JP2014239622A - Control device and control method, and power storage system comprising control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御装置及び制御方法並びにそれを備えた蓄電システムに関するものである。 The present invention relates to a control device, a control method, and a power storage system including the control device.
例えば、自然エネルギーを利用した発電設備は、複数の電池及び電池モジュールを有した蓄電システムが設けられており、発電設備の出力変動を蓄電システムの充放電によって補い、平準化或いはピークシフトしている。このような環境下で用いられる蓄電システムは充放電が繰り返し行われるが、蓄電システムの電池がリチウムイオン電池等の二次電池の場合は、充放電を繰り返すことにより二次電池の内部抵抗が大きくなり、電池自体の温度が高くなるという特徴がある。そのため、二次電池を用いる場合には、二次電池の充電率(SOC:State of Charge)と温度の状態を監視しながら発電設備を運転する必要があることが知られている。 For example, a power generation facility using natural energy is provided with a power storage system having a plurality of batteries and battery modules, and the output fluctuation of the power generation facility is compensated by charging / discharging of the power storage system, and leveling or peak shifting is performed. . The power storage system used in such an environment is repeatedly charged and discharged. However, when the battery of the power storage system is a secondary battery such as a lithium ion battery, the internal resistance of the secondary battery is increased by repeatedly charging and discharging. Thus, the temperature of the battery itself is high. Therefore, it is known that when a secondary battery is used, it is necessary to operate the power generation equipment while monitoring the state of charge (SOC) and temperature state of the secondary battery.
下記特許文献1では、電池集合体の各二次電池間のチャンネルに温度制御用空気を流通させ、各々の単位電池から発生する熱が冷却されるようにして、二次電池の温度を制御することが記載されている。
下記特許文献2では、インバータ出力値に基づいて二次電池出力を少なくすることにより、二次電池の自己発熱量を抑制する技術が記載されている。
下記特許文献3では、目標SOCと、電池設備のSOCとの差分に所定のゲインを乗算してSOC補償量を算出して、SOCが50%を維持するように制御する技術が記載されている。
In the following
In the following
しかしながら、運用を優先する場合には、電池の温度が高くなっていていたとしても電力系統からの要求に従う、或いは、電力系統よりも上位側の要求に従って充放電を繰り返すこととなる。そうすると、いずれ電池または電池モジュールの温度上限値を超えてしまい、結果的に蓄電システムが停止し、発電設備の稼働率の低下に繋がるという問題があった。上記特許文献3に記載の方法では、SOCが目標値(50%)を維持するように制御しており、二次電池が劣化している場合には二次電池の温度上昇が進み、蓄電システムの稼働率低下を抑制することができなかった。
However, when priority is given to operation, charging / discharging is repeated according to a request from the power system or according to a request from a higher level than the power system even if the temperature of the battery is high. If it does so, the temperature upper limit of a battery or a battery module will be exceeded, and there existed a problem that an electrical storage system stopped as a result and led to the fall of the operation rate of power generation equipment. In the method described in
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、二次電池が劣化した後でも、蓄電システムの稼働率低下を抑制する制御装置及び制御方法並びにそれを備えた蓄電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a control device and a control method for suppressing a reduction in operating rate of a power storage system even after a secondary battery has deteriorated, and a power storage system including the same. The purpose is to do.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される二次電池の充放電を制御する制御装置であって、前記二次電池の現在の充電率である現状値と前記二次電池の目標充電率との差にゲインを乗じ、前記現状値を前記目標充電率に近づけるように制御し、前記二次電池の充放電指令値を調整する指令値調整手段を具備し、前記指令値調整手段は、前記二次電池の温度に応じて前記ゲインを調整する制御装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention is a control device that controls charging and discharging of a secondary battery that is connected to a power system and connected to a power generator that generates power by natural energy, and is a current value that is a current charging rate of the secondary battery And a command value adjusting means for adjusting the charge / discharge command value of the secondary battery by multiplying the difference between the target charge rate of the secondary battery and a gain, controlling the current value so as to approach the target charge rate. And the said command value adjustment means provides the control apparatus which adjusts the said gain according to the temperature of the said secondary battery.
このような構成によれば、電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される二次電池の充放電を制御する制御装置において、二次電池の温度に応じて調整されたゲインが、現在の充電率である現状値と目標充電率との差に乗じられ、現状値が目標充電率に近づけるように制御されて、二次電池の充放電指令値が調整される。
このように本発明は、二次電池の温度が高い場合と温度が低い場合とで現状値と目標充電率との差に乗じられるゲインを異ならせる等の調整ができるので、二次電池が劣化し、二次電池の温度に変化があった場合には、充放電指令値を温度に応じて調整できる。これにより、充放電量を制限し、二次電池の温度上昇を抑制するので、二次電池の充放電運転を継続させることができ、システム稼働率低下の抑制につながる。二次電池が劣化した場合に、簡易に劣化状態を監視できる手段として二次電池の温度に変化が生じることを見出したことで、二次電池の劣化状態を示す温度に対して、充放電指令値を調整することができる。これにより、二次電池の温度が上限値を超えてしまうことで二次電池を停止させることがないため、二次電池の充放電運転を継続させることができる。
According to such a configuration, in the control device that controls charging / discharging of the secondary battery that is linked to the power system and connected to the power generation device that generates power by natural energy, it is adjusted according to the temperature of the secondary battery. The gain is multiplied by the difference between the current value, which is the current charging rate, and the target charging rate, and the current value is controlled to approach the target charging rate, thereby adjusting the charge / discharge command value of the secondary battery.
As described above, according to the present invention, since the gain multiplied by the difference between the current value and the target charging rate can be adjusted depending on whether the temperature of the secondary battery is high or low, the secondary battery is deteriorated. When the temperature of the secondary battery changes, the charge / discharge command value can be adjusted according to the temperature. Thereby, the charge / discharge amount is limited and the temperature rise of the secondary battery is suppressed, so that the charge / discharge operation of the secondary battery can be continued, leading to the suppression of the system operation rate decrease. When the secondary battery has deteriorated, it has been found that the temperature of the secondary battery changes as a means for easily monitoring the deterioration state. The value can be adjusted. Thereby, since the secondary battery is not stopped when the temperature of the secondary battery exceeds the upper limit value, the charge / discharge operation of the secondary battery can be continued.
上記制御装置は、前記発電装置の出力に応じて、前記発電装置の出力変動を補い、かつ、前記二次電池の充電率が所定範囲内に収まるような前記充放電指令値を決定する指令値決定手段を具備し、前記指令値決定手段は、前記指令値調整手段から取得する制御量に基づいて、前記充放電指令値を決定することが好ましい。 The control device compensates for the output fluctuation of the power generation device according to the output of the power generation device, and determines the charge / discharge command value so that the charging rate of the secondary battery is within a predetermined range. It is preferable that a determination unit is provided, and the command value determination unit determines the charge / discharge command value based on a control amount acquired from the command value adjustment unit.
このように、二次電池の充電率を所定範囲内に収めるように制御されることにより、従来のように二次電池の充電率が目標値で平準化されるよう制御される場合と比較して、二次電池の充放電制御量の要求を緩和させることができ、二次電池の温度上昇を抑制できる。ここで、所定範囲とは、二次電池の平準化の目標値を含み、かつ、発電装置の出力と合成された場合に電力系統側からの要求を満たす出力が得られる充電率となる範囲である。 In this way, by controlling the charging rate of the secondary battery to be within a predetermined range, the charging rate of the secondary battery is controlled to be leveled at the target value as in the conventional case. Thus, the charge / discharge control amount requirement of the secondary battery can be relaxed, and the temperature rise of the secondary battery can be suppressed. Here, the predetermined range is a range including a target value for leveling the secondary battery and a charging rate at which an output satisfying the demand from the power system side is obtained when combined with the output of the power generation device. is there.
上記制御装置において、前記指令値調整手段は、前記二次電池の温度が高くなるに従い、大きな前記ゲインを設定し、前記指令値調整手段で設定される前記ゲインが大きいほど、前記発電装置による発電量に対する前記二次電池の前記充放電指令値の絶対値が小さくなるように制御することが好ましい。 In the above control device, the command value adjusting means sets the gain larger as the temperature of the secondary battery becomes higher, and the larger the gain set by the command value adjusting means, It is preferable to control so that the absolute value of the charge / discharge command value of the secondary battery with respect to the amount becomes small.
二次電池の温度が高くなるほどゲインを大きくして二次電池の充放電量に制限がかけられることにより、より確実に二次電池の温度上昇が抑制され、システム稼働率低下の抑制につながる。 As the temperature of the secondary battery increases, the gain is increased and the charge / discharge amount of the secondary battery is limited, so that the temperature rise of the secondary battery is more reliably suppressed and the system operation rate is reduced.
上記制御装置は、前記指令値調整手段は、前記二次電池の温度の時間に対する変化率が第1所定値より小さいか否かを判定する変化率判定手段を具備し、前記指令値調整手段は、前記変化率判定手段により前記変化率が第1所定値以上であると判定された場合には、温度に対して、前記変化率が前記第1所定値より小さい場合に乗じられる前記ゲインより大きな前記ゲインを設定することとしてもよい。 The control device includes a change rate determination unit that determines whether or not a change rate of the temperature of the secondary battery with respect to time is smaller than a first predetermined value, and the command value adjustment unit includes: When the change rate is determined by the change rate determination means to be greater than or equal to a first predetermined value, the gain is multiplied with respect to the temperature when the change rate is smaller than the first predetermined value. The gain may be set.
二次電池の温度の時間に対する変化率が第1所定値以上である場合、つまり、例えば急激な温度変化が生じた状況においては、変化率が第1所定値より小さい場合よりもゲインを大きく設定し、二次電池の充放電制御量を小さくするように制御することにより、二次電池の温度上昇をより確実に抑制し、二次電池を安全側に制御できる。 When the rate of change of the temperature of the secondary battery with respect to time is equal to or higher than the first predetermined value, that is, in a situation where, for example, a sudden temperature change occurs, the gain is set larger than when the rate of change is smaller than the first predetermined value. And by controlling so that the charge / discharge control amount of a secondary battery may be made small, the temperature rise of a secondary battery can be suppressed more reliably and a secondary battery can be controlled to the safe side.
上記制御装置は、前記発電装置による発電量と前記二次電池の充放電量とを加算した合成出力と、目標とする前記合成出力である目標出力との差が許容範囲内となるように計測された前記電力系統側の合成出力をフィードバック制御し、前記ゲインを調整することとしてもよい。 The control device measures so that a difference between a combined output obtained by adding the power generation amount by the power generation device and the charge / discharge amount of the secondary battery and a target output that is the target combined output is within an allowable range. The combined output on the power system side may be feedback-controlled to adjust the gain.
温度に応じてゲインを調整することにより、二次電池の充放電指令値が変動するので、合成出力が変動することになり、目標出力との差が許容範囲外となる場合も想定される。そこで、本発明は、計測された電力系統側の合成出力をフィードバック制御することにより、目標出力との差が許容範囲内となるような適切なゲインに調整することができる。 By adjusting the gain according to the temperature, the charge / discharge command value of the secondary battery varies, so that the combined output varies, and a case where the difference from the target output is outside the allowable range is also assumed. Therefore, according to the present invention, it is possible to adjust the gain so that the difference from the target output is within the allowable range by performing feedback control on the measured combined output on the power system side.
上記いずれかに記載の制御装置が、空気調和装置により室内温度が調整される閉空間に設置されており、前記閉空間の温度と、前記二次電池の温度との差が大きくなった場合には、前記空気調和装置が所望の運転がなされていないと判断し、前記指令値調整手段による前記充放電指令値の調整量を大きくすることとしてもよい。 When the control device according to any of the above is installed in a closed space where the indoor temperature is adjusted by an air conditioner, and the difference between the temperature of the closed space and the temperature of the secondary battery becomes large May determine that the air-conditioning apparatus is not in a desired operation and increase the adjustment amount of the charge / discharge command value by the command value adjusting means.
空気調和装置が所望の運転をしておらず、室内温度の調整ができない場合には、積極的に充放電指令値の調整量を大きくする(つまり、指令値調整手段に設定されるゲインを大きくする)ことにより、二次電池の温度上昇の抑制に寄与できる。 When the air conditioner is not operating as desired and the room temperature cannot be adjusted, the adjustment amount of the charge / discharge command value is positively increased (that is, the gain set in the command value adjustment means is increased). To contribute to the suppression of the temperature rise of the secondary battery.
本発明は、上記いずれかに記載の制御装置と、電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される二次電池とを具備する蓄電システムを提供する。 The present invention provides a power storage system comprising any one of the above-described control devices and a secondary battery that is connected to a power system and that is connected to a power generation device that generates power using natural energy.
上記蓄電システムは、前記制御装置が配置される閉空間の室内温度を調整する空気調和装置を具備することとしてもよい。 The power storage system may include an air conditioner that adjusts the indoor temperature of a closed space in which the control device is disposed.
本発明は、電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される二次電池の充放電を制御する制御方法であって、前記二次電池の現在の充電率である現状値と前記二次電池の目標充電率との差に、前記二次電池の温度に応じて調整されるゲインを乗じて前記現状値を前記目標充電率に近づけるように制御し、前記二次電池の充放電指令値を調整する制御方法を提供する。 The present invention is a control method for controlling charging and discharging of a secondary battery that is connected to a power system and connected to a power generation device that generates power by natural energy, and is a current value that is a current charging rate of the secondary battery And the target charging rate of the secondary battery is multiplied by a gain adjusted according to the temperature of the secondary battery to control the current value to be close to the target charging rate, A control method for adjusting a charge / discharge command value is provided.
本発明は、二次電池が劣化した後でも、蓄電システムの稼働率低下を抑制するという効果を奏する。 The present invention has an effect of suppressing a reduction in the operating rate of the power storage system even after the secondary battery has deteriorated.
以下に、本発明に係る制御装置及び制御方法並びにそれを備えた蓄電システムの実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a control device, a control method, and a power storage system including the control device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
〔第1の実施形態〕
図1は、本実施形態に係るバッテリー制御装置30(制御装置)を備えた蓄電システム1の概略構成を示している。本実施形態においては、自然エネルギーによって発電する発電装置は、風力発電装置である場合を例に挙げて説明するが、発電装置は風力発電装置の他に太陽光発電装置、波力発電装置など発電量平準化が可能な電力貯蔵装置との組合せが好ましい発電装置であり、風力発電装置に限定されない。
図1に示されるように、本実施形態に係る蓄電システム1は、風力発電装置(発電装置)2と、電力貯蔵装置3と、自然エネルギー発電コントローラ(以下「発電コントローラ」という)10とを備えており、電力系統6と接続されている。発電コントローラ10は、接続点から取得される風力発電装置の出力を電力貯蔵装置3に出力する。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
As shown in FIG. 1, a
風力発電装置2は、自然エネルギーによって発電する発電装置の一例であり、風力によって発電する発電装置である。簡素化のため図1は風力発電装置2が1個である場合を例に挙げて説明するが、風力発電装置2の個数は特に限定されない。また、本実施形態では、風力発電装置を例に挙げているが、異なる種類の発電装置が複数設けられていてもよい。
The
電力貯蔵装置3は、バッテリー制御装置30と、二次電池31と、電力変換器32とを備えている。また、電力貯蔵装置3は、二次電池31のセル温度(モジュール温度)を計測する温度計測部(図示略)を備えており、二次電池31のセル温度を計測した計測結果をバッテリー制御装置30に出力する。ここで以降の説明では、二次電池31のセル温度(モジュール温度)を簡易的に、二次電池31の温度と記載する。
二次電池31が劣化した場合に、簡易に二次電池31の劣化状態を監視できる手段として二次電池31の温度があり、二次電池31の劣化に伴い内部抵抗が上昇し、温度が変化し上昇する。この二次電池31の劣化状態を示す温度に対して、充放電量を調整することで二次電池31の温度変化を小さくすることが可能となる。なお、二次電池31の温度として計測する値は、本実施形態においては、各セルの温度のうち最も高い温度を使用することとするが、これに限定されず、例えば、各セルの平均値を使用してもよい。
The
When the
二次電池31は、リチウム二次電池、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。
バッテリー制御装置30は、例えば、図示しないCPU(中央演算装置)、RAM(Random Access Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
The
The
バッテリー制御装置30は、二次電池31の充電率(SOC)を算出或いは計測しており、発電コントローラ10から取得する風力発電装置の出力の情報に基づいて決定される充放電指令値に基づいて電力変換器32を制御して、二次電池31の充電率(SOC)を調整する。具体的には、バッテリー制御装置30は、充放電指令値を電流値として算出し、算出された電流値となるように電力変換器32のインバータを制御する。電力変換器32のインバータは双方向インバータからなり、発電装置が交流を発電する際は、交流の入力電力を直流に変換して二次電池31に充電する。また、二次電池31が直流を放電する際は、直流の放電電力を交流に変換してトランスを介して電力系統へ出力する。
The
具体的には、バッテリー制御装置30は、図2に示されるような機能ブロック図で示される。図2に示されるように、バッテリー制御装置30は、指令値調整部(指令値調整手段)33と指令値決定部(指令値決定手段)34とを備えている。
指令値調整部33は、二次電池31の現在の充電率(SOC)であるSOC現状値〔%〕と、二次電池31の目標充電率であるSOC目標値〔%〕との差にゲインKpを乗算し、SOC現状値をSOC目標値に近づけるように充電率(SOC)の補正制御をし、二次電池31の充放電指令値を調整する。指令値調整部33で決定された充電率(SOC)の制御量は、充電率(SOC)の補正制御量として指令値決定部34に出力される。
Specifically, the
The command
なお、SOC目標値に「近づける」ように制御するとは、SOC現状値がSOC目標値に一致することが目標でなく、SOC目標値を含む所定範囲を許容範囲とし、その許容範囲内となるように充電率(SOC)を制御することを意味する。つまり、二次電池31は厳密に平準化(例えば、充電率50〔%〕)を維持することまでは求められていないことに着目し、二次電池31の充電率の平準化を多少犠牲にして、二次電池31の温度上昇の抑制を優先させている。なお、所定範囲とは、二次電池の平準化の目標値を含み、かつ、発電装置の出力と合成された場合に電力系統側からの要求を満たす出力が得られる充電率となる範囲である。
Note that the control so as to “close to” the SOC target value is not a goal that the SOC current value matches the SOC target value, but a predetermined range including the SOC target value is set as an allowable range and is within the allowable range. It means that the charging rate (SOC) is controlled. That is, paying attention to the fact that the
また、指令値調整部33は、二次電池31の温度に応じてゲインKpを調整する。具体的には、図2に示されるように、指令値調整部33は、温度に対してゲインを設定するゲイン情報35を有している。指令値調整部33に設けられるゲイン情報35は、二次電池31の温度が高くなるに従い、大きなゲインが設定されるようになっている。バッテリー制御装置30には温度計測部から取得した二次電池31の温度の情報が入力されており、指令値調整部33は、取得した二次電池31の温度に対応して設定されるゲインをゲイン情報35から読み出し、読み出したゲインを優先信号としてゲインKpに設定する。
Further, the command
ここで、本実施形態においては、温度に対するゲインを取得するためゲイン情報35は、図2に示されるようにテーブルで与えられることとして説明するが、例えば、温度に応じてゲインを算出する演算式であってもよいし、線形補間によって求めることとしてもよく、特に限定されるものでない。また、本実施形態においては、ゲイン情報35は、二次電池31の温度上昇を抑制する範囲となる充放電指令値を得られる適切な値が、計測シミュレータにより事前検討されて指令値調整部33の記憶部(図示略)に格納されていることとして説明するが、これに限定されず、蓄電システム1の運用中にチューニングして適宜設定することとしてもよい。
Here, in the present embodiment, the
また、本実施形態においては、ゲイン情報35のゲインは、温度に応じて調整するが、温度に応じた調整がされない場合には、図2で示される機能ブロック図のゲインKpにおいて所定のゲインを用いることとする。所定のゲインKpが用いられる場合には、二次電池31の充電率を目標充電率(例えば、50〔%〕)に維持されるような充放電指令値が、バッテリー制御装置30から出力される。
In the present embodiment, the gain of the
指令値決定部34は、風力発電装置2の出力電力に応じて、風力発電装置2の出力変動を補い、かつ、二次電池31の充電率(SOC)が所定範囲内に収まるような充放電指令値を、指令値調整部33から取得する制御量(補正制御量)に基づいて決定する。具体的には、指令値決定部34は、発電コントローラ10から取得された風力発電装置2の出力電力〔W〕と、指令値調整部33から取得する補正制御量とを加算器37で加算し、リミッタ38によって電力量を制限し、これを平滑化フィルタ39により平滑化した電力量から、風力発電装置2の出力電力を減算器40にて減算する。このように算出された値は、インバータ出力リミッタ41により電力変換器32に与えられる値に制限がかけられ、正(+)であれば放電、負(−)であれば充電とする充放電指令〔W〕を制御量(充放電指令値)として出力される。
バッテリー制御装置30は、このようにして得られた充放電指令値に応じた出力指令値を電力変換器32に対して出力し、電力変換器32を制御する。
The command
The
また、バッテリー制御装置30は、指令値調整部33で設定されるゲインが大きいほど、風力発電装置2による発電量(出力電力)に対する二次電池31の充放電指令値の絶対値が小さくなるように制御する。
具体的には、バッテリー制御装置30は、指令値調整部33で設定されるゲインを大きくするほど、指令値決定部34に対する補正制御量を大きくすることとなり、減算器40における減算結果の絶対値がより小さくなる。つまり、二次電池31に対する出力指令値を小さくすることで、二次電池31の温度の上昇の抑制につながる。
Further, the
Specifically, the
電力変換器32は、交流と直流を変換する双方向インバータであって、例えば、バッテリー制御装置30によって決定された充放電指令値とするために二次電池31に蓄電されている直流電力を交流電力に変換し、二次電池31から放電させる。また、電力変換器32は、バッテリー制御装置30によって決定された充放電指令値にするために風力発電装置2や電力系統6から取得した交流電力を直流電力に変換し、変換後の電力を二次電池31に出力し、二次電池31を充電させる。
The
次に、本実施形態に係るバッテリー制御装置30の作用について説明する。
自然エネルギーにより発電され(発電しているので、符号は+)、発電コントローラ10により風力発電装置2の出力電力の情報が得られると、発電コントローラ10からバッテリー制御装置30に出力電力の情報が出力される。また、バッテリー制御装置30には、二次電池31の温度の情報が入力されるとともに、二次電池31の充電率(SOC)の情報が入力されている。
Next, the operation of the
When the power is generated by natural energy (the power is generated, the sign is +) and the output power information of the
二次電池31のSOC現状値からSOC目標値が減算され、減算結果に対し、取得した二次電池31の温度に応じゲイン情報35から読み出されたゲインが乗算され、充電率(SOC)の補正制御量が求められる。また、風力発電装置2により発電され得られた出力電力の情報と、充電率(SOC)の補正制御量とが加算され、リミッタ38によって電力量が制限され、平滑化された電力量を求める。温度に応じて求められた充電率(SOC)の補正制御量を勘案した平滑化された電力量から、風力発電装置2により得られた出力電力の値を減算し、減算結果はインバータ出力リミッタ41により制限がかけられ、充放電指令値〔W〕として決定される。充放電指令値〔W〕の符号がプラス(+)であれば、二次電池31を放電させる方向に制御し、符号がマイナス(−)であれば、二次電池31を充電する方向に制御する。
The SOC target value is subtracted from the SOC current value of the
ここで、本実施形態に係るバッテリー制御装置30のゲインKpを温度に応じて調整した場合と温度に応じた調整をしない場合とによって得られた結果の一例を、図3を用いて説明する。図3は、横軸に時間、左側縦軸に出力電力〔%〕、右側縦軸に充電率(SOC)〔%〕が示されている。ここで、図3の◆印は風力発電装置2からの入力電力とし、×印は温度に応じてゲインを調整しない場合に得られる二次電池31の充放電量とし、*印は温度に応じてゲインを調整しない場合に得られる充電率(SOC)とし、●印は温度に応じてゲインを調整しない場合に得られる、風力発電装置2と二次電池31との合成出力とし、◎印は温度に応じてゲインを調整した場合に得られる二次電池31の充放電量とし、◇印は温度に応じてゲインを調整した場合に得られる充電率(SOC)とし、■印は温度に応じてゲインを調整した場合に得られる、風力発電装置2と二次電池31との合成出力とする。
Here, an example of the result obtained when the gain Kp of the
二次電池31の温度に応じたゲインを設定しない場合には、風力発電装置2の入力電力が変動した場合には、充電率(SOC)をSOC目標値(例えば、50〔%〕)に平準化しつつ、電力系統6の要求を満たすような制御がなされる。つまり、SOC目標値を維持するようなゲインKpが指令値調整部33に設定されることにより、×印で示されるような出力を得る充放電量に決定され、二次電池31の充電率(SOC)は目標充電率である50〔%〕に維持される。また、これにより、風力発電装置2及び二次電池31の合成出力は、安定する。
When the gain corresponding to the temperature of the
これに対し、本実施形態のように、指令値調整部33において温度に応じて調整されたゲインが設定された場合には、風力発電装置2の入力電力が変動した場合であっても、温度が高いほど大きなゲインが設定されることにより、温度調整しない場合と比較して、(◎印に示されるように)二次電池31の充放電量に制限がかかる。これにより、ゲインを温度調整しない場合の充電率(SOC)より値が多少ずれることはあるものの、SOC目標値に近づけるように制御されている。また、二次電池31の充放電量に制限をかけた影響により、風力発電装置2及び二次電池31の合成出力は変動しているが(■印)、電力系統6側からの要求の許容範囲には収まるように制御されている。風力発電装置2及び二次電池31の合成出力に変動はあるものの、電力系統6側からの要求の許容範囲に収まるように制御されるので変動は問題にならない。むしろ、二次電池31の温度に応じて調整されたゲインが設定されることで、二次電池31の温度上昇を抑制できるので、二次電池31の温度が上限値を超えてしまうことで二次電池31を停止させることがないため、二次電池31の充放電運転を継続させることができる効果が得られる。
On the other hand, when the gain adjusted according to the temperature is set in the command
以上説明してきたように、本実施形態に係るバッテリー制御装置30及び制御方法並びにそれを備えた蓄電システム1によれば、二次電池31の温度に応じて調整されたゲインKpがSOC現状値とSOC目標値との差に乗じられ、SOC現状値がSOC目標値に近づけるように制御されて、二次電池31の充放電指令値が調整される。また、指令値調整部33のゲイン情報35で設定されるゲインは、二次電池31の温度上昇を抑制する充放電指令値を得られるような適切なゲインが設定され、二次電池31の温度が高いほど大きな値になるように設定される。これにより、二次電池31が劣化し、二次電池31の温度に変化があった場合であっても、充放電量を制限して制御量を小さくする方向に制御するので、二次電池31に対する充放電の要求を緩和させることができ、二次電池31が温度条件により使用できない上限値への到達を防ぐよう温度上昇が抑制できる。これにより、二次電池31の充放電運転を継続させることができ、蓄電システム1の稼働率低下の抑制につながる。
また、本発明は、二次電池31は厳密に平準化(例えば、充電率50〔%〕)することまでは求められていないことに着目し、二次電池31の充電率の平準化が多少失われても、出力変動を許容範囲内に収めつつ、二次電池31の温度上昇の抑制を優先させている。
As described above, according to the
Further, the present invention pays attention to the fact that the
〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図1及び図4を用いて説明する。本実施形態のバッテリー制御装置30は、二次電池31の温度の時間に対する変化率の大きさを判定する変化率判定部(変化率判定手段)42をさらに備える点で、上述した実施形態と異なる。以下、本実施形態のバッテリー制御装置30について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The
図4は、本実施形態に係るバッテリー制御装置30の機能ブロック図を示している。
バッテリー制御装置30は、指令値調整部33と、指令値決定部34とを備えている。
指令値調整部33は、変化率判定部42を備えている。
変化率判定部42は、二次電池31の温度の時間に対する変化率が第1所定値より小さいか否かを判定し、判定結果を指令値調整部33に出力する。
指令値調整部33は、変化率判定部42により変化率が第1所定値以上であると判定された場合には、温度に対して、変化率が第1所定値より小さい場合に乗じられるゲインより大きなゲインを設定する。
FIG. 4 is a functional block diagram of the
The
The command
The change
When the change
具体的には、指令値調整部33は、第1の実施形態で述べたゲイン情報35に加えて、他のゲイン情報43を備えている。
例えば、図4に示されるように、温度の時間に対する変化率が第1所定値より小さい場合には、温度35℃の場合にゲイン1、温度38℃の場合にゲイン1.5・・・とのように設定されるゲイン情報35からゲインが読み出される。温度の時間に対する変化率が第1所定値以上の場合には、温度の変化率が2.0の場合にゲイン1.5、温度の変化率が2.5の場合にゲイン2.0・・・とのように設定される他のゲイン情報43からゲインが読み出される。このように読み出されたゲインは優先信号としてゲインKpに設定される。
Specifically, the command
For example, as shown in FIG. 4, when the rate of change of the temperature with respect to time is smaller than the first predetermined value, the gain is 1 when the temperature is 35 ° C., the gain is 1.5 when the temperature is 38 ° C. The gain is read from the
このように、ゲイン情報43は、温度の変化率とゲインとが対応付けられており、温度の変化率が第1所定値より小さい場合に設定されるゲインよりも大きなゲインとし、かつ、温度の変化率が大きくなるほど大きなゲインとする。
なお、ゲイン情報43は、計測シミュレータにより事前検討されて指令値調整部33の記憶部(図示略)に格納されていることとして説明するが、これに限定されず、蓄電システム1の運用中にチューニングして適宜設定することとしてもよい。
指令値決定部34は、指令値調整部33から出力される補正制御量に基づいて、充放電指令値を決定する。
In this way, the
The
The command
このように、二次電池31の温度の変化率が第1所定値以上である場合には、変化率が第1所定値より小さい場合よりも、大きなゲインを乗算して充電率の補正制御量が算出されるので、バッテリー制御装置30は二次電池31の充放電制御量を(温度の変化率が第1所定値より小さい場合と比較して)小さくできる。これにより、二次電池31の急激な温度変化が想定される状況においては、二次電池31の充放電量がより制限されるので、二次電池31の温度上昇を確実に抑制することができる。
Thus, when the rate of change of the temperature of the
〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について図3及び図5を用いて説明する。本実施形態のバッテリー制御装置30は、決定された充放電指令値による制御結果をフィードバックさせる点で、上述した実施形態と異なる。以下、本実施形態のバッテリー制御装置30について、第1の実施形態及び第2の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The
これまで説明してきたように、充電率(SOC)の補正制御量を算出する場合にゲインKpを温度に応じて調整することにより、温度に応じた調整をした分の影響による二次電池31の出力が変動することとなり、結果として、風力発電装置2と二次電池31との合成出力(実測合成出力)が、目標とする合成出力である目標出力(目標合成出力)より少し外れることとなる(図3の■印のグラフ参照)。また、充電率(SOC)も目標充電率(例えば、50〔%〕)より少し外れることが生じる。本実施形態では、こうした合成出力(実測合成出力)を目標出力(目標合成出力)に近づけるように制御する。
As described above, when the correction control amount of the charging rate (SOC) is calculated, the gain Kp is adjusted according to the temperature, so that the
図5は、本実施形態に係る蓄電システム1の概略構成図が示されている。
図5に示されるように、本実施形態に係る蓄電システム1は、風力発電装置(発電装置)2と、電力貯蔵装置3と、発電コントローラ10とを備えており、電力系統6と接続されている。発電コントローラ10は、接続点から取得される風力発電装置の出力を電力貯蔵装置3に出力する。また、電力系統6側から計測される実測電力値(P_mes)の情報が、電力貯蔵装置3のバッテリー制御装置30に入力されるようになっている。
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of the
As shown in FIG. 5, the
バッテリー制御装置30は、風力発電装置2による発電量(出力電力)と二次電池31の充放電量とを加算した合成出力と、目標出力との差が許容範囲内となるように、計測された電力系統6側の合成出力を指令値調整部33にフィードバック制御し、ゲインKpを調整する。
具体的には、合成出力(実測合成出力)と目標出力(目標合成出力)との差の所定期間の積算値をΔW_mesとし、ΔW_mesと許容される所定期間の積算値との差をΔW_acceptとし、目標出力をP_targetとし、以下の(1)式ように定義する。
The
Specifically, the integrated value of the difference between the combined output (measured combined output) and the target output (target combined output) for a predetermined period is ΔW_mes, and the difference between ΔW_mes and the allowable integrated value for a predetermined period is ΔW_accept. The target output is defined as P_target and is defined as the following equation (1).
ΔW_mes=∫(P_mes−P_target)dt (1)
ここで、所定期間(積分区間)をt1〜t2とし、ΔW_accept及びP_targetは、予め決められた値とする。
ΔW_accept−|ΔW_mes|>0の場合に、ゲインKpは現状維持とする。
ΔW_accept−|ΔW_mes|<0の場合に、ゲインKpを変更する。
ΔW_mes = ∫ (P_mes−P_target) dt (1)
Here, the predetermined period (integration interval) is t1 to t2, and ΔW_accept and P_target are predetermined values.
When ΔW_accept− | ΔW_mes |> 0, the gain Kp is maintained as it is.
When ΔW_accept− | ΔW_mes | <0, the gain Kp is changed.
図6は、横軸を時間〔秒〕とし、縦軸を出力電力〔PU〕としている。出力が50〔PU〕の位置の水平線は目標出力値が示されており、図6の■印は、実測電力値(合成出力)が示されており、その差が積算値ΔW_mesとして示されている。 In FIG. 6, the horizontal axis represents time [second], and the vertical axis represents output power [PU]. The horizontal line at the position where the output is 50 [PU] indicates the target output value, the ■ mark in FIG. 6 indicates the actually measured power value (synthesized output), and the difference is indicated as the integrated value ΔW_mes. Yes.
本実施形態においては、以下のようにゲインを設定する。例えば、変更前のゲインKpが、35℃のときゲイン1.0とし、38℃のとき1.5とした場合に、変更後のゲインKpは、35℃のとき0.5とし、38℃のとき1.0とするようなゲインを設定する。つまり、ゲインKpを変更する場合とは、前回設定したゲインKpにより出力指令値(充放電指令値)を調整したことにより、実測電力値が出力目標値と許容範囲以上に乖離している状態であるので、現状設定しているゲインKpよりも小さな値となるゲインに変更することにより、実測電力値を出力目標値に近づける。
このように、本実施形態によれば、二次電池31の温度上昇を抑制するために調整された二次電池31の充放電指令値によって、合成出力が目標出力から乖離していると判断された場合には、実測電力値のフィードバック制御によって二次電池31の温度上昇の抑制度合いを緩めることができるので、目標出力により近づけつつ、二次電池31の温度上昇の抑制をも行うことができる。
In the present embodiment, the gain is set as follows. For example, when the gain Kp before the change is set to 1.0 when the gain Kp is 35 ° C. and 1.5 when the gain Kp is 38 ° C., the gain Kp after the change is set to 0.5 when the temperature is 35 ° C. The gain is set to 1.0. In other words, when the gain Kp is changed, the output command value (charge / discharge command value) is adjusted with the previously set gain Kp, so that the measured power value deviates from the output target value beyond the allowable range. Therefore, by changing the gain to a value that is smaller than the currently set gain Kp, the actually measured power value is brought closer to the output target value.
Thus, according to the present embodiment, it is determined that the combined output deviates from the target output based on the charge / discharge command value of the
〔第4の実施形態〕
次に、本発明の第4の実施形態について図1及び図7を用いて説明する。本実施形態の制御装置は、温度判定部を備える点で、上述した実施形態と異なる。以下、本実施形態のバッテリー制御装置30について、第1の実施形態、第2の実施形態、及び第3の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, the 4th Embodiment of this invention is described using FIG.1 and FIG.7. The control device of this embodiment is different from the above-described embodiment in that it includes a temperature determination unit. Hereinafter, with respect to the
図7は、本実施形態に係る蓄電システム1の概略構成図である。
本実施形態においては、バッテリー制御装置30が、コンテナに備えられる蓄電システムに適用された場合を例に挙げて説明するが、これに限定されない。以下の説明において、前後上下左右の方向は、二次電池31を搭載する閉空間の前後上下左右の方向に一致させた図7に示す前後上下左右を基準としている。
図7には、本実施形態に係る制御装置が適用されるコンテナの概略構成の斜視図が示されている。図7に示されるように、蓄電システム11は、コンテナ(閉空間)10内に制御装置10と、複数の蓄電池モジュール20と、空調ユニット(空気調和装置)13と、給気ダクト14とを備えている。蓄電池モジュール20は、所定の電圧と蓄電容量を満たすよう1つ以上の二次電池31により構成されている。また、空調ユニット13と給気ダクト14により、蓄電池モジュール20の充放電による熱が冷却されるようになっている。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the
In the present embodiment, the case where the
FIG. 7 is a perspective view of a schematic configuration of a container to which the control device according to the present embodiment is applied. As shown in FIG. 7, the power storage system 11 includes a
コンテナ12内部には、複数の蓄電池モジュール20が上下左右のマトリックス上に整列して設置されている。蓄電池モジュール20の数は、数十〜数百個と要求される電圧等によって異なり、マトリックスの行及び列も異なる。複数の蓄電池モジュール20の集合体を蓄電池モジュール群とする。なお、蓄電池モジュール20の数、配置位置等は特に限定されない。
給気ダクト14は、蓄電池モジュール群に対して冷風を分配するヘッダであり、均一に冷風が供給されるようにスリット15(吹き出し口)が下向きに複数開いている。このスリット15から冷風が供給されることで各蓄電池モジュール20が冷却される。給気ダクト14から供給された冷風の一部は、各蓄電池モジュール20のファンによって空気の流れRの方向で(後ろから前方向に各蓄電池モジュール20内を通過して)、蓄電池モジュール20内部が冷却される。
Inside the
The
また、給気ダクト14のスリット15から供給された冷風の一部は、各蓄電池モジュール20を通過しないまま、コンテナ12内へ流出してコンテナ12内の各部が冷却される。また、各蓄電池モジュール20内を通過し、温度が上昇した空気とコンテナ12内部を通過して温度が上昇した空気は、排気口23を介し、空調ユニット13に戻り、再び冷却され、スリット15から各蓄電池モジュール20内とコンテナ12に供給されるよう、空気が循環するようになっている。
空調ユニット13は、コンテナの室内温度を調整するものであり、図7に示されるようにコンテナ12の内部に設置されていてもよいし、コンテナ12の外部に設置(図示略)されていてもよい。また、図7では、空調ユニット13は、蓄電池モジュール20の上方に設置しているが、コンテナ12の内外を問わず、蓄電池モジュール20の側面や下方に設置することとしてもよい。また、空調ユニット13は、市販の空調ユニットを利用することが可能である。
Further, a part of the cold air supplied from the
The
蓄電池モジュール20がコンテナ12に設置されている場合、空調ユニット13によって室内温度が調整されるが、この場合、蓄電池モジュール20の温度は、閉空間の室内温度の影響を受ける。つまり、空調ユニット13等の不調により室内温度が変化した場合には、蓄電池モジュール20を構成する二次電池31の温度も変化する場合があり、上述した第1の実施形態で準備していた二次電池31の温度に対応して設定されるゲイン情報35のゲインKpでは、適正な制御ができなくなると想定される。
本実施形態においては、コンテナ12の室内温度と二次電池31の温度との温度差を判定する温度判定部をバッテリー制御装置30に設ける。
温度判定部によって、コンテナ12の室内温度と二次電池31の温度との温度差が第2所定値以上であると判定された場合には、バッテリー制御装置30は、空調ユニット13によって所望の運転がなされていないと判断し、指令値調整部33による充放電指令値の調整量を大きくする。
When the
In the present embodiment, the
When it is determined by the temperature determination unit that the temperature difference between the room temperature of the
具体的には、指令値調整部33は、コンテナ12の室内温度と二次電池31の温度との温度差が大きくなるほど、ゲインKpの値を大きく設定する。
このように、温度判定部を設け、コンテナ12の室内温度と二次電池31の温度との温度差が第2所定値以上であると判定された場合に充放電指令値の調整量を大きくするべくゲインKpの値を大きく設定することにより、合成目標出力、及び二次電池31の目標温度に対し、室内温度の影響を少なくして、二次電池31の温度上昇を抑制し、充電率(SOC)が所定範囲に収まるような制御がなされる。
Specifically, the command
As described above, the temperature determination unit is provided, and the adjustment amount of the charge / discharge command value is increased when it is determined that the temperature difference between the room temperature of the
なお、第1の実施形態から第4の実施形態を適宜組み合わせて実施してもよい。例えば、第1の実施形態の構成に第3の実施形態の構成を組み合わせてもよいし、第1の実施形態の構成に第2の実施形態の構成と第4の実施形態の構成を組み合わせてもよい。 Note that the first embodiment to the fourth embodiment may be combined as appropriate. For example, the configuration of the third embodiment may be combined with the configuration of the first embodiment, or the configuration of the second embodiment and the configuration of the fourth embodiment may be combined with the configuration of the first embodiment. Also good.
1 蓄電システム
6 電力系統
12 コンテナ(閉空間)
13 空調ユニット(空気調和装置)
20 電池モジュール
30 バッテリー制御装置
31 二次電池
33 指令値調整部
34 指令値決定部
35 ゲイン情報
42 変化率判定部
43 ゲイン情報
1
13 Air conditioning unit (air conditioner)
20
Claims (9)
前記二次電池の現在の充電率である現状値と前記二次電池の目標充電率との差にゲインを乗じ、前記現状値を前記目標充電率に近づけるように制御し、前記二次電池の充放電指令値を調整する指令値調整手段を具備し、
前記指令値調整手段は、前記二次電池の温度に応じて前記ゲインを調整する制御装置。 A control device that controls charging and discharging of a secondary battery connected to a power generation device that is connected to an electric power system and generates power by natural energy,
The difference between the current value that is the current charging rate of the secondary battery and the target charging rate of the secondary battery is multiplied by a gain, and the current value is controlled so as to approach the target charging rate, and the secondary battery Comprising command value adjusting means for adjusting the charge / discharge command value;
The command value adjusting means adjusts the gain according to the temperature of the secondary battery.
前記指令値決定手段は、前記指令値調整手段から取得する制御量に基づいて、前記充放電指令値を決定する請求項1に記載の制御装置。 In accordance with the output of the power generation device, there is provided command value determination means for compensating the output fluctuation of the power generation device and determining the charge / discharge command value so that the charging rate of the secondary battery is within a predetermined range. ,
The control device according to claim 1, wherein the command value determining unit determines the charge / discharge command value based on a control amount acquired from the command value adjusting unit.
前記指令値調整手段は、前記変化率判定手段により前記変化率が第1所定値以上であると判定された場合には、温度に対して、前記変化率が前記第1所定値より小さい場合に乗じられる前記ゲインより大きな前記ゲインを設定するを具備する請求項1から請求項3のいずれかに記載の制御装置。 The command value adjustment means comprises a change rate determination means for determining whether a change rate of the temperature of the secondary battery with respect to time is smaller than a first predetermined value,
The command value adjusting means, when the change rate determining means determines that the change rate is greater than or equal to a first predetermined value, when the change rate is smaller than the first predetermined value with respect to temperature. The control device according to claim 1, further comprising setting the gain larger than the gain to be multiplied.
電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される二次電池と
を具備する蓄電システム。 A control device according to any one of claims 1 to 6;
A power storage system including a secondary battery that is connected to a power system and connected to a power generation device that generates power using natural energy.
前記二次電池の現在の充電率である現状値と前記二次電池の目標充電率との差に、前記二次電池の温度に応じて調整されるゲインを乗じて前記現状値を前記目標充電率に近づけるように制御し、前記二次電池の充放電指令値を調整する制御方法。 A control method for controlling charging and discharging of a secondary battery that is connected to a power system and connected to a power generator that generates power by natural energy,
The difference between the current value that is the current charging rate of the secondary battery and the target charging rate of the secondary battery is multiplied by a gain that is adjusted according to the temperature of the secondary battery, and the current value is calculated as the target charging value. The control method which adjusts the charging / discharging command value of the said secondary battery by controlling so that it may approximate to a rate.
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