JP2014236561A - 二次電池システム及びその制御方法並びに発電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】システムの小型化を図るとともに、過電圧トリップの発生を抑制することを目的とする。【解決手段】二次電池システム1において、各下位制御装置20a〜20cは、配下にある複数の組電池のうち、充放電可能な組電池数を上位制御装置10に送信する。上位制御装置10は、下位制御装置20a〜20cから受信した組電池数に応じて、要求充放電指令を分配して下位制御装置毎の第1分配充放電指令を設定して、各第1分配充放電指令をそれぞれの下位制御装置20a〜20cに送信する。下位制御装置20a〜20cは、上位制御装置10から通知される第1分配充放電指令及び配下にある各組電池の状態に基づいて、二次電池ユニット毎の充放電指令である第2分配充放電指令を設定し、配下にある各パワーコンディショナ4a〜4fにそれぞれ与える。【選択図】図3
Description
本発明は、二次電池システム及びその制御方法並びに発電システムに関するものである。
従来、リチウムイオン電池などの二次電池を用いた大容量の二次電池システムが知られている。たとえば、特許文献1には、大容量の給電装置と、給電装置を統括制御する統括制御部とを備える給電システムが開示されている。この給電装置は、複数の二次電池ユニットを並列に接続した構成とされている。各二次電池ユニットは、インバータと、インバータにそれぞれチョッパを介して接続される複数の組電池と、インバータ及び各チョッパを制御する制御部をそれぞれ備えている。
上述した特許文献1に開示されている給電システムでは、統合制御部が、各制御部から各インバータの運転状態を示す情報と、各チョッパの運転状態を示す情報とを受信し、受信したこれら情報に基づいて、運転中の各列の出力分担率が均等になるように、各インバータ及び各チョッパの出力電圧指令を算出する(例えば、段落〔0033〕参照)。統合制御部において算出された各インバータ及び各チョッパの出力電圧指令は、それぞれ対応する制御部に与えられ、各出力電圧指令に基づくインバータ及びチョッパの制御が各制御部によって行われる。
しかしながら、このような従来の給電システムにおいては、各組電池にチョッパが接続されているので、システムの大型化及びコストの増大を招くという問題があった。
また、取り扱うデータ量を少なくしてシステムを小型化するために、特許文献1に開示されている給電システムにおいてチョッパを省略した構成とすると、以下のような課題が生ずる。
まず、統括制御部において決定されるインバータ及びチョッパの出力電圧指令には、各組電池の状態が考慮されていない。したがって、各制御部が統括制御部からの指令に基づいてインバータを制御した場合に、組電池の状態によっては、過電流が流れるおそれがあり、組電池の性能低下を招くおそれがある。また、内部抵抗の高い組電池に過電流が所定期間流れ続けると、過電圧トリップを発生して、システム全体が停止するおそれがある。
まず、統括制御部において決定されるインバータ及びチョッパの出力電圧指令には、各組電池の状態が考慮されていない。したがって、各制御部が統括制御部からの指令に基づいてインバータを制御した場合に、組電池の状態によっては、過電流が流れるおそれがあり、組電池の性能低下を招くおそれがある。また、内部抵抗の高い組電池に過電流が所定期間流れ続けると、過電圧トリップを発生して、システム全体が停止するおそれがある。
また、組電池に過電流が流れないように、各組電池の性能低下を二次電池ユニット側で管理して、二次電池ユニット毎に出力電流の上限値を設定し、電流制限をかけることも考えられる。しかしながら、この場合、性能が最も低い組電池に合わせて、出力電流が制限されてしまうため、二次電池ユニットの出力が低下し、給電システムに要求されている電力を供給することができなくなる。
また、全ての組電池の情報を統括制御部で収集し、各組電池の状態を加味した出力電圧指令を生成すれば、組電池に過電流が流れることを防止することが可能である。しかしながら、この場合、統括制御部で取り扱うデータ量が膨大となる上、出力電流を設定するための演算処理も増大する。したがって、各二次電池ユニットへ出力電圧指令を送信する送信タイミングに遅れが生じる。これにより、例えば、内部抵抗の高い組電池に過電流が所定期間流れ続けることにより、過電圧トリップが発生して、システム全体が停止してしまうおそれがあった。
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、取り扱うデータ量を少なくしてシステムを小型化するとともに、過電圧トリップの発生頻度を低下させることのできる二次電池システム及びその制御方法並びに発電システムを提供することを目的とする。
本発明の第1態様は、要求充放電指令に基づいて充放電を行う二次電池システムであって、複数の組電池と、前記複数の組電池に対応して設けられた電力変換手段とを備える複数の二次電池ユニットと、1または複数の前記二次電池ユニットに対応して設けられた複数の下位制御手段と、各前記下位制御手段と通信可能とされた上位制御手段とを備え、各前記下位制御手段は、配下にある複数の前記組電池のうち、充放電可能な組電池数を前記上位制御手段に送信する下位送信手段と、前記上位制御手段から通知される第1分配充放電指令及び配下にある各前記組電池の状態に基づいて、前記二次電池ユニット毎の充放電指令である第2分配充放電指令を設定する第2指令設定手段とを備え、前記上位制御手段は、前記下位制御手段から受信した前記組電池数に応じて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定する第1指令設定手段と、該第1分配充放電指令を各前記下位制御手段にそれぞれ送信する上位送信手段とを備える二次電池システムである。
ここで、上記「充放電可能な」とは、例えば、該組電池の充放電特性が所定値内にある場合で、かつ、充放電可能とした各組電池の間の充放電特性の差が所定値内にある場合である。また、二次電池は、リチウム二次電池の他に、鉛二次電池、ニッケル水素二次電池など特に限定されないが、充放電の追従性がよいことから、リチウム二次電池であることが好ましい。
ここで、上記「充放電可能な」とは、例えば、該組電池の充放電特性が所定値内にある場合で、かつ、充放電可能とした各組電池の間の充放電特性の差が所定値内にある場合である。また、二次電池は、リチウム二次電池の他に、鉛二次電池、ニッケル水素二次電池など特に限定されないが、充放電の追従性がよいことから、リチウム二次電池であることが好ましい。
本態様によれば、上位制御手段において、下位制御手段から通知された充放電可能な組電池数に基づいて要求充放電指令が分配され、下位制御手段毎の第1分配充放電指令が設定される。第1分配充放電指令は、それぞれの下位制御手段に送信される。下位制御手段では、配下にある組電池の状態に応じて、第1分配充放電指令が各二次電池ユニットに分配されて、二次電池ユニット毎の充放電指令である第2分配充放電指令が設定される。そして、この第2分配充放電指令に基づいて、各二次電池ユニットの充放電が制御される。
このように、従来は上位制御手段が全て負担していた処理を下位制御手段にも負担させることにしたので、以下のような利点を得ることができる。
各下位制御手段からは、配下にある組電池のうち、充放電可能な組電池数を上位制御装置に通知すればよいので、電池情報等の組電池の詳細な情報を送信する場合に比べて、通信量を低減させることが可能となる。
また、上位制御手段は、各下位制御手段から通知された組電池数に基づいて要求充放電指令を分配すればよいので、上位制御装置における処理負担を軽減させることができる。
更に、下位制御手段は、配下における各組電池の情報を考慮して、上位制御手段からの第1配分充放電指令を各二次電池ユニットに配分するので、電池状態を考慮した充放電を各二次電池ユニットに実施させることが可能となる。
上述のように、下位制御手段から上位制御手段への通信量を低減させるとともに、上位制御手段における処理負担を軽減させることにより、指令送信時間や演算処理時間を短縮することができ、組電池に過電流が流れることを防止することが可能となる。
このように、従来は上位制御手段が全て負担していた処理を下位制御手段にも負担させることにしたので、以下のような利点を得ることができる。
各下位制御手段からは、配下にある組電池のうち、充放電可能な組電池数を上位制御装置に通知すればよいので、電池情報等の組電池の詳細な情報を送信する場合に比べて、通信量を低減させることが可能となる。
また、上位制御手段は、各下位制御手段から通知された組電池数に基づいて要求充放電指令を分配すればよいので、上位制御装置における処理負担を軽減させることができる。
更に、下位制御手段は、配下における各組電池の情報を考慮して、上位制御手段からの第1配分充放電指令を各二次電池ユニットに配分するので、電池状態を考慮した充放電を各二次電池ユニットに実施させることが可能となる。
上述のように、下位制御手段から上位制御手段への通信量を低減させるとともに、上位制御手段における処理負担を軽減させることにより、指令送信時間や演算処理時間を短縮することができ、組電池に過電流が流れることを防止することが可能となる。
上記二次電池システムにおいて、前記下位制御手段は、前記組電池数に加えて、配下にある各前記二次電池ユニットの出力合計値を前記上位制御手段に送信し、前記上位制御手段の前記第1指令設定手段は、前記下位制御手段から受信した前記組電池数及び前記出力合計値に基づいて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定することとしてもよい。
例えば、下位制御手段は、各組電池の情報を考慮して上位制御手段からの第1配分充放電指令を配分し、二次電池ユニット毎の第2分配充放電指令を設定するが、組電池の劣化状態や充電状態等によっては、二次電池ユニットの出力が第2分配充放電指令に満たない場合が生じるおそれがある。このような場合に、各下位制御手段が、配下にある二次電池ユニットの出力合計値を上位制御手段にフィードバックすることで、上位制御手段は、各下位制御手段の配下にある二次電池ユニットの出力能力に応じた要求充放電指令の分配を行うことができる。これにより、二次電池ユニットの出力能力に応じて、要求充放電指令を適切に各下位制御手段に割り振ることが可能となる。
上記二次電池システムにおいて、前記下位制御手段は、前記組電池数に代えて、配下にある各前記二次電池ユニットの出力合計値を前記上位制御手段に送信し、前記上位制御手段の前記第1指令設定手段は、前記下位制御手段から受信した前記出力合計値に応じて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定することとしてもよい。
組電池数に代えて、配下にある各前記二次電池ユニットの出力合計値を下位制御手段から前記上位制御手段に送信することにより、上位制御手段は、各下位制御手段の配下にある二次電池ユニットの出力能力に応じた要求充放電指令の分配を行うことができる。これにより、その時々の二次電池ユニットの出力能力に応じて、要求充放電指令を適切に各下位制御手段に割り振ることが可能となる。
本発明の第2態様は、自然エネルギーを用いて発電する発電装置と、前記発電装置の出力を平滑化するために用いられる上記いずれかの二次電池システムとを備え、前記要求充放電指令が、前記発電装置の出力に基づいて設定される発電システムである。
本発明の第3態様は、要求充放電指令に基づいて充放電を行う二次電池システムの制御方法であって、前記二次電池システムは、複数の組電池と、前記複数の組電池に対応して設けられた電力変換手段とを備える複数の二次電池ユニットと、1または複数の前記二次電池ユニットに対応して設けられた複数の下位制御手段と、各前記下位制御手段と通信可能とされた上位制御手段とを備え、各前記下位制御手段は、配下にある複数の前記組電池のうち、充放電可能な組電池数を前記上位制御手段に送信し、前記上位制御手段は、前記下位制御手段から受信した前記組電池数に応じて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定して、各前記第1分配充放電指令をそれぞれの前記下位制御手段に送信し、前記下位制御手段は、前記上位制御手段から通知される第1分配充放電指令及び配下にある各前記組電池の状態に基づいて、前記二次電池ユニット毎の充放電指令である第2分配充放電指令を設定する二次電池システムの制御方法である。
上記二次電池システムの制御方法において、前記下位制御手段は、前記組電池数に加えて、配下にある各前記二次電池ユニットの出力合計値を前記上位制御手段に送信し、前記上位制御手段は、前記下位制御手段から受信した前記組電池数及び前記出力合計値に基づいて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定することとしてもよい。
上記二次電池システムの制御方法において、前記下位制御手段は、前記組電池数に代えて、配下にある各前記二次電池ユニットの出力合計値を前記上位制御手段に送信し、前記上位制御手段は、前記下位制御手段から受信した前記出力合計値に応じて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定することとしてもよい。
本発明によれば、取り扱うデータ量を少なくしてシステムを小型化するとともに、過電圧トリップの発生頻度を低減させることができるという効果を奏する。
〔第1実施形態〕
以下に、本発明の第1実施形態に係る二次電池システム及びその制御方法について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る二次電池システム1の概略構成を示した図である。図1に示すように、二次電池システム1は、要求充放電指令に基づいて充放電を行う二次電池システムである。要求充放電指令は、例えば、当該二次電池システム1が適用されるシステムから通知されるものであってもよいし、当該二次電池システムが適用されるシステムから与えられる情報に基づいて、当該二次電池システム内で生成される指令であってもよい。
以下に、本発明の第1実施形態に係る二次電池システム及びその制御方法について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る二次電池システム1の概略構成を示した図である。図1に示すように、二次電池システム1は、要求充放電指令に基づいて充放電を行う二次電池システムである。要求充放電指令は、例えば、当該二次電池システム1が適用されるシステムから通知されるものであってもよいし、当該二次電池システムが適用されるシステムから与えられる情報に基づいて、当該二次電池システム内で生成される指令であってもよい。
例えば、当該二次電池システムが車両に搭載される場合には、車両の制御を司る上位の制御システムから要求充放電指令が与えられることとしてもよい。また、例えば、風車などの自然エネルギーを用いて発電する発電システムにおいて、発電電力の平滑化を目的として当該二次電池システムが適用される場合には、発電電力の情報に基づいて、当該二次電池システム内において、要求充放電指令を生成することとしてもよい。
図1に示すように、本実施形態に係る二次電池システムは、上位制御装置10、上位制御装置と通信可能に設けられた複数の下位制御装置20a〜20c(以下、全ての下位制御装置を示すときは単に符号「20」を付し、各下位制御装置を示すときは符号「20a」、「20b」等を付す。また、他の構成についても同様とする)、及び各下位制御装置20a〜20cの配下にそれぞれ設けられた複数の二次電池ユニット2a〜2fを備えている。
図1では、下位制御装置20aの配下に二次電池ユニット2a、2bが、下位制御装置20bの配下に二次電池ユニット2c、2dが、下位制御装置20cの配下に二次電池ユニット2e、2fがそれぞれ設けられているが、これら構成は一例である。たとえば、二次電池ユニット2の設置数及び下位制御装置20の設置数はこの例に限定されず、当該二次電池システム1に要求される出力電力などに応じて、適宜設定することが可能である。また、下位制御装置20が配下とする二次電池ユニット2の数についても適宜設定することが可能である。
図2は、下位制御装置20aの配下にある二次電池ユニット2a、2bの概略構成を示した図である。なお、下位制御装置20b,20cの配下にある各二次電池ユニット2c〜2fの構成も図2に示される二次電池ユニット2a、2bの構成と同様である。
図2に示すように、二次電池ユニット2aは、複数の組電池3a1〜3a3及びパワーコンディショナ(PCS)4aを備えている。同様に、二次電池ユニット2bは、複数の組電池3b1〜3b3及びパワーコンディショナ(PCS)4aを備えている。
各組電池3は、例えば、1つ以上の二次電池(例えば、リチウム二次電池)をそれぞれ備えている。各組電池3において、二次電池の接続形態は限定されず、一例として、複数の二次電池を直列に接続した接続形態が挙げられる。
パワーコンディショナ(電力変換手段)4は、組電池3の充放電を制御する装置であり、例えば、双方向インバータ、該インバータを駆動制御する制御部等を備えている。
図2に示すように、二次電池ユニット2aは、複数の組電池3a1〜3a3及びパワーコンディショナ(PCS)4aを備えている。同様に、二次電池ユニット2bは、複数の組電池3b1〜3b3及びパワーコンディショナ(PCS)4aを備えている。
各組電池3は、例えば、1つ以上の二次電池(例えば、リチウム二次電池)をそれぞれ備えている。各組電池3において、二次電池の接続形態は限定されず、一例として、複数の二次電池を直列に接続した接続形態が挙げられる。
パワーコンディショナ(電力変換手段)4は、組電池3の充放電を制御する装置であり、例えば、双方向インバータ、該インバータを駆動制御する制御部等を備えている。
また、各組電池3a1〜3a3、3b1〜3b3に対応して、電池管理ユニット(BMU:Battery Management Unit)5a1〜5a3、5b1〜5b3が設けられている。なお、電池管理ユニット5は、各組電池3を構成する各二次電池の状態を管理・制御する制御回路であり、二次電池の保護、単電池電圧を均一化するセルバランス制御等を行う。なお、電池管理ユニット5は、公知の構成であるためここでの詳細説明は省略する。
なお、図2では、各二次電池ユニット2a、2bがそれぞれ3つの組電池3a1〜3a3、3b1〜3b3を備える場合を例示しているが、組電池の設置数はこの例に限定されるものではない。
図1、図2に示すように、下位制御装置20aは、その配下にある二次電池ユニット2a、2bのパワーコンディショナ4a、4bと双方向通信が可能に構成され、また、各電池管理ユニット5a1〜5a3、5b1〜5b3から各組電池の情報及び各組電池を構成する各二次電池の状態を示す情報が通知されるように構成されている。電池の状態を示す情報には、例えば、残容量(SOC:State Of Charge)、劣化度に関する情報、電圧情報などが含まれる。
図3は、上位制御装置10と各下位制御装置20aとが備える機能を展開して示した機能ブロック図である。なお、下位制御装置20b、20cも下位制御装置20aと備える機能が同様であることから、図3では例示を省略している。
上位制御装置10及び下位制御装置20a〜20cは、例えば、コンピュータであり、CPU(中央演算処理装置)、RAM(Random Access Memory)等の主記憶装置、補助記憶装置、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置等を備えている。また、必要に応じて、キーボードやマウスなどの入力装置及びディスプレイやプリンタなどの出力装置等を備えていてもよい。補助記憶装置は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等が挙げられる。
図3に示される各部により実現される後述の各種処理は、CPUが補助記憶装置に記憶されている各種プログラムを主記憶装置に読み出して実行することにより、実現されるものである。
図3に示される各部により実現される後述の各種処理は、CPUが補助記憶装置に記憶されている各種プログラムを主記憶装置に読み出して実行することにより、実現されるものである。
図3に示されるように、上位制御装置10は、第1指令設定部11及び上位通信部12を主な構成として備えている。下位制御装置20aは、下位通信部21aと、第2指令設定部22aとを備えている。
下位制御装置20aにおいて、下位通信部21aは、配下にある複数の組電池3a1〜3a3、3b1〜3b3のうち、充放電可能な組電池数を上位制御装置10に送信する。また、第2指令設定部22aは、上位制御装置10から通知される後述の第1分配充放電指令及び電池管理ユニット5a1〜5a3、5b1〜5b3から通知される各組電池3a1〜3a3、3b1〜3b3の電池状態に基づいて、二次電池ユニット2a、2b毎の充放電指令(以下「第2分配充放電指令」という)を設定する。
例えば、第2指令設定部22aは、組電池3a1〜3a3、3b1〜3b3の状態に基づいて、二次電池ユニット2a、2bの合計出力値が第1分配充放電指令に一致するように、第1分配充放電指令を各二次電池ユニット2a、2bに分配する。より具体的には、二次電池ユニット2aの一部の組電池が劣化しており、出力が低下する場合には、その出力低下分を二次電池ユニット2bに上乗せさせることにより、二次電池ユニット2a、2bの合計出力値が第1分配充電指令に一致するようにする。なお、このような分配の調整を行っても二次電池ユニット2a、2bの合計出力値が第1分配充電指令に満たなかった場合には、要求を満たせない旨を下位制御装置20aから上位制御装置10に通知することとしてもよい。
例えば、第2指令設定部22aは、組電池3a1〜3a3、3b1〜3b3の状態に基づいて、二次電池ユニット2a、2bの合計出力値が第1分配充放電指令に一致するように、第1分配充放電指令を各二次電池ユニット2a、2bに分配する。より具体的には、二次電池ユニット2aの一部の組電池が劣化しており、出力が低下する場合には、その出力低下分を二次電池ユニット2bに上乗せさせることにより、二次電池ユニット2a、2bの合計出力値が第1分配充電指令に一致するようにする。なお、このような分配の調整を行っても二次電池ユニット2a、2bの合計出力値が第1分配充電指令に満たなかった場合には、要求を満たせない旨を下位制御装置20aから上位制御装置10に通知することとしてもよい。
上位制御装置10において、第1指令設定部11は、下位制御装置20a〜20cから受信した組電池数に応じて、要求充放電指令を分配して下位制御装置毎の充放電指令である第1分配充放電指令を設定する。例えば、第1指令設定部11は、下位制御装置20a〜20cから通知された組電池数に対応する割合で要求充放電指令を配分する。
具体的には、下位制御装置20aから受信した組電池数をα、下位制御装置20bから受信した組電池数をβ、下位制御装置20cから受信した組電池数をγとすると、下位制御装置20aの第1分配充放電指令は以下の(1)式で与えられる。
具体的には、下位制御装置20aから受信した組電池数をα、下位制御装置20bから受信した組電池数をβ、下位制御装置20cから受信した組電池数をγとすると、下位制御装置20aの第1分配充放電指令は以下の(1)式で与えられる。
第1分配充放電指令=(要求充放電指令×α)/(α+β+γ) (1)
上位通信部12は、第1指令設定部11によって設定された第1分配充放電指令を各下位制御装置20a〜20cに送信する。
次に、本実施形態に係る二次電池システム1における情報の授受について図3及び図4を参照して説明する。
ここで、上位制御装置10の制御周期は、通信周期も含めると下位制御装置20a〜20cの制御周期(例えば、数mS〜10mS程度)よりも長い。例えば、制御周期は下位制御装置の制御周期の数倍から100倍程度にもなる。したがって、下位制御装置20a〜20cはそれぞれ、上位制御装置10から新たな第1分配充放電指令を受信するまで、直近に受信した第1分配充放電指令を用いて、その時々の組電池(各二次電池)の状態に応じて、第2分配充放電指令を設定する。なお、以下の説明においては、下位制御装置20aと上位制御装置10との間の情報の授受等について説明するが、下位制御装置20b、20cと上位制御装置10との間のやり取りについても同様である。
ここで、上位制御装置10の制御周期は、通信周期も含めると下位制御装置20a〜20cの制御周期(例えば、数mS〜10mS程度)よりも長い。例えば、制御周期は下位制御装置の制御周期の数倍から100倍程度にもなる。したがって、下位制御装置20a〜20cはそれぞれ、上位制御装置10から新たな第1分配充放電指令を受信するまで、直近に受信した第1分配充放電指令を用いて、その時々の組電池(各二次電池)の状態に応じて、第2分配充放電指令を設定する。なお、以下の説明においては、下位制御装置20aと上位制御装置10との間の情報の授受等について説明するが、下位制御装置20b、20cと上位制御装置10との間のやり取りについても同様である。
まず、下位制御装置20aは、配下にある電池管理ユニット5a1〜5a3、5b1〜5b3やパワーコンディショナ4a,4bから組電池3a1〜3a3、3b1〜3b3の充電容量(SOC)、電圧、電流、温度などの情報を取得する(ステップSA1)。下位制御装置20aは、これらの情報に基づいて、充放電可能な組電池数を上位制御装置10に送信する(ステップSA2)。また、下位制御装置20aは、これら組電池の情報から、組電池が所定の充放電特性(容量や電圧など)を満たすことができず、性能低下したものを充放電不可能と判断する。さらに、充放電可能とした各組電池の間の充放電特性の差が所定内にある場合には、フィードフォワード系の制御により制御を行う。
上位制御装置10は、下位制御装置20aから受信した組電池数及び同様に下位制御装置20b,20cから受信した組電池数を用いて、要求充放電指令を分配し、各下位制御装置20a〜20cに第1分配充放電指令を設定する(ステップSA3)。下位制御装置20aに設定された第1分配充放電指令は、上位制御装置10から下位制御装置20aに送信される(ステップSA4)。
下位制御装置20aは、第1分配充放電指令を受信すると、この第1分配充放電指令を各二次電池ユニット3a、3bのSOCや電圧などに代表される電池状態に応じて分配し、各二次電池ユニットに第2分配充放電指令をそれぞれ割り当てる(ステップSA5)。第2分配充放電指令は、例えば、下位制御装置20aから二次電池ユニット3a、3bのパワーコンディショナ4a、4bにそれぞれ与えられる(ステップSA6)。
各パワーコンディショナ4a、4bの制御部(図示略)は、下位制御装置20aから与えられた第2分配充放電指令に基づいて、インバータを駆動制御することにより、充放電を制御する。
下位制御装置20aの第2指令設定部22aは、上位制御装置10から次の第1分配充電指令を受信するまで、現在の第1分配充電指令に基づく第2分配充放電指令の設定を自身の制御周期で繰り返し行う。
下位制御装置20aは、第1分配充放電指令を受信すると、この第1分配充放電指令を各二次電池ユニット3a、3bのSOCや電圧などに代表される電池状態に応じて分配し、各二次電池ユニットに第2分配充放電指令をそれぞれ割り当てる(ステップSA5)。第2分配充放電指令は、例えば、下位制御装置20aから二次電池ユニット3a、3bのパワーコンディショナ4a、4bにそれぞれ与えられる(ステップSA6)。
各パワーコンディショナ4a、4bの制御部(図示略)は、下位制御装置20aから与えられた第2分配充放電指令に基づいて、インバータを駆動制御することにより、充放電を制御する。
下位制御装置20aの第2指令設定部22aは、上位制御装置10から次の第1分配充電指令を受信するまで、現在の第1分配充電指令に基づく第2分配充放電指令の設定を自身の制御周期で繰り返し行う。
以上、説明したように、本実施形態に係る二次電池システム1及びその制御方法によれば、上位制御装置10において、下位制御装置20a〜20cからそれぞれ通知された充放電可能な組電池数に基づいて要求充放電指令が分配され、下位制御装置20a〜20c毎の第1分配充放電指令が設定される。第1分配充放電指令は、それぞれの下位制御装置20a〜20cにそれぞれ送信される。下位制御装置20a〜20cでは、配下にある組電池3の状態に応じて、第1分配充放電指令が分配されて、二次電池ユニット2毎の充放電指令である第2分配充放電指令が設定される。そして、この第2分配充放電指令に基づいて、各二次電池ユニット2の充放電が制御される。
このように、従来は上位制御装置10が全て負担していた処理を下位制御装置20a〜20cにも負担させることにしたので、以下のような利点を得ることができる。
このように、従来は上位制御装置10が全て負担していた処理を下位制御装置20a〜20cにも負担させることにしたので、以下のような利点を得ることができる。
各下位制御装置20a〜20cからは、配下にある二次電池ユニット2a〜2fの充放電可能な組電池数を通知すればよいので、電池情報等の組電池の詳細な情報を上位制御装置10に送信する場合に比べて、通信量を低減させることが可能となる。
また、上位制御装置10は、各下位制御装置20a〜20cから通知された組電池数に基づいて要求充放電指令を分配すればよいので、上位制御装置10における処理負担を軽減させることができる。よって、システム全体において取り扱うデータ量を少なくしてシステムを小型化することができる。
また、上位制御装置10は、各下位制御装置20a〜20cから通知された組電池数に基づいて要求充放電指令を分配すればよいので、上位制御装置10における処理負担を軽減させることができる。よって、システム全体において取り扱うデータ量を少なくしてシステムを小型化することができる。
更に、下位制御装置20a〜20cは、各組電池3の情報を考慮して、上位制御装置10からの第1配分充放電指令を配分して、各パワーコンディショナ4に与えるので、電池状態を考慮した充放電を各二次電池ユニット2a〜2fに実施させることが可能となる。これにより、組電池3に過電流が流れることを防止することが可能となる。
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係る二次電池システム1´について図5を参照して説明する。本実施形態に係る二次電池システム1´は、各下位制御装置20a´〜20c´から上位制御装置10´に対して、充放電可能な組電池数に加えて、配下にある二次電池ユニットの出力合計値(例えば、充放電電力等)が送信される点で、上述した第1実施形態に係る二次電池システム1と異なる。
次に、本発明の第2実施形態に係る二次電池システム1´について図5を参照して説明する。本実施形態に係る二次電池システム1´は、各下位制御装置20a´〜20c´から上位制御装置10´に対して、充放電可能な組電池数に加えて、配下にある二次電池ユニットの出力合計値(例えば、充放電電力等)が送信される点で、上述した第1実施形態に係る二次電池システム1と異なる。
つまり、フィードフォワード系の制御しか行っていなかった第1実施形態に対し、本願発明では、下位制御装置20a´〜20c´から配下にある二次電池ユニットの出力合計値が上位制御装置10´にフィードバックされる。
これにより、上位制御装置10´は、各下位制御装置20a´〜20c´に送信した第1分配充放電指令に対する各二次電池ユニットの実出力、換言すると、第1分配充放電指令に対する二次電池ユニットの実際の出力割合を把握することができる。これにより、上位制御装置10´は、各下位制御装置20a〜20cが配下に持つ二次電池ユニットの出力能力に応じて、要求充放電指令を適切に分配することが可能となる。
これにより、上位制御装置10´は、各下位制御装置20a´〜20c´に送信した第1分配充放電指令に対する各二次電池ユニットの実出力、換言すると、第1分配充放電指令に対する二次電池ユニットの実際の出力割合を把握することができる。これにより、上位制御装置10´は、各下位制御装置20a〜20cが配下に持つ二次電池ユニットの出力能力に応じて、要求充放電指令を適切に分配することが可能となる。
なお、上記第1実施形態に係る二次電池システム1において、充放電可能な組電池数に代えて、配下にある二次電池ユニット2a〜2fの出力合計値を送信することとしてもよい。このように、各下位制御装置20a〜20cが、上述した組電池数に代えて、二次電池ユニット2a〜2fの出力合計値を上位制御装置10に送信することで、上位制御装置10は、下位制御装置20a〜20cの配下にある二次電池ユニット2a〜2fから出力可能な電力等を把握することができ、本来上位制御装置が出力したかった総出力と下位制御装置20a〜20cの総実出力を比較し、出力能力に応じた要求充放電指令の再分配を行うことが可能となる。これにより、その時々の二次電池ユニットの出力能力に応じて、要求充放電指令を適切に各下位制御手段に割り当てることが可能となり、本来上位制御装置が出力したかった総出力の出力が可能となる。
〔応用例1〕
図6は、上述した本発明の第1実施形態に係る二次電池システムを発電システム30に適用した場合の概略構成を示した図である。図6に示すように、発電システム30は、自然エネルギーに基づいて発電を行う発電装置40と、発電装置40の出力を平滑化するための二次電池システム1とを備えている。発電装置40は、例えば、太陽電池や、風車などが挙げられる。
このような構成において、二次電池システム1には、発電装置40の出力電力等が入力情報として入力される。二次電池システム1は、これらの入力情報に基づいて、発電装置40の出力を平滑化するための電流指令である要求充放電指令を生成する。そして、この要求充放電指令が上述した図1の上位制御装置10に与えられることにより、要求充放電指令に基づく各二次電池の制御が実施される。なお、図6に示した発電システムに適用される二次電池システムは、第2実施形態に係る二次電池システム1´であってもよい。また、組電池数に代えて、各二次電池ユニットの出力合計値が下位制御装置20a〜20cから上位制御装置10に通知されるような二次電池システムとしてもよい。
図6は、上述した本発明の第1実施形態に係る二次電池システムを発電システム30に適用した場合の概略構成を示した図である。図6に示すように、発電システム30は、自然エネルギーに基づいて発電を行う発電装置40と、発電装置40の出力を平滑化するための二次電池システム1とを備えている。発電装置40は、例えば、太陽電池や、風車などが挙げられる。
このような構成において、二次電池システム1には、発電装置40の出力電力等が入力情報として入力される。二次電池システム1は、これらの入力情報に基づいて、発電装置40の出力を平滑化するための電流指令である要求充放電指令を生成する。そして、この要求充放電指令が上述した図1の上位制御装置10に与えられることにより、要求充放電指令に基づく各二次電池の制御が実施される。なお、図6に示した発電システムに適用される二次電池システムは、第2実施形態に係る二次電池システム1´であってもよい。また、組電池数に代えて、各二次電池ユニットの出力合計値が下位制御装置20a〜20cから上位制御装置10に通知されるような二次電池システムとしてもよい。
本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。
1、1´ 二次電池システム
2、2a〜2f 二次電池ユニット
3、3a1〜3a3、3b1〜3b3 組電池
4a、4b パワーコンディショナ(電力変換手段)
5、5a1〜5a3、5b1〜5b3 電池管理ユニット
10、10´ 上位制御装置(上位制御手段)
11 第1指令設定部(第1指令設定手段)
12 上位通信部(上位送信手段)
20a〜20c、20a´〜20c´ 下位制御装置(下位制御手段)
21a 下位通信部(下位送信手段)
22a 第2指令設定部(第2指令設定手段)
30 発電システム
40 発電装置
2、2a〜2f 二次電池ユニット
3、3a1〜3a3、3b1〜3b3 組電池
4a、4b パワーコンディショナ(電力変換手段)
5、5a1〜5a3、5b1〜5b3 電池管理ユニット
10、10´ 上位制御装置(上位制御手段)
11 第1指令設定部(第1指令設定手段)
12 上位通信部(上位送信手段)
20a〜20c、20a´〜20c´ 下位制御装置(下位制御手段)
21a 下位通信部(下位送信手段)
22a 第2指令設定部(第2指令設定手段)
30 発電システム
40 発電装置
Claims (7)
- 要求充放電指令に基づいて充放電を行う二次電池システムであって、
複数の組電池と、前記複数の組電池に対応して設けられた電力変換手段とを備える複数の二次電池ユニットと、
1または複数の前記二次電池ユニットに対応して設けられた複数の下位制御手段と、
各前記下位制御手段と通信可能とされた上位制御手段と
を備え、
各前記下位制御手段は、
配下にある複数の前記組電池のうち、充放電可能な組電池数を前記上位制御手段に送信する下位送信手段と、
前記上位制御手段から通知される第1分配充放電指令及び配下にある各前記組電池の状態に基づいて、前記二次電池ユニット毎の充放電指令である第2分配充放電指令を設定する第2指令設定手段と
を備え、
前記上位制御手段は、
前記下位制御手段から受信した前記組電池数に応じて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定する第1指令設定手段と、
該第1分配充放電指令を各前記下位制御手段にそれぞれ送信する上位送信手段と
を備える二次電池システム。 - 前記下位制御手段は、前記組電池数に加えて、配下にある各前記二次電池ユニットの出力合計値を前記上位制御手段に送信し、
前記上位制御手段の前記第1指令設定手段は、前記下位制御手段から受信した前記組電池数及び前記出力合計値に基づいて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定する請求項1に記載の二次電池システム。 - 前記下位制御手段は、前記組電池数に代えて、配下にある各前記二次電池ユニットの出力合計値を前記上位制御手段に送信し、
前記上位制御手段の前記第1指令設定手段は、前記下位制御手段から受信した前記出力合計値に応じて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定する請求項1に記載の二次電池システム。 - 自然エネルギーを用いて発電する発電装置と、
前記発電装置の出力を平滑化するために用いられる請求項1から請求項3のいずれかに記載の二次電池システムと
を備え、
前記充放電指令が、前記発電装置の出力に基づいて設定される発電システム。 - 要求充放電指令に基づいて充放電を行う二次電池システムの制御方法であって、
前記二次電池システムは、
複数の組電池と、前記複数の組電池に対応して設けられた電力変換手段とを備える複数の二次電池ユニットと、
1または複数の前記二次電池ユニットに対応して設けられた複数の下位制御手段と、
各前記下位制御手段と通信可能とされた上位制御手段と
を備え、
各前記下位制御手段は、配下にある複数の前記組電池のうち、充放電可能な組電池数を前記上位制御手段に送信し、
前記上位制御手段は、前記下位制御手段から受信した前記組電池数に応じて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定して、各前記第1分配充放電指令をそれぞれの前記下位制御手段に送信し、
前記下位制御手段は、前記上位制御手段から通知される第1分配充放電指令及び配下にある各前記組電池の状態に基づいて、前記二次電池ユニット毎の充放電指令である第2分配充放電指令を設定する二次電池システムの制御方法。 - 前記下位制御手段は、前記組電池数に加えて、配下にある各前記二次電池ユニットの出力合計値を前記上位制御手段に送信し、
前記上位制御手段は、前記下位制御手段から受信した前記組電池数及び前記出力合計値に基づいて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定する請求項5に記載の二次電池システムの制御方法。 - 前記下位制御手段は、前記組電池数に代えて、配下にある各前記二次電池ユニットの出力合計値を前記上位制御手段に送信し、
前記上位制御手段は、前記下位制御手段から受信した前記出力合計値に応じて、前記要求充放電指令を分配して前記下位制御手段毎の前記第1分配充放電指令を設定する請求項5に記載の二次電池システムの制御方法。
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JP2013115839A JP2014236561A (ja) | 2013-05-31 | 2013-05-31 | 二次電池システム及びその制御方法並びに発電システム |
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-
2013
- 2013-05-31 JP JP2013115839A patent/JP2014236561A/ja active Pending
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