JP2015012725A - 蓄電システム、蓄電モジュールおよび制御方法 - Google Patents

蓄電システム、蓄電モジュールおよび制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】例えば、蓄電部と電力線との間に流れる電流を制御する。【解決手段】蓄電システムは、例えば、電力線に対して並列接続される複数の蓄電モジュールと、前記電力線におけるシステム電圧を取得するシステム電圧取得部とを有し、前記蓄電モジュールは、1または複数の蓄電池からなる蓄電部と、前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する電流制御部と、を有し、前記電流制御部は、前記システム電圧および前記蓄電部の電圧に応じて、前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する。【選択図】図4

Description

本技術は、蓄電システム、蓄電モジュールおよび制御方法に関する。
システムの稼働中に、システムを構成するユニットを交換、抜去、増設等する、いわゆつ、活線挿抜に関する技術が知られている。システムの稼働中にユニットを接続する場合に、システム内に大電流(突入電流)が流れ、システムが損傷するおそれがある。このため、突入電流を低減する提案がなされている(例えば、下記特許文献1参照)。
特開平09−284998号公報
特許文献1の技術は、電源として電池を用いるものではない。電源として電池を使用するシステムにおいても、突入電流を低減することが望ましい。
したがって、本技術の目的の一つは、上記点を解決し得る蓄電システム、蓄電モジュールおよび制御方法を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本技術は、例えば、
電力線に対して並列接続される複数の蓄電モジュールと、
電力線におけるシステム電圧を取得するシステム電圧取得部と
を有し、
蓄電モジュールは、
1または複数の蓄電池からなる蓄電部と、
蓄電部と電力線との間に流れる電流を制御する電流制御部と、
を有し、
電流制御部は、システム電圧および蓄電部の電圧に応じて、蓄電部と電力線との間に流れる電流を制御する
蓄電システムである。
本技術は、例えば、
所定の電力線に対して接離可能とされ、
1または複数の蓄電池からなる蓄電部と、
蓄電部と電力線との間に流れる電流を制御する電流制御部と、
を有し、
電流制御部は、電力線におけるシステム電圧および蓄電部の電圧に応じて、蓄電部と電力線との間に流れる電流を制御する
蓄電モジュールである。
本技術は、例えば、
蓄電モジュールが接離可能とされる電力線におけるシステム電圧を取得し、
取得したシステム電圧と、1または複数の蓄電池からなる蓄電部の電圧とに応じて、蓄電部と電力線との間に流れる電流を制御する
蓄電モジュールにおける制御方法である。
少なくとも一つの実施形態によれば、電源として電池を使用するシステムにおいて、突入電流を低減する制御を行うことができる。なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示あって、それにより本技術の内容が限定されて解釈されるものではない。また、例示した効果と異なる効果が得られることを否定するものではない。
一般的な蓄電システムの構成を説明するための図である。 一般的な蓄電モジュールの構成を説明するための図である。 本技術の一実施形態における蓄電システムの構成を説明するための図である。 本技術の一実施形態における蓄電モジュールの構成を説明するための図である。 本技術の一実施形態における蓄電モジュールの処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。 本技術の一実施形態における可変抵抗の抵抗値を設定する処理の一例を説明するための図である。 本技術の変形例における蓄電モジュールの構成を説明するための図である。 本技術の応用例を説明するための図である。 本技術の応用例を説明するための図である。
以下、本技術の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
<1.一実施形態>
<2.変形例>
<3.応用例>
以下に説明する実施形態等は本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
<1.一実施形態>
「一般的な蓄電システムおよび蓄電モジュールの構成の一例」
本技術の理解を容易とするために、始めに、一般的な蓄電システムおよび蓄電モジュールの一例について、説明する。
図1は、一般的な蓄電システムの構成の一例を説明するための図である。蓄電システム1は、EMU(Energy Management Unit)10と、複数の蓄電モジュールとを含む。図1では、複数の蓄電モジュールの一例として、蓄電モジュール11aと、蓄電モジュール11bと、蓄電モジュール11cと、蓄電モジュール11dとが図示されている。個々の蓄電モジュールを区別する必要がない場合には、蓄電モジュール11と適宜、称する。
EMU10と蓄電モジュール11とか、所定の通信ラインSL1を介して接続される。通信ラインSL1を介して、EMU10と蓄電モジュール11との間で、データやコマンドのやり取りが可能とされる。
複数の蓄電モジュール11は、所定の電力ラインPL1に対して並列接続される。蓄電モジュール11は、電力ラインPL1を介して負荷13に接続される。負荷13の内容は、蓄電システム1の用途に応じて、適宜、設定することができる。蓄電システム1の稼働時には、電力ラインPL1に電圧Vsys1が発生する。
図2は、一般的な蓄電モジュールの構成の一例を説明するための図である。図2では、蓄電モジュール11aが図示されているが、蓄電モジュール11b等の他の蓄電モジュールも同様の構成を有する。なお、図2では、電力の経路が実線により示され、データや制御コマンドの経路が点線により示されている。
蓄電モジュール11aは、例えば、モジュールコントローラ21と、BMU(Battery Management Unit)22と、蓄電部23と、PV(Photovoltaic)充電器24と、AC(Alternating Current)−DC(Direct Current)25とを含む。PV充電器24は、蓄電モジュール11aの外部のPVパネル14に対して接続される。AC−DCコンバータ25は、蓄電モジュール11aの外部の系統電力15に接続される。なお、これらの構成については、本技術の一実施形態における蓄電モジュールの構成を説明する際に、具体的に説明する。
蓄電モジュール11は、電力ラインPL1に対して接離可能とされる。例えば、蓄電システム1の稼働中に、複数の蓄電モジュール11のうちの蓄電モジュール11aを電力ラインPL1から切り離すことができる。例えば、蓄電モジュール11aの点検、修理等のメンテナンスを行う際に、蓄電モジュール11aが電力ラインPL1から切り離される。
メンテナンスの終了後、蓄電モジュール11aが電力ラインPL1に対して再度、接続される。この接続の際に、例えば、電圧Vsys1が蓄電部23の電圧Vbatt1より所定以上、大きい場合には、蓄電部23と電力ラインPL1との間の電力ラインを、蓄電部23の定格を超える突入電流が、蓄電部23に向かって流れるおそれがある。一方、電圧Vbatt1が電圧Vsys1より所定以上、大きい場合には、蓄電部23から負荷13に向かう突入電流が流れるおそれがある。
蓄電モジュール11aを電力ラインPL1に接続する際には、突入電流が流れることを防止するために電圧Vsys1と電圧Vbatt1との電位差に注意しなければならず、接続作業に時間と手間がかかるという問題あった。さらに、蓄電モジュール11aを電力ラインPL1に接続する際の手順を誤ると、突入電流が流れるおそれがある、という問題があった。以下、このような問題に鑑みてなされた本技術の一実施形態について説明する。
「蓄電部の一例」
本技術の一実施形態の説明に先立ち、一実施形態における蓄電部の一例について説明する。蓄電部は、例えば、複数の2次電池により構成される。蓄電部を構成する2次電池は、例えば、正極活物質と、黒鉛等の炭素材料を負極活物質として含むリチウムイオン2次電池である。正極材料として特に限定はないが、好ましくは、オリビン構造を有する正極活物質を含有するものである。
オリビン構造を有する正極活物質としてさらに好ましくは、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )、または、異種原子を含有するリチウム鉄複合リン酸化合物(LiFex1-x4 :Mは1種類以上の金属、xは0<x<1である。)が好ましい。ここで、「主体」とは、正極活物質層の正極活物質総質量の50%以上を意味する。また、Mが2種以上の場合は、各々の下付数字の総和が1−xとなるように選定される。
Mとしては、遷移元素、IIA族元素、IIIA族元素、IIIB族元素、IVB族元素等が挙げられる。特にコバルト(Co),ニッケル,マンガン(Mn),鉄,アルミニウム,バナジウム(V),およびチタン(Ti)のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。
正極活物質は、リチウム鉄リン酸化合物またはリチウム鉄複合リン酸化合物の表面に、該酸化物とは異なる組成の金属酸化物(例えば、Ni、Mn、Liなどから選択されるもの)やリン酸化合物(例えば、リン酸リチウム等)等を含む被覆層が施されていてもよい。
リチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能な正極材料として、層状岩塩構造を有するコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、スピネル構造を有するマンガン酸リチウム(LiMn24)などのリチウム複合酸化物が使用されてもよい。
本技術における黒鉛としては、特に限定はなく、業界において用いられる黒鉛材料を広く用いることができる。負極の材料として、チタン酸リチウム、シリコン(Si)系材料、スズ(Sn)系材料等が使用されてもよい。
本技術にかかる電池の電極の製造法としては、特に限定はなく、業界において用いられている方法を広く用いることができる。
本技術における電池構成としては、特に限定はなく、公知の構成を広く用いることができる。
本技術に用いられる電解液としては、特に限定はなく、液状、ゲル状を含み、業界において用いられる電解液を広く用いることができる。
電解液溶媒として好ましくは、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン(VC)、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピロニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、エチレンスルフィド、およびビストリフルオロメチルスルホニルイミドトリメチルヘキシルアンモニウム、さらに好ましくは4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン(VC)、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンである。
電解液支持塩として好ましくは、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、ビス(ペ
ンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(Li(C25SO22N)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiSO3CF3)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(Li(CF3SO22N)、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチルリチウム(LiC(SO2CF33である。
リチウムイオン2次電池は、形状に応じて角型、円筒型等に分類することができる。本技術では一例として、円筒型のリチウムイオン2次電池が使用される。蓄電池の一例である1の円筒型のリチウムイオン2次電池を、セルと適宜、称する。リチウムイオン2次電池のセルの平均的な出力電圧は、例えば、3.0V(ボルト)程度であり、満充電電圧は、例えば、4.2V程度である。また、リチウムイオン2次電池のセルの容量は、例えば、3Ah(アンペアアワー)(3000mAh(ミリアンペアアワー))である。
複数のセルが接続されることにより、サブモジュールが形成される。サブモジュールは、例えば、8個のセルが並列に接続された構成を有する。この場合のサブモジュールの容量は、24Ah程度となり、電圧は、セルの電圧と略同じ3.0V程度となる。
例えば、16のサブモジュールが直列に接続されることにより蓄電部が構成される。この場合の蓄電部の容量は、24Ah程度となり、電圧は、48V(3.0V×16)程度となる。蓄電部が、他の構成要素とともに共通のケース内に収納されることにより一の蓄電モジュールが形成される。
なお、蓄電部の構成は、用途等に応じて適宜、変更することができる。さらに、リチウムイオン2次電池に限らず、リチウムイオン2次電池以外の2次電池(ナトリウム−硫黄電池、ニッケル水素電池等)や、キャパシタ(電気二重層キャパシタ等)、これらを組み合わせたものにより蓄電部が構成されてもよい。
「一実施形態における蓄電システムおよび蓄電モジュールの構成の一例」
図3は、本技術の一実施形態における蓄電システムの構成の一例を説明するための図である。蓄電システム2は、EMU30と、複数の蓄電モジュールとを含む。図3では、複数の蓄電モジュールの一例として、蓄電モジュール31aと、蓄電モジュール31bと、蓄電モジュール31cと、蓄電モジュール31dとが図示されている。個々の蓄電モジュールを区別する必要がない場合には、蓄電モジュール31と適宜、称する。
EMU30は、蓄電システム2における上位のコントローラとして機能し、蓄電システム2の各部を制御する。また、EMU30は、電圧センサ等(図示は省略している)により測定される電力ラインPL10におけるシステム電圧(後述する電圧Vsys10)を取得する、システム電圧取得部として機能する。EMU30は、例えば、所定の周期でもってシステム電圧を取得する。
EMU30と蓄電モジュール31とが、所定の通信ラインSL10を介して接続される。通信ラインSL10を介して、EMU30と蓄電モジュール31との間で、所定の通信規格に基づく、データや制御コマンドのやり取りが可能とされる。
複数の蓄電モジュール31は、所定の電力ラインPL10に対して並列接続される。蓄電モジュール31は、電力ラインPL10を介して負荷33に接続される。負荷33の内容は、蓄電システム2の用途に応じて、適宜、設定することができる。蓄電システム2の稼働時には、電力ラインPL10にシステム電圧の一例である電圧Vsys10が発生する。
図4は、本技術の一実施形態における蓄電モジュールの構成の一例を説明するための図である。図4では、蓄電モジュール31aが図示されているが、蓄電モジュール31b等の他の蓄電モジュールも同様の構成を有する。なお、図4では、電力の経路が実線により示され、データや制御コマンドの経路が点線により示されている。
蓄電モジュール31aは、例えば、PVパネル34、系統電力35および負荷33に接続される。PVパネル34は、例えば、屋根、屋外等に設置される太陽電池モジュールである。太陽電池モジュールは、複数の太陽電池を接続してパネル状としたものであり、ソーラーパネルとも称される。通常、複数枚の太陽電池モジュールが並べて設置され、太陽電池アレイが構成される。
PVパネル34に対してパワーコンディショナ(図示は省略している)が接続される。パワーコンディショナは、最大電力点追従制御(Maximum Power Point Tracking:MPPT)と称される制御を行う。この制御は、太陽電池モジュールの発電電力の変動に追従して、常に最大の電力点を追いかける方式である。このパワーコンディショナの出力が外部電力系統の電力供給ラインに接続され、太陽電池モジュールの発電電力(余剰電力)が売電される構成としてもよい。
系統電力35は、例えば、商用電力である。電力供給者の発電所にて発電した電力(交流電力)が図示しない送電網、配電網を介して系統電力35に供給される。負荷33は、冷蔵庫やテレビジョン装置等の電子機器のほか、大規模なシステムなど、用途に応じて適宜、設定できる。
蓄電モジュール31aは、例えば、モジュールコントローラ41と、BMU42と、蓄電部43と、PV充電器44と、AC−DC45と、ブレーカー46と、可変抵抗47とを含む。PV充電器44は、蓄電モジュール31aの外部のPVパネル34に対して接続される。AC−DCコンバータ45は、蓄電モジュール31aの外部の系統電力35に接続される。
モジュールコントローラ41は、CPU(Central Processing Unit)等により構成され、蓄電モジュール31aの各部を制御する。モジュールコントローラ41が、プログラム等が格納されるROM(Read Only Memory)や、ワークメモリ等として使用されるRAM(Random Access Memory)を有する構成としてもよい。モジュールコントローラ41が、例えば、BMU42と、PV充電器44と、AC−DCコンバータ45と、ブレーカー46と、可変抵抗47とに対する制御を実行する。
モジュールコントローラ41は、EMU30と通信を行うことにより、EMU30から電力ラインPL10における電圧Vsys10を取得する。また、モジュールコントローラ41は、蓄電部43の電圧Vbatt10を取得する。蓄電部43の電圧Vbatt10は、例えば、電圧センサ(図示は省略している)等により測定される。
なお、モジュールコントローラ41は、例えば、BMU42がオフしている場合でも動作し続ける。この場合のモジュールコントローラ41の電源としては、PVパネル34およびPV充電器44を介して供給される電力でもよく、系統電力35およびAC−DCコンバータ45を介して供給される電力でもよい。蓄電部43の電力がモジュールコントローラ41のみに供給されるようにしてもよい。
一例として、モジュールコントローラ41と可変抵抗47とにより、電流制御部が構成される。この場合、モジュールコントローラ41は、可変抵抗47の抵抗値を設定する抵抗制御部として機能する。モジュールコントローラ41は、電圧Vsys10および電圧Vbatt10に応じて可変抵抗47の抵抗値を適切に設定する。モジュールコントローラ41により可変抵抗47の抵抗値が適切に設定されることにより、蓄電部43と電力ラインPL10との間に流れる電流が制御される。
モジュールコントローラ41は、例えば、電圧Vsys10および電圧Vbatt10に基づいて得られる値(例えば、差分値)が所定値より大きい場合に、蓄電部43と電力ラインPL10との間に流れる電流が所定の電流値以下となるように、可変抵抗47の抵抗値を設定する。
BMU42は、蓄電部43に対して接続される。例えば、BMU42は、FET(Field Effect Transistor)等のスイッチング素子(図示は省略している)を介して蓄電部43に接続される。BMU42がこのFETのオン/オフを切り替えることにより、蓄電モジュール31a内外のシステムへの蓄電部43の接続を制御できる。FETがオンされると蓄電部43が蓄電モジュール31a内のシステムに接続される。さらに、ブレーカー46がオンされると、蓄電部43が蓄電モジュール31a外のシステムに接続される。
BMU42は、蓄電部43の状態(残容量、電池電圧、電池温度等)を監視し、適切な充放電動作が行われるように動作する。BMU42は、FET等からなる充電制御スイッチおよび放電制御スイッチ(これらの図示は省略している)のオン/オフを適切に制御し、蓄電部43に対する充放電を制御する。BMU42は、例えば、蓄電部43の電圧Vbatt10をモジュールコントローラ41に対して送信する。
蓄電部43の詳細については既述してあるため、重複した説明を省略する。
PV充電器44は、例えば、DC−DCコンバータを含む構成を有する。PV充電器44は、例えば、PVパネル34が発電した電力を安定化するとともに、所定の電圧に変換する機能を有する。PV充電器44から所定の電圧が出力され、負荷33や蓄電部43に供給される。
PV充電器44は、例えば、蓄電部43から供給される電力を使用して動作する。PV充電器44のための電源が別途、設けられてもよい。PV充電器44が、PVパネル34が生成する電力により動作するようにしてもよい。すなわち、PVパネル34から供給される電圧が閾値を超えた場合に、PV充電器44が自律的に起動し動作するようにしてもよい。
AC−DCコンバータ45は、系統電力35から供給される交流電力から直流電力を形成する。AC−DCコンバータ45により形成された直流電力が負荷33や蓄電部43に供給される。
ブレーカー46は、蓄電部43と電力ラインPL10とを導通または非導通とするものである。ブレーカー46のオン/オフは、例えば、モジュールコントローラ41により制御される。ブレーカー46をオフすることにより、蓄電モジュール31aを蓄電システム2から切り離すことができる。
可変抵抗47は、抵抗値を可変できる抵抗である。例えば、可変抵抗47の抵抗値を大きくすることにより、電力ラインPL10と蓄電部43との間に流れる電流を制限することができる。例えば、突入電流が流れるおそれがある場合に可変抵抗47の抵抗値を大きく設定することにより、突入電流を低減できる。可変抵抗47の抵抗値は、例えば、モジュールコントローラ41の制御に応じて設定される。
なお、電力ラインPL10と蓄電部43との間に流れる電流を制御できる構成であれば、可変抵抗以外の素子が使用されてもよい。可変抵抗47に代えて、ポリスイッチや、複数の素子からなる電流制限回路が使用されてもよい。
なお、蓄電モジュール31aの出力段に、DC−ACインバータが設けられてもよい。DC−ACインバータは、蓄電モジュール31aから出力される直流電力から商用電力と同様のレベルおよび周波数の交流電力を形成する。DC−ACインバータにより形成された交流電力が負荷33に供給されてもよい。
「電力の流れの一例」
蓄電モジュール31aにおける電力の流れの一例について説明する。蓄電モジュール31aでは、PVパネル34から供給される直流電力に基づいて、蓄電部43を充電することができる。すなわち、PVパネル34から供給される直流電圧がPV充電器44により適切な直流電圧に変換される。PV充電器44により形成される直流電圧が蓄電部43に供給され、蓄電部43が充電される。
さらに、蓄電モジュール31aでは、系統電力35から供給される交流電力に基づいて蓄電部43を充電することができる。系統電力35から供給される交流電圧がAC−DCコンバータ45により直流電圧に変換される。直流電圧が介して蓄電部43に供給され、蓄電部43が充電される。なお、蓄電部43の充電は、例えば、定電流(CC)−定電圧(CV)方式による充電が行われる。蓄電部43を充電する際に、低電流による初期充電が行われるようにしてもよい。
蓄電モジュール31aは、PVパネル34から供給される電力を負荷33に対して供給することができる。PVパネル34から供給される直流電圧がPV充電器44により所定の電圧に変換され、直流電力が形成される。PV充電器44により形成された直流電力が負荷33に対して供給される。
蓄電モジュール31aは、系統電力35から供給される交流電力を負荷33に対して供給することができる。系統電力35から供給される交流電力がAC−DCコンバータ45に供給される。AC−DCコンバータ45は、交流電力から直流電力を形成し出力する。AC−DCコンバータ45から出力される直流電力が負荷33に供給される。
蓄電モジュール31aは、蓄電部43の放電による電力を負荷33に供給することができる。蓄電部43の放電による直流電力がBMU42、可変抵抗47およびブレーカー46を介して負荷33に供給される。さらに、例えば、系統電力35から供給される電力を負荷33に供給しつつ、PVパネル34から供給される電力により蓄電部43を充電するようにしてもよい。
「蓄電モジュールの動作の一例」
図5および図6を参照して、蓄電モジュール31aの動作の一例について説明する。なお、蓄電モジュール31b等の他の蓄電モジュールの動作も同様である。
図5は、蓄電モジュール31aの動作の一例を説明するためのフローチャートである。なお、以下に説明する処理は、特に断らない限り、モジュールコントローラ41による制御により行われる。
ステップST101では、モジュールコントローラ41が、ブレーカー46の状態を確認し、自モジュール(この例では、蓄電モジュール31a)が蓄電システム2の電力ラインPL10に接続されているか否かを確認する。蓄電モジュール31aが電力ラインPL10に接続されている場合には、処理がステップST101に戻る。そして、ステップST101の判断が定期的に繰り返される。蓄電モジュール31aが電力ラインPL10に接続されていない場合には、処理がステップST102に進む。
ステップST102では、モジュールコントローラ41が、自システムのBMU42のオン/オフを確認する。BMU42がオフである場合には、モジュールコントローラ41は、蓄電モジュール31aがメンテナンス等されているものと判断する。そして、処理がステップST102に戻り、ステップST102の判断が繰り返される。BMU42がオンである場合には、処理がステップST103に進む。
例えば、蓄電モジュール31aが電力ラインPL10に接続される前に、電圧Vsys10および電圧Vbatt10を取得する処理が行われる。すなわち、ステップST103では、モジュールコントローラ41は、EMU10と通信を行い、EMU10からシステムの電圧(電圧Vsys10)を取得する。そして、処理がステップST104に進む。
ステップST104では、モジュールコントローラ41は、BMU42と通信を行い、BMU42から蓄電部43の電圧(電圧Vbatt10)を取得する。モジュールコントローラ41には、電圧Vsys10および電圧Vbatt10が入力される。そして、処理がステップST105に進む。
ステップST105では、モジュールコントローラ41が、電圧Vsys10と電圧Vbatt10の差分の絶対値(|電圧Vsys10−電圧Vbatt10|)であるVdiffを算出する。そして、処理がステップST106に進む。
ステップST106では、蓄電モジュール31aの定格電流とVdiffとに基づいて、可変抵抗47の抵抗値Rcontを設定する。ここで、図6の縦軸がVdiffを示し、横軸が電流を示すとすると、オームの法則によりVdiffは、抵抗値Rcontを傾きとする1次関数となる。
例えば、定格電流をImax、VdiffをV1と仮定すると、抵抗値Rcontは図6にしたがってR1より大きい値が選択される。具体例として、V1が50VでImaxが20Aとすると、R1の抵抗値は2.5Ω(オーム)以上の値に設定される。
例えば、定格電流をImax、VdiffがV2と仮定すると、抵抗値Rcontは図6にしたがってR2より大きい値が選択される。具体例として、V2が40VでImaxが20Aとすると、R2の抵抗値は2.0Ω以上の値に設定される。可変抵抗47の抵抗値Rcontが決定された後に、処理がステップST107に進む。
ステップST107では、モジュールコントローラ41がBMU42に対して蓄電部43を蓄電システム2に接続するための制御を行うように指示する。この指示に応じて、BMU42は、例えば、FETスイッチをオンする。これにより、蓄電部43を蓄電システム2に接続するための準備がなされる。
さらに、モジュールコントローラ41は、ブレーカー46をオンし、蓄電モジュール31aを蓄電システム2に接続する。可変抵抗47の抵抗値Rcontが適切な値に設定されているため、蓄電部43に対して、若しくは、負荷33に対して突入電流(例えば、定格以上の電流)が流れることを防止できる。すなわち、抵抗値Rcontを適切な値に設定することにより、蓄電部43と電力ラインPL10との間に流れる電流を、所定の電流値以下(例えば、定格電流以下)とすることができる。
なお、蓄電モジュール31aが接続されてから所定時間、経過後には、電圧Vsys10および電圧Vbatt10の差分が減少し、蓄電システム2全体が定常状態へと移行する。所定時間は、蓄電モジュール31aの出力電圧等に応じて異なる時間であるが、一例としては、1秒程度に設定される。一実施形態では、さらに、ステップST108の処理を行うようにしている。
ステップST108では、モジュールコントローラ41が、所定時間、経過後に抵抗値Rcontを低下させる。例えば、モジュールコントローラ41は、所定時間、経過後に抵抗値Rcontを最小に設定する。これにより、蓄電モジュール31aが通常の充放電を行う際に、可変抵抗47による電圧降下等の損失が生じることを抑制できる。
以上、説明したように、一実施形態では、電力線と蓄電部との間に流れる電流を制御できる。さらに、一実施形態によれば、可変抵抗の適切な抵抗値が自動で設定されるため、蓄電モジュールのシステムへの接続時に定格を超える電流が流れることを防止できる。可変抵抗の抵抗値は瞬時に設定されるため、蓄電モジュールをシステムへ接続する際の時間を大幅に短縮できる。さらに、蓄電モジュールのシステムへの接続が自動で行われるため、人為的なミス等に起因して突入電流が流れてしまうことを防止できる。
<2.変形例>
以上、本技術の実施形態について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
図7は、蓄電モジュールの変形例を説明するためのブロック図である。なお、図7では、蓄電モジュール31aと同一の構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略している。
変形例における蓄電モジュール50は、モジュールコントローラ51と、可変抵抗47をバイパスするバイパス回路52を有する。バイパス回路52は、例えば、可変抵抗47に対して並列に接続されるスイッチ52aを含む。
蓄電モジュール50の動作の一例について説明する。蓄電モジュール50のモジュールコントローラ51は、蓄電モジュール31aのモジュールコントローラ41と同様に、可変抵抗47の抵抗値を適切に設定する。これにより、蓄電モジュール50が電力ラインPL10に接続された際に生じ得る突入電流を低減できる。なお、蓄電モジュール50が電力ラインPL10に接続される際には、バイパス回路52のスイッチ52aはオフされている。
モジュールコントローラ51は、蓄電モジュール50が電力ラインPL10に接続されてから所定時間、経過後に、スイッチ52aをオンする。スイッチ52aをオンすることにより、電流の経路が可変抵抗47を含む回路からバイパス回路52に変更される。可変抵抗47の抵抗値を厳密に0にすることは困難であるが、バイパス回路52には抵抗が接続されていないため、蓄電モジュール50が通常の充放電を行う際に、抵抗に起因する損失が生じることを防止できる。
上述した変形例の他にも、本技術は、技術的な矛盾が生じない範囲で各種の変形が可能である。例えば、電圧Vsysと電圧Vbattとの差分の絶対値が所定値より小さい場合には、突入電流が流れるおそれが低いため、可変抵抗の抵抗値を最小に設定してもよい。
上述した一実施形態では、電圧Vsysと電圧Vbattとの差分の絶対値から可変抵抗の抵抗値を算出するようにした。これに代えて、電圧Vsysと電圧Vbattとの差分の絶対値に対応する抵抗値が記述されたテーブルがROM等に格納されてもよい。そして、モジュールコントローラが、電圧Vsysと電圧Vbattとの差分の絶対値に対応する抵抗値を当該テーブルから読み出すようにしてもよい。抵抗値が記述されたテーブルが、ネットワーク等を介して蓄電モジュールに入力されてもよい。
複数の蓄電モジュールが直接に接続されることにより、蓄電モジュール群が形成されてもよい。複数の蓄電モジュール群が電力ラインに対して並列接続されてもよい。蓄電モジュールが電力ラインに対して直並列接続される場合も、特許請求の範囲における、蓄電モジュールが電力ラインに並列接続される、ことに含まれる。
本技術は、装置に限らず、方法、システム、プログラム等により実現することができる。実施形態等における構成および処理は、技術的な矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせることができる。例示した処理の流れにおけるそれぞれの処理の順序は、技術的な矛盾が生じない範囲で適宜、変更できる。
本技術は、以下の構成もとることができる。
(1)
電力線に対して並列接続される複数の蓄電モジュールと、
前記電力線におけるシステム電圧を取得するシステム電圧取得部と
を有し、
前記蓄電モジュールは、
1または複数の蓄電池からなる蓄電部と、
前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する電流制御部と、
を有し、
前記電流制御部は、前記システム電圧および前記蓄電部の電圧に応じて、前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する
蓄電システム。
(2)
前記電流制御部は、
少なくとも一の可変抵抗と、
前記可変抵抗の抵抗値を設定する抵抗制御部と
を有する
(1)に記載の蓄電システム。
(3)
前記抵抗制御部は、前記システム電圧および前記蓄電部の電圧に基づいて得られる値が所定値より大きい場合に、前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流が所定の電流値以下となるように、前記抵抗値を設定する
(2)に記載の蓄電システム。
(4)
少なくとも一の蓄電モジュールが前記電力線に対して接続される前に、前記システム電圧および該蓄電モジュールの蓄電部の電圧が取得され、
前記抵抗制御部は、前記システム電圧および前記蓄電部の電圧に応じて、前記抵抗値を設定する
(2)または(3)に記載の蓄電システム。
(5)
少なくとも一の蓄電モジュールが前記電力線に接続されてから所定時間、経過後に、該蓄電モジュールの抵抗制御部は、前記抵抗値を低下させる
(2)乃至(4)のいずれかに記載の蓄電システム。
(6)
少なくとも一の蓄電モジュールが前記電力線に接続されてから所定時間、経過後に、該蓄電モジュールの抵抗制御部は、前記抵抗値を最小値に設定する
(5)に記載の蓄電システム。
(7)
前記蓄電モジュールは、前記可変抵抗をバイパスするバイパス回路を有し、
少なくとも一の蓄電モジュールが前記電力線に接続されてから所定時間、経過後に、前記電流制御部は、前記電流の経路を前記バイパス回路に設定する
(2)乃至(4)のいずれかに記載の蓄電システム。
(8)
前記蓄電モジュールは、前記蓄電部と前記電力線とを導通または非導通とするブレーカーを有し、
前記抵抗制御部による前記抵抗値の設定後に、前記ブレーカーが非導通から導通に切り替えられる
(2)乃至(7)のいずれかに記載の蓄電システム。
(9)
前記抵抗制御部は、前記システム電圧と前記蓄電部の電圧との差の絶対値に応じて、前記抵抗値を設定する
(2)乃至(8)に記載の蓄電システム。
(10)
所定の電力線に対して接離可能とされ、
1または複数の蓄電池からなる蓄電部と、
前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する電流制御部と、
を有し、
前記電流制御部は、前記電力線におけるシステム電圧および前記蓄電部の電圧に応じて、前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する
蓄電モジュール。
(11)
蓄電モジュールが接離可能とされる電力線におけるシステム電圧を取得し、
前記取得したシステム電圧と、1または複数の蓄電池からなる蓄電部の電圧とに応じて、前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する
蓄電モジュールにおける制御方法。
<3.応用例>
本技術の応用例について説明する。なお、本技術の内容は、以下に説明する応用例に限定されるものではない。
「応用例としての住宅における電力貯蔵装置」
本技術を住宅用の電力貯蔵装置に適用した例について、図8を参照して説明する。例えば住宅101用の電力貯蔵装置100においては、火力発電102a、原子力発電102b、水力発電102c等の集中型電力系統102から電力網109、情報網112、スマートメータ107、パワーハブ108等を介し、電力が蓄電装置103に供給される。これとともに、家庭内発電装置104等の独立電源から電力が蓄電装置103に供給される。蓄電装置103に供給された電力が蓄電される。蓄電装置103を使用して、住宅101で使用する電力が給電される。住宅101に限らずビルに関しても同様の電力貯蔵装置を使用できる。
住宅101には、家庭内発電装置104、電力消費装置105、蓄電装置103、各装置を制御する制御装置110、スマートメータ107、各種情報を取得するセンサ111が設けられている。各装置は、電力網109および情報網112によって接続されている。家庭内発電装置104として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置105および−または蓄電装置103に供給される。電力消費装置105は、冷蔵庫105a、空調装置105b、テレビジョン受信機105c、風呂105d等である。さらに、電力消費装置105には、電動車両106が含まれる。電動車両106は、電気自動車106a、ハイブリッドカー106b、電気バイク106cである。
蓄電装置103は、2次電池、またはキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン2次電池によって構成されている。蓄電装置103として、上述した蓄電モジュール31または蓄電モジュール50を適用できる。リチウムイオン2次電池は、定置型であっても、電動車両106で使用されるものでも良い。スマートメータ107は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網109は、直流給電、交流給電、非接触給電のいずれか一つまたは複数を組み合わせても良い。
各種のセンサ111は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種センサ111により取得された情報は、制御装置110に送信される。センサ111からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置105を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置110は、住宅101に関する情報を、インターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
パワーハブ108によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置110と接続される情報網112の通信方式としては、UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter:非同期シリアル通信用送受信回路)等の通信インターフェースを使う方法、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、Wi−Fi(登録商標)等の無線通信規格によるセンサネットワークを利用する方法がある。
Bluetooth方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ZigBeeは、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4の物理層を使用するものである。IEEE802.15.4は、PAN(Personal Area Network) またはW(Wireless)PANと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
制御装置110は、外部のサーバ113と接続されている。このサーバ113は、住宅101、電力会社、サービスプロバイダーのいずれかによって管理されていても良い。サーバ113が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置(たとえばテレビジョン受信機)から送受信しても良いが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機等)から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。
各部を制御する制御装置110は、CPU、RAM、ROM等で構成され、この例では、蓄電装置103に格納されている。制御装置110は、蓄電装置103、家庭内発電装置104、電力消費装置105、各種センサ111、サーバ113と情報網112により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。
以上のように、電力が火力発電102a、原子力発電102b、水力発電102c等の集中型電力系統102のみならず、家庭内発電装置104(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置103に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置104の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置103に蓄えるとともに、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置103に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置103によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
なお、この例では、制御装置110が蓄電装置103内に格納される例を説明したが、スマートメータ107内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、電力貯蔵装置100は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
「応用例としての車両における電力貯蔵装置」
本技術を車両用の電力貯蔵装置に適用した例について、図9を参照して説明する。図9に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
このハイブリッド車両200には、エンジン201、発電機202、電力駆動力変換装置203、駆動輪204a、駆動輪204b、車輪205a、車輪205b、電池208、車両制御装置209、各種センサ210、充電口211が搭載されている。
ハイブリッド車両200は、電力駆動力変換装置203を動力源として走行する。電力駆動力変換装置203の一例は、モータである。電池208の電力によって電力駆動力変換装置203が作動し、この電力駆動力変換装置203の回転力が駆動輪204a、204bに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流(DC−AC)あるいは逆変換(AC−DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置203が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ210は、車両制御装置209を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。各種センサ210には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
エンジン201の回転力は発電機202に伝えられ、その回転力によって発電機202により生成された電力を電池208に蓄積することが可能である。
図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置203に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置203により生成された回生電力が電池208に蓄積される。
電池208は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口211を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。電池208として、例えば、蓄電モジュール31または蓄電モジュール50を適用できる。
図示しないが、2次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残容量に関する情報に基づき、電池残容量表示を行う情報処理装置などがある。
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という3つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。
2・・・蓄電システム
30・・・EMU
31,50・・・蓄電モジュール
33・・・負荷
41,51・・・モジュールコントローラ
42・・・BMU
43・・・蓄電部
46・・・ブレーカー
47・・・可変抵抗
52・・・バイパス回路
PL10・・・電力ライン
Vsys・・・システム電圧
Vbatt・・・蓄電部の電圧

Claims (11)

  1. 電力線に対して並列接続される複数の蓄電モジュールと、
    前記電力線におけるシステム電圧を取得するシステム電圧取得部と
    を有し、
    前記蓄電モジュールは、
    1または複数の蓄電池からなる蓄電部と、
    前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する電流制御部と、
    を有し、
    前記電流制御部は、前記システム電圧および前記蓄電部の電圧に応じて、前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する
    蓄電システム。
  2. 前記電流制御部は、
    少なくとも一の可変抵抗と、
    前記可変抵抗の抵抗値を設定する抵抗制御部と
    を有する
    請求項1に記載の蓄電システム。
  3. 前記抵抗制御部は、前記システム電圧および前記蓄電部の電圧に基づいて得られる値が所定値より大きい場合に、前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流が所定の電流値以下となるように、前記抵抗値を設定する
    請求項2に記載の蓄電システム。
  4. 少なくとも一の蓄電モジュールが前記電力線に対して接続される前に、前記システム電圧および該蓄電モジュールの蓄電部の電圧が取得され、
    前記抵抗制御部は、前記システム電圧および前記蓄電部の電圧に応じて、前記抵抗値を設定する
    請求項2に記載の蓄電システム。
  5. 少なくとも一の蓄電モジュールが前記電力線に接続されてから所定時間、経過後に、該蓄電モジュールの抵抗制御部は、前記抵抗値を低下させる
    請求項2に記載の蓄電システム。
  6. 少なくとも一の蓄電モジュールが前記電力線に接続されてから所定時間、経過後に、該蓄電モジュールの抵抗制御部は、前記抵抗値を最小値に設定する
    請求項5に記載の蓄電システム。
  7. 前記蓄電モジュールは、前記可変抵抗をバイパスするバイパス回路を有し、
    少なくとも一の蓄電モジュールが前記電力線に接続されてから所定時間、経過後に、前記電流制御部は、前記電流の経路を前記バイパス回路に設定する
    請求項2に記載の蓄電システム。
  8. 前記蓄電モジュールは、前記蓄電部と前記電力線とを導通または非導通とするブレーカーを有し、
    前記抵抗制御部による前記抵抗値の設定後に、前記ブレーカーが非導通から導通に切り替えられる
    請求項2に記載の蓄電システム。
  9. 前記抵抗制御部は、前記システム電圧と前記蓄電部の電圧との差の絶対値に応じて、前記抵抗値を設定する
    請求項2に記載の蓄電システム。
  10. 所定の電力線に対して接離可能とされ、
    1または複数の蓄電池からなる蓄電部と、
    前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する電流制御部と、
    を有し、
    前記電流制御部は、前記電力線におけるシステム電圧および前記蓄電部の電圧に応じて、前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する
    蓄電モジュール。
  11. 蓄電モジュールが接離可能とされる電力線におけるシステム電圧を取得し、
    前記取得したシステム電圧と、1または複数の蓄電池からなる蓄電部の電圧とに応じて、前記蓄電部と前記電力線との間に流れる電流を制御する
    蓄電モジュールにおける制御方法。
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