JP2013118807A - エネルギー貯蔵システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー貯蔵システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】エネルギー貯蔵システム及びその制御方法に係り、少なくとも１つのラックＢＭＳを有する一つ以上のバッテリラックを含むバッテリシステムと、バッテリラックに含まれたバッテリの充電及び放電を、バッテリの温度に基づいて、制御するシステムＢＭＳと、を含み、少なくとも１つの発電システム、送電系統、負荷と連結されるエネルギー貯蔵システムである。
【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、エネルギー貯蔵システム及びその制御方法に関する。

環境破壊、資源枯渇などが深刻な問題として提起されており、エネルギーを貯蔵し、貯蔵されたエネルギーを効率的に活用することができるシステムへの関心が高まっている。また、これと共に、発電過程で自然への影響を全く発生させない、あるいは影響を抑える新再生エネルギーへの関心も高まっている。エネルギー貯蔵システムは、このような新再生エネルギー、電力を貯蔵するバッテリシステム、そして既存の送電系統を連携させるシステムとして、今日の環境変化に合わせて、多くの研究開発がなされている。
このようなエネルギー貯蔵システムは、連携された新再生エネルギー、バッテリシステム、送電系統、及び負荷の状況によって、多様な動作モードを有し、動作モード間の変換が安定してなされねばならない。特に、エネルギー貯蔵システムは、設置される場所や環境が一定していない。従って、全ての場合に備えて、バッテリシステムに対して、安定して充電及び放電ができるように設計することが重要である。

本発明の実施形態が解決しようとする技術的課題は、適切な温度でバッテリの充電及び放電を実行することができるエネルギー貯蔵システム及びその制御方法を提供することである。

本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つのラックＢＭＳを有する一つ以上のバッテリラックを含むバッテリシステムと、前記バッテリラックに含まれたバッテリの充電及び放電を、前記バッテリの温度に基づいて制御するシステムＢＭＳ（battery management system）と、を含み、少なくとも１つの発電システム、送電系統、負荷と連結されるエネルギー貯蔵システムが提供される。

本発明において、前記ラックＢＭＳは、充電あるいは放電が実行される前記少なくとも１つのバッテリの測定温度を獲得することを特徴とする。

本発明において、前記ラックＢＭＳは、前記測定温度を、前記システムＢＭＳに伝達することを特徴とする。

本発明において、前記ラックＢＭＳは、前記測定温度を、前記システムＢＭＳに周期的に伝達することを特徴とする。

本発明において、前記ラックＢＭＳは、前記システムＢＭＳからの測定温度の送信要請に応答し、前記システムＢＭＳに前記測定温度を伝達することを特徴とする。

本発明において、前記ラックＢＭＳは、温度を測定したときからの経過時間が基準値を超えるか否かを判断し、経過した場合、さらに温度を測定し、前記システムＢＭＳに伝達することを特徴とする。

本発明において、前記システムＢＭＳは、前記測定温度と基準温度とを比較することができるバッテリ温度判断部を含むことを特徴とする。

本発明において、前記基準温度は、選択可能であることを特徴とする。

本発明において、前記システムＢＭＳは、電流量制御部をさらに具備し、前記電流量制御部は、少なくとも１つのバッテリの前記測定温度が、前記基準温度以上であるとき、第１電流値で充電あるいは放電を制御し、前記電流量制御部は、少なくとも１つのバッテリの前記測定温度が、前記基準温度より低いとき、第２電流値で充電あるいは放電を制御し、前記第１電流値は、前記第２電流値より大きいことを特徴とする。

本発明において、前記システムＢＭＳは、前記測定温度が、前記基準温度より低くなる場合、第１電流値から第２電流値に変更して充電を行うことを特徴とする。

本発明において、前記システムＢＭＳは、前記ラックＢＭＳから、前記測定温度を受信したか否かを判断することを特徴とする。

本発明において、前記エネルギー貯蔵システムは、電流を変換するためのコンバータをさらに含み、前記電流量制御部は、第１電流値及び第２電流値のうちいずれか１つの電流値を選択するために、前記コンバータを制御することを特徴とする。

本発明において、前記ラックＢＭＳは、少なくとも１つのバッテリの温度を測定するための温度測定部を含むことを特徴とする。

本発明において、前記バッテリラックは、少なくとも１つのバッテリトレイを含み、前記バッテリトレイには、少なくとも１つのバッテリが位置して、前記少なくとも１つのバッテリトレイは、トレイコントローラを含み、前記システムＢＭＳは、バッテリの温度データを、前記バッテリトレイの前記トレイコントローラから受信することを特徴とする。

本発明において、前記エネルギー貯蔵システムは、ラックバス（rack bus）を含み、前記ラックＢＭＳと、前記少なくとも１つのバッテリトレイの前記トレイコントローラは、前記ラックバスを介して通信することを特徴とする。

本発明において、前記バッテリシステムは、前記ラックＢＭＳの制御によって電力供給を遮断するラック保護回路をさらに含むことを特徴とする。

本発明において、前記ラック保護回路は、前記バッテリシステムの電圧及び電流を測定し、測定された電圧及び測定された電流を、前記システムＢＭＳに送ることを特徴とする。

本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの発電システム、送電系統、負荷と連結されるエネルギー貯蔵システム内のバッテリの充放電を制御するための方法であって、前記バッテリの温度を測定するステップと、測定された前記バッテリの温度と基準温度とを比較するステップと、測定された前記バッテリの温度に基づいて、前記バッテリの充電あるいは放電を制御するステップと、を含むエネルギー貯蔵システム制御方法が提供される。

本発明において、前記バッテリは、前記測定温度が、前記基準温度より低い場合、第２電流値で充電あるいは放電を行うように制御され、前記測定温度が、前記基準温度以上である場合、第１電流値で充電あるいは放電を行うように制御され、前記第２電流値は、前記第１電流値より小さいことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、エネルギー貯蔵システムが、適切な温度で、バッテリの充電及び放電を行うことができる。

本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵システム及び周辺構成を概略的に示す図面である。 本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるバッテリシステムの構成を示す図面である。 本発明の一実施形態による統合制御器及びラックＢＭＳの構成を示す図面である。 本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵システムの制御方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵システムの制御方法を示すフローチャートである。

本発明は、多様な変更を加えることができ、さまざまな実施形態を有することができるが、特定の実施形態を図面に例示し、詳細な説明において詳細に説明する。しかし、それらは、本発明を特定の実施形態について限定するものではなく、本発明の趣旨及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物ないし代替物を含むものであるということを理解しなければならない。本発明の説明において、関連する公知技術についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明確にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

本出願で使用された用語は、特定の実施形態について説明するためのみに使われるものであり、本発明を限定する意図ではない。単数の表現は、文脈上、特段明確に意味するものでは限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」というような用語は、明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはそれらを組み合わせたものが存在するということを指定するものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはそれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除するものではないと理解しなければならない。

以下、本発明による実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明することにし、添付図面を参照した説明において、同一、あるいは対応する構成要素は、同一の符号を付与し、それについての重複説明は、省略することにする。

図１は、本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵システム１及び周辺構成を概略的に示す図面である。

図１を参照すれば、本実施形態によるエネルギー貯蔵システム１は、発電システム２、送電系統３と連携して、負荷４に電力を供給する。

発電システム２は、エネルギー源を利用して電力を生産するシステムである。発電システム２は、生産した電力をエネルギー貯蔵システム１に供給する。発電システム２は、太陽光発電システム、風力発電システム、潮力発電システムなどである。しかし、それらは例示的なものであり、発電システム２は、前述の種類に限定されるものではない。太陽熱や地熱など、新再生エネルギーを利用して電力を生産する発電システムをいずれも含んでもよい。特に、太陽光を利用して電気エネルギーを生産する太陽電池は、各家庭または工場などに設置しやすく、各家庭や工場に分散したエネルギー貯蔵システム１に適用するのに適する。発電システム２は、多数の発電モジュールを並列に具備し、発電モジュール別に電力を生産することにより、大容量エネルギーシステムを構成することができる。

送電系統３は、発電所、変電所、送電線などを具備する。送電系統３が正常な状態である場合、送電系統３は、負荷４及び／またはバッテリシステム２０に電力が供給されるように、エネルギー貯蔵システム１に電力を供給する、及び／または送電系統３はエネルギー貯蔵システム１から電力を供給される。送電系統３が非正常状態である場合、送電系統３からエネルギー貯蔵システム１への電力供給は中断され、エネルギー貯蔵システム１から送電系統３への電力供給も中断される。

負荷４は、発電システム２で生産された電力、バッテリシステム２０に貯蔵された電力、または送電系統３から供給された電力を消費する。家庭や工場などが、負荷４の一例である。

エネルギー貯蔵システム１は、電力を貯蔵するバッテリシステム２０と、電力変換システム（ＰＣＳ：power conversion system）１０とを含む。電力変換システムは、バッテリシステム２０、発電システム２、送電系統３の電力を適切に変換して供給する。

エネルギー貯蔵システム１は、発電システム２で生産した電力をバッテリシステム２０に貯蔵し、生産した電力を送電系統３に供給することができる。エネルギー貯蔵システム１は、バッテリシステム２０に貯蔵された電力を送電系統３に供給したり、あるいは送電系統３から供給された電力をバッテリシステム２０に貯蔵することもできる。また、エネルギー貯蔵システム１は、送電系統３が非正常状態である場合、例えば、停電が発生した場合には、ＵＰＳ（uninterruptible power supply）動作を実行し、負荷４に電力を供給することができる。また、エネルギー貯蔵システム１は、送電系統３が正常状態でも、発電システム２が生産した電力や、バッテリシステム２０に貯蔵されている電力を、負荷４に供給することができる。

図２は、本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵システム１の構成を示すブロック図である。

エネルギー貯蔵システム１は、電力変換を制御するＰＣＳ１０、バッテリシステム２０、第１スイッチ３０及び第２スイッチ４０などを含む。

ＰＣＳ１０は、発電システム２、送電系統３、バッテリシステム２０の電力を適切な電力に変換し、必要なところに供給する。ＰＣＳ１０は、電力変換部１１、ＤＣ（direct currect）リンク部１２、インバータ１３、コンバータ１４、統合制御器１５を含む。

電力変換部１１は、発電システム２とＤＣリンク部１２との間に連結される電力変換装置である。電力変換部１１は、発電システム２で生産した電力を、ＤＣリンク部１２に伝達し、このとき、出力電圧を直流リンク電圧(DC link voltage)に変換する。

電力変換部１１は、発電システム２の種類により、コンバータ、整流回路などの電力変換回路で構成される。発電システム２が生産する電力が直流電力である場合、電力変換部１１は、直流電力を直流電力に変換するためのコンバータであってもよい。発電システム２の生産する電力が交流電力である場合、電力変換部１１は、交流電力を直流電力に変換するための整流回路であってもよい。特に、発電システム２が太陽光発電システムである場合、電力変換部１１は、日射量、温度などの変化により、発電システム２で生産する電力を最大に得ることができるように、最大電力ポイント追跡（ＭＰＰＴ：maximum power point tracking）制御を行うＭＰＰＴコンバータを含んでもよい。電力変換部１１は、発電システム２で生産される電力がないときには、動作を中止し、コンバータなどで消費する電力を最小化させることもできる。

直流リンク電圧の大きさは、発電システム２または送電系統３での瞬間的な電圧降下、負荷４でのピーク負荷発生などによって、不安定になる場合がある。しかし、直流リンク電圧は、コンバータ１４及びインバータ１３の正常動作のために、安定化される必要がある。ＤＣリンク部１２は、電力変換部１１とインバータ１３との間に連結され、直流リンク電圧を一定に維持させる。ＤＣリンク部１２として、例えば、大容量キャパシタなどを使用することができる。

インバータ１３は、ＤＣリンク部１２と第１スイッチ３０との間に連結される電力変換装置である。インバータ１３は、放電モードで、発電システム２及び／またはバッテリシステム２０から出力された直流リンク電圧を、送電系統３の交流電圧に変換して出力するインバータを含んでもよい。また、インバータ１３は、充電モードで、送電系統３の電力をバッテリシステム２０に貯蔵するために、送電系統３の交流電圧を整流し、直流リンク電圧に変換して出力する整流回路を含んでもよい。あるいは、インバータ１３は、入力と出力との方向が変わる双方向インバータであってもよい。

インバータ１３は、送電系統３に出力される交流電圧から、高調波を除去するためのフィルタを含んでもよい。また、インバータ１３は、無効電力の発生を抑制するために、インバータ１３から出力される交流電圧の位相と、送電系統３の交流電圧の位相とを同期化させるための位相同期ループ（ＰＬＬ）回路を含んでもよい。その他、インバータ１３は、電圧変動範囲制限、力率改善、直流成分除去、過渡現象（transient phenomena）保護などのような機能を行うことができる。インバータ１３は、使用されないとき、電力消費を最小化するために、動作を止めることもできる。

コンバータ１４は、ＤＣリンク部１２とバッテリシステム２０との間に連結される電力変換装置である。コンバータ１４は、放電モードで、バッテリシステム２０に貯蔵された電力を、インバータ１３で要求する電圧レベル、すなわち、直流リンク電圧で、ＤＣ−ＤＣ変換して出力するコンバータを含む。また、コンバータ１４は、充電モードで、電力変換部１１で出力される電力や、インバータ１３で出力される電力の電圧を、バッテリシステム２０で要求する電圧レベル、すなわち、充電電圧で、ＤＣ−ＤＣ変換するコンバータを含む。あるいは、コンバータ１４は、入力と出力との方向が変わる双方向コンバータであってもよい。コンバータ１４は、バッテリシステム２０の充電または放電が不要な場合には、動作を止めて電力消費を最小化することもできる。

また、本実施形態によるコンバータ１４は、統合制御器１５からの制御によって、バッテリシステム２０に供給される電力、またはバッテリシステム２０から出力される電流の量を調節することができる。これによって、コンバータ１４は、バッテリシステム２０に流入する電流、またはバッテリシステム２０から放出される電流の量を調節することができる。

統合制御器１５は、発電システム２、送電系統３、バッテリシステム２０、及び負荷４の状態をモニタリングし、モニタリング結果、及び既定のアルゴリズムなどにより、電力変換部１１、インバータ１３、コンバータ１４、バッテリシステム２０、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０の動作を制御する。統合制御器１５は、送電系統３に停電が発生したか否か、発電システム２で電力が生産されるか否か、発電システム２で電力を生産する場合には、その生産量、バッテリシステム２０の充電状態、負荷４の消費電力量、時間などをモニタリングすることができる。また、統合制御器１５は、送電系統３に停電が発生するなど、負荷４に供給する電力が十分ではない場合には、負荷４内に含まれた電力使用機器に対して優先順位を決め、優先順位が高い電力使用機器に電力を供給するように、負荷４を制御することもできる。

一方、本実施形態による統合制御器１５は、バッテリシステム２０から、バッテリの温度に係わるデータを受信する。統合制御器１５は、受信した温度データから、バッテリの温度が基準温度より低いと判断された場合には、バッテリの充電時、バッテリに少量の電流が流入されるように制御する。また同様に、統合制御器１５は、受信した温度データから、バッテリの温度が基準温度より低いと判断された場合には、バッテリの放電時、バッテリから少量の電流が放出されるように制御する。

このために、統合制御器１５は、発電システム２やインバータ１３から、バッテリシステム２０に電力を供給するとき、少量の電力のみを供給し、充電電流が小さいように、低電流モードでコンバータ１４を制御する。反対に、バッテリシステム２０からインバータ１３に電力を供給するときにも、少量の電力のみを供給し、放電電流が小さいように、低電流モードでコンバータ１４を制御する。

第１スイッチ３０及び第２スイッチ４０は、インバータ１３と送電系統３との間に直列に連結され、統合制御器１５の制御により、オン／オフ動作を実行し、発電システム２と送電系統３との間の電流の流れを制御する。第１スイッチ３０と第２スイッチ４０は、発電システム２、送電系統３及びバッテリシステム２０の状態により、オン／オフが決まる。

具体的には、発電システム２及び／またはバッテリシステム２０の電力を負荷４に供給する場合、または送電系統３の電力をバッテリシステム２０に供給する場合、第１スイッチ３０をオン状態にする。発電システム２及び／またはバッテリシステム２０の電力を送電系統３に供給する場合、または送電系統３の電力を負荷４及び／またはバッテリシステム２０に供給する場合には、第２スイッチ４０をオン状態にする。

一方、送電系統３で停電が発生した場合には、第２スイッチ４０をオフ状態にし、第１スイッチ３０をオン状態にする。すなわち、発電システム２及び／またはバッテリシステム２０からの電力を負荷４に供給すると同時に、負荷４に供給される電力が、送電系統３側に流れることを防止する。これによって、エネルギー貯蔵システム１の単独運転を防止し、送電系統３の電力線などで作業する作業員が、エネルギー貯蔵システム１からの電力によって、感電するような事故を防止することができる。

第１スイッチ３０及び第２スイッチ４０では、大きい電流に耐えることができるリレイ（relay）などのスイチング装置が使われてもよい。

バッテリシステム２０は、発電システム２及び／または送電系統３の電力を供給されて貯蔵し、負荷４または送電系統３に貯蔵している電力を供給する。バッテリシステム２０は、電力を貯蔵する部分と、これを制御及び保護する部分とを含んでもよい。以下、図３を参照し、バッテリシステム２０について具体的に説明する。

図３は、本発明の一実施形態によるバッテリシステム２０の構成を示す図面である。バッテリシステム２０は、その下位構成要素として、バッテリラック（rack）を含んでもよく、バッテリラックは、またその下位構成要素でバッテリトレイを含んでもよい。前記のようなバッテリシステム２０の構成を基にして、図３について説明を行う。

バッテリシステム２０は、ラックＢＭＳ（rack ＢＭＳ：battery management system）２００、複数のトレイ２１０、バスライン２２０、ラック保護回路２３０などを含んでもよい。

ラックＢＭＳ２００は、ラック保護回路２３０を制御することにより、バッテリシステム２０の充電及び放電の動作を制御する。また、ラックＢＭＳ２００は、バッテリシステム２０の状態、例えば、温度や電圧、流れる電流などをモニタリングし、測定されたデータを統合制御器１５に送る。

また、ラックＢＭＳ２００は、後述するトレイＢＭＳ２１２から、トレイＢＭＳ２１２がトレイバッテリ２１１をモニタリングして測定したデータを受信し、これを分析することができる。ラックＢＭＳ２００は、分析結果に基づいて、さらにトレイＢＭＳ２１２に制御信号を送ることができる。それだけでなく、ラックＢＭＳ２００は、トレイＢＭＳ ２１２から受信したデータ、またはそれから獲得した分析結果を、統合制御器１５に送信し、統合制御器１５から受信した制御信号をトレイＢＭＳ２１２に送信することもできる。

複数のトレイ２１０は、バッテリラックの下位構成であり、電力を貯蔵し、貯蔵している電力を、送電系統３、負荷４などに供給する。このようなトレイ２１０は、それぞれトレイバッテリ２１１、及びトレイＢＭＳ ２１２をそれぞれ含んでもよい。

トレイバッテリ２１１は、電力を貯蔵する部分であり、その下位構成として、バッテリセルを含んでもよい。トレイバッテリ２１１に含まれるバッテリセルの個数は、要求される出力電圧によって決まる。このようなバッテリセルとしては、充電可能な多様な二次電池が使われもする。例えば、バッテリセルに使われる二次電池は、ニッケル−カドミウム電池（nikel-cadmium battery）、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池（ＮｉＭＨ：nickel metal hydride battery）、リチウム−イオン電池（lithium ion battery）、リチウムポリマー電池（lithium polymer battery）などであってもよい。

トレイバッテリ２１１は、低温では、常温であるときより、充電または放電の効率が落ちる。このようなトレイバッテリ２１１は、充電または放電が行われることによって、バッテリセルで発生する熱によって、充電または放電の効率が正常状態に回復する。このような現象は、特に、バッテリセルとして、リチウム−イオン電池が使用される場合において顕著に現れる。

トレイバッテリ２１１は、トレイＢＭＳ２１２によって、充電及び放電の動作が制御される。また、トレイバッテリ２１１は、互いに直列に連結され、バッテリシステム２０で必要とする出力電圧を生成させることが可能である。そして、直列に連結されたトレイバッテリ２１１のうち、両端トレイバッテリ２１１から電力線が延長され、ラック保護回路２３０を介して、コンバータ１４に電力を供給することができる。

トレイＢＭＳ２１２は、トレイバッテリ２１１の充電及び放電の動作を制御する。また、トレイＢＭＳ２１２は、トレイバッテリ２１１の状態、例えば、温度や電圧、流れる電流などをモニタリングする。トレイＢＭＳ２１２は、モニタリング結果を、ラックＢＭＳ ２００に送信する。また、トレイＢＭＳ２１２は、ラックＢＭＳ ２００から制御信号を受信し、制御信号による動作を行うこともできる。

バスライン２２０は、ラックＢＭＳ２００とトレイＢＭＳ２１２との間で、データや命令を送信する経路である。ラックＢＭＳ２００とトレイＢＭＳ２１２との間の通信プロトコルとしては、ＣＡＮ（controller area network）通信が使われもする。しかし、これに限定されるものではなく、バスラインを使用し、データや命令を送信する通信プロトコルであるならは、いずれも適用可能である。

ラック保護回路２３０は、ラックＢＭＳ２００からの制御により、電力供給を遮断することができる。また、ラック保護回路２３０は、バッテリシステム２０の電圧及び電流などを測定し、その結果を統合制御器１５に送信することができる。例えば、ラック保護回路２３０は、電流を遮断するためのリレイやヒューズなどを具備することができる。また、ラック保護回路２３０は、電圧及び電流などを測定するためのセンサを具備することができる。

一方、本実施形態では、バスライン２２０を利用して、ラックＢＭＳ２００とトレイＢＭＳ２１２とが通信すると説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ラックＢＭＳ２００が、それぞれのトレイＢＭＳ２１２と、１：１で通信をすることもある。または、トレイＢＭ ２１２相互間には、シリアル通信を行うこともできる。すなわち、ラックＢＭＳ２００とトレイＢＭＳ２１２との間に、データ及び命令が互いに伝達されるいかなる通信プロトコルも使用可能である。

本実施形態では、バッテリシステム２０が、１つのバッテリラックからなる場合について説明した。しかし、これは、例示的なものであり、需要者によって要求される電圧や容量により、複数のバッテリラックを直列／並列に連結し、１つのバッテリシステムを構成させることもできる。バッテリシステム２０が、複数のバッテリラックを含む場合、複数のラックを制御するためのシステムＢＭＳをさらに具備することもできる。

以下、統合制御器１５とラックＢＭＳ２００との動作によって、充電及び放電の電流を制御する本発明の実施形態について具体的に説明する。

図４は、本発明の一実施形態による統合制御器１５及びラックＢＭＳ２００の構成を示す図面である。

図４を参照すれば、ラックＢＭＳ２００は、バッテリ温度測定部２０１、充放電制御部２０２、第１通信部２０３を含む。

バッテリ温度測定部２０１は、バッテリの温度を測定する。このとき、バッテリ温度測定部２０１は、直接バッテリ温度を測定することもでき、トレイＢＭＳ２１２から送信された温度データを使用することもできる。

バッテリ温度測定部２０１は、バッテリの温度を周期的に測定することもでき、制御信号によって測定することもできる。または、バッテリ温度測定部２０１は、リアルタイムで、常時バッテリの温度を測定することもできる。バッテリの温度を周期的に測定する場合には、測定周期は、ユーザによって調節されもし、測定信号によって調節されもする。

充放電制御部２０２は、充電モードで、コンバータ１４から供給される電力を使用し、バッテリトレイ２１１を充電するように制御する。また、充放電制御部２０２は、放電モードで、バッテリトレイ２１１に充電された電力をコンバータ１４に放電するように制御する。

第１通信部２０３は、バッテリ温度測定部２０１で測定した温度データを統合制御器１５に送信する。第１通信部２０３は、統合制御器１５に、温度データを一定周期で反復して送信することができる。または、第１通信部２０３は、統合制御器１５から制御信号、例えば、温度データ送信信号を受信するとき、温度データを送信することもできる。

統合制御器１５は、バッテリ温度判断部１５１、電流量制御部１５２、第２通信部１５３を含む。

バッテリ温度判断部１５１は、ラックＢＭＳ２００から送信された温度データを基準温度と比較し、バッテリの温度が基準値より小さいか否かを判断する。基準温度は、バッテリセルの充電または放電の効率が、隣接区間に比べて相対的に低くなる温度である。例えば、基準温度は、０℃であってもよい。このような基準温度は、バッテリセルの種類、特性によって、異なってもよい。従って、基準温度は、ユーザによって、設定及び調節が行われもする。

電流量制御部１５２は、バッテリ温度判断部１５１の判断結果、バッテリの温度が基準温度より低いと判断した場合には、コンバータ１４が、低電流モードで動作するように、コンバータ１４を制御する。すなわち、電流量制御部１５２は、低電流充放電を行うように、コンバータ１４を制御する。

一方、電流量制御部１５２は、バッテリ温度判断部１５１の判断結果、バッテリの温度が、基準温度以上であると判断した場合には、コンバータ１４が、通常モードで動作するように、コンバータ１４を制御する。すなわち、電流量制御部１５２は、通常充放電を行うように、コンバータ１４を制御する。

第２通信部１５３は、第１通信部２０３を介して、ラックＢＭＳ２００から温度データを受信する。第２通信部１５３は、第１通信部２０３に温度データを送信することを命令する制御信号を送信することができる。あるいは、ラックＢＭＳ２００側で、周期的に温度データを送信し、第２通信部１５３は、送信された温度データを単純に受信しているだけでもよい。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵システム１の制御方法を示すフローチャートである。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すれば、ラックＢＭＳ２００と統合制御器１５とが、それぞれ別途の動作を同時に行う。まず、ラックＢＭＳ２００の動作について説明する。

ラックＢＭＳ２００は、バッテリの充電または放電が行われるか否かを判断する（Ｓ１００）。バッテリの充電または放電が行われない場合には、待機状態である。このとき、図示していないが、ラックＢＭＳ２００は、バッテリの充電または放電が発生するまで、各種モニタリング動作を続けて行っている。

バッテリの充電または放電が行われると判断した場合、バッテリ温度測定部２０１は、温度を測定する（Ｓ１０１）。たとえ本実施形態では、バッテリの充電または放電が行われて初めて、バッテリ温度測定部２０１が温度を測定するが、これに限定されるのではなく、バッテリ温度測定部２０１は、温度測定をいつも行っていてもよい。また、このとき、充放電制御部２０２は、バッテリトレイ２１１の充電または放電を制御する。

第１通信部２０３は、バッテリ温度測定部２０１で測定した温度データを、統合制御器１５に送信する（Ｓ１０２）。

ラックＢＭＳ２００は、充電または放電の動作が終わったか否かを判断し（Ｓ１０３）、終わったと判断した場合には、充電または放電の動作制御、温度測定などの動作を終了することができる。

一方、充電または放電の動作が終わっていないと判断した場合には、温度を測定したときから、基準時間以上経過しているか否かを判断する（Ｓ１０４）。基準時間以上経過した場合には、バッテリ温度測定部２０１がさらに温度を測定し、測定した温度を統合制御器１５に送信する。すなわち、またＳ１０１ステップに戻る。

ラックＢＭＳ２００は、前記のような動作を介して、充電及び放電を行う。

次に、統合制御器１５の動作について説明する。

統合制御器１５もまた、バッテリの充電または放電が行われるか否かを判断する（Ｓ２００）。バッテリの充電または放電が行われない場合には、待機状態である。このとき、図示していないが、統合制御器１５は、電力変換部１１、インバータ１３などの制御を行うことができる。

一方、バッテリの充電または放電が行われると判断した場合、第２通信部１５３は、ラックＢＭＳ２００から温度データを受信する（Ｓ２０１）。そして、バッテリ温度判断部１５１は、受信した温度データから、バッテリの温度が基準温度より低いか否かを判断する（Ｓ２０２）。

バッテリ温度判断部１５１が、バッテリの温度が基準温度より低いと判断した場合、バッテリトレイ２１１で、低い効率で充電または放電が行われることを防止するために、電流量制御部１５２は、低電流充放電動作の制御を行う（Ｓ２０３）。そして、ラックＢＭＳ２００から新しい温度データが受信されるか否かを続けて判断する（Ｓ２０４）。

ラックＢＭＳ２００から新しい温度データが受信されれば、またＳ２０１ステップに戻り、Ｓ２０１からＳ２０６ステップを行う。

一方、バッテリ温度判断部１５１が、バッテリの温度が基準温度以上であると判断した場合、通常の充放電動作を実行しても、充電または放電による電力損失が少なくなる。従って、電流量制御部１５２は、通常充放電動作の制御を行う（Ｓ２０５）。

そして、充電または放電が終わったか否かを判断し（Ｓ２０６）、終わったと判断した場合には、充電または放電の動作制御を終了する。すなわち、コンバータ１４の動作を止める。

充電または放電が終わっていない場合には、充電または放電の動作を続ける。この場合、バッテリの温度が、一応基準温度以上に上昇したので、必ずしも再び温度データを受信することが必要であるわけではない。従って、再びＳ２０１ステップに戻るよりは、Ｓ２０５ステップに戻り、充電または放電の動作を続けて行うのが望ましい。

統合制御器１５は、前記のような動作を介して、充電及び放電を行う。

前記の通り、本発明の実施形態によるエネルギー貯蔵システム１では、低温では、バッテリの充電及び放電を低電流モードで実行し、一定温度範囲では、通常モードでバッテリの充電及び放電を行う。従って、バッテリの充電及び放電の効率を高めることができ、充電時及び放電時に発生する電力損失を低減させることができる。

本発明で説明する特定実行は、一実施形態であり、いかなる方法によっても、本発明の範囲を限定するものではない。明細書の簡潔さのために、従来の電子的な構成、制御システム、ソフトウェア、前記システムの他の機能的な側面の記載は省略される。また、図面に図示された構成要素間の線の連結または連結部材は、機能的な連結、及び／または物理的または回路的な連結を例示的に示したものであり、実際の装置では、代替可能であったり、あるいは追加の多様な機能的な連結、物理的な連結、または回路連結として示されもする。また、「必須な」、「重要に」などのように具体的な言及がなければ、本発明の適用のために、必ずしも必要な構成要素ではないこともある。

本発明の明細書（特に、特許請求の範囲）での、「前記」の用語及びこれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数いずれにも該当する。また、ここにおいて値に関する範囲の特定の値を記載した場合、特段の記載がない限り、前記範囲に属する個々の値についての省略的表現であり、前記範囲を構成する個々の値は、ここに記載されているものとする。最後に、本発明による方法を構成するステップについて、明確な順序を記載したり、反する記載がなければ、前記ステップは、適切な順序で行われてもよい。必ずしも前記ステップの記載順序によって、本発明が限定されるものではない。本発明で、全ての例または例示的な用語（例えば、「など」）の使用は、単に本発明を詳細に説明するためのものであり、特許請求の範囲によって限定されない以上、前記例あるいは例示的な用語によって、本発明の範囲が限定されるものではない。また、当業者は、付加された特許請求の範囲またはその均等物の範疇内で、設計条件及び要因によって、多様な修正、組み合わせ及び変更が行われ得ることが分かるはずである。

本発明のエネルギー貯蔵システム及びその制御方法は、例えば、エネルギー関連の技術分野に効果的に適用可能である。

１ エネルギー貯蔵システム
２ 発電システム
３ 送電系統
４ 負荷
１０ 電力転換システム
１１ 電極転換部
１２ ＤＣリンク部
１３ インバータ
１４ コンバータ
１５ 統合制御部
１５１ バッテリ温度判断部
１５２ 電流量制御部
１５３ 第２通信部
２０ バッテリシステム
２００ ラックＢＭＳ
２０１ バッテリ温度測定部
２０２ 充放電制御部
２０３ 第１通信部
２１０ トレイ
２１１ トレイバッテリ
２１２ トレイＢＭＳ
２２０ バスライン
２３０ ラック保護回路
３０ 第１スイッチ
４０ 第２スイッチ

Claims (19)

1. 少なくとも１つのラックＢＭＳ（battery management system）を有する一つ以上のバッテリラックを含むバッテリシステムと、
   前記バッテリラックに含まれたバッテリの充電及び放電を、前記バッテリの温度に基づいて制御するシステムＢＭＳと、を含み、
   少なくとも１つの発電システム、送電系統、負荷と連結されるエネルギー貯蔵システム。
2. 前記ラックＢＭＳは、充電あるいは放電が行われる前記少なくとも１つのバッテリの測温度を獲得することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
3. 前記ラックＢＭＳは、前記測定温度を、前記システムＢＭＳに伝達することを特徴とする請求項２に記載のエネルギー貯蔵システム。
4. 前記ラックＢＭＳは、前記測定温度を、前記システムＢＭＳに周期的に伝達することを特徴とする請求項３に記載のエネルギー貯蔵システム。
5. 前記ラックＢＭＳは、前記システムＢＭＳからの測定温度の送信要請に応答し、前記システムＢＭＳに、前記測定温度を伝達することを特徴とする請求項３に記載のエネルギー貯蔵システム。
6. 前記ラックＢＭＳは、温度を測定したときからの経過時間が、基準値を超えるか否かを判断し、経過した場合、さらに温度を測定し、前記システムＢＭＳに伝達することを特徴とする請求項３に記載のエネルギー貯蔵システム。
7. 前記システムＢＭＳは、前記測定温度と基準温度とを比較することができるバッテリ温度判断部を含むことを特徴とする請求項３に記載のエネルギー貯蔵システム。
8. 前記基準温度は、選択可能であることを特徴とする請求項７に記載のエネルギー貯蔵システム。
9. 前記システムＢＭＳは、電流量制御部をさらに具備し、
   前記電流量制御部は、少なくとも１つのバッテリの前記測定温度が、前記基準温度以上であるとき、第１電流値で充電あるいは放電を制御し、
   前記電流量制御部は、少なくとも１つのバッテリの前記測定温度が、前記基準温度より低いとき、第２電流値で充電あるいは放電を制御し、
   前記第１電流値は、前記第２電流値より大きいことを特徴とする請求項７に記載のエネルギー貯蔵システム。
10. 前記システムＢＭＳは、前記測定温度が、前記基準温度より低くなる場合、第１電流値から第２電流値に変更して充電を行うことを特徴とする請求項９に記載のエネルギー貯蔵システム。
11. 前記システムＢＭＳは、前記ラックＢＭＳから、前記測定温度を受信したか否かを判断することを特徴とする請求項９に記載のエネルギー貯蔵システム。
12. 前記エネルギー貯蔵システムは、電流を変換するためのコンバータをさらに含み、
    前記電流量制御部は、第１電流値及び第２電流値のうちいずれか１つの電流値を選択するために、前記コンバータを制御することを特徴とする請求項９に記載のエネルギー貯蔵システム。
13. 前記ラックＢＭＳは、少なくとも１つのバッテリの温度を測定するための温度測定部を含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
14. 前記バッテリラックは、少なくとも１つのバッテリトレイを含み、前記バッテリトレイには、少なくとも１つのバッテリが位置し、前記少なくとも１つのバッテリトレイは、トレイＢＭＳを含み、前記システムＢＭＳは、バッテリの温度データを、前記バッテリトレイの前記トレイＢＭＳから受信することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
15. 前記エネルギー貯蔵システムは、ラックバスを含み、
    前記ラックＢＭＳと、前記少なくとも１つのバッテリトレイの前記トレイＢＭＳは、前記ラックバスを介して通信することを特徴とする請求項に記載１４のエネルギー貯蔵システム。
16. 前記バッテリシステムは、前記ラックＢＭＳの制御によって電力供給を遮断するラック保護回路をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
17. 前記ラック保護回路は、前記バッテリシステムの電圧及び電流を測定し、測定された電圧及び測定された電流を、前記システムＢＭＳに送信することを特徴とする請求項１６に記載のエネルギー貯蔵システム。
18. 少なくとも１つの発電システム、送電系統、負荷と連結されるエネルギー貯蔵システム内のバッテリの充放電を制御するための方法であり、
    前記バッテリの温度を測定するステップと、
    測定された前記バッテリの温度と基準温度とを比較するステップと、
    測定された前記バッテリの温度に基づいて、前記バッテリの充電あるいは放電を制御するステップと、を含むエネルギー貯蔵システムの制御方法。
19. 前記バッテリは、前記測定温度が、前記基準温度より低い場合、第２電流値で充電あるいは放電を行うように制御され、前記測定温度が、前記基準温度以上である場合、第１電流値で充電あるいは放電を行うように制御され、
    前記第２電流値は、前記第１電流値より小さいことを特徴とする請求項１８に記載のエネルギー貯蔵システムの制御方法。

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