JP2014030301A - Charge and discharge control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は蓄電池の充放電を制御する充放電制御装置に関する。 The present invention relates to a charge / discharge control device for controlling charge / discharge of a storage battery.
一般的に蓄電池を充電する際は、過充電を起こさないように蓄電池への充電電圧を制御する方法が採用されている。しかし、蓄電池はその使用状態に応じて、電気特性が変化することから、制御方法も使用状態に応じて変更する方法が考えられている。 In general, when charging a storage battery, a method of controlling the charging voltage to the storage battery is employed so as not to cause overcharging. However, since the electrical characteristics of the storage battery change according to its use state, a method of changing the control method according to the use state is considered.
例えば特許文献1には、電池の充電中の端子電圧の二階時間微分値に基づいて該端子電圧が変極点に達したことが検出されたときに電池端子間電圧の変動幅に応じて充電電流を減少させる制御を行う技術が開示されている。 For example, in Patent Document 1, when it is detected that the terminal voltage has reached the inflection point based on the second-order time differential value of the terminal voltage during charging of the battery, the charging current is determined according to the fluctuation range of the voltage between the battery terminals. A technique for performing control to reduce the above is disclosed.
また、特許文献2には、電気負荷で消費される負荷電流を検出する電気負荷監視手段と、負荷電流および電圧偏差に基づいてバッテリの劣化状態を判定する学習手段とを設け、発電電流制御手段がバッテリの劣化状態に応じて制御定数を更新する技術が開示されている。
最近では、太陽光発電および風力発電などで得られる再生可能エネルギーを効率的に利用するために、スマートグリッドと呼ばれる次世代電力網でこれらの再生可能エネルギーを利用する方法が考えられているが、それには蓄電池(二次電池)への充電制御が重要な技術となる。 Recently, in order to efficiently use renewable energy obtained from solar power generation and wind power generation, a method of using these renewable energy in a next-generation power network called a smart grid has been considered. The charge control to the storage battery (secondary battery) is an important technology.
蓄電池への充電や、蓄電池からスマートグリッドへの電力供給を行う場合、短時間で電力を出し入れする場合があり、そのような場合には可能な限り応答時間(充放電時間)を短縮する必要がある。しかし、特許文献1および2では、応答時間の短縮については着目しておらず、スマートグリッドへの適用には対応できない。
When charging the storage battery or supplying power from the storage battery to the smart grid, power may be taken in and out in a short time. In such cases, it is necessary to shorten the response time (charge / discharge time) as much as possible. is there. However,
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、蓄電池の使用状態に応じて過充電および過放電することなく安全で安定した充放電制御が可能な充放電制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a charge / discharge control device capable of safe and stable charge / discharge control without overcharge and overdischarge according to the usage state of a storage battery. The purpose is to do.
本発明に係る充放電制御装置は、系統交流電源の系統電力を蓄電池に充電すると共に、前記蓄電池に蓄積された電力を放電させて前記系統交流電源に供給する充放電制御装置であって、前記充放電制御装置は、前記系統交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に供給する充電装置と、前記蓄電池が放電する直流電力を交流電力に変換して前記系統交流電源に供給する放電装置と、前記蓄電池の使用状態を検出する蓄電池使用状態検出装置と、前記充電装置に含まれ、前記蓄電池への充電を制御する充電制御装置と、前記放電装置に含まれ、前記蓄電池からの充電を制御する放電制御装置と、前記蓄電池使用状態検出装置の出力を受け、前記蓄電池の使用状態に応じて前記充電制御装置および前記放電制御装置の応答速度を決定するパラメータを変更する応答速度変更装置とを備えている。 The charge / discharge control apparatus according to the present invention is a charge / discharge control apparatus that charges the storage battery with system power of a system AC power supply and discharges the power stored in the storage battery and supplies the power to the system AC power supply. The charging / discharging control device converts the grid AC power into DC power and supplies it to the storage battery, and a discharge device that converts DC power discharged by the storage battery into AC power and supplies the AC power to the grid AC power supply. A storage battery usage state detection device that detects a usage state of the storage battery, a charge control device that is included in the charging device and controls charging of the storage battery, and is included in the discharge device, and controls charging from the storage battery. And a parameter for determining response speeds of the charge control device and the discharge control device according to the use state of the storage battery. And a response speed changing device for changing the.
本発明に係る充放電制御装置によれば、蓄電池の使用状態に応じて充電制御装置および放電制御装置の応答速度を決定するパラメータを変更する応答速度変更装置を備えるので、蓄電池の使用状態に応じて過充電および過放電することなく安全で安定した充放電制御が可能な充放電制御装置を得ることができる。 According to the charging / discharging control device according to the present invention, the charging / discharging control device includes a response speed changing device that changes a parameter for determining the response speed of the charging control device and the discharging control device according to the usage state of the storage battery. Thus, a charge / discharge control device capable of safe and stable charge / discharge control without overcharge and overdischarge can be obtained.
<はじめに>
蓄電池は一般的に非常に内部抵抗が小さいものであり、そこに電流制限なしに充電電圧を印可すると、小さい内部抵抗でしか制限されず、非常に大きな電流が流れる可能性がある。このような過電流を流すことは、化学反応の可逆的な範囲を超えて、蓄電池の機能を喪失させることとなる。
<Introduction>
A storage battery generally has a very low internal resistance. When a charging voltage is applied to the storage battery without current limitation, the storage battery is limited only by a small internal resistance, and a very large current may flow. When such an overcurrent flows, the function of the storage battery is lost beyond the reversible range of the chemical reaction.
このような充電時の過電流を防止するために、充電電流の立ち上がり段階での電流制御が行われるような電流制御系を設けたことが本発明に係る充放電制御装置の特徴である。 In order to prevent such an overcurrent at the time of charging, it is a feature of the charge / discharge control apparatus according to the present invention that a current control system is provided so that current control is performed at the rising stage of the charging current.
<実施の形態1>
本発明に係る充放電制御装置の実施の形態1について図1〜図4を用いて説明する。図1は実施の形態1の充放電制御装置100の構成を示すブロック図である。
<Embodiment 1>
A charge / discharge control apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of charge /
<装置構成>
図1に示すように充放電制御装置100は、系統交流電源1からの交流電力を受け、直流電力に変換して出力し蓄電池2を充電する充電装置3と、蓄電池2が放電する直流電力を受け、交流電力に変換して系統交流電源1に供給する放電装置4と、蓄電池2に対する入出力電流を測定する電流測定装置7と、充放電開始時の応答速度を変更する制御ゲイン変更装置8と、蓄電池2に対する電力の入出力時間の累積時間を算出する累積使用時間算出装置9と、蓄電池2の温度(および/またはその周囲の温度)を計測する温度測定装置10とを備えている。
<Device configuration>
As shown in FIG. 1, the charge /
系統交流電源1は、電力会社が提供する商用系統電力などであり、分電盤21を介して電気機器などの電気負荷22に供給されると共に、充放電制御装置100を介して、蓄電池2との間で電力の授受を行う構成となっている。また、電気負荷22は、マネジメントシステム23によって管理される構成となっている。マネジメントシステム23は、電気負荷22での使用電力量などを管理し、系統交流電源1からの系統電力より、蓄電池2からの放電電力を使用する方が経済的であるような場合や、系統交流電源1のネットワークに対して電力を供給する場合などは、放電装置4を制御して蓄電池2を放電させる機能を有している。また、系統交流電源1が電力的に余裕がある場合には、充電装置3を制御して蓄電池2を充電する機能を有している。
The grid AC power source 1 is commercial grid power provided by an electric power company, and is supplied to an
ここで、放電装置4で交流電力を生成する際には、系統電力の周波数に同調した電圧を生成する必要があり、放電装置4は系統電力の周波数に同調した交流電力を直流電力から生成する。これは「系統連携動作」と呼称される動作である。この動作は、放電装置4内の放電制御装置6により実行される。
Here, when generating AC power by the
累積使用時間算出装置9は蓄電池2の温度を測定する温度測定装置10の出力と、蓄電池2への充電電流あるいは蓄電池2からの放電電流を測定する電流測定装置7の出力とに基づいて、温度による補正を行った蓄電池の使用時間(累積使用時間)を算出する。なお、電流測定装置7、累積使用時間算出装置9および温度測定装置10を用いて蓄電池の使用状態を検出するので、これらを蓄電池使用状態検出装置と呼称することができる。
Based on the output of the
ここで、蓄電池は常温(摂氏25度程度)から外れた温度で使用および保管することで性能劣化が加速することが知られている。そこで、累積使用時間算出装置9では、単なる累積使用時間ではなく、温度が常温から外れた場合は劣化が加速されるものとして、実際に経過した時間に所定の係数(温度に依存して変化する)を乗じた時間を累計することで補正を行い、擬似的に蓄電池2の劣化度合いを考慮した使用時間を取得する構成となっている。
Here, it is known that the performance deterioration of the storage battery is accelerated by using and storing the storage battery at a temperature outside normal temperature (about 25 degrees Celsius). Therefore, the accumulated usage
具体的には、例えば、予め設定されている所定温度(通常は常温)からの偏差の絶対値に温度に依存する係数を掛けた値を、その温度を維持している時間に掛けることで累積使用時間を増加させ、実使用環境に合わせて蓄電池2の劣化度合いを考慮した累積使用時間を得るようにしている。累積使用時間の温度による加速は下記の数式(1)で表すことができる。
Specifically, for example, the value obtained by multiplying the absolute value of the deviation from a preset predetermined temperature (normally normal temperature) by a coefficient depending on the temperature is multiplied by the time during which the temperature is maintained. The usage time is increased, and the cumulative usage time in consideration of the deterioration degree of the
Tsum=Σ(K・|Temp−Temp_org|・Time)・・・(1)
上記数式(1)において、Kは温度に依存する係数、Tempは蓄電池2の温度、Temp_orgは所定温度(例えば常温)、TimeはTempを維持している時間である。
Tsum = Σ (K · | Temp−Temp_org | · Time) (1)
In the above formula (1), K is a temperature-dependent coefficient, Temp is the temperature of the
制御ゲイン変更装置8は、上記のようにして累積使用時間算出装置9で算出された蓄電池2の累積使用時間および温度測定装置10で測定された蓄電池2の温度に基づいて、現状の充放電の応答速度を決定する充電制御ゲインおよび放電制御ゲイン(制御ゲインと総称する場合あり)を算出する。
Based on the accumulated use time of the
そして、充電装置3および放電装置4にそれぞれ含まれる充電制御装置5および放電制御装置6により実行される充電制御および放電制御のためのフィードバック制御の演算処理において、充電制御ゲインおよび放電制御ゲインをそれぞれ乗じることで充電制御装置5および放電制御装置6の応答速度を制御し、過充電および過放電を防止する。この場合、制御ゲインは充電制御装置5および放電制御装置6の応答速度を決定するパラメータ(伝達関数)であり、制御ゲイン変更装置8は、応答速度変更装置と言うことができる。
In the calculation processing of the feedback control for the charge control and the discharge control executed by the
<動作>
次に、図1を参照しつつ図2に示すフローチャートを用いて充放電制御装置100の動作について説明する。
<Operation>
Next, the operation of the charge /
まず、ステップS1において、蓄電池2への充電あるいは蓄電池2からの放電を実施するか否かを判断する。この判断は、マネジメントシステム23からの充電指示あるいは放電指示の有無によって、充電装置3の充電制御装置5および、放電装置4の放電制御装置6がそれぞれ行う。なお、ステップS1の判断は、充放電制御装置100の動作中は定期的に実施される。
First, in step S1, it is determined whether to charge or discharge the
そして、充電あるいは放電を行うと判断した場合はステップS2に進むが、充電および放電の何れも実施しない場合は、制御ゲインを変更する必要がないため、以下の処理を実行することなく次に充放電の指示があるまで待機する。 If it is determined that charging or discharging is to be performed, the process proceeds to step S2. However, if neither charging nor discharging is performed, it is not necessary to change the control gain. Wait for instructions to discharge.
一方、充電あるいは放電を実施する場合は、ステップS2において、充電の場合は、例えば充電装置3の充電制御装置5内にあるメモリに保存されている前回の充電時の制御ゲインを読み込み、放電の場合は、放電装置4の放電制御装置6内にあるメモリに保存されている前回の放電時の制御ゲインを読み込む。
On the other hand, when charging or discharging is performed, in step S2, in the case of charging, for example, the control gain at the time of the previous charging stored in the memory in the charging
そして、読み込んだ制御ゲインで充電あるいは放電を開始する(ステップS3)。すなわち充電あるいは放電を開始する際の制御ゲインは前回の充電あるいは放電の最後に制御ゲイン変更装置8で演算された制御ゲインである。
Then, charging or discharging is started with the read control gain (step S3). That is, the control gain at the start of charging or discharging is the control gain calculated by the control gain changing
充放電開始後、電流測定装置7を用いて測定した蓄電池2に入出力される電流の方向(正負)と電流値を測定し(ステップS4)、下記の数式(2)のように電流値の絶対値|A|が所定のしきい値Ath以上であるか否かを判断する(ステップS5)。
After the start of charging / discharging, the direction (positive / negative) and the current value of the current input / output to / from the
|A|≧Ath・・・(2)
そして、ステップS5で電流値の絶対値|A|がしきい値Athよりも小さいと判断される場合は充放電が終了したものと判断し、以下の処理を実行することなく次に充放電の指示があるまで待機する。この判断は、充電の場合は充電装置3の充電制御装置5が、放電の場合は、放電装置4の放電制御装置6が行う。
| A | ≧ Ath (2)
If it is determined in step S5 that the absolute value | A | of the current value is smaller than the threshold value Ath, it is determined that charging / discharging has ended, and the next charging / discharging is performed without executing the following processing. Wait for instructions. This determination is performed by the charging
一方、測定された電流の絶対値|A|がしきい値Ath以上である場合は充放電が実施されているものと判断し、蓄電池2の温度を温度測定装置10を用いて測定する(ステップS6)と共に、充電の場合は、充電装置3の充電制御装置5内にあるメモリに保存されている前回の充電時の制御ゲインを読み込み、放電の場合は、放電装置4の放電制御装置6内にあるメモリに保存されている前回の放電時の制御ゲインを読み込む(ステップS7)。また、時間計測を開始する(ステップS8)。
On the other hand, when the absolute value | A | of the measured current is equal to or greater than the threshold value Ath, it is determined that charging / discharging has been performed, and the temperature of the
制御ゲイン変更装置8では、ステップS6で測定された蓄電池2の温度Tbatに基づいて、制御ゲインの累積使用時間に対する変化率を補正し、現状での制御ゲイン変化率を算出する(ステップS9)。ここで、制御ゲイン変化率dGは下記の数式(3)で与えられる。
The control
dG=f(Tbat)=A/(2π・B・Time・C・(Tbat−Tbat_org))・・・(3)
上記数式(3)において、Tbatは蓄電池2の温度、Aは予め定められた係数(この場合ほぼ1)、TimeはTbatを維持している時間、Tbat_orgは常温(定数)、Bはバッテリの種類で決定される定数、Cは温度係数である。
dG = f (Tbat) = A / (2π · B · Time · C · (Tbat−Tbat_org)) (3)
In the above formula (3), Tbat is the temperature of the
なお、制御ゲイン変化率dGは、予め温度ごとに算出して、それをマップとして制御ゲイン変更装置8内のメモリに記憶させておき、測定したパラメータに基づいてマップから読み出して制御ゲイン変化率dGとして使用しても良い。
The control gain change rate dG is calculated in advance for each temperature, stored as a map in the memory in the control gain changing
次に、制御ゲイン変更装置8では、蓄電池2の温度がTbatである場合の制御ゲインGtを、下記の数式(4)に基づいて算出する(ステップS10)。
Next, the control gain changing
Gt=A・(1/(1+s・f(Tbat))・・・(4)
上記数式(4)において、Aは予め定められた係数(この場合ほぼ1)sはラプラス演算子である。
Gt = A · (1 / (1 + s · f (Tbat)) (4)
In the above equation (4), A is a predetermined coefficient (approximately 1 in this case) and s is a Laplace operator.
ここで、測定された蓄電池2の温度Tbatに応じて制御ゲイン変化率を変更する動作(ステップS9の動作)を図3に模式的に示す。図3においては横軸に累積使用時間を示し、縦軸に制御ゲインを示しており、中央には常温での制御ゲインの変化特性G1を示している。 Here, FIG. 3 schematically shows an operation of changing the control gain change rate according to the measured temperature Tbat of the storage battery 2 (operation of step S9). In FIG. 3, the abscissa indicates the accumulated usage time, the ordinate indicates the control gain, and the control gain change characteristic G1 at room temperature is indicated at the center.
常温での制御ゲインの変化特性G1に対し、蓄電池2の温度が高くなると制御ゲイン変化率が大きくなり、蓄電池2の温度が低くなると制御ゲイン変化率が小さくなることを示している。
It shows that the control gain change rate increases as the temperature of the
また、蓄電池2の温度Tbatが蓄電池2の累積使用時間に対して変化する場合の、制御ゲインの変化の例を図4に示す。図4においては横軸に累積使用時間を示し、縦軸に制御ゲインを示しており、常温での制御ゲインの変化特性G1に対して、温度Tbatが変わった場合の制御ゲインを示している。
FIG. 4 shows an example of a change in control gain when the temperature Tbat of the
常温での制御ゲインの変化特性G1が1つの直線で近似されるのに対し、蓄電池2の温度が高くなると制御ゲイン変化率が大きくなり、やがて蓄電池2の温度が低くなると制御ゲイン変化率が小さくなることを示している。
The control gain change characteristic G1 at room temperature is approximated by a single straight line, whereas the control gain change rate increases as the temperature of the
以上説明したステップS9およびS10を経て、現在の蓄電池2の温度に基づく新たな制御ゲインを求めた後、充電制御装置5内あるいは放電制御装置6内のメモリに保存されている前回の制御ゲインを、新たな制御ゲインに書き換えて保存する(ステップS11)。
After obtaining the new control gain based on the current temperature of the
そして、新たな制御ゲインで充放電を制御し(ステップS12)、充放電が終わると次に充放電の指示があるまで待機する。 Then, charging / discharging is controlled with a new control gain (step S12), and when charging / discharging ends, the process waits for next charging / discharging instruction.
<効果>
以上説明したように、実施の形態1の充放電制御装置100においては、制御ゲイン変更装置8が、累積使用時間算出装置9で算出された蓄電池2の累積使用時間および温度測定装置10で測定された蓄電池2の温度に基づいて、現状の充放電の応答速度を決定する充電制御ゲインおよび放電制御ゲインを算出し、それぞれ、充電装置3の充電制御装置5および、放電装置4の放電制御装置6に与えることで充電および放電の応答速度を制御する。
<Effect>
As described above, in the charge /
このため、スマートグリッドなどの短時間で蓄電池2への充電あるいは放電を繰り返し行うようなシステムにおいて、充放電の繰り返しによって蓄電池2の電気的特性が変化した場合でも、蓄電池2の使用状態に応じて過充電および過放電することなく安全で安定した充放電制御が可能となる。
For this reason, in a system that repeatedly charges or discharges the
<実施の形態2>
本発明に係る充放電制御装置の実施の形態2について図5〜図8を用いて説明する。図5は実施の形態2の充放電制御装置200の構成を示すブロック図である。
<
A second embodiment of the charge / discharge control device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the charge /
<装置構成>
図5に示すように充放電制御装置200は、系統交流電源1からの交流電力を受け、直流電力に変換して出力し蓄電池2を充電する充電装置3と、蓄電池2が放電する直流電力を受け、交流電力に変換して系統交流電源1に供給する放電装置4と、蓄電池2に対する入出力電流を測定する電流測定装置7と、充放電開始時の応答速度を変更する制御ゲイン変更装置8と、蓄電池2の端子間電圧を測定する電圧測定装置11と、蓄電池2に対して入出力された電力の累積電力量を算出する累積電力量算出装置12と、蓄電池2の温度を計測する温度測定装置10とを備えている。なお、図1に示した充放電制御装置100と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
<Device configuration>
As shown in FIG. 5, the charging / discharging
累積電力量算出装置12は蓄電池2の温度を測定する温度測定装置10の出力と、蓄電池2の端子電圧を測定する電圧測定装置11の出力と、蓄電池2への充電電流あるいは蓄電池2からの放電電流を測定する電流測定装置7の出力とに基づいて、温度による補正を行った蓄電池の累積電力量を算出する。なお、電流測定装置7、温度測定装置10、電圧測定装置11および累積電力量算出装置12を用いて蓄電池の使用状態を検出するので、これらを蓄電池使用状態検出装置と呼称することができる。
The accumulated electric
ここで、蓄電池は同じ電力を出し入れしても温度が常温から外れている場合には蓄電池の劣化度合いが異なることが知られている。そこで、累積電力量算出装置12では、単なる累積電力量ではなく、電力の出し入れをした時の温度に基づいて、実際の電力量に所定の係数(温度に依存して変化する)を乗じた電力量を累計することで補正を行い、擬似的に蓄電池2の劣化度合いを考慮した電力量を取得する構成となっている。具体的には、累積電力量の温度による増加は下記の数式(5)で表すことができる。
Here, it is known that even if the storage battery has the same electric power, the deterioration degree of the storage battery is different when the temperature is out of the normal temperature. Therefore, in the accumulated power
Psum=Σ(K・|Temp−Temp_org|・Power)・・・(5)
上記数式(5)において、Kは温度に依存する係数、Tempは蓄電池2の温度、Temp_orgは所定温度(例えば常温)、Powerは測定された電力であり、予め設定されている所定温度(通常は常温)からの偏差の絶対値に温度に依存する係数を掛けた値を、測定した電力量に掛けることで累積電力量を増加させる。
Psum = Σ (K · | Temp−Temp_org | · Power) (5)
In Equation (5), K is a temperature-dependent coefficient, Temp is the temperature of the
制御ゲイン変更装置8は、上記のようにして累積電力量算出装置12で算出された蓄電池2の累積電力量および温度測定装置10で測定された蓄電池2の温度に基づいて、現状の充放電の応答速度を決定する充電制御ゲインおよび放電制御ゲインを算出する。
Based on the accumulated power amount of the
そして、充電装置3および放電装置4にそれぞれ含まれる充電制御装置5および放電制御装置6により実行される充電制御および放電制御のためのフィードバック制御の演算処理において、充電制御ゲインおよび放電制御ゲインをそれぞれ乗じることで充電制御装置5および放電制御装置6の応答速度を制御し、過充電および過放電を防止する。この場合、制御ゲインは充電制御装置5および放電制御装置6の応答速度を決定するパラメータ(伝達関数)であり、制御ゲイン変更装置8は、応答速度変更装置と言うことができる。
In the calculation processing of the feedback control for the charge control and the discharge control executed by the
<動作>
次に、図5を参照しつつ図6に示すフローチャートを用いて充放電制御装置200の動作について説明する。
<Operation>
Next, the operation of the charge /
まず、ステップS21において、蓄電池2への充電あるいは蓄電池2からの放電を実施するか否かを判断する。この判断は、マネジメントシステム23からの充電指示あるいは放電指示の有無によって、充電装置3の充電制御装置5および、放電装置4の放電制御装置6がそれぞれ行う。なお、ステップS21の判断は、充放電制御装置100の動作中は定期的に実施される。
First, in step S <b> 21, it is determined whether to charge or discharge the
そして、充電あるいは放電を行うと判断した場合はステップS22に進むが、充電および放電の何れも実施しない場合は、制御ゲインを変更する必要がないため、以下の処理を実行することなく次に充放電の指示があるまで待機する。 If it is determined that charging or discharging is to be performed, the process proceeds to step S22. However, if neither charging nor discharging is performed, it is not necessary to change the control gain. Wait for instructions to discharge.
一方、充電あるいは放電を実施する場合は、ステップS22において、充電の場合は、例えば充電装置3の充電制御装置5内にあるメモリに保存されている前回の充電時の制御ゲインを読み込み、放電の場合は、放電装置4の放電制御装置6内にあるメモリに保存されている前回の放電時の制御ゲインを読み込む。
On the other hand, when charging or discharging is performed, in step S22, in the case of charging, for example, the control gain at the time of the previous charging stored in the memory in the charging
そして、読み込んだ制御ゲインで充電あるいは放電を開始する(ステップS23)。すなわち充電あるいは放電を開始する際の制御ゲインは前回の充電あるいは放電の最後に制御ゲイン変更装置8で演算された制御ゲインである。
Then, charging or discharging is started with the read control gain (step S23). That is, the control gain at the start of charging or discharging is the control gain calculated by the control gain changing
充放電開始後、電流測定装置7を用いて測定した蓄電池2に入出力される電流の方向(正負)と電流値を測定し(ステップS24)、下記の数式(6)のように電流値の絶対値|A|が所定のしきい値Ath以上であるか否かを判断する(ステップS25)。
After the start of charging / discharging, the direction (positive / negative) and the current value of the current input / output to / from the
|A|≧Ath・・・(6)
そして、ステップS25で電流値の絶対値|A|がしきい値Athよりも小さいと判断される場合は充放電が終了したものと判断し、以下の処理を実行することなく次に充放電の指示があるまで待機する。一方、測定された電流の絶対値|A|がしきい値Ath以上である場合は充放電が実施されているものと判断する。この判断は、充電の場合は充電装置3の充電制御装置5が、放電の場合は、放電装置4の放電制御装置6が行う。
| A | ≧ Ath (6)
If it is determined in step S25 that the absolute value | A | of the current value is smaller than the threshold value Ath, it is determined that charging / discharging has ended, and the next charging / discharging is performed without executing the following processing. Wait for instructions. On the other hand, when the measured absolute value | A | is equal to or greater than the threshold value Ath, it is determined that charging / discharging has been performed. This determination is performed by the charging
また、電圧測定装置11を用いて蓄電池2の端子間電圧を測定し(ステップS33)、ステップS25で、充放電が実施されていると判断された場合は、測定された蓄電池2の端子間電圧Vと、電流測定装置7を用いて測定された入出力電流値Aとに基づいて、下記の数式(7)を用いて、蓄電池に入出力されている電力Wを算出する(ステップS34)。
Moreover, the voltage between terminals of the
W=V・A・・・(7)
ステップS25で、充放電が実施されていると判断された場合は、蓄電池2の温度を温度測定装置10を用いて測定する(ステップS26)と共に、充電の場合は、充電装置3の充電制御装置5内にあるメモリに保存されている前回の充電時の制御ゲインを読み込み、放電の場合は、放電装置4の放電制御装置6内にあるメモリに保存されている前回の放電時の制御ゲインを読み込む(ステップS27)。また、同じ電力で充放電を実施している時間(Time)を計測する(ステップS28)。
W = V · A (7)
If it is determined in step S25 that charging / discharging is being performed, the temperature of the
そして、ステップS34で算出された電力Wと、ステップS28で計測された時間(Time)とに基づいて、下記の数式(8)を用いて、電力量Whを算出する(ステップS35)。 Then, based on the electric power W calculated in step S34 and the time (Time) measured in step S28, the electric energy Wh is calculated using the following formula (8) (step S35).
Wh=Σ(W・Time)・・・(8)
制御ゲイン変更装置8では、ステップS26で測定された蓄電池2の温度Tbatに基づいて、制御ゲインの累積電力量に対する増加幅を補正し、現状での制御ゲイン増加幅を算出する(ステップS29)。ここで、制御ゲイン増加幅ΔGは下記の数式(9)で与えられる。
Wh = Σ (W · Time) (8)
In the control gain changing
ΔG=f(Tbat)=A/(2π・B・Time・C・(Tbat−Tbat_org))・・・(9)
上記数式(9)において、Tbatは蓄電池2の温度、Aは予め定められた係数(この場合ほぼ1)、TimeはTbatを維持している時間、Tbat_orgは常温(定数)、Bはバッテリの種類で決定される定数、Cは温度係数である。
ΔG = f (Tbat) = A / (2π · B · Time · C · (Tbat−Tbat_org)) (9)
In the above formula (9), Tbat is the temperature of the
なお、制御ゲイン増加幅ΔGは、予め温度ごとに算出して、それをマップとして制御ゲイン変更装置8内のメモリに記憶させておき、測定したパラメータに基づいてマップから読み出して制御ゲイン増加幅ΔGとして使用しても良い。
The control gain increase width ΔG is calculated in advance for each temperature, stored as a map in the memory in the control gain changing
次に、制御ゲイン変更装置8では、蓄電池2の温度がTbatである場合の制御ゲインGtを、下記の数式(10)に基づいて算出する(ステップS30)。
Next, the control gain changing
Gt=A・(1/(1+s・f(Tbat))・・・(10)
上記数式(10)において、Aは予め定められた係数(この場合ほぼ1)、sはラプラス演算子である。
Gt = A · (1 / (1 + s · f (Tbat)) (10)
In the above equation (10), A is a predetermined coefficient (approximately 1 in this case), and s is a Laplace operator.
ここで、測定された蓄電池2の温度Tbatに応じて制御ゲイン増加幅を変更する動作(ステップS29の動作)を図7に模式的に示す。図7においては横軸に累積電力量を示し、縦軸に制御ゲインを示しており、中央には常温での制御ゲインの変化特性G11を示している。 Here, FIG. 7 schematically shows an operation of changing the control gain increase width according to the measured temperature Tbat of the storage battery 2 (operation of step S29). In FIG. 7, the horizontal axis indicates the accumulated power amount, the vertical axis indicates the control gain, and the control gain change characteristic G11 at room temperature is shown in the center.
常温での制御ゲインの変化特性G11に対し、蓄電池2の温度が高くなると制御ゲインの増加幅が大きくなり、蓄電池2の温度が低くなると制御ゲインの増加幅が小さくなることを示している。なお、累積電力量が増加すると制御ゲインの増加幅も大きくなる。
With respect to the change characteristic G11 of the control gain at normal temperature, the increase width of the control gain increases as the temperature of the
また、蓄電池2の温度Tbatが蓄電池2の累積電力量に対して変化する場合の、制御ゲインの変化の例を図8に示す。図8においては横軸に累積電力量を示し、縦軸に制御ゲインを示しており、常温での制御ゲインの変化特性G11に対して、温度Tbatが変わった場合の制御ゲインを示している。
Further, FIG. 8 shows an example of the change in the control gain when the temperature Tbat of the
図8に示すように、蓄電池2の温度が高い場合には、常温で使用する場合に比べて制御ゲインの増加幅(段差)が大きくなるが、蓄電池2の温度が低くなると、常温で使用する場合に比べて制御ゲインの増加幅が小さくなる。なお、高温の状態が続けば、増加幅(段差)が大きな状態が維持されて制御ゲインが増加することとなる。
As shown in FIG. 8, when the temperature of the
以上説明したステップS29およびS30を経て、現在の蓄電池2の温度に基づく新たな制御ゲインを求めた後、充電制御装置5内あるいは放電制御装置6内のメモリに保存されている前回の制御ゲインを、新たな制御ゲインに書き換えて保存する(ステップS31)。
After obtaining the new control gain based on the current temperature of the
そして、新たな制御ゲインで充放電を制御し(ステップS32)、充放電が終わると次に充放電の指示があるまで待機する。 Then, charging / discharging is controlled with a new control gain (step S32). When charging / discharging is completed, the process waits for next charging / discharging instruction.
<効果>
以上説明したように、実施の形態2の充放電制御装置200においては、制御ゲイン変更装置8が、累積電力量算出装置9で算出された蓄電池2に入出力する電力の累積電力量および温度測定装置10で測定された蓄電池2の温度に基づいて、現状の充放電の応答速度を決定する充電制御ゲインおよび放電制御ゲインを算出し、それぞれ、充電装置3の充電制御装置5および、放電装置4の放電制御装置6に与えることで充電および放電の応答速度を制御する。
<Effect>
As described above, in the charge /
このため、スマートグリッドなどの短時間で蓄電池2への充電あるいは放電を繰り返し行うようなシステムにおいて、充放電の繰り返しによって蓄電池2の電気的特性が変化した場合でも、蓄電池2の使用状態に応じて過充電および過放電することなく安全で安定した充放電制御が可能となる。
For this reason, in a system that repeatedly charges or discharges the
<実施の形態3>
本発明に係る充放電制御装置の実施の形態3について図9〜図12を用いて説明する。図9は実施の形態3の充放電制御装置300の構成を示すブロック図である。
<
A third embodiment of the charge / discharge control apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the charge /
<装置構成>
図9に示すように充放電制御装置300は、系統交流電源1からの交流電力を受け、直流電力に変換して出力し蓄電池2を充電する充電装置3と、蓄電池2が放電する直流電力を受け、交流電力に変換して系統交流電源1に供給する放電装置4と、蓄電池2に対する入出力電流を測定する電流測定装置7と、充放電開始時の応答速度を変更する制御ゲイン変更装置8と、蓄電池2の端子間電圧を測定する電圧測定装置11と、蓄電池2の内部抵抗を算出する内部抵抗算出装置13とを備えている。なお、図1に示した充放電制御装置100と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
<Device configuration>
As shown in FIG. 9, the charge /
内部抵抗算出装置13は、例えば電気負荷22の変動を感知したような場合に、電圧測定装置11の出力の変動幅と電流測定装置7の出力の変動幅とに基づいて、蓄電池2の内部抵抗を算出する。なお、電流測定装置7、電圧測定装置11および内部抵抗算出装置13を用いて蓄電池の使用状態を検出するので、これらを蓄電池使用状態検出装置と呼称することができる。
For example, when the internal
ここで、負荷変動は、蓄電池2から放電される電力の変化により感知され、例えば、電圧が同じで電流が増えれば、負荷が増えたことを意味し、電圧が同じで電流が減少すれば負荷が減ったことを意味する。従って、以前に測定された電流に比べて、電圧の変化がほぼない状態で電流に変化があれば負荷が変動したと判断することができる。
Here, the load fluctuation is sensed by a change in electric power discharged from the
制御ゲイン変更装置8は、内部抵抗算出装置13で算出された蓄電池2の内部抵抗値に基づいて、現状の充放電の応答速度を決定する充電制御ゲインおよび放電制御ゲインを算出する。
Based on the internal resistance value of the
そして、充電装置3および放電装置4にそれぞれ含まれる充電制御装置5および放電制御装置6により実行される充電制御および放電制御のためのフィードバック制御の演算処理において、充電制御ゲインおよび放電制御ゲインをそれぞれ乗じることで充電制御装置5および放電制御装置6の応答速度を制御し、過充電および過放電を防止する。この場合、制御ゲインは充電制御装置5および放電制御装置6の応答速度を決定するパラメータ(伝達関数)であり、制御ゲイン変更装置8は、応答速度変更装置と言うことができる。
In the calculation processing of the feedback control for the charge control and the discharge control executed by the
<動作>
次に、図9を参照しつつ図10に示すフローチャートを用いて充放電制御装置300の動作について説明する。
<Operation>
Next, the operation of the charge /
まず、ステップS41において、蓄電池2への充電あるいは蓄電池2からの放電を実施するか否かを判断する。この判断は、マネジメントシステム23からの充電指示あるいは放電指示の有無によって、充電装置3の充電制御装置5および、放電装置4の放電制御装置6がそれぞれ行う。なお、ステップS41の判断は、充放電制御装置100の動作中は定期的に実施される。
First, in step S41, it is determined whether or not to charge the
そして、充電あるいは放電を行うと判断した場合はステップS42に進むが、充電および放電の何れも実施しない場合は、制御ゲインを変更する必要がないため、以下の処理を実行することなく次に充放電の指示があるまで待機する。 If it is determined that charging or discharging is to be performed, the process proceeds to step S42. However, if neither charging nor discharging is performed, it is not necessary to change the control gain. Wait for instructions to discharge.
一方、充電あるいは放電を実施する場合は、ステップS42において、充電の場合は、例えば充電装置3の充電制御装置5内にあるメモリに保存されている前回の充電時の制御ゲインを読み込み、放電の場合は、放電装置4の放電制御装置6内にあるメモリに保存されている前回の放電時の制御ゲインを読み込む。
On the other hand, when charging or discharging is performed, in step S42, in the case of charging, for example, the control gain at the time of the previous charging stored in the memory in the charging
そして、読み込んだ制御ゲインで充電あるいは放電を開始する(ステップS43)。すなわち充電あるいは放電を開始する際の制御ゲインは前回の充電あるいは放電の最後に制御ゲイン変更装置8で演算された制御ゲインである。
Then, charging or discharging is started with the read control gain (step S43). That is, the control gain at the start of charging or discharging is the control gain calculated by the control gain changing
充放電開始後、電流測定装置7を用いて測定した蓄電池2に入出力される電流の方向(正負)と、そのときの電流値A1を、内部抵抗算出装置13内のメモリに保存し(ステップS44)、また、電圧測定装置11を用いて測定した蓄電池2の端子間電圧V1を内部抵抗算出装置13内のメモリに保存する(ステップS45)。
After the start of charging / discharging, the direction (positive / negative) of the current input / output to / from the
そして、測定された電流値A1と測定された電圧V1とに基づいて、負荷変動が発生したか否かを判断する(ステップS46)。この判断は、上述した内部抵抗算出装置13内のメモリに保存されている以前に測定された電流値および電圧と、現時点の電流値A1および電圧V1とを比較することで行われ、例えば、電圧が同じで電流が増えていれば、負荷が増えたと判断し、電圧が同じで電流が減少していれば負荷が減ったと判断する。
Then, based on the measured current value A1 and the measured voltage V1, it is determined whether or not a load change has occurred (step S46). This determination is performed by comparing the current value and voltage measured before and stored in the memory in the internal
そして、ステップS46で負荷変動が発生したと判断される場合は以下の処理を実行するが、負荷変動が発生していないと判断される場合は同じ条件での充放電が実施されているとして、以下の処理を実行することなく次に充放電の指示があるまで待機する。この判断は、内部抵抗算出装置13が行う。
Then, when it is determined in step S46 that the load fluctuation has occurred, the following processing is executed. However, when it is determined that the load fluctuation has not occurred, charging / discharging under the same conditions is performed. Wait until the next charge / discharge instruction is issued without executing the following processing. This determination is made by the internal
ステップS46で負荷変動が発生したと判断された場合は、負荷変動後の蓄電池2に入出力される電流値A2を測定し、内部抵抗算出装置13内のメモリに保存する(ステップS47)と共に、負荷変動後の蓄電池2の端子間電圧V2を測定し内部抵抗算出装置13内のメモリに保存する(ステップS48)。
If it is determined in step S46 that a load change has occurred, the current value A2 input / output to / from the
次に、メモリに保存された電圧V1および電圧V2に基づいて下記の数式(11)を用いて、蓄電池2の端子間電圧の変動幅の絶対値ΔVを算出する(ステップS49)。 Next, based on the voltage V1 and the voltage V2 stored in the memory, the following equation (11) is used to calculate the absolute value ΔV of the fluctuation range of the inter-terminal voltage of the storage battery 2 (step S49).
ΔV=|V1−V2|・・・(11)
また、メモリに保存された電流値A1および電流値A2に基づいて下記の数式(12)を用いて、蓄電池2へ入出力される電流の変動幅の絶対値ΔAを算出する(ステップS50)。
ΔV = | V1-V2 | (11)
Further, based on the current value A1 and the current value A2 stored in the memory, the following equation (12) is used to calculate the absolute value ΔA of the fluctuation range of the current input to and output from the storage battery 2 (step S50).
ΔA=|A1−A2|・・・(12)
そして、ステップS49およびステップS50においてそれぞれ算出したΔVおよびΔAに基づいて下記の数式(13)を用いて、蓄電池2の内部抵抗Rを算出する(ステップS51)。
ΔA = | A1-A2 | (12)
Then, the internal resistance R of the
R=ΔV/ΔA・・・(13)
次に、制御ゲイン変更装置8では、ステップS51で算出された蓄電池2の内部抵抗Rに基づいて、現状での制御ゲイン変化率を算出する。ここで、制御ゲイン変化率dGは下記の数式(14)で与えられる。
R = ΔV / ΔA (13)
Next, the control gain changing
dG=f(Rin)=A/(2π・B・Rin)・・・(14)
上記数式(14)において、Aは予め定められた係数(この場合ほぼ1)、Bはバッテリの種類で決定される定数、Rinは内部抵抗である。
dG = f (Rin) = A / (2π · B · Rin) (14)
In the above formula (14), A is a predetermined coefficient (approximately 1 in this case), B is a constant determined by the type of battery, and Rin is an internal resistance.
なお、制御ゲイン変化率dGは、予め内部抵抗ごとに算出して、それをマップとして制御ゲイン変更装置8内のメモリに記憶させておき、測定したパラメータに基づいてマップから読み出して制御ゲイン変化率dGとして使用しても良い。
The control gain change rate dG is calculated in advance for each internal resistance, stored as a map in the memory in the control gain changing
次に、制御ゲイン変更装置8では、制御ゲインGtを、下記の数式(15)に基づいて算出する(ステップS52)。
Next, the control gain changing
Gt=A・(1/(1+s・f(Rin))・・・(15)
上記数式(15)において、Aは予め定められた係数(この場合ほぼ1)、sはラプラス演算子である。
Gt = A · (1 / (1 + s · f (Rin)) (15)
In the above equation (15), A is a predetermined coefficient (approximately 1 in this case), and s is a Laplace operator.
ここで、算出された蓄電池2の内部抵抗Rを、予め設定されたしきい値と比較し、しきい値を越えた場合に制御ゲインを小さい値に切り替えるという2値的切り替えの動作を図11に模式的に示す。
Here, a binary switching operation of comparing the calculated internal resistance R of the
図11においては横軸に内部抵抗を示し、縦軸に制御ゲインを示しており、常温での制御ゲインの切り替え特性G21を示している。このように、内部抵抗Rが予め設定されたしきい値を超えた場合に、制御ゲインを2値の何れかに切り替える動作を、2値的切り替え動作と呼称する。また、図11においては、常温での制御ゲインの切り替え特性G21に対し、蓄電池2の温度が高い場合には予め設定するしきい値は低くなり、蓄電池2の温度が低くなると予め設定するしきい値は高くなることを示している。
In FIG. 11, the horizontal axis indicates the internal resistance, the vertical axis indicates the control gain, and the control gain switching characteristic G21 at room temperature. As described above, when the internal resistance R exceeds a preset threshold value, an operation for switching the control gain to one of the two values is referred to as a binary switching operation. Further, in FIG. 11, the threshold value set in advance is lower when the temperature of the
また、蓄電池2の温度が変化する場合の制御ゲインの切り替え特性を図12に示す。図12においては横軸に内部抵抗を示し、縦軸に制御ゲインを示しており、常温での制御ゲインの切り替え特性G21に対して、蓄電池2の温度が高くなると制御ゲインを切り替える内部抵抗の値が低くなり、蓄電池2の温度が低くなると制御ゲインを切り替える内部抵抗の値が高くなることを示している。
FIG. 12 shows switching characteristics of the control gain when the temperature of the
以上説明したステップS52を経て、現在の蓄電池2の内部抵抗に基づく新たな制御ゲインを求めた後、充電制御装置5内あるいは放電制御装置6内のメモリに保存されている前回の制御ゲインを、新たな制御ゲインに書き換えて保存する(ステップS53)。
After obtaining the new control gain based on the current internal resistance of the
そして、新たな制御ゲインで充放電を制御し(ステップS54)、充放電が終わると次に充放電の指示があるまで待機する。 Then, charging / discharging is controlled with a new control gain (step S54), and when charging / discharging ends, the process waits until there is a next charging / discharging instruction.
<効果>
以上説明したように、実施の形態3の充放電制御装置300においては、制御ゲイン変更装置8が、内部抵抗算出装置13で算出された蓄電池2の内部抵抗に基づいて、現状の充放電の応答速度を決定する充電制御ゲインおよび放電制御ゲインを算出し、それぞれ、充電装置3の充電制御装置5および、放電装置4の放電制御装置6に与えることで充電および放電の応答速度を制御する。
<Effect>
As described above, in the charge /
このため、蓄電池2の劣化により内部抵抗が変わったような場合に対応して、充電制御ゲインおよび放電制御ゲインを変更することができる。
For this reason, the charge control gain and the discharge control gain can be changed corresponding to the case where the internal resistance has changed due to the deterioration of the
また、負荷変動があった場合に蓄電池2の内部抵抗を測定するので、蓄電池2に電荷を多く蓄えた状態で高温放置した場合などのように内部抵抗が急速に大きくなる可能性が高い場合に有効である。
In addition, since the internal resistance of the
なお、以上説明した実施の形態1〜3の充放電制御装置は、据え置き型の蓄電池と系統交流電源との間の電力の充放電に適用することもできるが、電気自動車などの電動車両の駆動用蓄電池と系統交流電源との間の電力の充放電に適用することもできる。その場合、充放電制御装置は電動車両に搭載しても良いし、地上の施設に据え置く構成としても良い。 In addition, although the charging / discharging control apparatus of Embodiment 1-3 demonstrated above can also be applied to charging / discharging of the electric power between a stationary storage battery and system | strain AC power supply, it drives electric vehicles, such as an electric vehicle It can also be applied to charge / discharge of power between the storage battery and the system AC power source. In that case, the charge / discharge control device may be mounted on an electric vehicle or may be configured to be installed on a ground facility.
<充放電特性を用いての本発明の効果の説明>
図13は、充放電特性を用いて本発明の効果を説明する図である。図13の(a)部には、横軸に時間を示し、縦軸に電流を示した場合の蓄電池への充電特性を示している。
<Description of Effects of the Present Invention Using Charge / Discharge Characteristics>
FIG. 13 is a diagram for explaining the effect of the present invention using charge / discharge characteristics. In part (a) of FIG. 13, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents current, and charging characteristics to the storage battery are illustrated.
図13の(a)部においては、電流制御を実施しないで、蓄電池に充電を行った場合の充電特性を特性T1として示しており、蓄電池の内部抵抗のみの電気特性により充電電流がオーバーシュートする可能性を示している。 In part (a) of FIG. 13, the charging characteristic when the storage battery is charged without performing current control is shown as characteristic T1, and the charging current overshoots due to the electric characteristic of only the internal resistance of the storage battery. It shows the possibility.
また、図13の(a)部においては、ローパスフィルターを用いて電流制御を行った場合の充電特性を特性T11として示しており、電流制御を行うことで、充電電流のオーバーシュートが抑制されることを示している。 Further, in part (a) of FIG. 13, charging characteristics when current control is performed using a low-pass filter is shown as a characteristic T11, and overshooting of the charging current is suppressed by performing current control. It is shown that.
図13の(b)部においては、ローパスフィルターを用いて電流制御を行った場合の充電特性を特性T11として示し、また、電流制御を行わず、蓄電池が古くなり蓄電池の内部抵抗が大きくなった場合の充電特性を特性T21として示し、ローパスフィルターを用いて電流制御を行った状態で蓄電池が古くなり、蓄電池の内部抵抗が大きくなった場合の充電特性を特性T22として示している。 In part (b) of FIG. 13, the charging characteristic when current control is performed using a low-pass filter is shown as characteristic T11. Also, current control is not performed and the storage battery becomes old and the internal resistance of the storage battery increases. The charging characteristic in this case is shown as characteristic T21, and the charging characteristic when the storage battery becomes old and the internal resistance of the storage battery becomes large in a state where current control is performed using a low-pass filter is shown as characteristic T22.
特性T11は、蓄電池が新しく内部抵抗が小さい場合に、オーバーシュートを抑制するために大きな時定数のローパスフィルターを用いた場合(制御ゲインを小さくした場合に相当する)の特性であるが、その状態で、蓄電池が古くなると、内部抵抗が大きくなり、2重にローパスフィルターを設けた状態となり、規定の電流が流れるまでに長い時間を要する(充電時間が長くなる)こととなる。 The characteristic T11 is a characteristic when a low-pass filter having a large time constant is used to suppress overshoot when the storage battery is new and the internal resistance is small (corresponding to a case where the control gain is reduced). Thus, when the storage battery becomes old, the internal resistance increases, a state in which double low pass filters are provided, and a long time is required until a specified current flows (charging time becomes long).
すなわち、図13の(b)部には、特性T11およびT21では規定の電流iが流れるまでに要する時間はt1であるが、特性T22ではt3(t3>t1)となることが示されている。 That is, the part (b) of FIG. 13 shows that the time required for the specified current i to flow is t1 in the characteristics T11 and T21, but t3 (t3> t1) in the characteristic T22. .
ここで、特性T21からは、蓄電池が古くなり蓄電池の内部抵抗が大きくなった場合は、その内部抵抗だけで過電流が抑制され、ローパスフィルターによる電流制御が不要になっていることが判る。 Here, it can be seen from the characteristic T21 that when the storage battery is old and the internal resistance of the storage battery is increased, the overcurrent is suppressed only by the internal resistance, and the current control by the low-pass filter is unnecessary.
このような場合、ローパスフィルターの時定数を小さくする(制御ゲインを大きくすることに相当する)ことにより、規定の電流が流れるまでに要する時間が長くなることを抑制できる。 In such a case, by reducing the time constant of the low-pass filter (corresponding to increasing the control gain), it is possible to suppress an increase in the time required until a specified current flows.
図13の(c)部においては、時定数を極限まで小さくしたローパスフィルターを用いた場合の充電特性を特性T31として示し、また、電流制御を行わず、蓄電池が古くなり蓄電池の内部抵抗が大きくなった場合の特性T21に近づけるように時定数を設定したローパスフィルターを用いた場合の充電特性を特性T32として示している。 In part (c) of FIG. 13, the charging characteristic when using a low-pass filter with a time constant as small as possible is shown as characteristic T31, and current control is not performed, the storage battery becomes old and the internal resistance of the storage battery increases. A charging characteristic when using a low-pass filter in which a time constant is set so as to be close to the characteristic T21 is shown as a characteristic T32.
図13の(c)部に示されるように、特性T32では規定の電流iが流れるまでに要する時間はt2となり、特性T31の場合の時間t2に比べて長い時間を要するが、時間t3(t3>t2>t1)よりは短くて済むことが判る。 As shown in part (c) of FIG. 13, in the characteristic T32, the time required for the specified current i to flow is t2, which is longer than the time t2 in the case of the characteristic T31, but the time t3 (t3 It can be seen that it is shorter than> t2> t1).
このように、本発明に係る充放電制御装置においては、蓄電池の使用頻度や内部状態(内部抵抗)に応じて電流制御系の制御ゲインやフィルターの時定数を調整することで、過充電や過放電をすることなく安全で安定した充放電制御ができるという特徴を有している。 As described above, in the charge / discharge control device according to the present invention, the overcharge and overcharge are adjusted by adjusting the control gain of the current control system and the time constant of the filter in accordance with the use frequency of the storage battery and the internal state (internal resistance). It has the feature that safe and stable charge / discharge control can be performed without discharging.
以上説明した実施の形態1〜3は、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。以下、本発明に係る変形例について説明する。 The first to third embodiments described above can be freely combined with each other, or can be appropriately modified or omitted. Hereinafter, modifications according to the present invention will be described.
<変形例1>
実施の形態1においては、充電装置3および放電装置4にそれぞれ含まれる充電制御装置5内および放電制御装置6内で実行される演算処理において使用される制御ゲイン(伝達関数)を調整することで充電および放電の応答速度を制御するものとして説明したが、制御ゲインの代わりにローパスフィルターの時定数を調整することで充電および放電の応答速度を制御する構成としても良い。
<Modification 1>
In the first embodiment, by adjusting the control gain (transfer function) used in the arithmetic processing executed in the charging
すなわち、図1に示す充電装置3内に充電制御装置5により制御される充電用ローパスフィルター(図示せず)を設け、放電装置4内には放電制御装置6により制御される放電用ローパスフィルター(図示せず)を設け、制御ゲイン変更装置8からは、制御ゲインの代わりに、蓄電池の状態に応じた時定数を出力するようにする。
That is, a charging low-pass filter (not shown) controlled by the charging
ただし、単なるローパスフィルターではなく、ローパスフィルターの時定数を累積使用時間や蓄電池2の温度に応じて変化させることができるように構成する。すなわち、実際の電気回路で構成されるローパスフィルター(例えばRC回路など)の抵抗素子や容量素子を可変素子で構成する。
However, the time constant of the low-pass filter is not a simple low-pass filter, but can be changed according to the accumulated usage time or the temperature of the
これにより、蓄電池の状態、すなわち、蓄電池の使用履歴(新しいか古いか)などに応じて、制御ゲイン変更装置8から出力される時定数を実現するようにローパスフィルターの時定数を変更することで、無用に時定数が大きくなることを防止して、充放電時間の短縮を実現することができる。
Thus, by changing the time constant of the low-pass filter so as to realize the time constant output from the control gain changing
なお、電流制御系としてローパスフィルターを使用する場合、数式(4)を用いて説明した制御ゲインGtは、下記の数式(16)で表される。 When a low-pass filter is used as the current control system, the control gain Gt described using Equation (4) is expressed by Equation (16) below.
Gt=A・(1/(1+s・t))・・・(16)
上記数式(16)において、Aは予め定められた係数(この場合ほぼ1)、tはローパスフィルターの時定数、sはラプラス演算子である。
Gt = A · (1 / (1 + s · t)) (16)
In the above equation (16), A is a predetermined coefficient (approximately 1 in this case), t is a time constant of a low-pass filter, and s is a Laplace operator.
また、ローパスフィルターの時定数tは、下記の数式(17)で与えられる。 The time constant t of the low-pass filter is given by the following formula (17).
t=Gold+dG・dTime・・・(17)
上記数式(17)において、GoldはステップS7で読み込んだ前回の放電または充電の際の制御ゲイン、dGはステップS9で算出した制御ゲイン変化率、dTimeは制御ゲインの変更周期である。なお、dTimeは、温度などの条件に基づいて設定される時間であり、例えば、最大充電電流および最大放電電流および外的要因(周囲温度など)に基づいて制御ゲイン変更装置8で決定する。
t = Gold + dG · dTime (17)
In the above equation (17), Gold is the control gain at the time of the previous discharging or charging read at step S7, dG is the control gain change rate calculated at step S9, and dTime is the control gain change period. Note that dTime is a time set based on conditions such as temperature, and is determined by the control gain changing
上記数式(17)においては、Goldを前回のローパスフィルターのカットオフ周波数、dGをカットオフ周波数の変化率に置き換えることができ、その場合、数式(16)は、ローパスフィルターの時定数が時間が経過すればするほど、高周波側へ推移することを表している。 In the above equation (17), Gold can be replaced with the previous low-pass filter cut-off frequency, and dG can be replaced with the rate of change of the cut-off frequency. It shows that it changes to the high frequency side, so that it passes.
<変形例2>
実施の形態2においては、充電装置3および放電装置4にそれぞれ含まれる充電制御装置5内および放電制御装置6内で実行される演算処理において使用される制御ゲイン(伝達関数)を調整することで充電および放電の応答速度を制御するものとして説明したが、制御ゲインの代わりにローパスフィルターの時定数を調整することで充電および放電の応答速度を制御する構成としても良い。
<
In the second embodiment, the control gain (transfer function) used in the arithmetic processing executed in the charging
すなわち、図5に示す充電装置3内に充電制御装置5により制御される充電用ローパスフィルター(図示せず)を設け、放電装置4内には放電制御装置6により制御される放電用ローパスフィルター(図示せず)を設け、制御ゲイン変更装置8からは、制御ゲインの代わりに、蓄電池の状態に応じた時定数を出力するようにする。
That is, a charging low-pass filter (not shown) controlled by the charging
ただし、単なるローパスフィルターではなく、ローパスフィルターの時定数を累積使用時間や蓄電池2の温度に応じて変化させることができるように構成する。すなわち、実際の電気回路で構成されるローパスフィルター(例えばRC回路など)の抵抗素子や容量素子を可変素子で構成する。
However, the time constant of the low-pass filter is not a simple low-pass filter, but can be changed according to the accumulated usage time or the temperature of the
これにより、蓄電池の状態、すなわち、蓄電池の使用履歴(新しいか古いか)などに応じて、制御ゲイン変更装置8から出力される時定数を実現するようにローパスフィルターの時定数を変更することで、無用に時定数が大きくなることを防止して、充放電時間の短縮を実現することができる。
Thus, by changing the time constant of the low-pass filter so as to realize the time constant output from the control gain changing
なお、電流制御系としてローパスフィルターを使用する場合、数式(10)を用いて説明した制御ゲインGtは、下記の数式(18)で表される。 When a low-pass filter is used as the current control system, the control gain Gt described using Equation (10) is expressed by Equation (18) below.
Gt=A・(1/(1+s・t))・・・(18)
上記数式(18)において、Aは予め定められた係数(この場合ほぼ1)、tはローパスフィルターの時定数、sはラプラス演算子である。
Gt = A · (1 / (1 + s · t)) (18)
In the above equation (18), A is a predetermined coefficient (approximately 1 in this case), t is a time constant of a low-pass filter, and s is a Laplace operator.
また、ローパスフィルターの時定数tは、下記の数式(19)で与えられる。 The time constant t of the low-pass filter is given by the following mathematical formula (19).
t=Gold+dG・dWh・・・(19)
上記数式(19)において、GoldはステップS27で読み込んだ前回の放電または充電の際の制御ゲイン、ΔGはステップS29で算出した制御ゲイン増加幅、dWhは制御ゲインの変更周期である。なお、dWhは、温度などの条件に基づいて設定される電力量であり、例えば、最大充電電流および最大放電電流および外的要因(周囲温度など)に基づいて制御ゲイン変更装置8で決定する。
t = Gold + dG · dWh (19)
In Equation (19), Gold is the control gain at the time of the previous discharging or charging read in Step S27, ΔG is the control gain increase width calculated in Step S29, and dWh is the control gain changing period. Note that dWh is the amount of electric power set based on conditions such as temperature, and is determined by the control gain changing
上記数式(19)においては、Goldを前回のローパスフィルターのカットオフ周波数、dGをカットオフ周波数の変化率に置き換えることができ、その場合、数式(18)は、ローパスフィルターの時定数が時間が経過すればするほど、高周波側へ推移することを表している。 In Equation (19), Gold can be replaced with the previous low-pass filter cut-off frequency, and dG can be replaced with the change rate of the cut-off frequency. In this case, Equation (18) shows that the time constant of the low-pass filter is time It shows that it changes to the high frequency side, so that it passes.
<変形例3>
実施の形態3においては、充電装置3および放電装置4にそれぞれ含まれる充電制御装置5内および放電制御装置6内で実行される演算処理において使用される制御ゲイン(伝達関数)を調整することで充電および放電の応答速度を制御するものとして説明したが、制御ゲインの代わりにローパスフィルターの時定数を調整することで充電および放電の応答速度を制御する構成としても良い。
<
In the third embodiment, by adjusting the control gain (transfer function) used in the arithmetic processing executed in the charging
すなわち、図9に示す充電装置3内に充電制御装置5により制御される充電用ローパスフィルター(図示せず)を設け、放電装置4内には放電制御装置6により制御される放電用ローパスフィルター(図示せず)を設け、制御ゲイン変更装置8からは、制御ゲインの代わりに、蓄電池の状態に応じた時定数を出力するようにする。
That is, a charging low-pass filter (not shown) controlled by the charging
ただし、単なるローパスフィルターではなく、ローパスフィルターの時定数を蓄電池2の内部抵抗に応じて変化させることができるように構成する。すなわち、実際の電気回路で構成されるローパスフィルター(例えばRC回路など)の抵抗素子や容量素子を可変素子で構成する。
However, the time constant of the low-pass filter is not a simple low-pass filter, but can be changed according to the internal resistance of the
これにより、蓄電池の状態、すなわち、蓄電池の使用履歴(新しいか古いか)などに応じて、制御ゲイン変更装置8から出力される時定数を実現するようにローパスフィルターの時定数を変更することで、無用に時定数が大きくなることを防止して、充放電時間の短縮を実現することができる。
Thus, by changing the time constant of the low-pass filter so as to realize the time constant output from the control gain changing
なお、電流制御系としてローパスフィルターを使用する場合、数式(16)を用いて説明した制御ゲインGtは、下記の数式(20)で表される。 When a low-pass filter is used as the current control system, the control gain Gt described using Expression (16) is represented by Expression (20) below.
Gt=A・(1/(1+s・t))・・・(20)
上記数式(20)において、Aは予め定められた係数(この場合ほぼ1)、tはローパスフィルターの時定数、sはラプラス演算子である。
Gt = A · (1 / (1 + s · t)) (20)
In the above equation (20), A is a predetermined coefficient (approximately 1 in this case), t is a time constant of a low-pass filter, and s is a Laplace operator.
また、ローパスフィルターの時定数tは、下記の数式(21)で与えられる。 The time constant t of the low-pass filter is given by the following formula (21).
t=Gold+dG・dR・・・(21)
上記数式(21)において、GoldはステップS42で読み込んだ前回の放電または充電の際の制御ゲイン、dGは制御ゲイン変化率、dRは制御ゲインの変更周期である。なお、dRは、温度などの条件に基づいて設定される内部抵抗の変化幅であり、例えば、最大充電電流および最大放電電流および外的要因(周囲温度など)に基づいて制御ゲイン変更装置8で決定する。
t = Gold + dG · dR (21)
In the above equation (21), Gold is the control gain at the time of the previous discharging or charging read in step S42, dG is the control gain change rate, and dR is the control gain change cycle. Note that dR is a change width of the internal resistance set based on conditions such as temperature. For example, in the control gain changing
上記数式(21)においては、Goldを前回のローパスフィルターのカットオフ周波数、dRをカットオフ周波数の変化率に置き換えることができ、その場合、数式(20)は、ローパスフィルターの時定数が時間が経過すればするほど、高周波側へ推移することを表している。 In the above equation (21), Gold can be replaced with the cut-off frequency of the previous low-pass filter, and dR can be replaced with the rate of change of the cut-off frequency. It shows that it changes to the high frequency side, so that it passes.
<変形例4>
実施の形態1においては、蓄電池2の累積使用時間および蓄電池2の温度に基づいて、現状の充放電の応答速度を決定する充電制御ゲインおよび放電制御ゲインを変更する構成を示し、蓄電池2の温度によって制御ゲイン変化率を変更する構成を示したが、制御ゲイン変化率は図3に示したように1次関数で表されるものであった。これを、実施の形態2において図7を用いて説明したように、制御ゲインを段階的に変化させるものとしても良い。
<
In Embodiment 1, the structure which changes the charge control gain and discharge control gain which determine the present charge / discharge response speed based on the accumulation use time of the
また、実施の形態3において図11を用いて説明したように、所定のしきい値を用いて、2値的に切り替える手法を用いても良い。 Further, as described with reference to FIG. 11 in the third embodiment, a method of binary switching using a predetermined threshold may be used.
<変形例5>
実施の形態2においては、蓄電池2の累積電力量および蓄電池2の温度に基づいて、現状の充放電の応答速度を決定する充電制御ゲインおよび放電制御ゲインを変更する構成を示し、蓄電池2の温度によって制御ゲインを段階的に変更する構成を示したが、これを、実施の形態1において図3を用いて説明したように1次関数的に変化させる構成としても良い。
<
In
また、実施の形態3において図11を用いて説明したように、所定のしきい値を用いて、2値的に切り替える手法を用いても良い。 Further, as described with reference to FIG. 11 in the third embodiment, a method of binary switching using a predetermined threshold may be used.
<変形例6>
実施の形態3においては、蓄電池2の内部抵抗に基づいて、制御ゲインを2値的に切り替える構成を示したが、これを、実施の形態1において図3を用いて説明したように1次関数的に変化させる構成としても良い。
<
In the third embodiment, a configuration in which the control gain is switched in a binary manner based on the internal resistance of the
また、実施の形態2において図7を用いて説明したように、制御ゲインを段階的に変化させるものとしても良い。 Further, as described with reference to FIG. 7 in the second embodiment, the control gain may be changed stepwise.
<変形例7>
また、変形例4においては、制御ゲインの代わりにローパスフィルターの時定数を調整することで充電および放電の応答速度を制御する構成としても良い。
<
Moreover, in the
<変形例8>
また、変形例5においては、制御ゲインの代わりにローパスフィルターの時定数を調整することで充電および放電の応答速度を制御する構成としても良い。
<
Moreover, in the
<変形例9>
また、変形例6においては、制御ゲインの代わりにローパスフィルターの時定数を調整することで充電および放電の応答速度を制御する構成としても良い。
<
Moreover, in the
2 蓄電池、3 充電装置、4 放電装置、5 充電制御装置、6 放電制御装置、7 電流測定装置、8 制御ゲイン変更装置、9 累積使用時間算出装置、10 温度測定装置、11 電圧測定装置、12 累積電力量算出装置、13 内部抵抗算出装置。 2 storage battery, 3 charging device, 4 discharging device, 5 charging control device, 6 discharging control device, 7 current measuring device, 8 control gain changing device, 9 cumulative usage time calculating device, 10 temperature measuring device, 11 voltage measuring device, 12 Cumulative electric energy calculation device, 13 internal resistance calculation device.
Claims (10)
前記充放電制御装置は、
前記系統交流電源からの交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に供給する充電装置と、
前記蓄電池が放電する直流電力を交流電力に変換して前記系統交流電源に供給する放電装置と、
前記蓄電池の使用状態を検出する蓄電池使用状態検出装置と、
前記充電装置に含まれ、前記蓄電池への充電を制御する充電制御装置と、
前記放電装置に含まれ、前記蓄電池からの充電を制御する放電制御装置と、
前記蓄電池使用状態検出装置の出力を受け、前記蓄電池の使用状態に応じて前記充電制御装置および前記放電制御装置の応答速度を決定するパラメータを変更する応答速度変更装置と、を備える充放電制御装置。 A charging / discharging control device that charges the storage battery with the system power of the system AC power supply and discharges the power stored in the storage battery and supplies the power to the system AC power supply,
The charge / discharge control device comprises:
A charging device that converts alternating current power from the system alternating current power source into direct current power and supplies it to the storage battery;
A discharge device for converting the DC power discharged by the storage battery into AC power and supplying the AC power to the grid AC power supply;
A storage battery use state detection device for detecting a use state of the storage battery;
A charging control device that is included in the charging device and controls charging of the storage battery;
A discharge control device included in the discharge device for controlling charging from the storage battery;
A charge / discharge control device comprising: a response speed changing device that receives an output of the storage battery use state detection device and changes a parameter that determines a response speed of the charge control device and the discharge control device according to a use state of the storage battery. .
前記放電制御装置は、フィードバック制御で前記蓄電池からの放電を制御し、
前記パラメータは、
前記充電制御装置および前記放電制御装置におけるフィードバック制御の制御ゲインであって、
前記応答速度変更装置は、
前記蓄電池使用状態検出装置での検出結果に基づいて、前記蓄電池が古くなるにつれて前記制御ゲインを大きくして出力する、請求項1記載の充放電制御装置。 The charging control device controls charging to the storage battery by feedback control,
The discharge control device controls discharge from the storage battery by feedback control,
The parameter is
A control gain of feedback control in the charge control device and the discharge control device,
The response speed changing device is:
The charge / discharge control device according to claim 1, wherein the control gain is increased and output as the storage battery becomes old based on a detection result of the storage battery use state detection device.
前記充電制御装置によって制御される充電用ローパスフィルターを介して充電電力を出力し、
前記放電装置は、
前記放電制御装置によって制御される放電用ローパスフィルターを介して放電電力を出力し、
前記パラメータは、
前記充電用ローパスフィルターおよび前記放電用ローパスフィルターの時定数であって、
前記応答速度変更装置は、
前記蓄電池使用状態検出装置での検出結果に基づいて、前記蓄電池が古くなるにつれて前記時定数を小さくして出力する、請求項1記載の充放電制御装置。 The charging device is:
Output charging power through a low-pass filter for charging controlled by the charging control device,
The discharge device
Output discharge power through a low-pass filter for discharge controlled by the discharge control device,
The parameter is
The time constants of the charging low-pass filter and the discharging low-pass filter,
The response speed changing device is:
The charge / discharge control apparatus according to claim 1, wherein the time constant is decreased and output as the storage battery becomes old based on a detection result of the storage battery use state detection apparatus.
前記蓄電池の使用開始時からの使用時間の合計である蓄電池累積使用時間に基づいて、前記蓄電池の使用状態を検出する、請求項1〜3の何れか1項に記載の充放電制御装置。 The storage battery use state detection device is:
The charge / discharge control apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a use state of the storage battery is detected based on a storage battery cumulative use time that is a total use time from the start of use of the storage battery.
前記蓄電池の使用開始時からの充放電された電力量の合計である蓄電池累積入電力量に基づいて、前記蓄電池の使用状態を検出する、請求項1〜3の何れか1項に記載の充放電制御装置。 The storage battery use state detection device is:
The charging / discharging of any one of Claims 1-3 which detects the use condition of the said storage battery based on the storage battery cumulative input electric energy which is the sum total of the electric energy charged / discharged from the use start time of the said storage battery. Control device.
前記蓄電池の内部抵抗に基づいて前記蓄電池の使用状態を検出する、請求項1〜3の何れか1項に記載の充放電制御装置。 The storage battery use state detection device is:
The charge / discharge control apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a use state of the storage battery is detected based on an internal resistance of the storage battery.
前記蓄電池の端子間電圧を測定する電圧測定装置と、
前記蓄電池に対する入出力電流を測定する電流測定装置と、を有し、
測定された電圧および電流の変動から負荷変動があったことを検知した場合に、前記測定された電圧および電流に基づいて前記内部抵抗を算出する、請求項6記載の充放電制御装置。 The storage battery use state detection device is:
A voltage measuring device for measuring a voltage between terminals of the storage battery;
A current measuring device for measuring an input / output current to the storage battery,
The charge / discharge control apparatus according to claim 6, wherein the internal resistance is calculated based on the measured voltage and current when it is detected that a load change has occurred from the measured voltage and current fluctuation.
前記蓄電池の温度および/または前記蓄電池の周囲の温度を測定する温度測定装置を有し、
測定された温度に基づいて、
前記応答速度変更装置から出力される前記制御ゲインの変化率を変更する、請求項2記載の充放電制御装置。 The storage battery use state detection device is:
A temperature measuring device for measuring the temperature of the storage battery and / or the temperature around the storage battery;
Based on the measured temperature
The charge / discharge control device according to claim 2, wherein a change rate of the control gain output from the response speed changing device is changed.
前記蓄電池の温度および/または前記蓄電池の周囲の温度を測定する温度測定装置を有し、
測定された温度に基づいて、
前記応答速度変更装置から出力される前記制御ゲインの変化の幅を変更する、請求項2記載の充放電制御装置。 The storage battery use state detection device is:
A temperature measuring device for measuring the temperature of the storage battery and / or the temperature around the storage battery;
Based on the measured temperature
The charge / discharge control device according to claim 2, wherein a change width of the control gain output from the response speed changing device is changed.
前記充電制御装置および前記放電制御装置は、前記応答速度変更装置が出力する前記時定数を実現するように前記可変素子を制御する、請求項3記載の充放電制御装置。 The charging low-pass filter and the discharging low-pass filter have variable elements,
The charge / discharge control device according to claim 3, wherein the charge control device and the discharge control device control the variable element so as to realize the time constant output by the response speed changing device.
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