JP2015100237A - 制御装置、蓄電装置、蓄電装置の制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電部を互いに並列に接続している場合において、これら複数の蓄電部が劣化しないようにする。
【解決手段】制御装置２０は、総電流値設定部２１０及び上限電流値記憶部２２０を備えている。上限電流値記憶部２２０は、複数の蓄電部１１０のそれぞれの上限電流値を記憶する。総電流値設定部２１０は、蓄電装置１０を流れる電流を示す総電流値を設定する。蓄電装置１０に電流が流れる場合としては、蓄電装置１０を充電する場合、及び蓄電装置１０から放電される場合の双方がある。そして総電流値設定部２１０は、いずれかの蓄電部１１０において、電流測定部１２０による電流値が上限電流値記憶部２２０に記憶されている上限電流値を超えた場合に、総電流値を下げる。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置、蓄電装置、蓄電装置の制御方法、及びプログラムに関する。

近年は、複数の蓄電ユニットを有する電源装置が普及している。電源装置は、電力を蓄電ユニットに蓄えておき、必要に応じて蓄電ユニットから電力を供給する装置である。電源装置では、例えば特許文献１，２に記載されているように、複数の蓄電部が互いに並列に接続された状態で使用される場合が多い。

詳細には、特許文献１には、蓄電部それぞれの状態を検出し、この状態に基づいて蓄電部を流れる電流を個別に制御することが記載されている。

また特許文献２には、モータに接続された蓄電装置において、モータが駆動源として機能する場合には、蓄電装置を流れる電流を、複数の蓄電部それぞれの電力制限値の和に基づいて制御すること、及び、モータが制動源として機能する場合には、蓄電装置を流れる電流を、複数の蓄電部それぞれの電力制限値のうちの大きいほうの２倍を超えないように制御することが記載されている。

特開２００８−１１８７９０号公報 特開２０１１−２３４５４３号公報

蓄電部の充放電特性は、劣化等によって変化する。このため、互いに同じ構造を有する複数の蓄電部を並列に並べても、蓄電装置の充放電が繰り返されるうちに、これら複数の蓄電部の充放電特性は互いに異なってくる。また、初期状態において、少なくとも一つの蓄電部の充放電特性が、他の蓄電池の充放電特性とは異なる場合がある。

本発明者は、少なくとも一つの蓄電部の充放電特性が他の蓄電池の充放電特性とは異なる場合、充放電の際に特定の蓄電部に負荷が加わり、かつ、負荷が加わる蓄電部が電力の残量によって切り替わるため、複数の蓄電部の劣化が早まる、と考えた。

本発明の目的は、複数の蓄電部を互いに並列に接続している場合において、これら複数の蓄電部が劣化しないようにすることにある。

本発明によれば、蓄電装置を制御する制御装置であって、
前記蓄電装置は、
互いに並列に接続されている複数の蓄電手段と、
前記蓄電手段を流れる電流値を、前記複数の蓄電手段のそれぞれについて測定する電流測定手段と、
を備え、
前記制御装置は、
前記複数の蓄電手段のそれぞれの上限電流値を記憶する上限電流値記憶手段と、
前記蓄電装置を流れる電流を示す総電流値を設定する総電流値設定手段と、
を備え、
前記総電流値設定手段は、前記電流測定手段による電流値が前記上限電流値を超えた前記蓄電手段があった場合に、前記総電流値を下げる制御装置が提供される。

本発明によれば、蓄電装置であって、
互いに並列に接続されている複数の蓄電手段と、
前記蓄電手段を流れる電流値を、前記複数の蓄電手段のそれぞれについて測定する電流測定手段と、
前記複数の蓄電手段のそれぞれの上限電流値を記憶する上限電流値記憶手段と、
前記蓄電装置を流れる電流を示す総電流値を設定する総電流値設定手段と、
を備え、
前記総電流値設定手段は、前記電流測定手段による電流値が前記上限電流値を超えた前記蓄電手段があった場合に、前記総電流値を下げる蓄電装置が提供される。

本発明によれば、蓄電装置が有していて互いに並列に接続されている複数の蓄電手段を流れる電流値を、前記複数の蓄電手段のそれぞれについて測定し、
前記複数の蓄電手段のそれぞれの上限電流値を設定するとともに、前記蓄電装置を流れる電流を示す総電流値を設定し、
測定された電流値が前記上限電流値を超えた前記蓄電手段があった場合に、前記総電流値を下げる蓄電装置の制御方法が提供される。

本発明によれば、コンピュータを、蓄電装置を制御する制御装置として機能させるためのプログラムであって、
前記蓄電装置は、
互いに並列に接続されている複数の蓄電手段と、
前記蓄電手段を流れる電流値を、前記複数の蓄電手段のそれぞれについて測定する電流測定手段と、
を備え、
前記コンピュータに、
前記複数の蓄電手段のそれぞれの上限電流値を記憶する上限電流値記憶機能と、
前記蓄電装置を流れる電流を示す総電流値を設定する総電流値設定機能と、
を持たせ、
さらに、前記総電流値設定機能は、前記電流測定手段による電流値が前記上限電流値を超えた前記蓄電手段があった場合に、前記総電流値を下げるプログラムが提供される。

本発明によれば、複数の蓄電部を互いに並列に接続する場合において、これら複数の蓄電部が劣化しないようにすることができる。

第１の実施形態に係る制御装置の構成を、蓄電装置とともに示す図である。 制御装置の総電流値設定部が行う制御の一例を示すフローチャートである。 総電流値設定部の機能構成の第１例を示す図である。 総電流値設定部の機能構成の第２例を示す図である。 複数の蓄電部の充放電特性の一例を示す図である。 （ａ）は図５に示した蓄電部を並列に接続した場合における、蓄電装置の放電特性を示す図であり、（ｂ）は図５に示した蓄電部から流れ出す電流値の、蓄電装置からの放電量の依存性を示す図である。 制御装置によって制御された場合における、図５に示した蓄電部から流れ出す電流値の、蓄電装置からの放電量の依存性を示す図である。 図５〜７に示した例の変形例を示す図である。 第２の実施形態に係る制御装置の構成を蓄電装置とともに示す図である。 総電流値設定部の動作を説明するためのフローチャートである。 第３の実施形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

なお、以下に示す説明において、蓄電装置１０及び制御装置２０の各構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。そして蓄電装置１０の電流制御部１３０及び制御装置２０の総電流値設定部２１０は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る制御装置２０の構成を、蓄電装置１０とともに示す図である。制御装置２０は、蓄電装置１０とともに使用される。

蓄電装置１０は、複数の蓄電部１１０、及び電流測定部１２０を備えている。蓄電部１１０は互いに並列に接続されている。電流測定部１２０は、蓄電部１１０を流れる電流値を、複数の蓄電部１１０のそれぞれについて測定する。

制御装置２０は、総電流値設定部２１０及び上限電流値記憶部２２０を備えている。上限電流値記憶部２２０は、複数の蓄電部１１０のそれぞれの上限電流値を記憶する。総電流値設定部２１０は、蓄電装置１０を流れる電流を示す総電流値を設定する。蓄電装置１０に電流が流れる場合としては、蓄電装置１０を充電する場合、及び蓄電装置１０から放電される場合の双方がある。そして総電流値設定部２１０は、いずれかの蓄電部１１０において、電流測定部１２０による電流値が上限電流値記憶部２２０に記憶されている上限電流値を超えた場合に、総電流値を下げる。以下、詳細に説明する。

蓄電装置１０は電力線３０に接続している。電力線３０は、例えば系統電力網や建物内の電源配線である。蓄電装置１０は、電力線３０を流れる電力を蓄電したり、電力線３０に電力を供給したりする。

蓄電部１１０は、少なくとも一つの蓄電池セル、例えばリチウムイオン電池セルを有している。蓄電部１１０が複数の蓄電池セルを有している場合、これら蓄電池セルは、直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよい。また、蓄電池セルを互いに直列に接続することで組電池が構成されている場合、蓄電部１１０は、互いに並列に接続された複数の組電池を有していてもよい。

なお、複数の蓄電部１１０の充放電特性（例えば出力電圧の電力残量依存性）は、互いに異なる。ここで、複数の蓄電部１１０の充放電特性は、初期状態から互いに異なっている場合もあるし、初期状態では同一であったにもかかわらず劣化等によって互いに異なってくる場合もある。

電流測定部１２０は、上記したように、蓄電部１１０を流れる電流値を、複数の蓄電部１１０のそれぞれについて測定する。本図に示す例では、電流測定部１２０は、複数の蓄電部１１０のそれぞれに設けられている。電流測定部１２０は、蓄電部１１０と電流制御部１３０（後述）の間に設けられている。そして電流測定部１２０の検出値は、その電流測定部１２０が接続している蓄電部１１０を識別する情報（蓄電部識別情報と記載）に対応付けて、制御装置２０の総電流値設定部２１０に出力される。

また、蓄電装置１０は電流制御部１３０を有している。電流制御部１３０は、電力線３０と蓄電装置１０の間を流れる電流が、所定の値（総電流値）になるように制御する。総電流値は、上記したように、制御装置２０によって設定される。なお、電力線３０を流れる電流が交流である場合、電流制御部１３０は、例えばＤＣ−ＡＣコンバータを有している。一方、電流制御部１３０はＤＣ−ＤＣコンバータを有していなくてもよい。このようにすると、電流制御部１３０のコストを低くすることができる。

制御装置２０は、上記したように、総電流値設定部２１０及び上限電流値記憶部２２０を有している。

上限電流値記憶部２２０は、複数の蓄電部１１０のそれぞれの上限電流値を記憶している。上限電流値記憶部２２０は、例えば蓄電部識別情報と、その蓄電部識別情報に対応する蓄電部１１０の上限電流値を互いに対応付けて記憶している。上限電流値は、蓄電装置１０の管理者によって上限電流値記憶部２２０に入力される。

総電流値設定部２１０は、蓄電装置１０の電流制御部１３０に、蓄電装置１０を流れる電流を示す総電流値を出力する。総電流値設定部２１０は、電流測定部１２０の測定結果によって総電流値を変化させる。

なお、総電流値設定部２１０と電流制御部１３０の間の通信は、有線であってもよいし無線であってもよい。また、総電流値設定部２１０と電流制御部１３０の間に公衆通信網が介在していてもよい。この場合、制御装置２０は、公衆通信網を介して蓄電装置１０をリモート制御することができる。

図２は、制御装置２０の総電流値設定部２１０が行う制御の一例を示すフローチャートである。総電流値設定部２１０は、予め、上限電流値記憶部２２０から、複数の蓄電部１１０それぞれの上限電流値を読み出しておく。

総電流値設定部２１０は、蓄電装置１０の電流測定部１２０から、蓄電部１１０別の電流値を定期的（例えば１秒間隔）に取得する（ステップＳ２１０）。総電流値設定部２１０は、いずれかの蓄電部１１０において、電流測定部１２０によって測定された電流値が上限電流値を超えた場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、電流制御部１３０に総電流値を下げるように指示する（ステップＳ３０）。

図３は、総電流値設定部２１０の機能構成の第１例を示す図である。本図に示す例において、総電流値設定部２１０は、差分算出部２１２、最小値算出部２１４、及び変換部２１６を備えている。

差分算出部２１２は、蓄電部１１０のそれぞれに対して設けられており、その蓄電部１１０の上限電流値から、その蓄電部１１０に対応する電流測定部１２０の検出値（本図に示す例ではＩａ及びＩｂ）を引いた値を算出する。本図に示す例は、図１に示した例に対応している（蓄電装置１０は蓄電部１１０として蓄電部１１０ａ，１１０ｂの２つを有している）ため、差分算出部２１２は、２つ（差分算出部２１２ａ，２１２ｂ）設けられている。

最小値算出部２１４は、複数の差分算出部２１２の算出値から最小値を選択して出力する。そして変換部２１６は、最小値算出部２１４の出力値が負であった場合、その値の絶対値に比例したステップ値を、蓄電装置１０の電流制御部１３０に出力する。電流制御部１３０は、変換部２１６から出力されたステップ値に定数を乗じた値を、蓄電装置１０から取り出される総電流値の削減量として認識し、総電流値を修正する。

図４は、総電流値設定部２１０の機能構成の第２例を示す図である。本図に示す例において、総電流値設定部２１０は、変換部２１６の代わりに演算部２１７を備えている点を除いて、図３に示した例と同様の構成である。本図に示す例において、演算部２１７は、最小値算出部２１４の出力値が負であった場合、その値の絶対値に定数を乗ずることにより、蓄電装置１０総電流値の削減量を算出する。そして演算部２１７は、算出した削減量を、蓄電装置１０の電流制御部１３０に出力する。電流制御部１３０は、演算部２１７から出力された削減量に従って、総電流値を修正する。

次に、図５〜図７を用いて、本実施形態の効果を説明する。

図５は、複数の蓄電部１１０の充放電特性の一例を示す図である。本図に示す例では、蓄電部１１０ａの出力電圧は、電力の残量によらず、蓄電部１１０ｂの出力電圧よりも高い。

図６（ａ）は、図５に示した蓄電部１１０ａ，１１０ｂを並列に接続した場合における、蓄電装置１０の放電特性を示す図である。図６（ｂ）は、蓄電部１１０ａ，１１０ｂから流れ出す電流値の、蓄電装置１０からの放電量の依存性を示す図である。これらの図に示す例では、蓄電装置１０は制御装置２０によって制御されていない。また、蓄電部１１０ａ，１１０ｂの上限電流値は、いずれも同じ値（Ｑ）とする。

図５に示したように、蓄電部１１０ａの出力電圧は、電力の残量によらず、蓄電部１１０ｂの出力電圧よりも高い。このため、蓄電部１１０ａ，１１０ｂから均等に電力が取り出されることを意図してこれら蓄電部１１０ａ，１１０ｂを並列に接続しても、図６（ｂ）に示すように、まず蓄電部１１０ａから電力が取り出され、その後、蓄電部１１０ｂから電力が取り出される。従って、蓄電部１１０ａ，１１０ｂのそれぞれから電流Ｑを取り出すことを意識して、総電流値を２Ｑに設定した場合、まず、蓄電部１１０ａから、規格外の大きさである電流２Ｑが取り出される。そして、放電量が多くなると、今度は蓄電部１１０ｂから電流２Ｑが取り出される。このため、蓄電部１１０ａ，１１０ｂの双方の劣化が早くなってしまう。

図７は、制御装置２０によって制御された場合における、蓄電部１１０ａ，１１０ｂから流れ出す電流値の、蓄電装置１０からの放電量の依存性を示す図である。上記したように、制御装置２０の総電流値設定部２１０は、いずれかの蓄電部１１０において、電流測定部１２０によって測定された電流値が上限電流値を超えた場合、電流制御部１３０に総電流値を下げる。このため、蓄電部１１０ａ，１１０ｂから取り出される電流値が上限電流値Ｑを超えることを、抑制できる。

図８は、図５〜７に示した例の変形例を示している。図８（ａ）は図５に対応しており、図８（ｂ）は図７に対応している。

本図に示す変形例において、図８（ａ）に示すように、蓄電部１１０ａの出力電圧は、電力の残量が多い場合は、蓄電部１１０ｂの出力電圧よりも高い。しかし、電力の残量が少し減ると、蓄電部１１０ａの出力電圧は、蓄電部１１０ｂの出力電圧よりも低くなる。その後、蓄電部１１０ａの出力電圧は蓄電部１１０ｂの出力電圧と同様になる。

また、図８（ｂ）に示すように、蓄電部１１０ａの上限電流値は蓄電部１１０ｂの上限電流値よりも低い。

この場合、まず、蓄電部１１０ａから電力が取り出されるため、制御装置２０の総電流値設定部２１０は、図８（ｂ）に示すように、蓄電部１１０ａの電流値が上限電流値以下になるように、総電流値を制御する。その後、蓄電装置１０からの放電が進んでいくと、蓄電部１１０ｂからの放電がメインとなるため、蓄電部１１０ａから取り出される電流値は低くなる。ここで、総電流値設定部２１０は、蓄電部１１０ａから取り出される電流値と上限電流値との差分が基準を満たす場合（例えば基準値以上になった場合）に、蓄電装置１０の総電流値を上げる。そして、総電流値設定部２１０は、蓄電部１１０ｂから取り出される電流値が蓄電部１１０ｂの上限電流値以下になる範囲で、蓄電装置１０の総電流値を上げる。

その後、蓄電部１１０ａと蓄電部１１０ｂのそれぞれから電流が流れ出すようになる。すると、総電流値設定部２１０は、蓄電部１１０ａから取り出される電流値が蓄電部１１０ａの上限電流値以下になり、かつ蓄電部１１０ｂから取り出される電流値が蓄電部１１０ｂの上限電流値以下になるように、蓄電装置１０の総電流値を制御する。

なお、上記した例では、蓄電装置１０が放電する時の総電流値設定部２１０の動作を説明したが、蓄電装置１０を充電する時の総電流値設定部２１０の動作も、図５，８の左右が逆になる点を除いて、同様である。

以上、本実施形態によれば、蓄電部１１０から取り出される電流値が上限電流値を超えることを、抑制できる。従って、少なくとも一つの蓄電部１１０の放電特性が他の蓄電部１１０の放電特性と異なっている場合、いずれかの蓄電部１１０に過負荷が加わることを抑制できる。

また図８に示したように、総電流値設定部２１０は、蓄電装置１０の総電流値を下げた後、電流測定部１２０による電流値が上限電流値未満となり、かつその差分が基準を満たす場合、総電流値を上げる。従って、不必要に蓄電装置１０の総電流値が抑制された状態が継続されることを防止できる。

（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る制御装置２０の構成を蓄電装置１０とともに示す図である。本実施形態に係る制御装置２０は、初期総電流値記憶部２３０を備える点を除いて、第１の実施形態に係る蓄電装置１０と同様の構成である。

初期総電流値記憶部２３０は、総電流値の初期設定値を外部から取得して記憶する。この初期設定値は、例えば蓄電装置１０のユーザによって入力される。そして総電流値設定部２１０は、蓄電装置１０の総電流量の初期値を、初期総電流値記憶部２３０が記憶している初期設定値とする。また総電流値設定部２１０は、初期総電流値記憶部２３０が記憶している初期設定値が更新されるたびに、更新後の初期設定値を総電流値に設定する。

図１０は、本実施形態に係る総電流値設定部２１０の動作を説明するためのフローチャートである。まず総電流値設定部２１０は、上限電流値記憶部２２０から、蓄電部１１０別に設定された上限電流値を読み出す（ステップＳ１１０）。また総電流値設定部２１０は、初期総電流値記憶部２３０から総電流値の初期設定値を読み出し、読み出した初期設定値を、蓄電装置１０の電流制御部１３０に出力する。電流制御部１３０は、総電流値設定部２１０から受信した初期設定値を総電流値の初期値に設定する（ステップＳ１２０）。

そして、総電流値設定部２１０は、図２に示したフローチャートに従い、蓄電装置１０の総電流量を制御する（ステップＳ１３０）。そして総電流値設定部２１０は、充電（又は放電）を継続する場合（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、初期総電流値記憶部２３０が記憶している初期設定値が更新されているか否かを確認する。更新されている場合（ステップＳ１５０：Ｙｅｓ）、総電流値設定部２１０は電流測定部１２０に戻り、更新されていない場合（ステップＳ１５０：Ｎｏ）、総電流値設定部２１０は電流制御部１３０に戻る。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、総電流値設定部２１０は、蓄電装置１０の総電流量の初期設定値がユーザによって更新された場合、この更新後のデータを蓄電装置１０の総電流量に設定する。従って、蓄電装置１０の動作をユーザの希望に合わせることができる。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態に係る蓄電装置１０の構成を示す図である。本図に示す蓄電装置１０は、総電流値設定部２１０及び上限電流値記憶部２２０を有している点を除いて、第１の実施形態に係る蓄電装置１０と同様の構成である。なお、蓄電装置１０は、さらに、第２の実施形態に示した初期総電流値記憶部２３０を有していてもよい。

本実施形態によっても、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の効果が得られる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０ 蓄電装置
２０ 制御装置
３０ 電力線
１１０ 蓄電部
１２０ 電流測定部
１３０ 電流制御部
２１０ 総電流値設定部
２１２ 差分算出部
２１４ 最小値算出部
２１６ 変換部
２１７ 演算部
２２０ 上限電流値記憶部
２３０ 初期総電流値記憶部

Claims (7)

1. 蓄電装置を制御する制御装置であって、
   前記蓄電装置は、
   互いに並列に接続されている複数の蓄電手段と、
   前記蓄電手段を流れる電流値を、前記複数の蓄電手段のそれぞれについて測定する電流測定手段と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記複数の蓄電手段のそれぞれの上限電流値を記憶する上限電流値記憶手段と、
   前記蓄電装置を流れる電流を示す総電流値を設定する総電流値設定手段と、
   を備え、
   前記総電流値設定手段は、前記電流測定手段による電流値が前記上限電流値を超えた前記蓄電手段があった場合に、前記総電流値を下げる制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記総電流値設定手段は、前記総電流値を下げた後、前記電流測定手段による電流値が前記上限電流値未満となり、かつその差分が基準を満たす場合に、前記総電流値を上げる制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の制御装置において、
   前記総電流値の初期設定値を外部から取得して記憶する初期総電流値記憶手段をさらに備え、
   前記総電流値設定手段は、前記初期総電流値記憶手段が記憶している前記初期設定値が更新されるたびに、更新後の前記初期設定値を前記総電流値に設定する制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の制御装置において、
   少なくとも一つの前記蓄電手段は、電圧の電力残量依存性を示す充放電特性が、他の蓄電手段と異なる制御装置。
5. 蓄電装置であって、
   互いに並列に接続されている複数の蓄電手段と、
   前記蓄電手段を流れる電流値を、前記複数の蓄電手段のそれぞれについて測定する電流測定手段と、
   前記複数の蓄電手段のそれぞれの上限電流値を記憶する上限電流値記憶手段と、
   前記蓄電装置を流れる電流を示す総電流値を設定する総電流値設定手段と、
   を備え、
   前記総電流値設定手段は、前記電流測定手段による電流値が前記上限電流値を超えた前記蓄電手段があった場合に、前記総電流値を下げる蓄電装置。
6. 蓄電装置が有していて互いに並列に接続されている複数の蓄電手段を流れる電流値を、前記複数の蓄電手段のそれぞれについて測定し、
   前記複数の蓄電手段のそれぞれの上限電流値を設定するとともに、前記蓄電装置を流れる電流を示す総電流値を設定し、
   測定された電流値が前記上限電流値を超えた前記蓄電手段があった場合に、前記総電流値を下げる蓄電装置の制御方法。
7. コンピュータを、蓄電装置を制御する制御装置として機能させるためのプログラムであって、
   前記蓄電装置は、
   互いに並列に接続されている複数の蓄電手段と、
   前記蓄電手段を流れる電流値を、前記複数の蓄電手段のそれぞれについて測定する電流測定手段と、
   を備え、
   前記コンピュータに、
   前記複数の蓄電手段のそれぞれの上限電流値を記憶する上限電流値記憶機能と、
   前記蓄電装置を流れる電流を示す総電流値を設定する総電流値設定機能と、
   を持たせ、
   さらに、前記総電流値設定機能は、前記電流測定手段による電流値が前記上限電流値を超えた前記蓄電手段があった場合に、前記総電流値を下げるプログラム。

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