JP2012043623A - 電池容量取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 並列に接続された複数の蓄電池の電池容量を正確に把握する。
【解決手段】 複数の蓄電池１１ａ〜１１ｎそれぞれに対して所定の放電終止電圧に至るまで放電動作を実行した後、所定の充電終止電圧に至るまで充電動作を実行する実行手段と、充電動作中に計測された充電動作にかかる充電電流の積算値をそれぞれの蓄電池の電池容量として取得する電池容量取得手段とを具備し、実行手段は、放電動作開始前において複数の蓄電池の内から一つの蓄電池を選択して放電用負荷と接続させ、充電動作開始前において放電動作で選択した一つの蓄電池を充電用の電力線と切り替えて接続させる電池容量取得装置である。
【選択図】図２

Description

本発明の実施の形態は、蓄電池装置に対して充放電を制御して電池容量を取得する電池容量取得装置に関する。

近年、太陽光発電システム、風力発電システムなど自然エネルギーを利用した発電システムが盛んに導入されている。一方、これらの発電システムで発電された電力は環境条件により変動する。そのため、これらの発電システムを電力系統に連係する場合、変動を抑制するための大容量の蓄電池装置が必要となる。例えば、特許文献１には、リチウムイオン二次電池を用いた蓄電池装置を風力発電システムに適用した例が開示されている。

特開２００９−１９７５８７号公報

ところで、蓄電池の能力を表す指標の一つに電池容量がある。電池容量は、経年によりあるいは充放電の繰返しにより減少する。従って、蓄電池を管理する場合には、管理対象である蓄電池の電池容量を把握する必要がある。

電池容量は次のようにして演算される。まず、蓄電池を管理する電池容量取得装置が蓄電池を所定電圧（放電終止電圧）まで一旦放電させる。次に電池容量取得装置は蓄電池が所定電圧（充電終止電圧）になるまで充電する。そして、電池管理装置が充電終止電圧になるまで充電量（時間×電流値）を積算して、その積算値を電池容量とする。

一方、蓄電池が並列に接続されている蓄電池装置においては、各蓄電池のうち、どの蓄電池が放電終止電圧まで放電し、どの蓄電池が充電終止電圧まで充電されたかを必ずしも把握できるとは限らない。即ち、電池容量取得装置が電池容量を把握できないという可能性がある。

図５は、電池容量取得装置で電池容量が把握できない可能性を説明するための図である。蓄電池が並列接続されている蓄電池装置において、蓄電池の放電を同時に開始し、放電終止電圧を検知後充電を行った場合、図５に示す各ケースが存在する。

図５（１）の蓄電池については、放電終止電圧を検出したが、充電終止電圧の検出はされていない。図５（２）の蓄電池については、放電終止電圧も充電終止電圧もともに検出されていない。図５（１）の蓄電池については、充電終止電圧を検出したが、放電終止電圧の検出はされていない。従って、放電終止電圧と充電終止電圧とが共に検出できない蓄電池については、電池容量を演算することはできない。

近年、自然エネルギーを利用した大規模な発電システムが増加し、その結果として、多数の蓄電池装置が並列に接続された蓄電池装置が使用される傾向にある。従って、上述のような場合においても電池容量を正確に把握するニーズがある。

上記課題を解決するための本発明の実施の形態によれば、並列に接続された複数の蓄電池それぞれの電池容量を取得する装置であって、前記複数の蓄電池それぞれに対して所定の放電終止電圧に至るまで放電動作を実行した後、所定の充電終止電圧に至るまで充電動作を実行する実行手段と、前記充電動作中に計測された前記充電動作にかかる充電電流の積算値をそれぞれの蓄電池の電池容量として取得する電池容量取得手段とを具備し、前記実行手段は、放電動作開始前において前記複数の蓄電池の内から一つの蓄電池を選択して放電用負荷と接続させ、充電動作開始前において前記放電動作で選択した前記一つの蓄電池を充電用の電力線と切り替えて接続させる電池容量取得装置が提供される。

本実施の形態の電池容量取得装置が適用される電力システムの構成を示す図。 本実施の形態の電池容量取得装置を含む電池容量取得システムの構成を示す図。 本実施の形態の電池容量取得装置の電池容量演算手順を示すフロー図。 本実施の形態の電池容量取得装置の電池容量演算手順を示すフロー図。 電池容量取得装置で電池容量が把握できない可能性を説明するための図。

図1は、本実施の形態の電池容量取得装置が適用される電力システムの構成を示す図である。この電力システムは、例えばビルの電力を供給する設備として使用される。
電力会社の電源１から供給された電力は、受変電システム２によって変換されビル内の電力系統に供給される。ビル内の電力系統には、太陽光発電システム３、蓄電池システム４が設けられている。また電力システムにはビルの電力設備を管理する監視制御システムが備えられている。

監視制御システムは中央監視制御端末５、受変電監視制御端末６、太陽光発電監視制御端末７及び蓄電池監視制御端末８を備えている。受変電監視制御端末６は受変電システム２の状態と動作を監視制御する。太陽光発電監視制御端末７は太陽光発電システム３の状態と動作を監視制御する。蓄電池監視制御端末８は蓄電池システム４の状態と動作を監視制御する。中央監視制御端末５は、各監視制御端末６〜８と伝送回線を介して接続し、相互に情報を授受してそれぞれのシステムを統括して制御する。

なお、以下、中央監視制御端末５は中央端末５、受変電監視制御端末６は受変電端末６、太陽光発電監視制御端末７は太陽光発電端末７、蓄電池監視制御端末８は蓄電池端末８という。

太陽光発電システム３は、複数の太陽電池（ＰＶ：Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）３ａ及び直交変換器３ｂを備えている。蓄電池システム４は、複数の蓄電池装置４ａ及び充放電機器４ｂを備えている。

図２は、本実施の形態の電池容量取得装置を含む電池容量取得システム２０の構成を示す図である。電池容量取得システム２０には、蓄電池装置４ａ、電池容量取得装置９、模擬負荷装置１６、及び電流計１７が設けられている。さらに、電池容量取得装置９は中央端末５と接続している。

蓄電池装置４ａは、並列接続した複数の蓄電池盤１５ａ〜１５ｎを有している。以下、蓄電池盤１５ａを例として構成を説明する。他の蓄電池盤１５ｂ〜１５ｎも同様の構成である。蓄電池盤１５ａには、開閉器１０ａ、蓄電池１１ａ及び電池管理装置１４ａが設けられている。開閉器１０ａは、蓄電池１１ａと電池容量取得装置９との間の電力ラインを断続する。なお、開閉器１０ａの断続動作は、電池容量取得装置９からの開閉信号に従って行われる。蓄電池１１ａは、例えば、適宜直列あるいは並列に接続された複数の（または１つの）リチウムイオン電池を備える。電池管理装置１４ａは、蓄電池１１ａの状態を表す物理量（例えば、電圧、温度など）を取得する。

なお、上述の電流計１７は、開閉器１０ａ（ｎ）と蓄電池１１ａ（ｎ）との間にそれぞれ設けても良い。

模擬負荷装置１６は、開閉器１２及び模擬負荷１３を備える。開閉器１２は、模擬負荷１３と電池容量取得装置９との間の電力ラインを断続する。なお、開閉器１２の断続動作は、電池容量取得装置９からの開閉信号に従って行われる。模擬負荷１３は、蓄電池１１ａ〜１１ｎの放電時において放電電流を消費するための負荷である。

電池容量取得装置９は、充放電機器４ｂ及び蓄電池端末８を備えている。充放電機器４ｂは、直交変換機能に加え、電力ラインの接続を切り替える機能を備えている。即ち、充放電機器４ｂは、蓄電池盤１５ａ〜１５ｎと模擬負荷装置１６との電力ラインの接続切り替え、蓄電池盤１５ａ〜１５ｎと電力供給系統との電力ラインの接続切り替えを実行する。電池容量取得装置９は、蓄電池１１ａ〜１１ｎの充放電動作を制御して電池容量を演算する。また、蓄電池端末８は、電池管理装置１４ａ〜１４ｎ、中央端末５との間で情報の授受を行う。更に、蓄電池端末８は、開閉器１０ａ〜１０ｎ、１２に開閉信号ＤＯを出力し、開閉状態ＤＩを入力する。なお、蓄電池端末８の詳細の動作は後述する。

図３、図４は、本実施の形態の電池容量取得装置の電池容量演算手順を示すフロー図である。

電池容量演算動作は外部（不図示）からの自動あるいは、手動の指示によって開始される。電池容量演算動作は、全体の電源設備に悪影響を及ぼさないタイミングを選択することが必要である。例えば、前回の電池容量演算動作から所定期間（例えば数ヶ月）経過していること、および現在がビル全体の電力使用量の少ない夜間などの時間帯であることを条件とすることができる。

ステップＳ０１において、中央端末５は蓄電池端末８に対して蓄電池装置の放電を指示する。ステップＳ０２において、蓄電池端末８は、蓄電池１１ａ〜１１ｎの電池容量を演算するための準備を実行する。

蓄電池端末８は、充放電機器４ｂに対して電池容量演算動作の準備を指示する。充放電機器４ｂは、蓄電池装置４ａを模擬負荷装置１６と接続するように内部の回路を切り替える。そして、それぞれの蓄電池１１ａ〜１１ｎ毎に以下の処理を繰り返して実行する。
以下、蓄電池１１ａについて電池容量演算動作を説明する。

ステップＳ０３において、蓄電池端末８は、開閉信号ＤＯを出力して開閉器１０ａ以外の開閉器を開放し、開閉器１２を接続状態にする。またこの際、蓄電池端末８は、電池管理装置１４ａに対して蓄電池１１ａの放電を開始することを通知する。ステップＳ０４において、蓄電池端末８は、開閉信号ＤＩを入力して、開閉器１０ａ以外の開閉器が開放状態であり、開閉器１２が接続状態であることを検知するまで待機する。

上記状態を検知した場合（ステップＳ０４でＹｅｓ）は、ステップＳ０５において、蓄電池端末８は、蓄電池１１ａを放電終了電圧まで放電させる。充放電機器４ｂが蓄電池１１ａを模擬負荷装置１６と接続することで、蓄電池１１ａから模擬負荷１３に放電電流が流れ、蓄電池１１ａの電圧が降下する。蓄電池１１ａの電圧は、電池管理装置１４ａによって監視されている。

ステップＳ０６において、蓄電池端末８は、電池管理装置１４ａが放電終止電圧を検知するまで待機する。そして、電池管理装置１４ａが放電終止電圧を検知したことを蓄電池端末８に通知したとき（ステップＳ０６でＹｅｓ）は、ステップＳ０８において、蓄電池端末８は、中央端末５に対して放電終止電圧になったことを通知する。図４のステップＳ１０において、蓄電池端末８は、開閉器１２に対して開放を指示する開閉信号ＤＯを出力する。そしてステップＳ１１において、蓄電池端末８は、開閉信号ＤＩを入力して、開閉器１２が開放状態であることを検知するまで待機する。

開閉器１２が開放状態であることを検知したとき（ステップＳ１１でＹｅｓ）は、ステップＳ１２において、蓄電池端末８は、中央端末５に対して蓄電池１１ａへの充電許可を求める。ステップＳ１３において、蓄電池端末８は、中央端末５からの充電許可を待機する。例えば、中央端末５は、蓄電池１１ａを充電するための電力を使用した場合に、このビルが契約している電力量を超過することが無いかどうかを調べる。電池容量演算動作は、あくまで蓄電池装置を管理するために必要とする動作であるため、ビルの契約電力を超過することは避けるべきだからである。

中央端末５から蓄電池端末８に許可が通知されたとき（ステップＳ１３でＹｅｓ）は、ステップＳ１４において、電池容量取得装置９は、蓄電池１１ａを充電終了電圧まで充電させる。充放電機器４ｂが蓄電池１１ａと電力系統とを接続するように内部回路を切り替えることで、蓄電池１１ａに充電電流が流れ、蓄電池１１ａの電圧が上昇する。この際、蓄電池１１ａの電圧は、電池管理装置１４ａによって監視されている。

ステップＳ１５において、蓄電池端末８は、電池管理装置１４ａが充電終止電圧を検知するまで待機する。ステップＳ１６において、電池管理装置１４は、充電期間中に電流計１７を介して測定した充電電流と時間との積を積算した値（＝Σ電流×時間）を電池容量として算出する。

ステップＳ１７において、蓄電池端末８が全ての蓄電池１１ａ〜１１ｎについて電池容量を演算したかどうかを調べ、まだ電池容量の演算を行っていない蓄電池があるとき（ステップＳ１７でＮｏ）は、その蓄電池を対象としてステップＳ０３からステップＳ１７までを繰り返して実行する。

全ての蓄電池１１ａ〜１１ｎについて電池容量を演算したとき（ステップＳ１７でＹｅｓ）は、ステップＳ１８において、蓄電池端末８は、電池容量の演算が完了した旨と、演算したそれぞれの電池容量を中央端末５に通知する。

なお、演算されたそれぞれの電池容量から当該蓄電池装置４ａを代表する電池容量を求める方法、その代表する電池容量を用いて蓄電池装置４ａの劣化程度を判定する方法については、電池容量演算動作の後、中央端末５と不図示の管理装置とが協働して実行する内容であるので、その説明は省略する。

以上説明したように、本実施の形態では、蓄電池端末８は、放電後直ちに充電を行うのではなく中央端末５に対して蓄電池への充電許可を求める。充電は、蓄電池を充電するための電力が供給可能であるときに行われ、それまで充電作業は待機状態となる。従って、ビルの電源設備の稼働状況に合わせて柔軟に電池容量を取得することができる。

なお、この実施の形態のバリエーションとして、上記待機状態が所定時間以上続く場合は、放電処理をした蓄電池のみに接続する開閉器を開放として電池容量取得動作を終了とし、次に許可できる条件ができたとき（例えば、数日後であっても良い）に、前記蓄電池の電池取得動作を再開しても良い。このバリエーションの構成によれば、ビルの電源設備の制限を満たしてフレキシブルに電池容量を取得することができる。

[バリエーションの実施の形態]
上述の実施の形態のバリエーションの形態について説明する。上述の実施の形態では、先ず蓄電池を放電させ、続いて充電させて電池容量を取得した。バリエーションの形態では、先ず蓄電池を充電させ、続いて放電させて電池容量を取得する。

上述のように電池容量は、所定の充電終止電圧と所定の放電終止電圧との間での電流と時間との積算値で表される。従って、放電期間中に電流計１７を介して測定した放電電流と時間との積を積算した値（＝Σ電流×時間）は、上述の実施の形態での電池容量に相当する。

即ち、バリエーションの形態の電池容量取得装置は、次のように構成することができる。
並列に接続された複数の蓄電池それぞれの電池容量を取得する装置であって、前記複数の蓄電池それぞれに対して所定の充電終止電圧に至るまで充電動作を実行した後、所定の放電終止電圧に至るまで放電動作を実行する実行手段と、前記放電動作中に計測された前記放電動作にかかる放電電流の積算値をそれぞれの蓄電池の電池容量として取得する電池容量取得手段とを具備し、前記実行手段は、充電動作開始前において前記複数の蓄電池の内から一つの蓄電池を選択して充電用の電力線と接続させ、放電動作開始前において前記充電動作で選択した一つの蓄電池を放電用負荷に切り替えて接続させることを特徴とする電池容量取得装置。

なお、上述の各実施の形態で説明した機能は、ハードウェアを用いて構成するに留まらず、ソフトウェアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現することもできる。また、各機能は、適宜ソフトウェア、ハードウェアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。

従って、フローチャートとして記載され、説明された処理は、その処理を実現するハードウェアで構成することができる。

尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…電源、２…受変電システム、３…太陽光発電システム、３ａ…太陽電池、３ｂ…直交変換器、４…蓄電池システム、４ａ…蓄電池装置、４ｂ…充放電機器、５…中央端末、６…受変電端末、７…太陽光発電端末、８…蓄電池端末、９…電池容量取得装置、１０ａ〜１０ｎ…開閉器、１１ａ〜１１ｎ…蓄電池、１２…開閉器、１３…模擬負荷、１４ａ〜１４ｎ…電池管理装置、１５ａ〜１５ｎ…蓄電池盤、１６…模擬負荷装置、２０…電池容量取得システム。

Claims (4)

1. 並列に接続された複数の蓄電池それぞれの電池容量を取得する装置であって、
   前記複数の蓄電池それぞれに対して所定の放電終止電圧に至るまで放電動作を実行した後、所定の充電終止電圧に至るまで充電動作を実行する実行手段と、
   前記充電動作中に計測された前記充電動作にかかる充電電流の積算値をそれぞれの蓄電池の電池容量として取得する電池容量取得手段とを具備し、
   前記実行手段は、放電動作開始前において前記複数の蓄電池の内から一つの蓄電池を選択して放電用負荷と接続させ、充電動作開始前において前記放電動作で選択した前記一つの蓄電池を充電用の電力線と切り替えて接続させることを特徴とする電池容量取得装置。
2. 前記実行手段は、電池容量取得動作の開始を指示する入力がされた際、前記放電動作を開始する動作開始手段を有し、
   前記電池容量取得装置に動作の開始指示を与える中央端末が、前記複数の蓄電池を放電することが可能であるときに判断したときに前記開始を指示する入力を与えることを特徴とする請求項１に記載の電池容量取得装置。
3. 前記中央端末は、前回の電離容量取得動作が終了して所定期間が経過し、かつ前記複数の蓄電池を用いる電源設備の電力使用量が所定値よりもすくないときに前記開始を指示する入力を与えることを特徴とする請求項２に記載の電池容量取得装置。
4. 並列に接続された複数の蓄電池それぞれの電池容量を取得する装置であって、
   前記複数の蓄電池それぞれに対して所定の充電終止電圧に至るまで充電動作を実行した後、所定の放電終止電圧に至るまで放電動作を実行する実行手段と、
   前記放電動作中に計測された前記放電動作にかかる放電電流の積算値をそれぞれの蓄電池の電池容量として取得する電池容量取得手段とを具備し、
   前記実行手段は、充電動作開始前において前記複数の蓄電池の内から一つの蓄電池を選択して充電用の電力線と接続させ、放電動作開始前において前記充電動作で選択した一つの蓄電池を放電用負荷に切り替えて接続させることを特徴とする電池容量取得装置。

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