JP2017203749A - 蓄電池管理システム、及び蓄電池管理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、夜間充電時に蓄電池の容量及び内部抵抗を取得、劣化判定し、判定結果に基づき蓄電池の運用方法を決定するシステムである。ここで、夜間充電時とは、内部抵抗を取得、劣化判定する所定の期間の一例を表している。所定の期間とは、運用により蓄電池が放電し、SOC(State Of Charge;電池残量)が運用時の設定上限値から設定下限値まで小さくなった時刻を開始期間とするものであり、例えば月1回程度の夜12:00を開始期間とする。なお、所定の期間とは、蓄電池管理システムから取り外すことのない期間であって、蓄電池の日常運用に支障をきたさない、蓄電池の充電期間として計画された期間を表し、蓄電池の充電期間であれば、夜間であってもよく昼間であってもよい。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、本発明の蓄電池管理システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。蓄電池管理システム100は、電力変換装置1、蓄電池2、受電設備3、建物負荷4、蓄電池制御装置5から構成されている。
電力変換装置1は、受電設備3から供給される商用電力である交流電力を、直流電力に変換し、蓄電池2を充電する。また、電力変換装置1は、蓄電池2の出力である直流電力を、交流電力に変換し、建物負荷4に供給する。この電力変換装置1の制御は、蓄電池制御装置5により実行される。
蓄電池制御装置5は、変換装置制御部11、直流電流測定部12、直流電圧測定部13、蓄電池制御部20、第1記憶部31、第2記憶部32から構成されている。蓄電池制御部20は、内部抵抗計算部21、充電容量計算部22、蓄電池劣化比較部23、蓄電池運用決定部24から構成される。
図2は、本実施形態の電力変換装置の充電方法を説明するための図である。また、図3は、本実施形態の内部抵抗計算方法を説明するための図である。
図2は、電力変換装置1に入力される交流電力の時間変化を表している。また、図3(a)は、電力変換装置1に入力される交流電力の時間変化、蓄電池2に供給される直流電圧、直流電流の時間変化を表している。また、図3(b)は、蓄電池2に供給される直流電圧、直流電流を表している。
蓄電池制御装置5における蓄電池制御部20は、所定の期間において、変換装置制御部11を制御して、電力変換装置1に対して正弦波状の指令値を与えさせる。電力変換装置1は、図2に示す交流電力[kW]で蓄電池2を充電する。
このとき、図3(a)に示す時刻t1において、直流電流がゼロになる地点を作るために、正弦波の振幅とバイアス値は同じ値とする(図3(a)に示す交流電力の時間変化参照)。
また、蓄電池2を充電する際、蓄電池2の内部リアクタンスの影響を受けないように、正弦波の周波数はなるべく小さい値、例えば、0.1Hzにする。
上述した蓄電池の充電方法で電力変換装置1により蓄電池2を充電していき、蓄電池制御部20における内部抵抗計算部21は、各SOCにおける内部抵抗値を計算する。各SOCにおける内部抵抗値の計算は、内部抵抗値を、充電期間において、例えば10%毎に(所定の電池残量値毎に)SOC0%〜100%の期間において測定し、測定結果に基づいて計算すること意味している。なお、本実施形態において、SOCが0%の状態(所定値以下の状態)から測定を始め、充電期間において、測定結果に基づいた計算を行うが、測定結果に基づいた計算は放電期間に行われてもよい。
図3(b)に示すように、蓄電池2は、正極と負極とで両端子を表す電池と、負極側に接続される内部抵抗(抵抗値Rとする)とが直列接続された構成を有している。この正極側に流れ込む直流電流(充電電流)は、図3(a)に示す時刻t2において最大となり、この最大充電電流の値を電流値Iとする。また、図3(a)に示す時刻t2における最大電流充電電流時の蓄電池2の電圧の値を、電圧値V1とする。また、図3(a)に示す時刻t1における直流電流ゼロ時の正極と負極とで表される両端子間の電圧(開放電圧)の値を、電圧値V2とする。
直流電流測定部12は、蓄電池2の直流電流を測定する。直流電圧測定部13は、蓄電池2の直流電圧を測定する。
内部抵抗計算部21は、各SOCにおける内部抵抗値Rを、R=(V1−V2)/Iにより計算する。
内部抵抗計算部21が計算した各SOCにおける内部抵抗値Rと、各SOCにおける蓄電池2の直流電流、直流電圧とは、第1記憶部31に記憶される。第1記憶部31としては、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAM(Static Random Access Memory)などの揮発性メモリが用いられる。もちろん、第1記憶部31として、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを用いてもよい。
充電容量計算部22は、SOC0%〜100%の期間において、直流電圧[V]×直流電流[A]により直流電力[kW]を求め、求めた直流電力を時間積分して容量[kWh](充電容量)を計算する。
内部抵抗計算部21は、上述した内部抵抗の計算方法により、各SOCにおける内部抵抗の初期値を予め計算する。予め計算された蓄電池の初期内部抵抗各々は、第2記憶部32に記憶される。
また、充電容量計算部22は、上述した充電容量の計算方法により、充電容量の初期値を予め計算する。予め計算された蓄電池の充電容量は、第2記憶部32に記憶される。
第2記憶部32としては、例えば、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリが用いられる。なお、第1記憶部31と第2記憶部32とを同じ不揮発性メモリとしてもよい。
第2記憶部32に予め計算された蓄電池の初期内部抵抗各々、及び予め計算された蓄電池の充電容量が記憶される時期は、蓄電池管理システム100に蓄電池2を付加して、蓄電池管理システム100を製品として出荷する前であってもよい。
蓄電池劣化比較部23は、蓄電池2の内部抵抗各々と、予め計算された蓄電池2の初期内部抵抗各々とを比較し、蓄電池2の充電容量と、予め計算された蓄電池2の初期充電容量とを比較することにより、蓄電池2が以下の3つの条件のうちのいずれの条件に該当するかの比較結果を、蓄電池運用決定部24に出力する。
(条件1)
蓄電池2の内部抵抗各々が、予め計算された蓄電池2の初期内部抵抗各々に予め設定された第1比率を乗算した値以下であり、かつ、蓄電池2の充電容量が、予め計算された蓄電池2の初期充電容量に予め設定された第2比率を乗算した値以上である。
(条件2)
蓄電池の内部抵抗各々が、予め計算された蓄電池の初期内部抵抗各々に第1比率を乗算した値より大きく、または、蓄電池の充電容量が、予め計算された蓄電池の初期充電容量に第2比率を乗算した値より小さい。
(条件3)
蓄電池の内部抵抗各々が、予め計算された蓄電池の初期内部抵抗各々に第1比率より大きい予め設定された第3比率を乗算した値より大きく、または、蓄電池の充電容量が、予め計算された蓄電池の初期充電容量に第2比率より小さい予め設定された第4比率を乗算した値より小さい。
また、充電容量が初期値に対して第2比率(第4比率より大きい、例えば0.9)を乗算した値となるときが、蓄電池が蓄電池の寿命に対するマージンを考慮したうえで、寿命に到達する前の状態にあるものと考えられている。また、内部抵抗各々が初期値に対して第1比率(第3比率より小さい、例えば1.5)を乗算した値となるときが、蓄電池が蓄電池の寿命に対するマージンを考慮したうえで、寿命に到達する前の状態にあるものと考えられている。
(条件1の場合)
蓄電池運用決定部24は、現状の運用方法を維持する現状維持を決定する。これにより、蓄電池を最大限活用することが可能となる。
(条件2の場合)
蓄電池運用決定部24は、現状の運用方法を切り替える運用方法切替を決定する。蓄電池運用決定部24は、蓄電池2のSOCの設定値(上限設定値、下限設定値)を適切に設定する、あるいは蓄電池2の出力する電力の範囲(出力範囲)を適切に設定するなどの運用方法に切り替える運用方法切替を決定する。これにより、蓄電池の長寿命化を考慮した蓄電池の運用が可能となる。
(条件3の場合)
蓄電池運用決定部24は、現状の運用方法を停止する運用停止を決定する。これにより、
蓄電池の寿命と定義されている範囲を超えて蓄電池を運用することを停止することが可能となる。
蓄電池制御部20は、蓄電池2のSOCを0%にする(ステップST1)。これにより、電力変換装置1は、所定の期間における蓄電池2の充電をSOCが0%の状態(所定値以下の状態)から開始する。
内部抵抗計算部21は、内部抵抗計算を実行する(ステップST2)。ステップST1からステップST2に入ると、SOCが0%のときにおける内部抵抗が計算される。第1記憶部31は、内部抵抗計算部21が計算したSOCが0%のときにおける内部抵抗値Rと、SOCが0%のときにおける蓄電池2の直流電流、直流電圧とを記憶する。
内部抵抗計算部21は、SOCが100%になるまでの内部抵抗値を所定の電池残量値(ここでは10%とする)毎に計算するため、内部抵抗を計算するときのSOC値を示す値であるVSOCを、内部抵抗の計算を行った後に10%ずつ加算する。なお、VSOCは、例えば第1記憶部31のメモリ領域に書き込まれる値であり、本フローに入るときに0%に設定される。
内部抵抗計算部21は、ステップST2に引き続き、VSOC=100%になったか否かを判定する(ステップST3)。内部抵抗計算部21は、VSOC=100%にならない場合(ステップST3−No)、ステップST2に戻り、SOCがVSOC(=VSOC+10%)になったときの内部抵抗計算を実行する。第1記憶部31は、内部抵抗計算部21が計算したSOCがVSOCのときにおける内部抵抗値Rと、SOCがVSOCのときにおける蓄電池2の直流電流、直流電圧とを記憶する。
一方、内部抵抗計算部21は、VSOC=100%になった場合(ステップST3−Yes)、ステップST4に進む。
内部抵抗計算部21は、SOCがVSOC=100%になったときの内部抵抗計算を実行する(ステップST4)。第1記憶部31は、内部抵抗計算部21が計算したSOCが100%のときにおける内部抵抗値Rと、SOCが100%のときにおける蓄電池2の直流電流、直流電圧とを記憶する。
充電容量計算部22は、充電容量計算を実行する(ステップST5)。具体的には、充電容量計算部22は、SOC0%〜100%の期間において、第1記憶部31が記憶する各SOC毎の直流電圧、及び直流電流を用いて、直流電圧[V]×直流電流[A]により直流電力[kW]を求め、求めた直流電力を時間積分して容量[kWh](充電容量)を計算する。
蓄電池運用決定部24は、運用方法の決定を実行する(ステップST7)。具体的には、蓄電池運用決定部24は、蓄電池運用決定部24が出力する、蓄電池2が上述した3つの条件のうちのいずれの条件に該当するかの比較結果に基づいて、蓄電池2の運用方法を決定する。
なお、蓄電池制御部20は、蓄電池2の運用方法を、条件1の場合に対応する決定を行った場合、運用開始準備として、SOCを運用時における設定上限値まで戻す。例えば、蓄電池制御部20は、蓄電池2のSOCを100%から90%(設定上限値)になるまで放電する運用開始準備を行う。また、蓄電池制御部20は、蓄電池2の運用方法を、条件2の場合に対応する決定を行った場合、運用開始準備として、SOCを運用切り替え後の設定上限値まで戻す。
例えば、蓄電池運用決定部24は、条件3の場合、現状の運用方法を停止する運用停止を決定している。しかし、条件3に対応して現状の運用方法を直ちに停止するのではなく、蓄電池の寿命を表す第3比率、第4比率を再設定(変更)して長寿命化を考慮した運用方法を継続してもよい。この際、第4比率をより小さい第4’比率に変更して継続してもよいし、第3比率をより大きい第3’比率に変更して継続してもよいし、あるいは第4比率をより小さい第4’比率に変更し、第3比率をより大きい第3’比率に変更して継続してもよい。なお、第3’比率、または第4’比率は、蓄電池制御装置5に予め設定しておく構成としてもよいし、あるいは、ユーザによって劣化状況(計算値の初期値からの変化)に応じて入力装置を介して入力される指示に従って、蓄電池制御装置5に再設定する構成としてもよい。
Claims (6)
- 蓄電池を、電池残量が所定値以下の状態から交流電力で充電する電力変換装置と、
前記蓄電池の内部抵抗を、前記蓄電池の所定の電池残量値毎に計算する内部抵抗計算部と、
前記蓄電池の所定の電池残量値毎に計算された直流電力に基づいて、前記蓄電池の充電容量を計算する充電容量計算部と、
前記蓄電池の内部抵抗各々と、予め計算された前記蓄電池の初期内部抵抗各々とを比較し、前記蓄電池の充電容量と、予め計算された前記蓄電池の初期充電容量とを比較する蓄電池劣化比較部と、
前記内部抵抗の比較結果と前記蓄電池の充電容量の比較結果に基づいて、前記蓄電池の運用方法を決定する蓄電池運用決定部と、
を有することを特徴とする蓄電池管理システム。 - 前記所定の期間は、充電期間として計画された期間である、
ことを特徴とする請求項1に記載の蓄電池管理システム。 - 前記蓄電池運用決定部は、前記比較結果に基づいて、前記蓄電池の現状の運用方法を維持するか否かを表す情報を出力する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の蓄電池管理システム。 - 前記蓄電池運用決定部は、
前記蓄電池の内部抵抗各々が、予め計算された前記蓄電池の初期内部抵抗各々に予め設定された第1比率を乗算した値以下であり、かつ、前記蓄電池の充電容量が、予め計算された前記蓄電池の初期充電容量に予め設定された第2比率を乗算した値以上である場合、前記蓄電池の現状の運用方法を維持し、
前記蓄電池の内部抵抗各々が、予め計算された前記蓄電池の初期内部抵抗各々に前記第1比率を乗算した値より大きく、または、前記蓄電池の充電容量が、予め計算された前記蓄電池の初期充電容量に前記第2比率を乗算した値より小さい場合、現状の運用方法における前記蓄電池の電池残量の設定値を変更する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3いずれか一項に記載の蓄電池管理システム。 - 前記蓄電池運用決定部は、
前記蓄電池の内部抵抗各々が、予め計算された前記蓄電池の初期内部抵抗各々に前記第1比率より大きい予め設定された第3比率を乗算した値より大きく、または、前記蓄電池の充電容量が、予め計算された前記蓄電池の初期充電容量に前記第2比率より小さい予め設定された第4比率を乗算した値より小さい場合、前記蓄電池の現状の運用方法を停止する、
ことを特徴とする請求項4に記載の蓄電池管理システム。 - 電力変換装置が、蓄電池を、電池残量が所定値以下の状態から交流電力で充電する蓄電池充電工程と、
内部抵抗計算部が、前記蓄電池の内部抵抗を、前記蓄電池の所定の電池残量値毎に計算する内部抵抗計算工程と、
充電容量計算部が、前記蓄電池の所定の電池残量値毎に計算された直流電力に基づいて、前記蓄電池の充電容量を計算する充電容量計算工程と、
蓄電池劣化比較部が、前記蓄電池の内部抵抗各々と、予め計算された前記蓄電池の初期内部抵抗各々とを比較し、前記蓄電池の充電容量と、予め計算された前記蓄電池の初期充電容量とを比較する蓄電池劣化比較工程と、
蓄電池運用決定部が、前記内部抵抗の比較結果と前記蓄電池の充電容量の比較結果に基づいて、前記蓄電池の運用方法を決定する蓄電池運用決定工程と、
を有することを特徴とする蓄電池管理方法。
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