JP2012085493A - 電力安定化システムおよび電力安定化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態によれば、電力系統に接続され、交流電力と直流電力間の双方向の変換を行なう第1の電力変換装置と、二次電池を有する複数の電池モジュールと、前記第1の電力変換装置と前記電池モジュールの間に接続され、前記第1の電力変換装置からの直流電力を変換して前記電池モジュールの二次電池に充電し、前記電池モジュールに充電された電力を変換して前記第1の電力変換装置に放電する第2の電力変換装置と、前記電力系統の状態に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれの充電量または放電量を制御する制御装置とをもつ。
【選択図】 図1
Description
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図である。
第1の実施形態における電力安定化システムは、建物内の電力系統である配電系統に接続されるシステムであり、システム全体の統括制御を行なう統括制御装置1、AC/DC変換器2、DC/DC変換器3、電池モジュール4、検出装置5を備える。検出装置5は、例えば配電系統の電流センサであったり、EMS(Energy Management System)受信端末であったりする。EMSとは、システムの外部に設けられる電力管理用システムである。
管理部11は、各電池モジュール4の電池情報に基づいて各電池モジュール4に対する充放電量を制御する負荷配分制御機能を有する。
通信部12は、各電池モジュール4の電池情報をAC/DC変換器2やDC/DC変換器3を介した通信によって取得する。
双方向インバータ21は、配電系統からの交流電力を直流電力に変換してDC/DC変換器3へ出力したり、DC/DC変換器3からの直流電力を交流電力に変換して配電系統に出力したりする。
制御部22は、統括制御装置1からの通信指令に基づいて双方向インバータ21の動作を制御する。
通信部23は、DC/DC変換器3との間での情報の送受信を行なう。通信部25は、統括制御装置1との間での情報の送受信を行なう。通信変換部24は、通信部23により処理する情報と通信部25により処理する情報との間の変換処理を行なう。
電圧昇降圧部31は、AC/DC変換器2からの直流電力の電圧変換を行なって電池モジュール4の二次電池に充電したり、この二次電池に蓄えられていた電力の電圧変換を行なってAC/DC変換器2に放電したりする。
制御部32は、統括制御装置1やAC/DC変換器2からの通信指令に基づいて電圧昇降圧部31を制御する。
通信部33は、AC/DC変換器2や電池モジュール4との間での情報の送受信を行なう。
二次電池列41は、例えばリチウムイオン、NiMH、鉛などのいずれかの二次電池を直並列に接続したものである。
BMU42の制御部43は、DC/DC変換器3からの通信指令に基づいて二次電池列41を制御し、電池の充放電を行なう。通信部44は、DC/DC変換器3との間での情報の送受信を行なう。管理部45は、二次電池列41の電圧、電流、温度、SOC(State Of Charge:充電状態)の値、内部抵抗、充放電積算電流などの電池情報を管理して、二次電池列41の異常や充放電回数の残り寿命の検知を行なう。
図2は、第1の実施形態における電力安定化システムによるモジュール選択処理の手順の一例を示すフローチャートである。
まず、検出装置5が、配電系統の電流値を検出し(ステップS1)、この検出した電流値を統括制御装置1の通信部12が受信すると、管理部11は、この受信した電流値の変化分が所定の基準値A以上でない場合には、電池モジュール「C」のみを充電もしくは放電させるための指令信号を出力する(ステップS2→S3)。この信号は統括制御装置1の通信部12から、AC/DC変換器2の通信部25、通信変換部24、通信部23、電池モジュール「C」用のDC/DC変換器3の通信部33を経由する通信路である電池モジュール「C」用の通信路を介して、電池モジュール「C」の通信部44に伝達され、電池モジュール内の制御部43は、この信号をもとに、当該電池モジュール内の二次電池列41に対する充電もしくは放電を行なう。
図3は、第1の実施形態における電力安定化システムによる充放電寿命制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。
まず、統括制御装置1の管理部11は、各電池モジュール4の動作状態が充放電待機状態である場合には(ステップS11のYES)、これらのモジュールの充電状態の値SOCおよび充放電回数の残り寿命を取得する。
次に、第2の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態における電力安定化システムの構成は図1に示したものと基本的にほぼ同様であるので同一部分の説明は省略する。本実施形態では、AC/DC変換器2による出力電力の定格が一定にある場合において、システム内における電池モジュール4の容量を増加させる場合に電池モジュール4の利用数と当該利用する電池モジュール4に接続するDC/DC変換器3の数を増加させた場合に、統括制御装置1がこの増加した構成に応じた制御を行なうものである。
図4に示した構成は、システム内における電池モジュール4の容量の増加前の構成であり、第1の実施形態で説明した、統括制御装置1、検出装置5、AC/DC変換器2の他に、当該AC/DC変換器2に接続される1つのDC/DC変換器3が設けられ、このDC/DC変換器3に1つの電池モジュール4が接続される。本実施形態ではAC/DC変換器2、DC/DC変換器3の出力電力値は50kwである。
次に、第3の実施形態について説明する。
図6は、第3の実施形態における電力安定化システムに用いるモータ駆動用電力変換システムの構成例を示すブロック図である。
このシステムは、図6に示したモータ駆動用電力変換装置52を第1の実施形態で説明したAC/DC変換器2の代わりに用いるようにしたものである。本実施形態では、電池モジュールは電池モジュール「A」、「B」の2つであり、DC/DC変換器3は、各電池モジュールのそれぞれについて設けられる。
制御部52bは、統括制御装置1からの通信指令や位相検出用変換回路55の検出結果に基づいて電源電圧同期信号を生成して双方向インバータ52aの動作を制御する。
通信部52cは、統括制御装置1やDC/DC変換器3との間での情報の送受信を行なう。また、通信部52cは、位相検出用変換回路55の検出結果を制御部52bに出力する。
次に、第4の実施形態について説明する。
図8は、第4の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図である。
本実施形態では、第1の実施形態と異なり、1つのDC/DC変換器3に対して3つの電池モジュール4が接続される。このDC/DC変換器3は、第3の実施形態で説明したモータ駆動用電力変換装置52を用いたものであってもよい。
次に、第5の実施形態について説明する。
図9は、第5の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図である。
この実施形態では、第4の実施形態で説明した電池モジュール4の1つを太陽光発電システム6に置き換えたものである。
次に、第6の実施形態について説明する。
図10は、第6の実施形態における電力安定化システムの構成例を示すブロック図である。
本実施形態では、第1の実施形態で説明した構成に加え、電気自動車用急速充電器7が設けられる。この電気自動車用急速充電器7は、電圧昇降圧部71、制御部72、通信部73を有する。電圧昇降圧部71は、AC/DC変換器の双方向インバータ21に対して着脱可能である。
制御部72は、統括制御装置1やAC/DC変換器2からの通信指令に基づいて電圧昇降圧部71を制御する。通信部73は、AC/DC変換器との間での情報の送受信を行なう。
次に、第7の実施形態について説明する。
図11は、第7の実施形態における電力安定化システムのプロトコル変換装置の構成例を示すブロック図である。
本実施形態では、前述した実施形態で説明した複数種類の電池モジュールのそれぞれが取り扱う通信プロトコルがモジュール間で一致していない場合に、共通の通信プロトコルへの変換処理を行なうためのプロトコル変換装置8を有する。
発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (9)
- 電力系統に接続され、交流電力と直流電力間の双方向の変換を行なう第1の電力変換装置と、
二次電池を有する複数の電池モジュールと、
前記第1の電力変換装置と前記電池モジュールの間に接続され、前記第1の電力変換装置からの直流電力を変換して前記電池モジュールの二次電池に充電し、前記電池モジュールに充電された電力を変換して前記第1の電力変換装置に放電する第2の電力変換装置と、
前記電力系統の状態に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれの充電量または放電量を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする電力安定化システム。 - 電力系統に接続され、交流電力と直流電力間の双方向の変換を行なう第1の電力変換装置、二次電池を有する複数の電池モジュール、前記第1の電力変換装置と前記電池モジュールの間に接続され、前記第1の電力変換装置からの直流電力を変換して前記電池モジュールの二次電池に充電し、前記電池モジュールに充電された電力を変換して前記第1の電力変換装置に放電する第2の電力変換装置を備える電力安定化システムに用いられる電力安定化方法であって、
前記電力系統の状態に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれの充電量または放電量を制御する
ことを特徴とする電力安定化方法。 - 前記制御装置は、
前記電力系統における電流値の変化の大小に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれのうち、充電または放電に使用する電池モジュールの数を設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力安定化システム。 - 前記複数の電池モジュールのそれぞれの二次電池の特性に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれのうち、充電または放電に使用する電池モジュールを選択判断する判断手段をさらに備えたことを特徴とする請求項3に記載の電力安定化システム。
- 前記複数の電池モジュールのそれぞれの二次電池の特性がそれぞれ異なり、
前記制御装置は、
前記複数の電池モジュールによる充電または放電の必要がない充放電待機時にある場合には、前記それぞれの二次電池の充電量を充放電待機時の最適な条件を満たすように制御し、前記複数の電池モジュールのいずれかに対する充電を行なう必要がある場合には、充電量が所定の基準値未満である二次電池を有する電池モジュールを充電量の制御の対象とし、前記複数の電池モジュールのいずれかからの放電を行なう必要がある場合には、充電量が所定の基準値を超える二次電池を有する電池モジュールを放電量の制御の対象とする
ことを特徴とする請求項1に記載の電力安定化システム。 - 前記電力系統の状態を検出する検出装置をさらに備え、
前記第1の電力変換装置は、
三相交流電動機に接続するための交流側端子、
前記三相交流電動機の回転角の信号を入力するための入力端子、および
前記回転角の信号に応じて前記三相交流電動機の回転制御を行なう制御部を有する三相交流電動機用電力変換装置であって、
前記交流側端子が前記電力系統に接続され、
前記検出装置による検出結果を前記入力端子により入力し、
この入力結果に応じて交流電力と直流電力間の双方向の変換を行なう
ことを特徴とする請求項1に記載の電力安定化システム。 - 前記第2の電力変換装置の前記電池モジュール側の端子には太陽光発電システムが接続され、
前記制御装置は、
前記電力系統の状態に応じて、前記太陽光発電システムにより発電された電力の前記電力系統への放電量を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力安定化システム。 - 前記第1の電力変換装置の直流側端子に接続される、電気自動車に接続される電気自動車用充電器をさらに備え、
前記電力系統の状態に応じて、前記複数の電池モジュールおよび前記電気自動車用充電器のそれぞれの充電量または放電量を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力安定化システム。 - 前記複数の電池モジュールのそれぞれは、二次電池の充電量を含む情報を当該電池モジュール間で異なる通信用プロトコルにしたがって出力し、
前記複数の電池モジュールのそれぞれからの情報の通信用プロトコルを所定の共通の通信用プロトコルに変換する変換装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記電力系統の状態、および前記変換装置により変換された通信用プロトコルにしたがって送信された前記複数の電池モジュールからの情報に応じて、前記複数の電池モジュールのそれぞれの充電量または放電量を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力安定化システム。
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