JP2014140282A

JP2014140282A - 蓄電システムおよびその制御方法

Info

Publication number: JP2014140282A
Application number: JP2013008807A
Authority: JP
Inventors: Naoki SONODA; 直毅園田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2033-01-21
Also published as: JP6099990B2

Abstract

【課題】相互に充放電を行う複数の電池システムを備えた蓄電システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の電池１２０にそれぞれ双方向インバータ１２１を接続した複数の電池システム１２と、複数の電池システム１２の制御を行う制御装置１１を備えた蓄電システム１０において、複数の電池システム１２は、それぞれ並列に接続され、制御装置１１は、複数の電池システム１２の少なくとも１つの電池システム１２と他方の電池システム１２の間で行われる相互充放電を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電システムおよびその制御方法に関し、より具体的には複数の電池システムを備えた蓄電システムおよびその制御方法に関するものである。

発電装置、特に風力発電装置や太陽光発電装置等の自然エネルギー発電装置を備えた電力系統においては、電力の有効利用を行うために蓄電システムを備える。この蓄電システムの充放電を管理する技術として、例えば特許文献１に開示されているものを挙げることができる。このような技術を用いれば、充放電量を配分することにより、電池容量に対する充電量の相対比率（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ、以下「ＳＯＣ」という。）を均等にし、発電装置の電力変動を抑制することが可能である。

特開２０１０−２３３２８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の蓄電システムでは、蓄電システムが満充電状態になった場合に継続して発電装置が発電を行える状態であると、蓄電システムの充電を停止させ、さらに発電装置を電力系統から切り離さなければならない。また、蓄電システムだけでは放電できず、負荷となる装置を追加する必要が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、放電のための負荷を追加設置することなく充放電を行うことができる複数の電池システムを備えた蓄電システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の蓄電システムおよびその制御方法は以下の手段を採用する。
複数の電池にそれぞれ双方向インバータを接続した複数の電池システムと、前記複数の電池システムの制御を行う制御装置を備えた蓄電システムにおいて、前記複数の電池システムは、それぞれ並列に接続され、前記制御装置は、前記複数の電池システムの少なくとも１つの電池システムと他方の電池システムの間で行われる相互充放電を制御する蓄電システムを採用する。

本発明によれば、電池と双方向インバータの組み合わせである電池システムにおいて複数の電池システムが相互に充電および放電を行うため、充放電の制御が蓄電システムの内部構造のみで行える。また、充放電の際のインバータ損失に起因する放電を用いることができるので、外部への放電を行わず、抵抗負荷を用いる必要も無い。

上記発明において、前記制御装置は、前記各電池の空き容量確保のために前記電池システムの前記相互充放電を繰り返し行うこととしてもよい。
本発明によれば、各電池の空き容量を確保するために複数の各電池システムが相互に充電および放電を繰り返すことから、インバータ損失により電池の空き容量が増え、外部への放電を行うことなくまた抵抗負荷を用いることなく蓄電システム単体で充電のための空き容量を確保できる。

上記発明において、前記制御装置は、各前記電池システムのＳＯＣに差がある場合、最大ＳＯＣの前記電池システムと最小ＳＯＣの前記電池システムの組み合わせにおいて前記相互充放電を行うこととしてもよい。
本発明によれば、各電池システムのＳＯＣに差がある場合には、ＳＯＣがそれぞれ最大値と最小値の電池システムの組み合わせに対して相互充放電を行うことから、制御が簡便となる。

上記発明において、前記制御装置は、各前記電池システムのＳＯＣがすべて等しい場合、あらかじめ決められた所定の基準により選択した組み合わせにおいて前記相互充放電を行うこととしてもよい。
本発明によれば、各電池システムのＳＯＣがすべて等しい場合は、あらかじめ決定した所定の基準により相互充放電する電池システムを選択することから、例えば満充電状態でも相互充放電を行うことができるなど、電力系統に応じた柔軟な制御の実施が可能となる。

上記発明において、前記制御装置は、前記相互充放電を充放電回数に応じて繰り返し行うことにより各前記電池システムの充放電回数を平均化することとしてもよい。
本発明によれば、各電池システムの充放電回数を平均化するために複数の各電池システムが充放電回数に応じて相互に充電および放電を繰り返すことから、各電池の充電回数すなわち寿命を可及的に揃えることができる。

上記発明において、前記蓄電システムは、自然エネルギー発電装置が接続する電力系統に接続し、前記制御装置は、前記蓄電システムが電力系統から解列された場合、外部への充放電を行わずに前記各電池の空き容量を確保し、充電待ち状態となることとしてもよい。
本発明によれば、自然エネルギー発電装置が接続する電力系統から解列されても、相互充放電を行うことで外部への充放電を行わずに電池の空き容量を確保し充電待ち状態となるため、解列からの復帰直後より自然エネルギー発電装置からの充電を行うことができる。

上記発明において、自然エネルギー発電装置が接続する電力系統に接続する前記蓄電システムにおいて前記各電池が満充電状態の場合、前記各電池の空き容量を確保し、充電待ち状態となることとしてもよい。
本発明によれば、天候などにより発電量が定まらない自然エネルギー発電装置において例えば発電量が多い場合に、蓄電システムが満充電状態であっても相互充放電により充電待ち状態となることで、余剰電力を蓄電システムに充電できることから自然エネルギー発電装置を電力系統から解列することなく電力を有効活用できる。

複数の電池にそれぞれ双方向インバータを接続した複数の電池システムと、前記複数の電池システムの制御を行う制御装置を備えた蓄電システムの制御方法において、前記複数の電池システムは、それぞれ並列に接続され、前記制御装置は、前記複数の電池システムの少なくとも１つの電池システムと他方の電池システムの間で行われる相互充放電を制御するステップを備えた蓄電システムの制御方法を採用する。

本発明によれば、複数の電池システムを備えた蓄電システムの充電および放電の制御が、蓄電システムの内部構造のみで実施可能となり、インバータ損失を用いた放電が可能となる。これにより、放電のための負荷を追加設置することない。

本発明の第１実施形態にかかる蓄電システムを示した概略構成図である。本発明の第１実施形態にかかる電池システムのＳＯＣに差がある場合の処理を示したフローチャートである。本発明の第１実施形態にかかる電池システムのＳＯＣが等しい場合の処理を示したフローチャートである。本発明の第２実施形態にかかる蓄電システムの接続する電力系統を示した概略構成図である。

以下に、本発明にかかる蓄電システムおよびその制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、本実施形態にかかる蓄電システムの概略構成が示されている。
図１に示されるように、蓄電システム１０は、制御装置１１と、複数の電池システム１２と、電力計４０を主な構成として備えている。各電池システム１２は、蓄電システム１０の内部において、それぞれが並列に接続されており、その分岐の上流に電力計４０が設置されている。それぞれの電池システム１２は、インバータ（双方向インバータ）１２１、電池１２０を主な構成として備えており、その内部においてインバータ１２１と電池１２０は直列に接続されている。また各インバータ１２１は、制御装置１１に接続されており、制御装置１１は各インバータ１２１、すなわち各電池システム１２の制御を行う。
各インバータ１２１は双方向の電力変換機能を有する。電力系統１からの交流電力は各インバータ１２１で直流に整流され電池１２０に充電される。また、いずれかの電池システム１２の電池１２０から放電する直流電力は各インバータ１２１で直流電力から交流電力への電力変換を行い、別の電池システム１２へ充電することが可能である。なお、電池１２０は二次電池であり、リチウム二次電池、鉛二次電池、ニッケル水素二次電池等である。

次に、上記構成を有する蓄電システム１０の詳細な処理について、図２から図３に示すフローチャートを用いて説明する。図２および図３は、この蓄電システム１０の詳細な処理を表す１つのフローチャートを各々の電池システム１２のＳＯＣに差がある場合の処理、ＳＯＣが等しい場合の処理の各手順に分割したものである。

図２には、各電池システム１２のＳＯＣに差がある場合の手順が示されている。
図２に示すように、電力系統１からの充放電指令があると、蓄電システム１０全体でのＳＯＣが所定のＳＯＣ以下か否かの判断が行われ（Ｓ２０１）、所定のＳＯＣ以下の場合は処理を終了し、電力系統１からの電力を充電する。
一方、上記ステップＳ２０１において、蓄電システム１０のＳＯＣが所定のＳＯＣよりも大きい場合は、内部の各電池システム１２のＳＯＣが等しいか否かの判断が行われ（Ｓ２０２）、等しい場合にはＸに遷移する。

一方、上記ステップＳ２０２において、各電池システム１２のＳＯＣが等しくない場合は、各電池システム１２のＳＯＣの中で最大のＳＯＣとなる最大ＳＯＣ及び最小のＳＯＣとなる最少ＳＯＣの各電池システム１２を選定し、それぞれをＰＣＳ（Ａ）及びＰＣＳ（Ｂ）とする（Ｓ２０３）。ここで、ＰＣＳ（Ａ）及びＰＣＳ（Ｂ）は、複数であってもよい。

次に、ＰＣＳ（Ａ）を所定の値で放電し、この電力の全量をインバータ１２１を経由して、ＰＣＳ（Ｂ）へ充電する（Ｓ２０４）。
次に、蓄電システム１０の電力計４０の測定値が０でないならば、電力系統１からの電力が供給されている、または電力系統１へ電力が供給されていることから、さらにＰＣＳ（Ａ）の放電を調整する（Ｓ２０５）。

次に、ＰＣＳ（Ａ）とＰＣＳ（Ｂ）のＳＯＣの差が所定の範囲内に収まったか否かの判断が行われ（Ｓ２０６）、収まっていない場合にはステップＳ２０４に遷移する。
一方、上記ステップＳ２０６において、ＳＯＣの差が所定の範囲内に収まっている場合は、ステップＳ２０１に遷移する。ステップＳ２０１で、蓄電システム１０のＳＯＣが所定のＳＯＣ以下か否かの判断が行われ、所定のＳＯＣ以下の場合は処理を終了し、所定のＳＯＣよりも大きい場合は処理、すなわち相互充放電を繰り返す。

図３には、各電池システム１２のＳＯＣが等しい場合の手順が示されている。
図３に示すように、Ｘから遷移、すなわち各電池システム１２のＳＯＣが等しい場合は、所定の基準でＰＣＳ（Ａ）とＰＣＳ（Ｂ）を選定する（Ｓ３０１）。この所定の基準には、たとえば各電池システム１２の充放電回数、各電池１２０の温度等、を用いる。例えば、所定の基準として各電池システム１２の充放電回数を用いた場合、充放電回数が少ない電池システム１２同士で相互充放電を行うこととなる。また、充放電回数を用いた相互充放電を繰り返し行うことで、各電池システム１２の充放電回数を平均化することが可能となる。

次に、ＰＣＳ（Ａ）を所定の値で放電する。この放電と同じ値でＰＣＳ（Ｂ）を充電する（Ｓ３０２）。
次に、蓄電システム１０の電力計４０の測定値が０でないならば、電力系統１からの電力が供給されている、または電力系統１へ電力が供給されていることから、さらにＰＣＳ（Ａ）の放電を調整する（Ｓ３０３）。

次に、ＰＣＳ（Ａ）が上限ＳＯＣに到達したか否か、またはＰＣＳ（Ｂ）が下限ＳＯＣに到達したか否かの判断が行われ（Ｓ３０４）、どちらも到達していない場合にはステップＳ３０２に遷移する。
一方、上記ステップＳ３０４において、ＰＣＳ（Ａ）が上限ＳＯＣに到達したか、またはＰＣＳ（Ｂ）が下限ＳＯＣに到達した場合は、ステップＳ３０５に遷移する。

次に、ＰＣＳ（Ｂ）を所定の値で放電する。この放電と同じ値でＰＣＳ（Ａ）を充電する（Ｓ３０５）。
次に、蓄電システム１０の電力計４０の測定値が０でないならば、電力系統１からの電力が供給されている、または電力系統１へ電力が供給されていることから、さらにＰＣＳ（Ｂ）の放電を調整する（Ｓ３０６）。

次に、ＰＣＳ（Ｂ）が上限ＳＯＣに到達したか否か、またはＰＣＳ（Ａ）が下限ＳＯＣに到達したか否かの判断が行われ（Ｓ３０７）、どちらも到達していない場合にはステップＳ３０５に遷移する。
一方、上記ステップＳ３０７において、ＰＣＳ（Ｂ）が上限ＳＯＣに到達したか、またはＰＣＳ（Ａ）が下限ＳＯＣに到達した場合は、Ｚに遷移する。Ｚに遷移、すなわちステップＳ２０１に遷移すると、蓄電システム１０のＳＯＣが所定のＳＯＣ以下か否かの判断が行われ、所定のＳＯＣ以下の場合は処理を終了し、所定のＳＯＣよりも大きい場合は処理、すなわち相互充放電を繰り返す。

図２から図３に示すフローチャートの処理を繰り返すと、全ての電池システム１２が上限ＳＯＣに到達していない限り、電池システム１２の相互充放電を行う際に発生するインバータ損失を利用し相互充放電を行った電池システム１２の電池１２０の空き容量が確保できる。すなわち、外部への放電を行うことなく蓄電システム１０の充電容量を確保することが可能となる。

以上説明してきたように、本実施形態の蓄電システム１０およびその制御方法によれば、電池１２０とインバータ１２１の組み合わせである電池システム１２において複数の電池システム１２が相互に充電および放電を行うため、充放電の制御が蓄電システム１０の内部構造のみで行える。また外部への放電を行わず、抵抗負荷などの外部負荷を用いる必要も無い。また、各電池１２０の空き容量を確保するために複数の各電池システム１２が相互に充電および放電を繰り返すことから、インバータ損失により電池１２０の空き容量が増え、外部への放電を行うことなくまた抵抗負荷などの外部負荷を用いることなく蓄電システム１０単体で充電のための空き容量を確保できる。
また、各電池システム１２のＳＯＣに差がある場合には、ＳＯＣがそれぞれ最大値と最小値の電池システム１２の組み合わせに対して相互充放電を行うことから、制御が簡便となる。各電池システム１２のＳＯＣがすべて等しい場合は、あらかじめ決定した所定の基準により相互充放電する電池システム１２を選択することから、例えば満充電状態でも相互充放電を行うことができるなど、電力系統１に応じた柔軟な制御の実施が可能となる。
また、充放電回数に応じて複数の電池システム１２が相互に充放電を繰り返すことから、充放電回数を平均化することができ、各電池１２０の寿命を可及的に揃えることができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
上記した第１実施形態では蓄電システム１０が接続する電力系統１に接続する発電装置（図示略）の種類は問わないが、本実施形態では、電力系統１に接続する発電装置が例えば風力発電装置や太陽光発電装置等の自然エネルギー発電装置であるとするものである。その他の点については第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
図４には、本実施形態にかかる蓄電システムが接続する電力系統の概略構成が示されている。
図４に示されるように、電力系統１には、蓄電システム１０、自然エネルギー発電装置７０、外部負荷が接続している。

天候などにより発電量が定まらない自然エネルギー発電装置７０が接続する電力系統１において、その発電量に応じて蓄電システム１０は電力系統１から解列される場合がある。この場合においても、蓄電システム１０は電池システム１２の組み合わせについて相互充放電を行うことで電池１２０の空き容量を確保し、蓄電システム１０は充電待ち状態となる。
また、電池１２０が満充電の場合でも、蓄電システム１０は電池システム１２の組み合わせについて相互充放電を行うことで外部への充放電を行わずに電池１２０の空き容量を確保し、蓄電システム１０は充電待ち状態となる。

以上、説明してきたように、本実施形態の蓄電システム１０およびその制御方法によれば、外部への充放電を行うことなく充電待ち状態となり、解列からの復帰直後より自然エネルギー発電装置７０からの充電を行うことができる。
また、天候などにより発電量が定まらない自然エネルギー発電装置７０において例えば発電量が多い場合に、蓄電システム１０が満充電状態であっても相互充放電により充電待ち状態となることで、余剰電力を蓄電システム１０に充電できることから自然エネルギー発電装置７０を電力系統１から解列することなく電力を有効活用できる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。

１電力系統
１０蓄電システム
１１制御装置
１２電池システム
４０電力計
７０自然エネルギー発電装置
１２０電池
１２１インバータ（双方向インバータ）

Claims

複数の電池にそれぞれ双方向インバータを接続した複数の電池システムと、
前記複数の電池システムの制御を行う制御装置を備えた蓄電システムにおいて、
前記複数の電池システムは、それぞれ並列に接続され、
前記制御装置は、前記複数の電池システムの少なくとも１つの電池システムと他方の電池システムの間で行われる相互充放電を制御する蓄電システム。
前記制御装置は、前記相互充放電を繰り返し行うことにより前記各電池の空き容量を確保することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
前記制御装置は、各前記電池システムのＳＯＣに差がある場合、最大ＳＯＣの前記電池システムと最小ＳＯＣの前記電池システムの組み合わせにおいて前記相互充放電を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電システム。
前記制御装置は、各前記電池システムのＳＯＣがすべて等しい場合、あらかじめ決められた所定の基準により選択した組み合わせにおいて前記相互充放電を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄電システム。
前記制御装置は、前記相互充放電を充放電回数に応じて繰り返し行うことにより各前記電池システムの充放電回数を平均化することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の蓄電システム。
自然エネルギー発電装置が接続する電力系統に接続する前記蓄電システムにおいて、前記制御装置は、前記蓄電システムが電力系統から解列された場合、前記各電池の空き容量を確保し、充電待ち状態となる請求項１から５のいずれかに記載の蓄電システム。
自然エネルギー発電装置が接続する電力系統に接続する前記蓄電システムにおいて、前記各電池が満充電状態の場合、前記各電池の空き容量を確保し、充電待ち状態となる請求項１から６のいずれかに記載の蓄電システム。
複数の電池にそれぞれ双方向インバータを接続した複数の電池システムと、
前記複数の電池システムの制御を行う制御装置を備えた蓄電システムの制御方法において、
前記複数の電池システムは、それぞれ並列に接続され、
前記制御装置は、前記複数の電池システムの少なくとも１つの電池システムと他方の電池システムの間で行われる相互充放電を制御するステップを備えた蓄電システムの制御方法。