指令部决定对于第1及第2PCS的充放电指令，使得在充放电请求是充电请求的情况下从SOC较低的蓄电池起优先地充电，在上述充放电请求是放电请求的情况下从SOC较高的蓄电池起优先地放电。

另外，在具备3台以上的PCS的蓄电池系统中，关于3个蓄电池中的任意的2个，可以将蓄电池的寿命相对较长者看作第1蓄电池，将寿命较短者看作第2蓄电池。

发明的效果

根据有关本发明的蓄电池系统，在PCS间蓄电池的寿命不同的蓄电池系统中，能够管理充放电，以使寿命较长的蓄电池进行更多的充放电，使得各蓄电池的更换时期成为同时期。

附图说明

图1是用来说明有关本发明的实施方式1的系统结构的概念结构图。

图2是有关本发明的实施方式1的系统的块图。

图3是用来说明在本发明的实施方式1中基于充放电指令部7的具体的计算例的图。

图4是为了实现基于来自EMS3的充放电请求的充放电控制而蓄电池系统1执行的控制例程的流程图。

图5是用来说明有关本发明的实施方式1的系统结构的变形例的概念结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地说明。另外，对于在各图中共同的要素赋予相同的标号而省略重复的说明。

实施方式1.

[实施方式1的系统结构]

图1是用来说明有关本发明的实施方式1的系统结构的概念结构图。图1所示的蓄电池系统1被连接在电力系统的送电设备2上。在电力系统中，除了送电设备2以外，还包括连接在送电设备2上的发电设备(省略图示)、连接在送电设备2上的负载设备(省略图示)。蓄电池系统1通过计算机网络51连接在远方的能量管理系统(以下称作EMS)3上。EMS3管理发电设备的发电量、蓄电池系统1的充放电量、负载设备的受电量等电力系统的电力供需。

蓄电池系统1具备第1交直变换装置(以下称作PCS)11、第2PCS12、第1蓄电池21、第2蓄电池22、第1蓄电池监视装置(以下称作BMU：Battery Management Unit)31、第2BMU32及控制装置4。

蓄电池系统1具备多个PCS。以下为了容易说明，将由1个PCS和连接在该PCS上的蓄电池模块组及BMU构成的组称作“PCS组”。各PCS组的基本结构是同样的，所以这里例示第1PCS组而进行说明。另外，在图1中描绘了2个PCS组，但PCS组也可以是3个以上。

第1PCS组具备第1PCS11。第1PCS11连接在第1蓄电池21上。第1蓄电池21是将蓄电池模块211～213并联连接而成的。在图1中，蓄电池模块是3列，但这是单纯的一例。蓄电池模块的并联数基于PCS的规格决定。由此，蓄电池模块的并联数也可能为1列。

各蓄电池模块211～213是多个单元被串联连接而成的模块。各单元是锂离子电池(LiB)。另外，在第1蓄电池21中，蓄电池模块211～213的最大蓄电容量及寿命(循环数)相同。

蓄电池模块211～213通过信号线连接在第1BMU31上。第1BMU31通过计算机网络53连接在控制装置4上。在图1中，对于1个蓄电池模块连接着1个BMU，但这是单纯的一例。也可以对于蓄电池连接1个BMU。

第1BMU31监视第1蓄电池21的状态。具体而言，第1BMU31作为计测蓄电池模块211～213的状态量的机构而具备电流传感器、电压传感器及温度传感器。由电流传感器计测蓄电池模块211～213中流过的电流。由电压传感器计测蓄电池模块211～213的电压。并且，由温度传感器计测蓄电池模块211～213的温度。总是进行第1BMU31对蓄电池模块211～213的监视。但是，本实施方式中所述的总是监视，是不仅包括从传感器获取没有间断的连续的信号的动作、还包括以规定的较短的周期将传感器的信号获取的动作的概念。第1BMU31将包含通过各传感器的计测得到的信息在内的蓄电池信息向控制装置4发送。

以上，对连接在第1PCS11上的第1蓄电池21及第1BMU31进行了说明，但上述基本结构对于连接在第2PCS12上的第2蓄电池22及第2BMU32也是同样的。重要的差异点是，多个PCS组中的至少1个组的蓄电池的寿命与其他组的蓄电池的寿命不同。寿命基于蓄电池的规格。寿命也有用循环数表示的情况。在本实施方式中，假设第2蓄电池22比第1蓄电池21寿命短。

控制装置4具备包括例如ROM、RAM等的存储器、将各种信息输入输出的输入输出接口、能够基于各种信息来执行各种运算处理的处理器。控制装置4通过计算机网络51与EMS3连接，通过计算机网络53与第1BMU31及第2BMU32连接，通过计算机网络52与第1PCS11及第2PCS12连接。

控制装置4承担对于第1PCS11及第2PCS12发出充放电指令的司令塔的作用。作为一例，控制装置4接收从EMS3发送的充放电请求和从第1BMU31及第2BMU32发送的蓄电池信息。充放电请求包括关于使第1PCS11及第2PCS12充放电的有效电力和无效电力的请求。控制装置4基于充放电请求和蓄电池信息决定对于第1PCS11及第2PCS12的充放电指令(相当于充放电量[kW])，向第1PCS11及第2PCS12发送。此外，控制装置4还具备对第1PCS11及第2PCS12输出开路(trip)指令的功能等。

第1PCS11经由变压器通过送电线连接在送电设备2上。第1PCS11具备将电力系统的交流电力变换为直流电力并向第1蓄电池21充电的充电功能、和将第1蓄电池21的直流电力变换为交流电力并向电力系统放电的放电功能。向第1蓄电池21的充电电力量及从第1蓄电池21的放电电力量由第1PCS11调整。第1PCS11的充放电电力量的调整按照从控制装置4供给的充放电指示进行。第2PCS12也具有与第1PCS11同样的功能。

[实施方式1的特征性结构]

图2是有关本发明的实施方式1的系统的块图。在图2中的表示控制装置4的块内，用块表示了控制装置4所具备的各种各样的功能中的一部分。块被分配有运算资源。在控制装置4中准备与块对应的程序，通过由处理器执行这些而在控制装置4中实现块的功能。

(SOC修正功能)

控制装置4具有SOC修正功能，该功能由SOC修正部6承担。SOC修正部6基于蓄电池信息计算第1蓄电池21及第2蓄电池22的SOC，在充放电请求是充电请求的情况下，将第2蓄电池22的SOC向上方修正，在充放电请求是放电请求的情况下，将第2蓄电池22的SOC向下方修正。

具体而言，SOC修正部6根据蓄电池信息中包含的流过蓄电池的电流的累计值计算SOC。此外，SOC是指相对于满充电的充电率。SOC修正部6计算第1蓄电池21及第2蓄电池22的SOC。

进而，SOC修正部6在充放电请求是充电请求的情况下，将第2蓄电池22的SOC向上方修正。例如，对计算出的第2蓄电池的SOC的值加上+α。α是规定的设定值。例如，α是基于第1蓄电池21与第2蓄电池22的寿命的差而预先设定的设定值。此外，SOC修正部6在充放电请求是放电请求的情况下，将第2蓄电池22的SOC向下方修正。例如，对计算出的第2蓄电池的SOC的值加上－α。

(充放电指令功能)

控制装置4具有充放电指令功能，该功能由充放电指令部7承担。充放电指令部7决定对于第1PCS11及第2PCS12的充放电指令，以在充放电请求是充电请求的情况下，从SOC较低的蓄电池起优先地充电，在充放电请求是放电请求的情况下，从SOC较高的蓄电池起优先地放电。

具体而言，在充放电请求是充电请求的情况下，由SOC修正部6将第2蓄电池22的SOC向上方修正。结果，在第1蓄电池21的SOC比第2蓄电池22的SOC低的情况下，充放电指令部7使得从SOC较低的第1蓄电池21起优先地充电。因此，第1蓄电池21的充电量变得比第2蓄电池22的充电量多。

此外，在充放电请求是放电请求的情况下，由SOC修正部6将第2蓄电池22的SOC向下方修正。结果，在第1蓄电池21的SOC比第2蓄电池22的SOC低的情况下，充放电指令部7使得从SOC较高的第1蓄电池21起优先地放电。因此，第1蓄电池21的放电量变得比第2蓄电池22的放电量多。

这样，能够增加寿命较长的第1蓄电池21的充放电量，减少寿命较短的第2蓄电池22的充放电量。通过使寿命较长的蓄电池进行更多的充放电，能够使各蓄电池的劣化的程度等同，并使各蓄电池的更换时期成为同时期。

对上述的SOC修正功能和充放电指令功能的具体的控制的一例进行说明。图3是用来说明在本发明的实施方式1中基于SOC修正功能和充放电指令功能的具体的控制例的图。

图3所示的蓄电池系统1具备2台PCS。第1PCS11的最大输出是100[kW]，第2PCS12的最大输出是100[kW]。连接在第1PCS11上的蓄电池模块的并联数是2，连接在第2PCS12上的蓄电池模块的并联数是2。各蓄电池模块的最大蓄电容量是100[kW]。此外，第1蓄电池21的蓄电池模块211、212的寿命是10000次循环，第2蓄电池22的蓄电池模块221、222的寿命是2000次循环。

在图3中，SOC修正部6基于蓄电池信息计算第1蓄电池21及第2蓄电池22的SOC。假设计算出的SOC都是50[％]。

接着，SOC修正部6在充放电请求是充电请求的情况下，对第2蓄电池22的SOC加上+α[％]。例如，假设α＝10。因此，第2蓄电池22的修正后的SOC成为60[％]。并且，充放电指令部7为了从SOC较低的第1蓄电池21起优先地充电，将向SOC较低的第1蓄电池21的充电量设定为比向第2蓄电池22的充电量多。

此外，SOC修正部6在充放电请求是充电请求的情况下，对第2蓄电池22的SOC加上－α[％]。例如，假设α＝10。因此，第2蓄电池22的修正后的SOC成为40[％]。并且，充放电指令部7为了从SOC较高的第1蓄电池21起优先地放电，将从SOC较高的第1蓄电池21的放电量设定为比从第2蓄电池22的放电量多。

根据这样的控制，能够增加寿命较长的第1蓄电池的充放电量，减少寿命较短的第2蓄电池的充放电量。

(流程图)

图4是为了实现基于来自EMS3的充放电请求的充放电控制而由蓄电池系统1执行的控制例程的流程图。该流程图所示的控制装置4的处理是由SOC修正部6及充放电指令部7的功能实现的处理。在控制装置4的存储器中，存储有执行图4所示的流程图的处理的程序，通过控制装置4的处理器将程序读出、执行，来实现图4所示的处理。

在图4所示的例程中，首先，EMS3决定对于蓄电池系统1的充放电请求，以使电力系统中的电力的需求与供给平衡(步骤S101)。EMS3将所决定的充放电请求向控制装置4发送(步骤S102)。

在第1PCS组中，第1BMU31使用各种传感器总是取得蓄电池信息(步骤S301)。然后，第1BMU31将所取得的蓄电池信息向控制装置4发送(步骤S302)。

在第2PCS组中，第2BMU32使用各种传感器总是取得蓄电池信息(步骤S401)。第2PCS组是包括第2PCS12、第2蓄电池22、第2BMU32的组。然后，第2BMU32将所取得的蓄电池信息向控制装置4发送(步骤S402)。

控制装置4接收从EMS3发送的充放电请求(步骤S201)。此外，控制装置4接收从第1PCS组的第1BMU31发送的蓄电池信息(步骤S202)。同样，控制装置4接收从第2PCS组的第2BMU32发送的蓄电池信息(步骤S203)。

控制装置4基于在步骤S204中接收到的充放电请求和在步骤S202、S203中接收到的蓄电池信息，计算第1蓄电池21的SOC和第2蓄电池22的修正后的SOC(步骤S204)。在步骤S204中执行的SOC的计算的方法是在SOC修正功能的说明中叙述的那样。

然后，控制装置4决定对于第1PCS11及第2PCS12的充放电指令(步骤S205)。在步骤S205中执行的充放电指令的决定的方法是在充放电指令功能的说明中叙述的那样。

然后，控制装置4向第1PCS11发送对于第1PCS组的充放电指令(步骤S206)。同样，控制装置4向第2PCS12发送对于第2PCS组的充放电指令(步骤S207)。

在第1PCS组中，第1PCS11接收从控制装置4发送的充放电指令(步骤S303)。第1PCS11按照充放电指令执行充放电操作(步骤S304)。

同样，在第2PCS组中，第2PCS12接收从控制装置4发送的充放电指令(步骤S403)。第2PCS12按照充放电指令执行充放电操作(步骤S404)。

如以上说明的那样，根据本实施方式的蓄电池系统1，在PCS间蓄电池的寿命不同的蓄电池系统中，能够管理充放电以使寿命较长的蓄电池进行更多的充放电，使得各蓄电池的更换时期成为同时期。因此，蓄电池系统1在能够使用寿命不同的蓄电池这一点上扩展性较高、并且能够在更换时期之前以最大充放电量进行运用，所以稳定性较高。

(变形例)

顺便说一下，在图1的系统结构中，假设将控制装置4在蓄电池系统1中配置1个，但该配置并不限定于此。图5是用来说明有关本发明的实施方式1的系统结构的变形例的概念结构图。如图5所示，也可以在1个PCS组中配置1个控制装置。图5所示的主控制装置41从EMS3接收充放电请求，从第1BMU31接收蓄电池信息，从副控制装置42接收第2BMU32所发送的蓄电池信息。主控制装置41使用上述SOC修正功能及充放电指令功能来决定对于各PCS的充放电指令。主控制装置41向第1PCS11发送对于第1PCS11的充放电指令，并向副控制装置42发送对于第2PCS12的充放电指令。副控制装置42向第2PCS12输出对于第2PCS12的充放电指令。

标号说明

1蓄电池系统

2送电设备

3能量管理系统(EMS)

4控制装置

6SOC修正部

7充放电指令部

11第1交直变换装置(第1PCS)

12第2交直变换装置(第2PCS)

21第1蓄电池

22第2蓄电池

31第1蓄电池监视装置(第1BMU)

32第2蓄电池监视装置(第2BMU)

41主控制装置

42副控制装置

51、52、53计算机网络

211～213、221～223蓄电池模块

Claims (1)

1.一种蓄电池系统，是与电力系统连接的蓄电池系统，基于来自用于管理上述电力系统的电力供需的能量管理系统的充放电请求而动作，其特征在于，

具备：

第1蓄电池；

第2蓄电池，寿命比上述第1蓄电池短；

第1蓄电池监视装置，监视上述第1蓄电池的状态；

第2蓄电池监视装置，监视上述第2蓄电池的状态；

第1交直变换装置，具有将上述电力系统的交流电力变换为直流电力并向上述第1蓄电池充电的功能、和将上述第1蓄电池的直流电力变换为交流电力并向上述电力系统放电的功能；

第2交直变换装置，具有将上述电力系统的交流电力变换为直流电力并向上述第2蓄电池充电的功能、和将上述第2蓄电池的直流电力变换为交流电力并向上述电力系统放电的功能；以及

控制装置，接收上述充放电请求和从上述第1蓄电池监视装置及上述第2蓄电池监视装置供给的蓄电池信息，基于上述充放电请求和上述蓄电池信息来控制上述第1交直变换装置及上述第2交直变换装置；

上述控制装置具备：

SOC修正部，基于上述蓄电池信息，计算上述第1蓄电池及上述第2蓄电池的SOC，在上述充放电请求是充电请求的情况下，将第2蓄电池的SOC向上方修正，在上述充放电请求是放电请求的情况下，将第2蓄电池的SOC向下方修正；以及

充放电指令部，决定对于上述第1交直变换装置及上述第2交直变换装置的充放电指令，使得在上述充放电请求是充电请求的情况下，从SOC较低的蓄电池起优先地充电，在上述充放电请求是放电请求的情况下，从SOC较高的蓄电池起优先地放电。

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