JP2020120493A - 制御システム、プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の蓄電池から最大の放電がなされる期間を長くするように制御する技術を提供する。【解決手段】制御システム30は、第1の最大放電力を有する第1蓄電池と、第1蓄電池の充放電を制御する第1制御部とを備える第1蓄電システムと、第2の最大放電力を有する第2蓄電池と、第2蓄電池の充放電を制御する第2制御部とを備える第2蓄電システムとを制御する。取得部50は、第1蓄電池の充電残量に相当する第1の電力量と、第2蓄電池の充電残量に相当する第2の電力量とを取得する。制御部52は、第1の電力量と第1の最大放電力とをもとにした第1値と、第2の電力量と第2の最大放電力とをもとにした第2値とが近くなるように、第1制御部と第2制御部との少なくとも1つに放電を指示する。【選択図】図2
Description
本開示は、複数の蓄電池の充放電を制御する制御システム、プログラムに関する。
蓄電システムを電力系統に接続する場合、蓄電システムの動作はエネルギーマネジメントシステム(EMS)によって管理される。蓄電システムは、蓄電池に接続された交直変換装置(PCS)を備える。EMSからPCSに供給される充放電要求をもとに、電力系統から蓄電池への充電がなされたり、蓄電池から電力系統への放電がなされたりする。ここで、蓄電池は、保持されるSOC(State Of Charge)により寿命が変化するので、複数の蓄電池の劣化具合を均一にするため、蓄電システムでは、各蓄電池のSOCが均一に保たれるように運用される(例えば、特許文献1参照)。
電力系統に接続された蓄電池には、電力系統の停電時において自立運転により電力を供給することが求められる。一方、複数の蓄電池を接続する場合、これらの蓄電池の満充電容量が異なる場合がある。また、これらの蓄電池の最大放電力が異なる場合もある。このような状況下において、自立運転時において、複数の蓄電池から最大の放電がなされる期間を長くしたい。
本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、複数の蓄電池から最大の放電がなされる期間を長くするように制御する技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本開示のある態様の制御システムは、第1の最大放電力を有する第1蓄電池と、第1蓄電池の充放電を制御する第1制御部とを備える第1蓄電システムと、第2の最大放電力を有する第2蓄電池と、第2蓄電池の充放電を制御する第2制御部とを備える第2蓄電システムとを制御する制御システムであって、第1蓄電池の充電残量に相当する第1の電力量と、第2蓄電池の充電残量に相当する第2の電力量とを取得する取得部と、取得部において取得した第1の電力量と第1の最大放電力とをもとにした第1値と、取得部において取得した第2の電力量と第2の最大放電力とをもとにした第2値とが近くなるように、第1制御部と第2制御部との少なくとも1つに放電を指示する制御部と、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、またはコンピュータプログラムを記録した記録媒体などの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。
本開示によれば、複数の蓄電池から最大の放電がなされる期間を長くするように制御できる。
本開示の実施例を具体的に説明する前に、本実施例の概要を説明する。実施例は、需要家において複数の蓄電池が電力系統に並列に接続された配電システムに関する。需要家は、電力会社等からの電力の供給を受けている施設である。需要家において電力系統から延びる配電線は分岐点において複数の配電線に分岐され、分岐された各配電線に蓄電池が接続される。また、複数の蓄電池のそれぞれには電力変換装置が接続されており、電力変換装置を介して複数の蓄電池は充放電を実行する。その際、複数の蓄電池の充放電の制御は、各電力変換装置に接続された制御システムによってなされる。
これまでの充放電の制御は、一般的に、複数の蓄電池の劣化具合を均一にするために、各蓄電池のSOCが均一に保たれるようなされている。しかしながら、複数の蓄電池の満充電容量が異なる場合に、各蓄電池のSOCを均一に保つように放電を制御すると、満充電容量の小さい蓄電池の存在によって、複数の蓄電池から最大の放電がなされる場合の電力が小さくなる。このような複数の蓄電池には、電力系統が停電である場合に、自立運転により電力を供給することが求められており、自立運転時においても、最大の放電がなされる場合の電力は大きい方が望ましい。さらに、自立運転時において最大の放電がなされる期間は長い方が好ましい。
自立運転時において最大の放電がなされる期間を長くするために、本実施例に係る制御システムは、各蓄電池の放電可能な最大の電力(以下、「最大放電力」という)を把握するとともに、各蓄電池の充電残量を取得する。また、制御システムは、1つの蓄電池について、当該蓄電池の充電残量を当該蓄電池の最大放電力で除算する。例えば、制御システムは、第1蓄電池の充電残量を第1蓄電池の最大放電力で除算することによって第1値を導出するとともに、第2蓄電池の充電残量を第2蓄電池の最大放電力で除算することによって第2値を導出する。制御システムは、第1値と第2値とが近くなるように、第1蓄電池と第2蓄電池の少なくとも1つに放電を指示する。これにより、各蓄電池の充電残量と最大放電力が考慮されるように、各蓄電池の充電残量が実現される。その結果、電力系統が停電した場合において、最大の放電がなされる期間が長くなる。
図1は、配電システム100の構成を示す。配電システム100は、電力系統10に接続されるとともに、分電盤12、負荷機器14、蓄電システム20と総称される第1蓄電システム20a、第2蓄電システム20b、制御システム30を含む。第1蓄電システム20aは、第1電力変換装置22a、第1蓄電池24aを含み、第2蓄電システム20bは、第2電力変換装置22b、第2蓄電池24bを含む。第1電力変換装置22aは第1制御部26aを含み、第2電力変換装置22bは第2制御部26bを含む。ここで、第1電力変換装置22a、第2電力変換装置22bは電力変換装置22と総称され、第1蓄電池24a、第2蓄電池24bは蓄電池24と総称され、第1制御部26a、第2制御部26bは制御部26と総称される。
電力変換装置22と蓄電池24は、別の装置であってもよいが、1つの装置として一体化されてもよい。分電盤12、負荷機器14、蓄電システム20、制御システム30は、需要家内に設置される。需要家は、例えば、一戸建ての住宅、マンションなどの集合住宅、コンビニエンスストアまたはスーパーマーケットなどの店舗、ビルなどの商用施設、工場である。需要家は、電力会社等からの電力の供給を受けている施設である。
電力系統10は、電力会社等の設備であり、需要家に商用電力を提供する。分電盤12は、配電線を介して電力系統10に接続される。また、分電盤12は、負荷機器14を接続し、負荷機器14に電力を供給する。負荷機器14は分電盤12から供給される電力を消費する機器である。負荷機器14は、空調機器(エアコン)、テレビジョン受信装置(テレビ)、照明装置、冷蔵庫等の機器を含む。ここでは、分電盤12に1つの負荷機器14が接続されているが、分電盤12に複数の負荷機器14が接続されてもよい。分電盤12から分岐点16に向かって配電線が延び、分岐点16において配電線は2つに分岐される。1つの配電線には、第1電力変換装置22aと第1蓄電池24aとが接続され、別の1つの配電線には、第2電力変換装置22bと第2蓄電池24bとが接続される。
第1蓄電池24aと第2蓄電池24bは、分岐点16を介して、電力系統10に対して互いに並列に接続される。第1蓄電池24aは、電力を充放電可能であり、直列または直並列接続された複数の蓄電池セルにより構成される。蓄電池セルには、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等が使用される。第1蓄電池24aとして、電気二重層コンデンサが使用されてもよい。ここでは、リチウムイオン蓄電池であるとする。第2蓄電池24bは、第1蓄電池24aと同様に構成されるが、第1蓄電池24aとは異なった容量を有する。第1蓄電池24aと第2蓄電池24bとには最大放電力が規定されており、第1蓄電池24aの最大放電力を「第1の最大放電力」と示す場合、第2蓄電池24bの最大放電力は「第2の最大放電力」と示される。ここで、第1の最大放電力と第2の最大放電力は同一の値であってもよく、異なった値であってもよい。
第1電力変換装置22aは、第1蓄電池24aと分岐点16との間に配置される。第1電力変換装置22aに含まれた第1制御部26aは、第1蓄電池24aの充放電を制御する。第1制御部26aは、分岐点16からの交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を第1蓄電池24aに出力する。また、制御部26は、第1蓄電池24aからの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を分岐点16に出力する。前者は、第1蓄電池24aが充電を実行する場合に相当し、後者は、第1蓄電池24aが放電を実行する場合に相当する。第2電力変換装置22bは、第2蓄電池24bと分岐点16との間に配置される。第2電力変換装置22bに含まれた第2制御部26bは、第2蓄電池24bの充放電を制御する。第2制御部26bでの処理は、第1制御部26aでの処理と同一であるので、ここでは説明を省略する。このような構成により、負荷機器14には、電力系統10からの電力、第1蓄電池24aからの電力、第2蓄電池24bからの電力の少なくとも1つが供給される。
図2は、制御システム30の構成を示す。制御システム30は、取得部50、制御部52を含む。取得部50と制御部52は、1つの装置として一体化されてもよいが、別の装置であってもよい。取得部50は、図1の第1蓄電池24aに接続されるとともに、第2蓄電池24bに接続される。取得部50は、第1蓄電池24aの充電残量に相当する第1の電力量を適宜取得するとともに、第2蓄電池24bの充電残量に相当する第2の電力量を適宜取得する。具体的に説明すると、第1蓄電池24aは第1の電力量の測定機能を有しており、取得部50は第1蓄電池24aに対して第1の電力量の出力を要求する。取得部50からの要求を受けつけた第1蓄電池24aは第1の電力量を出力し、取得部50は第1の電力量を取得する。
また、第1蓄電池24aは充電可能な容量を予め測定するとともに、SOCの測定機能を有していてもよい。その際、取得部50は、第1蓄電池24aの充電可能な容量を予め取得しており、第1蓄電池24aに対してSOCの出力を要求する。取得部50からの要求を受けつけた第1蓄電池24aはSOCを出力し、取得部50はSOCを取得する。取得部50は、充電可能な容量にSOCを乗算することによって、第1の電力量を取得する。さらに、第1蓄電池24aは電圧の測定機能を有するとともに、取得部50は、第1蓄電池24aの電圧と第1の電力量との関係を予め保持しており、第1蓄電池24aに対して電圧の値の出力を要求してもよい。その際、取得部50からの要求を受けつけた第1蓄電池24aは電圧の値を出力し、取得部50は電圧の値を取得する。取得部50は、保持している関係を参照して、電圧から第1の電力量を取得する。取得部50は、第2蓄電池24bに対しても同様の処理を実行し、第2の電力量を取得する。取得部50は、第1の電力量と第2の電力量とを制御部52に出力する。
制御部52は、取得部50から第1の電力量と第2の電力量とを受けつける。また、制御部52は、第1蓄電池24aの第1の最大放電力と第2蓄電池24bの第2の最大放電力とを保持する。制御部52は、第1の電力量を第1の最大放電力で除算することによって第1蓄電池24aに対する第1値を導出し、第2の電力量を第2の最大放電力で除算することによって第2蓄電池24bに対する第2値を導出する。制御部52は、第1値と第2値とが近くなるように、第1制御部26aと第2制御部26bとの少なくとも1つに放電を指示する。「近く」とは、同一にすることであるが、完全に同一でなくてもよく、誤差の範囲でずれていてもよい。第1制御部26aと第2制御部26bとの少なくとも1つは、指示に応じて蓄電池24を放電させる。
本開示における装置、システム、または方法の主体は、コンピュータを備えている。このコンピュータがプログラムを実行することによって、本開示における装置、システム、または方法の主体の機能が実現される。コンピュータは、プログラムにしたがって動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わない。プロセッサは、半導体集積回路(IC)、またはLSI(Large Scale Integration)を含む1つまたは複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、1つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは1つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なROM、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。
図3は、配電システム100による動作の概要を示す。ここでは、一例として、第1蓄電池24aの満充電容量が「5kWh」とされ、第1の最大放電力が「2kW」であるとされる。また、第2蓄電池24bの満充電容量が「3kWh」とされ、第2の最大放電力が「2kW」であるとされる。つまり、第1蓄電池24aの満充電容量と第2蓄電池24bの満充電容量とが異なり、第1の最大放電力と第2の最大放電力とが同一である。
第1蓄電池24aと第2蓄電池24bとがいずれも満充電状態である初期状態は「0h」と示される。「0h」における第1の電力量が「5kWh」である。これは、満充電容量に対する第1の電力量が「100%」であり、第1値が「2.5」であることに相当する。「0h」における第2の電力量が「3kWh」である。これは、満充電容量に対する第2の電力量が「100%」であり、第2値が「1.5」であることに相当する。このような状況下において、制御部52は、第1値と第2値とが近くなるように放電を制御する。つまり、制御部52は、第1値が「2.5」から「1.5」になるように、第1蓄電池24aの放電を第1制御部26aに指示する。第1制御部26aは、指示にしたがって第1蓄電池24aを放電させる。一方、第2制御部26bは、第2蓄電池24bを放電させない。ここでは、第1の最大放電力「2kW」により第1蓄電池24aが放電されるとする。
その結果、「0h」から1時間経過後の「1h」において、第1の電力量が「3kWh」になる。これは、満充電容量に対する第1の電力量が「60%」であり、第1値が「1.5」であることに相当する。つまり、「0h」から「1h」にわたって2kWが放電されることによって、「1h」において第1値と第2値とが同一になる。ここでは、このような状況下において、電力系統10が停電となり、かつ4kWの放電が必要となる場合を想定する。4kWの放電とは最大の放電に相当する。4kWの放電を実現するために、第1蓄電池24aが第1の最大放電力「2kW」により放電するとともに、第2蓄電池24bが第2の最大放電力「2kW」により放電する。制御システム30は、このような放電を第1制御部26aと第2制御部26bに指示する。第1制御部26aは、指示にしたがって第1蓄電池24aを放電させ、第2制御部26bも、指示にしたがって第2蓄電池24bを放電させる。
その結果、「1h」から1時間経過後の「2h」までの間に、4kWの放電がなされる。「2h」において、第1の電力量が「1kWh」になる。これは、満充電容量に対する第1の電力量が「20%」であり、第1値が「0.5」であることに相当する。また、第2の電力量が「1kWh」になる。これは、満充電容量に対する第2の電力量が「33%」であり、第2値が「0.5」であることに相当する。つまり、「2h」において、4kWの放電を実現できないが、停電前の「0h」から「1h」において第1値と第2値とが近くなるように放電を制御することによって、停電時に1時間にわたる4kWの放電が可能になる。
図4は、配電システム100による別の動作の概要を示す。ここでは、一例として、第1蓄電池24aの満充電容量が「5kWh」とされ、第1の最大放電力が「1kW」であるとされる。また、第2蓄電池24bの満充電容量が「3kWh」とされ、第2の最大放電力が「3kW」であるとされる。つまり、第1蓄電池24aの満充電容量と第2蓄電池24bの満充電容量とが異なり、第1の最大放電力と第2の最大放電力とも異なる。
初期状態「0h」における第1の電力量、満充電容量に対する第1の電力量、第2の電力量、満充電容量に対する第2の電力量は、図3と同一である。一方、第1値が「5」であり、第2値が「1」である。このような状況下において、制御部52は、第1値と第2値とが近くなるように放電を制御する。つまり、制御部52は、第1値が「5」から「1」になるように、第1蓄電池24aの放電を第1制御部26aに指示する。第1制御部26aは、指示にしたがって第1蓄電池24aを放電させる。一方、第2制御部26bは、第2蓄電池24bを放電させない。ここでは、第1の最大放電力「1kW」により第1蓄電池24aが放電されるとする。
その結果、「0h」から4時間経過後の「4h」において、第1の電力量が「1kWh」になる。これは、満充電容量に対する第1の電力量が「20%」であり、第1値が「1」であることに相当する。つまり、「0h」から「4h」にわたって1kWが放電されることによって、「4h」において第1値と第2値とが同一になる。ここでは、このような状況下において、電力系統10が停電となり、かつ4kWの放電が必要となる場合を想定する。4kWの放電を実現するために、第1蓄電池24aが第1の最大放電力「1kW」により放電するとともに、第2蓄電池24bが第2の最大放電力「3kW」により放電する。制御システム30は、このような放電を第1制御部26aと第2制御部26bに指示する。第1制御部26aは、指示にしたがって第1蓄電池24aを放電させ、第2制御部26bも、指示にしたがって第2蓄電池24bを放電させる。
その結果、「4h」から1時間経過後の「5h」までの間に、4kWの放電がなされる。「5h」において、第1の電力量が「0kWh」になる。これは、満充電容量に対する第1の電力量が「0%」であり、第1値が「0」であることに相当する。また、第2の電力量も「0kWh」になる。これは、満充電容量に対する第2の電力量が「0%」であり、第2値が「0」であることに相当する。つまり、「5h」において、4kWの放電を実現できないが、停電前の「0h」から「4h」において第1値と第2値とが近くなるように放電を制御することによって、停電時に1時間にわたる4kWの放電が可能になる。
本実施例によれば、第1の電力量と第1の最大放電力とをもとにした第1値と、第2の電力量と第2の最大放電力とをもとにした第2値とが近くなるように放電を制御するので、電力量と最大放電力を考慮して放電を制御できる。また、電力量と最大放電力を考慮して放電が制御されるので、最大の放電が可能なように電力量を残すことができる。また、最大の放電が可能なように電力量が残されるので、複数の蓄電池から最大の放電がなされる期間を長くするように制御できる。
また、第1の電力量を第1の最大放電力で除算することによって第1値を導出し、第2の電力量を第2の最大放電力で除算することによって第2値を導出するので、処理を簡易にできる。また、第1の最大放電力と、第2の最大放電力とは同一であるので、最大放電力が同一である第1蓄電池24aと第2蓄電池24bとを使用できる。また、第1の最大放電力と、第2の最大放電力とは異なるので、最大放電力が異なる第1蓄電池24aと第2蓄電池24bとを使用できる。
本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の制御システム30は、第1の最大放電力を有する第1蓄電池24aと、第1蓄電池24aの充放電を制御する第1制御部26aとを備える第1蓄電システム20aと、第2の最大放電力を有する第2蓄電池24bと、第2蓄電池24bの充放電を制御する第2制御部26bとを備える第2蓄電システム20bとを制御する制御システム30であって、第1蓄電池24aの充電残量に相当する第1の電力量と、第2蓄電池24bの充電残量に相当する第2の電力量とを取得する取得部50と、取得部50において取得した第1の電力量と第1の最大放電力とをもとにした第1値と、取得部50において取得した第2の電力量と第2の最大放電力とをもとにした第2値とが近くなるように、第1制御部26aと第2制御部26bとの少なくとも1つに放電を指示する制御部52と、を備える。
制御部52は、第1の電力量を第1の最大放電力で除算することによって第1値を導出し、第2の電力量を第2の最大放電力で除算することによって第2値を導出する。
第1の最大放電力と、第2の最大放電力とは同一である。
第1の最大放電力と、第2の最大放電力とは異なる。
以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
本実施例において、2つの蓄電システム20が制御システム30により制御されている。しかしながらこれに限らず例えば、3つ以上の蓄電システム20が制御システム30により制御されてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。
10 電力系統、 12 分電盤、 14 負荷機器、 16 分岐点、 20 蓄電システム、 22 電力変換装置、 24 蓄電池、 26 制御部、 30 制御システム、 50 取得部、 52 制御部、 100 配電システム。
Claims (5)
- 第1の最大放電力を有する第1蓄電池と、前記第1蓄電池の充放電を制御する第1制御部とを備える第1蓄電システムと、第2の最大放電力を有する第2蓄電池と、前記第2蓄電池の充放電を制御する第2制御部とを備える第2蓄電システムとを制御する制御システムであって、
前記第1蓄電池の充電残量に相当する第1の電力量と、前記第2蓄電池の充電残量に相当する第2の電力量とを取得する取得部と、
前記取得部において取得した前記第1の電力量と前記第1の最大放電力とをもとにした第1値と、前記取得部において取得した前記第2の電力量と前記第2の最大放電力とをもとにした第2値とが近くなるように、前記第1制御部と前記第2制御部との少なくとも1つに放電を指示する制御部と、
を備える制御システム。 - 前記制御部は、前記第1の電力量を前記第1の最大放電力で除算することによって前記第1値を導出し、前記第2の電力量を前記第2の最大放電力で除算することによって前記第2値を導出する、
請求項1に記載の制御システム。 - 前記第1の最大放電力と、前記第2の最大放電力とは同一である、
請求項1または2に記載の制御システム。 - 前記第1の最大放電力と、前記第2の最大放電力とは異なる、
請求項1または2に記載の制御システム。 - 第1の最大放電力を有する第1蓄電池と、前記第1蓄電池の充放電を制御する第1制御部とを備える第1蓄電システムと、第2の最大放電力を有する第2蓄電池と、前記第2蓄電池の充放電を制御する第2制御部とを備える第2蓄電システムとを制御する制御システムにおいて実行されるプログラムであって、
前記第1蓄電池の充電残量に相当する第1の電力量と、前記第2蓄電池の充電残量に相当する第2の電力量とを取得するステップと、
取得した前記第1の電力量と前記第1の最大放電力とをもとにした第1値と、取得した前記第2の電力量と前記第2の最大放電力とをもとにした第2値とが近くなるように、前記第1制御部と前記第2制御部との少なくとも1つに放電を指示するステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。
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