JP5627524B2 - 電力貯蔵システム - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に記載の充電率調整回路は、充電率調整時に、複数の電池ブロックを接続する直列線路に介在する第1スイッチをオフにし、当該複数の電池ブロックの対応する複数の並列接続点を接続する複数の並列線路の各々に介在する第2スイッチをオンにして、複数の電池ブロックの互いに対応づけられた複数の電池モジュールを並列に接続し、放電回路の放電動作をオンにする。これにより、1つの放電回路で複数の電池モジュールを放電させることができ、充電率調整回路の部品点数を削減できるとされている。
図1は、本発明の一実施形態における電力貯蔵システムの概略構成を示す構成図である。同図において、電力貯蔵システム1は、直列電池10−1−1〜10−2−2と、チョッパ(第1の電力変換器)20−1−1〜20−2−2と、インバータ(第2の電力変換器)30−1および30−2と、チョッパ制御器(第1の制御器)40−1および40−2と、インバータ制御器50−1および50−2と、システム制御器(第2の制御器)60とを具備する。また、インバータ30−1および30−2は、負荷910と、太陽電池システム920とに接続されている。
なお、電力貯蔵システム1の具備する直列電池の数は、同図に示す4つに限らず、1つ以上であればよい。また、電力貯蔵システム1の具備するインバータの数は、同図に示す2つに限らず、1つ以上であればよい。
ここで、直列電池10−1−1と、直列電池10−1−2と、直列電池10−2−1と、直列電池10−2−2とは、チョッパ20−1−1〜20−2−2やインバータ30−1および30−2を介して並列に接続されている。このように、電力貯蔵システム1は、並列接続される複数の直列電池10を具備することにより、大容量の蓄電を行うことができる。
1つのチョッパ20に1つの直列電池10が接続され、チョッパ20は、直列電池10の直流電圧を、チョッパ20の接続される直流バスの電圧(直流バス電圧)に変換する。
なお、1つのチョッパ20に接続される直列電池10の数は、図1に示す1つに限らない。2つ以上の直列電池10が、1つのチョッパ20の下に並列接続されていてもよい。
1つのインバータ30と1つ以上のチョッパ20とが直流バスにて接続され、インバータ30は、入力される電圧(直流バス電圧)を、負荷910および太陽電池システム920に接続される交流バスの電圧(交流バス電圧)に変換する。
チョッパ制御器40は、特に、チョッパ20の各々に対する電流指令値を算出し、算出した電流指令値の電流を出力するよう、チョッパ20を制御する。
インバータ制御器50は、特に、システム制御器60の算出する、インバータ30に対する電流指令値の電流を出力するよう、インバータ30を制御する。
直列電池10は、チョッパ20に接続される二次電池であり、太陽電池システム920から出力される電力に余剰が生じると、当該余剰電力を蓄電する。そして、直列電池10は、太陽電池システム920から出力される電力に不足が生じると、当該不足電力に応じた電力をチョッパ20に出力し、当該電力が負荷910に供給される。
セル111は、単体の二次電池である。セル111としては、リチウムイオン電池や鉛電池など、様々な二次電池を用いることが出来る。なお、1つの電池モジュール110が、1つのセル111を具備するようにしてもよいし、複数のセル111を具備するようにしてもよい。電池モジュール110が複数のセル111を具備する場合、当該複数のセル111が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し、直列接続と並列接続とを組み合わせて接続されていてもよい。
直列電池監視部120は、自らの直列電池10(当該直列電池監視部120を具備する直列電池10)を監視する。特に、直列電池監視部120は、自らの直列電池10の具備する各CMU112から、各セル111の電圧や充電率などの測定値を取得する。また、直列電池監視部120は、CMU112から取得した各セル111の電圧を合計して、自らの直列電池10の電圧を算出し、算出した電圧をチョッパ制御器40およびシステム制御器60に送信する。
まず、給電司令部など上位の設備から、電力貯蔵システム1の出力すべき電力の指令値である平滑化指令値P*(単位[W(ワット)])が送信され、システム制御器60が、当該平滑化指令値P*を取得する。平滑化指令値P*を取得したシステム制御器60は、式(1)に基づいて、各インバータ(インバータ30−i)に対する電力指令値Pi *(単位[W])を算出する。
また、Pi *は、インバータ30−iに対する電力指令値(単位[W])、P*は、平滑化指令値(単位[W])、Gは、電圧バランスゲイン(予め定められた定数。単位[A(アンペア)/V(ボルト)])、Vaは、チョッパを介してインバータ30−iに接続される直列電池10の平均電圧(単位[V])、Vi(avr)は、インバータ30−iに接続されるチョッパの平均電圧(単位[V])であり、システム制御器60は、式(2)に基づいてVi(avr)を算出する。
また、V(avr)は、電力貯蔵システム1の具備する全インバータ(インバータ30〜30−2)におけるチョッパの平均電圧(単位[V])であり、システム制御器60は、式(3)に基づいてV(avr)を算出する。
まず、上記の式(1)の両辺において、i=1、2、・・・、NIについての合計を求めると、式(5)のようになる。
システム制御器60は、算出した電力指令値P1 *およびP2 *を、それぞれ、チョッパ制御器40−1およびチョッパ制御器40−2に出力する。
そして、チョッパ制御器40−iは、式(7)に基づいて、インバータ30−iに接続される各チョッパに対する電流指令値Ii,j *(単位[A])を算出する。
また、上述したように、iは、1≦i≦NIの正整数(NIは、電力貯蔵システム1の具備するインバータの数)、Naは、1つのインバータに接続されるチョッパの数、Ncは、1つの直列電池10が有するセル数、Vi(avr)は、インバータ30−iに接続されるチョッパの平均電圧(単位[V])を示す。
まず、上記の式(7)の両辺において、j=1、2、・・・、Naについての合計を求めると、式(9)のようになる。
チョッパ制御器40は、自らに接続されるチョッパ20の各々を制御して、算出した電流指令値Ii,j *の電流(電力)を出力させる。
その際、電力貯蔵システム1(チョッパ制御器40)は、上記の式(8)に示されるように、チョッパ20に対する電流指令値Ii,j *の合計が、インバータ30に対する電力指令値Ii *と等しくなるように制御する。すなわち、電圧バランスを取るための、式(11)に示される補正項ΔIi,jが、電流指令値による出力電力制御に干渉しない。
また、電力貯蔵システム1は、複数のインバータ30が並列接続される構成を有するので、列数(直列電池10およびチョッパ20の数)が増大しても、全ての列に対応可能な大型のインバータを用いる必要がない。また、直列電池10が互いに離れた場所に設置されている場合など、インバータ数を1つにすることが困難な場合にも、電力貯蔵システム1は、容易に対応し得る。
同図(a)において、線L11、L12、L13、L14は、それぞれ、直列電池10−1−1、10−1−2、10−2−1、10−2−2の出力電流を示す。
また、同図(b)において、線L21、L22、L23、L24は、それぞれ、直列電池10−1−1、10−1−2、10−2−1、10−2−2におけるセル電圧を示す。
また、同図(c)において、線L31、L32、L33、L34は、それぞれ、直列電池10−1−1、10−1−2、10−2−1、10−2−2における充電率を示す。
また、同図(e)において、線L51、L52は、それぞれ、インバータ30−1、30−2に対する電流補正値(電流指令値Ii *から、電流指令値I1 *〜INI *の平均を引いた差分)を示す。
以上のように、電力貯蔵システム1が、直列電池10間における電圧バランスを適切に調整できることが示された。
直列電池監視部120は、例えば同図の点P11〜P12間のように、並列接続されたセル111の両端の電圧を測定する。そして、直列電池監視部120は、当該測定値をチョッパ制御器40およびシステム制御器60に送信する。
例えば、直列電池10において、電池モジュール110の固定が緩むことによる、電池モジュール110間の接触抵抗の増加が考えられる。ここで、特にセル111としてリチウムイオン電池が用いられている場合、セル111の内部抵抗が小さいため、接触抵抗によって各セル111の電圧の合計と、直列電池10の電圧との差が大きくなる。かかる場合に、直列電池監視部120が直列電池10の電圧を測定することにより、より正確な電圧を得ることができ、チョッパ制御器40およびインバータ制御器50は、この直列電池10の電圧を用いて、より適切な制御を行うことが出来る。
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
10−1−1〜10−2−2 直列電池
110 電池モジュール
111 セル
112 CMU
120 直列電池監視部
20−1−1〜20−2−2 チョッパ
30−1、30−2 インバータ
40−1、40−2 チョッパ制御器
50−1、50−2 インバータ制御器
60 システム制御器
Claims (5)
- 複数の二次電池が直列に接続された直列電池が第1の電力変換器を介して第2の電力変換器に接続されて成る電池回路が、電源および負荷に対して並列に接続されて複数設けられた電力貯蔵システムであって、
前記電力貯蔵システムは、前記電源および前記負荷に対して並列に接続された複数の前記第2の電力変換器を具備し、前記第2の電力変換器の各々に対して複数の前記第1の電力変換器が並列に接続され、前記第1の電力変換器の各々に1つ以上の前記直列電池が接続され、
前記電池回路の各々は、
前記第1の電力変換器に対する電力指令値を、当該第1の電力変換器に接続された直列電池の電圧と当該第1の電力変換器が接続された第2の電力変換器に接続された全ての直列電池の平均電圧との差、および、当該第1の電力変換器が接続された第2の電力変換器に対する電力指令値を当該第2の電力変換器に接続された第1の電力変換器の数で除算した値に基づいて算出することで、前記第2の電力変換器に接続された直列電池の各々の電力の合計が、前記第2の電力変換器に対する電力指令値に等しくなるよう制御する第1の制御器と、
前記第2の電力変換器に対する電力指令値を、当該第2の電力変換器に接続された第1の電力変換器の平均電圧と前記電力貯蔵システムの具備する全ての第1の電力変換器の平均電圧との差、および、前記電力貯蔵システムに対する電力指令値を前記第2の電力変換器の数で除算した値に基づいて算出することで、前記電力貯蔵システムが具備する第2の電力変換器の各々に対する電力指令値の合計が、前記電力貯蔵システムに対する電力指令値に等しくなるよう制御する第2の制御器と、
を具備することを特徴とする電力貯蔵システム。 - 前記第1の制御器は、前記直列電池を構成する各二次電池の電圧測定値から求められた当該直列電池の電圧を取得し、当該直列電池の電圧に基づいて前記第1の電力変換器に対する電力指令値を生成することを特徴とする請求項1に記載の電力貯蔵システム。
- 前記第1の制御器は、前記直列電池の電圧測定値に基づいて前記第1の電力変換器に対する電力指令値を生成することを特徴とする請求項1に記載の電力貯蔵システム。
- 前記直列電池を構成する各二次電池の電圧測定値の合計と、当該直列電池の電圧測定値とを比較する直列電池監視部を具備することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
- 前記直列電池を構成する各二次電池の電圧測定値の合計と、当該直列電池の電圧測定値との比較により、当該直列電池における接触抵抗が所定の閾値以上となったことを検出すると警報表示することを特徴とする請求項4に記載の電力貯蔵システム。
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