CN109121447A - 电源系统、控制系统以及电源系统的电力控制方法 - Google Patents
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Abstract
在使用多个电源组件的电源系统中，即使在电源组件间产生了电力偏差也能适当地进行充放电。功率调节器(140)构成为：每当按照来自系统控制器(160)的电力指令来决定对各电源组件(10)进行充放电的电力的总和即整体实施电力POB all时，就由主控制部(120)收集来自各组件控制部(12)的电池信息，将进行各电源组件(10)的充放电的个体实施电力决定在不超过各电源组件(10)的个体可能电力的范围内，使得能不超过该运算出的个体实施电力地进行各电源组件(10)的充放电，其中，所述个体实施电力基于电源组件整体能充放电的整体可能电力和表示各电源组件间的充放电电力的差的电力偏差来决定，所述整体可能电力由各电源组件(10)的个体可能电力决定，所述个体可能电力基于由各组件控制部(12)检测到的电池信息来决定。
Description
技术领域
本发明涉及电源系统以及功率调节器。
背景技术
将大量二次电池串联、并联连接的电源装置作为蓄电用途在家庭用、企业所用、工厂用等中以削峰(peak cut)等为目的来使用。或者还用在发电站等中。削峰是指：为了能在电力消费迎来高峰的时间段(例如下午1～4点时候)供给电力，从而在其他时间段(例如深夜)预先在电源装置中进行蓄电，在高峰的时间段使其放电，由此来补充高峰时的电力。特别是，近年来以太阳能发电和风力发电为代表的自然能源的有效利用受到关注，由于这样的自然能源的供给电源不稳定，因此还以如下目的来利用，即，通过在发电站或变电站等中在将电力暂时蓄积在电源装置中的基础上进行放电，来谋求系统电网中的稳定的电力供给。
在这样的电源装置中，由于蓄积大量的电力，因此将连接有大量二次电池的电源装置模块化，构建组合了多个电源组件的电源系统，由此提高能供给的电力(例如参考专利文献1)。这样的电源系统中的多个电源组件的管理由将多个电源组件集中的上级的控制器进行，整体的电力控制由功率调节器进行。功率调节器进行电力控制，以便对各电源组件进行充放电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2010-092841号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在背景技术所涉及的电源系统中，在电源组件彼此之间产生了电力偏差的情况下，存在不能适当地进行电力控制这样的问题。例如在电源组件仅为1台的情况下，由于功率调节器与电源组件的交换成为1∶1，因此能比较简单地进行充放电的电力控制。
在图2示出由功率调节器240控制一台电源组件210的充放电电力的电源系统。该图所示的电源组件210具备开关部214、组件控制部(Battery Management Unit(电池管理单元)：以下称作“BMU”)212、和电池集合体211。开关部214是用于对将电源组件210与功率调节器240连接的连接状态、和在异常时等进行阻断的阻断状态进行切换的构件。另外，BMU212是监视电池集合体211的状态的构件。另外，BMU212将电池集合体的状态通知给功率调节器240。功率调节器240基于此来决定充放电的电力，对电源组件210的BMU212指示电力来实施充放电。在此，在从电源组件210通知给功率调节器240的信息中包含在通知时的电源组件210中能充放电的最大电力即能充放电电力(State of Power：以下称作“SOP”)。作为从电源组件210通知给功率调节器240的SOP的示例，在使电源组件210恒电流充电时，将充电SOP设为最大，在恒电压充电时，使充电SOP逐渐降低。另外，若电源组件210成为满充电，则将充电SOP设为0，另一方面将放电SOP设为最大。并且，若放电结束，则将放电SOP设为0，将充电SOP设为最大。另外，在电源组件210的异常时或故障时，将放电SOP和充电SOP都设为0。另外，在电池集合体211处于恒电流(CC)充放电区域的情况下，通常充电SOP、放电SOP都成为最大。
另一方面，在功率调节器240侧，基于上级的系统或来自外部的电力指令值、以及SOP，对电源组件210指示指示充放电电力(Power of Battery(电池电力)：以下称作“POB”)。因此，POB≤SOP始终成立。
在如以上那样与功率调节器240连接的电源组件210仅为1台的情况下，由于与电源组件之间的交换成为1∶1，因此能比较简单地进行充放电的电力控制。与此相对，在一个功率调节器连接多个电源组件的情况下，成为图3所示那样的结构。在该示例中，将4台电源组件310与1台功率调节器340连接。各电源组件310具备组件控制部(BMU)312、开关部314、和电池集合体311。
功率调节器340接受各电源组件310#1～4到SOP1～4，根据它们来运算全部电源组件310的能充放电电力(以下称作“整体SOP”)。在此，在SOP＝0的电源组件310从功率调节器340切断的情况下，整体SOP用以下的式子算出。
整体SOP＝SOPn的最小SOP×[SOP＝0以外的电源组件总台数]
(n＝1～N∶N＝电源组件总台数)
以该整体SOP为上限，功率调节器340根据电力指令值来决定整体的充放电电力(整体POB)，并据此对各电源组件310实施整体POB的电力下的充放电。如此，功率调节器340进行电力抑制，使得电力成为整体SOP以下。由此，即使在特定的电源组件停止等而成为SOP＝0的情况下，也能进行适当的电力抑制。另外，即使在特定的电源组件降低了SOP的情况下，也能将电力抑制在最小SOP以下。换言之，POBn≤SOPn成立。另外，虽然以SOP＝0的电源组件301切断为前提，但在不被切断的情况下，设整体SOP＝0，能使POBn≤SOPn成立。
但是，各电源组件的电池状态不一定恒定，其劣化程度等存在偏差，具有使用的期间越长则这样的差别就越大的倾向。在此，由于各电源组件中包含的二次电池单元的状态例如内部电阻、电压、SOC、劣化度、温度等、或布线电阻等电源组件间的特性的偏差，各电源组件的电流比变得不均等，将在电源组件间在电流中产生偏差的状态称作电力偏差。
上述图3的结构中的功率调节器340下的基于整体SOP的充放电控制是以在电源组件310间不产生电力偏差为前提的。换言之，若在电源组件310间产生电力偏差，则在基于整体SOP的电力抑制下，会引发出现超过额定或超过SOP的电源组件310的事态。换言之，若产生电力偏差，则有时POBn≤SOPn就会不再成立。其结果，电源系统有可能会因电流异常等要因而异常停止。
本发明基于这样的背景而提出。本发明的目的之一在于，提供在使用多个电源组件的电源系统中即使在电源组件间产生电力偏差也能适当地控制充放电的电源系统以及功率调节器。
用于解决课题的手段以及发明的效果
根据本发明的第1形态所涉及的电源系统，是具备多个电源组件、和将所述多个电源组件并联连接的控制系统的电源系统，该电源系统能构成为：各电源组件具备：电池集合体，其将多个二次电池单元串联以及并联连接；组件控制部，其用于取得与所述电池集合体能充放电的电力相关的电池信息，并输出给所述控制系统；和开关部，其用于切换所述电源组件与控制系统的连接、解除，所述控制系统具备：功率调节器，其与所述多个电源组件并联连接，且与外部的电力系统连接，用于从电力系统接受电力来对所述多个电源组件进行充电，且从所述多个电源组件接受电力来放电给电力系统；主控制部，其用于收集从各电源组件的组件控制部输出的电池信息；和系统控制器，其用于将对电源系统请求的电力作为电力指令而指示给所述功率调节器，所述功率调节器每当按照来自所述系统控制器的电力指令来决定对各电源组件进行充放电的电力的总和即整体实施电力POB all时，就利用所述主控制部收集来自各组件控制部的电池信息，将电源组件整体能充放电的整体可能电力决定在不超过各电源组件的个体可能电力的范围内，使得能不超过该运算出的个体实施电力地进行各电源组件的充放电，其中，所述电源组件整体能充放电的整体可能电力由各电源组件的个体可能电力决定，所述各电源组件的个体可能电力基于由各组件控制部检测到的电池信息来决定。根据上述结构，即使是产生了电力偏差的状况，也能维持POBn≤SOPn，不使系统停止地继续进行充放电运转。由此，能进行与电力偏差相应的充放电控制，能避免不希望的系统故障。
另外，根据本发明的第2形态所涉及的电源系统，能构成为：所述主控制部检测所述电源组件间的电力偏差并送出到所述功率调节器。通过上述结构，能调整成适当的充放电电力。
进而，根据本发明的第3形态所涉及的电源系统，能构成为：所述主控制部以预先设定的周期、或在检测到电力变化的定时检测所述电源组件间的电力偏差，并基于此将个体实施电力始终抑制在个体的最大充放电电力(SOP)以下。根据上述结构，能配合每时每刻和进行时间变动的电池状态调整成适当的充放电电力。根据上述结构，通过适时测量电力偏差的发生状况，能进行与电力偏差相应的充放电控制，能避免不希望的系统故障。
进而，另外，根据本发明的第4形态所涉及的电源系统，能构成为：所述组件控制部基于与该组件控制部连接的所述电池集合体的电池信息来决定个体可能电力。
进而，另外，根据本发明的第5形态所涉及的电源系统，能构成为：所述主控制部基于从与该主控制部连接的各组件控制部送出的个体可能电力来决定个体实施电力。
进而，另外，根据本发明的第6形态所涉及的电源系统，能构成为：所述主控制部将所述多个电源组件#1～#n之内(第n个个体实施电力POBn)/(第n个个体可能电力SOPn)成为最大的电源组件#m(1≤m≤n)的比率设为1，来算出各电源组件的电力偏差比率DOBn。
进而，另外，根据本发明的第7形态所涉及的电源系统，能构成为：所述主控制部根据下式来决定整体可能电力。
整体可能电力＝SOPm×(整体实施电力)/(第m个个体实施电力POBm)
进而，另外，根据本发明的第8形态所涉及的控制系统，能构成为：所述功率调节器将所述电源组件之内个体可能电力成为0的电源组件的所述开关部断开(OFF)。根据上述结构，通过将成为SOP＝0的电源组件从功率调节器切断，能保护电源组件不受过充电或过放电影响。
进而，另外，根据本发明的第9形态所涉及的控制系统，能构成为：所述开关部具备充电开关部和放电开关部，所述功率调节器将所述电源组件之内个体能充电电力成为0的所述电源组件的充电开关部断开，将个体能放电电力成为0的所述电源组件的放电开关部断开。
进而，另外，根据本发明的第10形态所涉及的控制系统，是构成为在将多个电源组件并联连接的状态下控制各电源组件的充放电的电源系统的控制系统，该电源系统的控制系统能构成为：具备：功率调节器，其与多个电源组件并联连接，且与外部的电力系统连接，用于从电力系统接受电力来对多个电源组件进行充电，且从多个电源组件接受电力来放电到电力系统；主控制部，其用于收集从各电源组件输出的电池信息；和系统控制器，其用于将对电源系统请求的电力作为电力指令而指示给所述功率调节器，所述功率调节器使得能不超过进行各电源组件的充放电的个体实施电力地进行各电源组件的充放电，其中，所述个体实施电力基于电源组件整体能充放电的整体可能电力并基于表示各电源组件间的充放电电力的差的电力偏差来决定，所述电源组件整体能充放电的整体可能电力由各电源组件的个体可能电力决定，所述各电源组件的个体可能电力基于由各电源组件检测到的电池信息来决定。根据上述结构，能进行与电力偏差相应的充放电控制，能避免不希望的系统故障。
进而，另外，根据本发明的第11形态所涉及的电源系统的电力控制方法，是具备多个电源组件、和将所述多个电源组件并联连接的控制系统的电源系统中的电力控制方法，该电源系统中的电力控制方法包括如下步骤：所述控制系统接受对电源系统请求的电力来作为电力指令；取得与各电源组件中包含的将多个二次电池单元串联或并联连接的电池集合体能充放电的电力相关的电池信息，并输出到所述控制系统；基于各电源组件的电池信息来分别决定表示能对各电源组件进行充放电的电力的个体可能电力、表示作为所述多个电源组件的整体而能充放电的电力的整体可能电力、和表示各电源组件间的充放电电力的差的电力偏差；和基于所述决定的个体可能电力、整体可能电力、电力偏差、和电力指令，将对各电源组件进行充放电的电力即个体实施电力决定在不超过各电源组件的个体可能电力的范围内。由此，能进行与电力偏差相应的充放电控制，能避免不希望的系统故障。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的电源系统的框图。
图2是表示在一个功率调节器连接一个电源组件的电源系统的框图。
图3是表示在一个功率调节器连接多个电源组件的电源系统的框图。
图4是在图3的各电源组件的电力控制时表示各电池模块的状态的表。
图5是在图1的各电源组件的电力控制时表示各电池模块的状态的表。
图6是表示变形例所涉及的电源系统的框图。
具体实施方式
以下基于附图来说明本发明的实施方式。其中，以下所示的实施方式是用于将本发明的技术思想具体化的例示，本发明并不被以下的内容所确定。另外，本说明书绝不是将权利要求书所示的构件确定为实施方式的构件。特别是实施方式记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等，只要没有特别特定的记载，主旨就不在于将本发明的范围仅限定于此，而只是单纯的说明例。另外，各图面所表示的构件的大小、位置关系等有时会为了使说明明确而进行夸张。进一步地，在以下的说明中，关于相同名称、附图标记，表示相同或同质的构件，适宜省略详细说明。进而，构成本发明的各要素也可以设为用同一个构件构成多个要素来以一个构件兼作多个要素的形态，反之还能以多个构件分担一个构件的功能来实现。
作为本发明的实施方式所涉及的电源系统的一例，以下说明适用于太阳能发电或风力发电等自然能源发电站等中使用的大型的蓄电装置的示例。该蓄电装置将由太阳能发电或风力发电发出的电力暂时蓄电，并供给到电力系统ES侧。
图1是本发明的一个实施方式所涉及的电源系统1000的框图。该图所示的电源系统1000具备多个电源组件10和将这些电源组件10并联连接的控制系统100。控制系统100具备功率调节器140、系统控制器160、和主控制部(M-BMU)120。
(电源组件10)
各电源组件10具备电池集合体11、组件控制部(BMU)12、和开关部14。电池集合体11将多个电池模块1串联、并联连接。进一步将多个二次电池单元串联、并联连接而构成各电池模块1。
(组件控制部12)
组件控制部12与电池集合体11连接，取得与电池集合体11能充放电的电力相关的电池信息。组件控制部12与主控制部120连接，输出电池信息。
在此，所谓电池信息，是各电源组件10中包含的电池集合体11(或构成其的各电池模块、各二次电池单元)的状态，例如是内部电阻、电压、电流、SOC、劣化度、温度等。
(开关部14)
开关部14是用于切换各电源组件10与功率调节器140的连接、解除的构件。在图1的示例中，开关部14配置在电池集合体11与功率调节器140之间，通过组件控制部12来切换接通/断开(ON/OFF)。开关部14可以是单独设置在充电方向、放电方向上的结构。在该情况下，开关部具备充电开关部和放电开关部。并且，功率调节器将电源组件之内的个体能充电电力成为0的电源组件的充电开关部断开，将个体能放电电力成为0的电源组件的放电开关部断开。
(控制系统100)
另一方面，控制系统100具备功率调节器140、系统控制器160、和主控制部120。另外，这些构件除了能如图1所示那样作为单独的构件来准备以外，还能将任意的构件统一成一体。
(功率调节器140)
功率调节器140与各电源组件10的开关部14并联连接。另外，功率调节器140与电力系统连接，从电力系统接受电力来对各电源组件10进行充电，反之，从各电源组件10接受电力来对电力系统进行放电。
(系统控制器160)
系统控制器160是用于将对电源系统1000请求的充电或放电的电力作为电力指令而指示给功率调节器140的构件。系统控制器160例如通过与上级的系统或外部的设备进行通信来接受电力指令值。或者，也可以构成为由系统控制器160自主生成电力指令值。
(主控制部120)
主控制部120与各电源组件10的组件控制部12连接，收集与各电源组件10的电池状态相关的信息(电池信息)。另外，主控制部120基于收集到的电池信息来决定整体能充放电的整体可能电力SOP all。功率调节器140基于由主控制部120决定的整体可能电力，对各电源组件10输入输出充放电电力。
在该控制系统100中，系统控制器160对功率调节器140指示电力指令。另一方面，主控制部120将来自各组件控制部12的电池信息送出到功率调节器140。接受到该电池信息的功率调节器140基于从主控制部120送出的电池信息来决定电源组件10整体能充放电的整体可能电力SOP all(以下也称作“整体SOP”)。另一方面，检测电源组件10间的电力偏差，基于该电力偏差来决定对各电源组件10进行充放电的电力的总和即整体实施电力POB al1(以下也称作“整体POB”)，按照该整体POB对各电源组件10实施充放电。通过实施整体POB下的充放电，来决定各电源组件10的个体的充放电电力即个体实施电力POBn(电力偏差的详细情况后述)。
另外，整体可能电力和个体可能电力的决定除了可以在功率调节器140侧进行以外，还可以由主控制部或组件控制部进行。例如组件控制部基于与该组件控制部连接的电池集合体的电池信息来决定该电源组件的个体可能电力。在图1的示例中，由各电源组件10的组件控制部12分别运算电源组件10#1的个体可能电力SOP1、电源组件10#2的个体可能电力SOP2、电源组件10#3的个体可能电力SOP3、电源组件10#4的个体可能电力SOP4。根据如此运算出的各电源组件10的个体可能电力，由主控制部120运算整体可能电力SOP。另外，主控制部120或组件控制部12控制开关部14的接通/断开，使得多台电源组件10之内SOP＝0的电源组件、发生异常的电源组件从功率调节器140切断。如此，即使在特定的电源组件10停止或SOPn成为0的情况下，也能进行适当的电力控制。
(背景技术所涉及的电源系统的电力控制方法)
在此，说明对背景技术所涉及的电源系统中的各电源组件进行的电流控制。在背景技术所涉及的电源系统中，对各电源组件的每一者算出能充放电的最大电力。并且，根据各电源组件的SOPn算出整体SOP，并通知给功率调节器。例如在将电源组件的连接数设为n台时，整体可能电力SOP由下式表征。
整体可能电力SOP＝SOPn的最小SOP×[与功率调节器连接中的电源组件的连接数]
(式1)
如此，即使在特定的电源组件的个体可能电力SOP降低了的情况下，也能将电力抑制在最小SOP以下。换言之，在着眼于各电源组件时，POBn≤SOPn成立。
(电力偏差)
式1在电源组件间未产生电力偏差的情况下适当成立。但实际上，各电源组件的个体可能电力根据电池状态而变化，不一定恒定。因而，在电源组件彼此之间会出现个体可能电力的偏差、即电力偏差。其结果，在基于上述的整体SOP的电力控制中，在特定的电源组件中会出现POBn≤SOPn不成立的、超过额定或超过个体SOP的情况。在该情况下，电源系统有可能会因电流异常等要因而停止。因此，在本实施方式中，考虑这样的电力偏差来进行充放电控制。
在此，为了示出由电力偏差引起的问题，作为背景技术所涉及的电源系统，考虑图3所示那样的将4台电源组件310#1～#4与共同的功率调节器340连接的电源系统。在进行各电源组件310的充放电的电力控制时，将各电池模块的状态在图4示出。在该显示中，按照状态编号1～8，从系统控制器160送来的电力指令、各电池模块的电池状态、个体可能电力等分别不同。另外，在图4的上段(状态编号1～4)示出未在电源组件310#1～#4中出现电力偏差的、即各电源组件310的个体可能电力为1∶1∶1∶1的情况下的各电池模块的状态。另一方面，在图4的下段(状态编号5～8)示出在电源组件310#1～#4中出现电力偏差的、各电源组件310的电流比为5∶4∶4∶3的情况下的各电池模块的状态。另外，状态编号1～4和状态编号5～8的电力指令和整体SOP分别对应。
(背景技术：没有电力偏差的情况)
在图4中，例如在状态编号1下，电源组件310#1～#4的个体可能电力SOP1～4中的表示能放电的电力的个体能放电电力SOP(以下也称作“放电SOP”)、表示能充电的电力的个体能充电电力SOP(以下也称作“充电SOP”)都是60kW。因而，由于根据式1，SOPn的最小SOP成为60kW，因此电源组件310#1～#4整体的整体可能电力SOP all的放电、充电都是60kW×4＝240kW。另外，从系统控制器160送来的电力指令为160kW，是整体可能电力SOP all以内，因此整体实施电力POB all能设为与电力指令相等的160kW，能与该电力指令对应。另外，各电源组件310的个体实施电力成为160kW×1/4＝40kW。在此，由于各电源组件310的个体可能电力SOP1～4如上述那样放电SOP、充电SOP都是60kW，因此能与个体实施电力40kW对应，POBn≤SOPn成立。
同样，在状态编号2下，整体可能电力SOP all与状态编号1同样，放电、充电都是60kW×4＝240kW。另外，由于电力指令是240kW，因此同样地，能实施电力POB all成为240kW，个体实施电力分别成为60kW。在此，由于各电源组件310的个体可能电力的放电SOP、充电SOP都是60kW，因此能与个体实施电力60kW对应，POBn≤SOPn成立。
另一方面，在状态编号3下，电源组件310#2～#4的个体可能电力SOP与状态编号1、2同样，充电SOP、放电SOP都是60kW。并且，电源组件310#1因满充电状态、或什么理由而成为禁止充电的状态，放电SOP是60kW，充电SOP是0。因此，虽然能放电，但在充电时，将开关部14断开并从功率调节器140解列，不对电源组件310#1进行充电。在该状态下，充电时的整体可能电力SOP all是60kW×3＝180kW。在此，若充电的电力指令是240kW，则由于超过整体可能电力SOP all，因此整体实施电力POB all被限制在180kW。进而，关于对各电源组件310进行充电的个体实施电力，电源组件310#1由于被解列而成为对象以外，电源组件310#2～#4的个体实施电力POB2～4分别成为180kW×(1/3)＝60kW。
进而，在状态编号4下，虽然电源组件310#2～#4的个体可能电力SOP与状态编号1～3相同，充电SOP、放电SOP都是60kW，但电源组件310#1因以恒电流充电的方式在充电中、或什么理由而处于与其他电源组件310#2～#4相比较使充电电力受限的状态。因此，虽然放电SOP是60kW，但充电SOP是20kW。在该状态下，由于最小SOP成为20kW，因此充电时的整体可能电力SOP all根据式1而成为20kw×4＝80kW。在此，由于若充电的电力指令是240kW就会超过整体可能电力SOP all，因此整体实施电力POB all被限制在80kW。进而，对电源组件310#1～#4进行充电的个体实施电力成为80kW×1/4＝20kW。与此相对，关于各电源组件310的个体可能电力，由于放电SOP分别是60kW，充电SOP在电源组件310#1中是20kW，在电源组件310#2～4中是60kW，因此都能与个体实施电力20kW对应，POBn≤SOPn成立。另外，在电池集合体11处于恒电流(CC)充放电区域的情况下，通常充电SOP、放电SOP都成为最大。
(背景技术：有电力偏差的情况)
如此，在电源组件310间没有电力偏差的状态下，不管是状态编号1～4的哪一者的情况，都能适当地进行充放电电力控制。接下来研讨电力偏差在电源组件310#1～#4中电流比为5∶4∶4∶3的情况下的状态编号5～8。另外，状态编号5～8的电力指令以及整体POB、放电SOP、充电SOP分别与状态编号1～4对应。
首先，在状态编号5下，由于与状态编号1相同，电源组件310#1～#4的个体可能电力SOP的充电SOP、放电SOP都是60kW，因此它们的合计即整体可能电力SOP all根据式1是60kW×4＝240kW。另外，电力指令是160kW，由于是整体可能电力SOP all以内，因此整体实施电力POB all能设为与其相等的160kW，能与该电力指令对应。另外，各电源组件310的个体实施电力基于电力偏差来分配整体实施电力POB all。在此，由于电力偏差是5∶4∶4∶3，因此若以该比率来分配160kW，则电源组件310#1的个体实施电力POB1成为160kW×(5/16)＝50kW，电源组件310#2的个体实施电力POB2成为160kW×(4/16)＝40kW，电源组件310#3的个体实施电力POB3成为160kW×(4/16)＝40kW，电源组件310#4的个体实施电力POB4成为160kW×(3/16)＝30kW。由于不管哪一者的个体实施电力POBn都是充电SOP、放电SOP以内，因此POBn≤SOPn成立，能适当地进行充放电。
接下来，在状态编号6下，由于与状态编号2相同，电源组件310#1～#4的个体可能电力SOP与状态编号5相同，充电SOP、放电SOP都是60kW，因此整体可能电力SOP all是60kW×4＝240kW。另外，电力指令是240kW，由于是整体可能电力SOP all以内，因此整体实施电力POB all成为与其相等的240kW。但是，若基于电力偏差来分配各电源组件310的个体实施电力，则电源组件310#1的个体实施电力POB1成为240kW×(5/16)＝75kW，电源组件310#2的个体实施电力POB2成为240kW×(4/16)＝60kW，电源组件310#3的个体实施电力POB3成为240kW×(4/16)＝60kW，电源组件310#4的个体实施电力POB4成为240kW×(3/16)＝45kW。在该情况下，虽然在电源组件310#2～#4中，POBn≤SOPn成立，但在电源组件310#1中，个体实施电力POB1成为75kW，超过了个体可能电力SOP1的60kW，POBn≤SOPn不成立，会超过额定。
另外，在状态编号7下，虽然与状态编号3相同，电源组件310#2～#4的个体可能电力SOP的充电SOP、放电SOP都是60kW，但在电源组件310#1中因满充电状态或什么理由而成为禁止充电的状态，虽然放电SOP是60kW，但充电SOP成为0，虽然能放电，但充电时被从电源系统解列。因此，不对电源组件310#1进行充电。在该状态下，充电时的整体可能电力SOPall是60kW×3＝180kW。在此，若充电的电力指令是240kW，则由于超过了整体可能电力SOPall，因此整体实施电力POB all被限制在180kW。进而，关于对各电源组件310进行充电的个体实施电力，电源组件310#1由于解列而停止，电源组件310#2的个体实施电力POB2成为180kW×(4/16)＝65kW，电源组件310#3的个体实施电力POB3成为180kW×(4/16)＝65kW，电源组件310#4的个体实施电力POB4成为180kW×(3/16)＝49kW。在该情况下，虽然在电源组件310#4中，POBn≤SOPn成立，但在电源组件310#2、310#3中，分别相对于个体可能电力SOP2、3的60kW，个体实施电力POB2、3成为65kW，在充电时POBn≤SOPn不成立，会超过额定。
进而，在状态编号8下，虽然与状态编号4相同，电源组件310#2～#4的个体可能电力SOP的充电SOP、放电SOP都是60kW，但电源组件310#1因以恒电压充电的方式在充电中、或什么理由而处于与其他电源组件310#2～#4相比较使充电电力受限的状态，虽然放电SOP是60kW，但充电SOP是20kW。在该状态下，充电时的整体可能电力量SOP all根据式1是20kw×4＝80kW。在此，由于若充电的电力指令是240kW，就会超过整体可能电力SOP all，因此整体实施电力POB all被限制在80kW。进而，关于对各电源组件310进行充电的个体实施电力，电源组件310#1的个体实施电力POB1成为80kW×(5/16)＝25kW，电源组件310#2的个体实施电力POB2成为80kW×(4/16)＝20kW，电源组件310#3的个体实施电力POB3成为80kW×(4/16)＝20kW，电源组件310#4的个体实施电力POB4成为80kW×(3/16)＝15kW。在该情况下，虽然在电源组件310#2～#4中，POBn≤SOPn成立，但在电源组件310#1中，相对于个体可能电力SOP1的20kW，个体实施电力POB1成为25kW，在充电时POBn≤SOPn不成立，会超过额定。
(实施方式所涉及的电力控制方法)
如此，若存在电力偏差，则即使在相同条件下，也会在一部分电源组件中出现超过额定的事态，出现电源系统异常停止等不良状况。因此，在本实施方式中，基于电力偏差来决定整体实施电力POB all，基于该个体实施电力来控制各电源组件的充放电。具体地，算出在各电源组件中能充放电的最大电力。由此，分别算出各电源组件的充电SOPn、放电SOPn。进而，适时测量电力偏差的产生状况。具体地，适时通过持续的电压、电流测定来测定POBn/SOPn。在此，SOPn如上述那样是电源组件n的个体可能电力，POBn是电源组件n的个体实施电力。
如此，电源系统根据适时测量到的电力偏差信息、SOPn、POBn来算出整体SOP(整体可能电力SOP a11)，并通知给功率调节器140。在本实施方式中，计算下式2来算出整体SOP。
整体SOP＝∑(除SOP＝0以外的全部电源组件)(SOPm×DOBn)
＝SOPm×∑DOBn＝SOPm×∑(POBn/POBm)
＝SOPm×∑(POBn)/POBm＝SOPm×整体POB/POBm
(式2)
在上式2中，DOBn表示归一化的电力偏差比率。DOBn表示各电源组件的电力的比率，并且进行归一化，使得上述POBn/SOPn为最大的电源组件#m的比率成为1。另外，关于m，将POBn/SOPn为最大的电源组件设为n＝m。
另外，如上述那样，以在成为SOPn＝0的时间点将该电源组件#n从功率调节器140切断为前提。在不切断的情况下，需要设整体SOP＝0。
功率调节器140遵循电力指令，并且进行电力抑制，使充放电电力成为整体SOP以下。根据这样的结构，在发生了电力偏差的状况下，即使在特定的电源组件停止、或成为SOPn＝0的情况下，也能进行适当的电力抑制。另外，即使在特定的电源组件的SOPn降低了的情况下，也能使特定电源组件的电力成为SOPn以下。换言之，能维持在POBn≤SOPn的状态。其结果，即使在发生了电力偏差的状况下，也能不停止系统，继续进行充放电运转。在此，基于图5来说明在与图4对应的状态下用本实施方式所涉及的电力控制方法进行充放电控制的示例。在图5中，使状态编号1～8和图4的状态编号1～8所示的示例的电力指令、放电SOP、充电SOP一致。
(实施方式：没有电力偏差的情况)
在图5中，也按照状态编号1～4所示的示例，与图4的状态编号1～4同样地，示出未在电源组件10#1～#4中出现电力偏差的、各电源组件10的放电SOP、充电SOP为1∶1∶1∶1的情况。
首先，在状态编号1下，与图4的状态编号1相同，电源组件10#1～#4的个体可能电力SOP的充电SOP、放电SOP都是60kW，而且整体POB(整体实施电力POB all)是160kW。在此，针对各电源组件10#1～#4求取电力偏差比率dob_n。另外，电力偏差比率dob_n并未如DOBn那样归一化，是使得∑dob_n＝1的比率。在电源组件10#1中成为dob_1＝POB1/SOP1＝40kW/(40+40+40+40)kW＝0.25，在电源组件10#2中成为dob_2＝POB2/SOP2＝40kW/(40+40+40+40)kW＝0.25，在电源组件10#3中成为dob_3＝POB3/SOP3＝40kW/(40+40+40+40)kW＝0.25，在电源组件10#4中成为dob_4＝POB4/SOP4＝40kW/(40+40+40+40)kW＝0.25。
因而，由于电源组件10#1～#4的电力偏差比率dob_n相等，因此在此将电力偏差比率dob_n为最大的电源组件10设为电源组件10#1(m＝1)。由此，若根据式2求取整体SOP(整体可能电力SOP all)，则整体SOP＝SOPm×整体POB/POBm＝SOP1×整体POB/POB1＝60kW×160kW/40kW＝240kW。另外，关于各电源组件10的个体实施电力，电源组件10#1的个体实施电力POB1成为160kW×dob_1＝40kW，电源组件10#2的个体实施电力POB2成为160kW×dob_2＝40kW，电源组件10#3的个体实施电力POB3成为160kW×dob_3＝40kW，电源组件10#4的个体实施电力POB4成为160kW×dob_4＝40kW。在此，由于各电源组件10的个体可能电力SOP1～4如上述那样放电SOP、充电SOP都是60kW，因此能与个体实施电力40kW对应，POBn≤SOPn成立。结果，成为与图4的状态编号1相同的结果。
同样，在状态编号2下，整体可能电力SOP all与状态编号1同样，放电、充电都是60kW×4＝240kW，而且整体POB是240kW。进而，由于各电源组件10#1～#4的电力偏差比率dob_n相等，因此在此也将电力偏差比率dob_n为最大的电源组件10设为电源组件10#1(m＝1)。由此，整体SOP(整体可能电力SOP all)根据式2是整体SOP＝SOPm×整体POB/POBm＝SOP1×整体POB/POB1＝60kW×240kW/60kW＝240kW。另外，关于各电源组件10的个体实施电力，电源组件10#1的个体实施电力POB1成为240kW×dob_1＝60kW，电源组件10#2的个体实施电力POB2成为240kW×dob_2＝60kW，电源组件10#3的个体实施电力POB3成为240kW×dob_3＝60kW，电源组件10#4的个体实施电力POB4成为240kW×dob_4＝60kW。在此，由于各电源组件10的个体可能电力量SOP1～4如上述那样放电SOP、充电SOP都是60kW，因此能与个体实施电力60kW对应，POBn≤SOPn成立，结果，成为与图4的状态编号2相同的结果。
另一方面，在状态编号3下，整体POB是180kW，电源组件10#2～#4的个体可能电力SOP与状态编号1、2同样，充电SOP、放电SOP都是60kW。另外，由于电源组件10#1满充电，因此放电SOP是60kW，充电SOP是0。因此，虽然能放电，但在充电时被解列。另外，由于电源组件10#2～#4的电力偏差比率dob_n相等，因此在此将电力偏差比率dob_n为最大的电源组件10设为电源组件10#2(m＝2)。在该状态下，充电时的整体可能电力SOP all根据式2是整体SOP＝SOPm×整体POB/POBm＝SOP2×整体POB/POB2＝60kW×180kW/60kW＝180kW。另外，关于各电源组件10的个体实施电力，电源组件10#1由于解列从而是对象以外，电源组件10#2的个体实施电力POB2成为180kW×dob_2＝60kW，电源组件10#3的个体实施电力POB3成为180kW×dob_3＝60kW，电源组件10#4的个体实施电力POB4成为180kW×dob_4＝60kW，都能与充电SOP的60kW对应，POBn≤SOPn成立，结果，成为与图4的状态编号3相同的结果。
进而，在状态编号4下，整体POB是80kW，虽然电源组件10#2～#4的个体可能电力SOP与状态编号1～3相同，充电SOP、放电SOP都是60kW，但由于电源组件10#1以恒电压充电的方式在充电中，因此放电SOP是60kW，充电SOP是20kW。另外，针对各电源组件10#1～#4，由于充电时的电力偏差比率dob_n相等，因此在此也将电力偏差比率dob_n为最大的电源组件10设为电源组件10#1(m＝1)。在该状态下，充电时的整体可能电力SOP all根据式2是整体SOP＝SOPm×整体POB/POBm＝SOP1×整体POB/POB1＝20kW×80kW/20kW＝80kW。另外，关于各电源组件10的个体实施电力，电源组件10#1的个体实施电力POB1成为80kW×dob_1＝20kW，电源组件10#2的个体实施电力POB2成为80kW×dob_2＝20kW，电源组件10#3的个体实施电力POB3成为80kW×dob_3＝20kW，电源组件10#4的个体实施电力POB4成为80kW×dob_4＝20kW，都能与充电SOP1～4的20kW、60kW对应，POBn≤SOPn成立，结果，成为与图4的状态编号4相同的结果。
(实施方式：有电力偏差的情况)
如此，根据实施方式所涉及的电力控制方法，即使在电源组件10间没有电力偏差的状态下，也是不管在状态编号1～4哪一者的情况下都能适当地进行充放电电力控制。接下来研讨电力偏差与图5同样在电源组件10#1～#4中电流比为5∶4∶4∶3的情况下的状态编号5～8。另外，状态编号5～8的电力指令以及整体POB、放电SOP、充电SOP分别与状态编号1～4对应。
首先，在状态编号5下，与状态编号1相同，电源组件10#1～#4的个体可能电力SOP的充电SOP、放电SOP都是60kW，整体POB是160kW。另外，若针对各电源组件10#1～#4求取电力偏差比率dob_n，则在电源组件10#1中成为dob_1＝POB1/整体POB＝50kW/160kW＝0.3125，在电源组件10#2中成为dob_22＝POB2/整体POB＝40kW/160kW＝0.25，在电源组件10#3中成为dob_3＝POB3/整体POB＝40kW/160kW＝0.25，在电源组件10#4中成为dob_4＝POB4/整体POB＝30kW/160kW＝0.1875。因而，电力偏差比率dob_n为最大的电源组件10成为电源组件10#1(m＝1)。由此，若根据式2求取整体SOP(整体可能电力SOP all)，则是整体SOP＝SOPm×整体POB/POBm＝SOP1×整体POB/POB1＝60kW×160kW/50kW＝192kW。另外，关于各电源组件10的个体实施电力，电源组件10#1的个体实施电力POB1成为160kW×dob_1＝50kW，电源组件10#2的个体实施电力POB2成为160kW×dob_2＝40kW，电源组件10#3的个体实施电力POB3成为160kW×dob_3＝40kW，电源组件10#4的个体实施电力POB4成为160kW×dob_4＝40kW。在此，由于各电源组件10的个体可能电力SOP1～4如上述那样放电SOP、充电SOP都是60kW，因此能与各个体实施电力POBn对应，POBn≤SOPn成立。
接下来，在状态编号6下，与状态编号2相同，电源组件10#1～#4的个体可能电力SOP的充电SOP、放电SOP都是60kW，整体POB是192kW。另外，若针对各电源组件10#1～#4求取电力偏差比率dob_n，则在电源组件10#1中成为dob_1＝POB1/整体POB＝60kW/192kW＝0.3125，在电源组件10#2中成为dob_2＝POB2/整体POB＝48kW/192kW＝0.25，在电源组件10#3中成为dob_3＝POB3/整体POB＝48kW/192kW＝0.25，在电源组件10#4中成为dob_4＝POB4/整体POB＝36kW/192kW＝0.1875。因而，电力偏差比率dob_n为最大的电源组件10成为电源组件10#1(m＝1)。由此，若根据式2求取整体SOP，则是整体SOP＝SOPm×整体POB/POBm＝SOP1×整体POB/POB1＝60kW×192kW/60kW＝192kW。另外，关于各电源组件10的个体实施电力，电源组件10#1的个体实施电力POB1成为192kW×dob_1＝60kW，电源组件10#2的个体实施电力POB2成为192kW×dob_2＝48kW，电源组件10#3的个体实施电力POB3成为192kW×dob_3＝48kW，电源组件10#4的个体实施电力POB4成为192kW×dob_4＝36kW。在此，由于各电源组件10的个体可能电力SOP1～4如上述那样放电SOP、充电SOP都是60kW，因此能与各个体实施电力POBn对应，POBn≤SOPn成立。在与相同条件的图4比较的情况下，电源组件10#1的个体实施电力被从75kW抑制到60kW，能避免超过个体可能电力即最大额定电力的事态，保持电源系统的稳定动作。
进而，在状态编号7下，与状态编号3相同，虽然电源组件10#2～#4的个体可能电力SOP的充电SOP、放电SOP都是60kW，但电源组件10#1满充电，放电SOP成为60kW，充电SOP成为0，虽然能放电，但充电时被从电源系统解列。另外，整体POB是165kW。在此，若针对充电时的各电源组件10#2～#4求取电力偏差比率dob_n，则在电源组件10#2中成为dob_2＝POB2/整体POB＝60kW/165kW＝0.3637，在电源组件10#3中成为dob_3＝POB3/整体POB＝60kW/165kW＝0.3637，在电源组件10#4中成为dob_4＝POB4/整体POB＝45kW/165kW＝0.2728，电力偏差比率dob_n为最大的电源组件10成为电源组件10#2和#3。在此，若设为电源组件10#2(m＝2)，根据式2求取充电时的整体SOP，则是整体SOP＝SOPm×整体POB/POBm＝SOP2×整体POB/POB2＝60kW×165kW/60kW＝165kW。另外，关于各电源组件10的充电时的个体实施电力，电源组件10#2的个体实施电力POB2成为165kW×dob_2＝60kW，电源组件10#3的个体实施电力POB3成为165kW×dob_3＝60kW，电源组件10#4的个体实施电力POB4成为165kW×dob_4＝45kW。在此，由于各电源组件10的个体可能电力SOP2～4如上述那样放电SOP、充电SOP都是60kW，因此能与各实施个体电力POBn对应，POBn≤SOPn成立。在与相同条件的图4比较的情况下，电源组件10#2、#3的个体实施电力从65kW被抑制到60kW，能避免超过最大额定电力的事态，保持电源系统的稳定动作。
进而，在状态编号8下，与状态编号4相同，电源组件10#2～#4的个体可能电力SOP的充电SOP、放电SOP都是60kW，电源组件10#1是以恒电压充电的方式在充电中，放电SOP是60kW，充电SOP是20kW。另外，整体POB为64kW。若在此针对充电时的各电源组件10#1～#4求取电力偏差比率dob_n，则在电源组件10#1中成为dob_1＝POB1/整体POB＝20kW/64kW＝0.3125，在电源组件10#2中成为dob_2＝POB2/整体POB＝16kW/64kW＝0.25，在电源组件10#3中成为dob_3＝POB3/整体POB＝16kW/64kW＝0.25，在电源组件10#4中成为dob_4＝POB4/整体POB＝12kW/64kW＝0.1875，电力偏差比率dob_n为最大的电源组件10成为电源组件10#1，若设为m＝1来根据式2求取充电时的整体SOP，则是整体SOP＝SOPm×整体POB/POBm＝SOP1×整体POB/POB1＝20kW×64kW/20kW＝64kW。另外，关于各电源组件10的充电时的个体实施电力，电源组件10#1的个体实施电力POB1成为64kW×dob_1＝20kW，电源组件10#2的个体实施电力POB2成为64kW×dob_2＝16kW，电源组件10#3的个体实施电力POB3成为64kW×dob_3＝16kW，电源组件10#4的个体实施电力POB4成为64kW×dob_4＝12kW。由此，各电源组件10的个体可能电力SOP1～4能与各个体实施电力POB1～4对应，POBn≤SOPn成立。在与相同条件的图4比较的情况下，电源组件10#1的个体实施电力从25kW被抑制到20kW，能避免超过最大额定电力的事态，保持电源系统的稳定动作。
如此，能进行与电力偏差相应的充放电控制，能避免不希望的系统故障。
另外，电力偏差能以一定的周期检测，并基于此来更新个体实施电力。由此，能配合时时刻刻和进行时间变动的电池状态而调整成适当的充放电电力。电力偏差的检测优选由组件侧控制部进行，并送出到主控制部120。但是，在本发明中，检测电力偏差的定时并不限定于周期性的检测，还能在任意的定时进行。例如可以设为发生了电力偏差被认为有变化的案例时，或者，在电力偏差的变化少时以长期的跨度进行检测，在变化多时以短期的跨度进行检测等，这样设检测定时可变。另外，电力偏差等的测定方法并不限于电压或电流的测定，还能适宜利用其他方法。
另外，在图1的示例中，设为由主控制部120运算电力偏差来对功率调节器140进行指示的结构，但并不限于该结构，可以构成为电力偏差由系统控制器或功率调节器运算。或者，还能使组件控制部侧具有电力偏差的运算功能。例如在图6所示的变形例所涉及的电源系统中，电源组件10#1的组件控制部12’具备运算电力偏差的功能，承担主控制部的作用。在该情况下，可以不需要主控制部。
产业上的可利用性
本发明所涉及的电源系统以及功率调节器能适于作为发电站等中使用的大型的蓄电装置和其控制器来利用。
附图标记的说明
1000 电源系统
1 电池模块
10、10#1～#4、210、310、310#1～#4 电源组件
11、211、311 电池集合体
12、12’、212、312 组件控制部(BMU)
14、214、314 开关部
100 控制系统
120 主控制部(M-BMU)
140、240、340 功率调节器
160 系统控制器
ES 电力系统
Claims (11)
1.一种电源系统，具备：
多个电源组件；和
将所述多个电源组件并联连接的控制系统，
各电源组件具备：
电池集合体，其将多个二次电池单元串联以及并联连接；
组件控制部，其用于取得与所述电池集合体能充放电的电力相关的电池信息，并输出给所述控制系统；和
开关部，其用于切换所述电源组件与控制系统的连接、解除，
所述控制系统具备：
功率调节器，其与所述多个电源组件并联连接，且与外部的电力系统连接，用于从电力系统接受电力来对所述多个电源组件进行充电，且从所述多个电源组件接受电力来放电给电力系统；
主控制部，其用于收集从各电源组件的组件控制部输出的电池信息；和
系统控制器，其用于将对电源系统请求的电力作为电力指令而指示给所述功率调节器，
所述功率调节器每当按照来自所述系统控制器的电力指令来决定对各电源组件进行充放电的电力的总和即整体实施电力POB all时，就利用所述主控制部收集来自各组件控制部的电池信息，将电源组件整体能充放电的整体可能电力决定在不超过各电源组件的个体可能电力的范围内，使得能不超过该运算出的个体实施电力地进行各电源组件的充放电，其中，所述电源组件整体能充放电的整体可能电力由各电源组件的个体可能电力决定，所述各电源组件的个体可能电力基于由各组件控制部检测到的电池信息来决定。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其中，
所述主控制部检测所述电源组件间的电力偏差并送出到所述功率调节器。
3.根据权利要求2所述的电源系统，其中，
所述主控制部以预先设定的周期、或在检测到电力变化的定时检测所述电源组件间的电力偏差，并基于此将个体实施电力始终抑制在个体的最大充放电电力以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电源系统，其中，
所述组件控制部基于与该组件控制部连接的所述电池集合体的电池信息来决定个体可能电力。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电源系统，其中，
所述主控制部基于从与该主控制部连接的各组件控制部送出的个体可能电力来决定个体实施电力。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电源系统，其中，
所述主控制部将所述多个电源组件#1～#n之内(第n个个体实施电力POBn)/(第n个个体可能电力SOPn)成为最大的电源组件#m的比率设为1，来算出各电源组件的电力偏差比率DOBn，其中，1≤m≤n。
7.根据权利要求6所述的电源系统，其中，
所述主控制部根据下式来决定整体可能电力，
整体可能电力＝SOPm×(整体实施电力)/(第m个个体实施电力POBm)
其中，在上式2中，DOBn表示电力偏差比率，
在此，将上述POBn/SOPn成为最大的电源组件#m的比率设为1来算出各电源组件的电力偏差比率DOBn，
另外，关于m，将POBn/SOPn成为最大的电源组件设为n＝m。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的电源系统，其中，
所述功率调节器将所述电源组件之内个体可能电力成为0的电源组件的所述开关部断开。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的电源系统，其中，
所述开关部具备充电开关部和放电开关部，
所述功率调节器将所述电源组件之内个体能充电电力成为0的所述电源组件的充电开关部断开，将个体能放电电力成为0的所述电源组件的放电开关部断开。
10.一种电源系统的控制系统，在将多个电源组件并联连接的状态下控制各电源组件的充放电，
所述电源系统的控制系统具备：
功率调节器，其与多个电源组件并联连接，且与外部的电力系统连接，用于从电力系统接受电力来对多个电源组件进行充电，且从多个电源组件接受电力来放电到电力系统；
主控制部，其用于收集从各电源组件输出的电池信息；和
系统控制器，其用于将对电源系统请求的电力作为电力指令而指示给所述功率调节器，
所述功率调节器使得能不超过进行各电源组件的充放电的个体实施电力地进行各电源组件的充放电，其中，所述进行各电源组件的充放电的个体实施电力基于电源组件整体能充放电的整体可能电力并基于表示各电源组件间的充放电电力的差的电力偏差来决定，所述电源组件整体能充放电的整体可能电力由各电源组件的个体可能电力决定，所述各电源组件的个体可能电力基于由各电源组件检测到的电池信息来决定。
11.一种电源系统中的电力控制方法，所述电源系统具备多个电源组件、和将所述多个电源组件并联连接的控制系统，
所述电源系统中的电力控制方法包括如下步骤：
所述控制系统接受对电源系统请求的电力来作为电力指令；
取得与各电源组件中包含的将多个二次电池单元串联或并联连接的电池集合体能充放电的电力相关的电池信息，并输出到所述控制系统；
基于各电源组件的电池信息来分别决定表示能对各电源组件进行充放电的电力的个体可能电力、表示作为所述多个电源组件的整体而能充放电的电力的整体可能电力、和表示各电源组件间的充放电电力的差的电力偏差；和
基于所述决定的个体可能电力、整体可能电力、电力偏差、和电力指令，将对各电源组件进行充放电的电力即个体实施电力决定在不超过各电源组件的个体可能电力的范围内。
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