JP2014193040A - 蓄電システムの充放電装置及び充放電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】蓄電システム1の充放電装置10は、蓄電システム1に対し充放電を行う電力変換装置(PCS)11と、電池コントローラ12とを有している。電池コントローラ12は指令値の制御周期(例えば1秒等)あたりの変化量の絶対値について上限値を設け、この上限値以下の変化量を持つ指令値に制限して電力変換装置11に出力する。電池コントローラ12では、指令値の変化幅が最大許容変化幅ΔPmax以上であれば、現指令値を最大許容変化幅ΔPmaxだけ変化させた指令値を、電力変換装置11に出力する。また、電池コントローラ12では、指令値の変化幅が最大許容変化幅ΔPmax値未満であれば、新指令値をそのまま電力変換装置11に出力する。
【選択図】図1
Description
ステップ電流印加直後の電流比 I1:I2=Ra2:Ra1 ・・・式1
(式2)
電流静定後の電流比 I1:I2=(Ra2+Rb2):(Ra1+Rb1) ・・・式2
(式3)
ステップ電流印加直後 I1=I×Ra2/(Ra1+Ra2) ・・・式3
(式4)
ステップ電流印加直後 I2=I×Ra1/(Ra1+Ra2) ・・・式4
(式5)
電流静定後 I1 =I×(Ra2+Rb2)/(Ra1+Rb1+Ra2+Rb2)・・・式5
(式6)
電流静定後 I2 =I×(Ra1+Rb1)/(Ra1+Rb1+Ra2+Rb2)・・・式6
(a)1以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う電力変換装置と、
(b)前記電力変換装置に充放電指令値を与える電池コントローラとを備えた蓄電システムの充放電装置において、
(c)前記電池コントローラは、前記充放電指令値について該電池コントローラの制御周期あたりの変化量の絶対値に上限値を設定し、この上限値を下回る変化量を持つ前記充放電指令値を、前記電力変換装置に与えるように構成したことを特徴とする。
(1)電力変換装置にて1以上の電池セルを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う充放電ステップと、
(2)電池コントローラにて前記電力変換装置に充放電指令値を与える充放電指令値出力ステップとを含む蓄電システムの充放電方法において、
(3)充放電指令値について所定の制御周期あたりの変化量の絶対値に上限値を設ける上限値設定ステップと、
(4)前記電力変換装置に現在出力中の現指令値と、当該現指令値の次に前記電力変換装置に出力する予定の予定指令値との変化量を求める変化量算出ステップと、
(5)前記変化量が前記上限値以上であれば、当該上限値だけ変化させた指令値を前記電力変換装置に出力する上限指令値出力ステップと、
(6)前記変化量が前記上限値を下回れば、前記予定指令値を前記電力変換装置に出力する予定指令値出力ステップと、を含み、
(7)前記充放電ステップでは、前記上限指令値出力ステップあるいは前記予定指令値出力ステップにて出力した指令値に基づいて前記蓄電システムの充放電を行うことを特徴とするものである。
図1〜図4を用いて、本発明に係る第1の実施形態について説明する。
(構成)
図1の構成図に示すように、第1の実施形態に係る蓄電システム1の充放電装置10は、電力変換装置(PCS)11と、電池コントローラ12とを有している。
充放電指令値の種類についてまとめると、次の通りとなる。
(ア)現指令値Ppcs(tn-1)…電池コントローラ12が出力中の指令値
(イ)新指令値Ppcs(t)…電池コントローラ12がこれから出力する指令値
(ウ)更新予定指令値Pems(t)…電池コントローラ12が読み込み指令値
と、変化量ΔP(tn)との和である更新予定指令値Pems(tn)が、新指令値Ppcs(t)となる。
蓄電システム1には電池セルがNpc個並列接続されており、この並列のセル群がNs個直列接続されてアーム1〜Nが構成される。各アーム1〜Nにおいて正極側には監視保護装置14が、負極側には電流計測部15が、それぞれ直列に接続されている。このようなアーム1〜Nと監視保護装置14と電流計測部15がNpa個並列接続されたものが一つの大きな電池ユニット18となって、その正極と負極が、共通の電力変換装置11に接続されている。
第1の実施形態における充放電指令値の出力処理について、図2のフローチャートを用いて説明する。図2に示すように、電池コントローラ12は、まず、制御周期あたりの充放電の変化量の絶対値の上限値として、最大許容変化幅ΔPmaxを設定する(上限値設定ステップST01)。
第1の実施形態では、電池コントローラ12が充放電指令値における変化幅ΔP(tn)を判定して、制御周期あたりの充放電指令値の変化幅を予め最大許容変化幅ΔPmaxを下回るように制限する。すなわち、第1の実施形態では電力変換装置への実際の充放電指令値に関して、変化量の上限値を設けており、電力変換装置への実際の充放電指令値として、上位のエネルギー管理システムからの指令値(図4の実線で示す波形図)に対し、変化率を制限している(図4の一点鎖線で示す波形図を参照)。このような第1の実施形態によれば、アームに対する充放電電力または充放電電流は緩やかに変化する。
(式3)
ステップ電流印加直後 I1=I×Ra2/(Ra1+Ra2) ・・・式3
(式4)
ステップ電流印加直後 I2=I×Ra1/(Ra1+Ra2) ・・・式4
本発明に係る第2の実施形態について説明する。
(構成)
第2の実施形態に係る蓄電システム1の充放電装置10は、上記第1の実施形態の構成と同様であり、構成図は省略する。第2の実施形態における電池コントローラ12では、電流計測部15からの電流計測結果を取り込むと共に、充放電電流を変更する方向(充放電極性)にテスト用の充放電指令値の変化幅ΔPtestを、電力変換装置11に与えるようになっている。テスト用の充放電指令値の変化幅ΔPtestには通常の変化幅と比べて比較的小さい値が用いられる。第2の実施形態における電流計測部15は、現時点での各アームの電流値を計測すると共に、テスト用の充放電指令値の変化幅ΔPtestを電力変換装置11に与えたときの、変化印加1秒後の各アームの電流値を計測する。
第2の実施形態における充放電指令値の出力処理について、図5のフローチャートを用いて説明する。上位のエネルギー管理システム17から電池コントローラ12に更新予定指令値Pems(tn)が出力されて、エネルギー管理システム17から出力された前指令値Pems(tn-1)を更新する必要が発生すると、図5に示すような処理を順次行う。まず、電流計測部15が現時点での各アームの電流値を測定する(現時点の電流値測定ステップST11)。
以上の第2の実施形態では、充放電指令値の変化が必要となった時点で、同変化と同一方向に小さなテスト用の充放電指令値の変化幅ΔPtestを電力変換装置11に与える。そして、このような変化幅ΔPtestを与えたことによる電流値の最大値から、充放電指令値の変化率の制限幅ΔPlmtを導き、電流値のアンバランスあるいはピークの大きさを確認する。このとき、テスト用の充放電指令値の変化幅ΔPtestは、十分に小さいので、前指令値Pems(tn-1)に、制限幅ΔPlmtを加えた値を新たな指令値Ppcs(tn)として電力変換装置11へ出力しても、アームにおいて許容される電流値のアンバランスあるいはピークの大きさを超えることがない。
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
10…充放電装置
11…電力変換装置
12…電池コントローラ
13…通信ライン
14…監視保護装置
15…電流計測部
16…電池管理システム
17…エネルギー管理システム
18…電池ユニット
Claims (11)
- 1以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う電力変換装置と、前記電力変換装置に充放電指令値を与える電池コントローラとを備えた蓄電システムの充放電装置において、
前記電池コントローラは、前記充放電指令値について該電池コントローラの制御周期あたりの変化量の絶対値に上限値を設定し、この上限値を下回る変化量を持つ前記充放電指令値を、前記電力変換装置に与えるように構成したことを特徴とする蓄電システムの充放電装置。 - 前記上限値を、前記蓄電システムの状態によって可変としたことを特徴とする請求項1に記載の蓄電システムの充放電装置。
- 1以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う電力変換装置と、前記電力変換装置に充放電指令値を与える電池コントローラとを備えた蓄電システムの充放電装置において、
前記電力変換装置にテスト用充放電指令値を与えて前記蓄電システムの並列要素に流れる電流値の最大値及び最小値の少なくとも一方を計測する電流値計測部を有し、
前記電池コントローラは、前記電流値計測部が計測した電流値の最大値及び最小値の少なくとも一方から、前記充放電指令値についての変化率の制限値を求め、前記電力変換装置に与えていた充放電指令値に前記制限値を加えた充放電指令値を、新たな充放電指令値として前記電力変換装置に与えるように構成したことを特徴とする蓄電システムの充放電装置。 - 前記制限値を、前記蓄電システムの状態によって可変としたことを特徴とする請求項3に記載の蓄電システムの充放電装置。
- 1以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う電力変換装置と、前記電力変換装置に充放電指令値を与える電池コントローラとを備えた蓄電システムの充放電装置において、
前記電池コントローラは、外部から前記充放電指令値を受け取り、この充放電指令値に低域通過フィルタ処理した特性値を、前記充放電指令値として前記電力変換装置に与えるように構成したことを特徴とする蓄電システムの充放電装置。 - 1以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う電力変換装置と、前記電力変換装置に充放電指令値を与える電池コントローラとを備えた蓄電システムの充放電装置において、
前記電力変換装置にテスト用充放電指令値を与えて前記蓄電システムの並列要素に流れる電流値の最大値及び最小値の少なくとも一方を計測する電流値計測部を有し、
前記電池コントローラは、前記電流計測部が計測した電流値の最大値及び最小値の少なくとも一方から、低域通過フィルタの特性値を求め、この特性値を前記充放電指令値として前記電力変換装置に与えるように構成したことを特徴とする蓄電システムの充放電装置。 - 前記低域通過フィルタの特性値を、前記蓄電システムの状態によって可変としたことを特徴とする請求項5又は6に記載の蓄電システムの充放電装置。
- 1以上の電池セルを複数並列したセル群が複数直列接続されてアームとなり、このアームがさらに複数並列接続されて電池ユニットとなり、当該電池ユニットごとに前記電力変換装置を接続したことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の蓄電システムの充放電装置。
- 前記アームの個々に監視保護装置を設置したことを特徴とする請求項8に記載の蓄電システムの充放電装置。
- 電力変換装置にて1以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う充放電ステップと、電池コントローラにて前記電力変換装置に充放電指令値を与える充放電指令値出力ステップとを含む蓄電システムの充放電方法において、
充放電指令値について所定の制御周期あたりの変化量の絶対値に上限値を設ける上限値設定ステップと、
前記電力変換装置に現在出力中の現指令値と、当該現指令値の次に前記電力変換装置に出力する予定の予定指令値との変化量を求める変化量算出ステップと、
前記変化量が前記上限値以上であれば、当該上限値だけ変化させた指令値を前記電力変換装置に出力する上限指令値出力ステップと、
前記変化量が前記上限値を下回れば、前記予定指令値を前記電力変換装置に出力する予定指令値出力ステップと、を含み、
前記充放電ステップでは、前記上限指令値出力ステップあるいは前記予定指令値出力ステップにて出力した指令値に基づいて前記蓄電システムの充放電を行うことを特徴とする蓄電システムの充放電方法。 - 電力変換装置にて1以上の電池セルまたはアームを複数並列接続した蓄電システムに対し充放電を行う充放電ステップと、電池コントローラにて前記電力変換装置に充放電指令値を与える充放電指令値出力ステップとを含む蓄電システムの充放電方法において、
テスト用充放電指令値を前記電力変換装置に与えて前記蓄電システムの並列要素に流れる電流値の最大値及び最小値の少なくとも一方を計測する電流値計測ステップと、
計測した電流値の最大値及び又は最小値の少なくとも一方から、前記充放電指令値についての変化率の制限値を求める制限値算出ステップと、を含み、
前記充放電指令値出力ステップでは、前記電力変換装置に与えていた充放電指令値に前記制限値を加えた充放電指令値を、新たな充放電指令値として前記電力変換装置に与えることを特徴とする蓄電システムの充放電方法。
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