JP2015012712A - 蓄電システムの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電システムの出力レベルから影響を受けることなく安定して充放電が可能である信頼性の高い蓄電システムの制御装置及びその方法を提供する。【解決手段】ＰＣＳ３は、スイッチ２ａ〜２ｆが閉状態であれば、並列接続状態にある電池盤１ａ〜１ｆに対して充放電を行う。コントローラ４にはグループ設定部４１と、スイッチ制御部４２とが設けられている。グループ設定部４１は、ＥＭＳからの充放電指令値の大きさに応じてスイッチ２ａ〜２ｆの閉状態数を決め、決定した閉状態数のスイッチ２ａ〜２ｆに接続した電池盤１ａ〜１ｆの集まりを、１つのグループとして設定する。スイッチ制御部４２は、電池盤１ａ〜１ｆの残量値であるＳＯＣを全てのグループで、予め規定された基準値Ｔｈ以下に収めるように、スイッチ２ａ〜２ｆの開閉制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ダイレクト並列方式の蓄電システムの制御装置及び制御方法に関するものである。

自然エネルギー（太陽光、風力）を利用した発電の変動抑制、電力需要の変動抑制やピークシフト等の用途に、大規模な蓄電システムの利用が期待されている。大規模な蓄電システムには、基本単位となる組電池のサブシステムが設けられている。組電池は二次電池の単セルが並列及び直列に接続されている。

組電池のサブシステムは、アームとも呼ばれる電池盤からなり、電池盤を複数台並列接続して利用するケースが増えている。このような蓄電システムの制御装置には、電池盤に充放電を行う電力変換器（以下、ＰＣＳと呼ぶ：Power Conditioning System）が設けられている。蓄電システムの制御装置では、ＰＣＳに電池盤をどのように接続するかで、方式が分かれている。

電力変換器１台の配下に、多くの電池盤を直接並列接続する方式をダイレクト並列方式、電池盤１台毎に１台の電力変換器を組み合わせた方式を個別並列方式としている。このうち、ダイレクト並列方式は、蓄電システムに必要な電力変換器数が少なくて済むので、コスト的に有利である。したがって、ダイレクト並列方式の蓄電システムの制御装置には、様々な技術が提案されている（例えば、特許文献１−３等）。

特開平６−２８３２１０号公報 特開２０００−３１２４４５号公報 特開２０００−３４０２６６号公報

蓄電システムの制御装置では充放電効率が重要な指標である。充放電効率とは、充電に要するエネルギーに対して放電で得られるエネルギーの率である。充電に要するエネルギーには、蓄電システムに組み込まれる種々の回路の自己消費電力分が含まれている。自己消費電力分の大きさは実際の充放電電力の大きさには関係なく、実際の充放電電力が小さくなっても、自己消費電力分はこれに比例して小さくなるわけではない。

このため、蓄電システムを低出力で運用して、実際の充放電電力が、システムの定格電力の数％以下のレベルまで下がると、充放電効率が著しく低下することになる。これは、蓄電システムの低出力運用により実際の充放電電力が小さくなったことで、充電に要するエネルギーの割合が、放電で得られるエネルギーに対して相対的に大きくなるからである。

したがって、蓄電システムの制御装置においては、蓄電システムの出力レベルに左右されることなく、常に優れた充放電効率を高めることが求められている。これに対処する従来技術としては例えば、蓄電システムの中の一部の電池盤だけを並列投入して充放電を行うことが考えられる。

しかしながら、一部の電池盤だけを並列投入して運用すると、充放電を行う電池盤と、充放電を行わない電池盤の間で、二次電池の残量値(以下、ＳＯＣと呼ぶ：State of Charge)に差が出て、電圧差の要因となる。その結果、充放電を行っていなかった電池盤を無理に並列投入しようとすると、過大な電流が電池盤間に流れて、事故あるいは故障が発生するおそれがあった。したがって、蓄電システムの制御装置には、蓄電システムの出力レベルが変動しても、安定して充放電を行うことが要請されていた。

本発明の実施形態は、以上の課題を解消するために提案されたものであり、その目的は、蓄電システムの出力レベルから影響を受けることなく安定して充放電が可能である信頼性の高い蓄電システムの制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、充放電可能な電池盤が複数台並列接続された蓄電システムの制御装置において、次のような構成要素（１）〜（６）を有している。
（１）前記電池盤に接続されるスイッチと、
（２）前記スイッチを介して前記電池盤に接続され前記電池盤に対し充放電を行う電力変換器と、
（３）前記スイッチに接続されるコントローラを設け、
（４）前記コントローラには、充放電指令を前記電力変換器に出力して前記電力変換器を制御する電力変換器制御部と、
（５）蓄電システムの充放電指令値の大きさに応じて前記スイッチの閉状態数を決め、決定した閉状態数の前記スイッチに接続した電池盤の集まりを、１つのグループとして設定するグループ設定部と、
（６）前記グループごとに前記スイッチの開閉制御を行うスイッチ制御部を設ける。 なお、本発明の実施態様として、コンピュータにより上記構成要素（１）〜（６）の処理が実現される蓄電システムの制御方法も包含する。

本発明の第１の実施形態のシステム構成を示すブロック図。 第１の実施形態において電池盤をグループ分けしたうちの１番目のグループのみ並列接続した場合のブロック図。 第１の実施形態において電池盤をグループ分けしたうちの２番目のグループのみ並列接続した場合のブロック図。 第１の実施形態において電池盤をグループ分けしたうちの３番目のグループのみ並列接続した場合のブロック図。 第１の実施形態において充放電指令値が変化したときの充放電処理のフローチャート。 第１の実施形態においてＳＯＣ差を所定の範囲内に収めるようにした充放電処理のフローチャート。 第１の実施形態において電池盤からなるグループのＳＯＣの経時的変化を示すグラフ。

（１）第１の実施形態
（構成）
以下、本発明に係る第１の実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。第１の実施形態はダイレクト並列方式の蓄電システムの制御装置であり、図１〜図４は第１の実施形態の構成を示すブロック図である。図１は全ての電池盤が並列接続の場合、図２は電池盤をグループ分けしたうちの１番目のグループのみ並列接続した場合、図３は２番目のグループのみ並列接続した場合、図４は３番目のグループのみ並列接続した場合を、それぞれ示している。

（全体構成）
図１に示すように、第１の実施形態はダイレクト並列方式であり、１台のＰＣＳ３の配下に、６台の電池盤１ａ〜１ｆが直接、並列接続されている。電池盤１ａ〜１ｆは、種類や定格容量、定格出力が全て同等であるものとする。各電池盤１ａ〜１ｆの一端部にはスイッチ２ａ〜２ｆが接続され、これらスイッチ２ａ〜２ｆに１台のＰＣＳ３が接続されている。また、各電池盤１ａ〜１ｆには電池管理ユニット３ａ〜３ｆが接続されている。

（ＰＣＳ）
ＰＣＳ３は図中右側の一端部に電力系統が連系されており、図中左側の他端部に各々スイッチ２ａ〜２ｆを介して電池盤１ａ〜１ｆが並列接続されている。ＰＣＳ３は、スイッチ２ａ〜２ｆが閉状態であれば、並列接続状態にある電池盤１ａ〜１ｆに対して充放電を行うようになっている。

（コントローラ）
スイッチ２ａ〜２ｆ及びＰＣＳ３にはコントローラ４が接続されている。コントローラ４は、上位のＥＭＳ（Energy Management System）から定期的或いは随時、当該蓄電システム全体に対する充放電指令値を受け取るようになっている。コントローラ４には、指令値判断部４０と、グループ設定部４１と、スイッチ制御部４２と、ＰＣＳ制御部４３と、ユニット制御部４４が設けられている。

（指令値判断部）
指令値判断部４０は、ＥＭＳから蓄電システムに送られる充放電指令値が、蓄電システム全体の定格電力の１／２以下であるか、あるいは１／２を超えるかを判断する部分である。

指令値判断部４０は、蓄電システムの定格電力に対する充放電指令値の大きさが、１／２以下となった場合に、電池盤１ａ〜１ｆをグループ分けする旨の指令をグループ設定部４１に送るようになっている。つまり、グループ設定部４１が電池盤１ａ〜１ｆのグループ分けを行うのは、蓄電システムの定格電力に対する充放電指令値の大きさが、１／２以下となる場合である。

（グループ設定部）
グループ設定部４１は、指令値判断部４０からの判断結果を受けて電池盤１ａ〜１ｆのグループ分けを行う部分である。グループ設定部４１は、ＥＭＳからの充放電指令値の大きさに応じてスイッチ２ａ〜２ｆの閉状態数を決め、決定した閉状態数のスイッチ２ａ〜２ｆに接続した電池盤１ａ〜１ｆの集まりを、１つのグループとして設定するようになっている。グループ設定部４１が決めるスイッチ２ａ〜２ｆの閉状態数によって、各グループに属する電池盤１ａ〜１ｆの総数が規定される。

グループ設定部４１が設定する電池盤１ａ〜１ｆのグループ数は、全ての電池盤１ａ〜１ｆが同じ定格であると仮定して、理論的には、
定格電力に対する充放電指令値の大きさが０．５（１／２）であれば２グループ、
定格電力に対する充放電指令値の大きさが０．３３（１／３）であれば３グループ、
定格電力に対する充放電指令値の大きさが０．２５（１／４）であれば４グループに分けることになる。但し、実際には電池盤１ａ〜１ｆの総数がこれらのグループ数に丁度分けられない場合もあり、その際は分割可能な最小のグループ数を採用し、グループに分けた上で含まれる電池盤１ａ〜１ｆの数を調整する。

このように電池盤１ａ〜１ｆをグループ分けすることで、各グループが単独でＥＭＳからの充放電指令値に対応し得るようになる。全ての電池盤１ａ〜１ｆの定格電力が同一の場合、電池盤の総数×（Ｐtotal／Ｐrated）の小数点以下を切り上げた整数値を、グループに含まれる電池盤の数の基本とし、余った電池盤はいずれか一つのグループに編入する。

例えば、電池盤１ａ〜１ｆの総数が１２や１０の場合には、次のようなグループ分けを行う（全ての電池盤１ａ〜１ｆは同じ定格とする）。下記の例において、ＰtotalはＥＭＳから蓄電システムに送られる実際の充放電指令値、Ｐratedは蓄電システム全体の定格電力を示している。

＜例１＞電池盤の総数が１２の場合
Ｐtotal／Ｐrated＝0.5（６台必要） → 電池盤６台ずつの２グループに分割
Ｐtotal／Ｐrated＝0.33（４台必要） → 電池盤４台ずつの３グループに分割
Ｐtotal／Ｐrated＝0.25（３台必要） → 電池盤３台ずつの４グループに分割

＜例２＞電池盤の総数が１０の場合
Ｐtotal／Ｐrated＝0.5（５台必要） → 電池５台ずつの２グループに分割
Ｐtotal／Ｐrated＝0.33（４台必要）→ 電池５台ずつの２グループに分割
Ｐtotal／Ｐrated＝0.25（３台必要）→ 電池３台ずつの３グループに分割
（この場合３番目のグループは４台構成となる）

蓄電システムの定格電力に対する充放電指令値の大きさが１／２〜１倍の場合には、グループ設定部４１はスイッチ２ａ〜２ｆの閉状態数を決めることはなく、電池盤１ａ〜１ｆをグループ分けすることはない。ちなみに、定格電力に対する充放電指令値の比が１倍より大きくなるということはない。なぜなら、定格電力に対する充放電指令値の比が１より大きくなれば、定格電力より大きな充放電指令値になるので、これに対応できないことは本実施形態の処理の有無に関わらず当然だからである。

（スイッチ制御部）
スイッチ制御部４２は、スイッチ２ａ〜２ｆの開閉制御を行う部分である。グループ設定部４１によって電池盤１ａ〜１ｆがグループ化された場合、スイッチ制御部４２は、その時々の充放電を担当するグループを一つだけ選択して充放電を行うようにスイッチ２ａ〜２ｆの開閉制御を行う。前述したように、蓄電システムの定格電力に対する充放電指令値の大きさが１／２〜１倍の場合には、電池盤１ａ〜１ｆをグループ分けすることはない。したがって、スイッチ制御部４２は、全てのスイッチ２ａ〜２ｆの開閉制御を一括して行うことになる。

また、スイッチ制御部４２は、電池盤１ａ〜１ｆのグループ同士のＳＯＣ差を予め規定された基準値Ｔｈ以下に収めるようにスイッチ２ａ〜２ｆの開閉制御を行うように構成されている。基準値Ｔｈとは、グループ同士のＳＯＣ差の上限値であり、その値以下であるならば、互いに並列接続した際に電池盤１ａ〜１ｆ間に流れる電流が安全面でも性能面でも問題とならない値である。なお、同一のグループに属する電池盤１ａ〜１ｆに関しては、互いに並列接続された状態であるため、基本的にＳＯＣ差は生じない。

（ＰＣＳ制御部）
ＰＣＳ制御部４３は、ＥＭＳからの充放電指令値をＰＣＳ３に出力し、ＰＣＳ３を制御する部分である。

（ユニット制御部）
ユニット制御部４４は、電池管理ユニット３ａ〜３ｆの電源のオンオフ制御を行う部分である。ユニット制御部４４は、充放電を行っていない期間にあたるグループ中の電池盤１ａ〜１ｆの電池管理ユニット３ａ〜３ｆについて、その電源をオフ状態にして、ＰＣＳ３から解列した電池盤１ａ〜１ｆを低消費電力モードに移行させる処理部である。

低消費電力モードとは充放電実行時よりも消費電力の少ない待機モード等である。また、電池盤１ａ〜１ｆが充放電を行っていない状態から充放電を行う状態に切り換える場合には、ユニット制御部４４は、電池管理ユニット３ａ〜３ｆの電源をオフからオンに切り換えて、低消費電力モードから通常の消費電力モードに戻すようになっている。

（充放電指令値が変化するときの充放電処理）
以上のような構成を有する第１の実施形態の充放電処理について、図５及び図６のフローチャートを用いて説明する。図５ではＥＭＳから蓄電システムへの充放電指令値が変化するときの充放電処理について説明する。

図５において、ステップＳＴ１１では、ＥＭＳから蓄電システムに送られてくる実際の充放電指令値の大きさが、蓄電システム全体の定格電力の１／２以下であるか１／２を超えるかを、コントローラ４の指令値判断部４０が判断する。指令値判断部４０がＥＭＳからの充放電指令値がシステム全体の定格電力の１／２を超えると判断した場合は（ＳＴ１１のＮｏ）、グループ設定部４１は電池盤１ａ〜１ｆをグループ分けすることはない。

したがって、スイッチ制御部４２はスイッチ２ａ〜２ｆを一括して動作させ、全てのスイッチ２ａ〜２ｆを閉状態として、全ての電池盤１ａ〜１ｆをＰＣＳ３に並列接続状態とする（図１の状態、ＳＴ１７）。この状態で、コントローラ４のＰＣＳ制御部４３が、全ての電池盤１ａ〜１ｆに対し充放電指令値で充電する指令をＰＣＳ３に出力する（ＳＴ１８）。

ＰＣＳ制御部４３から指令を受けたＰＣＳ３は、全ての電池盤１ａ〜１ｆの充放電を行う。基本的に全ての電池盤１ａ〜１ｆのＳＯＣは、同等である状態を維持したまま変化する。実際には、継続的な充電の間、または継続的な放電の間には、内部抵抗差による若干のＳＯＣ差が電池盤１ａ〜１ｆに発生することになる。

しかし、充放電電流がゼロとなってから、ある程度の時間が経てば、電池盤１ａ〜１ｆのＳＯＣは揃うことになる。本実施形態では、以上の状態のまま、定格電力に相当する充放電指令値までの対応が可能である。なお、各電池盤１ａ〜１ｆは全て充放電動作状態にあるため、電池管理ユニット３ａ〜３ｆの電源は全てオンとなり、所定の動作電力を消費している。

ステップＳＴ１１において、蓄電システムの実際の充放電指令値が蓄電システム全体の定格電力の１／２以下であると指令値判断部４０が判断した場合（ＳＴ１１のＹｅｓ）、グループ設定部４１は、Ｐtotal×１／（Ｎ＋１）＜Ｐrated≦Ｐtotal×１／ＮとなるようなＮを求め（ＳＴ１２）、電池盤１ａ〜１ｆを充放電指令値に対応し得るＮ個のグループＧ１〜ＧＮに分ける（ＳＴ１３）。

図２〜図４に示した例はＮ＝３の場合の例である。ここでは、上位のＥＭＳからの充放電指令値の大きさが、システム全体の定格電力の１／３の場合である。このとき、コントローラ４のグループ設定部４１は、６台の電池盤１ａ〜１ｆについて、２台ずつ３つのグループに分ける。つまり第１グループＧ１の電池盤１ａ、１ｂ、第２グループＧ２の電池盤１ｃ、１ｄ、第３グループＧ３の電池盤１ｅ、１ｆという３グループである。

グループ設定部４１が電池盤１ａ〜１ｆのグループ分けを行った後、スイッチ制御部４２がグループごとにスイッチ２ｃ〜２ｆの開閉を制御する。スイッチ制御部４２はまず２つのスイッチ２ａ、２ｂを閉状態にし、他の４つのスイッチ２ｃ〜２ｆは開状態にして、第１グループの電池盤１ａ、１ｂだけを並列接続オンする（図２に図示、ＳＴ１４）。

次に、コントローラ４のＰＣＳ制御部４３は、電池盤１ａ、１ｂに対し充放電指令値で充放電するようにＰＣＳ３に指令する（ＳＴ１５）。コントローラ４から指令を受けたＰＣＳ３は、スイッチ２ａ、２ｂを介して電池盤１ａ、１ｂに対し、充放電指令値で充放電を行う。ＰＣＳ３が電池盤１ａ、１ｂの充電を行うと、図２に示すように、電池盤１ａ、１ｂのみが他の電池よりＳＯＣが上昇する。

コントローラ４のユニット制御部４４は、第２及び第３グループＧ２、Ｇ３に含まれる電池盤１ｃ〜１ｆの電池管理ユニット３ｃ〜３ｆの電源をオフにする。これにより、ＰＣＳ３から解列した電池盤１ｃ〜１ｆは低消費電力モードになる（ＳＴ１６）。また、コントローラ４のユニット制御部４４は、第１グループＧ１に含まれる電池盤１ａ、１ｂの電池管理ユニット３ａ、３ｂの電源をオンにしている。そのため、電池盤１ａ、１ｂは通常の消費電力モードになっている。

（ＳＯＣ差が基準値より大きくなることを防止するための定周期処理）
ＰＣＳ３が電池盤１ａ、１ｂの充電を行うことで、電池盤１ａ、１ｂのＳＯＣが他の電池盤１ｃ〜１ｆのＳＯＣよりも上昇するが、本実施形態では、電池盤１ａ〜１ｆのＳＯＣ差が予め規定された基準値Ｔｈに達した時点で、スイッチ制御部４２がスイッチ２ａ〜２ｆの開閉を切り換える。以下、図６のフローチャートを参照して、電池盤１ａ〜１ｆ間のＳＯＣ差が基準値Ｔｈより大きくなることを防止するための定周期処理について説明する。

ステップＳＴ２１では、スイッチ制御部４２が、全ての電池盤１ａ〜１ｆの最大ＳＯＣ差が基準値Ｔｈを超えるかどうかを確認して、全ての電池盤１ａ〜１ｆの最大ＳＯＣ差が基準値Ｔｈ以上であれば（ＳＴ２１のＹｅｓ）、全てのスイッチ２ａ〜２ｆをオフにする（ＳＴ２２）。

続いて、スイッチ制御部４２は、現在の指令値が充電指令値であることを確かめ（ＳＴ２３）、現在の指令値が充電指令値であれば（ＳＴ２３のＹｅｓ）、最もＳＯＣの小さいグループに属する電池盤に接続されたスイッチをオンにして（ＳＴ２４）、充電を再開する（ＳＴ２５）。再開した充電処理は、前記図５のフローチャートに示した処理に沿って実施される。なお、ＳＴ２４において、最もＳＯＣの小さいグループとしては、第２グループＧ２か第３グループＧ３のいずれかを選択することになる。

図３に示した例では、第１グループＧ１の電池盤１ａ、１ｂから、第２グループＧ２の電池盤１ｃ、１ｄへの切換えを行っている。コントローラ４のスイッチ制御部４２はスイッチ２ａ、２ｂを開状態とし、スイッチ２ｃ、２ｄを閉状態にする。これにより、第２グループＧ２の電池盤１ｃ、１ｄだけを並列接続状態にする。

次に、コントローラ４のＰＣＳ制御部４３が、電池盤１ｃ、１ｄに対し充電指令値で充電するようにＰＣＳ３に指令を出す。この指令を受けてＰＣＳ３は、スイッチ２ｃ、２ｄを介して、電池盤１ｃ、１ｄに充電指令値で充電を行い、図３に示したように、電池盤１ｃ、１ｄのＳＯＣが上昇する。

なお、コントローラ４のユニット制御部４４は、第２グループＧ２に含まれる電池盤１ｃ、１ｄの電池管理ユニット３ｃ、３ｄの電源をオンにして電池盤１ｃ、１ｄを通常の消費電力モードに切り換える。また、第１及び第３グループＧ１、Ｇ３に含まれる電池盤１ａ、１ｂ、１ｅ、１ｆについては、それらの電池管理ユニット３ａ、３ｂ、３ｅ、３ｆの電源をオフにして、これらＰＣＳ３から解列した電池盤１ａ、１ｂ、１ｅ、１ｆを低消費電力モードにする。

ＰＣＳ３が電池盤１ｃ、１ｄの充電を行うことで、電池盤１ｃ、１ｄのＳＯＣが電池盤１ａ、１ｂのＳＯＣに近づいていき、電池盤１ａ、１ｂのＳＯＣに追いつく。この時点で、電池盤１ａ〜１ｄと電池盤１ｅ、１ｆとのＳＯＣ差が予め規定された基準値Ｔｈに達したことになる。スイッチ制御部４２は、この時点でスイッチ２ａ〜２ｆの開閉の切換制御を行う。このとき、図６のフローチャートのステップＳＴ２１〜ＳＴ２５を繰り返す。

つまり、ＰＣＳ３の充電処理により電池盤１ｃ、１ｄのＳＯＣが上昇する場合に、コントローラ４のスイッチ制御部４２は、全電池盤１ａ〜１ｆの最大ＳＯＣ差が基準値Ｔｈを超えるかどうかを確認し、基準値Ｔｈ以上であれば（ＳＴ２１のＹｅｓ）、全てのスイッチ２ａ〜２ｆをオフにする（ＳＴ２２）。

そして、スイッチ制御部４２は、現在の指令値が充電指令値であることを確かめてから（ＳＴ２３）、最もＳＯＣの小さいグループに属する電池盤に接続されたスイッチをオンにして（ＳＴ２４）、充電を再開する（ＳＴ２５）。この場合の充電処理は、前記図５のフローチャートに示した充電処理と同様である。

ＳＴ２４において、最もＳＯＣの小さいグループとは第３グループＧ３である。そこで図３の状態から第２グループＧ２の次に充電されるグループは、第３グループＧ３となる。つまり、最大ＳＯＣ差が基準値Ｔｈ以上になると、図４に示すように、コントローラ４のスイッチ制御部４２は、電池盤１ｃ、１ｄのスイッチ２ｃ、２ｄから、電池盤１ｅ、１ｆのスイッチ２ｅ、２ｆへと切換えを行い、スイッチ２ｃ、２ｄが開状態、スイッチ２ｅ、２ｆは閉状態となる。

これにより、第３グループＧ３の電池盤１ｅ、１ｆだけを並列接続状態にする。次に、コントローラ４のＰＣＳ制御部４３が、電池盤１ｅ、１ｆに対し充電指令値で充電するようにＰＣＳ３に指令を出す。この指令を受けてＰＣＳ３は、スイッチ２ｅ、２ｆを介して、電池盤１ｅ、１ｆに充電指令値で充電を行い、電池盤１ｅ、１ｆのＳＯＣが上昇する。

なお、コントローラ４のユニット制御部４４は、第３グループＧ３に含まれる電池盤１ｅ、１ｆの電池管理ユニット３ｅ、３ｆの電源をオンにして電池盤１ｅ、１ｆを通常の消費電力モードに切り換える。また、第３グループＧ３以外のグループＧ１、Ｇ２に含まれる電池盤１ａ〜１ｄの電池管理ユニット３ａ〜３ｄの電源をオフにして、これらＰＣＳ３から解列する電池盤１ａ〜１ｄを低消費電力モードにする。

ＰＣＳ３が電池盤１ｅ、１ｆの充電を行うことで、電池盤１ｅ、１ｆのＳＯＣが電池盤１ａ〜１ｄのＳＯＣに追いつき、追い越していく。そして、電池盤１ｅ、１ｆのＳＯＣと電池盤１ａ〜１ｄとのＳＯＣ差が基準値Ｔｈに達した時点で、スイッチ制御部４２はスイッチ２ａ〜２ｆの開閉を切り換える。このときも、図６のフローチャートのステップＳＴ２１〜ＳＴ２５を繰り返す。

グループＧ１〜Ｇ３のＳＯＣの経時的な変化を図７のグラフに示す。このグラフでは、グループＧ１のＳＯＣの変化を実線で、グループＧ２のＳＯＣの変化を細かい点線で、グループＧ１３ＳＯＣの変化を粗い点線で、それぞれ示している。

まずグループＧ１のＳＯＣが基準値Ｔｈ分だけ上昇し、次に、グループＧ２のＳＯＣが基準値Ｔｈ分だけ上昇し、グループＧ１のＳＯＣに追いつく。続いて、グループＧ３のＳＯＣが基準値Ｔｈの２倍分だけ上昇してグループＧ１、Ｇ２のＳＯＣを追い越し、グループＧ１、Ｇ２のＳＯＣに対して基準値Ｔｈの分だけ差をつける。

その後、Ｇ１のＳＯＣが基準値Ｔｈ分だけ上昇して、グループＧ３のＳＯＣに追いつく。続いて、グループＧ２のＳＯＣが基準値Ｔｈの２倍分だけ上昇してグループＧ１、Ｇ３のＳＯＣを追い越し、グループＧ１、Ｇ３のＳＯＣに対して基準値Ｔｈの分だけ差をつける。次に、グループＧ３のＳＯＣが基準値Ｔｈ分だけ上昇し、グループＧ２のＳＯＣに追いつく。以上のようにして、各グループＧ１〜Ｇ３が順次充電処理を行うことにより、各グループＧ１〜Ｇ３ＳＯＣが順次、段階的に上昇していく。

（放電処理）
蓄電システムの実際の充放電指令値が蓄電システム全体の定格電力の１／２以下で、蓄電システムの電池盤が放電処理を行う場合は、図７のグラフの時間の向きが逆になって各グループＧ１〜Ｇ３が順次放電処理を行っていく。

すなわち、ＰＣＳ３がまず第１グループＧ１に含まれる電池盤１ａ、１ｂの放電を行うことで、電池盤１ａ、１ｂのＳＯＣが他の電池盤１ｃ〜１ｆのＳＯＣよりも下降する。そして、電池盤１ａ〜１ｆのＳＯＣ差が予め規定された基準値Ｔｈに達した時点で、スイッチ制御部４２がスイッチ２ａ〜２ｆの開閉を切り換えていき、各グループＧ１〜Ｇ３のＳＯＣが順次、段階的に下降していく。

また、蓄電システムが放電処理を実施する場合は、図６に示したステップＳＴ２２において、現在の指令値が充電ではなく放電指令値となり（ＳＴ２２のＮｏ）、コントローラ４のスイッチ制御部４２は、最もＳＯＣの大きいグループに属する電池盤に接続されたスイッチをオンにして（ＳＴ２６）、放電を再開することになる（ＳＴ２７）。

（作用及び効果）
蓄電システムにおいては、ＥＭＳからの充放電指令値の大きさが当該蓄電システムの定格電力の５０％を超えれば、充放電効率の値は、蓄電システムの実力としての効率に近い値となる。このため、本実施形態のコントローラ４では、まず指令値判断部４０が、ＥＭＳからの充放電指令値に関して、当該蓄電システムの定格電力の１／２つまり５０％以下かどうかを判断する。

そして、指令値判断部４０にて５０％を超えたという判断結果が得られれば、コントローラ４のスイッチ制御部４２が、全てのスイッチ２ａ〜２ｆを一括して制御し、全ての電池盤１ａ〜１ｆをＰＣＳ３に並列接続することができる。そのため、ＰＣＳ３は、蓄電システムの実力としての充放電効率で電池盤１ａ〜１ｆの充放電を行うことができる。

一方、ＥＭＳからの充放電指令値が当該蓄電システムの定格電力の１／２つまり５０％以下であれば、全ての電池盤１ａ〜１ｆを充放電に用いると、充電に要するエネルギーの割合が、放電で得られるエネルギーに対して相対的に大きくなり、充放電効率の低下が余儀なくされる。

そこで、コントローラ４の指令値判断部４０にて、ＥＭＳからの充放電指令値が当該蓄電システムの定格電力の１／２つまり５０％以下だという判断結果が得られれば、コントローラ４のグループ設定部４１が、充放電指令値の大きさに応じてスイッチ２ａ〜２ｆの閉状態数を決め、決定した閉状態数のスイッチ２ａ〜２ｆに接続した電池盤１ａ〜１ｆの集まりを、１つのグループとして設定する。次に、スイッチ制御部４２は、その時々の充放電を行う担当するグループを１つずつ順々に選択していき、グループごとに電池盤１ａ〜１ｆの充放電を行っていく。

このようにして本実施形態では、ＥＭＳからの充放電指令値が当該蓄電システムの定格電力の１／２以下といった低出力時には、充放電を行う電池盤１ａ〜１ｆの数を抑える。したがって、本実施形態においては、充放電指令値に適した充放電を実現することが可能となり、蓄電システムを低出力で運用した場合でも二次電池の監視や制御を行う回路の自己消費電力分による影響が相対的に顕著に増加することがない。その結果、蓄電システムの定格電力の数％以下といったレベルまで極端に充放電電力が下がったとしても、それに応じて電池盤１ａ〜１ｆの数を少なくして自己消費電力分を低減可能であり、充放電効率を維持することができる。

本実施形態では、充放電を行っていないグループに属する電池盤つまりＰＣＳ３から解列した電池盤１ａ〜１ｆを、待機モードなどの低消費電力モードにするので、いっそう優れた充放電効率を確保することが可能である。このため、蓄電システムを低出力で運用した時に全ての電池盤を並列接続して充放電する場合と比較して、損失を低減して優れた充放電効率を実現することができる。したがって、本実施形態によれば、蓄電システムの出力レベルに左右されることなく、充放電効率が向上する。

さらに、一部の電池盤が充放電を行うようにしながらも、全ての電池盤間のＳＯＣ差を常に一定値以下に保つので、必要な場合には即座に定格電力相当での充放電へ可能な状態を維持することができ、安定した制御が可能である。従来では、一部の電池盤１ａ〜１ｆのみで充放電を継続的に行うと、充放電を実施する電池盤１ａ〜１ｆと、充放電を実施しない電池盤１ａ〜１ｆとの間で、ＳＯＣ差が増大して蓄電システム内での電圧差が生じることになるが、本実施形態では、図７のグラフに示したように、充放電を担当する電池盤１ａ〜１ｆをグループ分けし、充放電を行うグループに順次切換えていき、全ての電池盤１ａ〜１ｆのＳＯＣ差が基準値Ｔｈ以下に常に収まるようにしている。

基準値Ｔｈは、それ以下のＳＯＣ差がある電池盤１ａ〜１ｆが並列接続されたとしても電池盤１ａ〜１ｆ間に流れる電流が安全面でも性能面でも問題とならない値である。このため、ＥＭＳからの充放電指令値が、当該蓄電システムの定格電力の数％以下といった低いレベルから、当該蓄電システムの定格電力近くの値まで、急増したときでも、解列していた電池盤も合わせて即座に全ての電池盤１ａ〜１ｆを並列投入することが可能である。したがって、蓄電システムの出力レベルが大きく変動しても、安定して充放電を行うことが可能であり、充放電指令値の変化に柔軟に対応することができ、高性能で、信頼性の高い蓄電システムの制御装置を実現することができる。

（２）他の実施形態
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。

（ａ）蓄電システムの規模を応じて、電池盤の設置数や種類、定格容量、定格出力等は適宜変更可能である。
（ｂ）スイッチ制御部において、グループ分けした電池盤に接続されたスイッチを経時的に順番に切換えていくようにしてもよい。このようなスイッチ制御部によれば、各グループに属する電池盤を時間的に均等に充放電していくことができる。
（ｃ）スイッチ制御部は、スイッチを切換える際に、スイッチ及び電池盤の特性に応じて全ての電池盤が接続オフとなる時間を確保するように構成してもよい。このスイッチ制御部によれば、スイッチ及び電池盤の特性に応じて全ての電池盤が接続オフとなる時間を確保したので、確実なスイッチ切換動作が可能である。

（ｄ）スイッチ制御部は、電池盤のＳＯＣの代わりに電池盤の電圧を使って、全てのグループの電池盤の充電状態の違いを、所定の範囲内に収めるようにしてもよい。このような実施形態によれば、グループ間の電圧は規定値以内になり、さらに安定した充放電制御を行うことができる。
（ｅ）上記の実施形態では、電池盤のグループ数が３つである例を説明したが、グループ数は適宜選択自在である。さらに、充電処理時でＳＯＣの最小グループが複数ある場合でのグループの選択基準、あるいは放電処理時でＳＯＣの最大グループが複数ある場合でのグループの選択基準等も、適宜変更可能である。

１ａ〜１ｆ…電池盤
２…スイッチ
３…ＰＣＳ
３ａ〜３ｆ…電池管理ユニット
４…コントローラ
４０…指令値判断部
４１…グループ設定部
４２…スイッチ制御部
４３…ＰＣＳ制御部
４４…ユニット制御部

Claims (7)

1. 充放電可能な電池盤が複数台並列接続された蓄電システムの制御装置において、
   前記電池盤に接続されるスイッチと、
   前記スイッチを介して前記電池盤に接続され前記電池盤に対し充放電を行う電力変換器と、
   前記スイッチに接続されるコントローラを設け、
   前記コントローラには、充放電指令を前記電力変換器に出力して前記電力変換器を制御する電力変換器制御部と、
   蓄電システムの充放電指令値の大きさに応じて前記スイッチの閉状態数を決め、決定した閉状態数の前記スイッチに接続した電池盤の集まりを、１つのグループとして設定するグループ設定部と、
   前記グループごとに前記スイッチの開閉制御を行うスイッチ制御部を設けたことを特徴とする蓄電システムの制御装置。
2. 前記コントローラの前記グループ設定部は、蓄電システム全体としての充放電指令値が蓄電システム全体としての定格電力の１／２以下である場合に、蓄電システムの充放電指令値の大きさに応じて前記電池盤のグループ分けを行うように構成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制御装置。
3. 前記スイッチ制御部は、前記電池盤の残量値及び電圧の少なくとも一方を、全てのグループで所定の範囲内に収めるように前記スイッチの開閉制御を行うように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システムの制御装置。
4. 前記スイッチ制御部は、前記グループ分けした前記電池盤に接続された前記スイッチを経時的に順番に切換えるように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電システムの制御装置。
5. 前記電池盤は、前記電力変換器から解列すると低消費電力モードに移行するように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電システムの制御装置。
6. 前記スイッチ制御部は、前記スイッチを切換える際に、前記スイッチ及び前記電池盤の特性に応じて全ての電池盤が接続オフとなる時間を確保するように構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電システムの制御装置。
7. 充放電可能な電池盤が複数台並列接続され、前記電池盤にスイッチを介して電力変換器が接続された蓄電システムの制御方法において、
   コンピュータにより、
   充放電指令を前記電力変換器に出力して前記電力変換器を制御するステップと、
   蓄電システムの充放電指令値の大きさに応じて前記スイッチの閉状態数を決め、決定した閉状態数の前記スイッチに接続した電池盤の集まりを、１つのグループとして設定するステップと、
   前記グループごとに前記スイッチの開閉制御を行うステップを行うことを特徴とする蓄電システムの制御方法。

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