CN107431363B - 蓄电池管理装置及蓄电池管理方法 - Google Patents

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Abstract

一种蓄电池管理装置及蓄电池管理方法，即使在构成电池单元的电池单体(或电池单体模块)存在异常的情况下，也能够抑制影响的波及来提高可用性。实施方式的蓄电池管理装置在蓄电池系统中进行电池单元的管理，蓄电池系统具备：多个电池单元，具有多个电池单体；以及电力调整装置，分别经由接触器与多个电池单元连接，并与主电路连接，蓄电池管理装置包括最小值判别部及控制部。最小值判别部判别构成各电池单元的电池单体的最大电池单体电压与最小电池单体电压之差为规定值以下的电池单元中的最小电池单体电压的最小值。控制部将由最小值判别部判别出的最小电池单体电压的最小值设为电池单体平衡目标电压，来进行自己所管理的电池单元的电池单体平衡处理的控制。

Description

蓄电池管理装置及蓄电池管理方法
技术领域
本发明的实施方式涉及一种蓄电池管理装置及蓄电池管理方法。
背景技术
近年来，正在推进以太阳能发电、风力发电等为代表的安全且清洁的自然能源的引入。然而，自然能源的输出不稳定，如果大量引入则会担心对电力系统中的电压、频率波及坏影响。另外，如果这些自然能源的供给量大幅超出电力需要，则必须停止自然能源的发电系统，导致发电设备的利用率下降。
为了解决这些问题，在发电系统中还设置使用二次电池的大规模蓄电池，期待通过来自蓄电池的充放电电力来抑制自然能源的输出变动、或者将电力剩余量储存到蓄电池等用途。
另外，在如面向电力系统的蓄电池系统那样大规模的蓄电池系统中，存在采用如下结构的系统：为了得到所需的蓄电容量，将串联连接多个电池单元而成的电池模块并联多个来作为一个蓄电池装置。
在这种蓄电池装置的电池单体平衡中，以蓄电池装置内的最低电压的单电池单体的电压为调整目标电压来调整其它单电池单体的电压。
然而，例如在构成蓄电池装置的单电池单体中产生了异常的低电压的情况下，存在导致所有电池单体的电压均被调整成异常状态的电池单体的电压的担忧。
发明内容
本发明要解决的课题在于，提供一种蓄电池管理装置及蓄电池管理方法，即使在构成电池单元的电池单体(或电池单体模块)存在异常的情况下，也能够抑制影响的波及来提高可用性。
因此，本发明是为了解决该问题而做出的，其目的在于提供一种蓄电池管理装置、方法以及程序，即使在构成电池单元的电池单体(或电池单体模块)存在异常的情况下，也能够抑制影响的波及来提高可用性。
实施方式的蓄电池管理装置在蓄电池系统中进行电池单元的管理，蓄电池系统具备：多个电池单元，具有多个电池单体；以及电力调整装置，分别经由接触器与多个电池单元连接，并与主电路连接，蓄电池管理装置包括最小值判别部及控制部。
最小值判别部判别构成各电池单元的电池单体的最大电池单体电压与最小电池单体电压之差为规定值以下的电池单元中的最小电池单体电压的最小值。
控制部将由最小值判别部判别出的最小电池单体电压的最小值设为电池单体平衡目标电压，来进行自己所管理的电池单元的电池单体平衡处理的控制。
附图说明
图1是具备多个系统的蓄电池系统的自然能源发电系统的概要结构图。
图2是具备实施方式的蓄电池管理装置的蓄电池系统的概要结构框图。
图3是电池单体模块、CMU以及BMU的详细结构说明图。
图4是实施方式的电池单体平衡执行判定动作的处理流程图。
具体实施方式
接着，参照附图来说明实施方式。
图1是具备多个系统的蓄电池系统的自然能源发电系统的概要结构图。
自然能源发电系统100作为电力系统发挥功能，具备：自然能源发电单元1，利用太阳光、水力、风力、生物能源(Biomass)、地热等自然能源(可再生能量)，能够作为系统电力输出；电力计2，测定自然能源发电单元1的发电电力；多个蓄电池系统3，基于电力计2的测定结果将自然能源发电单元1的剩余电力进行充电，放出不足电力来将该不足电力叠加在自然能源发电单元1的发电电力上来输出；变压器4，进行自然能源发电单元1的输出电力(还包括叠加有蓄电池系统3的输出电力的情况)的电压变换；蓄电池控制器5，进行蓄电池系统3的本地(Local)控制；以及上级控制装置6，进行蓄电池控制器5的远程控制。
图2是具备实施方式的蓄电池管理装置的蓄电池系统的概要结构框图。
大致划分的话，蓄电池系统3具备：蓄电池装置11，蓄积电力；以及电力转换装置(PCS：Power Conditioning System)12，将从蓄电池装置11供给的直流电力转换为具有期望的电力质量的交流电力并供给至负载。
大致划分的话，蓄电池装置11具备：多个电池盘21-1～21-N(N是自然数)；以及连接了电池盘21-1～21-N的电池端子盘22。
电池盘21-1～21-N具备相互并联连接的多个电池单元23-1～23-M(M是自然数)、门限(Gateway)装置24以及向后述的BMU(Battery Management Unit：电池管理装置)和CMU(Cell Monitoring Unit：电池单体监视装置)供给动作用的直流电源的直流电源装置25。在此，BMU相当于蓄电池管理装置。
在此，说明电池单元的结构。
电池单元23-1～23-M分别经由高电位侧电源供给线(高电位侧电源供给线)LH和低电位侧电源供给线(低电位侧电源供给线)LL连接于输出电源线(输出电源线；母线)LHO、LLO，向作为主电路的电力转换装置12供给电力。
电池单元23-1～23-M是相同的结构，因此以电池单元23-1为例进行说明。
大致划分的话，电池单元23-1具备多个(在图2中24个)电池单体模块31-1～31-24、分别设置于电池单体模块31-1～31-24的多个(在图2中24个)CMU 32-1～32-24、设置于电池单体模块31-12与电池单体模块31-13之间的服务切断器(Service Disconnect)33、电流传感器34以及接触器35，多个电池单体模块31-1～31-24、服务切断器33、电流传感器34以及接触器35串联连接。
在此，电池单体模块31-1～31-24是将多个电池单体串并联连接来构成电池组。而且，由多个串联连接的电池单体模块31-1～31-24构成电池组群。
并且，电池单元23-1具备BMU 36，各CMU 32-1～32-24的通信线、电流传感器34的输出线连接于BMU 36。
BMU 36在门限装置24的控制下控制电池单元23-1整体，基于与各CMU 32-1～32-24的通信结果(后述的电压数据和温度数据)以及电流传感器34的检测结果进行接触器35的开闭控制。
接着，说明电池端子盘22的结构。
电池端子盘22具备与电池盘21-1～21-N对应地设置的多个盘断路器41-1～41-N、以及构成为控制蓄电池装置11整体的微型计算机的主(Master)装置42。
在主装置42上连接有：在与电力转换装置12之间经由电力转换装置12的UPS(Uninterruptible Power System：不间断供电系统)12A供给的控制电源线51；控制通信线52，构成为以太网(注册商标)并作为通信总线发挥功能，用于BMU 36在与PCS 12之间直接进行控制数据的交换；以及通信线53，与控制通信线52电连接而作为通信总线发挥功能，用于与其它BMU36之间直接进行数据的交换。
在此，说明电池单体模块31-1～31-24、CMU 32-1～32-24以及BMU 36的详细结构。
图3是电池单体模块、CMU以及BMU的详细结构说明图。
电池单体模块31-1～31-24分别具备串联连接的多个(在图3中10个)电池单体61-1～61-10。
CMU 32-1～32-24具备：电压温度测量IC(Analog Front End IC：AFE-IC)62，用于测定构成对应的电池单体模块31-1～31-24的电池单体的电压以及规定部位的温度；MPU63，分别进行对应的CMU 32-1～32-24整体的控制；遵照CAN(Controller Area Network：控制器局域网)规则的通信控制器64，用于在与BMU 36之间进行CAN通信；以及存储器65，保存相当于每个电池单体的电压的电压数据和温度数据。
在以下说明中，将电池单体模块31-1～31-24各自和对应的CMU32-1～32-24合在一起的结构称为电池模块37-1～37-24。例如，将电池单体模块31-1和对应的CMU 32-1合在一起的结构称为电池模块37-1。
另外，BMU 36具备：MPU 71，控制BMU 36整体；遵照CAN规则的通信控制器72，用于在与CMU 32-1～32-24之间进行CAN通信；存储器73，保存从CMU 32-1～32-24发送的电压数据和温度数据；以及遵照CAN规则的通信控制器74，用于在与门限装置24或电池单元23-2～23-M的BMU 36之间进行CAN通信。
蓄电池控制器5检测自然能源发电单元1的发电电力，为了缓和该发电电力对电力系统波及的影响，使用蓄电池装置11来进行发电电力的输出变动抑制。在此，由该蓄电池控制器5或者其上级控制装置6计算对蓄电池装置11的变动抑制量，并作为充放电指令提供至与蓄电池装置11对应的PCS(Power Conditioning System)12。
接着，说明蓄电池装置11中的电池单体平衡执行动作。
下面，以在由电池单元23-1进行蓄电池装置11的电池单体平衡执行判定动作的情况下由电池单元23-1的BMU 36进行实际的电池单体平衡执行判定动作的情况为例进行说明。
图4是实施方式的电池单体平衡执行判定动作的处理流程图。
电池单元23-1的BMU 36经由与门限装置24或电池单元23-2～23-M的BMU 36连接的通信控制器74和上级通信总线(CAN)，获取与该上级通信总线连接的其它电池单元23-2～23-M的接触器35的开闭状态(步骤S11)。
接着，电池单元23-1的BMU 36判别是否所有电池单元23-1～23-M的接触器35均断开(步骤S12)。
在步骤S12的判别中所有电池单元23-1～23-M的接触器35均断开的情况下(步骤S12：“是”)，电池单元23-1的BMU 36获取构成与上级通信总线连接的其它电池单元23-2～23-M的电池单体模块31-1～31-24中的最大电池单体电压(最大电池单体模块电压)和最小电池单体电压(最小电池单体模块电压)(步骤S13)。
接着，电池单元23-1的BMU 36按每个电池单元23-2～23-M计算最大电池单体电压与最小电池单体电压之差(差电压)(步骤S14)。
接着，电池单元23-1的BMU 36判别是否在某个电池单元23-2～23-M中最大电池单体电压与最小电池单体电压之差为规定值以下(步骤S15)。
在步骤S15的判别中在某个其它电池单元23-2～23-M中最大电池单体电压与最小电池单体电压之差为规定值以下的情况下(步骤S15：“是”)，电池单元23-1的BMU 36作为最小值判别部和控制部发挥功能，将在电池单元内最大电池单体电压与最小电池单体电压之差为规定值以下的电池单元中的最小的最小电池单体电压设定为电池单体平衡目标电压(步骤S16)，将处理转移到步骤S17。
另一方面，在步骤S15的判别中在任何电池单元23-2～23-M中最大电池单体电压与最小电池单体电压之差均不是规定值以下的情况下(步骤S15：“否”)，即在最大电池单体电压与最小电池单体电压之差超过规定值的情况下，电池单元23-1的BMU 36将该电池单元23-1的最小电池单体电压设定为电池单体平衡目标电压(步骤S18)。
这是因为，在最大电池单体电压与最小电池单体电压之差超过规定值的情况下是有可能存在某种故障的电池单元，因此防止根据它们来设定电池单体平衡目标电压。
此外，以上说明始终是通常运用时的电池单体平衡处理，在由于维护等而最大电池单体电压与最小电池单体电压之差超过规定值的情况等时，还能够通过对电池单元23-1的BMU 36提供明确的指示以使得按照它们设定电池单体平衡目标电压。
然后，电池单元23-1的BMU 36按照电池单体平衡目标电压执行电池单体平衡处理，并结束处理(步骤S17)。
另外，在步骤S12的判别中不是所有电池单元23-1～23-M的接触器35均断开的情况下(步骤S12：“否”)，即在一部分电池单元的接触器35闭合的情况下，电池单元23-1的BMU36获取与上级通信总线连接的其它电池单元23-2～23-M的主电路电压(步骤S20)。
接着，电池单元23-1的BMU 36将接触器35闭合的其它电池单元的主电路电压与该电池单元23-1的主电路电压进行比较，判别相同还是该电池单元23-1(本电池单元)的主电路电压高与否(步骤S21)。
在步骤S21的判别中，在接触器35闭合的其它电池单元的主电路电压与该电池单元23-1的主电路电压相同或接触器35闭合的其它电池单元的主电路电压更高的情况下(步骤S21：“是”)，将处理再次转移到步骤S13，进行之后同样的处理。
另一方面，在接触器35闭合的其它电池单元的主电路电压比该电池单元23-1的主电路电压低的情况下(步骤S21：“否”)，电池单元23-1的BMU36不进行电池单体平衡处理而结束处理。
这是为了防止如下情况：该电池单元23-1的电压进一步偏离于其它电池单元23-2～23-M而存在导致接触器35不会闭合的担忧。
如以上的说明那样，根据本实施方式，抑制参照处于异常状态的电池单体的电压来进行电池单体平衡处理，即使在构成蓄电池装置11的电池单体(或电池单体模块)中产生了异常的情况下，也能够抑制其影响的波及而提高蓄电池系统3的可用性。
由本实施方式的蓄电池管理装置执行的程序是以能够安装的形式或能够执行的形式的文件记录在CD-ROM、软盘(FD)、CD-R、DVD(Digital Versatile Disk)等能够由计算机读取的记录介质中来提供的。
另外，也可以构成为通过将由本实施方式的蓄电池管理装置执行的程序保存在与因特网等网络连接的计算机上并经由网络下载来提供该程序。另外，也可以构成为经由因特网等网络提供或发配由本实施方式的蓄电池管理装置执行的程序。
另外，也可以构成为预先在ROM等中嵌入本实施方式的蓄电池管理装置的程序来提供该程序。
由本实施方式的蓄电池管理装置执行的程序成为包括上述的各部(最小值判别部、控制部)的模块结构，作为实际的硬件，通过由CPU(处理器)从上述存储介质读出程序并执行，上述各部加载到主存储装置上，在主存储装置上生成最小值判别部、控制部。
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来呈现的，并不是要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它各种方式来实施，在不脱离发明的宗旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包括在发明的范围及宗旨中，并且包括在权利要求书中记载的发明及其等同的范围内。

Claims (3)

1.一种蓄电池管理装置，在蓄电池系统中进行电池单元的管理，所述蓄电池系统具备：多个所述电池单元，所述电池单元具有多个电池单体；以及电力调整装置，分别经由接触器与所述多个电池单元连接，并与主电路连接，
所述蓄电池管理装置具备：
最小值判别部，判别构成各所述电池单元的电池单体的最大电池单体电压与最小电池单体电压之差为规定值以下的所述电池单元中的所述最小电池单体电压的最小值；以及
控制部，将由所述最小值判别部判别出的所述最小电池单体电压的最小值设为电池单体平衡目标电压，来进行该蓄电池管理装置所管理的所述电池单元的电池单体平衡处理的控制，
在构成经由通信总线与所述电力调整装置连接的所有所述电池单元的电池单体的最大电池单体电压与最小电池单体电压之差超过了规定值的情况下，所述控制部将构成该蓄电池管理装置所管理的所述电池单元的电池单体的最小电池单体电压设为电池单体平衡目标电压，来进行所述电池单体平衡处理的控制。
2.根据权利要求1所述的蓄电池管理装置，其特征在于，
经由所述通信总线与所述电力调整装置连接，经由所述通信总线从与该通信总线连接的其它所述电池单元获取所述最大电池单体电压和所述最小电池单体电压。
3.一种由蓄电池管理装置执行的方法，该蓄电池管理装置在蓄电池系统中进行电池单元的管理，所述蓄电池系统具备：多个所述电池单元，所述电池单元具有多个电池单体；以及电力调整装置，分别经由接触器与所述多个电池单元连接，并与主电路连接，
所述方法包括以下过程：
判别构成各所述电池单元的电池单体的最大电池单体电压与最小电池单体电压之差为规定值以下的所述电池单元中的所述最小电池单体电压的最小值的过程；以及
将所述判别出的所述最小电池单体电压的最小值设为电池单体平衡目标电压，来进行该蓄电池管理装置所管理的所述电池单元的电池单体平衡处理的控制的过程，
在构成经由通信总线与所述电力调整装置连接的所有所述电池单元的电池单体的最大电池单体电压与最小电池单体电压之差超过了规定值的情况下，所述控制部将构成该蓄电池管理装置所管理的所述电池单元的电池单体的最小电池单体电压设为电池单体平衡目标电压，来进行所述电池单体平衡处理的控制。
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