JP2024051315A - 二次電池システム及び二次電池制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】性能の異なる電池、例えば増設電池と既設電池が混在した際の構成を適切にできる二次電池システムを提供する。【解決手段】二次電池システム１００は、直列接続された複数の電池セルを有する電池ラックＢと、単数もしくは複数の並列接続された電池ラックＢが電力系統に対して充放電するための電力変換器２と、を有する電池バンク３を備える二次電池システムであって、電池バンク３が有する電池ラックＢを、他の電池バンクの電力変換器に対して切り替え可能とする切替器４と、電池ラックＢの劣化率または使用年数を監視し、電力変換器２及び切替器４を制御するコントローラ５と、を有し、コントローラ５は、電池ラックＢの劣化率または使用年数に基づいて、接続する電力変換器２を切替器４に指令する。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池システム及び二次電池制御方法に関する。

近年再生可能エネルギーの増加に伴う系統不安定化の解決のため、大型の定置型蓄電池システムの実装が進んでいる。しかし、大規模な定置型蓄電池システムは導入に対する投資コストが大きく、また劣化により機器性能が変化するため一斉に導入するには障壁が大きい。そのため、徐々に蓄電池システムを増設し投資コストを平準化する手段が検討されている。

この増設をする際には既設の劣化している電池と新品の電池を併用する必要があるが、設備導入当初から異なる性能の電池が増設されることを想定しておらず、新品の増設の際に電力配線の変更や配置の変更が必要となり、余分なコストを生じさせてしまう懸念がある。

特許文献１の蓄電システムは、充放電可能な複数の電池ユニットが接続され、複数の電力変換器が前記電池ユニットに対して充放電を行うように構成される蓄電システムにおいて、複数の電池ユニットそれぞれに接続され、電池ユニットを前記複数の電力変換器に対して切り替え可能とするスイッチと、複数の電力変換器及び前記スイッチを制御するコントローラと、を有し、コントローラは、充放電に使用する電池ユニットと電力変換器を決定する組み合わせ決定部と、組み合わせ決定部が決定した電池ユニットを、電力変換器に接続するようにスイッチの開閉状態を制御するスイッチ制御部と、組み合わせ決定部が決定した電力変換器に対して充放電指令を出力する電力変換器制御部と、を有することが記載されている。

特開２０１５－１５９６３１号公報

特許文献１では、複数の電池ユニットと複数の電力変換器との接続状態や並列数を変更できる事例が示されている。しかしながら、特許文献１では、劣化率によって接続状態や並列数の変更を行うものでもなく、性能の異なる電池、例えば増設電池と既設電池が混在した際の制御に関して記述がなく、劣化に差がある電池に対して制御ができず、横流が発生し過放電もしくは過充電になってしまう課題が存在している。

本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、性能の異なる電池、例えば増設電池と既設電池が混在した際の構成を適切にできる二次電池システム及び二次電池制御方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の二次電池システムは、直列接続された複数の電池セルを有する電池ラックと、単数もしくは複数の並列接続された電池ラックが電力系統に対して充放電するための電力変換器と、を有する電池バンクを備える二次電池システムであって、前記電池バンクが有する電池ラックを、他の電池バンクの電力変換器に対して切り替え可能とする切替器と、前記電池ラックの劣化率または使用年数を監視し、前記電力変換器及び前記切替器を制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記電池ラックの劣化率または使用年数に基づいて、接続する電力変換器を前記切替器に指令することを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。

本発明によれば、性能の異なる電池、例えば増設電池と既設電池が混在した際の構成を適切にできる。

第１実施形態に係る二次電池システムを示す図である。 第１実施形態に係る増設タイミングでの接続変更処理を示すフロー図である。 第１実施形態に係る増設タイミングの例を示すフロー図である。 第２実施形態に係るマニュアルの切替器を有する二次電池システムを示す図である。 第３実施形態に係る接続先を複数選択可能な二次電池システムを示す図である。 第３実施形態に係る増設タイミングでのＳＯＨ差を考慮した接続変更処理を示すフロー図である。 第３実施形態に係る増設タイミングでのＳＯＨ差を考慮した接続例を示す図である。 第３実施形態に係る増設前のＳＯＨ差を考慮した接続変更処理を示すフロー図である。 第３実施形態に係る増設前のＳＯＨ差を考慮した接続例を示す図である。 第３実施形態に係る増設前の平均ＳＯＣを考慮した接続変更処理を示すフロー図である。 第３実施形態に係る増設前の平均ＳＯＣを考慮した接続例を示す図である。 第４実施形態に係る増設タイミングが複数ある場合の二次電池システムを示す図である。 第４実施形態に係る増設タイミングが複数ある場合の接続変更処理を示すフロー図である。 第５実施形態に係る電力変換器が故障した場合の接続変更処理を示す図である。 第６実施形態に係る中古電池を増設する場合の二次電池システムを示す図である。 第６実施形態に係る中古電池を増設する場合の接続変更処理を示すフロー図である。 第６実施形態に係る中古電池を増設する場合の接続例を示す図である。

以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更及び修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

<<第１実施形態>>
図１は、第１実施形態に係る二次電池システム１００を示す図である。本実施形態では、二次電池システムの増設に対応できるシステム構成に関して説明する。図１は大型の二次電池システムの構成を示しており、電池が直列接続された電池ラックＢが２並列で直流を交流に変換する電力変換器（Power Conditioning System：ＰＣＳ）２を介して負荷に繋がっている。この電力変換器２と電池ラックＢをまとめて電池バンク３とし、負荷（不図示）に対して電池バンク３が３並列（電池バンク３１，３２，３３）になっているとする。電池ラックＢ内の電池の直列数、電力変換器下の電池ラックの並列数、負荷に対するバンク数は任意の数でよい。以下、電力変換器を適宜ＰＣＳと称する。

二次電池システム１００は、電池バンク３が有する電池ラックＢを、他の電池バンクの電力変換器に対して切り替え可能とする切替器４（切替器４１，４２）と、電池ラックＢの劣化率または使用年数を監視し、電力変換器２及び切替器４を制御するコントローラ５と、を有し、コントローラ５は、電力ルート決定部６を有し、電池ラックＢの劣化率または使用年数に基づいて、接続する電力変換器２を切替器４に指令する。また、電池ラックＢを増設する際に必要となる増設電池ラック設置位置７及び増設電池ラック用配線８があらかじめ二次電池システム１００の稼働時から備わっている。増設電池ラック設置位置７には、増設電池ラックＢＥ１の設置位置である増設電池ラック設置位置７１と、増設電池ラックＢＥ２の設置位置である増設電池ラック設置位置７２がある。

電池ラックＢ２１は、ＰＣＳ２１（ＰＣＳ♯１）とＰＣＳ２２（ＰＣＳ♯２）のいずれにでも接続することが可能な切替器４１を介して接続し、電池ラックＢ２２は、ＰＣＳ２２（ＰＣＳ♯２）とＰＣＳ２３（ＰＣＳ♯３）に対して同様な切替器４２で接続されている。すなわち、切替器４１の一方には、電池ラックＢ２１が接続され、他方にはＰＣＳ２１とＰＣＳ２２が切り替え可能に接続されている。切替器４２の一方には電池ラックＢ２２が接続され、他方にはＰＣＳ２２とＰＣＳ２３が切り替え可能に接続されている。

電池ラックＢ２１は、増設等のタイミング以外にはＰＣＳ２２（ＰＣＳ♯２）に基本は繋がっており、増設等のタイミングはＰＣＳ２１（ＰＣＳ♯１）に繋がる。同様に電池ラックＢ２２は、増設等のタイミング以外にはＰＣＳ２２（ＰＣＳ♯２）に基本は繋がっており、増設等のタイミングはＰＣＳ２３（ＰＣＳ♯３）に繋がる。このタイミング等の判断に関しては後述する。

また、各電池ラックＢから各電池ラックＢ内の電池電圧・温度等の稼働情報に加えて劣化率を受け取り電力変換器２に電力量を指令する機能を有しているコントローラ５は、この機能以外にも各リレーの電力ルートを選択する電力ルート決定部６を有しており、電力ルートは主にこれら電圧、温度、劣化率に基づいて選択される。

図２は、第１実施形態に係る増設タイミングでの接続変更処理Ｓ０を示すフロー図である。図３は、第１実施形態に係る増設タイミングの例を示すフロー図である。図２～３は、コントローラ５が切替器４によって電力ルートを切り替えるフロー図を示す。

まずは図２のフロー図（処理Ｓ０）を説明する。コントローラ５は、増設タイミングを超過しているか否かを判定する（処理Ｓ１）。処理Ｓ１の前提として前回の電力ルートが増設を想定した電力ルートではないことである。既に電力ルートが増設前提のルートに切り替わっている場合には、この演算はスタートしない。処理Ｓ０がスタートするのは例えば電池システムが系統に繋がる稼働のタイミングを想定するが、これに限らない。処理Ｓ１では増設タイミングであるかの判断がある。これは電池システムの管理者が増設のタイミングを指定する場合に対応している。増設タイミングである場合（処理Ｓ１，Ｙｅｓ）にはＳ２に進み、増設タイミングでない場合（処理Ｓ１，Ｎｏ）にはＳ５に進む。

処理Ｓ２において、コントローラ５は、新たに並列接続される電池ラック間の劣化率（ＳＯＨ：State of Health）差が許容値以下か否かを判定する。これは例えば電池ラックＢ２１であればＰＣＳ♯１側に接続することになるため、電池ラックＢ１１，Ｂ１２及び電池ラックＢ２１を対象としている。これらのＳＯＨに差があるかを演算し、許容値以下で安全に並列接続を変えることができるかを判断している。許容値以下の場合（処理Ｓ２，Ｙｅｓ）は処理Ｓ３に進み、許容値以下でない場合（処理Ｓ２，Ｎｏ）はＳ５に進む。なお、本実施形態ではＳＯＨとして、新品時の充放電容量に対する現在の充放電容量の割合（容量の劣化率：ＳＯＨＱ）を用いている。ＳＯＨとしては他にも抵抗の劣化率を表すＳＯＨＲが知られている。

処理Ｓ３において、コントローラ５は、新たに並列接続される電池ラック間の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）差が許容値以下か否かを判定する。これは例えば電池ラックＢ２１であればＰＣＳ♯１側に接続することになるため、電池ラックＢ１１，Ｂ１２及び電池ラックＢ２１を対象としている。これらのＳＯＣに差があるかを演算し、許容値以下で安全に並列接続を変えることができるかを判断している。許容値以下の場合（処理Ｓ３，Ｙｅｓ）は処理Ｓ４に進み、許容値以下でない場合（処理Ｓ３，Ｎｏ）はＳ５に進む。

処理Ｓ４において、増設タイミングであること及び安全であることが確認できたため、コントローラ５は、電力ルートを変更し電池ラックＢ２１をＰＣＳ２１（ＰＣＳ＃１）側に接続するよう切替器４１に切替え指令し、電池ラックＢ２２をＰＣＳ２３（ＰＣＳ＃３）側に接続するよう切替器４２に切替え指令する。指令を受けた切替器４１，４２は、それぞれ接続を切替える。

処理Ｓ５において、処理Ｓ１～Ｓ３のいずれかでＮｏの場合は増設タイミングではないもしくは接続の安全性が確保できない場合であるので、切替えをせずに現状維持する。すなわち、電力ルートは変更せず電池ラックＢ２１の切替器４１をＰＣＳ２２（ＰＣＳ＃２）側に、電池ラックＢ２２の切替器４２をＰＣＳ２２（ＰＣＳ＃２）側に維持する。

図３では増設タイミングの具体例を示す。処理Ｓ１０において、コントローラ５は、電池システムの平均ＳＯＨがある一定値以下（例えば、Ａ％以下）であるかを判定している。平均ＳＯＨがＡ％以下の場合（処理Ｓ１０，Ｙｅｓ）、処理Ｓ１１に進み、平均ＳＯＨがＡ％以下でない場合（処理Ｓ１０，Ｎｏ）、処理Ｓ１５に進む。

処理Ｓ１１において、コントローラ５は、使用期間がある一定期間以上（例えば、Ｂ年以上）であるかを判定している。使用期間がＢ年以上である場合（処理Ｓ１１，Ｙｅｓ）、処理Ｓ１２に進み、使用期間がＢ年未満である場合（処理Ｓ１１，Ｎｏ）、処理Ｓ１５に進む。一般的に電池の増設は電池が劣化して性能を満足できなくなった場合や、増設可能期間よりも超過している場合に行う。そのため、これらを判断して切り替える構成としている。以降の処理Ｓ１２～Ｓ１５は、図２の処理Ｓ２～Ｓ５と対応している。

これら図２や図３の電力ルート変更と並行して、もしくは変更後に、増設電池ラックを増設電池ラック設置位置７に対して接続する。このようにすることで、ＰＣＳ２１（ＰＣＳ♯１）、ＰＣＳ２３（ＰＣＳ♯３）には既設である程度劣化している電池が３並列、ＰＣＳ２２（ＰＣＳ♯２）には増設の新品電池ラックが接続されることになる。新品電池ラック容量が既設の新品時容量と同じであった場合には、処理Ｓ１０のＡが６７％であれば各ＰＣＳ下にある電池容量に差分が生じず増設によって初期納入時点の性能を確保することが可能となる。なお、Ａが６７％とは、既設の新品時容量が２並列の場合を２００％とし、それを３並列で構成するとすると、６７％（≒２００／３）となるためである。

また、本実施形態の主である電力ルートの切替器４、電力ルート決定部６、増設を想定した増設電池ラック用配線８と増設電池ラック設置位置７の確保により、増設のタイミングでは増設電池ラックの設置工事のみとなるため、増設時の工事を削減することが可能である。

<<第２実施形態>>
第２実施形態では電力ルートの切替がコントローラ５からの通信指令で駆動する切替器４ではなく、手動切替器４１Ａ，４２Ａ（マニュアルの切替器）の例を説明する。増設のタイミングで切り替えることが主であり、他のタイミングで駆動しない切替器であれば制御分のコストと信頼性を考慮する必要がある。そのため、人の手で駆動するマニュアルの切替器であっても同様の処理が可能である。図４でこの例に関して説明する。

図４は、コントローラ５と手動切替器４１Ａ，４２Ａとの通信制御線を有していない。その代わりに、コントローラ５は、保守員の情報端末９０との通信機能を有する。

二次電池システム１００は、電池バンク３が有する電池ラックＢを、他の電池バンクの電力変換器に対して切り替え可能とする手動切替器４１Ａ，４２Ａと、電池ラックＢの劣化または使用年数を監視し、電力変換器２を制御するコントローラ５と、を有し、コントローラ５は、電池ラックＢの劣化率または使用年数に基づいて、接続する電力変換器の時期と判定した場合、該接続する電力変換器を保守員の情報端末９０に通知する。

手動切替器４１Ａ，４２Ａは、マニュアルにて電力ルートを第１実施形態と同様の方向に切り替えることが可能である。具体的には電池ラックＢ２１はＰＣＳ♯１と♯２の電力ルートを選択でき、電池ラックＢ２２はＰＣＳ♯２と♯３の電力ルートを選択できる。増設のタイミングでは、図３のフローを手動にて実施することで新たな制御やコントローラ機能無での単純な構成で電力ルートを変更することができる。

<<第３実施形態>>
図５は、第３実施形態に係る接続先を複数選択可能な二次電池システム１００Ａを示す図である。第３実施形態では、電池ラックＢがいずれのＰＣＳ（電力変換器）にも接続することが可能な構成に関して説明する。電池ラックＢやＰＣＳ２、増設電池ラック設置位置７を設ける点、あらかじめ増設のための増設電池ラック用配線８を準備している点は実施例１と変わりないが、各電池ラックＢはいずれのＰＣＳ２へも接続可能な電力ルートスイッチ１１０を有し、コントローラ５Ａはこの電力ルートを決定する機能である電力ルート決定部６Ａを有している。電力ルートスイッチ１１０の一端は各電池ラックＢに接続されており、コントローラ５Ａからの指令によりＰＣＳ♯１～３に接続される。また増設電池ラック設置位置７にもあらかじめ切替スイッチを用意しておくことで増設時の工事を簡便化することが可能である。この切替スイッチは電池ラックＢに内包されていてもよいので、増設の電池ラックＢに付随してもよい。

次にこの電力ルートスイッチ１１０の制御フローを図６～図１１で説明する。
＜増設タイミングでのＳＯＨ差を考慮した接続変更処理＞
図６は、第３実施形態に係る増設タイミングでのＳＯＨ差を考慮した接続変更処理Ｓ２０を示すフロー図である。図７は、第３実施形態に係る増設タイミングでのＳＯＨ差を考慮した接続例を示す図である。

図６は、図２と同様増設タイミングを指定される場合の制御フローを示している。まず演算をスタートした後、処理Ｓ２１で、コントローラ５Ａは、増設タイミングであるか（超過しているか）を判定し、増設タイミングを超過している場合（処理Ｓ２１，Ｙｅｓ）、処理Ｓ２２に進み、増設タイミングを超過していない場合（処理Ｓ２１，Ｎｏ）、処理Ｓ２６に進む。

処理Ｓ２２において、コントローラ５Ａは、ＳＯＨが近い電池ラックＢを３組選択し、処理Ｓ２２に進む。３組とは第１実施形態と同様ＰＣＳ下に電池ラックＢが２並列だった構成を３並列に変更し、増設前の電力ルート変更をすることを想定した組数であり、増設の方法によって任意であってよい。なお、ここで組数は電池ラックＢの個数の単位である。

次に、処理Ｓ２３において、コントローラ５Ａは、この選択した電池ラック間のＳＯＨ差が許容値以下かを判定する。ＳＯＨ差が許容値以下の場合（処理Ｓ２３，Ｙｅｓ）、処理Ｓ２４に進み、ＳＯＨ差が許容値以下でない場合（処理Ｓ２３，Ｎｏ）、処理Ｓ２６に進む。

処理Ｓ２４において、コントローラ５Ａは、選択した電池ラック間のＳＯＣ差が許容値以下かを判定する。ＳＯＣ差が許容値以下である場合（処理Ｓ２４，Ｙｅｓ）、処理Ｓ２５に進み、ＳＯＣ差が許容値以下でない場合（処理Ｓ２４，Ｎｏ、処理Ｓ２６に進む。

処理Ｓ２５において、コントローラ５Ａは、並列にする組み合わせが選択されており、ＳＯＨやＳＯＣも安全な範囲内であると判断されているため、選択した電池ラックが並列になるように、電力ルートスイッチ１１０に切替指令する。一方、処理Ｓ２６において、切替えをせずに現状維持する。

図７の表Ｔ７には、各電池ラックのＳＯＨと図６の制御を実施する制御前の接続先ＰＣＳ、制御後の接続先ＰＣＳを示している。制御前は、それぞれ、電池ラックＢ１１，Ｂ１２はＰＣＳ＃１に、電池ラックＢ２１，Ｂ２２はＰＣＳ＃２に、電池ラックＢ３１，Ｂ３２はＰＣＳ＃３に繋がっているとする。この中で図示されている通りＳＯＨが８０と８５で差があるとすると、増設時に３組を選択する際には横流が小さくなるようにＳＯＨ８０の３組とＳＯＨが８５の３組を選択し同じＰＣＳ下で運用することが好ましい。そのため、制御後にはＳＯＨが８０である電池ラックＢ１１、電池ラックＢ２１及び電池ラックＢ２２がＰＣＳ＃１に、ＳＯＨが８５である電池ラックＢ１２、電池ラックＢ３１及び電池ラックＢ３２がＰＣＳ＃２に接続先を変更することになる。その後、ＰＣＳ＃３はどの電池ラックも繋がっていない状態になるため増設電池ラック２組が繋がることになる。一方、処理Ｓ２６に進んだ場合には接続変更せずに、制御前の接続先ＰＣＳにそれぞれ繋がることになる。

＜増設前のＳＯＨ差を考慮した接続変更処理＞
図８は、第３実施形態に係る増設前のＳＯＨ差を考慮した接続変更処理Ｓ３０を示すフロー図である。図９は、第３実施形態に係る増設前のＳＯＨ差を考慮した接続例を示す図である。

図８は、増設タイミング以外でもＳＯＨが近い組でなるべく駆動するように選択した例である。まず、処理Ｓ３１において、コントローラ５Ａは、ＳＯＨが近い電池ラック２組を選択する。図６の制御フローでは３組であったが処理Ｓ３１では２組な理由は、増設時には２並列を３並列に並列数を変更してＰＣＳを一つあける必要があるが、図６は増設時以外（例えば、増設前）の劣化に応じた制御であるため並列総数の変更は行わないためである。次に処理Ｓ３２において、コントローラ５Ａは、選択した電池ラック間のＳＯＣ差が許容値以下であるかを判定する。ＳＯＣ差が許容値以下である場合（処理Ｓ３２，Ｙｅｓ）、処理Ｓ３３に進み、ＳＯＣ差が許容値以下でない場合（処理Ｓ３２，Ｎｏ）、処理Ｓ３４に進む。

処理Ｓ３３において、コントローラ５Ａは、選択した電池ラックが並列接続になるように電力ルートスイッチ１１０に切替え指令する。一方、処理Ｓ３４において、切替えはせずに現状維持となる。この制御フローに関して図９で説明する。

図９の表Ｔ９には、図７の表Ｔ７と同様各電池ラックとそれぞれのＳＯＨを示している。制御前の接続先ＰＣＳも記載の通りで、制御前には各ＰＣＳに接続されている電池ラックのＳＯＨが異なる値となっていることがわかる。これを図８の制御フローで接続先を決定すると、ＳＯＨが８０で同様である電池ラックＢ１１と電池ラックＢ２２がＰＣＳ＃１に接続され、ＳＯＨが８５で同様である電池ラックＢ１２と電池ラックＢ３２がＰＣＳ＃２に接続され、ＳＯＨが９０で同様である電池ラックＢ２１と電池ラックＢ３１がＰＣＳ＃３に接続される。このように劣化率が近いもので並列構成に組み替えることで劣化率の差で生まれる横流等の不安全事象を抑制できる。

＜増設前の平均ＳＯＣを考慮した接続変更処理＞
図１０は、第３実施形態に係る増設前の平均ＳＯＣを考慮した接続変更処理Ｓ４０を示すフロー図である。図１１は、第３実施形態に係る増設前の平均ＳＯＣを考慮した接続例を示す図である。

図１０の制御フローは各ＰＣＳ下の電池ラック群の合計容量を均一に保つことに有効である。まず、処理Ｓ４１において、コントローラ５Ａは、電池ラック群の平均ＳＯＨが同程度となる組み合わせを選択する。次に、処理Ｓ４２において、選択した電池ラック間のＳＯＣ差が許容値以下か判定する。ＳＯＣ差が許容値以下場合（処理Ｓ４２，Ｙｅｓ）、処理Ｓ４３に進み、ＳＯＣ差が許容値以下でない場合（処理Ｓ４２、Ｎｏ）、処理Ｓ４４に進む。処理Ｓ４３において、コントローラ５Ａは、選択した電池ラックが並列接続になるように電力ルートスイッチ１１０に切替え指令する。一方、処理Ｓ４４において、切替えをせずに現状維持する。この制御に関して図１１で説明する。

図１１の表Ｔ１１には、図９の表Ｔ９と同様各電池ラックのＳＯＨが示されている。制御前の電池ラック群のＳＯＨとは、例えばＰＣＳ＃１に接続されている電池ラック群であれば、８０と８５であるので８２．５が平均値となり、ＰＣＳ＃２下の電池ラック群は８５、ＰＣＳ＃３下の電池ラック群は８７．５となる。この制御前の状態では平均ＳＯＨが異なるため電池ラック群として使用できる容量は異なってしまう。これに対して図１０の制御を実行することで電池ラックＢ１１と電池ラックＢ２１を並列とすることで平均ＳＯＨを８５に、電池ラックＢ１２と電池ラックＢ３２を並列とすることで平均ＳＯＨを８５に、電池ラックＢ２２と電池ラックＢ３２を並列にすることで平均ＳＯＨを８５することが可能であるので、各ＰＣＳ下の劣化率及び容量を均一に保つことが可能となる。このように容量を均一に保つことで各ＰＣＳが同じ出力で同じ運転をしたとしても過充電過放電になることがないため制御の簡便化及び安全性を保つことができる。

以上、図５のような構成にすることで増設にも劣化率のばらつきにも柔軟に対応することが可能となる。

<<第４実施形態>>
図１２は、第４実施形態に係る増設タイミングが複数ある場合の二次電池システム１００Ｂを示す図である。図１２は、第１実施形態１の構成を２倍に拡張したものであり、差分としてコントローラ５Ｂが、２倍に拡張したシステム構成であっても全電力ルートの決定を実施する点である。また制御や運用面でも差分があり、増設電池ラックＢＥ１，ＢＥ２の増設時期と、増設電池ラックＢＥ３，ＢＥ４の増設時期が異なる。これは複数回に分けて電池増設を実施することで投資時期を分散し平坦化する狙いがある。この際の電力ルートの決定方法を図１３で説明する。

図１３は、第４実施形態に係る増設タイミングが複数ある場合の接続変更処理Ｓ５０を示すフロー図である。まず、コントローラ５Ｂ（図１２参照）は、処理Ｓ５１において、１回目の増設タイミングを超過しているか判定する。１回目の増設タイミングを超過している場合（処理Ｓ５１，Ｙｅｓ）、処理Ｓ５２に進み、１回目の増設タイミングを超過していない場合（処理Ｓ５１，Ｎｏ）、処理Ｓ５５に進み、切替えをせずに現状維持する。

処理Ｓ５２において、コントローラ５Ｂは、２回目の増設タイミングを超過している場合（処理Ｓ５２，Ｙｅｓ）、処理Ｓ５３に進み、２回目の増設タイミングを超過していない場合（処理Ｓ５２，Ｎｏ）、処理Ｓ５４に進む。

処理Ｓ５５において、初期の電力ルートから変更しておらずそれぞれのＰＣＳに電池ラックが接続している状態である。

処理Ｓ５４において、コントローラ５Ｂは、電池ラックＢ２１をＰＣＳ２１（ＰＣＳ＃１）側に切替え指令し、電池ラックＢ２２をＰＣＳ２３（ＰＣＳ＃３）側に切替え指令し、電池ラックＢ５１，Ｂ５２は、切替えせずに現状維持する。

処理Ｓ５４では、ＰＣＳ＃２に接続していた電池ラックＢ２１，Ｂ２２が他のＰＣＳに接続され、ＰＣＳ＃２が使用されていないため、増設電池ラックＢＥ１，ＢＥ２を増設電池ラック設置位置７１，７２に設置しＰＣＳ＃２に接続することで安全に１回目の増設が可能となる。

処理Ｓ５３において、コントローラ５Ｂは、電池ラックＢ２１をＰＣＳ２１（ＰＣＳ＃１）側に切替え指令し、電池ラックＢ２２をＰＣＳ２３（ＰＣＳ＃３）側に切替え指令し、電池ラックＢ５１をＰＣＳ２４（ＰＣＳ＃４）側に切替え指令し、電池ラックＢ５２をＰＣＳ２６（ＰＣＳ＃６）側に切替え指令する。

処理Ｓ５３では、ＰＣＳ＃５に接続していた電池ラックＢ５１，Ｂ５２が他のＰＣＳに接続され、ＰＣＳ＃５が使用されていないため、増設電池ラックＢＥ３，ＢＥ４を設置位置７３，７４に設置しＰＣＳ５に接続することで安全に２回目の増設が可能となる。このように複数の電力ルートを増設タイミングによって順次変更することで安全且つ増設の工事費を削減した増設が可能となる。

本実施形態のような部分的な増設は第２実施形態や第３実施形態のような構成であっても同様の思想で実施することが可能である。

<<第５実施形態>>
図１４は、第５実施形態に係る電力変換器が故障した場合の接続変更処理Ｓ６０を示す図である。第５実施形態では、本実施形態で使用する切替器４を使用して冗長性を確保する内容を説明する。構成としては第１実施形態の図１の構成と同様とする。

図１の構成でＰＣＳ＃２が故障や点検等で機能しなくなる場面が想定される。この時に初期の電力ルートのままだとＰＣＳ＃２下の電池ラックＢ２１，Ｂ２２は使用されず設備稼働率が落ちてしまう。このような際には、電力ルートを変更し電池を使用することが望ましい。この際の制御を図１４で説明する。なお、コントローラ５には、ＰＣＳ２の故障検出機能を有する。

処理Ｓ６１において、コントローラ５は、ＰＣＳ＃２が機能しているかを判定する。ＰＣＳ＃２が機能している場合（処理Ｓ６１，Ｙｅｓ）、処理Ｓ６２に進み、電池ラックＢ２１，Ｂ２２の電力ルートは変更せずＰＣＳ＃２側に接続を維持する。一方、ＰＣＳ＃２が機能していない場合（処理Ｓ６１，Ｎｏ）、処理Ｓ６３に進み、電池ラックＢ２１、Ｂ２２の電力ルートを変更して、それぞれＰＣＳ＃１とＰＣＳ＃３に接続する。このように故障等でも電力ルートが変更できるように制御することで設備稼働率向上が可能となる。

<<第６実施形態>>
図１５は、第６実施形態に係る中古電池を増設する場合の二次電池システム１００Ｃを示す図である。本実施形態では増設電池が中古電池であった場合の処理に関して説明する。システム構成としては図５と似ているが、増設中古電池ラック設置位置７１Ｓ，７２Ｓ，７３Ｓであることが変更点である。増設中古電池ラックＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３も既設電池ラックと同種で新品時には同容量であった中古品であるすると、新品時に比べて容量が低いと考えられるので、電池ラックを３並列分追加することを想定する。制御フローに関して図１６、図１７で説明する。

図１６は、第６実施形態に係る中古電池を増設する場合の接続変更処理Ｓ７０を示すフロー図である。図１６の処理Ｓ７０において、スタートのタイミングは中古電池ラックを増設した後のタイミングである。まず、コントローラ５Ｃ（図１５参照）は、処理Ｓ７１にて増設後の中古電池ラックを含め電池ラック群の平均ＳＯＨが同程度となる組み合わせを選択し、処理Ｓ７２に進む。

処理Ｓ７２において、コントローラ５Ｃは、選択した電池ラック間のＳＯＣ差が許容値以下かを判定する。選択した電池ラック間のＳＯＣ差が許容値以下の場合（処理Ｓ７２，Ｙｅｓ）、処理Ｓ７３に進み、選択した電池ラックが並列接続となるように切替え指令する。

選択した電池ラック間のＳＯＣ差が許容値以下でない場合（処理Ｓ７２，Ｎｏ）、処理Ｓ７４に進み、ＳＯＣ差が解消されるまでスイッチを変更せず、増設電池ラック無で動作を実施し、処理Ｓ７１に戻る。これを図１７で説明する。

図１７は、第６実施形態に係る中古電池を増設する場合の接続例を示す図である。表Ｔ１７には、各電池ラックとＳＯＨ、制御前の接続先ＰＣＳ、制御後の接続先ＰＣＳが示されている。今回は、増設中古電池ラックＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３も中古電池であるためＳＯＨが減少しばらつきがある。制御前は増設をしていないため増設電池以外で駆動しているが、制御後は増設電池ラックＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３も含めて駆動することになる。

図１６の処理Ｓ７１において、同程度のＳＯＨの組み合わせを選択すると、ＳＯＨが８０の電池ラックは、電池ラックＢ１１，Ｂ２２と増設電池ラックＢＳ１であり、ＳＯＨが８５の電池ラックは、電池ラックＢ１２，Ｂ３２と増設電池ラックＢＳ２であり、ＳＯＨが９０である電池ラックは、電池ラックＢ２１，Ｂ３１と増設電池ラックＢＳ３であるため、この３つの組み合わせとなる。制御後はこれらを同じＰＣＳ下にすることで横流等を抑制することができる。

このように増設電池ラックが既設電池と異種のものであれば（例えば増設電池ラックが新品である場合）、異なるＰＣＳ下で制御を実施する第１実施形態～第５実施形態の増設方法が好ましいが、同容量のＳＯＨが同程度の中古品を増設する場合には全ての電池ラックを含めて考えることで冗長性を持たせることが可能である。

本実施形態では同種の電池としているため劣化率を指標としてるが、新品時容量が異なる電池ラックを増設する場合には容量×ＳＯＨの現在の容量という指標で処理Ｓ７１の処理を実施することで同様の効果を得ることも可能である。

本実施形態の二次電池システム及び二次電池制御方法は、次の特徴を有する。
（１）直列接続された複数の電池セルを有する電池ラックＢと、単数もしくは複数の並列接続された電池ラックＢが電力系統に対して充放電するための電力変換器２と、を有する電池バンク３を備える二次電池システムであって、電池バンク３が有する電池ラックＢを、他の電池バンクの電力変換器に対して切り替え可能とする切替器４と、電池ラックＢの劣化率または使用年数を監視し、電力変換器２及び切替器４を制御するコントローラ５と、を有し、コントローラ５は、電池ラックＢの劣化率または使用年数に基づいて、接続する電力変換器を切替器４に指令することを特徴とする（図１～図３参照）。これによれば、性能の異なる電池、例えば増設電池と既設電池が混在した際の構成を適切にできる。

（２）直列接続された複数の電池セルを有する電池ラックＢと、単数もしくは複数の並列接続された電池ラックＢが電力系統に対して充放電するための電力変換器２と、を有する電池バンク３を備える二次電池システムであって、電池バンク３が有する電池ラックＢを、他の電池バンクの電力変換器に対して切り替え可能とするマニュアルの切替器４と、電池ラックＢの劣化率または使用年数を監視し、電力変換器２を制御するコントローラ５と、を有し、コントローラ５は、電池ラックＢの劣化率または使用年数に基づいて、接続する電力変換器の変更時期と判定した場合、該接続する電力変換器を保守員の情報端末９０に通知することを特徴とする（図４参照）。

（３）（１）であって、切替器４は、複数の電力変換器に切替えが可能な切替器であり、コントローラ５は、どの電力変換器に切替えするかを切替器４に指令することができる（図１、図５参照）。

（４）（１）であって、接続する電力変換器を変更した後に接続がなくなった電力変換器に対して、所定の劣化率または使用年数に基づいて新規に設置する電池ラックからの電力入力が可能な機構（例えば、増設電池ラック設置位置７及び増設電池ラック用配線８）をあらかじめ設置している。

（５）（２）であって、接続する電力変換器を変更した後に接続がなくなった電力変換器に対して、所定の劣化率または使用年数に基づいて新規に設置する電池ラックからの電力入力が可能な機構（例えば、増設電池ラック設置位置７及び増設電池ラック用配線８）をあらかじめ設置している。

（６）（１）であって、コントローラ５は、接続先を変更する際に、接続変更後の電池ラック間の充電率もしくは劣化率が所定値以下である場合に、接続先を切替器４に変更指令する（図２参照）。

（７）（２）であって、コントローラ５は、接続先を変更する際に、接続変更後の電池ラック間の充電率もしくは劣化率が所定値以下である場合に、接続先を情報端末９０に通知する。これにより、保守員は、マニュアルの切替器４の切替え時を的確に知ることができる。

（８）（３）であって、コントローラ５は、並列接続される電池ラックの劣化率の差分が所定値以下になるように接続を変更するように、接続先を切替器４に指令する（図８、図９参照）。

（９）（３）であって、コントローラ５は、電力変換器に接続される電池ラックの総容量と他の電力変換器に接続される電池ラックの総容量が所定値以下になるように、接続先を切替器４に指令する（図１０、図１１参照）。

（１０）（１）であって、新規に設置する電池ラックの設置時期が複数回である場合に、コントローラ５は、設置時期ごとに、電池ラックＢの劣化率または使用年数に基づいて、接続先を切替器４に指令する（図１２、図１３参照）。

（１１）（２）であって、新規に設置する電池ラックの設置時期が複数回である場合に、
コントローラ５は、設置時期ごとに、電池ラックＢの劣化率または使用年数に基づいて、接続先を情報端末９０に通知する（図４参照）。これにより、保守員は、マニュアルの切替器４の切替え時を的確に知ることができる。

（１２）（１）であって、コントローラ５は、接続先の電力変換器が機能しないと検出した場合に、該電力変換器以外に接続されるように、接続先を切替器４に変更指令する（図１４参照）。

（１３）（２）であって、コントローラ５は、接続先の電力変換器が機能しないと検出した場合に、該電力変換器以外に接続されるように、接続先を情報端末９０に通知する（図４、図１４参照）。これにより、保守員は、マニュアルの切替器４の切替え時を的確に知ることができる。

（１４）（１）、（３）、（４）、（６）、（８）、（９）、（１０）、（１２）であって、コントローラ５は、新規に設置する電池ラックが新品ではなく劣化しており、既設の電池ラックと同等に扱ってよい場合に、新規電池と既設電池を合わせて、電力変換器に接続する電池ラック間のＳＯＨ差が所定値以下になるように、接続先を切替器４に変更指令する（図１５～図１７参照）。

（１５）（２）、(５)、(７)、(１１)、(１３)であって、コントローラ５は、新規に設置する電池ラックが新品ではなく劣化しており、既設の電池ラックと同等に扱ってよい場合に、新規電池と既設電池を合わせて、電力変換器２に接続する電池ラック間のＳＯＨ差が所定値以下になるように、接続先を情報端末９０に通知する。これにより、保守員は、マニュアルの切替器４の切替え時を的確に知ることができる。

（１６）直列接続された複数の電池セルを有する電池ラックＢと、単数もしくは複数の並列接続された電池ラックが電力系統に対して充放電するための電力変換器２と、を有する電池バンク３を備える二次電池システム１００の二次電池制御方法であって、電池バンク３が有する電池ラックＢを、他の電池バンクの電力変換器に対して切り替え可能とする切替器４と、電池ラックＢの劣化率または使用年数を監視し、電力変換器２及び切替器４を制御するコントローラ５と、を有し、コントローラ５は、電池ラックＢの劣化率または使用年数に基づいて、接続する電力変換器を切替器４に指令する（図１～図３参照）。これによれば、性能の異なる電池、例えば増設電池と既設電池が混在した際の構成を適切にできる。

本実施形態により、電池の再配置・増設時のコストの低減及び変換器故障等の際の冗長性の確保が可能である。

２，２１，２２，２３ ＰＣＳ（電力変換器）
３，３１，３２，３３ 電池バンク
４，４１，４２ 切替器
４１Ａ，４１Ａ 手動切替器（マニュアルの切替器）
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ コントローラ
６ 電力ルート決定部
７，７１，７２ 増設電池ラック設置位置
７１Ｓ、７２Ｓ、７３Ｓ 増設中古電池ラック設置位置
８ 増設電池ラック用配線
９０ 情報端末
１００，１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃ 二次電池システム
１１０ 電力ルートスイッチ（切替器）
７１，７２ 増設電池ラック設置位置
Ｂ 電池ラック
Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ２２，Ｂ３１，Ｂ３２ 電池ラック
ＢＥ１，ＢＥ２，ＢＥ３，ＢＥ４ 増設電池ラック
ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３ 増設中古電池ラック

Claims (16)

1. 直列接続された複数の電池セルを有する電池ラックと、単数もしくは複数の並列接続された電池ラックが電力系統に対して充放電するための電力変換器と、を有する電池バンクを備える二次電池システムであって、
   前記電池バンクが有する電池ラックを、他の電池バンクの電力変換器に対して切り替え可能とする切替器と、
   前記電池ラックの劣化率または使用年数を監視し、前記電力変換器および前記切替器を制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記電池ラックの劣化率または使用年数に基づいて、接続する電力変換器を前記切替器に指令する
   ことを特徴とする二次電池システム。
2. 直列接続された複数の電池セルを有する電池ラックと、単数もしくは複数の並列接続された電池ラックが電力系統に対して充放電するための電力変換器と、を有する電池バンクを備える二次電池システムであって、
   前記電池バンクが有する電池ラックを、他の電池バンクの電力変換器に対して切り替え可能とするマニュアルの切替器と、
   前記電池ラックの劣化率または使用年数を監視し、前記電力変換器を制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記電池ラックの劣化率または使用年数に基づいて、接続する電力変換器の変更時期と判定した場合、該接続する電力変換器を保守員の情報端末に通知する
   ことを特徴とする二次電池システム。
3. 請求項１に記載の二次電池システムであって、
   前記切替器は、複数の電力変換器に切替えが可能な切替器であり、
   前記コントローラは、どの電力変換器に切替えするかを前記切替器に指令する
   ことを特徴とする二次電池システム。
4. 請求項１に記載の二次電池システムであって、
   接続する電力変換器を変更した後に接続がなくなった電力変換器に対して、所定の劣化率または使用年数に基づいて新規に設置する電池ラックからの電力入力が可能な機構をあらかじめ設置している
   ことを特徴とする二次電池システム。
5. 請求項２に記載の二次電池システムであって、
   接続する電力変換器を変更した後に接続がなくなった電力変換器に対して、所定の劣化率または使用年数に基づいて新規に設置する電池ラックからの電力入力が可能な機構をあらかじめ設置している
   ことを特徴とする二次電池システム。
6. 請求項１に記載の二次電池システムであって、
   前記コントローラは、接続先を変更する際に、接続変更後の電池ラック間の充電率もしくは劣化率が所定値以下である場合に、接続先を前記切替器に変更指令する
   ことを特徴とする二次電池システム。
7. 請求項２に記載の二次電池システムであって、
   前記コントローラは、接続先を変更する際に、接続変更後の電池ラック間の充電率もしくは劣化率が所定値以下である場合に、接続先を前記情報端末に通知する
   ことを特徴とする二次電池システム。
8. 請求項３に記載の二次電池システムであって、
   前記コントローラは、並列接続される電池ラックの劣化率の差分が所定値以下になるように接続を変更するように、接続先を前記切替器に指令する
   ことを特徴とする二次電池システム。
9. 請求項３に記載の二次電池システムであって、
   前記コントローラは、電力変換器に接続される電池ラックの総容量と他の電力変換器に接続される電池ラックの総容量が所定値以下になるように、接続先を前記切替器に指令する
   ことを特徴とする二次電池システム。
10. 請求項１に記載の二次電池システムであって、
    新規に設置する電池ラックの設置時期が複数回である場合に、
    前記コントローラは、前記設置時期ごとに、前記電池ラックの劣化率または使用年数に基づいて、接続先を前記切替器に指令する
    ことを特徴とする二次電池システム。
11. 請求項２に記載の二次電池システムであって、
    新規に設置する電池ラックの設置時期が複数回である場合に、
    前記コントローラは、前記設置時期ごとに、前記電池ラックの劣化率または使用年数に基づいて、接続先を前記情報端末に通知する
    ことを特徴とする二次電池システム。
12. 請求項１に記載の二次電池システムであって、
    前記コントローラは、接続先の電力変換器が機能しないと検出した場合に、該電力変換器以外に接続されるように、接続先を前記切替器に変更指令する
    ことを特徴とする二次電池システム。
13. 請求項２に記載の二次電池システムであって、
    前記コントローラは、接続先の電力変換器が機能しないと検出した場合に、該電力変換器以外に接続されるように、接続先を前記情報端末に通知する
    ことを特徴とする二次電池システム。
14. 請求項１、３、４、６、８、９、１０、１２のいずれか１項に記載の二次電池システムであって、
    前記コントローラは、新規に設置する電池ラックが新品ではなく劣化しており、既設の電池ラックと同等に扱ってよい場合に、新規電池と既設電池を合わせて、前記電力変換器に接続する電池ラック間のＳＯＨ差が所定値以下になるように、接続先を前記切替器に変更指令する
    ことを特徴とする二次電池システム。
15. 請求項２、５、７、１１、１３のいずれか１項に記載の二次電池システムであって、
    前記コントローラは、新規に設置する電池ラックが新品ではなく劣化しており、既設の電池ラックと同等に扱ってよい場合に、新規電池と既設電池を合わせて、前記電力変換器に接続する電池ラック間のＳＯＨ差が所定値以下になるように、接続先を前記情報端末に通知する
    ことを特徴とする二次電池システム。
16. 直列接続された複数の電池セルを有する電池ラックと、単数もしくは複数の並列接続された電池ラックが電力系統に対して充放電するための電力変換器と、を有する電池バンクを備える二次電池システムの二次電池制御方法であって、
    前記電池バンクが有する電池ラックを、他の電池バンクの電力変換器に対して切り替え可能とする切替器と、
    前記電池ラックの劣化率または使用年数を監視し、前記電力変換器および前記切替器を制御するコントローラと、を有し、
    前記コントローラは、前記電池ラックの劣化率または使用年数に基づいて、接続する電力変換器を前記切替器に指令する
    ことを特徴とする二次電池制御方法。

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