JP2024047899A - 蓄電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】種類が異なる組電池が並列接続された蓄電システムにおいて各組電池を効率よく充電する。【解決手段】蓄電システムは、外部システムから電力が供給される電力変換装置と、電力変換装置の動作を制御する制御装置とを備える。電力変換装置には、互いに種類が異なる第1および第2の組電池が互いに並列接続される。制御装置は、第1の組電池用の第1の充電プロファイルと、第2の組電池用の第2の充電プロファイルとを記憶している。制御装置は、第1の充電プロファイルに基づいて電力変換装置を動作させることにより、第1の組電池を充電する。制御装置は、第2の充電プロファイルに基づいて電力変換装置を動作させることにより、第2の組電池を充電する。【選択図】図2
Description
本開示は、蓄電システムに関する。
特開2014-103804号公報(特許文献1)には、複数の組電池が並列に接続された電池システムが開示されている。
特許文献1に開示されるようなシステムにおいて、複数の組電池の種類が互いに異なる場合がある。このような場合、組電池を効率よく充電することが望まれる。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、種類が異なる組電池が並列接続された蓄電システムにおいて各組電池を効率よく充電することにある。
本開示のある局面に従うと、蓄電システムは、外部システムから電力が供給される電力変換装置と、電力変換装置の動作を制御する制御装置とを備える。電力変換装置には、互いに種類が異なる第1および第2の組電池が互いに並列接続されている。制御装置は、第1の組電池用の第1の充電プロファイルと、第2の組電池用の第2の充電プロファイルとを記憶している。制御装置は、第1の充電プロファイルに基づいて電力変換装置を動作させることにより、第1の組電池を充電する。制御装置は、第2の充電プロファイルに基づいて電力変換装置を動作させることにより、第2の組電池を充電する。
上記の構成によれば、第1の組電池用の第1の充電プロファイルを用いて第1の組電池が充電され、かつ、第2の組電池用の第2の充電プロファイルを用いて第2の組電池が充電される。したがって、種類が異なる組電池が並列接続された蓄電システムにおいて各組電池を効率よく充電することができる。
好ましくは、電力変換装置は、第1の端子と、第2の端子とを有する。第1の端子には、第1および第2の組電池の一方が接続されている。第2の端子には、第1および第2の組電池の他方が接続されている。制御装置は、第1の端子と第2の端子との各々に接続された組電池の種類を識別する識別情報を取得する。制御装置は、識別情報に基づいて、第1および第2の充電プロファイルから、第1の端子に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルと、第2の端子に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルとを選択する。制御装置は、選択された各充電プロファイルに基づいて電力変換装置を動作させることにより、第1の端子に接続された組電池と、第2の端子に接続された組電池とを充電する。
上記の構成によれば、制御装置は、第1の端子と第2の端子とに接続された組電池の種類を識別することができるため、適切な充電プロファイルに基づいて各組電池を充電することが可能となる。
好ましくは、第1の組電池は、三元系のリチウムイオン電池である。第2の組電池は、リン酸鉄系のリチウムイオン電池である。
上記の構成によれば、三元系電池およびLFP電池が並列接続された蓄電システムにおいて各組電池を効率よく充電することができる。
上記の開示によれば、種類が異なる組電池が並列接続された蓄電システムにおいて各組電池を効率よく充電することが可能となる。
以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
図1は、蓄電システムと外部システムとの構成を説明するための図である。図1に示されるように、蓄電システム1は、外部システム900と電力線にて接続されている。蓄電システム1は、外部システム900から給電可能であり、かつ外部システム900に対して放電可能である。
蓄電システム1は、複数の電池ユニット10A,10B,…と、上位コントローラ20とを備える。なお、以下では、複数の電池ユニット10A,10B,…の任意の1つを、「電池ユニット10」とも称する。
電池ユニット10Aは、PCU(Power Control Unit)11と、三元系のリチウムイオン電池(以下、「三元系電池」と称する)12Aと、2つのリン酸鉄系のリチウムイオン電池(以下、「LFP電池」と称する)12Bと、ECU(Electronic Control Unit)13とを含む。PCU11は、インバータ、DC/DCコンバータ等を含む電力変換装置である。電池ユニット10Aでは、1つの三元系電池12Aと、2つのLFP電池12Bとが、PCU11に並列接続されている。
詳しくは、PCU11の外部接続用の3つの端子111,112,113を有する。3つの端子のうちの端子111,112にLFP電池12Bが接続され、かつ、端子113に三元系電池12Aが接続されている。
電池ユニット10Bは、PCU11と、2つの三元系電池12Aと、1つのLFP電池12Bと、ECU13とを含む。電池ユニット10Bでは、2つの三元系電池12Aと、1つのLFP電池12Bとが、PCU11に並列接続されている。端子111,113に三元系電池12Aが接続され、かつ、端子112にLFP電池12Bが接続されている。電池ユニット10Bは、PCU11に接続される組電池の組み合わせが、電池ユニット10Aとは異なる。
三元系電池12AおよびLFP電池12Bの各々は、同じ種類の単電池を複数個パックした組電池(「電池パック」とも称される)の一例である。電池ユニット10は、PCU11に互いに並列接続された3つの組電池を含む。蓄電システム1は、三元系電池12Aのみを3つ含む電池ユニット10、またはLFP電池12Bのみを3つ含む電池ユニット10を含んでいてもよい。
本例では、PCU11およびECU13として、それぞれ、車両に搭載されていたPCUとECUとを転用している。同様に、三元系電池12AおよびLFP電池12Bとして、車両に搭載されていた組電池を転用している。このように、不要となった車両の部品を利用して、蓄電システム1を構築している。詳しくは、車両のPCUに接続された三相交流モータを取外し、3つの組電池(U層、V層、W層に各々1つ)を接続している。なお、端子111,112,113は、それぞれ、U層用の端子、V層用の端子、W層用の端子である。
外部システム900は、PCS(Power Conditioning System)910と、太陽光発電装置920と、負荷930と、電力系統940とを備える。各電池ユニット10(詳しくは、各PCU11)は、PCS910に対して互いに並列に接続されている。
PCS910は、AC/DC変換(交流から直流への変換)およびDC/AC変換(直流から交流への変換)の両方が可能な電力変換装置である。PCS910は、たとえば太陽光発電装置920から直流電力を受電する。PCS910は、負荷930に交流電力を供給する。なお、負荷930は、家庭で使用される電気製品(たとえばエアコンおよび照明器具等)を含む。PCS910は、電力系統940との間において交流電力の授受を行っている。
各ECU13は、プロセッサおよびメモリ(図2参照)を含み、電池ユニット10を制御する。各ECU13は、上位コントローラ20に通信可能に接続されている。
上位コントローラ20は、プロセッサおよびメモリ(いずれも図示せず)を含み、各ECU13に指令を送る。上位コントローラ20は、ネットワークNWを介して、サーバ(図示せず)に通信可能に接続されている。
蓄電システム1においては、各電池ユニット10は、少なくとも深夜の時間帯に外部システム900によって充電され、かつ、少なくとも昼間の時間帯に外部システム900に放電する。詳しくは、各電池ユニット10は、3つの組電池の各々が、少なくとも深夜の時間帯に外部システム900から給電され、かつ、少なくとも昼間の時間帯に外部システム900に放電する。
ところで、三元系電池12AとLFP電池12Bとでは、電池特性が互いに異なる。たとえば、三元系電池12AとLFP電池12Bとでは、電池特性の1つであるSOC-OCV特性が互いに異なる。三元系電池12AのOCV(V)は、SOC(%)の全領域にわたって、LFP電池12BのOCV(V)よりも大きい。なお、SOC(State Of Charge)は、電池の充電状態(充電率)を表している。OCV(Open Circuit Voltage)は、電池の開放電圧(開回路電圧)を表している。
このような電池特性の差があるため、三元系電池12AとLFP電池12Bとを同じ充電プロファイルを用いて充電するよりも、三元系電池12AとLFP電池12Bとを電池の種別に応じた充電プロファイルで充電する方が充電効率は高い。そこで、蓄電システム1では、三元系電池12AとLFP電池12Bとを、互いに異なる充電プロファイルを用いて充電する。
図2は、電池ユニット10Aにおける充電処理を説明するためのブロック図である。図2に示されるように、ECU13は、プロセッサ131と、メモリ132とを備える。
電池ユニット10Aは、上位コントローラ20から、三元系電池用の充電プロファイルP1と、LFP電池用の充電プロファイルP2と、電池ユニット10Aにおける電池種別を示す識別情報DAを取得する。充電プロファイルP1,P2と、識別情報DAとは、メモリ132に格納される。
メモリ132には、プログラムRが予めインストールされている。プログラムRは、上位コントローラ20からECU13に送信される構成であってもよい。なお、充電プロファイルP1,P2および識別情報DAは、上位コントローラ20を介さずに、メモリ132に予め記憶されていてもよい。
充電プロファイルP1,P2は、充電時の各種設定が書き込まれたデータ(ファイル)である。充電プロファイルP1は、三元系電池の充電に適したように構成されている。充電プロファイルP2は、LFP電池の充電に適したように構成されている。
充電プロファイルP1は、本例では、電圧と電流とを管理する定電流定電圧充電(CCCV:Constant Current Constant Voltage)を実行するためのプロファイルである。充電プロファイルP1では、電圧と電流との関係が規定されている。詳しくは、充電プロファイルP1では、放電状態からの充電の場合、当初は電圧が低いため組電池が定電流状態で充電され、かつ、充電量が次第に増加してセル電圧が所定電圧に達すると定電圧充電に切り替えられる。充電プロファイルP1では、定電圧充電に切り替えた後は、当該所定電圧を超えないよう電流量が絞られる。なお、満充電は充電時間や充電電流の減少状態から判断される。
充電プロファイルP2は、本例では、電圧を管理する方式のプロファイルである。詳しくは、充電プロファイルP2は、電圧に加えて充電容量を管理する方式のプロファイルである。
プログラムRは、充電プロファイルP1,P2に従った充電制御を実行するように構成されている。プログラムRは、プロセッサ131によって実行されることにより、充電プロファイルP1,P2に基づき制御指令を生成し、かつ当該制御指令をPCU11に指令を送る。
プロセッサ131は、識別情報DAを参照して、電池ユニット10A内の各組電池に対して、組電池の種類に応じた制御指令を送る。詳しくは、識別情報DAは、電池ユニット10Aの3つの各端子111~113に接続された組電池の種類を識別するための情報である。本例では、識別情報DAは、端子111を示す第1端子と端子112を示す第2端子とにLFP電池12Bが接続され、かつ、端子113を示す第3端子に三元系電池12Aが接続されていることを示している。
プロセッサ131は、識別情報DAにより、3つの各端子111~113に接続された組電池の種類を判断する。これにより、プロセッサ131は、充電プロファイルP1および充電プロファイルP2のうちから、端子111に接続された組電池用の充電プロファイル(本例では、充電プロファイルP2)と、端子112に接続された組電池用の充電プロファイル(本例では、充電プロファイルP2)と、端子113に接続された組電池用の充電プロファイル(本例では、充電プロファイルP1)とを選択する。
電池ユニット10AのECU13は、選択された充電プロファイルに基づきPCU11を動作させることにより、1つの三元系電池12Aと、2つのLFP電池12Bとを充電する。詳しくは、上述したように、ECU13は、充電プロファイルP2に基づいてPCU11を動作させることにより、端子111(第1端子)に接続されたLFP電池12Bと、端子112(第2端子)に接続されたLFP電池12Bとを充電する。ECU13は、充電プロファイルP1に基づいてPCU11を動作させることにより、端子113(第3端子)に接続された三元系電池12Aを充電する。
電池ユニット10Bにおいても、電池ユニット10Aと同様の処理が実行される。この場合、上位コントローラ20は、識別情報DAの代わりに、識別情報DBを電池ユニット10Bに送る。識別情報DBは、端子111を示す第1端子と端子113を示す第3端子とのそれぞれに三元系電池12Aが接続され、かつ、端子112を示す第2端子にLFP電池12Bが接続されていることを示している。
電池ユニット10BのECU13は、識別情報DBに基づきPCU11を動作させることにより、2つの三元系電池12Aと、1つのLFP電池12Bとを充電する(図1参照)。詳しくは、電池ユニット10BのECU13は、充電プロファイルP1に基づいてPCU11を動作させることにより、端子111に接続された三元系電池12Aと、端子113に接続された三元系電池12Aとを充電する。電池ユニット10BのECU13は、充電プロファイルP2に基づいてPCU11を動作させることにより、端子112に接続されたLFP電池12Bを充電する。
たとえば電池ユニット10A内おける組電池の交換により、電池ユニット10Aの各端子111~113のいずれかに接続される組電池の種類が変わった場合には、上位コントローラ20が、ネットワークNWを介して、新たな識別情報DA’を取得する。なお、識別情報DA’は、たとえば、図示しないサーバ装置に対してユーザがデータを入力することにより生成される。
上位コントローラ20は、電池ユニット10AのECU13に、識別情報DA’を識別情報の更新指令とともに送る。電池ユニット10AのECU13は、識別情報DAを識別情報DA’で更新する。その後、電池ユニット10AのECU13は、識別情報DA’に基づき、各端子111~113に、どの種別の組電池が接続されているかを判断し、種別に応じた充電プロファイルP1,P2で各組電池を充電する。
図3は、蓄電システム1で実行される処理の流れを説明するフロー図である。詳しくは、図3は、電池ユニット10Aで実行される処理の流れを説明するフロー図である。電池ユニット10A以外の電池ユニット10においても、同様の処理が実行される。
図3に示されるように、ステップS1において、電池ユニット10AのECU13は、識別情報DAに基づき、3つの端子111~113の各々に接続されている組電池の種類を判断する。具体的には、ECU13は、3つの端子111~113の各々に接続されている組電池が、三元系電池12AかLFP電池12Bであるかを端子111~113毎に判断する。
ステップS2において、ECU13は、充電開始時時刻になったか否かを判断する。詳しくは、ECU13は、時計(図示せず)を有しており、当該時計に基づき充電開始時刻になったか否かを判断する。充電開始時刻の一例として、18時が挙げられる。
ECU13は、充電開始時刻になったと判断すると(ステップS2においてYES)、ステップS3において、充電プロファイルP1に基づいてPCU11を動作させることにより1つの三元系電池12Aの充電を開始するとともに、充電プロファイルP2に基づいてPCU11を動作させることにより2つのLFP電池12Bの充電を開始する。
ステップS4において、ECU13は、3つの組電池の各々が満充電になったか否かを判断する。ECU13は、3つの組電池の各々が満充電になったと判断した場合(ステップS4においてYES)、一連の処理を終了する。ECU13は、3つの組電池の各々が満充電になっていないと判断した場合(ステップS4においてNO)、3つの組電池の各々が満充電になるまで各組電池の充電を継続する。
<小括>
蓄電システム1を小括すると、以下のとおりである。
蓄電システム1を小括すると、以下のとおりである。
(1)蓄電システム1は、外部システム900から電力が供給されるPCU11と、PCU11の動作を制御するECU13とを備える。PCU11には、互いに種類が異なる三元系電池およびLFP電池が互いに並列接続されている。ECU13は、三元系電池用の充電プロファイルP1と、LFP電池用の充電プロファイルP2とを記憶している。ECU13は、充電プロファイルP1に基づいてPCU11を動作させることにより、三元系電池12Aを充電する。ECU13は、充電プロファイルP2に基づいてPCU11を動作させることにより、LFP電池12Bを充電する。
上記の構成によれば、三元系電池用の充電プロファイルP1を用いて三元系電池12Aが充電され、かつ、LFP電池用の充電プロファイルP2を用いてLFP電池12Bが充電される。したがって、種類が異なる組電池(三元系電池12AおよびLFP電池12B)が並列接続された蓄電システム1において各組電池を効率よく充電することができる。たとえば三元系電池12AとLFP電池12Bとを同じ充電プロファイルを用いて充電する構成に比べて、上記の構成によれば、三元系電池12AとLFP電池12Bとを効率よく充電することができる。
(2)PCU11は、少なくとも、端子111と、端子112とを有する。端子111には、三元系電池12AおよびLFP電池12Bの一方が接続されており、端子112には、三元系電池12AおよびLFP電池12Bの他方が接続されている。ECU13は、端子111と端子112との各々に接続された組電池の種類を識別する識別情報を取得する。
ECU13は、識別情報に基づいて、充電プロファイルP1および充電プロファイルP2から、端子111に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルと、端子112に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルとを選択する。ECU13は、選択された各充電プロファイルに基づいてPCU11を動作させることにより、端子111に接続された組電池と、端子112に接続された組電池とを充電する。
上記の構成によれば、ECU13は、端子111と端子112とに接続された組電池の種類を識別することができるため、適切な充電プロファイルに基づいて各組電池を充電することが可能となる。
<変形例>
(1)上記においては、種類の異なる組電池として、三元系電池とLFP電池とを例に挙げて説明したが、これに限定されない。2種以上の組電池に対して、各々の組電池に適した充電プロファイルで上述した充電処理を行うこともできる。
(1)上記においては、種類の異なる組電池として、三元系電池とLFP電池とを例に挙げて説明したが、これに限定されない。2種以上の組電池に対して、各々の組電池に適した充電プロファイルで上述した充電処理を行うこともできる。
(2)上記においては電力変換装置(本例ではPCU11)に3つの組電池が接続される構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。たとえば、2つまたは4つ以上の組電池が電力変換装置に接続される構成であってもよい。
<付記>
(1)外部システムによって蓄電される蓄電システムにおける充電制御方法であって、
前記蓄電システムは、外部システムから電力が供給される電力変換装置を有し、前記電力変換装置には、互いに種類が異なる第1および第2の組電池が互いに並列接続され、
前記充電制御方法は、
前記蓄電システムの制御装置が、前記第1の組電池用の充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第1の組電池を充電するステップと、
前記制御装置が、前記第2の組電池用の充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第2の組電池を充電するステップとを備える、充電制御方法。
(1)外部システムによって蓄電される蓄電システムにおける充電制御方法であって、
前記蓄電システムは、外部システムから電力が供給される電力変換装置を有し、前記電力変換装置には、互いに種類が異なる第1および第2の組電池が互いに並列接続され、
前記充電制御方法は、
前記蓄電システムの制御装置が、前記第1の組電池用の充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第1の組電池を充電するステップと、
前記制御装置が、前記第2の組電池用の充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第2の組電池を充電するステップとを備える、充電制御方法。
(2)上述した充電制御方法の各ステップをプロセッサ131に実行させるプログラムR。
(3)プログラムRを記憶した、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
(4)さらに上述した第1および第2のプロファイルとを記憶した、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 蓄電システム、10A,10B 電池ユニット、12A 三元系電池、12B LFP電池、20 上位コントローラ、111,112,113 端子、131 プロセッサ、132 メモリ、900 外部システム、910 PCS、920 太陽光発電装置、930 負荷、940 電力系統。
Claims (3)
- 外部システムから電力が供給される電力変換装置と、
前記電力変換装置の動作を制御する制御装置とを備え、
前記電力変換装置には、互いに種類が異なる第1および第2の組電池が互いに並列接続され、
前記制御装置は、
前記第1の組電池用の第1の充電プロファイルと、前記第2の組電池用の第2の充電プロファイルとを記憶しており、
前記第1の充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第1の組電池を充電し、
前記第2の充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第2の組電池を充電する、蓄電システム。 - 前記電力変換装置は、第1の端子と、第2の端子とを有し、
前記第1の端子には、前記第1および第2の組電池の一方が接続されており、前記第2の端子には、前記第1および第2の組電池の他方が接続されており、
前記制御装置は、
前記第1の端子と前記第2の端子との各々に接続された組電池の種類を識別する識別情報を取得し、
前記識別情報に基づいて、前記第1および第2の充電プロファイルから、前記第1の端子に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルと、前記第2の端子に接続された組電池の充電に用いる充電プロファイルとを選択し、
選択された各前記充電プロファイルに基づいて前記電力変換装置を動作させることにより、前記第1の端子に接続された組電池と、前記第2の端子に接続された組電池とを充電する、請求項1に記載の蓄電システム。 - 前記第1の組電池は、三元系のリチウムイオン電池であり、
前記第2の組電池は、リン酸鉄系のリチウムイオン電池である、請求項1または2に記載の蓄電システム。
Priority Applications (3)
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Applications Claiming Priority (1)
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2023
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- 2023-09-19 US US18/369,871 patent/US20240106247A1/en active Pending
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