CN112952928A - 蓄电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的蓄电池系统与电力系统相连，基于来自EMS的充放电请求来工作。本发明所涉及的蓄电池系统包括：蓄电池；利用第1传感器来监视蓄电池的状态的BMU；参照与第1传感器为相同种类的第2传感器的输出值来实施对蓄电池的充电及来自蓄电池的放电的PCS；以及控制装置。控制装置构成为接收充放电请求以及由BMU提供的蓄电池信息，并基于充放电请求及蓄电池信息来控制PCS。控制装置的异常检测部从PCS获取第2传感器的输出值，根据蓄电池信息中所包含的第1传感器的输出值与第2传感器的输出值之间的比较结果来检测传感器异常。

Description

蓄电池系统

技术领域

本发明涉及与电力系统相连的蓄电池系统。

背景技术

电力系统通过送配电设备将发电设备与负载设备相连而构成。电力系统的规模各式各样，有将多个大规模发电站与多个工厂或商业设施及住宅相连接的大规模的系统，也有在特定设施内构建的小规模的系统。无论何种规模的电力系统，都具备对电力系统整体的电力供求进行管理的能源管理系统(EMS)，利用EMS来使发电设备的供电与负载设备的耗电取得平衡。

蓄电池系统与上述电力系统相连，将其用作为使电力供求平衡的一个手段。曾经，难以存储大量的电力，但通过锂离子电池或钠硫电池这样的大容量蓄电池的实用化，使得能够存储大量的电力。通过将具备上述蓄电池的蓄电池系统与电力系统相连，从而能采用如下运用：在电力的供大于求时，将过剩的电力对蓄电池进行充电，在电力的供小于求时，利用来自蓄电池的放电电力来弥补电力的不足。上述蓄电池系统的优选用途的一个示例为将该蓄电池系统与利用太阳能、风能等自然能源的发电设备相组合。由于如今对能源问题或环境问题的意识有所提高，利用自然能源的发电设备被广泛使用。然而，利用自然能源的发电设备中存在如下缺点：由于季节或气候等自然因素，使得发电电力容易受到影响，从而无法提供稳定的电力。蓄电池系统是能弥补该缺点的系统，通过将蓄电池系统与利用自然能源的发电设备相组合，从而能提供稳定的电力。

在将蓄电池系统与电力系统相连的情况下，利用上述EMS来管理蓄电池系统的动作。蓄电池系统具备与蓄电池相连的交直流转换装置(PCS)。PCS具备如下功能：将电力系统的交流电转换成直流电并充电至蓄电池的功能、以及将蓄电池的直流电转换成交流电并对电力系统放电的功能。通过EMS对PCS请求充放电，PCS根据充放电请求来工作，从而完成从电力系统对蓄电池的充电、或从蓄电池对电力系统的放电。

此外，申请人作为本发明的相关文献，举出以下记载的文献。专利文献1的图9中绘制了与电力系统相连的蓄电池系统的一个示例。

现有技术文献专利文献

专利文献1：日本专利特开2013－27210号公报专利文献2：日

本专利特开2012－75243号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在利用PCS实施的充放电操作中，参照PCS所具备的传感器测得的电流值及电压值。因此，在传感器的电流值或电压值的测量精度存在异常的情况下，会对充放电量的控制精度产生影响。由此，希望能尽早且准确地检测出PCS所具备的传感器的异常。

另外，蓄电池安装有监视其状态的蓄电池监视装置(BMU)。BMU的监视项目中包含电流值、电压值，这些由BMU所具备的传感器来测量。BMU根据电流值、电压值来检测蓄电池的异常。然而，在传感器本身有异常时，无法准确检测到蓄电池的异常。由此，与PCS所具备的传感器的异常相同，希望能尽早且准确地检测出BMU所具备的传感器的异常。

然而，在以往提出的蓄电池系统中，难以满足关于传感器异常检测的上述要求。为检测传感器的异常，需要能够客观地判断有无异常的装置。EMS就是能够客观地判断有无异常的候补之一，但事实上不得不说EMS难以有效发挥作用。这是由于，EMS所执行的运算量庞大，使得EMS极其难以持续监视PCS、BMU中的传感器的输出值。

本发明鉴于上述问题而得以完成，其目的在于，提供一种蓄电池系统，能够尽早且准确地检测有关于充放电性能的传感器异常。

解决技术问题所采用的技术方案

为了达成上述目的，本发明所涉及的蓄电池系统如下那样构成。

本发明所涉及的蓄电池系统与电力系统相连，构成为基于来自能源管理系统的充放电请求进行工作，其中，该能源管理系统用于管理电力系统的电力供求。本发明所涉及的蓄电池系统所连接的电力系统的规模、结构并无限定。

本发明所涉及的蓄电池系统包括蓄电池、蓄电池监视装置、交直流转换装置、以及控制装置。蓄电池可以由单一的蓄电池单元来构成，也可以构成为多个蓄电池单元的集合体。蓄电池的种类优选为锂离子电池、钠硫电池、镍氢电池等大容量蓄电池。

蓄电池监视装置是监视蓄电池状态的装置。蓄电池监视装置的监视项目可列举出例如电流、电压、温度等状态量。蓄电池监视装置利用传感器始终或以规定周期来测量作为监视项目的状态量，并作为蓄电池信息将所获得的数据的一部分或全部输出至外部。

交直流转换装置是将蓄电池与电力系统相连接的装置，具备如下功能：将电力系统的交流电转换成直流电并充电至蓄电池的功能、以及将蓄电池的直流电转换成交流电并向电力系统放电的功能。交直流转换装置也被称为功率调节器，通过交直流转换装置来调整对蓄电池的充电量以及来自蓄电池的放电量。交直流转换装置在充电量及放电量的调整过程中参照传感器的输出值。该传感器对与充电量及放电量相关的物理量进行测量，例如包含电流传感器及电压传感器。

控制装置是存在于能源管理系统与交直流转换装置之间的装置。该控制装置接收由能源管理系统提供给蓄电池系统的充放电请求。控制装置既接收充放电请求也接收由蓄电池监视装置提供的蓄电池信息，构成为基于充放电请求及蓄电池信息来控制交直流转换装置。

控制装置具备异常检测部。异常检测部将从交直流转换装置获得的传感器的输出值、与从蓄电池监视装置获得的传感器的输出值进行比较。由异常检测部对输出值进行比较的蓄电池监视装置的传感器(第1传感器)与交直流转换装置的传感器(第2传感器)是同种传感器。例如，在第1传感器为电流传感器的情况下，被比较输出值的第2传感器也为电流传感器，在第1传感器为电压传感器的情况下，被比较输出值的第2传感器也为电压传感器。异常检测部根据第1传感器的输出值与第2传感器的输出值之间的比较结果来检测第1传感器或第2传感器的异常。比较方法例如可举出如下方法：若两者的差大于阈值则判断为异常的方法；若两者的比大于阈值则判断为异常的方法；或上述方法的组合等方法。

本发明所涉及的蓄电池系统的优选实施方式中，控制装置还具备在异常检测部检测到异常时点亮的警报灯。通过警报灯点亮，操作者能迅速地知晓异常产生。

本发明所涉及的蓄电池系统的另一个优选实施方式中，控制装置还具备联锁处理部。联锁处理部构成为在异常检测部检测到异常的情况下实施联锁处理。

发明效果

根据本发明所涉及的蓄电池系统，利用从能源管理系统接收充放电请求并直接控制交直流转换装置的控制装置来进行异常检测，而不由位于远处的能源管理系统来进行异常检测。控制装置是用于控制交直流转换装置而设置的装置，因此其运算负荷与能源管理系统相比较小，能有余力地持续监视蓄电池监视装置与交直流转换装置各自的传感器输出值。另外，根据对同种传感器、即第1传感器与第2传感器各自的输出值进行比较的方法，能够根据其两者的输出值之差容易地检测到其中至少一个传感器发生了异常。因此，根据本发明所涉及的蓄电池系统，能够迅速且准确地检测到电流传感器、电压传感器等与充放电性能相关的传感器的异常。

附图说明

图1是对本发明的实施方式1所涉及的系统结构进行说明的示意结构图。图2是本发明的实施方式1所涉及的系统的框图。图3是本发明的实施方式1中蓄电池系统所执行的控制程序的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在各图中，对相同要素标注相同的标号，并省略重复说明。

实施方式1(实施方式1的整体结构)

图1是对本发明的实施方式1所涉及的系统结构进行说明的示意结构图。图1所示的蓄电池系统10与电力系统的送电设备20相连接。电力系统除了送电设备20之外，还包含与送电设备20相连的发电设备(省略图示)、与送电设备20相连的负载设备(省略图示)。蓄电池系统10通过计算机网络40与远处的能源管理系统(以下称为EMS)30相连。EMS30对发电设备的发电量、蓄电池系统10的充放电量、负载设备的受电量等电力系统的电力供求进行管理。

蓄电池系统10具备交直流转换装置(以下称为PCS)100、前电池控制台(以下称为FBCS盘)120、以及蓄电池盘140。蓄电池系统10中，一个FBCS盘120与一个PCS100相连，多个蓄电池盘140与一个FBCS盘120并联连接。图1中，蓄电池盘140有三列，但这仅为一个示例。蓄电池盘140的并联个数基于PCS100的规格而定。由此，蓄电池盘140的并联个数也可以是一列。

(蓄电池盘)蓄电池盘140具备：熔断器141、接触器142、蓄电池模块143、以及蓄电池监视装置(以下称为BMU：BatteryManagementUnit)144。蓄电池模块143是串联连接多个单元而成的模块。各单元是锂离子电池(LiB)。蓄电池模块143经由接触器142及熔断器141并通过送电线与FBCS盘120相连接。另外，蓄电池模块143通过信号线与BMU144相连接。BMU144通过计算机网络50与FBCS盘120上的控制装置130相连接，通过信号线与接触器142相连接。

BMU144对蓄电池模块143的状态进行监视。具体而言，BMU144具备电流传感器145及电压传感器146，以作为测量蓄电池模块143的状态量的单元。电流传感器145对流过蓄电池模块143的电流进行测量。电压传感器146对施加在蓄电池模块143的电压进行测量。这些传感器145、146并不一定要设于BMU144的壳体内。安装于蓄电池模块143的传感器145、146与BMU144能够构成为通过信号线相连接。另外，BMU144也利用未图示的温度传感器来测量蓄电池模块143的温度。始终利用BMU144对蓄电池模块143进行监视。其中，本实施方式中所指的始终监视是如下概念：不仅包含从传感器获取不间断的连续信号的动作，也包含以规定的短周期来获取传感器的信号的动作。BMU144将包含通过各传感器的测量而获得的信息在内的蓄电池信息发送至控制装置130。

接触器142配置于熔断器141与蓄电池模块143之间。接触器142在接收到接通信号时，触点变为导通，从而接通。另外，接触器142在接收到断开信号时，触点变为断开，从而开路。例如，接通信号为规定值[A]以上的电流，而断开信号为小于规定值[A]的电流。通过接通接触器142来将PCS100与蓄电池模块143电连接，通过断开接触器142来切断PCS100与蓄电池模块143之间的电连接。

(FBCS盘)

FBCS盘120与蓄电池盘140及PCS100相连接。具体而言，各蓄电池盘140通过各个送电线与FBCS盘120相连接。各个送电线在FBCS盘内部汇总，与更粗的送电线相连接。汇总后的送电线与PCS100相连接。另外，FBCS盘120具备控制装置130。控制装置130具备例如包含ROM、RAM等在内的存储器、输入输出各种信息的输入输出接口、能基于各种信息来执行各种运算处理的处理器。控制装置130通过计算机网络40与EMS30相连接，通过计算机网络50与BMU144相连接，通过计算机网络60与PCS100相连接。另外，控制装置130通过信号线与接触器142相连接。

控制装置130起到对PCS100发出充放电指令的司令官的作用。作为一个示例，控制装置130接收从EMS30发送来的充放电请求、以及从BMU144发送来的蓄电池信息。充放电请求包含与使PCS100进行充放电的有效功率及无效功率有关的请求在内。其中，充放电请求包含以数值来表示具体电量的具体请求、以及请求使充放电功率最大的抽象请求。控制装置130基于充放电请求及蓄电池信息来决定对于PCS100的充放电指令(相当于充放电量[kW])，并发送至PCS100。另外，控制装置130具备如下等功能：安全且最大程度地控制蓄电池模块143的性能、寿命的功能、对PCS100输出跳闸指令的功能、以及接通、断开连接器142的功能。

(PCS)

PCS100经由变压器并通过送电线与送电设备20相连接。PCS100具备如下功能：将电力系统的交流电转换成直流电并充电至蓄电池模块143的充电功能、以及将蓄电池模块143的直流电转换成交流电并向电力系统放电的放电功能。由PCS100调整对蓄电池模块143的充电量以及来自蓄电池模块143的放电量。根据由控制装置130提供的充放电指示，并利用PCS100对充放电量进行调整。

PCS100具备电流传感器101及电压传感器102。电流传感器101对充电至蓄电池模块143的电流或从蓄电池模块143放出的电流进行测量。电压传感器102对作为充电对象或放电对象的蓄电池模块143的电压进行测量。PCS100参照上述传感器的输出值来实施充放电量的调整。另外，PCS100将上述传感器的输出值作为PCS信息来发送至控制装置130。

(实施方式1的特征结构)

图2是本发明的实施方式1所涉及的系统的框图。图2中表示控制装置130的模块内，控制装置130所具备的各种功能中的一部分由模块来表示。分别对上述模块分配运算资源。对控制装置130准备与各模块相对应的程序，通过由处理器来执行该程序，从而在控制装置130中实现各模块的功能。

(充放电指令功能)控制装置130具有充放电指令功能，其功能由充放电指令部131所具有。控制装置130从EMS30接收充放电请求，从BMU144接收蓄电池信息。充放电指令部131基于充放电请求及蓄电池信息来决定充放电指令，并将充放电指令发送至PCS100。具体而言，充放电指令部131根据蓄电池信息中所包含的蓄电池模块143的电压来计算可充放电电力。本实施方式所说的电压是指施加在蓄电池模块143两端的电压。充放电指令部131将可充放电电力作为限制条件，基于来自EMS30的充放电请求来决定对PCS100的充放电指令。

(异常检测功能)控制装置130具有异常检测功能，其功能由异常检测部132所具有。异常检测部132基于从BMU144接收到的蓄电池信息、以及从PCS100接收到的PCS信息来检测蓄电池系统10的传感器异常。蓄电池信息中包含由BMU100的电压传感器146测得的电压值，PCS信息中包含由PCS100的电压传感器102测得的电压值。由于两个电压传感器102、146测量相同的电压，因此两个电压值应该相一致，或者两个电压值之差应该在误差范围内。若两个电压值之差超过误差范围，则能够视为两个电压传感器102、146中的至少一个发生了异常。异常检测部132将两个电压值进行比较，判断是否产生了规定值以上的差。然后，若确认两个电压值间产生了规定值以上的差，则异常检测部132将该情况检测为电压传感器异常。

另外，蓄电池信息中包含由BMU100的电流传感器145测得的电流值，PCS信息中包含由PCS100的电流传感器101测得的电流值。在与PCS100电连接的蓄电池模块143为一个时，两个电流值应该相一致，或者两个电流值之差应该在误差范围内。若两个电流值之差超过误差范围，则能够视为两个电流传感器101、145中的至少一个发生了异常。异常检测部132将两个电流值进行比较，判断是否产生了规定值以上的差。然后，若确认两个电流值间产生了规定值以上的差，则异常检测部132将该情况检测为电流传感器异常。

在与PCS100电连接的蓄电池模块143为多个时，异常检测部132计算出所连接的所有蓄电池模块143的电流传感器145的电流值之和。蓄电池模块143并联连接，因此若电流传感器101、145中均无异常，则由各蓄电池模块143测得的电流值之和应该与由PCS100测得的电流值相一致。因此，异常检测部132将蓄电池模块143测得的电流值之和与电流传感器101的电流值进行比较，判断是否产生了规定值以上的差。然后，若确认两个电流值间产生了规定值以上的差，则异常检测部132将该情况检测为电流传感器异常。

异常检测部132在检测到电压传感器异常或电流传感器异常的情况下，点亮警告灯(MIL)135。警告灯135配置于FBCS盘120，通过信号线与控制装置130相连。详细而言，在供操作员进行操作的操作面板的画面内显示警告灯135。警告灯135在没有异常的情况下不点亮，在发生了传感器异常的情况下，由异常检测部132点亮。

(联锁功能)另外，控制装置130具有联锁功能，其功能由联锁处理部133所具有。在电流传感器或电压传感器发生异常的情况下，无法对蓄电池模块143实施正常的充放电，可能导致蓄电池模块143过放电或过充电。因此，在由异常检测部132检测到传感器异常的情况下，联锁处理部133通过软件联锁来控制PCS100。具体而言，联锁处理部133首先停止对PCS100输出充放电指令，并对PCS100输出跳闸指令。若停止输出充放电指令，则充电量与放电量的指示值变为零，PCS100停止充放电操作。另外，在接收到跳闸指令的情况下，PCS100截断本身的电路。由此，通过停止对PCS100输出充放电指令并输出跳闸指令，即进行双重的联锁处理，从而能够可靠地防止因传感器异常而造成过放电或过充电等更为严重的异常。

此外，蓄电池系统10还具备通过BMU144实现的硬件联锁，以作为对于异常的联锁功能。无论软件联锁是否工作，在发生过放电或过充电的情况下，通过BMU144实现的硬件联锁均工作，强制断开接触器142。

(流程图)

图3是为防止因传感器异常而引起的过充电或过放电，而由蓄电池系统10所执行的控制程序的流程图。该流程图所示的控制装置130的处理是由异常检测部132及联锁处理部133的功能实现的处理。控制装置130的存储器中存储有执行图3所示的流程图的处理的程序，控制装置130的处理器读取出程序，并执行，从而实现图3所示的处理。

图3所示的程序中，BMU144始终利用电压传感器146获取蓄电池模块143的电压值(V1)(步骤S101)。此后，BMU144将所获取的电压值(V1)与其它蓄电池信息一并发送至控制装置130(步骤S102)。

另一方面，PSC100始终利用电压传感器102获取蓄电池模块143的电压值(V2)(步骤S201)。此后，PSC100将所获取的电压值(V2)与其它PCS信息一并发送至控制装置130(步骤S202)。

控制装置130接收从BMU144发送来的电压值(V1)(步骤S301)。另外，控制装置130接收从PCS100发送来的电压值(V2)(步骤S302)。控制装置130将在步骤S301中接收到的电压值(V1)与在步骤S302中接收到的电压值(V2)进行比较，计算出两者之差(步骤S303)。然后，控制装置130判断两个电压值之差的大小是否大于规定阈值α(步骤S304)。在差的大小大于阈值α的情况下，推定为至少一个电压传感器发生了异常。

反复执行步骤S304的判断处理，直到两个电压值之差的大小大于阈值α。另外，每次在步骤S101中获取到电压值(V1)并由BMU144发送至控制装置130时，执行步骤S304的比较处理，另外，每次在步骤S201中获取到电压值(V2)并由PCS100发送至控制装置130时，执行步骤S304的比较处理。

省略对流程图的说明，也同样对电流值执行上述一连串的处理。将从BMU144发送来的电流值(在蓄电池模块143为多个的情况下，从各BMU144发送来的电流值之和)与从PCS100发送来的电流值进行比较，判断两个电流值之差的大小是否大于规定的阈值。然后，在差的大小大于阈值的情况下，推定为至少一个电流传感器发生了异常。

控制装置130在通过步骤S304的判断而检测出电压传感器异常的情况下，点亮警告灯135(步骤S305)。同样，在检测到电流传感器异常的情况下，控制装置130也点亮警告灯135。接下来，控制装置130停止对PCS100输出充放电指令(步骤S306)。另外，控制装置130将跳闸指令发送至PCS100(步骤S307)。

PCS100接受充放电指令，并停止对蓄电池模块143进行充放电操作(步骤S203)。此后，PCS100接收从控制装置130发送来的跳闸指令(步骤S204)。PCS100根据跳闸指令来切断回路(步骤S205)。由此，PCS100对控制装置130所检测到的传感器异常完成软件联锁。

如上所说明的那样，本实施方式的蓄电池系统10采用如下方法：利用同种传感器来比较分别设置于BMU144侧与PCS100侧上的电流传感器及电压传感器的输出值，并根据其比较结果来检测这些传感器的异常。该方法中，无法获知是BMU144侧的传感器发生了异常，还是PCS100侧的传感器发生了异常。然而，上述传感器的异常会影响蓄电池的充放电性能，此外，还会导致过充电或过放电等更加严重的异常，因此，重要的是能尽快且准确地检测出发生了异常这一情况，而并不是具体确定出哪个传感器发生了异常。该点上，根据本实施方式的蓄电池系统10，通过利用上述那样简易的方法，能够尽快且准确地检测出某个电流传感器或电压传感器发生了异常的情况。

其它

本发明并不由上述实施方式来限定，可以在不脱离本发明思想的范围内进行各种变形来实施。例如，在上述实施方式中，作为比较两个传感器的输出值的具体方法，使用的是将输出值的差与阈值进行比较的方法，但也可以是将输出值的比与阈值进行比较的方法。另外，也可以采用将一个传感器的输出值相对于另一个传感器的输出值的误差率与阈值进行比较的方法。

然而，在上述实施方式的系统中，将控制装置130配置于FBCS盘120，但控制装置130的配置位置并不限于此。例如，也可以将控制装置130配置于PCS100、蓄电池盘140或某一个BMU144。另外，也可以将安装于控制装置130的各种功能安装至PCS100，由PCS100来搭载各种功能。对于蓄电池盘140、BMU144也一样。

标号说明

10 蓄电池系统

20 送电设备

30 能源管理系统(EMS)

40、50、60 计算机网络

100 交直流转换装置(PCS)

101 电流传感器

102 电压传感器

120 FBCS盘

130 控制装置

Claims (7)

1.一种蓄电池系统，该蓄电池系统与电力系统相连，基于来自能源管理系统的充放电请求来工作，其中，该能源管理系统用于管理所述电力系统的电力供求，该蓄电池系统的特征在于，包括：

蓄电池；利用第1传感器来监视所述蓄电池的状态的蓄电池监视装置；

交直流转换装置，该交直流转换装置具有如下功能：将所述电力系统的交流电转换成直流电并充电至所述蓄电池的功能、以及将所述蓄电池的直流电转换成交流电并向所述电力系统放电的功能，该交直流转换装置参照与所述第1传感器为相同种类的第2传感器的输出值来实施对所述蓄电池的充电及由所述蓄电池进行的放电；以及

控制装置，该控制装置接收所述充放电请求以及由所述蓄电池监视装置提供的蓄电池信息，并基于所述充放电请求及所述蓄电池信息来控制所述交直流转换装置，

所述控制装置具备异常检测部，该异常检测部从所述交直流转换装置获取所述第2传感器的输出值，根据所述蓄电池信息中所包含的所述第1传感器的输出值与所述第2传感器的输出值之间的比较结果来检测所述第1传感器或所述第2传感器的异常。

2.如权利要求1所述的蓄电池系统，其特征在于，所述控制装置还具备警告灯，该警告灯在所述异常检测部检测到异常的情况下点亮。

3.如权利要求1或2所述的蓄电池系统，其特征在于，所述控制装置还具备联锁处理部，该联锁处理部在所述异常检测部检测到异常的情况下实施联锁处理。

4.如权利要求3所述的蓄电池系统，其特征在于，所述联锁处理部包含停止对所述交直流转换装置输出充放电指令的处理，以作为所述联锁处理。

5.如权利要求3或4所述的蓄电池系统，其特征在于，所述联锁处理部包含对所述交直流转换装置输出跳闸指令的处理，以作为所述联锁处理。

6.如权利要求1至5中任一项所述的蓄电池系统，其特征在于，所述第1传感器及所述第2传感器是电流传感器。

7.如权利要求1至5中任一项所述的蓄电池系统，其特征在于，所述第1传感器及所述第2传感器是电压传感器。

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